JP5520573B2 - ロードセル取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電動プレス装置に組み込まれて使用されるロードセルを取り付けるためのロードセル取付構造に係り、特に、歪ゲージを備えたロードセル本体のフレームに対する取付構造を工夫することにより、精度の高い荷重検出を行うことができるようにしたものに関する。

ロードセルを組み込んだ電動プレス装置の構成を開示するものとして、例えば、特許文献１に示すようなものがある。

特開２００５−１３８１１０号公報

上記特許文献１に開示されている電動プレス装置は、概略次のような構成になっている。まず、モータがあり、このモータによってボールネジが回転駆動されるように構成されている。上記ボールネジにはボールナットがその回転を規制された状態で螺合・配置されている。このボールナットにはラムが一体化されている。又、このラムの先端には押圧体が取り付けられている。そして、上記モータを正転・逆転することによりボールネジを同方向に回転させ、それによって、ボールナット及びラムを往復直線運動させる。このラムの往復直線運動によって、例えば、ある種のワークに対して上記押圧体を介して任意のプレスを施すものである。

上記押圧体にはロードセルが取り付けられていて、このロードセルによってプレス時にラムに作用する荷重を検出するように構成されている。上記ロードセルによって検出された検出信号は、別途設置された差動増幅回路を介して増幅されると共に、Ａ／Ｄコンバータを介してデジタル化され、ＣＰＵ（中央演算装置）に入力される。上記ＣＰＵは入力した荷重信号に基づいてある種の制御を行うものである。

上記従来の構成によると次のような問題があった。すなわち、上記ロードセルの構成をみると、荷重印加部分としてラム、荷重検出部分、すなわち、歪ゲージが取り付けられている歪ゲージ取付部、そして、ロードセルをフレームに固定するための固定部が、荷重作用方向に沿って連設された細長い形状をなしている。その際、上記荷重印加部分としてラムに、本来の荷重作用方向とは異なる方向からの無理な荷重が作用すると、それによって、ロードセルが破損してしまうという問題があった。
これに対しては、ロードセルの外周部に頑丈な外周部品を設けて、本来の荷重作用方向とは異なる方向から無理な荷重が作用することを防止することが考えられる。しかしながら、その場合、ラム部と歪ゲージ取付部がその外周部品に僅かでも接触した場合には、荷重検出精度に大きな影響を与えてしまうといった問題があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、精度の高い荷重検出を行うことを可能にするロードセル取付構造を提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるロードセル取付構造は、歪ゲージが取り付けられるロードセル本体及びこのロードセル本体から突出・形成されたラムとからなるロードセルと、上記ロードセルに被冠・固定されるフレームと、を具備し、上記ロードセル本体は上記フレームに嵌合するフレーム嵌合部を備え、このフレーム嵌合部を上記フレームに嵌め合い公差で嵌合させるようにし、それによって、上記ラムを上記フレームに対して軸方向に直交する半径方向に所定の微小隙間を存した状態で設置するようにし、上記微小隙間はロードセルが変形しても塑性変形に至ることのない大きさに設定されており、上記ロードセル本体には上記フレームに固定される固定台が設けられていて、上記固定台は上記フレームに対して上記固定台の反対側に設置される別のフレームと挟持された状態でねじ固定され、固定時に上記固定台に対して軸方向両側から作用する力を均一化させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２によるロードセル取付構造は、請求項１記載のロードセル取付構造において、上記フレームの上記フレーム嵌合部の外周側には環状の段付部が形成されていることを特徴とするものである。
又、請求項３によるロードセル取付構造は、請求項２記載のロードセル取付構造において、上記段付部の内径と上記別のフレームの内径とが等しくなるように設定されていることを特徴とするものである。

以上述べたように本願発明の請求項１によるロードセル取付構造によると、歪ゲージが取り付けられるロードセル本体及びこのロードセル本体から突出・形成されたラムとからなるロードセルと、上記ロードセルに被冠・固定されるフレームと、を具備し、上記ロードセル本体は上記フレームに嵌合するフレーム嵌合部を備え、このフレーム嵌合部を上記フレームに嵌め合い公差で嵌合させるようにし、それによって、上記ラムを上記フレームに対して軸方向に直交する半径方向に所定の微小隙間を存した状態で設置するようにし、上記微小隙間はロードセルが変形しても塑性変形に至ることのない大きさに設定されているので、上記微小隙間を高い精度で管理することができ、それによって、ラムのフレームに対する不用意な接触をなくして、高い精度での荷重検出を可能にすることができる。又、例えば、ラムに本来の荷重作用方向とは異なる方向から荷重が作用しても、その変形量を塑性変形に至ることのない大きさに制限することができる。そして、そのような異なる方向からの荷重の作用が解消されれば、ラムは正常な位置に復帰することとなり、それによって、高い精度で荷重を検出することができる。
又、請求項２によるロードセル取付構造は、歪ゲージが取り付けられるロードセル本体及びこのロードセル本体から突出・形成されたラムとからなるロードセルと、上記ロードセルに被冠・固定されるフレームと、を具備し、上記ロードセル本体は上記フレームに位置決めピンによって位置決めされ、それによって、上記ラムを上記フレームに対して軸方向に直交する半径方向に所定の微小隙間を存した状態で設置するようにし、上記微小隙間はロードセルが変形しても塑性変形に至ることのない大きさに設定されているので、この場合にも、上記微小隙間を高い精度で管理することができ、それによって、ラムのフレームに対する不用意な接触をなくして、高い精度での荷重検出を可能にすることができる。又、例えば、ラムに本来の荷重作用方向とは異なる方向から荷重が作用しても、その変形量を塑性変形に至ることのない大きさに制限することができる。そして、そのような異なる方向からの荷重の作用が解消されれば、ラムは正常な位置に復帰することとなり、それによって、高い精度で荷重を検出することができる。
又、請求項３によるロードセル取付構造は、歪ゲージが取り付けられるロードセル本体及びこのロードセル本体から突出・形成されたラムとからなるロードセルと、上記ロードセルに被冠・固定されるフレームと、を具備し、上記ロードセル本体には上記フレームに固定される固定台が設けられていて、上記固定台は上記フレームに対して上記固定台の反対側に設置される別のフレームと挟持された状態でねじ固定され、固定時に上記固定台に対して軸方向両側から作用する力を均一化させるようにしたので、固定ねじによって締結した場合に、固定台に偏った力が作用することを避けることができ、ロードセルにフレームを取り付けない場合と同等の特性を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、電動プレス装置を使用している製造ラインの様子を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、電動プレス装置の全体の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、電動プレス装置の要部の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、ロードセルの構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図５（ａ）はロードセルの縦断面図、図５（ｂ）は図４（ａ）のｂ部を拡大して示す一部断面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、図６（ａ）はロードセルの縦断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ部を拡大して示す一部断面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、図７（ａ）はロードセルの縦断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ部を拡大して示す一部断面図である。

以下、図１乃至図５を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態によるロードセル取付構造を採用した電動プレス装置１を、ある種の製造ライン３の所定位置に設置した状態を示す図である。上記製造ライン３にはベルトコンベア機構５が設置されていて、このベルトコンベア機構５によって複数個のワーク７が、図中矢印ａで示す方向に順次搬送されていく。上記ワーク７には被押圧部７ａが設けられていて、この被押圧部７ａに対して、上記電動プレス装置１によって所定のプレスを施す。そして、被押圧部７ａを所定量押し込んだ状態の上記ワーク７を次の工程に搬送するものである。
尚、上記電動プレス装置１は支持台９によって支持・固定されている。

次に、上記電動プレス装置１の構成について説明する。図２は電動プレス装置１の全体の構成を示す図であり、まず、ハウジング１１があり、このハウジング１１にはモーターケース１３が併設・配置されている。上記モーターケース１３内には駆動モータ１５が内装されていて、この駆動モータ１５の図示しない回転軸にはプーリ１７が固着されている。

一方、上記ハウジング１１内にはボールネジ１９が内装されていて、このボールネジ１９はその一端部を軸受部材２１によって軸支されている。又、上記ボールネジ１９の上記軸受部材２１を貫通した端部にはプーリ２３が固着されている。このプーリ２３と既に述べたプーリ１７にはベルト２５が巻回されている。上記駆動モータ１５を正転・逆転させることにより、上記プーリ１７、ベルト２５、プーリ２３を介してボールネジ１９が同方向に回転する。

上記ボールネジ１９にはボールナット２７がその回転を規制された状態で螺合・配置されている。このボールナット２７にはシャフト２９が連結されていて、このシャフト２９の先端にロードセルユニット３１が連結されている。上記ボールネジ１９が回転することにより、上記ボールナット２７とシャフト２９とロードセルユニット３１が、図２中上下方向に移動することになる。
尚、上記ハウジング１１の図２中下端には端部材３３が固定されていて、この端部材３３の上記シャフト２９の貫通部には軸受部材３５が内装されている。

上記ロードセルユニット３１は図３に示すような構成になっている。まず、ロードセル４１があり、又、上記シャフト２９の先端には雄ネジ部４３が形成されていると共にナット４５が螺合されている。又、上記ロードセル４１と上記シャフト２９との間にはフレーム４７が設置されていて、このフレーム４７には雌ネジ部４９が形成されている。上記フレーム４７は上記シャフト２９側の雄ネジ部４３とナット４５とフレーム４７側の雌ネジ部４９とによって螺合・固定されている。

上記ロードセル４１の上記フレーム４７の反対側には別のフレーム５１が設置されている。上記ロードセル４１は上記フレーム５１内に内装されることになる。そして、上記ロードセル４１とフレーム５１は、複数本（この実施の形態の場合には８本）の固定ネジ部材５３によって上記フレーム４７に固定されることになる。

次に、上記ロードセル４１の構成を図４を参照して説明する。上記ロードセル４１は、固定台６１を備えていて、この固定台６１には縮径部６３を介してラム６５が連設されている。上記縮径部６３には歪ゲージ６７が取り付けられている。又、上記固定台６１と縮径部６３との間にはフレーム嵌合部７１が形成されている。上記固定台６１、フレーム嵌合部７１、縮径部６３とによってロードセル本体を構成している。又、ロードセル４１のラム６５の先端には、図示しない各種冶具を差し込むための凹部６５ａが形成されている。又、ラム６５の側部には、上記凹部６５ａより差し込まれた図示しない冶具を固定するための図示しないねじ部材を螺合する為の雌ねじ部６５ｂが形成されている。
因みに、フレーム５１側にも、上記雌ねじ部６５ｂに対応する位置に差込孔５１ｃが形成されていて、この差込孔５１ｃを介して図示しないねじ部材を差し込んで雌ねじ部６５ｂに螺合させるものである。

次に、上記ロードセル４１の上記フレーム５１に対する取付構造を図５を参照して説明する。まず、上記フレーム５１は、大径部５１ａと、小径部５１ｂとから構成されている。上記大径部５１ａの内周側に、ロードセル４１の固定台６１が丁度嵌るようにして内装されている。又、上記小径部５１ｂの内周側に、ロードセル４１のフレーム嵌合部７１、縮径部６３、ラム６５が内装されている。

その際、上記フレーム嵌合部７１と上記小径部５１ｂの内径部との関係であるが、いわゆる「嵌め合い公差」で嵌合する構成になっている。すなわち、上記小径部５１ｂの内径に対して上記フレーム嵌合部７１の外径が、上記「嵌め合い公差」を実現するべく、所定量小さなものとなっている。一方、上記ラム６５と上記小径部５１ｂの内径部との関係であるが、所定の隙間９１を存した状態で内装されている。具体的には、本実施の形態の場合には０．１５ｍｍの隙間が設けられているものである。上記隙間９１は全周にわたって均等に設けられているものである。又、上記フレーム５１の先端には開口部５１ｄが形成されていて、その開口部５１ｄより上記ロードセル４１のラム６５の先端が突出・配置されることになる。

以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、電動プレス装置１の作用であるが、製造ライン３のベルトコンベア機構５によって複数個のワーク７が、図１中矢印ａで示す方向に順次搬送されていく。その際、電動プレス装置１によって、上記ワーク７の被押圧部７ａを押圧して所定量だけ押し込む。被押圧部７ａ
が所定量押し込まれたワーク７は、上記ベルトコンベア機構５によって所定場所に搬送されていくことになる。

上記電動プレス装置１のプレス動作であるが、まず、駆動モータ１５が正転することにより、プーリ１７、ベルト２５、プーリ２３を介して、ボールネジ１９が同方向に回転する。それによって、ボールナット２７とシャフト２９がワーク７方向に往動する。シャフト２９の往動によってロードセルユニット３１も往動し、それによって、ラム６５を介してワーク７の被押圧部７ａに所定のプレスを施すものである。又、プレス動作時における荷重はロードセルユニット３１を介して検出されるようになっている。

又、ロードセル４１はフレーム嵌合部７１を介してフレーム５１の小径部６１ｂの内径部にいわゆる「嵌め合い公差」で嵌合する構成になっているので、ラム６５とフレーム６１の小径部６１ｂの内径部との間の隙間９１を高い精度で寸法管理することができる。よって、ラム６５が小径部６１ｂに接触して荷重検出精度が低下してしまうようなことはない。

次に、正規の荷重作用方向とは異なる方向から荷重が作用した場合について説明する。例えば、ラム６５の先端の凹部６５ａに図示しない冶具等を取り付けたように場合において、その冶具を介してラム６５に横方向から荷重が作用するような場合が想定される。このような場合には、ラム６５が変形することになるが、その変形量は上記微小隙間９１の範囲内のものである。そして、その微小隙間９１の大きさは塑性変形しないような大きさに設定されているので、ラム６５が塑性変形するようなことはなく、上記横方向からの荷重の作用が解消されれば元の正常な位置に復帰することになり、それによって、精度の高い荷重検出が可能になるものである。

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、ロードセル４１とフレーム５１との関係において、上記フレーム嵌合部７１と上記小径部５１ｂの内径部とが、いわゆる「嵌め合い公差」で勘合する構成になっており、一方、上記ラム６５と小径部５１ｂの内径部との関係であるが、所定の隙間９１（この実施の形態の場合には０．１５ｍｍ）を存した状態で内装されているので、正規の荷重作用方向から荷重が作用している限りにおいては、ラム６５がフレーム５１の小径部５１ｂの内径部に接触するようなことはなく、よって、歪ゲージ６７の荷重検出精度に悪影響を与えるようなこともない。
次に、正規の荷重作用方向とは異なる方向から荷重が作用した場合であるが、この場合にはラム６５が変形することになるが、その変形量は上記微小隙間９１の範囲内のものである。そして、その微小隙間９１の大きさは塑性変形しないような大きさに設定されているので、ラム６５が塑性変形するようなことはなく、上記横方向からの荷重の作用が解消されれば元の正常な位置に復帰することになり、それによって、精度の高い荷重検出が可能になるものである。

次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、ロードセル４１の固定台６１をフレーム５１の大径部５１ａと小径部５１ｂとの間の段付部に位置決めピン８１を介して位置決めした状態で固定するようにしている。上記位置決めピン８１は、段付部に形成された凹部８３と固定台６１側に形成された凹部８５内に嵌め込まれた状態で設置されている。又、この実施の形態の場合には、前記第１の実施の形態の場合におけるフレーム嵌合部に相当する構成はない。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、図中同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。

よって、このような構成でも前記第１の実施の形態の場合と同様の作用・効果を奏することができるものである。

次に、図７を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この場合には、前記第１の実施の形態の構成において、フレーム嵌合部７１の外周側に環状の段付部１０１を形成したものである。その際、段付部１０１の内径（ｄ１）とフレーム４７の内径（ｄ２）が等しくなるように設定されている。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、図中同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。

よって、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。又、段付部１０１の内径（ｄ１）とフレーム４７の内径（ｄ２）が等しくなるように設定されているので、段付部１０１の内径（ｄ１）とフレーム４７の内径（ｄ２）が異なる場合よりも、フレーム５１から固定台６１へ加わる力と、フレーム４７から固定台６１へ加わる力が均一化される。その結果、固定ねじ５３によって締結した場合に、固定台６１に偏った力が作用することを避けることができる。
尚、この実施の形態では、段付部１０１の内径（ｄ１）とフレーム４７の内径（ｄ２）が等しくなるように設定しているが、完全に等しくする場合はもとより、完全に等しくなくても、段付部１０１の内径（ｄ１）とフレーム４７の内径（ｄ２）が等しければ等しいほど、ロードセルをフレームに取り付けない場合と同等の特性を得ることができる。

尚、本発明は前記第１、第２、第３の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記第２の実施の形態において、位置決めピンの個数についてはこれを特に限定するものではなく、２個以上であればよい。
又、前記第１、第２、第３の実施の形態の場合には、電動プレス装置を例に挙げて説明したが、それに限定されるものではなく、様々な用途が想定される。
前記第１、第２、第３の実施の形態の場合には、隙間の大きさを０．１５ｍｍに設定した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるさけものではなく、様々な隙間の大きさが想定される。
その他、図示した構成はあくまで一例である。

本発明は、ロードセル取付構造に係り、特に、本来の荷重作用方向とは異なる方向からの無理な荷重が作用した場合であっても、ロードセルの破損を防止することが可能であり、且つ、そのような無理な荷重の作用が解除されれば、精度の高い荷重検出を行うことを可能にすることができるものに関し、例えば、電動プレス装置に組み込まれるロードセルの取付構造に好適である。

１ 電動プレス装置
１５ 駆動モータ
１９ ボールネジ
２７ ボールナット
２９ シャフト
３１ ロードセルユニット
４１ ロードセル
６７ 歪ゲージ
６１ 固定台
６３ 縮径部
６５ ラム
６７ 歪ゲージ
７１ フレーム嵌合部
８１ 位置決めピン
９１ 隙間

Claims (3)

1. 歪ゲージが取り付けられるロードセル本体及びこのロードセル本体から突出・形成されたラムとからなるロードセルと、上記ロードセルに被冠・固定されるフレームと、を具備し、
   上記ロードセル本体は上記フレームに嵌合するフレーム嵌合部を備え、このフレーム嵌合部を上記フレームに嵌め合い公差で嵌合させるようにし、
   それによって、上記ラムを上記フレームに対して軸方向に直交する半径方向に所定の微小隙間を存した状態で設置するようにし、
   上記微小隙間はロードセルが変形しても塑性変形に至ることのない大きさに設定されており、
   上記ロードセル本体には上記フレームに固定される固定台が設けられていて、上記固定台は上記フレームに対して上記固定台の反対側に設置される別のフレームと挟持された状態でねじ固定され、固定時に上記固定台に対して軸方向両側から作用する力を均一化させるようにしたことを特徴とするロードセル取付構造。
2. 請求項１記載のロードセル取付構造において、
   上記フレームの上記フレーム嵌合部の外周側には環状の段付部が形成されていることを特徴とするロードセル取付構造。
3. 請求項２記載のロードセル取付構造において、
   上記段付部の内径と上記別のフレームの内径とが等しくなるように設定されていることを特徴とするロードセル取付構造。

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