JPWO2014073110A1 - ロバーバル型ロードセル - Google Patents
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Abstract
Description
このような背景の下、ロードセルを備えた電子天秤では、秤量物を電子天秤の計量皿に載せた直後は測定値がふらつくものの、暫くして安定する。これは、薄肉部に発生する歪(応力)が安定するまで時間がかかるためであるが、この測定値が安定するまでの時間が短いほどロードセルが高性能といえる。
前記可動部に下向き荷重が作用した場合には、前記全4箇所の薄肉部のうち、上ビームの可動部寄りの薄肉部および下ビームの固定部寄りの薄肉部には圧縮応力がそれぞれ作用し、上ビームの固定部寄りの薄肉部および下ビームの可動部寄りの薄肉部には引張応力がそれぞれ作用するが、
前記引張応力が作用する薄肉部2箇所のうちのいずれか一方、および前記圧縮応力が作用する薄肉部2箇所のうちのいずれか一方には、前記歪ゲージをそれぞれ接着するとともに、前記歪ゲージを接着しない残りの薄肉部2箇所の幅方向中央部には、略円形の孔をそれぞれ設けるように構成した。
12 起歪体
13 貫通孔
14 上ビーム
15 下ビーム
16 固定部
17 可動部
18 薄肉部
18a 引張側薄肉部
18b 圧縮側薄肉部
19 凹部
19a 凹部のエッジ部
20 歪ゲージ
30 過荷重防止用ストッパ
32 ストッパ先端部
90 電子天秤
100 円孔
いることを示唆している。
[0018]
このように、従来のロードセルでは、薄肉部に発生するエッジロードが「測定誤差」や「測定値が安定するまでの時間」といった、ロードセルの性能に関連することから、発明者は、薄肉部に発生するエッジロードを小さくできれば、ロードセルの性能を改善できるのではないかと考えた。
[0019]
そこで、発明者は、先ず、薄肉部に円形の貫通孔(以下、円孔という)を設けた場合に、薄肉部に発生するエッジロードがどのようになるか、薄肉部に発生する応力が安定するまでの時間はどう変わるか等を検討する過程で、従来構造のロードセルを構成する起歪体の下ビームの2箇所の薄肉部にだけ円孔を設けたロバーバル機構を試作した。
[0020]
即ち、起歪体の上ビームの2箇所の薄肉部(円孔を設けない薄肉部)には歪ゲージをそれぞれ接着し、歪ゲージを接着しない下ビームの2箇所の薄肉部の幅方向中央部には円孔をそれぞれ設けたロードセルを試作し、孔を設けた薄肉部および孔を設けない薄肉部にそれぞれ発生する応力を有限要素法により解析した。
[0021]
すると、孔を設けた薄肉部では、図7(a)に示すように、孔周縁部の2箇所が新たな端部(エッジ部)となって、全4箇所の端部(エッジ部)においてエッジロードが発生した。このエッジロードの値H3は、従来のロードセル(起歪体)の薄肉部に発生するエッジロードの値H1(図7(c)参照)よりも低い値(H3<H1)であった。
[0022]
一方、孔を設けない薄肉部では、図7(b)に示すように、従来のロードセルにおける薄肉部で発生する応力分布(図7(c)参照)と同じような応力分布となるが、端部(エッジ部)に発生するエッジロードの値H2が、従来のロードセルのエッジロードの値H1よりも僅かに低かった(H3<H2<H1)。
[0023]
これは、孔を設けることでエッジロードの値が小さくなる等、2箇所の薄肉部の特性が変化することで、孔を設けない他の2箇所の薄肉部の特性に影響を与えたものと推察される。
[0024]
そして、試作したロードセルでは、従来のロードセルに比べて測定誤差が少なく、測定値が安定するまでの時間も短縮される等、ロードセルの性能を改善する上で有効であることが確認されたことを受けて、この度の特許出願に至ったものである。
[0025]
本発明は、前記した従来の問題点および発明者の前記した知見に基づいてなされたもので、その目的は、ロードセルの4箇所の薄肉部のうちの2箇所に孔を設けることで、ロードセルの基本性能を向上させることにある。
課題を解決するための手段
[0026]
前記した目的を達成するために、請求項1に係るロバーバル型ロードセルにおいては、長手方向前後2箇所に薄肉部をそれぞれ設けた上下一対の平行ビームの端部が固定部と可動部で接続されてロバーバル機構を構成する起歪体と、前記薄肉部に接着された歪ゲージとを備えたロバーバル型ロードセルにおいて、
前記可動部に下向き荷重が作用した場合には、前記全4箇所の薄肉部のうち、上ビームの可動部寄りの薄肉部および下ビームの固定部寄りの薄肉部には圧縮応力がそれぞれ作用し、上ビームの固定部寄りの薄肉部および下ビームの可動部寄りの薄肉部には引張応力がそれぞれ作用するが、
前記引張応力が作用する薄肉部2箇所のうちのいずれか一方、および前記圧縮応力が作用する薄肉部2箇所のうちのいずれか一方には、前記歪ゲージをそれぞれ接着するとともに、前記歪ゲージを接着しない残りの薄肉部2箇所の幅方向中央部には、略円形の貫通孔(以下、単に孔という)をそれぞれ設けるように構成した。
[0027]
(作用)従来のロードセル(起歪体)に荷重を負荷すると、薄肉部の両端部の2箇所にエッジロードが発生する(図7(c)参照)。一方、従来のロードセル(起歪体)の薄肉部の幅方向中央部に略円形の孔を設けると、薄肉部の両端部と孔の周縁端部の全4箇所にエッジロードが発生し、従来のロードセルの薄肉部で発生するエッジロードよりもその値が小さくなる。
[0028]
即ち、本発明のロードセル(起歪体)における、歪ゲージが接着された2箇所の薄肉部(孔を設けない薄肉部)では、「薄肉部の両端部で相対的に値
[0038]
また、起歪体の4箇所の薄肉部のうちのどの薄肉部2箇所に孔を設けるかによって、請求項2〜5に示す、以下の4つの形態がある。
[0039]
即ち、請求項2においては、請求項1に記載のロバーバル型ロードセルにおいて、前記上ビームの2箇所の薄肉部に前記歪ゲージをそれぞれ接着するとともに、前記下ビームの2箇所の薄肉部に前記略円形の孔をそれぞれ設けるように構成した。
[0040]
また、請求項3においては、請求項1に記載のロバーバル型ロードセルにおいて、前記下ビームの2箇所の薄肉部に前記歪ゲージをそれぞれ接着するとともに、前記上ビームの2箇所の薄肉部に前記略円形の孔をそれぞれ設けるように構成した。
[0041]
また、請求項4においては、請求項1に記載のロバーバル型ロードセルにおいて、前記上下一対のビームの固定部寄りのそれぞれの薄肉部に前記歪ゲージをそれぞれ接着するとともに、前記上下一対のビームの可動部寄りのそれぞれの薄肉部に前記略円形の孔をそれぞれ設けるように構成した。
[0042]
また、請求項5においては、請求項1に記載のロバーバル型ロードセルにおいて、前記上下一対のビームの可動部寄りのそれぞれの薄肉部に前記歪ゲージをそれぞれ接着するとともに、前記上下一対のビームの固定部寄りのそれぞれの薄肉部に前記略円形の孔をそれぞれ設けるように構成した。
発明の効果
[0043]
本発明のロバーバル型ロードセルによれば、測定誤差、測定開始可能時間、ロバーバル変形の正確性や再現性等の基本性能に優れたロードセルが提供される。
[0044]
また、本体ケース上に本発明に係るロバーバル型ロードセルが配設されるなど、本体ケースの外部にロードセルが露呈している電子天秤であって、ロードセルの周辺領域の水洗いが可能な電子天秤では、下ビームの薄肉部に設けた孔が排水孔として機能するので、ロードセル(起歪体)の下ビームに水が残りにくく、さらに、水洗いの際に歪ゲージに水がかかりにくいという点で、請求項2の発明が特に有効である。
図面の簡単な説明
[0045]
[図1]第1の実施形態のロードセルを示す斜視図である。
[図2]同ロードセルの分解斜視図である。
[図3]図1のIII−III線に沿うロードセルの断面図である。
[図4]底面側から見た同ロードセルの斜視図である。
[図5]同ロードセル(起歪体)の縦断面図(図2のV−V線に沿う断面図)である。
[図6]同ロードセル(起歪体)の薄肉部を拡大して示す図で、(a)は薄肉部の平面図(図5のVI−VI線に沿う断面図)、(b)は薄肉部の側面図である。
[図7]同ロードセルの薄肉部に発生する応力を従来のロードセル(比較例)の薄肉部に発生する応力と比較して示す図で、(a)は同ロードセルの下ビームの薄肉部(孔を設けた薄肉部)に発生する応力を示す斜視図、(b)は同ロードセルの上ビームの薄肉部(孔を設けない薄肉部)に発生する応力を示す斜視図、(c)は従来のロードセル(比較例)の薄肉部に発生する応力を示す斜視図である。
[図8]同ロードセルを組み込んだ四隅誤差測定装置を示し、(a)は同測定装置の断面図、(b)は偏荷重の作用位置を示す同測定装置の平面図である。
[図9]同ロードセルの四隅誤差を従来のロードセル(比較例)の四隅誤差と比較して示す図で、(a)は同ロードセルの四隅誤差を示す図、(b)は従来のロードセル(比較例)の四隅誤差を示す図である。
[図10]第1の実施形態のロードセルを適用した電子天秤の斜視図である。
[図11]同電子天秤の縦断面図(図10に示すXI−XI線に沿う断面図)である。
[図12]第2の実施形態のロードセルの縦断面図である。
[図13]第3の実施形態のロードセルの縦断面図である。
[図14]第4の実施形態のロードセルの縦断面図である。
発明を実施するための形態
[0046]
以下、添付図面に従って、本発明に係るロードセルの好ましい実施形態に
ついて説明する。図1は、本発明が適用された第1の実施形態のロバーバル型ロードセル10を示す斜視図であり、図2は、同ロードセルの分解斜視図、図3は、同ロードセルの水平断面図(図1のIII−III線に沿う断面図)、図4は、底面側から見た同ロードセルの斜視図、図5は、同ロードセルの縦断面図(図2のV−V線に沿う断面図)、図6は同ロードセル(起歪体)の薄肉部を拡大して示す図で、(a)は薄肉部の平面図(図5のVI−VI線に沿う断面図)、(b)は薄肉部の側面図である。
[0047]
これらの図に示すように、ロードセル10は主として、起歪体12、歪ゲージ20、過荷重防止用ストッパ30で構成される。
[0048]
起歪体12は、アルミ等の金属材から成り、たとえば一定形状に押し出し成形したものを一定の幅で切断し、必要に応じて切削加工することによって製造される。この起歪体12には、幅方向(矢印α方向)に貫通する略眼鏡状の貫通孔13が形成されており、この貫通孔13が形成されることによって、起歪体12は、平行に配設された上ビーム14と下ビーム15、上下一対のビーム14,15の両端部をそれぞれ接続する固定部16と可動部17、上ビーム14と下ビーム15のそれぞれ対向する位置に設けられた2個所の薄肉部18を備えたロバーバル機構を構成している。薄肉部18は合計4個所形成されており、可動部17に負荷をかけて起歪体12が変形した際に2個の薄肉部18は引っ張られ、残りの2個の薄肉部18は圧縮される。
[0049]
図1において、引張側の薄肉部は18a、圧縮側の薄肉部は18bとして示されており、本実施の形態では、上ビーム14の引張側(図の右側)の薄肉部18(18a)および圧縮側(図の左側)の薄肉部18(18b)にそれぞれ2個の歪ゲージ20が貼り付けられている。歪ゲージ20は、電気的に接続されてブリッジ回路が構成されている。
[0050]
一方、固定部16は、ケース等の装置本体(不図示)に固定される部分であり、本実施の形態では、底面にネジ孔(不図示)が形成され、下側からネジ止めされて装置本体に固定される。起歪体12における固定部16の反対側には、可動部17が設けられている。可動部17は、秤量皿(不図示)が
ある。
[0059]
また、下ビーム15の薄肉部18(18a,18b)には、起歪体12の幅方向中央位置に該薄肉部18を上下方向に貫通する円孔100が設けられることで、ロードセル10のそれぞれの薄肉部18に発生するエッジロードの大きさが小さくなって、測定誤差、測定値が安定するまでの時間等のロードセル10の性能が改善されている。
[0060]
即ち、前記したように、上ビーム14の引張側の薄肉部18(18a)および圧縮側の薄肉部18(18b)には、それぞれ2個の歪ゲージ20が貼り付けられているが、歪ゲージ20を接着しない下ビーム15の引張側の薄肉部18(18a)および圧縮側の薄肉部18(18b)には、円孔100がそれぞれ設けられている。
[0061]
以下、下ビーム15の薄肉部18(18a,18b)に円孔100を設けることで、ロードセル10の性能が改善されるという作用について説明する。
[0062]
ロードセル(起歪体)10の4箇所の薄肉部18のうち、歪ゲージ20が接着された上側の2箇所の薄肉部(孔100を設けない薄肉部)18では、「薄肉部18の両端部には、図7(c)の符号H1に示すように、相対的に大きい値のエッジロードが発生し、薄肉部18の幅方向の応力がバランスして安定するまでの時間は相対的に長い」という本来の特性もちち、一方、円孔100を設けた下側の2箇所の薄肉部18では、「薄肉部18の両端部に加えて円孔100の周縁端部の4箇所でエッジロードが発生するものの、それぞれのエッジロードの大きさは、上側の薄肉部18で発生するエッジロードの大きさよりも小さく、薄肉部18の幅方向の応力がバランスして安定するまでの時間は相対的に短い」という本来の特性をもつ。
[0063]
然るに、ロードセル10(起歪体12)は、薄肉部18を支点とするロバーバル機構を構成するため、4箇所の薄肉部18は全てほぼ同一の特性となるように自動的に調整される。詳しくは、孔100を設けた2箇所の薄肉部18では、歪ゲージ20が接着された2箇所の薄肉部18(孔100を設け
部135は、ロードセル10の可動部17の上面に連結される。また、天板部135は皿カバー134と略同形状に形成されており、皿本体132(天板部135)に対し皿カバー134が着脱自在に被着されている。
[0089]
透明カバー136は、ロードセル配設空間Sに配設されるロードセル10の周りを余裕をもって囲むことのできる大きさに形成される。また、透明カバー136は、その下端が秤本体ケース102の上方に配置されるとともに秤本体ケース102の上面に対して所定のクリアランスを持って配置されている。
[0090]
このため、ロードセル配設空間Sが汚れた場合には、透明カバー136を通して外部から汚れが視認できるので、必要に応じて計量皿130(皿本体132)と一体に透明カバー136を取り外して、ロードセル配設空間S全体を開放し、ロードセル20周辺領域の汚れを水等で簡単に洗浄できる。
[0091]
また、下ビーム15の2箇所の薄肉部18には、それぞれ円孔100が設けられているが、この円孔100が洗浄水の排水孔として作用するので、ロードセル配設空間Sを水で洗浄する場合、薄肉部18の貫通孔13形成位置に水滴が残りにくい。
[0092]
また、防水を必要とする歪ゲージ20やフレキシブルプリント配線板120等は、ロードセル10(起歪体12)の上面に設けられているので、ロードセル20周辺領域を水等で洗浄する際に濡れるおそれもない。
[0093]
図12は、請求項3に対応する第2の実施形態のロードセルの縦断面図である。
[0094]
この第2の実施形態のロードセル10Aでは、下ビーム15の2箇所の薄肉部18(18a,18b)には、歪ゲージ20がそれぞれ接着されるとともに、上ビーム14の2箇所の薄肉部18(18a,18b)には、起歪体12の幅方向中央位置に円孔100がそれぞれ設けられている。
[0095]
その他の構造は、前記した第1の実施形態のロードセル10と同一であるので、同様の構成・作用を有する部材については、同じ符号を付して説明を省略する。
[0096]
図13は、請求項4に対応する第3の実施形態のロードセルの縦断面図である。
[0097]
この第3の実施形態のロードセル10Bでは、上下一対のビーム14,15の固定部16寄りの薄肉部18(18a,18b)には、歪ゲージ20がそれぞれ接着されるとともに、上下一対のビーム14,15の可動部17寄りの薄肉部18(18a,18b)には、起歪体12の幅方向中央位置に円孔100がそれぞれ設けられている。
[0098]
その他の構造は、前記した第1の実施形態のロードセル10と同一であるので、同様の構成・作用を有する部材については、同じ符号を付して説明を省略する。
[0099]
図14は、請求項5に対応する第4の実施形態のロードセルの縦断面図である。
[0100]
この第4の実施形態のロードセル10cでは、上下一対のビーム14,15の可動部17寄りの薄肉部18(18a,18b)には、歪ゲージ20がそれぞれ接着されるとともに、上下一対のビーム14,15の固定部16寄りの薄肉部18(18a,18b)には、起歪体の幅方向中央位置に円孔100がそれぞれ設けられている。
[0101]
その他の構造は、前記した第1の実施形態のロードセル10と同一であるので、同様の構成・作用を有する部材については、同じ符号を付して説明を省略する。
[0102]
なお、前記した第1〜第4の実施の形態では、薄肉部18に設ける孔100を円形として説明したが、楕円などの「略円形」であればよい。
[0103]
また、薄肉部18に設ける孔100の形状は、矩形などの略円形以外の形状であっても、円孔100と同様の作用・効果が奏されるが、薄肉部18に矩形の孔等の「略円形」以外の孔を設けるための加工が難しく、それだけ費用と時間がかかるため、「略円形」の孔であることが望ましい。
[0104]
また、薄肉部18に設ける円孔100などの略円形の孔の幅方向の長さW1は、図6(a)に示すように、歪ゲージ20を接着する薄肉部18に発生
するエッジロードの値が小さくなって、ロードセル(起歪体12)のロバーバル機構としての適正な動作を保証できる大きさであればよく、例えば、起歪体12の幅Wに対し略0.1W〜略0.8Wの範囲が望ましい。
[0105]
略円形の孔の幅方向の長さW1が略0.1W未満では、孔が小さすぎて、孔の周縁端部にはエッジロードではなく、応力集中に伴う過大応力が発生し、ロバーバル機構が成立しない。一方、略円形の孔の幅方向の長さW1が略0.8Wを超えると、孔の周縁端部と薄肉部の左右の端部間の距離が接近し過ぎるため、接近して発生するエッジロード同士が重なり合って、薄肉部に応力集中に伴う過大応力が発生し、ロバーバル機構が成立しない。
[0106]
また、略円形の孔を設ける薄肉部18の厚さについては、薄肉部の強度を補うために、歪ゲージ20を接着する薄肉部(略円形の孔を設けない薄肉部)18よりも厚く形成してもよい。
符号の説明
[0107]
10,10A,10B,10C ロードセル
12 起歪体
13 貫通孔
14 上ビーム
15 下ビーム
16 固定部
17 可動部
18 薄肉部
18a 引張側薄肉部
18b 圧縮側薄肉部
19 凹部
19a 凹部のエッジ部
20 歪ゲージ
30 過荷重防止用ストッパ
32 ストッパ先端部
Claims (5)
- 長手方向前後2箇所に薄肉部をそれぞれ設けた上下一対の平行ビームの端部が固定部と可動部で接続されてロバーバル機構を構成する起歪体と、前記薄肉部に接着された歪ゲージとを備えたロバーバル型ロードセルにおいて、
前記可動部に下向き荷重が作用した場合には、前記全4箇所の薄肉部のうち、上ビームの可動部寄りの薄肉部および下ビームの固定部寄りの薄肉部には圧縮応力がそれぞれ作用し、上ビームの固定部寄りの薄肉部および下ビームの可動部寄りの薄肉部には引張応力がそれぞれ作用するが、
前記引張応力が作用する薄肉部2箇所のうちのいずれか一方、および前記圧縮応力が作用する薄肉部2箇所のうちのいずれか一方には、前記歪ゲージがそれぞれ接着されるとともに、前記歪ゲージを接着しない残りの薄肉部2箇所の幅方向中央部には、略円形の孔がそれぞれ設けられたことを特徴とするロバーバル型ロードセル。 - 前記上ビームの2箇所の薄肉部には、前記歪ゲージがそれぞれ接着されるとともに、前記下ビームの2箇所の薄肉部には、前記略円形の孔がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項1に記載のロバーバル型ロードセル。
- 前記下ビームの2箇所の薄肉部には、前記歪ゲージがそれぞれ接着されるとともに、前記上ビームの2箇所の薄肉部には、前記略円形の孔がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項1に記載のロバーバル型ロードセル。
- 前記上下一対のビームの固定部寄りのそれぞれの薄肉部には、前記歪ゲージがそれぞれ接着されるとともに、前記上下一対のビームの可動部寄りのそれぞれの薄肉部には、前記略円形の孔がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項1に記載のロバーバル型ロードセル。
- 前記上下のビームの可動部寄りのそれぞれの薄肉部には、前記歪ゲージがそれぞれ接着されるとともに、前記上下のビームの固定部寄りのそれぞれの薄肉部には、前記略円形の孔がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項1に記載のロバーバル型ロードセル。
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