JP2004198294A

JP2004198294A - ロードセル

Info

Publication number: JP2004198294A
Application number: JP2002368183A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yoshikuwa; 伸幸吉桑
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP3925645B2

Abstract

【課題】歪みゲージの許容歪み量を増大させることなく、より広い荷重測定範囲を得ることのできるロードセルを提供する。
【解決手段】無負荷状態の起歪体１に、その起歪体１と同等の荷重−弾性変形の直性性を有する弾性部材２により、被測定荷重の負荷方向と逆向きに変形を与えておき、その状態における歪みゲージＳ１〜Ｓ４の抵抗値を基準とてし、被測定荷重の大きさを検出することにより、従来のロードセルに比して、同じ歪みゲージＳ１〜Ｓ４を用いても、荷重測定範囲を最大２倍にすることを可能とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロードセルに関し、特に電子はかりや電子天びんの荷重センサとして用いるのに適したロードセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子はかりや電子天びんの荷重センサとして用いられるロードセルにおいては、一般に、図３に例示するように、両端部に固定柱部３１１と可動柱部３１２を備えるとともに、これらを両端部に可撓部ｅを備えた互いに平行な上下２本の梁部３１３ａ，３１３ｂで連結してなる、ロバーバル型の起歪体３１を用い、その各可撓部ｅにそれぞれ歪みゲージＳ１〜Ｓ４を貼着したものが多用されている。
起歪体３１は、その固定柱部３１１がはかりベースなどに固定され、可動柱部３１２に皿受けを介して測定皿が載せられる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
各歪みゲージＳ１〜Ｓ４は、図４に示すようなホイトストンブリッジを形成すべく相互に結線され、被測定荷重Ｗが可動柱部３１２に作用することによる各可撓部ｅの歪みに起因する各歪みゲージＳ１〜Ｓ４の抵抗値変化により、ホイトストンブリッジの出力が被測定荷重に比例した値となって、測定値の演算に供される。すなわち、被測定荷重の負荷により、歪みゲージＳ１とＳ２にはそれぞれ圧縮歪みが、歪みゲージＳ３とＳ４にはそれぞれ引張歪みが生じる。圧縮歪みと引張歪みはほぼ同値となり、図４に示したホイトストンブリッジにより抵抗値の変化として被測定荷重Ｗが検出される。
【０００４】
このようなロードセルにおいて、荷重の測定範囲を広げるためには、起歪体３１の変形許容量、より詳しくは各可撓部ｅの弾性変形許容量を大きくすべく、各可撓部ｅを薄くするなどの対策が採られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４３２９４号公報（第２頁，第４頁，図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のように可撓部の弾性変形許容量を大きくしても、そこに貼着される歪みゲージの許容歪み量の制約があり、可撓部が大きく変形できるようにしても、その歪みゲージの許容歪み量の存在によって、荷重測定範囲を広げるには限界があった。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、歪みゲージの許容歪み量を増大させることなく、より広い荷重測定範囲を得ることのできるロードセルの提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のロードセルは、被測定荷重により変形する起歪体に複数の歪みゲージを貼着し、起歪体の無負荷状態を基準とした各歪みゲージの抵抗値変化から被測定荷重の大きさを検出するロードセルにおいて、無負荷状態の上記起歪体が、当該起歪体と同等の荷重−弾性変形の直線性を有する弾性部材により、被測定荷重の負荷方向と逆向きに所定の変形が与えられ、その逆向きの所定の変形状態における上記各歪みゲージの抵抗値を基準とてし被測定荷重の大きさを検出するよう構成されていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００９】
ここで、本発明においては、上記弾性部材として、上記起歪体と同材料・同形状の部材を用いる構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１０】
また、本発明においては、上記弾性部材を起歪体に対して一体に形成する構成（請求項３）を採用することもできる。
【００１１】
本発明は、起歪体に被測定荷重の負荷方向とは逆向きの予荷重を与えて歪ませ、その予荷重の付与状態における歪みゲージの抵抗値を基準として被測定荷重を検出することによって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１２】
すなわち、起歪体に被測定荷重の負荷方向と逆向きの変形を与えると、各歪みゲージには、被測定荷重の負荷時とそれぞれ逆向きの歪みが生じた状態となり、ホイトストンブリッジの出力は被測定荷重の測定時と極性が逆となる。このような逆向きの変形を、起歪体と同等の荷重−弾性変形の直線性を有する弾性部材によって、例えば各歪みゲージの許容歪み量相当量だけ付与しておき、無負荷状態においてホイトストンブリッジの出力が例えば−ｖであったとすると、被測定荷重を増大していくことにより、同出力は−ｖから０を経て＋へと転じ、＋ｖに到達した時点で各歪みゲージが許容歪み量に達する。つまり、歪みゲージの許容歪み量内で、従来の２倍の荷重測定範囲が得られる。
【００１３】
ここで、起歪体に予荷重を与える弾性部材を、起歪体と同等の荷重−弾性変形の直線性を有するものとすることによって、荷重検出出力の直線性についても起歪体のみで予荷重を与えない場合と同等となって問題は生じない。
【００１４】
そして、その予荷重を付与する弾性部材として、請求項２に係る発明のように、起歪体と同じ形状・材質のものとすれば、所要の荷重−弾性変形の直線性を容易に得ることができ、かつ、別設計の部材が不要となってコスト的にも有利となるという利点がある。
【００１５】
また、請求項３に係る発明のように、弾性部材を起歪体と一体に形成すると、所要スペースを小さくすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の正面図である。なお、この図１においては、起歪体１および弾性部材２の変形量については誇張して示している。
【００１７】
起歪体１は、従来と同等のロバーバル型のものであって、固定柱部１１と可動柱部１２を上下２本の梁部１３ａ，１３ｂで連結し、各梁部１３ａ，１３ｂの両端部にそれぞれ可撓部ｅを形成した構造を有している。また、各可撓部ｅにはそれぞれ歪みゲージＳ１〜Ｓ４が貼着されている。これらの各歪みゲージＳ１〜Ｓ４は、前記した図４と全く同様のホイトストンブリッジを形成するように相互に結線される。
【００１８】
弾性部材２は起歪体１と全く同じ材質および形状であって、固定柱部２１、可動柱部２２、上下２本の梁部２３ａ，２３ｂを備えるとともに、各梁部２３ａ，２３ｂの両端部にはそれぞれ可撓部ｅが形成されている。従ってこの弾性部材２の荷重−弾性変形の直線性は、起歪体１と同じである。
【００１９】
起歪体１および弾性部材２は、それぞれの固定柱部１１および２１の下面が例えば電子はかりのベースＢに固着され、起歪体１の可動柱部１２の下面に、弾性部材２の可動柱部２２の上面が所定の予荷重を以て当接し、これにより、起歪体１は可動柱部１２が上方に持ち上げられるように変形した状態となる。この弾性部材２の当接による起歪体１の変形により、各歪みゲージＳ１〜Ｓ４の歪み量がそれぞれ許容歪み量となるようにその予荷重が設定される。
【００２０】
なお、被測定荷重を載せるための測定皿Ｐは、起歪体１の可動柱部１２の上に皿受けＰＳを介して支持される。
【００２１】
以上の実施の形態において、測定皿Ｐに何も載せない無負荷状態においては、歪みゲージＳ１およびＳ２には引張歪みが、歪みゲージＳ３およびＳ４には圧縮歪みがそれぞれ生じた状態となる。この状態において、各歪みゲージＳ１〜Ｓ４によるホイトストンブリッジの出力が−ｖであるとすると、測定皿Ｐ上に被測定荷重を０から次第に増大させていくと、各歪みゲージＳ１〜Ｓ４の歪み量は次第に小さくなって、やがて逆向きの歪みが生じる。この間、ホイトストンブリッジの出力は−ｖから漸次０に近づき、０を越えて＋に転じる。そのホイトストンブリッジの出力が＋ｖとなった時点で、各歪みゲージＳ１〜Ｓ４は無負荷状態とは逆の許容歪み量に達する。
【００２２】
従って、以上の本発明の実施の形態によると、図３に示した従来のロードセルに比して、各歪みゲージＳ１〜Ｓ４の許容歪み量が同じであっても、荷重測定範囲を２倍とすることができる。
【００２３】
ここで、以上の実施の形態においては、起歪体１と弾性部材２とを別部材により形成した例を示したが、これらを一体に形成することも可能である。
図２（Ａ）はその例を示す正面図で、同図（Ｂ）はその右側面図である。なお、この図２においても、起歪体１０および弾性部材２０の変形量については誇張して示している。
【００２４】
この例において、起歪体１０の基本的な構成は、先の例と同様に固定柱部１０１、可動柱部１０２および上下２本の梁部１０３ａ，１０３ｂを備え、各梁部１０３ａ，１０３ｂの両端部にそれぞれ可撓部ｅを備えている。また、その各可撓部ｅにそれぞれ歪みゲージＳ１〜Ｓ４が貼着されている点も同等である。
【００２５】
また、弾性部材２０の基本的構造についても同様であり、固定柱部２０１、可動柱部２０２、およびこれらを連結する上下２本の梁部２０３ａ，２０３ｂを備え、その各梁部２０３ａ，２０３ｂの両端部には可撓部ｅが形成されている。
【００２６】
この例の特徴は、起歪体１０と弾性部材２０の固定柱部１０１と２０１が、相互に一体となっている点であり、弾性部材２０の梁部２０３ａ，２０４ｂおよび可動柱部２０２は、起歪体１０の梁部１０３ａ，１０３ｂおよび可動柱部１０２の両側にそれぞれ位置している。つまり、実際には、一枚の所要の厚みのある板状の母材をロバーバル型の起歪体と同様に加工した後、その固定柱部を除いて、板状母材の厚みを３分割する方向のスリットを形成し、中央部分を起歪体１０、その両側部分を弾性部材２０としている。
【００２７】
そして、両側の弾性部材２０の可動柱部２０２の下面に、凸形の歪み付与具３０の両端部分をねじ止めし、この歪み付与具３０の中央の突起部分により起歪体１０の可動柱部１０２の下面を押圧することにより、起歪体１０に対して被測定荷重の負荷方向と逆向きの変形を与えている。
【００２８】
この実施の形態において、両側の弾性部材２０の合計の厚みを、起歪体１０の厚みと同じにすることによって、先の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。しかも、この実施の形態においては、その長手方向への所要寸法が、図３に示した従来のロードセルと同等でいいという利点がある。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、弾性部材により起歪体に対して被測定荷重の負荷方向とは逆向きの変形を与えた状態を無負荷状態として、その状態における歪みゲージの抵抗値を基準として被測定荷重を検出するので、従来のロードセルに比して、同じ許容歪み量の歪みゲージを用いても、荷重測定範囲を最大で２倍にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の正面図であり、各部の変形量を誇張して示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の正面図（Ａ）およびその右側面図（Ｂ）であり、同じく各部の変形量を誇張して示す図である。
【図３】従来のロードセルの構成例を示す正面図である。
【図４】ロードセルに貼着された各歪みゲージＳ１〜Ｓ４により形成されるホイトストンブリッジの説明図である。
【符号の説明】
１，１０起歪体
１１，１０１固定柱部
１２，１０２可動柱部
１３ａ，１３ｂ，１０３ａ，１０３ｂ梁部
２，２０弾性部材
２１，２０１固定柱部
２２，２０２可動柱部
２３ａ，２３ｂ，２０３ａ，２０３ｂ梁部
３０歪み付与具
ｅ可撓部
Ｓ１〜Ｓ４歪みゲージ

Claims

被測定荷重により変形する起歪体に複数の歪みゲージを貼着し、起歪体の無負荷状態を基準とした各歪みゲージの抵抗値変化から被測定荷重の大きさを検出するロードセルにおいて、
無負荷状態の上記起歪体が、当該起歪体と同等の荷重−弾性変形の直線性を有する弾性部材により、被測定荷重の負荷方向と逆向きに所定の変形が与えられ、その逆向きの所定の変形状態における上記各歪みゲージの抵抗値を基準として被測定荷重の大きさを検出するよう構成されていることを特徴とするロードセル。
上記弾性部材が、上記起歪体と同材料・同形状の部材であることを特徴とする請求項１に記載のロードセル。
上記弾性部材が、上記起歪体のと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロードセル。