JP5052502B2

JP5052502B2 - ロードセル

Info

Publication number: JP5052502B2
Application number: JP2008504565A
Authority: JP
Inventors: 祥子田尻; 真治武市; 宏樹藤岡; 一輝織田
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2028-01-28
Also published as: US20100148916A1; CN101542256A; WO2008099577A1; JPWO2008099577A1; US7961074B2; EP1992929A1; CN101542256B

Description

本発明は、電子秤等に用いられるロードセルに関し、特に、歪みゲージ式ロードセルに関する。

従来の歪みゲージ式ロードセルにおいては、クリープ特性の調整は、歪みゲージのタブ比を変更することによって実現されている。

また、多種のロードセルを生産する場合には、ロードセルの種類ごと又は定格荷重ごとにタブ比が異なる歪みゲージを用いることによって、クリープ特性が調整されたロードセルが生産されている（例えば下記特許文献１参照）。

特開平１１−６４１２５号公報（従来の技術）

上記した従来の歪みゲージ式ロードセルによると、以下の問題がある。すなわち、一般的に歪みゲージの種類は有限であるため、販売されている各種の歪みゲージのタブ比の値は、不連続（つまり離散的）である。また、歪みゲージの回路パターンの形状には、設計上の制約が存在するため、タブ比の値はある一定の範囲内に制限される。従って、クリープ特性の調整をタブ比の変更によって実現する場合には、調整量及び調整可能範囲が制限されてしまう。

また、タブ比が異なる複数種類の歪みゲージを予め用意する必要があるため、在庫が膨らんで管理が煩雑である。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、クリープ特性の調整をタブ比の変更以外の手法によって実現することが可能なロードセルを得ることを目的とする。また、タブ比が一定の単一種類の歪みゲージを用いつつも、クリープ特性が適切に調整されたロードセルを得ることを目的とする。

第１の発明に係るロードセルは、歪み発生部が設けられた起歪体と、前記歪み発生部に対応する箇所の前記起歪体の表面に設けられ、反転部と直線部とを有する歪み検出素子とを備え、前記反転部に対応する箇所の前記歪み発生部の肉厚によってクリープ特性が調整されていることを特徴とする。

第２の発明に係るロードセルは、第１の発明に係るロードセルにおいて特に、前記直線部に対応する箇所の前記歪み発生部の肉厚によって出力値のレベルが調整されていることを特徴とする。

第３の発明に係るロードセルは、第１の発明に係るロードセルにおいて特に、前記歪み発生部の肉厚が、前記反転部に対応する箇所と前記直線部に対応する箇所とで互いに異なることを特徴とする。

第４の発明に係るロードセルは、第１の発明に係るロードセルにおいて特に、前記歪み検出素子は、前記直線部を挟んで二つの前記反転部を有しており、クリープ特性を調整するための前記歪み発生部の肉厚の調整は、前記二つの反転部のうちの一方のみに対して行われていることを特徴とする。

第５の発明に係るロードセルは、第１の発明に係るロードセルにおいて特に、前記起歪体には前記歪み発生部が複数設けられており、複数の前記歪み発生部には、前記反転部に対応する箇所の肉厚が互いに異なる少なくとも二つの歪み発生部が含まれることを特徴とする。

第６の発明に係るロードセルは、第１の発明に係るロードセルにおいて特に、前記歪み発生部の内面に切削部が設けられることによって、前記反転部に対応する箇所の前記歪み発生部の肉厚が調整されていることを特徴とする。

第７の発明に係るロードセルは、第６の発明に係るロードセルにおいて特に、前記切削部は、前記起歪体の板厚方向に関して対称となるように設けられていることを特徴とする。

第１の発明に係るロードセルによれば、歪み検出素子のタブ比によってではなく、反転部に対応する箇所の歪み発生部の肉厚によって、クリープ特性が調整される。従って、歪み検出素子の設計上の制約を受けることなく、クリープ特性が高精度に調整されたロードセルを得ることが可能となる。また、ロードセルの種類ごと又は定格荷重ごとにタブ比が異なる複数種類の歪みゲージを予め用意する必要がなく、単一種類の歪みゲージを用いつつ、クリープ特性が適切に調整されたロードセルを得ることが可能となる。

第２の発明に係るロードセルによれば、直線部に対応する箇所の歪み発生部の肉厚を、ロードセルの定格荷重に応じて調整することにより、ロードセル出力値を適切なレベルに調整することができる。

第３の発明に係るロードセルによれば、歪み発生部の肉厚が、反転部に対応する箇所と直線部に対応する箇所とで互いに異なる。従って、反転部に対応する箇所の肉厚に基づくクリープ特性の調整と、直線部に対応する箇所の肉厚に基づくロードセル出力値のレベル調整とを、独立に実行することができる。これにより、ロードセル出力値のレベルを変化させることなくクリープ特性を調整することが可能となる。

第４の発明に係るロードセルによれば、クリープ特性の調整のために二つの反転部の双方ともに対応する箇所の肉厚調整を行う場合と比較すると、直線部に対応する箇所の肉厚調整が容易となる。従って、歪み検出素子が小さい場合であっても、ロードセル出力値のレベルを確実に調整することが可能となる。

第５の発明に係るロードセルによれば、起歪体に設けられた複数の歪み発生部に関して、反転部に対応する箇所の肉厚を歪み発生部ごとに異ならせることにより、歪み発生部ごとの個別のクリープ特性の調整のみならず、複数の歪み発生部のバランスを考慮したロードセル全体でのクリープ特性の調整をも実行することができる。

第６の発明に係るロードセルによれば、歪み発生部の内面に切削部が設けられることによって、反転部に対応する箇所の歪み発生部の肉厚が調整されている。従って、ロードセルの作製後に切削部を設けることによって、ロードセルの作製後におけるクリープ特性の調整が可能となる。

第７の発明に係るロードセルによれば、切削部は、起歪体の板厚方向に関して対称となるように設けられている。つまり、偏置誤差を補正するための切削とは異なり、起歪体の板厚方向に関して対称の切削部を設けることによって、新たな非対称誤差を生じさせることなくクリープ特性の調整が可能となる。

本発明の実施の形態に係るロードセルの構成を示す平面図である。歪み検出素子の構成を示す平面図である。図１に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。図１に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。図１に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。図１に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。図１に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。図１に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。図１に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。図１に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。本発明の実施の形態に係るロードセルの他の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る他のロードセルに関して、歪み発生部の作製方法を工程順に示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る他のロードセルに関して、歪み発生部の作製方法を工程順に示す斜視図である。図１３に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。図１３に示したロードセルのうち、一つの歪み発生部のみを抜き出して示した平面図である。

符号の説明

１ロードセル
２起歪体
３，３Ａ〜３Ｄ，３ＡＡ〜３ＤＤ歪み発生部
４，４Ａ〜４Ｄ歪み検出素子
７Ａ，７Ｂ反転部
８直線部
９，９Ａ〜９Ｄ切削部

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係るロードセル１の構成を示す平面図である。図１に示すように本実施の形態に係るロードセル１は、複数個（図１の例では４個）の歪み発生部３Ａ〜３Ｄが設けられた中空の起歪体２と、各歪み発生部３Ａ〜３Ｄに対応する箇所の起歪体２の表面（外面）にそれぞれ設けられた歪み検出素子（ストレインゲージ）４Ａ〜４Ｄとを備えて構成されている。歪み検出素子４Ａ〜４Ｄは、ホイートストンブリッジ回路を構成するように互いに接続されている。なお、以降の説明において、歪み発生部３Ａ〜３Ｄを総称して歪み発生部３と称し、歪み検出素子４Ａ〜４Ｄを総称して歪み検出素子４と称する。

図２は、歪み検出素子４の構成を示す平面図である。図２に示すように歪み検出素子４は、ベース部材５上に導電性の回路パターン６が蛇行状に形成された構成を有している。回路パターン６は、蛇行の反転部（タブ部）７Ａ，７Ｂと、各反転部７Ａ，７Ｂを結ぶ直線部（フィラメント部）８とを有している。反転部７Ａ，７Ｂのうち、反転部７Ａは、回路パターン６とリード線１００との接続部分から遠い方であり、反転部７Ｂは近い方である。なお、以降の説明において、反転部７Ａ，７Ｂを総称して反転部７と称す。ここで、反転部７の長さをＸとし、直線部８の幅をＹとすると、タブ比（＝Ｘ／Ｙ）の値がロードセル１のクリープ現象の特性（以下「クリープ特性」と称する）に影響を与えることが知られている。なお、クリープ現象とは、ロードセルに一定荷重を負荷させた状態を持続させたときに、負荷開始時点からの時間の経過に伴ってロードセルの出力値が変化する現象をいう。一般的に、タブ比が大きくなるほど、プラスクリープ特性を呈する、つまり時間の経過に伴って出力値が増大する。

図３は、図１に示したロードセル１のうち、一つの歪み発生部３のみを抜き出して示した平面図である。図３に示すように、歪み発生部３における起歪体２の肉厚（内面と外面との距離）は、歪み検出素子４の反転部７Ａ，７Ｂに対応する箇所ではＬ１であり、直線部８に対応する箇所ではＬ２である。本実施の形態に係るロードセル１では、歪み検出素子４のタブ比によってではなく、反転部７Ａ，７Ｂに対応する箇所の歪み発生部３の肉厚Ｌ１によって、ロードセル１のクリープ特性が調整されていることが特徴である。つまり、ある特定の歪み検出素子４を採用し、破線で示したノーマル形状の歪み発生部３を作製した場合に、ロードセル出力値のレベルは適正であるが、その出力値がマイナスクリープ特性を呈したとする。この場合、クリープ特性をプラス方向に補正してゼロに近づけるべく、図３に示すような形状（Ｌ１＜Ｌ２）の歪み発生部３を作製する。

逆に、ある特定の歪み検出素子４を採用し、破線で示したノーマル形状の歪み発生部３を作製した場合に、ロードセル出力値のレベルは適正であるが、その出力値がプラスクリープ特性を呈したとする。この場合、クリープ特性をマイナス方向に補正してゼロに近づけるべく、図４に示すような形状（Ｌ３＞Ｌ２）の歪み発生部３を作製する。

なお、図３，４では反転部７Ａ，７Ｂの双方ともに対応して起歪体２の肉厚調整を行う例を示したが、図５，６に示すように、反転部７Ａ，７Ｂの一方（図５，６に示した例では反転部７Ａのみ）に対応して起歪体２の肉厚調整を行っても良い。この場合、反転部７Ａ，７Ｂの双方ともに対応して起歪体２の肉厚調整を行う場合と比較すると、直線部８に対応する箇所の起歪体２の肉厚調整が容易となる。従って、歪み検出素子４のサイズが小さく、直線部８が数ｍｍ程度に短い場合であっても、ロードセル出力値のレベルを確実に調整することが可能となる。

図７は、図１に示したロードセル１のうち、一つの歪み発生部３のみを抜き出して示した平面図である。図７中の破線は、反転部７Ａ，７Ｂに対応する箇所の肉厚調整によってクリープ特性の調整が完了した状態での、歪み発生部３の形状を示している。図７に示すように、歪み検出素子４の直線部８に対応する箇所における起歪体２の肉厚は、Ｌ４である。ここで、本実施の形態に係るロードセル１では、直線部８に対応する箇所の歪み発生部３の肉厚によって、定格荷重に応じてロードセル１の出力値のレベルを調整することが可能である。つまり、図７中の破線で示した状態のものよりも定格荷重が小さいロードセルに適用したい場合には、直線部８に対応する箇所の起歪体２の肉厚をＬ５（＜Ｌ４）に設定し、図７中の実線で示すような形状の歪み発生部３を作製する。

逆に、図７中の破線で示した状態のものよりも定格荷重が大きいロードセルに適用したい場合には、図８に示すように、直線部８に対応する箇所の起歪体２の肉厚をＬ６（＞Ｌ４）に設定し、図８中の実線で示すような形状の歪み発生部３を作製する。

なお、起歪体２の肉厚に関し、図５，６に示した例と同様に、反転部７Ａに対応する箇所の肉厚と、反転部７Ｂに対応する箇所の肉厚とが互いに異なっていても良い（図９，１０参照）。

また、本実施の形態に係るロードセル１では、図３〜１０に示したように、歪み発生部３における起歪体２の肉厚が、反転部７に対応する箇所と直線部８に対応する箇所とで互いに異なっている。従って、反転部７に対応する箇所の肉厚に基づくクリープ特性の調整と、直線部８に対応する箇所の肉厚に基づくロードセル出力値のレベルの調整とを、独立に実行することができる。これにより、例えば、直線部８に対応する箇所の肉厚を共通にして、反転部７に対応する箇所の肉厚のみを異ならせることにより、ロードセル出力値のレベルを変化させることなくクリープ特性のみを調整することが可能となる。

また、図１には、全ての歪み発生部３Ａ〜３Ｄの構造が同一である場合の例を示したが、歪み発生部３Ａ〜３Ｄの構造は必ずしも同一でなくても構わない。図１１は、本実施の形態に係るロードセル１の他の構成を示す平面図である。歪み発生部３Ａ，３Ｃにおいては、反転部７に対応する箇所の起歪体２の肉厚がＬ７であるのに対して、歪み発生部３Ｂ，３Ｄにおいては、反転部７に対応する箇所の起歪体２の肉厚はＬ８（＜Ｌ７）である。このように、反転部７に対応する箇所の肉厚が互いに異なる少なくとも二種類の歪み発生部３が含まれていても構わない。起歪体２に設けられた複数の歪み発生部３に関して、反転部７に対応する箇所の肉厚を歪み発生部３ごとに異ならせることにより、歪み発生部３ごとの個別のクリープ特性の調整のみならず、複数の歪み発生部３のバランスを考慮したロードセル１全体でのクリープ特性の調整をも実行することができる。

図１２，１３は、本実施の形態に係る他のロードセル１に関して、歪み発生部３の作製方法を工程順に示す斜視図であり、図１４は、図１３に示したロードセル１のうち、一つの歪み発生部３のみを抜き出して示した平面図である。図１２には、歪み発生部３ＡＡ〜３ＤＤが形成された起歪体２に、歪み検出素子４が貼り付けられた状態のロードセル１を示している。歪み発生部３ＡＡ〜３ＤＤにおいては、歪み検出素子４の反転部７に対応する箇所と直線部８に対応する箇所とで、起歪体２の肉厚（図１４に示すＬ１０に相当する）は同一である。但し、この時点で両者の肉厚が異なっていても構わない。

次に、図１３を参照して、図１２に示した状態から、歪み発生部３ＡＡ〜３ＤＤにおける起歪体２の内面を部分的に切削することにより、切削部９Ａ〜９Ｄを形成する。これにより、歪み発生部３Ａ〜３Ｄが作製される。なお、以降の説明において、切削部９Ａ〜９Ｄを総称して切削部９と称す。図１４に示すように、切削部９は、歪み検出素子４の反転部７に対応する箇所に形成される。切削部９の深さによって、反転部７に対応する箇所の歪み発生部３の肉厚Ｌ９が調整される。つまり、クリープ特性が調整される。

図１２，１３に示したロードセル１によれば、歪み発生部３の内面に切削部９が設けられることによって、反転部７に対応する箇所の歪み発生部３の肉厚Ｌ９が調整されている。従って、図１２に示したロードセル１の作製後に切削部９を設けることによって、ロードセル１の作製後におけるクリープ特性の調整が可能となる。その結果、製品間のばらつきを補正することによる高精度化、及び、不良品を修正することによる歩留まりの向上を期待できる。

ここで、図１３に示した例では、切削部９は、起歪体２の板厚方向に関して起歪体２を貫通するように形成されている。但し、これに限らず切削部９は、起歪体２の板厚方向の両端部のみ又は中央部のみ等のように、起歪体２の板厚方向に関して対称となるように設けられていればよい。切削部９が起歪体２の板厚方向に関して対称となるように設けられていることにより、偏置誤差を補正するための切削とは異なり、新たな非対称誤差を生じさせることなくクリープ特性を調整することが可能となる。

また、図１４には、反転部７Ａ，７Ｂの双方に対応して切削部９が設けられた例を示したが、図１５に示すように、切削部９は、反転部７Ａ，７Ｂのうちの一方（図１５に示した例では反転部７Ａ）のみに対応して設けられても良い。

このように、本実施の形態に係るロードセル１によれば、歪み検出素子４のタブ比によってではなく、反転部７に対応する箇所の歪み発生部３の肉厚によって、クリープ特性が調整される。従って、歪み検出素子４（又は回路パターン６）の設計上の制約を受けることなく、クリープ特性が高精度に調整されたロードセルを得ることが可能となる。また、ロードセル１の種類ごと又は定格荷重ごとにタブ比が異なる複数種類の歪み検出素子４を予め用意する必要がなく、単一種類の歪み検出素子４を用いつつ、クリープ特性が調整されたロードセルを得ることが可能となる。

Claims

歪み発生部が設けられた起歪体と、
前記歪み発生部に対応する箇所の前記起歪体の表面に設けられ、反転部と直線部とを有する歪み検出素子と
を備え、
前記反転部に対応する箇所の前記歪み発生部の肉厚によってクリープ特性が調整されている、ロードセル。
前記直線部に対応する箇所の前記歪み発生部の肉厚によって出力値のレベルが調整されている、請求項１に記載のロードセル。
前記歪み発生部の肉厚が、前記反転部に対応する箇所と前記直線部に対応する箇所とで互いに異なる、請求項１に記載のロードセル。
前記歪み検出素子は、前記直線部を挟んで二つの前記反転部を有しており、
クリープ特性を調整するための前記歪み発生部の肉厚の調整は、前記二つの反転部のうちの一方のみに対して行われている、請求項１に記載のロードセル。
前記起歪体には前記歪み発生部が複数設けられており、
複数の前記歪み発生部には、前記反転部に対応する箇所の肉厚が互いに異なる少なくとも二つの歪み発生部が含まれる、請求項１に記載のロードセル。
前記歪み発生部の内面に切削部が設けられることによって、前記反転部に対応する箇所の前記歪み発生部の肉厚が調整されている、請求項１に記載のロードセル。
前記切削部は、前記起歪体の板厚方向に関して対称となるように設けられている、請求項６に記載のロードセル。