JP2017032277A - ロードセル - Google Patents

Abstract

【課題】軸体の周囲に着脱容易に設けられ、軸方向の荷重を検出するロードセルを提供する。【解決手段】本発明のロードセル１は、軸体の軸方向に所定間隔を隔てて対向する基体と支持体との間に介装されるものであって、基体に取り付けられる基体接続部３と、支持体に取り付けられる支持体接続部５と、基体接続部３と支持体接続部５とを連結し、その壁面に歪ゲージ７が配設された複数の連結体９と、を備え、基体接続部３及び支持体接続部５には、基体と支持体との間に軸体の垂直方向から配設し且つ軸体を挿通可能とするように、軸体と垂直方向に外周側から開放部１１が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ロードセルに関する。詳しくは、本発明は、軸体の周囲に着脱容易に設けられ、軸方向の荷重を検出するロードセルに関する。

従来、荷重を電気信号に変換するロードセルは、様々な分野において被設置箇所の形態に応じて利用されている。例えば、ボールねじにより直線駆動されるプレス機や射出成型機等において圧力を計測制御するために利用される、円筒状又は環状のロードセル装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１には、荷重を受ける本体部が外円筒部、内円筒部、及び外円筒部と内円筒部とを接続する変位発生部からなり、歪検出部が外円筒部と内円筒部とに固定されているロードセル装置が記載されている。
また、特許文献２には、環状のロードセルであり、片面でスラスト荷重を受圧するロードセル本体と、そのロードセル本体の歪を検出する検出手段を備え、ロードセル本体のもう一方の片面に円周方向に配置された複数の支持部を備え、その支持部を支点としてスラスト荷重に応じて歪む構成のワッシャー型ロードセルが開示されている。

特開２０１２−６３２６６号公報 特開２０１２−８８０９１号公報

しかし、ロードセルが、前記特許文献１に記載されているような円筒状である場合も、前記特許文献２に記載されているような環状である場合も、ボールねじ等の軸体を中心としてロードセルを配設しようとすると、少なくとも軸体の一端側における構造物を全て分解除去する必要がある。ロードセルを取り外したり交換したりする場合も同様である。このため、ロードセルの設置やメンテナンス等に当たって、ロードセルの着脱工程が非常に煩雑となり、多大の手間を要するという問題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、軸体の周囲に着脱容易に設けられ、軸方向の荷重を検出するロードセルを提供することを目的とする。

［１］軸体の軸方向に所定間隔を隔てて対向する基体と支持体との間に介装されるロードセルであって、
前記基体に取り付けられる基体接続部と、
前記支持体に取り付けられる支持体接続部と、
前記基体接続部と前記支持体接続部とを連結し、その壁面に歪ゲージが配設された複数の連結体と、
を備え、
前記基体接続部及び前記支持体接続部には、前記基体と前記支持体との間に前記軸体の垂直方向から配設し且つ前記軸体を挿通可能とするように、前記軸体と垂直方向に外周側から開放部が形成されていることを特徴とするロードセル。
［２］４以上の前記連結体が前記軸体の中心を通る前記開放部の中心線を対称軸として線対称となり、且つ各前記連結体の間が前記軸体の中心の周りに等角となるように配設されている前記［１］記載のロードセル。
［３］前記基体接続部と前記支持体接続部とは前記軸体の軸方向に対向し、
複数の前記連結体は、前記基体接続部と前記支持体接続部とを前記軸方向に連結する前記［１］又は［２］に記載のロードセル。
［４］前記軸体の軸を中心とする周方向の前記連結体の面に歪ゲージを備える前記［３］記載のロードセル。
［５］前記基体接続部及び前記支持体接続部は、その一方が他方の内周側に設けられ、
複数の前記連結体は、前記基体接続部と前記支持体接続部とを前記軸体と垂直方向に連結する前記［１］又は［２］に記載のロードセル。
［６］前記軸体の軸を中心とする周方向の前記連結体の面に歪ゲージを備える前記［５］記載のロードセル。

本発明のロードセルによれば、外周側から開放部が形成されているため、軸体を中心に構成される被設置箇所に対して、軸体が挿通可能であるように、軸体の側方（軸体の軸と垂直方向）から着脱することができる。そのため、ロードセルを対象機械に取り付けたり交換したりする場合に、軸体の一端側の構造物を分解して除去する必要がなく、ロードセルの着脱工程を単純化してそれに要する時間を大幅に短縮することができる。また、開放部が形成されているため、ロードセルを軽量化することができる。更に、軸体の全周を囲む円筒状に構成されたロードセルと比較して遜色のない検出精度を得ることができる。

被設置箇所を説明するための模式図である。 実施例１に係るロードセルを上方からみた斜視図である。 実施例１に係るロードセルを上方からみた平面図である。 実施例１に係るロードセルを側方からみた側面図である。 実施例１に係るロードセルを後方からみた背面図である。 図５におけるＡ−Ａ断面図である。 実施例に係るロードセルにおける模式的なブリッジ回路図である。 実施例２に係るロードセルを上方からみた斜視図である。 実施例２に係るロードセルを上方からみた平面図である。 図９におけるＢ−Ｂ断面図である。 実施例２に係るロードセルを後方からみた背面図である。

以下、本発明を詳しく説明する。
本実施形態に係るロードセルは、軸体（ｐ）の軸方向（Ｚ方向）に所定間隔を隔てて対向する基体（ｑ）と支持体（ｒ）との間に介装されるロードセル（１）であって、基体（ｑ）に取り付けられる基体接続部（３）と、支持体（ｒ）に取り付けられる支持体接続部（５）と、基体接続部（３）と支持体接続部（５）とを連結し、その壁面に歪ゲージ（７）が配設された複数の連結体（９）と、を備えている。そして、基体接続部（３）及び支持体接続部（５）には、基体（ｑ）と支持体（ｒ）との間に軸体（ｐ）の垂直方向（ＸＹ方向）から配設し且つ軸体（ｐ）を挿通可能とするように、軸体（ｐ）と垂直方向（ＸＹ方向）に外周側から開放部（１１）が形成されていることを特徴とする（例えば、図１、図２、図８等参照）。

本実施形態においては、上記軸体（ｐ）の軸方向をＺ、軸とは垂直方向をＸＹとする（図１参照）。
この軸体（ｐ）の寸法は問わない。軸体（ｐ）は回転軸であってもよいし、回転しない軸体であってもよい。
また、上記基体（ｑ）と上記支持体（ｒ）とは相対的な構造体であって、外部から力（荷重）を受ける側を支持体（ｒ）とする。基体（ｑ）及び支持体（ｒ）は、それぞれ、軸体（ｐ）と固定されていてもよいし、軸体（ｐ）と固定されていなくてもよい。

上記基体接続部（３）は基体（ｑ）に、上記支持体接続部（５）は支持体（ｒ）に、それぞれ取り付けられる。取り付け方法は問わず、例えば、相互間をボルトによって締結するための接続孔を、基体接続部（３）及び支持体接続部（５）に設けておくことができる。
基体接続部（３）、支持体接続部（５）及び上記連結体（９）の、それぞれの素材や形成方法、相互の接続方法等は特に問わない。各部の素材は、例えば、全て鋼材とすることができる。鋼材としては、一般構造圧延鋼材や溶接構造用圧延鋼材などの普通鋼、機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼などの特殊鋼等が挙げられる。
基体接続部（３）、支持体接続部（５）及び連結体（９）は、鋼材を切削等することにより一体成形されていることが好ましい。

上記連結体（９）は、上記開放部（１１）を除き、軸体（ｐ）を中心とする周上（具体的には、後述するＵ字状の切り欠き部（１３、１５）の円弧部（半円）と同心となる周上）に、等間隔で（すなわち等角で配分される位置に）配置されることが好ましい（例えば、図６、図９等参照）。連結体（９）の配設数は、例えば、４〜１０個（好ましくは４〜８個、より好ましくは４〜６個）とすることができる。特に、この配設数は偶数であることが好ましい。
具体的には、連結体（９）の数を４以上とし、連結体（９）が軸体（ｐ）の断面の中心（開放部１１の円弧部（半円）の中心）（ｏ）を通る開放部（１１）の中心線（Ｌ）を対称軸として線対称となり、且つ各連結体（９）の間が上記中心（ｏ）の周りに等角となるように配設することができる（例えば、図６参照）。

本実施形態に係るロードセル（１）としては、例えば、上記基体接続部（３）と上記支持体接続部（５）とは上記軸体（ｐ）の軸（Ｚ）方向に対向し、複数の上記連結体（９）は、基体接続部（３）と支持体接続部（５）とを上記軸方向に連結する形態（例えば、図２、図４等参照）を挙げることができる。

この形態の場合、上記連結体（９）は柱状体となっており、その幅と高さとの比（幅：高さ）が、１：（２〜１０）であることが好ましく、より好ましくは１：（３〜１０）、更に好ましくは１：（４〜１０）である。この比が上記範囲である場合、ロードセルの検出精度をより向上させることができる。
尚、ここでいう「連結体の幅」とは、高さ方向（上記軸方向）の中間部における水平断面の最長部の長さを意味する。
この形態において、軸体（ｐ）の軸を中心とする周方向の連結体（９）の面に歪ゲージ（７）を備えるように構成することができる（図６参照）。この際、連結体（９）の上記周方向の２つの面に、歪ゲージ（７）を設けることが好ましい。

本実施形態に係るロードセル（１）としては、例えば、上記開放部（１１）は、基体接続部（３）におけるＵ字状の切り欠き部（１３）と、支持体接続部（５）におけるＵ字状の切り欠き部（１５）と、によって形成されている形態（例えば、図２等参照）を挙げることができる。切り欠き部（１３）と切り欠き部（１５）とは、軸体（ｐ）からみて同一方向（Ｘ方向）に形成される。このＵ字状の切り欠き部（１３及び１５）は、円弧部（半円）と直線部とからなり、円弧部は基体接続部（３）及び支持体接続部（５）の外形の同心円となり、且つ円弧部の両端から延びる直線部は平行に形成することができる。
このＵ字状の各切り欠き部からなる開放部（１１）の幅は、軸体（ｐ）の径を超える長さであればよく、軸体（ｐ）との間のクリアランスの大きさは適宜設定されればよい。

本ロードセル（１）の別の形態として、例えば、上記基体接続部（３）及び上記支持体接続部（５）は、その一方が他方の内周側に設けられ、複数の上記連結体（９）は、基体接続部（３）と支持体接続部（５）とを上記軸体（ｐ）と垂直方向（即ち、軸体の軸方向に垂直な方向）に連結する形態（例えば、図８、図９等参照）を挙げることができる。

この形態において、軸体（ｐ）の軸を中心とする周方向の連結体（９）の面に歪ゲージ（７）を備えるように構成することができる（図９参照）。この際、連結体（９）の上記周方向の２つの面に、歪ゲージ（７）を設けることが好ましい。

上記形態において、上記開放部（１１）は、例えば、基体接続部（３）におけるＵ字状の切り欠き部（１３）と、支持体接続部（５）における開口部（１７）と、によって形成されている形態（例えば、図８等参照）を挙げることができる。切り欠き部（１３）と開口部（１７）とは、軸体（ｐ）からみて同一方向（Ｘ方向）に形成される。Ｕ字状の切り欠き部（１３）は、円弧部（半円）と直線部とからなり、円弧部は基体接続部（３）の外形の同心円となり、且つ円弧部の両端から延びる直線部は平行に形成することができる。また、支持体接続部（５）に形成される開口部（１７）は、上記円弧部の直径と等しく（即ち、上記切り欠き部（１３）の直線部の幅と等しく）することができる。
切り欠き部（１３）と開口部（１７）とからなる開放部（１１）の幅は、軸体（ｐ）の径を超える長さであればよく、軸体（ｐ）との間のクリアランスの大きさは適宜設定されればよい。

尚、上記実施形態で記載した各構成の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的構成との対応関係を示すものである。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。
［１］ロードセルの構成（実施例１）
本実施例１に係るロードセルは、軸体ｐの軸方向（Ｚ方向）に所定間隔を隔てて対向する基体ｑと支持体ｒとの間（図１参照）に介装して用いられるものである。
実施例１に係るロードセル１は、図２〜図６に示すように、基体ｑに取り付けられる基体接続部３と、支持体ｒに取り付けられる支持体接続部５と、基体接続部３及び支持体接続部５を連結する４つの連結体（起歪体）９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）と、を備えている。尚、このロードセル１においては、特殊鋼を切削することによって、基体接続部３、支持体接続部５及び連結体９が一体成形されている。また、このロードセル１の定格容量は３００ｋＮである。

基体接続部３は、軸体ｐの軸方向（Ｚ方向）において、支持体接続部５と対向するように設けられている。この基体接続部３は、外形が円弧状（半径；約１００ｍｍ、厚み；約３０ｍｍ）であり、外周側から形成されたＵ字状の切り欠き部１３を備える。尚、このＵ字状の切り欠き部１３は、円弧部（半円）が基体接続部３の外形の同心円（半径；約６５ｍｍ）となるように設けられており、且つ直線部は平行に形成されている。
更に、基体接続部３には、厚み方向に貫通する接続孔（図示せず）が形成されており、この接続孔を介して、ボルトによって基体ｑに締結固定される。
支持体接続部５は、外形が円弧状（半径；約１００ｍｍ、厚み；約３０ｍｍ）であり、外周側から形成されたＵ字状の切り欠き部１５を備える。尚、このＵ字状の切り欠き部１５において、円弧部（半円）は支持体接続部５の外形の同心円（半径；約６５ｍｍ）となるように設けられており、且つ直線部は平行に形成されている。
更に、支持体接続部５には、厚み方向に貫通する接続孔（図示せず）が形成されており、この接続孔を介して、ボルトによって支持体ｒに締結固定される。
また、基体接続部３及び支持体接続部５における、軸体ｐからみて同一方向（Ｘ方向）に形成されたＵ字状の切り欠き部１３、１５によって、軸体ｐの軸方向（Ｚ方向）に対して垂直な方向（ＸＹ方向）に外周側から開放された開放部１１が構成されている。尚、開放部１１は、ロードセル１を軸体ｐの垂直方向（ＸＹ方向）から着脱可能であり、且つ、取り付けた際に軸体ｐを挿通可能とするように形成されている。

連結体９は、基体接続部３と支持体接続部５とを、軸体ｐの軸方向に連結している。この連結体９は、水平断面が円弧状であり（図６参照）、外周面１９ａ、内周面１９ｂ、側面（壁面）１９ｃを備える柱状体（高さ；約６０ｍｍ）であって、その幅（高さ方向の中間部における水平断面の最長径）と高さの比が約１：３である。そして、各連結体９（９ａ〜９ｄ）の両側面１９ｃ（即ち、軸体ｐの軸を中心とする周方向の面）の中央付近には、それぞれ、歪みゲージ７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ）が配設されており、各連結体９ａ〜９ｄの歪みゲージ７ａ〜７ｈによって、ブリッジ回路（図７参照）が形成されており、このブリッジ回路の検出信号が外部に出力される。
尚、４つの連結体９ａ〜９ｄは、図６の軸体ｐの水平断面の中心（開放部１１の円弧部（半円）の中心）ｏを通る開放部１１の中心線Ｌを対称軸として線対称となり、且つ各連結体９の間が軸体ｐの中心ｏの周りに等角となるように配設されている。特に、本実施例１においては、４つの連結体９ａ〜９ｄは、円弧状の支持体接続部５の同心円上に配設されている。

［２］ロードセルの構成（実施例２）
本実施例２に係るロードセルは、軸体ｐの軸方向（Ｚ方向）に所定間隔を隔てて対向する基体ｑと支持体ｒとの間に介装されるものである（図１参照）。
実施例２に係るロードセル１は、図８〜図１１に示すように、基体ｑに取り付けられる基体接続部３と、支持体ｒに取り付けられる支持体接続部５と、基体接続部３及び支持体接続部５を連結する４つの連結体（起歪体）９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）と、を備えている。尚、このロードセル１においては、特殊鋼を切削することによって、基体接続部３、支持体接続部５及び連結体９が一体成形されている。

基体接続部３は、外形が円弧状であり、外周側から形成されたＵ字状の切り欠き部１３を備える。また、基体接続部３には、厚み方向に貫通する接続孔（図示せず）が形成されており、この接続孔を介して、ボルトによって基体ｑに締結固定される。
支持体接続部５は、基体接続部３の外周側に所定間隔を隔てて設けられており、その外形は円弧状であり、開口部１７を備える。この支持体接続部５には、厚み方向に貫通する接続孔（図示せず）が形成されており、この接続孔を介して、ボルトによって支持体ｒに締結固定される。
また、支持体接続部５における開口部１７は、基体接続部３におけるＵ字状の切り欠き部１３の開放位置に合わせて設けられており、開口部１７及び切り欠き部１３によって、軸体ｐの軸方向（Ｚ方向）に対して垂直な方向（ＸＹ方向）に外周側から開放された開放部１１が構成されている。尚、開放部１１は、ロードセル１を軸体ｐの垂直方向（ＸＹ方向）から着脱可能であり、且つ、取り付けた際に軸体ｐを挿通可能とするように形成されている。

連結体９は、基体接続部３の外周面上に立設されており、基体接続部３と支持体接続部５とを、軸体ｐと垂直方向に連結している。この連結体９は、基体側の面２１ａ、支持体側の面２１ｂ、側面（壁面）２１ｃを備える柱状体である。そして、各連結体９（９ａ〜９ｄ）の両側面１９ｃ（即ち、軸体ｐの軸を中心とする周方向の面）の中央付近には、それぞれ、歪みゲージ７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ）が配設されており、各連結体９ａ〜９ｄの歪みゲージ７ａ〜７ｈによって、ブリッジ回路（図７参照）が形成されており、このブリッジ回路の検出信号が外部に出力される。
尚、４つの連結体９ａ〜９ｄは、図９の軸体ｐの水平断面の中心（開放部１１の円弧部（半円）の中心）ｏを通る開放部１１の中心線Ｌを対称軸として線対称となり、且つ各連結体９の間が中心ｏの周りに等角となるように配設されている。

［３］実施例の作用効果
実施例１及び２のロードセル１によれば、本体の外周側から、開放部１１が形成されているため、軸体を中心に構成される被設置箇所に対して、軸体が挿通可能であるように、軸体の側方（軸体の軸と垂直方向）から着脱することができる。そのため、ロードセルを対象機械に取り付けたり交換したりする場合に、軸体の一端側の構造物を分解して除去する必要がなく、ロードセルの着脱工程を単純化してそれに要する時間を大幅に短縮することができる。また、開放部１１が形成されているため、従来のロードセルよりも軽量なものとすることができる。

［４］性能評価
実施例１のロードセル（定格容量３００ｋＮ）について、ＪＩＳ Ｂ７６０２：２００９に準じ、定格出力（ｍＶ／Ｖ）、非直線性（％Ｆ．Ｓ．）、及びヒステリシス（％Ｆ．Ｓ．）の測定を行い、その結果を測定温度及び測定湿度と共に表１に示した。
尚、比較参考例として、外周側から開放部が形成されていない下記の従来品についても実施例１と同様の測定を行い、その結果を表１に併記した。
比較参考例１；薄型圧縮型ロードセル（定格容量；１００ｋＮ、日本アドテック株式会社製、型番「ＫＣ１６２−ＤＭ−１００ＫＮ」）
比較参考例２；ピン型ロードセル（定格容量；１０ｋＮ、日本アドテック株式会社製、型番「ＡＰＮ−１−ＤＭ」）
比較参考例３；ピン型ロードセル（定格容量；４９ｋＮ、日本アドテック株式会社製、型番「ＳＰＮ−５−ＮＳ」）

表１によれば、Ｕ字状の切り欠き部１３、１５により外周側から開放部１１が形成されている実施例１のロードセル１は、外周側から開放部が形成されていない従来のロードセル（参考例１〜３）と比較して遜色のない検出精度を得ることができた。そのため、本実施例１のロードセルによれば、非直線性等のロードセル性能を低下させることなく、着脱性能を向上させることができる。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、上記実施例１では、定格容量が３００ｋＮであるロードセル１を例示したが、定格容量は問わず、使用環境等に応じて適宜設定されればよい。例えば、この定格容量は、ロードセルの寸法の変更等により、５ｋＮ〜１０００ｋＮとすることができる。

また、上記の各実施例では、外周側からの開放部１１の形状がＵ字状のロードセル１を例示したが、被設置箇所における軸体の一部を少なくとも挿通させることができる限り、その形状は限定されず、軸体の断面形状等に応じて、例えば、Ｖ字状等の他の形状としてもよい。

また、上記の各実施例では、外形形状が円弧状の基体接続部３及び支持体接続部５を例示したが、これに限定されず、被設置箇所に応じて、例えば、外形形状が正方形等の他の形状としてもよい。更に、厚み等の各寸法においても、ロードセルに求められる定格容量や精度に応じて、適宜変更することができる。

また、上記の各実施例では、４つの連結体９が所定間隔を隔てて設けられたロードセル１を例示したが、これに限定されず、ロードセルに求められる定格容量や精度に応じて、連結体の設置数、配置、寸法及び形状を適宜変更することができる。

１；ロードセル、ｐ；軸体、ｑ；基体、ｒ；支持体、３；基体接続部、５；支持体接続部、７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ；歪ゲージ、９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ；連結体、１１；開放部、１３；切り欠き部、１５；切り欠き部、１７；開口部、１９ａ；外周面、１９ｂ；内周面、１９ｃ；側面、２１ａ；基体側の面、２１ｂ；支持体側の面、２１ｃ；側面。

Claims (6)

1. 軸体の軸方向に所定間隔を隔てて対向する基体と支持体との間に介装されるロードセルであって、
   前記基体に取り付けられる基体接続部と、
   前記支持体に取り付けられる支持体接続部と、
   前記基体接続部と前記支持体接続部とを連結し、その壁面に歪ゲージが配設された複数の連結体と、
   を備え、
   前記基体接続部及び前記支持体接続部には、前記基体と前記支持体との間に前記軸体の垂直方向から配設し且つ前記軸体を挿通可能とするように、前記軸体と垂直方向に外周側から開放部が形成されていることを特徴とするロードセル。
2. ４以上の前記連結体が前記軸体の中心を通る前記開放部の中心線を対称軸として線対称となり、且つ各前記連結体の間が前記軸体の中心の周りに等角となるように配設されている請求項１記載のロードセル。
3. 前記基体接続部と前記支持体接続部とは前記軸体の軸方向に対向し、
   複数の前記連結体は、前記基体接続部と前記支持体接続部とを前記軸方向に連結する請求項１又は２に記載のロードセル。
4. 前記軸体の軸を中心とする周方向の前記連結体の面に歪ゲージを備える請求項３記載のロードセル。
5. 前記基体接続部及び前記支持体接続部は、その一方が他方の内周側に設けられ、
   複数の前記連結体は、前記基体接続部と前記支持体接続部とを前記軸体と垂直方向に連結する請求項１又は２に記載のロードセル。
6. 前記軸体の軸を中心とする周方向の前記連結体の面に歪ゲージを備える請求項５記載のロードセル。

Images