JP3980429B2 - 超高温型荷重計およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、極めて高温の荷重検出を容易に行うことができ、さらに腐食の防止を図る超高温型荷重計およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は、従来の超高温型荷重計30の側面図である。
【0003】
図3に示すように、従来の高温型荷重計30は、荷重ボタン33aにより荷重を受けたとき、ボディー本体部34と一体で形成された受圧部33が内側に撓み、受圧部33に接着剤35により接着され保護膜45により保護された金属箔ひずみゲージ41によりその撓みを検出して荷重に応じた信号を信号線44に出力し、荷重に応じた信号は、出力電極37の中を通りコネクタ39に接続した信号線44により外部に出力され、荷重の検出が行われる。
【0004】
図4は、従来の超高温型荷重計30を使用し計量炉50に入れられた溶融材51の荷重を検出するときの側面図である。
【0005】
図4に示すように、超高温型荷重計30は計量炉50を両側より支え、超高温型荷重計30により計量炉50の荷重を検出し、計量炉50に入れられた溶融材51の荷重を検出することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高温型荷重計30には、次のような問題があった。
【0007】
従来の高温型荷重計30により荷重検出を行うとき、計量炉などで被荷重測定物が高温の場合には、何回も連続して荷重検出を行うことにより、高温型荷重計30の全体が極めて高温となる。そのため、金属箔ひずみゲージ41を受圧部33に接着する接着剤の耐熱性は最大でも200C°であり、特別に複雑な冷却機構を設けない限り、それ以上の超高温の荷重検出を行うことはできなかった。
【0008】
また、酸性物質やアルカリ性物質などの薬品剤が付着したとき、ボディー本体部34はステンレスで形成しているため、その影響を受け易く、腐食する場合があるという問題があった。
【0009】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、極めて高温の荷重検出を容易に行うことができ、さらに腐食の防止を図る超高温型荷重計およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の超高温型荷重計は、チタンまたはチタン合金からなり内側に空間部を有するボディー本体部と、前記ボディー本体部に一体で形成した荷重ボタンおよび前記荷重ボタンにより外部からの荷重を受けて前記ボディー本体部の内側に撓む受圧部と、受圧検出部を形成するシリコン半導体歪ゲージが取り付けられたサファイア層と、前記サファイア層を金または銀と銅とチタンとを成分とする接合材により前記受圧部に対応するボディー本体部内側部分にろう付け接合して形成する接合層とを備えることとした。
【0011】
また、前記接合材は、前記チタンを1〜2%含有することとした。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用い説明する。
【0016】
図1は、本発明の実施の形態の超高温型荷重計10の側面図である。
【0017】
図1に示すように、この本発明の実施の形態の超高温型荷重計10は、受圧検出部20と、荷重ボタン13aにより荷重を受ける受圧部13を一体に形成し絶縁体取付部18が取り付けられるボディー本体部14と、ボディー本体部14の底部側でボディー本体部14と受圧検出部20のサファイア層22とをろう付け接合する接合層15と、受圧検出部20の接続電極23よりの信号線24を通し絶縁体取付部18に取り付けられた出力電極17とで構成されている。
【0018】
受圧検出部20は、サファイア層22にシリコン半導体ひずみゲージ21と接続電極23が積層され、保護膜25で覆われ、接続電極23には信号線24が接続されている。また、ボディー本体部14は、チタンで形成されている。
【0019】
ボディー本体部14とサファイア層22をろう付け接合する接合層15を形成する接合材は、銀または金と銅とチタンとを成分として生成され、銀または金を70%前後、銅を28前後%、チタン1〜2%を含有することとしたため、特にチタン1〜2%を含有するため、前処理無しで金属とサファイアとの接合を可能とし、かつ耐熱性が極めて高いものとなっている。
【0020】
サファイア層22は、予め定めた位置にシリコン半導体ひずみゲージ21を複数個設けることができ、シリコン半導体ひずみゲージ21は、受圧部13が荷重を受け撓むことにより長さや断面積が変化して抵抗値が変化するものであり、例えばホイートストン・ブリッジの回路構成にして荷重に応じた信号が信号線24より出力する。信号線24は、出力電極17の中を通り外部と接続するコネクタ19(図2に図示)に接続している。
【0021】
本発明の実施の形態の超高温型荷重計10により荷重を検出するときには、荷重ボタン13aにより荷重を受け受圧部13が内側に撓むとともに、接合層15により受圧部13に接合したサファイア層22が撓み、その撓みをサファイア層22に積層したシリコン半導体ひずみゲージ21により検出して荷重に応じた信号を信号線24より出力し、荷重の検出が行われる。
【0022】
本発明の実施の形態の超高温型荷重計10により荷重検出を行う計量溶鉱炉などの被荷重測定物が高温の場合には、何回も連続して荷重検出を行うことにより、全体が極めて高温になるが、接合層15は耐熱性があり、その他の物も耐熱性があるため、シリコン半導体ひずみゲージ21の耐熱温度まで荷重検出が可能である。例えば、接合層15は500C°までは耐熱性があり、その他の物も耐熱性があるため、シリコン半導体ひずみゲージ21の耐熱温度350C°までは荷重検出を可能とすることができる。
【0023】
また、酸性物質やアルカリ性物質などの薬品剤が付着ても、ボディー本体部14はチタンで形成しているため、その影響を受けることなく圧力を検出することができる。
【0024】
従って、本発明の実施の形態の超高温型荷重計10は、極めて高温の荷重検出を容易に行うことができ、さらに腐食の防止を図ることができる。
【0025】
図2は、本発明の実施の形態の超高温型荷重計10の製造方法を示す製造工程である。
【0026】
図2に示すように、工程(A)では、荷重ボタン13aにより荷重を受ける受圧部13を一体に形成してボディー本体部14を形成し、工程(B)では、サファイア層22にシリコン半導体ひずみゲージ21と接続電極23を積層して保護膜25で覆い、さらに接続電極23に信号線24を接続して受圧検出部20を作り、工程(C)では、受圧部13の底部側と、受圧検出部20のサファイア層22とを銀または金を70%前後、銅を28前後%、チタン1〜2%を含有する接合材によりろう付け接合して接合層15を形成し、工程(D)では、受圧検出部20よりの信号線24を出力電極17に通し、出力電極17の取り付けられる絶縁体取付部18をボディー本体部14に固定し、信号線24の端部をコネクタ19に接続する。
【0027】
なお、ボディー本体部14とサファイア層22を接合する接合層15は、銀または金を70%前後、銅を28前後%、チタン1〜2%を含有する接合材によりろう付け接合して形成するため、耐熱性が極めて高いものとなっている。そのため、全体が極めて高温になっても、接合層15は極めて高い耐熱性があり、その他の物も耐熱性があるため、シリコン半導体ひずみゲージ21の耐熱温度まで荷重検出が可能である。例えば、接合層15は500C°までは耐熱性があり、その他の物も耐熱性があるため、シリコン半導体ひずみゲージ21の耐熱温度350C°までは荷重検出を可能とすることができる。
【0028】
また、サファイア層22は、予め定めた位置にシリコン半導体ひずみゲージ21を複数個設けることができ、シリコン半導体ひずみゲージ21は、受圧部13が荷重を受け撓むことにより長さや断面積が変化して抵抗値が変化するものであり、例えばホイートストン・ブリッジの回路構成にして荷重に応じた信号が信号線24より出力する。
【0029】
さらに、ボディー本体部14は、チタンで形成することとしたため、酸性物質やアルカリ性物質などの薬品剤が付着ても、その影響を受けることなく圧力を検出することができる。
【0030】
従って、本発明の実施の形態の超高温型荷重計の製造方法は、極めて高温の荷重検出を容易に行うことができ、さらに腐食の防止を図る超高温型荷重計を容易に製造することができる。
【0031】
【発明の効果】
本発明の超高温型荷重計は、チタンまたはチタン合金からなり内側に空間部を有するボディー本体部と、前記ボディー本体部に一体で形成した荷重ボタンおよび前記荷重ボタンにより外部からの荷重を受けて前記ボディー本体部の内側に撓む受圧部と、受圧検出部を形成するシリコン半導体歪ゲージが取り付けられたサファイア層と、前記サファイア層を金または銀と銅とチタンとを成分とする接合材により前記受圧部に対応するボディー本体部内側部分にろう付け接合して形成する接合層とを備えることとしたため、極めて高温の荷重検出を容易に行うことができ、また、チタンまたはチタン合金からなるボディー本体部によって腐食の防止を容易に図ることができる。
【0032】
また、前記接合材は、前記チタンを1〜2%含有することとしたため、前処理無しで金属とサファイアとの接合を可能とし、かつ耐熱性を極めて高いものとすることができ、極めて高温の荷重検出を確実に行うことができる。
【0033】
すなわち本発明によれば、従来最大でも200℃であった耐熱性を複雑な冷却機構を用いなくても連続してシリコン半導体歪ゲージの耐熱温度350℃まで検出可能とする効果を奏する。さらに、酸性物質やアルカリ性物質などの薬品剤が付着しても、ボディー本体部の腐食が防止され荷重検出を行える効果を奏する。
【0035】
さらに、本発明の超高温型荷重計の製造方法は、シリコン半導体歪ゲージをサファイア層に取り付ける工程と、外部よりの荷重を受ける受圧部をボディー本体部に一体で形成する工程と、金または銀と銅とチタンとを成分とする接合材により、前記サファイア層と前記受圧部とをろう付け接合する工程とを備えることとしたため、極めて高温の荷重検出を容易に行うことができる超高温型荷重計を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の超高温型荷重計の側面図である。
【図2】本発明の実施の形態の超高温型荷重計の製造方法を示す製造工程である。
【図3】従来の超高温型荷重計の側面図である。
【図4】従来の超高温型荷重計を使用し計量炉に入れられた溶融材の荷重を検出するときの側面図である。
【符号の説明】
10 超高温型荷重計
13 受圧部
13a 荷重ボタン
14 ボディー本体部
15 接合層
17 出力電極
18 絶縁体取付部
19 コネクタ
20 受圧検出部
21 シリコン半導体ひずみゲージ
22 サファイア層
23 接続電極
24 信号線
25 保護膜
Claims (2)
- チタンまたはチタン合金からなり内側に空間部を有するボディー本体部と、
前記ボディー本体部に一体で形成した荷重ボタンおよび前記荷重ボタンにより外部からの荷重を受けて前記ボディー本体部の内側に撓む受圧部と、
受圧検出部を形成するシリコン半導体歪ゲージが取り付けられたサファイア層と、
前記サファイア層を金または銀と銅とチタンとを成分とする接合材により前記受圧部に対応するボディー本体部内側部分にろう付け接合して形成する接合層と
を備えたことを特徴とする超高温型荷重計。 - 前記接合材は、前記チタンを1〜2%含有することを特徴とする請求項1に記載の超高温型荷重計。
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