JPH06307950A - 歪センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小形化、演算回路部の接続の容易化、ノイズ影
響の防止を図る。 【構成】荷重が作用するビーム体１１の表面の変形部位
に薄膜プロセスにより形成したストレンゲージブリッジ
回路パターン１２並びにビーム体の表面に薄膜プロセス
によりブリッジ回路パターンとは分離して形成した配線
パターン１３と、この配線パターン上に、入、出力端子
をブリッジ回路パターン及び配線パターンに接続して配
置した、増幅回路、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄコンバー
タ等からなる演算回路部１４からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ストレンゲージブリッ
ジ回路を使用した歪センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ストレンゲージブリッジ回路を使
用した歪センサとしては、例えば特開昭５７−９３２２
０号公報に見られるものが知られている。これは図６に
示すようにようにビーム体１の表面に薄膜プロセスによ
り直接ストレンゲージブリッジ回路２をパターンとして
形成している。

【０００３】そしてこの公報のものは、別途プリント回
路基板上に増幅回路、ローパスフィルタ及びＡ／Ｄコン
バータ等を配置し、ビーム体１のストレンゲージブリッ
ジ回路２の出力端子とプリント回路基板上の回路とをリ
ード配線により接続して歪センサ出力を取出すようにな
っていた。

【０００４】また特開昭５８−４２９４１号公報に見ら
れるものが知られている。これは図７に示すようにビー
ム体３の表面に薄膜プロセスにより直接ストレンゲージ
ブリッジ回路４をパターンとして形成するとともに増幅
回路用半導体チップ５を配置し、ブリッジ回路４の電極
リードパターンと増幅回路用半導体チップ５とをワイヤ
ボンデングで接続し、増幅回路出力を外部に取出すよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし前者のもので
は、ビーム体１のストレンゲージブリッジ回路２とプリ
ント回路基板上の回路とをリード配線により接続しなけ
ればならず、配線の接続作業が面倒であり、またプリン
ト回路基板を別途設けるため装置が大形化し、さらにス
トレンゲージブリッジ回路２からリード配線で取出す信
号はアナログ信号となりノイズの影響を受けやすいとい
う問題があった。

【０００６】また後者のものはブリッジ回路４の電極リ
ードパターンと増幅回路用半導体チップ５とをワイヤボ
ンデングで接続するためパターンに金が必要となってコ
スト高になり、また増幅回路以外の回路は外部に配置す
る必要があり、このため装置が大形化し、さらに増幅回
路から外部に取出す信号はアナログ信号となりノイズの
影響を受けやすいという問題があった。

【０００７】そこで本発明は、ビーム体上にストレンゲ
ージブリッジ回路パターンとともに増幅回路、ローパス
フィルタ及びＡ／Ｄコンバータ等の演算回路部を配置す
ることにより小形化を実現でき、また増幅回路、ローパ
スフィルタ及びＡ／Ｄコンバータ等の演算回路部の接続
が容易にできるとともにコスト低下を図ることができ、
しかもノイズの影響を確実に防止できる歪センサを提供
しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
荷重が作用するビーム体の表面の変形部位に薄膜プロセ
スにより形成したストレンゲージブリッジ回路パターン
並びにビーム体の表面に薄膜プロセスによりブリッジ回
路パターンとは分離して形成した配線パターンと、この
配線パターン上に、入、出力端子をブリッジ回路パター
ン及び配線パターンに接続して配置した、増幅回路、ロ
ーパスフィルタ、Ａ／Ｄコンバータ等からなる演算回路
部を設けたものである。

【０００９】請求項２対応の発明は、薄膜プロセスによ
りストレンゲージブリッジ回路パターン並びに配線パタ
ーンを分離して形成した金属又はセラミックの弾性体基
板と、この基板と同一の熱膨張係数を有し、変形部位に
ストレンゲージブリッジ回路のストレンゲージが位置す
るようにその弾性体基板を接着又は接合したビーム体
と、配線パターン上に、入、出力端子をブリッジ回路出
力端子及び配線パターンに接続して配置した、増幅回
路、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄコンバータ等からなる演
算回路部を設けたものである。

【００１０】

【作用】このような構成の本発明においては、増幅回
路、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄコンバータ等からなる演
算回路部を配線パターン上に配置し、その入、出力端子
をブリッジ回路パターン及び配線パターンに接続すれば
よい。そしてビーム体から外部に取出す信号はＡ／Ｄコ
ンバータによりデジタル信号となっておりノイズの影響
を受けにくい。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１２】図１に示すように、例えばジュラルミン材
（Ａ２０２３及びＡ２０２４材）からなるビーム体１１
の表面の変形部位に薄膜プロセスによりストレンゲージ
が位置するようにしてストレンゲージブリッジ回路パタ
ーン１２を形成している。またビーム体１１の表面に薄
膜プロセスにより前記ブリッジ回路パターン１２とは分
離して配線パターン１３を形成している。

【００１３】すなわちビーム体１１の表面にポリイミド
樹脂などの絶縁層を形成した後、薄膜プロセスによりＮ
i −Ｃr −Ｓi 薄膜層からなるストレンゲージパター
ン、Ｔi 層からなる温度補正パターン、Ｃu 層からなる
リードパターンによりストレンゲージブリッジ回路パタ
ーン１２を形成すると共にＣu 層からなる配線パターン
１３を同時に形成する。

【００１４】そして図３に示すように前記配線パターン
１３の上に、入、出力端子をブリッジ回路パターン１２
及び配線パターン１３に接続して増幅回路、ローパスフ
ィルタ、Ａ／Ｄコンバータ等からなる演算回路部１４を
配置している。前記ローパスフィルタはデジタルフィル
タ、Ａ／ＤコンバータはΣΔ型Ａ／Ｄコンバータを使用
している。

【００１５】前記演算回路部１４は図２に示すような１
チップ構成で、そのチップの入、出力端子をストレンゲ
ージブリッジ回路パターン１２のリードパターンと配線
パターン１３に対してクリーム半田により接続してい
る。

【００１６】前記ビーム体１１はロバーバル機構を有
し、側面に２つの孔１５，１６を連通溝１７を介して連
通し、その薄肉部１８，１９を変形部位としている。

【００１７】このような構成の実施例では、ストレンゲ
ージブリッジ回路パターン１２のリードパターン及び配
線パターン１３はＣu 層で形成されるため、演算回路部
１４はクリーム半田を使用し半田フローなどによってス
トレンゲージブリッジ回路パターン１２のリードパター
ン及び配線パターン１３に容易に接続ができる。すなわ
ちリード配線やワイヤボンデング接続するものに比べて
接続作業が簡単となる。

【００１８】またワイヤボンデングを使用して接続する
ものではリードパターンや配線パターンの材料にＡu を
使用しなければならないが、本実施例ではリードパター
ンや配線パターンの材料はＣu でよくコスト低下を図る
ことができる。

【００１９】また増幅回路、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄ
コンバータ等からなる演算回路部１４を１チップ構成と
してビーム体１１の上に配置しているので、別途回路基
板を設ける必要はなく、全体として小形化を実現でき
る。

【００２０】さらにストレンゲージブリッジ回路パター
ン１２からのアナログな出力を増幅し、デジタル信号に
変換するまでの処理はすべてビーム体１１上で行われ、
ビーム体１１から外部に出力される信号はノイズに強い
デジタル信号となる。従ってノイズの影響を確実に除去
でき、精度を向上できる。

【００２１】なお、演算回路部１４としては増幅回路、
ローパスフィルタ、Ａ／Ｄコンバータの他ゲートアレイ
やマイクロコンピュータを設けたものであってもよい。
このようにすればビーム体１１の上でデータ処理も行う
ことができる。

【００２２】またこのような歪センサを秤に組込むとき
には、秤本体側の回路部と演算回路部１４の出力端子を
ケーブルで接続することになる。この場合ケーブルの先
端にコネクタを取付け、接離自在にしてもよい。またケ
ーブルとしてフレキシブルケーブルを使用してもよい。
そしてケーブルの配線パターン１３との接続はクリーム
半田により行う。

【００２３】またビーム体１１に対する演算回路部１４
の配置位置及び配線パターン１３に対するケーブルの接
続位置はビーム体１１の秤本体への固定側とし、荷重に
対するビーム体１１の歪みに影響を与えないようにする
必要がある。

【００２４】次に本発明の他の実施例を図面を参照して
説明する。なお、前記実施例と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。

【００２５】図４に示すものは演算回路部を増幅回路チ
ップ２１、ローパスフィルタチップ２２、Ａ／Ｄコンバ
ータチップ２３の３つのチップで構成したもので、増幅
回路チップ２１をストレンゲージブリッジ回路パターン
１２のリードパターンと配線パターン２４に対してクリ
ーム半田により接続し、ローパスフィルタチップ２２を
配線パターン２４と配線パターン２５に対してクリーム
半田により接続し、Ａ／Ｄコンバータチップ２３を配線
パターン２５と配線パターン２６に対してクリーム半田
により接続している。

【００２６】本実施例においても各チップ２１〜２３を
ビーム体１１の上に配置し、しかもその各チップ２１〜
２３をクリーム半田によりストレンゲージブリッジ回路
パターン１２のリードパターン及び配線パターン２４〜
２６に接続しているので、前記実施例と同様の効果が得
られるものである。

【００２７】図５に示すものは、金属又はセラミックの
弾性体基板２７の上に薄膜プロセスによりストレンゲー
ジブリッジ回路パターン１２並びに配線パターン１３を
分離して形成し、前記弾性体基板２７と同一の熱膨張係
数を有するビーム体３１の変形部位、すなわち薄肉部１
８，１９に前記ストレンゲージブリッジ回路パターン１
２のストレンゲージが位置するようにその弾性体基板２
７を接着する。

【００２８】そして、配線パターン１３の上に演算回路
部チップ１４をその入、出力端子をブリッジ回路パター
ン１２及び配線パターン１３にクリーム半田により接続
して配置する。

【００２９】例えばビーム体３１をジュラルミン材（Ａ
２０２３及びＡ２０２４材）で構成すれば弾性体基板２
７もジュラルミン材（Ａ２０２３及びＡ２０２４材）を
使用する。また弾性体基板２７の接着固定は例えばエポ
キシ樹脂等の接着剤を使用して行う。なお、接着後の安
定性を得るためにセラミックの微細粉末からなるフィラ
ーを接着剤に混合してもよい。

【００３０】また、金属弾性体基板２７及びビーム体３
１がステンレス材のように耐熱性を有するものであれ
ば、互いの面に金をメッキなどにより形成した後、加熱
しながら加圧することにより接合してもよい。

【００３１】前記ビーム体３１は上面に段差部３１ａを
形成し、その段差部３１ａにより弾性体基板２７の位置
決めを行っている。

【００３２】このように金属弾性体基板２７上にストレ
ンゲージブリッジ回路パターン１２並びに配線パターン
１３を形成して演算回路部チップ１４をクリーム半田に
より接続し、その金属弾性体基板２７をビーム体３１上
に接着しているので、このようにしても演算回路部チッ
プ１４をビーム体３１上に配置することになるので、前
記実施例と同様の効果が得られるものである。

【００３３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ビーム体上にス
トレンゲージブリッジ回路パターンとともに増幅回路、
ローパスフィルタ及びＡ／Ｄコンバータ等の演算回路部
を配置することにより小形化を実現でき、また増幅回
路、ローパスフィルタ及びＡ／Ｄコンバータ等の演算回
路部のストレンゲージブリッジ回路パターン及び配線パ
ターンとの接続が容易にできるとともにコスト低下を図
ることができ、しかも信号をデジタル信号で出力してい
るのでノイズの影響を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す演算回路部チップ実装
前の斜視図。

【図２】同実施例における演算回路部チップの形状を示
す図。

【図３】同実施例の演算回路部チップ実装後の斜視図。

【図４】本発明の他の実施例を示す斜視図。

【図５】本発明の他の実施例を示す分解斜視図。

【図６】従来例を示す斜視図。

【図７】従来例を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…ビーム体 １２…ストレンゲージブリッジ回路パターン １３…配線パターン １４…演算回路部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷重が作用するビーム体の表面の変形部
   位に薄膜プロセスにより形成したストレンゲージブリッ
   ジ回路パターン並びに前記ビーム体の表面に薄膜プロセ
   スにより前記ブリッジ回路パターンとは分離して形成し
   た配線パターンと、この配線パターン上に、入、出力端
   子を前記ブリッジ回路パターン及び配線パターンに接続
   して配置した、増幅回路、ローパスフィルタ、Ａ／Ｄコ
   ンバータ等からなる演算回路部を設けたことを特徴とす
   る歪センサ。
2. 【請求項２】 薄膜プロセスによりストレンゲージブリ
   ッジ回路パターン並びに配線パターンを分離して形成し
   た金属又はセラミックの弾性体基板と、この基板と同一
   の熱膨張係数を有し、変形部位に前記ストレンゲージブ
   リッジ回路のストレンゲージが位置するようにその弾性
   体基板を接着又は接合したビーム体と、前記配線パター
   ン上に、入、出力端子を前記ブリッジ回路パターン及び
   配線パターンに接続して配置した、増幅回路、ローパス
   フィルタ、Ａ／Ｄコンバータ等からなる演算回路部を設
   けたことを特徴とする歪センサ。