JPH0690068B2

JPH0690068B2 - 歪ゲージ式秤

Info

Publication number: JPH0690068B2
Application number: JP22486287A
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: JPS6466521A

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10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11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12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12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13図あるいは第14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14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、秤量が所定値以上になるときに低
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とが設けられる。

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
面側にだけに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
11図（ａ）のＳ字型ロードセルと同様に、第11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11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13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10図（ａ）のロード
セルと同様に、第10図（ｂ）に示すように荷重を荷重受
部17に作用させると、第10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15図に示すようにロードセル全体を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、秤全体も大き
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を生じている。

〔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ほぼ直交するように固
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。

その上、上記構成では、平行四辺形型ロードセルの荷重
端部にこれとほぼ直交するようにＳ字型ロードセルを固
定したから、上記荷重端部からさらに水平方向に延びる
部分を省くことができて、水平方向の大きさの増大化を
抑制できる。

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を
設ける必要のある各平行四辺形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
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、水平方向の長さを短くできる。

さらに、平行四辺形型ロードセル荷重端部に対し、上記
荷重端部とほぼ直交するようにＳ字型ロードセルを固定
したことによっても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
８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
支持された測定バー25を有し、この測定バー25における
荷重端部である自由端部の上面に連結部材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後述の低秤量検出用歪ゲ
ージ30a〜30d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の荷重点及び後述の高秤量
検出用歪ゲージ31a〜31dの中心点の下方に配置される。
また、上記連結部材26には測定板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38が連設されている。

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歪ゲージ30a〜30d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
検出用歪ゲージ31a〜31d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30a〜30dと
高秤量検出用歪ゲージ31a〜31dの電気的出力はそれぞれ
増幅器32・33により増幅され、アナログスイッチ回路34
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34はマイコン36から入力する
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
30a〜30d側と高秤量検出用歪ゲージ31a〜31d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34からは、増幅器32または33によ
り電圧増幅された低秤量検出用歪ゲージ30a〜30dの出力
または高秤量検出用歪ゲージ31a〜31dの出力が出力さ
れ、この出力がA/D変換器35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36に入力されるようにな
っている。

このマイコン36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34を低秤量検出用歪ゲージ30a〜30d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34を高秤量検出用歪ゲージ31a〜31d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37に出力するよう
になっている。上記表示部37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30a〜30d及び高秤量検出用歪
ゲージ31a〜31d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30a〜30dは例えば荷重15kgで、高
秤量検出用歪ゲージ31a〜31d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32・33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）及び第４
図（ｂ）に示すように、測定バー25及び測定板27の歪は
０であり、低秤量検出用歪げージ30a〜30d及び高秤量検
出用歪ゲージ31a〜31d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５図（ａ）及び第
５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30a〜30dの出力は500μＶとな
り、高秤量検出用歪ゲージ31a〜31dの出力は測定板27の
歪量に対応して50μＶとなる。

増幅器32または33、アナログスイッチ回路34及びA/D変
換器35を介してこれら歪ゲージ30a〜30dまたは31a〜31d
のいずれかの出力を入力したマイコン36は、アナログス
イッチ回路34にスイッチング信号を出力してアナログス
イッチ回路34の入力を低秤量検出用歪ゲージ30a〜30d側
に切り換えさせ、低秤量検出用歪ゲージ30a〜30d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37
に出力する。表示部37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
30a〜30d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６図（ａ）及
び第６図（ｂ）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30a〜30dの出力は最大の例えば1500μＶとなり、高
秤量検出用歪ゲージ31a〜31dの出力は例えば500μＶと
なる。

そして、増幅器32・33により同一増幅率で増幅されたこ
れら歪ゲージ30a〜30d、31a〜31dの出力のいずれか一方
がアナログスイッチ回路34及びA/D変換器35を介してマ
イコン36に入力され、マイコン36はアナログスイッチ回
路34の入力を高秤量検出用歪ゲージ31a〜31d側に切り換
えさせるとともに高秤量検出用歪ゲージ31a〜31d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37に出力する。

表示指令を入力した表示部37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30a
〜30dによる秤量検出領域の上限を超える場合、第８図
に示すように、低秤量検出用歪ゲージ30a〜30d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７図（ａ）及び第７図（ｂ）
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38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、
第８図に示すように、高秤量検出用歪ゲージ31a〜31d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31a〜31dの中心
点と同一直線上に設けてあるが、例えば第９図に示すよ
う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31
a〜31d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〕

以上に説明したように、本発明の歪ゲージ式秤は、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ほぼ直交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、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。

それゆえ、上記構成では、Ｓ字型ロードセル同士を結合
した従来の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、平行四辺形型ロードセル同士を結
合した従来の平行四辺形型複合ロードセルに比べると、
固定端に対し水平方向にある荷重端に、さらに水平方向
に他の平行四辺形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。

その上、上記構成では、平行四辺形型ロードセルの荷重
端部に直交するようにＳ字型ロードセルを固定してある
ので、上記平行四辺形型ロードセルの荷重端部から水平
方向に突出する部分を省くことができて、全体としての
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、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、歪ゲ
ージからの信号を増幅して、秤量の表示用の信号を出力
するための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、高精度の荷重測定
を行うことができて、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８図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図はそ
の電気回路の回路図、第４図（ａ）は無荷重状態の高秤
量ロードセルを模式的に示す正面図、第４図（ｂ）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５図（ａ）は低荷重状態の高秤量
ロードセルを模式的に示す正面図、第５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６図（ａ）は高荷重状態の高秤量ロ
ードセルを模式的に示す正面図、第６図（ｂ）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７図（ａ）は過荷重状態の高秤量ロー
ドセルを模式的に示す正面図、第７図（ｂ）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８図は低秤量検出用歪ゲージ及び高秤量
検出用歪ゲージの出力特性図、第９図は他の実施例を示
す分解斜視図、第10図（ａ）は従来の平行四辺形型ロー
ドセルの斜視図、第10図（ｂ）はそのｘ軸方向の荷重点
の位置を示す側面図、第10図（ｃ）はその測定部材のｘ
軸方向の歪特性図、第11図（ａ）は従来のＳ字型ロード
セルの斜視図、第11図（ｂ）はそのｘ軸方向の荷重点の
位置を示す側面図、第11図（ｃ）はその測定部材のｘ軸
方向の歪特性図、第12図は従来のロードセルの電気回路
の回路図、第13図は従来の平行四辺形型複合ロードセル
の側面図、第14図は従来のＳ字型複合ロードセルの側面
図、第15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、30a〜30dは低秤量ロードセル21用の
歪ゲージ、31a〜31d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略々直交するよ
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。