JPS6234273Y2 - - Google Patents

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JPS6234273Y2
JPS6234273Y2 JP239582U JP239582U JPS6234273Y2 JP S6234273 Y2 JPS6234273 Y2 JP S6234273Y2 JP 239582 U JP239582 U JP 239582U JP 239582 U JP239582 U JP 239582U JP S6234273 Y2 JPS6234273 Y2 JP S6234273Y2
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strain
strain gauge
gauge resistor
beam body
resistor patterns
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  • Measurement Of Force In General (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は荷重の測定に使用されるロードセルに
関する。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a load cell used for measuring load.

金属箔製の抵抗体パターンを絶縁フイルムに接
着し、更にこのフイルムを測定すべき荷重が作用
するビーム体の起歪部領域に接着して構成される
公知のロードセルに比較して、製造工数が少なく
容易かつ安価に製造できるとともに、高精度の測
定が可能となる新規なロードセルが、本考案者等
により提案され、既に出願済みである。このロー
ドセルは、ビーム体の一面に絶縁被膜を直接形成
し、この被膜上に、金属材料を蒸着、スパツタリ
ング、又はマスキングにより直接積層形成して、
必要な抵抗体パターンおよび端子リードパターン
を設けて構成したものである。
Compared to known load cells, which are constructed by bonding a metal foil resistor pattern to an insulating film, and then bonding this film to the strain-generating region of the beam body where the load to be measured acts, the number of manufacturing steps is reduced. A new load cell that can be easily and inexpensively manufactured with a small number of loads and that can perform highly accurate measurements has been proposed by the inventors of the present invention and has already been filed. This load cell is made by directly forming an insulating coating on one surface of the beam body, and directly laminating a metal material on this coating by vapor deposition, sputtering, or masking.
It is constructed by providing necessary resistor patterns and terminal lead patterns.

ところで、この種ロードセルでは、4個のスト
レンゲージ抵抗体パターンは互に平行な一対の起
歪部に対向して2個宛分配されて、端子リードパ
ターンの一部で形成される4本の回路内配線部で
結線され、ホイートストンブリツジ回路を形成す
る。一方4本の回路内配線部は絶縁被膜上に直接
積層形成されるため、これらを交叉させることは
不可能である。したがつて、4本の回路内配線部
の形成に当たつては、互い交叉しないようにスト
レンゲージ抵抗体パターンを迂回させる等の措置
が必要となる。このことにより、4本の回路内配
線部の長さに異同を生じることは不可避であり、
この長さの異同がブリツジバランスに影響を与え
ることから、より高い精度の測定を必要とする場
合には不向きであつた。
By the way, in this type of load cell, the four strain gauge resistor patterns are divided into two pieces facing a pair of parallel strain-generating parts, and four circuits formed by a part of the terminal lead pattern are arranged. The wires are connected at the internal wiring part to form a Wheatstone bridge circuit. On the other hand, since the four in-circuit wiring parts are directly laminated on the insulating film, it is impossible to cross them. Therefore, when forming the four in-circuit wiring sections, it is necessary to take measures such as detouring the strain gauge resistor patterns so that they do not cross each other. As a result, it is inevitable that the lengths of the four internal wiring sections will be different.
Since this difference in length affects the bridge balance, it is not suitable for cases where higher precision measurement is required.

本考案は上記の事情のもとに提案されたもの
で、その目的は、回路内配線部によるブリツジバ
ランスへの影響を排除して、より高い精度で測定
できるようにしたロードセルを提供することにあ
る。
The present invention was proposed under the above circumstances, and its purpose is to provide a load cell that can perform measurements with higher accuracy by eliminating the influence of internal circuit wiring on bridge balance. It is in.

すなわち、本考案は、一対の互に平行な起歪部
間に設けられて、一方の起歪部に対向配置された
2個のストレンゲージ抵抗体パターンと、他方の
起歪部に対向配置された他の2個のストレンゲー
ジ抵抗体パターンとを接続してホイートストンブ
リツジ回路を形成する4本の回路内配線部のうち
3本の配線部を、端子リードパターンの一部によ
り形成して、これらを同一長さでかつ同一幅にす
るとともに、残る1本の回路内配線部を上記配線
部と同じ抵抗値を有するリード線で形成してなる
ことを特徴とするロードセルである。
That is, the present invention includes two strain gauge resistor patterns provided between a pair of mutually parallel strain-generating parts, one strain-gauge resistor pattern facing each other, and the other strain-gauge resistor patterns facing each other. Three wiring portions out of the four circuit wiring portions that are connected to the other two strain gauge resistor patterns to form a Wheatstone bridge circuit are formed from part of the terminal lead pattern, This is a load cell characterized in that these are made to have the same length and width, and the remaining in-circuit wiring part is formed of a lead wire having the same resistance value as the wiring part.

以下、本考案を図面に示す一実施例を参照して
説明する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment shown in the drawings.

図中1はビーム体で、これはステンレス鋼
(SUS630)、高力アルミニウム合金(A2218)等
の金属材料を機械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2,2
を通るボルト3により、固定部4に片持ち支持さ
れて使用される。そして、ビーム体1の中間部に
は、一対の互い平行な円形孔5,5およびこれら
円形孔5,5をつなぐ空隙部6が、夫々幅方向に
貫通して設けられ、円形孔5,5の上下部分を薄
肉にし、特に上側薄肉部分を起歪部7A,7Bと
して用いるように形成されている。このビーム体
1の自由端部には係止孔8が設けられ、この孔8
に例えば吊下金具9を取付けて、測定すべき荷重
Wを矢印(第2図参照)の如く作用させるように
なつている。
In the figure, 1 is a beam body, which is formed by machining metal materials such as stainless steel (SUS630) and high-strength aluminum alloy (A2218). This beam body 1 has mounting holes 2, 2 provided at one end.
It is used by being cantilevered by a fixed part 4 by a bolt 3 passing through it. A pair of mutually parallel circular holes 5, 5 and a gap 6 connecting these circular holes 5, 5 are provided in the intermediate part of the beam body 1, passing through the circular holes 5, 5, respectively in the width direction. The upper and lower parts of the upper and lower parts are made thinner, and the upper thinner part in particular is formed to be used as the strain-generating parts 7A and 7B. A locking hole 8 is provided at the free end of this beam body 1, and this hole 8
For example, a hanging metal fitting 9 is attached to it, and the load W to be measured is applied as shown by the arrow (see FIG. 2).

そして、ビーム体1の少なくともパターン形成
面にはこれを被つて絶縁被膜10が直接形成され
ている。なお、本実施例はビーム体1の耐湿性、
耐蝕性をより向上させるとともに、機械的損傷も
防止でき、かつ絶縁被膜10の剥離をより防止さ
せるために、絶縁被膜10をビーム体1の全ての
面を被つて直接形成した場合を示している。この
絶縁被膜10はポリイミド樹脂等の高分子材料か
ら形成されている。
An insulating coating 10 is directly formed on at least the pattern forming surface of the beam body 1 to cover it. In this example, the moisture resistance of the beam body 1,
The figure shows the case where the insulating coating 10 is directly formed to cover all surfaces of the beam body 1 in order to further improve the corrosion resistance, prevent mechanical damage, and further prevent the insulating coating 10 from peeling off. . This insulating coating 10 is made of a polymeric material such as polyimide resin.

この絶縁被膜10におけるビーム体1上面を被
う部分には、4個のストレンゲージ抵抗体パター
ン11〜14、および端子リードパターン15が
金属材料を直接積層して夫々形成されているとと
もに、1本のリード線16が設けられている。
Four strain gauge resistor patterns 11 to 14 and a terminal lead pattern 15 are formed by directly laminating metal materials on a portion of the insulating coating 10 that covers the upper surface of the beam body 1. A lead wire 16 is provided.

ストレンゲージ抵抗体パターン11〜14は、
夫々ビーム体1の起歪部7A,7Bの領域に対向
して2個づつ配設され、例えばNi−Cr系合金で
形成されている。そして、これらの各パターン1
1〜14は第4図に示したようにジグザグ状をな
している。
The strain gauge resistor patterns 11 to 14 are
Two of them are arranged opposite to the strain-generating portions 7A and 7B of the beam body 1, and are made of, for example, a Ni-Cr alloy. And each of these patterns 1
1 to 14 form a zigzag shape as shown in FIG.

そして、端子リードパターン15は、上記抵抗
体パターン11〜14を形成する金属層Aと、こ
の上に直接積層して形成されたAu又はAl等の金
属層Bとで形成されている。この端子リードパタ
ーン15は、入力端子部15A,15Bおよび出
力端子部15C,15Dを有していて、これら端
子部15A,15Dは起歪部7A,7Bから外れ
た位置において一箇所にまとめられて配置されて
いる。さらに、端子リードパターン15は、一方
の起歪部7Aに対向配置された2個のストレンゲ
ージ抵抗体パターン11,13と、他方の起歪部
7Bに対向配置された他の2個のストレンゲージ
抵抗体パターン12,14とを接続する3本の回
路内配線部17,18,19を有している。これ
ら配線部17〜19の長さおよび幅はいずれも同
一に形成してあり、したがつて、その抵抗値はい
ずれも等しい。なお、例えば回路内配線部17は
上記抵抗体パターン11,12相互を接続し、回
路内配線部18は上記抵抗体パターン11,14
相互を接続し、かつ回路内配線部19は上記抵抗
体パターン13,14相互を接続して、互に平行
に設けられている。
The terminal lead pattern 15 is formed of a metal layer A that forms the resistor patterns 11 to 14, and a metal layer B such as Au or Al that is directly laminated thereon. This terminal lead pattern 15 has input terminal portions 15A, 15B and output terminal portions 15C, 15D. It is located. Further, the terminal lead pattern 15 includes two strain gauge resistor patterns 11 and 13 placed opposite to one strain generating part 7A, and two other strain gauge resistor patterns 11 and 13 placed facing to the other strain generating part 7B. It has three in-circuit wiring parts 17, 18, and 19 that connect the resistor patterns 12 and 14. These wiring portions 17 to 19 have the same length and width, and therefore have the same resistance value. Note that, for example, the in-circuit wiring section 17 connects the resistor patterns 11 and 12 with each other, and the in-circuit wiring section 18 connects the resistor patterns 11 and 14 with each other.
The in-circuit wiring portion 19 connects the resistor patterns 13 and 14 to each other and is provided in parallel to each other.

また、上記リード線16は残る1本の回路内配
線部として用いられるもので、ワイヤーボンデン
グによつて設けられ、上記抵抗体パターン12,
13相互を上記回路内配線部17〜19と触れる
ことなく交叉して接続している。このリード線1
6はAu等からなり上記配線部17〜19と同じ
抵抗値を有している。そして、これら配線部17
〜19とリード線16とにより各抵抗体パターン
11〜14は、第5図に示したようなホイートス
トンブリツジ回路を形成して接続されている。
Further, the lead wire 16 is used as the remaining one wiring part in the circuit, and is provided by wire bonding, and the resistor pattern 12,
13 are connected to each other by intersecting with the in-circuit wiring parts 17 to 19 without touching them. This lead wire 1
Reference numeral 6 is made of Au or the like and has the same resistance value as the wiring parts 17 to 19. And these wiring parts 17
19 and lead wires 16, the resistor patterns 11 to 14 are connected to form a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG.

なお、以上の構成のロードセルは例えば次のよ
うにして製造される。
Note that the load cell having the above configuration is manufactured, for example, as follows.

まず、第6図Aに示したように、ビーム体1の
全ての面に絶縁被膜10を積層形成した後、ビー
ム体1の上面を被つた絶縁被膜部分に2種の金属
層A,Bを順次積層形成する。絶縁被膜10を形
成するには、切削加工により得られたビーム体の
全ての面を脱脂洗浄した後、粘度1000cp程度に
調整されたワニス状の絶縁樹脂(例えばポリイミ
ド)液につけ込み、取出してスピンナに支持す
る。スピンナへの支持は取付孔2,2および係止
孔8を利用してなされ、浮いた状態に支持され
る。そして、スピンナによりビーム体1を
1600rpm程度の速度で回転させることによつて、
ビーム体1の全ての面に絶縁被膜材料を4〜5μ
m程度の厚さにして調整して塗布する。次に、こ
のビーム体1を、まず100℃で約1時間加熱処理
して、絶縁被膜材料中の溶剤を除去した後、更に
250℃で約5時開加熱処理して、硬質な絶縁被膜
10を形成する。また、各金属層A,Bは、夫々
蒸着又はスパツタリング等により直接積層形成さ
れ、勿論各々の厚みは夫々数μm以下に適当に定
められる。
First, as shown in FIG. 6A, after forming the insulating coating 10 on all surfaces of the beam body 1, two types of metal layers A and B are applied to the insulating coating portion covering the upper surface of the beam body 1. Laminated layers are formed in sequence. To form the insulating coating 10, all surfaces of the beam body obtained by cutting are degreased and cleaned, then immersed in a varnish-like insulating resin (for example, polyimide) liquid whose viscosity is adjusted to about 1000 cp, taken out, and placed in a spinner. support. The spinner is supported using the mounting holes 2, 2 and the locking hole 8, and is supported in a floating state. Then, the beam body 1 is rotated by the spinner.
By rotating at a speed of about 1600rpm,
4 to 5 μm of insulation coating material is applied to all surfaces of the beam body 1.
Adjust and apply to a thickness of about m. Next, this beam body 1 is first heat-treated at 100°C for about 1 hour to remove the solvent in the insulation coating material, and then
A hard insulating film 10 is formed by heat treatment at 250° C. with an opening time of about 5 o'clock. Further, each of the metal layers A and B is directly laminated by vapor deposition, sputtering, etc., and of course the thickness of each is appropriately determined to be several μm or less.

次に、第6図Bに示したように金属層Bを、そ
の金属材料に応じたエツチヤントを用い、フオト
エツチングにより端子リードパターン15を残し
て除去する。
Next, as shown in FIG. 6B, the metal layer B is removed by photo-etching using an etchant suitable for the metal material, leaving the terminal lead pattern 15 behind.

この後、第6図Cに示したように、金属層A
を、その金属材料に応じたエツチヤントを用い、
フオトエツチングにより端子リードパターン15
およびストレンゲージ抵抗体パターン11〜14
を残して除去し、次に各金属層の安定化を図るた
めの熱処理を施す。
After this, as shown in FIG. 6C, the metal layer A
, using an etchant appropriate for the metal material,
Terminal lead pattern 15 by photo etching
and strain gauge resistor patterns 11 to 14
The metal layers are then removed with only a few remaining, and then heat treated to stabilize each metal layer.

最後に、第6図Dに示したようにワイヤボンデ
ングにより、ストレンゲージ抵抗体パターン1
2,13をリード線16を介して接続し、もつて
第1図に示したロードセルが完成される。
Finally, as shown in FIG. 6D, the strain gauge resistor pattern 1 is bonded by wire bonding.
2 and 13 are connected via lead wire 16, and the load cell shown in FIG. 1 is completed.

なお、上記一実施例は以上のように構成した
が、本考案においては必要によりスパン調整用抵
抗体パターンや温度補償用抵抗体パターン等を追
加してもよい。その他、本考案の実施に当つて
は、ビーム体、起歪部、絶縁被膜、ストレンゲー
ジ抵抗体パターン、端子リードパターンおよびそ
の回路内配線部、リード線等の具体的な構造、形
状、位置および材質等は、考案の要旨に反しない
限り上記一実施例に制約されるものではなく、
種々の態様に構成して実施できることは勿論であ
る。
Although the above-mentioned embodiment is constructed as described above, in the present invention, a span adjustment resistor pattern, a temperature compensation resistor pattern, etc. may be added as necessary. In addition, when implementing the present invention, the specific structure, shape, position and The materials etc. are not limited to those of the above embodiment unless it goes against the gist of the invention.
Of course, it can be configured and implemented in various ways.

以上説明した本考案は、上記実用新案登録請求
の範囲に記載の構成を要旨とする。したがつて、
本考案によれば、4個のストレンゲージ抵抗体パ
ターンをホイートストンブリツジ回路に接続する
4本の回路内配線部の長さの異同に拘らず、夫々
の抵抗値を同じに形成できるこのため、4本の回
路内配線部の長さの異同によるブリツジバランス
への影響が排除され、より高精度の測定を実現で
きる効果がある。
The gist of the present invention described above is the configuration described in the claims of the above-mentioned utility model registration. Therefore,
According to the present invention, regardless of the lengths of the four in-circuit wiring parts that connect the four strain gauge resistor patterns to the Wheatstone bridge circuit, the respective resistance values can be formed to be the same. This eliminates the influence on bridge balance due to differences in the lengths of the four internal circuit wiring sections, and has the effect of realizing more accurate measurements.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本考案の一実施例を示し、第1図は斜視
図、第2図は荷重作用時における第1図中−
線に沿う断面図、第3図は第1図中−線に沿
う断面図、第3図は第1図中−線に浴う断面
図、第4図はストレンゲージ抵抗体パターンの拡
大図、第5図は電気回路図、第6図A〜Dは製造
方法を順に追つて示す説明図である。 1……ビーム体、7A,7B……起歪部、10
……絶縁被膜、11〜14……ストレンゲージ抵
抗体パターン、15……端子リードパターン、1
6……リード線(回路内配線部)、17〜19…
…回路内配線部。
The drawings show an embodiment of the present invention, with FIG. 1 being a perspective view and FIG.
3 is a sectional view taken along the line in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along the line in FIG. 1, and FIG. 4 is an enlarged view of the strain gauge resistor pattern. FIG. 5 is an electric circuit diagram, and FIGS. 6A to 6D are explanatory diagrams sequentially showing the manufacturing method. 1... Beam body, 7A, 7B... Strain generating part, 10
...Insulating coating, 11 to 14...Strain gauge resistor pattern, 15...Terminal lead pattern, 1
6...Lead wire (circuit wiring part), 17-19...
...Wiring section inside the circuit.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 一対の互に平行な起歪部を幅方向に沿つて形成
したビーム体の一面に、絶縁被膜を直接形成し、
この被膜上に金属材料を直接積層して、起歪部に
対向して2個づつ配置される4個のストレンゲー
ジ抵抗体パターン、および端子リードパターンを
夫々形成したロードセルにおいて、上記一対の起
歪部間に設けられて、一方の起歪部に対向配置さ
れた2個のストレンゲージ抵抗体パターンと、他
方の起歪部に対向配置された他の2個のストレン
ゲージ抵抗体パターンとを接続してホイートスト
ンブリツジ回路を形成する4本の回路内配線部の
うち3本の配線部を、上記端子リードパターンの
一部により形成して、これらを同一長さでかつ同
一幅にするとともに、残る1本の回路内配線部を
上記配線部と同じ抵抗値を有するリード線で形成
してなることを特徴とするロードセル。
An insulating film is directly formed on one surface of a beam body having a pair of parallel strain generating portions formed along the width direction,
A load cell in which a metal material is directly laminated on the coating to form four strain gauge resistor patterns, two of which are arranged facing each strain-generating portion, and a terminal lead pattern, the load cell being characterized in that three of the four in-circuit wiring portions which are provided between the pair of strain-generating portions and connect the two strain gauge resistor patterns arranged facing one strain-generating portion with the other two strain gauge resistor patterns arranged facing the other strain-generating portion to form a Wheatstone bridge circuit are formed from parts of the terminal lead patterns and have the same length and width, and the remaining in-circuit wiring portion is formed from a lead wire having the same resistance as the wiring portions.
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