(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の固定部と、
前記円環状の固定部の内側に位置し、荷重が印加される荷重印加部と、
前記固定部と前記荷重印加部とを連結し、前記荷重印加部に荷重が印加された場合に前記荷重に応じて変形するロバーバル機構の起歪部を有するアーム部と、
前記起歪部に生じた歪みを検出する歪み検出部と、
を有するロバーバル機構を有するロードセルであって、
前記アーム部は屈曲するとともに前記起歪部は前記荷重印加部の中心と前記起歪部の中心とを結ぶ直線に対して略垂直に延在し、
前記起歪部に対向する前記固定部の側面に、前記ロバーバル機構の孔を形成する穿孔用開口部が形成され、
前記固定部の側面を貫通し荷重印加方向に対して略垂直に前記アームまたは前記荷重印加部に達する貫通孔に挿入されるピンと、
を有することを特徴とするロバーバル機構を有するロードセル。
【請求項２】
請求項１記載のロバーバル機構を有するロードセルにおいて、
前記ピンは、前記固定部内に挿入される第１部位と前記アームまたは前記荷重印加部内に挿入され前記第１部位よりも径の小さい第２部位を有することを特徴とするロバーバル機構を有するロードセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロードセル、特に小型高精度のロードセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、中央部に荷重印加部を有し、周囲に環状の固定部を備えて荷重印加部と固定部とをアームで連結し、アームに孔を形成してロバーバル機構部を形成してなるロードセルが知られている。
【０００３】
図３には、従来のロードセルの一例が示されている。中央部に荷重を受ける荷重印加部１を有し、その周囲には環状の固定部２（あるいは枠部）が形成されており、荷重印加部１と固定部２とは３回対称の３本のアーム３で連結されている。それぞれのアーム３には孔部４が形成されており、アーム３の上面及び下面の孔部４に対応する位置（起歪部あるいはフレクシャ部）に一組（上面２個、下面２個の合計４個）の歪みゲージ５が設けられている。
【０００４】
このような構成において、荷重印加部１に荷重を印加すると、荷重Ｗに応じた歪みが起歪部に生じ、この歪みを一組のゲージ５で計測することで、印加された荷重Ｗの大きさを測定することができる。
【０００５】
しかしながら、荷重印加部１に荷重Ｗを印加した場合、起歪部には荷重Ｗに応じた歪みの他に、アーム３に生じる張力の影響でゲージ５の出力に誤差が生じ、高精度の測定が困難となる問題があった。
【０００６】
また、起歪部が張力の影響による永久歪みを起こしやすいため、大きな荷重をかけることができないという問題もあった。
【０００７】
これに対し、例えば特許第２９６２７０３号のように、固定部の上部にアームの延在方向と垂直な方向に撓み部を設け、この撓み部で張力を吸収する構成が提案されている。
【０００８】
図４には、上記構成のロードセルが示されている。円柱状の荷重印加部１２の周囲に環状の固定部（枠部）１３が形成されており、荷重印加部１２と固定部１３との間にアーム１４が放射状に連結されている。アーム１４の一端は荷重印加部１２に直接連結されているが、他端は固定部１３に設けられた可撓部１５を介して連結されている。この可撓部１５はアーム１４に対して直交するように固定部１３上に配置され、その両端の下部において固定部１３と一体化されている。
【０００９】
アーム１４には孔部１６が形成され、孔部１６の上下にはそれぞれ２個ずつの歪みゲージ１７が張り付けられる。
【００１０】
このように可撓部１５を介してアーム１４を連結することで、荷重が印加された場合に生じる張力は可撓部１５の変形により吸収され、ゲージ１７は荷重による歪みのみを検出できるとしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３及び図４に示される構成では、荷重印加部に比較的大きな荷重を印加した場合、アームが荷重方向に歪み、場合によってはアームが破壊されてしまうおそれがあった。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、過荷重によるアームの破壊を防止しつつ、高精度に荷重を検出できるロードセルを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、円環状の固定部と、前記円環状の固定部の内側に位置し、荷重が印加される荷重印加部と、前記固定部と前記荷重印加部とを連結し、前記荷重印加部に荷重が印加された場合に前記荷重に応じて変形するロバーバル機構の起歪部を有するアーム部と、前記起歪部に生じた歪みを検出する歪み検出部とを有するロバーバル機構を有するロードセルであって、前記アーム部は屈曲するとともに前記起歪部は前記荷重印加部の中心と前記起歪部の中心とを結ぶ直線に対して略垂直に延在し、前記起歪部に対向する前記固定部の側面に、前記ロバーバル機構の孔を形成する穿孔用開口部が形成され、前記固定部の側面を貫通し荷重印加方向に対して略垂直に前記アームまたは前記荷重印加部に達する貫通孔に挿入されるピンとを有することを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記ピンは、前記固定部内に挿入される第１部位と前記アームまたは前記荷重印加部内に挿入され前記第１部位よりも径の小さい第２部位を有することが好適である。
【００１６】
このように、本発明では、固定部の側面を貫通してアームまたは荷重印加部に達する孔を設け、この孔にピンを挿入することで荷重印加時のアームの破壊を防止する。すなわち、ピンが挿入されると、ピンが梁として機能し荷重印加時に印加方向へのアームの撓みを規制し、撓み量を一定以下に抑制する。アームの規制量は、ピンの径で決定することができる。すなわち、固定部に挿入される第１部位よりもアームまたは荷重印加部に挿入される第２部位の径を小さくすることで、荷重印加時は第１部位と第２部位の径の差分だけアームは撓むことになる。
【００１７】
なお、前記起歪部の延在方向を前記荷重印加部の中心と前記起歪部の中心とを結ぶ直線に対して略垂直となるように配置することで、荷重印加部に荷重が印加された場合に生じる張力の起歪部への伝達を防ぎ、張力による誤差を抑制して荷重と歪みの線形性を確保することができ、ピンの挿入と相俟って過荷重によるアームの破壊を防止しつつ高精度な検出が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１には、本実施形態に係るロードセルの斜視図が示されている。円柱状の荷重印加部２０の周囲に円環状の固定部２２が配置され、荷重印加部２０と固定部２２との間に２本のアーム２４が連結されている。２本のアーム２４は従来のように荷重印加部２０から直線的に延在して固定部２２に連結されるのではなく、２本のアーム２４が「Ｓ」字状をなすように屈曲して固定部２２に連結される。
【００２０】
すなわち、それぞれのアーム２４は「Ｕ」字型に屈曲してその一端が荷重印加部２０に連結されるとともに他端が固定部２２に連結され、２本のアーム２４はそれぞれ互いに逆向きとなるように荷重印加部２０と固定部２２に連結される。固定部２２は「Ｓ」字の両端に連結され、荷重印加部２０は「Ｓ」字の中央に連結される。アーム２４には、互いに連結された２つの孔２６が形成され、ロバーバル機構（起歪部）が構成される。孔２６に対応するアーム２４の上面及び下面のフレクシャ部にはそれぞれ２個（一つのアーム２４に合計４個）の歪みゲージ２８が設けられている。
【００２１】
また、固定部２２の側面を貫通しアーム２４に達する孔３１が設けられており、この孔３１にピン３２を挿入することで、荷重印加時のアーム２４の変位量を規制してアーム２４の破壊を防止することができる。すなわち、孔３１は固定部２２の側面を貫通して荷重印加方向に対して略垂直に延在してアーム２４に達し、この孔にピン３２を挿入することで荷重印加方向とは略垂直方向に梁を設けることができる。この梁は荷重印加時のアーム２４の変位量（撓み量）を規制し、例えば図示のように、孔３１を直径４ｍｍとし、ピンを直径４ｍｍの部位と直径３．８ｍｍの部位から構成し、直径４ｍｍの部位を固定部２２に挿入し、直径３．８ｍｍの部位をアーム２４に挿入した場合には、アーム２４の変位量を上下方向各０．１ｍｍ以下に規制することができる。
【００２２】
このように、アーム２４は屈曲して荷重印加部２０と固定部２２とを連結しているため、荷重印加部２０の中心と起歪部の中心とを結ぶ直線ｍに対し、起歪部の延在方向ｎ、より具体的には一対の歪みゲージ２８が形成されている方向ｎが一定の角度となり、図では略垂直となる。したがって、アーム２４を荷重印加部２０から延在するａ部分と、固定部に連結されるｂ部分とに分割すると、荷重印加部２０に荷重が印加された場合、張力はａ部分の回転（荷重印加部２０の軸回りの回転）で吸収され、起歪部が存在するｂ部分に影響を与えないことになる。したがって、荷重印加部２０に荷重が印加されると、張力の影響を受けずに歪みゲージ２８で荷重に応じた歪みを検出することができる。
【００２３】
また、本実施形態では従来のように固定部２２の上面に可撓部を設けて張力を吸収する必要がなく、円環状の固定部２２の内部に荷重印加部２０及びアーム２４を形成することができるので、ロードセルの高さを低く抑えることもできる。
【００２４】
さらに、本実施形態では起歪部と起歪部に対向する固定部２２との距離が近く、かつ、直線ｍとｎとが略垂直であるため、例えば固定部２２に開口部３０を形成し、この開口部３０からミルで孔２６を切削する場合においても、刃先の短いミルを用いて穿孔できるとともに、複数の孔２６を形成することも容易である。一般に、ロバーバル機構での歪み検出感度は、アーム２４に形成された孔２６の長さ（アーム２４の延在方向の長さ）に依存する。本実施形態のように、複数の孔２６を容易に穿孔できることで、歪み検出感度を一層向上させることができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、このように張力の影響を抑制しているため、図３に示された従来のロードセルのように張力による永久歪みがなく、本願出願人は図３のロードセルよりも最大荷重を約１．５倍増大できることを確認している。
【００２６】
図２には、本発明の他の実施形態に係るロードセルの斜視図が示されている。円柱状の荷重印加部２０の周囲に円環状の固定部２２が配置され、荷重印加部２０と固定部２２との間に３本のアーム２４が連結されている。３本のアーム２４は図３あるいは図４に示される従来のロードセルと異なり、荷重印加部２０から直線上に延在して固定部２２に連結されるのではなく、それぞれのアーム２４が「く」の字型に屈曲して固定部２２に連結される。すなわち、一つのアーム２４に着目すると、「く」の字に屈曲した一端が固定部２２に連結され、他端が荷重印加部２０に連結される。３本のアーム２４は荷重印加部２０の３回対称位置でそれぞれ荷重印加部２０及び固定部２２に連結される。それぞれのアーム２４には孔２６が形成され起歪部を構成する。また、固定部２２及びアーム２４に形成された孔３１にピン３２を挿入することで荷重印加時のアーム２４の変位量を制限する。したがって、この実施形態においても、荷重印加部２０の中心と起歪部の中心を結ぶ直線ｍと起歪部の延在方向ｎとは同一直線上にはなく一定の角度をなし、図２では直線ｍとｎは略垂直となる。したがって、荷重印加部２０に荷重が印加された場合に、荷重印加部２０から延在するａ部分の回転で張力を吸収し、起歪部を有するｂ部分には張力を及ぼさず歪みのみを生ぜしめて歪みゲージ２８で検出することができる。
【００２７】
この例においても、従来のように固定部２２の上面に可撓部を設けて張力を吸収する必要がなく、円環状の固定部２２の内部に荷重印加部２０及びアーム２４を形成することができるので、ロードセルの高さを低く抑えることもできる。
【００２８】
また、起歪部と起歪部に対向する固定部２２との距離が近く、かつ、直線ｍとｎとが略垂直であるため、固定部２２に開口部３０を形成し、この開口部３０からミルで孔２６を形成する場合においても、刃先の短いミルを用いて穿孔できるとともに、複数の孔２６を形成することも容易である。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態ではアーム２４に２個の孔を連結形成してなる孔２６を設けているが、単一の孔あるいは３個以上の孔を形成することも可能である。特に、本発明ではアーム２４の起歪部が固定部２２に対して対向して存在するため、従来以上に多数の孔を形成することが可能である。
【００３０】
また、本実施形態では、荷重印加部２０の中心と起歪部の中心とを結ぶ直線ｍと起歪部の延在方向（一対の歪みゲージ２８が形成される方向）ｎとが略垂直となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ｍとｎが同一直線上にはない任意の形態が含まれる。但し、直線ｍとｎのなす角度が同一直線上になくてもその角度が小さい場合には起歪部が張力の影響を受けるので、張力の影響を抑制するためには少なくとも４５度以上とすることが好適である。
【００３１】
また、本実施形態では荷重印加部２０の周囲に円環状の固定部２２を配置しているが、円環状ではなく角状の固定部を配置することも可能である。
【００３２】
また、本実施形態では、孔３１がアーム２４に達する場合について例示したが、孔３１を荷重印加部２０に達するように形成し、この孔３１にピン３２を挿入することもできる。この場合、荷重印加部２０自体の荷重印加方向への変位を規制し、これによりアーム２４の変位も規制することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態では図１あるいは図２に示された型のロードセルにピン３２を挿入しているが、図３あるいは図４に示された従来の型のロードセルに固定部の側面を貫通しアームに達する孔を設け、この孔にピン３２を挿入して過荷重印加を防止することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、過荷重印加によるアームの損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の斜視図である。
【図２】  他の実施形態の斜視図である。
【図３】  従来のロードセル斜視図である。
【図４】  他の従来のロードセル斜視図である。
【符号の説明】
２０  荷重印加部、２２  固定部、２４  アーム、２６  孔、２８  歪みゲージ、３０  開口部、３１  孔、３２  ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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