羅伯瓦爾型測(cè)力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)力傳感器，尤其涉及具備在長(zhǎng)邊方向前后兩處分別設(shè)置有薄壁部的上下一對(duì)平行梁的端部借助固定部和可動(dòng)部連接一體化而構(gòu)成羅伯瓦爾(roberval)機(jī)構(gòu)的應(yīng)變體的羅伯瓦爾型測(cè)力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]這種測(cè)力傳感器在例如商業(yè)、工業(yè)用秤等中使用，例如，如下述專利文獻(xiàn)I所示，具備在上下各自兩處的總計(jì)四處具有薄壁部的羅伯瓦爾機(jī)構(gòu)即應(yīng)變體。應(yīng)變體的根部側(cè)被固定于殼體等而呈懸臂狀地配設(shè)，在其前端側(cè)加載有載荷。對(duì)于四處薄壁部，當(dāng)在應(yīng)變體上加載載荷時(shí)，兩處成為拉伸側(cè)，其余兩處成為壓縮側(cè)，在拉伸側(cè)和壓縮側(cè)的各自的薄壁部粘接有應(yīng)變儀。四個(gè)應(yīng)變儀連接而構(gòu)成惠斯登電橋電路。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開平8 - 184510

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的課題
[0007]然而，以往的測(cè)力傳感器由設(shè)置有側(cè)面貫通孔的矩形狀塊體構(gòu)成，雖然因制造容易和具有實(shí)際成果的原因而具有稍許的大小上的差異，但一直以來(lái)都保持似乎相同的形狀。
[0008]因此，測(cè)力傳感器的性能也一直以來(lái)僅有微量的提高。該微量的性能的提高也主要是源自應(yīng)變儀的性能、應(yīng)變體的材料的改進(jìn)、測(cè)力傳感器制造技術(shù)的進(jìn)歩，而并非源自對(duì)測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)的形狀的研宄。
[0009]這樣，此前完全沒(méi)有進(jìn)行過(guò)欲通過(guò)對(duì)測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)的形狀進(jìn)行研宄來(lái)改進(jìn)測(cè)力傳感器的性能的嘗試。在這樣的背景下，在具備測(cè)力傳感器的電子天平中，雖然在剛剛將稱量物載置于電子天平的計(jì)量皿之后測(cè)定值不穩(wěn)，但不久就穩(wěn)定。這是由于在薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)變(應(yīng)力)至穩(wěn)定為止需要花費(fèi)時(shí)間，但可以說(shuō)至該測(cè)定值穩(wěn)定為止的時(shí)間越短則測(cè)力傳感器的性能越高。
[0010]因此，發(fā)明人考慮能否通過(guò)對(duì)薄壁部的形狀進(jìn)行研宄來(lái)縮短至測(cè)定值穩(wěn)定為止的時(shí)間(至在薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)力穩(wěn)定為止的時(shí)間)。
[0011]而且，發(fā)明人首先使用在上下各有兩處總計(jì)四處薄壁部粘合有應(yīng)變儀的以往構(gòu)造的測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)，利用有限元法對(duì)當(dāng)在測(cè)力傳感器加載載荷的情況下在薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行解析。
[0012]于是，如圖7(c)所示，對(duì)于在薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)力，在寬度方向中央部附近呈現(xiàn)幾乎一定的大小，與此相對(duì)，在寬度方向兩端部，呈現(xiàn)比中央部附近的值大的值。雖然在薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)力的值理論上應(yīng)當(dāng)在寬度方向均勻，但實(shí)際上在兩端部變大。
[0013]發(fā)明人進(jìn)行了考察，結(jié)果，認(rèn)為在測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)的薄壁部的寬度方向兩端部產(chǎn)生的該大的應(yīng)力相當(dāng)于在“滾子軸承”的業(yè)界公知的“邊緣載荷(edge load)”。
[0014]即，例如在構(gòu)成為圓筒狀的“滾子”在內(nèi)圈與外圈之間滾動(dòng)的“滾子軸承”中，圓筒狀的“滾子”與內(nèi)圈的接觸應(yīng)力應(yīng)當(dāng)在“滾子”的寬度方向上是均勻的，但實(shí)際上并不是均勻的，公知“滾子”的兩端部的應(yīng)力比中央部附近的應(yīng)力大，在“滾子”的兩端部產(chǎn)生的該大的應(yīng)力被稱為“邊緣載荷”。
[0015]而且，在對(duì)測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)加載載荷的情況下的薄壁部上，也與“滾子軸承”同樣，認(rèn)為會(huì)在薄壁部的端部(以下稱為邊緣部)產(chǎn)生“邊緣載荷”。
[0016]這樣，對(duì)于當(dāng)對(duì)測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)加載載荷時(shí)的在薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)力，由于在薄壁部的兩端部產(chǎn)生邊緣載荷，因此在寬度中央部附近與兩端部附近變得不均衡。因此，認(rèn)為:當(dāng)粘合于薄壁部中央部附近的應(yīng)變儀感受應(yīng)力時(shí)，會(huì)受到邊緣載荷的影響而成為測(cè)定誤差，直至薄壁部處的寬度方向的應(yīng)力平衡而穩(wěn)定為止測(cè)定值也不穩(wěn)定(至測(cè)定值穩(wěn)定為止花費(fèi)規(guī)定時(shí)間)。
[0017]并且認(rèn)為:雖然若在計(jì)量皿的四角等施加偏載荷則測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)扭轉(zhuǎn)，但該情況下的在薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)力也會(huì)受到邊緣載荷的影響。
[0018]S卩、在測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)扭轉(zhuǎn)的情況下，在測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)的寬度方向中央存在沿前后延伸的假想中立軸，測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)以該假想中立軸作為中心旋轉(zhuǎn)。但是，只是該假想中立軸位于測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)的寬度方向中央附近，其位置并未明確確定。并且，在薄壁部的寬度方向兩端部產(chǎn)生的邊緣載荷仍然會(huì)對(duì)中央部附近的應(yīng)力造成影響，因此認(rèn)為這會(huì)成為測(cè)定誤差，直至薄壁部的寬度方向的應(yīng)力平衡而穩(wěn)定為止，測(cè)定值不會(huì)穩(wěn)定(當(dāng)作為負(fù)荷而作用有偏載荷的情況下，直至測(cè)定值穩(wěn)定為止也花費(fèi)規(guī)定的時(shí)間
[0019]并且，在進(jìn)行測(cè)力傳感器因過(guò)載而破損的實(shí)驗(yàn)時(shí)，會(huì)在測(cè)力傳感器的薄壁部產(chǎn)生塑性變形，由此，測(cè)力傳感器(薄壁部)破損。
[0020]此時(shí)的薄壁部的變形從薄壁部的寬度方向的一方的端部開始變形，塑性變形傳遞至相反側(cè)端部，在薄壁部中央附近產(chǎn)生直線狀的條紋。即、條紋以薄壁部的寬度方向的一方的端部作為起點(diǎn)產(chǎn)生并延伸至相反側(cè)的端部這一情況也啟示在薄壁部的寬度方向的端部產(chǎn)生邊緣載荷。
[0021]這樣，在以往的測(cè)力傳感器中，在薄壁部產(chǎn)生的邊緣載荷與“測(cè)定誤差”或“直至測(cè)定值穩(wěn)定為止的時(shí)間”之類的測(cè)力傳感器的性能相關(guān)，因此，發(fā)明人考慮:若能減小在薄壁部產(chǎn)生的邊緣載荷，則是否能夠改善測(cè)力傳感器的性能。
[0022]因此，發(fā)明人首先在研宄當(dāng)在薄壁部設(shè)置有圓孔的情況下在薄壁部產(chǎn)生的邊緣載荷成為何種情況、直至在薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)力穩(wěn)定為止的時(shí)間如何變化等的過(guò)程中，試制了僅在構(gòu)成以往構(gòu)造的測(cè)力傳感器的應(yīng)變體的下梁的兩處薄壁部設(shè)置有圓孔的羅伯瓦爾機(jī)構(gòu)。
[0023]S卩，試制在應(yīng)變體的上梁的兩處薄壁部(未設(shè)置圓孔的薄壁部)分別粘合應(yīng)變儀、且在未粘合應(yīng)變儀的下梁的兩處薄壁部的寬度方向中央部分別設(shè)置圓孔的測(cè)力傳感器，利用有限元法對(duì)在設(shè)置有孔的薄壁部以及未設(shè)置孔的薄壁部分別產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行解析。
[0024]于是，在設(shè)置有孔的薄壁部，如圖7(a)所示，孔周邊部的兩處成為新的端部(邊緣部)，在所有四處端部(邊緣部)產(chǎn)生邊緣載荷。該邊緣載荷的值H3是比在以往的測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)的薄壁部產(chǎn)生的邊緣載荷的值Hl (參照?qǐng)D7 (c))低的值(H3 < Hl)。
[0025]另一方面，在未設(shè)置孔的薄壁部，如圖7(b)所示，呈現(xiàn)與在以往的測(cè)力傳感器中的薄壁部產(chǎn)生的應(yīng)力分布(參照?qǐng)D7(c))相同的應(yīng)力分布，但在端部(邊緣部)產(chǎn)生的邊緣載荷的值H2比以往的測(cè)力傳感器的邊緣載荷的值Hl稍低(H3 < H2 < Hl)。
[0026]這推斷為:通過(guò)設(shè)置孔而邊緣載荷的值變小等、兩處薄壁部的特性變化，由此，對(duì)未設(shè)置孔的其他兩處薄壁部的特性帶來(lái)影響。
[0027]而且，確認(rèn)了在所試制的測(cè)力傳感器中，與以往的測(cè)力傳感器相比測(cè)定誤差小，直至測(cè)定值穩(wěn)定為止的時(shí)間也縮短等，在改善測(cè)力傳感器的性能的方面是有效的，從而達(dá)成了此次的專利申請(qǐng)。
[0028]本發(fā)明就是基于上述的以往的問(wèn)題點(diǎn)以及發(fā)明人的上述見解而完成的，其目的在于，通過(guò)在測(cè)力傳感器的四處薄壁部中的兩處設(shè)置孔來(lái)提高測(cè)力傳感器的基本性能。
[0029]用于解決課題的手段
[0030]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，在技術(shù)方案I所涉及的羅伯瓦爾型測(cè)力傳感器中，具備:應(yīng)變體，在長(zhǎng)邊方向前后兩處分別設(shè)置有薄壁部的上下一對(duì)平行梁的端部借助固定部和可動(dòng)部連接而構(gòu)成羅伯瓦爾機(jī)構(gòu)；以及應(yīng)變儀，粘合于上述薄壁部，其中，該羅伯瓦爾型測(cè)力傳感器構(gòu)成為:當(dāng)在上述可動(dòng)部上作用有向下載荷的情況下，在上述所有四處薄壁部中的、上梁的靠近可動(dòng)部的薄壁部以及下梁的靠近固定部的薄壁部上分別作用有壓縮應(yīng)力，在上述所有四處薄壁部中的、上梁的靠近固定部的薄壁部以及下梁的靠近可動(dòng)部的薄壁部上分別作用有拉伸應(yīng)力，在上述拉伸應(yīng)力所作用的兩處薄壁部中的任一方、以及上述壓縮應(yīng)力所作用的兩處薄壁部中的任一方，分別粘合有上述應(yīng)變儀，并且，在未粘合上述應(yīng)變儀的其余的兩處薄壁部的寬度方向中央部，分別設(shè)置有大致圓形的孔。
[0031](作用)當(dāng)在以往的測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)上加載有載荷時(shí)，在薄壁部的兩端部的兩處產(chǎn)生邊緣載荷(參照?qǐng)D7(c))。另一方面，若在以往的測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)的薄壁部的寬度方向中央部設(shè)置大致圓形的孔，則在薄壁部的兩端部和孔的周邊端部的所有四處產(chǎn)生邊緣載荷，其值比在以往的測(cè)力傳感器的薄壁部產(chǎn)生的邊緣載荷小。
[0032]S卩，在本發(fā)明的測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)中的、粘合有應(yīng)變儀的兩處薄壁部(未設(shè)置孔的薄壁部)中，具有“在薄壁部的兩端部產(chǎn)生相對(duì)的值大的邊緣載荷，直至薄壁部的寬度方向的應(yīng)力平衡而穩(wěn)定為止的時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)”的本來(lái)的特性，在設(shè)置有大致圓形的孔的其余的兩處薄壁部中，具有“雖然除了薄壁部的兩端部之外還在孔的周邊端部的四處產(chǎn)生邊緣載荷，但各個(gè)邊緣載荷的大小相對(duì)小，直至薄壁部的寬度方向的應(yīng)力平衡而穩(wěn)定為止的時(shí)間相對(duì)短”的本來(lái)的特性。
[0033]可是，測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)構(gòu)成以四處薄壁部作為支點(diǎn)的羅伯瓦爾機(jī)構(gòu)，因此以四處薄壁部全都成為幾乎相同的特性的方式自動(dòng)調(diào)整。詳細(xì)地說(shuō)，在設(shè)置有孔的兩處薄壁部，受到粘合有應(yīng)變儀的兩處薄壁部(未設(shè)置孔的薄壁部)的特性的影響，與設(shè)置有孔的薄壁部本來(lái)的特性相比，邊緣載荷的值變大，直至薄壁部的寬度方向的應(yīng)力平衡而穩(wěn)定為止的時(shí)間延長(zhǎng)，與此相對(duì)，在粘合有應(yīng)變儀的兩處薄壁部(未設(shè)置孔的薄壁部)，受到設(shè)置有孔的兩處薄壁部的特性的影響，與未設(shè)置孔的薄壁部本來(lái)的特性相比，邊緣載荷的值變小，直至薄壁部的寬度方向的應(yīng)力平衡而穩(wěn)定為止的時(shí)間也縮短。
[0034]結(jié)果，第一，與以往的測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)相比，在粘合有應(yīng)變儀的薄壁部產(chǎn)生的邊緣載荷的值變小(H2 < Hl)，相應(yīng)地，當(dāng)應(yīng)變儀感受應(yīng)力時(shí)，難以受到邊緣載荷的影響，測(cè)定誤差變小。
[0035]第二，與以往的測(cè)力傳感器(應(yīng)變體)相比，粘合有應(yīng)變儀的邊緣載荷的值變小(H2 < H1)，相應(yīng)地，直至薄壁部的寬度方向的應(yīng)力平衡而穩(wěn)定為止的時(shí)間縮短(直至開始測(cè)定為止的時(shí)間縮短)。
[0036]并且，直至粘合有應(yīng)變儀的薄壁部的寬度方向的應(yīng)力平衡而穩(wěn)定為止的時(shí)間(直至開始測(cè)定為止的時(shí)間)縮短這一情況也能夠按照以下的方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0037]S卩，