JP2006300579A - 荷重伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】フレームを介してロードセルに一定の荷重伝達をなすことを可能とし、スパン誤差を軽減する荷重伝達機構を提供する。
【解決手段】ロバーバル機構を成すロードセルに荷重を伝達する荷重伝達機構において、荷重伝達部材は、荷重伝達部材上面の内、少なくともロードセル取付部直上面を、カバー部材に非接触の状態を保つ一段低い段差に形成した凹面部として備えて成ることから、カバー部材上に載置した被計量物の荷重の重心位置が同じであれば、集中荷重又は分割荷重を問わず、荷重伝達部材の変形又はロードセルに掛かるモーメントの影響の差を低減し、ロードセルには荷重伝達部材を介した一定の荷重伝達をなすことを可能とし、被計量物の荷重位置によって生じるスパン誤差を軽減することを可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は重量計内部に組み込まれる荷重伝達機構に関する。

従来、ロードセルを用いた重量計において、荷重を直接ロードセルに負荷するのではなく、被計量物からの荷重を受けてロードセルに伝達するための荷重伝達部材（以下、フレームと言う。）を介して荷重を負荷する荷重伝達機構が数多く提案されている。

例えば、Ｘ字型に形成したフレームの交差部をロードセル上面に取り付けて成り、前記Ｘ字型フレームの各端部は、被計量物を載せるカバー部材の四隅付近に位置し、カバー部材に掛かる荷重を受ける荷重受部を設けて、カバー部材の四隅を支持して構成する。これにより、被計量物の荷重が、カバー部材の四隅から前記Ｘ字型フレームを介してロードセルに伝達される機構を成すものである（例えば、特許文献１又は２参照）。

また、Ｈ字型に形成したフレームをロードセルの側端面に取り付け、上記荷重伝達機構と同様にして、フレームの各端部にカバー部材の４隅から荷重を受ける荷重受部を設けて構成したものが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

これらの荷重伝達機構は、カバー部材上に載置された被計量物の荷重を、常にカバー部材の四隅を支持するフレームの各端部で受け、前記フレームの撓み変形を伴ってロードセルに伝達するため、ロードセルに掛かる荷重を安定させる効果がある。また、前記フレーム又は荷重受部を弾性体で構成することにより、カバー部材上に被計量物を落下させてしまった場合等の衝撃を緩和しロードセルを保護する効果を有する。
実開昭５８−１９２３６号公報 特開昭６２−１９０４２２号公報 実開昭５９−６８２３０号公報

しかしながら、従来の荷重伝達機構は、カバー部材の強度、荷重受部によるカバー部材とフレーム間の距離又はカバー部材上に載置した被計量物の荷重位置などによっては、前記カバー部材中央に荷重を負荷した場合、カバー部材が撓み、フレーム又はロードセルに接触してしまう（上記特許文献１又は２の従来例においては、ロードセルに取り付けたＸ字型フレームの交差部に当たり、特許文献３の例ではロードセル自体に当たる。）。つまり、フレームの四隅からロードセルに伝達されていた荷重の一部又はそのほとんどが、前記フレームの四隅を介さずにロードセル上面直上付近から直接荷重が負荷されることになる。すなわち、モーメントがほぼゼロに近い荷重が負荷され、明らかにフレームの四隅からのみロードセルに負荷されていた場合とは、ロードセルに掛かる影響が異なると言える。

これは、実施例において詳述する、発明者らの実測結果に示すようにスパン誤差となって現れるものである。しかも、低荷重負荷時には上記のような接触は起きず、荷重が一定以上負荷されたときに接触する場合があり、接触した時点でロードセルが受けるモーメントの影響が急に変化するために、非直線性精度の低下を引き起こす可能性があった。

この影響を単純に回避しようとする場合、カバー部材が撓まないようにカバー部材の強度を上げる、カバー部材とフレーム間が接触しない距離を保持することが考えられるが、重量計自体重くなる、高さが高くなる又はコストアップになるなど、薄型且つ軽量で、使いやすい重量計を目指す場合には不向きである。

従って本発明は上述の問題点を解決し、フレームを介してロードセルに一定の荷重伝達をなすことを可能とし、スパン誤差を軽減する荷重伝達機構を提供する。

上記課題を解決するために本発明は、両端部を各々荷重点側端部及び支点側端部として有し、両端部の間に感歪部を有して成るロードセルと、前記ロードセルの荷重点側端部上面に固定するためのロードセル取付部を有する荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材に支持され、被計量物を載置するカバー部材とを備え、前記カバー部材に掛かる荷重を荷重伝達部材を介してロードセルに伝達する荷重伝達機構において、前記荷重伝達部材は、前記荷重伝達部材上面の内、少なくともロードセル取付部直上面を、前記カバー部材に非接触の状態を保つ一段低い段差に形成した凹面部として備えて成る。荷重伝達機構を提供する。

また、前記荷重伝達部材は、前記ロードセル取付部を囲む外枠を備え、ロードセル取付部と外枠とを放射状に配した複数のリブで接続して成り、前記凹面部の範囲を、ロードセル取付部直上面と前記複数のリブの一部を含む範囲とする。

更に、前記荷重伝達部材は、被計量物を載置する載置面を備えるカバー部材を、荷重伝達部材上面の内、少なくとも四隅近傍で支持するものであり、前記凹面部の範囲を、荷重によるカバー部材の撓み量に従って設定する。

本発明の荷重伝達機構は、両端部を各々荷重点側端部及び支点側端部として有し、両端部の間に感歪部を有して成るロードセルと、前記ロードセルの荷重点側端部上面に固定するためのロードセル取付部を有する荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材に支持され、被計量物を載置するカバー部材とを備え、前記カバー部材に掛かる荷重を荷重伝達部材を介してロードセルに伝達する荷重伝達機構において、前記荷重伝達部材は、前記荷重伝達部材上面の内、少なくともロードセル取付部直上面を、前記カバー部材に非接触の状態を保つ一段低い段差に形成した凹面部として備えて成ることから、カバー部材上に載置した被計量物の荷重の重心位置が同じであれば、集中荷重又は分割荷重を問わず、荷重伝達部材の変形又はロードセルに掛かるモーメントの影響の差を低減し、ロードセルには荷重伝達部材を介した一定の荷重伝達をなすことを可能とし、被計量物の荷重位置によって生じるスパン誤差を軽減することを可能とする。

また、前記荷重伝達部材は、前記ロードセル取付部を囲む外枠を備え、ロードセル取付部と外枠とを放射状に配した複数のリブで接続して成り、前記凹面部の範囲を、ロードセル取付部直上面と前記複数のリブの一部を含む範囲とすることから、既存の荷重伝達部材に対しても、容易に設計及び加工して応用することを可能とするものである。

更に、前記荷重伝達部材は、被計量物を載置する載置面を備えるカバー部材を、荷重伝達部材上面の内、少なくとも四隅近傍で支持するものであり、前記凹面部の範囲を、荷重によるカバー部材の撓み量に従って設定することから、カバー部材の強度が弱い場合であっても対応可能であり、カバー部材自体に掛かるコストの低減を可能とする。

本発明の荷重伝達機構は、両端部を各々荷重点側端部及び支点側端部として有し、両端部の間に感歪部を有して成るロードセルと、前記ロードセルの荷重点側端部上面に固定するためのロードセル取付部を有する荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材に支持され、被計量物を載置するカバー部材とを備え、前記カバー部材に掛かる荷重を荷重伝達部材を介してロードセルに伝達する荷重伝達機構において、前記荷重伝達部材は、前記荷重伝達部材上面の内、少なくともロードセル取付部直上面を、前記カバー部材に非接触の状態を保つ一段低い段差に形成した凹面部として備えて成る。

また、前記荷重伝達部材は、前記ロードセル取付部を囲む外枠を備え、ロードセル取付部と外枠とを放射状に配した複数のリブで接続して成り、前記凹面部の範囲を、ロードセル取付部直上面と前記複数のリブの一部を含む範囲とするものである。

更に、前記荷重伝達部材は、被計量物を載置する載置面を備えるカバー部材を、荷重伝達部材上面の内、少なくとも四隅近傍で支持するものであり、前記凹面部の範囲を、荷重によるカバー部材の撓み量に従って設定するものである。

本発明の実施例の荷重伝達機構の構成を図１乃至図５を用いて説明する。図１は重量計内部の荷重伝達機構の組図正面図であり、図２はロードセル取付側から見たフレームの正面図であり、図３は図２の裏面図であり、図４は図３のＡ−Ａ断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ断面図である。

まず、図１に示すように、本実施例の荷重伝達機構は、公知のロバーバル機構を成すロードセル１、ロードセルへ荷重を伝達する荷重伝達手段である荷重点側フレーム２と支点側フレーム３、及びロードセルの所定の位置に各フレーム２及び３を各々固定して取り付けるネジ４とから構成される。ここでは、支点側フレーム３を点線で示してある。また、被計量物を載置する載置部となるカバー５を、前記荷重点側フレーム２の上面にビス止めして構成する。

なお、ロードセルは公知であるため、説明を省略する。

また、ロードセル１の取付側から見た荷重点側フレーム２の正面図である図２に示すように、前記荷重点側フレーム２は、前記ネジ４を通すための孔２ａを含めた斜線部で示したロードセル取付面２ｂを中央付近に備え、このロードセル取付面２ｂをコの字型に囲むリブ２ｃと外枠２ｄとを数本の接続用リブ２ｅにより接続して形成されるものであり、前記ロードセル取付面２ｂに、前記接続用リブ２ｅを繋ぐ補強リブ２ｇを形成してなる。また、前記カバー５を荷重点側フレーム２の四隅付近に取り付けて固定するための固定部２ｆを備えて構成する。

また、前記図２の裏面、すなわち、荷重点側フレーム２のカバー５の取付側から見た図である図３に示すように、図中斜線部で示した面は、前記図２のロードセル１取付側にロードセル取付面２ｂ及びコの字型リブ２ｃとその近傍の接続用リブ２ｅの一部を含む範囲、図中ではｍ×ｎの寸法で示される範囲を凹形状に形成し、凹面部２αとするものである。ここで、前記寸法ｍ及びｎは、カバー５の撓み量に従って設定されるものであり、カバー５の撓み量が多ければ前記ｍ及びｎの寸法を小さく設定して凹面部２αの範囲を狭め、撓み量が少なければ前記ｍ及びｎの寸法を大きく設定して凹面部２αの範囲を広げるように設定するものである。

また、図４のＡ−Ａ断面図及び図５のＢ−Ｂ断面図にそれぞれ示すように、前記凹面部２αは深さｋとし、その他カバー５取付側の荷重点側フレーム２は、同一平面上に形成されて成るものとする。なお、図４及び図５の断面図において、ネジ４の図示を省略してあるが、以降の断面図においてもネジを省略して図示しているものとする。

また、前記支点側フレーム３は、荷重点側フレーム２と同形状に形成されたものであり、図示しないが、荷重点側フレーム２と同様の符号を用いて、孔３ａ、ロードセル取付面３ｂ、リブ３ｃ、外枠３ｄ、接続用リブ３ｅ、重量計のベース部材を取り付けて固定するための固定部３ｆ、及び補強リブ３ｇを備えて構成するものである。

続いて、図６乃至図８を用いてカバー５上の荷重位置による荷重伝達機構の変形をを説明する。図６はカバー上の荷重位置を示す図であり、点線で示したロードセル１の中央の位置を荷重点Ｐとし、荷重点Ｐから図示したように距離ｈだけ離した位置を荷重点Ｑ１及びＱ２とする。また、図７は、荷重点Ｐに集中荷重Ｒを負荷した状態の図１のＸ−Ｘ断面図を示し、図８は、荷重の重心位置をロードセル１の中央となるように、荷重点Ｑ１及びＱ２に前記集中荷重Ｒを各々Ｒ／２として分割して負荷した状態の図１のＸ−Ｘ断面図を示したものである。ただし、図７及び図８共に支点側フレーム３を省略した図である。

図７によると、前記凹面部２αにカバー部材５が接触しないため、荷重Ｒは、ロードセル取付面２ｂに直接的な荷重が負荷されることなく、図中黒矢印で示すようにカバー５に接している荷重点側フレーム２から荷重が伝達される、すなわち、外枠２ｄ及び接続用リブ２ｅの一部の撓み変形を伴ってロードセル１へ荷重が伝達されることが分かる。

図８に示した、荷重を分割して負荷した場合も前記図７と同様に、図中黒矢印で示すように荷重点側フレーム２外枠２ｄ及び接続用リブ２ｅの一部の撓み変形を伴ってロードセル１へ荷重が伝達される。従って、荷重位置によるロードセル取付面２ｂにかかるモーメントの影響の差が少なくなり、ロードセル取付面から常にほぼ一定の荷重伝達が可能となる。

以下、従来の荷重伝達機構と本実施例の荷重伝達機構との実測による精度比較を示すため、図９に従来の荷重点側フレームの形状を示し、図１０乃至図１３を用いて実測データの比較結果を示す。

図９に示す従来の荷重点側フレーム１０２は、前記図２乃至図５に示した本実施例の荷重点側フレーム２に対して、凹面部２α及び補強リブ２ｇを設けることなく、荷重点側フレーム１０２のカバー５取付側は同一平面上に形成されて成るものであり、その他構成は、前述の荷重点側フレーム２と同様にして構成するものである。以下に示す実測においては、前記従来の荷重点側フレーム１０２と同様に形成した支点側フレーム１０３を用いて、前記図１に示した荷重点側フレーム２及び支点側フレーム３に代えて荷重伝達機構を構成して測定したものである。

図１０乃至図１３を用いて、従来の荷重伝達機構と上述した本発明の荷重伝達機構とを用いて実測した精度比較結果を示す。この測定は、秤量２７０ｋｇとし、２５０ｋｇまで５０ｋｇずつのステップ荷重負荷及び除去時の各歪量をカウント値として出力する回路を介して、データを取得したものであり、前記図６乃至８に示したように、荷重点Ｐへの集中荷重と荷重点Ｑ１及びＱ２への分割荷重とを比較したものである。ただし、前記カウント値は５ｇを１カウントとして出力される。

図１０は、各々従来の荷重伝達機構における荷重点Ｐへの集中荷重による代表的な実測データを示す図であり、図１１は、同じく荷重点Ｑ１及びＱ２への分割荷重によるデータである。また、図１２及び図１３は、各々、本発明の荷重伝達機構における前記集中荷重及び分割荷重による各データを示すものである。

この結果において、集中荷重負荷時と分割荷重負荷時とのスパンの差に着目すると、図１０及び図１１に示した従来の荷重伝達機構においては、秤量荷重時のカウント値は各々５４００４（ｃｏｕｎｔ）及び５３９８９（ｃｏｕｎｔ）で示されており、その差は１５（ｃｏｕｎｔ）となり、荷重値換算では７５（ｇ）に相当する。

これに比べ、図１２及び図１３に示した本発明の荷重伝達機構における同カウント値は、各々５４００２（ｃｏｕｎｔ）及び５４００１（ｃｏｕｎｔ）であり、その差は僅か１（ｃｏｕｎｔ）であり、荷重値換算で５（ｇ）程度まで軽減させることが可能であることが分かる。

更に、凹面部２αを形成するために設けた前記補強リブ２ｇの影響によりフレーム２自体の撓みに対する強度が高くなるため、非直線性能を比較してみると、従来の荷重伝達機構では、秤量５４０００（ｃｏｕｎｔ）に対して７又は８（ｃｏｕｎｔ）あったのに対して、本発明の荷重伝達機構では、５（ｃｏｕｎｔ）程度まで減少し、精度アップも可能とするものであることが分かる。

なお、本実施例では、荷重点側フレーム２とカバー５とが、荷重を負荷していない状態で、前記凹面部２α以外の部分で接触している構成の荷重伝達機構を例に挙げたが、従来例に示したように、荷重を負荷していない状態では、荷重点側フレーム２がカバー５の四隅付近のみを支持して成りる構成の荷重伝達機構であっても、当然本実施例と同様の効果があるといえる。

また、ここでは、公知のロードセルとして詳述しなかったが、ロードセルの形状によっては、荷重点側フレーム２のロードセル取付面２ｂに、フレーム自体の撓みを抑えるようなリブを追加することにより、ロードセルに安定した荷重をより効果的に伝達することも可能である。例えば、図１４に示すように、荷重点側フレーム２の取付位置付近に大きく溝を設けてあるようなロードセル１０１の場合においては、図１５のフレーム正面図及び図１６の略組図Ｚ−Ｚ断面図に示すように、荷重時に前記溝に接触しない程度の補助用リブ２ｚを設けるものであっても良い。

本実施例の荷重伝達機構の組み図正面図である。 ロードセル取り付け側から見たフレームの正面図である。 図２の裏面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 カバー上の荷重位置を示す図である。 図６の荷重点Ｐに集中荷重Ｒを負荷した状態のＸ−Ｘ断面図である。 図６の荷重点Ｑ１及びＱ２に分割荷重Ｒ／２を負荷した状態のＸ−Ｘ断面図である。 従来のフレーム形状を示す図である。 従来の荷重伝達機構を用いた荷重点Ｐへの集中荷重を負荷したときの代表的な実測データである。 従来の荷重伝達機構を用いた荷重点Ｑ１及びＱ２への分割荷重を負荷したときの代表的な実測データである。 本発明の荷重伝達機構を用いた荷重点Ｐへの集中荷重を負荷したときの代表的な実測データである。 本発明の荷重伝達機構を用いた荷重点Ｑ１及びＱ２への分割荷重を負荷したときの代表的な実測データである。 既存のロードセルの一例を示す図である。 本発明のフレームの別の形態の一例を示す正面図である。 図１４の略組み図のＺ−Ｚ断面図である。

符号の説明

１ ロードセル
２ 荷重点側フレーム
２ａ 孔
２ｂ ロードセル取付面
２ｃ リブ
２ｄ 外枠
２ｅ 接続用リブ
２ｆ 固定部
２ｇ 補強リブ
２α 凹面部
２ｚ 補助用リブ
３ 支点側フレーム
４ ネジ
５ カバー
１０１ ロードセル
１０２ 荷重点側フレーム

Claims (3)

1. 両端部を各々荷重点側端部及び支点側端部として有し、両端部の間に感歪部を有して成るロードセルと、前記ロードセルの荷重点側端部上面に固定するためのロードセル取付部を有する荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材に支持され、被計量物を載置するカバー部材とを備え、前記カバー部材に掛かる荷重を荷重伝達部材を介してロードセルに伝達する荷重伝達機構において、
   前記荷重伝達部材は、前記荷重伝達部材上面の内、少なくともロードセル取付部直上面を、前記カバー部材に非接触の状態を保つ一段低い段差に形成した凹面部として備えて成ることを特徴とする荷重伝達機構。
2. 前記荷重伝達部材は、前記ロードセル取付部を囲む外枠を備え、ロードセル取付部と外枠とを放射状に配した複数のリブで接続して成り、前記凹面部の範囲を、ロードセル取付部直上面と前記複数のリブの一部を含む範囲とすることを特徴とする請求項１記載の荷重伝達機構。
3. 前記荷重伝達部材は、被計量物を載置する載置面を備えるカバー部材を、荷重伝達部材上面の内、少なくとも四隅近傍で支持するものであり、前記凹面部の範囲を、荷重によるカバー部材の撓み量に従って設定することを特徴とする請求項１又は２記載の荷重伝達機構。
   
   

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