JP2015064296A - Load cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、台秤、計量タンク、計量ホッパ等の各種計量装置に用いられるロードセルに関する。 The present invention relates to a load cell used in various weighing devices such as a platform scale, a weighing tank, and a weighing hopper.
ロードセル、例えば、ロバーバル機構を用いた平行四辺形型のロードセルでは、固定部と可動部とを連結する2本の平行な上下のビーム部に薄肉の起歪部を形成し、前記起歪部の表面に歪ゲージを貼着し、負荷荷重による起歪部の伸縮歪み量を歪ゲージの抵抗値変化による電気信号に変換して負荷荷重の大きさに比例する荷重信号を発生させる。 In a load cell, for example, a parallelogram type load cell using a Roverval mechanism, a thin strain generating portion is formed in two parallel upper and lower beam portions connecting a fixed portion and a movable portion, and A strain gauge is attached to the surface, and the expansion / contraction strain amount of the strain-causing portion due to the load load is converted into an electrical signal due to a change in the resistance value of the strain gauge to generate a load signal proportional to the magnitude of the load load.
起歪部に貼着される歪ゲージは、ポリイミドやエポキシなどの樹脂フィルム上に、Cu−Ni合金などの金属の配線パターンが所定形状に形成されて構成される。この金属の配線パターンは、水蒸気、特に塩素や硫黄成分が含まれる水蒸気が結露して生じた水分に触れると腐食しやすく、また、前記樹脂フィルムも吸湿すると、厚みが変化し、歪ゲージの荷重信号出力の零点やスパンが変化することになり、正確な測定が困難となる。 The strain gauge attached to the strain generating portion is configured by forming a metal wiring pattern such as a Cu-Ni alloy in a predetermined shape on a resin film such as polyimide or epoxy. This metal wiring pattern is susceptible to corrosion when exposed to moisture generated by condensation of water vapor, especially water vapor containing chlorine and sulfur components, and when the resin film absorbs moisture, the thickness changes and the strain gauge load The zero point and span of the signal output will change, making accurate measurement difficult.
このため、歪ゲージ部分の腐食等を防止するために、例えば、特許文献1には、図21に示すように、起歪体30の歪ゲージ31を貼着する上下の面を、その周辺部よりも低くして歪ゲージ31の収納室32をそれぞれ形成し、その上に蓋体としての金属製のカバー33をそれぞれ被せて収納室32を密閉する技術が開示されている。
Therefore, in order to prevent corrosion or the like of the strain gauge portion, for example, in
上記特許文献1では、歪ゲージ31が収納された収納室32を密閉する蓋体である金属製のカバー33は、歪応力検出部における負荷荷重に対する剛性を小さくするために、極めて薄い板を用いているが、かかる薄板からなる金属製のカバー33は、製作時に形状が歪易く、該カバー33と前記収納室32の側壁32aとが密着せず、隙間が生じ易い。このため、前記カバー33と前記収納室32の側壁32aとの確実な接合ができず、密閉が不完全になる場合がある。
In
本発明は、上述のような実情に着目してなされたものであって、歪ゲージ部分をより確実に密封できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-described actual situation, and an object of the present invention is to more reliably seal the strain gauge portion.
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。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
(1)本発明は、固定部と、可動部と、前記固定部及び前記可動部の上部同士を連結する上ビーム部と、前記固定部及び前記可動部の下部同士を連結する下ビーム部とを有する起歪体を備えると共に、前記起歪体の上表面及び下表面にそれぞれ接合される蓋体を備え、前記上ビーム部及び前記下ビーム部の各ビーム部に、薄肉の起歪部がそれぞれ形成されるロードセルであって、
前記蓋体は、前記固定部と前記可動部との間に亘って延在する前記各ビーム部の延在方向に沿って、厚肉部分と薄肉部分とを有し、前記薄肉部分は、蓋体側起歪部を含み、前記起歪体と前記蓋体との間に、歪ゲージを収納する収納室が形成され、前記起歪体と前記蓋体とが接合される。
(1) The present invention includes a fixed part, a movable part, an upper beam part that connects the fixed part and the upper part of the movable part, and a lower beam part that connects the fixed part and the lower part of the movable part. And a lid joined to the upper surface and the lower surface of the strain-generating body, respectively, and a thin-wall strain-generating portion is provided in each of the upper beam portion and the lower beam portion. Each load cell formed,
The lid has a thick part and a thin part along the extending direction of each beam part extending between the fixed part and the movable part, and the thin part is a lid. A storage chamber is formed between the strain body and the lid body, including a body side strain section, and the strain body and the lid body are joined to each other.
本発明によると、蓋体は、各ビーム部の延在方向に沿って、厚肉部分と、蓋体側起歪部を含む薄肉部分とを有しており、この蓋体側起歪部と各ビーム部の起歪部とを合成したものが、当該ロードセルの合成起歪部となるので、この合成起歪部が、当該ロードセルの定格容量等の仕様を満足するように設定すればよく、従来例の蓋体のように、製作時に歪易い薄板で構成する必要がなく、厚板等の厚肉部材に、切削等の機械加工を施して薄肉の蓋体側起歪部を形成して当該蓋体を得ることができる。 According to the present invention, the lid has a thick portion and a thin portion including the lid side strain generating portion along the extending direction of each beam portion, and the lid side strain generating portion and each beam. Since the combined strain generating portion of the load cell is the combined strain generating portion of the load cell, the combined strain generating portion may be set so as to satisfy the specifications such as the rated capacity of the load cell. It is not necessary to form a thin plate that is easily distorted at the time of manufacturing, and a thin-walled body side strained portion is formed on a thick member such as a thick plate by machining such as cutting. Can be obtained.
このように蓋体を、厚肉部材から機械加工によって製作できるので、薄板からなる従来例の蓋体とは異なり、製作時に形状の歪が生じず、極めて精確な蓋体を得ることができる。これによって、蓋体と起歪体とが確実に密着し、間隙が生じず、蓋体と起歪体とを安定確実に接合することができ、歪ゲージが収納された収納室をより確実に密封することができる。 Thus, since the lid can be manufactured from a thick member by machining, unlike the conventional lid made of a thin plate, distortion of the shape does not occur at the time of manufacture, and an extremely accurate lid can be obtained. As a result, the lid body and the strain body are securely in close contact with each other, no gap is formed, and the lid body and the strain body can be joined stably and reliably, and the storage chamber in which the strain gauge is stored can be more reliably secured. Can be sealed.
(2)本発明の好ましい実施態様では、前記蓋体側起歪部は、前記各ビーム部に形成された前記起歪部にそれぞれ対向する位置に形成される。 (2) In a preferred embodiment of the present invention, the lid side strain generating portion is formed at a position facing each of the strain generating portions formed in each of the beam portions.
この実施態様によると、応力が集中する蓋体側起歪部が、各ビーム部の起歪部にそれぞれ対向する位置に形成されるので、良好な歪特性が得られる。 According to this embodiment, since the lid side strain generating portion where the stress is concentrated is formed at a position facing the strain generating portion of each beam portion, good strain characteristics can be obtained.
(3)本発明の他の実施態様では、前記歪ゲージが、前記蓋体側起歪部に対応して前記蓋体の内面に貼着される。 (3) In another embodiment of the present invention, the strain gauge is attached to the inner surface of the lid corresponding to the lid-side strained portion.
上記のように、起歪体の各ビーム部の起歪部と蓋体側起歪部とを合成した合成起歪部が、当該ロードセルの定格容量等の仕様を満足するように設定すればよく、各ビーム部の起歪部に比べて、蓋体側起歪部を薄肉とすることができる。また、蓋体側起歪部が、各ビーム部の起歪部に比べて外表面側に位置するので、合成起歪部における伸縮応力がバランスする点から離れた位置となり、蓋体側起歪部は、各ビーム部の起歪部に比べて大きい応力が発生し、歪易いものとなる。 As described above, the combined strain generating portion obtained by combining the strain generating portion of each beam portion of the strain generating body and the lid side strain generating portion may be set so as to satisfy the specifications such as the rated capacity of the load cell, Compared to the strain-generating portion of each beam portion, the lid-side strain-generating portion can be made thinner. In addition, since the lid-side strain generating portion is located on the outer surface side compared to the strain-generating portion of each beam portion, the lid-side strain generating portion is located away from the point where the expansion and contraction stress in the composite strain generating portion is balanced. A large stress is generated as compared with the strain generating portion of each beam portion, and the strain becomes easy to be distorted.
この実施態様によれば、歪ゲージが、歪易い蓋体側起歪部に対応して蓋体の内面に貼着されるので、前記歪ゲージから大きい荷重信号を得ることができる。 According to this embodiment, since the strain gauge is attached to the inner surface of the lid corresponding to the easily deformable lid-side strain generating portion, a large load signal can be obtained from the strain gauge.
(4)本発明の他の実施態様によると、前記蓋体が、前記起歪体と同一種類の金属材料で構成される。 (4) According to another embodiment of the present invention, the lid is made of the same type of metal material as the strain body.
この実施態様によると、蓋体と起歪体とが同一種類の金属材料で構成されるので、異なる材料で構成した場合のように、異なる材料の力学的な性質の相違等に起因してロードセルの特性が劣化するのを防止することができる。 According to this embodiment, since the lid body and the strain body are made of the same type of metal material, the load cell is caused by the difference in mechanical properties of different materials, as in the case of being made of different materials. Can be prevented from deteriorating.
(5)本発明の更に他の実施態様では、前記起歪体は、前記収納室を囲む薄肉の周辺縁を有し、前記蓋体は、薄肉の外周縁を有し、前記起歪体の前記周辺縁と前記蓋体の前記外周縁とが、溶接によって接合される。 (5) In still another embodiment of the present invention, the strain body has a thin peripheral edge surrounding the storage chamber, and the lid body has a thin outer peripheral edge. The peripheral edge and the outer peripheral edge of the lid are joined by welding.
この実施態様によると、歪ゲージを収納する収納室の周囲は、蓋体が溶接されて密閉されるので、接着剤で蓋体を接着して密閉する場合に比べて、気密性が高く、長期に亘って安定して外気を遮断して密封することができ、これによって、収納室内の歪ゲージの腐食等を防止することができる。 According to this embodiment, since the lid is welded and sealed around the storage chamber for storing the strain gauge, compared to the case where the lid is bonded and sealed with an adhesive, the hermeticity is high and long-term. Thus, the outside air can be stably shut off and sealed, thereby preventing the strain gauge from corroding in the storage chamber.
また、蓋体と起歪体とを同一種類の金属材料で構成し、起歪体の周辺縁と蓋体の外周縁とを、互いに溶融させて溶接することによって、異なる材料からなる蓋体と起歪体とを、半田を介して接合するような場合に比べて、異なる材料の力学的な性質の相違等に起因してロードセルの特性が劣化するのを防止することができる。 Further, the lid body and the strain body are made of the same type of metal material, and the peripheral edge of the strain body and the outer peripheral edge of the lid body are melted and welded to each other, and the lid body made of different materials It is possible to prevent the load cell characteristics from being deteriorated due to a difference in mechanical properties of different materials as compared with a case where the strain generating body is joined via solder.
しかも、接合部分である起歪体の周辺縁と蓋体の外周縁とは、薄肉に形成されているので、熱容量が小さく、かつ、熱容量の差異も小さいものとなる。したがって、溶接する際に、少ないエネルギーで、互いに少量ずつ溶融させて接合することができるので、他の部分とは力学的性質が異なる、溶融して接合された部分を少なくすることができる。 In addition, since the peripheral edge of the strain generating body and the outer peripheral edge of the lid, which are joint portions, are formed thin, the heat capacity is small and the difference in heat capacity is also small. Therefore, when welding, it is possible to melt and join each other with a small amount of energy, so that it is possible to reduce the number of melted and joined parts that are different in mechanical properties from other parts.
また、蓋体は、上記のように厚肉部材から機械加工で製作することができるので、形状の歪が生じず極めて精確である。従って、溶接箇所が全周囲に渡って接合相手と密着され、少量の溶融によって精確に溶接できる。 Further, since the lid can be manufactured from a thick member by machining as described above, it is extremely accurate without causing distortion of the shape. Therefore, the welded portion is in close contact with the joining partner over the entire periphery, and accurate welding can be performed with a small amount of melting.
(6)本発明の他の実施態様では、前記起歪体の前記周辺縁が、前記収納室を囲む薄肉の周壁状に形成され、前記蓋体の前記外周縁が、前記周辺縁に内嵌される。 (6) In another embodiment of the present invention, the peripheral edge of the strain generating body is formed in a thin peripheral wall shape surrounding the storage chamber, and the outer peripheral edge of the lid is fitted into the peripheral edge. Is done.
この実施態様によると、起歪体に対する蓋体の位置決めが容易となり、特別な位置決め治具などを要することなく、蓋体を正確に起歪体に装填することができる。 According to this embodiment, the positioning of the lid relative to the strain generating body is facilitated, and the lid can be accurately loaded on the strain generating body without requiring a special positioning jig or the like.
また、起歪体における周壁状の周辺縁と蓋体の外周縁との嵌合部位が溶接される接合部位となるので、この接合部位は、蓋体の全周に亘って一定方向(上向き、あるいは、下向き)に露呈されることになり、接合部位を全周に亘って連続して溶接する際、溶接対象である蓋体が内嵌された起歪体の向きを変えることなく、円滑かつ容易に溶接処理を行うことができる。 In addition, since the fitting portion between the peripheral edge of the peripheral wall shape in the strain body and the outer peripheral edge of the lid body is a welding portion to be welded, the joint portion is in a certain direction (upward, over the entire circumference of the lid body). Or, when welding the joint part continuously over the entire circumference, without changing the direction of the strain body in which the lid body to be welded is fitted, The welding process can be easily performed.
(7)本発明の更に他の実施態様では、前記起歪体の前記収納室を囲む前記周辺縁及び前記蓋体の前記外周縁が、それぞれナイフエッジ状に形成され、前記周辺縁及び前記外周縁のナイフエッジ状の先端同士が接合される。 (7) In still another embodiment of the present invention, the peripheral edge surrounding the storage chamber of the strain generating body and the outer peripheral edge of the lid are each formed in a knife edge shape, and the peripheral edge and the outer edge The peripheral knife edge tips are joined together.
この実施態様によると、起歪体の周辺縁と蓋体の外周縁とは、断面積の小さいナイフエッジ状の先端同士で接合されることになり、接合部位における各部材の熱容量が小さく、かつ、その差異が小さい状態となる。従って、溶接する際に、少ないエネルギーで、互いに少ない量をそれぞれ溶融させて接合することができるので、他の部分とは力学的性質が異なる、溶融して接合された部分を一層少なくすることができる。 According to this embodiment, the peripheral edge of the strain generating body and the outer peripheral edge of the lid body are joined together at the knife edge-shaped tips having a small cross-sectional area, and the heat capacity of each member at the joining site is small, and The difference is small. Therefore, when welding, a small amount of each can be melted and joined with less energy, so that the number of melted and joined parts that are different in mechanical properties from other parts can be further reduced. it can.
(8)本発明の他の実施態様では、前記蓋体は、その外面が、外周側へ向かって薄肉となるように傾斜すると共に、その内面が、外周側から内方へ向かって深くなるように掘り込まれて、前記薄肉の前記外周縁が形成される。 (8) In another embodiment of the present invention, the lid body is inclined so that the outer surface thereof becomes thinner toward the outer peripheral side, and the inner surface thereof becomes deeper inward from the outer peripheral side. The outer peripheral edge of the thin wall is formed.
この実施態様によると、蓋体は、その外面が、外周側が薄肉となるように傾斜すると共に、その内面が、外周側から内方へ向かって深くなるように掘り込まれて薄肉の外周縁が形成されるので、傾斜した内外面によって、外周縁を一層薄肉にすることができると共に、蓋体の内面の深く掘り込まれた内方の部分を、歪ゲージの収納室を構成する空間として利用することができる。 According to this embodiment, the outer surface of the lid is inclined so that the outer peripheral side is thin, and the inner surface is dug so as to be deeper inward from the outer peripheral side, so that the outer peripheral edge of the thin wall is Because it is formed, the outer peripheral edge can be made thinner by the inclined inner and outer surfaces, and the inner part deeply dug in the inner surface of the lid is used as the space constituting the strain gauge storage chamber can do.
本発明によれば、起歪体の各ビーム部の起歪部と蓋体側起歪部とを合成した合成起歪部が、当該ロードセルの定格容量等の仕様を満足するように設定すればよく、従来例の蓋体のように、製作時に歪易い薄板で構成する必要がなく、厚肉部材に、機械加工を施して当該蓋体を製作することができる。 According to the present invention, the combined strain generating portion obtained by combining the strain generating portion of each beam portion of the strain generating body and the cover side strain generating portion may be set so as to satisfy the specifications such as the rated capacity of the load cell. Unlike the conventional lid, it is not necessary to use a thin plate that is easily distorted at the time of manufacture, and the lid can be manufactured by machining a thick member.
このように蓋体を、厚肉部材から機械加工によって製作できるので、薄板からなる従来例の蓋体とは異なり、製作時に形状の歪が生じず、極めて精確な蓋体を得ることができる。これによって、蓋体と起歪体とが確実に密着し、間隙が生じず、蓋体と起歪体とを安定確実に接合することができ、歪ゲージが収納された収納室をより確実に密封することができる。 Thus, since the lid can be manufactured from a thick member by machining, unlike the conventional lid made of a thin plate, distortion of the shape does not occur at the time of manufacture, and an extremely accurate lid can be obtained. As a result, the lid body and the strain body are securely in close contact with each other, no gap is formed, and the lid body and the strain body can be joined stably and reliably, and the storage chamber in which the strain gauge is stored can be more reliably secured. Can be sealed.
以下、本発明の実施形態のいくつかを図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔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1の斜視図、図2はその分解した斜視図、図3はその平面図、図4はその正面図、図5は図3におけるA−A断面図、図6は図3におけるB−B断面図である。
1 is a perspective view of a
この実施形態のロードセル1は、アルミニウムや鉄、ステンレス合金などの直方体状の金属弾性体である起歪体2と、起歪体2と同一種類の金属材料からなる上下一対の蓋体3とを備えている。なお、蓋体3を、起歪体2とは異なる材料で構成してもよい。
The
起歪体2は、その長手方向(図3,図4の左右方向)の一端側に固定部4、他端側に可動部5をそれぞれ備え、これら固定部4と可動部5との間には、上下に長い左右の長円孔が連結された略H形の貫通孔6が穿設され、固定部4と可動部5の上下部分が、2本の平行リンクを構成する上下のビーム部7,8でそれぞれ連結された平行四辺形型ロードセルに構成されている。なお、以降、説明の便宜上、起歪体2の長手方向を前後方向と呼称する。
The
固定部4の下面には、図4に示すように当該ロードセル1を計量装置における基台等のベース10に連結固定するための前後一対のねじ孔11が形成されるとともに、可動部5の側面には、被計量物を受ける荷重受け台の支持ステー12を取付けるための上下一対のねじ孔13が形成されている。
As shown in FIG. 4, a pair of front and rear screw holes 11 for connecting and fixing the
前記貫通孔6における前後両端の上下に形成された半円形孔部によって、上ビーム部7及び下ビーム8における前後両端の近傍に薄肉の起歪部7a,7b;8a,8bが所定の前後ピッチで前後一対ずつ形成され、各起歪部7a,7b;8a,8bは、可動部5に作用する荷重に応じて弾性的に撓み変形する。
Due to the semicircular hole portions formed at the upper and lower ends of the front and rear ends of the through-
上ビーム部7の上表面及び下ビーム部8の下表面は切削加工されて、一方の起歪部7a,8aから他方の起歪部7b,8bに及ぶ範囲に亘って掘り込まれて、歪ゲージ収納用の収納室14が前後に長く形成され、この収納室14を密封するように、上ビーム部7の上表面及び下ビーム部8の下表面に前記蓋体3が接合される。
The upper surface of the
蓋体3は、起歪体2と同一材質であって、製作時に歪が生じないような肉厚を有する厚肉板状の金属素材を切削加工して、ビーム部7,8の横幅より僅かに小さい横幅と、起歪体2における固定部4と可動部5とに亘って延在する各ビーム7,8の延在方向である前後方向に長い短冊状に形成されている。このように蓋体3は、厚肉の部材を切削加工して製作するので、寸法、形状を精確に仕上げることができる。
The
蓋体3における外表面の前後二箇所が湾曲切削されて、起歪体2における起歪部7a,7b;8a,8bの前後中心位置に合わせて前後一対の蓋体側起歪部3a,3bが形成されている。また、蓋体3の四周辺の外面は、外周へ向けて斜めに切削されて、上下方向の肉厚が徐々に薄くなる先細りの外周縁3eが形成されている。
The front and rear two portions of the outer surface of the
このように蓋体3は、各ビーム部7,8の延在方向である前後方向に沿って、例えば、可動部5側から固定部4側へ向かって、徐々に肉厚が厚くなる傾斜部分と、厚肉部分と、薄肉の蓋体側起歪部3aと、厚肉部分と、薄肉の蓋体側起歪部3bと、厚肉部分と、徐々に肉厚が薄くなる傾斜部分とを有する。
In this way, the
図5に示すように、薄肉の蓋体側起歪部3a,3bの上下方向の厚みt1に比べて、厚肉部分は、剛体としての機能を果たすように十分な厚みt2を有する。この厚肉部分の厚みt2は、製作時に歪が生じないような厚みであり、この厚みt2と蓋体側起歪部3a,3bの厚みt1との比は、例えば、3:1〜10:1程度であるのが好ましい。
As shown in FIG. 5, the thick portion has a sufficient thickness t2 so as to function as a rigid body, compared to the thickness t1 in the vertical direction of the thin lid-side
各ビーム部7,8の薄肉の各起歪部7a,7b;8a,8bと、上下の各蓋体3,3の薄肉の各蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bとは、円弧状に切削された湾曲面とは反対側の平坦面が、上下にそれぞれ対向する。すなわち、各蓋体3,3の薄肉の各蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bは、各ビーム部7,8の薄肉の各起歪部7a,7b;8a,8bに対向する位置にそれぞれ形成されており、各蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bの肉厚は、各起歪部7a,7b;8a,8bの肉厚よりも薄く形成されている。
The thin strain-generating
なお、各蓋体3,3の薄肉の蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bの形成位置は、各ビーム部7,8の薄肉の各起歪部7a,7b;8a,8bに対向する位置でなくてもよく、例えば、蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bを、各起歪部7a,7b;8a,8bに比べて、前後方向に近接させた位置、あるいは、離間させた位置に形成してもよい。
It should be noted that the thin lid-side
起歪体2における固定部4と可動部5の各上下面には、横幅方向に亘る前後一対の凹溝15が切削形成されるとともに、この前後の凹溝15の間において、起歪体2における上下表面の略全体が浅く掘込み切削され、内外方向の厚さの小さい薄肉の周辺縁16が周壁状に形成され、四周を周辺縁16で囲まれた領域の内部に前記収納室14が更に深く掘込み切削されている。そして、前記周辺縁16で囲まれた領域の内形寸法が、蓋体3の外形寸法に一致され、蓋体3が周辺縁16の内側に密に嵌入されるようになっている。
A pair of front and rear
このように、起歪体2の周壁状の周辺縁16で囲まれた領域に、蓋体3を内嵌するので、起歪体2に対する蓋体3の位置決めが容易かつ精確となる。
As described above, since the
起歪体2の周辺縁16の高さは、蓋体3における外周縁3eの先端高さと同一に設定されており、図5,図6に示すように、蓋体3を周辺縁16に嵌入した状態で周辺縁16と外周縁3eの先端とが同高さとなり、この周辺縁16と外周縁3eの先端との接合部位sが、TIG(ティグ)溶接によって互いに溶融されて接合される。
The height of the
この接合部位sは、蓋体3の全周に亘って上方へ露呈しており、接合部位sを蓋体3の全周に亘って連続して溶接する際、蓋体3が内嵌された起歪体2の向きを変えることなく、円滑かつ容易に溶接処理を行うことができる。
The joint portion s is exposed upward over the entire circumference of the
このように蓋体3と起歪体2とを溶接することによって、収納室14がその全周において完全に密封されるとともに、蓋体3が起歪体2に一体化される。
By welding the
ここで、起歪体2と一体化された蓋体3は、上ビーム部7及び下ビーム部8と平行に配置されて起歪体2と共に弾性変形する平行ビーム部として機能し、起歪体2の各起歪部7a,7b;8a,8bと、対向する蓋体3の各蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bとは、それぞれ並列バネを構成する。
Here, the
この場合、起歪体2の各起歪部7a,7b;8a,8bのバネ定数と、蓋体3の各蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bのバネ定数とをそれぞれ加算して合成したものが、ロードセル1全体としての4つ各起歪部のバネ定数となり、定格の歪量が得られるように、起歪体2の起歪部7a,7b;8a,8bと、蓋体3の蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bの厚さや横幅、等のバネ定数に係る要素の仕様が設定される。
In this case, the spring constants of the strain-generating
そして、この実施形態においては、全体的に平坦面に形成された蓋体3の内面に、前後の蓋体側起歪部3a,3bの中心位置に対応して荷重計測用の歪ゲージ17a,17bが前後一対ずつ貼着固定されており、蓋体3の内面に貼着された歪みゲージ17a,17bが、起歪体2側に掘込み形成された前記収納室14に入り込んで収納される。
In this embodiment, the
収納室14の一端部から固定部4側に向けて配線溝18が切削形成されるとともに、固定部4の正面には、円形の配線接続室19が切削形成され、かつ、前記配線溝18と配線接続室19とが上下方向から穿設した配線孔20で連通接続されており、歪みゲージ17a,17bの導線が、配線溝18及び配線孔20を介して配線接続室19に導かれるようになっている。また、固定部4の外端面には、配線接続室19に連通する外部配線孔21が設けられている。
A
図示されていないが、外部配線孔21内には、配線接続用ピンが埋め込まれたセラミック板の外周が金属枠で囲まれた端子板が、その金属枠を外部配線孔21の周壁に溶接するよう組付けられ、外部配線孔21から配線接続室19への外気の流入を遮断する一方、前記配線接続用ピンを介して外部配線孔21の内外を気密に接続する。すなわち、各収納室14の歪ゲージ17a,17bは、配線溝18、配線孔20、配線接続室19、及び、外部配線孔21を介して外部と配線接続される。
Although not shown, a terminal plate in which the outer periphery of a ceramic plate embedded with wiring connection pins is surrounded by a metal frame in the
そして、配線接続作業の終了後に、配線接続室19の開口部に、図示されていない金属製の蓋体が被せられてその周縁部が溶接され、これによって、収納室14及び配線接続室19は外気から完全に遮断された密閉室となる。
And after completion | finish of wiring connection work, the metal cover body which is not shown in figure is covered on the opening part of the
本実施形態に係るロードセル1は以上のように構成されており、負荷荷重が可動部5に加えられると、平行リンクとしての上下のビーム部7,8の起歪部7a,7b;8a,8b、及び、蓋体3の蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bが弾性的に撓み変形することによって、上下の各収納室14に一対ずつ収納された歪ゲージ17a,17bによって伸縮歪応力を検出し、負荷荷重が荷重信号に変換される。
The
ここで、起歪体2と同一種類の金属材料からなる蓋体3が、起歪体2の収納室14を囲む周辺縁16に溶接によって接合されているので、例えば、蓋体3が接着剤によって起歪体2に接着される従来構造に比べて、長期に亘って安定して外気を遮断し、気密性高く密封することができ、歪ゲージ17a,17bや配線などが湿気などによって腐食することを確実に防止することができる。
Here, since the
起歪体2の周辺縁16と蓋体3の外周縁3eとを溶接するために、双方の接合部位sにおける材料を溶融させることになるが、溶融した部分は、溶融しなかった部分と、例えば、応力の伝達特性が変化し、異なる力学的性質となる。したがって、溶接部位sにおける材料の溶融量が増えると、ロードセルとしての「応力−歪」特性を劣化させることになる。
In order to weld the
このため、接合部位sにおける材料の溶融量を少なくするため、周辺縁16の幅は極力小さいことが好ましい。このように収納室14の周辺縁16の幅を小さく薄肉にするとともに、蓋体3の外面を外周へ向けて斜めに切削して外周縁3eを薄肉とすることによって、両者の熱容量を小さくすると共に、その差異を小さくする。これによって、溶接する際に、少ないエネルギーで、両者を互いに少量ずつ溶融させて接合でき、溶接部位sの周辺の材料と力学的性質が異なる部分を少なくすることができる。また、溶接する際に、熱伝導のアンバランスが生じて起歪体2の周縁縁16または蓋体3の外周縁のいずれか一方が速く溶融して溶接不良が生じるといったこともなく、しかも、起歪体2及び蓋体3は、切削加工によって高い寸法精度で形成されているので、この点でも溶接不良が生じることなく、確実に溶接することができる。
For this reason, it is preferable that the width of the
また、起歪体2と蓋体3とは、同一種類の金属材料からなるので、ロードセル1の使用時に、周囲温度が変化しても、起歪体2と蓋体3とに伸縮量の差が生ずることがなく、荷重検出特性に悪影響を与えないようにすることができる。
In addition, since the
更に、上記のように、起歪体2と一体化された蓋体3は、上ビーム部7及び下ビーム部8と平行に配置されて起歪体2と共に弾性変形する平行ビーム部として機能し、起歪体2の各起歪部7a,7b;8a,8bと蓋体3の各蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bとを合成したものがロードセルとしての合成起歪部となる。
Further, as described above, the
同時に、各ビーム部7,8の起歪部7a,7b;8a,8bに比べて、蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bを薄いものとすることができ、蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bが、起歪体2のビーム部7,8の各起歪部7a,7b;8a,8bよりも外表面側に位置するので、合成起歪部における伸縮応力のバランスする点から離れた位置となり、蓋体側起歪部3a,3b;3a,3bは、起歪体2のビーム部7,8の起歪部7a,7b;8a,8bよりも大きい応力が発生し、歪みやすいものとなる。しかも応力集中部が定位置に形成される。これによって、蓋体3に歪ゲージ17a,17bを貼着すれば該歪ゲージ17a,17bから大きい荷重信号を得ることができ、定格容量が比較的小さいロードセルとして好適である。
At the same time, the lid-side strain-generating
なお、上述のTIG溶接に代えて、レーザー溶接を適用する場合には、より小さな領域に熱を集中して溶接できるので、収納室14の周辺縁16と蓋体の外周縁3eとの接合部位の熱容量、伝熱特性について、TIG溶接ほど厳密に規定する必要はない。
In addition, when laser welding is applied instead of the above-described TIG welding, heat can be concentrated and welded in a smaller area, so that the joint portion between the
〔実施形態2〕
図7は、本発明の他の実施形態のロードセル1の斜視図であり、図8はその分解した斜視図、図9はその平面図、図10はその正面図、図11は図10のC−C断面図、図12は図10のD−D断面図であり、上記実施形態に対応する部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
[Embodiment 2]
7 is a perspective view of a
この実施形態のロードセル1においては、起歪体2の上下外表面に、各起歪部7a,7b;8a,8bに対応して円形の収納室14が形成されて、各収納室14の底面にそれぞれ歪ゲージ17a,17bが貼着されている。また、収納室14が配線溝18で互いに繋がれて、配線孔20を介して配線接続室20に連通されている。
In the
起歪体2における固定部4及び可動部5の上下面に設ける凹溝15が、ドリル加工による部分円形溝に形成されるとともに、上下ビーム部7,8の外角部に沿って部分円形の凹溝22が切削形成され、収納室14を囲む周辺縁16が外方に向かう先鋭なナイフエッジ状に形成されている。また、起歪体2と同一種類の金属材料からなる蓋体3の四周辺には、先端を外方に向けてナイフエッジ状に尖らせた外周縁3eが形成されている。
そして、蓋体3の外周縁3eと起歪体2の前記周辺縁16とが、互いの先端を揃えて上下に接合され、その接合部位sにおいてTIG溶接によって互いに溶融されて接合されている。
Then, the outer
この構成によると、起歪体側の周辺縁16と蓋体3の外周縁3eとは、断面積の小さいナイフエッジ状先端部で接合されることになり、接合部位sにおける各部材の熱容量が小さく、かつ、その差異が少ない状態となる。従って、溶接する際に、少ないエネルギーで、少ない材料を溶融させて接合することができ、溶接部位の周辺の材料と力学的性質が異なる部分を一層少なくすることができる。
According to this configuration, the
その他の構成は、上記実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those in the above embodiment.
〔実施形態3〕
図13は、本発明の更に他の実施形態のロードセル1の分解した斜視図であり、図14はその平面図、図15はその一部を切欠いた正面図、図16は図14におけるE-E断面図であり、上記の各実施形態に対応する部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
[Embodiment 3]
13 is an exploded perspective view of a
この実施形態では、上記実施形態2と同様にナイフエッジ状の周辺縁16にナイフエッジ状の外周縁3eが接合される蓋体3側に収納室14を凹入形成した形態となっている。すなわち、この実施形態は、起歪体2の上表面及び下表面は平坦面となっており、この起歪体2側の平坦面に、起歪部7a,7b;8a,8bに対応して歪ゲージ17a,17bが貼着され、かつ、蓋体3の内面が掘込み切削されて、歪ゲージ17a,17bを収納する収納室14が形成されているのである。
In this embodiment, the
そして、蓋体3に形成された収納室14の四周辺は、蓋体3の外周縁3eに及ぶ傾斜面に形成されて、蓋体3の四周に形成される外周縁3eが、上記実施形態2のものより更に先端角度が小さいナイフエッジ状となっている。
And the four periphery of the
この構成によると、図16に示されるように蓋体側起歪部3a,3bの断面の両端部が傾斜しているので曲げ剛性が小さくなり、起歪部7a,7b;8a,8bにおける応力を大きくでき、歪ゲージ17a,17bからの出力電圧を大きくすることができる上に、起歪体2側の周辺縁16と蓋体3の外周縁3eとは、断面積の小さいナイフエッジ状の先端部同士で接合されることになり、接合部位sにおける各部材の熱容量の差異が更に少ない状態となる。従って、溶接する際に、少ないエネルギーで、少ない材料を溶融させて接合することができ、溶接箇所の周辺の材料と力学的性質が異なる部分を更に少なくすることができる。
According to this configuration, as shown in FIG. 16, since both ends of the cross section of the lid-side
〔その他の実施形態〕
本発明は、以下のような形態で実施することもできる。なお、各実施形態を組合せることもできる。
[Other Embodiments]
The present invention can also be implemented in the following forms. Each embodiment can also be combined.
(1)上記の各実施形態では、蓋体3は、その外面を外周端まで傾斜させて外周縁3eを薄肉あるいはナイフエッジ状に形成したけれども、例えば、上記図5及び図6に対応する図17及び図18に示すように、蓋体3の外周縁3eを鍔状に突出させて薄肉としてもよい。
(1) In each of the embodiments described above, the
(2)上記した実施形態1において、収納室14の底面に起歪部7a,7b;8a,8bに対応して歪ゲージ17a,17bを貼着する形態で実施することもできる。
(2) In the first embodiment described above, the
(3)上記した実施形態2及び実施形態3においては、上記図10及び図15に対応する図19及び図20に示すように、歪ゲージ17a,17bを蓋体3の内面に蓋体側起歪部3a,3bに対応して貼着する形態で実施することもできる。
(3) In the second and third embodiments described above,
(4)上記実施形態3において、蓋体2に収納室14を形成する場合、各歪ゲージ17a,17bごとに収納室14を形成して配線溝18で繋ぐようにしてもよい。
(4) In the third embodiment, when the
(5)収納室14の形状は、矩形や円形に限らず、長円形、楕円形、その他の形状であってもよい。
(5) The shape of the
(6)起歪体2及び蓋体3にアルミニウムを用いる場合には、精密ダイキャスト鋳造やプレス加工によって収納室14や配線溝18を形成し、外形、等を切削加工して仕上げることも可能である。
(6) When aluminum is used for the
(7)上記各実施形態では、蓋体3を、起歪体2における固定部4と可動部5とに亘る長さで、かつ、起歪体2のビーム長手方向での全長よりも短いものとしているが、起歪体2の全長に亘る長さの蓋体3を接合する形態で実施することもできる。
(7) In each of the above embodiments, the
(8)収納室14は、必ずしも起歪体2あるいは蓋体3のいずれか一方にのみ形成する必要はなく、起歪体2と蓋体3をそれぞれ浅く掘り込み切削して所望深さの収納室14とすることもできる。
(8) The
(9)上記各実施形態では、蓋体3及び起歪体2を溶融させる溶接によって接合したけども、前記溶接に限らず、接着剤あるいは半田溶接などを用いて接合してもよい。更に、起歪体2の周辺縁及び蓋体3の外周縁を薄肉に形成しなくてもよい。
(9) In each of the above embodiments, the
1 ロードセル
2 起歪体
3 蓋体
3a,3b 蓋体側起歪部
3e 外周縁
4 固定部
5 可動部
7 上ビーム部
7a,7b 起歪部
8 下ビーム部
8a,8b 起歪部
14 収納室
16 周辺縁
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記上ビーム部及び前記下ビーム部の各ビーム部に、薄肉の起歪部がそれぞれ形成されるロードセルであって、
前記蓋体は、前記固定部と前記可動部との間に亘って延在する前記各ビーム部の延在方向に沿って、厚肉部分と薄肉部分とを有し、前記薄肉部分は、蓋体側起歪部を含み、
前記起歪体と前記蓋体との間に、歪ゲージを収納する収納室が形成され、
前記起歪体と前記蓋体とが接合される、
ことを特徴とするロードセル。 A strain generator is provided that includes a fixed portion, a movable portion, an upper beam portion that connects upper portions of the fixed portion and the movable portion, and a lower beam portion that connects lower portions of the fixed portion and the movable portion. And a lid joined to the upper surface and the lower surface of the strain generating body,
A load cell in which a thin strain-generating portion is formed in each of the upper beam portion and the lower beam portion,
The lid has a thick part and a thin part along the extending direction of each beam part extending between the fixed part and the movable part, and the thin part is a lid. Including body side straining part,
A storage chamber for storing a strain gauge is formed between the strain body and the lid,
The strain body and the lid are joined,
A load cell characterized by that.
請求項1に記載のロードセル。 The lid side strain generating portion is formed at a position facing each of the strain generating portions formed in each beam portion,
The load cell according to claim 1.
請求項1または2に記載のロードセル。 The strain gauge is attached to the inner surface of the lid corresponding to the lid-side strain generating portion,
The load cell according to claim 1 or 2.
請求項1ないし3のいずれかに記載のロードセル。 The lid is made of the same type of metal material as the strain body,
The load cell according to any one of claims 1 to 3.
前記蓋体は、薄肉の外周縁を有し、
前記起歪体の前記周辺縁と前記蓋体の前記外周縁とが、溶接によって接合される、
請求項1ないし4のいずれかに記載のロードセル。 The strain body has a thin peripheral edge surrounding the storage chamber,
The lid body has a thin outer peripheral edge,
The peripheral edge of the strain body and the outer peripheral edge of the lid are joined by welding,
The load cell according to any one of claims 1 to 4.
請求項5記載のロードセル。 The peripheral edge of the strain body is formed in a thin peripheral wall shape surrounding the storage chamber, and the outer peripheral edge of the lid body is fitted into the peripheral edge.
The load cell according to claim 5.
請求項5に記載のロードセル。 The peripheral edge surrounding the storage chamber of the strain body and the outer peripheral edge of the lid are each formed in a knife edge shape, and the peripheral edge and the knife edge tip of the outer peripheral edge are joined together.
The load cell according to claim 5.
請求項5ないし7のいずれかに記載のロードセル。 The lid body is inclined so that an outer surface thereof becomes thinner toward an outer peripheral side, and an inner surface thereof is dug so as to become deeper inward from the outer peripheral side, so that the outer peripheral edge of the thin wall Is formed,
The load cell according to any one of claims 5 to 7.
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