JPH06186096A - 歪みゲージ及びその製造方法 - Google Patents

歪みゲージ及びその製造方法

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JPH06186096A
JPH06186096A JP4354556A JP35455692A JPH06186096A JP H06186096 A JPH06186096 A JP H06186096A JP 4354556 A JP4354556 A JP 4354556A JP 35455692 A JP35455692 A JP 35455692A JP H06186096 A JPH06186096 A JP H06186096A
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Michito Utsunomiya
道人 宇都宮
Kazufumi Naito
和文 内藤
Hiroyuki Konishi
浩之 小西
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Ishida Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロードセルや加速度計等に用いられる歪みゲ
ージとして、コンパクトで高い歪み感度が得られるゲー
ジを実現すると共に、この歪みゲージを不良品を発生さ
せることなく、高い生産性で製造することができる方法
を提供する。 【構成】 基板素材30の一方の面に多数の溝31…3
1を平行に刻設すると共に、他方の面には多数の歪み検
出回路23…23を上記溝31…31に対して所定の位
置関係となるように縦横に整列させて設け、その後、上
記基板素材30を縦横に切断して各歪み検出回路23…
23ごとに分離することにより、矩形状の基板21の一
方の面に一対の歪み感知部を有する歪み検出回路23が
形成され、かつ該基板21の他方の面の両端部寄りに、
上記溝31,31でなる一対の低剛性部が設けられてな
る歪みゲージを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種の荷重検出用ロー
ドセルや加速度計等に用いられる歪みゲージ及びその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電子秤等の荷重検出装置として
用いられるロードセルは、両端に位置する剛体部間に剛
性を弱くした一対の低剛性部を有する2本のビーム部を
上下平行に架設して中空四角形状とした起歪体を用い、
その一方の剛体部を固定した状態で他方の剛体部に荷重
を印加したときに、両剛体部間の上下方向の相対変位に
起因する上記ビーム部の低剛性部表面に現れる引張歪み
もしくは圧縮歪みを検出することにより、上記荷重を測
定するようにしたものであるが、近年、例えば特開昭6
3−256832号公報に示されているような3ビーム
式のロードセルが実用化されつつある。
【0003】この3ビーム式ロードセルは、例えば図1
2に示すように、両端の剛体部A,Aと、両剛体部A,
A間に上下に平行に架設され、かつ、それぞれ2箇所づ
つの低剛性部B’…B’を有する上下のビーム部B,B
と、両ビーム部B,B間において両側の剛体部A,Aか
ら対向状に突設された一対のアーム部C,Cとを有する
起歪体Dを用い、この起歪体Dの上記両アーム部C,C
間に歪みゲージEを取り付けて全体を3層構造としたも
のである。そして、上記両剛体部A,Aの上下方向の相
対変位により歪みゲージEの基板表面に引張歪み及び圧
縮歪みを発生させ、これを検出することにより荷重を測
定するようになっている。
【0004】その場合に、従来においては、上記歪みゲ
ージEは、図13に示すように、矩形状の基板Fの両端
部寄りに、両側部からU字形の切込み部(以下、ノッチ
という)F’…F’を対向状に形成してなる低剛性部
F”,F”をそれぞれ形成すると共に、該基板Fの一方
の面に、上記両低剛性部F”,F”にそれぞれ配設され
た微細な抵抗線でなる一対の歪み感知部G’,G’を有
する歪み検出回路Gを形成した構造とされるのが通例で
あった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な歪みゲージEの場合、印加された荷重に対する低剛性
部F”,F”の歪み量ないし歪み検出回路Gの出力の大
きさ、すなわち歪み感度は、基板F自体の幅L1と低剛
性部F”,F”における両側のノッチ部間の幅L2との
比(L1/L2)に対応する。したがって、この歪み感
度を高めようとすると、基板F自体の幅L1を大きくす
るか、低剛性部F”,F”における各ノッチ部間の幅L
2を小さくすることになるが、両側のノッチ部間には歪
み検出回路Gにおける歪み感知部G’が配設されている
から、後者の幅L2の縮小には限度があり、そのため、
歪み感度を高めるためには基板F自体の幅L1を大きく
しなければならないことになって、この種の歪みゲージ
のコンパクト化が妨げられることになるのである。
【0006】また、上記歪みゲージEは、図14に示す
ように比較的大きな基板素材Hの一方の面に、一対の歪
み感知部を有する多数の歪み検出回路G…Gを縦横に整
列させて形成すると共に、この基板素材Hからレーザー
ビームによって各歪み検出回路G…Gごとに切り抜くこ
とにより、図13に示すような形状に形成されるのであ
るが、その場合に、基板素材Hからの切り抜き線は、各
歪みゲージEごとに合計4か所のノッチ部F’…F’を
形成しなければならないから、図14に鎖線a…aで示
すようにきわめて複雑な線となり、そのため、この切り
抜き作業に多大の時間を要し、これが生産性向上を阻害
することになるのである。
【0007】また、この切り抜きに際しては、周辺への
熱影響が比較的少ないYAGレーザーが用いられるので
あるが、上記ノッチ部F’…F’の切断時には、レーザ
ービームが歪み検出回路Gの最も敏感で、しかも重要な
部分である歪み感知部G’のごく近傍を通過するので、
該感知部G’への熱影響を避けることができず、そのた
め、不良品を発生させたり、歪みゲージとしての精度を
低下させたりすることになるのである。
【0008】そこで、本発明は、上記のような3ビーム
式もしくは2ビーム式のロードセル或は加速度計等に用
いられる歪みゲージとして、生産性に優れ、しかも高い
精度が安定的に得られるものを実現することを課題とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、本願の請求項
1の発明(以下、第1発明という)に係る歪みゲージ
は、矩形状の基板の両端部寄りに、該基板両端部の上下
方向の相対変位に対する一対の低剛性部をそれぞれ設け
ると共に、該基板の一方の面に、上記両低剛性部にそれ
ぞれ対応位置する少なくとも一対の歪み感知部を有する
歪み検出回路を形成した構成において、上記一対の低剛
性部を、基板の他方の面に設けられた幅方向の溝によっ
て構成したことを特徴とする。
【0010】また、本願の請求項2の発明(以下、第2
発明という)に係る歪みゲージの製造方法は、上記第1
発明に係る歪みゲージを製造する方法であって、まず、
適宜大きさの基板素材の一方の面に、所定の間隔を隔て
て多数の溝を平行に刻設し、次いでこの基板素材の他方
の面に、多数の歪み検出回路を上記溝に対して所定の位
置関係となるように縦横に整列させて設け、その後、上
記基板素材を縦横に切断して各歪み検出回路ごとに分離
することにより、矩形状の基板の一方の面に少なくとも
一対の歪み感知部を有する歪み検出回路が形成され、か
つ、該基板の他方の面の両端部寄りに、上記溝でなる一
対の低剛性部が上記少なくとも一対の歪み感知部にそれ
ぞれ対応位置して設けられてなる多数の歪みゲージを製
造することを特徴とする。
【0011】
【作用】上記の構成により、本発明によれば、次のよう
な作用が得られる。
【0012】まず、第1発明に係る歪みゲージは、歪み
検出回路における歪み感知部に対応位置させて設けられ
る基板の低剛性部が、該基板の歪み検出回路形成面と反
対側の面に設けられた幅方向の溝によって構成されるこ
とになるが、この場合、歪み感度は溝の深さ、すなわち
該溝の刻設部における基板の肉厚に対応することにな
る。したがって、歪み感度を高めるには溝を深くして、
その刻設部における肉圧を薄くすればよく、その場合
に、基板自体の幅は関与しないから、この幅を小さくし
て、当該歪みゲージの全体をコンパクト化することが可
能となる。そして、このコンパクト化により、当該歪み
ゲージを例えば本願の第2発明のような方法により一定
寸法の基板素材から製造する場合に、一枚の基板素材か
ら得られる数量が増加することになるのである。
【0013】また、第2発明に係る製造方法によれば、
基板素材の一方の面に低剛性部となる多数の溝を刻設し
た後、従来と同様の方法で、該基板素材の他方の面に多
数の歪み検出回路を上記溝と所定の位置関係でもって形
成すれば、その後、この基板素材を縦横の直線状の切断
線に沿って切断するだけで多数の歪みゲージが得られる
ことになり、従来のノッチ部を有するゲージの切り抜き
作業に比べて、この切断作業が著しく容易となる。
【0014】また、この切断に際して、レーザービーム
が歪み検出回路の歪み感知部のごく近傍を通過すること
がないから、該感知部に熱影響を及ぼすことがなくな
り、或は熱影響が低減されることになる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0016】まず、図1により本実施例に係る歪みゲー
ジが用いられたロードセルについて説明すると、このロ
ードセル1の本体をなす起歪体10は、いずれも板金製
で断面略コ字状とされた上部部材11及び下部部材12
と、これらの部材11,12の両側に互いに対向するよ
うに設けられたフランジ部11a,12a間に挟持され
た平板状の中間部材13とで3層構造とされている。
【0017】そして、該上部部材11、下部部材12及
び中間部材13の長手方向の両端部で固定剛体部14及
び可動剛体部15がそれぞれ構成され、また、上部部材
11の中間部及び下部部材12の中間部が上記両剛体部
14,15間に渡る上下のビーム部16,17とされて
いると共に、これらのビーム部16,17には、両端の
剛体部14,15寄りの位置に両側からそれぞれ切り込
み16a,17aが設けられ、この切り込み16a,1
7aが設けられた部位がビーム部16,17の剛性を低
くした低剛性部とされている。さらに、上記中間部材1
3の中間部には開口部13aが設けられ、この開口部1
3aを当該起歪体10の長手方向に跨ぐように歪みゲー
ジ20が取り付けられている。
【0018】そして、上記固定剛体部14が固定された
状態で可動剛体部15に荷重が印加されたときに、上下
のビーム部16,17が各低剛性部で屈曲することによ
り、固定剛体部14に対して可動剛体部15が相対的に
下方に変位すると共に、これに伴って中間部材13に取
り付けられた歪みゲージ20も固定剛体部14側の端部
に対して可動剛体部15側の端部が低くなるように変形
し、その際に該ゲージ20の基板表面に生じる引張歪み
と圧縮歪みとが検出されることにより、上記可動剛体部
15に印加された荷重が測定されるようになっている。
【0019】次に、上記歪みゲージ20の構成を説明す
ると、図2に示すように、この歪みゲージ20は、ステ
ンレス材等の金属材料で形成された矩形状の基板21の
一方の面に絶縁層22を介して歪み検出回路23を設け
ると共に、該基板21の他方の面には、両端部寄りの所
定位置に両側端部間にわたって幅方向に延びる一対の溝
24,24を形成し、この溝24,24によって肉圧が
薄くされた部位が基板21の低剛性部21a,21aと
されている。
【0020】また、上記歪み検出回路23は、上記溝2
4,24の対応位置にそれぞれ配置された抵抗線でなる
一対の歪み感知部23a,23aと、これらの歪み感知
部23a,23aの両端に接続された3本の導線部23
b…23bと、これらの導線部23b…23bの端部に
設けられた端子部23c…23cとで構成され、図1に
示す起歪体10の変形に伴って基板21の一方の低剛性
部21aの表面に引張歪みが、他方の低剛性部21aの
表面に圧縮歪みが生じたときに、これに対応して歪み感
知部23a,23aの抵抗値が減少もしくは増加するよ
うになっている。そして、この抵抗値の変化が上記各端
子部23c…23cに接続されたケーブル25(図1参
照)を介して図示しない外部の装置に出力され、上記起
歪体10ないし歪みゲージ20における基板21の変形
をもたらした荷重の大きさを測定するようになってい
る。
【0021】そして、このような構成の歪みゲージ20
においては、歪み感度は低剛性部21a,21aを形成
する溝24,24の深さ、つまり該低剛性部21a,2
1aにおける肉厚に対応するので、この肉圧を適切に設
定することにより必要される歪み感度が得られることに
なり、その際に基板21の幅寸法等には依存しないので
ある。したがって、該基板21の幅寸法は、歪み検出回
路23を形成する上で必要とされる寸法まで小さくする
ことが可能となり、これに伴って当該歪みゲージ20の
コンパクト化、ひいてはロードセル全体としての小型化
が可能となる。
【0022】次に、この歪みゲージ20の製造方法につ
いて説明する。
【0023】まず、図3に示すように、ステンレス材等
の金属材料でなる適宜大きさの基板素材30の一方の面
に所定の間隔を隔てて多数の溝31…31を平行に形成
する。
【0024】これらの溝31…31は、機械加工等によ
っても形成可能であるが、この実施例ではハーフエッチ
ング法により、次のようにして形成される。
【0025】まず、図4に示すように、基板素材30の
一方の面にレジスト膜32を形成すると共に、その上
に、溝31…31の形成部が遮光部33a、非形成部が
透光部33bとされた露光パターンを形成したマスクフ
ィルム33を重ねる。そして、その上方から光を照射す
ることにより、上記レジスト膜32におけるマスクフィ
ルム33の透光部33bに対応する部位を硬化させる。
【0026】次に、マスクフィルム33を除去した上
で、レジスト膜32の非硬化部を所定の洗浄液で除去
し、図5に示すように、該レジスト膜32の硬化部32
aのみを基板素材30の表面上に残す。
【0027】そして、図6に示すように、この状態で周
知の手法でエッチングを行い、レジスト膜32が存在し
ない部位を適宜深さまで腐食させるのであり、これによ
り、上記マスクフィルム33の遮光部33aに対応する
部位に溝31…31が形成され、その後、レジスト膜3
2の硬化部32aを除去することにより、図3に示すよ
うな基板素材30が得られることになる。
【0028】次いで、図7に示すように、一方の面に多
数の溝31…31が形成された基板素材30の他方の面
に、前述の絶縁層22を介して多数の歪み検出回路23
…23を縦横に整列させて形成する。
【0029】これらの歪み検出回路23…23は、スパ
ッタリング法等による金属薄膜の形成と、該薄膜を所定
のパターンに形成するエッチング処理とを繰り返すこと
により、図8に模式化して示すように、少なくとも歪み
感知部23aと導線部23bとで多層に構成し、最後
に、例えばスクリーン印刷法によって形成される保護膜
23dで覆った構成とされている。その場合に、各歪み
検出回路23…23は、一対の歪み感知部23a,23
aが反対側の面に形成された溝31…31に対応位置す
るように設けられる。
【0030】そして、このようにして一方の面に多数の
溝31…31が、他方の面に多数の歪み検出回路23…
23が形成された基板素材30を、図7に鎖線で示す切
断線b…bに従って切断することにより、図2に示す歪
みゲージ20が多数得られることになる。その場合に、
上記切断線b…bは縦横に延びる直線のみで構成される
から、この切断線b…bに従って切断作業がきわめて容
易に行われることになり、また、レーザービームで切断
する場合においても、切断線b…bが各歪み検出回路2
3…23の歪み感知部23a…23aの近傍を通過しな
いから、該感知部23a…23aに熱による悪影響を及
ぼすことがないのである。
【0031】なお、本発明に係る歪みゲージは図1に示
すような3ビーム式のロードセルに限らず、図9及び図
10に示すように、2ビーム式のロードセルにも同様に
適用できるものである。
【0032】すなわち、図9に示すロードセル40の起
歪体41は、いずれも板金製の上部部材42と下部部材
43の両端部で固定剛体部44及び可動剛体部45を形
成すると共に、両部材42,43の中間部を上下のビー
ム部46,47とした構成である。そして、両ビーム部
46,47の中央にそれぞれ形成した開口部46a,4
7aを跨ぐように、上記実施例に係る歪みゲージ20,
20をそれぞれ取り付けた構成とされている。したがっ
て、このロードセル40によれば、2つの歪みゲージ2
0,20により合計4箇所の歪み感知部が設けられて、
所謂フルブリッジの歪み検出回路が構成されることにな
る。
【0033】また、図10のロードセル50は、一対の
金属製ブロック51,52により両端の固定剛体部53
と可動剛体部54とを構成すると共に、これらの剛体部
53,54の上面間及び下面間に、上記実施例に係る歪
みゲージ20と同様の構成であるが、基板が大きくされ
て起歪体のビーム部55,56を構成する一対の歪みゲ
ージ20’,20’をそれぞれ架設した構成である。し
たがって、このロードセル50の場合も、フルブリッジ
の歪み検出回路が構成されることになる。
【0034】さらに、上記の各例においては、歪みゲー
ジ20,20’自体は歪み感知部が2箇所のハーフブリ
ッジ回路用とされているが、図11に示すように、4箇
所の歪み感知部を有するフルブリッジ回路用の歪みゲー
ジ60を構成することも可能である。
【0035】このフルブリッジ回路用の歪みゲージ60
は、前記実施例に係る歪みゲージ20と同様に、基板6
1の一方の面における両端部寄りの位置に幅方向の溝6
4,64によって構成される一対の低剛性部61a,6
1aを形成すると共に、その反対側の面に絶縁層62を
介して歪み検出回路63を設けたものであるが、この歪
み検出回路63は、各低剛性部61a,61aに2箇所
づつ、合計4箇所の歪み感知部63a…63aを有する
のである。
【0036】この歪みゲージ60の場合、各低剛性部6
1aに、基板61の幅方向に2個づつ歪み感知部63
a,63aが配設されることになるので、従来のように
両側部にノッチ部を形成することにより低剛性部を形成
するようにした場合、基板の幅寸法が著しく大きくなる
のであるが、本発明の構成により、このような基板の幅
寸法の増大が回避され、精度の高いフルブリッジ回路用
の歪みゲージがコンパクトに構成されることになるので
ある。
【0037】
【発明の効果】以上のように、本願の第1発明に係る歪
みゲージは、矩形状の基板の両端部寄りに形成される一
対の低剛性部を、該基板の歪み検出回路形成面と反対側
の面に設けた幅方向の溝によって構成したので、歪み感
度が上記溝の深さないし低剛性部における基板の肉厚に
よって設定されることになる。したがって、この歪み感
度を高くするために、従来のように基板自体の幅を大き
くする必要がなくなり、これにより、この種の歪みゲー
ジのコンパクト化が図られ、ひいては該歪みゲージを用
いるロードセルや加速度計等のコンパクト化が可能とな
る。また、これに伴って、この歪みゲージを一定寸法の
基板素材から製造する場合に、一枚の基板素材からの製
造数量が増加し、したがって生産性が向上し、コストが
低減されることになる。
【0038】また、本願の第2発明に係る歪みゲージの
製造方法によれば、一方の面に多数の溝が平行に形成さ
れ、かつ、他方の面に多数の歪み検出回路が縦横に整列
させて形成された基板素材を縦横に切断するだけで、上
記第1発明に係る歪みゲージが多数形成されることにな
り、その場合に、上記基板素材は縦横の直線の切断線に
沿って切断するだけでよいから、この切断作業が著しく
容易化されることになる。また、この切断作業をレーザ
ービームで行う場合にも、該ビームが歪み検出回路にお
ける歪み感知部の近傍を通過しないから、該感知部が熱
影響を受けることがなく、したがって、不良品を発生さ
せたり、製品としての精度を低下させたりすることがな
く、このようにして、高い品質の歪みゲージが高い生産
性でもって製造されることになるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1発明の実施例に係る歪みゲージを用いた
ロードセルの一部破断斜視図である。
【図2】 同歪みゲージの斜視図である。
【図3】 第2発明の製造方法の実施例において基板素
材に溝を形成した状態を示す斜視図である。
【図4】 図3の溝を形成するエッチング法の第1工程
を示す要部拡大断面図である。
【図5】 同エッチング法の第2工程を示す要部拡大断
面図である。
【図6】 同エッチング法の第3工程を示す要部拡大断
面図である。
【図7】 基板素材に多数の歪み検出回路を形成した状
態を示す斜視図である。
【図8】 歪み検出回路の構造を示す要部拡大断面図で
ある。
【図9】 第1発明に係る歪みゲージを用いたロードセ
ルの他の例を示す斜視図である。
【図10】 同じく第1発明に係る歪みゲージを用いた
ロードセルの他の例を示す斜視図である。
【図11】 第1発明に係る歪みゲージの他の実施例を
示す斜視図である。
【図12】 3ビーム式ロードセルの一般的な例を示す
斜視図である。
【図13】 従来の歪みゲージの斜視図である。
【図14】 従来の歪みゲージの製造方法の1工程を示
す斜視図である。
【符号の説明】
20,60 歪みゲージ 21,61 基板 21a,61a 低剛性部 23,63 歪み検出回路 23a,63a 歪み感知部 23,63 溝 30 基板素材 31 溝

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 矩形状の基板の両端部寄りに、該基板両
    端部の上下方向の相対変位に対する一対の低剛性部がそ
    れぞれ設けられていると共に、該基板の一方の面に、上
    記両低剛性部にそれぞれ対応位置する少なくとも一対の
    歪み感知部を有する歪み検出回路が形成されており、か
    つ、上記一対の低剛性部が、基板の他方の面に設けられ
    た幅方向の溝によって構成されていることを特徴とする
    歪みゲージ。
  2. 【請求項2】 適宜大きさの基板素材の一方の面に、所
    定の間隔を隔てて多数の溝を平行に刻設し、次いでこの
    基板素材の他方の面に、多数の歪み検出回路を上記溝に
    対して所定の位置関係となるように縦横に整列させて設
    け、その後、上記基板素材を縦横に切断して各歪み検出
    回路ごとに分離することにより、矩形状の基板の一方の
    面に少なくとも一対の歪み感知部を有する歪み検出回路
    が形成され、かつ、該基板の他方の面の両端部寄りに、
    上記溝でなる一対の低剛性部が上記少なくとも一対の歪
    み感知部にそれぞれ対応位置して設けられてなる多数の
    歪みゲージを製造することを特徴とする歪みゲージの製
    造方法。
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