JP2001099698A - ロードセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷特性が優れ、小さな力に対しても良好に
測定できるような小容量のものを支障なく作成すること
ができるロードセルを提供する。 【解決手段】 起歪体１１における起歪部１２と荷重受
け部１３とを別体で構成し、これらの起歪部１２と荷重
受け部１３とを圧接により接合させる。これにより、起
歪部１２と荷重受け部１３とが圧接により接合されてい
るため、起歪部１２や荷重受け部１３として適した個々
の材料を選択できながら、小さな力に対しても良好に測
定できるような小容量のものを支障なく作成することが
でき、また、荷重を加えたときに、起歪部１２と荷重受
け部１３との接合した箇所で滑りが発生することがな
く、良好な負荷特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロードセルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図７に示すように、荷重を受けて圧縮さ
れて歪みを発生する起歪部１を備え、直立に自立した姿
勢に配置され、荷重を受ける荷重受け部２の両端部２ａ
が曲面とされたコラム形状である、いわゆるロッカーピ
ン型の起歪体５を用いたロードセルは知られている。こ
の種の起歪体５は、例えば、ピンを旋盤で回転させるこ
となどにより、比較的簡単に製造できるので、製造コス
トを安価に済ますことができるなどの利点を有する。起
歪部１には複数のストレインゲージ４が貼り付けられ
る。また、起歪体５は、荷重受け部２からの荷重を起歪
部１に良好に伝達しなければならないため、起歪部１と
荷重受け部２とが例えば鋼材などにより一体形成されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種のロー
ドセルを用いて、小さな荷重に対しても良好に測定でき
るような小容量のものを作成しようとすると、単に起歪
体５の形状を小さくした場合には、起歪部１におけるス
トレインゲージ４の貼り付け箇所の外周面が極めて小さ
い面積ならびに曲率半径となるため、ストレインゲージ
４を貼り付けることが物理的に困難となってしまう。ま
た、これに対処するために、ヤング率の小さい材料で起
歪体５を構成すると、起歪部１としては一般のものと同
様な、横断面形状における外周面が比較的大きな面積な
らびに曲率半径のものを用いることができるため、スト
レインゲージ４を貼り付けることができる。しかしなが
ら、このようにヤング率の小さい材料を起歪部１として
採用すると、荷重受け部２の先端部の接触面強度が不足
してしまうので、これに対応させて荷重受け部２の先端
の曲率半径を大きくしなければならず、この結果、接触
面積が大きくなり荷重負荷特性が悪くなる。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、小さ
な荷重に対しても良好に測定できるような小容量のもの
を支障なく作成することができるロードセルを提供する
ことを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の請求項１記載のロードセルは、起歪体におけ
る起歪部と荷重受け部とを別体で構成し、これらの起歪
部と荷重受け部とを溶接により接合させたものである。
この構成により、起歪部として、小さな力に対しても良
好に測定できるような小さいヤング率のものを採用した
り、荷重受け部として、荷重を良好に受けることができ
る材料を採用したりすることが自由に行うことができ、
この場合には、ストレインゲージを良好に貼り付けるこ
とのできる形状に起歪部を形成できるとともに、面積強
度の不足を生じたりすることなく荷重受け部にて荷重を
確実に受けることができるため、荷重受け部の荷重受け
面積を広げたりしなくても済む。しかも、これらの起歪
部と荷重受け部とが溶接により接合されているため、荷
重受け部で受けた力が確実に起歪部に伝達されて、良好
な荷重負荷特性が得られる。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載のロ
ードセルにおいて、圧接することにより溶接して接合さ
せたものである。この構成により、荷重受け部と起歪部
との結合強度が向上し、荷重受け部で受けた力が良好に
起歪部に伝達されて、荷重負荷特性がさらに良好とな
る。請求項３記載の発明は、請求項２記載のロードセル
において、起歪体における起歪部と荷重受け部との圧接
による接合面の中央部に隙間を設けて圧接され、中央部
を除く箇所で起歪部と荷重受け部とが接合されてなるも
のである。

【０００７】ここで、起歪体における起歪部と荷重受け
部との圧接による接合面の中央付近に隙間を設けること
なく、起歪部または荷重受け部のいずれか一方を固定
し、他方を中心部を軸心として回転させながら圧接させ
ると、中央部では接合時の周速度が低いため、接合しな
かったり、接合強度が弱い部分ができ、この場合には、
ロードセルの性能にばらつきを生じる。

【０００８】これに対して、上記のように接合面の中央
部に隙間を設けて圧接させることで、起歪部と荷重受け
部との中央部で不安定な接合部分を生じることが防止さ
れるため、ロードセルの性能が安定する。請求項４記載
の発明は、請求項１〜３の何れかに記載のロードセルに
おいて、起歪部の周囲をケースで覆い、ケースと荷重受
け部とを接合して起歪部の周囲を密閉したものである。

【０００９】この構成によれば、起歪部の周囲がケース
と荷重受け部とにより密閉されるため、耐食性を要する
環境などに対してもロードセルを良好に設置することが
できる。請求項５記載の発明は、請求項４に記載のロー
ドセルにおいて、荷重受け部およびケースが起歪部より
も防食性の高い材料で構成されているものである。

【００１０】この構成により、荷重受け部およびケース
が防食性の高い材料で構成されているため、耐食性に優
れたロードセルを得ることができながら、これらの内部
に密閉される起歪部にロードセルの特性に適した材料を
使用することによって、高精度なロードセルを得ること
ができる。請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れ
かに記載のロードセルにおいて、起歪体はロッカーピン
型であるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にかか
るロードセルを図面に基づいて説明する。図１、図２に
示すように、このロードセル１０においても、直立に自
立した姿勢に配置されたコラム形状である、いわゆるロ
ッカーピン型の起歪体１１を用いており、荷重を受ける
荷重受け部１３と、圧縮されて歪みを発生する起歪部１
２とを備えている。起歪部１２の両端に荷重受け部１３
が設けられ、起歪部１２には複数のストレインゲージ１
４が貼り付けられている。

【００１２】そして特に、起歪体１１における起歪部１
２と荷重受け部１３とを別体で構成し、これらの起歪部
１２と荷重受け部１３とを溶接の一種である圧接により
接合させた構成とさせている。例えば、起歪部１２は、
アルミニウム合金の超ジュラルミン材などのヤング率が
小さく、ロードセル１０を構成したときのヒステリシス
が少ない材料にて形成されている。荷重受け部１３は起
歪部１２の両端に配設けられ、例えば鋼材などの強度が
高い材料で構成されている。そして、これらの起歪部１
２と荷重受け部１３とは、図２に示すように、一方（例
えば起歪部１２）が固定され、他方（例えば荷重受け部
１３）が旋盤などにより回転自在に支持された状態でこ
れらを接触させ、他方（荷重受け部１３）側をその中心
軸を中心に高速度で回転させることによって、互いの接
触面を摩擦によって発熱させ、高温に達して赤熱状態に
なった際に回転を停止させ、軸方向に加圧させて溶接を
行う摩擦圧接により、接合させている。なお、前記一方
側を固定させることなく、他方側とは反対方向に回転さ
せてもよい。

【００１３】ここで、起歪部１２と荷重受け部１３との
接合面における少なくとも片方の中央部、例えば起歪部
１２の軸心中央部には凹部１２ａが形成され、接合面の
中央部にこの凹部１２ａによる隙間を設けて圧接してい
る。このようにして、起歪部１２の両端に荷重受け部１
３をそれぞれ圧接して接合して起歪体１１を製造し、こ
の起歪体１１における起歪部１２の中央部に複数（例え
ば４枚）のストレインゲージ１４を貼り付けてロードセ
ル１０を構成している。なお、各荷重受け部１３の先端
は球面とされており、この球面によって外部からの荷重
を良好に受けることができるように構成されている。

【００１４】この構成により、上述のように、起歪部１
２として、例えば、小さな荷重に対しても良好に測定で
きるような小さいヤング率のもの、例えば超ジュラルミ
ン材などを採用することで、ストレインゲージ１４を良
好に貼り付けることができる直径の起歪部１２を得るこ
とができて、小さな荷重に対しても良好に測定できるよ
うな小容量のロードセル１０を得ることができる。ま
た、荷重受け部１３として、荷重を良好に受けることが
できる強固な材料であるとともに安価である鋼材などを
採用したりすることで、荷重を良好に受けることができ
ながら、製造コストの上昇も図ることができる。また、
接触面強度の不足を生じたりすることなく荷重受け部１
３にて荷重を確実に受けることができるため、荷重受け
部１３の先端の曲率半径を過度に大きくする必要がなく
なり、荷重負荷特性が悪くなることがない。

【００１５】そして、これらの起歪部１２と荷重受け部
１３とが圧接により接合されているため、荷重受け部１
３で受けた力が良好に起歪部１２に伝達されて、良好な
荷重負荷特性を得られることとなる。しかも、接合面の
中央部に隙間を設けて圧接させることで、起歪部１２と
荷重受け部１３との中央部で不安定な接合部分を生じる
ことが防止されるため、ロードセル１０の性能が安定す
る。この結果、高精度でしかもその性能が安定して確保
されるロードセル１０を得られる。

【００１６】なお、上記の実施の形態においては、小容
量タイプのロードセル１０の場合を述べたが、これに限
られるものでないことはもちろんである。すなわち、起
歪部１２としての機能に適した材料と、荷重受け部１３
としての機能に適した材料をそれぞれ別個に採用できる
ため、起歪体を１つの材料で構成する場合と比べて、材
料の選択の自由度が増えるだけでなく、性能を向上させ
たり、その用途に応じた容量や価格のものを、ストレイ
ンゲージの貼り付け不良などの支障を生じたりすること
なく採用できる。荷重受け部１３としては、金属だけで
なく、セラミックス材なども採用することが可能であ
る。

【００１７】なお、上記実施の形態においては、起歪部
１２の軸心中央部に凹部１２ａを形成したが、これに代
えて、図３に示すように、荷重受け部１３における起歪
部１２との接合面中央部に凹部１３ａを形成して隙間を
設けて圧接してもよく、また、荷重受け部１３および起
歪部１２の両方の接合面中央部に凹部１２ａ，１３ａを
形成して隙間を設けてもよい（図示せず）。

【００１８】また、上記実施の形態においては、起歪部
１２の形状を、中央が細径となった円柱形状のものを用
いた場合を示したが、これに限るものではなく、図４の
（ａ）、（ｂ）に示すように、中央に楕円形状や丸孔
（もしくは楕円）連結型の貫通孔が設けられた矩形状の
起歪部２１、２２を用いたり、図４の（ｃ）に示すよう
に、内部が空洞となった筒形状の起歪部２３を用いた
り、図４の（ｄ）、（ｅ）に示すように、丸型の凹部２
４ａが両側面に設けられた矩形状の起歪部２４を用いた
り、図４の（ｆ）に示すように、複数の円弧状凹部２５
ａが側面に設けられた矩形状の起歪部２５を用いたりし
てもよい。

【００１９】また、図５は本発明の他の実施の形態を示
すもので、この実施の形態においても、起歪体３１にお
ける起歪部３２と荷重受け部３３とを別体で構成し、こ
れらの起歪部３２と荷重受け部３３とを圧接により接合
させた構成とさせている。また、起歪部３２と荷重受け
部３３との接合面における少なくとも片方の中央部、例
えば起歪部３２の軸心中央部には凹部３２ａが形成さ
れ、接合面の中央部にこの凹部３２ａによる隙間を設け
て圧接している。

【００２０】さらに、このロードセル３０においては、
起歪部３２の周囲をケース３５で覆い、ケース３５と荷
重受け部３３とを接合して起歪部３１の周囲を密閉して
いる。起歪部３２は、ＳＮＣＭ鋼などの鋼材や、超ジュ
ラルミン材などの、ロードセル３０を構成したときのヒ
ステリシスが少ない材料にて形成されている。荷重受け
部３３は起歪部３２の両端に配設けられ、耐食性が高
く、しかも強度が高い材料で構成され、例えばオーステ
ナイト系などのステンレス材で構成されている。

【００２１】また、起歪部３２を覆うケース３５は、筒
形状で上下が開口された本体部３６と、この本体部３６
の各開口部を閉じるように設けられた、ダイヤフラムや
ベローズなどの可撓性部材３７とによって構成されてい
る。このケース３５は、耐食性に優れ、かつ強度の高
い、例えばステンレス材などの材料で構成されている。
そして、各可撓性部材３７の内周側部分が荷重受け部３
３に溶接されて、起歪部３２がこのケース３５によって
完全に囲んだ密閉構造としている。

【００２２】この構成によれば、起歪部３２はケース３
５によって完全に密閉した状態で囲まれているため、ロ
ードセル３０が耐食性を必要とする環境に配設する場合
でも、起歪部３２は耐食性を考慮する必要がなく、起歪
部３２を安価でかつ高精度のロードセルを構成できる材
料によって形成することができる。一方、荷重受け部３
３とケース３５とは、その材質がロードセル自体の特性
に影響を及ぼすことがないため、上述のように耐食性や
強度の観点のみからその材料を選定することができる。
これにより、防食性に優れ、高精度であり、しかも安価
なロードセル３０を得ることができる。

【００２３】つまり、従来のような起歪体を起歪部とし
て用いて、防食性に優れたロードセルを得ようとする
と、例えば、図６に示すように、一体構造の起歪部４１
の周りをケース４２で覆い、このケース４２から突出し
た起歪部４１の前端に、別体の荷重受け部４３を圧入し
て被せ、ケース４２と荷重受け部４３とを接合して起歪
部４１の周囲を密閉することが考えられるが、この場合
には、荷重を加えた際に、荷重受け部４３を圧入して接
合している箇所４４で僅かではあるものの滑りが発生す
るため、負荷特性、特にヒステリシス特性が悪くなると
いう不具合が生じる。

【００２４】また、従来のような一体構造の起歪体で防
食構造を得ようとしてステンレス材を用いる場合には、
起歪部の性能上の制約から、析出硬化系のステンレス鋼
を使わざるを得ず、十分な防食性能を得られないことが
あった。これに対して、本発明の実施の形態によれば、
起歪部３２と荷重受け部３３とを圧接により接合させて
いるため、これらの間に滑りを生じるようなことがなく
なり、この結果、ヒステリシス特性を含む良好な負荷特
性を得られることとなる。また、荷重受け部３３とし
て、十分な防食性能を得ることができるオーステナイト
系ステンレス鋼を使用することができるため、耐食性能
を向上させることができる。なお、ケース３５などの形
状や材質は上記実施の形態に限るものでないことは申す
までもない。

【００２５】さらに、上記実施の形態においては、起歪
部１２、２１〜２５、３２と荷重受け部１３、３３とを
圧接により接合させた場合を延べ、これによれば、荷重
受け部１３、３３と起歪部１２、２１〜２５、３２との
が十分な強度で結合され、荷重受け部１３、３３で受け
た力が良好に起歪部１２、２１〜２５、３２に伝達され
て、荷重負荷特性が良好に保たれる利点を有するが、こ
れに限るものではなく、溶融溶接や拡散接合、ろう鑞付
溶接などの各種の溶接によって荷重受け部と起歪部とを
接合してもよく、この場合においても、荷重受け部で受
けた力が確実に起歪部に伝達されて、良好な荷重負荷特
性が得られるものである。なお、この場合には、溶接に
適した材料を選ぶ必要がある。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、起歪体に
おける起歪部と荷重受け部とを別体で構成し、これらの
起歪部と荷重受け部とを圧接などの溶接により接合させ
ることにより、起歪部として適した材料と、荷重受け部
として適した材料とを別個に選択することができ、例え
ば小容量のロードセルなども、起歪体の大型化や製造コ
ストの増加を招くことなく製造することができる。しか
も、これらの起歪部と荷重受け部とが圧接などの溶接に
より接合されているため、荷重受け部で受けた力が良好
に起歪部に伝達されて、良好な荷重負荷特性を得られる
こととなる。

【００２７】また、起歪体における起歪部と荷重受け部
との圧接による接合面の中央部に隙間を設けて圧接さ
せ、中央部を除く箇所で起歪部と荷重受け部とを接合さ
せることにより、起歪部と荷重受け部との中央部で不安
定な接合部分を生じることが防止されるため、ロードセ
ルの性能が安定する。さらに、起歪部の周囲をケースで
覆い、ケースと荷重受け部とを接合して前記起歪部の周
囲を密閉することにより、耐食性を要する環境などに対
してもロードセルを良好に設置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るロードセルの正面図
である。

【図２】同ロードセルの起歪部と荷重受け部とを圧接す
る様子を示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施の形態に係るロードセルの部
分正面図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）、（ｆ）はぞれぞれ本発明のそ
の他の実施の形態に係るロードセルの正面図、（ｅ）は
図４（ｄ）に示すロードセルの側面図である。

【図５】本発明のその他の実施の形態に係るロードセル
の部分切欠正面図である。

【図６】比較例としてのロードセルの部分切欠正面図で
ある。

【図７】従来のロードセルの部分切欠正面図である。

【符号の説明】

１０、３０ ロードセル １１、３１ 起歪体 １２、２１〜２５、３２ 起歪部 １２ａ，１３ａ 凹部 １３、３３ 荷重受け部 １４ ストレインゲージ ３５ ケース

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 起歪体における起歪部と荷重受け部とを
   別体で構成し、これらの起歪部と荷重受け部とを溶接に
   より接合させたロードセル。
2. 【請求項２】 圧接することにより溶接して接合させた
   請求項１記載のロードセル。
3. 【請求項３】 起歪体における起歪部と荷重受け部との
   圧接による接合面の中央部に隙間を設けて圧接され、中
   央部を除く箇所で起歪部と荷重受け部とが接合されてな
   る請求項２記載のロードセル。
4. 【請求項４】 起歪部の周囲をケースで覆い、ケースと
   荷重受け部とを接合して起歪部の周囲を密閉した請求項
   １〜３の何れかに記載のロードセル。
5. 【請求項５】 荷重受け部およびケースが起歪部よりも
   防食性の高い材料で構成されている請求項４に記載のロ
   ードセル。
6. 【請求項６】 起歪体はロッカーピン型である請求項１
   〜５の何れかに記載のロードセル。