(57)【要約】【課題】  ひすみゲージを利用する力変換器において、起歪体が宿命的に持っているクリープ現象によって大きな測定誤差が発生し、精度に問題があった。【解決手段】  ばねとして働く柱と測定用柱を持ち、測定用柱に強度の差を設け、強度が小さい部分にクリープが大きく起きることを利用して強度の大きい部分のクリープ現象を補償し、ひずみゲージをクリープの補償された部分に配置することにより、クリープ誤差の課題を解決した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
力を受け、力の大きさにほぼ比例した変位をする構造部と、その変位を測定する構造部を一体型に構成し、力学的に並列になるように設けてある力変換器に於いて、変位をする構造部とは異なった形状をしていて、その変位を測定する構造部に、強度の大きい部分と小さい部分を力学的に直列に設け、当該変位を測定する構造部の最大応力が発生する付近を避けた位置にひずみゲージを配置し、クリープを補償したひずみを測定する事を特徴とする力変換器。
【請求項２】
請求項１記載の原理を利用したトルクメータ。
【請求項３】
請求項１記載の原理を利用した加速度計。
【請求項４】
請求項１記載の原理を利用した圧力計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電気的に検出する力変換器に係り、クリープ現象による誤差を排除した力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】  力変換器において、起歪体中の荷重に対し概ね比例する起歪部にひずみゲージ等を用い、力に概ね比例した電気抵抗変化の検出し、その電気信号のよって力を測定する方式が多く用いられている。【０００３】  従来の力変換器例図４において、変換器に２カ所の起歪部２を持ち、その起歪部２にひずみゲージ６を縦と横に、裏面にも同様に配置し、ホイートストンブリッジを形成してある。【０００４】  このような構造の力変換器１に図４のごとく荷重が加わると２カ所の起歪部２ではひずみが発生する。このひずみを起歪部２に配置されたひずみゲージ６の抵抗の変化をホイートストンブリッジ作用で電圧信号を得るようになっている。【０００５】  しかし、起歪部に使用される素材の殆どに、荷重が一定でも、時間と共にひずみが増していくクリープ現象が有る。この従来の構造において、起歪部２のひずみがクリープによって増大することに対し、ひずみゲージ６はあたかも荷重変化のごとく測定してしまい誤差を発生していた。【０００６】  この現象に対し、ひずみゲージの樹脂製ベースが持つ柔軟性を利用し、導電体パタンの工夫などによって、逆方向にクリープを発生せしめたクリープ補償機能を設け、クリープ誤差の改善を行っていた。
【特許文献１】特許公開２００３−３２２５７１  特許公開２０００−２９２２７３  特許公開２０００−２７５１１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  力変換器の起歪部のひずみ量は、荷重に概ね比例する様にしてあるが、荷重が一定であっても、起歪部に用いられるほとんどの素材の特性によって、徐々にひずみ量が増していくクリープ現象があり、ひずみゲージを用いて荷重を測定した場合、同じ荷重であるにもかかわらず出力信号が徐々に増してしまう不具合があった。特に高精度力変換器では、荷重の大きさを測るうえで大きな誤差要因であった。また、このクリープ現象は、ヒステリシス誤差や再現性の悪化の要因ともなっていた。【０００８】  このクリープ現象を補償する手段として、ひずみゲージに使用されている合成樹脂製のベースの柔軟性やベース上のホイル状の導電体パタンの形状を利用して逆方向にクリープを発生させクリープ誤差を補償していた。しかし、起歪部の金属とはまったく物性が全く異なる合成樹脂製ベースの柔軟性の利用したクリープ補償では、貼り付け時の加熱温度、加熱時間、使用環境温度、経時変化などにより、クリープ補償特性は大きく変化し、かつ安定せず、高精度なクリープの補償は困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記の問題点を解決するために、荷重に概ね比例してたわむばね柱とひずみを測る部分を持つ測定用柱とを力学的に並列に配しておき、その測定用柱には断面積を変えるなどして強度の大きい部分と小さい部分を力学的に直列に配しておく。【００１０】  測定用柱に長手方向にある変位を与えると、強度に差がある部分では、強度に反比例した割合のひずみが発生する。時間とともに測定用柱の中では、強度が小さい部分と大きい部分がせめぎ合い、強度の小さい部分に力方向の正のクリープが発生し、伸びてしまう。ここで変位の量は、荷重に概ね比例してたわむばね柱により、概ね決まっているので、強度の小さい部分の正のクリープが大きくなると強度の大きい部分の変位は小さくなりひずみ量も小さくなる。【００１１】  ばね柱にもクリープが発生するので時間とともに変位が大きくなり、測定用柱内部の強度が大きい部分は、強度の小さい部分は、より大きいクリープを発生するため、強度の大きい部分では、負の方向にクリープが発生し、ばね柱のクリープの影響を相殺される。各柱や、測定柱の形状、強度を加減することにより、測定柱の強度の大きい部分のクリープ量を零にすることが可能である。この位置にひずみゲージを貼ることにより、主に荷重を受けているばね柱部のクリープを除外した信号を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下、図１により本実施例を説明する。力変換器１はばねの働きをする２つの柱２と測定用柱３とを図のように備えてあり、測定用柱には強度の大きい部分４の小さい部分５が図１のように力学的に直列に配してあり、柱２と力学的に並列にしてある。また、ひずみゲージ６は測定用柱の強度が大きい部分４に裏側とともに４枚貼ってある。【００１３】  本力変換器１に図１のごとく力を加えた場合、ばね用柱２は力に比例した変位をする。この変位は測定用柱３を変位させ、強度が大きい部分４と小さい部分５では、強度の大きさに反比例した応力でひずみを起こす。ここで、クリープ現象により、柱３の内部では、強度の小さい部分５には、強度が大きい部分４より大きなクリープを発生するため補償作用が発生することにより、強度の大きい部分４のクリープ量を調整することができる。【００１４】  柱２はクリープ現象により徐々に変位が増加し、測定用柱３の変位を大きくするが測定用柱の強度の小さい部分５でのクリープ補償作用により、測定部４でのクリープを零にできる。【００１５】  強度の小さい部分５でのクリープ補償作用は、ばね用柱２の剛性、測定用柱３の剛性、測定用柱には強度の大きい部分４の小さい部分５の強度の比率、各長さなどを加減することで調整ができる。
【発明の効果】
【００１６】  以上の様に請求項１の発明によれば、力変換器における、ひずみゲージのクリープ補償機能を利用することなしで、同一材料の起歪体内でクリープの補償が出来るので、経時的にも環境温度に対しても高精度で安定したクリープ補償が出来、クリープが大きな要因であるヒステレリシス誤差、再現性誤差の改善も可能である。トルク変換器、加速度計などでのクリープ現象の補償ができる。
ひずみゲージ自身にまったくクリープ補償作用のないスパッタリングゲージをも有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１の側面説明図である。
【図２】本発明の実施例２の側面説明図である。
【図３】本発明の実施例３の側面説明図である。
【図４】本発明の力変換器の実施例１の側面説明図である
【図５】従来の力変換器の実施例２の側面説明図である
【図６】従来の力変換器の実施例の説明図
【符号の説明】
【００１８】    １  力変換器
２  柱、（梁）
３  測定用柱、（梁）
４  測定部
５  測定用柱の強度の小さい部分
６  ひずみゲージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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