片持ち梁式荷重センサとは？

基本構造の分解

片持ち梁型ロードセルは、一端が固定され他端が自由な弾性金属製の梁です。主に以下の構成部品からなります：

1. エラスティックボディ（感応ビーム）

● 材料: 通常、40CrNiMoA合金鋼または17-4PHステンレス鋼が用いられ、優れた弾性と疲労強度を有します。

● 形状: 長方形のブロック状、あるいは断面積が変化する段付きビームで、一般的な長さは50～300mmです。

● 主要な設計ポイント： ビームの中間部には、変形を集中させるための薄肉部（ひずみ領域）が設けられ、感度の向上を図ります。

● 固定端： 2～4本のボルトでベースに剛体固定されます。

● 荷重端： 上部に荷重ヘッド（鋼球または押圧ヘッド）が備えられており、ここからビーム端面へ垂直に荷重が印加されます。

2. 抵抗応変ゲージ

通常、4個のひずみゲージを用いてフル・ウィートストンブリッジを構成します。

取付位置：

● ビーム上面（引張領域）に2個のゲージを取付けます。

● ビーム下面（圧縮領域）に2個のゲージを取付けます。

● あるいは、中立軸近傍のビーム側面に取付けることも可能です（せん断モード）。この配置は、偏心荷重に対する耐性が高くなります。

● 公称抵抗値は通常350Ωですが、120Ωおよび700Ωの仕様もご用意しています。

● グリッド長は一般的に1mm～6mmで、ビームの寸法に応じて選定します。

3．温度補償およびシーリング

内部に温度補償用抵抗体（ゼロ点補償および感度補償用）を内蔵しています。

溶接シーリングまたは接着剤によるシーリングを採用し、保護等級IP67またはIP68を実現しています。

ケーブルオプション: 直接出力ケーブルまたはコネクタ（例：M12航空プラグ）

主要な技術仕様

設置および使用に関するガイドライン

適切な 設置 方法

固定端は確実に固定し、取付け面の平面度は0.05mm以内とすること。

荷重頭と計量対象物との接触は、横方向力が生じないよう、点接触または線接触を保つこと。

ケーブルは適切に固定・配線し、揺れによる信号干渉を防ぐこと。

複数のセンサを並列使用する場合（例：4隅支持式プラットフォームスケール）は、すべてのセンサに均等な荷重がかかるよう調整することが不可欠である。

代表的な誤差要因

● オフセンター荷重誤差： 荷重作用点からのずれにより付加的な曲げモーメントが発生し、測定値に偏差を生じさせる。

● 横方向力／ねじり 片持ち梁は横方向力に敏感であり、不適切な取付けによりゼロ点がずれることがあります。

● 温度影響 周囲温度の変化により、ゼロ点および感度がドリフトします。

● クリープ 長時間の全負荷状態で出力が徐々に変化します。

● 機械的振動 動的環境下では、ショックアブソーバーまたはデジタルフィルタリングが必要です。

他のロードセルとの比較

実用例：小型プラットフォーム型計量器

1トン用プラットフォーム型計量器では、通常、4つのコーナーにカンチレバー梁式ロードセルを4個配置します。

各センサーの容量： 500kgずつ（4個で合計2t、安全率50％を確保）

● 4個のセンサーは並列接続され、信号はジャンクションボックスに集約されます。

● ジャンクションボックス内には、各コーナーの誤差補正用可変抵抗器（ポテンショメーター）が備わっています。

● 出力は重量表示器に入力され、A／D変換およびキャリブレーション後に重量値が表示されます。

キャリブレーション手順： 無負荷時のゼロ設定 → 標準校正用おもりを載荷 → おもりの質量値を入力 → 表示器が自動的にキャリブレーション係数を算出します。