WO2021079630A1 - 荷重検出機構、及びピン型ロードセル - Google Patents

Abstract

物体の荷重を検出する荷重検出機構（１００）は、固定構造に接続される第１部材（２０）と、前記物体が吊り下げられる第２部材（１０）と、第１部材と第２部材を連通することにより第２部材を第１部材に吊下げるピン（ＣＰ１、ＣＰ２）と、前記ピンに取り付けられた複数のひずみゲージ（ＳＧ１～ＳＧ８）と、第２部材の上に配置された回路基板（３０）とを備える。前記回路基板上に、前記複数のひずみゲージを接続してブリッジ回路を構成する接続回路（ＣＣ）と、前記ブリッジ回路からの出力を増幅する増幅回路（ＡＣ）とが形成されている。

Description

荷重検出機構、及びピン型ロードセル

　本発明は、荷重検出機構、及びピン型ロードセルに関する。

　クレーンやチェーンブロックなどの巻き上げ機においては、荷重検出器を内蔵したものが知られている。

　特許文献１には、クレーンや係船装置の荷重伝達系をなす第１の連結部材と第２の連結部材とを連結ピンで連結し、第１の連結部材と第２の連結部材との間に付与される逆方向の相対荷重の大きさを、連結ピンに取り付けたひずみゲージにより検出することが開示されている。

特開平８－２０１１９２号

　特許文献１のような連結ピンを備える機構には、クレーン等の屋外で使用される大型の機構に限られず、室内用の比較的小型の機構などもあり、各機構が備える連結ピンのタイプやサイズは様々である。

　本発明は、比較的小さいピン型部材を用いて荷重検出を行うことができる荷重検出機構、及び当該機構にも使用できる比較的小さいピン型ロードセルを提供することを目的とする。

　本発明の第１の態様に従えば、
　物体の荷重を検出する荷重検出機構であって、
　固定構造に接続される第１部材と、
　前記物体が吊り下げられる第２部材と、
　第１部材と第２部材を連通することにより第２部材を第１部材に吊下げるピンと、
　前記ピンに取り付けられた複数のひずみゲージと、
　第２部材の上に配置された回路基板とを備え、
　前記回路基板上に、前記複数のひずみゲージを接続してブリッジ回路を構成する接続回路と、前記ブリッジ回路からの出力を増幅する増幅回路とが形成されている荷重検出機構が提供される。

　第１の態様の荷重検出機構において、前記ピンの外周面に、該ピンの軸方向に延びる溝が形成されていてもよく、前記複数のひずみゲージと前記回路基板とを接続する配線が前記溝の内部に収容されていてもよい。

　第１の態様の荷重検出機構において、第１部材及び第２部材の少なくとも一方が前記溝を覆っていてもよい。

　第１の態様の荷重検出機構において、前記回路基板は、第２部材の内部に区画された閉空間内に配置されていてもよい。

　第１の態様の荷重検出機構において、前記ピンの一端が前記閉空間内に位置していてもよく、前記回路基板が、前記一端よりも下方に配置されていてもよい。

　第１の態様の荷重検出機構において、第１部材及び第２部材の少なくとも一方に、前記ピンの方位を調整するための方位調整部が取り付けられていてもよい。

　本発明の第２の態様に従えば、
　ピンと、
　前記ピンに取り付けられたひずみゲージとを備えるピン型ロードセルであって、
　前記ピンの外周面に、前記ひずみゲージと外部とを接続する配線を収容する溝であって、前記ピンの軸方向に延びる溝が形成されているピン型ロードセルが提供される。

　本発明の荷重検出機構によれば、比較的小さいピン型部材を用いて荷重検出を行うことができる。また、本発明は、比較的小さいピン型ロードセルを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る電動バランサの斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る電動バランサの分解斜視図である。なお、図２においては駆動機構、吊下げ部、制御部は図示を省略している。 図３は、連結ピンの斜視図である。 図４（ａ）～図４（ｄ）はそれぞれ、連結ピンを中心軸に直交する面で切断した断面図である。図４（ａ）は前端近傍の方位調整面が形成された部分における断面図、図４（ｂ）は前側小径部の凹部が形成された部分における断面図、図４（ｃ）は中央大径部の中央配線溝が形成された部分における断面図、図４（ｄ）は後側大径部の後側配線溝が形成された部分における断面図である。 図５は、電動バランサを連結ピンの中心軸を含み且つ幅方向に直交する面で切断した部分拡大断面図であり、連結ピンが本体部とフック部とを連結する様子を示す。 図６は、ピン型ロードセルを用いて荷重を検出する方法を説明するための説明図である。 図７は、電動バランサの内部に構成されるホイートストンブリッジ回路の回路図である。

＜実施形態＞  
　本発明の実施形態の電動バランサ１００について、図１～図７を参照して説明する。

　図１、図２に示すように、電動バランサ１００は、本体部１０と、フック部２０と、本体部１０とフック部２０とを連結する２本の連結ピンＣＰ１、ＣＰ２と、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の各々に貼り付けられた８つのひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８（図６）と、本体部１０に設置された回路基板３０とを主に有する。

　以下の説明においては、本体部１０とフック部２０とが並ぶ方向を電動バランサ１００の上下方向とし、フック部２０が位置する側を上側と呼ぶ。また、上下方向に直交する直交面の面内方向のうち、フック部２０の上側フック２１（詳細後述）の湾曲方向に沿った方向を電動バランサ１００の前後方向とし、前後方向に直交する方向を電動バランサ１００の幅方向とする。前後方向においては、上側フック２１が開口する方向（図１の手前側）を前方とする。前方から後方を見た左側、右側を幅方向の左側、右側とする。

　本体部１０は、移動対象物を吊り下げて、該移動対象物の上昇、降下等を行う部分である。本体部１０は、筐体１１と、筐体１１に収容された駆動機構１２と、駆動機構１２により駆動される吊下げ部１３と、駆動機構１２を制御する制御部１４とを主に有する。

　筐体１１は、一例として鉄鋼材により形成されており、下方に開口した箱形状を有する。筐体１１の内側には駆動機構収容空間１１iが画定されており、筐体１１の下端部には駆動機構収容空間１１iと外部とを繋ぐ開口１１ａが画定されている。

　筐体１１の上面１１ｔの幅方向中央の左側には、上面１１ｔから直立して前後方向に延びる左凸壁ＷＬが形成されている。左凸壁ＷＬは幅方向に見て台形であり、下底が上面１１ｔの前後方向全域に渡って延びるように形成されている。

　筐体１１の上面１１ｔの幅方向中央の右側には、上面１１ｔから直立して前後方向に延びる右凸壁ＷＲが形成されている。右凸壁ＷＲは左凸壁ＷＬと同一の形状を有し、左凸壁ＷＬと平行に形成され、下底が上面１１ｔの前後方向全域に渡って延びている。

　左凸壁ＷＬと右凸壁ＷＲとの間には、上面１１ｔから直立して幅方向に延びる前側凸壁ＷＦ及び後側凸壁ＷＢが形成されている。前側凸壁ＷＦ、後側凸壁ＷＢは互いに同一形状であり、いずれも前後方向に見て略正方形である。前側凸壁ＷＦと後側凸壁ＷＢとは、互いに平行に形成されている。

　前側凸壁ＷＦの左端部が左凸壁ＷＬの前端近傍に接続しており、前側凸壁ＷＦの右端部が右凸壁ＷＲの前端近傍に接続している。また、後側凸壁ＷＢの左端部が左凸壁ＷＬの後端近傍に接続しており、後側凸壁ＷＢの右端部が右凸壁ＷＲの後端近傍に接続している。

　前側凸壁ＷＦには、前側凸壁ＷＦを前後方向に貫通する連結孔Ｈが、幅方向に並んで２つ形成されている。後側凸壁ＷＢにも同様に、後側凸壁ＷＢを前後方向に貫通する連結孔Ｈが、幅方向に並んで２つ形成されている。前側凸壁ＷＦの連結孔Ｈの断面形状と後側凸壁ＷＢの連結孔Ｈの断面形状とは互いに同一であり、円形である。図２に示すように、前側凸壁ＷＦの２つの連結孔Ｈと後側凸壁ＷＢの２つの連結孔Ｈとは、前後方向に並んで同軸状に配置されている。

　前側凸壁ＷＦの前側には、左側凸壁ＷＬ、右側凸壁ＷＲ、及び前側凸壁ＷＦに囲まれた前側空間ＦＳが画定されている。前側空間ＦＳは、幅方向を軸方向とする三角柱状の空間であり、斜め上前方に開口している。前側空間ＦＳと駆動機構収容空間１１iとは、上面１１ｔにより分離されている。

　前側凸壁ＷＦの前面には、方位調整板１１ｐが固定されている。図２に示す通り、方位調整板１１ｐは略矩形の平板であり、板厚方向に貫通する２つの方位調整孔Ｈｏを有する。なお、方位調整板１１ｐを、「ピン固定板」等と呼称しても良い。後述する如く、このピン固定板は大略、２本の連結ピンＣＰ１、ＣＰ２のひずみゲージ貼り付け面（凹部Ｒｂ、Ｒｄの底面）を鉛直に揃える機能を担う。

　２つの方位調整孔Ｈｏの各々の断面は、円周上の２か所を切り欠いて直線部を設けた形状を有する。本実施形態では、方位調整板１１ｐを前側凸壁ＷＦに取り付けた状態において、互いに対向する直線部が上下方向に延びるように形成されている。

　方位調整板１１ｐは、不図示の取付孔を介してボルト締めすることにより、前側凸壁ＷＦの前面に固定されている。方位調整板１１ｐを前側凸壁ＷＦに取り付けた状態においては、２つの方位調整孔Ｈｏが前側凸壁ＷＦの２つの連結孔Ｈにそれぞれ重複する。

　前側凸壁ＷＦの後側には、左側凸壁ＷＬ、右側凸壁ＷＲ、前側凸壁ＷＦ、及び後側凸壁ＷＢに囲まれた中央空間ＣＳが画定されている。中央空間ＣＳは略正方体の空間であり、上方に開口している。中央空間ＣＳと駆動機構収容空間１１iとは、上面１１ｔにより分離されている。

　後側凸壁ＷＢの後側には、左側凸壁ＷＬ、右側凸壁ＷＲ、及び後側凸壁ＷＢに囲まれた後側空間ＢＳが画定されている。後側空間ＢＳは、幅方向を軸方向とする三角柱状の空間であり、開口部ＢＳａを介して斜め上後方に開口している。後側空間ＢＳと駆動機構収容空間１１iとは、上面１１ｔにより分離されている。

　開口部ＢＳａには、開口部ＢＳａを全体的に塞ぐ保護カバー１１ｃが取り付けられている。保護カバー１１ｃは、一例として筐体１１と同様の材料から形成された平板である。保護カバー１１ｃは、ねじ、ボルト等により筐体１１に固定されてもよい。

　駆動機構１２は、筐体１１の駆動機構収容空間１１iに配置されている。駆動機構１２は、いずれも不図示のモータ、伝達系、ドラムを主に有しており、モータの回転が伝達系を介してドラムに伝達されるように構成されている。

　吊下げ部１３は、チェーン１３１と、チェーン１３１の下端部に連結された下側フック１３２とを有する。チェーン１３１の上端部は、筐体１１の開口１１ａを介して、駆動機構１２のドラム（不図示）に巻き付けられている。したがって、当該ドラムの回転に応じて、筐体１１から下方に垂下するチェーン１３１の長さが変化し、下側フック１３２が上下に移動する。

　制御部１４は、筐体１１の駆動機構収容空間１１iに配置されている。制御部１４は、リモコン（不図示）等を介した操作者からの入力や、回路基板３０からの入力（詳細後述）に基づいて、駆動機構１２のモータの駆動を制御する。

　フック部２０は、電動バランサ１００を梁などの固定構造から吊下げるための構造である。フック部２０は、一例として鉄鋼材で形成されている。

　フック部２０は、上側フック２１と、上側フック２１の下端部に接続された連結台２２とを主に備える。上側フック２１と連結台２２とは一体に形成されていてもよい。

　上側フック２１は任意のフックであってよく、ラッチ付きのフックを用いてもよい。

　連結台２２は、略正方体の中実体である。連結台２２には、前後方向に連結台２２を貫通する連結孔Ｈが、幅方向に２つ並んで形成されている。２つの連結孔Ｈの各々の断面形状は円形である。

　連結台２２は、本体部１０の筐体１１の中央空間ＣＳの内部に配置されている。連結台２２は、本体部１０に対して、連結台２２の２つの連結孔Ｈが、前側凸壁ＷＦの２つの連結孔Ｈ及び後側凸壁ＷＢの２つの連結孔Ｈと同軸状に並ぶように配置されている。

　２本の連結ピンＣＰ１、ＣＰ２は、直径が８～１２ｍｍ程度、長さが８０～１００ｍｍ程度の略円柱状であり、本体部１０とフック部２０とを連結するようにそれぞれの連結孔Ｈを連通して配置されている。連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の構成は互いに同一であるため、以下では連結ピンＣＰ１に絞って説明する。

　連結ピンＣＰ１は、一例として鉄鋼材で形成されており、中心軸ＡＸを有する略円柱形である。連結ピンＣＰ１は、電動バランサ１００の内部においては、図３における左側が電動バランサ１００の前側に位置するように配置される。そのため、以下の説明では便宜上、図３の左端を連結ピンＣＰ１の前端ＦＥとし、図３の右端を連結ピンＣＰ１の後端ＢＥとする。

　連結ピンＣＰ１は、前端ＦＥから後端ＢＥに向かって、前側大径部ＣＰａ、前側小径部ＣＰｂ、中央大径部ＣＰｃ、後側小径部ＣＰｄ、後側大径部ＣＰｅに区画されている。

　前側大径部ＣＰａの径、中央大径部ＣＰｃの径、及び後側大径部ＣＰｅの径は互いに等しく、一例として５ｍｍ～２０ｍｍ程度である。前側小径部ＣＰｂの径と後側小径部ＣＰｄの径とは互いに等しく、一例として、前側大径部ＣＰａの径より１ｍｍ～５ｍｍ程度小さい。

　前側大径部ＣＰａの前端ＦＥ近傍の領域には、一対のＤカット部により、中心軸ＡＸに平行に延びる一対の方位調整面ＯＳが形成されている（図４（ａ））。

　前側小径部ＣＰｂの軸方向中央には、連結ピンＣＰ１の径方向を深さ方向とする凹部Ｒｂが、径方向に対向して一対形成されている（図４（ｂ））。凹部Ｒｂの各々の形状は、径方向に見て略正方形である。凹部Ｒｂの各々は、凹部Ｒｂの底面が方位調整面ＯＳと平行となるように形成されている。

　同様に、後側小径部ＣＰｄの軸方向中央には、連結ピンＣＰ１の径方向を深さ方向とする凹部Ｒｄが、径方向に対向して一対形成されている。凹部Ｒｄの各々の形状は、径方向に見て略正方形である。凹部Ｒｄの各々は、凹部Ｒｄの底面が方位調整面ＯＳと平行となるように形成されている。

　連結ピンＣＰ１の外周面には、軸方向に沿って一対の凹部Ｒｂの各々から一対の凹部Ｒｄの各々まで延びる一対の中央配線溝ＷＧ１と、軸方向に沿って一対の凹部Ｒｄの各々から後端ＢＥまで延びる一対の後側配線溝ＷＧ２とが形成されている。

　一対の中央配線溝ＷＧ１は連結ピンＣＰ１の周方向において１８０°離間しており、一対の後側配線溝ＷＧ２も連結ピンＣＰ１の周方向において１８０°離間している。一対の中央配線溝ＷＧ１の各々と一対の後側配線溝ＷＧ２の各々とは、周方向において互いに同じ位置に形成されている。

　２つの連結ピンＣＰ１、ＣＰ２は、前述のように、それぞれ本体部１０の筐体１１の前側凸壁ＷＦの連結孔Ｈ及び後側凸壁ＷＢの連結孔Ｈ、及びフック部２０の連結台２２の連結孔Ｈに挿通されて、本体部１０とフック部２０とを連結している（図５）。

　具体的には、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の前側大径部ＣＰａが筐体１１の前側凸壁ＷＦの連結孔Ｈに挿通されて連結孔Ｈ内に収容されている。中央大径部ＣＰｃが連結台２２の連結孔Ｈに挿通されて連結孔Ｈ内に収容されている。後側大径部ＣＰｅが後側凸壁ＷＢの連結孔Ｈに挿通されて連結孔Ｈ内に収容されている。この配置において、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の前側小径部ＣＰｂは、前側凸壁ＷＦの後面と連結台２２の前面との間に位置し、後側小径部ＣＰｄは、連結台２２の後面と後側凸壁ＷＢの前面との間に位置する。

　連結ピンＣＰ１、ＣＰ２は、前側小径部ＣＰｂの一対の凹部Ｒｂの底面と、後側小径部ＣＰｄの一対の凹部Ｒｄの底面とが上下方向に延びるように配置される。この配置は、前側凸壁ＷＦの前面に取り付けられた方位調整板１１ｐの方位調整孔Ｈｏに、一対の方位調整面ＯＳが形成された連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の前端ＦＥを篏合させることにより、容易に行うことができる。方位調整板１１ｐを用いることで、本体部１０の前側凸壁ＷＦの連結孔Ｈを方位調整に適した形状とするよりも容易に、方位調整に適した孔形状を形成することができる。

　８つのひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８は、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２のそれぞれに対して取り付けられている。

　８つのひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８は、前側小径部ＣＰｂの一対の凹部Ｒｂの底面に２つずつ貼り付けられており、後側小径部ＣＰｄの一対の凹部Ｒｄの底面に２つずつ貼り付けられている。具体的には、前側小径部ＣＰｂの一対の凹部Ｒｂの一方の底面にＳＧ１、ＳＧ２が、他方の底面にＳＧ３、ＳＧ４が貼り付けられており、後側小径部ＣＰｄの一対の凹部Ｒｄの一方の底面にＳＧ５、ＳＧ６が、他方の底面にＳＧ７、ＳＧ８が貼り付けられている。

　図６に示す通り、ひずみゲージＳＧ１は、一対の凹部Ｒｂの一方の底面に、受感方向ｓｄが軸方向に対して反時計周りに４５°傾斜した方向を向くように貼り付けられている。ひずみゲージＳＧ２は、ひずみゲージＳＧ１に隣接して、受感方向ｓｄが軸方向に対して時計周りに４５°傾斜した方向を向くように貼り付けられている。ひずみゲージＳＧ３は、一対の凹部Ｒｂの他方の底面に、その配置及び受感方向ｓｄが、径方向に見てひずみゲージＳＧ１と一致するように貼り付けられている。ひずみゲージＳＧ４は、一対の凹部Ｒｂの他方の底面に、その配置及び受感方向ｓｄが、径方向に見てひずみゲージＳＧ２と一致するように貼り付けられている。

　同様に、ひずみゲージＳＧ５は、一対の凹部Ｒｄの一方に、受感方向ｓｄが軸方向に対して時計周りに４５°傾斜した方向に一致するように貼り付けられている。ひずみゲージＳＧ６は、ひずみゲージＳＧ５に隣接して、受感方向ｓｄが軸方向に対して反時計周りに４５°傾斜した方向に一致するように貼り付けられている。ひずみゲージＳＧ７は、一対の凹部Ｒｄの他方の底面に、その配置及び受感方向ｓｄが、径方向に見てひずみゲージＳＧ５と一致するように貼り付けられている。ひずみゲージＳＧ８は、一対の凹部Ｒｄの他方の底面に、その配置及び受感方向ｓｄが、径方向に見てひずみゲージＳＧ６と一致するように貼り付けられている。

　回路基板３０は、絶縁体基板の上に配線がプリントされたプリント基板であり、本体部１０の筐体１１に形成された後側空間ＢＳの内部において、支持台３１を介して上面１１ｔ上に設置されている。プリントされた配線は、接続配線ＣＣと増幅回路ＡＣとを含む。

　回路基板３０を保護カバー１１ｃに覆われた閉空間である後側空間ＢＳに配置することで、風や湿度変化の影響による誤差が回路基板３０上の回路に生じることを抑制できる。また、後側空間ＢＳは駆動機構収容空間１１iから分離された別個の空間であるため、駆動機構収容空間１１iに設置されたモータ等の振動により回路基板３０に誤差が生じることが防止される。また、回路基板３０を支持台３１上に設置することで、回路基板３０からの放熱を効率よく行うことができる。

　接続回路ＣＣは、複数のひずみゲージを接続してホイートストンブリッジ回路を構成するための回路である。接続回路ＣＣは、連結ピンＣＰ１に貼り付けられたひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８、及び連結ピンＣＰ２に貼り付けられたひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８に配線Ｗを介して接続されている。これにより、連結ピンＣＰ１に貼り付けられたひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８、接続回路ＣＣ及びこれらを繋ぐ配線Ｗによりホイートストンブリッジ回路ＷＳＢ１が構成され、連結ピンＣＰ２に貼り付けられたひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８、接続回路ＣＣ及びこれらを繋ぐ配線Ｗによりホイートストンブリッジ回路ＷＳＢ２が構成される（図７）。このように、接続回路ＣＣを、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の上ではなく本体部１０の上に配置することで、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の径を小さくすることができる。

　配線Ｗ（図５）は、ひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８の各々から、中央配線溝ＷＧ１、後側配線溝ＷＧ２を通って連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の後端ＢＥに至り、後端ＢＥから、後側空間ＢＳの内部を通って、回路基板３０まで延びている。上面１１ｔに設置されている回路基板３０は、後側凸壁ＷＢの連結孔Ｈに配置されている連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の後端ＢＥよりも下方に位置するため、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２からの配線を、回路基板３０の上面の接続回路ＣＣに容易につなぐことができる。

　配線Ｗをこのように引き回すことにより、即ち、中央配線溝ＷＧ１、後側配線溝ＷＧ２の内部に配置して、前側凸壁ＷＦ、連結台２２、後側凸壁ＷＢによって覆うことにより外乱の影響を受け難くし、それにより配線Ｗにおけるノイズの発生を抑制することができる。

　増幅回路ＡＣは、ホイートストンブリッジ回路ＷＳＢ１、ＷＳＢ２からの出力電圧Ｅ_Ｏを増幅する回路である。

　ホイートストンブリッジ回路ＷＳＢ１、ＷＳＢ２の出力側が、回路基板３０上で、増幅回路ＡＣの入力側に接続されている。増幅回路ＡＣの出力側は、不図示の配線を介して、本体部１０の制御部１４に接続されている。

　次に、本実施形態の電動バランサ１００の使用方法を説明する。

　電動バランサ１００を用いた移動対象物の移動は、フック部２０の上側フック２１を梁などの固定構造に引っ掛けた状態で行う。上側フック２１が引っ掛けられる固定構造は、水平方向に移動可能であってもよい。本発明及び本明細書において「固定構造」とは、電動バランサ等の荷重検出構造の使用時に荷重検出構造をその使用に適した態様で保持するための構造を意味し、あらゆる方向への移動が固定された構造を意味するものではない。

　次に、本体部１０の吊下げ部１３の下側フック１３２を移動対象物に引っ掛ける。具体的には例えば、床面に載置された移動対象物に下側フック１３２を引っ掛けて、不図示のリモコン等を操作して、駆動機構１２を介したチェーン１３１の巻き上げを行う。これにより、下側フック１３２が上方に移動し、移動対象物も上方に移動する。

　移動対象物が電動バランサ１００によって吊下げられた状態において、移動対象物を更に上方に移動させる場合には、例えば、移動対象物を手で上方に軽く押し上げる。これにより、制御部１４が、移動対象物により電動バランサ１００に加えられる荷重が小さくなったことを検知し、当該検知に基づいてチェーン１３１を巻き上げる方向に駆動機構１２を駆動する。

　反対に、移動対象物を下方に移動させる場合には、例えば、移動対象物を手で下方に軽く押し下げる。これにより、制御部１４が、移動対象物により電動バランサ１００に加えられる荷重が大きくなったことを検知し、当該検知に基づいてチェーン１３１を繰り出す方向に駆動機構１２を駆動する。

　制御部１４は、移動対象物によって電動バランサ１００に加えられる荷重の変化を、次のようにして検知する。

　フック部２０の上側フック２１を固定構造に引っ掛けた状態で、本体部１０に下向きに加えられる荷重の大きさが変化すると、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の前側小径部ＣＰｂ、後側小径部ＣＰｄのたわみ量が変化する。これにより、前側小径部ＣＰｂ、後側小径部ＣＰｄに貼り付けられたひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８からの出力が変化して、ホイートストンブリッジ回路ＷＳＢ１、ＷＳＢ２の出力電圧Ｅｏも変化する。

　制御部１４は、増幅回路ＡＣを介して増幅された出力電圧信号を受け取り、出力電圧信号の変化に基づいて、荷重の変化を検知する。

　次に、本実施形態の電動バランサ１００の効果を説明する。

　本実施形態の電動バランサ１００においては、ホイートストンブリッジ回路を構成するための接続回路ＣＣを、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の上では形成せず、本体部１０の筐体１１に配置された回路基板３０上に形成している。したがって、小形の連結ピンＣＰ１、ＣＰ２を起歪体として使用することができる。

　このように、小形の連結ピンＣＰ１、ＣＰ２を起歪体として使用できることは、次の点で有利である。即ち、起歪体としての使用が予定されておらず、設計上の都合などにより小形に設計されていた連結ピンを、大きな設計変更を施すことなく荷重検出用の起歪体に転用することが可能となり、設計自由度が高まる。

　なお、回路基板３０の位置を、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２に近くして配線Ｗを短くすることで、配線Ｗにおけるノイズの発生を抑制して、検出精度を高めることができる。

　本実施形態の電動バランサ１００においては、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の表面上に、中央配線溝ＷＧ１、後側配線溝ＷＧ２を形成し、ひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８と接続回路ＣＣとを繋ぐ配線Ｗを、中央配線溝ＷＧ１、後側配線溝ＷＧ２の内部に収容している。このように、配線用の溝を連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の表面上に設けることは次の点において有利である。

　すなわち、小径のピンの軸心部に配線用の貫通孔を形成する場合、貫通孔を形成する加工は容易ではない。例えば非常に径の小さいドリルを用いて加工する必要があるが、小径のドリル刃は損傷が大きく、頻繁な交換が必要となる。そのため、貫通孔を有する小径のピンを製造するにはコストも手間もかかる。これに対して、外周面に溝を設ける加工は比較的容易であるため、製造コストを抑制することができる。

　本実施形態の電動バランサ１００においては、中央大径部ＣＰｃがフック部２０の連結台２２の連結孔Ｈの内部に配置されており、中央配線溝ＷＧ１に収容された配線Ｗの大部分が連結台２２で覆われている。また、後側大径部ＣＰｅが後側凸壁ＷＢの連結孔Ｈの内部に配置されており、後側配線溝ＷＧ２に収容された配線Ｗの大部分が後側凸壁ＷＢで覆われている。配線Ｗが長くなると風などの影響により配線Ｗ内の信号にノイズが生じやすくなるが、配線Ｗを連結台２２等で覆うことにより配線Ｗにおけるノイズの発生が抑制され、配線長の大きいホイートストンブリッジＷＳＢを形成しているにも関わらず、ホイートストンブリッジＷＳＢの出力電圧Ｅ_Ｏに対するノイズの影響を抑制することができる。

　本実施形態の電動バランサ１００においては、回路基板３０が、保護カバー１１ｃで覆われた閉空間である後部空間ＢＳの内部に配置されている。また、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の後端ＢＥも後部空間ＢＳ内に位置しており、後端ＢＥから回路基板３０へと延びる配線Ｗも後側空間ＢＳの内部に配置されている。したがって、後端ＢＥから回路基板３０へと延びる配線Ｗにおけるノイズの発生が抑制されている。

　以上をまとめると、本実施形態の電動バランサ１００は、接続回路ＣＣを連結ピンＣＰ１、ＣＰ２上には設けずに本体部１０上の回路基板３０に設け、且つ連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の外周面に配線溝を形成することにより、小型の連結ピンを起歪体として使用するという設計上の選択肢を与えるものである。一方で本実施形態の電動バランサ１００は、接続回路ＣＣを連結ピンＣＰ１、ＣＰ２から離間した位置に設け、且つひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８と接続回路とを繋ぐ配線Ｗを開放溝である中央配線溝ＷＧ１、後側配線溝ＷＧ２に配置することによる生じ得るノイズを、配線Ｗを本体部１０及びフック部２０で覆うことにより抑制するものである。

＜変形例＞
　上記実施形態の電動バランサ１００において、次の変形態様を用いることもできる。

　上記実施形態の電動バランサ１００においては、本体部１０の前側凸壁ＷＦ、フック部２０の連結台２２、本体部１０の後側凸壁ＷＢを前後方向においてこの順番に配置し、各々に設けた連結孔Ｈに連結ピンＣＰ１、ＣＰ２を挿通することにより本体部１０をフック部２０から吊下げているが、これには限られない。

　具体的には例えば、上側フックが有する前側下垂部、本体部の頂面の凸部、上側フックが有する後側下垂部を前後方向においてこの順番に配置し、各々に設けた連通孔に連結ピンを挿通することにより、本体部をフック部から吊下げることもできる。この態様では、方位調整板１１ｐは上側フックが有する前側下垂部の前面に取り付けてもよい。

　その他、連結ピンは本体部１０とフック部２０とを連通する任意の態様で、本体部１０とフック部２０とを連結し得る。なお、本明細書及び本発明において、ピンがある部材（第１部材）と他の部材（第２部材）を連通するという文言は、ピンが第１部材、第２部材の両方を貫通する態様、ピンが第１部材、第２部材の一方のみを貫通する態様、及びピンが第１部材、第２部材のいずれをも貫通せず第１部材、第２部材に挿入されているのみである態様のすべてを含むものとする。

　また、本体部１０とフック部２０とを連結する連結ピンの数は２本には限られず、１本、又は３本以上の任意の数とし得る。

　上記実施形態の電動バランサ１００においては、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の各々に８つのひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８を取り付けていたがこれには限られない。連結ピンＣＰ１、ＣＰ２に貼り付けるひずみゲージの数は任意の複数枚とし得る。例えば、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の各々に４枚のひずみゲージを貼り付ける場合は、４枚のひずみゲージと、接続回路とにより１つのホイートストンブリッジが形成される。

　上記実施形態の電動バランサ１００においては、回路基板３０を、本体部１０の筐体１１の後側空間ＢＳに配置しているがこれには限られない。回路基板３０は、本体部１０上の任意の位置に配置することができる。また、後側空間ＢＳに回路基板３０を配置する場合も保護カバー１１ｃは必須ではなく省略し得る。その他、保護カバー１１ｃの有無にかかわらず、本体部１０に区画された任意の閉空間に回路基板３０を配置することで、回路基板３０において風や湿度変化による誤差が生じることを抑制し得る。

　上記実施形態の電動バランサ１００においては、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の外周面に配線Ｗ用に中央配線溝ＷＧ１、後側配線溝ＷＧ２を配置していたが、これには限られない。具体的には例えば、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２の軸心に沿った貫通孔を設け、当該貫通孔を配線Ｗ用の通路としてもよい。

　上記実施形態の電動バランサ１００において、本体部１０及びフック部２０の少なくとも一方がシールド線処理により接地されていてもよい。

　上記実施形態においては、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２にひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８を取り付ける態様を備える電動バランサ１００を例として説明したがこれには限られない。電動バランサ１００とは異なる、チェーンブロックやウインチなどの任意の巻き上げ機において、連結ピンにひずみゲージを取り付けて連結ピン上とは異なる位置に接続回路を配置する上記実施形態の構成を採用することができる。その他、連結ピンにひずみゲージを取り付けて連結ピン上とは異なる位置に接続回路を配置する任意の機構を、荷重検出機構として構成することができる。具体的には例えば、機構を支持するための固定構造に接続される第１部材と、被験体である物体が吊り下げられる第２部材とを備える機構において、第１部材と第２部材を連通することにより第２部材を第１部材に吊下げるピンにひずみゲージを取り付け、第２部材上に配置された回路基板に接続回路を形成する。

　なお、本発明及び本明細書において第１部材が第２部材を「吊下げる」という文言は、必ずしも重力方向に懸垂することのみを意味するものではなく、第１部材が第２部材の所定方向への移動を規制するように第２部材を支持することを意味する。したがって例えば、第１部材にピンで連結された第２部材がワイヤを介して停泊中の船舶等に係合されており、第２部材が第１部材を斜め下方や斜め上方、横方向等に引っ張った状態で第１部材により移動を規制されている状態も、第１部材が第２部材を吊り下げた状態に含まれる。

＜第２実施形態＞
　上記実施形態の電動バランサ１００が備える連結ピンＣＰ１、ＣＰ２と、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２に貼り付けられたひずみゲージＳＧ１～ＳＧ８とによって、本発明の第２実施形態のピン型ロードセルが構成される。第２実施形態のピン型ロードセルにおいては、連結ピンＣＰ１、ＣＰ２は、ピン型起歪体として機能する。また、第２実施形態のピン型ロードセルにおいては、ひずみゲージの数は任意である。

　第２実施形態のピン型ロードセルは、ひずみゲージからの配線を外部に延ばすための通路を、ピン型起歪体の軸心に沿った貫通孔ではなくピン型起歪体の外周面に設けた溝として形成しているため、ピン型起歪体を小型化でき、より小さいピン型ロードセルを提供することができる。

　本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１０　本体部、１１ｃ　保護カバー、１１ｐ　方位調整板、２０　フック部、２１　上側フック、２２　連結台、３０　回路基板、１００　電動バランサ、ＡＣ　増幅回路、ＣＣ　接続回路、ＣＰ１，ＣＰ２　連結ピン、ＳＧ１～ＳＧ８　ひずみゲージ、ＷＳＢ１，ＷＳＢ２　ホイートストンブリッジ回路

Claims (7)

1. 　物体の荷重を検出する荷重検出機構であって、
   　固定構造に接続される第１部材と、
   　前記物体が吊り下げられる第２部材と、
   　第１部材と第２部材を連通することにより第２部材を第１部材に吊下げるピンと、
   　前記ピンに取り付けられた複数のひずみゲージと、
   　第２部材の上に配置された回路基板とを備え、
   　前記回路基板上に、前記複数のひずみゲージを接続してブリッジ回路を構成する接続回路と、前記ブリッジ回路からの出力を増幅する増幅回路とが形成されている荷重検出機構。
2. 　前記ピンの外周面に、該ピンの軸方向に延びる溝が形成されており、前記複数のひずみゲージと前記回路基板とを接続する配線が前記溝の内部に収容されている請求項１に記載の荷重検出機構。
3. 　第１部材及び第２部材の少なくとも一方が、前記溝を覆っている請求項２に記載の荷重検出機構。
4. 　前記回路基板は、第２部材の内部に区画された閉空間内に配置されている請求項１～３のいずれか一項に記載の荷重検出機構。
5. 　前記ピンの一端が前記閉空間内に位置しており、
   　前記回路基板が、前記一端よりも下方に配置されている請求項４に記載の荷重検出機構。
6. 　第１部材及び第２部材の少なくとも一方に、前記ピンの方位を調整するための方位調整部が取り付けられている請求項１～５のいずれか一項に記載の荷重検出機構。
7. 　ピンと、
   　前記ピンに取り付けられたひずみゲージとを備えるピン型ロードセルであって、
   　前記ピンの外周面に、前記ひずみゲージと外部とを接続する配線を収容する溝であって、前記ピンの軸方向に延びる溝が形成されているピン型ロードセル。

Images