JPS63302333A

JPS63302333A - ピン型ロ−ドセル

Info

Publication number: JPS63302333A
Application number: JP13840187A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamazaki; 茂山崎; Atsushi Tachika; 田近　淳
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1988-12-09

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、ピン型ロードセルに係り、特にダンプトラッ
クの積載［１検出用センサ、サスペンション制御用セン
サ等に用いられるピン型ロードセルに関する。

［従来技術およびその問題点１建設機械のメカトロ化に伴い、クレーンの吊荷重検出、
油圧ショベルの掘削力検出等ホ域に加わる外力の検出が
必要となることが多くなってきている。

このような場合、既成の糎械に大幅な改良を加えること
なり装着できるものであることが望ましい。

そこで機械の結合部に用いられるピン結合用のピンその
ものを荷重センサとしたピン型ロードセルが提案させて
いる。

ビン結合を伝達せしめられる力はすべてピンを通ること
から、ピンを介して伝達される力の大きざと方向を測定
すれば、機械にかかる力を検出することができる。

そこで、従来提案されているピン型ロードセルの１つに
、第６図に示す如く回転ピン１００の内に平行平板構造
の検出ブロック１０１を埋め込んだものがある（特開昭
５９−９６３３６号公報）。

平行平板ＩＩ４造の検出ブロック１０１は、第７図に説
明図を示すように、ブロック内で相直交する方向に角形
の孔１０２．１０３を穿け、相直交する２軸方向に２組
の平行平板１０４ａ、１０４ｂ。

１０５ａ、１０５ｂを形成したもので、これらに歪ゲー
ジ１０６を貼着セしめることにより、ＸＹ面内の任意の
方向の力をＸ、Ｙ２方向の分力として検出するものであ
る。

上記ビン型ロードセルにおいては、検出ブロック１０１
はリンクとリンクの隙間部分に当接するように２ケ所に
冷しぼめ法によって挿入されており、回転ビン１００が
力を受けて変形すると第８図に示す如くその変形した分
だけ検出ブロック１０１も変形するがこの時その変形量
は検出ブロック全体で一様に生じるのではなく、剛性の
低い平行平板からなっている平行平板部に集中して生じ
る。そこでこの平行平板部に貼着せしめられた歪ゲージ
によって歪量を測定すれば力の大きさを得ることができ
る。

このようなピン型ロードセルでは、ピンの内部を中空に
して高出力を与えるようにしているため、ピンの強度に
問題があった。また、歪ゲージが接着方式で貼着されて
いるため、長期にわたって使用しているうちに剥離が生
じること更には、組立てに時間をを要すること等多くの
問題を有していた。

また、第９図および第１０図に示す如く、直径Ｐ１のピ
ン２００の外形部の２ケ所に幅１０ＩＩＩｊ＋前後のス
リット２０１を形成して直径Ｄ２の起わい部を設け、更
に歪ゲージ２０２をこの起わい部に設けられた凹部２０
３に貼着した構造のピン型ロードセルも提案されている
。

このピン型ロードセルでは、応力の流れが負荷毎に変わ
っているので感度が安定しないという問題があった。

また、これらのピン型ロードセルはいずれもピンの形状
を１部変化せしめて空間を形成し、力の流れる部分の剛
性を低くして、歪感度を高めるものであり、ピンの強度
低下という大きな問題をかかえていた。

更に、ここで用いられている歪ゲージは、いずれも接着
方式の金属抵抗線を用いたものであり、歪ゲージとピン
との間の接着剤の経時変化による出力変化を免れること
はできず、長期にわたって高度の安定性を維持すること
は不可能であった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、ピンの強
度を維持しかつ製造が容易で信頼性の高いピン型ロード
セルを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］そこで本発明では、ピンの表面上の所定位置に形成した
凹部内に薄膜歪ゲージを係合固定せしめるようにしてい
る。

望ましくは、夫々２個の感圧抵抗薄膜パターンを具えた
ＷＩｒｍ歪ゲージを夫々引張および圧縮方向に設け、こ
れらにブリッジ回路を組むようにする。

［作用］上記構成によれば、ピンの表面に圧入等の方法によって
ｗｊｌＩ！歪ゲージを固着すればよいため、ピンの内部
を中空にしたり、外形を加工したりする必要もなく、ピ
ンの形状を維持できるため、強度の低下もなく、製造が
容易で信頼性も高い。

ここで薄暎歪ゲージとは所定の支持体（例えばプラグ）
上に、プラズマＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法等の薄膜プロ
セスによってアモルファスシリコン等の感圧抵抗体パタ
ーンを形成し、歪を電気信号としてとり出すようにした
ものである。

［実施例］以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図乃至第３図は、本光明実施例のピン型ロードセル
を示す図である。

このピン型ロードセルは、第１図に示す如く、８４３Ｃ
と摺移されている機械栴造用炭素＠鋼材からなるピン１
の剪断応力を受ける部分、すなわち、ピン支持部２，３
の端部に相当する表面上に、夫々ピンの軸に対して互い
にねじれの位置をなすように埋込まれた第１および第２
の荷重検出プラグ４，５と、これら薄膜歪ゲージからな
る第１および第２の荷重検出プラグ４，５を接続すべく
ピン内に穿孔せしめられたリード線ガイド穴６に挿通せ
しめられたリード線７と、このリード線に接続せしめら
れたアンプ部８とから構成されており、ピンの剪断応力
を薄膜歪ゲージで測定し、電気信号としてとり出すよう
にしたものである。

この第１および第２の荷重検出プラグは、同一構造をな
しており、例えば第１の荷重検出プラグは、第４図に示
す如く、ピン１の表面に形成された直径１０ｍｔｎ、深
さｄ’１＝８．４１１ｍの第１の穴ｈ１とその底部に形
成された径の小さい、深さｄ２＝３．５ｓ＋の第２の穴
ｈ２とからなる二重構造の凹部１ｏ内にセンサ而の周縁
部が第１の穴の底部ｆによって支持されるように冷しば
め法によって嵌合固定したものである。

更に、第１の荷重検出プラグは、ピンと同一材料から構
成された円板状のプラグ４０の表面に酸化シリコンから
なる絶縁層４１を介して、アモルファスシリコン′ａ膜
からなりへの字に配列せしめられた２つの感圧抵抗体パ
ターンＧ１．Ｇ２と、アルミニウムＮ’ｆｌＡからなる
電極パターンとを積層せしめ薄膜歪ゲージを構成したも
ので、パッシベーションＷＡ（図示せず）でセンサ表面
を保工すると共に、ワイヤボンディング法によってター
ミナル部１１に接続してなるものである。

そして、前記第２の穴ｈ２内には保護用のチューブ１２
が挿通されていて薄膜歪ゲージをリード線に接続するタ
ーミナル部１１が配設せしめられ、リード線ガイド六〇
内に挿通せしめられるリード線７を介して、第１および
第２の荷重検出プラグの薄膜歪ゲージ相互間を接続し、
第５図に示す如く、フルブリッジ回路を形成している。

ここで第１の荷重検出プラグの感圧抵抗体パターンＧ１
と第２の荷重検出プラグの感圧抵抗体パターンＧ３は引
張方向の応力を検出する一方、第１の荷重検出プラグの
感圧抵抗体パターンＧ２と第２の荷重検出プラグの感圧
抵抗体パターンＧ４は圧縮方向の応力を検出するように
なっており、電気信うとしてとり出された出力はアンプ
部８で増幅して出力せしめられるようになっている。

第１図中、ＦｌおよびＦ２はベッセルからの負荷を示し
、Ｆはダンパーの反力を示す。更に９はグリース穴、Ｐ
は回り止めプレートを示す。

このピン型ロードセルによれば、ピンの形状に大幅な加
工を加えることなく形成できるため、ピン強度の低下を
招くことなく耐久性を維持することができる。

また、第１および第２の荷重検出プラグは対称位置に配
設されているため捩り・曲げモーメントの影響をキャン
セルすることができる。

更に捩りによる各感圧抵抗体パターンＧ１゜Ｇ２　、Ｇ
３　、Ｇ４の出力歪ε１′、６２′。

８３′、ε４′とし、印加電圧を０１歪ゲージ率をＫと
すると、出力Δｅ＝Ｋ・（６１′−（ε４′　）＋ε３
′−（８２′　））・ｅとなり、ε１′＝６４′＝８２
′＝６３′＝εとし方向を考えると捩りによる出力Δｅ
＝ｏとなる。また、ピンの中央部（中立軸部）にこれら
第１および第２の荷重検出プラグを埋め込むようにして
いるため曲げによる出力の影響はないと考えられる。

更にまた、プラグは、ピンと同一材料で構成されている
ため温度変化が生じた場合も熱膨張率の差等による歪の
発生もなく、高精度の荷重検出を行なうことができる。

以上のように、高精度の荷重検出を行なうことができる
。

また、接着方式の金属歪ゲージは、剪断応力の繰り返し
に対して弱く寿命低下の原因となっていたが薄膜歪ゲー
ジを用いることにより、耐久性の向上をはかると共に、
荷重検出の高精度化をはかることができる。

なお、実施例では、２つの渭股歪ゲージを用いたが、各
々１つの感圧抵抗体パターンを具えた４つの薄膜歪ゲー
ジを用いこれらがフルブリッジ回路をなすように接続し
てもよい。

また、薄膜歪ゲージのピンへの装着方法としては、冷し
ばめ法に限定されることなく適宜変更可能である。

更に、薄膜歪ゲージの装着位置についても荷重の方向お
よびピンの支持形態に応じて適宜選択可能である。

加えて、本発明のピン型ロードセルは、荷重センサが惜
小型でありピンの形状およびｍＥｒにほとんど影響を与
えることなく形成できるため、小型軽量でかつ剛性が高
いものとなつ又いる。その上、高精度の出力特性が得ら
れるため、ロボットの制御等に特に有効である。

［発明の効果］以上説明してきたように、本発明によれば、ピンの表面
上の所定位置に凹部を形成し、この凹部内に夫々、薄膜
圧力ゲージを圧入固定するようにしているため、ピン強
度を低下せしめることなく、製造が容易で信頼性の高い
ピン型ロードセルを青ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明実施例のピン型ロードセル
を示す図、第４図は同セルの荷重検出プラグの拡大図、
第５図は、２つの荷重検出プラグで構成する歪検出部の
等価回路図、第６図乃至第８図は、従来の平行平板型検
出ブロックを用いたピン型ロードセルの説明図、第９図
および第１０図は従来の他のピン型ロードセルの説明図
である。１００．２００・・・回転ピン、１０１・・・検出ブロ
ック、１０２，１０３−・・孔、１０４ａ、１０４ｂ。１０５ａ、１０５ｂ・・・平行平板、２０１・・・スリ
ット、２０２・・・歪ゲージ、２０３・・・凹部、１・
・・ピン、２．３・・・ピン支持部、４・・・第１の荷
重検出プラグ、５・・・第２の荷重検出プラグ、６・・
・リード線ガイド穴、７・・・リード線、８・・・アン
プ部、９・・・グリース穴、Ｐ・・・回り止めプレート
、１０・・・凹部、１１・・・ターミナル部、１２・・
・チューブ、４０・・・プラグ、４１・・・絶縁層、Ｇ
１．Ｇ２　、Ｇ３　、Ｇ４・・・感圧抵抗体薄膜パター
ン。第１図第２図第３図ｅ第５図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ピン結合部の結合要素となるピンの表面上の所定
位置に形成せしめられた凹部内に係合固定せしめられた
薄膜歪ゲージを具え、ピン荷重によるピンの歪変形を電
気信号としてとり出すようにしたことを特徴とするピン
型ロードセル。
（２）前記薄膜歪ゲージは、ピンの構成部材と同一部材
で構成された支持体上に感圧抵抗体薄膜パターンを配設
してなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載のピン型ロードセル。
（３）前記薄膜歪ゲージは、互いに離間して配設せしめ
られた第１および第２の薄膜歪ゲージからなり、第１および第２の薄膜歪ゲージは夫々２つの感圧抵抗体
薄膜パターンを具え、ピン内部に穿孔せしめられたガイド穴に挿通せしめられ
たリードによって接続せしめられ、フルブリッジ回路を
構成したことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記
載のピン型ロードセル。