JPH0715416B2

JPH0715416B2 - ロ−ドセル

Info

Publication number: JPH0715416B2
Application number: JP61181114A
Authority: JP
Inventors: 哲夫森; 博田中
Original assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Current assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: JPS6337227A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、荷重受体の所定部分に抵抗線歪ゲージを貼設
し、クリープ調整を施した構造のロードセルに関するも
のである。

〔従来技術〕

荷重受体の所定部分に抵抗線歪ゲージを貼設した構造の
ロードセルにおいて、その極めて重要な性能として、ロ
ードセルの出力値が時間経過に対して変化する所謂クリ
ープ特性がある。このクリープ特性が良くないと出力値
が安定しないばかりではなく、他の諸性能、特に器差
（特性）、零復帰、再現性等に大きな影響を与える。従
って、ロードセルを高精度、高性能化するためには、該
クリープ特性を良くすることが必要である。

従来このクリープ特性改善のために用いられる手法の代
表的な方法は、第２図に示すようなフォイル歪ゲージ１
のグリットの折り返しタブ2,3の長さd₁，d₂を変えてク
リープ性能を改善する手法である。しかしながら該手法
は下記のような欠点があった。

（１）種々の定格荷重のロードセルの要求に対して、そ
れぞれ適合したクリープ特性を持つ歪ゲージが必要とな
る。

（２）同一定格荷重のロードセルにおいても、設計条件
から荷重受体の形状を変えると、それに適合したクリー
プ特性を有する歪ゲージが必要となる。

（３）同一定格荷重、同一荷重受体のロードセルにおい
ても防湿処理を変えるとそれに適合したクリープ特性を
持つ歪ゲージが必要となる。

また、上記（１）〜（３）に加え更に、（４）上記（１）〜（３）の如く数多くの歪ゲージが製
造される結果、歪ゲージ選択等の誤認によって不良のロ
ードセルが製造される恐れがある。

（５）開発に要する労力、開発費、開発日程等にかなり
の損失が生じる。

（６）また、ロードセルろの製造数が少ない場合に歪ゲ
ージメーカーが上記ロードセルに適合する歪ゲージを開
発製造する意欲を損ない、制作しても高価な歪ゲージと
なってロードセルを安価に製造できなくなる。

また、特開昭55−29756号公報には、予めストレンゲー
ジを接着してビームとの総合特性が負のクリープ特性に
なる様に設定し、ストレンゲージを正のクリープ特性を
有する被覆層により覆う様にしたものが記載されてい
る。

しかしながらこの方法ではマイナス側にクリープを移行
することができないという欠点がある。

さらに、本出願人は先に上記欠点のないクリープ性能改
善手法を開発し、特許出願（特願昭59−277800号）して
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、該クリープ特性改善手法においても、下
記のような不具合があった。

（ａ）マイナス側にクリープを移行させるためには、歪
ゲージの下に調整フィルムを設けなければならず、予め
調整フィルムを介在する前のクリープを同種の歪ゲージ
を貼って測定しなければならない。

（ｂ）同種の歪ゲージ中のクリープのバラツキはロット
の違いも考慮すると±0.03％程の誤差となり、歪ゲージ
のバラツキによる個々のロードセルのマイナス方向への
クリープ特性の移行には対処できない。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、既に歪ゲー
ジの貼設された個々のロードセルの出力特性に合わせて
再度歪ゲージを貼り変える等の工程を加えることなく、
歪ゲージが貼設されたままでクリープ性能を調整したロ
ードセルを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明は、荷重受体の所定部
分に抵抗線歪ゲージを貼設した構造のロードセルにおい
て、抵抗線歪ゲージの受感部上を除く該抵抗線歪ゲージ
上の少なくとも主軸方向のいずれか端部及びその周辺の
荷重受体上に連続してロードセル出力のクリープ特性が
調整前に比較して負方向に変化するクリープ調整用層を
塗料を塗布して形成したことを特徴とする。

また、更に微調整のためロードセルの出力のクリープ特
性が正方向になるように抵抗線歪ゲージの受感部上を主
とする該抵抗線歪ゲージ上にクリープ調整用層を塗料を
塗布して形成したことを特徴とする。

また、ロードセルの出力のクリープ特性が負方向の所定
クリープ特性値になるようにクリープ調整層を設け、該
所定クリープ特性値を相殺するコーティングをロードセ
ルに施すことを特徴とする。

〔作用〕

本発明は上記構成を採用することにより、荷重受体に抵
抗線歪ゲージを貼設してなるロードセルの歪ゲージ上の
端部及びその周辺の荷重受体上に連続してロードセル出
力のクリープ特性が調整前に比較して負方向に変化する
クリープ調整用層を形成するだけで、上記のような問題
が無く極めて容易にクリープ特性を調整できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るロードセルの起歪体の歪ゲージを
貼設した部分を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は側面図である。図示するように、歪ゲージ１は
ベース６と、該ベース６上の受感部7aとターミナル部7b
からなるパターン部７と、該パターン部７のターミナル
部7bに接続されたリードワイヤ４と、該パターン部７及
びリードワイヤ４の上部に形成されたラミネート８とで
構成されている。ロードセルは上記の様に構成された歪
ゲージ１を起歪体11の薄肉部11aの上部に接着層５を形
成して貼設している。歪ゲージ１の受感部7aを除く端部
にロードセルの出力のクリープ特性が調整前に比較して
負方向に変化させるクリープ調整用の端部層９を形成す
る。また、クリープ特性の微調整のために歪ゲージ１の
受感部7a上を主とする歪ゲージ１の上面にクリープ調整
用の受感部層10を形成する。端部層９及び受感部層10
は、例えばエポキシ系の塗料を塗布して形成する。

次に上記のように構成されたロードセルの動作を説明す
る。歪ゲージ１は、それが貼設された起歪体11の薄肉部
11aの位置により引張力を受けるものと、圧縮力をうけ
るものとがある。

先ず、歪ゲージ１に引張力が作用する場合について説明
する。第３図は起歪体11の薄肉部に引張力がかかる場合
の変形過程を示す概念図で、同図（ａ）は引張力が加わ
る前の状態、同図（ｂ）は引張力が加わって変形した直
後の状態、同図（ｃ）は引張力が加わって変形した後、
端部層９がクリープして受感部7aが復帰する状態を示
す。今、起歪体11の薄肉部に引張変形が生じると端部層
９は起歪体の変形に追随して延びるが、端部層９は受感
部7aの端をラミネート８を介して間接的に保持しており
（ラミネート８が無い歪ゲージ１では、ベース６を介し
て受感部7aの端を保持する）、受感部7aは端部層９が無
い場合に比較し、更に引張りを縦方向から受けることに
なる｛第３図（ｂ）の矢印Ｂ参照｝。更に、その端部層
９が徐々に応力−歪クリープを生じて伸びるに従い、上
記受感部7aが縦方向から引張られる端部層９の影響が薄
れ、受感部7aが縮んで行く｛第３図（ｃ）の矢印Ｃ参
照｝。従ってホイートストンブリッジの引張力を受けた
歪ゲージ辺の抵抗値が引張力を受ける前の抵抗値に復帰
する方向に（抵抗値が減少する方向）向かうため、ロー
ドセル出力はマイナスクリープとなる。

次に歪ゲージ１に圧縮力が作用する場合について説明す
る。第４図は起歪体11の薄肉部に圧縮力がかかる場合を
示す概念図で、同図（ａ）は圧縮力が加わる前の初期状
態、同図（ｂ）は圧縮力が加わって変形した直後状態、
同図（ｃ）は圧縮力が加わって変形した後、端部層９が
クリープして受感部7aが復帰する状態を示す。

今、起歪体11の薄肉部に圧縮変形が生じると端部層９は
起歪体の変形に追随して縮むが、端部層９は受感部7aの
端をラミネート８を介して間接的に押しており（ラミネ
ート８が無い歪ゲージ１では、ベース６を介して受感部
7aの端を押す）、受感部7aは端部層９が無い場合に比較
し、更に圧縮力を縦方向から受けることになる｛第４図
（ｂ）の矢印Ｄ参照｝。更にその端部層９が徐々に応力
−歪クリープを生じて縮むに従い、上記受感部7aが縦方
向から圧縮される端部層９の影響が薄れ、受感部7aが伸
びて行く｛第４図（ｃ）の矢印Ｅ参照｝。従ってホイー
トストンブリッジの圧縮力を受けた歪ゲージ辺の抵抗値
が圧縮を受ける前の抵抗値に復帰する方向に（抵抗値が
増す方向）に向かうため、ロードセル出力はマイナスク
リープとなる。

上記の如く、ホイートストンブリッジの引張力を受ける
歪ゲージ１及び圧縮力を受ける歪ゲージ１のいずれを取
ってもロードセル出力はマイナスクリープとなる。な
お、ホイートストンブリッジの１枚或いは２枚又は３枚
がアクテブゲージで他がダミー抵抗であっても作用効果
は何ら変わらず所定のマイナス方向へのクリープ特性の
移行が行なえる。従って初期において、プラスクリープ
のロードセルに前記処置を施せば総合的にクリープを零
にすることが可能である。

また、前記処置を施してもまだプラスクリープ特性を相
殺しきらない場合は、前記端部層９の厚みを増すか、更
には他の種類のもっと応力−歪クリープを生じやすい材
質の層を形成しても良い。また、歪ゲージ１の先端部側
に分散させると盛り上がりが少なく実装上効果的である
｛第１図（ｂ）の一点鎖線で囲まれた部分Ｂ参照｝。

更に、前記処置を行なう事によってマイナスクリープに
行き過ぎが生じた場合は、受感部7aの上に応力−歪クリ
ープを生じる層を微調整用として薄く形成してやれば良
い。第１図の受感部層10は該微調整用の層である。該受
感部層10を形成することにより、行き過ぎたマイナスク
リープを零に近付けることができる。

また、ロードセルは防湿及び防水のためのコーティング
を施したり、或いは密封処置を行なって使用されること
が多い。このように防湿及び防水処理を行なった場合、
防湿及び防水処理を行なう前はクリープの殆ど生じない
理想的なロードセルであっても該防湿及び防水処理を施
すと、殆どの場合プラスクリープが生じる。このような
場合、予め防湿及び防水処理をする事によってどの程度
クリープが動くかを見きわめた上でその分上記処置を施
してクリープ特性を所定量マイナス側にしておき、前記
防湿及び防水処理を施すことにより、マイナス側のクリ
ープ特性を相殺してクリープ特性を略零付近に移行させ
ることができる。

また、低温、常温、高温で各ロードセルを構成する材料
の個々の物性（例えば、弾性係数や硬度及び応力−歪ク
リープ量）が変化する。そのためロードセルの特性とし
て各温度でのクリープ特性が変化することが普通であ
る。そして低温になるに伴いラミネート材の硬化によっ
てラミネート材の応力−歪クリープの歪ゲージ１に与え
る影響（＋クリープ）が相対的に強まり、またベース
材、接着層材の硬化によって受感部7aの復帰現象（マイ
ナスクリープ）が少なくなり、結果としてプラスクリー
プが増大する傾向となり、更に防湿及び防水処理を施す
場合は低温で防湿防水層が硬化し、歪ゲージ１で起歪体
11に与える影響が強まるため低温でのプラスクリープ傾
向が顕著となる。この時上記端部層９はどのように作用
するかと言えば、低温になるに従い硬化するために、歪
ゲージ１を押さえる影響力が強まり、ロードセルに与え
る影響としては、低温になるに従いマイナスクリープが
増大する。従って、温度に対する物性変化の適切な材料
の端部層９を形成すれば、前記低温に向かうにつれてプ
ラスクリープが増大するロードセル、特に防湿及び防水
処理を施したロードセルに対して温度によるクリープ特
性の変化を良く相殺でき、低温でも高温でもクリープの
生じない優れたロードセルを提供することが可能とな
る。第５図及び第６図は、上記処置を施した場合の実験
結果を示す図である。

第５図（ａ），（ｂ）は、同図（ｃ）に示すように歪ゲ
ージ１の受感部7aを除く端部にエポキシ系塗料により厚
さ100μ程度の端部層９（硬化した後の端部層９の硬度
は鉛筆硬度Ｈ）を形成した場合のクリープ特性と零復帰
特性とを示す図である。（ａ）は補正前を示し、（ｂ）
は補正後を示す。図示するように端部層９を形成するこ
とにより、クリープ特性及び零復帰特性が大幅に改善さ
れることが確認できる。

第６図（ａ），（ｂ）は、同図（ｃ）に示すように歪ゲ
ージ１の受感部7aを除く端部にエポキシ系塗料により厚
さ100μ程度の端部層９（硬化した後の端部層９の硬度
は鉛筆硬度で4H）を形成した場合のクリープ特性と零復
帰特性とを示す図である。（ａ）は補正前を示し、
（ｂ）は補正後を示す。図示するように端部層９を形成
することによりクリープ特性及び零復帰特性が大幅に改
善されることが確認できる。

第５図及び第６図から端部層９の硬度が高い程プリスク
リープをマイナス方向に移行させる作用が大きいことも
確認できる。

第７図はクリープ補正が行き過ぎた場合の再補正の実験
結果を示す図である。同図（ａ）は補正前のクリープ特
性と零復帰特性とを示す。同図（ｂ）は、同図（ｅ）に
示すように歪ゲージ１の受感部7aから0.5mmの間隔をお
いて、ターミナル部7bにエポキシ系塗料により厚さ100
μ程度の端部層９（硬化した後の端部層９の硬度は鉛筆
硬度で4H）を形成した場合のクリープ特性と零復帰特性
とを示す図である。図示するように、端部層９を形成す
ることにより、クリープ特性及び零復帰特性がマイナス
方向に行き過ぎてしまったことが確認できる。そこで同
図（ｆ）に示すように歪ゲージ１の受感部7aに1.5mm食
い込んでエポキシ系塗料により厚さ100μ程度の端部層
９（硬化した後の端部層９の硬度は鉛筆硬度で4H）を形
成し、再補正した場合のクリープ特性及び零復帰特性と
を同図（ｃ）に示す。図示するように受感部7aに食い込
んで端部層９を形成することにより、マイナス方向に移
行し過ぎたクリープ特性及び零復帰特性を零付近に戻す
ことができる。

第８図は、第９図に示すロードセルを用いて本発明に係
る上記処置を施した場合の実験結果を示す図である。第
９図に示すロードセルは支持部材12に一端が支持された
起歪体11の薄肉部11a〜11dに歪ゲージ１を貼設した構造
のものであり、更に起歪体11の上面をジャバラ13a,13b
が形成されたアルミ箔13で密封することにより、歪ゲー
ジ１に防湿及び防水処理を施した構造のものである。第
８図（ａ）はアルミ箔13で密封しただけのクリープ特性
を示す図で、同図（ｂ）は更に歪ゲージ１の端部に端部
層９を形成した場合のクリープ特性を示す図である。図
示するように、端部層９を施すことによりクリープ特性
が改善され温度によるクリープのバラツキも少なくなる
ことが確認できる。

上記端部層９や受感部層10の形成方法としては、下記の
方法が可能である。

（１）塗料を塗布する。

（２）受感部のみにマスキングして塗料の中に入れる。

（３）薄膜フィルムを接着或いは貼着する。

（４）金属をイオン化して投射するスパッタ、或いは蒸
着又はイオンプレーテイング。

また、端部層９及び受感部層10の材質としては下記のも
のが適する。

（１）エポキシ、ポリミド、シリコン、その他の高分子
化合物又は塗料。

（２）金属箔。

（３）上記（１），（２）の併用又は多層化。

なお、上記実施例においては、端部層をクリープ調整用
としてのみ用いる場合を示したが、該端部層はターミナ
ル、配線部の防湿、防水、絶縁、傷等の保護層や起歪体
の防錆コートを兼ねることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、抵抗線歪ゲージの
受感部上を除く該抵抗線歪ゲージ上の少なくとも主軸方
向のいずれか端部及びその周辺の荷重受体上に連続して
ロードセル出力のクリープ特性が調整前に比較して負方
向に変化するクリープ調整用層を塗料を塗布して形成し
た構成とするので下記に示す優れた効果が得られる。

（１）少量多種のロードセルの要求にも労力、開発費、
開発日程をかけずに精度の良いロードセルを安価に供給
できる。

（２）歪ゲージを貼設した後にクリープ調整ができるか
らクリープ調整作業が極めて容易になる。

（３）同種の歪ゲージを貼設したロードセルの個々のク
リープ特性のバラツキにも対処できる。

（４）防湿、防水処理によるクリープ特性の移動を相殺
して調整できる。

（５）温度によって異なるクリープ特性を温度によって
もあまり変化しないものとすることができる。

（６）歪ゲージの端部に負方向に変化するクリープ調整
層又は受感部上に正方向に変化するクリープ調整層を設
けたので、例えば予め一方向のクリープを予想して起歪
体、歪ゲージを設定する必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロードセルの起歪体に歪ゲージを
貼設した部分を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は側面図、第２図は歪ゲージの構造を示す平面
図、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は起歪体の薄肉部に
引張力がかかる場合の変形過程を示す概念図、第４図は
起歪体の薄肉部に圧縮力がかかる場合の変形過程を示す
概念図、第５図及び第６図は歪ゲージの端部に端部層を
形成してクリープ特性及び零復帰特性を実測した結果を
示す図、第７図は端部層の形成範囲を変えクリープ調整
及び再調整を行なった場合のクリープ特性及び零復帰特
性の実測結果を示す図、第８図はアルミ箔で歪ゲージを
密封したロードセルのクリープ調整の実測した結果を示
す図、第９図は第８図の実測に用いたロードセルの構造
を示す図である。図中、１……歪ゲージ、４……端子、５……接着層、６
……ベース、８……ラミネート、９……端部層、10……
受感部層、11……起歪体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷重受体の所定部分に抵抗線歪ゲージを貼
設した構造のロードセルにおいて、前記抵抗線歪ゲージの受感部上を除く該抵抗線歪ゲージ
上の少なくとも主軸方向のいずれか端部及びその周辺の
荷重受体上に連続してロードセル出力のクリープ特性が
調整前に比較して負方向に変化するクリープ調整用層を
塗料を塗布して形成したことを特徴とするロードセル。
【請求項２】特許請求の範囲第（１）項に記載のロード
セルにおいて、更に微調整のためロードセルの出力のクリープ特性が正
方向になるように前記抵抗線歪ゲージの受感部上を主と
する該抵抗線歪ゲージ上にクリープ調整用層を塗料を塗
布して形成したことを特徴とするロードセル。
【請求項３】特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項
に記載のロードセルにおいて、前記ロードセルの出力のクリープ特性が負方向の所定ク
リープ特性値になるようにクリープ調整層を設け、該所
定クリープ特性値を相殺するコーティングをロードセル
に施すことを特徴とするロードセル。