JPH03144317A

JPH03144317A - ロードセル

Info

Publication number: JPH03144317A
Application number: JP28434889A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Tamai; 玉井　庄太郎; Seiji Nishide; 西出　清治; Noboru Kosugi; 小杉　昇; Kazufumi Naito; 和文内藤
Original assignee: Ishida Scales Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Ishida Scales Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1991-06-19
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH0812101B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電子秤やその他の計量器に用いられるロード
セル、特に所定形状の起歪体に貼着したストレインゲー
ジ等の歪検出素子の電気特性の変化により、上記起歪体
に負荷された荷重を電気的に検出するロードセルに関す
る。

（従来の技術）一般に、電子秤等に用いられる２ビーム片持ち式のロー
ドセルは、両端の剛体部と両用体部の間に平行に架設さ
れた２本のビーム部とを有し、かつこれらのビーム部に
切欠により薄肉とされた歪発生部が２箇所ずつ設けられ
た起歪体を用い、この起歪体における上記各歪発生部の
表面にストレインゲージ等の歪検出素子をそれぞれ貼着
し、該起工体に負荷される荷重に応じた上記歪発生部に
生じる引張歪及び圧縮歪を上記歪検出素子によって検出
することにより、上記荷重を測定するように構成される
。

従来、この種のロードセルにおいては、例えば第１２図
に示されているように、起歪体１における歪発生部２ａ
、２ｂ、３ａ、３ｂが、両端の剛体部４．５の間に架設
された上下のビーム部６゜７にそれぞれ設けた単一円弧
の切欠８・・・８によって構成されるようになっている
。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上記のように起歪体１におけるビーム部６．７
に設けた単一円弧の切欠８・・・８で歪発生部２ａ、２
ｂ、３ａ、３ｂを構成したロードセル９にあっては、次
のような問題を発生ずることがある。その問題を第１２
図を用いて説明する。すなわち、例えば電子秤用のロー
ドセル９は、図のように本体を構成する起歪体１の一端
の剛体部（以下、固定剛体部という）４が秤本体１１に
取り付けられると共に、他端の剛体部（以下、可動剛体
部という）５にブラケット１２を介して計量器１３が収
り付けられるようになっている。そして、上記起歪体１
における上下のビーム部６，７の上面及び下面には、該
起歪体１の中心線ｇ。を基準として測った上記円弧によ
る切欠８・・・８の中心位置を示すラインｆ、ｕ’上に
位置してストレインゲージ１４・・・１４がそれぞれ貼
り付けられることになる。

ところで、上記のような形状をした起歪体ｌにおいては
、該起歪体１の上面における長手方向の位置と当該部位
の歪量との関係をあられす歪分布が、例えば第１３−図
に示されるように上記ラインｇ、ρ′に対応して急峻な
ピークを示すことが多い、ここで歪量は引張歪を＋側に
とって示している。

一方、上記ロードセル９に使用されるストレインゲージ
１４は、例えば第１４．１５図に示すように、ベース１
５に導電性の回路パターン１６がエツチングによって蛇
行状に形成されていると共に、リード［１７，１７が上
記回路パターン１６の端部１６ａ、１６ｂにそれぞれ接
続されている。そして、このストレインゲージ１４が起
歪体１における歪発生部２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの表面
にそれぞれ貼り付けられるのであるが、その際ストレイ
ンゲージ１４の上記回路パターン１６における反転部（
タブ）１６ｃ・・・１６ｃの長さをＸとし、各反転部１
６ｃ・・・１６ｃを結ぶ直線部（フィラメント）１６ｄ
・・・１６ｄの幅をｙとすると、タブ比（＝ｘ／ｙ）の
値がロードセル９のクリープ特性に影響を与えることが
知られている。

したがって、上記のように起歪体１の歪分布が歪発生部
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂにおいて急峻なピークを示すと
、製造工程におけるストレインゲージ１４・・・１４を
貼着する過程で位置が少しでも狂うとクリープ特性が大
きく変わってしまい、製品間の品質にバラツキを生じさ
せるという問題を抱えていたのである。

本発明は、２ビーム片持ち式ロードセルにおける上記の
実情に対処するもので、この種のロードセルの製造時に
製品間に品質のバラツキを生じることのないようにする
ことを課題とする。

（課題を解決するための手段）まず、本願の請求項１に係る発明（以下、第１発明とい
う）では、両端の剛体部と両用体部の間に平行に架設さ
れた２本のビーム部とを有し、かつこれらのビーム部に
切欠により薄肉とされた歪発生部が２箇所ずつ設けられ
た起歪体を用い、この起歪体における上記各歪発生部の
表面に歪検出素子をそれぞれ設けてなるロードセルにお
いて、上記歪発生部をそれぞれ形成する切欠を、例えば
ビーム部の長手方向に中心位置をずらせた複数の円弧部
で構成する。そして、各歪発生部の表面における歪分布
が均一となる領域にそれぞれ歪検出素子を設ける。なお
、歪検出素子としては、従来と非魂藷同様に起歪体に接
着剤を介して貼り付けられるストレインゲージのような
歪を検出するエレメントでもよく、また薄膜回路技術を
利用して起歪体に直接形成された回路パターンであって
もよい。また、上記切欠を、ビーム部の長手方向に中心
位置をずらせた２つの円弧部とその両者間を結ぶ直線部
とで構成してもよい。

また、本願の請求項２に係る発明（以下、第２発明とい
う）においては、上記第１発明と同様に、両端の剛体部
と両用木部の間に平行に架設された２本のビーム部とを
有し、かつこれらのビーム部に切欠により薄肉とされた
歪発生部が２箇所ずつ設けられた起歪体を用い、この起
歪体における上記各歪発生部の表面に歪検出素子をそれ
ぞれ設けてなるロードセルにおいて、上記歪発生部をそ
れぞれ形成する切欠を、ビーム部の長手方向に中心位置
をずらせた複数の円弧部、もしくは２つの円弧部とその
両者間を結ぶ直線部とで構成する。そして、上記起歪体
における各歪発生部において、該起歪体の端部側に位置
する円弧部に対応する部位の肉厚と中央側に位置する円
弧部に対応する部位よりも厚くすると共に、各歪発生部
の表面における歪分布が均一になる領域にそれぞれ歪検
出素子を設ける。

（作　　　用）上記第１、第２発明によれば、起歪体の歪発生部におけ
る歪址が均一に変化することになるので、歪検出素子を
設ける位置が若干址ずれたとしてもクリープ特性が大き
く変わることがなく、したがって出来上がった製品間に
品質のバラツキの少ないロードセルが得られることにな
る。しかも、歪検出素子を設ける作業の際に厳密な位置
合せを必要としないことから、この種のロードセルの量
産性が向上するという実益がある。

特に、第２発明によれば、起工体の端部側に位置する円
弧部に対応する部位の肉厚を中央側に位置する円弧部に
対応する部位よりも厚くしているので、歪発生部におけ
る歪分布特性がフラットになって、その結果クリープ特
性がさらに均一化することになる。

（実　施　例）以下、本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように、ロードセル２０の本体を構成する
起歪体２１は、左右両端の固定剛体部２２及び可動剛体
部２３と、これら両用体部間に設けられた上下１対のビ
ーム部２４．２５とにより全体形状が中空の長方形とさ
れていると共に、上記ビーム部２４．２５の両端におけ
る固定剛体部２２及び可動剛体部２３との各連結部分に
は、内面側に概略半円状の切欠２６・・・２６が設けら
れて、これらの切欠２６・・・２６により肉厚が薄くさ
れた歪発生部２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂが形成さ
れている。したがって、荷重の負荷により可動剛体部２
３が固定剛体部２２に対して下方に変位したときに、上
方のビーム部２４における固定剛体部２２側の歪発生部
２７ａと、下方のと一１＼部２５における可動剛体部２
３側の歪発生部２８ｂとに引張歪が発生し、また上方の
ビーム部２４における可動剛体部２３側の歪発生部２７
ｂと、下方のビーム部２５における固定剛体部２２側の
歪発生部２８ａとに圧縮歪が発生するようになっている
。

本実施例においては、上記起歪体２１における切欠２６
が、例えば第２図に示すように、該起歪体２１の端部側
に位置する第１中心Ｏ１を起点とする半径ｒ１の第１円
弧部２６ａと、中央側に位置する第２巾心０２を起点と
する半径ｒ２の第２円弧部２６ｂとで構成されている。

これら第１、第２円弧部２６ａ、２６ｂの半径’ｌ＋’
２はそれぞれ等しくされていると共に、上記第２中心０
２は、第１中心０１に対してビーム部２４．２５の長手
方向に距離ｄだけ偏心し、またビーム部２４の表面側に
向かって偏心量δＳだけ偏心した位置に設けられている
。したがって、これらの第１、第２円弧部２６ａ、２６
ｂによって形成される歪発生部２７ａにおける第１円弧
部２６ａによるノツチ厚をｔｌとし、第２円弧部２６ｂ
によるノツチ厚をｔｌとすると、次の間１系式、１、＝
１２＋δＳ　　　　　　　　　・・・・・・（１）が成
立する。つまり、上記歪発生部２７ａにおいては、起歪
体２１の端部側に位置する第１円弧部２６ａに対応する
部位の方が中央側に位置する第２円弧部２６ｂに対応す
る部位よりも上記偏心量δＳに相当する分だけ肉厚が厚
くなっている。

そして、このような構成とされた歪発生部２７ａの表面
には、上記第１、第２円弧部２６ａ、２６ｂ間に位置し
てストレインゲージ２９が貼着されている。なお、第１
図に示すように、上記起歪体２１における他の３箇所の
歪発生部２７ｂ、２８ａ、２８ｂも同様な構成とされて
いると共に、各歪発生部２７ｂ、２８ａ、２８ｂの表面
にはそれぞれストレインゲージ２９・・・２９が貼着さ
れる。

次に、本実施例の作用を説明する。

このロードセル２０が例えば電子秤で用いられる場合に
は、第３（Ａ）（Ｂ）図に示すように、起歪体２１にお
ける固定剛体部２２が秤本体３０に固定されると共に、
可動剛体部２３にはブラケット３１を介して計量皿３２
が取り付けられる。なお、第１図に示すように、起歪体
２１における可動剛体部の側面には、上記ブラケット３
１を取り付けるためのボルト穴３３．３３が穿設されて
いる。

したがって、上記計量皿３２に被計量物を載置すると、
その重量が上記ブラケット３１を介して起工体２１の一
方の端部の可動剛体部２３に負荷され、これに伴って該
可動剛体部２３が他方の端部の固定剛体部２２に対して
下方に変位することになるので、上方のビーム部２４に
おいては、固定剛体部２２側の歪発生部２７ａの表面に
引張歪が、また可動剛体部２３側の歪発生部２７ｂの表
面に圧縮歪がそれぞれ発生する一方、下方のビーム部２
５においては、固定剛体部２２側の歪発生部２８ａの表
面に圧縮歪が、また可動剛体部２３側の歪発生部２８ｂ
の表面に引張歪がそれぞれ発生することになる。そして
、これらの歪に応じて各ストレインゲージ２９・・・２
９の抵抗が変化することになるので、これら４つのスト
レインゲージ２９・・・２９がホイートストンブリッジ
回路を構成するように結線すれば、該回路から上記荷重
に応じた電圧が出力され、この出力電圧を換算すること
により、上記被計量物の重量が求められることになる。

特に、上記起歪体２１において歪発生部２７ａ、２７ｂ
、２８ａ、２８ｂをそれぞれ形成する切欠２６・・・２
６が、ビーム部２４．２５の長手方向に中心位置をすら
せた第１、第２円弧部２６ａ　　２６ｂで構成されてい
ると共に、上記ストレインゲージ２９・・・２９が、各
歪発生部２７ａ、２７ｂ　　２８ａ　　２８ｂの表面に
おける両川弧部２６ａ、２６ｂに対応する位置に貼着さ
れていることにより、起歪体２１に荷重を負荷したとき
には、各歪発生部２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂには
ビーム部２４．２５の長手方向に沿ってほぼ一定した歪
が発生することになり、各歪発生部２７ａ　　２７ｂ、
２８ａ、２８ｂの表面に貼着したストレインゲージ２９
・・・２９の位置が所定位置よりも若干量ずれていたと
してもクリープ特性が大きく変わることがなく、したが
って出来上がった装晶間に品質のバラツキの少ないロー
ドセル２０が実現されることになる。しかも、ストレイ
ンゲージ２９・・・２９を貼り付ける際に精密な位置合
せを必要としないことから、この種のロードセル２０の
１産性が向上するという実益がある。

特に、本実施例においては、起工体２１の端部側に位置
する第１円弧部２６ａに対応する部位のノツチ厚１．を
中央側に位置する第２円弧部２６ｂに対応する部位のノ
ツチ厚Ｌ２よりもｊ’Ｊ＜しているので、各歪発生部２
７ａ、２７ｂ、２８ａ。

２８ｂにおける歪分布特性がフラットになって、さらに
均一なりリープ特性が実現されることになる。

次に、本実施例について有限要素法を用いて本件発明者
が行ったシミュレーション結果について説明する。

第４．５図は、第３図に示された起歪体２１における上
面の歪分布特性を示すもので、横軸は固定剛体部２２の
端面からビーム部２４．２５の長手方向にとった距離を
示し、縦軸は引張歪を十とした１微を示している。ここ
で、ラインｆｔは固定則体部２２側に設けられた切欠２
６における端部側の第１円弧部２６ａの第１中心Ｏｘの
位置、ライン１２は該切欠２６の中央側の第２円弧部２
６ｂの第２巾心０２の位置、ライン、１２３は可動剛体
部２３側に設けられた切欠２６における中央側の第２円
弧部２６ｂの第２中心０２の位置、ラインｇ４は註切欠
２６の端部側の第１円弧部２６ａの第１巾心０１の位置
をそれぞれ示している。また、実線は計量皿３２の中央
部Ａに荷重ＦＡを負荷した場合を想定して行ったシミュ
レーション結果を示し、また破線は計量皿３２の一つの
隅角部Ｂに荷重Ｆ、を負荷した場合を想定したシミュレ
ーション結果、鎖線は上記隅角部Ｂの対角線方向に位置
する隅角部Ｃに荷重ＦＣを負荷した場合を想定したシミ
ュレーション結果を示している。

なお、この各シミュレーションは、起歪体２１の長さ、
高さ及び幅をそれぞれ１４０　＋ｕ、６０ｓ＋ｍ、１５
ＩＩＩＢに設定すると共に、ラインｆｉ、、ｆ、間の距
離を５４１１Ｉ１１、ライン１２．ρ３間の距離を４６
龍、また第１、第２円弧部２６ａ、２６ｂの半径ｒｌ　
、ｒ３をそれぞれ１５ＩＩ１１、そして第１、第２円弧
部２６ａ、２６ｂによるノツチ厚１１，１２をそれぞれ
２６０ｍ＋ａ、　２４３ｍ１１とし、さらに上記荷重Ｆ
Ａ　、ＦＢ　、Ｆｃをそれぞれ１０ｋｇｆに設定した状
態で行った。そして、このシミュレーションによっても
、上記ライン７、、ｆ２及びラインη３．ρ４の間に均
一な歪量を示す領域が生成されることが確認された。

なお、第６．７図は本実施例をパラメータを変更して行
ったシミュレーション結果を示すもので、上記シミュレ
ーションに使用したパラメータのうち、ライン、１２，
１１３間の距離を４４ｍｍと、第１、第２円弧部２６ａ
、２６ｂによるノツチ厚１、．１２をそれぞれ３．２０
ｕ＋、　２．９３ｍ＋ｅと、各荷重ＦＡ　、Ｆｅ　、Ｆ
ｃの値をそれぞれ１５ｋｇｆと変更した点が異なってい
る。このシミュレーション結果によっても、上記ライン
β１．β２及びラインρ３．ρ４の間に均一な歪量を示
す領域が生成されることの確認を行うことができた。

次に、第８．９図により本発明の第２の実施例を説明す
る。こ′の実施例においては、第８図に示すように、ロ
ードセル２０′の本体を構成する起歪体２１′における
歪発生部２７ａ′を形成する切欠２６゛が、該起歪体２
１°の端部側に位置する第１中心０．°を起点とする半
径ｒｌ′の第１円弧部２６ａ′と、中央側に位置する第
２中心０２を起点とする半径ｒ２“の第２円弧部２６ｂ
。

と、百円弧部２６ａ’　、２６ｂ’を結ぶ直線部２６ｃ
　とで構成されている。そして、この実施例においても
、上記実施例と同様に、上記第１、第２円弧部２６ａ’
　、２６ｂ’の半径ｒｌ　’　、　ｒ２がそれぞれ等し
くされていると共に、上記第２巾心ｏ２゛は、第１巾心
Ｏ１°よりもビーム部２４′の長手方向に向かって距Ｍ
ｄ’だけ偏心し、またビーム部２４°の表面側に向かっ
て偏心量δＳ′だけ偏心した位置に設けられている。し
たがって、この場合においても、上記歪発生部２７ａ′
においては、起歪体２１′の端部側に位置する第１円弧
部２６ａ゛に対応する部位の方が中央側に位置する第２
円弧部２６ｂ°に対応する部位よりも上記偏心量δＳ°
に相当する分だけ肉厚が厚くなっている。そして、この
ような構成とされた歪発生部２７ａ′の表面に、上記第
１、第２円弧部２６ａ’　、２６ｂ’の間に位置してス
トレインゲージ２９°が貼着されるようになっている。

なお、第９図に示すように、起歪体２１′における他の
３箇所の歪発生部２７ｂ’、２８ａ　　、２８ｂ’も同
様な構成とされていると共に、各歪発生部２７ｂ’　、
２８ａ’　、２８ｂ’の表面にそれぞれストレインゲー
ジ２９゛・・・２９′が貼着されることになる。

この実施例においても、上記実施例と同様なシミュレー
ションを行った結果、第１０．１１図に示すように、固
定剛体部２２゛側に設けられた切欠２６°における端部
側の第１円弧部２６ａ　　の第１中心０．の位置を示す
ラインｇ１°と、該切欠２６′の中央側の第２円弧部２
６ｂ′の第２中ＩＬ＞　０２°の位置を示すライン１２
′との間、また可動剛体部２３′側に設けられた切欠２
６゛における中央側の第２円弧部２６ｂ゛の第２中心ｏ
２の位置を示すラインρ３′と、該切欠２６°の端部側
の第１円弧部２６ａ′の第１中心０１′の位置を示すラ
イン（４°との間を含む領域に、それぞれ均一な歪量を
示す領域が生成されることが１認された。

なお、この場合のシミュレーションは、起歪体２１°に
おける固定剛体部２２°を秤本体３０′ｌ＼固定すると
共に、他端の可動剛体部２３°にブラケッｌ−３１’を
介して計量皿３２′を固定し、この計量皿３２゛の中火
に６ｋｇｆの荷重ＦＡ’を負荷した条件で、起歪体２１
°の長さ、高さ及び幅をそれぞれ１４０關、６０＋＋＋
ｍ、１５ｍＩＩに設定すると共に、ラインｆ、’　、ｉ
４’間の距離を６２順、ラインβ２°、ρ３′間の距離
を４２龍、また第１、第２円弧部２６ａ’　、２６ｂ’
の半径ｒｒ２＋　をそれぞれ１５＋ｎｏ、そして第１、
第２円弧部２６ａ’　、２６ｂ’によるノツチ厚ｔ１ｔ
２１をそれぞれ２．０６關、１．８２ｍｍに設定した状
悪で行った。

なお、起歪体における歪発生部を形成する切欠を、ビー
ム部の長手方向に沿って同一線上に中心位置をずらせた
半径の異なる複数の円弧部で形成することにより、起歪
体の端部側に位置する円弧部に対応する部位を中央側に
位置する円弧部に対応する部位よりも肉厚を厚くするよ
うにしてもよく、さらには上記切欠をビーム部の長手方
向に沿って同一線上に中心位置をずらせた半径の異なる
円弧部とその両者間を結ぶ直線部とで構成するようにし
てもよい。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、起歪体の歪発生部におけ
る歪量が均一に変化することになるので、歪検出素子を
設ける位置が若干址ずれたとしてもクリープ特性が大き
く変わることがなく、したがって出来上がった製品間に
品質のバラツキの少ないロードセルが得られることにな
る。しかも、歪検出素子を設ける作業の際に厳密な位置
合せを必要としないことから、この種のロードセルの星
産性が向上するという実益がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明の
第１実施例に係るロードセルの全体斜視図、第２図はそ
の要部拡大断面図、第３（Ａ）図は使用状態を示す概略
平面図、第３（Ｂ）図は同じく概略正面図、第４図は該
実施例の歪分布のシミュレーション結果を示すグラフ、
第５図はその一部を拡大したグラフ、第６図はパラメー
タを変更して行った歪分布のシミュレーション結果を示
すグラフ、第７図は同じくその一部を拡大したグラフ、
第８図は本発明の第２の実施例を示す要部拡大断面図、
第９図は使用状態を示す概略正面図、第１０図は該実施
例の歪分布のシミュレーション結果を示すグラフ、第１
１図はその一部を拡大したグラフである。第１２図は従
来例を示す使用状態の概略正面図、第１３図はその歪分
布特性を示すグラフ、第１４図はストレインゲージの概
略平面図、第１５図は第１４図をｘｖ−ｘｖ線で切断し
た断面図である。２０・・・ロードセル、２１・・・起歪体、２２，２３
・・・剛体部（２２・・・固定剛体部、２３・・・可動
剛体部＞、２４．２５・・・ビーム部、２６・・・切欠
、２６ａ、２６ｂ・・・円弧部（２６ａ−第１円弧部、
２６ｂ・・・第２円弧部）、２６ｃ　　・・・直線部、
２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂ−＝歪発生部、２つ・
・・歪検出素子（ストレインゲージ）。第Ｖ第図２゜第８図第図第１ｏ図ｉ門非騨第１２図第ｖＡ第１４図第１５ダ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）両端の剛体部と両剛体部の間に平行に架設された
２本のビーム部とを有し、かつこれらのビーム部に切欠
により薄肉とされた歪発生部が２箇所ずつ設けられた起
歪体を用い、この起歪体における上記各歪発生部の表面
に歪検出素子をそれぞれ設けてなるロードセルであって
、上記歪発生部をそれぞれ形成する切欠が、ビーム部の
長手方向に中心位置をずらせた複数の円弧部、もしくは
２つの円弧部とその両者間を結ぶ直線部とで構成されて
いると共に、上記各歪検出素子が、各歪発生部の表面に
おける歪分布が均一になる領域に設けられていることを
特徴とするロードセル。
（２）両端の剛体部と両剛体部の間に平行に架設された
２本のビーム部とを有し、かつこれらのビーム部に切欠
により薄肉とされた歪発生部が２箇所ずつ設けられた起
歪体を用い、この起歪体における上記各歪発生部の表面
に歪検出素子をそれぞれ設けてなるロードセルであって
、上記歪発生部をそれぞれ形成する切欠が、ビーム部の
長手方向に中心位置をずらせた複数の円弧部、もしくは
２つの円弧部とその両者間を結ぶ直線部とで構成されて
いると共に、各歪発生部において、起歪体の端部側に位
置する円弧部に対応する部位が中央側に位置する円弧部
に対応する部位より肉厚が厚くされ、かつ上記各歪検出
素子が、各歪発生部の表面における歪分布が均一になる
領域に設けられていることを特徴とするロードセル。