JP2010181242A - Load cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロードセルに関するものである。 The present invention relates to a load cell.
一般的に、荷重を測定する装置において、ロードセルを用いた装置が広く知られている。以下、従来例に係る板状の平面構造を有するロードセルについて説明する。 Generally, as a device for measuring a load, a device using a load cell is widely known. Hereinafter, a load cell having a plate-like planar structure according to a conventional example will be described.
(従来例1)
図13〜図15を参照して、従来例1に係るロードセルについて説明する。図13は従来例1に係るロードセルの平面図である。図14は従来例1に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す側面図である。図15は従来例1に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す正面図である。
(Conventional example 1)
A load cell according to Conventional Example 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a plan view of a load cell according to Conventional Example 1. FIG. FIG. 14 is a side view showing a state when receiving a load in the load cell according to Conventional Example 1. FIG. 15: is a front view which shows a mode when the load in the load cell which concerns on the prior art example 1 is received.
この従来例1に係るロードセル600は、板状部材にコ字状のスリットS6が形成されることによって、片持梁部610と、この片持梁部610の両側に配置される一対の両端固定梁部620,630とを備える構成である。
The
このロードセル600においては、片持梁部610に荷重を受ける部位P0が設けられ、一対の両端固定梁部620,630に歪ゲージ651,652,653,654が取り付けられる。また、片持梁部610の自由端よりも更に先端側に、ロードセル600を固定するためのボルト貫通孔641,642が設けられている。
In the
以上のように構成されるロードセル600においては、図14に示すように、ボルトBによって、一対のボルト貫通孔641,642の部位が固定される。そして、荷重Pを受けると、片持梁部610は片側の固定された部位を中心にして撓む。これにより、一対の両端固定梁部620,630においては、片持梁部610が固定されている側において、荷重P方向の力を受け、かつ曲げモーメントが生じる。また、これに伴い、一対の両端固定梁部620,630におけるロードセル600が固定されている側においては、支持反力が作用し、かつ固定モーメントが生じる。従って、一対の両端固定梁部620,630は、図14に示すように、S字形状となるように撓む。
In the
そのため、一対の両端固定梁部620,630においては、表面側に圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在すると共に、裏面側にも圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在する。この従来例1に係るロードセル600においては、圧縮ひずみが発生する部位に歪ゲージ651,653が配置され、引張ひずみが発生する部位に歪ゲージ652,654が配置されている。これにより、ホイートストンブリッジ回路によって、荷重を測定することができる。
For this reason, in the pair of both-end
しかしながら、この従来例1に係るロードセル600においては、両端固定梁部620,630が両端固定梁として機能するために、一対のボルト貫通孔641,642の部位が確実に固定されていなければならない。そのため、安定した測定を行うためには、この部位を強固に固定すると共に、経時的なボルトBの緩み等への対策が必要となる。
However, in the
また、この従来例1に係るロードセル600においては、幅方向の中心の位置で荷重を受け、幅方向の中心から両側に離れた位置で歪ゲージ651,652,653,654によって電気抵抗値を検出する構成であることから、測定誤差が生じ易いという問題もある。この点について、図15を参照して説明する。
In the
幅方向の中心の位置で荷重を受ける場合、梁の長手方向の撓みだけでなく、梁の幅方向についても撓みが生じる。すなわち、図15に示すように、両端固定梁部620,630においては、その幅方向の両側の各端部を中心にして、荷重P方向に撓みが生じる。そのため、歪ゲージ651,652,653,654によって検出される電気抵抗値は、この幅方向の撓みの影響を受けてしまい、測定誤差が生じ易くなってしまう。従って、この従来例1に係るロードセル600の場合には、この測定誤差の影響を低減させるために、一対の両端固定梁部620,630のそれぞれに歪ゲージを配置することが必須となるため、使用態様も制約が生じてしまう。また、斜め方向に荷重がかかると、幅方向の撓み方が両端固定梁部620の場合と両端固定梁部630の場合とで異なってしまい、測定誤差がより一層大きくなってしまう。また、荷重のかかり方によっては、ロードセル600がねじれてしまうため、この場合にも、測定誤差がより一層大きくなってしまう。
When a load is received at the center in the width direction, not only bending in the longitudinal direction of the beam but also bending in the width direction of the beam occurs. That is, as shown in FIG. 15, in the both-end
(従来例2)
図16及び図17を参照して、従来例2に係るロードセルについて説明する。図16は従来例2に係るロードセルの平面図である。図17は従来例2に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す側面図である。
(Conventional example 2)
A load cell according to Conventional Example 2 will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is a plan view of a load cell according to Conventional Example 2. FIG. 17: is a side view which shows a mode when the load in the load cell which concerns on the prior art example 2 is received.
この従来例2に係るロードセル700は、板状部材を、図16に示す形状となるように切削することによって、両端固定梁部710と、この両端固定梁部710の両側に配置される一対の片持梁部720,730と、これら一対の片持梁部720,730の外側に配置される一対の両端固定梁部740,750とを備える構成である。
The
なお、両端固定梁部710は、その一端側において、一対の片持梁部720,730と一体的に固定され、その他端側において、一対の両端固定梁部740,750と一体的に固定されている。
The both-end
そして、このロードセル700においては、一対の片持梁部720,730に、それぞれ荷重を受ける部位P1,P2が設けられ、両端固定梁部710に歪ゲージ770が取り付けられる。また、一対の両端固定梁部740,750に、それぞれロードセル700を固定するためのボルト貫通孔761,762が設けられている。
In the
以上のように構成されるロードセル700においては、図17に示すように、ボルトBによって、一対のボルト貫通孔761,762の部位が固定される。そして、荷重Pを受けると、一対の片持梁部720,730は片側の固定された部位を中心にして撓む。これにより、両端固定梁部710においては、一対の片持梁部720,730が固定されている側において、荷重P方向の力を受け、かつ曲げモーメントが生じる。また、これに伴い、両端固定梁部710における一対の両端固定梁部740,750が固定されている側においても、荷重P方向の力を受け、かつ曲げモーメントが生じる。
In the
ここで、両端固定梁部710の両端においてそれぞれ生じる曲げモーメントは、正負が逆となる。従って、両端固定梁部710は、図17に示すように、S字形状となるように撓む。
Here, the bending moments generated at both ends of the both-end
これにより、両端固定梁部710においては、表面側に圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在すると共に、裏面側にも圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在する。従って、この両端固定梁部710に設けられた歪ゲージ770によって、圧縮ひずみが生じている部位の電気抵抗値と、引張ひずみが生じている部位の電気抵抗値を検出することができる。
Thereby, in the both ends
この従来例2に係るロードセル700の場合には、幅方向の中心位置(荷重を受ける部位P1,P2の中間の位置)に歪ゲージ770が配置されているため、従来例1の場合のように、梁の幅方向の撓みに伴う測定誤差の問題はない。
In the case of the
しかしながら、この従来例2に係るロードセル700の場合においては、荷重を受ける部位P1,P2が2箇所存在するため、これらに均等に荷重がかかるような仕組みが必要となってしまう。また、この従来例2に係るロードセル700においても、一対のボルト貫通孔761,762の部位が確実に固定されていなければならない。
However, in the case of the
なお、関連する技術としては、特許文献1,2に開示されたものがある。
In addition, there exists a technique disclosed by
本発明の目的は、簡易な構成で高精度に荷重の測定を行うことを可能とするロードセルを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a load cell capable of measuring a load with high accuracy with a simple configuration.
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
すなわち、本発明のロードセルは、荷重を受ける部位、及び歪ゲージが取り付けられる部位を有する第1両端固定梁部と、
この第1両端固定梁部の両側に配置され、かつ前記荷重に対する反力を受ける部位をそれぞれ有する一対の第2両端固定梁部と、
を備えるロードセルであって、
第1両端固定梁部の両端と一対の第2両端固定梁部の両端とが、それぞれ一体的に形成されていることを特徴とする。
That is, the load cell of the present invention includes a first both-end fixed beam portion having a portion that receives a load and a portion to which a strain gauge is attached,
A pair of second both-end fixed beam portions that are disposed on both sides of the first both-end fixed beam portion and each have a portion that receives a reaction force against the load;
A load cell comprising:
Both ends of the first both-end fixed beam portions and both ends of the pair of second both-end fixed beam portions are integrally formed, respectively.
なお、本発明において、「両側」とは、梁の幅方向の両側を意味し、「両端」とは、梁の長手方向の両端を意味する。また、本発明における「両端固定梁部」とは、両端が固定梁として機能する部位を意味する。ここで、「固定梁」とは、垂直反力と固定モーメント(反モーメント)の両者が作用する梁を意味する。従って、「両端固定梁部」における「固定」は、他の部材等に固定されていることを意味するものではない。 In the present invention, “both sides” means both sides of the beam in the width direction, and “both ends” means both ends of the beam in the longitudinal direction. Further, the “both end fixed beam portion” in the present invention means a part where both ends function as a fixed beam. Here, “fixed beam” means a beam on which both a vertical reaction force and a fixed moment (reaction moment) act. Therefore, “fixed” in the “both end fixed beam portion” does not mean that the beam is fixed to another member or the like.
本発明によれば、第1両端固定梁部に荷重がかかると、一対の第2両端固定梁部において、それぞれ当該荷重に対する反力が作用する。そして、この第1両端固定梁部においては、その両端が一対の第2両端固定梁部の両端とそれぞれ一体的に形成されていることから、その両端部においては、荷重を受ける部位とは正負が逆のモーメントが生ずる。これにより、この第1両端固定梁部においては、荷重を受ける部位と、その両端部との間が、それぞれS字形状となるように撓む。そのため、この第1両端固定梁部においては、表面側に圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在すると共に、裏面側にも圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在する。従って、この第1両端固定梁部における表面側か裏面側のいずか一方側のみで、歪ゲージによって、圧縮ひずみが生じている部位の電気抵抗値と、引張ひずみが生じている部位の電気抵抗値を検出することができる。 According to the present invention, when a load is applied to the first both-end fixed beam portion, a reaction force against the load acts on each of the pair of second both-end fixed beam portions. Since both ends of the first both-end fixed beam portion are integrally formed with both ends of the pair of second both-end fixed beam portions, the load receiving portion is positive or negative at the both end portions. Produces the opposite moment. Thereby, in this 1st both ends fixed beam part, it bends so that the site | part which receives a load and the both ends may become S shape, respectively. Therefore, in this first both-end fixed beam portion, there are a portion where compressive strain is generated on the front side and a portion where tensile strain is generated, and a portion where compressive strain is generated on the back side and a portion where tensile strain is generated. Exists. Therefore, the electric resistance value of the portion where compressive strain is generated by the strain gauge and the electric force of the portion where tensile strain is generated by the strain gauge only on either the front side or the back side of the first both-end fixed beam portion. The resistance value can be detected.
また、本発明においては、第1両端固定梁部の両端と一対の第2両端固定梁部の両端とが、それぞれ一体的に形成されている構成を採用している。そのため、一端が自由端で構成された梁部を備え、かつ当該梁部を両端固定梁部として機能させるように構成されたロードセルの場合のように、梁部における自由端側を確実に固定させておかなければならないという課題がない。 Moreover, in this invention, the structure by which the both ends of a 1st both ends fixed beam part and the both ends of a pair of 2nd both ends fixed beam part is each formed integrally is employ | adopted. Therefore, the free end side of the beam portion is securely fixed as in the case of a load cell that includes a beam portion that is configured with a free end at one end and that functions as the beam fixing portion. There is no problem that must be kept.
ここで、前記荷重を受ける部位と、前記反力を受ける部位は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられると共に、
一対の第2両端固定梁部のうちの一方における反力を受ける部位と前記荷重を受ける部位との間の距離と、他方における反力を受ける部位と前記荷重を受ける部位との間の距離が等しくなるように構成されるとよい。
Here, the portion receiving the load and the portion receiving the reaction force are provided so as to be located on a straight line extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the beam,
The distance between the part receiving the reaction force and the part receiving the load in one of the pair of second both-end fixed beam portions, and the distance between the part receiving the reaction force and the part receiving the load in the other are It may be configured to be equal.
こうすることで、ロードセルの幅方向の撓み変形が、荷重を受ける部位を中心として対称的となるようにすることができる。 By doing so, the bending deformation in the width direction of the load cell can be made symmetric with respect to the portion receiving the load.
前記荷重を受ける部位と、前記歪ゲージが取り付けられる部位は、梁の長手方向に伸びる直線状に位置するように設けられるとよい。 The part that receives the load and the part to which the strain gauge is attached may be provided so as to be positioned in a straight line extending in the longitudinal direction of the beam.
こうすることで、歪ゲージによって電気抵抗値が検出される際に、ロードセルの幅方向の撓み変形の影響を抑制することができる。 By doing so, the influence of the bending deformation in the width direction of the load cell can be suppressed when the electrical resistance value is detected by the strain gauge.
板状部材に対して、一対のスリットが形成されることによって、これら一対のスリット間の部分が第1両端固定梁部を構成し、これら一対のスリットの両側がそれぞれ第2両端固定梁部を構成するとよい。 By forming a pair of slits on the plate-like member, a portion between the pair of slits constitutes a first both-end fixed beam portion, and both sides of the pair of slits respectively form a second both-end fixed beam portion. Configure.
これにより、板状部材に対して、一対のスリットを形成するだけで、ロードセルが得られる。 Thereby, a load cell is obtained only by forming a pair of slits with respect to the plate-like member.
前記荷重を受ける部位は、第1両端固定梁部の一方の端部側に偏った位置に設けられ、前記歪ゲージが取り付けられる位置は、前記荷重を受ける部位と他方の端部との間の位置に設けられてもよい。 The portion receiving the load is provided at a position biased toward one end of the first both-end fixed beam portion, and the position where the strain gauge is attached is between the portion receiving the load and the other end. It may be provided at a position.
これにより、第1両端固定梁部において、荷重を受けた際に、荷重を受ける部位の両側に形成されるS字形状部のうち、一方のS字形状部の長手方向の長さを、荷重を受ける部位を長手方向の中心に設定した場合に比べて長くすることができる。そして、このS字形状部の長手方向の長さを長くした側に、歪ゲージが取り付けられることで、S字形状部の長さが同じで、荷重を受ける部位を長手方向の中心に設定したものと比較して、測定精度を高めることができる。 Thereby, when receiving a load in the first both-end fixed beam portion, the length in the longitudinal direction of one S-shaped portion among the S-shaped portions formed on both sides of the portion receiving the load is As compared with the case where the part to receive is set at the center in the longitudinal direction, it can be made longer. And by attaching the strain gauge to the side where the length of the longitudinal direction of this S-shaped part was lengthened, the length of the S-shaped part was the same, and the part which receives a load was set as the center of the longitudinal direction. The measurement accuracy can be increased compared to that of the device.
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。 In addition, said each structure can be employ | adopted combining as much as possible.
以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成で高精度に荷重の測定を行うことができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to measure a load with high accuracy with a simple configuration.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施形態及び実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、これらの実施形態及び実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below based on the embodiments and examples with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in these embodiments and examples are intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Is not.
(実施形態)
図1〜図8を参照して、本発明の実施形態に係るロードセルについて説明する。
(Embodiment)
With reference to FIGS. 1-8, the load cell which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
<ロードセルの構成>
図1及び図2を参照して、本発明の実施形態に係るロードセルの構成について説明する。図1は本発明の実施形態に係るロードセルの平面図である。図2は本発明の実施形態に係るロードセルの側面図である。
<Configuration of load cell>
With reference to FIG.1 and FIG.2, the structure of the load cell which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a plan view of a load cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of the load cell according to the embodiment of the present invention.
本発明の実施形態に係るロードセル100は、第1両端固定梁部110と、この第1両端固定梁部110の両側に配置される一対の第2両端固定梁部120,130とを備える。
The
そして、本実施形態に係るロードセル100は、長方形の板状部材(金属板など)に、互いに平行に伸びる一対のスリットS1,S2が形成されている。これにより、一対のスリットS1,S2間の部分が第1両端固定梁部110を構成し、これら一対のスリットS1,S2の両側がそれぞれ第2両端固定梁部120,130を構成している。このようにして、第1両端固定梁部110の両端と一対の第2両端固定梁部120,130の両端が、それぞれ一体的に形成された構成となっている。
In the
また、本実施形態に係るロードセル100においては、長手方向に対する中心線M1に対して対称、かつ短手方向に対する中心線M2に対しても対称となるように構成されてい
る。
Further, the
そして、第1両端固定梁部110に、荷重を受ける部位P0と歪ゲージユニット150が取り付けられる部位が設けられるように構成されている。この実施形態においては、荷重を受ける部位P0は、中心線M1と中心線M2が交差する位置となるように構成されている。また、歪ゲージユニット150が取り付けられる部位は、中心線M2上に位置するように構成されている。従って、荷重を受ける部位P0と、歪ゲージユニット150が取り付けられる部位は、第1両端固定梁部110における梁の長手方向に伸びる直線状に位置するように設けられる。
And it is comprised so that the site | part P0 which receives a load, and the site | part in which the
また、第2両端固定梁部120,130に、第1両端固定梁部110に対して荷重Pがかかった際の反力を受ける部位R1,R2が設けられるように構成されている。なお、図2において、符号200は、反力を受ける部位R1,R2でロードセル100を支持し、ロードセル100に対して反力を与える支持部材の支持部を示している。
Moreover, it is comprised so that site | part R1, R2 which receives the reaction force at the time of the load P with respect to the 1st both ends fixed
ここで、これら反力を受ける部位R1,R2は、中心線M1上に位置するように構成されている。従って、上記荷重を受ける部位P0と、これら反力を受ける部位R1,R2は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられる。また、第2両端固定梁部120における反力を受ける部位R1と荷重を受ける部位P0との間の距離と、第2両端固定梁部130における反力を受ける部位R2と荷重を受ける部位P0との間の距離は等しくなるように構成されている。
Here, site | part R1, R2 which receives these reaction force is comprised so that it may be located on the centerline M1. Therefore, the part P0 receiving the load and the parts R1 and R2 receiving the reaction force are provided so as to be located on a straight line extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the beam. Further, the distance between the part R1 that receives the reaction force in the second both-end fixed
なお、本実施形態においては、図1に示すように、反力を受ける部位R1,R2が、第2両端固定梁部120,130における幅方向全体に亘って伸びる直線部で構成される場合を示した。しかしながら、例えば、第2両端固定梁部120,130における幅方向の中心の一点でそれぞれ反力を受けるようにしてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a case where the regions R1 and R2 that receive the reaction force are configured by straight portions extending across the entire width direction of the second both-end fixed
<ロードセルのメカニズム>
特に、図3〜図5を参照して、ロードセル100のメカニズムについて説明する。図3は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の様子を示す側面図である。図4は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の第1両端固定梁部のせん断力線図(S.F.D)と曲げモーメント線図(B.M.D)である。図5は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の第2両端固定梁部のせん断力線図(S.F.D)と曲げモーメント線図(B.M.D)である。
<Load cell mechanism>
In particular, the mechanism of the
本実施形態に係るロードセル100によれば、第1両端固定梁部110に荷重Pがかかると、一対の第2両端固定梁部120,130において、それぞれ、この荷重Pに対する反力Rが作用する。
According to the
そして、この第1両端固定梁部110においては、その両端が固定されていることから、その両端部においては、荷重を受ける部位P0とは正負が逆のモーメントが生ずる。なお、図4におけるモーメントMは、固定モーメントを示している。
Since both ends of the first both-end fixed
このように、第1両端固定梁部110においては、その両端に生ずる曲げモーメントが、荷重を受ける部位P0におけるモーメントと正負が逆になることから、荷重を受ける部位P0と、その両端部との間が、それぞれS字形状となるように撓む(図3及び図4参照)。そのため、この第1両端固定梁部110においては、表面側に圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在すると共に、裏面側にも圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在する。
As described above, in the first both-end fixed
従って、この第1両端固定梁部110における表面側か裏面側のいずれか一方側のみで、歪ゲージによって、圧縮ひずみが生じる部位の電気抵抗値と、引張ひずみが生じる部位の電気抵抗値を検出することができる。すなわち、図3に示すように、第1両端固定梁部110におけるS字形状に撓む部分の中央付近に、一対の歪ゲージを有する歪ゲージユニット150を取り付けることで、圧縮ひずみが生じる部位の電気抵抗値と、引張ひずみが生じる部位の電気抵抗値を検出することができる。なお、例えば、歪ゲージユニット150は、例えば、一枚のベースとなる薄膜に、一対の歪ゲージが固定されたものを用い、一方の歪ゲージが圧縮ひずみの生じる位置に配置され、他方の歪ゲージが引張ひずみの生じる位置に配置されるようにすればよい。
Therefore, the electrical resistance value of the part where compressive strain is generated and the electrical resistance value of the part where tensile strain is generated are detected by the strain gauge only on either the front side or the back side of the first both-end fixed
また、第2両端固定梁部120,130においては、荷重Pとは逆向きの反力Rが作用する。そして、これら第2両端固定梁部120,130においても、その両端が固定されていることから、その両端部においては、反力を受ける部位R1,R2とは正負が逆のモーメントが生ずる。なお、図5におけるモーメントMは、固定モーメントを示している。
In addition, a reaction force R opposite to the load P acts on the second both-end fixed
このように、第2両端固定梁部120,130においても、その両端に生ずる曲げモーメントが、反力を受ける部位R1,R2におけるモーメントと正負が逆になることから、反力を受ける部位R1,R2と、その両端部との間が、それぞれS字形状となるように撓む(図3及び図5参照)。
In this way, also in the second both-end fixed
なお、本実施形態においては、第1両端固定梁部110における撓み変形と、第2両端固定梁部120,130における撓み変形が対称的となるように構成している。より具体的には、第1両端固定梁部110の横幅が、第2両端固定梁部120の横幅と第2両端固定梁部130の横幅の合計とおおよそ等しくなるように設定している。つまり、第1両端固定梁部110の横幅が、第2両端固定梁部120,130の各横幅のおおよそ2倍となるように設定している。これにより、第1両端固定梁部110の強度と、第2両端固定梁部120の強度と第2両端固定梁部130の強度との合計がおおよそ等しくなり、第1両端固定梁部110における撓み変形と、第2両端固定梁部120,130における撓み変形が対称的となる。
In addition, in this embodiment, it comprises so that the bending deformation in the 1st both ends fixed
<ロードセルによる荷重測定>
特に、図6を参照して、本発明の実施形態に係るロードセル100による荷重測定について説明する。図6はホイートストンブリッジ回路図である。
<Load measurement with load cell>
In particular, with reference to FIG. 6, load measurement by the
ロードセルを用いて荷重測定を行う場合、一般的に、図6に示すホイートストンブリッジ回路が用いられる。ホイートストンブリッジ回路を用いた荷重測定方法については、周知技術であるので、その詳細な説明は省略する。 When performing load measurement using a load cell, the Wheatstone bridge circuit shown in FIG. 6 is generally used. Since the load measuring method using the Wheatstone bridge circuit is a well-known technique, a detailed description thereof will be omitted.
図6において、図中、R1,R2,R3,R4はそれぞれ歪ゲージの抵抗値を示している。また、Eは入力電圧を示し、eは出力電圧を示している。荷重Pがかかっておらず、ロードセル100が変形していない状態では、R1=R2=R3=R4となるように構成されている。そして、R1とR3に相当する歪ゲージは引張ひずみが発生する部位に設けられ、R2とR4に相当する歪ゲージは圧縮ひずみが発生する部位に設けられる。ロードセル100に荷重Pがかかることで、上記の通り、圧縮ひずみと引張ひずみが生じ、各歪ゲージの抵抗値が微小に変化する。これにより、ホイートストンブリッジ回路を用いて、歪量が検出され、歪量から荷重を測定することができる。なお、図6中、150a,150bは、それぞれ、一対の歪ゲージを有する歪ゲージユニット150に相当する。
In FIG. 6, R1, R2, R3, and R4 in the figure indicate resistance values of the strain gauges, respectively. E represents the input voltage, and e represents the output voltage. In a state where the load P is not applied and the
<適用例>
特に、図7及び図8を参照して、本発明の実施形態に係るロードセルを体重計に用いる
場合を説明する。図7は本発明の実施形態に係る体重計の模式的平面図である。図8は本発明の実施形態に係る体重計における体重を測定するための回路図である。
<Application example>
In particular, a case where the load cell according to the embodiment of the present invention is used for a weight scale will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a schematic plan view of a weight scale according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a circuit diagram for measuring body weight in the scale according to the embodiment of the present invention.
体重計300の場合、一般的に、直方体形状の筐体部と、その4隅に設けられる脚部とから構成され、4つの脚部にそれぞれロードセル100a,100b,100c,100dが配置される。そして、本実施形態に係る体重計においては、各ロードセル100a,100b,100c,100dにそれぞれ1個の歪ゲージユニット150a,150b,150c,150dが設けられる。
In the case of the
ここで、図8に示す回路において、歪ゲージユニット150aにおける一対の歪ゲージの電気抵抗値がR1’,R2’に相当し、歪ゲージユニット150bにおける一対の歪ゲージの電気抵抗値がR2”,R3”に相当し、歪ゲージユニット150cにおける一対の歪ゲージの電気抵抗値がR3’,R4’に相当し、歪ゲージユニット150dにおける一対の歪ゲージの電気抵抗値がR4”,R1”に相当する。また、荷重Pがかかっておらず、ロードセル100が変形していない状態では、全ての電気抵抗値が等しくなるように構成されている。
Here, in the circuit shown in FIG. 8, the electrical resistance value of the pair of strain gauges in the
そして、R1’,R1”,R3’,R3”に相当する歪ゲージは引張ひずみが発生する部位に設けられ、R2’,R2”,R4’,R4”に相当する歪ゲージは圧縮ひずみが発生する部位に設けられる。 Strain gauges corresponding to R1 ′, R1 ″, R3 ′, and R3 ″ are provided at a site where tensile strain occurs, and strain gauges corresponding to R2 ′, R2 ″, R4 ′, and R4 ″ generate compressive strain. It is provided at the site to be
ここで、R1=R1’+R1”,R2=R2’+R2”,R3=R3’+R3”,R4=R4’+R4”とすれば、上記図6に示すホイートストンブリッジ回路と等しくなる。従って、この図8に示す回路を用いて荷重(体重)を測定することができることは言うま
でもない。
Here, if R1 = R1 ′ + R1 ″, R2 = R2 ′ + R2 ″, R3 = R3 ′ + R3 ″, and R4 = R4 ′ + R4 ″, it is equivalent to the Wheatstone bridge circuit shown in FIG. Therefore, it goes without saying that the load (body weight) can be measured using the circuit shown in FIG.
<本実施形態に係るロードセルの優れた点>
本実施形態に係るロードセル100においては、第1両端固定梁部110の両端と一対の第2両端固定梁部120,130の両端とが、それぞれ一体的に固定されている構成を採用している。そのため、一端が自由端で構成された梁部を備え、かつ当該梁部を両端固定梁部として機能させるように構成されたロードセルの場合のように、梁部における自由端側を確実に固定させておかなければならないという課題がない。
<Excellent point of load cell according to this embodiment>
The
つまり、本実施形態に係るロードセル100においては、第1両端固定梁部110及び第2両端固定梁部120,130を、それぞれ両端固定梁として機能させるという意味では、これらを固定する構造や機構を必要としない。そのため、基本的には、第2両端固定梁部120,130における反力を受ける部位R1,R2で反力が生じるように、ロードセル100を支えることができさえすればよい。これにより、ロードセル100を固定する構造は簡易的なものでよく、安定的な固定を維持するための対策も不要である。従って、耐久性に優れ、測定精度も安定させることができる。
That is, in the
また、本実施形態に係るロードセル100においては、荷重を受ける部位P0と、歪ゲージユニット150が取り付けられる部位は、第1両端固定梁部110における梁の長手方向に伸びる直線状に位置するように設けられる。従って、歪ゲージによって電気抵抗値が検出される際に、ロードセル100の幅方向の撓み変形の影響を抑制することができる。
Further, in the
更に、本実施形態に係るロードセル100においては、荷重を受ける部位P0と、反力を受ける部位R1,R2は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられる。そして、第2両端固定梁部120における反力を受ける部位R1と荷重
を受ける部位P0との間の距離と、第2両端固定梁部130における反力を受ける部位R2と荷重を受ける部位P0との間の距離は等しくなるように構成されている。
Furthermore, in the
これにより、ロードセル100の幅方向の撓み変形が、荷重を受ける部位P0を中心として対称的となるようにすることができる。従って、歪ゲージによって電気抵抗値が検出される際に、ロードセル100の幅方向の撓み変形の影響をより一層抑制することができる。
Thereby, the bending deformation of the
また、本実施形態に係るロードセル100は、板状部材に対して、互いに平行に伸びる一対のスリットS1,S2を形成するたけで得ることができる。従って、構成が簡易であり、製作が容易である。また、部品点数も少なくて済み、薄型化及び小型化を容易に実現できる。
Further, the
(実施例)
次に、上述した本発明の実施形態に係るロードセルを、より具体化した実施例について説明する。基本的な構成やメカニズムについては、上記実施形態の場合と同様であるので、それらの説明は適宜省略する。
(Example)
Next, a more specific example of the load cell according to the embodiment of the present invention described above will be described. Since the basic configuration and mechanism are the same as those in the above-described embodiment, the description thereof will be omitted as appropriate.
<実施例1>
図9〜図11には、本発明の実施例1に係るロードセルが示されている。図9は本発明の実施例1に係るロードセルの斜視図である。図10は本発明の実施例1に係るロードセルの平面図である。図11は本発明の実施例1に係るロードセルの断面図である。なお、図11は図10におけるAA断面図である。
<Example 1>
9 to 11 show a load cell according to
本実施例に係るロードセル100Xにおいても、板状部材(金属板など)により構成されており、互いに平行に伸びる一対のスリットS1X,S2Xが形成されている。そして、これら一対のスリットS1X,S2X間の部分が第1両端固定梁部110Xを構成し、これら一対のスリットS1X,S2Xの両側がそれぞれ第2両端固定梁部120X,130Xを構成している。第1両端固定梁部110Xの両端と一対の第2両端固定梁部120X,130Xの両端とが、それぞれ一体的に形成された構成となっている点についても、上記実施形態の場合と同様である。
The
また、本実施例に係るロードセル100Xにおいても、短手方向に対する中心線に対して対象となるように構成されている。しかし、本実施例に係るロードセル100Xにおいては、長手方向に対する中心線に対しては対称となるように構成されていない。この点については後述する。
Further, the
そして、本実施例に係るロードセル100Xにおいては、第1両端固定梁部110Xに、荷重を受ける部位となるテーパ穴111が設けられている。このテーパ穴111に球体を嵌めた状態で球体に荷重をかけるようにしたり、先端が球形(半球)の部材で荷重をかけるようにしたりすることで、ロードセル100Xに対して荷重がかかる位置のずれを抑制することができる。
And in the
また、本実施例に係るロードセル100Xにおいては、一対の第2両端固定梁部120,130には、それぞれ両側に突出する突出部121,131が設けられている。そして、これら一対の突出部121,131にそれぞれ貫通孔121a,131aが設けられている。これらの貫通孔121a,131aは、ボルトやピンなど、ロードセル100Xを固定したり、位置決めしたりするために設けられたものである。
In the
このように、突出部121,131を設けた上で、これらの突出部121,131にロ
ードセル100Xを固定等するための貫通孔121a,131aを設けた理由について説明する。
Thus, after providing the
本発明の実施形態及び実施例に係るロードセル100,100Xにおいては、荷重がかかると、上記実施形態で参照した図3に示すように、反力を受ける部分以外の部分は、荷重がかかる方向に変形可能な状態で設置されなければならない。
In the
そのため、上記実施形態に係るロードセル100のように、第2両端固定梁部120,130における梁部の本体に反力を受ける部位R1,R2を設ける構成を採用した場合には、ロードセル100の位置ずれの対策が必要となる。すなわち、上述のように、上記実施形態に係るロードセル100においては、第2両端固定梁部120,130における反力を受ける部位R1,R2で、ロードセル100を支えることができれば良いものの、これらの部位でロードセル100を支えているだけでは、ロードセル100が平面方向に回転したり、ロードセル100が中心線M1を中心に回転したりしてしまう。そのため、これらの回転を防止する必要がある。例えば、ロードセル100の周囲に、ロードセル100が回転しようとすると、ロードセル100の端部が突き当たってしまいロードセル100の回転を防止できるようなストッパを設けなければならない。
Therefore, when the configuration in which the portions R1 and R2 that receive the reaction force are provided on the main body of the beam portion in the second both-end fixed
これに対して、本実施例に係るロードセル100Xの場合には、突出部121,131のみを支持するようにして、それ以外の部分における荷重がかかる方向を空間領域としておくだけでよい。これにより、ロードセル100Xは、位置がずれてしまうことなく、第1両端固定梁部110X、及び一対の第2両端固定梁部120,130における突出部121,131を除く部分の撓み変形が可能となる。
On the other hand, in the case of the
また、本実施例に係るロードセル100Xにおいては、荷重を受ける部位(テーパ穴111の位置に相当)は、第1両端固定梁部110Xの一方の端部側(図10において上部側)に偏った位置に設けられている。そして、歪ゲージユニット150Xは、この荷重を受ける部位と他方の端部との間の位置に取り付けられるように構成されている。
Further, in the
このように構成することで、第1両端固定梁部110Xにおいて、荷重を受けた際に、荷重を受ける部位の両側に形成されるS字形状部のうち、一方のS字形状部の長手方向の長さを、荷重を受ける部位を長手方向の中心に設定した場合に比べて長くすることができる。そして、このS字形状部の長手方向の長さを長くした側に、歪ゲージが取り付けられることで、より一層、測定精度を高めることができる。
By configuring in this way, in the first both-end fixed
すなわち、荷重を受けた際にS字形状となる部分の長さが短ければ短いほど、長手方向に対する歪量の変化率、及びこれに伴う電気抵抗値の変化率は大きくなり、当該部分の長さが長ければ長いほど、これらの変化率は小さくなる。ここで、歪ゲージの取り付け位置の誤差は、これらの変化率に影響し、これらの変化率が小さいほど、取り付け位置の誤差の影響が少なくなる。従って、S字形状となる部分の長さを長くするほど、歪ゲージの取り付け位置の誤差の影響が少なくなり、測定精度を高めることができる。 That is, the shorter the length of the portion that becomes S-shaped when subjected to a load, the greater the rate of change in strain with respect to the longitudinal direction and the rate of change in electrical resistance value associated therewith. The longer the length, the smaller the rate of change. Here, the error in the mounting position of the strain gauge affects the rate of change thereof, and the smaller the rate of change, the smaller the effect of the error in the mounting position. Therefore, the longer the length of the S-shaped portion, the less the influence of the strain gauge mounting position error, and the measurement accuracy can be increased.
以上より、本実施例に係るロードセル100Xの場合には、ロードセル100Xを小型化した場合であっても、荷重を受けた際にS字形状となる部分の長さを確保することができるので、小型化と測定精度の両立を図ることが可能となる。
From the above, in the case of the
また、本実施例に係るロードセル100Xの場合においても、荷重を受ける部位(テーパ穴111の位置に相当)と、反力を受ける部位(貫通孔121a,131aの位置に相当)は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられる。そして、貫通穴121aとテーパ穴111との間の距離と、貫通穴131aとテーパ穴11
1との間の距離は等しくなるように構成されている。従って、上記実施形態に係るロードセル100の場合と同様に、歪ゲージによって電気抵抗値が検出される際に、ロードセル100Xの幅方向の撓み変形の影響を抑制することができる。
Also in the case of the
The distance between 1 is equal to each other. Therefore, as in the case of the
<実施例2>
図12には、本発明の実施例2が示されている。図12は本発明の実施例2に係るロードセルの平面図である。上記実施形態の適用例で説明したように、ロードセルを体重計に用いる場合には4箇所にロードセルを設けるのが一般的である。従って、例えば、上記実施例1に係るロードセル100Xを4つ用いる構成を採用することができる。しかしながら、上記の通り、板状部材に対して、互いに平行に伸びる一対のスリットを形成することで、ロードセルを構成することが可能である。つまり、板状部材に複数のスリットを形成すれば、一枚の板状部材に複数のロードセルを形成することも可能である。
<Example 2>
FIG. 12 shows a second embodiment of the present invention. FIG. 12 is a plan view of a load cell according to the second embodiment of the present invention. As described in the application example of the above-described embodiment, when the load cell is used for a weight scale, it is common to provide load cells at four locations. Therefore, for example, a configuration using four
そこで、本実施例では、一つの板状部材にロードセルを4箇所に形成して、体重計に適用する場合を説明する。 Therefore, in this embodiment, a case will be described in which load cells are formed at four locations on one plate-like member and applied to a weight scale.
すなわち、本実施例に係る体重計用ロードセル400においては、一枚の板状部材(金属板など)に、4箇所のロードセル100a,100b,100c,100dが設けられている。
That is, in the
これらの4箇所のロードセル100a,100b,100c,100dは、板状部材に対して、互いに平行に伸びる一対のスリットS1,S2と、これらを取り囲むように設けられる一対のコ字形状のスリットS3,S4が形成されることにより設けられる。そして、本実施例に係るロードセル100a,100b,100c,100dにおいても、一対のスリットS1,S2間の部分が第1両端固定梁部110を構成し、これら一対のスリットS1,S2の両側がそれぞれ第2両端固定梁部120,130を構成している。このように、基本的な構成は、上記実施形態に係るロードセル100の場合と同様である。
These four
本実施例に係るロードセル100a,100b,100c,100dの場合には、第2両端固定梁部120,130が位置決め固定されるため、上記実施形態の場合のようなロードセル100a,100b,100c,100dの位置決め対策は不要である。
In the case of the
100,100a,100b,100c,100d,100X ロードセル
110,110X 第1両端固定梁部
111 テーパ穴
120,130,120X,130X 第2両端固定梁部
121,131 突出部
121a,131a 貫通孔
150,150a,150b,150c,150d,150X 歪ゲージユニット
300 体重計
400 体重計用ロードセル
M1 中心線
M2 中心線
P 荷重
P0,P1,P2 荷重を受ける部位
R 反力
R1,R2 反力を受ける部位
S1,S2,S1X,S2X スリット
S3,S4 スリット
100, 100a, 100b, 100c, 100d,
Claims (5)
この第1両端固定梁部の両側に配置され、かつ前記荷重に対する反力を受ける部位をそれぞれ有する一対の第2両端固定梁部と、
を備えるロードセルであって、
第1両端固定梁部の両端と一対の第2両端固定梁部の両端とが、それぞれ一体的に形成されていることを特徴とするロードセル。 A first both-end fixed beam portion having a portion to receive a load and a portion to which a strain gauge is attached;
A pair of second both-end fixed beam portions that are disposed on both sides of the first both-end fixed beam portion and each have a portion that receives a reaction force against the load;
A load cell comprising:
A load cell characterized in that both ends of the first both-end fixed beam portions and both ends of the pair of second both-end fixed beam portions are integrally formed.
一対の第2両端固定梁部のうちの一方における反力を受ける部位と前記荷重を受ける部位との間の距離と、他方における反力を受ける部位と前記荷重を受ける部位との間の距離が等しくなるように構成されることを特徴とする請求項1に記載のロードセル。 The portion receiving the load and the portion receiving the reaction force are provided so as to be positioned on a straight line extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the beam,
The distance between the part receiving the reaction force and the part receiving the load in one of the pair of second both-end fixed beam portions, and the distance between the part receiving the reaction force and the part receiving the load in the other are The load cell of claim 1, wherein the load cells are configured to be equal.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016169960A (en) * | 2015-03-11 | 2016-09-23 | アルプス電気株式会社 | Load sensor and load detection device |
JP2017070748A (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | パラマウントベッド株式会社 | External load detector for bed, and bed |
WO2017061590A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | パラマウントベッド株式会社 | External load detector for bed, and bed |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6033625U (en) * | 1984-07-04 | 1985-03-07 | 大和製衡株式会社 | load detection device |
JPH03500688A (en) * | 1988-03-04 | 1991-02-14 | エンジェル,シュロモ | Portable electronic scale with minimal thickness and weight |
JPH0360033U (en) * | 1989-10-16 | 1991-06-13 | ||
JPH07181090A (en) * | 1993-10-29 | 1995-07-18 | Komatsu Ltd | Load sensor board and load sensor |
JPH09304006A (en) * | 1996-05-09 | 1997-11-28 | Kyowa Electron Instr Co Ltd | Strain gauge type sensor and its manufacturing method |
JPH09311084A (en) * | 1996-05-24 | 1997-12-02 | Bridgestone Corp | Load cell |
FR2788853A1 (en) * | 1999-01-27 | 2000-07-28 | Francois Timbert | Weight sensor has strain gauges attached to bar shaped transverses within a single flat block arranged to measure the force acting on the sensor for use in forklift forks etc. |
JP2000329611A (en) * | 1999-05-18 | 2000-11-30 | Bridgestone Corp | Load-measuring apparatus |
-
2009
- 2009-02-04 JP JP2009024155A patent/JP2010181242A/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6033625U (en) * | 1984-07-04 | 1985-03-07 | 大和製衡株式会社 | load detection device |
JPH03500688A (en) * | 1988-03-04 | 1991-02-14 | エンジェル,シュロモ | Portable electronic scale with minimal thickness and weight |
JPH0360033U (en) * | 1989-10-16 | 1991-06-13 | ||
JPH07181090A (en) * | 1993-10-29 | 1995-07-18 | Komatsu Ltd | Load sensor board and load sensor |
JPH09304006A (en) * | 1996-05-09 | 1997-11-28 | Kyowa Electron Instr Co Ltd | Strain gauge type sensor and its manufacturing method |
JPH09311084A (en) * | 1996-05-24 | 1997-12-02 | Bridgestone Corp | Load cell |
FR2788853A1 (en) * | 1999-01-27 | 2000-07-28 | Francois Timbert | Weight sensor has strain gauges attached to bar shaped transverses within a single flat block arranged to measure the force acting on the sensor for use in forklift forks etc. |
JP2000329611A (en) * | 1999-05-18 | 2000-11-30 | Bridgestone Corp | Load-measuring apparatus |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016169960A (en) * | 2015-03-11 | 2016-09-23 | アルプス電気株式会社 | Load sensor and load detection device |
JP2017070748A (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | パラマウントベッド株式会社 | External load detector for bed, and bed |
WO2017061590A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | パラマウントベッド株式会社 | External load detector for bed, and bed |
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