JP5837894B2

JP5837894B2 - ロードセル

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Publication number: JP5837894B2
Application number: JP2013017534A
Authority: JP
Inventors: 博文大塚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: JP2014149203A

Description

本発明は、質量を測定する計量機器等に用いられるロードセルに関し、特に耐食性に優れた高精度なロードセルに関する。

一般に、ロードセルに用いられる起歪体は、アルミニウム合金や合金鋼、析出硬化型ステンレス鋼等の材料で形成されているが、これらの材料は耐腐食性が必ずしも十分とはいえない。例えば、海産物の質量を測定する計量機器では、内部のロードセルが高頻度に海水にさらされることになり、また化学薬品等の質量を測定する計量機器では、内部のロードセルが塩化物イオンを含む腐食性の高い溶液や酸性液が触れる場合が多く、ロードセルに用いられる起歪体がこれら腐食性の物質によって腐食されやすいために、高精度な計量を維持できない。そこで、従来にあっては、起歪体の腐食を抑えるため、起歪体に耐食性被膜を設けたり（特許文献１）、起歪体の起歪部を耐食性ケースで覆って密閉したり（特許文献２）している。

しかしながら、起歪体に耐食性被膜を設けたロードセルや、起歪体の起歪部を耐食性ケースで覆って密閉したロードセルは、製造工程が増加するためコストアップを招いてしまう。また、このようなロードセルは構造が複雑となるため、高精度な計量を長期間に亘って維持するのが困難である。

特開２００２−３６５１４６号公報特開平９−２２９７８５号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れた起歪体を用いることによって、高精度な計量を長期間に亘って維持することの出来るロードセルを提供することを目的とする。

本発明のロードセルは、二相ステンレス鋼からなる起歪体を有する。本発明のロードセルにおいて、前記二相ステンレス鋼は、質量％で、少なくともＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：６〜８％、Ｃｒ：２４〜２６％、Ｍｏ：２．５〜４．０％、Ｎ：０．１〜０．４％、Ｃｕ：０〜０．５％を有し、残部がＦｅおよび不可避不純物、の組成を満たす成分からなることが好ましい。本発明のロードセルにおいて、出力電圧０．５ｍＶ／Ｖ以上の条件でひずみを測定したときのヒステリシスが０．０３５％以下であることが好ましい。

本発明によれば、ロードセルの起歪体として耐食性に優れた二相ステンレス鋼を用いたので、腐食性の高い環境下で使用したとしても高精度な計量を長期間に亘って安定的に維持することのできるロードセルが得られる。

本発明の実施形態に係るロードセルの斜視図である。本発明の実施形態に係るロードセルのひずみを測定する状態を示す側面図である。

図１は、本発明の実施形態に係るロードセル１０の斜視図である。ロードセル１０は、二相ステンレス鋼によって形成された起歪体１２と、この起歪体１２に取り付けられた複数のひずみゲージ１４と、これらのひずみゲージ１４から延びる電源・出力ケーブル１６とを備える。起歪体１２は、本発明の二相ステンレス鋼を材料として所定形状に形成されている。

上記起歪体１２を構成する二相ステンレス鋼は、オーステナイト相とフェライト相からなるステンレス鋼であり、引張強度及び耐食性に優れた特性を有する。本実施形態では、二相ステンレス鋼として含まれる鋼材の中でも特に質量％で、少なくともＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：６〜８％、Ｃｒ：２４〜２６％、Ｍｏ：２．５〜４．０％、Ｎ：０．１〜０．４％、Ｃｕ：０〜０．５％を有し、残部がＦｅおよび不可避不純物の組成を満たす成分からなる二相ステンレス鋼が好ましい。これらの成分比率を満たす二相ステンレス鋼は、引張強度が大きく且つ耐食性に優れると共に、ロードセルとして重要なヒステリシス特性にも優れるからである。なお、本実施形態では、以下、「質量％」を単に「％」と記載する場合がある。

起歪体１２としての精度に影響を与えない二相ステンレス鋼中のＣ、Ｓ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、およびＣｕの最大含有量は、Ｃ含有量が０．０３％、Ｓｉ含有量が１．０％、Ｍｎ含有量が１．５％、Ｐ含有量が０．０４％、Ｓ含有量が０．０３％、およびＣｕ含有量が０．５％である。Ｎｉ含有量が６〜８％であると、二相ステンレス鋼の引張強度が向上する。Ｃｒ含有量が２４〜２６％であると、二相ステンレス鋼が耐食性に優れる。Ｍｏ含有量が２．５〜４．０％であると、二相ステンレス鋼が耐食性に優れる。Ｎ含有量が０．１〜０．４％であると、二相ステンレス鋼の引張強度が向上する。

図１及び図２に示されるように、ひずみゲージ１４は、起歪体１２の上下面の所定位置（起歪部）にそれぞれ２つずつ設けられており、これら４つのひずみゲージ１４で、ホイートストンブリッジ回路を構成している。電源・出力ケーブル１６は、一方の端部で、このホイートストンブリッジ回路に接続される。電源・出力ケーブル１６の他方の端部は、直流電源１８および電圧計２０に接続される。ロードセル１０は、起歪体１２に加えられた荷重２２によって生じるひずみゲージ１４の抵抗変化を出力電圧として検出して、その荷重量を算出する。

本実施形態のロードセル１０は、出力電圧０．５ｍＶ／Ｖ以上の条件でひずみを測定したときのヒステリシスが０．０３５％以下と非常に小さい値である。ヒステリシスは次のようにして求める。まず、設定した出力電圧に達するまで起歪体１２に荷重２２を加え続け、その間の出力電圧を記録する。その後、荷重２２がゼロになるまで起歪体１２に加えた荷重２２を徐々に減らしていき、その間の出力電圧を記録する。そして、ゼロ荷重時の出力電圧と最大荷重時の出力電圧との間に理想直線を引き、実測出力電圧と理想出力電圧の差を誤差値として求める。同じ荷重における荷重増加時の誤差値と荷重減少時の誤差値をそれぞれ求め、それらの差の絶対値の最大値を最大荷重時の出力電圧に対する割合で表したのがヒステリシスである。

出力電圧０．５ｍＶ／Ｖ以上の条件でひずみを測定したときのロードセルのヒステリシスが０．０３５％以下であれば、計量器の技術基準や適合性評価法について規定されたＯＩＭＬＲ６０のクラスＣ２以上を満たすことが経験的に分かっている。すなわち、出力電圧０．５ｍＶ／Ｖ以上の条件でひずみを測定したときのヒステリシスが０．０３５％以下であるロードセルは高精度の計量が可能である。

以下、本発明の実施例を説明する。表１に示したような成分比からなる各種ステンレス鋼を用いて図１に示したような起歪体１２（長さ130ｍｍ×幅27ｍｍ×厚さ17ｍｍ）を形成した。試料１〜３は本発明の実施例であり、いずれも二相ステンレス鋼を用いた上記形状の起歪体からなる。試料１（SUS 329J4L）は新日鐵住金ステンレス株式会社製(溶解番号E24698)であり、試料２（SUS 329J4L）は大同特殊鋼株式会社製（溶解番号L7529）であり、試料３（UNS S32750）はBGH Edelstahl Freital GmbH製（溶解番号305974）である。一方、試料４〜６は比較例であり、試料４はフェライト系ステンレス鋼、試料５及び試料６はオーステナイト系ステンレス鋼を用いた上記実施例と同様の形状の起歪体からなる。試料４（SUS 430）は大同特殊鋼株式会社製（溶解番号9741D）であり、試料５（SUS
316L）は愛知製鋼株式会社製（溶解番号21729）であり、試料６（SUS 316L）は大同特殊鋼株式会社製（溶解番号9A13D）である。

上記試料１〜６の起歪体１２にそれぞれひずみゲージ１４を設けてロードセル１０を構成し、図２に模式的に示した測定手段によってひずみを測定した。測定時の印加電圧は、１０Ｖであり、その時のロードセル１０のひずみ、すなわち出力電圧を測定した。そして、測定した出力電圧に基づいて、ロードセル１０のヒステリシスを算出することで、ロードセルのヒステリシス特性を評価した。

表２及び表３は、試料１の起歪体１２を用いたロードセル１０のひずみを測定した結果である。荷重２２を増加させながら出力電圧を測定し、ほぼ設定出力電圧に達したら、荷重２２を減少させながら出力電圧を測定した。なお、荷重２２には分銅を用いた。表２及び表３の「出力電圧」は出力電圧の実測値を、「基準値」は理想直線上の出力電圧値を、「非直線性誤差」は出力電圧−基準値を、「ヒステリシス誤差」は同じ荷重における荷重増加時の非直線性誤差と荷重減少時の非直線性誤差との差を、「ヒステリシス」はヒステリシス誤差の最大値の出力電圧の最大値に対する割合をそれぞれ示している。また、表２及び表３において、「出力電圧」，「基準値」，「非直線性誤差」，「ヒステリシス誤差」の各数値は、１Ｖ（単位電圧）当たりの電圧値である。

例えば、設定出力電圧０．５ｍＶ／Ｖの条件でひずみを測定したときの試料１の起歪体を用いたロードセルのヒステリシスは、
ヒステリシス誤差の最大値（ｍＶ／Ｖ）／出力電圧の最大値（ｍＶ／Ｖ）×１００
＝０．０００１２５（ｍＶ／Ｖ）／０．４１８２００（ｍＶ／Ｖ）×１００
＝０．０３０（％）
となる。

また、設定出力電圧１．０ｍＶ／Ｖの条件でひずみを測定したときの試料１の起歪体を用いたロードセルのヒステリシスは、
ヒステリシス誤差の最大値（ｍＶ／Ｖ）／出力電圧の最大値（ｍＶ／Ｖ）×１００
＝０．０００２８５（ｍＶ／Ｖ）／０．９１０５００（ｍＶ／Ｖ）×１００
＝０．０３１（％）
となる。

試料２から試料６についても、試料１と同様に方法で表２及び表３に示したようなひずみを測定し（表は省略する。）、その表の値からヒステリシスを算出した。表１の最下欄に試料１〜６について算出したそれぞれのヒステリシス（％）を示した。この表１からも明らかなように、本発明の実施例である試料１〜３を起歪体としたロードセルのヒステリシスは、比較例である試料４〜６に比べて非常に小さいことが分かる。すなわち、本発明のロードセルは、高精度な計量を長期間に亘って維持できることが分かった。

以上、実施形態に基づいて本発明のロードセルを説明したが、本発明のロードセルは上記実施形態の平行バネ式ロードセルに限定されない。すなわち、本発明のロードセルは、コラム型ロードセル、Ｓ字型ロードセル、ダイヤフラム型ロードセル等であってもよい。

１０ロードセル
１２起歪体
１４ひずみゲージ
１６電源・出力ケーブル
１８直流電源
２０電圧計
２２荷重

Claims

二相ステンレス鋼からなる起歪体と、この起歪体に取付けられた複数のひずみゲージとを有し、前記起歪体が、質量％で、少なくともＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：６〜８％、Ｃｒ：２４〜２６％、Ｍｏ：２．５〜４．０％、Ｎ：０．１〜０．４％、Ｃｕ：０〜０．５％を有し、残部がＦｅおよび不可避不純物、の組成を満たす二相ステンレス鋼からなるロードセル。
請求項１において、
出力電圧０．５ｍＶ／Ｖ以上の条件でひずみを測定したときのヒステリシスが０．０３５％以下であるロードセル。