JPH07113587B2 - 衝撃荷重用ロードセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衝撃的な載荷荷重を測
定するためのロードセルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、計測に使用されている歪ゲージタ
イプのロードセルの構造は、図６〜８に示すように３つ
のタイプに分類することができる。すなわち、（１）直
線梁受感型、（２）曲げ受感型、（３）中空円筒受感型
である。（１）と（２）は、いずれも梁の曲げ歪によっ
て、（３）は、円筒シェルの軸歪によってロードセルに
載荷された荷重を算定するものである。

【０００３】梁の曲げ歪によって、載荷荷重を算定する
タイプのものは、載荷荷重に対して大きな歪出力を確保
するために、載荷荷重を梁に作用させ、その曲げ歪成分
を計測することによって算定するものである。軸歪によ
って載荷荷重を算定するタイプのものは、大容量とする
ために中空円筒の軸歪成分を計測することによって算定
するものである。従って、梁あるいは、円筒部の剛性を
変化させることによって任意に容量が設定できる構造に
なっており、固有振動数は、計測容量が増大するほど高
くなってくる。

【０００４】また、通常、静的な土圧や覆工構造の緩衝
工として使用される敷砂中の衝撃伝達力を計測するため
に使用されている土圧計を図９に示す。この土圧計の受
感構造は、図に示すように１次ダイヤフラムと２次ダイ
ヤフラムがあり、それらの間に圧力伝達のために水銀が
介在している。１次ダイヤフラムから２次ダイヤフラム
に伝達された圧力をダイヤフラムの曲げ歪に変換して計
測するようになっているもので、大きさは、小さいもの
で直径６５ミリ、厚さ８ミリ程度、大きいもので直径２
００ミリ、厚さ２５ミリ程度である。ダイヤフラムを収
容しているケースの縁部が補強部であり、ダイヤフラム
に作用する圧力が補強部の剛性によって調節される。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】従来のこれらのロードセルお
よび土圧計は、静的な載荷荷重に対して効率的に計測が
おこなえるように設計されており、従って、衝撃的な載
荷荷重の計測に対しては適当なものではなく、センサー
の設置位置近傍の境界条件や、センサーの固有の特性を
考慮して計測された出力波形の分析をする必要があっ
た。

【０００６】さらに、衝撃的な載荷荷重を計測する場合
は、静的載荷荷重に対するロードセルのように直接的な
載荷荷重の算定ができず、２次的な出力より換算評価し
なければならない。そのためその妥当性についての検討
が必要であった。また、従来のロードセルは、容量が小
さいものでも受感部が曲げタイプとなっているため小型
化が困難であった。

【０００７】そこで、衝撃的に作用する伝達圧力の高周
波成分を測定可能な特性を有するロードセルを開発する
必要性があった。衝撃的な載荷荷重を計測することが可
能であり、構造が単純で、小型化が容易なロードセルを
提供することが本願発明の目的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】衝撃的な圧力に的確に応
答する波動特性を有するロードセルを得るために、ロー
ドセルをその受圧面（１）と受圧面からの断面変化が滑
らかな部分を有する受感部（２）と受感部に設けられた
ストレンゲージ（３）および受感部に続く支持部（４）
とで構成し、受圧面（１）の面積は支持部（４）の面積
より大きく、かつ、受圧面の厚さが支持部の厚さよりも
厚くしてあり、かつ、受圧面（１）、受感部（２）及び
支持部（４）を一体的に成形することによって上記の課
題を解決したものである。

【０００９】

【作用】受圧面（１）に作用した圧力は、断面が滑らか
に絞り込まれた受感部（２）に応力集中を生ずること無
くスムーズに伝達される。受感部（２）に発生した歪は
ストレンゲージ（４）に伝えられ、その出力が測定され
る。受圧面の面積を支持部より大きくすることにより、
衝撃を的確に受け止め、受けた荷重は支持部を通じて設
置部本体に的確に伝達され測定精度を向上させ、支持部
（４）はロードセル本体の転倒安定性を向上させる。

【００１０】受感部（２）と支持部（４）の断面変化部
の断面変化を滑らかにすることによって同様に応力集中
を抑止することができる。また、ストレンゲージを受感
部（２）に焼き付けることによって衝撃的な繰返し荷重
に耐えることが可能である。

【００１１】

【実施例】図１に示すように実施例のロードセルは、鋼
材製で一体的に形成してあり、受圧面（１）は、断面円
形で半径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤形である。受圧面
から断面を滑らかに絞り一定断面とした受感部（２）
は、半径１０ｍｍ、高さ１５ｍｍの円筒形である。そし
て、受感部（２）の下部に設けた支持部（４）は、断面
円形で半径１５ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤形である。この
実施例の計測容量は１．５ｔｏｎである。なお、受感部
（２）には、ストレンゲージが焼き付けてある。ロード
セルの計測容量に応じて各部寸法を変えた例を表１に示
す。

【表１】このロードセルを図５に示したタイプの圧力計
と重錘に取付けた加速度計を同時に使用して衝撃的な荷
重を実際に測定し、測定結果を対比することによって本
願発明のロードセルの衝撃応答特性を試験した。

【００１２】実験条件 図２に示すような重錘落下衝撃実験装置を使用して試験
を実施した。 重錘： 直径１５ｃｍ 平底円筒形 重量７０ｋｇ 重錘落下速度： ３ｍ／ｓ 衝撃によって機器が破壊されるのを保護するためロード
セルの上に発泡スチロールを敷いて実験をおこなった。

【００１３】また、ロードセルに応力集中が生じないよ
うに架台を掘込み、その中にロードセルを埋め込み、架
台表面が平面になるようにしてある。発泡スチロールの
各厚さに対応する各センサーの衝撃応答波形分布の計測
結果を図５に示す。このときの最大応答応力を算定した
のが表１である。

【表１】

【００１４】図５に示されているように、本願発明のロ
ードセルと、加速度計及び圧力センサーは、ともに波形
は、ほぼ、同一の時間方向分布を示している。

【００１５】

【効果】以上のように、この発明のロードセルは、高い
精度で高周波成分を含んだ荷重に適用できる。受感部に
補強材が使用されておらず、構造が単純であるととも
に、受感部は受圧面から断面が滑らかに絞り込まれてい
るので、応力集中およびロードセル内での反射波等が抑
止される。

【００１６】また、支持部断面が受感部より滑らかに拡
大してあるので応力集中を緩和し、ロードセルの転倒を
防止し安定性を確保するとともにロードセル本体設置部
に圧力を確実に伝達する。本願発明のロードセルは、受
圧面（１）、受感部（２）および支持部（４）の単純な
構成であり、それらの断面の比率を適宜に変更すること
によって計測容量を容易に変更することができるので、
広い計測範囲での計測結果の比較が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例の正面図。

【図２】試験の状態を示す正面図。

【図３】衝撃応答波形分布図

【図４】衝撃応答波形分布図

【図５】衝撃応答波形分布図

【図６】従来のロードセル。

【図７】従来のロードセル。

【図８】従来のロードセル。

【図９】従来の土圧計

【符号の説明】

（１） 受圧面 （２） 受感部 （３） ストレンゲージ （４） 支持部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受圧面（１）と受圧面から滑らかに断面
   が絞り込まれ、一定の断面を有する受感部（２）とこの
   受感部に張り付けてあるストレンゲージ（３）及び受感
   部の下端から滑らかに断面が拡大されている支持部
   （４）とからなる衝撃荷重用ロードセルであって、受圧
   面（１）の面積は支持部の面積より大きく、かつ、受圧
   面の厚さが支持部の厚さよりも厚くしてあり、受圧面
   （１）、受感部（２）及び支持部（４）は一体に成形し
   てある衝撃荷重用ロードセル。
2. 【請求項２】 架台を掘込み、その中に請求項１の衝撃
   荷重用ロードセルを受圧部（２）表面と架台表面が同一
   平面になるように埋め込み、その上に緩衝材が敷いてあ
   る衝撃荷重測定装置。
3. 【請求項３】 衝撃緩衝材が発泡スチロールである請求
   項２の衝撃荷重測定装置。