JPS5994016A - 荷重検出機構 - Google Patents
荷重検出機構Info
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- JPS5994016A JPS5994016A JP20528482A JP20528482A JPS5994016A JP S5994016 A JPS5994016 A JP S5994016A JP 20528482 A JP20528482 A JP 20528482A JP 20528482 A JP20528482 A JP 20528482A JP S5994016 A JPS5994016 A JP S5994016A
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- arm
- arms
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
- G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
- G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
- G01G3/1402—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
- G01G3/1408—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being of the column type, e.g. cylindric
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、主として上皿材等で荷重測定を確実かつ精密
に行う荷重検出機構に関するものである。
に行う荷重検出機構に関するものである。
一般に荷重検出機構に要求される条件は、測定方向の力
のみが忠実に1111定できることであり、直角方向の
力が加えられても機構の抗力が強く測定値には影響せず
、特に−1m皿科の場合には、計量皿の中心から偏った
位置に加えられた偏荷重に対して所謂四隅誤差を生じな
いことが必要である。
のみが忠実に1111定できることであり、直角方向の
力が加えられても機構の抗力が強く測定値には影響せず
、特に−1m皿科の場合には、計量皿の中心から偏った
位置に加えられた偏荷重に対して所謂四隅誤差を生じな
いことが必要である。
従来から使用されている上皿材用荷重検出機構の代表的
な例を第1図に示す。この第1図において、皿受体lの
上には図示しない計量皿が載置され、Z軸方向に作用す
る重力か測定荷重としてこの機構に加えられる。皿受体
1は更に輔2として下方に延長され、その下端3は基板
4上のロードセル5に接続されている。ロードセル5と
してはストレインゲージ式、電磁力平衡式、圧電素子、
音叉振動子、振動弦、ジャイロスコープなど変位の比較
的小さい適宜の荷重拳電気変換器が一般に用いられる。
な例を第1図に示す。この第1図において、皿受体lの
上には図示しない計量皿が載置され、Z軸方向に作用す
る重力か測定荷重としてこの機構に加えられる。皿受体
1は更に輔2として下方に延長され、その下端3は基板
4上のロードセル5に接続されている。ロードセル5と
してはストレインゲージ式、電磁力平衡式、圧電素子、
音叉振動子、振動弦、ジャイロスコープなど変位の比較
的小さい適宜の荷重拳電気変換器が一般に用いられる。
基板4上には更に2本の支柱6.7が植立されており、
これらの支柱6.7と軸2にはロバ−パル機構を構成す
る上下に平行に配置された2個のV字形アーム8.9が
支持され、これ−らのアーム8.9の7字の基部8a、
9aは軸2に、枝部の先端部8b、8c、9b、9cは
支柱6.7に固定され、支柱6.7の上端間には補強用
のバーlOが取付けられている。V字形アーム8.9自
体は十分な剛性を持つように作られているが、その基部
と外端部近くには撓み部であるフレクシ+ 11 a、
llb、llc、12a、12b、12cが設けられて
おり、これらの部分での屈曲は比較的自由になっている
。しかし、この第1図に示した従来の検出機構には次の
ような欠点がある。
これらの支柱6.7と軸2にはロバ−パル機構を構成す
る上下に平行に配置された2個のV字形アーム8.9が
支持され、これ−らのアーム8.9の7字の基部8a、
9aは軸2に、枝部の先端部8b、8c、9b、9cは
支柱6.7に固定され、支柱6.7の上端間には補強用
のバーlOが取付けられている。V字形アーム8.9自
体は十分な剛性を持つように作られているが、その基部
と外端部近くには撓み部であるフレクシ+ 11 a、
llb、llc、12a、12b、12cが設けられて
おり、これらの部分での屈曲は比較的自由になっている
。しかし、この第1図に示した従来の検出機構には次の
ような欠点がある。
(a)皿受体lに加わる望ましくない水平方向の力に対
する強度が比較的弱く、その方向により影響度が異なる
ほか、基部8aにおいて長手方向Xと直角なY1方向の
力に対してロバ−パル機構の捩れが生じ易い。
する強度が比較的弱く、その方向により影響度が異なる
ほか、基部8aにおいて長手方向Xと直角なY1方向の
力に対してロバ−パル機構の捩れが生じ易い。
(b)−yレフシャllミル11c、12a〜12Cの
溝部方向に関し、YlとY2方向及びYl’とY2’方
向の平行がとれていないと、Y1方向の偏荷重により四
隅誤差が発生する。
溝部方向に関し、YlとY2方向及びYl’とY2’方
向の平行がとれていないと、Y1方向の偏荷重により四
隅誤差が発生する。
(C)アーム8と9の枝部同志の平行がそれぞれ十分で
ないと、主としてX方向の偏荷重により四隅誤差が生ず
る。
ないと、主としてX方向の偏荷重により四隅誤差が生ず
る。
(d)軸2は鉛直を保ちつつ円弧連動を行うので、軸2
が垂直方向に変位すると同時に水平方向にも若干変位す
ることになり、ロードセル5には好ましくない水平方向
の力も加わって測定誤差の原因になる。
が垂直方向に変位すると同時に水平方向にも若干変位す
ることになり、ロードセル5には好ましくない水平方向
の力も加わって測定誤差の原因になる。
本出願人は上述の従来技術の欠点を解決するために、第
2図に示すような検出機構を提案した。
2図に示すような検出機構を提案した。
この機構は皿受体21と一体構造の軸22の下端部がロ
ードセル23に接続され、軸22の周囲には同心的に上
下2段に接続された保持円筒体24.25が配置されて
いる。軸22と上部保持円筒体24の−に端との間及び
軸22と下部保持円筒体25の上端間には、軸対称十字
状の4叉状アーム26a 〜26d、27a 〜27d
を有し薄板金属板から形成された軸支持板28.29が
アーム26.27同志の向きが平行となるように設けら
れ、これらの軸支持板28.29により軸22は支持さ
れている。軸支持板28.29の各アーム26a〜26
d、27a〜27dの軸22の近くと保持円筒体24.
25の固定部の近くには、圧延や切削によりアーム26
.27の屈曲を容易とする撓み部から成るフレクシャ3
0.31が半径方向と直角方向に形成されている。
ードセル23に接続され、軸22の周囲には同心的に上
下2段に接続された保持円筒体24.25が配置されて
いる。軸22と上部保持円筒体24の−に端との間及び
軸22と下部保持円筒体25の上端間には、軸対称十字
状の4叉状アーム26a 〜26d、27a 〜27d
を有し薄板金属板から形成された軸支持板28.29が
アーム26.27同志の向きが平行となるように設けら
れ、これらの軸支持板28.29により軸22は支持さ
れている。軸支持板28.29の各アーム26a〜26
d、27a〜27dの軸22の近くと保持円筒体24.
25の固定部の近くには、圧延や切削によりアーム26
.27の屈曲を容易とする撓み部から成るフレクシャ3
0.31が半径方向と直角方向に形成されている。
このような検出機構において、皿受体21に対し皿受体
21、軸22と同軸方向のZ軸方向の荷重が加えられる
と、その荷重は軸22を介してロードセル23に伝達さ
れる。この動作状態についてxz平面又はYZ平面につ
いて簡略化して表した第3図の動作原理図により説明す
る。軸22上に荷重Wが加えられると、軸支持板28.
29の4叉状アーム26.27は軸対称に配列されてい
るため、il+ 22は従来機構のように水平方向に偏
位することなく軸心上を正しく直線的に下降し、ロード
セル23を破線の位置まで圧縮すると同時に各アーム2
6.27も破線の状態まで変形することになる。
21、軸22と同軸方向のZ軸方向の荷重が加えられる
と、その荷重は軸22を介してロードセル23に伝達さ
れる。この動作状態についてxz平面又はYZ平面につ
いて簡略化して表した第3図の動作原理図により説明す
る。軸22上に荷重Wが加えられると、軸支持板28.
29の4叉状アーム26.27は軸対称に配列されてい
るため、il+ 22は従来機構のように水平方向に偏
位することなく軸心上を正しく直線的に下降し、ロード
セル23を破線の位置まで圧縮すると同時に各アーム2
6.27も破線の状態まで変形することになる。
この場合、荷重Wに対応して変位や変形を起すに際して
の検出機構の抗力には次の3つがある。
の検出機構の抗力には次の3つがある。
■ ロードセル23の圧1?i=ロードセルの種類や定
格により異なるが、一般にロードセルの変位量は加えら
れた荷重の大きさに比例するので、荷重に対する抗力の
なるべく大きい、即ち変位変形が少ない剛性の高いもの
が望ましい。
格により異なるが、一般にロードセルの変位量は加えら
れた荷重の大きさに比例するので、荷重に対する抗力の
なるべく大きい、即ち変位変形が少ない剛性の高いもの
が望ましい。
■ アーム26.27の伸長:軸支持板28.29が第
3図に実線で示した水平状態から破線の傾斜状態に移行
するためには、アーム26.27自体が伸長しなければ
ならない。そのために各アーム26.27には張力が働
き、その鉛直方向、即ちZ軸方向の分力の合計が荷重W
に対する抗力として作用する。この抗力の大きさはロー
ドセル23の圧縮抗力に比してできるだけ小さいことが
好ましい。
3図に実線で示した水平状態から破線の傾斜状態に移行
するためには、アーム26.27自体が伸長しなければ
ならない。そのために各アーム26.27には張力が働
き、その鉛直方向、即ちZ軸方向の分力の合計が荷重W
に対する抗力として作用する。この抗力の大きさはロー
ドセル23の圧縮抗力に比してできるだけ小さいことが
好ましい。
■ フレクシャ30.31の曲げ:適切な設計と工作に
よれば、フレクシャ30.31の抗力は先のI、■によ
るものよりは遥かに小さく無視することができる。
よれば、フレクシャ30.31の抗力は先のI、■によ
るものよりは遥かに小さく無視することができる。
l;述の第1図の従来機構と異なる第2図の検出機構の
動作上の特異点は■のみであり、この問題について次に
詳しく述べ・る。第4図は長さρのアーム26が、中心
部で軸方向変位δを起したときの伸びXを計算するため
の説明図であり、工作誤差や組立誤差なども考慮して無
負荷時の零点において軸22に直角の水平状態から中心
部がdだけ下方に既に偏位しており、その状態を基点と
して荷重Wによる変位δが発生する一般的な場合を想定
している。ここで、変位dやδがアーム26の長さρに
比例し極めて小さいことから次の(1)式%式% (1) アーム26の長さgを50mmとし、実用範囲と想定さ
れる変位dやδについてアーム26の伸びXを計算して
みると第1表のようになる。
動作上の特異点は■のみであり、この問題について次に
詳しく述べ・る。第4図は長さρのアーム26が、中心
部で軸方向変位δを起したときの伸びXを計算するため
の説明図であり、工作誤差や組立誤差なども考慮して無
負荷時の零点において軸22に直角の水平状態から中心
部がdだけ下方に既に偏位しており、その状態を基点と
して荷重Wによる変位δが発生する一般的な場合を想定
している。ここで、変位dやδがアーム26の長さρに
比例し極めて小さいことから次の(1)式%式% (1) アーム26の長さgを50mmとし、実用範囲と想定さ
れる変位dやδについてアーム26の伸びXを計算して
みると第1表のようになる。
第1表 軸方向変位δと伸びXとの関係d\δ 5
10 20 50 1000 0.000
25 0.001 0.004 0.025 0.11
00 0.01025 0.021 0.044 0.
125 0.3200 0.02025 0.041
0.084 0.225 0.5ただし、単位は全てg
m (0、OO1mm)第1表の数値から明らかなよう
に、第1表中の最大の場合でもアーム26の伸びXは0
.5gm(0,0005mm)に過ぎないことが判る。
10 20 50 1000 0.000
25 0.001 0.004 0.025 0.11
00 0.01025 0.021 0.044 0.
125 0.3200 0.02025 0.041
0.084 0.225 0.5ただし、単位は全てg
m (0、OO1mm)第1表の数値から明らかなよう
に、第1表中の最大の場合でもアーム26の伸びXは0
.5gm(0,0005mm)に過ぎないことが判る。
次に、伸びXに基づくアーム26の張力Tを求めてみる
。張力Tと伸びXとの関係はよく知られているように次
の(2)式で与えられる。
。張力Tと伸びXとの関係はよく知られているように次
の(2)式で与えられる。
T = a x E /ρ ・・・(2)ただし
、Tは張力Kg、 11は長さmob、 aは断面
積ml112、Xは伸びmm、 Eはヤング率Kg/m
l112である。
、Tは張力Kg、 11は長さmob、 aは断面
積ml112、Xは伸びmm、 Eはヤング率Kg/m
l112である。
上記と同様に、アーム26の長さgを50111111
、幅を10mm、厚さを0.2mm(断面積aは2mm
2)とし、ヤング率E= 2X l 04Kg/mm
2の鋼材を用いるものとすると、I#1.m(0,00
1mm)当りの伸びXに対する張力Tot±800g/
川mで与えられる。
、幅を10mm、厚さを0.2mm(断面積aは2mm
2)とし、ヤング率E= 2X l 04Kg/mm
2の鋼材を用いるものとすると、I#1.m(0,00
1mm)当りの伸びXに対する張力Tot±800g/
川mで与えられる。
次に、アーム26の長さ方向の弓長ブフTIこイ半う@
11方向の分力を求める。第2図番こ示す荷重検dj機
々笥にはアーム26が合計8本存在することを考慮(こ
入れると、軸方向の分力の総合8十tよ次の(3)式番
こより計算できる。
11方向の分力を求める。第2図番こ示す荷重検dj機
々笥にはアーム26が合計8本存在することを考慮(こ
入れると、軸方向の分力の総合8十tよ次の(3)式番
こより計算できる。
8Tx (d+δ)/1’ −=・(3)この
(3)式中のpは正確にはβ+Xである力”)Xである
からXを省略して計算する。そこで、To=800 (
g/#Lm)として第1表番こ(’+1示された変位d
、δ、伸びXに対応する軸方向分力の合ル]値を(3)
式を基に計算した結果を第2表番と表す。
(3)式中のpは正確にはβ+Xである力”)Xである
からXを省略して計算する。そこで、To=800 (
g/#Lm)として第1表番こ(’+1示された変位d
、δ、伸びXに対応する軸方向分力の合ル]値を(3)
式を基に計算した結果を第2表番と表す。
第2表 軸方向分力の総合計
d\δ 5 10 20” 50 10
00 0.0001B 0.0013 0.010
0.1B 1.3100 0.14 0.30’
0.f38 2.4 7.7200 0.53
1.1 2.4 7.2 19ただし、変位
d、δの単位はpm (0、OO1mm )、第2表中
の数字の中位はg、有効数字3桁以下を四捨五入しであ
る。
00 0.0001B 0.0013 0.010
0.1B 1.3100 0.14 0.30’
0.f38 2.4 7.7200 0.53
1.1 2.4 7.2 19ただし、変位
d、δの単位はpm (0、OO1mm )、第2表中
の数字の中位はg、有効数字3桁以下を四捨五入しであ
る。
第2表に示された軸方向分力の合、J(i14の意味は
、測定荷重W中のその分だけはアーム26.27で受は
持たれ、ロードセル23番こli(云達されないという
ことであって、そのまま測定誤差(どなるわけでは決し
てないが、測定荷重W+こ比して/]\さければ小さい
ほど望ましいことは確力)である。−例を挙げれば、定
格荷重時のロード゛セル23の変位δが5gmの場合、
零点におI/)て仮(こアーム26.27が0 、2+
nm/ 50mmだけ傾斜して0たとしても、荷重によ
り引き起されたアーム26.27の張力Tに基づく軸方
向分力の合A十(直+10.53gであるから、秤量5
Kgの場合tよその1万分の1に過ぎず、たとえそのl
O%力111定荷重以外の何らかの原因により変化して
も、発生する測定誤差は秤量のlO万分の1とl/Xう
4軛く(較昂(こ過ぎないことが判る。ロードセル23
の変4<1δ力く207z、mと稍々大きい場合でも、
零点のアーム26.27の傾斜をO、l turIl/
50mm以内に組み伺ければ、軸方向分力の合計値は
0.68gでありほぼ同様の結果となる。
、測定荷重W中のその分だけはアーム26.27で受は
持たれ、ロードセル23番こli(云達されないという
ことであって、そのまま測定誤差(どなるわけでは決し
てないが、測定荷重W+こ比して/]\さければ小さい
ほど望ましいことは確力)である。−例を挙げれば、定
格荷重時のロード゛セル23の変位δが5gmの場合、
零点におI/)て仮(こアーム26.27が0 、2+
nm/ 50mmだけ傾斜して0たとしても、荷重によ
り引き起されたアーム26.27の張力Tに基づく軸方
向分力の合A十(直+10.53gであるから、秤量5
Kgの場合tよその1万分の1に過ぎず、たとえそのl
O%力111定荷重以外の何らかの原因により変化して
も、発生する測定誤差は秤量のlO万分の1とl/Xう
4軛く(較昂(こ過ぎないことが判る。ロードセル23
の変4<1δ力く207z、mと稍々大きい場合でも、
零点のアーム26.27の傾斜をO、l turIl/
50mm以内に組み伺ければ、軸方向分力の合計値は
0.68gでありほぼ同様の結果となる。
に述の説明により明らかなように第2図に示す荷重検出
機構において、当初は最大の問題点と予想されたアーム
26.27の伸長に伴う軸方向分力の作用は、ロードセ
ル23の変位が比較的小さい場合には、 All定誤差
の観点からは殆ど無視し得ることが判るであろう。
機構において、当初は最大の問題点と予想されたアーム
26.27の伸長に伴う軸方向分力の作用は、ロードセ
ル23の変位が比較的小さい場合には、 All定誤差
の観点からは殆ど無視し得ることが判るであろう。
また、この荷重検出機構における皿受棒21と輔22は
、中心からほぼ等角度の配列され軸対称な十字状の4叉
状アーム26.27をイ1する軸支持板28.29で支
持されているため、ti!z22と直角方向つまり水平
方向に可動部に加えられる好ましくない外力に対する抵
抗力が極めて強く、しかもX軸方向、Y軸方向及び両者
の中間の如何なる水平方向の外力に対しても殆ど差がな
いことば構造上極めて容易に理解することができる。
、中心からほぼ等角度の配列され軸対称な十字状の4叉
状アーム26.27をイ1する軸支持板28.29で支
持されているため、ti!z22と直角方向つまり水平
方向に可動部に加えられる好ましくない外力に対する抵
抗力が極めて強く、しかもX軸方向、Y軸方向及び両者
の中間の如何なる水平方向の外力に対しても殆ど差がな
いことば構造上極めて容易に理解することができる。
次に、第2図の荷重検出機構によれば偏荷重に際して発
生する四隅誤差が極めて小さいという理由について第5
図を用いて説明する。工作誤差や組立誤差などによりア
ーム26.27が共に水平ではなく、かつ相互に平行で
はない極めて条件の悪い場合について考える。荷重Wが
皿受杯21上の計量皿32の端部、jillち中心より
離れた位置に加えられた場合、各アーム26.27には
軸22を介して張力F1、F2′、圧縮力Fl’、F2
が加わり、軸22にはその反力として各アーム26.2
7から矢示とは反対方向の力が加わる。しかしながら、
力F1、Fl’、F2、F2’の大きさが相等しく、F
lとFl’の軸方向分力の合計が0、F2とF2’の軸
方向分力の合計も0となるから、ロードセル23には全
く影響を与えず、結局は偏荷重に基づく四隅誤差が発生
しないという原理上、また実際上にも脱しく優れた長所
を備えている。もし、検出機構か若干傾斜して設置され
た場合でも、軸方向分力の合計は同様にOとなり四隅誤
差が発生することはなり。
生する四隅誤差が極めて小さいという理由について第5
図を用いて説明する。工作誤差や組立誤差などによりア
ーム26.27が共に水平ではなく、かつ相互に平行で
はない極めて条件の悪い場合について考える。荷重Wが
皿受杯21上の計量皿32の端部、jillち中心より
離れた位置に加えられた場合、各アーム26.27には
軸22を介して張力F1、F2′、圧縮力Fl’、F2
が加わり、軸22にはその反力として各アーム26.2
7から矢示とは反対方向の力が加わる。しかしながら、
力F1、Fl’、F2、F2’の大きさが相等しく、F
lとFl’の軸方向分力の合計が0、F2とF2’の軸
方向分力の合計も0となるから、ロードセル23には全
く影響を与えず、結局は偏荷重に基づく四隅誤差が発生
しないという原理上、また実際上にも脱しく優れた長所
を備えている。もし、検出機構か若干傾斜して設置され
た場合でも、軸方向分力の合計は同様にOとなり四隅誤
差が発生することはなり。
四隅誤差がOとなるこの検出機構の基本条件は、各アー
ム26.27が軸対称番こ配置11されてI/Xるとい
うことであって、第1図の従来機構のように上下に対応
するアーム8.9の平行を必要とするものでは決してな
い。そして、アーム26.27が軸対称となる条件は、
主として(呆士寺円筒体の24.25の」二面の平行電
番こイ衣存する力く、)々イブを旋盤などによりI)J
断じて製作する通富°の容易な加工法により円筒軸直角
方向の平面−ヒ番こ高度の平行度が得られるから、特別
の工作や繁雑で微細な組立調整を要することなく、実際
番こ四隅誤差力(殆ど生ずることのない検出機構力1め
て容易側と4等られる。ただし、保持円筒体24.25
の代り番こ高さの等しい数本の柱を用1/)ても、この
荷重検141機構の基本的な長所を損うものでtまなl
、%。
ム26.27が軸対称番こ配置11されてI/Xるとい
うことであって、第1図の従来機構のように上下に対応
するアーム8.9の平行を必要とするものでは決してな
い。そして、アーム26.27が軸対称となる条件は、
主として(呆士寺円筒体の24.25の」二面の平行電
番こイ衣存する力く、)々イブを旋盤などによりI)J
断じて製作する通富°の容易な加工法により円筒軸直角
方向の平面−ヒ番こ高度の平行度が得られるから、特別
の工作や繁雑で微細な組立調整を要することなく、実際
番こ四隅誤差力(殆ど生ずることのない検出機構力1め
て容易側と4等られる。ただし、保持円筒体24.25
の代り番こ高さの等しい数本の柱を用1/)ても、この
荷重検141機構の基本的な長所を損うものでtまなl
、%。
第2図の荷重検出機構は従来技術の問題点を解決し、上
述のような長所を有するものである力く、荷重に応じて
軸22が軸方向に変位する際Gこ長さNの67−ム26
.27 Iコバ伸び力< ’A: flill サレ、
この伸びに伴うアーム張力のX軸方向又tまY tAI
+方向の分力の存在により、たとえ僅力)とc±1.)
え411定荷重の一部がロードセル23に伝達されない
問題点がある。
述のような長所を有するものである力く、荷重に応じて
軸22が軸方向に変位する際Gこ長さNの67−ム26
.27 Iコバ伸び力< ’A: flill サレ、
この伸びに伴うアーム張力のX軸方向又tまY tAI
+方向の分力の存在により、たとえ僅力)とc±1.)
え411定荷重の一部がロードセル23に伝達されない
問題点がある。
本発明の目的は、上述の欠点を解消し、極めて高精度な
荷重検出を実現し得る荷重検出機構を提供することにあ
り、その要旨は、荷重を受ける軸と、該軸を支える中心
部から軸対称に等間隔に設けた少なくとも3本の薄板状
のアームを有し前記軸の上下部を支持する2個の軸支持
板と、これらの軸支持板のアーム外端部を保持する保持
部材とから成り、軸支持板の各アームはその長手方向の
中心線が前記軸を通らない渦巻状に配置され、各アーム
の両端付近にはアームの長手方向にほぼ直角で相互に平
行した屈曲容易なフレクシャを設けたことを特徴とする
ものである。
荷重検出を実現し得る荷重検出機構を提供することにあ
り、その要旨は、荷重を受ける軸と、該軸を支える中心
部から軸対称に等間隔に設けた少なくとも3本の薄板状
のアームを有し前記軸の上下部を支持する2個の軸支持
板と、これらの軸支持板のアーム外端部を保持する保持
部材とから成り、軸支持板の各アームはその長手方向の
中心線が前記軸を通らない渦巻状に配置され、各アーム
の両端付近にはアームの長手方向にほぼ直角で相互に平
行した屈曲容易なフレクシャを設けたことを特徴とする
ものである。
本発明を第6図以下に図示の実施例に基づいて詳細に説
明する。これらの図面において第2図と同一の符号は同
一の部材を示すものとする。
明する。これらの図面において第2図と同一の符号は同
一の部材を示すものとする。
第6図は検出機構の実施例を示す、平面図であり、Fし
板金属板から成る2枚の軸支持板40は中心部41の廻
りに軸対称渦巻状でかつ等間隔に配列されたアーム42
a〜42dにより構成され、中心部41は軸22を支持
し、アーム42の外端部は保持円筒体24.25に固定
されている。即ち、アーム42の長手方向の中心線は軸
22を通らす軸22と中心部41の近傍を接線状に通過
するようになっている。実際には、このような2枚の軸
支持板40により輔22の」一部と下部を支持している
ことは、第2図の検出機構の場合と同様であり、軸支持
板40を除くその他の機構は第2図の場合と同しである
。各アーム42の両端部付近には、フレクシャ30.3
1がアーム42の長手方向にほぼ直角にかつ互いに平行
して設けられ、中心部41側のフレクシャ30の形成方
向は軸22の軸心を通る方向に定められている。各アー
ム42の中心部41近くは極めて狭い幅Wに形成され、
ここに設けられたフレクシャ30は水平垂直両方向の曲
げ抗力が少なくされている。
板金属板から成る2枚の軸支持板40は中心部41の廻
りに軸対称渦巻状でかつ等間隔に配列されたアーム42
a〜42dにより構成され、中心部41は軸22を支持
し、アーム42の外端部は保持円筒体24.25に固定
されている。即ち、アーム42の長手方向の中心線は軸
22を通らす軸22と中心部41の近傍を接線状に通過
するようになっている。実際には、このような2枚の軸
支持板40により輔22の」一部と下部を支持している
ことは、第2図の検出機構の場合と同様であり、軸支持
板40を除くその他の機構は第2図の場合と同しである
。各アーム42の両端部付近には、フレクシャ30.3
1がアーム42の長手方向にほぼ直角にかつ互いに平行
して設けられ、中心部41側のフレクシャ30の形成方
向は軸22の軸心を通る方向に定められている。各アー
ム42の中心部41近くは極めて狭い幅Wに形成され、
ここに設けられたフレクシャ30は水平垂直両方向の曲
げ抗力が少なくされている。
第6図において、軸22が測定荷重により紙面−に直角
方向のZ軸方向に変位すると、各アーム42のフレクシ
ャ30.31は比較的容易に屈曲し、各アーム42は水
平から若干傾斜する。その際に、水平面に投影されたア
ーム42の長さか短くなるために、中心部41はZ軸方
向に変位すると同時に矢示時計方向に僅かに回転する。
方向のZ軸方向に変位すると、各アーム42のフレクシ
ャ30.31は比較的容易に屈曲し、各アーム42は水
平から若干傾斜する。その際に、水平面に投影されたア
ーム42の長さか短くなるために、中心部41はZ軸方
向に変位すると同時に矢示時計方向に僅かに回転する。
簡単のため、中心部41側のアーム42に設けたフレク
シャ30の幅Wが非常に狭い場合を考えると、Z軸方向
の変位に伴ない中心部41が微小角度回転することに対
する抵抗力は殆ど存在しないから、フレクシャ30の曲
げ抗力を無視した場合に、荷重時の検出機構自体の変位
に要する力はOとなり、与えられたI11定荷型O全て
がロードセル23に加えられるという理想的な特性が得
られる。このように理想的な仮定条件が満されていない
実際の場合、換言すればフレクシャ30には曲げ抗力が
存在し、フレクシャ30の幅WがOでない場合であって
も、第6図に示す実施例においては、荷重時の軸方向変
位に伴なう検出機構の抗力は極めて小さく、ロードセル
23自体の抗力に比して無視できる範囲に1にまるごと
は明らかである。
シャ30の幅Wが非常に狭い場合を考えると、Z軸方向
の変位に伴ない中心部41が微小角度回転することに対
する抵抗力は殆ど存在しないから、フレクシャ30の曲
げ抗力を無視した場合に、荷重時の検出機構自体の変位
に要する力はOとなり、与えられたI11定荷型O全て
がロードセル23に加えられるという理想的な特性が得
られる。このように理想的な仮定条件が満されていない
実際の場合、換言すればフレクシャ30には曲げ抗力が
存在し、フレクシャ30の幅WがOでない場合であって
も、第6図に示す実施例においては、荷重時の軸方向変
位に伴なう検出機構の抗力は極めて小さく、ロードセル
23自体の抗力に比して無視できる範囲に1にまるごと
は明らかである。
この場合、水平面に投影されたアーム42の長さの変化
量は、(1)式で求めた伸びXと等価であるから、第1
表で最大の場合でも0.5pmであり、アーム42の中
心部41側のフレクシャ30の中心が軸心から1011
1mの位置に設けられている場合を例にとると、軸支持
板40の中心部41と軸22の回転角は0 、5 pm
/ l OII+m= 1/20000に過ぎず、測定
上全イ支障を生じないことが判る。
量は、(1)式で求めた伸びXと等価であるから、第1
表で最大の場合でも0.5pmであり、アーム42の中
心部41側のフレクシャ30の中心が軸心から1011
1mの位置に設けられている場合を例にとると、軸支持
板40の中心部41と軸22の回転角は0 、5 pm
/ l OII+m= 1/20000に過ぎず、測定
上全イ支障を生じないことが判る。
この軸対称渦巻状軸支持板40を用いた荷重検出機構に
ついて、軸22への直角方向の力や偏荷重に対する抗力
は、第2図以降の説明と定性的番こは同一の原理と作用
効果を有する。また、軸22が水平方向に変位しようと
する際の何れかのアーム42に作用する水平面内の曲げ
抗力は、相互番こ軸対称なアーム、例えば42aと42
cが中、CJgR41を介してほぼ一体となって作用す
るため、第2図で示したものよりもむしろ強く、軸22
の水平方向変位も小さくなり得る。更に優れた利点−は
、軸支持板40と保持円筒体24.25の熱膨張係数が
等しくない実際の場合に、温度変化番こよリアーム42
が相対的に伸縮しても、軸22と軸支持板40の中心部
41が必要な微小角度無理なく回転して逃げられるので
、アーム42iこ6士引張りや圧縮応力が発生せず、温
度変化(こ拘らず極めて安定な測定が可能なことである
。
ついて、軸22への直角方向の力や偏荷重に対する抗力
は、第2図以降の説明と定性的番こは同一の原理と作用
効果を有する。また、軸22が水平方向に変位しようと
する際の何れかのアーム42に作用する水平面内の曲げ
抗力は、相互番こ軸対称なアーム、例えば42aと42
cが中、CJgR41を介してほぼ一体となって作用す
るため、第2図で示したものよりもむしろ強く、軸22
の水平方向変位も小さくなり得る。更に優れた利点−は
、軸支持板40と保持円筒体24.25の熱膨張係数が
等しくない実際の場合に、温度変化番こよリアーム42
が相対的に伸縮しても、軸22と軸支持板40の中心部
41が必要な微小角度無理なく回転して逃げられるので
、アーム42iこ6士引張りや圧縮応力が発生せず、温
度変化(こ拘らず極めて安定な測定が可能なことである
。
このように第6図の構造によれば、軸直角方向の力や偏
荷重に対して極めて強いという本発明の基本的な長所を
維持しつつ、比較的大きな軸方向変位を許容するもので
あり、第1表の数値範囲番こ止まらず、ロードセル23
の変位δが例えば1mmというように更に大きくかつ水
平状態からの零点の変位dの許容範囲も更に広げ得るか
ら、応用範囲と実用範囲は著しく拡大される。
荷重に対して極めて強いという本発明の基本的な長所を
維持しつつ、比較的大きな軸方向変位を許容するもので
あり、第1表の数値範囲番こ止まらず、ロードセル23
の変位δが例えば1mmというように更に大きくかつ水
平状態からの零点の変位dの許容範囲も更に広げ得るか
ら、応用範囲と実用範囲は著しく拡大される。
また、第5図に示すように偏荷重Wが加えられた場合に
は、軸22が若干傾斜することになる。
は、軸22が若干傾斜することになる。
この傾斜を小さくするためには、アーム26.27の半
径方向の剛性を高めて偏荷重Wに基づく伸縮量を小さく
することが一つの方法であるが、他の効果的な対策はア
ーム42の幅を広くして水平方向の曲げ剛性を強めるこ
とである。この観点から実施例のように曲げモーメント
が強く作用するアーム42の外☆11シ部の幅を広くし
材料力学的な合理性を求めることが好ましい。この場合
、例えばX軸方向の偏荷重により皿受棒21がX軸方向
に偏位しようとすると、アーム42c、42aとがそれ
ぞれ圧縮及び引張抗力によく抵抗すると同時に、アーム
42b、42dも水平面内の曲げ抗力により抵抗し、皿
受杯21の水平方向の偏位な小さくするように作用する
ことになる。
径方向の剛性を高めて偏荷重Wに基づく伸縮量を小さく
することが一つの方法であるが、他の効果的な対策はア
ーム42の幅を広くして水平方向の曲げ剛性を強めるこ
とである。この観点から実施例のように曲げモーメント
が強く作用するアーム42の外☆11シ部の幅を広くし
材料力学的な合理性を求めることが好ましい。この場合
、例えばX軸方向の偏荷重により皿受棒21がX軸方向
に偏位しようとすると、アーム42c、42aとがそれ
ぞれ圧縮及び引張抗力によく抵抗すると同時に、アーム
42b、42dも水平面内の曲げ抗力により抵抗し、皿
受杯21の水平方向の偏位な小さくするように作用する
ことになる。
軸支持板40は打抜きなどにより1枚ものとして製作す
る場合を想定してこれまで説明してきたが、本実施例の
荷量検出機構においては必ずしもそれに限定されること
なく、2枚の打抜板を直交させて形成することができる
。これらの板は中央部で重ね合せて軸22を支持するた
め、同一水平面で組付けることは特別の細工を施さない
限り不可能であるが、第5図で既に説明した通り各アー
ム42が軸対称に配列されるという基本的条件を満足す
る限り、全てのアーム42が同一水平面でなくても何ら
測定上の支障はなく偏荷重による四なお、第6図は軸支
持板40のアーム数が4木の場合を図示しているが、こ
れを第7図の示すように軽荷重で偏荷重がさ程大きくな
い場合には、アームの数を3本として荷重検出機構を構
成することもできる。即ち、第7図は3叉状アーム43
a、43b、43cが中心部41に向は渦巻状に配列さ
れており、薄板金属根を打抜いて形成されている。フレ
クシャ30.31はアーム43の両側に切込部44にを
設けるか、更にはこれらの切込部44間に打抜部45を
形成することにより十分な屈曲性を有するようになって
いる。反対に、大荷重や偏荷重が大きい用途に対しては
5叉以上のアームによる軸支持板を用いて荷重検出機構
を構成することもできる。
る場合を想定してこれまで説明してきたが、本実施例の
荷量検出機構においては必ずしもそれに限定されること
なく、2枚の打抜板を直交させて形成することができる
。これらの板は中央部で重ね合せて軸22を支持するた
め、同一水平面で組付けることは特別の細工を施さない
限り不可能であるが、第5図で既に説明した通り各アー
ム42が軸対称に配列されるという基本的条件を満足す
る限り、全てのアーム42が同一水平面でなくても何ら
測定上の支障はなく偏荷重による四なお、第6図は軸支
持板40のアーム数が4木の場合を図示しているが、こ
れを第7図の示すように軽荷重で偏荷重がさ程大きくな
い場合には、アームの数を3本として荷重検出機構を構
成することもできる。即ち、第7図は3叉状アーム43
a、43b、43cが中心部41に向は渦巻状に配列さ
れており、薄板金属根を打抜いて形成されている。フレ
クシャ30.31はアーム43の両側に切込部44にを
設けるか、更にはこれらの切込部44間に打抜部45を
形成することにより十分な屈曲性を有するようになって
いる。反対に、大荷重や偏荷重が大きい用途に対しては
5叉以上のアームによる軸支持板を用いて荷重検出機構
を構成することもできる。
また説明を簡明とするため、実施例ではロードセル23
としては圧縮形を使用する場合を例にとって説明してき
たが、力の伝達機構を変えて引張形ロードセル23を使
用できるのは勿論である。
としては圧縮形を使用する場合を例にとって説明してき
たが、力の伝達機構を変えて引張形ロードセル23を使
用できるのは勿論である。
以上説明したよう番と本発明しこイ系るrJ重検出機木
囁は、アームを軸対称しこ渦@4大番こ配置すると1/
′1う簡単な構成により、測定荷重番と対して垂直プi
向の望ましくない外力に対する抗ブノカく極めて6徂く
、−、+−mt秤に使用した場合番こ四隅誤差力く殆ど
発生せず、高精度の荷重測定を可能とすると1/)うオ
柩めて大きな利点がある。
囁は、アームを軸対称しこ渦@4大番こ配置すると1/
′1う簡単な構成により、測定荷重番と対して垂直プi
向の望ましくない外力に対する抗ブノカく極めて6徂く
、−、+−mt秤に使用した場合番こ四隅誤差力く殆ど
発生せず、高精度の荷重測定を可能とすると1/)うオ
柩めて大きな利点がある。
第1図は従来の荷重検出機構の構成図、$2図は他の検
出機構の構造図、第3図1よ基本動作の動作原理図、第
4図は荷重時のアームの季Iびの説明図、第5図は偏荷
重が加わったときの動1乍ル見明図、第6図、第7図は
本発明(こイ系る6?f重検111機4苗の実施例の構
造図である。 符号21は皿受棒、22 +thdl+、2]よロード
セル、24.25は保持円筒体、26.27.42.4
3はアーム、28.29.40tよ@11支士寺板、3
0.31はフレクシャ、441ま切込台b、45は打抜
部である。 第1図 第3図 第4図 第5図 手糸売ネ市正書 (自発) 昭和57年12月17日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和57年特許願第205284号 2、発明の名称 荷重検出機構 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都文京区湯島三丁目9番11号名称 新光電
子株式会社 代表者 西 口 譲 4、代理人 〒121東京都足立区梅島二丁目17番3号梅島ハイタ
ウンC−104 18和 年 月 日発送 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 7、補正の内容 (1)明細書第9頁第10行目の「T」を「To」と補
正する。 (2)同第13頁第19行目の「X軸方向又はY軸方向
」を「X軸方向」と補正する。
出機構の構造図、第3図1よ基本動作の動作原理図、第
4図は荷重時のアームの季Iびの説明図、第5図は偏荷
重が加わったときの動1乍ル見明図、第6図、第7図は
本発明(こイ系る6?f重検111機4苗の実施例の構
造図である。 符号21は皿受棒、22 +thdl+、2]よロード
セル、24.25は保持円筒体、26.27.42.4
3はアーム、28.29.40tよ@11支士寺板、3
0.31はフレクシャ、441ま切込台b、45は打抜
部である。 第1図 第3図 第4図 第5図 手糸売ネ市正書 (自発) 昭和57年12月17日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和57年特許願第205284号 2、発明の名称 荷重検出機構 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都文京区湯島三丁目9番11号名称 新光電
子株式会社 代表者 西 口 譲 4、代理人 〒121東京都足立区梅島二丁目17番3号梅島ハイタ
ウンC−104 18和 年 月 日発送 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 7、補正の内容 (1)明細書第9頁第10行目の「T」を「To」と補
正する。 (2)同第13頁第19行目の「X軸方向又はY軸方向
」を「X軸方向」と補正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 荷重を受ける軸と、該軸を支える中心部から軸対
称に等間隔に設けた少なくとも3本の薄板状のアームを
有し前記軸の上下部を支持する2個の軸支持板と、これ
らの軸支持板のアーム外端部を保持する保持部材とから
成り、軸支持板の各アームはその長手方向の中心線が前
記軸を通らない渦巻状に配置され、各アームの両端付近
にはアームの長手方向にほぼ直角で相互に平行した屈曲
容易なフレクシャを設けたことを特徴とする荷重検出機
構。 2、 前記アームは中心部近くの幅を狭くして、この部
分に設けたフレクシャの水平垂直両方向の曲げ抗力を小
さくした特許請求の範囲第1項に記載の荷重検出機構。 3、前記アームは外端部に向うにつれ幅を広くした特許
請求の範囲第1項に記載の荷重測定機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20528482A JPS5994016A (ja) | 1982-11-22 | 1982-11-22 | 荷重検出機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20528482A JPS5994016A (ja) | 1982-11-22 | 1982-11-22 | 荷重検出機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5994016A true JPS5994016A (ja) | 1984-05-30 |
Family
ID=16504422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20528482A Pending JPS5994016A (ja) | 1982-11-22 | 1982-11-22 | 荷重検出機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5994016A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9404823B1 (en) | 2013-10-05 | 2016-08-02 | Bertec Limited | Load transducer and force measurement assembly using the same |
| GB2538631A (en) * | 2015-05-18 | 2016-11-23 | Bertec Ltd | Load transducer and force measurement assembly using the same |
| US9778119B2 (en) | 2013-10-05 | 2017-10-03 | Bertec Limited | Load transducer and force measurement assembly using the same |
| US10126186B2 (en) | 2013-10-05 | 2018-11-13 | Bertec Limited | Load transducer system configured to correct for measurement errors in the output forces and/or moments of the system |
| US10527508B2 (en) | 2013-10-05 | 2020-01-07 | Bertec Limited | Force measurement system and a method of calibrating the same |
| US10765936B2 (en) | 2013-10-05 | 2020-09-08 | Bertec Limited | Force measurement system |
| US11054325B2 (en) | 2013-10-05 | 2021-07-06 | Bertec Limited | Force measurement system |
| US11262258B2 (en) | 2013-10-05 | 2022-03-01 | Bertec Limited | Force measurement system |
| US11604106B2 (en) | 2013-10-05 | 2023-03-14 | Bertec Limited | Force measurement assembly |
| US11850078B1 (en) | 2020-01-04 | 2023-12-26 | Bertec Corporation | Force measurement system |
| US12158382B1 (en) | 2020-01-04 | 2024-12-03 | Bertec Corporation | Force measurement system |
-
1982
- 1982-11-22 JP JP20528482A patent/JPS5994016A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9404823B1 (en) | 2013-10-05 | 2016-08-02 | Bertec Limited | Load transducer and force measurement assembly using the same |
| US9778119B2 (en) | 2013-10-05 | 2017-10-03 | Bertec Limited | Load transducer and force measurement assembly using the same |
| US10126186B2 (en) | 2013-10-05 | 2018-11-13 | Bertec Limited | Load transducer system configured to correct for measurement errors in the output forces and/or moments of the system |
| US10527508B2 (en) | 2013-10-05 | 2020-01-07 | Bertec Limited | Force measurement system and a method of calibrating the same |
| US10765936B2 (en) | 2013-10-05 | 2020-09-08 | Bertec Limited | Force measurement system |
| US11054325B2 (en) | 2013-10-05 | 2021-07-06 | Bertec Limited | Force measurement system |
| US11262258B2 (en) | 2013-10-05 | 2022-03-01 | Bertec Limited | Force measurement system |
| US11604106B2 (en) | 2013-10-05 | 2023-03-14 | Bertec Limited | Force measurement assembly |
| GB2538631A (en) * | 2015-05-18 | 2016-11-23 | Bertec Ltd | Load transducer and force measurement assembly using the same |
| GB2538631B (en) * | 2015-05-18 | 2018-02-21 | Bertec Ltd | Load transducer and force measurement assembly using the same |
| US11850078B1 (en) | 2020-01-04 | 2023-12-26 | Bertec Corporation | Force measurement system |
| US12158382B1 (en) | 2020-01-04 | 2024-12-03 | Bertec Corporation | Force measurement system |
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