JP4165358B2 - Load cell and method of manufacturing load cell - Google Patents
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Description
本発明は、電子はかり等の荷重検出機構に使用されるロードセル及びロードセルの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a load cell used for a load detection mechanism such as an electronic balance and a method for manufacturing the load cell.
従来、電子はかりの荷重検出機構には、主としてロバーバル機構を構成し、その支点に歪みを生じる起歪部を有する梁部材(以後、ロードセル母体という)と、該起歪部に貼着してその歪み量を検出する歪ゲージからなるロードセルが使用されている。このロードセルは、一般的に図3に示すような直方体のジュラルミン等の金属ブロックをロードセル母体1とし、この内部をめがね形にくり抜くことにより、一端側に固定柱部11、他端側に可動柱部12、上辺側に起歪部S1、S2を有する上辺ビーム13、下辺側に起歪部S3、S4を有する下辺ビーム14が形成されるとともに、平行四辺形の各頂点に配設される前記起歪部S1、S2、S3、S4の外面上には、対応する歪ゲージG1、G2、G3、G4が貼着されている。
Conventionally, the load detection mechanism of an electronic balance mainly comprises a Robert valve mechanism, and has a beam member (hereinafter referred to as a load cell mother body) having a strain generating portion that generates strain at its fulcrum, and is attached to the strain generating portion. A load cell composed of a strain gauge for detecting a strain amount is used. This load cell generally has a rectangular parallelepiped duralumin or other metal block as shown in FIG. 3 as a load cell base 1, and the inside of the load cell is cut into a spectacle shape so that one end has a fixed column portion 11 and the other end has a movable column. The upper side beam 13 having the strain generating portions S1 and S2 on the upper side and the
電子はかりの試料皿Dは、図3に示すように可動柱部12に装着されており、被測定試料を搭載した試料皿Dからの荷重により発生する各起歪部S1〜S4の歪みは、それぞれに貼着されている歪ゲージG1〜G4により検出され、各荷重検出信号は演算処理部(図示せず)に入力される。この荷重検出信号は、演算処理部に予め記憶してある荷重検出演算式に基づいて演算処理され、被測定試料に対応する荷重信号に変換される。この荷重信号は、表示器(図示せず)に入力され、測定値(秤量値)が表示される。
従来のロードセルは、上記のように構成されているが、電子はかりの測定範囲(秤量範囲)に対して試料皿Dの重量が大きい場合、例えば、測定範囲が100gの電子はかりで、試料皿Dの重量が50gであるような場合、図4に作用荷重と起歪部S1〜S4の歪みの関係を例示するように、試料皿Dのみを装着した状態ですでに相当の歪みを生じてしまい、電子はかりの測定範囲において歪ゲージの適用歪み範囲Bを有効に使用することができなくなる。 The conventional load cell is configured as described above. However, when the weight of the sample pan D is larger than the measurement range (weighing range) of the electronic balance, for example, the sample pan D is an electronic scale having a measurement range of 100 g. When the weight of the sample is 50 g, considerable strain has already occurred in the state where only the sample dish D is mounted, as illustrated in FIG. The applied strain range B of the strain gauge cannot be effectively used in the measurement range of the electronic balance.
すなわち、試料を載せない状態ですでに歪ゲージG1〜G4には、適用歪み範囲Bのうちの相当部分が作用してしまうので、残る歪み範囲Cで電子はかりの測定範囲をカバーすることが必要となり、その結果としてスパンを広げて測定範囲をカバーする必要性が生じ、そのため分解能とともに測定精度が低下するという問題があった。 That is, since a considerable portion of the applied strain range B has already acted on the strain gauges G1 to G4 with no sample placed, it is necessary to cover the measurement range of the electronic scale with the remaining strain range C. As a result, there is a need to widen the span to cover the measurement range, and thus there is a problem that the measurement accuracy decreases with the resolution.
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、貼着する歪ゲージの適用歪み範囲を最大限有効に使用することができ、電子はかりに組み込んだ場合、従来に比して高い荷重検出分解能を有するロードセル及びロードセルの製造方法の提供を目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and can make the most effective use of the applied strain range of the attached strain gauge. When incorporated in an electronic balance, the load detection is higher than in the past. An object of the present invention is to provide a load cell having a resolution and a method for manufacturing the load cell.
本発明のロードセルは、試料皿から加わる荷重によって歪みを発生する複数の起歪部を梁部材上辺部及び下辺部に設けるとともに、試料皿のみの荷重を負荷した状態でロードセルの出力信号が無歪状態信号になるように、前記梁部材に試料皿と同様の荷重を負荷した状態の起歪部を形成するとともに、この起歪部を加工した加工面に前記歪ゲージを貼着している。
また、ロードセルの製造方法は、試料皿から加わる荷重によって歪みを発生する複数の起歪部を梁部材上辺部及び下辺部に設ける工程と、試料皿のみの荷重を負荷した状態でロードセルの出力信号が無歪状態信号になるように予め前記梁部材に試料皿と同様の荷重を負荷した状態の起歪部を生起させる工程と、この起歪部を加工し加工面を形成する工程と、この加工面に歪ゲージを貼着する工程とからなるものである。
The load cell of the present invention is provided with a plurality of strain generating portions that generate distortion due to a load applied from the sample pan on the upper side and lower side of the beam member, and the output signal of the load cell is undistorted in a state where only the load of the sample pan is loaded. A strain generating portion in a state where a load similar to that of the sample dish is applied to the beam member is formed so as to be a state signal, and the strain gauge is attached to a processed surface where the strain generating portion is processed.
In addition, the load cell manufacturing method includes a step of providing a plurality of strain generating portions that generate distortion due to a load applied from the sample pan on the upper side and lower side of the beam member, and an output signal of the load cell in a state in which only the load of the sample pan is applied. Generating a strain generating portion in a state in which a load similar to that of the sample pan is applied to the beam member in advance so that the signal becomes an unstrained state signal, a step of processing the strain generating portion to form a processed surface, And a step of attaching a strain gauge to the processed surface.
本発明は、試料皿から加わる荷重(死荷重)でロードセル母体に生じる歪みと同一の歪みを与えるたわみを生じさせる固定具でロードセル母体を固定した状態で、歪ゲージにストレスが加わらないように起歪部を加工した後、歪ゲージを貼着しているので、試料が載置されない状態では歪ゲージにストレスが加わらず、歪ゲージの有効測定レンジを最大限利用して試料測定が行えるので、測定分解能が高く高精度のロードセル及びその製造方法が得られる。 In the present invention, the load cell base is fixed with a fixture that generates a deflection that gives the same strain as the strain generated in the load cell base due to the load (dead load) applied from the sample pan, so that no stress is applied to the strain gauge. Since the strain gauge is attached after processing the strained part, no stress is applied to the strain gauge when the sample is not placed, so the sample can be measured using the effective measurement range of the strain gauge, A load cell with high measurement resolution and high accuracy and a method for manufacturing the same can be obtained.
本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。図1は、電子はかりの試料皿によって加わる荷重により発生する歪みをロードセル母体から取り除くための加工法を示す図で、図2は、図1のように加工されたロードセル母体に歪ゲージを貼着して歪み量を検出するロードセルを製造する方法を示す図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a processing method for removing strain generated by a load applied by a sample pan of an electronic balance from the load cell base, and FIG. 2 is a strain gauge attached to the load cell base processed as shown in FIG. It is a figure which shows the method of manufacturing the load cell which detects distortion amount by doing.
図1に示した本発明に使用するロードセル母体1aの原形は、図3に示した従来のロードセル母体1と同様に横長の直方体であって、その内部を例えば成型加工等で図のようにめがね形にくり抜くことにより、上辺には、一定間隔で起歪部S1、S2が配設された上辺ビーム13、下辺には同じ間隔で起歪部S3、S4が配設された下辺ビーム14が形成されるとともに、この起歪部S1〜S4は、四辺形の各コーナに配設される。そして、前記上辺ビーム13及び下辺ビーム14は平行してその一端側が可動柱部12に、他の一端側が固定柱部11に結合される。
The original shape of the load cell base 1a used in the present invention shown in FIG. 1 is a horizontally long rectangular parallelepiped like the conventional load cell base 1 shown in FIG. By hollowing out the shape, an upper side beam 13 in which the strain generating portions S1 and S2 are arranged at regular intervals is formed on the upper side, and a
また、図1の固定具2と固定具3は、前記ロードセル母体1aの起歪部S1〜S4に使用目的(例えば、電子はかり)に応じた歪みを発生させるために用いる固定治具である。本発明のロードセルを電子はかりの荷重検出機構として使用する場合には、前記ロードセル母体1aを図3に示したような適用する電子はかりの荷重検出機構に予め組み込み、試料を搭載しない状態で試料皿Dのみの荷重(死荷重)を加えて、固定柱部11に対する可動柱部12の変位(たわみ)を測定して、この変位と前記固定具2、3によってロードセル1aに加えられるたわみ量δが一致するように固定具2、3の形状が決められている。すなわち、前記固定具2、3は、ロードセル母体1aを挿んでこれらを結合することにより、ロードセル母体1aの可動柱部12が固定柱部11に対してたわみ量δだけたわませることができる。
Moreover, the
前記ロードセル1aと前記固定具2、3を用いて、本発明のロードセルを製造する手順を以下に説明する。先ず、図1に示すようにロードセル母体1aを固定具2と固定具3で挟み込み、この固定具2、3同士を結合用ねじ4a、4bで結合する。これにより、固定柱部11に対して可動柱部12のの上部に荷重が加えられ、固定柱部11と可動柱部12との間にたわみ量δが生じ、これに該当する歪みが起歪部S1〜S4に発生する。
A procedure for manufacturing the load cell of the present invention using the load cell 1a and the
次に、ロードセル母体1aを固定具2、3で固定した状態で、図1の起歪部S1〜S4の外面上の傾斜部がフラット面となるようにその一部を削り取る、追加加工を行って、歪ゲージに歪みを与えない状態で接着できる貼着部6a、6b、6c、6dを形成したロードセル母体1b(図2)に変形する。
Next, in a state in which the load cell base 1a is fixed with the
次に、前記貼着部6a、6b、6c、6dのフラット面上に接着剤を塗布し、それぞれに対応する歪ゲージG1、G2、G3、G4を貼着する。そして、図2に示すように、各歪ゲージG1〜G4の上面に押し板5を押し当てて、その上面を押しねじ6、7、8、9で押圧し、一定時間加熱養生することによって貼着する。 Next, an adhesive is applied on the flat surfaces of the adhering portions 6a, 6b, 6c, and 6d, and the corresponding strain gauges G1, G2, G3, and G4 are adhered. Then, as shown in FIG. 2, the pressing plate 5 is pressed against the upper surface of each of the strain gauges G1 to G4, the upper surface is pressed with the pressing screws 6, 7, 8, and 9, and is heated and cured for a certain time. To wear.
上記のようにして歪ゲージG1、G2、G3、G4が貼着されたロードセル10は、固定具2、3から取り外した状態において、ロードセル母体1bの可動柱部12は元の高さに復帰するため、図1に示した各起歪部S1、S2、S3、S4に形成された貼着部6b、6cのフラット面は凹面、貼着部6a、6dのフラット面は凸状態に変形する。これにより、歪ゲージG2、G3には圧縮方向の歪み(ストレス)、また、歪ゲージG1、G4には引張方向の歪みが加わった状態となる。
When the load cell 10 to which the strain gauges G1, G2, G3, and G4 are attached as described above is detached from the
以上の実施例により製造されたロードセル10を電子はかりに組み込むときには、試料皿及びその上に載せられる被測定試料による荷重によって生じるたわみが、固定具2、3によって与えられたたわみ量δと同じ向きに発生するように組み込む。
When the load cell 10 manufactured according to the above embodiment is incorporated into an electronic balance, the deflection caused by the load from the sample pan and the sample to be measured placed thereon is in the same direction as the deflection amount δ given by the
このようにして組み込まれたロードセル10の可動柱部12に試料皿を装着すると、その重量によってロードセル母体1bはたわみ量δと同じ向きにたわみ、したがって各歪ゲージG1、G2、G3、G4は無歪状態に向かう。すなわち、各歪ゲージG1、G2、G3、G4は、試料皿を装着する前の状態における歪みが、試料皿装着により生ずる初期荷重による歪みによってキャンセルされる向きに歪むことになる。その結果、試料皿装着状態では、各歪ゲージG1、G2、G3、G4の歪み量は、図4にAで示す従来の量よりも少なくなり、適用歪み範囲Bにより近い範囲を電子はかりの測定範囲に対応させることが可能となる。歪ゲージの貼着時におけるたわみ量δと、試料皿装着時における死荷重によるたわみが近いほど適用歪み範囲Bの全体を電子はかりの測定範囲に対応させることも可能となる。
なお、死荷重における歪ゲージからの出力のバラツキは、ロードセル母体1aの材質や貼着条件により影響を受け易いので、ロードセルを量産する場合は、同一ロットの材料及び接着剤を使用し、同一工程で製造することが望ましい。
When the sample dish is mounted on the movable column portion 12 of the load cell 10 incorporated in this way, the load cell base body 1b bends in the same direction as the deflection amount δ due to its weight, and therefore each strain gauge G1, G2, G3, G4 is not present. Head for distortion. That is, the strain gauges G1, G2, G3, and G4 are distorted in such a direction that the distortion in the state before mounting the sample pan is canceled by the strain due to the initial load caused by mounting the sample pan. As a result, the strain amount of each strain gauge G1, G2, G3, G4 is smaller than the conventional amount indicated by A in FIG. It becomes possible to correspond to the range. As the deflection amount δ at the time of attaching the strain gauge and the deflection due to the dead load at the time of mounting the sample dish are closer, the entire applied strain range B can be made to correspond to the measurement range of the electronic balance.
Note that the output variation from the strain gauge in dead load is easily affected by the material and bonding conditions of the load cell base 1a, so when mass-producing the load cell, use the same lot of material and adhesive in the same process. It is desirable to manufacture with.
実施例により得られたロードセル母体1bの無歪み状態の形状と同じ形状ものを金型成型により製作することにより、フラット面にするための加工を省略することもできる。 By manufacturing the same shape as that of the unstrained state of the load cell base body 1b obtained by the embodiment by die molding, the processing for making a flat surface can be omitted.
1、1a、1b ロードセル母体
2、3 固定具
4a、4b 結合用ねじ
5 押し板
6、7、8、9 押しねじ
10 ロードセル
11 固定柱部
12 可動柱部
13 上辺ビーム
14 下辺ビーム
D 試料皿
G1、G2、G3、G4 歪ゲージ
S1、S2、S3、S4 起歪部
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