ロードセルとは？原理と仕組み、種類（圧縮型・引張圧縮型・ビーム型・デジタル出力⁠）と選び方

ロードセルとは

ロードセルは、力や質量を検出して電気の信号に変えるセンサーです。ミネベアミツミの技術資料では、荷重変換器とも呼ぶと説明しています。体重計やはかりのほか、プレスの荷重管理、材料の引張試験、タンクやホッパの計量に使います。

比較ページには、ひずみゲージ式のロードセルを、圧縮型・引張圧縮型・ビーム型・デジタル出力型の4つに分けて、各社の代表の型式で載せています。はかり本体・トルクセンサーだけの製品・表示器と一体のフォースゲージは載せていません。

原理と仕組み

• 力を受けると、中の金属（起歪体）がごくわずかに変形します
• その金属に貼ったひずみゲージも一緒に伸び縮みし、電気抵抗が変わります
• 抵抗の変化を、ブリッジ回路で電圧の信号にして出します
• 信号はとても小さいので、指示計やアンプで増幅して数字にします

4つの方式

圧縮型

• 上から押す力を受けて測ります。円柱の形、低い円盤の形、中心に穴のあるセンターホール型があります
• 大きな荷重に向きます。東京測器研究所のCLP-NBは10kNから10MNまでそろえています
• テンサーのTLCHは、打ち抜き・圧入・かしめのプレス専用のセンターホール型です

引張圧縮型

• 引っ張る力と押す力の両方を測ります。S字の形が多く、両端のねじで付けます
• エー・アンド・デイのLC1205は、20kgから5tまで容量をそろえたS字型です
• 小さな力なら、ティアックのTU-QRやユニパルスのUSMがあります

ビーム型

• 板の形の片側を固定し、反対側に荷重をかけて測ります
• 台はかりやタンクの脚に使います
• エー・アンド・デイのLCM17は耐圧防爆構造で、可燃性の危険物を扱う場所で使えます

デジタル出力型

• ロードセルの中にアンプを持ち、測った値をデジタルの信号で出します
• エー・アンド・デイのLCC28-USBはUSBでパソコンへ、ユニパルスのDSCBはRS-485でパソコンやPLCへ直接つなげます
• 指示計やアンプを別に用意しなくて済みます

仕様の見方

定格容量

• その仕様のまま測れる最大の荷重です
• かかる最大の力より余裕を持って選びます

許容過負荷

• 定格容量を超えても、仕様に永久の変化が出ない荷重です。定格容量に対する百分率（%R.C.）で書きます
• 物を落として入れるホッパのように一時的に大きな力がかかる所は、この値の大きいものを選びます。ミネベアミツミのCCR1(B)とユニパルスのDSCBは500%R.C.⁠⁠⁠です

精度（非直線性・ヒステリシス・繰り返し性）

• 定格出力に対する百分率（%R.O.）で書きます
• メーカーによって、非直線性・直線性・総合誤差と書き方が違います。同じ項目どうしで比べます

保護等級⁠（IP）

• 水やほこりがかかる所は、保護等級を確かめます
• バルコムのVU93AはIP68、イマダのSW1とミネベアミツミのCBE1はIP67です

指示計・アンプとのつなぎ方

• ふつうのロードセルは、指示計（表示器）かアンプにつないで読みます
• 何台かを1つにまとめるときは、和算箱（ジャンクションボックス）を使います
• デジタル出力型は、パソコンやPLCに直接つなげます

取付方法の注意

• 荷重で沈んだりたわんだりしない、十分に強い台や梁に付けます（ミネベアミツミの技術資料）
• 荷重は、ロードセルの決められた向きにまっすぐかけます。横からの力や偏った荷重は誤差のもとになります
• タンクやホッパの脚には、振れ止めの付いた専用の取付金具を使います

校正の方法

ティアックの技術情報では、ロードセルと指示計の校正を3つに分けています。

• 実負荷校正：分銅を載せて合わせます。高い精度が出るかわりに、分銅を用意しなければなりません
• 等価入力校正：試験成績表の値を指示計に入れます。実際に荷重をかけられない組込みの機器に向きます
• TEDS：ロードセルのメモリに入った感度の情報を、対応する指示計が自動で読み込みます

選び方の手順

1. 力の向き（押すだけか、引張もかかるか）を決める
2. かかる最大の力と、落下などの一時的な過負荷を見積もる
3. 水・油・ほこり・可燃物の有無を確かめ、保護等級や防爆構造を決める
4. 指示計につなぐか、パソコン・PLCに直接つなぐかを決める
5. 取り付けの寸法とねじを、外形図で確かめる

出典

• ミネベアミツミ「ロードセルとは？仕組み・種類・用途・選び方のポイントを解説」
• ティアック「ロードセルの用語集」「校正（実負荷・等価入力・TEDS）」
• 各メーカーの公式の製品ページ・カタログ・通販サイト（比較ページの出典を参照）