JP2501024Y2 - 荷重検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、各種荷重を検出するた
めの荷重検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】 測定や制御の種々の分野において荷重
検出器が使用される。このような目的のためには、多く
の種類の荷重検出器が使用されるが、これらは殆どが測
定条件（力の作用方向、周囲温度等）の影響を受け、誤
差が生じていた。元来、微細な変化を検出するものであ
るので、測定状態の変化により検出誤差が生ずることは
不都合である。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】本考案の目的は、構造
が単純であるため、低価格で製造でき、それにもかかわ
らず測定方向以外の応力に対して鈍感で、周囲の温度変
化の影響を受けることがなく、荷重を正確に計測する荷
重検出器を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本考案によ
り、下部にベース１１を有し、上部に保護板１７を有す
る、内部が空洞状のケース１２と、ケース１２の中心軸
線上に配置され、上端部１６が前記保護板１７の中心穴
を無接触で貫通して外部に突出する棒状の力伝達体１４
と、ケース１２の内壁と力伝達体１４の間に固定連結さ
れ、力伝達体１４の軸方向に垂直に一定間隔と保って延
びる二つの平面内で、軸方向に投影した時、互いに重な
り、軸線に周りに等角度で配置されたそれぞれ複数の肉
薄平板状の測定ビーム１３Ａ〜Ｄ；１３′Ａ〜Ｄから成
る第１及び第２測定ビーム群１３，１３′と、各測定ビ
ーム１３Ａ〜Ｄ；１３′Ａ〜Ｄのケース１２側及び力伝
達体１４側の両方又は一方で同一半径位置の両面に前記
軸方向に垂直な受感方向にして貼り付けた歪みゲージ２
１Ａ／Ｂ〜２８Ａ／Ｂ；２１′Ａ／Ｂ〜２８′Ａ／Ｂ
と、を備え、上端部１６に荷重が加わった時、第１測定
ビーム群１３で延びを与える全ての歪みゲージ２１Ａ，
２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ；２２Ｂ，２４Ｂ，２６Ｂ，２
８Ｂを直列に電気接続して第１辺３１とし、第１測定ビ
ーム群１３で縮みを与える全ての歪みゲージ２２Ａ，２
４Ａ，２６Ａ，２８Ａ；２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂ，２７
Ｂを直列に電気接続して第２辺３２とし、第２測定ビー
ム群１３′で延びを与える全ての歪みゲージ２１′Ａ，
２３′Ａ，２５′Ａ，２７′Ａ；２２′Ｂ，２４′Ｂ，
２６′Ｂ，２８′Ｂを直列に電気接続して第３辺３３と
し、第２測定ビーム群１３′で縮みを与える全ての歪み
ゲージ２２′Ａ，２４′Ａ，２６′Ａ，２８′Ａ；２
１′Ｂ，２３′Ｂ，２５′Ｂ，２７′Ｂを直列に電気接
続して第４辺３４とし、第１辺３１と第３辺３３並びに
第２辺３２と第４辺３４をそれぞれが互いに対向する辺
とするブリッジ回路が形成されている、荷重検出器によ
って解決されている。

【０００５】

【実施例】以下、従来技術との対応において、添付図を
参照しつつ本考案による荷重検出器の実施例を開示す
る。

【０００６】第２図は、従来技術による荷重検出器の構
造を示す断面模式図である。図において、ベース１に
は、ケース２が設けられている。このベース１の上に
は、歪ゲージの貼付けられた受感部３が配設され、この
受感部に荷重Ｆを伝える力伝達体４が接している。この
力伝達体４は、板ばね５によってケース２との間が結合
されていて、荷重Ｆ以外の荷重を受感部３に伝達しない
ように配慮される。

【０００７】荷重Ｆは、力伝達体４の上端６から白矢印
のように加えられ、受感部３に変化を及ぼして図示され
ていない端子から電気的出力が得られる。かかる従来技
術による荷重検出器においても、全体が均一な温度にあ
って、その上ケース２の材質と力伝達体４および受感部
３の材質が同じであるか、あるいは全体としての熱膨張
量が同じであれば、受感部３に熱歪は生ずるものの熱応
力は生じない。したがって、受感部３において、熱歪と
温度とに対する補償をすれば、大なる影響は受けない。
しかし、周囲温度が時々刻々と変化する場合には、たと
え同一材料であっても熱応力を除去することは不可能で
あった。かかる場合の熱応力は荷重検出器の温度分布に
よって異なるので、事後的に補償することも不可能であ
った。

【０００８】本考案は、かかる従来技術の欠点を解消す
るためになされたものである。第１図は、本考案による
荷重検出器の原理的構造の断面模式図を示すもので、第
２図と同じ機能を発揮する部分には、第２図と１桁を同
じくする２桁の参照符号が付される。図においてベース
１１を有し、内部が空洞状のケース１２は、第２図と同
様である。ケース１２の中心軸線上に配置される棒状の
力伝達体１４とケース１２との間には、軸線方向に垂直
で上下に一定の間隔を保ち平行に延びる一対の肉薄平板
状の測定ビーム１３Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ；１３′Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄを軸線の周りに軸対称に配置し上下それぞれの第
１、第２測定ビーム群１３，１３′を形成して固定連結
されている。これら各測定ビームの上下表面にそれぞれ
荷重検出のための歪みゲージ２１Ａ，２２Ａ・・・・が
貼付される。荷重Ｆは、力伝達体の上端１６から白矢印
のように加えられる。なお、ケース１２の上端には、受
感部を保護するための保護板１７が設けられる。

【０００９】第３図は、受感部として機能する第１と第
２の測定ビーム群１３，１３′の一方の状態を示す平断
面図そして第４図は、側断面図である。本実施例におい
ては、それぞれ重なり合う測定ビーム１３Ａ，１３Ｂ，
１３Ｃ，１３Ｄと測定ビーム１３′Ａ，１３′Ｂ，１
３′，Ｃ１３′，Ｄ１３′とを有するが、これとは測定
ビーム数の異なる他の構成とすることも可能である。こ
こでは、説明の簡素化のために一方のビームのみをもっ
て説明する。

【００１０】第３図において、前記一対の測定ビームの
それぞれ１３Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ；１３′Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの
内側でその表面と裏面とに４つ一組の歪みゲージ２２
Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２８Ａ；・・・・；２２′Ｂ，２
４′Ｂ，２６′Ｂ，２８′Ｂが順次貼付され、またその
外側でその表面と裏面とに４つ一組の歪みゲージ２１
Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ；・・・・；２１′Ｂ，２
３′Ｂ，２５′Ｂ，２７′Ｂが順次貼付される。

【００１１】第３図におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す第４
図によれば、測定ビーム群１３Ａ，１３Ｃの上下の各歪
ゲージ２１Ａ，２２Ａ，２５Ａ，２６Ａ及び２１Ｂ，２
２Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂの対応が明らかとなろう。なお、
第３図および第４図両図における各参照符号に沿って括
弧内に記述されたダッシュ「′」の付された参照符号は
それぞれ他方の測定ビーム群自体ならびに歪ゲージを示
すものである。

【００１２】第５図は、第３図（および第４図）のよう
に貼付けられた各歪ゲージによって形成されたブリッジ
回路の各辺を示すものである。ここで、２１Ａ〜２８Ｂ
は、例えば上側の第１測定ビーム群１３に貼付けられた
歪ゲージであり、また２１′Ａ〜２８′Ｂは、下側の第
２測定ビーム群１３′に貼付けられた歪ゲージである。
これらのブリッジの各辺を構成する歪ゲージの対応は以
下の通りである。

【００１３】辺３１・・・２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２
７Ａ（第１測定ビーム群の上外側）および２２Ｂ，２４
Ｂ，２６Ｂ，２８Ｂ（第１測定ビーム群の下内側）辺３２ ・・・２１Ｂ，２３Ｂ，２５Ｂ，２７（第１測定
ビーム群の下外側）および２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２
８Ａ（第１測定ビーム群の上内側）辺３３ ・・・２１′Ａ，２３′Ａ，２５′Ａ，２７′Ａ
（第２測定ビーム群の上外側）および２２′Ｂ，２４′
Ｂ，２６′Ｂ，２８′Ｂ（第２測定ビーム群の下内側）辺３４ ・・・２１′Ｂ，２３′Ｂ，２５′Ｂ，２７′Ｂ
（第２測定ビーム群の下外側）および２２′Ａ，２４′
Ａ，２６′Ａ，２８′Ａ（第２測定ビーム群の上内側） 上述のように配設された各歪ゲージを図５のように配線
することにより、本考案の目的が達成される。

【００１４】なお、このような配列ならびに接続は理想
的ではあるが、複雑で高価となる。要求される精度に応
じて、例えば、前記第１、第２測定ビーム群１３，１
３′の４つ一組の歪みゲージ２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，
２８Ａ；・・・・；２２′Ｂ，２４′Ｂ，２６′Ｂ，２
８′Ｂ；２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ；・・・・；
２１′Ｂ，２３′Ｂ，２５′Ｂ，２７′Ｂにおいて、そ
の内側の前記４つ一組の歪みゲージ２２Ａ，２４Ａ，２
６Ａ，２８Ａ；・・・・；２２′Ｂ，２４′Ｂ，２６′
Ｂ，２８′Ｂのみ又はその外側の前記４つ一組の歪みゲ
ージ２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ；・・・・；２
１′Ｂ，２３′Ｂ，２５′Ｂ，２７′Ｂのみとして簡易
化することもできる。各辺の接続は、第５図の接続状態
から該当する歪ゲージを取り去ればよい。なお、辺３１
の歪ゲージ群と辺３３の歪ゲージ群とを、機能を損なわ
ないように交換すること、ならびに辺３２の歪ゲージ群
と辺３４の歪ゲージ群とを、機能を損なわないように交
換することも可能である。

【００１５】このように構成された荷重検出器に力Ｆを
白矢印のように加えた場合の、受感部としての各測定ビ
ームの撓みの状態は第６図に示す通りである。かかる状
態において第５図のブリッジの辺３１および３３の抵抗
値は増加し、反対に辺３２および３４の抵抗値は減少す
る。したがってブリッジは不均衡となって出力を発生
し、荷重の検出が行われる。

【００１６】もし、力伝達体１４とケース１２との間に
温度差があって、例えば力伝達体の方が伸長している
（または、他方が収縮している）場合を考えると、第７
図のようになる。この場合、辺３２と３３との抵抗値は
増加し、他方、辺３１と３４との抵抗値は減少するが、
ブリッジ全体のバランスは崩れないので、この事実のみ
で出力の変化は生じない。反対に、ケース側が伸長して
いる（または他方が収縮している）場合も同様に補償し
あって出力の変化は生じない。

【考案の効果】本考案の荷重検出器を使用する場合、測
定方向以外の応力に対して鈍感で、周囲の温度変化の影
響を受けることがなく、構造が単純で低価格な荷重検出
器を提供できる。また、本考案による荷重検出器によれ
ば、周囲温度の変化にもかかわらず、常に正確な荷重検
出が可能となる。殊に、周囲温度が時間に応じて刻々と
変化する場合においても熱力の影響を排除し、正確に荷
重検出ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案による荷重検出器の基本構成を示す断
面図である。

【図２】 従来技術による荷重検出器の構造を示す断面
図である。

【図３】 本考案による荷重検出器の受感部としての測
定ビーム群と各歪ゲージとの関係を示す平断面図であ
る。

【図４】 本考案による荷重検出器の受感部としての測
定ビーム群と各歪ゲージとの関係を示す横断面図であ
る。

【図５】 各歪ゲージにより構成されるブリッジ回路の
接続図である。

【図６】 本考案による荷重検出器の測定時の各測定ビ
ームの状態を示す説明図である。

【図７】 力伝達体とケースとの間に温度差に起因する
伸縮がある場合の各測定ビームの状態を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１１ ベース １２ ケース １３ 第１測定ビーム群 １３′ 第２測定ビーム群 １３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３′Ａ，１３′
Ｂ，１３′Ｃ，１３′Ｄ測定ビーム １４ 力伝達体 １６ 上端部 １７ 保護板 ３１，３２，３３，３４ ブリッジ辺 ２１Ａ〜２８Ａ 歪ゲージ ２１′Ａ〜２８′Ａ 歪ゲージ ２１Ｂ〜２８Ｂ 歪ゲージ ２１Ｂ′〜２８′Ｂ 歪ゲージ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部にベース（１１）を有し、上部に保
   護板（１７）を有する、内部が空洞状のケース（１２）
   と、 ケース（１２）の中心軸線上に配置され、上端部（１
   ６）が前記保護板（１７）の中心穴を無接触で貫通して
   外部に突出する棒状の力伝達体（１４）と、 ケース（１２）の内壁と力伝達体（１４）の間に固定連
   結され、力伝達体（１４）の軸方向に垂直に一定間隔と
   保って延びる二つの平面内で、軸方向に投影した時、互
   いに重なり、軸線に周りに等角度で配置されたそれぞれ
   複数の肉薄平板状の測定ビーム（１３Ａ〜Ｄ；１３′Ａ
   〜Ｄ）から成る第１及び第２測定ビーム群（１３，１
   ３′）と、 各測定ビーム（１３Ａ〜Ｄ；１３′Ａ〜Ｄ）のケース
   （１２）側及び力伝達体（１４）側の両方又は一方で同
   一半径位置の両面に前記軸方向に垂直な受感方向にして
   貼り付けた歪みゲージ（２１Ａ／Ｂ〜２８Ａ／Ｂ；２
   １′Ａ／Ｂ〜２８′Ａ／Ｂ）と、 を備え、上端部（１６）に荷重が加わった時、 第１測定ビーム群（１３）で延びを与える全ての歪みゲ
   ージ（２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ；２２Ｂ，２４
   Ｂ，２６Ｂ，２８Ｂ）を直列に電気接続して第１辺（３
   １）とし、 第１測定ビーム群（１３）で縮みを与える全ての歪みゲ
   ージ（２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２８Ａ；２１Ｂ，２３
   Ｂ，２５Ｂ，２７Ｂ）を直列に電気接続して第２辺（３
   ２）とし、 第２測定ビーム群（１３′）で延びを与える全ての歪み
   ゲージ（２１′Ａ，２３′Ａ，２５′Ａ，２７′Ａ；２
   ２′Ｂ，２４′Ｂ，２６′Ｂ，２８′Ｂ）を直列に電気
   接続して第３辺（３３）とし、 第２測定ビーム群（１３′）で縮みを与える全ての歪み
   ゲージ（２２′Ａ，２４′Ａ，２６′Ａ，２８′Ａ；２
   １′Ｂ，２３′Ｂ，２５′Ｂ，２７′Ｂ）を直列に電気
   接続して第４辺（３４）とし、 第１辺（３１）と第３辺（３３）並びに第２辺（３２）
   と第４辺（３４）をそれぞれが互いに対向する辺とする
   ブリッジ回路が形成されている、 ことを特徴とする荷重検出器。