JP4741872B2 - ロードセルおよび計量装置 - Google Patents
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例えば、特開2000−346723号公報等に開示されたロードセル1は、図10に示すように、被計量物を搭載する荷重台からの荷重を受ける円柱状の受荷重部2と、この受荷重部2の外周に一体的に形成されて受荷重部2に作用する荷重により変形する薄枠状の起歪体3と、起歪体3を介して受荷重部2の外周側に接合された周囲枠4と、起歪体3に貼着された複数の歪ゲージ5A、5Bとを備えている。
中心側に配置される芯部と、該芯部の外周側に間隔をあけて配置される外周枠部と、前記芯部と前記外周枠部との間を架橋する上下一対の起歪部とを備え、前記芯部あるいは前記外周枠部の一方を支持固定部とすると共に他方を荷重負荷部とし、
前記芯部および前記外周枠部は同心円上に配置された円環状であると共に、前記起歪部は厚さ方向が上下方向であり、
前記上下一対の起歪部は周方向に等間隔をあけて3組設けていると共に、前記外周枠部には各組の起歪部の上下間に対応する位置で外側面から内側面へと貫通する貫通孔を穿設し、前記起歪部の周方向の幅は前記芯部の外周長の1%〜5%とし、
前記各組の上下一対の起歪部は、前記貫通孔に接しない上起歪部の上面と下起歪部の下面を径方向両側に向けて徐々に肉厚を大にする断面テーパ形状として内外テーパ部を設け、
負荷される定格荷重が200N〜5KNの範囲で、前記上下の径方向の内外テーパ部のテーパ角度θは5°〜15°、中央の最薄肉部の板厚(t)は0.8mm〜1.7mm、幅bは8mm〜12mmの範囲で、前記定格荷重の増加に応じて増大させて設定し、
前記歪ゲージを上下一対の起歪部の厚肉とした前記内外テーパ部に貼り付け、前記起歪部には1組毎に各4枚の歪ゲージを貼り付けると共に、前記歪ゲージを用いてホイートストンブリッジ回路を形成し、前記各ホイートストンブリッジ回路からの出力を並列和算する回路を設けていることを特徴とするロードセルを提供している。
また、起歪部は周方向に間隔をあけて3組に分割して設けているので、各起歪部に発生する歪を局所的に貼着された歪ゲージで的確に検出することができ、荷重の検出精度を向上することが可能となる。ここで、例えば起歪部を対向する2組とすれば、荷重負荷の位置変動が2組の起歪部の幅を直線的に結んだ平面上でずれても偏置誤差を最小限に吸収することができるものの、該平面上から外れると起歪部に対して捻り応力が発生し偏置誤差が出やすくなり精度が低下する。一方、起歪部を4組とすれば、荷重負荷の位置変動による起歪部に対する捻り応力はなくなるが、4組の各起歪部に対してバランスよく荷重できず、最悪の場合には4組のうち3組だけに荷重負荷が加わる結果となり精度が低下する。したがって、起歪部は周方向に3組設けて3点支持とすれば、荷重が均等に負荷されて最も良い精度が得られる。
また、各組の起歪部の歪ゲージで形成された各ホイートストンブリッジ回路からの出力をそれぞれ並列和算してロードセルの出力としているので、荷重負荷位置による出力誤差を低減することができる。
本実施形態のロードセル10はホッパー計量用の荷重計であり、図1乃至図3に示すように、中心穴11aを有する円筒状の芯部11の外周側に空隙15をあけて略円筒状の外周枠部12を同心円上に配置し、芯部11と外周枠部12との間を周方向に等間隔をあけて架橋する上下一対の起歪部13,14を3組形成している。また、芯部11、外周枠部12および起歪部13,14は金属製で、具体的にはアルミニウムやステンレスや鉄やこれらの合金等で一体的に形成しており、特に、高張力アルミ合金を用いると好ましい。
外周枠部12は、円筒部12aの内側面から内方に突出する薄厚の突出部12bを設けており、各組の起歪部13,14の上下間に対応する位置には外側面から内側面へと断面長円状の貫通孔12cを穿設している。また、所要箇所には取付用のボルト穴12dを穿設していると共に、突出部12bの起歪部13、14が存在する位置には切欠部12eを設けて起歪部13、14の径方向長さを確保している。
また、図4(B)に示すように、起歪部13,14で生じる応力は通常は径方向両側に向けて増大する傾向となるが、起歪部13,14は径方向両側に向けて徐々に肉厚が大となるよう内テーパ部13a、14aと外テーパ部13b、14bを設けているので、
応力値の径方向分布の両側域Rが平坦化されて応力分布が均一化される。よって、両側域Rにおいては歪ゲージSG1〜SG4の取付位置が若干位置ズレしたとしても、検出誤差が極力出ないように工夫されている。
σ=[3wl/{2b(t+l/2・tanθ)2}]/3
で起歪部13、14に生じる応力σを算出し、
ε=(σ/E)・4
で起歪部13,14に生じる歪εを算出して確かめる。
ここで、wは荷重値[kg・f]、lは隣接する歪ゲージSG1、SG2の距離l、bは起歪部13,14の幅、tは起歪部13,14の最も薄肉部分の板厚である。
実施例は実施形態と同様で、上下一対の起歪部13,14を周方向の3ヶ所に等間隔をあけて3組配置している。比較例1は、左右一対の起歪部を周方向の1ヶ所に並列配置している。比較例2は、上下一対の起歪部を周方向の2ヶ所に等間隔をあけて2組配置している。実施例および比較例1,2は他の条件は全て同一としている。
なお、非直線性とは、図7に示すように、無負荷時の出力と定格負荷時の出力を結ぶ基準直線に対する荷重増加時の出力と最大偏差を定格出力に対する%で表したものをいう。ヒステリシスとは、定格荷重までの荷重増加時と荷重減少時の間を往復させた時の同一試験に対する出力の差の最大値で、定格出力に対する%で表したものをいう。また、ROは定格出力を意味している。
ロードセル10の外周枠部12は支持固定材21にボルトB2で締結固定している。一方、芯部11の中心穴11aには円筒部材20の円筒部20aを貫通すると共に、該円筒部20aの上側外周から側方に突出した鍔部20bを芯部11のボルト穴11bにボルトB1で締結固定している。円筒部材20の円筒部20aの下側外周には環状部材23を外嵌固定し、環状部材23から垂下された垂直片24の下端内面に設けられた弾性材25で容器26の外周面を圧接保持している。また、円筒部材20の上面開口には被計量物Wを供給するための投入配管22を遊嵌挿入している。
以上の構成によれば、投入配管22から落下された被計量物Wは容器26内に蓄積され、容器26に負荷された被計量物Wの重量が円筒部材20を介してロードセル10の芯部11に負荷されるので、被計量物Wの重量を計測することができる。
ロードセル10の芯部11の中心穴11aに被計量物Wを供給するために支持固定された投入配管30(支持固定材)の円筒部30aを貫通していると共に、円筒部30aの外周から側方に突出した鍔部30bを芯部11のボルト穴11bにボルトB1で締結固定している。一方、外周枠部12には、大径の円筒部材31の円筒部31aの上端縁より側方に突出した鍔部31bをボルトB2でボルト穴12dに締結固定している。円筒部材31の円筒部31aの外周には環状部材32を外嵌固定し、環状部材32から垂下された垂直片33の下端内面に設けられた弾性材34で容器35の外周面を圧接保持している。
以上の構成によれば、投入配管30から落下された被計量物Wは容器35内に蓄積され、容器35に負荷された被計量物Wの重量が円筒部材31を介してロードセル10の外周枠部12に負荷されるので、被計量物Wの重量を計測することができる。
11 芯部
12 外周枠部
12c 貫通孔
13,14 起歪部
13a、14a 内テーパ部
13b、14b 外テーパ部
15 空隙
26、35 容器
100、200 計量装置
SG1〜SG4 歪ゲージ
W 被計量物
WH1〜WH3 ホイートストンブリッジ回路
Claims (2)
- 荷重負荷により歪が生じる起歪部に複数の歪ゲージを貼着しているロードセルにおいて、
中心側に配置される芯部と、該芯部の外周側に間隔をあけて配置される外周枠部と、前記芯部と前記外周枠部との間を架橋する上下一対の起歪部とを備え、前記芯部あるいは前記外周枠部の一方を支持固定部とすると共に他方を荷重負荷部とし、
前記芯部および前記外周枠部は同心円上に配置された円環状であると共に、前記起歪部は厚さ方向が上下方向であり、
前記上下一対の起歪部は周方向に等間隔をあけて3組設けていると共に、前記外周枠部には各組の起歪部の上下間に対応する位置で外側面から内側面へと貫通する貫通孔を穿設し、前記起歪部の周方向の幅は前記芯部の外周長の1%〜5%とし、
前記各組の上下一対の起歪部は、前記貫通孔に接しない上起歪部の上面と下起歪部の下面を径方向両側に向けて徐々に肉厚を大にする断面テーパ形状として内外テーパ部を設け、
負荷される定格荷重が200N〜5KNの範囲で、前記上下の径方向の内外テーパ部のテーパ角度θは5°〜15°、中央の最薄肉部の板厚(t)は0.8mm〜1.7mm、幅bは8mm〜12mmの範囲で、前記定格荷重の増加に応じて増大させて設定し、
前記歪ゲージを上下一対の起歪部の厚肉とした前記内外テーパ部に貼り付け、前記起歪部には1組毎に各4枚の歪ゲージを貼り付けると共に、前記歪ゲージを用いてホイートストンブリッジ回路を形成し、前記各ホイートストンブリッジ回路からの出力を並列和算する回路を設けていることを特徴とするロードセル。 - 請求項1に記載のロードセルを用い、前記ロードセルの前記芯部あるいは前記外周枠部の一方は支持固定材に固定していると共に、他方は被計量物を収容する容器側に固定していることを特徴とする計量装置。
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