JPH0540424Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (a) 技術分野 本考案は、ワツシヤ型ロードセルに関し、より
詳細には、略円盤状を呈し中心部に円形孔が穿設
され荷重が印加されると弾性変形する起歪体の起
歪部にひずみゲージが添着され、このひずみゲー
ジにより印加荷重を電気信号に変換して検出す
る、いわゆるワツシヤ型ロードセルに関するもの
である。

(b) 従来技術 従来、第３図および第４図に示すような円筒状
の起歪部を有するワツシヤ型ロードセルが多用さ
れていた。

すなわち、この従来のワツシヤ型ロードセルの
起歪体１は、第３図および第４図に示すように、
全体形状が略円盤状を呈し、中心部に円形孔２が
穿設されており、さらに、縦断面形状が略Ｉ字状
を呈する円筒形の起歪部３が形成されており、こ
の起歪部３の一端側（第３図において下側）は厚
肉とされた荷重支持部４が形成されている。上記
起歪部３の他端側（第３図において上側）は、厚
肉とされた荷重印加部５が形成されている。そし
て、起歪部３の軸方向中央部の内周壁面および外
周壁面の複数個所には、圧縮ひずみおよび引張ひ
ずみを検出し得るようにして複数のひずみゲージ
SGが貼着されている。さらに、荷重支持部４の
内方側および外方側に張り出した鍔部４ａおよび
４ｂには、直径の異なる薄肉円筒状のケーシング
部材６および７の一端がそれぞれ溶接により一体
に連接され、一方、荷重印加部５の内方側および
外方側にやや張り出した鍔部５ａおよび５ｂに
は、極く薄肉で断面略Ｕ字状をなす２つのシーリ
ング部材８および９の外周端および内周端がそれ
ぞれ溶接により一体に連接され、上記シーリング
部材８および９の内周端および外周端は、上記ケ
ーシング部材６および７の他端とそれぞれ溶接に
より一体に連接されている。これらシーリング部
材８，９とケーシング部材６，７によつて、ひず
みゲージSGは完全に外部と遮断されている。

このような構成よりなる従来のワツシヤ型ロー
ドセルは、使用に際して被測定対象物の荷重が伝
達される部材間に介挿され且つ図示省略の固定手
段により固定される。被測定対象物から荷重印加
部５の上面に荷重が印加されると、断面積の小さ
い起歪部３には荷重印加方向に圧縮ひずみが、そ
して荷重印加方向と直交する方向には引張ひずみ
が生じる。このときの圧縮ひずみおよび引張ひず
みは、ゲージ軸を荷重方向およびこれと直交する
方向に向けて貼着されたひずみゲージSGによつ
てそれぞれ検出される。

しかしながら、このように構成され且つ作用す
る円筒形起歪部を有するワツシヤ型ロードセルに
は、次に述べる欠点がある。

第１に、低容量のロードセルを製作することが
できないという欠点がある。

すなわち、円筒形起歪部を有するロードセルに
おいて、低容量（一般に10ton以下の定格容量を
指す）のロードセルを製作するには、起歪部３の
厚みを薄くすればよいわけであるが、加工上の限
界と特性上の限界があり、現実には、あまり薄く
することはできない（一般に２mmが限界とされて
いる）。因に、荷重印加部５の直径が200mmで高さ
が30mmのワツシヤ型ロードセルにおいて、定格容
量10tonのものを製作しようとすると、起歪部３
の肉厚を１mm程度としなければならない。また、
それ以下の容量のワツシヤ型ロードセルを製作す
るためには、切削加工によつて0.5mm以下の膜の
ような薄さに起歪部３を加工する必要があり現実
には著しく困難乃至は不可能である。また、仮に
起歪部３の厚さを0.5mm程度の肉厚まで薄肉化で
きたとしても、荷重が印加された場合、起歪部３
は座屈、曲がりを起こし、荷重−出力特性（直線
性）が著しく劣化すると共にひずみ出力感度も極
端に低下してしまう。以上の理由から、実用性の
ある低容量のロードセルを得ることができないの
である。

第２に、ロードセルの高さを低くすることがで
きないという欠点がある。

すなわち、円筒形の起歪部を有するロードセル
は、起歪部３の高さを低くして薄形とすると、円
筒形起歪部３における応力分布が不均一となり、
そこに貼着されたひずみゲーシSGによつて印加
荷重に正確に対応した電気信号を得ることができ
ないという問題が生じるほか、印加荷重の当り面
の状態によつて検出出力が大きく変動してしまう
という問題が生じるので、起歪部３の高さは、充
分高くする必要があり、換言すれば、ロードセル
の高さを低くすることができないのである。

また、ロードセルの高さが高いと、例えば機械
構造物等の被測定対象物の荷重伝達系中に介挿す
ることができなくなつてしまうことになる。

第３に、ひずみゲーシSGの劣化を防止するた
めのシーリング処理の構成が複雑で、しかもその
処理が厄介であるという欠点がある。

すなわち、上述したようにひずみゲーシSGを
外気と遮断するために、２つのケーシング部材
６，７と、２つのシーリング部材８，９の４つの
部材を別途必要とするばかりでなく、これら部材
と起歪体１とを気密状態に固着するために溶接を
施すべき個所が、符号Ａ〜Ｆをもつて示す６点に
のぼるのである。しかも、溶接個所が多いという
ことは、加工ひずみ、すなわち熱ひずみが残留応
力となり、ロードセルの特性に悪影響を及ぼすと
いう問題を惹起する。

(c) 目的 本考案は、上述した従来のロードセルの欠点に
鑑みなされたもので、その目的は、低容量のもの
から高容量のものまで容易に得られ、またロード
セルの全高を従来のものより大幅に低減化でき、
その上シーリング処理が極めて簡易で構成も簡素
化でき、しかもひずみ検出感度が高く荷重−出力
特性が良好なワツシヤ型ロードセルを提供するこ
とにある。

(d) 構成 本考案は、上記の目的を達成するため、略円盤
状を呈し中心部に円形孔が穿設される荷重が印加
されると弾性変形する起歪体の起歪部にひずみゲ
ージが添着され、このひずみゲージにより印加荷
重を電気信号に変換して検出するワツシヤ型ロー
ドセルにおいて、前記円形孔と前記起歪体の外周
との間に、前記起歪体の一面側より他面側の近傍
に達する一定幅の円環状の凹溝を形成すると共
に、前記起歪体の他面側に前記凹溝の幅方向中心
部に対応させて前記凹溝の幅より所定量狭い幅を
有する円環状の凸状部を残し且つ前記凹溝の底面
との間に薄肉部を残すようにして他面側を平面状
に形成してなり、前記凹溝と前記円形孔との間に
形成された厚肉の部位を内側荷重支持部とし、前
記凹溝と前記起歪体の外周との間に形成された厚
肉の部位を外側荷重支持部とし、前記凸状部を中
心としてその内側および外側に伸び前記凹溝の底
面と前記他面側の平面状部との間に形成された薄
肉の部位を起歪部とし、前記凸状部を荷重印加部
とし、前記起歪部における前記凹溝の底面側に曲
げひずみを検出し得るようにひずみゲージを添着
すると共に前記凹溝の開口端部を閉塞し且つ印加
荷重を支持する台座を前記起歪体の一面側に固着
したことを特徴とするものである。

以下、本考案の一実施例を第１図および第２図
を参照しつつ詳しく説明する。

第１図は、本考案に係るワツシヤ型ロードセル
の一実施例の構成を示す縦断側面図、第２図は、
第１図のＸ−Ｘ線矢視方向断面図である。

同図において、１１は、荷重を受けると弾性変
形する材料、例えばニツケル−クロム鋼、ニツケ
ルクロム−モリブデン鋼、アンバ（商品名）、ベ
リリウム−銅合金、アルミニウム合金等をもつて
略円盤状に形成された起歪体である。この起歪体
１１の中心部には、円形孔１２が穿設されてい
る。この円形孔１２と起歪体１１の外周１１ａと
の略中間部に、起歪体１１の一面側（第１図にお
いては下面側）より他面側（第１図においては上
面側）の近傍に達する一定幅S₁の円環状（円形孔
１２と同心円状）の凹溝１３が形成されている。
一方、起歪体１１の他面側には、凹溝１３の幅方
向（半径方向）中心部に対応させて上記凹溝１３
の幅S₁よりも小さい一定の幅S₂を有する円環状の
凸状部１４を残し且つ凹溝１３の底面１３ａとの
間に薄肉部を残すようにして他面側が平面状に形
成されている。略円盤状をなす起歪体１１にこの
ような加工が施される結果、凹溝１３と円形孔１
２および起歪体の外周１１ａとの間にそれぞれ形
成される厚肉で剛性の大きな部位を内側荷重支持
部１５および外側荷重支持部１６とする。そし
て、凹溝１３の底面１３ａと他面側の平面状部１
７との間に形成される薄肉ダイヤフラム状の部位
を起歪部１８とし、また、厚肉の凸状部１４を荷
重印加部１９とする。

さらに、起歪部１８の一面側つまり凹溝１３の
底面１３ａには、第２図に示すように、45°の等
配角度で各１対（２枚）のひずみゲージSGが接
着、蒸着、スパツタリング、融着その他の手段に
より添着されている。

第２図示の実施例の場合、ひずみゲージSGの
添着位置が１対（45°間隔）おきに異ならせてあ
る。すなわち、第２図において、鉛直軸上および
水平軸上のひずみゲージSGは、起歪部１８にお
ける内側荷重支持部１５寄りと外側荷重支持部１
６寄りの部位にそれぞれ添着され、荷重印加部１
９に圧縮荷重が印加されたとき、圧縮ひずみを受
けて抵抗値を減少するように作用する。

一方、上記水平軸に対して45°および135°をな
す軸上のひずみゲージSGは、起歪部１８におけ
る荷重印加部１９に対応する部位寄りにそれぞれ
添着され、荷重印加部１９に圧縮荷重が印加され
たとき、引張ひずみを受けて抵抗値を増大するよ
うに作用する。

さらに、起歪体１１の一面側、すなわち底面側
には、凹溝１３に嵌入する凸状部２０を有し、起
歪体１１の円形孔１２と略同径で且つ同心の円形
孔２１が穿設され、凹溝１３の開口端部を閉塞し
且つ印加荷重を支持する機能を果たす円環状の台
座２２が溶接により一体的に固着されている。

次に、このように構成された本実施例の作用に
つき説明する。

先ず、台座２２を、被測定対象物の例えば不動
部材上に載置し且つ図示省略の取付手段により固
定し、荷重印加部１９の上面を例えば被測定対象
物の下部に当接しまたは必要ならば、図示省略の
取付手段により固定する。

このような状態において、被測定対象物から荷
重印加部１９に対して、第１図において、下向き
の荷重が印加されると、荷重印加部１９および荷
重支持部１５，１６は剛性が大きいため殆んどひ
ずみを生ぜず、薄肉とされた起歪部１８のみが変
形する。すなわち、より具体的には、第２図にお
いて鉛直軸と水平軸上に添着されているひずみゲ
ージSGは、圧縮ひずみを受けてその抵抗値を減
じ、上記水平軸に対し45°および135°をなす軸上
に添着されたひずみゲージSGは、引張ひずみを
受けその抵抗値を増大する。一般に、圧縮ひずみ
を受ける複数（この例の場合、８枚）のひずみゲ
ージSGをホイートストンブリツジの一辺および
その対辺に接続し、引張ひずみを受ける複数（こ
の例の場合、８枚）のひずみゲージSGをこれに
隣接する２つのブリツジ辺に等配して接続する。
このように接続すると、荷重印加部１９に不等分
布荷重が印加されても、これを複数のひずみゲー
ジSGで検出するので、印加荷重に対する平均値
的なひずみ検出出力がホイートストンブリツジの
出力端から得られる。

上述のように構成され且つ作用する本実施例に
よれば、次のような種々の利点が得られる。

第１に、低容量から高容量までの定格容量のロ
ードセルが容易に得られ、ひずみ検出感度が高
く、座屈や倒れなどを生じることがなく、従つ
て、荷重印加部に対する被測定面の接触状態が殆
ど変化せず、良好な荷重−ひずみ出力特性が得ら
れるという利点がある。

すなわち、ダイヤフラム型の起歪部１８は、切
削加工がし易く、治具を用いることにより１mm以
下の板厚のものまで加工が可能である。そして、
この起歪部１８に生じる曲げひずみを、ひずみゲ
ージSGによつて検出するものであるから、円筒
型起歪部のように、座屈や倒れ等の問題は全く生
じない。また、この曲げひずみ検出型のロードセ
ルは、ひずみ検出感度が高く、荷重−ひずみ出力
特性も良好である。因みに、起歪部の肉厚を１mm
とした場合、第３図、第４図に示す従来のもので
は、300με程度の出力しか得られないのに対し、
本実施例のものでは、この約６倍強の2000μεの
出力が得られた。従つて、基本的には、起歪部１
８の肉厚を適宜増減することで、低容量から高容
量に至る各種のロードセルが容易に得られるので
ある。

第２に、ロードセルの高さを従来のものより大
幅に低くすることができ、いわゆる薄形のワツシ
ヤ型ロードセルが得られる。

第３に、ひずみゲージSGの劣化を防止するた
めのシーリング手段が極めて簡素で部材の点数も
少なく、加工も容易であるため、製造コストを大
幅に低減化できるという利点がある。すなわち、
シーリング部材としては、荷重を支持する機能を
もつ台座２２だけであり、この台座２２を起歪体
１１に固着するための溶接個所は、符号Ｇ，Ｈで
示す２個所だけであり、第３図、第４図に示す従
来例では、シーリングのために、ケーシング部材
６，７、シーリング部材８，９の４点の部材を必
要とし、しかも溶接個所は６個所に及ぶのと比べ
れば自ずと明らかである。そして、本実施例のも
のは、溶接個所が上述のように少ないため、熱ひ
ずみによる特性に及ぼす影響を軽微にとどめ得る
という点でも有利である。

尚、本考案は、上述し且つ実施例に示したもの
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲内で種々変形して実施することができるこ
とは勿論である。

例えば、第１図に示す実施例においては、荷重
支持部１５，１６の上面を平面状部１７と同一面
としたが、凸状部１４の高さを上方に高くしても
支障を生じなければ、平面状部１７より上方に突
出させてもよいし、またその突出させた部分の内
壁面の直径を凹溝１３の直径と異ならせてもよ
い。

また、上述したところでは、ひずみゲージSG
は、そのゲージ軸を放射方向に向けて添着した例
につき説明したが、一部のひずみゲージSGにつ
いては、ゲージ軸を円周方向に向けて添着するよ
うにしてもよい。

また、図示は省略したが、ひずみゲージSGの
検出出力を外部に導出するために、気密端子また
は防水コネクタを介して電気ケーブルを凹溝１３
内から外部に導出することが望ましい。

(e) 効果 以上詳しく説明したところより明らかなよう
に、本考案によれば、非常に薄形で、検出感度が
高く、座屈や倒れなどを殆ど生じることがなく、
従つて被測定対象物と荷重印加部との接触状態が
殆ど変化せず、荷重−ひずみ出力特性が良好で、
しかもひずみゲージのシーリング手段などの構成
が簡素で部材の点数が少なく加工が容易であり、
特に溶接加工個所が少なく熱ひずみによる特性へ
の影響も極めて軽微に抑えられ、低容量から高容
量に至る各種のワツシヤ型ロードセルを安価に提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本考案の一実施例の構
成を示す縦断側面図および第１図のＸ−Ｘ線矢視
方向断面図、第３図および第４図は、従来例の構
成の一部を示す縦断側面図および平面図である。 １１……起歪体、１２……円形孔、１３……凹
溝、１４……凸状部、１５……内側荷重支持部、
１６……外側荷重支持部、１７……平面状部、１
８……起歪部、１９……荷重印加部、２１……円
形孔、２２……台座、SG……ひずみゲージ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 略円盤状を呈し中心部に円形孔が穿設される荷
   重が印加されると弾性変形する起歪体の起歪部に
   ひずみゲージが添着され、このひずみゲージによ
   り印加荷重を電気信号に変換して検出するワツシ
   ヤ型ロードセルにおいて、前記円形孔と前記起歪
   体の外周との間に、前記起歪体の一面側より他面
   側の近傍に達する一定幅の円環状の凹溝を形成す
   ると共に、前記起歪体の他面側に前記凹溝の幅方
   向中心部に対応させて前記凹溝の幅より所定量狭
   い幅を有する円環状の凸状部を残し且つ前記凹溝
   の底面との間に薄肉部を残すようにして他面側を
   平面状に形成してなり、前記凹溝と前記円形孔と
   の間に形成された厚肉の部位を内側荷重支持部と
   し、前記凹溝と前記起歪体の外周との間に形成さ
   れた厚肉の部位を外側荷重支持部とし、前期凸状
   部を中心としてその内側および外側に伸び前記凹
   溝の底面と前記他面側の平面状部との間に形成さ
   れた薄肉の部位を起歪部とし、前記凸状部を荷重
   印加部とし、前記起歪部における前記凹溝の底面
   側に曲げひずみを検出し得るようにひずみゲージ
   を添着すると共に前記凹溝の開口端部を閉塞し且
   つ印加荷重を支持する台座を前記起歪体の一面側
   に固着したことを特徴とするワツシヤ型ロードセ
   ル。