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ロードセルの使用例とメカニズム

ロードセルとは、質量や荷重等の力の大きさを電気信号に変換して出力するセンサーのことを指します。荷重変換機と呼ばれることもあり、計量・計測システム構築に不可欠なものとなっています。 力の測定には、光や磁歪、インダクタンスなどをセンサーとして使用したものも存在しますが、ひずみゲージ式のものが最も多く普及している為、ほとんどのケースでひずみゲージ式のセンサーのことを意味します。 実際に使用されているものとして、自動販売機や接触検知機、エクササイズマシンや体重計、トルクレンチ等の様々な場面で使用されています。医療現場や研究所、製造業等のラインに組み込まれているケースもあるので、それとは気付かないで使用している人も多いです。 一般的には、むき出しで取り付けることはまず無いので、見たことがあるという人は少ないでしょう。

ひずみゲージ式のメカニズムと起歪体の役割

金属は、圧力や張力によって電気抵抗が変化するという特性を持っています。多くの金属が、機械的な伸びや縮みを与えることで電気抵抗が変化し、長くすることで抵抗値は大きくなります。ひずみゲージ式は、この原理を応用して抵抗変化からひずみを検出する仕組みとなっています。 ロードセルは起歪体にひずみゲージを貼り付けて作られます。この際に起歪体の中で一番ひずみが大きい箇所にひずみゲージを貼り付けることで、効率良くひずみを検出できるようにします。 起歪体は、その名の通りに外力によってひずみを発生させます。起歪体に力を加えるとひずみが生じ、ひずみゲージの抵抗値が変化するのを利用し、力を電気的出力に変換するのです。より高い性能を得る為には、起歪体の特性が重要となります。起歪体には、直線性が広い範囲で保証され、比例限度の高い材料であることや、経年変化が少なく、残留応力による形状変化を起こさないことが要求されます。

このメカニズムを利用した使用方法とは

そして、ロードセルは、力を測定する変換器である為、測定値にはN(ニュートン)の単位を使います。重力加速度が既知の場合は、質量(㎏)の測定もできます。ビーム型・コラム型・S字型・ダイヤフラム型の4つの種類があり、それぞれ環境に合わせた物を使用します。 例えば一般家庭でも使用する台はかりはビーム型で、測定用の皿の中心部にシングルポイントの荷重変換器が設置されています。更に、電子化した数値はコンピュータを通してデータ化して出力されるので、データ保存や印刷等の仕事現場で利用できます。 例えば、商品の重さが200gプラスマイナス5gが規格内製品となれば、その数値が具体的に出力できてデータ化されるようになるので、部外品の検知や、歩留まりが詳細に分かるようになります。商品を作る際に歩留まりは重要となりますから、それが分かるようになることは仕事を進める上で重要であると言えます。 また、製品ラインで用いる際には荷重管理技術を応用します。荷重管理ができる装置や仕組みを組み合わせ、不良品の発生を防ぐことに繋がります。