JPH0979925A - 自動車走行路面に作用する上下方向力検出用荷重変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な感度・分解能を確保しながら、広い応
答周波数範囲を持ち、使用応力と破壊応力との比率が大
きく、クロストークも極めて少ない、走行路面に作用す
る上下方向力検出用荷重変換器を提供する。 【解決手段】 起歪体１２の上・下端の雌ねじ穴１３と
取付ボルト挿通孔１４は、路面作用力測定装置の受圧板
と支持台にそれぞれ取付ボルトによって取付けられる。
荷重導入部１５に上下方向力の一部が印加されると、荷
重支持部１６が支持台に固定されているので、反力がく
びれ部２９を介して第３の起歪部２３の下部に伝達され
るため、第１〜第３の起歪部２３〜２５が圧縮される。
第１の起歪部２５は、幅狭で且つ薄肉に形成されている
が、第２の起歪部２４は厚肉に形成されているため、ス
リット１７〜２０の間に生じた圧縮ひずみは、殆ど第１
の起歪部２５に集中し、拡大される。このひずみは、ひ
ずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４によって電気信号として検出
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷重変換器に関
し、より詳しくは、自動車が走行する時に自動車走行路
面に作用する上下方向力を検出するために自動車走行路
面の一部を形成する受圧板を支持するように複数個配設
され、前記受圧板を介して荷重が印加されると弾性変形
する起歪体にひずみゲージを添着してなる、自動車走行
路面に作用する上下方向力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】自動車の運動は、その殆どが走行中にタ
イヤと路面間に発生する力によって決定されている。従
って走行路面に作用する上下方向力、前後方向力および
横力を測定することは、自動車の運動状態を知る上で極
めて有意義なことである。図９および図１０は、本発明
者らが試作したもので、自動車が走行するときに路面に
作用する横力を測定する装置（以下「路面作用力測定装
置」という）の構成を模式的に示す平面図および正面図
である。

【０００３】同図において、１は受圧板であり、測定時
の自動車の走行路面に相当するものである。２は、荷重
支持板であり、地中に固定支持された支持体としての支
持台３上に下端が強固に固定され、上端が受圧板１に強
固に固定されている。４は、横方向に長い固定板であ
り、受圧板１の延長部１ａと固定板４との間に形成され
た狭幅の横力検出用起歪部１ｂの固定側を固定支持する
ものである。

【０００４】横力検出用起歪部１ｂには、符号Ｙをもっ
て示す横力測定方向に対し、受感軸をそれぞれ４５°お
よび１３５°の方向に向けられたひずみゲージＳＧが接
着されており、これによって横力が作用したとき起歪部
１ｂに生じる剪断ひずみを検出し得るように構成されて
いる。このような構成よりなる路面作用力測定装置は、
走行方向の長さが１個につき０．５ｍであり、これを４
個並設することにより、合計２ｍの区間で測定できるよ
うに構成されている。

【０００５】このように構成された路面作用力測定装置
の作用につき説明する。図示しない自動車が符号Ｘをも
って示す走行方向に進行し、受圧板１上に車輪が載る
と、その輪重が受圧板１を介して荷重支持板２に印加さ
れる。また、自動車が受圧板１上を走行する時、自動車
のアライメント、サスペンション、タイヤ等の状態によ
って生じる横力は、受圧板１の延長部１ａを介して起歪
部１ｂに伝達され、該起歪部１ｂに剪断ひずみを生じさ
せる。

【０００６】そのため、横力作用方向に対し受感軸が４
５°および１３５°の角度をもって起歪部１ｂに接着さ
れたひずみゲージＳＧ（図示せず）は、一方が伸張して
抵抗値を増大し、他方が圧縮されて抵抗値を減少する。
これらのひずみゲージＳＧをもって、ホイートストンブ
リッジ回路（以下、単に「ブリッジ回路」という）を形
成されているので、ブリッジ回路の入力端にブリッジ電
圧を印加することにより、その出力端から各受圧板１に
印加された横力に対応したひずみ出力を得ることができ
る。尚、横力は、各起歪部１ｂに設けられたひずみゲー
ジによって形成された各ブリッジ回路の出力を加算する
ことによって求めることができる。

【０００７】このように構成され且つ作用する路面作用
力測定装置は、その横力の測定においては、概ね満足す
る結果が得られているが、上下方向力を従来の荷重変換
器を用いて路面側の短い区間で高精度に測定するために
は、克服すべき種々の問題点がある。即ち、このような
上下方向の路面作用力測定装置において上下方向を測定
するに際しては、十分な感度を確保しながら直流成分を
含む極めて広い応答周波数範囲（ＤＣ〜数１００Ｈｚ）
を持ち、しかも前後方向（符号Ｘをもって示す方向）の
力および横力が同時に作用する場合が少なくないため、
クロストークが極めて少ないことが要求されると共に、
十分な強度・剛性が確保されている必要がある。

【０００８】高い応答周波数を得るには、ピエゾ素子を
用いた荷重変換器が適しているが、このタイプは、直流
成分に対する応答性が無いという弱点を持っている。従
って、上記路面作用力測定装置においては直流成分に対
しても応答性を有しているひずみゲージ式の変換器を用
いているのである。一自由度振動系の固有振動数を高め
るには、第１に、可動部分の質量をできる限り減少させ
ること、第２に、必要感度を確保しながら系のばね定数
をでき得る限り大きくすること、の二点をクロストーク
を十分に抑えながら達成する必要がある。

【０００９】上記第１の点に関しては、受圧板１にジュ
ラルミン製の薄板を用いて軽量化を図り、支持フレーム
３との間を細かなピッチで多数のジュラルミン製の荷重
支持板２で連結して高剛性化を図り、クロストークが少
なく、十分な強度・剛性を持つ極めて軽量な可動部分と
することで対処することができる。また、上記第２の点
のうち、横力に関しては、起歪部１ｂを測定面（受圧
面）と一体構造とし、起歪部１ｂの長さをできるだけ短
くすると共に起歪部１ｂの近傍までジェラルミン製荷重
支持板２を設ける等の工夫を凝らすことにより、必要な
感度と低クロストークを確保しながら非常に高いばね定
数を得ることができる。

【００１０】しかしながら、上下方向力に関しては、横
力あるいは前後方向力が作用してもクロストークを十分
抑制しつつ、十分な感度を確保し且つ直流成分を含む広
い応答周波数範囲を持ち、しかも十分な感度・剛性を確
保することは困難である。例えば、従来用いられている
図７および図８に示すような荷重変換器について、上記
の問題について説明する。

【００１１】図７は、従来の荷重の荷重変換器の正面
図、図８は、その右側面図である。同図において、この
従来の荷重変換器６は、全体形状が薄肉状を呈し、荷重
印加方向の両端部に取付ボルト挿通用の透孔７…，８…
が各４個、合計８個穿設され、該透孔７…，８…に挟ま
れた中間部は薄肉とされて起歪部９が形成され、その起
歪部９中央部の一面と他面には、各２枚のひずみゲー
ジ、すなわちこの場合、荷重変換器６に圧縮荷重が作用
するので、その圧縮ひずみ検出用のひずみゲージＳＧ１
とＳＧ３およびポアッソン比による引張ひずみ検出用の
ひずみゲージＳＧ２とＳＧ４が接着剤によりそれぞれ添
着されており、受圧板１を介して印加された荷重を、ひ
ずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４により検出し得るように構成
されている。

【００１２】この荷重変換器６において、透孔７…が穿
設されている剛体部を、荷重導入部１０と称し、透孔８
…が穿設されている剛体部を荷重支持部１１と称するこ
ととする。しかしながら、このように構成された上記従
来の荷重変換器を用いて上記路面作用力測定装置におけ
る上下方向力を検出しようとすると、次に述べる問題が
生じる。

【００１３】第１に、この従来の荷重変換器において、
剛性を高くして応答周波数を高くしようとすると、得ら
れるひずみ出力（感度）が小さくなり、耐ノイズ性が悪
いという問題が派生する。一方、ダイヤフラム型荷重変
換器のように大きなひずみ出力を得ようとすると、応答
周波数が低下する、という問題が派生する。

【００１４】第２に、使用応力と破壊応力との差が小さ
いために、定格荷重よりあまり大きな過負荷をかけるこ
とができず、仮に大きな過負荷に耐えるようにするに
は、使用応力を小さくする、すなわち、容量を大きくす
ればよいが、そのようにした場合、当然に使用応力レベ
ルが低下するから測定精度（分解能）が低下するという
新たな問題が生ずる。

【００１５】第３に、荷重が荷重変換器６の受感軸方向
に沿って印加されない場合、即ち、偏荷重が荷重導入部
１０に印加された場合、正確な荷重を検出することがで
きず、従ってクロストークを抑えることが困難である。
第４に、荷重変換器の使用応力と起歪体の破壊応力（極
限強さ）との差が大きくとれないため、起歪体の材料と
して、必然的に強度の大きい、すなわち、抗張力または
抗圧力の大きい高級材料（特殊鋼等）を用いなければな
らず、従って材料費、加工・処理費が嵩み、高価なもの
となる、という問題が生ずる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
荷重変換器の有する問題点を悉く解決すべくなされたも
ので、その第１の目的は、十分な感度・分解能を確保し
ながら直流成分を含む極めて広い応答周波数範囲を持つ
荷重変換器を提供することにある。本発明の第２の目的
は、使用応力と破壊応力との比率を非常に大きくして安
全性を著しく向上せしめつつ分解能を向上せしめ得る荷
重変換器を提供することにある。

【００１７】本発明の第３の目的は、偏荷重や横荷重を
受けても正確に上下方向力を検出することができ、クロ
ストークの極めて少ない荷重変換器を提供することにあ
る。本発明の第４の目的は、必らずしも抗張力または抗
圧力の大きな高級材料を用いる必要がなく、安価な材料
を用いることができ、その分価格の低廉化を実現し得る
荷重変換器を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記第１、第
２、第４の目的を達成するために、自動車が走行する時
に自動車走行路面に作用する上下方向力を検出するため
に自動車走行路面の一部を形成する受圧板を支持するよ
うに複数個配設され、前記受圧板を介して荷重が印加さ
れると弾性変形する起歪体にひずみゲージを添着してな
る荷重変換器であって、前記起歪体の荷重印加方向の上
端部および下端部に、前記受圧板およびこれと対峙して
配設される支持体にそれぞれ取付けられる剛性大なる取
付部を設け、前記起歪体の中間部に薄肉で小なる断面積
を有し且つ荷重印加方向に沿って小なる長さを有する第
１の起歪部と、一端がこの第１の起歪部の一端に直列状
に連設され前記第１の起歪部よりも充分大なる断面積を
有し且つ荷重印加方向に充分大なる長さを有する第２の
起歪部とを設け、前記第１および第２の起歪部を囲繞す
るように、前記第１の起歪部よりも充分大なる断面積を
有し且つ荷重印加方向の長さが前記第１および第２の起
歪部の合計長さよりも充分大きく設定され、前記第１の
起歪部の他端と前記第２の起歪部の他端とが一体に連設
されてなる第３の起歪部を設け、前記第１の起歪部に、
荷重印加方向のひずみを検出し得るように複数のひずみ
ゲージを添着し、前記ひずみゲージにより前記印加荷重
に対応した電気信号を得るように構成したことを特徴と
するものである。

【００１９】また、本発明は、上記第１、第２、第４の
目的を達成するために、自動車が走行する時に自動車走
行路面に作用する上下方向力を検出するために自動車走
行路面の一部を形成する受圧板を支持するように複数個
配設され、前記受圧板を介して荷重が印加されると弾性
変形する起歪体にひずみゲージを添着してなる荷重変換
器であって、前記起歪体の荷重印加方向の上端部および
下端部に、前記受圧板およびこれと対峙して配設される
支持体にそれぞれ取付けられる剛性大なる取付部を設
け、前記起歪体の中間部に、前記起歪体の中心線に対し
て対称であって前記起歪体の一面側から他面側に貫通す
る２本のスリットを形成することにより、前記２本のス
リットの外側に断面積の大なる第３の起歪部を設け、前
記スリットで挟まれる部分に断面積の大なる第２の起歪
部を設けると共に、この第２の起歪部よりも荷重印加方
向の長さおよびこれと直交する幅方向の寸法が小さく且
つ肉薄の第１の起歪部を設け、前記第１の起歪部と第２
起歪部の一端同士を直列状に連設すると共に、これら第
１および第２の起歪部の各他端を前記第３の起歪部にそ
れぞれ連設し、前記第１の起歪部に、荷重印加方向のひ
ずみを検出し得る複数のひずみゲージを添着し、前記ひ
ずみゲージにより前記印加荷重に対応した電気信号を得
るように構成したことを特徴とするものである。

【００２０】また、本発明は、上記第１〜第４の目的を
達成するために、前記第１の起歪部近傍の前記第２の起
歪部に、前記第３の起歪部との間を互いに連設するよう
に、荷重印加方向には可撓性を有し、荷重印加方向に直
交する方向には剛性を有する横振れ阻止用ビームを設け
たことを特徴とするものである。

【００２１】また、本発明は、上記第３の目的を達成す
るために、前記第１の起歪部は、前記起歪体の幅方向お
よび厚さ方向の中心部に形成されていることを特徴とす
るものである。

【００２２】また、本発明は、特に、上記第３の目的を
達成するために、前記起歪体の上下端にそれぞれ設けら
れた一対の前記取付部と前記第３の起歪部との間に、側
周面から中心軸に向けて所定の深さの溝を形成すること
によってくびれ部を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００２３】また、本発明は、上記第１〜第４の目的を
達成するために、自動車が走行する時に自動車走行路面
に作用する上下方向力を検出するために自動車走行路面
の一部を形成する受圧板を支持するように複数個配設さ
れ、前記受圧板を介して荷重が印加されると弾性変形す
る起歪体にひずみゲージを添着してなる荷重変換器であ
って、前記起歪体の荷重印加方向の上端部および下端部
に、前記受圧板およびこれと対峙して配設される支持体
にそれぞれ取付けられる剛性大なる取付部を設け、前記
起歪体の中間部に、前記起歪体の中心線に対し対称の位
置に前記起歪体の一面側から他面側に貫通する２本の平
行状スリットを形成すると共に前記平行状スリットとの
間に所定寸法の非スリット部を介して平行状スリットを
延設し且つその端部同士を連通する凹字状スリットを形
成し、前記非スリット部に両面側から所定深さの座繰り
穴を穿設することにより両座繰り穴の底面間に薄肉の２
つの第１の起歪部を形成し、前記２つの第１の起歪部に
前記起歪体の中心線に対し剪断ひずみを検出し得るよう
に４５°および１３５°の方向に受感軸を向けてひずみ
ゲージを複数添着し、前記ひずみゲージにより前記印加
荷重に対応した電気信号を得るように構成したことを特
徴とするものである。

【００２４】

【作用】上記のように構成された自動車走行路面に作用
する上下方向力検出用荷重変換器（以下、単に「本荷重
変換器」という）は、自動車走行路面の一部を形成する
受圧板に、上端側の取付部が装着され、上記受圧板の下
方に所定間隔を隔てて対峙する支持体に、下端側の取付
部が装着され、この結果、上下方向に対しては極めて高
い剛性を有する構造体が形成される。上記受圧板を介し
て自動車の走行時の上下方向力が起歪体の荷重導入部
（上端側の取付部）に印加されると、その上下方向力
は、小さな断面積のくびれ部を介して剛性の大なる第３
の起歪部に伝達される。

【００２５】この第３の起歪部と上端が一体に連設され
る第２の起歪部にも上下方向力が分割されて伝達され
る。この第２の起歪部の下端と上端側が一体に連設さ
れ、下端側が第３の起歪部と一体に連設された第１の起
歪部にも第２の起歪部を介して印加荷重が伝達されるた
め、第１の起歪部には、その印加荷重に対応して上下方
向には圧縮ひずみを生じ左右方向にはポアッソン比に従
って引張りひずみを生ずる。

【００２６】この圧縮ひずみ量は、第２の起歪部の上下
方向長さ（スリットの長さ）と第１の起歪部の上下方向
長さとの比率で、起歪体に生じるひずみ量を拡大（増
幅）するから、ひずみ感度が高く、耐ノイズ性が良くな
ると共に、印加荷重は、極めて可撓性の小さい、換言す
れば剛性の大きい第３の起歪部で支持することになるか
ら、直流成分を含む極めて広い応答周波数範囲を持ち、
また、使用応力と破壊応力との差を大きくすることがで
き、過負荷にも十分耐え得るものとなっている。

【００２７】また、第１の起歪部近傍の第２の起歪部
に、第３の起歪部との間を互いに連設するように、荷重
印加方向には可撓性を有し、荷重印加方向と直交する方
向には剛性を有する横振れ阻止用ビームを設け、荷重導
入部に偏荷重、横荷重、回転モーメントが作用して第１
の起歪部が不用意に曲ったり、ねじれたりするのを阻止
し、上記偏荷重、横荷重等の影響を受けにくく、上下方
向力のみを正確に検出し得るようにしている。このこと
は、上記ビームがクロストークを極めて少なく抑えてい
るのに有効に機能していることを意味している。

【００２８】また、起歪体の上下端にそれぞれ設けられ
た一対の取付部と第３の起歪部との間に、側周面から中
心軸に向けて所定の深さの溝を形成することによってく
びれ部を設けることにより、偏荷重（不均一な分布荷
重）、横荷重を受けても、くびれ部によってこれを吸収
（集中）した上で、さらに剛性の大きい第３の起歪部に
よって略均一に分散して第２の起歪部に伝達せしめ、偏
荷重等が上下方向力の検出に与える影響を極めて小さく
抑えるようにしている。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
添付図面を参照しつつ説明する。図１および図２は、本
発明に係る自動車走行路面に作用する上下方向力検出用
荷重変換器の実施の一形態を示す正面図および右側面図
である。同図において、１２は全体形状が荷重印加方向
（図においては上下方向）に細長い略矩形板状を呈する
起歪体であり、荷重印加方向両端部には、それぞれ被測
定対象物としての上記受圧板１に装着するための上端側
の取付部と、他方の被測定対象物としての上記支持台３
に装着する下端側の取付部が形成されている。

【００３０】この場合、受圧板１またはそれと一体の部
材に本荷重変換器を装着するための雌ねじ穴１３が複数
個（この実施の形態の場合、４個）形成されており、そ
して、支持台３またはそれと一体の部材に本荷重変換器
を装着するための取付ボルト挿通孔１４が複数個（この
場合、４個）形成されている。上記雌ねじ穴１３が形成
されている取付部の部分は、上下方向および放射方向の
いずれにも厚肉に形成され実質的に変形の生じない剛体
部とされており、ここでは荷重導入部１５と称すること
とする。

【００３１】一方、取付ボルト挿通孔１４が形成されて
いる下端側の取付部の部分も、上下方向および放射方向
のいずれにも厚肉に形成され、実質的に変形を生じない
剛体部とされており、ここでは荷重支持部１６と称する
こととする。起歪体１２の中間部には、起歪体１２の中
心線Ｏに対して対称であって、起歪体１２の一面側（図
１においては表面側）から他面側（図１においては裏面
側）に貫通する２本の第１のスリット１７，１８が形成
されている。

【００３２】この２本の第１のスリット１７，１８の下
端部は、スリットの幅が中心線寄りに広げられている。
この拡張されたスリット１７，１８は、間に薄肉の非ス
リット部を介して、下方に第２のスリット１９，２０が
延設されている。上記非スリット部は、中心線Ｏ方向に
は薄肉で、可撓性を有するが、横方向には厚肉で剛性を
有する、横振れ阻止用ビーム２１，２２とされている。
上記２本の第１および第２のスリット１７，１８および
１９，２０を形成することによって、その外側に第３の
起歪部２３が設けられる。

【００３３】また、上記第１のスリット１７，１８によ
って挟まれる部分に、第２の起歪部２４が設けられ、上
記第２のスリット１９，２０によって挟まれる部分にこ
の第２の起歪部２４の一端と直列状に連設された第１の
起歪部２５が設けられている。この第１の起歪部２５の
形成方法は、先ず、第１の起歪部２５の幅寸法を小さく
形成するために、半径ｒのドリルで一面側から他面側に
達する貫通孔２６，２７を穿設し、さらに必要に応じリ
ーマ加工を施す。

【００３４】次に、図２に示すように、直径Ｄの座繰り
穴３０，３１を、例えば、ミーリングマシンにより一面
側および他面側から中心に向って穿設し、中心部に厚さ
ｔの薄肉の第１の起歪部２５を形成する。その後、第１
のスリット１７，１８、第２のスリット１９，２０を、
例えば、ワイヤ放電加工により、順次形成することによ
って図１、図２に示す第１の起歪部２５が完成する。

【００３５】起歪体１２の荷重導入部１５と第３の起歪
部２３との間、および荷重支持部１６と第３の起歪部２
３との間には、細径の断面円形状のくびれ部２８および
２９が形成されている。第１の起歪部２５の一面側およ
び他面側には、受感軸を中心線Ｏの方向に向けて圧縮ひ
ずみ検出用のひずみゲージＳＧ１およびＳＧ３が添着さ
れ、受感軸を中心線Ｏと直交する方向に向けて引張りひ
ずみ検出用のひずみゲージＳＧ２およびＳＧ４が添着さ
れている。

【００３６】次に、このような構成よりなる本荷重変換
器の上記路面作用力測定装置への取付け、および本荷重
変換器の作用につき説明する。先ず、本荷重変換器を路
面作用力測定装置に取付ける方法について、図９および
図１０を参照して説明すると、同図の荷重支持板２に替
えて、本荷重変換器の起歪体１２を多数配設する。

【００３７】そして、受圧板１またはこれと一体をなす
部材に挿通された４本の取付ボルト（図示せず）を、荷
重導入部１５に形成された４つの雌ねじ穴１３に強くね
じ込むことによって、起歪体１２を受圧板１に固着す
る。一方、路面作用力測定装置の支持台３またはこれと
一体の部材に穿設された雌ねじ穴に対し、荷重支持部１
６に穿設された４つの取付ボルト挿通孔１４に挿通した
取付ボルト（図示せず）をねじ込むことによって、起歪
体１２を支持台３に固着する。同様にして、他の複数の
本荷重変換器も、路面作用力測定装置に取付ける。

【００３８】このようにして多数の本荷重変換器で支持
された受圧板１上に、走行自動車が載ると、自動車の輪
重が受圧板１に負荷されるので、所定の間隔をもって配
設された荷重変換器の各々は、受圧板１を介して荷重導
入部１５から印加荷重としての輪重の一部を受ける。荷
重導入部１５から印加された荷重（圧縮荷重）は、くび
れ部２８を介して第３の起歪部２３に伝達されると共に
第２の起歪部２４に伝達される。そして、この第２の起
歪部２４に上端が連設され、第３の起歪部２３に下端が
連設されているため、第１の起歪部２５にも荷重の一部
が伝達される。

【００３９】起歪体１２の下端は、支持台３上に荷重支
持部１６が固定支持されているので、上記印加荷重に対
し、方向が逆で同じ大きさの反力がくびれ部２９を介し
て第３の起歪部２３の下部に伝達される。従って、起歪
体１２に印加される荷重によって第３の起歪部２３のう
ち、スリット１７〜２０が形成された部分（Ｌ１ ＋Ｌ
２ ）が圧縮によって生ずるひずみ量と、第２の起歪部
２４と第１の起歪部２５の部分の合成ひずみ量とは等し
くなる。

【００４０】しかしながら、第１の起歪部２５は、極め
て薄肉で且つ幅挟に形成されているのに対し、第２の起
歪部２４は、厚肉で且つ十分に幅広に形成されているか
ら、スリット（Ｌ１ ＋Ｌ２ ）の区間に生じる圧縮ひ
ずみは、ほぼ第１の起歪部２５に集中して生じることに
なる。このことは、図３に本荷重変換器の第１〜第３の
起歪部の弾性係数を等価的に表したモデル図によっても
説明できる。

【００４１】すなわち、受圧板１は、安定した支持台３
上に、起歪体（本荷重変換器）１２を介して弾性支持さ
れていることに相当する。そして、第１の起歪部２５の
弾性係数ｋ１は極めて小さく、これに対し第２の起歪部
２４の弾性係数ｋ２と第３の起歪部２３の弾性係数ｋ３
は、極めて大きく設定されている。

【００４２】従って、この振動系の弾性係数は、ｋ１≪
ｋ２，ｋ１≪ｋ３であり、ｋ１とｋ３は並列接続の関係
にあるため、ｋ≒２×ｋ３となり、実質的には、第３の
起歪部２３で受圧板２３を支持することになり、換言す
れば、振動系のばね定数（弾性係数）を、非常に大きく
することができるから、直流成分を含む極めて広い応答
周波数範囲を持つ荷重変換器が得られることになる。

【００４３】そして、ひずみ検出においては、スリット
１７〜２０間における第３の起歪部２３のひずみ量の
（Ｌ１ ／Ｌ２ ）倍されたひずみ量が第１の起歪部２
５に生じることになるから、第３の起歪部２３の弾性係
数が大きくても大きなひずみ量が得られ、換言すれば、
固有振動数の上昇を実現し且つ使用応力と破壊応力の差
の拡大を実現しつつ、第１の起歪部２５に添着したひず
みゲージＳＧ１，ＳＧ２……によって大きなひずみ出力
が得られ分解能を著しく向上させることができることに
なる。

【００４４】また、図１、図２に示す本荷重変換器に偏
荷重（不均一な分布荷重）を受けても、くびれ部２３に
よってこれを吸収（集中）した上で、さらに実質的に剛
体部とみなし得る第３の起歪部２３の上部によって略均
一に分散してスリット１７〜２０の側方の第３の起歪部
２３へ伝達せしめるので、上述したような偏荷重による
影響を大幅に低減化することができる。

【００４５】さらにまた、本荷重変換器の第１の起歪部
２５に近い第２の起歪部２４の側方には、第３の起歪部
２３との間を互いに連設するように、中心線Ｏ（荷重印
加方向）方向には薄肉にして良好な可撓性を有し、中心
線Ｏと直交する方向には厚肉にして大きな剛性を有する
横振れ阻止用ビームを設けたから、仮に上下方向力に横
荷重が混在してもその横荷重は、横振れ阻止用ビーム２
２が阻止するように機能するから、横荷重の影響を受け
ることなく、上下方向力を正確に検出することができ
る。

【００４６】因に、本荷重変換器における特性図を図４
に示す。この特性図は、定格容量５ｔｏｎの本荷重変換
器の非直線性特性を示すもので、その非直線性（最大出
力偏差を定格出力に対する百分率で示した値）は、０．
０２５％ＲＯという良好な結果が得られたことを示して
いる。これに対し、図７、図８に示す従来の荷重変換器
における非直線性特性を見ると、図５に示す如くであ
り、その非直線性は、約０．０５％ＲＯで、特に負荷の
減少時の非直線性が大きく、本発明に係る荷重変換器の
方が、相当良好な特性を有することが分る。

【００４７】また、本発明に係る荷重変換器は、第３の
起歪部２３に発生させるひずみ（応力）を従来のものよ
り小さくできるから、材料の弾性特性の良好な領域を利
用した高精度な荷重変換器を製作することができる。こ
のことは、荷重とひずみ（応力）とが比例する範囲の小
さい（つまり弾性変形する範囲が狭い）低強度な材料で
も使用可能であることを意味するから、起歪体１２を構
成する材料が安価なもので足り、加工費、熱処理費等も
低くなり、従って安価な荷重変換器を提供することがで
きる。

【００４８】なお、本発明は、上述の実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々変形して実施することができる。例えば、
本発明が適用される路面作用力測定装置は、図９、図１
０に示したものに限られるものではなく、要は、走行路
面の上下力を測定する装置ならば、どのような形式、構
成を有していても適用し得るものである。

【００４９】また、本荷重変換器は、図１、図２に示す
第１の実施の形態に限らず、図６に示すようなものであ
ってもよい。図６に示す起歪体３９は、第１の起歪部の
構成が図１、図２に示すものとは異なっており、さらに
具体的には、第１の起歪部３７，３８が２か所に設けら
れており、ひずみ検出の方式としては、剪断ひずみを検
出する方式である点が異なっている。そこで、図１、図
２に示す実施の形態と共通の部分については、同一の符
号を付し、重複した構成および作用の説明は、省略し、
異なっている部分につき、主として説明する。

【００５０】すなわち、起歪体３９の中間部には、中心
線Ｏに対して対称の位置に、一面側（表面側）から他面
側（裏面側）に貫通する２本の平行状スリット１７，１
８を形成すると共に、上記平行状スリット１７，１８と
の間に所定寸法（起歪部を形成するに要する寸法）の非
スリット部３５，３６を介して平行状スリットを延設し
その端部同士を連通させて凹字状スリットとしての第２
のスリット３２を形成する。

【００５１】そして、上記非スリット部３５，３６に
は、一面側および他面側から一定深さの座繰り穴３３，
３４を穿設することにより、両座繰り穴３３，３４の底
面間に薄肉の２つの第１の起歪部３７，３８を形成して
ある。この第１の起歪部３７，３８に、起歪体３９の中
心線Ｏに対し、４５°および１３５°の方向に受感軸を
向けてひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４（但し、ＳＧ３，Ｓ
Ｇ４は図面には現われない）を添着してある。

【００５２】このように構成された図６に示す第２の実
施の形態の本荷重変換器は、第１の実施の形態と基本的
な作用は共通であるが、印加荷重をせん断ひずみの形
で、検出する点が相異し、横荷重、偏荷重に対して、非
スリット３５，３６および第１の起歪部３７，３８が横
振れを機械的に阻止するように機能すると共に、第１の
起歪部３７，３８が左右方向に圧縮力・引張力を受けて
多少変形しても、４つのひずみゲージＳＧ１〜ＳＧ４を
もってブリッジ回路を構成し、横方向成分のひずみを電
気的にキャンセルすることができるので、偏荷重、横方
向力の影響は殆どなくすことができる。

【００５３】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、十分なひずみ感度を確保しながら直流成分を含む
極めて広い応答周波数範囲（例えば、ＤＣ〜数百Ｈｚ）
を持ち、使用応力破壊応力との比率を非常に大きくして
安全性を著しく向上せしめつつ分解能を大幅に向上させ
ることができ、さらには、偏荷重、横荷重、あるいはモ
ーメントを受けても上下方向力を分離して正確に検出す
ることができ、従ってクロストークが極めて少なく、さ
らにまた、抗張力、抗圧力の大きな高級材料を用いる必
要がなく、安価な材料を用いることで低コスト化を実現
し得る荷重変換器を提供することができ、延いては、車
両走行時に発生する自動車走行路面に対する上下方向力
を低速域から高速域に至るまで幅広く且つ正確に検出し
得る荷重変換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る本荷重変換器の第１の実施の形態
を示す正面図である。

【図２】図１に示す実施の形態の右側面図である。

【図３】第１の実施の形態をモデル化した図面である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る本荷重変換器
の非直線性特性図である。

【図５】従来の荷重変換器の非直線性特性図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る本荷重変換器
の構成を示す正面図である。

【図７】従来の荷重変換器の構成を示す正面図である。

【図８】図７に示す従来の荷重変換器の構成を示す右側
面図である。

【図９】本発明者らが試作した路面作用力測定装置の構
成を模式的に示す平面図である。

【図１０】図９に示す装置の構成を模式的に示す正面図
である。

【符号の説明】

１ 受圧板 ２ 荷重支持板 ３ 支持台 ４ 固定板 １ａ 延長部 １ｂ 横力検出用起歪部 １２ 起歪体 １３ 雌ねじ穴 １４ 取付ボルト挿通孔 １５ 荷重導入部 １６ 荷重支持部 １７，１８ 第１のスリット １９，２０ 第２のスリット ２１，２２ 横振れ阻止用ビーム ２３ 第３の起歪部 ２４ 第２の起歪部 ２５ 第１の起歪部 ２６，２７ 貫通孔 ２８，２９ くびれ部 ３０，３１ 座繰り穴 ３２ 第２のスリット ３３，３４ 座繰り穴 ３５，３６ 非スリット部 ３７，３８ 第１の起歪部 ３９ 起歪体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧志 龍男 東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１ 株 式会社共和電業内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車が走行する時に自動車走行路面に
   作用する上下方向力を検出するために自動車走行路面の
   一部を形成する受圧板を支持するように複数個配設さ
   れ、前記受圧板を介して荷重が印加されると弾性変形す
   る起歪体にひずみゲージを添着してなる荷重変換器であ
   って、前記起歪体の荷重印加方向の上端部および下端部
   に、前記受圧板およびこれと対峙して配設される支持体
   にそれぞれ取付けられる剛性大なる取付部を設け、 前記起歪体の中間部に薄肉で小なる断面積を有し且つ荷
   重印加方向に沿って小なる長さを有する第１の起歪部
   と、一端がこの第１の起歪部の一端に直列状に連設され
   前記第１の起歪部よりも充分大なる断面積を有し且つ荷
   重印加方向に充分大なる長さを有する第２の起歪部とを
   設け、 前記第１および第２の起歪部を囲繞するように、前記第
   １の起歪部よりも充分大なる断面積を有し且つ荷重印加
   方向の長さが前記第１および第２の起歪部の合計長さよ
   りも充分大きく設定され、前記第１の起歪部の他端と前
   記第２の起歪部の他端とが一体に連設されてなる第３の
   起歪部を設け、 前記第１の起歪部に、荷重印加方向のひずみを検出し得
   るように複数のひずみゲージを添着し、 前記ひずみゲージにより前記印加荷重に対応した電気信
   号を得るように構成したことを特徴とする自動車走行路
   面に作用する上下方向力検出用荷重変換器。
2. 【請求項２】 自動車が走行する時に自動車走行路面に
   作用する上下方向力を検出するために自動車走行路面の
   一部を形成する受圧板を支持するように複数個配設さ
   れ、前記受圧板を介して荷重が印加されると弾性変形す
   る起歪体にひずみゲージを添着してなる荷重変換器であ
   って、 前記起歪体の荷重印加方向の上端部および下端部に、前
   記受圧板およびこれと対峙して配設される支持体にそれ
   ぞれ取付けられる剛性大なる取付部を設け、 前記起歪体の中間部に、前記起歪体の中心線に対して対
   称であって前記起歪体の一面側から他面側に貫通する２
   本のスリットを形成することにより、前記２本のスリッ
   トの外側に断面積の大なる第３の起歪部を設け、 前記スリットで挟まれる部分に断面積の大なる第２の起
   歪部を設けると共に、この第２の起歪部よりも荷重印加
   方向の長さおよびこれと直交する幅方向の寸法が小さく
   且つ肉薄の第１の起歪部を設け、前記第１の起歪部と第
   ２起歪部の一端同士を直列状に連設すると共に、これら
   第１および第２の起歪部の各他端を前記第３の起歪部に
   それぞれ連設し、 前記第１の起歪部に、荷重印加方向のひずみを検出し得
   る複数のひずみゲージを添着し、 前記ひずみゲージにより前記印加荷重に対応した電気信
   号を得るように構成したことを特徴とする自動車走行路
   面に作用する上下方向力検出用荷重変換器。
3. 【請求項３】 前記第１の起歪部近傍の前記第２の起歪
   部に、前記第３の起歪部との間を互いに連設するよう
   に、荷重印加方向には可撓性を有し、荷重印加方向に直
   交する方向には剛性を有する横振れ阻止用ビームを設け
   たことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車走
   行路面に作用する上下方向力検出用荷重変換器。
4. 【請求項４】 前記第１の起歪部は、前記起歪体の幅方
   向および厚さ方向の中心部に形成されていることを特徴
   とする請求項１または２に記載の自動車走行路面に作用
   する上下方向力検出用荷重変換器。
5. 【請求項５】 前記起歪体の上下端にそれぞれ設けられ
   た一対の前記取付部と前記第３の起歪部との間に、側周
   面から中心軸に向けて所定の深さの溝を形成することに
   よってくびれ部を設けたことを特徴とする請求項１また
   は２に記載の自動車走行路面に作用する上下方向力検出
   用荷重変換器。
6. 【請求項６】 自動車が走行する時に自動車走行路面に
   作用する上下方向力を検出するために自動車走行路面の
   一部を形成する受圧板を支持するように複数個配設さ
   れ、前記受圧板を介して荷重が印加されると弾性変形す
   る起歪体にひずみゲージを添着してなる荷重変換器であ
   って、 前記起歪体の荷重印加方向の上端部および下端部に、前
   記受圧板およびこれと対峙して配設される支持体にそれ
   ぞれ取付けられる剛性大なる取付部を設け、 前記起歪体の中間部に、前記起歪体の中心線に対し対称
   の位置に前記起歪体の一面側から他面側に貫通する２本
   の平行状スリットを形成すると共に前記平行状スリット
   との間に所定寸法の非スリット部を介して平行状スリッ
   トを延設し且つその端部同士を連通する凹字状スリット
   を形成し、前記非スリット部に両面側から所定深さの座
   繰り穴を穿設することにより両座繰り穴の底面間に薄肉
   の２つの第１の起歪部を形成し、 前記２つの第１の起歪部に前記起歪体の中心線に対し剪
   断ひずみを検出し得るように４５°および１３５°の方
   向に受感軸を向けてひずみゲージを複数添着し、前記ひ
   ずみゲージにより前記印加荷重に対応した電気信号を得
   るように構成したことを特徴とする自動車走行路面に作
   用する上下方向力検出用荷重変換器。