专利名称：承重盒及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用在各种轻量称重机械中的承重盒及其制造方法。
总的说来，用在称重机械等中的承重盒1具有类似图5所示的应变发生体6。应变发生体6由上梁4和下梁5形成中空的矩形，其中有一固定刚体2，一活动刚体3和薄的应变产生部分4a和5a。应变片7贴在靠近应变发生体6的应变产生部分4a和5a的外表面上。如果在应变发生体6上加以负荷，活动刚体3就相对于固定刚体2向下移动。随着这个位移，在应变产生部分4a和5a上将发生压缩应变或拉伸应变，然后利用检测应变片7发生的应变而测得所施加的负荷。
电阻线类型应变片被广泛用作上述称重盒的应变片7。这种电阻线类型应变片的结构是这样的，如本发明图6所示，由金属箔制成的电阻线9盘曲地排列在合成树脂制成的基片8上。引线10通过例如焊接与电阻线9的两端连接。按照应变发生体6的应变产生部分4a和5a表面上产生的应变，应变片发生X-X方向上的扩张或收缩，电阻线9的电阻因此升高或降低。所以，通过监测电阻值可以检测应变的大小。
在具有上述结构的承重盒中一般很难避免在上述结构上产生的称为蠕变的现象。蠕变就是，当对应变发生体6施加恒定负荷时，应变片的测定输出值在负荷施加后的一段时间内会不断变化。蠕变现象是由多种原因造成的，这些原因与应变发生体的弹性和结构、应变片、将应变片粘附在应变发生体上的胶粘剂、应变片上用于保护电路的涂覆物质等有关。
如果承重盒上施加较大的负荷(相对承重盒的重量额定值而言)，在一段时间内，蠕变现象往往会降低输出值。而且，蠕变现象会使得在承重盒上施加较小的负荷(相对承重盒的重量额定值而言)时，输出值在一段时间内增加。由于这两种情况，为了提高承重盒即称量机械的准精度，都需要尽可能减小蠕变现象。
一般说来，蠕变特性是用调节应变片上电阻线9的盘曲方式所确定的盘曲部分形状比来部分补偿的。如图6所示，盘曲部分形状比一般定义为(b/a)，它是电阻线9盘曲部分X-X方向的尺寸b除以电阻线9垂直于X-X方向的宽度a。即，蠕变现象的作用至少可依靠对应变片电阻线盘曲部分形状比进行一定的调节、以及同时对应变发生体的形状和尺寸(例如基片的厚度)以及其它情况进行一定改变来部分地补偿。
但是，如上所述，承重盒的蠕变特性虽能藉调节应变片的盘曲部分形状比部分地补偿，但其能力是极为有限的。如上所述，由于蠕变特性随额定负荷而异，所以不可能对具有宽广额定负荷范围的承重盒进行蠕变特征的优化。而且，在制造承重盒时，还有许多不同的设计上的考虑。每个承重盒有其一定的重量额定值使得必须使用其盘曲部分形状比具体对应于该承重盒重量额定值的应变片。所以，必须制造许多不同的应变片，每种应变片用于一种类型的承重盒。这样麻烦的设计会造成此类应变片生产成本的增加。
具体地说，由于应变片的电阻线是通过蚀刻处理制成预定的样式，如果要如上所述制造各种具有不同盘曲部分形状比的应变片，就必需制备许多种用于蚀刻过程的蒙片。结果，就会因蚀刻不均匀而造成特性的差异。而且，即使是有了精确确定的盘曲部分形状比，也必需为适合每种应变片制备许多蒙片。所以，由于这些不利于蚀刻过程中的分散性因素，通常无法准确地获得所需盘曲部分形状比的一致性，例如，可能出现蚀刻过度或蚀刻不足。所以，仅通过控制盘曲部分形状比很难正确控制每种额定负荷的各个承重盒的蠕变特性。而且，只控制盘曲部分形状比而不改变应变片上电阻线的长度和形状很难调节蠕变特性。具体地说，对于额定负荷为6千克或以下的低额定负荷承重盒来说，几乎不可能通过上述方法完全消除蠕变特性。
所以，本发明的目的之一是提供一种蠕变即使不是完全消除也基本上被减至最小的承重盒，具体地说，即蠕变效应基本为零的低额定负荷承重盒。
本发明的另一目的是提供一种制造蠕变特性被充分降低或消除的承重盒的方法。
为了达到上述目的，本发明的特点在于具有固定在应变发生体上的应变片。应变片包括形成在基片上的呈一定样式的金属箔。基片是由混合合成树脂和少量填料制成的，应变片被固定在应变发生体的应变产生部分上。
较好的是，将制造基片的合成树脂和填料混合在一起，使得混合比为填料占制基片组合物总体积的15％或以下。
较好的是，额定负荷不超过6千克的承重盒包括应变发生体和应变片。
参照附图，以下对本发明的详细说明将使得本发明的以上及其它目的、特征、内容和优点更清楚，各附图中的相同数字编号在全文中指相同的部件。
图1显示的是收集自本发明实施例1中的测试数据，其中应变片基片中使用的填料的百分比是不同的，测定了蠕变，并以蠕变比制图。
图2显示的是来自对本发明测试样品进行的测试的盘曲部分形状比和蠕变比数据。
图3显示的是收集自本发明实施例2中的测试数据。
图4显示的是略为放大的图3的一部分。
图5是装上应变片的承重盒的透视图，其中的应变片是根据本发明制造的。
图6是固定在图5所示承重盒上的一种应变片的放大图。
如图5和图6所示，根据本发明第一方面内容的承重盒(后文称为第一发明)其特征在于，承重盒1的额定负荷为6千克或以下，而蠕变特性几乎为零。承重盒1中有一个应变发生体6和至少一个应变片7，后者是将金属箔9制成一定的式样形成的，金属箔9固定在称为基片8的基底上。基片8是由合成树脂混合物和预定量的填料制成的，应变片固定在应变发生体6的应变产生部分4a和5a附近。
根据本发明另一方面内容的承重盒(后文称为第二发明)包括一个应变发生体和应变片，后者是将金属箔在基片上制成一定的样式形成的，基片由合成树脂和填料制成。应变片固定在应变发生体的应变产生部分上，其特征在于基片中填料占包括合成树脂和填料在内组合物总体积的15％或以下。
根据本发明的另一方面内容，一种制造承重盒的方法(后文称为第三发明)包括将应变片固定在应变发生体上，应变片是将金属箔在基片上制成一定的样式形成的，基片由合成树脂和填料制成。应变片固定在应变发生体的应变产生部分上，对制造基片所用合成树脂与填料的混合比加以控制，由此使得承重盒的蠕变特性几乎为零。
另一种制造承重盒的方法(后文称为第四发明)包括制造电阻线盘曲排列的应变片，电阻线的盘曲排列是通过将金属箔在基片上制成一定的样式形成的。应变片固定在应变发生体的应变产生部分上。基片是通过将合成树脂与填料混合制成的，其中填料占总体积的15％或以下，由此使得承重盒的蠕变特性几乎为零。
任何应变片中的基片8通常都是由绝缘材料制成的。在制造这种基片时，可以使用各种起绝缘材料作用的合成树脂。具体地说，较好的是聚酰亚胺类树脂，包括以聚酰胺-酰亚胺树脂为例的多种聚酰亚胺类树脂。而且，例如氧化铝、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、云母等用在绝缘材料中的各种填料可以单独或相互混合用作上述的填料。
将上述合成树脂与填料混合是如下进行的，即将预定量的填料粉末与树脂的预聚物溶液混合，然后搅拌将混合物混合均匀，将获得的混合物模制成厚度大致均匀的片材，加热使树脂固化得到基片。在基片上加热粘贴或加压粘贴一片金属箔，例如铜-镍合金、镍-铬合金等，然后将金属箔制成一定的样式，由此制得应变片。将应变片上金属箔制成一定样式是通过例如蚀刻的方法，由此形成类似图6所示的盘曲样式。应变片的表面可以再涂以丁二烯橡胶、异丁橡胶或聚酰亚胺之类的聚合物。
为了使得合成树脂基片的热膨胀系数大致等于构成应变片的金属的热膨胀系数，在常规或现有技术的应变片中，与合成树脂混合的填料量应大约为按体积计的20％(以树脂和填料组合物的体积作为100％)。结果，在大多数现有结构或常规应变片中，基片的填料含量一般约为按体积计20％。
发明人是因出人意料地发现填料含量与应变片的蠕变特性具有直接关系而实现本发明的。具体地说，发明人发现，如果应变片上金属箔的长度为3毫米(图6中的尺寸C)，减少填料的含量，具体地说减至按体积计约15％或以下，更好的是10％或以下，可使得低额定负荷(例如额定负荷为6千克或以下)承重盒的蠕变特性接近零。这样的蠕变特性在现有技术中还没有达到过。
根据本发明，填料混合量的确定是务使蠕变特性实际为零或非常接近零。但是，发明人已发现，合适的混合量取决于所制承重盒的额定负荷。所以，为了使得小额定负荷承重盒的蠕变特性为零，填料的混合比必须低于常规应变片中常用的20％。如下所示，发明人确定了一些填料含量百分比表 1应变片的额定负荷填料的混合量(体积百分比)3千克 10％1.2千克5％0.75千克 2.5％填料量和额定负荷之间的关系还会因所用合成树脂的种类、填料种类、金属箔的种类等而不同，必须根据具体的材料组合来确定。所以，必须根据具体情况进行确定，但是如前所述，本发明中的填料量迥异于现有技术中的填料量。而且，现有技术并没有认识到，填料的用量通常有助于消除蠕变对承重盒输出值的影响。实际上，现有技术看来没有建立填料量与蠕变的联系。
所以，本发明中金属箔的热膨胀系数与合成树脂基片的是不同的。但是，在将金属箔制成一定的样式时，是在以下状态下形成的，并没有发生弯曲，此时金属箔与之粘附的基片是事先固定在一基础之类的上面或装在一框架中。但是，将金属箔制成一定样式的应变片之后，将基片从基础上取下，由此可以在不受弯曲影响的情况下制造出应变片。然后，将由此制得的应变片通过例如用胶粘剂进行粘贴等常规技术固定在应变发生体上。
根据本发明的上述结构可以获得以下功能。
根据第一发明，可以获得蠕变特性基本为零的承重盒，它具有固定在应变发生体应变产生部分的应变片。此时，对蠕变特性的控制是通过上述基片中混合的填料量实现的，而且，通过使用与常规相比较少的填料量，可以使得额定负荷不超过6千克的小额定负荷承重盒的蠕变特性基本为零。而且，由于对蠕变特性的控制可以通过在模制基片时向熔融树脂材料中加入不同量的填料来进行，生产控制就很容易，而且蠕变特性可以可靠而准确地得以调控。
而且，根据第二发明，基片中填料相对于按体积计100％的含树脂和填料组合物的混合用量为15％或以下，可以使得低额定负荷的承重盒的蠕变特性基本为零。
另一方面，根据第三发明制造承重盒的方法，蠕变特性基本为零的承重盒可以通过控制制造基片的合成树脂与填料的混合比来获得。
而且，根据第四发明制造承重盒的方法，蠕变特性基本为零的承重盒可以通过控制制造基片的合成树脂与填料的混合比以及令基片上形成的盘曲金属箔电阻线具有预定的盘曲部分形状比来达到。
本发明进行了一些测试，证实了基片中含有的填料量与承重盒蠕变特性之间有一定关系。对这些测试的解释被作为本发明实施例说明的一部分。(1)实施例1在基片中以聚酰亚胺为合成树脂材料，以氮化硼为填料(平均颗粒直径为1微米)，制造了许多应变片，进行测试如下。测试样品制造了4个不同的承重盒。每个承重盒中装有一套应变片，所述的应变片具有大致相同的基本结构(例如图6所示)，但是不同承重盒中的应变片是用不同的基片制成的。4种基片是由不同的树脂和填料混合物制成的，如下所示表 2样品树脂(体积百分比) 填料(体积百分比) 盘曲部分形状比1 955 3.742 9010 3.743 8515 3.744 8020 3.74
表2说明了有关4种不同样品的信息。具体地说，表2中4种不同的混合物被用来制造基片，这些基片分别由按体积计95、90、85和80％聚酰亚胺树脂与5、10、15和20％(以树脂和填料的总量为100％体积)填料混合制成。以镍-铬为主要成份的金属箔被粘附并固定在制成的基片上，然后将金属箔形成图6所示的盘曲样式以形成4种应变片，彼此的差别在于表2所示的基片中不同的填料混合物。基片的厚度都是25微米。而且，填料是氮化硼粉末。
制备一系列额定负荷为10千克的承重盒，各自粘附有一种应变片。具体地说，对应于样品1的第一承重盒固定有4个应变片，其各自的基片是由表2中样品1的混合物制成的。第二承重盒固定有4个应变片，其各自的基片是由表2中样品2的混合物制成的。同样，还制造然后测试了具有4个样品3应变片的第三承重盒和具有4个样品4应变片的第四承重盒。
上述用在应变片中的基片都是如下制备的，将预定量的氮化硼粉末加入购得的聚酰亚胺预聚物溶液中，然后通过搅拌，将氮化硼粉末均匀混合在聚合物中，将生成的混合物成形为25微米厚的片材，进行加热令其固化。
表2中的样品4具有按体积计20％的填料混合比，以此作为对应于常规(或现有技术)基片的参照样品。样品4通过混合填料，从而象在现有技术应变片结构中常做的那样，使得各个形成的应变片基片都具有与应变片上金属箔相同的热膨胀系数。为了说明填料的含量如何改变蠕变比，制备了表2中填料比分别为按体积计5、10和15％的样品1、2和3。样品1、2、3和4应变片中电阻线的盘曲部分形状比都是3.74(a=21.1微米，b=79.0微米)。测试条件对每个承重盒都施加其额定负荷(10千克)5分钟。在刚加上负荷时读取来自承重盒应变片的读数，再在5分钟结束时进行读数。然后根据最初输出值与最终输出值之间的比例改变确定蠕变比。
然后以收集的数据绘制成图1中的图。蠕变比随应变片基片中填料混合百分比的下降而下降。具体地说，在填料按体积计分别占5％和10％的样品1和2中观察到了负蠕变。更为重要的是，在大约15％时，蠕变比几乎为零。
填料的体积百分比高于常规样品(样品4)的样品同时具有高于应变片上金属箔的热膨胀系数。结果可能出现一个问题，即当金属箔被粘附固定在基片时，基片可能会弯曲。但是，如前所述，发明人证实，由于预先将基片固定在一个框架或载体上，可以形成应变片上金属箔样式而不发生弯曲，实际上并没有问题。在形成了盘曲的应变片样式后，应变片再从框架或载体上取下，然后将其固定到应变发生体上，由此得到承重盒。(2)参照实施例本发明还进行了另一类实验。如上所述，样品4中制造基片的材料对应于常规的应变片基片支承材料。利用表2中样品4的基片材料制造了样品5。样品5与样品4一起接受测试以证明与常规样品相比，应变片电阻线改变时蠕变比是如何改变的。测试样品在样品4中，如前所述，承重盒的额定负荷为10千克，应变片被制成电阻线的盘曲部分形状比为3.74(a=21.1微米，b=79.0微米)。样品5被制成盘曲部分形状比为2.49(a=19.5微米，b=48.5微米)。样品4和5基片中的填料混合比都是按体积计的20％。
样品4和5中基片的合成树脂材料是聚酰亚胺，厚度为25微米，与表2中的样品相同。而且，所用的填料是氮化硼粉末。测试条件测试条件与前述测试样品1、2、3和4的相同。具体地说，对样品4和5施加负荷5分钟。将开始时的测定值与结束时的相比，得出绘制在图2中的数据。
测试结果显示在图2中。经证实，蠕变比随盘曲部分形状比的下降而下降。必须注意的是，测得的蠕变比并未达到零蠕变或负蠕变。(3)实施例2测试样品还制备了配比和特征如表3所示的样品。具体地说，用基片的填料混合比为按体积计20％和电阻线盘曲部分形状比为3.74(a=21.1微米，b=79.0微米)的应变片制造额定负荷分别为1千克、2千克、4千克、6千克、10千克、50千克和100千克的承重盒样品。另外还用基片的填料混合比为按体积计10％和电阻线盘曲部分形状比为2.49(a=19.5微米，b=48.5微米)的应变片制备样品。两组样品具体如表3所示表 3
具有下述额定负荷和应变片基片组成和其电阻线盘曲部分形状比的承重盒树脂(％) 填料(％) 盘曲部分形状比 额定负荷80 20 3.74 1千克80 20 3.74 2千克80 20 3.74 4千克80 20 3.74 6千克80 20 3.74 10千克80 20 3.74 50千克80 20 3.74100千克90 10 2.49 1千克90 10 2.49 2千克90 10 2.49 4千克90 10 2.49 6千克90 10 2.49 10千克90 10 2.49 50千克90 10 2.49100千克表3中前7个样品与实施例1中的样品4相同的是填料占基片总体积的20％，而且具有相同的盘曲部分形状比3.74。表3中前7个样品是常规样品(或参照样品)。而且，表3中前7个样品还被涂以一层丁二烯橡胶。必须注意的是，前文实施例1中的样品4没有被涂以丁二烯橡胶。
表3中的后7个样品包括为了使得蠕变比小于常规样品(前7个样品)因而填料含量为10％，而盘曲部分形状比为2.49的应变片。
各承重盒上各应变片的基片结构和厚度以及填料材料是相同的。测试条件对各承重盒施加等于各自额定负荷的负荷5分钟。先后在5分钟开始时和5分钟结束时读取各承重盒的输出值。比较两次读数来测定蠕变比。结果结果列于图3。在图3中，对常规样品(表3中的前7个样品)进行测试获得的数据标以记号○。表3中的后7个测试样品的数据标以记号□通过比较测试常规样品和本发明样品获得的数据可以证明，在整个额定负荷范围内，根据本发明制造的测试样品的蠕变比低于常规样品的蠕变比。具体地说。如图4中放大所示，在来自本发明样品(表3中的后7个样品)的数据中，由数据得出的曲线显示，在2至4千克额定负荷范围内，蠕变比由正变为负。所以，当额定负荷为3千克时可以得到蠕变比基本为零的承重盒。
此外，常规样品(表3中的前7个样品)的数据显示，在50千克至100千克的额定负荷之间，蠕变比由正转负，所以可以认为，当额定负荷为70千克时也可以获得蠕变比基本为零的承重盒。
所以，从以上结果可以看出，对于额定负荷为70千克至1千克的承重盒来说，只要基片的填料混合比从按体积计的20％降至5％，且电阻线的盘曲部分形状比由3.74降至2.49，就可能使得蠕变比为零。
如上所述，根据本发明的第一发明，本发明获得了蠕变特性基本为零的承重盒，这种承重合包括应变发生体和应变片，其中的应变片具有通过将金属箔在合成树脂基片止制成一定样式而得到的电阻线，所示应变片固定在应变发生体的应变产生部分上。此处对蠕变特性的控制是根据基片的填料混合量进行的，对于额定负荷为6千克或以下的低额定负荷承重盒来说，减少填料混合用量可使蠕变比基本为零。而且，对蠕变特性的控制可以通过在模制基片时改变填料量与熔融树脂材料是之比来实现。所以，如果要根据额定负荷生产各种具有控制蠕变特性的承重盒，生产上的控制就很简便，控制的准确性也很好。
而且，根据第二发明，基片组成中的填料相对于合成树脂和填料组合物的总体积100％占15％或以下，这就可以在上述低额定负荷的承重盒中使得蠕变特性基本为零。
而且，根据第三发明制造承重盒的方法，蠕变特性基本为零的承重盒是通过控制构成应变片基片的填料和合成树脂的混合比获得的。
而且，根据第四发明的制造承重盒的方法，蠕变特性基本为零的承重盒是通过控制构成应变片基片的填料和合成树脂的混合比以及在基片上形成的盘曲形式的金属箔电阻线的盘曲部分形状比获得的。
根据本发明，调节盘曲部分形状比结合以调节填料含量，就使得承重盒的蠕变特性基本为零成为可能。
在本发明的精神和范围之内可以进行多种细节上的改变。而且，对本发明实施方式的说明只是为了说明而不是限定本发明的范围，后者由权利要求书及其对等形式确定。
权利要求
1．一种应变片，它包括由合成树脂和预定的少量填料的混合物制成的基片；在所述基片上形成的具有一定样式的金属箔；所述的合成树脂和填料的混合物中两者的比例可预定为使得固定于应变发生体上的应变片表现出接近于零的蠕变比。
2．根据权利要求1所述的应变片，其中所述的填料占所述基片总体积的不超过15％。
3．根据权利要求1所述的应变片，其中所述一定样式的金属箔上涂以一种聚合物。
4．根据权利要求1所述的应变片，其中所述的所述合成树脂与所述预定的少量所述填料的混合物可使所述承重盒的蠕变比在-1/5000至+1/5000之间。
5．根据权利要求1所述的应变片，用此应变片的承重盒的额定负荷不超过6千克。
6．根据权利要求1所述的应变片，其中所述的所述填料与所述合成树脂的混合物可使承重盒的蠕变比在-1/2N至+1/2N之间，而承重盒的称量精度为1/N。
7．一种承重盒，它包括应变发生体；应变片，它包括在其基片上形成的一定样式的金属箔，所述基片含有合成树脂和预定少量的填料，所述应变片固定在所述应变发生体的应变产生部分上；所述的承重盒表现出接近于零的蠕变比。
8．根据权利要求7所述的承重盒，其中所述的填料不超过所述基片总体积15％。
9．根据权利要求7所述的承重盒，其中所述的应变片上涂以一种聚合物。
10．根据权利要求7所述的承重盒，其中所述的所述合成树脂和所述预定少量的所述填料的混合物可使所述承重盒的蠕变比在-1/5000至+1/5000之间。
11．根据权利要求7所述的承重盒，其中承重盒的额定负荷不超过6千克。
12．根据权利要求7所述的承重盒，其中所述的所述填料与所述合成树脂的混合物可使承重盒的蠕变比在-1/2N至+1/2N之间，而承重盒的称量精度为1/N。
13．一种生产承重盒的方法，包括以下步骤制造应变发生体；由合成树脂与填料的混合物制造基片；将金属箔粘贴在基片上；将金属箔制成一定的盘曲样式，由此形成由一定样式的金属箔和基片构成的应变片；将应变片固定于应变发生体的应变产生部分上；其中基片的合成树脂与填料混合物中两者的比例可预定成使得承重盒的蠕变比基本为零。
14．根据权利要求13所述的方法，其中在所述形成盘曲样式的步骤中，由金属箔形成的盘曲样式的一部分定义了盘曲部分形状比，所述盘曲部分形状比被预定成使得承重盒的蠕变比基本为零。
全文摘要
本发明用几种应变片制造了承重盒。各应变片是由基底或基片上盘曲的导体部分构成的。盘曲导体层的部分定义了预定的盘曲部分形状比。基片是用预定少量的填料制成的,而盘曲部分形状比被预定为使得低额定负荷承重盒内的应变片的蠕变特性基本为零。
文档编号G01L1/22GK1209542SQ9811870
公开日1999年3月3日 申请日期1998年8月24日 优先权日1997年8月22日
发明者内藤和文, 今井健治, 座间松雄, 佐佐木直树 申请人:株式会社石田, 阿尔发电子株式会社