特開 2024-94976 ロードセル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094976

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】ロードセル

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/22 20060101AFI20240703BHJP

【ＦＩ】

G01L1/22 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211925

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000146021

【氏名又は名称】株式会社昭和測器

(74)【代理人】

【識別番号】100181928

【弁理士】

【氏名又は名称】日比谷 洋平

(74)【代理人】

【識別番号】100075948

【弁理士】

【氏名又は名称】日比谷 征彦

(72)【発明者】

【氏名】三上 浩

(72)【発明者】

【氏名】登坂 雄造

【テーマコード（参考）】

2F049

【Ｆターム（参考）】

2F049BA17

2F049DA01

(57)【要約】

【課題】 荷重以外の応力による影響を少なくした高精度のロードセルを得る。
【解決手段】 起歪体１１は一体の金属ブロックから切削されている。荷重受部１２の周囲に環状の枠体部１３が配置され、荷重受部１２と枠体部１３間に歪みゲージ１７を貼付した第１の可動梁部１４が設けられている。第１の可動梁部１４の一端は荷重受部１２に連結され、他端は枠体部１３上に設けた第２の可動梁部２１を介して枠体部１３に連結されている。第２の可動梁部２１は長手方向が第１の可動梁部１４に対して直交するように配置され、中央部２３に第１の可動梁部１４が接続されている。第２の可動梁部２１は、その両側の端縁２２において枠体部１３と結合され、中央部２３と両側の端縁２２との間に、それぞれ２枚の板体２４ａ、２４ｂが掛け渡されて上下方向に貫通する溝部２５が設けられ、可撓性を有する撓み機構とされている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一体の金属製ブロックを加工して形成した起歪体を有し、該起歪体は、中心部に荷重受部、外側周囲に環状の枠体部を配置し、孔部を設けると共に歪みゲージを貼付した複数個の角柱状の第１の可動梁部を前記荷重受部から外側に向けて水平かつ放射状に突出し、前記枠体部上に前記第１の可動梁部の長手方向と直交する方向に第２の可動梁部を配置し、該第２の可動梁部の長手方向の中央部に前記第１の可動梁部の端部を連結したロードセルにおいて、
前記第２の可動梁部は、断面を角型とし、前記枠体部上に接合した両側の端縁と前記中央部との間に撓み機構をそれぞれ設けたことを特徴とするロードセル。

【請求項2】

前記撓み機構は、前記中央部と前記両側の端縁とのそれぞれの間に、２枚の板体を平行に掛け渡し、前記２枚の板体間に上下方向に貫通したスリット状の溝部を設けた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】

前記第１の可動梁部は３個とし、前記荷重受部から前記枠体部に向けて放射状に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のロードセル。

【請求項4】

前記第１の可動梁部はロバーバル機構とし、上下面の薄肉梁部に前記歪みゲージを貼付したことを特徴とする請求項１又は２に記載のロードセル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高さが低く薄型でありながら、加工が容易で高精度なロードセルに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１においては、例えば図４の斜視図に示すように、ロードセルの起歪体１１は、金属ブロックから切削加工により切り出されている。起歪体１１の中心に位置する円柱状の荷重受部１２の周囲に環状の枠体部１３が配置され、荷重受部１２と枠体部１３間には、角柱状の例えば３個の可動梁部１４が放射状に掛け渡されている。

【0003】

各可動梁部１４の一端は荷重受部１２に直接連結され、他端は枠体部１３に設けた壁部１５を介して枠体部１３に接合されている。この壁部１５は可動梁部１４に対して直交するような向きにして枠体部１３上に配置され、その両側の端縁の下部において枠体部１３と一体にされており、壁部１５は可動梁部１４の方向に可撓性を有している。

【0004】

可動梁部１４には、水平方向に横切る楕円形の孔部１６が穿孔され、ロバーバル機構が構成されている。孔部１６の上下面の薄肉梁部には、それぞれ歪みゲージ１７が貼り付けられている。なお、荷重受部１２には負荷荷重に連結するためのねじ孔１８が穿孔されている。

【0005】

荷重受部１２に負荷荷重を上下方向に掛けると、荷重は３等分され、各可動梁部１４において、ホイートストンブリッジ回路を構成する歪みゲージ１７によって荷重を測定することができるので、各歪みゲージ１７の出力を加算すればよい。この場合に可動梁部１４には、荷重に比例して発生する曲げ歪み以外の張力による変形が生ずる。この変形はヒステリシスに影響を与えるが、枠体部１３上に設けた壁部１５が可動梁部１４の方向に撓むことによりこの余分な変形が吸収されるので、歪みゲージ１７の出力はこのヒステリシスの影響を受けずに、荷重を測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許公報第２９６２７０３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、この従来のロードセルは、図５に示すように、荷重受部１２に上方からの荷重Ｆａを加えた場合に、壁部１５の両下端部が固定され、中間部が可撓性を有するので、壁部１５の中央部上部には可動梁部１４方向に圧縮応力、下部には引張応力が発生し、壁部１５の長手方向の軸線を中心とする矢印のような回転モーメントＭａが生ずる。また、図６に示すように、荷重受部１２に下方からの荷重Ｆｂを加えた場合に、壁部１５には矢印のような回転モーメントＭｂが同様に発生する。これらの回転モーメントＭは歪みゲージ１７の出力に加わって、測定精度を低下させる原因となる。

【0008】

本発明の目的は、上述の課題を解消し、歪みゲージを貼り付けた第１の可動梁部に加わる回転モーメントの作用を減少すると共に、余分な変形ヒステリシスを効果的に吸収するために、可撓板部を用いた撓み機構を採用することにより、高精度の出力が得られるロードセルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するための本発明に係るロードセルは、一体の金属製ブロックを加工して形成した起歪体を有し、該起歪体は、中心部に荷重受部、外側周囲に環状の枠体部を配置し、孔部を設けると共に歪みゲージを貼付した複数個の角柱状の第１の可動梁部を前記荷重受部から外側に向けて水平かつ放射状に突出し、前記枠体部上に前記第１の可動梁部の長手方向と直交する方向に第２の可動梁部を配置し、該第２の可動梁部の長手方向の中央部に前記第１の可動梁部の端部を連結したロードセルにおいて、前記第２の可動梁部は、断面を角型とし、前記枠体部上に接合した両側の端縁と前記中央部との間に撓み機構をそれぞれ設けたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係るロードセルは、第１の可動梁部と枠体部間に第２の可動梁部を配置し、第２の可動梁部の機能により、精度の良い計測値が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例のロードセルの斜視図である。

【図2】平面図である。

【図3】荷重が加わった場合の第２の可動梁部の説明図である。

【図4】従来例のロードセルの斜視図である。

【図5】従来例のロードセルに荷重が上方から加わった状態の説明図である。

【図6】従来例のロードセルに荷重が下方から加わった状態の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明を図１～図３に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施例のロードセルの斜視図、図２は平面図である。なお、従来例と同一の符号は同一の部位を示している。

【0013】

起歪体１１は、鋼、アルミニウム等から成る一体の金属ブロックを、旋盤、フライス盤等によって切削加工をして形成されている。起歪体１１の中心に上下方向に配置された円柱状の荷重受部１２の周囲に、環状の枠体部１３が離隔して配置され、荷重受部１２と枠体部１３間には、角柱状の例えば３個の第１の可動梁部１４が放射状に掛け渡されている。

【0014】

各第１の可動梁部１４の一端は、荷重受部１２に直接に連結されているが、他端は第２の可動梁部２１を介して枠体部１３に連結されている。第２の可動梁部２１は第１の可動梁部１４の長手方向に対し直交するように配置され、枠体部１３上の３個所に設けられた断面角型の長形部材である。

【0015】

第２の可動梁部２１の両側の端縁２２の下部は、枠体部１３に一体に接合されており、端縁２２間の中央部２３を含む中間部は枠体部１３から上方に離隔されており、第２の可動梁部２１の中央部２３に第１の可動梁部１４の他端が接合されている。

【0016】

第２の可動梁部２１の中央部２３と両側の端縁２２間には、それぞれ撓み機構が構成されており、この撓み機構では板厚方向に可撓性を有する２枚の平行な板体２４ａ、２４ｂが間隙をおいて対向して配列されている。つまり、２枚の板体２４ａ、２４ｂの間には、上下方向に貫通するスリット状の溝部２５が形成されている。

【0017】

第１の可動梁部１４のロバーバル機構を構成する孔部１６の上下面の薄肉梁部にはそれぞれ計４個の歪みゲージ１７が貼付されている。歪みゲージ１７に接続された図示しないリード線は第１の可動梁部１４に沿って布線され、４個の歪みゲージ１７によりホイートストンブリッジ回路が構成されているが、下部の歪みゲージ１７は図示を省略している。

【0018】

なお、荷重受部１２には負荷荷重に連結するためのねじ孔１８が穿孔されており、枠体部１３には起歪体１１を他部材に固定するための複数個の透孔１９が形成されている。

【0019】

実施例の第２の可動梁部２１の寸法を例示すると、枠体部１３の直径は８４ｍｍであり、第２の可動梁部２１の水平方向の長さは４６ｍｍ、水平方向の厚みは５ｍｍ、上下方向の高さは８ｍｍ、板体２４ａ、２４ｂの長さは１２．５ｍｍ、厚みは各１ｍｍ、板体２４ａ、２４ｂ同士の間隙である溝部２５の内幅は３ｍｍである。

【0020】

なお、図４に示す従来例の壁部１５の長さは４６ｍｍ、厚みは２ｍｍ、上下方向の高さは８ｍｍである。

【0021】

荷重受部１２を介して、この起歪体１１に測定すべき荷重を負荷すると、荷重は３等分され、荷重受部１２と枠体部１３との間に介在する第１の可動梁部１４は薄肉梁部が変形し、貼付された歪みゲージ１７によって加わる荷重を測定することができ、３個の第１の可動梁部１４の歪みゲージ１７による出力を加算すればよい。

【0022】

このとき、図３に誇張して示すように、荷重受部１２に荷重Ｆが加わると、第２の可動梁部２１は２枚の板体２４ａ、２４ｂによる撓み機構によって、第１の可動梁部１４の方向に効果的に中央部２３が撓むことが可能であり、従来例の壁部１５と同様に、荷重による曲げ歪み以外の張力による変形の影響を吸収することができる。

【0023】

この場合に、第２の可動梁部２１の板体２４ａ、２４ｂの厚みは各１ｍｍで合計２ｍｍであり、従来例の厚み２ｍｍと一致するが、第２の可動梁部２１は撓み易い板厚１ｍｍの板体２４ａ、２４ｂによる撓み機構を採用しているために、従来例よりも柔軟性があり、余分な張力を十分に吸収することが可能となる。

【0024】

また、従来例のロードセルにおいては、前述したように、壁部１５がその長手方向の軸線を中心に回転し易く、この回転モーメントＭが歪みゲージ１７の出力に相乗し測定値に影響を及ぼすことが避けられなかった。しかし、本実施例に係るロードセルでは、第２の可動梁部２１は第１の可動梁部１４の方向に５ｍｍの肉厚であり、従来例の２ｍｍの肉厚に比較して十分に大きく、上述の回転モーメントＭは発生しても、その大きさは肉厚に反比例して小さくなり、従来例の２／５程度となる。

【0025】

従って、本実施例の第２の可動梁部２１は、撓み機構による従来例以上の可撓性を有しながら、発生する回転モーメントＭが従来例よりも小さくなるので、その分測定精度が向上する。

【0026】

起歪体１１において、第１の可動梁部１４、第２の可動梁部２１は枠体部１３の上方に位置しているので、これらの可動梁部１４、２１は他部位に阻害されることなく、必要な切削加工が可能となる。

【0027】

また本実施例において、第１の可動梁部１４はロバーバル構造としたことを説明したが、孔部１６を水平方向に貫通させなくとも、孔部１６の中間を行き止まり状態とし、この行き止まり部に歪みゲージ１７を貼付し、第１の可動梁部１４における剪断応力を測定して、負荷荷重を求めることもできる。

【0028】

なお、第１の可動梁部１４は３方向だけでなく、対向する２方向や、十字形の４方向やその他の複数方向に掛け渡しをすることもできる。これらの場合にも、第２の可動梁部２１は第１の可動梁部１４ごとに設けることになる。

【符号の説明】

【0029】

１１ 起歪体
１２ 荷重受部
１３ 枠体部
１４ 第１の可動梁部
１６ 孔部
１７ 歪みゲージ
２１ 第２の可動梁部
２２ 端縁
２３ 中央部
２４ａ、２４ｂ 板体
２５ 溝部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】