JPS63300928A - 複合荷重の成分検出用ロ−ドセル - Google Patents

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】 イ　発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は軸方向荷重、剪断荷重、曲げモーメント及Ｕね
しりモーメントの各荷重を複合的に載荷できる完全複合
荷重試験機において使用される複合荷重の成分検出用ロ
ードセルに関する。

（従来の技術） 従来、全ゆる種類の載荷試験を行える完全複合荷重試験
機は存在しなかったため、本発明におけるようなロード
セルは存在しなかった。ただ、幾つかの種類の載荷試験
を行える複合荷重式のものに対しては数個のロードセル
を連結して使用するものが存在している。

（発明が解決しようとする問題点） 数個のロードセルを用いるものにあっては、以前に比べ
価値は安くなってきているとはいえ、数がまとまると当
然コスト高になり、しかもロードセル同志を連結する機
構が複雑で、製作に手間を要し、コスト高を招くだけで
なく、故障の原因ともなっている。

本発明は完全複合荷重試験機の複合荷重の各成分を他の
成分に干渉されることなく検出できる複合荷重の成分検
出用ロードセルを提供することを目的とする。

口　発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は複合荷重を受けるロードセルにおいて、ロード
セルの弾性体に貼着したストレーンゲージの枚数、位置
、角度及び各ストレーンケージの電気的出力を組合わせ
ることによって、複合荷重の成分即ち軸方向荷重（引張
、圧縮）、剪断荷重（直角の二方向）、曲げモーメント
（直角の二平面内〉及びねじりモーメントの各成分を他
の成分に干渉されることなく検出することを特徴とする
。

（作用〉 ロードセルの弾性体に適当な数のストレーンゲージを、
適当な位置に、かつ適当な角度で貼着する。そして検出
する荷重に従ってそれらのストレーンケージを組合せ、
通常のようにブリッジ回路を構成して、対向端子の一方
を電源に接続し、他方を出力側に接続する。

検出するべき荷重に応じてストレーンゲージの接続の仕
方を過当に変更し、ロードセルに載荷すれば、複合荷重
の軸方向荷重（引張、圧縮）、剪断荷重（直角の二方向
）、曲げモーメント（直角の二平面内）及びねじりモー
メントの各成分を、他の成分に干渉されることなく検出
することができる。

（実施例） １は複合荷重を受けるロードセルの弾性体、Ｘ、Ｙ及び
Ｚはそれぞれ直角の座標軸、２１〜２Ｂはストレーンゲ
ージで弾性体１の各四側面の中央部にＺ軸に対して４５
°の傾斜でそれぞれ直交する二枚宛の計へ枚が貼着され
ている。そしてこれらのストレーンゲージの特性は均一
とする。

＋は出力電圧の方向、軸方向荷重の引張方向、剪断荷重
の右方向、曲げモーメントの右方向及びねじりモーメン
トの右方向を表す。またーは子方向と反対の方向を表す
、Ｐｚは複合荷重の成分のうち、Ｚ軸方向の軸荷重、Ｓ
Ｘは同じくＸ方向の剪断荷重、ＳｖはＹ方向の剪断荷重
である。またＢＸ−ＺはＸ−Ｚ面内の曲げモーメント、
Ｂ　・／−ｚはＹ−Ｚ面内の曲げモーメント、ＴｚはＺ
軸に関するねじりモーメントを示す。

また、第２図以下で、Ｅｏｕｔはストレーンゲージ２１
〜２８及びダミー抵抗Ｒ＋　−Ｒａを組合わせて作った
ブリッジ回路に複合荷重を与えたときに生じる出力電圧
、Ｅｏｕｔ（Ｐｚ）〜ＥＯｕｔ（Ｔｚ）は、ある成分の
影響によるその出力電圧である。Ｆａｘは上記ブリッジ
回路に印加する印加電圧、ＥＩＰ−Ｅ８Ｐは各ストレー
ンケージ２１〜２８の軸方向荷重に対応する出力電圧、
即ちゲージ両端に表れる電圧の変位量である。

ＥＩＳＸ〜Ｅｓ５ｘはＸ方向剪断荷重に対応する各ゲー
ジの出力電圧、ＥＩＳＹ％Ｅ８ＳＹはＹ方向剪断荷重に
対応する出力電圧、Ｅ　＋ｓｘｚ〜Ｅ８８ＸＺはＸ−２
面に働く曲げモーメントに対応する出力電圧、ＥＩＢＹ
２〜ＥｅｅｖｚはＹ−２面の曲げモーメントに対応する
出力電圧、ＥＩＴ％Ｅ８ＴはＺ軸に関するねじりモーメ
ントに対応する出力電圧である。

なお、上記ストレーンゲージ２１〜２８の各出力電圧は
その傾斜角度及びポアソン比の影響を考慮に入れた値で
ある。

（１）先ず、Ｚ軸方向の軸荷重Ｐｚを検出する組合せを
第２図に示す。

（ａ）Ｐｚによる出力 Ｅ＋ｐ：Ｅ２ｐ＝Ｅ５ｐ＝Ｅｅρ　であるから”２Ｅ＋
ｐ となる。

（ｂ）ＳＸによる影響 ｌ　Ｅ＋ｓｘ　ｌ　＝−Ｉ　Ｅ２９Ｘ　ｌ　　及びｌ　
Ｅｓ５ｘ　ｌ　＝−Ｉ　Ｅｅｓｘ　ｌ　　であるからＥ
ｏｕｔ（ＳＹ）＝０　である。

（ｃ）Ｓｖによる影響 （ｂ）項と同様で、 ＥＯｕｔ（ＳＹ）＝０　である。

（ｄ）Ｂに−２による影響 ストレーンゲージ２１．２２．２５．２６は曲げモーメ
ントの中立線上にあるから、 Ｅ＋ｅｘｚ＝Ｅ２ｅｘｚ＝＝ＥｓＢｘｚ＝Ｅｅｅｘｚ＝
Ｏであり、従って、　　Ｅｏｕｔ　（Ｂｘ−ｚ）　＝Ｏ
である。

（ｅ）Ｂｙ−ｚによる影響 （ｄ）項と同様に Ｅｏｕｔ　（ＢＹ−２）　＝　Ｏである。

（ｆ）Ｔｚによる影響 Ｔｚによろ９１断応力となるから １ＥＩＴＩ＝−ＩＥ２ＴＩ　　及び ｌ　ＥＡＴ　ｌ　＝　−Ｉ　Ｅａｔ　Ｉ　　となり、Ｅ
ｏｕｔ　（Ｔ２）　＝０　　となる。

（ｇ）従ってブリッジ回路の総合出力はＥｏｕ＋＝Ｅｏ
ｕｔ　（Ｐｚ）　　となり、軸方向成分を他の成分に干
渉されることなく検出てきる。

（２）Ｘ方向の剪断荷重ＳＸを検出する組合せを第３図
に示す。

（ａ）Ｐｚによる影響 Ｅ１ρ＝Ｅ５ρ＝Ｅ２ｐ＝Ｅｅｐ　　であるからＥ、、
ｔ　（Ｐ２）　＝０　　である。

（ｂ）Ｓｘによる出力 Ｅ＋５ｘ＝Ｅａｓｘ＝−Ｅ２ＳＸニーＥ５ＳＸ、ｌ　Ｅ
ｓＳｘ　ｌ　＝　−Ｉ　Ｅ６８Ｘ　ｌ　　であるから、
（Ｃ）ＳＹによる影響 ストレーンゲージ２１２２．２５．２６は皆剪断歪みを
受けないから、 Ｅ＋５ｖ＝Ｅ５ｓＹ＝Ｅ２Ｓｖ＝Ｅ６ｓｖ＝Ｏで、Ｅ、
、１（ＳＹ）＝　Ｏである。

（ｄ）Ｂｘ−ｚによる影響 ストレーンケージは背中立線上にあるからＥ＋ｅｘｚ＝
Ｅｓａｘｚ＝Ｅ２ｅｘｚ＝Ｅｓｅｘｚ＝Ｏである９従っ
て、ＥＯｕｔ（Ｂｘ−２）＝０　である。

（ｅ）Ｂｙ−ｚによる影響 Ｅ＋ｅｖｚ＝Ｅ２ｅｙｚ＝−Ｅｓｅｖｚ＝−Ｅｓｅｖｚ
であるから、Ｅｏｕｌ　（ＢＹ−ｚ）　＝Ｏである。

（ｆ）Ｔｚによる影響 ＥＩＴ：ＥＳＴ＝−Ｅ２丁＝−Ｅ６Ｔ　　であるから、
Ｅｏｕｔ　（Ｔｚ）　＝Ｏである。

（ｇ）従ってブリッジ回路の総合出力はＥｏｕｔ＝ＥＯ
ｕｔ（Ｓｘ）　　となり、Ｘ方向の剪断荷重を他の成分
に干渉されることなく検出できる。

（３）Ｙ方向の剪断荷重Ｓｙを検出する組合せを第４図
に示す。第（２）項と同様に、 （ａ）Ｐｚによる影響 Ｅｏｕｔ　（Ｐ２）　＝Ｑ （ｂ）Ｓｘによる影響 ＥｏｕＬ（Ｓｘ）　＝＝０ （ｃ）Ｓｖによる出力 Ｅ３ＳＹ−Ｅ８ｓ゛ｔ＝−Ｅａｓｖ、−Ｅ７ｓｖ　　で
あるから、（ｄ）Ｂｘ−ｚによる影響 Ｅｏｕｉ　（Ｂｘ−ｚ）　＝０ （ｅ）ＢＹ−ｚによる影響 Ｅｏｕｔ　（ＢＹ−２）　＝０ （ｆ）Ｔｚによる影響 ＥＯｕｔ　（Ｔ２）　＝０ （ｇ）従ってブリッジ回路の総合出力はＥｏｕｔ；Ｅｏ
ｕｔ（ＳＹ）　　となり、Ｘ方向の剪断荷重成分を他の
成分に干渉されることなく検出できる。

（４）Ｘ−２面内の曲げモーメントＢｘ−ｚを検出する
組合せを第５図に示す。

（ａ）Ｐｚによる影響 Ｅ３ｐ＝Ｅａｐ＝Ｅ７ρ＝Ｅｓｐ　　であるから、Ｅ　
ｏ　ｕ　ｔ　（Ｐ　Ｚ　）　＝　Ｏである。

（ｂ）ＳＸによる影響 ストレーンゲージ２３．２４．２７．２８は皆９１断歪
みを受けないから、 Ｅｏｕｔ（ＳＸ）＝０ （Ｃ）ＳＹによる影響 Ｅ３ｓｖ＝　ＥＩＩＳＹ：　−Ｅａｓｖ＝−Ｅ７ｓｙで
あるから、　Ｅｏｕｔ（ＳＹ）＝０ （ｄ）ＢＸ−ｚによる出力 Ｅ７１１ＸＺ：Ｅ８［ＩＸ２ニーＥ３ｅｘｚ＝−ＥＪＢ
Ｘ２であるから、 （ｅ）Ｂｙ−ｚの影響 ストレーンケージ２３．２４．２７．２８は背中立線上
にあるから、 Ｅ３ｅｖｚ＝　Ｅ４［ＩＹＺ：　ＥＴ８Ｙ２：　Ｅ［１
８°／Ｚ　　であり、従って、　　Ｅｏｕｔ　（ＢＹ−
２）　＝Ｏである。

（ｆ）Ｔｚの影響 Ｅ３ｖ＝Ｅｖｒ＝−Ｅ４ｒ＝−Ｅａｔ　　であるから、
Ｅｏｕｔ（Ｔｚ）＝０ （ｇ）従ってブリッジ回路の総合出力はＥ　ｏ　ｕ　ｔ
　”　Ｅ　ｏ　ｕ　ｔ　（Ｂ　ｘ　−２）　　となり、
Ｘ−Ｚ面内の曲げモーメントＢＹ−２成分を他の成分に
干渉されることなく検出できろ。

（５）Ｘ−Ｚ面内の曲げモーメン）ＢＹ−２を検出する
組合せを第６図に示す。

第（４）項と同様に （ａ）Ｐｚの影響 Ｅｏｕｔ　（Ｐｚ）　＝Ｑ （ｂ）Ｓｘによる影響 Ｅｏｕｔ（Ｓｘ）＝０ （ｃ）Ｓｖによる影響 Ｅｏｕ【（ＳＹ）＝０ （ｄ）ＢＸ−ｚによる影響 Ｅｏｕｔ　（Ｂｘ−２）　：０ （ｅ）ＢＹ−ｚによる出力 Ｅ＋ｅｖｚ＝Ｅ２ｓｖｚ＝−Ｅ５Ｂｖｚ＝−Ｅ６１１Ｙ
Ｚであるから、 ：　　　　Ｅ＋ｅｙｚ：２Ｅ＋Ｂｙｚ （ｆ）Ｔｚによる影響 Ｅ　ｏ　ｕ　＋　（Ｔ　２　）　＝　０（ｇ）従ってブ
リッジ回路の総合出力はＥｏｕｔ＝ＥＯｕｔ（ＢＹ−２
）　となり、Ｘ−Ｚ面内の曲げモーメント成分を他の成
分に干渉されることなく検出できる。

（６）Ｚ軸のねじりモーメントＴｚを検出する組合せを
第７図に示す。

（ａ）Ｐｚによる影響 Ｅ＋ｐ：Ｅａｐ：Ｅｓｐ＝Ｅｅρ　で、Ｅｏ、ｔ　（Ｐ
２）　＝０ （ｂ）Ｓｘによる影響 ＥＩＳＸ＝−Ｅｓｓｘ　　　及び Ｅ４ｓｘ：Ｅｓ５ｘ：０　　であるから、ＥＯｕｔ（Ｓ
Ｙ）＝０ （ｃ）Ｓｖによる影響 Ｅａｓｖ＝−Ｅ８ｓｙ　　　及び Ｅ＋５ｖ＝Ｅｓｓｖ：：Ｏであるから、ＥＯｕｔ（ＳＹ
）＝０ （ｄ）ＢＸ−ｚによる影響 Ｅ　８ＢＸ２　＝−Ｅ　４９Ｘ２　　　及びＥ　＋Ｂｘ
ｚ：　ＥｓＢｘｚ＝　０　　であるから、Ｅｏｕｔ　（
Ｂｘ−ｚ）　＝Ｏである。

（ｅ）Ｂｙ−ｚによる影響 Ｅ＋５ｙｚ＝−Ｅ５ｅｖｚ　　　及び Ｅ４［ＩＹＺ：　Ｅｅｅｖｚ＝　０　　であるから、Ｅ
Ｏｕｖ　（Ｂｙ　　ｚ）　＝Ｏである。

（ｆ）Ｔｚによる出力 Ｅｕ＝Ｅ５ｔ＝−Ｅ４ｒ＝−Ｅａｔ　　であるから、（
ｇ）従ってブリッジ回路の総合出力はＥ　ｏ　ｕ　＋　
＝　Ｅ　ｏ　ｕ　ｔ　（Ｔ　ｚ　）　　となり、Ｚ軸に
関するねじりモーメント成分を他の成分に干渉されるこ
となく検出できる。

以上第（１）項から第（６）項に示したように、ロード
セルの弾性体ｌに加わる複合荷重の各成分を各ストレー
ンゲージ２１〜２８の出力を組合わせることによって検
出することができる。

第８図は以上第（１）〜（６）項に示した事項を各ブリ
ッジ回路と共に表にしたものである。同図で荷重成分は
子方向とし、２１〜２８は各ゲージを表し、Ｒはダミー
抵抗でその出力はＯである。

また、＋は出力電圧増加、−は出力電圧減少を表し、０
は出力電圧Ｏを表す。

なお、このブリッジ回路で、左下の辺を１とし、反時計
方向へ２．３．４とし、４と２をアクテイブ側、３と１
をネカテイブ側（又はダミー側）と考えると便利である
。

上記の実施例以外にも本件発明を満足する組合せは多数
考えられるが、第１図に示したものは、その内の最も簡
単で基本的な組合せの一例である。

また、立体的な歪（又は応力）については、その偏微分
成分の影響があるが、非常に微少な値となるので、これ
を略した。

本ロードセルの検査（カリプレート）は同日出願の発明
「完全複合荷重試験装置」により行うことが可能である
。

各組合せの変換はスイッチ類で行われる。また、電子的
スイッチ（シーケンサ−等）と同期装置を用いて全ての
荷重成分を同時に表示することが可能である。

ハ　発明の効果 本発明によれば、複合荷重を受けるロードセルにおいて
、複合荷重の軸方向荷重、剪断荷重、曲げモーメント及
びねじりモーメントの各成分を他の成分に干渉されるこ
となく検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるロードセルの具体例を示す斜面
図、第２図乃至第７図は各荷重を検出するブリッジ回路
の具体例を示す図、第８図は第２〜第７図の各回路の一
覧表である。 ｌ・・弾性体、２１〜２８・・ストレーンゲージ。 特許出願人　　　　前　川　重　三 第２図　　　　　第５図 第３図　　　　　＠６図 第８図 手続宥口正書（自発） 昭和６２年７月７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複合荷重を受けるロードセルにおいて、ロードセルの弾
   性体に貼着したストレーンゲージの枚数、位置、角度及
   び各ストレーンゲージの電気的出力を組合わせることに
   よって、複合荷重の成分即ち軸方向荷重（引張、圧縮）
   、剪断荷重（直角の二方向）、曲げモーメント（直角の
   二平面内）及びねじりモーメントの各成分を他の成分に
   干渉されることなく検出することを特徴とする複合荷重
   の成分検出用ロードセル。