JP3745107B2 - ロードセル及びロードセルを備える荷重検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホッパースケール、タンクスケール等の産業用の荷重検出装置に使用される圧縮型のロードセル及びこのロードセルを備える荷重検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１（Ａ）は、薄形化を図ったいわゆるダイヤフラム型のロードセル１の一例を示している。
短円柱状弾性体２の下面２ａ側には円形穴３が設けてあり、この円形穴３の底壁を薄肉の起歪部４としている。起歪部４の下面には、歪ゲージ５が貼付けてある。これらの歪ゲージ５は、周知のホイートストーンブリッジ回路（図示せず。）を構成するように結線されている。なお、６は円形穴３内を密閉するためのダイヤフラムである。一方、上記起歪部４の上面中央部には、短円柱状の荷重負荷部７を上向きに突設している。
【０００３】
上記荷重負荷部７上端の荷重負荷面７ａに圧縮荷重Ｗが作用すると、その大きさに応じて起歪部４が変形する。起歪部４の変形量は、上記歪ゲージ５を含むホイートストーンブリッジ回路の出力値の変化として検出され、これに基づいて圧縮荷重Ｗの大きさを測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のロードセル１では、図１１（Ａ）に示すように、荷重負荷面７から各歪ゲージ５までに到る力の伝達経路ｐは折り返しのない放射状であり、この伝達経路ｐの長さが短い。そのため、圧縮荷重Ｗの作用軸線ＬWがロードセル１の中心軸線ＬCからずれた場合、このずれが起歪部４の変形量に与える影響が大きく、測定誤差が生じやすい。
また、このロードセル１では、起歪部４の中央部から荷重負荷部７が突出しているため、図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、荷重負荷部７に測定する圧縮荷重Ｗと直交する方向の荷重（横荷重Ｆ）が作用した場合、起歪部４に曲げモーメントＭ（Ｍ＝Ｆ×Ｌ：Ｌは横荷重と起歪部４の中立軸面までの距離）が生じ、この曲げモーメントＭの影響により測定誤差が生じる場合がある。
このように従来のこの種のロードセル１では、測定誤差が生じやすく、高精度の荷重測定を行うことは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記従来のロードセルにおける問題を解決するためになされたものであり、荷重測定精度の向上を図ることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明に係るロードセルは、円柱状弾性体の第１の端面の中央部に、所定深さの円形穴を穿設し、この円形穴の底部を荷重負荷面とし、円柱状弾性体の少なくとも上記第１の端面と反対側の第２の端面に、円形穴の外側に円形穴と同心状に環状凹溝を穿設し、環状凹溝の底部を薄肉円環状の起歪部とすると共に、起歪部の外側に厚肉円管状の固定部を設け、上記起歪部に歪ゲージを貼付け、上記荷重負荷面から上記起歪部の歪ゲージの取付面までの距離を円柱状弾性体の中心軸線から歪ゲージまでの最短距離の０．２倍から２倍の範囲に設定していることを特徴としている。
【０００７】
第１の発明に係るロードセルでは、荷重負荷面から起歪部の歪ゲージの取付面までの距離を円柱状弾性体の中心軸線から歪ゲージまでの最短距離の０．２倍から２倍に設定したため、荷重負荷面から歪ゲージまでの力の伝達経路の長さを十分に確保することができる。よって、円柱状弾性体の高さを高くすることなく、荷重の作用軸線が中心軸線に対してずれることによる測定誤差を低減することができる。
【０００８】
また、第２の発明に係るロードセルは、円柱状弾性体の第１の端面の中央部に、所定深さの円形穴を穿設し、この円形穴の底部を荷重負荷面とし、円柱状弾性体の少なくとも上記第１の端面と反対側の第２の端面に、円形穴の外側に円形穴と同心状に環状凹溝を穿設し、環状凹溝の底部を薄肉円環状の起歪部とすると共に、起歪部の外側に厚肉円管状の固定部を設け、上記起歪部に歪ゲージを貼付け、上記荷重負荷面を上記起歪部の中立軸面と略同一平面上に設け、かつ、荷重負荷面の周囲に環状溝を設けていることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明に係るロードセルでは、荷重負荷面を上記起歪部の中立軸面と略同一平面上に設けているため、本来の測定する荷重と直交する方向の荷重が荷重負荷面が作用した場合も起歪部に作用する曲げモーメントに起因する測定誤差を低減することができる。また、荷重負荷面の周囲に環状溝を設けたことにより、荷重負荷面から歪ゲージまでの力の伝達経路の長さを十分に確保することができ、荷重の作用軸線が中心軸線に対してずれることによる測定誤差を低減することができる。
【００１０】
上記円柱状弾性体の円形穴を穿設した第１の端面に、断面Ｖ字状の環状凹溝を設けることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明は、上記ロードセルと、上記ロードセルの円柱状弾性体の円形穴を穿設した第１の端面と反対側の第２の端面を固定した下側加圧板と、荷重を検出する構造物に連結され、下面側に円形穴を設けた上側加圧板と、上下両端が、それぞれ上記ロードセルの円柱状弾性体の円形穴と、上記上側加圧板の円形穴とに遊挿され、凸曲面とした上下両端面がそれぞれ上記円柱状弾性体の円形穴の底壁からなる荷重負荷面と、上記上側加圧板の円形穴の底壁とに当接する荷重負荷軸とを備えることを特徴とする荷重検出装置を提供するものである。
【００１２】
上記上側加圧板の下面側に、上記ロードセルの円柱状弾性体より大径の円形凹部を設け、上記円柱状弾性体の第１の端面側を上記円形凹部内に遊挿し、円柱状弾性体の外周と円形凹部の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成することが好ましい。
【００１３】
この荷重検出装置では、構造物の荷重は荷重負荷軸を介してロードセルの円柱状弾性体に印加されるが、円柱状弾性体の外周と構造物に固定された上側加圧板の円形凹部の側壁部の間及び円柱状弾性体の端面と円形凹部の底壁の間に所定寸法の隙間を形成しているため、構造物に水平方向の荷重が作用した場合にも、円柱状弾性体の外周と円形凹部の側壁部の間の隙間分だけ構造物の水平方向の移動を吸収することができる。構造物にさらに水平方向の荷重が作用した場合、円形凹部の側壁部と円柱状弾性体の外周が当接するが、円柱状弾性体は厚肉円管状の固定部を備えているため、上記水平方向の荷重を確実に支承することができる。
【００１４】
あるいは、上記ロードセルの円柱状弾性体に、第１の端面から突出するように水平位置決めピンを固定し、上記上側加圧板の下面側に、水平位置決めピンより大径なピン挿入穴を設け、上記水平位置決めピンを上記ピン挿入穴に挿入し、水平位置決めピンの外周とピン挿入穴の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成してもよい。
【００１５】
この場合、構造物に水平方向の荷重が作用しても、水平位置決めピンの外周とピン挿入穴の側壁部の隙間分だけ構造物の水平方向の移動を吸収することができる。構造物にさらに水平方向の荷重が作用した場合、水平位置決めピンとピン挿入穴の側壁部が当接するが、円柱状弾性体は厚肉円管状の固定部を備えているため、上記水平方向の荷重を確実に支承することができる。
【００１６】
また、上記ロードセルの円柱状弾性体の第１の端面に円形凹部を設け、上記上側加圧板の下面に上記円形凹部より小径な円柱状凸部を設け、この円柱状凸部を上記円形凹部に遊挿し、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成してもよい。
【００１７】
この場合、構造物に水平方向の荷重が作用しても、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部との間の隙間分だけ構造物の水平方向の移動を吸収することができる。構造物にさらに水平方向の荷重が作用した場合、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部が当接するが、円柱状弾性体は厚肉円管状の固定部を備えているため、上記水平方向の荷重を確実に支承することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ロードセル１０は短円柱状弾性体１１を備えている。
この短円柱状弾性体１１の上端面１１ａには、短円柱状弾性体１１の中心軸線ＬCと同軸に所定深さの円形穴１２を穿設しており、この円形穴１２の底部は圧縮荷重Ｗが作用する荷重負荷面１３を構成している。
一方、短円柱状弾性体１１の下端面１１ｂには、上記円形穴１２よりも大径な環状凹溝１５を円形穴１２と同心状に設けている。この環状凹溝１５の周壁部は厚肉円管状の固定部１６を構成している。また、この環状凹溝１５の底壁部は薄肉円環状の起歪部１８を構成している。
【００１９】
上記起歪部１８の下面１８ａには、図１（Ｂ）に示すように、８枚の歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８を貼付けている。これら８枚の歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８は２枚１組で中心軸線ＬCに対して放射状に９０°間隔で配置してある。これらの歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８は、図２に概略的に示すように、公知のホイートストーンブリッジ回路２１を構成するように結線されている。このホイートストーンブリッジ回路２１の各辺には、それぞれ一対の歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８が配置されている。また、このホイートストーンブリッジ回路２１の端子２１ａ，２１ｂ間には図示しない定電圧源から一定の入力電圧Ｖinが入力されており、起歪部１８の変形を検出して変化する歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８の抵抗値の変化に応じて端子２１ｃ，２１ｄ間の出力電圧ＶOutが変化する。環状凹部１５の開口部１５ａにはダイヤフラム２２を溶接又は接着等の手段により取り付けており、環状凹溝１５内を気密状態としている。なお、上記ホイートストーンブリッジ回路２１の出力電圧ＶOUtは、図示しない電線を短円柱状弾性体１１に設けた図示しない引き出し孔より外部に引き出すことにより、他の機器へ出力している。
【００２０】
起歪部１８の肉厚をより薄くして圧縮荷重の変化に対する起歪部１８の変形感度を高めるため、起歪部１８の上面１８ｂ側に断面が浅いＶ字状を呈する環状凹溝２４が設けてある。
【００２１】
上記構成とした第１実施形態のロードセル１０では、短円柱状弾性体１１に穿設した円形穴１２の底壁を荷重負荷面１３としているため、図１（Ａ）に示すように荷重負荷面１３に作用する圧縮荷重Ｗが歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８に伝達される経路ｐは、いったん下端面１１ｂ側へ向かった後に上端面１１ａ側へ折り返して歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８に到る。よって、この伝達経路ｐの長さが長い。一般に、弾性体に作用する力が釣り合っている場合、荷重点から離れるほど応力分布が均一化することがサンブナンの原理として知られている。従って、上記のように荷重負荷面１３から歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの力の伝達経路ｐの長さが長い場合には、図１（Ａ）に示すように圧縮荷重Ｗの作用軸線ＬWが短円柱状弾性体１１の中心軸線ＬCに対してずれた場合でも、このずれが起歪部１８の変形に与える影響は小さく、荷重の作用軸線のずれによる測定精度の変化を防止することができる。
【００２２】
上記円形穴１２の深さは、荷重負荷面１３から歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８を貼付けた起歪部１８の下面１８ａまでの距離ｙが、短円柱状弾性体１１の中心軸線ＬCから歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの水平方向の最短距離ｅの０．２倍から２倍に設定することが好ましい。
【００２３】
距離ｙをこの範囲に設定することが好ましいのは、荷重測定精度の向上と薄型化の両方の要請に応えるためである。すなわち、まず、距離ｙが距離ｅの０．２倍未満であると、荷重負荷面１３と歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの距離が短すぎて、上記圧縮荷重Ｗの荷重軸ＬWのずれの影響を低減する効果が十分得られない。一方、距離ｙが距離ｅの２倍を越える場合には、短円柱状弾性体１１の高さが大きくなり過ぎて薄型化を図ることができず、大型化によりコストが増大する。
【００２４】
図３から図６は、本発明の第１実施形態に係るロードセル１０を備える荷重検出装置２８を取り付けたホッパー２９を示している。このホッパー２９の外周には等角度間隔で３個のブラケット２９ａを突設しており、このブラケット２９ａを上記ロードセル１０を備える荷重検出装置２８を介して架台３１により支持している。
【００２５】
図５に示すように、上記ロードセル１０の短円柱状弾性体１１は、その下端面１１ｂがボルト３２により長方形板状の下側加圧板３３に固定されている。この下側加圧板３３は、ボルト３４により架台３１に固定されている。
【００２６】
上記ブラケット２９ａは、ボルト３５によりブラケット２９ａに固定された上側加圧板３７と、荷重負荷軸３８とを介して上記下側加圧板３３に固定されたロードセル１０に支承されている。
上記上側加圧板３７は円板状であって、下面側に円形凹部４１が設けてある。
この円形凹部４１の直径は、ロードセル１０の短円柱状弾性体１１の外径よりもわずかに大きく設定してある。また、円形凹部４１の中央部には円形穴４２が穿設してある。ロードセル１０の短円柱状弾性体１１の上端部は、円形凹部４１内に挿入されており、上側加圧板３７の円形穴４２と短円柱状弾性体１１の円形穴１２が同軸状態で互いに対向している。
【００２７】
上記荷重負荷軸３８は、両端面３８ａ，３８ｂを球面としている。荷重負荷軸３８の上端側は上側加圧板３７の円形穴１２内に遊挿されており、球面からなる上端面３８ａが円形穴４２の平坦な底壁に当接している。一方、荷重負荷軸３８の下端側はロードセル１０の短円柱状弾性体１１の円形穴１２に遊挿されており、球面からなる下端面３８ｂが平坦な荷重負荷面１３に当接している。
【００２８】
上記のように短円柱状弾性体１１の外径を上側加圧板３７の円形凹部４１の直径より小さく設定しているため、上記円形凹部４１内に遊挿された短円柱状弾性体１１の外周と円形凹部４１の側壁部４１ａとの間には隙間ｔ１が形成されている。また、短円柱状弾性体１１の上端面１１ａと円形凹部４１の底壁面４１ｂとの間には隙間ｔ２が形成されている。
【００２９】
ホッパー２９に風圧等の水平荷重Ｆが作用した場合、架台３１に固定されたロードセル１０に対して上側加圧板３７が上記隙間ｔ１の分だけ水平荷重Ｆの方向に移動し、ホッパーの横揺れ（水平方向の移動）を吸収することができる。そして、上側加圧板３７が上記隙間ｔ１以上水平方向に移動すると、円形凹部４１の周壁部４１ａが短円柱状弾性体１１の外周面に当接し、上記水平荷重Ｆはロードセル１０の短円柱状弾性体１１により支承される。上記したように短円柱状弾性体１１は厚肉円管部状の固定部１６を備えているため、中心軸線ＬCと直交する方向（横方向）の荷重に対する強度が高く、上記水平力Ｆが大きい場合にも確実に支承することができる。
【００３０】
このように上記荷重検出装置では、従来水平荷重を支承するために必要であったたすき棒やターンバックル等を設ける必要がなく、簡単な構成で確実にホッパー２９の横揺れを吸収し、水平方向の荷重を支承することができる。
【００３１】
図７は、第１実施形態に係るロードセル１０を備える他の荷重検出装置５８を示している。
この荷重検出装置５８では、ロードセル１０の短円柱状弾性体１１の固定部１６に、円柱状の水平位置決めピン５９を複数個固定している。これらの水平位置決めピン５９は、上記円形穴１２を設けた短円柱状弾性体１１の上端面１１ａから上向きに突出している。
【００３２】
一方、上側加圧板３７の下面側には、ピン挿入穴６０を穿設している。このピン挿入穴６０は上記水平位置決めピン５９よりも大径である。図３から図６に示す荷重検出装置２８と異なり、上側加圧板３７はロードセル１０の短円柱状弾性体１１とほぼ同径であり、円形凹部４１（図３参照）は設けられていない。
【００３３】
上記水平位置決めピン５９は対向するピン挿入穴６０に挿入してあり、水平位置決めピン５９の外周５９ａとピン挿入穴６０の側壁部６０ａとの間に所定寸法の隙間ｔ１が形成されている。
なお、この荷重検出装置５８におけるロードセル１０、下側加圧板３３及び上側加圧板３７の他の構造は、図３から図６に示す荷重検出装置２８と同一であり、同一の要素には同一の符号を付している。
【００３４】
この荷重検出装置５８では、上側加圧板３７が上記隙間ｔ１の分だけ水平荷重Ｆの方向に移動することによりホッパー２９（図３参照）の横揺れ（水平方向の移動）を吸収することができる。そして、上側加圧板３７が上記隙間ｔ１以上水平方向に移動すると、ピン挿入穴６０の側壁部６０ａが水平位置決めピン５９の外周５９ａに当接し、水平荷重Ｆはロードセル１０の水平位置決めピン５９により支承される。上記したように水平位置決めピン５９は厚肉円管部状であった高い強度を有する短円柱状弾性体１１の固定部１６に固定されているため、上記水平力Ｆが大きい場合にも上側加圧板３７は確実に支承される。
【００３５】
図８は、第１実施形態に係るロードセル１０を備える他の荷重検出装置６８を示している。
この荷重検出装置６８では、ロードセル１０の短円柱状弾性体１１の上端面１１ａに、上記円形穴１２と同心であって円形穴１２よりも大径な円形凹部６９を設けている。
【００３６】
一方、上側加圧板３７の下面には、円形穴４２と同心状に円柱状凸部７０を設けている。この円柱状凸部７０は、上記円形凹部６９よりも小径である。また、円柱状凸部７０は円形凹部６９に遊挿してあり、円柱状凸部７０の外周７０ａと円形凹部６９の側壁部６９ａとの間に所定寸法の隙間ｔ１が形成されている。
なお、この荷重検出装置６８におけるロードセル１０、下側加圧板３３及び上側加圧板３７の他の構造は、図３から図６に示す荷重検出装置と同一であり、同一の要素には同一の符号を付している。
【００３７】
この図８の荷重検出装置６８では、上側加圧板３７が上記隙間ｔ１の分だけ水平荷重Ｆの方向に移動することで、ホッパー２９（図３参照）の横揺れを吸収することができる。上側加圧板３７が隙間ｔ１以上水平方向に移動すると、円柱状凸部７０の外周７０ａが円形凹部６９の側壁部６９ａに当接することにより、水平荷重Ｆが支承される。短円柱状弾性体１１は、厚肉円管状で高い強度を有する固定部１６を備えるため、上記水平荷重Ｆが大きい場合にも上側加圧板３７を確実に支承することができる。
【００３８】
なお、水平荷重Ｆが小さい場合には、図９に示す荷重検出装置７８のように、荷重負荷軸３８の外周３８ｃと円形穴１２，４２の側壁部１２ａ，４２ａの間に形成されている隙間ｔ１により、ホッパー２９（図３参照）の横揺れを吸収し、上側加圧板３７が隙間ｔ１以上水平方向に移動した場合には、荷重負荷軸３８の外周３８ｃが円形穴１２，４２の側壁部１２ａ，４２ａに当接することにより水平荷重Ｆを支承してもよい。かかる構成とした場合、大きな水平荷重Ｆを支承するのには適さないが、荷重検出装置７８の構造が簡単となり、一層の小型化を図ることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図１０に示す本発明の第２実施形態に係るロードセル１０’では、短円柱状弾性体１１の上端面１１ａに設ける円形穴１２は、その底壁部からなる荷重負荷面１３が起歪部１８の中立軸面Ｎと略同一平面上に位置するように深さを設定している。また、荷重負荷面１３の周囲に環状溝４０を設けている。この環状溝４０の深さは、その底壁部４０ａから上記起歪部１８の下面までの距離ｙ’が、上記第１実施形態における荷重負荷面１３から起歪部１８の下面までの距離ｙ（図１参照。）と同様に、上記中心軸線ＬCから歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの最短距離ｅの０．２倍から２倍となるように設定する。なお、第２実施形態では荷重負荷面１３を球面状としている。
【００４０】
第２実施形態のロードセル１０’も、圧縮荷重Ｗの伝達経路ｐは、いったん下端面１１ｂ側に向かった後に上端面１１ａ側に折り返して歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８に到り、荷重負荷面１３から歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの力の伝達経路ｐが長いため、圧縮荷重Ｗの作用軸線ＬWが短円柱状弾性体１１の中心軸ＬCに対してずれた場合でも、このずれが起歪部１８の変形に与える影響は小さく、荷重の作用軸線ＬWのずれによる測定精度の変化を防止することができる。
【００４１】
上記図１１において説明したように、横荷重のために起歪部１８に作用する曲げモーメントＭは、横荷重Ｆの大きさと横荷重Ｆから起歪部の中立軸面Ｎまでの距離Ｌの積で表されるが、この第２実施形態では、荷重負荷面１３を起歪部１８の中立軸面Ｎと略同一面上に設けているため、上記距離Ｌは非常に小さい。よって、荷重負荷面１３に横荷重Ｆが作用した場合でも、起歪部１８に作用する曲げモーメントＭを低減することができ、この曲げモーメントＭによる測定精度の低下を防止することができる。
【００４２】
なお、この第２実施形態では、短円柱状弾性体１１の上端面１１ａを平坦面としているが、第１実施形態と同様に断面Ｖ字状の環状凹溝を設けてもよい。また、上記第２実施形態のロードセル１０’も、第１実施形態と同様に上記図３から図９に示す構造の荷重検出装置に使用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、第１の発明に係るロードセルでは、荷重負荷面から起歪部の歪ゲージの取付面までの距離を円柱状弾性体の中心軸線から歪ゲージまでの最短距離の０．２倍から２倍に設定したため、荷重負荷面から歪ゲージまでの力の伝達経路の長さを十分に確保することができる。よって、円柱状弾性体の高さを高くすることなく、荷重の作用軸線が中心軸線に対してずれることによる測定誤差を低減することができる。
【００４４】
また、第２の発明に係るロードセルでは、荷重負荷面を上記起歪部の中立軸面と略同一平面上に設けているため、本来の測定する荷重と直交する方向の荷重が荷重負荷面が作用した場合も起歪部に作用する曲げモーメントによる測定誤差を低減することができる。また、荷重負荷面の周囲に環状溝を設けたことにより、荷重負荷面から歪ゲージまでの力の伝達経路の長さを十分に確保することができ、荷重の作用軸線が中心軸線に対してずれることによる測定誤差を低減することができる。
【００４５】
さらに、本発明に係る荷重検出装置では、円柱状弾性体の外周と構造物に固定された上側加圧板の円形凹部の側壁部の間、水平位置決めピンの外周とピン挿入穴の側壁部との間、あるいは、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成しているため、構造物に水平方向の荷重が作用した場合にもこの隙間分だけ構造物の水平方向の移動を吸収することができる。さらに構造物に水平方向の荷重が作用した場合でも、円柱状弾性体は厚肉円管状の固定部を備えているため、上記水平方向の荷重を確実に支承することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係るロードセルを示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のI−I線での断面図である。
【図２】 ホイートストーンブリッジ回路を示す概略回路図である。
【図３】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置を取り付けたホッパーを示す平面図である。
【図４】 図３のホッパーの側面図である。
【図５】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の部分拡大断面図である。
【図６】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の平面図である。
【図７】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図８】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図９】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図１０】 本発明の第２実施形態に係るロードセルを示す縦断面図である。
【図１１】 （Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は従来のロードセルを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ ロードセル
１１ 短円柱状弾性体
１２，４２ 円形穴
１３ 荷重負荷面
１５，２４ 環状凹溝
２９ ホッパー
２８，５８，６８，７８ 荷重検出装置
４１，６９ 円形凹部
５９ 水平位置決めピン
６０ ピン挿入穴６０
７０ 円柱状凸部
ＳＧ１〜ＳＧ８ 歪ゲージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホッパースケール、タンクスケール等の産業用の荷重検出装置に使用される圧縮型のロードセル及びこのロードセルを備える荷重検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１（Ａ）は、薄形化を図ったいわゆるダイヤフラム型のロードセル１の一例を示している。
短円柱状弾性体２の下面２ａ側には円形穴３が設けてあり、この円形穴３の底壁を薄肉の起歪部４としている。起歪部４の下面には、歪ゲージ５が貼付けてある。これらの歪ゲージ５は、周知のホイートストーンブリッジ回路（図示せず。）を構成するように結線されている。なお、６は円形穴３内を密閉するためのダイヤフラムである。一方、上記起歪部４の上面中央部には、短円柱状の荷重負荷部７を上向きに突設している。
【０００３】
上記荷重負荷部７上端の荷重負荷面７ａに圧縮荷重Ｗが作用すると、その大きさに応じて起歪部４が変形する。起歪部４の変形量は、上記歪ゲージ５を含むホイートストーンブリッジ回路の出力値の変化として検出され、これに基づいて圧縮荷重Ｗの大きさを測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のロードセル１では、図１１（Ａ）に示すように、荷重負荷面７から各歪ゲージ５までに到る力の伝達経路ｐは折り返しのない放射状であり、この伝達経路ｐの長さが短い。そのため、圧縮荷重Ｗの作用軸線ＬWがロードセル１の中心軸線ＬCからずれた場合、このずれが起歪部４の変形量に与える影響が大きく、測定誤差が生じやすい。
また、このロードセル１では、起歪部４の中央部から荷重負荷部７が突出しているため、図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、荷重負荷部７に測定する圧縮荷重Ｗと直交する方向の荷重（横荷重Ｆ）が作用した場合、起歪部４に曲げモーメントＭ（Ｍ＝Ｆ×Ｌ：Ｌは横荷重と起歪部４の中立軸面までの距離）が生じ、この曲げモーメントＭの影響により測定誤差が生じる場合がある。
このように従来のこの種のロードセル１では、測定誤差が生じやすく、高精度の荷重測定を行うことは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記従来のロードセルにおける問題を解決するためになされたものであり、荷重測定精度の向上を図ることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明に係るロードセルは、円柱状弾性体の第１の端面の中央部に、所定深さの円形穴を穿設し、この円形穴の底部を荷重負荷面とし、円柱状弾性体の少なくとも上記第１の端面と反対側の第２の端面に、円形穴の外側に円形穴と同心状に環状凹溝を穿設し、環状凹溝の底部を薄肉円環状の起歪部とすると共に、起歪部の外側に厚肉円管状の固定部を設け、上記起歪部に歪ゲージを貼付け、上記荷重負荷面から上記起歪部の歪ゲージの取付面までの距離を円柱状弾性体の中心軸線から歪ゲージまでの最短距離の０．２倍から２倍の範囲に設定していることを特徴としている。
【０００７】
第１の発明に係るロードセルでは、荷重負荷面から起歪部の歪ゲージの取付面までの距離を円柱状弾性体の中心軸線から歪ゲージまでの最短距離の０．２倍から２倍に設定したため、荷重負荷面から歪ゲージまでの力の伝達経路の長さを十分に確保することができる。よって、円柱状弾性体の高さを高くすることなく、荷重の作用軸線が中心軸線に対してずれることによる測定誤差を低減することができる。
【０００８】
また、第２の発明に係るロードセルは、円柱状弾性体の第１の端面の中央部に、所定深さの円形穴を穿設し、この円形穴の底部を荷重負荷面とし、円柱状弾性体の少なくとも上記第１の端面と反対側の第２の端面に、円形穴の外側に円形穴と同心状に環状凹溝を穿設し、環状凹溝の底部を薄肉円環状の起歪部とすると共に、起歪部の外側に厚肉円管状の固定部を設け、上記起歪部に歪ゲージを貼付け、上記荷重負荷面を上記起歪部の中立軸面と略同一平面上に設け、かつ、荷重負荷面の周囲に環状溝を設けていることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明に係るロードセルでは、荷重負荷面を上記起歪部の中立軸面と略同一平面上に設けているため、本来の測定する荷重と直交する方向の荷重が荷重負荷面が作用した場合も起歪部に作用する曲げモーメントに起因する測定誤差を低減することができる。また、荷重負荷面の周囲に環状溝を設けたことにより、荷重負荷面から歪ゲージまでの力の伝達経路の長さを十分に確保することができ、荷重の作用軸線が中心軸線に対してずれることによる測定誤差を低減することができる。
【００１０】
上記円柱状弾性体の円形穴を穿設した第１の端面に、断面Ｖ字状の環状凹溝を設けることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明は、上記ロードセルと、上記ロードセルの円柱状弾性体の円形穴を穿設した第１の端面と反対側の第２の端面を固定した下側加圧板と、荷重を検出する構造物に連結され、下面側に円形穴を設けた上側加圧板と、上下両端が、それぞれ上記ロードセルの円柱状弾性体の円形穴と、上記上側加圧板の円形穴とに遊挿され、凸曲面とした上下両端面がそれぞれ上記円柱状弾性体の円形穴の底壁からなる荷重負荷面と、上記上側加圧板の円形穴の底壁とに当接する荷重負荷軸とを備えることを特徴とする荷重検出装置を提供するものである。
【００１２】
上記上側加圧板の下面側に、上記ロードセルの円柱状弾性体より大径の円形凹部を設け、上記円柱状弾性体の第１の端面側を上記円形凹部内に遊挿し、円柱状弾性体の外周と円形凹部の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成することが好ましい。
【００１３】
この荷重検出装置では、構造物の荷重は荷重負荷軸を介してロードセルの円柱状弾性体に印加されるが、円柱状弾性体の外周と構造物に固定された上側加圧板の円形凹部の側壁部の間及び円柱状弾性体の端面と円形凹部の底壁の間に所定寸法の隙間を形成しているため、構造物に水平方向の荷重が作用した場合にも、円柱状弾性体の外周と円形凹部の側壁部の間の隙間分だけ構造物の水平方向の移動を吸収することができる。構造物にさらに水平方向の荷重が作用した場合、円形凹部の側壁部と円柱状弾性体の外周が当接するが、円柱状弾性体は厚肉円管状の固定部を備えているため、上記水平方向の荷重を確実に支承することができる。
【００１４】
あるいは、上記ロードセルの円柱状弾性体に、第１の端面から突出するように水平位置決めピンを固定し、上記上側加圧板の下面側に、水平位置決めピンより大径なピン挿入穴を設け、上記水平位置決めピンを上記ピン挿入穴に挿入し、水平位置決めピンの外周とピン挿入穴の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成してもよい。
【００１５】
この場合、構造物に水平方向の荷重が作用しても、水平位置決めピンの外周とピン挿入穴の側壁部の隙間分だけ構造物の水平方向の移動を吸収することができる。構造物にさらに水平方向の荷重が作用した場合、水平位置決めピンとピン挿入穴の側壁部が当接するが、円柱状弾性体は厚肉円管状の固定部を備えているため、上記水平方向の荷重を確実に支承することができる。
【００１６】
また、上記ロードセルの円柱状弾性体の第１の端面に円形凹部を設け、上記上側加圧板の下面に上記円形凹部より小径な円柱状凸部を設け、この円柱状凸部を上記円形凹部に遊挿し、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成してもよい。
【００１７】
この場合、構造物に水平方向の荷重が作用しても、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部との間の隙間分だけ構造物の水平方向の移動を吸収することができる。構造物にさらに水平方向の荷重が作用した場合、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部が当接するが、円柱状弾性体は厚肉円管状の固定部を備えているため、上記水平方向の荷重を確実に支承することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ロードセル１０は短円柱状弾性体１１を備えている。
この短円柱状弾性体１１の上端面１１ａには、短円柱状弾性体１１の中心軸線ＬCと同軸に所定深さの円形穴１２を穿設しており、この円形穴１２の底部は圧縮荷重Ｗが作用する荷重負荷面１３を構成している。
一方、短円柱状弾性体１１の下端面１１ｂには、上記円形穴１２よりも大径な環状凹溝１５を円形穴１２と同心状に設けている。この環状凹溝１５の周壁部は厚肉円管状の固定部１６を構成している。また、この環状凹溝１５の底壁部は薄肉円環状の起歪部１８を構成している。
【００１９】
上記起歪部１８の下面１８ａには、図１（Ｂ）に示すように、８枚の歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８を貼付けている。これら８枚の歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８は２枚１組で中心軸線ＬCに対して放射状に９０°間隔で配置してある。これらの歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８は、図２に概略的に示すように、公知のホイートストーンブリッジ回路２１を構成するように結線されている。このホイートストーンブリッジ回路２１の各辺には、それぞれ一対の歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８が配置されている。また、このホイートストーンブリッジ回路２１の端子２１ａ，２１ｂ間には図示しない定電圧源から一定の入力電圧Ｖinが入力されており、起歪部１８の変形を検出して変化する歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８の抵抗値の変化に応じて端子２１ｃ，２１ｄ間の出力電圧ＶOutが変化する。環状凹部１５の開口部１５ａにはダイヤフラム２２を溶接又は接着等の手段により取り付けており、環状凹溝１５内を気密状態としている。なお、上記ホイートストーンブリッジ回路２１の出力電圧ＶOUtは、図示しない電線を短円柱状弾性体１１に設けた図示しない引き出し孔より外部に引き出すことにより、他の機器へ出力している。
【００２０】
起歪部１８の肉厚をより薄くして圧縮荷重の変化に対する起歪部１８の変形感度を高めるため、起歪部１８の上面１８ｂ側に断面が浅いＶ字状を呈する環状凹溝２４が設けてある。
【００２１】
上記構成とした第１実施形態のロードセル１０では、短円柱状弾性体１１に穿設した円形穴１２の底壁を荷重負荷面１３としているため、図１（Ａ）に示すように荷重負荷面１３に作用する圧縮荷重Ｗが歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８に伝達される経路ｐは、いったん下端面１１ｂ側へ向かった後に上端面１１ａ側へ折り返して歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８に到る。よって、この伝達経路ｐの長さが長い。一般に、弾性体に作用する力が釣り合っている場合、荷重点から離れるほど応力分布が均一化することがサンブナンの原理として知られている。従って、上記のように荷重負荷面１３から歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの力の伝達経路ｐの長さが長い場合には、図１（Ａ）に示すように圧縮荷重Ｗの作用軸線ＬWが短円柱状弾性体１１の中心軸線ＬCに対してずれた場合でも、このずれが起歪部１８の変形に与える影響は小さく、荷重の作用軸線のずれによる測定精度の変化を防止することができる。
【００２２】
上記円形穴１２の深さは、荷重負荷面１３から歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８を貼付けた起歪部１８の下面１８ａまでの距離ｙが、短円柱状弾性体１１の中心軸線ＬCから歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの水平方向の最短距離ｅの０．２倍から２倍に設定することが好ましい。
【００２３】
距離ｙをこの範囲に設定することが好ましいのは、荷重測定精度の向上と薄型化の両方の要請に応えるためである。すなわち、まず、距離ｙが距離ｅの０．２倍未満であると、荷重負荷面１３と歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの距離が短すぎて、上記圧縮荷重Ｗの荷重軸ＬWのずれの影響を低減する効果が十分得られない。一方、距離ｙが距離ｅの２倍を越える場合には、短円柱状弾性体１１の高さが大きくなり過ぎて薄型化を図ることができず、大型化によりコストが増大する。
【００２４】
図３から図６は、本発明の第１実施形態に係るロードセル１０を備える荷重検出装置２８を取り付けたホッパー２９を示している。このホッパー２９の外周には等角度間隔で３個のブラケット２９ａを突設しており、このブラケット２９ａを上記ロードセル１０を備える荷重検出装置２８を介して架台３１により支持している。
【００２５】
図５に示すように、上記ロードセル１０の短円柱状弾性体１１は、その下端面１１ｂがボルト３２により長方形板状の下側加圧板３３に固定されている。この下側加圧板３３は、ボルト３４により架台３１に固定されている。
【００２６】
上記ブラケット２９ａは、ボルト３５によりブラケット２９ａに固定された上側加圧板３７と、荷重負荷軸３８とを介して上記下側加圧板３３に固定されたロードセル１０に支承されている。
上記上側加圧板３７は円板状であって、下面側に円形凹部４１が設けてある。
この円形凹部４１の直径は、ロードセル１０の短円柱状弾性体１１の外径よりもわずかに大きく設定してある。また、円形凹部４１の中央部には円形穴４２が穿設してある。ロードセル１０の短円柱状弾性体１１の上端部は、円形凹部４１内に挿入されており、上側加圧板３７の円形穴４２と短円柱状弾性体１１の円形穴１２が同軸状態で互いに対向している。
【００２７】
上記荷重負荷軸３８は、両端面３８ａ，３８ｂを球面としている。荷重負荷軸３８の上端側は上側加圧板３７の円形穴１２内に遊挿されており、球面からなる上端面３８ａが円形穴４２の平坦な底壁に当接している。一方、荷重負荷軸３８の下端側はロードセル１０の短円柱状弾性体１１の円形穴１２に遊挿されており、球面からなる下端面３８ｂが平坦な荷重負荷面１３に当接している。
【００２８】
上記のように短円柱状弾性体１１の外径を上側加圧板３７の円形凹部４１の直径より小さく設定しているため、上記円形凹部４１内に遊挿された短円柱状弾性体１１の外周と円形凹部４１の側壁部４１ａとの間には隙間ｔ１が形成されている。また、短円柱状弾性体１１の上端面１１ａと円形凹部４１の底壁面４１ｂとの間には隙間ｔ２が形成されている。
【００２９】
ホッパー２９に風圧等の水平荷重Ｆが作用した場合、架台３１に固定されたロードセル１０に対して上側加圧板３７が上記隙間ｔ１の分だけ水平荷重Ｆの方向に移動し、ホッパーの横揺れ（水平方向の移動）を吸収することができる。そして、上側加圧板３７が上記隙間ｔ１以上水平方向に移動すると、円形凹部４１の周壁部４１ａが短円柱状弾性体１１の外周面に当接し、上記水平荷重Ｆはロードセル１０の短円柱状弾性体１１により支承される。上記したように短円柱状弾性体１１は厚肉円管部状の固定部１６を備えているため、中心軸線ＬCと直交する方向（横方向）の荷重に対する強度が高く、上記水平力Ｆが大きい場合にも確実に支承することができる。
【００３０】
このように上記荷重検出装置では、従来水平荷重を支承するために必要であったたすき棒やターンバックル等を設ける必要がなく、簡単な構成で確実にホッパー２９の横揺れを吸収し、水平方向の荷重を支承することができる。
【００３１】
図７は、第１実施形態に係るロードセル１０を備える他の荷重検出装置５８を示している。
この荷重検出装置５８では、ロードセル１０の短円柱状弾性体１１の固定部１６に、円柱状の水平位置決めピン５９を複数個固定している。これらの水平位置決めピン５９は、上記円形穴１２を設けた短円柱状弾性体１１の上端面１１ａから上向きに突出している。
【００３２】
一方、上側加圧板３７の下面側には、ピン挿入穴６０を穿設している。このピン挿入穴６０は上記水平位置決めピン５９よりも大径である。図３から図６に示す荷重検出装置２８と異なり、上側加圧板３７はロードセル１０の短円柱状弾性体１１とほぼ同径であり、円形凹部４１（図３参照）は設けられていない。
【００３３】
上記水平位置決めピン５９は対向するピン挿入穴６０に挿入してあり、水平位置決めピン５９の外周５９ａとピン挿入穴６０の側壁部６０ａとの間に所定寸法の隙間ｔ１が形成されている。
なお、この荷重検出装置５８におけるロードセル１０、下側加圧板３３及び上側加圧板３７の他の構造は、図３から図６に示す荷重検出装置２８と同一であり、同一の要素には同一の符号を付している。
【００３４】
この荷重検出装置５８では、上側加圧板３７が上記隙間ｔ１の分だけ水平荷重Ｆの方向に移動することによりホッパー２９（図３参照）の横揺れ（水平方向の移動）を吸収することができる。そして、上側加圧板３７が上記隙間ｔ１以上水平方向に移動すると、ピン挿入穴６０の側壁部６０ａが水平位置決めピン５９の外周５９ａに当接し、水平荷重Ｆはロードセル１０の水平位置決めピン５９により支承される。上記したように水平位置決めピン５９は厚肉円管部状であった高い強度を有する短円柱状弾性体１１の固定部１６に固定されているため、上記水平力Ｆが大きい場合にも上側加圧板３７は確実に支承される。
【００３５】
図８は、第１実施形態に係るロードセル１０を備える他の荷重検出装置６８を示している。
この荷重検出装置６８では、ロードセル１０の短円柱状弾性体１１の上端面１１ａに、上記円形穴１２と同心であって円形穴１２よりも大径な円形凹部６９を設けている。
【００３６】
一方、上側加圧板３７の下面には、円形穴４２と同心状に円柱状凸部７０を設けている。この円柱状凸部７０は、上記円形凹部６９よりも小径である。また、円柱状凸部７０は円形凹部６９に遊挿してあり、円柱状凸部７０の外周７０ａと円形凹部６９の側壁部６９ａとの間に所定寸法の隙間ｔ１が形成されている。
なお、この荷重検出装置６８におけるロードセル１０、下側加圧板３３及び上側加圧板３７の他の構造は、図３から図６に示す荷重検出装置と同一であり、同一の要素には同一の符号を付している。
【００３７】
この図８の荷重検出装置６８では、上側加圧板３７が上記隙間ｔ１の分だけ水平荷重Ｆの方向に移動することで、ホッパー２９（図３参照）の横揺れを吸収することができる。上側加圧板３７が隙間ｔ１以上水平方向に移動すると、円柱状凸部７０の外周７０ａが円形凹部６９の側壁部６９ａに当接することにより、水平荷重Ｆが支承される。短円柱状弾性体１１は、厚肉円管状で高い強度を有する固定部１６を備えるため、上記水平荷重Ｆが大きい場合にも上側加圧板３７を確実に支承することができる。
【００３８】
なお、水平荷重Ｆが小さい場合には、図９に示す荷重検出装置７８のように、荷重負荷軸３８の外周３８ｃと円形穴１２，４２の側壁部１２ａ，４２ａの間に形成されている隙間ｔ１により、ホッパー２９（図３参照）の横揺れを吸収し、上側加圧板３７が隙間ｔ１以上水平方向に移動した場合には、荷重負荷軸３８の外周３８ｃが円形穴１２，４２の側壁部１２ａ，４２ａに当接することにより水平荷重Ｆを支承してもよい。かかる構成とした場合、大きな水平荷重Ｆを支承するのには適さないが、荷重検出装置７８の構造が簡単となり、一層の小型化を図ることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図１０に示す本発明の第２実施形態に係るロードセル１０’では、短円柱状弾性体１１の上端面１１ａに設ける円形穴１２は、その底壁部からなる荷重負荷面１３が起歪部１８の中立軸面Ｎと略同一平面上に位置するように深さを設定している。また、荷重負荷面１３の周囲に環状溝４０を設けている。この環状溝４０の深さは、その底壁部４０ａから上記起歪部１８の下面までの距離ｙ’が、上記第１実施形態における荷重負荷面１３から起歪部１８の下面までの距離ｙ（図１参照。）と同様に、上記中心軸線ＬCから歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの最短距離ｅの０．２倍から２倍となるように設定する。なお、第２実施形態では荷重負荷面１３を球面状としている。
【００４０】
第２実施形態のロードセル１０’も、圧縮荷重Ｗの伝達経路ｐは、いったん下端面１１ｂ側に向かった後に上端面１１ａ側に折り返して歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８に到り、荷重負荷面１３から歪ゲージＳＧ１〜ＳＧ８までの力の伝達経路ｐが長いため、圧縮荷重Ｗの作用軸線ＬWが短円柱状弾性体１１の中心軸ＬCに対してずれた場合でも、このずれが起歪部１８の変形に与える影響は小さく、荷重の作用軸線ＬWのずれによる測定精度の変化を防止することができる。
【００４１】
上記図１１において説明したように、横荷重のために起歪部１８に作用する曲げモーメントＭは、横荷重Ｆの大きさと横荷重Ｆから起歪部の中立軸面Ｎまでの距離Ｌの積で表されるが、この第２実施形態では、荷重負荷面１３を起歪部１８の中立軸面Ｎと略同一面上に設けているため、上記距離Ｌは非常に小さい。よって、荷重負荷面１３に横荷重Ｆが作用した場合でも、起歪部１８に作用する曲げモーメントＭを低減することができ、この曲げモーメントＭによる測定精度の低下を防止することができる。
【００４２】
なお、この第２実施形態では、短円柱状弾性体１１の上端面１１ａを平坦面としているが、第１実施形態と同様に断面Ｖ字状の環状凹溝を設けてもよい。また、上記第２実施形態のロードセル１０’も、第１実施形態と同様に上記図３から図９に示す構造の荷重検出装置に使用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、第１の発明に係るロードセルでは、荷重負荷面から起歪部の歪ゲージの取付面までの距離を円柱状弾性体の中心軸線から歪ゲージまでの最短距離の０．２倍から２倍に設定したため、荷重負荷面から歪ゲージまでの力の伝達経路の長さを十分に確保することができる。よって、円柱状弾性体の高さを高くすることなく、荷重の作用軸線が中心軸線に対してずれることによる測定誤差を低減することができる。
【００４４】
また、第２の発明に係るロードセルでは、荷重負荷面を上記起歪部の中立軸面と略同一平面上に設けているため、本来の測定する荷重と直交する方向の荷重が荷重負荷面が作用した場合も起歪部に作用する曲げモーメントによる測定誤差を低減することができる。また、荷重負荷面の周囲に環状溝を設けたことにより、荷重負荷面から歪ゲージまでの力の伝達経路の長さを十分に確保することができ、荷重の作用軸線が中心軸線に対してずれることによる測定誤差を低減することができる。
【００４５】
さらに、本発明に係る荷重検出装置では、円柱状弾性体の外周と構造物に固定された上側加圧板の円形凹部の側壁部の間、水平位置決めピンの外周とピン挿入穴の側壁部との間、あるいは、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成しているため、構造物に水平方向の荷重が作用した場合にもこの隙間分だけ構造物の水平方向の移動を吸収することができる。さらに構造物に水平方向の荷重が作用した場合でも、円柱状弾性体は厚肉円管状の固定部を備えているため、上記水平方向の荷重を確実に支承することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係るロードセルを示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のI−I線での断面図である。
【図２】 ホイートストーンブリッジ回路を示す概略回路図である。
【図３】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置を取り付けたホッパーを示す平面図である。
【図４】 図３のホッパーの側面図である。
【図５】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の部分拡大断面図である。
【図６】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の平面図である。
【図７】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図８】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図９】 第１実施形態に係るロードセルを備える荷重検出装置の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図１０】 本発明の第２実施形態に係るロードセルを示す縦断面図である。
【図１１】 （Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は従来のロードセルを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ ロードセル
１１ 短円柱状弾性体
１２，４２ 円形穴
１３ 荷重負荷面
１５，２４ 環状凹溝
２９ ホッパー
２８，５８，６８，７８ 荷重検出装置
４１，６９ 円形凹部
５９ 水平位置決めピン
６０ ピン挿入穴６０
７０ 円柱状凸部
ＳＧ１〜ＳＧ８ 歪ゲージ
Claims (7)
- 円柱状弾性体の第１の端面の中央部に、所定深さの円形穴を穿設し、
この円形穴の底壁を荷重負荷面とし、
上記円柱状弾性体の少なくとも上記第１の端面と反対側の第２の端面に、円形穴の外側に円形穴と同心状に環状凹溝を穿設し、環状凹溝の底部を薄肉円環状の起歪部とすると共に、起歪部の外側に厚肉円管状の固定部を設け、上記起歪部に歪ゲージを貼付け、
上記荷重負荷面から上記起歪部の歪ゲージの取付面までの距離を円柱状弾性体の中心軸線から歪ゲージまでの最短距離の０．２倍から２倍の範囲に設定していることを特徴とするロードセル。 - 円柱状弾性体の第１の端面の中央部に、所定深さの円形穴を穿設し、
この円形穴の底部を荷重負荷面とし、
上記円柱状弾性体の少なくとも上記第１の端面と反対側の第２の端面に、円形穴の外側に円形穴と同心状に環状凹溝を穿設し、環状凹溝の底部を薄肉円環状の起歪部とすると共に、起歪部の外側に厚肉円管状の固定部を設け、上記起歪部に歪ゲージを貼付け、
上記荷重負荷面を上記起歪部の中立軸面と略同一平面上に設け、かつ、荷重負荷面の周囲に環状溝を設けていることを特徴とするロードセル。 - 上記円柱状弾性体の円形穴を穿設した第１の端面に、断面Ｖ字状の環状凹溝を設けていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロードセル。
- 上記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロードセルと、
上記ロードセルの円柱状弾性体の円形穴を穿設した第１の端面と反対側の第２の端面を固定した下側加圧板と、
荷重を検出する構造物に連結され、下面側に円形穴を設けた上側加圧板と、
上下両端が、それぞれ上記ロードセルの円柱状弾性体の円形穴と、上記上側加圧板の円形穴とに遊挿され、凸曲面とした上下両端面がそれぞれ上記円柱状弾性体の円形穴の底壁からなる荷重負荷面と、上記上側加圧板の円形穴の底壁とに当接する荷重負荷軸と
を備えることを特徴とする荷重検出装置。 - 上記上側加圧板の下面側に、上記ロードセルの円柱状弾性体より大径の円形凹部を設け、
上記円柱状弾性体の第１の端面側を上記円形凹部内に遊挿し、円柱状弾性体の外周と円形凹部の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成していることを特徴とする請求項４に記載の荷重検出装置。 - 上記ロードセルの円柱状弾性体に、第１の端面から突出するように水平位置決めピンを固定し、
上記上側加圧板の下面側に、水平位置決めピンより大径なピン挿入穴を設け、
上記水平位置決めピンを上記ピン挿入穴に挿入し、水平位置決めピンの外周とピン挿入穴の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成していることを特徴とする請求項４に記載の荷重検出装置。 - 上記ロードセルの円柱状弾性体の第１の端面に円形凹部を設け、
上記上側加圧板の下面に上記円形凹部より小径な円柱状凸部を設け、
この円柱状凸部を上記円形凹部に遊挿し、円柱状凸部の外周と円形凹部の側壁部との間に所定寸法の隙間を形成していることを特徴とする請求項４に記載の荷重検出装置。
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