WO2006038553A1 - 歪検出装置 - Google Patents

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WO2006038553A1
WO2006038553A1 PCT/JP2005/018110 JP2005018110W WO2006038553A1 WO 2006038553 A1 WO2006038553 A1 WO 2006038553A1 JP 2005018110 W JP2005018110 W JP 2005018110W WO 2006038553 A1 WO2006038553 A1 WO 2006038553A1
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fixing member
substrate
strain
fixed
detection apparatus
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PCT/JP2005/018110
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sigehiro Yosiuti
Shusaku Kawasaki
Hiroaki Mori
Yasunori Matsukawa
Yasunobu Kobayashi
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G01L5/101—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means using sensors inserted into the flexible member
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring 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
    • G01L1/22—Measuring 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
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction

Definitions

  • the present invention relates to a strain detection device that detects strain generated by applying a load.
  • FIG. 12 is a bottom view of a conventional strain detection device
  • FIG. 13 is a perspective view of the strain detection device
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a mounting state of the strain detection device.
  • An insulating substrate (hereinafter referred to as a substrate) 1 has an elastic member and an insulating layer formed on the surface thereof.
  • the substrate 1 is fixed to the lower surface of the pressing member 2.
  • four strain resistance elements (hereinafter referred to as elements) 3 are provided on the lower surface of the substrate 1.
  • the four elements 3 are electrically connected to a pair of power supply electrodes 4, a pair of output electrodes 5, and a pair of ground electrodes 6. As a result, a bridge circuit is configured.
  • this strain detection device is used by being fixed to a fixing member 7 with screws 8.
  • a pressing force is applied to the upper surface of the substantially central portion of the substrate 1 via the pressing member 2
  • a bending moment is generated in the substrate 1 by this pressing force. Due to this bending moment, bending moments are also generated in the four elements 3 provided on the lower surface of the substrate 1.
  • the resistance value of element 3 changes. This change in resistance value is output from a pair of output electrodes 5 to an external computer (not shown) or the like, and the pressing force applied to the substrate 1 is calculated.
  • the substrate 1 is fastened and fixed to the fixing member 7 with screws 8.
  • the fixed position shifts when an impact is applied, the fixed length configured as a beam changes, and the characteristics of the strain detection device, such as sensitivity and zero point voltage, deteriorate.
  • the strain detection device of the present invention includes a bridge circuit including at least two strain resistance elements, a substrate, a first fixing member, and a second fixing member.
  • the substrate is electrically connected to the strain resistance element It has a circuit part.
  • the strain resistance element is disposed on the substrate.
  • the first fixing member is fixed to the central portion of the area having the outer periphery of the position where the strain resistance elements are arranged on the substrate.
  • the second fixing member is fixed to the outside of the substrate from the position where the strain resistance elements are arranged.
  • the axis of the first fixing member, the axis of the second fixing member, and the center of the area are on a straight line, and the first fixing member and the second fixing member are mutually connected to the substrate. They are arranged on two opposite sides.
  • the first fixing member and the second fixing member form a beam on the substrate. Since the first fixing member and the second fixing member are integrally fixed to the substrate in this way, the fixing position does not shift when an impact is applied, and the fixing length configured as a beam does not change. For this reason, the characteristics of the strain detection device such as sensitivity and zero point voltage are not easily changed.
  • FIG. 1 is a perspective view of a strain detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the strain detection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3A is a perspective view showing a process of manufacturing a substrate in the strain detection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3B is a perspective view showing a process following FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a perspective view showing a process following FIG. 3B.
  • FIG. 3D is a perspective view showing a process following FIG. 3C.
  • FIG. 3E is a perspective view showing a process following FIG. 3D.
  • FIG. 4 is a perspective view of another second fixing member of the strain detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a strain detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of another strain detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a strain detection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the arrangement of the substrate and the second fixing member in the strain detection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a strain detection apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 10 is an oblique view showing the arrangement of the substrate and the second fixing member in the strain detection apparatus shown in FIG. FIG.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of a strain detection apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 12 is a bottom view of a conventional strain detection device.
  • FIG. 13 is a perspective view of a conventional strain detection device.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a mounting state of a conventional strain detection device.
  • FIG. 1 is a perspective view of a strain detection device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the strain detection device
  • FIGS. 3 to 3 are diagrams illustrating a substrate manufacturing process in the strain detection device. .
  • a first fixing member (hereinafter referred to as a fixing member) 21 is fixed to the first surface, which is the upper surface of the substrate 11 having a stainless steel force.
  • a second fixing member (hereinafter referred to as a fixing member) 31 is fixed at a position where its axis coincides with the axis of the fixing member 21.
  • a connector 41 is attached to an end portion of the substrate 11 to cover the circuit portion 11N and to extract a signal.
  • an insulating layer 11 A is formed on the first surface of the substrate 11.
  • the wiring electrode 11B and the strain resistance element 11C are provided on the insulating layer 11A.
  • a protective film 11D is laminated thereon as shown in FIG. 3E.
  • the strain resistance element 11C is disposed on the substrate 11 and connected to the circuit unit 11N.
  • the fixing member 21 has a cylindrical portion 21A and a screw portion 21B whose axial center substantially coincides with the axial center of the cylindrical portion 21A.
  • the fixing member 31 has a ring-shaped convex portion 31A and a screw portion 31B whose axial center substantially coincides with the axial center of the convex portion 31A.
  • the connector 41 is formed of, for example, polybutylene terephthalate (PBT) resin containing a glass filler.
  • the connector 41 has at least a frame body 41C and three terminals 41A provided in the frame body 41C, and is provided with a mounting hole 41B.
  • FIG. 3B an insulating layer 11A is printed on the upper surface of the substrate 11 shown in FIG. 3A and fired.
  • the wiring electrode 11B is printed on the insulating layer 11A and baked.
  • the four strain resistance elements 11C are printed by the wiring electrodes 11B so as to form a bridge circuit and fired.
  • the protective film 11D is printed and baked so as to cover the portions other than the land portion and the connection electrode 11M used for mounting circuit components such as an IC.
  • the protective film 11D is provided to protect each layer that has been printed and baked against moisture and the like.
  • the substrate 11 and the fixing member 21 are integrated with each other so that the center of the area 11E used for fixing on the substrate 11 and the axis of the fixing member 21 substantially coincide with each other. Fix it. That is, the fixing member 21 is fixed to the central portion of the area 11E on the upper surface side. At this time, for example, a corner portion formed by the area 11E and the cylindrical portion 21A is welded by a laser. In area 11E, the placement position of the strain resistance element 11C is the outer periphery.
  • the fixing member 31 is also arranged in the area 11G for fixing on the lower surface side of the substrate 11 so that the axis of the fixing member 21 and the axis of the fixing member 31 are aligned with each other. Fix it. this At this time, for example, the area 11G and the convex portion 31A are welded by a laser.
  • the fixing member 31 is fixed outside the substrate 11 from the position where the strain resistance element 11C is arranged.
  • the axis of the fixing member 21, the axis of the fixing member 31, and the center of the area 11E are on a straight line.
  • the fixing member 21 and the fixing member 31 are respectively disposed on two surfaces of the substrate 11 facing each other. The outer periphery of the columnar portion 21A of the fixing member 21 and the convex portion 31A of the fixing member 31 thus fixed constitute a beam on the substrate 11.
  • the connector 41 is fixed to the hole 11H of the board 11 through the mounting hole 41B with the screw 51. Further, the connection electrode 11M on the substrate 11 is electrically joined to the terminal 41A by solder or the like.
  • the inside of the frame body 41C is preferably covered with, for example, silicon grease in order to protect the circuit portion 11N.
  • the fixing members 21 and 31 may be disposed upside down with respect to the substrate 11.
  • the fixing member 31 is provided with a notch 31C at a position facing the circuit 11N in order to avoid interference with the wiring electrode 11B and the protective film 11D provided on the substrate 11.
  • the notch 31C prevents the fixing member 31 from getting on the wiring electrode 11B or the protective film 11D.
  • thermal expansion coefficients of the substrate 11 and the fixing members 21 and 31 are substantially the same.
  • the fixing members 21 and 31 are also preferably made of stainless steel. Thereby, the welding between the fixing members 21 and 31 and the substrate 11 is not easily broken by thermal expansion.
  • an IC that corrects fluctuations in the resistance value of the strain resistance element 11C may be provided in the circuit section 11N. This improves the calculation accuracy of load (strain).
  • the fixing member 31 is attached to the attachment member by the screw portion 31B, not shown.
  • the fixing member 21 receives a load from the measurement object attached by the screw portion 21B
  • the strain resistance 11C changes in resistance due to this distortion. Since the strain resistance element 11C forms a bridge circuit by the wiring electrodes 11B, the output changes according to the strain. In this way, the load from the object to be measured is obtained as a change in output.
  • the resulting output change is illustrated It is processed by a non-processing circuit and converted into a load.
  • the fixing members 21 and 31 are integrally fixed to the substrate 11.
  • the fixed position configured as a beam does not change because the fixed position does not shift when an impact is applied.
  • the characteristics of the strain detection device such as sensitivity and zero point voltage fluctuate, and ⁇ stable characteristics are maintained.
  • a bridge circuit may be configured by using at least two strain resistance elements 11C and a fixed resistance, in which four strain resistance elements 11C are used.
  • the screw portions 21B and 3IB are not necessarily required.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the strain detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the difference between the first embodiment and the present embodiment is that a hole 11J is provided at the center of an area 11E used for fixing the substrate 11.
  • the fixing member 21 is provided with a screw portion 21C at the bottom of the cylindrical portion 21A.
  • the inner diameter of the hole portion 11J is smaller than the outer diameter of the cylindrical portion 21A which is larger than the outer diameter of the screw portion 21C.
  • the fixing member 31 is provided with a concave portion 31F inside the convex portion 31A.
  • a tightening member 61A that engages with the screw portion 21C is fitted into the recess 31F. The rest is the same as in the first embodiment.
  • the fixing member 31 is integrally fixed to the substrate 11 so that the tightening member 61A is accommodated (covered) in the recess 31F. At this time, the shaft center of the fixing member 21 and the shaft center of the fixing member 31 are arranged to coincide with each other.
  • the strength burden on the fixing member 21 is reduced, and the fracture limit value at the fixing position when an impact is applied is increased.
  • the fastening with the fastening member 61A may be performed after welding. Further, the fastening member 61A is applied to the substrate 11 by laser welding, for example. By fixing it more integrally, the tightening member 61A is prevented from loosening and the fracture limit value is increased.
  • a female screw is formed in the center of the fixing member 31, and the fixing member 21, 31 is fixed to the substrate 11 by fixing the screw portion 21C to the female screw. It may be tightened and fixed.
  • the fixing member 21 and the substrate 11 may be fixed by forming a female screw instead of the hole portion 11J and fastening the screw portion 21C to the female screw.
  • the fixing member 21 is provided with a collar portion 21D and a screw portion 21E.
  • the fixing member 21 is also inserted into the hole 11J of the substrate 11 by the lower surface side force of the substrate 11, the flange portion 21D of the fixing member 21 and the area 11G of the substrate 11 are fixed by, for example, laser welding.
  • the screw portion 21E is fastened and fixed to the board 11 by the fastening member 61B.
  • the collar portion 21D is configured to fit (cover) in the recess 31F.
  • the fixing member 21 and the substrate 11 do not have to be welded if sufficient strength is obtained by the screw portion 21C and the fastening member 61A or the screw portion 21E and the fastening member 61B. In that case, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the substrate 11 to be welded and the thermal expansion coefficient of the fixing member 31 substantially coincide with each other.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the strain detection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the arrangement of the substrate and the second fixing member in the strain detection apparatus shown in FIG.
  • the insulating layer 11A and the like formed on the upper surface which is the first surface of the substrate 11 are omitted.
  • guide portions 31D are provided at two symmetrical locations on the convex portion 31A side of the fixing member 31.
  • the rest of the configuration is the same as in Embodiment 1.
  • the substrate 11 is inserted into the guide portion 31D, and the fixing member 31 and the substrate 11 are integrally fixed by, for example, laser welding. With this configuration, even if the welding between the fixing member 31 and the substrate 11 is broken, the fixing member 31 is mechanically held on the substrate 11.
  • the guide portion 31D may be provided outside the convex portion 31A in addition to being provided on the convex portion 31A of the fixing member 31.
  • the guide part 31D is not necessarily provided at two symmetrical positions on the convex part 31A side.
  • a guide part 31D into which the substrate 11 is inserted is provided on the side of the fixing member 31 that is fixed to the substrate 11! /!
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the strain detection apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the arrangement of the substrate and the second fixing member in the strain detection apparatus shown in FIG.
  • the insulating layer 11A and the like formed on the upper surface which is the first surface of the substrate 11 are omitted.
  • the difference between the second embodiment and the present embodiment is that a through hole 11K is provided in the substrate 11, and a hook portion 31E is provided in the convex portion 31A of the fixing member 31. The rest is the same as in the second embodiment.
  • the fixing member 31 By inserting and rotating the hook portion 31E into the through hole 11K, the fixing member 31 is suspended from the substrate 11 as shown in FIG. Thus, after the fixing member 31 is assembled to the substrate 11, it is integrally fixed to the substrate 11 by laser welding, for example. With this configuration, even if the welding of the fixing member 31 and the substrate 11 is broken, the fixing member 31 is mechanically held on the substrate 11.
  • FIG. 9 there are three sets of through-holes 11K and bowl-shaped portions 31E.
  • the fixing member 31 and the substrate 11 are welded, the above effect can be obtained even if only one set is provided. Demonstrated.
  • the hook portion 31E may be provided outside the convex portion 31A in addition to the convex portion 31A. That is, it should be provided on the side fixed to the substrate 11! /. This configuration may be applied to the configuration of the first embodiment!
  • the thermal expansion coefficient of the substrate 11 to be welded and the thermal expansion coefficient of the fixing member 21 substantially coincide with each other.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of a strain detection apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the difference between the first embodiment and the present embodiment is that the attachment portions 11L of the fixing members 21 and 31 on the substrate 11 are formed in the same outer shape as the fixing member 31.
  • the fixing member 31 and the mounting portion 11L are butt-type.
  • the welding depth can be obtained efficiently. Therefore, the welding strength between the fixing member 31 and the substrate 11 is improved, and the fracture limit value at the fixing position when an impact is applied is increased.
  • This configuration may be applied to the configurations of Embodiments 2 to 4.
  • the length of the beam formed at the time of assembly is not easily changed. Therefore, the characteristics are stable, and it is useful for application to applications such as strain detection devices that require the accuracy of output signals.

Abstract

　歪検出装置は少なくとも２つの歪抵抗素子を含むブリッジ回路と、基板と、第１固定部材と、第２固定部材とを有する。基板は歪抵抗素子と電気的に接続された回路部を有する。歪抵抗素子は基板上に配置されている。第１固定部材は基板における、歪抵抗素子の配置位置を外周とするエリアの中央部に固定されている。第２固定部材は基板の、歪抵抗素子の配置位置より外側に固定されている。そして第１固定部材の軸心と、第２固定部材の軸心と、上記エリアの中心とが一直線上になっているとともに、第１固定部材と第２固定部材とが、基板の互いに対向する二面にそれぞれ配置されている。

Description

明 細 書
歪検出装置
技術分野
[0001] 本発明は、荷重を付加することによって発生する歪を検出する歪検出装置に関す る。
背景技術
[0002] 従来の歪検出装置は、例えば特開平 8— 87375号公報に開示されている。図 12 は従来の歪検出装置の下面図、図 13は同歪検出装置の斜視図、図 14は同歪検出 装置の取付け状態を示す断面図である。
[0003] 絶縁基板 (以下、基板） 1は弾性部材とその表面に形成された絶縁層とを有する。
基板 1は押圧部材 2の下面に固着されている。また、基板 1の下面には 4つの歪抵抗 素子（以下、素子） 3が設けられている。 4つの素子 3は一対の電源電極 4、一対の出 力電極 5および一対の接地電極 6と電気的に接続されている。これにより、ブリッジ回 路が構成されている。
[0004] 以上のように構成された従来の歪検出装置の動作について説明する。図 14に示す ように、この歪検出装置は固定部材 7にネジ 8により固定して使用される。基板 1の略 中央の上面に押圧部材 2を介して押圧力が付加されると、この押圧力により基板 1に 曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントにより基板 1の下面に設けられた 4つ の素子 3にも曲げモーメントが発生する。そして、素子 3に曲げモーメントが生じると素 子 3の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化は一対の出力電極 5から外部のコンビ ユータ（図示せず)等に出力され、基板 1に加わる押圧力が算出される。
[0005] 上記従来の構成においては、基板 1が固定部材 7にネジ 8で締め付け固定されて いる。そのため、衝撃印加時に固定位置がズレを起こし、梁として構成されている固 定長さが変化し、感度や 0点電圧などの歪検出装置の特性が低下する。
発明の開示
[0006] 本発明の歪検出装置は少なくとも 2つの歪抵抗素子を含むブリッジ回路と、基板と、 第 1固定部材と、第 2固定部材とを有する。基板は歪抵抗素子と電気的に接続された 回路部を有する。歪抵抗素子は基板上に配置されている。第 1固定部材は基板にお ける、歪抵抗素子の配置位置を外周とするエリアの中央部に固定されている。第 2固 定部材は基板の、歪抵抗素子の配置位置より外側に固定されている。そして第 1固 定部材の軸心と、第 2固定部材の軸心と、上記エリアの中心とがー直線上になってい るとともに、第 1固定部材と第 2固定部材とが、基板の互いに対向する二面にそれぞ れ配置されている。本構成では、第 1固定部材と第 2固定部材とが基板上で梁を形 成している。このように第 1固定部材と第 2固定部材とが基板に一体的に固定されるこ とによって衝撃印加時に固定位置のズレを起こさないため、梁として構成される固定 長さが変化しない。そのため感度および 0点電圧などの歪検出装置の特性が変動し にくい。
図面の簡単な説明
[図 1]図 1は本発明の実施の形態 1における歪検出装置の斜視図である。
[図 2]図 2は図 1に示す歪検出装置の分解斜視図である。
[図 3A]図 3Aは図 1に示す歪検出装置における基板を作製するプロセスを示す斜視 図である。
[図 3B]図 3Bは図 3Aに続くプロセスを示す斜視図である。
[図 3C]図 3Cは図 3Bに続くプロセスを示す斜視図である。
[図 3D]図 3Dは図 3Cに続くプロセスを示す斜視図である。
[図 3E]図 3Eは図 3Dに続くプロセスを示す斜視図である。
[図 4]図 4は本発明の実施の形態 1における歪検出装置の他の第 2固定部材の斜視 図である。
[図 5]図 5は本発明の実施の形態 2における歪検出装置の分解斜視図である。
[図 6]図 6は本発明の実施の形態 2における他の歪検出装置の分解斜視図である。
[図 7]図 7は本発明の実施の形態 3における歪検出装置の分解斜視図である。
[図 8]図 8は図 7に示す歪検出装置における基板と第 2固定部材との配置を示す斜視 図である。
[図 9]図 9は本発明の実施の形態 4における歪検出装置の分解斜視図である。
[図 10]図 10は図 9に示す歪検出装置における基板と第 2固定部材との配置を示す斜 視図である。
[図 11]図 11は本発明の実施の形態 5における歪検出装置の分解斜視図である。
[図 12]図 12は従来の歪検出装置の下面図である。
[図 13]図 13は従来の歪検出装置の斜視図である。
[図 14]図 14は従来の歪検出装置の取付け状態を示す断面図である。
符号の説明
1 絶縁基板
2 押圧部材
3 歪抵抗素子
4 電源電極
5 出力電極
6 接地電極
7 固定部材
8 ネジ
11 基板
11A 絶縁層
11B 配線電極
11C 歪抵抗素子
11D 保護膜
11E 固定に供するエリア
11G 固定に供するエリア
11H 穴部
11J 穴部
11K 揷通穴
11L 取付け部
11M 接続電極
11N 回路部
21 第 1固定部材 21A 円柱部
21B ネジ部
21C ネジ部
21D つば部
21E ネジ部
31 第 2固定部材
31A 凸部
31B ネジ部
31C 切り欠き部
31D 案内部
31E 鉤型部
31F 凹部
41 コネクタ
41A 端子
41B 取付け穴
41C 枠体
51 ネジ
61A, 61B 締付 ί
発明を実施するための最良の形態
[0009] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施 の形態において、先行する実施の形態と同様の構成をなすものには同じ符号を付し て説明し、詳細な説明を省略する。
[0010] (実施の形態 1)
図 1は本発明の実施の形態 1における歪検出装置の斜視図、図 2は同歪検出装置 の分解斜視図、図 3Α〜図 3Εは同歪検出装置における基板の作製プロセスを示す 図である。
[0011] 図 1、図 2において、ステンレス力もなる基板 11の上面である第 1面には第 1固定部 材 (以下、固定部材） 21が固定されている。第 1面に対向する第 2面である下面には 、その軸心が固定部材 21の軸心と一致する位置に第 2固定部材 (以下、固定部材） 31が固定されている。基板 11の端部には回路部 11Nを覆い、信号を取り出すため のコネクタ 41が取り付けられている。
[0012] 図 3Bに示すように、基板 11の第 1面には絶縁層 11Aが形成されている。そして図 3 C、図 3Dに示すように、絶縁層 11Aの上には配線電極 11Bと歪抵抗素子 11Cとが 設けられている。さらにその上には図 3Eに示すように保護膜 11Dが積層形成されて いる。歪抵抗素子 11Cは基板 11上に配置され、回路部 11Nに接続されている。
[0013] 図 2に示すように固定部材 21は、円柱部 21Aと、円柱部 21Aの軸心とほぼ軸心の 一致しているネジ部 21Bとを有する。固定部材 31はリング形状の凸部 31Aと、凸部 3 1Aの軸心とほぼ軸心の一致しているネジ部 31Bを有する。コネクタ 41は、例えばガ ラスフイラを含有したポリブチレンテレフタレート（PBT)榭脂により成形されている。コ ネクタ 41は少なくとも枠体 41Cと、枠体 41C内に設けられた 3本の端子 41Aとを有し 、取付け穴 41Bを設けられている。
[0014] 以上の構成部品からなる歪検出装置の組立て方法について述べる。まず、図 3A に示す基板 11の上面に、図 3Bに示すように絶縁層 11Aを印刷し、焼成する。次に 図 3Cに示すように、絶縁層 11Aの上に配線電極 11Bを印刷し、焼成する。さらに図 3Dに示すように、 4つの歪抵抗素子 11Cを配線電極 11Bによってブリッジ回路を構 成するように印刷し、焼成する。そして図 3Eに示すように、 ICなどの回路部品の実装 に供するランド部と接続電極 11Mと以外を覆うように保護膜 11Dを印刷し、焼成する 。保護膜 11Dは上記の印刷焼成された各層を水分などに対する保護のために設け られている。
[0015] 次に、図 2に示すように、基板 11における固定に供するエリア 11Eの中心と固定部 材 21の軸心とがほぼ一致するように、基板 11と固定部材 21とを一体的に固定する。 すなわち、固定部材 21は上面側のエリア 11Eの中央部に固定される。この際、例え ばレーザによりエリア 11Eと円柱部 21Aとで形成される隅の部分を溶接する。エリア 1 1Eは歪抵抗素子 11Cの配置位置を外周として 、る。
[0016] 同様に、固定部材 31も基板 11の下面側の、固定に供するエリア 11Gに、固定部材 21の軸心と固定部材 31の軸心とがー致するように配置し、一体的に固定する。この 際、例えばレーザによりエリア 11Gと凸部 31Aとを溶接する。固定部材 31は基板 11 の、歪抵抗素子 11Cの配置位置より外側に固定される。このように、固定部材 21の 軸心と、固定部材 31の軸心と、エリア 11Eの中心とがー直線上になっている。また、 固定部材 21と固定部材 31とが、基板 11の互いに対向する二面にそれぞれ配置され ている。このようにして固定された固定部材 21の円柱部 21Aの外周と固定部材 31の 凸部 31Aとは、基板 11上に梁を構成する。
[0017] コネクタ 41はネジ 51により取付け穴 41Bを通して基板 11の穴部 11Hに固定される 。さらに基板 11上の接続電極 11Mが端子 41Aと半田などにより電気的に接合される 。枠体 41Cの内部は、回路部 11Nを保護するために、例えばシリコン榭脂で覆うこと が好ましい。
[0018] なお、固定部材 21、 31を基板 11に固定するには、レーザ溶接以外の溶接による 溶着方法や接着などの方法を用いてもよい。また、固定部材 21、 31は基板 11に対 して上下逆に配置されていてもよい。この場合、図 4に示すように、固定部材 31には 基板 11に設けられた配線電極 11Bや保護膜 11Dとの干渉を避けるために、回路 11 Nに対向する位置に切り欠き部 31Cを設ける必要がある。すなわち、切り欠き部 31C は固定部材 31が配線電極 11Bや保護膜 11Dの上に乗るのを防ぐ。
[0019] また、基板 11と固定部材 21、 31との熱膨張係数は概ね一致させることが望ましい。
すなわち、固定部材 21、 31もまたステンレスで構成することが好ましい。これにより、 固定部材 21、 31と基板 11との溶着が熱膨張によって破壊されにくい。また、回路部 11Nには歪抵抗素子 11Cの抵抗値の変動を補正する ICを設けても良 ヽ。これによ つて荷重 (歪)の算出精度が向上する。
[0020] 次に、本実施の形態における歪抵抗装置の動作について説明する。まず、固定部 材 31が図示しな 、取付け部材にネジ部 31 Bにより取付けられる。次に固定部材 21 がネジ部 21Bにより取り付けられた被測定物からの荷重を受けると、円柱部 21Aの底 面の外周と凸部 31Aの内周とによって基板 11上に構成された梁が橈む。この橈みに よる歪によって歪抵抗素子 11Cの抵抗値が変化する。歪抵抗素子 11Cは配線電極 11Bによってブリッジ回路を構成して 、るため歪に応じて出力が変化する。このように して被測定物からの荷重が出力の変化として得られる。得られた出力変化は図示し ない処理回路により演算処理され荷重に変換される。
[0021] 以上のように本実施の形態によれば固定部材 21、 31が基板 11に対して一体的に 固定されている。これによつて、衝撃印加時に固定位置のズレを起こさないため、梁 として構成される固定長さが変化しない。これにより感度および 0点電圧などの歪検 出装置の特性が変動しに《安定した特性が維持される。
[0022] なお、本実施の形態において、 4つの歪抵抗素子 11Cが用いられている力 少なく とも 2つの歪抵抗素子 11Cと、固定抵抗とを用いてブリッジ回路を構成してもよい。ま た、取付け部材ゃ被測定物に他の方法で固定部材 21、 31を取り付ける場合には必 ずしもネジ部 21B、 3 IBは必要ではない。
[0023] (実施の形態 2)
図 5は本発明の実施の形態 2における歪検出装置の分解斜視図である。実施の形 態 1と本実施の形態とが異なる点は、基板 11の固定に供するエリア 11Eの中央に穴 部 11Jが設けられている点である。また、固定部材 21には円柱部 21Aの底部にネジ 部 21Cが設けられている。穴部 11Jの内径はネジ部 21Cの外径より大きぐ円柱部 2 1Aの外径より小さい。さらに、固定部材 31には凸部 31Aの内側に凹部 31Fが設けら れている。凹部 31Fには、ネジ部 21Cと係合する締付け部材 61Aが嵌る。これ以外 は実施の形態 1と同様である。
[0024] まず本実施の形態固有の構成の組立について簡単に説明する。穴部 11Jにネジ部 21Cを挿通し、挿通されたネジ部 21Cを基板 11に対して締付け部材 61Aにより締付 け固定する。その後、固定部材 21の軸心とエリア 11Eの中心とがほぼ一致するように 、基板 11と固定部材 21とを一体的に固定する。この際、例えばレーザによりエリア 11 Eと円柱部 21Aとで形成される隅の部分が溶接する。
[0025] 固定部材 31は、締付け部材 61 Aが凹部 31Fに収まる（覆う）ようにして基板 11に一 体的に固定される。この際、固定部材 21の軸心と固定部材 31の軸心が一致するよう に配置される。
[0026] この構成によって固定部材 21への強度的負担が軽減され、衝撃印加時における 固定位置の破壊限界値が高まる。なお、締付け部材 61Aによる締付け固定は、溶接 後に行ってもよい。さらに、締付け部材 61Aを基板 11に対して例えばレーザ溶接に より一体的に固定することで締付け部材 61Aの緩みが防止され、破壊限界値が高ま る。
[0027] なお、締付け部材 61Aを設ける代わりに、固定部材 31の中央に雌ねじを構成して この雌ねじにネジ部 21Cを締付けることで固定部材 21, 31を固定し固定部材 21を 基板 11に対し締め付け固定してもよい。あるいは、穴部 11Jの代わりに雌ねじを構成 してこの雌ねじにネジ部 21Cを締付けることで固定部材 21と基板 11とを固定する構 成にしてもよい。
[0028] また、図 6に示すように第 1固定部材 21と締付け部材とを上下逆に配置する構成も 可能である。固定部材 21にはつば部 21Dとネジ部 21Eが設けられている。この構成 では、固定部材 21を基板 11の下面側力も基板 11の穴部 11Jに挿通した後、固定部 材 21のつば部 21Dと基板 11のエリア 11Gとを例えばレーザ溶接により固定する。そ してネジ部 21Eを基板 11に対して締付け部材 61Bにより締付け固定する。なおつば 部 21Dは凹部 31Fに収まる (覆う）寸法に構成されている。このような構成とすること により、上記と同様に、衝撃印加時における固定位置の破壊限界値が高まる。
[0029] なお、ネジ部 21Cと締付け部材 61A、あるいはネジ部 21Eと締付け部材 61Bにより 充分な強度が得られる場合には、固定部材 21と基板 11とを溶着しなくてもよい。そ の場合、溶着されている基板 11の熱膨張係数と固定部材 31の熱膨張係数とが実質 的に一致して 、ることが好ま 、。
[0030] (実施の形態 3)
図 7は本発明の実施の形態 3における歪検出装置の分解斜視図である。図 8は図 7 に示す歪検出装置における基板と第 2固定部材との配置を示す斜視図である。なお 、図 8では、基板 11の第 1面である上面に形成されている絶縁層 11A等は省略して いる。実施の形態 1と本実施の形態とが異なる点は、固定部材 31の凸部 31A側の対 称な 2ケ所に案内部 31Dが設けられていることである。それ以外の構成は実施の形 態 1と同様である。
[0031] 図 8に示すように、案内部 31Dには基板 11が挿入され、固定部材 31と基板 11とが 例えばレーザ溶接により一体的に固定される。この構成によって仮に固定部材 31と 基板 11との溶着が破断しても、固定部材 31が基板 11に機械的に保持される。 [0032] なお、案内部 31Dは固定部材 31の凸部 31A上に設ける以外に、凸部 31Aの外側 に設けてもよい。また案内部 31Dは必ずしも凸部 31A側の対称な 2ケ所に設けられ て ヽなくてもよ ヽ。固定部材 31の基板 11と固定される側に基板 11が挿入される案内 部 31Dが設けられて!/、ればよ!/、。
[0033] (実施の形態 4)
図 9は本発明の実施の形態 4における歪検出装置の分解斜視図である。図 10は図 9に示す歪検出装置における基板と第 2固定部材との配置を示す斜視図である。な お、図 10では、基板 11の第 1面である上面に形成されている絶縁層 11A等は省略 している。実施の形態 2と本実施の形態とが異なる点は、基板 11に揷通穴 11Kが設 けられ、固定部材 31の凸部 31Aに鉤型部 31Eが設けられていることである。これ以 外は実施の形態 2と同様である。
[0034] 揷通穴 11Kに鉤型部 31Eを挿入し回転させることにより、図 10に示すように固定部 材 31が基板 11に懸架される。このように固定部材 31は基板 11に組み付けられた後 、例えばレーザ溶接により基板 11に一体的に固定される。この構成によって仮に固 定部材 31と基板 11の溶着が破断しても、固定部材 31が基板 11に機械的に保持さ れる。
[0035] なお、図 9では揷通穴 11Kと鉤型部 31Eとは 3組設けられているが、固定部材 31と 基板 11とが溶着されていれば、 1組だけ設けても上記効果は発揮される。しかしなが ら、 2組以上設けられていることが好ましい。また鉤型部 31Eは凸部 31A上以外に、 凸部 31 Aの外側に設けてもよい。すなわち、基板 11と固定される側に設けられてい ればよ!/、。本構成は実施の形態 1の構成に適用してもよ!、。
[0036] なお、実施の形態 3、 4において、溶着されている基板 11の熱膨張係数と固定部材 21の熱膨張係数とが実質的に一致していることが好ましい。
[0037] (実施の形態 5)
図 11は本発明の実施の形態 5における歪検出装置の分解斜視図である。実施の 形態 1と本実施の形態とが異なる点は、基板 11における固定部材 21、 31の取付け 部 11Lが固定部材 31と同一の外形形状に形成されていることである。この構成にす ることにより、例えばレーザ溶接の際には固定部材 31と取付け部 11Lとが突合せ形 状となり、効率良く溶着深さを得ることができる。そのため、固定部材 31と基板 11との 溶着強度が向上し、衝撃印加時における固定位置の破壊限界値が高まる。本構成 は実施の形態 2〜4の構成に適用してもよい。
産業上の利用可能性
本発明の歪検出装置は、組立て時に構成された梁の長さが変化しにくい。そのた め特性が安定しており、出力信号の精度を必要とする歪検出装置等の用途への適 用に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも 2つの歪抵抗素子を有するブリッジ回路と、
前記歪抵抗素子と電気的に接続された回路部を有し、前記歪抵抗素子が配置され た基板と、
前記基板における、前記歪抵抗素子の配置位置を外周とするエリアの中央部に固定 された第 1固定部材と、
前記基板の、前記歪抵抗素子の前記配置位置より外側に固定された第 2固定部材と 、を備え、
前記第 1固定部材の軸心と、前記第 2固定部材の軸心と、前記エリアの中心とがー直 線上になっているとともに、前記第 1固定部材と前記第 2固定部材とが、前記基板の 互いに対向する二面にそれぞれ配置されて！ヽる、
歪検出装置。
[2] 前記第 1固定部材と前記第 2固定部材との少なくとも一方が前記基板に対して溶着、 接着の 、ずれかにより固定されて 、る、
請求項 1記載の歪検出装置。
[3] 前記第 2固定部材が前記基板に対して溶着、接着のいずれかにより固定されており 前記基板の、前記第 2固定部材を取り付ける部分が前記第 2固定部材と同一の外形 形状である、
請求項 2記載の歪検出装置。
[4] 前記第 1固定部材と前記第 2固定部材とのうち、溶着、接着のいずれかにより前記基 板に固定されている少なくともいずれ力の熱膨張係数が前記基板の熱膨張係数と実 質的に一致している、
請求項 2記載の歪検出装置。
[5] 前記基板には前記エリアの中央に穴部が設けられ、前記第 1固定部材は前記穴部 に挿通されたネジ部を有し、前記第 1固定部材は前記ネジ部を用いて前記基板に対 して締め付け固定された、
請求項 1記載の歪検出装置。
[6] 前記ネジ部に係合する締付け部材をさらに備えた、
請求項 5記載の歪検出装置。
[7] 前記第 2固定部材は前記基板に固定されるリング状の凸部を有し、前記凸部の前記 回路部に対向する位置には切り欠き部が設けられ、第 2固定部材が前記基板におけ る前記歪抵抗素子の配置された面に配置された、
請求項 1記載の歪検出装置。
[8] 前記第 2固定部材は前記基板と固定される側に、前記基板が挿入される案内部を有 する、
請求項 1記載の歪検出装置。
[9] 前記第 2固定部材は前記基板と固定される側に少なくとも 1つの鉤型部を有し、前記 基板には前記鉤型部が挿入されて前記第 2固定部材が前記基板に懸架される揷通 穴が設けられた、
請求項 1記載の歪検出装置。
[10] 前記回路部は、前記歪抵抗素子の抵抗値の変動を補正する、
請求項 1記載の歪検出装置。
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