JPH0915066A

JPH0915066A - 荷重検出装置

Info

Publication number: JPH0915066A
Application number: JP15970695A
Authority: JP
Inventors: Kiyoto Kobayashi; 清人小林; Takeaki Inoue; 武明井上; Tateyuki Ootsuka; 楯征大塚; Koji Inoue; 光二井上
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】コンパクト且つ安価に構成できて、重荷重に対
する耐用性もあり、同時に高い精度で荷重検出を行い得
るようにした荷重検出装置を提供する。【構成】検出対象たる荷重変位を弾性体たる皿ばね５、
６を介して位置変位に変換し、その位置変位を位置セン
サ７で検出するようにしたため、検出対象物にコンパク
ト且つ安価に組み込むことができ、重荷重を受けても有
効な荷重検出を行うことができる。特に、皿ばね５、６
のばね定数を異ならせておくことによって、重荷重に対
する耐用性と、軽荷重に対する高検出精度とを有効に両
立させることができる。更に、皿ばね５、６に高硬度の
当て板１２、１３を添設しておくことによって、皿ばね
５、６の挙動による組付け状態の劣化を防止し、有効な
検出精度を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トラッククレーンや高
所作業クレーン等に適用して有用となる荷重検出装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】荷重検出を必要とされるものに、例え
ば、図８（ａ）に示すトラッククレーン１００がある。
このトラッククレーン１００はアウトリガ１０１を車両
側部から突き出して接地させた状態で、トラッククーン
１００に設けたブーム１０２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
１００においては、ワークＷの重量が重すぎる場合やブ
ーム１０２を延ばし過ぎたような場合、同図（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１０２を介してトラッククレーン１００に作用する荷
重を検出し、トラッククレーン１００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１０２
の伸長停止などの措置をとったり、その検出した荷重情
報をフィードバックしてブーム１０２の伸縮を制御する
ことを行なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、その
ような荷重検出のためトラッククレーン１００に組み込
まれる荷重検出装置としては、歪ゲージを用いたものが
一般的である。しかし、歪ゲージは極微小の変位しか検
出できず、歪ゲージの取付先の変位は数μｍでなければ
ならないため、トラッククレーン１００のような大きな
荷重を精度良く検出するための手段としては適当でな
い。また、荷重変動を油圧変化に変換するものや、荷重
変動をゴムの変位に変換するものがあるが、再現性や耐
久性に乏しいという問題がある。

【０００５】このような不具合を解消するために、トラ
ッククレーン１００に作用する荷重に比例して変形する
弾性体を介して荷重変位を位置変位に変換し、その位置
変位から荷重を求めるようにした位置センサを採用する
ことが考えられている。

【０００６】ところが、その際に、弾性体に通常のコイ
ルばねを用いると、この種のばねは伸縮方向に嵩高いも
のであり、検出装置全体が大形になるため、現状のトラ
ッククレーンのアウトリガ部を変更しない限り取付けが
できない等の制約が多い。しかも、コイルばねは極端な
重荷重を支持するには不十分であり、その上、軽荷重を
精度よく検出するためにバネ定数を小さくすれば重荷重
に対応できず、重荷重に対応するためにバネ定数を大き
くすれば検出精度の低下が避けられないというジレンマ
がある。

【０００７】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであって、コンパクト且つ安価に構成できて、
重荷重に対する耐用性があり、同時に高い精度で荷重検
出を行い得るようにした荷重検出装置を提供することを
目的としている。

【０００８】

【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、次のような構成を採用したものであ
る。

【０００９】すなわち、本発明の荷重検出装置は、荷重
に応じた変位量を出力する弾性体と、変位量に応じた電
圧を出力する位置センサを具備し、位置センサの出力電
圧に基づき荷重を検出するようにしたものにおいて、前
記弾性体を、皿ばねにより構成したことを特徴とする。

【００１０】重荷重に対する耐用性と、有効な検出精度
とを両立させるためには、弾性体を、ばね定数の異なる
複数の皿ばねを直列に配置した構成とすることが有効と
なる。

【００１１】皿ばねの挙動によって検出精度が低下する
ことを有効に防止するためには、皿ばねの伸縮方向の一
端及び他端に、耐摩耗性部材を添設しておくことが望ま
しい。

【００１２】

【作用】弾性体が荷重を受けると、弾性体は、それが有
する固有のばね定数に応じて荷重に比例した伸縮変位量
を出力する。そして、位置センサはその弾性体の変位量
に応じた電圧を出力する。このため、本発明の荷重検出
装置は、荷重変位を位置変位に変換して検出することが
できる。その際、本発明は弾性体に皿バネを用いている
ため、コイルばね等を用いる場合に比べて弾性体の伸縮
方向の嵩張りを遥かに小さく抑えることができる。この
ため、適用対象に大幅な設計変更等を強いることなく、
荷重検出装置全体をコンパクトに組み込むことが可能に
なる。しかも、皿ばねはコイルばね等に比べて強度があ
るため、重荷重に対する耐用性にも優れたものとなる。

【００１３】特に、かかる弾性体を、ばね定数の異なる
複数の皿ばねを直列に配列して構成した場合には、比較
的軽荷重のときには主としてばね定数の小さい皿ばねが
伸縮変位し、荷重がある程度大きくなるとばね定数の小
さい皿ばねが縮みきって今度はばね定数の大きい皿ばね
が伸縮変位する。このため、軽荷重を精度よく検出でき
る上に、重荷重にも有効に対応することができる。特
に、各弾性体のばね定数の設定次第では、上述した両皿
ばねの機能が入れ替わる点を自在に変更することができ
るため、検出目的に応じて効果的な検出機能を付与する
ことが可能となる。

【００１４】また、皿ばねの特性として、伸縮動作に伴
って一端と他端が半径方向に拡縮し、それらの端部に添
設される当たり面上を繰り返し摺動動作する。このた
め、当たり面における摩耗が進行し易く、検出の初期位
置がシフトして適正な変位量を検出できなくなる恐れが
ある。これに対して、本発明は、皿ばねの一端と他端に
耐摩耗性部材を配設しているため、皿ばねの挙動に起因
した周辺部分の摩耗、それに起因する検出精度の低下を
有効に防止することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１〜図５を参
照して説明する。

【００１６】図１〜図３に示す荷重検出装置は、図８に
示したトラッククレーン１００の転倒防止用に用いられ
るものであり、同図に示すアウトリガ１０１に、コイル
２ａ、２ｂと、磁性体コア３と、回路基板４と、弾性体
たる一対の皿ばね５、６とを付帯して設けている。そし
て、アウトリガ１０１に掛かる荷重Ｆに比例した距離だ
けコア３をコイル２ａ、２ｂに対して相対移動させ、そ
の相対変位量を回路基板４を通じて検出するようにして
いる。これらのコイル２ａ、２ｂ、コア３及び回路基板
４が本発明の位置センサ７を構成している。

【００１７】詳述すると、アウトリガ１０１にはボルト
孔８及びこのボルト孔８に挿通されるボルト９を介して
第１ばね受１０が固定されており、この第１ばね受１０
の下端に摺動可能に第２ばね受１１を嵌装して、両ばね
受１０、１１にそれぞれ耐摩耗性部材としてプラズマ窒
化等により強化した高硬度の当て板１２、１３を配置
し、両当て板１２、１３に皿ばね５、６の大径な基端を
添設させるとともに、両皿ばね５、６の小径な先端を互
いに突き合わせて配置している。そして、第２ばね受１
１を可動台１４を介して接地させている。第２ばね受１
１は、通常はボルト１５、１６によって第１ばね受１０
に対して接離不能な状態で固定されているが、ボルト１
５、１６を外した時には第２ばね受１１は第１ばね受１
０から解放され、嵌合状態のまま摺動して接離動作を行
う。第１ばね受１０の軸心部に形成したボス部１０ａに
は、モールド樹脂などの充填剤１７を介してコイルボビ
ン１８が配設され、このコイルボビン１８にはコイル２
ａ、２ｂが巻回されていて、全体が鉄製の筒１９に挿入
されている。この筒１９は、コア３との相対移動量に対
する各コイル２ａ、２ｂの接続点の出力電圧を大きくす
るためのものである。一方、第２ばね受１１の軸心部に
は、先端に磁性材製のコア３を取着したシャフト２０が
突設されており、このコア３が前記コイルボビン１８の
中空部に挿入されて各コイル２ａ、２ｂに対向する位置
に配置されている。

【００１８】つまり、この可動台１４に、接地時の反力
としてトラッククレーン１００の荷重Ｆが作用すると、
その検出対象荷重Ｆに比例した距離だけ皿ばね５、６が
圧縮され、その圧縮量だけコア３はコイル２ａ、２ｂに
対してコイル軸心方向に相対移動する。しかして、この
相対移動にかかわらず両コイル２ａ、２ｂのトータルイ
ンピーダンスは一定となるように、予め各コイル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率は等しいも
のとされている。

【００１９】一方、回路基板４は、コイル２ａ、２ｂの
近傍に内蔵され、蓋２１及び止め具２２により封止され
るとともに、ケーブル２３を介して外部の電源部や制御
装置等に接続されている。

【００２０】回路基板４には、図４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２４
と、荷重検出回路２５とが設けられている。その発振回
路２４に入力端子２５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２６を介し両コイル２
ａ、２ｂに交流出力が印加される。他方のコイル２ｂの
端子２７は接地端子２８を介し接地される。両コイル２
ａ、２ｂの接続点の端子２９における出力電圧Ｖは荷重
検出回路２５に入力される。その検出回路２５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２９ａを介し出力する。その検出回路２５
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
の伸縮制御等が行われる。

【００２１】ここで、図５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、同図（ｂ）のようにコア３は２つのコイル２
ａ、２ｂ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２
ａ、２ｂの接続点の出力電圧Ｖは励磁電圧の１／２にな
る。また、同図（ａ）のように、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＞Ｚ
２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同図（ｂ）の状態にお
けるよりも変位量Ｘに対応した分だけ小さくなる。さら
に、同図（ｃ）のように、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Ｚ１、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も大きくなる
ので、両コイル２ａ、２ｂの接続点の出力電圧は同図
（ｂ）の状態におけるよりも変位量Ｘに対応した分だけ
大きくなる。これらは、温度が変化しても、２つのコイ
ル２ａ、２ｂ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、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の出力よりも周
辺温度に無関係に安定した値となる。

【００２２】以上のようにして、この荷重検出装置は、
トラッククレーン１００のアウトリガ１０１に掛かる荷
重を、皿ばね５、６を利用してコア３の位置変位に変換
し、その位置変位を検出回路１１によりそれに比例した
電圧に変換して、荷重検出を行う。このため、アウトリ
ガ１０１に掛かる荷重が異常に減少したことをもって、
トラッククレーン１００が転倒する予兆を的確に捉える
ことができる。しかも、荷重を変位に変換する手段であ
る弾性体に、皿ばね５、６を用いているので、コイルば
ね等を用いる場合に比べて、弾性体の伸縮方向の嵩張り
を遥かに小さく抑えられる。このため、適用対象である
アウトリガ１０１に大幅な設計変更等を強いることな
く、図示のように荷重検出装置全体を低コストでコンパ
クトに組み込むことが可能になる。その上、皿ばね５、
６はコイルばね等に比べて強度があるため、本実施例の
トラッククレーン１００のように重荷重が作用する用途
に適用した場合に、十分な信頼性と耐久性を担保してお
くことができる。

【００２３】また、皿ばね５、６の特性として、伸縮動
作に伴って基端と先端が半径方向に拡縮し、特に基端に
添設される当たり面に対して摺動動作を繰り返す。しか
し、本実施例では、それらの当たり面が、高硬度の当て
板１２、１３により構成してあるため、摩耗により初期
検出位置がシフトする様なことがなく、長期に亘って適
正な精度を維持することができる。

【００２４】なお、以上の実施例において、皿ばね５、
６に代えて図６に示す皿ばね５０、６０を用いて実施し
ても有効である。つまり、これらの皿ばね５０、６０
は、互いのばね定数ｋ₁、ｋ₂が異なる値に設定されて
おり、かつ、前記実施例とは逆に基端と先端を同じ向き
に配向して、両皿ばね５０、６０の間に前記実施例では
用いていなかった別異の耐摩耗性部材たる中間当て板３
０を介設したものである。この中間当て板３０もプラズ
マ窒化した高硬度のものを用いている。仮にｋ₁＜ｋ₂
とすると、図７に示すように比較的軽荷重のときには主
として小さい方のばね定数ｋ₁を持つ皿ばね５０が伸縮
変位し、荷重がある程度大きくなったときは、小さい方
のばね定数ｋ₁を持つ皿ばね５０は縮みきって、予め当
て板１２、３０間に設けたストッパ１２ａ、３０ａを当
接させてそれ以上の皿ばね５０の圧縮を禁止するように
なっている。このため、今度は大きい方のばね定数ｋ₂
を持つ皿ばね６０が伸縮変位することになる。このよう
にすれば、軽荷重を精度よく検出できる上に、重荷重に
も的確に対応することができる。特に、各皿ばね５０、
６０のばね定数ｋ₁、ｋ₂の設定次第で、上述した両皿
ばね５０、６０の機能が入れ替わる点を自在に変更する
ことができるため、検出目的に応じて効果的な検出機能
を付与することが可能となる。

【００２５】また、皿ばねはこのように直列に配列する
ほか、並列に配列することによってより重荷重用の弾性
体を構成してもよい。

【００２６】さらに、前記実施例では、耐摩耗性部材た
る当て板（ばね受け）にプラズマ窒化させたものを２枚
用いているが、ケースおよびプレートで兼ねてもよい。
要は、ばねの当たり面をイオンビームやメッキなどの手
法により、硬度を高くする、摩擦係数を低くするなどの
処理を施すことで摩耗しにくい状態にすればよい。

【００２７】その他、各部の具体的な構成や断面形状な
どは、上述した実施例のみに限定されるものではなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明の荷重検出装置は、検出しようと
する荷重変位を弾性体を介して位置変位に変換し、その
位置を位置センサで検出するようにしたものであって、
弾性体を皿ばねにより構成したものである。このため、
コンパクトで安価に構成できるとともに、十分な強度、
耐久性を備えた荷重検出装置を実現することができる。
特に、弾性体を、ばね定数の異なる複数の皿ばねを直列
配置して構成した場合には、重荷重に対する耐用性と、
軽荷重に対する検出精度とを有効に両立させることがで
きる。また、皿ばねの一端及び他端を耐摩耗性部材で支
持するようにすれば、皿ばねが頻繁に伸縮動作しても当
たり面の摩耗を有効に防止することができ、これにより
長期に亘って有効な検出精度を維持することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部断面図。

【図２】同実施例の平面図。

【図３】同実施例の原理図。

【図４】同実施例のブロック図。

【図５】同実施例の作用説明図。

【図６】本発明の他の実施例を示す要部断面図。

【図７】同実施例の作用説明図。

【図８】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】

５、６…弾性体（皿ばね）７…位置センサ１２、１３…耐摩耗性部材（当て板）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上光二京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】荷重に応じた変位量を出力する弾性体と、
変位量に応じた電圧を出力する位置センサを具備し、位
置センサの出力電圧に基づき荷重を検出するようにした
ものにおいて、前記弾性体を、皿ばねにより構成したことを特徴とする
荷重検出装置。
【請求項２】弾性体を、ばね定数の異なる複数の皿ばね
を直列に配置した構成としたことを特徴とする請求項１
記載の荷重検出装置。
【請求項３】皿ばねの伸縮方向の一端及び他端に、耐摩
耗性部材を添設したことを特徴とする請求項１又は２記
載の荷重検出装置。