JP7159072B2 - load cell - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、力やトルクを検出することが可能なロードセルに関する。 Embodiments of the present invention relate to load cells capable of detecting force and torque.
ロードセルは、例えば力を受ける起歪体と、起歪体に設けられた歪センサとしての歪ゲージと、起歪体が固定される構造体を用いて構成される(例えば特許文献1参照)。 A load cell is composed of, for example, a strain body that receives a force, a strain gauge as a strain sensor provided on the strain body, and a structure to which the strain body is fixed (see, for example, Patent Document 1).
起歪体は、例えば構造体にボルトを用いて固定される。しかし、ロードセルの小型化に伴い、起歪体をボルトにより構造体に固定することが困難となっており、構造体に対する起歪体の位置を高精度に保持することが困難となっている。 The strain bodies are fixed to the structure using bolts, for example. However, with the miniaturization of the load cell, it has become difficult to fix the strain-generating body to the structure with bolts, and it has become difficult to hold the position of the strain-generating body with respect to the structure with high accuracy.
構造体に対して起歪体が高精度に固定されていない場合、歪ゲージにおいて、歪と電気抵抗の変化との比率としてのゲージファクタが小さくなり、例えば弱い力を正確に検出することが困難となるなどの問題がある。 If the strain-generating body is not fixed to the structure with high precision, the gauge factor, which is the ratio of the strain to the change in electrical resistance, becomes small in the strain gauge, making it difficult to accurately detect, for example, a weak force. There are problems such as
本実施形態は、起歪体を本体に対して高精度に固定することが可能なロードセルを提供するものである。 This embodiment provides a load cell capable of fixing the strain generating body to the main body with high precision.
本実施形態のロードセルは、第1開口部を有する第1構造体と、第2開口部を有する第2構造体と、前記第1構造体と第2構造体とを接続する第3構造体と、歪センサが設けられ、第1端部が前記第1構造体の前記第1開口部に挿入され、第2端部が前記第2構造体の前記第2開口部に挿入される起歪体と、前記第1開口部に挿入され、前記起歪体の前記第1端部を前記第1構造体に押圧させる第1ブロックと、前記第2開口部に挿入され、前記起歪体の前記第2端部を前記第2構造体に押圧させる第2ブロックと、を具備する。 The load cell of this embodiment includes a first structure having a first opening, a second structure having a second opening, and a third structure connecting the first structure and the second structure. , a strain generating body provided with a strain sensor, a first end of which is inserted into the first opening of the first structure and a second end of which is inserted into the second opening of the second structure a first block inserted into the first opening to press the first end of the strain body against the first structure; and a first block inserted into the second opening to press the strain body. a second block having a second end pressed against the second structure.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are given the same reference numerals.
図1乃至図4は、本実施形態に係るロードセル10を示している。
ロードセル10は、本体としての第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13と、例えば第1起歪体21、第2起歪体22、及び例えば2つの第1ブロック31a、31b、及び2つの第2ブロック32a、32bを具備している。
1 to 4 show a
The
第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13は、金属例えばステンレススチール(SUS)により一体的に構成されている。しかし、構造体の材料は、SUSに限定されるものではなく、鉄、アルミニウム、樹脂などの材料を使用することも可能である。
The
第1構造体11及び第2構造体12は、例えば円筒であり、第2構造体12は、第1構造体11の内側で、第1構造体11と同心状に配置されている。すなわち、第1構造体11と第2構造体12は、中心軸を共有している。
The
図2、図3に示すように、第3構造体13は、第1構造体11と第2構造体12の軸心に沿った方向の一端部、例えば上部において、第1構造体11と第2構造体12とを接続する。第3構造体13は、弾性を有しており、第2構造体12は、第1構造体11に対して、軸心に沿った方向(図2に示す矢印F方向)及び軸心回り方向(図2に示す矢印T方向)に移動可能とされている。また、第3構造体13は、直径方向に沿って、例えば2つの窓13a、13bを有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
第1構造体11は、2つの窓13a、13bに対応する側面に、例えば2つの第1開口部11a、11bを具備し、第2構造体12は、2つの窓13a、13bに対応する側面に例えば2つの第2開口部12a、12bを具備している。第2開口部12aは、第1開口部11aに対向され、第2開口部12bは、第1開口部11bに対向されている。
The
第1起歪体21は、第1構造体11の第1開口部11a内と、第2構造体12の第2開口部12a内に挿入される。すなわち、第1起歪体21の第1端部は、第1開口部11a内に配置され、第2端部は、第2開口部12a内に配置される。
The first
第2起歪体22は、第1構造体11の第1開口部11b内と、第2構造体12の第2開口部12b内に挿入される。すなわち、第2起歪体22の第1端部は、第1開口部11b内に配置され、第2端部は、第2開口部12b内に配置される。
The second
第1起歪体21及び第2起歪体22は、例えばSUSにより構成されている。第1起歪体21及び第2起歪体22の厚みは、例えば第3構造体14の厚みより薄く、後述するように、第2構造体12が第1構造体11に対して移動した場合、変形可能とされている。
The first strain-generating
第1構造体11の第1開口部11a内には、第1ブロック31aが圧入され、第2構造体12の第2開口部12a内には、第2ブロック32aが圧入される。さらに、第1構造体11の第1開口部11b内には、第1ブロック31bが圧入され、第2構造体12の第2開口部12b内には、第2ブロック32bが圧入される。
A
第1ブロック31a、31b及び第2ブロック32a、32bのそれぞれは、弾性体、例えばSUSにより構成される。第1ブロック31a、31b及び第2ブロック32a、32bのそれぞれは、例えば直方体とされているが、これに限らず、例えばくさび形のような形状であってもよい。
Each of the
第1起歪体21の第1端部は、第1ブロック31aにより第1開口部11a内の例えば上面、すなわち第1構造体11に圧接される。第1起歪体21の第2端部は、第2ブロック32aにより第2開口部12a内の例えば上面、すなわち第2構造体12に圧接される。
The first end of the first
第2起歪体22の第1端部は、第1ブロック31bにより第1開口部11b内の例えば上面、すなわち第1構造体11に圧接される。第2起歪体22の第2端部は、第2ブロック32bにより第2開口部12b内の例えば上面、すなわち第2構造体12に圧接される。
The first end of the second
図4に示すように、第1開口部11a、11b及び第2開口部12a、12bは、第1部分12-1と第2部分12-2を有する。第1部分は、第1起歪体21及び第2起歪体22の断面形状に類似し、第2部分12-2は、第1ブロック31a、31b及び第2ブロック32a、32bの断面形状に類似する。このため、第1起歪体21、第2起歪体22、及び第1ブロック31a、31b及び第2ブロック32a、32bは、第1開口部11a、11b、及び第2開口部12a、12b内において、第1構造体11及び第2構造体12の円周方向及び軸心に沿った方向に移動しないように規制される。
As shown in FIG. 4, the
図5は、第1起歪体21及び第2起歪体22の構成を概略的に示している。
第1起歪体21の表面には、歪センサ(歪ゲージ)としての例えば薄膜抵抗体R1、R2と、複数の端子41、42、43が配置されている。薄膜抵抗体R1は、端子41と端子42の間に接続され、薄膜抵抗体R2は、端子42と端子43との間に接続されている。
FIG. 5 schematically shows the configuration of the first strain-generating
For example, thin film resistors R1 and R2 as strain sensors (strain gauges) and a plurality of
第2起歪体22の表面には、歪センサとしての例えば薄膜抵抗体R3、R4及び複数の端子44、45、46が配置されている。薄膜抵抗体R3は、端子44と端子45との間に接続され、薄膜抵抗体R4は、端子45と端子46との間に接続されている。これら薄膜抵抗体R1~R4は、例えばホイートストンブリッジ回路を構成する。
For example, thin film resistors R3 and R4 and a plurality of
図2に示すように、ロードセル10に外部から矢印F方向の力が印加され、第1構造体11に対して第2構造体12が軸心に沿った方向に移動すると、第1起歪体21及び第2起歪体22が変形する。これにより、薄膜抵抗体R1~R4が圧縮又は伸張され、抵抗値が変化すると、ブリッジ回路から印加された力に応じた電気信号がセンサ出力として発生される。
As shown in FIG. 2, when a force in the direction of arrow F is applied to the
また、ロードセル10は、軸心回りに力が印加された場合、トルクセンサとしても機能する。
The
(実施形態の効果)
上記実施形態によれば、第1構造体11は、第1開口部11a、11bを有し、第2構造体12は、第2開口部12a、12bを有し、第1起歪体21の第1端部は、第1開口部11a内において、第1ブロック31aにより第1構造体11に圧接され、第2端部は、第2開口部12a内において、第2ブロック32aにより第2構造体12に圧接され、第2起歪体22の第1端部は、第1開口部11b内において、第1ブロック31bにより第1構造体11に圧接され、第2端部は、第2開口部12b内において、第2ブロック32bにより第2構造体12に圧接されている。このため、ボルトを用いる場合に比べて、ロードセル10を小型化することが可能であり、第1構造体11及び第2構造体12が小型化された場合においても、第1起歪体21及び第2起歪体22を第1ブロック31a、31b及び第2ブロック32a、32bによって、第1構造体11及び第2構造体12に確実に固定することができる。したがって、ロードセル10に弱い力が印加された場合においても、印加された力を高精度に検出することが可能である。
(Effect of Embodiment)
According to the above embodiment, the
また、本実施形態によれば、第1開口部11a、11b内に第1ブロック31a、31bを圧入し、第2開口部12a、12b内に第2ブロック32a、32bを圧入することにより、第1起歪体21及び第2起歪体22を第1構造体11及び第2構造体12に固定することができる。したがって、第1構造体11及び第2構造体12が小型化された場合においても、ボルトを用いる場合に比べて、製造が容易であり、製造コストを低廉化することが可能である。
Further, according to the present embodiment, the
尚、本体を構成する第1構造体11及び第2構造体12は、円筒形に限定されるものではなく、例えば直方体であってもよい。この場合、第3構造体13は、第1構造体11及び第2構造体12を接続する構成であればよい。
The first
起歪体の数は、2つに限定されるものではなく、1つまたは、3つ以上であってもよい。 The number of strain-generating bodies is not limited to two, and may be one or three or more.
起歪体に設けられる歪ゲージの数は、2つに限定されるものではなく、1つ又は4つでもよく、歪ゲージの種類は薄膜抵抗体に限定されるものではない。 The number of strain gauges provided on the strain generating body is not limited to two, and may be one or four, and the type of strain gauge is not limited to thin film resistors.
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the gist of the present invention at the implementation stage. Also, various inventions can be formed by appropriate combinations of the plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be omitted from all components shown in the embodiments. Furthermore, components across different embodiments may be combined as appropriate.
10…ロードセル、11…第1構造体、11a、11b…第1開口部、12…第2構造体、12a、12b…第2開口部、12-1…第1部分、12-2…第2部分、13…第3構造体、21…第1起歪体、22…第2起歪体、31a、31b…第1ブロック、32a、32b…第2ブロック、R1~R4…薄膜抵抗体。
Claims (6)
第2開口部を有する第2構造体と、
前記第1構造体と第2構造体とを接続する第3構造体と、
歪センサが設けられ、第1端部が前記第1構造体の前記第1開口部に挿入され、第2端部が前記第2構造体の前記第2開口部に挿入される起歪体と、
前記第1開口部に挿入され、前記起歪体の前記第1端部を前記第1構造体に押圧させる第1ブロックと、
前記第2開口部に挿入され、前記起歪体の前記第2端部を前記第2構造体に押圧させる第2ブロックと、
を具備するロードセル。 a first structure having a first opening;
a second structure having a second opening;
a third structure connecting the first structure and the second structure;
a strain body provided with a strain sensor having a first end inserted into the first opening of the first structure and a second end inserted into the second opening of the second structure; ,
a first block inserted into the first opening to press the first end of the strain body against the first structure;
a second block inserted into the second opening to press the second end of the strain generating body against the second structure;
A load cell comprising a
前記第2構造体は、前記第1構造体と同心状に配置された円筒である
請求項1記載のロードセル。 the first structure is a cylinder,
The load cell according to claim 1, wherein said second structure is a cylinder arranged concentrically with said first structure.
前記第2構造体は、複数の前記第2開口部を含み、
前記起歪体は、複数の前記第1開口部及び複数の前記第2開口部にそれぞれ挿入される複数の前記起歪体を含み、
前記第1ブロックは、複数の前記第1開口部に挿入される複数の前記第1ブロックを含み、
前記第2ブロックは、複数の前記第2開口部に挿入される複数の前記第2ブロックを含む
請求項3記載のロードセル。 the first structure includes a plurality of the first openings;
the second structure includes a plurality of the second openings;
The strain-generating body includes a plurality of strain-generating bodies inserted into the plurality of first openings and the plurality of second openings,
the first block includes a plurality of the first blocks inserted into the plurality of the first openings;
4. The load cell according to claim 3, wherein said second block includes a plurality of said second blocks inserted into a plurality of said second openings.
複数の第2開口部を有し、前記第1構造体と同心状に配置された円筒形の第2構造体と、
前記第1構造体と第2構造体とを接続する第3構造体と、
複数の歪センサが設けられ、第1端部が前記第1構造体の複数の前記第1開口部にそれぞれ挿入され、第2端部が前記第2構造体の複数の前記第2開口部に挿入される複数の起歪体と、
複数の前記第1開口部のそれぞれに挿入され、前記起歪体の前記第1端部を前記第1構造体に押圧させる複数の第1ブロックと、
複数の前記第2開口部のそれぞれに挿入され、前記起歪体の前記第2端部を前記第2構造体に押圧させる複数の第2ブロックと、
を具備するロードセル。 a cylindrical first structure having a plurality of first openings;
a cylindrical second structure having a plurality of second openings and arranged concentrically with the first structure;
a third structure connecting the first structure and the second structure;
A plurality of strain sensors are provided, and first ends are respectively inserted into the plurality of first openings of the first structure, and second ends are inserted into the plurality of second openings of the second structure. a plurality of strain-generating bodies to be inserted;
a plurality of first blocks inserted into each of the plurality of first openings to press the first end of the strain body against the first structure;
a plurality of second blocks inserted into each of the plurality of second openings to press the second end of the strain body against the second structure;
A load cell comprising a
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