JP5575129B2 - 荷重検出センサ - Google Patents
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Description
ロードセル方式は、荷重による歪みゲージの変形量から荷重を測定する。音叉振動方式は、下記特許文献1に記載されているように、音叉の振動数が音叉の両端に加わる荷重の大きさに比例して変化することを利用して荷重測定を行う。また、電磁力平衡方式は、荷重により平衡状態が崩れた機械的バランス機構を、電磁コイルに電流を流して平衡状態に戻し、そのときの電流の大きさから荷重の大きさを求める。
秤の精度は、ロードセル方式より音叉振動方式や電磁力平衡方式の方が高く、一方、秤の製造コストは、機構が複雑な電磁力平衡方式が最も高く、構造が簡単なロードセル方式が最も低コストである。
現在、秤量(測定範囲)が300kgに及ぶ台秤の多くは、ロードセル方式を採用している。
台秤の精度向上は、単に、精度が高い計量方式を採用するだけでは実現できない。重量物に耐えられる機械的強度の確保が必要であり、また、加わる荷重が大きくても、安定した計量動作が実行できる荷重検出センサの存在が不可欠である。
また、重量物を台秤の載荷台に載せたり降ろしたりする作業をし易くするため、台秤の低床化も必要である。
このブロック体は、梃子機構及びロバーバル機構を作り込むために側面から切り込みや削り込みが行われているが、直方体状の外形を保っているため、十分な機械的強度を有しており、加えられた荷重の縮小動作を安定して行うことができる。また、力センサをブロック体の側面に結合しているため、この力センサにより、荷重検出センサの高さの増加は発生しない。これは、台秤の低床化を図る上で有効である。
このように、梃子の力点に接続する連結片をブロック体の幅方向の中央付近にのみ設けることで、ブロック体が偏置荷重を受けて捩じれる場合でも、力センサに及ぶ捩じれの影響を除くことができる。
また、この荷重検出センサを用いて台秤を構成することにより、台秤の低床化が可能になる。
この台秤は、載荷台(不図示)を支える上側フレーム10と、二本の並行する基礎フレーム20、20と、基礎フレーム20、20間に掛け渡された荷重検出ユニット30とを備えており、荷重検出ユニット30の上に上側フレーム10が載せられる。
荷重検出ユニット30は、図11に示すように、上側フレーム10を支える上面支持部材31と、荷重検出センサや回路基板が収納されるセンサケース33とを有している。
センサケース33には、音叉振動子を含む力センサ41と、アルミ合金で作られたブロック体42とから成る荷重検出センサ40が収容され、このブロック体42の固定側が、ボルト43でセンサケース33の底部に固定され、ブロック体42の可動側に、荷重を伝達するボルト37が固定される。
また、荷重検出センサ40を収容したセンサケース33の開口は、蓋体35により封鎖され、蓋体35の孔351を通るボルト37と孔351との隙間が、ダイヤフラム51と、ダイヤフラム51の内円の周縁を二枚の円板で挟持する挟持板53と、ダイヤフラム51の外縁を蓋体35の裏面に固定する取付板52とから成る封鎖機構で封鎖される。
挟持板53は、ボルト37が密に嵌合される孔531を有しており、この孔531を通ったボルト37の先端がブロック体42の可動側の螺子孔422に結合される。
なお、上側フレーム10と上面支持部材31との間には、上側フレーム10から上面支持部材31に作用する水平方向の分力を逃がすために、分力緩衝装置32を介在させている。
ブロック体42は、直方体状の外形を有するアルミ合金から成り、ブロック体42の上面には、ボルト43が挿通されるボルト孔421と、ボルト37が螺合される螺子孔422とが形成され、また、長手方向に沿う側面から切り込みや削り込みの加工が施されて、ブロック体42の中央内部に梃子機構及びロバーバル機構が作り込まれている。
梃子部62の支点を構成する薄肉部64は、固定部63と梃子部62との間に形成されており、また、梃子部62の力点に一端が接続する連結片65の他端は、ブロック体42の可動側のブロックに結合している。また、固定部63には、力センサ41の結合に用いる固定結合孔66が形成され、梃子部62の作用点には、力センサ41を結合する作用点結合部67が形成されている。
ブロック体42の可動側が荷重を受けて下方に変位すると、連結片65が下側に引っ張られ、それに伴って、梃子部62の力点に下向きの力が加わる。そのため、支点(薄肉部64)で支えられた梃子部62の作用点(作用点結合部67の位置)が上方に変位する。
このとき、支点と力点との距離をL1、支点と作用点との距離をL2、力点に働く下向きの力をF1、作用点に働く力をF2とすると、L1×F1=L2×F2の関係があるから、力点に働く力F1がL1/L2の値に従って縮小されて作用点に働くことになる。
また、図5に示すブロック体42のA−A断面図(連結片65位置での垂直断面図)を図6に示し、B−B断面図(支点64位置での水平断面図)を図7に示している。
図4、図6、図7から分かるように、平行リンク部61、梃子部62、固定部63及び薄肉部64は、直方体の幅と同じ幅で形成されているが、連結片65は、直方体の幅の略1/3の幅を持つように、ブロック体42の対向する両側面から等しい長さだけ削り込まれている。
このように、梃子部62の力点に接続する連結片65をブロック体42の幅方向の中央付近にのみ設けることで、ブロック体42が偏置荷重を受けて捩じれた場合でも、捩れの影響が作用点結合部67に現われ難くなる。
基部71は、ボルト孔74を有しており、このボルト孔74に挿通されたボルト91(図1)がブロック体42の固定部63の固定結合孔66に螺合されて、基部71と固定部63とを結合する。
連結部72は、力作用部73とレバー部75の一端とを接続している。基部71は、レバー部75の支点として作用する薄肉部77を介してレバー部75に接続し、薄肉部80を介して音叉振動子78の一端を固定している。また、レバー部75の先端は、薄肉部81を介して音叉振動子78の他方に接続している。
ブロック体42の可動部に荷重Fが加わると、その荷重FにL1/L2を乗じた縮小された力fが、梃子部62の作用点結合部67から力作用部73に伝わり、力作用部73が引き上げられる。そのため、連結部72は、レバー部75の端部を力fで引き上げる。レバー部75は、基部71に接続された薄肉部77を支点にして、レバー比に応じた力で音叉振動子78に接続する薄肉部81を引き下げる。音叉振動子78は、両端に加わる張力の変化に応じて振動周波数を変える。
この音叉振動子78の振動周波数の変化が、センサケース33に収容された基板の回路でデジタル信号に変換されて出力される。
また、この荷重検出センサ40の力センサ41は、ブロック体42から伝えられた荷重を、高い精度で音叉振動子78の振動周波数の変化に変えることができる。
そのため、この荷重検出センサ40を用いることにより、高精度の荷重検出が可能になる。
なお、図6では、ブロック体42内部の連結片65の位置が、ブロック体42の幅方向の中央位置に形成されているが、図13のようにブロック体42の幅方向の中央位置から力センサ41の反対側にずらすことで、力センサ41をブロック体42の側面に取り付けることにより発生する偏力を補償し、偏置荷重を受けたときの梃子部62の捩れを防止することも可能である。
また、この荷重検出センサ40では、力センサ41をブロック体42の側面に固定しているため、荷重検出センサ40の高さが、ブロック体42の高さ以上に増えない。これは、台秤の低床化を図る上で有利である。
20 基礎フレーム
30 荷重検出ユニット
31 上面支持部材
32 分力緩衝装置
33 センサケース
35 蓋体
37 ボルト
41 力センサ
42 ブロック体
43 ボルト
51 ダイヤフラム
52 取付板
53 挟持板
61 平行リンク部
62 梃子部
63 固定部
64 薄肉部
65 連結片
66 固定結合孔
67 作用点結合部
71 基部
72 連結部
73 力作用部
74 ボルト孔
75 レバー部
77 薄肉部
78 音叉振動子
79 ボルト孔
80 薄肉部
81 薄肉部
91 ボルト
92 ボルト
351 孔
421 ボルト孔
422 螺子孔
Claims (2)
- 音叉振動子を備える力センサと、
直方体状の外形を有し、加えられた荷重を梃子で縮小して前記力センサに伝えるブロック体と、
を具備し、前記ブロック体が、長手方向に沿う側面から加工されて形成された梃子機構とロバーバル機構とを内蔵し、
前記梃子機構は、前記梃子と、前記梃子の力点を前記ブロック体の可動部に接続する連結片と、前記ブロック体の固定部に結合されて前記梃子の支点を支える薄肉部と、前記梃子の作用点に形成された作用点結合部と、を備え、
前記力センサは、前記音叉振動子と、前記ブロック体の固定部に結合されて前記音叉振動子の一端を支持する基部と、前記梃子機構の作用点結合部に結合される力作用部と、前記基部に支点が支持されて前記力作用部に伝わる力を前記音叉振動子の他端に伝えるレバー部と、を備え、
前記ブロック体の長手方向に沿う前記側面の側で、前記力センサの前記基部が前記ブロック体の前記固定部に結合されるとともに、前記力センサの前記力作用部が前記梃子機構の前記作用点結合部に結合され、前記ブロック体から前記力センサへの力の伝達が行われることを特徴とする荷重検出センサ。 - 請求項1に記載の荷重検出センサであって、前記ブロック体の内部で前記梃子の力点に接続する連結片が、前記ブロック体の対向する両側面から削り込まれて、前記ブロック体の幅方向の中央付近に形成されていることを特徴とする荷重検出センサ。
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