JP4464005B2

JP4464005B2 - 高剛性荷重変換器

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Publication number: JP4464005B2
Application number: JP2001056035A
Authority: JP
Inventors: 偉施村; 晴久山下
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002257647A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高剛性荷重変換器に関し、より詳細には、略矩形板状を呈する起歪本体の起歪部にひずみゲージを添着し、前記起歪本体の長手方向両端部にそれぞれ穿設された荷重受け用円形孔に印加される引張り荷重を検出し、電気信号を得る、いわゆるリンク型の荷重変換器であって、例えば、クレーン等産業機械で使用される過負荷防止用荷重変換器や、船、船上構造物、橋、ドームの天井等構造物のワイヤ張力検出用ロードセル等に好適な高剛性荷重変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述のリンク型の従来の荷重変換器としては、図６、図７に示す第１の従来例および図８、図９に示す第２の従来例のような荷重変換器が多用されている。
即ち、図６および図７に示す第１の従来例に係る荷重変換器は、略矩形板状を呈する金属弾性体よりなる起歪本体１の両端部にそれぞれ荷重受け用円形孔２，３を穿設し、中央部にひずみ検出用円形孔４を穿設し、このひずみ検出用円形孔４を挟んで、換言すれば、長手方向中心軸（以下「Ｙ軸」という）に対し対称で且つ平行な一対の長孔５，６を穿設してある。
そして、ひずみ検出用円形孔４の内壁の短手方向中心軸（以下「Ｘ軸」という）上に、ひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４（但し、図７にはＳＧ３、ＳＧ４は現われない）を添着してある。
このような構成よりなる図６、図７に示す第１の従来例の荷重変換器７は、被測定対象物（図示せず）に、取付ピン（図示せず）により荷重受け用円形孔２、３が取着され、被測定対象物から、荷重受け用円形孔２、３に引張り力が作用すると、長孔５、６とひずみ検出用円形孔４との存在により、横断面積が小さくされたＸ軸上のひずみ検出用円形孔４の断面部に応力の集中が生じ、最大の引張りひずみを生じる。
【０００３】
この最大の引張りひずみを生じる部分にＹ軸方向に受感軸を向けて添着されたひずみゲージＳＧ１、ＳＧ３が伸張されて抵抗値を増加し、Ｙ軸方向に直交する方向に受感軸を向けて添着されたひずみゲージＳＧ２、ＳＧ４が圧縮されて、抵抗値を減少する。これらひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４のうち、ひずみゲージＳＧ１とＳＧ３とをブリッジの対辺に配設し、これに隣接する二辺（対辺）にひずみゲージＳＧ２とＳＧ４を配設してホイートストンブリッジ回路（以下「ブリッジ回路」と略称することがある）を形成することにより、ブリッジ回路の出力端から引張り力に対応した電気信号を得るようになっている。
また、図８および図９に示す第２の従来例に係る荷重変換器は、略矩形板状を呈する金属弾性体よりなる起歪本体１１の両端部にそれぞれ荷重受け用円形孔１２、１３を穿設し、中央部にひずみ検出用座繰り穴１４を厚さ方向中心部まで穿設し、このひずみ検出用座繰り穴１４を挟んでその側方、即ちＹ軸に対し対称で且つ平行に切り出しを行って、狭窄部１５を形成してある。
そして、ひずみ検出用座繰り穴１４の底部の矢印Ａをもって示す部位には、図９に拡大して示すように、Ｙ軸方向に受感軸を合わせて２つのひずみゲージＳＧ１、ＳＧ３を添着し、Ｘ軸方向に受感軸を合わせて他の２つのひずみゲージＳＧ２、ＳＧ４をそれぞれ添着してある。
【０００４】
このような構成よりなる図８、図９に示す第２の従来例に係る荷重変換器１６は、被測定対象物（図示せず）に取付ピン（図示せず）により荷重受け用円形孔１２と１３が取着され、被測定対象物から荷重受け用円形孔１２と１３に引張り力が作用すると、狭窄部１５とひずみ検出用座繰り穴１４の存在で横断面積が小さくされた部分に応力の集中が生じ最大の引張りひずみを生じる。
この最大の引張りひずみの生じる部分であるひずみ検出用座繰り部１４の底部（起歪本体１１の厚み方向の中心部）に、Ｙ軸方向に受感軸を向けて添着されたひずみゲージＳＧ１とＳＧ３が伸張され、Ｘ軸方向に受感軸を向けて添着されたひずみゲージＳＧ２とＳＧ４が圧縮される。
これらひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４のうち、ひずみゲージＳＧ１とＳＧ３とをブリッジ回路の対辺に配設し、ひずみゲージＳＧ２とＳＧ４をこれら対辺にそれぞれ隣接する辺に配設してブリッジ回路を構成することにより、ブリッジ回路の出力端から上記引張り力に対応した電気信号を得るようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１、第２の従来例のいずれにも以下に述べる問題点がある。
即ち、上述の第１の従来例および第２の従来例とも、第１には、４つのひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４を使用し、ブリッジ回路を構成しているが、そのブリッジ回路の出力端からは、ひずみ値εの２．６倍（２．６ε）相当のひずみ出力しか得られず低感度にとどまっている。
つまり、上述の第１、第２の従来例においては、ひずみゲージＳＧ１、ＳＧ３は引張りひずみε１、ε３を生じ、ひずみゲージＳＧ２、ＳＧ４は圧縮ひずみε２、ε４を生じるが、ε２とε４は、ε１とε３のひずみ量を１とすれば、ポアッソン比−０．３ε１（−０．３ε３）に相当するひずみ量しか生じないので、結局、
｜ε２｜＝｜ε４｜＝｜０．３ε１｜＝｜０．３ε３｜
という関係のひずみ量が得られる。
【０００６】
従って、これらひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４を上述のように結線してブリッジ回路を構成した場合には、
ε＝ε１＋ε２−（ε３−ε４）＝２．６ε１
なる出力εがブリッジ回路の出力端から得られるにとどまるのである。
従って、荷重に比例した所要のひずみを発生させるためには、大きな強度を有する高張力の特殊鋼等を使用しなければならないから、材料費、加工費等が嵩むという問題点がある。
第２には、上記第１、第２の従来例とも、ひずみ検出用円形孔４およびひずみ検出用座繰り穴１４を挟むようにして、長孔５、６および切出しにより形成された狭窄部１５が形成されている部分の剛性が低く、安全率が小さくならざるを得ない、という問題がある。
【０００７】
第３に、上記第１、第２の従来例には、上記第２の問題と関連するが、ひずみ検出部近傍の横断面積が小さいため、干渉を受け易く、例えば曲げ力や捻り力が作用したとき、引っ張り力に曲げ力や捻り力が混入して、正確な引張り力に対応した出力を取り出し難い、という問題がある。
第４に、上記第１の従来例の場合、荷重受け用円形孔２、３とひずみ検出円形孔４は、ドリル等による穿孔加工でよいので、加工が容易であり、従って加工コストも然程かからないが、長孔５、６は、エンドミル等による切削加工を伴うので、加工が厄介で加工時間が長くかかり、その分加工コストが嵩むという問題がある。
また、上記第２の従来例の場合、荷重受け用円形孔１２、１３は、ドリル等による穿孔加工でよいので、加工が容易であり、従って、加工コストも然程からないが、ひずみ検出用座繰り穴１４は、エンドミル等による切削加工を伴い、また、狭窄部１５を形成するのにフライス盤等による削成作業を伴うため、加工が厄介で時間がかかり、従って加工コストが嵩むという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、高感度な荷重変換器を提供することにあり、第２の目的は、安全率を向上させ得る荷重変換器を提供することにあり、第３の目的は、高剛性で曲げや捻り等の干渉を受け難い荷重変換器を提供することにあり、第４の目的は、加工が容易で、低コスト化を実現し得る荷重変換器を提供することにあり、第５の目的は、ひずみ起歪体のひずみ検出部へのひずみゲージの添着範囲の自由度が大きくひずみゲージの添着作業が容易であり、且つひずみ検出のバラツキが少ない荷重変換器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上記第１〜第５の目的を達成するために、略矩形板状を呈する起歪本体の起歪部にひずみゲージを添着し、前記起歪本体の長手方向両端部にそれぞれ穿設された荷重受け用円形孔に印加される引張り荷重を検出する荷重変換器において、前記起歪本体の中央部にひずみ検出用円形孔を穿設し、前記ひずみ検出用円形孔の周囲に長手方向中心軸およびこれに直交する短手方向中心軸に対しそれぞれ対称に４個のひずみ調整用円形孔を穿設し、前記ひずみ調整用円形孔のうち、短手方向に隣接する前記ひずみ調整用円形孔の最も近い内壁同士間の距離をａとし、前記起歪本体の短手方向側壁の一方および他方とこれらに最も近い側の前記ひずみ検出用円形孔の各内壁との間の距離をｂとし、前記ひずみ検出用円形孔の内壁とこの内壁に最も近い前記ひずみ調整用円形孔の内壁との間の距離をｃとしたとき、
ａ≒ｂ≒２ｃ
なる関係を満足するように、前記ひずみ検出用円形孔および前記ひずみ調整用円形孔を穿設し、前記ひずみ検出用円形孔の内側の長手方向軸上に２箇所および短手方向軸上に２箇所の合計４箇所にひずみゲージをそれぞれ添着し、
前記ひずみゲージは、前記長手方向中心軸上にほぼ合わせて添着した２枚の前記ひずみゲージを、ブリッジの対辺にそれぞれ配設し、前記短手方向中心線上にほぼ合わせて添着した２枚の前記ひずみゲージを前記ブリッジの隣接辺にそれぞれ配設することにより１つのホイートストンブリッジ回路を形成し、前記一対の荷重受け用円形孔に引張荷重が作用するとき、前記ひずみゲージにより前記引張荷重に対応した高出力の電気信号を検出し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記第１〜第５の目的を達成するために、前記荷重受け用円形孔の内壁とこの内壁に最も近い前記ひずみ調整用円形孔の内壁との間の距離をｄとしたとき、
ｄ≧ ２ａ≒２ｂ
なる関係を満足するように、前記荷重受け用円形孔と前記ひずみ調整用円形孔とを穿設したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上記第１〜第４の目的を達成するために、前記ひずみゲージは、前記ひずみ検出用円形孔の内壁であって前記起歪本体厚さ方向中心軸線にほぼ沿うように受感軸を合わせ、且つ前記長手方向中心軸線上および前記短手方向線上に受感部の中心をほぼ合わせて添着してなることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一つの実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明の第１の実施の形態に係る高剛性荷重変換器の構成を示すもので、このうち、図１は、高剛性荷重変換器の外観構成を示す斜視図、図２は、その正面図、図３は、図２のＹ−Ｙ線断面図、図４は、図１〜図３の起歪本体のひずみ検出部（起歪部）に添着されたひずみゲージをもって形成してなるブリッジ回路図である。
図１〜図４において、２１は、金属弾性体、例えば、高張力鋼、アルミニウム、等からなり、全体形状が略矩形板状を呈する起歪本体であり、その両端、即ち、長手方向中心軸（以下「Ｙ軸」という）両端部（図１においては、上端部と下端部の近傍）にそれぞれ荷重受け用円形孔２２、２３がボール盤によって回転駆動されるドリルで穿孔し、上記Ｙ軸と短手方向中心軸（以下「Ｘ軸」という）との交差する点を中心とするひずみ検出用円形孔２４が同様の手段によって穿孔してある。
このひずみ検出用円形孔２４の周囲（起歪部）には、Ｙ軸およびＸ軸に対し、それぞれ対称に４個のひずみ調整用円形孔２５〜２８を穿設してある。
【００１３】
このように形成され起歪本体２１のひずみ検出用円形孔２４の内部壁面のＹ軸上およびＸ軸上の各近傍にひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４を接着、スパッタリング、融着、その他の手段により添着する。
ひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４のうち、ひずみゲージＳＧ１とＳＧ３は、受感軸を起歪本体２１の厚さ方向の中心線に略合わせ、さらに受感部中心をＸ軸上であって且つひずみ検出用円形孔２４の内周壁に１８０°互いに離間させた対称位置に添着する。
また、他のひずみゲージＳＧ２とＳＧ４は、受感軸を起歪本体２１の厚さ方向中心軸を含む平面に略合わせ、さらに受感部中心をＹ軸上であって且つ起歪本体２１の厚み方向中心線に略合わせて、ひずみ検出用円形孔２４の内周壁に１８０°互いに離間させた対称位置に添着する。
上述のように形成された起歪本体２１のひずみ検出用円形孔２４の内周壁面に添着されたひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４は、図４に示すようなブリッジ回路に結線する。
【００１４】
即ち、Ｘ軸方向中心軸に受感部中心を合わせて添着されたひずみゲージＳＧ１とＳＧ３は、ブリッジ回路の対辺にそれぞれ分散して配設し、Ｙ軸方向中心軸に受感中心を合わせて添着されたひずみゲージＳＧ２とＳＧ４は、ブリッジ回路の上記ひずみゲージＳＧ１とＳＧ３と隣接する１対のブリッジ辺の各対辺にそれぞれ分散して配設して、図４に示すようにブリッジ回路を組む。
図４に示すように、ブリッジ回路のひずみゲージＳＧ３とＳＧ４との接続点Ａにブリッジ電源Ｅｉｎの正側を接続し、ひずみゲージＳＧ１とＳＧ２との接続点Ｂにブリッジ電源Ｅｉｎの負側を接続する。また、ひずみゲージＳＧ１とＳＧ４との接続点Ｃを例えばひずみ測定器（図示せず）の正側に接続し、ひずみゲージＳＧ２とＳＧ３との接続点Ｄを負側に接続する。
次に、このような構成よりなる本発明の実施の形態に係る高剛性荷重変換器２９の作用につき説明する。
先ず、高剛性荷重変換器２９を、被測定対象物、例えば、クレーンのワイヤなどの荷重伝達系中に介挿し、取付ピンを荷重受け用円形孔２２，２３にそれぞれ挿通し被測定対象物に連結固定する。
【００１５】
被測定対象物から、図１に示すように、荷重受け用円形孔２２，２３に反対方向の荷重、即ち引張り力Ｆ、Ｆ′が作用したとすると、ひずみ検出用円形孔２４内壁のＸ軸上に受感中心部を合わせて添着されたひずみゲージＳＧ１およびＳＧ３が伸張されてそれぞれε１およびε３の引張りひずみを生じ、Ｙ軸上に受感中心部を合わせて添着されたひずみゲージＳＧ２およびＳＧ４は圧縮されてそれぞれ−ε２および−ε４の圧縮ひずみを生じる。
本発明の第１の実施の形態においては、ひずみ検出用円形孔２４の周囲に、Ｙ軸およびＸ軸に対しそれぞれ対称に、４個のひずみ調整用円形孔２５，２６，２７，２８を穿設してあるため、ひずみ検出用円形孔２４のＹ軸上近傍およびＸ軸上近傍には、絶対値において略等しいひずみを生じる。即ち、次のような関係が得られる。
｜ε１｜＝｜ε２｜＝｜ε３｜＝｜ε４｜ ………（１）
そして、ひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４は、その受感軸方向を、起歪本体２１の厚み方向中心軸（中立軸）を含む平面内に沿わせ且つ起歪本体２１の厚さ方向の中心部にそれぞれ受感部中心を合わせて添着されており、さらにひずみ検出用円形孔２４の内壁のＸ軸上に受感部中心を合わせて添着されたひずみゲージＳＧ１およびＳＧ３には、ε１およびε３の引張りひずみが付与され、Ｙ軸上に受感部中心を合わせて添着されたひずみゲージＳＧ２およびＳＧ４には、−ε２および−ε４の圧縮ひずみが付与されることになる。
【００１６】
このように作用するひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４は、図３に示すように、引張りひずみε１およびε３を生じるひずみゲージＳＧ１およびＳＧ３は、ブリッジ回路の対辺に配設し、圧縮ひずみ−ε２および−ε４を生じるひずみゲージＳＧ２およびＳＧ４は、上記ひずみゲージＳＧ１およびＳＧ３と隣接するブリッジの対辺にそれぞれ配設し、ひずみゲージＳＧ３とＳＧ４の接続点Ａに正のブリッジ電源を供給し、ひずみゲージＳＧ１とＳＧ２との接続点Ｂに負のブリッジ電源を供給することにより、ひずみゲージＳＧ１とＳＧ４との接続点Ｃと、ひずみゲージＳＧ２とＳＧ３との接続点Ｄとの間に、
ε１＋ε３−（−ε２−ε４）≒４ε１……… （２）
に対応したひずみ出力電圧Ｅｏｕｔを得る。
即ち、本発明の実施の形態においては、ブリッジ回路を組むことで全体として４倍のひずみ出力を得られるのに対して、図６、図７および図８、図９に示す従来の荷重変換器７および１６の場合、４枚のひずみゲージを使用してブリッジ回路を組んでも、全体として２．６倍のひずみ出力しか得られないのものに比べ、同一強度の条件下で定格出力を約１．５倍（つまり、４／２．６≒１．５）高くすることができる。
【００１７】
このように本発明の実施の形態によれば、感度を向上させることができるので、同一の断面積であるとすれば、従来のものに比べひずみ出力を大幅に増大させることができ、延いては安全率を大幅に向上させることができる。また、換言すれば、同じ定格容量の起歪本体を得るには、本発明の実施の形態によれば、大きな強度の高張力の特殊鋼を用いる必要がなくなり、安価で加工し易い金属弾性体材料を用いることができるので、材料費および加工費を節減でき、その分低コスト化を実現することができる。
また、上述の実施の形態によれば、ひずみ検出用円形孔２４の周囲に、Ｘ軸とＹ軸を中心としてそれぞれ対称にひずみ調整用円形孔２５，２６，２７，２８を、Ｘ軸方向には、ひずみ検出用円形孔２４と重複しないような関係位置に穿設してあるので、捻り剛性および曲げ剛性が従来のものに比べ大きく、捻り力および曲げ力の影響を受け難く（干渉の受け難い）、延いては引張り力に正確に対応したひずみ出力を取り出し得る荷重変換器を提供することができる。
また、上述の実施の形態によれば、荷重受け用円形孔２２，２３、ひずみ検出用円形孔２４およびひずみ調整用円形孔２５〜２８のいずれも、ドリルによる穿孔加工が可能な円形孔であるため、加工が容易で、加工時間が短くて済み、その分加工コストを低減化することができる。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。
図５において、符号「ａ」は、ひずみ調整用円形孔２５〜２８のうち、Ｘ軸方向（短手方向）に隣接するひずみ調整用円形孔２５と２７およびひずみ調整用円形孔２６と２８の最も近い内壁同士の距離（寸法）を意味する。
また、図５において、符号「ｂ」は、起歪本体２１のＸ軸方向側壁の一方（図５において上端面）および他方（図５において下端面）とこれらに最も近い側のひずみ検出用円形孔２４の各内壁との間の距離（寸法）を意味する。
また、図５において、符号「ｃ」は、ひずみ検出用円形孔２４の内壁とこの内壁に最も近いひずみ調整用円形孔２６および２７（またはひずみ調整用円形孔２５および２８）との間の距離（寸法）を意味する。
また、図５において符号「ｄ」は、荷重受け用円形孔２２（および２３）とこの内壁に最も近いひずみ調整用円形孔２５，２７（および２６，２８）の内壁との間の距離（寸法）を意味する。
【００１９】
このような定義をもつ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、適宜設定し得るが、図５に示す実施の形態においては、
ａ≒ｂ≒２ｃ ………………（３）
なる関係を満足するように、ひずみ検出用円形孔２４の直径と、ひずみ調整用円形孔２５〜２８の位置と直径を設定してある。
このような関係にａ、ｂ、ｃ、ｄをそれぞれ設定した場合、ひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４が添着された部位における応力集中の応力分布範囲が広くなり、ひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４の添着位置がずれてもその検出応力が殆ど変化しない、という優れた特性を発揮する。
従って、ひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４を、ひずみ検出用円形孔２４の内壁の厚さ方向中心近傍であってＸ軸上およびＹ軸上に添着する例えば接着作業において、従来のものにおいては、注意力を集中して厳密な位置合せをして慎重に接着作業を行う必要があったが、上述の第２の実施の形態のようにａ≒ｂ≒２ｃの関係を満足するように形成した荷重変換器によれば、大凡の位置にひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４を添着すればよいので、接着、融着、スパッタリング等の添着作業が容易となり短時間に行うことができ、しかも安定した特性の荷重変換器を得ることができる。
【００２０】
また、この種のリンク型荷重変換器において、所要の定格容量のものを設計する場合、起歪本体２１の材料、厚さ、幅、長さ等の要素と共に、上記ひずみ検出用円形孔の直径、上記ひずみ調整用円形孔の位置および直径、さらには荷重受け用円形孔の位置および直径等を決定しなければならず、上記のように多くの設計要素があるので、試行錯誤を繰り返しながら、各要素値の決定に多くの時間を費やしていたが、上述の第２の実施の形態によれば、無駄な試行錯誤を経ずして短時間に諸要素を決定することができ、設計コストを著しく低減化することができる。
また、第２の実施の形態のように、荷重受け用円形孔２２，２３とこれに最も近くひずみ調整用円形孔２５〜２８との配置関係を
ｄ≧２ａ≒２ｂ………（４）
を満足するように決定することにより、荷重受け用円形孔２２，２３から伝達される不等分布荷重を、荷重受け用円形孔２２（または２３）とひずみ調整用円形孔２５，２７（または２６，２８）との間の距離ｄなる部分の剛体部で応力が拡散（分散）され、起歪部であるひずみ検出用円形孔２４に至る段階では、応力分布は均一化される。
【００２１】
このように応力が均一化（平滑化）される結果、ひずみ検出用円形孔２４の内壁に正しく引張り荷重が伝達され、ワイヤ等被測定対象物に印加される引張り力に正確に対応する電気的出力をひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４によって取り出すことができる。
逆に、ｄ＜２ａ≒２ｂ
のような場合は、引張り荷重に正確に対応した電気的出力が得られない虞れがある。
尚、本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、略矩形板状を呈する起歪本体の起歪部にひずみゲージを添着し、前記起歪本体の長手方向両端部にそれぞれ穿設された荷重受け用円形孔に印加される引張り荷重を検出する荷重変換器において、前記起歪本体の中央部にひずみ検出用円形孔を穿設し、前記ひずみ検出用円形孔の周囲に長手方向中心軸およびこれに直交する短手方向中心軸に対しそれぞれ対称に４個のひずみ調整用円形孔を穿設し、前記ひずみ調整用円形孔のうち、短手方向に隣接する前記ひずみ調整用円形孔の最も近い内壁同士間の距離をａとし、前記起歪本体の短手方向側壁の一方および他方とこれらに最も近い側の前記ひずみ検出用円形孔の各内壁との間の距離をｂとし、前記ひずみ検出用円形孔の内壁とこの内壁に最も近い前記ひずみ調整用円形孔の内壁との間の距離をｃとしたとき、
ａ≒ｂ≒２ｃ
なる関係を満足するように、前記ひずみ検出用円形孔および前記ひずみ調整用円形孔を穿設し、前記ひずみ検出用円形孔の内側の長手方向軸上に２箇所および短手方向軸上に２箇所の合計４箇所にひずみゲージをそれぞれ添着し、
前記ひずみゲージは、前記長手方向中心軸上にほぼ合わせて添着した２枚の前記ひずみゲージを、ブリッジの対辺にそれぞれ配設し、前記短手方向中心線上にほぼ合わせて添着した２枚の前記ひずみゲージを前記ブリッジの隣接辺にそれぞれ配設することにより１つのホイートストンブリッジ回路を形成し、前記一対の荷重受け用円形孔に引張荷重が作用するとき、前記ひずみゲージにより前記引張荷重に対応した高出力の電気信号を検出し得るように構成したので、感度を向上させることができ、同一の条件下で定格出力を、約１．５倍高くすることができ、さらに、剛性を大幅に増大させることができ、延いては安全率を大幅に向上させることができるので、高価な高張力の特殊鋼を用いる必要がなく安価で加工し易い金属弾性体材料を用いることができ、材料費、加工費を節約でき、その分低コスト化を実現することができ、さらには、特に、捻り剛性を従来のものに比べ大きく、曲げ力や捻り力が荷重変換器に引張り荷重と共に印加されてもその影響、即ち干渉を受け難いため、引張り力のみに正確に対応したひずみ出力（電気出力）を取り出し得る荷重変換器を提供することができる。
【００２３】
また、請求項１に記載の発明によれば、ひずみゲージが添着された部位における応力集中の応力分布範囲が広くなり、従って各ひずみゲージの添着位置が予定の位置からずれていても、その検出応力は殆ど変化せず安定した引張り応力に対応した電気出力が得られ、従って大凡の位置にひずみゲージを添着すればよいので、接着、融着等の添着作業が容易となり短時間に行うことができ、この点でも低コスト化を実現することができ、さらには、ａ≒ｂ≒２ｃを満足するようにひずみ検出用円形孔とひずみ調整用円形孔との関係を規定すればよいので、無駄な試行錯誤を経ずして短時間に諸要素を決定することができ、従って、設計コストを著しく低減化することができる。
さらにまた、請求項１に記載された発明によれば、前記ひずみゲージは、前記長手方向中心軸上にほぼ合わせて添着されたひずみゲージを、ブリッジの対辺にそれぞれ配設し、前記短手方向中心線上にほぼ合わせて添着したひずみゲージを前記ブリッジの隣接辺にそれぞれ配設することによりホイートストンブリッジ回路を形成したので、一つのひずみゲージの抵抗値変化に対し、４倍の抵抗値変化に相応する電気的出力を、ブリッジ回路の出力端から取り出すことができ、著しく分解能の高い荷重変換器を提供することができる。
【００２４】
また、請求項２に記載の発明に前記荷重受け用円形孔の内壁とこの内壁に最も近い前記ひずみ調整用円形孔の内壁との間の距離をｄとしたとき、
ｄ≧ ２ａ≒２ｂ
なる関係を満足するように、前記荷重受け用円形孔と前記ひずみ調整用円形孔とを穿設したので、荷重受け用円形孔から伝達される不均一分布を、荷重受け用円形孔とひずみ調整用円形孔との間の距離ｄなる部分の剛体部で応力が拡散され、起歪部であるひずみ検出用円形孔に至る段階では応力分布は均一化され、ひずみ検出用円形孔の内壁に正しく引張り荷重が伝達され、引張り力に正確に対応する電気出力をひずみゲージによって取り出し得る高剛性荷重変換器を提供することができる。
【００２５】
また、請求項３に記載された発明によれば、前記ひずみゲージは、前記ひずみ検出用円形孔の内壁であって前記起歪本体厚さ方向中心軸線にほぼ沿うように受感軸を合わせ、且つ前記長手方向中心軸線上および前記短手方向線上に受感部の中心をほぼ合わせて添着してあるので、ひずみゲージの受感部中心が曲げ中立軸や捻り中立軸に添着されることとなり、万一曲げや捻りが荷重変換器に印加されても、ブリッジ回路よりキャンセルされ、その影響を受け難く、従って、曲げ力や捻り力が被測定対象物より印加されても、その影響を受け難いという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高剛性荷重変換器の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す高剛性荷重変換器の構成を示す正面図である。
【図３】図２のＹ−Ｙ線方向断面図である。
【図４】図１、図２に示す高剛性荷重変換器のひずみ検出用円形孔に添着された４つのひずみゲージによって組まれたブリッジ回路である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る高剛性荷重変換器の外観構成を示す正面図である。
【図６】第１の従来例に係る荷重変換器の構成を示す正面図である。
【図７】図６のＹ−Ｙ線断面図である。
【図８】第２の従来例に係る荷重変換器の構成を示す正面図である。
【図９】図８に示す荷重変換器のひずみ検出用座繰り穴に添着された４つのひずみゲージの添着状態を拡大して示す拡大部分正面図である。
【符号の説明】
２１起歪本体
２２、２３荷重受け用円形孔
２４ひずみ検出用円形孔
２５、２６、２７、２８ひずみ調整用円形孔
２９高剛性荷重変換器
ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４ひずみゲージ

Claims

略矩形板状を呈する起歪本体の起歪部にひずみゲージを添着し、前記起歪本体の長手方向両端部にそれぞれ穿設された荷重受け用円形孔に印加される引張り荷重を検出する荷重変換器において、前記起歪本体の中央部にひずみ検出用円形孔を穿設し、前記ひずみ検出用円形孔の周囲に長手方向中心軸およびこれに直交する短手方向中心軸に対しそれぞれ対称に４個のひずみ調整用円形孔を穿設し、前記ひずみ調整用円形孔のうち、短手方向に隣接する前記ひずみ調整用円形孔の最も近い内壁同士間の距離をａとし、前記起歪本体の短手方向側壁の一方および他方とこれらに最も近い側の前記ひずみ検出用円形孔の各内壁との間の距離をｂとし、前記ひずみ検出用円形孔の内壁とこの内壁に最も近い前記ひずみ調整用円形孔の内壁との間の距離をｃとしたとき、
ａ≒ｂ≒２ｃ
なる関係を満足するように、前記ひずみ検出用円形孔および前記ひずみ調整用円形孔を穿設し、前記ひずみ検出用円形孔の内側の長手方向軸上に２箇所および短手方向軸上に２箇所の合計４箇所にひずみゲージをそれぞれ添着し、
前記ひずみゲージは、前記長手方向中心軸上にほぼ合わせて添着した２枚の前記ひずみゲージを、ブリッジの対辺にそれぞれ配設し、前記短手方向中心線上にほぼ合わせて添着した２枚の前記ひずみゲージを前記ブリッジの隣接辺にそれぞれ配設することにより１つのホイートストンブリッジ回路を形成し、前記一対の荷重受け用円形孔に引張荷重が作用するとき、前記ひずみゲージにより前記引張荷重に対応した高出力の電気信号を検出し得るように構成したことを特徴とする高剛性荷重変換器。
前記荷重受け用円形孔の内壁とこの内壁に最も近い前記ひずみ調整用円形孔の内壁との間の距離をｄとしたとき、
ｄ≧ ２ａ≒２ｂ
なる関係を満足するように、前記荷重受け用円形孔と前記ひずみ調整用円形孔とを穿設したことを特徴とする請求項１に記載の高剛性荷重変換器。
前記ひずみゲージは、前記ひずみ検出用円形孔の内壁であって前記起歪本体厚さ方向中心軸線にほぼ沿うように受感軸を合わせ、且つ前記長手方向中心軸線上および前記短手方向線上に受感部の中心をほぼ合わせて添着してなることを特徴とする請求項１または２に記載の高剛性荷重ひずみ検出器。