JPH07128116A

JPH07128116A - 荷重検出装置

Info

Publication number: JPH07128116A
Application number: JP29457393A
Authority: JP
Inventors: Kiyoto Kobayashi; 清人小林; Koji Inoue; 光二井上; Hiroyasu Ishii; 裕康石井; Tatemasa Ootsuka; 楯征大塚
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【構成】直列に接続されると共に交流励磁される複数の
コイル2a、2bに対し磁性体３を検出対象荷重に比例した
距離だけ移動させ、この相対移動があっても全コイル2
a、2bのトータルインピーダンスを一定とする。各コイ
ル2a、2bのインピーダンスの温度に対する変化比率は等
しい。各コイル2a、2bの接続点の出力電圧に基づき荷重
を検出する。【効果】コスト低減と小型化ができ、複雑な温度補償回
路なしに安定して荷重を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トラッククレーン等に
装着される荷重検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７（ａ）に示すように、トラッククレ
ーン５０はアウトリガ６を車両側部から突き出して接地
させた状態で、トラッククレーン５０に設けたブーム５
１でワークＷを吊り上げて上方向や横方向に搬送する。
このようなトラッククレーン５０においては、ワークＷ
の重量が重すぎる場合やブーム５１を延ばし過ぎたよう
な場合、図７（ｂ）に示すように転倒することがあっ
た。

【０００３】そのような転倒事故を防止するため、ブー
ム５１を介しトラッククレーン５０に作用する荷重を検
出し、トラッククレーン５０が転倒する前に、その検出
荷重に基づいて過搭載の警報や、ブーム５１の伸長停止
などの措置を取ったり、その検出した荷重情報をフィー
ドバックしてブーム５１の伸縮を制御することを行なっ
ている。

【０００４】そのような荷重の検出のためトラッククレ
ーン５０に組み込まれる荷重検出装置として、歪ゲージ
を用いたものが従来より用いられている。これは、ブー
ム５１を介しトラッククレーン５０に作用する荷重によ
って変形あるいは変位する荷重の支持部材に歪ゲージを
取り付け、その支持部材の変形あるいは変位に応じて歪
む歪ゲージの抵抗変化あるいは発信周波数の変化を検出
し、その検出値から荷重を算出するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、歪ゲージは構
造的に極微小（数μｍ）の変位しか検出できないため、
歪ゲージを取り付ける支持部材の変形あるいは変位量も
同様に数μｍでなければならない。しかし、トラックク
レーン５０で検出する荷重は最大数１０トンといった大
きな値であるため、このような大きな荷重により支持部
材に数μｍといった極微小の変形あるいは変形を再現性
よく発生させるためには、支持部材を精密に取り付ける
必要があり、その取り付けが非常に面倒で手間を要する
という問題があった。また、歪ゲージは感度の向上や温
度特性の補正のために通常４枚を並べて取り付けられる
ため、構造が複雑で製造が面倒であると共に部品点数が
増大し、製造コストを上昇させるという問題があった。

【０００６】また、荷重変動を油圧変化に変換して荷重
を検出するものがあるが、応答速度が遅く、大型化し、
高価なものになる。また、荷重変動によるゴム製荷重板
の変形を電気的に検出して荷重検出するものがあるが、
再現性および耐久性に劣る。また、荷重を支える支柱の
反力が転倒時に０になるとがたつくことを利用し、その
支柱のがたつきをリミットスイッチにより検出するもの
があるが、再現性が悪く、スイッチのオン、オフによる
検出のため検出点の調整が困難である。

【０００７】そこで、作動トランスを用い、トラックク
レーン５０に作用する荷重に比例して変形するバネ材等
を介し磁性体を変位させ、その磁性体の変位量をインダ
クタンスの変化に基づき検知し、その変位量から荷重を
求めることが考えられる。

【０００８】しかし、差動トランスは１次コイルと２次
コイルの２組のコイルからなり、コイルの中心に磁性体
である棒状コアを挿入し、１次コイルに一定交流電圧を
印加し、そのコアの変位に応じ２次コイルに生じる誘導
起電力からコアの変位量を測定するものである。そのた
め、たとえ１次側の電圧が一定であっても、温度変化に
よって生じる誤差に関しては補償が難しく、温度補償回
路が複雑な回路となり、コストが増大するという問題点
がある。また、磁気回路の効率を上げて電磁誘導の効率
を上げるために磁気の漏れない構造が要求されるので、
コイルの形状が制限されるという欠点がある。また、電
磁誘導の効率を上げるためにコイルの巻数を多くする必
要があるので、コイルの重量が大きくなると共に製作に
時間を要し量産に適さず、やはりコストが増大するとい
う問題がある。

【０００９】本発明は、上記従来の課題を解決すること
のできる安価で高性能、しかも小型化できる荷重検出装
置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の荷重検出装置
は、直列に接続されると共に交流電圧により励磁される
複数のコイルと、各コイルに対向する磁性体と、各コイ
ルと磁性体とを検出対象荷重に比例した距離だけ相対移
動させる手段とが、各コイルと磁性体が相対移動しても
全コイルのトータルインピーダンスが一定となるように
設けられ、各コイルのインピーダンスの温度に対する変
化比率は等しいものとされ、各コイルの接続点の出力電
圧に基づき荷重を検出することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の構成により荷重を検出するには、ま
ず、各コイルと磁性体とが検出対象荷重に比例した距離
だけコイル軸方向に沿って相対移動しても、両コイルの
トータルインピーダンスが変化しないようにする。例え
ば同軸心に配列される２つのコイルを直列に接続し、両
コイルの中心に磁性体製のコアをコイルの軸心に沿って
相対移動可能に挿入し、その両コイルあるいはコアにバ
ネ材等の弾性体を介しコイル軸心方向に沿って検出対象
荷重が作用するようにする。これにより、その両コイル
を交流電圧により励磁すると、コイルは巻線に応じた抵
抗の他にインダクタンスを持ち、各コイルのインダクタ
ンスはコアの位置変化により透磁率が変化することで変
化するので、両コイルのトータルインピーダンスが変化
しない場合、各コイルのインピーダンスはコアの位置変
化に応じ変化する。よって、各コイルの接続点の出力電
圧はコアの位置変化から生じるコイルのインピーダンス
の変化に応じ変化し、その出力電圧を計測することでコ
アの位置変化を求めることができ、このコアの位置変化
から検出対象荷重を求めることができる。

【００１２】その２つのコイルのインピーダンスをＺ
１、Ｚ２とし、コイル全体にかかる電圧をＥとすると、
一方のコイルに作用する電圧Ｖは、Ｖ＝Ｅ・Ｚ１／（Ｚ１＋Ｚ２）…（１）となる。これら２つのコイルが同じ温度特性を持ち、温
度が変化しても２つのコイルのインピーダンスＺ１、Ｚ
２が同じ比率だけ変化する場合、両コイルの接続点の出
力電圧は温度が変化しても変化しない。従って、温度変
化の影響を受けることなく検出対象荷重を求めることが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１４】図１に示す荷重検出装置１は、ケース６内
にモールド樹脂７を介し固定されたコイルボビン９に巻
かれた２つのコイル２ａ、２ｂと、両コイル２ａ、２ｂ
に対向する磁性材製コア３とを備える。その２つのコイ
ル２ａ、２ｂは同軸心に配列されると共に直列に接続さ
れ、両コイル２ａ、２ｂの中心にコア３が挿入される。
そのコア３に連結されるシャフト４とケース６との間に
バネ８が配置され、そのシャフト４に検出対象荷重Ｆが
コイル２ａ、２ｂの軸心に沿って作用する。これによ
り、そのコア３は両コイル２ａ、２ｂに対しコイル軸心
方向（図においてＸ方向）に沿って検出対象荷重に比例
した距離だけ相対移動し、この相対移動に拘らず両コイ
ル２ａ、２ｂのトータルインピーダンスは一定となる。
また、各コイル２ａ、２ｂの温度変化に対する特性は等
しいものとされ、それぞれのインピーダンスの温度に対
する変化比率は等しいものとされている。

【００１５】そのケース６に回路基板５が内蔵され、こ
の回路基板５に、図２のブロック図に示すように、両コ
イル２ａ、２ｂを励磁する発振回路１０と、荷重検出回
路１１とが設けられている。その発信回路１０に入力電
圧端子２１を介し入力電圧＋ｅが印加されることで、一
方のコイル２ａの端子２２を介し両コイル２ａ、２ｂに
交流出力が印加される。他方のコイルの端子２３は接地
端子２４を介し接地される。両コイル２ａ、２ｂの接続
点の端子２５における出力電圧Ｖは荷重検出回路１１に
入力される。その検出回路１１は、その電圧Ｖの振幅と
平均値、すなわちゲインとオフセットを調節し、検出対
象荷重に対応する所望の特性を有する信号を出力端子２
６を介し出力する。その検出回路１１の出力は、例えば
荷重表示装置や荷重制御回路に送られ、検出荷重の表示
やトラッククレーンにおけるブームの伸縮制御等が行な
われる。

【００１６】図３を参照して上記構成の作用を説明す
る。励磁電圧をかけた状態で検出対象荷重Ｆが０の場
合、図３（ｂ）のようにコア３は２つのコイル２ａ、２
ｂの中間に位置し、この時、一方のコイル２ａのインピ
ーダンスをＺ１、他方のコイル２ｂのインピーダンスを
Ｚ２とすると、Ｚ１＝Ｚ２となり、２つのコイル２ａ、
２ｂの接続点の出力電圧Ｖは励磁電圧の１／２になる。
図３（ａ）にように、検出対象荷重Ｆの作用によりコア
３が図中−Ｘ方向に移動した場合、２つのコイル２ａ、
２ｂのインピーダンスＺ１、Ｚ２はＺ１＞Ｚ２となり、
一方のコイル２ａに作用する電圧は他方のコイル２ｂに
作用する電圧より大きくなるので、両コイル２ａ、２ｂ
の接続点の出力電圧は図３（ｂ）の状態におけるよりも
小さくなる。図３（ｃ）にように、コア３が図中＋Ｘ方
向に移動した場合、２つのコイルのインピーダンスＺ
１、Ｚ２は、Ｚ１＜Ｚ２となり、他方のコイル２ｂに作
用する電圧は一方のコイル２ａに作用する電圧より大き
くなるので、両コイル２ａ、２ｂの接続点の出力電圧は
図３（ｂ）の状態におけるよりも大きくなる。また、温
度が変化しても、２つのコイルは同じ温度特性を持ち各
コイル２ａ、２ｂのインピーダンスＺ１、Ｚ２は同じ比
率だけ変化するので、前記式（１）より両コイル２ａ、
２ｂの接続点の出力電圧は変化せず、この出力電圧に基
づく検出回路１１の出力も周囲温度に無関係な安定した
値となる。

【００１７】図４、図５は、各コイル２ａ、２ｂとコア
３とを検出対象荷重Ｆに比例した距離だけ相対移動させ
る具体例を示す。すなわち、両コイル２ａ、２ｂが内蔵
されたケース６にフランジ６ａが形成され、そのフラン
ジ６ａはネジ３２により第１バネ受け３１にり取り付け
られている。その第１バネ受け３１は筒状のガイド３３
に挿入されるボルト３４を介し固定側部材３５に取り付
けられている。その第１バネ受け３１と固定側部材３５
との間に第２バネ受け３６が配置され、この第２バネ受
け３６にコア３に連結されたシャフト４が固定されてい
る。両バネ受け３１、３６の間に圧縮コイルバネ４０が
配置され、このコイルバネ４０と各コイル２ａ、２ｂの
軸心とが一致するものとされている。その第２バネ受け
３６は前記ガイド３３によりコイル２ａ、２ｂの軸方向
に沿って移動可能に案内される。その第１バネ受け３１
に頭部付きボルト３７がコイル２ａ、２ｂの軸方向に沿
って移動可能に挿通され、その頭部付きボルト３７は第
２バネ受け３６にねじ合わされ、これにより、両バネ受
け３１、３６の間の圧縮コイルバネ４０の軸方向最大長
が規定されている。その第２バネ受け３６にボルト３８
によって可動台３９が取り付けられている。この可動台
３９に検出対象荷重Ｆが作用することで、コア３は各コ
イル２ａ、２ｂに対しコイル軸心方向に沿って検出対象
荷重に比例した距離だけ相対移動する。なお、この図
４、図５に示した例では回路基板５はバネ受け３１の外
部に絶縁材により作られたささえ筒４２を介してネジ４
１により取り付けられている。また、その圧縮コイルバ
ネ４０の断面は円形に比べエネルギー蓄積量の多い角形
とされて小型化が図られているが、皿バネや圧縮コイル
バネ等の他の弾性体を用いてもよい。

【００１８】図６はコイル２ａ、２ｂを構成する導線の
巻方の変形例である。図６（ａ）は一方のコイル２ａの
径が一端から他端に向かうに従い小径となるように導線
を巻き、この一方のコイル２ａの外周に他方のコイル２
ｂを構成する導線を、他方のコイル２ｂの径が他端から
一端に向かうに従い小径となるように巻いた例であり、
コイル２ａ、２ｂがコンパクトになる。また、図６
（ｂ）は一方のコイル２ａの巻数を他方のコイル２ｂの
巻数よりも少なくした例であり、これにより、図中Ｘ軸
方向の−Ｘ方向へのコア３の移動に対する感度より、＋
Ｘ方向へのコア３の移動に対する感度の方が高くなる。

【００１９】なお、本発明は上記実施例や変形例に限定
されない。例えば、コアが固定されてコイルが移動して
もよく、コイルの数は３つ以上でもよく、磁性体をコイ
ルの外部に配置してもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明による荷重検出装置によれば、従
来の歪みゲージ式に比べ構造が簡単で製造が容易で部品
点数が少なく、従来の差動トランス式のものに比べてコ
イルの巻数を格段に少なく作成でき、コイルの形状が制
限されずコイルの設計や構成が簡略化でき、コイルの重
量を低減でき、量産に適し、磁気回路をコンパクトに作
成することができることから、小型化とコスト低減がで
きる。また、温度変動があっても複雑な温度補償回路を
用いることなく安定して荷重を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の荷重検出装置の断面図

【図２】本発明の実施例の荷重検出装置の構成説明用ブ
ロック図

【図３】本発明の実施例の荷重検出装置の作用説明図

【図４】本発明の荷重検出装置の支持構造の具体例を示
す図

【図５】図４のＶ矢視図

【図６】本発明の変形例の荷重検出装置のコイルの構成
説明図

【図７】従来のトラッククレーンにおける問題点の説明
図

【符号の説明】

２ａ、２ｂコイル３コア（磁性体）８、４０バネ１０発振回路１１検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚楯征京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所三条工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直列に接続されると共に交流電圧により
励磁される複数のコイルと、各コイルに対向する磁性体
と、各コイルと磁性体とを検出対象荷重に比例した距離
だけ相対移動させる手段とが、各コイルと磁性体が相対
移動しても全コイルのトータルインピーダンスが一定と
なるように設けられ、各コイルのインピーダンスの温度
に対する変化比率は等しいものとされ、各コイルの接続
点の出力電圧に基づき荷重を検出することを特徴とする
荷重検出装置。