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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