JP2012118005A - ロードセル - Google Patents

Abstract

【課題】計測箇所に固定される固定ブロック２と、変位可能な可動ブロック５とに亘って薄板材からなる弾性ビーム３を連結し、可動ブロック５の変位に伴う弾性ビーム３の撓み変形を検出するよう構成したロードセルにおいて、弾性アーム３の撓み変形における支点のずれの発生を阻止して、計測精度の低下を防止する。
【解決手段】固定ブロック２と可動ブロック５とに亘って連結する弾性ビーム３の両端部を、固定ブロック２および可動ブロック５と押圧板６，７とで押圧挟持して連結支持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、組立て型のロバーバル機構を備えたロードセルに関する。

ロードセルに用いられるロバーバル機構としては、単一の素材を切り抜き切削して、計測箇所に連結固定する固定部、変位可能な可動部、および、撓み変形可能な弾性ビーム部とを一体に形成した一体型のものと、薄板材からなる弾性ビームを固定ブロックと可動ブロックに亘って架設連結した組立て型のもの（例えば、特許文献１参照）とが知られている。

特開２００４−１５１０４７号公報

ロバーバル機構を有する一体型のロードセルでは、単一の素材を用いた簡素で取り扱いやすい構造であるが、その反面、素材を大きく切り抜き切削するために素材の無駄が多くて材料コストが高いものとなる。また、加工された形状によって特性が画一化されたものとなり、要求される特性が変わればそれに応じたものを製作し直す必要があり、また、弾性ビーム部など一部に損傷が発生したような場合でも全体を取り替える必要があった。

これに対して、ロバーバル機構を有する組立て型のロードセルでは、部品数は多くなるが、各部品は歩留まりよく加工することができ、全体としては安価に製作することができる。また、仕様の異なる弾性ビームと可動ブロックとの組み合わせで種々の特性のものを得ることができ、要求される特性に応じたものを容易かつ安価に製作することができる。また、一部の部品が損傷しても容易に交換することができる。

このように組立て型のロードセルは、上記したような利点を有するのであるが、例えば、上記特許文献１では、弾性ビームを固定ブロックおよび可動ブロックに亘って架設連結するのに、単純にボルトで弾性ビームを各ブロックに締付け連結した構造であったために、負荷によって弾性ビームが撓み変形する際に、ボルト締付け箇所から外れた箇所で、弾性ビームの一部が固定ブロックや可動ブロックのビーム取付け面から局部的に浮き上がり変形してしまうことがある。このロバーバル機構においては、固定ブロックや可動ブロックのビーム取付け面の端縁を、弾性ビームの撓み変形における支点として設計しているのであるが、上記のように弾性ビームが固定ブロックや可動ブロックのビーム取付け面から浮き上がり変形することで前記支点がずれて計測精度が低下してしまう。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、組立て型のロバーバル機構を備えたロードセルにおいて、弾性ビームの撓み変形時における支点ずれの発生を阻止して、計測精度の低下を防止することを主たる目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。

（１）本発明に係るロードセルは、固定ブロックと、変位可能な可動ブロックと、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの上部を連結する上ビームと、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの下部を連結する下ビームとを備えるロードセルであって、前記上ビームの両端部を、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの各上面に対して各押圧部材の押圧面によってそれぞれ押圧挟持して前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの上部を連結する一方、前記下ビームの両端部を、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの各下面に対して各押圧部材の押圧面によってそれぞれ押圧挟持して前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの下部を連結する。

本発明のロードセルによると、上ビームおよび下ビームの両端部は、押圧部材の押圧面と、固定ブロックまたは可動ブロックの上面または下面との間に強固に挟持されることになり、負荷を受けて各ビームが撓み変形する際に、固定ブロックおよび可動ブロックの上面または下面からの浮き上がり変形が、押圧面によって阻止され、固定ブロックおよび可動ブロックの各ビームに対する支点の位置がずれることがなく、計測精度が低下するのを防止することができる。

（２）本発明のロードセルの好ましい実施態様では、前記上ビームおよび前記下ビームは、撓み変形可能な弾性を有する薄板材からなると共に、一対の起歪部をそれぞれ有し、前記上ビームおよび前記下ビームの少なくともいずれか一方のビームの前記起歪部には、歪検出素子が取付けられ、前記各押圧部材は、前記固定ブロックまたは前記可動ブロックの上面または下面に締付け固定される板材からなる。

この実施態様によると、固定ブロックおよび可動ブロックの上面または下面と、各押圧部材の押圧面とによって、薄板材からなる上下の各ビームの両端部をそれぞれ挟み、前記各押圧部材を、前記各ブロックの上面または下面にそれぞれ締付け固定することによって、各ビームの両端部を、各ブロック体と各押圧部材とによって面で強固に押圧挟持することができると共に、負荷を受けて各ビームが撓み変形すると、その変形量を起歪部に取付けられた歪検出素子によって検出することができる。

（３）本発明のロードセルの別の実施態様では、前記上ビームの前記一対の起歪部の間には、リブが上方へ折り曲げ突設され、前記下ビームの前記一対の起歪部の間には、リブが下方へ折り曲げ突設され、前記固定ブロックと前記可動ブロックと前記上下の両ビームとによって囲まれた空間内に部品を設ける。

この実施態様によると、リブの突設によって両起歪部の間のビーム部分の剛性を高めて、ここでの撓み変形を抑制し、起歪部に一層効率よく撓み変形を集中させて計測することができる。また、上ビームのリブは上方へ、下ビームのリブは下方へそれぞれ突設されるので、固定ブロックと可動ブロックと上下の両ビームとによって囲まれた空間内に、リブが突出することがなく、前記空間内を有効に利用して部品を設けることができる。

（４）上記（３）の実施態様では、前記部品をウエイト部品とし、該ウエイト部品を前記可動ブロックに連結してもよい。

この実施態様によると、負荷によって変位する可動部分の重量調整を前記ウエイト部品によって任意に行うことができ、当該ロードセルの固有振動数を調整することができる。

（５）上記（４）の実施態様では、前記固定ブロックを、計測箇所に固定し、前記計測箇所の振動を検出するようにしてもよい。

この実施態様によると、例えば、被計量物を計量する計量装置が設置されている箇所に近接して当該ロードセルを設置し、前記計量装置が設置されている箇所の振動、いわゆる、床振動を当該ロードセルで検出し、これによって、計量装置の計量信号から当該ロードセルで検出した床振動成分を除去して被計量物の計量値を補正するといったことが可能となる。

しかも、ウエイト部品によって、当該ロードセルの固有振動を、計量装置の重量計測用のロードセルの固有振動に合わせることができる。

（６）本発明のロードセルの別の実施態様では、前記上ビームおよび前記下ビームの各一端部を、前記固定ブロックの上面および下面に対してそれぞれ押圧挟持する二つの押圧部材の少なくともいずれか一方の押圧部材には、前記可動ブロックに連結された前記部品の変位限界を当接規制するストッパを設ける。

この実施態様によると、可動ブロックに連結されると共に、固定ブロックと可動ブロックと上下の両ビームとによって囲まれた空間内に配置された部品の変位限界を当接規制することで、上ビームまたは下ビームの変形量を制限し、
過負荷によって各ビームや歪検出素子が損傷するのを回避することができる。しかも、ストッパは、ビームの端部を押圧するための押圧部材に設けられると共に、部品との当接によって変位を規制するので、過負荷によるビームの変形量を制限して保護する過負荷保護装置を構成するための部品として、押圧部材及び部品を兼用することになり、その分、部品点数を削減することができる。

このように、本発明のロードセルによれば、組立て型のロバーバル機構を備えたロードセルにおいて、弾性ビームの撓み変形時における支点ずれの発生を阻止して、計測精度の低下を防止することができる。

図１は本発明の実施形態に係るロードセルの斜視図である。 図２は図１のロードセルの縦断側面図である。 図３は図１のロードセルの平面図である。 図４は図１のロードセルの側面図である。 図５は図１のロードセルの分解斜視図である。 図６は本発明の他の実施形態に係るロードセルの斜視図である。 図７は図６のロードセルの平面図である。 図８は図６のロードセルの側面図である。 図９は本発明の更に他の実施形態のロードセルの斜視図である。 図１０は図９のロードセルの平面図である。 図１１は図９のロードセルの側面図である。 図１２は本発明の更に他の実施形態のロードセルの側面図である。

以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。

(実施形態１)
図１は本発明の一実施形態に係るロードセルの斜視図であり、図２はその縦断側面図であり、図３はその平面図であり、図４はその側面図であり、図５は、その分解斜視図である。

この実施形態のロードセル１は、被計量物の重量を計測する計量装置において、重量計測用のロードセルを設置する箇所に近接して設置され、その箇所の振動、いわゆる床振動を検出することで、本来の重量計測用のロードセルの検出出力から床振動成分を除去して計量値を補正するために用いられる。

ロードセル１は、振動の計測箇所に固定される固定ブロック２と、変位可能な可動ブロック５と、両ブロック２，５の上部および下部をそれぞれ連結する上ビームおよび下ビームとしての上下一対の弾性ビーム３と、各弾性ビーム３の前後方向（図２及び図３の左右方向）の二箇所にそれぞれ貼り付けられた歪検出素子としてのストレインゲージ４と、ビーム固定用の押圧部材としての上下各一対の押圧板６，７と、可動ブロック５に連結されたウエイト部品８とを備える組立て型のロバーバル機構で構成されている。

前記固定ブロック２は、直方体状に切削された金属ブロック体からなり、その上下面は、ビーム取付け面として各弾性ビーム３の各一端部をそれぞれ連結するための二つの取付け孔１０が前後方向に沿って間隔をあけてそれぞれ形成されている。固定ブロック２の前面には、該固定ブロック２を計測箇所に締付け固定するための二つの取付け孔９が上下方向に沿って間隔をあけてそれぞれ形成されている。

前記可動ブロック５も、直方体状に切削された金属ブロック体からなり、その上下面は、ビーム取付け面として各弾性ビーム３の各他端部をそれぞれ連結するための二つの取付け孔１２が左右方向に沿って間隔をあけてそれぞれ形成されている。また、可動ブロック５の前面には、ウエイト部品８を連結するための前後に貫通する二つのウエイト取付け孔１４が上下方向に沿って間隔をあけてそれぞれ形成されている。

平行な上下一対の弾性ビーム３は、板バネ材などの金属、例えば、アルミニウム製の薄板材を打抜きプレス加工して形成されたものであり、同一仕様のものが表裏反転して各ブロック２，５に装着される。

各弾性ビーム３は、撓み変形可能な弾性を有する薄板材からなると共に、固定ブロック２と可動ブロック５との間に、前後一対の起歪部３ａが所定の前後スパンをもってくびれ形成されると共に、両起歪部３ａの間においてはビームの両側辺からリブ３ｂがそれぞれ折り曲げ突設され、両起歪部３ａの間におけるビーム部分の剛性を高めて変形を抑制することで起歪部３ａに撓み変形が集中されるようになっている。上側の弾性ビーム３のリブ３ｂは、上方へ、下側の弾性ビーム３のリブ３ｂは、下方へそれぞれ突出するように各ブロック２，５にそれぞれ連結される。これによって、各リブ３ｂが、上下の弾性ビーム３間の空間へのウエイト部品８の取付けの邪魔にならないようにしている。

また、前記ストレインゲージ４は、起歪部３ａの表面に貼付け固定され、起歪部３ａに生じる歪が電気抵抗値の変動に変換される。このようにストレインゲージ４は、弾性ビーム３を構成する薄板材に貼付ければよく、一体型のロードセルのように、その上面および下面にストレインゲージをそれぞれ貼付ける必要がなく、貼付け作業が容易となる。

各弾性ビーム３の一端部は、該一端部が連結される固定ブロック２の上下面に対応して前後方向に長く形成されると共に、固定ブロック２の二つの取付け孔１０に取付けられるボルト１１がそれぞれ挿通する二つの挿通孔２０を有している。各弾性ビーム３の他端部は、該他端部が連結される可動ブロック５の上下面にそれぞれ対応して左右方向に長く形成されると共に、可動ブロック５の二つの取付け孔１２に取付けられるボルト１３がそれぞれ挿通する二つの挿通孔２１を有している。

上下の各弾性ビーム３の各一端部を、固定ブロック２の上下面に対してそれぞれ押圧挟持する上下一対の押圧板６は、固定ブロック２の上下面に対応した矩形板状の側部からウエイト部品８側へ向けてアーム部６ａが、延出され、その延出端部にナット２２を介してねじ込み装着したストッパ１６がウエイト部品８の上面および下面に所定の間隙をもってそれぞれ対向するように配備される。押圧板６は、固定ブロック２の上下面の二つの取付け孔１０に取付けられるボルト１１が挿通する二つの挿通孔２３を有している。

上下の各弾性ビーム３の各他端部を、可動ブロック５の上下面に対してそれぞれ押圧挟持する上下一対の押圧部材７は、可動ブロック５の上下面に対応した矩形板状であって、可動ブロック５の上下面の二つの取付け孔１２に取付けられるボルト１３が挿通する二つの挿通孔２４を有している。

ウエイト部品８は、上述の計量装置の重量計測用のロードセルの固有振動数に合わせて振動検出用のロードセル１における可動部分の重量調整を行うものであり、所望の重量となるように直方体形に切削された金属ブロック体からなる。このウエイト部品８は、固定ブロック２と可動ブロック５との間に形成された空間スペースに挿入され、ウエイト取付け孔１４に挿通したボルト１５によって可動ブロック５の背面に締め付け固定される。

この実施形態のロードセル１では、上下の各弾性ビーム３の一端部を、固定ブロック２の上下面と各押圧板６の押圧面とでそれらの端縁を揃えた状態で挟持してボルト１１で締付け固定する一方、各弾性ビーム３の他端部を、可動ブロック５の上下面と各押圧板７の押圧面とでそれらの端縁を揃えた状態で挟持してボルト１３で締付け固定するので、負荷を受けて各弾性ビーム３が撓み変形する際に、固定ブロック２および可動ブロック５の上面または下面から浮き上がり変形するのが押圧板６，７によって阻止され、固定ブロック２および可動ブロック５の各弾性ビーム３に対する支点の位置が不変となり、図３に示されるように起歪部間の距離Ｄが一定となり、計測精度の低下を防止することができる。

しかも、この実施形態では、固定ブロック２を剛性の大きいブラケット等を介して計測箇所にボルト締め固定し、ロードセル１に作用する振動によって弾性ビーム３が上下への撓み変形することで、４個のストレインゲージ４をブリッジ接続した演算回路からの出力が変動し、その出力から計測箇所に加わった振動を検出することができる。

更に、この実施形態では、固定ブロック２にボルト１１によって締付け固定される押圧板６のアーム部６ａには、ストッパ１６が設けられているので、このストッパ１６によってウエイト部品８の上方および下方への変位限界を当接規制することができ、これによって、弾性ビーム３の変形量を制限して、過負荷によって弾性ビーム３やストレインゲージ４が損傷するのを回避することができる。しかも、ストッパ１６は、弾性ビーム３を押圧するための押圧板６に設けられると共に、重量を調整するウエイト部品８との当接によって変位を規制するので、過負荷による弾性ビーム３の変形量を制限して保護する過負荷保護装置を構成する部品として、押圧板６及びウエイト部品８を兼用することになり、専用の部品を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

(実施形態２)
図６は本発明の他の実施形態の斜視図であり、図７はその平面図であり、図８はその側面図であり、上述の実施形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態のロードセル１では、固定ブロック２と可動ブロック５とを共用可能な同一仕様に形成することで、弾性ビーム３を前後および左右に対称な形状のものにすることができ、取付け時における部品の方向性がなく、組付け作業性が高まる。また、固定ブロック２と可動ブロック５とを同一仕様に形成することで、前後の押圧板６，７も共用可能な同一仕様のものにすることができ、部品の種類を少なくして加工コストを低減するのに有効となる。

なお、図示しないが、この場合も、固定側の押圧板６にストッパ１６を設けてウエイト部品８に対向させることで、過負荷に対する耐久性を高めることができる。

（実施形態３）
図９は本発明の更に他の実施形態の斜視図であり、図１０はその平面図であり、図１１はその側面図であり、上述の実施形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態のロードセル１では、その可動部分の重量が、ウエイト部品８を設けることなく、上述の計量装置の荷重計測用のロードセルの固有振動数に見合った重量となっているので、ウエイト部品８を省略している。

この実施形態では、固定ブロック２と可動ブロック５と上下の各弾性ビーム３とによって囲まれる空間には、ウエイト部品８等の部品を設けていないので、上側の弾性ビーム３のリブ３ｂは、下方へ、下側の弾性ビーム３のリブ３ｂは、上方へ突出させている。

なお、他の実施形態として、固定ブロック２と可動ブロック５と上下の各弾性ビーム３とによって囲まれた空間に、Ａ/Ｄ変換回路などの回路部品等を設け、ロードセルを用いたセンサ全体のコンパクト化を図ることもできる。この場合、自由状態における可動系の重心位置が起歪部間の中心に近づくように回路部品等を可動ブロック５側に装着することで、モーメント誤差を少なくして計測誤差を低減することができる。

（その他の実施形態）
上述の各実施形態では、上下の両弾性ビーム３にストレインゲージ４をそれぞれ取付けたけれども、本発明の他の実施形態として、いずれか一方の弾性ビーム３のみにスレインゲージ４を取付けてもよい。

上述の各実施形態では薄板材からなる弾性ビーム３の撓み変形をストレインゲージ４で直接に検出するようにしているが、弾性ビーム３の撓み変形を可動ブロック５の変位として検出する形態とすることもできる。例えば、図１２に示すように、固定ブロック２に取付け部２７を介して固定電極板２５を取付ける一方、この固定電極２５に対向するように取付け部２８を介して可動ブロック５に可動電極板２６を取付け、可動ブロック５の変位を両電極板２５，２６の間の静電容量変化として検出することも可能である。

２ 固定ブロック
３ 弾性ビーム
３ａ 起歪部
３ｂ リブ
４ ストレインゲージ
５ 可動ブロック
６，７ 押圧板
８ ウエイト部品
１６ ストッパ

Claims (6)

1. 固定ブロックと、変位可能な可動ブロックと、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの上部を連結する上ビームと、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの下部を連結する下ビームとを備えるロードセルであって、
   前記上ビームの両端部を、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの各上面に対して各押圧部材の押圧面によってそれぞれ押圧挟持して前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの上部を連結する一方、
   前記下ビームの両端部を、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの各下面に対して各押圧部材の押圧面によってそれぞれ押圧挟持して前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの下部を連結する、
   ことを特徴とするロードセル。
2. 前記上ビームおよび前記下ビームは、撓み変形可能な弾性を有する薄板材からなると共に、一対の起歪部をそれぞれ有し、
   前記上ビームおよび前記下ビームの少なくともいずれか一方のビームの前記起歪部には、歪検出素子が取付けられ、
   前記各押圧部材は、前記固定ブロックまたは前記可動ブロックの上面または下面に締付け固定される板材からなる、
   請求項１に記載のロードセル。
3. 前記上ビームの前記一対の起歪部の間には、リブが上方へ折り曲げ突設され、前記下ビームの前記一対の起歪部の間には、リブが下方へ折り曲げ突設され、
   前記固定ブロックと前記可動ブロックと前記上下の両ビームとによって囲まれた空間内に部品を設ける、
   請求項１または２に記載のロードセル。
4. 前記部品がウエイト部品であり、該ウエイト部品を前記可動ブロックに連結する、
   請求項３に記載のロードセル。
5. 前記固定ブロックが、計測箇所に固定され、前記計測箇所の振動を検出する、
   請求項４に記載のロードセル。
6. 前記上ビームおよび前記下ビームの各一端部を、前記固定ブロックの上面および下面に対してそれぞれ押圧挟持する二つの押圧部材の少なくともいずれか一方の押圧部材には、前記可動ブロックに連結された前記部品の変位限界を当接規制するストッパを設ける、
   請求項３ないし５のいずれかに記載のロードセル。

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