ロードセルとは？仕組みや種類、選び方のポイントを解説
ロードセルとは、力や質量を検出して電気信号に変換するセンサーのことです。身近なものだと体重計やはかり、産業用だとプレス機やエンジンの性能検査などさまざまな分野で使われ、製品の品質や生産性の向上に役立っています。しかし、実際に目にする機会はほとんどないため、ロードセルについて詳しく知っている人は少ないのではないでしょうか。
ここでは、ロードセルの仕組みや使用シーンのほか、種類や製品の選び方のポイントを解説します。
1. ロードセルとは力や質量を検出するセンサーのこと
ロードセルとは、力や質量（張力・圧力・ねじり力など）を検出するセンサーのことで、荷重変換器とも呼ばれます。力や質量を電気信号に変換して出力し、ロードセルに接続した計装用機器によって電気信号を増幅して数値化します。
ロードセルで電子化された力や質量の数値はデータとして保存できるため、産業においては製品の検査やデータ集計などに利用されています。
例えば、製品の質量を測ることで、規定の重さに足りない不良品を検出するといった用途です。力や質量を測定してデータとして記録することは、製品の品質や生産性の向上、コストダウンにつながっています。
ロードセルはほかのセンサーに比べて比較的安価で寿命が長いというメリットもあるため、さまざまな分野で使用されています。
2. ロードセルの仕組み
ロードセルには加えられた力や質量に比例して変形するパーツがあり、そこにひずみゲージが貼り付けられています。ひずみゲージとは、変形の量に応じて電気抵抗値が変化することで、変形前と後の変化量の割合（ひずみ）を測ることのできるパーツです。
ロードセルに力や質量が加わって変形すると、貼り付けてあるひずみゲージも同時に変形します。変形によるひずみゲージの電気抵抗値の変化をロードセルが電気信号に変換することで、力や質量を数値化します。
実際に力や質量が加わったときのロードセルの変形は、目で見てもわからないくらい小さな変化です。
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ひずみゲージとは？仕組みや使い方、製品選びのポイントについて解説3. ロードセルは何に使われている？
ロードセルは、デジタル体重計やはかりなどの身近な製品からエンジン開発の性能試験まで、力や質量の測定が行われるさまざまな場面で使われています。ロードセルの使用例を見ていきましょう。
医療用器具の管理
ロードセルは医療現場でも活用されています。例えば、点滴バッグの液体の重量を計測して、補充のタイミングを知らせるといった、医療用器具の管理が代表的です。ベッドに取り付けることで、患者の体重変化や寝返りから睡眠パターンなどを把握することもできます。
電子レンジなどの家電
電子レンジの自動温めや解凍の調理時間を食品の重さから判断する仕組みにも、ロードセルが使われています。また、シャワートイレの便座で、便座に座っている状態でないとシャワーが使えないようにするといった制御にも使われています。
自動車の衝突試験
ロードセルは、製品の強度試験でも多く使われています。例えば、自動車の衝突時の衝撃の計測や、シートベルトの引張時の荷重測定などがあります。
そのほか、材料の引張試験や曲げ試験など、材料の変化を計測することで強度や性能を調べる試験が行われています。
4. ロードセルの種類
ロードセルには力を加えると変形するパーツの形状によって、主に4つの種類があります。それぞれの特徴を見ていきましょう。
ダイヤフラム型ロードセル
ダイヤフラム型とは、本体が円形の形をしたロードセルです。円の裏側にひずみゲージが貼り付けられていて、円の中心に負荷をかけて変形量を測定します。S字型やキャニスター型と比べて、本体の高さを低くできるメリットがあります。
■ 高精度低床型ロードセル「CMP1」シリーズ
薄型精密圧縮用でオールステンレス製のダイヤフラム型ロードセル。スチールボール方式振れ止め機構付取付金具（SCA-CMM1）と組み合わせることで水平強度が高くなり、ベルトコンベアスケールやタンク、ホッパー脚部など、過酷な条件での使用に適した仕様になります。
S字型ロードセル
S字型とは、本体がS字の形をしたロードセルです。S字の真ん中部分にひずみゲージが貼り付けてあり、S字形状の両端に荷重をかけて変形量を測定することができます。圧縮荷重や引張荷重の測定に適していて、材料の疲労試験や引張試験などによく使用されます。
■ Ｓ字ビーム型ロードセル「U3S1」シリーズ
タンクスケール/ホッパースケール、その他各種引張計重装置に適しています。
キャニスター型ロードセル
キャニスター型とは、本体が円柱の形をしたロードセルです。円柱の中央部分にひずみゲージが貼り付けられていて、円柱の上部から負荷がかかったときの、円柱表面の圧縮方向の変形量を測定することができます。大きな荷重を測定する場合に適しています。
■ 高精度ダブルコンベックス圧縮型ロードセル「CC010」シリーズ
自動調芯機構採用したキャニスター型のロードセル。オールステンレス製密閉構造で耐環境性に優れています。
ビーム型ロードセル
ビーム型とは、本体が飛び込み台のような板状の形をしたロードセルです。ひずみゲージが板の上下に貼り付けてあり、板の片側の先端に荷重をかけることで発生する変形量を測定します。曲げ荷重やせん断荷重を計測するのに適したロードセルで、台はかりなどにも使用されます。
■ 角型ビーム型ロードセル「C2B1B」シリーズ
耐環境性に優れたハーメチックシール、オールステンレス製のビーム型ロードセル。自動調芯機能との組み合わせにより高精度計量が可能です。
5. ロードセルの周辺機器
ロードセルで検出する電気信号はとても小さいため、信号を増幅して数値として表示するための計装用機器を接続する必要があります。デジタル表示する指示計が一般的で、数字の視認性や精度の高さ、応答時間の速さなどをチェックして選ぶといいでしょう。
値の表示だけでなく、アナログ・デジタルデータの出力や計重システムの制御、監視などの機能を備えた製品もあります。
■ グラフィックデジタル指示計「CSD-912B」
ロードセルからの信号を計量値として表示するグラフィックデジタルインジケーター。状態表示ランプによる計量状況の通知、計量動作の制御、外部機器接続による計測・計装用計重システムの拡張など、さまざまな機能を備えています。計量の対象物を100銘柄まで登録できます。
■ ロードセル専用の本質安全防爆インターフェイス「PR1626」
ロードセルと計装用機器とのあいだに接続することで、温度影響によるロードセル出力変化を極力小さくして、過酷な環境での高精度な計測を可能とするインターフェイスもあります。危険場所に設置されたロードセル専用で、PR1626/60は最大4個まで、PR1626/61は最大8個までのロードセルを接続できます。
6. ロードセルの選び方
ロードセルにはダイヤフラム型やS字型など、さまざまな形状があります。圧縮力や引張力などの力を測るのか、質量を測るのかなど、計測したい力や質量の種類によって適切なロードセルが異なるため、測定の目的に合ったロードセルを選びましょう。
荷重を測定する場合には、ロードセルの対応荷重の容量にも注意が必要です。定格容量より余裕を持って選定します。
また、ロードセルの設置環境についても確認します。ロードセルには力や質量がかかるため、不安定な場所に設置してしまうと危険です。力や質量をかけることで地面にロードセルが沈み込んでしまうような場所に設置すると、正しい数値が測定できません。十分に強度のある設置場所を確保できることが必要です。
気温変化が大きいなど過酷な周辺環境の場合は、温度、防塵、防水などのスペックも確認するようにしてください。
7. ロードセルをお探しなら、豊富な製品ラインナップを誇るミネベアミツミにご相談を
ロードセルは、身近な家電から製品の研究・開発の現場までさまざまな場面で使われ、精度の高さや製品寿命の長さから用途がますます広がっています。ロードセルにはさまざまな種類があり、測定したい力や荷重の種類によって適した製品が異なるので、ロードセルの導入には専門知識が必要です。
ミネベアミツミのロードセルは、独自の設計開発による、長期安定性に優れた自社製ひずみゲージを採用し、低容量の小型はかり用から高容量の一般産業用まで、豊富なラインナップを取り揃えております。お客様のニーズや測定対象に合わせたアドバイスやご提案が可能です。
ロードセルの導入をご検討の際は、お気軽にご相談ください。
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