S字型力センサー CZL302AC

商品紹介

S型ロードセルは、ひずみ抵抗原理に基づく力感知検出要素であり、対称のS字状エラストマーをそのコア構造としています。力が加わると、エラストマーの引張または圧縮変形により、ストレインゲージの抵抗値が変化し、それが標準化された電気信号に変換されます。双方向の荷重支持、取り付けの柔軟性、安定した精度といった利点を兼ね備えており、中低負荷における引張力、圧縮力および複合力の測定シーンに広く使用されています。以下では、ニーズに対応するため、主な観点から詳細を紹介します。 製品 選定、技術評価、およびソリューション作成：

1. 製品の特徴と機能

コア機能

構造設計 一体型S字状エラストマー構造（厚さ5～30mm、長さ30～200mm）を採用しており、集中かつ対称的な応力分布を持つ。双方向の力（引張および圧縮の両方を測定可能）をサポートし、優れたねじれ抵抗および横方向力に対する耐性を有している（定格負荷の±10％～±15％の横方向力を耐えることが可能）とともに、高い力伝達効率を実現している。

• 精度性能： 精度クラスはC2～C6をカバーしており、主流モデルはC3に達し、非直線誤差は≤±0.02%FS、繰返し誤差は≤±0.01%FS、ゼロドリフトは≤±0.003%FS／℃であり、中・小負荷の動的測定条件下でも精度低下が小さい。

• 材料および保護： エラストマーには一般的に高強度合金鋼（耐力 ≥850MPa）または304／316Lステンレス鋼が使用され、表面はニッケルめっきまたは粉体塗装処理（耐食性タイプはパッシベーション処理）が施されている。保護等級は通常IP65／IP67であり、湿潤環境用のカスタムモデルはIP68に達し、一般産業用およびいくつかの特殊環境に適している。

• 設置互換性： 両端は内部ねじ、外部ねじ、またはリフティングリング構造で設計されており、フック、リフティングリング、フランジなどさまざまな取付方法をサポートしており、取付スペースが柔軟で、垂直、水平、傾斜など多方向の荷重シナリオに適応可能であり、主に単体で使用される。

基本機能

• 双方向荷重測定： 静的／動的張力および圧縮の測定に対応（応答時間 ≤6ms）で、測定範囲は0.01t～50tをカバーしており、通常の用途では0.1t～20tの範囲に集中している。一部の高精度モデルは0.001tといった微小範囲の測定も可能である。

• 標準化された信号出力： アナログ信号（4-20mA、0-5V、0-10V）およびデジタル信号（RS485／Modbus RTU）を提供し、一部のスマートモデルはProfibusプロトコルをサポートして、重量計器、PLC、産業用タッチスクリーンなどの装置に直接接続できる。

• 安全保護機能： 広い温度範囲での温度補償機能（-20℃～80℃）を備えており、過負荷保護機能（定格負荷の120％～200％、通常引張り条件下では150％）を有しています。また、一部のモデルにはねじれ防止用ロケーティングピンやケーブル抜け防止ジョイント設計が含まれています。

• 長期的な安定性： 疲労寿命は定格負荷で≥10⁶回の負荷サイクル、年間ドリフトは定格負荷時で≤±0.02%FS。間欠的または連続的な力の監視用途に適しています。

2. 解決される主な問題

• 双方向力測定の困難さ： 従来のセンサーが一方向の力しか測定できないという制限に対し、S字型構造は引張力と圧縮力の両方を同時に正確に測定できます（材料の揚降時における力の変化など）。これにより、リフティングや牽引などの双方向の力監視が必要なシーンに対応します。

• 複雑な設置環境への適応性： 柔軟な接続方法とコンパクトな構造により、スペースが限られている装置や多方向からの力が加わる場所への設置課題を解決します。 応用 （傾斜したホッパーの重量測定や、懸垂式コンベアラインの張力監視など）装置構造の大規模な改造を必要としません。

• 軽荷重／小範囲における精度不足： 0.1t～5tの小容量範囲において、ストレインゲージの貼付位置や弾性体の応力設計を最適化することで、測定誤差を±0.01%FS以内に抑えており、実験室や食品加工などの軽負荷用途における高精度要求を満たしています。

• 動的張力変動の監視： 応答時間は≤6msとし、ケーブルやフィルムなどの連続生産プロセス中に発生する張力の変動を正確に捉えることが可能で、繊維や印刷などの産業における張力の不安定による製品品質問題を解決します。

• 複数機器連携時の互換性問題： 標準化された信号出力と複数のプロトコルへの対応により、シーメンスS7シリーズPLCやデルタDCSなど、異なるメーカーの制御システムとの接続障壁が解消され、信号変換に伴う誤差やコストを低減します。

3. ユーザー 経験

• 設置の簡便さ： 標準化されたねじ式／アイレットインターフェースを採用しており、標準接続部品（ボルトやシャックルなど）を使用すれば特別な取り付け工具は不要です。1人の作業者が15分以内に単一センサの設置と位置決めを完了でき、設置面の平面度に対する要求も低く、平面度誤差≤0.1mm/mで十分です。

• 操作およびキャリブレーション： 計量器でのワンタッチゼロ調整をサポートし、2点校正プロセスを簡素化（定格負荷の10％および100％の標準分銅のみ必要）。デジタルモデルはモバイルAPPまたはホストコンピュータからリモート校正が可能で、専門知識のない人でも迅速に操作できます。

• 管理可能なメンテナンスコスト： 密封構造により、ほこりや湿気を効果的に遮断し、年間平均故障率は≤0.4%です。主要部品（ ストレインゲージ 、端子台）はモジュール設計を採用しており、局所的な故障個所を個別に交換可能で、全体の交換コストを削減できます。

• 直感的なデータフィードバック： 静的測定時のデータ変動は±0.005%FS以下であり、動的状況でも明らかな遅れはありません。デジタルモデルには過負荷や低電圧などの異常時に作動する内蔵の故障アラーム機能があり、インジケーターランプまたはソフトウェアインターフェース上で視覚的に表示されるため、トラブルシューティングが簡単かつ迅速に行えます。

• 柔軟なシナリオ対応性： 同一のセンサーでハードウェア交換なしに引張／圧縮の測定モードを切り替えることができ、複数工程で共有する設備のニーズに対応し、装置の利用率を向上させます。

4. 典型的な適用シナリオ

1) 引張／張力測定シナリオ

• ケーブル／ロープ張力制御：繊維業界およびケーブル産業における線引き機の張力監視。S字型センサーを牽引機構に直列接続することで、張力値をリアルタイムにフィードバックし、牽引速度を連動して調整することで、ケーブル直径の均一性を確保します。

• 材料引張試験：実験室における材料試験機による引張測定。C2精度モデルは金属ワイヤーやプラスチックフィルムなどの材料の引張強度試験要件を満たすことができ、データの繰り返し誤差は≤±0.01%です。

• リフティング装置の引張監視：小型クレーンおよび電動ホイストの荷重制限制御。フックとブームの間に設置され、過負荷時に警報を発して電源を遮断し、作業の安全性を確保します。

2) 懸垂計量の利用シーン

• 懸垂ホッパー／タンクの計量：化学および飼料産業における懸垂式バッチタンクの計量。床面積が不足する問題に対応するため、1台または2台のセンサーを対称に懸垂設置。精度は最大±0.02%FS。

• 食品加工における懸垂式計量：食肉処理および水産物産業における懸垂式での計量および選別。ステンレス鋼（316L）製モデルは食品衛生基準に適合し、清掃・消毒が容易で、ライン作業に適しています。

3) 中小規模な計量器の製造

• フックスケール／ポータブルスケール：0.5t - 20t用フックスケールのコアセンシングユニット。コンパクトな構造でスケール本体の設計に適しており、リフト作業中の瞬間的な過負荷にも耐える衝撃耐性を備えています。

• ベルトスケール／動的計量スケール：コンベアベルト用の動的計量モジュール。ベルトローラー支持部に設置され、ベルト張力を測定することで間接的に物料の重量を算出します。連続搬送のシーンに適しています。

4) 科学研究および実験装置

• 生体力学試験：医療リハビリ機器の力値モニタリング（例：義肢の力試験）。小範囲かつ高精度のモデル（0.01t - 1t）を使用することで、微細な力値の変化を捉えることができます。

• ロボット末端部における力制御：産業用ロボットの把持機構に対する力フィードバック。把持力を測定することにより、クランプ力を調整し、ガラスやセラミックスなどの壊れやすいワークを損傷するのを防ぎます。

5) 特殊産業用途

• 医薬品業界：医薬品カプセル充填機の圧力制御。衛生グレードのステンレス鋼モデルはGMP基準に準拠しており、充填圧力を正確に制御して、カプセルの投与量を均一に保ちます。

• 印刷および包装業界：フィルム印刷機の張力監視。巻き出し・巻き取り速度をリアルタイムで調整することで、フィルムの伸び、変形、破断を防止し、印刷精度を向上させます。

5. 使用方法（実用ガイド）

1) 設置手順

• 準備：取り付け接続部分を清掃してください（バリや油汚れを除去）。センサーの外観を確認し（エラストマーに変形がなく、ケーブルに損傷がないこと）、力の方向に応じて正しい接続方法を選択します（引張にはリフティングリングを使用、圧縮にはボルト固定を選択）。

• センサーの位置決めと固定：荷重がセンサーの軸方向に沿って伝わるようにし、横方向およびねじり荷重を避けてください。ボルトを締め付ける際はトルクレンチを使用してください（合金鋼製センサーの場合、推奨値は10～30 N・m、ステンレス鋼製の場合8～25 N・m）。過剰締め付けによりネジ部が損傷しないように注意してください。

• 配線仕様：アナログ信号の場合、「赤 - 電源＋、黒 - 電源－、緑 - 信号＋、白 - 信号－」のルールに従ってください。デジタル信号の場合は、Modbusのピン対応に従って接続してください。ケーブルはしっかりと固定し、強い力で引っ張られないように注意し、配線はインバーターなどの強い干渉源から離して設置してください（距離 ≥ 20 cm）。

• 保護処理：屋外設置の場合、雨よけカバーを追加する必要があります。湿気のある／腐食性環境では、ケーブルコネクタを防水接続ボックス内に設置し、センサ表面には食品グレードの防錆油（食品産業用）を塗布できます。

2) キャリブレーションとデバッグ

• ゼロ調整：電源を入れて15分間ウォームアップした後、「ゼロ調整」コマンドを実行します。ゼロ出力が±0.002％FS以内にあることを確認し、ずれが大きすぎる場合は、設置時に横方向の力がかかっていないかを確認してください。

• 負荷のキャリブレーション：定格負荷の10%、50%、100%の標準質量を順番に載せ、各ポイントでの出力信号を記録します。キャリブレーションソフトウェアで線形誤差を補正し、対応する精度等級の許容値以下（C3等級では≤±0.02%FS）となるようにします。

• 動的デバッグ：張力監視などの動的シナリオにおいて、メーターのフィルター周波数（5～12Hz）を調整して応答速度とデータ安定性のバランスをとり、高周波変動による誤報を回避します。

3) 定期メンテナンス

• 定期点検：センサ表面を毎月清掃し、ねじ接続部に緩みがないかを確認します。ゼロ点キャリブレーションは四半期ごとに1回、全スケールキャリブレーションは年1回実施し、今後の参照用にキャリブレーションデータを記録します。

• 故障対応：データにずれが生じた場合、まず電源電圧を確認してください（12〜24V DCで安定している必要があります）。信号が出力されない場合は、ケーブルの断線またはセンサーの過負荷（定格負荷の200％を超える過負荷は損傷を引き起こす可能性があります）を確認してください。

6. 選定方法（要件に正確に適合）

1) 主要パラメータの決定

• 範囲選定：実際の最大力値の1.2〜1.5倍の範囲でモデルを選定してください（例：最大引張力が8tの場合、10〜12tのセンサーを選択可能）。引張力の測定では、衝撃荷重による損傷を防ぐため、追加で10％の過負荷マージンを確保してください。

• 精度等級：実験室試験には等級C2（誤差≤±0.01%FS）を選択します。産業用計量には等級C3（誤差≤±0.02%FS）、一般監視用途には等級C6（誤差≤±0.03%FS）を選択します。

• シグナルタイプ：従来型の計量器にはアナログ信号（4～20mA）、スマートシステムにはデジタル信号（RS485）、産業用IoTシナリオには無線伝送（WiFi／4G）対応のスマートモデルを選択します。

2) 環境適応性に基づく選定

• 温度：通常の環境（-20°C ～ 60°C）では標準モデルを選択してください。高温環境（60°C ～ 100°C）では高温補償モデルを選択してください。低温環境（-40°C ～ -20°C）では耐低温モデルを選択してください。

• 使用環境：乾燥した環境では合金鋼（表面粉体塗装）を選択してください。湿気の多い環境／食品産業では304ステンレス鋼を選択してください。化学薬品による腐食環境では316Lステンレス鋼を選択してください。 • 防護等級：屋内の乾燥環境では≥IP65、屋外／湿気のある環境では≥IP67、水中または粉塵の多い環境では≥IP68を選択してください。

3) 設置およびシステム互換性

• 取り付け方法：引張荷重がかかる場合はアイレット接続タイプを選択してください。圧縮荷重がかかる場合はボルト固定タイプを選択してください。斜め方向の力が加わる用途では位置決めピン付きモデルを選択してください。設置スペースが限られている場合は、長さ50mm以下のコンパクトモデルを優先してください。

• 互換性：センサ信号が既存のメーター／PLCの通信プロトコルと一致することを確認してください。複数のセンサが連携して動作する場合、信号干渉を避けるためにアドレス設定に対応したデジタルモデルを選定してください。

4) 追加要件の確認

• 認証要件：防爆用途の場合はEx ia IIC T6／Ex d IIB T4認証が必要です。食品産業向けにはFDA／GMP認証、計量用途にはCMC認証が必要です。

• 特殊機能：動的張力監視には応答時間≤5msのモデル、遠隔監視にはNB-IoTモジュール付きモデル、衛生用途には死角のない研磨処理（Ra ≤0.8μm）を施した衛生グレードモデルを選定してください。

要約

S型ロードセルは、「双方向力受容、柔軟な取付け、軽荷重下での高精度」という特徴を主な利点としており、双方向の力監視、複雑な状況での取付け、軽荷重下での精度制御などの課題に対応します。ユーザーエクスペリエンスとしては、簡単な操作性、メンテナンスの簡便さ、さまざまな使用環境への高い適応性を重視しています。ロードセルを選定する際は、まず測定範囲、精度、力の方向、環境条件を明確にし、その後、システムとの互換性や追加機能に基づいて判断を行う必要があります。使用中は横方向の力や過負荷を避け、定期的なキャリブレーション手順を厳密に遵守して、長期にわたる安定した動作を確保してください。張力測定、懸垂式計量、軽荷重用計測器などの用途に適しており、中・低荷重および双方向力監視シーンにおける最適なセンシングソリューションです。

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