JP4466727B2 - 荷重センサ及び荷重測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、高温プレスのような２００℃を越える高温環境下での高精度な荷重の測定を可能とする荷重センサと荷重測定装置に関する。

近年、工業技術の進歩に伴う製品加工の高精度化の流れを受け、高温プレスの分野においても高精度化の要求が高まっている。高精度なプレス加工を実現するには、荷重フィードバックを用いた制御や、加工荷重値の保証など、より精密な機能が求められ、そのためには高精度な荷重測定が必要となる。しかしながら、産業分野における設備組込型の荷重測定機器としては、ロードセルと呼ばれる歪みゲージを内蔵した荷重センサを用いるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特開昭５４−７０８６２号公報

この一般的なロードセルの耐熱温度は１３０℃であり、２００℃以上の高温プレスに用いる際には被加工物から断熱された箇所に設置した間接的な測定方法が取られ、この場合、被加工物にかかる荷重以外にケースの熱変形による応力等も影響するため高精度な測定は困難である。また、間接的な測定では、多数個同時プレスを行う場合の各個にかかる荷重の測定や、ひとつの被加工物の局所的な荷重の分布を測定することも難しい。このため、被加工物にかかる荷重をより直接に測定するために、加工箇所に設置できるような耐熱温度のより高いロードセルのニーズが高まっている。

ここで従来技術のロードセル１００の構造を図７に示す。図７（ａ）はロードセルの断面図であり、図７（ｂ）はロードセル本体内に設置される起歪体の上面図である。ロードセル１００は、内部が密閉された空間を有する円筒状のロードセル本体１１０と、この密閉空間を上下に仕切るように設けられた、起歪体と呼ばれる弾性構造体１２０と、ロードセル本体１１０の上面で受けた荷重を起歪体１２０に伝達する伝達部１３０と、起歪体１２０の上部周辺に周方向に９０°の等間隔で取り付けられた歪みゲージと呼ばれる４つの抵抗素子１４０とより構成されている。このように構成されたロードセル１００は、ロードセル本体１１０の上面の着力点に荷重がかかると起歪体１２０が歪み、表面の歪みゲージ１４０が変形する。変形の大きさに応じて歪みゲージ１４０の電気抵抗が変化するため、抵抗値を電気的に計測することで、起歪体１２０の歪みを通じて荷重の大きさを測定することができる。

しかしながら、歪みゲージ１４０は、起歪体１２０に生じるμｍオーダーの微少な歪みを検知するために微細な抵抗金属線を束ねた構造を成しており、また微少な歪みへの追従を良くするために起歪体１２０と歪みゲージ１４０の取り付けには接着剤が用いられているため、熱に対し変形や破損、剥がれ等が生じ、これがロードセル１００の耐熱温度の限界の要因になっている。このように、歪みゲージ１４０を使用した従来のロードセル１００は、歪みゲージ１４０が精密な電子抵抗素子のために使用温度に限界があり、高温プレスのような２００℃を超える高温環境下の測定に用いることは困難であった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出部位に歪みゲージのような精密な抵抗素子の設置を不要にし、高温環境下での高精度な荷重の測定を可能とする荷重センサ及び荷重測定装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された荷重センサ及び荷重測定装置を提供する。
請求項１に記載の荷重センサは、荷重の大きさを測定する荷重センサ１が、平板状の上面部材１１と下面部材１２と、これら両部材間に挟持された撓みハリ１４と、上面部材との間に隙間ｇを形成し、隙間にガスを送り込む噴き出し口１３ｂが設けられている平面隙間構造体１３とより構成されており、荷重を受けて撓みハリ１４が変形し、その変形に応じて隙間量が変化し、隙間ｇに送り込まれるガス流量が変化するようになっている。これにより、本発明の荷重センサにおいては、使用温度に限界がある微細な電子抵抗素子を使用していないため、高温環境下で使用することができる。

さらに、請求項１の荷重センサでは、撓みハリ１４が、弾性材料よりなり、中央が開口された平板状のハリ１４ａと、ハリ１４ａの上面から突出している複数の上側支点部１４ｂと、ハリ１４ａの下面から突出している複数の下側支点部１４ｃとよりなり、ハリ１４ａと上側支点部１４ｂ及び下側支点部１４ｃとは、一体化又は別体化されている。これにより、撓みハリ１４の構造の自由度を高めている。

その上、請求項１の荷重センサでは、平面隙間構造体１３は、平面状のハリ１４ａの開口された位置に配設されると共に、複数の上側支点部１４ｂ及び複数の下側支点部１４ｃは、平面隙間構造体１３の配設位置が複数の上側支点部１４ｂ及び複数の下側支点部１４ｃの配設位置に対して中心位置となるように配設されている。こうして、上面部材１１が中央部に荷重を受けたとき、上面部材１１の中央部が垂直に沈み込むように撓みハリ１４が構成され、配置されることで、平面隙間構造体１３との間の隙間ｇが荷重によって狭くなるようになっている。

請求項２の荷重センサは、平面隙間構造体１３が初期の隙間を規定する初期隙間調整部材１３１を有しているものであり、これにより、初期隙間調整部材の厚さを選択することで、自由に平面隙間構造体の初期の隙間を設定することができる。

請求項３の荷重センサは、荷重センサ１が１つのセルとなっていて、全体として四角筒状、三角筒状又は円筒状となっているものであり、これにより、荷重センサ１の設置場所、被測定物の形状等の多様性に対応することができる。

請求項４に記載の荷重測定装置は、前記した荷重センサ１と、荷重センサの平面隙間構造体１３によって形成される隙間ｇにガスを送り込むガス流路１５に設けられたガス流量計２と、ガス流量計２からの信号を受けて、ガス流量を荷重に変換する演算装置４と、演算装置によって変換された荷重を表示する表示部５とを備えていて、荷重センサ１の少なくとも１つを荷重を受ける上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとの間に介挿し、荷重センサ１の隙間ｇに送り込まれるガス流量を検出し、検出したガス流量を荷重に変換することで荷重を測定するようにしたものである。これにより、精密な電子抵抗素子を使用する必要がないため使用温度に限界がなくなり、高温環境下のもとでも高精度に荷重を測定することができる。

請求項５の荷重測定装置は、上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとの間に荷重センサ１を囲むように複数の高剛性ハリ８を介挿したものであり、これにより、より重い荷重を測定することが可能となる。
請求項６の荷重測定装置は、高剛性ハリ８が、平坦な板状のハリ部８ａと、このハリ部８ａの上面から突出する上側支持部８ｂとハリ部８ａの下面から突出する下側支持部８ｃとを有していることを規定したものであり、高剛性ハリ８と撓みハリ１４とは相似した同様の構造を成している。

請求項７の荷重測定装置は、ガス流路１５に流れるガスの温度を検出する温度センサ３が設けられていて、検出されたガス温度に基づいて、隙間ｇを流れるガス流量の補正を行うようにしたものであり、これにより、一層精度良く荷重を測定することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の荷重センサ及び荷重測定装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態の荷重センサ及び荷重測定装置の構成を示す図である。本実施形態の荷重測定装置１０は、ガスを通す隙間を形成している荷重センサ（ロードセル）１と、隙間を通るガスの流量を計測するガス流量計２と、計測されたガス流量を荷重に変換する演算装置４及び変換された荷重を表示する表示部５等より構成されている。なお、必要に応じてガスの温度を検出する温度センサ３が設けられ、計測されたガス流量を補正できるようにする。

本実施形態の最も特徴とする荷重センサ１は、独立したセルとなっていて、上方からの荷重がかかる平板状の上面部材１１と、この上面部材１１と同じ形状をした平板状の下面部材１２と、この下面部材１２の略中央に配置され、上面部材１１との間に隙間ｇを形成する平面隙間構造体１３と、上面部材１１と下面部材１２との間に挟持された撓みハリ１４等よりなっている。荷重センサ１を構成する各種部材は、例えば、ステンレスによって形成されている。

平面隙間構造体１３は、内部をガスが通る空間１３ａが形成されると共に、上面に略中央にはガスの噴き出し口１３ｂが形成されており、全体として円筒形状をしている。平面隙間構造体１３には、ガス流路１５が連結されていて、ガス供給源６から圧力一定のガスがガス流路１５を通って空間１３ａに送り込まれ、空間１３ａを通って噴き出し口１３ｂからガスが後述する隙間ｇに送り込まれるようになっている。下面部材１２の略中央に平面隙間構造体１３が配設されると、平面隙間構造体１３の上面１３ｃと上面部材１１の下面との間に隙間ｇが形成されるようになっている。なお、図１では、平面隙間構造体１３の上方で、上面部材１１の下面に初期隙間調整部材１３１が取り付けられていて、平面隙間構造体１３の上面１３ｃと初期隙間調整部材１３１の下面との間に隙間ｇが形成されているが、この初期隙間調整部材１３１は必要に応じて設ければよいものである。また、所定の厚さの初期隙間調整部材１３１を選択することで、所望の量の初期隙間ｇを形成することができる。

撓みハリ１４は、平面隙間構造体１３を取り囲むように、上面部材１１と下面部材１２とに挟持されており、中央が開口されたリング状のハリ１４ａと、このハリ１４ａの上面から上向きに突出する複数の上側支点部１４ｂと、ハリ１４ａの下面から下向きに突出する複数の下側支点部１４ｃとよりなる。上側支点部１４ｂは、２つの下側支点部１４ｃの中間点に位置するように設けられていて、荷重を受けてハリ１４ａが撓むようになっており、両者の設置位置は重ならないようになっている。ハリ１４ａと上側支点部１４ｂ及び下側支点部１４ｃとは、一体に形成されてもよいが、それぞれ別体として形成してもよい。また、ハリ１４ａの材料は、上面部材１１が荷重を受けたときに弾性変形するような弾性材料が用いられている。この撓みハリ１４は、上面部材１１が中央部に荷重を受けたときに、上面部材１１の中央部が垂直に沈み込むように撓みハリ１４が構成され、配置されていることが重要である。

上記のように構成された本実施形態の荷重センサ１は、全体が独立した形状のセルとなっており、その種々の形状が、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に斜視図及び部分的に切断された斜視図で示されている。図４（ａ）に示される荷重センサ１は全体として四角筒形状に形成されている。したがって、上面部材１１と下面部材１２とは同じ大きさの四角形状をしており、撓みハリ１４のハリ１４ａは同じ大きさで中央が開口された四角環状をしている。また、上側支点部１４ｂと下側支点部１４ｃとは、ハリ１４ａと別体に形成されていて、薄い厚さの円柱体形状をしている。図４（ａ）では、下側支点部１４ｃに四角環状ハリ１４ａの４つの角部にそれぞれ配置され、上側支点部１４ｂは四角環状ハリ１４ａの４つの辺部の中央にそれぞれ配置され、荷重を受けてハリ１４ａが撓むようになっている。ハリ１４ａの開口には、平面隙間構造体（図示されていない）が配置されていて、ガスが流れる隙間が形成されている。なお、ガス流路１５が下面部材１２を貫通して延びていて平面隙間構造体に接続している。

図４（ｂ）に示される荷重センサ１は全体として三角筒形状に形成されており、上面部材１１と下面部材１２とは同じ大きさの三角形状で、撓みハリ１４のハリ１４ａは同じ大きさで中央が開口された三角環状をしている。この場合は、円柱体形状の下側支点部１４ｃは三角環状ハリ１４ａの３つの角部にそれぞれ配置され、上側支点部１４ｂは三角環状ハリ１４ａの３つの辺部の中央にそれぞれ配置され、荷重を受けてハリ１４ａが撓むようになっている。ハリ１４ａの開口には、図４（ａ）と同様に平面隙間構造体が配置されていて、同様にガスが流れる隙間が形成されている。

図４（ｃ）に示される荷重センサ１は、全体として円筒形状に形状されており、上面部材１１と下面部材１２とは同じ大きさの円板であり、撓みハリ１４のハリ１４ａは同じ大きさで中央が開口された円環状をしている。ハリ１４ａの開口には平面隙間構造体１３が配置され、上面部材１１の下面中央には初期隙間調整部材１３１が取り付けられ、平面隙間構造体１３の上面１３ｃと初期隙間調整部材１３１の下面との間には、平面隙間構造体１３の噴き出し口１３ｂから送り込まれるガスが流れる隙間ｇが形成されている。撓みハリ１４の上側支点部１４ｂと下側支点部１４ｃは、ハリ１４ａとは別体に各々２つ設けられていて、その形状は薄い厚さの円環状をしている。２つの上側支点部１４ｂと２つの下側支点部１４ｃは各々対向して配置していて、上側支点部１４ｂと下側支点部１４ｃとは９０°位相をずらして配置されている。ガス流路１５は、下面部材１２を貫通して延びていて、平面隙間構造体１３の空間１３ａに接続している。

本実施形態の荷重測定装置１０では、上記した構成の荷重センサ１に形成されている隙間ｇを流れるガスの流量を測定するために、ガス流路１５にガス流量計２が設けられている。ガス流量計２は、従来公知のガス流量計であればいずれを採用してもよい。なお、ガスはガス供給源６から圧力一定のガスが送給されている。ガスとしては、エアが好ましいが、その他のガスを使用してもよい。

ガス流量計２によって測定された流量値は、信号として演算装置４に送り込まれる。演算装置４には、図２（ａ）で示すような荷重（MPa）と隙間量（μｍ）との関係を示すデータ又は両者の関係式及び図２（ｂ）で示すような隙間量（μｍ）とガス流量（cc／sec）との関係を示すデータ又は両者の関係式が予め記憶されていて、測定されたガス流量から隙間量を、この隙間量から荷重が演算されて表示部５に送られ、測定されたガス流量から荷重センサ１に加えられた荷重へと変換されて表示される。

図２（ａ）は、荷重センサが受ける荷重と荷重センサの平面隙間構造体によって形成される隙間との関係を示すグラフである。このグラフに示されるように、荷重（MPa）が加わるにつれて隙間量（μｍ）が小さくなり、両者はほぼ逆比例（直線）の関係にあり、したがって直線の傾きの係数を予め求めておくことによって、隙間量（μｍ）から荷重（MPa）を求めることができる。また、図２（ｂ）は、隙間を通るガス流量と荷重センサの平面隙間構造体によって形成される隙間との関係を示すグラフである。このグラフに示されるように、隙間が大きくなるにしたがって隙間を通るガス流量が大きくなり、両者はほぼ正比例（直線）の関係にあり、したがってこの直線の傾きの係数を予め求めておくことによって、ガス流量（cc／sec）から隙間量（μｍ）を求めることができる。このようにして、ガス流量計２によってガス流量を測定することで、隙間量が求められ、この隙間量から荷重センサ１にかかる荷重を求めることができる。

なお、ガス流路１５を流れるガスの流速は温度によって変化する。即ち、ガス流量はガス温度によって変化する。図３は、荷重とガス流量との関係がガス温度によってどのように変化するかを示すグラフである。このグラフに示すように荷重−ガス流量の関係は、ガス温度の変化につれて直線の傾きが平行移動し、ガス温度が高くなるにつれて、荷重（MPa）に対するガス流量（cc／sec）が少なくなる。

したがって、ガス流路１５に温度センサ３を設置し、演算装置４に予め図３に示されるデータを記憶させておくことで、温度センサ３で測定されたガス温度（℃）に基づいて、ガス流量（cc／sec）の補正を行うことができ、荷重センサ１にかかる荷重（MPa）を一層精確に測定することができる。

次に、上記した構成の荷重センサを使用した荷重測定装置の動作（荷重測定方法）について説明する。荷重センサ１の上面部材１１に、例えばプレスによる荷重がかかると、撓みハリ１４が撓み、平面隙間構造体１３の上面と上面部材１１の下面又は初期隙間調整部材１３１の下面とで形成される隙間ｇの量が小さく（狭く）なる。これにより、ガス供給源６からの圧力一定のガスがガス流路１５を通って平面隙間構造体１３の噴き出し口１３ｂから隙間ｇに吹き込むガスは、隙間ｇが狭くなるに従い流量抵抗が増すために流量が絞られることになる。したがって、ガス流量計２によってガスの流量の変化を測定することで、演算装置４に記憶されている、図２（ａ）の荷重と隙間量との関係及び図２（ｂ）の隙間量とガス流量の関係に基づいて、ガス流量を荷重に変換して荷重の大きさを求めることができる。この場合、荷重の増加に従って隙間ｇは減少するため、図２（ａ），（ｂ）のグラフの関係に従いガス流量も減少する。

本実施形態の荷重センサ１（ロードセル）の測定範囲は、ハリの硬さやガスの供給圧力、ガス流量計の仕様によって決まる。
１つの実施例では、撓みハリ１４が１kgの荷重で５μｍ撓むとし、平面隙間構造体１３と初期隙間調整部材１３１とで形成する隙間ｇを０．１mmとし、隙間長さＬを３０mmとする。また、ガスの隙間への平面隙間構造体１３の噴き出し口１３ｂの径φを２mm、ガス圧力を６００kPa、ガス流量計２の測定範囲を０．１〜２０Ｌ／min、測定分解能を０．１Ｌ／minとした場合、荷重測定範囲は２０〜０．１kgで、分解能は０．１kgとなる。なお、隙間長さＬと噴き出し口の径φとの比（φ／Ｌ）によっても隙間ｇを通るガス流量が変化するので、この比も予め実際に行ってその特性を把握して決めておく。また、この実施例では、温度２５０℃における測定も可能である。

図５は、本発明の実施形態の荷重センサを使用して高荷重を測定する場合の高剛性ハリの配置を説明する図であり、図５（ａ）はその場合の断面図であり、図５（ｂ），（ｃ）は平面図である。本実施形態の荷重センサ１が上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとによって、その略中央部で挟持されるように配置されている。同様に上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂの間であって、中央の荷重センサ１の周囲を取り囲むような形で高剛性ハリ８が配置されている。高剛性ハリ８は基本的に撓みハリ１４と同様の形状をしており、ハリ部８ａと、ハリ部８ａから上方に突出している複数の上支持部８ｂと、ハリ部８ｂから下方に突出している複数の下支持部８ｃとよりなる。高剛性ハリ８は、個々に独立したものでもよいが、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）の撓みハリ１４のように、中央が開口したリング状の板材をハリ部８ａとし、このハリ部８ａに複数の上支持部８ｂと複数の下支持部８ｃを設けるようにしてもよい。また、高剛性ハリ８は、ハリ部８ａと上支持部８ｂ及び下支持部８ｃとを一体に形成してもよいし、これらを別体にして形成してもよい。
更に、上側荷重受プレート７Ａ及び下側荷重受プレート７Ｂは、測定する荷重に応じて適切な強度材を選択する。例えば、前記した荷重センサ１のみの使用では２０kg程度の荷重しか測定できないが、高剛性ハリ８を併用することで、５０ｔ程度の荷重をも測定することが可能となる。

図５（ｂ）では、上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとが円形板材であり、荷重センサ１は上側及び下側荷重受プレート７Ａ，７Ｂの略中央に配置され、３つの独立した高剛性ハリ８Ａ，８Ｂ，８Ｃが、荷重センサ１を囲んで径方向に１２０度の等間隔でそれぞれ配置されている。図５（ｃ）では、上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとが四角形板材であり、荷重センサ１は上側及び下側荷重受プレート７Ａ，７Ｂの略中央に配置され、４つの独立した高剛性ハリ８Ａ〜８Ｄが、荷重センサ１を囲んで、四角形板材の角部にそれぞれ配置されている。なお、複数の高剛性ハリ８の配置は、荷重受プレート７Ａ，７Ｂの形状、大きさ等を考慮して、上記配置例以外にも各種考えられるものである。また、複数の高剛性ハリ８においては、中央が開口された円環状又は四角環状のハリ部８ａを共通部材として用いてもよい。

図６は、実施形態の荷重センサを使用して分布荷重を測定する場合の荷重センサと高剛性ハリとの配置を示す図であり、図６（ａ）はその場合の断面図であり、図６（ｂ），（ｃ）はその平面図である。本実施形態の複数の荷重センサ１が上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとによって挟持され、これらの荷重センサ１を包囲するように高剛性ハリ８が配置されている。即ち、上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとの間であって、上側及び下側荷重受プレート７Ａ，７Ｂの略中央部に１つの荷重センサ１Ａを、この中央の荷重センサ１を囲んで複数の荷重センサ１Ｂ〜１Ｅを配置し、更にこの複数の荷重センサ１Ｂ〜１Ｅの外側に複数の高剛性ハリ８Ａ〜８Ｄを配置し、これらの荷重センサと高剛性ハリを両荷重受プレート７Ａ，７Ｂで挟持している。

図６（ｂ）では、上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとが円形板材であり、両荷重受プレート７Ａ，７Ｂの略中央部に荷重センサ１Ａを、この荷重センサ１Ａを囲んで径方向に９０度の等間隔で複数の荷重センサ１Ｂ〜１Ｅを配置し、更にこれら荷重センサ１Ｂ〜１Ｅの外側に荷重センサ１Ｂ〜１Ｅとは位相をずらして径方向に９０度の間隔で高剛性ハリ８Ａ〜８Ｄを配置している。図６（ｃ）では、上側荷重受プレート７Ａと下側荷重受プレート７Ｂとが四角形板材であり、両荷重受プレート７Ａ，７Ｂの略中央部に荷重センサ１Ａを、この荷重センサ１Ａを囲んで径方向に４５度の等間隔で８つの荷重センサ１Ｂ〜１Ｉを配置し、更にこれら荷重センサ１Ｂ〜１Ｉの外側で、四角形板材の４つの角部に４つの高剛性ハリ８Ａ〜８Ｄを配置している。なお、複数の荷重センサ１及び複数の高剛性ハリ８の配置は、荷重受プレート７Ａ，７Ｂの大きさ、形状等を考慮して、上記配置例以外にも種々考えられる。また、この場合においても、複数の高剛性ハリ８を中央が開口された円環状又は四角環状のハリ部８ａを共通部材として用いることも可能である。

以上説明したように、本発明の実施形態の荷重センサ及び荷重測定装置の動作は、隙間量の変化によるものであるため、図１に示したような形状によらず、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）のように撓みハリのハリを四角環や三角環、円環などの形状に変え、荷重センサの構造を単純化しても同様の働きが可能である。また、図５に示したように外側に硬い高剛性ハリを配置することで、荷重測定範囲を任意に拡げることも可能である。更に、図６に示したように荷重センサを複数個配置することで、荷重の局所分布を測定することができる。

このように、荷重測定部位の変形を流量で測定する本発明の実施形態の構造では、ガス流量計はガス流路の上流の任意の位置に設置が可能であり、従来のロードセルの歪みゲージのような精密測定素子を測定部位付近に設置する必要がなくなる。そのため、精密測定素子により耐熱温度が制限されるということもない。荷重測定部位にあるのは、平面隙間構造体のみであるため、該構造体の熱変形が測定に大きく誤差として影響しない限り、高温の環境における測定が可能となる。温度２５０℃以上の高温環境下でも測定が可能である。本発明の利用分野としては、例えば、複数枚の樹脂材を重ね合わせてこれにプレスにより加重をかけて、これらを圧着させる際の精確な荷重を測定するのに好適である。

本発明の実施の形態の荷重センサ及び荷重測定装置の構成を示す図である。 （ａ）は、荷重と隙間量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は隙間量とガス流量との関係を示すグラフである。 ガス温度によって、荷重とガス流量との関係がどのように変化するかを示すグラフである。 本発明の実施の形態の荷重センサの各種の全体形状を示す図であり、（ａ）は四角筒形タイプを、（ｂ）は三角筒形タイプを、（ｃ）は円筒形タイプを示している。 本実施形態の荷重センサを使用して高荷重を測定する場合の高剛性ハリと荷重センサの配置を説明する図であり、（ａ）はその断面図を、（ｂ），（ｃ）は各種形態の平面配置図である。 本実施形態の荷重センサを使用して分布荷重を測定する場合の荷重センサと高剛性ハリの配置を説明する図であり、（ａ）はその断面図を、（ｂ），（ｃ）は各種形態の平面配置図である。 従来のロードセルの（ａ）断面図と（ｂ）起歪体の上面図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｉ 荷重センサ
１１ 上面部材
１２ 下面部材
１３ 平面隙間構造体
１３１ 初期隙間調整部材
１４ 撓みハリ
１５ ガス流路
２ ガス流量計
３ 温度センサ
４ 演算装置
５ 表示部
６ ガス供給源
７Ａ 上側荷重受プレート
７Ｂ 下側荷重受プレート
８，８Ａ〜８Ｄ 高剛性ハリ
１０ 荷重測定装置
ｇ 隙間
Ｌ 隙間長さ

Claims (7)

1. 荷重の大きさを測定する荷重センサ（１）において、前記荷重センサ（１）が、
   荷重がかかる平板状の上面部材（１１）と、
   前記上面部材と同じ形状をした平面状の下面部材（１２）と、
   前記上面部材と前記下面部材との間に挟持された撓みハリ（１４）と、
   前記下面部材上の略中央に配置され、前記上面部材との間で隙間（ｇ）を形成すると共に、この隙間にガスを送り込む噴き出し口（１３ｂ）が設けられている平面隙間構造体（１３）と、より構成されていて、
   荷重を受けて前記撓みハリ（１４）が変形し、その変形に応じて前記平面隙間構造体によって形成される隙間量が変化し、前記平面隙間構造体（１３）の前記噴き出し口（１３ｂ）から隙間に送り込まれるガス流量が変化するようになっており、また
   前記撓みハリ（１４）は、
   弾性材料よりなり、中央が開口された平板状のハリ（１４ａ）と、
   前記ハリ（１４ａ）の上面から突出している複数の上側支点部（１４ｂ）と、
   前記ハリ（１４ａ）の下面から突出している複数の下側支点部（１４ｃ）と、
   よりなり、前記ハリ（１４ａ）と前記上側支点部（１４ｂ）及び前記下側支点部（１４ｃ）とは一体化又は別体化されており、
   前記平面隙間構造体（１３）は、前記開口された位置に配設されると共に、前記複数の上側支点部（１４ｂ）および前記複数の下側支点部（１４ｃ）は、前記平面隙間構造体（１３）の配設位置が前記複数の上側支点部（１４ｂ）および前記複数の下側支点部（１４ｃ）の配設位置に対して中心位置となるように配設されていることを特徴とする荷重センサ。
2. 前記平面隙間構造体（１３）が、初期の隙間（ｇ）を規定する初期隙間調整部材（１３１）を有していることを特徴とする請求項１に記載の荷重センサ。
3. 前記荷重センサ（１）が１つのセルとなっていて、全体として四角筒状、三角筒状又は円筒形状となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重センサ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載された荷重センサ（１）と、
   前記荷重センサの平面隙間構造体（１３）によって形成される隙間（ｇ）にガスを送り込むガス流路（１５）に設けられたガス流量計（２）と、
   前記ガス流量計（２）からの信号を受けて、ガス流量を荷重に変換する演算装置（４）と、
   前記演算装置（４）によって変換された荷重を表示する表示部（５）と、
   を備えている荷重測定装置において、
   前記荷重センサ（１）の少なくとも１つを、荷重を受ける平坦な上側荷重受プレート（７Ａ）と、同じく平坦な下側荷重受プレート（７Ｂ）との間に介挿し、前記荷重センサの隙間（ｇ）に送り込まれるガス流量を検出し、検出したガス流量を荷重に変換することで荷重を測定することを特徴とする荷重測定装置。
5. 前記上側荷重受プレートと前記下側荷重受プレートとの間に、前記荷重センサ（１）を囲むように複数の高剛性ハリ（８）が介挿されていることを特徴とする請求項４に記載の荷重測定装置。
6. 前記高剛性ハリ（８）が、平坦な板状のハリ部（８ａ）と、前記ハリ部の上面から突出する上側支持部（８ｂ）と前記ハリ部の下面から突出する下側支持部（８ｃ）とを有していることを特徴とする請求項５に記載の荷重測定装置。
7. 前記ガス流路（１５）に流れるガスの温度を検出する温度センサ（３）が設けられていて、検出されたガス温度に基づいて、前記ガス流量の補正を行うことを特徴とする請求項４，５又は６に記載の荷重測定装置。

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