JP5715342B2 - スラスト荷重検出機構 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸に作用するスラスト荷重を検出するためのワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構に関する。

従来から、回転軸に作用するスラスト荷重を測定する機構としては、特許文献１に示すものがある。このスラスト荷重検出機構においては、回転軸が円錐ころ軸受けを介して回転自在に保持されている。また、当該回転軸にはスライドリングが円錐ころ軸受けの片面と連接するように挿入されている。さらに、当該回転軸にはワッシャ型ロードセルが挿入されており、その片面はスライドリングの片面と連接する一方、他方の片面はハウジングに接触するように介在している。これにより、回転軸に作用したスラスト荷重が、円錐ころ軸受けおよびスライドリングを介してワッシャ型ロードセルに伝達され、ロードセル本体（起歪体）に歪みを生じさせる。この歪みを歪みゲージが電気信号として検出することにより、回転軸に作用したスラスト荷重を検出することができる。

ここで、前記ワッシャ型ロードセルにおいて、そのロードセル本体（起歪体）の形状には、低荷重でも歪みを大きく生じさせるための工夫が施されているものがある。その代表的なものとしては、特許文献２に示すワッシャ型ロードセルがある。このワッシャ型ロードセルのロードセル本体においては、その側面が湾曲している。これにより、円筒形状のロードセル本体に比べて、低荷重でも歪みを生じさせることができる。他にも、特許文献３に示すワッシャ型ロードセルにおいては、ロードセル本体の側面に貫通孔が穿設されており、これにより、前記ワッシャ型ロードセルと同様、低荷重でも比較的大きく歪みを生じさせることができる。これらワッシャ型ロードセルを、上記スラスト荷重検出構造に用いれば、回転軸に作用するスラスト荷重が比較的低い場合でも、これを検出することができるようになる。

特開２００５−９０５２５号公報 特開２０００−１４６７１８号公報 特開昭５６−６２９号公報

しかしながら、上記ワッシャ型ロードセルであってもまだ低スラスト荷重に対する歪み量は不十分であった。そのため、このワッシャ型ロードセルを上記スラスト荷重検出機構に用いても、低スラスト荷重を精度良く検出することができなかった。しかも、上記ワッシャ型ロードセルのロードセル本体は、特殊な形状を成している。そのため、困難な加工が要求され、コスト面においても問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、低スラスト荷重を精度良く検出可能なワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のスラスト荷重検出機構は、回転軸を回転自在に支持するとともに、回転軸に作用するスラスト荷重を受ける軸受けと、前記回転軸を挿入可能で、片面が前記軸受けと嵌合可能に形成され、もう片面には、複数の突部を形成するとともに受け部材を隣接させ、当該突部と受け部材とが嵌合可能に形成され、かつ前記軸受けから伝達されるスラスト荷重に応じて当該突部を支点として歪むロードセル本体と、前記ロードセル本体の歪み量を検出する歪み検出手段と、から構成されることを特徴とする。

なお、前記ロードセル本体の片面には支持部が複数形成され、この支持部の内壁に沿うようにして軸受けの外周が嵌め合わされていることが好ましい。

なお、前軸受けは、背面を組み合わせて配置される一対のアンギュラ玉軸受けであることが望ましい。

なお、前記ロードセル本体のもう一方の片面に突部を複数形成するとともに、突部と突部との間には当該突部より厚みの薄い第２の突部を形成することが好ましい。

本発明のワッシャ型ロードセル及びスラスト荷重検出機構においては、ロードセル本体の片面に突部を形成するだけの簡単な加工でよく、反対の片面にスラスト荷重が作用すると、当該突部が支点となり、ロードセル本体に歪みが生じる。しかも、スラスト荷重に対する歪み量も大きく、低スラスト荷重の検出精度に優れたものとなる。

また、ロードセル本体において突部が形成されている片面には、当該突部よりも厚みの薄い第２の突部が形成されている。そのため、ロードセル本体に所定以上のスラスト荷重がかかったとき、当該第２の突部が、ロードセル本体を受ける何らかの部材に接触する。したがって、この接触時点以上の歪みがロードセル本体には生じず、スラスト荷重の過負荷によりロードセル本体が損傷してしまう危険性が皆無となる。

さらに、ロードセル本体に形成された支持部でスラスト荷重を受けるように構成されている。そのため、ロードセル本体の片面全面でスラスト荷重を受ける構成よりも、当該支持部でスラスト荷重を受けたほうが、ロードセル本体に作用する曲げモーメントが大きくなり、ロードセル本体の歪み量も大きくなる。したがって、より低スラスト荷重の検出精度に優れたものとなる。

スラスト荷重検出機構を示す縦断面図である。 ワッシャ型ロードセルを示す底面視斜視図である。 ワッシャ型ロードセルを示す平面視斜視図である。なお、便宜上、ロードセル本体と、受け部材とを離して図示している。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はスラスト荷重検出機構である。このスラスト荷重検出機構１においては、特許請求の範囲に記載の軸受けの一例であってラジアル荷重に対して負荷能力を有する一対の円筒ころ軸受け２，３によって回転軸４が回転自在に支持されている。

また、前記一対の円筒ころ軸受け２，３の間には、スラスト荷重の伝達部材の一例であって背面を組み合わせて配置される一対のアンギュラ玉軸受け５，６が回転軸４を回転自在に支持するように介在している。さらに、一方の円筒ころ軸受け２と、一方のアンギュラ玉軸受け５との間には、ワッシャ型ロードセル１０がカラー７を介して回転軸４に挿入されて介在している。

前記ワッシャ型ロードセル１０は、図２および図３に示す構成であり、環状を成すロードセル本体１１を有している。このロードセル本体１１の片面において大径の円周縁の近傍には、図２に示すように、軸線方向に延びる支持部１２，１３，１４，１５が円周方向に４箇所に形成されている。また、この支持部１２，１３．１４．１５には段付き部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが形成されており、ここに前記アンギュラ玉軸受け５の外輪の円周縁が嵌め合わされ、スラスト荷重を受けるように構成されている。

一方、ロードセル本体１１の他方の片面には、図３に示すように、突部１６，１７，１８，１９が円周方向に４箇所に形成されており、この突部１６，１７，１８，１９は前記支持部１２，１３，１４，１５に対して円周方向における位相が異なるようにして配置されている。また、この突部１６，１７，１８，１９に接触するようにして、回転軸には環状の受け部材２０が挿入されている。この受け部材２０は、スラスト荷重を受けて軸線方向に移動しようとするロードセル本体１１を受けるためのものであり、その片面は前述の通り、突部１６，１７，１８，１９と接触する一方、他方の片面は円筒ころ軸受け２の片面と接触するようにして配置されている。

また、ロードセル本体１１において突部１６，１７，１８，１９が形成された片面には、これよりも厚みの薄い第２の突部２１，２２，２３，２４が円周方向に４箇所に形成されている。この第２の突部２１，２２，２３，２４は、前記支持部１２，１３，１４，１５に対して円周方向における位相が同一となるように配置されている。

また、前記突部１６と第２の突部２１との間には歪み検出手段の一例である歪みゲージ２５が貼付けられており、その裏面にも歪みゲージ２６が貼付けられている。さらに、この歪みゲージ２５，２６が貼付けられた位置から回転軸の中心軸を介して対向する位置にも、歪みゲージ２７，２８がロードセル本体１１の両面に貼付けられている。これら歪みゲージ２５，２６，２７，２８をブリッジ回路に組み込んで荷重センサを構成し、ロードセル本体１１の微小変化量である歪みが電気信号として検出される。

また、一方のアンギュラ玉軸受け６と、一方の円筒ころ軸受け３との間には弾性部材の一例であるウェーブワッシャ２９が介在している。このウェーブワッシャ２９が回転軸４に挿入される前述の各構成部品に予圧を与える。当該部品間に隙間が生じることがないようになっている。ここで、このウェーブワッシャ２９は、その両面がウェーブ形状を成しており、円筒ころ軸受け３あるいはアンギュラ玉軸受け６に押圧されて弾性変形可能に構成されている。なお、このウェーブワッシャ２９に代えて、弾性変形可能な部品の一例としてゴム製のパッキンを用いてもよい。

以下、回転軸４に作用するスラスト荷重の伝達経路を説明する。図１に示す１点鎖線の矢印は、スラスト荷重の伝達経路を示すものであり、まず、回転軸４にスラスト荷重が作用すると、回転軸４のフランジ部４ａが円筒ころ軸受け３の内輪を押圧する。この内輪からウェーブワッシャ２９を介して隣接するアンギュラ玉軸受け６の内輪にスラスト荷重が伝達される。ここで、アンギュラ玉軸受け５，６おいては、玉と、内輪および外輪とは接触角を有している。そのため、二個のアンギュラ玉軸受け５，６の背面を組合わせて配置することにより、内輪に伝達されたスラスト荷重は、玉を介して確実に外輪へ伝達される。

続いて、前記アンギュラ玉軸受け５の外輪に伝達されたスラスト荷重は、ロードセル本体１１の支持部１２，１３，１４，１５に伝達される。これを受け、ロードセル本体１１に形成された突部１６，１７，１８，１９が受け部材２０を押圧する。そのため、当該突部１６，１７，１８，１９を支点としてロードセル本体１１には歪みが生じる。すなわち、ロードセル本体１１において、隣接する突部１６と突部１７、突部１７と突部１８及び突部１８と突部１９は梁として機能し、この梁に歪みが生じる。ここで、ロードセル本体１１の片面上には、前記第２の突部２１，２２，２３，２４が形成されている。これにより、所定の歪みが生じると、当該第２の突部２１，２２，２３，２４が受け部材に接触する。そのため、ロードセル本体１１がスラスト荷重の過負荷により損傷することがないよう保護されている。

以上のように本発明のスラスト荷重検出機構１においては、回転軸４が一対の円筒ころ軸受け２，３によって回転自在に支持されている。この円筒ころ玉軸受け２，３は、回転軸４に作用するラジアル荷重に対して負荷能力を有するものである。しかも、アンギュラ玉軸受け５，６の背面を組み合わせて配置することにより、スラスト荷重がその外輪へ確実に伝達される。そのため、ワッシャ型ロードセル１０がラジアル荷重の影響を受け、誤って歪むことが皆無となるとともに、ワッシャ型ロードセル１０へスラスト荷重が確実に伝達されるため、回転軸に作用するスラスト荷重を精度良く検出することができる。

また、ロードセル本体１１においては、その片面がスラスト荷重を受けると、反対の片面に形成された突部１６，１７，１８，１９が支点となり、ロードセル本体１１に歪みが生じる。しかも、この突部１６，１７，１８，１９から円周方向に所定の間隔をおいた位置の裏面に支持部１２，１３，１４，１５が形成され、この支持部１２，１３，１４，１５の段付き部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａにスラスト荷重が作用する。これにより、ロードセル本体１１に作用する曲げモーメントが大きくなり、低スラスト荷重でも大きな歪みを生じさせることができる。そのため、スラスト荷重の検出精度に優れたものとなる。

１ スラスト荷重検出機構
２，３ 円筒ころ軸受け
４ 回転軸
５，６ アンギュラ玉軸受け
７ カラー
１０ ワッシャ型ロードセル
１１ ロードセル本体
１２，１３，１４，１５ 支持部
１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ 段付き部
１６，１７，１８，１９ 突部
２０ 受け部材
２１，２２，２３，２４ 第２の突部
２５，２６，２７，２８ 歪みゲージ
２９ ウェーブワッシャ

Claims (4)

1. 回転軸を回転自在に支持するとともに、回転軸に作用するスラスト荷重を受ける軸受けと、
   前記回転軸を挿入可能で、片面が前記軸受けと嵌合可能に形成され、もう片面には、複数の突部を形成するとともに受け部材を隣接させ、当該突部と受け部材とが嵌合可能に形成され、かつ前記軸受けから伝達されるスラスト荷重に応じて当該突部を支点として歪むロードセル本体と、
   前記ロードセル本体の歪み量を検出する歪み検出手段と、
   から構成されることを特徴とするスラスト荷重検出機構。
2. 前記ロードセル本体の片面には支持部が複数形成され、この支持部の内壁に沿うようにして軸受けの外周が嵌め合わされていることを特徴とする請求項１に記載のスラスト荷重検出機構。
3. 前記軸受けは、背面を組み合わせて配置される一対のアンギュラ玉軸受けであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト荷重検出機構。
4. 前記ロードセル本体のもう一方の片面に突部を複数形成するとともに、突部と突部との間には当該突部より厚みの薄い第２の突部を形成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のスラスト荷重検出機構。

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