JP5990390B2 - ロードセル - Google Patents

Description

本発明は、ロードセル、特に、起歪体と、荷重による起歪体の変位を検出するセンサとを備えたロードセルに関する。

一般に、計量機器などで用いられるロードセルは、起歪体に対する荷重負荷に伴う変位をセンサにより検出し、検出結果を被計量物の重量に変換する。起歪体は、例えば、特許文献１（特開２００１−３４３２９４号公報）に示すように、固定端部と、可動端部と、固定端部および可動端部を連結する連結部とからなる。可動端部には上皿が取り付けられる。センサは、連結部に取り付けられる。ロードセルは、受け皿に被計量物を載せたときに発生する連結部の歪を検出することにより、被計量物の重量を求める。ロードセルの製造時には、計量機器の受け皿の四隅に被計量物を載せた場合に、出力される値が所定の範囲に収まるように、四隅調整が行われる。

ところで、近年、計量機器の薄型化の需要に伴い、ロードセルの薄型化が期待される。しかし、ロードセルを薄型化すると、ロードセルの剛性が低下する。その結果、四隅調整では調整しきれない残渣が発生する場合がある。

そこで、本発明の課題は、残渣を低減するロードセルを提供することにある。

本発明に係るロードセルは、長手方向左右の形状が非対象である起歪体と、複数のセンサとを備える。複数のセンサは、荷重による起歪体の変位を検出する。起歪体は、固定部と、可動部と、連結部とを有する。固定部は、起歪体の長手方向における第１端側に配置され、土台となるベースユニットに固定される。可動部は、起歪体の長手方向において、第１端の反対側にある第２端側に配置され、受け皿が取り付けられて可動する。連結部は、固定部および可動部を連結する。また、連結部は、起歪体の高さ方向中央に起歪体の幅方向を貫通する孔が形成されている。連結部は、複数のセンサを貼り付けるための複数の貼り付け部位を有する。また、複数の貼り付け部位のうち少なくとも１つは、残渣量の位置感度が小さくなる第１調整範囲に設けられる。また、複数の貼付け部位は、複数のセンサの残渣量の合計がゼロに近くなるように、第２調整範囲に設けられる。

これにより、残渣量のばらつきを抑制することができる。

また、連結部は、固定部側隣接部と、可動部側隣接部と、上方連結部と、下方連結部とを含むことが好ましい。固定部側隣接部は、固定部と隣接する。可動部側隣接部は、可動部と隣接する。上方連結部は、固定部側隣接部の上部と可動部側隣接部の上部とを繋ぐ。下方連結部は、固定部側隣接部の下部と可動部側隣接部の下部とを繋ぐ。また、複数の貼り付け部位のうち二つは、上方連結部の上面に設けられ、複数の貼り付け部位のうち二つは、下方連結部の下面に設けられることが好ましい。

これにより、起歪体の幅方向中央にセンサを設けることが可能になる。その結果、偏置時等のねじれ方向の変形による影響を抑えることができる。

また、複数の貼り付け部位のそれぞれは、長手方向において基準位置からプラス方向およびマイナス方向のいずれか一方に独立してずらされる。これにより、残渣量のばらつきを抑制することができる。

また、起歪体は、長手方向における断面形状がＬ字型である。これにより、ロードセルの厚みを低減することができる。

また、複数の貼付け部位は、複数のセンサの残渣量の合計がゼロに近くなるように、第２調整範囲に設けられるので、ロードセルの精度を向上させることができる。

また、本発明に係るロードセルは、長手方向左右の形状が非対象である起歪体と、複数のセンサとを備える。複数のセンサは、荷重による前記起歪体の変位を検出する。起歪体は、固定部と、可動部と、連結部とを有する。固定部は、起歪体の長手方向における第１端側に配置され、土台となるベースユニットに固定される。可動部は、起歪体の長手方向において、第１端の反対側にある第２端側に配置され、受け皿が取り付けられて可動する。連結部は、固定部および可動部を連結する。さらに、連結部は、複数のセンサを貼り付けるための複数の貼り付け部位を有する。複数の貼り付け部位のうち少なくとも１つは、残渣量の位置感度が小さくなる第１調整範囲に設けられる。また、複数の貼付け部位は、複数のセンサの残渣量の合計がゼロに近くなるように、第２調整範囲に設けられる。

これにより、残渣量のばらつきを抑制することができる。

また、複数の貼付け部位は、複数のセンサの残渣量の合計がゼロに近くなるように、第２調整範囲に設けられるので、ロードセルの精度を向上させることができる。

本発明に係るロードセルによれば、残渣を低減することができる。

本発明に係るロードセルの側面図である。 本発明に係るロードセルを用いた秤の例である。 本発明に係るロードセルの概略斜視図である。 本発明に係るロードセルの概略斜視図である。 上方第１歪測定部を基準点に設けた場合における、中央負荷時の歪分布および偏置負荷時の歪分布との歪量差の変化を示すグラフである。 上方第１歪測定部を第１調整点に設けた場合における、中央負荷時の歪分布および偏置負荷時の歪分布との歪量差の変化を示すグラフである。 全歪測定部を基準点に設けた場合における、中央負荷時の歪分布および偏置負荷時の歪分布との歪量差の変化を示すグラフである。 全歪測定部を第１調整点に設けた場合における、中央負荷時の歪分布および偏置負荷時の歪分布との歪量差の変化を示すグラフである。 残渣量がゼロになるような歪測定部の求め方を説明するための図である。 二つの歪測定部を第１調整点に設け、残り二つの歪測定部を第２調整点に設けた場合における中央負荷時の歪分布および偏置負荷時の歪分布との差（歪量差）の変化を示すグラフである。 フレキシブルプリント基板が取り付けられたロードセルの斜視図である。 フレキシブルプリント基板が取り付けられたロードセルの平面図である。 変形例Ａに係るロードセルの斜視図である。 変形例Ｃに係る一のロードセルの斜視図である。

（１）ロードセルの構成
図１に、本発明の第１実施形態に係るロードセル１０を示す。ロードセル１０は、ロバーバル型である。ロードセル１０は、主として、起歪体１２と、４つの歪ゲージ（歪センサ）１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂとから構成されている。

起歪体１２は、アルミニウム合金を原材料とする。アルミニウム合金は、日本工業規格（ＪＩＳ）で定められる２０００番台のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ系合金）である。

起歪体１２は、図１〜図４等に示すように、側面視でＬ字形状を有する。言い換えると、起歪体１２は、長手方向における断面形状がＬ字型である。具体的に、起歪体１２は、長手方向に置ける一端側の上面部分が矩形に切り抜かれた形状を有する。これにより、起歪体１２は、長手方向において、異なる高さ寸法を有する。

起歪体１２は、固定剛体部（固定部）１３と可動剛体部（可動部）１４とを有する。固定剛体部１３は、起歪体１２の長手方向における第１端側に配置されている。固定剛体部１３は、起歪体１２の内、最も高さ寸法が大きい部分である。固定剛体部１３は、図２に示すように、土台となるベースユニット２１に固定される。固定剛体部１３とベースユニット２１とはネジ９９によってネジ止めされている。可動剛体部１４は、起歪体１２の長手方向において、第１端の反対側の第２端側に配置されている。すなわち、可動剛体部１４は、起歪体１２の長手方向において固定剛体部１３の反対側に配置されている。可動剛体部１４は、起歪体１２の内、最も高さ寸法が小さい部分である。可動剛体部１４は、図２に示すように、受け皿２２が取り付けられて可動する。可動剛体部１４と受け皿２２とはネジ９９によりネジ止めされている。

連結部５０は、固定剛体部１３と可動剛体部１４とを連結する部分である。連結部５０の高さ寸法は、固定剛体部１３の高さ寸法と同じである。連結部５０は、固定側隣接部５１と、可動側隣接部６１と、２本のビーム部１５，１６とからなる。固定側隣接部５１は、固定剛体部１３に隣接する部分である。可動側隣接部６１は、可動剛体部１４に隣接する部分である。２本のビーム部１５，１６は、上方ビーム部１５と下方ビーム部１６とを含む。上方ビーム部１５は、固定側隣接部５１の高さ方向上部と、可動側隣接部６１の高さ方向上部とを連結する。下方ビーム部１６は、固定側隣接部５１の高さ方向下部と、可動側隣接部６１の高さ方向下部とを連結する。

ロードセル１０には、起歪体１２の高さ方向中央であって長手方向中央に、起歪体１２の幅方向を貫通する孔が形成される。孔は、固定側隣接部５１、可動側隣接部６１、および２本のビーム部１５，１６によって囲まれる空間である。孔は、二つのノッチ部３０と、二つのノッチ部３０を繋ぐ連通部３１とからなる。言い換えると、ノッチ部３０および連通部３１は、起歪体１２の両側面を貫通するように形成された孔である。ノッチ部３０の孔の開口は、起歪体１２の高さ方向に長軸を有する楕円に類似する形状を有する。

上方ビーム部１５および下方ビーム部１６は、それぞれ、起歪体１２の内、最も厚み寸法が小さい第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを有する。第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂは、起歪体１２のうち、最も剛性が低い部分である。第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂは、側面視で、ノッチ部３０の幅方向中央位置である（図３の直線ＢＬ参照）。ノッチ部３０の厚み寸法は、第１部分（ノッチ部３０の幅方向中央位置）５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂで最も小さく、起歪体１２の長手方向に沿って中央位置ＢＬから離れるにつれて厚み寸法は大きくなる。言い換えると、ノッチ部３０の剛性は、ノッチ部中央位置ＢＬで最も低く、中央位置ＢＬからマイナス方向およびプラス方向に移動するにつれて高くなる。

また、上方ビーム部１５および下方ビーム部１６は、起歪体１２の長手方向において第１部分に挟まれ、均一の厚み寸法を有する第２部分５ｃ，６ｃをさらに有する。第２部分５ｃ，６ｃは、ビーム部１５，１６の内、厚み寸法が最も大きい部分である。具体的に、第２部分は、連通部３１を構成するビーム部１５，１６の部分である。すなわち、第２の厚み寸法は、第１の厚み寸法より大きい。第２部分５ｃ，６ｃは、連通部３１のうち、最も剛性が高い部分である。

２本のビーム部１５，１６には、それぞれ、歪測定部（貼り付け部位）が設けられる。具体的に、上方位置にあるビーム部１５には、上方歪測定部が設けられる。上方歪測定部は、ビーム部１５の上面に設けられる。上方歪測定部のうち、固定剛体部１３寄りの歪測定部を上方第１歪測定部と呼び、可動剛体部１４寄りの歪測定部を上方第２歪測定部と呼ぶ。また、下方位置にあるビーム部１６には、下方歪測定部が設けられる。下方歪測定部は、ビーム部１６の下面に設けられる。下方歪測定部のうち、固定剛体部１３寄りの歪測定部を下方第１歪測定部と呼び、可動剛体部１４寄りの歪測定部を下方第２歪測定部と呼ぶ。上方第１歪測定部には、歪ゲージ１７ａが貼り付けられ、上方第２歪測定部には、歪ゲージ１７ｂが貼り付けられる。また、下方第１測定部には、歪ゲージ１８ａが貼り付けられ、下方第２側底部には、歪ゲージ１８ｂが貼り付けられる。

歪測定部は、ビーム部１５，１６の厚みの薄い部分に形成される。具体的に、歪測定部は、上述したビーム部１５，１６の第２部分５ｃ，６ｃ以外の部分に形成される。すなわち、歪測定部は、第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂおよび／または第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの近傍に形成される。歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、歪測定部に貼付される（図１参照）。

なお、本実施形態では、４つの歪測定部のうち少なくとも一つは、残渣量の位置感度が小さくなるように、第１部分から長手方向にずらした位置に設けられる。また、歪測定部は、４つの歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの残渣量の合計がゼロに近くなるように、第１部分から長手方向にずらした位置に設けられる。歪測定部を設ける位置については、追って詳細に説明する。

歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、ホイートストンブリッジに接続される。歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、可動剛体部１４に負荷された荷重Ｐによる起歪体１２の歪（変形度合い）を電気抵抗値の変化によって検出する。各歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの検出結果から、荷重（被検出物の重量）が演算される。

（２）ロードセルを用いた秤の一例
ロードセル１０は、上述したように、例えば、図２に示すような、ベースユニット２１と受け皿２２とが取り付けられる。受け皿２２には、被計量物品が載せられる。図２に示すような構成により、ロードセル１０は、秤を構成する一要素になる。

図２に示す例では、起歪体１２の固定剛体部１３が、ベースユニット２１にネジ９９により固定されている。起歪体１２の可動剛体部１４が、受け皿２２にネジ９９で固定されている。受け皿２２上に被計量物が載ると、被計量物の荷重Ｐ（図２参照）が起歪体１２の可動剛体部１４に作用し、可動剛体部１４が下方に変位する。すると、ベースユニット２１と固定剛体部１３とが固定されている起歪体１２は変形し、第１部分５ａおよびその近傍の上面（上方第１歪測定部）および第１部分６ｂおよびその近傍の下面（下方第２歪測定部）には引っ張り歪が生じ、第１部分５ｂおよびその近傍の上面（上方第２歪測定部）および第１部分６ａおよびその近傍の下面（下方第１歪測定部）には圧縮歪が生じる。このとき生じた歪は、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂによって検出される。

（３）歪測定部を設ける位置
次に、起歪体１２において歪測定部を設ける位置について、図３から図５〜８を用いて、詳細に説明する。言い換えると、ここでは、ロードセル１０の製造方法のうち、起歪体１２における歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの貼付け部位を決定する方法を説明する。

（３−１）基準点および調整点
まず、図３に、歪測定部の基準点ＢＰおよび調整点ＡＰを示す。基準点ＢＰは、直線ＬＣと基準線ＢＬとの交点である。直線ＬＣは、起歪体１２の長手方向に延びる直線であり、起歪体１２の幅方向中心を示す。基準線ＢＬは、起歪体１２の幅方向に延びる直線であり、ノッチ部３０の幅方向中心（ノッチ部３０の中央位置）を示す。言い換えると、基準線ＢＬは、第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを示す。調整点ＡＰは、直線ＬＣと調整線ＡＬとの交点である。調整線ＡＬは、直線ＢＬに対して平行に伸びる線であり、基準線ＢＬを、起歪体１２の長手方向いずれか一方（マイナス方向またはプラス方向）にずらした線である。なお、直線ＬＣ、基準線ＢＬ、および調整線ＡＬは、歪測定部を設ける位置を説明するために用いる仮想線である。

基準点ＢＰとは、歪測定部を設ける位置（歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを貼り付ける位置）を決定する上で基準となる点である。また、調整点ＡＰとは、基準点ＢＰを、起歪体１２の長手方向に延びる直線ＬＣに沿って第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの近傍で移動させることにより得られる点である。ここで、第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの近傍で得られる複数の調整点ＡＰのうち、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを起歪体１２に貼り付けた場合に、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差が最もゼロに近くなるような点が、残渣量の位置感度が最も小さい位置である。なお、本実施形態では、残渣量の位置感度が最も小さくなる調整点ＡＰを、第１調整点とよび、それ以外の調整点ＡＰを第２調整点とよぶ。

ここで、残渣とは、四隅調整によっても調整しきれない偏置誤差である。また、位置感度とは、残渣量の変化の生じやすさを意味する。すなわち、残渣量の位置感度が小さい位置とは、残渣量の変化が生じ難い位置である。言い換えると、残渣量の位置感度が小さい位置とは、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの貼付け位置にずれがあった場合にも、位置ずれが残渣量に影響を与え難い位置を意味する。

本実施形態では、４つの歪測定部のうち少なくとも一つが、残渣量の位置感度が小さくなるような調整点（第１調整点）ＡＰに設けられる。すなわち、四つの歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂのうち少なくとも一つは、第１調整点ＡＰを中心とする範囲（第１調整範囲）に貼付けられ、その他は、基準点ＢＰまたは第２調整点ＡＰを中心とする範囲（第２調整範囲）に貼り付けられる。

歪測定部の位置が決定されると、図４に示すように、起歪体１２には、当該歪測定部となる位置にケガキ線９４が設けられる。すなわち、起歪体１２には、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを貼り付ける目標位置を示すケガキ線９４が形成される。ケガキ線９４は、起歪体１２の長手方向および幅方向に直交する２本の線である。ケガキ線９４は、ケガキ線９４の中心位置が基準点ＢＰあるいは調整点ＡＰと一致するように、起歪体１２に形成される。

（３−２）残渣量の位置感度が小さくなる歪測定部の求め方
図５および図６は、上方第１歪測定部について、残渣量の位置感度が小さくなる位置の求め方を説明するための図である。図５および図６は、いずれも、被計量物品をロードセル１０の中央に載せた場合の歪分布と、被計量物品をロードセル１０の中央からずれた位置に載せた場合の歪分布との差（歪量差）の変化を示すグラフである。グラフの縦軸は、歪量差［με］を表し、グラフの横軸は、基準点ＢＰから歪測定部までの距離［ｍｍ］を表す。

図５は、上方第１歪測定部が基準点ＢＰに形成された場合を示し、図６は、上方第１歪測定部が第１調整点ＡＰに形成された場合を示す。図５および図６のグラフ中、符号Ｃ１およびＣ２で示された部分（太線部分）は、それぞれ、歪ゲージ１７ａの貼付け位置およびその位置における歪量差の変化を示す部分である。すなわち、符号Ｃ１および符号Ｃ２の中心位置が、上方第１歪測定部の形成位置である。

図５では、上方第１歪測定部は、基準点ＢＰ（基準点からの距離：０［ｍｍ］）に形成され、歪ゲージ１７ａは、基準点ＢＰを中心に約−１．３［ｍｍ］〜約１．３［ｍｍ］の範囲（基準範囲）に貼り付けられる。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約−０．９〜約−２．４［με］の範囲である。

一方、図６では、歪ゲージ１７ａは、基準範囲を図５の矢印方向（マイナス方向）にずらした第１調整範囲に設けられる。具体的には、上方第１歪測定部が、基準点ＢＰからマイナス方向に約１ｍｍずらした第１調整点ＡＰ（グラフの頂点ｔ１）に形成され、歪ゲージ１７ａは、第１調整点ＡＰを中心に、約−２．３［ｍｍ］〜約０．３［ｍｍ］の第１調整範囲に貼り付けられる。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約−０．９〜約−１．７［με］の範囲に納まる。

第１調整点ＡＰは、歪量差［με］が最もゼロに近くなる点（グラフ頂点ｔ１）である。また、第１調整点ＡＰは、上述したように、残渣量の位置感度が小さい位置でもある。第１調整範囲は、歪量差［με］が最もゼロに近くなる点（第１調整点Ａ）を中心とする範囲である。また、第１調整範囲は、歪量差の変化が最も緩やかな範囲でもある。

（３−３）全歪測定部を残渣量の位置感度が小さくなる位置に設けた場合の例
図７および図８は、全ての歪測定部の形成位置を第１調整点ＡＰに設けた場合の歪量差の変化を説明するための図である。図７および図８もまた、被計量物品をロードセル１０の中央に載せた場合の歪分布と、被計量物品をロードセル１０の中央からずれた位置に載せた場合の歪分布との差（歪量差）の変化を示すグラフである。グラフの縦軸は、歪量差［με］を表し、グラフの横軸は、歪測定部の基準点ＢＰからの距離［ｍｍ］を表す。

図７は、全ての歪測定部が基準点ＢＰに形成された場合を示し、図８では、全ての歪測定部が第１調整点ＡＰに形成された場合を示す。図７の符号Ｃ１および図８の符号Ｃ２で示された部分は、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの貼付け位置およびその位置における歪量差を示す部分である。符号Ｃ１および符号Ｃ２の中心位置が、各歪測定部の形成位置である。

具体的に、図７では、全ての歪測定部が基準点ＢＰに形成され、全歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが、基準点ＢＰを中心に約−１．３［ｍｍ］〜約１．３［ｍｍ］の範囲に貼り付けられている。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、それぞれ、歪ゲージ１７ａが、約−３．０〜約−１．０［με］、歪ゲージ１７ｂが、約１．０〜約３．０［με］、歪ゲージ１８ａが、約−２．３〜約−０．１［με］、歪ゲージ１８ｂが、約０．３〜約２．５［με］である。

一方、図８では、全歪測定部が、各歪測定部は、グラフ上で歪量差［με］が最もゼロに近くなる点（頂点ｔ１）を第１調整点ＡＰとし、各歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、第１調整点ＡＰを中心とする範囲（第１調整範囲）に貼り付けられる。第１調整点ＡＰは、基準点ＢＰからマイナス方向あるいはプラス方向にそれぞれずれ、第１調整範囲は、図７で示す基準範囲から、矢印方向にずれる。各歪測定部についての第１調整点ＡＰは、それぞれ独立して求められる。具体的に、各歪測定部についての第１調整点ＡＰは、基準点ＢＰを基準に、それぞれに適した方向およびそれぞれに適した量ずらすことによって求められる。すなわち、各歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが貼り付けられる第１調整範囲と基準範囲との相対位置および相対距離は、各歪測定部に応じて異なる。

より具体的に、歪ゲージ１７ａは、基準点ＢＰからマイナス方向に約１ｍｍずらした第１調整点ＡＰ（グラフの頂点ｔ１）を中心に、約−２．３［ｍｍ］〜約０．３［ｍｍ］の第１調整範囲に貼り付けられる。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約−１．６〜約−１．０［με］の範囲に納まる。また、歪ゲージ１７ｂは、基準点ＢＰからプラス方向に約１ｍｍずらした第１調整点ＡＰ（グラフの頂点ｔ１）を中心に、約−０．３［ｍｍ］〜約２．３［ｍｍ］の第１調整範囲に貼り付けられている。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約１．０〜約１．５［με］の範囲に納まる。

さらに、歪ゲージ１８ａは、基準点ＢＰからプラス方向に約１ｍｍずらした第１調整点ＡＰ（グラフの頂点ｔ１）を中心に、約−０．３［ｍｍ］〜約２．３［ｍｍ］の範囲に貼り付けられている。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約−１．１〜約−０．２［με］の範囲に納まる。また、歪ゲージ１８ｂは、基準点ＢＰからマイナス方向に約１ｍｍずらした第１調整点ＡＰ（グラフの頂点ｔ１）を中心に、約−２．３［ｍｍ］〜約０．３［ｍｍ］の第１調整範囲に貼り付けられる。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約０．３〜約１．１［με］の範囲に納まる。

これにより、全歪測定部について位置感度が小さい位置に設けられることになる。その結果、貼付け位置に誤差があった場合であっても、残渣量の変化が生じ難く、残渣量のばらつきを少なくすることができる。

（３−４）残渣量がゼロになるような歪測定部の求め方
図９および図１０は、４つの歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの残渣量がゼロになるように、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの貼付け位置を調整した場合を説明するための図である。図９は、図７と同様、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが基準範囲に貼り付けられた場合の、中央負荷時の歪分布と、偏置負荷時の歪分布との歪量差の変化を示す。図１０は、図９の符号Ｃ１で示す歪ゲージの貼付け位置を、図９の矢印方向にずらした場合の、中央負荷時の歪分布と、偏置負荷時の歪分布との歪量差の変化を示す。図１０において、全ての歪測定部は、基準点ＢＰからずれた調整点ＡＰに形成される。但し、可動剛体部１４寄りの二つの歪測定部（上方第２歪測定部および下方第２歪測定部）は、歪量差［με］が最もゼロに近くなるような第１調整点ＡＰ（頂点ｔ１）に設けられる。一方、固定剛体部１３寄りの二つの歪測定部（上方第１歪測定部および下方第１歪測定部）は、歪量差［με］が最もゼロに近くなる点から離れる方向に移動した点（第２調整点）ＡＰに設けられる。

具体的に、上方第２歪測定部は、基準点ＢＰからプラス方向に約１ｍｍずらした第１調整点ＡＰ（グラフの頂点ｔ１）に設けられ、歪ゲージ１７ｂは、第１調整点ＡＰを中心に、約−０．３［ｍｍ］〜約２．３［ｍｍ］の第１調整範囲に貼り付けられている。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約１．０〜約１．６［με］の範囲に納まる。また、下方第２歪測定部は、基準点ＢＰからマイナス方向に約１ｍｍずらした第１調整点ＡＰ（グラフの頂点ｔ１）に設けられ、歪ゲージ１８ｂは、第１調整点ＡＰを中心に、約−２．３［ｍｍ］〜約０．３［ｍｍ］の第１調整範囲に貼り付けられる。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約０．５〜約１．２［με］の範囲に納まる。

一方、上方第１歪測定部は、基準点ＢＰからプラス方向に約１ｍｍずらした第２調整点ＡＰに設けられ、歪ゲージ１７ａは、第２調整点ＡＰを中心に、約−０．３［ｍｍ］〜約２．３［ｍｍ］の第１調整範囲に貼り付けられる。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約−３．７〜約−１．２［με］の範囲となる。また、下方第１歪測定部は、基準点ＢＰからマイナス方向に約１ｍｍずらした第２調整点ＡＰ（グラフの頂点ｔ１）に形成され、歪ゲージ１８ａは、第２調整点ＡＰを中心に、約−２．３［ｍｍ］〜約０．３［ｍｍ］の範囲に貼り付けられている。この時、中央負荷時の歪分布と偏置負荷時の歪分布との歪量差は、約−３．０〜約−０．５［με］の範囲となる。

ここでは、固定剛体部１３寄りの二つの歪測定部を歪量差の変化が大きい方向に移動させ、可動剛体部１４寄りの二つの歪測定部は、歪量差の変化が小さい方向に移動させている。また別な言い方をすれば、四つの歪測定部を歪量差が減少する方向（マイナスの方向）に移動させている。このように、固定剛体部１３寄りの歪測定部の移動方向および移動量と、可動剛体部１４寄りの歪測定部の移動方向および移動量とを調整することにより、４つの歪センサの残渣量がゼロになるようにすることができる。

（４）歪ゲージおよびフレキシブルプリント基板の装着
起歪体１２には、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ、出力補償用の感温抵抗器９０、およびフレキシブルプリント基板８０が取り付けられる（図１１および図１２参照）。

歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、上述したように貼付け位置を示すケガキ線を目印に貼り付けられる。歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、起歪体１２の長手方向中心に対して端子が外側を向くようにそれぞれ配置される。歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの端子は、フレキシブルプリント基板８０内の配線に接続される。

感温抵抗器９０のリード部９２もまた、フレキシブルプリント基板８０内の配線に接続される。感温抵抗器９０は、主として、抵抗器本体９１とリード部９２とからなる。感温抵抗器９０は、最適な補償精度を得るため、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの近傍に実装することが好ましい。本実施形態では、ロードセル１０全体の高さ寸法を抑えるため、リード部９２を歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの近傍に配置し、抵抗器本体９１は起歪体１２の側面へ配置している。具体的には、リード部９２は、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの近傍の温度を検出可能なように、フレキシブルプリント基板８０内の配線に接続される。より具体的に、リード部９２は、起歪体１２の側面に配置する抵抗器本体９１から垂直方向上方に伸び、その後先端部が起歪体１２の外形に合うように折り曲げられ、起歪体１２の上面でフレキシブルプリント基板８０内の配線に接続される。

フレキシブルプリント基板８０は、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂおよび感温抵抗器９０等からなるブリッジ回路の、配線作業の簡略化のために用いられている。フレキシブルプリント基板８０は、図１１および図１２に示すように、主として、起歪体１２の連結部５０に貼り付けられている。フレキシブルプリント基板８０は、連結部５０の上面または下面において、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの端子と接続可能な位置、および歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂに挟まれる位置に貼り付けられる。具体的には、図１２に示すように、フレキシブルプリント基板８０は、中央貼付け部８１と、左側貼付け部８２と、右側貼付け部８３と、左右貼付け部８４とを有する。中央貼付け部８１は、連結部５０の長さ方向中央において起歪体１２の幅方向に延びる。具体的に、中央貼付け部８１は、第２部分５ｃ，６ｃに貼り付けられる。左側貼付け部８２は、可動側隣接部６１に貼り付けられる。具体的に、左側貼付け部８２は、歪ゲージ１７ｂの端子の左側に配置され、歪ゲージ１７ｂの端子に接続される。右側貼付け部８３は、固定側隣接部５１に貼り付けられる。具体的に、右側貼付け部８３は、歪ゲージ１７ａの端子の右側に配置され、歪ゲージ１７ａの端子に接続される。左右貼付け部８４は、ビーム部１５上に貼り付けられる。具体的に、左右貼付け部８４は、右側貼付け部８３および左側貼付け部８２を接続する部分である。起歪体１２の下面には、図１１および図１２に示すものと同様にフレキシブルプリント基板８０が貼り付けられている。

起歪体１２には、フレキシブルプリント基板８０を貼り付けるためのケガキ線が設けられる（図示なし）。ケガキ線は、中央貼付け部８１、左側貼付け部８２、および右側貼付け部８３が起歪体１２にそれぞれ貼り付けられた時に、左右貼付け部８４が、第２部分５ｃ，６ｃを除く部分の表面からわずかに浮いた状態となるような位置に設けられる。このとき、左右貼付け部８４は、第１部分５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂおよびその近傍の表面から２ｍｍ程度（若しくは、２ｍｍ以下）離れた状態にするものとする。これにより、ノッチ部３０に生じる歪の影響を受けることなく、歪ゲージ１７ａで検出された変位を出力部９３に送ることができる。

図１１および図１２等に示すように、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂおよびフレキシブルプリント基板８０を起歪体１２に装着した後、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ、およびフレキシブルプリント基板８０は樹脂で覆われる。

（５）特徴
（５−１）
上記実施形態に係るロードセル１０は、全歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂのうち、いずれか一つを、起歪体１２の長手方向に沿って基準点ＢＰからずらして、残渣量の位置感度が小さくなるような位置（調整点）ＡＰに貼り付けている。ロードセル１０の歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、手作業で取り付けられるため、貼付け位置にわずかに誤差が生じる。しかし、上記実施形態に係るロードセル１０は、貼付け位置に誤差があった場合にも、残渣量の変化が生じ難い位置を第１調整点ＡＰとし、第１調整点ＡＰを中心とする第１調整範囲に歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂを貼り付けている。これにより、歪ゲージの貼付け位置にわずかに誤差が生じた場合でも、残渣量の変化が生じ難い。これにより、残渣量のばらつきを抑制することが可能になる。

上記実施形態で用いた２つのビームを有するロードセル（２ビーム式ロードセル）は、起歪体の加工誤差や歪ゲージの貼付け位置の誤差などによって、ロバーバル機構に崩れが生じ、偏置誤差が発生する。通常、偏置誤差は、ロードセルのノッチ部を削るなどの物理的な調整（四隅調整）により補正することが可能であった。しかし、２ビーム式ロードセルを薄型化・小型化した場合、ロードセルの剛性が低下するため、四隅調整によっては調整しきれない誤差（残渣）が発生し、偏置特性が悪化する。特に、ねじりモーメントに対する剛性が低下するため、左右の偏置特性の悪化が顕著となる。このような偏置特性の悪化は、長手方向左右の形状が非対称であるような起歪体からなるロードセルにもあてはまる。すなわち、長手方向左右の形状が非対象の起歪体からなるロードセルも、残渣が大きくなる。さらに、このようなロードセルに発生する残渣は、個体間でばらつきが大きい。

上記実施形態に係るロードセル１０は、残渣の発生が、荷重を中央負荷した場合の起歪体の歪分布と偏置負荷した場合の起歪体の歪分布とに差に起因して発生することを考慮して、歪ゲージの貼付け位置が形成される。具体的には、歪測定部は、起歪体１２の基準点ＢＰから長手方向にずらした位置に設けられる。より具体的に、歪測定部は、第１部分にある基準点ＢＰから、第１部分の近傍であって基準点ＢＰから起歪体１２の長手方向にずらした第１調整点ＡＰに設けられる。第１調整点ＡＰは、残渣量の位置感度が小さくなるような位置である。これにより、残渣量の変化が生じ難いロードセルを得ることができる。

（５−２）
上記実施形態に係るロードセル１０は、起歪体１２の上面と下面とにそれぞれ歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが貼り付けられる。起歪体１２の上面に４つの歪ゲージが貼り付けられる場合、全ての歪ゲージを起歪体幅方向中央に位置することができない。しかし、起歪体１２の上面および下面にそれぞれ二つずつ歪ゲージを貼り付けた場合は、起歪体１２の幅方向中央に歪ゲージを貼り付けるけることが可能になる。その結果、計量物が偏った位置に置かれた時などに生じるねじれ方向の変形に対して、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが受ける影響を最小限に抑えることができる。

（５−３）
また、上記実施形態では、各歪測定部の形成位置が独立して求められる。具体的に、各歪測定部についての調整点ＡＰは、各歪測定部に適した方向および量、基準点ＢＰから移動させて求められる。これにより、残渣量のばらつきを最低限に抑えることが可能であると共に、４つの歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの残渣量をゼロに近づけることが可能になる。

（５−４）
また、上記実施系に係るロードセル１０は、側面視でＬ字型の起歪体１２からなる。これにより、ロードセル１０を用いた秤の高さ寸法を抑えることができる（図２参照）。

（６）変形例
（６−１）変形例Ａ
上記実施形態に係るロードセル１０は、ロードセル１０全体の高さ寸法を抑えるため、感温抵抗器９０のリード部９２を、歪ゲージ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの近傍に配置し、抵抗器本体９１は起歪体１２の側面へ配置している。ここで、抵抗器本体９１は、図１３に示すように、起歪体１２の第２部分５ｃ，６ｃの表面に掘られた穴９５に配置されるような構成であってもよい。穴９５は、第２部分の表面高さより低い位置に底面を有する。抵抗器本体９１を穴９５の内部に配置することにより、抵抗器本体９１の表面高さを、起歪体１２の表面高さと同じ位置にすることができる。これにより、ロードセル１０全体の高さ寸法を抑えることができる。

（６−２）変形例Ｂ
上記実施形態に係るロードセル１０は、可動剛体部１４の高さ寸法を、固定剛体部１３の高さ寸法よりも小さくした側面視Ｌ字型の起歪体１２を用いた。すなわち、上記実施形態では、長手方向左右の形状が非対称であるような起歪体からなるロードセルの歪測定部の位置（歪ゲージの貼付け位置）を説明した。ここで、上記実施形態で説明した歪測定部の求め方は、他の形状の起歪体を備えるロードセルについても採用することができる。すなわち、上記実施形態で説明した歪測定部の求め方は、残渣が大きいロードセルに対して採用することができる。

（６−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、ビーム部１５上面の二つの歪ゲージ１７ａ，１７ｂと、ビーム部１６下面の二つの歪ゲージ１８ａ，１８ｂとを備えるロードセル１０について、歪ゲージの貼付け位置を調整した。ここで、ロードセル１０が備える歪ゲージの数は、四つに限られるものではない。言い換えると、歪ゲージの貼付け位置の調整については、他のロードセルにも適用することができる。

例えば、ロードセルは、ビーム部１５，１６のいずれか一方の面に貼り付けられる二つの歪ゲージを備えるものであってもよい。また、ロードセルは、図１４に示すように、ビーム部１５，１６のいずれか一方の面に貼り付けられた四つの歪ゲージを備えるものであってもよい。この場合には、第１部分およびその近傍において、二つの歪ゲージが、起歪体１２の幅方向に並んで配置される。さらに、ロードセルは、ビーム部１５上面と同様、ビーム部１６下面にも四つの歪ゲージを備えるもの（合計八つの歪ゲージを備えるもの）であってもよい。このような場合であっても、上記実施形態と同様に歪ゲージの貼付け位置を調整することにより、残渣量および残渣量のばらつきを調整することができる。

すなわち、ビーム部１５，１６を有し、第１部分および第１部分の近傍に歪ゲージが貼り付けられるようなロードセルであれば、上記実施形態に係る歪測定部の求め方を適用することができる。

５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ 第１部分
５ｃ，６ｃ 第２部分
１０ ロードセル
１２ 起歪体
１３ 固定剛体部（固定部）
１４ 可動剛体部（可動部）
１５ 上方ビーム部（上方連結部）
１６ 下方ビーム部（下方連結部）
１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ 歪ゲージ（歪センサ）
２１ ベースユニット
２２ 受け皿
３０ ノッチ部
３１ 連通部
５０ 連結部
５１ 固定側隣接部
６１ 可動側隣接部
ＢＰ 基準点
ＡＰ 調整点（第１調整点、第２調整点）
ＢＬ 基準線
ＡＬ 調整線

特開２００１−３４３２９４号公報

Claims (5)

1. 長手方向左右の形状が非対象である起歪体と、荷重による前記起歪体の変位を検出する複数のセンサとを備えたロードセルであって、
   前記起歪体は、
   前記起歪体の長手方向における第１端側に配置され、土台となるベースユニットに固定される固定部と、
   前記起歪体の長手方向において、前記第１端の反対側にある第２端側に配置され、受け皿が取り付けられて可動する可動部と、
   前記固定部および前記可動部を連結し、前記起歪体の高さ方向中央に前記起歪体の幅方向を貫通する孔が形成されている連結部と、
   を有し、
   前記連結部は、前記複数のセンサを貼り付けるための複数の貼り付け部位を有し、
   前記複数の貼り付け部位のうち少なくとも１つは、残渣量の位置感度が小さくなる第１調整範囲に設けられ、
   前記複数の貼付け部位は、前記複数のセンサの残渣量の合計がゼロに近くなるように、第２調整範囲に設けられる、
   ロードセル。
2. 前記連結部は、
   前記固定部と隣接する固定部側隣接部と
   前記可動部と隣接する可動部側隣接部と、
   前記固定部側隣接部の上部と、前記可動部側隣接部の上部とを繋ぐ上方連結部と、
   前記固定部側隣接部の下部と、前記可動部側隣接部の下部とを繋ぐ下方連結部と、
   を含み、
   前記複数の貼り付け部位のうち二つは、前記上方連結部の上面に設けられ、前記複数の貼り付け部位のうち二つは、前記下方連結部の下面に設けられる、
   請求項１に記載のロードセル。
3. 前記複数の貼り付け部位のそれぞれは、前記長手方向において前記基準位置からプラス方向およびマイナス方向のいずれか一方に独立してずらされる、
   請求項１または請求項２に記載のロードセル。
4. 前記起歪体は、前記長手方向における断面形状がＬ字型である、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロードセル。
5. 長手方向左右の形状が非対象である起歪体と、荷重による前記起歪体の変位を検出する複数のセンサとを備えたロードセルであって、
   前記起歪体は、
   前記起歪体の長手方向における第１端側に配置され、土台となるベースユニットに固定される固定部と、
   前記起歪体の長手方向において、前記第１端の反対側にある第２端側に配置され、受け皿が取り付けられて可動する可動部と、
   前記固定部および前記可動部を連結する連結部と、
   を有し、
   前記連結部は、前記複数のセンサを貼り付けるための複数の貼り付け部位を有し、
   前記複数の貼り付け部位のうち少なくとも１つは、残渣量の位置感度が小さくなる第１調整範囲に設けられ、
   前記複数の貼付け部位は、前記複数のセンサの残渣量の合計がゼロに近くなるように、第２調整範囲に設けられる、
   ロードセル。

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