(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方形状又は円形状をした板状体より成り、該板状体の外周近傍を外枠１として、中央部に位置して荷重を負荷する受圧部２を設け、上記外枠１と上記受圧部２との間に該受圧部２を囲むように上記板状体を上下に貫通した複数の長溝４を設け、該貫通した複数の長溝４にはその両端に該長溝４より連続して幅広の貫通した終端溝６及び他の幅広の貫通した終端溝６'をほぼ突き合わせ状に設け、上記終端溝６及び他の終端溝６'によりほぼ突き合わせ状に構成された両方の上記終端溝に渡り上記板状体を貫通して設けた複数の短溝７及び他の貫通した短溝７'を上記終端溝６及び他の終端溝６'の両側に設け、上記終端溝６及び他の終端溝６'との両側に設けた上記複数の貫通した短溝７、７'とにより形成された薄肉ｂ'の起歪部８、８'及び他の薄肉ｂ'の起歪部９、９'から成る複数のＨ字形状の起歪部を上記長溝４の両端ごとに設けると共に、上記複数のＨ字形状の起歪部における矩形断面の内、長辺ａ'は、上記板状体を板厚方向に加工することにより所定の長辺ａ'を形成することを特徴として、上記複数のＨ字形状の起歪部長辺ａ'の側面にそれぞれストレインゲージを貼付して荷重検出部としたことを特徴とする薄型ロードセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、車両の輪重や全重量の計重をはじめとして、厚みの薄さを利用してその他の台はかり等に１個又は複数個使用して計重機を構成するストレインゲージ式薄型ロードセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のストレインゲージ式の薄型ロードセルとしては図７、図８に示すものがあった。図７Ａはこのロードセルの外観斜視図で、４１は剛性のある外枠、４２は矢印の負荷Ｗを受ける剛性のある受圧台、４３Ａ〜４３Ｄは上記外枠４１と受圧台４２との間の四方に配置連結された撓み易い形状の荷重検出部であり、これら４１〜４３は一体構造となっている。又上記４３Ａ〜４３Ｄの検出部にはそれぞれストレインゲージ４４が貼付されている。図７Ｂは大容量用として採用された上記検出部でのせん断歪検出構造の図で、一般に長辺ａと短辺ｂの矩形断面を形成し、一方の面４５は外枠４１に、他方の面４６は受圧台４２につながっており、上記面４５、４６の両側面にはストレインゲージ４４が貼付され、矢印の負荷Ｗによりストレインゲージ４４の貼付された面にせん断歪を発生し、その歪をストレインゲージが検知して電気信号に変換して取り出すようになっている。図７Ｃは図７Ａの負荷検出部４３Ａ〜４３Ｄに替わって小容量用として採用された曲げ歪検出構造の図で、一般に短辺Ｃ長辺ｄの矩形断面を形成し、一方の面５５は外枠４１に、他方の面５６は受圧台４２につながった負荷検出部５３Ａ〜５３Ｄを形成している。この負荷検出部の上下面は図７Ｃに示すように、短辺Ｃの方向がそれぞれ２ヶ所ずつ厚みが薄くなって５７、５７’、５８、５８’の面を形成し、ここにストレインゲージ５４が４ヶ所貼付され、図７Ａの矢印の負荷Ｗによりストレインゲージ５４の貼付された面に曲げ歪を発生し、その歪をストレインゲージが検知して電気信号に変換して取り出すようになっている。
【０００３】
図８は図７ＡのＸ−Ｘ’断面を示し、実線は矢印で示す負荷Ｗがかかる前の状態を表し、点線は負荷により各部材が歪んだ状態を示している。この図で示すように、負荷がかかると受圧台４２及び荷重検出部４３Ａ、４３Ｃが点線の如く撓み、受圧台４２の長さＬは矢印の横方向に少し縮み、外枠４１はその矢印の方向に引っ張られ、外枠４１の底面４７と床面４８との間に接触力に応じた滑り及び歪が生じる。
【０００４】
更に従来の技術として、特開昭６３−３０７３４に開示されているようなものがある。この発明は一つのホルダーに結合された板形状の伸長部材の中央部を負荷点とし、その中央に対して同心的に延びる一つの円弧に対して接線的に撓みビームが配置され曲げ歪を検出し、撓みビームに誤変換を生ぜしめないようにされている。又特開平６−４３０４５、特開平６−４３０４６に開示されているようなものもある。この発明は上述と同じように板形状素材を使用し、前後一対の長溝を設け中央部を荷重受部とし、受圧部と固定部の構造を工夫して受感部のフレームの撓みによる固定部の滑りを緩和してせん断歪を検出するようにされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図７、図８に示すものでは外枠４１が歪んで床面との接触点の変化及び滑りが生じてロードセル出力の非直線性及びヒステリシス特性が悪くなる。又図７Ｂに示すせん断歪検出構造で小容量を実現しようとすれば、重量を検出する検出部の厚さｂを極端に薄くしなければならず、そのために加工性が悪く、従って加工精度も難しくなり又検出方向に対する直角方向の機械的強度も弱くなるという問題があった。又図７Ａで示す外枠の厚みｔを薄くしてコンパクトな小容量型を実現しようとすると、図７Ｃで示す曲げ歪検出構造ではストレインゲージを受圧面側とその反対側に貼付するので、ゲージ表面の絶縁保護膜を接触しないようにするために厚みの制限を受ける上、前記のせん断歪検出構造と同様検出部の剛性を強くできないので機械加工が非常に難しくなるという問題点があった。更に特開昭６３−３０７３４では荷重点を中心としているが、荷重点が中心よりはずれたときは片撓みが大きく、その上荷重による負荷板は上下方向の撓みに加えて僅かに回転する。又ストレインゲージが上面に貼っているため荷重の載せ降ろし時に荷重でゲージを傷つけないように保護が必要となり、そのため厚みが厚くなる等の問題があり、特開平６−４３０４５及び特開平６−４３０４６でも荷重受部に負荷がかかると、検出部から自由端部を経て固定部へと荷重が伝達されるので、固定部には負荷方向と同じ下向きの力に加えて若干の曲げ及び捩れの力が加えられるので、若干の悪影響は避けられず特に小容量のロードセルはこれらの構造では実用上製作し難い等の問題点があった。そこでこの発明は、受圧台の撓みによる横方向の撓みを吸収でき、小容量にも対応するためにロードセルの厚さを極限にまで薄くしながら機械加工がしやすい構造としてコンパクトで高精度なロードセルを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、方形状または円形状をした板状体の素材を利用して、この板状体の外周近傍を外枠１として、中央部に荷重を負荷するための受圧部２を設け、その外枠１と受圧部２との間に該受圧部を囲むように上記の板状体を上下に貫通した複数の長溝４を設け、貫通した複数の長溝４にはその両端に該長溝より連続して幅広の貫通した終端溝６及び他の幅広の貫通した終端溝６'をほぼ突き合わせ状に設け、その終端溝６及び他の終端溝６'によりほぼ突き合わせ状に構成された両方の上記終端溝に渡り上記の板状体を貫通して設けた複数の短溝７及び他の貫通した短溝７'を上記の終端溝６及び他の終端溝６'の両側に設け、上記の終端溝６及び他の終端溝６'との両側に設けた複数の貫通した短溝とにより形成された薄肉ｂ'の起歪部８，８'及び他の薄肉ｂ'の起歪部９、９'から成る複数のＨ字形状の起歪部を設けると共に、上記複数のＨ字形状の起歪部における矩形断面の内、長辺ａ'は上記板状体の板厚を加工することにより所定の長辺ａ'を形成したものである。つまり、長溝の両端に設けた幅広の終端溝６と他の長溝の両端に設けた幅広の終端溝６'はほぼ突き合わせ状態になっており、これらの終端溝の一部と上記の短溝７及び７'の一部は重複（ラップ）しており、この重複（ラップ）した部分が薄肉部を形成しており、この部分を平面的に見ればＨ字形状となっている。このＨ字形状部分の長辺ａ'は素材の板厚方向の長さであり、上記の板状体を板厚方向に加工することにより所定のロードセル容量を決定することを特徴としている。そして上記複数のＨ字形状の起歪部長辺ａ'の側面にそれぞれストレインゲージを貼付して荷重検出部としたことを特徴とした薄型ロードセルである。
【０００７】
【作用】
図１〜図４にて説明する。これらの図で荷重Ｗが受圧台２に加えられると、起歪部のつなぎ梁１０に受圧台２が下がる方向の右回りのトルクが発生し、起歪部８、８’、９、９’の捻れ応力を発生するトルクの反力とが釣り合って捻れ歪が発生し、図４に示すストレインゲージの結線によって荷重Ｗに比例した出力電圧が発生する。この場合、たとえ図３Ｃに示すように荷重によって受圧台２が曲げられたときでもＨ型の起歪部を構成する左側の起歪部８、８’と、右側の起歪部９、９’とはそれぞれ反対方向に捻れるので、図４Ａに示すようにストレインゲージのブリッジ内で相殺されて受圧台の曲がりによる誤差としては表れず、薄型でも小容量から大容量の高精度なロードセルが実現できる。
【０００８】
【実施例】
この発明の第一と第二の実施例を図１〜図４に示す。図１Ａ及び図１Ｂは薄型ロードセルの外観を示す斜視図で、図１Ａは第一実施例を示し、１は方形状をした外枠で、その内側は中央部に負荷Ｗを受ける受圧台２であり、対角の四隅には荷重検出部３を設けて全体を一体構造として薄型ロードセルを構成している。上記荷重検出部３は受圧台２の周辺に４本の溝５とその両端の終端溝６、６’で構成された長溝４を貫通して設け、上記終端溝６、６’を挟んで短溝７、７’を同様に貫通して設けて薄肉部を形成して起歪部としている。従って矢印で示す負荷Ｗを受圧台２にかけると四隅の検出部３は歪を発生し、上記薄肉部に貼付したストレインゲージにより負荷Ｗに比例した出力を発生するようになっている。図１Ｂは第二実施例を示し、１は方形状をした外枠で、２は上記と同様の受圧台であり、第一実施例と異なるのは３の荷重検出部が受圧台を挟んだ対辺の４箇所に設置したところである。
【０００９】
図２〜図４の詳細については図１Ａを対比して説明するが、図２Ａは一つの検出部３を拡大した平面図、図２Ｂは図２ＡのＸ−Ｘ’断面図、図２Ｃは図２ＡのＹ−Ｙ’断面図である。これらの図において８、８’は短溝７と長溝４の終端溝６、６’の間に位置する起歪部で、短辺がｂ’、長辺がａ’の矩形断面で、短辺ｂ’の水平方向には撓み易く、図１Ａの矢印で示す負荷Ｗの方向に対しては長辺ａ’は撓み難い適当な剛性のある形状とされている。同様に９、９’は短溝７’と上記と同じ終端溝６、６’の間に位置する起歪部であり、上記の８、８’とは距離ｄ’を隔てて平行に位置し、断面形状は上記の８、８’と同一となっている。上記終端溝６と６’の間にはつなぎ梁１０があり、８、８’と９、９’及び１０にてＨ形状となっている。上記起歪部８、８’、９、９’の側面には捻れ応力検出用ストレインゲージ１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８が図に示されているようにそれぞれ貼付され、上面を防湿と絶縁を保護する材料１９でコーティングされ、長期安定するよう処理されている。
【００１０】
図３Ａは図２ＡのＺ−Ｚ’断面で無負荷状態を示す図で、図３Ｂは受圧台２に矢印で示す負荷Ｗがかかった状態で、検出部３の撓みにより受圧台２がｅ寸法の垂直撓みを発生している状態を示す図であり、又図３Ｃは同じく負荷状態で受圧台２自身が撓んで曲がり、上記の検出部３の撓みが加算された状態を示す図である。これらの図において、受圧台２に負荷Ｗがかかると、図２Ａに示すつなぎ梁１０には図３Ｂの矢印で示す方向のトルクＴ（＝Ｗ×ｄ’）が発生し、このトルクＴと起歪部８、８’９、９’の捻れ応力τを発生するトルクの反力ＴＲ  とが釣り合って捻れ応力τ（＝Ｔ／４×Ｋ）が求められる。但しＫは形状による定数である。又図３Ｃで示すように受圧台２が負荷Ｗによって曲げられた場合でも、起歪部８、８’と９、９’とはそれぞれ反対の矢印の方向に捻れるため、ストレインゲージのブリッジ内で相殺されて出力としては表れず、受圧台２の曲がりによる誤差は発生しない。又図３Ｂの受圧台２が図８の負荷台４２のように撓むと点線で示す矢印の方向に少し縮むが、その量は図２Ａで示す起歪部８、８’、９、９’が水平方向に撓んで殆ど吸収され外枠１に大きな横荷重がかからず、外枠１と床面との滑りが少なくなる。ここで上記起歪部の短辺ｂ’が薄すぎると機械加工時に工具の力で撓んで加工し難く精度も出し難いのでロードセルの容量に応じて距離ｄ’を選択して短辺ｂ’を加工のしやすい寸法にすることができる。
【００１１】
図４Ａは図２Ａで示すように一つの検出部３において捻れ応力検出用のストレインゲージ１１〜１８の８枚を全て貼付してブリッジ状に結線した図であり、ｋをゲージファクタ、Ｇを起歪部の横弾性係数、ｅｉ  をブリッジ入力電圧とすると負荷Ｗに比例する歪に対応する電気出力ｅ０  はｅ０  ＝ｋ×τ×ｅｉ  ／２Ｇとなり、上記ｅ０  から負荷Ｗが求められる。図４Ｂはブリッジ回路のストレインゲージ枚数を少なくしてコストを下げるため、それぞれ１１、１３、１６、１８又は（）内で示す１２、１４、１５、１７の４枚で構成した図であり上記の８枚構成と同様の効果が得られる。又図３Ｂに示すように受圧台２の曲がり歪が少ない場合又は図３Ｃで示すように受圧台２の曲がり歪があってもその誤差を許容する場合は、ストレインゲージをそれぞれ１１、１２、１３、１４又は１５、１６、１７、１８の４枚構成としてもよい。図４Ｃは図１Ａ、図１Ｂに示すように検出部３が４ヶ所のときのブリッジ回路の結線図である。但しストレインゲージの記載は省略している。
【００１２】
図５はこの発明の第三実施例を示し、外枠２１と受圧台２２の対辺の２ヶ所に細長い検出部２３を形成し、ストレインゲージの枚数も検出部数の半減に応じて半減するようになっているが機能は第一及び第二実施例と同様である。更にこの発明の第四の実施例を図６に示す。この実施例は前述の実施例における方形状の外枠を円形の外枠３１とし、受圧台３２、検出部３３を第三の実施例と同様２ヶ所としているが、ストレインゲージ枚数を更に半減したもので機能は前述の各実施例と同様である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明による薄型ロードセルは、方形状又は円形状の板状体素材により加工して作るロードセルであって、その板状体の外周近傍に貫通した長溝を設けると共に、その長溝の両端の各々出合の両側にラップして起歪部を設け、更にこの起歪部を板厚方向に加工することによりロードセルの容量を決定する方法としたので、加工精度が安定するばかりでなく加工能率も向上し生産性がよい。従来のように起歪部に形成される薄肉部ｂ'を慎重に加工しなければならないと言う煩わしさから解放される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一の実施例になる外観斜視図Ａ及び第二の実施例になる外観斜視図Ｂである。
【図２】この発明の第一、第二実施例における検出部の拡大平面図Ａ、Ｘ−Ｘ’断面図Ｂ及びＹ−Ｙ’断面図Ｃである。
【図３】図２ＡのＺ−Ｚ’断面で無負荷状態を示す図Ａ、負荷により受圧台が垂直撓みを発生した状態を示す図Ｂ及び負荷により受圧台自身が撓んで曲がった状態を示す図Ｃである。
【図４】図２Ａで示す一つの検出部において起歪部の側面に全てストレインゲージを貼付したときの結線図Ａ、Ｈ型起歪部の片側起歪部のみにストレインゲージを貼付してゲージ枚数を半減したときの結線図Ｂ及び検出部が４ヶ所のときの結線図Ｃである。
【図５】この発明の第三の実施例になる外観斜視図である。
【図６】この発明の第四の実施例になる外観斜視図である。
【図７】従来のロードセル外観斜視図Ａ、大容量用としたせん断歪検出構造の図Ｂ及び小容量用の曲げ歪検出構造の図Ｃである。
【図８】従来のロードセル図７ＡのＸ−Ｘ’断面図で負荷Ｗがかかったときの歪状態を表した図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１  外枠
２、２２、３２、４２  受圧台
３、２３、３３、４３Ａ〜４３Ｄ、５３Ａ〜５３Ｄ  荷重検出部
４  長溝
５  溝
６、６’  終端溝
７、７’  短溝
８、８’、９、９’  起歪部
１０  つなぎ梁
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、４４、５４  ストレインゲージ
１９  絶縁保護材料
【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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