JP4028871B2 - ロードセル - Google Patents

Description

本発明は、自動車の走行中にエンジンの支持部分に発生する荷重を測定する用途等に用いられ、３成分力の測定が可能な４本梁方式のロードセルに関する。

従来、２個の部材をボルトで締結している場合にそのボルトに加わる荷重を測定するのにロードセルを用いることがあった。そこで使用されるロードセルは、図６に示されるように、２個の部材にそれぞれ取り付けられる２枚の円盤状のフランジ３１，３２の間を起歪体３３〜３６により連結する構造である。フランジ３１，３２は、それぞれボルトにより部材に取り付けられる構造である。なお、これらの構造をしたロードセルとしては、特許文献１に記載のロードセル等がある。
特開２０００−１４６７１８号公報

しかしながら、図６に示されるロードセルの場合は、それを取り付ける部材の背面からボルトを挿通してフランジ３１，３２のねじ孔３７に螺着する手順が必要であり、それぞれの部材の背面にボルトを挿通するための作業空間が必要となる。そのため、その作業空間が確保できない場合は、図示のタイプのロードセルを取り付けることが不可能であった。そこで、２個の部材をボルトで締結している場合にそのボルトに発生する荷重をロードセルで測定する場合についても、そのボルトを取り付ける手順で、２つの部材間に取り付けられるロードセルの提案が望まれていた。すなわち、本発明は、２枚のフランジの間に起歪体を配置したロードセルを用いて測定する場合に、一方の部材の方向からそのボルト位置にボルトを螺着する手順と同じ要領で両部材間にロードセルの設置を可能にするロードセルを提案することを目的とした。

上記課題を解決するために、本発明は、相対する２個のフランジとその間を連結する４個の起歪体とを一体形成した４本梁方式のロードセルにおいて、一方のフランジの外側中心軸上に該フランジと一体に雄ねじを突設し、他方のフランジの内側中心軸上に該フランジと一体に筒部を突設し、該フランジの中心軸上に該筒部を貫通する雌ねじを刻設したことを特徴とする。

また、本発明は、前記ロードセルにおいて、前記起歪体の中央の剪断歪み検出用歪みゲージの貼着位置の軸方向両端に、軸方向と直交するスリットを穿設したことを特徴とする。

また、本発明は、前記ロードセルにおいて、前記起歪体の矩形状をした表面の一方の対角線の一端に引っ張り圧縮力検出用歪みゲージを本体軸方向と平行な方向に貼着し、一方の対角線の他端に引っ張り圧縮力検出用歪みゲージを本体軸方向と直交する方向に貼着したことを特徴とする。

また、本発明は、前記ロードセルにおいて、前記雄ねじが突設された一方のフランジの内側中心位置に軸方向外側に向けて非貫通の穴を穿設したことを特徴とする。

以上述べたように本発明によれば、相対する２個のフランジを有するロードセルにおいて、一方のフランジに雄ねじを他方のフランジに雌ねじを設けたことで、２つの部材を締結したボルトに発生する荷重を測定する場合に、そのボルト位置にボルトを螺合する手順と同じ要領でロードセルの設置が可能となり、２つの部材を締結するボルトに発生する荷重の測定が可能となる。
また、本発明によれば、起歪体の中央の剪断歪み検出用歪みゲージの貼着位置の軸方向両端に、軸方向と直交するスリットを穿設したことで、引っ張り圧縮力の剪断歪みへの干渉が解消されて剪断力の測定精度が向上する。
また、本発明によれば、起歪体の矩形状をした表面の一方の対角線の一端に引っ張り圧縮力検出用歪みゲージを縦方向に貼着し、一方の対角線の他端に引っ張り圧縮力検出用歪みゲージを横方向に貼着したことで、引っ張り圧縮力に対応する検出電圧の直線性が改善される。
また、本発明によれば、雄ねじが突設されたフランジの内側中心位置に軸方向外側に向けて非貫通の穴を穿設したことで、引っ張り力に対応する検出電圧の直線性が改善される。

以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係るロードセルの軸方向先端側から見た外観図であり、図２は図１を側面から見た側面図であり、図３は図１のA−A線端面図であり、図４は図１の斜視図である。図示されるように、このロードセルは、互いに対向して平行に配置された前フランジ１と後フランジ２の間に、中心軸に対して円周方向に９０度おきに起歪体３〜６が配設され、前後フランジ１，２と起歪体３〜６が一体成形されている。この起歪体３〜６に歪みゲージが貼着される。

前フランジ１と後フランジ２の外側には、取り付け相手部材に当接する座面１ａ，２ａが突設されている。さらに、前フランジ１の中心軸上前方には、取り付け相手部材に螺合するための雄ねじ７が突設されている。また、後フランジ２側には、中心軸上内側に向けて円筒部８が突設され、その内側に雌ねじ９が穿設されている。これら、雄ねじ７および雌ねじ９は互いに同一軸上に位置するとともに同サイズのねじである。この雄ねじ７が一方の取り付け相手部材に挿入されて螺着される。このとき、前フランジ１と後フランジ２の外周部が起歪体３〜６と平行に切除されて四角形状に平面部が形成されており、その平面部にスパナをかけて雄ねじ７を回転させて締めつけることができる。

同様に、雌ねじ９には他方の取り付け相手部材側からボルトが挿入されて螺着される。その結果、このロードセルを介して、２個の取り付け相手部材を締結することが可能となる。すなわち、その場合の取り付け手順は、一方の取り付け部材の取り付け穴にロードセルの雄ねじ７を螺着し、次いで、ロードセルの雌ねじ９に他方の取り付け部材のボルト挿通孔を合わせ、他方の取り付け部材の上方からボルトを螺着することになり、通常のボルトを用いた２つの部材の締結の手順と同じとなる。また、それとは反対に、一方の取り付け相手部材に雄ねじが突設されている場合は、その雄ねじにロードセルの雌ねじ９を螺着して、次いで、ロードセルの雄ねじ７部にもう一方の取り付け相手部材の取り付け孔を挿通して、雄ねじ７にナットを螺着して取り付けることも可能となる。

以上の手順で本発明に係るロードセルが２つの部材間に取り付けられることが可能となる。本発明では、上述のロードセルの測定精度を向上させるため、さらに、以下の構成を付加した。まず、図２に示されるように、起歪体３〜６の中央には、剪断歪み検出用歪みゲージ１１が２個斜め４５度の角度でたすき掛けに貼着されているが、この歪みゲージ１１の貼着位置の軸方向上方と下方の起歪体３〜６の端部に、軸方向と直交するスリット１２〜１５等を穿設した。これらスリット１２〜１５等を設けたことで、前フランジ１と後フランジ２間に発生する引っ張り圧縮力が、そのまま直線的に歪みゲージ１１に加わらなくなり、引っ張り圧縮力の剪断歪みへの干渉が解消されて剪断力の測定精度が向上する。

また、本発明では上述したロードセルの起歪体３〜６の各位置に方向を縦横変えながら引っ張り圧縮力検出用歪みゲージを貼着して測定したところ、図２の起歪体３であれば左上の隅に縦方向すなわち本体軸方向と平行な方向に歪みゲージ１６を貼着し、右下の隅に横方向すなわち本体軸方向と直交する方向に歪みゲージ１７を貼着することで、引っ張り圧縮力に対応する検出電圧の直線性が、他の場所に貼着した場合に比較して顕著に改善されることが確認できた。なお、図では左上の隅と右下の隅を結ぶ一方の対角線の両端に設置したが、他方の対角線の両端すなわち右上の隅と左下の隅に設置しても同様な結果が得られる。

また、本発明では上述したロードセルの引っ張り荷重に対する検出電圧の直線性を改善するため、ロードセルの断面形状についても、色々変更を加えて試みてみた。その結果、雄ねじ７が突設された前フランジ１の内側中心位置に軸方向外側に向けて非貫通の穴１８を穿設したところ、引っ張り力に対応する検出電圧の直線性がわずかに改善されることを確認できた。これは雄ねじ７に上方向の引っ張り荷重が発生した場合に、穴１８がある分、フランジ１の中心部分が弾性変形により中心軸方向に移動しやくなったものと推定できる。

図５は、上述したロードセルの取り付け例を示す断面図である。この図示例は、本来、部品２１を板部材２２に、２本のボルトにより締結する構成である。そこでこの２本のボルト部分に発生する荷重を測定するため、２本のボルトの代わりに、本発明に係る４本梁方式のロードセル２３，２４を取り付けたものである。取り付け手順は、部品２１に形成されているねじ穴２５，２６に、ロードセル２３，２４の雄ねじ部分を螺着する。次いで、板部材２２の反対側から、板部材２２に形成されている取り付け孔２７，２８に、ボルト２９，３０を挿入して、ロードセル２３，２４の雌ねじ部分に螺着することで装着が完了する。このようにして、ロードセル２３，２４がボルトを取り付ける手順と同じ要領で簡単に装着することができる。

なお、ロードセル２３，２４を部品２１に螺着する際、ロードセル２３，２４を完全にねじ込んで固定したとき、ロードセル２３，２４の中心軸回りの角度位置は、ロードセル２３，２４の雄ねじと部品２１に形成されているねじ穴２５，２６のねじの位相によって一義的に決まってしまい、起歪体の角度を垂直・水平に調整することができない。しかしこれは、ロードセル２３，２４の検出値を処理する演算部で補正ソフトを使用することにより解決できるものであり、測定の障害になることはない。

本発明は、自動車の荷重測定以外に、各種車両の荷重測定、一般産業機器の荷重測定、建築、土木現場における荷重測定等に用いられる、３成分力の測定が可能な４本梁方式のロードセルに利用可能である。

本発明に係るロードセルの軸方向先端側から見た外観図である。 図１を側面から見た側面図である。 図１のA−A線端面図である。 図１の斜視図である。 本発明に係るロードセルの取り付け例を示す断面図である。 従来例を示す外観図である。

符号の説明

１ 前フランジ
１ａ 座面
２ 後フランジ
２ａ 座面
３〜６ 起歪体
７ 雄ねじ
８ 円筒部
９ 雌ねじ
１１ 剪断歪み検出用歪みゲージ
１２〜１５ スリット
１６、１７ 歪みゲージ
１８ 穴
２１ 部品
２２ 板部材
２３、２４ ロードセル
２５、２６ ねじ穴
２７、２８ 取り付け孔
２９、３０ ボルト

Claims (4)

1. 相対する２個のフランジとその間を連結する４個の起歪体とを一体形成した４本梁方式のロードセルにおいて、
   一方のフランジの外側中心軸上に該フランジと一体に雄ねじを突設し、他方のフランジの内側中心軸上に該フランジと一体に筒部を突設し、該フランジの中心軸上に該筒部を貫通する雌ねじを刻設したことを特徴とするロードセル。
2. 請求項１に記載のロードセルにおいて、
   前記起歪体の中央の剪断歪み検出用歪みゲージの貼着位置の軸方向両端に、軸方向と直交するスリットを穿設したことを特徴とするロードセル。
3. 請求項１または２に記載のロードセルにおいて、
   前記起歪体の矩形状をした表面の一方の対角線の一端に引っ張り圧縮力検出用歪みゲージを本体軸方向と平行な方向に貼着し、一方の対角線の他端に引っ張り圧縮力検出用歪みゲージを本体軸方向と直交する方向に貼着したことを特徴とするロードセル。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のロードセルにおいて、
   前記雄ねじが突設された一方のフランジの内側中心位置に軸方向外側に向けて非貫通の穴を穿設したことを特徴とするロードセル。