JP2014109438A

JP2014109438A - 起歪体、ロードセル、及び計量装置

Info

Publication number: JP2014109438A
Application number: JP2012262315A
Authority: JP
Inventors: Masashi Uchibori; 賢史内堀
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-12
Also published as: CN203595545U; DE102013113173A1

Abstract

【課題】低コストであり、かつ、小型化、薄型化を実現した起歪体、ロードセル及び計量装置を提供する。
【解決手段】被計量物の荷重を測定するための薄い平板状の起歪体２は、被計量物を載置する計量物受け皿を支持する一対の荷重受け部４ａ、４ｂと、一対の荷重受け部４ａ、４ｂを挟んだ位置に配置され、被計量物の荷重を受けることによりひずむ起歪部５と、荷重受け部４ａ、４ｂの外側に配置され、荷重を支持する荷重支持部６ａ、６ｂを有し、起歪部５は、その両端が固定された梁からなり、荷重受け部４ａ、４ｂと起歪部５と荷重支持部６ａ、６ｂとが一体的に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被計量物の荷重を測定するための平板状の起歪体、ロードセル、及び計量装置に関する。

従来から、被計量物の荷重を測定するための起歪体に関して様々な構造が提案されている。このような起歪体を有する秤などの計量装置においては、装置の小型化、薄型化に好適なロードセルが種々提案されている（例えば、特許文献１）。

特表平１０−５００４８４号公報

近年、秤などの計量装置において、小型化も去ることながら薄型化への需要者要求が目覚ましく、これら小型化や薄型化の要求が産業界からますます強く提起されてきている。
そこで、被計量物の荷重を測定するロードセルや、このロードセルを構成する起歪体（エレメント）に関しても、さらなる小型化や薄型化に応える必要が生じた。
このような背景から、薄い平板状の板状部材からなる起歪体が用いられることがある。なお、最近では装置の小型化や薄型化のみならず、高精度化の要望も強く、今後ますます、その傾向が強くなることが見込まれる。

しかしながら、一般的に、従来のロードセルは、起歪体の幅方向の中心付近の位置に荷重が集中し、幅方向の中心から両側に離れた位置でひずみゲージにより電気抵抗値を検出する構成であることから、被計量物の載置場所によっては、起歪体の梁にねじりなどの偏荷重が生じ測定誤差が生じ易いという問題点が指摘されていた。また、このような偏荷重に伴い、経時的なボルトの緩みなどによる装置の損傷も懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、偏荷重を低減し、かつ、低コスト、小型化、薄型化を実現した起歪体、ロードセル及び計量装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の起歪体は、被計量物の荷重を測定するための薄い平板状の起歪体であって、前記被計量物を載置する計量物受け皿を支持する一対の荷重受け部と、前記一対の荷重受け部を挟んだ位置に配置され、前記被計量物の前記荷重を受けることによりひずむ起歪部と、前記荷重受け部の外側に配置され、荷重を支持する荷重支持部を有し、前記起歪部は、その両端が固定された梁からなり、前記荷重受け部と前記起歪部と前記荷重支持部とが一体的に形成されている。

上記発明において、前記荷重受け部は、その一端が固定され他端が自由である梁からなる。
本発明のロードセルは、上記起歪体を備え、前記起歪部および前記荷重支持部のうち少なくともいずれか一方にひずみ検出素子を貼着する。
上記発明において、前記荷重支持部は、前記ひずみ検出素子のひずみ受感部に対応する位置の近傍領域を他の部分に対して薄く形成する。

本発明の計量装置は、上記ロードセルを１個以上備え、前記ロードセルに貼着されているひずみ検出素子からの検出信号に基づいて、前記被計量物の荷重を測定する。

本発明によれば、偏荷重を低減し、かつ、低コスト、小型化、薄型化を実現した起歪体、ロードセル及び計量装置を提供することができる。

本発明に係るロードセルの実施形態を示す概略図である。温度補償ゲージを設けたロードセルのホイートストンブリッジ回路の一例を示す図である。本発明に係るロードセルを搭載した計量装置の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るロードセルの実施形態を示す概略図、（ａ）はロードセルの上面図、（ｂ）下面図、（ｃ）Ａ−Ａ線断面図、（ｄ）正面図である。図１を参照しながら、本発明に係るロードセル１の構成を説明する。
ロードセル１の起歪体２は、ほぼ正方形の薄い平板状の板状部材であり、この板状部材（金属板など）には、ジグザグに伸びる一対のスリット３ａ、３ｂが形成されている。これにより、一対のスリット３ａ、３ｂ間の部分が荷重受け部４ａ、４ｂおよび起歪部５を構成し、荷重を受けたときに荷重方向が大きく撓むように長方形の梁形状に形成されている。
そして、これら一対のスリット３ａ、３ｂの両側には、一対の荷重支持部６ａ、６ｂが形成されている。このようにして、起歪部５と荷重受け部４ａ、４ｂと荷重支持部６ａ、６ｂが、一体的に形成された構成となっている。

また、本実施形態に係るロードセル１の起歪体２は、中心線Ｃに対して対称となるように構成されている。
梁形状の起歪部５の一端寄りと他端寄りの上面と下面の同位置にそれぞれ１個ずつひずみゲージ（ひずみ検出素子）７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが貼着されており、荷重受け部４ａ、４ｂには、計量物受け皿を固定する固定穴８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが中心線に対して対称位置に４箇所形成されている。また、荷重受け部４ａ、４ｂと荷重支持部６ａ、６ｂの間には、ロードセル１に固定する固定穴を有する一対の固定部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが形成されている。さらに、荷重支持部６ａ、６ｂには、ひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのひずみ受感部に対応する位置に凹状の窪み部１０ａ、１０ｂが形成されており、ひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄがひずみを検出し易い形状にしている。
なお、ひずみゲージの貼着場所や位置はこれに限定されない。例えば、ひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、さらに荷重支持部６ａ、６ｂにも設けても良いし、荷重支持部６ａ、６ｂだけに設けても良い。また、必ずしも、ひずみゲージを、起歪部５や荷重支持部６ａ、６ｂなどの一端寄りと他端寄りに貼着しなくても良い。例えば、梁の中央近傍に貼着しても良い。

本実施形態に係るロードセル１によれば、一対の荷重受け部４ａ、４ｂに荷重が作用すると、一端が自由の梁であるため、他端を支点として下方に撓む。このとき、荷重受け部４ａ、４ｂと荷重支持部６ａ、６ｂと起歪部５は一体形成されているため、荷重受け部４ａ、４ｂの撓みに応じて起歪部５と荷重支持部６ａ、６ｂが下方に撓むことになる。なお、ひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの温度による出力変化の影響を低減するため、起歪体２上面のひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを貼着した位置の中心線上に温度補償ゲージ１１が設けられている。ただし、温度補償ゲージ１１の配置位置は、これに限定されない。

温度補償ゲージ１１を設けたロードセルのホイートストンブリッジ回路の一例を図２に示す。温度補償ゲージ１１を設けることで、ひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの温度による出力変化の影響を低減することができる。
また、ひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが起歪部５のひずみを検知し易いように、起歪部５を構成する梁は、起歪体２の厚みに比べて、全体的に又は少なくともひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが貼着される部分において板厚が薄く形成されている。
以上のような構成により、起歪部５と一対の荷重支持部６ａ、６ｂによる３本の梁により、被計量物の荷重を受け、この荷重によるひずみをひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが検出し、ひずみの検出値から被計量物の荷重を演算する。これが秤などの計量装置の表示部（不図示）に表示されることになる。

図３は、本発明に係るロードセル１を搭載した計量装置の一例を示す平面図である。図３を参照しながら、本発明に係るロードセルを搭載した計量装置２０の構造を説明する。
秤などの計量装置の場合、一般的に、直方体形状の筐体部２１と、その４隅に設けられる脚部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとから構成され、４つの脚部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの位置にそれぞれ４個のロードセル１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが配置されている。そして、本実施形態に係る計量装置２０においては、各ロードセル１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの起歪体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの起歪部５に上面・下面それぞれ２個のひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが貼着されている。計量装置２０は、ロードセル１ａ〜１ｄに貼着されているひずみゲージ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄからの検出信号に基づいて、被計量物の荷重を測定する。なお、図３では、上面に貼着されたひずみゲージ７ａ、７ｂを図示するとともに、温度補償ゲージ１１は省略している。

本構成により、被計量物の荷重を、起歪体２の中央位置に配置される起歪部５と、この起歪部５を挟んで中心軸に対して対称に配置されている一対の荷重支持部６ａ、６ｂの３本の梁で支持することにより、ねじれがなく、中心軸に対し対称に変位するという作用効果を奏する。

本実施形態によれば、起歪部５は両端が固定され、そして、荷重受け部４ａ、４ｂは一端が固定され他端が自由である梁形状をしており、加わった荷重に応じて荷重方向に主に変位することができるように形成されているため、被計量物を正しく測定することができる。
また、２つの荷重支持部６ａ、６ｂを起歪部５に対して対称位置に配置することにより、各梁（２つの荷重支持部６ａ、６ｂ、起歪部５）の変形量が等しくなり、かつ、ねじりによる偏荷重も低減することができ、高精度に被計量物を測定することができる。
また、起歪体２を構成する板状部材をプレス加工することにより、起歪体５の高さを均一に低くすることができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ロードセル
２起歪体
３ａ、３ｂスリット
４ａ、４ｂ荷重受け部
５起歪部
６ａ、６ｂ荷重支持部
７（７ａ〜７ｄ）ひずみゲージ
１０ａ、１０ｂ窪み部

Claims

被計量物の荷重を測定するための薄い平板状の起歪体であって、
前記被計量物を載置する計量物受け皿を支持する一対の荷重受け部と、
前記一対の荷重受け部を挟んだ位置に配置され、前記被計量物の前記荷重を受けることによりひずむ起歪部と、
前記荷重受け部の外側に配置され、荷重を支持する荷重支持部を有し、
前記起歪部は、その両端が固定された梁からなり、前記荷重受け部と前記起歪部と前記荷重支持部とが一体的に形成されていることを特徴とする起歪体。
前記荷重受け部は、その一端が固定され他端が自由である梁からなることを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
請求項１または２に記載の起歪体を備え、
前記起歪部および前記荷重支持部のうち少なくともいずれか一方にひずみ検出素子を貼着することを特徴とするロードセル。
前記荷重支持部は、前記ひずみ検出素子のひずみ受感部に対応する位置の近傍領域を他の部分に対して薄く形成することを特徴とする請求項３に記載のロードセル。
請求項３または４に記載のロードセルを１個以上備え、
前記ロードセルに貼着されているひずみ検出素子からの検出信号に基づいて、前記被計量物の荷重を測定することを特徴とする計量装置。