JP2010107527A - Load cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a load cell constituted so that each strain generating part has the same thickness, and two arm parts have a thickness difference so as to reduce an influence of deflection of the strain generating part, in a Roberval type load cell wherein a strain gage is pasted on the strain generating part formed on one arm part. <P>SOLUTION: In this load cell wherein a Roberval mechanism is formed from two parallel arm parts formed between a fixed end and a movable end and four strain generating parts two parts of which are connected to each of the two arm parts respectively, all the four strain generating parts are formed with the same thickness, and since the two arm parts comprise a first arm part wherein each strain gage is pasted on two connected strain generating parts respectively, and a second arm part formed to have a thinner thickness than the first arm part, a strain applied to the strain generating part on which the strain gage is pasted can be balanced by the second arm part. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は平行した2本のアーム部と各アーム部に2箇所形成した起歪部とがロバーバル機構を成して構成されるロードセルに関する。   The present invention relates to a load cell in which two parallel arm portions and two strain-generating portions formed on each arm portion constitute a Roberval mechanism.

従来、一般的に用いられてきたロバーバル機構を有するロードセルは、図19に例示するように、ロードセル1は起歪体2と歪ゲージ3a、3b、3c及び3dから成る。前記起歪体2は固定端4と可動端5とを有する片持ち構造を成し、前記固定端4及び可動端5の間に、前記歪ゲージを貼付して歪を検出するための起歪部6a及び6cを形成する孔7と、6b及び6dを形成する孔8を有し、前記孔7及び孔8を連結する空隙部9により、前記起歪部6a及び6bと、6c及び6d間に各々アーム部h1及びh2を平行に2本並べることによりリンクを形成し、前記4つの起歪部6a、6b、6c及び6dが平行四辺形の4隅の軌跡をなして動作するようなロバーバル機構として形成され、前記4つの歪ゲージによってホイートストンブリッジ回路を形成することにより歪量を検出するものであった。このとき、各起歪部6a、6b、6c及び6dは同厚であるとし、各アーム部h1とh2とが同厚であるとして、ロードセルの中心に対して上下対称に形成されているものとする。   As shown in FIG. 19, a conventional load cell having a Robertval mechanism generally used includes a strain body 2 and strain gauges 3a, 3b, 3c and 3d. The strain generating body 2 has a cantilever structure having a fixed end 4 and a movable end 5, and a strain generation for detecting strain by attaching the strain gauge between the fixed end 4 and the movable end 5. A hole 7 for forming portions 6a and 6c, and a hole 8 for forming 6b and 6d, and a gap portion 9 connecting the holes 7 and 8 between the strain generating portions 6a and 6b and 6c and 6d. Are formed by linking two arm portions h1 and h2 in parallel to each other, and the four strain generating portions 6a, 6b, 6c and 6d operate along a locus of four corners of a parallelogram. It is formed as a mechanism, and the amount of strain is detected by forming a Wheatstone bridge circuit with the four strain gauges. At this time, it is assumed that the strain generating portions 6a, 6b, 6c and 6d have the same thickness, and that the arm portions h1 and h2 have the same thickness, and are formed symmetrically with respect to the center of the load cell. To do.

しかし、前記ロバーバル機構は各リンクが一体で構成されており相互に影響を及ぼすため、理想的なロバーバル機構として動作せず、特に荷重位置をロードセル中央よりずらした偏置荷重時においては、前記起歪部6a、6b、6c及び6dが、片持ち構造である起歪体2の撓みにより発生するモーメントの影響を受け、負荷荷重と歪ゲージにより検出される出力との間の直線性が悪くなってしまうものであった。   However, since the Roverval mechanism is constructed by integrating each link and affects each other, the Roverval mechanism does not operate as an ideal Roverval mechanism, especially when the load position is shifted from the center of the load cell. The strain portions 6a, 6b, 6c and 6d are affected by the moment generated by the bending of the strain-generating body 2 having a cantilever structure, and the linearity between the load and the output detected by the strain gauge is deteriorated. It was something that would end up.

また、4つの起歪体に各々貼付した歪ゲージから成るホイートストンブリッジにより出力回路を構成しており、片側のアーム部に形成した2箇所の起歪部に貼付された歪ゲージにより出力を得ようとした場合、偏置荷重時の起歪体2の撓みにより発生するモーメントの影響がより大きく出力に反映され、更に直線性が悪くなってしまうものであった。   In addition, the output circuit is composed of Wheatstone bridges composed of strain gauges attached to each of the four strain-generating bodies, and the output is obtained by the strain gauges attached to the two strain-generating parts formed on one arm part. In this case, the influence of the moment generated by the bending of the strain body 2 at the time of the eccentric load is reflected more greatly in the output, and the linearity is further deteriorated.

上述の問題を起歪体の形状により解消させる下記の技術が開示されている。   The following techniques for solving the above-described problems by the shape of the strain-generating body are disclosed.

まず、上記のごとくロバーバル機構を成した起歪体を用いたロードセルにおいて、各起歪部6a、6b、6c及び6dの厚さ、すなわち起歪部を形成する体積を調整することにより、各起歪部6a、6b、6c及び6dの剛性を調整し、起歪体2を理想的なロバーバル機構として変形させ、これにより直線性の精度向上を目的としたものがある。この中の一例としては、アーム部h1及びh2と起歪部6a、6b、6c及び6dとを形成する孔7、8及び空隙部9全体の中立軸をロードセルの中立軸よりずらすことにより、上下アーム部h1及びh2と共に、起歪部6a及び6bと起歪部6c及び6dとの厚みに差を持たせて形成するものが示されている(例えば、特許文献1参照)。   First, in the load cell using the strain-generating body having the Roverval mechanism as described above, by adjusting the thickness of each strain-generating portion 6a, 6b, 6c and 6d, that is, the volume forming the strain-generating portion, There is one that adjusts the rigidity of the strained portions 6a, 6b, 6c, and 6d and deforms the strain generating body 2 as an ideal Roverval mechanism, thereby improving the accuracy of linearity. As an example of this, the entire neutral axis of the holes 7 and 8 and the gap 9 that form the arm portions h1 and h2 and the strain-generating portions 6a, 6b, 6c and 6d is shifted from the neutral axis of the load cell. Along with the arm portions h1 and h2, there is shown one formed with a difference in thickness between the strain generating portions 6a and 6b and the strain generating portions 6c and 6d (see, for example, Patent Document 1).

また、例えば起歪部6a及び6bにのみ歪ゲージ3a及び3bを貼付し、片側のみの歪を検出する場合のロードセルの直線性の改善に関しては、アーム部h1及びh2の厚みを同厚とし、全起歪部6a、6b、6c及び6dの厚みを同厚とした上で、片持ち構造を成す起歪体2の撓みにより発生するモーメントの影響をキャンセルするように、起歪部6a、6b、6c及び6dの厚みとアーム部h1及びh2の厚みとの関係式を導き出すことにより、前記関係式に基づいて相似形状のロードセルを製造可能とするロードセルの製造方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, for example, when the strain gauges 3a and 3b are affixed only to the strain generating portions 6a and 6b, and the load cell linearity is improved when detecting strain only on one side, the thicknesses of the arm portions h1 and h2 are the same, The strain generating portions 6a, 6b are arranged so as to cancel the influence of the moment generated by the bending of the strain generating body 2 having a cantilever structure while making the thicknesses of all the strain generating portions 6a, 6b, 6c and 6d the same. , 6c and 6d and the thicknesses of the arm portions h1 and h2 are derived, and a load cell manufacturing method is disclosed that makes it possible to manufacture a load cell having a similar shape based on the relationship (for example, Patent Document 2).

特開2000−214008号公報JP 2000-214008 A 特許第2666209号公報Japanese Patent No. 2666209

しかしながら、前記特開2000−214008号公報に開示されているロードセルのように、起歪部6a、6b、6c及び6dの厚さを調整するもの、又は上下起歪部6a及び6bと6c及び6dと、上下アーム部h1及びh2との両方の厚さを共に調整するものであった場合、例えばロードセルの測定方向に対する左右の偏置荷重負荷のように、起歪体2自体の捩れ方向への荷重に対して非直線性能の改善は見られるものの、偏置荷重によるスパン誤差は改善されないことを発明者らは実測により見出した。   However, as in the load cell disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-214008, one that adjusts the thickness of the strain generating portions 6a, 6b, 6c, and 6d, or the vertical strain generating portions 6a and 6b and 6c and 6d. And the thickness of both the upper and lower arm portions h1 and h2 are adjusted together, for example, in the torsional direction of the strain generating body 2 itself, such as left and right offset load loads with respect to the measurement direction of the load cell. The inventors have found by actual measurement that although the non-linear performance is improved with respect to the load, the span error due to the eccentric load is not improved.

また、特許第2666209号公報記載のロードセルにおいては、起歪体2全体の撓みにより起歪部とアーム部とに発生する歪を相互にキャンセルするように、前記上下アーム部h1及びh2と各起歪部6a、6b、6c及び6dとを各々同厚として設定しており、起歪体2全体の厚さに対して上下アーム部h1及びh2が共に薄くなり、歪検出部全体のたわみは大きくなってしまう。これによって、ロードセルの固有振動数が小さくなり、測定環境の振動を拾いやすく出力信号が乱れてしまう可能性があった。また、荷重安定まで時間がかかるため測定時間が延びてしまう可能性もあった。更にアーム部の厚さを保とうとすると、起歪体自体を大きくしなければならず、薄型化及び小型化には向いていない。   Further, in the load cell described in Japanese Patent No. 2666209, the upper and lower arm portions h1 and h2 and each of the elastic members are canceled so that the strain generated in the strain-generating portion and the arm portion due to bending of the strain-generating body 2 as a whole is canceled. The strain portions 6a, 6b, 6c and 6d are set to have the same thickness, and the upper and lower arm portions h1 and h2 are both thinner than the total thickness of the strain generating body 2, and the deflection of the entire strain detection portion is large. turn into. As a result, the natural frequency of the load cell is reduced, and it is easy to pick up vibration in the measurement environment, and the output signal may be disturbed. Moreover, since it takes time to stabilize the load, there is a possibility that the measurement time may be extended. Furthermore, if it is going to keep the thickness of an arm part, the strain body itself must be enlarged and it is not suitable for thickness reduction and size reduction.

従って本発明は上述の問題点を解決し、一方のアーム部に形成した起歪部に歪ゲージを貼付したロバーバル型のロードセルにおいて、起歪部を同厚とし、起歪体の撓みの影響を軽減させるように、前記2本のアーム部間に厚み差を持たせて構成するロードセルを提供する。   Therefore, the present invention solves the above-described problems, and in a loadable load cell in which a strain gauge is attached to a strain-generating portion formed on one arm portion, the strain-generating portion has the same thickness, and the influence of bending of the strain-generating body is reduced. Provided is a load cell configured to have a thickness difference between the two arm portions so as to reduce the thickness.

上記課題を解決するために本発明は、固定端と可動端との間に形成した平行な2本のアーム部と、前記2本のアーム部に2つずつ連結した4つの起歪部とからロバーバル機構を成すロードセルにおいて、前記4つの起歪部は、肉厚を全て同厚として形成して成り、前記2本のアーム部は、前記連結した2つの起歪部に各々歪ゲージを貼付した第1アーム部と、前記第1アーム部よりも肉厚を薄く形成した第2アーム部とから成るロードセルを提供する。   In order to solve the above problems, the present invention includes two parallel arm portions formed between a fixed end and a movable end, and four strain generating portions connected to the two arm portions two by two. In the load cell that constitutes the Roverval mechanism, the four strain-generating portions are formed with the same thickness, and the two arm portions are each provided with a strain gauge attached to the two connected strain-generating portions. Provided is a load cell comprising a first arm portion and a second arm portion formed thinner than the first arm portion.

また、前記第1アーム部の歪ゲージ貼付面を鉛直方向上向きとしてロードセルを固定し、前記第1アーム部上方から鉛直下向きを荷重負荷方向として構成する。   Further, the load cell is fixed with the strain gauge attaching surface of the first arm portion facing upward in the vertical direction, and the vertically downward direction from above the first arm portion is configured as the load loading direction.

また、前記第2アーム部は、2本のアーム部の肉厚が同じロードセルを基に、前記2本のアーム部間の空隙の幅を変えることなく、前記空隙の中立軸をロードセルの中立軸より所定の距離だけずらすことにより形成する。   Further, the second arm portion is based on a load cell having the same thickness of the two arm portions, and the neutral axis of the gap is changed to the neutral axis of the load cell without changing the width of the gap between the two arm portions. It is formed by shifting by a predetermined distance.

更に、前記第2アーム部は、2本のアーム部の肉厚が同じロードセルを基に、前記第2アーム部の肉厚だけを薄く加工して形成する。   Further, the second arm portion is formed by processing only the thickness of the second arm portion based on a load cell having the same thickness of the two arm portions.

本発明のロードセルは、固定端と可動端との間に形成した平行な2本のアーム部と、前記2本のアーム部に2つずつ連結した4つの起歪部とからロバーバル機構を成すロードセルにおいて、前記4つの起歪部は、肉厚を全て同厚として形成して成り、前記2本のアーム部は、前記連結した2つの起歪部に各々歪ゲージを貼付した第1アーム部と、前記第1アーム部よりも肉厚を薄く形成した第2アーム部とから成ることから、偏置荷重時において、前記2本のアーム部には片持ち梁全体にかかる撓みによる圧縮力、引張力又は捩れの内、少なくとも一つが作用し、ロバーバル機構が崩れるが、前記第1アーム部よりも前記第2アーム部で前記撓みによる力をより受けることにより、第1アーム部に形成した起歪部に作用する歪のバランスを取り、直線性及びスパン性能を保つことが可能である。また、起歪部の厚みに基づいて2本のアーム部を共に薄くした場合に比べ、極端な固有振動数の変化を生ずることもないため、測定環境の振動を受けやすくなったり、荷重安定までの時間が長くなったり、といった問題が起こりにくい。更に、小型の起歪体に対応可能であり、歪ゲージは第1アーム部側の2箇所に貼付するだけで良いため、小型化及び薄型化が可能であり、製造コストも抑えられる。   The load cell according to the present invention is a load cell that forms a Roverval mechanism from two parallel arm portions formed between a fixed end and a movable end, and four strain-generating portions connected to the two arm portions two by two. The four strain-generating portions are formed by forming all the same thicknesses, and the two arm portions include a first arm portion having a strain gauge attached to each of the two connected strain-generating portions. Since the second arm portion is formed thinner than the first arm portion, the two arm portions have a compressive force and a tensile force due to the deflection applied to the entire cantilever during the eccentric load. At least one of force or twist acts and the Roverval mechanism breaks down, but the strain is formed in the first arm portion by receiving more force due to the bending in the second arm portion than in the first arm portion. Balance the strain acting on the , It is possible to maintain the linearity and span performance. In addition, compared with the case where the two arm parts are both thinned based on the thickness of the strain-generating part, there is no extreme change in natural frequency, making it more susceptible to vibrations in the measurement environment and up to load stabilization. The problem of long time is not likely to occur. Furthermore, since it can respond to a small strain body and the strain gauge only needs to be attached to two locations on the first arm side, it can be reduced in size and thickness, and the manufacturing cost can be reduced.

また、前記第1アーム部の歪ゲージ貼付面を鉛直方向上向きとしてロードセルを固定し、前記第1アーム部上方から鉛直下向きを荷重負荷方向として構成することから、測定や取り付けにおいて特殊な手法を要することなく、従来のロードセルと全く同様に使用することが可能である。   In addition, the load cell is fixed with the strain gauge sticking surface of the first arm portion facing upward in the vertical direction, and the vertical downward direction from above the first arm portion is configured as the load loading direction. Without any problem, it can be used just like a conventional load cell.

また、前記第2アーム部は、2本のアーム部の肉厚が同じロードセルを基に、前記2本のアーム部間の空隙の幅を変えることなく、前記空隙の中立軸をロードセルの中立軸より所定の距離だけずらすことにより形成する。これにより、例えば元々が小型のロードセルであり、第2アーム部の肉厚に余裕がない場合等の小型又は薄型のロードセルにも対応可能である。   Further, the second arm portion is based on a load cell having the same thickness of the two arm portions, and the neutral axis of the gap is changed to the neutral axis of the load cell without changing the width of the gap between the two arm portions. It is formed by shifting by a predetermined distance. Thereby, for example, it is possible to deal with a small or thin load cell such as a case where the load cell is originally a small load cell and the thickness of the second arm portion is not sufficient.

更に、前記第2アーム部は、2本のアーム部の肉厚が同じロードセルを基に、前記第2アーム部の肉厚だけを薄く加工して形成することから、既存のロードセルに対しても、第2アーム部の肉厚を切削などの簡便な加工により所定の肉厚に形成可能である。   Furthermore, since the second arm portion is formed by processing only the thickness of the second arm portion based on the load cell having the same thickness of the two arm portions, it can be applied to an existing load cell. The thickness of the second arm portion can be formed to a predetermined thickness by simple processing such as cutting.

実施例1のロードセル外観図である。1 is an external view of a load cell of Example 1. FIG. 実施例1のロードセルの主要変形部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a main deformation portion of the load cell according to the first embodiment. 実施例1のロードセルの歪ゲージ貼付面を示す図である。It is a figure which shows the strain gauge sticking surface of the load cell of Example 1. FIG. 起歪部及びアーム部の厚さが対称な従来のロードセルの主要変形部拡大図である。It is an enlarged view of a main deformation part of a conventional load cell in which the thickness of the strain generating part and the arm part is symmetric. ロードセルに対する偏置荷重位置を示す図である。It is a figure which shows the eccentric load position with respect to a load cell. 図5のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図4の従来ロードセルの非直線性能を示すグラフである。It is a graph which shows the nonlinear performance of the conventional load cell of FIG. 実施例1のロードセルの非直線性能を示すグラフである。3 is a graph showing nonlinear performance of the load cell of Example 1. 起歪部とアーム部の厚さとを変形させた従来のロードセルの主要変形部拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a main deformation portion of a conventional load cell in which a strain generating portion and a thickness of an arm portion are deformed. 図9のロードセルの偏置誤差を示すグラフである。10 is a graph showing a deviation error of the load cell of FIG. 9. 実施例1のロードセルの偏置誤差を示すグラフである。4 is a graph showing an offset error of the load cell of Example 1. ロードセルの歪ゲージ貼付面の主要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the strain gauge affixing surface of a load cell. 図9のロードセルの偏荷重時の起歪部の応力分布解析結果を示す図である。It is a figure which shows the stress distribution analysis result of the strain generation part at the time of the unbalanced load of the load cell of FIG. 実施例1のロードセルの偏荷重時の起歪部の応力分布解析結果を示す図である。It is a figure which shows the stress distribution analysis result of the strain generation part at the time of the unbalanced load of the load cell of Example 1. FIG. 起歪部及びアーム部の厚さが対称な従来のロードセルの側面図である。It is a side view of the conventional load cell with which the thickness of a strain generation part and an arm part is symmetrical. 実施例2のロードセルの側面図である。6 is a side view of a load cell according to Embodiment 2. FIG. 図15の従来のロードセルの非直線性能を示すグラフである。It is a graph which shows the nonlinear performance of the conventional load cell of FIG. 実施例2のロードセルの非直線性能を示すグラフである。6 is a graph showing the non-linear performance of the load cell of Example 2. 一般的な従来のロバーバル機構ロードセルの側面図である。FIG. 6 is a side view of a general conventional robust mechanism load cell.

本発明のロードセルは、固定端と可動端との間に形成した平行な2本のアーム部と、前記2本のアーム部に2つずつ連結した4つの起歪部とからロバーバル機構を成すロードセルにおいて、前記4つの起歪部は、肉厚を全て同厚として形成して成り、前記2本のアーム部は、前記連結した2つの起歪部に各々歪ゲージを貼付した第1アーム部と、前記第1アーム部よりも肉厚を薄く形成した第2アーム部とから成る。   The load cell according to the present invention is a load cell that forms a Roverval mechanism from two parallel arm portions formed between a fixed end and a movable end, and four strain-generating portions connected to the two arm portions two by two. The four strain-generating portions are formed by forming all the same thicknesses, and the two arm portions include a first arm portion having a strain gauge attached to each of the two connected strain-generating portions. And a second arm part formed thinner than the first arm part.

また、前記第1アーム部の歪ゲージ貼付面を鉛直方向上向きとしてロードセルを固定し、前記第1アーム部上方から鉛直下向きを荷重負荷方向として構成する。   Further, the load cell is fixed with the strain gauge attaching surface of the first arm portion facing upward in the vertical direction, and the vertically downward direction from above the first arm portion is configured as the load loading direction.

また、前記第2アーム部は、2本のアーム部の肉厚が同じロードセルを基に、前記2本のアーム部間の空隙の幅を変えることなく、前記空隙の中立軸をロードセルの中立軸より所定の距離だけずらすことにより形成するものである。   Further, the second arm portion is based on a load cell having the same thickness of the two arm portions, and the neutral axis of the gap is changed to the neutral axis of the load cell without changing the width of the gap between the two arm portions. It is formed by shifting by a predetermined distance.

更に、前記第2アーム部は、2本のアーム部の肉厚が同じロードセルを基に、前記第2アーム部の肉厚だけを薄く加工して形成するものである。   Furthermore, the second arm portion is formed by processing only the thickness of the second arm portion based on a load cell having the same thickness of the two arm portions.

<実施例1>
発明者らは、一方のアーム部に形成した起歪部に歪ゲージを貼付したロバーバル型のロードセルにおいて、片持ち構造の起歪体全体の撓みが、上下アーム部及び起歪部に影響を与えることにより非直線性能が低下していることに着目し、起歪部の厚みを同厚とし、上下アーム部の厚みを変えて形成したロードセルの実測結果より、下側アーム部の厚みと上側アーム部の厚みとの間に適切な厚み差を持たせることにより、厚く形成した方のアーム部側の起歪部において歪の直線性を生むことを見出した。
<Example 1>
The inventors of the present invention, in a robust load cell in which a strain gauge is attached to a strain generating portion formed on one arm portion, the deflection of the entire cantilever strain generating body affects the upper and lower arm portions and the strain generating portion. As a result, the thickness of the lower arm and the upper arm were determined from the measurement results of the load cell formed by changing the thickness of the upper and lower arms. It has been found that by providing an appropriate thickness difference with the thickness of the portion, strain linearity is produced in the strain-generating portion on the arm portion side that is formed thicker.

具体的には、起歪体全体にかかる撓みによって、上下アーム部に発生する圧縮力及び引張力を、下側のアーム部の厚さを上側アーム部よりも薄くすることにより、起歪体全体の撓みの影響を下側アーム部で受け易くし、上側アーム部にかかる起歪部の歪のバランスを取ることが可能な下側アーム部と上側アーム部との適正な厚み差を設けることにある。   Specifically, by compressing and pulling force generated in the upper and lower arm portions due to the bending of the entire strain generating body, the thickness of the lower arm portion is made thinner than that of the upper arm portion, so that the entire strain generating body is The lower arm portion can be easily affected by the bending of the upper arm portion, and an appropriate thickness difference can be provided between the lower arm portion and the upper arm portion that can balance the strain of the strain-generating portion applied to the upper arm portion. is there.

以下図面を用いて、本発明のロードセルと従来のロードセルとの比較データを基に、本発明のロードセルの具体例を説明する。   Hereinafter, specific examples of the load cell of the present invention will be described based on the comparison data of the load cell of the present invention and the conventional load cell with reference to the drawings.

本発明の実施例1はアーム部を形成する空隙をずらしてロードセルを形成した場合の比較例である。図1乃至図3の薄型ロードセルを一例として示す。図1は外観図であり、図2はロードセルの主要変形部の拡大図であり、図3は図2の上面、すなわち歪ゲージ貼付面を示す図である。   Example 1 of the present invention is a comparative example in which a load cell is formed by shifting a gap forming an arm portion. The thin load cell of FIG. 1 thru | or FIG. 3 is shown as an example. FIG. 1 is an external view, FIG. 2 is an enlarged view of a main deformation portion of the load cell, and FIG. 3 is a view showing an upper surface of FIG.

図1によると、起歪体の長手方向は固定端及び可動端を有して80mm、厚さ5mm、起歪部間距離は10.3mmの薄型ロードセルであり、歪ゲージ貼付面の幅は12.6mmである。   According to FIG. 1, the longitudinal direction of the strain generating body is a thin load cell having a fixed end and a movable end of 80 mm, a thickness of 5 mm, and a distance between the strain generating portions of 10.3 mm. .6 mm.

図2によると、各起歪部はφ3.9mmの孔により4箇所共に0.55mmに形成され、2本のアーム部はφ2.6mmの3連の並列孔により、各肉厚を、1.85mm及び0.55mmとして形成し、肉厚の厚い方のアーム部を第1アーム部とし、薄い方のアーム部を第2アーム部として構成したものである。また、図3に示すように、前記第1アーム部に連結した2箇所の起歪部の表面には、各々2枚の歪ゲージを、できる限りロードセル中央に近接させて並列に貼付して成り、図示しないが電気回路的には、4つの歪ゲージによりブリッジ回路を構成する公知の技術を用い、前記歪ゲージの出力を検出するものである。   According to FIG. 2, each of the strain-generating portions is formed at 0.55 mm by four holes of φ3.9 mm, and the two arm portions are formed by three parallel holes of φ2.6 mm so that each thickness is 1. It is formed as 85 mm and 0.55 mm, and the thicker arm portion is configured as a first arm portion, and the thinner arm portion is configured as a second arm portion. In addition, as shown in FIG. 3, two strain gauges are respectively attached in parallel to the surface of the two strain-generating portions connected to the first arm portion as close to the center of the load cell as possible. Although not shown, in terms of an electric circuit, a known technique for forming a bridge circuit with four strain gauges is used to detect the output of the strain gauge.

前記第1及び第2アーム部を形成した3連の並列孔は、前記肉厚の差を形成するように、図4に示す従来のロードセル中央から下方にずらしたものであり、ロードセル下面から1.85mmの位置に孔の中心をなしたものである。   The three parallel holes forming the first and second arm portions are shifted downward from the center of the conventional load cell shown in FIG. 4 so as to form the difference in thickness. The hole is centered at a position of 85 mm.

ここで、図4に示すロードセルは、前述の従来技術に示した、アーム部h1及びh2が同厚であり、各起歪部6a、6b、6c及び6dが同厚である、上下対称の従来型のロードセルである。すなわち、前記アーム部を形成する3連の並列孔の中心がロードセルの中心と一致しており、2本のアーム部は1.2mmの同厚で形成されているものであり、その他は前述した本発明のロードセルと同じ構成である。   Here, the load cell shown in FIG. 4 has the vertically symmetrical conventional structure shown in the above-described prior art, in which the arm portions h1 and h2 have the same thickness and the strain generating portions 6a, 6b, 6c and 6d have the same thickness. A type load cell. That is, the center of the three parallel holes forming the arm part coincides with the center of the load cell, the two arm parts are formed with the same thickness of 1.2 mm, and the others are described above. It is the same structure as the load cell of this invention.

この2つのロードセルの偏置荷重による非直線性能の比較を図5乃至7を用いて説明する。図5及び図6は、偏置荷重の荷重位置等の測定状態を示す図であり、図7は従来型ロードセルの非直線性能を示すグラフであり、図8は本発明のロードセルの非直線性能を示すグラフである。   Comparison of non-linear performance due to the eccentric load of these two load cells will be described with reference to FIGS. 5 and 6 are diagrams showing measurement states such as the load position of the eccentric load, FIG. 7 is a graph showing the non-linear performance of the conventional load cell, and FIG. 8 is the non-linear performance of the load cell of the present invention. It is a graph which shows.

まず図5は、ロードセルに対する荷重位置を上から示した略図であり、本実施例においては、前記第1アーム部の歪ゲージ貼付面を鉛直方向上向きとしてロードセルを固定し、前記第1アーム部上方から鉛直下向きを荷重負荷方向としたものであり、ロードセルに対して、荷重伝達板における荷重位置を示しており、丸囲みの×印部が荷重位置である。これによると、ロードセル中央の荷重位置をP1、ロードセルの長手方向延長上及び直交方向に各々45mm離した位置に、P2、P3及びP4として荷重位置を設けた。ここで、P2はロードセルの可動端側の偏置荷重位置であり、P3は固定端側の偏置荷重位置である。図5のA−A断面図である図6に測定状態を示した。   First, FIG. 5 is a schematic view showing the load position with respect to the load cell from above. In this embodiment, the load cell is fixed with the strain gauge application surface of the first arm portion facing upward in the vertical direction, and the upper portion of the first arm portion is fixed. The load downward direction is defined as the load load direction, and the load position on the load transmission plate with respect to the load cell is shown. The circled X mark portion is the load position. According to this, the load positions at the center of the load cell were set as P1, P3, and P4 at positions P1 and 45 mm apart from each other on the longitudinal extension of the load cell and in the orthogonal direction. Here, P2 is an offset load position on the movable end side of the load cell, and P3 is an offset load position on the fixed end side. The measurement state is shown in FIG. 6, which is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

非直線性能の実測においては、両ロードセルに対してP1、P2及びP3の偏置荷重位置において、秤量2000(g)として、500(g)刻みのステップ荷重を測定した。   In the actual measurement of the non-linear performance, the step load in increments of 500 (g) was measured at the offset load positions of P1, P2 and P3 with respect to both load cells as the weighing of 2000 (g).

図7に示す従来型ロードセルの非直線性能は、中央荷重P1が0.02%以下と高い直線性を示すのに対して、偏置荷重P2及びP3に対しては0.1%ROと非直線性を示していた。アーム部及び起歪部が対象のロードセルはロバーバルとしての機構が不十分であることを示している。   The non-linear performance of the conventional load cell shown in FIG. 7 is as high as 0.1% RO for the eccentric loads P2 and P3, whereas the non-linear performance of the center load P1 is as high as 0.02% or less. It showed linearity. This indicates that the load cell that is the target of the arm portion and the strain-generating portion has an insufficient mechanism as a Roverval.

これに比べて図8に示す本発明のロードセルの非直線性能は、荷重位置P1、P2及びP3共に0.02%RO以内に入っており、きわめて高い直線性を示していると言え、前記第2アーム部が第1アーム部にかかる歪のバランスを取っていることが明らかである。   Compared to this, the non-linear performance of the load cell of the present invention shown in FIG. 8 is within 0.02% RO for all of the load positions P1, P2 and P3. It is clear that the two arm portions balance the strain applied to the first arm portion.

また、荷重位置P4及びP5の荷重に対しては、ロードセルに捩れが加わり、ロバーバル機構により解消されず、上記従来型ロードセルでは、非直線性能の悪化及び中央荷重値P1に対する偏置荷重値のスパン誤差が大きいことは明らかであるため、次に示す偏置誤差の性能比較においては、前記従来技術の一つに示した、アーム部h1及びh2と上下起歪部6a及び6bと6c及び6dの両方に厚み差を設けたロードセルの一例として、図9に示したロードセルとの比較を行なった。図9は図4に示した従来のロードセルから、アーム部及び起歪部を形成する空間部をロードセル中心より0.1mm下方にずらして形成したものであり、図1及び図2に示した本発明のロードセルと同等の非直線性能を実現させたものである。   In addition, the load at the load positions P4 and P5 is twisted in the load cell and is not eliminated by the Roverval mechanism. In the conventional load cell, the non-linear performance deteriorates and the span of the eccentric load value with respect to the central load value P1. Since it is clear that the error is large, in the following performance comparison of the deviation error, the arm portions h1 and h2, the vertical strain portions 6a and 6b, 6c and 6d shown in one of the prior arts are shown. As an example of a load cell having a difference in thickness on both sides, a comparison with the load cell shown in FIG. 9 was performed. 9 is formed by shifting the space portion for forming the arm portion and the strain generating portion from the conventional load cell shown in FIG. 4 by 0.1 mm downward from the center of the load cell. Non-linear performance equivalent to the load cell of the invention is realized.

図10及び図11は、偏置誤差、すなわち、ロードセルの中央の荷重位置P1における荷重値に対し、荷重位置P2、P3、P4及びP5の各荷重値の誤差率を示したものであり、図10が図9に示したアーム部及び起歪部共に厚み差を設けたロードセルの偏置誤差を示したものであり、図11は本発明のロードセルの偏置誤差を示したものである。   10 and 11 show the error rate of each load value at the load positions P2, P3, P4 and P5 with respect to the offset error, that is, the load value at the load position P1 at the center of the load cell. 10 shows the deviation error of the load cell in which the arm portion and the strain generating portion shown in FIG. 9 have different thicknesses, and FIG. 11 shows the deviation error of the load cell of the present invention.

まず図10によると、荷重位置P1に対して荷重位置P2及びP3、すなわちロードセルの長手方向の前後の荷重に対しては、秤量2000(g)においては、±0.2%RO以内に入っており、良好な結果であるといえる。しかし、ロードセルが捩れ方向の力を受ける荷重位置P4及びP5においては、各々+0.8%RO、及び−0.8%RO程度もの誤差を示している。   First, according to FIG. 10, the load positions P2 and P3 with respect to the load position P1, that is, the loads before and after the load cell in the longitudinal direction, are within ± 0.2% RO at the weighing 2000 (g). This is a good result. However, at the load positions P4 and P5 where the load cell receives the force in the torsional direction, errors of about + 0.8% RO and −0.8% RO are shown, respectively.

これに対して図11に示す本発明のロードセルの測定結果においては、荷重位置P2及びP3はもとより、前述したロードセルにおいて誤差の大きかった荷重位置P4及びP5においても±0.2%RO以内に収まっており、良好な結果を示している。   On the other hand, in the measurement result of the load cell of the present invention shown in FIG. 11, not only the load positions P2 and P3 but also the load positions P4 and P5 where the error is large in the load cell described above is within ± 0.2% RO. And shows good results.

これにより本発明のロードセルは、ロードセルにかかる捩れを解消しているといえる。この両ロードセルに対して、荷重位置をP5とした場合のロードセルにかかる捩れの度合いを応力として解析した結果を図12乃至図14を用いて説明する。図12は、両ロードセルの歪ゲージ貼付面の拡大図であり、図13は、図9に示したロードセルにおいて、荷重位置をP5とした場合の可動側及び固定側起歪部の歪ゲージ貼付面における応力分布解析結果を示す図であり、図14は、本発明のロードセルに対する前記図13と同様の解析結果である。   Thereby, it can be said that the load cell of this invention has eliminated the twist concerning a load cell. The results of analyzing the degree of torsion applied to the load cell when the load position is P5 as stress for both load cells will be described with reference to FIGS. 12 is an enlarged view of the strain gauge affixing surfaces of both load cells, and FIG. 13 is a strain gage affixing surface of the movable side and the fixed side strain generating portion when the load position is P5 in the load cell shown in FIG. FIG. 14 is a diagram showing the analysis result similar to FIG. 13 for the load cell of the present invention.

上記応力解析は、図12の歪ゲージ貼付面において、可動側起歪部及び固定側起歪部の各々に対して、ロードセルの左端を0mmとして、右端12.6mmまでを1mm刻みで区切り、荷重位置P5に秤量2000(g)荷重したときの各点の応力算出値に基づいて、各々近似曲線として示したものが図13及び14である。   In the stress analysis surface of FIG. 12, the stress analysis is performed by dividing the left end of the load cell to 0 mm and the right end of 12.6 mm in 1 mm increments for each of the movable side strained portion and the fixed side strained portion. FIGS. 13 and 14 show approximate curves based on the stress calculation values at each point when a weight of 2000 (g) is applied to the position P5.

ここで着目すべきは、歪ゲージを貼付した各起歪部における応力の最大値と最小値との差である。この差が大きいほどロードセルには強い捩れ方向の力が加わっているといえる。図13に示す応力解析結果の固定側起歪部においては、応力の最小値はロードセルの左端から1.5mm付近の約3.5kgf/mmであり、最大値は左端から11.5mm付近の約11.5kgf/mmであり、応力差は3倍程度ある。同様に可動側起歪部においても、最大値はロードセルの左端から1.5mm付近の約−3.5kgf/mmであり、最小値は左端から12mm付近の約−10kgf/mmであり、応力差は2.8倍程度ある。 What should be noted here is the difference between the maximum value and the minimum value of the stress in each strained portion to which the strain gauge is attached. It can be said that the greater the difference, the stronger the twisting force is applied to the load cell. In the fixed side strain portion of the stress analysis result shown in FIG. 13, the minimum value of the stress is about 3.5 kgf / mm 2 around 1.5 mm from the left end of the load cell, and the maximum value is around 11.5 mm from the left end. It is about 11.5 kgf / mm 2 and the stress difference is about 3 times. Similarly, also in the movable side strain generating portion, the maximum value is about −3.5 kgf / mm 2 near 1.5 mm from the left end of the load cell, and the minimum value is about −10 kgf / mm 2 near 12 mm from the left end. The stress difference is about 2.8 times.

これに対して図14に示す本発明のロードセルの応力解析結果によると、まず固定側起歪部において、最小値はロードセルの左端から1.5mm付近の約5kgf/mmであり、最大値は右端12.6mm付近で約10kgf/mmであり、応力差は2倍程度である。可動側起歪部においても同様に、最大値はロードセルの左端から1.5mm付近の約5.5kgf/mmであり、最小値は左端から10mm付近の約9.5kgf/mmであり、応力差は1.7倍程度である。 On the other hand, according to the stress analysis result of the load cell of the present invention shown in FIG. 14, first, in the fixed side strain portion, the minimum value is about 5 kgf / mm 2 near 1.5 mm from the left end of the load cell, and the maximum value is It is about 10 kgf / mm 2 near the right end of 12.6 mm, and the stress difference is about twice. Similarly, in the movable side strain generating portion, the maximum value is about 5.5 kgf / mm 2 around 1.5 mm from the left end of the load cell, and the minimum value is about 9.5 kgf / mm 2 around 10 mm from the left end. The stress difference is about 1.7 times.

すなわち、従来の起歪部の厚みを調整したロードセルにおいては前記応力差が3倍程度あったものが、本発明のロードセルでは2倍程度まで減少しており、歪ゲージを貼付した起歪部に対して、起歪体の捩れの影響が軽減されていることが明らかである。   That is, in the conventional load cell in which the thickness of the strain generating portion is adjusted, the stress difference is about 3 times, but in the load cell of the present invention, it is reduced to about 2 times. On the other hand, it is clear that the influence of twisting of the strain generating body is reduced.

<実施例2>
本発明の実施例2は第2アーム部のみ厚さを調整するだけでロードセルの高精度化を可能とする一例である。前記実施例1では、起歪体の中に複数の円形の孔を連結して、起歪部及びアーム部を成す空隙を形成したロードセルに基づいて、アーム部を形成する空隙の幅は一定として、前記空隙の軸をずらすことにより上下アーム部の厚みを変えたものであるが、実施例2においては、第2アーム部のみを薄くして空隙の幅を広げることにより、第1アーム部と第2アーム部との肉厚に差を設けたロードセルの一例を示す。これは、両アーム部の肉厚に余裕の有る比較的大型のロードセルにおいて有用な構成である。
<Example 2>
The second embodiment of the present invention is an example in which the load cell can be highly accurate only by adjusting the thickness of only the second arm portion. In the first embodiment, based on a load cell in which a plurality of circular holes are connected in a strain generating body and a space forming a strain generating portion and an arm portion is formed, the width of the space forming the arm portion is constant. The thickness of the upper and lower arm portions is changed by shifting the axis of the gap, but in the second embodiment, only the first arm portion and An example of the load cell which provided the difference in thickness with the 2nd arm part is shown. This is a useful configuration in a relatively large load cell in which both arm portions have a sufficient wall thickness.

図15は従来のアーム部h1及びh2と各起歪部6a、6b、6c及び6dの肉厚が各々対称なロードセル形状を示し、長さ130mm、高さ22mmの起歪体中央に50mmの間隔をあけてφ12mmの孔をもって可動側起歪部と固定側起歪部とを形成し、アーム部を4.8mmとすべく、前記孔に連結する空隙部を設けて構成するロードセルである。図16は前記図15に示したロードセルを基に、直線性を安定させるべく第2アーム部の厚みを1.8mmとなるように切削加工により薄くし、第1アーム部と第2アーム部間の空隙部の幅を従来のロードセルよりも広くして形成したものである。また、歪ゲージは実施例1と同様にしてブリッジ回路を構成して成るものである。   FIG. 15 shows a load cell shape in which the thicknesses of the conventional arm portions h1 and h2 and the strain generating portions 6a, 6b, 6c and 6d are symmetrical, with a spacing of 50 mm at the center of the strain generating body having a length of 130 mm and a height of 22 mm. The load cell is configured by forming a movable-side strain-generating portion and a fixed-side strain-generating portion with a hole of φ12 mm and providing a gap portion connected to the hole so that the arm portion is 4.8 mm. FIG. 16 is based on the load cell shown in FIG. 15, and the thickness of the second arm portion is thinned by 1.8 mm to stabilize the linearity, and the space between the first arm portion and the second arm portion is reduced. The width of the gap is formed wider than that of the conventional load cell. Further, the strain gauge is formed by forming a bridge circuit in the same manner as in the first embodiment.

前記図15及び図16に示すロードセルの非直線性比較においては、実施例1と同様に測定し、各々図17及び図18に示す結果を得た。これによると、図17に示すように、従来のロードセルにおいては、荷重位置P1において0.01%RO程度であるのに対し、荷重位置P2及びP3においては、各々0.02%RO及び0.04%ROと非直線性が大きくなっている。   In the non-linearity comparison of the load cells shown in FIGS. 15 and 16, the measurement was performed in the same manner as in Example 1, and the results shown in FIGS. 17 and 18 were obtained, respectively. According to this, as shown in FIG. 17, in the conventional load cell, it is about 0.01% RO at the load position P1, whereas at the load positions P2 and P3, 0.02% RO and 0. The non-linearity is large with 04% RO.

これに比べて図18に示すように、本発明のロードセルは、荷重位置P1、P2及びP3共に、0.01%RO程度とほぼ一致する良好な結果が得られ、第2アーム部のみの厚さを変えるだけでも、歪ゲージを貼付した起歪部にかかる歪のバランスを取れる適正な厚み差をもたせれば良いことが示されたといえる。   Compared to this, as shown in FIG. 18, the load cell of the present invention has a good result that substantially agrees with about 0.01% RO in all of the load positions P1, P2, and P3, and the thickness of only the second arm portion. It can be said that even if only the thickness is changed, it is necessary to provide an appropriate thickness difference that can balance the strain applied to the strain-generating portion to which the strain gauge is attached.

なお、実施例1及び実施例2においては、前記第1アーム部の歪ゲージ貼付面を鉛直方向上向きとしてロードセルを固定し、前記第1アーム部上方から鉛直下向きを荷重負荷方向としたが、これとは向きを逆にして、第1アーム部の歪ゲージ貼付面を鉛直方向下向きとしてロードセルを固定し、上側に成った第2アーム部上方から荷重を負荷する構成とすることも可能である。   In Example 1 and Example 2, the load cell is fixed with the strain gauge affixing surface of the first arm part facing upward in the vertical direction, and the downward load from above the first arm part is set as the load loading direction. It is also possible to reverse the direction and fix the load cell so that the strain gauge attaching surface of the first arm part faces downward in the vertical direction and to apply a load from above the second arm part formed on the upper side.

また、歪ゲージは第1アーム部に連結した2箇所の起歪部の表面に、各々2枚の歪ゲージを貼付し、合計4枚の歪ゲージによりブリッジ回路を構成したが、前記2箇所の起歪部に各々1枚ずつ歪ゲージを添付し、この2枚の歪ゲージと電気回路構成上2つのダミーゲージとを組み合わせてブリッジ回路を構成したものであっても、同様の特性を得ることが可能である。   In addition, the strain gauges were affixed to two strain gauges on the surface of the two strain-generating portions connected to the first arm portion, respectively, and a bridge circuit was configured with a total of four strain gauges. The same characteristics can be obtained even if one strain gauge is attached to each strain generating part and a bridge circuit is constructed by combining these two strain gauges and two dummy gauges in terms of the electrical circuit configuration. Is possible.

1 従来の一般的なロードセル
2 起歪体
3a、3b、3c、3d 歪ゲージ
4 固定端
5 可動端
6a、6b、6c、6d 起歪部
7 孔
8 孔
9 空隙部
h1、h2 アーム部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conventional general load cell 2 Strain body 3a, 3b, 3c, 3d Strain gauge 4 Fixed end 5 Movable end 6a, 6b, 6c, 6d Strain generation part 7 Hole 8 Hole 9 Cavity part h1, h2 Arm part

Claims (2)

固定端と可動端との間に形成した平行な2本のアーム部と、前記2本のアーム部に2つずつ連結した4つの起歪部とからロバーバル機構を成すロードセルにおいて、
前記4つの起歪部は、肉厚を全て同厚として形成して成り、
前記2本のアーム部は、前記連結した2つの起歪部に各々歪ゲージを貼付した第1アーム部と、前記第1アーム部よりも起歪体全体に掛かる撓みの影響をより受け易くなるように肉厚を薄く形成して、当該歪ゲージを貼付した起歪部に作用する歪のバランスをとる第2アーム部とから成ることを特徴とするロードセル。
In a load cell that forms a Roverval mechanism from two parallel arm portions formed between a fixed end and a movable end, and four strain generating portions connected to the two arm portions two by two,
The four strained portions are formed by forming all the thicknesses to be the same,
The two arm portions are more susceptible to the influence of the first arm portion in which a strain gauge is attached to each of the two connected strain-generating portions, and the deflection applied to the entire strain-generating body than the first arm portion. A load cell comprising a second arm portion that is formed to have a thin thickness as described above and balances strain acting on the strain-generating portion to which the strain gauge is attached.
前記第1アーム部の歪ゲージ貼付面を鉛直方向上向きとしてロードセルを固定し、前記第1アーム部上方から鉛直下向きを荷重負荷方向として構成することを特徴とする請求項1記載のロードセル。
2. The load cell according to claim 1, wherein the load cell is fixed with the strain gauge affixing surface of the first arm portion facing upward in the vertical direction, and the vertically downward direction from above the first arm portion is defined as the load loading direction.
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