JP3209376B2

JP3209376B2 - 薄型ロードセル

Info

Publication number: JP3209376B2
Application number: JP08135993A
Authority: JP
Inventors: 武好長尾
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 2001-09-17
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JPH06265419A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、平板状の起歪体にス
トレインゲージを設けた薄型ロードセルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ロードセルを使用して比較的
軽量の物品を計量する為のはかりに対して、厚みが薄
く、しかも安価なものが要望されている。図６は、従来
のロードセルを利用するはかりの一例を示す断面図であ
る。このはかりは、基台１の略中央に１台のパラレルグ
ラム型ロードセル２を設け、このロードセル２に載台３
を支持させた構成である。このパラレルグラム型ロード
セル２では、ロバーバル機構を構成するものであるの
で、ロードセル２自体を薄くするにはその設計の都合に
より或る一定の限界がある。そして、載台３を１台のロ
ードセル２で支持する片持ち構造であるので、載台３が
荷重によって撓まないように、例えば載台３に補強を施
したり、載台３の厚みを厚くする必要があり、その結
果、構造が複雑となったり、はかりが厚くなるという問
題がある。

【０００３】図７は、従来のロードセルを利用するはか
りの他の例を示す斜視図である。このはかりは、矩形の
基台１の四隅に薄型のロードセル４を設けた構成であ
る。このはかりによると、載台３に掛かる荷重を４台の
ロードセル４により分担して支持する構造であるので、
各ロードセル４の厚みを図６のロードセル２の厚みより
も薄くできる。そして、載台３が両持ち構造であるので
頑丈であり、従って、図６の片持ち構造のものと比較し
て、載台３の厚みを薄くすることができる。これによっ
て、はかりを薄くすることができるが、ロードセル４を
４台使用しているので、ロードセル４のコストが高くな
るという問題がある。

【０００４】図８は、従来のロードセルを利用するはか
りの他の例を示す斜視図である。このはかりは、１枚の
矩形の板をプレス加工して、四隅に起歪部５を形成し、
各起歪部５に１又は２枚のストレインゲージ６を貼着し
たものである。そして、これらのストレインゲージ６
は、配線７を介して電気的に接続されており、ホイース
トンブリッジを構成している。このはかりによると、４
つの起歪部５を１回のプレス加工により製作することが
できるので、製作コストを図７のものよりも低くするこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８に示すは
かりでは、ストレインゲージ６の貼着位置が四隅に分散
しているので、各ストレインゲージ６に温度差を生じ易
く、温度差が生じると歪み量の測定誤差が生じて計量精
度が低下するという問題がある。更に、ストレインゲー
ジ６の貼着位置が分散しているので、配線作業に手間と
時間がかかり、これによってはかりの製作コストが高く
なるという問題もある。

【０００６】本発明は、厚みが薄く、安価であり、しか
も、温度による誤差を比較的少なくすることができる薄
型ロードセルを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、平板状の起歪
体と、該起歪体の縁部の互いに離れて位置する少なくと
も４つの箇所から夫々が伸延し、該４つの箇所を角部と
する四角形の互いに向かい合う一組の辺の中間位置の手
前に至るまでの範囲に亘って設けた切溝と、該中間位置
及びその近傍のうち上記切溝の間に挟まれた部分に形成
されているねじり応力発生部と、該ねじり応力発生部に
設けたストレインゲージと、を具備することを特徴とす
るものである。

【０００８】

【作用】この発明によると、切溝が、起歪体の縁部の互
いに離れて位置する少なくとも４つの箇所から伸延し、
この４つの箇所を角部とする四角形の互いに向かい合う
一組の辺の中間位置の手前に至るまでの範囲に亘って設
けられており、これらの少なくとも４つの切溝によって
起歪体を４つ以上の区画部に区画する構成である。そし
て、図１に示すように、起歪体８が、切溝９、１０、１
１、１２によって例えば第１乃至第４の区画部１３、１
４、１５、１６に区画されている場合は、起歪体８の第
１の区画部１３の両端部に形成した２つの取付部１８、
１９と、第３及び第４の区画部の夫々の一方の端部に形
成した２つの取付部２３、２５を固定側の基台（図示せ
ず）に取付け、第２の区画部の両端部に形成した２つの
荷重印加部２０、２１と、第３及び第４の区画部の夫々
の他方の端部に形成した２つの荷重印加部２２、２４を
可動側の載台（図示せず）に取付ける。そして、この載
台に荷重を掛けると、図１に示すように、４つの各荷重
印加部２０、２１、２２、２４には下向きの力が掛かる
と共に、４つの取付部１８、１９、２３、２５には上向
きの力が掛かり、２つのねじり応力発生部２６、２７に
は互いに逆方向のねじり応力が発生し、ねじり応力発生
部２６、２７に設けられたストレインゲージ２８、２９
によって載台に印加された荷重を検出することができ
る。

【０００９】そして、起歪体に４つ以上の切溝を設けた
場合は、この起歪体に荷重を印加したときに、各ねじり
応力発生部にねじりが生じるように各区画部を基台、載
台に取り付けることにより、各ねじり応力発生部に設け
られたストレインゲージによって載台に印加された荷重
を検出することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１乃至図３を参照
して説明する。この実施例の薄型ロードセルは、図２に
示すように、平面形状が概略長方形の厚みの薄い平板か
らなる起歪体８を有し、この起歪体８には、図２の紙面
の表面から裏面に貫通するように４つの切溝９〜１２が
穿設されている。この切溝は、起歪体８の上縁３０の両
端部に穿設した２つの切溝９、１０と、下縁３１の両端
部に穿設した２つの切溝１１、１２とからなっている。
この上縁３０の左端部に穿設した切溝９は、図２に示す
ように、この上縁３０の左端部から右下方に伸延し、上
縁３０と下縁３１の中間位置３２の手前で起歪体８の右
縁３３側に向かって屈曲形成されたものであり、上縁３
０と平行する平行部３４を有している。なお、上縁３０
の右端部の切溝１０は、図２に示すように、切溝９と左
右対称な形であり左右対称の位置に穿設されており、下
縁３１の左端部の切溝１１は、切溝９と上下対称な形で
あり、上下対称の位置に穿設されている。そして、下縁
３１の右端部の切溝１２は、切溝１１と左右対称な形で
あり左右対称の位置に穿設されている。つまり、この起
歪体８は、上下及び左右に対称な形状である。

【００１１】そして、切溝１０の平行部３６と切溝１２
の平行部３７とによって、これら平行部３６と３７の間
に第１のねじり応力発生部２６が形成されており、切溝
９の平行部３４と切溝１１の平行部３５とによって、こ
れら平行部３４と３５の間に第２のねじり応力発生部２
７が形成されている。この第１及び第２のねじり応力発
生部２６、２７の夫々の表面には、図２に示すようにス
トレインゲージ２９、２８を１枚ずつ貼着してある。

【００１２】第１のねじり応力発生部２６に貼着したス
トレインゲージ２９は、図２に示すように、水平軸３８
に対して右上に４５°傾斜する方向に配置した抵抗線３
９と、水平軸３８に対して右下に４５°傾斜する方向に
配置した抵抗線４０とを備えている。そして、第２のね
じり応力発生部２７に貼着したストレインゲージ２８
は、ストレインゲージ２９と同等のものであり、その抵
抗線４１、４２がストレインゲージ２９の抵抗線３９、
４０と同方向に向かうように貼着されている。そして、
これら抵抗線３９〜４２は、図には示さないが電気的に
接続されており、ホイーストンブリッジを構成してい
る。これにより、第１及び第２のねじり応力発生部２
６、２７にねじり応力が発生したときに、これら第１及
び第２のねじり応力発生部２６、２７に生じる歪み量を
検出することができ、これによって、後述するように起
歪体８に印加された荷重を検出することができる。な
お、図３は、ストレインゲージ２８の拡大平面図であ
る。

【００１３】このように、起歪体８は、図２に示すよう
に、４つの切溝９〜１２によって第１乃至第４の区画部
１３〜１６に区画されている。そして、第１の区画部１
３の両端と第３及び第４の区画部１５、１６の各下端
は、はかりの基台（図示せず）に取り付けられる取付部
１８、１９、２３、２５であり、各取付部には取付孔を
穿設してある。また、第２の区画部１４の両端と第３及
び第４の区画部１６の各上端は、はかりの載台（図示せ
ず）に取り付けられる荷重印加部２０、２１、２２、２
４であり、各荷重印加部にも取付孔を穿設してある。

【００１４】次に、上記のように構成された薄型ロード
セルの作用を説明する。この薄型ロードセルが取り付け
られているはかりの載台に荷重を掛けると、図１に示す
ように、ロードセルの４つの荷重印加部２０、２１、２
２、２４に下向きの力が掛かると共に、４つの取付部１
８、１９、２３、２５には上向きの力が掛かり、第１及
び第２のねじり応力発生部２６、２７には互いに逆方向
のねじり応力が発生し、各ねじり応力発生部２６、２７
に設けられたストレインゲージ２９、２８によって載台
に印加された荷重を検出することができる。

【００１５】つまり、図１に示すように、第１及び第２
の区画部１３、１４には、水平軸３８を中心にして時計
方向に回転するように力が掛かり、第３及び第４の区画
部１５、１６には、水平軸３８を中心にして反時計方向
に回転するように力が掛かる。これにより、第１及び第
２のねじり応力発生部２６、２７に貼着されている各ス
トレインゲージ２９、２８には、同図の矢印が示す方向
に圧縮と引っ張りの力が掛かる。

【００１６】このように、この薄型ロードセルによれ
ば、図１に示すように、長方形の四隅に設けた荷重印加
部２０、２１、２２、２４に力が掛かると、２箇所のね
じり応力発生部（第１及び第２のねじり応力発生部２
６、２７）に互いに反対方向のねじり応力が発生するの
で、この２つのねじり応力発生部２６、２７にストレイ
ンゲージ２９、２８を設けることにより、４箇所の荷重
印加部２０、２１、２２、２４に印加された荷重の合計
荷重を検出することができる。即ち、２箇所にストレイ
ンゲージ２９、２８を設けるだけで荷重の合計荷重を検
出することができる。

【００１７】そして、この薄型ロードセルによれば、ス
トレインゲージの取付け箇所を、図８に示す従来の４箇
所から２箇所に減少させることができ、そして、この２
箇所の位置を互いに接近させることにより、これらスト
レインゲージ２９、２８間での温度差を従来よりも小さ
くすることができる。その結果、温度差による計量精度
の低下を防止することができる。そして、ストレインゲ
ージの貼着箇所の数を従来の４箇所から２箇所に減少さ
せることができるので、配線作業に手間と時間がかから
ず、これによってはかりの製作コストを従来よりも低く
することができる。

【００１８】更に、起歪体８を平板で製作しているの
で、ロードセルの厚みを図８に示すものと同様に薄くす
ることができ、これによってはかりの厚みを薄くするこ
とができる。

【００１９】図４及び図５に第２実施例を示す。この実
施例の薄型ロードセルは、図４に示すように、平面形状
が第１実施例と略同一であるが、第３の区画部１５と第
４の区画部１６を第１及び第２の区画部１３、１４と別
個に形成したものである。ただし、第１の区画部１３と
第２の区画部１４とは、一体に形成してある。そして、
長方形に形成した平板を使用して第１及び第２のねじり
応力発生部２６、２７を製作し、第１のねじり応力発生
部２６を介して第３の区画部１５を第１及び第２の区画
部１３、１４に結合させている。同様に、第２のねじり
応力発生部２７を介して第４の区画部１６を第１及び第
２の区画部１３、１４に結合させている。この第２実施
例の薄型ロードセルは、第１実施例のものと同様に作用
し、同等部分には同一の符号を付してその説明を省略す
る。勿論、起歪体８を分割した構成例は、図４に示すも
のに限るものではなく、図４に示す５分割以外の他の複
数個の部品を結合して起歪体８を構成したものとしても
よい。

【００２０】第３実施例を図９乃至図１２を参照して説
明する。この実施例の薄型ロードセルは、図９に示すよ
うに、平面形状が円形の厚みの薄い平板からなる起歪体
４３を有し、この起歪体４３には、図９の紙面の表面か
ら裏面に貫通するように４つの切溝４４〜４７が穿設さ
れている。これらの切溝は、起歪体４３の円周を４等分
する４つの箇所から中心に向かって伸延し、中心の手前
の位置まで形成されている。

【００２１】そして、切溝４４の奥側部と切溝４５の奥
側部との間に第１のねじり応力発生部４８が形成されて
おり、同様に、切溝４５の奥側部と切溝４６の奥側部と
の間に第２のねじり応力発生部４９、切溝４６の奥側部
と切溝４７の奥側部との間に第３のねじり応力発生部５
０、切溝４７の奥側部と切溝４４の奥側部との間に第４
のねじり応力発生部５１が夫々形成されている。そし
て、これら第１乃至第４のねじり応力発生部４８〜５１
の夫々の表面には、図９に示すようにストレインゲージ
Ｓ₁〜Ｓ₄を１枚ずつ貼着してある。このストレインゲ
ージＳ₁〜Ｓ₄は、図３に示すものと同等のものであ
る。

【００２２】第１乃至第４のねじり応力発生部４８〜５
１に貼着した夫々のストレインゲージＳ₁〜Ｓ₄は、図
９に示すように、各ストレインゲージＳ₁〜Ｓ₄に設け
られている抵抗線（Ｕ₁、Ｖ₁）、（Ｕ₂、Ｖ₂）、
（Ｕ₃、Ｖ₃）、（Ｕ₄、Ｖ₄）が中心に向かって互い
に接近する方向に配置してある。そして、これら抵抗線
（Ｕ₁、Ｖ₁）〜（Ｕ₄、Ｖ₄）は、図１２に示すよう
に電気的に接続されており、ホイーストンブリッジ回路
を構成している。これにより、第１乃至第４のねじり応
力発生部４８〜５１にねじり応力が発生したときに、こ
れら第１乃至第４のねじり応力発生部４８〜５１に生じ
る歪み量を検出することができ、これによって、後述す
るように起歪体４３に印加された荷重を検出することが
できる。

【００２３】このように、起歪体４３は、図９に示すよ
うに、４つの切溝４４〜４７によって第１乃至第４の区
画部５２〜５５に区画されている。そして、第１乃至第
４の区画部の円弧を形成する各縁部の一方の端部（中心
から各円弧を見た時に右側に位置する端部）は、はかり
の基台（図示せず）に取り付けられる取付部５６、５
７、５８、５９であり、各取付部には取付孔（図９に白
丸で示す。）を穿設してある。また、第１乃至第４の区
画部の円弧を形成する各縁部の他方の端部（中心から各
円弧を見た時に左側に位置する端部）は、はかりの載台
６０に取り付けられる荷重印加部６１、６２、６３、６
４であり、各荷重印加部にも取付孔（図９に黒丸で示
す。）を穿設してある。

【００２４】次に、上記のように構成された薄型ロード
セルの作用を説明する。この薄型ロードセルが取り付け
られているはかりの載台に荷重を掛けると、図１１に示
すように、ロードセルの４つの荷重印加部６１、６２、
６３、６４に下向きの力が掛かると共に、４つの取付部
５６、５７、５８、５９には上向きの力が掛かり、第１
乃至第４のねじり応力発生部４８〜５１には圧縮と引っ
張りからなるねじり応力が発生し、各ねじり応力発生部
４８〜５１に設けられたストレインゲージＳ₁〜Ｓ₄に
よって載台６０に印加された荷重を検出することができ
る。

【００２５】このように、この薄型ロードセルによれ
ば、図９に示すように、ストレインゲージＳ₁〜Ｓ₄を
起歪体４３の中心６５で互いに接近させて取り付けるこ
とができ、これにより、これらストレインゲージＳ₁〜
Ｓ₄間での温度差を従来よりも小さくすることができ
る。その結果、温度差による計量精度の低下を防止する
ことができる。そして、ストレインゲージを互いに接近
させて取り付けることができるので、配線作業に手間と
時間がかからず、これによってはかりの製作コストを従
来よりも低くすることができる。

【００２６】更に、起歪体４３を平板で製作しているの
で、ロードセルの厚みを図８に示すものと同様に薄くす
ることができ、これによってはかりの厚みを薄くするこ
とができる。

【００２７】ただし、第１乃至第３実施例では、起歪体
８、４８の平面形状を長方形又は円形としたが、これ以
外の形状としてもよく、例えば、正方形、台形等とする
ことができる。

【００２８】そして、第１及び第２実施例では、ストレ
インゲージ２８（２９）を図３に示すように、２つの抵
抗線４１、４２（３９、４０）を組み合わせたものとし
たが、各抵抗線４１、４２（３９、４０）が１つずつ設
けられているストレインゲージを第１のねじり応力発生
部２６（第２のねじり応力発生部２７）に２つ貼着して
もよい。第３実施例も同様である。

【００２９】また、第１及び第２実施例では、２つのス
トレインゲージ２８、２９の抵抗線の向きが、図２に示
すように、同一の向きとなるように配置して設けたが、
例えば図２の右側のストレインゲージ２９をその位置
で、第１のねじり応力発生部２６の表面上で１８０°回
転させた回転位置で貼着して、２つのストレインゲージ
２８、２９の抵抗線３９〜４２の向きが左右対称形とな
るようにしてもよい。そして、第３実施例も同様にスト
レインゲージＳ₁〜Ｓ₄の抵抗線の向きを変更すること
ができる。要は、各抵抗線（Ｕ₁、Ｖ₁）〜（Ｕ₄、Ｖ
₄）が、各ねじり応力発生部４８〜５１に生じる圧縮及
び引っ張りによる歪み量を検出することができるように
貼着すればよい。そして、各抵抗線（Ｕ₁、Ｖ₁）〜
（Ｕ₄、Ｖ₄）の抵抗値の変化によって荷重を検出する
ことができるようにホイーストンブリッジ回路を構成さ
せる。

【００３０】更に、第１実施例では、図２に示すよう
に、起歪体８に４つの切溝９〜１２を設けたが、上縁３
０に３つ以上の切溝を設けると共に、下縁３１にも上縁
３０と同数の３つ以上の切溝を設け、上縁３０と下縁３
１に互いに向かい合うように設けられている切溝どうし
の間に形成される３つ以上の夫々のねじり応力発生部に
第１実施例と同等のストレインゲージ２８を設けた構成
とすることができる。そして、第３実施例も同様に起歪
体４３に３つ又は５つ以上の切溝を設けたものとし、切
溝どうしの間に形成される３つ又は５つ以上の夫々のね
じり応力発生部に第３実施例と同等のストレインゲージ
を設けた構成とすることができる。このように構成した
場合、起歪体に荷重を印加したときに、各ねじり応力発
生部にねじりが生じるように各区画部を基台、載台に取
り付けることにより、ねじり応力発生部に設けられたス
トレインゲージによって載台に印加された荷重を検出す
ることができる。なお、ストレインゲージは、ホイース
トンブリッジ回路を構成することができるように、必要
な枚数をねじり応力発生部の上面又は下面に設ける。

【００３１】

【発明の効果】本発明の第１及び第２実施例に係る薄型
ロードセルによれば、図１に示すように、４箇所に形成
した荷重印加部２０、２１、２２、２４に荷重が印加さ
れると、２つのねじり応力発生部２６、２７に互いに反
対方向のねじり応力が発生するので、この２つのねじり
応力発生部２６、２７にストレインゲージ２８、２９を
設けることにより、４箇所の荷重印加部２０、２１、２
２、２４に印加された荷重の合計荷重を検出することが
できる。即ち、４箇所に荷重印加部を有する起歪体で
は、２箇所にストレインゲージを設けるだけで荷重の合
計荷重を検出することができる。これに対して、図８に
示す従来のロードセルでは、起歪部５に生じた曲げ応力
をストレインゲージ６により検出する構成であるので、
４箇所に設けられている荷重印加部には夫々に起歪部５
が存在しており、従ってこれら４つの各起歪部５に対し
てストレインゲージ６を設ける必要がある。つまり、こ
の発明によれば、ストレインゲージの取付け箇所の数を
従来の１／２に減少させることができる（例えば４箇所
から２箇所に減少させることができる。）。そして、ス
トレインゲージの取付け箇所を互いに接近させることに
より、これらストレインゲージ間での温度差を従来より
も小さくすることができ、その結果、温度差による計量
精度の低下を従来よりも低減することができるという効
果がある。そして、ストレインゲージの貼着箇所の数を
従来よりも減少させることができるので、配線作業に手
間と時間がかからず、これによってはかりの製作コスト
を従来よりも低くすることができるという効果がある。

【００３２】そして、各ねじり応力発生部にストレイン
ゲージを複数枚設ける場合は、この複数枚のストレイン
ゲージの貼着位置を、従来よりも互いに接近させて設け
ることができるので、従来と同じ枚数のストレインゲー
ジを設ける場合でも、温度差による計量精度の低下を従
来よりも抑えることができるし、配線作業の手間と時間
も従来よりも少なくて済む。

【００３３】勿論、起歪体を平板で製作しているので、
ロードセルの厚みを図８に示すものと同様に薄くするこ
とができ、これによってはかりの厚みを薄くすることが
できる。

【００３４】本発明の第３実施例に係る薄型ロードセル
によれば、図９に示すように、荷重印加部６１〜６４の
数だけストレインゲージＳ₁〜Ｓ₄を貼着してあるの
で、ストレインゲージの数は従来例と同じ数だけ必要で
あるが、ストレインゲージの貼着位置をロードセルの中
心６５に寄せ集めることができるので、第１及び第２実
施例と同様に、温度差による計量精度の低下を従来より
も抑えることができるし、配線作業の手間と時間も従来
よりも少なくて済む。勿論、起歪体を平板で製作してい
るので、ロードセルの厚みを図８に示すものと同様に薄
くすることができ、これによってはかりの厚みを薄くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に係る薄型ロードセルの
斜視図である。

【図２】同実施例の薄型ロードセルの平面図である。

【図３】同実施例のストレインゲージの拡大平面図であ
る。

【図４】同発明の第２実施例の薄型ロードセルの平面図
である。

【図５】同発明の第２実施例の薄型ロードセルの中央横
断面図である。

【図６】従来のロードセルを有するはかりの断面図であ
る。

【図７】従来のロードセルを有する他のはかりの内部機
構を示す斜視図である。

【図８】従来のロードセルを有する更に他のはかりの内
部機構を示す斜視図である。

【図９】同発明の第３実施例の薄型ロードセルの平面図
である。

【図１０】同第３実施例の薄型ロードセルを図９のＢ−
Ｂ方向から見た断面図である。

【図１１】同第３実施例の薄型ロードセルの斜視図であ
る。

【図１２】同第３実施例の薄型ロードセルの電気回路を
示す図である。

【符号の説明】

８起歪体９〜１２切溝２６第１のねじり応力発生部２７第２のねじり応力発生部２８、２９ストレインゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 1/22 G01G 3/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状の起歪体と、該起歪体の縁部の互
いに離れて位置する少なくとも４つの箇所から夫々が伸
延し、該４つの箇所を角部とする四角形の互いに向かい
合う一組の辺の中間位置の手前に至るまでの範囲に亘っ
て設けた切溝と、該中間位置及びその近傍のうち上記切
溝の間に挟まれた部分に形成されているねじり応力発生
部と、該ねじり応力発生部に設けたストレインゲージ
と、を具備することを特徴とする薄型ロードセル。