JPS6259767B2 - - Google Patents

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JPS6259767B2
JPS6259767B2 JP55168533A JP16853380A JPS6259767B2 JP S6259767 B2 JPS6259767 B2 JP S6259767B2 JP 55168533 A JP55168533 A JP 55168533A JP 16853380 A JP16853380 A JP 16853380A JP S6259767 B2 JPS6259767 B2 JP S6259767B2
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JP
Japan
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resistor
strain
load cell
insulating film
beam body
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JP55168533A
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English (en)
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JPS5793220A (en
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Shozo Takeno
Koichiro Sakamoto
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Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Toshiba Corp
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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
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Publication of JPS6259767B2 publication Critical patent/JPS6259767B2/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
    • G01L1/2206Special 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
    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ビーム体の起歪部に直接、ロードセ
ル素子を形成するようにしたロードセルの製造方
法に関する。
ロードセルは、ビーム体に荷重を加えて歪を生
じさせ、これに伴ないビーム体の起歪部に設けら
れた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、このロードセル
の製造は、従来、次のように行なわれていた。ま
ずポリイミド、エポキシ等よりなる絶縁フイルム
上にコンスタンタンやニクロム等の金属箔を接着
した後、エツチング加工により抵抗体パターンを
形成してロードセル素子を完成し、これをビーム
体の起歪部に接着して完成するものであつた。
しかしながら、このような方法では多くの工数
を要するとともに、特にロードセル素子をビーム
体に接着する工程では厳密な工程管理を要し、し
かも自動化が困難で量産性が悪く、コスト高とな
る欠点があつた。また絶縁フイルムを薄くするこ
とには限界があるためビーム体の歪を抵抗体へ正
確に伝えることができず、測定誤差が大きいとい
う欠点もあつた。更に抵抗体パターンは金属箔よ
り形成されるので、これを薄くすることにも限界
があり(約5μ程度)、大抵抗のものが得がたく
(350〜500Ω程度)、その結果、消費電力が大とな
る問題もあつた。
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、工数を減少でき、かつ厳密
な工程管理を要することなく容易に製造すること
ができ、自動化により量産性を高めることもで
き、コスト低下を図ることができるとともに、抵
抗体及び絶縁層を極めて薄く形成することがで
き、測定時における消費電力の節減が図るロード
セルの製造方法を提供することにある。
以下、本発明の方法を図面に示す実施例にもと
づいて説明する。
まず、第1図及び第2図に、完成品としてのロ
ードセルを示す。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5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有機樹脂よりなる絶縁被膜
10上に、第3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11A1,11A2
………11D1,11D2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5
A,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,1
1Dは最大収縮歪領域5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11
C1,11C2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
………11D1,11D2は、第4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11A1,1
1A2,………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11A1,1
1C2間、11B1,11D2間、11C1,11B2
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VI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
5図により説明する。
まず、第5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有機樹脂(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,………
11D1,11D2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1図及び第2図に示す
ロードセルが完成する。
以上のように製造方法によると、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は直線、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。また絶縁被膜10として
耐熱絶縁性の樹脂を使用しているので、絶縁被膜
を薄く形成しても抵抗体11A1,11A2,……
…11D1,11D2の発熱によつて絶縁性が低下
したり破壊される虞れはない。また樹脂として有
機樹脂を使用しているので耐衝撃に強くビーム体
1に過荷重が負荷されても破壊される虞れはな
い。この点無機樹脂では過荷重が負荷されるとク
ラツク等が発生し破壊され易い。また有機樹脂を
使用することによりビーム体1の表面を鏡面仕上
げしなくても樹脂の塗布時表面の凹凸が平坦にな
りピンホール等が発生せず絶縁不良が発生する虞
れはない。この点無機樹脂では鏡面仕上げしない
と凹凸のエツジの部分で膜が形成しにくくなりピ
ンホール等が生じる問題がある。更に、抵抗体パ
ターン11A〜11Dは電子ビーム蒸着又はスパ
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。
次に、第6図ないし第8図に示す変形例につい
て説明する。
これは絶縁被膜10の上面に、前記抵抗体11
A1,11A2,………11D1,11D2とともに補
正抵抗15A,15Bを形成したもので、これら
の補正抵抗15A,15Bは、それぞれ前記起歪
部5の両端部に、極力、最大起歪部5A,5Bを
避けて配置することが望ましい。そして一方の補
正抵抗15Aは第1の両分割抵抗体11A1,1
1A2間に介挿され、他方の補正抵抗15Bはこ
れに隣接する、例えば第3の両分割抵抗体11
C1,11C2間に介挿される。そしてこれらの補
正抵抗15A,15Bは、いずれも第8図に示す
ような小抵抗体16………の集合によつて構成さ
れており、各小抵抗体16………間の小断面部1
7………を切断することによつて電極A,D間の
抵抗11A′又はA,C間の抵抗11C′を適宜、
調節できるようになつている。
従つて、このような補正抵抗15A,15Bが
設けられていると、前記分割抵抗体11A1,1
1A2,………11D1,11D2の製作誤差を補正
抵抗15A,15Bの調節によつて容易に補正す
ることができ、各電極間における抵抗値RA′,R
B,RC′,RD間に、RA′RB=RC′RDなる平衡条
件を得ることができる。
なお、第6図ないし第8図の実施例に示すロー
ドセルも、前記実施例と同様の方法で製作するこ
とができる。
また、前記両実施例では絶縁被膜上に蒸着又は
スパツタリング法により抵抗体及び電極を形成す
るものとしたが、抵抗体及び電極をマスキング法
によつて形成することもできる。
以上、種々実施例にもとづいて説明したよう
に、本発明の製造方法によれば、金属材料からな
るビーム体の起歪部に耐熱絶縁性有機樹脂を塗布
し、加熱硬化させて絶縁被膜を形成した後、その
絶縁被膜上に金属材料を蒸着又はスパツタリング
法により被着して抵抗体及び電極を形成するよう
にしているので、製造に要する工数を減少でき、
かつ厳密な工程管理を要することなく容易に製造
することができる。また、ロードセル素子がビー
ム上に直接形成され、接着工程を要しないので自
動化が容易となり量産性を高めることができ、コ
スト低下を図ることができる。また、抵抗体及び
絶縁被膜を極めて薄く形成できるので、歩どまり
が向上し、品質の安定化が図られるとともに測定
時における消費電力の節減が図られ、消費電力の
減少に伴ない発熱量も減少する。さらに絶縁被膜
は耐熱性の有機樹脂を使用しているので、薄く形
成しても抵抗体からの熱によつて絶縁性が低下し
たり破壊されたりする虞れがなく、またビーム体
の表面を鏡面仕上げしなくても絶縁が確実にでき
るロードセルを製造することができる。
また、本発明の方法によれば、絶縁被膜上に形
成された抵抗体及び電極の上面に再び絶縁被膜を
形成するようにしたことにより、抵抗体を保護す
ることができ、抵抗体の機械的損傷や劣化を防止
することができ、かつロードセルとしての信頼性
を高めることができる。
更にまた、本発明の方法によれば、絶縁被膜上
に抵抗体及び電極をマスキング法により形成する
ようにしたことにより、ビーム体の表面にロード
セル素子を極めて容易に形成することができる。
なお、この方法は特に抵抗体パターンが粗い場合
に適している。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明方法の一実施例を
示すもので、第1図はロードセルの外観斜視図、
第2図は同断面図、第3図はロードセル素子の回
路構成図、第4図はロードセル素子の部分拡大
図、第5図A〜Eは製造方法を順に追つて示す説
明図、第6図ないし第8図は変形例を示すもの
で、第6図はロードセル素子の平面図、第7図は
同回路構成図、第8図は補正抵抗部分の拡大平面
図である。 1……ビーム体、5……起歪部、6……作用
片、9……ロードセル素子、10……絶縁被膜、
11A〜11D……抵抗体、12……接続線、A
〜D……電極、13……外部リード線、14……
絶縁被膜、15A,15B……補正抵抗。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 金属材料からなるビーム体の起歪部に耐熱絶
    縁性有機樹脂を塗布し、加熱硬化させて絶縁被膜
    を形成した後、その絶縁被膜上に金属材料を蒸着
    又はスパツタリング法により被着して抵抗体及び
    電極を形成するようにしたことを特徴とするロー
    ドセルの製造方法。 2 金属材料からなるビーム体の起歪部に耐熱絶
    縁性有機樹脂を塗布し、加熱硬化させて絶縁被膜
    を形成した後、その絶縁被膜上に金属材料を蒸着
    又はスパツタリング法により被着して抵抗体及び
    電極を形成し、その抵抗体及び電極の上面に再び
    耐熱絶縁性有機樹脂からなる絶縁被膜を形成する
    ようにしたことを特徴とするロードセルの製造方
    法。 3 金属材料からなるビーム体の起歪部に耐熱絶
    縁性有機樹脂を塗布し、加熱硬化させて絶縁被膜
    を形成した後、その絶縁被膜上にマスキング法に
    より抵抗体及び電極を形成するようにしたことを
    特徴とするロードセルの製造方法。
JP16853380A 1980-11-29 1980-11-29 Preparation of load cell Granted JPS5793220A (en)

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JP16853380A JPS5793220A (en) 1980-11-29 1980-11-29 Preparation of load cell
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