JP2022131608A

JP2022131608A - 荷重測定装置

Info

Publication number: JP2022131608A
Application number: JP2021030631A
Authority: JP
Inventors: 守正村瀬; Morimasa Murase; 正男辻; Masao Tsuji; 大樹松畑; Daiki Matsuhata; 実石野; Minoru Ishino
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-07

Abstract

【課題】荷重測定装置の耐荷重を高める。【解決手段】外部からの荷重を受ける受荷重部１４と、受荷重部１４に付加された荷重を測定するための荷重計測素子１６と、受荷重部１４と荷重計測素子１６との間に挟み込まれるように配置された弾性体１２と、を備え、受荷重部１４に対して外部から荷重が付加されていない状態において荷重計測素子１６と弾性体１２にバイアス荷重が与えられるように、荷重計測素子１６と弾性体１２が受荷重部１４に取り付けられている荷重測定装置１００とする。【選択図】図１

Description

本発明は、荷重測定装置に関する。

荷重による変形を歪みゲージによって検出する荷重測定装置が用いられている。例えば、計量対象物の荷重を受ける受荷重部と、受荷重部に作用した荷重により変形する起歪部と、を備え、受荷重部は、荷重台との接合部を有する芯部とそれを取り囲むように形成された弾性体とからなる接合部材と、当該接合部材が挿入され起歪体と接合された本体とから構成されているロードセルが開示されている（特許文献１）。また、荷重が掛かりすぎないように変位部の変位を制限するための荷重用ストッパーを設けた構成も開示されている（特許文献２）。

特開２０００－３４６７２３号公報特許第３２３９８２０号公報

ところで、従来の荷重測定装置では、高荷重が負荷されると内部の変形が大きくなる構造が採用されている。したがって、低荷重を計測できるように設計された荷重測定装置に対して高荷重を加えると設計範囲を超えた変形が生じて破損に繋がるおそれがあった。一方、高荷重に耐えられるように設計した場合、低荷重では十分な変形が生じず、荷重を高い精度で計測することが困難であった。

また、荷重測定装置における変位量は数μｍ～数十μｍ程度であるので、荷重が掛かりすぎないように変位部の変位を制限するための荷重用ストッパーを設ける際に変形部とストッパーとの隙間を正しく調整することが困難であった。ストッパーが正しい位置に取り付けられてない場合、変形部に荷重が掛かりすぎて破損するおそれがあった。

本発明の１つの態様は、外部からの荷重を受ける受荷重部と、前記受荷重部に付加された荷重を測定するための荷重計測素子と、前記受荷重部と前記荷重計測素子との間に挟み込まれるように配置された弾性体と、を備え、前記受荷重部に対して外部から荷重が付加されていない状態において前記荷重計測素子と前記弾性体にバイアス荷重が与えられるように、前記荷重計測素子と前記弾性体が前記受荷重部に取り付けられていることを特徴とする荷重測定装置である。

ここで、前記受荷重部に対して外部から荷重が付加された状態において、荷重が付加されていない状態に比べて前記弾性体が圧縮されることを特徴とする荷重測定装置とすることが好適である。

また、前記受荷重部に対して外部から荷重が付加された状態において、荷重が付加されていない状態に比べて前記荷重計測素子への荷重が減少することが好適である。

また、パネル路版の下に配置され、前記パネル路版への荷重を前記受荷重部によって受けることが好適である。例えば、特開２０２０－７６３０７号公報に記載されているパネル路版の下に配置することが好適である。

本発明によれば、荷重測定装置の耐荷重を高めることができる。

本発明の実施の形態における荷重測定装置を示す断面図である。本発明の実施の形態における荷重測定装置を示す平面図である。本発明の実施の形態における荷重測定装置の使用例を示す平面図である。本発明の実施の形態における荷重測定装置の使用例を示す断面図である。本発明の実施の形態における荷重測定装置に外部から付加した荷重に対する荷重の測定値との関係を示す図である。

本発明の実施の形態における荷重測定装置１００は、図１の断面図及び図２の平面図に示すように、ケース部１０、弾性体１２、受荷重部１４、荷重計測素子１６及び取付部材１８を含んで構成される。なお、図１は、図２の平面図におけるラインＡ－Ａに沿った断面図を示している。

ケース部１０は、荷重測定装置１００の土台となる部材である。ケース部１０は、弾性体１２、受荷重部１４、荷重計測素子１６及び取付部材１８を機械的に支持できる強度を有する材料で構成される。ケース部１０は、例えば、金属、プラスチック等で構成することができる。

本実施の形態における荷重測定装置１００では、ケース部１０は、荷重測定装置１００を土台に固定するためのボルト穴１０ａが設けられたケース下部と、ケース下部から上方に向けて突出した円柱状のケース上部とから構成される。ケース上部は、平坦に加工されている。ただし、ケース部１０の形状は、これに限定されるものではなく、角柱状等の他の形状としてもよい。

ケース部１０の上面には、弾性体１２及び受荷重部１４が取り付けられる。また、ケース部１０の下部には空洞が設けられ、当該空洞に荷重計測素子１６が取り付けられる。

弾性体１２は、荷重測定装置１００において、荷重計測素子１６に対して掛かる荷重を調整するための部材である。弾性体１２は、弾性力を有する材料から構成される。弾性体１２は、本発明の目的を達することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えばゴム等の樹脂、バネ等の機械部品等が挙げられる。

本実施の形態における荷重測定装置１００では、弾性体１２は、ケース部１０の上面の形状に併せて円盤状としている。ただし、弾性体１２の形状は、これに限定されるものではなく、角板状等の他の形状としてもよい。弾性体１２は、ケース部１０の上面に配置される。

受荷重部１４は、計量対象物からの荷重を受ける部材である。受荷重部１４は、計量対象物からの荷重に耐えられる材料で構成される。受荷重部１４は、例えば、金属、プラスチック等で構成することができる。

本実施の形態における荷重測定装置１００では、受荷重部１４は、ケース部１０の上面の形状に併せて円柱状とし、その上面の中央先端部に突出部を有する形状としている。ただし、受荷重部１４の形状は、これに限定されるものではなく、角柱状等の他の形状としてもよい。

荷重計測素子１６は、荷重測定装置１００に対して計量対象物から印加された荷重を計測する素子である。荷重計測素子１６は、例えば、歪みゲージを貼付した起歪体とすることができる。ただし、荷重計測素子１６は、これに限定されるものではなく、荷重測定装置１００の受荷重部１４に加わった荷重を測定できるものであればよい。

取付部材１８は、弾性体１２、受荷重部１４及び荷重計測素子１６をケース部１０に取り付けるための部材である。取付部材１８は、弾性体１２、受荷重部１４及び荷重計測素子１６をケース部１０に取り付けた状態を維持できる機械的な強度を有する材料で構成される。取付部材１８は、例えば、金属、プラスチック等で構成することができる。

本実施の形態の荷重測定装置１００では、取付部材１８はボルトとしている。ケース部１０、弾性体１２及び荷重計測素子１６の軸中心部にはボルトのネジ径よりも大きな径を有する貫通穴Ｈが設けられており、また受荷重部１４の底面の軸中心部にはボルトと対応したネジ穴が設けられており、貫通穴Ｈを通したボルトによって弾性体１２及び荷重計測素子１６を挟み込んでケース部１０と受荷重部１４とが締め付けられて固定される。ただし、取付部材１８は、ボルトに限定されるものではなく、弾性体１２及び荷重計測素子１６に対して後述するバイアス荷重が与えられた状態でケース部１０及び受荷重部１４に固定できるものであればよい。

図３及び図４は、荷重測定装置１００の使用例を示す平面図及び断面図である。図４は、図３におけるラインＢ－Ｂに沿った断面を示す。

荷重測定装置１００は、荷重台となるパネル路版１０２の下に配置される。パネル路版１０２の取付部材１８の直径より大きな穴に取付部材１８を挿入し、荷重測定装置１００を取り付ける。また、パネル路版１０２を支える床版１０４に対して、ボルト穴１０ａを利用して荷重測定装置１００をボルトで固定する。これによって、パネル路版１０２の上に載った計測対象物の重量を荷重測定装置１００によって計量することができる。

本実施の形態における荷重測定装置１００では、外部から荷重されていない状態（初期状態）において弾性体１２及び荷重計測素子１６にバイアス荷重が掛けられた状態とされる。ここで、バイアス荷重は、取付部材１８が塑性変形しない程度の荷重であればよい。

荷重測定装置１００では、受荷重部１４に荷重が付加されると、初期状態で与えられているバイアス荷重に加えて弾性体１２に圧縮荷重がさらに付加され、弾性体１２の厚さが減少する。これによって、初期状態で荷重計測素子１６に与えられているバイアス荷重が減少することになり、この荷重の減少を荷重計測素子１６によって計測する。

図５は、荷重測定装置１００に対して外部から付加した荷重に対する荷重計測素子１６での荷重の測定値との関係を調べた例を示す。図４に示すように、荷重測定装置１００の受荷重部１４に対して外部から荷重を付加すると、その荷重に応じて荷重計測素子１６での測定値は減少する傾向を示す。したがって、当該減少量と外部からの荷重との関係を予め調べておくことによって、荷重計測素子１６から出力される測定値から外部から付加された荷重を求めることができる。

このように、荷重測定装置１００では、荷重計測素子１６には初期状態より大きな荷重は掛からないので、荷重計測素子１６は初期状態におけるバイアス荷重より耐荷重が大きい素子であればよい。すなわち、荷重測定装置１００に対して荷重が加わると荷重計測素子１６のバイアス荷重が減少することにより、荷重計測素子１６の損傷を抑制することができ、既存の荷重測定装置に比べて耐荷重を高めることができる。また、変位を規制するためのストッパー等を必要としない。さらに、低荷重でも高い精度で計測することが可能になる。

１０ケース部、１０ａボルト穴、１２弾性体、１４受荷重部、１６荷重計測素子、１８取付部材、１００荷重測定装置、１０２パネル路版、１０４床版。

Claims

外部からの荷重を受ける受荷重部と、
前記受荷重部に付加された荷重を測定するための荷重計測素子と、
前記受荷重部と前記荷重計測素子との間に挟み込まれるように配置された弾性体と、
を備え、
前記受荷重部に対して外部から荷重が付加されていない状態において前記荷重計測素子と前記弾性体にバイアス荷重が与えられるように、前記荷重計測素子と前記弾性体が前記受荷重部に取り付けられていることを特徴とする荷重測定装置。
請求項１に記載の荷重測定装置であって、
前記受荷重部に対して外部から荷重が付加された状態において、荷重が付加されていない状態に比べて前記弾性体が圧縮されることを特徴とする荷重測定装置。
請求項１又は２に記載の荷重測定装置であって、
前記受荷重部に対して外部から荷重が付加された状態において、荷重が付加されていない状態に比べて前記荷重計測素子への荷重が減少することを特徴とする荷重測定装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の荷重測定装置であって、
パネル路版の下に配置され、前記パネル路版への荷重を前記受荷重部によって受けることを特徴とする荷重測定装置。