JPS61108925A

JPS61108925A - 荷重検出機構

Info

Publication number: JPS61108925A
Application number: JP22973784A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 博田中
Original assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Current assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1984-10-31
Publication date: 1986-05-27

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、秤等に用いられる荷重検出機構に関し、特に
偏荷重に対し測定誤差のない荷重検出機構に関する。

〔従来の技、術〕

秤等に用いる荷重検出機構として、従来第２図に示すよ
うに、平行四辺形の起歪体５１の上下面の四箇所に歪ゲ
ージを貼付けた構造のロードセル５０に計量皿支持部材
５３を介在させて、計量皿５４を直接取付けた構造のも
のがある。このような構造の荷重検出機構には下記のよ
うな欠点があっ２．−（１）、ロードセル５０が偏荷重
で破壊されるため計量皿５４をあまり大きくできない。

（２）、ロードセルを偏荷重に対して強くするため、起
歪体５１の高さおよび幅を大きくする必要があり、小型
化ができない。

（３）、偏荷重に対して正確に荷重を測定することが困
難である。

（４）、起歪体および歪ゲージが偏荷重により曲げ応力
やねじり応力を受は疲労しやすく、従って耐久性が劣る
。

（５）、歪ゲージ５２の経時変化を防ぐため、起歪体５
１全体にベローズをかぶせたり歪ゲージ５２の上をカバ
ーや箔でおおって防湿処理をするが。

ベローズやカバーには、起歪体曲げ方向の柔軟性はあっ
てもねじり方向の柔軟性はなく、従ってねじり方向の偏
荷重の場合、著しく精度が疎外される。また、ねじり応
力を受けるとベローズやカバ、　−の耐久性も極端に落
る。

（６）、四隅調整のため、歪ゲージ詰付部分のたわみ部
５５を削って調整する方法があるが、たわみ部分を削る
とスパンが大きく変化する。

（７）、ロードセルを四隅調整した後、ベローズをかぶ
せると再び四隅誤差が生じるが、ベローズをかぶせた後
、四隅調整する手段がない。

上記のような偏荷重に対する問題点を解決するために、
第３図に示すような荷重検出機構が提案されている。同
図において、計量皿６１に被測定物を置くと計量皿保持
支柱６２は柔軟部６３を撓ませつつ垂直下方に偏位して
ピボット等の伝達部材６４を介してロードセル６５に荷
重を伝達する。

被測定物を計量皿６１のロードセル軸中心直角方向に中
心よりずれた位置におくとモーメントにより計量皿保持
支柱６２は傾斜しつつビーム６６および６７の平行四辺
形の角部となる位置に位置決めした柔軟部２３を撓ませ
て偏位させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記第２図に示す従来の荷重検出機構にお
いても、ビーム６６．６７および計量皿保持支柱６２よ
りなる機構部の受ける曲げモーメントやねじり応力を伝
えないためにピボット等の伝達部材６４を介して荷重を
ロードセル６５に伝えている。この伝達部材６４として
は、ピボットの外に、刃と刃受、リボン、ワイヤ等が考
えられるが、このような伝達部材６４を設けると、一般
に精度が落ちる。特に伝達部材６４を小さくした場合に
荷重による柔軟部６３およびロードセル６５のたわみに
つれて、伝達部材６４の両端の取る付は角がより大きく
変化し、従って、ピボット、刃と刃受等両端の接点構造
が伝達部材６４にあっては摩擦によるヒステリシスが増
大”し、リボン、ワイヤ等両端が連結された伝達部材６
４においては伝達部材６４のつけ根部分のたわみにより
ヒスリシスや連結部のずれ等により精度が落ち、小型化
の弊害となる。また、伝達部材４の耐久性も低いため、
荷重検出機構の寿命が阻害される。ざらにピボット、刃
と刃受、リボン、ワイヤ等の伝達部材の加工には、極め
て丹念な加工と熟練した組立技術を必要とし、それが荷
重検出機構のコストを高くするという欠点があった。

本発明は上記の点番５かんがみてなされたもので。

偏荷重による誤差がなく１部品の加工および組立が容易
で、かつ耐久性に優れ、かつ小型化、薄型化可能な荷重
検出機構を□提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明は、上下に離間して
位置し複数の水平梁のそれぞれを連結部材で連結すると
共に一端を固定し他端を可動としたビームと、起歪体に
歪ゲージを有し該起歪体の一端が固定された他端が可動
のロードセルとを備え、ビームの可動端とロードセル可
動端とを、ビーム軸芯とロードセル軸芯とが交差するよ
うに結合して荷重検出機構を構成した。

また、ロードセルの起歪体がロードセル軸芯上の曲げモ
ーメントに対し、変形困難な構造とした。

また、ロードセルの歪ゲージをベローズで密封した構造
とした。

〔作用〕

上記のように荷重検出機構を構成することにより、ビー
ムは曲げモーメントに対し変形困難な構造であり、また
、ロードセルはねじりモーメントに対して変形し易い形
状であるので、これらビーム可動端とロードセルの可動
端をそれぞれの軸芯が直交するように結合することによ
り、その応力のほとんどを変形しにくいビームが受け、
ロードセルに発生す−ねしり応力は無視できるほど微小
となる。よってロードセルに作用する応力として荷重の
垂直成分と、ロードセルへの曲げモーメントのみを考え
れば良いが、ビームのねじれ強さを増してやれば、該曲
げモーメントもかなり緩和される。

また、上記のように構成することによりロードセルにね
じれ応力がほとんど働かないため、ピボット等の精度低
下の要因となる伝達部材を用いずに、ベローズやその他
の防湿カバーでロードセル全体あるいは歪ゲージを密封
できる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例をなす荷重検出機構を示す斜
視図である。図示するように荷重検出機構は、ビーム１
１とロードセル１２とから構成される。ビーム１１は、
上下に離間して配置された水平２１３．１４と該水平梁
１３，１４の両端で一体的に形成する連結部材１５．１
６とにより構成される。ロードセル１２は、上下に離間
して配！サレタ水平ｉ　１７　、１８　ト該水平ｖｌｋ
１７，１８の両端で一体的に形成された連結部材１９．
２０とからなる起歪体２１と、該起歪体２１の柔軟部に
歪ゲージ２２を貼付した構造のものである。ビーム１１
の一端の連結部材１５は支持部材２７により基台２３に
固定され他端の連結部材１６は可動であり、起歪体２１
の一端の連結部材１９は支持部材２４で基台２３に固定
され、他端の連結部材２０は可動である。ビーム１１の
連結部材１６と起歪体２１の可動端は、ビーム１１の軸
芯とロードセル１２の軸芯が略直交するように結合され
、垂直梁１６の上部には支持部材２５を介在させて計量
皿２６が固定される。

上記構成の荷重検出機構の動作を第４図に基づいて説明
する。ロードセル１２およびビーム１１の可動端部には
、矢印Ａおよびａす方″向のモーメントが作用、シ、矢
印Ａはビーム１１への曲げモーメントＭＢとロードセル
１２へのねじりモーメン！−ＴＬとの和を示し、矢印Ｂ
はビーム１１へのねじりモーメントＴＢとロードセル１
２への曲げモーメントＭＬとの和を示す。ビーム１１の
構造は、曲げモーメントＭＢに対してきわめて変形が困
難な形状であり、またロードセル１２は、ねじリモーメ
ントＴＬに対し変形しやすい形状である６ビーム！１と
ロードセル１２を直角に組合させた事によってその応力
のほとんどを変形しにくいビームが受け、ロードセル１
２に発生するねじり応力ＴＬは無視できる程微小である
。いま上記曲げモーメントＭＢ、ＭＬおよびねじりモー
メントＴＢ、ＴＬの関係を明かにするために、ロードセ
ル１２およびビーム１１の相互の曲げモーメントとねじ
リメーメントを求める。

Ａ＝Ｗｔ＝ＭＢ＋ＴＬ・・・（１）Ｂ＝Ｗｇ＝ＴＢ＋ＭＬ・・・（２）より最終的にとなる。上記記号は下記の通りである。

ｔｔｇ・・・計量皿２６の中心からＸｒＶ方向に偏る荷
重までの距離Ｗ・・・荷重ＸＱ、Ｘｂ・・・ロードセル１２およびビーム１１゜の
幅ＨＱ、Ｈｂ・・・ロードセル１２およびビーム１１のた
わみ部の厚さＹＱ、Ｙｂ・・・ロードセル１２およびビーム１１の上
下水平梁の中立軸間隔Ｌ・・・ロードセル１２およびビーム１１の上下水平梁
の長さここでいま仮に、ｔ＝＝ｇ＝２００ｍｍ、Ｗ＝１０Ｋｇ
、）［＝３　　、　６　７ｒｍｍ、　　’ｌ−１ｂ　　
＝＝　　１　　、　　２　２ｍｍ、　　　Ｘ　　Ｑ＝　
１０＋ａｍ、　Ｘ＝３０１１Ｉｎ、　ＹＱ＝３６．　３
３ｍｍ。

Ｙｂ＝３８．７３ｎｏａ、　Ｌ＝５０ｍｍとした場合　
　　゛となり、ロードセル１２のねじりモーメントは微
小で、しかもロードセルの曲げモーメントＭＬは軽減さ
れていることがわかる。また、ここでは１、ロードセル
１２の高さとビーム１１の高さを同じくしたために、ロ
ードセル１２の曲げモーメントＭＬは３４％の軽減にと
どまったがロードセルの高さを低くすればロードセルの
曲げモーメントは上記よりさらに軽減され、後述する第
５図の実施例においては、ロードセルの曲げモーメント
ＭＬ。

ねじりモーメントＴＬ共にほとんど無視できる程軽減す
る。ただし高さを極力押えつつ計量皿２６の大きさを最
大にする場合にはビームにＡ方向、Ｂ方向のモーメント
の大半を負担させずに、第１図のようにｙ方向のモーメ
ントをロードセル１２の曲げモーメントＭＬ成分で多少
負担させた方が良く、これは計量皿２６の面積および荷
重検出機構の高さの設定条件によってロードセルとビー
ムの幅と高さを変えて、偏荷重のモーメントに負担割合
を任意に設定することが可能である。従ってロードセル
１２には荷重の垂直成分とロードセル１２への曲げモー
メントＭＬのみが働くが、ロードセル１２の高さを低く
したりビーム１１の幅および高さを増したりしてロード
セル１２の強さを増してやれば曲げモーメントもかなり
緩和される。

従って、ロードセル１２の単体水平梁１８の上面中央部
分Ｎに計測する重量の中心が位置するのと同様な高精度
を計量皿２６の四隅付近でも維持できるから、計量皿２
６を大きくすることが可能と。

なる。また、ロードセル１２のねじり応力を約ゼロにで
き、曲げモーメントも緩和できることから耐久性にすぐ
れたものとなる。さらに、第３図に示す従来の荷重検出
機構に比較して、本案の荷重検出機構はピボット等の荷
重伝達部材を用いないため、小型化、薄型化でき、第２
図に示す四辺形ロードセルに直接計量皿を取付けた構造
のものとの比較においても、直接計量皿を取付けた構造
のものは、四隅誤差および歪ゲージや起歪体に生じるヒ
ステリシス等を小さく押えるために、曲げ応力、ねじり
応力とも起歪体の弾性限界よりははるかに小さくするこ
とが必要である事から、起歪体の高さを充分大きく取る
必要があった。このため、上記荷重検出機構の高さはロ
ードセルの高さに制約を受けて、小型化、薄型化できな
い状態にあった。それに対し、上記実施例の荷重検出機
構は。

ビーム１１で偏荷重のモーメントの多くを受けつつせん
断方向の垂直荷重成分の大半はロードセル１２で受ける
様にする事が可能で、ビーム１１は曲げモニメント、ね
じりモーメントに対し、材料の弾性限界を満たしていれ
ば偏荷重により多少のヒステリシスがビーム１１に生じ
てもそれがロードセル出力に誤差として現われる割合は
微小である。よって、ビームの高さは、直接計量皿を取
付けた構造のロードセル１２に比べても大幅に小型化で
き、また、上記実施例のロードセルにおいても、偏荷重
のほとんどを受けずにすむため、これも小型化、薄型化
できる。従って、荷重検出機構蚕体も小型化、薄型化で
きる。

また、加工、組立性は、ロードセルに計量皿を直接取付
ける構造の荷重検出機構に比較して劣るが、第３図に示
すような構造のもの、あるいはその他の機構部介在のも
のと比較して、加工および組立が容易で製造コストが安
価となる。さらに。

四隅調整は、ビーム１１のたわみ部を削ったり、ビーム
ｉｉの水平梁１３，１４、連結部材１５゜１６の寸法を
変化させて調整でき、ロードセル１２の起歪体２１を削
らないため、ロードセル１２のスパン変化も少なくなる
。よってロードセル出力表示器のスパン調整範囲を逸脱
することなく、また表示器調整範囲を少なくできるため
、調整手段が安価に製造できる。

第５図は前述　のように１本発明の他の実施例をなす荷
重検出機構を示す図である。図示するように水平梁１３
．１４のそれぞれの両端近傍には弾性可動部となる凹状
の溝２８が形成される。ロードセル１２は、矩形部材の
上部および下部に凹部を形成して水平梁を構成し、側面
Ｈ型の起歪体２１と該起歪体２１の前記水平梁の起歪部
に歪ゲージ２２を上下面にそれぞれ２個づつ計４個貼付
した構造のものである。荷重、検出機構を上記のように
構成することにより、ビーム１１の水平梁１３．１４の
両端近傍に設けられた溝２８を削ることにより四隅調整
が可能となり、さらに前述のようにロードセル１２の曲
げモーメントとねじりモーメントがほとんど無視できる
ようになる。

第６図、第７図、第８図はいずれも荷重検出機構に用い
るビーム１１の各種の例を示す図である。

第６図は水平梁１３，１４と連結部材１５．１６は別体
であり、水平９１３．１４はその両端を連結部材１５．
１６にビス等の固定手段２８．２９で固定する。このよ
うに構成することにより安易に入手できる市販の規格素
材により加工成形することが可能となる。また、第７図
は水平梁１３．１４の両端近傍の外表面に弾性可動部を
なす凹状の溝２８を形成したもので、溝２８を削り調整
するのに便利である。第８図は、水平梁１３および１４
が弾性を有する板状片１３ａ、１４ａの上下両面に弾性
可動部となる部分３０を残して板状部材１３ｂ、１４ｂ
をサンドイッチ状に固定して構成された該水平梁１３．
１４の両端を連結部材１６および連結部材１５に固定し
た構造としたちのである。連結部材１５は、ボルト１５
ａおよびナツト１５ｂによりその長さを調整できるよう
に構成され、四隅調整をこの長さを調整することにより
容易に行なうことが可能となる。

第９図、第１０図はいずれも他の実施例をなす荷重検出
機構の構造を示す斜視図である。第９図に示す荷重検出
機構は、ビーム１１の構造が、第５図に示すビームの構
造と同じであり、ロードセル１２の起歪体２１の構造も
ビーム１１の構造と同様、１−ドに離間して水平梁３１
，３２を配置し、該渠３１，３２の両端を連結部材３３
．３４で一体的に固定した構造としたものである。この
ようにロードセルを構成することにより、ロードセル１
２の起歪体２１が、ロードセル１２に軸芯上の曲げモー
メントに対し変形困難な構造となる。また第１０図のロ
ードセル１２は、矩形部材の両側部に凹部３５，３６を
形成してなる平面Ｉ型状の起歪体２１の該凹部３５，３
６の表面に歪ゲージ２２をＸ印状に設けた。いわゆるせ
ん断検出型ロードセルである。ロードセル１２をこのよ
うに構成することにより、第９図と同様、ロードセル１
２の起歪体２１は、ロードセル１２の軸芯上の曲げモー
メントに対して変形困難な構造となる。

荷重検出機構を前記第９図、第１０図に示すように構成
することにより、ビーム１１は曲げモーメントＭＢに対
しほとんど不変形な構造となり、また、ロードセル１２
も曲げモーメントＭＬに対してほとんど不変形な構造と
なるから、これらビーム１１とロードセル１２を直角に
組合せることにより、第１図に示す荷重検出機構と同様
、高精度を維持しながら、それよりもさらに、計量皿を
大きくでき、耐久性、薄型化に優れ、加工性１組立性、
四隅調整等に優れたものとなる。

第１１図は１本発明の他の実施例を示す荷重検出機構を
示す斜視図で、ビーム１１は前記第５図に示す荷重検出
機構のビーム１１と同じ構造のビームであり、ロードセ
ル１２はベローズ３７で完全密封した構造のものである
。前述のようにベローズ３７は、ロードセル起歪体曲げ
方向の柔軟性はあってもねじり方向に対しては柔軟性が
ない。

しかし該実施例ではロードセル１２にねじれ応力がほと
んど働かないため、ベローズ３７でロードセル１２を密
封してもねじれ応力による誤差が生じない。

なお第１１図の例ではベローズ３７を示したが、。

歪ゲージを密封する手段としてはベローズ３７に限定す
るものではなく他の構造の防湿カバーであってもよい。

上記のように荷重検出機構を構成することにより、第１
図、第５図、第９図、第１０図に示す荷重検出機構と同
様優れた効果を発揮すると共に、さらに防湿性が完全と
なり、しかも、ベローズ等の防湿カバーをロードセルに
かぶせた後も、ビーム１１を調整することにより四隅調
整が容易に可能となり、　ロードセル１２のスパン変化
が少ない。

上記実施例においては、ビーム１１の可動端とロードセ
ル１２の可動端を、ビーム１１の軸芯とロードセル１２
の軸芯とが直交するように結合したが両軸芯はかならず
しも直交する必要はなく、互に交差するように結合すれ
ばよい６〔発明の効果〕以上説明したように、本発明によれば、ビームの可動端
とロードセルの可動端をその軸芯が交差するように結合
したので、ロードセルに発生するねじり応力は極めて微
小となり１曲げモーメントもビームのねじれ強さを増す
ことで緩和されるから、偏衝重による誤差がなく、計量
皿を大きくすることができ、部品の加工および組立が容
易で、かつ耐久性に優れた荷重検出機構が得ら九る。ま
た、四隅調整は、ビームのたわみ部を削ったり。

水平梁連結部材の寸法を変化させて調整でき、ロードセ
ルの起歪体を削らないですむため、歪ゲージを防止カバ
ーで密封してから調整が可能となり調整の容易な荷重検
出機構が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る荷重検出機構の一実施例の構造を
示す斜視図、第２図、第３図は従来の荷重検出機構の構
造を示す斜視図、第４図は第１図に示す荷重検出機構の
動作を説明するための図、第６図、第７図、第８図はそ
れぞれ本発明に係る荷重検出機構に用いるビームの構造
を示す斜視図、第５図、第９図、第１０図、第１１図は
荷重検出機構の他の実施例の構造を示す斜視図である。図中、１１・・・ビーム、１２・・・ロードセル、１３
．１４・・・水平梁、１５．１６・・・連結部材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、上下に離間して位置し複数の水平梁のそれぞれ
を連結部材で連結すると共に、一端を固定し他端を可動
としたビームと、起歪体に歪ゲージを有し該起歪体の一
端が固定され他端が可動のロードセルとを備え、前記ビ
ームの可動端と前記ロードセルの可動端とを前記ビーム
軸芯と前記ロードセル軸芯とが交差するように結合した
ことを特徴とする荷重検出機構。
（２）、前記ロードセルの起歪体がロードセル軸芯上の
曲げモーメントに対し、変形困難な構造であることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の荷重検出機構
。
（３）、前記ロードセルの歪ゲージを防湿カバーで密封
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または
第（２）項記載の荷重検出機構。