JP2009198274A - Pin-type load cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機械部品等に印加される荷重を高精度に検出できるピン型ロードセルに関する。 The present invention relates to a pin type load cell that can detect a load applied to a machine part or the like with high accuracy.
機械を構成する各機械部品が受ける荷重または力を検出する技術として、各部品を結合するための回動支軸のジョイントピン自体に図12に示す歪み測定用センサ106、107を組込んだピン型ロードセルが公知となっている(特許文献1の第1図、第3図参照)。なお、図12は、従来のピン型ロードセルにおける測定用センサ106、107を設置した検出ブロック101の斜視図である。
このピン型ロードセルとは、ピン109の内部に挿入される検出ブロック101に設置された歪み測定用センサ106、107によって、ピン109の変形すなわち機械への負荷荷重を検出する技術である。
As a technique for detecting the load or force received by each machine component constituting the machine, a pin in which the
The pin type load cell is a technique for detecting deformation of the pin 109, that is, a load applied to the machine, by the
例えば、油圧ショベルのバケットとアームを連結させるジョイントピンをピン型ロードセルとして、掘削力測定、作業量測定などに用いられる。
歪み測定用センサ106、107としては、一般的に広く使用されている金属抵抗式歪みゲージ、特許文献2に示されるような半導体歪みセンサなどがある。半導体歪みセンサは、歪み感応抵抗体として単結晶シリコン基板に不純物を導入した不純物拡散抵抗を用いたものであり、高感度、低ドリフト、アンプ内蔵などの特徴がある。
Examples of the
ところで、従来のピン型ロードセルとしては、ピン109の中立軸に設けられた穴の内壁に歪みゲージを接着する構造(特許文献3の段落0002、図2参照)や、図12に示すピン109の穴内部に歪みゲージ106、107が接着された検出ブロック101を挿入する構造がある。
前者のピン109の穴の内壁に歪みゲージを接着する技術は、深い穴の内壁に直接歪みゲージを接着する必要があるため、製造が困難で特殊な装置が必要となり、製造コストが高騰するという問題がある。
一方、後者のピン109の穴内部に歪みゲージが接着された検出ブロック101を挿入する技術は、ピン109の変形を検出ブロック101に伝達させるために、ピン109の内壁と検出ブロック101の表面とが面で接する構造となっている。
By the way, as a conventional pin type load cell, a structure in which a strain gauge is adhered to an inner wall of a hole provided in a neutral shaft of the pin 109 (see paragraph 0002 of FIG. 2 and FIG. 2), or a pin 109 shown in FIG. There is a structure in which a
The technique of bonding the strain gauge to the inner wall of the hole of the former pin 109 requires that the strain gauge be bonded directly to the inner wall of the deep hole, which makes it difficult to manufacture and requires a special device, which increases the manufacturing cost. There's a problem.
On the other hand, in the latter technique of inserting the
そのため、歪みゲージ106、107の配線106h、107hを外部に引き出すための穴101aや歪みゲージ106、107を設置するための窪み101bを検出ブロック101に加工する必要があり、前者の技術と同様、製造コストが高騰する。
本発明は、上記実情に鑑み、安価かつ信頼性の高いピン型ロードセルを提供することにある。
Therefore, it is necessary to process the
In view of the above circumstances, the present invention is to provide an inexpensive and highly reliable pin type load cell.
上記の目的は、歪み測定用センサが接着された歪み検出用の検出棒をピン内壁に線で接するように配置し、ピンと検出棒の間隙に樹脂を充填することにより達成される。
すなわち、本発明のピン型ロードセルは、中心軸を含む領域に設けられた穴を有し、荷重が印加されるピンと、穴の内壁に線で接するように設けられる歪み検出棒と、歪み検出棒に設置され、入出力用配線を有する歪み測定用センサと、歪み検出棒とピンの間に設けられ、歪み測定用センサを覆うとともに入出力用配線が挿通する樹脂とを備えている。
The above-described object is achieved by arranging a strain detection detection rod, to which a strain measurement sensor is bonded, in contact with the inner wall of the pin by a line, and filling a resin in a gap between the pin and the detection rod.
That is, the pin type load cell of the present invention has a hole provided in a region including the central axis, a pin to which a load is applied, a strain detection rod provided so as to contact the inner wall of the hole with a line, and a strain detection rod And a strain measurement sensor having an input / output wiring, and a resin provided between the strain detection rod and the pin, covering the strain measurement sensor and through which the input / output wiring is inserted.
この本発明により、検出棒がピン内壁に線で接するため、面で接する場合と同様、検出棒とピンの接触部からピンの変形を検出棒に伝達させることができる。検出棒はピンに線接触しているため、ピンと検出棒の間の線接触部間にセンサやその配線の設置スペースが確保でき、センサからの配線を外部に引き出すための穴やセンサを設置するための窪みが不必要で単純な構造となり、低コスト化が可能である。
また、ピンと検出棒の間隙に樹脂を充填することにより、外部からの水分の浸入や異物の侵入が防止され、耐候性が向上する。
According to the present invention, since the detection rod is in contact with the inner wall of the pin with a line, the deformation of the pin can be transmitted from the contact portion between the detection rod and the pin to the detection rod as in the case of contact with the surface. Since the detection rod is in line contact with the pin, it is possible to secure a space for installing the sensor and its wiring between the line contact portions between the pin and the detection rod, and to install a hole and sensor for drawing the wiring from the sensor to the outside Therefore, a hollow structure is unnecessary and a simple structure can be obtained, and the cost can be reduced.
Further, by filling the gap between the pin and the detection rod with resin, entry of moisture from the outside and entry of foreign matter are prevented, and weather resistance is improved.
本発明によれば、安価かつ信頼性の高いピン型ロードセルを実現できる。 According to the present invention, an inexpensive and highly reliable pin type load cell can be realized.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
<<第1実施形態>>
図1(a)は、第1実施形態のピン型ロードセル10の正面図であり、図1(b)は、 図1(a)に示すピン型ロードセル1の右側面図であり、図1(c)は、図1(a)に示すピン型ロードセル10の左側面図であり、図1(d)は図1(b)のピン型ロードセル10のA−A線断面図である。
図1に示す第1実施形態のピン型ロードセル10は、機械部品をジョイントピンにより連結する機構を持つ機械にジョイントピンとして適用され、ジョイントピンに印加されるせん断力等を測定するものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
<< First Embodiment >>
FIG. 1A is a front view of the pin
A pin
ピン型ロードセル10の適用例としては、例えば、図3に示す油圧ショベルのバケット81とアーム84、85とを連結するジョイントピン82、83に適用されたり、図4に示すロボットのハンド91a、91bをアーム94に連結するためのジョイントピン92、93に適用されている。
図3、図4は、ピン型ロードセル10の適用例を示した図である。
As an application example of the pin
3 and 4 are diagrams showing application examples of the pin
図3(a)は、油圧ショベルの掘削用のバケット81とバケット81をジョイントピン82、83を介して支持するとともにバケット81の矢印方向の掘削作業の回動動作を動作制御するアーム84、85とを示した側面図であり、図3(b)は、図3(a)のバケット81とアーム84の連結部廻りのB方向矢視拡大図である。
FIG. 3A shows a hydraulic
また、図4は、建設現場、工場内で使用される作業ロボットのハンド91a、91bと該ハンド91a、91bをジョイントピン92、93を介して支持するとともに91a、91bの矢印方向の把持作業のハンド回動動作を動作制御するアーム94とを示した側面図である。
Further, FIG. 4 shows the
図1に示すピン型ロードセル10を、油圧ショベルのジョイントピン82(図3(b)参照)に適用した場合、ピン型ロードセル10は、バケット81とアーム84とを連結する役目をしているため、アーム84とバケット81とがそれぞれ上下に移動しようとすることにより、ピン型ロードセル10(ジョイントピン82)にバケット81およびバケット81で掘削した土等の重量の荷重F1(図3(b)中、下向き白抜き矢印で示す)が下向きに加わり、一方、バケット81を支持するアーム84には、該荷重F1に釣り合う上向きの力F1(図3(b)中、上向き白抜き矢印で示す)が加わるので、ピン型ロードセル10(ジョイントピン82)には、アーム84からの上向きの力F1が加わることになる。
When the pin
従って、これらの力F1によってジョイントピン82、すなわち、ピン型ロードセル10に発生するせん断力を、センサ6、7によって測定することができる。
このピン型ロードセル10は、図1に示すように、略円柱状のピン1と、ピン1内部に挿入され、歪み検出用のセンサ6、7が設置される検出棒4、5とを備え構成されている。
ピン型ロードセル10のピン1は、例えば、構造用炭素鋼(S45C)を用いて製造され、図1(a)、図1(b)、図1(c)に示すように、略円柱状の外形状を有するとともに、内部に金属抵抗式歪みゲージ等のセンサ6、7が埋設される箇所が短径となった円柱状の外周溝1m1、1m2が設けられている。
Therefore, the shear force generated in the
As shown in FIG. 1, the pin
The pin 1 of the pin
そして、ピン1の中心軸であって、かつ、曲げ変形の軸となる中立軸の両側部には、図1(a)、図1(b)、図1(c)に示すように、丸穴である半貫通孔2、3が、それぞれ両端縁から中央部付近まで穿設されている。
丸穴の半貫通孔2、3内にそれぞれ挿入される歪み検出用の検出棒4、5は、図1(b)、図1(c)、図2に示すように、半貫通孔2、3のピン内周壁面2n、3nの内径に略等しい寸法の対角線をもつ正方形の横断面を有するステンレス鋼等の長形の角柱状の棒状部材である。なお、図2は、センサ6が取り付けられた検出棒4およびセンサ7が取り付けられた検出棒5を示す斜視図である。
As shown in FIG. 1 (a), FIG. 1 (b), and FIG. 1 (c), a round shaft is provided on both sides of the neutral shaft that is the central axis of the pin 1 and is the axis of bending deformation. Half through-
As shown in FIGS. 1 (b), 1 (c), and 2, the
図2に示すように、検出棒4の一面には、電圧入出力用の配線6hが接続されるセンサ6が、例えば、エポキシ系等の接着剤を用いて接着されており、同様に、検出棒5の一面には、電圧入出力用の配線7hが接続されるセンサ7が、例えば、エポキシ系等の接着剤を用いて接着されている。
図1(d)に示すように、歪み検出用の検出棒4、5が、それぞれ半貫通孔2、3内に挿入された際、外周溝1m1、1m2に対応する箇所の平面には、センサ6、7が、例えば、エポキシ系等の接着剤を用いて接着されている。このセンサ6、7からは、電圧入出力用の配線6h、7hがピン型ロードセル10の外部に引き出されている。
As shown in FIG. 2, a
As shown in FIG. 1 (d), when the
ここで、センサ6、7としては、金属抵抗式歪みゲージ、半導体歪みセンサ等が適用可能であり、この半導体歪みセンサは、歪み感応抵抗体として単結晶シリコン基板に不純物を導入した不純物拡散抵抗を用いたものであり、高感度、低ドリフト、内部に増幅回路を有するアンプ内蔵等の特徴がある。なお、低ドリフトとは、経時的な出力変動が少ないとともに、温度変化に対する出力変動が少ない、すなわち、経時ドリフトおよび温度ドリフトが低いことである。
ピン型ロードセル10の寸法は、例えば、ピン1の径は、8.5cmであり、その長さは25cmである。
Here, as the
As for the dimensions of the pin
上述したように、ピン型ロードセル10は、歪み検出用の検出棒4、5の横断面の正方形の対角線が半貫通孔2、3のピン内周壁面2n、3nの内径に略等しいことから、半貫通孔2、3の内部に、歪み検出用の検出棒4、5が、半貫通孔2、3を形成するピン内周壁面2n、3nに線で接触し挿入されている。
ここで、図1(a)、(b)に示すように、検出棒4がピン1の半貫通孔2に挿入された際、半貫通孔2のピン内周壁面2nに接触する接触部4bの接触線4b1は、角柱の4辺(図1(b)、図2参照)であり、この4辺が接触する部位は、図2に示す検出棒4における少なくともセンサ6がある部位A若しくはセンサ6を挟む2つの部位Bであり、検出棒4の接触部4bの4辺の接触線4b1は、ピン1の軸芯1o(図1参照)に対して平行となっている。
As described above, the pin-
Here, as shown in FIGS. 1A and 1B, when the
同様に、図1(a)、(c)に示すように、検出棒5がピン1の半貫通孔3に挿入された際、半貫通孔3のピン内周壁面3nに接触する接触部5bの接触線5b1は、角柱の4辺(図1(c)、図2参照)であり、この4辺が接触する部位は、図2に示す検出棒5における少なくともセンサ7がある部位A若しくはセンサ7を挟む2つの部位Bであり、検出棒5の接触部5bの4辺の接触線5b1は、ピン1の軸芯1o(図1参照)に対して平行となっている。
図1(d)に示すように、ピン1の外周溝1m1、1m2の内部において、検出棒4、5のそれぞれの正方形の横断面の一辺を成す平面上にセンサ6、7が配置されることから、図1(b)、図1(c)に示すように、検出棒4、5がピン内周壁面2n、3nに線で接する構造により、検出棒4、5とピン内周壁面2n、3n間には接触部4b、5bと間隙4a、5aができる。
Similarly, as shown in FIGS. 1A and 1C, when the
As shown in FIG. 1 (d), the
そして、図1(b)に示すように、ピン型ロードセル10の一つの間隙4a1には、センサ6が配設されるとともにセンサ6の配線6hが外部に延在し、また、図1(c)に示すように、ピン型ロードセル10の一つの間隙5a1には、センサ7が配設されるとともにセンサ7の配線7hが外部に延在している。
また、図1(b)に示すように、ピン型ロードセル10のセンサ6およびその配線6hが外部に延在するピン1と検出棒4間の間隙4aには、樹脂J1が充填されており、また、図1(c)に示すように、ピン型ロードセル10のセンサ7およびその配線7hが外部に延在するピン1と検出棒5間の間隙5aには、樹脂J2が充填されている。なお、樹脂J1、J2としては、様々な樹脂が適宜、選択可能であるが、水に強く、経年変化が少ないエポキシ系樹脂が望ましい。
As shown in FIG. 1B, the
As shown in FIG. 1 (b), the
なお、検出棒4、5のピン1への固定をより強化するには、検出棒4、5をそれぞれピン1の半貫通孔2、3に圧入したり、ピン1を高温に加熱し膨張させピン1内に検出棒4、5を挿入した後に冷却する焼ばめ等を行うことができる。
前記したように、ピン型ロードセル10を、図3に示す油圧ショベルのジョイントピン82に適用した場合、ピン型ロードセル10は、バケット81とアーム84とを連結する役目をしているため、図3(b)に示すように、アーム84とバケット81とがそれぞれ上下に移動しようとすることにより、ピン型ロードセル10(ジョイントピン82)にバケット81およびバケット81で掘削した土等の重量の荷重F1(図3(b)中、下向きの白抜き矢印で示す)が下向きに加わり、一方、バケット81を支持するアーム84には、該荷重F1に釣り合う上向きの力F1(図3(b)中、上向きの白抜き矢印で示す)が加わるので、ピン型ロードセル10(ジョイントピン82)には、アーム84からの力F1が上向きに加わることになる。
In order to further strengthen the fixing of the
As described above, when the pin
従って、図3(b)に示すように、ジョイントピン82であるピン型ロードセル10には、バケット81から印加される力F1がバケット81を支持する両側部に下向きに加わり、また、アーム84から印加されるF1がアーム84を支持する中央部に上向きに加わる。
このように、ピン型ロードセル10のピン1に、荷重F1、F1が反対向きに負荷され、外周溝1m1、1m2がせん断変形する。
図1、図3(b)に示すように、ピン1の外周溝1m1、1m2内のピン中立軸付近にはセンサ6、7が配置されており、このせん断変形による歪みを電気抵抗の変化として検出する。
Therefore, as shown in FIG. 3B, in the pin
As described above, the loads F1 and F1 are applied to the pins 1 of the pin
As shown in FIGS. 1 and 3 (b),
なお、図1(a)、(b)、図2に示すように、ピン1の半貫通孔2のピン内周壁面2nに接触する検出棒4の接触部4bの接触線4b1は、角柱の4辺であるとともに、検出棒4における少なくともセンサ6がある部位A若しくはセンサ6を挟む2つの部位Bであり、かつ検出棒4の接触部4bの4辺の接触線4b1は、ピン1の軸芯1o(図1参照)に対して平行となっているため、ピン1のせん断変形が検出棒4のセンサ6に正確に伝達され、センサ6による正確なせん断変形の検出が可能となっている。
As shown in FIGS. 1 (a), 1 (b), and 2, the contact line 4b1 of the
同様に、図1(a)、(c)、図2に示すように、ピン1の半貫通孔3のピン内周壁面3nに接触する検出棒5の接触部5bの接触線5b1は、角柱の4辺であるとともに、検出棒5における少なくともセンサ7がある部位A若しくはセンサ7を挟む2つの部位Bであり、かつ検出棒5の接触部5bの4辺の接触線5b1は、ピン1の軸芯1o(図1参照)に対して平行となっているため、ピン1のせん断変形が検出棒5のセンサ7に正確に伝達され、センサ7による正確なせん断変形の検出が可能となっている。
Similarly, as shown in FIGS. 1 (a), 1 (c), and 2, the contact line 5b1 of the
ピン1は、荷重F1によってせん断変形とともに曲げ変形も生じるが、曲げ変形による歪みは荷重点の位置によって変化してしまうため,このピン型ロードセル10では、せん断変形による歪みをセンサ6、7によって検出している。
図5は、図3(b)に示すバケット81、アーム84内の回動軸となるピン型ロードセル10内のセンサ6廻りのC部拡大概念図である。
図5に示すように、ピン1の外周溝1m1内に設けるセンサ6は、荷重F1の方向に対し45度傾けて配置することで、せん断変形による歪みεx、εyを検出することができる。
Although the pin 1 causes bending deformation as well as shear deformation due to the load F1, the strain due to the bending deformation changes depending on the position of the load point. Therefore, in the pin
FIG. 5 is an enlarged conceptual view of a portion C around the
As shown in FIG. 5, the
すなわち、ピン1に負荷されるせん断力F1により発生する45度方向の歪みεx、εyをセンサ6により検出するため、センサ6をその方向に感度を持つ向きに配置している。
なお、図5に示すセンサ6は、その正方形の外形状の辺方向の歪み、すなわち歪みεx、εyを検出をできるように構成されている。
ピン1の外周溝1m2に設けるセンサ7も、同様に配置されている。
このように実装されたセンサ6、7の歪みεx、εyに起因する抵抗値の変化を検出した出力信号を、制御部に送信し、該制御部のマイクロコンピュータ等の演算機を用いて演算することで、ピン型ロードセル10の出力信号から、ピン型ロードセル10を適用した図3(a)に示す油圧ショベルのバケット81の掘削力や、図4に示す作業ロボットのハンド91a、91bの把持力等を求めることができる。
That is, in order to detect the strains ε x and ε y in the 45 degree direction generated by the shearing force F1 applied to the pin 1 by the
Note that the
The
An output signal obtained by detecting a change in resistance value caused by the strains ε x and ε y of the
前記構成によれば、検出棒4、5を、それぞれピン1の半貫通孔2、3に挿入する際、図1(b)、図1(c)に示すように、ピン1と検出棒4、5とのそれぞれの接触部4b、5bによって案内されるので、ピン1の中立軸への位置決めが容易である。
また、ピン1に生じた変形を、接触部4b、5bを介して検出棒4、5に伝達させることができる。
また、ピン型ロードセル10に間隙4a、5aが設けられたことにより、センサ6、7およびそれぞれのセンサ6、7から延びる配線6h、7hを、この間隙4a、5aに設置でき、設置スペースが確保できる。そのため、検出棒4、5に、配線6h、7hの引出し用の穴やセンサ6、7の配置用の窪みを加工し、新たに設置スペースを確保する必要が無い。
According to the said structure, when inserting the
Moreover, the deformation | transformation which arose in the pin 1 can be transmitted to the
Further, since the pin-
これにより、ピン型ロードセル10の構造を単純化することができ、低コスト化が図れる。
また、ピン1と検出棒4間の間隙4aによって樹脂J1をセンサ6外面上に容易に注入できるとともに、ピン1と検出棒5間の間隙5aによって樹脂J2をセンサ7外面上に容易に注入できる。そして、この樹脂J1、J2により、検出棒4、5のピン1の内周壁面2n、3nへのそれぞれの固定が強化され、また、樹脂J1、J2によって外部からのピン型ロードセル10内への水分の浸入、埃の侵入等を防止して外気の影響を遮断できるので、センサ6、7の耐候性が向上する。
Thereby, the structure of the pin
Further, the resin J1 can be easily injected onto the outer surface of the
なお、図5においては、センサ6の歪みを検出する感度の方向を荷重F1の方向に対し45度傾けて配置する場合を例示したが、センサ6の歪みを検出する感度の方向を荷重F1の方向に対して非垂直な方向に配置すれば、三角関数を使用しせん断力を演算できるため、センサ6の感度の方向と荷重F1の方向とが非垂直であれば、センサ6を荷重F1に対して配置する角度は、45度に限定されない。
<<第1実施形態の変形形態>>
5 illustrates the case where the direction of the sensitivity for detecting the strain of the
<< Modification of First Embodiment >>
図6は、第1実施形態のピン型ロードセル10の変形形態のピン型ロードセル10'を示したものであり、図6(a)は、第1実施形態の変形形態のピン型ロードセル10'の正面図であり、図6(b)は、図6(a)に示すピン型ロードセル10'の右側面図であり、図6(c)は、図6(b)のD−D線断面図である。
第1実施形態のピン型ロードセル10においては、ピン1の両端縁から中央にかけて半貫通孔2、3を穿孔して、ピン1の両端から検出棒4、5を半貫通孔2、3に2本挿入しているが、変形形態のピン型ロードセル10'は、図6に示すように、ピン1'の中立軸にその一方端側から半貫通孔2'を穿孔し、この一方端側の半貫通孔2'に、センサ6'、7'を設置した検出棒4'を1本挿入し構成されている。
FIG. 6 shows a pin
In the pin
ここで、ピン1'の半貫通孔2'のピン内周壁面2n'に接触する検出棒4'の接触部4b'の接触線4b1'は、角柱の4辺(図6(b)参照)であるとともに、図2と同様に、検出棒4'における少なくともセンサ6'、7'がある部位A'若しくはセンサ6'、7'を挟む2つの部位B'であり、かつ検出棒4'の接触部4b'の4辺の接触線4b1'は、ピン1'の軸芯1o'(図6参照)に対して平行となっている
Here, the contact lines 4b1 ′ of the
これ以外の構成は、第1実施形態と同様であるから、第1実施形態と同様な構成要素には、第1実施形態の符号に'(ダッシ)を付して示し、詳細な説明は省略する。
変形形態のピン型ロードセル10'は、図3に示す油圧ショベルのバケット81とアーム84、85とを連結するジョイントピン82、83等として適用されるものである。
そのため、ピン型ロードセル10'をバケット81とアーム84等に固定するための固定ピン(図示せず)をピン1'に挿通するためのピン固定用孔1k'を、ピン1'の他方端側に穿孔している。
Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment, components similar to those of the first embodiment are indicated by adding “(dash)” to the reference numerals of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. To do.
The modified pin
Therefore, a
この変形形態によれば、ピン型ロードセル10'の一方側に検出棒4'を挿入するとともにピン型ロードセル10'の他方側に検出対象機械への固定のための固定用孔1k'を形成するので、該固定用孔1k'に固定用ピンを挿入することにより、ピン型ロードセル10'の固定を容易に行える。
また、ピン1'の片側から、配線6h、7hを全て引き出せるため、敷線し易い。
また、ピン固定用孔1k'が設けられる場合でも、センサ6'、7'を左右の溝部1m1'、1m2'内に設置できる。
なお、その他の第1実施形態の構成が奏する効果は同様に奏する。
According to this modification, the
Moreover, since all the
Further, even when the
In addition, the effect which the structure of other 1st Embodiment show | plays similarly is show | played.
<<第2実施形態>>
次に、第2実施形態のピン型ロードセル20について、図7を用いて説明する。なお、図7(a)は、第2実施形態のピン型ロードセル20の正面図であり、図7(b)は、図7(a)のE−E線断面図である。
第2実施形態のピン型ロードセル20は、検出棒24を挟んで対向してセンサ26a、26bを対として設け、また、検出棒24を挟んで対向してセンサ26c、26dを対として設けたものである。
<< Second Embodiment >>
Next, the pin
The pin
これ以外の構成は、第1実施形態と同様であるから、第1実施形態と同様な構成要素には、第1実施形態の符号に20の位を付して示し、詳細な説明は省略する。
図7(a)に示す第2実施形態のピン型ロードセル20は、図7(b)に示すように、検出棒24が、正方形の断面形状を有する角棒であり、ピン21の外周溝21m1の内部の4つの平面に、それぞれセンサ26a、26bが対向して配設されるとともにセンサ26c、26dが対向して配設されている。
Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment, components similar to those of the first embodiment are denoted by the reference numeral of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. .
In the pin
ここで、図7(a)、(b)に示すように、ピン21の半貫通孔22のピン内周壁面22nに接触する検出棒24の接触部24bの接触線24b1は、角柱の4辺(図7(b)参照)であるとともに、図2と同様に、検出棒24における少なくともセンサ26a、26b、26c、26dがある部位若しくはセンサ26a、26b、26c、26dを挟む2つの部位であり、かつ検出棒24の接触部24bの4辺の接触線24b1は、ピン21の軸芯21o(図7(a)参照)に対して平行となっている。
Here, as shown in FIGS. 7A and 7B, the contact line 24b1 of the
同様に、ピン型ロードセル20の検出棒25は、正方形の横断面形状を有する長形の角棒であり、ピン21の外周溝21m2の内部の4つの平面に、それぞれ対向して一対のセンサが配設されている。
また、図7(a)、(b)と同様に、ピン21の半貫通孔のピン内周壁面に接触する検出棒25の接触部の接触線は、図7(b)と同様に、角柱の4辺であるとともに、図2と同様に、検出棒25における少なくともセンサ27a、…がある部位若しくはセンサ27a、…を挟む2つの部位であり、かつ検出棒25の接触部の4辺の接触線は、ピン21の軸芯21o(図7(a)参照)に対して平行となっている。
Similarly, the
Similarly to FIGS. 7 (a) and 7 (b), the contact line of the contact portion of the
図7(b)に示すように、直交する2面24m1、24m2にセンサ26a、26cが設置され、また、直交する2面24m3、24m4にセンサ26b、26dが設置されていることで、α1方向の荷重は、センサ26a、26bで検出できるとともに、α2方向の荷重は、センサ26c、26dで検出でき、α1、α2の2方向の荷重をそれぞれ分離して検出可能である。
これらの2つの出力結果から、検出棒24の横断面内の荷重方向と大きさを計算することができる。
As shown in FIG. 7B, the
From these two output results, the load direction and size in the cross section of the
さらに、図7(a)のF部拡大図である図7(c)に示すように、対向する2面24m2、24m4にセンサ26c、26dが設置されていることにより、曲げMによる曲げ変形が起こった場合、センサ26cに曲げMによる出力変動(+)、すなわち伸長歪みと、センサ26dに曲げMによる出力変動(-)、すなわち収縮歪みが生ずる。
そのため、センサ26cの出力結果とセンサ26dの出力結果とを足し合わせて2で割ることにより、測定誤差の原因となるセンサ26cの出力変動(+)とセンサ26dの出力変動(-)とをキャンセルすることができる。
同様に、対向する2面24m1、24m3にセンサ26a、26bが設置されていることで、それぞれの出力結果を足し合わせて,測定誤差の原因となる曲げ変形による出力変動をキャンセルできる。
なお、ピン21の外周溝21m2の内部の検出棒25に関しても、その4つの平面に、それぞれ対向して一対のセンサが配設されるため、同様である。
Further, as shown in FIG. 7C, which is an enlarged view of the F part in FIG. 7A, the
Therefore, adding the output result of the
Similarly, since the
The same applies to the
<<第3実施形態>>
次に、第3実施形態のピン型ロードセル30について、図8を用いて説明する。なお、図8(a)は、第3実施形態のピン型ロードセル30の正面図であり、図8(b)は、図8(a)のG−G線断面図であり、図8(c)は、図8(b)と異なる変形形態の図8(a)のG−G線断面図である。
第1実施形態のピン型ロードセル10の検出棒4、5および第2実施形態のピン型ロードセル20の検出棒24、25は、図1(b)、図7(b)に示すように、正方形の断面形状を有する場合を例示したが、検出棒は、ピン1に設けられた半貫通孔2、3に線で接する形状であればよく、図8(b)に示すピン型ロードセル30のような四角形以外の多角形の検出棒34が半貫通孔32の内周壁面32nに接する構造でもよい。
<< Third Embodiment >>
Next, the pin
As shown in FIGS. 1B and 7B, the
図8(a)、(b)に示すように、ピン31の半貫通孔32のピン内周壁面32nに接触する検出棒34の接触部34bの接触線34b1は、多角柱の各辺であるとともに、図2と同様に、検出棒34における少なくともセンサ36がある部位若しくはセンサ36を挟む2つの部位であり、かつ検出棒34の接触部34bの各辺の接触線34b1は、ピン31の軸芯31o(図8(a)参照)に対して平行となっている。
同様に、図8(a)、(b)に示すように、ピン31の半貫通孔33のピン内周壁面33nに接触する検出棒35の接触部の接触線は、多角柱の各辺であるとともに、図2と同様に、検出棒35における少なくともセンサ37がある部位若しくはセンサ37を挟む2つの部位であり、かつ検出棒35の接触部の各辺の接触線は、ピン31の軸芯31o(図8(a)参照)に対して平行となっている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the contact line 34b1 of the
Similarly, as shown in FIGS. 8A and 8B, the contact line of the contact portion of the
また、図8(c)に示すように、円形状の横断面を有する検出棒34'が、ピン31'の角穴状の半貫通孔32'の内周壁面32n'に接する構造などでもよい。
ここで、図8(a)、(c)に示すように、ピン31'の半貫通孔32'のピン内周壁面32n'に接触する検出棒34'の接触部34b'の接触線34b1'は、図8 (c)に示す検出棒34'の断面において垂直に交わる直径の線と検出棒34'の外周面との交点である一対毎に対向する4つの点であるとともに、図2と同様に、検出棒34'における少なくともセンサ36'がある部位若しくはセンサ36'を挟む2つの部位であり、かつ検出棒34'の接触部34'bの接触線34b1'は、ピン31'の軸芯31o'(図8(a)参照)に対して平行となっている。
Further, as shown in FIG. 8 (c), the
Here, as shown in FIGS. 8A and 8C, the contact line 34b1 ′ of the
なお、前記の図7(b)に示すように、センサ36、36'(図8(b)、図8(c)参照)に対向してセンサを設けることで、2方向の荷重をそれぞれ分離して検出することが可能であり、対向して設けたセンサの出力結果を足し合わせて、測定誤差の原因となる曲げ変形による出力変動をキャンセルできる。
これ以外の構成は、第1実施形態と同様であるから、第1実施形態と同様な構成要素には、第1実施形態の符号に30の位または30の位の符号に'(ダッシ)を付して示し、詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 7 (b), the sensors are provided facing the
Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment, components similar to those of the first embodiment have a sign of 30 in the sign of the first embodiment or '(dash) in the sign of the thirty place. A detailed description will be omitted.
<<第4実施形態>>
次に、第4実施形態のピン型ロードセル(図示せず)について、図9を用いて説明する。なお、図9は、第4実施形態のピン型ロードセル検出棒44の斜視図である。
第4実施形態のピン型ロードセル(図示せず)は、第1実施形態から第3実施形態のピン型ロードセルと同様に、ピン内に円筒状の半貫通孔が穿設されている(図1(b)、(c)、(d)参照)。
図9に示すように、このピン内の円筒状の半貫通孔に挿入される検出棒44は、正方形の横断面形状を有するが、その横断面形状が長手方向で一定ではなく、センサ46が接着されている付近に、細い形状の段付き部46dが形成されている。
<< Fourth Embodiment >>
Next, a pin type load cell (not shown) of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a perspective view of the pin type load cell detection rod 44 of the fourth embodiment.
The pin type load cell (not shown) of the fourth embodiment is provided with a cylindrical half-through hole in the pin as in the pin type load cell of the first to third embodiments (FIG. 1). (See (b), (c), (d)).
As shown in FIG. 9, the detection rod 44 inserted into the cylindrical half through-hole in the pin has a square cross-sectional shape, but the cross-sectional shape is not constant in the longitudinal direction, and the sensor 46 A thin stepped portion 46d is formed in the vicinity of the bonded portion.
ここで、ピンの円筒状の半貫通孔内に検出棒44が挿入された際、ピン内周壁面に接触する検出棒44の接触部44bの接触線44b1は、角柱の4辺(図9参照)であるとともに、図2と同様に、検出棒44における少なくともセンサ46を挟む2つの部位Bであり、かつ検出棒44の接触部44bの4辺の接触線44b1は、図1と同様に、ピンの軸芯に対して平行となっている
Here, when the detection rod 44 is inserted into the cylindrical half through hole of the pin, the contact lines 44b1 of the
これ以外の構成は、第1実施形態と同様であるから、第1実施形態と同様な構成要素には、第1実施形態の符号に40の位を付して示し、詳細な説明は省略する。
この段付き部46dは、検出棒44における他の部分より細い形状であることから、段付き部46dの断面係数が他の部分より減少し荷重が加わった際の変形が大きく、検出棒44に発生する歪み、すなわち出力が増幅され測定できるため、測定精度が向上する。
また、強度低下を軽減する理由等でピンの半貫通孔の径を小さくしなければならない場合、ピンの内周壁面と検出棒の間隙が狭小となりセンサおよびセンサの配線の設置スペースが狭く、センサおよびその配線の設置ができなくなることが起こることがある。
これに対して、段付き部46dを設けることにより、センサおよびその配線の設置スペースを確保できる。
Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment, components similar to those of the first embodiment are denoted by the reference numeral of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. .
Since the stepped portion 46d has a narrower shape than the other portions of the detection rod 44, the section modulus of the stepped portion 46d is smaller than that of the other portion and is greatly deformed when a load is applied. Since the generated distortion, that is, the output can be amplified and measured, the measurement accuracy is improved.
In addition, if the diameter of the semi-through hole of the pin must be reduced for reasons such as reducing the strength reduction, the space between the inner peripheral wall surface of the pin and the detection rod becomes narrow, and the installation space for the sensor and sensor wiring is narrow. It may happen that the wiring cannot be installed.
On the other hand, the installation space of the sensor and its wiring can be secured by providing the stepped portion 46d.
<<第5実施形態>>
次に、第5実施形態のピン型ロードセル(図示せず)について、図10、図11を用いて説明する。なお、図10は、第5実施形態の検出棒54の斜視図であり、図11は、第5実施形態の変形形態の検出棒54'の斜視図である。
第5実施形態のピン型ロードセルは、第1実施形態から第3実施形態のピン型ロードセルと同様に、ピン内に円筒状の半貫通孔が穿設されている(図1(b)、(c)、(d)参照)。
図10に示すように、第5実施形態のピン型ロードセルの検出棒54は、円筒状のピン内周壁面に対し、検出棒54の一方端面54t1からセンサ56の近傍までは面接触領域54pとなる円柱状の形状であり、センサ56の近傍から検出棒54の他方端面54t2までは角柱状の線接触領域54sとなる細い段付き部の形状となっている。
<< Fifth Embodiment >>
Next, a pin type load cell (not shown) according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a perspective view of the detection rod 54 according to the fifth embodiment, and FIG. 11 is a perspective view of a detection rod 54 ′ according to a modification of the fifth embodiment.
In the pin type load cell of the fifth embodiment, a cylindrical half-through hole is formed in the pin as in the pin type load cell of the first to third embodiments (FIG. 1 (b), ( c), see (d)).
As shown in FIG. 10, the detection rod 54 of the pin type load cell of the fifth embodiment has a surface contact area 54 p from the one end surface 54 t 1 of the detection rod 54 to the vicinity of the
ここで、ピンの円筒状の半貫通孔内に検出棒54が挿入された際、ピン内周壁面に接触する検出棒54の線接触領域54sにおける接触部54bの接触線54b1は、角柱の4辺(図10参照)であるとともに、図2と同様に、検出棒54の線接触領域54sにおける少なくともセンサ56がある部位A若しくはセンサ56を挟む2つの部位Bであり、かつ検出棒54の線接触領域54sの接触部54bの4辺の接触線54b1は、図1と同様に、ピンの軸芯に対して平行となっている
Here, when the detection rod 54 is inserted into the cylindrical half through-hole of the pin, the contact line 54b1 of the
検出棒54の一方端面54t1からセンサ56の近傍までを面接触にすることにより、検出棒54を、ピンを高温に加熱膨張させる焼きばめで固定した場合、検出棒54の面接触領域54pとピンの内周壁面との接触面積が大きくなり、線接触だけの場合よりも検出棒54がピンの内周壁面から圧力を受ける領域が拡大し固定が強化される。
加えて、センサ56の近傍から検出棒54の他方端面54t2までは線接触となっているため、ピンの内周壁面とこの線接触部54b、54bとの間にスペースが生じ、センサ56やその配線56hの設置スペースを確保できる。
By making surface contact from one end face 54t1 of the detection rod 54 to the vicinity of the
In addition, since there is a line contact from the vicinity of the
図11に示す第5本実施形態の変形形態の検出棒54'においては、第1実施形態から第3実施形態と同様な円筒状のピンの内周壁面に対し、検出棒54'の外周面が全面で接するのではなく、一部の円筒面54b1'、54b2'、54b3'、54b4'のみが接する形状としている。
ここで、ピンの円筒状の半貫通孔内に検出棒54'が挿入された際、ピン内周壁面に接触する検出棒54'の接触部の接触円筒面54b0'は、角柱の4つの円筒面54b1'、54b2'、54b3'、54b4'であるとともに、図2と同様に、検出棒54'の少なくともセンサ56'がある部位A'若しくはセンサ56'を挟む2つの部位B'であり、かつ検出棒54'の4つの接触円筒面54b0'は、図1と同様に、ピンの軸芯に対して平行となっている
In the detection rod 54 ′ of the modified form of the fifth embodiment shown in FIG. 11, the outer peripheral surface of the detection rod 54 ′ is the same as the inner peripheral wall surface of the cylindrical pin similar to the first to third embodiments. Are not in contact with each other over the entire surface, but only a part of the cylindrical surfaces 54b1 ′, 54b2 ′, 54b3 ′, 54b4 ′ are in contact with each other.
Here, when the detection rod 54 ′ is inserted into the cylindrical half through-hole of the pin, the contact cylindrical surface 54b0 ′ of the contact portion of the detection rod 54 ′ that contacts the inner peripheral wall surface of the pin has four cylindrical cylinders. The surface 54b1 ′, 54b2 ′, 54b3 ′, 54b4 ′, and similarly to FIG. 2, at least the
検出棒54'の一部の円筒面54b1'、54b2'、54b3'、54b4'でピンの内周壁面に面接触することにより、検出棒54'を焼きばめで固定した場合、検出棒54とピンの内周壁面との接触面積が大きくなり、線接触だけの場合よりも固定が強化される。さらに,検出棒表面が全面では接していないため、ピンの内周壁面と検出棒54'との間にセンサ56'やその配線56h'の設置スペースを確保できる。
以上、実施形態1から実施形態5を説明したが、実施形態1から実施形態5に示したピン型ロードセルは、検出棒がピンの内周壁面に線で接するため、面で接する場合と同様に、検出棒とピンとの接触部から、ピンの変形を検出棒に伝達させること可能である。
When the detection rod 54 ′ is fixed by shrink fitting by making surface contact with the inner peripheral wall surface of the pin at some cylindrical surfaces 54b1 ′, 54b2 ′, 54b3 ′, 54b4 ′ of the detection rod 54 ′, The contact area with the inner peripheral wall surface of the pin is increased, and the fixing is strengthened as compared with the case of only line contact. Further, since the surface of the detection rod is not in contact with the entire surface, an installation space for the
As described above, the first to fifth embodiments have been described. However, in the pin type load cell shown in the first to fifth embodiments, the detection rod is in contact with the inner peripheral wall surface of the pin by a line. The deformation of the pin can be transmitted to the detection rod from the contact portion between the detection rod and the pin.
また、検出棒は、ピンに線接触しているため、センサからの配線を外部に引き出すための穴やセンサを設置するための窪みが不必要で単純な構造となり、低コスト化が図れる。
また、ピンの内周壁面と検出棒の間隙に、例えば、水分に強く経年変化の少ないエポキシ系等の樹脂を充填することにより、外部からの水分の浸入や異物の侵入が防止され、耐候性が向上する。
なお、実施形態1から実施形態5の構成を独立して説明したが、実施形態1から実施形態5の構成を適宜、組み合わせて構成することも可能である。
In addition, since the detection rod is in line contact with the pin, a hole for drawing the wiring from the sensor to the outside and a recess for installing the sensor are unnecessary and a simple structure can be achieved, thereby reducing the cost.
In addition, by filling the gap between the inner peripheral wall surface of the pin and the detection rod with, for example, an epoxy resin that is resistant to moisture and has little secular change, entry of moisture from the outside and intrusion of foreign matter can be prevented. Will improve.
In addition, although the structure of Embodiment 1 to
1、1'、21、31、31'…ピン
2、3、2'、23、32、32'…半貫通孔(穴)、
2n、3n、2n'、23n、32n、32n'…内周壁面 (内壁)、
4、5、24、25、34、34'、44、54、54'…検出棒(歪み検出棒)
6、7、6'、7'、26a、26b、26c、26d、36、37、46、56、56'…センサ(歪み測定用センサ)
6h、7h、6h'、7h'、26h、27h、36h、37h、46h、56h、56h'…配線(入出力用配線)
10、10'、20、30、30'…ピン型ロードセル、
46d…段付き部
54b1'、54b2'、54b3'、54b4'…円筒面
54p…面接触領域(円筒面)
J1、J2、J1'、J21、J31、J31'…樹脂
1, 1 ', 21, 31, 31' ... pins 2, 3, 2 ', 23, 32, 32' ... half-through holes (holes),
2n, 3n, 2n ', 23n, 32n, 32n' ... inner peripheral wall surface (inner wall),
4, 5, 24, 25, 34, 34 ', 44, 54, 54' ... detection rod (distortion detection rod)
6, 7, 6 ', 7', 26a, 26b, 26c, 26d, 36, 37, 46, 56, 56 '... Sensor (Sensor for strain measurement)
6h, 7h, 6h ′, 7h ′, 26h, 27h, 36h, 37h, 46h, 56h, 56h ′... Wiring (input / output wiring)
10, 10 ', 20, 30, 30' ... pin type load cell,
46d: Stepped portions 54b1 ', 54b2', 54b3 ', 54b4' ... Cylindrical surface 54p ... Surface contact area (cylindrical surface)
J1, J2, J1 ', J21, J31, J31' ... resin
Claims (9)
前記穴の内壁に線で接するように設けられる歪み検出棒と、
前記歪み検出棒に設置され、入出力用配線を有する歪み測定用センサと、
前記歪み検出棒と前記ピンの間に設けられ、前記歪み測定用センサを覆うとともに前記入出力用配線が挿通する樹脂とを
備えたことを特徴とするピン型ロードセル。 A pin having a hole provided in a region including the central axis, to which a load is applied;
A strain detection rod provided to contact the inner wall of the hole with a line;
A strain measuring sensor installed on the strain detecting rod and having input / output wiring;
A pin type load cell provided between the strain detection rod and the pin, and covering the strain measurement sensor and through which the input / output wiring is inserted.
前記歪み測定用センサは、歪みゲージまたは半導体歪みセンサである
ことを特徴とするピン型ロードセル。 In claim 1,
The strain sensor is a strain gauge or a semiconductor strain sensor.
前記歪み測定用センサは、前記歪み検出棒のせん断変形が起こる箇所に設けられる
ことを特徴とするピン型ロードセル。 In claim 1,
The pin-type load cell, wherein the strain measuring sensor is provided at a location where shear deformation of the strain detecting rod occurs.
前記歪み測定用センサは、歪みを検出する感度の方向が、前記歪み検出棒に印加される荷重に対して、45度傾いて設置されることを特徴とするピン型ロードセル。 In claim 3,
The pin-type load cell is characterized in that the strain measuring sensor is installed with a direction of sensitivity for detecting strain inclined by 45 degrees with respect to a load applied to the strain detecting rod.
前記歪み検出棒の断面形状は、多角形または円形である
ことを特徴とするピン型ロードセル。 In claim 1,
A cross-sectional shape of the strain detection rod is a polygonal shape or a circular shape.
前記歪み測定用センサは、前記ピンと前記歪み検出棒間の前記歪み検出棒の少なくとも1面に設けられる
ことを特徴とするピン型ロードセル。 In claim 1,
The strain sensor is provided on at least one surface of the strain detection rod between the pin and the strain detection rod.
前記歪み検出棒は、前記歪み測定用センサ部が設置され、他の部分より細い段付き部が設けられる
ことを特徴とするピン型ロードセル。 In claim 1,
The strain detection rod is provided with the sensor unit for strain measurement, and is provided with a stepped portion that is narrower than other portions.
前記歪み検出棒は、前記ピンの穴の内壁に、線で接する領域に加え、面で接する領域が設けられる
ことを特徴とするピン型ロードセル。 In claim 1,
The strain detection rod is provided with a region in contact with a surface in addition to a region in contact with a line on an inner wall of the hole of the pin.
前記歪み検出棒は、その一部の円筒面が前記ピンの穴の内壁に接する
ことを特徴とするピン型ロードセル。 In claim 1,
A pin type load cell, wherein the strain detection rod has a cylindrical surface partially in contact with an inner wall of the pin hole.
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