特許ウォッチ

公開番号2025129998
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-05
出願番号2024073128
出願日2024-04-26
発明の名称荷重測定器
出願人THKプレシジョン株式会社
代理人個人
主分類G01L 1/22 20060101AFI20250829BHJP(測定;試験)
要約【課題】載荷荷重が低荷重のときは剛性を低く、高荷重のときは剛性を高くして、自動的に測定荷重に適した剛性にすることができる荷重測定器を提供する。
【解決手段】固定部と、変位部と、変位部に荷重が掛かったときに弾性変形する弾性変形構造体1,2を複数備えた荷重測定器50であって、弾性変形構造体は、固定部どうしが連結されており、第1の弾性変形構造体1には、変位部の変位量を測定する変位センサと、変位部に結合している荷重載荷プレート5と、が設けられ、荷重が載荷されていない状態で、第2の弾性変形構造体の変位部と荷重載荷プレートとの間には第1の空隙d1があいており、荷重が載荷された状態で、変位量が第1の空隙以上であるとき、荷重載荷プレートと第2の弾性変形構造体の変位部とが接合することで、荷重載荷プレートと第1の弾性変形構造体と第2の弾性変形構造体の変位部とが一体となって荷重を受ける。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
固定部と、荷重を受けたときに変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを繋ぎ前記変位部に荷重が掛かったときに弾性変形する弾性ばね部と、を有する弾性変形構造体を複数備えた荷重測定器であって、
前記弾性変形構造体は、それぞれの前記固定部どうしが連結されて並列に配置されており、
前記弾性変形構造体のうち第１の弾性変形構造体には、前記変位部の変位量を測定する変位センサと、前記変位部に結合している荷重載荷プレートと、が設けられ、
荷重が載荷されていない状態で、前記荷重載荷プレートが結合していない前記弾性変形構造体を第２の弾性変形構造体とし、前記第２の弾性変形構造体の変位部と前記荷重載荷プレートとの間には第１の空隙があいており、
荷重が載荷された状態で、前記変位センサが測定する変位量が前記第１の空隙以上であるとき、前記荷重載荷プレートと前記第２の弾性変形構造体の変位部とが接合することで、前記荷重載荷プレートと前記第１の弾性変形構造体の変位部と前記第２の弾性変形構造体の変位部とが一体となって荷重を受けることを特徴とする荷重測定器。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
荷重が載荷されていない状態で、前記荷重載荷プレートが結合していない第３の弾性変形構造体を有し、前記第３の弾性変形構造体の変位部と前記荷重載荷プレートとの間には前記第１の空隙よりも大きな第２の空隙があいており、
荷重が載荷された状態で、前記変位センサが測定する変位量が前記第２の空隙以上になっているとき、前記荷重載荷プレートと前記第３の弾性変形構造体の変位部とが接合することで、前記荷重載荷プレートと前記第１の弾性変形構造体の変位部と前記第２の弾性変形構造体の変位部と前記第３の弾性変形構造体の変位部とが一体となって荷重を受けることを特徴とする請求項１に記載の荷重測定器。
【請求項３】
固定部と、荷重を受けたときに変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを繋ぎ前記変位部に荷重が掛かったときに弾性変形する弾性ばね部と、を有する第１及び第２の弾性変形構造体を備えた荷重測定器であって、
前記第１の弾性変形構造体の変位部の変位量を測定する変位センサが設けられ、
前記第１の弾性変形構造体の変位部と第２の弾性変形構造体の変位部とが荷重の作用方向に互いに対向して空隙を設けて配置され、前記第１の弾性変形構造体に与える荷重によって生じる前記変位部の変位量が前記空隙よりも大きくなったとき、隣接する前記第１の弾性変形構造体の変位部と前記第２の弾性変形構造体の変位部とが接合し一体となり、前記第１の弾性変形構造体の弾性ばね部と前記第２の弾性変形構造体の弾性ばね部の剛性が加算されて機能することを特徴とする荷重測定器。
【請求項４】
前記第１の弾性変形構造体の固定部と前記第２の弾性変形構造体の固定部とが同一の部材であることを特徴とする請求項３に記載の荷重測定器。
【請求項５】
前記変位センサが、前記弾性ばね部に備えられた歪みゲージを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷重測定器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重センサ、フォースセンサ、はかり、ロードセルなどの荷重測定器に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の荷重測定器の一例について述べる。図８（ａ）は、従来の荷重測定器を側面から見た図であり、（ｂ）はその荷重測定器が荷重によって弾性変形した状態の図である。従来の荷重測定器１５は、床などに固定される固定部１６と荷重が掛かったときに変位する変位部１７とが、平行に配置された弾性ばね部１８ａ，１８ｂによって連結されている。そして、変位部１７の変位量を測定するための変位センサ１９が、固定部１６に設けられている。ここで、変位部１７の上に重り２０を載荷すると、図８（ｂ）に示すように、弾性ばね部１８ａ，１８ｂが変形し、変位部１７には弾性ばね部１８ａ，１８ｂの剛性に合わせた一定の変位ｄが生じる。この変位ｄは、弾性ばね部１８ａ，１８ｂが弾性変形する範囲では荷重に比例するため、この変位ｄを変位センサ１９によって測定することで、重り２０の荷重を計測することができる。
【０００３】
従来の荷重測定器１５の具体例としては、弾性ばね部１８ａ，１８ｂの剛性を６×１０＾４Ｎ／ｍとし、変位センサ１９として静電容量式の変位センサを用いる場合の諸特性を、測定レンジが５０μｍ、出力電圧範囲が０～１０Ｖ、電気的ノイズが１ｍＶとすると、荷重測定器１５は、荷重の測定範囲０～３Ｎ、荷重測定分解能は０．３ｍＮとなる。つまり、荷重測定器の分解能は、変位センサの電気的ノイズによって制限されることになる。
【０００４】
変位センサ１９の電気的ノイズは、変位量の測定範囲によらずほぼ一定なため、例えば荷重測定範囲が０～１Ｎの場合は、剛性を３分の１の２×１０＾４Ｎ／ｍにすれば、１Ｎでの変位が３倍になり、荷重測定分解能を０．１ｍＮに改善することができる。
【０００５】
ここで、大きな荷重を測定できる荷重測定器は、剛性を高くする必要があるので、そのような高い剛性の荷重測定器を用いて小さな荷重を測定すると分解能が低下するという問題がある。そこで、特許文献１には、一定範囲の荷重を高分解能で測定することを目的として、低分解能荷重センサと高分解能荷重センサの両方を備え、比較的小さい荷重のときは高分解能荷重センサが使用され、比較的大きい荷重のときは低分解能荷重センサが使用されるスピンドル又はロードセルが開示されている。このようなスピンドル又はロードセルであれば、計測できる荷重範囲を一般的なスピンドル等よりも広くすることができ、また、高分解能荷重センサを非接触の計測システムにすることで、高荷重でも高分解能荷重センサが損傷を受けないようにすることができる。しかし、このような荷重測定器の場合は、２種類の荷重センサを搭載しなければならないので、機器が複雑でコストがかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特表２０１８－５３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような実情に鑑み、本願発明は、載荷荷重が低荷重のときは剛性を低く、高荷重のときは剛性を高くして、自動的に測定荷重に適した剛性にすることができる荷重測定器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の荷重測定器によると、固定部と、荷重を受けたときに変位する変位部と、固定部と変位部とを繋ぎ変位部に荷重が掛かったときに弾性変形する弾性ばね部と、を有する弾性変形構造体を複数備えた荷重測定器であって、その弾性変形構造体は、それぞれの固定部どうしが連結されて並列に配置されており、弾性変形構造体のうち第１の弾性変形構造体には、変位部の変位量を測定する変位センサと、その変位部に結合している荷重載荷プレートと、が設けられ、荷重が載荷されていない状態で、荷重載荷プレートが結合していない弾性変形構造体を第２の弾性変形構造体とし、その第２の弾性変形構造体の変位部と荷重載荷プレートとの間には第１の空隙があいており、荷重が載荷された状態で、変位センサが測定する変位量が第１の空隙以上であるとき、荷重載荷プレートと第２の弾性変形構造体の変位部とが接合することで、荷重載荷プレートと第１の弾性変形構造体の変位部と第２の弾性変形構造体の変位部とが一体となって荷重を受けることとする。
【０００９】
さらに、荷重が載荷されていない状態で、荷重載荷プレートが結合していない第３の弾性変形構造体を有し、その第３の弾性変形構造体の変位部と荷重載荷プレートとの間には前記第１の空隙よりも大きな第２の空隙があいており、荷重が載荷された状態で、変位センサが測定する変位量が第２の空隙以上であるとき、荷重載荷プレートと第３の弾性変形構造体の変位部とが接合することで、荷重載荷プレートと第１の弾性変形構造体の変位部と第２の弾性変形構造体の変位部と第３の弾性変形構造体の変位部とが一体となって荷重を受けることとすることができる。
【００１０】
また、固定部と、荷重を受けたときに変位する変位部と、固定部と変位部とを繋ぎ変位部に荷重が掛かったときに弾性変形する弾性ばね部と、を有する第１及び第２の弾性変形構造体を備えた荷重測定器であって、第１の弾性変形構造体の変位部の変位量を測定する変位センサが設けられ、第１の弾性変形構造体の変位部と第２の弾性変形構造体の変位部とが荷重の作用方向に互いに対向して空隙を設けて配置され、第１の弾性変形構造体に与える荷重によって生じる変位部の変位量が空隙よりも大きくなったとき、隣接する第１の弾性変形構造体の変位部と第２の弾性変形構造体の変位部とが接合し一体となり、第１の弾性変形構造体の弾性ばね部と第２の弾性変形構造体の弾性ばね部の剛性が加算されて機能する荷重測定器としてもよい。さらに、第１の弾性変形構造体の固定部と第２の弾性変形構造体の固定部とが同一の部材であることにしてもよい。さらに、変位センサが、弾性ばね部に備えられた歪みゲージを有することにしてもよい。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許