JP2009002792A - ロードセルユニット及びこれを用いた重量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成により、非直線性が小さく、測定対象の重量を正確に測定し得るロードセルユニット、及び、これを用いた重量測定装置を提供する。
【解決手段】ロードセルと、固定台と、可動台と、を有し、ロードセルは、固定台に支持される第１端部、可動台を片持ち支持する第２端部、及び第１端部と第２端部との間に設けられた起歪部を有する起歪体と、起歪部に貼り付けられて起歪部の伸縮量を検出する歪みセンサと、を備え、固定台と第１端部との間、及び、可動台と第２端部との間、のそれぞれには、補助部材が介在し、測定対象の荷重に対応して前記起歪部が変形可能な構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、重量測定装置に用いられるロードセルユニット、及び、これを用いた重量測定装置に関する。

重量測定装置のロードセルは、一般的に、測定対象の重量に対応して歪みを生じる起歪体を備えており、この起歪体の歪みは、局部的には伸縮として捉えることができることから、この伸縮量を電気抵抗値の変化として検出することのできる歪み検出部が起歪体上に配置されている。

図５に示すように、従来のロードセルユニット１７０のロードセル１１０において、起歪体１２０は、生産性向上の観点から、簡易な形状として略直方体形状に金属を成形されており、その長手方向の一方の端部１２５（第１端部）が連結ピン１５１によって装置の一方側（基準とする側）（固定台１６０）に固定され、他方の端部１２６（第２端部）が連結ピン１５２によって他方側（荷重を受ける側）（可動台１４０）に支持されている。また、歪み検出部１３０は、起歪体１２０の長手方向略中央部、すなわち第１端部１２５と第２端部１２６との間の起歪部１２７に固定されている。

特開２０００−２１４００８号公報

しかしながら、上述のロードセルは、起歪体の一方の端部（第１端部）を基準とする側に固定し、他方の端部（第２端部）を荷重を受ける側に固定したことによって、測定対象の重量を正確に測定することが困難であった。すなわち、従来の重量測定装置に用いられるロードセルの起歪体は、荷重が起歪部の中央部に加わった際に、第１端部及び第２端部に生ずる応力が、起歪部に生ずる応力に対して大きく、これが起歪部上に配置された歪み検出部による検出に影響を及ぼしてしまうため、図７に示すように、非直線性が大きく、サンプル毎のばらつきも大きかった。

そこで本発明は、上記の問題点を解決するために、簡便な構成により、非直線性が小さく、測定対象の重量を正確に測定し得るロードセルユニット、及び、これを用いた重量測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のロードセルは、ロードセルと、固定台と、可動台と、を有し、前記ロードセルは、前記固定台に支持される第１端部、前記可動台を片持ち支持する第２端部、及び前記第１端部と前記第２端部との間に設けられた起歪部を有する起歪体と、前記起歪部に貼り付けられて前記起歪部の伸縮量を検出する歪みセンサと、を備え、前記固定台と前記第１端部との間、及び、前記可動台と前記第２端部との間、のそれぞれには、補助部材が介在し、測定対象の荷重に対応して前記起歪部が変形可能な構成としたことを特徴とする。

また、本発明のロードセルユニットにおいて、前記補助部材は、前記起歪体の上面、下面、又は側面のいずれか一つ以上に対して固定される固定板部と、前記起歪体の端面に接触して前記第１端部と前記第２端部を結ぶ方向の移動を規制する舌片部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のロードセルユニットにおいて、前記可動台は、測定対象の荷重がかかる荷重部を有し、該荷重部は、平面視において、前記歪みセンサの位置に一致することを特徴とする。

また、本発明の重量測定装置は、ロードセルと、固定台と、可動台と、を有し、前記ロードセルは、前記固定台に支持される第１端部、前記可動台を片持ち支持する第２端部、及び前記第１端部と前記第２端部との間に設けられた起歪部を有する起歪体と、前記起歪部に貼り付けられて前記起歪部の伸縮量を検出する歪みセンサと、を備え、前記固定台と前記第１端部との間、及び、前記可動台と前記第２端部との間、のそれぞれには、補助部材が介在し、測定対象の荷重に対応して前記起歪部が変形可能な構成としたことにより、前記歪みセンサが検出した前記起歪部の伸縮量に基づいて測定対象の重量を測定することを特徴とする。

また、本発明の重量測定装置において、前記補助部材は、前記起歪体の上面、下面、又は側面のいずれか一つ以上に対して固定される固定板部と、前記起歪体の端面に接触して前記第１端部と前記第２端部を結ぶ方向の移動を規制する舌片部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡便な構成により、非直線性が小さく、測定対象の重量を正確に測定し得るロードセルユニット、及び、これを用いた重量測定装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係るロードセルユニット７０、及び、これを用いた重量測定装置８０について図面を参照しつつ詳しく説明する。ここで、図１は、本実施形態に係るロードセルユニット７０に用いる起歪体２０及び補助部材３５、３６の構成を示す分解斜視図、図２は、本実施形態に係るロードセルユニット７０の構成を示す底面図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図、図４は、ロードセルユニット７０を重量測定装置８０に用いた状態を示す、図３に対応する断面図である。なお、図２においては、歪みセンサ３０（例えばストレインゲージ）の図示を省略している。

図２及び図３に示すように、本実施形態に係るロードセルユニット７０は、ロードセル１０と、可動台４０と、固定台６０と、補助部材３５、３６と、を備える。このロードセルユニット７０は、図４に示すように、重量測定装置８０に使用される。また、図１に示すように、ロードセル１０は、起歪体２０と、歪みセンサ３０と、を備える。以下に、各部材の詳細な構成について説明する。

図１乃至図３に示すように、起歪体２０は、金属（例えば、鋼、アルミニウム合金）を成形してなる略直方体形状の部材であり、その長手方向（図３の左右方向。第１端部と第２端部とを結ぶ方向。）に直交する断面の面積は一定である。この起歪体２０は、長手方向両端部を第１端部２５及び第２端部２６とし、これらの間に延びるように設けられた部分を起歪部２７とするものである。起歪体２０を略直方体形状とすることにより、製造及び加工が容易な従来の起歪体２０をそのまま利用することができる。

第１端部２５には、起歪体２０を固定台６０に固定するための第１端部側孔部２５ａ、第２端部２６には、可動台４０を起歪体２０に固定するための第２端部側孔部２６ａ、がそれぞれ設けられている。なお、起歪体２０は、直方体形状以外の形状（例えば、長円板状、楕円板状）とすることもでき、特に限定されるものではない。

図１に示すように、補助部材３５、３６は、板状の金属を折り曲げ加工して側面視略Ｌ字状とすることにより、平面視略矩形の固定板部３５ａ、３６ａ及び舌片部３５ｂ、３６ｂをそれぞれ形成したものである。固定板部３５ａ、３６ａには、厚さ方向に貫通した連結孔３５ｃ、３６ｃがそれぞれ形成されている。また、補助部材３５、３６は、硬材料(例えば、鋼、アルミニウム合金、硬樹脂)で形成されている。

可動台４０は、その端部が起歪体２０の第２端部２６側に片持ち支持されるようになっており、可動台４０、補助部材３６、及び起歪体２０の固定は、第２端部２６の第２端部側孔部２６ａ、補助部材３６の連結孔３６ｃ、及び可動台４０に設けた連通孔部４２を連通する連結ピン５２（例えばリベット）により結合することによって行う。なお、起歪体２０と可動台４０との固定は、ねじを用いた結合によって行うこともできる。

可動台４０は、図４に示すように、フレーム８２に測定対象を載置されたときに、起歪体２０の平面形状の中心２０２（図２参照）を通る鉛直線上に配置した突起部４０ｃ（加重部）に荷重がかかるように、脚部８５によって一点で支持されている。なお、脚部８５は、センサカバー８７によって保持されており、接地している。フレーム８２は、測定対象が直接的に載置されるものであってもよいし、重量測定装置８０の内部部材としてのフレームであってもよく、測定対象の重量が伝達されるものであればよい。

図４に示すように、固定台６０は、重量測定装置８０のフレーム８２に固定されており、起歪体２０を第１端部２５において片持ち支持するようになっている。起歪体２０、補助部材３５、固定台６０、及びフレーム８２の固定は、第１端部２５の第１端部側孔部２５ａ、補助部材３５の連結孔３５ｃ、及び固定台６０に設けた連結孔部６１を連通する連結ピン５１（例えばリベット）により結合することによって行う。なお、固定台６０とフレーム８２とが別体の構成のものを説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、固定台６０とフレーム８２とが一体で構成されていてもよい。また、起歪体２０と載置部６０との固定は、ねじを用いた結合によって行うこともできる。

補助部材３５を固定台６０と第１端部２５との間に、又、補助部材３６を可動台４０と第２端部２６との間に介在させたことにより、第１端部２５及び第２端部２６の厚さが実質的に起歪部２７より大きくなるため、測定対象の重量の負荷による起歪体２０に生ずる応力は特に起歪部２７に集中することとなり、測定対象がフレーム８２上に載置されたときに第１端部２５及び補助部材３５に生ずる応力、並びに、第２端部２６及び補助部材３６に生ずる応力が、小さくなる。したがって、起歪部２７上に配置された歪みセンサによる検出への影響が低減され、図６に示すように、非直線性が小さく、サンプル毎のばらつきも小さくなる。

また、補助部材３５、３６に設けた舌片部３５ｂ、３６ｂを起歪体２０の両端面２１、２２に突き当てることにより、補助部材３５、３６の移動が規制されるとともに、第１端部側孔部２５ａを連結孔３５ｃに、第１端部側孔部２６ａを連結孔３６ｃに、それぞれ位置合わせすることができるため、起歪体２０への補助部材３５、３６の固定を容易に行うことができる。

歪みセンサ３０は、公知の同一形状、同一特性のもの（例えばストレインゲージ）を用いており、より具体的には、抵抗箔からなる第１センサ及び第２センサ（いずれも図に示さず）で構成されるセンサ対とし、少なくとも１組の前記センサ対を、起歪部２７（例えばその中央部）において長手方向に並べて貼り付ける。

歪みセンサ３０の前記センサ対は、外部回路（図に示さず）とともに、又は、他のロードセルの歪みセンサのセンサ対とともにホイートストンブリッジを構成する。なお、起歪部２７に例えば２組のセンサ対を貼ることにより、これらのセンサ対のみでホイートストンブリッジを構成してもよい。歪みセンサ３０は、起歪部２７とともに、フレーム８２に測定対象が載置されることによって変形する起歪体２０に応じて伸縮する。圧縮されたセンサはその電気抵抗値が減少し、伸張したセンサは電気抵抗値が増大するため、外部回路にあらかじめ記憶された算出プログラムによって、測定対象の重量を算出することができる。

つづいて、図５乃至図７を参照しつつ、本実施形態に係るロードセルユニット７０の構成による効果について説明する。本実施形態に係るロードセルユニット７０による効果を明確にするために、図５に示す、従来のロードセル１１０を用いたロードセルユニット１７０を比較例として用いる。ここで、図５は、比較例に係るロードセルユニット１７０の構成を示す、図３に対応する断面図、図６は、本実施形態に係るロードセルユニット７０における荷重（単位ｋｇ）に対する非直線性（単位％Ｒ．Ｏ．）の変化を示すグラフ、図７は、比較例における荷重（単位ｋｇ）に対する非直線性（単位％Ｒ．Ｏ．）の変化を示すグラフである。

図５に示すように、比較例に係る起歪体１２０は、略直方体形状をなし、上記実施形態に係る起歪体２０と同様の材料を用いて成形され、長手方向中央の起歪部１２７に歪みセンサ１３０が貼り付けられている。起歪体１２０は、連結ピン１５１によって、第１端部１２５が固定台１６０に直接固定されるとともに、連結ピン１５２によって、第２端部１２６に可動台１４０が直接固定される。すなわち、起歪体１２０が、補助部材を介さずに、可動台１４０及び固定台１６０に固定されている点が上記実施形態の起歪体２０の固定方法と異なる。

上記実施形態の起歪体２０と、比較例の起歪対１２０の形状、並びに、上記実施形態の補助部材３５、３６の形状は、以下に示すとおりである。
（Ａ）起歪体２０（実施形態）及び起歪対１２０（比較例）の形状
・長さＬ ３８．０ｍｍ
・厚さＴ ５．０ｍｍ
・幅Ｂ １０．０ｍｍ
（Ｂ）補助部材３５、３６（実施形態）の形状
・固定板部３５ａ、３６ａの形状
長さｌ １０．０ｍｍ
厚さｔ １．６ｍｍ
幅ｂ １２．０ｍｍ

図６及び図７を用いて、本実施形態に係るロードセルユニット７０と比較例に係るロードセルユニット１７０の非直線性を比較する。ここで、図６において実験結果を示す線は、上記のロードセルユニット７０の各サンプル（２０個）に対応しており、図７において実験結果を示す線は、上記のロードセルユニット１７０の各サンプル（３０個）に対応している。

図６に示すように、本実施形態に係るロードセルユニット７０を用いた場合における非直線性は、０〜４０ｋｇの荷重範囲全般にわたって、ゼロに近い値を示している。これは、本実施形態に係るロードセルユニット７０を用いた場合には、非直線性が小さく抑えられているために、これを重量測定装置に用いれば、誤差の少ない正確な重量測定の結果を得ることができることがわかる。さらに、各サンプルによる測定結果がほぼ一致していることから測定の再現性も高いと言える。

これに対して、図７に示すように、比較例に係るロードセルユニット１７０を用いた場合における非直線性は、１０〜３０ｋｇの荷重において非直線性が大きく変動している。これは、比較例に係るロードセルユニット１７０を用いた場合には、理想値とはかけ離れた撓み挙動を示しており、非直線性が大きくなったものと言える。さらに、各サンプルによる測定結果がばらついているため、測定の再現性が低いと考えられる。

上述の通り、第１端部又は第２端部における応力と起歪部における応力との応力比が異なる二つのロードセルユニット７０、１７０を比較すると、第１端部２５と第２端部２６に補助部材３５、３６をそれぞれ固定したロードセルユニット７０の方が、従来タイプのロードセルユニット１７０よりも、非直線性を低く抑えて高い再現性を示すことが分かる。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明の実施形態に係るロードセルユニットに用いる起歪体及び補助部材の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るロードセルユニットの構成を示す底面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本実施形態に係るロードセルユニットを重量測定装置に用いた状態を示す、図３に対応する断面図である。 比較例に係るロードセルユニットの構成を示す、図３に対応する断面図である。 本実施形態に係るロードセルユニットにおける荷重（単位ｋｇ）に対する非直線性（単位％Ｒ．Ｏ．）の変化を示すグラフである。 比較例における荷重（単位ｋｇ）に対する非直線性（単位％Ｒ．Ｏ．）の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ ロードセル
２０ 起歪体
２１ 端面
２２ 端面
２３ 上面
２４ 下面
２５ 第１端部
２６ 第２端部
２７ 起歪部
３０ 歪みセンサ
３５ 補助部材
３５ａ 固定板部
３５ｂ 舌片部
３５ｃ 連結孔
３６ 補助部材
３６ａ 固定板部
３６ｂ 舌片部
３６ｃ 連結孔
４０ｃ 突起部（荷重部）
５１ 連結ピン
５２ 連結ピン
４０ 可動台
６０ 固定台
７０ ロードセルユニット
８０ 重量測定装置
８２ フレーム
８５ 脚部

Claims (5)

1. ロードセルと、固定台と、可動台と、を有し、
   前記ロードセルは、前記固定台に支持される第１端部、前記可動台を片持ち支持する第２端部、及び前記第１端部と前記第２端部との間に設けられた起歪部を有する起歪体と、前記起歪部に貼り付けられて前記起歪部の伸縮量を検出する歪みセンサと、を備え、
   前記固定台と前記第１端部との間、及び、前記可動台と前記第２端部との間、のそれぞれには、補助部材が介在し、
   測定対象の荷重に対応して前記起歪部が変形可能な構成としたこと
   を特徴とするロードセルユニット。
2. 前記補助部材は、前記起歪体の上面、下面、又は側面のいずれか一つ以上に対して固定される固定板部と、前記起歪体の端面に接触して前記第１端部と前記第２端部を結ぶ方向の移動を規制する舌片部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のロードセルユニット。
3. 前記可動台は、測定対象の荷重がかかる荷重部を有し、該荷重部は、平面視において、前記歪みセンサの位置に一致することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロードセルユニット。
4. ロードセルと、固定台と、可動台と、を有し、
   前記ロードセルは、前記固定台に支持される第１端部、前記可動台を片持ち支持する第２端部、及び前記第１端部と前記第２端部との間に設けられた起歪部を有する起歪体と、前記起歪部に貼り付けられて前記起歪部の伸縮量を検出する歪みセンサと、を備え、
   前記固定台と前記第１端部との間、及び、前記可動台と前記第２端部との間、のそれぞれには、補助部材が介在し、
   測定対象の荷重に対応して前記起歪部が変形可能な構成としたことにより、前記歪みセンサが検出した前記起歪部の伸縮量に基づいて測定対象の重量を測定すること
   を特徴とする重量測定装置。
5. 前記補助部材は、前記起歪体の上面、下面、又は側面のいずれか一つ以上に対して固定される固定板部と、前記起歪体の端面に接触して前記第１端部と前記第２端部を結ぶ方向の移動を規制する舌片部と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の重量測定装置。

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