JP2023054413A - ボルト型のロードセル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】全長が短いボルト型のロードセル及びその製造方法を提供する。【解決手段】ボルト型のロードセル１０は、頭部２０と、頭部２０から軸心ＣＬに沿って、頭部２０の厚みよりも深い凹状に設けられる駆動部１１と、雄ねじ部３１、及び、駆動部１１と雄ねじ部３１との間に位置して軸心ＣＬを挟んで対向して設けられる平坦面状の平行部３５，３６、を備える軸部３０と、平行部３５，３６に設けられ、平行部３５，３６の伸縮を検出するセンサとしての半導体歪ゲージ４０と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ボルト型のロードセル及びその製造方法に関する。

従来から、ボルト型のロードセルが提案されている。例えば、特許文献１では、金型用荷重分布測定装置に用いられるボルト型のロードセルが開示されている。この金型用荷重分布測定装置は、該ロードセルのボルトの軸部を起歪体としている。該ロードセルをプレート状の荷重受部材に取り付けると、金型からの荷重を受けていない定常状態において起歪体である軸部が伸長した状態となり、プレス加工時における荷重受部材の厚み方向の伸縮に伴う該軸部の伸縮を測定することで、荷重受部材が受ける荷重、すなわち、工程ごとにおけるプレス加工により発生する荷重を測定して、精度よく工程ごとの荷重分布を測定できるものである。

特許第６３７０００５号公報

荷重受部材は、プレス機械等の加工装置に取り付けられる。従って、荷重受部材を取り付けると、加工装置における金型の取付け寸法を越えてしまう懸念がある。また、加工装置の金型駆動側に荷重受部材を取り付ける場合には、加工装置における金型の駆動装置に荷重受部材分の負荷が掛かり、加工装置の大型化を招くことがある。このように、荷重受部材は、厚みを薄く形成する等の小型化の要求があり、この場合には、ボルト型のロードセルの全長も短いものが要求されることとなる。

本発明は、全長が短いボルト型のロードセル及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るボルト型のロードセルは、頭部と、前記頭部から前記軸部の軸心に沿って、前記頭部の厚みよりも深い凹状に設けられる駆動部と、雄ねじ部、及び、前記駆動部と前記雄ねじ部との間に位置して前記軸心を挟んで対向して設けられる平坦面状の平行部、を備える軸部と、前記平行部に設けられ、前記平行部の伸縮を検出するセンサと、を有する。

本発明に係るボルト型のロードセルの製造方法は、低頭ボルトの軸部に、駆動部の底部よりも先端側に、上ねじ部と下ねじ部が形成されるように、軸心を挟んで対向する平行部を形成する工程を含む。

本発明によれば、全長が短いボルト型のロードセル及びその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るボルト型のロードセルが荷重受部材（二点鎖線で示している）に取り付けられた状態を示す金型用荷重分布測定装置であり、（ａ）はロードセルの頭部側から見た平面図であり、（ｂ）はロードセルを側面方向から見た側面図（荷重受部材は断面視）である。 本発明の実施形態の変形例に係るボルト型のロードセルが荷重受部材（二点鎖線で示している）に取り付けられた状態を示す金型用荷重分布測定装置であり、（ａ）はロードセルの頭部側から見た平面図であり、（ｂ）はロードセルを側面方向から見た側面図（荷重受部材は断面視）である。

次に、本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図１（ａ）、図１（ｂ）は、金型用荷重分布測定装置２００における二点鎖線で示すプレート状の荷重受部材１００に取り付けられているボルト型のロードセル１０である。ロードセル１０は、頭部２０と、軸部３０と、を有する。ロードセル１０は、後述するが、六角穴付き低頭ボルトを用いて製造されている。

ロードセル１０は、六角レンチを挿入してねじ込むための駆動部１１を有する。駆動部１１は、軸心ＣＬに沿って凹状に設けられている。駆動部１１の軸心ＣＬ方向の深さＤは、頭部２０の軸心ＣＬ方向の厚みＴよりも深く形成されている。換言すれば、駆動部１１は、頭部２０から軸部３０に亘って形成されている。なお、ここでいう駆動部１１は、六角レンチが挿入される部位（寸法Ｄで示す部分）であり、六角穴付き低頭ボルトの製造の際の駆動部１１の加工において形成されるテーパー孔状のテーパー部１２部分（寸法ＤＳで示す部分）は含まない。本実施形態においては、テーパー部１２よりも先端側に平行部３５，３６が位置している。

軸部３０は、下ねじ部とされる雄ねじ部３１と、２組の平行部３５，３６とを有する。雄ねじ部３１は、軸部３０の先端側に設けられている。雄ねじ部３１は、全周にねじ部が形成されていて、ねじ山を分断する溝等は形成されていない。

２組の平行部３５，３６は、各組それぞれ、軸心ＣＬを挟んで対向して平坦面状に設けられている。具体的には、平行部３５は、図１（ａ）を見て上側と下側に軸心ＣＬを挟んで対向する平坦面状のセンサ取付部３５１，３５２を有する。同様に、平行部３６は、図１（ａ）を見て左側と右側に軸心ＣＬを挟んで対向する平坦面状のセンサ取付部３６１，３６２を有する。平行部３５のセンサ取付部３５１，３５２及び平行部３６のセンサ取付部３６１，３６２は、それぞれ平行な面として形成され、平行部３５のセンサ取付部３５１，３５２と平行部３６のセンサ取付部３６１，３６２は、互いに直交する面として形成されている。

そして、平行部３５，３６の各センサ取付部３５１，３５２，３６１，３６２には、起歪体となる平行部３５，３６の伸縮を検出するセンサとしての半導体歪ゲージ４０が設けられている。

平行部３５，３６と頭部２０との間の軸部３０には、上側軸部３２が設けられている。上側軸部３２は、平行部３５，３６と接続される側に上ねじ部３２１が設けられ、頭部２０と接続される側に胴部３２２が設けられている。上ねじ部３２１と胴部３２２は接続している。なお、平行部３５，３６と上側軸部３２及び雄ねじ部３１との各接続部には、応力集中を回避するためのＲ部３５ａ，３６ａが設けられている。

平行部３５，３６と駆動部１１、雄ねじ部３１との位置関係を見ると、平行部３５，３６は、軸心ＣＬ方向において、駆動部１１と雄ねじ部３１との間に位置している。換言すれば、平行部３５，３６は、駆動部１１よりも軸部３０の先端側に位置している。

駆動部１１の外周には、図１（ａ）の頭部２０の上面から見て軸心ＣＬを中心にして放射状に４つの貫通孔としての配線部３８が設けられている。配線部３８は、軸心ＣＬと直交する方向における平行部３５，３６の各センサ取付部３５１，３５２，３６１，３６２の中心位置に配置され、頭部２０の上面から上側軸部３２を貫通して平行部３５，３６側に開口している。換言すれば、配線部３８は、平行部３５，３６のセンサ取付部３５１，３５２，３６１，３６２（半導体歪ゲージ４０）に対応して設けられている。配線部３８には、半導体歪ゲージ４０の配線（不図示）を通すことができる。

このように形成されるロードセル１０は、平行部３５，３６部分を起歪体として、荷重受部材１００に取り付けられている。荷重受部材１００は、図１（ｂ）の下面側に雌ねじ部１１０が設けられ、雌ねじ部１１０の上側には孔部１２０が設けられ、雌ねじ部１１０と孔部１２０は連通している。ロードセル１０は、雄ねじ部３１を雌ねじ部１１０にねじ込むことで、上側軸部３２及び平行部３５，３６が孔部１２０に収容され、頭部２０の下面が荷重受部材１００の座繰り面１０５に当接し、起歪体としての平行部３５，３６の部位が伸長される。なお、雄ねじ部３１と雌ねじ部１１０が螺合する長さ（雄ねじ部３１の長さ）は、雄ねじ部３１の呼び径の半分以上であると、金型用荷重分布測定装置２００を加工装置に取り付けた際における雄ねじ部３１と雌ねじ部１１０のねじ部の緩みが低減される。例えば、雄ねじ部３１の呼び径がＭ１０の場合には、雌ねじ部１１０と螺合する長さが５ｍｍ以上であると好適である。

金型用荷重分布測定装置２００は、起歪体としての平行部３５，３６の部分が伸長した状態で荷重受部材１００に取り付けられた複数のロードセル１０備える。この金型用荷重分布測定装置２００をプレス機械等の加工装置（不図示）の金型取付部に取り付けることで、製品加工時に金型に掛かる圧縮荷重のみならず引張荷重も検出することができ、精度の高い荷重分布の測定を行うことができる。

ボルト型のロードセル１０は、以下のように製造することができる。
（１）低頭ボルトの準備工程；所定の呼び径の低頭ボルトを準備する。例えば、雄ねじ部３１の呼び径Ｍ１０、軸部３０の長さが２０ｍｍの極低頭六角穴付きボルト（型式；ＣＢＳＳ１０－２０，株式会社ミスミ製）と称される低頭ボルトを準備する。
（２）平行部形成工程；低頭ボルトの軸部に、平行部３５，３６を形成する面削ぎ加工を行う。面削ぎ加工は、フライス加工等により行うことができる。このとき、平行部３５，３６は、駆動部１１の底部１１ａ（頭部２０の上面から深さＤの位置）よりも先端側であって、上ねじ部３２１と下ねじ部である雄ねじ部３１が形成されるように、軸心ＣＬを挟んで対向して形成する。好ましくは、本実施形態のように、平行部３５，３６は、テーパー部１２よりも先端側に形成する。

例えば、（１）の工程で準備した低頭ボルトを用いた場合には、軸部３０の先端から頭部２０側に約７ｍｍ程度の位置から頭部２０側に約８ｍｍ程度の長さで面削ぎ加工を行って、平行部３５，３６を形成する。Ｒ部３５ａ，３６ａは、半径が０．５ｍｍのＲとされている。

なお、本実施形態においては、上ねじ部３２１を残存させているが、上ねじ部３２１は螺合して使用されないので、除去してもよい。

（３）センサ取付工程；平行部３５，３６に、それぞれ、半導体歪ゲージ４０を取り付け、配線部３８に半導体歪ゲージ４０の配線を挿通させる。ここで、配線部３８は、平行部３５，３６の形成前又は後に形成しておく。なお、本実施形態においては半導体歪ゲージ４０を用いたが、箔ひずみゲージ等、平行部３５，３６の伸縮を検出することができる他のセンサを用いることもできる。

このように、ロードセル１０は、頭部２０の厚みよりも深い凹状であって、頭部２０から軸部３０に亘って設けられる駆動部１１を備えることで、頭部の薄い、例えば低頭ボルトを用いて形成される。よって、ロードセル１０は、全長を短く形成することができ、荷重受部材１００も薄くすることができるので、金型用荷重分布測定装置２００を軽量化することができる。

また、起歪体としての平行部３５，３６は、駆動部１１の底部１１ａよりも先端側に位置し、テーパー部１２よりも先端側に位置するので、平行部３５，３６を中実とすることができ、起歪体としての平行部３５，３６の伸縮を均一とすることができる。また、上記の製造方法によれば、途中に欠損部がなく全周にねじ切りされた雄ねじ部３１を形成することができるので、荷重受部材１００の雌ねじ部１１０への締結力も低下させることなくロードセル１０を荷重受部材１００に取り付けることができる。

なお、平行部３５，３６は、起歪体としての性能に大きく影響しない範囲で、テーパー部１２と重なる位置に配置することもできる。駆動部１１は、テーパー部１２を含まないものとしたが、これに関わらず、駆動部１１はテーパー部１２を含むものとすれば、平行部３５，３６は、起歪体としての性能に大きく影響しない範囲で、駆動部１１と重なる位置に配置することができる。すなわち、テーパー部１２のような、テーパー形状の凹状の部分の一部（すなわち、工具の先端（六角レンチや、駆動部１１の形状によってはドライバー等）が入り込まない部分）が、平行部３５，３６の一部と重なる位置に平行部３５，３６が配置されたとしても、起歪体としての性能への影響は少ないこともあるが、本実施形態のように、平行部３５，３６と、テーパー部１２のようなテーパー部を含む駆動部１１と、は重ならない方が、性能的にも強度的にも好適である。

また、駆動部１１の外周に配線部３８を配置することで、ロードセル１０からの半導体歪ゲージ４０の配線の取り回しを簡単にすることができる。なお、上側軸部３２の断面積は、平行部３５，３６の断面積よりも大きい。これにより、確実に起歪体としての平行部３５，３６を伸縮させることができる。

また、平行部３５，３６は、平坦面とされるセンサ取付部３５１，３５２，３６１，３６２を備えるので、特に平坦面への取り付けが必要とされる高精度な半導体歪ゲージ４０を起歪体（平行部３５，３６）の伸縮を検出するセンサとして用いることができる。なお、本実施形態においては、４つの半導体歪ゲージ４０を２組の平行部３５，３６における各センサ取付部３５１，３５２，３６１，３６２に配置することができるので、例えば一方の１組の平行部３５に設けた半導体歪ゲージ４０をアクティブゲージとし、他方の１組の平行部３６に設けた半導体歪ゲージ４０をダミーゲージとするアクティブダミー法で、平行部３５，３６の伸長（歪）、すなわち荷重検出を行うことができる。これにより、本実施形態によれば、通常は同一面に直列的に半導体歪ゲージ４０を配置してアクティブダミー法を形成するところ、直交して２組設けられる平行部３５，３６の各センサ取付部３５１，３５２，３６１，３６２に半導体歪ゲージ４０を配置することができるので、アクティブダミー法を用いたロードセル１０であっても、全長を短く形成することができる。

なお、本発明は、本実施形態によって限定されることはなく、種々の形態で実施することができる。例えば、本実施形態においては平行部３５，３６として２組設けたが、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、１組の平行部３５（２つの対向するセンサ取付部３５１，３５２）のみを設けたロードセル１０とすることもできる。

また、駆動部１１は、本実施形態においては六角孔として形成したが、他のドライバー等の工具に対応して、プラスやマイナス等の凹状の駆動部とすることもできる。また、配線部３８は、図１（ａ）に示すような駆動部１１の六角形状の頂部や辺部分に対応して配置する必要はなく、駆動部１１の外周における平行部３５，３６に対応した任意の位置とすることができる。また、配線部３８は、本実施形態においては貫通孔としたが、半導体歪ゲージ４０の配線をすることができればよく、例えば溝状に形成してもよい。具体的には、他の形態の配線部は、頭部２０の外周から切り込む溝部を軸心ＣＬ方向に沿って上側軸部３２にも形成されるように設けてもよい。

１０ ロードセル １１ 駆動部
１１ａ 底部 １２ テーパー部
２０ 頭部 ３０ 軸部
３１ 雄ねじ部 ３２ 上側軸部
３５ 平行部 ３６ 平行部
３５ａ，３６ａ Ｒ部
３８ 配線部 ４０ 半導体歪ゲージ
１００ 荷重受部材 １０５ 座繰り面
１１０ 雌ねじ部 １２０ 孔部
２００ 金型用荷重分布測定装置 ３２１ 上ねじ部
３２２ 胴部
３５１，３５２，３６１，３６２ センサ取付部

Claims (5)

1. 頭部と、
   前記頭部から軸心に沿って、前記頭部の厚みよりも深い凹状に設けられる駆動部と、
   雄ねじ部、及び、前記駆動部と前記雄ねじ部との間に位置して前記軸心を挟んで対向して設けられる平坦面状の平行部、を備える軸部と、
   前記平行部に設けられ、前記平行部の伸縮を検出するセンサと、
   を有することを特徴とするボルト型のロードセル。
2. 前記駆動部の外周に配置され、前記頭部から前記平行部に亘って前記軸心と平行に設けられる配線部を有することを特徴とする請求項１に記載のロードセル。
3. 前記センサは、半導体歪ゲージであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボルト型のロードセル。
4. 前記平行部は、直交するように２組設けられ、
   前記センサは、前記平行部の各面に設けられ、一方の１組の前記平行部における前記センサをアクティブゲージとし、他方の１組の前記平行部における前記センサをダミーゲージとするアクティブダミー法で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか記載のボルト型のロードセル。
5. 低頭ボルトの軸部に、駆動部の底部よりも先端側に、上ねじ部と下ねじ部が形成されるように、軸心を挟んで対向する平行部を形成する工程を含む、ボルト型のロードセルの製造方法。

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