JPH0690067B2

JPH0690067B2 - 歪ゲージ式秤

Info

Publication number: JPH0690067B2
Application number: JP22486187A
Authority: JP
Inventors: 弘之飯田; 武夫野口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1987-09-08
Filing date: 1987-09-08
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: JPS6466520A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は例えば体重計等、秤量値によって測定精度を10
倍ないしそれ以上も変化させるような歪ゲージ式秤に関
し、特に、高さが低く、小型で安価になるようにした歪
ゲージ式秤に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、歪ゲージ式秤に用いられるロードセルとしては、
第６図（ａ）に示すようなロードセル（以下、本明細書
で平行四辺形型ロードセルという）と第７図（ａ）に示
すようなロードセル（以下、本明細書でＳ字型ロードセ
ルという）とがある。

これら平行四辺形型あるいはＳ字型ロードセルでは、荷
重が加えられた時に各部分にその大きさに比例した歪が
生じ、その歪が歪ゲージ1a〜1dあるいは2a〜2dによって
電気的出力に変換されるのである。

第８図に示すように、このような歪ゲージを備える歪ゲ
ージ式秤では、一般的にはフルブリッジ回路を構成する
これら歪ゲージ1a〜1dあるいは2a〜2d（第８図では単に
符号ａ〜ｄで示される）の電気的出力を増幅器３で電圧
増幅し、A/D変換器４によってディジタル信号に変換し
たのち、マイクロコンピュータ（以下、マイコンとい
う）５によって信号処理して表示部６に重量として例え
ば2kgと表示するように構成される。

ところで、歪ゲージ式秤においては、測定秤量が広範囲
にわたる場合には、例えば、秤量が10kg以上では100g単
位で測定し、測定重量が10kg以下では50g単位で測定す
るというように秤量によって測定精度を異ならせること
が少なくない。

このように秤量範囲によって測定精度を異ならせる場合
に測定精度を高める方法としては、増幅器３の増幅率を
高める方法が知られている。例えば、上記の場合では10
kg以下では増幅器３の増幅率を２倍に上げたり、増幅率
が２倍の増幅器３を用いたりすることによって測定精度
の高い10kg以下の低秤量の測定と、測定精度が比較的低
い10kg以上の高秤量の測定とを測定精度を異ならせて計
測することができる。

しかしながら、例えば１台の体重計で大人と幼児の体重
を測定したり、１台の産業用秤で部品１個の重さと数十
個の重さを測定したりする等、測定精度が10倍、あるい
はそれ以上異なる場合には、増幅器３に使用されるオペ
アンプ、抵抗等の回路部品として温度変化によるドリフ
トが極めて低いものを用いる必要があり、また、ノイズ
を無くすために大変高価なノイズフィルタを設ける必要
があり、極めて高価な回路部品を使用しなければならな
いという問題がある。

そこで、秤量に応じて測定精度を10倍以上に上げる必要
がある場合には、回路構成を安価にするために、例えば
第９図あるいは第10図に示すように、秤量の異なるロー
ドセルを結合しあるいは一体化させた複合ロードセルを
用いることによって回路部品代を安価にすることが発案
されている。

第10図に示したＳ字型複合ロードセルは、高秤量用歪ゲ
ージ11a〜11dを貼り付けた高秤量ロードセル７と、低秤
量用歪ゲージ11e〜11hを貼り付けた低秤量ロードセル８
とが一体に連結され、秤量が所定値以上となるときに低
秤量ロードセル８の歪量を一定以下に保持する過荷重保
護用ストッパー９と、秤量が上限値以上になるときに高
秤量ロードセル７の歪量を一定以下に保持する過荷重保
護用ストッパー10が設けられる。

このＳ字型複合ロードセルでは、フルブリッジを構成す
る歪ゲージ11a〜11dあるいは11e〜11hがロードセルの表
面側にだけ貼られるので量産性に優れているが、高秤量
ロードセル７と低秤量ロードセル８とは、基本的に第７
図（ａ）のＳ字型ロードセルと同様に、第７図（ｂ）に
示すように荷重を荷重受部12に作用させると、ロードセ
ル７・８の表面側（図の上側）には第７図（ｃ）に実線
で示すように荷重点を中心にして＋と−の歪が発生す
る。

この歪の大小は荷重の大小に対応するので、歪ゲージ11
a〜11dあるいは11e〜11hの中心点が荷重点からずれると
荷重の大きさが誤って検出される。

従って、荷重点を歪ゲージ11a〜11d及び11e〜11hの中心
点の上側に配置する必要があり、Ｓ字型複合ロードセル
全体の高さが高くなり、秤全体も大きくなるので材料コ
スト等が高くなるうえ、収納あるいは設置用のスペース
が大きくなる等の問題が生じる。

一方、第９図に示した平行四辺形型複合ロードセルで
は、高秤量ロードセル13と、低秤量ロードセル14とが一
連に連結され、秤量が所定値以上になるときに低秤量ロ
ードセル14の歪量を一定以下に保持する過荷重保護用ス
トッパー15と、秤量が上限値以上になるときに高秤量ロ
ードセル13の歪量を一定以下に保持する過荷重保護用ス
トッパー16が設けられる。

高秤量ロードセル13及び低秤量ロードセル14は、歪量を
効果的に検出するために、透溝18を形成して薄肉化した
部分の表裏両面に高秤量用歪ゲージ19a〜19dあるいは低
秤量用歪ゲージ19e〜19hが貼り付けられる。

各ロードセル13・14は本質的には第６図（ａ）のロード
セルと同様に、第６図（ｂ）に示すように荷重を荷重受
部17に作用させると、第６図（ｃ）に示すように薄肉化
された部分、即ち、歪ゲージ19a〜19dあるいは19e〜19h
を貼り付けた部分で＋あるいは−の最大歪が現れ、この
歪の大小が荷重の大小に対応するのでロードセルの長手
方向の荷重位置のずれに対してほとんど影響を受けずに
秤量することができ、高秤量ロードセル13と低秤量ロー
ドセル14とを横に連ねることが可能となる。従って、平
行四辺形型複合ロードセルはＳ字型複合ロードセルに比
べると高さがかなり低くなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、高秤量ロードセル13、低秤量ロードセル14の
歪ゲージを貼った部分、即ち、応力を集中させるために
薄肉に形成した部分の厚みt₁・t₂の２乗に歪量が反比例
することから、測定精度を10倍以上上げたり下げたりす
るためにはt₁がt₂の3.2倍以上必要となり、逆にt₂はt₁
の1/3.2以下にする必要がある。しかし、t₂の厚さを薄
くすることにはロードセルの破壊や加工上の問題から限
界があり、また、t₁を厚くすることにはそこに応力を集
中させる必要から限界がある。

そこで、平行四辺形型複合ロードセルにおいて測定精度
を10倍以上異ならせるという条件を見たそうとすれば、
第11図に示すようにロードセル全体がＳ字型複合ロード
セル程ではないとは言え、かなり高さを高くする必要が
生じてくる。従って、Ｓ字型複合ロードセルを用いる歪
ゲージ式秤の欠点を解消する上ではなお大きな不満が残
され、ロードセル全体の高さが高くなり、秤全体も大い
くなり材料等のコストも上がり、場所を大きくとる等の
大型化を招来するという問題が生じている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る歪ゲージ式秤は、上記の問題点を解決する
ために、歪ゲージを有し、一端をベースに固定され、上
記一端から水平方向に延びた他端側に荷重端部を有し、
低秤量に設定された平行四辺形型ロードセルと、歪ゲー
ジを有し、上記荷重端部にこれと直線的に位置するよう
に固定され、上記荷重端部の上方に荷重受部を有し、上
記平行四辺形型ロードセルの上方に位置し高秤量に設定
されたＳ字型ロードセルとを備えたことを特徴としてい
る。

なお、上記ベースは、荷重方向に対し荷重受部とほぼ同
一直線上に平行四辺形型ロードセルの過荷重保護用スト
ッパーを備えたものとすることができる。

〔作用〕

上記の構成によれば、平行四辺形型ロードセルの一端を
ベースに固定し、その一端から水平方向に延びた他端側
となる荷重端部に、Ｓ字型ロードセルが上記荷重端部の
上方に荷重受部を有するように固定されている。

このことから、上記荷重受部に荷重がかかった場合、上
記荷重が小さい範囲では、Ｓ字型ロードセルが歪まず、
上記荷重受部の下方にある荷重端部が上記荷重の荷重点
となるので、平行四辺形型ロードセルが上記荷重によっ
て歪んで、上記荷重を秤量できる。

一方、上記荷重が大きい範囲では、荷重受部が荷重点と
なり、Ｓ字型ロードセルが上記荷重によって歪んで上記
荷重を秤量することができる。その上、上記構成は、低
秤量用の平行四辺形型ロードセルの板厚と、高秤量用の
Ｓ字型ロードセルの板厚によって簡単に測定精度を調節
できる。

これらのことから、上記構成では、低秤量から高秤量の
範囲までの広い荷重範囲を、精度を維持しながら秤量す
ることが可能となる。

また、平行四辺形型ロードセルを、低秤量として用いた
ことにより、上記平行四辺形型ロードセルの厚さを薄く
できて上下方向の厚さを小さくでき、一方、Ｓ字型ロー
ドセルを、高秤量として用いたことにより、大きな荷重
が荷重受部にかかっても、上記Ｓ字型ロードセルにおけ
る歪による上下方向の変位を軽減できて、上記Ｓ字型ロ
ードセルの上下方向の大きさを小さくできる。

ところで、精度を維持しながら荷重範囲を広げるため
に、従来のＳ字型複合ロードセルでは、固定端に対し上
方に荷重受部を設ける必要のある各Ｓ字型ロードセルを
上下方向に重ねる必要がある一方、従来の平行四辺形型
複合ロードセルでは、固定端に対し水平方向に荷重端部
を設ける必要のある各平行四辺形型ロードセルを水平方
向に連結する必要があった。

しかしながら、上記構成では、従来のＳ字型複合ロード
セルと比べると、固定端に対し上方にある荷重受部を２
段に重ねる必要がなく、全体として上下方向の高さを低
くできる。一方、上記構成では、平行四辺形型複合ロー
ドセルと比べると、固定端に対し水平方向にある荷重端
部に、さらに水平方向に連結する必要がなく、水平方向
の長さを短くできる。これらのことから、上記構成は、
従来より大型化を抑制できる。

また、上記構成では、広い秤量範囲において精度を維持
するために、例えば、各歪ゲージからの信号を増幅する
増幅器の増幅率を高めることなく、低秤量用の平行四辺
形型ロードセルの板厚と、高秤量用のＳ字型ロードセル
の板厚によって簡単に測定精度を調節できるので、高価
な回路部品を使用せずとも秤量精度を維持できて、部品
コストを安価にできる。

〔実施例〕

本発明の一実施例に係る歪ゲージ式秤を第１図ないし第
４図に基づいて説明すれば、以下の通りである。

第１図および第２図に示すように、この歪ゲージ式秤
は、平行四辺形型の低秤量ロードセル21と、Ｓ字型の高
秤量ロードセル22とからなる複合ロードセル20を備えて
いる。低秤量ロードセル21は、ベースとしての溝型のベ
ース取付板23の一端部にスペーサ24を介して片持ち状に
指示された測定バー25を有し、この測定バー25における
荷重端部となる自由端部の上面にこれと直線的に位置す
るように連結部材26を介して上記低秤量ロードセル21の
上方に位置させた高秤量ロードセル22が結合される。

高秤量ロードセル22は連結部材26に片持ち状に指示され
た測定板27と、測定板27の自由端部に結合される、荷重
受部としての荷重受部材28とを備えている。上記測定バ
ー25の自由端部の下方におけるベース取付板23には、荷
重受部材28に高秤量が加えられる時に測定バー25の自由
端部を支持して、測定バー25が一定以上歪まないように
する過荷重保護用ストッパー29が設けられる。

ここでは、所定の高秤量領域における低秤量検出用歪ゲ
ージ31a〜31dの出力を一定にするために、過荷重保護用
ストッパー29は荷重受部材28の荷重点及び後述する高秤
量検出用歪ゲージ32a〜32dの中心点の下方に配置され
る。また、上記ベース取付板23には、荷重受部材28が所
定量下降した時に荷重受部材28の下面に当接して荷重受
部材28の下降量を制限することにより測定板27の歪量を
一定以下に制限する過荷重保護用ストッパー30・30が設
けられている。

上記測定バー25の中間部の上面の２箇所と下面のこれに
対応する２箇所には低秤量検出用の歪ゲージ31a〜31dが
貼り付けてあり、上記測定板27の中央部の上面には高秤
量検出用の歪ゲージ32a〜32dが貼り付けてある。

第３図に示すように、低秤量検出用歪ゲージ31a〜31dと
高秤量検出用歪ゲージ32a〜32dの電気的出力はそれぞれ
増幅器33・34により増幅され、アナログスイッチ回路35
に入力されるようになっている。

このアナログスイッチ回路35はマイコン37から入力され
るスイッチング信号に従って入力を低秤量検出用歪ゲー
ジ31a〜31d側と高秤量検出用歪ゲージ32a〜32d側とのい
ずれかに切り換えるようになっている。

アナログスイッチ回路35からは、増幅器33または34によ
り電圧増幅された低秤量検出用歪ゲージ31a〜31dの出力
または高秤量検出用歪ゲージ32a〜32dの出力が出力さ
れ、この出力がA/D変換器36によってディジタル信号に
変換されたうえ、上記マイコン37に入力されるようにな
っている。

このマイコン37は、内部でそのディジタル信号に基づい
て秤量を演算し、秤量が所定量以下の場合にはアナログ
スイッチ回路35を低秤量検出用歪ゲージ31a〜31d側に切
り換え、秤量が所定量を上回る場合にはアナログスイッ
チ回路35を高秤量検出用歪ゲージ32a〜32d側に切り換え
るスイッチング信号を出力する一方、スイッチング信号
の出力後に入力ディジタル信号に基づいて秤量を演算
し、秤量に対応する表示指令を表示部38に出力するよう
になっている。表示部38はその表示指令を入力して秤量
に対応する表示をするようになっている。

尚、低秤量検出用歪ゲージ31a〜31d及び高秤量検出用歪
ゲージ32a〜32dはそれぞれフルブリッジ回路を構成する
ように接続され、秤量0kgでの電気的出力が0Vとなり、
低秤量検出用歪ゲージ31a〜31dは例えば荷重15kgで、高
秤量検出用歪ゲージ32a〜32dは150kgでそれぞれ1500μ
Ｖの最大出力に達するように調整されている。また、各
増幅器33・34の増幅率は等しくしてある。

上記の構成において、荷重が0kgの場合には、第４図
（ａ）に示すように、測定バー25及び測定板27の歪は０
であり、低秤量検出用歪ゲージ31a〜31d及び高秤量検出
用歪ゲージ32a〜32dの電気的出力はそれぞれ0Vとなる。

例えば15kgで測定バー25の自由端部が過荷重保護用スト
ッパー29に受け止められるとすれば、秤量が15kgまでの
場合（例えば荷重が5kgの場合）は第４図（ｂ）に示す
ように、測定バー25の歪量に対応して低秤量検出用歪ゲ
ージ31a〜31dの出力は500μＶとなり、高秤量検出用歪
ゲージ32a〜32dの出力は測定板27の歪量に対応して50μ
Ｖとなる。

増幅器33または34、アナログスイッチ回路35及びA/D変
換器36を介してこれら歪ゲージ31a〜31dまたは32a〜32d
のいずれかの出力を入力したマイコン37は、アナログス
イッチ回路35にスイッチング信号を出力してアナログス
イッチ回路35の入力を低秤量検出用歪ゲージ31a〜31d側
に切り換えさせ、低秤量検出用歪ゲージ31a〜31dの出力
に基づいて演算した秤量に対応する表示指令を表示部38
に出力する。表示部38では表示指令に従ってその秤量に
対応する秤量表示（例えば5kgの表示）が行われること
になる。

荷重受部材28に受けられる荷重が低秤量検出用歪ゲージ
31a〜31dによる秤量検出領域の上限、即ちここでは15kg
を超える場合、例えば、50kgの場合は、第４図（ｃ）に
示すように測定バー25が過荷重保護用ストッパー29に受
け止められ、その歪が過荷重保護用ストッパー29によっ
て制限される結果、低秤量検出用歪ゲージ31a〜31dの出
力は最大の例えば1500μＶとなり、高秤量検出用歪ゲー
ジ32a〜32dの出力は例えば500μＶとなる。

そして、増幅器33・34により同一増幅率で増幅されたこ
れら歪ゲージ31a〜31d、32a〜32dの出力のいずれか一方
がアナログスイッチ回路35及びA/D変換器36を介してマ
イコン37に入力され、マイコン37はアナログスイッチ回
路35の入力を高秤量検出用歪ゲージ32a〜32d側に切り換
えさせるとともに高秤量検出用歪ゲージ32a〜32dの出力
に基づいて秤量を演算し、この秤量に対応する表示指令
を表示部38に出力する。

表示指令を入力した表示部38ではその秤量に対応する秤
量表示（この場合には50kg）が行われることになる。
尚、過荷重保護用ストッパー29は荷重方向である鉛直方
向において荷重点と同一直線上に設けてあるので、低秤
量ロードセル21に対する過荷重は確実に防止され、荷重
受部材28に受けられる荷重が低秤量検出用歪ゲージ31a
〜31dによる秤量検出領域の上限を超える場合、低秤量
検出用歪ゲージ31a〜31dの電気的出力は一定となる。

荷重受部材28に受けられる荷重が最大秤量（例えば150k
g）を超える場合には、第４図（ｄ）に示すように、測
定バー25の歪量が過荷重保護用ストッパー29によって制
限されるとともに、測定板27の歪量が過荷重保護用スト
ッパー30によって制限される結果、測定バー25及び測定
板27の過大な変形が防止され、また、高秤量検出用歪ゲ
ージ32a〜32dの電気的出力も一定となる。

上記の実施例においては、測定バー25の歪量を制限する
過荷重保護用ストッパー29は荷重方向である鉛直方向に
おいて荷重点及び高秤量検出用歪ゲージ32a〜32dの中心
点と同一直線上に設けてあるが、例えば第５図に示すよ
うに、ベース取付板23に複数個の過荷重保護用ストッパ
ー29…29を設けることが可能であり、この場合には、個
々の過荷重保護用ストッパー29の位置は荷重点及び高秤
量検出用歪ゲージ32a〜32dの中心点と同一鉛直線上でな
くても十分に過荷重保護機能が果たされる。

〔発明の効果〕

本発明の歪ゲージ式秤は、以上のように、一端をベース
に固定され、上記一端から水平方向に延びた他端側に荷
重端部を有し、低秤量に設定された平行四辺形型ロード
セルと、上記荷重端部に固定され、上記荷重端部の上方
に荷重受部を有し、高秤量に設定されたＳ字型ロードセ
ルとを備えた構成である。

これにより、上記構成では、従来のＳ字型複合ロードセ
ルと比べると、固定端に対し上方にある荷重受部を２段
に重ねる必要がなく、全体として上下方向の高さを低く
できる。

一方、上記構成では、従来の平行四辺形型複合ロードセ
ルと比べると、固定端に対し水平方向にある荷重端部
に、さらに水平方向に他の平行四辺形型ロードセルを連
結する必要がなく、全体として水平方向の長さを短くで
きる。

この結果、上記構成は、従来のものに比べると高さ及び
長さを小さくすることができるので、平面的にも立体的
にも小型化にでき、収納スペースあるいは設置スペース
を小さくできて、従来より大型化を抑制できるという効
果を奏する。

さらに、上記構成では、高秤量用のＳ字型ロードセルの
板厚等によって簡単に測定精度を調節できるから、増幅
器の増幅率を高める必要がなく、高価な高精度の回路部
品を用いることなく、精度を維持しながら広い範囲で荷
重測定を行うことができるので、部品コストを安価にで
きるという効果も併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例を
示すものであって、第１図は分解斜視図、第２図は側面
図、第３図は電気回路の回路図、第４図（ａ）は無荷重
状態の高秤量ロードセル及び低秤量ロードセルを模式的
に示す側面図、第４図（ｂ）は低荷重状態の高秤量ロー
ドセル及び低秤量ロードセルを模式的に示す側面図、第
４図（ｃ）は高荷重状態の高秤量ロードセル及び低秤量
ロードセルを模式的に示す側面図、第４図（ｄ）は過荷
重状態の高秤量ロードセル及び低秤量ロードセルを模式
的に示す側面図、第５図は他の実施例を示す分解斜視
図、第６図（ａ）は従来の平行四辺形型ロードセルの斜
視図、第６図（ｂ）はそのｘ軸方向の荷重点の位置を示
す側面図、第６図（ｃ）はその測定部材のｘ軸方向の歪
特性図、第７図（ａ）は従来のＳ字型ロードセルの斜視
図、第７図（ｂ）はそのｘ軸方向の荷重点の位置を示す
側面図、第７図（ｃ）はその測定部材のｘ軸方向の歪特
性図、第８図は従来のロードセルの電気回路の回路図、
第９図は従来の平行四辺形型複合ロードセルの側面図、
第10図は従来のＳ字型複合ロードセルの側面図、第11図
は従来の他の平行四辺形型複合ロードセルの側面図であ
る。 21は平行四辺形型低秤量ロードセル、22はＳ字型高秤量
ロードセル、23はベース取付板（ベース）、28は荷重受
部材（荷重受部）、29は低秤量ロードセル21用の過荷重
保護用ストッパー、31a〜31dは低秤量ロードセル21用の
歪ゲージ、32a〜32dは高秤量ロードセル22用の歪ゲージ
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】歪ゲージを有し、一端をベースに固定さ
れ、上記一端から水平方向に延びた他端側に荷重端部を
有し、低秤量に設定された平行四辺形型ロードセルと、
歪ゲージを有し、上記荷重端部にこれと直線的に位置す
るように固定され、上記荷重端部の上方に荷重受部を有
し、上記平行四辺形型ロードセルの上方に位置し高秤量
に設定されたＳ字型ロードセルとを備えたことを特徴と
する歪ゲージ式秤。