JP2002195896A - ロードセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 荷重を電気信号に変換するロードセルに関
し、起歪部に蛇腹を設けたロードセルにおいて、デジタ
ル荷重信号変換手段の装備する部屋を起歪体を囲む部屋
と分離することでもって計量精度の安定をはかる。 【解決手段】 起歪部の周囲が、起歪部を密閉保護する
ために蛇腹によって覆われた構造のロードセルにおい
て、該ロードセルの他の構造物への取り付け部の中に空
洞を加工作成し、又は金属容器を装着し、それら空洞部
又は金属容器の中に起歪部から出力されるアナログ荷重
信号をデジタル荷重信号に変換するデジタル荷重信号変
換基板を収納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】負荷荷重の大きさによって歪
みを生ずる起歪部と前記起歪部に装着され歪み量を感じ
る歪み量センサーと、前記歪み量センサーの出力信号を
デジタル荷重信号に変換し出力するデジタル荷重信号変
換手段とを外界環境から保護するために密閉包囲手段を
有する金属体内に収納した構造のロードセルに関する。

【０００２】

【従来の技術】歪み量センサの一種である歪みゲージを
起歪部に装着して、負荷荷重による起歪部の伸縮量を歪
みゲージの抵抗値変化による電気信号に変換して負荷荷
重の大きさに比例するアナログ荷重信号を発生するロー
ドセルでもって、アナログ荷重信号を各種の生産プロセ
スにとって有用な使い易い形であるデジタル荷重信号へ
変換することは現代の産業界では必須要件となってい
る。そのためにアナログ荷重信号を出力するロードセル
と各種生産プロセスとの間にデジタル信号変換装置を置
く技術は古くから存在する。また、歪み量を負荷荷重の
大きさに比例した電気信号に変換するとき、歪みゲージ
や起歪部が周囲の温度変化によって荷重負荷量の変化に
関係のないところで荷重信号に変化が与えられれば荷重
信号に誤差を発生するが、このような誤差を補償するす
るために歪みゲージの近傍に温度センサを設け、温度セ
ンサからの信号を利用して誤差補償演算を行わせること
もデジタル荷重信号変換装置において従来より実施され
ている。デジタル荷重信号変換装置はロードセルから出
力されるアナログ信号を増幅しＡ／Ｄ変換をして各種演
算処理を行うもので、前述のような誤差補正も行いなが
らデジタル荷重信号を各種プロセス制御装置やコンピュ
ーターに供給するものである。

【０００３】ところで前述のデジタル荷重信号変換装置
の収納場所に関する従来例をみると、起歪部そのものや
起歪部の表面に装着される歪みゲージを保護するため起
歪部の周囲を金属製保護容器で囲み密閉している構造の
ロードセルにおいては、起歪部と金属製保護容器の間に
ある空間を利用して、この空間に小さくまとめたデジタ
ル荷重信号変換基板を収納し、温度等の変化に対する誤
差を補正しながらデジタル荷重信号を出力するロードセ
ルの技術が特開平１−２５００２８に提案されている。
また、上記の提案とは別の形状、構造のロードセルにお
いて、デジタル荷重変換基板あるいは装置を配置する場
所を特徴とする提案が特開平４−１９４７１０、特開昭
６３−５２０２６によりなされている。このようにデジ
タル荷重変換基板をロードセル本体に一体的に配置した
ロードセルはデジタルロードセルと呼ばれている。

【０００４】図４は既に提案されているデジタルロード
セルの構造を示す。この図において起歪部３０及びゲー
ジなどの荷重変換手段３１とこの荷重変換手段３１から
出力されるアナログ荷重信号をデジタル荷重信号に変換
するデジタル荷重信号変換手段３２を起歪部および荷重
変換手段を密閉包囲する密閉包囲手段３３の内部空間を
利用してそこに装備し、その密閉包囲手段から防水コネ
クタ３４を通してデジタル荷重信号が外部へ出力される
構造になっている。こうすることによってロードセルは
従来のアナログ信号出力式ロードセルと外観上の構造は
差異がない。

【０００５】しかし、ロードセルの型式にもよるが、従
来例のようにデジタル荷重信号変換手段をロードセル起
歪部の密閉包囲手段内に一体的に配置する方法について
は、出力荷重信号の安定性やデジタル荷重信号変換手段
の保守の面で課題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば、図４のロード
セルのように密閉された空間の中に起歪体と歪ゲージと
デジタル荷重信号変換手段及び演算手段とを一緒に封入
すると、次のような問題がある。つまり、デジタル荷重
信号変換手段には歪ゲージに供給する電源と演算増幅器
に供給する電源およびデジタル回路に供給するために通
常複数の種類の電源が必要であるが、外部から一種類の
電源を供給した場合はＤＣ−ＤＣコンバータや抵抗によ
る分圧回路などが必要になり、また演算回路には高速Ｃ
ＰＵの搭載も必要であるので、各種の回路部品からかな
りの発熱がある。

【０００７】歪みゲージはブリッジ回路に接続された微
少な抵抗変化を電気信号に変換するようにしているの
で、もしブリッジの辺を構成する歪ゲージの何れかが温
度変化によって抵抗値に微少な変化を生ずると直ちに出
力信号変化となって現れる。勿論、歪みゲージや起歪部
の温度変化による出力信号の変化を補償するために従来
より歪みゲージや起歪部の近くに温度センサを設け、温
度センサの出力によってアナログ的あるいはデジタル的
に補償を行っているが、こうした補償が有効になるのは
全ての歪みゲージや起歪部が温度に対して一定で同一の
状態の場合となった時に限られる。

【０００８】ところが前述のような回路を持つデジタル
荷重信号変換手段を狭い密閉された部屋に歪みゲージや
起歪部、温度センサと密着同室させると、それらの部品
への熱の放射、対流によって、特に電源をオンしてから
ウォーミングアップの長い時間、デジタル荷重信号変換
手段の温度上昇変化によって該密閉空間には大きい温度
傾斜が現れ、歪みゲージや起歪体の熱平衡が崩れ、しか
も温度センサ自身の感じる温度が補償対象部品の温度と
は異なってしまうので、各部品の温度一定、平衡の状態
を想定した温度補償演算体系が崩れ、長時間に亘って、
荷重信号に大きい温度ドリフトを与えることになる。

【０００９】例えば特開昭６３−５２０２６において、
複数のストレインゲージ（歪みゲージ）をロバーバル機
構に形成し、Ａ／Ｄ変換部を収納した金属製のシールド
ケースをロバーバル機構の中央の空間内部に装着する方
法が提案されているが、このような構成にすると、前述
したように温度補償の問題が極めてむずかしい。

【００１０】図３に示すような、起歪体１と僅かな空隙
３ａをもって金属やゴム製の防水蛇腹２によって起歪体
の外郭を覆う構造のロードセルでは、空隙３ａにデジタ
ル荷重信号変換手段を収納することによってさらに上記
の問題解決は困難となる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】従ってこのような課題を
解決するために、請求項１に記載の発明は、起歪部とロ
ードセル本体を他の構造物へ取り付けるための取り付け
部とが一体構造であって、上記起歪部の周囲がその起歪
部を密閉包囲するために蛇腹によって覆われた密閉包囲
手段を持つロードセルにおいて、上記取り付け部の中に
前記密閉包囲手段とは分離された部屋をなす空洞を加工
作成し、加工された上記の空洞内に該起歪部から出力さ
れるアナログ荷重信号をデジタル荷重信号に変換するデ
ジタル荷重信号変換手段を収納する構造としたことを特
徴としたロードセルである。

【００１２】また請求項２に記載の発明は起歪部とロー
ドセル本体を他の構造物へ取り付けるための取り付け部
とが一体構造であって、上記起歪部の周囲がその起歪部
を密閉包囲するために蛇腹によって覆われた密閉包囲手
段を持つロードセルにおいて、上記取り付け部の起歪部
と反対端に前記密閉包囲手段とは分離された部屋をなす
金属容器を装着し、その金属容器内に該起歪部から出力
されるアナログ信号をデジタル信号に変換するデジタル
荷重信号変換手段を収納する構造を特徴とするロードセ
ルである。

【００１３】

【発明の作用と効果】そこで本発明では、図１のように
ロードセル本体の内、起歪部を密閉包囲するための蛇腹
で覆われ、ロードセルを他の構造物へ取り付けするため
の取り付け部は露出した構造のロードセルにおいて、前
記ロードセル取り付け部の中に前記の密閉包囲され蛇腹
で覆われた空間とは分離された部屋をなす空洞を加工作
成し、前記空洞の内部に上記デジタル荷重信号変換手段
を収納する構造、及び、図２のように前記ロードセル取
り付け部の、起歪部と反対端に前記の密閉包囲され蛇腹
で覆われた空間とは分離された部屋をなす金属容器を装
着させ、前記金属容器の中に上記のデジタル荷重信号変
換手段を収納させる構造とし、金属容器と起歪部、変換
手段、温度センサの封入装備されたそれぞれの部屋との
間で通気のないように相互に密閉・気密性を保つように
すればデジタル荷重信号変換手段から起歪部、変換手
段、温度センサへの熱の放射・対流は防止できるので、
デジタル荷重変換基板の発熱による温度ドリフトを防止
することができる。

【００１４】ロードセル取り付け部の内部空洞内に、ま
たは、上記の位置に設けた金属容器内にデジタル荷重信
号変換手段を収納させる構造にしたので、従来の同型ロ
ードセルに比べて外形形状、寸法を大きく変更せずにデ
ジタル荷重信号を出力するロードセルが実現できるの
と、取り付け部の空洞内あるいは金属容器内にこもった
熱は金属外壁を伝わって速やかにロードセルの外部空間
へ放熱させることができるので、デジタル荷重信号変換
基板の発熱によるデジタル荷重信号への温度ドリフトを
与えないで済む。

【００１５】最近はチップ部品、ＬＳＩ等電子部品の矮
小化に伴い、これらを利用することにより上記のような
デジタル荷重信号変換装置は小さいプリント基板にまと
めて製作できるようになったことと相まって従来のロー
ドセルと外形寸法を殆んど変更することなく収納できる
ので、より正確なデジタル荷重信号を出力するロードセ
ルが実現できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に図面に示す実施の形態につい
て説明する。図１は本発明のロードセルを横方向から見
た断面図である。１は起歪部、２は歪みゲージ等変換手
段、３は蛇腹、３ａは僅かな隙間、４はロードセル取り
付け部、５は空洞円筒穴、６はデジタル荷重信号変換基
板、７はディスタンスカラー、８は連絡穴、９は樹脂、
１０は配線用コネクタ、１１はシールソケット。

【００１７】図２は本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。１２はロードセルに装着された金属容器である。
図３は従来のロードセルであって金属やゴム製の防水蛇
腹によって起歪体の外郭を覆う構造のロードセルの断面
図、図４は従来のロードセルの断面図である。本図にお
いて３０は起歪体３１は歪みゲージなどの荷重変換手
段、３２はデジタル荷重信号変換手段、３３は上記起歪
体３０及び荷重変換手段３２を密閉包囲する密閉包囲手
段、３４は防水コネクタである。

【００１８】図１より説明すると、図１においては起歪
部１の上に起歪部の歪み量を検出する歪みゲージや歪み
ゲージ周辺の温度を検出する温度センサなどからなる変
換手段２が装着されている。起歪部や変換手段は金属蛇
腹３によって保護されている。４はロードセル取り付け
部であり、起歪部と反対端に空洞円筒穴５を加工して、
デジタル信号変換基板６を基板位置決め用のディスタン
スカラー７に挟んでホールドさせ収納する。起歪部上の
変換手段とデジタル信号基板の間には取り付け部に連絡
穴８が加工され、配線連絡される。外部機器とロードセ
ルとを結ぶ配線はロードセル取り付け部４の起歪部とは
反対端に配線用コネクタ１０が取り付けられ、外部機器
からの配線はシールソケット１１を通して空洞穴内のデ
ジタル信号変換基板と結ばれる。配線は空洞穴５の連絡
穴８の入り口で樹脂９によって封じられ、蛇腹に起歪部
が包囲された部屋とデジタル信号変換基板が収納されて
いる空洞穴５との通気を遮断し、空洞穴５内のデジタル
荷重信号変換基板に発生した熱が起歪部の部屋へ流入し
ないようにする。同時に空洞穴５の熱は取り付け部金属
体からロードセルが取り付けられている構造物へ熱伝導
して放熱されるのでほとんど起歪部への熱影響を回避す
ることができて、変換手段２は温度ドリフトのない正し
い重量値をデジタル荷重信号変換基板の方へ出力するこ
とができる。

【００１９】一方、図２は図１と同じ起歪部と防水用蛇
腹を持つロードセルの取り付け部４に起歪部と反対端に
デジタル荷重信号変換基板収納用の金属容器１２を溶接
などの方法で装着した構造のロードセルである。金属容
器のロードセル取り付け部と反対端には外部機器との配
線用コネクタ１０が取り付けられ、外部機器からの配線
がシールソケット１１を通して金属容器内のデジタル荷
重信号変換基板６に連結されている。金属容器内にはデ
ィスタンスカラー７が設置されて基板の位置決め設置を
行う。

【００２０】またデジタル荷重信号変換基板と変換手段
の間の配線は図１の場合と同様に連絡穴８を通して接続
され、連絡穴の入り口において金属容器と起歪部が蛇腹
で包囲された部屋との間の通気を遮断するために樹脂９
で封じる。こうすることによって金属容器内のデジタル
荷重信号変換基板に発生した熱が連絡穴８を通して起歪
部へ流入しないようにする。同時に金属容器５内の熱は
容器の金属壁を伝導して外気へ放熱されるので、ほとん
ど起歪部への熱影響を回避することができて、変換手段
２は温度ドリフトのない正しい重量値をデジタル荷重信
号変換基板の方へ出力することができる。

【００２１】以上のような構造にすることで、起歪部に
蛇腹を設けたロードセルにおいて、図１、又は図２のよ
うにデジタル荷重信号変換基板を配置すれば、基板から
発熱があっても熱は放射・対流で起歪体、変換手段には
伝わりにくくなるのと同時にロードセル取り付け部金属
体あるいは金属容器外壁に伝熱して外気へ放熱されるの
で、デジタル荷重信号変換基板による温度ドリフトが発
生しないロードセルを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロードセルを横方向から見た断面図。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図。

【図３】従来のロードセルの断面図。

【図４】従来のロードセル断面図。

【付号の説明】

１ 起歪部 ２ 歪みゲージ等変換手段 ３ 蛇腹 ４ ロードセル取り付け部 ５ 空洞円筒穴 ６ デジタル荷重信号変換基板 ７ ディスタンスカラー ８ 連絡穴 ９ 樹脂 １０ 配線用コネクタ １１ シールソケット １２ 金属容器 １３ ケーブル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 起歪部とロードセル本体を他の構造物へ
   取り付けるための取り付け部とが一体構造であって、前
   記起歪部の周囲が前記起歪部を密閉包囲するために蛇腹
   によって覆われた構造の密閉包囲手段を持つロードセル
   において、前記取り付け部の中に前記密閉包囲手段とは
   分離された部屋をなす空洞を加工作成し、加工された前
   記空洞内に前記起歪部から出力されるアナログ荷重信号
   をデジタル荷重信号に変換するデジタル荷重信号変換手
   段を収納する構造を特徴とするロードセル。
2. 【請求項２】 起歪部とロードセル本体を他の構造物へ
   取り付けるための取り付け部とが一体構造であって、前
   記起歪部の周囲が前記起歪部を密閉包囲するために蛇腹
   によって覆われた密閉包囲手段を持つロードセルにおい
   て、前記取り付け部の起歪部と反対端に前記密閉包囲手
   段とは分離された部屋をなす金属容器を装着し、前記金
   属容器内に前記起歪部から出力されるアナログ荷重信号
   をデジタル荷重信号に変換するデジタル荷重信号変換手
   段を収納する構造を特徴とするロードセル。