JPS5967423A

JPS5967423A - 荷重変換器

Info

Publication number: JPS5967423A
Application number: JP17883682A
Authority: JP
Inventors: Masahito Nagayama; 正仁永山
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1984-04-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は荷重変換器に関する。

計重器等の荷重変換器においては、荷重センサの誤差や
変動が測定値に直接影響するため、その特性および精度
の改善、向上は重要な課題である。

荷重センサとしては歪ゲージを用いたものが知られてお
り、この方式によれば被計量物の荷重を一端を固定した
起歪体に加え、この起歪体表面に発生する歪を測定し、
重量値に変換して表示するようにしている。一般に、起
歪体は一方向の制置誤差を解消すべくロバ−パル機構な
る平行四辺形状の構造をとっており、従来では第１図に
示す如く金９４ブロックに穴あけ加工を施したものが用
いられていたが、工作に高精度が要求される他、高級な
金属材料を用いなければならないためコスト的に難点が
あった。また、上記の点を考慮して安価な５ＵＰＣある
いはＳＫ材等のばね材料を用いて起歪体のビームを構成
したものもあるが、これにおいても共ｊ下に述べるよう
な欠点がある。

々λ２図は起歪体のビーム上に接着剤によって歪ケ゛−
ジが貼り付けられている様子を示し、図中ａは歪ケ９−
ノ、ｂは接着剤層、Ｃはばね材料でできたビーＬの断面
を夫々示す。すなわち、歪ゲージは材料表面と同じ歪状
態を得るために測定面上に接着剤により貼り付けられて
おり、ビーム表面の伸縮が伝達されるようになっている
。ところで、一般に使用される接着剤はフェノール、エ
ヂキシ、列？リエステル、シアノアク！ＪＬ’−１，、
ニトロセルローズ、ポリウレタン等を主成分とするもの
であるが、いずれも高分子であるためクリープ現象を起
こし、測定値に影響を与える。第３図はクリープの時間
的変化を示し／こもので、ｔｌで加重され、＋２で除荷
した場合の変化である。特に荷重変換器においては＋ａ
計ト、）物音載置した一１寸の状態で測定荷重が除徐に
低下するといった現象を起こし、荷重変換器の測定精ｊ
］“［にｆ（ｉ犬な悪影響を及ぼすことになる。

本発明し１上記の点に鑑み提案されたものであり、起歪
体を＋７：’ｉ成するビームの材料を高力アルミニウム
合金とし、更にこれらを機能的に構成することにより、
＃’１）ｉ度の品い、構成ｆｉｌ易か荷電変換器を提供
することを目的とする。

以下、前記クリープ現象に起因する出力感度変化を低減
する方法を述べる。

第２図においてクリープが起こるのは接着剤１ｍ　ｂで
あることは既に述べた所であるが、このクリープ現象は
接着剤層のＪ９み（β）が小さい程、その変化が小さい
ことが知らノ１．ている。そのため、接着１１１層の厚
みβは小へければ小さい程よいわけでイ）るが、現状に
おいては最小５ｔｔｍｉでか管理限界である。そこで、
本発明においては接着１１１層の厚みを小さくするので
はなく、ビーム全体の板厚に対する接着剤ＪｉＦｉの相
対的な厚みを小さくすることによりクリープの影響を低
減する方法をとっている。すなわち、ビームの厚みをα
、歪ゲージの厚みをγとすればを小さくすることにより、クリープの影響を低減するこ
とが可能である。上式において、β、γは最小なるもの
を使用したとして、動かし得るものｒ４ピニムの厚みα
のみであり、ビームの厚みαを大きくするＫげビームの
形状変更と材質変更が有利かつ効果的である。

上記ビームを第４図に示す単純カンチレバーをモデルと
して考えると、ｘ　＝　１の点の表面の応力σ、歪εは
Ｅをヤング率とすると、なる関係があり、この式より、
材質変更前後の発生？ｐεを同り、゛にするためにはＰ
；一定、ｂ；一定として、板厚り、ヤング率Ｅを適当な
値に変更すればよい。ここで鉄系金属のヤング率Ｅｔま
２１．．０００　［ｋｇＡｒｌ’Ｊで、高力アルミニウ
ム合金のそれは７，４００　［ｋｇ／ｎｒ１］であり、
約３倍はどの差がある。εを一定とするにはＥ／ｈ　２
を一定としなければならないことから、ｈＡ、　＝　１−．６８　ｈｓｔ全１４）る。ただしｈＡｔ、ｈｇｔＶｉそれぞれ高力ア
ルミニウム合金、ばね材の板厚である。なお荷重値Ｐと
発生する歪の関係を第５図に示しである。

しかして、ビームの板厚を大きくするためには高力アル
ミニウム合金（ＪＩＳ　２０１７−＋３　。

２０１７−＋４　、２０２４−＋３　、２０２４−＋４
　、２０２４−＋６等）が適しており、これによりクリ
ープ現象に起因する出力感度変化も大幅に低減すること
が可能である。なお、他の金属材料であっても上記関係
てよシ板厚を設定すれば使用可６１Ｈであるが、耐疲労
性その他の機械的性質全十分に考慮する必要がある。

第６図は本発明の荷重変換器を内部に備えた−・カリの
断面図を示し、ノ・カリとしての表示素子およびそのた
めの回路部分については省略しである。また、第７図は
第６図の要部を斜視図で示したものであり、同一部分に
は同一符号を付しである。第６図において１け上皿であ
り、載置された被計稲物が外部へこぼれ落ちないように
凹部形状となっている。２は荷重受板で、上皿１下部の
爪部により上皿１と連結されている。この荷重受板２は
載置される被ｔ１凌物に抗して充分な強度を有する材質
（例えば鋼）および形状寸法となっており、その下端部
はストン・母−８と対向し、過大荷重が加わった際に起
歪体に過大荷重を伝えないよう構成されている。

次いで、ステイ３，４、ビーム５，６は起歪体を構成し
、平行四辺形状のいわゆるロバ−パル機構を構成してい
る。ステイ３，４は同一形状のものであり、両端部がと
もに屈曲されており、その端面にビーム５．６がネジに
より締結され、更にステイ３は前記荷重受板２に、ステ
イ４はケース本体の一部である固定端７に夫々取り付け
られている。なお、ステイ３，４は荷重受板２と同様に
荷重に対し充分な強度を有するものであシ、ビーム５，
６は前述の如く高力アルミニウム合金で作られている。

一方、ビーム６の面上には正電気変換素子としての歪ゲ
ージ１２ａ。

１２ｂが接着剤によシ貼り付けられており、そのリード
＃ｉ！は回路基板９へと導かれている。また、１．０は
ケース本体を、１１はゴム足を示している。

なお、ステイ３，４とビーム５，６との結合部分、およ
びスティ３，４と荷重受板２、固定端７との結合部分の
ズレは荷重変換器の誤差やヒステリシスを生ずる原因と
なるため、ズレなく結合されていなけ七げならない。

第８図は回路部分の構成をブロック図にて示したもので
、歪の検出から重量値の表示までを行っている。第８図
において、Ｄはブリッジ回路で、その２辺には前述した
歪ケ゛−ジ１２ａ　、１２ｂが含まれており、ブリッジ
両端Ｋ（ｒｉ平衡調整回路Ｂを介してブリッジ電源Ａか
ら測定用の交流電圧が与えられている。なお、歪ケ９−
ジ１２ａ、１２ｂは温度補償を行うために第９図の如く
ビームの表裏に夫々接着されることが望ましい。同様に
して４個の歪ケ゛−）を使用することも可能であり、そ
の場合の配置を第１０図（イ）、第１１図（イ）に、更
にその際のブリッジ回路りの配線を第１０図（０）、第
１１図（ロ）に夫々示す。なお、歪ゲージをビームの両
側辺に夫々設けているのは第７図中、Ｙ方向の偏置誤差
を相殺するためである。第８図に戻って他の構成を説明
すると、ブリッジ回路りの偏差出力は増幅器Ｅ、位相分
別器Ｆ、　Ａ／Ｉ）変換器Ｇ１演算・処理回路Ｈ１表示
回路Ｉを順次介して表示素子Ｊへ接続されている。なお
、位相分別器Ｆは歪信号により振幅変調されたブリッジ
の出力電圧から歪の正負を考慮して歪信号を再生するも
のである。

次に上記・・カリ全体の動作を説明すると、上皿ｌに載
置された被計量物の荷重は上皿１→荷重受板２→ステイ
３へと伝達され、ビーム５゜６１ｄｆ？：、わみを生じ
、ビーム表面には荷重に比例した歪が発生する。そして
、この歪はビーム６の表裏に夫々設けられた歪ゲージ１
．２ａ　、１２ｂに抵抗変化をもたらし、ブリッジ回路
りに荷重に比例した振幅を有する偏差電圧を発生する。

この偏差電圧は増幅器Ｅにより適当なレベルまで増幅さ
れた後、位相分別器Ｆにより歪を表わす直流信号に変換
される。すなわち、歪の正・負によシブリツ・り回路り
からは回相もしくは反転した振幅変調の信号が出力され
るため、位相分別器Ｆではこの位相も考慮に入れて歪イ
ハ号を再生している。め変換器Ｇではアナログ信号であ
る歪信号をデジタル信号に変換し、後続の演算・処理回
路Ｈによって対応する重量値を算出し、表示回路Ｉを介
して表示素子Ｊによシ重量値の表示を行う。なお、ノ・
カリとして−、上１［ｕ　１の載置場所による誤差、す
なわち偏置誤差が問題となるが、起歪体の長手方向（Ｘ
方向）の偏置誤差はロバ−パル機構により吸収され、ま
たそれと直角のＹ方向についてはビームの両側辺に歪ケ
゛−ノを配しであるため平均化されて出力に影響を与え
ることはない。

次に第１２図に示すのは起歪体の分解図（一端につき図
示）であり、ステイとビームの位置決めの方法を示す。

すなわち、位置決め不完全により起歪体の平行四辺形が
厳密に構成されてい４い場合には非直線、ヒステリシス
等の原因となるため、その位置決め方法は重Ｉ伎である
。この例はビームとステイの結合にあたり、ス＜−サ１
３に設けられた位置決めビン１３ａ　、　１．３　ｂが
ビーム５の通孔５ａ、５ｂを匝してステイ３の盲孔３ａ
　、３ｂに低合し、組立時の位置決めを容易にしたもの
である。これにより、位置決め部のズレを少なくし、位
置決め不完全による締結バネ定数を小さくすることが可
能であり、繰返し性、再現性、直線性、ヒステリシス等
を改善、向上することができる。

捷た、本発明の起歪体においてはビーム５゜６に高力ア
ルミニウム合金を用い、スティには一般の鋼が用いられ
るが、この場合異種金属の接触どなるため電気腐食によ
る耐久性の低下が問題となる。アルミニウムに対する電
気腐食の促進状態を列挙すれば、促進せず；亜鉛、カドミウム促進度小；鉛、ステンレス鋼、マグネシウム、クロム、
チタン、鉄＠（ＣＬ−少ないもの）促進度中；ニッケル、スズ、炭素促進度犬；水銀、銅、鉄鋼（Ｃｔ−の多いもの）となり
、本発明でばｋｔ−ＦｅのＩ狂気腐食となるためその影
響は無視できない。そこで、その対策としてはスティ、
スペーサ、ネジ等のビームと接触する部品に亜鉛メッキ
を施すことが効果的であり、これにより荷重変換器の耐
久性を向上することが可能である。

以上のように本発明にあっては、被計量物の荷重を一端
を固定した起歪体に加え、該起歪体表面に発生する歪を
歪ゲージにより検出して荷重を測定する荷重変換器にお
いて、前記起歪体は高力アルミニウム合金製の１対のビ
ームと、１対のスデイにより組立型ロバーパル機構を構
成し、歪ゲージ接着剤層のクリープ現象に起因する出力
感度変化を低減し、更に機能的に装置を構成したので、
精度の高い、安価な荷重変換器を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の起歪体構造図、第２図乃至第５図は本発
明の原理説明図、第６図乃至第１２図は本発明の荷重変
換器を適用した・・カリの構成を示す図である。 ■・・・上皿、２・・・荷重受板、３，４・・・スティ
、５．６・・・ビーム、７・・・固定端、１２ａ、１２
ｂ・・・歪ゲージ。出願人松下電工株式会社〜、７■工々Ａ第１０図１２（１稿）　ココ　図第１２図手続ネ甫正書（自発）昭和５８年　１月１３日特許庁長官　若　杉　和　夫　殿２、発明の名称荷重変換器名　称　　（５８３）松下電工株式会社図面６、補正の内容第４図を別紙のとおりに補正する。第４図

Claims

【特許請求の範囲】

被計量物の荷重を一端を固定した起歪体に加え、該起歪
体表面に発生する歪を歪ゲージにより検出して荷重を測
定する荷重変換器において、前記起歪体は高力アルミニ
ウム合金製の１対のビームと、１対のステイによシ組立
型ロバーパル機構を構成し、歪ゲージ接着剤層のクリー
ブ現象に起因する出力感度変化を低減したことを特徴と
する荷重変換器。