JPH0792412B2 - 円柱型密封ロードセルの構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、起歪体に貼着された歪
ゲージが密封されている空間内の圧力変化によって、密
封のために使用されたベローズと一体となって起こる起
歪体の微少変位を、機械的に補正するようにした円柱型
密封ロードセルの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ロードセルは、受感部となる起
歪体の歪量、言い換えれば起歪体に加えられた力を、そ
こに貼着された歪ゲージの抵抗変化として検出するもの
であるが、歪ゲージは温度、湿度の影響を受け易く、中
でも湿度による抵抗体の腐食及び接着面に対する絶縁抵
抗の低下があると、測定結果に大きな誤差を含むので、
防湿処理を施した上、不活性気体を入れて受感部全体
を、普通はダイアフラムを用い、特に低荷重測定用では
より影響の少ないベローズを用いて密封することが行な
われていた。

【０００３】しかし、密封すると、例えば温度測定等で
内部温度が上がった場合、当然内部の気体圧力も上昇す
るから（外気圧が下がった場合も相対関係はこれと同じ
である。）、この圧力上昇が、密封のために起歪体にハ
ンダ付けされた、柔らかい弾性体のダイヤフラム、或は
ベローズと共に起歪体を微少に押上げ、今度はこれが影
響して僅かではあるが、測定誤差となって表われてい
た。

【０００４】このため、例えば、特公昭５６−１８１０
２号公報に記述されているように、柱状の起歪体にハン
ダ付けされた密封用の第１のベローズの外に、これと断
面積の等しい第２のベローズを設置して、内部圧力の上
昇で、第１のベローズが起歪体を押し上げた分、第２の
ベローズが起歪体を押し下げるように、第１、第２のベ
ローズの作用を互いに相殺するように構成配置して、こ
れらの測定誤差を排除するようにしたものが知られてお
り、かつ用いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、密封し
ても、起歪体の形状が柱状では偏荷重に対して弱く、偏
荷重が加えられると、その分が測定誤差となるため、精
度を問題とする精密級の荷重測定用ロードセルでは、偏
荷重に対して強い複合並行ビームを使用することが渇望
されていたが、密封のために用いる第１のベローズの動
作を相殺する、補正用の第２のベローズの配置場所を確
保することが困難で、このため、小型で密封構造とする
ことが難かしかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】それ故、小型で密封し易
いように、ロードセル本体１０の外観を円柱形とし、こ
の円柱形の下段側には、中央部に形成された長方形の洞
穴１１を囲んで、歪ゲージ２０、２１の貼着された複合
並行ビーム１４、１５を一体に形成し、上段側には、こ
の並行ビーム１４、１５の一端に結合した固定部１７を
左方に、又他端に結合し中央部まで伸びた荷重受１８を
右方にそれぞれ形成して、この荷重受１８に負荷棒２２
を連結すると共に、負荷棒２２の下端と連結する第２の
ベローズ組立７０を、前記長方形の洞穴１１に収納配置
し、上蓋５０と負荷棒２２の上端とを第１のベローズ組
立６０で密封するようにした。

【０００７】

【作用】負荷棒２２（ネジ孔１８ａ）に加えられた外力
が、仮に偏荷重であったとしても、これは複合並行ビー
ム１４と１５に対称的に作用するから、各上下面に貼着
された歪ゲージ２０、２１の出力を差動的に配線すれば
測定誤差を相殺できる。又密封された空間内の圧力変動
によって、第１のベローズ組立６０が負荷棒２２を微少
変位させようとする分、第２のベローズ組立７０がこれ
を打消すように作動するが、この第２のベローズ組立７
０は負荷棒２２の真下にあるロードセル本体１０の洞穴
１１に収納設置できるから、全体を小型にまとめ易い。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明するが、
第１図は分り易くするため、一部を中心面で切断して
（切断面から直視できる線は省略して）示した一部縦断
説明図で、装置の全体的構成が示されており、更に説明
上必要な部分品は第２図〜９図にそれぞれ示されてい
る。

【０００９】図中、１０はロードセルの本体で、第２、
３図及び第３図を裏返した第４図に示すように、円柱状
をした素材を、下面側から厚さの約半分超の深さまで略
長方形の洞穴１１（第４図）を穿ち、又上面側からは厚
さの約半分超まで中央路を残して一対の角柱凹部１２、
１３を削り取り、一部分外周面を切削（側面１４ａ、１
５ａを形成）して、角柱状の並行ビーム１４、１５が複
合形成され、中央路のやや左方位置に溝１６を切削する
ことにより、固定部１７と荷重受１８とが分離形成さ
れ、全体的形状としては、円柱状素材の下段側には洞穴
１１を挟んで並行ビーム１４と１５が、上段側には溝１
６を挟んで固定部１７と中心位置まで伸びた荷重受１８
がそれぞれ形成される。

【００１０】ここで、符号１４ａ−１、１５ａ−１（第
３、４図）は荷重受１８（実際には後述の負荷棒２２）
に加えられた外力に対する応力を、この部分に集中させ
るために側面１４ａ、１５ａに設けられた連結円状の貫
通孔、１７ａ−１、１７ａ−２（第２図）は上蓋取付用
の貫通ネジ孔、１８ａは円柱状素材の中心位置に設けら
れた負荷棒取付用の貫通ネジ孔、１７ｂ−１、１７ｂ−
２は固定用のボルトを通す貫通孔、１９は下段側の洞穴
１１と上段側の一対の角柱凹部１２、１３とが互いに円
柱状素材の厚さの半分超の深さまで切削され、溝１６が
切削されたことにより形成された（上面から見て）Ｈ字
形状の空間（第２図）で、これにより並行ビーム１４、
１５、固定部１７、及び荷重受１８がそれぞれ形成され
る。

【００１１】２０（ａ〜ｄ）、２１（ａ〜ｄ）は並行ビ
ーム１４、１５のそれぞれ上下面に貼着された歪ゲージ
で、検出された抵抗変化は図示しないリード線により外
部に導かれ、公知の電気回路により計算される。２２は
測定すべき外力を受ける負荷棒で、第５図に示すよう
に、上方部２２−１（断面積Ｓ）には測定すべき外部荷
重に連結するためのネジ孔２２ａを備え、段落の下方部
２２−２にはネジ部２２ｂと孔２２ｃを備えており、中
心位置にある荷重受１８のネジ孔１８ａに、所要の撓み
間隙を確保するためのスペーサー２３（第１図）を上下
に挟み、更にストッパー板２４、２５を配置してナット
２６で固定される。これにより、超過荷重の場合、スト
ッパー板２４、２５が固定部１７の先端と当接して、並
行ビーム１４、１５の破損を防止する。２７（２７）は
固定ボルト（第１図）で、貫通孔１７ｂ−１（１７ｂ−
２）にスペーサー２８を介して通挿後、下側にもスペー
サー２９を挟んで、並行ビーム１４、１５が撓む余裕を
残し、ロードセル本体１０を基台に固定する。

【００１２】３０は円板状のこの基台で、第１、６図に
示すように、上面側の中央部には僅かに段落した円形凹
部３１が、又下面側の中央部にはロードセル取付けの密
着性を良くするために僅かに突起した円形凸部３２がそ
れぞれ形成され、更に上面側の周縁には、環状段部３３
が設けられ、中心部下面にネジ孔３４、上面にもネジ孔
３５、３６、そして下面から上面中心部に向かって空気
抜き用の貫通孔３７がそれぞれ設けられている。

【００１３】４０はロードセル本体１０の厚さより僅か
に大きい程度の円筒状の胴部（第１図）で、基台３０の
環状段部３３に嵌合後溶接で密封されるようになってお
り、図示しないが、後方にある引出部からは歪ゲージ２
０、２１のリード線が密封端子を介して引出されるよう
になっており、又側周面には、これも図示しないが、小
孔が設けられており、ロードセルの組立完了後、この小
孔から内部の空気が抜かれ、その後に不活性気体を入れ
て封印される。

【００１４】５０は円板状の上蓋で、第１、７図に示す
ように、下方周縁の環状段部５１が胴部４０に嵌合後溶
接で密封されるようになっており、上側中央部の大径部
５２と下側中央部の小径部５３とで形成された円形段落
孔５４が設けられて、ここに負荷棒２２が貫通し、又大
径部５２の上方周縁には小段落の環状段部５２ａと、こ
の外側にはハンダ付けを容易にするための小さな環状溝
５５とがそれぞれ形成されており、更に上面側にはロー
ドセル取付用の４個のネジ孔５６（第１図では省略）
と、上蓋固定用の２個の貫通孔５７が設けられ、下面側
からは取付ボルト２７（２７）の頭部に邪魔されないよ
うに、ザグリ５８−１、５８−２が設けられていて、全
体は貫通孔５７を利用して、固定ボルト５９（５９）で
ロードセル本体１０の固定部１７のネジ孔１７ａ−１
（１７ａ−２）に固定される。

【００１５】６０は負荷棒２２の上方に配置され負荷棒
２２と上蓋５０を密封する第１のベローズ組立で、第
１、８図に示すように、円板台６１の中央には負荷棒２
２を通すための孔６１ａを有し、やや中寄り中央部には
環状凸部６１ｂを備え、周縁には環状折曲６１ｃを備え
ていて、この環状折曲６１ｃが上蓋５０の環状段部５１
に嵌合後ハンダ付けされ、又環状凸部６１ｂには弾性体
からなる伸縮自在で円形ジャバラ形のベローズ本体６２
の下端周縁がハンダ付けされ、その上端周縁が底孔６３
ａ空きコップを伏せた形状のベローズ案内６３の内側底
部６３ｂにハンダ付けされ、更に底孔６３ａの上端部は
基準位置の校正後密封のため負荷棒２２にハンダ付けさ
れる。

【００１６】７０は下方に配置された補正用の第２のベ
ロー組立で、第１、９図に示すように、第１のベローズ
組立６０とは逆動作するように、提灯を逆さにした形状
で配置され、これも弾性体からなる伸縮自在で円形ジャ
バラ形のベローズ本体７１を有し、頂部７２には連結ピ
ン７３が設けられていて、ベローズ本体７１の下端周縁
は基台３０の円形凹部３１にハンダ付けされているが、
ベローズ本体７１内の空間は貫通孔３７を介して外気と
連通されており、組立時に連結ピン７３が負荷棒２２の
下端の孔２２ｂに充満した接着剤（図示せず）で固着さ
れる。

【００１７】なお、第１、第２のベローズ組立６０、７
０（第１図）については、連結ピン７３から上方を見た
負荷棒２２の面積Ｓを含む第１のベローズ組立６０の実
効断面積は、連結ピン７３から下方を見た第２のベロー
ズ組立７０の実効断面積に等しくなっている。勿論、ベ
ローズ６０、７０のバネ定数が異なる場合は、バネ定数
と実効断面積の積がそれぞれ等しくなるように設計され
ている。

【００１８】これ迄、部分的には説明してあるが、ここ
で、全体の組立順序について説明すると、先ず、基台３
０に補正用の第２のベローズ組立７０をハンダ付けす
る。負荷棒２２を上下にスペーサー２３とストッパー板
２４、２５を挟んでナット２６で固定した、ロードセル
本体１０（勿論歪ゲージ２０、２１は貼着済み）を固定
ボルト２７（２７）で基台３０に固定する。この段階で
裏返して、負荷棒２２の孔２２ｃに接着剤を入れ位置修
正した後連結ピン７３を固定する。元の状態に戻して、
胴部４０を被せ、上蓋５０を載せ、固定ボルト５９（５
９）で上蓋５０をロードセル本体１０に固定する。密封
用の第１のベローズ組立６０を負荷棒２２に通して設置
し、円板台６１を上蓋５０にハンダ付けする。胴部４０
の上下の周縁を溶接し、負荷棒２２の静止位置を合わせ
後、負荷棒２２の上部とベローズ案内６３をハンダ付け
する。図示しない胴部４０の小孔から空気を抜取り、不
活性気体を入れて封印する。

【００１９】このような複合並行ビーム１４、１５を使
用した構成において、通常の測定動作の説明は省略する
が、負荷棒２２に偏荷重が加わった場合、負荷棒２２の
取付位置、即ちネジ孔１８ａに対し、並行ビーム１４、
１５が対称的に配置されており、かつ歪ゲージ２０、２
１の各素子も対称関係に配置されているから、偏向力に
よる出力が相互に打消され、測定誤差を殆ど生じない。

【００２０】又、従来の柱状起歪体のように伸縮歪を利
用せず、下段側並行ビーム１４、１５の曲げを利用し、
これの複合した延長を折返した形状で荷重受１８を上段
側の中央まで持ってきたので、負荷棒２２の真下に洞穴
１１が来ることになり、丁度ここに補正用の第２のベロ
ーズ組立７０を収納することができる。

【００２１】更に、密封による圧力関係については、温
度上昇或は外気圧降下により、相対的に密封内部の圧力
が高くなると、一方では、ナット２６を締付けた負荷棒
２２（断面積Ｓ）の下端側と、ベローズ組立６０のベロ
ーズ案内６３の内側底部６３ｂとに掛かる内外圧力差の
力で、負荷棒２２を上方へ押し上げようとするが、他方
では、第２のベローズ組立７０の内部空間は貫通孔３７
で外気と連なっているから、こちらは頂部７２に掛かる
内外圧力差の力で負荷棒２２を下方へ押下げようとし、
これら両方がバランスするように設計してあるから、負
荷棒２２は静止したままで、微少変位をせず、内外圧力
差による測定誤差が生じない。これは温度降下、或は外
気圧上昇の場合も同様である。

【００２２】上記においては、ロードセル本体１０の角
柱凹部１２、１３の長さは、並行ビーム１４、１５の長
さをやや越える程度に図示したが、これは本体側周面ま
で切削（固定部１７、荷重受１８の基部を切削）しても
よく、この方が加工的には容易である。又、ロードセル
本体１０を構成する円柱状素材について、下段側及び上
段側と言う表現を用い、図面ではほぼ同じ高さで示した
が、これもそれぞれを適宜の厚さ（高さ）にして良いの
は言う迄もない。

【００２３】

【発明の効果】このように、本発明では、ロードセル本
体内に補正用の第２のベローズ組立を収納設置すること
により、複合並行ビームを備えたロードセル本体を密封
することが可能となったから、偏荷重に強く、小型での
密封構造に適した利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す一部断面で示した概略
説明図である。

【図２】ロードセル本体の平面図である。

【図３】ロードセル本体の斜視図である。

【図４】ロードセル本体の裏側から見た斜視図である。

【図５】負荷棒の正面図である。

【図６】基台の平面図である。

【図７】上蓋の平面図である。

【図８】密封用の第１のベローズ組立の拡大断面説明図
である。

【図９】補正用の第２のベローズ組立の拡大平面図であ
る。

【符号の説明】

１０ ロードセル本体 １１ 洞穴 １２ 角柱凹部 １３ 角柱凹部 １４ 並列ビーム １５ 並列ビーム １６ 溝 １７ 固定部 １８ 荷重受 １８ａ ネジ孔 ２０ 歪ゲージ ２１ 歪ゲージ ２２ 負荷棒 ２３ スペーサー ２４ ストップ板 ２５ ストップ板 ２６ ナット ３０ 基台 ３７ 貫通孔 ４０ 胴部 ５０ 上蓋 ５４ 円形段落孔 ６０ 第１のベローズ組立 ７０ 第２のベローズ組立

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱状をしたロードセル本体１０の下段
   側には、中央部に形成された略長方形の洞穴１１を囲ん
   で複合並行ビーム１４、１５を設け、上段側には固定部
   １７と中央部まで伸びた荷重受１８とを設け、この荷重
   受１８の中央部に外力を受ける負荷棒２２を前記円柱状
   の軸方向に固定すると共に、前記負荷棒２２の下端が、
   この下端真下に存在する前記洞穴１１に収納設置された
   補正用の第２のベローズ組立７０に連結されたことを特
   徴とする円柱型密封ロードセルの構造。