JP3852291B2

JP3852291B2 - Load cell

Info

Publication number: JP3852291B2
Application number: JP2001052649A
Authority: JP
Inventors: 幹雄長沼; 靖匡高橋; 佳人藤井
Original assignee: Teac Corp
Current assignee: Teac Corp
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP2001318010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロードセルに係り、特に印加荷重の大きさに応じた起歪部の歪をストレインゲージにより検出して荷重測定を行うロードセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、荷重測定を行う測定機としてロードセルが知られている。このロードセルは、大略すると荷重が印加された時に歪みを発する起歪部を有する感度部材と、この起歪部に配設されており起歪部に発生する歪みを検出する歪検出素子とにより構成されており、歪み検出素子の出力に基づき荷重測定を行う構成とされている。また、歪み検出素子としては、安価で測定精度の高いストレインゲージ（抵抗線歪み計）が一般に用いられている。
【０００３】
この種のロードセルとしては、例えば特開平７−３１８４３９号公報に開示されたものが知られている。図１７及び図１８は、同公報に開示された秤（荷重計）１を示している。
【０００４】
この秤１は矩形状のロードセル２を有しており、その内側には空間部９が形成されている。この空間部９の特に四隅近傍には、ロードセル２の肉厚を薄くすることにより荷重印可時に歪みを発生させる起歪部３が形成されている。また、ロードセル２の起歪部３と対向する位置には、ストレインゲージ４（歪みゲージ）が配設されている。
【０００５】
このロードセル２は、その一方の短辺２Ａが基台５に配設された略Ｌ字状の支持部材６に固定されている。これにより、ロードセル２は基板５に対し浮いた状態、即ち可撓変形可能な状態で固定された構成となっている。また、ロードセル２の他方の短辺２Ｂには、同じく略Ｌ字状をした皿取付部材７が固定されている。この皿取付部材７の水平部分には、被測定物が載置される秤量皿８が固定される。
【０００６】
上記構成とされた秤１において、秤量皿８に被測定物が載置されると、被測定部の重さに対応した荷重が皿取付部材７を介してロードセル２に印加される。前記したように、ロードセル２には起歪部３が形成されているため、この各起歪部３には印加された荷重に対応した歪みが発生する。
【０００７】
各起歪部３に発生した歪みは、各起歪部３と対向するよう配設されたストレインゲージ４により検出される。４個のストレインゲージ４はブリッジ回路（ホイートストーンブリッジ）を構成しており、各ストレインゲージ４で検出された歪みは電気的な信号に変換され、この電気信号に基づき被測定部の重量が求められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のロードセルでは、秤量皿８に被測定物の荷重が垂直に作用した場合にロードセル２の短辺２Ｂが下方に変位して各起歪部３に歪が生じ、この歪がストレインゲージ４により検出される構成であるので、例えば秤量皿８に対し斜め方向の荷重が作用した場合には、各起歪部３に歪が生じにくくなっており、荷重の作用方向によって正確な荷重測定が行えないといった問題がある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり荷重の作用方向に拘わらず、正確な荷重を測定できるロードセルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
【００１１】
上記請求項１記載の発明は、直方体形状の金属ブロックを切削加工され、上面に突出する基台部と、基台部より低い段差形状に形成された逃げ部とを有する支持部と、
前記支持部の基台部に載置固定される感度部材とを備えており、
前記感度部材は、一端が前記支持部の基台部に固定され、他端が前記支持部の逃げ部から離間した位置で片持ち梁となるように延在する一対のアーム部と、
一端が前記一対のアーム部の他端間に接続されてなり、他端が前記一対のアーム部の中間位置に延在し、前記支持部の逃げ部に対向する荷重印加部と、
一対のアーム部の中間部分に凹部を形成され、前記荷重印加部に荷重が印加されると撓んで歪を発生するように前記アーム部の両端よりも厚さが小さく形成された起歪部と、
該起歪部の歪に応じた出力信号を出力する歪検出素子とを有してなり、
前記支持部及び前記アーム部を覆うようにカバー部が設けられ、
前記歪検出素子の出力に基づき荷重測定を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
従って、請求項１記載の発明によれば、感度部材が、一端が支持部の基台部に固定され、他端が支持部の逃げ部から離間した位置で片持ち梁となるように延在する一対のアーム部と、一端が一対のアーム部の他端間に接続されてなり、他端が一対のアーム部の中間位置に延在し、支持部の逃げ部に対向する荷重印加部と、一対のアーム部の中間部分に凹部を形成され、荷重印加部に荷重が印加されると撓んで歪を発生するようにアーム部の両端よりも厚さが小さく形成された起歪部と、起歪部の歪に応じた出力信号を出力する歪検出素子とを有するため、荷重印加部に荷重が印加されると、荷重の作用方向に拘わらず、一対のアーム部が撓んで歪検出素子により該起歪部の歪に応じた出力信号を得ることができる。そのため、荷重の作用方向を一方向に限定せず、どの斜め方向からの荷重でも正確に測定することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、金属ブロックの側方から左右方向及び前方向に貫通する溝を切削加工して底部側に形成された支持部と、
支持部の後部に形成された基台部と、
基台部の上部から前方に片持ち梁となるように延在形成された一対のアーム部と、
前記一対のアーム部の側面から側方に貫通する貫通孔と、
前記支持部に対向するように形成され、荷重が印加されると撓んで歪を発生するように前記貫通孔により前記アーム部の両端よりも厚さが小さく形成された起歪部と、
前記起歪部の歪に応じた出力信号を出力する歪検出素子と、
前記一対のアーム部の先端間に横架された横架部と、
前記横架部の中間よりアーム部間に突出する荷重印加部と、
前記一対のアーム部と前記荷重印加部との間に形成され、上下方向に貫通するコ字状の門型溝と、
前記支持部及び前記アーム部を覆うように設けられたカバー部と、を備えており、
前記歪検出素子の出力に基づき荷重測定を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
従って、請求項２記載の発明によれば、支持部に対向するように形成された起歪部が、荷重が印加されると撓んで歪を発生するように貫通孔によりアーム部の両端よりも厚さが小さく形成され、一対のアーム部と荷重印加部との間にコ字状の門型溝が上下方向に貫通するため、上記請求項１と同様に、荷重印加部に荷重が印加されると、荷重の作用方向に拘わらず、一対のアーム部が撓んで歪検出素子により起歪部の歪に応じた出力信号を得ることができると共に、支持部、基台部、アーム部、横架部、荷重印加部、起歪部が一体形成されているため、部品数が削減されて組立作業工数が少なくなっており、その分製造コストを安価に抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明になるロードセルの第１実施例の分解斜視図である。図２は第１実施例の斜視図である。図３は第１実施例の平面図である。図４は第１実施例の側面図である。
【００１７】
図１乃至図４に示されるように、ロードセル１０は、被測定物の荷重を測定する秤に組み込まれて荷重に応じて発生する歪みを検出するものであり、ベース（請求項１の支持部）１２と、ベース１２に４本の取付ボルト１４により固定される感度部材１６と、ベース１２及び感度部材１６の側面を覆うカバー１８と、ベース１２の後部に接続されるケーブル２０とから構成されている。
【００１８】
図５はベース１２の形状を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）は背面図である。
【００１９】
図５（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、ベース１２は、直方体形状の金属ブロックを切削加工してなり、上面１２ａに感度部材１６が載置固定される基台部２２と、基台部２２より低い段差形状に形成された逃げ部２４とを有する。基台部２２には、４本の取付ボルト１４が挿通される挿通孔２６が上下方向に貫通しており、逃げ部２４の略中央には上下方向に貫通するねじ孔２８が設けられている。このねじ孔２８には、ロードセル１０を測定場所に固定するための取付ボルト（図示せず）が螺入される。そして、逃げ部２４は、後述するように荷重を印加する際の逃げとなる。
【００２０】
また、ベース１２の背面１２ｂには、ケーブル２０のコネクタ３０が接続される接続孔３２が設けられている。そして、ベース１２の前面１２ｃ及び両側面１２ｄ，１２ｅには、カバー１８を固定するための固定用ねじ孔３４（図５（Ａ）中、破線で示す）が設けられている。
【００２１】
カバー１８は、ベース１２及び感度部材１６の左右側面に対向する側板１８ａ，１８ｂと、ベース１２及び感度部材１６の前面に対向する前板１８ｃとを有する。また、カバー１８の側板１８ａ，１８ｂ及び前板１８ｃには、取付ねじ３５が挿通される小孔１８ａが設けられている。そのため、カバー１８は、取付ねじ３５が小孔１８ａを介して固定用ねじ孔３４に螺入されることにより感度部材１６に固定される。
【００２２】
図６は感度部材の形状を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）は背面図である。
【００２３】
図６（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、感度部材１６は、板状の金属ブロックを切削加工してなり、ベース１２の基台部２２に固定される固定部３６と、後端が固定部３６に結合され前端が平行に延在する一対のアーム部３８，４０と、アーム部３８，４０の前端間に横架された横架部４２と、横架部４２を介して一対のアーム部３８，４０に連結された荷重印加部４３とを有する。上記一対のアーム部３８，４０と荷重印加部４３との間には、コ字状に形成された門型溝４４が切削加工されている。そのため、門型溝４４を加工することにより一対のアーム部３８，４０と荷重印加部４３とが同時に形成される。
【００２４】
荷重印加部４３は、横架部４２を基点とする片持ち梁状に後方に延在し、一対のアーム部３８，４０の中間位置に突出している。そして、荷重印加部４３のベース１２のねじ孔２８と対向する位置には、測定物を固定するためのねじ孔４６が設けられ、ベース１２の挿通孔２６と対向する位置には、取付ボルト１４が螺入されるねじ孔４７が設けられている。
【００２５】
また、一対のアーム部３８，４０は、固定部３６を基点とする片持ち梁状に前方に延在し、下面側には凹部３８ａ，４０ａが設けられている。そのため、アーム部３８，４０は、凹部３８ａ，４０ａが設けられた部分が肉薄形状となっており、この凹部３８ａ，４０ａに対応する部分が起歪部４８，５０になる。
【００２６】
起歪部４８，５０では、荷重印加部４３に印加された荷重の大きさに応じた歪が発生し、凹部３８ａ，４０ａの深さや幅寸法により起歪部４８，５０で検出できる歪の大きさが決まり、引いては測定可能荷重の大きさが決まる。
【００２７】
図７は起歪部４８，５０及びストレインゲージを示す図であり、（Ａ）は感度部材１６の下面側を上にした斜視図、（Ｂ）はストレインゲージをホイートストーンブリッジ回路に組み込んだ回路図である。
【００２８】
図７（Ａ）に示されるように、アーム部３８，４０の凹部３８ａ，４０ａの下面には、起歪部４８，５０で発生した歪を検出するためのストレインゲージ（歪ゲージ）５２Ａ〜５２Ｄが設けられている。
【００２９】
荷重印加部４３に下方への荷重が作用すると、荷重印加部４３及び横架部４２よりも強度の弱い一対のアーム部３８，４０が固定部３６を基点として変形する。その際、荷重印加部４３及び横架部４２は、剛体として下方に変位するとともに、起歪部４８，５０は、長手方向の中間位置より基端側で圧縮荷重による変形が生じ、長手方向の中間位置より先端側で引っ張り荷重による変形が生じる。この変形により生じた起歪部４８，５０の歪は、ストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄの出力値によって検出される。
【００３０】
従って、第１実施例の場合、荷重印加部４３に圧縮荷重（下方向への荷重）が作用すると、ストレインゲージ５２Ａ，５２Ｃには、圧縮荷重が作用し、ストレインゲージ５２Ｂ，５２Ｄには引っ張り荷重が作用する。
【００３１】
図７（Ｂ）に示されるように、ホイートストーンブリッジ回路５６を形成する４個のストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄは、例えば薄いプラスチック材で形成されたシートベースにラミネートフィルム，抵抗箔とが互いに接着された構成とされており、配設された部位における歪みを検出するその電気抵抗を変化させる構成とされている。また、４個のストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄは、起歪部４８，５０で発生する歪み量を電気信号に変換する。
【００３２】
具体的には、図７（Ｂ）におけるＡ端子とＣ端子の間に所定電圧が印加され、また図中Ｂ端子とＤ端子から出力信号を得る構成となっている。
【００３３】
図８は図３中Ａ−Ａに沿う縦断面図である。図９は図８中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【００３４】
図８及び図９に示されるように、ベース１２の接続孔３２には、ケーブル２０のコネクタ３０が結合されている。各端子Ａ〜Ｄに接続されるケーブル５４は、ベース１２の接続孔３２に挿入されたコネクタ３０を介してケーブル２０に接続される。
【００３５】
荷重印加部４３及びアーム部３８，４０は、ベース１２の上面１２ａに設けられた基台部２２より低い逃げ部２４と対向している。そのため、荷重印加部４３及びアーム部３８，４０と逃げ部２４との間には、十分な空間が形成されており、荷重が作用したときの変位が妨げられることはない。
【００３６】
また、荷重印加部４３は、アーム部３８，４０の先端間に横架された横架部４２の中間位置からアーム部３８，４０間に突出するため、コンパクトな構成になっており、且つ自由度の高い状態に支持されている。
【００３７】
また、荷重印加部４３に作用する荷重の作用方向がねじ孔４６の中心線に対して傾斜した角度であっても、荷重印加部４３の変位がアーム部３８，４０の先端側に伝達されると、アーム部３８，４０は、荷重の作用方向に応じて左右の変位量が異なる。従って、荷重作用方向が鉛直方向だけでなく、傾斜方向の荷重が作用した場合でも、荷重の大きさに応じた変位をアーム部３８，４０の端部に伝達することが可能になる。そのため、アーム部３８，４０の起歪部４８，５０に取り付けられたストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄでは、荷重の作用方向が鉛直方向だけでなく、鉛直方向に対して傾斜した方向からの荷重による変位でも正確に検出することができる。
【００３８】
図１０は本発明になるロードセルの第２実施例の斜視図である。図１１は第２実施例の平面図である。図１２は第２実施例の側面図である。図１３は図１１中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。図１４は図１２中Ｄ−Ｄ線に沿う縦断面図である。尚、図１０乃至図１４において、上記第１実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
図１０乃至図１４に示されるように、ロードセル６０は、１個の金属ブロックを切削加工して前述した第１実施例のロードセル１０と同様な構成となっている。すなわち、ロードセル６０は、金属ブロックからなる本体６２の側方から左右方向及び前方向に貫通する溝６３を切削加工して底部側にベース６４に形成され、ベース６４の後部には基台部６６が形成される。そして、基台部６６の上部から前方に一対のアーム部６８，７０と、アーム部６８，７０の先端間に横架された横架部７２と、横架部７２の中間よりアーム部６８，７０間に荷重印加部７４が突出している。
【００４０】
アーム部６８，７０と荷重印加部７４との間には、上下方向に貫通するコ字状の門型溝７６が切削加工されている。また、アーム部６８，７０の側面には、側方に貫通する貫通孔７８が設けられている。この貫通孔７８の上側が起歪部８０，８２となる。
【００４１】
そして、起歪部８０，８２の下面側、すなわち貫通孔７８の内面にはストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄが取り付けられている。このように、ロードセル６０は、ベース６４、基台部６６、アーム部６８，７０、横架部７２、荷重印加部７４、起歪部８０，８２が一体形成されているため、部品数が削減されて組立作業工数が少なくなっており、その分製造コストを安価に抑えることができる。
【００４２】
図１５は本発明の第３実施例の取付け状態を示す斜視図である。図１６は第３実施例のロードセルを示す図であり、（Ａ）はロードセルの平面図、（Ｂ）はロードセルの側面図、（Ｃ）は（Ａ）中Ｅ−Ｅ線に沿うロードセルの縦断面図である。
【００４３】
図１５に示されるように、秤（荷重計）９０は、平板状のベース９２と、ベース９２の上方で対向する天板９４と、ベース９２上に固定された板状の台座９６と、台座９６上に取付ボルト９７の締め付けにより固定されたロードセル９８とから構成されている。
【００４４】
図１６（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、ロードセル９８は、平板状の金属板を切削加工した感度部材９９と、ストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄとからなる。感度部材９９は、基台部１００、アーム部１０２，１０４、横架部１０６、荷重印加部１０８、起歪部１１０，１１２が一体形成されている。そして、本実施例では、アーム部１０２，１０４の下面側が起歪部１１０，１１２になっており、起歪部１１０，１１２は、上面に凹部１０２ａ，１０４ａが形成されて薄肉になっており、下面にはストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄが取り付けられている。そのため、起歪部１１０，１１２は、凹部１０２ａ，１０４ａにより薄くなっており、荷重が印加されると、歪が生じやすい構成となっている。そして、起歪部１１０，１１２で生じた歪の大きさはストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄにより検出される。
【００４５】
基台部１００には、取付ボルト９７が挿通される挿通孔１１４が３箇所に設けられ、アーム部１０２，１０４と荷重印加部１０８との間にはコ字状の門型溝１１６が設けられている。そして、荷重印加部１０８の中央には、天板９４を固定するためのねじ孔１１７が設けられている。尚、挿通孔１１４は、取付ボルト９７の外径よりも十分に大径であるので、取付ボルト９７の締結により感度部材９９に歪みが生じないように取り付けられる。
【００４６】
そして、荷重印加部１０８には、天板９４が載置される円筒状のスペーサ１１８が載置され、天板９４が固定用ねじ１２０により締結される。そのため、天板９４に被測定物（図示せず）が載置されると、被測定物の荷重が荷重印加部１０８に作用し、起歪部１１０，１１２に生じた歪がストレインゲージ５２Ａ〜５２Ｄの出力値として検出される。
【００４７】
このように、感度部材９９は、平板状の金属板を加工することによりアーム部１０２，１０４、横架部１０６、荷重印加部１０８が形成され、アーム部１０２，１０４の上面に凹部１０２ａ，１０４ａを切削加工して起歪部１１０，１１２が一体形成されているため、部品数が削減されて組立作業工数が少なくなっており、その分製造コストを安価に抑えることができる。
【００４８】
さらに、第３実施例のロードセル９８は、他の実施例のものに比べて薄型化が図られており、上下方向の間隔が狭い場所にも容易に設置することができる。
【００４９】
また、第３実施例において、アーム部１０２，１０４の下面側に凹部１０２ａ，１０４ａを設ける構成としても良いのは勿論である。
【００５０】
尚、上記各実施例では、アーム部と荷重印加部との間にコ字状の門型溝を設けたが、これに限らず、アーム部と荷重印加部との間を画成する溝形状は、コ字状以外の形状としても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、感度部材は、一端が支持部の基台部に固定され、他端が支持部の逃げ部から離間した位置で片持ち梁となるように延在する一対のアーム部と、一端が一対のアーム部の他端間に接続されてなり、他端が一対のアーム部の中間位置に延在し、支持部の逃げ部に対向する荷重印加部と、一対のアーム部の中間部分に凹部を形成され、荷重印加部に荷重が印加されると撓んで歪を発生するようにアーム部の両端よりも厚さが小さく形成された起歪部と、起歪部の歪に応じた出力信号を出力する歪検出素子とを有するため、荷重印加部に荷重が印加されると、荷重の作用方向に拘わらず、一対のアーム部が撓んで歪検出素子により該起歪部の歪に応じた出力信号を得ることができる。そのため、荷重の作用方向を一方向に限定せず、どの斜め方向からの荷重でも正確に測定することができる。
【００５２】
また、請求項２記載の発明によれば、支持部に対向するように形成された起歪部が、荷重が印加されると撓んで歪を発生するように貫通孔によりアーム部の両端よりも厚さが小さく形成され、一対のアーム部と荷重印加部との間にコ字状の門型溝が上下方向に貫通するため、上記請求項１と同様に、荷重印加部に荷重が印加されると、荷重の作用方向に拘わらず、一対のアーム部が撓んで歪検出素子により起歪部の歪に応じた出力信号を得ることができると共に、支持部、基台部、アーム部、横架部、荷重印加部、起歪部が一体形成されているため、部品数が削減されて組立作業工数が少なくなっており、その分製造コストを安価に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるロードセルの第１実施例の分解斜視図である。
【図２】第１実施例の斜視図である。
【図３】第１実施例の平面図である。
【図４】第１実施例の側面図である。
【図５】ベース１２の形状を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）は背面図である。
【図６】感度部材の形状を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）は背面図である。
【図７】起歪部４８，５０及びストレインゲージを示す図であり、（Ａ）は感度部材１６の下面側を上にした斜視図、（Ｂ）はストレインゲージをホイートストーンブリッジ回路に組み込んだ回路図である。
【図８】図３中Ａ−Ａに沿う縦断面図である。
【図９】図８中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図１０】本発明になるロードセルの第２実施例の斜視図である。
【図１１】第２実施例の平面図である。
【図１２】第２実施例の側面図である。
【図１３】図１１中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【図１４】図１２中Ｄ−Ｄ線に沿う縦断面図である。
【図１５】本発明の第３実施例の取付け状態を示す斜視図である。
【図１６】第３実施例のロードセルを示す図であり、（Ａ）はロードセルの平面図、（Ｂ）はロードセルの側面図、（Ｃ）は（Ａ）中Ｅ−Ｅ線に沿うロードセルの縦断面図である。
【図１７】従来のロードセルを説明するための斜視図である。
【図１８】従来のロードセルを説明するための側面図である。
【符号の説明】
１０，６０，９８ロードセル
１２，６４，９２ベース
１６，９９感度部材
１８カバー
２２，６６、１００基台部
２４逃げ部
３６固定部
３８，４０，６８，７０，１０２，１０４アーム部
４２，７２，１０６横架部
４３，７４，１０８荷重印加部
４４，７６，１１６門型溝
４８，５０，６８，７０，１１０，１１２起歪部
５２Ａ〜５２Ｄストレインゲージ
９０秤
９４天板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a load cell, and more particularly to a load cell that measures a load by detecting strain at a strain-generating portion corresponding to the magnitude of an applied load with a strain gauge.
[0002]
[Prior art]
In general, a load cell is known as a measuring machine that performs load measurement. In general, the load cell includes a sensitivity member having a strain generating portion that generates strain when a load is applied, and a strain detection element that is disposed in the strain generating portion and detects strain generated in the strain generating portion. The load is measured based on the output of the strain detection element. As the strain detection element, a strain gauge (resistance wire strain gauge) that is inexpensive and has high measurement accuracy is generally used.
[0003]
As this type of load cell, for example, one disclosed in JP-A-7-318439 is known. 17 and 18 show a balance (load meter) 1 disclosed in the publication.
[0004]
The scale 1 has a rectangular load cell 2, and a space 9 is formed inside thereof. In particular, in the vicinity of the four corners of the space portion 9, a strain generating portion 3 that generates strain when a load is applied by reducing the thickness of the load cell 2 is formed. A strain gauge 4 (strain gauge) is disposed at a position facing the strain generating portion 3 of the load cell 2.
[0005]
The load cell 2 is fixed to a substantially L-shaped support member 6 having one short side 2 </ b> A disposed on the base 5. As a result, the load cell 2 is fixed in a floating state with respect to the substrate 5, that is, in a state in which it can be flexibly deformed. Further, a plate mounting member 7 having a substantially L shape is fixed to the other short side 2B of the load cell 2. A weighing pan 8 on which an object to be measured is placed is fixed to the horizontal portion of the pan mounting member 7.
[0006]
In the scale 1 having the above-described configuration, when an object to be measured is placed on the weighing pan 8, a load corresponding to the weight of the portion to be measured is applied to the load cell 2 via the dish mounting member 7. As described above, since the strain generating portions 3 are formed in the load cell 2, strain corresponding to the applied load is generated in each strain generating portion 3.
[0007]
The strain generated in each strain generating portion 3 is detected by a strain gauge 4 arranged so as to face each strain generating portion 3. The four strain gauges 4 constitute a bridge circuit (Wheatstone bridge), and the strain detected by each strain gauge 4 is converted into an electrical signal. Desired.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional load cell as described above, when the load of the object to be measured acts on the weighing pan 8 vertically, the short side 2B of the load cell 2 is displaced downward, and the strain generating portions 3 are distorted. Since the strain is detected by the strain gauge 4, for example, when a load in an oblique direction is applied to the weighing pan 8, it is difficult for the strain generating portions 3 to be distorted. There is a problem that accurate load measurement cannot be performed.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a load cell capable of measuring an accurate load regardless of the acting direction of the load.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
[0011]
The invention according to claim 1 is a support portion having a base portion that is cut from a rectangular parallelepiped metal block and protrudes on the upper surface, and a relief portion formed in a step shape lower than the base portion ,
A sensitivity member mounted and fixed on the base portion of the support portion,
The sensitivity member has one end fixed to the base portion of the support portion, and a pair of arm portions extending so that the other end is cantilevered at a position separated from the escape portion of the support portion ,
One end is connected between the other ends of the pair of arm portions, the other end extends to an intermediate position of the pair of arm portions, and a load applying portion facing the escape portion of the support portion ;
A strain-generating portion formed in a middle portion of the pair of arm portions, and having a thickness smaller than both ends of the arm portion so as to bend and generate strain when a load is applied to the load application portion; ,
It and a strain detecting element for outputting an output signal corresponding to the distortion of the standing distortion unit,
A cover part is provided so as to cover the support part and the arm part ,
The load is measured based on the output of the strain detection element.
[0012]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the sensitivity member extends so that one end is fixed to the base portion of the support portion and the other end is a cantilever at a position away from the escape portion of the support portion. A pair of arm portions, one end connected between the other ends of the pair of arm portions, the other end extending to an intermediate position of the pair of arm portions, and a load applying portion facing the escape portion of the support portion; A concave portion is formed in the middle portion of the pair of arm portions, and a strain-generating portion formed to have a thickness smaller than both ends of the arm portion so as to bend and generate strain when a load is applied to the load application portion; And a strain detecting element that outputs an output signal corresponding to the strain of the strain generating portion. Therefore , when a load is applied to the load applying portion, the pair of arm portions bends regardless of the acting direction of the load. Thus, an output signal corresponding to the distortion of the strain generating portion can be obtained. Therefore, the acting direction of the load is not limited to one direction, and a load from any oblique direction can be accurately measured.
[0013]
Further, the invention of claim 2 is a support portion formed on the bottom side by cutting a groove penetrating in the left-right direction and the front direction from the side of the metal block,
A base formed at the rear of the support,
A pair of arm portions formed to extend forward from the upper portion of the base portion to become cantilever beams;
A through-hole penetrating laterally from the side surfaces of the pair of arm portions;
A strain-generating portion that is formed so as to face the support portion, and is formed with a thickness smaller than both ends of the arm portion by the through-hole so as to bend and generate strain when a load is applied;
A strain detecting element that outputs an output signal corresponding to the strain of the strain generating portion;
A horizontal portion laid between the ends of the pair of arm portions;
A load application portion projecting between the arms from the middle of the horizontal portion;
A U-shaped gate-shaped groove formed between the pair of arm portions and the load application portion and penetrating in the vertical direction;
A cover part provided so as to cover the support part and the arm part,
The load is measured based on the output of the strain detection element .
[0014]
Therefore, according to the second aspect of the present invention, the strain-generating portion formed so as to face the support portion is bent more than the both ends of the arm portion by the through-hole so as to bend and generate strain when a load is applied. Since the U-shaped gate-shaped groove penetrates in the vertical direction between the pair of arm portions and the load application portion, a load is applied to the load application portion as in the first aspect. Then, regardless of the direction of the load, the pair of arm portions can be bent and an output signal corresponding to the strain of the strain generating portion can be obtained by the strain detecting element, and the support portion, the base portion, the arm portion, the lateral portion can be obtained. Since the frame part, the load application part, and the strain generating part are integrally formed, the number of parts is reduced and the number of assembly work steps is reduced, and the manufacturing cost can be reduced accordingly.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0016]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a first embodiment of a load cell according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the first embodiment. FIG. 3 is a plan view of the first embodiment. FIG. 4 is a side view of the first embodiment.
[0017]
As shown in FIGS. 1 to 4, the load cell 10 is to detect a strain generated according to the load is built into the scale for measuring the load of the object to be measured, the base (supporting portion of claim 1 ) 12, a sensitivity member 16 fixed to the base 12 by four mounting bolts 14, a cover 18 covering the side of the base 12 and the sensitivity member 16, and a cable 20 connected to the rear portion of the base 12. ing.
[0018]
5A and 5B are views showing the shape of the base 12, in which FIG. 5A is a plan view, FIG. 5B is a side view, FIG. 5C is a bottom view, and FIG.
[0019]
As shown in FIGS. 5A to 5D, the base 12 is formed by cutting a rectangular parallelepiped metal block, and a base portion 22 on which the sensitivity member 16 is placed and fixed on the upper surface 12a. And a relief portion 24 formed in a step shape lower than the base portion 22. An insertion hole 26 through which the four mounting bolts 14 are inserted penetrates the base portion 22 in the vertical direction, and a screw hole 28 that penetrates in the vertical direction is provided at the approximate center of the escape portion 24. . A mounting bolt (not shown) for fixing the load cell 10 to the measurement place is screwed into the screw hole 28. And the escape part 24 becomes an escape at the time of applying a load so that it may mention later.
[0020]
Further, a connection hole 32 to which the connector 30 of the cable 20 is connected is provided on the back surface 12 b of the base 12. A fixing screw hole 34 (indicated by a broken line in FIG. 5A) for fixing the cover 18 is provided on the front surface 12c and the side surfaces 12d and 12e of the base 12.
[0021]
The cover 18 includes side plates 18 a and 18 b that face the left and right side surfaces of the base 12 and the sensitivity member 16, and a front plate 18 c that faces the front surface of the base 12 and the sensitivity member 16. The side plates 18a and 18b and the front plate 18c of the cover 18 are provided with small holes 18a through which the mounting screws 35 are inserted. Therefore, the cover 18 is fixed to the sensitivity member 16 by the attachment screw 35 being screwed into the fixing screw hole 34 through the small hole 18a.
[0022]
6A and 6B are diagrams showing the shape of the sensitivity member, where FIG. 6A is a plan view, FIG. 6B is a side view, FIG. 6C is a bottom view, and FIG.
[0023]
As shown in FIGS. 6A to 6D, the sensitivity member 16 is formed by cutting a plate-like metal block, and is fixed to the base portion 22 of the base 12 and a rear end. Is coupled to the fixed portion 36 and has a pair of arm portions 38, 40 whose front ends extend in parallel, a horizontal portion 42 horizontally mounted between the front ends of the arm portions 38, 40, and a pair via the horizontal portion 42. The load application unit 43 is connected to the arm units 38 and 40. Between the pair of arm portions 38 and 40 and the load applying portion 43, a gate-shaped groove 44 formed in a U-shape is cut. Therefore, the pair of arm portions 38 and 40 and the load applying portion 43 are simultaneously formed by processing the portal groove 44.
[0024]
The load application unit 43 extends rearward in a cantilever shape with the horizontal portion 42 as a base point, and protrudes to an intermediate position between the pair of arm portions 38 and 40. A screw hole 46 for fixing the measurement object is provided at a position facing the screw hole 28 of the base 12 of the load application unit 43, and the mounting bolt 14 is located at a position facing the insertion hole 26 of the base 12. A screw hole 47 into which is inserted is provided.
[0025]
The pair of arm portions 38, 40 extend forward in a cantilever shape with the fixed portion 36 as a base point, and concave portions 38a, 40a are provided on the lower surface side. Therefore, the arm portions 38, 40 have thin portions where the recesses 38a, 40a are provided, and the portions corresponding to the recesses 38a, 40a become the strain generating portions 48, 50.
[0026]
In the strain generating portions 48 and 50, strain corresponding to the magnitude of the load applied to the load applying portion 43 is generated, and the magnitude of strain that can be detected by the strain generating portions 48 and 50 by the depth and width dimensions of the concave portions 38a and 40a. The size of the measurable load is determined by pulling.
[0027]
7A and 7B are diagrams showing the strain generating portions 48 and 50 and the strain gauge. FIG. 7A is a perspective view with the lower surface side of the sensitivity member 16 facing up, and FIG. It is a circuit diagram.
[0028]
As shown in FIG. 7 (A), strain gauges (strain gauges) 52A to 52D for detecting strain generated in the strain generating portions 48 and 50 are formed on the lower surfaces of the recesses 38a and 40a of the arm portions 38 and 40, respectively. Is provided.
[0029]
When a downward load is applied to the load application unit 43, the pair of arms 38 and 40 having weaker strengths than the load application unit 43 and the horizontal part 42 are deformed with the fixed portion 36 as a base point. At that time, the load application section 43 and the horizontal section 42 are displaced downward as rigid bodies, and the strain generating sections 48 and 50 are deformed by a compressive load on the base end side from the intermediate position in the longitudinal direction. Deformation due to the tensile load occurs on the tip side from the intermediate position. The strain of the strain generating portions 48 and 50 caused by this deformation is detected by the output values of the strain gauges 52A to 52D.
[0030]
Therefore, in the case of the first embodiment, when a compressive load (downward load) is applied to the load application unit 43, a compressive load is applied to the strain gauges 52A and 52C, and a tensile load is applied to the strain gauges 52B and 52D. Works.
[0031]
As shown in FIG. 7B, the four strain gauges 52A to 52D forming the Wheatstone bridge circuit 56 are bonded to each other, for example, on a sheet base made of a thin plastic material. It is set as the structure which is made, and it is set as the structure which changes the electrical resistance which detects the distortion in the site | part arrange | positioned. Further, the four strain gauges 52A to 52D convert the amount of strain generated in the strain generating portions 48 and 50 into an electrical signal.
[0032]
Specifically, a predetermined voltage is applied between the A terminal and the C terminal in FIG. 7B, and an output signal is obtained from the B terminal and the D terminal in the figure.
[0033]
FIG. 8 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 9 is a longitudinal sectional view taken along line BB in FIG.
[0034]
As shown in FIGS. 8 and 9, the connector 30 of the cable 20 is coupled to the connection hole 32 of the base 12. The cable 54 connected to each terminal A to D is connected to the cable 20 via the connector 30 inserted into the connection hole 32 of the base 12.
[0035]
The load application portion 43 and the arm portions 38 and 40 are opposed to the escape portion 24 that is lower than the base portion 22 provided on the upper surface 12 a of the base 12. Therefore, a sufficient space is formed between the load application portion 43 and the arm portions 38 and 40 and the escape portion 24, and displacement when a load is applied is not hindered.
[0036]
Moreover, since the load application part 43 protrudes between the arm parts 38 and 40 from the intermediate position of the horizontal part 42 horizontally mounted between the front-end | tips of the arm parts 38 and 40, it has a compact structure and is free. Supported by a high degree of condition.
[0037]
Even if the direction of the load acting on the load application portion 43 is an angle inclined with respect to the center line of the screw hole 46, the displacement of the load application portion 43 is transmitted to the distal end side of the arm portions 38 and 40. The arm portions 38 and 40 have different left and right displacement amounts depending on the direction of load application. Therefore, even when the load acting direction is not only the vertical direction but also the load in the inclined direction, the displacement according to the magnitude of the load can be transmitted to the end portions of the arm portions 38 and 40. Therefore, in the strain gauges 52A to 52D attached to the strain-generating portions 48 and 50 of the arm portions 38 and 40, the acting direction of the load is not only the vertical direction but also the displacement caused by the load from the direction inclined with respect to the vertical direction. It can be detected accurately.
[0038]
FIG. 10 is a perspective view of a second embodiment of the load cell according to the present invention. FIG. 11 is a plan view of the second embodiment. FIG. 12 is a side view of the second embodiment. FIG. 13 is a longitudinal sectional view taken along line CC in FIG. 14 is a longitudinal sectional view taken along the line DD in FIG. 10 to 14, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0039]
As shown in FIGS. 10 to 14, the load cell 60 has the same configuration as the load cell 10 of the first embodiment described above by cutting one metal block. That is, the load cell 60 is formed in the base 64 on the bottom side by cutting a groove 63 penetrating from the side of the main body 62 made of a metal block in the left-right direction and the front direction. Is formed. Then, a pair of arm portions 68, 70 forward from the upper portion of the base portion 66, a horizontally extending portion 72 laid between the tips of the arm portions 68, 70, and an arm portion 68, A load application unit 74 protrudes between 70.
[0040]
Between the arm portions 68 and 70 and the load application portion 74, a U-shaped gate-shaped groove 76 penetrating in the vertical direction is cut. Further, a through hole 78 penetrating to the side is provided on the side surfaces of the arm portions 68 and 70. The upper side of the through-hole 78 becomes the strain generating portions 80 and 82.
[0041]
Strain gauges 52 </ b> A to 52 </ b> D are attached to the lower surface side of the strain generating portions 80 and 82, that is, the inner surface of the through hole 78. As described above, the load cell 60 includes the base 64, the base portion 66, the arm portions 68 and 70, the horizontal portion 72, the load applying portion 74, and the strain generating portions 80 and 82, so that the number of parts is reduced. As a result, the number of assembly work steps is reduced, and the manufacturing cost can be reduced to that extent.
[0042]
FIG. 15 is a perspective view showing an attachment state of the third embodiment of the present invention. 16A and 16B are views showing a load cell of a third embodiment, wherein FIG. 16A is a plan view of the load cell, FIG. 16B is a side view of the load cell, and FIG. 16C is a longitudinal section of the load cell along line EE in FIG. FIG.
[0043]
As shown in FIG. 15, a scale (load meter) 90 includes a flat base 92, a top plate 94 facing above the base 92, a plate-like pedestal 96 fixed on the base 92, and a pedestal. The load cell 98 is fixed on the plate 96 by tightening the mounting bolt 97.
[0044]
As shown in FIGS. 16A to 16C, the load cell 98 includes a sensitivity member 99 obtained by cutting a flat metal plate and strain gauges 52A to 52D. The sensitivity member 99 is integrally formed with a base part 100, arm parts 102 and 104, a horizontal part 106, a load application part 108, and strain generating parts 110 and 112. In the present embodiment, the lower surfaces of the arm portions 102 and 104 are strain-generating portions 110 and 112, and the strain-generating portions 110 and 112 are thin with concave portions 102a and 104a formed on the top surface, Strain gauges 52A to 52D are attached to the lower surface. For this reason, the strain generating portions 110 and 112 are thinned by the concave portions 102a and 104a, and are configured to easily generate strain when a load is applied. And the magnitude | size of the distortion produced in the strain generation parts 110 and 112 is detected by the strain gauges 52A-52D.
[0045]
The base portion 100 is provided with three insertion holes 114 through which the mounting bolts 97 are inserted, and a U-shaped gate-shaped groove 116 is provided between the arm portions 102 and 104 and the load application portion 108. ing. A screw hole 117 for fixing the top plate 94 is provided in the center of the load application unit 108. Since the insertion hole 114 has a sufficiently larger diameter than the outer diameter of the mounting bolt 97, the insertion hole 114 is mounted so that the sensitivity member 99 is not distorted when the mounting bolt 97 is fastened.
[0046]
A cylindrical spacer 118 on which the top plate 94 is placed is placed on the load application unit 108, and the top plate 94 is fastened by a fixing screw 120. Therefore, when an object to be measured (not shown) is placed on the top plate 94, the load of the object to be measured acts on the load application unit 108, and the strain generated in the strain generating units 110 and 112 is strain gauges 52A to 52G. It is detected as an output value of 52D.
[0047]
As described above, the sensitivity member 99 is formed with the arm portions 102 and 104, the horizontal portion 106, and the load application portion 108 by processing a flat metal plate, and the recesses 102a and 104a are formed on the upper surfaces of the arm portions 102 and 104. Since the strain generating portions 110 and 112 are integrally formed by cutting, the number of parts is reduced and the number of assembling work steps is reduced, and the manufacturing cost can be reduced by that amount.
[0048]
Furthermore, the load cell 98 of the third embodiment is thinner than the other embodiments, and can be easily installed in a place where the vertical interval is narrow.
[0049]
In the third embodiment, it is needless to say that the concave portions 102a and 104a may be provided on the lower surface side of the arm portions 102 and 104.
[0050]
In each of the above embodiments, the U-shaped gate-shaped groove is provided between the arm part and the load application part. However, the present invention is not limited to this, and a groove shape that defines between the arm part and the load application part. May have a shape other than the U-shape.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in claim 1, the sensitivity member is cantilevered at a position where one end is fixed to the base portion of the support portion and the other end is separated from the escape portion of the support portion. A pair of arm portions extending in this manner, and one end connected between the other ends of the pair of arm portions, the other end extending to an intermediate position of the pair of arm portions and facing the escape portion of the support portion A concave portion is formed in the middle portion between the load application portion and the pair of arm portions, and the thickness is smaller than both ends of the arm portion so as to bend and generate strain when a load is applied to the load application portion. Since it has a strain portion and a strain detection element that outputs an output signal corresponding to the strain of the strain generating portion, when a load is applied to the load application portion, the pair of arm portions bends regardless of the direction of load application. Thus, an output signal corresponding to the strain of the strain generating portion can be obtained by the strain detecting element. Therefore, the acting direction of the load is not limited to one direction, and a load from any oblique direction can be accurately measured.
[0052]
According to the invention described in claim 2, the strain-generating part formed so as to face the support part is bent more than both ends of the arm part by the through-hole so as to bend and generate strain when a load is applied. Since the U-shaped gate-shaped groove penetrates in the vertical direction between the pair of arm portions and the load application portion, a load is applied to the load application portion as in the first aspect. Then, regardless of the direction of the load, the pair of arm portions can be bent and an output signal corresponding to the strain of the strain generating portion can be obtained by the strain detecting element, and the support portion, the base portion, the arm portion, the lateral portion can be obtained. Since the frame part, the load application part, and the strain generating part are integrally formed, the number of parts is reduced and the number of assembly work steps is reduced, and the manufacturing cost can be reduced accordingly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a first embodiment of a load cell according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the first embodiment.
FIG. 3 is a plan view of the first embodiment.
FIG. 4 is a side view of the first embodiment.
5A is a plan view, FIG. 5B is a side view, FIG. 5C is a bottom view, and FIG. 5D is a rear view.
6A and 6B are diagrams illustrating the shape of a sensitivity member, where FIG. 6A is a plan view, FIG. 6B is a side view, FIG. 6C is a bottom view, and FIG.
7A and 7B are diagrams showing strain-generating portions 48 and 50 and a strain gauge, where FIG. 7A is a perspective view with the lower surface side of the sensitivity member 16 facing up, and FIG. 7B is a diagram showing the strain gauge incorporated into a Wheatstone bridge circuit. It is a circuit diagram.
8 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG.
9 is a longitudinal sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 10 is a perspective view of a second embodiment of the load cell according to the present invention.
FIG. 11 is a plan view of the second embodiment.
FIG. 12 is a side view of the second embodiment.
13 is a longitudinal sectional view taken along line CC in FIG.
14 is a longitudinal sectional view taken along line DD in FIG.
FIG. 15 is a perspective view showing an attachment state of the third embodiment of the present invention.
16A and 16B are views showing a load cell according to a third embodiment, in which FIG. 16A is a plan view of the load cell, FIG. 16B is a side view of the load cell, and FIG. 16C is a view of the load cell along the line EE in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view.
FIG. 17 is a perspective view for explaining a conventional load cell.
FIG. 18 is a side view for explaining a conventional load cell.
[Explanation of symbols]
10, 60, 98 Load cell 12, 64, 92 Base 16, 99 Sensitivity member 18 Cover 22, 66, 100 Base 24 Relief 36 Fixing 38, 40, 68, 70, 102, 104 Arm 42, 72, 106 Horizontal portions 43, 74, 108 Load applying portions 44, 76, 116 Portal grooves 48, 50, 68, 70, 110, 112 Strain portions 52A to 52D Strain gauge 90 Scale 94 Top plate

Claims

A support part having a base part that is cut into a rectangular parallelepiped metal block and protrudes from the upper surface, and a relief part formed in a step shape lower than the base part ,
A sensitivity member mounted and fixed on the base portion of the support portion,
The sensitivity member has one end fixed to the base portion of the support portion, and a pair of arm portions extending so that the other end is cantilevered at a position separated from the escape portion of the support portion ,
One end is connected between the other ends of the pair of arm portions, the other end extends to an intermediate position of the pair of arm portions, and a load applying portion facing the escape portion of the support portion ;
A strain-generating portion formed in a middle portion of the pair of arm portions, and having a thickness smaller than both ends of the arm portion so as to bend and generate strain when a load is applied to the load application portion; ,
It and a strain detecting element for outputting an output signal corresponding to the distortion of the standing distortion unit,
A cover part is provided so as to cover the support part and the arm part ,
A load cell that performs load measurement based on an output of the strain detection element.

A support part formed on the bottom side by cutting a groove penetrating in the left-right direction and the front direction from the side of the metal block;
A base formed at the rear of the support,
A pair of arm portions formed to extend forward from the upper portion of the base portion to be cantilevered;
A through-hole penetrating laterally from the side surfaces of the pair of arm portions;
A strain-generating portion that is formed so as to face the support portion, and is formed with a thickness smaller than both ends of the arm portion by the through-hole so as to bend and generate strain when a load is applied;
A strain detecting element that outputs an output signal corresponding to the strain of the strain generating portion;
A horizontal portion laid between the ends of the pair of arm portions;
A load application portion projecting between the arms from the middle of the horizontal portion;
A U-shaped gate-shaped groove formed between the pair of arm portions and the load application portion and penetrating in the vertical direction;
A cover part provided so as to cover the support part and the arm part,
A load cell that performs load measurement based on an output of the strain detection element .