JP2002162300A - 軸受荷重測定用ロードセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製作性や取り扱い性に優れ、高温多湿等の特
殊環境でも長期間に亘って軸受の荷重を測定できる良好
な軸受荷重測定用ロードセルを提供する。 【解決手段】 軸受荷重測定用ロードセル１は、両端に
受圧面2a,2b が設定されたロードセル本体２を軸受装置
内に配置し、該ロードセル本体２の外周面に貼着された
４個の歪みゲージユニットＧ₁ 〜Ｇ₄ でホイートストン
ブリッジ回路11を構成することで、軸受に作用する荷重
に比例した抵抗変化による出力を検出する。ロードセル
本体２の受圧面2a,2b が、両端の互いに対応する４箇所
からロードセル本体２の軸線方向に沿って突設された４
対の突起部２ｐ₁ ，２ｑ₁ 、２ｐ₂，２ｑ₂ 、２ｐ₃ ，
２ｑ₃ 、２ｐ₄ ，２ｑ₄ の先端面に設定される。歪みゲ
ージユニットＧ₁ 〜Ｇ₄ が、これら突起部と対応してロ
ードセル本体２の外周面に貼着され、保護カバー６によ
り覆われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軸受荷重測定用ロー
ドセルに関し、特に、高温多湿等の特殊環境で使用され
る軸受に作用する荷重を測定する為の軸受荷重測定用ロ
ードセルの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄鋼設備及び圧延機等に使用され
るロールネック軸受や連続鋳造設備に使用される軸受
は、製品の品質向上、歩留り、生産能力の向上の為に使
用条件が厳しくなる状況にある。この様な状況から軸受
の寿命が問題となり、とくに軸受に負荷される荷重の把
握が重要となっている。

【０００３】従来より、このような軸受に作用する荷重
（ラジアル荷重）を測定する方法としては、軸受装置内
にロードセルを配置して軸受に作用する荷重を測定する
方法が知られている。即ち、前記ロードセルは、両端に
受圧面が設定されたロードセル本体（起わい体）の周面
に複数の歪みゲージを貼着すると共に、これらの歪みゲ
ージでホイートストンブリッジ回路を構成することで、
軸受に作用する荷重によるロードセル本体の変形を電気
抵抗の変化に変換し、荷重に比例した抵抗変化による出
力（電圧変化）を検出するものである。

【０００４】ここで、従来のロードセルは、例えば、両
端の受圧面が円環状のロードセル本体の外周面又は内周
面上に、周方向に離間させて、複数個の歪みゲージを配
置した構成である。そして、各歪みゲージに接続された
入出力信号線は、それぞれブリッジ回路に結線するべく
引き出された後、さらに歪み計に接続され、該歪み計か
らの出力信号を記録する記録機器に接続される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た如き従来のロードセルの場合は、受圧面の相手面の精
度（粗さ、平坦度等）によって円周方向の荷重分布が悪
い場合、歪みゲージの貼着位置によって検出される歪み
量がばらつき、精度が悪いという問題があった。

【０００６】また、上述した如き従来のロードセルを軸
受装置内に配置する場合には、ロードセル本体の周面上
に貼着された複数個の歪みゲージに接続される入出力信
号線の配線作業や軸受装置外部への引出し配線が複雑に
なり、製作性が良くないという問題があった。その上、
前記ロードセル本体の周面上に貼着された各歪みゲージ
に接続された複数本の入出力信号線は、ロードセルを軸
受装置内に組み立てる際、断線等の故障を起こす可能性
があり、慎重に取扱う必要があるので、取扱い性が良く
なかった。

【０００７】また、例えば連続鋳造設備に使用される軸
受のように、高温多湿等の特殊環境で使用される用途で
は、長期間の軸受荷重測定に際し、歪みゲージや入出力
信号線を特殊環境の負荷から保護する必要があるが、上
述した従来のロードセルではこれらの保護構造を採りに
くく、電気的な故障（入出力信号線接続部の絶縁不良、
歪みゲージの剥がれ等）が起こり易いという問題があっ
た。

【０００８】従って、本発明の目的は上記課題を解消す
ることに係り、製作性や取り扱い性に優れ、高温多湿等
の特殊環境でも長期間に亘って軸受の荷重を測定するこ
とができる良好な軸受荷重測定用ロードセルを提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、受
圧面が設定されたロードセル本体を軸受装置内に配置
し、該ロードセル本体の周面に貼着された複数の歪みゲ
ージでホイートストンブリッジ回路を構成することで、
軸受に作用する荷重による前記ロードセル本体の変形を
電気抵抗の変化に変換し、荷重に比例した抵抗変化によ
る出力を検出する軸受荷重測定用ロードセルであって、
前記ロードセル本体の受圧面が、ロードセル本体の軸線
方向に沿って突設された複数対の突起部に設定されると
共に、前記歪みゲージが、複数対の前記突起部と対応し
てロードセル本体の周面に貼着され、保護カバーにより
覆われていることを特徴とする軸受荷重測定用ロードセ
ルにより達成される。

【００１０】上記構成によれば、歪みゲージの各貼着位
置は、ロードセル本体に突設された複数対の突起部と対
応した該ロードセル本体の周面であり、受圧面の相手面
の精度が悪い場合でも、突起部に荷重が集まるため、該
突起部に作用する歪みを歪みゲージにて精度良く検出す
ることができる。

【００１１】また、ロードセル本体の周面に貼着された
歪みゲージや各歪みゲージに接続された複数本の入出力
信号線は、保護カバーにより覆われることで、軸受荷重
測定用ロードセルが高温多湿等の特殊環境で使用される
場合にも、特殊環境の負荷から保護されるので、特殊環
境下での長期間の軸受荷重測定が可能となる。又、前記
入出力信号線が、保護カバーにより覆われた内部配線と
されることで、軸受荷重測定用ロードセルを軸受装置内
に組み込む際、断線等の故障を起こす可能性がなく、取
扱い性が良くなる。

【００１２】尚、好ましくは前記保護カバーが、防水・
防滴の為のシール装置や、熱影響を防止する耐熱手段を
備えることにより、より確実に特殊環境の負荷から歪み
ゲージや入出力信号線を保護することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の一実施形態に係る軸受荷重測定用ロードセルを詳細に
説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る軸受荷重
測定用ロードセルの一部破断斜視図、図２は図１に示し
たロードセルに組み込まれた複数の歪みゲージで構成さ
れたホイートストンブリッジ回路の配線接続図、図３は
図１に示したロードセルを圧延機等に使用されるロール
ネック軸受装置に組み付けた状態を示す要部縦断面図、
図４は図３に示したロールネック軸受装置のIV−IV線に
沿う断面図である。

【００１４】本第１実施形態の軸受荷重測定用ロードセ
ル１は、図１に示したように、測定荷重を受ける受圧面
２ａ，２ｂが両端に設定されたロードセル本体２と、こ
のロードセル本体２の外周面に貼着される４個の歪みゲ
ージユニットＧ₁ 〜Ｇ₄ と、該ロードセル本体２の外周
面に貼着された歪みゲージユニットＧ₁ 〜Ｇ₄ の周囲を
密閉して覆う金属製の保護カバー６とを備えた構成であ
る。

【００１５】前記ロードセル本体２は、横断面形状が円
形の筒状部２１と、該筒状部２１の両端の互いに対応す
る複数箇所（本実施形態においては、４箇所）からロー
ドセル本体２の軸線方向に沿って突設された複数対（本
実施形態においては、４対）の突起部２ｐ₁ ，２ｑ₁ 、
２ｐ₂ ，２ｑ₂ 、２ｐ₃ ，２ｑ₃ 、２ｐ₄ ，２ｑ₄ と、
前記筒状部２１の両端近傍の外周に鍔状に形成された一
対のフランジ６１，６２とを、ステンレス鋼や機械構造
用炭素鋼等で一体形成したものである。

【００１６】そして、前記突起部２ｐ₁ ，２ｑ₁ 、２ｐ
₂ ，２ｑ₂ 、２ｐ₃ ，２ｑ₃ 、２ｐ ₄ ，２ｑ₄ の各先端
面が、測定荷重を受ける前記受圧面２ａ，２ｂとなって
いる。尚、本実施形態の場合、これら突起部２ｐ₁ 〜２
ｐ₄ と突起部２ｑ₁ 〜２ｑ₄とは、それぞれ円筒を周方
向に４等分した位置にそれぞれ設けられている。

【００１７】前記各歪みゲージユニットＧ₁ 〜Ｇ₄ は、
図１及び図２に示したように、筒状部２１の両端の互い
に対応する突起部（例えば２ｐ₁ と２ｑ₁ ）間に生じる
圧縮歪みを検出するためのアクティブ歪みゲージＡ１〜
Ａ４と、該検出値の温度補償用に利用されるダミー歪み
ゲージＤ１〜Ｄ４とで対を成しており、複数対の前記突
起部（例えば２ｐ₁ と２ｑ₁ ）とそれぞれれ対応して筒
状部２１の外周面に貼着されている。

【００１８】そして、本実施形態の軸受荷重測定用ロー
ドセル１は、４個の歪みゲージユニットＧ₁ 〜Ｇ₄ の各
歪みゲージＡ１〜Ａ４，Ｄ１〜Ｄ４に接続された複数本
の入出力信号線１３が、図２に示すように、保護カバー
６で覆われたロードセル本体２上で、検出値の平均化等
により検出精度の向上や温度補償が可能なホイートスト
ンブリッジ回路１１を構成している。これら入出力信号
線１３は、前記保護カバー６に設けたプラグ部１４を介
して、該保護カバー６から外部に引き出された入出力信
号ケーブル１２（図１参照）に接続された配線構造を有
している。なお、本実施形態における入出力信号ケーブ
ル１２としては、４本の信号ケーブルを収容した４線シ
ールドケーブルが使用されている。

【００１９】前記保護カバー６は、ロードセル本体２の
筒状部２１の外周面と、前記一対のフランジ６１，６２
とで、筒状部２１の外周に歪みゲージユニットＧ１〜Ｇ
４を収容する空間６５を画成している。本実施形態の場
合、これらフランジ６１，６２の外周端には、Ｏリング
等のシール装置６６が装備されており、防水・防滴環境
対策として前記空間６５内を密封している。

【００２０】そして、例えば図３に示すように、上記軸
受荷重測定用ロードセル１を圧延機等のロール３０を支
承しているロールネック軸受装置３１に組み付け、該ロ
ールネック軸受装置３１の転がり軸受３３の軸受荷重を
測定する場合、荷重測定対象の転がり軸受３３を支持す
るハウジング３２とベース３４との間に、適宜数の軸受
荷重測定用ロードセル１を組み付ける。図３に示した本
実施形態では、２個のロードセル１を転がり軸受３３の
周方向に沿って所定の間隔で配置している。

【００２１】各軸受荷重測定用ロードセル１から引き出
されている入出力信号ケーブル１２の端部が、図４に示
すように、中継接続用コネクタ１５を介して、それぞれ
専用の第１及び第２の動歪み計１６，１７に接続される
ことにより、これら第１及び第２の動歪み計１６，１７
が接続されているデータ監視・収集・記録機器１８に、
各ロードセル１の検出したデータが集積記録可能とな
る。

【００２２】上述した本実施形態の軸受荷重測定用ロー
ドセル１によれば、歪みゲージユニットＧ１〜Ｇ４の各
貼着位置は、ロードセル本体２の筒状部２１の両端に突
設された複数対の各突起部２ｐ₁ 〜２ｐ₄ ，２ｑ₁ 〜２
ｑ₄ と対応した該ロードセル本体２の外周面であり、こ
れら突起部２ｐ₁ ，２ｑ₁ 、２ｐ₂ ，２ｑ₂ 、２ｐ₃，
２ｑ₃ 、２ｐ₄ ，２ｑ₄ に荷重が集まるため、受圧面の
相手面の精度（粗さ、平坦度等）が悪い場合でも、これ
ら突起部２ｐ₁ 〜２ｐ₄ ，２ｑ₁ 〜２ｑ₄ に作用する歪
みを歪みゲージユニットＧ₁ 〜Ｇ₄ にて精度よく検出す
ることができる。

【００２３】また、前記ロードセル本体２の周面に貼着
された歪みゲージユニットＧ₁ 〜Ｇ ₄ や各歪みゲージＡ
１〜Ａ４，Ｄ１〜Ｄ４に接続された複数本の入出力信号
線１３は、シール装置６６を備えた保護カバー６により
覆われることで、軸受荷重測定用ロードセル１が周囲か
ら水がかかるような多湿の特殊環境で使用される場合に
も、この様な特殊環境の負荷から保護されるので、特殊
環境下での長期間の軸受荷重測定が可能となる。又、前
記入出力信号線１３が、保護カバー６により覆われた内
部配線とされることで、前記軸受荷重測定用ロードセル
１をロールネック軸受装置３１内に組み込む際、断線等
の故障を起こす可能性がなく、取扱い性が良くなる。

【００２４】更に、前記ロードセル本体２上に配置され
た複数個の歪みゲージユニットＧ₁〜Ｇ₄ の各歪みゲー
ジＡ１〜Ａ４，Ｄ１〜Ｄ４に接続された複数本の入出力
信号線１３は、保護カバー６により覆われた空間６５内
でホイートストンブリッジ回路１１を構成しており、プ
ラグ部１４を介して該ホイートストンブリッジ回路１１
の入出力信号線１３に接続された入出力信号ケーブル１
２のみが軸受荷重測定用ロードセル１の外部に引き出さ
れた配線構造である。

【００２５】そこで、軸受荷重の測定のために当該軸受
荷重測定用ロードセル１を使用する場合、図４にも示し
たように、該入出力信号ケーブル１２を中継接続用コネ
クタ１５で第１及び第２の動歪み計１６，１７に接続す
るだけで、測定開始が可能になり、従来のように現場で
その都度、外部のブリッジ回路に結線する必要がないの
で、現場でのケーブル接続作業が単純且つ容易になり、
優れた取り扱い性を得ることができる。

【００２６】尚、前記ロールネック軸受装置３１内に組
み込む前記軸受荷重測定用ロードセル１の組み込み数
は、上記実施形態に限らない。例えば、取付寸法が許す
なら、図５（ａ），（ｂ）に示したように、転がり軸受
３３への軸受荷重測定用ロードセル１の組み込み数を軸
受の軸線方向にも二列に配置して、合計４個の軸受荷重
測定用ロードセル１で測定を行う構成とすることもでき
る。

【００２７】このように、軸受荷重測定用ロードセル１
の装備数を増大させることで、検出精度の向上を図るこ
とができるが、該軸受荷重測定用ロードセル１の装備数
が増大すると、それに伴ってコストアップするので、軸
受荷重測定用ロードセル１の装備数は、取付スペースや
要求される検出精度、予算に応じて適当な個数に設定す
るとよい。

【００２８】図６乃至図８は、本発明の第２実施形態に
係る軸受荷重測定用ロードセルを示したものである。本
第２実施形態の軸受荷重測定用ロードセル４１は、図６
及び図７に示したように、上述した第１実施形態の軸受
荷重測定用ロードセル１と比較すると、ロードセル本体
４２が、横断面形状が円形の筒状部２１の両端の互いに
対応する８箇所からロードセル本体４２の軸線方向に沿
って突設された８対の突起部２ｐ₁ ，２ｑ₁ 、２ｐ₂ ，
２ｑ₂ 、２ｐ₃ ，２ｑ₃ 、２ｐ₄ ，２ｑ₄ 、２ｐ₅ ，２
ｑ₅ 、２ｐ₆ ，２ｑ₆ 、２ｐ₇ ，２ｑ₇ 、２ｐ₈ ，２ｑ
₈ を装備した構造に変更され、これら突起部の装備数の
追加に合わせて、筒状部２１の外周面の８箇所に歪みゲ
ージユニットＧ₁ 〜Ｇ₈ を貼着したものであり、歪みゲ
ージユニットＧ₁ 〜Ｇ₈の周囲が保護カバー６で覆われ
るという基本的な構成は、第１実施形態の軸受荷重測定
用ロードセル１と共通である。

【００２９】そして、これら突起部２ｐ₁ ，２ｑ₁ 、２
ｐ₂ ，２ｑ₂ 、２ｐ₃ ，２ｑ₃ 、２ｐ₄ ，２ｑ₄ 、２ｐ
₅ ，２ｑ₅ 、２ｐ₆ ，２ｑ₆ 、２ｐ₇ ，２ｑ₇ 、２
ｐ₈ ，２ｑ₈ の各先端面が、測定荷重を受ける受圧面２
ａ，２ｂとなっている。本実施形態の軸受荷重測定用ロ
ードセル４１は、８個の歪みゲージユニットＧ ₁ 〜Ｇ₈
の各アクティブ歪みゲージＡ１〜Ａ８及びダミー歪みゲ
ージＤ１〜Ｄ８（図示せず）に接続された複数本の入出
力信号線１３が、図８に示すように、保護カバー６で覆
われたロードセル本体４２上で、検出値の平均化等によ
り検出精度の向上や温度補償が可能なホイートストンブ
リッジ回路４４を構成している。これら入出力信号線１
３は、前記保護カバー６に設けたプラグ部１４を介し
て、該保護カバー６から外部に引き出された入出力信号
ケーブル４５（図６参照）に接続された配線構造を有し
ている点は、上記第１実施形態の軸受荷重測定用ロード
セル１と同様である。

【００３０】このように、一つのロードセルに装備する
歪みゲージユニットを増やすことで、一つのロードセル
当たりの検出精度が向上するが、装備した歪みゲージユ
ニットの数量が多い分だけ、装置コストが高価になり、
また、大型化する。従って、１つのロードセル当たりに
装備する歪みゲージユニットの数量は、ロードセルとし
ての許容寸法や要求される検出精度、予算に応じて適当
な個数に設定するとよい。

【００３１】図９は、本発明の第３実施形態に係る軸受
荷重測定用ロードセルを示したものである。本第３実施
形態の軸受荷重測定用ロードセル４６は、図９に示した
ように、上記第２実施形態の軸受荷重測定用ロードセル
４１におけるロードセル本体４２の内周面及び保護カバ
ー６の外周面に、外部から歪みゲージユニットＧ₁ 〜Ｇ
₈ への熱伝導を防止する耐熱手段としての断熱材４７，
４８を追加装備したものであり、それ以外は上記第２実
施形態の軸受荷重測定用ロードセル４１と同様であるの
で、詳細な説明を省略する。

【００３２】前記断熱材４７，４８の断熱材料は、使用
温度環境によって使い分けられるが、例えば断熱性の高
いプラスチック等のポリマー材料や、フッ素樹脂、シリ
コンなどの樹脂材料、ゴム材料等を使用することができ
る。又、前記軸受荷重測定用ロードセル４１を使用する
環境が、熱影響を防止する環境のみの場合は、保護カバ
ー６のシール装置６６を省略すると共に、該保護カバー
６自体を断熱材料で構成して空間６５を覆う構造とする
こともできる。

【００３３】上述のように、断熱材４７，４８等の耐熱
手段を装備した構成にすると、高温・多湿環境での耐久
性を大幅に向上させることができ、例えば連続鋳造設備
に使用される軸受のように１００℃以上の高温で周囲か
ら水がかかり、水蒸気中に覆われる過酷な使用環境下で
使用される軸受の荷重測定においても、前記軸受荷重測
定用ロードセル４１は入出力信号線接続部の絶縁不良や
歪みゲージの剥がれ等の電気的な故障を発生することな
く、長期に渡って高精度の歪み検出を安定して行うこと
ができる。

【００３４】尚、本発明の軸受荷重測定用ロードセルに
おけるロードセル本体、歪みゲージ、突起部及び保護カ
バー等の構成は、上記各実施形態の構成に限定されるも
のではなく、種々の形態を採りうることは云うまでもな
い。例えば、ロードセル本体の横断面形状は、上記各実
施形態における円形に限らず、四角形、楕円、菱形など
の任意の横断面形状のものを採用することが可能であ
る。又、より高精度の歪み検出を行う為、ロードセル本
体の筒状部の内周面及び外周面の両側に歪みゲージユニ
ットを貼着してホイートストンブリッジ回路を構成する
こともできる。更に、突起部はロードセル本体の両端で
はなく、片側面のみに設けてもよい。

【００３５】

【発明の効果】上述したように、本発明の軸受荷重測定
用ロードセルによれば、歪みゲージの各貼着位置は、ロ
ードセル本体に突設された複数対の突起部と対応した該
ロードセル本体の周面であり、受圧面の相手面の精度が
悪い場合でも、突起部に荷重が集中するため、該突起部
に作用する歪みを歪みゲージにて精度良く検出すること
ができる。

【００３６】また、ロードセル本体の周面に貼着された
歪みゲージや各歪みゲージに接続された複数本の入出力
信号線は、保護カバーにより覆われることで、軸受荷重
測定用ロードセルが高温多湿等の特殊環境で使用される
場合にも、特殊環境の負荷から保護されるので、特殊環
境下での長期間の軸受荷重測定が可能となる。又、前記
入出力信号線が、保護カバーにより覆われた内部配線と
されることで、軸受荷重測定用ロードセルを軸受装置内
に組み込む際、断線等の故障を起こす可能性がなく、取
扱い性が良くなる。従って、製作性や取り扱い性に優
れ、高温多湿等の特殊環境でも長期間に亘って軸受の荷
重を測定することができる良好な軸受荷重測定用ロード
セルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る軸受荷重測定用ロ
ードセルの一部破断斜視図である。

【図２】図１に示したロードセルに組み込まれた複数の
歪みゲージで構成されたホイートストンブリッジ回路の
配線接続図である。

【図３】図１に示したロードセルを圧延機等に使用され
るロールネック軸受装置に組み付けた状態を示す要部縦
断面図である。

【図４】図３に示したロールネック軸受装置のIV−IV線
に沿う断面図である。

【図５】図３に示したロールネック軸受装置に組み付け
るロードセルの組付け数を４個とした場合の配置例を示
す縦断面図及びＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る軸受荷重測定用ロ
ードセルの縦断面図である。

【図７】図６に示した軸受荷重測定用ロードセルの平面
図である。

【図８】図６に示したロードセルに組み込まれた複数の
歪みゲージで構成されたホイートストンブリッジ回路の
配線接続図である。

【図９】本発明の第３実施形態に係る軸受荷重測定用ロ
ードセルの縦断面図である。

【符号の説明】

１ 軸受荷重測定用ロードセル ２ ロードセル本体 ２ａ，２ｂ 受圧面 ２ｐ₁ 〜２ｐ₄ 突起部 ２ｑ₁ 〜２ｑ₄ 突起部 Ａ１〜Ａ８ アクティブ歪みゲージ Ｄ１〜Ｄ８ ダミー歪みゲージ Ｇ₁ 〜Ｇ₄ 歪みゲージユニット ６ 保護カバー １１ ホイートストンブリッジ回路 １２ 入出力信号ケーブル １３ 入出力信号線 ２１ 筒状部 ３０ ロール ３１ 転がり軸受 ３２ ハウジング ６５ 空間 ６６ シール装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受圧面が設定されたロードセル本体を軸
   受装置内に配置し、該ロードセル本体の周面に貼着され
   た複数の歪みゲージでホイートストンブリッジ回路を構
   成することで、軸受に作用する荷重による前記ロードセ
   ル本体の変形を電気抵抗の変化に変換し、荷重に比例し
   た抵抗変化による出力を検出する軸受荷重測定用ロード
   セルであって、 前記ロードセル本体の受圧面が、ロードセル本体の軸線
   方向に沿って突設された複数対の突起部に設定されると
   共に、 前記歪みゲージが、複数対の前記突起部と対応してロー
   ドセル本体の周面に貼着され、保護カバーにより覆われ
   ていることを特徴とする軸受荷重測定用ロードセル。