JPH05248925A - ロードセル、ロードセルの製造方法、計量器及び計量方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷された荷重を検出するロードセルについ
て、歪センサーを溶接によって起歪体に取り付けること
により、機械的なハンドリングを容易化し、しかも真空
チャンバのような大型の作業室を不要として、生産性を
向上させることを目的とする。 【構成】 負荷に応じて歪を生起する歪発生部が設けら
れた金属製の起歪体１と、該歪発生部に発生する歪を検
出する歪検出素子を金属基板上に形成してなる歪センサ
ー４０とを備え、この歪センサー４０が、その金属基板
を上記起歪体１に溶接することにより、該起歪体１に取
り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子秤のような計量器
に用いられるロードセル、特に所定形状の起歪体に取り
付けたストレインゲージ等の歪検出素子の電気特性の効
果により、上記起歪体に負荷された荷重を電気的に検出
するロードセルと、その製造方法と、これを用いた計量
器と、計量方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子秤等に用いられるロードセ
ルは、たとえば図１９に示すように直方体の金属素材の
中央部に切り欠きｃを形成することにより、両端の剛体
部ａ１と剛体部ａ２の間に平行に架設された２本のビー
ム部ｂ１，ｂ２を形成すると共に、各ビーム部ｂ１，ｂ
２に切り欠きｃの凹部により薄肉とされた歪発生部ｄ
１，ｄ２（またはｄ３，ｄ４）が２箇所ずつ設けられた
ロバーバル機構をなす起歪体Ａを用いている。すなわ
ち、起歪体Ａは計量皿Ｆを介して荷重Ｗが可動剛体部ａ
２に負荷されると、２点鎖線で示すように、歪発生部の
ｄ１〜ｄ４で大きな曲がりが発生して、可動剛体部ａ２
が固定剛体部ａ１と平行に下方へ移動する。つまり、歪
発生部ｄ１〜ｄ４には、荷重Ｗに正比例した歪が発生
し、曲げモーメントによる歪への影響が軽減される。こ
の起歪体Ａの一方の剛体部ａ１を秤の基台Ｅに固定し、
かつ他方の剛体部ａ２に計量皿Ｆを連結した構造とする
一方、上記起歪体Ａにおける各歪発生部ｄ１，ｄ２（も
しくはｄ１〜ｄ４）の表面にストレインゲージ等の歪検
出素子Ｇ，Ｇをそれぞれ貼着し、該計量皿Ｆに負荷され
る荷重に応じた歪発生部ｄ１，ｄ２に生じる引っ張り歪
および圧縮歪を上記の歪検出素子Ｇ，Ｇによって検出す
ることにより、荷重を測定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記起歪体に対する歪
検出素子の取り付けは、従来は合成樹脂製のフィルムベ
ースに歪検出抵抗回路を形成してなる歪検出素子を接着
して行っている。しかしながら、該歪検出素子が柔軟
で、傷つきやすいので、機械的なハンドリングが難し
く、人手作業に依ると取り付けに手数がかかると共に、
接着剤が固化するまで時間を要することになって作業性
に欠ける難点があった。

【０００４】他方、上記起歪体の上に蒸着等の薄膜作製
技術とフォトリンググラフィ技術とによって歪検出回路
パターンを直接形成する方法も知られている（特公昭６
２−５９７６７号公報）が、上記の蒸着等による作製は
真空チャンバ内に起歪体を搬入して処理しなければなら
ないから、単位時間当たりの生産量がチャンバの大きさ
に制限され、量産性に欠けることになる。

【０００５】そこで本発明は、起歪体に作業性よく歪検
出素子を取り付けることができる生産性に優れたロード
セルの提供を主な目的とする。

【０００６】これに関連した目的は、ロードセルの製造
方法を提供することにある。

【０００７】本発明の重要な目的は、このようなロード
セルを用いた計量器を提供することである。

【０００８】本発明の他の重要な目的は、このようなロ
ードセルを有する計量器を用いて計量する方法を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの構成によ
れば、ロードセルは、負荷に応じて歪を生起する歪発生
部が設けられた金属製の起歪体と、該歪発生部に発生す
る歪を検出する歪検出素子を金属基板上に形成してなる
歪センサーとを備え、この歪センサーが、その金属基板
を上記起歪体に溶接することにより起歪体に取り付けら
れている。

【００１０】また、本発明のロードセルの製造方法は、
歪検出素子を金属基板上に形成して歪センサーを作製
し、この歪センサーを、その金属基板を上記起歪体に溶
接することにより起歪体に取り付けることを特徴とす
る。この構成によれば、歪センサーが溶接によって起歪
体に取り付けられているので、機械的なハンドリングが
容易であり、しかも真空チャンバのような大型の作業室
も必要としない。したがって、接着剤またはパターン形
成を用いた従来の場合と比較して、起歪体に作業性よく
歪検出素子を取り付けることができるので、ロードセル
の生産性が向上する。

【００１１】本発明の好適な実施例によれば、起歪体
は、両端に位置して基台に固定される固定剛体部および
荷重が負荷される可動剛体部と、両剛体部の間に平行に
架設された一対のビーム部とを有して、上記可動剛体部
が負荷された荷重に応じて固定剛体部に対し下方に平行
移動するように構成され、上記両ビーム部に上記歪発生
部が設けられている。これは、いわゆるロバーバル型の
起歪体であり、歪発生部に生起される歪が荷重に比例
し、荷重のモーメントによる影響が小さい利点がある。

【００１２】本発明の他の好適な実施例によれば、上記
起歪体は、上下に位置するほぼ同一形状の第１部材およ
び第２部材と、これら部材間に挟まれた中間部材とで中
空形状に形成されており、その中空部において中間部材
間に懸け渡された形で中間部材に歪センサーが溶接され
ている。上記第１部材は、固定剛体部および可動剛体部
の上半部を構成する剛体上半部と上方のビーム部とを備
えている。第２部材は、上記両剛体部の下半部を構成す
る剛体下半部と下方のビーム部とを備えている。上記起
歪体は板金で形成され、かつ、起歪体は、前後、左右お
よび上下方向に対称形状に形成されているのが好まし
い。

【００１３】この実施例の構成によれば、上下一対のビ
ーム間に中間部材を設けて、この中間部材に歪検出素子
を取り付ける３層構造の起歪体について、金属素材か
ら、鋳造加工および機械加工によって起歪体を作製して
いた従来の場合とは異なり、板金の型成形によって起歪
体を作製できる。したがって、起歪体の生産性が一層向
上する。

【００１４】また、他の好適な実施例によれば、上記３
層構造の起歪体における中間部材が２つに分割され、第
１、第２中間部材の相対向する端部が、上記歪センサー
の金属基板が溶接される歪センサー取付部とされるか、
または、中間部材は単一であって、その中央部に開口部
が形成され、この開口部の周縁が、歪サンサー取付部と
されている。

【００１５】この実施例の構成によれば、歪サンサー
は、その溶接部のみが歪センサー取付部を介して起歪体
と接触し、歪センサーの他の部分は起歪体に接触しな
い。したがって、歪センサーが広い面で起歪体に摩擦接
触して起歪体の荷重に応じた変形を阻害するおそれがな
い。

【００１６】さらに他の好適な実施例によれば、上記起
歪体と歪センサーの金属基板とは同一材料で形成されて
いる。この構成によれば、歪検出素子が取付けられた金
属基板と起歪体の熱膨張率が同一になるので、歪検出の
温度特性が優れたものとなる。

【００１７】上記歪センサーの金属基板は応力集中によ
る歪発生部を備えた薄板からなり、この歪発生部に上記
歪検出素子が位置している構成が好ましい。これによ
り、歪検出素子に生じる歪量が大きくなるので、荷重の
検出精度が向上する。また、上記金属基板は起歪体の歪
量に実質的な変化を与えないように小さな断面積を有し
ているのが好ましい。

【００１８】さらに、上記金属基板は、歪検出素子が設
けられていない部分で上記起歪体に溶接されているのが
好ましく、こうすることにより、歪検出素子が溶接熱に
よって変形および破損するのを防止できる。

【００１９】溶接はスポット溶接が好ましく、シーム溶
接と比較して、溶接部の面積、つまり、金属基板と起歪
体との溶着面積が少ないので、両者間の変形ずれに伴っ
て両者が摩擦接触して起歪体の荷重に応じた変形を阻害
するおそれがない。また、溶接による基板の内部歪の発
生を抑制し、基板の荷重に応じた変形を阻害するおそれ
がない。

【００２０】ＹＡＧ溶接は、溶接箇所の周囲に溶接歪を
残さない点で好ましい。

【００２１】本発明の他の構成によれば、歪センサー
は、起歪体に溶接される金属基板の上に、電気絶縁膜を
介して、歪を検出するセンサ回路が設けられてなる。

【００２２】本発明のさらに他の構成によれば、計量器
はロードセルと計量皿とを備え、計量皿に負荷された荷
重をロードセルが検出する。このロードセルは、荷重に
応じて歪を生起する歪発生部が設けられた金属製の起歪
体と、該歪発生部に位置する歪検出素子を金属基板上に
形成してなる歪センサーとを備え、この歪センサーが、
その金属基板を上記起歪体に溶接することにより起歪体
に取り付けられてなり、このロードセルに上記計量皿が
連結されている。このロードセルを複数個用いて単一の
計量皿の荷重を検出する場合もある。

【００２３】本発明のさらに他の構成によれば、計量方
法は、計量皿の荷重がロードセルに負荷され、上記ロー
ドセルが、荷重に応じて歪を生起する歪発生部を備えた
金属製の起歪体と、該歪発生部に位置する歪検出素子を
金属基板上に形成してなる歪センサーとを備え、この歪
センサーが、その金属基板を上記起歪体に溶接すること
により起歪体に取り付けられてなり、上記起歪体に生じ
る歪を検知することにより上記荷重を測定する。ここで
もやはり、上記金属基板を小さな断面積に形成すること
により、金属基板が上記起歪体の歪量に実質的な変化を
与えないようにするのが好ましい。

【００２４】

【実施例】図１に示すように、本実施例に係るロードセ
ルの起歪体１は、両端に位置する固定剛体部２および可
動剛体部３と、これらの剛体部２，３間に平行に架設さ
れた上下一対のビーム部４，４とを有している。上記起
歪体１は、上下に位置するほぼ同一形状の上部部材（第
１部材）１２および下部部材（第２部材）２２と、これ
ら部材１２，２２間に挟まれた中間部材３０Ａ，３０Ｂ
とで中空形状に形成されており、その中空部において中
間部材３０Ａ，３０Ｂ間に懸け渡された形で歪センサー
４０が溶接されている。上記上部部材１２は、固定剛体
部２および可動剛体部３の上半部を構成する剛体上半部
１０，１１と上方のビーム部４とを備えている。下部部
材２２は、上記両剛体部２，３の下半部を構成する剛体
下半部２０，２１と下方のビーム部４とを備えている。
上記起歪体１は、前後、左右および上下方向に対称形状
に形成されている。こうして、起歪体１は、上部部材１
２と下部部材２２との間に中間部材３０（３０Ａ，３０
Ｂ）を挟んだ３層構造となっている。

【００２５】次に、図２に基づいて、上記起歪体１の各
構成部材の構造を更に詳しく説明する。上記上部部材１
２は、両端に剛体上半部１０，１１を有し、各剛体上半
部１０，１１は、上面部１０ａ，１１ａおよび両側面部
１０ｂ，１１ｂと該側面部１０ｂ，１１ｂに連設されて
水平方向に延びるフランジ部１０ｃ，１１ｃとを有して
いる。該上部部材１２における両剛体上半部１０，１１
間に架設されたビーム部４は、上面部４ａと両側面部４
ｂとを有し、該ビーム部４には、複数のノッチ５…５
（切欠き）が形成されて剛性が低くされた２箇所の歪発
生部（応力集中部）６，６が設けられている。該上部部
材１２は、その長手方向（左右方向）および幅方向（前
後方向）の形状がそれぞれの方向の中心線に対して対称
形に形成されている。

【００２６】なお、上記剛体部構成部１０，１１におけ
る上面部１０ａ，１１ａには、取付用ボルト（図示せ
ず）が挿通される挿通孔１０ｄ，１１ｄがそれぞれ形成
されている。

【００２７】また、上記下部部材２２も上部部材１２と
同様の構成とされており、該下部部材２２における両端
の剛体部構成部２０，２１は、下面部２０ａ，２１ａお
よび両側面部２０ｂ，２１ｂと該側面部２０ｂ，２１ｂ
に連設されて水平方向に延びるフランジ部２０ｃ，２１
ｃとを有すると共に、該下部部材２２における両剛体部
構成部２０，２１間に架設されたビーム部４は、下面部
４ａと両側面部４ｂとを有し、該ビーム部４には、複数
のノッチ５…５（切欠き）が形成されて剛性が低くされ
た２箇所の歪発生部６，６が設けられており、該下部部
材２２は、その長手方向および幅方向の形状がそれぞれ
の方向の中心線に対して対称形に形成されている。

【００２８】一方、上記第１、第２中間部材３０Ａ，３
０Ｂは、薄板形状の四角形に形成されていると共に、こ
れらの第１，第２中間部材３０Ａ，３０Ｂの一側部が歪
センサー取付部３０ａ，３０ａとされており、これらの
取付部３０ａ，３０ａに歪センサー４０を予め組み付け
た状態で、第１，第２中間部材３０Ａ，３０Ｂを上記上
部部材１２および下部部材２２間に挟み込んで各フラン
ジ１０ｃ，２０ｃおよび１１ｃ，２１ｃを例えばスポッ
ト溶接することにより、図１に示す起歪体１が形成され
るようになっている。

【００２９】なお、上記剛体部構成部２０，２１におけ
る下面部２０ａ，２１ａには、取付用ボルト（図示せ
ず）が挿通される挿通孔２０ｄ，２１ｄがそれぞれ形成
されている。こうして、可動剛体部３に荷重が負荷され
たとき、図１９の場合と同様に、４つの歪発生部６にお
いて起歪体１が大きく曲がり、可動剛体部３が固定剛体
部２に対して下方へ平行移動するロバーバル機構が構成
されている。

【００３０】ここで、上記歪センサー４０の構成を図３
に基づいて更に詳しく説明する。

【００３１】この歪センサー４０は、薄板形状の金属基
板４１を有し、該金属基板４１の両側に各一対のノッチ
４１ａ…４１ａが形成されており、各ノッチ４１ａ間の
部位が応力集中による歪発生部４１ｂ，４１ｂとされ、
これらの歪発生部４１ｂ，４１ｂに、電気絶縁層４２を
介して歪検出素子４３が設けられている。この歪検出素
子４３は、所定パターンに形成された金属箔でなる歪検
出用抵抗部４３ａ，４３ａと導電部４３ｂ…４３ｂとで
構成されていると共に、該導電部４３ｂにフラットケー
ブル４４が半田付け等により接続され、上記歪検出用抵
抗部４３ａ，４３ａの抵抗値変化による電気信号がフラ
ットケーブル４４によって取り出されるように構成され
ている。上記歪検出素子４３は電気絶縁性の保護膜４５
によって覆われている。

【００３２】ここで、後述する計量皿に負荷される荷重
によって図１の可動剛体部３が固定剛体部２に対して下
方に変位し、したがって可動剛体部３側の中間部材３０
Ｂの歪センサー取付部３０ａが固定剛体部２側の中間部
材３０Ａの歪センサー取付部３０ａに対して下方に変位
したとき、歪センサー４０においては側方から見て略Ｓ
字状の変形が生じて、金属基板４１の固定剛体部２側の
歪発生部４１ｂ（図３）に引っ張り歪みが生じ、かつ可
動剛体部３側の歪発生部４１ｂ（図３）に圧縮歪が生
じ、これらの歪による抵抗値変化がそれぞれの歪検出用
抵抗部４３ａ，４３ａによって取り出されることにな
る。

【００３３】そこで、上記歪検出素子４３は、図４に示
すように、接続点Ｊｄで互いに接続された２つのダミー
抵抗１４，１４を使用してホイートストーンブリッジ回
路を形成しており、歪検出用抵抗部４３ａとダミー抵抗
１４との接続点Ｊａ，Ｊｂに印加された所定の入力電圧
Ｅに対して、接続点Ｊｃで互いに接続された歪検出用抵
抗部４３ａ，４３ａの抵抗値変化に応じた出力電圧ｅ、
つまり荷重に応じた電気信号が、上記接続点Ｊｃ，Ｊｄ
間から得られ、この電気信号によって荷重が測定され
る。そして、図３の金属基板４１の左右方向の両端部４
１ｃが、起歪体１の中空部において、図２の両中間部材
３０の歪センサー取付部３０ａに、ＹＡＧ溶接によって
スポット溶接されている。ＹＡＧ溶接の代りに、電子ビ
ーム溶接を用いてもよい。

【００３４】そして、図５に示すように、上記起歪体１
における固定剛体部２が取付ボルト５０ａにより電子秤
の基台５１に固定されると共に、該起歪体１における可
動剛体部３が取付ボルト５０ｂにより電子秤８の計量皿
５２に固定されるようになっており、該計量皿５２に所
定の計量物（物品）が載置された場合に、可動剛体部３
が固定剛体部２に対して、２点鎖線１Ａで示すように、
下方に平行に移動し、その移動に伴って発生する歪量が
歪センサー４０により検出され、これに基づいて上記可
動剛体部３に負荷された荷重が測定されるようになって
いる。上記歪センサー４０は、例えば板状の金属母材上
に複数の歪検出素子４３を形成しておき、上記金属母材
を切断して、金属基板４１の上に歪検出素子４３が形成
された歪センサー４０を複数個得るような方法で作製さ
れる。この方法によれば、複数の歪センサー４０が１つ
の製造ロットから得られるので生産性がよい。

【００３５】上記起歪体１はステンレス製の板で形成さ
れているが、アルミニウムのような他の金属の板で形成
することもできる。

【００３６】歪センサー４０の金属基板４１は、起歪体
１と同一材料であるステンレス製の板で形成されている
が、やはり、アルミニウムのような他の金属の板で形成
することもできる。

【００３７】上記電気絶縁層４２は、ポリイミド、ポリ
エステル、フェノールまたはエポキシのような樹脂で形
成される。

【００３８】上記歪センサー４０の歪検出用抵抗部４３
ａは、銅・ニッケル合金またはニッケル・クロム合金の
ような金属で形成され、導電部４３ｂはアルミニウムの
ような良導電体の金属で形成される。

【００３９】上記保護膜４５は、ソルダーレジスト、ブ
チルゴムまたはシリコーンゴムのような樹脂で単独であ
るいは組合せて形成される。

【００４０】上記構成によれば、図１の起歪体１を金属
で形成すると共に、図３の歪センサー４０の歪検出素子
４３を金属基板４１に形成し、この金属基板４１を起歪
体１に溶接で取り付けている。この溶接作業は、機械的
なハンドリングが容易であり、しかも真空チャンバのよ
うな大型の作業室も必要としない。したがって、接着剤
またはパターン形成を用いた従来の場合と比較して、起
歪体１に作業性よく歪検出素子４３を取り付けることが
できるので、ロードセルの生産性が向上する。

【００４１】また、図１の起歪体１は、ビーム部４に歪
発生部６が設けられて、可動剛体部３が負荷された荷重
に応じて固定剛体部２に対し下方に平行移動するように
構成され、かつ、前後、左右および上下方向に対称形状
とされているから、全体としてロバーバル機構を構成す
るので、歪発生部６に取り付けた歪検出素子４３に生起
される歪が荷重に比例し、荷重のモーメントによる影響
を受けにくいので、荷重検出精度が向上する。

【００４２】さらに、歪センサー４０の金属基板４１
は、その溶接部である両端部４１ｃのみが、中間部材３
０の歪センサー取付部３０ａを介して中間部材３０と接
触し、金属基板４１の部分は中間部材３０に接触しな
い。したがって、金属基板４１が広い裏面で中間部材３
０に摩擦接触して起歪体１の荷重に応じた変形を阻害す
るおそれがなくなるので、荷重の検出精度が高く維持さ
れる。

【００４３】また、歪検出素子４３が形成された金属基
板４１と起歪体１とは同一材料のステンレスで形成され
ているから、金属基板４１と起歪体１の熱膨張率が同一
になるので、歪検出素子４３による歪検出量が温度によ
って不測に変化することがなくなり、歪検出の温度特性
が優れたものとなる。

【００４４】また、歪センサー４０の金属基板４１は応
力集中による歪発生部４１ｂを備えた薄板からなり、こ
の歪発生部４１ｂに歪検出素子４３の歪検出用抵抗部４
３ａが位置しているから、歪検出素子４３に生じる歪量
が大きくなるので、荷重の検出精度が向上する。しか
も、金属基板４１は、十分薄くて、図３に示す横断面積
Ｓが起歪体１の歪量に実質的な変化を与えない程度の小
さな断面積を有しているので、荷重検出精度を低下させ
ない。

【００４５】さらに、金属基板４１は、その両端部、つ
まり、歪検出素子４３が設けられていない部分で中間部
材３０に溶接されているので、歪検出素子４３が溶接熱
によって変形または変質するのを防止できる。

【００４６】また、歪検出素子４３は保護膜４５で覆わ
れているから、湿気などの影響で歪検出能力が低下する
のが防止され、安定した動作が保証される。しかも、金
属基板４１は、中間部材３０にスポット溶接されている
ので、シーム溶接と比較して、溶接部の面積、つまり、
金属基板４１と中間部材３０との溶接面積が少ない。し
たがって、シーム溶接の場合には、起歪体１が変形した
ときに、両者４１，３０間の変形ずれが充分吸収されな
いために、両者が摩擦接触して起歪体の荷重に応じた変
形を阻害するおそれがあるが、溶接面積の小さいスポッ
ト溶接では、このようなおそれがなくなり、荷重検出精
度が高く維持される。また、シーム溶接に比べてスポッ
ト溶接の方が溶接面積が小さく、したがって溶接歪も少
ない。また、ＹＡＧ溶接は、溶接箇所の周囲に溶接歪を
残さないので、起歪体１の変形の線形性を損なわない。

【００４７】上記の構成によれば、上部部材１２、下部
部材２２および第１、第２中間部材３０，３０（３０
Ａ，３０Ｂ）がそれぞれ板金製とされ、これらの各部材
によりロードセル１の起歪体が構成されているので、従
来のように、起歪体を製作する場合に、鋳造やその後に
おける機械加工が不要となって、該起歪体の製造工程が
簡略化されて生産性が一段と向上する。しかも、上記各
部材により構成される起歪体１の全体形状が前後、左右
および上下方向に対称形状とされているので、該起歪体
１における固定剛体部２および可動剛体部３の上半部ま
たは下半部を構成する上部部材１２と下部部材２２とを
単一の金型で成形することが可能となり、これにより、
生産性が更に一段と向上すると共に、これに伴って、当
該ロードセルの製造コストが低減されることになる。

【００４８】また、図６はロードセルの第２実施例を示
すもので、この実施例の起歪体６１は、両端に位置する
固定剛体部６２および可動剛体部６３と、これらの剛体
部６２，６３間に平行に架設された上下一対のビーム部
６４，６４とを有し、該起歪体６１の全体が上記両剛体
部６２，６３の上半部を構成する剛体部構成部７０，７
１と上方のビーム部６４とが一体形成された上記第１実
施例と同様構成とされた板金製の上部部材７２と、同じ
く上記両剛体部６２，６３の下半部を構成する剛体部構
成部８０，８１と下方のビーム部６４とが一体形成され
た上記第１実施例と同様構成とされた板金製の下部部材
８２と、上記上部部材７２および下部部材８２における
剛体部構成部７０，８０および７１，８１間に跨がって
設けられた板金製の中間部材９０とで前後、左右および
上下方向に対称形とされた中空四角形状に構成されてい
る。

【００４９】そして、本実施例においては、上記中間部
材９０が、図７に示すように１枚板形状とされていると
共に、該中間部材９０の中央部に開口部９１が形成さ
れ、その両端に連結部９１ａを残し、開口部９１の幅方
向の周縁部が歪センサー取付部９０ａ，９０ａとされて
おり、図７に２点鎖線で示すように、これらの取付部９
０ａ，９０ａに、上記第１実施例と同様構成とされた歪
センサー４０を予め組み付けた状態で、該中間部材９０
の両端部を上記上部部材７２および下部部材８２に形成
された各フランジ７０ｃ，８０ｃおよび７１ｃ，８１ｃ
間に挟み込んで各フランジ部７０ｃ，８０ｃおよび７１
ｃ，８１ｃを例えばスポット溶接することにより、図６
に示す起歪体６１が形成されるようになっている。

【００５０】上記の構成によれば、板金製の上部部材７
２、下部部材８２および中間部材９０により起歪体６１
が構成されているので、第１実施例の場合と同様に、該
起歪体の製造工程が簡略化されて生産性が一段と向上す
ると共に、該起歪体６１における固定剛体部６２および
可動剛体部６３の上半部または下半部を構成する上部部
材７２と下部部材８２とを単一の金型で成形することが
可能となり、これにより、生産性が更に一段と向上し、
これに伴って、当該起歪体６１の製造コストが低減され
ることになる。

【００５１】更に、上記起歪体６１が前後、左右および
上下方向に対称形状とされて全体としてロバーバル機構
が構成されているので、該ロードセルにおける可動剛体
部６３に荷重が負荷された場合には、上記中間部材９０
の歪センサー取付部９０ａ，９０ａに取り付けられた歪
センサー４０に可動剛体部６３に負荷された荷重に応じ
た適正な歪が発生することになって、歪センサー４０に
よる荷重検出精度が向上することになる。

【００５２】特に、この第２実施例によれば、上記中間
部材９０が１枚板形状とされ、該中間部材９０の中央部
に形成された開口部９１に跨がって歪センサー４０が取
り付けられているので、上記第１実施例のように、第
１、第２中間部材３０，３０および歪センサー４０の３
つの部材を相互間のずれがないように適正に位置決めす
ることが不要となり、１枚板形状とされた中間部材９０
に対して歪センサー４０を取り付けるだけで良く、その
両者の位置決めを容易且つ正確に行えることになって、
組付け性ならびに生産性が向上することになる。

【００５３】ところで、上記第１実施例によれば、第
１、第２中間部材３０，３０と歪センサー４０との間に
組付け誤差がある状態で該第１、第２中間部材３０，３
０を上部部材１２および下部部材２２間に挟み込んだ場
合には、該第１、第２中間部材３０，３０の取付位置が
上部部材１２および下部部材２２により規制されて上記
組付け誤差に起因して歪センサー４０に不要な初期荷重
が作用し、該歪センサー４０の破損あるいは荷重検出精
度の低下が懸念されるが、第２実施例によれば、１枚板
形状の中間部材９０に対して歪センサー４０が組み付け
られた状態で該中間部材９０が上部部材７２および下部
部材８２間に挟み込まれることになるので、歪センサー
４０に不要な初期荷重が作用することが確実に防止され
ることになって、該歪センサー４０ならびに当該起歪体
６１の耐久性が向上すると共に荷重検出精度が向上する
ことになる。

【００５４】なお、上記中間部材９０に形成された開口
部９１の連結部９１ａ，９１ａの寸法を適宜に設定する
ことにより、歪センサー４０に負荷される荷重を抑制す
ることができると共に該歪センサー４０および起歪体６
１全体の熱伝導状態を制御することが可能となり、当該
起歪体６１の温度変化に対する安定性を向上させること
ができる。

【００５５】また、図８は、フランジを有しない固定剛
体部もしくは可動剛体部の他の実施例を示すもので、図
８に示す剛体部２００は、上面部２０１ａおよび両側面
部２０１ｂ，２０１ｂが一体形成された上方の剛体部構
成部２０１と、下面部２０２ａおよび両側面部２０２
ｂ，２０２ｂが一体形成された下方の剛体部構成部２０
２と、両剛体部構成部２０１，２０２間に挟まれた中間
部材２０３とを有する形状とされている。これによれ
ば、上記第１、第２実施例における剛体部構成部に設け
られた水平方向のフランジ部が省略されることになっ
て、全体の軽量化が達成される。

【００５６】更に、図９はビーム部に設けられるノッチ
の他の実施例を示すもので、この実施例におけるビーム
部３０４には、長円形とされた一対のノッチ３０５，３
０５が形成されており、該ノッチ３０５，３０５により
４箇所の歪発生部３０６…３０６が形成されることにな
る。

【００５７】図１０は第３実施例に係る起歪体４０１を
示し、図１１は上記起歪体４０１に取り付けられてロー
ドセルを構成する歪センサー４０Ａを示す。該歪センサ
ー４０Ａは薄板のステンレス等の金属製の基板４１を有
し、その基板４１の上に絶縁層４２を挟んで窒化タンタ
ルのような材料により抵抗回路からなる歪検出素子４３
Ａが、所定のパターンに形成され、該歪検出素子４３Ａ
にリード線４００が結線されている。上記の歪検出素子
４３Ａは、やはり、蒸着等の薄膜作製技術とフォトリン
ググラフィ技術とによって金属基板４１上に形成され
る。

【００５８】一方、起歪体４０１は、たとえばステンレ
スまたは、ジュラルミン等の金属から製作され、図１０
に示すように、金属素材の中央部に切り欠き４０５を形
成することに加えて金属素材の両端に固定剛体部４０２
および可動剛体部４０３が形成されるとともに、これら
剛体部４０２，４０３の間に上下一対のビーム部４０
４，４０４が形成されている。この起歪体４０１はたと
えば電子秤用のロードセルの場合には、図５の構造また
は図１９の従来構造と同様に、固定剛体部４０２が秤の
基台Ｅに固定されると共に、可動剛体部４０３が計量皿
Ｆに取り付けられるようになされている。

【００５９】また、上記ビーム部４０４，４０４の両端
における固定剛体部４０２および可動剛体部４０３との
連結部は、上述の切り欠き４０５の内面側に設けた侵入
部である半円状の凹部４０５ａにより肉厚が薄くされた
歪発生部４０６Ａ〜４０６Ｄとされている。これによっ
て、荷重Ｆの負荷により、可動剛体部４０３が固定剛体
部４０２に対して垂直下方に平行移動するロバーバル機
構が構成されている。上記可動剛体部４０３の移動によ
り、上部のビーム部４０４における固定剛体部４０２側
の歪発生部４０６Ａと、下部のビーム部４０４における
可動剛体部４０３側の歪発生部４０６Ｄの表面に引っ張
り歪が発生し、また上部のビーム部４０４における可動
剛体部４０３側の歪発生部４０６Ｂと、下部のビーム部
４０４における固定剛体部４０２側の歪発生部４０４Ｃ
とに圧縮比が発生する。

【００６０】上部ビーム４０４の歪発生部４０６Ａ〜Ｄ
に前述の歪センサー４０Ａが、該素子４３Ａの金属基板
４１を起歪体４０１にレーザまたは電子ビーム等を用い
てスポット溶接することにより取り付けられ、固定剛体
部４０２側の歪発生部４０６Ａに生起される引っ張り歪
を、歪検出素子４３Ａにおける抵抗値の変化として電気
的に取り出し、かつ可動剛体部４０３側の歪検出素子４
３Ａによって歪発生部４０６Ｂに生起される圧縮歪を歪
検出素子４３Ａにおける抵抗値の変化として電気的に取
り出すように構成されている。そのため、これら歪検出
素子４３Ａは、図１２に示すようにダミー抵抗１４，１
４を２本使用してホイートストンブリッジ回路を形成し
ており、所定の入力電圧Ｅに対して各歪検出素子４３
Ａ，４３Ａの抵抗値変化に応じた出力電圧ｅ、つまり荷
重に応じた電気信号が得られ、この電気信号によって荷
重が測定される。

【００６１】図１３は第４実施例構造のロードセルを示
し、起歪体５０１に図３で示したのと同一構造の歪セン
サー４０を取り付けて構成されている。すなわち、図１
３の起歪体５０１は左右の剛体部５０２，５０３と上下
のビーム部５０４，５０４とを有し、上下のビーム部５
０４，５０４の間に切り欠き５０５が形成され、該切り
欠き５０５の内面側に設けた半円状の凹部（侵入部）５
０５ａにより、肉厚が薄くされた歪発生部５０６がビー
ム部５０４に形成されると共に、上下のビーム部５０
４，５０４の間において固定剛体部５０２と可動剛体部
５０３とのそれぞれから素子取り付け部５０７，５０８
が突出された構造とされており、上記の歪センサー４０
の金属基板４１の両端部が、上記素子取り付け片部５０
７，５０８間にわたって橋架された状態で、該取り付け
片部５０７，５０８に溶接によって取り付けられる。

【００６２】図１４ないし図１６は図３に示した歪セン
サー４０が取り付けられる起歪体の変形例を示す。図１
４の起歪体６０１の場合は、両側に一対ずつのスリット
６０５が形成された一対のビーム板６０４，６０４を上
下に配置すると共に、これらの間に一対の取り付け板６
３０，６３０を配置し、これらのビーム板６０４，６０
４と取り付け板６３０，６３０とを、固定剛体部６０２
側および可動剛体部６０３側のそれぞれにおいて連結ブ
ロック６０７で連結している。また、このうち上記の取
り付け板６３０は固定側及び可動側のそれぞれに上下２
枚の積層構造として、前述の歪センサー４０をその金属
基板４１を挟み込む状態で取り付け、かつスポット溶接
によって固定している。なお、ビーム板６０４における
各スリット６０５は、該ビーム板６０４に歪発生部６０
６を形成するためのものである。

【００６３】また、図１５の起歪体７０１の場合は、固
定剛体部７０２と可動剛体部７０３、ならびに上下一対
のビーム部７０４とを有すると共に、上下のビーム部７
０４，７０４間に設けられた切り欠き７０５に歪発生部
７０６を形成するための凹部７０５ａが設けられる。ま
た、取り付け片部７０７，７０８が上部ビーム部７０４
の上方に連設され、これらの取り付け片部７０７，７０
８にわたって歪センサー４０が溶接されている。その場
合、この起歪体７０１では各取り付け片部７０７，７０
８に凹段部７０９が設けられることにより、取り付ける
べき歪センサー４０の位置決めが、これら凹段部７０９
に対する嵌合によって簡単に行えるようにしている。

【００６４】さらに、図１６の起歪体８０１において
は、該起歪体８０１が金属製の箱体から構成され、左右
の縦壁部が固定剛体部８０２および８０３とされると共
に、上下の壁部がビーム部８０４，８０４とされる。そ
して、これらビーム部８０４に略Ｕ字状を呈する穴８０
５が左右に並んで設けられることによって、該ビーム部
８０４に歪発生部８０６が形成されると共に、これらの
穴８０５が連結穴８１０によって連通され、この連結穴
８１０を挟んで一対の素子取り付け片部８０７，８０８
が形成され、かつ両片部８０７，８０８にわたって歪セ
ンサー４０が溶接によって取り付けられている。

【００６５】以上のとうり、図面を参照しながら好適な
実施例を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見
て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定
するであろう。たとえば、上記各実施例に使用している
歪センサーの他の例として、金属基板上に圧電性を有す
る薄膜を堆積し、その上にくし形電極を形成することに
よって作製することができる。この歪センサーにおいて
は、金属基板に生じた歪に応じてくし形電極間の圧電性
薄膜を伝搬する弾性表面波の共振周波数が変化するの
で、この周波数変化を検出することにより歪を知ること
ができる。

【００６６】なお、上記の構成では上部ビーム部にのみ
歪検出素子を取り付け、ダミー抵抗によってホイートス
トンブリッジ回路を構成したが、図１７、図１８に示す
ように、起歪体９０１，１００１における上部ビーム部
９０４，１００４に加えて、下部ビーム部９０４，１０
０４の歪発生部にも歪検出素子４０を取り付けて、これ
らの歪検出素子４０，４０によって上記のブリッジ回路
を構成することもできる。また、この発明における起歪
体は、ロバーバル機構を備えたものに限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係るロードセルを一部
破断で示す斜視図である。

【図２】 同実施例に係るロードセルの分解斜視図であ
る。

【図３】 本発明のロードセルに使用される歪センサー
を示す斜視図である。

【図４】 同歪センサーを用いた荷重検出回路を示す回
路図である。

【図５】 同ロードセルを計量器に組み込んだ状態を示
す側面図である。

【図６】 本発明の第２実施例に係るロードセルを一部
破断で示す斜視図である。

【図７】 同実施例における中間部材を示す斜視図であ
る。

【図８】 固定剛体部の変形例を示す斜視図である。

【図９】 ビーム部の変形例を示す斜視図である。

【図１０】 本発明の第３実施例を示す斜視図である。

【図１１】 同実施例における歪センサーを示す平面図
である。

【図１２】 同歪センサーを用いた荷重検出回路を示す
回路図である。

【図１３】 本発明の第４実施例に係るロードセルを示
す斜視図である。

【図１４】 本発明の第５実施例に係るロードセルを示
す斜視図である。

【図１５】 本発明の第６実施例に係るロードセルを示
す斜視図である。

【図１６】 本発明の第７実施例に係るロードセルを示
す斜視図である。

【図１７】 本発明の第８実施例に係るロードセルを示
す斜視図である。

【図１８】 本発明の第９実施例に係るロードセルを示
す斜視図である。

【図１９】 従来のロードセルを示す側面図である。

【符号の説明】

１ 起歪体 ２，３ 剛体部 ４ ビーム部 ６ 歪発生部 ４０ 歪センサー ４１ 金属基板 ４３ 歪検出センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉井 庄太郎 滋賀県栗太郡栗東町下鈎959番地１ 株式 会社石田衡器製作所滋賀工場内

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷された荷重を検出するロードセルで
   あって、上記負荷に応じて歪を生起する歪発生部が設け
   られた金属製の起歪体と、該歪発生部に発生する歪を検
   出する検出素子を金属基板上に形成してなる歪センサー
   とを備え、この歪センサーが、その金属基板を上記起歪
   体に溶接することにより起歪体に取り付けられているこ
   とを特徴とするロードセル。
2. 【請求項２】 起歪体は板金からなり、その歪発生部
   に、応力集中を生起させるノッチが形成されている請求
   項１に記載のロードセル。
3. 【請求項３】 起歪体は、両端に位置して基台に固定さ
   れる固定剛体部および荷重が負荷される可動剛体部と、
   両剛体部の間に平行に架設された一対のビーム部とを有
   して、上記可動剛体部が負荷された荷重に応じて固定剛
   体部に対し下方に平行に移動するように構成され、上記
   両ビーム部に歪発生部が設けられている請求項１に記載
   のロードセル。
4. 【請求項４】 起歪体は、上下に位置する第１部材およ
   び第２部材と、これら部材間に挟まれた中間部材とで中
   空形状に形成され、その中空部において中間部材に歪セ
   ンサーが溶接されており、上記第１部材は、基台に固定
   される固定剛体部および荷重が負荷される可動剛体部の
   上半部を構成する剛体上半部と上方のビーム部とを備
   え、第２部材は、上記両剛体部の下半部を構成する剛体
   下半部と下方のビーム部とを備えている請求項１に記載
   のロードセル。
5. 【請求項５】 起歪体を構成する上部部材、下部部材お
   よび中間部材は板金で形成され、かつ、起歪体は、前
   後、左右および上下方向に対称形状に形成されている請
   求項４に記載のロードセル。
6. 【請求項６】 中間部材は２つに分割され、第１の中間
   部材が上部部材および下部部材における一方の剛体部構
   成部間に挟まれ、第２の中間部材が上部部材および下部
   部材における他方の剛体部構成部間に挟まれており、上
   記第１、第２中間部材の相対向する端部が、歪センサー
   の金属基板が溶接される歪センサー取付部とされている
   請求項４に記載のロードセル。
7. 【請求項７】 中間部材は単一部材から構成されて、そ
   の中央部に開口部が形成され、この開口部の周縁が、歪
   センサーの金属基板が溶接される歪センサー取付部とさ
   れている請求項４に記載のロードセル。
8. 【請求項８】 起歪体と金属基板とは同一材料で形成さ
   れている請求項１に記載のロードセル。
9. 【請求項９】 金属基板は、応力集中による歪発生部を
   備えた薄板からなり、この歪発生部に歪検出素子が位置
   している請求項１に記載のロードセル。
10. 【請求項１０】 金属基板は、起歪体の歪量に実質的な
    変化を与えないように小さな断面積を有している請求項
    １に記載のロードセル。
11. 【請求項１１】 歪検出素子は、電気絶縁性の保護膜に
    よって被覆されている請求項１に記載のロードセル。
12. 【請求項１２】 歪検出素子の歪を検出するセンサー回
    路は、起歪体に溶接される金属基板の上に電気絶縁膜を
    介して設けられている請求項１に記載のロードセル。
13. 【請求項１３】 金属基板は、歪検出出素子が設けられ
    ていない部分で起歪体に溶接されている請求項１に記載
    のロードセル。
14. 【請求項１４】 金属基板は、その両端部で起歪体に溶
    接されている請求項１に記載のロードセル。
15. 【請求項１５】 金属基板は、スポット溶接により起歪
    体に溶接されている請求項１に記載のロードセル。
16. 【請求項１６】 金属基板は、ＹＡＧ溶接により起歪体
    に溶接されている請求項１に記載のロードセル。
17. 【請求項１７】 負荷された荷重に応じて歪を発生する
    歪発生部が設けられた金属製の起歪体と、該歪発生部に
    取り付けられた歪検出素子とを有するロードセルを製造
    する方法であって、上記歪検出素子を金属基板上に形成
    して歪センサーを作製し、この歪センサーを、その金属
    基板を上記起歪体に溶接することにより起歪体に取り付
    けることを特徴とするロードセルの製造方法。
18. 【請求項１８】 金属基板を構成する板状の金属母材上
    に複数の歪検出素子を形成し、上記金属母材を切断し
    て、金属基板の上に歪検出素子が形成された単一の歪セ
    ンサーを作製する請求項１７に記載のロードセルの製造
    方法。
19. 【請求項１９】 計量皿に負荷された荷重をロードセル
    によって検出する計量器であって、上記ロードセルは、
    荷重に応じて歪を生起する歪発生部が設けられた金属製
    の起歪体と、該歪発生部に位置する歪検出素子を金属基
    板上に形成してなる歪センサーとを備え、この歪センサ
    ーが、その金属基板を上記起歪体に溶接することにより
    起歪体に取り付けられてなり、このロードセルに上記計
    量皿が連結されていることを特徴とする計量器。
20. 【請求項２０】 計量皿に負荷された荷重をロードセル
    によって検出する計量器であって、上記ロードセルを複
    数個備え、各ロードセルは、荷重に応じて歪を生起する
    歪発生部が設けられた金属製の起歪体と、該歪発生部に
    位置する歪検出素子を金属基板上に形成してなる歪セン
    サーとを備え、この歪センサーが、その金属基板を上記
    起歪体に溶接することにより起歪体に取り付けられてな
    り、上記複数のロードセルに単一の上記計量皿が連結さ
    れていることを特徴とする計量器。
21. 【請求項２１】 計量皿に物品を乗せてその荷重を測定
    する計量方法であって、上記計量皿の荷重はロードセル
    に負荷され、上記ロードセルは、荷重に応じて歪を生起
    する歪発生部が設けられた金属製の起歪体と、該歪発生
    部に位置する歪検出素子を金属基板上に形成してなる歪
    センサーとを備え、この歪センサーが、その金属基板を
    上記起歪体に溶接することにより起歪体に取り付けられ
    てなり、上記起歪体に生じる歪を検知することにより上
    記荷重を測定することを特徴とする計量方法。
22. 【請求項２２】 金属基板を小さな断面積に形成するこ
    とにより、金属基板が起歪体の歪量に実質的な変化を与
    えないようにして起歪体の歪を検知する請求項２１に記
    載の計量方法。