JPS5928848B2 - 高精度剪断型ロ−ドセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高感度の剪断力検出型ロードセルの精度向上に
関する。

説明を簡単にするため水平に支持又は固定された染型ロ
ードセルを考える。

剪断力検出ロードセルは梁の１端又は両端に支持又は固
定力を受けその他端又は中央に被測定力を加えてその中
間に梁軸（以後梁の長手軸を指すものとする）に４５°
に交叉する１組の歪ゲージを前後の両側面に設け、ゲー
ジ交叉の中心点の両側で反対方向の剪断力により片側の
ゲージが引張りを受ける時には他側のゲージが圧縮を受
けることを利用し、前後側面の４個のゲージの内引張り
と圧縮とを電橋の対角辺に取り、歪を拡大して抵抗変化
に変換して剪断力として力を測定する。

この時感度を向上するため前後の交叉ゲージ接着面に直
角な平底の丸孔を両側よりあけ梁軸に直角な断面を縮少
してこ５に応力と歪を集中した上で孔の底面上にゲージ
を接着し剪断力測定の感度を向上する方法を取るのが普
通である。

このような構造を用いる時剪断力が軸に直角な時にはこ
の応力集中部は最大感度で力を検出するが剪断力が垂直
でない時即ち水平分力を有する時にはこの水平分力によ
る水平剪断力が垂直の被測定力による垂直剪断力に対し
、その相対方向により和又は差となり作用する。

換言すればこの種剪断力検出ゲージは軸に垂直な剪断力
は正確に析出するが垂直でない即ち軸方向分力がある時
には必らず誤差を発生する。

所が上述の両端の強固な梁の中間に弱い応力集中部があ
り両端に対向力が加えられると梁は第４図の様に応力集
中部の中心対称に平行四辺形変形を行い両端は平行移動
し左上と右下が反対に曲るので被測定力が梁に垂直でも
梁の屈曲により水平剪断力が発生すると同様となり、こ
れによっても大きな誤差を発生する。

本発明では上述の剪断歪ゲージ接着面の梁軸方向左右両
側の隣接境界上に軸に直角で被測定力Ｆを含む平面に沿
う垂直空隙を作り、梁軸方向即ち水平方向の剪断力をこ
の空隙により絶縁し、ゲージ接着面には通さずゲージ接
着面の頂底両側より空隙の頭越しに被測定力Ｆによる垂
直剪断力のみをゲージに伝達し、ゲージの接着された剪
断応力集中部内には梁軸に直角な垂直剪断力のみが伝わ
り、軸に平行方向の水平剪断力は遮断され０となりそれ
による誤差は防止され高精度剪断型ロードセルが得られ
る。

以下図面により好ましい実施例を説明する。

正両立面図なる第１図にて１０は両端支持又は固定で中
央負荷の水平梁の左半部、又は左端支持又は固定で右端
負荷の片持梁を示し、１２’、１２“は支持又は固定及
び負荷即ち被測定力の加わる梁端、Ｆは被測定力及びそ
れの反力、１４’、１４”は梁の前後側面の中間に設け
られたひら底が角形の剪断応力集中孔で１５’、１５“
はその上の水平の梁の頂底辺で、１６は該前後の応力集
中孔１４／、１４“の平底１６’、１６“の間に残され
応力を集中された剪断歪受感部で水平頂辺１５′を除い
て第１図の■−■断面を矢方向に見た応力集中部１６の
形を示す斜視第３図より明らかなように中心応力集中部
１６と両側の梁端１２’、’１２“との境いに垂直空隙
１８’、１８“を設けたＨ字形を構成する。

第２凹所面に明らかな様に応力集中孔１４’、１４“の
底面１６’、１６“の中心で交叉する表裏の歪ゲージ２
０’ｐ ｔ ２２’ｐ ｙ ２０”Ｒ９２２“Ｒが面上
に接着せられている。

両持梁では梁の中心対称に右側梁上に２０“Ｆ、２２”
Ｆ、２０“Ｒ２２２“Ｒ（図示なし）が接着される。

片持梁の時この交叉ケージは下向き垂直の被測定力Ｆを
受けると２ ｇ／Ｆ、 ２０’Ｒは夫々引張り２２’Ｆ
、 ２２’Ｒは圧縮を受けるので第５図の様に引張り
と圧縮とを夫々対辺とする電橋を作れば歪は４倍で検出
される。

両持の時には夫々同一数字２０’ｐ ｙ ２０“Ｆｙ２
２’Ｆ、２２“Ｆなどの辺を直列とした電橋を作ると両
持でも被測定力を同様に感度よく検出することができる
。

こうした電橋による歪の変換は２０’Ｆ ｙ ２０’Ｂ
、と２２’Ｆ。

２２′□との歪量の単純和を示しベクトル和ではないの
でこうした剪断染型ロードセルは垂直に負荷が加えられ
た時で梁が曲らない時のみ正しい。

こうした構造の梁の両端１２’、１２“に被測定力とそ
の反力とが対向して加えられると梁の強い両端の間に弱
い応力集中部１６があるので梁は第４図の様に応力集中
部の中心対称に平行四辺形変形を行い両端は平行移動し
応力集中部の左と右で逆に曲げられる。

従ってその中心に接着された交叉歪ゲージは梁の曲りに
よって剪断力と同様な作用を受は被測定力が梁に直角で
あっても梁の曲りによる相当剪断力が正規の被測定力に
よる剪断力に重なりそれを増す方向の十誤差となり直線
性を失わせる。

以上は片持梁の説明であるが両持で梁の中央に被測定力
が加えられる時には水平分力は両側の歪ゲージに逆な出
力を加えるので両者を直列にしたゲージでは打ち消され
て誤差を生じないが曲りによる剪断力は両側のゲージで
同方向に出るので両持梁でも誤差となる。

本発明はこの誤差の防止に関するもので、応力集中部１
６の左右の境界に梁の奥行方向に貫通する垂直空隙１８
′、１８“を置き、第３図に示す様に梁の頂辺１５′を
除いた梁の断面が水平の応力集中部１６の両端に空隙を
置いたＨ型断面を構成せしめ、この応力集中部１６は頂
底辺１５’、１５“を通してのみ梁に一体とせられ、従
って垂直方向の剪断力のみが頂底辺１５’、１５“を通
して該空隙１８′。

１８“の頭越しにのみ応力集中部に伝えられ水平方向の
力又は剪断力は空隙１８’、 １８“で剪断されるので
梁の曲りによる水平力は完全に除かれ正確に垂直方向の
被測定力のみを検出する。

従って上記空隙１８’、１８“の目的はゲージの接着せ
られた正味受感部から水平力を絶縁するのが目的である
ので空隙の高さは交叉ゲージの高さに近いことが必要で
ある以外は梁の特性を大きく左右しない限り形を問うも
のではなく自由であり、安価な構造としてよい。

前述の説明では梁の前後側面に直角に孔を設は梁の中心
の前後方向に奥行きのうすい応力集中部について説明し
たが剪断応力集中方法として梁に垂直に貫通する丸孔と
しその丸孔により梁軸に直角な断面を縮少して剪断応力
集中部としこの集中部の梁の前後側面にゲージを接着す
る型のロードセルがある。

この時にもゲージ接着面の梁軸方向両側の境界にゲージ
接着面に直角な溝を設はゲージ接着面に梁軸方向の力が
影響することを防止する。

応力集中部の前述の構造を説明を容易にするため角孔の
みで説明したが角孔を丸孔としても応力集中の目的には
変りはなく形は自由であり又ゲージ接着面の軸方向隣接
境界に直角な空隙は図面では奥行方向には梁を貫通して
示したが空隙は梁の前後面に必らずしも貫通する要はな
くゲージ接着内より充分な深さの溝にしても梁の前後外
面にあるゲージに梁軸方向の力の影響を防止できれば充
分である。

又上側は説明のために水平梁としたが梁は水平に限るも
のではない。

以上に示すように垂直力即ち重力の測定に適した剪断型
ロードセルの歪ゲージの両側境界に空隙を置き歪受感部
内に有害な水平力の侵入を拒否して誤差を皆無ならしめ
これにより重さ等垂直力の測定に適した剪断力検出梁が
力印加の方向により原因不明とせられた誤差が入るのを
防止した効果は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したロードセルの正面の立面図、
第２図は梁の中心の垂直断面図、第３図は第１図の頂辺
１５′を除いた■−■線に沿う断面を矢方向に見た斜視
図、第４図は負荷時の誇張した変形図、第５図は交叉ゲ
ージの接続図を示す。 図中１０・・・・・・水平梁、１２’、 １２“・・・
・・・梁端、１４’、 １４“・・・・・・前後面の平
底応力集中孔、１５′。 １５〃・・・・・・応力集中孔の頂部及び底部の梁の２
辺、１６’、１６“・・・・・・各応力集中孔の底面、
１６・・・・・・応力集中部、１８’、 １Ｂ“・・・
・・・左右の垂直空隙、２０’ｐ ｓ ２２’ｐ・・・
・・・左の梁前面の交叉歪ゲージ、２０’□、２２１Ｒ
・・・・・・左の梁後面の交叉歪ゲージ、２０“Ｆ、２
２“Ｆ・・・・・・両持梁の時の右の左と中心対称の前
面交叉歪ゲージ（図示せず）、２０“Ｒ２２２“Ｒ・・
・・・・両持梁の時の右の左と中心対称の後面交叉歪ゲ
ージ（図示せず）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 梁の長手軸に直交する被測定力を交叉ゲージにて剪
   断力として検出する染型ロードセルに於て、該交叉ゲー
   ジ接着面の長手軸方向の両側境界面に該梁軸に直交し、
   被測定力の方向に平行する垂直溝又は空隙を設けてなる
   高精度剪断梁型ロードセル０