JPS62233731A

JPS62233731A - コラム型荷重変換器

Info

Publication number: JPS62233731A
Application number: JP7649786A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Shoji; 庄司　義男; Mamoru Sekine; 関根　守
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1987-10-14
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: JPH0715415B2

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】（、）　　技術分野本発明は、コラム型荷重変換器に関し、より具体的には
、起歪柱の起歪部に荷重変換用のひずみゲージが添着さ
れ、前記起歪部の近傍に該ひずみゲージによる荷重変換
特性の非直線性を補償する半導体ゲージが添着され、前
記起歪柱に印加される荷重に対応した電気信号を得るコ
ラム型荷重変換器に関するものである。

（ｂ）　　従来技術従来のコラム型荷重変換器は、第２１ｉ１（Ａ）および
（Ｂ）に示すように略四角柱を呈する起歪柱としてのコ
ラムａの中間部の薄肉とされた起歪部すの外周面のうち
、互いに反対側を向いた一対の而ＣおよびＣに、受感方
向が互いに直交するようにひずみゲージＳＧＩ、ＳＧ２
およびＳＧ３．ＳＧ４が添着され、その４個のひずみゲ
ージＳＧ１〜ＳＧ４により第３図に示すようなホイート
ストンブリッジが構成されており。

コラムａの軸方向に印加される荷重をそのホイートスト
ンブリッジの出力ｅｏとして検出するようになっている
。ＢＶはこのホイートストンブリッジにブリッジ電圧を
供給するブリッジ電源である。そして、コラムａの内部
は、丸穴が穿設されて中空にされ、その中空部ｄの径を
適宜に変えることによって荷重に対するひずみの大きさ
が調整される。

ところで、このように、４個のひずみゲージＳＧＩ〜Ｓ
Ｇ４からなるホイートストンブリッジのみで回路構成し
たコラム型荷重変換器は。

誤差が大きいので、第２図（Ｃ）に示すように非直線性
補償用半導体ゲージｆを付加する場合がある。

その理由とするところは、第３図に示すようなひずみゲ
ージ５ＧＩ−ＳＧ４からなるホイートストンブリッジは
、例えば第４図の実線で示すような荷重変換特性を有し
、その特性は非直線性を有しているためである。具体的
には、その非直線性（ＮＬ−）は、コラム型では０．１
〜′０．２％Ｒｏ　　（Ｒｏ　　：ｒａｊｅｄ　ｏｕｔ
ｐｕｔ定格出力）にもなってしまい、より正確な荷重測
定を行なうにはその非直線性を補償する必要性があるか
らである。

一方、この非直線性補償用半導体ゲージｆは。

回路的には、ブリッジ電源ＢＶとホイートストンブリッ
ジの入力端との間に接続され、構造的には起歪柱たるコ
ラムａの起歪部すの外周面に添着されるにの半導体ゲー
ジｆは、コラムａが荷重を受けてひずむと抵抗値が変化
する。そして、この半導体ゲージｆのひずみによる抵抗
変化は、ホイートストンブリッジの非直線性を補償する
ような変化を呈するので半導体ゲージｆを付加すること
によって荷重変換器の荷重変換特性の直線性を改善する
ことができるのである。

尚、実際の製品においては、一度補償および出力調整の
ため第５図に示すように温度感度抵抗ｇおよび出力調！
！抵抗りが上記非直線性補償用半導体ゲージｆと直列に
接続される。

このような非直線性補償用半導体ゲージｆを備えたコラ
ム型荷重変換器は、直線性が良いので荷重の測定精度が
非常に高くなるという点で優れているが、しかし、半導
体ゲージが一般のひずみゲージに比較して疲労に弱いの
で半導体ゲージが破損し易いという欠点を有している。

具体的には、半導体ゲージは、例えば荷重変換用ひずみ
ゲージＳＧＩ〜ＳＧ４に１０００μεより大きなひずみ
が生じるとひずみの大きさに従って疲労寿命が短かくな
る。従って、半導体ゲージｆをひずみゲージＳＧＩ〜Ｓ
Ｇ４と同じひずみを受けるようにコラムａの起歪部すに
添着した場合には、ひずみゲージＳＧｌ〜ＳＧ４に先ん
じて半導体ゲージｆの方が破損してしまうことになり、
そのためコラム型荷重変換器の寿命が゛ｉ導導体ゲージ
上より決定されてしまうという問題があった。

（ｃ）　　目的本発明は、」ユ記問題点を解決すべくなされたもので、
起歪部に添着された荷重変換用ひずみゲージの荷重変換
特性の非直線性を良好に補償し得ると共に、非直線性補
償用の半導体ゲージの疲労寿命を大幅に延長でき、延い
ては、荷重変換器の寿命を大幅に延長し得るコラム型荷
重変換器を提供することにある。

（ｄ）　　構成本発明は、上記目的を達成させるため、起歪柱の起歪部
に荷重変換用のひずみゲージが添着され、前記起歪部の
近傍に該ひずみゲージによる荷重変換特性の非直線性を
補償する半導体ゲージが添着され、前記起歪柱に印加さ
れる荷重に対応した電気信号を得るコラム型荷重変換器
において、前記荷重変換用のひずみゲージが添着された
起歪部における断面積に対し前記半導体ゲージが添着さ
れた部位における断面積が大きく形成されてなることを
特徴とするものである。

以下１本発明を、添付図面に示した実施例に従って詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例の構成を示す縦断面図であ
る。

同図において、１は起歪柱としてのコラムで。

上端側には、剛性が大きく荷重を受けるに適するように
円弧状に形成された荷重印加部１ａを有し、下端側には
同じく剛性が大きく、荷重に対する反力を受けるに適す
るように座面が形成された台座部１ｂを有し、中間部の
外形は、第２図（Ｂ）に示したものと同様に略四角柱状
に形成されている。中間部のうち１台座部りの下半部に
はその中心に大径穴２ａが穿設され、また荷重印加部Ｌ
ａ寄りの上半部には上記大径穴２ａと同軸上にその大径
穴２ａよりも小さい（図においては１ｌＩ８１／２．５
　）小径穴２ｂが穿設される。従って、コラム１の中間
部のうち。

下半部は薄肉（小断面）とされて印加荷重に対し敏感に
感応してひずみを生じる起歪部３が設けられ、上半部は
厚肉（大断面）とされ印加荷重に対し少ないひずみを生
じる厚肉部４が設けられている。

ホイートストンブリッジを構成するひずみ変換用のひず
みゲージＳＧ１〜ＳＧ４は、小なる断面積を有する起歪
部３の互いに１８０°ずれた外表面に、それぞれコラム
ｌの軸方向とこれに直交する方向に主軸方向が向けられ
て添着されている。これに対し非直線性補償用の半導体
ゲージ５は、大なる断面積を有する厚肉部４の互いに１
８０°ずれた外表面に添着されている。

従って、このようなコラム型荷重変換器においては、半
導体ゲージ５が添着された厚内部４の断面積を、ひずみ
ゲージＳＧＩ〜ＳＧ４が添着された起歪部３の断面積よ
り大きく設定されているので、コラム１の荷重印加部１
ａに軸方向の荷重が印加された場合における半導体ゲー
ジ５に生じるひずみは、ひずみゲージＳＧＩ〜ＳＧ４に
生じるひずみに比較して小さくなる。

依って、半導体ゲージ５に生じる疲労が少なくなり、疲
労寿命を長くすることができ、延いては、荷重変換器の
寿命を長くすることができる。

因みに、半導体ゲージ５に与えられるひずみが、１００
０με　（μｇ＝１０−’ひずみ）以下であれば、１０
７程度の測定に充分に耐え得るので、ｔ＆大定格荷重時
によｊいて半導体ゲージに生じるひずみが１０００με
以下になるように大径穴２ａと小径穴２ｂの直径の比を
設定すれば、半導体ゲージ５によって荷重変換器の寿命
が決定されてしまうことを回避することができる。具体
的には、起歪部３にかかるひずみが２０００μεのとき
、ひずみゲージＳＧＩ〜ＳＧ４が添着された起歪部３に
おける断面積と半導体ゲージ５が添着された厚肉部４に
おける断面積との比を１＝２以上になるように上記大径
穴２ａと小径穴２ｂの直径比を設定すれば。

半導体ゲージ５に生じるひずみの最大値を１０００με
以乍にすることができ、荷重変換器の高寿命化を図るこ
とができる。

また、起歪部３と厚肉部４の断面積比を厳密に設定する
には、半導体ゲージ５のゲージ率や抵抗値によって非直
線性の補償量や、特性も異なることから、その半導体ゲ
ージ５として非直線性の補償が良好であると共に、荷重
変換用のひずみゲージＳＧＩ〜ＳＧ４の疲労寿命に匹敵
する疲労寿命となるように、設定すればよい。

尚１本発明は、上述し且つ図面に示した実施例に何ら限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変形実施が可能である。

例えば、起歪部３の外面形状としては、実施例のように
略四角柱状に限られるものではなく。

円柱状、その他の形状であってもよく、起歪部３の内部
に穿設される穴は、加工が困蔑でない限り、円形穴以外
の六であってもよい、また。

実施例においては、下半部に起歪部３を、上半部に厚肉
部４を設けた例を示したが、逆に設けてもよい。

また、荷重印加部１ａは、ねじ部となっていてもよい。

（Ｑ）　　効果以上に詳しく述べたところより明らかなように１本発明
によれば、ｎ素な構成でコストの上昇を招くことなく、
起歪部に添着された荷重変換用ひずみゲージの荷重変換
特性の非直線性が良好に補償され、また、従来、実質的
に荷重変換器の寿命を決定していた非直線性補償用の半
導体ゲージの疲労寿命が大幅に延長化され、荷重変換器
全体として高寿命なコラム型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、本発明の一実施例の構成を示す縦断面図、第
２図（Ａ）および（Ｂ）は、従来例を示すもので、同図
（Ａ）は縦断面図、同図（ｔ３）は、同図（Ａ）のＸ−
Ｘ線矢視方向断面図、第２図（Ｃ）は、同従来例に非直
線性補償用半導体ゲージを添着した一例を拡大して示す
側面図、第３図は、従来のひずみゲージにより構成され
たホイー１−ストンブリッジ回路を示す回路図、第４図
は、第３図に示す回路の荷重変換特性図で、実線が実際
の特性を示し、二点鎖線が理想特性を示すものであり、
第５図は、本発明に係るもので、非直線性補償用半導体
ゲージ等を付加した荷重変換器の回路図である。１・・・・・・コラム、　　　　１ａ・・・・・・荷重
印加部、１ｂ・・・・・・台座部、　　　　２ａ・・・
・・・大径穴、２ｂ・・・・・・小径穴、　　３・・・
・・・起歪部、４・・・・・・厚肉部、　　　　５・・
・・・・半導体ゲージ。５ＧＩ−５Ｇ４・・・・・・荷重変換用のひずみゲージ
、ＢＶ・・・・・・ブリッジ電源。 “ｊ・・　１ｊ第１図第　　３　　　図ＢＶ第　　４　　　図負荷

Claims

【特許請求の範囲】

（１）起歪柱の起歪部に荷重変換用のひずみゲージが添
着され、前記起歪部の近傍に該ひずみゲージによる荷重
変換特性の非直線性を補償する半導体ゲージが添着され
、前記起歪柱に印加される荷重に対応した電気信号を得
るコラム型荷重変換器において、前記荷重変換用のひず
みゲージが添着された起歪部における断面積に対し前記
半導体ゲージが添着された部位における断面積が大きく
形成されてなることを特徴とするコラム型荷重変換器。
（２）起歪部における断面積に対する半導体ゲージ添着
部位の断面積の比は、前記半導体ひずみゲージの疲労寿
命に対する前記荷重検出用のひずみゲージの疲労寿命の
比率に略対応させて設定されていることを特徴とするコ
ラム型荷重変換器。
（３）前記半導体ゲージは、荷重検出用のひずみゲージ
で形成されるホイートストンブリッジ回路のブリッジ電
源供給路に直列に回路挿入されていることを特徴とする
コラム型荷重変換器。