JPH0715415B2 - コラム型荷重変換器 - Google Patents
コラム型荷重変換器Info
- Publication number
- JPH0715415B2 JPH0715415B2 JP61076497A JP7649786A JPH0715415B2 JP H0715415 B2 JPH0715415 B2 JP H0715415B2 JP 61076497 A JP61076497 A JP 61076497A JP 7649786 A JP7649786 A JP 7649786A JP H0715415 B2 JPH0715415 B2 JP H0715415B2
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- JP
- Japan
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- strain
- load
- gauge
- column
- thin
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Description
【発明の詳細な説明】 （ａ）技術分野 本発明は、コラム型荷重変換器に関し、より具体的に
は、起歪柱の起歪部に添着されたひずみゲージによって
前記起歪柱に印加される荷重に対応した電気信号を得る
コラム型荷重変換器に関するものである。
は、起歪柱の起歪部に添着されたひずみゲージによって
前記起歪柱に印加される荷重に対応した電気信号を得る
コラム型荷重変換器に関するものである。
（ｂ）従来技術 従来のコラム型荷重変換器は、第２図（Ａ）および
（Ｂ）に示すように略四角柱を呈する起歪柱としてのコ
ラムａの中間部の薄肉とされた起歪部ｂの外周面のう
ち、互いに反対側を向いた一対の面ｃおよびｃに、受感
方向が互いに直交するようにひずみゲージSG1,SG2およ
びSG3,SG4が添着され、その４個のひずみゲージSG1〜SG
4により第３図に示すようなホイートストンブリッジが
構成されており、コラムａの軸方向に印加される荷重を
そのホイートストンブリッジの出力e0として検出するよ
うになっている。BVはこのホイートストンブリッジにブ
リッジ電圧を供給するブリッジ電源である。そして、コ
ラムａの内部は、丸穴が穿設されて中空にされ、その中
空部ｄの径を適宜に変えることによって荷重に対するひ
ずみの大きさが調整される。
（Ｂ）に示すように略四角柱を呈する起歪柱としてのコ
ラムａの中間部の薄肉とされた起歪部ｂの外周面のう
ち、互いに反対側を向いた一対の面ｃおよびｃに、受感
方向が互いに直交するようにひずみゲージSG1,SG2およ
びSG3,SG4が添着され、その４個のひずみゲージSG1〜SG
4により第３図に示すようなホイートストンブリッジが
構成されており、コラムａの軸方向に印加される荷重を
そのホイートストンブリッジの出力e0として検出するよ
うになっている。BVはこのホイートストンブリッジにブ
リッジ電圧を供給するブリッジ電源である。そして、コ
ラムａの内部は、丸穴が穿設されて中空にされ、その中
空部ｄの径を適宜に変えることによって荷重に対するひ
ずみの大きさが調整される。
ところで、このように、４個のひずみゲージSG1〜SG4か
らるホイートストンブリッジのみで回路構成したコラム
型荷重変換器は、誤差が大きいので、第２図（Ｃ）に示
すように非直線性補償用半導体ゲージｆを印加する場合
がある。
らるホイートストンブリッジのみで回路構成したコラム
型荷重変換器は、誤差が大きいので、第２図（Ｃ）に示
すように非直線性補償用半導体ゲージｆを印加する場合
がある。
その理由とするところは、第３図に示すようなひずみゲ
ージSG1〜SG4からなるホイートストンブリッジは、例え
ば第４図の実線で示すような荷重変換特性を有し、その
特性は非直線性を有しているためである。具体的には、
その非直線性（NL）は、コラム型では0.1〜0.2％Ro）R
o:rated output定格出力）にもなってしまい、より正確
な荷重測定を行なうにはその非直線性を補償する必要性
があるからである。
ージSG1〜SG4からなるホイートストンブリッジは、例え
ば第４図の実線で示すような荷重変換特性を有し、その
特性は非直線性を有しているためである。具体的には、
その非直線性（NL）は、コラム型では0.1〜0.2％Ro）R
o:rated output定格出力）にもなってしまい、より正確
な荷重測定を行なうにはその非直線性を補償する必要性
があるからである。
一方、この非直線性補償用半導体ゲージｆは、回路的に
は、ブリッジ電源BVとホイートストンブリッジの入力端
との間に接続され、構造的には起歪柱たるコラムａの起
歪部ｂの外周面に添着される。この半導体ゲージｆは、
コラムａが荷重を受けてひずむと抵抗値が変化する。そ
して、この半導体ゲージｆのひずみにる抵抗変化は、ホ
イートストンブリッジの非直線性を補償するような変化
を呈するので半導体ゲージｆを付加することによって荷
重変換器の荷重変換特性の直線性を改善することができ
るのである。
は、ブリッジ電源BVとホイートストンブリッジの入力端
との間に接続され、構造的には起歪柱たるコラムａの起
歪部ｂの外周面に添着される。この半導体ゲージｆは、
コラムａが荷重を受けてひずむと抵抗値が変化する。そ
して、この半導体ゲージｆのひずみにる抵抗変化は、ホ
イートストンブリッジの非直線性を補償するような変化
を呈するので半導体ゲージｆを付加することによって荷
重変換器の荷重変換特性の直線性を改善することができ
るのである。
尚、実際の製品においては、温度補償および出力調整の
ため第５図に示すように温度感度抵抗ｇおよび出力調整
抵抗ｈが上記非直線性補償用半導体ゲージｆと直列に接
続される。
ため第５図に示すように温度感度抵抗ｇおよび出力調整
抵抗ｈが上記非直線性補償用半導体ゲージｆと直列に接
続される。
このような非直線性補償用半導体ゲージｆを備えたコラ
ム型荷重変換器は、直線性が良いので荷重の測定精度が
非常に高くなるという点で優れているが、しかし、半導
体ゲージが一般のひずみゲージに比較して疲労に弱いの
で半導体ゲージが破損し易いという欠点を有している。
具体的には、半導体ゲージは、例えば荷重変換用ひずみ
ゲージSG1〜SG4に1000μεより大きなひずみが生じると
ひずみの大きさに従って疲労寿命が短くなる。従って、
半導体ゲージｆをひずみゲージSG1〜SG4と同じひずみを
受けるようにコラムａの起歪部ｂに添着した場合には、
ひずみゲージSG1〜SG4に先んじて半導体ゲージｆの方が
破損してしまうことになり、そのためコラム型荷重変換
器の寿命が半導体ゲージｆにより決定されてしまうとい
う問題があった。
ム型荷重変換器は、直線性が良いので荷重の測定精度が
非常に高くなるという点で優れているが、しかし、半導
体ゲージが一般のひずみゲージに比較して疲労に弱いの
で半導体ゲージが破損し易いという欠点を有している。
具体的には、半導体ゲージは、例えば荷重変換用ひずみ
ゲージSG1〜SG4に1000μεより大きなひずみが生じると
ひずみの大きさに従って疲労寿命が短くなる。従って、
半導体ゲージｆをひずみゲージSG1〜SG4と同じひずみを
受けるようにコラムａの起歪部ｂに添着した場合には、
ひずみゲージSG1〜SG4に先んじて半導体ゲージｆの方が
破損してしまうことになり、そのためコラム型荷重変換
器の寿命が半導体ゲージｆにより決定されてしまうとい
う問題があった。
（ｃ）目的 本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、起
歪部に添着された荷重変換用ひずみゲージの荷重変換特
性の非直線性を良好に補償し得ると共に、非直線性補償
用の半導体ゲージの疲労寿命を大幅に延長でき、延いて
は、荷重変換器の寿命を大幅に延長し得るコラム型荷重
変換器を提供することにある。
歪部に添着された荷重変換用ひずみゲージの荷重変換特
性の非直線性を良好に補償し得ると共に、非直線性補償
用の半導体ゲージの疲労寿命を大幅に延長でき、延いて
は、荷重変換器の寿命を大幅に延長し得るコラム型荷重
変換器を提供することにある。
（ｄ）構成 本発明は、上記目的を達成させるため、起歪柱の起歪部
に添着されたひずみゲージによって、前記起歪柱に印加
される荷重に対応した電気信号を得るコラム型荷重変換
器において、前記起歪柱の中間部に、断面積が小さい薄
肉起歪部を形成すると共に、前記薄肉起歪部の近傍に前
記薄肉起歪部より断面積が大きい厚肉起歪部を形成し、
前記薄肉起歪部には荷重変換用のひずみゲージを添着
し、前記厚肉起歪部には非直線性を補償する半導体ゲー
ジを添着してなり、前記薄肉起歪部における断面積に対
する前記厚肉起歪部における断面積の比を、前記荷重変
換用のひずみゲージの荷重変換特性の非直線性を良好に
補償し得る比率であって、且つ前記半導体ゲージの疲労
寿命に対する前記荷重変換用のひずみゲージの疲労寿命
の比率に略対応させて設定したことを特徴とするもので
ある。
に添着されたひずみゲージによって、前記起歪柱に印加
される荷重に対応した電気信号を得るコラム型荷重変換
器において、前記起歪柱の中間部に、断面積が小さい薄
肉起歪部を形成すると共に、前記薄肉起歪部の近傍に前
記薄肉起歪部より断面積が大きい厚肉起歪部を形成し、
前記薄肉起歪部には荷重変換用のひずみゲージを添着
し、前記厚肉起歪部には非直線性を補償する半導体ゲー
ジを添着してなり、前記薄肉起歪部における断面積に対
する前記厚肉起歪部における断面積の比を、前記荷重変
換用のひずみゲージの荷重変換特性の非直線性を良好に
補償し得る比率であって、且つ前記半導体ゲージの疲労
寿命に対する前記荷重変換用のひずみゲージの疲労寿命
の比率に略対応させて設定したことを特徴とするもので
ある。
以下、本発明を、添付図面に示した実施例に従って詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は、本発明の一実施例の構成を示す縦断面図であ
る。
る。
同図において、１は起歪柱としてのコラムで、上端側に
は、剛性が大きく荷重を受けるに適するように円弧状に
形成された荷重印加部1aを有し、下端側には同じく剛性
が大きく、荷重に対する反力を受けるに適するように座
面が形成された台座部1bを有し、中間部の外形は、第２
図（Ｂ）に示したものと同様に略四角柱状に形成されて
いる。中間部のうち、台座寄りの下半部にはその中心に
大径穴2aが穿設され、また荷重印加部1a寄りの上半部に
は上記大径穴2aと同軸上にその大径穴2aよりも小さい
（図においては略1/2.5）小径穴2bが穿設される。従っ
て、コラム１の中間部のうち、下半部は薄肉（小断面）
とされて印加荷重に対し敏感に感応してひずみを生じる
薄肉起歪部としての起歪部３が設けられ、上半部は厚肉
（大断面）とされ印加荷重に対し少ないひずみを生じる
厚肉起歪部としての厚肉部４が設けられている。
は、剛性が大きく荷重を受けるに適するように円弧状に
形成された荷重印加部1aを有し、下端側には同じく剛性
が大きく、荷重に対する反力を受けるに適するように座
面が形成された台座部1bを有し、中間部の外形は、第２
図（Ｂ）に示したものと同様に略四角柱状に形成されて
いる。中間部のうち、台座寄りの下半部にはその中心に
大径穴2aが穿設され、また荷重印加部1a寄りの上半部に
は上記大径穴2aと同軸上にその大径穴2aよりも小さい
（図においては略1/2.5）小径穴2bが穿設される。従っ
て、コラム１の中間部のうち、下半部は薄肉（小断面）
とされて印加荷重に対し敏感に感応してひずみを生じる
薄肉起歪部としての起歪部３が設けられ、上半部は厚肉
（大断面）とされ印加荷重に対し少ないひずみを生じる
厚肉起歪部としての厚肉部４が設けられている。
ホイートストンブリッジを構成する荷重変換用のひずみ
ゲージSG1〜SG4は、小なる断面積を有する起歪部３の互
いに180°ずれた外表面に、それぞれコラム１の軸方向
とこれに直交する方向に主軸方向が向けられて添着され
ている。これに対し非直線性補償用の半導体ゲージ５
は、大なる断面積を有する厚肉部４の互いに180°ずれ
た外表面に添着されている。
ゲージSG1〜SG4は、小なる断面積を有する起歪部３の互
いに180°ずれた外表面に、それぞれコラム１の軸方向
とこれに直交する方向に主軸方向が向けられて添着され
ている。これに対し非直線性補償用の半導体ゲージ５
は、大なる断面積を有する厚肉部４の互いに180°ずれ
た外表面に添着されている。
従って、このようなコラム型荷重変換器においては、半
導体ゲージ５が添着された厚肉部４の断面積を、ひずみ
ゲージSG1〜SG4が添着された起歪部３の断面積より大き
く設定されているので、コラム１の荷重印加部1aに軸方
向の荷重が印加された場合における半導体ゲージ５に生
じるひずみは、ひずみゲージSG1〜SG4に生じるひずみに
比較して小さくなる。
導体ゲージ５が添着された厚肉部４の断面積を、ひずみ
ゲージSG1〜SG4が添着された起歪部３の断面積より大き
く設定されているので、コラム１の荷重印加部1aに軸方
向の荷重が印加された場合における半導体ゲージ５に生
じるひずみは、ひずみゲージSG1〜SG4に生じるひずみに
比較して小さくなる。
依って、半導体ゲージ５に生じる疲労が少なくなり、疲
労寿命を長くすることができ、延いては、荷重変換器の
寿命を長くすることができる。
労寿命を長くすることができ、延いては、荷重変換器の
寿命を長くすることができる。
因みに、半導体ゲージ５に与えられるひずみが、1000μ
ε（με＝10-6ひずみ）以下であれば、107程度の測定
に充分に耐え得るので、最大定格荷重時において半導体
ゲージに生じるひずみが1000με以下になるように大径
穴2aと小径穴2bの直径の比を設定すれば、半導体ゲージ
５によって荷重変換器の寿命が決定されてしまうことを
回避することができる。具体的には、起歪部３にかかる
ひずみが2000μεのとき、ひずみゲージSG1〜SG4が添着
された起歪部３における断面積と半導体ゲージ５が添着
された厚肉部４における断面積との比を1:2以上になる
ように上記大径穴2aと小径穴2bの直径比を設定すれば、
半導体ゲージ５に生じるひずみの最大値を1000με以下
にすることができ、荷重変換器の高寿命化を図ることが
できる。
ε（με＝10-6ひずみ）以下であれば、107程度の測定
に充分に耐え得るので、最大定格荷重時において半導体
ゲージに生じるひずみが1000με以下になるように大径
穴2aと小径穴2bの直径の比を設定すれば、半導体ゲージ
５によって荷重変換器の寿命が決定されてしまうことを
回避することができる。具体的には、起歪部３にかかる
ひずみが2000μεのとき、ひずみゲージSG1〜SG4が添着
された起歪部３における断面積と半導体ゲージ５が添着
された厚肉部４における断面積との比を1:2以上になる
ように上記大径穴2aと小径穴2bの直径比を設定すれば、
半導体ゲージ５に生じるひずみの最大値を1000με以下
にすることができ、荷重変換器の高寿命化を図ることが
できる。
また、起歪部３と厚肉部４の断面積比を厳密に設定する
には、半導体ゲージ５のゲージ率や抵抗値によって非直
線性の補償量や、特性も異なることから、その半導体ゲ
ージ５として非直線性の補償が良好であると共に、荷重
変換用のひずみゲージSG1〜SG4の疲労寿命に匹敵する疲
労寿命となるように、設定すればよい。
には、半導体ゲージ５のゲージ率や抵抗値によって非直
線性の補償量や、特性も異なることから、その半導体ゲ
ージ５として非直線性の補償が良好であると共に、荷重
変換用のひずみゲージSG1〜SG4の疲労寿命に匹敵する疲
労寿命となるように、設定すればよい。
尚、本発明は、上述し且つ図面に示した実施例に何ら限
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。
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。
例えば、起歪部３の外面形状としては、実施例のように
略四角柱状に限られるものではなく、円柱状、その他の
形状であってもよく、起歪部３の内部に穿設される穴
は、加工が困難でない限り、円形穴以外の穴であっても
よい。また、実施例においては、下半部に起歪部３を、
上半部に厚肉部４を設けた例を示したが、逆に設けても
よい。また、荷重印加部1aは、ねじ部となっていてもよ
い。
略四角柱状に限られるものではなく、円柱状、その他の
形状であってもよく、起歪部３の内部に穿設される穴
は、加工が困難でない限り、円形穴以外の穴であっても
よい。また、実施例においては、下半部に起歪部３を、
上半部に厚肉部４を設けた例を示したが、逆に設けても
よい。また、荷重印加部1aは、ねじ部となっていてもよ
い。
（ｅ）効果 以上に詳しく述べたところより明らかなように、本発明
によれば、簡素な構成でコストの上昇を招くことなく、
薄肉起歪部に添着された荷重変換用ひずみゲージの荷重
変換特性の非直線性が良好に補償され、また、従来、実
質的に荷重変換器の寿命を決定していた非直線性補償用
の半導体ゲージの疲労寿命が大幅に延長化され、荷重変
換器全体として高寿命なコラム型荷重変換器を提供する
ことができる。
によれば、簡素な構成でコストの上昇を招くことなく、
薄肉起歪部に添着された荷重変換用ひずみゲージの荷重
変換特性の非直線性が良好に補償され、また、従来、実
質的に荷重変換器の寿命を決定していた非直線性補償用
の半導体ゲージの疲労寿命が大幅に延長化され、荷重変
換器全体として高寿命なコラム型荷重変換器を提供する
ことができる。
第１図は、本発明の一実施例の構成を示す縦断面図、第
２図（Ａ）および（Ｂ）は、従来例を示すもので、同図
（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）のＸ−Ｘ
線矢視方向断面図、第２図（Ｃ）は、同従来例に非直線
性補償用半導体ゲージを添着した一例を拡大して示す側
面図、第３図は、従来のひずみゲージにより構成された
ホイートストンブリッジ回路を示す回路図、第４図は、
第３図に示す回路の荷重変換特性図で、実線が実際の特
性を示し、二点鎖線が理想特性を示すものであり、第５
図は、本発明に係るもので、非直線性補償用半導体ゲー
ジ等を付加した荷重変換器の回路図である。 １……コラム、1a……荷重印加部、1b……台座部、2a…
…大径穴、2b……小径穴、３……起歪部、４……厚肉
部、５……半導体ゲージ、SG1〜SG4……荷重変換用のひ
ずみゲージ、BV……ブリッジ電源。
２図（Ａ）および（Ｂ）は、従来例を示すもので、同図
（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）のＸ−Ｘ
線矢視方向断面図、第２図（Ｃ）は、同従来例に非直線
性補償用半導体ゲージを添着した一例を拡大して示す側
面図、第３図は、従来のひずみゲージにより構成された
ホイートストンブリッジ回路を示す回路図、第４図は、
第３図に示す回路の荷重変換特性図で、実線が実際の特
性を示し、二点鎖線が理想特性を示すものであり、第５
図は、本発明に係るもので、非直線性補償用半導体ゲー
ジ等を付加した荷重変換器の回路図である。 １……コラム、1a……荷重印加部、1b……台座部、2a…
…大径穴、2b……小径穴、３……起歪部、４……厚肉
部、５……半導体ゲージ、SG1〜SG4……荷重変換用のひ
ずみゲージ、BV……ブリッジ電源。
Claims (2)
- 【請求項１】起歪柱の起歪部に添着されたひずみゲージ
によって、前記起歪柱に印加される荷重に対応した電気
信号を得るコラム型荷重変換器において、 前記起歪柱の中間部に、断面積が小さい薄肉起歪部を形
成すると共に、前記薄肉起歪部の近傍に前記薄肉起歪部
より断面積が大きい厚肉起歪部を形成し、前記薄肉起歪
部には荷重変換用のひずみゲージを添着し、前記厚肉起
歪部には非直線性を補償する半導体ゲージを添着してな
り、前記薄肉起歪部における断面積に対する前記厚肉起
歪部における断面積の比を、前記荷重変換用のひずみゲ
ージの荷重変換特性の非直線性を良好に補償し得る比率
であって、且つ前記半導体ゲージの疲労寿命に対する前
記荷重変換用のひずみゲージの疲労寿命の比率に略対応
させて設定したことを特徴とするコラム型荷重変換器。 - 【請求項２】前記半導体ゲージは、荷重変換用のひずみ
ゲージで形成されるホイートストンブリッジ回路のブリ
ッジ電源供給路に直列に回路挿入されていることを特徴
とするコラム型荷重変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61076497A JPH0715415B2 (ja) | 1986-04-04 | 1986-04-04 | コラム型荷重変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61076497A JPH0715415B2 (ja) | 1986-04-04 | 1986-04-04 | コラム型荷重変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62233731A JPS62233731A (ja) | 1987-10-14 |
| JPH0715415B2 true JPH0715415B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=13606858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61076497A Expired - Lifetime JPH0715415B2 (ja) | 1986-04-04 | 1986-04-04 | コラム型荷重変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715415B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3357896B2 (ja) * | 1994-03-22 | 2002-12-16 | 株式会社共和電業 | 車両用変速機のチェンジレバー操作力検出装置 |
| JP2007303914A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 荷重センサ |
| CN104931165A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-23 | 东莞市华兰海电子有限公司 | 一种高灵敏度应力传感器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59143929A (ja) * | 1983-02-07 | 1984-08-17 | Tokyo Electric Co Ltd | ロ−ドセル秤 |
-
1986
- 1986-04-04 JP JP61076497A patent/JPH0715415B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62233731A (ja) | 1987-10-14 |
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