JPH0783766A - 荷重変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２つの連結部の間を相対回転可能に連結する
結合軸に作用する引張力および圧縮力を精度良く検出し
得ると共に、ひずみゲージの添着個所の機械加工を従来
方式に比べて簡単化する。 【構成】 結合軸１における第１群の嵌合部２と第２群
の嵌合部３、４との間に２つの小径部５、６を設ける。
これら各小径部５、６に曲げひずみ検出孔７、８をそれ
ぞれ平行に穿設することにより、各小径部５、６にそれ
ぞれ２つの平行ビーム部５ｃ、５ｄおよび６ｃ、６ｄか
ら成る２つのロバーバル機構を形成する。図に示すよう
に矢印の方向に引張力Ｐが連結部に作用すると、曲げひ
ずみ検出孔７、８の内周面に添着されたひずみゲージの
うち、SG1 、SG3 およびSG5 、SG7は、圧縮ひずみを受
け、SG2 、SG4 およびSG6 、SG8 は、引張ひずみを受け
る。これらひずみゲージSG1 〜SG8 は、ブリッジ結線さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１本の結合軸により連
結された荷重伝達系をなす２つの連結部の間に付与され
る逆方向の相対荷重に起因して結合軸に生じる剪断力を
検出することによって当該相対荷重の大きさを検出する
荷重変換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば実公昭６０−４２１０８号公報
（実開昭５８−１８０９１７号公報）に開示された船舶
用の繋船装置や各種のクレーン装置のように、荷重
（力）伝達系を構成する２つの連結部（剛体部）の間を
実質的に１本の結合軸で連結するように構成された装置
では、大きな荷重が繋船ワイヤや吊下げワイヤ等を介し
て１本の結合軸に加えられる。

【０００３】そのため、実際にワイヤに掛る荷重引張力
を常に計測して、過荷重によるワイヤ切断という事故が
発生しないように監視するという必要性が生じる。そし
て、ワイヤに掛る荷重を計測する方法としては、付与さ
れた荷重に起因して結合軸に発生する剪断力を、剪断ひ
ずみ検出ゲージを用いて計測するという技術が従来から
知られている。この剪断ひずみ検出ゲージを用いた計測
方法を、例えば図１０および図１１に示す結合軸５０を
例にして説明する。

【０００４】例えば繋船用のワイヤを支持する一方の剛
体をなす連結部（図示なし）が結合軸５０と回転可能に
嵌合する軸上領域を中央領域５１となし、例えば埠頭側
の固定部に連結した他方の剛体部（図示なし）が結合軸
５０と回転可能に嵌合する軸上領域を２つの端部領域５
２、５３となすように結合軸５０を構成する。

【０００５】今、中央領域５１と両方の端部領域５２、
５３との間に小径の検出領域５４、５５を設け、この検
出領域５４、５５の外周をそれぞれ他の領域５１、５
２、５３の外径より小さく削成し、さらにその外周側か
ら平面的に切削することにより、図１１に示すように、
結合軸５０の軸線を挟んで対称的な位置にそれぞれ一対
の平行平面５４ａ、５４ｂおよび５５ａ、５５ｂを形成
する。この場合、それぞれの平行平面５４ａ、５４ｂお
よび５５ａ、５５ｂの間に形成される偏平部分が、結合
軸５０に発生する剪断力を検出する起歪部となる。

【０００６】さて、一方の剛体をなす連結部と他方の剛
体をなす連結部との間に互いに逆方向（図では上下方
向）に働く引張力Ｐが作用すると、図１２に示すよう
に、結合軸５０の検出領域５４、５５（図示せず）の偏
平部分にこの引張力Ｐによる剪断応力が発生する。な
お、図１２は、右側の検出領域５４における状態のみを
示す。

【０００７】そして、この剪断力に起因して、検出領域
５４の偏平部分には、矢印「イ」−「ロ」方向の微小量
の変形が生じるが、このとき、この微小量の変形に伴っ
て、矢印「イ」−「ロ」方向に働く引張応力と矢印
「ハ」−「ニ」方向に働く圧縮応力とが生じる。

【０００８】そのため、左側の検出領域５４の一対の平
行平面５４ａ、５４ｂ上に、図１０に示すようなひずみ
ゲージ、すなわち、矢印「イ」−「ロ」方向にグリッド
軸を有するゲージパターンと矢印「ハ」−「ニ」方向に
グリッド軸を有するようなゲージパターンとを形成した
ひずみゲージ５６を添着して、この引張応力と圧縮応力
とをひずみ量として検出するように構成すれば、左側の
検出領域５４の偏平部分に発生した剪断力を電気的に検
出することが可能になる。

【０００９】そして、従来の剪断ひずみ検出ゲージを用
いた計測方法は、このような検出手段を用いて結合軸５
０に発生する剪断力を検出するようにしている。

【００１０】この場合、ひずみゲージ５６の添着個所
は、湿気に対してシールを行わなければならないので、
検出領域５４、５５の各一対の平行平面５４ａ、５４ｂ
および５５ａ、５５ｂは、普通には、図１３に示すよう
に、検出領域５４、５５の外周からそれぞれ座繰り穴５
７、５８を開けてそれぞれの底面を利用して形成するよ
うにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、剪断ひずみ
は、作用する個所の断面積だけで決定されるものである
ため、剪断力をひずみゲージで検出する方法では、例え
ば１００ｋｇ以下の低容量での検出が困難になるという
大きな問題が生じる。

【００１２】さらに、ひずみゲージ５６の添着個所を形
成するときの機械加工、とりわけ座繰り穴底面の精密機
械加工が簡単には行かないという問題も生じる。例えば
図１１の場合には、平面フライスを用いてミーリング加
工を行って一対の平行平面５４ａ、５４ｂを形成し、そ
の後、この平面５４ａ、５４ｂを研磨しなければなら
ず、また、図１３の場合には、エンドミルを使って一対
の平行平面５４ａ、５４ｂを形成し且つその後に研磨し
なければならないため、機械加工に要するコストが高く
なるという問題が生じる。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、２つの連結部の間
を所定方向に相対回転可能に連結する結合軸の剪断力
を、低容量から高容量まで精度良く検出することが可能
で、且つ、ひずみゲージの添着個所を形成するときの機
械加工が従来方式のものに比べて簡単である荷重変換器
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る荷重変換器は、測定側の連結部と非
測定側の連結部との間を、円形断面を有する１本の結合
軸により所定方向に相対回転可能に連結する方式の連結
器に用いる荷重変換器において、前記測定側の連結部と
固定的に結合する第１群の嵌合部と、前記非測定側の連
結部と相対回転可能に結合する第２群の嵌合部とが、前
記結合軸の軸芯方向において交互に位置するような状態
で形成され、前記第１群の嵌合部と前記第２群の嵌合部
との間に、前記第１群および第２群の嵌合部の直径より
も小直径に設定された小径部が設けられ、この小径部の
前記測定側の連結部における荷重印加方向と直交する方
向であって前記結合軸の軸芯と直交する方向に、曲げひ
ずみ検出孔が貫通的に穿設されることによって薄肉の起
歪部が設けられ、前記２つの連結部間に荷重が印加され
たときに、この印加荷重に起因して前記起歪部に発生す
る曲げ応力を検出し得るひずみゲージが、前記曲げひず
み検出孔の内周面にそれぞれ添着され、この曲げひずみ
検出用のひずみゲージからの検出出力に基づいて前記結
合軸に作用する剪断力を計測し得るように構成したこと
を特徴とするものである。

【００１５】

【作用】上記のように構成された荷重変換器は、先ず、
測定側の連結部と固定的に結合する第１群の嵌合部と非
測定側の連結部と相対回転可能に結合する第２群の嵌合
部とを、前記結合軸の軸芯方向において互いに交互に位
置するような状態で形成すると共に、第１群の嵌合部と
第２群の嵌合部との間に、第１群および第２群の嵌合部
の直径よりも小直径に設定された小径部を形成してある
ので、この小径部に剪断応力が生じるようになる。

【００１６】この小径部に測定側の連結部における荷重
印加方向と直交する方向であって結合軸の軸芯と直交す
る方向に曲げひずみ検出孔を貫通的に穿設することによ
り薄肉の起歪部を設けてあるので、この曲げひずみ検出
孔を挟んだ起歪部の上下方向の部分にそれぞれ平行ビー
ム部が形成されることになり、結果として、この上下の
平行ビーム部と第１群および第２群の嵌合部とでロバー
バル機構が構成される。

【００１７】さらに、上下の平行ビーム部が第１群およ
び第２群の嵌合部とそれぞれ接する個所の近傍位置であ
って且つ曲げひずみ検出孔の内周面上に、起歪部に発生
する曲げ応力をそれぞれ圧縮応力および引張応力として
検出し得るひずみゲージを添着してある。

【００１８】従って、２つの剛体部間に荷重が印加され
たときに、この印加荷重に起因して荷重印加方向に平行
に撓む上下の平行ビーム部に発生する圧縮応力および引
張応力を、それぞれのひずみゲージで検出することによ
って結合軸に作用する剪断力を計測することができる。

【００１９】

【実施例】以下、図示の実施例に基づいて本発明に係る
荷重変換器の構成および作用を説明する。なお、第１実
施例では、測定側の剛体部の連結端部Ｓ１がフォーク状
（二股状）に形成され、このフォーク状の連結端部Ｓ１
内に非測定側の剛体部の連結端部Ｓ２が位置するような
構造で、２つの剛体部の連結端部Ｓ１、Ｓ２が、図１に
おいて結合軸１の軸芯Ｏを中心として相対回転可能に連
結した方式の連結器に使用される荷重変換器を対象とし
て説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１実施例に係る荷重変
換器の結合軸の構成を示す平面図であり、図２は、図１
に示す結合軸の正面構成を示す正面図、図３は、図１に
示す結合軸のＡ−Ａ線矢視方向およびＢ−Ｂ線矢視方向
断面構成を共通に示す断面図である。

【００２１】図１〜図３において、１は、例えば埠頭側
の築造物に強固に固定結合された非測定側の剛体部の連
結部としての連結端部Ｓ２と、例えば繋船用のワイヤを
支持する測定側の剛体部の連結部としての連結端部Ｓ１
とを連結するための結合軸で、円形断面を有する軸とし
て形成されている。

【００２２】この結合軸１は、非測定側の剛体部の連結
端部Ｓ２と相対回転可能に結合する第１群の嵌合部２
と、測定側の剛体部の連結端部Ｓ１と固定的に結合する
第２群の嵌合部３、４と、第１群の嵌合部２と第２群の
嵌合部３、４との間に介在的に形成された２つの小径部
５、６とを有するように構成されている。

【００２３】この場合、第１群の嵌合部２と第２群の嵌
合部３、４の外径は、いずれも、例えば同一直径として
設定され、また、小径部５、６の外径は、非測定側の剛
体部の連結端部Ｓ２が第１群の嵌合部２上を結合軸１の
軸芯Ｏに沿って僅かに移動したときでも、この連結端部
Ｓ２が小径部５、６に当接しないように、第１群および
第２群の嵌合部２〜４の直径よりも僅かに小直径に設定
されている。

【００２４】そして、非測定側の剛体部の連結端部Ｓ２
は、第１群の嵌合部２上を図１の左右方向には移動しな
いように、予め適宜の案内手段（図示なし）によって移
動制限されるように構成されている。

【００２５】なお、本発明は、第１実施例のような連結
構造に限定されるものではなく、他の実施例として、測
定側の剛体部の連結端部と非測定側の剛体部の連結端部
とをそれぞれ複数個設け、これらの連結端部が互いに結
合軸１の軸芯Ｏ方向に所定の間隔（小径部５、６の幅に
相当する）を隔てて交互に配置されるように組合せ、さ
らに、これに対応するように、結合軸１の側に複数個の
第１群の嵌合部と複数個の第２群の嵌合部とを形成し、
且つ、これらの間に複数個の小径部を形成するように構
成することも可能である。

【００２６】さて、上述した２つの小径部５、６には、
図３に示すように、結合軸１の軸線Ｏを挟んで対象的な
等距離ｄの位置にそれぞれ平行平面５ａ、５ｂおよび６
ａ、６ｂが形成されている。

【００２７】さらに、各々の平行平面（５ａ、５ｂ）、
（６ａ、６ｂ）の中央部分には、測定側の剛体部の連結
端部Ｓ１における荷重印加方向と直交する方向であっ
て、しかも、結合軸１の軸線Ｏと直交する方向（各平行
平面と直交する方向でもある）に、所定の開口を具えた
曲げひずみ検出孔７、８が貫通的に穿設されるように構
成されている。

【００２８】なお、これらの曲げひずみ検出孔７、８
は、例えば適宜のリーマ穿孔用のドリルを用いて穿孔さ
れ、その内周面が滑らかな内側円筒面となるように形成
されている。

【００２９】そして、左側の小径部５には、この曲げひ
ずみ検出孔７の存在によって、図１における上側部分に
上方ビーム部５ｃが形成され、さらに、下側部分にこの
上方ビーム部５ｃと平行する下方ビーム部５ｄが形成さ
れることになり、同様に、右側の小径部６には、曲げひ
ずみ検出孔８の存在によって、上側部分と下側部分と
に、互いに平行な上方ビーム部６ｃおよび下方ビーム部
６ｄが形成されることになる。

【００３０】この結果、第１群の嵌合部２と左側に位置
する第２群の嵌合部３との間に、上方ビーム部５ｃと下
方ビーム部５ｄとを平行ビーム部とする所謂「ロバーバ
ル機構」が構成され、同様に、第１群の嵌合部２と右側
に位置する第２群の嵌合部４との間に、上方ビーム部６
ｃと下方ビーム部６ｄとを平行ビーム部とする「ロバー
バル機構」が構成されることになる。

【００３１】尚、この小径部５、６において、曲げひず
み検出孔７、８が穿設されることによって、曲げひずみ
検出孔７および８と小径部５および６の外周との間に残
された薄肉部を起歪部と称することとし、上述した上方
ビーム部５ｃ、５ｄと６ｃ、６ｄが相当する。

【００３２】ＳＧ１〜ＳＧ４は、２つの剛体部の連結端
部Ｓ１、Ｓ２の間に荷重（力）が印加されたときに、こ
の印加荷重に起因して、左側の小径部５における起歪部
としての上方ビーム部５ｃと下方ビーム部５ｄの各々の
両端部近傍領域に発生する曲げひずみ（応力）を検出す
るための第１〜第４のひずみゲージで、曲げひずみ検出
孔７の内周面であって上方ビーム部５ｃと下方ビーム部
５ｄの両端部近傍領域にそれぞれ添着されている。

【００３３】ＳＧ５〜ＳＧ８は、２つの剛体部の連結端
部Ｓ１、Ｓ２の間に荷重が印加されたときに、この印加
荷重に起因して、右側の小径部６における起歪部として
の上方ビーム部６ｃと下方ビーム部６ｄの各々の両端部
近傍領域に発生する曲げひずみを検出するための第５〜
第８のひずみゲージで、曲げひずみ検出孔８の内周面で
あって上方ビーム部６ｃと下方ビーム部６ｄの両端部近
傍領域にそれぞれ添着されている。

【００３４】この場合、図１に示す荷重印加状態におい
て、左側の曲げひずみ検出孔７の軸線Ｏを挟んで左斜め
の対称的な位置に添着された第１および第３のひずみゲ
ージＳＧ１、ＳＧ３は、左側の小径部５の上方ビーム部
５ｃおよび下方ビーム部５ｄに発生する圧縮応力をそれ
ぞれ検出し、また、曲げひずみ検出孔７の軸線を挟んで
右斜めの対称的な位置に添着された第２および第４のひ
ずみゲージＳＧ２、ＳＧ４は、この上方ビーム部５ｃお
よび下方ビーム部５ｄに発生する引張応力をそれぞれ検
出するように構成されている。

【００３５】同様に、右側の曲げひずみ検出孔８の軸線
を挟んで右斜めの対称的な位置に添着された第５および
第７のひずみゲージＳＧ５、ＳＧ７は、右側の小径部６
の上方ビーム部６ｃおよび下方ビーム部６ｄに発生する
圧縮応力をそれぞれ検出し、また、曲げひずみ検出孔８
の軸線を挟んで左斜めの対称的な位置に添着された第６
および第８のひずみゲージＳＧ６、ＳＧ８は、この上方
ビーム部６ｃおよび下方ビーム部６ｄに発生する引張応
力をそれぞれ検出するように構成されている。

【００３６】そして、これら第１〜第８のひずみゲージ
ＳＧ１〜ＳＧ４、ＳＧ５〜ＳＧ８は、図５に示すように
第１および第３のひずみゲージＳＧ１、ＳＧ３がホイー
トストーンブリッジ回路の第１ブリッジ辺に、また、第
２および第４のひずみゲージＳＧ２、ＳＧ４がこれと隣
り合う第２ブリッジ辺に、また、第５および第７のひず
みゲージＳＧ５、ＳＧ７が第１ブリッジ辺と対向する第
３ブリッジ辺に、さらに、第６および第８のひずみゲー
ジＳＧ６、ＳＧ８が第２ブリッジ辺と対向する第４ブリ
ッジ辺に、それぞれ配置されるように構成されている。
この場合、第１〜第８のひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ８を
図６に示すようなホイートストーンブリッジ回路として
組むことも可能である。

【００３７】なお、図５および図６において、ｅｉはホ
イートストーンブリッジ回路に印加されるブリッジ電圧
であり、ｅｏはホイートストーンブリッジ回路からの検
出出力の電圧であるが、この検出電圧は、例えばひずみ
量計測手段（図示なし）に出力され、このひずみ量計測
手段において、結合軸１に加えられた引張力Ｐに起因す
る剪断力の値として計測されることになる。

【００３８】次に、このように構成された第１実施例の
荷重変換器の動作ないし作用について、図４の配置説明
図を用いて説明する。図１の状態において、測定側の剛
体よりなる連結部の連結端部Ｓ１と非測定側の剛体部の
連結端部Ｓ２との間に、図１に示す矢印方向の引張力Ｐ
が加わると、この引張力Ｐにより２つの小径部に上下方
向の剪断力が発生する。そして、この剪断力に起因し
て、小径部では各々の起歪部である上方ビーム部５ｃ、
６ｃおよび下方ビーム部５ｄ、６ｄに曲げ応力が発生す
る。

【００３９】以下、このとき生じる応力の状況を、左側
の小径部５の曲げひずみ検出孔を角孔にモデル化した図
４に従って説明する。図４は、引張力Ｐが加わった時の
上方ビーム部５ｃおよび下方ビーム部５ｄの変形状態を
示しており、各々のビームは、両端固定梁の曲げ変形と
なり、上方ビーム部５ｃの下面では左側に圧縮応力が生
じ、右側に引張応力が生じる。同様に、下方ビーム部５
ｄの上面では左側に引張応力が生じ、右側に圧縮応力が
生じる。

【００４０】従って、上方ビーム部５ｃの下面の左端の
ひずみゲージＳＧ１は、圧縮ひずみを、右端のひずみゲ
ージＳＧ２は、引張ひずみをそれぞれ検出し、下方ビー
ム部５ｄの上面の左端のひずみゲージＳＧ４は、引張ひ
ずみを、右端のひずみゲージＳＧ３は、圧縮ひずみをそ
れぞれ検出する。

【００４１】一方、右側の小径部６においても上方ビー
ム部６ｃおよび下方ビーム部６ｄの変形は、左側の小径
部５と同様になり、ひずみゲージＳＧ５、ＳＧ７は、圧
縮ひずみを検出し、ひずみゲージＳＧ６、ＳＧ８は、引
張ひずみを検出する。

【００４２】そして、このとき、各々のひずみゲージＳ
Ｇ１〜ＳＧ８で検出されたひずみ検出出力は、ホイート
ストーンブリッジ回路で検出電圧として合成されてひず
み量計測手段（ひずみ測定器）に出力される。

【００４３】この場合、圧縮ひずみを検出するための第
１および第３のひずみゲージＳＧ１、ＳＧ３と第５およ
び第７のひずみゲージＳＧ５、ＳＧ７とが、図５のホイ
ートストーンブリッジ回路の互いに対向するブリッジ辺
に接続され、また、引張ひずみを検出するための第２お
よび第４のひずみゲージＳＧ２、ＳＧ４と第６および第
８のひずみゲージＳＧ６、ＳＧ８とが、互いに対向する
ブリッジ辺に接続される関係で、計測方向以外の成分力
の影響がキャンセルされることになる。

【００４４】ひずみ量計測手段では、このひずみ検出出
力に基づいて結合軸１に発生した剪断力を演算し、これ
らの演算に基づいて結合軸１に加えられた引張力Ｐを求
めることになる。

【００４５】この場合、求められたその時々の引張力Ｐ
を、ひずみ量計測手段内の比較手段に予め設定された安
全基準値と比較し得るように構成し、そのときの引張力
Ｐが安全基準値を超えたときには、その状態を適宜の表
示警告手段または発音警告手段を介して警報し得るよう
に構成することが好ましい。

【００４６】なお、第１実施例では、適宜の案内手段に
より、予め、非測定側の剛体部の連結端部Ｓ２が結合軸
１に対して図１において左右方向に移動しないように構
成されてはいるが、測定側の剛体部の連結端部Ｓ１と非
測定側の剛体部の連結端部Ｓ２との間に、図１における
上下方向の引張力Ｐが加わる際には、非測定側の剛体部
の連結端部Ｓ２が結合軸１の第１群の嵌合部２に対して
結合軸１の軸線Ｏ方向に多少「ずれる」という現象が生
じることもある。

【００４７】このような「ずれ」現象が生じると、結合
軸１の軸線Ｏ方向に荷重点（引張力Ｐの印加点）が移動
して計測精度に悪影響を与えることになるから、本発明
では、２つの起歪部を第１群の嵌合部２に対して小径に
形成して、たとえ非測定側の剛体部の連結端部Ｓ２が結
合軸１の軸線Ｏ上を第１群の嵌合部２に対して左右方向
に多少ずれた場合であっても、結合軸１の軸線Ｏ方向に
おける荷重点（引張力Ｐの印加点）の移動による悪影響
が生じないようにしている。

【００４８】なお、本発明では、結合軸１に対する測定
側の剛体部と非測定側の剛体部との関係を、第１実施例
とは逆の関係、すなわち、図示例では結合軸１上の両端
領域に位置している剛体部の連結端部Ｓ１を、第２群の
嵌合部３、４に対して相対回転可能に嵌合させ、結合軸
１上の中央領域に位置している剛体部の連結端部Ｓ２
を、第１群の嵌合部２に固定的に結合させるような関係
に構成することも可能である。

【００４９】図７および図８に示すのは、本発明の第２
実施例に係る荷重変換器の構成を説明するための平面図
および図７の断面図であるが、これらの図において、図
１〜図６に使用した符号と同じ符号を持つものは図１〜
図６の場合と同じであるので、その詳細な説明を省略す
る。

【００５０】さて、図７および図８において、１１は、
例えば結合軸１の左側の第２群の嵌合部３内に設けられ
たケーブル取出し用の中空凹部で、結合軸１の左側端面
に開口した部分が所定の内径を有する軸線Ｏ上の円筒凹
部として形成され、また、その奥に位置する部分が小径
円筒凹部１１ａとして形成されている。

【００５１】１２は左側の曲げひずみ検出孔７に添着さ
れた第１〜第４のひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４からのリ
ード線と、右側の曲げひずみ検出孔８に添着された第５
〜第８のひずみゲージＳＧ５〜ＳＧ８からのリード線
（いずれも、図示なし）とを中空凹部１１に取出すため
のリード線導出孔で、例えば軸線Ｏ上において、中空凹
部１１から左側の曲げひずみ検出孔７を貫通して右側の
曲げひずみ検出孔８に達するような深さ（長さ）の、例
えば円形断面孔として形成されている。

【００５２】この場合、左側の曲げひずみ検出孔７から
右側の曲げひずみ検出孔８までの間の中間孔部分１２ｂ
の孔径を、中空凹部１１から左側の曲げひずみ検出孔７
に至る左側孔部分１２ａの孔径よりも細い孔として形成
してもよい。

【００５３】１３は結合軸１の第１群の嵌合部２と非測
定側の剛体部の連結端部Ｓ２との間の回転動作を円滑に
するための潤滑油（例えば、グリース等）を封入するた
めの潤滑油充填孔で、結合軸１の軸芯Ｏから所定の距離
だけ離れた位置において、結合軸１の右側端面から所定
の深さ（長さ）と所定の内径とを持つ軸線Ｏに平行な孔
として設けられている。

【００５４】なお、この潤滑油充填孔１３は、例えば円
形断面孔として穿孔され、さらに、結合軸１の右側端面
に近い開口領域には、後述のグリースニップル１６が螺
合する雌ねじ部１３ａが形成されている。

【００５５】１４はこの潤滑油充填孔１３の中間個所か
ら第１群の嵌合部２の外周表面に向けて穿孔された潤滑
油滲出孔で、その内部には、例えば潤滑油充填孔１３内
に充填された潤滑油が液体である場合に、この液体潤滑
油を、毛細管現象を利用して第１群の嵌合部２の表面に
滲出させ得る、例えばフェルト等の油滲出部材１４ａが
内蔵されるように構成されている。

【００５６】１５は結合軸１の軸線Ｏに対して潤滑油充
填孔１３と対称的に穿孔された捨て孔で、潤滑油滲出孔
１４を除いて、潤滑油充填孔１３と同形の孔として形成
されている。なお、結合軸１の右側端面に近い捨て孔１
５の開口領域にも、潤滑油孔１３の雌ねじ部１３ａと同
形の雌ねじ部１５ａが形成されている。

【００５７】１６は潤滑油充填孔１３内に潤滑油を注入
し且つ注入後の潤滑油を外部に漏らさないためのグリー
スニップルで、Ｏリング等の適宜のパッキン部材を介し
て潤滑油充填孔１３の雌ねじ部１３ａに螺着されてい
る。なお、このグリースニップル１６を捨て孔１５の雌
ねじ部１５ａにも螺着させるように構成してもよい。

【００５８】１７は中空凹部１１内の小径円筒凹部１１
ａとの段部に取付けられた適宜の配線基板である。この
配線基板１７には、少なくとも、リード線導出孔１２の
中間孔部分１２ｂおよび左側孔部分１２ａを介して取出
された第５〜第８のひずみゲージＳＧ５〜ＳＧ８のリー
ド線と、リード線導出孔１２の左側孔部分１２ａを介し
て取出された第１〜第４のひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４
のリード線とを電気的に接続し、且つ、機械的に固定す
るための接続端子手段１７ａが形成されている。

【００５９】さらに、この配線基板１７の表面または裏
面に、各ひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４、ＳＧ５〜ＳＧ８
からの検出出力を電気的に処理するための適宜の回路部
品（図示なし）を、必要に応じて取付けるように構成す
ることも可能である。１８は中空凹部１１の開口を覆う
ための蓋部材で、適宜の固定方法により、Ｏリングのよ
うなパッキン部材１９を介して結合軸１の左側端面に固
定されるように構成されている。

【００６０】そして、この蓋部材１８の中央領域には、
一端が配線基板１７上の接続端子手段１７ａと電気的に
接続されたケーブル２０を外部に取出すためのケーブル
取出し孔１８ａが設けられている。２１はケーブル取出
し孔１８ａ近傍においてケーブル２０を蓋部材１８に固
定するためのそれ自体公知のねじ結合による構造を持つ
固定手段である。

【００６１】この第２実施例の荷重変換器では、非測定
側の剛体部の連結端部Ｓ２と第１群の嵌合部２との嵌合
部に、潤滑油充填孔１３からの潤滑油を潤滑油滲出孔１
４を介して継続的に供給することができるので、両者の
円滑な嵌合状態を長期間に亘って維持することが可能に
なる。

【００６２】なお、第２実施例における中空凹部１１、
リード線導出孔１２、潤滑油充填孔１３、捨て孔１５
は、いずれも結合軸１の第１群の嵌合部２および第２群
の嵌合部３、４の剛体機能を損なわない状態で形成され
ることになる。また、中空凹部１１およびリード線導出
孔１２と潤滑油充填孔１３および捨て孔１５の設置位置
を逆の位置に置換してもよい。

【００６３】ところで、第１および第２実施例では、２
つの曲げひずみ検出孔７、８をいずれも円形開口の貫通
孔として設けているが、この開口形状は円形に限られる
ものではなく、例えば図４に示すような四角形開口の貫
通孔として構成することも可能である。

【００６４】また、図９に示すように、それぞれ中間溝
３０で連結された２個の円形孔７ａ、７ｂおよび８ａ、
８ｂから成る特殊開口形状の検出孔として構成すること
もできる。

【００６５】以上、図示実施例について説明したが、本
発明は、これ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に変形実施することが可能であ
る。

【００６６】例えば図示実施例では、それぞれの曲げひ
ずみ検出孔７、８内に各二対のひずみゲージＳＧ１〜Ｓ
Ｇ４、ＳＧ５〜ＳＧ８を添着するように構成している
が、ひずみゲージの設置数は、必要に応じて、または、
事情により種々の数に決定することができる。

【００６７】また、図示実施例では、結合軸の第１群の
嵌合部の直径と結合軸の２つの第２群の嵌合部の直径と
を同一直径に形成しているが、それぞれの領域における
剛体機能が維持されるならば特に同一直径に設定する必
要はない。

【００６８】また、図示実施例では、測定側の剛体部の
連結端部Ｓ１を結合軸の第１群の嵌合部２に相対回転可
能に結合（嵌合）させ、非測定側の剛体部の連結端部Ｓ
２を２つの第２群の嵌合部３、４に固定的に結合させる
ように構成しているが、この結合関係を逆にするように
構成してもよい。この場合、第２実施例の潤滑油滲出孔
１４は、回転嵌合する２つの第２群の嵌合部３、４の外
周表面に向ってそれぞれ１個所づつ設けられることにな
る。

【００６９】さらに、２つの曲げひずみ検出孔７、８内
の防湿性を確保するために、結合軸１の小径部５、６の
外周面に露出している各曲げひずみ検出孔７、８の両端
の開口部を適宜の防湿蓋で覆うように構成するのが好ま
しい。

【００７０】例えば薄い合成樹脂製の可撓性防湿シール
を小径部５、６の外周面に貼付して、蓋部材１８のパッ
キン部材１９との協働作用で曲げひずみ検出孔７、８内
の気密化を図るようにすることが好ましい。この場合、
可撓性防湿シールの材質および厚さは、この防湿シール
の存在によって小径部５、６での応力検出に悪影響を与
えないような材質と厚さに設定する必要がある。

【００７１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の荷重変換器
では、２つの連結部の間を相対回転可能に連結する結合
軸に発生する剪断力を、ひずみ検出個所における曲げひ
ずみとして検出し、互いに逆方向に作用する２つの連結
部の力を計測する方法を採用しているので、結合軸の剪
断力を低容量から高容量まで精度良く検出することが可
能となった。

【００７２】さらに、ひずみ検出個所を単純な形状の貫
通孔として構成したので、ひずみ検出個所を形成すると
きの機械加工が従来方式のものに比べて著しく簡単にな
り、その分、コストを低減化することができるという大
きな効果も生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る荷重変換器の結合軸
の外観構成を示す平面図である。

【図２】図１の結合軸の外観構成を示す正面図である。

【図３】図１の結合軸のＡ−Ａ線矢視方向およびＢ−Ｂ
線矢視方向の断面構成を共通に示す断面図である。

【図４】左側の曲げひずみ検出孔の内周面に添着された
各一対のひずみゲージの配置の変形の模様を説明するた
めの模式図である。

【図５】図１に示す２つの曲げひずみ検出孔にそれぞれ
添着された各二対のひずみゲージを結線して構成してな
るホイートストーンブリッジ回路図である。

【図６】図５のホイートストーンブリッジ回路の変形例
を示す変形回路図である

【図７】本発明の第２実施例に係る荷重変換器の結合軸
の断面構成を示す平面図である。

【図８】図７の結合軸のＣ−Ｃ線矢視方向断面構成を示
す断面図である。

【図９】本発明の荷重変換器に係る２つの曲げひずみ検
出孔の変形構成例を示す部分的な正面図である。

【図１０】剪断ひずみ検出型のひずみゲージを用いた従
来の計測方法に基づく荷重変換器に係る結合軸の平面図
である。

【図１１】図１０に示す結合軸のＤ−Ｄ線およびＥ−Ｅ
線矢視方向の共通の断面を示す断面図である。

【図１２】図１０の結合軸の起歪部に作用する引張応力
および圧縮応力を説明するための作用説明図である。

【図１３】図１０の結合軸の起歪部に係る変形構成例を
示す共通の断面構成を示す断面図である。

【符号の説明】

Ｓ１ 測定側の剛体部の連結端部 Ｓ２ 非測定側の剛体部の連結端部 １ 結合軸 Ｏ 軸線 ２ 第１群の嵌合部 ３、４ 第２群の嵌合部 ５、６ 小径部 ５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ 平行平面 ５ｃ、６ｃ 上方ビーム部（起歪部） ５ｄ、６ｄ 下方ビーム部（起歪部） ７、８ 曲げひずみ検出孔 １１ 中空凹部 １１ａ 小径円筒凹部 １２ リード線導出孔 １３ 潤滑油充填孔 １４ 潤滑油滲出孔 １４ａ 油滲出部材 １５ 捨て孔 １６ グリースニップル １７ 配線基板 １７ａ 接続端子手段 １８ 蓋部材 １８ａ ケーブル取出し孔 １９ パッキン部材 ２０ ケーブル ２１ 固定手段 ３０ 中間溝 Ｐ 引張力 ＳＧ１〜ＳＧ４ 第１〜第４のひずみゲージ ＳＧ５〜ＳＧ８ 第５〜第８のひずみゲージ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定側の連結部と非測定側の連結部との
   間を、円形断面を有する１本の結合軸により所定方向に
   相対回転可能に連結する方式の連結器に用いる荷重変換
   器において、 前記測定側の連結部と固定的に結合する第１群の嵌合部
   と、前記非測定側の連結部と相対回転可能に結合する第
   ２群の嵌合部とが、前記結合軸の軸芯方向において交互
   に位置するような状態で形成され、 前記第１群の嵌合部と前記第２群の嵌合部との間に、前
   記第１群および第２群の嵌合部の直径よりも小直径に設
   定された小径部が設けられ、 この小径部の前記測定側の連結部における荷重印加方向
   と直交する方向であって前記結合軸の軸芯と直交する方
   向に、曲げひずみ検出孔が貫通的に穿設されることによ
   って薄肉の起歪部が設けられ、 前記２つの連結部間に荷重が印加されたときに、この印
   加荷重に起因して前記起歪部に発生する曲げ応力を検出
   し得るひずみゲージが、前記曲げひずみ検出孔の内周面
   にそれぞれ添着され、 この曲げひずみ検出用のひずみゲージからの検出出力に
   基づいて前記結合軸に作用する剪断力を計測し得るよう
   に構成したことを特徴とする荷重変換器。
2. 【請求項２】 前記小径部に穿設された前記曲げひずみ
   検出孔の存在によって、前記曲げひずみ検出孔を挟んで
   対称的な個所に形成された前記起歪部の一方のビーム部
   と他方のビーム部とが、前記結合軸の軸芯に対して互い
   に平行になり、前記一方のビーム部および他方のビーム
   部を挟む前記第１群の嵌合部および前記第２群の嵌合部
   とをもってロバーバル機構を構成して成ることを特徴と
   する請求項１に記載された荷重変換器。
3. 【請求項３】 前記曲げひずみ検出孔の内周面であっ
   て、且つ、前記一方のビーム部の両端部近傍個所および
   前記他方のビーム部の両端部近傍個所に、前記曲げひず
   み検出用のひずみゲージをそれぞれ添着するように構成
   して成ることを特徴とする請求項２に記載された荷重変
   換器。
4. 【請求項４】 前記曲げひずみ検出孔の内周面に添着さ
   れた前記各ひずみゲージのリード線を前記結合軸内に穿
   設された前記ひずみ検出孔から外部に導出するためのリ
   ード線導出孔を、その開口部が前記結合軸の一方の端面
   に露出するような状態で前記結合軸の軸芯上に形成して
   成ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
   載された荷重変換器。
5. 【請求項５】 前記非測定側の連結部と相対回転可能に
   結合する第２群の嵌合部の外周表面に潤滑油を供給する
   ための潤滑油充填孔と、前記結合軸の軸芯に関して、こ
   の潤滑油充填孔と剛性機能的に均衡させるための捨て穴
   とを、それぞれの開口部が前記結合軸の一方の端面に露
   出するような状態で前記結合軸の軸芯を挟んで等距離の
   位置にそれぞれ形成して成ることを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれかに記載された荷重変換器。