JPS63273029A - ロ−ドセル - Google Patents

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〕 本発明は電子秤などにおいて荷重や力の大きさを電気的
に検知するロードセルに関し、特にストレンゲージ式の
ロードセルに関するものである。

〔従来の技術〕

荷重または力を検出し、電気信号に変換する荷重センサ
であるロードセルには、ストレンゲージ弐、静電容量式
、差動変圧器式、磁気歪式等のタイプがあるが、精度、
信軌性、コストなどの点からストレンゲージ式のものが
最も広く使用きれている。

一般的なストレンゲージ式ロードセルは第３図（ａ）に
示すように、アルミ合金や高張力鋼などから成る起歪部
材にの一端をベース部材Ｂに固着したものであり、起歪
部材Ｋには中空部に、を穿設して４ケ所の肉薄部に２を
形成し、該肉薄部に２に、第３図（ｂ）に示すようなス
トレンゲージＲを接着剤などで貼着したものであった。

この起歪部材にの固定端と逆の端部に荷重Ｆを加えると
、起歪部材Ｋが撓み、肉薄部に２の撓みに伴うストレン
ゲージＲの抵抗値の変化を検出して、前記荷重Ｆの大き
さをもはめるようになっていた。

また、起歪部材にの形状は、図に示したもの以外にもさ
まざまなものがあるが、いずれも肉ｉ部Ｋｌを形成し、
該肉薄部に！にストレンゲージＲを貼着するという点で
は同じである。以下、図に示した形状のものについての
み説明するが、他の形状のものであっても同様であるこ
とは言うまでもない。

〔従来技術の問題点〕

このようなロードセルを構成する起歪部材に要求される
特性としては ■ヒステリシスが小さく、荷重と撓み量の関係が直線的
である（直線性が高い。） ■ヤング率が小さく、撓み量を大きくできる。

■温度変化に伴う出力の変動が小さい。

■固有振動数が高い。

■耐腐蝕性に優れる。

などがある。

ところが、従来のロードセルの起歪部材にはアルミ合金
、高張力鋼などの金属よりなっていたため、上記要求特
性のうち、■は満たしているものの、他については満足
したものではなかった。

例えば、金属は塑性変形を起こし易いため、上記要求特
性■が劣っており、測定精度が悪いだけでなく、短期間
で起歪部材が大きく塑性変形してしまい使用不能となり
易かった。また、金属は上記特性■、■に劣っているた
め、高温やＳ触性などの厳しい環境中でロードセルを使
用することができなかった。

なお、上記要求特性のうち■と■は相反する事項であり
、一般にヤング率が大きいほど、ヒステリシスが小さく
直線性も高くなるため、この両者を同時に満たすことは
できなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記に鑑みて本発明は、ロードセルを構成する起歪部材
の少なくとも肉薄部をセラミックにより形成すると共に
、該セラミック体の表面に撓み量検出手段を配設するよ
うにしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明実施例を図によって説明する。

第１図に示すロードセルはセラミックよりなる起歪部材
１０の一端をベース部材２０に固着したものであり、起
歪部材１０には、２つの円を間隔をあけて並べ両者の中
間部を連通した形状の中空部１１が穿設されている。こ
の中空部１１によって４ケ所の肉薄部１２が形成されて
おり、該肉薄部１２の表面には撓み量検出手段としてタ
ングステンまたはモリブデン−マンガンなどからなる櫛
状の抵抗パターン３０を印刷しである。

また、本発明の他の実施例を第２図に示すように、起歪
部材１０の肉薄部１２のみをセラミックにより形成した
ものであってもよい。この起歪部材１０は肉薄部１２を
形成するセラミック体の表面に撓み量検出手段として櫛
状の抵抗パターン３０を印刷し、このセラミック体と金
属などよりなる他部材を、構造的にまたはメタライズな
どにより結合させたものである。

これらの起歪部材１０の固定端と逆の端部に荷重Ｆを加
えると起歪部材ｌＯが全体的に撓み、４ケ所の肉薄部１
２の撓みに伴う櫛状抵抗パターン３０の抵抗値の変化を
検出し、荷重Ｆの大きさを求めることができる。

このような本発明実施例に係るロードセルを用いると、
起歪部材１０の肉薄部１２がセラミックよりなっている
ため塑性変形を起こさず、また温度の影響を受は難く、
耐環境性も最も大きい。さらにセラミック体の表面に直
接抵抗パターン３０を形成しているため、撓みを伝達さ
せやすい。したがって、ロードセルとしての重要な特性
である直線性、耐クリープ性、ヒステリシス性、耐操り
返し性等を向上させることができ、高精度の測セを行う
ことができる。

また、上記実施例では撓み量検出手段として、セラミッ
ク体の表面に直接抵抗パターン３０を印刷したもののみ
を示したが、これに限らず例えばストレンゲージを貼着
したものやその他のさまざまなものを用いることができ
る。

本発明実施例において、起歪部材を形成するセラミック
材としては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素などを用
いればよい。これらのセラミックと従来の起歪部材の材
質であるアルミ合金、高張力鋼について第１表に示すよ
うにさまざまな特性を比較してみた。

第１表より本発明実施例に用いるセラミックは比較例の
金属に比ベヤフグ率が大きく、従って、ヒステリシスは
低く、直線性は高い部材であることが判る。このように
セラミックはヤング率が大きいことにより、復元性が大
きく長期間使用しても精度の低下が小さい。また、セラ
ミックは振動減衰特性が高く、そのため起歪部材に荷重
を加えたときに生じる振動が速く減衰し、測定を速くす
ることができる。さらにセラミックは耐薬品性が優れて
おり、腐蝕性の環境中でも使用できること＊９５％Ｈ！
Ｓｏ、中での浸食減量 法に、アルミ合金の温度変化に伴う耐力の変化を第４図
に、アルミナセラミックの温度変化に伴うヤング率の変
化を第５図にそれぞれ示すように、アルミヂ合金は３０
０℃で常温時に比べて耐力が８０％以上減少したのに対
し、アルミナセラミックのヤング率は３００℃程度はほ
とんど変化せず、８００℃でも常温時の２０％程度の減
少であった。

このようにセラミックは高温時でも特性の変化が小さく
、従って起歪部材をセラミックにより形成すれば、より
高温中でも正しく測定を行うことができる。また、セラ
ミックは特性の経時変化が小さいため長期間、高精度の
測定を続けることができる。

以上示したように、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素な
どのセラミック在は前記要求特性のうち、■、■、■、
■を満たしており、起歪部材として優れた材質である。

唯一■のヤング率が小さいことは満たしていないが、撓
み量が小さくても検出回路側を調整してやれば良く、特
に問題となることではない。また、これらのセラミック
のうち、高温特性、コストなどの点からアルミナが最も
優れていた。

本発明実施例として第１図に示すロードセルを、起歪部
材１０はアルミナにより、抵抗パターン３０はモリブデ
ン−マンガンによりそれぞれ形成して試作した。比較例
として、アルミ合金から成る起歪部材Ｋにストレンゲー
ジＲを貼着してなる従来のロードセルを用意し、両者の
測定精度、寿命の長さなどを比較した。その結果、本発
明実施例のロードセルは、比較例に対し、精度が１０倍
以上、寿命の長さは４〜５倍と優れていた。また他の実
施例として、アルミナよりなる起歪部材１゜の表面にス
トレンゲージを貼着したロードセルは、比較例に対し、
精度が４〜５倍、寿命の長さは４〜５倍であった。

上記実施例で用いたアルミナは、純度９９．５％で、焼
結助剤としてＭｇＯを含有したものである。

〔発明の効果〕

畝上のように本発明によれば、ロードセルを構成する起
歪部材の少なくとも肉薄部をセラミック体により形成す
ると共に、該セラミック体の表面に撓み量検出手段を配
設したことによって、前記肉薄部が塑性変形を起こしに
＜＜、起歪部材としての緒特性が向上するため、高精度
の測定を長期にわたって行うことができ、またセラミッ
ク体の表面に抵抗パターンを直接印刷すれば、より高精
度の測定を行うことができる。さらにセラミックは一温
度の影響を受けに＜＜、耐環境性も良いことから、さま
ざまな条件の下でも使用でき、また振動減衰特性が高い
ことから測定時間を速くできるなど多くの特長を有した
ロードセルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例に係るロードセルを示す斜視図、
第２図は本発明の他の実施例を示す斜視（ａＬ） 図である。第３貢狂従来のロードセルを示す斜視図、同
図（ら）１番ストレ＞げ′−ジ゛ｔす、ｉ斗ｉ目マ偽る
。 第４図はアルミ合金の温度変化に伴う耐力の変化を示す
グラフ、第５図はアルミナセラミックの温度変化に伴う
ヤング率の変化を示すグラフである。 １０、起歪部材　　　　１１、異形開口１２、肉薄部　
　　　　２０、ベース部材３０、抵抗パターン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 肉薄部を有する形状とした起歪部材の少なくとも前記肉
   薄部をセラミック体で形成すると共に、該セラミック体
   の表面に撓み量検出手段を備えたことを特徴とするロー
   ドセル。