JP2005114599A - 荷重測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の荷重測定装置1は、基台3と、基台3上に軸支された回転軸4と、回転軸4に片持ち梁状に固定され、測定対象物2の荷重を受けることにより回転軸4を中心に回転する荷重受け部材5と、基台3及び回転軸4の双方に固定され、回転軸4に生じたトルクに抗する荷重伝達部材6と、荷重伝達部材6の表面に貼付され、荷重伝達部材6に生じた弾性変形量を電気抵抗に変換するひずみゲージ7と、回転軸4に対し、測定対象物2の荷重により生じたトルクを相殺する負荷トルクを伝達するように構成された荷重反力発生機構8とを備えている。
【選択図】 図1
Description
しかし、ある大きな荷重値(例えば1000kgf=106gf)を規格値として、その規格値より極めて小さい、例えば10-5(0.001%オーダー)の荷重のふれ、誤差、変動など(前例では10g)を伴う測定対象物を測定する場合には、極めて高精度のロードセルを用いなければならないという問題がある。
従って、本発明の目的は、大荷重の測定対象物を測定するにあたって、荷重のふれ、誤差、変動などがロードセル(ひずみゲージ)の測定精度を超えていてもこのような既存のロードセルを利用して高精度に測定し得る荷重測定装置を提供することにある。
なお、本出願において、「荷重差分」とは、測定対象物に対し予め設定された反力と測定対象物の実際の荷重の差分を言う。例えば測定対象物に対し設定反力が99Kgf、測定対象物の実際の荷重が100Kgfであれば1Kgfが荷重差分である。機構的には荷重反力発生機構(例えば、ばね)で設定した値が本出願で言う「予め設定する反力」に相当し、測定対象物の実際の荷重と荷重反力発生機構(例えば、ばね)に発生する荷重の差分が「荷重差分」である。
図1(a)(b)又は図2に示すように、本実施形態の荷重測定装置1は、測定対象物2と荷重反力発生機構8の反力との差である荷重差分ΔFをトルクΔT1に変換し、トルクΔT1に抗して生じる抗力F3を電気抵抗に変換することにより、測定対象物2の上記荷重差分F1を測定する装置であって、基台3、回転軸4、荷重受け部材5、荷重伝達部材6、ひずみゲージ7、荷重反力発生機構8等を備えている。以下、かかる荷重測定装置1の詳細を述べる。
基台3の後方部(x+側部位)には、一対の軸受ブロック11、11が立設されており、軸受ブロック11には、回転軸4が軸支されている。この回転軸4は、y軸回りに回転するようになっている。
水平梁部6aの端部は、回転軸4の中央部に固定端Pとして固定されており、鉛直梁部6bの端部は、基台3に固定されている。このような荷重伝達部材6は、無荷重状態の荷重受け部材5を基台3と平行に保持し、荷重受け部材が荷重差分を受けた状態で、この荷重差分により回転軸4に生じたトルクΔT1に抗するようになっている。
なお、ひずみゲージ7には、リード線等を介して、ひずみ指示器、増幅器、計算機、記録計等が電気的に接続されており(以上図示しない)、ひずみゲージからの入力信号に基づいて、荷重受け部材5上に載置された測定対象物2の荷重値ΔF1に関する情報(正確には、変動荷重Bに関する情報、詳細後述)に変換できるようになっている。
なお、荷重受け部材5には、ストッパ12が設けられており、このストッパ12は、ばね8Aの負荷荷重F2を受けて、無負荷状態の荷重受け部材5を水平状態に保持するようになっている。
粉体等を充填した容器を静荷重の測定対象とし、荷重測定を繰り返し行う。測定対象物2の荷重F1は、規定荷重Aが105gf(=100kgf)であり、変動荷重Bが10gf以内とし、実際に要求される測定精度Cが10-4がである場合において、ロードセル7’にあっては、定格容量が10kgf、誤差範囲が±10gf(機器上の測定精度が10-3)のものと、ばね8Aにあっては、負荷荷重F2が98Kgf±1Kgfのものを用意する。
1個のロードセルが容量100Kgで、そのロードセルに対して10gの測定精度を実現させることは非常に技術的に困難であり、それが達成できたとしてもそのロードセルは非常に高価なものとなる。一方、ばね(荷重反力発生機構)を98Kgf±1Kgfの範囲に調整することは現実的に可能な範囲なので、定格容量が1Kgf、測定誤差範囲±10gfというロードセルを製造することは困難ではない。本実施形態では、困難性なく製造できるロードセル、すなわち既存のロードセルを用いて、従来は実現が困難であった荷重変動の高精度測定が可能となる。
荷重差分はプラスマイナスに変動するので、常に抗力がかかる状態に、ばね調整(荷重反力発生機構)を設定しておけば、荷重の変動分を常に検出する事ができる。
この場合、荷重伝達部材6においては、水平梁部6aの固定端Pに微小トルクΔT1が作用し、鉛直梁部6bの固定端Rには、鉛直上向きの圧縮荷重F3が作用し、この反力として鉛直下向きの圧縮荷重F3’がロードセル7’に作用する。
ここに、測定感度ν=(作用線距離l1)/(作用線距離l2)とした場合、この測定感度νは、荷重伝達部材6の長さ調節により設定変更が可能であり、圧縮荷重F3’を増減させることにより、ロードセル7’の感度をその誤差範囲内で上げるための値である。
なお、測定対象物2の荷重F1よりもばね8Aの負荷荷重F2を大きく設定した場合は、図1に示す装置では、ΔFがマイナスとなるのでロードセル7’に荷重がかからない状態となる。この場合には、荷重伝達部材6を、荷重受け部材5を対称(軸対称)中心として天地逆となる位置に設ける構成にすれば、ロードセルに荷重がかかるようになり、荷重差分の測定が可能となる。しかし、このような構成では、ロードセル7’を受けるための基台3を図1の上方にまで延出することになり、装置としての構成が若干複雑化する。よって、図1に示すように、ばね8A、ロードセル7’が水平の基台3上にまとめて設置される方が装置としての構成が簡略であり、調整も行いやすい。そこで、測定対象物2の荷重F1よりもばね8Aの反力F2が小さくなるように設定するのが装置の実用面では好ましいといえる。この点は、ばねに替えて分銅(図3参照)や減速ギヤ(図4参照)を用いた場合でも同様である。
例えば、グラビア塗布のように、フィルムに高粘性の塗料を塗布する工程においては、フィルム上の塗料を平滑化するために、ローラ状のスムーザが用いられる。このスムーザは、微小な変動荷重を伴いながら、連続的に大きな荷重を受け、このようなスムーザを、動荷重の測定対象とする。
特に、本実施形態の場合、測定対象物2に係わる測定を該測定対称物自体の荷重ではなく、変動荷重Bにしたため、変動荷重Bの測定範囲に合わせてロードセル7’の定格容量を決定することができるため、精度の高い測定に適したロードセル7’を選択することができる。
本実施形態の荷重測定装置1Aは、荷重反力発生機構8が、上皿天秤構造を採用している点で上記第1実施形態と主に異なり、この異なる点について説明し、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の場合、荷重反力発生機構8は、錘8Bと、錘受け部材8Cとからなる。錘受け部材8Cは、回転軸4の中心線L1に対し、上記荷重受け部材5と略線対称構造であり、回転軸4に対し荷重支持梁部5aと反対側に固定された錘支持梁部8C1と、この後端部分に固定された錘受皿部8C2とからなる。
ここに、てこ長比κ=(作用線距離l1)/(作用線距離l3)[l1:回転軸4の中心線L1と荷重受皿部5bの中心線L2との間の水平距離、l3:回転軸4の中心線L1と錘受皿部8C2の中心線L4との間の水平距離]とした場合、このてこ長比κは、荷重支持梁部5aの長さに対して錘支持梁部8C1の長さを変更することによりその値を変更することが可能であり、錘8Bの荷重(分銅の数)を減少させることができる。
その後の作用は、上記第1実施形態と同様である。
本実施形態の荷重測定装置1Cは、荷重反力発生機構8が、減速ギヤ構造を採用している点で上記第1、第2実施形態と主に異なり、この異なる点について説明し、上記第1、第2実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の場合、荷重反力発生機構8は、減速ギヤ列80である。この減速ギヤ列80は、回転軸4に固定されたトルク発生ギヤ84及び所定の負荷を有する負荷ギヤ81を含む複数のギヤが所定の減速比uで配列されてなる。負荷ギヤ81は、その支軸13に固定された錘14により、時計回り方向の駆動トルクTdを発生するように構成されている。
このような減速ギヤ列80は、本実施形態では、負荷ギヤ81(歯数Z1)、第1従動ギヤ82(歯数Z2)、第2従動ギヤ83(Z3)、トルク発生ギヤ84(Z4)から構成されており、減速比uは次の式(1)で示される。
u=(Z1・Z3)/(Z2・Z4) … 式(1)
この減速比uは、負荷ギヤ81に発生させた駆動トルクTdを、トルク発生ギヤ84に増幅して伝達させるための値であり、1より小さい値(例えば1/10)に設定されている。
例えば、図5に示すように、上記第1実施形態の荷重測定装置1において、基台3の下方に別の基台30を配置し、これらの間に別のロードセル70を設置することにより、測定対象物2の変動荷重Bだけでなく、測定対象物2自体の荷重(規定荷重A+変動荷重B)を測定できる。
第1〜第3実施形態において、荷重伝達部材にひずみゲージを設置せず、回転軸の表面にトルク検出機構を直接貼付して回転軸に生じたトルクを検出するようにしてもよい。この場合、トルク検出機構としては、上記実施例で用いたひずみゲージ等が挙げられる。
3 基台
4 回転軸
5 荷重受け部材
6 荷重伝達部材
7 ひずみゲージ
8 荷重反力発生機構
8A ばね
8B 錘
8C 錘受け部材
80 減速ギヤ列
Claims (6)
- 測定対象物に対し予め設定された反力と該測定対象物の実際の荷重の差を荷重差分としてトルクに変換し、該トルクと平衡するトルクを発生させる抗力を電気抵抗に変換することにより、測定対象物の該荷重差分を測定する荷重測定装置であって、
基台上に軸支された回転軸と、
前記回転軸に片持ち梁状に固定され、前記測定対象物の荷重を受けることにより前記回転軸を中心に回転する荷重受け部材と、
前記基台及び前記回転軸の双方に固定され、前記回転軸に生じたトルクに抗する荷重伝達部材と、
前記荷重伝達部材の先端に設置され、前記荷重伝達部材に生じた抗力を電気抵抗に変換するひずみゲージと、
前記回転軸に対し、前記測定対象物の荷重と逆向きであってほぼ等価の反力を伝達するように構成された荷重反力発生機構とを備えた荷重測定装置。 - 前記荷重反力発生機構は、ばねであり、
前記ばねは、前記測定対象物の荷重と逆向きであってほぼ等価の荷重を前記荷重受け部材に付勢するように構成されている請求項1に記載の荷重測定装置。 - 前記荷重反力発生機構は、錘と、該錘を受ける錘受け部材とからなり、前記錘は、前記測定対象物の荷重とほぼ等価の荷重に設定されており、
前記錘受け部材は、前記回転軸に対し前記荷重受け部材と反対側に固定され、前記錘の荷重を受けることにより、前記回転軸を支点に前記荷重受け部材と共に揺動するように構成されている請求項1に記載の荷重測定装置。 - 前記荷重反力発生機構は、減速ギヤ列であり、
前記減速ギヤ列は、前記回転軸に固定されたトルク発生ギヤ及び所定の負荷を有する負荷ギヤを含む複数のギヤが所定の減速比で配列されてなり、該減速比が、該負荷ギヤに生じたトルクを該トルク発生ギヤに増幅して伝達するように設定されている請求項1記載に荷重測定装置。 - 前記荷重伝達部材は、前記回転軸に固定された水平梁部と、前記基台に固定され前記ひずみゲージが貼付された鉛直梁部とがL字状に連結されてなり、該水平梁部が該鉛直梁部と共に前記回転軸に対し水平方向に長さ調節可能に構成されている請求項1〜4の何れかに記載の荷重測定装置。
- 測定対象物に対し予め設定された反力と該測定対象物の実際の荷重の差を荷重差分としてトルクに変換し、該トルクと平衡するトルクを発生させる抗力を電気抵抗に変換することにより、該測定対象物の該荷重差分を測定する荷重測定装置であって、
基台上に軸支された回転軸と、
前記回転軸に片持ち梁状に固定され、前記測定対象物の荷重を受けることにより前記回転軸を中心に回転する荷重受け部材と、
前記基台及び前記回転軸の双方に固定され、前記回転軸に生じたトルクに抗する荷重伝達部材と、
前記回転軸の表面に貼付され、前記回転軸に生じたトルクを検出する検出機構と、
前記回転軸に対し、前記測定対象物の荷重と逆向きであってほぼ等価の反力を伝達するように構成された荷重反力発生機構とを備えた荷重測定装置。
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