(57)【要約】【課題】本発明の１つの目的は、ベースの吸湿による歪みゲージの出力の変動を低減することで、出力が安定したロードセルを提供することである。【解決手段】歪みゲージ１７は、荷重が加えられることにより変形する起歪部１２に取り付けられる。歪みゲージ１７は、起歪部１２に取り付けられる絶縁性のベース１８と、ベース１８に取り付けられる歪み抵抗体１９とを備える。歪み抵抗体１９は、起歪部１２の変形の程度に応じて電気抵抗値が変化する。ベース１８の少なくとも一部は、液晶ポリマーで形成されている。【選択図】図４
2020148658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重が加えられることにより変形する起歪部に取り付けられる歪みゲージであって、
前記起歪部に取り付けられる絶縁性のベースと、
前記ベースに取り付けられ、前記起歪部の変形の程度に応じて電気抵抗値が変化する歪み抵抗体と、
を備え、
前記ベースの少なくとも一部は、液晶ポリマーで形成されている、
歪みゲージ。
【請求項２】
前記ベースは、液晶ポリマーで形成されている層であって、所定の感度方向を含む面に平行な層を含み、
前記感度方向は、前記起歪部の変形により前記歪み抵抗体の長さが変化する方向である、
請求項１に記載の歪みゲージ。
【請求項３】
前記ベースは、液晶ポリマーで形成されている１つの液晶ポリマー層を有し、
前記感度方向は、前記液晶ポリマー層の線膨張率が最も低い方向に沿っている、
請求項２に記載の歪みゲージ。
【請求項４】
前記感度方向は、前記液晶ポリマー層を形成している液晶ポリマー分子の長手方向に沿っている、
請求項３に記載の歪みゲージ。
【請求項５】
前記ベースは、液晶ポリマーで形成されている第１液晶ポリマー層及び第２液晶ポリマー層を有し、
前記第１液晶ポリマー層及び前記第２液晶ポリマー層は、それぞれ、吸湿により膨張する膨張方向と、吸湿により収縮する収縮方向とを有し、
前記第１液晶ポリマー層の前記膨張方向と、前記第２液晶ポリマー層の前記膨張方向とは、交差している、
請求項２に記載の歪みゲージ。
【請求項６】
前記第１液晶ポリマー層の前記膨張方向の線膨張率がＥ１ａであり、前記第１液晶ポリマー層の前記収縮方向の線膨張率がＥ１ｂであり、前記第１液晶ポリマー層の前記収縮方向と前記感度方向とが成す角度がθ１であり、前記第１液晶ポリマー層の厚みがｔ１であり、
前記第２液晶ポリマー層の前記膨張方向の線膨張率がＥ２ａであり、前記第２液晶ポリマー層の前記収縮方向の線膨張率がＥ２ｂであり、前記第２液晶ポリマー層の前記収縮方向と前記感度方向とが成す角度がθ２であり、前記第２液晶ポリマー層の厚みがｔ２であり、
角度θＴＨ１及び角度θＴＨ２が
【数１】
2020148658.tif 000009
の関係式を満たす場合、
角度θ１は、θＴＨ１−２０°からθＴＨ１＋２０°までの範囲内の角度であり、
角度θ２は、θＴＨ２−２０°からθＴＨ２＋２０°までの範囲内の角度であり、
角度θ０を
【数２】
2020148658.tif 000010
の関係式から求められる角度とした場合、
前記第１液晶ポリマー層の前記膨張方向と、前記第２液晶ポリマー層の前記膨張方向とが成す角度は、θ０−２０°からθ０＋２０°までの範囲内の角度である、
請求項５に記載の歪みゲージ。
【請求項７】
前記ベースは、液晶ポリマーで形成されている少なくとも３つの液晶ポリマー層を有し、
それぞれの前記液晶ポリマー層は、吸湿により膨張する膨張方向と、吸湿により収縮する収縮方向とを有し、
互いに隣接する２つの前記液晶ポリマー層の前記膨張方向は、互いに交差している、
請求項２に記載の歪みゲージ。
【請求項８】
前記ベースは、液晶ポリマーで形成されている液晶ポリマー層と、液晶ポリマー以外の結晶性ポリマー又は非結晶性ポリマーで形成されている非液晶ポリマー層とを有し、
前記液晶ポリマー層は、吸湿により膨張する膨張方向と、吸湿により収縮する収縮方向とを有し、
前記液晶ポリマー層の前記膨張方向の線膨張率がＥ１ａであり、前記液晶ポリマー層の前記収縮方向の線膨張率がＥ１ｂであり、前記液晶ポリマー層の厚みがｔ１であり、
前記非液晶ポリマー層の線膨張率がＥ２であり、前記非液晶ポリマー層の厚みがｔ２であり、
【数３】
2020148658.tif 000011
の関係式を満たす角度がθである場合、
前記液晶ポリマー層の前記膨張方向と、前記感度方向とが成す角度は、θ−２０°からθ＋２０°までの範囲内の角度である、
請求項２に記載の歪みゲージ。
【請求項９】
前記歪み抵抗体を覆うカバー部材をさらに備える、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の歪みゲージ。
【請求項１０】
前記カバー部材の少なくとも一部は、液晶ポリマーで形成されている、
請求項９に記載の歪みゲージ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の歪みゲージと、
前記歪みゲージが取り付けられ、荷重が加えられることにより変形する起歪部と、
を備え、
前記歪みゲージは、荷重が加えられることにより変形する方向と交差する、前記起歪部の表面に取り付けられている、
ロードセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起歪部に発生する歪みを測定する歪みゲージ、及び、歪みゲージが取り付けられた起歪部を有するロードセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、起歪部の表面の変形量に応じて電気抵抗値が変化する歪み抵抗体と、歪み抵抗体が取り付けられる絶縁性のベースとを備える歪みゲージが知られている。例えば、特許文献１（特開２０１５−６４２９６号公報）には、ポリイミド樹脂及びエポキシ樹脂等からなる薄膜状のベースを備える歪みゲージと、歪みゲージが取り付けられている起歪部とを有するロードセルが開示されている。このロードセルは、ベースが吸湿して変形することに起因する歪み抵抗体の電気抵抗値の意図しない変動を低減するために、起歪部の表面に形成される窪みの中に歪みゲージを設け、窪みをカバーで覆う構成を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、歪みゲージが中に設けられた窪みをカバー等で覆ったとしても、ロードセルの長期間の使用により水分が窪みの中に徐々に浸入して、ベースが吸湿により変形して歪みゲージの出力が変動する可能性がある。
【０００４】
本発明の１つの目的は、ベースの吸湿による歪みゲージの出力の変動を低減することで、出力が安定したロードセルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１観点に係る歪みゲージは、荷重が加えられることにより変形する起歪部に取り付けられる。歪みゲージは、起歪部に取り付けられる絶縁性のベースと、ベースに取り付けられる歪み抵抗体とを備える。歪み抵抗体は、起歪部の変形の程度に応じて電気抵抗値が変化する。ベースの少なくとも一部は、液晶ポリマーで形成されている。
【０００６】
この歪みゲージは、ベースの少なくとも一部が、ポリイミド樹脂等の従来の材料と比較して、吸水率、及び、水分の吸収及び放出に伴う変形量が小さい液晶ポリマーで形成されている。これにより、ベースの吸湿による変形に起因する歪み抵抗体の電気抵抗値の変動が低減されるので、歪みゲージの出力の変動が抑えられる。
【０００７】
本発明の第２観点に係る歪みゲージは、第１観点に係る歪みゲージであって、ベースは、液晶ポリマーで形成されている層であって、所定の感度方向を含む面に平行な層を含む。感度方向は、起歪部の変形により歪み抵抗体の長さが変化する方向である。
【０００８】
本発明の第３観点に係る歪みゲージは、第２観点に係る歪みゲージであって、ベースは、液晶ポリマーで形成されている１つの液晶ポリマー層を有する。感度方向は、液晶ポリマー層の線膨張率が最も低い方向に沿っている。
【０００９】
本発明の第４観点に係る歪みゲージは、第３観点に係る歪みゲージであって、感度方向は、液晶ポリマー層を形成している液晶ポリマー分子の長手方向に沿っている。
【００１０】
本発明の第５観点に係る歪みゲージは、第２観点に係る歪みゲージであって、ベースは、液晶ポリマーで形成されている第１液晶ポリマー層及び第２液晶ポリマー層を有する。第１液晶ポリマー層及び第２液晶ポリマー層は、それぞれ、吸湿により膨張する膨張方向と、吸湿により収縮する収縮方向とを有する。第１液晶ポリマー層の膨張方向と、第２液晶ポリマー層の膨張方向とは、交差している。
【００１１】
本発明の第６観点に係る歪みゲージは、第５観点に係る歪みゲージであって、
角度θＴＨ１及び角度θＴＨ２が
【数１】
2020148658.tif 000003
の関係式を満たす場合、
角度θ１は、θＴＨ１−２０°からθＴＨ１＋２０°までの範囲内の角度であり、
角度θ２は、θＴＨ２−２０°からθＴＨ２＋２０°までの範囲内の角度であり、
角度θ０を
【数２】
2020148658.tif 000004
の関係式から求められる角度とした場合、第１液晶ポリマー層の膨張方向と、第２液晶ポリマー層の膨張方向とが成す角度は、θ０−２０°からθ０＋２０°までの範囲内の角度である。上式において、第１液晶ポリマー層の膨張方向の線膨張率がＥ１ａであり、第１液晶ポリマー層の収縮方向の線膨張率がＥ１ｂであり、第１液晶ポリマー層の収縮方向と感度方向とが成す角度がθ１であり、第１液晶ポリマー層の厚みがｔ１であり、第２液晶ポリマー層の膨張方向の線膨張率がＥ２ａであり、第２液晶ポリマー層の収縮方向の線膨張率がＥ２ｂであり、第２液晶ポリマー層の収縮方向と感度方向とが成す角度がθ２であり、第２液晶ポリマー層の厚みがｔ２である。
【００１２】
本発明の第７観点に係る歪みゲージは、第２観点に係る歪みゲージであって、ベースは、液晶ポリマーで形成されている少なくとも３つの液晶ポリマー層を有する。それぞれの液晶ポリマー層は、吸湿により膨張する膨張方向と、吸湿により収縮する収縮方向とを有する。互いに隣接する２つの液晶ポリマー層の膨張方向は、互いに交差している。
【００１３】
本発明の第８観点に係る歪みゲージは、第２観点に係る歪みゲージであって、ベースは、液晶ポリマーで形成されている液晶ポリマー層と、液晶ポリマー以外の結晶性ポリマー又は非結晶性ポリマーで形成されている非液晶ポリマー層とを有する。液晶ポリマー層は、吸湿により膨張する膨張方向と、吸湿により収縮する収縮方向とを有する。また、
【数３】
2020148658.tif 000005
の関係式を満たす角度がθである場合、
液晶ポリマー層の膨張方向と、感度方向とが成す角度は、θ−２０°からθ＋２０°までの範囲内の角度である。上式において、液晶ポリマー層の膨張方向の線膨張率がＥ１ａであり、液晶ポリマー層の収縮方向の線膨張率がＥ１ｂであり、液晶ポリマー層の厚みがｔ１であり、非液晶ポリマー層の線膨張率がＥ２であり、非液晶ポリマー層の厚みがｔ２である。
【００１４】
本発明の第９観点に係る歪みゲージは、第１乃至第８観点のいずれか１つに係る歪みゲージであって、歪み抵抗体を覆うカバー部材をさらに備える。
【００１５】
本発明の第１０観点に係る歪みゲージは、第９観点に係る歪みゲージであって、カバー部材の少なくとも一部は、液晶ポリマーで形成されている。
【００１６】
本発明の第１１観点に係るロードセルは、第１乃至第１０観点のいずれか１つに係る歪みゲージと、起歪部とを備える。起歪部は、歪みゲージが取り付けられ、荷重が加えられることにより変形する。歪みゲージは、荷重が加えられることにより変形する方向と交差する、起歪部の表面に取り付けられている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る歪みゲージは、ベースの吸湿による出力の変動を低減することができ、出力が安定したロードセルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る歪みゲージを備えるロードセル１０の斜視図である。
【図２】ロードセル１０の側面図である。
【図３】ロードセル１０を用いる秤１００の一例の概略図である。
【図４】歪みゲージ１７の外観図である。
【図５】歪みゲージ１７の側面図である。
【図６】起歪部１２の上方ビーム部１５の歪測定部に取り付けられた歪みゲージ１７の側面図である。
【図７】液晶ポリマー層を形成している液晶ポリマー分子を模式的に示した図である。
【図８】第２実施形態における歪みゲージ１７の側面図である。
【図９】ベース１８の層状構造を模式的に示した図である。
【図１０】第１膨張方向Ｄ１ａと第２膨張方向Ｄ２ａとがなす角度の算出方法を説明するための図である。
【図１１】第３実施形態における歪みゲージ１７の側面図である。
【図１２】ベース１８の層状構造を模式的に示した図である。
【図１３】第４実施形態における歪みゲージ１７の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明される実施形態は、本発明の具体例の一つであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２０】
―第１実施形態―
（１）ロードセルの構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る歪みゲージ１７を備えるロードセル１０の斜視図である。図２は、ロードセル１０の側面図である。ロードセル１０は、主として、起歪部１２と、４つの歪みゲージ１７とから構成されている。
【００２１】
起歪部１２は、アルミニウム合金を原材料とする。アルミニウム合金は、日本工業規格（ＪＩＳ）で定められる２０００番台のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ系合金）である。
【００２２】
起歪部１２は、図２に示されるように、ロバーバル型の形状を有している。起歪部１２は、固定剛体部１３と可動剛体部１４とを有する。固定剛体部１３及び可動剛体部１４は、起歪部１２の長手方向における両端部に配置されている。
【００２３】
固定剛体部１３及び可動剛体部１４は、２本のビーム部１５，１６によって連結されている。２本のビーム部１５，１６は、上方ビーム部１５と下方ビーム部１６とから構成される。上方ビーム部１５及び下方ビーム部１６は、図２に示されるように、側面視において、起歪部１２の長手方向と直交する高さ方向に並べて配置されている。上方ビーム部１５は、固定剛体部１３の高さ方向上部と、可動剛体部１４の高さ方向上部とを連結する。下方ビーム部１６は、固定剛体部１３の高さ方向下部と、可動剛体部１４の高さ方向下部とを連結する。
【００２４】
固定剛体部１３の上面、及び、可動剛体部１４の上面は、高さ方向において同じ位置にある。固定剛体部１３の下面、及び、可動剛体部１４の下面は、高さ方向において同じ位置にある。上方ビーム部１５の上面は、固定剛体部１３及び可動剛体部１４の上面よりも、高さ方向において下方に位置している。下方ビーム部１６の下面は、固定剛体部１３及び可動剛体部１４の下面よりも、高さ方向において上方に位置している。
【００２５】
ロードセル１０は、起歪部１２の高さ方向中央部かつ長手方向中央部において、起歪部１２の幅方向の両側面を貫通する孔を有する。幅方向とは、長手方向及び高さ方向と直交する方向である。ロードセル１０の孔は、固定剛体部１３、可動剛体部１４、及び、２本のビーム部１５，１６によって囲まれる空間である。ロードセル１０の孔は、２つのノッチ部３０と、２つのノッチ部３０を繋ぐ連通部３１とからなる。ノッチ部３０の高さ方向の寸法は、連通部３１の高さ方向の寸法よりも長い。
【００２６】
上方ビーム部１５は、２つの薄肉部１５ａと１つの均厚部１５ｂとを有する。下方ビーム部１６は、２つの薄肉部１６ａと１つの均厚部１６ｂとを有する。
【００２７】
薄肉部１５ａ，１６ａは、ビーム部１５，１６において高さ方向の寸法（厚み）が他の部分よりも小さくなっている部分である。薄肉部１５ａ，１６ａは、起歪部１２の中で最も剛性が低い部分である。起歪部１２の長手方向において、薄肉部１５ａ，１６ａは、ノッチ部３０と同じ位置にある。薄肉部１５ａ，１６ａの厚みは、起歪部１２の長手方向におけるノッチ部３０の中心で最も小さく、起歪部１２の長手方向に沿ってノッチ部３０の中心から離れるにつれて大きくなる。
【００２８】
均厚部１５ｂ，１６ｂは、２つの薄肉部１５ａ，１６ａに挟まれ、均一の厚みを有する部分である。均厚部１５ｂ，１６ｂは、ビーム部１５，１６において厚みが最も大きい部分である。起歪部１２の長手方向において、均厚部１５ｂ，１６ｂは、連通部３１と同じ位置にある。
【００２９】
２本のビーム部１５，１６は、それぞれ、２つの歪測定部が設けられる。具体的には、上方ビーム部１５の上面には、２つの歪測定部が設けられ、下方ビーム部１６の下面には、２つの歪測定部が設けられる。歪測定部は、起歪部１２の長手方向において、薄肉部１５ａ，１６ａと同じ位置、又は、薄肉部１５ａ，１６ａの近傍の位置に設けられる。２本のビーム部１５，１６に設けられる４つの歪測定部のそれぞれには、１つの歪みゲージ１７が貼り付けられている。
【００３０】
（２）ロードセルを用いる秤の一例
ロードセル１０は、例えば、秤を構成する一要素として用いられる。図３は、ロードセル１０を用いる秤１００の一例の概略図である。秤１００は、被計量物Ｇの重量を測定する。
【００３１】
図３に示される例では、ロードセル１０は、ベースユニット２１と受け皿２２とが取り付けられている。起歪部１２の固定剛体部１３は、ベースユニット２１にネジ等により固定されている。起歪部１２の可動剛体部１４は、受け皿２２がネジ等により取り付けられている。
【００３２】
受け皿２２の上に被計量物Ｇが載せられると、被計量物Ｇの荷重Ｐが起歪部１２の可動剛体部１４に作用し、可動剛体部１４が下方に変位する。一方、ベースユニット２１に固定されている固定剛体部１３は変位しない。これにより、起歪部１２が変形して、起歪部１２の長手方向において、上方ビーム部１５が伸び、下方ビーム部１６が縮む。その結果、上方ビーム部１５の２つの歪測定部には引っ張り歪が生じ、下方ビーム部１６の２つの歪測定部には圧縮歪が生じる。
【００３３】
ロードセル１０の４つの歪みゲージ１７は、ホイートストンブリッジに接続される。歪みゲージ１７は、自身の電気抵抗値の変化によって、ビーム部１５，１６の４つの歪測定部のそれぞれにおける荷重Ｐによる歪みを検出することができる。４つの歪みゲージ１７による歪みの検出結果から、荷重Ｐが演算されて、被計量物Ｇの重量が求められる。
【００３４】
（３）歪みゲージの構成
図４は、歪みゲージ１７の外観図である。図５は、歪みゲージ１７の側面図である。図６は、起歪部１２の上方ビーム部１５の歪測定部に取り付けられた歪みゲージ１７の側面図である。
【００３５】
歪みゲージ１７は、主として、ベース１８と歪み抵抗体１９とから構成される。ベース１８は、薄膜状の電気絶縁体である。ベース１８の少なくとも一部は、液晶ポリマーで形成されている。ベース１８は、ビーム部１５，１６の歪測定部に接着剤等によって貼り付けられる。ベース１８は、歪み抵抗体１９と起歪部１２とを電気的に絶縁する。
【００３６】
歪み抵抗体１９は、ベース１８に取り付けられる電気抵抗体である。歪み抵抗体１９は、例えば、図４に示されるように、フォトエッチング加工した金属箔等をベース１８上に蛇行状に形成したものである。図４〜６には、蛇行状に形成された歪み抵抗体１９の長手方向が矢印Ｌで示されている。歪みゲージ１７は、歪み抵抗体１９の長手方向が起歪部１２の長手方向に沿うように、起歪部１２に取り付けられる。荷重Ｐにより起歪部１２が変形すると、ビーム部１５，１６が起歪部１２の長手方向に伸び縮みする。これにより、歪み抵抗体１９は、その長手方向に伸び縮みする。以下、起歪部１２の変形により歪み抵抗体１９が伸び縮みする方向（歪み抵抗体１９の長手方向）を感度方向と呼ぶ。
【００３７】
図４に示されるように、歪み抵抗体１９は、感度方向に沿って伸びている部分が大部分を占める。感度方向に沿って歪み抵抗体１９が伸びると、その断面積が小さくなり電気抵抗値が増加する。感度方向に沿って歪み抵抗体１９が縮むと、その断面積が大きくなり電気抵抗値が減少する。そのため、歪み抵抗体１９は、起歪部１２の変形の程度に応じて電気抵抗値が変化する。
【００３８】
図６に示されるように、起歪部１２に取り付けられた歪みゲージ１７は、カバー部材２０によって覆われている。カバー部材２０は、例えば、歪みゲージ１７が起歪部１２に取り付けられた後、歪み抵抗体１９を覆うように歪みゲージ１７及び起歪部１２に取り付けられる。カバー部材２０は、歪みゲージ１７が起歪部１２に取り付けられる前に、歪み抵抗体１９を覆うように予め歪みゲージ１７に取り付けられてもよい。カバー部材２０は、ベース１８に対する密着力に優れ、かつ、十分な強度を有する材料で成形される。例えば、カバー部材２０としてＴａ２Ｏ５とＳｉＮの複合膜が用いられる。
【００３９】
（４）歪みゲージのベースの構成
薄膜状のベース１８は、層状構造を有している。具体的には、ベース１８は、絶縁性を有する１又は複数の層から構成される。ベース１８が複数の層から構成される場合、各層は起歪部１２の高さ方向に積層している。ベース１８に取り付けられている歪み抵抗体１９の感度方向は、ベース１８の層が形成する平面に沿っている。
【００４０】
本実施形態では、ベース１８は、図５に示されるように、液晶ポリマーで形成されている１つの液晶ポリマー層のみから構成されている。液晶ポリマーは、例えば、分子構造の観点からは芳香族ポリエステルに分類される高分子である。液晶ポリマーは、溶融時、又は、溶液の状態において、液晶ポリマーの分子がその長手方向に沿って配向し、固化時においても、その配向構造がほとんど維持される性質を有する。そのため、液晶ポリマー層は、液晶ポリマー分子の高次構造により、線膨張率について異方性を有する。具体的には、液晶ポリマー層は、吸湿により膨張する膨張方向、及び、吸湿により収縮する収縮方向を有する。
【００４１】
ベース１８に取り付けられる歪み抵抗体１９の感度方向は、液晶ポリマー層の線膨張率が最も低い方向に沿っている。液晶ポリマー層の線膨張率が最も低い方向とは、液晶ポリマー層を形成している液晶ポリマー分子の長手方向に沿っている方向である。図７は、ベース１８を上面視した場合において、液晶ポリマー層を形成している液晶ポリマー分子を模式的に示した図である。図７において、液晶ポリマー分子はハッチングされた長方形で示され、液晶ポリマー分子の長手方向は、長方形の長辺に沿っている方向である。歪み抵抗体１９の長手方向（感度方向）は、液晶ポリマー分子の長手方向に沿っている。
【００４２】
ベース１８の材料である液晶ポリマーとしては、例えば、住友化学株式会社製のＥ５０００シリーズが用いられる。
【００４３】
（５）特徴
従来、歪みゲージのベースの材料として、ポリイミド樹脂及びエポキシ樹脂等が用いられている。これらの樹脂は、耐熱性が高く、ハンダ付け耐性に優れている反面、外気中の水分を吸収して膨張しやすい。ベースが吸湿により膨張すると、ベースに取り付けられている歪み抵抗体も膨張して、歪み抵抗体の電気抵抗値が増加する。反対に、ベースから水分が放出されてベースが収縮すると、歪み抵抗体も収縮して、歪み抵抗体の電気抵抗値が減少する。このように、従来の歪みゲージは、ベースに吸収されている水分量に応じて出力が変化しやすい。また、歪みゲージの出力とその変化方向は、ベースに吸収されている水分量と外気の湿度との相対関係等によって変わるため、例えば、湿度に応じて歪みゲージの出力を補正することは困難である。
【００４４】
本実施形態では、歪みゲージ１７のベース１８の材料として、液晶ポリマーが用いられている。液晶ポリマー分子は、ヒドロキシル基等の親水性の官能基を含まないので、水分子と結合しにくい。また、液晶ポリマー分子は、剛直性を有し曲がりにくいので、分子同士が規則正しく隣り合って並びやすい。これにより、液晶ポリマー分子間には水分子が浸透できる間隙が少なく、かつ、水分子によって間隙が押し広げられにくい。従って、液晶ポリマーは、吸水性が低く、吸湿による寸法が変化しにくい。
【００４５】
そのため、液晶ポリマーは、ポリイミド樹脂等の従来の材料と比較して、吸水率、及び、水分の吸収及び放出に伴う変形量が小さい。例えば、液晶ポリマーの吸水率は、ポリイミドの吸水率の約１／１０である。従って、ベース１８の材料として液晶ポリマーを用いることで、ベース１８の吸湿による変形に起因する歪み抵抗体１９の電気抵抗値の変動が低減され、歪みゲージ１７の出力の変動を抑えることができる。
【００４６】
従って、歪みゲージ１７のベース１８の材料として液晶ポリマーを用いることで、ベース１８の吸湿による変形を抑え、歪みゲージ１７の出力の変動を低減することができる。これにより、歪みゲージ１７を有するロードセル１０を用いる秤１００の出力の変動も低減されるので、外部環境の影響を受けにくい高精度の秤１００を実現することができる。
【００４７】
また、液晶ポリマーは、溶融状態から固化しても、液晶ポリマー分子がその長手方向に沿って規則正しく配向している高次構造を維持しやすい。そのため、液晶ポリマーからなるベース１８は、吸湿等による変形時の線膨張率について異方性を有する。例えば、「住友化学  技術誌  ２００３−Ｉ（２００３年５月３０日発行）」の３７〜４２頁に掲載の論文「ＬＣＰフィルムの開発」の「第２表（３９頁）」に記載されているように、液晶ポリマーフィルムは、吸湿膨張係数について異方性を有する。歪み抵抗体１９の感度方向が、ベース１８の線膨張率が最も低い方向に沿うように、歪み抵抗体１９をベース１８に取り付けることで、ベース１８の吸湿による変形に起因する歪みゲージ１７の出力の変動を最小限にすることができる。これにより、ベース１８の線膨張率の異方性を考慮せずに歪み抵抗体１９をベース１８に取り付ける場合と比較して、歪みゲージ１７の出力の変動の分散が抑えられ、歪みゲージ１７の出力が安定化する。
【００４８】
―第２実施形態―
図８は、本発明の第２実施形態における歪みゲージ１７の側面図である。本実施形態は、第１実施形態と比べて、歪みゲージ１７のベース１８の構成のみが異なっている。以下において、ベース１８の構成について主に説明する。
【００４９】
本実施形態では、ベース１８は、液晶ポリマーで形成されている第１液晶ポリマー層１８ａと、液晶ポリマーで形成されている第２液晶ポリマー層１８ｂとからなる２層構造を有する。第１液晶ポリマー層１８ａ及び第２液晶ポリマー層１８ｂは、同じ材料から形成されてもよく、互いに異なる材料から形成されてもよい。第１液晶ポリマー層１８ａには、歪み抵抗体１９が取り付けられる。第２液晶ポリマー層１８ｂは、ビーム部１５，１６の歪測定部に接着剤等によって貼り付けられる。
【００５０】
図９は、ベース１８の層状構造を模式的に示した図である。第１液晶ポリマー層１８ａは、吸湿により膨張する第１膨張方向Ｄ１ａと、吸湿により収縮する第１収縮方向Ｄ１ｂとを有する。第２液晶ポリマー層１８ｂは、吸湿により膨張する第２膨張方向Ｄ２ａと、吸湿により収縮する第２収縮方向Ｄ２ｂとを有する。図９において、第１液晶ポリマー層１８ａ及び第２液晶ポリマー層１８ｂのハッチングの線に沿った方向は、それぞれ、第１膨張方向Ｄ１ａ及び第２膨張方向Ｄ２ａを表す。ベース１８を平面視した場合において、第１膨張方向Ｄ１ａと、第２膨張方向Ｄ２ａとは交差している。
【００５１】
図１０は、第１膨張方向Ｄ１ａと第２膨張方向Ｄ２ａとがなす角度の算出方法を説明するための図である。図１０には、第１膨張方向Ｄ１ａ、第１収縮方向Ｄ１ｂ、第２膨張方向Ｄ２ａ、第２収縮方向Ｄ２ｂ、及び、歪み抵抗体１９の感度方向Ｓが示されている。
【００５２】
最初に、次の式（１）の関係式を満たす角度θＴＨ１及び角度θＴＨ２が求められる。
【数４】
2020148658.tif 000006
【００５３】
式（１）において、Ｅ１ａは、第１液晶ポリマー層１８ａの第１膨張方向Ｄ１ａの線膨張率である。Ｅ１ｂは、第１液晶ポリマー層１８ａの第１収縮方向Ｄ１ｂの線膨張率である。ｔ１は、第１液晶ポリマー層１８ａの厚みである。Ｅ２ａは、第２液晶ポリマー層１８ｂの第２膨張方向Ｄ２ａの線膨張率である。Ｅ２ｂは、第２液晶ポリマー層１８ｂの第２収縮方向Ｄ２ｂの線膨張率である。ｔ２は、第２液晶ポリマー層１８ｂの厚みである。なお、式（１）において、左辺値が１に近い値になるように角度θＴＨ１及び角度θＴＨ２が求められてもよい。
【００５４】
次に、次の式（２）の関係式から角度θ０が求められる。
【数５】
2020148658.tif 000007
【００５５】
式（２）において、θ１は、第１液晶ポリマー層１８ａの第１収縮方向Ｄ１ｂと感度方向Ｓとが成す角度である。θ２は、第２液晶ポリマー層１８ｂの第２収縮方向Ｄ２ｂと感度方向Ｓとが成す角度である。角度θ１は、θＴＨ１−２０°からθＴＨ１＋２０°までの範囲内の角度である。角度θ１は、好ましくはθＴＨ１−１０°からθＴＨ１＋１０°までの範囲内の角度であり、より好ましくはθＴＨ１−５°からθＴＨ１＋５°までの範囲内の角度であり、さらにより好ましくはθＴＨ１−１°からθＴＨ１＋１°までの範囲内の角度である。角度θ２は、θＴＨ２−２０°からθＴＨ２＋２０°までの範囲内の角度である。角度θ２は、好ましくはθＴＨ２−１０°からθＴＨ２＋１０°までの範囲内の角度であり、より好ましくはθＴＨ２−５°からθＴＨ２＋５°までの範囲内の角度であり、さらにより好ましくはθＴＨ２−１°からθＴＨ２＋１°までの範囲内の角度である。
【００５６】
ベース１８を上面視した場合において、第１膨張方向Ｄ１ａと第２膨張方向Ｄ２ａとがなす角度は、θ０−２０°からθ０＋２０°までの範囲内の角度であり、好ましくはθ０−１０°からθ０＋１０°までの範囲内の角度であり、より好ましくはθ０−５°からθ０＋５°までの範囲内の角度であり、さらにより好ましくはθ０−１°からθ０＋１°までの範囲内の角度である。
【００５７】
本実施形態では、ベース１８は、２つの液晶ポリマー層からなる多層構造を有している。２つの液晶ポリマー層は、平面視において、各層の膨張方向が交差するように積層されている。これにより、吸湿による各液晶ポリマー層の変形が互いに打ち消し合うことで、ベース１８全体の吸湿による変形量を低減させることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、第１実施形態に関する図６に示されるように、起歪部１２に取り付けられた歪みゲージ１７は、カバー部材２０によって覆われていてもよい。
【００５９】
―第３実施形態―
図１１は、本発明の第３実施形態における歪みゲージ１７の側面図である。本実施形態は、第１実施形態と比べて、歪みゲージ１７のベース１８の構成のみが異なっている。以下において、ベース１８の構成について主に説明する。
【００６０】
本実施形態では、ベース１８は、液晶ポリマーで形成されている第１液晶ポリマー層１８ｃと、液晶ポリマーで形成されている第２液晶ポリマー層１８ｄと、液晶ポリマーで形成されている第３液晶ポリマー層１８ｅとからなる３層構造を有する。第１液晶ポリマー層１８ｃ、第２液晶ポリマー層１８ｄ及び第３液晶ポリマー層１８ｅは、同じ材料から形成されてもよく、互いに異なる材料から形成されてもよい。
【００６１】
図１２は、ベース１８の層状構造を模式的に示した図である。高さ方向において、第１液晶ポリマー層１８ｃ、第２液晶ポリマー層１８ｄ及び第３液晶ポリマー層１８ｅは、この順番で上方から下方に積層されている。第１液晶ポリマー層１８ｃには、歪み抵抗体１９が取り付けられる。第３液晶ポリマー層１８ｅは、ビーム部１５，１６の歪測定部に接着剤等によって貼り付けられる。図１２において、各液晶ポリマー層のハッチングの線に沿った方向は、膨張方向を表す。
【００６２】
それぞれの液晶ポリマー層１８ｃ，１８ｄ，１８ｅは、吸湿により膨張する膨張方向と、吸湿により収縮する収縮方向とを有する。ベース１８を平面視した場合において、互いに隣接する２つの液晶ポリマー層１８ｃ，１８ｄ，１８ｅの膨張方向は、互いに交差している。これにより、吸湿による各液晶ポリマー層の変形が互いに打ち消し合うことで、ベース１８全体の吸湿による変形量を低減させることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、第１実施形態に関する図６に示されるように、起歪部１２に取り付けられた歪みゲージ１７は、カバー部材２０によって覆われていてもよい。
【００６４】
―第４実施形態―
図１３は、本発明の第４実施形態における歪みゲージ１７の側面図である。本実施形態は、第１実施形態と比べて、歪みゲージ１７のベース１８の構成のみが異なっている。以下において、ベース１８の構成について主に説明する。
【００６５】
本実施形態では、ベース１８は、液晶ポリマーで形成されている１つの液晶ポリマー層１８ｆと、１つの非液晶ポリマー層１８ｇとからなる２層構造を有する。非液晶ポリマー層１８ｇとは、液晶ポリマー以外の結晶性ポリマー又は非結晶性ポリマーで形成されている層である。非液晶ポリマー層１８ｇは、ポリイミド樹脂及びエポキシ樹脂等で形成されている層である。液晶ポリマー層１８ｆには、歪み抵抗体１９が取り付けられる。非液晶ポリマー層１８ｇは、ビーム部１５，１６の歪測定部に接着剤等によって貼り付けられる。
【００６６】
液晶ポリマー層１８ｆは、吸湿により膨張する膨張方向と、吸湿により収縮する収縮方向とを有する。ここで、次の式（３）の関係式を満たす角度をθとおく。
【数６】
2020148658.tif 000008
【００６７】
式（３）において、Ｅ１ａは、液晶ポリマー層１８ｆの膨張方向の線膨張率である。Ｅ１ｂは、液晶ポリマー層１８ｆの収縮方向の線膨張率である。ｔ１は、液晶ポリマー層１８ｆの厚みである。Ｅ２は、非液晶ポリマー層１８ｇの線膨張率である。ｔ２は、非液晶ポリマー層１８ｇの厚みである。
【００６８】
ベース１８を上面視した場合において、液晶ポリマー層１８ｆの膨張方向と、歪み抵抗体１９の感度方向とが成す角度は、θ−２０°からθ＋２０°までの範囲内の角度であり、好ましくはθ−１０°からθ＋１０°までの範囲内の角度であり、より好ましくはθ−５°からθ＋５°までの範囲内の角度であり、さらにより好ましくはθ−１°からθ＋１°までの範囲内の角度である。なお、式（３）の左辺値が１に近くなるように角度θが決められてもよい。
【００６９】
本実施形態では、ベース１８は、１つの液晶ポリマー層と１つの非液晶ポリマー層とからなる多層構造を有している。これにより、ベース１８全体の吸湿による変形量を低減させることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、第１実施形態に関する図６に示されるように、起歪部１２に取り付けられた歪みゲージ１７は、カバー部材２０によって覆われていてもよい。
【００７１】
―変形例―
（１）変形例Ａ
第３実施形態では、ベース１８は、液晶ポリマーで形成されている３つの液晶ポリマー層１８ｃ，１８ｄ，１８ｅからなる多層構造を有する。しかし、ベース１８に含まれる液晶ポリマー層の数は３より多くてもよい。この場合、ベース１８に含まれる複数の液晶ポリマー層は、互いに隣接する２つの液晶ポリマー層の膨張方向が互いに交差するように、積層している。
【００７２】
また、ベース１８が複数の液晶ポリマー層を有する場合、液晶ポリマー層の膨張方向が積層方向に沿って所定の角度ずつ変化するように、複数の液晶ポリマー層が積層していることが好ましい。例えば、ベース１８が４つの液晶ポリマー層から構成される場合、液晶ポリマー層の膨張方向が積層方向に沿って９０°ずつ変化するように、４つの液晶ポリマー層が積層していることが好ましい。
【００７３】
（２）変形例Ｂ
第４実施形態では、ベース１８は、液晶ポリマーで形成されている１つの液晶ポリマー層１８ｆと、１つの非液晶ポリマー層１８ｇとからなる多層構造を有する。しかし、ベース１８に含まれる液晶ポリマー層の数、非液晶ポリマー層の数、及び、層の積層順は任意である。例えば、ベース１８は、２つ以上の液晶ポリマー層と１つの非液晶ポリマー層とを有してもよく、１つの液晶ポリマー層と２つ以上の非液晶ポリマー層とを有してもよく、２つ以上の液晶ポリマー層と２つ以上の非液晶ポリマー層とを有してもよい。多層構造を有するベース１８において、非液晶ポリマー層の位置は、２つの液晶ポリマー層の間でもよく、２つの非液晶ポリマー層の間でもよく、液晶ポリマー層と非液晶ポリマー層との間でもよい。吸湿による各液晶ポリマー層の変形が互いに打ち消し合うことで、ベース１８全体の吸湿による変形量を低減させる観点からは、液晶ポリマー層は、他の液晶ポリマー層と隣接していることが好ましい。
【００７４】
（３）変形例Ｃ
図６には、歪みゲージ１７を覆うカバー部材２０が示されている。カバー部材２０の材料としては、液晶ポリマーが用いられてもよい。具体的には、カバー部材２０の少なくとも一部は、液晶ポリマーで形成されていてもよい。例えば、歪み抵抗体１９を覆うように歪みゲージ１７に予め取り付けられるカバー部材２０として、液晶ポリマーからなる薄膜が用いられてもよい。カバー部材２０の材料として用いられる液晶ポリマーは、歪みゲージ１７のベース１８の材料として用いられる液晶ポリマーと同じであってもよい。
【００７５】
また、歪み抵抗体１９を覆うように歪みゲージ１７に予め取り付けられるカバー部材２０の材料として、ポリイミド樹脂又はエポキシ樹脂等が用いられてもよい。例えば、カバー部材２０は、ポリイミド樹脂又はエポキシ樹脂等からなる薄膜であってもよい。
【００７６】
また、歪みゲージ１７が起歪部１２に取り付けられた後、歪み抵抗体１９を覆うように歪みゲージ１７及び起歪部１２に取り付けられるカバー部材２０の材料として、ブチルゴム等のゴムが用いられてもよい。例えば、カバー部材２０は、ブチルゴム等のゴムからなる薄膜であってもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０      ロードセル
１２      起歪部
１７      歪みゲージ
１８      ベース
１９      歪み抵抗体
２０      カバー部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特開２０１５−６４２９６号公報
【図１】
2020148658.tif 000012
【図２】
2020148658.tif 000013
【図３】
2020148658.tif 000014
【図４】
2020148658.tif 000015
【図５】
2020148658.tif 000016
【図６】
2020148658.tif 000017
【図７】
2020148658.tif 000018
【図８】
2020148658.tif 000019
【図９】
2020148658.tif 000020
【図１０】
2020148658.tif 000021
【図１１】
2020148658.tif 000022
【図１２】
2020148658.tif 000023
【図１３】
2020148658.tif 000024