JP5339495B2 - ロードセル - Google Patents

Description

この発明は、ロードセルに関し、特に、秤量の軽いロードセルの性能を改善する技術に関するものである。

歪みゲージ式のロードセルは、例えば、特許文献１に示されているように、通常、荷重の印加により弾性変形する起歪体に、４つの歪みゲージを貼付し、歪みゲージでブリッジ回路を構成して、その出力信号から荷重の大きさを検出するようになっている。

図３は、特許文献１に開示されているロードセルと同様な周知構造例であり、同図に示したロードセル１は、直方体形状の金属ブロック体の厚み方向に複数の長円状貫通孔２を穿設した起歪体３と、起歪体３に貼付される合計４枚の歪みゲージ４とを備えている。

起歪体３は、貫通孔２の側方に設けられた一対の剛体部５，６と、貫通孔２の上下方向に設けられ、剛体部５，６間を連結する一対の上，下ビーム部７，８と、ビーム部７，８に設けられた薄肉部９とを有し、歪みゲージ４が各薄肉部９に対応して、その背面側となる起歪体３の上下端面に貼付されている。

薄肉部９は、起歪体３に変形が起こり易くするために設けられ、歪みゲージ３は、各薄肉部９に対応するように貼付され、特許文献１の場合を含めて、周知技術の場合には、薄肉部９は、上，下ビーム部７，８で同じ厚み、ｔａ＝ｔｂとなるように設定されていた。

ところで、最大秤量値が、例えば、数百ｍｍｇ程度の比較的計測秤量の小さいロードセルの場合には、起歪体３の薄肉部９の寸法が非常に薄くなり、起歪体３の変形に対して、歪みゲージ４が抵抗体となり、性能向上に限界があった。

このような課題に対して、従来、特許文献２に開示されているように、薄肉部の厚みを上下で異ならせて、厚みの大きい薄肉部に対応して、歪みゲージを貼付した構造が提案されており、この構造では、厚みの小さい薄肉部で起歪体の曲げ易さを確保し、厚みの大きい薄肉部側に歪みゲージを貼付することで、歪みゲージの影響を低減させることが期待される。

図４は、特許文献２に開示されているロードセル１ａであり、同図に示したロードセル１ａは、図２の場合と同様に、起歪体３ａと歪みゲージ４ａとを備えている。起歪体３ａに設けられている薄肉部９ａは、上ビーム７ａと下ビーム部８ａとで厚みが異なっていて、上ビーム部７ａの方が下ビーム部８ａよりも大きくなっている（ｔａ＞ｔｂ）。

そして、歪みゲージ４ａは、厚みの大きい上ビーム部７ａ側の薄肉部９ａの背面側に４個配置されている。このような構成のロードセル１ａによれば、起歪体３ａの薄肉部９ａが厚いので、変形に対して、歪みゲージ４ａの影響が少なくなるが、以下に説明する技術的な課題があった。

特開昭６１−９６４２０号公報 特開２００６−４７１１８号公報

すなわち、図４に示したロードセル１ａでは、起歪体３ａの幅方向の一端面に２枚の歪みゲージ４ａを厚み方向沿って所定の間隔を隔てて並行に貼付し、かつ、長手方向に同じく２枚の歪みゲージ４ａを貼付することになるので、起歪体３ａの幅が大きくなるという問題があった。 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大型化を回避しつつ、起歪体の薄肉部の厚みをできるだけ大きくして、歪みゲージの影響を小さくすることで、性能の向上を図ることができるロードセルを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、直方体形状の起歪体と、前記起歪体を厚み方向に貫通する貫通孔を形成し、当該貫通孔により形成された薄肉部に対応させて前記起歪体に貼付される歪みゲージとを備えたロードセルにおいて、前記貫通孔は、４個の長円孔を前記起歪体の長手方向に沿って配置し、２個ずつの前記長円孔の外周部分が相互に重なるように形成し、中心側の２個の前記長円孔を中央部分で相互に連通させたものであって、かつ、前記起歪体の幅方向の中心から偏心した位置にあって、前記薄肉部の厚みが上下で異なるように形成され、前記歪みゲージは、前記起歪体の長手方向の一方の面に沿って設けられた厚みの大きい前記薄肉部にのみ対応するように、前記起歪体の長手方向に沿って一列状に配置した。

このように構成したロードセルによれば、貫通孔は、起歪体の長手方向に沿って４個設けられ、かつ、起歪体の幅方向の中心から偏心した位置にあって、薄肉部の厚みが上下で異なるように形成され、歪みゲージは、厚みの大きい薄肉部に対応するように、起歪体の長手方向に沿って一列状に配置するので、起歪体の幅は、歪みゲージの幅と概略同じ程度あればよく、幅方向の大型化を回避することができるとともに、歪みゲージは、厚みの大きい薄肉部に対応して貼付するので、歪みゲージの影響を小さくすることで、性能の向上を図ることができる。

前記歪みゲージは、１枚の基板上に、長手方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された一対の抵抗素子と、各抵抗素子の端部に接続された複数の端子とを備えた２個の歪検出部を有し、前記起歪体の長手方向に配置される前記薄肉部の隣接する２箇所に対して１枚ずつ貼付することができる。

この構成によれば、ゲージの貼付作業が容易になり、製造時間の時間の短縮を図れる。

本発明にかかるロードセルによれば、大型化を回避しつつ、起歪体の薄肉部の厚みをできるだけ大きくして、歪みゲージの影響を小さくすることで、性能の向上を図ることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、本発明にかかるロードセルの一実施例を示している。これらの図に示したロードセル１０は、起歪体１２と歪みゲージ１４とを備えている。

起歪体１２は、直方体形状の金属ブロック体、例えば、アルミニウムの金属ブロックの厚み方向に複数の貫通孔１６が穿設されている。本実施例の場合、貫通孔１６は、上下方向に長径が配置された長円状のものであって、４個の長円孔起歪体１２の長手方向に沿って配置し、２個ずつの長円孔の外周部分が相互に重なるように形成し、このような一対の長円孔が所定の間隔をおいて、起歪体１２の長手軸方向に間隔をおいて配置されている。

これらの長円孔は、中心側の２個が、中央部分で相互に連通されている。このような形状の起歪体１２は、貫通孔１６の側方に設けられた一対の剛体部１８，２０と、貫通孔１６の上下方向に設けられ、剛体部１８，２０間を連結する一対の上，下ビーム部２２，２４と、各ビーム部２２，２４に設けられた薄肉部２６ａ〜２６ｄとを有している。

剛体部１８，２０のいずれか一方は、上方から計測対象荷重が印加される部分となり、他方は、起歪体１２の固定支持部分となる。薄肉部２６ａ〜２６ｄは、それぞれ厚みがｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄとなっている。なお、図１に示した例では、左側の合計４個の薄肉部２６ａ〜２６ｄと、右側の合計４個の薄肉部２６ａ〜２６ｄとは、起歪体１２の中心軸（水平および垂直）に対して、線対称となるように配置されている。

薄肉部２６ａ〜２６ｄの厚みは、ｔａ＞ｔｂ，ｔｃ＞ｔｄとなるように設定されている。すなわち、本実施例の場合には、上ビーム部２２側の薄肉部２６ａ，２６ｃが、下ビーム部２４側の薄肉部２６ｂ，２６ｄよりも大きくなるように設定されている。なおこの場合、厚みの差は、ｔａ−ｔｂ＝ｔｃ−ｔｄとしてもよいし、ｔａ−ｔｂ≠ｔｃ−ｔｄであってもよい。

歪みゲージ１４は、厚みの大きい薄肉部２６ａ，２６ｃにのみ対応するように、起歪体１２の長手方向に沿って、上端面に一列状に配置されている。このように構成した起歪体１２では、１つの歪みゲージ１４を貼付できる幅だけ確保すればいいので、起歪体１２の幅方向の大型化を回避することができる。

本実施例の場合、歪みゲージ１４は、図２に示した構成のものが用いられている。同図に示した歪みゲージ１４は、ポリイミド樹脂製のフィルム状基板１４ａと、基板１４上の長手方向に沿って、所定の間隔をおいて設けられた一対の抵抗素子１４ｂと、各抵抗素子１４ｂの端部に接続された複数の端子１４ｃとを備え、２個の歪検出部を有している。このように構成された歪ゲージ１４は、起歪体１２の長手方向に沿って配置される二箇所の薄肉部２６ａ，２６ｃに対して１枚を貼付するようになっている。

抵抗素子１４ｂは、例えば、銅ニッケル合金などのような高抵抗金属材料で所定のパターン形状に形成されている。このような歪みゲージ１４は、秤量に対応して幅がほぼ決まっていて、例えば、本実施例が対象とする秤量が数百ｍｍｇであれば、１０ｍｍ程度になる。

このような構造の歪みゲージ１４を用いると、１つの起歪体１２対して、２箇所貼付すればいいので、ゲージの貼付作業が容易になり、製造時間の時間の短縮を図れ、また、貼付位置のバラツキも小さくなる。

また、この種のロードセルでは、クリープ特性を少なくするため、起歪体１２に対して、最適な特性を備えた歪みゲージの選択が、試行錯誤的に行われるが、この際にも、本実施例のような歪みゲージ１４を採用すると、その作業の効率化を図ることができる。

さて、以上のように構成したロードセル１０によれば、薄肉部２６ａ〜２６ｄは、上，下ビーム部２２，２４にそれぞれ４箇所設けられるとともに、かつ、上，下ビーム部２２，２４で厚みが異なるように形成され、厚みの大きい薄肉部２６ａ，２６ｃにのみ歪みゲージ１４を、起歪体１２の長手方向に沿って一列状に配置するので、起歪体１２の幅方向の大型化を回避することができ、歪みゲージ１４の影響を小さくすることで、性能の向上を図ることができる。

なお、上記実施例では、１枚の基板１４ａ上に、一対の抵抗素子１４ｂと、各抵抗素子１４ｂの端部に接続された複数の端子１４ｃとを備えた歪みゲージ１４を使用し、これらを薄肉部の２箇所に１枚ずつ貼付する構成を例示したが、本発明の実施はこれに限定されることはなく、抵抗素子１４ｂが個別の設けられた歪みゲージを４個使用してもよい。

本発明にかかるロードセルによれば、起歪体の大型化を回避しつつ、性能の向上が図れるので、計量器の分野で技術を有効に活用することができる。

本発明にかかるロードセルの一実施例を示す外観斜視図である。 図１のロードセルに用いる歪みゲージの平面図である。 従来周知のロードセルの外観斜視図である。 従来のロードセルの外観斜視図である。

符号の説明

１０ ロードセル
１２ 起歪体
１４ 歪みゲージ
１６ 貫通孔
１８ 剛体部
２０ 剛体部
２２ 上ビーム部
２４ 下ビーム部
２６ａ〜２６ｄ 薄肉部

Claims (2)

1. 直方体形状の起歪体と、前記起歪体を厚み方向に貫通する貫通孔を形成し、当該貫通孔により形成された薄肉部に対応させて前記起歪体に貼付される歪みゲージとを備えたロードセルにおいて、
   前記貫通孔は、４個の長円孔を前記起歪体の長手方向に沿って配置し、２個ずつの前記長円孔の外周部分が相互に重なるように形成し、中心側の２個の前記長円孔を中央部分で相互に連通させたものであって、かつ、前記起歪体の幅方向の中心から偏心した位置にあって、前記薄肉部の厚みが上下で異なるように形成され、
   前記歪みゲージは、前記起歪体の長手方向の一方の面に沿って設けられた厚みの大きい前記薄肉部にのみ対応するように、前記起歪体の長手方向に沿って一列状に配置することを特徴とするロードセル。
2. 前記歪みゲージは、１枚の基板上に、長手方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された一対の抵抗素子と、各抵抗素子の端部に接続された複数の端子とを備えた２個の歪検出部を有し、前記起歪体の長手方向に配置される前記薄肉部の隣接する２箇所に対して１枚ずつ貼付することを特徴とする請求項１記載のロードセル。

Images