WO2014068762A1 - ロードセル - Google Patents

Abstract

【課題】起歪体の貫通孔に過荷重防止用ストッパを備え、ねじれ方向の過荷重による変形も確実に防止できるロードセルを提供する。 【解決手段】ロードセル１０は、薄肉部１８が形成された上下一対の平行ビーム１４，１５のそれぞれの端部が固定部１６と可動部１７で接続一体化されたロバーバル機構である起歪体１２と、固定部１６に固定されてビーム１４，１５間に配設された過荷重防止用ストッパ３０とを備え、ストッパ３０の先端部は、可動部１７の内側面に設けた幅方向に延びるストッパ係合用凹部１９内に配置されている。ストッパ３０は細長い矩形状の金属板を折り曲げ加工したもので、金属板の矩形の短手方向が上下方向に一致し、金属板の屈曲部３１が凹部１９内の幅方向の両端近傍に配置されている。

Description

ロードセル

　本発明はロードセルに係り、特に過荷重防止用ストッパを内蔵したロバーバル型ロードセルに関する。

　ロバーバル型ロードセルは、例えば商工業用はかり等に使用されており、上下それぞれ２ヶ所の合計４ヶ所に薄肉部を有する起歪体を備え、この起歪体の根元側が片持ちに固定され、先端側に荷重が負荷されるように構成されている。４ヶ所の薄肉部は、荷重を負荷した際に２ヶ所が引張側、残り２ヶ所が圧縮側となり、引張側と圧縮側のそれぞれに歪ゲージが接着されている。４つの歪ゲージは接続されて、ホイートストンブリッジ回路が構成されている。

　このような構成のロードセルでは、ロードセル（起歪体）に過荷重が加わった際の薄肉部の過剰変形を防止するため、過荷重防止用のストッパが設けられている。

　過荷重防止用ストッパは通常、ロードセルの近辺にロードセルとは別体に設けており、たとえば、卓上商業秤では、ロードセルを上下で固定する支持フレームとハウジング底板間に、ねじ式の別体ストッパが設けられている（たとえば特許文献１参照）。

　この別体ストッパは、荷重の種類に応じて設ける必要があり、たとえば、垂直下荷重（すなわち秤量皿の中央付近に測定物を落下させた場合の荷重）に対しては、ロードセルの先端に１個または２個設けられている。また、ねじりの垂直下荷重（秤量皿の四隅付近に測定物を落下させた場合の荷重）に対しては、ロードセルの四隅に一個ずつ合計４個設けられている。前者はセンターストッパと呼ばれており、後者は四隅ストッパと呼ばれている。

　さらに、下荷重だけでなく上荷重に対するストッパも必要とされており、垂直上荷重やねじりの垂直上荷重に対してストッパを設ける必要がある。ここで、垂直上荷重とは、たとえば垂直の過荷重が負荷された場合（すなわち秤量物を秤に落下させた場合）にストッパで下向きの荷重を受けると、衝撃的な荷重の反力でロードセルが上方向に跳ね上げられ、逆に上方向に伝達される過荷重である。別の例としては、秤量皿を持って計量装置を運んでしまった場合などにも発生する。

　一方、ねじりの垂直上荷重とは、秤量皿の四隅付近に測定物を落下させた場合、ロードセルにねじり荷重が負荷され、落とされた側に下方向荷重が発生することで、皿の反対側が逆の上方向にねじられて伝達される過荷重である。これらの上荷重の場合にもストッパが必要とされているが、別体ストッパの場合には、荷重のタイプ毎にストッパが必要となるため、ストッパの数が増加するという問題があった。

　さらに別体ストッパの場合は、ロードセルの開発効率が悪いという問題や、ロードセルの組立効率や加工効率が悪いという問題もある。具体的に説明すると、別体ストッパはロードセルの起歪体に対して所定のクリアランスをもって配置されているが、このクリアランスは、荷重負荷時のロードセルのたわみと、支持フレームやハウジング底板といったロードセル支持部材のたわみを合算したもので決まるため、秤としての形状が決まって実験してからでないと、クリアランスが決まらない。したがって、開発期間が長くなってしまい、開発効率が悪いという欠点があった。

　また、ロードセルの組立時は、隙間ゲージ等でクリアランスを決めた状態で組み立て作業を行うため、時間がかかるという問題もある。さらに、別体のストッパの場合は、過荷重負荷時にロードセル支持部材も変形するため、ロードセルに伝わる過荷重を完全には防止できないという欠点もあった。

　このような問題を解消する方法として、ストッパを内蔵したストッパ一体型の起歪体が提案されている。

　たとえば特許文献２では、起歪体の固定部と可動部に水平同軸状の円孔がそれぞれ形成され、固定部の円孔に嵌合固定された円柱状のストッパが可動部の円孔内に挿通配置されている。このロードセルによれば、上下左右に過荷重が加わった際に、可動部の円孔内周面がストッパ外周面に当接することで、過荷重による起歪体の変形を防止できる。また、円柱状のストッパのみからなる簡易な構造なので、ロードセルの加工や組立を簡単に行うことができる。

　また、特許文献３の図第６図、第７図には、水平に延びる断面角型のストッパおよび挿通孔を有するロードセルが記載されている。この特許文献３のロードセルも同様に、ロードセルの加工や組立を簡単に行うことができる。

実用新案登録第２５０６１０４号 特開２０１０－２４９７３１ 実開昭６２－４７９２９（第６，７図）

　しかしながら、第１には、特許文献２，特許文献３に示す内蔵型のストッパでは、片持ち状の細い棒状ストッパの先端部に過荷重が作用するが、過大荷重が繰り返し作用することでストッパが曲がって、過荷重を十分に抑制できないおそれがある。

　第２には、ねじれ方向の過荷重を十分に抑制できないという問題がある。すなわち、特許文献２や特許文献３では、ねじれ方向に過荷重が加わった場合に起歪体がストッパと当接する範囲は、変位が大きいロードセル（起歪体）の幅方向の端部（以下、エッジ部ともいう）ではなく、変位の小さい起歪体の幅方向中央部付近に限られるため、ねじれ方向の過荷重に対してはストッパとして十分に機能しない。

　本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、ねじれ方向の過荷重による変形も確実に防止することができ、さらには開発効率や組立効率を向上させることのできるロードセルを提供することを目的とする。

　請求項１に記載の発明は、前記した目的を達成するために、薄肉部が形成された上下一対の平行ビームのそれぞれの端部が固定部と可動部で接続一体化されたロバーバル機構である起歪体と、前記固定部に固定されて前記一対のビーム間に配設された過荷重防止用ストッパとを備え、前記可動部の（前記固定部に対向する）内側面には、起歪体（該可動部）の幅方向に延びるストッパ係合用凹部が設けられ、前記ストッパは、その基端部が前記固定部に固定されてその先端部が前記凹部内に所定のクリアランスをもって配置されたロードセルであって、
　前記ストッパを、所定幅の細長い矩形状の金属板を略直角に屈曲して形成するとともに、該金属板の短手方向が前記起歪体の上下方向に一致し、かつ該金属板の屈曲部が前記凹部の幅方向の端部近傍となるように配置した。

　本発明によれば、矩形状の金属板の短手方向がストッパの上下方向の寸法となるので、可動部に過大荷重が作用した場合に、起歪体（の可動部に形成されている凹部の上下面）に当接して過大荷重を受け止めるストッパは、上下方向に十分な強度を有する。さらに金属板の屈曲部が補強の役目を果たすので、ストッパとしての強度がいっそう高められる。したがって、本発明によれば、大きな過荷重（過負荷）にも十分に耐えることができる。

　また、本発明によれば、ストッパが細長い板状の金属板を屈曲して形成され、金属板の屈曲部が凹部内の幅方向の端部近傍に配置されるので、起歪体（の可動部）にねじれ方向の過荷重が作用した際に、起歪体の（可動部）の端部（エッジ部）近傍がストッパ（金属板の屈曲部）に当接し、起歪体への過荷重の伝達を防止する。

　さらに本発明によれば、過荷重防止用ストッパを内蔵したストッパ一体型の起歪体で構成されているので、起歪体の形状だけでクリアランスを決定することができ、ロードセルの開発効率が向上する。

　請求項２の発明は、請求項１において、前記ストッパ全体を平面視略コ字型（Ｕ字型）に形成し、ストッパの基端部である平面視略コ字横棒状部のそれぞれを前記固定部の左右の外側面に固定するように構成した。

　本発明によれば、金属板を平面視略コ字型（Ｕ字型）に屈曲させてストッパを形成するので、低コストでストッパを製造できる。

　また、ストッパの基端部である平面視略コ字横棒状部のそれぞれを固定部の左右の外側面に固定するので、固定部を挟んだ形態にストッパが固定される。したがって、ストッパの固定がいっそう強固となる。

　請求項３の発明は、請求項１または２において、前記起歪体の固定部の左右の外側面に座繰り加工を施し、該座繰り部に前記ストッパ基端部である一対の平面視コ字横棒状部を固定するように構成した。

　本発明によれば、座繰り部にストッパの基端部が固定されるので、ストッパ基端部の固定部の幅方向外側への突出量が減る。

　本発明のロードセルによれば、平面視矩形状の金属板の短手方向が上下方向になるように配置されるとともに、金属板には屈曲部が設けられているので、ストッパは上下方向に十分な強度を備えており、大きな過負荷にも十分に耐えることができる。

　また、本発明によれば、可動部側の両端近傍の位置に金属板の屈曲部が配置されているので、可動部にねじれ方向の過荷重が作用すると、可動部が金属板の屈曲部（の端面）に当接し、起歪体に作用するねじれ方向の過荷重による薄肉部の過剰変形をストッパにより確実に防止できる。

　さらに本発明によれば、過荷重防止用ストッパを内蔵したストッパ一体型の起歪体で構成されているので、起歪体の形状だけでクリアランスを決定することができ、ロードセルの開発効率を向上させることができる。

第１の実施形態のロードセルを示す斜視図 図１のII－II線に沿うロードセルの断面図 図１の起歪体を示す斜視図 図１のストッパを示す斜視図 第２の実施形態のロードセルを示す断面図 第３の実施形態のロードセルを示す断面図 第４の実施形態のロードセルを示す断面図

　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の実施形態のロードセル１０を示す斜視図であり、図２は、ロードセル１０のII－II線に沿う断面図、図３は、ロードセル１０の主要構成部材である起歪体１２を示す斜視図、図４は、ロードセル１０の主要構成部材である過荷重防止用ストッパ３０を示す斜視図である。

　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。

　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。

　図では、引張側の薄肉部は１８ａで、圧縮側の薄肉部は１８ｂで示されており、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）に２個の歪ゲージ２０が貼り付けられ、上ビーム１４の圧縮側（図の左側）の薄肉部１８（１８ｂ）に２個の歪ゲージ２０が貼り付けられている。なお、歪ゲージ２０の配置や数はこれに限定されるものではなく、例えば、４箇所全ての薄肉部１８に１個ずつ貼り付けてもよい。このように配置された歪ゲージ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。

　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）が接続される部分であり、本実施の形態では上面にネジ孔２１が形成され、秤量皿（不図示）の支持部材等が上側からネジ止めにより固定される。この可動部１７の内側の側面（貫通孔１３に臨む側面）には、起歪体１２の幅方向に延びるストッパ係合用凹部１９が形成されている。凹部１９は、起歪体１２の幅方向において一定の形状に形成されており、凹部１９の内側には、ストッパ３０の先端部が配置されている。

　ストッパ３０は、細長い板状の金属板を屈曲することによって形成されている。具体的には、一定幅の金属板を長手方向と直交する方向に９０度ずつ２回屈曲することによって、コ状に形成されている。以下、２つの屈曲された部分を屈曲部３１とし、２つの屈曲部３１に挟まれた部分を中央部３２とし、屈曲部３１よりも端側をサイド部３３とする。

　ストッパ先端部の中央部３２は、その長さ（図２の上下方向の寸法）が起歪体１２の幅寸法と略等しく形成されている。一方、２つのサイド部３３は略平行に形成されており、ストッパ３０を起歪体１２に組み付けたときに、サイド部３３の外側面が起歪体１２の左右側面と面一となるように形成されている。したがって、ストッパ３０を貫通孔１３と凹部１９の内部に配置すると、ストッパ３０は貫通孔１３と凹部１９の内部に収まり、サイド部３３の外側面は起歪体１２の左右側面と同じ位置に配置される。

　サイド部３３の端部近傍には、ネジ２５用の挿通孔３５が上下２箇所に形成されている。この挿通孔３５の位置に合わせて、固定部１６の外側面にネジ孔２２が形成されている。また、固定部１６の両側面には、貫通孔１３側から座繰り加工が施され、外側面よりも凹んだ座繰り部２４が形成されている。座繰り部２４は、その高さ（上下方向の寸法）がストッパ３０の高さよりも大きく形成されるとともに、その深さ（起歪体１２の幅方向の寸法）がストッパ３０の金属板の厚みと略同じ寸法で形成される。したがって、サイド部３３の両端部をそれぞれ座繰り部２４に配置した際に、サイド部３３が固定部１６の側面から突出せず、座繰り部２４内に収納される。

　また、サイド部３３は、その長さＬ１（図２参照）が貫通孔１３の長さＬ２よりも大きく形成される。そして、サイド部３３の端部を座繰り部２４に配置して固定した際に、中央部２４が凹部１９内に配置されるようになっている。

　なお、ストッパ３０の長さＬ１は、貫通孔１３の長さＬ２と凹部１９の大きさＬ３とを合わせた寸法よりも小さく形成することが好ましい。これにより、ストッパ３０を取付姿勢のまま貫通孔１３と凹部１９の内部に挿入することができ、その姿勢のまま固定部１６側に平行に移動するだけで取付位置まで移動させることができる。

　上記の如く構成されたストッパ３０は、まず、起歪体１２の貫通孔１３の内部に挿入し、取り付け位置に配置する。すなわち、ストッパ３０の中央部３２を凹部１９内に配置するとともに、ストッパ３０の両方の端部３４を固定部１６の座繰り部２４に配置する。次に、中央部３２と凹部１９の下面、上面とのクリアランスを治具（不図示）で調整し、その状態のままネジ２５を挿通孔３５に挿通させてネジ孔２２に締め付ける。これにより、ストッパ３０が位置決めされた状態で固定される。このようにして固定されたストッパ３０は、中央部３２が凹部１９内に配置され、凹部１９内の幅方向の端部近傍に屈曲部３１が配置される。

　次に上記の如く構成されたロードセル１０の作用について説明する。

　ロードセル１０に垂直方向の過荷重が加わった場合、ストッパ３０の先端部３２が可動部１７の凹部１９の上面または下面に接触し、起歪体１２に過荷重が負荷として作用することが防止される。また、ねじれ方向に過荷重が加わった場合には、凹部１９の幅方向の端部１９ａ近傍がストッパ３０の屈曲部３１に当接し、起歪体１２に過荷重が負荷として作用することが防止される。即ち、ストッパ３０によって、垂直方向やねじれ方向の過荷重による薄肉部１８の過剰変形が抑制される。

　ところで、ストッパ３０は金属板を屈曲させてコ状に形成されており、その金属板の短手方向が上下方向になるように配置されている。このように形成、配置されたストッパ３０は小型でありながら、上下方向に強い剛性強度を備えている。すなわち、金属板の短手方向を上下方向に配置したことによって上下方向に曲がりにくくなり、さらに屈曲部３１を設けたことによって上下方向の剛性強度が増している。

　したがって、本実施の形態によれば、上下方向に大きな過荷重が加わった場合に十分に耐えることができる。さらに、凹部１９の幅方向の端部近傍には、剛性強度の大きい屈曲部３１が配置されている。したがって、ねじれ方向の大きな過荷重にも耐えることができる。このように本実施の形態によれば、垂直方向の大きな過荷重に耐えることができ、さらにねじれ方向の大きな過荷重にも確実に耐えることができる。

　また、本実施の形態によれば、ストッパ３０が起歪体１２の貫通孔１３と凹部１９の内部に完全に収納されている。したがって、起歪体１２からストッパ３０が突出しないので、ロードセル１０全体が小型になる。さらに、本実施の形態によれば、起歪体１２の形状のみでストッパ３０と起歪体１２とのクリアランスを決定することができ、ロードセルの開発効率を向上させることができる。

　なお、上述した第１の実施形態では、ストッパ３０をコ状に形成したが、ストッパ３０の形状はこれに限定するものではなく、金属板を屈曲したものであればよい。たとえば中央部３２を円弧状に形成することによって全体をＵ状に形成してもよい。

　図５は、第２の実施形態のロードセル１０Ａの中央付近の水平断面（図２と同じ位置での断面）を示している。なお、前述の実施形態と同様の構成・作用を有する部材については同様の符号を付して説明を省略する。

　第２の実施形態のストッパ４０は、第１の実施形態のストッパ３０と比較して、一方のサイド部３４Ａが他方のサイド部３４Ｂより長く形成されている点で異なっている。具体的に説明すると、ストッパ４０は細長い一定幅の金属板を屈曲させて形成されており、２つの屈曲部４１と、その間の中央部４２と、屈曲部４１より端側のサイド部４３Ａ、４３Ｂを備える。サイド部４３Ｂは第１の実施形態のサイド部３３と同様に、上下２箇所でネジ２５によって固定するようになっている。一方、サイド部４３Ａはサイド部４３Ｂよりも長く形成されており、上下２箇所、左右２箇所の合計４箇所でネジ２５によって固定するようになっている。なお、固定部１６の側面には、サイド部４３Ａ、４３Ｂのそれぞれの長さに対応した座繰り部２４Ａ、２４Ｂが形成されている。

　上記の如く構成された第２の実施形態によれば、ストッパ４０のサイド部４３Ａが長く形成されており、左右に２箇所で固定されるので、より強固に固定することができる。したがって、より大きな過負荷に耐えることができる。

　図６は、第３の実施形態のロードセル１０Ｂの中央付近の水平断面（図２と同じ位置での断面）を示している。なお、前述の実施形態と同様の構成・作用を有する部材については同様の符号を付して説明を省略する。

　第３の実施形態のストッパ５０は、第１の実施形態のストッパ３０と比較して、中央部５３に補強用屈曲部５６が設けられている点で異なっている。具体的に説明すると、ストッパ５０は、細長い一定幅の金属板を屈曲させて構成されており、２つの屈曲部５１と、その間の中央部５２と、屈曲部５１より端側のサイド部５３を備える。中央部５２の中央位置には、内側に突出した補強用屈曲部５６が縦方向に形成されている。

　上記の如く構成されたストッパ５０は、中央部５２に補強用屈曲部５６が形成されているので、上下方向の強度が高まり、より大きな過負荷に耐えることができる。

　なお、第３の実施形態では、補強用屈曲部３３を中央部３２に設けたがこれに限定するものではなく、サイド部５３に設けてもよい。

　また、第３の実施形態では、補強用屈曲部３３を縦方向に形成したが、これに限定するものではなく、横方向に屈曲部を設けたり、円形状の屈曲部を多数設けてもよい。

　図７は、第４の実施形態のロードセル１０Ｃの中央付近の水平断面（図２と同じ位置での断面）を示している。なお、前述の実施形態と同様の構成・作用を有する部材については同様の符号を付して説明を省略する。

　第４の実施形態のストッパ６０は、第１の実施形態のストッパ３０と比較して、ストッパ３０が二つに分割されている点で異なっている。具体的に説明すると、ストッパ６０は、「コ」形状を中央で分割した形状の分割ストッパ６０Ｘ、６０Ｙで構成される。

　分割ストッパ６０Ｘは、細長い一定幅の金属板を屈曲加工したものであり、屈曲部６１Ｘと、屈曲部６１Ｘを挟んで設けられた先端部６２Ｘとサイド部６３Ｘを備える。分割ストッパ６０Ｙも同様に細長い一定幅の金属板を屈曲加工したものであり、屈曲部６１Ｙと、屈曲部６１Ｙを挟んで設けられた先端部６２Ｙとサイド部６３Ｙを備える。

　これらの分割ストッパ６０Ｘ、６０Ｙは、サイド部６３Ｘ、６３Ｙの端部が固定部１６の座繰り部２４に配置され、ネジ２５によって固定される。その際、先端部６２Ｘ、６２Ｙは凹部１９内に配置され、屈曲部６１Ｘ、６１Ｙは凹部１９内の幅方向の端部近傍に配置される。

　上記の如く構成された第４の実施形態によれば、先端部６２Ｘ、６２Ｙが凹部１９内に配置されるので上下方向の過荷重を防止することができる。また、屈曲部６１Ｘ、６１Ｙが凹部１９内の幅方向の端部近傍に配置されるので、ねじれ方向の過荷重を防止することができる。

　なお、上述した第１～第４の実施形態では、一定幅の金属板を用いてストッパ３０、４０、５０、６０を形成したが、これに限定するものではなく、たとえばサイド部３３の端部を中央部３２側よりも上下方向に大きくなるように（すなわち金属板の幅が大きくなるように）してもよい。この場合には、固定部１６に接触する面積が増えるので、より強固に固定することができる。

　また、上述した第１～第４の実施形態では、起歪体１２の幅方向において、起歪体１２とストッパ３０、４０、５０、６０を同じ大きさで形成したが、これに限定するものではなく、たとえばストッパ３０、４０、５０、６０を起歪体１２よりも小さくし、貫通孔１３と凹部１９の内側に納まるようにしてもよい。

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
１９　凹部
１９ａ　凹部の幅方向の端部（エッジ部）
２０　歪ゲージ
２４　座繰り部
３０　ストッパ
３１　屈曲部
３２　中央部
３３　サイド部

Claims (3)

1. 　薄肉部が形成された上下一対の平行ビームのそれぞれの端部が固定部と可動部で接続一体化されたロバーバル機構である起歪体と、前記固定部に固定されて前記一対のビーム間に配設された過荷重防止用ストッパとを備え、前記可動部の内側面には、起歪体の幅方向に延びるストッパ係合用凹部が設けられ、前記ストッパは、その基端部が前記固定部に固定されてその先端部が前記凹部内に所定のクリアランスをもって配置されたロードセルであって、
   　前記ストッパは、所定幅の細長い矩形状の金属板を略直角に屈曲して形成されるとともに、該金属板の短手方向が前記起歪体の上下方向に一致し、かつ該金属板の屈曲部が前記凹部の幅方向の端部近傍となるように配置されたことを特徴とするロードセル。
2. 　前記ストッパは、全体が平面視略コ字型（Ｕ字型）に形成され、ストッパの基端部である略コ字横棒状部のそれぞれが前記固定部の左右の外側面に固定されたことを特徴とする請求項１に記載のロードセル。
3. 　前記起歪体の固定部の左右の外側面には、座繰り加工が施され、該座繰り部に前記ストッパの基端部である一対のコ字横棒状部が固定されたことを特徴とする請求項１または２に記載のロードセル。

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