JP3336992B2 - ロードセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子秤等の重量検
出手段として用いられるロードセル、特に歪ゲージ式の
ロードセルの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１に示すような、２本の平行に
配置されたビーム１０３、１０４の所定位置に起歪部１
０２、１０２を形成してなる平行四辺形型の起歪体１０
１を具備し、該起歪部１０２、１０２の上下表面に歪ゲ
ージ１０５、１０５を貼着した構成のロードセルにおい
ては、配線基板としてフレキシブルの絶縁体上に箔状の
導線パターン及び抵抗体（温度補償用抵抗体）を形成し
たフレキシブル基板１０６、１０７、１０８を用いてい
た。そして歪ゲージ１０５、１０５、フレキシブル基板
１０６、１０７、１０８及び歪ゲージ１０５と歪ゲージ
１０５を接続する絶縁樹脂被覆銅線１０９の全体をブチ
ルゴムシート１１０で被覆していた。なお、図１におい
て、同図（ａ）はロードセルの正面図、同図（ｂ）はＡ
−Ａ断面図、同図（ｃ）は平面図、同図（ｄ）は背面図
である。

【０００３】また、低容量（３ｋｇ以下）のロードセル
の場合は、図２に示すように、ブチルゴムシート１１０
で被覆する面を小さくしている。しかしながら、このよ
うな従来構成のロードセルでは下記のような問題点があ
った。

【０００４】（１）配線基板として上記のように導線パ
ターン及び抵抗体が形成されたフレキシブル基板１０
６、１０７、１０８を用いるが、型代などのイニシャル
・コストが高いという問題がある。また、秤の形状に左
右されるため、ロードセル（起歪体）の形状に合わせて
フレキシブル基板１０６、１０７、１０８を設計する必
要がある。また、温度補償抵抗体がフレキシブル基板の
素材上に形成されているため、起歪体１０１の温度変化
が歪ゲージ１０５より遅れて、或いは早く該温度補償抵
抗体に伝わるため、温度変化の追随性が良くない。

【０００５】（２）起歪体１０１の重点側のフレキシブ
ル基板１０６と、支点側のフレキシブル基板１０７をポ
リウレタンなどの薄い絶縁被膜で被覆された絶縁樹脂被
覆銅線１０９を歪ゲージ１０５、１０５の表面を引き回
しているため、歪ゲージ１０５、１０５の接着面の面荒
し等により、絶縁樹脂被覆銅線１０９の被覆が傷つき、
絶縁不良の原因となる。

【０００６】（３）また、細い絶縁樹脂被覆銅線１０９
（例えば、ＪＩＳ Ｃ３２１１ ０．２Φ）を使用して
も、低秤量のロードセルでは該絶縁樹脂被覆銅線１０９
をブチルゴムシート１１０等の被覆材で覆うことによ
り、該絶縁樹脂被覆銅線１０９に張力が発生しクリープ
の原因となる。従って、低秤量では特性の良いロードセ
ルを作ることが困難であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、上記問題点を除去し、特にクリー
プ特性が良好な低秤量のロードセルを提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、起歪部に歪ゲージを貼着した
起歪体を具備するロードセルにおいて、歪ゲージとダミ
ーゲージをブリッジに接続し、該ダミーゲージとして使
用する抵抗器を実装したハード基板を起歪体の側面に該
抵抗器が該起歪体表面に直接接触するように取り付けた
ことを特徴とする。

【０００９】上記のように、歪ゲージとダミーゲージを
ブリッジに接続し、該ダミーゲージとして使用する抵抗
器を実装したハード基板を起歪体の側面に該抵抗器が該
起歪体表面に直接接触するように取り付けたことによ
り、ダミーゲージへの起歪体の熱伝達性が向上する。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、起歪体は
少なくともダミーゲージとして使用する抵抗器が接触す
る部分に絶縁処理を施していることを特徴とする。

【００１１】上記のように起歪体は少なくとも抵抗器が
接触する部分に絶縁処理を施しているので、抵抗器の表
面に絶縁被覆等の処理が施されていなくとも、絶縁不良
となることはない。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載のロードセルにおいて、起歪体は所定位置
に起歪部を形成した２本の平行ビームを具備する四辺形
型の起歪体であり、該起歪体の重点側（負荷作用点側）
の歪ゲージとハード基板とを接続する配線に絶縁樹脂被
覆線を用い、該絶縁樹脂被覆線を該ハード基板と該起歪
体の側面の間の空間部を通して湾曲させて配置したこと
を特徴とする。

【００１３】上記のように、起歪体の重点側の歪ゲージ
とハード基板とを接続する配線に絶縁樹脂被覆線を用
い、該絶縁樹脂被覆線を該ハード基板と該起歪体の側面
の間の空間部を通して湾曲させて配置したので、絶縁樹
脂被覆線に張力が加わることなく、被覆の厚い絶縁樹脂
被覆線を使用してもクリープが発生しない。また、絶縁
樹脂被覆線をハード基板と起歪体の側面の間の空間部を
通すので、絶縁不良が発生することもない。

【００１４】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載のロードセルにおいて、ハード基板の起歪体と対
向する面とは反対側の面に絶縁樹脂被覆線を接続する歪
ゲージ接続用の端子部が形成されていることを特徴とす
る。

【００１５】また、請求項５に記載の発明は、請求項３
又は４に記載のロードセルにおいて、ハード基板は防湿
性樹脂又はゴムで被覆されていることを特徴とする。

【００１６】上記のようにハード基板が防湿性樹脂又は
ゴムで被覆されているので、防湿性の優れたロードセル
となる。

【００１７】また、請求項６に記載の発明は、請求項３
又は４又は５に記載のロードセルにおいて、起歪体の取
付け部を除く部分の表面及びハード基板の表面を少なく
とも抗菌材及び昆虫忌避材を含む樹脂材で被覆したこと
を特徴とする。

【００１８】上記のようにハード基板を採用する場合
は、配線、部品等が外部に出ていたため、昆虫などが寄
り付きその糞などで汚染され、またこのため細菌が繁殖
して、腐食したり、汚染物などにより、絶縁不良の要因
となる。ここでは上記のように起歪体の取付け部を除く
部分の表面及びハード基板の表面を少なくとも抗菌材及
び昆虫忌避材を含む樹脂材で被覆するのでこのような問
題は発生しない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図３は本発明に係るロードセル
の構成例を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）
は同図（ａ）のＢ−Ｂ断面図、同図（ｃ）は正面図であ
る。

【００２０】図において、１は起歪体であり、該起歪体
１は図１の起歪体１０１と同様、２本の平行に配置され
たビームの所定位置に起歪部を形成してなる平行四辺形
型の起歪体である。該起歪部の上表面に歪ゲージ２−
１、２−２、下表面に歪ゲージ２−３、２−４（図示せ
ず）が貼着されている。

【００２１】起歪体１の支点側の一方の側面には、カラ
ー４ａ、４ａを介してハード基板３がボルト４、４で取
り付け固定されている。このハード基板３はガラス布入
りエポキシ樹脂材等からなり、起歪体１の長さと略同程
度の長さを有しており、その一方の端部が上記の如く、
ボルト４、４で起歪体１の支点側の側面に固定され、他
方の端部は起歪体１の重点側に位置している。そして、
起歪体１とハード基板３との間には、上記のカラー４
ａ、４ａによって所定の空間部（間隙）Ｇが設けられて
いる。

【００２２】ハード基板３には、温度補償抵抗器５−
１、５−２が実装されており、該ハード基板３を起歪体
１に取り付け固定した時、該温度補償抵抗器５−１、５
−２が起歪体１の支点側の側面に直接接触するように配
設されている。

【００２３】起歪体１はアルミニウム材からなり、その
表面にはアルマイト処理が施され、温度補償抵抗器５−
１、５−２と起歪体１との間が電気的に絶縁されるよう
になっている。なお、絶縁手段としてはアルマイト処理
に限定されるものではなく、例えば起歪体１の温度補償
抵抗器５−１、５−２と接触する部分に絶縁塗料を塗布
して絶縁処理を施してもよく、また、温度補償抵抗器５
−１、５−２の表面に絶縁処理を施している場合、起歪
体１の外表面には必ずしも絶縁処理を施す必要はない。

【００２４】起歪体１の重点側（負荷作用点側）の歪ゲ
ージ２−２及び歪ゲージ２−４とハード基板３とを接続
する配線に絶縁樹脂被覆銅線６を用い、絶縁樹脂被覆銅
線６をハード基板３と起歪体１の側面の間の空間部Ｇを
通して湾曲させて配置している。また、ハード基板３の
起歪体１と対向する面とは反対側の面の重点側に絶縁樹
脂被覆銅線（例えば、厚さ０．１５ｍｍのテフロン被覆
を施した０．２Φ撚り線）６を接続する端子１３が形成
されている。また、ハード基板３の起歪体１と対向する
面とは反対側の面にロードセルの出力調整用部品である
抵抗器７−１、可変抵抗器７−２、ディップスイッチ７
−３等が実装されている。

【００２５】起歪体１の上表面の歪ゲージ２−１、２−
２の貼着部及び歪ゲージ２−１、２−２に絶縁樹脂被覆
銅線９、６を接続した接続基板１０−１、１０−２の外
表面はブチルゴム１１で被覆している。また、図示は省
略するが、起歪体１の下表面も同様に構成され、外表面
はブチルゴム１１で被覆している。また、ハード基板３
の外表面はシリコーン、ウレタン、ブチルゴム等の防湿
性樹脂又はゴムの被覆材（図示せず）で被覆し防湿して
いる。また、起歪体１の取付け部を除く部分の表面及び
ハード基板３の表面を少なくとも抗菌材及び昆虫忌避材
を含むシリコーン樹脂等の樹脂材８で被覆している。但
し、絶縁樹脂被覆銅線６は除いて被覆する。

【００２６】図４は上記ロードセルの回路構成を示す図
で、図示するように歪ゲージ２−１〜２−４はブリッジ
に接続され、その接続点ａにディップスイッチ７−３、
抵抗器７−１及び可変抵抗器７−２等で構成される出力
調整用部品が接続され、更に端子Ａが接続される。又、
接続点ｂには温度補償抵抗器５−１と５−２が直列に接
続され、更に端子Ｂが接続される。又、接続点ｃには端
子Ｃが接続され、接続点ｄには端子Ｄが接続される。端
子ＤとＣの間に所定の直流電圧を印加し、端子ＡとＢの
間から測定出力を得る。

【００２７】図５は本発明に係るロードセルの他の構成
例を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＣ−Ｃ断面図、同図（ｃ）は正面図である。図
５において、図３と同一符号を付した部分は同一又は相
当部分を示す。

【００２８】本ロードセルでは、図示するように、ハー
ド基板３にダミー抵抗器１２−１、１２−２を実装し、
該ダミー抵抗器１２−１、１２−２及び温度補償抵抗器
５−１、５−２が起歪体１の側面に直接接触するよう
に、ハード基板３を起歪体１の側面に所定の空間部（間
隙）Ｇを設けて起歪体１の支点側の側面に取り付けてい
る。歪ゲージ２−２及び歪ゲージ２−４は起歪体１の重
点側（負荷作用点側）の起歪部の上下表面に貼着してい
る。そして歪ゲージ２−２及び歪ゲージ２−４とハード
基板３とを接続する配線に絶縁樹脂被覆銅線６を用い、
該絶縁樹脂被覆銅線６をハード基板３と起歪体１の側面
の間の空間部Ｇを通して湾曲させて配置している。

【００２９】起歪体１の上下表面はブチルゴム１１で被
覆している。また、図示は省略するがハード基板３の外
表面はシリコーン、ウレタン、ブチルゴム等の防湿性樹
脂又はゴムの被覆材で被覆し防湿している。また、起歪
体１の取付け部を除く部分の表面及びハード基板３の表
面を少なくとも抗菌材及び昆虫忌避材を含む樹脂材で被
覆している。但し、絶縁樹脂被覆銅線６は除いて被覆す
る。

【００３０】図６は上記ロードセルの回路構成を示す図
で、図示するように、ダミー抵抗器１２−１、１２−
２、歪ゲージ２−３、２−４はブリッジに接続され、そ
の接続点ａにディップスイッチ７−３、抵抗器７−１及
び可変抵抗器７−２等で構成される出力調整用部品が接
続され、更に端子Ａが接続される。又、接続点ｂには温
度補償抵抗器５−１と５−２が直列に接続され、更に端
子Ｂが接続される。又、接続点ｃには端子Ｃが接続さ
れ、接続点ｄには端子Ｄが接続される。端子ＤとＣの間
に所定の直流電圧を印加し、端子ＡとＢの間から測定出
力を得る。

【００３１】従来のロードセルでは、図１に示すよう
に、起歪体１０１の形状にフィットしたフレキシブルで
配線及び抵抗パターンが形成されたフレキシブル基板１
０６、１０７、１０８を用いた場合は、起歪体１０１の
形状が変わる毎にフレキシブル基板１０６、１０７、１
０８を新規に製作する必要があった。そのため試作費用
（版代、型代、例えば３０〜５０万円）、及び量産費用
（版代、型代、例えば１００万円）が必要であった。ま
た、起歪体１０１の幅・高さが異なる毎に、新規にフレ
キシブル基板を作製するため、そのたびに上記試作費用
及び量産費用が必要であった。

【００３２】これに対して、本発明に係るロードセルで
は、形状が異なる起歪体或いは仕様の異なるロードセル
に対しても共通に使用可能なハード基板３を用いるの
で、製作費用の低減が図れる。ハード基板３の上記の試
作及び量産費用は、例えば１５万円で１回で済む。ま
た、フレキシブル基板では１枚当りのコストが、例えば
１５０〜２００円かかるのに対して、ハード基板の場合
は１枚当りのコストが１００円（取付けビス、カラー、
ワイヤーを含めて）で済む。

【００３３】また、本発明に係るロードセルは仕様の変
更にも柔軟に対処することが可能である。例えば、出力
調整抵抗を取り付けたロードセルには、ハード基板３に
出力調整用抵抗器を実装することで対応できる。また、
ハーフブリッジ回路のロードセルにもハード基板３にダ
ミー抵抗器を実装することで対応できる。

【００３４】従来は配線パターンを形成したフレキシブ
ル基板上に温度補償抵抗を配置しているが、フレキシブ
ル基板の素材であるポリイミド樹脂（厚さ０．５ｍｍ）
上に置かれているため、起歪体１からの熱伝達が遅れる
という問題があった。これに対して本実施形態では、温
度補償抵抗器５−１、５−２やダミー抵抗器１２−１、
１２−２をアルマイト処理等の絶縁処理された起歪体１
の側面に直接接触させているので、温度補償抵抗器５−
１、５−２やダミー抵抗器１２−１、１２−２への起歪
体１の熱伝達性の向上が図れる。

【００３５】また、従来は、歪ゲージ状の抵抗体を起歪
体に直接接着して、起歪体の表面温度をセンシングして
いるが、接着という手法を用いるため、補償が適性でな
い場合の交換性がよくなく、又接着層、ベース樹脂層
（厚さ数十μ）による温度非導体性のため完全な起歪体
の表面温度のセンシングができないという問題があっ
た。これに対して、本実施形態例では、絶縁表面処理
｛（耐蝕アルマイト処理（厚さ３〜５μ）等｝を施した
起歪体１の表面に温度補償抵抗器５−１、５−２やダミ
ー抵抗器１２−１、１２−２を直接接触させるので、交
換性が良く、起歪体の表面温度のセンシング性もよい。

【００３６】従来のフレキシブル基板を使用した場合
は、歪ゲージ間の配線を図１に示すようにポリウレタン
の薄い被膜で被覆した絶縁樹脂被覆銅線（ＪＩＳ Ｃ３
２１１−０．２２種 被覆厚さ０．００８ｍｍ ０．２
ｍｍΦ銅単線）１０９を歪ゲージ１０５、１０５上を引
き回していた。絶縁樹脂被覆銅線１０９のポリウレタン
被覆が薄いため、ピンホール等のある場合があり、これ
が起歪体１０１の歪ゲージ接着面の荒し加工面（サンド
・ブラスト加工面等）と接触して絶縁不良を生じる場合
があり、歩留まりが１００％にならなかった（現状では
９９％程度）。

【００３７】また、従来例では、起歪体１の起歪部表面
を絶縁樹脂被覆銅線１０９が通過する箇所で張力の発生
を防ぐため、円弧状の引き回しをするが、ブチルゴム等
のコーティングを施すと、コーティングの影響と合わさ
り６ｋｇ程度の中秤量のロードセルでは、低温時クリー
プを発生する要因となっていた。また、低秤量（３ｋｇ
以下）では常温でもクリープを発生し、図２に示すよう
に絶縁樹脂被覆銅線１０９にコーティングがかからない
ようにする必要があった。

【００３８】本実施形態例では、ハード基板３を起歪体
１の側面に該側面から所定の空間（間隙）を設けて取付
け、起歪体１の重点側に貼着した歪ゲージ２−２、２−
４に一端が接続された絶縁樹脂被覆銅線６を該ハード基
板３と起歪体１の側面の間の空間部を通してハード基板
３の重点側に配置したので、被覆の厚い絶縁樹脂被覆銅
線６（例えば０．１５ｍｍのテフロン被覆の撚り線）を
使用しても、低秤量（３ｋｇ以下）のロードセルでクリ
ープが生じない。また、従来のように絶縁樹脂被覆銅線
が起歪体の歪ゲージ貼着部の荒し面に接触して絶縁不良
を起こすという問題もない。

【００３９】また、本実施形態例では、起歪体１の取付
け部を除く部分の表面及びハード基板３の表面を少なく
とも抗菌材及び昆虫忌避材を含むシリコーン等の撥水性
の樹脂材８で被覆しているので、ハード基板３に実装し
た配線、部品等にゴキブリ等の昆虫が寄り付き糞等で汚
染し、またこの為に雑菌が繁殖し、腐食したり、汚染物
により絶縁不良となったりすることがない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、各請求項に記載の
発明によれば下記のような優れた効果が得られる。

【００４１】請求項１に記載の発明によれば、歪ゲージ
とダミーゲージをブリッジに接続し、該ダミーゲージと
して使用する抵抗器を実装したハード基板を起歪体の側
面に該抵抗器が該起歪体表面に直接接触するように取り
付けたことにより、ダミーゲージへの起歪体の熱伝達性
が向上する。

【００４２】請求項２に記載の発明によれば、起歪体の
少なくともダミーゲージとして使用する抵抗器が接触す
る部分に絶縁処理を施しているので、抵抗器の表面に絶
縁被覆等の処理が施されていなくとも、絶縁不良になる
ことがない。

【００４３】また、請求項３又は４に記載の発明によれ
ば、起歪体の重点側の歪ゲージとハード基板とを接続す
る配線に絶縁樹脂被覆線を用い、該絶縁樹脂被覆線を該
ハード基板と該起歪体の側面の間の空間部を通して湾曲
させて配置したので、絶縁樹脂被覆線に張力が加わるこ
となく、被覆の厚い絶縁樹脂被覆線を使用してもクリー
プが発生しない。また、絶縁樹脂被覆線をハード基板と
起歪体の側面の間の空間部を通すので、絶縁不良が発生
することもない。

【００４４】また、請求項５に記載の発明によれば、ハ
ード基板が防湿性樹脂又はゴムで被覆されているので、
防湿性の優れたロードセルとなる。

【００４５】また、請求項６に記載の発明によれば、起
歪体の取付け部を除く部分の表面及びハード基板の表面
を少なくとも抗菌材及び昆虫忌避材を含む樹脂材で被覆
したので、ハード基板に実装した配線、部品等に昆虫な
どが寄り付きその糞などで汚染され、またこのため細菌
が繁殖して、腐食したり、汚染物などにより、絶縁不良
の要因となる問題は発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のロードセルの構成例を示す図で、図１
（ａ）はロードセルの正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）
のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は平面図、図１（ｄ）は背
面図である。

【図２】従来のロードセルの構成例を示す平面図であ
る。

【図３】本発明に係るロードセルの構成例を示す図で、
図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ
断面図、図３（ｃ）は正面図である。

【図４】本発明に係るロードセルの回路構成を示す図で
ある。

【図５】本発明に係るロードセルの構成例を示す図で、
図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ
断面図、図５（ｃ）は正面図である。

【図６】本発明に係るロードセルの回路構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 起歪体 ２−１〜４ 歪ゲージ ３ ハード基板 ４ ボルト ５−１，２ 温度補償抵抗器 ６ 絶縁樹脂被覆銅線 ７−１ 抵抗器 ７−２ 可変抵抗器 ７−３ ディップスイッチ ８ 樹脂材 ９ 絶縁樹脂被覆銅線 １０ 接続基板 １１ ブチルゴム １２−１，２ ダミー抵抗器 １３ 端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−86700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−143929（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−157590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−236702（ＪＰ，Ａ) 特開2000−105145（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−44327（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−30748（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 起歪部に歪ゲージを貼着した起歪体を具
   備するロードセルにおいて、前記歪ゲージとダミーゲージをブリッジに接続し、該 ダ
   ミーゲージとして使用する抵抗器を実装したハード基板
   を前記起歪体の側面に該抵抗器が該起歪体表面に直接接
   触するように取り付けたことを特徴とするロードセル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のロードセルにおいて、 前記起歪体は少なくとも前記ダミーゲージとして使用す
   る抵抗器が接触する部分に絶縁処理を施していることを
   特徴とするロードセル。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のロードセルにお
   いて、 前記起歪体は所定位置に起歪部を形成した２本の平行ビ
   ームを具備する四辺形型の起歪体であり、該起歪体の重
   点側（負荷作用点側）の歪ゲージと前記ハード基板とを
   接続する配線に絶縁樹脂被覆線を用い、該絶縁樹脂被覆
   線を該ハード基板と該起歪体の側面の間の空間部を通し
   て湾曲させて配置したことを特徴とするロードセル。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のロードセルにおいて、 前記ハード基板の前記起歪体と対向する面とは反対側の
   面に前記絶縁樹脂被覆線を接続する歪ゲージ接続用の端
   子部が形成されていることを特徴とするロードセル。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載のロードセルにお
   いて、 前記ハード基板は防湿性樹脂又はゴムで被覆されている
   ことを特徴とするロードセル。
6. 【請求項６】 請求項３又は４又は５に記載のロードセ
   ルにおいて、 前記起歪体の取付け部を除く部分の表面及び前記ハード
   基板の表面を少なくとも抗菌材及び昆虫忌避材を含む樹
   脂材で被覆したことを特徴とするロードセル。