JP2000146718A - ロ―ドセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】特殊な加工を必要とせず低コストで薄型に形成
でき、検出精度を高めることができるロードセルを提供
することにある。 【解決手段】ロードセル１は円環状の起歪体６を備え
る。起歪体６の外周面に周方向に同一断面形状となる歪
み面６ｃを湾曲形状の凹面となるように形成する。起歪
体６の上面６ａ及び下面６ｂに加わる圧縮力に応じた歪
みを検知する歪みゲージ７を、歪み面６ｃの底に周方向
全体に亘って配設する。ヘッドボルト３の頭部３ａと起
歪体６との間に、ヘッドボルト３の締付軸力による圧縮
力を起歪体６の上面６ａに均一に加えるためにワッシャ
４を介在させ、起歪体６とシリンダヘッド２との間に、
圧縮力を起歪体６の下面６ｂに均一に加えるためにワッ
シャ５を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つの部材間の圧
縮力または引張力を測定するためのロードセルに係り、
特に、ボルトの締付軸力を測定するためのロードセルに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のロードセルとして、特開
昭５６−６２９号公報に開示されたものが知られてい
る。このロードセルは、図９に示すように環状体２１の
外周及び内周に複数の歪みゲージ２２が張り付けられ、
該歪みゲージ２２の両側に貫通長孔２３が形成されてい
る。この貫通長孔２３を形成することによって周方向に
生じる引張りまたは圧縮歪を遮断して、圧縮力による軸
方向の圧縮歪を正確に検出するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図９のロー
ドセルでは、貫通長孔２３を形成しつつ耐久性を保つた
めには十分な厚さを確保する必要がある。このためロー
ドセルは、小さなボルトやナット等の締付軸力の測定に
は使用し難いものとなっている。これに加え、外周面に
貫通長孔２３を形成するために特殊な加工が要求され、
高価なものとなってしまう。

【０００４】また、複数の歪みゲージ２２を貫通長孔２
３により区切られた外周面に張り付けて使用するものに
おいて、例えば、受圧面２４に偏荷重が加わる場合で
は、高い荷重が加わるところに設けられる歪みゲージ２
２と、低い荷重が加わるところに設けられる歪みゲージ
２２とでは得られる検出値が異なってしまう。つまり、
ボルトやナット等によって同じ大きさの締付軸力が加わ
ったとしても受圧面２４に偏荷重が加わる場合では検出
出力のばらつきが生じ、正確な締付軸力を測定すること
ができなかった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的は、特殊な加工を必要と
せず低コストで薄型に形成でき、検出精度を高めること
ができるロードセルを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、円板状の起歪体を備え、前記起歪体の軸方向に加わ
る力に応じた歪みを歪みゲージにより検知するロードセ
ルにおいて、前記起歪体の外周面に周方向に同一断面形
状となる歪み面を形成し、該歪み面に前記歪みゲージを
周方向全体に亘って配設したことを特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のロードセルにおいて、前記歪み面は、湾曲形状に形
成された凹面であり、該歪み面の底に歪みゲージを配設
したことを特徴としている。

【０００８】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は請求項２に記載のロードセルにおいて、ボルトの締付
軸力を測定するために用いられ、前記起歪体はボルトの
軸部を挿入させるべく円環状に形成され、起歪体の上下
の両端面が受圧面となることを特徴としている。

【０００９】請求項４に記載の発明では、請求項３に記
載のロードセルにおいて、前記起歪体の内径隅部を周方
向に同一断面形状となるよう拡径したことを特徴として
いる。

【００１０】請求項５に記載の発明では、請求項３に記
載のロードセルにおいて、前記起歪体の内径を前記ボル
ト軸部に対して一様に拡径し、その起歪体とボルトの軸
部との間に位置ズレ防止用リングを設けたことを特徴と
している。

【００１１】請求項６に記載の発明では、請求項３〜請
求項５のいずれか一項に記載のロードセルにおいて、前
記起歪体の外径より大きな外径を有し前記起歪体の受圧
面全体と面接触した状態で起歪体を挟み込む一対のワッ
シャを備えたことを特徴としている。

【００１２】請求項７に記載の発明では、請求項１〜請
求項６のいずれか一項に記載のロードセルにおいて、前
記歪みゲージをブリッジ回路の一辺に接続したことを特
徴としている。

【００１３】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
円板状の起歪体の外周面に周方向に同一断面形状となる
歪み面が形成され、該歪み面に歪みゲージが周方向全体
に亘って設けられる。起歪体の軸方向に力が加わると、
この力に応じた歪みが歪み面に生じる。そして、歪み面
に生じた歪みが歪みゲージにより検出される。このと
き、起歪体に加わる力に偏りがあったとしても、歪みゲ
ージが歪み面において円周方向全体に亘って設けられて
いるので、偏荷重による不感帯の形成が防止されて検出
出力のばらつきが解消される。そのため、起歪体の上面
及び下面に加わる力の偏りによる歪みゲージの検出誤差
が防止される。

【００１４】また、従来のように、特殊な加工が必要で
ある貫通長孔を形成するのではないため、耐久性を確保
しつつ、薄型化を図ることが可能となる。請求項２に記
載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加
え、起歪体の軸方向に力が加わることによって歪み面の
底に応力が集中して大きな歪みが発生する。この歪み面
の底に周方向全体に亘って歪みゲージを配設することに
よって検出感度が向上され、起歪体に作用する偏荷重に
よる不感帯の形成が抑制される。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
または請求項２に記載の発明の作用に加え、ボルトの軸
部を円環状の起歪体に挿入させて、ボルトの締付軸力
（軸方向推力）が測定される。つまり、ボルトの締付軸
力による圧縮力が受圧面となる起歪体の上面及び下面に
加わり、歪み面における歪みを歪みゲージが検出するこ
とによりボルトの締付軸力が測定される。本構成のロー
ドセルは、耐久性を確保しつつ薄型化が可能であるため
にボルト軸力の測定に適し、任意の大きさのボルト形状
に合わせて容易に形成される。以上のことから、ボルト
の締付軸力が正確に測定される。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の作用に加え、起歪体の内径隅部に周方向
に同一断面形状となる面取り部が形成されることによっ
て受圧面の面積が小さくなり、歪み面における歪みが大
きくなる。つまり、受圧面に加わる圧縮力に対し歪みゲ
ージの出力感度が向上する。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の作用に加え、起歪体の内径とボルトの軸
部との間に位置ズレ防止用リングが配設された状態でボ
ルトの締付軸力が測定される。このとき、位置ズレ防止
用リングによりボルトに対する起歪体の径方向のズレが
防止されるため、受圧面積が常に均一となり、受圧面に
加わる圧縮力に対し歪みゲージの出力感度が向上する。
また、起歪体の内径が一様に拡径されるので、起歪体が
片側にたわむことがなく荷重に対する歪出力の関係が直
線的な比例関係となる。従って、ボルトの締付軸力が高
精度に測定される。

【００１８】請求項６に記載の発明によれば、請求項３
〜請求項５のいずれか一項に記載の発明の作用に加え、
ボルトの締付軸力が起歪体の受圧面全体に均一に加わる
ようになり、歪み面に安定した歪みが発生し、高精度で
ボルトの締付軸力が測定される。特に、ボルトの頭部の
外径が、起歪体の外径よりも小さいものであったとして
も、起歪体の外径よりも大きな外径を有するワッシャを
介すことによって、ボルトによる締付軸力が均一に起歪
体の受圧面に加わり、高精度でボルトの締付軸力が測定
される。

【００１９】請求項７に記載の発明によれば、起歪体の
歪みによる歪みゲージの電気抵抗の変化がブリッジ回路
を用いて検出される。その結果、起歪体の受圧面に作用
する力が正確に測定される。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を具体化した実施の形態を図１及び図２に従って説明
する。

【００２１】図１は本実施の形態のロードセル１の平面
図を示し、図２はロードセル１の断面図を示す。図１及
び図２に示すロードセル１は、エンジンのシリンダブロ
ック（図示せず）とシリンダヘッド２とを締結させるヘ
ッドボルト３の締付軸力を測定するために用いられるも
のである。

【００２２】一般に、エンジンにおけるシリンダブロッ
クとシリンダヘッド２の間には、燃焼ガス等の漏れを防
止するためのガスケットが介在される。当該ガスケット
は高い燃焼圧力をシールする必要があり、このシールに
適した面圧を確保すべくエンジンの設計が行われる。従
って、設計通りの面圧となっているか否かを測定するこ
とは重要な確認項目となっている。この面圧が設計通り
の適した面圧となるか否かを測定するためにロードセル
１が使用される。具体的に、ロードセル１によってヘッ
ドボルト３の頭部３ａとシリンダヘッド２との間に働く
締付軸力（軸方向推力）を測定することでガスケットの
面圧が確認される。

【００２３】本実施形態のロードセル１は、２つの円環
状のワッシャ４，５（厚さ３．０ｍｍ）と、ワッシャ
４，５に挟まれる円環状の起歪体６（厚さ３ｍｍ）を備
えている。ワッシャ４，５はヘッドボルト３よりも硬い
金属材料で形成される。そして、起歪体６の図の上面側
及び下面側の受圧面６ａ，６ｂにワッシャ４，５を介し
て作用するヘッドボルト３の締付軸力がロードセル１に
よって測定される。

【００２４】詳述すると、ワッシャ４及びワッシャ５の
外径はヘッドボルト３の頭部３ａ及び起歪体６の外径よ
りも大きく形成され、ワッシャ４及びワッシャ５の内径
はヘッドボルト３の軸部３ｂと同一径となるように形成
されている。このワッシャ４をヘッドボルト３の頭部３
ａと起歪体６との間に、ワッシャ５を起歪体６とシリン
ダヘッド２との間に、それぞれ介在させることによっ
て、ヘッドボルト３の締付軸力による圧縮力が起歪体６
の上側の受圧面６ａ及び下側の受圧面６ｂ全体に均一に
加わる。

【００２５】起歪体６の外周面には、周方向に同一断面
形状となる湾曲形状の歪み面６ｃが形成される。具体的
には、歪み面６ｃは断面半円状の凹面となるように形成
され、歪み面６ｃの底には４枚の歪みゲージ７が全周に
亘り配設される。つまり、歪み面６ｃを断面半円状の凹
面とすることによって、起歪体６における軸方向の応力
を該歪み面６ｃの底に集中させている。該応力の集中に
より歪み面６ｃの底における圧縮歪みが大きくなり、こ
の歪み面６ｃの底に歪みゲージ７を設けることで、歪み
ゲージ７の検出出力を大きくするとともに検出出力のば
らつきを低下させている。なお、歪みゲージ７は、周方
向の歪みには感度が低く、軸方向の歪みに対して感度が
高くなるように設けられ、軸方向の圧縮力に対する出力
感度を高くしている。

【００２６】さらに、本実施形態では図２に示すよう
に、起歪体６における下側の受圧面６ｂの内径側（内径
隅部）に円形の溝（軸方向の深さ２ｍｍ程度の溝）６ｄ
が形成されている。この溝６ｄの形成により受圧面６ｂ
の面積が減少し起歪体６の歪み面６ｃがより歪み易くな
る。従って、歪みゲージ７の検出出力が大きくなり検出
精度が向上する。

【００２７】これに加え、溝６ｄはワッシャ５と起歪体
６との接触面積（＝受圧面６ｂの面積）を常に一定に保
つ役割を果たす。即ち、ワッシャ５が径方向にずれたと
してもワッシャ５と起歪体６との接触面積が一定に保た
れる。よって、ヘッドボルト３の締付軸力による圧縮力
が受圧面６ｂから正確に加えられ、ロードセル１の検出
精度の向上が図られる。なお、起歪体６の上面側（受圧
面６ａ側）における内径は、起歪体６の径方向のズレを
防止するために、ヘッドボルト３の軸部３ｂの径と同等
の大きさに形成されている。

【００２８】各歪みゲージ７は図１に示すように配線８
により直列に接続され、さらに、配線９により検出回路
１０に接続される。この検出回路としては、公知のホイ
ートストンブリッジが用いられ、該ブリッジの一辺に歪
みゲージ７が接続されるようになっている。つまり、起
歪体６の歪み面６ｃにおける軸方向の歪みが、歪みゲー
ジ７の電気抵抗変化として検出される。なお、受圧面６
ａ，６ｂにおいて周方向に偏って圧縮力が作用したとし
ても、周方向にかかる力を積分したかたちで歪みゲージ
７の電気抵抗が出力される。

【００２９】また、実際に使用するときには、凹面状に
形成された歪み面６ｃに沿って配線９を配設した状態
で、歪み面６ｃがシリコン系樹脂材を用いて埋められ
る。つまり、凹面状の歪み面６ｃは配線９を配設する上
で好適なものとなり、配線９の取り回し性が向上する。
なお、シリコン系樹脂材は、液体状のものを常温硬化さ
せて使用される。

【００３０】次に、このように構成された本実施の形態
の作用を説明する。まず、図１のようにヘッドボルト３
の軸部３ｂにロードセル１を装着した状態で、所定の工
具を使いヘッドボルト３をシリンダヘッド２のボルト穴
２ａにねじ込み設計通りの締付軸力になるまで締め付け
る。すると、ヘッドボルト３の締付軸力による圧縮力
が、ワッシャ４，５を介して起歪体６の受圧面６ａ，６
ｂ全体に均一に加えられる。そして、圧縮力が受圧面６
ａ，６ｂに作用すると、起歪体６の外周面に設けられる
歪み面６ｃに歪みが発生する。

【００３１】本実施形態では、起歪体６の歪み面６ｃを
断面半円状の凹面状に形成するとともに起歪体６の内径
側の下面６ｂに円形の溝６ｄが形成されることで、上記
の如く歪み面６ｃの底に発生する歪みが増幅される。

【００３２】そして、この歪み面６ｃの底に周方向全体
に亘って配設された歪みゲージ７によりボルト３の締付
軸力に応じた歪みが検出回路１０を用いて検出される。
具体的には、配線８により直列に接続された４枚の歪み
ゲージ７が、ホイートストンブリッジの一辺となるよう
に検出回路１０に接続されており、検出回路１０はボル
ト３の締付軸力に応じた圧縮歪みによる歪みゲージ７の
電気抵抗の変化を検出する。そして、この電気抵抗の変
化から締付軸力が測定できる。

【００３３】なお、締付軸力を測定した後には、ヘッド
ボルト３がシリンダヘッド２から外され、ヘッドボルト
３の軸部３ｂからロードセル１が取り外される。一般
に、エンジンによってヘッドボルトは様々な形状のもの
が使用されているが本実施形態のロードセル１を用いれ
ば、形状の異なるヘッドボルトの締付軸力の測定が可能
となる。つまり、ロードセル１は、ヘッドボルト３の頭
部３ａと起歪体６の間にワッシャ４を介在させているの
で、ヘッドボルト３の軸部３ｂの径が同一で、かつ、ヘ
ッドボルト３の頭部３ａの外径が異なるボルトの締付軸
力が正確に測定される。

【００３４】また、ワッシャ４を介さずに、ヘッドボル
ト３の頭部３ａよりも大きな外径を有する起歪体６を用
いた場合では、起歪体６の歪み面６ｃにおける歪みが小
さくなり、ヘッドボルト３の締付軸力を検出することが
困難となる。しかしながら、起歪体６の外径よりも大き
な外径を有するワッシャ４を用いることで、ヘッドボル
ト３の頭部３ａの径の大きさに関係なくヘッドボルト３
の締付軸力が起歪体６の受圧面６ａに均一に加わりボル
ト３の締付軸力が正確に測定される。

【００３５】さらに、ヘッドボルト３の軸部３ｂの径Ｄ
１が同一で、シリンダヘッド２のボルト穴２ａの開口部
の径Ｄ２（図２参照）が異なるものもあるが、ワッシャ
５を介在させることで、これらボルトの締付軸力の測定
が正確に行われる。

【００３６】このように本実施の形態は、下記のような
効果を示す。 （１）円環状の起歪体６の外周面に周方向に同一断面形
状となる歪み面６ｃが形成され、該歪み面６ｃの底に歪
みゲージ７が周方向全体に亘って設けられる。この場
合、受圧面６ａ，６ｂに加わる圧縮力に偏りがあったと
しても、受圧面６ａ，６ｂに加わる圧縮力の偏りによる
歪みゲージ７の検出誤差が防止される。つまり、起歪体
６の受圧面６ａ，６ｂに作用する偏荷重による不感帯の
形成が防止される。

【００３７】また、本構成のロードセル１は、図９に示
すロードセルのように特殊な加工が必要な貫通長孔２３
を形成するものではないため、耐久性を確保しつつ、薄
型化を図ることが可能となる。また、特殊な加工を必要
とせず低コストで薄型に形成することが可能であるの
で、任意の大きさのボルト形状に合わせたロードセルを
容易に形成できる。以上のことから、該ボルト３の締付
軸力を正確に測定できる。

【００３８】（２）起歪体６の外周面における歪み面６
ｃは湾曲形状（断面半円状）の凹面となるように形成さ
れるので、歪みゲージ７の検出感度がより一層向上さ
れ、起歪体６の上面６ａ及び下面６ｂに作用する偏荷重
による不感帯の形成が抑制される。

【００３９】（３）ワッシャ４，５を介在させることに
よってヘッドボルト３の締付軸力が起歪体６の受圧面６
ａ，６ｂ全体に均一に加わるようになり、歪み面６ｃに
安定した歪みが発生し、高精度でヘッドボルト３の締付
軸力が測定される。

【００４０】特に、図１のようにヘッドボルト３の頭部
３ａの径が、起歪体６の外径よりも小さいものであった
としても、起歪体６の外径よりも大きな外径のワッシャ
４を介すことによって、ボルト３による締付軸力が起歪
体６の受圧面６ａ，６ｂに均一に加わる。その結果、高
精度でヘッドボルト３の締付軸力を測定できる。

【００４１】（４）起歪体６の歪み面６ｃにおける歪み
によって歪みゲージ７の電気抵抗が変化し、該抵抗変化
が検出回路１０におけるホイートストンブリッジを用い
て検出される。その結果、ヘッドボルト３の締付軸力に
より受圧面６ａ，６ｂに加わる圧縮力が正確に測定さ
れ、ガスケットの面圧を確認することができる。

【００４２】（５）起歪体６の歪み面６ｃの底に４枚の
歪みゲージ７が配設され、各歪みゲージ７が配線８によ
って接続されるので、作業性が向上され実用上好ましい
ものとなる。ただし、配線８により接続される各歪みゲ
ージ７の間隔は、検出精度を確保する上で、できるだけ
狭めるのが望ましい。

【００４３】（６）ワッシャ４，５は、ヘッドボルト３
よりも硬い金属材料にて形成されるので、ヘッドボルト
３による締付軸力が加わったとしても、ワッシャ４，５
の変形が防止され正確な締付軸力を測定することができ
る。

【００４４】（７）起歪体６の外周に凹面状の歪み面６
ｃが形成されてその歪み面６ｃに配線９が配設される
（その状態でシリコン樹脂にて埋設される）。そのた
め、配線９の取り回し性を向上させることができる。

【００４５】（８）起歪体６の内径側に溝６ｄが形成さ
れることによりワッシャ５が径方向にずれたとしても、
ワッシャ５と起歪体６との接触面積を一定に保つことが
できる。また、起歪体６の受圧面（下面）６ｂの面積が
小さくなり、歪み面６ｃにおける歪みが大きくなる。つ
まり、受圧面６ａ，６ｂに対し歪みゲージ７の出力感度
が向上する。また、ワッシャ５が径方向にずれたとき、
仮にワッシャ５の内径がボルト穴２ａの径よりも大きく
ても既述の効果が得られる。

【００４６】（第２の実施の形態）次に、本発明を具体
化した第２の実施の形態について上記第１の実施の形態
との相違点を中心に説明する。なお、第１の実施の形態
と同様の構成については同一符号を付してその説明を省
略する。

【００４７】図３は、本実施の形態におけるロードセル
１１の平面図を示し、図４には、ロードセル１１の断面
図を示す。図３及び図４に示すように、本実施の形態の
ロードセル１１は、前記第１の実施形態のワッシャ４，
５を具備しないロードセルであって、起歪体１２の外径
はヘッドボルト３の頭部３ａの径よりも小さく形成さ
れ、外周面に確実に歪みを発生させる構成となってい
る。起歪体１２の図の上面及び下面が受圧面１２ａ，１
２ｂとなり、起歪体１２の外周面に湾曲形状の歪み面１
２ｃが形成される。歪み面１２ｃの底には、１枚の歪み
ゲージ１３が周方向全体に亘って配設されている。歪み
面１２ｃの底には受圧面１２ａ，１２ｂに作用する圧縮
力による応力が集中し、この圧縮力が歪みゲージ１３に
よって測定される。

【００４８】起歪体１２の内径は、図４に示すようにヘ
ッドボルト３の軸部３ｂの径に一致するように設計され
る。また、図２のように、起歪体６の下面６ｂにおける
内側の溝６ｄを形成せずに実施している。

【００４９】なお、歪みゲージ１３は、検出回路１０内
のホイートストンブリッジの一辺に配線９を介して接続
され、起歪体１２の歪み面１２ｃにおける歪みが歪みゲ
ージ１３の電気抵抗変化として検出される。

【００５０】このように本実施の形態は、下記のような
特徴を示す。 （１）ヘッドボルト３の締付軸力が起歪体１２の受圧面
１２ａ，１２ｂに加わると、起歪体１２の歪み面１２ｃ
に歪みが発生する。本実施形態のロードセル１１におい
ても、第１実施形態と同様に、歪み面１２ｃを断面半円
状に形成しているので、歪み面１２ｃの底に応力が集中
して歪みが増幅して発生する。

【００５１】また、ロードセル１１も特殊な加工を必要
とせず、耐久性を確保しつつ、低コストで薄型に形成す
ることができる。従って、任意の大きさのボルト形状に
合わせたロードセルを容易に形成できる。

【００５２】本実施形態では、１枚の歪みケージ１３が
歪み面１２の底に周方向全体に配設されている。従っ
て、起歪体１２の受圧面１２ａ，１２ｂに偏荷重が加わ
ったとしても、計測箇所の違いに応じて生じる歪みゲー
ジ１３の電気抵抗変化のばらつきが少なく、複数枚の歪
みゲージを使った場合に比べ、歪みゲージ１３の出力が
安定する。つまり、偏荷重による不感帯の形成がより確
実に防止され、ヘッドボルト３の締付軸力が正確に測定
できる。

【００５３】（第３の実施の形態）前記第１の実施の形
態における図１，２のロードセル１では、既述の通り、
受圧面６ａ，６ｂに加わる圧縮力の偏りに関係なく、歪
みゲージ７の検出誤差が防止できる等の優れた効果が得
られるものの、大きな締付軸力が加わった場合、その出
力特性が悪化してしまう虞がある。つまり、図１，２の
ロードセル１では、内径部分に段差があるため、シリン
ダヘッド２への締め付時に図５の矢印で示すように起歪
体６に大きな荷重が加えられると、起歪体６の下面側
（受圧面６ｂ側）が外側に膨らむ変形をする。このた
め、図６に示すように、荷重と歪出力との関係が直線的
な比例関係とはならず、さらに、同じ荷重が起歪体６の
受圧面６ａ，６ｂに加わったとしても荷重の増加時と減
少時とで歪出力が異なってしまう。つまり、出力特性の
ヒステリシスが発生してしまう。

【００５４】このような不具合を解消するために、本実
施の形態では図７に示すロードセル１４を具体化してい
る。なお、第１の実施の形態と同様の構成については同
一符号を付してその説明を省略する。

【００５５】図７には、ロードセル１４の断面構造を示
している。ロードセル１４は、図１及び図２に示すロー
ドセル１の起歪体６に代えて起歪体１５及びリング１６
を採用している。また、起歪体１５と起歪体６との相違
点は内径部分のみである。つまり、図１及び図２と同様
に、起歪体１５の歪み面１５ｃは断面半円状の凹面をな
し、その歪み面１５ｃには歪みゲージ７、配線８等が配
設される。

【００５６】詳述すると、起歪体１５の内径部分はスト
レートに形成され、その内径Ｄ３は、ヘッドボルト３の
軸部３ｂの径Ｄ１よりも大きく形成されて上面側及び下
面側の受圧面１５ａ，１５ｂの面積はともに等しくなっ
ている。また、起歪体１５の内周とヘッドボルト３の軸
部３ｂとの間には、位置ズレ防止用のリング１６が起歪
体１５及びヘッドボルト３の軸部３ｂに対して軸方向に
移動可能な状態で配設されている。このリング１６は起
歪体１５の径方向のズレを防止するためのものであり、
同リング１６によりヘッドボルト３に対する起歪体１５
の径方向のがたつきが防止され、起歪体１５の軸心とヘ
ッドボルト３の軸心が一致する。なお、リング１６の材
質は鉄である。

【００５７】起歪体１５の内径部分を余裕をもって形成
することによりワッシャ４，５が径方向にずれた場合に
も、起歪体１５の受圧面積は一定となる。また、受圧面
１５ａ，１５ｂの面積が減少するために起歪体１５の歪
み面１５ｃが歪み易くなる。このため、歪みゲージ７の
検出出力が大きくなり検出精度が向上する。

【００５８】図２に示す溝加工のあるロードセル１に対
して、起歪体１５の内径部をストレートとすることによ
り、受圧面１５ａ，１５ｂに荷重が加わったとき、図５
の如く起歪体１５が片側に膨らむといった不具合は生じ
ない。従って、図８に示すように、荷重に対する歪出力
の関係が直線的な比例関係となり、歪出力のヒステリシ
スが低減する。

【００５９】また、ヘッドボルト３の軸部３ｂの径が異
なるヘッドボルトの締付軸力を測定する場合、リング１
６をそのボルトの軸部の径と同等の内径を有するリング
に変更して測定する。

【００６０】このように本実施の形態は、前記第１の実
施の形態における（１）〜（７）の効果に加えて、下記
のような効果を得ることができる。 （１）締付軸力が起歪体１５の受圧面１５ａ，１５ｂに
加わったとき、起歪体１５における内部応力が均一化さ
れるので、荷重に対する歪出力の直線性が向上され、荷
重の増加時と減少時とで歪出力が異なることはなく歪出
力のヒステリシスが低減される。従って、ヘッドボルト
３の締付軸力を高精度に測定することができる。

【００６１】（２）起歪体１５の内径部分がボルト軸部
３ｂに対して余裕をもって形成されることによりワッシ
ャ４，５が径方向にずれたとしてもワッシャ４，５と起
歪体１５との接触面積を一定に保つことができる。ま
た、起歪体１５の受圧面１５ａ，１５ｂが小さくなり、
歪み面１５ｃにおける歪みが大きくなる。つまり、受圧
面１５ａ，１５ｂに対し歪みゲージ７の出力感度が向上
する。

【００６２】（３）位置ズレ防止用のリング１６を変更
すれば、軸径の異なるヘッドボルト３の締付軸力を測定
することができ、実用上好ましいものとなる。なお、発
明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されるもので
はなく、下記のように実施してもよい。

【００６３】○上記各実施形態では、起歪体６，１２，
１５を円環状に形成し、ガスケット取付用のヘッドボル
ト３の締付軸力を検出するものとして具体化したが、他
への適用も可能である。勿論、エンジンのガスケット取
付部以外においても、本案のロードセル１，１１，１４
が適用できる。また、例えば、起歪体を中空部の無い円
板状に形成し、この起歪体を挟み込んで圧縮歪を測定す
るためのロードセルに具体化してもよい。この場合にも
やはり、起歪体の外周面に歪み面を形成するとともに該
歪み面に周方向全体に亘って歪みゲージを配設し、２つ
の部材間の圧縮力を検出する。これにより、既述の通り
優れた効果が得られる。

【００６４】○上記各実施形態では、起歪体６，１２，
１５の歪み面６ｃ，１２ｃ，１５ｃとして、応力が集中
する凹面を形成して具体化していたが、応力が集中する
凸面を設けて具体化してもよい。

【００６５】○上記各実施形態では、起歪体６，１２，
１５の歪み面６ｃ，１２ｃ，１５ｃを断面半円状の凹面
となるように形成していたが、これに限定せず、例え
ば、任意の曲率を有する凹面形状に形成してもよい。ま
た、歪み面６ｃ，１２ｃ，１５ｃは一定の曲率で形成さ
れるものに限定されない。ただし、上記実施形態のよう
に断面円弧状に形成したほうが、歪み面６ｃ，１２ｃ，
１５ｃの底に応力を集中できるのでより好ましい。

【００６６】○上記各実施形態では、ヘッドボルト３の
締付軸力による圧縮力を検出するようにしていたが、２
部材間の引張力を検出するようにしてもよい。この場
合、起歪体を円柱状に形成してその軸方向に引張力が作
用するようにし、さらに起歪体の外周面に全周に亘って
歪みゲージを張り付ける。

【００６７】○上記各実施形態では、歪みゲージ７，１
３は、軸方向の圧縮歪を検出するものであったが、歪み
ゲージ７，１３の向きを９０°変えて、周方向に生じる
歪を検出するようにしてもよい。

【００６８】○第１実施形態では、起歪体６の内径側の
下面隅部（受圧面６ｂ側）に円形の溝６ｄが形成されて
いたが、この円形の溝部６ｄに代えて面取り部を設け
る。要は、受圧面６ｂがシリンダヘッド２の穴部よりも
外側にあり、その状態で起歪体６がヘッドボルト３に対
して中心に配置されていればよい。または、こうして溝
または面取り部にて拡径される部位を、受圧面６ａ側あ
るいは受圧面６ａ，６ｂの両方に設けてもよい。

【００６９】○図３のようにヘッドボルト３の頭部３ａ
の径が起歪体１２の外径よりも大きいことを条件に、例
えば前記図１の構成において、上側のワッシャ４を取り
除いてもよい。かかる場合にも前述したように起歪体６
の歪み面６ｃに歪みを確実に発生させることができる。

【００７０】また、ロードセル１の下側のワッシャ５を
取り除いてもよい。この場合、仮にシリンダヘッド２の
種類ごとにボルト穴２ａの径が違ったとしても、起歪体
６の溝６ｄによって受圧面積が一定となる。同様に、ロ
ードセル１４において下側のワッシャ５を取り除いた場
合、シリンダヘッド２の種類ごとにボルト穴２ａの径が
違ったとしても、起歪体１５の内径部分がボルト軸部３
ｂに対して余裕をもって形成されることによって受圧面
積が一定となる。その結果、各機種で異なるシリンダヘ
ッド２のボルト穴２ａの径に対しても、常に受圧面積が
一定となり出力が安定するため実用上好ましいものとな
る。ただし、高軸力時には、シリンダヘッド２のボルト
座面の陥没の虞があるために注意が必要である。

【００７１】○上記第１及び第３実施形態では、４枚の
歪みゲージ７を使い、第２実施形態では１枚の歪みゲー
ジ１３を使ったが、勿論、これに限定されない。歪みゲ
ージは、起歪体の外周面の全周に亘って配設されるとい
う条件を満たせば、使用対象や作業性等に応じて任意の
枚数にて使用される。

【００７２】前記実施の形態から把握され、特許請求の
範囲に記載されていない技術的思想を、その効果ととも
に以下に記載する。 （イ）請求項３に記載のロードセルにおいて、前記歪み
面を、断面半円状に形成したロードセル。この構成によ
れば、断面半円状に形成された歪み面の底に応力を集中
させることができ、実用上好ましいものとなる。

【００７３】（ロ）請求項６に記載のロードセルにおい
て、前記起歪体の内径隅部で拡径された部位は、前記ワ
ッシャの内径に対し大きな径を有するロードセル。この
構成によれば、ワッシャが起歪体に対し径方向にずれた
としても起歪体の受圧面が片当たりすることなく、受圧
面の面積、つまり、起歪体とワッシャとの間の接触面積
が一定に保たれる。そのため、受圧面全体で、ボルトの
締付軸力を受けることになり検出精度が向上する。

【００７４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、特殊な
加工を必要とせず低コストで薄型に形成でき、検出精度
を高めることができる。

【００７５】請求項２に記載の発明によれば、歪み面の
底に応力が集中して大きな歪みが発生するため、検出精
度をより高めることができる。請求項３に記載の発明に
よれば、耐久性を確保しつつ薄型化が可能であるのでボ
ルトの締付軸力を正確に測定することができる。

【００７６】請求項４に記載の発明によれば、歪み面に
おける歪みが大きくなり、受圧面に加わる圧縮力に対し
歪みゲージの出力感度が向上する。請求項５に記載の発
明によれば、起歪体の径方向のズレが防止されて受圧面
積が常に均一となり受圧面に加わる圧縮力に対し歪みゲ
ージの出力感度が向上する。また、起歪体が片側にたわ
むことがなく、荷重に対する歪出力の関係が直線的な比
例関係となるので、ボルトの締付軸力を高精度に測定す
ることができる。

【００７７】請求項６に記載の発明によれば、ボルトに
よる締付軸力が起歪体の受圧面全体に均一に加わるの
で、高精度でボルトの締付軸力を測定できる。請求項７
に記載の発明によれば、ホイートストンブリッジ回路を
用いて歪みゲージの電気抵抗が検出され、起歪体の受圧
面に作用する力を正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態のロードセルの正面図。

【図２】 第１の実施の形態のロードセルの断面図。

【図３】 第２の実施の形態のロードセルの正面図。

【図４】 第２の実施の形態のロードセルの断面図。

【図５】 第１の実施の形態における起歪体の変形を説
明するための図。

【図６】 第１の実施の形態のロードセルの出力特性を
示す図。

【図７】 第３の実施の形態のロードセルの断面図。

【図８】 第３の実施の形態のロードセルの出力特性を
示す図。

【図９】 従来技術のロードセルの斜視図。

【符号の説明】 １…ロードセル、３…ボルトとしてのヘッドボルト、
４，５…ワッシャ、６…起歪体、６ａ，６ｂ…受圧面、
６ｃ…歪み面、７…歪みゲージ、１０…ブリッジ回路と
してのホイートストンブリッジを備えた検出回路、１１
…ロードセル、１２…起歪体、１２ａ，１２ｂ…受圧
面、１２ｃ…歪み面、１３…歪みゲージ、１４…ロード
セル、１５…起歪体、１５ａ，１５ｂ…受圧面、１５ｃ
…歪み面、１６…位置ズレ防止用リング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼島 一也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 前田 芳己 東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１ 株 式会社共和電業内 Ｆターム(参考） 2F049 AA16 BA02 CA01 CA05 CA08 CA09 2F051 AA04 AB09 BA07 DA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板状の起歪体を備え、前記起歪体の軸
   方向に加わる力に応じた歪みを歪みゲージにより検知す
   るロードセルにおいて、 前記起歪体の外周面に周方向に同一断面形状となる歪み
   面を形成し、該歪み面に前記歪みゲージを周方向全体に
   亘って配設したロードセル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のロードセルにおいて、
   前記歪み面は、湾曲形状に形成された凹面であり、該歪
   み面の底に歪みゲージを配設したロードセル。
3. 【請求項３】 ボルトの締付軸力を測定するためのロー
   ドセルであって、前記起歪体はボルトの軸部を挿入させ
   るべく円環状に形成され、起歪体の上下の両端面が受圧
   面となる請求項１または請求項２に記載のロードセル。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のロードセルにおいて、
   前記起歪体の内径隅部を周方向に同一断面形状となるよ
   う拡径したロードセル。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のロードセルにおいて、
   前記起歪体の内径を前記ボルトの軸部に対して一様に拡
   径し、その起歪体とボルトの軸部との間に位置ズレ防止
   用リングを設けたロードセル。
6. 【請求項６】 請求項３〜請求項５のいずれか一項に記
   載のロードセルにおいて、前記起歪体の外径より大きな
   外径を有し、前記起歪体の受圧面全体と面接触した状態
   で起歪体を挟み込む一対のワッシャを備えたロードセ
   ル。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記
   載のロードセルにおいて、前記歪みゲージをブリッジ回
   路の一辺に接続したロードセル。