JP3250482B2 - 磁歪式センサの取付構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定物に作用する
荷重を検出する磁歪式センサの取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、測定物に作用する荷重を知るた
め、測定物それ自身に歪を検出する歪ゲージ又は透磁率
の変化を検出する磁歪式センサを組込み、これらセンサ
の出力値を演算処理して測定物に作用する荷重を測定す
る装置が提供されている。例えば、車体重量及び／又は
車体積載荷重を測定する装置として、特開平６−３１３
７４０号には、車両荷重が剪断力として働くピン／シャ
フト具体的には、車体フレームと一体のシャックルと協
同してサスペンションを支持するシャックルピン内に、
剪断力を検出し得るようセンシング素子を組込み、この
センシング素子の出力に基づいて車体重量及び／又は車
両積載荷重を測定するものが提案されている。図８
（ａ)に、上記シャックルピンに対すセンシング素子と
の取付関係関係を、図８(ｂ)に上記センシング素子の構
造を示す。図示される如く、パーマロイ等の強磁性体か
ら成るセンシング素子ａは、その軸方向の両端部が、シ
ャックルピンｂ軸心部のセンサ取付孔ｃと嵌合する挿入
軸ａ１となり、また、挿入軸ａ１，ａ１間が抵抗線ｅを
十字巻する薄板状のセンサ部ｆとなっていて、センサ部
ｆから引出すリード線を介してセンサ部ｆに生じる剪断
力を取り出すようになっている。なお、上記挿入軸ａ１
の外周面とセンサ取付孔ｃの内周面との間にキー溝ｇが
区画されていて、このキー溝ｇにキーｈを挿入すること
により、センサ取付孔ｃの内周面に対して挿入軸ａ１の
外周面を一体的に固定するようになっている。そして、
センシング素子ａのシャックルピンｂへの取付に当たっ
ては、センシング素子ａを−１５０℃以下に冷却して収
縮させると共に、シャックルピンｂは８０℃程度に加熱
して膨張させた上で両者を組み付ける方法が採られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のように冷却による収縮と加熱による膨張とを組み
合わせた取付手法は組付前の処理として冷却や加熱を必
要とすることから工数が増大するし、温度管理も必要に
なることから実用に供するには困難なものでしかない。

【０００４】なお、上記の特開平６−３１３７４０号公
報の従来例の欄には、センシング素子の他の固定方法と
して、シャックルピンの取付孔にセンシング素子を圧入
してこれらを固定する方法、取付孔内面とセンシング素
子外周面とを接着剤で接着して固定する方法、及び、シ
ャックルピン外周部にレーザビームの通す開口を形成
し、レーザビームにより、シャックルピン外周部とセン
シング素子の固着部とをその開口縁周りに融着する方法
が開示されている。

【０００５】しかし、圧入による固定方法は、センシン
グ素子の表面側に塑性残留応力が生じ、ヒステリシス、
線形性及びＳ／Ｎ比が悪化して、要求される精度が得ら
れ難く、このために、残留塑性歪を除去する慣らし荷重
を負荷してセンシング素子表面側の塑性すべりを完結せ
ざるを得ないという問題がある。特に、この慣らし荷重
の負荷は極めて大きな荷重を必要とすることから簡単な
作業で済むものではない。また、接着剤による固定方法
は、圧入と比較して設備、コスト的には有利であるが、
接着面の表面粗さ、うねり、接着剤の性状及び接着状態
に起因する残留応力が生じるため、圧入と同様、接着
後、慣らし荷重を負荷せざるを得ない。これに対し、レ
ーザービームによる固定方法は、エネルギ密度が高く、
残留塑性応力が殆ど生じないという利点を有している
が、磁歪式センサの位置決めが難しく、また、センシン
グ素子の取付孔とは別にレーザビームを照射するための
孔を必要とするため、この分、コスト高となってしまう
問題がある。

【０００６】本発明の目的は、測定物内に対して残留応
力の生じないように磁歪式センサを固定する磁歪式セン
サの取付構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
により達成される。請求項１記載の発明は、測定物に形
成されるセンサ取付孔に奥側が小径となる取付段部を形
成すると共に、磁歪式センサに外周方向に突出する取付
片を形成し、上記センサを上記取付孔に挿入し、上記取
付片をレーザ溶接、プロジェクション溶接、電子ビーム
溶接等の高密度エネルギビーム溶接により上記取付孔の
開口から上記取付段部に接合したことを特徴とする。熱
的影響が少なく残留応力の少ないレーザ溶接、プロジェ
クション溶接、電子ビーム溶接等の高密度エネルギビー
ム溶接で取付片を固着するので、磁歪式センサの出力の
精度を向上させることができる。特に、取付孔の開口側
から溶接を施すので溶接専用の孔を新たに設ける必要が
なく、取付孔に形成した取付段部を利用するので位置合
せも容易である。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁
歪式センサの取付構造において、上記取付片の上記取付
段部に対する接合面の反対側の面に溶接溝を設けたこと
を特徴とする。このようにすれば、溶接溝を設けたこと
で取付片の溶接部位における実質的な厚さを薄くできる
ので取付段部と取付片との溶接を容易にでき、溶接の信
頼性を高めることができると同時に、取付片全体の厚さ
を薄くする必要はないので取付片の剛性も確保できる。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の磁
歪式センサの取付構造において、上記段部は内径側が奥
側に傾斜した傾斜面により形成され、上記取付片は複数
個設けられて上記高密度エネルギビームにより溶接され
ることを特徴とする。係る構成によれば、複数個の溶接
に際してレーザガンの移動距離を小さくすることがで
き、作業効率を改善できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。但し、この実施形態に記載されてい
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特
に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【００１１】図６は本発明が適用される大型トラックの
サスペンション部の概略構成を示し、本車両においては
前輪一軸１、後輪二軸２のタンデムアクスル構成の車輪
構成をなし、いずれもサスペンションとしてリーフスプ
リング３が用いられ、前軸１側のリーフスプリング３の
中央部には、ショックアブソーバ（図示せず）と共に、
車軸４（アクスル）が取付けられている。そしてリーフ
スプリング３の後端側３Ｂは、荷台フレーム６に固設さ
れたブラケット７に略逆Ｙ字状のシャックルリンク５を
介して支持され、又、上記リーフスプリング３の前端側
のアイ部３Ａはシャックルピン８を介して荷台フレーム
６に固設されたブラケット７に支持されている。また、
図３に示すように、リーフスプリング３のアイ部３Ａは
ブッシュ９を介してシャックルピン８に嵌合され、シャ
ックルピン８には、図１に示す如くそのブラケット嵌合
部の周面に溝１０が設けられ、この溝１０にブラケット
７の側面の孔からピン固定用ボルト１１を挿通し締め付
けることにより、シャックルピン８のブラケット７に対
する回動及び軸方向への移動を規制するようになってい
る。

【００１２】さて、図１に示すように上記シャックルピ
ン８内にはその端面より軸芯方向に沿ってセンサ取付孔
１２が穿設され、このセンサ取付孔１２内に磁歪式セン
サ１３が固定されるようになっている。図２に示す如
く、磁歪式センサ１３は、フレーム１９とセンサ本体１
４とから構成され、フレーム１９は中央部にセンサ本体
１４を一体的に装着する開口１９ａを有する口字状の本
体部１９ｂと、この本体部１９ｂの対向する一対の辺部
ほぼ中央部からそれぞれ外側に延び、シャックルピン８
に固着するための取付片１９ｃとを有する板状部材から
構成されている。各取付片１９ｃの一方の側面はシャッ
クルピン側への接合面１９ｇとして構成されており、接
合面１９ｇとは反対側の側面には断面Ｕ字状の溶接溝１
９ｅが設けられている。この溶接溝１９ｅは図１（Ｂ）
にも示すように各取付片１９ｃの長さ方向に延び溝底部
において接合面１９ｇとの間の厚さを薄くするために設
けられている。センサ本体１４は、パーマロイ等の強磁
性材料から四隅に脚部１４ａを有してＸ字状に構成さ
れ、各脚部１４ａが上記本体部１９ｂ内側の各角隅部１
９ｄに填め込まれることによりフレーム１９に一体化す
るようになっている。そして、センサ本体１４は、図１
（ｃ）に示す如く、水平、垂直方向に隣接する脚部１４
ａ、１４ａ間に、駆動コイル１５と検出コイル１６とを
直交状に巻き付けて、フレーム１９から伝えられる応力
歪に応じた出力が発生するようになっている。図１に示
すように、上記センサ取付孔１２は、上記磁歪式センサ
１３の取付のため、奥側が入口側に対して径方向内方に
縮径されて小径な取付段部１８となっている。そして、
磁歪式センサ１３をセンサ取付孔１２の開口側から挿入
して取付段部１８に上記取付片１９ｃの接合面１９ｇ側
を着座させた状態で、センサ取付孔１２の入口側から取
付段部側へ向けて照射する高密度エネルギのビーム、例
えば、レーザビームＲを上記取付片１９ｃの溶接溝１９
ｅ内に照射することにより、取付片１９ｃを取付段部１
８に融着するようになっている。また、取付段部１８
は、図１に示すように、内径側に向かうに従がい奥側に
傾斜した傾斜面により形成されており、これに対応して
取付片１９ｃも基端から先端に向かって先細形状となっ
ている。なお、図３に示すように上記ブラケット７のシ
ャックルピン取付孔周縁部と磁歪式センサ１３の中心を
結ぶ線と、シャックルピン８の軸芯線に対して並行な線
の成す角θがほぼ４５°になるように上記取付段部１８
が形成される。

【００１３】このように、取付段部１８を介してセンサ
取付孔１２に取付片１９ｃをレーザ溶するような構成に
は、取付片１９ｃを取付段部１８に着座させるだけで簡
単に位置合わせができるので、位置合せが容易であり、
磁歪式センサ１３を挿入するセンサ取付孔１２の開口側
からレーザビームを照射するので溶接専用の孔を新たに
設ける必要がないという利点がある。また、一般的にレ
ーザ溶接は厚さの厚いものには不向きであるが、取付片
１９ｃに溶接溝１９ｅを設けたことで溶接部分の実質的
な厚さを薄くでき容易にレーザ溶接を行なうことができ
ると同時に、溶接溝１９ｅの両側がリブ１９ｆとして機
能するので取付片１９ｃに十分な剛性を確保させること
ができるという利点もある。さらに、取付段部１８を内
径側が奥側に傾斜した傾斜面としたことで、一対の取付
片１９ｃを溶接するに際してレーザガンの角度を調整す
ればよく、レーザガンの径方向の移動を微量もしくはゼ
ロとすることができるので溶接作業性に優れるという利
点もある。図７（ａ）にシャックルピン８の取付段部１
８に取付片１９ｃをレーザビーム溶接したときのセンサ
出力と荷重との関係を、図７（ｂ）にシャックルピン８
のセンサ取付孔１２に対して従来の磁歪式センサのホル
ダを圧入したときのセンサ出力と荷重との関係を示す。

【００１４】図７（ａ），（ｂ）により、本実施形態に
係る磁歪センサの取付構造は、圧入で固定する従来の取
付構造と比べて、線形性、出力が高く、ヒステリシスが
見られないことが理解される。従って、本実施形態に係
る構造を持つ車両は、その車体及び／又は車両積載荷重
を正確に検出でき、過積載に対応することができる。こ
こで、上記取付段部１８、取付片１９ｃ及びその溶接点
を上記のように設定したのは、有限要素法（ＣＡＥ）に
よるシャックルピン８の剪断応力の解析に基づいて決定
したものであり、このようにすれば、感度が高く、ゲイ
ンが変動が少ない結果が得られる。

【００１５】なお、図３に示したように、上記シャック
ルピン８内の両端部内に上記の如く磁歪式センサ１３を
一対取付けることにより偏荷重に備えることが可能にな
るが、偏荷重による誤差が問題にならなければ１つのシ
ャックルピン８に対して磁歪式センサ１３を単一化する
こともできる。次に、上記の磁歪式センサ１３を車両の
トラニオンシャフトに取付ける場合について説明する
が、上記構成と同様な構成については同一符号を符し説
明を省略する。図６に示すように、本実施形態の後輪は
タンデムアクスル構造の二軸車であり、アクスルケース
２０Ａ、２０Ｂが前後２列になっていて、図４に示した
ように、後軸２側のリーフスプリング３は、中央部が荷
台フレーム６に固定されたトラニオンブラケット２５に
嵌合支持されたトラニオンシャフト２２の端側上面側
に、環状のスプリング座２３及びＵ字状固定治具２４を
介して支持されている。

【００１６】そして図５に示すように、このトラニオン
シャフト２２内には、上記シャックルピン８と同様にセ
ンサ取付け孔１２、取付段部１８が形成され、このセン
サ取付孔１２内に、上記磁歪式センサ１３が組込まれて
いる。なお、取付段部１８の位置は、図４に示されるよ
うに、トラニオンブラケット２５に設けたトラニオンシ
ャフト取付孔２６の外側周縁部と、磁歪式センサ１３の
中心とを結ぶ線と、トラニオンシャフト２２の軸芯線と
並行な線との成す角θがほぼ４５°となるように設定さ
れており、前述のシャックルピン８の場合と同様、取付
片１９ｃは、取付段部１８に着座した状態で、センサ取
付孔１２の入口側から照射するレーザビームＲにより融
着される。そして、上述のようにトランオンシャフト２
２に磁歪式センサ１３を取付けた場合も、前述のシャッ
クルピン８と同様の利点がある。

【００１７】なお、上記シャックルピン８及びトラニオ
ンシャフト２２に対する磁歪式センサ１３の取付構造に
あっては、溶接作業性をよくするため、上記取付段部１
８の着座面の内周側を外周側よりも奥側に位置させて内
向きに傾斜させるものとしたが、この傾斜は廃止しても
良く、その場合は取付段部１８の形状に合わせて取付片
１９ｃの接合部１９ｄの形状を変更すれば良い。また、
取付片１９ｃの位置合せをさらに簡便にすることを目的
として、取付段部１８に取付片１９ｃを係合する係合部
（図示せず）を形成しても良い。また、レーザ溶接を容
易化するために取付片１９ｃに溶接溝１９ｅを設けた例
を説明したが、溶接が可能であれば溶接溝１９ｅは無く
ても良いし、剛性を上げることを目的として、リブ１９
ｆとは異なるようなリブを設けることも可能である。更
に、本発明はレーザ溶接に限られるものではなくプロジ
ェクション溶接、電子ビーム溶接等を利用することも可
能であるし、測定物として他の部材を利用したりトラッ
ク以外のものに適用することも可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば次
の如き優れた効果を発揮する。 （１）熱的影響が少なく残留応力の少ないレーザ溶接、
プロジェクション溶接、電子ビーム溶接等の高密度エネ
ルギ溶接で取付片を固着するので、磁歪式センサの出力
の精度を向上させることができる。特に、取付孔の開口
側から溶接を施すので溶接専用の孔を新たに設ける必要
がなく、取付孔に形成した取付段部を利用するので位置
合せも容易である（請求項１）。 （２）取付段部と取付片との溶接を容易にでき、取付片
の剛性も確保することができる（請求項２）。 （３）複数個の溶接に際してレーザガンの移動距離を小
さくすることができ、作業効率を改善できる（請求項
３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態としてシャックルピンに
対する磁歪式センサの取付構造を示し、図１（Ａ）はシ
ャックルピンの側断面図、図１（Ｂ）は磁歪式センサの
側面図、図１（Ｃ）は磁歪式センサの平面図である。

【図２】本発明に係る磁歪式センサのフレーム構造を示
す斜視図である。

【図３】シャックルピンの支持構造及びシャックルピン
に対する磁歪式センサの取付け位置を示す断面図であ
る。

【図４】トラニオンシャフトの支持構造及びトラニオン
シャフトに対する磁歪式センサの取付け位置を示す断面
図である。

【図５】本発明の別の実施の形態としてトラニオンシャ
フトに対する磁歪式センサの取付構造を示す要部詳細断
面図である。

【図６】本発明が適用される大型トラックのサスペンシ
ョン部の概略構成を示す図である。

【図７】本発明に係るセンシングの取付け構造と従来の
センシング素子の取付け構造とのセンサ出力と荷重との
関係を示す図で、図７（ａ）はシャックルピンの取付段
部にホルダの取付片をレーザビーム溶接したものについ
てのセンサ出力と荷重との関係を示し、図７（ｂ）はシ
ャックルピンの取付段部に従来の磁歪式センサのホルダ
を圧入したものについてのセンサ出力と荷重との関係を
示す図である。

【図８】従来の磁歪式センサの取付構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

８ シャックルピン（測定物） １２ センサ取付孔 １３ 磁歪式センサ １８ 取付段部 １９ｃ 取付片 １９ｅ 溶接溝 ２２ トラニオンシャフト（測定物）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−313740（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−254456（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−313332（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−102692（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−69759（ＪＰ，Ｕ) 西独国特許出願公開3429348（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 1/12 G01G 19/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定物に形成されるセンサ取付孔に奥側
   が小径となる取付段部を形成すると共に、磁歪式センサ
   に外周方向に突出する取付片を形成し、 上記センサを上記取付孔に挿入し、上記取付片を高密度
   エネルギビームによる溶接により上記取付孔の開口から
   上記取付段部に接合したことを特徴とする磁歪式センサ
   の取付構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁歪式センサの取付構造
   において、 上記取付片の上記取付段部に対する接合面の反対側の面
   に溶接溝を設けたことを特徴とする磁歪式センサの取付
   構造。
3. 【請求項３】 請求項１記載の磁歪式センサの取付構造
   において、 上記段部は内径側が奥側に傾斜した傾斜面により形成さ
   れ、 上記取付片は複数個設けられて上記高密度エネルギビー
   ムにより溶接されることを特徴とする請求項１記載の磁
   歪式センサの取付構造。
4. 【請求項４】 上記高密度エネルギビームとは、レーザ
   ビーム、プロジェクションビーム、電子ビームの何れか
   一であることを特徴とする請求項１若しくは３記載の磁
   歪式センサの取付構造。