JP2509834B2

JP2509834B2 - 低荷重用ロ―ドセルの構造

Info

Publication number: JP2509834B2
Application number: JP3278999A
Authority: JP
Inventors: 達男市毛
Original assignee: ORIENTETSUKU KK
Current assignee: ORIENTETSUKU KK
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPH0534216A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動的粘弾性測定器のよ
うな材料試験機に用いるのに適した、低荷重用ロードセ
ルの構造に関し、特に座屈に強く、固有周波数が高く、
また熱伝導による影響の少ない低荷重用ロードセルの構
造に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラスチック、ゴム、複合材料な
ど高分子材料の利用範囲は急速に拡大しているが、それ
が利用可能であるかどうかは、単なる静的な特性で判断
するのではなく、これら材料の動的な物性評価を行なう
ことが必要で、そのために動的粘弾性測定器が使用され
ている。

【０００３】ここで、簡単に、動的粘弾性測定器につい
て述べると、これは試験片の一方へ強制的に振動変位を
与え、これによる歪と試験片の他方に生じる応力とか
ら、複素弾性率（動的粘弾性率）を測定するものである
が、実際の測定に際しては、測定雰囲気を低温から高温
（例えば、−１５０℃〜＋４００℃）まで変化させなが
ら連続的に測定するだけでなく、振動変位を与える加振
器の加振周波数も任意に選択（０．０１Ｈｚ〜１１０Ｈ
ｚ）が出来るようになっている。

【０００４】所で、従来はこのような動的粘弾性測定器
に用いるための、特別に用意されたロードセルがある訳
ではなく、通常の低荷重用ロードセルが殆んどそのまま
で用いられていた。これは、第６図に示すように、起歪
体となる素材１に、応力を集中させる連結円形状の孔２
を空けることにより、２本のビーム３、４を上下に平行
に形成し、上下のビーム３、４の薄肉部３（ａ、ｂ）、
４（ａ、ｂ）の外側に歪ゲージ５（ａ〜ｄ）を貼着した
構造となっているが、薄肉部３（ａ、ｂ）、４（ａ、
ｂ）の座屈による破損等を考慮し、これまでは予め設計
段階で厚さ（ｔ）を比較的厚く、ｔ＝１〜２ｍｍ程度と
最初に決めて設計することが多く、仮にｔ＝１ｍｍの条
件でロードセルを計算すると、所定の撓み量を得るため
には、どうしてもビーム３、４が長くなり、装置が大型
となるから、それだけ固有周波数も低いものとなってい
た。

【０００５】また、荷重の検出も、第６図に示すよう
に、左端部６を固定（斜線図示）し、少しでも大型化を
避けるため、右方上部Ｐ点に荷重（外力）Ｗを加えて、
図示しないが、よく知られているように、平行四辺形状
に変形（撓み）させ、この変形を歪ゲージ５（ａ〜ｄ）
の抵抗変化で検出することにより行なわれていたが、既
に述べたことから理解出来るように、動的粘弾性の測定
中には試験片がかなり熱く或は冷たくなっており、この
試験片がチャックを介して連結される、上記Ｐ点の温度
は当然熱く或は冷たくなっているから、この点、即ち荷
重着力点から見たビーム３、４への熱伝導路には僅かだ
が差異が生じる構造となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、撓み量を
大きく取るためビーム３、４が長いと、薄肉部３（ａ、
ｂ）、及び４（ａ、ｂ）が比較的厚くても、予期しない
衝撃等も含めた比較的大きな力（特に圧縮力）が加わっ
た場合、その部分で座屈し易く破損に至ることが多く、
また、ビーム３、４が長く固有周波数が低いと、測定信
号中に試験片を振動変位させる加振器の周波数による影
響も受け、更に、ビーム方向に長くなるのを避けるた
め、実用上から荷重着力点を図示のＰ点に取ると、上下
のビーム３、４に対する熱伝導路が対称とはならず、熱
膨張差による温度誤差も入り易い等の欠点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】それ故、歪みゲージ１５
（ａ〜ｄ）が貼着される測定用のビーム（２０、２１）
の厚さを薄く、長さを短くし、これを補佐する補助用の
ビーム（１３、１４）の暑さを厚く、長さを長くして、
これら測定用及び補助用のビーム（２０、２１及び１
３、１４）を、固定部１６と荷重部１７との間に平行並
列に、かつ荷重受部１７ａのほぼ中央を通る仮想の平面
に対して対称に配置する。

【０００８】

【作用】回転半径の短い測定用のビーム２０、２１或は
２２の撓み動作は、回転半径の長い補助用のビーム１
３、１４或は２４により支えられて同時に回動（撓み）
が行なわれるから、測定用のビーム２０、２１或は２２
は引張力が作用した（伸張した）状態で撓むことにな
り、圧縮力が作用しないので、座屈に対して強く、した
がって、測定用のビーム２０、２１を薄くかつ短く出来
るため、各ビームも従来に比べれば全体的に短くなっ
て、固有周波数もそれだけ高く、測定信号中に混入する
加振器の加振周波数による影響も排除され、更に荷重受
１７ａから見た熱伝導路に差異がないから、温度誤差も
取除かれる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
するが、第１〜第３図（第２図は部分拡大図）には、外
側の平行ビームとして、薄肉部の厚さが比較的厚く、長
さの長い補助用のビームを用いた例が示され、第４、５
図には、外側の平行ビ−ムとして、全体に厚さが薄く、
長さの短い、歪ゲージの貼着された測定用のビームを用
いた例が示されており、ここでは、同じ働きをする部分
には同じ符号が使用されている。

【００１０】第１図において、１１は起歪体となる板状
の素材で、これに一対の細長い上向き及び下向きのコ字
状孔１２ａ、１２ｂを空けることにより、比較的厚い薄
肉部１３ａ、１３ｂ、及び１４ａ、１４ｂを備えた、比
較的長い一対の平行ビーム１３、１４が外側上下に平行
に形成され、これらの左端に連結された垂直部が固定部
１６となり、右端に連結された垂直部が荷重部１７とな
って、この荷重部１７の中央には横向きＴ字状に荷重受
１７ａが形成されている。

【００１１】続いて、一対の平行ビーム１３、１４の内
側に取り残された連結路１８の右方端部に縦長の長方形
孔１９を空けることにより、上記薄肉部１３（ａ、
ｂ）、及び１４（ａ、ｂ）に比べ極薄肉で形成される短
い一対の平行ビーム２０、２１が連結路１８の右方上下
に平行に形成され、その結果、ビーム２０、２１の左端
は連結路１８を介して固定部１６に連結され、その右端
は直接荷重部１７に連結されるようになり、また表面
（外側）にはそれぞれ歪ゲージ１５（ａ〜ｄ）が貼着さ
れる（第２図参照）。したがって、測定用のビーム２
０、２１が薄くて短いから、従来のものと全体構成を比
べると（概略図示程度の大小関係である）、かなり小型
となり、当然固有周波数も高くなる。

【００１２】このような構成で、左側の固定部１６を固
定し、右側の荷重受１７ａに矢印方向の荷重Ｗを加える
と、全体が既に言及した平行四辺形状の撓み動作を行な
うから、荷重部１７が垂直方向に降下する。更に詳しく
言えば、外側では上下一対のビーム１３、１４の薄肉部
１３ａ、１４ａが下向きに撓み、薄肉部１３ｂ、１４ｂ
が上向きに撓んで、いわゆる平行四辺形状の変形を行な
うが、内側でも一対のビーム２０、２１は短いながらも
同様な撓み動作を行ない、歪ゲージ１５（ａ〜ｄ）によ
り、公知のブリッジ回路を利用して、加えられた荷重
（外力）が検出されるようになっている。

【００１３】この時、外側の平行ビーム１３、１４は、
垂直な固定部１６と垂直な荷重部１７とを、それぞれ、
平行四辺形の左右の辺として、右辺を降下させる形で変
形するため、これを、分かり易く大雑把にビーム１３と
１４の同時回転として捉えれば、こちらは回転半径が長
く、また内側のビーム２０と２１については、連結路１
８の右端上下の点Ｑ１、Ｑ２が支点となるから、こちら
は回転半径が短くなっている。しかし、これらが一体と
なって、全体が平行四辺形状の撓み動作を行なうために
は、上記の回転半径の違いから、内側のビーム２０、２
１は引張力が作用した（伸長した）状態で撓むことにな
り、先ず普通の状態では圧縮力が働かないから、薄くて
も殆ど座屈を起したり、破損することがなく、測定用の
ビームを薄く短くすることが可能である。

【００１４】また、荷重受１７ａから見て、補助用であ
る外側一対のビーム１３、１４と、測定用である歪ゲー
ジ１５の貼着された内側一対のビーム２０、２１とは、
それぞれ対称的配置となっているから、仮に荷重受１７
ａが熱く或は冷たくても、それぞれに熱伝導路差がない
ので、電気的差動回路を用いれば、熱膨張差による温度
誤差を排除することが可能である。

【００１５】第３図においては、第１図のものを一部変
更した他の実施例が示されており、具体的には、第１図
で内側に形成された測定用の薄くて短い一対のビーム２
０、２１が一個のビーム２２に変更されたものが示され
ている。この場合には、荷重受１７ａから見た捩れ（偏
荷重も含む）に対しては多少弱い欠点があるが、構成的
には簡単で、上述した補助用の長いビーム１３、１４と
測定用の短いビーム２０、２１についての回転半径の関
係はこの実施例についても同じであるから、短いビーム
２２は引張力が作用した状態で撓むことになり、薄くて
も殆ど座屈を起こすことがない。ただ、歪ゲージ１５に
ついては、荷重受１７ａからの直接的熱伝導を考える
と、一方面に２個所の貼着では遠近による温度差が出て
好ましくないので、表裏に４個所貼着し、電気的に差動
処理するのが望ましい。

【００１６】次に、第４図においては、別の実施例とし
て、外側に形成された平行ビームが薄くて短い測定用の
ビーム２０、２１である場合が示されている。ここで
は、歪ゲージ１５（ａ、ｄ）の貼着された短い測定用の
ビーム２０、２１の左端は、それぞれ、連結路１８ａ、
１８ｂを介して長さが整えられて、固定部１６に連結さ
れ、右端は荷重部１７に直接連結されていて、この一対
のビーム２０、２１の内側空間には、薄肉部１３（ａ、
ｂ）、及び１４（ａ、ｂ）を持った長い一対のビーム１
３、１４が固定部１６と、荷重部１７との間に、上下に
平行で離間し、かつ荷重受１７ａに対し対称的に架設さ
れた形状に素材１１から加工されている。ここで、符号
２３は中央部に空けられた横長の長方形孔である。

【００１７】この構成では、荷重受１７ａに荷重Ｗを加
えた場合の動作は、概略第１図で述べたものと同じであ
るから省略するが、外側が一対の薄いビームで形成され
ているから、荷重受１７ａから見た、捩りには第１、３
図のものより多少弱いが、歪ゲージ１５（ａ、ｂ）、及
び１５（ｃ、ｄ）については、それぞれ上下のビーム２
０、２１の外側面に貼着すればよいから、貼着作業の点
では簡単に行なえて有利である。

【００１８】第５図においては、第４図の内側に設けら
れた一対のビーム１３、１４が一個のビーム２４に変更
された実施例が示されており、薄肉部２４（ａ、ｂ）が
比較的厚く、長さの長いビーム２４が固定部１６と荷重
部１７との間で上下の中央に架設されているが、その動
作は第４図のものと同様であるので省略する。

【００１９】上記において、測定用のビーム２０、２１
或は２２については、ビーム２０、２１或は２２の左端
を連結路１８（第１、３図）或は連結路１８ａ、１８ｂ
（第４、５図）を介して固定部１６に連結する如く説明
したが、この連結路１８或は１８ａ、１８ｂは、補助用
のビーム１３、１４、或は２４に対して長さを整えるた
めのものであって、撓むことなく堅固なものであるか
ら、固定部１６の延長したものと同じであり、この場合
には、連結路１８或は１８ａ、１８ｂを含めて固定部１
６として取扱うものとする。

【００２０】

【発明の効果】このように、本発明では、測定用のビー
ムを薄くて短くすると同時に、これを平行並列に配置さ
れた長い補助用のビームで補佐するようにしたので、薄
くても座屈に強く、また全体的構成も小さくなって固有
周波数が高くなり測定が安定すると共に、荷重受を原点
として、測定用及び補助用のビームを相互に対称となる
ように配置したので、熱膨張差よる温度誤差が少なく、
動的弾性測定器に用いるのに適した利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。

【図２】同実施例の部分拡大図である。

【図３】同実施例を一部変更した他の実施例の正面図で
ある。

【図４】本発明の別の実施例を示す正面図である。

【図５】この実施例を一部変更した他の実施例の正面図
である。

【図６】従来の低荷重用ロードセルの正面説明図であ
る。

【符号の説明】

１素材２孔３ビーム３（ａ、ｂ）薄肉部４ビーム４（ａ、ｂ）薄肉部５（ａ〜ｂ）歪ゲージ６固定部１１素材１２（ａ、ｂ）コ字状孔１３補助用のビーム１３（ａ、ｂ）薄肉部１４補助用のビーム１４（ａ、ｂ）薄肉部１５（ａ〜ｂ）歪ゲージ１６固定部１７荷重部１７ａ荷重受１８連結路１８（ａ、ｂ）連結路１９長方形孔２０測定用のビーム２１測定用のビーム２２測定用のビーム２３長方形孔２４補助用のビーム２４（ａ、ｂ）薄肉部Ｐ着力点Ｑ１支点Ｑ２支点Ｗ荷重

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のビーム１３、１４、２０、２１によ
り固定部１６と荷重部１７とを連結し、前記複数のビー
ム１３、１４、２０、２１の少なくとも１つに歪みゲー
ジ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを配置すると共に、
前記荷重部１７に形成した荷重受部１７ａに荷重を受け
る低荷重用ロードセルの構造であって、前記複数のビーム１３、１４、２０、２１は、互いに平行に配置され、前記固定部１６と荷重部１７とを直接連結する１対の補
助用のビーム１３、１４と、連絡部１８を介して前記固定部１６に連結され、荷重部
１７に直接連結され、前記補助用のビーム１３、１４に
比して長さが短く、前記補助用のビーム１３、１４に比
して厚さが薄く、前記歪みゲージ１５ａ、１５ｂ、１５
ｃ、１５ｄを配置する測定用のビーム２０、２１とで形
成され、前記荷重部１７は、１端面に前記複数のビーム１３、１
４、２０、２１を連結し、他の端面のほぼ中央部分より
突出して前記荷重受部１７ａ形成し、前記補助用のビーム１３、１４及び前記測定用のビーム
２０、２１は、前記荷重受部１７ａのほぼ中央を通り、前記複数のビー
ム１３、１４、２０、２１と平行な仮想の平面に対し
て、対称に配置されたことを特徴とする低荷重用ロード
セルの構造。
【請求項２】前記補助用のビーム１３、１４は、前記固定部１６と連結される部分１３ａ、１４ａが薄肉
に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の低荷重
用ロードセルの構造。