JP2527551B2

JP2527551B2 - 薄形ロ−ドセル

Info

Publication number: JP2527551B2
Application number: JP62031595A
Authority: JP
Inventors: 善三郎東藤; 守関根; 紘武藤
Original assignee: 株式会社共和電業
Priority date: 1987-02-16
Filing date: 1987-02-16
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JPS63200029A

Description

【発明の詳細な説明】（ａ）技術分野本発明は、薄形ロードセルに関し、より詳しくは、外
形が厚肉円板状を呈し中心部に円形孔が穿設され荷重が
印加されると弾性変形する起歪体の起歪部にひずみゲー
ジが添着され、このひずみゲージにより印加荷重を電気
信号に変換して検出する薄形ロードセルに関するもので
ある。

（ｂ）従来技術この種のロードセルは、円筒状の起歪部を有するもの
と、円板状の起歪部を有するものとに二分される。

このうちの円筒状の起歪部を有するものは、第７図に
示すように、縦断面が略Ｉ字状に形成された円筒状の荷
重印加部１を有し、この荷重印加部１の中央に円筒状の
起歪部２が形成され、この起歪部２の外周面の略中央に
圧縮ひずみ（または引張ひずみ、以下同じ）検出用のひ
ずみゲージ３が接着されている。このようなロードセル
の外周部の上下部には、環状のフランジ部4,5が延設さ
れ、その先端にはシール板６が取付けられている。

このような構成よりなるロードセルは、使用に際して
不動部材７上に荷重印加部１とは反対側の底面が載置固
定され、荷重印加部１の上面側が図示省略の被測定対象
物に当接または固定される。被測定対象物から荷重印加
部１の上面に荷重が印加されると、起歪部２には荷重印
加方向に圧縮ひずみが、荷重印加方向とは直交する方向
に引張ひずみが生じる。このときの圧縮ひずみおよび引
張ひずみは、それぞれひずみゲージ３によって検出され
る。

このように構成された円筒状のロードセルは、起歪部
２の高さを低くして薄形とすると、円筒状起歪部２にお
ける応力分布が不均一となり、そこに添着されたひずみ
ゲージ３によって印加荷重に正確に対応した電気信号を
得ることができないという欠点があるほか、印加荷重の
当り面の状態によって検出出力が大きく変動してしまう
という欠点がある。

このような欠点を解消するために工夫されたものとし
て、例えば第８図に示すような円板状起歪部を有するロ
ードセルがある。

即ち、厚肉円板状の荷重印加部11の外周部の中間部か
ら薄肉円板状の起歪部12が延設され、その外周端は、厚
肉円板状の固定基部13の内周端に一体に連接されてい
る。このような起歪部12の内面の荷重印加部11寄り部位
と固定基部13寄り部位のそれぞれには曲げひずみ検出用
のひずみゲージ14と15が接着されている。このひずみゲ
ージ14,15へ外気の侵入を防止するために上記固定基部1
3の下端部には内方に延びる円板状シール板16が取付け
られ、このシール板16の内方端は、非常に弱い弾力を有
するベローズ状のシール部材17を介して荷重印加部11の
下端に連結されている。

このようなロードセルにおいて、固定基部13の下面を
不動部材７上に載置固定し、荷重印加部11の上面から矢
印方向の荷重を印加すると、起歪部12に曲げひずみが生
じ、ひずみゲージ14,15のそれぞれに異なる方向の抵抗
値変化が生じる。この抵抗値変化を適宜のホイートスト
ンブリッジ回路で検出することによって印加荷重の値を
検出するように構成されている。

しかしながら、このようなロードセルにおいては、起
歪部12の曲げひずみを検出する形式であるので小さな荷
重で大きな出力が得られるものの、大荷重には耐えられ
ず、大荷重用、即ち高容量用とするためには起歪部12の
厚みを大きくせざるを得ない。起歪部12の板厚を厚くす
ると、荷重印加部11と起歪部12の境界部分と、起歪部12
と固定基部13の境界部分に大きな応力集中が生じ、それ
程大きくない荷重によって弾性限界を超えたり比較的短
時間のうちに疲労破壊を生じる等の事故を引き起す虞れ
がある。このためこの形式のロードセルは、実際に印加
される荷重の値を低めに設定せざるを得ず、従って高容
量用には不向きなロードセルであると考えられていた。

そこで、本発明者等は、上述の問題に対処すべく、第
９図および第10図に示されるような薄形ロードセルに係
る考案（以下「先願考案」という）を先に提案した（実
願昭61−158187号）。

即ち、第９図は、上記先願考案の一実施例である薄形
ロードセルの縦断面図、第10図は、第９図のＸ−Ｘ線矢
視方向断面図である。

同図において、21は荷重を受けると弾性変形する材
料、例えはニッケル−クロム鋼、ニッケルクロム−モリ
ブデン鋼、アンバ（商品名）、ベリリウム−銅合金、ア
ルミニウム合金等をもってほぼ厚肉円板状に形成された
起歪体である。この起歪体21は、中心部に円形孔22が穿
設されている。この円形孔22と起歪体21の外周とのほぼ
中間部に起歪体21の一面側（第９図においては上面側）
より所定の深さ（実施例の場合、起歪体21の板厚の約1/
3の深さ）に達する一定幅W₁の環状（円形孔22と同心
円）の溝23が形成されている。一方、起歪体21の他面側
（第９図においては下面側）にも、その他面側より所定
の深さに達する前記一面側の溝23よりも広い幅W₂の環状
の溝24が形成されている。このような２つの環状の溝2
3,24を形成することによって、起歪体21の円形孔22と溝
23,24との間に、厚み方向に厚肉とされた剛性大なる荷
重印加部25が形成され、また溝23,24と起歪体21の外周
との間に、同様に厚み方向に厚肉とされた剛性大なる固
定基部26が形成され、さらに溝23の底面と溝24の底面と
の間には定格容量に応じた所定の厚みを有する薄肉の起
歪部27が形成される。

このことを言い換えれば、荷重印加部25の他面側（第
９図における下面側）の外径D₁、一面側の外形D₂、固定
基部26の一面側の内径D₃、および固定固定基部２の他面
側の内径D₄の４つの直径の間にはD₁＜D₂＜D₃＜D₄なる関
係がある。

荷重印加部25の一面（上面）は、荷重印加時の変位を
考慮して固定基部26の一面（上面）よりも幾分突出させ
てあり、反対に荷重印加部25の他面は固定基部26の他面
よりも引込ませてある。

他面側の溝24の底部、即ち起歪部27の他面上には、大
きな曲げ応力の生じる荷重印加部25寄りの部位と、固定
基部26寄りの部位に、４対、即ち第10図に示すように、
90゜間隔で４対のひずみゲージSG1〜SG8が接着、蒸着、
スパッタリングその他の手段により添着されている。こ
のひずみゲージSG1〜SG8が添着されている他面側の溝24
の開口端近傍には、ひずみゲージSG1〜SG8の吸湿による
絶縁抵抗の低下や酸化による劣化を防止するため、剛性
の低い円板状のシール板28が嵌挿固定されている。

次に、このような構成よりなる先願考案の作用につき
説明する。

先ず、固定基部26の底面を例えば被測定対象物の不動
部材上に載置固定し、荷重印加部25の上面を例えば被測
定対象物の下部に当接または取付け固定する。

荷重印加部25の上面（一面）側から下面（他面）側に
向う方向に荷重が印加されると、荷重印加部25が下方に
変位し、これに伴って起歪部27に曲げひずみが生じる。

このときの起歪部27のひずみゲージ添着面側（溝24の
底部）の半径方向ひずみ分布は、起歪部27の荷重印加部
25寄りの部位において大きな引張ひずみが生じ、固定基
部26寄りの部位において大きな圧縮ひずみが生じ、起歪
部27のほぼ中央部には曲げひずみが生じない。従って起
歪部27の荷重印加部25寄りの部位に添着されているひず
みゲージSG1,SG3,SG5,SG7の抵抗値は増大し、一方起歪
部27の固定基部26寄りの部位に添着されたひずみゲージ
SG2,SG4,SG6,SG8の抵抗値は減少する。そして、第９図
に示すように、溝幅W₁を溝幅W₂よりも幅狭とすることに
よって、溝幅W₁を溝W₂と同じくしたものに比べ、ひずみ
感度を低下させずに最大ひずみおよび最大応力を大幅に
低下させることができるのである。

これは、荷重を受ける面（上面）側の溝23の溝幅W₁を
幅狭とし、荷重を受ける面とは反対面（下面）側の溝24
の溝幅W₂を幅広としたことによって応力の分散が図られ
たためと考えられる。また、溝23の底部において、起歪
部27と荷重印加部25および固定基部26間が、比較的大き
な半径R₁よりなる円弧面でそれぞれ連ねられていること
も、応力の集中を感じることに寄与している。

つまり、先願考案に係る薄形ロードセルは、構成が簡
単で製作が容易であり、ひずみ検出感度を低下させるこ
となく応力集中による最大ひずみを大幅に低減化でき、
低容量から高容量に至るものが容易に製作でき、またひ
ずみゲージを多数起歪部27に添着せずとも、荷重印加部
25に偏って印加される荷重をひずみゲージにより該荷重
に対応する電気信号に変換して検出することができる。

しかしながら、このように構成され且つ動作する先願
考案に係る薄形ロードセルは、荷重印加部25および固定
基部26の剛性が充分高いか、荷重印加部25および固定基
部26が堅固に不動部材に固定されている場合には、起歪
部27には、第11図に示す変形による曲げ応力のみが生
じ、上述したようにひずみゲージSG1〜SG8によってその
曲げ応力に対応したひずみ出力を得ることができるが、
荷重印加部25および固定基部26の剛性を十分高くできな
い場合には、荷重Ｗが印加されたとき、第12図に示すよ
うに荷重印加部25および固定基部26が変形して起歪部27
を反らせるモーメントによる変形が生じ、その曲げモー
メントによる誤差が荷重検出出力に混入（付加）される
という問題が生じる。

即ち、薄形ロードセルという形状上の制限により荷重
印加部25および固定基部26の剛性を十分大きくとること
ができない場合があり、そのような場合には、荷重Ｗが
印加されると、第12図に示す如く起歪部27の荷重印加部
25側に時計回り方向の曲げモーメントＭが生じ、起歪部
27の固定基部26側に反時計回り方向の曲げモーメント
Ｍ′が付加された状態で起歪部27に曲げ応力が生じる。

このときの曲げモーメントＭおよびＭ′に基づく成分
のひずみは、第13図において破線で示すひずみ分布曲線
から分るように、ε_３およびε_４になる。しかしε_３お
よびε_４は、曲げモーメントM,M′が荷重印加部25およ
び固定基部27とそれぞれ接する面の摩擦状態により左右
されるため、負荷荷重に比例したものとはならない。

また、このとき、第13図において実線で示すひずみ分
布曲線から分るように、ひずみゲージSG1,SG3,SG5,SG7
が添着された荷重印加部25寄り（内側）部位に生ずる印
加荷重に対応するひずみはε_１であり、ひずみゲージSG
2,SG4,SG6,SG8が添着された固定基部26寄り（外側）部
位に生ずる印加荷重に対応するひずみは、ε_２となる。
このようにして生じるひずみε_１〜ε_４は、等価的にみ
ると、第14図に示すように、荷重Ｗに対応したひずみε
_１およびε_２に、上述の曲げモーメントM,M′に基づく
ひずみε_３およびε_４が、（ε_１＋ε_３）および（ε_２
＋ε_４）のように誤差成分として付加されてしまうこと
になる。

また、曲げモーメントM,M′に基づく起歪部27のひず
み量は、荷重印加部25への印加荷重の大きさには比例し
たものとはならない。このため、荷重−ひずみ特性とし
ては、印加荷重を次第に定格荷重まで増加させた場合の
出力の直線性が悪化する。また、反対に印加荷重を定格
荷重から次第に減少させた場合の特性とが一致せず、い
わゆるヒステリシス特性が悪化する。

即ち、第５図に示すように、荷重を増加していった場
合の出力の直線（ゼロ荷重の出力点と定格荷重負荷時の
出力点とを結んだ直線）よりの偏差値は、特性線図Q₁₀
から分るように、各荷重値において割合に大きい値であ
り、しかも荷重を減少していった場合の偏差値は、破線
で示す特性線図Q₂₀から分るように、大きな値になり、
これらが荷重測定の誤差要因となる。

（ｃ）目的本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、簡素な構成で安価に製作できると
共に荷重印加部および固定基部の剛性を充分に大きくせ
ずとも、またロードセルの設置面や荷重印加面のロード
セルへの当り状態が多少悪くても、印加荷重に正確に対
応した検出出力を得ることができる薄形ロードセルを提
供することにある。

（ｄ）構成上記の目的を達成させるため特許請求の範囲第１項記
載の発明は、外形が厚肉円板状を呈し中心部に円形孔が
穿設され荷重が印加されると弾性変形する起歪体の起歪
部にひずみゲージが添着され、このひずみゲージにより
印加荷重を電気信号に変換して検出する薄形ロードセル
において、前記円形孔と前記起歪部の外周との間に、前
記起歪体の一面側より他面側に向けて一定幅の環状の凹
溝を形成すると共に前記起歪体の他面側より所定の深さ
に達する環状の凹溝を形成することによって、前記起歪
体の前記円形孔と前記両溝との間に荷重印加部を、前記
両溝と前記起歪体の外周との間に固定基部を、前記一面
側の溝の底面と前記他面側の溝の底面との間に薄肉の起
歪部をそれぞれ設け、前記起歪部の他面側の前記荷重印
加部寄り部位および前記固定基部寄り部位にそれぞれひ
ずみゲージを添着してなり、前記ひずみゲージが添着さ
れた前記荷重印加部寄り部位の前記起歪部の荷重印加方
向の厚みを、前記ひずみゲージが添着された前記固定基
部寄り部位の前記起歪部の荷重印加方向の厚みより大き
く形成して、前記ひずみゲージのそれぞれの添着部位に
おける前記起歪部の断面部の断面係数が略等しくなるよ
うに構成したことを特徴とするものである。

また、特許請求の範囲第２項記載の発明は、外形が厚
肉円板状を呈し中心部に円形孔が穿設され荷重が印加さ
れると弾性変形する起歪体の起歪部にひずみゲージが添
着され、このひずみゲージにより印加荷重を電気信号に
変換して検出する薄形ロードセルにおいて、前記円形孔
と前記起歪体の外周との間に、前記起歪体の一面側より
他面側に向けて一定幅の管状の凹溝を形成すると共に前
記起歪体の他面側より所定の深さに達する管状の凹溝を
形成することによって、前記起歪体の前記円形孔と前記
両溝との間に荷重印加部を、前記両溝と前記起歪体の外
周との間に固定基部を、前記一面側の溝の底面と前記他
面側の溝の底面との間に薄肉の起歪部をそれぞれ設け、
前記起歪部の他面側の前記荷重印加部寄り部位および前
記固定基部寄り部位にそれぞれひずみゲージを添着して
なり、前記一面側の凹溝の溝幅を、前記他面側の凹溝の
溝幅より狭く形成し且つ前記一面側の凹溝の中心を、前
記他面側の凹溝の中心より外方側に偏位させることによ
って、前記ひずみゲージのそれぞれの添着部位における
前記起歪部の断面部の断面係数が略等しくなるように構
成したことを特徴とするものである。

また、特許請求の範囲第３項記載の発明は、外形が厚
肉円形状を呈し中心部に円形孔が穿設され荷重が印加さ
れると弾性変形する起歪体の起歪部にひずみゲージが添
着され、このひずみゲージにより印加荷重を電気信号に
変換して検出する薄形ロードセルにおいて、前記円形孔
と前記起歪部の外周との間に、前記起歪体の一面側より
他面側に向けて一定幅の環状の凹溝を形成すると共に前
記起歪体の他面側より所定の深さに達する環状の凹溝を
形成することによって、前記起歪体の前記円形孔と前記
両溝との間に荷重印加部を、前記両溝と前記起歪体の外
周との間に固定基部を、前記一面側の溝の底面と前記他
面側の溝の底面との間に薄肉の起歪部をそれぞれ設け、
前記起歪部の他面側の前記荷重印加部寄り部位および前
記固定基部寄り部位にそれぞれひずみゲージを添着して
なり、前記一面側の凹溝と前記他面側の凹溝の中心を一
致させると共に前記一面側の凹溝の溝幅を前記他面側の
凹溝の溝幅より狭くし且つ前記一面側の凹溝の内周側ア
ール部の曲率半径を、外周側アール部の曲率半径より大
きく形成することによって、前記ひずみゲージのそれぞ
れの添着部位における前記起歪部の断面部の断面係数を
略等しくなるように構成したことを特徴とするものであ
る。

また、特許請求の範囲第４項記載の発明は、外形が厚
肉円板状を呈し中心部に円形孔が穿設され荷重が印加さ
れると弾性変形する起歪体の起歪部にひずみゲージが添
着され、このひずみゲージにより印加荷重を電気信号に
変換して検出する薄形ロードセルにおいて、前記円形孔
と前記起歪体の外周との間に、前記起歪体の一面側より
他面側に向けて一定幅の環状の凹溝を形成すると共に前
記起歪体の他面側より一面側に向けて前記一面側の凹溝
の溝幅よりも広く且つ所定の深さに達する環状の凹溝を
前記一面側の凹溝の中心と一致させて形成することによ
って、前記起歪体の前記円形孔と前記両溝との間に荷重
印加部を、前記両溝と前記起歪体の外周との間に固定基
部を、前記一面側の溝の底面と前記他面側の溝の底面と
の間に薄肉の起歪部をそれぞれ設け、前記起歪部の他面
側の前記荷重印加部寄り部位および前記固定基部寄り部
位であって前記起歪部の断面部の断面係数が略等しい部
位にそれぞれひずみゲージを添着してなることを特徴と
するものである。

以下、本発明について添付図面を用いて詳細に説明す
る。

本発明の実施例を説明するに先立ち本発明の概要を説
明する。

本発明は、基本的な構成としては、第９図、第10図に
ついて上述した先願考案に係る薄形ロードセルと同様で
あり、第12図〜第14図について上述した先願考案の欠点
を改善した点に特徴を有する。

先ず、本発明者等は、第12図について説明した曲げモ
ーメントM,M′に基づくひずみε₃,ε_４の値を等しくす
れば、該曲げモーメントM,M′に基づく誤差成分を除去
し得る点に着目したのである。

即ち、曲げモーメントM,M′に基づくひずみε₃,ε_４
は、（曲げモーメント:M,M′）÷（ひずみゲージの各添着部
位の断面係数:Z）の値に比例するので、上記ひずみε_３
およびε_４のそれぞれの値を等しくしてホイートストン
ブリッジ回路で相殺させるには、ひずみゲージSG1,SG3,
SG5,SG7およびひずみゲージSG2,SG4,SG6,SG8が添着され
た部位における断面係数（Ｚ）を等しくすればよい。

ところが、起歪部27の内側（荷重印加部25寄り）のひ
ずみゲージ添着部位は、外側（固定基部26寄り）のひず
みゲージ添着部位に比べ、起歪体21の中心からの距離
（半径）が小さいため、円周断面積が小さくなり、従っ
て断面係数は、内側のひずみゲージ添着部位の方が小さ
い。

そこで、以下に、起歪部27上におけるひずみゲージ添
着部位の断面係数を等しくするための実施例について説
明する。

第２図は、本発明の第１実施例に係る薄形ロードセル
の要部を拡大して示す縦断面図である。

この第１実施例は、原理的な構成を示すもので、起歪
部30の上方の凹溝31と下方の凹溝32の溝幅を等しくし、
起歪部30の内側のひずみゲージSG5（以下、内側のひず
みゲージSG1,SG3,SG7についても同様であるため、SG5を
代表として説明してその説明を省略する）の添着部位の
厚みt₁を、外側のひずみゲージSG6（以下、外側のひず
みゲージSG2,SG4,SG8についても同様であるため、SG6を
代表として説明してその説明を省略する）の添着部位の
厚みt₂より厚くすることによって断面係数を等しくし、
内側および外側のひずみゲージSG5およびSG6に生じる。
第12図に示す曲げモーメントM,M′に基づくひずみ量を
等しくするようにしたものである。

この第１実施例（第２図）における起歪部30の内側の
ひずみゲージSG5の添着部位の厚さt₁と、外側のひずみ
ゲージSG6の添着部位の厚さt₂の決め方の一例を、次に
説明する。

ここで、ひずみゲージSG5およびSG6の添着部位（以下
「両部位」という）における曲げモーメントＭおよび
Ｍ′に基づくひずみ量をε_３およびε_４とし、両部位に
おける断面係数をZ₁およびZ₂とし、両部位における半径
をR₁およびR₂、縦断性係数をＥとすると、両部位におけるひずみ量ε_３およびε_４は、次のよう
に表わすことができる。

ε_３＝M/E・Z₁,ε_４＝Ｍ′/E・Z₂ 作用と反作用の関係からモーメントM,M′は釣合うこ
とになるから、Ｍ＝Ｍ′となる。

曲げモーメントＭおよびＭ′に基づくひずみ量ε_３お
よびε_４を等しくすれば、曲げモーメントＭおよびＭ′
によって起歪部30に付加されるひずみ量ε_３およびε_４
はホイートストンブリッジによってキャンセルすること
ができる。

即ち、ε_３＝ε_４ということは、両部位における断面
係数Z₁とZ₂を等しくすればよいことを意味する。

両部位は、それぞれ厚さt₁およびt₂の半径R₁およびR₂
の円板状のものであるから、両部位の断面係数Z₁とZ
₂は、次式で表わされる。

Z₁＝２πR₁t₁ ²/6,Z₂2πR₂t₂ ²/6 ２πR₁t₁ ²/6＝２πR₂t₂ ²/6 従って、両部位の厚さt₁とt₂との関係は、次式より求
めることができる。

第１図は、本発明の第２実施例に係る薄形ロードセル
の要部を拡大して示す縦断面図である。

この第２実施例は、上方から所定の深さに達する凹溝
34の溝幅を、下方から所定の深さに達する凹溝35の溝幅
より小さく形成し、しかも上方の凹溝34の中心P₁を、下
方の凹溝35の中心P₀より外方側（固定基部26側）に偏位
させることによって、内側と外側のひずみゲージSG5とS
G6のそれぞれの添着部位における断面係数を略等しくな
るように構成したものである。この第２実施例のもの
は、第１実施例のものが基本的（あるいは原理的）であ
るのに対し、実用的なものといえる。

第３図は、本発明の第３実施例に係る薄形ロードセル
の要部を拡大して示す縦断面図である。

この第３実施例では、起歪部36の上方の凹溝37と下方
の凹溝38の中心を一致させると共に上方の凹溝37の溝幅
を下方の凹溝38の溝幅より狭く形成した点で、第９図に
示す先願考案と共通しているが、上方の凹溝37の内周側
アール部の曲率半径R₁を、外周側アール部の曲率半径R₂
より大きく形成してある点で相違している。このように
上方の凹溝37の内周側アール部の曲率半径R₁を、二点鎖
線で示す曲率半径Ｒ′（第９図に示したものに相当す
る）より大きな値に設定したことにより、内側のひずみ
ゲージSG5が添着された部位の起歪部36の厚さを実質的
に増大させ、外側のひずみゲージSG6が添着された部位
の断面係数と一致させることができるのである。

第４図は、本発明の第４実施例に係る薄形ロードセル
の要部を拡大して示す縦断面図である。

この第４実施例は、上方の凹溝40の溝幅を下方の凹溝
41の溝幅より狭く且つ両凹溝40,41の中心を一致させて
形成した点で第９図に示したものと共通するが、ひずみ
ゲージSG5,SG6の添着位置に相違がある。即ち、内側お
よび外側のひずみゲージSG5およびSG6の添着部位を、と
もに内方（荷重印加部25寄り）に偏位させた点に特徴を
有する。この第４実施例の場合、起歪部39の内方側（荷
重印加部25側）における曲げモーメント成分と、外方側
（固定基部26側）における曲げモーメント成分が同一と
なる部位で且つ起歪部39のひずみ量がさほど低下しない
部位にひずみゲージSG5,SG6をそれぞれ添着してある。
換言すれば、内側および外側のひずみゲージSG5およびS
G6は、断面係数が略等しい起歪部39の部位に添着されて
いることになる。

上述した第１〜第４実施例によれば、荷重印加部25お
よび固定基部26の剛性が外形寸法上、あるいはコスト上
の制約から軸方向寸法（高さ）および半径方向寸法（厚
さ）を大きくすることができず、従って、剛性を充分大
きく設定できず、その結果荷重印加部25および固定基部
26の倒れによる曲げモーメントが起歪部30（または33,3
6,39以下同様）に付加されたとしても、内側ひずみゲー
ジSG5と外側ひずみゲージSG6に生ずる曲げモーメントM,
M′に基づくひずみε₃,ε_４は、略等しい値となるの
で、これをホイートストンブリッジによってキャンセル
することが可能であるから、結局、印加荷重のみに対応
した検出出力を得ることができるのである。

また、上述したいずれの実施例においても、非直線性
は良好であり、第６図に示すように、荷重印加部25への
荷重を増加していった場合の出力の直線よりの偏差は、
特性線図Q₃₀から分るように、第５図に示す特性曲線Q₁₀
よりも全荷重範囲に亘って小さい。また、荷重を減少し
ていった場合の偏差も、破線で示す特性線図Q₄₀から分
るように、第５図に示す特性線図Q₂₀よりも大幅に減少
しており、特性線図Q₃₀と殆んど同程度小さい。このこ
とは、上記各実施例のものは、極めて出力の直線性、ヒ
ステリシス特性が良好であることを示すものであり、測
定精度を著しく向上させ得ることを意味する。

また、上記各実施例のものは、曲げモーメントM,M′
による誤差成分を除去することができるものであるか
ら、ロードセルの固定基部26および荷重印加部25の被測
定対象物に対する設置状態、あるいは当接状態が多少悪
くても、そのことによる誤差成分が測定値に付加される
虞れは極めて少なく、極めて安定度が高いものとなる。

また、上述したように構成は頗る簡素であり、機械加
工も容易であるから、製造コストも安価ですむという利
点がある。

さらにまた、ひずみゲージSGが添着された凹溝32（3
5,38,41）は、下端が開口しているだけであるので、こ
の部分だけをシーリング部材で閉塞すればよいから、シ
ーリングに要するコストも低廉ですみ、シーリング効果
も良好となる。

尚、本発明は、上述し且つ実施例に示されたものに限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々の変形実施が可能である。

例えば、上記各実施例のロードセルにおいては、荷重
印加部25の上面側を固定基部26の上面側より突出せしめ
てあるが、被測定対象物のロードセル取付面が、荷重印
加部25の直径D₂と同程度であれば、上記突出量はゼロあ
るいはマイナスであってもよい。

また、当然のこと乍ら、ひずみゲージ添着枚数は、適
宜増減することができる。

（ｅ）効果以上詳述したように本発明によれば、荷重印加部およ
び固定基部の剛性が外形寸法上あるいはコスト上の制約
から軸方向寸法（荷重印加方法）および半径方向寸法を
大きくすることができず、従って、剛性を充分大きく設
定することができず、その結果、荷重印加部および固定
基部の倒れによる曲げモーメントが起歪部に付加された
としても、独自の構成をもってひずみゲージが添着され
る起歪部の他面側の荷重印加部寄り部位の断面係数と固
定基部寄り部位の断面係数とを略等しくなるように構成
したから、荷重印加部寄り部位と固定基部寄り部位に添
着されたひずみゲージに生ずる上記曲げモーメントに基
づくひずみは、略等しい値となるので、これをホイート
ストンブリッジによってキャンセルすることが可能であ
るから、印加荷重のみに対応した検出出力を得ることが
できる。

そして、本発明によれば、簡素な構成で安価に制作で
きると共に、ロードセルの設置面や荷重印加面のロード
セルへの当り状態が多少悪くても荷重印加部に印加され
る荷重を、上述のようにして正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第２実施例に係る薄形ロードセルの
要部を拡大して示す縦断面図、第２図は、本発明の第１
実施例に係る薄形ロードセルの要部を拡大して示す縦断
面図、第３図および第４図は、本発明の第３および第４
実施例に係る薄形ロードセルの要部をそれぞれ拡大して
示す縦断面図、第５図および第６図は、先願考案に係る
ロードセルおよび本発明に係るロードセルのそれぞれ出
力特性線図、第７図は、従来の円筒形ロードセルの一例
を示す縦断面図、第８図は、従来の円板形のロードセル
の一例を示す縦断面図、第９図は、先願考案に係る薄形
ロードセルの構成を示す縦断面図、第10図は、第９図の
Ｘ−Ｘ線矢視方向断面図、第11図および第12図は、先願
考案の問題点を説明するためのそれぞれ模式的断面図、
第13図は、第11図と第12図に示すロードセルの起歪部に
生ずるひずみの分布を示す線図、第14図は、同じく先願
考案の問題点を説明するための回路図である。 21……起歪体、22……円形孔、 23,24……溝、25……荷重印加部、 26……固定基部、27……起歪部、 28……シール板、 30,33,36,39……起歪部、 31,34,37,40……上方の凹溝、 32,35,38,41……下方の凹溝、 SG1〜SG8……ひずみゲージ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外形が厚肉円板状を呈し中心部に円形孔が
穿設され荷重が印加されると弾性変形する起歪体の起歪
部にひずみゲージが添着され、このひずみゲージにより
印加荷重を電気信号に変換して検出する薄形ロードセル
において、前記円形孔と前記起歪体の外周との間に、前
記起歪体の一面側より他面側に向けて一定幅の環状の凹
溝を形成すると共に前記起歪体の他面側より所定の深さ
に達する環状の凹溝を形成することによって、前記起歪
体の前記円形孔と前記両溝との間に荷重印加部を、前記
両溝と前記起歪体の外周との間に固定基部を、前記一面
側の溝の底面と前記他面側の溝の底面との間に薄肉の起
歪部をそれぞれ設け、前記起歪部の他面側の前記荷重印
加部寄り部位および前記固定基部寄り部位にそれぞれひ
ずみゲージを添着してなり、前記ひずみゲージが添着さ
れた前記荷重印加部寄り部位の前記起歪部の荷重印加方
向の厚みを、前記ひずみゲージが添着された前記固定基
部寄り部位の前記起歪部の荷重印加方向の厚みより大き
く形成して、前記ひずみゲージのそれぞれの添着部位に
おける前記起歪部の断面部の断面係数が略等しくなるよ
うに構成したことを特徴とする薄形ロードセル。
【請求項２】外形が厚肉円板状を呈し中心部に円形孔が
穿設され荷重が印加されると弾性変形する起歪体の起歪
部にひずみゲージが添着され、このひずみゲージにより
印加荷重を電気信号に変換して検出する薄形ロードセル
において、前記円形孔と前記起歪体の外周との間に、前
記起歪体の一面側より他面側に向けて一定幅の環状の凹
溝を形成すると共に前記起歪体の他面側より所定の深さ
に達する環状の凹溝を形成することによって、前記起歪
体の前記円形孔と前記両溝との間に荷重印加部を、前記
両溝と前記起歪体の外周との間に固定基部を、前記一面
側の溝の底面と前記他面側の溝の底面との間に薄肉の起
歪部をそれぞれ設け、前記起歪部の他面側の前記荷重印
加部寄り部位および前記固定基部寄り部位にそれぞれひ
ずみゲージを添着してなり、前記一面側の凹溝の溝幅
を、前記他面側の凹溝の溝幅より狭く形成し且つ前記一
面側の凹溝の中心を、前記他面側の凹溝の中心より外方
側に偏位させることによって、前記ひずみゲージのそれ
ぞれの添着部位における前記起歪部の断面部の断面係数
が略等しくなるように構成したことを特徴とする薄形ロ
ードセル。
【請求項３】外形が厚肉円板状を呈し中心部に円形孔が
穿設され荷重が印加されると弾性変形する起歪体の起歪
部にひずみゲージが添着され、このひずみゲージにより
印加荷重を電気信号に変換して検出する薄形ロードセル
において、前記円形孔と前記起歪体の外周との間に、前
記起歪体の一面側より他面側に向けて一定幅の環状の凹
溝を形成すると共に前記起歪体の他面側より所定の深さ
に達する環状の凹溝を形成することによって、前記起歪
体の前記円形孔と前記両溝との間に荷重印加部を、前記
両溝と前記起歪体の外周との間に固定基部を、前記一面
側の溝の底面と前記他面側の溝の底面との間に薄肉の起
歪部をそれぞれ設け、前記起歪部の他面側の前記荷重印
加部寄り部位および前記固定基部寄り部位にそれぞれひ
ずみゲージを添着してなり、前記一面側の凹溝と前記他
面側の凹溝の中心を一致させると共に前記一面側の凹溝
の溝幅を前記他面側の凹溝の溝幅より狭くし且つ前記一
面側の凹溝の内周側アール部の曲率半径を、外周側アー
ル部の曲率半径より大きく形成することによって、前記
ひずみゲージのそれぞれの添着部位における前記起歪部
の断面部の断面係数を略等しくなるように構成したこと
を特徴とする薄形ロードセル。
【請求項４】外形が厚肉円板状を呈し中心部に円形孔が
穿設され荷重が印加されると弾性変形する起歪体の起歪
部にひずみゲージが添着され、このひずみゲージにより
印加荷重を電気信号に変換して検出する薄形ロードセル
において、前記円形孔と前記起歪体の外周との間に、前
記起歪体の一面側より他面側に向けて一定幅の環状の凹
溝を形成すると共に前記起歪体の他面側より一面側に向
けて前記一面側の凹溝の溝幅よりも広く且つ所定の深さ
に達する環状の凹溝を前記一面側の凹溝の中心と一致さ
せて形成することによって、前記起歪体の前記円形孔と
前記両溝との間に荷重印加部を、前記両溝と前記起歪体
の外周との間に固定基部を、前記一面側の溝の底面と前
記他面側の溝の底面との間に薄肉の起歪部をそれぞれ設
け、前記起歪部の他面側の前記荷重印加部寄り部位およ
び前記固定基部寄り部位であって前記起歪部の断面部の
断面係数が略等しい部位にそれぞれひずみゲージを添着
してなることを特徴とする薄形ロードセル。