JPH08201192A - ピン型荷重変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷重検出精度を犠牲にすることなく、予測を
超えた過大な荷重が負荷されても破壊されることなく且
つ荷重検出機能も確実に保持でき、しかも機械加工が容
易な荷重変換器を提供する。 【構成】 連結ピン１１の第１の嵌合部１１ｂ，１１ｃ
は、第１の連結部材１２の第１の嵌合孔１２ａに嵌合さ
れ、第２の嵌合部１１ａは、第２の連結部材１３の第２
の嵌合孔１３ａに嵌合されている。起歪部１１ｆ，１１
ｇがそれぞれ形成された小径部１１ｄ，１１ｅとこの小
径部１１ｄ，１１ｅより大径で両嵌合部１１ａ，１１ｂ
より小径の中径部１１ｓは、第１の嵌合孔１２ａ内の一
部に臨んだ位置に配設されている。第１、第２の連結部
材１２，１３間に、予測を超えた過大な引張力が負荷さ
れると、小径部１１ｄ，１１ｅよりもはるかに大きな強
度を有する中径部１１ｓが、第１の嵌合孔１２ａの内周
面に係合し、小径部１１ｄ，１１ｅが故障ないし破壊す
るのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピン型荷重変換器に関
しより詳細には、１本の連結ピンにより連結された荷重
伝達系をなす第１の連結部材と第２の連結部材の間に付
与される逆方向の相対荷重に起因して前記連結ピンに生
じる剪断力を検出することによって前記相対荷重の大き
さを検出するピン型荷重変換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば実公昭６０−４２１０８号公報に
開示された船舶用の係船装置や各種のクレーン装置のよ
うに、荷重（力）伝達系を構成する２つの連結部材（剛
体部）の間を実質的に１本の連結ピンで連結するように
構成された装置では、大きな荷重が係船ワイヤや吊下げ
ワイヤ等を介して１本の結合軸に加えられる。

【０００３】そのため、実際にワイヤに掛る引張力を常
に計測して、過荷重によるワイヤ切断という事故が発生
しないように監視するという必要性が生じる。そして、
ワイヤに掛る荷重を計測する方法としては、付与された
荷重に起因して連結ピン軸に発生する剪断力を、剪断ひ
ずみ検出ゲージを用いて計測するという技術が従来から
知られている。この剪断ひずみ検出ゲージを用いた計測
方法を、例えば図９に示すピン型荷重変換器を例にして
説明する。

【０００４】図９は、従来のピン型荷重変換器の構成を
一部破断して示す平面図、図１０は、図９のＸ−Ｘ線矢
視方向断面図である。図９において、１は連結ピンであ
り、本来の機能は、例えばクレーンや係船装置等の荷重
（力）伝達系をなす一方の連結部材（以下「第１の連結
部材」という）と他方の連結部材（以下「第２の連結部
材」という）との間に相対的に回動可能に介挿され両連
結部材間に作用する荷重（力）を伝達するものである
が、後述するように、起歪部に添着されたひずみゲージ
によりクレーンや係船装置のワイヤに作用する引張力を
検出するワイヤ張力を検出する機能を有する。

【０００５】図９において二点鎖線で表わす上側に伸び
ている部分が、剛性大なる第１の連結部材２の先端部分
であり、下側に伸びている部分が第２の連結部材３の先
端部分である。連結ピン１は、全体が断面円形の円柱状
をなしており、中間部分に第２の連結部材３に穿設され
た第２の嵌合孔３ａと適度なクリアランスをもって嵌合
し得る外径を有する第２の嵌合部１ａが形成されてい
る。

【０００６】この第２の嵌合部１ａの左右両側には、所
定の間隔を設けて同じ外径の第１の嵌合部１ｂ，１ｃが
形成されている。そして、この第２の嵌合部１ａと第１
の嵌合部１ｂおよび１ｃとの間は、小径にされた小径部
１ｄ，１ｅが設けられ、この小径部１ｄおよび１ｅに
は、薄肉に形成された起歪部１ｆ，１ｇが設けられてい
る。この連結ピン１における起歪部１ｆ，１ｇは、次の
ように形成される。

【０００７】即ち、本来、円柱状の連結ピン１に、一定
間隔の小径部１ｄ，１ｅを旋盤により削成する。この小
径部１ｄの互いに１８０°隔てた外周から中心軸方向に
向かう２つの座繰り穴Ｈ１，Ｈ２をフライス盤、エンド
ミルなどにより所定の深さに達するまで穿削する（図２
参照）。また、同様に小径部１ｅの互いに１８０°隔て
た外周から所定の深さの座繰り穴Ｈ３，Ｈ４を所定の深
さに達するまで穿削する。

【０００８】このようにして穿削された各２つの座繰り
穴Ｈ１，Ｈ２およびＨ３，Ｈ４の互いに対向する底面間
に残された薄肉部分が起歪部１ｆおよび１ｇとされるの
である。この起歪部１ｆおよび１ｇ、すなわち、座繰り
穴Ｈ１〜Ｈ４の各底部には、連結ピン１の中心軸に対
し、４５°および１３５°の角度間隔をもって、各２枚
のひずみゲージＧ１とＧ２、Ｇ３とＧ４およびＧ５とＧ
６，Ｇ７とＧ８が、それぞれ接着、スパッタリング、そ
の他の手段により添着されている。

【０００９】このように添着されたひずみゲージＧ１〜
Ｇ４のうち、一方の起歪部１ｆに添着されたひずみゲー
ジＧ１〜Ｇ４は、図４に示すようにしてホイートストン
ブリッジ回路（以下、単に「ブリッジ回路」と略称す
る）が形成され、他方の起歪部１ｇに添着されたひずみ
ゲージＧ５〜Ｇ８は、図４に示すようにしてブリッジ回
路が形成されている。

【００１０】連結ピン１の一端（図９において右端）側
外周には、図９に示すように、中心軸Ｏに平行な所定幅
のスリット（摺り割り）１ｈが中心軸に直交するように
形成されており、このスリット１ｈには、第１の連結部
材２にボルト５で固定された回転止め板４が嵌入され、
連結ピン１と第１の連結部材２とが相対的に回転しない
ように結合されている。

【００１１】この回転止め板４は、スリット１ｈと係合
することで、連結ピン１が第１の連結部材２から脱落し
ないように抜け止め防止の機能をも果たすようになって
いる。また、連結ピン１の右端部には、端部から一定の
深さに達する中心軸Ｏを共通にする円形穴１ｉが穿設さ
れており、この円形穴１ｉの開口端は、盲蓋６によって
閉塞されるようになっており、盲蓋６と円形穴１ｉとの
間にはＯリング７が介挿され気密性を保持するようにな
っている。

【００１２】ひずみゲージＧ１〜Ｇ８からのひずみ出力
を外部に取出すために、ひずみゲージＧ１〜Ｇ８は、そ
れぞれゲージリード等を用いて基板８に植設された導電
ピン９に一旦接続され、さらにこの導電ピン９からケー
ブル１０の芯線へと順次接続されている。

【００１３】このような構成よりなる従来のピン型荷重
変換器は、例えば、クレーンのワイヤ張力検出機構とし
て適用された場合、ワイヤに張力が作用すると、第１の
連結部材２と第２の連結部材３との間に逆方向の相対荷
重（力）が働らき、第１の連結部材２は、図９において
上方向（矢印方向）へ移動しようとし、第２の連結部材
３は下方向（矢印方向）へ移動しようとするから、起歪
部１ｆおよび１ｇには、剪断力が加わり、ひずみゲージ
Ｇ１，Ｇ３およびＧ５，Ｇ７は圧縮され、Ｇ２，Ｇ４お
よびＧ６，Ｇ８は伸長される。

【００１４】従って、図４に示すブリッジ回路におい
て、その入力端にブリッジ電源電圧Ｅｉを印加すると、
その出力端からは、ワイヤに作用する引張力に対応した
ひずみ出力電圧Ｅｏが出力される。このひずみ出力電圧
Ｅｏは、別途設けられるひずみ測定器により適宜増幅、
Ａ／Ｄ変換、演算等の処理が施こされてワイヤ張力が計
測される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成をし且つ作用するピン型荷重変換器において
は、測定荷重（または被測定力）に対し荷重検出精度の
観点から、発生する剪断力に合わせて連結ピン１の外径
および剪断面積を設定し、剪断力を検出する起歪部を設
けているため、測定荷重より過大な荷重（力）が負荷さ
れると、連結ピン１は破壊され、クレーン等においては
人命に係わる重大な事故を惹起する虞れがある。

【００１６】また、連結ピン１が破壊しないまでも、予
定された測定荷重を所定範囲オーバーする程度の荷重が
印加されることによって荷重変換器の荷重検出機能ある
いは検出精度を低下させる虞れもある。この場合には、
事故は重大に至らないにしても、高価な荷重変換器を無
益に失うばかりでなく、連結ピン１の交替のために、荷
重変換器が適用された装置の稼働を中断させ補修作業を
行わねばならないこととなり、その経済的損失は大なる
ものがある。

【００１７】本発明は、上述した従来のピン型荷重変換
器の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすると
ころは、測定精度を犠牲にすることなく、測定荷重より
も予測を著しく超えた過大な荷重が負荷されても破壊さ
れることがなく重大な事故を未然に防止できるだけでな
く、荷重検出機能および精度を確実に保持することがで
き、しかも機械加工が容易で、補修作業の必要性を少な
くし得るピン型荷重変換器を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、１本の連結ピンにより連結された荷重
伝達系をなす第１の連結部材と第２の連結部材の間に付
与される逆方向の相対荷重に起因して前記連結ピンに生
じる剪断力を検出することによって前記相対荷重の大き
さを検出するピン型荷重変換器において、前記連結ピン
には、前記第１の連結部材に嵌合する１つまたは複数の
第１の嵌合部と前記第２の連結部材に嵌合する１つまた
は複数の第２の嵌合部とが前記連結ピンの軸心方向にお
いて交互に位置するような状態で形成され、前記第１の
嵌合部と前記第２の嵌合部との間に、前記第１および第
２の嵌合部の直径よりも小直径に設定された小径部が設
けられると共に前記小径部よりも大直径であって前記両
嵌合部よりも小直径に設定された中径部が隣接して設け
られ、前記小径部には薄肉に形成された起歪部が設けら
れ、この起歪部にはひずみゲージが前記荷重伝達系に作
用する荷重に伴って前記連結ピンに作用する剪断力を検
出し得るように添着され、上記連結ピンの中径部は、前
記連結ピンに予定された範囲の剪断力が付与されたとき
には前記第１または第２の連結部材に穿設された第１ま
たは第２の嵌合孔とは接触せず、予定された範囲を超え
る過大な剪断力が付与されたときには前記第１または第
２の嵌合孔と係合してストッパ機能を果たし、前記連結
ピンの破壊を防止し得るように構成したことを特徴とす
るものである。

【００１９】より具体的には、前記連結ピンの小径部の
互いに１８０°隔てた外周から中心軸方向に向う２つの
座繰り穴がそれぞれ一定の深さまで形成されてその２つ
の座繰り穴の底面間が所定の厚さを有する起歪部とさ
れ、その座繰り穴の底面に剪断ひずみを検出し得るよう
にひずみゲージが添着され、前記連結ピンは上記座繰り
穴の底面が前記荷重印加方向に沿うようにして前記第１
の連結部材に取り付けられていることを特徴とするもの
である。

【００２０】また、このように構成する代りに、前記連
結ピンの小径部における荷重印加方向と直交する方向で
あって前記連結ピンの軸心と直交する方向に曲げひずみ
検出孔が貫通的に穿設されることによって薄肉の起歪部
が設けられ、前記２つの連結部材間に荷重が印加された
ときに、この印加荷重に起因して前記起歪部に発生する
曲げひずみを検出し得る複数のひずみゲージが、前記曲
げひずみ検出孔の内周面にそれぞれ添着され、この曲げ
ひずみ検出用のひずみゲージからの検出出力に基づいて
前記連結ピンに作用する剪断力を検出し得るように構成
してもよい。

【００２１】さらにまた、上記のように構成する代り
に、前記連結ピンの両端面側から、軸心に沿って前記小
径部が設けられた部位を若干通り過ぎる深さに達する中
空穴が穿設されることによって前記小径部に薄肉の起歪
部が設けられ、前記２つの連結部材間に荷重が印加され
たときに、この印加荷重に起因して前記起歪部に発生す
る剪断ひずみを検出し得る複数のひずみゲージが、前記
中空穴の内周面にそれぞれ添着され、前記剪断ひずみ検
出用のひずみゲージからの検出出力に基づいて前記連結
ピンに作用する剪断力を検出し得るように構成してもよ
い。

【００２２】

【作用】上記のように構成されたピン型荷重変換器にお
ける連結ピンのうち、第１の嵌合部には第１の連結部材
が嵌合され、第２の嵌合部には第２の連結部材が嵌合さ
れ、第１の連結部材と第２の連結部材との間に互いに逆
方向に、例えば引張力が作用すると、第２の嵌合部と第
１の嵌合部との間に挟まれた小径部に形成された起歪部
は、剪断力を受けて剪断ひずみを生じる。

【００２３】連結ピンは、第１の連結部材と一体的に回
動するように固定されており、第１の連結部材が引張力
の作用する方向に方向を変えても起歪部も同一方向に向
くため、起歪部に添着されたひずみゲージによって常に
第１の連結部材の長手方向に作用する引張力（および圧
縮力）を検出することとなる。

【００２４】連結ピンに形成された中径部は、起歪部が
設けられた小径部よりも大直径であって両嵌合部よりも
小直径に設定されている関係上、両連結部材間に、予測
された範囲の荷重（または「力」。以下同じ）が負荷さ
れたときには、第１または第２の連結部材に穿設された
第１または第２の嵌合孔とは接触せず、予測を超えた過
大な荷重が負荷されたときには第１または第２の嵌合孔
と係合してストッパ機能を果たし、連結ピンの小径部で
の破壊を防止する。

【００２５】

【実施例】次に、本発明に係るピン型荷重変換器の実施
例を添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明に係るピン型荷重変換器の第１の実施例の構成を一部
破断して示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ′線矢視方
向断面図、図３は、同実施例に係る荷重変換器に予測を
超えた過大な荷重が負荷されたときの連結ピンの変形の
様子をややオーバーに分り易く表現した説明図である。

【００２６】この第１実施例のピン型荷重変換器は、上
述した図９および図１０に示した従来例に対し、連結ピ
ンを除いては基本的な構成は、ほぼ共通しているので、
その構成についての説明は、一部省略することがある。
図１、図２において、１１は連結ピンであり、例えば、
クレーン、係船装置、鉄道車両の前後力検出装置等の荷
重伝達系をなす第１の連結部材１２と第２の連結部材１
３との間に相対的に回動可能に介挿され、両連結部材１
２，１３間に作用する力を伝達するものであるが、起歪
部に添着されたひずみゲージにより、上記したクレーン
や係船装置のワイヤに作用する引張力を検出したり、鉄
道車両の連結器の部分に作用する前後力（引張力および
圧縮力）を検出する機能をも有する。

【００２７】図１において、二点鎖線で表わす上側に伸
びている部分が、剛性大なる第１の連結部材１２の先端
部分であり、下側に伸びている部分が第２の連結部材１
３の先端部分である。連結ピン１１は、全体が断面略円
形の円柱状を呈しており、その中間部分に第２の連結部
材１３に穿設された第２の嵌合孔１３ａと適度なクリア
ランスをもって嵌合し得る外径を有する第２の嵌合部１
１ａが形成されている。

【００２８】この第２の嵌合部１１ａの左右両側には、
所定の間隔を設けて、同じ外径の第１の嵌合部１１ｂ，
１１ｃがそれぞれ形成されている。そして、この第２の
嵌合部１１ａと第１の嵌合部１１ｂおよび１１ｃとの間
には、２段に中径部１１ｓと小径部１１ｄ，１１ｅが形
成されている。即ち、第２の嵌合部１１ａの両端側に連
設するように中径部１１ｓ，１１ｓがそれぞれ形成さ
れ、さらにこの２つの中径部１１ｓ，１１ｓの両端側に
連設するように小径部１１ｄ，１１ｅがそれぞれ形成さ
れている。

【００２９】このうち、小径部１１ｄ，１１ｅは、上述
した図９に示す従来例と同様である。２つの中径部１１
ｓは、第１および第２の嵌合部１１ｂ，１１ｃおよび１
１ａの直径よりも小直径に形成され、小径部１１ｄ，１
１ｅよりも大直径に形成され、さらには、連結ピン１１
に、予定された範囲の剪断力が付与されたときには第１
の連結部材１２に穿設された第１の嵌合孔１２ａとは接
触せず、予定された範囲を超えた過大な剪断力が付与さ
れたときには、第１の嵌合孔１２ａと係合してストッパ
機能を果たし、しかも連結ピン１１が破壊しないよう
に、充分な強度（剛性）が付与されている。

【００３０】そして、この中径部１１ｓは、第１の嵌合
孔１２ａの一部に侵入するような軸方向位置に配設され
る。上記小径部１１ｄ，１１ｅには、薄肉に形成された
起歪部１１ｆ，１１ｇが設けられている。この連結ピン
１１における起歪部１１ｆ，１１ｇの形成方法は、図２
に示す従来例において起歪部１ｆ，１ｇの形成方法につ
いて説明したところと同じである。即ち、上記連結ピン
１１に対し、中径部１１ｓが上記の寸法関係に旋盤によ
り削成され、且つ小径部１１ｄ，１１ｅも同様に旋盤に
より削成された状態において、上記小径部１１ｄの互い
に１８０°隔てた外周から、図２に示すように、中心軸
方向に向かう２つの座繰り穴Ｈ１，Ｈ２をフライス盤、
エンドミルなどにより所定の深さに達するまで穿削す
る。

【００３１】図２は、図１のＡ−Ａ′線矢視方向断面図
を示すものであるが図１のＢ−Ｂ′線矢視方向断面図と
して共通であるので、後者を示す部分には、符号（ ）
を付して示してある。このような図２からも分るよう
に、同様に小径部１１ｅの互いに１８０°隔てた外周か
ら所定の深さの座繰り穴Ｈ３，Ｈ４を所定の深さに達す
るまで穿削する。

【００３２】このようにして穿削された各２つの座繰り
穴Ｈ１，Ｈ２およびＨ３，Ｈ４の互いに対向する底面間
に残された薄肉部分が起歪部１１ｆおよび１１ｇとされ
るのである。この起歪部１１ｆ，１１ｇ、すなわち、座
繰り穴Ｈ１〜Ｈ４の各底部には、連結ピン１１の中心軸
に対し、４５°および１３５°の角度間隔をもって、各
２枚のひずみゲージＧ１およびＧ２、Ｇ３およびＧ４，
Ｇ５およびＧ６，Ｇ７およびＧ８が、それぞれ接着、蒸
着、スパッタリング、その他の手段により添着されてい
る。

【００３３】このように添着されたひずみゲージＧ１〜
Ｇ８のうち、一方の起歪部１１ｆに添着されたひずみゲ
ージＧ１〜Ｇ４は、図４に示すようにしてホイートスト
ンブリッジ回路（以下、単に「ブリッジ回路」と略称す
る）が形成され、他方の起歪部１１ｇに添着されたひず
みゲージＧ５〜Ｇ８は上記ひずみゲージＧ１〜Ｇ４が挿
入された各辺にそれぞれ直列に接続されて、図４に示す
ようなブリッジ回路が形成される。

【００３４】ひずみゲージＧ１〜Ｇ８が添着された後、
各座繰り穴Ｈ１〜Ｈ４には、コーティング剤を充填した
り、盲蓋を冠着するなどして防湿処理を施す。連結ピン
１１の一端（図１において右端）側には、上述した図１
０に示すと同様に、中心軸Ｏに平行な所定幅のスリット
（摺り割り）１１ｈが形成されており、このスリット１
１ｈには、第１の連結部材１２に２本のボルト５で固定
された回転止め板４が嵌入され、連結ピン１１と第１の
連結部材１２とが相対的に回転しないように結合されて
いる。

【００３５】この回転止め板４は、スリット１１ｈと係
合することで、連結ピン１１が第１の連結部材１２から
脱落しないように抜け止め防止の機能をも果たすように
なっている。また、連結ピン１１の右端部には、端部か
ら一定の深さに達する中心軸Ｏを共通にする円形穴１１
ｉが穿設されており、この円形穴１１ｉの開口端は、盲
蓋６によって閉塞されるようになっており、盲蓋６と円
形穴１１ｉとの間には、Ｏリング７が介挿され水密性を
保持するようになっている。

【００３６】ひずみゲージＧ１〜Ｇ８からのひずみ出力
を外部に取出すために、ひずみゲージＧ１〜Ｇ８は、そ
れぞれゲージリード等を用いて基板８に植設された導電
ピン９に一旦接続され、さらにこの導電ピン９を介して
ケーブル１０へと順次接続されている。ケーブル１０
は、連結ピン１１に対しケーブルグランド金具１０ｂに
より水密的に挿通保持されており、円形孔１１ｉへケー
ブル１０を介して水分が侵入しにくいように構成されて
いる。

【００３７】このような構成よりなる第１の実施例のピ
ン型荷重変換器は、例えば、クレーンのワイヤ張力検出
機構として適用された場合、ワイヤに張力が作用する
と、第１の連結部材１２と第２の連結部材１３との間に
逆方向の相対荷重（力）が働らき、第１の連結部材１２
は、図１において上方向（矢印方向）へ移動しようと
し、第２の連結部材１３は下方向（矢印方向）へ移動し
ようとするから、起歪部１１ｆおよび１１ｇには、剪断
力が加わり、ひずみゲージＧ１，Ｇ３およびＧ５，Ｇ７
は縮小し、Ｇ２，Ｇ４およびＧ６，Ｇ８は伸長する。

【００３８】従って、図４に示すブリッジ回路におい
て、その入力端にブリッジ電源電圧Ｅｉを印加すると、
その出力端からは、ワイヤに作用する引張力に対応した
ひずみ出力電圧Ｅｏが出力される。このひずみ出力電圧
Ｅｏは、別途設けられるひずみ測定器により適宜増幅、
Ａ／Ｄ変換、演算等の処理が施こされてワイヤ張力が計
測される。

【００３９】また、第１および第２の連結部材１２およ
び１３の間に圧縮力が作用した場合には、起歪部１１ｆ
および１１ｇには、上述とは逆方向の剪断力が加わるか
ら、ひずみゲージＧ１，Ｇ３およびＧ５，Ｇ７は圧縮さ
れ、ひずみゲージＧ２，Ｇ４およびＧ６，Ｇ８は伸長さ
れるから、図４に示すブリッジ回路において、その出力
端からは、引張力が負荷された場合とは極性が反対で且
つ上記圧縮力に対応したひずみ出力電圧Ｅｏが出力され
る。図５に示すブリッジ回路は、図４に示すブリッジ回
路が各辺に２つのひずみゲージを直列に接続してあるの
に対し、並列に接続したものである。

【００４０】ところで、上記のように構成されたピン型
荷重変換器の連結ピン１１に形成された中径部１１ｓ
（１１ｓ）は、上述したように、起歪部１１ｆ，１１ｇ
が設けられた小径部１１ｄ，１１ｅよりも大直径であっ
て、第１および第２の嵌合部１１ｂ，１１ｃおよび１１
ａよりも所定量小直径に設定されているので、両連結部
材１２，１３間に、予定された（あるいは予測された）
範囲の荷重が負荷されたときには、上述したように、第
１の連結部材１２に穿設された第１の嵌合孔１２ａとは
接触しない範囲で撓み、所定の荷重検出を行うことがで
きる。

【００４１】一方、２つの中径部１１ｓ（１１ｓ）は、
両連結部材１２，１３間に予定された範囲を超える過大
な荷重（引張力、圧縮力）が掛かり、連結ピン１１に予
測を超えた過大な剪断力が負荷されたときには、図３に
誇張して示すように、第１の嵌合孔１２ａと衝接（係
合）して、いわゆるストッパーの機能を果たす。この中
径部１１ｓは、小径部１１ｄ，１１ｅに比べ、その直径
が太く且つ座繰り穴Ｈ１〜Ｈ４のようなものが穿設され
ていないので、剪断力に対する強度が大きいため、上記
のような予測を超えた過大な剪断に対し充分対抗するこ
とができるように設定されている。

【００４２】また、中径部１１ｓは、その外周部と第１
の嵌合孔１２ａの内周面との隙間が、上述するように連
結ピン１１に予定された範囲の剪断力が付与されたとき
には第１の嵌合孔１２ａとは接触しない隙間を有し、し
かも予定された範囲を超える過大な剪断力が付与された
ときには、起歪部１１ｆ，１１ｇに弾性比例限界を超え
ない程度の変位量（撓み）の範囲内で第１の嵌合孔１２
ａの内周面と衝接（係合）するように設定してあるた
め、上記過大な剪断力を連結ピン１１が受けても、荷重
変換器としての機能・性能は何ら阻害されることなく、
当然に再使用が可能となり得るのである。

【００４３】従って、連結ピン１１の破壊に伴う補修作
業の必要がなく、本荷重変換器が適用されたクレーン装
置等の補修作業のために、稼働を止める必要がないか
ら、不測の損害の発生を未然に防止することができる。
また、第１の実施例によれば、測定精度を犠牲にするこ
となく、予定の測定荷重を著しく超える過大な荷重が負
荷されても破壊したり、荷重検出機能を確実に保持し得
るようにするために、専ら、連結ピン１１に上述した関
係の中径部１１ｓを旋盤により削成するだけでよいの
で、機械加工が容易であり、加工コストが上昇するよう
にしても僅かであり、むしろ、連結ピン１１の破壊ある
いは荷重検出機能の喪失により発生する補修費用を抑制
する経済的効果の方がはるかに大きい。

【００４４】尚、本発明は、上述した第１の実施例のも
のに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々の変形実施が可能である。例えば、連結ピン１
１に形成される起歪部は、剪断ひずみ検出タイプでなく
図６に示す第２の実施例のように、曲げひずみ検出タイ
プに変更してもよい。この場合、起歪部１１ｊ，１１ｋ
を設けるに当っては、小径部１１ｄおよび１１ｅにおけ
る荷重印加方向と直交する方向であって連結ピン１１の
軸心と直交する方向に円形の貫通孔である曲げひずみ検
出孔Ｈ５およびＨ６を穿孔することにより行う。

【００４５】そして、２つの連結部材１２，１３間に荷
重が印加されたときに、この印加荷重に起因して起歪部
１１ｊ，１１ｋに発生する曲げひずみを検出し得るよう
に、上記曲げひずみ検出孔Ｈ５，Ｈ６の内周面の、中心
軸Ｏに対し４５°，１３５°，２２５°および３１５°
の近傍角度位置（略等配角度位置）に、ひずみゲージＧ
２，Ｇ１，Ｇ４およびＧ３，並びにひずみゲージＧ５，
Ｇ６，Ｇ７およびＧ８を、受感軸（グリッドの長手方
向）が荷重印加方向に沿うようにして各々添着する。

【００４６】尚、図６に示す第２の実施例の場合、起歪
部１１ｊ，１１ｋの曲げひずみ検出断面積を小さくする
ために、連結ピン１１の小径部１１ｄ，１１ｅの周面
を、荷重印加方向に沿って（曲げひずみ検出孔Ｈ５，Ｈ
６の中心軸に直交する平面と平行に）両側から削り落と
して、平行平面部ｆ１〜ｆ４（但し、ｆ２，ｆ４は図６
の裏面側となるので図には現われていない）を形成して
ある。尚、上記第１、第２の実施例共に、小径部１１
ｄ，１１ｅおよび中径部１１ｓを、第１の嵌合孔１２ａ
内に臨ませるように配設したが、第２の嵌合孔１３ａ内
に臨ませるように配設することもできる。

【００４７】また、上記第１、第２の実施例共に中径部
１１ｓ（１１ｓ）を連結ピン１１側に設けたが、この中
径部１１ｓの部分を削成せず、第２の嵌合部１１ａと同
じ外径（直径）としたままで、中径部１１ｓに対応する
第１の嵌合孔１２ａの内周面を、所定量（第２の嵌合部
１１ａの半径と中径部１１ｓの半径との差分）大径に削
成するようにしてもよい。しかしながら、このように構
成する場合、二股状をなす第１の連結部材１２の内側
（第２の連結部材１３の位置する側）から円形状の穴を
旋削することとなり、その旋削加工がしにくいという難
点があるので、第１、第２の実施例のように構成する方
が有利である。

【００４８】また、本発明は、第１、第２の実施例に示
すように、第１の連結部材１２を二股状とし、第２の連
結部材１３を、その中間に位置させるように構成した
が、第１の連結部材１２を三つ股あるいはそれ以上の多
数股状（櫛歯状）とし、その各股間に同様に形成された
多数股状（櫛歯状）の第２の連結部材１３を位置させ、
第１の嵌合部１１ｂ、小径部１１ｄ、中径部１１ｓ、第
２の嵌合部１１ａ、中径部１１ｓ、小径部１１ｅ、第１
の嵌合部１１ｃ……というように、順次、繰返し形成さ
れてなる連結ピン１１を、上記第１、第２の連結部材１
２，１３に穿設された複数個の第１の嵌合孔１２ａ、第
２の嵌合１３ａに順次挿通せしめ、上記した回転止め板
４をスリット１１ｈに係合した状態で第１の連結部材１
２と連結ピン１１とをボルト５をもって固定するように
構成することもできる。

【００４９】また、本発明は、上述した第１の実施例お
よび第２の実施例に示すものの他、図７および図８に示
す第３の実施例のような剪断ひずみ検出タイプのものに
変形することもできる。この図７に示す第３の実施例
は、図１に示す第１の実施例と連結ピン１１の外観形状
は略共通するが、第１の実施例のように座繰り穴を穿設
して起歪部を設けるのではなく、連結ピン１１の両端面
側から内方に向けて中空穴を旋削することによって薄肉
の起歪部を設け、その起歪部に対応する中空穴の内周壁
面に剪断ひずみ検出用のひずみゲージを添着するように
した点で異なっている。

【００５０】この第３の実施例のピン型荷重変換器は、
連結ピン１１の両端面側から軸心Ｏに沿って前記小径部
１１ｄおよび１１ｅが設けられた部位をそれぞれ若干通
り過ぎる深さに達する中空穴１１ｍおよび１１ｎが穿設
されることによって前記小径部１１ｄおよび１１ｅに薄
肉の起歪部１１ｆおよび１１ｇが設けられ、前記２つの
連結部材１２および１３間に荷重が印加されたときに、
この印加荷重に起因して前記起歪部１１ｆおよび１１ｇ
に発生する剪断ひずみを検出し得る複数のひずみゲージ
Ｇ１〜Ｇ４およびＧ５〜Ｇ８が、前記中空穴１１ｍおよ
び１１ｎの内周面にそれぞれ添着され、前記剪断ひずみ
検出用のひずみゲージＧ１〜Ｇ４およびＧ５〜Ｇ８から
の検出出力に基づいて前記連結ピン１１に作用する剪断
力を検出し得るように構成したものである。

【００５１】そして、起歪部１１ｆ、即ち小径部１１ｄ
に対応する中空穴１１ｍの内周壁面（円弧面）の１８０
°対向した部位には、図１に用いられていると同様のひ
ずみゲージＧ１，Ｇ２およびＧ３，Ｇ４が、接着、スパ
ッタリング等の手段により添着されており、これらひず
みゲージＧ１〜Ｇ４は、図４あるいは図５に示すような
ブリッジ回路を形成するように結線される。

【００５２】また、起歪部１１ｇ、即ち、小径部１１ｅ
に対応する中空穴１１ｎの内周壁面（円弧面）の１８０
°対向した部位には、図１に用いられていると同様のひ
ずみゲージＧ５，Ｇ６およびＧ７，Ｇ８が、接着、スパ
ッタリング等の手段により添着されており、これらひず
みゲージＧ５〜Ｇ８は、図４あるいは図５に示すような
ブリッジ回路を形成するように結線される。このように
して添着されたひずみゲージＧ１〜Ｇ４のゲージタブに
接続されたケーブル（図示せず）は、一対の中空穴１１
ｍと１１ｎを連通するようにして軸Ｏの中心に沿って穿
設された連通孔１１ｏを介して導電ピン９に接続され
る。

【００５３】尚、一方の中空穴１１ｍの開口端は、図示
省略の盲蓋により閉塞されるが、他方の中空穴１１ｎ
は、第１の実施例と同様、盲蓋６により開閉可能に閉塞
される。このようにして閉塞された中空穴１１ｍおよび
１１ｎ内には、適宜、充填剤を充填させることにより、
ひずみゲージの防湿を図ることが望ましい。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したところより明らかなよう
に、本発明によれば、起歪部の強度を大きくして過大な
負荷に耐え得るようにすることを避け、換言すれば、測
定精度（感度）を犠牲にすることなく、予定された測定
荷重をはるかに超える過大な荷重が連結ピンに負荷され
ても破壊して重大な事故を惹起するような事態を確実に
防止し得るだけでなく、上記過大荷重を受けても、所期
の荷重検出機能および検出精度を保持することでがき、
加えて、荷重変換器自体の機械加工が容易で、製作コス
トも廉価で済み、しかも、連結ピンの故障による交換を
必要としないために、荷重変換器が適用された装置の稼
働を中断させることがない、という副次的な経済効果を
期待し得るピン型荷重変換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るピン型荷重変換器
の構成を一部破断して示す平面図である。

【図２】図１の連結ピンのＡ−Ａ′線矢視方向およびＢ
−Ｂ′線矢視方向の断面構成を共通に示す断面図であ
る。

【図３】図１に示す第１の実施例の荷重変換器に予定の
測定荷重範囲を大きく超えた荷重が負荷された場合の起
歪部の変形の模様を誇張して示す拡大断面図である。

【図４】図１に示す４つの座繰り穴の底面にそれぞれ添
着された各二対のひずみゲージを結線して構成してなる
ブリッジ回路と、図６に示す２つの曲げひずみ検出孔に
それぞれ添着された各４枚のひずみゲージを結線して構
成してなるブリッジ回路とを共通に示した回路図であ
る。

【図５】図４のブリッジ回路の変形例を示す変形回路で
ある。

【図６】本発明の第２の実施例に係るピン型荷重変換器
の構成を一部破断して示す平面図である。

【図７】本発明の第３の実施例に係るピン型荷重変換器
の構成を一部破断して示す平面図である。

【図８】図７の連結ピンのＣ−Ｃ′線矢視方向およびＤ
−Ｄ′線矢視方向の断面構成を共通に示す断面図であ
る。

【図９】従来のピン型荷重変換器の構成を一部破断して
示す平面図である。

【図１０】連結ピンを、第１の連結部材に固定する手段
を示す本発明および従来例に共通の断面図である。

【符号の説明】

６ 盲蓋 ７ Ｏリング ８ 基板 ９ 導電ピン １０ ケーブル １０ａ ケーブルの芯線 １０ｂ グランド金具 １１ 連結ピン １１ａ 第２の嵌合部 １１ｂ，１１ｃ 第１の嵌合部 １１ｄ，１１ｅ 小径部 １１ｆ，１１ｇ，１１ｊ，１１ｋ 起歪部 １１ｈ スリット １１ｉ 円形穴 １１ｓ 中径部 １１m，１１n 中空穴 １１ｏ 連通孔 １２ 第１の連結部材 １２ａ 第１の嵌合孔 １３ 第２の連結部材 １３ａ 第２の嵌合孔 Ｇ１〜Ｇ８ ひずみゲージ Ｈ１〜Ｈ４ 座繰り穴 Ｈ５，Ｈ６ 曲げひずみ検出孔 ｆ１〜ｆ４ 平行平面部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １本の連結ピンにより連結された荷重伝
   達系をなす第１の連結部材と第２の連結部材の間に付与
   される逆方向の相対荷重に起因して前記連結ピンに生じ
   る剪断力を検出することによって前記相対荷重の大きさ
   を検出するピン型荷重変換器において、 前記連結ピンには、前記第１の連結部材に嵌合する１つ
   または複数の第１の嵌合部と前記第２の連結部材に嵌合
   する１つまたは複数の第２の嵌合部とが前記連結ピンの
   軸心方向において交互に位置するような状態で形成さ
   れ、 前記第１の嵌合部と前記第２の嵌合部との間に、前記第
   １および第２の嵌合部の直径よりも小直径に設定された
   小径部が設けられると共に前記小径部よりも大直径であ
   って前記両嵌合部よりも小直径に設定された中径部が隣
   接して設けられ、 前記小径部には薄肉に形成された起歪部が設けられ、 前記起歪部にはひずみゲージが前記荷重伝達系に作用す
   る荷重に伴って前記連結ピンに作用する剪断力を検出し
   得るように添着され、 上記連結ピンの中径部は、前記連結ピンに予定された範
   囲の剪断力が付与されたときには前記第１または第２の
   連結部材に穿設された第１または第２の嵌合孔とは接触
   せず、予定された範囲を超える過大な剪断力が付与され
   たときには前記第１または第２の嵌合孔と係合してスト
   ッパ機能を果たし、前記連結ピンの破壊を防止し得るよ
   うに構成したことを特徴とするピン型荷重変換器。
2. 【請求項２】 前記連結ピンの小径部の互いに１８０°
   隔てた外周から中心軸方向に向う２つの座繰り穴がそれ
   ぞれ一定の深さまで形成されてその２つの座繰り穴の底
   面間が所定の厚さを有する起歪部とされ、その座繰り穴
   の底面に剪断ひずみを検出し得るようにひずみゲージが
   添着され、前記連結ピンは上記座繰り穴の底面が前記荷
   重印加方向に沿うようにして前記第１の連結部材に取り
   付けられていることを特徴とする請求項１に記載のピン
   型荷重変換器。
3. 【請求項３】 前記連結ピンの小径部における荷重印加
   方向と直交する方向であって前記連結ピンの軸心と直交
   する方向に曲げひずみ検出孔が貫通的に穿設されること
   によって薄肉の起歪部が設けられ、前記２つの連結部材
   間に荷重が印加されたときに、この印加荷重に起因して
   前記起歪部に発生する曲げひずみを検出し得る複数のひ
   ずみゲージが、前記曲げひずみ検出孔の内周面にそれぞ
   れ添着され、この曲げひずみ検出用のひずみゲージから
   の検出出力に基づいて前記連結ピンに作用する剪断力を
   検出し得るように構成したことを特徴とする請求項１に
   記載のピン型荷重変換器。
4. 【請求項４】 前記連結ピンの両端面側から、軸心に沿
   って前記小径部が設けられた部位を若干通り過ぎる深さ
   に達する中空穴が穿設されることによって前記小径部に
   薄肉の起歪部が設けられ、前記２つの連結部材間に荷重
   が印加されたときに、この印加荷重に起因して前記起歪
   部に発生する剪断ひずみを検出し得る複数のひずみゲー
   ジが、前記中空穴の内周面にそれぞれ添着され、前記剪
   断ひずみ検出用のひずみゲージからの検出出力に基づい
   て前記連結ピンに作用する剪断力を検出し得るように構
   成したことを特徴とする請求項１に記載のピン型荷重変
   換器。