ロードセルの基礎知識

品質管理に欠かせないロードセル

ロードセルは力の大きさを電気信号に変える変換器です。力が加わった際に変形する量(ひずみ)を測定します。具体的には、1本の細い線に力を加えると、線は細く、また伸びます(長さが増える。)。そこに電気を通そうとすると抵抗が増えます。この原理を利用して、ホイートストンブリッジと呼ばれる4つの抵抗で結んだ閉じた回路を作り、印加電圧に対する出力電圧の大きさから加えた力の大きさを求めます。
古くから使われているばね式の体重計はばねの変形をギアに伝えているアナログ式に対して、最近の体重計はロードセルが搭載されており、その他骨密度、体脂肪率のセンサーを搭載している機種もあります。
このロードセルはものづくりの分野では1)自動車産業各種圧入装置の加圧力の測定、ブレーキ、クラッチ、アクセルなどペダルの踏力を計測、車両などの軸重計測、製品等の衝撃荷重試験(荷重、変位、速度、吸収エネルギー)、繰り返し荷重を掛けて行なう疲労試験装置など2)半導体産業単結晶引上げ装置用(太陽電池に利用されるシリコンやLEDなどの半導体部品に必要な単結晶のインゴットを育成)、プリント基板に電子部品を配置するためのチップマウンターの荷重制御用など3)食品、飲料製造充填計量などロードセルは日本のモノづくりの品質管理に欠かせないツールです。

ロードセルとは何か?

ロードセルとは、力を検出するセンサーです。力を加えると、電気信号に変換してくれます。ロードセルはどんな所で使われているか?それは身近な所で使われています。分かりやすいところで言えば、体重計や天秤・台はかりです。工場などでは、産業用のはかりなど大きな規模で測ることも可能です。なぜこのロードセルは開発されるようになったのでしょうか。
それは、急速な産業の発展に理由があります。発展の中、様々な業界の中で品質向上や生産性を向上し、またコストダウンのために質量を測定することが必要になってきました。ロードセルで最も一般的なのはひずみゲージを用いたものです。ひずみゲージはロードセルに貼り付けられています。金属はその物性として圧力お張力によって電気抵抗が変化します。
1878年に Tomlinson が単位抵抗あたりの抵抗の増加分(ゲージ率と言う)を定量的に測定しました。多くの金属は機械的な伸び、または縮みを与えると、その電気抵抗は変化します。この伸び縮みの原理を利用してロードセルに貼り付けることで正確な数値を測定することができるのです。ロードセルは正確な数値を出すことができ安価であるため、様々な場面で利用されています。