(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と可動部の間に主貫通孔を穿設して、前記主貫通孔の両端に複数の主薄肉部を形成した起歪体と、前記主薄肉部に貼着された荷重検出部とを備えるビーム型ロードセルにおいて、
前記左右の主薄肉部の間に前記主貫通孔より小さな副貫通孔を穿設して、前記主薄肉部と異なる荷重検出用の薄肉部を形成し、単一の起歪体に測定範囲が異なる複数の荷重検出部を備えたことを特徴とするビーム型ロードセル。
【請求項２】
主貫通孔を穿設して、固定部と可動部の間に、上ビーム部と下ビーム部と複数の主薄肉部を形成するとともに、前記両ビーム部夫々に副貫通孔を穿設して複数の副薄肉部を形成した起歪体と、
前記主薄肉部の各薄肉部夫々に貼着された主歪みゲージから構成した主ブリッジと、
前記副薄肉部夫々に貼着された副歪みゲージから構成した副ブリッジとを備えたことを特徴とするビーム型ロードセル。
【請求項３】
主貫通孔を穿設して、固定部と可動部の間に、上ビーム部と下ビーム部と複数の主薄肉部を形成するとともに、前記両ビーム部夫々に副貫通孔を穿設して複数の副薄肉部を形成した起歪体と
前記主薄肉部夫々に貼着された主歪みゲージのうちから適宜２つの主歪みゲージを接続した２つの主ブリッジ半体と、
前記副薄肉部夫々に貼着された副歪みゲージのうちから適宜２つの副歪みゲージを接続した複数の副ブリッジ半体とを備え、
前記主ブリッジ半体及び副ブリッジ半体のうちから適宜遇数個を接続して１つのブリッジを構成できるようにしたことを特徴とするビーム型ロードセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム型ロードセルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビーム型ロードセルは、例えば、電子秤の荷重検出用素子として用いられており、起歪体にメガネ状の貫通孔を穿設することにより、４個所に薄肉部を形成したロバーバル機構を有し、この薄肉部夫々に歪みゲージを貼着したものが良く知られている。この薄肉部夫々に貼着された歪みゲ−ジによりブリッジが構成され、このブリッジが荷重検出部となっている。このように構成したビーム型ロードセルにおいては、起歪体の可動部に荷重を印加した際の、薄肉部の変形量に対応した電気信号を荷重検出部で検出することにより、印加荷重の大きさを測定している。
【０００３】
ところで、この種のビーム型ロードセルの測定レンジは、薄肉部の厚さや使用する歪みゲージの特性などにより決まり、電子秤などに組込んだ後に、測定レンジを変更するには、ロードセルを取替えるしか方法がなかった。
【０００４】
そこで、例えば、特開昭６２−３２３２４号公報や特開昭６３−２０１５４３号公報には、複数の測定レンジを備えてマルチレンジとしたビーム型ロードセルが提案されている。
【０００５】
前者の公報には、図８に示したように、低秤量用ロードセル３と高秤量用ロ−ドセル２の２個の独立した起歪体を上下に配置して、これらを相互に連結することで、マルチレンジとしたビーム型ロードセルが開示されている。また、同公報には、低秤量用ロ−ドセルと高秤量用ロ−ドセルの２個の独立した起歪体を左右に配置した例も示されている。
【０００６】
また、後者の公報には、図９に示したように、１つの起歪体に、独立した２個のメガネ状貫通孔を設け、各貫通孔によって形成される起歪部（薄肉部）１４ａ−１４ｄ、１５ａ−１５ｄの厚さを異ならせることで、マルチレンジとしたビーム型ロードセルが開示されている。
【０００７】
しかしながら、このような構成の従来のビーム型ロードセルには、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、前者の公報に開示されているビーム型ロードセルでは、２個の独立した起歪体を上下ないしは左右方向に連結配置するので、全体が大型になる。また、後者の公報に開示されているビーム型ロードセルにおいても、１つの起歪体に、独立した２個のメガネ状貫通孔を設けるので、全体が大型になるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、１つのロードセルに複数の荷重検出部を組み込んでマルチレンジとしながらも、全体の大型化を回避しつつ、１つの荷重検出部の故障時にも他の荷重検出部の使用を測定可能としたビーム型ロードセルを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１に係る発明のビーム型ロードセルでは、固定部と可動部の間に主貫通孔を穿設して、前記主貫通孔の両端に複数の主薄肉部を形成した起歪体と、前記主薄肉部に貼着された荷重検出部とを備えるビーム型ロードセルにおいて、前記左右の主薄肉部の間に前記主貫通孔より小さな副貫通孔を穿設して、前記主薄肉部と異なる荷重検出用の薄肉部を形成し、単一の起歪体に測定範囲が異なる複数の荷重検出部を備えたことを特徴とする。本発明では、左右の主薄肉部の間に主貫通孔より小さな副貫通孔を穿設して、前記主薄肉部と異なる荷重検出用の薄肉部を形成し、単一の起歪体に測定範囲が異なる複数の荷重検出部を備えたから、常に最適の測定範囲の荷重検出部を使用して精密な測定ができ、しかも全体の大型化を回避することができる。また、荷重検出部を複数備えているので、いずれか１個の荷重検出部が故障しても、他の荷重検出部で代替して、測定を継続できる。
請求項２に係る発明のビーム型ロードセルでは、主貫通孔を穿設して、固定部と可動部の間に、上ビーム部と下ビーム部と複数の主薄肉部を形成するとともに、前記両ビーム部夫々に副貫通孔を穿設して複数の副薄肉部を形成した起歪体と、前記主薄肉部の各薄肉部夫々に貼着された主歪みゲージから構成した主ブリッジと、前記副薄肉部夫々に貼着された副歪みゲージから構成した副ブリッジとを備えている。本発明では、主貫通孔の穿設により形成された主薄肉部の他に、上下両ビームに副貫通孔を穿孔して、複数の副薄肉部を形成するとともに、測定レンジを異にする荷重検出部となる複数のブリッジを構成して、マルチレンジとしているから、常に最適の測定レンジの荷重検出部を使用して精密な測定ができ、しかも全体の大型化を回避することができる。また、荷重検出部となるブリッジを複数構成しているので、いずれか１個のブリッジが故障しても、他のブリッジで代替して、測定を継続できる。
請求項３に係る発明では、主貫通孔を穿設して、固定部と可動部の間に、上ビーム部と下ビーム部と複数の主薄肉部を形成するとともに、前記両ビーム部夫々に副貫通孔を穿設して複数の副薄肉部を形成した起歪体と、前記主薄肉部夫々に貼着された主歪みゲージのうちから適宜２つの主歪みゲージを接続した２つの主ブリッジ半体と、前記副薄肉部夫々に貼着された副歪みゲージのうちから適宜２つの副歪みゲージを接続した複数の副ブリッジ半体とを備え、前記主ブリッジ半体及び副ブリッジ半体のうちから適宜遇数個を接続して１つのブリッジを構成できるようにしている。本発明も、請求項２に係る発明と同じ効果を奏することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１と図２は、本発明に係るビーム型ロードセルの第１実施例を示している。
【００１２】
図１に示したように、ビーム型ロードセルは、直方体状の金属ブロックで造られた起歪体１０を備えている。起歪体１０は、固定部１２と可動部１３を有し、この間に、従来のビーム型ロードセルと同様に、メガネ状断面の主貫通孔１６を穿設して、上ビーム部２０と下ビーム部２２と複数の主薄肉部１８を形成している。本実施例では、さらに、左右の主薄肉部１８の間の上ビーム部２０と下ビーム部２２夫々に、メガネ状断面の副貫通孔３０が穿設され、第１群副薄肉部３４及び第２群副薄肉部３６とが夫々４個形成されて、２つの副ロバーバル機構が形成される。
【００１３】
このようにして、起歪体１０には、図１に示したように、４個所の主薄肉部１８と４個所の第１群副薄肉部３４と４個所の第２群副薄肉部３６というように３群の薄肉部が形成される。各薄肉部の位置と厚さは次のようにして決定される。
【００１４】
主薄肉部１８は、従来どおりに適切な位置と厚さに決定される。副薄肉部３４、３６については、さらに小荷重を精密に測定するのか、それとも大荷重まで測定するのかという要求に応じて、起歪体１０の可動部１３に所定荷重が加えられたとき、主薄肉部１８よりも変形し易くするか、または、変形し難くなるように、厚さと位置とが決定される。本実施例では、起歪体１０の可動部１３に所定荷重が加えられたとき、両副薄肉部３４、３６の変形量は、同じになるようにしたが、異なるようにしてもよい。
【００１５】
主薄肉部１８には、主薄肉部１８の最大許容変形量等に応じて、最も適する特性の主歪みゲ−ジＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４が貼着される。同様に、第１群副薄肉部２０には、これに最も適する特性の第１群副歪みゲージＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４が、第２群副薄肉部２２には、これに最も適する特性の第２群副歪みゲージＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が貼着される。
【００１６】
したがって、本実施例では、１２個、３群の歪みゲージが用いられ、各群夫々には同じ特性の４個の歪みゲージが属するようになっている。そして、図２に示すように、４個の主歪みゲージＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４から主ブリッジＡが、４個の第１群副歪みゲージＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４から第１副ブリッジＢが、４個の第２群副歪みゲージＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４から第２副ブリッジＣが構成される。このさい、少なくとも主ブリッジＡと両副ブリッジＢ、Ｃとは、測定レンジを異にする荷重検出部として構成される。必要により、両副ブリッジＢ、Ｃも、測定レンジを異にする荷重検出部として構成される。
【００１７】
各ブリッジＡ、Ｂ、Ｃの給電端子に、給電線８０から所定の電圧を与えると、各ブリッジの出力端子９５から、可動部１３に印加された荷重に応じた出力電流が得られる。
【００１８】
以上のように構成された本実施例のビーム型ロードセルによれば、１つの起歪体１０の上下両ビーム２０、２２に副貫通孔３０を穿孔して、複数の副薄肉部３４、３６を形成するとともに、測定レンジを異にする荷重検出部となるように、主ブリッジＡと副ブリッジＢ、Ｃとを構成して、マルチレンジとしているから、常に最適の測定レンジの荷重検出部を使用して精密な測定ができ、しかも全体の大型化を回避することができる。また、荷重検出部であるブリッジＡ、Ｂ、Ｃが３個あるので、いずれか１個のブリッジが故障しても、他の２個のブリッジで代替して、測定を継続することができる。
【００１９】
図３は、本発明に係るビーム型ロードセルの第２実施例を示しており、荷重検出部の構成が前記第１実施例と相違するだけであるから、荷重検出部以外の説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００２０】
第２実施例では、第１実施例と同じく、３群の歪みゲージが用いられ、各群ともに同じ特性の４個の歪みゲージが属するようになっている。そして、各歪みゲージは、図３に示すように接続されて、図２に示した主ブリッジＡ、第１副ブリッジＢ、第２副ブリッジＣの夫々を半分に分割したような２個の主ブリッジ半体ＡＬ、ＡＲと、２個の第１群副ブリッジ半体ＢＬ、ＢＲと、２個の第２群副ブリッジ半体ＣＬ、ＣＲとが構成される。
【００２１】
なお、各ブリッジ半体を構成するため、各歪みゲージをどのように接続するかについて、念のために説明する。ブリッジを構成するためには、起歪体１０の可動部１３に所定荷重を加えたとき、同じ極性の出力を発生する歪みゲージが対辺となり、反対極性の出力を発生する歪みゲージが隣辺となるように接続しなければならないから、各ブリッジ半体を構成するためには、起歪体１０の可動部１３に所定荷重を受けたとき、異なる極性の出力を発生する歪みゲージどうしを接続すればよい。本実施例では、同じ群に属する歪みゲージのみを接続して、ブリッジ半体を構成したが、このことは、必ずしも必要なことではない。
【００２２】
各ブリッジ半体は、２連切替スイッチＳＷ２、ＳＷ３によって、同じ群に属する歪みゲ−ジからなるブリッジ半体とも接続できるが、他の群に属する歪みゲ−ジからなるブリッジ半体とも接続できるようになっている。２連切替スイッチＳＷ２、ＳＷ３は、夫々出力線９０にも接続されていて、起歪体１０の可動部１３に印加された荷重に応じた出力電流を出力線９０から取り出せるようになっている。もちろん、これらの２連切替スイッチは、手動で切り替える機械的スイッチだけでなく、図示しない制御装置からの指令によって、最適な荷重検出部となるブリッジが構成できるように自動的に切り替え可能とした半導体スイッチ素子等を使用してもよい。
【００２３】
２連切替装置ＳＷ２、ＳＷ３を切り替えることにより、ブリッジ半体どうしを、ＡＬとＡＲ、ＡＬとＢＲ、ＡＬとＣＲ，ＢＬとＡＲ、ＢＬとＢＲ、ＢＬとＣＲ、ＣＬとＡＲ、ＣＬとＢＲ、ＣＬとＣＲと、多様に組み合わせて、多様なブリッジを構成することができる。
【００２４】
このように、本実施例では、第１実施例と同じ効果を奏するうえ、特性の異なる歪みゲージからなるブリッジ半体どうしも組み合わせて、荷重検出部となる複数のブリッジを構成できるから、第１実施例よりも、さらに測定レンジを多様にしたマルチレンジとすることができる。
【００２５】
図４は、本発明にかかるビーム型ロードセルの第３実施例を示しており、第２実施例とは荷重検出部が相違するだけであるから、荷重検出部以外の説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００２６】
本実施例では、複数のブリッジ半体が構成される点は、前記第２実施例と同じであるが、各ブリッジ半体の両端及び２つの歪みゲージの接続点から引き出された３本の導線７０が、図４のように切替回路１００に接続されている。切替回路１００には、給電線８０及び出力線９０も接続されている。切替回路１００は、各ブリッジ半体から引き出された導線７０と給電線８０と出力線９０の各線の任意のものどうしを接続したり切り離したりすることができるものである。
【００２７】
本実施例の場合には、前述した第２実施例で可能なブリッジ半体どうしの組合せの他、さらに、ＡＬとＢＬ、ＡＬとＣＬ、ＢＬとＣＬ、ＡＲとＢＲ、ＡＲとＣＲ、ＢＲとＣＲのようなブリッジ半体どうしの接続も可能になる。ただし、このような組合せをとる場合には、起歪体１０の可動部１３に所定荷重を加えたとき、ブリッジの対辺になる歪みゲージは同じ極性の出力を発生するようにし、ブリッジの隣辺になる歪みゲージは反対極性の出力を発生するようにしなければならないから、図５に一例を示したように、一方のブリッジ半体を図４に示した状態と逆さにして接続しなければならない。
【００２８】
さらに、本実施例の場合には、適宜４つのブリッジ半体どうしを直列に接続して、１つのブリッジを構成することもできるし、適宜４つのブリッジ半体どうしを並列に接続して、１つのブリッジを構成することもできる。４つのブリッジ半体どうしを直列に接続した場合には、抵抗が増して消費電力を減らすことができ、４つのブリッジ半体どうしを並列に接続した場合には、出力電流が増して小荷重を高精度に測定できる。これらの直列接続の一例を図６に、並列接続の一例を図７に示す。
【００２９】
本実施例の場合、第１及び第２実施例と同じ効果を奏するうえ、特性の異なる歪みゲージからなるブリッジ半体どうしを、第２実施例の場合より、さらに多様に組み合わせて使うことができるから、さらに測定レンジを多様としたマルチレンジとすることができる。
【００３０】
なお、本発明は、前記３つの実施例のみに限定されるものではない。そのような例をいくつか以下に述べる。
【００３１】
前記各実施例では、すべての貫通孔をメガネ状断面形にしたが、貫通孔の断面形状は任意でよい。たとえば、長方形、楕円、円等任意の断面形状の貫通孔と、起歪体１０の上下面または貫通孔に設けた切欠きにより、複数の薄肉部が形成されれば、貫通孔の形状と数は任意でよい。
【００３２】
また、各実施例では、歪みゲージを夫々３群としたが、主副の２群のみとしてもよく、もっと多数の群としてもよい。たとえば、第１群副薄肉部３４と第２群副薄肉部３６のいずれか一方のみに副歪みゲージを貼着して、副ブリッジを１個のみにしてもよいし、また、上ビ−ム部２０と下ビーム部２２夫々に、２つのメガネ状副貫通孔を設けて、夫々４個づつの４群の副薄肉部を形成して、４群の副歪みゲージを用い、４個の副ブリッジを構成してもよい。
【００３３】
さらに、各実施例では、薄肉部と歪みゲージを各群とも夫々４個づつ属するようにしたが、薄肉部と歪みゲージを各群とも夫々４個づつ属するようにする必要はない。たとえば、同じ群の歪みゲージのみでは、ブリッジを構成するために歪みゲージが不足する場合には、ブリッジを構成するために不足する歪みゲージの代わりに固定抵抗素子を用いてブリッジを構成すればよい。例を示せば、上ビーム部２０と下ビーム部２２夫々に、円形の副貫通孔を設けた場合には、夫々２個の薄肉部が属するだけの第１群副薄肉部と第２群副薄肉部が形成できるだけであるが、この場合には、第１群副薄肉部に第１群副歪みゲージを、第２群副薄肉部に第２群副歪みゲージを夫々を貼着して、各群２個の副歪みゲージに夫々２個の固定抵抗素子を加えることにより、第１副ブリッジと第２副ブリッジを構成してもよい。
【００３４】
特に、第３実施例の場合は、異なる特性の歪みゲージからなるブリッジ半体のどのようなものどうしでも接続可能であるから、上ビーム部２０と下ビーム部２２夫々に円形の副貫通孔を設けて、夫々２個の副薄肉部が属するだけの第１群副薄肉部と第２群副薄肉部を形成し、第１群副薄肉部に第１群副歪みゲージを、第２群副薄肉部に第２群副歪みゲージを夫々を貼着した場合、同じ群の２個の副歪みゲージを互い接続して、２個の副ブリッジ半体ができるだけでもよい。
【００３５】
さらに、各ブリッジには、必ずしも共通の給電線８０から給電する必要はなく、使用する荷重検出部に応じて、必要なブリッジのみに個別に電圧を供給して、消費電力を減らすようにしてもよい。
【００３６】
なお、本発明のビーム型ロードセル用起歪体は、各薄肉部すべてに必ず歪みゲージを貼着して使用する必要はない。たとえば、主歪みゲージを省いて、副薄肉部のみに副歪みゲージを貼着して使用してもよく、逆に、副歪みゲージを省いて、主薄肉部にのみ主歪みゲージを貼着して使用してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のビーム型ロードセルによれば、左右の主薄肉部の間に主貫通孔より小さな副貫通孔を穿設して、前記主薄肉部と異なる荷重検出用の薄肉部を形成し、単一の起歪体に測定範囲が異なる複数の荷重検出部を備えたから、常に最適の測定範囲の荷重検出部を使用して精密な測定ができ、しかも全体の大型化を回避することができる。また、荷重検出部を複数備えているので、いずれか１個の荷重検出部が故障しても、他の荷重検出部で代替して、測定を継続できる。
また、請求項２又は３に係る発明のビーム型ロードセルによれば、主貫通孔の穿孔により形成された主薄肉部の他に、上下両ビームに副貫通孔を穿孔して、複数の副薄肉部を形成するとともに、測定レンジを異にする荷重検出部となる複数のブリッジを構成することにより、マルチレンジとしているから、常に最適の測定レンジの荷重検出部を使用して精密な測定ができ、しかも全体の大型化を回避することができる。また、荷重検出部であるブリッジが複数構成できるので、いずれか１個のブリッジが故障しても、他のブリッジで代替して、測定を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に用いられる起歪体の側面図である。
【図２】本発明の第１実施例に用いられる荷重検出部の回路図である。
【図３】本発明の第２実施例に用いられる荷重検出部の回路図である。
【図４】本発明の第３実施例に用いられる荷重検出部の回路図である。
【図５】第３実施例におけるブリッジ半体どうしの接続例である。
【図６】第３実施例におけるブリッジ半体どうしの別の接続例である。
【図７】第３実施例におけるブリッジ半体どうしのさらに別の接続例である。
【図８】測定レンジをマルチレンジとした従来のビーム型ロ−ドセルの側面図である。
【図９】測定レンジをマルチレンジとした従来のさらに別のビーム型ロ−ドセルの側面図である。
【符号の説明】
１０  起歪体
１２  固定部
１３  可動部
１６  主貫通孔
１８  主薄肉部
２０  上ビ−ム部
２２  下ビーム部
３０  副貫通孔
３４  第１群副薄肉部（副薄肉部）
３６  第２群副薄肉部（副薄肉部）
Ａ  主ブリッジ
Ｂ  第１副ブリッジ（副ブリッジ）
Ｃ  第２副ブリッジ（副ブリッジ）
ＡＬ、ＡＲ  主ブリッジ半体
ＢＬ、ＢＲ  第１群副ブリッジ半体（副ブリッジ半体）
ＣＬ、ＣＲ  第２群副ブリッジ半体（副ブリッジ半体）
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４  主歪みゲ−ジ
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４  第１群副歪みゲ−ジ（副歪みゲージ）
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４  第２群副歪みゲ−ジ（副歪みゲージ）
【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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