JPS63271129A

JPS63271129A - 荷重検出装置

Info

Publication number: JPS63271129A
Application number: JP10321587A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Takada; 龍二高田; Kozo Ono; 耕三小野; Kojiro Ogata; 緒方　浩二郎; Takami Kusaki; 貴巳草木
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1988-11-09
Also published as: JPH0577253B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、種々の物体に作用する荷重を検出する荷重検
出装置に関する。

〔従来の技術〕

ある物体又はある物体の特定部分に加わる荷重（力およ
びモーメント）を検出することは、多くの分野において
不可欠のことである。このような荷重を検出する荷重検
出装置として、平行たわみ梁構造又は放射たわみ梁構造
、あるいはその両者から成る優れた荷重検出装置が、特
開昭６０−６２４９７号公報により提案されている。こ
の公報には、前記平行たわみ梁構造、放射たわみ梁構造
を用いた種々の型の荷重検出装置が示されている。その
うちの１つの型の荷重検出装置を第３図により説明する
。

第３図は従来の荷重検出装置の一部破断斜視図である。

図で、ｘ、ｙ、ｚは座標軸を示す。２２は柱状体であり
、この柱状体２２には張出部２２ａ。

２２　ｂ　、　２２　ｃ　、　２２　ｄが形成され、中
心部に貫通孔２３があけられるとともに、隣接する各張
出部間に上記貫通孔２３に達する貫通孔を形成すること
により薄肉部２４ａ、２４ａ　”・・・・・・２４ｄ、
２４ｄ　’が形成される。各薄肉部の上下面における根
本中央部にはストレインゲージ２５ａ〜２５ｈが設けら
れている。２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは各張出部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにおいてＺ軸方向にあ
けられた貫通孔であり、これらの貫通孔２６　ａ’−２
６ｄにより薄肉部１５ａ、１５ａ′・・・・・・１５ｄ
、１５ｄ′が形成される。これら各薄肉部の根本中央部
にはストレインゲージ１７Ｃが設けられている。対向す
る張出部２２ｂ。

２２ｄの上部は、上部環状体１６ａにより連結され、他
の対向する張出部２２ａ、２２ｃの下部は、下部環状体
１６ｂにより連結されている。そして、上部環状体１６
ａと張出部２２ａ、２２ｃの上面、および下部環状体１
６ｂと張出部２２ｂ、２２ｄの下面との間には相当の隙
間を有する。

この構成において、上部環状体１６ａと下部環状体１６
ｂとの間にＺ軸方向の力Ｆｚ、Ｘ軸、Ｙ軸まわりのモー
メントＭに１ＭＶが作用すると、貫通孔２３に連通ずる
貫通孔で構成される十文字状平行たわみ梁構造部分の薄
肉部２４ａ、２４ａ′・・・・・・２４ｄ、２４ｄ′の
うちの対応する薄肉部に変形を生じる。又、上部環状体
１６ａと下部環状体１６ｂとの間にＸ軸、Ｙ軸方向の力
ＦＸ、ＦＹ、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが作用すると
、各張出部に形成された平行たわみ梁構造の薄肉部１５
ａ。

１５３′・・・・・・１５ｄ、１５ｄ’のうちの対応す
る薄肉部に変形を生じる。これらの変形は該当部分のス
トレインゲージにより検出され、各ストレインゲージで
適宜のホイートストンブリッジ回路を構成することによ
り、上記答方およびモーメントが検出される。各薄肉部
の変形やホイートストンブリッジ回路等については前記
公開公報に詳述されている。結局、この荷重検出装置は
、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に作用する力、ならびにＸ
軸、Ｙ軸およびＺ軸まわりに作用するモーメントの６つ
の荷重成分を検出することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、平行たわみ梁構造、放射たわみ梁構造を用い
た上記のような荷重検出装置においては、当然ながらよ
り大きな出力感度が要求される。そして、出力感度を上
げるためには、定格荷重作用時の平行たわみ梁構造、放
射たわみ梁構造の応力をできるだけ大きくする必要があ
る。ところが、このように応力を大きくした場合、もし
一定限度を超える過荷重、例えば定格荷重の何倍かの大
きな荷重が作用すると、たわみ梁における応力値が過大
になり、その部分に塑性変形を生じるか又は破損してし
まう。そして、このような過大な荷重の作用は、実際に
検出対象荷重が過大となる以外に、荷重検出装置を取付
けた機械、装置の誤操作や、荷重検出装置自体を落す等
の取扱い上の誤り等によっても発生するものである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、過大な荷重が作用しても性能劣化や破損
を防止することができる荷重検出装置を提供するにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、たわみ部を有す
る剛体ブロックと、この剛体ブロックに異なる所定個所
で連結される２つの剛体部とで構成され、これら２つの
剛体部間に作用する荷重を検出する荷重検出装置におい
て、前記２つの剛体部の少なくとも１つから他の剛体部
と連結された個所の前記剛体ブロックの端面に面して伸
びた突出部と、この突出部を貫通し前記端面にあけられ
た穴と、前記伸長部に固定され前記穴に所定の間隙を有
して挿入されるピン部材とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

２つの剛体部間に、ある一定限度内の荷重が作用する場
合には、当該荷重は２つの剛体部間にたわみ部を介して
伝達される。しかし、２つの剛体部間に作用する荷重が
前記一定限度を超えると、剛体部が大きく変位すること
により穴の内壁面とピン部材とが接触し、当Ｍ＋ｑ重は
たわみ部を介することなく２つの剛体部間で伝達される
。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る荷重検出装置の斜視図で
ある。図で、第３図に示す部分と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。３０ａ。

３０ｂ、３０ｃ、３０ｄはそれぞれ各張出部２２ａ。

２２　ｂ　、　２２　ｃ　、　２２　ｄに構成されるス
トッパである。

１６ａ、、１６ａｚはそれぞれ上部環状体１６ａから下
方に突出した突出部、１６ｂ＋、１６ｂｚはそれぞれ下
部環状体１６ｂから上方に突出した突出部であり、これ
ら各突出部　１６ａ　＋、１６ａ　ｚ、１６ｂ　Ｉ＋１
６ｂ２はストッパ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの構
成の一部を成す。本実施例では、上記各ストッパ３０ａ
〜３０ｄを含む荷重検出装置を１つの剛体ブロックから
製造するために各スリットｓ、ｓ′。

Ｓ“が形成される。このようなスリットを張出部２２ａ
を例にとって説明する。

張出部２２ａの張出端は第３図に示すように上部環状体
１６ａとは連結されていない。しかし、本実施例の荷重
検出装置の製造工程においては、張出部２２ａの張出端
と上部環状体１６ａは連結された状態で形成され、次い
で両者を分離するため上部環状体１６ａに図示のように
張出部２２ａの幅と等しいかそれより大きい幅の口状の
スリットＳを形成する。そして、スリットＳの上部環状
体１６ａに沿った部分はそのまま張出部２２ａの張出端
を縦断して（スリツ）Ｓ’）下部環状体１６ｂに達する
。次に、゛外面からスリットＳ＃を形成することにより
、張出端を縦断したスリットＳ′は当該外面からのスリ
ットＳ“と連結される。

これにより張出部２２ａと上部環状体１６ａとが分離さ
れる。この外面からのスリットＳ＃は、張出部２２ａと
同一構造の張出部２２ｃ側において図示されている。こ
の結果、上部環状体１６ａからは、張出部２２ａおよび
下部環状体１６ｂと切離され、かつ、張出部２２ａの端
面に面した突出部１６ａ＋が突出形成される。突出部１
６ａｔの形成、下部環状体１６ｂからの突出部１６ｂ＋
。

１６ｂ２の形成も同様の方法により行なわれる。

次に、各ストッパ３０ａ〜３０ｄの構成を説明するが、
これら各ストッパの構成は同じであるので、ストッパ３
０ｂの構成についてのみ説明する。

第２図はストッパ３０ｂの断面図である。図で、第１図
に示す部分と同一部分には同一符号が付しである。３１
は突出部１６ｂ、において張出部２２ｂの端面に対向す
る部分にあけられた貫通孔である。３２は張出部２２ｂ
の端面から薄肉部１５ｂ、１５ｂ”を形成する貫通孔２
６ｂまで貫通する貫通孔であり、貫通孔３１と同軸で同
一径に形成される。３３は大径部３３ａと小径部３３ｂ
とを有する段付ピンであり、貫通孔３１．３２に挿入さ
れる。この段付ピン３３の挿入において、大径部３３ａ
は貫通孔３１に圧入され、これにより段付ピン３３は突
出部１６ｂ、に固定される。

段付ピン３３が固定された状態において、その小径部３
３ｂの外周面と貫通孔３２の内壁面との間にはギャップ
ｇが存在する。このギャップｇは予め定められた寸法に
選定されており、この寸法は段付ピン３３の小径部３３
ｂの径を選ぶことにより得られる。

ここで、本実施例の動作を説明する。今、上部環状体１
６ａに第１，２図に示すＺ軸方向下向きの力Ｆ２が作用
すると、この力Ｆ２は張出部２２ｂ。

２２ｄを介して柱状体２２に作用する。このため、各薄
肉部２４ａ、２４ａ　’・・・＝−２４ｄ、２４ｄ　”
にはこの力に応じた変形が生じる。この変形は各薄肉部
のストレインゲージによりヰ食出され、これらストレイ
ンゲージで構成されるホイートストンブリッジ回路によ
り力Ｆ２に比例した信号を得ることができる、この動作
中、上部環状体１６ａは柱状体２２の各薄肉部の変形に
より、図で下方に変位する。このため、段付ピン３３の
小径部３３ｂの外周面と貫通孔３２の上部内壁とのギャ
ップｇは小さくなり、下部内壁とのギャップｇは大きく
なる。

ところで、何等かの原因により上部環状体１６ａに過大
な下向きの力Ｆ２が作用すると、上部環状体１６ａの変
位量は極めて大きくなり、小径部３３ｂと貫通孔３２の
上部内壁とのギャップｇはＯとなり、両者は当接する。

一方、段付ピン３３の大径部３３ａが固定されている突
出部１６ｂｌは下部環状体１６ｂに連結されているので
、上部環状体１６ａをそれ以上変位させようとする力、
即ち柱状体２２の各薄肉部をそれ以上変形させようとす
る力は、上部環状体１６ａから張出部２２ｂ、小径部３
３ｂ１大径部３３ａ、突出部１６ｂ１、を介して下部環
状体１６ｂに伝達される。他のストッパ３０　ａ、　　
３０　ｃ、　　３０　ｄにも同様の動作が生じる。この
結果ミ上部環状体１６ａに過大な力Ｆ２が加えられても
、柱状体２２の各薄肉部は所定量以上の変形はせず、塑
性変形や破損を生じることはなく、完全に保護される。

この場合、図で上下のギャップｇは、荷重が全く作用し
ていない状態において（この状態で上下のギャップｇの
寸法は等しい）、定格値の力Ｆ２が作用した場合に生じ
る上部環状体１６ａの変位量の所定倍に選定される。こ
の倍数値は主として薄肉部の特性に基づいて定められる
。

上記の説明では、力Ｆ２が作用した場合について述べた
が、力ＦＸ、Ｆｖ、モーメントＭ　Ｘ、　Ｍ　ｖ、　Ｍ
　ｚが作用した場合も、各ストッパ３０ａ〜３０ｄにお
ける上記に準じた動作により各薄肉部が保護される。

このように、本実施例では、各張出部とその端面に面し
て上下の環状体から突出した突出部との間に段付ピンを
挿入してストッパを構成したので、定格荷重の所定倍以
上の荷重が作用しても各薄肉部にはそれ以上の荷重が作
用せず、過大な荷重による薄肉部の塑性変形や破損を防
止することができる。又、ストッパを柱状体の中央部に
配置する構成としたので、大きな荷重に充分耐えること
ができる大径の段付ピンを使用することができ、さらに
、この大径の段付ピンを取付けるため上下環状体と一体
の突出部を構成したので、取付部が上下環状体からはみ
出すことはなく、荷重検出装置の寸法を増加させること
はない、又、突出部が上下環状体と一体構成であること
、およびストッパの各貫通孔が突出部外面から薄肉部形
成用貫通孔まで突抜ける同軸同径の貫通孔であることか
らストッパ構成のための加工を極めて容易に行なうこと
ができる。さらに又、段付ピンを用いたので、その小径
部の径を選択することによりギャップｇ即ちストッパが
作動する荷重を容易に調整することができる。

なお、上記実施例の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれ
ぞれについての力およびモーメントを検出する荷重検出
装置を例示して説明したが、これに限ることはなく、剛
体ブロック内に薄肉部を有するものであればどのような
荷重検出装置であっても適用可能である。又、ストッパ
の数は検出対象荷重に対応して定めることができる。又
、突出部は必ずしも環状体と一体構成である必要はなく
別体のものを環状体に取付けてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、剛体ブロックと、その
端面に面して剛体部から突出した突出部との間にピン部
材を挿入してストッパを構成したので、定格荷重の所定
倍以上の荷重が作用しても各薄肉部にはそれ以上の荷重
が作用せず、過大な荷重による薄肉部の塑性変形や破損
を防止することができる。又、荷重検出装置自体の寸法
を増加させることなくピン部材として大荷重に充分耐え
得る大径のピンを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る荷重検出装置の一部破断
斜視図、第２図は第１図に示すストッパ部分の断面図、
第３図は従来の荷重検出装置の一部破断斜視図である。１５ａ〜１５ｄ”、２４ａ〜２４ｄ’・・・・・−薄肉
部、１６ａ・・・・・・上部環状体、１６ｂ・・・・・
・下部環状体、１６ａ＋、１６ａｚ、１６ｂ＋、１６ｂ
ｚ　・・””突出部、２２・・・・・・柱状体、２２ａ
〜２２ｄ・・・・・・張出部、３０ａ〜３０ｄ・・・・
・・ストッパ、３１．３２・・・・・・貫通孔、３３・
・・・・・段付ピン。第１図３Ｑｌ１７−３０ｄ：ズトｖ／ｌ’ 第２図３３σ：大径部３３ｂ：小径台β 第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）たわみ部を有する剛体ブロックと、この剛体ブロ
ックに異なる所定個所で連結される２つの剛体部とで構
成され、これら２つの剛体部間に作用する荷重を検出す
る荷重検出装置において、前記２つの剛体部の少なくと
も１つから他の剛体部と連結された個所の前記剛体ブロ
ックの端面に面して伸びた突出部と、この突出部を貫通
し前記端面にあけられた穴と、前記突出部に固定され前
記穴に所定の間隙を有して挿入されるピン部材とを設け
たことを特徴とする荷重検出装置。
（２）特許請求の範囲第（１）項において、前記剛体ブ
ロックは、ほぼ十文字状を形成する２組の張出部を備え
ていることを特徴とする荷重検出装置。
（３）特許請求の範囲第（２）項において、前記各組の
張出部は、それぞれ前記２つの剛体部の一方および他方
に連結されていることを特徴とする荷重検出装置。
（４）特許請求の範囲第（１）項において、前記ピン部
材は、前記穴に挿入される部分が小径部である段付ピン
であることを特徴とする荷重検出装置。
（５）特許請求の範囲第（１）項において、前記所定の
間隙は、前記荷重が定格値を超える定められた値以上で
あるとき前記突出部材と前記穴との接触が生じるような
寸法に設定されていることを特徴とする荷重検出装置。