JP2022183589A - 荷重測定システム、荷重変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を低減して荷重を精確に検出する荷重変換器及び荷重測定システムを提供することを課題としている。
【解決手段】起歪部２ｂと、感歪抵抗体部Ｇと、配線部と、導電層部と、を有する荷重変換器であって、起歪部２ｂは荷重の導入によって弾性変形する導電材料で構成され、感歪抵抗体部Ｇは絶縁体を介して起歪部２ｂに設けられて起歪部２ｂに生ずる歪みを検出し、配線部は感歪抵抗体部Ｇを含んで構成されるホイートストンブリッジ回路を結線し、導電層部は、少なくともホイートストンブリッジ回路からの出力信号の配線部と起歪部２ｂとの間にそれぞれ誘電体を介して設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷重を電気信号に変換する荷重変換器とこれを含む荷重測定システムに関するものである。

感歪抵抗体は、金属等に生ずる微小な歪みを検出して電気信号に変換するために、荷重変換器に使用されている。荷重変換器は、起歪部と起歪部に添着された感歪抵抗体とを含んでいる。起歪部は導電性の金属であって、外力が加わった場合に歪みを発生させる部品である。感歪抵抗体は、誘電材料の例えばポリイミド樹脂の基材とこの基材の上に形成された金属の抵抗体からなる折り返しパターンと、この折り返しパターンから引き出された配線接続用の端子部を有している。そして端子部には配線用のリード線がハンダ付けされて、ホイートストンブリッジ回路を形成している。

この構成において、感歪抵抗体が起歪部に添着されている状態では、感歪抵抗体の基材と添着に用いる接着剤は絶縁体（誘電体）であるため、パターン部と起歪部との間に寄生容量が発生する。そして起歪部とホイートストンブリッジ回路の出力＋ＳＩＧと－ＳＩＧ間の静電容量に差があると＋ＳＩＧと－ＳＩＧ間に電位差が生じ、これが増幅部で増幅されてノイズとして現れる。

特開２０１６－０９０３９４号公報 特開2021-60267号公報

このノイズ対策の一例として特許文献１の感歪抵抗体式の変換器では、複数の感歪抵抗体及びリード線と起歪部の表面との間に導電性を有するシールド層を設けて増幅部に接続したものが開示されている。しかしながら特許文献１では、シールド層と起歪部の間、シールド層と感歪抵抗体のベース間には絶縁体（誘電体）及び接着剤が存在し、精確な起歪部の歪みを検出することが難しいことなど、改善の余地があった。また特許文献２の荷重変換器では、静電容量を調整する電極を設けているが、調整時間が必要であること、部品点数が増えると共に組み立て時間も増えるなどから改善の余地があった。

このような問題に鑑みて、本発明は、ノイズの影響を低減して荷重を精確に検出する荷重測定システム及び荷重変換器を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る荷重測定システムは、上記の目的を達成するために、
荷重変換器と、荷重変換器が出力する信号に基づいて荷重を算出する算出器と、荷重変換器と算出器とを繋ぐシールドケーブルと、を備えた荷重測定システムであって、
荷重変換器は、起歪部と、感歪抵抗体部と、配線部と、導電層部と、を有し、
起歪部は荷重の導入によって弾性変形する導電材料で構成され、
感歪抵抗体部は絶縁体を介して起歪部に添着されて起歪部に生ずる歪みを検出し、
配線部は感歪抵抗体部を含むホイートストンブリッジ回路を結線してシールドケーブルの信号線に接続され、
導電層部は、少なくともホイートストンブリッジ回路からの出力信号の配線部と起歪部との間にそれぞれ誘電体を介して設けられ、
算出器は荷重変換器が出力する信号を増幅する増幅部を有し、
シールドケーブルのシールド部は、算出器のグランドと導電層部とを電気的に接続して構成されている。

本発明の一態様に係る荷重測定システムは、上記の目的を達成するために、
導電層部はさらに、起歪部と電気的に接続されかつ容易に変形しない導電材料の荷重受け部と、配線部と、の間にそれぞれ誘電体を介して設けられて構成されている。

本発明の一態様に係る荷重変換器は、上記の目的を達成するために、
起歪部と、感歪抵抗体部と、配線部と、導電層部と、を有する荷重変換器であって、
起歪部は荷重の導入によって弾性変形する導電材料で構成され、
感歪抵抗体部は絶縁体を介して起歪部に設けられて起歪部に生ずる歪みを検出し、
配線部は感歪抵抗体部を含んで構成されるホイートストンブリッジ回路を結線し、
導電層部は、少なくともホイートストンブリッジ回路からの出力信号の配線部と起歪部との間にそれぞれ誘電体を介して設けられて構成されている。

本発明の一態様に係る荷重変換器は、上記の目的を達成するために、
導電層部はさらに、起歪部と電気的に接続されかつ容易に変形しない導電材料の荷重受け部と、配線部と、の間にそれぞれ誘電体を介して設けられて構成されている。

本発明の一態様に係る荷重変換器は、上記の目的を達成するために、
配線部は出力信号により荷重を算出する算出器とシールドケーブルによって接続され、算出器のグランドと導電層部とがシールドケーブルのシールド部にて結線されている。

本発明の荷重変換器及び荷重測定システムによれば、起歪部に静電容量を調整する電極を設けることで、ノイズの影響を低減して荷重を精確に検出することができる。

本発明の第１及び第２の、実施形態に係る荷重変換器の斜視図（ａ）、断面模式図（ｂ）である。 本発明の第１の実施形態に係る荷重変換器の一部の部品を省略した底面図である。 本発明の第１及び第２の実施形態に係る荷重変換器のゲージ部の平面図（ａ）、断面模式図（ｂ）、断面模式図（ｃ）である。 本発明の第１の実施形態の荷重変換器の配線基板の断面模式図（ａ）、配線基板とゲージ部との結線を展開して表した展開模式図（ｂ）である。 本発明の第２の実施形態に係る荷重変換器の一部の部品を省略した底面図である。 本発明の第２の実施形態の荷重変換器の配線基板の断面図（ａ）、配線基板とゲージ部との結線を展開して表した模式展開図（ｂ）である。 本発明の第２の実施形態の荷重測定システムの回路図である。

以下、本発明の実施形態に係る荷重変換器について、図面を参照して説明する。

図１（ａ）は本発明の第１及び第２の実施形態に係る荷重変換器１の斜視構成図である。図１（ｂ）は一部の部品を省略して、荷重変換器１の内部を示す断面模式図である。荷重変換器１は、荷重導入部２ｃ、起歪部２ａ、荷重受け部２ｄ、ゲージ部７、配線基板５、コネクタ３、蓋体４等を含んでいる。

荷重導入部２ｃは荷重Ｐに直接的に接する箇所であって剛性が高く容易に変形せず、荷重を起歪部２ａへ導入する。起歪部２ａは荷重導入部２ｃに比べて比較的薄肉で、荷重導入部２ｃによって導入された荷重Ｐによって弾性変形する部分である。荷重受け部２ｄは、荷重導入部２ｃによって導入された荷重Ｐを中間部の起歪部２ａを経由して受けて支え、容易に変形しない剛性の高い部分である。荷重受け部２ｄは、中空円柱形状であって固定構造物等に取り付けられるように底面にネジ穴２ｆを有している（図２参照）。筐体２の荷重導入部２ｃ、起歪部２ａ及び荷重受け部２ｄは一体構造の導電材料の金属、例えばステンレス等で構成されていて、全体の形状としては有底の略中空円柱状である。

荷重変換器１内にはホイートストンブリッジ回路を構成する要素であるゲージ部７と、絶縁被覆されたリード線Ｊ（配線部）と、配線基板５（配線部を含む）と、が収納されている。ゲージ部７は、起歪部面２ｂに添着され、荷重の導入により起歪部２ａに生ずる歪みに応じてその抵抗値が変化する。配線基板５は、可撓性を有するプリント配線板であって、ホイートストンブリッジ回路の配線の一部を有している。そして配線基板５は荷重受け部２ｄの内側壁面２ｅに例えば絶縁性接着剤などで固定されている。配線基板５は、比較的大きな荷重Ｐが荷重導入部２ｃへ高速で繰り返し印加されるような場合において、従来一般的に用いられていた配線用の円形のリジッド基板が蓋体４と平行に配置されるような構成と比較して、固定される面積が大きく、振動による基板へのダメージを受け難いように配置されている。

リード線Ｊは絶縁被覆された配線用部材であって、ゲージ部７と配線基板５とを接続している。コネクタ３は、配線基板５と繋がっている。コネクタ３は、後述の算出器１４と荷重変換器１とをシールドケーブル６で繋がるように設置されている。蓋体４は、薄肉の可撓性を有する金属板である。蓋体４は、接着若しくは溶接で荷重受け部２ｄに固定されていて、起歪部２ａの弾性変形に影響を及ぼさないように薄肉で設けられている。ゲージ部７や配線基板５は、この蓋体４によって外部環境から保護されている。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る荷重変換器１のリード線Ｊなどの一部の部品を省略した底面図である。ゲージ部７及びゲージ部８は、それぞれに感歪抵抗体が２つずつ設けられ、長手方向が起歪部面２ｂの半径方向に沿うように、それぞれが円周方向に９０度の間隔で配置されている。ゲージ部７及びゲージ部８は、起歪部面２ｂに誘電性接着剤（例えばエポキシ系やフェノール系）によって添着されている。本実施形態では、感歪抵抗体部Ｇ１は、一つの絶縁体である基材上に形成された折り返しパターンの感歪抵抗体部Ｇ１ａ及び感歪抵抗体部Ｇ１ｂとで構成されている。基材となる絶縁（誘電）材料は例えばポリイミドフィルム等であって、感歪抵抗体部Ｇ１ａ、Ｇ１ｂは銅・ニッケル系合金やニッケル・クロム系合金等である。感歪抵抗体部Ｇ２～Ｇ４も感歪抵抗体部Ｇ１と同様の部材で構成されている。各感歪抵抗体部Ｇ１～Ｇ４の最大感度方向はいずれも起歪部面２ｂの半径方向である。各感歪抵抗体部Ｇにはリード線Ｊをハンダ付けするための接続用の接続部Ｔｇが設けられている（図３参照）。

そして配線基板５が内側壁面２ｅに誘電性接着剤（エポキシ系やフェノール系）によって添着されている。配線基板５の接続端子Ｔ１～Ｔ５には、コネクタ３の端子からの配線が半田付けによって電気的に接続されている。さらにコネクタ３の端子は、シールドケーブル６のリード線とシールド部とに繋がっている。

図３（ａ）は本発明の第１及び第２の実施形態に係る荷重変換器のゲージ部７の平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）においてＡＡで切断した断面模式図、図３（ｃ）は図３（ａ）においてＢＢで切断した断面模式図である。図３（ａ）においてゲージ部７は、感歪抵抗体部Ｇ１ａ／Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ／Ｇ２ｂと、導電層Ｓｐ１／Ｓｐ２を有している。感歪抵抗体部Ｇ１ａ／Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ／Ｇ２ｂはいずれも図におけるＸ方向に最大感度を有するグリッド形状であって、このグリッド部から引き出された接続部Ｔｇを有する。一方導電層Ｓｐ１／Ｓｐ２は、平面視で感歪抵抗体部Ｇ１ａ／Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ／Ｇ２ｂの周囲を取り囲むように配置された略コの字の導体パターンである。導電層Ｓｐ１／Ｓｐ２は、感歪抵抗体部Ｇ１ａ／Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ／Ｇ２ｂと同じ金属であっても良いし、銅などの金属であっても良い。

図３（ｂ）に示すように、ゲージ部７は層構造を有している。基材７ａ上に感歪抵抗体部Ｇ１ａ／Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ／Ｇ２ｂが積層され、さらに保護層７ｃが積層されている。保護層７ｃは、感歪抵抗体部Ｇ１ａ／Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ／Ｇ２ｂを水分などから保護するもので、例えばポリイミドのフィルムなどである。そして保護層７ｃは、接続部Ｔｇが露出するように一部が開口している。一方導電層Ｓｐ１／Ｓｐ２も図３（ｃ）に示すように、基材７ａと保護層７ｃに挟まれて設けられ、接続部Ｔｇが露出するように保護層７ｃの一部に開口部を設けている。なお保護層７ｃは、フィルムに接続部Ｔｇに相当する穴を開けておいてこれを積層することでゲージ部７は形成できる。

なお本実施形態では導電層Ｓｐ１／Ｓｐ２は、ゲージ部７の一部としているが、これに限らず変形として別体で設けても良い。すなわち導電層Ｓｐ１／Ｓｐ２を誘電層上に有したコの字型の部材を、感歪抵抗体部Ｇ１ａ／Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ／Ｇ２ｂの周囲の起歪部面２ｂに添着しても良い。

また感歪抵抗体部Ｇ１ａ／Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ／Ｇ２ｂや導電層Ｓｐ１／Ｓｐ２の形成は、起歪部面２ｂにＳｉＯ２等の絶縁層を形成し、さらに金属箔を積層し、次いでレーザ照射によって選択的に金属箔を除去してパターニングを行うなど方法によるものなどの変形であってもよい。

図４（ａ）は本発明の第１の実施形態の荷重変換器の配線基板の断面模式図であって、図４（ｂ）は配線基板５とゲージ部７、８との結線状態を展開して表した展開模式図である。図４（ａ）は図４（ｂ）においてＣＣで切断した断面模式図である。

配線基板５は、例えば可撓性を有するフレキシブル基板である。配線基板５は、基材５ａ、導電層部５ｂ、誘電層５ｃ、導電層５ｄ、誘電層５ｅを含んでいる。基材５ａは、例えば長方形の形状のポリイミドフィルムである。導電層部５ｂは、例えば銅箔であって、基材５ａ上に接着剤を介して積層され、基材５ａの全面と略同じ面積である。誘電層５ｃもポリイミドフィルムであって、導電層部５ｂの一部の露出させたい箇所に開口部を設けている。導電層５ｄも例えば銅箔であって、誘電層５ｃ上に接着剤を介して積層され、パターンＰ１～Ｐ８と接続端子Ｔ１～Ｔ５が設けられている。そしてパターンＰ１～Ｐ８と接続端子Ｔ１～Ｔ４は全面に貼られた箔をエッチングなどで選択的に残存させた部分である。誘電層５ｅもポリイミドフィルムであって、導電層５ｄの一部の露出させたい箇所に開口部を設けている。配線基板５は、通常の２層のフレキシブル基板の製法によって作られるが、これに限るものではない。例えば、誘電層である基材５ａに導電層部５ｂを全面に張った第１の基板を作成しておく。一方別途、導電層部５ｂを開口させる部分のみを予め切り抜いた片面銅張基板に所定のパターニングを施した後、誘電層５ｅを積層して誘電層５ｅの所定の部分を除去した第２の基板を作成する。そして、第１の基板に第２の基板を張り合わせることで配線基板５は作成できる。なお接続端子Ｔ１～Ｔ５のように銅箔が露出している部分は、防錆処理剤の塗布若しくは半田コーティング等を施すことで、リード線Ｊとの接合を容易に行うことができる。

図４（ｂ）に示すように、配線基板５と各ゲージ部７、８はリード線Ｊで接続されている。第１の実施形態では、ゲージ部７とゲージ部８がそれぞれ２つずつ配線基板５と接続される。ゲージ部８は、感歪抵抗体の周囲の導電層Ｓｐが存在しないタイプである。

図４（ｂ）の左側から順に説明する。ゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ２ａの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ２ａ１によってパターンＰ５に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ２ａ２によってパターンＰ１に設けられたランドと接続されている。このランドとは、パターンＰ１～Ｐ８の一部において誘電層５ｅが開口していてパターンＰの銅箔が露出している部分である。このランドも、防錆処理剤の塗布若しくは半田コーティング等を施すことで、リード線Ｊとの接合を容易に行うことができる。ゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ２ｂの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ２ｂ１によってパターンＰ５に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ２ｂ２によってパターンＰ２に設けられたランドと接続されている。なおリード線Ｊ２ａ１、リード線Ｊ２ａ２、リード線Ｊ２ｂ１、リード線Ｊ２ｂ２の被覆部はいずれも導電層Ｓｐ２の上部を経由し、保護層７ｃ及び誘電層５ｅ上面にシリコン系の接着剤などを介して固定されている。そして導電層Ｓｐ２の接続部Ｔｇは、リード線ＪＢによって導電層部５ｂと接続され、リード線ＪＢの被覆部は起歪部面２ｂにシリコン系の接着剤などを介して固定されている。

ゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ１ａの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ１ａ１によってパターンＰ７に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ１ａ２によってパターンＰ３に設けられたランドと接続されている。またゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ１ｂの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ１ｂ１によってパターンＰ７に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ１ｂ２によってパターンＰ４に設けられたランドと接続されている。なおリード線Ｊ１ａ１、リード線Ｊ１ａ２、リード線Ｊ１ｂ１、リード線Ｊ１ｂ２の被覆部はいずれも導電層Ｓｐ１の上部を経由し、保護層７ｃ及び誘電層５ｅ上面にシリコン系の接着剤などを介して固定されている。そして導電層Ｓｐ１の接続部Ｔｇは、リード線ＪＡによって導電層部５ｂと接続され、リード線ＪＡの被覆部は起歪部面２ｂにシリコン系の接着剤などを介して固定されている。

ゲージ部８の感歪抵抗体部Ｇ4ａの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ４ａ１によってパターンＰ８に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ４ａ２によってパターンＰ１に設けられたランドと接続されている。またゲージ部８の感歪抵抗体部Ｇ４ｂの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ４ｂ１によってパターンＰ６に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ４ｂ２によってパターンＰ２に設けられたランドと接続されている。なおリード線Ｊ４ａ１、リード線Ｊ４ａ２、リード線Ｊ４ｂ１、リード線Ｊ４ｂ２の被覆部はいずれも、起歪部面２ｂ及び誘電層５ｅ上にシリコン系の接着剤などを介して固定されている。

ゲージ部８の感歪抵抗体部Ｇ３ａの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ３ａ１によってパターンＰ６に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ３ａ２によってパターンＰ３に設けられたランドと接続されている。またゲージ部８の感歪抵抗体部Ｇ３ｂの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ３ｂ１によってパターンＰ８に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ３ｂ２によってパターンＰ４に設けられたランドと接続されている。なおリード線Ｊ１ａ１、リード線Ｊ１ａ２、リード線Ｊ１ｂ１、リード線Ｊ１ｂ２の被覆部はいずれも、起歪部面２ｂ及び誘電層５ｅ上にシリコン系の接着剤などを介して固定されている。

図４（ｂ）において、接続端子Ｔ１～Ｔ５は、図１及び図２で示すコネクタ３を経由してシールドケーブル６と電気的に接続される。シールドケーブル６の電源供給用の電線は接続端子Ｔ１、Ｔ２と、シールドケーブル６の荷重変換器からのアナログ出力用の信号線は接続端子Ｔ３、Ｔ４と、シールドケーブル６のシールド部６ａは接続端子Ｔ５とそれぞれ接続されている。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る荷重変換器１のリード線Ｊなどの一部の部品を省略した底面図である。第２の実施形態では、ゲージ部７が４つの同じパターンで配置されている。各ゲージ部７には感歪抵抗体がそれぞれ２つ設けられ、長手方向が起歪部面２ｂの半径方向に沿うように、それぞれが円周方向に９０度の間隔で配置されている。ゲージ部７は、起歪部面２ｂに誘電性接着剤（例えばエポキシ系やフェノール系）によって添着されている。その他の部分は第１の実施形態と同じであるので説明は省略する。

図６（ａ）は本発明の第２の実施形態の荷重変換器の配線基板の断面模式図であって、図６（ｂ）は配線基板とゲージ部との結線を展開して表した展開図模式（ｂ）である。図６（ａ）は図６（ｂ）においてＤＤで切断した断面模式図である。以下第１の実施形態との相違点のみ説明する。本発明の第２の実施形態では、ゲージ部７が４つの同じパターンで配置されている。ゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ１ａ、Ｇ１ｂ、Ｇ２ａ、Ｇ２ｂに接続される箇所については第１の実施形態と同じである。

ゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ４ａ、Ｇ４ｂの周囲には導電層Ｓｐ４、ゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ３ａ、Ｇ３ｂの周囲には導電層Ｓｐ３の周囲には導電層Ｓｐ３がそれぞれ配置されている。

ゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ４ａの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ４ａ１によってパターンＰ８に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ４ａ２によってパターンＰ１に設けられたランドと接続されている。またゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ４ｂの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ４ｂ１によってパターンＰ６に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ４ｂ２によってパターンＰ２に設けられたランドと接続されている。なおリード線Ｊ４ａ１、リード線Ｊ４ａ２、リード線Ｊ４ｂ１、リード線Ｊ４ｂ２の被覆部はいずれも導電層Ｓｐ４の上部を経由し、保護層７ｃ及び誘電層５ｅ上面にシリコン系の接着剤などを介して固定されている。そして導電層Ｓｐ４の接続部Ｔｇは、リード線ＪＤによって導電層部５ｂと接続され、リード線ＪＤの被覆部は起歪部面２ｂにシリコン系の接着剤などを介して固定されている。

ゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ３ａの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ３ａ１によってパターンＰ６に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ３ａ２によってパターンＰ３に設けられたランドと接続されている。またゲージ部７の感歪抵抗体部Ｇ３ｂの接続部Ｔｇは、一方がリード線Ｊ３ｂ１によってパターンＰ８に設けられたランドと接続され、もう一方がリード線Ｊ３ｂ２によってパターンＰ４に設けられたランドと接続されている。なおリード線Ｊ３ａ１、リード線Ｊ３ａ２、リード線Ｊ３ｂ１、リード線Ｊ３ｂ２の被覆部はいずれも導電層Ｓｐ３の上部を経由し、保護層７ｃ及び誘電層５ｅ上面にシリコン系の接着剤などを介して固定されている。そして導電層Ｓｐ３の接続部Ｔｇは、リード線ＪＣによって導電層部５ｂと接続され、リード線ＪＣの被覆部は起歪部面２ｂにシリコン系の接着剤などを介して固定されている。

図７は本発明の第２の実施形態に係る荷重変換器１と、シールドケーブル６と、算出器１４とを含んで模式的に示した回路図である。荷重変換器１は、感歪抵抗体を含んだホイートストンブリッジ回路を有している。算出器１４は電源１０と、増幅部１１と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル変換）変換部１２を含んでいる。電源１０はホイートストンブリッジ回路の接続端子Ｔ１及びＴ２に電圧を印加する。増幅部１１は、ホイートストンブリッジ回路の接続端子Ｔ３及びＴ４からの出力信号＋ＳＩＧ、出力－ＳＩＧを増幅して出力する。増幅部１１は例えば差動式増幅部である。増幅部１１から出力されたアナログ信号はＡ／Ｄ変換部１２にてデジタル信号に変換されて、その後図示しない演算表示装置等によって荷重値が算出表示される。これらの電源及びアナログ信号は、シールドケーブル６のシールド部６ａに囲まれた電線によって伝送される。

接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ４との間のホイートストンブリッジ回路の辺Ｓ１には、感歪抵抗体部Ｇ２ａ、感歪抵抗体部Ｇ４ａが配置されている。辺Ｓ１と接続端子Ｔ１を挟んで隣り合う辺Ｓ４には感歪抵抗体部Ｇ１ｂ、感歪抵抗体部Ｇ３ｂが配置されている。辺Ｓ２には、感歪抵抗体部Ｇ２ｂ、感歪抵抗体部Ｇ４ｂが配置されている。辺Ｓ２と接続端子Ｔ２を挟んで隣り合う辺Ｓ３には、感歪抵抗体部Ｇ１ａ、感歪抵抗体部Ｇ３ａが配置されている。アナログ信号の出力＋ＳＩＧ、出力－ＳＩＧは、配線基板５のパターンＰ１～Ｐ８や絶縁被覆されたリード線Ｊなどを伝わって進む。筐体２の起歪部面２ｂと内側壁面２ｅはノイズ源１３と繋がっている。

起歪部面２ｂと導電層Ｓｐ１との間には誘電層である基材７ａがあるため、寄生容量Ｃｇ１が存在する。なお図７に示された各キャパシタはすべて寄生容量を示すものである。起歪部面２ｂと各導電層Ｓｐ２～Ｓｐ４間についても同様に基材７ａによって、それぞれ寄生容量Ｃｇ２～Ｃｇ４が存在する。一方、内側壁面２ｅと配線基板５の導電層部５ｂとの間には誘電層である基材５ａがあるため、寄生容量Ｃｆが存在する。そして配線基板５の導電層部５ｂと各導電層Ｓｐ１～Ｓｐ４とは、リード線ＪＡ～ＪＤでそれぞれ導通結線されている。また配線基板５の導電層部５ｂに設けた接続端子Ｔ５に、シールドケーブル６のシールド部６ａの末端は接続されており、このシールド部６ａは増幅部１１側のグランドに繋がっている。

次いで各感歪抵抗体の周囲における寄生容量について説明する。感歪抵抗体部Ｇ１ａの接続部Ｔｇから引き出されたリード線Ｊ１ａ１と導電層Ｓｐ１との間、及びリード線Ｊ１ａ１と導電層部５ｂとの間には寄生容量Ｃ１ａ１が存在し、感歪抵抗体部Ｇ１ａの接続部Ｔｇから引き出されたリード線Ｊ１ａ２と導電層Ｓｐ１との間、及びリード線Ｊ１ａ２と導電層部５ｂとの間には寄生容量Ｃ１ａ２が存在する。同様に、感歪抵抗体部Ｇ１ｂの接続部Ｔｇから引き出されたリード線Ｊ１ｂ１と導電層Ｓｐ１との間、及びリード線Ｊ１ｂ１と導電層部５ｂとの間には寄生容量Ｃ１ｂ１が存在し、感歪抵抗体部Ｇ１ｂの接続部Ｔｇから引き出されたリード線Ｊ１ｂ２と導電層Ｓｐ１との間、及びリード線Ｊ１ｂ２と導電層部５ｂとの間には寄生容量Ｃ１ｂ２が存在する。感歪抵抗体部Ｇ２ａ、感歪抵抗体部Ｇ２ｂについても同様である。

さらに配線基板５の各配線のパターンにおける寄生容量について説明する。配線基板５のパターンＰ１と導電層部５ｂとの間には、寄生容量Ｃｐ１が存在する。同様に各パターンＰ２～Ｐ８と導電層部５ｂとの間には、それぞれ寄生容量Ｃｐ２～Ｃｐ８が存在する。

ここでノイズ源１３は筐体２を伝わって導電層部５ｂへ侵入するが、導電層部５ｂと各導電層Ｓｐは結線されているため同電位であり、導電層部５ｂは算出器１４のグランドに繋がっているため、ホイートストンブリッジ回路の出力信号＋ＳＩＧ、－ＳＩＧのラインにはノイズの電流が流れないので、ノイズの影響が生じない。

さらに感歪抵抗体部Ｇ３ａ、Ｇ３ｂ、Ｇ４ａ、Ｇ４ｂにおいて、これらの配線の導電層Ｓｐ３、Ｓｐ４と導電層部５ｂをそれぞれ結線し、リード線Ｊ３ａ１、Ｊ３ａ２、Ｊ３ｂ１、Ｊ３ｂ２、Ｊ４ａ１、J４ａ２、Ｊ４ｂ１、Ｊ４ｂ２をそれぞれ導電層Ｓｐ３、Ｓｐ４上面に配置することで、一層のノイズ侵入を防ぐことができる。

本発明の実施形態によれば、各感歪抵抗体は１つの絶縁体を介して直接起歪部に添着して、少なくとも歪みを検出した出力信号の配線材を導電層の上面に配置し、この導電層と増幅部のグランドをシールドケーブルのシールド部で接続することでノイズの影響を防止して荷重を精確に検出することができる。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明の活用例として、ロードセル等への適用が可能である。

１ ：荷重変換器
２ ：筐体
２ａ ：起歪部
２ｂ ：起歪部面
２ｃ ：荷重導入部
２ｄ ：荷重受け部
２ｅ ：内側壁面
２ｆ ：ネジ穴
３ ：コネクタ
４ ：蓋体
５ ：配線基板
５ｂ ：導電層部
６ ：シールドケーブル
６ａ ：シールド部
７ ：ゲージ部
７ａ ：基材（絶縁体）
８ ：ゲージ部
１０ ：電源
１１ ：増幅部
１２ ：Ａ／Ｄ変換部
１３ ：ノイズ源
１４ ：算出器
Ｇ１ａ～Ｇ４ａ ：感歪抵抗体部
Ｇ１ｂ～Ｇ４ｂ ：感歪抵抗体部
Ｊ ：リード線（配線部）
Ｐ１～Ｐ８ ：パターン（配線部）
Ｓｐ１～Ｓｐ４ ：導電層部
Ｔｇ ：接続部
Ｔ１～T5 ：接続端子

Claims (5)

1. 荷重変換器と、前記荷重変換器が出力する信号に基づいて荷重を算出する算出器と、前記荷重変換器と前記算出器とを繋ぐシールドケーブルと、を備えた荷重測定システムであって、
   前記荷重変換器は、起歪部と、感歪抵抗体部と、配線部と、導電層部と、を有し、
   前記起歪部は前記荷重の導入によって弾性変形する導電材料で構成され、
   前記感歪抵抗体部は絶縁体を介して前記起歪部に添着されて前記起歪部に生ずる歪みを検出し、
   前記配線部は前記感歪抵抗体部を含むホイートストンブリッジ回路を結線して前記シールドケーブルの信号線に接続され、
   前記導電層部は、少なくとも前記ホイートストンブリッジ回路からの出力信号の前記配線部と前記起歪部との間にそれぞれ誘電体を介して設けられ、
   前記算出器は前記荷重変換器が出力する信号を増幅する増幅部を有し、
   前記シールドケーブルのシールド部は、前記算出器のグランドと前記導電層部とを電気的に接続することを特徴とする荷重測定システム。
2. 前記導電層部はさらに、前記起歪部と電気的に接続されかつ容易に変形しない導電材料の荷重受け部と、前記配線部と、の間にそれぞれ誘電体を介して設けられることを特徴とする請求項１に記載の荷重測定システム。
3. 起歪部と、感歪抵抗体部と、配線部と、導電層部と、を有する荷重変換器であって、
   前記起歪部は荷重の導入によって弾性変形する導電材料で構成され、
   前記感歪抵抗体部は絶縁体を介して前記起歪部に設けられて前記起歪部に生ずる歪みを検出し、
   前記配線部は前記感歪抵抗体部を含んで構成されるホイートストンブリッジ回路を結線し、
   前記導電層部は、少なくとも前記ホイートストンブリッジ回路からの出力信号の前記配線部と前記起歪部との間にそれぞれ誘電体を介して設けられることを特徴とする荷重変換器。
4. 前記導電層部はさらに、前記起歪部と電気的に接続されかつ容易に変形しない導電材料の荷重受け部と、前記配線部と、の間にそれぞれ誘電体を介して設けられることを特徴とする請求項３に記載の荷重変換器。
5. 前記配線部は前記出力信号により荷重を算出する算出器とシールドケーブルによって接続され、前記算出器のグランドと前記導電層部とが前記シールドケーブルのシールド部にて結線されることを特徴とする請求項３又は４に記載の荷重変換器。
   
   
   

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