JPS6379027A

JPS6379027A - ロ−ドセル

Info

Publication number: JPS6379027A
Application number: JP61224574A
Authority: JP
Inventors: Toru Kitagawa; 徹北川; Takaharu Yamashita; 山下　隆治
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1988-04-09
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: EP0261641A2; EP0261641A3; US4951027A; JP2666209B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、荷重により変形する機械的歪をストレンゲー
ジで電気的信号に変換して荷重計測をするロードセルに
関するものである。

従来の技術一般に、この種のロードセルにおいては、固定部と荷重
が印加される可動部との間に平行な二本のアーム部を形
成し、平行四辺形の四隅に相当する位置に対応させて前
記アーム部のそれぞれに二個所ずつの薄肉変形部を形成
した起歪体を金属材料により形成し、二本のアームの薄
肉変形部のそれぞれにストレンゲージを貼着した構造が
採用されている。すなわち、起歪体の両面にストレンゲ
ージが貼着されているものである。

しかしながら、このような構造であると、その製作時に
工程が複雑になり、歩留まりが低下し、コスト高になる
と云う欠点があるため、Ｍ膜技術を応用して起歪体の一
面にストレンゲージを形成することが行われている。す
なわち、二本のフーム部の内、片側のアーム部の二個所
の薄肉変形部のそれぞれに二個ずつのストレンゲージを
形成し、全部で四個のストレンゲージをブリッジ結合し
ているものである。

このようなロードセルの構造を第１０図と第１１図（ａ
）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。まず、起歪体１は
ステンレス材や高力アルミニウム材料等で形成されるも
のであるが、ベース等の固定部分に固定される固定部２
と受皿３が連結された可動部４との間に二本のアーム部
５が平行に形成され、平行四辺形の隅部に相当する位置
に対応して前記アーム部５にそれぞれ二個ずつの薄肉変
形部６が形成されている。そして、前記固定部２と前記
可動部４とにはそれぞれ連結孔７，８が形成されている
。また、前記起歪体１の片面には、前記薄肉変形部６の
表面に位置させて薄膜技術により四個のストレンゲージ
９が形成されている。これらのストレンゲージ９はやは
り薄膜技術で形成されたリード部１０でブリッジ結合さ
れ、端子部１１で外部回路に接続されている。

発明が解決しようとする問題点起歪体１の片面にストレンゲージ９を形成した場合には
、その起歪体１に偏荷重が作用した時に、種々の歪モー
ドの影響をキャンセルすることができず、荷重と出力電
圧との関係の直線性が悪くなり、精度の低いロードセル
しか供給することができないものである。

まず、第１１図（ａ）に示す状態は起歪体１に偏荷重が
作用していない状態であり、荷重と出力電圧との関係は
直線性を示している。しかしながら、第１１図（ｂ）及
び第１１図（Ｃ）の場合には、荷重と出力電圧との関係
は非直線性を示すことになる。

ここで、点線で示した変化は起歪体１の形状により反対
の方向の非直線性が発生することを示している。

問題点を解決するための手段起歪体１に偏荷重が印加されている状態でも、荷重と出
力電圧との関係はその起歪体ｌの形状により大きく影響
される。したがって、薄肉変形部の厚さをＸとし、アー
ム部の厚さをｙとした時に。

秤量に従って定めた前記Ｘの値に対してｙ＝ａｘ十ｂ　
（ａ、ｂは定数）なる関係に基づいて前記ｙの値を定める。

作用薄肉変形部の厚さＸは、ロードセルの秤量により自ずか
ら規制されてしまうが、その厚さＸを基準にしたときに
、アーム部の厚さｙをＸとの一次関数で定めることによ
り、種々の歪モードにおいて偏荷重の影響を相殺するこ
とができて荷重と出力電圧との直線性を維持することが
できるものである。

実施例本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１０図と第１１図とにおいて説明した部分と同一部分
は同一符号を用い、説明も省略する。まず、第３図に示
すものは、起歪体１の中心線上に荷重Ｗが印加されてい
るものであり、この荷重Ｗにより薄肉変形部６には荷重
ＱとモーメントＭとが発生し、これらの荷重Ｑとモーメ
ントＭとにより歪δＰが発生する。この歪δＰは荷重Ｗ
に比例し、荷重と出力電圧との関係は直線性を示す。

つぎに、第４図に示すものは、起歪体１の中心軸より１
．たけ変位した位置に荷重Ｗが印加されている状態であ
り、歪δＰ以外に”ｖＶｌ、＝ｍｌ。

となる０点を中心にしたモーメントｍが発生し、上方の
アーム部５には引張力が作用し、下方のアーム部５には
圧縮力が作用して歪δｍが発生する。

また、このモーメントｍによりアーム部５には第５図に
示すように、ＭＢ＝ｍεで与えられるモーメントが作用
し、これにより、歪δＢが発生する。この歪δＢは荷重
Ｗの変化に対して非直線性となる。

さらに、薄肉変形部６の厚さをＸとし、アーム部５の厚
さをｙとした時に、このＸ、ｙの値により変位εの値は
変化し、偏荷重印加時の荷重変化に対する歪δＢの非直
線性の状態は変わる。

また、モーメントｍにより薄肉変形部６にのそれぞれに
歪δＳが発生するが、薄肉変形部６の位置が荷重Ｗによ
る変形により位置が微妙に変化し、歪δＳは非直線性と
なる。この歪δＳは薄肉変形部６の形状により非直線性
が変化するものである。

そして、薄肉変形部６の形状を変えることにより偏荷重
時の荷重変化に対する歪δＳの非直線性の状態は変化す
る。

以上のような歪モードに基づいて、第１図において、Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄと示した各薄肉変形部６毎にそれらの歪に
起因した変化の状態を示したのが。

第１表乃至第３表である。すなわち、荷重Ｗの印加点が
■の場合が第１表であり、荷重Ｗの印加点が■の場合が
第２表であり、荷重Ｗの印加点が■の場合が第３表であ
る。また、荷重増加に対して歪の変化の状態は、第２図
に示すように、荷重増加に従って伸びる方向に対しては
直線的な変化をする場合と、漸増する場合と、漸減する
場合との三態様がある。また、縮む方向に対しては直線
的な変化をする場合と、漸増する場合と、漸減する場合
との三態様がある。さらに、第１乃至３表において、水
平の矢印で示したのは、変化がない状態である。

第１表第２表第３表まず、第２表から明らかなように、起歪体１の中心部に
荷重Ｗが印加されている場合には、総合の歪モードはδ
Ｐのみであり、これは荷重Ｗに比例して大きくなり、直
線性のあることを示している。

しかるに、偏荷重が印加された第１表及び第２表に示す
状態において、δＢとδＢとの歪モードが荷重Ｗの変化
に比例せず、非直線性の誤差とんで発生する。ところで
、δＢとδＢどの歪モードは前述のように起歪体１のア
ーム部５と薄肉変形部６との形状により変化する。この
ため、起歪体１の形状を変化させることによりδＢとδ
Ｂとを相殺させることが可能である筈である。

このような観点から、第６図に示す起歪体１をタイプ］
とし、第７図に示す起歪体１をタイプ２としてそれぞれ
の秤量が、３ｋｇ、６　ｋｇ、１５ｋｇとした場合の実
測値を第８図に示した。

しかして、タイプ１の起歪体１は、長さが１４８ｍｍ、
高さが２５ｍｍ、幅が２０ｍｍであり、薄肉変形部６の
間隔が４０＋ｎｍであり、その薄肉変形部６の厚さＸを
秤量が３　ｋｇの時には、Ｌ、２ｍｍであり、秤量が６
廟の時には、１．６１であり、秤量が１５ｋｇの時には
、２．２ｍｍとしたものである。この時にそれぞれが直
線性をもって変化するアーム部５の厚さｙを求めて第８
図に示すと、三種のものが略直線上にのった変化を示し
ている。このような変化は、ｙ＝ａｘ＋ｃ、（ａ、ｃ、は定数）として認識される。

同様に、タイプ２の起歪体１は、その長さが１４８ｍｍ
、高さが４５ｍｍ、幅が２Ｏｎ＋＋ｎであり、薄肉変形
部６の間隔が４０ｍｍであり、その薄肉変形部６の厚さ
Ｘを秤量が３ｋｇの時には、１．２＋＋ｏｎであり、秤
量が６′Ｋｇの時には、１．６ｍｍであり、秤量が１５
ｋｇの時には、２．４５ｍｍとしたものであるが、前述
のタイプ１の場合と同様にＸとｙとの関係はｙ＝ａｘ十ｃ、（ａ、Ｃ２は定数）なる−次式の関係にある。

したがって、ｙ＝ａｘ十ｂ　（ａ、ｂは定数）と普遍することができ、秤量により必然的に定まるＸ寸
法を基準にして前述の式に基づいてＸ寸法を定めれば、
起歪体１に偏荷重が印加されても非直線性の要因が相殺
されて良好な直線性を具備することになる。

つぎに、起歪体ｌに形成したストレンゲージ９の位置は
、表面に存するものとして説明したが、実施に当っては
、第９図に示すように、薄肉変形部６を形成するための
凹部を外側面に形成し、アーム部５と薄肉変形部６との
内面Ａか内面Ｂかのいずれか一方にストレンゲージ９を
形成するようにしても良いものである。

発明の効果本発明は、上述のように薄肉変形部の厚さをＸとし、ア
ーム部の厚さをｙとした時に、秤量に従って定めた前記
Ｘの値に対してｙ＝ａｘ十ｂ　（ａ、ｂは定数）なる関係に基づいて前記ｙの値を定めるようにしたので
、起歪体に偏荷重が印加されてもその偏荷重の影響のな
い荷重と出力電圧との関係を得ることができ、これによ
り、ストレンゲージを片面にのみ形成しても特性の良好
な計測値を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２図は荷重
変化に対して歪の変化の種々の態様を示すグラフ、第３
図は起歪体の中心線に荷重が印加された状態の正面図、
第４図は起歪体に偏荷重が印加された状態の薄肉変形部
に作用する力の関係を示す正面図、第５図は第４図に示
す状態において起歪体が変形することにより薄肉変形部
に作用する力の状態を示す正面図、第６図及び第７図は
実測に使用した起歪体の形状を示す正面図、第８図は実
測値を表示したグラフ、第９図は起歪体の変形例を示す
斜視図、第１０図は起歪体の片面にストレンゲージを形
成したロードセルの斜視図、第１１図（ａ）（ｂ）（ｃ
）は起歪体に対する荷重印加位置とそれに伴う荷重と出
力電圧との関係を示す正面図である。２・・・固定部、４・・・可動部、５・・・アーム部、
６・・・薄肉変形部、９・・・スト１ノンゲージ出　願
　人　　　東京電気株式会社３　ｕ図Ｊ５フと下刃図

Claims

【特許請求の範囲】固定部と荷重が印加される可動部との間に平行な二本の
アーム部を形成し、平行四辺形の四隅に相当する位置に
対応させて前記アーム部のそれぞれに二個所ずつの薄肉
変形部を形成し、前記アーム部の片側の薄肉変形部にス
トレンゲージを形成したロードセルにおいて、前記薄肉
変形部の厚さをｘとし、前記アーム部の厚さをｙとした
時に、秤量に従つて定めた前記ｘの値に対してｙ＝ａｘ＋ｂ（ａ、ｂは定数）なる関係に基づいて前記ｙの値を定めたことを特徴とす
るロードセル。