歪検出装置

【課題】本発明は、過大な荷重が加わった場合における起歪体からの絶縁層の剥離を確実に防止することができ、これにより、出力信号を安定化させることができる歪検出装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】この目的を達成するために、本発明の歪検出装置は、起歪体１１の外表面に設けられた穴１３を球形状に構成するとともに、この球形状の穴１３における前記起歪体１１の外表面の近傍部分に幅狭部１３ａを設けたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に荷重が加わることによって発生する歪を検出する歪検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の歪検出装置は、図１０、図１１に示すように構成されていた。
【０００３】
図１０は従来の歪検出装置の上面図、図１１は同歪検出装置の側断面図である。
【０００４】
図１０、図１１において、１は板状のフェライト系ステンレスからなる起歪体で、この起歪体１は上面から下面にわたって３つの孔２を設けている。３はガラスからなる絶縁層で、この絶縁層３は前記起歪体１の上面に設けている。４はＡｇからなる回路パターンで、この回路パターン４は前記絶縁層３の上面に設けられている。５は４つの歪抵抗素子で、この歪抵抗素子５は前記絶縁層３の上面に前記回路パターン４と電気的に接続されるように設けられている。また、前記歪抵抗素子５は、Ａｇからなる電源電極６、出力電極７およびＧＮＤ電極８を回路パターン４によって電気的に接続することによりブリッジ回路を構成している。９は保護層で、この保護層９は前記起歪体１の上面に設けた絶縁層３、回路パターン４および歪抵抗素子５を覆うように設けられている。
【０００５】
以上のように構成された従来の歪検出装置について、次にその動作を説明する。
【０００６】
歪検出装置における起歪体１の外側に設けた一対の孔２を固定した状態で、内側の孔２に上方から下方に向かって荷重が加わると、４つの歪抵抗素子５の抵抗値が変化する。そしてこの４つの歪抵抗素子５の抵抗値の変化をブリッジ回路の出力として検出することにより、歪検出装置に加わる荷重を検出するものである。
【０００７】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２０００−１８０２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の構成においては、歪検出装置に過大な荷重が加わった場合、起歪体１が大きく撓むため、起歪体１と絶縁層３との境界面が剥離することになり、そしてこの剥離により、荷重によって起歪体１に発生する歪が歪抵抗素子５に伝わらなくなって、歪検出装置からの出力信号が不安定になってしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、過大な荷重が加わった場合における起歪体からの絶縁層の剥離を確実に防止することができ、これにより、出力信号を安定化させることができる歪検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、外表面に複数の穴を有する金属製の起歪体と、この起歪体の外表面から穴の内側にわたって設けられたガラスからなる絶縁層と、この絶縁層の外表面に設けられた少なくとも２つの歪抵抗素子と、前記絶縁層の外表面に設けられた電極と、前記絶縁層の外表面に設けられるとともに前記歪抵抗素子および電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する回路パターンとを有し、前記起歪体の外表面に設けられた穴を球形状に構成するとともに、この球形状の穴における前記起歪体の外表面の近傍部分に幅狭部を設けたもので、この構成によれば、起歪体の外表面に設けられた穴を球形状に構成するとともに、この球形状の穴における前記起歪体の外表面の近傍部分に幅狭部を設けているため、歪検出装置に過大な荷重が加わって起歪体が大きく撓み、そして起歪体から絶縁層が剥離しそうになったとしても、穴に入り込んだガラスからなる球形状の絶縁層が幅狭部に引っ掛かることになり、これにより、起歪体からの絶縁層の剥離を確実に防止することができるため、歪検出装置からの出力信号を安定化させることができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明の歪検出装置は、外表面に複数の穴を有する金属製の起歪体と、この起歪体の外表面から穴の内側にわたって設けられたガラスからなる絶縁層と、この絶縁層の外表面に設けられた少なくとも２つの歪抵抗素子と、前記絶縁層の外表面に設けられた電極と、前記絶縁層の外表面に設けられるとともに前記歪抵抗素子および電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する回路パターンとを有し、前記起歪体の外表面に設けられた穴を球形状に構成するとともに、この球形状の穴における前記起歪体の外表面の近傍部分に幅狭部を設けているため、歪検出装置に過大な荷重が加わって起歪体が大きく撓み、そして起歪体から絶縁層が剥離しそうになったとしても、穴に入りこんだガラスからなる球形状の絶縁層が幅狭部に引っ掛かることになり、これにより、起歪体からの絶縁層の剥離を確実に防止することができるため、歪検出装置からの出力信号を安定化させることができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態における歪検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態における歪検出装置の斜視図、図２は同歪検出装置における起歪体の側断面図、図３は同歪検出装置の側断面図、図４は同歪検出装置の上面図、図５は同歪検出装置の下面図、図６は同歪検出装置における起歪体を展開した状態を示す展開図である。
【００１５】
図１〜図６において、１１はフェライト系ステンレスにより円筒形状に構成された起歪体で、この起歪体１１は水平方向に設置されるとともに、図３に示すように両端に開口部１２を設けている。また、前記起歪体１１の外表面には、外表面から中に入るに従い径が大きくなる直径約２０μｍの球形状の穴１３が複数設けられており、そしてこれらの穴１３における起歪体１１の外表面の近傍部分に約１０μｍの幅狭部１３ａを設けている。１４はＰｂＯ、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃およびＡｌ₂Ｏ₃の混合物のガラスからなる絶縁層で、この絶縁層１４は、前記起歪体１１の外表面に設けられるとともに、前記起歪体１１における穴１３にも充填されているものである。
【００１６】
そして、この絶縁層１４の外側面には、図１に示すように上側歪抵抗素子１５を設けている。また、この絶縁層１４は下側にも図１に示すように下側歪抵抗素子１６を設けており、そして銀からなる電源電極１７、出力電極１８およびＧＮＤ電極１９を回路パターン２０によって電気的に接続することによりハーフブリッジ回路を構成している。２１はＳＵＳ４３０により構成された第１の取付部材で、この第１の取付部材２１は前記起歪体１１の一端側の開口部１２を閉塞するとともに、外側面にネジ部２２を設けている。２３は第１の取付部材２１と同様にＳＵＳ４３０により構成された第２の取付部材で、この第２の取付部材２３は前記起歪体１１の他端側の開口部１２を閉塞するとともに、外側面にネジ部２２を設けている。
【００１７】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における歪検出装置について、次にその組立方法について説明する。
【００１８】
まず、起歪体１１の一端側に第１の取付部材２１を当接させた後、溶接により起歪体１１の一端側開口部１２に第１の取付部材２１を固着する。
【００１９】
次に、起歪体１１の他端側に第２の取付部材２３を当接させた後、溶接により起歪体１１の他端側開口部１２に第２の取付部材２３を固着する。
【００２０】
次に、起歪体１１の外表面をアルカリ脱脂剤で洗浄する。
【００２１】
次に、図７、図８に示すように、電解槽２４の内側に、純水にＦｅＣｌ₃を混合して作成した濃度４％のＦｅＣｌ₃水溶液２５を満たした後、電解槽２４の内底面に負電極２６を設置し、さらに、定電流源２７により、電解槽２４の上方に設けられた一対の正電極２８に３ｍＡ／ｍｍ²の定電流を約１０秒流すことにより、起歪体１１からステンレス成分のうちの＋イオン成分を析出させて、起歪体１１の外表面に穴１３を形成する。
【００２２】
この時、第１の取付部材２１および第２の取付部材２３を正電極２８に当接させながら転がすことにより、起歪体１１の外側面の全体にわたってＦｅＣｌ₃水溶液２５を接触させ、複数の穴１３を形成する。
【００２３】
次に、ＨＣｌ水溶液により、起歪体１１の外表面を洗浄した後、この起歪体１１における外表面のＨＣｌをＮａＯＨで中和させることにより除去する。
【００２４】
次に、起歪体１１の上面にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、約１３０℃で１０分間乾燥する。
【００２５】
次に、約５５０℃で約１０分間焼成することにより、起歪体１１の外表面および穴１３における内側に絶縁層１４を形成する。
【００２６】
次に、前記起歪体１１における絶縁層１４の外表面に位置して銀のペースト（図示せず）を印刷した後、約１３０℃で約１０分間乾燥する。
【００２７】
次に、約５５０℃で約１０分間焼成することにより、前記起歪体１１の外表面に電源電極１７、出力電極１８、ＧＮＤ電極１９および回路パターン２０を形成する。
【００２８】
次に、前記起歪体１１の上面における上側歪抵抗素子１５を設ける位置と、起歪体１１の下面における下側歪抵抗素子１６を設ける位置にメタルグレーズ系ペースト（図示せず）を印刷した後、約１３０℃で約１０分間乾燥し、その後、前記起歪体１１を約５５０℃で約１０分間焼成することにより、起歪体１１に引張応力が発生する上側歪抵抗素子１５と、圧縮応力が発生する下側歪抵抗素子１６を形成する。
【００２９】
以上のようにして構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における歪検出装置について、次に、その動作を説明する。
【００３０】
まず、本発明の一実施の形態における歪検出装置が水平方向になるように、第１の取付部材２１を第１の相手側取付部材（図示せず）に取り付けるとともに、第２の取付部材２３を第２の相手側取付部材（図示せず）に取り付ける。
【００３１】
そして、この状態において、第１の相手側取付部材（図示せず）に、上方より荷重が加えられると、上側歪抵抗素子１５に引張応力が発生するとともに、下側歪抵抗素子１６に圧縮応力が発生する。このようにして、上側歪抵抗素子１５および下側歪抵抗素子１６に歪が発生すると、この上側歪抵抗素子１５および下側歪抵抗素子１６の抵抗値が変化するため、この抵抗値の変化を出力電極１８から出力信号として外部のコンピュータ（図示せず）に出力し、起歪体１１に加わる荷重を測定するものである。
【００３２】
ここで、歪検出装置に過大な荷重が加えられた場合を考えてみると、本発明の一実施の形態における歪検出装置においては、起歪体１１に設けられた穴１３を球形状に構成するとともに、この球形状の穴１３における前記起歪体１１の外表面の近傍部分に幅狭部１３ａを設けているため、この歪検出装置に過大な荷重が加えられて起歪体１１が大きく撓み、そして起歪体１１から絶縁層１４が剥離しそうになったとしても、穴１３に入りこんだガラスからなる球形状の絶縁層１４が幅狭部１３ａに引っ掛かることになり、これにより、起歪体１１からの絶縁層１４の剥離を確実に防止することができるものである。
【００３３】
次に、起歪体１１に穴１３が有る場合と、無い場合とで、起歪体１１と絶縁層１４との剥離強度を測定してみた。図９に示すように、起歪体１１の上面に設けた４ｍｍ角の絶縁層１４の上面に同形状の回路パターン２０を設け、そしてこの回路パターン２０に銅線２９を半田３０によって接続し、この接続状態において、起歪体１１を固定し、そして銅線２９を上方に向って引き上げることにより、起歪体１１と絶縁層１４との剥離強度を測定した。その測定結果は、（表１）に示すように、起歪体１１に穴１３を設けた方が設けない場合に比較して、剥離強度が約２倍大きくなった。
【００３４】
【表１】

【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る歪検出装置は、出力信号を安定化させることができるという効果を有するものであり、特に自動車のシート重量を検出する用途に適用して有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態における歪検出装置の斜視図
【図２】同歪検出装置における起歪体の側断面図
【図３】同歪検出装置の側断面図
【図４】同歪検出装置の上面図
【図５】同歪検出装置の下面図
【図６】同歪検出装置における起歪体を展開した状態を示す展開図
【図７】同歪検出装置を電解槽に設置して起歪体に穴を形成する状態を示す斜視図
【図８】同歪検出装置を電解槽に設置して起歪体に穴を形成する状態を示す側断面図
【図９】起歪体と絶縁層との剥離強度を測定する状態を示す側面図
【図１０】従来の歪検出装置の上面図
【図１１】同歪検出装置における起歪体の側断面図
【符号の説明】
【００３７】
１１起歪体
１３穴
１３ａ幅狭部
１４絶縁層
１５上側歪抵抗素子
１６下側歪抵抗素子
１７電源電極
１８出力電極
１９ＧＮＤ電極
２０回路パターン

【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面に複数の穴を有する金属製の起歪体と、この起歪体の外表面から穴の内側にわたって設けられたガラスからなる絶縁層と、この絶縁層の外表面に設けられた少なくとも２つの歪抵抗素子と、前記絶縁層の外表面に設けられた電極と、前記絶縁層の外表面に設けられるとともに前記歪抵抗素子および電極と電気的に接続されることによりブリッジ回路を構成する回路パターンとを有し、前記起歪体の外表面に設けられた穴を球形状に構成するとともに、この球形状の穴における前記起歪体の外表面の近傍部分に幅狭部を設けた歪検出装置。

【図１】