罗伯瓦尔型测力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测力传感器，尤其涉及具备在长边方向前后两处分别设置有薄壁部的上下一对平行梁的端部借助固定部和可动部连接一体化而构成罗伯瓦尔(roberval)机构的应变体的罗伯瓦尔型测力传感器。
【背景技术】
[0002]这种测力传感器在例如商业、工业用秤等中使用，例如，如下述专利文献I所示，具备在上下各自两处的总计四处具有薄壁部的罗伯瓦尔机构即应变体。应变体的根部侧被固定于壳体等而呈悬臂状地配设，在其前端侧加载有载荷。对于四处薄壁部，当在应变体上加载载荷时，两处成为拉伸侧，其余两处成为压缩侧，在拉伸侧和压缩侧的各自的薄壁部粘接有应变仪。四个应变仪连接而构成惠斯登电桥电路。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开平8 - 184510
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]然而，以往的测力传感器由设置有侧面贯通孔的矩形状块体构成，虽然因制造容易和具有实际成果的原因而具有稍许的大小上的差异，但一直以来都保持似乎相同的形状。
[0008]因此，测力传感器的性能也一直以来仅有微量的提高。该微量的性能的提高也主要是源自应变仪的性能、应变体的材料的改进、测力传感器制造技术的进歩，而并非源自对测力传感器(应变体)的形状的研宄。
[0009]这样，此前完全没有进行过欲通过对测力传感器(应变体)的形状进行研宄来改进测力传感器的性能的尝试。在这样的背景下，在具备测力传感器的电子天平中，虽然在刚刚将称量物载置于电子天平的计量皿之后测定值不稳，但不久就稳定。这是由于在薄壁部产生的应变(应力)至稳定为止需要花费时间，但可以说至该测定值稳定为止的时间越短则测力传感器的性能越高。
[0010]因此，发明人考虑能否通过对薄壁部的形状进行研宄来缩短至测定值稳定为止的时间(至在薄壁部产生的应力稳定为止的时间)。
[0011]而且，发明人首先使用在上下各有两处总计四处薄壁部粘合有应变仪的以往构造的测力传感器(应变体)，利用有限元法对当在测力传感器加载载荷的情况下在薄壁部产生的应力进行解析。
[0012]于是，如图7(c)所示，对于在薄壁部产生的应力，在宽度方向中央部附近呈现几乎一定的大小，与此相对，在宽度方向两端部，呈现比中央部附近的值大的值。虽然在薄壁部产生的应力的值理论上应当在宽度方向均匀，但实际上在两端部变大。
[0013]发明人进行了考察，结果，认为在测力传感器(应变体)的薄壁部的宽度方向两端部产生的该大的应力相当于在“滚子轴承”的业界公知的“边缘载荷(edge load)”。
[0014]即，例如在构成为圆筒状的“滚子”在内圈与外圈之间滚动的“滚子轴承”中，圆筒状的“滚子”与内圈的接触应力应当在“滚子”的宽度方向上是均匀的，但实际上并不是均匀的，公知“滚子”的两端部的应力比中央部附近的应力大，在“滚子”的两端部产生的该大的应力被称为“边缘载荷”。
[0015]而且，在对测力传感器(应变体)加载载荷的情况下的薄壁部上，也与“滚子轴承”同样，认为会在薄壁部的端部(以下称为边缘部)产生“边缘载荷”。
[0016]这样，对于当对测力传感器(应变体)加载载荷时的在薄壁部产生的应力，由于在薄壁部的两端部产生边缘载荷，因此在宽度中央部附近与两端部附近变得不均衡。因此，认为:当粘合于薄壁部中央部附近的应变仪感受应力时，会受到边缘载荷的影响而成为测定误差，直至薄壁部处的宽度方向的应力平衡而稳定为止测定值也不稳定(至测定值稳定为止花费规定时间)。
[0017]并且认为:虽然若在计量皿的四角等施加偏载荷则测力传感器(应变体)扭转，但该情况下的在薄壁部产生的应力也会受到边缘载荷的影响。
[0018]S卩、在测力传感器(应变体)扭转的情况下，在测力传感器(应变体)的宽度方向中央存在沿前后延伸的假想中立轴，测力传感器(应变体)以该假想中立轴作为中心旋转。但是，只是该假想中立轴位于测力传感器(应变体)的宽度方向中央附近，其位置并未明确确定。并且，在薄壁部的宽度方向两端部产生的边缘载荷仍然会对中央部附近的应力造成影响，因此认为这会成为测定误差，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止，测定值不会稳定(当作为负荷而作用有偏载荷的情况下，直至测定值稳定为止也花费规定的时间
[0019]并且，在进行测力传感器因过载而破损的实验时，会在测力传感器的薄壁部产生塑性变形，由此，测力传感器(薄壁部)破损。
[0020]此时的薄壁部的变形从薄壁部的宽度方向的一方的端部开始变形，塑性变形传递至相反侧端部，在薄壁部中央附近产生直线状的条纹。即、条纹以薄壁部的宽度方向的一方的端部作为起点产生并延伸至相反侧的端部这一情况也启示在薄壁部的宽度方向的端部产生边缘载荷。
[0021]这样，在以往的测力传感器中，在薄壁部产生的边缘载荷与“测定误差”或“直至测定值稳定为止的时间”之类的测力传感器的性能相关，因此，发明人考虑:若能减小在薄壁部产生的边缘载荷，则是否能够改善测力传感器的性能。
[0022]因此，发明人首先在研宄当在薄壁部设置有圆孔的情况下在薄壁部产生的边缘载荷成为何种情况、直至在薄壁部产生的应力稳定为止的时间如何变化等的过程中，试制了仅在构成以往构造的测力传感器的应变体的下梁的两处薄壁部设置有圆孔的罗伯瓦尔机构。
[0023]S卩，试制在应变体的上梁的两处薄壁部(未设置圆孔的薄壁部)分别粘合应变仪、且在未粘合应变仪的下梁的两处薄壁部的宽度方向中央部分别设置圆孔的测力传感器，利用有限元法对在设置有孔的薄壁部以及未设置孔的薄壁部分别产生的应力进行解析。
[0024]于是，在设置有孔的薄壁部，如图7(a)所示，孔周边部的两处成为新的端部(边缘部)，在所有四处端部(边缘部)产生边缘载荷。该边缘载荷的值H3是比在以往的测力传感器(应变体)的薄壁部产生的边缘载荷的值Hl (参照图7 (c))低的值(H3 < Hl)。
[0025]另一方面，在未设置孔的薄壁部，如图7(b)所示，呈现与在以往的测力传感器中的薄壁部产生的应力分布(参照图7(c))相同的应力分布，但在端部(边缘部)产生的边缘载荷的值H2比以往的测力传感器的边缘载荷的值Hl稍低(H3 < H2 < Hl)。
[0026]这推断为:通过设置孔而边缘载荷的值变小等、两处薄壁部的特性变化，由此，对未设置孔的其他两处薄壁部的特性带来影响。
[0027]而且，确认了在所试制的测力传感器中，与以往的测力传感器相比测定误差小，直至测定值稳定为止的时间也缩短等，在改善测力传感器的性能的方面是有效的，从而达成了此次的专利申请。
[0028]本发明就是基于上述的以往的问题点以及发明人的上述见解而完成的，其目的在于，通过在测力传感器的四处薄壁部中的两处设置孔来提高测力传感器的基本性能。
[0029]用于解决课题的手段
[0030]为了实现上述的目的，在技术方案I所涉及的罗伯瓦尔型测力传感器中，具备:应变体，在长边方向前后两处分别设置有薄壁部的上下一对平行梁的端部借助固定部和可动部连接而构成罗伯瓦尔机构；以及应变仪，粘合于上述薄壁部，其中，该罗伯瓦尔型测力传感器构成为:当在上述可动部上作用有向下载荷的情况下，在上述所有四处薄壁部中的、上梁的靠近可动部的薄壁部以及下梁的靠近固定部的薄壁部上分别作用有压缩应力，在上述所有四处薄壁部中的、上梁的靠近固定部的薄壁部以及下梁的靠近可动部的薄壁部上分别作用有拉伸应力，在上述拉伸应力所作用的两处薄壁部中的任一方、以及上述压缩应力所作用的两处薄壁部中的任一方，分别粘合有上述应变仪，并且，在未粘合上述应变仪的其余的两处薄壁部的宽度方向中央部，分别设置有大致圆形的孔。
[0031](作用)当在以往的测力传感器(应变体)上加载有载荷时，在薄壁部的两端部的两处产生边缘载荷(参照图7(c))。另一方面，若在以往的测力传感器(应变体)的薄壁部的宽度方向中央部设置大致圆形的孔，则在薄壁部的两端部和孔的周边端部的所有四处产生边缘载荷，其值比在以往的测力传感器的薄壁部产生的边缘载荷小。
[0032]S卩，在本发明的测力传感器(应变体)中的、粘合有应变仪的两处薄壁部(未设置孔的薄壁部)中，具有“在薄壁部的两端部产生相对的值大的边缘载荷，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间相对长”的本来的特性，在设置有大致圆形的孔的其余的两处薄壁部中，具有“虽然除了薄壁部的两端部之外还在孔的周边端部的四处产生边缘载荷，但各个边缘载荷的大小相对小，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间相对短”的本来的特性。
[0033]可是，测力传感器(应变体)构成以四处薄壁部作为支点的罗伯瓦尔机构，因此以四处薄壁部全都成为几乎相同的特性的方式自动调整。详细地说，在设置有孔的两处薄壁部，受到粘合有应变仪的两处薄壁部(未设置孔的薄壁部)的特性的影响，与设置有孔的薄壁部本来的特性相比，边缘载荷的值变大，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间延长，与此相对，在粘合有应变仪的两处薄壁部(未设置孔的薄壁部)，受到设置有孔的两处薄壁部的特性的影响，与未设置孔的薄壁部本来的特性相比，边缘载荷的值变小，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间也缩短。
[0034]结果，第一，与以往的测力传感器(应变体)相比，在粘合有应变仪的薄壁部产生的边缘载荷的值变小(H2 < Hl)，相应地，当应变仪感受应力时，难以受到边缘载荷的影响，测定误差变小。
[0035]第二，与以往的测力传感器(应变体)相比，粘合有应变仪的边缘载荷的值变小(H2 < H1)，相应地，直至薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间缩短(直至开始测定为止的时间缩短)。
[0036]并且，直至粘合有应变仪的薄壁部的宽度方向的应力平衡而稳定为止的时间(直至开始测定为止的时间)缩短这一情况也能够按照以下的方式进行说明。
[0037]S卩，