JP2019027958A - ロードセルおよび軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】スラスト方向の荷重を精度よく測定することのできるロードセルおよびこのロードセルを用いた軸受を提供する。【解決手段】ロードセル1は、起歪体2と、起歪体2に生じた歪みを検出する歪みゲージセット3a〜3dと、を備えている。起歪体2は、軸心O方向に配置された2つの環状平板20a、20bと、環状平板20a、20b間を連結する連結部材21と、を有する。連結部材21は、軸心Oを中心とする円周上に等間隔でかつ軸心Oに対して線対称となるように配置された複数のアーム部22で構成され、軸心Oに対して傾斜している。歪みゲージセット3a〜3dは、ホイートストンブリッジ回路を構成する4つの歪みゲージセット3a〜3dで構成され、連結部材21の軸心Oに対して線対称な位置にそれぞれに取り付けられている。【選択図】図2
Description
本発明は、ロードセルに関し、特にサスペンションに加わる車両の荷重を測定するのに好適なロードセルに関する。
特許文献1には、サスペンションに加わる車両の荷重を支持しながらこの荷重を測定することのできる軸受が開示されている。この軸受は、回転体と、回転体を介して相対的に回転可能に組み合わされたトップレースおよびボトムレースと、トップレースに連結されて車体側に配置されるトップカップと、ボトムレースに連結されてサスペンションスプリング側に配置されるボトムカップと、トップレースあるいはトップカップに取り付けられた歪ゲージ等の変形センサと、を備えている。この軸受では、トップレースあるいはトップカップが起歪体として機能し、起歪体の歪みを変形センサで検出し、検出した歪みの大きさに基づいてスラスト方向の荷重(車両の荷重)を算出している。
しかしながら、特許文献1に記載の軸受は、サスペンションに加わる車両の荷重を支持する構造であるため、スラスト方向の荷重に対して十分な剛性を有するように設計される。このため、トップレースあるいはトップカップを起歪体として用いた場合、スラスト方向の荷重に対する起歪体の歪みが小さいので、変形センサの検出感度が低くなり、精度よく車両の荷重を測定することが難しい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スラスト方向の荷重を精度よく測定することのできるロードセルおよびこのロードセルを用いた軸受を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、2つの環状平板を軸心方向に配置して、これらの環状平板間を連結部材で連結することにより、起歪体を構成し、連結部材を軸心に対して傾斜させるとともに、歪みゲージを連結部材に取り付けた。
例えば、本発明のロードセルは、
起歪体と、
前記起歪体に生じた歪みを検出する歪みゲージと、を備え、
前記起歪体は、
軸心方向に配置された2つの環状平板と、
前記2つの環状平板間を連結する連結部材と、を有し、
前記連結部材は、軸心に対して傾斜しており、
前記歪みゲージは、前記連結部材に取り付けられている。
起歪体と、
前記起歪体に生じた歪みを検出する歪みゲージと、を備え、
前記起歪体は、
軸心方向に配置された2つの環状平板と、
前記2つの環状平板間を連結する連結部材と、を有し、
前記連結部材は、軸心に対して傾斜しており、
前記歪みゲージは、前記連結部材に取り付けられている。
また、本発明の軸受は、
サスペンションに加わる車両の荷重を支持する軸受であって、
車体側に取り付けられるアッパーケースと、
前記サスペンションを構成するスプリング側に取り付けられ、前記アッパーケースと相対的に回転可能に組み合わされるロワーケースと、
前記アッパーケースと前記車体との間に配置される上述のロードセルと、を備えている。
サスペンションに加わる車両の荷重を支持する軸受であって、
車体側に取り付けられるアッパーケースと、
前記サスペンションを構成するスプリング側に取り付けられ、前記アッパーケースと相対的に回転可能に組み合わされるロワーケースと、
前記アッパーケースと前記車体との間に配置される上述のロードセルと、を備えている。
本発明のロードセルは、起歪体を構成する連結部材を軸心に対して傾斜させているので、2つの環状平板間を縮める方向に加わるスラスト方向の荷重に対して、連結部材は、圧縮変形に加えて、曲げ変形も生じて、圧縮変形のみの場合と比べてより大きく歪む。このため、歪みゲージの検出感度が高くなる。したがって、本発明によれば、スラスト方向の荷重を精度よく測定することができる。
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
図1(A)および図1(B)は、本実施の形態に係るロードセル1の正面図および側面図である。また、図2(A)および図2(B)は、図1(A)に示すロードセル1のA−A断面図およびB−B断面図である。また、図3(A)および図3(B)は、図1(B)に示すロードセル1のC−C断面図およびD−D断面図である。
本実施の形態に係るロードセル1は、スラスト方向(軸心O方向)に加わる荷重を測定するためのものであり、起歪体2と、起歪体2に生じた歪みを検出する複数の歪みゲージセット3a〜3d(以下、単に歪みゲージセット3とも呼ぶ)と、を備えている。
起歪体2は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂で形成され、軸心O方向に配置された2つの環状平板20a、20bと、2つの環状平板20a、20b間を連結する連結部材21と、を有する。
環状平板20a、20bは、それぞれの中心を軸心Oに一致させて互いに平行に配置されている。
連結部材21は、軸心Oを中心とする円周上に等間隔でかつ軸心Oに対して線対称となるように配置された複数のアーム部22を有する。アーム部22は、軸心Oを含む平面における断面形状が、環状平板20aから環状平板20bに向かうに従い、軸心Oから離れる方向に傾斜している。したがって、軸心Oに対して線対称な位置に配置された2つのアーム部22は、軸心Oを含む平面における断面形状が軸心Oに対して線対称に傾斜してハの字形状をなしている。これにより、起歪体2は、軸心Oを含む平面における断面形状が軸心Oに対して線対称なZ形状となる(図2(A)および図2(B)参照)。
歪みゲージセット3は、軸心Oに対して線対称となるように配置されている。具体的には、歪みゲージセット3a、3bが軸心Oに対して線対称となり、かつ歪みゲージセット3c、3dが軸心Oに対して線対称となるように配置されている。
また、歪みゲージセット3は、ホイートストンブリッジ回路を構成する4つの歪みゲージ30a〜30dにより構成される。ここで、歪みゲージ30aは、アーム部22の環状平板20a側の端部220aの外壁面(径方向外方側の面)221に取り付けられ、歪みゲージ30bは、アーム部22の環状平板20b側の端部220bの外壁面221に取り付けられる。また、歪みゲージ30cは、アーム部22の環状平板20a側の端部220aの内壁面(径方向内方側の面)222に取り付けられ、歪みゲージ30dは、アーム部22の環状平板20b側の端部220bの内壁面222に取り付けられる。
つぎに、上記構成のロードセル1に荷重が加えられた場合における起歪体2の歪みについて説明する。
図4(A)は、スラスト方向の荷重に対する起歪体2の歪みを説明するための図であり、図4(B)は、ラジアル方向の荷重に対する起歪体2の歪みを説明するための図である。図4(A)および図4(B)は、図2(B)の一部を省略した図に相当する。
上記構成のロードセル1において、起歪体2の連結部材21を構成する複数のアーム部22は、軸心Oを中心とする円周上に等間隔でかつ軸心Oに対して線対称となるように配置されている。また、軸心Oを含む平面における断面形状が、環状平板20aから環状平板20bに向かうに従い、軸心Oから離れる方向に傾斜している。このため、図4(A)に示すように、起歪体2を構成する2つの環状平板20a、20b間を縮める軸心O方向の荷重であるスラスト荷重Tがロードセル1に加わると、各アーム部22は、軸心O方向の圧縮変形に加えて、環状平板20a側の端部220aが径方向内方に撓み、かつ環状平板20b側の端部220bが径方向外方に撓むように曲げ変形する。この曲げ変形により、各アーム部22は、外壁面221が延びる方向に歪む一方、内壁面222が縮む方向に歪む。このため、圧縮変形のみの場合と比べて起歪体3の歪みが大きくなり、歪みゲージセット3で検出できる歪みの検出感度が高くなる。
また、図4(B)に示すように、軸心O方向に対して垂直な方向の荷重であるラジアル荷重Rがロードセル1に加わると、ラジアル荷重Rが加えられる側のアーム部22(図4(B)において左側のアーム部22)では、外壁面221が延びる方向に歪む一方、内壁面222が縮む方向に歪む。これに対して、ラジアル荷重Rが加えられる側のアーム部22と軸心O方向に対して線対称な位置にあるアーム部22(図4(B)において右側のアーム部22)では、外壁面221が縮む方向に歪む一方、内壁面222が延びる方向に歪む。つまり、軸心O方向に対して線対称な位置にある2つのアーム部22は、ラジアル荷重Rに対して互いに反対方向に歪みが生じるので、軸心O方向に対して線対称な位置にある2つのアーム部22に取り付けた歪みゲージセット3の検出値の極性が逆となる。本実施の形態では、歪みゲージセット3を軸心Oに対して線対称となるように配置しているので、各歪みゲージセット3の検出値を平均することにより、ラジアル荷重Rによる影響を相殺することができる。
したがって、本実施の形態に係るロードセル1によれば、歪みゲージセット3で検出できる歪みの検出感度を高くでき、さらに、歪みゲージセット3の検出値の平均を取ることにより、歪みゲージセット3の検出値に含まれているラジアル荷重Rによる影響を相殺できるので、歪みゲージセット3の検出値の平均値に基づいてスラスト荷重Tを算出することにより、スラスト荷重Tを精度よく測定することができる。また、連結部材21を構成する複数のアーム部22の軸心Oに対する傾きを変えることにより、歪みゲージセット3で検出できる歪みの検出感度を調節することができる。
つぎに、本実施の形態に係るロードセル1を用いた軸受について説明する。
図5は、車両用サスペンション4を構成するダンパアッセンブリ5、滑り軸受6、およびアッパーサポート7の部分断面図である。
車両用サスペンション4は、自動車等の車両の懸架に用いられ、図示するように、ショックアブソーバ50を含むダンパアッセンブリ5と、ダンパアッセンブリ5を車両のボディ側に取り付けるためのアッパーサポート7と、ダンパアッセンブリ5およびアッパーサポート7間に配された滑り軸受6と、を備えている。
ダンパアッセンブリ5は、ショックアブソーバ50に加えて、コイルスプリング51と、ロワースプリングシート52と、バンプストッパ53と、ダストブーツ54と、を備えている。
コイルスプリング51は、ショックアブソーバ50の周囲を囲むようにショックアブソーバ50と同軸に配され、その上端部510が滑り軸受6に設けられたアッパースプリングシート55によって支持されるとともに、その下端部511がショックアブソーバ50に設けられたロワースプリングシート52によって支持される。
バンプストッパ53は、ショックアブソーバ50のピストンロッド56に装着され、ピストンロッド56が圧縮された際にショックアブソーバ50が車両のボディに衝突するのを防止する。
ダストブーツ54は、バンプストッパ53が装着されたピストンロッド56を覆うように装着され、塵埃、泥水等がピストンロッド56に付着するのを防止する。
滑り軸受2は、ダンパアッセンブリ5とアッパーサポート7との間に配され、コイルスプリング51およびアッパーサポート7間の相対的な回動を許容しつつ、ダンパアッセンブリ51に加わる荷重を支持する。
また、滑り軸受6は、本実施の形態に係るロードセル1を備えている。ロードセル1は、滑り軸受6が支持する荷重によって起歪体2に生じた歪みに応じた信号を複数の歪みゲージセット3から出力する。そして、複数の歪みゲージセット3から出力された信号は、車両に搭載された荷重測定部8に入力される。荷重測定部8は、複数の歪みゲージセット3から出力された信号が示す検出値の平均値を算出し、この平均値に基づいてダンパアッセンブリ51に加わる荷重を測定する。そして、検出した荷重に基づいて車重を算出する。
例えば、車両の四輪すべてのサスペンションにロードセル1を備えた滑り軸受6が搭載されている場合、各ロードセル1で測定した荷重を合計することにより車重を算出する。また、例えば、前輪あるいは後輪のサスペンションにのみロードセル1を備えた滑り軸受6が搭載されている場合、各ロードセル1で検出した荷重の合計を2倍にすることで車重を算出する。また、例えば、四輪のうちの一つのサスペンションにのみロードセル1を備えた滑り軸受6が搭載されている場合、このロードセル1で検出した荷重を4倍にすることで車重を算出する。
図6(A)、図6(B)および図6(C)は、滑り軸受6の正面図、背面図および側面図であり、図6(D)は、図6(A)に示す滑り軸受6のE−E断面図である。
滑り軸受6は、バンプストッパ53が装着されたピストンロッド56を収容するための収容孔60を有する。また、滑り軸受6は、アッパーケース61と、アッパーケース61と回動自在に組み合わされて、アッパーケース61との間に環状空間64を形成するロワーケース62と、この環状空間64に配された環状のセンタープレート63と、アッパーケース61とアッパーサポート7との間に配置されたロードセル1と、を備えている。
アッパーケース61は、必要に応じて潤滑油が含浸されたポリアセタール樹脂等の摺動特性に優れた熱可塑性樹脂で形成され、ピストンロッド56が挿入された状態でロードセル1を介してアッパーサポート7に取り付けられる。
ロワーケース62は、必要に応じてガラス繊維等で強化されたポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂で形成され、バンプストッパ53が装着されたピストンロッド56が挿入された状態でコイルスプリング51の上端部510を支持するアッパースプリングシート55としても機能する。
センタープレート63は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PTFEが添加された熱可塑性樹脂、黄銅合金等の摺動特性に優れた材料で形成された円環状部材であり、環状空間64において、例えばロワーケース62との相対的な回動が拘束された状態でアッパーケース61と摺動することにより、アッパーケース61およびロワーケース62間の自在な回動を実現する軸受体として機能する。
以上、本発明の一実施の形態について説明した。
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記の実施の形態では、起歪体2に生じた歪みを検出する複数の歪みゲージセット3として、4つの歪みゲージセット3a〜3dを用いた場合を例にとり説明している。しかし、本発明はこれに限定されない。歪みゲージセット3は、軸心Oに対して線対称となるように複数配置されていればよい。
また、上記の実施の形態では、ホイートストンブリッジ回路を構成する4つの歪みゲージ30a〜30dにより歪みゲージセット3を構成し、歪みゲージ30a〜30dを、アーム部22の両端部220a、220bの外壁面221および内壁面222に取り付けている。しかし、本発明はこれに限定されない。歪みゲージセット3は、少なくとも一つの歪みゲージを含んで構成されていればよく、また、その取付け位置も、スラスト荷重Tに対して圧縮変形に加えて曲げ変形する連結部材21であれば、どこに取り付けてもよい。
また、上記の実施の形態では、環状平板20a、20b間を連結する連結部材21を、軸心Oを中心とする円周上に等間隔でかつ軸心Oに対して線対称となるように配置された複数のアーム部22で構成している。しかし、本発明はこれに限定されない。連結部材は、軸心Oを含む平面における断面形状が軸心Oに対して線対称に傾斜していればよい。例えば、連結部材は、環状平板20a、20bの一方から他方に向けて直径が大きくなる筒状部材でもよい。
また、上記の実施の形態では、環状平板20a、20bを同径としているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図5に示すように、ロードセル1を滑り軸受6に組み込んで車両用サスペンション4に搭載する場合、環状平板20aを環状平板20aが取り付けられるアッパーサポート7のサイズに合わせ、環状平板20bを環状平板20bが取り付けられる滑り軸受6のアッパーケース61のサイズに合わせることにより、環状平板20a、20bのサイズをそれぞれ異ならせてもよい。
また、上記の実施の形態に係るロードセル1を用いた軸受として、滑り軸受6を例にとり説明している。しかし、ロードセル1と組み合わせる軸受は、滑り軸受に限定されない。例えば転がり軸受であってもよい。また、本発明のロードセルは、軸受に限らず、スラスト荷重を測定する様々な用途に利用可能である。
1:ロードセル、 2:起歪体、 3、3a〜3d:歪みゲージセット、 4:車両用サスペンション、 5:ダンパアッセンブリ、 6:滑り軸受、 7:アッパーサポート、 8:荷重測定部、 20a、20b:環状平板、 21:連結部材、 22:アーム部、 30a〜30d:歪みゲージ、 50:ショックアブソーバ50、 51:コイルスプリング、 52:ロワースプリングシート、 53:バンプストッパ、 54:ダストブーツ、 55:アッパースプリングシート、 56:ピストンロッド、 220a、220b:アーム部22の端部、 221:アーム部22の外壁面、 222:アーム部22の内壁面、 510:コイルスプリング51の上端部、 511:コイルスプリング51の下端部
Claims (6)
- 起歪体と、
前記起歪体に生じた歪みを検出する歪みゲージと、を備え、
前記起歪体は、
軸心方向に配置された2つの環状平板と、
前記2つの環状平板間を連結する連結部材と、を有し、
前記連結部材は、前記軸心に対して傾斜しており、
前記歪みゲージは、前記連結部材に取り付けられている
ことを特徴とするロードセル。 - 請求項1に記載のロードセルであって、
前記連結部材は、
前記軸心を含む平面における断面形状が当該軸心に対して線対称に傾斜しており、
前記歪みゲージは、
前記連結部材の前記軸心に対して線対称な位置にそれぞれに取り付けられている
ことを特徴とするロードセル。 - 請求項2に記載のロードセルであって、
前記連結部材は、
前記軸心を中心とする円周上に等間隔でかつ前記軸心に対して線対称となるように配置された複数のアーム部を有する
ことを特徴とするロードセル。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載のロードセルであって、
前記歪みゲージは、
前記環状平板の内縁側に位置する前記連結部材の内壁面および前記環状平板の外縁側に位置する前記連結部材の外壁面にそれぞれに取り付けられている
ことを特徴とするロードセル。 - 請求項1ないし4のいずれか一項に記載のロードセルであって、
前記歪みゲージは、
前記連結部材の前記軸方向の両端部にそれぞれに取り付けられている
ことを特徴とするロードセル。 - サスペンションに加わる車両の荷重を支持する軸受であって、
車体側に取り付けられるアッパーケースと、
前記サスペンションを構成するスプリング側に取り付けられ、前記アッパーケースと相対的に回転可能に組み合わされるロワーケースと、
前記アッパーケースと前記車体との間に配置される請求項1ないし5のいずれか一項に記載のロードセルと、を備えている
ことを特徴とする軸受。
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Publication Number | Publication Date |
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