JPH0815057A - 薄型ロードセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ストレインゲージ式ロードセルにおいて、荷
重を受ける受圧台の撓みによる横方向の撓みを吸収で
き、ロードセルの厚さを極限にまで薄くし、しかも機械
加工がしやすい構造で小容量に対応できるコンパクトで
高精度な薄型ロードセルを実現する。 【構成】 方形状の板状の素材で外側周囲を外枠１と
し、中央部を負荷を受ける受圧台２とし、外枠１と受圧
台２との間に溝５とその両端に終端溝６、６’を貫通し
て設けて複数の長溝４とし、この二つの終端溝６、６’
にまたがるように複数の短溝７、７’を両側に設けて薄
肉の起歪部がＨ字形を形成するようにした複数の検出部
３を設け、この起歪部の側面にそれぞれ荷重に応じた捻
れ歪を検出して出力するストレインゲージを貼付して構
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両の輪重や全重量
の計重をはじめとして、厚みの薄さを利用してその他の
台はかり等に１個又は複数個使用して計重機を構成する
ストレインゲージ式薄型ロードセルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のストレインゲージ式の薄型
ロードセルとしては図７、図８に示すものがあった。図
７Ａはこのロードセルの外観斜視図で、４１は剛性のあ
る外枠、４２は矢印の負荷Ｗを受ける剛性のある受圧
台、４３Ａ〜４３Ｄは上記外枠４１と受圧台４２との間
の四方に配置連結された撓み易い形状の荷重検出部であ
り、これら４１〜４３は一体構造となっている。又上記
４３Ａ〜４３Ｄの検出部にはそれぞれストレインゲージ
４４が貼付されている。図７Ｂは大容量用として採用さ
れた上記検出部でのせん断歪検出構造の図で、一般に長
辺ａと短辺ｂの矩形断面を形成し、一方の面４５は外枠
４１に、他方の面４６は受圧台４２につながっており、
上記面４５、４６の両側面にはストレインゲージ４４が
貼付され、矢印の負荷Ｗによりストレインゲージ４４の
貼付された面にせん断歪を発生し、その歪をストレイン
ゲージが検知して電気信号に変換して取り出すようにな
っている。図７Ｃは図７Ａの負荷検出部４３Ａ〜４３Ｄ
に替わって小容量用として採用された曲げ歪検出構造の
図で、一般に短辺Ｃ長辺ｄの矩形断面を形成し、一方の
面５５は外枠４１に、他方の面５６は受圧台４２につな
がった負荷検出部５３Ａ〜５３Ｄを形成している。この
負荷検出部の上下面は図７Ｃに示すように、短辺Ｃの方
向がそれぞれ２ヶ所ずつ厚みが薄くなって５７、５
７’、５８、５８’の面を形成し、ここにストレインゲ
ージ５４が４ヶ所貼付され、図７Ａの矢印の負荷Ｗによ
りストレインゲージ５４の貼付された面に曲げ歪を発生
し、その歪をストレインゲージが検知して電気信号に変
換して取り出すようになっている。

【０００３】図８は図７ＡのＸ−Ｘ’断面を示し、実線
は矢印で示す負荷Ｗがかかる前の状態を表し、点線は負
荷により各部材が歪んだ状態を示している。この図で示
すように、負荷がかかると受圧台４２及び荷重検出部４
３Ａ、４３Ｃが点線の如く撓み、受圧台４２の長さＬは
矢印の横方向に少し縮み、外枠４１はその矢印の方向に
引っ張られ、外枠４１の底面４７と床面４８との間に接
触力に応じた滑り及び歪が生じる。

【０００４】更に従来の技術として、特開昭６３−３０
７３４に開示されているようなものがある。この発明は
一つのホルダーに結合された板形状の伸長部材の中央部
を負荷点とし、その中央に対して同心的に延びる一つの
円弧に対して接線的に撓みビームが配置され曲げ歪を検
出し、撓みビームに誤変換を生ぜしめないようにされて
いる。又特開平６−４３０４５、特開平６−４３０４６
に開示されているようなものもある。この発明は上述と
同じように板形状素材を使用し、前後一対の長溝を設け
中央部を荷重受部とし、受圧部と固定部の構造を工夫し
て受感部のフレームの撓みによる固定部の滑りを緩和し
てせん断歪を検出するようにされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図７、図８に
示すものでは外枠４１が歪んで床面との接触点の変化及
び滑りが生じてロードセル出力の非直線性及びヒステリ
シス特性が悪くなる。又図７Ｂに示すせん断歪検出構造
で小容量を実現しようとすれば、重量を検出する検出部
の厚さｂを極端に薄くしなければならず、そのために加
工性が悪く、従って加工精度も難しくなり又検出方向に
対する直角方向の機械的強度も弱くなるという問題があ
った。又図７Ａで示す外枠の厚みｔを薄くしてコンパク
トな小容量型を実現しようとすると、図７Ｃで示す曲げ
歪検出構造ではストレインゲージを受圧面側とその反対
側に貼付するので、ゲージ表面の絶縁保護膜を接触しな
いようにするために厚みの制限を受ける上、前記のせん
断歪検出構造と同様検出部の剛性を強くできないので機
械加工が非常に難しくなるという問題点があった。更に
特開昭６３−３０７３４では荷重点を中心としている
が、荷重点が中心よりはずれたときは片撓みが大きく、
その上荷重による負荷板は上下方向の撓みに加えて僅か
に回転する。又ストレインゲージが上面に貼っているた
め荷重の載せ降ろし時に荷重でゲージを傷つけないよう
に保護が必要となり、そのため厚みが厚くなる等の問題
があり、特開平６−４３０４５及び特開平６−４３０４
６でも荷重受部に負荷がかかると、検出部から自由端部
を経て固定部へと荷重が伝達されるので、固定部には負
荷方向と同じ下向きの力に加えて若干の曲げ及び捩れの
力が加えられるので、若干の悪影響は避けられず特に小
容量のロードセルはこれらの構造では実用上製作し難い
等の問題点があった。そこでこの発明は、受圧台の撓み
による横方向の撓みを吸収でき、小容量にも対応するた
めにロードセルの厚さを極限にまで薄くしながら機械加
工がしやすい構造としてコンパクトで高精度なロードセ
ルを提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、方形状又は
円形状の板状の素材で、外側周囲を外枠とし、中央部を
負荷を受ける受圧台とし、上記外枠と受圧台との間に受
圧台を囲むように複数の長溝を貫通して設け、その両端
を幅広の終端溝とし、その二つの終端溝にまたがるよう
にその両側にそれぞれ短溝を設けて薄肉の起歪部とした
荷重検出部を複数設け、上記起歪部の側面には荷重に応
じた捻れ歪を検出して電気出力を発信するストレインゲ
ージを貼付するようにした薄型のロードセルを構成した
ことを特徴とする。なお上記の一つの検出部を構成する
上で、上記短溝を長溝の終端溝をはずれた箇所では幅を
狭くしてもよく、又短溝を終端溝の片側にのみ設けても
よい。更に一検出部の起歪部がＨ型形状の場合、ストレ
インゲージを上記Ｈ型の片側一対のみに貼付してもよ
い。

【０００７】

【作用】図１〜図４にて説明する。これらの図で荷重Ｗ
が受圧台２に加えられると、起歪部のつなぎ梁１０に受
圧台２が下がる方向の右回りのトルクが発生し、起歪部
８、８’、９、９’の捻れ応力を発生するトルクの反力
とが釣り合って捻れ歪が発生し、図４に示すストレイン
ゲージの結線によって荷重Ｗに比例した出力電圧が発生
する。この場合、たとえ図３Ｃに示すように荷重によっ
て受圧台２が曲げられたときでもＨ型の起歪部を構成す
る左側の起歪部８、８’と、右側の起歪部９、９’とは
それぞれ反対方向に捻れるので、図４Ａに示すようにス
トレインゲージのブリッジ内で相殺されて受圧台の曲が
りによる誤差としては表れず、薄型でも小容量から大容
量の高精度なロードセルが実現できる。

【０００８】

【実施例】この発明の第一と第二の実施例を図１〜図４
に示す。図１Ａ及び図１Ｂは薄型ロードセルの外観を示
す斜視図で、図１Ａは第一実施例を示し、１は方形状を
した外枠で、その内側は中央部に負荷Ｗを受ける受圧台
２であり、対角の四隅には荷重検出部３を設けて全体を
一体構造として薄型ロードセルを構成している。上記荷
重検出部３は受圧台２の周辺に４本の溝５とその両端の
終端溝６、６’で構成された長溝４を貫通して設け、上
記終端溝６、６’を挟んで短溝７、７’を同様に貫通し
て設けて薄肉部を形成して起歪部としている。従って矢
印で示す負荷Ｗを受圧台２にかけると四隅の検出部３は
歪を発生し、上記薄肉部に貼付したストレインゲージに
より負荷Ｗに比例した出力を発生するようになってい
る。図１Ｂは第二実施例を示し、１は方形状をした外枠
で、２は上記と同様の受圧台であり、第一実施例と異な
るのは３の荷重検出部が受圧台を挟んだ対辺の４箇所に
設置したところである。

【０００９】図２〜図４の詳細については図１Ａを対比
して説明するが、図２Ａは一つの検出部３を拡大した平
面図、図２Ｂは図２ＡのＸ−Ｘ’断面図、図２Ｃは図２
ＡのＹ−Ｙ’断面図である。これらの図において８、
８’は短溝７と長溝４の終端溝６、６’の間に位置する
起歪部で、短辺がｂ’、長辺がａ’の矩形断面で、短辺
ｂ’の水平方向には撓み易く、図１Ａの矢印で示す負荷
Ｗの方向に対しては長辺ａ’は撓み難い適当な剛性のあ
る形状とされている。同様に９、９’は短溝７’と上記
と同じ終端溝６、６’の間に位置する起歪部であり、上
記の８、８’とは距離ｄ’を隔てて平行に位置し、断面
形状は上記の８、８’と同一となっている。上記終端溝
６と６’の間にはつなぎ梁１０があり、８、８’と９、
９’及び１０にてＨ形状となっている。上記起歪部８、
８’、９、９’の側面には捻れ応力検出用ストレインゲ
ージ１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８
が図に示されているようにそれぞれ貼付され、上面を防
湿と絶縁を保護する材料１９でコーティングされ、長期
安定するよう処理されている。

【００１０】図３Ａは図２ＡのＺ−Ｚ’断面で無負荷状
態を示す図で、図３Ｂは受圧台２に矢印で示す負荷Ｗが
かかった状態で、検出部３の撓みにより受圧台２がｅ寸
法の垂直撓みを発生している状態を示す図であり、又図
３Ｃは同じく負荷状態で受圧台２自身が撓んで曲がり、
上記の検出部３の撓みが加算された状態を示す図であ
る。これらの図において、受圧台２に負荷Ｗがかかる
と、図２Ａに示すつなぎ梁１０には図３Ｂの矢印で示す
方向のトルクＴ（＝Ｗ×ｄ’）が発生し、このトルクＴ
と起歪部８、８’９、９’の捻れ応力τを発生するトル
クの反力ＴR とが釣り合って捻れ応力τ（＝Ｔ／４×
Ｋ）が求められる。但しＫは形状による定数である。又
図３Ｃで示すように受圧台２が負荷Ｗによって曲げられ
た場合でも、起歪部８、８’と９、９’とはそれぞれ反
対の矢印の方向に捻れるため、ストレインゲージのブリ
ッジ内で相殺されて出力としては表れず、受圧台２の曲
がりによる誤差は発生しない。又図３Ｂの受圧台２が図
８の負荷台４２のように撓むと点線で示す矢印の方向に
少し縮むが、その量は図２Ａで示す起歪部８、８’、
９、９’が水平方向に撓んで殆ど吸収され外枠１に大き
な横荷重がかからず、外枠１と床面との滑りが少なくな
る。ここで上記起歪部の短辺ｂ’が薄すぎると機械加工
時に工具の力で撓んで加工し難く精度も出し難いのでロ
ードセルの容量に応じて距離ｄ’を選択して短辺ｂ’を
加工のしやすい寸法にすることができる。

【００１１】図４Ａは図２Ａで示すように一つの検出部
３において捻れ応力検出用のストレインゲージ１１〜１
８の８枚を全て貼付してブリッジ状に結線した図であ
り、ｋをゲージファクタ、Ｇを起歪部の横弾性係数、ｅ
i をブリッジ入力電圧とすると負荷Ｗに比例する歪に対
応する電気出力ｅ0 はｅ0 ＝ｋ×τ×ｅi ／２Ｇとな
り、上記ｅ0 から負荷Ｗが求められる。図４Ｂはブリッ
ジ回路のストレインゲージ枚数を少なくしてコストを下
げるため、それぞれ１１、１３、１６、１８又は（）内
で示す１２、１４、１５、１７の４枚で構成した図であ
り上記の８枚構成と同様の効果が得られる。又図３Ｂに
示すように受圧台２の曲がり歪が少ない場合又は図３Ｃ
で示すように受圧台２の曲がり歪があってもその誤差を
許容する場合は、ストレインゲージをそれぞれ１１、１
２、１３、１４又は１５、１６、１７、１８の４枚構成
としてもよい。図４Ｃは図１Ａ、図１Ｂに示すように検
出部３が４ヶ所のときのブリッジ回路の結線図である。
但しストレインゲージの記載は省略している。

【００１２】図５はこの発明の第三実施例を示し、外枠
２１と受圧台２２の対辺の２ヶ所に細長い検出部２３を
形成し、ストレインゲージの枚数も検出部数の半減に応
じて半減するようになっているが機能は第一及び第二実
施例と同様である。更にこの発明の第四の実施例を図６
に示す。この実施例は前述の実施例における方形状の外
枠を円形の外枠３１とし、受圧台３２、検出部３３を第
三の実施例と同様２ヶ所としているが、ストレインゲー
ジ枚数を更に半減したもので機能は前述の各実施例と同
様である。

【００１３】

【発明の効果】検出部の形状をＨ型形状にして受圧台の
撓み伸縮等の寸法変化を上記Ｈ型の起歪部で吸収緩和し
て外枠の固定部にかかる有害な曲げ・引っ張りの力を緩
和して捻れ歪を検出するように構成されているので、中
小容量のロードセルの厚みを極端に薄くでき、しかも加
工性もよく且つストレインゲージの絶縁処理がしやすい
ので、コンパクトで高精度な薄型ロードセルが実現でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一の実施例になる外観斜視図Ａ及
び第二の実施例になる外観斜視図Ｂである。

【図２】この発明の第一、第二実施例における検出部の
拡大平面図Ａ、Ｘ−Ｘ’断面図Ｂ及びＹ−Ｙ’断面図Ｃ
である。

【図３】図２ＡのＺ−Ｚ’断面で無負荷状態を示す図
Ａ、負荷により受圧台が垂直撓みを発生した状態を示す
図Ｂ及び負荷により受圧台自身が撓んで曲がった状態を
示す図Ｃである。

【図４】図２Ａで示す一つの検出部において起歪部の側
面に全てストレインゲージを貼付したときの結線図Ａ、
Ｈ型起歪部の片側起歪部のみにストレインゲージを貼付
してゲージ枚数を半減したときの結線図Ｂ及び検出部が
４ヶ所のときの結線図Ｃである。

【図５】この発明の第三の実施例になる外観斜視図であ
る。

【図６】この発明の第四の実施例になる外観斜視図であ
る。

【図７】従来のロードセル外観斜視図Ａ、大容量用とし
たせん断歪検出構造の図Ｂ及び小容量用の曲げ歪検出構
造の図Ｃである。

【図８】従来のロードセル図７ＡのＸ−Ｘ’断面図で負
荷Ｗがかかったときの歪状態を表した図である。

【符号の説明】

１、２１、３１、４１ 外枠 ２、２２、３２、４２ 受圧台 ３、２３、３３、４３Ａ〜４３Ｄ、５３Ａ〜５３Ｄ 荷
重検出部 ４ 長溝 ５ 溝 ６、６’ 終端溝 ７、７’ 短溝 ８、８’、９、９’ 起歪部 １０ つなぎ梁 １１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、４
４、５４ ストレインゲージ １９ 絶縁保護材料

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 方形状又は円形状をした板状の外枠と、
   中央部に位置して負荷を受ける受圧台と、上記外枠と受
   圧台との間に受圧台を囲むように溝とその両端に上記溝
   より幅広の終端溝を貫通して設けた複数の長溝と、上記
   終端溝の二つにまたがるように両側に設けた複数の短溝
   とにより形成された薄肉の起歪部からなる複数の荷重検
   出部と、上記起歪部の終端溝と短溝との側面にそれぞれ
   貼付され、荷重に応じた電気出力を発信するストレイン
   ゲージからなることを特徴とする薄型ロードセル。
2. 【請求項２】 請求項１における複数の荷重検出部の起
   歪部が長溝の終端溝と短溝とによりＨ字形を形成したこ
   とを特徴とする薄型ロードセル。
3. 【請求項３】 請求項１における複数の短溝が両端を幅
   広とし、この両端の幅広部が長溝の終端溝の両側となる
   ように起歪部を形成し、複数の荷重検出部としたことを
   特徴とする薄型ロードセル。
4. 【請求項４】 請求項１における複数の短溝を長溝の終
   端溝の片側のみに設けて起歪部を形成し、複数の荷重検
   出部としたことを特徴とする薄型ロードセル。
5. 【請求項５】 請求項１〜４におけるストレインゲージ
   を捻れ歪を検出するようにしたことを特徴とする薄型ロ
   ードセル。