JPS6020133A

JPS6020133A - せん断型荷重変換器

Info

Publication number: JPS6020133A
Application number: JP12757583A
Authority: JP
Inventors: Takao Yoshida; 吉田　敬夫
Original assignee: KYOWA DENGIYOU KK; Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: KYOWA DENGIYOU KK; Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1985-02-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、荷重が印加されるとせん断応力を発生する起
歪部にひずみゲージを添着し、そのひずみゲージによっ
て印加荷重に応じた電気信号を得るせん新型荷重変換器
に関するものである。

この種の荷重変換器の起歪部の形状は、測定荷重の大き
さ、小型あるいは薄型というような荷重変換器に要求さ
れる形状、精度、等に応じて種々のものが提案され且つ
実用に供されている。

大きな荷重を測定する荷重変換器では、両端固定型のせ
ん新築にひずみゲージを添着した方式のものが荷重印加
点の移動の影響を無くすことができるため広く用いられ
ている。

すなわち、第１図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、従来
の両端固定型のせん新築からなる荷重変換器の要部構成
を示すそれぞれ平面図、同図のＸ−Ｘ線断面図およびせ
ん新築の断面図である。同図において、荷重変換器本体
ｌは、円筒状をなす外殻部２と、その中央部に測定荷重
を導入する荷重座３と、この荷重座３の外周と外殻部２
の内周との間に十文字状に連結された４本のせん新築４
，５，６．７が形成され、そのせん新築４〜７の中間部
が起歪部８，９とされその起歪部８，９の荷重軸に平行
をなす面にそれぞれひずみゲージＳＧが添着された構成
となっている。

しかしながら、かかる従来の荷重変換器は、高容量の荷
重変換器を製作する場合には、外殻部２の肉厚を厚くす
るとともに荷重座３の径を大きくしなければ、荷重に対
しぜん断ひずみが直線的に変化するものが得られない。

従って。

高容量で小型、軽量の荷重変換器を製作することができ
ないという欠点がある。

また、低容量の荷重変換器を製作する場合、上記従来の
ものでは、せん新築４〜７の断面積を小さくするか、せ
ん断ｉ／Ｉ〜７の肉厚ｔ１、高さｈｔ　［第１図（Ｃ）
参照〕を小さくしなければならない。しかしながら、ぜ
ん新築４〜７の肉厚ｔ、は、加工上それ程薄くすること
は困難であり、また、コストが著しく嵩むという問題が
ある。さらに、せん新築４〜７の高さｋｌ。

を小さくした場合、検出精度が著しく低下するとともに
ひずみ検出特性および耐久性を悪化させるという難点が
ある。すなわち、荷重変換器に荷重が印加されると第１
図（Ｃ）に断面をもって示すようなせん新築７にせん断
力がががり、第１図（Ｄ）にせん断応力分布図をもって
示すように、上下両端部のせん断応力は殆んど０であり
、中間部で最大応力でｍａｘとなる。従って、せん新築
７の起歪部９に添着さＪしたひずみゲージＳＧは０近傍
から最大までのひずみを検出するため、ひすみゲージ全
体としての検出感度は鎖線をもって示すように低下する
ことになる。

また、そのせん断路力分布からも判るように、せん新築
７の高さり、方向の中央部では、せん断応力が高いから
ひずみゲージＳＧには局部的に非常に大きなひずみが発
生し、ひずみ検出特性および耐久性が悪化するという欠
点がある。

本発明は、上記従来の荷重変換器の欠点に鑑みなされた
もので、その目的とするところは、低容量のものから高
容量のものに至るまで容易に製作できしかも従来のもの
に比べ非常に小型化でき耐久性およびひずみ検出特性の
良好なせん新型荷重変換器を提供することにある。

すなわち、本発明の特徴は、上記目的を達成するために
、略柱状を呈する変換器本体の一端面側に荷重を受ける
剛性大なる荷重印加部を形成し、他端面側に荷重の反力
を受ける剛性大なる台座部を形成し、前記荷重印加部と
前記台座部の近傍にそれぞれ荷重軸中心に対して対称的
に偏心し且つ前記荷重軸に略直交する方向に貫通するス
リットを穿設し、これら両スリッ１−の中間部に前記変
換器本体の両側方から前記スリン１−の貫通方向に所定
の深さに達する穴を設けて前記荷重軸に刻して対称な断
面工形を呈する起歪部を形成し、前記起歪部に前記ひず
みゲージを添着したことにある。

以下添付図面を参照しつつ本発明の実施例を詳述する。

第２図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係るせん新型荷
重変換器の変換器本体を示し、同図（Ａ）は正面図、同
図（Ｂ）は正面中央枢面図である。同図（Ｃ）は同実施
例の断面工形状の起歪部のみを示す断面図、同図（Ｄ）
は同実施例の作用を説明するためのひずみ応力分布図で
ある。

第２図（Ａ）、（Ｂ）において、１０は全体形状が略円
柱状を呈した変換器本体であり、その一端面（図におい
ては上面）側に測定荷重を受ける剛性大なる荷重印加部
（荷重座を含む剛体部）１１が形成され、他端面（図に
おいては底面）側に荷重の反力を受ける剛性大なる台座
部１２が形成されている。変換器本体１ｏの」二記荷重
印加部１１と台座部１２の近傍には、それぞれ荷重軸１
３に対して対称的に偏心し且つその荷重軸１３に略直交
する方向に貫通ずる２つのスリット１４および１５が穿
設さイしている。

これら２つのスリン１−１４および１５の中間には、変
換器本体１０の１８０°角間隔を隔てた両側方から所定
の深さに至る断面矩形状の穴１６ｊ：９よび１７が穿設
されており、これらの穴Ｉ６．１７は、スリン１１４，
１．５が貫通される方向と同し方向に穿設されている。

従って、２−）の六１６と１７の中心と荷重軸１３を含
む断面でみた場合、第２図（１３）に示すようにスリン
１〜１４とスリット１５とに挟まれる部分は、荷重軸１
３に対して対称的な断面Ｉ形状を呈する。

穴１６と１７とで挟まれる薄肉状部分は、起歪部１８で
、荷重が印加されたとき他の部分より犬返く弾性変形す
る。起歪部】８には、荷重軸１３に対しそれぞれ４５″
および１３５°をなすひずみゲージＳＧが接着（または
融着、蒸着その他の手段）により添着されている。

なお、図示は省略したが、変換器本体１０は、変換器ケ
ースに収納され、一般に外気を遮断するためのシーリン
グ手段が施される。

次に、このように構成された上記実施例の作用につき第
２図（Ｃ）、（Ｄ）を参照しつつ説明する。

変換器本体１０の荷重印加部１１に、その荷重軸１３方
向に例えば圧縮荷重が印加されると、荷重印加部１１お
よびおよび台座部ｊ２は、剛性が充分高く設定されてい
るため、殆んどひずみを生ずることなくこれらに挟まれ
た中間部が圧縮され弾性変形する。その中間部にはスリ
ット１４．１５が一方に偏して穿設されているため、起
歪部１８に作用する荷重の伝達の軸心および反力の軸心
が、第２図のＺ−Ｚ断面およびｚ’−ｚ’断面を部分Ｓ
、と８２の面積比で内分するようにＮおよびＮ′の位置
に移動する。

そのため起歪部１８に偶力が発生し、集中的にせん断ひ
ずみを生ずる。起歪部１８のせん断心力分布は、第２図
（Ｄ）に示されるように起歪部１８の両端（この場合上
・下端）においても相当の応力で２０を生じており中央
部の最大ぜん所思力で２　ｍａｘとの差はそれ程大きく
ないことが判る。このようなせん断ひずみによって、起
歪部１８上に荷重印加方向に対しそれぞれ４５°および
１３５°の方向に添着された合計４枚のひずみゲージＳ
Ｇのうち２枚のひずみゲージＳＧは縮み、他の２枚のひ
ずみゲージＳＧは伸びる。一般に、４枚のひずみゲージ
←よってホイートストンブリッジ回路が構成され、その
ホイートストンブリッジ回路の出力端からは、起歪部Ｊ
８のせん断ひずみに相応した出力信号が送出され、これ
をひずみ測定器（図示せず）によって荷重値として測定
することができる。

次に、断面矩形状の起歪部と断面Ｉ形状の起歪部に発生
するせん所思力を比較検ｎ・ｆする。

ここで、第１図（Ｃ）に示すように矩形断面の高さをり
１、厚さをｔｌ、断面２次モーメントを■、とし、第２
図（Ｃ）に示すように■形断面のフランジの幅をｄ、ウ
ェブの高さをｈ２゜全高を１１３．厚さをｔ２、断面２
−次モーメントを１２とする。ぜん断力Ｆは両者に共通
とする。

■　矩形断面の両端部のせん所思力で１０は、次式に示
すように０である。

で、ｅ＝０　・・・・・・・・・（１）■　矩形断面の
最大ぜん所思カー′ｃｔｍａＸは。

次式で表わされる。

てｓｍａｘ　＝Ｉ”ｈ、　”　／２　Ｉ、−４−（２）
■　■形断面の両端部のせん所思力　で２０は、次式で
表わされる。

て２Ｂ＝ＦＨｄ−ｈ２　／２　・Ｉ２−　（３）■　■
形断面の最大せん所思力て２ｍａｘは、次式で表わされ
る。

て２ｍａｘ＝　Ｆ−ｄ−ｈ　２　（］　＋ｈ２／／ｌｄ
）／２・Ｉ２・・・・・・（４）ここで、具体的な形状について各々の断面２次モーメン
トをめる。各部の寸法を、ｔ、＝ｔ２＝１ｍｍ、ｈ１　
＝ｈＢ＝１２ｍｍ、ｈ２＝］ｏｍｍ。

ｄ”６ｍｍとした場合、矩形断面および■形断面の断面
２次モーメント■、およびＩ２は、それぞれＩ、＝１４
４．ｌ２＝４．４７となる。

そこで、上記寸法形状におけるせん所思力を上記（１）
弐〜（４）式によりめると、て１ｅ＝Ｏ，で２ｍａｘ＝
０．１２５Ｆ　。

て２　ｅ＝０．０１４　Ｆ　、　て２　ｍａｘ　＝　Ｏ
，］−０５Ｆとなる。これから判るように、矩形断面の
場合は、せん所思力の最大と最小の差が極端に大きく、
従って平均値は大幅に低下し、特に高さり、が低い場合
には、ひずみゲージは両端部の応力が０の部分に添着さ
れることになるので検出感度が著しく低下し結局小型、
低容量のものが得られなかったのである。これに対し、
■壁断面とすることにより、せん断路力分布の変化を小
さくできる（上述の具体例の場合、最大せん所思力て。

Ｉｌｌ　ｉｌ　Ｘは、両端部におけるせん所思力て、ｅ
の約１．４倍にすぎない）ことにより、起歪部１８を小
さくでき、ひいては低容量のものが容易に製作できる。

また、！＋１．．１１ｉな断面矩形状のビーｌ、のよう
に局部的に高応力の部分がないから、繰返し荷重に列し
ても充分なる耐久性があり、強度の高い小型の荷重変換
器が得ら扛る。

更にまた、上述の実施例のように、荷重印加部１１と台
座部１２とが荷重軸１３上にあり、２つの偏心スリン１
〜１４．１５で起歪部１８にせん断ひずみを発作させる
構成としたことにより、容量が高くても非常に小型にで
きる。そ、して、高さの低い薄形のものが製作できるの
で、例えば、荷重変換器を複数個並置することにより、
薄形で高容量のプラットフォーム型荷重変換器を容易に
製作することができる。

なお、本発明は、」二連の実施例にのみ限定されるもの
ではなく種々変形して実施できるものである。

例えば、スリン１〜１４，１．５の方向は、第２図（Ａ
）に示すように荷重軸１３に直交するように形成した例
を示しであるが、必らずしも直交する必要はなく、荷重
軸１３に対しある角度をもって交わるように形成しても
よい。

また、変換器本体１０の全体的形状は、略円柱状のもの
に限らず、角柱状、その他の形状のものでも実施可能で
あり、また、全体が一体溝造のものに限らず、例えば、
荷重印加部１１、台座部１２、等を個別に加工した後溶
接、その他の手段で固着することにより一体化してもよ
（１゜以」二詳述したように本発明によれば、低容量のものか
ら高容量に至るものまで容易に製作でき、従ってコスト
を低減することができ、しかも従来のものに比べ非常に
小型化でき、耐久性およびひずみ検出特性の良好なせん
凹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】

第１図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、従来の両端固定
型のせん新築からなる荷１（変換器の要部構成を示すそ
れぞれ、平面図、同図のＸ−Ｘ線断面図および同（Ｂ）
図Ｙ−Ｙ線断面図、第１図（Ｄ）は上記せん新築におけ
るせん所思力分布図、第２図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ
）は、本発明に係るせん新型荷重変換１（汗の一実施例
の構成を示ずそ九ぞれ正面図、正面中央縦断面図および
同実施例の断面■形状の起歪部を示す断面図、第２図（
Ｄ）は同起歪部における応力分布図である。１０・・・・・・変換器本体、１１・・・・荷重印加部
、１２・・・・・台座部、　１３・・・・荷重軸、１４
．１５・・・・・スリン１−１１６．１７・・・・・・穴、　１８・・・・・・起歪部
、ＳＧ・・・・・・ひずみゲージ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　荷重が印加されるとせん断応力を発生する起歪
部にひずみゲージを添着しそのひずみゲージによって印
加荷重に応じた電気信号を得るぜん新型荷重変換器にお
いて、略柱状を呈する変換器本体の一端面側に荷重を受
ける剛性大なる荷重印加部を形成し、他端面側に荷重の
反力を受ける剛性大なる台座部を形成し、前記荷重印加
部と前記台座部の近傍にそれぞれ荷重軸中心に苅して対
称的に偏心し且つ前記荷重軸に略直交する方向に貫通す
るスリットを穿設し、これら両スリットの中間部に前記
変換器本体の両側方から前記スリン１〜の貫通方向に所
定の深さに達する穴を設けて前記荷重軸に列して対称な
断面■形を呈する起歪部を形成し、前記起歪部に前記ひ
ずみゲージを添着してなることを特徴とするせん新型荷
重変換器。