JP2008101955A - ロードセルおよび該ロードセルを備えた計量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計量装置の荷重検出用ロードセルの配置場所を工夫し、荷重検出精度を向上させると共に、荷重検出機構を簡単なものとし部品点数を削減する。
【解決手段】左右いずれか一端側に荷重受台固定用のボルト穴、他端側に支持台固定用のボルト穴を備えた厚肉金属板からなるロードセル本体を備え、該ロードセル本体は前記荷重受台を前記支持台に片持ち支持する板バネとして介在させるものであり、前記ロードセル本体は、前記左右両端側のボルト穴に挟まれた中央部の前後方向の両側に薄肉とされた一対の起歪部を備え、これら一対の起歪部にそれぞれ歪みゲージを貼り付けている。
【選択図】図１

Description

本発明はロードセルおよび該ロードセルを備えた計量装置に関し、ロードセルの荷重検出精度を向上させると共に、荷重検出機構を簡素化して部品点数を削減するものである。

従来より物体の重量を計量するために歪みゲージを用いた様々なロードセルが利用されている。一般的なロードセルは、機械加工で起歪体を成形すると共に、該起歪体の薄肉部に歪ゲージを貼着し、荷重による負荷で該薄肉部に生じるひずみを検出して荷重値を換算する構造としている。
一定重量の粉体を袋詰めにするパッカーの計量装置では、パッカー本体側に取り付けたビーム型ロードセルに吊り下げ金具を取り付け、該吊り下げ金具を介して粉体を袋詰めした包装体を載せた計量部を支持し、包装体に充填された粉体の重量を検出しながら一定重量を袋詰めにしている。

ビーム型ロードセルを用いたパッカーでは、吊り下げ金具をパッカー本体あるいは計量装置に対して正確に垂直に組みつけなければ精度よく計量することができず、熟練した技術者でなければ精度よく組み付けることが困難であり、熟練した技術者であっても作業時間がかかっていた。また、ビーム型ロードセルや吊り下げ金具がパッカー本体と計量部との隙間にあるため、工具の挿入が困難となり組み付ける際の調整が難しく、精度よく組み付けることができない問題がある。
そのため、計量装置の構造を簡素化し、部品点数を減少させると共に、組立工数を削減することができるパッカーの計量装置が望まれている。

ロードセルで荷重を検出する装置として、特開２００４−９１０３１号公報（特許文献１）の車載袋詰め装置が提供されている。前記車載袋詰め装置は、図８に示すように、固定フレーム１と、固定フレーム１に固定されて袋を載せる可動フレーム２とを備えている。前記固定フレーム１に固定している固定桟３と前記可動フレーム２に固定している負荷付与部材４とを連結しているロードセル５で、可動フレーム２の袋載せ台６に載せた袋と充填された粉流体の計量を行っている。
しかしながら、前記特許文献１の車載袋詰め装置では、ロードセルに対して負荷付与部材を正確に垂直に取り付けなければ、袋および粉流体の計量を正確に行うことができず、荷重の検出精度が悪化すると共に、組み立て工数が増加する問題がある。

特開２００４−９１０３１号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、計量装置の荷重検出用ロードセルの配置位置を工夫し、荷重検出精度を向上させると共に、荷重検出機構を簡単なものとし部品点数を削減することを課題としている。

上記問題を解決するために、本発明は、左右いずれか一端側に荷重受台固定用のボルト穴、他端側に支持台固定用のボルト穴を備えた厚肉金属板からなるロードセル本体を備え、該ロードセル本体は前記荷重受台を前記支持台に片持ち支持する板バネとして介在させるものであり、
前記ロードセル本体は、前記左右両端側のボルト穴に挟まれた中央部の前後方向の両側（即ち、前記板バネの装架方向と直交する両側）に薄肉とされた一対の起歪部を備え、これら一対の起歪部にそれぞれ歪みゲージを貼り付けていることを特徴とするロードセルを提供している。

前記構成とすると、左右で片持ち支持されているロードセル本体に、板バネとして架け渡す方向と直交方向の前後方向に、間隔をおいて一対の起歪部を設けているため、ロードセル本体にかかるねじり応力も検出することができ、それぞれの起歪部に均等に荷重が負荷されなかった場合でも、精度よく荷重を検出することができる。よって、ロードセル本体に備えられているボルト穴にボルトを通し、支持台および荷重受台に固定するだけで、組付位置を高精度に維持しなくても、荷重検出精度を向上させることができる。
また、ロードセルを支持台と荷重受台との間に板バネとして装架して、荷重受台を弾性を有する片持ち支持する構成材として用いているため、荷重検出用のロードセルを計量装置側に取り付けなくても、荷重を検出することができ、部品点数を削減することができると共に、コストを削減することができる。

前記ロードセル本体の前後両側の一対の起歪部は対称形状とし、ロードセル本体の上下面に外端縁から矩形状の浅底段部を設けて薄肉部としていると共に、該薄肉部の内部に外端面より穴部を刳り込んで設け、該穴部は中央細孔部の左右両側に球状穴部を膨出させて設けた形状とし、これら左右両側の球状穴部と前記浅底段部の間を最薄肉部とし、該最薄肉部となる浅底段部の下面側を前記歪みゲージの貼り付け面としてもよい。

前記構成とすると、起歪部を薄肉部としていると共に、起歪部の歪みゲージを貼り付け面を最薄肉部としているので、局所的に最薄肉部に荷重を負荷することができ、発生する歪みを歪みゲージで的確に検出することができ、荷重の検出精度を向上させることができる。
また、ロードセルを荷重受台および支持台にボルト固定する際には上面側からボルトを固定する。ロードセル本体の下面側に歪みゲージを貼り付けているので、ボルト締めの際にも工具が歪みゲージに接触せず、歪みゲージが損傷することを防止することができる。

前記前後起歪部の対向する内端縁に沿って夫々長穴を設けていると共に、これら一対の左右方向に延在する長穴の一端側を連通する前後方向の１つの細穴を設けているのが好ましい。
前記構成とすると、荷重受台側のロードセルに荷重が負荷されると、長穴および細穴で囲まれた中央部分には荷重が負荷されないため、ロードセルに負荷された荷重が起歪部に集中し、より正確に負荷された荷重を検出することができる。

前記前後起歪部の対向する内端縁に沿って、前記ロードセル本体を前後方向で分割して、該ロードセル本体を前後一対の分割体から構成してもよい。
前記構成とすると、ロードセルに使用する材料を減らすことができるので、コストを削減することができる。また、一対の起歪部を分割しているので、計量装置のボルト穴の幅に合わせて配置することができ、様々な計量装置に貼り付けることができる。

前記各起歪部にはそれぞれ４枚の前記歪みゲージを貼り付けると共に、前記歪みゲージを用いてホイートストンブリッジ回路からの出力を並列和算する回路を設け、前記ロードセル本体の上面側から前記歪みゲージと接続されたケーブルを引き出しているのが好ましい。
前記構成とすると、各組の起歪部の歪みゲージで形成された各ホイートストンブリッジ回路からの出力をそれぞれ和算してロードセルの出力としているので、荷重負荷位置による出力誤差を低減することができる。
また、起歪部に均等に荷重が負荷されなくても精度よく検出することができるため、ロードセルを組付ける際の特別な治具を必要とせず、熟練した技術も必要でないため、誰でも容易に組み付けることができる。

前記ロードセルを上下一組備え、前記荷重受台と前記支持台との間で上下方向に離れた位置に介在させるものとしているロードセル・セットとすることが好ましい。
このように、上下一対のセットとして、荷重受台と支持台との上下位置に介在させると、荷重負荷の位置変動があっても、偏置誤差の影響を低減することができる。

さらに、本発明は、前記ロードセルを用いた計量装置を提供している。
該計量装置は、前記ロードセルを支持台と荷重受台との間に横架し、前記ロードセル本体の左右に設けたボルト穴にボルトを通して前記支持台と荷重受台とに固定し、
前記荷重受台上に流動物が連続投入される風袋が搭載され、該風袋に投入される流動物の重量により前記ロードセル本体を撓ませて、前記歪みゲージで風袋に投入された流動物の重量を計測していることを特徴としている。

前記構成の計量装置では、ロードセルを支持台と荷重受台にボルト締め固定するだけで、荷重受台に負荷された荷重を検出することができるので、荷重検出で必要な部品を削減することができることができると共に、コストを削減することができる。

前記計量装置においては、荷重受台に上方に突出する支柱と前記支持台との間の上部と下部とに、前記ロードセルを介在させているのが好ましい。
前記構成とすると、上部と下部にロードセルを介在させることで、上部と下部のロードセルに荷重が分散するため、計量する流動物の重量が大きい場合でもロードセルを用いて計量することができる。計量する流動物の重量が小さい場合には、上部あるいは下部のどちらか１つをロードセルとしてもよい。

前述したように、本発明によれば、前後方向に間隔をおいて一対の起歪部を設けているので、ロードセル本体にかかるねじり応力も検出することができるため、それぞれの起歪部に均等に荷重が負荷されなかった場合にも、精度よく荷重を検出することができる。よって、ロードセル本体に備えられているボルト穴にボルトを通し、支持台および荷重受台に固定するだけで、精度よく組みつけなくても、荷重検出精度を向上させることができる。
また、計量装置等の構成物品である板バネをロードセルとすることで、荷重検出用のロードセルを計量装置等に取り付けなくても、荷重を検出することができるので、部品点数を削減することができると共に、コストを削減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図５は本発明の第１実施形態を示す。
本発明のロードセル１０は計量装置２０に用いられるものであり、図１に示すように、計量装置２０の荷重受台２１を支持台２２に片持ち支持する板バネとして介在させている。

前記ロードセル１０は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、高張力鋼の厚肉金属板からなるロードセル本体１１に歪みゲージを貼り付け、該歪みゲージによりロードセル本体１１に負荷された荷重を検出する構成としている。

前記ロードセル本体１１の左右方向Ｘの左端側には荷重受台固定用の３個のボルト穴１３を前後方向に間隔をあけて穿設していると共に、右端側にも支持台固定用の３個のボルト穴１４を穿設しており、ボルト穴１３は前記荷重受台２１、ボルト穴１４は支持台２２とのボルト締結穴としている。
前記両端側のボルト穴１３、１４に挟まれた中央部１５の前後方向Ｙの両側には、前後一対の起歪部１６（１６Ａ、１６Ｂ）を対称に設けており、これら起歪部１６は、ロードセル本体１１の上下面１１ａと１１ｂに前後外端縁から矩形状の浅底段部１６ａを設けて薄肉部１６ｂとしている。

前記薄肉部１６ｂの内部には、図２（Ｂ）に示すように、ロードセル本体１１の外端面から前後方向Ｙに向けて穴部１６ｃを刳り込んで設けている。これら穴部１６ｃは、左右方向Ｘに延在する中央細孔部１６ｄの左右両側に球状穴部１６ｅを膨出させた形状とし、左右両側の球状穴部１６ｅと前記浅底段部１６ａの間を最薄肉部１６ｆとしている。該最薄肉部１６ｆの厚さは、ロードセルの容量によって決定している。

前記最薄肉部１６ｆとなる浅底段部１６ａの下面１６ｇ側には、図２（Ａ）に示すように、起歪部１６Ａ、１６Ｂ毎に４枚の歪みゲージＳＧ１〜ＳＧ４を貼り付けている。
これら歪みゲージＳＧ１〜ＳＧ４に接続した電線を上面１６ｈ側に配索して、ロードセル本体１１の中央上面側で接続してケーブル３０として引き出している。

前記各起歪部１６Ａ、１６Ｂに貼り付けている歪みゲージＳＧ１〜ＳＧ４は、図３に示すように、夫々一組のホイートストンブリッジ回路ＷＨ１、ＷＨ２を構成している。
前記ロードセル１０では、各ホイートストンブリッジ回路からの出力ｅ１、ｅ２を並列和算して出力するように回路構成し、各起歪部１６Ａ、１６Ｂに均等に荷重がかからなくても、次式１のように平均化して出力Ｅを算出している。
Ｅ＝（ｅ１＋ｅ２）／２・・・（１）

また、起歪部１６Ａ、１６Ｂの対向する内端縁に沿って夫々長穴１７を設けていると共に、これら一対の左右方向に延在する長穴１７の荷重受台２１側を連通する前後方向の１つの細穴１８を設けている。このように一対の長穴１７を細穴１８で連結した穴部を設けることにより、荷重受台２１からロードセル本体１１に荷重が負荷されると、起歪部１６Ａ、１６Ｂに荷重が集中する構成としている。

前記構成からなるロードセルにおいては、板バネとして装架する左右方向と直交方向の前後方向Ｙに、間隔をあけて一対の起歪部１６（１６Ａ、１６Ｂ）を設けているため、ロードセル本体１１にかかるねじり応力も検出することができる。即ち、起歪部１６Ａ、１６Ｂに均等に荷重が負荷されなかった場合にも精度よく荷重を検出することができる。
このように、荷重受台を片持ち支持する板バネとして作用させるロードセルを、そのロードセル本体１１に設けたボルト穴１３、１４にボルトを通し、支持台２２および荷重受台（具体的には支柱２３）に固定するだけで、荷重検出精度を向上させることができる。

前記ロードセル１０を上下一対に設けて、ロードセル・セット４０として用いることが好ましい。
図４（Ａ）に示すように、本発明のロードセル・セット４０は、上部に配置するロードセル１０Ａと下部に配置するロードセル１０Ｂを一組備え、前記荷重受台２１と前記支持台２２との間で、上下方向に離れた位置に板バネとして介在させるものとしている。
前記構成とすると、起歪部１６を設けたロードセル１０Ａ、１０Ｂを上下１組設けているので、荷重負荷の位置変動があっても、偏置誤差の影響を低減することができる。

次に、前記ロードセル１０を用いた計量装置２０について説明する。
前記計量装置２０は、図１に示すように、小麦粉等の流動物の重量を検出しながら、一定重量を風袋Ｈに袋詰めするパッカー５０（定量袋詰め機）に用いられる計量装置２０である

前記計量装置２０は、流動物を充填する風袋を載せる前記荷重受台２１と、パッカー本体６０と連結している前記支持台２２と、前記支持台２２と荷重受台２１との間の上部と下部に横架している一対のロードセル１０とを備えている。前記荷重受台２１の一側からは支柱２３が突設している。

前記支持台２２および支柱２３には、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、前記ロードセル１０を固定する位置にタップ穴２２ａ、２３ａを設けた断面Ｌ字形状の取付部２２ｂ、２３ｂを設けている。
前記支持台２２と支柱２３との間の上部に配置される前記ロードセル１０Ａは、取付部２２ｂ、２３ｂに上側から載せた状態で、取付部２２ｂ、２３ｂのタップ穴２２ａ、２３ａと前記ロードセル本体１１のボルト穴１３、１４とを連通させてボルトＢでボルト締めする。

前記支持台２２と支柱２３との間の下部に配置されるロードセル１０Ｂは、取付部２２ｂ、２３ｂをロードセル１０Ｂの下側に配置した状態で、取付部２２ｂ、２３ｂのタップ穴２２ａ、２３ａと前記ロードセル本体１１のボルト穴１３、１４とを連通させてボルトＢでボルト締めする。

前記パッカー５０は、流動物の重量を検出する前記計量装置２０と、風袋に流動物を充填するパッカー本体６０とを備えている。前記パッカー本体６０は、図１に示すように、流動物を供給するオーガスクリュー６１と、流動物に圧縮空気を混入する口金部６２と、流動物を風袋Ｈに充填する吹き込み管６３とを備えている。

流動物が連続投入される前記風袋Ｈが前記荷重受台２１上に搭載され、風袋Ｈの口に前記吹き込み管６３を挿入し、風袋Ｈを前記計量装置２０に配置する。一定量の流動物が供給されたオーガスクリュー６１から該流動物が口金部６２に押し出され、口金部６２から押し出された流動物にオーガスクリュー６１先端のエアーノズルから圧縮空気を混入し、吹き込み管６３から流動物を風袋Ｈに充填する。
前記風袋Ｈに投入される流動物の重量により前記ロードセル本体１１の起歪部１６を撓ませ、前記歪みゲージＳＧ１〜ＳＧ４で風袋Ｈに投入された流動物の重量を計測する。

前記構成とすると、ロードセル１０を支柱２３と支持台２２にボルト締め固定するだけで、荷重受台２１上に負荷された荷重を検出することができるので、荷重検出で必要な部品を削減することができると共に、コストを削減することができる。

図６および図７にロードセルの第２実施形態を示す。
本実施形態の計量装置は、前記支持台２２と支柱２３との間の上部にロードセル１０Ａを配置している一方、下部にはロードセル機構を持たない板バネ７０を配置して、上部に配置したロードセル１０Ａだけで流動物の重量を検出していると共に、荷重受台２１側の取付部２３ｂをロードセル１０Ａの上面側に取り付けてボルト締め固定している構成を第１実施形態と相違させている。
前記構成とすると、取付部２３ｂをロードセル１０Ａの上面側に取り付けているので、ロードセル１０Ａに対して上側から荷重が負荷し、ロードセル本体１１に直接荷重が負荷されるため、荷重検出精度をより向上させることができる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

本発明のロードセルを取り付けたパッカーの正面図である。 第１実施形態のロードセルを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 歪みゲージの回路構成図である。 第１実施形態の計量装置を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の左側図である。 図４の計量装置を示し、（Ａ）は要部を拡大した斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 第２実施形態のロードセルを取り付けたパッカーの正面図である。 第２実施形態の計量装置を示す図であり、（Ａ）は要部を拡大した斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図、（Ｃ）（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１０ ロードセル
１１ ロードセル本体
１３ 荷重受台用ボルト穴
１４ 支持台用ボルト穴
１５ 中央部
１６ 起歪部
１６ａ 浅底段部
１６ｂ 薄肉部
１６ｃ 穴部
１６ｄ 中央細孔部
１６ｅ 球状穴部
１６ｇ 浅底段部の下面
１６ｈ 浅底段部の上面
１７ 長穴
１８ 細穴
２０ 計量装置
２１ 荷重受台
２２ 支持台
２３ 支柱
３０ ケーブル
４０ ロードセル・セット
５０ パッカー
Ｈ 風袋
ＳＧ１〜ＳＧ４ 歪みゲージ

Claims (8)

1. 左右いずれか一端側に荷重受台固定用のボルト穴、他端側に支持台固定用のボルト穴を備えた厚肉金属板からなるロードセル本体を備え、該ロードセル本体は前記荷重受台を前記支持台に片持ち支持する板バネとして介在させるものであり、
   前記ロードセル本体は、前記左右両端側のボルト穴に挟まれた中央部の前後方向の両側に薄肉とされた一対の起歪部を備え、これら一対の起歪部にそれぞれ歪みゲージを貼り付けていることを特徴とするロードセル。
2. 前記ロードセル本体の前後両側の一対の起歪部は対称形状とし、ロードセル本体の上下面に外端縁から矩形状の浅底段部を設けて薄肉部としていると共に、該薄肉部の内部に外端面より穴部を刳り込んで設け、該穴部は中央細孔部の左右両側に球状穴部を膨出させて設けた形状とし、これら左右両側の球状穴部と前記浅底段部の間を最薄肉部とし、該最薄肉部となる浅底段部の下面側を前記歪みゲージの貼り付け面としている請求項１に記載のロードセル。
3. 前記前後起歪部の対向する内端縁に沿って夫々長穴を設けていると共に、これら一対の左右方向に延在する長穴の一端側を連通する前後方向の１つの細穴を設けている請求項１または請求項２に記載のロードセル。
4. 前記前後起歪部の対向する内端縁に沿って、前記ロードセル本体を前後方向で分割して、該ロードセル本体を前後一対の分割体から構成している請求項１または請求項２に記載のロードセル。
5. 前記各起歪部にはそれぞれ４枚の前記歪みゲージを貼り付けると共に、前記歪みゲージを用いてホイートストンブリッジ回路からの出力を並列和算する回路を設け、前記ロードセル本体の上面側から前記歪みゲージと接続されたケーブルを引き出している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のロードセル。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロードセルを上下一組備え、前記荷重受台と前記支持台との間で上下方向に離れた位置に介在させるものとしているロードセル・セット。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロードセルを、前記支持台と荷重受台との間に横架し、前記ロードセル本体の左右に設けたボルト穴にボルトを通して前記支持台と荷重受台とに固定し、
   前記荷重受台上に流動物が連続投入される風袋が搭載され、該風袋に投入される流動物の重量により前記ロードセル本体を撓ませて、前記歪みゲージで風袋に投入された流動物の重量を計測して いることを特徴とする計量装置。
8. 前記荷重受台に上方に突出する支柱と前記支持台との間の上部と下部とに、前記ロードセルを介在させている請求項７に記載の計量装置。

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