KR20160032667A

KR20160032667A - 로드셀 및 로드셀의 제조방법

Info

Publication number: KR20160032667A
Application number: KR1020150098110A
Authority: KR
Inventors: 야스마사 타카하시; 타쿠미 이와사키
Original assignee: 티아크 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2016-03-24
Also published as: CN105424235B; CN105424235A; KR101749895B1; JP6354948B2; JP2016061605A

Abstract

소형이라도 높은 강성을 갖고, 피측정물에 걸리는 2 방향의 하중을 정확하게 측정하는 것이 가능한 로드셀 및 로드셀의 제조방법을 제공한다. 로드셀(2)은, 본체부(3)와, 변형 센서(4∼7)를 구비한다. 본체부(3)는, 홀더(8), 제1 및 제2연결부(9, 10), 제1 및 제2빔(11, 12)을 갖는다. 제1 및 제2연결부(9, 10)는 슬릿(13)에 의해 분리되어 있다. 제1빔(11)은, 홀더(8)와 제1연결부(9)와 일체로 형성되고, X축 방향으로 뻗어 있다. 제2빔(12)은, 홀더(8)와 제2연결부(10)와 일체로 형성되고 Y축 방향으로 뻗어 있다. 변형 센서 4, 6은, 제1빔(11)에 부착되고, Y축 방향, Z축 방향에 생기는 변형량이 저항값으로서 측정된다. 변형 센서 5, 7은, 제2빔(12)에 부착되고, X축 방향, Z축 방향에 생기는 변형량이 저항값으로서 측정된다.

Description

로드셀 및 로드셀의 제조방법{LOAD CELL AND MANUFACTURING METHOD OF LOAD CELL}

본 발명은, 하중을 측정하는 로드셀 및 로드셀의 제조방법에 관한 것이다.

변형 센서를 이용해서 하중을 측정하는 로드셀이 알려져 있다(특허문헌 1∼3). 특허문헌 1∼3에 기재되어 있는 것 같이, 종래의 로드셀은, 1 방향으로 뻗는 빔(대들보)을 갖고, 빔에 변형 센서를 설치함으로써, 주로 빔에 걸리는 1 방향의 하중을 측정할 수 있다.

일본국 특공평 6-95036호 공보 일본국 특공평 7-104218호 공보 특허 등록 제2509848호 공보

본 발명자들은, 진동시험을 위해, 로드셀을 이용해서 피측정물의 진동에 의해 생기는 하중을 측정하는 것을 검토하고 있다. 예를 들면, 자동차의 보디에 부착되는 라디에이터의 진동을 측정하거나, 공원 등에 설치되는 놀이기구 등에 생기는 진동을 측정하는 것 등이다. 이와 같은 진동시험에 있어서는, 피측정물에 걸리는 하중은 1 방향은 아니기 때문에, 복수 방향의 진동을 동시에 측정하는 것이 요망되고 있다.

상기 특허문헌 1∼3에 기재된 로드셀은, 1 방향으로 뻗는 빔 만 갖고, 이 빔에 변형 센서가 부착되어 있는 것 뿐이기 때문에, 측정 방향은 주로 1 방향이며, 예를 들면, X축 방향과 Y축 방향의 2 방향의 하중을 동시에 측정할 수 없다. 본 발명자들은, 상기 요망에 따르기 위해, 측정 방향이 1 방향인 로드셀을, 각각의 측정 방향이 직교하는 방향으로 배치하고, 그것들을 상하로 2개 중첩함으로써, 직교하는 2 방향의 하중을 동시에 측정하는 것을 검토하고 있다. 이들 2개의 로드셀은, 볼트의 체결에 의해 연결된다.

그렇지만, 2개의 로드셀을 볼트 체결에 의해 연결한 연결형 로드셀에서는, 진동시험에 사용하면, 진동에 의해 볼트가 느슨해져 버린다고 하는 결점이 있다. 볼트가 느슨해지면, 강성이 저하해서 측정 오차가 커진다. 높은 강성을 확보하기

위해서는, 체결력을 상승시키기 위해 볼트의 직경을 굵게 하거나, 개수를 많게 하는 방법이 있지만, 그렇게 하면, 로드셀이 대형화해 버린다. 로드셀의 설치 스페이스가 좁은 경우에는, 대형화도 곤란하기 때문에, 연결형 로드셀에서는 필요한 강성을 확보할 수 없다.

본 발명은, 소형이면서도 높은 강성을 갖고, 또한, 피측정물에 걸리는 복수 방향의 하중을 정확하게 측정하는 것이 가능한 로드셀 및 로드셀의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 로드셀은, 홀더와, 연결부와, 제1빔과, 제2빔과, 제1 변형 센서와, 제2 변형 센서와, 슬릿을 구비하고 있다. 홀더는, 평면 형상이 프레임 형상을 갖는다. 연결부는, 홀더 내부에 배치되고, 피측정물과 연결한다. 제1빔은, 홀더가 프레임 형상을 나타내는 평면을, 직교하는 X축 및 Y축을 포함하는 XY 평면으로 한 경우에, 홀더 내부에 배치되고, XY 평면에 있어서 X축 방향으로 뻗는다. 제1빔은, 홀더 및 연결부와 일체로 형성되고, 또한, 일단이 홀더에, 타단이 연결부에 접속된다. 제2빔은, 홀더 내부에 배치되고, XY 평면에 있어서 Y축 방향으로 뻗는다. 제2빔은, 홀더 및 연결부와 일체로 형성되고, 또한, 일단이 홀더에 타단이 연결부에 접속되고, 더구나, XY 평면과 직교하는 Z축 방향에 있어서, 제1빔과 이격된 위치에 배치되어 있다. 제1 변형 센서는, 제1빔에 부착되고, 피측정물로부터 연결부에 걸리는 하중에 의해 제1빔에 발생하는, Y축 방향의 변형량을 측정하기 위한 것이다. 제2 변형 센서는, 제2빔에 부착되고, 피측정물로부터 연결부에 걸리는 하중에 의해 제2빔에 발생하는, X축 방향의 변형량을 측정하기 위한 것이다. 슬릿은, Z축 방향에 있어서, 연결부를, 제1빔이 접속되는 제1연결부와, 제2빔이 접속되는 제2연결부의 2개의 부분으로 분리하기 위해, 연결부에 대해 XY 평면과 평행한 방향으로 형성되어 있다.

제1빔은, X축 방향에 있어서 제1연결부의 양단으로부터 각각 홀더의 내주면을 향해서 2개씩 뻗는, 합계 4개의 빔으로 구성되고, 제2빔은, Y축 방향에 있어서 제2연결부의 양단으로부터 각각 홀더의 내주면을 향해서 2개씩 뻗는, 합계 4개의 빔으로 구성되는 것이 바람직하다. n을 양의 정수로 한 경우에, 제1 변형 센서 및 제2 변형 센서는, 각각 4n개로 1조의 저항체의 세트로 구성되는 것이 바람직하다. 제1빔을 구성하는, 합계 4개의 각 빔에는, 제1 변형 센서를 구성하는 저항체가 적어도 1개씩 설치되어 있고, 제2빔을 구성하는, 합계 4개의 각 빔에는, 제2 변형 센서를 구성하는 저항체가 적어도 1개씩 설치되어 있는 것이 바람직하다.

제1빔 및 제2빔은, 각각 단면이 사각형인 사각기둥이며, 4개의 측면 중 2개의 측면이 XY 평면과 평행하고, 또한, 다른 2개의 측면이 XY 평면으로 직교하는 방향으로 배치되어 있고, 제1 변형 센서 및 제2 변형 센서를 구성하는 각각의 저항체는, 제1빔 또는 제2빔에 있어서, XY 평면과 직교하는 측면에 부착되어 있는 것이 바람직하다. 제1빔 및 제2빔의 적어도 한쪽에 있어서, XY 평면과 평행한 측면에, Z축 방향의 변형량을 측정하기 위한 제3 변형 센서가 부착되어 있는 것이 바람직하다.

홀더는, 평면 형상이 원환 형상이고, 연결부는, 평면 형상이 사각형이며, 원환 형상의 중심과 사각형의 중심이 일치하는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 제1연결부 및 제2연결부의 한쪽에 피측정물이 연결되고, 다른 쪽에는 피측정부를 마운트하는 마운트부가 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명의 로드셀의 제조방법은, 본체부 형성공정과, 연결부 분리공정과, 변형 센서 부착공정을 포함한다. 본체부 형성공정에서는, 평면 형상이 프레임 형상을 갖는 홀더와, 홀더 내부에 배치되고, 피측정물과 연결되는 연결부와, 홀더가 프레임 형상을 나타내는 평면을, 직교하는 X축 및 Y축을 포함하는 XY 평면으로 한 경우에, 홀더 내부에 배치되고, 프레임 내부에 있어서 X축 방향으로 뻗는 제1빔으로서, 일단이 홀더에, 타단이 연결부에 접속되는 제1빔과, 홀더 내부에 배치되고, XY 평면에 있어서 Y축 방향으로 뻗는 제2빔으로서, 일단이 홀더에 타단이 연결부에 접속되고, 더구나, XY 평면과 직교하는 Z축 방향에 있어서, 제1빔과 이격된 위치에 배치된 제2빔이 일체로 형성된 본체부를 형성한다. 연결부 분리공정에서는, 본체부를 형성한 후, 연결부에 대하여, XY 평면과 평행한 방향으로 연결부를 관통하는 슬릿을 형성함으로써, Z축 방향에 있어서, 연결부를, 제1빔이 접속되는 제1연결부와, 제2빔이 접속되는 제2연결부의 2개의 부분으로 분리한다. 변형 센서 부착공정에서는, 제1빔에, 피측정물로부터 연결부에 걸리는 하중에 의해 제1빔에 발생하는, Y축 방향의 변형량을 측정하기 위한 제1 변형 센서를 부착하고, 또한, 제2빔에, 피측정물로부터 연결부에 걸리는 하중에 의해 제2빔에 발생하는, X축 방향의 변형량을 측정하기 위한 제2 변형 센서를 부착한다. 이때, 슬릿은, 와이어 컷트 방전 가공 또는 레이저 가공에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 홀더, 연결부, X축 방향으로 뻗는 제1빔 및 Y축 방향으로 뻗는 제2빔이 일체로 형성되어 있기 때문에, 소형이라도 강성이 높다. 또한, 강성이 높으므로, 제1빔과 제2빔에서 각각 측정하는 X축 방향과 Y축 방향의 하중을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 소형이라도 높은 강성을 확보할 수 있으므로, Z축 방향의 두께를 얇게 할 수 있다. 이에 따라, 좁은 스페이스에 설치하는 것도 가능해진다.

도 1은 본 발명의 로드셀의 사시도다.
도 2는 로드셀의 일부를 절결한 사시도다.
도 3은 로드셀의 평면도다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 절단한 종단면도다.
도 5는 도 3의 V-V선을 따라 절단한 종단면도다.
도 6은 로드셀의 제조방법을 설명하는 사시도다.
도 7은 로드셀의 사용 상태를 설명하는 요부 단면도다.
도 8은 본 발명의 변형예를 설명하는 사시도다.

도 1에 나타낸 것과 같이, 로드셀(2)은, 본체부(3)와, 복수의 변형 센서(4∼7)(도 2 참조)를 구비한다. 본체부(3)는, 예를 들면, 스테인레스 등의 금속으로 형성되고, 홀더(8)와, 제1 및 제2연결부(9, 10)(도 2 참조)와, 제1 및 제2빔(11, 12)(도 2 참조)을 갖는다. 홀더(8)는, 평면 형상이 프레임 형상이고, 구체적으로는, 원환 형상을 이루고 있다. 여기에서, 홀더(8)가 프레임 형상을 나타내는 평면을, 직교하는 X축 및 Y축을 포함하는 XY 평면으로 하고, XY 평면과 직교하는 홀더(8)의 두께 방향은 Z축으로 한다. 더구나, X축 및 Z축을 포함하는 평면을 XZ 평면으로 하고, Y축 및 Z축을 포함하는 평면을 YZ 평면으로 한다.

도 2에 나타낸 것과 같이, 홀더(8)의 내부 공간에는, 제1 및 제2연결부(9, 10)가 배치되어 있다. 후술하는 것과 같이, 제1 및 제2연결부(9, 10)는 양자 일체로 형성된 후에, Z축 방향에 있어서 상하로 분리된 것이다. 제1 및 제2연결부(9, 10) 사이에는 슬릿(13)이 형성되어 있고, 슬릿(13)은, 분리 가공시에 형성된다. 또한, 홀더(8)의 일부를 관통해서 형성된 자른 구멍(14)은, 슬릿(13)을 형성할 때에 동시에 형성된다.

도 3∼도 5에 나타낸 것과 같이, 제1 및 제2연결부(9, 10)는, XY 평면에 있어서의 평면 형상이 사각형이고, 원환 형상으로 형성된 홀더(8)와 중심이 일치하는 위치에 배치되어 있다. 제1 및 제2연결부(9, 10)는, 중심에 피측정물을 연결하기 위한 암나사부(9a, 10a)가 각각 형성되어 있다. 제1 및 제2연결부(9, 10)는, 원래 일체이었기 때문에, X축 방향 및 Y축 방향의 위치는 서로 중첩된다. 이때, 암나사부(9a, 10a)의 중심은, 홀더(8)의 중심에 일치하고 있다.

제1빔(11)은, 홀더(8)의 프레임 내부에 있어서 X축 방향으로 뻗고, 홀더(8) 및 제1연결부(9)와 일체로 형성되어 있고, 축 방향의 일단이 홀더(8)에 타단이 제1연결부(9)에 접속된다. 제1빔(11)은, X축 방향에 있어서 제1연결부(9)의 양단, 즉 제1연결부(9)의 대향하는 측면 9b, 9c로부터 각각 홀더(8)를 향해서 2개씩 뻗는 합계 4개의 빔(11a∼11d)으로 구성된다. 빔(11a∼11d)은, 각각 단면이 사각형인 사각기둥이며, 4개의 측면 중, 2개의 측면이 XY 평면과 평행하고, 또한, 다른 2개의 측면이 XY 평면과 직교하는 XZ 평면과 평행한 방향으로 배치되어 있다.

제2빔(12)은, 홀더(8)의 프레임 내부에 있어서 Y축 방향으로 뻗고, 홀더(8) 및 제2연결부(10)와 일체로 형성되어 있고, 축 방향의 일단이 홀더(8)에 타단이 제2연결부(10)에 접속된다. 더구나, 제2빔(12)은, 제1빔(11)과는 Z축 방향에 있어서 이격된 위치에 배치된다. 제2빔(12)은, Y축 방향에 있어서 제2연결부(10)의 양단, 즉 제2연결부(10)의 대향하는 측면 10b, 10c로부터 각각 홀더(8)를 향해서 2개씩 뻗는 합계 4개의 빔(12a∼12d)으로 구성된다. 빔(12a∼12d)은, 각각 단면이 사각형인 사각기둥이며, 4개의 측면 중, 2개의 측면이 XY 평면과 평행하고, 또한, 다른 2개의 측면이 XY 평면과 직교하는 YZ 평면과 평행한 방향으로 배치되어 있다. 빔 12a∼12d는, 빔 11a∼11d와 동일한 폭 및 길이를 갖는다.

피측정물이 진동하면 제1연결부(9) 및 제2연결부(10)에 하중이 걸리고, 그 하중에 의해 제1연결부(9)에 접속된 제1빔(11) 및 제2연결부(10)에 접속된 제2빔(12)에는, 변형이 발생한다.

제1 및 제2 변형 센서(4, 5)는, 각각 4n개(n은 양의 정수)로 1조의 저항체의 세트로 구성되는 것이 바람직하다. 이미 알고 있는 것과 같이, 변형 센서는, 4개의 저항체의 세트를 최소 구성으로 하는 휘트스톤 브리지 회로를 이용하는 경우가 많기 때문이다. 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 변형 센서(4, 5)는, 4개로 1조의 저항체 4a∼4d, 5a∼5d의 세트로 구성된다. 저항체 4a∼4d, 5a∼5d는, 예를 들면, 얇은 절연체 위에 금속 박을 부착한 것이다. 금속 박은, 예를 들면, 가늘고 긴 띠 형상의 박을 꾸불꾸불한 형상으로 배치함으로써, 전체로서 사각형 판 형상으로 형성된다.

제1 변형 센서(5)는, 제1빔(11)에 부착되고, 제1빔(11)에 발생하는, 주로 Y축 방향의 변형량을 측정한다. 제1빔(11)은 X축 방향으로 뻗어 있고, 제1연결부(9)에 대해 Y축 방향으로부터 하중이 걸리면, Y축 방향으로 변형한다. 제1빔(11)을 구성하는 빔(11a∼11d)에는, 제1 변형 센서(5)를 구성하는 저항체(4a∼4d)가 1개씩 설치되어 있다. 각각의 저항체(4a∼4d)는, 제1빔(11)에 있어서, XY 평면과 평행한 측면에 접착에 의해 부착되어 있다. 이에 따라, 저항체(4a∼4d)는, 제1빔(11)의 Y축 방향의 변형량에 따라 각각 저항값이 변화한다.

제2 변형 센서(5)는, 제2빔(12)에 부착되고, 제2빔(12)에 발생하는, 주로 X축 방향의 변형량을 측정한다. 제2빔(12)은 Y축 방향으로 뻗어 있고, 제2연결부(10)에 대해 X축 방향으로부터 하중이 걸리면, X축 방향으로 변형한다. 제2빔(12)을 구성하는 빔(12a∼12d)에는, 제2 변형 센서(5)를 구성하는 저항체(5a∼5d)가 1개씩 설치되어 있다. 각각의 저항체(5a∼5d)는, 제2빔(12)에 있어서, XY 평면과 평행한 측면에 접착에 의해 부착되어 있다. 이에 따라, 저항체(5a∼5d)는, 제2빔(12)의 X축 방향의 변형량에 따라 각각 저항값이 변화한다. 이때, 제1 및 제2 변형 센서(4, 5)를 구성하는 저항체가 8개씩 또는 그 이상인 경우에는, 각 빔 11a∼11d, 12a∼12d에는, 저항체가 복수개씩 설치된다.

제3 변형 센서(6, 7)는, 제1빔(11) 및 제2빔(12)에 각각 부착되고, 제1빔(11) 및 제2빔(12)에 각각 발생하는, 주로 Z축 방향의 변형량을 측정한다. 제3 변형 센서(6, 7)는, 제1 및 제2 변형 센서(4, 5)와 같은 이유에서, 각각 4n개(n은 양의 정수)로 1조의 저항체의 세트로 구성되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 제3 변형 센서(6, 7)는, 4개로 1조의 저항체 6a∼6d, 7a∼7d의 세트로 구성된다. 저항체 6a∼6d, 7a∼7d는, 저항체 4a∼4d, 5a∼5d와 동일한 것이 사용된다.

제1빔(11)은, 제1연결부(9)에 대해 Z축 방향으로부터 하중이 걸리면, Z축 방향으로 변형한다. 빔 11a∼11d에는, 제3 변형 센서 6을 구성하는 저항체 6a∼6d가 1개씩 설치되어 있다. 각각의 저항체 6a∼6d는, 제1빔(11)에 있어서, XY 평면과 직교하고, 또한, X축과 평행한 측면, 즉 XZ면과 평행한 측면에 접착에 의해 부착되어 있다. 이에 따라, 저항체 6a∼6d는, 제1빔(11)의 Z축 방향의 변형량에 따라 각각 저항값이 변화한다.

제1빔(11)과 마찬가지로, 제2빔(12)은, 제2연결부(10)에 대해 Z축 방향으로부터 하중이 걸리면, Z축 방향으로 변형한다. 빔 12a∼12d에는, 제3 변형 센서 7을 구성하는 저항체 7a∼7d가 1개씩 설치되어 있다. 각각의 저항체 7a∼7d는, 제2빔(12)에 있어서, XY 평면과 직교하고, 또한, Y축과 평행한 측면, 즉 YZ면과 평행한 측면에 접착에 의해 부착되어 있다. 이에 따라, 저항체 7a∼7d는, 제2빔(12)의 Z축 방향의 변형량에 따라 각각 저항값이 변화한다.

이때, 제3 변형 센서(6, 7)를 구성하는 저항체가 8개씩 또는 그 이상인 경우에는, 각 빔 11a∼11d, 12a∼12d에는, 저항체가 복수개씩 설치된다. 또한, 제3 변형 센서(6, 7)는, 본 실시형태에서는 제1 및 제2빔(11, 12)에 각각 부착되어 있지만, 이것에 한정하지 않고, 제1 및 제2빔(11, 12)의 어느 한쪽에만 부착되어도 된다.

각 변형 센서(4∼7)는, 저항체 4a∼4d, 5a∼5d, 6a∼6d, 7a∼7d의 세트마다 결선되어, 주지의 휘트스톤 브리지 회로를 형성한다. 이때, 각 변형 센서(4∼7)를 구성하는 4개 1조의 저항체가 복수 조 있는 경우에는, 휘트스톤 브리지 회로의 각 변에서 복수의 저항체를 직렬로 접속하거나, 혹은 각 조마다 복수의 휘트스톤 브리지 회로를 각각 형성하면 된다.

각 변형 센서(4∼7)로 형성된 휘트스톤 브리지 회로의 출력은, 예를 들면, 일본국 특공평 7-104218호 공보에 기재되어 있는 것과 같은 종래와 같은 측정 회로에 결선되어, 저항값의 변화에 따른 측정 전압이 측정 데이터로서 외부로 출력된다. 이때, 각 변형 센서(4∼7)를 결선한 케이블(미도시)은, 홀더(8)에 형성된 관통공(15)을 통해 외부로 인출된다.

상기 한 것과 같이, 제1 변형 센서(5)를 구성하는 저항체(4a∼4d)는, 제1빔(11)의 Y축 방향의 변형량에 따라 저항값이 변화한다. 또한, 제3 변형 센서 6을 구성하는 저항체(6a∼6d)는, 제1빔(11)의 Z축 방향의 변형량에 따라 저항값이 변화한다. 그 때문에, 저항체 4a∼4d 및 저항체 6a∼6d로 구성되는, 각각의 휘트스톤 브리지 회로의 출력으로부터, 주로 Y축 및 Z축 방향의 변형량을 측정할 수 있다.

한편, 제2 변형 센서(5)를 구성하는 저항체(5a∼5d)는, 제2빔(12)의 X축 방향의 변형량에 따라 저항값이 변화한다. 또한, 제3 변형 센서 7을 구성하는 저항체(7a∼7d)는, 제2빔(12)의 Z축 방향의 변형량에 따라 저항값이 변화한다. 그 때문에, 저항체 4a∼4d 및 저항체 6a∼6d로 구성되는, 각각의 휘트스톤 브리지 회로의 출력으로부터, 주로 X축 및 Z축 방향의 변형량을 측정할 수 있다.

다음에, 로드셀(2)의 제조방법에 대해 도 6을 참조하면서 설명한다. 본체부(3)는, 예를 들면, 원기둥 형상의 스테인레스재를 가공해서 형성된다. 본체부 형성공정에서는, 절삭가공, 드릴에 의한 구멍내기 가공 및 와이어 컷트 방전가공 등에 의해, 홀더(8)와, 제1 및 제2빔(11, 12)과, 연결부(20)를 갖는 반제품 상태의 본체부(3)를 형성한다. 예를 들면, 본체부(3)의 외형은, 절삭가공으로 형성하고, 그 후에, 절삭가공이나 와이어 컷트 방전가공을 조합하여, 홀더(8)와 연결부(20), 각 빔(11,12) 사이의 공극을 형성한다.

이에 따라, 원환형의 홀더(8)와, 홀더(8)의 내부 공간에 배치된 연결부(20)와, 홀더(8)의 내주면과 연결부(20)의 외주면을 접속되는 제1빔(11) 및 제2빔(12)이, 일체로 형성된 본체부(3)가 형성된다. 이때, 이 본체부 형성공정에서 형성되는 연결부(20)는, 제1 및 제2연결부(9, 10)의 2개의 부분으로 분리되어 있지 않은 분리전의 상태를 말한다.

다음에, 제1 및 제2연결부(9, 10)를 와이어 컷트 방전가공에 의해 분리하는 연결부 분리공정을 행한다. 도 6에 나타낸 것과 같이, 이 공정에서는, 우선, 드릴에 의한 구멍내기 가공 등에 의해, 홀더(8)의 외주면(8a)으로부터 홀더(8)의 내부를 통과하여, 반대측의 외주면(8a)으로 관통하는 관통공(21)을 형성한다. 이 관통공(21)은, Z축 방향에 있어서 제1 및 제2빔(11, 12) 사이의 위치에, 또한, 예를 들면, Y축과 평행하게 형성된다. 이 관통공(21)에 와이어 전극(22)을 통과시킨다. 이때, 와이어 전극(22)이 확실하게 연결부(20)를 분리할 수 있도록, 와이어 전극(22)은, 연결부(20)의 측면과 접하는 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

이 상태를 유지한 채, 와이어 전극(22)의 축 방향을 따른 무한궤도 상에서 와이어 전극(22)을 이동하면서 방전 상태로 한다. 본체부(3)를 와이어 전극(22)과 직교하는 X축 방향을 따라 가압하고, 와이어 전극(22)을 향해 연결부(20)를 밀어넣어 이동시키면, 연결부(20)를 관통하는 슬릿(13)을 형성할 수 있다. 이와 같이 하여, 슬릿(13)을 형성함으로써, 연결부(20)를, 제1 및 제2연결부(9, 10)로 분리하면, 본체부(3)가 완성된다. 그리고, 변형 센서 부착공정에 있어서, 제1 및 제2빔(11, 12)에 변형 센서(4∼7)를 접착에 의해 부착하면, 로드셀(2)이 완성된다.

도 7은, 제1실시형태의 로드셀(2)을 피측정물에 부착한 일례를 나타낸 것이다. 이 로드셀(2)은, 피측정물인 라디에이터(31)와, 자동차의 보디에 설치되고, 라디에이터(31)가 마운트되는 마운트부(32) 사이에 부착된다. 로드셀(2)은, 라디에이터(31)와 마운트부(32) 사이에 원래 부착되는 고무 부시 대신에 부착되어 있다.

이때, 로드셀(2)은, 라디에이터(31)가 부착되는 복수의 마운트부(32)에 대해 각각 부착되어 측정이 행해지는 것이 바람직하다. 제1연결부(9)는, 볼트 33을 암나사부 9a에 나사결합시킴으로써 라디에이터(31)의 스테이(31a)와 연결되어 있다. 제2연결부(10)는, 볼트 34를 암나사부 10a에 나사결합시킴으로써 마운트부(32)에 연결되어 있다. 또한, 각 변형 센서(4∼7)는 측정 회로에 결선되어, 측정 전압이 외부로 출력된다.

상기 한 부착 상태에서 자동차를 주행시키면, 라디에이터(31) 및 마운트부(32)의 진동에 의해 제1 및 제2연결부(9, 10)에 걸리는 하중이 제1 및 제2빔(11, 12)의 X, Y, Z축 방향으로 변형을 일으키게 한다. 그리고, 제1 및 제2빔(11, 12)의 변형량에 따라 각 변형 센서(4∼7)의 저항값이 변화하여, 저항값에 따른 측정 전압이 측정 데이터로서 외부로 출력된다. 이에 따라, 제1 및 제2연결부(9, 10)에 걸리는 X, Y, Z축 방향의 하중을 측정할 수 있다.

이상과 같이, 로드셀(2)에서는, 홀더(8), 제1 및 제2연결부(9, 10), 제1 및 제2빔(11, 12)을 갖는 본체부(3)가 일체로 형성되어 있기 때문에, 높은 강성을 갖는다. 이 로드셀(2)은, 높은 강성을 갖고 있기 때문에, 제1 및 제2빔(11, 12)으로 각각 측정하는 Y축 방향 및 X축 방향의 변형량을 정확하게 측정할 수 있다. 제1 및 제2연결부(9, 10)가 슬릿(13)으로 분리되어 있기 때문에, 서로의 움직임에 간섭하는 일이 없고, 제1 및 제2빔(11, 12)은 각각 독립된 방향으로 변형하는 것이 가능해서, 정확한 변형량에 따른 저항값의 측정을 행할 수 있다.

또한, 본체부(3)가 일체로 형성되어 있기 때문에, 높은 강성을 확보할 수 있으므로, Z축 방향의 두께를 얇게 할 수 있다. 이 때문에, 피측정물과 마운트부 사이에 설치되는 고무 부시 등이 원래 배치되는 틈에 부착하는 것이 가능하다. 또한, 서로의 빔을 직교시켜서 로드셀끼리를 볼트로 체결하는 연결 로드셀과 같이, 볼트가 느슨해지는 일이 없다.

이때, 상기 실시형태에서는 로드셀(2)의 홀더(8)의 형상을 원환 형상으로 형성했지만, 홀더(8)의 형상은, 이것에 한정되지 않고, 제1 및 제2연결부(9, 10)를 내부에 배치하는 프레임 형상이면 되고, 예를 들면, 도 8에 나타낸 것과 같이, 사각형의 프레임 형상으로 하여도 된다. 이 경우, 홀더(8)의 중심에 제1 및 제2연결부(9, 10)의 중심이 일치하는 위치에 배치되고, 더구나 홀더(8)를 구성하는 4변(8a∼8d)이, 제1 및 제2연결부(9, 10)의 측면과 평행한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 및 제2연결부(9, 10)의 형상은, 사각형에 한정되지 않고, 피측정물과 연결가능한 형상이면 되고, 예를 들면, 원기둥 형상이어도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 제1 및 제2연결부(9, 10)를 분리하는 슬릿(13)을 와이어 컷트 방전가공으로 형성하고 있지만, 슬릿(13)을 형성하는 방법은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 레이저 가공에 의해 형성해도 된다.

상기 실시형태에서는 제1연결부(9)에 피측정물이 연결되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 제1 및 제2연결부(9, 10)의 한쪽에 피측정물이 연결되고, 다른 쪽에 마운트부가 연결되면 된다. 또한, 상기 실시형태에서는, 제1빔(11)의 각 빔(11a∼11d)에는, 저항체 4a∼4d가 1개씩, 저항체 6a∼6d가 1개씩 설치되지만, 이것에 한정되지 않고, Y축 방향의 변형량을 측정하는 저항체 4a∼4d 만이어도 된다. 또한, 제2빔(12)의 각 빔(12a∼12d)에 대해서도 마찬가지로, X축 방향의 변형량을 측정하는 저항체 5a∼5d 만이어도 된다.

상기 실시형태에서는 본 발명의 로드셀이 부착되는 피측정물의 일례로서, 자동차의 마운트부에 부착되는 라디에이터를 들고 있지만, 피측정물로서는 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 라디에이터 이외의 자동차 부품이나, 공원 등에 설치되는 놀이기구, 저장탱크 등의 건축물을 피측정물로서 적용해도 된다.

2 로드셀
3 로드셀 본체
4 제1 변형 센서
5 제2 변형 센서
6, 7 제3 변형 센서
8 홀더
9 제1연결부
10 제2연결부
11 제1빔
12 제2빔
13 슬릿
22 와이어 전극

Claims

평면 형상이 프레임 형상을 갖는 홀더와,
상기 홀더 내부에 배치되고, 피측정물과 연결되는 연결부와,
상기 홀더가 상기 프레임 형상을 나타내는 평면을, 직교하는 X축 및 Y축을 포함하는 XY 평면으로 한 경우에, 상기 홀더 내부에 배치되고, 상기 XY 평면에 있어서 상기 X축 방향으로 뻗는 제1빔으로서, 상기 홀더 및 상기 연결부와 일체로 형성되고, 또한, 일단이 상기 홀더에, 타단이 상기 연결부에 접속되는 제1빔과,
상기 홀더 내부에 배치되고, 상기 XY 평면에 있어서 상기 Y축 방향으로 뻗는 제2빔으로서, 상기 홀더 및 상기 연결부와 일체로 형성되고, 또한, 일단이 상기 홀더에 타단이 상기 연결부에 접속되고, 더구나, 상기 XY 평면과 직교하는 Z축 방향에 있어서, 상기 제1빔과 이격된 위치에 배치된 제2빔과,
상기 제1빔에 부착되고, 상기 피측정물로부터 상기 연결부에 걸리는 하중에 의해 상기 제1빔에 발생하는, 상기 Y축 방향의 변형량을 측정하기 위한 제1 변형 센서와,
상기 제2빔에 부착되고, 상기 피측정물로부터 상기 연결부에 걸리는 하중에 의해 상기 제2빔에 발생하는, 상기 X축 방향의 변형량을 측정하기 위한 제2 변형 센서와,
상기 Z축 방향에 있어서, 상기 연결부를, 상기 제1빔이 접속되는 제1연결부와, 상기 제2빔이 접속되는 제2연결부의 2개의 부분으로 분리하기 위해, 상기 연결부에 대해 상기 XY 평면과 평행한 방향으로 형성된 슬릿을 구비한 것을 특징으로 하는 로드셀.
제 1항에 있어서,
상기 제1빔은, 상기 X축 방향에 있어서 상기 제1연결부의 양단으로부터 각각 상기 홀더의 내주면을 향해서 2개씩 뻗는, 합계 4개의 빔으로 구성되고,
상기 제2빔은, 상기 Y축 방향에 있어서 상기 제2연결부의 양단으로부터 각각 상기 홀더의 내주면을 향해서 2개씩 뻗는, 합계 4개의 빔으로 구성되는 것을 특징으로 하는 로드셀.
제 2항에 있어서,
n을 양의 정수로 한 경우에, 상기 제1 변형 센서 및 제2 변형 센서는, 각각 4n개로 1조의 저항체의 세트로 구성되는 것을 특징으로 하는 로드셀.
제 3항에 있어서,
상기 제1빔을 구성하는, 상기 합계 4개의 각 빔에는, 상기 제1 변형 센서를 구성하는 상기 저항체가 적어도 1개씩 설치되어 있고,
상기 제2빔을 구성하는, 상기 합계 4개의 각 빔에는, 상기 제2 변형 센서를 구성하는 상기 저항체가 적어도 1개씩 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로드셀.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1빔 및 제2빔은, 각각 단면이 사각형인 사각기둥으로서, 4개의 측면 중 2개의 측면이 상기 XY 평면과 평행하고, 또한, 다른 2개의 측면이 상기 XY 평면과 직교하는 방향으로 배치되어 있고,
상기 제1 변형 센서 및 상기 제2 변형 센서를 구성하는 각각의 상기 저항체는, 상기 제1빔 또는 상기 제2빔에 있어서, 상기 XY 평면과 평행한 측면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 로드셀.
제 5항에 있어서,
상기 제1빔 및 상기 제2빔의 적어도 한쪽에 있어서, 상기 XY 평면과 직교하는 측면에, 상기 Z축 방향의 변형량을 측정하기 위한 제3 변형 센서가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 로드셀.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀더는, 상기 평면 형상이 원환 형상이고,
상기 연결부는, 상기 평면 형상이 사각형이고, 상기 원환 형상의 중심과 상기 사각형의 중심이 일치하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로드셀.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1연결부 및 상기 제2연결부의 한쪽에 상기 피측정물이 연결되고, 다른 쪽에는 상기 피측정부를 마운트하는 마운트부가 연결되는 것을 특징으로 하는 로드셀.
평면 형상이 프레임 형상을 갖는 홀더와,
상기 홀더 내부에 배치되고, 피측정물과 연결되는 연결부와,
상기 홀더가 상기 프레임 형상을 나타내는 평면을, 직교하는 X축 및 Y축을 포함하는 XY 평면으로 한 경우에, 상기 홀더 내부에 배치되고, 상기 프레임 내부에 있어서 상기 X축 방향으로 뻗는 제1빔으로서, 상기 일단이 상기 홀더에, 타단이 상기 연결부에 접속되는 제1빔과,
상기 홀더 내부에 배치되고, 상기 XY 평면에 있어서 상기 Y축 방향으로 뻗는 제2빔으로서, 일단이 상기 홀더에 타단이 상기 연결부에 접속되고, 더구나, 상기 XY 평면과 직교하는 Z축 방향에 있어서, 상기 제1빔과 이격된 위치에 배치된 제2빔이 일체로 형성된 본체부를 형성하는 본체부 형성공정과,
상기 본체부를 형성한 후, 상기 연결부에 대해, 상기 XY 평면과 평행한 방향으로 상기 연결부를 관통하는 슬릿을 형성함으로써, 상기 Z축 방향에 있어서, 상기 연결부를, 상기 제1빔이 접속되는 제1연결부와, 상기 제2빔이 접속되는 제2연결부의 2개의 부분으로 분리하는 연결부 분리공정과,
상기 제1빔에, 상기 피측정물로부터 상기 연결부에 걸리는 하중에 의해 상기 제1빔에 발생하는, 상기 Y축 방향의 변형량을 측정하기 위한 제1 변형 센서를 부착하고, 또한, 상기 제2빔에, 상기 피측정물로부터 상기 연결부에 걸리는 하중에 의해 상기 제2빔에 발생하는, 상기 X축 방향의 변형량을 측정하기 위한 제2 변형 센서를 부착하는 변형 센서 부착공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 로드셀의 제조방법.
제 9항에 있어서,
상기 슬릿은, 와이어 컷트 방전가공 또는 레이저 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 로드셀의 제조방법.