(57)【要約】【課題】出力端子及び中性端子を露出させたままでも、湿気の影響を受けにくい歪みゲージを提供すること。【解決手段】第１、第２の出力端子２１、２２は、基板１の面１０上の辺１２側に間隔を隔てて設けられ、歪み抵抗体２の両端を構成している。中性端子２３は、基板１の面１０上において、第１の出力端子２１と第２の出力端子２２との間に独立して設けられ、第１の出力端子２１及び第２の出力端子２２の配置方向Ｘと直交する方向Ｙで見て、辺１２側の端縁２３１が、第１の出力端子２１の辺１２側の端縁２１１と第２の出力端子２２の辺１２側の端縁２２１とを結ぶ線Ｌ１よりも辺１２側に突出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、歪み抵抗体と、第１の出力端子と、第２の出力端子と、中性端子とを含む歪みゲージであって、
前記歪み抵抗体は、前記基板の一面上に設けられており、
前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子は、前記基板の前記一面上の一辺側に、互いに間隔を隔てて設けられ、前記歪み抵抗体の両端を構成しており、
前記中性端子は、前記基板の前記一面上において、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に独立して設けられ、前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子の配置方向と直交する方向で見て、前記一辺側の端縁が、前記第１の出力端子の前記一辺側の端縁と前記第２の出力端子の前記一辺側の端縁とを結ぶ線よりも前記一辺側に突出している、
歪みゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪検出装置等に用いられる歪みゲージに関する。
【背景技術】
【０００２】
歪みゲージは、被検出物の歪みを検出するセンサの１つとして、従来より広く用いられてきた。歪みゲージは、一般には、基板と、歪み抵抗体と、対の出力端子とを含む。基板は、歪みゲージとして要求される諸条件を満たすため、ベークライト、エポキシ、ポリイミドまたは紙等の電気絶縁材料からなる。歪み抵抗体は、基板の一面上に設けられていて、基板の歪みに応じて抵抗値が変化する。対の出力端子は、基板の一面上に設けられていて、歪み抵抗体の両端に接続されている。
【０００３】
歪みゲージによる歪み検出に際しては、伝統的に抵抗ブリッジ回路が用いられてきた。ブリッジ回路において、歪みゲージはブリッジ回路を構成する４辺の一部または全部に挿入される。ブリッジ回路に生じる４つの接続点のうち、一対の接続点は電源入力端として用いられ、他の一対は信号出力端として用いられる。
【０００４】
歪みゲージに歪みを生じていない場合、ブリッジ回路は平衡しており、一対の出力信号端間の電位差はゼロである。歪みゲージに歪みが生じると、ブリッジ回路の平衡が崩れ、一対の信号出力端間に電位差を生じる。従って、一対の信号出力端間に現れる電位差から、歪みを検出することができる。
【０００５】
ところで、歪みゲージでは、例えば、湿気の多い雰囲気で用いられた場合、基板の表面で見た電気絶縁抵抗が低下する。基板表面の電気絶縁抵抗が低下すると、歪みが生じていないにもかかわらず、歪みゲージの出力端子間で見た抵抗値が変化するので、歪み零に対応するブリッジ回路の平衡点（歪み零点）にずれを生じる。即ち、零ずれが生じる。歪み零点は検出の基準であるので、このような零ずれは検出誤差を招く。
【０００６】
歪みゲージでは、通常、歪みに対する抵抗値の変化は僅かである。歪みゲージは、この僅かな抵抗値変化から歪みを検出するのである。したがって、出力端子間の電気絶縁抵抗の低下、それに伴う歪み零点の変動が僅かであっても、歪み検出に与える影響は大きい。
【０００７】
このような問題を解決しようとする技術として、特許文献１は、対の出力端子の間に中性端子を設けるとともに、中性端子を正負電源の中点に接続することにより、出力端子の一つと中性端子とを同一電位に保つ技術を開示している。出力端子の一つと中性端子とが同一電位に保たれていれば、両者間に漏洩電流が流れることはないから、電気絶縁抵抗の低下に影響されることはない。従って、零ずれを生じることがないと、考えたものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された発明によっても、湿気による影響を完全には解消することができないことが分かった。出力端子及び中性端子の全体を、例えば、吸湿性の低い保護膜で覆うことができれば、上述した問題点は解決しえようが、出力端子及び中性端子にはリード線が接続されるから、このような対策を採ることができない。
【特許文献１】特開平１１−１１８４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、出力端子及び中性端子を露出させたままでも、湿気の影響を受けにくい歪みゲージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明に係る歪みゲージは、基板と、歪み抵抗体と、第１の出力端子と、第２の出力端子と、中性端子とを含む。
【００１１】
前記歪み抵抗体は、前記基板の一面上に設けられている。前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子は、前記基板の前記一面上の一辺側に間隔を隔てて設けられ、前記歪み抵抗体の両端を構成している。前記中性端子は、前記基板の前記一面上において、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に独立して設けられ、前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子の配置方向と直交する方向で見て、前記一辺側の端縁が、前記第１の出力端子の前記一辺側の端縁と前記第２の出力端子の前記一辺側の端縁とを結ぶ線よりも前記一辺側に突出している。
【００１２】
本発明に係る歪みゲージを用いて被検出物の歪みを検出するには、従来と同様に、ブリッジ回路を用いる。ブリッジ回路において、歪みゲージは、ブリッジ回路の４辺のうち少なくとも一辺に挿入される。本発明に係る歪みゲージでは、第１の出力端子及び第２の出力端子が、基板の一面上の一辺側に間隔を隔てて設けられ、歪み抵抗体の両端を構成している。更に、中性端子が、基板の一面上において第１の出力端子と第２の出力端子との間に独立して設けられている。従って、ブリッジ回路上で見て、歪みゲージの中性端子を正負電源の中点に接続することで、第１、第２の出力端子間の漏洩電流を防ぐといった基本的な作用効果を得ることができる。
【００１３】
更に、本発明に係る歪みゲージの重要な特徴として、中性端子は、第１の出力端子及び第２の出力端子の配置方向と直交する方向で見て、一辺側の端縁が、第１の出力端子の一辺側の端縁と第２の出力端子の一辺側の端縁とを結ぶ線よりも一辺側に突出している。
【００１４】
本発明者は、特許文献１に記載された発明で、なぜ、湿気による影響を完全には解消することができないのかを、鋭意検討した。その結果、特許文献１に記載された発明では、出力端子及び中性端子が、基板の端縁から同一寸法のギャップを隔てて配置されていたため、中性端子の端縁と、基板の端縁との間のギャップを通って、出力端子間に漏洩電流が流れ、それによって歪み零に対応するブリッジ回路の平衡点にずれを生じたもの、との結論に至った。
【００１５】
この知見に基づき、本発明では、上述したように、中性端子は、第１の出力端子及び第２の出力端子の配置方向と直交する方向で見て、一辺側の端縁が、第１の出力端子の一辺側の端縁と第２の出力端子の一辺側の端縁とを結ぶ線よりも一辺側に突出させた。この構成によれば、中性端子の端縁と、基板の一辺側の端縁との間のギャップを通って、第１、第２の出力端子間に漏洩電流が流れるのを遮断することができるから、ブリッジ回路の平衡点にずれを生じる危険性を減らすことができる。この場合、出力端子及び中性端子の全体を、保護膜で覆う必要はなく、出力端子及び中性端子を露出させたままでよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように、本発明によれば、出力端子及び中性端子を露出させたままでも、湿気の影響を受けにくい歪みゲージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明に係る歪みゲージの一実施形態を示す平面図である。図１に示された歪みゲージは、基板１と、歪み抵抗体２と、第１の出力端子２１と、第２の出力端子２２と、中性端子２３とを含む。
【００１８】
基板１は、ベークライト、エポキシまたはポリイミド等の電気絶縁材料から構成される。基板１は、長方形の平板状に形成されており、ほぼ平らな面１０と、その面１０を取り囲む４つの辺１１〜１４とを有する。
【００１９】
歪み抵抗体２は、基板１の面１０上において辺１１の側に設けられていて、基板１の歪みに応じて抵抗値が変化する。歪み抵抗体２は、周知のものであり、間隔が極めて狭いパターン、例えば蛇行パターンからなっている。
【００２０】
第１、第２の出力端子２１、２２は、基板１の面１０上において辺１２の側に互いに間隔を隔てて設けられていて、歪み抵抗体２の両端を構成している。第１、第２の出力端子２１、２２は、基板１の面１０上でみてそれぞれ長方形状となっている。
【００２１】
中性端子４は、基板１の面１０上において、第１の出力端子２１と第２の出力端子２２との間に独立して設けられている。詳しくは、中性端子４と、第１の出力端子２１との間にギャップＧ１が形成され、中性端子４と、第２の出力端子２２との間にギャップＧ２が形成されている。中性端子４も、基板１の面１０上でみて長方形状となっている。
【００２２】
本発明の重要な特徴として、中性端子２３は、第１、第２の出力端子２１、２２の配置方向Ｘと直交する方向Ｙで見て、辺１２側の端縁２３１が、第１の出力端子２１の辺１２側の端縁２１１と、第２の出力端子２２の辺１２側の端縁２２１とを結ぶ直線Ｌ１よりも突出量ΔＨ１だけ辺１２側に突出するように設けられている。中性端子２３の突出量ΔＨ１は、任意の値に設定できるが、中性端子２３の端縁２３１と、基板１の辺１２との間のギャップＧ３をできるだけ狭めるような値に設定することが好ましい。
【００２３】
また、図示された歪みゲージの場合、中性端子２３の端縁２３１とは反対側の端縁２３２が、第１の出力端子２１の辺１１側の端縁２１２と、第２の出力端子２２の辺１１側の端縁２２２とを結ぶ直線Ｌ２上に位置している。
【００２４】
上述した歪み抵抗体２、第１、第２の出力端子２１、２２及び中性端子２３は、基板１の面１０上に形成された導体パターンとして構成することができる。更に、保護膜３が、基板１の面１０上において歪み抵抗体２を覆うように形成されていてもよい。保護膜３は、基板１について述べたものと同じ電気絶縁材料から構成することができる。
【００２５】
次に、歪みゲージを用いた歪み検出装置について、その一例である図２を参照して説明する。図２に示された歪み検出装置は、４つの歪みゲージ４１〜４４と、正負電源（６１、６２）と、信号処理部７とを含む。
【００２６】
歪みゲージ４１〜４４は、それぞれ、図１を参照して説明した本発明に係る歪みゲージである。歪みゲージ４１〜４４は、無歪み抵抗値が互いに等しくなるように設定されている。無歪み抵抗値とは、歪みゲージに歪みが生じていないときの抵抗値である。
【００２７】
歪みゲージ４１〜４４は、ブリッジ回路を構成するように接続されている。詳しくは、歪みゲージ４４の第２の出力端子２２と、歪みゲージ４１の第１の出力端子２１とが接続されて電源入力端５１を構成し、歪みゲージ４１の第２の出力端子２２と、歪みゲージ４２の第１の出力端子２１とが接続されて信号出力端５２を構成し、歪みゲージ４２の第２の出力端子２２と、歪みゲージ４３の第１の出力端子２１とが接続されて電源入力端５３を構成し、歪みゲージ４３の第２の出力端子２２と、歪みゲージ４４の第１の出力端子２１とが接続されて信号出力端５４を構成している。
【００２８】
正負電源（６１、６２）は、大きさの等しい正電圧＋Ｅ及び負電圧−Ｅを電源入力端５１、５３に入力する。具体的には、正負電源（６１、６２）は、２つの単一電源６１、６２を直列に接続した直列回路からなり、その直列回路の両端が電源入力端５１、５３に接続されている。
【００２９】
更に、正負電源（６１、６２）は、正電圧＋Ｅ及び負電圧−Ｅの基準となる中点６０を有する。中点６０には、各歪みゲージ４１〜４４の中性端子２３が接続されている。更に、中点６０は接地されている。信号処理部７は、信号出力端５２、５４間に現れる電位差を増幅して検出する。
【００３０】
次に、図２に示した歪み検出装置の動作を説明する。まず、歪みゲージ４１〜４４の何れも湿気の影響を受けておらず、第１、第２の出力端子２１、２２間の絶縁抵抗が一定の高い値を保っている場合について考える。歪みゲージ４１〜４４の何れにも歪みがないと、４辺の無歪み抵抗値が等しいので、ブリッジ回路は平衡状態となる。従って、信号出力端５２、５４間の電位差は零である。
【００３１】
ここで、歪みゲージ４１〜４４の何れか一つ、例えば、歪みゲージ４１に歪みが生じると、歪みゲージ４１の歪み抵抗体２の抵抗値が変化するので、ブリッジ回路の平衡が崩れ、不平衡の度合いに応じた電位差が信号出力端５２、５４間に生じる。信号処理部７は、この電位差を検出する。これにより、歪みを検出することができる。
【００３２】
次に、歪みゲージ４１〜４４が、湿気の影響を受けた場合について、歪みゲージ４１を例にとって説明する。歪ゲージ４１には、第１の出力端子２１から第２の出力端子２２の間に中性端子２３が設けられているので、ブリッジ回路上で見た場合、第１の出力端子２１から中性端子２３までの電流経路と、中性端子２３から第２の出力端子２２までの電流経路とに分けて考えることができる。
【００３３】
まず、第１の出力端子２１から中性端子２３までの電流経路については、第１の出力端子２１は、電源入力端５１を通して電源６１に接続されているから、第１の出力端子２１には電源６１の正電圧＋Ｅがかかる。湿気の影響で絶縁抵抗が低下し、第１の出力端子２１から中性端子２３に漏洩電流が流れても、第１の出力端子２１の電圧は、電源６１の正電圧＋Ｅであり、一定であるから、ブリッジ回路の平衡状態に悪影響を与えることはない。
【００３４】
次に、中性端子２３から第２の出力端子２２までの電流経路については、第２の出力端子２２は、信号出力端５２に接続されており、信号出力端５２は、ほぼ等しい抵抗からなるブリッジ回路の中点であるから、信号出力端５２（第２の出力端子２２）の電圧は、ほとんど零（接地電位）になる。また、中性端子２３は、正負電源（６１、６２）の中点６０に接続されていることから、その電圧は零（接地電位）である。従って、第２の出力端子２２及び中性端子２３間の電位差はほぼ零であり、第２の出力端子２２及び中性端子２３間に漏洩電流が流れることはないので、第２の出力端子２２及び中性端子２３間の絶縁抵抗が低下しても、ブリッジ回路の平衡状態に悪影響を与えることはない。
【００３５】
他の歪みゲージ４２〜４４のうち、歪ゲージ４３は、第１の出力端子２１と中性端子２３との間の関係及び第２の出力端子２２と中性端子２３との間の関係が歪ゲージ４１と同じであるから、歪ゲージ４１で述べた点がそのまま当てはまる。歪ゲージ４２、４４は、歪ゲージ４１の第１の出力端子２１が第２の出力端子２２に置き換わり、歪ゲージ４１の第２の出力端子２２が第１の出力端子２１に置き換わる点を除けば、歪ゲージ４１で述べたことがそのまま当てはまる。
【００３６】
ただ、中性端子２３を設ける態様によっては、第１の出力端子２１から第２の出力端子２２へと漏洩電流が流れ、零ずれの問題を生じる可能性があることは、先に述べた通りである。
【００３７】
この問題点を解決することが、本発明の中心的課題であり、課題達成手段として、本発明では、図１を参照して説明したように、中性端子２３は、第１、第２の出力端子２１、２２の配置方向Ｘと直交する方向Ｙで見て、辺１２側の端縁２３１が、第１の出力端子２１の辺１２側の端縁２１１と、第２の出力端子２２の辺１２側の端縁２２１とを結ぶ直線Ｌ１よりも突出量ΔＨ１だけ辺１２側に突出するように設けられている。
【００３８】
この構成によれば、中性端子２３の端縁２３１と、基板１の辺１２との間のギャップＧ３は狭められ、ギャップＧ３を通って第１、第２の出力端子２１、２２間に漏洩電流が流れるのを遮断することができるから、ブリッジ回路の平衡点にずれを生じる危険性を減らすことができる。この場合、第１、第２の出力端子２１、２２及び中性端子２３の全体を、保護膜で覆う必要はなく、第１、第２の出力端子２１、２２及び中性端子２３を露出させたままでよい。従って、第１、第２の出力端子２１、２２及び中性端子２３を露出させたままでも、湿気の影響を受けにくい歪みゲージを提供することができる。
【００３９】
また、中性端子２３の端縁２３１とは反対側の端縁２３２の側で漏洩電流が流れる可能性については、歪み抵抗体２を覆う保護膜３を、中性端子２３の端縁２３２まで延長することで、端縁２３２の側での湿気の付着を防ぎ、そのような可能性を解消することが可能である。
【００４０】
図２に示された歪み検出装置では、ブリッジ回路の四辺全てに歪みゲージ４１〜４４を挿入した構成となっているが、歪み検出装置は、このような構成に限定されることはなく、ブリッジ回路の少なくとも一辺に歪みゲージが挿入されていればよい。例えば、ブリッジ回路の一辺のみに歪みゲージを挿入し、残る三辺に抵抗値一定の抵抗体を挿入した構成でも、同様な作用及び効果を得ることができる。
【００４１】
図３は、本発明に係る歪みゲージの別の実施形態を示す平面図である。図示において、先の図１に示された構成部分と同一性ある構成部分には、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４２】
図３に示された歪みゲージでは、中性端子２３は、方向Ｙで見て、辺１１側の端縁２３２が、第１の出力端子２１の辺１１側の端縁２１２と、第２の出力端子２２の辺１１側の端縁２２２とを結ぶ直線Ｌ２よりも突出量ΔＨ２だけ辺１１側に突出するように設けられている。かかる態様によれば、第１、第２の出力端子２１、２２間に漏洩電流が流れる可能性をより低減することができる。
【００４３】
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る歪みゲージの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示した歪みゲージを用いた歪み検出装置の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る歪みゲージの別の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１                    基板
２                    歪み抵抗体
２１                  第１の出力端子
２２                  第２の出力端子
２３                  中性端子
【図１】
2008185383.tif 000003
【図２】
2008185383.tif 000004
【図３】
2008185383.tif 000005