JP2023101853A - デジタルロードセル - Google Patents

Abstract

【課題】気密状態の確認を行うことができるデジタルロードセルを提供する。【解決手段】デジタルロードセルは、被計量物の荷重を受ける荷重受け部と、荷重受け部を支持する起歪体と、内部を気密状態に保持し、内部に起歪体を収容する筐体と、筐体の内部に設けられ、内部の湿度を測定する湿度センサと、制御部と、を備え、筐体の内部は、不活性ガスが封入され、制御部は、湿度センサの計測値を取得し、計測値が所定の基準値以下である場合に、筐体の内部における気密状態が異常であると判定し、所定の異常処理を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルロードセルに関する。

トラックスケール等のロードセルにおいて、荷重受け部で受けた荷重によって起歪体に生じた歪みを歪ゲージにより電気信号として検出し、ＡＤ変換して出力するデジタルロードセルが知られている。

このようなデジタルロードセルでは、歪ゲージにおける検出の精度向上および歪ゲージおよびそれに接続される配線部の錆付着防止等のために、起歪体および歪ゲージを含むロードセル本体部が筐体内等に収容され、筐体内に窒素等の不活性ガスが封入される。これにより筐体内が気密状態に保持される（例えば下記特許文献１等）。

特開２０１４－２２２２０７号公報

しかし、気密状態が保持できているかどうか（例えば経年劣化等で筐体内の不活性ガスが漏れ出していないかどうか）は見た目からは判断できない。気密状態が崩れた状態で、使用を続けると、検出精度の悪化および故障の原因になる恐れがある。

そこで本発明は、気密状態の確認を行うことができるデジタルロードセルを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るデジタルロードセルは、被計量物の荷重を受ける荷重受け部と、前記荷重受け部を支持する起歪体と、内部を気密状態に保持し、前記内部に前記起歪体を収容する筐体と、前記筐体の内部に設けられ、前記内部の湿度を測定する湿度センサと、制御部と、を備え、前記筐体の内部は、不活性ガスが封入され、前記制御部は、前記湿度センサの計測値を取得し、前記計測値が所定の基準値以下である場合に、前記筐体の内部における気密状態が異常であると判定し、所定の異常処理を行うように構成される。

上記構成によれば、気密状態に保持される筐体の内部に湿度センサが設けられ、筐体の内部の湿度が計測される。筐体の内部における気密状態が崩れると、筐体の内部に空気が侵入し、湿度が上昇する。そのため、上記構成においては、湿度センサが計測した湿度の計測値が所定の基準値以下である場合に、筐体の内部における気密状態が異常であると判定される。このように、筐体の内部の湿度を計測することにより、筐体の内部における気密状態の異常の有無についての確認を行うことができる。

前記デジタルロードセルは、前記起歪体に設けられ、前記起歪体の歪み量を電気信号として検出する歪ゲージと、前記筐体の内部に設けられ、前記歪ゲージで検出される電気信号に基づいて前記荷重受け部で受けた荷重の大きさを示すデジタル荷重信号を生成する荷重信号生成回路が形成される基板と、を備え、前記湿度センサは、前記基板上に設けられてもよい。これにより、デジタルロードセルを構成する電子部品を一まとめにすることができ、製造コストの低減を図ることができる。

前記デジタルロードセルは、前記起歪体に設けられ、前記起歪体の歪み量を電気信号として検出する歪ゲージと、前記筐体の内部に設けられ、前記歪ゲージで検出される電気信号に基づいて前記荷重受け部で受けた荷重の大きさを示すデジタル荷重信号を生成する荷重信号生成回路が形成される基板と、を備え、前記制御部は、前記基板上に設けられていてもよい。これにより、別途デジタルロードセルにおける検出出力が有効か否かを判定し、異常処理を行うための制御部を設ける必要がなくなり、デジタルロードセルを含むシステムにおいて質量検出系統を簡単化することができる。

本発明によれば、デジタルロードセルにおいて気密状態の確認を行うことができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るデジタルロードセルの一例を示す側方断面図である。 図２は、図１に示すデジタルロードセルの正面図である。 図３は、図１に示すデジタルロードセルの基板に形成される荷重信号生成回路の概要を示すブロック図である。 図４は、図１に示すデジタルロードセルが備える基板の素子配置例を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態に係るデジタルロードセルについて説明する。図１および図２に示すように、本実施の形態におけるデジタルロードセル１は、被計量物の荷重を受ける荷重受け部２と、荷重受け部２を支持する起歪体３と、内部に起歪体３を収容する筐体４と、を備えている。

筐体４は、中空の円筒形状を有しており、筐体４の上部に荷重受け部２が設けられる。荷重受け部２は、例えば円柱形状に形成される。起歪体３は、筐体４の内部に設置された状態で一端部が荷重受け部２に接続される。起歪体３は、荷重受け部２が受けた被計量物による荷重の大きさに応じた歪みを発生する。

起歪体３には、起歪体３で生じた歪み量を電気信号（アナログ荷重信号）として検出する歪ゲージ５が設けられる。本実施の形態においては、４つの歪ゲージ５が起歪体３の表面に取り付けられる。なお、図１においてはそのうちの２つの歪ゲージ５が示されている。

筐体４の側面の一部には、中空の側方延出部６が形成されている。側方延出部６は、図２に示すように、外側が矩形断面を有し、内側が円形断面を有している。側方延出部６には、外部へ後述する重量信号を出力するための信号取り出し部７が設けられている。側方延出部６は、先端部に筐体４の内部と外部とを連通する開口部８を有している。開口部８は、筐体４の内部へのアクセスポートとして機能する。側方延出部６には、開口部８を塞ぐための蓋９が取り付けられる。

筐体４の内部は、側方延出部６に蓋９が取り付けられた状態で気密状態が保持される。このとき、筐体４の内部には不活性ガスが封入される。本実施の形態では不活性ガスとして窒素が筐体４の内部に封入される。

筐体４の内部における開口部８の近傍には、後述する荷重信号生成回路１３が形成される基板１０が取り付けられる。基板１０は、側方延出部６内において筐体４に支持される支持体１１に固定部材１２によって取り付けられる。本実施の形態では、基板１０の長手方向一端部に長手方向に直交する方向に並ぶ２つの取付穴２０（後述する図４参照）が形成されている。基板１０は、長手方向が鉛直方向に沿った状態で、２つの取付穴２０が形成される長手方向一端部が他端部に対して下方に位置するように、取り付けられる。

図３に示すように、荷重信号生成回路１３は、歪ゲージ５で検出される電気信号に基づいて荷重受け部２で受けた荷重の大きさを示すデジタル荷重信号を生成する。このために、荷重信号生成回路１３は、アンプ１４、ＡＤ変換器１５、および演算器１６を備えている。４つの歪ゲージ５は、ブリッジ回路１７を構成している。ブリッジ回路１７の入力端および出力端は、基板１０に設けられる第１コネクタ２１に接続される。第１コネクタ２１は、電源回路１８およびアンプ１４に接続されている。これにより、ブリッジ回路１７の入力端は電源回路１８に接続され、ブリッジ回路１７の出力端はアンプ１４に接続される。歪ゲージ５には、基板１０に設けられた電源回路１８を介して、所定の電圧が印加される。なお、電源回路１８は、基板１０の荷重信号生成回路１３を動作させるための電源としても用いられる。

アンプ１４は、ブリッジ回路１７の出力端子に接続され、ブリッジ回路１７の出力であるアナログ荷重信号を増幅する。ＡＤ変換器１５は、アンプ１４で増幅されたアナログ荷重信号をデジタル荷重信号に変換する。演算器１６は、例えばマイクロコントローラ（ＭＰＵ）として構成される。演算器１６は、デジタル荷重信号を読み込み、所定のプログラムに従って重量値を演算し、その演算結果に基づく重量信号を出力する。

演算器１６の出力端子には第２コネクタ２２が接続されている。さらに、第２コネクタ２２には、電源回路１８が接続されている。電源回路１８に第２コネクタ２２を介して接続される配線は、電源電圧を定める電源配線ｐｗおよび基準電圧を定めるコモン配線ｃｏｍを有する。コモン配線ｃｏｍは、図３においては図示を省略しているが第２コネクタ２２と電源回路１８との間で分岐し、第１コネクタ２１を介してブリッジ回路１７の基準電圧を定める配線に接続される。

第２コネクタ２２に外部からの電源線および通信線を接続することにより、基板１０およびブリッジ回路１７に電源電力が供給されるとともに、演算器１６から出力される信号（重量信号等）が外部（デジタルロードセル１が属するシステムの制御器等）に出力される。演算器１６から出力される信号は、信号取り出し部７から筐体４の外部へ出力される。なお、図１および図２においては、歪ゲージ５間の配線、歪ゲージ５と第１コネクタ２１との間の配線および外部と第２コネクタ２２との間の配線は、図示を省略している。

図４（ａ）に示すように、基板１０の第１面（図１に示すＩＶＡ面）側には、第１コネクタ２１、第２コネクタ２２およびＡＤ変換チップ２４が取り付けられている。第２コネクタ２２は、基板１０の長手方向に関して、第１コネクタ２１より取付穴２０に近い側に位置する。ＡＤ変換チップ２４は、アンプ１４およびＡＤ変換器１５を備えている。図４（ｂ）に示すように、基板１０の第２面（図１に示すＩＶＢ面）側には、ＩＣチップとして構成される演算器１６および電源回路１８が取り付けられている。各素子１６，１８，２４は、何れも基板１０の長手方向に関して第１コネクタ２１と第２コネクタ２２との間に設けられる。基板１０は、第１面（ＩＶＡ面）が外側を向くように支持体１１に取り付けられている。

ここで、本実施の形態において、デジタルロードセル１は、湿度センサ２３を備えている。湿度センサ２３は、例えば湿度に応じて静電容量が変化する静電容量式の湿度センサ、または湿度に応じて抵抗が変化する抵抗式の湿度センサを用いることができる。湿度センサ２３は、基板１０のＩＶＢ面側（図４（ｂ））に取り付けられている。すなわち、湿度センサ２３は、基板１０の起歪体３に対向する側の面に設けられる。湿度センサ２３も基板１０の長手方向に関して第１コネクタ２１と第２コネクタ２２との間に設けられる。さらに、湿度センサ２３は、基板１０の長手方向に関して第１コネクタ２１と演算器１６との間に設けられる。湿度センサ２３は、荷重信号生成回路１３の演算器１６に接続され、演算器１６は、湿度センサ２３の制御部として機能し、湿度センサ２３の計測値を取得する。

演算器１６は、取得した計測値を所定の基準値と比較する。演算器１６は、計測値が基準値以下である場合に、筐体４の内部における気密状態が異常であると判定し、所定の異常処理を行う。例えば、演算器１６は、異常処理として、外部（デジタルロードセル１が属するシステムの制御器等）に異常信号を出力する。この際、演算器１６は、異常時における重量信号を出力しないようにしてもよい。

上記構成によれば、気密状態に保持される筐体の内部に湿度センサ２３が設けられ、筐体４の内部の湿度が計測される。筐体４の内部における気密状態が崩れると、筐体４の内部に空気（水分）が侵入し、湿度が上昇する。そのため、上記構成においては、湿度センサ２３が計測した湿度の計測値が所定の基準値以下である場合に、筐体４の内部における気密状態が異常であると判定される。このように、筐体４の内部の湿度を計測することにより、筐体４の内部における気密状態の異常の有無についての確認を行うことができる。

また、本実施の形態では、湿度センサ２３が、荷重信号生成回路１３が形成される基板１０上に設けられる。これにより、デジタルロードセル１を構成する電子部品を一まとめにすることができ、製造コストの低減を図ることができる。

また、本実施の形態では、湿度センサ２３に対する制御を行う制御部が、基板１０上に設けられた荷重信号生成回路１３の演算器１６により実現される。これにより、別途デジタルロードセル１における検出出力が有効か否かを判定し、異常処理を行うための制御部を設ける必要がなくなり、デジタルロードセル１を含むシステムにおいて質量検出系統を簡単化することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、または削除することができる。

例えば、上記実施の形態では、所定の異常処理として、外部に異常信号を出力する態様を例示したが、異常処理は、これに限られない。

例えば、デジタルロードセル１が警告ランプ等の報知器を備えている場合には、演算器１６は、気密状態が異常であると判定した場合に、報知器による報知（例えば警告ランプを点灯させる等）を行ってもよい。これにより、デジタルロードセル１の気密状態の確認（水平設置できているかどうかの確認）を目視により容易に行うことができる。

また、上記実施の形態では、湿度センサ２３が筐体４に設置される基板１０上に設けられる態様を例示したが、筐体４内に設置される限り、基板１０とは別に設けられてもよい。また、湿度センサ２３が基板１０上に設けられる場合、その配置位置は上記例に限定されない。

また、上記実施の形態では、基板１０が、ロードセル１の長手方向（鉛直方向）に沿った状態で、ロードセル１に取り付けられる態様を例示したが、これに限られず、基板１０の取り付け方向は、ロードセル１に応じて適宜変更可能である。

また、上記実施の形態では、演算器１６が、湿度センサ２３に対する制御を行う制御部として機能する態様を例示したが、これに限られない。例えば、演算器１６とは別に制御部が設けられていてもよい。この場合、その制御部は、筐体４内（例えば基板１０上）に設けられてもよいし、筐体４の外部に設けられてもよい。例えば、デジタルロードセル１が属するシステムの制御器（上位の制御器）が、湿度センサ２３に対する制御を行う制御部として機能してもよい。すなわち、その制御器が、湿度センサの計測値を取得し、計測値が所定の基準値以下であるか否かの判定を行うとともに、計測値が基準値以下である場合に異常処理を実行してもよい。

また、上記実施の形態では、１つの起歪体３に４つの歪ゲージ５が設けられる態様を例示したが、歪ゲージ５の数は４つ未満でもよいし、５つ以上でもよい。

また、上記実施の形態では、筐体４の内部に封入される不活性ガスとして窒素を例示したが、不活性ガスであればこれに限られず、例えばアルゴンを筐体４の内部に封入してもよい。

１ デジタルロードセル
２ 荷重受け部
３ 起歪体
４ 筐体
５ 歪ゲージ
１０ 基板
１３ 荷重信号生成回路
１８ 演算器（制御部）
２３ 湿度センサ

Claims (3)

1. 被計量物の荷重を受ける荷重受け部と、
   前記荷重受け部を支持する起歪体と、
   内部を気密状態に保持し、前記内部に前記起歪体を収容する筐体と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記内部の湿度を測定する湿度センサと、
   制御部と、を備え、
   前記筐体の内部は、不活性ガスが封入され、
   前記制御部は、前記湿度センサの計測値を取得し、前記計測値が所定の基準値以下である場合に、前記筐体の内部における気密状態が異常であると判定し、所定の異常処理を行う、デジタルロードセル。
2. 前記起歪体に設けられ、前記起歪体の歪み量を電気信号として検出する歪ゲージと、
   前記筐体の内部に設けられ、前記歪ゲージで検出される電気信号に基づいて前記荷重受け部で受けた荷重の大きさを示すデジタル荷重信号を生成する荷重信号生成回路が形成される基板と、を備え、
   前記湿度センサは、前記基板上に設けられる、請求項１に記載のデジタルロードセル。
3. 前記起歪体に設けられ、前記起歪体の歪み量を電気信号として検出する歪ゲージと、
   前記筐体の内部に設けられ、前記歪ゲージで検出される電気信号に基づいて前記荷重受け部で受けた荷重の大きさを示すデジタル荷重信号を生成する荷重信号生成回路が形成される基板と、を備え、
   前記制御部は、前記基板上に設けられている、請求項１または２に記載のデジタルロードセル。
   
   

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