JPH04324332A - ロードセルハウジング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】なかでも、紙、プラスチック、織
物、および金属の産業界においては、連続的な材料ウェ
ブあるいは細片の引張力および（あるいは）引張応力が
製造工程を指示、監視、制御するためにしばしば測定さ
れる。この測定は普通は、連続的なウェブがそらせロー
ラを通過できるような方法で実行される。前記そらせロ
ーラの軸受とベースとの間には、ロードセルハウジング
から成るロードセルが設けられ、その中には好ましくは
磁気弾性型の組込み式トランスデューサが収納されてい
る。本発明はハウジングをベースおよびそらせローラの
軸受との両方に取付けるがゆえにハウジング内に生じる
内部曲げモーメントと応力とを防ぐためのハウジングの
特別な設計に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロードセルハウジングの良好な構造設計
の重要な点を理解するために、引張力および（あるいは
）引張応力の測定に関してまず簡単に説明する。前記そ
らせローラは軸受ハウジングの中で従来通りの方法で受
留められている。軸受ハウジングとベース、即ち、ある
種の基礎との間にロードセルハウジングが配置されてい
る。これは２つの比較的固い平行六面体状のヨークから
ほぼなっており、そのうちの１つは軸受ハウジングと連
結し、他の１つはベースと連結している。前記ヨークは
、ヨークの長手方向にある程度動くことができるように
、多数のメンブレンやトランスデューサによって一緒に
連結されている。前記トランスデューサは、移動方向、
即ち、普通は水平方向における力（Ｆｒ）のみが測定さ
れるように方向づけられている。そらせローラにおける
連続ウェブの、前述した動きの方向に対する入口角度と
出口角度とがわかると、連続ウェブにおける引張力（Ｆ
ｄ）は簡単な方法で計算することができる。また問題と
している連続ウェブの断面積がわかると、引張応力も画
定することができる。

【０００３】２つのヨークの間に、上述したメンブレン
と平行にトランスデューサを挿入するのに、普通は、２
つのヨークと平行な方向に測定可能な力が生じないよう
にして実行することができる。また２つのヨークの外側
面を平坦、平行な面にするという製造上の観点からも大
きな問題はない。

【０００４】良好な正確性を得るための付加的な条件は
、ロードセルハウジングのヨークに対面した軸受ハウジ
ングの側部が平坦な表面を有しているということである
。ロードセルハウジングの他のヨークに対面するベース
の表面に関しても同じことが要求される。与えられた正
確なデータに合致することができるようにするためには
、特別な平坦性を必要とすることがしばしば指摘される
。

【０００５】また、いかなる横方向の力も測定方向の中
へ入ってくるのを防ぐために、ロードセルをそらせロー
ラに対して正確に９０度の角度に取付けることが常に重
要である。

【０００６】ロードセルハウジングを軸受ハウジングと
ベースとに対してそれぞれ取付けるのには、それぞれ軸
受ハウジングとベースとの側部からヨーク内のねじ孔の
中へねじ込まれるねじを用いてしばしば行われる。ねじ
どめのためには普通は特別な締付モーメントが規定され
るが、ロードセルハウジングの中には少なからざる大き
さの内部曲げモーメントと曲げ力が生じることがあるの
で、ロードセルハウジングの取付けによって測定精度が
非常にまずい方向に影響を受けるということが証明され
ている。このことは、そらせローラ上に連続ウェブが存
在しない状態で、ヨークに平行な方向における引張力を
ロードセルが検知するというようにして現れてくる。

【０００７】上述した問題を減らすために各種設計のヨ
ークが提案されてきている。ヨークの平坦、平行な表面
を軸受ハウジングとベースそれぞれと密接に接触させる
代わりに、ヨークの平坦な表面に、そらせローラのシャ
フトに平行でかつねじ孔のそれぞれの側部に位置した狭
い溝を設けることができる。そのような溝は、中でも、
ＡＢＢ社のパンフレット　　プューブロック　　テンシ
オメータ　　Ａ０７−７５０５Ｅの図の中に示されてい
る。その他に、このパンフレットは完全なロードセルの
構造と、これがウェブ内の引張力あるいは引張応力を測
定する必要のある連続ウェブに関して、どのようにして
製造プラントの中に統合されるかとを示している。この
場合に用いられているトランスデューサは磁気弾性型ト
ランスデューサからなり、これは励磁用および測定用の
巻線のための適当な孔の位置によって、ヨークの長手方
向における力を測定するだけである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した溝を導入する
ことはヨークの外側の平坦、平行面に関して必然的に伴
う改良点を有しているが、問題が完全になくなったわけ
ではない。これらの問題が生じる基本的な理由は、上述
したように、ねじの締付けがヨークの内部曲げモーメン
トや曲げ応力を増加させ、その結果、ロードセルがそら
せローラ上に連続ウェブが存在しない場合にヨークに平
行な方向の引張力を検知してしまうからである。ヨーク
内での曲げモーメント発生の技術的な説明をすると、本
設計における各々のねじの周囲における接触面が対称的
な対向支持体を提供していないことになる。対称的な対
向支持体によるということは、もし各々のねじ孔の周囲
における接触表面が多数の表面要素からなっていると考
えられる場合には、表面要素の「表面モーメント」の合
計、即ち、それぞれの表面要素の面積にその表面圧力と
ねじ中心までの距離とを掛けた値が零にならなければな
らないことを意味している。ヨークの平坦、平行な外側
に係る設計上の解決も、また溝を有したヨークの外側も
共に対称的な対向支持体を示していないので、ヨークの
中には常に内部曲げモーメントとそれに関連する機械応
力が存在することになるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はヨークのねじ孔
の周囲における領域の構造設計に係り、これはヨークと
軸受ハウジングとベースそれぞれの間の全てのねじ結合
に対する対称的な対向支持を事実上可能にする。これは
ヨークの取付けによって伝達される連続ウェブにおける
引張力と引張応力の測定に対する影響、即ち、ヨーク内
の内部曲げモーメントと機械的応力が実質的になくなる
ということを意味している。

【００１０】前記ねじ孔はその全長に沿ってねじが切れ
ていても、あるいはヨークの外側の平坦な平面からヨー
クの中へ、ねじのなにある程度のマージンと十分な予応
力とを確保するのに必要なだけねじが切れていてもよい
。各々のねじ孔においては、ヨークの外側の、外部へ向
かった平面からあるギャップが設けられており、そのヨ
ーク内への深さは、ロードセルの取付けによって生じる
応力の影響を、各々の特別な場合において許容できるよ
うな値にまで減少させるのに十分な深さになっている。 普通は、このことは前記深さがねじ孔の直径の４分の１
より大きいことを意味している。このようにしてねじ孔
の周囲に形成された管状体の、外側へ向かった平面は、
ヨークのもう１つの外平面よりも幾分外側に位置してい
る。前記管状体の、例えばキャップに向かった外周部に
係る断面は、多角形あるいは円形になっていてもよい。 ヨークには普通は４個のねじ孔が設けられており、これ
は、対になって、ヨークの端板に平行に、かつその近く
に位置している。このことは、ロードセルハウジングの
２つのヨークが、軸受ハウジングとベースそれぞれとの
接触表面として、ねじ孔を中心としてその周りに４つの
平坦面を持つことになるということを意味している。ヨ
ークと軸受ハウジングおよびベースそれぞれとの間で連
結要素を形成している管状体は、取付け、計測している
間に、ヨークの隣接部品とは事実上無関係に、軸方向に
圧縮されたり、ねじ孔の中心線から外側へ延びたりする
ことができるので、ヨークの中には内部モーメントや機
械応力が原因の変形は最少量しか生じないことになるで
あろう。

【００１１】管状体の外部寸法は、平坦面と軸受ハウジ
ングおよびベースそれぞれとの間の接触圧力によって生
じる応力が許容限度の中に十分入るように選択されなけ
ればならない。

【００１２】しかしながら、一般的には、ロードセルハ
ウジングとその周囲物との接触面積を最少にすることが
望ましい。このことによって、ベースからの外部粒子あ
るいは不規則性がヨーク内に内部曲げモーメントあるい
は機械応力を生じさせるという危険性が減少する。この
ことはまた、「従来技術、課題」のところで前述した溝
の導入という考えに隠れたアイデアであった。しかしな
がら、このことは管状体によって得られる対称的な対向
支持体の利点を与えるものではなかった。

【００１３】横方向の荷重の観点からいうと、ヨークの
端板に配置された２つのねじ取付部を、ヨークの長手方
向側部に向かってできるだけ外へ遠く位置させることが
望ましい。もちろん、平衡モーメントはヨークの力吸収
接触面と横方向荷重との間に存在しているので、連結要
素上の荷重は距離が増加するにつれて低下するであろう
。しかしながら、溝を用いる設計においては、使用して
いないねじの間に接触面が存在する。

【００１４】ヨークを、ねじの対の接触面において、な
かでも、可能性のある高さの差、あるいはベースと軸受
ハウジングそれぞれの不規則性に対してさらに適用でき
るようにするためには、管状体に１あるいはそれ以上の
腰状物を設けて、管状体の曲げ剛性を減少させてもよい
。このことは異なった実施例の説明の中で明らかになる
であろう。前記腰状物によって、不均一なベースの場合
における管状体の中に生じる曲げモーメントは減少され
るであろう。曲げモーメントが減少するということの利
点は、ヨーク内の内部応力、内部モーメントの形をした
ヨークへの影響が減少することであろうという点にある
。前記腰状物は管状体の壁部における材料を削ることに
よって各種方法によって製作することができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の１つの実施例によるロードセ
ルの図であり、図２は腰状物がどのようにして管状体を
不均一なベースに適応させているかを示す図である。

【００１６】本発明の好ましい実施例が図１に示されて
おり、ロードセルハウジングとそれに組込まれたロード
トランスデューサとからなっている完全なロードセルが
示されている。前記ロードセルハウジングはメンブレン
３，４，５，６によって相互結合された２つのほぼ平行
六面体状のヨーク１，２からなっている。カバー板７の
後で前記メンブレンと平行になって、力トランスデュー
サ（図示せず）が取付けられ、ヨークの縦方向の力のみ
を測定するように配置されている。図示したロードセル
ハウジングの実施例においては、両方のヨークにはそれ
らの両端部において２つのねじ孔８〜１５が設けられて
おり、それぞれ軸受ハウジングとベースの形をした力伝
達装置（図示せず）に対して取付けるようになっている
。ヨークにおけるすべてのねじ孔とそれに最も近い部分
は、ねじ孔１１における断面図によって示されているの
と同じようにして形成されている。図から明らかなよう
に、ヨークの外面から見た場合、ねじ孔は長さ（Ａ）だ
けねじが切られている。図１に示した例におけるような
好ましい実施例においては、ねじ孔と同心状になってね
じの深さよりも少し大きい深さまでギャップが円形状に
形成されている。図１が余り多くの参照番号で一杯にな
らないようにするために、ねじ孔１１の周りのギャップ
１６しか示されていない。また図から明らかなように、
例において示した円形の管状体の結果として生じる、環
状の、外側に面した表面１７はヨークの残りの外面より
も少し外側へ延在している。したがって、軸受ハウジン
グとベースとの各々と接触する２つのヨークの表面は、
ねじ孔の周囲に環状的に配置された４つの平面によって
構成されることになるであろう。

【００１７】本発明の他の実施例においては、各々の管
状体は、分離的な、中心的にかつ、少なくともある程度
まで外部的にねじのついた管状体からなっている。従っ
て、ヨークの中には、管状体の外ねじに対応したねじを
きられた孔が設けられている。望みのギャップを得るた
めに、ヨークの外面に最も近い孔は対応的により大きな
直径を有して作られる。

【００１８】本発明の範囲内において、管状体の断面外
周は、上述したように円形外周として形成される他に、
対称的な対向支持体に対する要求をできるかぎり満たす
複数個の異なった方法で形成してもよい。管状体の断面
外周は、例えば、多角形として、あるいは部分円形と１
あるいはそれ以上の弦として形成してもよい。後者はね
じ孔の中心がヨークの長手方向側部と端板とに近く位置
していて、管状体の半径がねじ孔と長手方向側部および
端板との間のそれぞれの長さより大きい場合のことであ
る。

【００１９】「課題を解決するための手段」のところで
述べたように、ヨークは、管状体に１あるいはそれ以上
の腰状物を設けることによって、ねじの対の接触表面に
近いところにおける、ベースと軸受表面との間の可能性
のある高さの差あるいは不規則性に対してより多く適応
できるように製作することもできる。好ましい実施例に
おいては、図１に示した例から明らかなように、前記腰
状物は、長手方向の両側において、ヨークの外面からあ
る距離をおいたところに、ねじ孔の中心線に対して対称
的に、各々のねじ孔に関して２つの直線状の内側に向か
った円筒状の孔１８，１９を設けることによって形成さ
れ、これらは好ましくは円形断面になっている。前記孔
の寸法は、孔の母面の内でねじ孔の中心線から最も遠く
離れたところに位置した母面が、ねじ孔の周囲に形成さ
れた管状体の外周に少なくとも接触するような寸法にな
っている。

【００２０】図２は、管状体２１と２２の端面１７と２
０がヨーク１に対面した不均一な表面を有した軸受ハウ
ジング２３に対して適応させるのを、前記腰状物がどの
ようにして可能にしているのかを示している（明確にす
るために表面を拡大している）。

【００２１】本発明の範囲は腰状物の幾つかの他の実施
例とその位置とを含む。すでに述べたように、各１つの
管状体に単一の腰状物を設けてもよい。また、前記腰状
物はヨークの端板から管状体へ向かって延在した孔とし
て形成してもよい。製造の点からいえば腰状物の円筒状
実施例も有利であるが、他の実施例も用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施例にるロードセルの図。

【図２】腰状物がどのようにして管状体を不均一なベー
スに適応させているかを示す図。

【符号の説明】

１，２　　ヨーク ３，４，５，６　　メンブレン ８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５　　ねじ
孔１６　　ギャップ １７　　外へ向かった平面 １８，１９　　腰状物 ２０，２１　　管状体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ロードセルを形成する組込み型の力ト
   ランスデューサを有したロードセルハウジングにおいて
   、２つの平行六面体のヨーク（１，２）を含み、そのう
   ちの１つは力を導入する装置に対面し、もう１つは力を
   吸収するベースに対面し、前記力トランスデューサはメ
   ンブレン（３…，６）と一緒になってヨークの間に配置
   されてヨークを結合し、前記力トランスデューサはヨー
   クの長手方向においてロードセルにかかった力だけを測
   定するようになっており、ヨークの端板にはねじ孔（８
   ……１５）が配置され、ヨークを力導入装置およびベー
   スに取付け、各ねじ孔にはギャップ（１６）が設けられ
   ていて、ねじ孔の周囲には管状体（２０，２１）が形成
   され、前記管状体の外面（１７）はヨークの外面と平行
   な平面であり、かつその外側へ延在していることを特徴
   とするロードセルハウジング。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のロードセルハウジング
   において、前記ギャップは管状体の断面が多角形の外形
   を有するように配置されているロードセルハウジング。
3. 【請求項３】　　請求項１記載のロードセルハウジング
   において、前記ギャップは管状体の断面が外部円形状あ
   るいは部分円形状と１あるいはそれ以上の弦とを有する
   ように配置されているロードセルハウジング。
4. 【請求項４】　　請求項１記載のロードセルハウジング
   において、前記管状体には１あるいはそれ以上の腰状部
   （１８，１９）が設けられているロードセルハウジング
   。