JPS621206B2 - - Google Patents

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JPS621206B2
JPS621206B2 JP16853480A JP16853480A JPS621206B2 JP S621206 B2 JPS621206 B2 JP S621206B2 JP 16853480 A JP16853480 A JP 16853480A JP 16853480 A JP16853480 A JP 16853480A JP S621206 B2 JPS621206 B2 JP S621206B2
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JP
Japan
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strain
resistors
resistor
load cell
maximum
Prior art date
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Expired
Application number
JP16853480A
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English (en)
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JPS5793221A (en
Inventor
Shozo Takeno
Koichiro Sakamoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Tokyo Sanyo Electric Co Ltd, Toshiba Corp filed Critical Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
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Priority to DE8181109813T priority patent/DE3176209D1/de
Priority to EP81109813A priority patent/EP0053337B1/en
Priority to US06/323,726 priority patent/US4432247A/en
Priority to AU77880/81A priority patent/AU528989B2/en
Priority to DK524881A priority patent/DK161215C/da
Priority to CA000391106A priority patent/CA1176075A/en
Priority to ES507539A priority patent/ES8303689A1/es
Publication of JPS5793221A publication Critical patent/JPS5793221A/ja
Priority to ES516545A priority patent/ES516545A0/es
Publication of JPS621206B2 publication Critical patent/JPS621206B2/ja
Priority to HK988/88A priority patent/HK98888A/xx
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ビーム体の最大起歪部に接続線がか
からないように形成して測定精度の高度化を図つ
たロードセル素子に関する。
ロードセルは、ビーム体の起歪部にロードセル
素子を設け、ビーム体に荷重をかけて歪を生じさ
せたとき、これに伴ないロードセル素子内の抵抗
体の抵抗値が変化することを利用して荷重の測定
を行なうものであるが、一般に、素子内には第1
図に示すような4つの抵抗体100A,100
B,100C,100Dが設けられ、これらを接
続線101…で接続して第2図に示すブリツジ回
路を構成するようにしている。そしてこれらの抵
抗体100A,100B,100C,100Dの
抵抗値RA,RB,RC,RD間にRAB=RCD
平衝条件が成立するように各抵抗値が調整されて
いる。一方、ロードセル素子をローセルのビーム
体に設けるにあたつては、ビーム体の起歪部内に
おいて最大伸び歪が生ずる領域102Aと、最大
収縮歪が生ずる領域102Bとを求め、かつそれ
らの領域102A,102Bにおける歪量が互に
等しいことを確認して1組の抵抗体100A,1
00Bを一方の領域102A内に、他の1組の抵
抗体100C,100Dを他方の領域102B内
にそれぞれ配置する必要がある。
ところが、従来のこの種のロードセル素子にあ
つては、第1図に見られるように、抵抗体100
A〜100D間を接続する接続線101…が最大
歪領域102A,102Bを通過することを避け
られず、そのため起歪部の歪によつて接続線10
1…の一部も伸び縮みし、その結果、接続線10
1…の抵抗値が変化してこれが測定誤差発生の原
因となる欠点があつた。なお、接続線101…
を、絶縁層を介して交差させることにより、最大
歪領域102A,102Bを通過することを防止
できるが、このようにすると製造工程が繁雑にな
るので好ましくない。
本発明はこのような事情にもとづいてなされた
もので、その目的は、ビーム体の最大歪領域に配
置される抵抗体の接続線を互に交差することな
く、かつ最大歪領域を通過することなく配置して
ブリツジ回路を構成し、測定精度の高度化を図る
ことができるロードセル素子を提供することにあ
る。
以下、本発明の構成を図面に示す実施例にもと
づいて説明する。
まず、第3図及び第4図にロードセルの概略構
成を示す。ビーム体1は、例えばステンレス鋼
(SUS630)、ジユラルミン(A2014,A2024,
A2218)等の金属材料を切削加工して形成されて
いる。このビーム体1は、一端部に設けられた取
付孔2A,2Bに取付ボルト3A,3Bを通して
任意の固定部4に取付けられるようになつてい
る。また、ビーム体1の中間部分は薄肉の起歪部
5となつており、ビーム体1の他端側より起歪部
5の下方位置まで作用片6を延出させ、この作用
片6に設けた透孔7に、例えば吊下金具8を取付
けて、測定すべき荷重を矢印Wの如く作用させる
ようにしている。前記起歪部5の上面にはロード
セル素子9が設けられている。このロードセル素
子9は、第7図Eに示す如く、ポリイミド、エポ
キシ、アミドイミド、エポキシ変成ポリイミド等
の耐熱絶縁性樹脂よりなる絶縁被膜10上に、第
5図に示すようなブリツジ回路を構成する第1〜
第4の抵抗体11A〜11D及び接続線12…を
設けてなるもので、第1〜第4の抵抗体11A〜
11Dの各抵抗値RA〜RDはいずれも同一抵抗値
となるように、かつ二等分割して形成されてお
り、それらの分割抵抗体11A1,11A2…11
D1,11D2はいずれも起歪部5の両端部に存在
する、歪量の相等しい最大歪領域5A,5B上に
設けられている。なお、一方の最大歪領域5Aに
は、作用片6に荷重Wを作用させたとき最大伸び
歪が生じ、他方の最大歪領域5Bには最大収縮歪
が生ずるようになつている。そして第1,第2の
抵抗体11A,11Bは最大伸び歪領域5Aに、
また第3,第4の抵抗体11C,11Dは最大収
縮歪領域5Bにそれぞれ設けられている。そし
て、特に最大伸び歪領域5Aにおいては、第1の
抵抗体11Aを構成する両分割抵抗体11A1
11A2で、第2の抵抗体11Bを構成する分割
抵抗体11B1,11B2を挾むような配置になつ
ており、最大収縮歪領域5Bにおいては、第3の
抵抗体11Cを構成する分割抵抗体11C1,1
1C2と第3の抵抗体11Dを構成する分割抵抗
体11D1,11D2とが隣接して配置されてい
る。なお、各分割抵抗体11A1,11A2,…1
1D1,11D2は、第6図に示すようにジグザグ
状に配置された1本の細線にて構成されており、
その両端に接続線12が接続するようになつてい
る。また、前記分割抵抗体11A1,11A2,…
11D1,11D2間を接続する接続線12…は、
互に交差しないことは勿論であるが、前記2つの
領域5A,5Bのいずれを通過することもないよ
うに設けられている。そして接続線12…の一部
(分割抵抗体11A1,11C2間、11B1,11D2
間、11C1,11B2間及び11D1,11A2間を
接続する接続線の各中央部)をそれぞれ電極A,
B,C,Dとし、外部リード線13…を介して電
極A,B間に入力電圧V1を印加し、電極C,D
間に発生する出力電圧Voを測定することにより
荷重Wの大きさを検出するような構成となつてい
る。
次に、以上に述べたロードセルの製造方法を第
7図により説明する。
まず、第7図Aのように、切削加工により得ら
れたビーム体1の起歪部5上面を脱脂洗浄し、そ
の洗浄された面上に、粘度1000cp程度に調整さ
れたワニス状の耐熱絶縁性樹脂(例えばポリイミ
ド、エポキシ、アミドイミド、エポキシ変成ポリ
イミド等)を滴下する。そしてビーム体1をスピ
ンナにより1000rpm程度の速度で回転することに
よつて、起歪部5の上面に耐熱絶縁性樹脂を均一
に塗布した後、N2ガス雰囲気中で約350℃に加熱
すると、樹脂が硬化して起歪部5の上面に厚さ約
6μの耐熱絶縁性樹脂被膜10が形成される。次
に、上記絶縁被膜10上に、抵抗体となる金属材
料(例えばニクロム、コンスタンタン、クロム、
チタン等)を蒸着又はスパツタリング法により被
着して、厚さ約1000Åの抵抗体薄膜11′を形成
し、更にその上に、接続線となる金属材料(例え
ば金、クロム金等)を蒸着又はスパツタリング法
により被着して、厚さ約2μの接続線薄膜12′
を積層形成する。
次に、同図Bのように、接続線薄膜12′及び
抵抗体薄膜11′に対して順次、それぞれの金属
に適したエツチング液を用いてフオトエツチング
を行ない、抵抗体となる部分及び接続線となる部
分のみを残して他を除去し、所定のパターンを現
出させる。
次に、同図Cのように、抵抗体となる部分に積
層された接続線薄膜をフオトエツチングにより除
去し、前記分割抵抗体11A1,11A2,…11
D1,11D2を現出させる。ここで、残りの部分
は各分割抵抗体間を接続する接続線12…とな
る。
更に、同図Dのように、抵抗体及び接続線パタ
ーンの上に再び耐熱絶縁性樹脂よりなる絶縁被膜
14を形成する。
最後に、同図Eのように、絶縁被膜14の一部
(分割抵抗体11A1,11C2間、11B1,11D2
間、11C1,11B2間及び11D1,11A2間を
接続する接続線12…の各中央部を覆う部分)を
それぞれエツチングにより除去して、それらの部
分における接続線12…の各露出部を電極A,
B,C,Dとし、各電極に、例えばアルミニウ
ム、金等よりなる外部リード線13…をボンデイ
ングすると、第3図及び第4図に示すロードセル
が完成する。
以上のように製造されたロードセルによると、
ビーム体1の表面に直接、ロードセル素子9を設
けるようにしているので、工数を減少することが
でき、また、ロードセル素子を別に製作してビー
ム体に接着する場合のような厳密な工程管理を要
することもなく、自動化を図ることも容易であ
り、量産性が高められてコスト低下が図られる。
また、絶縁被膜10は直接、ビーム体1の表面に
塗布されるため極めて薄く形成することができ、
これによつて起歪部5に生じた歪を正確に抵抗体
11A〜11Dへ伝達することができ、測定精度
の高いロードセルを得ることができる。更に、抵
抗体パターン11A〜11Dは蒸着又はスパツタ
リング法により絶縁被膜10上に極めて薄く形成
されるので、抵抗値の大きな抵抗体を形成するこ
とが容易であり、その結果、測定時における消費
電力の小さいロードセルを得ることができる。更
に、ロードセル素子9は、最大伸び歪領域5A上
の1組の抵抗体11A,11Bを、第1の抵抗体
11Aの両分割抵抗体11A1,11A2で第2の
抵抗体11Bを挾むように配置したことによつて
各抵抗体を接続する接続線12…をいずれも互に
交差したり最大歪領域5A,5Bを通過すること
なしに設けることができ、ビーム体1の起歪部5
に歪を生じても接続線12…は殆んど変形せず、
この点においても測定精度が一層高められること
になる。また、プリツジ回路を構成する4つの抵
抗体11A〜11Dをいずれも二分割して同一パ
ターンに形成したことにより、それらの抵抗体は
すべて温度変化や機械的強度その他の条件が同一
になるので、測定精度を高める点で有利になり、
かつ製作も容易になる。
以上、実施例にもとづいて説明したように、本
発明のロードセル素子によれば、ブリツジ回路を
構成する4つの抵抗体のうちの少なくとも1つを
二分割形成し、その両分割抵抗体と別の1の抵抗
体とを別の抵抗体を間にして、ビーム体表面の最
大伸び歪領域又は最大収縮歪領域の一方に、また
他の2つの抵抗体を前記2つの領域の他方にそれ
ぞれ配置するとともに、各抵抗体を接続する接続
線を、互に交差しないように、かつ前記2つの領
域のいずれも通過しないように形成したことによ
り、ビーム体の歪によつて接続線が変形すること
を防止でき、測定精度が高められる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す平面図、第2図は同従来
例の回路構成図、第3図ないし第7図は本発明の
一実施例を示すもので、第3図はロードセルの外
観斜視図、第4図は同断面図、第5図はロードセ
ル素子の回路構成図、第6図はロードセル素子の
部分拡大図、第7図A〜Eはロードセルの製造工
程を順を追つて示す説明図である。 1……ビーム体、5……起歪部、5A……最大
伸び歪領域、5B……最大収縮歪領域、9……ロ
ードセル素子、10……絶縁被膜、11A〜11
D……抵抗体、11A1,11A2……11D1,1
1D2……分割抵抗体、12……接続線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ブリツジ回路を構成する4つの抵抗体のうち
    の少なくとも1つを二分割形成し、その両分割抵
    抗体と別の1つの抵抗体とを別の抵抗体を間にし
    て、ビーム体表面の最大伸び歪領域又は最大収縮
    歪領域の一方に、また他の2つの抵抗体を前記2
    つの領域の他方にそれぞれ配置し、各抵抗体を薄
    膜でパターン化した接続線で接続するとともに、
    その接続線を互に交差しないように、かつ前記2
    つの領域のいずれも通過しない位置に形成したこ
    とを特徴とするロードセル素子。 2 ブリツジ回路を構成する4つの抵抗体をいず
    れも二分割して同一パターンに形成したことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のロードセル
    素子。
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ES516545A ES516545A0 (es) 1980-11-29 1982-10-15 Metodo de fabricacion de un dispositivo medidor de fuerza.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992018992A1 (en) * 1991-04-10 1992-10-29 Roy Weinstein Magnetic field replicator and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992018992A1 (en) * 1991-04-10 1992-10-29 Roy Weinstein Magnetic field replicator and method

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