JPS6342339Y2

JPS6342339Y2 -

Info

Publication number: JPS6342339Y2
Application number: JP1982069731U
Authority: JP
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1988-11-07
Also published as: JPS58172844U

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。

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、かつ高精度の測定が可
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、起歪部を有するビーム体上
に絶縁被膜を直接形成し、この被膜上に、金属材
料を蒸着、スパツタリング等により直接積層し、
これら金属層をエツチング処理して、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。

ところで、この種構造のロードセルにおいて、
ホイートストンブリツジ回路をなすストレンゲー
ジ抵抗体パターンは、ビーム体に加工形成された
薄肉部分よりなる起歪部に対向して設けられる。
そして、このブリツジ回路の出力電圧（スパン）
Voは、Vo＝Ve・ΔR／Ｒで求めることができる。

ここに、Veはブリツジ回路の入力電圧、Ｒは４
個のストレンゲージ抵抗体パターンに設定された
相等しい初期抵抗、ΔRは各抵抗体の伸縮による
変化量である。この式は、ΔR／Ｒ＝KE（ただし、Ｋはストレンゲージ抵抗体パターンのゲージ率、
Ｅはビーム体に発生する歪量である。）なる関係
から、Vo＝Ve・KEで表わすことができる。こ
のことは、スパン（出力電圧）Voが、入力電圧
Veと歪量Ｅに比例することを意味する。ここで、
ロードセル毎のスパンのばらつきについて考察す
ると、入力電圧Veは回路技術により一定化され
るので、スパンのばらつき原因は荷重量に対応す
るビーム体の歪量Ｅであると言えるが、歪量Ｅは
ビーム体の起歪部の寸法およびビーム体の構成材
料のヤング率に依存するものである。ところで、
ヤング率のばらつきは少ないので、結局のとこ
ろ、ビーム体の加工精度がスパンのばらつきの最
大の原因と言える。そこで、スパン調整をなすス
パン調整用抵抗体パターンをストレンゲージ抵抗
体パターンからなるホイートストンブリツジ回路
に接続することにより、スパンのばらつきを抑制
する手段が講じられるが、この種構造のロードセ
ルにおいてはパターンの高密度化に伴つてスパン
調整用抵抗体パターンを大きくとることができ
ず、スパン調整範囲が狭かつた。これを解決する
ためには、スパン調整用抵抗体パターンを複数に
分割して分散配置することが考えられる。

一方、前記ホイートストンブリツジ回路の出力
電圧は温度変化によつてもばらつきを生じ易い。
このため、出力電圧の温度依存性を補償するスパ
ン温度補償用抵抗体パターンをホイートストンブ
リツジ回路の入力側に設けたものが知られている
が、このスパン温度補償用抵抗体パターンと前記
スパン調整用抵抗体パターンとを接続すると、ス
パン調整用抵抗体パターンの調整によりスパン温
度補償用抵抗体パターンの補償に悪影響を与えて
再調整が必要となるおそれがある。

本考案は上記の事情のもとに案出されたもの
で、その目的は、スパン温度補償用抵抗体パター
ンによる補償に影響を及ぼすことなく、スパン調
整範囲の拡大を可能としたロードセルを提供する
ことにある。

すなわち、本考案に係るロードセルは、起歪部
を有するビーム体に直接形成された絶縁被膜上に
設けられるスパン調整用抵抗体パターンを、粗調
整用抵抗体パターンと微調整用抵抗体パターンと
に２分割し、微調整用抵抗体パターンとスパン温
度補償用抵抗体パターンとをストレンゲージ抵抗
体パターンからなるホイートストンブリツジ回路
の入力側に直列に接続し、粗調整用抵抗体パター
ンを上記ホイートストンブリツジ回路の出力側に
並列に接続したことを特徴とする。

以下、本考案の一実施例を第１図から第１０図
を参照して説明する。

図中１はビーム体で、これは金属弾性体例えば
ステンレス鋼（SUS630）を機械加工して形成さ
れている。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
持ちされて使用される。このビーム体１の中間部
には、一対の円形孔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、
これらの薄肉部分を起歪部７ａ，７ｂ，７ｃ，７
ｄとして用いるようになつている。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。

そして、ビーム体１の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。
この絶縁被膜１０は耐熱性を有するポリイミド樹
脂等の高分子材料で構成される。

この絶縁被膜１０上には、ストレンゲージ抵抗
体パターン１１〜１４、スパン調整用抵抗体パタ
ーン１５，１６、および端子リードパターン１７
が、夫々金属材料を直接積層して形成されてい
る。また、図示はしていないが、後述するホイー
トストンブリツジ回路の出力電圧の温度依存性を
補償するスパン温度補償用抵抗体パターンが、や
はり金属材料を積層して形成されている。

ストレンゲージ抵抗体パターン１１〜１４は、
夫々ビーム体１の上側起歪部７ａ，７ｂの領域に
対向して設けられている。これらの抵抗体パター
ン１１〜１４は、NiCr系合金例えばTCR（抵抗
温度係数）がほぼ零となる成分組成（Niが60重
量％、Crが40重量％）のNiCr系合金からなる金
属層Ａで形成されている。そして、各抵抗体パタ
ーン１１〜１４は夫々第４図に示したように屈曲
蛇行状をなしている。

スパン調整用抵抗体パターン１５，１６は、上
記金属層Ａにより形成されている。そして、これ
らの抵抗体パターン１５，１６は、第５図に示し
たように任意に切断可能な切断部位１８を有した
複数のラダー形粗調整部１９、および任意に切断
可能な多数の切断部位２０を有したラダー形微調
整部２１により形成されている。したがつて、こ
れらの抵抗体パターン１５，１６は、任意の切断
部位１８を切断することで抵抗値を粗調整できる
とともに、任意の切断部位２０を切断するること
（第６図参照）で抵抗値を微調整できるものであ
る。そして、一方のスパン調整用抵抗体パターン
１５は微調整用として後述するホイートストンブ
リツジ回路の入力側に直列に配設されており、他
方のスパン調整用抵抗体パターン１６は粗調整用
として上記ブリツジ回路の出力側に並列に配設さ
れている。しかも、これらの抵抗体パターン１
５，１６は本実施例では上側起歪部７ａ，７ｂの
領域を避けて設けられる。これは抵抗値調整の信
頼性をより高めるために必要により講じられる措
置であり、このことによつて各抵抗体パターン１
５，１６が上側起歪部７ａ，７ｂの歪の影響を受
けて、抵抗値が変動することを防止できる。

また、端子リードパターン１７は、上記金属層
Ａと、この上に直接積層して形成されたAu等の
金属層Ｂとで形成されている。このパターン１７
は入力端子部１７Ａ，１７Ｂおよび出力端子部１
７Ｃ，１７Ｄを有している。そして、このパター
ン１７は、ストレンゲージ抵抗体パターン１１〜
１４相互を接続して第３図に示したホイートスト
ンブリツジ回路を形成しているとともに、このブ
リツジ回路の入力側に微調整用としてのスパン調
整用抵抗体パターン１５とスパン温度補償用抵抗
体パターン３０とを直列に接続し、上記ブリツジ
回路の出力側に粗調整用としてのスパン調整用抵
抗体パターン１６を並列に接続している。

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。

まず、第８図に示したように、ビーム体１の上
面に絶縁被膜１０を積層形成した後、この被膜１
０の上面に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１のパターン形成面を、ラツ
プ仕上により面粗さ1μ以下に仕上げるとともに、
クリーニング処理して清浄化した後、このパター
ン形成面に粘度1000cp程度に調整されたワニス
状のポリイミド樹脂を滴下する。次に、このビー
ム体１をスピンナに支持して、このスピンナによ
りビーム体１を1600rpm程度の速度で回転させる
ことで、パターン形成面上にポリイミド樹脂を均
一に塗布する。そして、このビーム体１を窒素ガ
ス雰囲気中において350℃で約１時間加熱処理す
ることにより、硬質な絶縁被膜１０がパターン形
成面上に直接形成される。なお、この被膜１０の
膜厚は約4μ程度である。また、金属層Ａ，Ｂは
蒸着、スパツタリング、イオンプレーテイング法
等により直接積層形成される。なお、金属層Ａの
膜厚は1000Å程度であり、金属層Ｂの膜厚は2μ
程度である。

次に、第９図に示したように、金属層Ｂを、そ
の金属材料に応じてエツチヤントを用い、フオト
エツチングにより各パターン１１〜１７相当部分
を残して除去した後、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
により各パターン１１〜１７相当部分を残して除
去する。この工程によつて、ストレンゲージ抵抗
体パターン１１〜１４およびスパン調整用抵抗体
パターン１５，１６の各相当部１１′〜１６′が、
金属層Ｂで被われたパターンが形成される。な
お、上記各相当部１１′〜１６′は第９図では詳細
に描いてないが、第４図および第５図に示したよ
うな形態を夫々有して形成される。

最後に、第１０図に示したように上記各相当部
１１′〜１６′上の金属層Ｂのみを、これに応じた
エツチヤントを用いてフオトエツチングすること
により除去して、金属層Ａのみからなるストレン
ゲージ抵抗体パターン１１〜１４およびスパン調
整用抵抗体パターン１５，１６を露出させる。な
お、第１０図では説明をより分り易くするために
各パターン１１〜１６の部分には斜線を符して描
いてあり、これらの部分は断面ではないことを付
言する。

以上によりロードセルに必要な各パターンが完
成される。なお、スパン温度補償用抵抗体パター
ン３０はTi又はNi等の金属材料からなる金属層
を上記金属層Ａに直接積層して形成されるもので
あり、したがつて、実際には端子リードパターン
１７は上記２層の金属層に更に上記金属層Ｂを直
接積層して形成されるものとなつている。

上記構造のロードセルは、スパン調整用抵抗体
パターン１５をブリツジ回路の入力側に直列に設
けたから、この抵抗値を変化させることによりロ
ードセルのスパン（出力電圧）Voを調整でき、
この調整でロードセル毎のスパンのばらつきを補
正することができる。つまり、入力電圧Veに対
する出力電圧Voは、Vo＝Ｒ／Ｒ＋Rx・Ve・Ｋ・Ｅで求めることができる。なお、Rxはスパン調整
用抵抗体パターン１５の抵抗値、Ｒは４個のスト
レンゲージ抵抗体パターン１１〜１４に設定され
た相等しい初期抵抗、Ｋはストレンゲージ抵抗体
パターンのゲージ率、Ｅはビーム体に発生する歪
量である。ここに、本考案の背影技術でも述べた
ようにＲ，VeおよびＫは一定とみなせるため、
スパン調整用抵抗体パターン１５の抵抗値Rxの
調整で出力電圧Voの値を調整できる。また、上
記構造のロードセルは、スパン調整用抵抗体パタ
ーン１６をブリツジ回路の出力側に並列に設置し
たから、この抵抗値Ryを変化させても出力電圧
Voを調整できる。この場合は、 Vo＝R₄・R₃−R₂・R₁／Ω₁・Ω₂・Ω₃−2R₂・R₄・Ry−R² ₂・Ω₂−R² ₄・Ω₃−Ry²・Ω₁ で求めることができる。なお、R₁〜R₄は夫々ス
トレンゲージ抵抗体パターン１１〜１４の抵抗
値、Ω₁は抵抗値R₂，R₄の合成抵抗値、Ω₂は抵
抗値R₁，R₄，Ryの合成抵抗値、Ω₃は抵抗値R₃，
R₂，Ryの合成抵抗値である。したがつて、Ryの
調整により出力電圧Voを調整できる。勿論、抵
抗値Rx，Ryの調整は上記切断部位１８，１９の
切断により行われることは既述の通りである。す
なわち、このようにしてビーム体１の加工精度の
ばらつきによるスパンのばらつきを、スパン調整
用抵抗体パターン１５，１６の抵抗値Rx，Ryの
調整で容易に行なうことができる。しかもスパン
調整用抵抗体パターンを分割してホイートストン
ブリツジ回路の入力側と出力側とに分散配置する
ので、パターンの高密度化をはかりながらスパン
調整範囲を大きくとることができる。したがつ
て、ビーム体１の加工精度を特に厳しく管理する
必要がないから、ビーム体１を安価に加工するこ
とができる。このため、ビーム体１の構成材料に
SUS630等のように加工性の良くない金属弾性体
を用いる場合に、特に好適する。しかも、このよ
うにスパンのばらつきを大きな調整範囲で調整で
きるから、アンプ回路でスパン調整を行なう場合
にあつても、その調整量を小さくでき容易に調整
を行なえるとともに、アンプ回路に調整幅が少な
い安価なものを使用することができる。

そして、第３図に示したようにスパン温度補償
用抵抗体パターン３０をホイートストンブリツジ
回路の入力側に設けたロードセルにおいて、入力
側のスパン調整用抵抗体パターン１５の抵抗値
R_Xの変化で微調整をなし、出力側のスパン調整
用抵抗体パターン１６の抵抗値R_Yで粗調整をな
すようにしたので、上記スパン調整用抵抗体パタ
ーン１５の微調整により上記スパン温度補償用抵
抗体パターン３０の補償に影響を及ぼすおそれが
なく、上記パターン１５の調整を行なつても上記
パターン３０の再調整を行なう必要が生じるのを
避けられる。

なお、本考案においてはブリツジバランス調整
用抵抗体パターンなど他のパターンを追加して、
より高精度なロードセルとなるようにして実施し
てもよい。

その他、本考案の実施に当つては、考案の要旨
に反しない限り、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、スパン調整用抵
抗体パターン、端子リードパターン等の具体的な
構造、形状、位置および材質等は、上記実施例に
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。

以上詳述したように、本考案によれば、スパン
温度補償用抵抗体パターンによる補償に影響を及
ぼすことなく、スパン調整範囲の拡大を可能とし
たロードセルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１０図は本考案の一実施例を示
し、第１図は斜視図、第２図は第１図中−線
に沿う断面図、第３図は電気回路図、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
スパン調整用抵抗体パターンの拡大図、第６図は
スパン調整後の同抵抗体パターンの一部拡大図、
第７図は第１図中−線に沿う断面図、第８図
から第１０図は製造方法を順を追つて示す説明図
である。１……ビーム体、７ａ，７ｂ……起歪部、１０
……絶縁被膜、１１，１２，１３，１４……スト
レンゲージ抵抗体パターン、１５，１６……スパ
ン調整用抵抗体パターン、１７……端子リードパ
ターン。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

起歪部を有しかつ測定をすべき荷重が作用する
金属弾性体製の片持ちビーム体と、このビーム体
のパターン形成面に直接形成された絶縁被膜と、
この被膜上に直接積層された金属層により形成さ
れ、かつ起歪部と対向して設けられたストレンゲ
ージ抵抗体パターンと、少なくとも上記金属層を
備えて絶縁被膜上に直接積層して形成されたスパ
ン調整用抵抗体パターン並びにスパン温度補償用
抵抗体パターンと、上記金属層およびこの上に積
層された他の金属層を備えて絶縁被膜上に直接積
層して形成され、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ととも
に、このブリツジ回路とスパン調整用抵抗体パタ
ーンおよびスパン温度補償用抵抗体パターンとを
接続して設けられた端子リードパターンとからな
るロードセルにおいて、前記スパン調整用抵抗体
パターンを粗調整用抵抗体パターンと微調整用抵
抗体パターンとに２分割し、微調整用抵抗体パタ
ーンと前記スパン温度補償用抵抗体パターンとを
前記ホイートストンブリツジ回路の入力側に直列
に接続し、粗調整用抵抗体パターンを前記ホイー
トストンブリツジ回路の出力側に並列に接続した
ことを特徴とするロードセル。