JP2007147346A - 歪みゲージ式荷重計及びシャシーダイナモメータ - Google Patents

Abstract

【課題】歪みゲージ式荷重計における温度の不均一の発生を抑制し、荷重計測精度を向上する。
【解決手段】アーム４から加わる荷重を計測する荷重変換部５１のアーム４との連結を、上端に設けたボールジョイントでアーム４に連結した上部放熱部５２１と、上部放熱部５２１の下端に上端が連結し、荷重変換部５１の上部に下端が連結した上部断熱部５２２とを介して行う。また、下端に設けたボールジョイントでベース１に連結した下部放熱部５３１と、下部放熱部５３１の上端に下端が連結し、荷重変換部５１の下部に上端が連結した下部断熱部５３２とを介して、荷重変換部５１をベース１上に支持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷重を測定する歪みゲージ式荷重計及び当該歪みゲージ式荷重計を用いたシャシーダイナモメータの測定精度を向上する技術に関するものである。

荷重を測定する歪みゲージ式荷重計としては、歪みに応じて抵抗値が変化する歪みゲージと、歪みゲージの抵抗値の温度変化を補償するための温度補償用抵抗とを含めたホイートストンブリッジ回路を用いた歪みゲージ式荷重計が知られている（たとえば、特許文献１）。
また、歪みゲージ式荷重計を備えたシャシーダイナモメータとしては、車両駆動輪に対して路面を模擬するローラと、前記ローラを回転駆動する、揺動可能に設けられたモータ（ダイナモメータ）と、前記モータに連結したアームと、歪みゲージ式荷重計とを備え、車両駆動輪とローラとの間に作用する力を、モータの揺動に伴ってモータに連結したアームから歪みゲージ式荷重計に加わる荷重として計測するシャシーダイナモメータが知られている（たとえば、特許文献２）。
特開平11-201838号公報 特開平09-257656号公報

前記特許文献１記載のような歪みに応じて抵抗値が変化する歪みゲージと、温度補償用抵抗とを含めたホイートストンブリッジ回路を用いた歪みゲージ式荷重計では、歪みゲージの温度と、温度補償用抵抗の温度が急激に変化する場合には、温度補償用抵抗によって正しく歪みゲージの抵抗値の温度変化を補償することができなくなり、荷重計測の精度が劣化してしまうことになる。また、温度補償用抵抗を備えていないホイートストンブリッジ回路を用いた歪みゲージ式荷重計においても、複数の歪みゲージを含めてホイートストンブリッジ回路を構成する場合にも、各歪みゲージの温度の相違は、荷重計測の精度の劣化を招くことになる。

一方、前記特許文献２記載のような、アームから加わる荷重を計測する歪みゲージ式荷重計を用いたシャシーダイナモメータでは、歪みゲージ式荷重計の、可動部であるダイナモメータに連結しているアーム側部分の温度が他の部分より高くなる。そして、このために、従来のシャシーダイナモメータでは、歪みゲージ式荷重計内の温度不均一が生じ、歪みゲージ間や、歪みゲージと温度補償用抵抗間の温度差によって測定精度が劣化するという問題が生じていた。

そこで、本発明は、歪みゲージ式荷重計における温度の不均一の発生を抑制し、荷重計測精度を向上することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、荷重を計測する歪みゲージ式荷重計に、荷重を、当該荷重の大きさを表す信号に変換する荷重変換部と、荷重受部で受けた荷重を前記荷重変換部に伝達する、前記荷重変換部に連結された荷重伝達部とを備えたものである。ここで、前記荷重伝達部は、前記荷重受け部から前記荷重変換部への熱移動に対する断熱性を備えたものである。

より具体的には、たとえば、前記荷重伝達部は、放熱フィンを備えたものとしてよい。または、前記荷重伝達部は、低熱伝導性を有する素材を用いて形成してもよい。または、前記荷重伝達部は、前記荷重受部と前記荷重変換部との間に直列に配置された、放熱フィンを備えた第１荷重伝達部と、当該第１荷重伝達部に連結した低熱伝導性を有する素材を用いて形成された第２荷重伝達部とを含んで構成されるものであってもよい。

このような歪みゲージ式荷重計によれば、荷重を計測する非計測体から荷重受部に伝わる熱の荷重変換部への移動は、荷重伝達部によって遮断または緩慢化される。したがって、非計測体からの熱移動による影響を抑制して、荷重変換部の全体の温度をより均一化することができ、より精度よく、荷重変換部において荷重の測定を行えるようになる。

ここで、以上の歪みゲージ式荷重計は、さらに、前記荷重変換部を、当該歪みゲージ式荷重計の設置面上に支持する支持部を備えたものとしてもよい。ここで、この場合には、前記支持部は、前記設置面から前記荷重変換部への熱移動に対する断熱性を備えているものとすることが好ましい。

より具体的には、たとえば、前記支持部は、放熱フィンを備えたものとしてよい。または、前記支持部は、低熱伝導性を有する素材を用いて形成するようにしてもよい。または、前記支持部は、前記接地面と前記荷重変換部との間に直列に配置された、放熱フィンを備えた第１支持部と、当該第１支持部に連結した低熱伝導性を有する素材を用いて形成された第２支持部とを含んで構成されるものであってよい。

このような歪みゲージ式荷重計によれば、荷重を計測する非計測体から荷重受部に伝わる熱の荷重変換部への移動は、断熱性を備えた荷重伝達部によって遮断または緩慢化される。また、接地面から荷重変換部への熱の移動も断熱性を備えた支持部によって遮断または緩慢化される。したがって、非計測体や接地面からの熱移動による影響を抑制して、荷重変換部の全体の温度をより均一化することができ、より精度よく、荷重変換部において荷重の測定を行えるようになる。

なお、以上のような歪みゲージ式荷重計の前記荷重変換部は、たとえば、前記荷重伝達部から伝達された荷重によって変形するブロックと、当該ブロックに固着された歪みゲージとを含んで構成されるものである。また、この場合には、前記荷重変換部に、さらに、前記歪みゲージの温度補償を行う温度補償部を備えることも好ましい。

また、以上のような歪みゲージ式荷重計を用いて、当該歪みゲージ式荷重計と、当該歪みゲージ式荷重計を収容したケースと、当該ケース内の空気を強制的に循環させる循環装置とより荷重検出装置を構成するようにしてもよい。このようにすることにより、ケース内の空気を媒体として、荷重変換部の温度分布をより均一にすることができる。

また、以上のような歪みゲージ式荷重計は、たとえば、シャシーダイナモメータを構成するために適用することができる。すなわち、以上の歪みゲージ式荷重計と、車両駆動輪に対して路面を模擬するローラと、揺動可能に設けられた、前記ローラにモータ軸が連結したモータと、前記モータに連結したアームとを備えてシャシーダイナモメータを構成するようにしてもよい。なお、この場合には、前記歪みゲージ式荷重計の荷重伝達部の前記荷重受部は、前記アームに連結されることになる。

以上のように、本発明によれば、歪みゲージ式荷重計における温度の不均一の発生を抑制し、荷重計測精度を向上することができる。

以下、本発明の実施形態について自動二輪車用のシャシーダイナモメータへの適用を例にとり説明する。
図１に、本実施形態に係るシャシーダイナモメータの構成を示す。ここで、図１ａはシャシーダイナモメータの正面模式図を、図１ｂはシャシーダイナモメータの側面模式図を、図１ｃはシャシーダイナモメータの上面模式図を示している。
図示するようにシャシーダイナモメータは、ベース１、試験車両の駆動輪が載せ置かれるローラ２、ローラ２の軸に回転軸が連結したモータ３、モータ３に固定されたアーム４、アーム４から加わる荷重を計測する歪みゲージ式荷重計５とを有している。また、ローラ２とモータ３は、ベース１に固定された支柱６によって回動可能に各々の軸が支持されている。

このような構成において、試験車両の駆動輪とローラ周面間で作用するトルクに応じて、支柱６に回動可能に軸が支持されているモータ３は揺動し、この揺動に伴い回転するアーム４から歪みゲージ式荷重計５に荷重が加えられる。したがって、歪みゲージ式荷重計５で検出した荷重より、試験車両の駆動輪とローラ周面間で作用する力を算出することができる。

次に、図２ａに、歪みゲージ式荷重計５の構成を示す。
図示するように、歪みゲージ式荷重計５は、荷重変換部５１、荷重変換部５１の上部に連結した上部連結部５２と、荷重変換部５１の下部に連活した下部連結部５３とを有する。
そして、上部連結部５２は、上端に設けたボールジョイントでアーム４に連結した上部放熱部５２１と、上部放熱部５２１の下端に上端が連結し、荷重変換部５１の上部に下端が連結した上部断熱部５２２とを有する。また、下部連結部５３は、下端に設けたボールジョイントでベース１に連結した下部放熱部５３１と、下部放熱部５３１の上端に下端が連結し、荷重変換部５１の下部に上端が連結した下部断熱部５３２とを有する。

そして、上部放熱部５２１と、下部放熱部５３１には、複数の放熱フィン５４が設けられている。また、上部断熱部５２２と下部断熱部５３２は、素材としてステンレスなどの熱伝導性の比較的低い素材を用いて構成されている。
そして、このような上部放熱部５２１、上部断熱部５２２によって、荷重変換部５１とアーム４との間の熱移動が遮断または緩慢化され、下部放熱部５３１、下部断熱部５３２荷重変換部５１とベース１との間の熱移動が遮断または緩慢化されるようになっている。
次に、図２ｂと図２ｃを用いて荷重変換部５１の構成を示す。
図２ｂに示すように荷重変換部５１は、上部に上部断熱部５２２が連結した上部ブロック５１１と、下部に下部断熱部５３２が連結した下部ブロック５１２と、下部ブロック５１２の下方に設けられた、荷重変換部５１の入出力端子などを収容した入出力ブロックケース５１３と、上部ブロック５１１に固着された４つの歪みセンサＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４と、入出力ブロックケース５１３内に設けられた温度補償用抵抗ＲＴとを有する。そして、上部ブロック５１１は、アーム４から、上部放熱部５２１、上部断熱部５２２を介して上部ブロック５１１に加わる荷重によって変形する。また、この上部ブロック５１１の変形に応じて上部ブロック５１１に固着された４つの歪みセンサＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が歪み、当該４つの歪みセンサＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の抵抗値が変化する。

また、計４つの歪みセンサＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４と、温度補償用抵抗ＲＴは、たとえば図２ｃに示すようなホイートストンブリッジ回路を構成しており、図中Ｅの入力電圧を加えると、出力電圧Ｖが、計４つの歪みセンサＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の抵抗値の変化に応じて変化する。また、このようなホイートストンブリッジ回路において、温度補償用抵抗ＲＴは、自身の温度に応じて抵抗値を変化し、歪みセンサＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の抵抗値の温度変化分の温度補償を行う。ただし、温度補償用抵抗ＲＴは、自身の温度と、歪みセンサＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の温度が等しい場合に、正しく温度補償を行うように設定されている。

以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のように、本実施形態によれば、荷重変換部５１の上部ブロック５１１を、アーム４との間の熱移動を遮断または緩慢化する作用を有する上部連結部５２を用いてアーム４に連結すると共に、荷重変換部５１の下部ブロック５１２を、ベース１との間の熱移動を遮断または緩慢化する作用を有する下部連結部５３を用いてベース１に連結しているので、荷重変換部５１の上部ブロック５１１と下部ブロック５１２との間に急激な温度変化が生じることがない。したがって、アーム４とベース１との温度差や、アーム４やベース１の温度変化の、荷重変換部５１への影響を遮断または緩慢化し、上部ブロック５１１と下部ブロック５１２を含む荷重変換部５１の全体の温度を均一化することができる。そして、これにより、歪みセンサＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、温度補償用抵抗ＲＴの温度を均一化し、荷重変換部５１において精度よく、アーム４から加わる荷重を計測することができるようになる。

なお、以上の実施形態は、図３に示すように歪みゲージ式荷重計５全体をケース３０１内に収めると共に、ケース３０１にケース３０１内の空気を強制的に循環させるファン３０２を設けるようにしてもよい。このようにすることによりケース３０１内の空気を媒体として、荷重変換部５１の温度分布をより均一にすることができる。

また、以上では、自動二輪車用のシャシーダイナモメータへの適用を例にとり説明したが、本実施形態に係る歪みゲージ式荷重計５の温度を均一化する技術は、自動４輪車用のシャシーダイナモメータの他、歪みゲージ式荷重計を用いる任意の装置に適用可能である。

本発明の実施形態に係るシャシーダイナモメータの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る歪みゲージ式荷重計の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る歪みゲージ式荷重計の応用例を示す図である。

符号の説明

１…ベース、２…ローラ、２…支柱、３…モータ、４…アーム、５…歪みゲージ式荷重計、６…支柱、５１…荷重変換部、５２…上部連結部、５３…下部連結部、５４…放熱フィン、３０１…ケース、３０２…ファン、５１１…上部ブロック、５１２…下部ブロック、５１３…入出力ブロックケース、５２１…上部放熱部、５２２…上部断熱部、５３１…下部放熱部、５３２…下部断熱部。

Claims (12)

1. 荷重を計測する歪みゲージ式荷重計であって、
   荷重を、当該荷重の大きさを表す信号に変換する荷重変換部と、
   荷重を受ける荷重受部を備え、当該荷重受部で受けた荷重を前記荷重変換部に伝達する、前記荷重変換部に連結された荷重伝達部とを備え、
   前記荷重伝達部は、前記荷重受部から前記荷重変換部への熱移動に対する断熱性を備えていることを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
2. 請求項１記載の歪みゲージ式荷重計であって、
   前記荷重伝達部は、放熱フィンを備えていることを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
3. 請求項１記載の歪みゲージ式荷重計であって、
   前記荷重伝達部は、低熱伝導性を有する素材を用いて形成されていることを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
4. 請求項１記載の歪みゲージ式荷重計であって、
   前記荷重伝達部は、前記荷重受部と前記荷重変換部との間に直列に配置された、放熱フィンを備えた第１荷重伝達部と、当該第１荷重伝達部に連結した低熱伝導性を有する素材を用いて形成された第２荷重伝達部とを有することを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
5. 請求項１、２、３または４記載の歪みゲージ式荷重計であって、
   前記荷重変換部を、当該歪みゲージ式荷重計の設置面上に支持する支持部を有し、
   前記支持部は、前記設置面から前記荷重変換部への熱移動に対する断熱性を備えていることを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
6. 請求項５記載の歪みゲージ式荷重計であって、
   前記支持部は、放熱フィンを備えていることを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
7. 請求項５記載の歪みゲージ式荷重計であって、
   前記支持部は、低熱伝導性を有する素材を用いて形成されていることを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
8. 請求項５記載の歪みゲージ式荷重計であって、
   前記支持部は、前記接地面と前記荷重変換部との間に直列に配置された、放熱フィンを備えた第１支持部と、当該第１支持部に連結した低熱伝導性を有する素材を用いて形成された第２支持部とを有することを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
9. 請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の歪みゲージ式荷重計であって、
   前記荷重変換部は、前記荷重伝達部から伝達された荷重によって変形するブロックと、当該ブロックに固着された歪みゲージとを有することを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
   
10. 請求項９記載の歪みゲージ式荷重計であって、
    前記荷重変換部は、前記歪みゲージの温度補償を行う温度補償部を有することを特徴とする歪みゲージ式荷重計。
    
11. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０記載の歪みゲージ式荷重計と、当該歪みゲージ式荷重計を収容したケースと、当該ケース内の空気を強制的に循環させる循環装置とを備えたことを特徴とする荷重検出装置。
    
12. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１記載の歪みゲージ式荷重計と、車両駆動輪に対して路面を模擬するローラと、揺動可能に設けられた、前記ローラにモータ軸が連結したモータと、前記モータに連結したアームとを有し、前記歪みゲージ式荷重計の荷重伝達部の前記荷重受部は、前記アームに連結していることを特徴とするシャシーダイナモメータ。