JP5611801B2

JP5611801B2 - ロードセル式計量装置

Info

Publication number: JP5611801B2
Application number: JP2010281350A
Authority: JP
Inventors: 誠真壁
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP2012127894A

Description

本発明は、ロードセルを用いたロードセル式計量装置に関し、更に詳しくは、ロバーバル機構のロードセルを用いたロードセル式計量装置に関する。

計量装置のロードセルに用いられるロバーバル機構としては、単一の素材を切り抜き切削して、計量装置の筐体等のベースに連結固定される固定部、被計量物が載置される載台に連結される変位可能な可動部、および、撓み変形可能な弾性ビーム部とを一体に形成した一体型のものと、薄板材からなる弾性ビームを固定ブロックと可動ブロックに亘って架設連結した組立て型のもの（例えば、特許文献１参照）とが知られている。

特開２００４−１５１０４７号公報

ロバーバル機構を有する一体型のロードセルでは、単一の素材を用いた簡素で取り扱いやすい構造であるが、その反面、素材を大きく切り抜き切削するために素材の無駄が多くて材料コストが高いものとなる。また、加工された形状によって特性が画一化されたものとなり、要求される特性が変わればそれに応じたものを製作し直す必要があり、また、弾性ビーム部など一部に損傷が発生したような場合でも全体を取り替える必要があった。

これに対して、ロバーバル機構を有する組立て型のロードセルでは、部品数は多くなるが、各部品は歩留まりよく加工することができ、全体としては安価に製作することができる。また、仕様の異なる弾性ビームと可動ブロックとの組み合わせで種々の特性のものを得ることができ、要求される特性に応じたものを容易かつ安価に製作することができる。また、一部の部品が損傷しても容易に交換することができる。

このように組立て型のロードセルは、上記したような利点を有するのであるが、例えば、上記特許文献１では、弾性ビームを固定ブロックおよび可動ブロックに亘って架設連結するのに、単純にボルトで弾性ビームを各ブロックに締付け連結した構造であったために、負荷によって弾性ビームが撓み変形する際に、ボルト締付け箇所から外れた箇所で、弾性ビームの一部が固定ブロックや可動ブロックのビーム取付け面から局部的に浮き上がり変形してしまうことがある。このロバーバル機構においては、固定ブロックや可動ブロックのビーム取付け面の端縁を、弾性ビームの撓み変形における支点として設計しているのであるが、上記のように弾性ビームが固定ブロックや可動ブロックのビーム取付け面から浮き上がり変形することで前記支点がずれてしまい、ロバーバル機構のロードセルを用いた計量装置の計量精度が低下してしまう。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、組立て型のロバーバル機構のロードセルを用いた計量装置において、弾性ビームの撓み変形時における支点ずれの発生を阻止して、計量精度の低下を防止することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。

（１）本発明に係るロードセル式計量装置は、固定ブロックと、変位可能な可動ブロックと、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの上部を連結する上ビームと、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの下部を連結する下ビームとを有するロードセルを備えるロードセル式計量装置であって、前記上ビームの両端部を、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの各上面に対して各押圧部材の押圧面によってそれぞれ押圧挟持して前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの上部を連結する一方、前記下ビームの両端部を、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの各下面に対して各押圧部材の押圧面によってそれぞれ押圧挟持して前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの下部を連結し、前記固定ブロックは、筐体に固定され、前記可動ブロックは、被計量物が載置される載台に連結され、前記上ビームおよび前記下ビームは、撓み変形可能な弾性を有する薄板材からなると共に、一対の起歪部をそれぞれ有し、前記上ビームおよび前記下ビームの少なくともいずれか一方のビームの前記起歪部には、歪検出素子が取付けられ、前記各押圧部材は、前記固定ブロックまたは前記可動ブロックの上面または下面に締付け固定される板材からなり、前記上ビームの前記一対の起歪部の間には、リブが上方へ折り曲げ突設され、前記下ビームの前記一対の起歪部の間には、リブが下方へ折り曲げ突設され、前記固定ブロックと前記可動ブロックと前記上下の両ビームとによって囲まれた空間内に部品を設け、前記上ビームおよび前記下ビームの各一端部を、前記固定ブロックの上面および下面に対してそれぞれ押圧挟持する二つの押圧部材の少なくともいずれか一方の押圧部材には、前記可動ブロックに連結された前記部品の変位限界を当接規制するストッパを設ける。

本発明のロードセル式計量装置によると、上ビームおよび下ビームの両端部は、押圧部材の押圧面と、固定ブロックまたは可動ブロックの上面または下面との間に強固に挟持されることになり、被計量物の荷重を受けて各ビームが撓み変形する際に、固定ブロックおよび可動ブロックの上面または下面からの浮き上がり変形が、押圧面によって阻止され、固定ブロックおよび可動ブロックの各ビームに対する支点の位置がずれることがなく、計量精度が低下するのを防止することができる。また、固定ブロックおよび可動ブロックの上面または下面と、各押圧部材の押圧面とによって、薄板材からなる上下の各ビームの両端部をそれぞれ挟み、前記各押圧部材を、前記各ブロックの上面または下面にそれぞれ締付け固定することによって、各ビームの両端部を、各ブロック体と各押圧部材とによって面で強固に押圧挟持することができると共に、載台に載置された被計量物の荷重を受けて各ビームが撓み変形すると、その変形量を起歪部に取付けられた歪検出素子によって検出することができる。更に、リブの突設によって両起歪部の間のビーム部分の剛性を高めて、ここでの撓み変形を抑制し、起歪部に一層効率よく撓み変形を集中させて計測することができる。また、上ビームのリブは上方へ、下ビームのリブは下方へそれぞれ突設されるので、固定ブロックと可動ブロックと上下の両ビームとによって囲まれた空間内に、リブが突出することがなく、前記空間内を有効に利用して部品を設けることができる。更に、固定ブロックと可動ブロックと上下の両ビームとによって囲まれた空間内に配置された部品の変位限界を当接規制することで、上ビームまたは下ビームの変形量を制限し、過負荷によって各ビームや歪検出素子が損傷するのを回避することができる。しかも、ストッパは、ビームの端部を押圧するための押圧部材に設けられると共に、部品との当接によって変位を規制するので、過負荷によるビームの変形量を制限して保護する過負荷保護装置を構成するための部品として、押圧部材及び部品を兼用することになり、その分、部品点数を削減することができる。

このように、本発明によれば、組立て型のロバーバル機構のロードセルを用いたロードセル式計量装置において、弾性ビームの撓み変形時における支点ずれの発生を阻止して、計量精度の低下を防止することができる。

図１は本発明の参考例のロードセル式計量装置としてのデジタル秤の斜視図である。図２は図１の内部構成を示す概略断面図である。図３は図２のロードセルの斜視図である。図４は図３のロードセルの側面図である。図５は図３のロードセルの平面図である。図６は図３のロードセルの分解斜視図である。図７は本発明の実施形態に係るロードセルの斜視図である。図８は図７のロードセルの側面図である。図９は図７のロードセルの平面図である。図１０は他の参考例のロードセルの斜視図である。

以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。

(参考例)
ここで、本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の実施形態と共通する構成を有する参考例について説明する。図１は、本発明の参考例のロードセル式計量装置の外観を示す斜視図である。

この参考例では、ロードセル式計量装置として、卓上型のデジタル秤に適用して説明する。

この参考例のデジタル秤１は、筐体２を備えており、この筐体２の上部には、被計量物が載置される載台としての載皿３が装備され、筐体２の底面には、高さを調節して水平に設置するための４本の脚部４が設けられている。また、筐体２の正面には、計量値などを表示する液晶表示パネルからなる表示部５が設けられると共に、電源のオンオフや被計量物を入れる容器の質量を「０」にする風袋引きのための操作キー６が設けられている。

図２は、図１のデジタル秤１の内部の概略構成を示す断面図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

このデジタル秤１は、組立て型のロバーバル機構のロードセル７を内蔵している。筐体２の底部には、Ｌ型のロードセル取付けステー９の水平部９ａが、取付ボルト１０によって取付けられる一方、このロードセル取付けステー９の鉛直部９ｂには、ロードセル７の固定ブロック８が、取付ボルト１１によって取付けられる。すなわち、ロードセル７の固定ブロック８は、ロードセル取付けステー９を介して筐体２の底部に固定される。

また、ロードセル７の可動ブロック１２は、載皿３の底面から下方へ延びる連結部３ａに、取付ボルト１３によって取付けられる。

図３は、図２のロードセル７の斜視図であり、図４は、その側面図であり、図５は、その平面図であり、図６は、その分解斜視図である。

この参考例のロードセル７は、上述のように筐体２の底部に固定される固定ブロック８と、載皿３に連結される変位可能な可動ブロック１２と、両ブロック８，１２の上部および下部をそれぞれ連結する上ビームおよび下ビームとしての上下一対の弾性ビーム１４と、各弾性ビーム１４の前後方向（図４及び図５の左右方向）の二箇所にそれぞれ貼り付けられた歪検出素子としてのストレインゲージ１５と、ビーム固定用の押圧部材としての上下各一対の押圧板１６，１７とを備える組立て型のロバーバル機構で構成されている。

前記固定ブロック８及び前記可動ブロック１２は、直方体状に切削された金属ブロック体からなり、共用可能な同一仕様となっている。

図６に示すように、固定ブロック８の矩形の上下面は、ビーム取付け面として各弾性ビーム１４の各一端部をそれぞれ連結するための四つの取付け孔１８が矩形の各角部にそれぞれ形成されている。また、固定ブロック８の背面には、図４に示すように、該固定ブロック８をロードセル取付けステー９に連結するための二つの取付け孔１９が上下方向に沿って間隔をあけてそれぞれ形成されている。

前記可動ブロック１２も、その矩形の上下面は、ビーム取付け面として各弾性ビーム１４の各他端部をそれぞれ連結するための四つの取付け孔２０が矩形の各角部にそれぞれ形成されている。可動ブロック１２の前面には、該可動ブロック１２を載皿３の連結部３ａに締付け固定するための二つの取付け孔２１が上下方向に沿って間隔をあけてそれぞれ形成されている。

平行な上下一対の弾性ビーム１４は、板バネ材などの金属、例えば、アルミニウム製の薄板材を打抜きプレス加工して形成されたものであり、同一仕様のものが表裏反転して各ブロック８，１２に装着される。

各弾性ビーム１４は、撓み変形可能な弾性を有する薄板材からなると共に、固定ブロック８と可動ブロック１２との間に、前後一対の起歪部１４ａが所定の前後スパンをもってくびれ形成されると共に、両起歪部１４ａの間においてはビームの両側辺からリブ１４ｂがそれぞれ折り曲げ突設され、両起歪部１４ａの間におけるビーム部分の剛性を高めて変形を抑制することで起歪部１４ａに撓み変形が集中されるようになっている。上側の弾性ビーム１４のリブ１４ｂは、下方へ、下側の弾性ビーム１４のリブ１４ｂは、上方へそれぞれ突出するように各ブロック８，１２にそれぞれ連結される。

また、前記ストレインゲージ１５は、起歪部１４ａの表面に貼付け固定され、起歪部１４ａに生じる歪が電気抵抗値の変動に変換される。

このようにストレインゲージ１５は、弾性ビーム１４を構成する薄板材に貼付ければよく、一体型のロードセルのように、その上面および下面にストレインゲージをそれぞれ貼付ける必要がなく、貼付け作業が容易となる。

図６に示すように、各弾性ビーム１４の各端部は、各ブロック８，１２の上下面に対応して矩形に形成されると共に、各ブロック８，１２の四つの取付け孔１８，２０にそれぞれ取付けられるボルト２２，２３がそれぞれ挿通する四つの挿通孔２４，２５をそれぞれ有している。

上下の各弾性ビーム１４の各端部を、固定ブロック８及び可動ブロック１２の上下面に対してそれぞれ押圧挟持する上下一対の押圧板１６，１７は、共用可能な同一仕様となっている。

上下の各弾性ビーム１４の各一端部を、固定ブロック８の上下面に対してそれぞれ押圧挟持する上下一対の押圧板１６は、固定ブロック８の上下面に対応した矩形板状であって、固定ブロック８の上下面の四つの取付け孔１８に取付けられるボルト２２が挿通する四つの挿通孔２６を有している。

上下の各弾性ビーム１４の各他端部を、可動ブロック１２の上下面に対してそれぞれ押圧挟持する上下一対の押圧板１７は、可動ブロック１２の上下面に対応した矩形板状であって、可動ブロック１２の上下面の四つの取付け孔２０に取付けられるボルト２３が挿通する四つの挿通孔２７を有している。

このデジタル秤１では、固定ブロック８を、ロードセル取付けステー９を介して筐体２の底部に固定し、可動ブロック１２に作用する載皿３に載置された被計量物の荷重によって弾性ビーム１４が撓み変形することで、４個のストレインゲージ１５をブリッジ接続した演算回路からの出力に基づいて、載皿３に載置された被計量物の重量を検出することができる。

この参考例のロードセル７では、上下の各弾性ビーム１４の一端部を、固定ブロック８の上下面と各押圧板１６の押圧面とでそれらの端縁を揃えた状態で挟持してボルト２２で締付け固定する一方、各弾性ビーム１４の他端部を、可動ブロック１２の上下面と各押圧板１７の押圧面とでそれらの端縁を揃えた状態で挟持してボルト２３で締付け固定するので、載皿３に載置された被計量物の荷重を受けて各弾性ビーム１４が撓み変形する際に、固定ブロック８および可動ブロック１２の上面または下面から浮き上がり変形するのが押圧板１６，１７によって阻止され、固定ブロック８および可動ブロック１２の各弾性ビーム１４に対する支点の位置が不変となり、図５に示されるように起歪部間の距離Ｄが一定となり、計量精度の低下を防止することができる。

また、この参考例では、固定ブロック８と可動ブロック１２とを共用可能な同一仕様にすると共に、押圧板１６，１７も共用可能な同一仕様にしているので、取付け時における部品の方向性がなく、組付け作業性が高まると共に、部品の種類を少なくして加工コストを低減するのに有効となる。

（実施形態）
図７は本発明の実施形態のデジタル秤のロードセルの斜視図であり、図８はその側面図であり、図９はその平面図であり、上述の参考例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態では、可動ブロック１２には、自由状態における可動系の重心位置を起歪部間の中心に近づけると共に、固有振動数を調整するためにウェイト部品２８を装着している。このウェイト部品２８は、所望の重量となるように直方体形に切削された金属ブロック体からなり、固定ブロック８と可動ブロック１２との間に形成された空間スペースに収納され、図８に示すように、ボルト２９によって可動ブロック１２に締め付け固定される。

固定ブロック８と可動ブロック１２との間に形成された空間スペースに、ウェイト部品２８を収納する妨げとならないように、上側の弾性ビーム１４のリブ１４ｂは、上方へ、下側の弾性ビーム１４のリブ１４ｂは、下方へそれぞれ突出するように各ブロック８，１２にそれぞれ連結される。

このように、自由状態における可動系の重心位置を起歪部間の中心に近づけることによって、モーメント誤差を少なくして計量誤差を低減することができる。

更に、この実施形態では、上下の各弾性ビーム１４の各一端部を、固定ブロック８の上下面に対してそれぞれ押圧挟持する上下一対の押圧板１６は、固定ブロック８の上下面に対応した矩形板状の角部からウエイト部品２８側へ向けてアーム部１６ａが、延出され、その延出端部にナット３１を介してねじ込み装着したストッパ３０がウエイト部品２８の上面および下面に所定の間隙をもってそれぞれ対向するように配備される。

このように、固定ブロック８に固定される押圧板１６のアーム部１６ａには、ストッパ３０が設けられているので、このストッパ３０によってウエイト部品２８の上方および下方への変位限界を当接規制することができ、これによって、弾性ビーム１４の変形量を制限して、過負荷によって弾性ビーム１４やストレインゲージ１５が損傷するのを回避することができる。しかも、ストッパ３０は、弾性ビーム１４を押圧するための押圧板１６に設けられると共に、重量を調整するウエイト部品２８との当接によって変位を規制するので、過負荷による弾性ビーム１４の変形量を制限して保護する過負荷保護装置を構成する部品として、押圧板１６及びウエイト部品２８を兼用することになり、専用の部品を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

なお、他の実施形態として、固定ブロック８と可動ブロック１２と上下の各弾性ビーム１４とによって囲まれた空間に、Ａ/Ｄ変換回路などの回路部品、あるいは、それら回路部品を収納した部品ケース等を設け、ロードセルを用いたセンサ全体のコンパクト化を図ることもできる。

（その他の実施形態）
上述の各実施形態では、上下の両弾性ビーム１４にストレインゲージ１５をそれぞれ取付けたけれども、本発明の他の実施形態として、いずれか一方の弾性ビーム１４のみにストレインゲージ１５を取付けてもよい。

上述の実施形態では薄板材からなる弾性ビーム１４の撓み変形をストレインゲージ１５で直接に検出するようにしているが、他の参考例として、弾性ビーム１４の撓み変形を可動ブロック１２の変位として検出する形態とすることもできる。例えば、図１０の参考例に示すように、固定ブロック８に取付け部３２を介して固定電極板３３を取付ける一方、この固定電極３３に対向するように取付け部３４を介して可動ブロック１２に可動電極板３５を取付け、可動ブロック１２の変位を両電極板３３，３５の間の静電容量変化として検出することも可能である。

上述の各実施形態では、デジタル秤に適用して説明したけれども、本発明は、デジタル秤に限らず、例えば、組合せ秤やその他のロードセルを使用する計量装置に適用できるものである。

１デジタル秤（ロードセル式計量装置）
２筐体
３載皿
７ロードセル
８固定ブロック
１２可動ブロック
１４弾性ビーム
１４ａ起歪部
１４ｂリブ
１５ストレインゲージ
１６，１７押圧板
２８ウェイト部品
３０ストッパ

Claims

固定ブロックと、変位可能な可動ブロックと、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの上部を連結する上ビームと、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの下部を連結する下ビームとを有するロードセルを備えるロードセル式計量装置であって、
前記上ビームの両端部を、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの各上面に対して各押圧部材の押圧面によってそれぞれ押圧挟持して前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの上部を連結する一方、
前記下ビームの両端部を、前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの各下面に対して各押圧部材の押圧面によってそれぞれ押圧挟持して前記固定ブロックおよび前記可動ブロックの下部を連結し、
前記固定ブロックは、筐体に固定され、
前記可動ブロックは、被計量物が載置される載台に連結され、
前記上ビームおよび前記下ビームは、撓み変形可能な弾性を有する薄板材からなると共に、一対の起歪部をそれぞれ有し、
前記上ビームおよび前記下ビームの少なくともいずれか一方のビームの前記起歪部には、歪検出素子が取付けられ、
前記各押圧部材は、前記固定ブロックまたは前記可動ブロックの上面または下面に締付け固定される板材からなり、
前記上ビームの前記一対の起歪部の間には、リブが上方へ折り曲げ突設され、前記下ビームの前記一対の起歪部の間には、リブが下方へ折り曲げ突設され、
前記固定ブロックと前記可動ブロックと前記上下の両ビームとによって囲まれた空間内に部品を設け、
前記上ビームおよび前記下ビームの各一端部を、前記固定ブロックの上面および下面に対してそれぞれ押圧挟持する二つの押圧部材の少なくともいずれか一方の押圧部材には、前記可動ブロックに連結された前記部品の変位限界を当接規制するストッパを設ける、
ことを特徴とするロードセル式計量装置。