JPH0812101B2 - Load cell - Google Patents
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- JPH0812101B2 JPH0812101B2 JP28434889A JP28434889A JPH0812101B2 JP H0812101 B2 JPH0812101 B2 JP H0812101B2 JP 28434889 A JP28434889 A JP 28434889A JP 28434889 A JP28434889 A JP 28434889A JP H0812101 B2 JPH0812101 B2 JP H0812101B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子秤やその他の計量器に用いられるロー
ドセル、特に所定形状の起歪体に貼着したストレインゲ
ージ等の歪検出素子の電気特性の変化により、上記起歪
体に負荷された荷重を電気的に検出するロードセルに関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to a load cell used in an electronic scale or other measuring instruments, and in particular, to an electric strain sensing element such as a strain gauge attached to a strain-generating body having a predetermined shape. The present invention relates to a load cell that electrically detects a load applied to the strain generating element by a change in characteristics.
（従来の技術） 一般に、電子秤等に用いられる２ビーム片持ち式のロ
ードセルは、両端の剛体部と両剛体部の間に平行に架設
された２本のビーム部とを有し、かつこれらのビーム部
に切欠により薄肉とされた歪発生部が２箇所ずつ設けら
れた起歪体を用い、この起歪体における上記各歪発生部
の表面にストレインゲージ等の歪検出素子をそれぞれ貼
着し、該起歪体に負荷される荷重に応じた上記歪発生部
に生じる引張歪及び圧縮歪を上記歪検出素子によって検
出することにより、上記荷重を測定するように構成され
る。(Prior Art) Generally, a two-beam cantilever type load cell used in an electronic scale or the like has a rigid body portion at both ends and two beam portions installed in parallel between both rigid body portions, and Using a strain-generating body in which two strain-generating portions thinned by notches are provided in the beam portion of each of the strain-generating bodies, strain detecting elements such as strain gauges are attached to the surfaces of the strain-generating portions of the strain-generating body. The strain detecting element is configured to measure the load by detecting the tensile strain and the compressive strain generated in the strain generating portion according to the load applied to the strain-generating body.
従来、この種のロードセルにおいては、例えば第12図
に示されているように、起歪体１における歪発生部2a,2
b,3a,3bが、両端の剛体部4,5の間に架設された上下のビ
ーム部6,7にそれぞれ設けた単一円弧の切欠８…８によ
って構成されるようになっている。Conventionally, in this type of load cell, as shown in FIG. 12, for example, the strain generating portions 2a, 2
b, 3a, 3b are constituted by notches 8 ... 8 each having a single circular arc provided in the upper and lower beam portions 6, 7 which are provided between the rigid body portions 4, 5 at both ends.
（発明が解決しようとする課題） しかし、上記のように起歪体１におけるビーム部6,7
に設けた単一円弧の切欠８…８で歪発生部2a,2b,3a,3b
を構成したロードセル９にあっては、次のような問題を
発生することがある。その問題を第12図を用いて説明す
る。すなわち、例えば電子秤用のロードセル９は、図の
ように本体を構成する起歪体１の一端の剛体部（以下、
固定剛体部という）４が秤本体11に取り付けられると共
に、他端の剛体部（以下、可動剛体部という）５にブラ
ケット12を介して計量皿13が取り付けられるようになっ
ている。そして、上記起歪体１における上下のビーム部
6,7の上面及び下面には、該起歪体１の中心線lCを基準
として測った上記円弧による切欠８…８の中心位置を示
すラインl,l′上に位置してストレインゲージ14…14が
それぞれ貼り付けられることになる。(Problems to be Solved by the Invention) However, as described above, the beam portions 6 and 7 in the flexure element 1 are
The distortion generating parts 2a, 2b, 3a, 3b are formed by the notches 8 ...
In the load cell 9 configured as described above, the following problems may occur. The problem will be described with reference to FIG. That is, for example, a load cell 9 for an electronic scale is provided with a rigid body portion (hereinafter,
A fixed rigid body portion 4 is attached to the balance main body 11, and a weighing pan 13 is attached to a rigid body portion (hereinafter referred to as a movable rigid body portion) 5 at the other end via a bracket 12. Then, the upper and lower beam portions in the flexure element 1
The upper and lower surfaces of 6,7, the standing Ibitsutai 1 of the center line l C line indicates a center location of the cutout 8 ... 8 by the arc, measured as a reference l, strain gauge 14 located on l ' … 14 will be pasted respectively.
ところで、上記のような形状をした起歪体１において
は、該起歪体１の上面における長手方向の位置と当該部
位の歪量との関係をあらわす歪分布が、例えば第13図に
示されるように上記ラインl,l′に対応して急峻なピー
クを示すことが多い。ここで歪量は引張歪を＋側にとっ
て示している。By the way, in the flexure element 1 having the above-described shape, a strain distribution showing the relationship between the longitudinal position on the upper surface of the flexure element 1 and the strain amount of the relevant portion is shown in, for example, FIG. As described above, a steep peak is often shown corresponding to the lines l and l '. Here, the strain amount indicates the tensile strain on the + side.
一方、上記ロードセル９に使用されるストレインゲー
ジ14は、例えば第14,15図に示すように、ベース15に導
電性の回路パターン16がエッチングによって蛇行状に形
成されていると共に、リード線17,17が上記回路パター
ン16の端部16a,16bにそれぞれ接続されている。そし
て、このストレインゲージ14が起歪体１における歪発生
部2a,2b,3a,3bの表面にそれぞれ貼り付けられるのであ
るが、その際ストレインゲージ14の上記回路パターン16
における反転部（タブ）16c…16cの長さをｘとし、各反
転部16c…16cを結ぶ直線部（フィラメント）16d…16dの
幅をｙとすると、タブ比（＝x/y）の値がロードセル９
のクリープ特性に影響を与えることが知られている。On the other hand, in the strain gauge 14 used for the load cell 9, as shown in FIGS. 14 and 15, for example, a conductive circuit pattern 16 is formed in a meandering shape on a base 15 by etching, and a lead wire 17, 17 are connected to the ends 16a and 16b of the circuit pattern 16, respectively. Then, the strain gauges 14 are respectively attached to the surfaces of the strain generating portions 2a, 2b, 3a, 3b in the strain-flexing body 1, and at that time, the circuit pattern 16 of the strain gauges 14 is formed.
If the length of the inverting portions (tabs) 16c ... 16c in x is x and the width of the linear portions (filaments) 16d ... 16d connecting the inverting portions 16c ... 16c is y, the value of the tab ratio (= x / y) is Load cell 9
It is known to affect the creep properties of.
したがって、上記のように起歪体１の歪分布が歪発生
部位2a,2b,3a,3bにおいて急峻なピークを示すと、製造
工程におけるストレインゲージ14…14を貼着する過程で
位置が少しでも狂うとクリープ特性が大きく変わってし
まい、製品間の品質にバラツキを生じさせるという問題
を抱えていたのである。Therefore, if the strain distribution of the flexure element 1 has steep peaks at the strain generation portions 2a, 2b, 3a, 3b as described above, even if the strain gauges 14 ... If it goes wrong, the creep characteristics will change drastically, and there is a problem that the quality between products will vary.
本発明は、２ビーム片持ち式ロードセルにおける上記
の実情に対処するもので、この種のロードセルの製造時
に製品間に品質のバラツキを生じることのないようにす
ることを課題とする。The present invention addresses the above situation in a two-beam cantilever type load cell, and it is an object of the present invention to prevent quality variations between products when manufacturing this type of load cell.
（課題を解決するための手段） まず、本願の請求項１に係る発明（以下、第１発明と
いう）では、両端の剛体部と両剛体部の間に平行に架設
された２本のビーム部とを有し、かつこれらのビーム部
に切欠により薄肉とされた歪発生部が２箇所ずつ設けら
れた起歪体を用い、この起歪体における上記各歪発生部
の表面に歪検出素子をそれぞれ設けてなるロードセルに
おいて、上記歪発生部をそれぞれ形成する切欠を、例え
ばビーム部の長手方向に中心位置をずらせた複数の円弧
部で構成する。そして、各歪発生部の表面における歪分
布が均一となる領域にそれぞれ歪検出素子を設ける。な
お、歪検出素子としては、従来と同様に起歪体に接着剤
を介して貼り付けられるストレインゲージのような歪を
検出するエレメントでもよく、また薄膜回路技術を利用
して起歪体に直接形成された回路パターンであってもよ
い。また、上記切欠を、ビーム部の長手方向に中心位置
をずらせた２つの円弧部とその両者間を結ぶ直線部とで
構成してもよい。(Means for Solving the Problem) First, in the invention according to claim 1 of the present application (hereinafter, referred to as the first invention), two beam portions that are installed in parallel between the rigid body portions at both ends and both the rigid body portions. And a strain detecting element having two strain generating portions thinned by notches in these beam portions is used, and a strain detecting element is provided on the surface of each strain generating portion in the strain generating element. In each of the load cells provided, the notch forming each of the strain generating portions is formed of, for example, a plurality of arc portions whose center positions are displaced in the longitudinal direction of the beam portion. Then, the strain detecting elements are provided in the regions where the strain distribution on the surface of each strain generating portion is uniform. The strain detecting element may be an element for detecting strain, such as a strain gauge that is attached to the strain-generating body via an adhesive as in the conventional case, or directly to the strain-generating body by using thin film circuit technology. It may be a formed circuit pattern. Further, the notch may be composed of two arc portions whose center positions are displaced in the longitudinal direction of the beam portion and a straight line portion connecting the two arc portions.
また、本願の請求項２に係る発明（以下、第２発明と
いう）においては、上記第１発明と同様に、両端の剛体
部と両剛体部の間に平行に架設された２本のビーム部と
を有し、かつこれらのビーム部に切欠により薄肉とされ
た歪発生部が２箇所ずつ設けられた起歪体を用い、この
起歪体における上記各歪発生部の表面に歪検出素子をそ
れぞれ設けてなるロードセルにおいて、上記歪発生部を
それぞれ形成する切欠を、ビーム部の長手方向に中心位
置をずらせた複数の円弧部、もしくは２つの円弧部とそ
の両者間を結ぶ直線部とで構成する。そして、上記起歪
体における各歪発生部において、該起歪体の端部側に位
置する円弧部に対応する部位の肉厚を中央側に位置する
円弧部に対応する部位よりも厚くすると共に、各歪発生
部の表面における歪分布が均一になる領域にそれぞれ歪
検出素子を設ける。Further, in the invention according to claim 2 of the present application (hereinafter referred to as the second invention), as in the above-described first invention, the two beam portions that are installed in parallel between the rigid body portions at both ends and both the rigid body portions. And a strain detecting element having two strain generating portions thinned by notches in these beam portions is used, and a strain detecting element is provided on the surface of each strain generating portion in the strain generating element. In each of the load cells provided, the notch forming each of the strain generating portions is composed of a plurality of arc portions whose center positions are displaced in the longitudinal direction of the beam portion, or two arc portions and a straight line portion connecting the two arc portions. To do. Then, in each strain generating portion of the strain-flexing body, the wall thickness of the portion corresponding to the arc portion located on the end side of the strain body is made thicker than the portion corresponding to the arc portion located on the center side. A strain detecting element is provided in each of the regions where the strain distribution on the surface of each strain generating portion is uniform.
（作用） 上記第１、第２発明によれば、起歪体の歪発生部にお
ける歪量が均一に変化することになるので、歪検出素子
を設ける位置が若干量ずれたとしてもクリープ特性が大
きく変わることがなく、したがって出来上がった製品間
に品質のバラツキの少ないロードセルが得られることに
なる。しかも、歪検出素子を設ける作業の際に厳密な位
置合せを必要としないことから、この種のロードセルの
量産性が向上するという実益がある。(Operation) According to the first and second aspects of the invention, the amount of strain in the strain generating portion of the strain-generating body changes uniformly, so that the creep characteristic is improved even if the position where the strain detecting element is provided is slightly displaced. Therefore, the load cell can be obtained which does not significantly change and therefore has little variation in quality among the finished products. Moreover, since there is no need for strict alignment in the work of providing the strain detecting element, there is a practical benefit that the mass productivity of this type of load cell is improved.
特に、第２発明によれば、起歪体の端部側に位置する
円弧部に対応する部位の肉厚を中央側に位置する円弧部
に対応する部位よりも厚くしているので、歪発生部にお
ける歪分布特性がフラットになって、その結果クリープ
特性がさらに均一化することになる。In particular, according to the second aspect of the present invention, since the thickness of the portion corresponding to the circular arc portion located on the end side of the flexure element is made thicker than the portion corresponding to the circular arc portion located on the central side, strain is generated. The strain distribution characteristic in the portion becomes flat, and as a result, the creep characteristic becomes more uniform.
（実 施 例） 以下、本発明の実施例について説明する。(Examples) Examples of the present invention will be described below.
第１図に示すように、ロードセル20の本体を構成する
起歪体21は、左右両端の固定剛体部22及び可動剛体部23
と、これら両剛体部間に設けられた上下１対のビーム部
24,25とにより全体形状が中空の長方形とされていると
共に、上記ビーム部24,25の両端における固定剛体部22
及び可動剛体部23との各連結部分には、内面側に概略半
円状の切欠26…26が設けられて、これらの切欠26…26に
より肉厚が薄くされた歪発生部27a,27b,28a,28bが形成
されている。したがって、荷重の負荷により可動剛体部
23が固定剛体部22に対して下方に変位したときに、上方
のビーム部24における固定剛体部22側の歪発生部27a
と、下方のビーム部25における可動剛体部23側の歪発生
部28bとに引張歪が発生し、また上方のビーム部24にお
ける可動剛体部23側の歪発生部27bと、下方のビーム部2
5における固定剛体部22側の歪発生部28aとに圧縮歪が発
生するようになっている。As shown in FIG. 1, the flexure element 21 that constitutes the main body of the load cell 20 includes a fixed rigid body portion 22 and a movable rigid body portion 23 at the left and right ends.
And a pair of upper and lower beam portions provided between these rigid body portions
The entire shape is a hollow rectangle by 24 and 25, and the fixed rigid body portions 22 at both ends of the beam portions 24 and 25 are formed.
Further, the respective semi-circular cutouts 26 ... 26 are provided on the inner surface side at the respective connecting portions with the movable rigid body portion 23, and the strain generating portions 27a, 27b, whose wall thickness is reduced by these cutouts 26 ... 26, 28a and 28b are formed. Therefore, the movable rigid body part
When 23 is displaced downward with respect to the fixed rigid body portion 22, the strain generating portion 27a on the fixed rigid body portion 22 side of the upper beam portion 24 is formed.
And tensile strain is generated in the strain generating portion 28b on the movable rigid body portion 23 side in the lower beam portion 25, and the strain generating portion 27b on the movable rigid body portion 23 side in the upper beam portion 24 and the lower beam portion 2
A compressive strain is generated in the strain generating portion 28a on the fixed rigid body portion 22 side in FIG.
本実施例においては、上記起歪体21における切欠26
が、例えば第２図に示すように、該起歪体21の端部側に
位置する第１中心O1を起点とする半径r1の第１円弧部26
aと、中央側に位置する第２中心O2を起点とする半径r2
の第２円弧部26bとで構成されている。これら第１、第
２円弧部26a,26bの半径r1,r2はそれぞれ等しくされてい
ると共に、上記第２中心O2は、第１中心O1に対してビー
ム部24,25の長手方向に距離ｄだけ偏心し、またビーム
部24の表面側に向かって偏心量δｓだけ偏心した位置に
設けられている。したがって、これらの第１、第２円弧
部26a,26bによって形成される歪発生部27aにおける第１
円弧部26aによるノッチ厚をt1とし、第２円弧部26bによ
るノッチ厚をt2とすると、次の関係式、 t1＝t2＋δｓ ……（１） が成立する。つまり、上記歪発生部27aにおいては、起
歪体21の端部側に位置する第１円弧部26aに対応する部
位の方が中央側に位置する第２円弧部26bに対応する部
位よりも上記偏心量δｓに相当する分だけ肉厚が厚くな
っている。In the present embodiment, the notch 26 in the flexure element 21 is
However, as shown in FIG. 2, for example, a first circular arc portion 26 having a radius r 1 and originating from a first center O 1 located on the end side of the flexure element 21.
a and a radius r 2 starting from the second center O 2 located on the center side
And the second circular arc portion 26b. The radii r 1 and r 2 of the first and second arc portions 26a and 26b are equal, and the second center O 2 is in the longitudinal direction of the beam portions 24 and 25 with respect to the first center O 1 . Is provided at a position that is eccentric by a distance d and is eccentric by an eccentricity amount δs toward the surface side of the beam portion 24. Therefore, the first in the strain generating portion 27a formed by these first and second circular arc portions 26a and 26b.
Assuming that the notch thickness due to the arc portion 26a is t 1 and the notch thickness due to the second arc portion 26b is t 2 , the following relational expression, t 1 = t 2 + δs (1) is established. That is, in the strain generating portion 27a, the portion corresponding to the first circular arc portion 26a located on the end side of the flexure element 21 is more than the portion corresponding to the second circular arc portion 26b located on the center side. The wall thickness is increased by an amount corresponding to the eccentricity amount δs.
そして、このような構成とされた歪発生部27aの表面
には、上記第１、第２円弧部26a,26b間に位置してスト
レインゲージ29が貼着されている。なお、第１図に示す
ように、上記起歪体21における他の３箇所の歪発生部27
b,28a,28bも同様な構成とされていると共に、各歪発生
部27b,28a,28bの表面にはそれぞれストレインゲージ29
…29が貼着される。A strain gauge 29 is attached to the surface of the strain generating portion 27a having such a structure, located between the first and second circular arc portions 26a and 26b. It should be noted that, as shown in FIG.
b, 28a, 28b have the same configuration, and strain gauges 29 are formed on the surfaces of the strain generating parts 27b, 28a, 28b, respectively.
… 29 is attached.
次に、本実施例の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
このロードセル20が例えば電子秤で用いられる場合に
は、第３（Ａ）（Ｂ）図に示すように、起歪体21におけ
る固定剛体部22が秤本体30に固定されると共に、可動剛
体部23にはブラケット31を介して計量皿32が取り付けら
れる。なお、第１図に示すように、起歪体21における可
動剛体部の側面には、上記ブラケット31を取り付けるた
めのボルト穴33,33が穿設されている。When the load cell 20 is used in an electronic scale, for example, as shown in FIGS. 3 (A) and (B), the fixed rigid body portion 22 of the flexure element 21 is fixed to the scale body 30, and the movable rigid body portion is also fixed. A weighing pan 32 is attached to 23 via a bracket 31. As shown in FIG. 1, bolt holes 33, 33 for attaching the bracket 31 are formed in the side surface of the movable rigid body portion of the flexure element 21.
したがって、上記計量皿32に被計量物を載置すると、
その重量が上記ブラケット31を介して起歪体21の一方の
端部の可動剛体部23に負荷され、これに伴って該可動剛
体部23が他方の端部の固定剛体部22に対して下方に変位
することになるので、上方のビーム部24においては、固
定剛体部22側の歪発生部27cの表面に引張歪が、また可
動剛体部23側の歪発生部27bの表面に圧縮歪がそれぞれ
発生する一方、下方のビーム部25においては、固定剛体
部22側の歪発生部28aの表面に圧縮歪が、また可動剛体
部23側の歪発生部28bの表面に引張歪がそれぞれ発生す
ることになる。そして、これらの歪に応じて各ストレイ
ンゲージ29…29の抵抗が変化することになるので、これ
ら４つのストレインゲージ29…29がホイートストンブリ
ッジ回路を構成するように結線すれば、該回路から上記
荷重に応じた電圧が出力され、この出力電圧を換算する
ことにより、上記被計量物の重量が求められることにな
る。Therefore, when the object to be weighed is placed on the weighing pan 32,
The weight is applied to the movable rigid body portion 23 at one end of the flexure element 21 via the bracket 31, and the movable rigid body portion 23 is downwardly moved with respect to the fixed rigid body portion 22 at the other end thereof. Therefore, in the upper beam portion 24, a tensile strain is generated on the surface of the strain generating portion 27c on the fixed rigid body portion 22 side, and a compressive strain is generated on the surface of the strain generating portion 27b on the movable rigid body portion 23 side. On the other hand, in the lower beam portion 25, compressive strain is generated on the surface of the strain generating portion 28a on the fixed rigid body portion 22 side, and tensile strain is generated on the surface of the strain generating portion 28b on the movable rigid body portion 23 side. It will be. And since the resistance of each strain gauge 29 ... 29 changes according to these strains, if these four strain gauges 29 ... 29 are connected so as to form a Wheatstone bridge circuit, the load from the circuit will be changed. Is output, and the weight of the object to be weighed is obtained by converting the output voltage.
特に、上記起歪体21において歪発生部27a,27b,28a,28
bをそれぞれ形成する切欠26…26が、ビーム部24,25の長
手方向に中心位置をずらせた第１、第２円弧部26a,26b
で構成されていると共に、上記ストレインゲージ29…29
が、各歪発生部27a,27b,28a,28bの表面における両円弧
部26a,26bに対応する位置に貼着されていることによ
り、起歪体21に荷重を負荷したときには、各歪発生部27
a,27b,28a,28bにはビーム部24,25の長手方向に沿ってほ
ぼ一定した歪が発生することになり、各歪発生部27a,27
b,28a,28bの表面に貼着したストレインゲージ29…29の
位置が所定位置よりも若干量ずれていたとしてもクリー
プ特性が大きく変わることがなく、したがって出来上が
った製品間に品質のバラツキの少ないロードセル20が実
現されることになる。しかも、ストレインゲージ29…29
を貼り付ける際に精密な位置合せを必要としないことか
ら、この種のロードセル20の量産性が向上するという実
益がある。In particular, the strain generating portions 27a, 27b, 28a, 28 in the strain generating body 21.
The notches 26 ... 26 that respectively form b are first and second circular arc portions 26a, 26b whose center positions are displaced in the longitudinal direction of the beam portions 24, 25.
Strain gauge 29 ... 29
However, by being attached at a position corresponding to both arc portions 26a, 26b on the surface of each strain generating portion 27a, 27b, 28a, 28b, when a load is applied to the strain generating element 21, each strain generating portion. 27
In the a, 27b, 28a, 28b, almost constant strain is generated along the longitudinal direction of the beam portions 24, 25, and the strain generating portions 27a, 27
Even if the position of the strain gauges 29 ... 29 attached to the surface of b, 28a, 28b is slightly deviated from the predetermined position, the creep characteristics do not change significantly, so there is little quality variation among the finished products. The load cell 20 will be realized. Moreover, the strain gauge 29 ... 29
Since there is no need for precise alignment when pasting, there is a real benefit that the mass productivity of this type of load cell 20 is improved.
特に、本実施例においては、起歪体21の端部側に位置
する第１円弧部26aに対応する部位のノッチ厚t1を中央
側に位置する第２円弧部26bに対応する部位のノッチ厚t
2よりも厚くしているので、各歪発生部27a,27b,28a,28b
における歪分布特性がフラットになって、さらに均一な
クリープ特性が実現されることになる。In particular, in this embodiment, the notch thickness t 1 of the portion corresponding to the first arc portion 26a located on the end side of the flexure element 21 is set to the notch of the portion corresponding to the second arc portion 26b located on the center side. Thickness t
Since it is thicker than 2 , each strain generating part 27a, 27b, 28a, 28b
The strain distribution characteristic in becomes flat, and a more uniform creep characteristic is realized.
次に、本実施例について有限要素法を用いて本件発明
者が行ったシミュレーション結果について説明する。Next, the result of a simulation performed by the inventor of the present invention using the finite element method for this embodiment will be described.
第4,5図は、第３図に示された起歪体21における上面
の歪分布特性を示すもので、横軸は固定剛体部22の端面
からビーム部24,25の長手方向にとった距離を示し、縦
軸は引張歪を＋とした歪量を示している。ここで、ライ
ンl1は固定剛体部22側に設けられた切欠26における端部
側の第１円弧部26aの第１中心O1の位置、ラインl2は該
切欠26の中央側の第２円弧部26bの第２中心O2の位置、
ラインl3は可動剛体部23側に設けられた切欠26における
中央側の第２円弧部26bの第２中心O2の位置、ラインl4
は該切欠26の端部側の第１円弧部26aの第１中心O1の位
置をそれぞれ示している。また、実線は計量皿32の中央
部Ａに荷重FAを負荷した場合を想定して行ったシミュレ
ーション結果を示し、また破線は計量皿32の一つの隅角
部Ｂに荷重FBを負荷した場合を想定したシミュレーショ
ン結果、鎖線は上記隅角部Ｂの対角線方向に位置する隅
角部Ｃに荷重FCを負荷した場合を想定したシミュレーシ
ョン結果を示している。なお、この各シミュレーション
は、起歪体21の長さ、高さ及び幅をそれぞれ140mm、60m
m、15mmに設定すると共に、ラインl1,l4間の距離を54m
m、ラインl2,l3間の距離を46mm、また第１、第２円弧部
26a,26bの半径r1,r2をそれぞれ15mm、そして第１、第２
円弧部26a,26bによるノッチ厚t1,t2をそれぞれ2.60mm,
2.43mmとし、さらに上記荷重FA,FB,FCをそれぞれ10kg f
に設定した状態で行った。そして、このシミュレーショ
ンによっても、上記ラインl1,l2及びラインl3,l4の間に
均一な歪量を示す領域が生成されることが確認された。4 and 5 show the strain distribution characteristics of the upper surface of the flexure element 21 shown in FIG. 3, and the horizontal axis is taken from the end face of the fixed rigid body portion 22 to the longitudinal direction of the beam portions 24, 25. The distance is shown, and the vertical axis shows the amount of strain where the tensile strain is +. Here, the line l 1 is the position of the first center O 1 of the first arc portion 26a on the end side of the notch 26 provided on the fixed rigid body 22 side, and the line l 2 is the second center side of the notch 26 on the center side. The position of the second center O 2 of the arc portion 26b,
The line l 3 is the position of the second center O 2 of the second arcuate portion 26b on the center side in the notch 26 provided on the movable rigid body portion 23 side, and the line l 4
Indicate the position of the first center O 1 of the first arc portion 26a on the end side of the notch 26, respectively. The solid line shows the result of the simulation assuming that the load F A is applied to the central portion A of the weighing pan 32, and the broken line applies the load F B to one corner B of the weighing pan 32. As a simulation result assuming a case, a chain line shows a simulation result assuming a case where a load F C is applied to the corner C located in the diagonal direction of the corner B. In each simulation, the length, height and width of the flexure element 21 are 140 mm and 60 m, respectively.
m and 15 mm, and the distance between lines l 1 and l 4 is 54 m
m, the distance between the lines l 2 and l 3 is 46 mm, and the first and second arc parts
The radii r 1 and r 2 of 26a and 26b are 15 mm, respectively, and the first and second
The notch thicknesses t 1 and t 2 due to the arc portions 26a and 26b are 2.60 mm,
2.43 mm, and the above loads F A , F B , and F C are each 10 kg f
It went with the setting to. It was also confirmed by this simulation that a region showing a uniform strain amount was generated between the lines l 1 and l 2 and the lines l 3 and l 4 .
なお、第6,7図は本実施例をパラメータを変更して行
ったシミュレーション結果を示すもので、上記シミュレ
ーションに使用したパラメータのうち、ラインl2,l3間
の距離を44mmと、第１、第２円弧部26a,26bによるノッ
チ厚t1,t2をそれぞれ3.20mm,2.93mmと、各荷重FA,FB,FC
の値をそれぞれ15kg fと変更した点が異なっている。こ
のシミュレーション結果によっても、上記ラインl1,l2
及びラインl3,l4の間に均一な歪量を示す領域が生成さ
れることの確認を行うことができた。6 and 7 show simulation results obtained by changing the parameters in this embodiment. Among the parameters used in the above simulation, the distance between the lines l 2 and l 3 was 44 mm, and , The notch thicknesses t 1 and t 2 due to the second arc portions 26a and 26b are 3.20 mm and 2.93 mm, respectively, and the loads F A , F B and F C
The difference is that the value of each is changed to 15 kg f. The simulation results also show that the lines l 1 and l 2
It was possible to confirm that a region showing a uniform strain amount was generated between the lines l 3 and l 4 .
次に、第8,9図により本発明の第２の実施例を説明す
る。この実施例においては、第８図に示すように、ロー
ドセル20′の本体を構成する起歪体21′における歪発生
部27a′を形成する切欠26′が、該起歪体21′の端部側
に位置する第１中心O1′を起点とする半径r1′の第１円
弧部26a′と、中央側に位置する第２中心O2′を起点と
する半径r2′の第２円弧部26b′と、両円弧部26a′,26
b′を結ぶ直線部26c′とで構成されている。そして、こ
の実施例においても、上記実施例と同様に、上記第１、
第２円弧部26a′,26b′の半径r1′,r2′がそれぞれ等し
くされていると共に、上記第２中心O2′は、第１中心
O1′よりもビーム部24′の長手方向に向かって距離ｄ′
だけ偏心し、またビーム部24′の表面側に向かって偏心
量δｓ′だけ偏心した位置に設けられている。したがっ
て、この場合においても、上記歪発生部27a′において
は、起歪体21′の端部側に位置する第１円弧部26a′に
対応する部位の方が中央側に位置する第２円弧部26′に
対応する部位よりも上記偏心量δｓ′に相当する分だけ
肉厚が厚くなっている。そして、このような構成とされ
た歪発生部27a′の表面に、上記第１、第２円弧部26
a′,26b′の間に位置してストレインゲージ29′が貼着
されるようになっている。なお、第９図に示すように、
起歪体21′における他の３箇所の歪発生部27b′,28a′,
28b′も同様な構成とされていると共に、各歪発生部27
b′,28a′,28b′の表面にそれぞれストレインゲージ2
9′…29′が貼着されることになる。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, as shown in FIG. 8, the notch 26 'forming the strain generating portion 27a' in the strain-flexing body 21 'constituting the main body of the load cell 20' has an end portion of the strain-flexing body 21 '. Side of the first center O 1 ′ having a radius r 1 ′ of the first arc portion 26a ′ and a second center O 2 ′ of the center side having a radius r 2 ′ of the starting point Portion 26b 'and both arc portions 26a', 26
It is composed of a straight line portion 26c 'connecting b'. Also in this embodiment, as in the above embodiment, the first,
The radii r 1 ′ and r 2 ′ of the second arc portions 26a ′ and 26b ′ are made equal, and the second center O 2 ′ is the first center.
A distance d'in the longitudinal direction of the beam portion 24 'rather than O 1 '
It is provided at a position that is eccentric only by eccentricity, and is eccentric by an eccentricity amount δs 'toward the surface side of the beam portion 24'. Therefore, also in this case, in the strain generating portion 27a ', the portion corresponding to the first circular arc portion 26a' located on the end side of the flexure element 21 'is the second circular arc portion located on the central side. The portion corresponding to the eccentricity amount δs ′ is thicker than the portion corresponding to 26 ′. The first and second circular arc portions 26 are formed on the surface of the strain generating portion 27a 'having such a configuration.
A strain gauge 29 'is affixed between the a' and 26b '. In addition, as shown in FIG.
The other three strain generating portions 27b ', 28a' in the flexure element 21 ',
28b 'has a similar structure, and each distortion generator 27
Strain gauge 2 is attached to the surface of b ′, 28a ′, 28b ′, respectively.
9 '... 29' will be attached.
この実施例においても、上記実施例と同様なシミュレ
ーションを行った結果、第10,11図に示すように、固定
剛体部22′側に設けられた切欠26′における端部側の第
１円弧部26a′の第１中心O1の位置を示すラインl1′
と、該切欠26′の中央側の第２円弧部26b′の第２中心O
2′の位置を示すラインl2′との間、また可動剛体部2
3′側に設けられた切欠26′における中央側の第２円弧
部26b′の第２中心O2′の位置を示すラインl3′と、該
切欠26′の端部側の第１円弧部26a′の第１中心O1′の
位置を示すラインl4′との間を含む領域に、それぞれ均
一な歪量を示す領域が生成されることが確認された。Also in this embodiment, as a result of performing the same simulation as the above embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, the first arc portion on the end side of the notch 26 'provided on the fixed rigid body 22' side is formed. Line l 1 ′ indicating the position of the first center O 1 of 26a ′
And the second center O of the second arc portion 26b 'on the center side of the notch 26'.
Between the line l 2 ′ indicating the position of 2 ′ and the movable rigid body part 2
A line l 3 ′ indicating the position of the second center O 2 ′ of the second arcuate portion 26b ′ on the center side of the notch 26 ′ provided on the 3 ′ side, and a first arcuate portion on the end side of the notch 26 ′. It was confirmed that the regions having a uniform strain amount were formed in the region including the line l 4 ′ showing the position of the first center O 1 ′ of 26 a ′.
なお、この場合のシミュレーションは、起歪体21′に
おける固定剛体部22′を秤本体30′へ固定すると共に、
他端の可動剛体部23′にブラケット31′を介して計量皿
32′を固定し、この計量皿32′の中央に6kg fの荷重
FA′を負荷した条件で、起歪体21′の長さ、高さ及び幅
をそれぞれ140mm、60mm、15mmに設定すると共に、ライ
ンl1′,l4′間の距離を62mm、ラインl2′,l3′間の距離
を42mm、また第１、第２円弧部26a′,26b′の半径r1′,
r2′をそれぞれ15mm、そして第１、第２円弧部26a′,26
b′によるノッチ厚t1′,t2′をそれぞれ2.06mm、1.82mm
に設定した状態で行った。In this case, the simulation is performed by fixing the fixed rigid body portion 22 ′ of the flexure element 21 ′ to the balance main body 30 ′,
Weighing pan via bracket 31 'to movable rigid body 23' at the other end
Fix the 32 'and load the 6kgf in the center of the weighing pan 32'.
Under the condition that F A ′ is loaded, the length, height and width of the flexure element 21 ′ are set to 140 mm, 60 mm and 15 mm, respectively, and the distance between the lines l 1 ′ and l 4 ′ is 62 mm and the line l 2 ', l 3' 42mm the distance between addition first, second arc portion 26a ', 26b' radius r 1 of the '
r 2 ′ is 15 mm, and the first and second circular arc portions 26 a ′, 26
Notch thicknesses t 1 ′ and t 2 ′ due to b ′ are 2.06 mm and 1.82 mm, respectively
It went with the setting to.
なお、起歪体における歪発生部を形成する切欠を、ビ
ーム部の長手方向に沿って同一線上に中心位置をずらせ
た半径の異なる複数の円弧部で形成することにより、起
歪体の端部側に位置する円弧部に対応する部位を中央側
に位置する円弧部に対応する部位よりも肉厚を厚くする
ようにしてもよく、さらには上記切欠をビーム部の長手
方向に沿って同一線上に中心位置をずらせた半径の異な
る円弧部とその両者間を結ぶ直線部とで構成するように
してもよい。In addition, the notch that forms the strain generating portion in the flexure element is formed by a plurality of arc portions with different radii whose center positions are displaced along the same line along the longitudinal direction of the beam portion, thereby forming an end portion of the flexure element. The portion corresponding to the circular arc portion located on the side may be made thicker than the portion corresponding to the circular arc portion located on the center side, and further, the notch is collinear along the longitudinal direction of the beam portion. It may be configured by an arc portion having a different center position and different radii and a straight line portion connecting the both.
（発明の効果） 以上のように本発明によれば、起歪体の歪発生部にお
ける歪量が均一に変化することになるので、歪検出素子
を設ける位置が若干量ずれたとしてもクリープ特性が大
きく変わることがなく、したがって出来上がった製品間
に品質のバラツキの少ないロードセルが得られることに
なる。しかも、歪検出素子を設ける作業の際に厳密な位
置合せを必要としないことから、この種のロードセルの
量産性が向上するという実益がある。(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, the amount of strain in the strain generating portion of the strain generating element changes uniformly, so that even if the position where the strain detecting element is provided is slightly displaced, the creep characteristic Does not significantly change, and thus a load cell with little quality variation among the finished products can be obtained. Moreover, since there is no need for strict alignment in the work of providing the strain detecting element, there is a practical benefit that the mass productivity of this type of load cell is improved.
図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明の
第１実施例に係るロードセルの全体斜視図、第２図はそ
の要部拡大断面図、第３図（Ａ）図は使用状態を示す概
略平面図、第３（Ｂ）図は同じく概略正面図、第４図は
該実施例の歪分布のシミュレーション結果を示すグラ
フ、第５図はその一部を拡大したグラフ、第６図はパラ
メータを変更して行った歪分布のシミュレーション結果
を示すグラフ、第７図は同じくその一部を拡大したグラ
フ、第８図は本発明の第２の実施例を示す要部拡大断面
図、第９図は使用状態を示す概略正面図、第10図は該実
施例の歪分布のシミュレーション結果を示すグラフ、第
11図はその一部を拡大したグラフである。第12図は従来
例を示す使用状態の概略正面図、第13図はその歪分布特
性を示すグラフ、第14図はストレインゲージの概略平面
図、第15図は第14図をXV−XV線で切断した断面図であ
る。 20……ロードセル、21……起歪体、22,23……剛体部（2
2……固定剛体部、23……可動剛体部）、24,25……ビー
ム部、26……切欠、26a,26b……円弧部（26a……第１円
弧部,26b……第２円弧部）、26c′……直線部、27a,27
b,28a,28b……歪発生部、29……歪検出素子（ストレイ
ンゲージ）。The drawings show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an overall perspective view of a load cell according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an essential part thereof, and FIG. A schematic plan view showing a use state, FIG. 3 (B) is a schematic front view of the same, FIG. 4 is a graph showing a simulation result of strain distribution of the embodiment, FIG. 5 is a partially enlarged graph, FIG. FIG. 6 is a graph showing a simulation result of strain distribution performed by changing parameters, FIG. 7 is a graph partially enlarging the same, and FIG. 8 is an enlarged cross section of a main part showing a second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic front view showing a usage state, FIG. 10 is a graph showing a simulation result of strain distribution of the embodiment, FIG.
Figure 11 is a partially enlarged graph. FIG. 12 is a schematic front view of a conventional state of use, FIG. 13 is a graph showing its strain distribution characteristics, FIG. 14 is a schematic plan view of a strain gauge, and FIG. 15 is a XV-XV line of FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by. 20 …… Load cell, 21 …… Strain element, 22,23 …… Rigid part (2
2 ... Fixed rigid body part, 23 ... Movable rigid body part), 24, 25 ... Beam part, 26 ... Notch, 26a, 26b ... Arc part (26a ... 1st arc part, 26b ... 2nd arc part) Part), 26c '... Straight part, 27a, 27
b, 28a, 28b …… Strain generator, 29 …… Strain detection element (strain gauge).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 和文 滋賀県栗太郡栗東町下鈎959番地１ 株式 会社石田衡器製作所滋賀工場内 (56)参考文献 特開 昭59−67424（ＪＰ，Ａ) 特公 昭45−29076（ＪＰ，Ｂ１) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazufumi Naito 1 959 Shimohagi, Ritto-cho, Kurita-gun, Shiga Prefecture Shiga factory, Ishida Koki Co., Ltd. (56) Reference JP 59-67424 (JP, A) JP 45-29076 (JP, B1)
Claims (2)
された２本のビーム部とを有し、かつこれらのビーム部
に切欠により薄肉とされた歪発生部が２箇所ずつ設けら
れた起歪体を用い、この起歪体における上記各歪発生部
の表面に歪検出素子をそれぞれ設けてなるロードセルで
あって、上記歪発生部をそれぞれ形成する切欠が、ビー
ム部の長手方向に中心位置をずらせた複数の円弧部、も
しくは２つの円弧部とその両者間を結ぶ直線部とで構成
されていると共に、上記各歪検出素子が、各歪発生部の
表面における歪分布が均一になる領域に設けられている
ことを特徴とするロードセル。1. A strain generating portion having rigid portions at both ends and two beam portions arranged in parallel between both rigid portions, and two strain generating portions thinned by notches in these beam portions. A load cell using a strain-providing body provided, each of which is provided with a strain detecting element on the surface of each strain-generating portion in the strain-generating body, the notch forming each strain generating portion is the length of the beam portion. The strain detecting element is composed of a plurality of arc portions whose center positions are displaced in the direction, or two arc portions and a straight line portion connecting the two arc portions. A load cell, which is provided in a uniform region.
された２本のビーム部とを有し、かつこれらのビーム部
に切欠により薄肉とされた歪発生部が２箇所ずつ設けら
れた起歪体を用い、この起歪体における上記各歪発生部
の表面に歪検出素子をそれぞれ設けてなるロードセルで
あって、上記歪発生部をそれぞれ形成する切欠が、ビー
ム部の長手方向に中心位置をずらせた複数の円弧部、も
しくは２つの円弧部とその両者間を結ぶ直線部とで構成
されていると共に、各歪発生部において、起歪体の端部
側に位置する円弧部に対応する部位が中央側に位置する
円弧部に対応する部位より肉厚で厚くされ、かつ上記各
歪検出素子が、各歪発生部の表面における歪分布が均一
になる領域に設けられていることを特徴とするロードセ
ル。2. A strain generating portion having rigid portions at both ends and two beam portions extending in parallel between both rigid portions, and having two strain generating portions thinned by notches in the beam portions. A load cell using a strain-providing body provided, each of which is provided with a strain detecting element on the surface of each strain-generating portion in the strain-generating body, the notch forming each strain generating portion is the length of the beam portion. A plurality of arc portions whose center position is displaced in the direction, or two arc portions and a straight line portion connecting the two arc portions, and in each strain generating portion, an arc located on the end side of the strain-generating body. The portion corresponding to the portion is thicker and thicker than the portion corresponding to the arc portion located on the center side, and each strain detecting element is provided in a region where the strain distribution on the surface of each strain generating portion is uniform. Load cell characterized by being
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|---|---|---|---|
| JP28434889A JPH0812101B2 (en) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | Load cell |
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