(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と固定部が２本の可撓アームによって接続されたロバーバル機構を有するロードセルであって、上記可動部と固定部との間に設けられた起歪部に荷重変換手段を設けて密閉保護する密閉保護室が形成された防水型ロバーバル構造のロードセルにおいて、上記密閉保護室にはデジタル荷重信号変換手段を設けず、上記固定部に空洞部を設けて該空洞部内に上記デジタル荷重信号変換手段を収納すると共に、上記空洞部が密閉収納室をなすように上記固定部に設けた上記空洞部の外壁開口部に金属蓋を嵌入して防水対策を施し、上記荷重変換手段の密閉保護室と上記デジタル荷重信号変換手段の収納部である上記空洞部との間には貫通穴を設け、該貫通穴を通して上記荷重変換手段と上記デジタル荷重信号変換手段とを連絡する導線を接続した後、上記貫通穴を封止材により封止し上記荷重変換手段の密閉保護室と上記デジタル荷重信号変換手段の収納部との間は通気性を遮断して密閉隔離したことを特徴とするロードセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
負荷荷重の大きさによって歪みを生ずる起歪部に装着され歪み量を感じる歪み量センサーを備え、該歪み量センサの出力信号をデジタル荷重信号に変換し出力するデジタル荷重信号変換手段を外界環境から保護するためのロードセル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歪み量センサの一種である歪みゲージを起歪体に装着して、負荷荷重による起歪部の伸縮量を歪みゲージの抵抗値変化による電気信号に変換して負荷荷重の大きさに比例するアナログ荷重信号を発生するロードセルでもって、アナログ荷重信号を各種生産プロセスにとって有用な使い易い形であるデジタル荷重信号へ変換することは現代の産業界では必須要件となっている。そのためにアナログ荷重信号を出力するロードセルと各種生産プロセスとの間にデジタル信号変換装置を置く技術は古くから存在する。 また、歪み量を負荷荷重の大きさに比例した電気信号に変換するとき、歪みゲージや起歪体が周囲の温度変化によって荷重負荷量の変化に関係のないところで荷重信号に変化が与えられれば荷重信号に誤差を発生するが、このような誤差を補償するするために歪みゲージの近傍に温度センサを設け、温度センサからの信号を利用して誤差補償演算を行わせることもデジタル荷重信号変換装置において従来より実施されている。デジタル荷重信号変換装置はロードセルから出力されるアナログ荷重信号を増幅しＡ／Ｄ変換をして各種演算処理を行うもので、前述のような誤差補正も行いながらデジタル荷重信号を各種プロセス制御装置やコンピューターに供給するものである。
【０００３】
ところで前述のデジタル荷重信号変換装置の収納場所に関する従来例を見ると、起歪部そのものや起歪部の表面に装着される歪みゲージを保護するため起歪部の周囲を金属製保護容器で囲み、歪みゲージ部を密閉包囲している構造のロードセルにおいては、起歪部と金属製保護容器の間にある空間を利用して、この空間に小さくまとめたデジタル荷重信号変換基板を収納し、温度の変化に対する誤差を補正しながらデジタル荷重信号を出力することを特徴とするロードセルが特開平１−２５００２８に提案されている。また、ロバーバル機構を持つロードセルにおいては、デジタル荷重信号変換手段を金属製のシールドケースに収めて、該シールドケースをロバーバルアーム内の空間に収めるようにしたものが特開昭６３−５２０２６にて提案されている。
【０００４】
特開平１−２５０００８号のＦＩＧ１およびＦＩＧ３にはデジタルロードセルの構造が示されている、起歪部１２及び歪みゲージなどからなる荷重変換手段７５，７６，７９，８０と前記の荷重変換手段から出力されるアナログ荷重信号をデジタル荷重信号に変換するデジタル荷重信号変換手段１４を、起歪部および荷重変換手段を密閉包囲する密閉包囲手段１５の内部空間を利用してそこに装備し、密閉包囲手段から防水コネクタ３３を通してデジタル荷重信号が外部へ出力される構造になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のＦＩＧ１及びＦＩＧ３に示されたロードセルのように狭い密閉された空間の中に起歪体と歪みゲージとデジタル荷重信号変換手段とを一緒に封入すると、次のような問題がある。つまり、デジタル荷重信号変換手段には歪みゲージに供給する電源、演算増幅器に供給する電源およびデジタル回路に供給するために通常複数の種類の電源が必要であり、外部から一種類の電源を供給した場合はＤＣ−ＤＣコンバータや抵抗による分圧回路などが必要になり、また演算回路には高速ＣＰＵや高集積度メモリーの搭載も必要であるので、各種の回路部品からかなりの発熱を生ずる。
【０００６】
歪みゲージはブリッジ回路に接続された微少な抵抗変化を電気信号に変換するようにしているので、もしブリッジの辺を構成する歪ゲージの何れかが温度変化によって抵抗値に微少な変化を生ずると直ちに出力信号変化となって現れる。勿論、歪みゲージや起歪部の温度変化による出力信号の変化を補償するために従来より歪みゲージや起歪部の近くに温度センサを設け、温度センサの出力によってアナログ的あるいはデジタル的に補償を行っているが、こうした補償が有効になるのは温度センサーをはじめ全ての歪みゲージや起歪部が同一の温度になって、しかも温度が安定した場合に限られる。
【０００７】
ところが上述のような発熱回路を持つデジタル荷重信号変換手段を狭い密閉された部屋に歪みゲージや起歪体、温度センサーと同室させると、デジタル荷重信号変換手段からそれら部品への熱の放射と空間に存在する気体の加熱対流によって、とくに電源をオンしてから全ての部品がウォーミングアップする長い時間、デジタル荷重信号変換手段の温度上昇によって密閉空間内の各部品には大きい温度傾斜が現れ歪みゲージや起歪体の温度平衡が崩れ、温度センサー自身の感じる温度と補償対象部品の温度とが異なってしまい、しかも安定しない状態となる。従って、温度センサを含む全ての対象部品が同一温度で安定していることを前提とする温度補償演算の体系が崩れ長時間に亘って、荷重信号に大きい温度ドリフトを与えることになる。
【０００８】
一方特開昭６３−５２０２６の構造のロードセルは防水性に関して、デジタル荷重信号変換手段の方は金属シールドケースに収納することで防水対策は容易に可能であるが、歪みゲージ部及び歪みゲージ部からシールドケース内のデジタル荷重信号変換手段へ導線が外部空間に露出している構造である。歪みゲージの防水対策としてはシリコンゴムやブチルゴムによって歪みゲージ上面をコーティングする方法はあるがこれらの有機材料は基本的には多孔質であるためせいぜい耐湿性処理と呼べる程度であり、長時間の湿度環境にはコーティング材自身はもとよりゲージから出力する配線とコーティング材の間からも水分が浸透してしまい、ロードセルの特性を劣化させる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従ってこのような問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、可動部と固定部が２本の可撓アームによって接続されたロバーバル機構を有するロードセルであって、上記可動部と固定部との間に設けられた起歪部に荷重変換手段を設けて密閉保護する密閉保護室が形成された防水型ロバーバル構造のロードセルにおいて、上記密閉保護室にはデジタル荷重信号変換手段を設けず、上記固定部に空洞部を設けて該空洞部内に上記デジタル荷重信号変換手段を収納すると共に、上記空洞部が密閉収納室をなすように上記固定部に設けた上記空洞部の外壁開口部に金属蓋を嵌入して防水対策を施し、上記荷重変換手段の密閉保護室と上記デジタル荷重信号変換手段の収納部である上記空洞部との間には貫通穴を設け、該貫通穴を通して上記荷重変換手段と上記デジタル荷重信号変換手段とを連絡する導線を接続した後、上記貫通穴を封止材により封止し上記荷重変換手段の密閉保護室と上記デジタル荷重信号変換手段の収納部との間は通気性を遮断して密閉隔離したことを特徴とするロードセルである。
【００１１】
更に、本発明は、前記空洞部の防水対策についての発明であって、前記空洞部の固定部外壁における開口部のそれぞれに金属蓋を嵌入し、前記荷重変換手段の密閉保護室と前記デジタル荷重信号変換手段の収納部とは前記固定部の内部に設けられた貫通穴を通して導線にて接続されており、前記貫通穴は上記荷重変換手段の密閉保護室と上記デジタル荷重信号変換手段の収納部とを非通気性を保持するように封止材により封止されており、上記荷重変換手段の密閉保護室と上記デジタル荷重信号変換手段の収納部との通気性を遮断して密閉隔離したことを特徴としている。
また、前記荷重変換手段の密閉保護室と前記デジタル荷重信号変換手段の収納部とは導線用の前記貫通穴によって導線にて接続されているが、上記貫通穴は上記荷重変換手段の密閉保護室と上記収納部とを非通気性を保持するように封止材により封止されており上記荷重変換手段の密閉保護室と上記デジタル荷重信号変換手段の収納部との通気性を遮断して密閉隔離されているので熱の伝導も阻止できる特徴がある。なお、前記空洞部は固定部外壁の片面にのみ開口部を持つものであってよい。
【００１３】
【発明の作用と効果】
本発明は、対向する固定部と可動部との間が２本の可撓アームで連結された構造のロードセルであって、前記固定部と可動部との間に設けられた起歪部において、起歪部に貼付される歪みゲージ及び歪みゲージから出力されロードセル金属体に付属する防水接続部に至るまでの導線が前記防水性を有する密閉保護手段及び前記ロードセル金属体及び固定部内部を貫通する穴によって密閉保護された構造のロードセルにおいて、前記ロードセル金属体の固定部に収納室を固定部外壁面から穴加工にて形成することが加工容易で好ましい。このように作成した前記収納室の中に小型化したデジタル荷重信号変換手段を収納して防水性能を持たせ、歪みゲージからの導線をロードセル金属体の内部に貫通する穴を通して前記デジタル荷重信号変換手段と連結させることでもって、デジタル荷重信号変換手段を備えたロードセルが完全防水性能を持つようにした。しかも、前記防水性を有する密閉保護手段によって密閉保護された荷重変換手段すなわち歪みゲージ等の貼付部の密閉空間である密閉保護室とデジタル荷重信号変換手段の収納部とは導線用の貫通孔によって接続しているもののシリコンゴムや樹脂などの封止材によって通気しないように密閉隔離することで熱の伝導を防止している。なお荷重変換手段は通常、歪みゲージの他に温度補償用センサやブリッジバランス出力補償用部品などからなっている。上記のように構成すれば荷重変換手段、デジタル荷重信号変換手段がそれぞれ存在する部屋間の熱伝導は無視できるようになるため、デジタル荷重信号変換手段からの発熱によって荷重変換手段が熱影響を受け出力荷重信号がドリフトするような問題は生じない。
【００１４】
ロードセル固定部の内部空洞内に、デジタル荷重信号変換手段を収納させる構造にしたので、従来の同型ロードセルに比べて外形形状、寸法を大きく変更せずにデジタル荷重信号を出力するロードセルが実現できるのと、固定部の空洞内にこもった熱は金属外壁を伝わって速やかにロードセルの外部空間へ放熱させることができるので、デジタル荷重信号変換手段の発熱によるデジタル荷重信号への温度ドリフトを与えないで済む。デジタル荷重信号変換手段はロードセル固定部外壁部近傍に収納する方が、径の大きな穴を深くあける必要がないので好ましい。
【００１５】
最近はチップ部品、ＬＳＩ等電子部品の矮小化に伴い、これらを利用することにより上記のようなデジタル荷重信号変換手段は小さいプリント基板にまとめて製作できるようになったことと相まって従来のロードセルと外形寸法を殆んど変更することなく収納できるので、コンパクトでありながら熱の影響の少ないより正確なデジタル荷重信号を出力するロードセルが実現できた。そしてこのようなデジタル荷重信号変換手段が、単にアナログ荷重信号をデジタル化するだけでなく、はかりとしての演算機能を有するはかり機能演算手段をも含むようにしたロードセルとすれば、ロードセルに対して基本的にはかり演算機能を持たない市販の表示、操作手段であるパーソナルコンピューター、プログラマブルコントローラーなどを接続するだけではかりを構成することができる。すなわち、はかりに関する技術やノウハウを持たない一般機械プラント製造事業者にとって、はかり専用の指示計を購入しなくとも、はかり本体部分が完全に防水対策の施されたはかりを容易に製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態について説明する。図１は本発明のロードセルが支持台に取付けられた実施態様図である。１はロードセル、２は支持台、３は荷重受け台である。図２は本発明のロードセルの詳細を示す正面図である。図３は図２における縦断面X−Ｘ’視図である。主要部位より図２および図３に基づいて順に述べると、図２においては右側に１０の可動部と、左側に固定部１１があり、この可動部１０と固定部１１とは２本の可撓アーム１２aと１２bとによって連結されている。可動部はねじ穴３ａと３ｂとにより荷重受け台３が取付けられており、固定部はねじ穴４ａと４ｂとにより支持台２に取り付けれられている。荷重受け台３に物品３ｃが載置されると、ロードセルの可動部１０は支持台２の設置平面４に対してほぼ垂直に荷重Ｆが働く。これは図２のロードセルに示すように２本の可撓アーム１２ａ及び１２ｂにおいて１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの如く４個所に薄肉部を設けることにより、ロバーバル機構を形成していることによるものである。更に可動部１０と固定部１１との間には起歪部と称する薄肉の円筒５が加工形成されており該円筒の左右の面と可動部及び固定部との間には加工形成された連結体１３によってそれぞれ連結されているので荷重Ｆが加わり可動部が固定部に対して垂直変位すると起歪部と称する薄肉の円筒は楕円形に歪む。
【００１７】
該円筒５が楕円形に歪むと、円筒の内面には歪みゲージ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが貼付されていて、それぞれ歪みゲージは２ａ、２ｄ部が圧縮歪み、２ｂ、２ｃ部は引張り歪みを受ける。これらの歪みゲージはブリッジ接続されているのでロードセルは効果的に荷重Ｆに比例した電気信号を出力することができる。歪みゲージの他に歪みゲージや起歪部金属の温度特性を補償するための温度センサ（図示しない）や歪みゲージの零点ドリフトを補償する補償部品（図示しない）が歪みゲージと共に装着されることもあり、これらを荷重変換手段と称す。
荷重変換手段に完全な防水対策を施すため、両端にフランジの付いた円筒形の歪みゲージ用密閉保護カバー６を薄肉加工された円筒５の内壁面にはめ込み、円筒形の歪みゲージ用密閉保護カバー６の両端のフランジの外周部と円筒５とが接触する円周部には溶接が施される。溶接によって外気から完全に密閉された空間である荷重変換手段の密閉保護室１４が形成される。
【００１８】
一方固定部において、従来のロードセルは外部配線と荷重変換手段から来た導線とを接続するための中継端子を設置するためにせいぜい小さな穴加工が施されているに過ぎない。本発明では中継端子板を配置する代わりに図２の９の如く広い穴径に加工してデジタル荷重信号変換手段１５及び１６を収納させるに十分な空間を収納室として加工形成させるものとする。
【００１９】
またデジタル荷重信号変換手段はロードセルのアナログ重量信号を単にデジタル荷重信号に変換するばかりでなく、はかり機能演算手段を含ませることもできる。はかり機能演算手段とは、ロードセルをデジタル表示式はかりに装着して使用するとき、デジタル表示式はかりに負荷される物体のみの（風袋負荷を除いた）質量値を予め定めた秤量、最小目盛りなどの仕様に応じたはかりの表示計量に変換するに必要な演算過程の一部、或いは全ての演算過程及び零調整、スパン調整などが実行できる手段である。
【００２０】
デジタル荷重信号変換手段１５には荷重変換手段の出力信号を増幅、Ａ／Ｄ変換、演算させるための電気部品が設けられているが、起歪部上の荷重変換手段とは前記連結体及び固定部の内部を貫通させる連結穴７が設けられ導線で接続されている。またデジタル荷重信号変換手段の設けられた部屋も完璧に防水対策を必要とするため加工穴９の上面には円形であって外周部にフランジの付いた薄い金属蓋１６を設けて覆い、加工穴の固定部表面円周部に設けられた薄肉円形凸部１８と金属蓋１６のフランジ１７の外周部との接触部は溶接されるので加工穴９は完全密閉され防水性能の高いデジタル荷重信号変換手段の密閉収納室をなすものである。
【００２１】
また、歪みゲージなどの荷重変換手段収納室である密閉保護室１４とデジタル荷重信号変換手段の密閉収納室９との間に通気性があると熱伝導のため歪みゲージなどの荷重変換手段が影響を受けるので貫通穴７の出口は樹脂、シリコンゴムなどのシール材１９によってよってシールされている。
デジタル荷重信号演算手段から外部機器へ接続される導線はデジタル荷重信号変換手段の密閉収納室９からロードセルの固定部１１の内部にて外壁へ向かって貫通穴８が加工され貫通穴８の出口は防水コネクタ２０の取り付けが可能なように加工されている。導線は上記防水コネクタ２０を通してロードセル内部から出力され外部機器（図示しない）と接続される。
【００２２】
本発明のデジタル荷重信号変換手段を付属したロードセルは、防水コネクタ２０の防水シールや上述した密閉保護手段によってロードセル内部にある荷重変換手段及びデジタル荷重信号変換手段と導線とを水分に対して完全に密閉保護する構造となっている。そして荷重変換手段とデジタル荷重信号変換手段がそれぞれ収納された２つの部屋の間の通気性も完全に遮断された構造になっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロードセルが支持台に取り付けられた実施態様図である。
【図２】本発明のロードセルの詳細を説明するための正面図である。
【図３】本発明の図２における縦断面図Ｘ−Ｘ’視図である。
【付号の説明】
１    ロードセル
２    支持台
３    荷重受け台
４    設置平面
５    内筒（起歪部）
６    密閉保護カバー
７    貫通穴
８    貫通穴
９    加工穴（デジタル荷重信号変換手段収納室）
１０    可動部
１１    固定部
１２    可撓アーム
１３    連結体
１４    荷重変換手段収納室
１５    デジタル荷重信号変換手段
１６    金属蓋
１７    金属蓋のフランジ部
１８    薄肉円形凸部
１９    シール材
２０    防水コネクタ
Ｆ      負荷荷重の方向を示す矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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