特許 6354948 ロードセル及びロードセルの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6354948

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】ロードセル及びロードセルの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/16 20060101AFI20180702BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/16

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-188062(P2014-188062)

(22)【出願日】2014年9月16日

(65)【公開番号】特開2016-61605(P2016-61605A)

(43)【公開日】2016年4月25日

【審査請求日】2017年6月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003676

【氏名又は名称】ティアック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001988

【氏名又は名称】特許業務法人小林国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 靖匡

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 巧

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１６３４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２８１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１６３６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１００１３０５９（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／２２

Ｇ０１Ｌ ５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面形状が枠形状を有するホルダと、
前記ホルダ内に配置され、被測定物と連結する連結部と、
前記ホルダが前記枠形状を呈する平面を、直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面とした場合に、前記ホルダ内に配置され、前記ＸＹ平面において前記Ｘ軸方向に延びる第１ビームであって、前記ホルダ及び前記連結部と一体に形成され、かつ、一端が前記ホルダに、他端が前記連結部に接続する第１ビームと、
前記ホルダ内に配置され、前記ＸＹ平面において前記Ｙ軸方向に延びる第２ビームであって、前記ホルダ及び前記連結部と一体に形成され、かつ、一端が前記ホルダに他端が前記連結部に接続し、さらに、前記ＸＹ平面と直交するＺ軸方向において、前記第１ビームと離間した位置に配置された第２ビームと、
前記第１ビームに取り付けられ、前記被測定物から前記連結部に掛かる荷重によって前記第１ビームに発生する、前記Ｙ軸方向の歪み量を測定するための第１歪みセンサと、
前記第２ビームに取り付けられ、前記被測定物から前記連結部に掛かる荷重によって前記第２ビームに発生する、前記Ｘ軸方向の歪み量を測定するための第２歪みセンサと、
前記Ｚ軸方向において、前記連結部を、前記第１ビームが接続される第１連結部と、前記第２ビームが接続される第２連結部の２つの部分に分離するために、前記連結部に対して前記ＸＹ平面と平行な方向に形成されたスリットとを備えていることを特徴とするロードセル。

【請求項2】

前記第１ビームは、前記Ｘ軸方向において前記第１連結部の両端からそれぞれ前記ホルダの内周面に向かって２本ずつ延びる、合計４本のビームで構成され、
前記第２ビームは、前記Ｙ軸方向において前記第２連結部の両端からそれぞれ前記ホルダの内周面に向かって２本ずつ延びる、合計４本のビームで構成されることを特徴とする請求項１に記載のロードセル。

【請求項3】

ｎを正の整数とした場合に、前記第１歪みセンサ及び第２歪みセンサは、それぞれ４ｎ個で１組の抵抗体のセットで構成されることを特徴とする請求項２に記載のロードセル。

【請求項4】

前記第１ビームを構成する、前記合計４本の各ビームには、前記第１歪みセンサを構成する前記抵抗体が少なくとも１つずつ設けられており、
前記第２ビームを構成する、前記合計４本の各ビームには、前記第２歪みセンサを構成する前記抵抗体が少なくとも１つずつ設けられてい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5】

前記第１ビーム及び第２ビームは、それぞれ断面が四角形の四角柱であり、４つの側面のうち２つの側面が前記ＸＹ平面と平行で、かつ、他の２つの側面が前記ＸＹ平面と直交する向きで配置されており、
前記第１歪みセンサ及び前記第２歪みセンサを構成するそれぞれの前記抵抗体は、前記第１ビーム又は前記第２ビームにおいて、前記ＸＹ平面と平行な側面に取り付けられていることを特徴とする請求項３または４に記載のロードセル。

【請求項6】

前記第１ビーム及び前記第２ビームの少なくとも一方において、前記ＸＹ平面と直交する側面に、前記Ｚ軸方向の歪み量を測定するための第３歪みセンサが取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載のロードセル。

【請求項7】

前記ホルダは、前記平面形状が円環形状であり、
前記連結部は、前記平面形状が四角形であり、前記円環形状の中心と前記四角形の中心が一致する位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のロードセル。

【請求項8】

前記第１連結部及び前記第２連結部の一方に前記被測定物が連結され、他方には前記被測定物をマウントするマウント部が連結されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のロードセル。

【請求項9】

平面形状が枠形状を有するホルダと、
前記ホルダ内に配置され、被測定物と連結する連結部と、
前記ホルダが前記枠形状を呈する平面を、直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面とした場合に、前記ホルダ内に配置され、前記枠内において前記Ｘ軸方向に延びる第１ビームであって、一端が前記ホルダに、他端が前記連結部に接続する第１ビームと、
前記ホルダ内に配置され、前記ＸＹ平面において前記Ｙ軸方向に延びる第２ビームであって、一端が前記ホルダに他端が前記連結部に接続し、さらに、前記ＸＹ平面と直交するＺ軸方向において、前記第１ビームと離間した位置に配置された第２ビームとが一体に形成された本体部を形成する本体部形成工程と、
前記本体部を形成した後、前記連結部に対して、前記ＸＹ平面と平行な方向に前記連結部を貫通するスリットを形成することにより、前記Ｚ軸方向において、前記連結部を、前記第１ビームが接続される第１連結部と、前記第２ビームが接続される第２連結部の２つの部分に分離する連結部分離工程と、
前記第１ビームに、前記被測定物から前記連結部に掛かる荷重によって前記第１ビームに発生する、前記Ｙ軸方向の歪み量を測定するための第１歪みセンサを取り付けて、かつ、前記第２ビームに、前記被測定物から前記連結部に掛かる荷重によって前記第２ビームに発生する、前記Ｘ軸方向の歪み量を測定するための第２歪みセンサを取り付ける歪みセンサ取り付け工程とを含むことを特徴とするロードセルの製造方法。

【請求項10】

前記スリットは、ワイヤーカット放電加工またはレーザー加工によって形成されることを特徴とする請求項９に記載のロードセルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷重を測定するロードセル及びロードセルの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

歪みセンサを利用して荷重を測定するロードセルが知られている（特許文献１〜３）。特許文献１〜３に記載されているように、従来のロードセルは、１方向に延びるビーム（梁）を有し、ビームに歪みセンサを設けることで、主としてビームに掛かる１方向の荷重を測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平６−９５０３６号公報

【特許文献2】特公平７−１０４２１８号公報

【特許文献3】特許登録第２５０９８４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明者らは、振動試験のために、ロードセルを利用して被測定物の振動により生じる荷重を測定することを検討している。例えば、自動車のボディに装着されるラジエーターの振動を測定したり、公園などに設置される遊具などに生じる振動を測定するなどである。こうした振動試験においては、被測定物に掛かる荷重は１方向では無いため、複数方向の振動を同時に測定することが要望されている。

【0005】

上記特許文献１〜３に記載されたロードセルは、１方向に延びるビームのみを有し、このビームに歪みセンサが取り付けられているだけであるため、測定方向は主として１方向であり、例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２方向の荷重を同時に測定することができない。発明者らは、上記要望に応えるために、測定方向が１方向のロードセルを、それぞれの測定方向が直交する向きに配して、それらを上下に２つ重ねることで、直交する２方向の荷重を同時に測定することを検討している。これら２つのロードセルは、ボルトの締結により連結される。

【0006】

しかしながら、２つのロードセルをボルト締結により連結した連結型ロードセルでは、振動試験に使用すると、振動によりボルトが緩んでしまうという欠点がある。ボルトが緩むと、剛性が低下して測定誤差が大きくなる。高い剛性を確保するためには、締結力を上げるためにボルトの径を太くしたり、本数を多くする方法があるが、そうすると、ロードセルが大型化してしまう。ロードセルの設置スペースが狭い場合には、大型化も難しいため、連結型ロードセルでは必要な剛性を確保することができない。

【0007】

本発明は、小型でも高い剛性を有し、かつ、被測定物に掛かる複数方向の荷重を正確に測定することが可能なロードセル及びロードセルの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明のロードセルは、ホルダと、連結部と、第１ビームと、第２ビームと、第１歪みセンサと、第２歪みセンサと、スリットとを備えている。ホルダは、平面形状が枠形状を有する。連結部は、ホルダ内に配置され、被測定物と連結する。第１ビームは、ホルダが枠形状を呈する平面を、直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面とした場合に、ホルダ内に配置され、ＸＹ平面においてＸ軸方向に延びる。第１ビームは、ホルダ及び連結部と一体に形成され、かつ、一端がホルダに、他端が連結部に接続する。第２ビームは、ホルダ内に配置され、ＸＹ平面においてＹ軸方向に延びる。第２ビームは、ホルダ及び連結部と一体に形成され、かつ、一端がホルダに他端が連結部に接続し、さらに、ＸＹ平面と直交するＺ軸方向において、第１ビームと離間した位置に配置されている。第１歪みセンサは、第１ビームに取り付けられ、被測定物から連結部に掛かる荷重によって第１ビームに発生する、Ｙ軸方向の歪み量を測定するためのものである。第２歪みセンサは、第２ビームに取り付けられ、被測定物から連結部に掛かる荷重によって第２ビームに発生する、Ｘ軸方向の歪み量を測定するためのものである。スリットは、Ｚ軸方向において、連結部を、第１ビームが接続される第１連結部と、第２ビームが接続される第２連結部の２つの部分に分離するために、連結部に対してＸＹ平面と平行な方向に形成されている。

【0009】

第１ビームは、Ｘ軸方向において第１連結部の両端からそれぞれホルダの内周面に向かって２本ずつ延びる、合計４本のビームで構成され、第２ビームは、Ｙ軸方向において第２連結部の両端からそれぞれホルダの内周面に向かって２本ずつ延びる、合計４本のビームで構成されることが好ましい。ｎを正の整数とした場合に、第１歪みセンサ及び第２歪みセンサは、それぞれ４ｎ個で１組の抵抗体のセットで構成されることが好ましい。第１ビームを構成する、合計４本の各ビームには、第１歪みセンサを構成する抵抗体が少なくとも１つずつ設けられており、第２ビームを構成する、合計４本の各ビームには、第２歪みセンサを構成する抵抗体が少なくとも１つずつ設けられていることが好ましい。

【0010】

第１ビーム及び第２ビームは、それぞれ断面が四角形の四角柱であり、４つの側面のうち２つの側面がＸＹ平面と平行で、かつ、他の２つの側面がＸＹ平面と直交する向きで配置されており、第１歪みセンサ及び第２歪みセンサを構成するそれぞれの抵抗体は、第１ビーム又は第２ビームにおいて、ＸＹ平面と直交する側面に取り付けられていることが好ましい。第１ビーム及び第２ビームの少なくとも一方において、ＸＹ平面と平行な側面に、Ｚ軸方向の歪み量を測定するための第３歪みセンサが取り付けられていることが好ましい。

【0011】

ホルダは、平面形状が円環形状であり、連結部は、平面形状が四角形であり、円環形状の中心と四角形の中心が一致する位置に配置されていることが好ましい。第１連結部及び第２連結部の一方に被測定物が連結され、他方には被測定物をマウントするマウント部が連結されることが好ましい。

【0012】

本発明のロードセルの製造方法は、本体部形成工程と、連結部分離工程と、歪みセンサ取り付け工程とを含む。本体部形成工程では、平面形状が枠形状を有するホルダと、ホルダ内に配置され、被測定物と連結する連結部と、ホルダが枠形状を呈する平面を、直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面とした場合に、ホルダ内に配置され、枠内においてＸ軸方向に延びる第１ビームであって、一端がホルダに、他端が連結部に接続する第１ビームと、ホルダ内に配置され、ＸＹ平面においてＹ軸方向に延びる第２ビームであって、一端がホルダに他端が連結部に接続し、さらに、ＸＹ平面と直交するＺ軸方向において、第１ビームと離間した位置に配置された第２ビームとが一体に形成された本体部を形成する。連結部分離工程では、本体部を形成した後、連結部に対して、ＸＹ平面と平行な方向に連結部を貫通するスリットを形成することにより、Ｚ軸方向において、連結部を、第１ビームが接続される第１連結部と、第２ビームが接続される第２連結部の２つの部分に分離する。歪みセンサ取り付け工程では、第１ビームに、被測定物から連結部に掛かる荷重によって第１ビームに発生する、Ｙ軸方向の歪み量を測定するための第１歪みセンサを取り付けて、かつ、第２ビームに、被測定物から連結部に掛かる荷重によって第２ビームに発生する、Ｘ軸方向の歪み量を測定するための第２歪みセンサを取り付ける。なお、スリットは、ワイヤーカット放電加工またはレーザー加工によって形成されることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ホルダ、連結部、Ｘ軸方向に延びる第１ビーム及びＹ軸方向に延びる第２ビームが一体で形成されているから、小型でも剛性が高い。また、剛性が高いので、第１ビームと第２ビームでそれぞれ測定するＸ軸方向とＹ軸方向の荷重を正確に測定できる。

【0014】

また、小型でも高い剛性を確保できるので、Ｚ軸方向の厚みを薄くすることができる。これにより、狭いスペースに設置することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明のロードセルの斜視図である。

【図2】ロードセルの一部を切り欠いた斜視図である。

【図3】ロードセルの平面図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って切断した縦断面図である。

【図5】図３のＶ−Ｖ線に沿って切断した縦断面図である。

【図6】ロードセルの製造方法を説明する斜視図である。

【図7】ロードセルの使用状態を説明する要部断面図である。

【図8】本発明の変形例を説明する斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１に示すように、ロードセル２は、本体部３と、複数の歪みセンサ４〜７（図２参照）とを備える。本体部３は、例えばステンレスなどの金属で形成され、ホルダ８と、第１及び第２連結部９，１０（図２参照）と、第１及び第２ビーム１１，１２（図２参照）とを有する。ホルダ８は、平面形状が枠形状であり、具体的には、円環形状をしている。ここで、ホルダ８が枠形状を呈する平面を、直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面とし、ＸＹ平面と直交するホルダ８の厚み方向はＺ軸とする。さらに、Ｘ軸及びＺ軸を含む平面をＸＺ平面とし、Ｙ軸及びＺ軸を含む平面をＹＺ平面とする。

【0017】

図２に示すように、ホルダ８の内部空間には、第１及び第２連結部９，１０が配置されている。後述するように、第１及び第２連結部９，１０は両者一体で形成された後に、Ｚ軸方向において上下に分離されたものである。第１及び第２連結部９，１０の間にはスリット１３が形成されており、スリット１３は、分離加工時に形成される。なお、ホルダ８の一部を貫通して形成された切り込み１４は、スリット１３を形成するときに同時に形成される。

【0018】

図３〜図５に示すように、第１及び第２連結部９，１０は、ＸＹ平面における平面形状が四角形であり、円環形状に形成されたホルダ８と中心が一致する位置に配置されている。第１及び第２連結部９，１０は、中心に被測定物を連結するための雌ネジ部９ａ，１０ａがそれぞれ形成されている。第１及び第２連結部９，１０は、もともと一体であったため、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置は互いに重なる。なお、雌ネジ部９ａ，１０ａの中心は、ホルダ８の中心に一致している。

【0019】

第１ビーム１１は、ホルダ８の枠内においてＸ軸方向に延びて、ホルダ８及び第１連結部９と一体に形成されており、軸方向の一端がホルダ８に他端が第１連結部９に接続する。第１ビーム１１は、Ｘ軸方向において第１連結部９の両端、すなわち第１連結部９の対向する側面９ｂ，９ｃからそれぞれホルダ８に向かって２本ずつ延びる合計４本のビーム１１ａ〜１１ｄで構成される。ビーム１１ａ〜１１ｄは、それぞれ断面が四角形の四角柱であり、４つの側面のうち、２つの側面がＸＹ平面と平行で、且つ他の２つの側面がＸＹ平面と直交するＸＺ平面と平行な向きで配置されている。

【0020】

第２ビーム１２は、ホルダ８の枠内においてＹ軸方向に延びて、ホルダ８及び第２連結部１０と一体に形成されており、軸方向の一端がホルダ８に他端が第２連結部１０に接続する。さらに、第２ビーム１２は、第１ビーム１１とはＺ軸方向において離間した位置に配される。第２ビーム１２は、Ｙ軸方向において第２連結部１０の両端、すなわち第２連結部１０の対向する側面１０ｂ、１０ｃからそれぞれホルダ８に向かって２本ずつ延びる合計４本のビーム１２ａ〜１２ｄで構成される。ビーム１２ａ〜１２ｄは、それぞれ断面が四角形の四角柱であり、４つの側面のうち、２つの側面がＸＹ平面と平行で、且つ他の２つの側面がＸＹ平面と直交するＹＺ平面と平行な向きで配置されている。ビーム１２ａ〜１２ｄは、ビーム１１ａ〜１１ｄと同じ幅及び長さを有する。

【0021】

被測定物が振動すると第１連結部９及び第２連結部１０に荷重が掛かり、その荷重によって第１連結部９に接続された第１ビーム１１及び第２連結部１０に接続された第２ビーム１２には、歪みが発生する。

【0022】

第１及び第２歪みセンサ４，５は、それぞれ４ｎ個（ｎは正の整数）で１組の抵抗体のセットで構成されることが好ましい。周知のように、歪みセンサは、４個の抵抗体のセットを最小構成とするホイートストンブリッジ回路を利用する場合が多いためである。本実施形態では、第１及び第２歪みセンサ４，５は、４個で１組の抵抗体４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄのセットで構成される。抵抗体４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄは、例えば、薄い絶縁体上に金属箔を取り付けたものである。金属箔は、例えば、細長い帯状の箔をつづら折り状に配置することにより、全体として四角形板状に形成される。

【0023】

第１歪みセンサ４は、第１ビーム１１に取り付けられ、第１ビーム１１に発生する、主としてＹ軸方向の歪み量を測定する。第１ビーム１１はＸ軸方向に延びており、第１連結部９に対してＹ軸方向から荷重が掛かると、Ｙ軸方向に歪む。第１ビーム１１を構成するビーム１１ａ〜１１ｄには、第１歪みセンサ４を構成する抵抗体４ａ〜４ｄが１つずつ設けられている。それぞれの抵抗体４ａ〜４ｄは、第１ビーム１１において、ＸＹ平面と平行な側面に接着により取り付けられている。これにより、抵抗体４ａ〜４ｄは、第１ビーム１１のＹ軸方向の歪み量に応じてそれぞれ抵抗値が変化する。

【0024】

第２歪みセンサ５は、第２ビーム１２に取り付けられ、第２ビーム１２に発生する、主としてＸ軸方向の歪み量を測定する。第２ビーム１２はＹ軸方向に延びており、第２連結部１０に対してＸ軸方向から荷重が掛かると、Ｘ軸方向に歪む。第２ビーム１２を構成するビーム１２ａ〜１２ｄには、第２歪みセンサ５を構成する抵抗体５ａ〜５ｄが１つずつ設けられている。それぞれの抵抗体５ａ〜５ｄは、第２ビーム１２において、ＸＹ平面と平行な側面に接着により取り付けられている。これにより、抵抗体５ａ〜５ｄは、第２ビーム１２のＸ軸方向の歪み量に応じてそれぞれ抵抗値が変化する。なお、第１及び第２歪みセンサ４，５を構成する抵抗体が８個ずつまたはそれ以上の場合は、各ビーム１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｄには、抵抗体が複数個ずつ設けられる。

【0025】

第３歪みセンサ６，７は、第１ビーム１１及び第２ビーム１２にそれぞれ取り付けられて、第１ビーム１１及び第２ビーム１２にそれぞれ発生する、主としてＺ軸方向の歪み量を測定する。第３歪みセンサ６，７は、第１及び第２歪みセンサ４，５と同様の理由から、それぞれ４ｎ個（ｎは正の整数）で１組の抵抗体のセットで構成されることが好ましい。本実施形態では、第３歪みセンサ６，７は、４個で１組の抵抗体６ａ〜６ｄ，７ａ〜７ｄのセットで構成される。抵抗体６ａ〜６ｄ、７ａ〜７ｄは、抵抗体４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄと同じものが使用される。

【0026】

第１ビーム１１は、第１連結部９に対してＺ軸方向から荷重が掛かると、Ｚ軸方向に歪む。ビーム１１ａ〜１１ｄには、第３歪みセンサ６を構成する抵抗体６ａ〜６ｄが１つずつ設けられている。それぞれの抵抗体６ａ〜６ｄは、第１ビーム１１において、ＸＹ平面と直交し、かつ、Ｘ軸と平行な側面、すなわちＸＺ面と平行な側面に接着により取り付けられている。これにより、抵抗体６ａ〜６ｄは、第１ビーム１１のＺ軸方向の歪み量に応じてそれぞれ抵抗値が変化する。

【0027】

第１ビーム１１と同様に、第２ビーム１２は、第２連結部１０に対してＺ軸方向から荷重が掛かると、Ｚ軸方向に歪む。ビーム１２ａ〜１２ｄには、第３歪みセンサ７を構成する抵抗体７ａ〜７ｄが１つずつ設けられている。それぞれの抵抗体７ａ〜７ｄは、第２ビーム１２において、ＸＹ平面と直交し、かつ、Ｙ軸と平行な側面、すなわちＹＺ面と平行な側面に接着により取り付けられている。これにより、抵抗体７ａ〜７ｄは、第２ビーム１２のＺ軸方向の歪み量に応じてそれぞれ抵抗値が変化する。

【0028】

なお、第３歪みセンサ６，７を構成する抵抗体が８個ずつまたはそれ以上の場合は、各ビーム１１ａ〜１１ｄ、１２ａ〜１２ｄには、抵抗体が複数個ずつ設けられる。また、第３歪みセンサ６，７は、本実施形態では、第１及び第２ビーム１１，１２にそれぞれ取り付けられているが、これに限らず、第１及び第２ビーム１１，１２のいずれか一方だけに取り付けられてもよい。

【0029】

各歪みセンサ４〜７は、抵抗体４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ、６ａ〜６ｄ、７ａ〜７ｄのセットごとに結線され、周知のホイートストンブリッジ回路を形成する。なお、各歪みセンサ４〜７を構成する４個１組の抵抗体が複数組ある場合は、ホイートストンブリッジ回路の各辺で複数の抵抗体を直列に接続したり、あるいは各組ごとに複数のホイートストンブリッジ回路をそれぞれ形成すればよい。

【0030】

各歪みセンサ４〜７から形成されたホイートストンブリッジ回路の出力は、例えば特公平７−１０４２１８号公報に記載されているような従来と同様の測定回路に結線され、抵抗値の変化に応じた測定電圧が測定データとして外部に出力される。なお、各歪みセンサ４〜７を結線したケーブル（図示せず）は、ホルダ８に形成された貫通孔１５を通して外部に引き出される。

【0031】

上述したように、第１歪みセンサ４を構成する抵抗体４ａ〜４ｄは、第１ビーム１１のＹ軸方向の歪み量に応じて抵抗値が変化する。また、第３歪みセンサ６を構成する抵抗体６ａ〜６ｄは、第１ビーム１１のＺ軸方向の歪み量に応じて抵抗値が変化する。そのため、抵抗体４ａ〜４ｄ及び抵抗体６ａ〜６ｄによって構成される、それぞれのホイートストンブリッジ回路の出力から、主としてＹ軸及びＺ軸方向の歪み量を測定することができる。

【0032】

一方、第２歪みセンサ５を構成する抵抗体５ａ〜５ｄは、第２ビーム１２のＸ軸方向の歪み量に応じて抵抗値が変化する。また、第３歪みセンサ７を構成する抵抗体７ａ〜７ｄは、第２ビーム１２のＺ軸方向の歪み量に応じて抵抗値が変化する。そのため、抵抗体４ａ〜４ｄ及び抵抗体６ａ〜６ｄによって構成される、それぞれのホイートストンブリッジ回路の出力から、主としてＸ軸及びＺ軸方向の歪み量を測定することができる。

【0033】

次にロードセル２の製造方法について図６を参照しながら説明する。本体部３は、例えば、円柱状のステンレス材を加工して形成される。本体部形成工程では、切削加工、ドリルによる穴あけ加工及びワイヤーカット放電加工などにより、ホルダ８と、第１及び第２ビーム１１，１２と、連結部２０とを有する半製品状態の本体部３を形成する。例えば、本体部３の外形は、切削加工で形成し、その後、切削加工やワイヤーカット放電加工を組み合わせて、ホルダ８と連結部２０、各ビーム１１，１２間の空隙を形成する。

【0034】

これにより、円環状のホルダ８と、ホルダ８の内部空間に配置された連結部２０と、ホルダ８の内周面と連結部２０の外周面とを接続する第１ビーム１１及び第２ビーム１２とが、一体に形成された本体部３が形成される。なお、この本体部形成工程で形成される連結部２０は、第１及び第２連結部９，１０の２つの部分に分離されていない分離前の状態をいう。

【0035】

次に、第１及び第２連結部９，１０をワイヤーカット放電加工により分離する連結部分離工程を行う。図６に示すように、この工程では、先ず、ドリルによる穴あけ加工などによって、ホルダ８の外周面８ａからホルダ８の内部を通過し、反対側の外周面８ａへと貫通する貫通孔２１を形成する。この貫通孔２１は、Ｚ軸方向において第１及び第２ビーム１１，１２の間の位置に、かつ、例えば、Ｙ軸と平行に形成される。この貫通孔２１にワイヤー電極２２を通す。この際、ワイヤー電極２２が確実に連結部２０を分離できるように、ワイヤー電極２２は、連結部２０の側面と接する位置に配置することが好ましい。

【0036】

この状態を保持したまま、ワイヤー電極２２の軸方向に沿った無限軌道上でワイヤー電極２２を移動しながら放電状態にする。本体部３をワイヤー電極２２と直交するＸ軸方向に沿って押圧し、ワイヤー電極２２に向かって連結部２０を押し込んで移動させると、連結部２０を貫通するスリット１３を形成することができる。このようにして、スリット１３を形成することにより、連結部２０を、第１及び第２連結部９，１０に分離すると、本体部３が完成する。そして、歪みセンサ取り付け工程において、第１及び第２ビーム１１，１２に歪みセンサ４〜７を接着により取り付けると、ロードセル２が完成する。

【0037】

図７は、第１実施形態のロードセル２を被測定物に取り付けた一例を示すものである。このロードセル２は、被測定物であるラジエーター３１と、自動車のボディに設けられ、ラジエーター３１がマウントされるマウント部３２との間に取り付けられる。ロードセル２は、ラジエーター３１とマウント部３２との間に本来取り付けられるゴムブッシュの代わりに取り付けられている。

【0038】

なお、ロードセル２は、ラジエーター３１が取り付けられる複数のマウント部３２に対してそれぞれ取り付けられて測定が行われることが好ましい。第１連結部９は、ボルト３３を雌ネジ部９ａに螺合させることによってラジエーター３１のステー３１ａと連結されている。第２連結部１０は、ボルト３４を雌ネジ部１０ａに螺合させることによってマウント部３２に連結されている。また、各歪みセンサ４〜７は測定回路に結線され、測定電圧が外部に出力される。

【0039】

上記の取り付け状態で自動車を走行させると、ラジエーター３１及びマウント部３２の振動により第１及び第２連結部９，１０に掛かる荷重が第１及び第２ビーム１１，１２のＸ、Ｙ，Ｚ軸方向に歪みを生じさせる。そして第１及び第２ビーム１１，１２の歪み量に応じて各歪みセンサ４〜７の抵抗値が変化し、抵抗値に応じた測定電圧が測定データとして外部に出力される。これにより、第１及び第２連結部９，１０に掛かるＸ、Ｙ，Ｚ軸方向の荷重を測定することができる。

【0040】

以上のように、ロードセル２では、ホルダ８、第１及び第２連結部９，１０、第１及び第２ビーム１１，１２を有する本体部３が一体に形成されているため、高い剛性を有する。このロードセル２は、高い剛性を有していることから、第１及び第２ビーム１１，１２でそれぞれ測定するＹ軸方向及びＸ軸方向の歪み量を正確に測定することができる。第１及び第２連結部９，１０がスリット１３で分離されているため、互いの動きに干渉することがなく、第１及び第２ビーム１１，１２はそれぞれ独立した方向に歪むことが可能であり、正確な歪み量に応じた抵抗値の測定を行うことができる。

【0041】

また、本体部３が一体に形成されていることから、高い剛性を確保することができるので、Ｚ軸方向の厚みを薄くすることができる。このため、被測定物とマウント部との間に設けられるゴムブッシュなどが本来配置される隙間に取り付けることが可能である。また、互いのビームを直交させてロードセル同士をボルトで締結する連結ロードセルのように、ボルトが緩むことがない。

【0042】

なお、上記実施形態では、ロードセル２のホルダ８の形状を円環形状に形成したが、ホルダ８の形状は、これに限らず、第１及び第２連結部９，１０を内部に配する枠状であればよく、例えば、図８に示すように、四角形の枠状にしてもよい。この場合、ホルダ８の中心に第１及び第２連結部９，１０の中心が一致する位置に配置され、さらにホルダ８を構成する４辺８ａ〜８ｄが、第１及び第２連結部９，１０の側面と平行な位置に配されることが好ましい。また、第１及び第２連結部９，１０の形状は、四角形に限らず、被測定物と連結可能な形状であればよく、例えば円柱形状でもよい。

【0043】

また、上記実施形態では、第１及び第２連結部９，１０を分離するスリット１３をワイヤーカット放電加工で形成しているが、スリット１３を形成する方法はこれに限らず、例えば、レーザー加工により形成してもよい。

【0044】

上記実施形態では、第１連結部９に被測定物が連結されているが、これに限らず、第１及び第２連結部９，１０の一方に被測定物が連結され、他方にマウント部が連結されればよい。また、上記実施形態では、第１ビーム１１の各ビーム１１ａ〜１１ｄには、抵抗体４ａ〜４ｄが１つずつ、抵抗体６ａ〜６ｄが１つずつ設けられているが、これに限らず、Ｙ軸方向の歪み量を測定する抵抗体４ａ〜４ｄだけでもよい。また、第２ビーム１２の各ビーム１２ａ〜１２ｄについても同様に、Ｘ軸方向の歪み量を測定する抵抗体５ａ〜５ｄだけでもよい。

【0045】

上記実施形態では、本発明のロードセルが取り付けられる被測定物の一例として、自動車のマウント部に取り付けられるラジエーターを上げているが、被測定物としてはこれに限らず、例えば、ラジエーター以外の自動車の部品や、公園などに設置される遊具、貯蔵タンクなどの建築物を被測定物として適用してもよい。

【符号の説明】

【0046】

２ ロードセル
３ ロードセル本体
４ 第１歪みセンサ
５ 第２歪みセンサ
６，７ 第３歪みセンサ
８ ホルダ
９ 第１連結部
１０ 第２連結部
１１ 第１ビーム
１２ 第２ビーム
１３ スリット
２２ ワイヤー電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】