JPH06207867A - ひずみゲージ式荷重変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起歪体に偏荷重が作用しても正確な測定がで
き、しかも起歪体に複数のひずみゲージを装着する作業
及び該ひずみゲージによってホイートストンブリッジ回
路を形成するための結線作業の容易化を図る。 【構成】 円筒状の起歪体２の外周面に、起歪体２内の
応力の中立面ｄを通過して径方向内方に延びる手等が挿
入可能な孔１１ａ〜１１ｄを周方向に９０°ピッチで４
箇所形成し、各孔１１ａ〜１１ｄの起歪体２の周方向に
おける互いに対向する各壁面１２ａ，１２ｂ（平坦面）
の応力の中立軸ｈの位置にひずみゲージ３〜１０を貼着
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷重が作用すると弾性
ひずみを生じる柱状起歪体にホイートストンブリッジ回
路を形成する複数のひずみゲージを装着し、該ひずみゲ
ージで前記ひずみを検出することによって前記荷重に対
応した電気信号を出力するひずみゲージ式荷重変換器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のひずみゲージ式荷重変換
器としては、例えば図６に示すものが知られている。こ
のひずみゲージ式荷重変換器ａは、円筒状（中空円柱
状）の起歪体ｂの外周面に、ホイートストンブリッジ回
路（図示せず。）を形成するひずみゲージｃを周方向に
等間隔で複数装着したものである。そして、起歪体ａの
上面に荷重（分布荷重）を作用させると、該ひずみゲー
ジｃによってひずみが検出され、該ひずみに基づいた応
力（荷重）の値がホイートストンブリッジ回路を介して
電気信号として出力される。

【０００３】しかしながら、このようなひずみゲージ式
荷重変換器ａにおいては、図６に示すように、起歪体ｂ
の上面に等分布荷重Ｐが作用した場合においては該荷重
に対応した電気信号が出力されて正確な測定がされる
が、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、起歪体ｂの上
面に偏荷重Ｐ１又はＰ２が作用した場合には、正確な測
定ができないという問題があった。

【０００４】すなわち、起歪体ｂの上面に外又は内側に
偏って荷重が作用した場合は、ひずみゲージｃの装着さ
れた位置が起歪体ｂ内の応力中立面ｄ（この場合、起歪
体ｂの横断面においてその断面積を二等分する円周面に
ほぼ一致し、実験的に確認されるものである。；図６
（ｂ）参照）より径方向に離れているため、ひずみゲー
ジｃが曲げによって生じるひずみを検出してしまい、こ
の結果、起歪体ｂの上面に作用した荷重の値と上記ひず
みに基づいた応力の値がずれてしまい、これにより、正
確な測定ができなくなる。

【０００５】そこで、このような問題を解決するため
に、特公平３−２６３３８号公報に示すものが知られて
いる。このひずみゲージ式荷重変換器ｅは、図８に示す
ように、円筒状の起歪体ｆの下端面に、小径の孔ｇが、
その軸線を応力中立軸ｈ（この中立軸ｈが円周方向に集
合して上述した応力中立面ｄが形成されている。）と一
致させて周方向に等間隔で複数形成されている。

【０００６】これらの孔ｇの奥深い位置の内周面には、
二枚のひずみゲージｉ，ｊが、孔ｇの軸線、すなわち応
力中立軸ｈを間に挟んで起歪体ｆの径方向に互いに対向
して貼着されており、起歪体ｈの径方向における上記中
立軸ｈから各ひずみゲージｉ，ｊまでの寸法が同一にさ
れている。これにより、起歪体ｆの上面に偏荷重Ｐ２
（又は１）が作用しても、ひずみゲージｉ，ｊによって
検出される曲げひずみの絶対値を同一にすることができ
る（図８における応力分布図参照）。従って、偏荷重に
よるずれが相殺されて該荷重に対応する電気信号が出力
され、正確な測定がなされる。

【０００７】しかしながら、上記構成のひずみゲージ式
荷重変換器ｅにおいては、起歪体ｆの下方から小径の孔
ｇの奥深い位置の内周面にひずみゲージｉ，ｊを装着し
なければならないため、起歪体ｆにひずみゲージｉ，ｊ
を装着する作業及び該ひずみゲージｉ，ｊによってホイ
ートストンブリッジ回路を形成するための結線作業が非
常に煩わしく、特に、測定精度の向上を図るために多数
のひずみゲージを装着・結線する場合においてはその作
業に非常に手間がかかるという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる不都合
を解消するためになされたものであり、柱状起歪体に偏
荷重が作用しても正確な測定ができるのは勿論のこと、
起歪体に複数のひずみゲージを装着する作業及び該ひず
みゲージによってホイートストンブリッジ回路を形成す
るための結線作業の容易化を図ることができるひずみゲ
ージ式荷重変換器を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、荷重が作用すると弾性ひずみを生じる
柱状起歪体にホイートストンブリッジ回路を形成する複
数のひずみゲージを装着し、該ひずみゲージで前記ひず
みを検出することによって前記荷重に応じた電気信号を
出力するひずみゲージ式荷重変換器において、前記柱状
起歪体の外周面には、該柱状起歪体内の応力の中立面を
通過して内方に延びる孔が周方向に所定の間隔をもって
複数形成され、該孔の前記柱状起歪体の周方向における
互いに対向する各壁面の内の少なくとも一方の壁面に位
置する応力の中立軸に前記ひずみゲージを装着したこと
を特徴とするものである。

【００１０】また、本発明は、前記ひずみゲージが装着
される前記壁面が平坦面であることを特徴とするもので
ある。

【００１１】

【作用】本発明によれば、ひずみゲージの装着面が柱状
起歪体の外周面に形成された孔の壁面であるため、装着
面が作業者に対して開放されてひずみゲージの装着作業
及びひずみゲージによって形成されるホイートストンブ
リッジ回路を形成するための結線作業を容易にすること
ができる。

【００１２】この場合、ひずみゲージが装着される壁面
を平坦に形成すると、ひずみゲージの装着作業及びひず
みゲージによって形成されるホイートストンブリッジ回
路を形成するための結線作業をより簡単にすることがで
きる。

【００１３】また、ひずみゲージは柱状起歪体内の応力
の中立面を通過して内方に延びて形成された孔の壁面に
位置する応力の中立軸に装着されているため、柱状起歪
体に偏荷重が作用した場合においても、ひずみゲージが
中立軸から離れた位置における曲げひずみを検出するこ
となく、従って、ホイートストンブリッジ回路を介して
荷重に応じた電気信号を出力することができ、正確な測
定が可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図４を参照
して説明する。図１は本発明の実施の一例であるひずみ
ゲージ式荷重変換器の一部を切り欠いた正面図、図２は
図１の横断面図、図３は図１の縦断面図、図４は起歪体
に貼着された複数のひずみゲージの結線例を示す斜視図
である。

【００１５】図１において符号１は、ひずみゲージ式荷
重変換器（以下、単に「変換器」という。）を示すもの
であり、この変換器１は、上面が荷重の作用面をなす円
筒状の起歪体２と、該起歪体２に貼着された８枚のひず
みゲージ３〜１０とを備えている。なお、起歪体２の応
力中立面及び応力中立軸は従来例と同様であるので同一
符号を付して説明する。

【００１６】起歪体２の外周面の略中央部には、図２及
び図３に示すように、起歪体２内の応力中立面ｄを通過
させるべく径方向内方に延びて内周面まで貫通する４個
のひずみゲージ装着孔１１ａ〜１１ｄが周方向（図２に
おいて左回り方向）に９０°ピッチで形成されている。
ひずみゲージ装着孔１１ａ〜１１ｄは共にその構成が同
一であるので、ひずみゲージ装着孔１１ａについてのみ
説明すると、ひずみゲージ装着孔１１ａは上下方向に長
い長孔状に形成されており、その上下端部は半円状にな
っている（図１参照）。ひずみゲージ装着孔１１ａの起
歪体２の周方向における互いに対向する側壁面１２ａ，
１２ｂはそれぞれ平坦に形成されている。また、各側壁
面１２ａ，１２ｂ間の寸法はひずみゲージ装着孔１１ａ
に手等が挿入可能となるように設定されている。

【００１７】ひずみゲージ３，４（５，６、７，８、
９，１０）は、ひずみゲージ装着孔１１ａ（１１ｂ、１
１ｃ、１１ｄ）の各側壁面１２ａ，１２ｂの応力中立軸
ｈの位置に貼着されている。ひずみゲージ３〜１０は、
それぞれ引張りひずみ検出用の抵抗と圧縮ひずみ検出用
の抵抗を有しており、図示しないホイートストンブリッ
ジ回路を形成すべく次のように結線されている。ここ
で、各ひずみゲージ３〜１０の引張りひずみ検出用の抵
抗及び圧縮ひずみ検出用の抵抗をひずみゲージ３〜１０
に添字ａ及びｂを付して表示する。

【００１８】すなわち、ひずみゲージ３〜６の各引張り
ひずみ検出用抵抗３ａ〜６ａをそれぞれ直列接続してブ
リッジの一辺とし、ひずみゲージ７〜１０の各引張りひ
ずみ検出用抵抗７ａ〜１０ａをそれぞれ直列接続してブ
リッジの対辺とし、ひずみゲージ３〜６の各圧縮ひずみ
検出用抵抗３ｂ〜６ｂをそれぞれ直列接続してブリッジ
の残る一辺とし、ひずみゲージ７〜１０の各圧縮ひずみ
検出用抵抗７ｂ〜１０ｂをそれぞれ直列接続してブリッ
ジの残る対辺として回路接続し、これにより、ホイート
ストンブリッジ回路が形成される。なお、図において符
号１３及び１４は、起歪体２の上下端部に形成されたフ
ランジ１５，１６に外挿された円筒状の外カバー及び起
歪体２の内周面に内挿された円筒状の内カバーであり、
いずれもひずみゲージ３〜１０を湿気等による感度の変
化や外力による損傷から保護するためのものである。

【００１９】上記構成の変換器１においては、ひずみゲ
ージ３〜１０の貼着面が起歪体２の外周面に形成された
手等を挿入可能なひずみゲージ装着孔１１ａ〜１１ｄの
各側壁面１２ａ，１２ｂであるので、貼着に際し、貼着
面がひずみゲージを貼着する作業者に対して開放され、
しかも、貼着面は平坦に形成されているため、従来のよ
うに、起歪体の下方から小径の孔の奥深い位置の内周面
にひずみゲージを装着する場合に比べて、ひずみゲージ
３〜１０の貼着作業及びひずみゲージ３〜１０によって
形成されるホイートストンブリッジ回路を形成するため
の結線作業を極めて容易に行うことができる。

【００２０】また、ひずみゲージ３〜１０は、側壁面１
２ａ，１２ｂの応力の中立軸ｈの位置に貼着されている
ため、起歪体２の作用面に偏荷重が作用した場合におい
ても、ひずみゲージ３〜１０が中立軸ｈから離れた位置
における曲げひずみを検出することなく、従って、偏荷
重に対してもホイートストンブリッジ回路を介して該荷
重に応じた電気信号を出力することができ、正確な測定
が可能になる。

【００２１】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変
更可能である。例えば、上記実施例では、起歪体２の外
周面に、起歪体２内の応力中立面ｄを通過させるべく内
周面まで貫通するひずみゲージ装着孔１１ａ〜１１ｄを
形成しているが、必ずしもこのようにする必要はなく、
起歪体２内の応力中立面ｄを通過する限りにおいて、図
５に示すように、内周面の手前で止めて貫通しないひず
みゲージ装着孔とすることも可能である。この場合、結
果として内カバー１４は不要となる。

【００２２】また、上記実施例では、各側壁面１２ａ，
１２ｂにひずみゲージを貼着しているが、必ずしもこの
ようにする必要はなく、ホイートストンブリッジ回路を
形成できる範囲において各側壁面１２ａ，１２ｂの内の
いずれか一方の側壁面にひずみゲージを貼着することも
可能である。

【００２３】さらに、上記実施例では、起歪体２の形状
として円筒状のものを用いているが、これに代えて、角
筒状のものを用いることも可能である。

【００２４】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
のひずみゲージ式荷重変換器によれば、ひずみゲージの
装着面が起歪体の外周面に形成された孔の壁面であるの
で、装着に際し、装着面がひずみゲージを装着する作業
者に対して開放されている。このため、従来のように、
起歪体の下方から小径の孔の奥深い位置の内周面にひず
みゲージを装着する場合に比べて、ひずみゲージの装着
作業及び該ひずみゲージによって形成されるホイートス
トンブリッジ回路を形成するための結線作業を極めて容
易に行うことができる。

【００２５】この場合、ひずみゲージが装着される壁面
を平坦に形成すると、ひずみゲージの装着作業及びひず
みゲージによって形成されるホイートストンブリッジ回
路を形成するための結線作業をより簡単にすることがで
きる。

【００２６】また、ひずみゲージは、壁面の応力の中立
軸の位置に装着されているため、起歪体に偏荷重が作用
した場合においても、ひずみゲージが中立軸から離れた
位置における曲げひずみを検出することなく、従って、
偏荷重に対してもホイートストンブリッジ回路を介して
該荷重に応じた電気信号を出力することができ、正確な
測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一例であるひずみゲージ式荷重
変換器の一部を切り欠いた正面図である。

【図２】図１の横断面図である。

【図３】図１の縦断面図である。

【図４】起歪体に貼着された複数のひずみゲージの結線
例を示す斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図６】（ａ）は従来のひずみゲージ式荷重変換器の縦
断面図、（ｂ）は横断面図である。

【図７】（ａ）は従来のひずみゲージ式荷重変換器の起
歪体に内側に偏った偏荷重が作用した状態での曲げ応力
の分布を示す縦断面図、（ｂ）は外側に偏った偏荷重が
作用した状態での曲げ応力の分布を示す縦断面図であ
る。

【図８】従来の他のひずみゲージ式荷重変換器の縦断面
図である。

【符号の説明】

１…ひずみゲージ式荷重変換器、２…起歪体、３〜１０
…ひずみゲージ、ｄ…中立面、ｈ…中立軸、１１ａ〜１
１ｄ…ひずみゲージ装着孔、１２ａ，１２ｂ…側壁面
（貼着面）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷重が作用すると弾性ひずみを生じる柱状
   起歪体にホイートストンブリッジ回路を形成する複数の
   ひずみゲージを装着し、該ひずみゲージで前記ひずみを
   検出することによって前記荷重に応じた電気信号を出力
   するひずみゲージ式荷重変換器において、前記柱状起歪
   体の外周面には、該柱状起歪体内の応力の中立面を通過
   して内方に延びる孔が周方向に所定の間隔をもって複数
   形成され、該孔の前記柱状起歪体の周方向における互い
   に対向する各壁面の内の少なくとも一方の壁面に位置す
   る応力の中立軸に前記ひずみゲージを装着したことを特
   徴とするひずみゲージ式荷重変換器。
2. 【請求項２】前記ひずみゲージが装着される前記壁面が
   平坦面であることを特徴とする請求項１記載のひずみゲ
   ージ式荷重変換器。