【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、荷重を検出する荷
重検出器等に使用するロードセルに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load cell used for a load detector or the like for detecting a load.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ロードセルは、ビーム体の変形部位に歪
みゲージを接着等の方法で貼付け、その後リード配線を
施してブリッジ回路を形成しロードセルを構成してい
る。このようなロードセルは商業用秤や荷重測定用セン
サとして広く普及している。しかし、このようなロード
セルは歪みゲージの接着工程やリード配線工程を経るた
め作業性が悪く、また、バラツキも生じやすい。また、
歪みゲージはベースフィルム上に接着した金属箔（厚さ
約５μｍ）の抵抗体により形成しており、所定の抵抗値
を稼ぐためには例えば約２mm角以上の大きさが必要とな
り、このような歪みゲージを使用してブリッジ回路を形
成するため、ロードセルを小形化するには限界があっ
た。2. Description of the Related Art In a load cell, a strain gauge is attached to a deformed portion of a beam body by a method such as bonding, and then lead wires are formed to form a bridge circuit to form a load cell. Such load cells are widely used as commercial scales and load measuring sensors. However, since such a load cell undergoes a strain gauge bonding process and a lead wiring process, workability is poor, and variations easily occur. Also,
The strain gauge is made of a metal foil (thickness: about 5 μm) resistor bonded to the base film, and for example, a size of about 2 mm square or more is required to obtain a predetermined resistance value. Since the strain gauge is used to form the bridge circuit, there is a limit to downsizing the load cell.
【０００３】このようなことから、特公平３−３８８２
号公報では、片持ち梁構造からなり、中間部に変形部を
有する平板状のビーム体の一端側を固定端、他端側を自
由端とし、この自由端に荷重点を設けるとともに薄膜プ
ロセスにより直接ビーム体に歪みゲージパターンを形成
したロードセルを提案している。すなわち、この公報の
ものは、１枚の平面基板に多数個のロードセル回路パタ
ーンを同時に形成し、プレス等の手段により個々のロー
ドセルを打ち抜き形成することができ、小形化、量産
化、コスト低下を実現している。From the above, Japanese Patent Publication No. 3882
In the publication, one end side of a plate-shaped beam body having a cantilever structure and having a deformed portion in the middle part is a fixed end, the other end side is a free end, a load point is provided at this free end, and a thin film process is performed. We propose a load cell in which a strain gauge pattern is directly formed on the beam body. That is, according to this publication, a large number of load cell circuit patterns can be simultaneously formed on a single flat substrate, and individual load cells can be punched out by means of a press or the like, resulting in downsizing, mass production, and cost reduction. Has been realized.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平板状
のビーム体を使用したものでは、ビーム体の厚さが一定
であり、このビーム体の一端側を例えばねじにより固定
部に取付ける時、固定部の面に凹凸があると、ねじの締
付けによる応力がビーム体に加えられてビーム体が変形
し、この変形を歪みゲージが検出してしまい、このため
歪みゲージは本来検出すべき荷重量以外の歪みを検出す
ることになり、その結果、測定誤差が生じるという問題
があった。However, in the case where the flat plate-shaped beam body is used, the thickness of the beam body is constant, and when one end side of this beam body is attached to the fixed portion by, for example, a screw, the fixed portion is fixed. If the surface is uneven, the stress due to the tightening of the screw is applied to the beam body and the beam body is deformed, and the strain gauge detects this deformation. There is a problem that the distortion is detected, and as a result, a measurement error occurs.
【０００５】ところで、ロードセルによる歪み検出の大
きさは、ビーム体の耐力以下でしかも所定の使用頻度で
かつ突発的な荷重によっても永久歪みの生じない範囲で
しか使用できない。具体的に、耐力の比較的大きい高力
アルミニュームであるＡ２０２４−Ｔ４材を使用した場
合でもこれらの仕様を満たすには、定格荷重に対し、Δ
ｌ／ｌが１×１０-3程度の歪み量しか利用することがで
きない。このためビーム体の設計は非常に厳格な要件が
必要とされる。従って、ビーム体の取り付け応力により
歪みゲージ部に１０-5程度の歪みが生じても相当の誤差
を与えてしまうので取り付けによる応力の影響が極力小
さい設計要件が望まれる。By the way, the magnitude of strain detection by the load cell can be used only within a range that is equal to or lower than the proof stress of the beam body, has a predetermined frequency of use, and does not cause permanent strain due to a sudden load. Specifically, in order to meet these specifications even when using the A2024-T4 material, which is a high-strength aluminum having relatively large yield strength, in order to satisfy these specifications,
Only an amount of strain of 1 / l of about 1 × 10−3 can be used. For this reason, the design of the beam body requires very strict requirements. Therefore, even if strain of about 10-5 is generated in the strain gauge portion due to the mounting stress of the beam body, a considerable error is given, so that the design requirement that the influence of the stress due to the mounting is as small as possible is desired.
【０００６】そこで、請求項１記載の発明は、平板状の
ビーム体の一端側を固定し、他端側を荷重点を有する自
由端としたものにおいて、ビーム体の固定による歪みの
影響を最も受けない部位に歪みゲージを配置することで
荷重の検出精度を向上できるロードセルを提供する。Therefore, in the invention described in claim 1, in the case where one end side of the flat plate-shaped beam body is fixed and the other end side is a free end having a load point, the influence of the distortion due to the fixing of the beam body is the most. (EN) A load cell capable of improving load detection accuracy by disposing a strain gauge at a portion which is not subjected to the load.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
片持ち梁構造からなる平板状のビーム体の一端側を固定
端、他端側を自由端とし、この自由端に荷重点を有する
ロードセルにおいて、ビーム体の固定部位と荷重点との
間の両側に荷重点への荷重による応力を集中させるため
の切欠部をそれぞれ設け、この各切欠部で挟まれる部位
にビーム体の曲げモーメントによる歪みを検出する１対
の第１の歪みゲージを配置するとともに、各切欠部と自
由端との間で、かつ各切欠部で形成する最幅狭部よりも
両側に位置する部位に１対の第２の歪みゲージを配置
し、各歪みゲージでブリッジ回路を構成したものであ
る。According to the first aspect of the present invention,
In a load cell that has one end side of a plate-shaped beam body having a cantilever structure as a fixed end and the other end side as a free end, and the load point is at this free end, both sides between the fixed part of the beam body and the load point Notches for concentrating the stress due to the load on the load point are provided respectively, and a pair of first strain gauges for detecting the strain due to the bending moment of the beam body are arranged at the portions sandwiched by the notches. , A pair of second strain gauges are arranged between the cutout portions and the free ends and on both sides of the narrowest portion formed by the cutout portions, and a bridge circuit is formed by each strain gauge. It is composed.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１及び図２に示すように、長方
形の平板状のビーム体１１の中間部の同一位置の両側に
最大歪み発生部である変形部を構成する切欠部１２ａ，
１２ｂを設けている。前記ビーム体１１の上面に曲げモ
ーメントによる引っ張り歪みを検出する１対の第１の歪
みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2 、圧縮歪みを検出する１対
の第２の歪みゲージパターンＣ1 ，Ｃ1 、リード配線パ
ターンＬe 、入力端子パターンＶe+，Ｖe-及び出力端子
パターンＶo+，Ｖo-をそれぞれ薄膜プロセスにより形成
し、各歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2 ，Ｃ1 ，Ｃ1 とリ
ード配線パターンＬe によりブリッジ回路を構成してい
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, notches 12a forming a deforming portion that is a maximum strain generating portion on both sides of the same position of the intermediate portion of the rectangular flat plate-shaped beam member 11,
12b is provided. A pair of first strain gauge patterns T1 and T2 for detecting tensile strain due to a bending moment on the upper surface of the beam body 11, a pair of second strain gauge patterns C1 and C1 for detecting compressive strain, and a lead wiring pattern Le. , The input terminal patterns Ve +, Ve- and the output terminal patterns Vo +, Vo- are respectively formed by a thin film process, and the strain gauge patterns T1, T2, C1, C1 and the lead wiring pattern Le constitute a bridge circuit.
【０００９】前記第１の歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2
は、前記切欠部１２ａ，１２ｂで挟まれた部位の中心部
に位置させてビーム体１１の長手方向に平行に並べて配
置している。前記第２の歪みゲージパターンＣ1 ，Ｃ2
は、前記切欠部１２ａ，１２ｂよりも自由端側で、かつ
各切欠部１２ａ，１２ｂで形成する最幅狭部よりもビー
ム体１１の両側に位置する部位の各切欠部１２ａ，１２
ｂに近い位置にそれぞれビーム体１１の幅方向に平行に
配置している。The first strain gauge patterns T1 and T2
Are arranged in parallel with the longitudinal direction of the beam body 11 while being positioned at the center of the portion sandwiched by the cutouts 12a and 12b. The second strain gauge patterns C1 and C2
Are notches 12a, 12 of the portions located on the free end side of the notches 12a, 12b and on both sides of the beam body 11 with respect to the narrowest part formed by the notches 12a, 12b.
The beam bodies 11 are arranged at positions near b in parallel to the width direction of the beam body 11.
【００１０】ブリッジ回路は、第１の歪みゲージパター
ンＴ1 ，Ｔ2 の抵抗値をＲT1，ＲT2、第２の歪みゲージ
パターンＣ1 ，Ｃ1 の抵抗値をＲC1，ＲC2とすると、図
３に示す構成になっている。すなわち、歪みゲージパタ
ーンＣ1 の一端と歪みゲージパターンＴ2 の一端をリー
ド配線パターンＬe を介して入力端子パターンＶe+に接
続し、歪みゲージパターンＣ2 の一端と歪みゲージパタ
ーンＴ1 の一端をリード配線パターンＬe を介して入力
端子パターンＶe-に接続している。また、歪みゲージパ
ターンＣ1 の他端と歪みゲージパターンＴ1 の他端をリ
ード配線パターンＬe を介して出力端子パターンＶo+に
接続し、歪みゲージパターンＣ2 の他端と歪みゲージパ
ターンＴ2 の他端をリード配線パターンＬe を介して出
力端子パターンＶo-に接続している。The bridge circuit has the structure shown in FIG. 3, where the resistance values of the first strain gauge patterns T1 and T2 are RT1 and RT2, and the resistance values of the second strain gauge patterns C1 and C1 are RC1 and RC2. ing. That is, one end of the strain gauge pattern C1 and one end of the strain gauge pattern T2 are connected to the input terminal pattern Ve + via the lead wiring pattern Le, and one end of the strain gauge pattern C2 and one end of the strain gauge pattern T1 are connected to the lead wiring pattern Le. It is connected to the input terminal pattern Ve- through. Further, the other end of the strain gauge pattern C1 and the other end of the strain gauge pattern T1 are connected to the output terminal pattern Vo + via the lead wiring pattern Le, and the other end of the strain gauge pattern C2 and the other end of the strain gauge pattern T2 are lead. It is connected to the output terminal pattern Vo- through the wiring pattern Le.
【００１１】前記ビーム体１１は、例えば高力アルミニ
ュームであるＡ２０２４−Ｔ４材のような耐力の大きい
金属材料を使用し、長手方向の一端を固定端とし、この
固定端側にビーム体１１を取付けるための孔１４を開
け、他端を自由端とし、この自由端側に先端部が半球状
の荷重受け部材１５を固定している。すなわち、このロ
ードセルのビーム体１１は押さえ金具１６及び孔１４に
取付ねじ１７を挿入し取付台１８に締め付けることで固
定端側を取付台１８に固定した片持ち梁構造になってい
る。The beam body 11 is made of a metal material having a high proof strength such as A2024-T4 material which is a high-strength aluminum. One end in the longitudinal direction is a fixed end, and the beam body 11 is on the fixed end side. A hole 14 for attachment is opened, the other end is a free end, and a load receiving member 15 having a hemispherical tip is fixed to the free end side. That is, the beam body 11 of this load cell has a cantilever structure in which the fixing end side is fixed to the mounting base 18 by inserting the mounting screw 17 into the holding metal fitting 16 and the hole 14 and tightening it to the mounting base 18.
【００１２】このロードセルは、平板の高力アルミニュ
ームの板材をプレス等の手段で図４の(a) に示す形状に
加工したビーム体基板２１を脱脂洗浄した後、図４の
(b) に示すように、先ず絶縁樹脂層２２を形成する。絶
縁樹脂層２２は、例えば、ポリイミド樹脂のワニスを塗
布後加熱硬化し約１０μｍ厚の絶縁層としたものであ
る。続いて、絶縁樹脂層２２の上にスパッタリングによ
り歪みゲージ抵抗層２３としてＮｉＣｒＳｉ層を０．１
μｍ厚に積層し、さらにリード配線層２４としてＣｕを
２μｍ厚に積層する。次に図４の(c) に示すように、パ
ターンとして残す部分２５以外の層をフォトエッチング
により除去する。従って、パターン部以外は絶縁樹脂層
２２が露出することになる。次に図４の(d) に示すよう
に、歪みゲージの部位２６に積層しているリード配線層
２４をフォトエッチングにより除去する。すなわち、歪
みゲージの部位２６は図４の(e) に示すようになる。こ
のようにして図１に示すビーム体１１を製造する。In this load cell, a high-strength aluminum plate material, which is a flat plate, is processed into a shape shown in FIG.
As shown in (b), first, the insulating resin layer 22 is formed. The insulating resin layer 22 is, for example, a varnish of polyimide resin applied and then heat-cured to form an insulating layer having a thickness of about 10 μm. Then, a NiCrSi layer is formed as a strain gauge resistance layer 23 on the insulating resin layer 22 by sputtering.
The lead wiring layer 24 is further laminated with Cu to a thickness of 2 μm. Next, as shown in FIG. 4C, layers other than the portion 25 to be left as a pattern are removed by photoetching. Therefore, the insulating resin layer 22 is exposed except for the pattern portion. Next, as shown in FIG. 4D, the lead wiring layer 24 laminated on the strain gauge portion 26 is removed by photoetching. That is, the part 26 of the strain gauge is as shown in FIG. In this way, the beam body 11 shown in FIG. 1 is manufactured.
【００１３】このような構成のロードセルでは、荷重受
け部材１５に図中矢印で示すように荷重Ｐが加わると、
第１の歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2 には曲げモーメン
トによる引っ張り歪みが生じ、第２の歪みゲージパター
ンＣ1 ，Ｃ2 にはビーム体材のポアッソン比に相当する
圧縮応力が生じる。このとき各切欠部１２ａ，１２ｂは
荷重Ｐによる応力をこの部位に集中させて第１の歪みゲ
ージパターンＴ1 ，Ｔ2 に効率的に歪み量を検出させ
る。このように第１の歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2 と
第２の歪みゲージパターンＣ1 ，Ｃ2 を配置すること
で、片面の板状のビーム体であっても、通常のロバーバ
ル機構のロードセルのフルブリッジに近いブリッジ回路
を構成でき、印加荷重量に比例した出力電圧を得ること
ができる。In the load cell having such a structure, when a load P is applied to the load receiving member 15 as shown by an arrow in the figure,
A tensile strain due to a bending moment is generated in the first strain gauge patterns T1 and T2, and a compressive stress corresponding to the Poisson's ratio of the beam body material is generated in the second strain gauge patterns C1 and C2. At this time, each notch 12a, 12b concentrates the stress due to the load P on this portion and causes the first strain gauge patterns T1, T2 to detect the strain amount efficiently. By arranging the first strain gauge patterns T1 and T2 and the second strain gauge patterns C1 and C2 in this way, even a single-sided plate-shaped beam body can be used as a full bridge of a load cell of a normal Roberval mechanism. A close bridge circuit can be configured and an output voltage proportional to the applied load can be obtained.
【００１４】この場合、ブリッジ回路の入力電圧をＶe
、歪みゲージのゲージ率をｋ、引っ張り歪み位置の歪
みゲージＴ1 の抵抗変化をΔＲ(t1)／Ｒ(t1)、引っ張り
歪み位置の歪みゲージＴ2 の抵抗変化をΔＲ(t2)／Ｒ(t
2)、圧縮歪み位置の歪みゲージＣ1 の抵抗変化をΔＲ(c
1)／Ｒ(c1)、圧縮歪み位置の歪みゲージＣ2 の抵抗変化
をΔＲ(c2)／Ｒ(c2)とすると、出力電圧Ｖo は、Ｖo ＝
Ｖe ・ｋ｛ΔＲ(t1)／Ｒ(t1)＋ΔＲ(t2)／Ｒ(t2)−ΔＲ
(c1)／Ｒ(c1)−ΔＲ(c2)／Ｒ(c2)｝／４となる。In this case, the input voltage of the bridge circuit is set to Ve
, K is the gauge factor of the strain gauge, ΔR (t1) / R (t1) is the resistance change of the strain gauge T1 at the tensile strain position, and ΔR (t2) / R (t is the resistance change of the strain gauge T2 at the tensile strain position.
2), change the resistance of the strain gauge C1 at the compressive strain position by ΔR (c
1) / R (c1) and the resistance change of the strain gauge C2 at the compression strain position is ΔR (c2) / R (c2), the output voltage Vo is Vo =
Ve ・ k {ΔR (t1) / R (t1) + ΔR (t2) / R (t2) -ΔR
(c1) / R (c1) -ΔR (c2) / R (c2)} / 4.
【００１５】ΔＲ／Ｒ＝ｋ・εの関係があるので、結果
としてビーム体１１の起歪部の歪みが歪みゲージの抵抗
変化を生じさせ、出力電圧に変換されることになる。な
お、ε＝６Ｐ・Ｌ／（Ｅ・Ｗ・２ｔ）で、Ｌは歪みゲー
ジ位置の荷重点からの距離、Ｅはビーム体のヤング率、
Ｗはビーム体の幅、ｔはビーム体の厚さである。ここ
で、圧縮歪み側の歪みゲージＣ1 ，Ｃ2 はマイナス側に
抵抗変化するので、出力電圧に対して増加する方向に寄
与し、結果として４個の歪みゲージＴ1 ，Ｔ2 ，Ｃ1 ，
Ｃ2 の抵抗変化がそれぞれ電圧変化に単純に加算される
結果となる。Since there is a relation of ΔR / R = kε, as a result, the strain of the strain generating portion of the beam body 11 causes a resistance change of the strain gauge and is converted into an output voltage. Note that ε = 6P · L / (E · W · 2t), L is the distance from the load point at the strain gauge position, E is the Young's modulus of the beam body,
W is the width of the beam body, and t is the thickness of the beam body. Here, since the strain gauges C1 and C2 on the compression strain side change in resistance to the negative side, they contribute in the direction of increasing with respect to the output voltage, and as a result, the four strain gauges T1, T2, C1,
As a result, the resistance change of C2 is simply added to the voltage change.
【００１６】ところで、このような平板状のビーム体１
１の一端側をねじで固定して片持ち梁構造と使用する場
合、ビーム体１１の取り付け応力による歪みゲージへの
影響を考慮する必要がある。例えば、図５の(a) は、図
１のビーム体１１を取付ねじ１７で取付台１８に固定し
た状態でのＸ−Ｘ断面図で、例えば、取付台１８の上面
の平面性が悪く、幅方向に凹面状になっていると、取付
ねじ１７の締付け力によりビーム体１１が図５の(b) に
示すように幅方向に凹状に曲げられる。このため、圧縮
歪み側の歪みゲージＣ1 ，Ｃ2 は曲げ歪みのため抵抗変
化を起こし、ブリッジバランスが変動（ゼロ点ドリフ
ト）し、測定精度を低下させる。また、検出回路の動作
に支障を及ぼす要因となる。By the way, such a flat beam member 1
When one end side of 1 is fixed with a screw and used as a cantilever structure, it is necessary to consider the influence of the mounting stress of the beam body 11 on the strain gauge. For example, (a) of FIG. 5 is an XX cross-sectional view of the beam body 11 of FIG. 1 fixed to the mounting base 18 with the mounting screws 17, for example, the flatness of the upper surface of the mounting base 18 is poor, When the concave shape is formed in the width direction, the beam body 11 is bent in the width direction as shown in FIG. 5B by the tightening force of the mounting screw 17. Therefore, the strain gauges C1 and C2 on the compressive strain side cause a resistance change due to bending strain, the bridge balance fluctuates (zero point drift), and the measurement accuracy is degraded. In addition, it becomes a factor that hinders the operation of the detection circuit.
【００１７】例えば、ビーム体１１の幅が１２mmで、凹
部の最大深さが０．１mmのときの歪みは約１００μＳ
（ｓｔｒａｉｎ）程度になり、定格荷重時の変形歪みを
８００μＳ（ｓｔｒａｉｎ）とすると、定格荷重時の変
形歪みの１０％強の歪みが生じることになる。また、凹
部の最大深さが０．０５mm（５０μｍ）程度であっても
定格荷重時の変形歪みの５％強の歪みが生じることにな
り大きな影響を与えることになる。そして、通常の加工
精度ではこの程度の凹部が生じるため取付ねじ１７の締
付け力によるビーム体１１の歪みは無視できなくなる。For example, when the width of the beam body 11 is 12 mm and the maximum depth of the recess is 0.1 mm, the strain is about 100 μS.
(Strain), and if the deformation strain at the rated load is 800 μS (strain), a strain of 10% or more of the deformation strain at the rated load is generated. Further, even if the maximum depth of the recess is about 0.05 mm (50 μm), a strain of 5% or more of the deformation strain at the rated load is generated, which has a great influence. Further, with normal processing accuracy, since a recess of this degree is generated, the distortion of the beam body 11 due to the tightening force of the mounting screw 17 cannot be ignored.
【００１８】また、ビーム体１１の幅方向の断面形状が
凹状になると断面２次モーメントの大きさも変化するた
め、片持ち梁構造の平板状ビーム体１１においては荷重
によるビーム体の変形特性が本来の変形特性からずれて
しまい、結果として出力電圧に変動をもたらし測定精度
の低下を招く。Further, when the cross-sectional shape of the beam body 11 in the width direction becomes concave, the magnitude of the second moment of area also changes. Therefore, in the plate-like beam body 11 having a cantilever structure, the deformation characteristic of the beam body due to the load is originally expected. From the deformation characteristic, resulting in fluctuations in the output voltage and deterioration in measurement accuracy.
【００１９】このことは、図６の(a) に示すように、取
付台１８の上面が凸面状になっていて取付ねじ１７の締
付け力によりビーム体１１が図６の(b) に示すように幅
方向に凸状に曲げられる場合も同様である。これを解決
するには、取付台１８や押さえ金具１６を厳密な精度で
仕上げなければならず、またビーム体１１の一端側の平
面精度も高めなければならない。しかしこのようにした
のでは、製造に手間が掛かり、コスト高となってしま
う。This means that, as shown in FIG. 6A, the upper surface of the mounting base 18 has a convex shape, and the beam 11 is tightened by the tightening force of the mounting screw 17 as shown in FIG. 6B. The same applies to the case of being bent in a convex shape in the width direction. In order to solve this, the mounting base 18 and the pressing metal fitting 16 must be finished with strict accuracy, and the planar accuracy on the one end side of the beam body 11 must be improved. However, if done in this way, manufacturing will be troublesome and the cost will be high.
【００２０】また、図７の(a) に示すように、取付台１
８の上面がビーム体１１の長手方向に凹状になっている
場合は、取付ねじ１７の締付け力によりビーム体１１が
図７の(b) に示すように取付部を境に自由端側が若干上
側に折り曲げられ、このため荷重の印加方向が若干変化
するが、ビーム体１１の長手方向に対して局部的な歪み
は生じないので引っ張り歪みを検出する歪みゲージＴ1
，Ｔ2 に与える影響は極めて小さい。Further, as shown in FIG. 7A, the mounting base 1
When the upper surface of 8 is concave in the longitudinal direction of the beam body 11, the beam body 11 is slightly higher than the free end side with respect to the mounting portion by the tightening force of the mounting screw 17 as shown in FIG. 7 (b). Although the load application direction is slightly changed, the strain gauge T1 for detecting tensile strain does not cause local strain in the longitudinal direction of the beam body 11.
, T2 has a very small effect.
【００２１】以上の点を考慮してこの実施の形態では、
図８に示すように引っ張り歪みを検出する第１の歪みゲ
ージパターンＴ1 ，Ｔ2 を最大歪み発生部位である切欠
部１２ａ，１２ｂで挟まれた部位の中心部に位置させて
ビーム体１１の長手方向に平行に並べて配置する。ま
た、圧縮歪みを検出する第２の歪みゲージパターンＣ
1，Ｃ1 を切欠部１２ａ，１２ｂよりも自由端側で、か
つ各切欠部１２ａ，１２ｂで形成する幅がＷ2 の最幅狭
部よりもビーム体１１の両側に位置する部位、すなわ
ち、図中斜線の領域に配置する。しかも、ブリッジ回路
の出力電圧Ｖo を大きくするために荷重点となる荷重受
け部材１５に荷重が加わった時に圧縮歪みを効率的に検
出できる位置及び向きに配置する。すなわち、各切欠部
１２ａ，１２ｂに近い位置でビーム体１１の幅方向に平
行に配置する。In consideration of the above points, in this embodiment,
As shown in FIG. 8, the first strain gauge patterns T1 and T2 for detecting the tensile strain are positioned at the center of the region sandwiched by the notches 12a and 12b, which are the regions where the maximum strain occurs, and the longitudinal direction of the beam body 11 is measured. Place them in parallel with. In addition, the second strain gauge pattern C for detecting the compressive strain
1, 1, C1 on the free end side of the cutouts 12a, 12b, and the width of the cutouts 12a, 12b located on both sides of the beam body 11 than the narrowest part of W2, that is, in the figure Place in the shaded area. In addition, in order to increase the output voltage Vo of the bridge circuit, it is arranged at a position and an orientation where the compressive strain can be efficiently detected when a load is applied to the load receiving member 15 as a load point. That is, they are arranged parallel to the width direction of the beam body 11 at positions close to the cutouts 12a and 12b.
【００２２】このように第２の歪みゲージパターンＣ1
，Ｃ1 を配置することで、ビーム体１１の一端側を取
付ねじ１７で取付台１８に締め付け固定し、その結果ビ
ーム体１１が幅方向に凹状や凸状に曲げられてもそれに
よる歪みの影響は各切欠部１２ａ，１２ｂで充分に軽減
される。また、第１の歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2 は
ビーム体１１の締め付け固定による歪みの影響をほとん
ど受けない。従って、第１の歪みゲージパターンＴ1 ，
Ｔ2 と第２の歪みゲージパターンＣ1 ，Ｃ1 とで構成さ
れるブリッジ回路の出力電圧は荷重受け部材１５に印加
する荷重に比例した電圧となり、荷重の検出精度を向上
できる。Thus, the second strain gauge pattern C1
, C1 are used to fix one end side of the beam body 11 to the mounting base 18 with the mounting screw 17, and as a result, even if the beam body 11 is bent concavely or convexly in the width direction, the influence of the distortion is caused. Is sufficiently reduced by the notches 12a and 12b. Further, the first strain gauge patterns T1 and T2 are hardly affected by the strain due to the fastening and fixing of the beam body 11. Therefore, the first strain gauge pattern T1,
The output voltage of the bridge circuit composed of T2 and the second strain gauge patterns C1 and C1 becomes a voltage proportional to the load applied to the load receiving member 15, so that the load detection accuracy can be improved.
【００２３】また、ビーム体１１の幅をＷ1 とすると、
Ｗ1 とＷ2 との比が大きいほどビーム体１１の締め付け
固定による第２の歪みゲージパターンＣ1 ，Ｃ1 への歪
みの影響を軽減できる。これは各切欠部１２ａ，１２ｂ
で形成する幅Ｗ2 が小さいほど幅方向の変形歪みが軽減
されるためである。一方、幅Ｗ2 が小さくなると第２の
歪みゲージパターンＣ1 ，Ｃ1 が検出する圧縮歪み量が
相対的に減少するため第１の歪みゲージパターンＴ1 ，
Ｔ2 の歪み検出でのみ出力電圧が変化するハーフブリッ
ジ回路の動作に近づくことになる。If the width of the beam body 11 is W1,
The larger the ratio of W1 to W2, the more the influence of strain on the second strain gauge patterns C1 and C1 due to the fastening and fixing of the beam body 11 can be reduced. This is each notch 12a, 12b
This is because the deformation strain in the width direction is reduced as the width W2 formed in (1) becomes smaller. On the other hand, when the width W2 becomes smaller, the amount of compressive strain detected by the second strain gauge patterns C1 and C1 relatively decreases, so that the first strain gauge pattern T1,
The operation approaches that of the half-bridge circuit in which the output voltage changes only by detecting the distortion of T2.
【００２４】また、図中斜線の領域に配置する場合に、
荷重点である荷重受け部材１５に近い位置ではこの荷重
受け部材１５に荷重が印加してもあまり応力を生じな
い。従って、このような位置に第２の歪みゲージパター
ンＣ1 ，Ｃ1 を配置する場合も第１の歪みゲージパター
ンＴ1 ，Ｔ2 の歪み検出でのみ出力電圧が変化するハー
フブリッジ回路の動作に近づくことになる。従って、各
歪みゲージパターンＴ1，Ｔ2 ，Ｃ1 ，Ｃ1 により構成
するブリッジ回路をハーフブリッジ回路として機能させ
る場合は、図９に各種配置例を示すように第２の歪みゲ
ージパターンＣ1，Ｃ1 を荷重受け部材１５に近い位置
に配置する。そして、この場合は第２の歪みゲージパタ
ーンＣ1 ，Ｃ1 による歪み検出はほとんどないので、第
２の歪みゲージパターンＣ1 ，Ｃ1 をどのような向きに
配置しても問題はない。Further, when arranging in the shaded area in the drawing,
At a position close to the load receiving member 15 which is the load point, even if a load is applied to the load receiving member 15, stress is not so much generated. Therefore, even when the second strain gauge patterns C1 and C1 are arranged at such positions, the operation approaches that of the half bridge circuit in which the output voltage changes only by detecting the strain of the first strain gauge patterns T1 and T2. . Therefore, when the bridge circuit constituted by the strain gauge patterns T1, T2, C1 and C1 is made to function as a half bridge circuit, the second strain gauge patterns C1 and C1 are load-received as shown in various arrangement examples in FIG. It is arranged at a position close to the member 15. In this case, there is almost no strain detection by the second strain gauge patterns C1 and C1, so there is no problem in arranging the second strain gauge patterns C1 and C1 in any orientation.
【００２５】また、荷重受け部材１５の先端部の形状を
半球状としているので、この荷重受け部材１５の先端部
に例えば平板状をした荷重伝達部材が水平に圧接した場
合に荷重Ｐが正確に１つの荷重点に印加するようにな
り、従って、各歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2 ，Ｃ1 ，
Ｃ1 と荷重点との距離が常に一義的に決められることに
なり、各歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2 ，Ｃ1 ，Ｃ1 は
常に荷重量に応じた歪み検出を正確に行うことができ
る。Further, since the tip end portion of the load receiving member 15 has a hemispherical shape, the load P is accurately obtained when a flat plate-shaped load transmitting member is horizontally pressed against the tip portion of the load receiving member 15. It is applied to one load point, so that each strain gauge pattern T1, T2, C1,
Since the distance between C1 and the load point is always uniquely determined, each strain gauge pattern T1, T2, C1, C1 can always accurately detect strain according to the load amount.
【００２６】また、薄膜プロセス工程により平板状のビ
ーム体１１の上に直接各歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2
，Ｃ1 ，Ｃ1 、リード配線パターンＬe 、入力端子パ
ターンＶe+，Ｖe-及び出力端子パターンＶo+，Ｖo-を形
成するので、パターンの微細化が容易に実現でき、ビー
ム体の小形化を容易に図ることができる。Further, the strain gauge patterns T1 and T2 are directly formed on the flat plate-shaped beam body 11 by the thin film process step.
, C1, C1, the lead wiring pattern Le, the input terminal patterns Ve +, Ve- and the output terminal patterns Vo +, Vo-, the pattern can be easily miniaturized and the beam body can be easily miniaturized. You can
【００２７】なお、この実施の形態では１つのビーム体
の製造について述べたが、図１０に示すように、所定サ
イズの基板３１の上に各歪みゲージパターンＴ1 ，Ｔ2
，Ｃ1 ，Ｃ1 、リード配線パターンＬe 、入力端子パ
ターンＶe+，Ｖe-及び出力端子パターンＶo+，Ｖo-から
なるブリッジ回路を薄膜プロセスにより同時に複数個形
成し、その後、プレス工程で多数のロードセル素子３
２，３２，…を同時に製造することで量産化を容易に図
ることができる。また、この実施の形態ではビーム体の
上面側に第１の歪みゲージパターンＴ1，Ｔ2 を配置し
てビーム体の曲げモーメントによる引っ張り歪みを検出
するようにしたが必ずしもこれに限定するものではな
く、ビーム体の下面側に第１の歪みゲージパターンＴ1
，Ｔ2 を配置してビーム体の曲げモーメントによる圧
縮歪みを検出するようにしてもよい。Although the manufacturing of one beam body has been described in this embodiment, as shown in FIG. 10, each strain gauge pattern T1, T2 is formed on a substrate 31 of a predetermined size.
, C1, C1, lead wiring pattern Le, input terminal patterns Ve +, Ve-, and output terminal patterns Vo +, Vo- are simultaneously formed by a thin film process, and then a large number of load cell elements 3 are formed by a pressing process.
By simultaneously manufacturing 2, 32, ..., Mass production can be easily achieved. Further, in this embodiment, the first strain gauge patterns T1 and T2 are arranged on the upper surface side of the beam body to detect the tensile strain due to the bending moment of the beam body, but the present invention is not necessarily limited to this. The first strain gauge pattern T1 on the lower surface side of the beam body
, T2 may be arranged to detect the compressive strain due to the bending moment of the beam body.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上、請求項１記載の発明によれば、平
板状のビーム体の一端側を固定し、他端側を荷重点を有
する自由端としたものにおいて、ビーム体の固定による
歪みの影響を最も受けない部位に歪みゲージを配置する
ことで荷重の検出精度を向上できる。As described above, according to the first aspect of the present invention, in the case where one end side of the plate-shaped beam body is fixed and the other end side is the free end having the load point, the distortion due to the fixing of the beam body By arranging the strain gauges in a portion that is least affected by, the load detection accuracy can be improved.
【図１】本発明の実施の形態を示すロードセルの平面
図。FIG. 1 is a plan view of a load cell showing an embodiment of the present invention.
【図２】図１のロードセルを取付台に固定した状態の側
面図。FIG. 2 is a side view of the load cell of FIG. 1 fixed to a mounting base.
【図３】同実施の形態におけるロードセルの等価回路
図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the load cell according to the same embodiment.
【図４】同実施の形態のロードセルを製造する工程の説
明図。FIG. 4 is an explanatory view of a process of manufacturing the load cell according to the same embodiment.
【図５】ロードセルを幅方向に凹面状になっている面に
ねじで固定したときの第２の歪みゲージパターンに与え
る影響を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining the influence on the second strain gauge pattern when the load cell is fixed to the surface that is concave in the width direction with a screw.
【図６】ロードセルを幅方向に凸面状になっている面に
ねじで固定したときの第２の歪みゲージパターンに与え
る影響を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for explaining the influence on the second strain gauge pattern when the load cell is fixed to the surface that is convex in the width direction with a screw.
【図７】ロードセルを長手方向に凹面状になっている面
にねじで固定したときの第１の歪みゲージパターンに与
える影響を説明するための図。FIG. 7 is a diagram for explaining the influence on the first strain gauge pattern when the load cell is fixed to the surface that is concave in the longitudinal direction with a screw.
【図８】同実施の形態のビーム体に対する各歪みゲージ
パターンの取付位置を説明するための図。FIG. 8 is a view for explaining a mounting position of each strain gauge pattern with respect to the beam body of the same embodiment.
【図９】ビーム体に対する第２の歪みゲージパターンの
取付位置の他の例を説明するための図。FIG. 9 is a diagram for explaining another example of the attachment position of the second strain gauge pattern with respect to the beam body.
【図１０】プレス工程で多数個のロードセルを同時に製
造する場合の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a case where a large number of load cells are simultaneously manufactured in a pressing process.
１１…ビーム体 １２ａ，１２ｂ…切欠部 １５…荷重受け部材 １７…取付ねじ １８…取付台 Ｔ1 ，Ｔ2 …第１の歪みゲージパターン Ｃ1 ，Ｃ2 …第２の歪みゲージパターン 11 ... Beam body 12a, 12b ... Notch part 15 ... Load receiving member 17 ... Mounting screw 18 ... Mounting base T1, T2 ... 1st strain gauge pattern C1, C2 ... 2nd strain gauge pattern
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7870296AJPH09269258A (en) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | Load cell |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7870296AJPH09269258A (en) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | Load cell |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09269258Atrue JPH09269258A (en) | 1997-10-14 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7870296APendingJPH09269258A (en) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | Load cell |
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