JPS6212843B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は荷重の大きさを電気信号に変換する
曲げビームタイプのロードセルを用いた重量測定
装置に関するもので、衝撃荷重のような過大負荷
からロードセルを保護し、過大負荷によるロード
セルの出力変化を小さくし、又、外部振動や負荷
による振動或いは偏荷重によるロードセルの出力
変化を小さくした重量測定装置を提供せんとする
ものである。

二本又は三本の可撓性ビームとひずみゲージと
を用いて荷重や力の大きさを検出する曲げビーム
タイプのロードセルは、重量測定装置として最近
急速に普及しつつある。曲げビームタイプのロー
ドセルは、精度及び負荷容量の両面から見て、特
に低荷重用の重量測定に有利であるが、負荷容量
の低容量化に伴つてロードセルに負荷される初荷
重が増加し、衝撃荷重のような過大負荷や外部振
動のような振動及び偏荷重等によるロードセルの
出力変化が問題となつてきた。

この発明の目的は、過大負荷からロードセルを
保護して、過大負荷によるロードセルの出力変化
を小さくした重量測定装置を提供することであ
る。

この発明の他の目的は、過大負荷からロードセ
ルを保護して、過大負荷によるロードセルの出力
変化を小さくすると共に、負荷による振動や外部
振動を速やかに減衰させてロードセルの出力変化
を小さくした重量測定装置を提供することであ
る。

更にこの発明の他の目的は、過大負荷からロー
ドセルを保護して、過大負荷によるロードセルの
出力変化を小さくすると共に、偏荷重によるロー
ドセルの出力変化を小さくした重量測定装置を提
供することである。

以下、この発明の１実施例を図面に基づいて説
明すると次のとおりである。

ロードセル１は略矩形の互いに離間したベース
２と荷重受け部３と、これらの上端及び下端を
各々相互に連結する水平に延長した長さの等しい
平行な上ビーム４と下ビーム５と、上ビーム４の
下面と下ビーム５の上面とにベース２及び荷重受
け部３に各々隣接して設けた円弧状の凹溝、つま
り、たわみ部６，６及び７，７とを備なえ、更
に、上ビーム４の上面及び下ビーム５の下面に上
記たわみ部６，６及び７，７に対向して、各ビー
ム４，５に生じた応力を感知し、荷重に相当した
電気信号を出力する荷重応答手段、例えばひずみ
ゲージ８，８′及び９，９′を備なえている。上記
各たわみ部６，６及び７，７の底を結ぶ線は平行
四辺形を形成している。

ロードセル１の荷重受け部３の外端面には逆Ｌ
字状の皿受け部材１０が固着してあり、この部材
１０の上面には載皿１１が固着してある。皿受け
部材１０の下部は第１図に示すように荷重受け部
３の下面より下方に突出させてストツパー部１
０′とし、又、横幅l₁は荷重受け部３の厚みより
若干大きい目とし、更に、荷重受け部３より上方
の部分は横幅l₂を小さくしてある。

一方、ロードセル１のベース２の外端面と上面
及び下面にはコ字状の接続部材１２が固着してあ
り、この部材１２の上部水平部１２′の上面及び
下部水平部１２″の下面には長さと厚みが各々等
しく、幅がロードセル１の厚みと略同じである板
バネ１３，１４の一端が各々固着してある。この
板バネ１３，１４の他端はフレーム１５に立設固
着した支持部材、例えば図示のような支持枠１６
に各々固着してある。

支持枠１６は第３図に示すように対向した一対
の垂直壁を有したいわゆる底のない箱形とし、そ
の上面は一部を矩形状に切欠いた開口部１６′を
有し、この開口部１６′を除いた上面に上記板バ
ネ１３の他端を固着すると共に支持枠１６の下部
１６″内面に他の板バネ１４の他端を固着し、枠
内の空間にロードセル１の荷重受け部３を遊挿し
てある。そして、皿受け部材１０は支持枠１６上
面の開口部１６′から枠の上方へ突出させてあ
り、ロードセル１を支持枠１６に固着した二枚の
板バネ１３，１４で支持してある。二枚の板バネ
１３，１４はロードセル１の上ビーム４及び下ビ
ーム５に接触することなく、互いに平行となるよ
うに設けてあり、そして、板バネ１３，１４でロ
バーバル機構を構成してある。

また、載皿１１の荷重点ａと支持枠１６に固着
した板バネ１３，１４の支持点ｂ，b′とを同一又
はほぼ同一の鉛直線上に位置するように設定して
ある。こうすることにより、載皿１１に偏荷重が
負荷された場合、この偏荷重による支持点ｂ，
b′に対するモーメントをほぼ零にすることがで
き、従つて、ロードセル１に対する偏荷重による
モーメントの影響をほぼ零にすることができる。

板バネ１３，１４は例えばステンレス鋼で１枚
物に製作しても良いが、単一材料の板バネでは材
料自身の有する内部摩擦から振動に対する減衰特
性が決定されてしまい、共振特性をなくすること
が難しい場合がある。従つて、板バネの共振特性
をなくし、負荷後の振動及び外部振動等を速やか
に減衰させるには、第４図に示すように複合板バ
ネを使えば良い。つまり、中間層に内部摩擦の大
きい材料、例えば高分子フイルム１７を介在さ
せ、その両外側に各々例えばステンレス鋼製の板
バネ１８，１８を密着した三層構造の複合板バネ
にすれば、中間の高分子層の影響が小さい故、複
合板バネのバネ定数はほぼステンレス鋼の板バネ
１８，１８のそれと同じとなり、振動に対する減
衰特性は高分子フイルム１７の内部摩擦、高分子
フイルム１７とステンレス鋼板バネ１８，１８と
の界面摩擦により飛躍的に増大され、この減衰特
性の増大は板バネの共振特性を低下させる。

このように材料単体では内部摩擦が大きくてバ
ネ材として使用できないものでも、ステンレス鋼
のような板バネ材と一体化させることにより複合
板バネとして使用可能となり、複合化過程で板バ
ネ材を界面処理することにより界面摩擦を一段と
増大させ、つまり、複合板バネの内部摩擦を増大
させ、複合板バネの共振特性をより低下させるこ
とができる。尚、複合板バネは三層構造に限定さ
れるものではなく、非板バネ材を二層、板バネ材
を三層とした五層構造でも良い。

次にこの発明に係る重量測定装置の作用につい
て説明する。載皿１１に荷重ｆを加えると、板バ
ネ１３，１４で支持されたロードセル１のベース
２が水平状態を維持したまま下方に変位し、荷重
受け部３も同様に下方に変位し、荷重受け部３の
変位量はベース２のそれよりも大きく、そして、
上ビーム４、下ビーム５及び板バネ１３，１４が
共に二重カーブしたＳ字状に曲げられる。この状
態に於いて、上ビーム４の上面でのひずみはその
中央点からベース２側の領域で引張ひずみを生
じ、荷重受け部３側の領域で圧縮ひずみを生じ、
又、下ビーム５の下面では上ビーム４とは逆に、
その中央点からベース２側の領域で圧縮ひずみを
生じ、荷重受け部３側の領域で引張ひずみを生じ
る。そして、各ひずみをひずみゲージ８，８′，
９，９′で検出し、荷重ｆを電気信号に変換して
出力し、荷重の大きさが表示部（図示せず）でデ
ジタル表示される。

ロードセル１はそのベース２を板バネ１３，１
４で支持されているから、衝撃荷重や容量以上の
負荷のような過大負荷が載皿１１に負荷された場
合、その大部分が最初、板バネ１３，１４が変位
することで吸収され、ロードセル１は急激な変位
はしない。そして、次に、皿受け部材１０のスト
ツパー部１０′が支持枠１６の下部１６″内面に当
たり、ロードセル１は過大負荷による損傷や塑性
変形から保護され、出力変化を生じない。また、
載皿１１に対する横方向からの衝撃的な過大負荷
に対しても、皿受け部材１０が支持枠１６の内側
面に当たり、ロードセル１の損傷や塑性変形を防
止し、ロードセル１の出力変化を防ぐ。

重量測定装置の載台から伝わる外部振動に対し
ては、板バネ１３，１４がこの振動を吸収し、ロ
ードセル１に振動が伝わりにくくなり、従つて、
外部振動によるロードセル１の出力変化は少なく
なる。また、負荷した時に発生するロードセル１
の振動も板バネ１３，１４を複合板バネとするこ
とにより、速やかに減衰し、従つて、ロードセル
１の出力変化が少なくなる。

一方、載皿１１に偏荷重が負荷された場合、こ
の荷重により生じた曲げモーメントは上ビーム４
と下ビーム５とに分配され、このモーメントによ
り生じる各ビーム４，５のひずみは引張ひずみ領
域に設けたひずみゲージ８，９′及び圧縮ひずみ
領域に設けたひずみゲージ８′，９によりほぼ相
殺され、又、荷重点ａと板バネ１３，１４の支持
点ｂ，b′とを同一又はほぼ同一鉛直線上に位置さ
せてあるから、偏荷重による支持点ｂ，b′の曲げ
モーメントはほぼ零となり、このモーメントがロ
ードセル１に及ぼす影響もほぼ零となり、偏荷重
によるロードセル１の出力変化はほぼ零となる。

尚、実施例のロードセル１は二本のビーム４，
５を有するものであるが、これに限定されること
はなく、三本又はそれ以上のビームを有するロー
ドセルでも良い。

また、載皿１１は皿受け部材１０を介してロー
ドセル１の一端部、即ち、荷重受け部３に固着し
たが、直接、荷重受け部３の上面に固着しても良
い。

更に、板バネ１３，１４も接続部材１２を介し
てロードセル１の他端部、即ち、ベース２に固着
したが、上部水平部１２′及び下部水平部１２″を
共にベース２に一体形成し、これに板バネ１３，
１４を直接、各々固着しても良い。

また、支持枠１６の形状も図示の構造に限定さ
れることはなく、他の構造でも良い。

更に、又、複合板バネを用いてロードセル１を
支持する場合は、図示のように二枚の板バネ１
３，１４とロードセル１の上ビーム４及び下ビー
ム５とを上下に並列にする必要はなく、直列に、
即ち、ベース２から荷重受け部３側とは反対側の
フレーム１５上に支持部材を設け、該支持部材に
板バネ１３，１４の他端を各々固着する構造にし
ても良く、この発明の技術思想を逸脱しない範囲
で種々の変形、組合わせ等が可能である。

以上、説明したように、この発明によれば、衝
撃荷重や負荷容量以上の負荷のような過大負荷に
対してロードセルを保護し、過大負荷によるロー
ドセルの出力変化を小さくし、又、負荷による振
動や外部振動を速やかに減衰させ、これらの振動
によるロードセルの出力変化を小さくし、更に、
偏荷重によるロードセルの出力変化を小さくした
重量測定装置を各々得ることができ、又、装置自
体が小型化され、板バネを支持する支持部材の強
度の面で有利な重量測定装置を得ることもでき、
特に、低荷重用の重量測定装置として優秀な効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はいづれもこの発明の１実施例であつて、
第１図は正面図、第２図は側面図、第３図は板バ
ネを支持する支持枠の斜視図、第４図は複合板バ
ネの構成説明図である。 １……ロードセル、２……ベース、３……荷重
受け部、４……上ビーム、５……下ビーム、８，
８′，９，９′……ひずみゲージ、１１……載皿、
１３，１４……板バネ、１５……フレーム、１６
……支持部材（支持枠）、ａ……荷重点、ｂ，
b′……板バネの支持点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平行な複数のビームと該ビーム上に設けら
   れ、荷重に相当した電気信号を出力する荷重応答
   手段とを有するロードセルと、該ロードセルの一
   端部に設けた載皿と、一端部を上記ロードセルの
   他端部上面及び下面に各々固着し、他端部をフレ
   ーム上の支持部材に固着し、非板バネ材と板バネ
   材とで構成した平行な複合板バネとからなる重量
   測定装置。 ２ 平行な複数のビームと該ビーム上に設けら
   れ、荷重に相当した電気信号を出力する荷重応答
   手段とを有するロードセルと、該ロードセルの一
   端部に設けた載皿と、上記ビームに接触すること
   なく、一端部を上記ロードセルの他端部上面及び
   下面に各々固着し、他端部を上記ロードセルの一
   端部側のフレーム上に設けた支持部材に固着した
   平行な二枚の板バネとからなる重量測定装置。 ３ ロードセルの、載皿を設けた端部の垂直及び
   水平方向の変位を支持部材で規制したことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の重量測定装
   置。 ４ 板バネが中間層を非板バネ材で、その両外側
   を各々板バネ材で構成した複合板バネであること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記
   載の重量測定装置。 ５ ロードセルの荷重点と支持部材に於ける板バ
   ネの支持点とを同一又はほぼ同一の鉛直線上に位
   置させたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   又は第３項或いは第４項記載の重量測定装置。