(57)【要約】【課題】簡易な構成で高精度に荷重の測定を行うことを可能とするロードセルを提供する。【解決手段】荷重を受ける部位Ｐ０、及び歪ゲージユニット１５０が取り付けられる部位を有する第１両端固定梁部１１０と、この第１両端固定梁部１１０の両側に配置され、かつ前記荷重に対する反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ有する一対の第２両端固定梁部１２０，１３０と、を備えるロードセル１００であって、第１両端固定梁部１１０の両端と一対の第２両端固定梁部１２０，１３０の両端が、それぞれ一体的に固定されていることを特徴とする。【選択図】図１
2010181242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重を受ける部位、及び歪ゲージが取り付けられる部位を有する第１両端固定梁部と、
この第１両端固定梁部の両側に配置され、かつ前記荷重に対する反力を受ける部位をそれぞれ有する一対の第２両端固定梁部と、
を備えるロードセルであって、
第１両端固定梁部の両端と一対の第２両端固定梁部の両端とが、それぞれ一体的に形成されていることを特徴とするロードセル。
【請求項２】
前記荷重を受ける部位と、前記反力を受ける部位は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられると共に、
一対の第２両端固定梁部のうちの一方における反力を受ける部位と前記荷重を受ける部位との間の距離と、他方における反力を受ける部位と前記荷重を受ける部位との間の距離が等しくなるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のロードセル。
【請求項３】
前記荷重を受ける部位と、前記歪ゲージが取り付けられる部位は、梁の長手方向に伸びる直線状に位置するように設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のロードセル。
【請求項４】
板状部材に対して、一対のスリットが形成されることによって、これら一対のスリット間の部分が第１両端固定梁部を構成し、これら一対のスリットの両側がそれぞれ第２両端固定梁部を構成することを特徴とする請求項１，２または３に記載のロードセル。
【請求項５】
前記荷重を受ける部位は、第１両端固定梁部の一方の端部側に偏った位置に設けられ、前記歪ゲージが取り付けられる位置は、前記荷重を受ける部位と他方の端部との間の位置に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のロードセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロードセルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、荷重を測定する装置において、ロードセルを用いた装置が広く知られている。以下、従来例に係る板状の平面構造を有するロードセルについて説明する。
【０００３】
（従来例１）
図１３〜図１５を参照して、従来例１に係るロードセルについて説明する。図１３は従来例１に係るロードセルの平面図である。図１４は従来例１に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す側面図である。図１５は従来例１に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す正面図である。
【０００４】
この従来例１に係るロードセル６００は、板状部材にコ字状のスリットＳ６が形成されることによって、片持梁部６１０と、この片持梁部６１０の両側に配置される一対の両端固定梁部６２０，６３０とを備える構成である。
【０００５】
このロードセル６００においては、片持梁部６１０に荷重を受ける部位Ｐ０が設けられ、一対の両端固定梁部６２０，６３０に歪ゲージ６５１，６５２，６５３，６５４が取り付けられる。また、片持梁部６１０の自由端よりも更に先端側に、ロードセル６００を固定するためのボルト貫通孔６４１，６４２が設けられている。
【０００６】
以上のように構成されるロードセル６００においては、図１４に示すように、ボルトＢによって、一対のボルト貫通孔６４１，６４２の部位が固定される。そして、荷重Ｐを受けると、片持梁部６１０は片側の固定された部位を中心にして撓む。これにより、一対の両端固定梁部６２０，６３０においては、片持梁部６１０が固定されている側において、荷重Ｐ方向の力を受け、かつ曲げモーメントが生じる。また、これに伴い、一対の両端固定梁部６２０，６３０におけるロードセル６００が固定されている側においては、支持反力が作用し、かつ固定モーメントが生じる。従って、一対の両端固定梁部６２０，６３０は、図１４に示すように、Ｓ字形状となるように撓む。
【０００７】
そのため、一対の両端固定梁部６２０，６３０においては、表面側に圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在すると共に、裏面側にも圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在する。この従来例１に係るロードセル６００においては、圧縮ひずみが発生する部位に歪ゲージ６５１，６５３が配置され、引張ひずみが発生する部位に歪ゲージ６５２，６５４が配置されている。これにより、ホイートストンブリッジ回路によって、荷重を測定することができる。
【０００８】
しかしながら、この従来例１に係るロードセル６００においては、両端固定梁部６２０，６３０が両端固定梁として機能するために、一対のボルト貫通孔６４１，６４２の部位が確実に固定されていなければならない。そのため、安定した測定を行うためには、この部位を強固に固定すると共に、経時的なボルトＢの緩み等への対策が必要となる。
【０００９】
また、この従来例１に係るロードセル６００においては、幅方向の中心の位置で荷重を受け、幅方向の中心から両側に離れた位置で歪ゲージ６５１，６５２，６５３，６５４によって電気抵抗値を検出する構成であることから、測定誤差が生じ易いという問題もある。この点について、図１５を参照して説明する。
【００１０】
幅方向の中心の位置で荷重を受ける場合、梁の長手方向の撓みだけでなく、梁の幅方向についても撓みが生じる。すなわち、図１５に示すように、両端固定梁部６２０，６３０においては、その幅方向の両側の各端部を中心にして、荷重Ｐ方向に撓みが生じる。そのため、歪ゲージ６５１，６５２，６５３，６５４によって検出される電気抵抗値は、この幅方向の撓みの影響を受けてしまい、測定誤差が生じ易くなってしまう。従って、この従来例１に係るロードセル６００の場合には、この測定誤差の影響を低減させるために、一対の両端固定梁部６２０，６３０のそれぞれに歪ゲージを配置することが必須となるため、使用態様も制約が生じてしまう。また、斜め方向に荷重がかかると、幅方向の撓み方が両端固定梁部６２０の場合と両端固定梁部６３０の場合とで異なってしまい、測定誤差がより一層大きくなってしまう。また、荷重のかかり方によっては、ロードセル６００がねじれてしまうため、この場合にも、測定誤差がより一層大きくなってしまう。
【００１１】
（従来例２）
図１６及び図１７を参照して、従来例２に係るロードセルについて説明する。図１６は従来例２に係るロードセルの平面図である。図１７は従来例２に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す側面図である。
【００１２】
この従来例２に係るロードセル７００は、板状部材を、図１６に示す形状となるように切削することによって、両端固定梁部７１０と、この両端固定梁部７１０の両側に配置される一対の片持梁部７２０，７３０と、これら一対の片持梁部７２０，７３０の外側に配置される一対の両端固定梁部７４０，７５０とを備える構成である。
【００１３】
なお、両端固定梁部７１０は、その一端側において、一対の片持梁部７２０，７３０と一体的に固定され、その他端側において、一対の両端固定梁部７４０，７５０と一体的に固定されている。
【００１４】
そして、このロードセル７００においては、一対の片持梁部７２０，７３０に、それぞれ荷重を受ける部位Ｐ１，Ｐ２が設けられ、両端固定梁部７１０に歪ゲージ７７０が取り付けられる。また、一対の両端固定梁部７４０，７５０に、それぞれロードセル７００を固定するためのボルト貫通孔７６１，７６２が設けられている。
【００１５】
以上のように構成されるロードセル７００においては、図１７に示すように、ボルトＢによって、一対のボルト貫通孔７６１，７６２の部位が固定される。そして、荷重Ｐを受けると、一対の片持梁部７２０，７３０は片側の固定された部位を中心にして撓む。これにより、両端固定梁部７１０においては、一対の片持梁部７２０，７３０が固定されている側において、荷重Ｐ方向の力を受け、かつ曲げモーメントが生じる。また、これに伴い、両端固定梁部７１０における一対の両端固定梁部７４０，７５０が固定されている側においても、荷重Ｐ方向の力を受け、かつ曲げモーメントが生じる。
【００１６】
ここで、両端固定梁部７１０の両端においてそれぞれ生じる曲げモーメントは、正負が逆となる。従って、両端固定梁部７１０は、図１７に示すように、Ｓ字形状となるように撓む。
【００１７】
これにより、両端固定梁部７１０においては、表面側に圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在すると共に、裏面側にも圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在する。従って、この両端固定梁部７１０に設けられた歪ゲージ７７０によって、圧縮ひずみが生じている部位の電気抵抗値と、引張ひずみが生じている部位の電気抵抗値を検出することができる。
【００１８】
この従来例２に係るロードセル７００の場合には、幅方向の中心位置（荷重を受ける部位Ｐ１，Ｐ２の中間の位置）に歪ゲージ７７０が配置されているため、従来例１の場合のように、梁の幅方向の撓みに伴う測定誤差の問題はない。
【００１９】
しかしながら、この従来例２に係るロードセル７００の場合においては、荷重を受ける部位Ｐ１，Ｐ２が２箇所存在するため、これらに均等に荷重がかかるような仕組みが必要となってしまう。また、この従来例２に係るロードセル７００においても、一対のボルト貫通孔７６１，７６２の部位が確実に固定されていなければならない。
【００２０】
なお、関連する技術としては、特許文献１，２に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特許第３４９３４１０号公報
【特許文献２】特許第２９７７２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、簡易な構成で高精度に荷重の測定を行うことを可能とするロードセルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【００２４】
すなわち、本発明のロードセルは、荷重を受ける部位、及び歪ゲージが取り付けられる部位を有する第１両端固定梁部と、
この第１両端固定梁部の両側に配置され、かつ前記荷重に対する反力を受ける部位をそれぞれ有する一対の第２両端固定梁部と、
を備えるロードセルであって、
第１両端固定梁部の両端と一対の第２両端固定梁部の両端とが、それぞれ一体的に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
なお、本発明において、「両側」とは、梁の幅方向の両側を意味し、「両端」とは、梁の長手方向の両端を意味する。また、本発明における「両端固定梁部」とは、両端が固定梁として機能する部位を意味する。ここで、「固定梁」とは、垂直反力と固定モーメント（反モーメント）の両者が作用する梁を意味する。従って、「両端固定梁部」における「固定」は、他の部材等に固定されていることを意味するものではない。
【００２６】
本発明によれば、第１両端固定梁部に荷重がかかると、一対の第２両端固定梁部において、それぞれ当該荷重に対する反力が作用する。そして、この第１両端固定梁部においては、その両端が一対の第２両端固定梁部の両端とそれぞれ一体的に形成されていることから、その両端部においては、荷重を受ける部位とは正負が逆のモーメントが生ずる。これにより、この第１両端固定梁部においては、荷重を受ける部位と、その両端部との間が、それぞれＳ字形状となるように撓む。そのため、この第１両端固定梁部においては、表面側に圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在すると共に、裏面側にも圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在する。従って、この第１両端固定梁部における表面側か裏面側のいずか一方側のみで、歪ゲージによって、圧縮ひずみが生じている部位の電気抵抗値と、引張ひずみが生じている部位の電気抵抗値を検出することができる。
【００２７】
また、本発明においては、第１両端固定梁部の両端と一対の第２両端固定梁部の両端とが、それぞれ一体的に形成されている構成を採用している。そのため、一端が自由端で構成された梁部を備え、かつ当該梁部を両端固定梁部として機能させるように構成されたロードセルの場合のように、梁部における自由端側を確実に固定させておかなければならないという課題がない。
【００２８】
ここで、前記荷重を受ける部位と、前記反力を受ける部位は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられると共に、
一対の第２両端固定梁部のうちの一方における反力を受ける部位と前記荷重を受ける部位との間の距離と、他方における反力を受ける部位と前記荷重を受ける部位との間の距離が等しくなるように構成されるとよい。
【００２９】
こうすることで、ロードセルの幅方向の撓み変形が、荷重を受ける部位を中心として対称的となるようにすることができる。
【００３０】
前記荷重を受ける部位と、前記歪ゲージが取り付けられる部位は、梁の長手方向に伸びる直線状に位置するように設けられるとよい。
【００３１】
こうすることで、歪ゲージによって電気抵抗値が検出される際に、ロードセルの幅方向の撓み変形の影響を抑制することができる。
【００３２】
板状部材に対して、一対のスリットが形成されることによって、これら一対のスリット間の部分が第１両端固定梁部を構成し、これら一対のスリットの両側がそれぞれ第２両端固定梁部を構成するとよい。
【００３３】
これにより、板状部材に対して、一対のスリットを形成するだけで、ロードセルが得られる。
【００３４】
前記荷重を受ける部位は、第１両端固定梁部の一方の端部側に偏った位置に設けられ、前記歪ゲージが取り付けられる位置は、前記荷重を受ける部位と他方の端部との間の位置に設けられてもよい。
【００３５】
これにより、第１両端固定梁部において、荷重を受けた際に、荷重を受ける部位の両側に形成されるＳ字形状部のうち、一方のＳ字形状部の長手方向の長さを、荷重を受ける部位を長手方向の中心に設定した場合に比べて長くすることができる。そして、このＳ字形状部の長手方向の長さを長くした側に、歪ゲージが取り付けられることで、Ｓ字形状部の長さが同じで、荷重を受ける部位を長手方向の中心に設定したものと比較して、測定精度を高めることができる。
【００３６】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成で高精度に荷重の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の実施形態に係るロードセルの平面図である。
【図２】図２は本発明の実施形態に係るロードセルの側面図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の様子を示す側面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の第１両端固定梁部のせん断力線図（Ｓ．Ｆ．Ｄ）と曲げモーメント線図（Ｂ．Ｍ．Ｄ）である。
【図５】図５は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の第２両端固定梁部のせん断力線図（Ｓ．Ｆ．Ｄ）と曲げモーメント線図（Ｂ．Ｍ．Ｄ）である。
【図６】図６はホイートストンブリッジ回路図である。
【図７】図７は本発明の実施形態に係る体重計の模式的平面図である。
【図８】図８は本発明の実施形態に係る体重計における体重を測定するための回路図である。
【図９】図９は本発明の実施例１に係るロードセルの斜視図である。
【図１０】図１０は本発明の実施例１に係るロードセルの平面図である。
【図１１】図１１は本発明の実施例１に係るロードセルの断面図である。
【図１２】図１２は本発明の実施例２に係るロードセルの平面図である。
【図１３】図１３は従来例１に係るロードセルの平面図である。
【図１４】図１４は従来例１に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す側面図である。
【図１５】図１５は従来例１に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す正面図である。
【図１６】図１６は従来例２に係るロードセルの平面図である。
【図１７】図１７は従来例２に係るロードセルにおける荷重を受けた際の様子を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施形態及び実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、これらの実施形態及び実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００４０】
（実施形態）
図１〜図８を参照して、本発明の実施形態に係るロードセルについて説明する。
【００４１】
＜ロードセルの構成＞
図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係るロードセルの構成について説明する。図１は本発明の実施形態に係るロードセルの平面図である。図２は本発明の実施形態に係るロードセルの側面図である。
【００４２】
本発明の実施形態に係るロードセル１００は、第１両端固定梁部１１０と、この第１両端固定梁部１１０の両側に配置される一対の第２両端固定梁部１２０，１３０とを備える。
【００４３】
そして、本実施形態に係るロードセル１００は、長方形の板状部材（金属板など）に、互いに平行に伸びる一対のスリットＳ１，Ｓ２が形成されている。これにより、一対のスリットＳ１，Ｓ２間の部分が第１両端固定梁部１１０を構成し、これら一対のスリットＳ１，Ｓ２の両側がそれぞれ第２両端固定梁部１２０，１３０を構成している。このようにして、第１両端固定梁部１１０の両端と一対の第２両端固定梁部１２０，１３０の両端が、それぞれ一体的に形成された構成となっている。
【００４４】
また、本実施形態に係るロードセル１００においては、長手方向に対する中心線Ｍ１に対して対称、かつ短手方向に対する中心線Ｍ２に対しても対称となるように構成されてい
る。
【００４５】
そして、第１両端固定梁部１１０に、荷重を受ける部位Ｐ０と歪ゲージユニット１５０が取り付けられる部位が設けられるように構成されている。この実施形態においては、荷重を受ける部位Ｐ０は、中心線Ｍ１と中心線Ｍ２が交差する位置となるように構成されている。また、歪ゲージユニット１５０が取り付けられる部位は、中心線Ｍ２上に位置するように構成されている。従って、荷重を受ける部位Ｐ０と、歪ゲージユニット１５０が取り付けられる部位は、第１両端固定梁部１１０における梁の長手方向に伸びる直線状に位置するように設けられる。
【００４６】
また、第２両端固定梁部１２０，１３０に、第１両端固定梁部１１０に対して荷重Ｐがかかった際の反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２が設けられるように構成されている。なお、図２において、符号２００は、反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２でロードセル１００を支持し、ロードセル１００に対して反力を与える支持部材の支持部を示している。
【００４７】
ここで、これら反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２は、中心線Ｍ１上に位置するように構成されている。従って、上記荷重を受ける部位Ｐ０と、これら反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられる。また、第２両端固定梁部１２０における反力を受ける部位Ｒ１と荷重を受ける部位Ｐ０との間の距離と、第２両端固定梁部１３０における反力を受ける部位Ｒ２と荷重を受ける部位Ｐ０との間の距離は等しくなるように構成されている。
【００４８】
なお、本実施形態においては、図１に示すように、反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２が、第２両端固定梁部１２０，１３０における幅方向全体に亘って伸びる直線部で構成される場合を示した。しかしながら、例えば、第２両端固定梁部１２０，１３０における幅方向の中心の一点でそれぞれ反力を受けるようにしてもよい。
【００４９】
＜ロードセルのメカニズム＞
特に、図３〜図５を参照して、ロードセル１００のメカニズムについて説明する。図３は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の様子を示す側面図である。図４は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の第１両端固定梁部のせん断力線図（Ｓ．Ｆ．Ｄ）と曲げモーメント線図（Ｂ．Ｍ．Ｄ）である。図５は本発明の実施形態に係るロードセルにおける荷重がかかった際の第２両端固定梁部のせん断力線図（Ｓ．Ｆ．Ｄ）と曲げモーメント線図（Ｂ．Ｍ．Ｄ）である。
【００５０】
本実施形態に係るロードセル１００によれば、第１両端固定梁部１１０に荷重Ｐがかかると、一対の第２両端固定梁部１２０，１３０において、それぞれ、この荷重Ｐに対する反力Ｒが作用する。
【００５１】
そして、この第１両端固定梁部１１０においては、その両端が固定されていることから、その両端部においては、荷重を受ける部位Ｐ０とは正負が逆のモーメントが生ずる。なお、図４におけるモーメントＭは、固定モーメントを示している。
【００５２】
このように、第１両端固定梁部１１０においては、その両端に生ずる曲げモーメントが、荷重を受ける部位Ｐ０におけるモーメントと正負が逆になることから、荷重を受ける部位Ｐ０と、その両端部との間が、それぞれＳ字形状となるように撓む（図３及び図４参照）。そのため、この第１両端固定梁部１１０においては、表面側に圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在すると共に、裏面側にも圧縮ひずみが発生する部位と引張ひずみが発生する部位が存在する。
【００５３】
従って、この第１両端固定梁部１１０における表面側か裏面側のいずれか一方側のみで、歪ゲージによって、圧縮ひずみが生じる部位の電気抵抗値と、引張ひずみが生じる部位の電気抵抗値を検出することができる。すなわち、図３に示すように、第１両端固定梁部１１０におけるＳ字形状に撓む部分の中央付近に、一対の歪ゲージを有する歪ゲージユニット１５０を取り付けることで、圧縮ひずみが生じる部位の電気抵抗値と、引張ひずみが生じる部位の電気抵抗値を検出することができる。なお、例えば、歪ゲージユニット１５０は、例えば、一枚のベースとなる薄膜に、一対の歪ゲージが固定されたものを用い、一方の歪ゲージが圧縮ひずみの生じる位置に配置され、他方の歪ゲージが引張ひずみの生じる位置に配置されるようにすればよい。
【００５４】
また、第２両端固定梁部１２０，１３０においては、荷重Ｐとは逆向きの反力Ｒが作用する。そして、これら第２両端固定梁部１２０，１３０においても、その両端が固定されていることから、その両端部においては、反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２とは正負が逆のモーメントが生ずる。なお、図５におけるモーメントＭは、固定モーメントを示している。
【００５５】
このように、第２両端固定梁部１２０，１３０においても、その両端に生ずる曲げモーメントが、反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２におけるモーメントと正負が逆になることから、反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２と、その両端部との間が、それぞれＳ字形状となるように撓む（図３及び図５参照）。
【００５６】
なお、本実施形態においては、第１両端固定梁部１１０における撓み変形と、第２両端固定梁部１２０，１３０における撓み変形が対称的となるように構成している。より具体的には、第１両端固定梁部１１０の横幅が、第２両端固定梁部１２０の横幅と第２両端固定梁部１３０の横幅の合計とおおよそ等しくなるように設定している。つまり、第１両端固定梁部１１０の横幅が、第２両端固定梁部１２０，１３０の各横幅のおおよそ２倍となるように設定している。これにより、第１両端固定梁部１１０の強度と、第２両端固定梁部１２０の強度と第２両端固定梁部１３０の強度との合計がおおよそ等しくなり、第１両端固定梁部１１０における撓み変形と、第２両端固定梁部１２０，１３０における撓み変形が対称的となる。
【００５７】
＜ロードセルによる荷重測定＞
特に、図６を参照して、本発明の実施形態に係るロードセル１００による荷重測定について説明する。図６はホイートストンブリッジ回路図である。
【００５８】
ロードセルを用いて荷重測定を行う場合、一般的に、図６に示すホイートストンブリッジ回路が用いられる。ホイートストンブリッジ回路を用いた荷重測定方法については、周知技術であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
図６において、図中、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はそれぞれ歪ゲージの抵抗値を示している。また、Ｅは入力電圧を示し、ｅは出力電圧を示している。荷重Ｐがかかっておらず、ロードセル１００が変形していない状態では、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４となるように構成されている。そして、Ｒ１とＲ３に相当する歪ゲージは引張ひずみが発生する部位に設けられ、Ｒ２とＲ４に相当する歪ゲージは圧縮ひずみが発生する部位に設けられる。ロードセル１００に荷重Ｐがかかることで、上記の通り、圧縮ひずみと引張ひずみが生じ、各歪ゲージの抵抗値が微小に変化する。これにより、ホイートストンブリッジ回路を用いて、歪量が検出され、歪量から荷重を測定することができる。なお、図６中、１５０ａ，１５０ｂは、それぞれ、一対の歪ゲージを有する歪ゲージユニット１５０に相当する。
【００６０】
＜適用例＞
特に、図７及び図８を参照して、本発明の実施形態に係るロードセルを体重計に用いる
場合を説明する。図７は本発明の実施形態に係る体重計の模式的平面図である。図８は本発明の実施形態に係る体重計における体重を測定するための回路図である。
【００６１】
体重計３００の場合、一般的に、直方体形状の筐体部と、その４隅に設けられる脚部とから構成され、４つの脚部にそれぞれロードセル１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが配置される。そして、本実施形態に係る体重計においては、各ロードセル１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄにそれぞれ１個の歪ゲージユニット１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄが設けられる。
【００６２】
ここで、図８に示す回路において、歪ゲージユニット１５０ａにおける一対の歪ゲージの電気抵抗値がＲ１’，Ｒ２’に相当し、歪ゲージユニット１５０ｂにおける一対の歪ゲージの電気抵抗値がＲ２”，Ｒ３”に相当し、歪ゲージユニット１５０ｃにおける一対の歪ゲージの電気抵抗値がＲ３’，Ｒ４’に相当し、歪ゲージユニット１５０ｄにおける一対の歪ゲージの電気抵抗値がＲ４”，Ｒ１”に相当する。また、荷重Ｐがかかっておらず、ロードセル１００が変形していない状態では、全ての電気抵抗値が等しくなるように構成されている。
【００６３】
そして、Ｒ１’，Ｒ１”，Ｒ３’，Ｒ３”に相当する歪ゲージは引張ひずみが発生する部位に設けられ、Ｒ２’，Ｒ２”，Ｒ４’，Ｒ４”に相当する歪ゲージは圧縮ひずみが発生する部位に設けられる。
【００６４】
ここで、Ｒ１＝Ｒ１’＋Ｒ１”，Ｒ２＝Ｒ２’＋Ｒ２”，Ｒ３＝Ｒ３’＋Ｒ３”，Ｒ４＝Ｒ４’＋Ｒ４”とすれば、上記図６に示すホイートストンブリッジ回路と等しくなる。従って、この図８に示す回路を用いて荷重（体重)を測定することができることは言うま
でもない。
【００６５】
＜本実施形態に係るロードセルの優れた点＞
本実施形態に係るロードセル１００においては、第１両端固定梁部１１０の両端と一対の第２両端固定梁部１２０，１３０の両端とが、それぞれ一体的に固定されている構成を採用している。そのため、一端が自由端で構成された梁部を備え、かつ当該梁部を両端固定梁部として機能させるように構成されたロードセルの場合のように、梁部における自由端側を確実に固定させておかなければならないという課題がない。
【００６６】
つまり、本実施形態に係るロードセル１００においては、第１両端固定梁部１１０及び第２両端固定梁部１２０，１３０を、それぞれ両端固定梁として機能させるという意味では、これらを固定する構造や機構を必要としない。そのため、基本的には、第２両端固定梁部１２０，１３０における反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２で反力が生じるように、ロードセル１００を支えることができさえすればよい。これにより、ロードセル１００を固定する構造は簡易的なものでよく、安定的な固定を維持するための対策も不要である。従って、耐久性に優れ、測定精度も安定させることができる。
【００６７】
また、本実施形態に係るロードセル１００においては、荷重を受ける部位Ｐ０と、歪ゲージユニット１５０が取り付けられる部位は、第１両端固定梁部１１０における梁の長手方向に伸びる直線状に位置するように設けられる。従って、歪ゲージによって電気抵抗値が検出される際に、ロードセル１００の幅方向の撓み変形の影響を抑制することができる。
【００６８】
更に、本実施形態に係るロードセル１００においては、荷重を受ける部位Ｐ０と、反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられる。そして、第２両端固定梁部１２０における反力を受ける部位Ｒ１と荷重
を受ける部位Ｐ０との間の距離と、第２両端固定梁部１３０における反力を受ける部位Ｒ２と荷重を受ける部位Ｐ０との間の距離は等しくなるように構成されている。
【００６９】
これにより、ロードセル１００の幅方向の撓み変形が、荷重を受ける部位Ｐ０を中心として対称的となるようにすることができる。従って、歪ゲージによって電気抵抗値が検出される際に、ロードセル１００の幅方向の撓み変形の影響をより一層抑制することができる。
【００７０】
また、本実施形態に係るロードセル１００は、板状部材に対して、互いに平行に伸びる一対のスリットＳ１，Ｓ２を形成するたけで得ることができる。従って、構成が簡易であり、製作が容易である。また、部品点数も少なくて済み、薄型化及び小型化を容易に実現できる。
【００７１】
（実施例）
次に、上述した本発明の実施形態に係るロードセルを、より具体化した実施例について説明する。基本的な構成やメカニズムについては、上記実施形態の場合と同様であるので、それらの説明は適宜省略する。
【００７２】
＜実施例１＞
図９〜図１１には、本発明の実施例１に係るロードセルが示されている。図９は本発明の実施例１に係るロードセルの斜視図である。図１０は本発明の実施例１に係るロードセルの平面図である。図１１は本発明の実施例１に係るロードセルの断面図である。なお、図１１は図１０におけるＡＡ断面図である。
【００７３】
本実施例に係るロードセル１００Ｘにおいても、板状部材（金属板など）により構成されており、互いに平行に伸びる一対のスリットＳ１Ｘ，Ｓ２Ｘが形成されている。そして、これら一対のスリットＳ１Ｘ，Ｓ２Ｘ間の部分が第１両端固定梁部１１０Ｘを構成し、これら一対のスリットＳ１Ｘ，Ｓ２Ｘの両側がそれぞれ第２両端固定梁部１２０Ｘ，１３０Ｘを構成している。第１両端固定梁部１１０Ｘの両端と一対の第２両端固定梁部１２０Ｘ，１３０Ｘの両端とが、それぞれ一体的に形成された構成となっている点についても、上記実施形態の場合と同様である。
【００７４】
また、本実施例に係るロードセル１００Ｘにおいても、短手方向に対する中心線に対して対象となるように構成されている。しかし、本実施例に係るロードセル１００Ｘにおいては、長手方向に対する中心線に対しては対称となるように構成されていない。この点については後述する。
【００７５】
そして、本実施例に係るロードセル１００Ｘにおいては、第１両端固定梁部１１０Ｘに、荷重を受ける部位となるテーパ穴１１１が設けられている。このテーパ穴１１１に球体を嵌めた状態で球体に荷重をかけるようにしたり、先端が球形（半球）の部材で荷重をかけるようにしたりすることで、ロードセル１００Ｘに対して荷重がかかる位置のずれを抑制することができる。
【００７６】
また、本実施例に係るロードセル１００Ｘにおいては、一対の第２両端固定梁部１２０，１３０には、それぞれ両側に突出する突出部１２１，１３１が設けられている。そして、これら一対の突出部１２１，１３１にそれぞれ貫通孔１２１ａ，１３１ａが設けられている。これらの貫通孔１２１ａ，１３１ａは、ボルトやピンなど、ロードセル１００Ｘを固定したり、位置決めしたりするために設けられたものである。
【００７７】
このように、突出部１２１，１３１を設けた上で、これらの突出部１２１，１３１にロ
ードセル１００Ｘを固定等するための貫通孔１２１ａ，１３１ａを設けた理由について説明する。
【００７８】
本発明の実施形態及び実施例に係るロードセル１００，１００Ｘにおいては、荷重がかかると、上記実施形態で参照した図３に示すように、反力を受ける部分以外の部分は、荷重がかかる方向に変形可能な状態で設置されなければならない。
【００７９】
そのため、上記実施形態に係るロードセル１００のように、第２両端固定梁部１２０，１３０における梁部の本体に反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２を設ける構成を採用した場合には、ロードセル１００の位置ずれの対策が必要となる。すなわち、上述のように、上記実施形態に係るロードセル１００においては、第２両端固定梁部１２０，１３０における反力を受ける部位Ｒ１，Ｒ２で、ロードセル１００を支えることができれば良いものの、これらの部位でロードセル１００を支えているだけでは、ロードセル１００が平面方向に回転したり、ロードセル１００が中心線Ｍ１を中心に回転したりしてしまう。そのため、これらの回転を防止する必要がある。例えば、ロードセル１００の周囲に、ロードセル１００が回転しようとすると、ロードセル１００の端部が突き当たってしまいロードセル１００の回転を防止できるようなストッパを設けなければならない。
【００８０】
これに対して、本実施例に係るロードセル１００Ｘの場合には、突出部１２１，１３１のみを支持するようにして、それ以外の部分における荷重がかかる方向を空間領域としておくだけでよい。これにより、ロードセル１００Ｘは、位置がずれてしまうことなく、第１両端固定梁部１１０Ｘ、及び一対の第２両端固定梁部１２０，１３０における突出部１２１，１３１を除く部分の撓み変形が可能となる。
【００８１】
また、本実施例に係るロードセル１００Ｘにおいては、荷重を受ける部位（テーパ穴１１１の位置に相当）は、第１両端固定梁部１１０Ｘの一方の端部側（図１０において上部側）に偏った位置に設けられている。そして、歪ゲージユニット１５０Ｘは、この荷重を受ける部位と他方の端部との間の位置に取り付けられるように構成されている。
【００８２】
このように構成することで、第１両端固定梁部１１０Ｘにおいて、荷重を受けた際に、荷重を受ける部位の両側に形成されるＳ字形状部のうち、一方のＳ字形状部の長手方向の長さを、荷重を受ける部位を長手方向の中心に設定した場合に比べて長くすることができる。そして、このＳ字形状部の長手方向の長さを長くした側に、歪ゲージが取り付けられることで、より一層、測定精度を高めることができる。
【００８３】
すなわち、荷重を受けた際にＳ字形状となる部分の長さが短ければ短いほど、長手方向に対する歪量の変化率、及びこれに伴う電気抵抗値の変化率は大きくなり、当該部分の長さが長ければ長いほど、これらの変化率は小さくなる。ここで、歪ゲージの取り付け位置の誤差は、これらの変化率に影響し、これらの変化率が小さいほど、取り付け位置の誤差の影響が少なくなる。従って、Ｓ字形状となる部分の長さを長くするほど、歪ゲージの取り付け位置の誤差の影響が少なくなり、測定精度を高めることができる。
【００８４】
以上より、本実施例に係るロードセル１００Ｘの場合には、ロードセル１００Ｘを小型化した場合であっても、荷重を受けた際にＳ字形状となる部分の長さを確保することができるので、小型化と測定精度の両立を図ることが可能となる。
【００８５】
また、本実施例に係るロードセル１００Ｘの場合においても、荷重を受ける部位（テーパ穴１１１の位置に相当）と、反力を受ける部位（貫通孔１２１ａ，１３１ａの位置に相当）は、梁の長手方向に対して垂直方向に伸びる直線上に位置するように設けられる。そして、貫通穴１２１ａとテーパ穴１１１との間の距離と、貫通穴１３１ａとテーパ穴１１
１との間の距離は等しくなるように構成されている。従って、上記実施形態に係るロードセル１００の場合と同様に、歪ゲージによって電気抵抗値が検出される際に、ロードセル１００Ｘの幅方向の撓み変形の影響を抑制することができる。
【００８６】
＜実施例２＞
図１２には、本発明の実施例２が示されている。図１２は本発明の実施例２に係るロードセルの平面図である。上記実施形態の適用例で説明したように、ロードセルを体重計に用いる場合には４箇所にロードセルを設けるのが一般的である。従って、例えば、上記実施例１に係るロードセル１００Ｘを４つ用いる構成を採用することができる。しかしながら、上記の通り、板状部材に対して、互いに平行に伸びる一対のスリットを形成することで、ロードセルを構成することが可能である。つまり、板状部材に複数のスリットを形成すれば、一枚の板状部材に複数のロードセルを形成することも可能である。
【００８７】
そこで、本実施例では、一つの板状部材にロードセルを４箇所に形成して、体重計に適用する場合を説明する。
【００８８】
すなわち、本実施例に係る体重計用ロードセル４００においては、一枚の板状部材（金属板など）に、４箇所のロードセル１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが設けられている。
【００８９】
これらの４箇所のロードセル１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、板状部材に対して、互いに平行に伸びる一対のスリットＳ１，Ｓ２と、これらを取り囲むように設けられる一対のコ字形状のスリットＳ３，Ｓ４が形成されることにより設けられる。そして、本実施例に係るロードセル１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄにおいても、一対のスリットＳ１，Ｓ２間の部分が第１両端固定梁部１１０を構成し、これら一対のスリットＳ１，Ｓ２の両側がそれぞれ第２両端固定梁部１２０，１３０を構成している。このように、基本的な構成は、上記実施形態に係るロードセル１００の場合と同様である。
【００９０】
本実施例に係るロードセル１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの場合には、第２両端固定梁部１２０，１３０が位置決め固定されるため、上記実施形態の場合のようなロードセル１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの位置決め対策は不要である。
【符号の説明】
【００９１】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００Ｘ  ロードセル
１１０，１１０Ｘ  第１両端固定梁部
１１１  テーパ穴
１２０，１３０，１２０Ｘ，１３０Ｘ  第２両端固定梁部
１２１，１３１  突出部
１２１ａ，１３１ａ  貫通孔
１５０，１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０Ｘ  歪ゲージユニット
３００  体重計
４００  体重計用ロードセル
Ｍ１  中心線
Ｍ２  中心線
Ｐ  荷重
Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２  荷重を受ける部位
Ｒ  反力
Ｒ１，Ｒ２  反力を受ける部位
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１Ｘ，Ｓ２Ｘ  スリット
Ｓ３，Ｓ４  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2010181242.tif 000016
【図１５】
2010181242.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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