JP4028785B2

JP4028785B2 - 荷重検出ユニットおよびこれを利用した電子秤

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Publication number: JP4028785B2
Application number: JP2002320657A
Authority: JP
Inventors: 孝夫蔦谷
Original assignee: Tanita Corp
Current assignee: Tanita Corp
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: JP2004156937A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤフラム型荷重検出センサーおよび荷重検出ユニット並びにこれらを利用した電子秤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のダイヤフラム型荷重検出センサーは、添付図面の図１２に断面図にて略示するように、固定部１と、起歪部２と、加重部３とを備えており、起歪部２には、複数の受感部を有する歪ゲージ４が貼り付けられている。歪ゲージ４には、リード線４Ａが接続されている。このダイヤフラム型荷重検出センサーは、加重部３に荷重が加えられることによって、起歪部２が変形し、これに伴って歪ゲージ４の複数の受感部が変形し、これら受感部の変形（抵抗変化）をリード線４Ａを介して電気的に検出することで加重部３に加えられた荷重の検出を図るものである。
【０００３】
このような従来のダイヤフラム型荷重センサーは、例えば、図１２に示すように、秤のベースのような設置部５に対して、ネジ６を用いてネジ止めして使用される（例えば、特許文献１参照）か、または、図１３の概略断面図に示すように、設置部５に対して固定部１を、参照符号７で示すように溶接している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４６７２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来例の如くネジ止めや溶接による固定は、加重部３に荷重が加えられた際に、起歪部２だけでなく設置部５も変形を起こし、この変形の影響で固定部１と設置部５との境界に微少にずれが発生する等して拘束条件が変わる。これによって、非直線性、繰り返し性、その他の性能に劣化を及ぼす。また、固定部１、起歪部２および加重部３からなるダイヤフラム体と設置部５との材質が異なる場合には、これらの線膨張係数の違いが原因で、温度変化が生じた際に、温度変化が生じた際に、温度変化による起歪部２の変化が規制され、零点の出力変化を生じてしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点を解消しうるような荷重検出センサーおよび荷重検出ユニット並びにこれらを利用した電子秤を提供を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点によれば、設置部に対して取り付けられる固定部と、該固定部に設けられ検出すべき荷重が加えられる加重部を有した起歪部と、該起歪部に配設された受感部とを備えており、前記固定部は、前記設置部に対して柔軟弾性部を介して取り付けられることを特徴とするダイヤフラム型荷重検出センサーが提供される。
【０００８】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記柔軟弾性部は、ゴム材で形成されている。
【０００９】
本発明の別の実施の形態によれば、前記柔軟弾性部は、前記固定部または前記設置部に対し接着材、接着剤、固定ネジ、ガイド、嵌合または一体成形にて固定される。
【００１０】
本発明の別の観点によれば、固定部、該固定部に設けられ検出すべき荷重が加えられる加重部を有した起歪部および該起歪部に配設された受感部を有するダイヤフラム型荷重検出センサーと、該ダイヤフラム型荷重検出センサーをガイドし設置部に取り付けられるケースと、該ケース内に収納され前記ダイヤフラム型荷重検出センサーの前記固定部と前記設置部との間に介在する柔軟弾性部と、前記ダイヤフラム型荷重検出センサーの前記加重部に検出すべき荷重を伝達するための伝達部と、該伝達部を前記ケースに対して支持するための支持部とを備えたことを特徴とする荷重検出ユニットが提供される。
【００１１】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記伝達部は、前記加重部に対して自由度をもって接続されている。
【００１２】
本発明の別の実施の形態によれば、前記支持部は、前記ケースに固定接続される外周片と、前記伝達部に自由接続される内周片と、前記外周片と前記内周片との間を接続する撓み片とを有する板バネである。
【００１３】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記撓み片は、前記内周片の中心を軸として回転方向に形成される複数の梁である。
【００１４】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記伝達部の検出すべき荷重を受ける側には、別の柔軟弾性部が設けられる。
【００１５】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記柔軟弾性部は、ゴム材にて形成されている。
【００１６】
本発明のさらに別の観点によれば、前述したようなダイヤフラム型荷重検出センサーと、ベースと、載せ台と、該載せ台に働く荷重を受けて前記ダイヤフラム型荷重検出センサーの加重部に伝達するてこ部とを備えることを特徴とする電子秤が提供される。
【００１７】
本発明のさらに別の観点によれば、前述したようなダイヤフラム型荷重検出センサーと、ベースと、前記ダイヤフラム型荷重検出センサーの加重部と接合する載せ台とを備えることを特徴とする電子秤が提供される。
【００１８】
本発明のさらに別の観点によれば、前述したような荷重検出ユニットと、該荷重検出ユニットのケース側が取り付けられる載せ台とを備えることを特徴とする電子秤が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面の図１から図１１に基づいて、本発明の実施例について本発明をより詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例としてのダイヤフラム型荷重検出センサーを、秤等のベースである設置部に取り付けた状態で示しており、図１の（ａ）は、その平面図であり、図１の（ｂ）は、その概略断面図である。これら図に示されるように、この実施例のダイヤフラム型荷重検出センサーは、固定部１１と、起歪部１２と、加重部１３とを備えており、起歪部１２には、複数の受感部を有する歪ゲージ１４が貼り付けられている。歪ゲージ１４には、リード線１４Ａが接続されている。
【００２１】
図１の（ｂ）によく示されているように、この実施例のダイヤフラム型荷重検出センサーは、両面接着テープ１５等の接着材を用いて、ゴム材等で形成された柔軟弾性部１６を介して、固定部１１の一面を設置部５に対して固定できるようになっている。
【００２２】
図２は、本発明の別の実施例としてのダイヤフラム型荷重検出センサーを、秤等のベースである設置部に取り付けた状態で示しており、図２の（ａ）は、その平面図であり、図２の（ｂ）は、その概略断面図である。これら図に示されるように、この実施例のダイヤフラム型荷重検出センサーは、固定部１１と、起歪部１２と、加重部１３とを備えており、起歪部１２には、複数の受感部を有する歪ゲージ１４が貼り付けられている。歪ゲージ１４には、リード線１４Ａが接続されている。
【００２３】
図２の（ｂ）によく示されるように、この実施例のダイヤフラム型荷重検出センサーは、ゴム材等で形成された柔軟弾性部１７を介して、固定部１１の一面を設置部５に対して固定できるようになっている。この実施例の柔軟弾性部１７の周辺部の上下面には、環状突部１７Ａおよび１７Ｂが形成されている。一方、固定部１１の一面には、対応する周辺部に環状凹部１１Ａが形成されている。また、設置部５の対応する位置には、環状凹部５Ａを形成しておく。この実施例においては、柔軟弾性部１７の環状突部１７Ａを固定部１１の環状凹部１１Ａに嵌合させ、柔軟弾性部１７の環状突部１７Ｂを設置部５の環状凹部５Ａに嵌合させることにより、ダイヤフラム型荷重検出センサーを設置部５に対して固定できるようにしている。
【００２４】
前述の実施例では、柔軟弾性部を両面接着テープ等の接着材にて固定部と設置部との間に介在固定させたり、柔軟弾性部を嵌合構造にて固定部と設置部との間に介在固定させたりしたのであるが、本発明は、これに限らず、例えば、柔軟弾性部を接着剤にて固定部と設置部との間に介在固定させたり、柔軟弾性部を一体成形により固定部と設置部との間に介在固定させたりすることもできる。
【００２５】
図３は、本発明のさらに別の実施例としてのダイヤフラム型荷重検出センサーを、秤等のベースである設置部に取り付けた状態で示しており、図３の（ａ）は、その平面図であり、図３の（ｂ）は、その概略断面図である。これら図に示されるように、この実施例のダイヤフラム型荷重検出センサーは、固定部１１と、起歪部１２と、加重部１３とを備えており、起歪部１２には、複数の受感部を有する歪ゲージ１４が貼り付けられている。歪ゲージ１４には、リード線１４Ａが接続されている。
【００２６】
図３の（ｂ）によく示されるように、この実施例のダイヤフラム型荷重検出センサーは、ゴム材等で形成された柔軟弾性部１８を介して、固定部１１の一面を設置部５に対して固定できるようになっている。この実施例の柔軟弾性部１８の周辺部の４箇所には、固定ネジ１９を通すための貫通穴１８Ａが形成されている。一方、固定部１１の対応する周辺部の４箇所には、固定ネジ１９を通すための貫通穴１１Ｂが形成されている。また、設置部５の対応する位置には、ネジ穴５Ｂを形成しておく。この実施例においては、固定部１１の各貫通穴１１Ｂ、柔軟弾性部１８の各貫通穴１８Ａを通して固定ネジ１９を対応する設置部５の各ネジ穴５Ｂへねじ込むことにより、ダイヤフラム型荷重検出センサーを設置部５に対して固定できるようにしている。
【００２７】
図４は、本発明のさらに別の実施例としてのダイヤフラム型荷重検出センサーを、秤等のベースである設置部に取り付けた状態で示しており、図４の（ａ）は、その平面図であり、図４の（ｂ）は、その概略断面図である。これら図に示されるように、この実施例のダイヤフラム型荷重検出センサーは、固定部１１と、起歪部１２と、加重部１３とを備えており、起歪部１２には、複数の受感部を有する歪ゲージ１４が貼り付けられている。歪ゲージ１４には、リード線１４Ａが接続されている。
【００２８】
図４の（ｂ）によく示されるように、この実施例のダイヤフラム型荷重検出センサーは、ゴム材等で形成された柔軟弾性部２０を介して、固定部１１の一面を設置部５に対して固定できるようになっている。この実施例では、ダイヤフラム型荷重検出センサーは、両面接着テープ１５等の接着材を用いて、柔軟弾性部１６が固定部１１の一面に接着される。そして、設置部５の対応する位置にガイド５Ｃを形成しておき、このガイド５Ｃ内に柔軟弾性部２０および固定部１１の下端部を収めることにより、ダイヤフラム型荷重検出センサーを設置部５に対して固定できるようにしている。また、ガイド５Ｃと固定部１１の下端部の境界ｓは、ガイド５Ｃと固定部１１とがスライド可能な微細なクリアランスを有する。なお、ガイド５Ｃ内には、少なくとも柔軟弾性部２０の一部が収まればよい。また、柔軟弾性部１６を両面接着テープ等の接着材にて固定部に接着させたが、本発明は、これに限らず、例えば、柔軟弾性部１６を接着剤にて固定部に接着させたり、柔軟弾性部１６を一体成形により固定部に設けることもできる。
【００２９】
前述したような各実施例において、柔軟弾性部は、ダイヤフラム型荷重検出センサーが設置部に設置された際に、ダイヤフラム型荷重検出センサーの全体が設置部から浮くように、所定の一面（実施例では固定部の一面）の少なくとも一部に設けられればよい。
【００３０】
なお、加重部は、実施例では、起歪部への影響が少ない突起部としているのであるが、この起歪部は、凹部であってもよい。
【００３１】
前述したような構成によると、荷重部に荷重が加わって設置部が変形を起こしても、この設置部の変形による固定部と設置部との境界の変動が、柔軟弾性部に吸収されて拘束条件を変えないため、ダイヤフラム型荷重検出センサーに作用する荷重成分だけを検出することができる。
【００３２】
図５は、本発明の一実施例としての荷重検出ユニットを、秤の載せ台等である設置部に取り付けた状態で示しており、図５の（ａ）は、その概略断面図であり、図５の（ｂ）は、それを下方から見た図である。これら図に示されるように、この荷重検出ユニットは、図１から図４を参照して前述したような本発明によるダイヤフラム型荷重検出センサーを組み込んだものである。この実施例において組み込まれているダイヤフラム型荷重センサーは、図５の（ａ）の概略断面図によく示されるように、固定部１１と、起歪部１２と、加重部１３とを備えており、起歪部１２には、複数の受感部を有する歪ゲージ１４が貼り付けられている。歪ゲージ１４には、リード線１４Ａが接続されている。そして、リード線１４Ａは、設置部５に形成された溝部５Ｄを通して引き出されて、適当な荷重検出回路（図示していない）に接続されうるようになっている。
【００３３】
この実施例の荷重検出ユニットは、更に、第１柔軟弾性部１６と、ホルダー２１およびセンサカバー２２からなるケースと、脚２９、伝達体２４、第２柔軟弾性部２５およびネジ２６からなる伝達部と、支持部２３とを備えている。第１柔軟弾性部１６および第２柔軟弾性部２５は、例えば、ゴム材にて形成されており、支持部２３は、例えば、後述するような板バネで構成されている。
【００３４】
ホルダー２１とダイヤフラム型荷重検出センサーとは、第１柔軟弾性部１６を介在し、ホルダー２１に形成した爪部２１Ａで固定部１１を係止することにより、組み合わされている。この第１柔軟弾性部１６は、ダイヤフラム型荷重検出センサーの全体がホルダー２１の平面部ｈから浮くように、ホルダー２１の平面部ｈと固定部１１の一面ｋの間の少なくとも一部に設けられる。また、ホルダー２１と固定部１１の境界ａは、ホルダー２１と固定部１１とがスライド可能な微細なクリアランスを有する。
【００３５】
センサカバー２２と支持部２３の外周部とは、参照符号２７で示すように、固定接続される。一方、伝達体２４と支持部２３の内周部とは、参照符号２８で示すように、固定されず自由接続とされる。
【００３６】
図６は、支持部２３の詳細を示す平面図であり、この図６に示されるように、この実施例における支持部２３は、バネ板材から打ち抜き加工されたもので、外周片２３Ａと内周片２３Ｂと撓み片（垂直方向と角度を有する方向にも撓むことが可能な形状）２３Ｃとを備えている。参照符号２３Ｄは、打ち抜き部分を示している。撓み片２３Ｃは、伝達体２４の動きに応じて垂直方向のみならず、垂直方向と角度をなす方向にも適度に動く。
【００３７】
センサカバー２２とホルダー２１とは、特に図示していないが、適当な爪部にて互いを係止する等して組み合わされる。
【００３８】
伝達体２４は、センサカバー２２の内側から外側へ形成し、ネジ２６により脚２３と結合し、第２柔軟弾性部２５が脚２９に設けられる。伝達体２４の先端（凸半球状をなす）と加重部（突起部の先端が凹半球状をなす）１３とは、自由度をもって当接した状態をなす。センサカバー２２と脚２９との間隙ｂおよびセンサカバー２２と伝達体２４との間隙ｃは、伝達部が可動可能とする許容範囲（撓み片が塑性変形を生じない範囲）である。この可動可能とする許容範囲を超える動きを伝達部がしようとしたならば、センサカバー２２と脚２９又はセンサカバー２２と伝達体２４とが当たり、伝達部の過度の動きを防止する。
【００３９】
この荷重検出ユニットは、主に、ホルダー２１側を、例えば、秤の載せ台等の設置部に取り付け、脚２９側を床等の土台に置いて使用するものであるが、これに限られるものではない。
【００４０】
このような構成によると、前述の荷重検出センサーの場合と同様に、荷重が加えられた際にホルダー２１側の設置部５が変形を起こしても、このホルダー２１側変形による固定部１１の一面ｋとホルダー２１の内側平面部ｈとの境界の変動は、第１柔軟弾性部１６に吸収されて拘束条件を変えないため、ダイヤフラム型荷重検出センサーに作用する荷重成分だけを検出することができる。
【００４１】
加重部１３と伝達体２４の先端とは、自由度をなして接続するために、荷重検出ユニットが設置される場所の凹凸や傾斜の影響によって伝達部の中心から偏心した力が伝達部に働いても加重部１３に作用しないので、精度よく荷重を検出することができる。
【００４２】
図７は、前述したような本発明によるダイヤフラム型荷重検出センサーを使用した電子秤の一実施例を示す一部破断して示す平面図であり、図８は、図７のＡ−Ａ線断面図である。これら図に示されるように、この実施例の電子秤は、一般的に普及している家庭用体重計（主に、載せ台３０、ベース３１、てこ部３２、ダイヤフラム型荷重検出センサー３３、表示部３４等からなる）である。この実施例では、本発明によるダイヤフラム型荷重検出センサー３３は、てこ部３２の力点（重点（荷重を働かせる点）部３２Ａに働く荷重とつり合わせるために力を働かせる点）部３２Ｂに設けられている。この力点部３２Ｂは、円錐状体とされており、図７において、参照符号３２Ｃは、てこ部３２の支点部を示している。
【００４３】
図８の断面図によく示されているように、ダイヤフラム型荷重検出センサー３３は、ベース３１から切起こして形成されたガイド３１Ａ内に、ゴム材等からなる柔軟弾性部２０を介してベース３１に設けられている。そして、加重部１３は、円錐状の凹溝を有する形状とされており、てこ部３２の力点部３２Ｂの頂点がこの円錐状の凹溝に合致する。歪ゲージ１４からのリード線１４Ａは、固定部１１の一部に形成される孔を通り、歪ゲージ１４で検出された荷重信号に基づいて荷重値を演算したり制御したりし、また結果を表示する表示部３４を有する電子回路基板３５へと引き出されてそこに接続される。
【００４４】
図９は、前述したような本発明によるダイヤフラム型荷重検出センサーを使用した電子秤の別の実施例を示す平面図であり、図１０は、図９のＢ−Ｂ線断面図である。これら図に示されるように、この実施例の電子秤は、ベース３１と載せ台３０との間の４隅付近の各部分に、本発明によるダイヤフラム型荷重検出センサー３６を設けている。
【００４５】
荷重検出センサー３６は、固定部１１の底面が両面接着テープ１５を用いて柔軟弾性部１６を介してベース３１に接合され、突起部の先端が凸半球状をなしている加重部１３と載せ台３０の凹半球状をなす受け部３０Ａとが当接するようにして、配設されている。なお、この実施例では、ベース３１の撓みの影響を最小にするために加重部１３の真下に脚３１Ｂを配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４６】
前述したような実施例の電子秤の構成によると、加重部１３に荷重が加えられてベース３１が変形を起こしても、このベース３１の変形による固定部１１とベース３１との境界の変動は、柔軟弾性部２０または１６に吸収されて拘束条件を変えないため、ダイヤフラム型荷重検出センサー３３または３６に作用する荷重成分だけを検出することができる。
【００４７】
図１１は、前述したような本発明による荷重検出ユニットを使用した電子秤の一実施例を示す図であり、図１１の（ａ）は、その平面図であり、図１１の（ｂ）は、その正面図である。これら図に示されるように、この実施例の電子秤は、載せ台３７の４隅の各部分に、前述したような本発明による荷重検出ユニット３８を設けたものである。なお、図１１の(ａ)のＣ−Ｃ線断面図は、図５の断面図の設置部５を載せ台３７に代え示される。
【００４８】
荷重検出ユニット３８は、ホルダー２１側が載せ台３７となるように、荷重検出ユニットの一部と載せ台とが係合するようにして設けられている。歪ゲージ１４からのリード線１４Ａは、載せ台３７に形成した溝に通され、電子回路基板に接続される。この電子回路基板は、基板カバー３９内に配設されていて、歪ゲージ１４で検出された荷重信号に基づいて荷重値を演算したり制御したりするものであり、また、結果を表示する表示部を有するものである。
【００４９】
このような電子秤の構成によれば、前述した荷重検出ユニットと同様に、荷重が加えられた際に載せ台３７が変形を起こしても、この載せ台３７の変形による固定部１１の一面ｋとホルダー２１の平面部ｈとの境界の変動は、第１柔軟弾性部１６に吸収されて拘束条件を変えないため、ダイヤフラム型荷重検出センサーに作用する荷重成分だけを検出することができる。
【００５０】
加重部１３と伝達体２４の先端とは、自由度をなして接続するために、荷重検出ユニットが設置される場所の凹凸や傾斜の影響によって伝達部の中心から偏心した力が伝達部に働いても加重部１３に作用しないので、精度よく荷重を検出することができる。
【００５１】
【発明の効果】
ダイヤフラム型荷重検出センサーの荷重検出精度を上げることができ、ダイヤフラム型荷重検出センサーを組み込んだ荷重検出ユニットの荷重検出精度も上げることができ、また、これらダイヤフラム型荷重検出センサー、荷重検出ユニットを利用することにより電子秤の測定精度を上げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としてのダイヤフラム型荷重検出センサーを、秤等のベースである設置部に取り付けた状態で示す図である。
【図２】本発明の別の実施例としてのダイヤフラム型荷重検出センサーを示す図１と同様の図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例としてのダイヤフラム型荷重検出センサーを示す図１と同様の図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例としてのダイヤフラム型荷重検出センサーを示す図１と同様の図である。
【図５】本発明の一実施例としての荷重検出ユニットを、秤の載せ台等である設置部に取り付けた状態で示す図である。
【図６】図５の荷重検出ユニットに使用する支持部の詳細を示す平面図である。
【図７】本発明によるダイヤフラム型荷重検出センサーを使用した電子秤の一実施例を示す一部破断して示す平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】本発明によるダイヤフラム型荷重検出センサーを使用した電子秤の別の実施例を示す平面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】本発明による荷重検出ユニットを使用した電子秤の一実施例を示す図である。
【図１２】従来のダイヤフラム型荷重検出センサーの一例を示す概略断面図である。
【図１３】従来のダイヤフラム型荷重検出センサーの別の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
５設置部
１１固定部
１２起歪部
１３加重部
１４歪ゲージ
１４Ａリード線
１５両面接着テープ
１６、２０柔軟弾性部

Claims

固定部、該固定部に設けられ検出すべき荷重が加えられる加重部を有した起歪部および該起歪部に配設された受感部を有するダイヤフラム型荷重検出センサーと、該ダイヤフラム型荷重検出センサーをガイドし設置部に取り付けられるケースと、該ケース内に収納され前記ダイヤフラム型荷重検出センサーの前記固定部と前記設置部との間に介在する柔軟弾性部と、前記ダイヤフラム型荷重検出センサーの前記加重部に検出すべき荷重を伝達するための伝達部と、該伝達部を前記ケースに対して支持するための支持部とを備えたことを特徴とする荷重検出ユニット。
前記ケースは、センサカバーと、該センサカバーの内側に収められ前記設置部側に平面部および内側に爪部を形成するホルダーとから成り、該ホルダーと前記ダイヤフラム型荷重検出センサーとは、前記柔軟弾性部を介在し、前記爪部で前記固定部を係止することにより組み合わされている請求項１に記載の荷重検出ユニット。
前記伝達部は、前記加重部に対して自由度をもって接続されている請求項１または２に記載の荷重検出ユニット。
前記支持部は、前記ケースに固定接続される外周片と、前記伝達部に自由接続される内周片と、前記外周片と前記内周片との間を接続する撓み片とを有する板バネである請求項１から３のいずれか１項に記載の荷重検出ユニット。
前記撓み片は、前記内周片の中心を軸として回転方向に形成される複数の梁である請求項４に記載の荷重検出ユニット。
前記伝達部の検出すべき荷重を受ける側には、別の柔軟弾性部が設けられる請求項１から５のいずれか１項に記載の荷重検出ユニット。
前記柔軟弾性部は、ゴム材にて形成されている請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の荷重検出ユニット。
請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の荷重検出ユニットと、該荷重検出ユニットのケース側が取り付けられる載せ台とを備えることを特徴とする電子秤。