JPH10267764A - 荷重検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、センサの検出構造を変更せずに荷重
センサの感度を向上できる荷重検出装置を提供する。 【解決手段】本発明の荷重検出装置は、スプリングブラ
ケット９とリーフスプリング６とが嵌合するシャックル
ピン７のセンダ取付孔２８内に取り付けられる磁歪セン
サ２６をピン外周頂部における隙間部分Ｌから軸方向に
オフセットし、さらに磁歪センサ２６の上下方向に突き
出る一対の取付片３８ａ，３８ｂを、下方が上方よりも
隙間部分Ｌから軸方向に遠く配置することによって、磁
歪センサ２６を剪断応力が大きくなる部分に磁歪センサ
本体を配置するとともに、取付片３８ａ，３８ｂを応力
方向にならう向きに配置するのを実現して、磁歪センサ
２６の感度を高めたことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸部材を介して上
方部材から下方部材に負荷される荷重を軸部材に生じる
歪から検出する荷重検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】貨物を積載するトラック（車両）には、
積載量が明確に認識できるよう、自車にどれだけの荷重
の貨物が積載されたかを表示する機能を設けたものがあ
る。この機能には、トラックのサスペンション装置を構
成する部品の歪を検出する荷重センサを用いた荷重検出
装置が採用され、負荷される荷重にしたがって歪む部品
の特性を利用して同荷重を検出し、この結果を表示器な
どに表示する。

【０００３】ところで、荷重検出装置は、正確な積載荷
重を得るために、高い測定感度が求められる。そこで、
トラックは、正確に荷重を測定する場所として、前輪側
の車軸を支えるサスペンション装置、例えばリーフ式ス
プリングサスペンションではリーフスプリングの端部と
シャーシとの間をつなぐシャックルピン、後輪側の車軸
を支えるサスペンション装置、例えばトラニオン式サス
ペンションではリーフスプリングの中間部とシャーシと
の間をつなぐトラニオンシャフトを選び、これらの部品
に荷重センサを設けることが行われている。

【０００４】具体的には、実開平６−６９７５９号公報
にも示されているように前輪側だと、荷重が負荷される
スプリングブラケット（上部部材）と荷重を受けるリー
フスプリングの端部とに嵌合されたシャックルピン（軸
部材）に軸方向に延びるセンサ取付孔を穿設し、このセ
ンサ取付孔の、スプリンブラケットとリーフスプリング
の端部とがなす隙間部分に対応する部位に荷重センサを
取り付けることが行われている。

【０００５】また同じく後輪側だと、荷重が負荷される
トラニオンブラケット（上部部材）と荷重を受けるロワ
サドルとに嵌合されたトラニオンシャフト（軸部材）に
軸方向に延びるセンサ取付孔を穿設し、このセンサ取付
孔の、トラニオンブラケットとロアサドルとがなす隙間
部分に対応する部位に荷重センサを取り付けることが行
われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人
は、種々の実験を行った結果、軸部材に嵌合されている
上方部材から、同じく軸部材に嵌合されている下方部材
へ、荷重を負荷させると、軸部材には外周頂部における
上方部分との下方部材との隙間部分から斜め下方に向か
って大きな剪断応力が生じるとの知見を得た。

【０００７】ところが、従来の荷重検出装置だと、荷重
センサが、上方部材であるスプリングブラケット，トラ
ニオンブラケットと、下方部材であるリーフスプリング
端，ロワサドルにとの隙間部分と対応する位置に配置さ
れて、応力が大きくなる部分から大きく外れた位置に取
り付けられているために、十分な感度が得られるはず
が、実際には十分な感度が得られなかった。

【０００８】このため、知見にもとづき十分な測定感度
が確保される荷重検出装置が求められている。本発明は
上記事情に着目してなされたもので、その目的とすると
ころは、センサの検出構造を変更せずに荷重センサの感
度を向上させることができる荷重検出装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の荷重検出装置では、荷重センサが、軸部材
を介して上方部材から下方部材へ荷重を負荷させたと
き、軸部材に生じる該軸部材の外周頂部における上方部
材と下方部材との隙間部分から斜め下方に向かって応力
が大きくなる部分の近くに配置される。しかも、荷重セ
ンサを取り付ける上下一対の取付片は、その斜め下方の
応力方向にならう向きで軸部材に取り付けられるので、
発生する応力がそのまま取付片を経て荷重センサに入力
しやすくなる。つまり、荷重センサは敏感に反応するよ
うになる。

【００１０】その結果、軸部材に生じる歪は、荷重セン
サにより、最も効果的に検出されるようになり、センサ
自体を変更せず、センサ取付構造だけで、荷重センサの
高い測定感度が期待できるようになる。

【００１１】請求項２に記載の荷重検出装置では、荷重
センサを軸部材に組み付けるときは、荷重センサを、そ
の上下一対の取付片が、段差している一対の取付段部の
側面と接するまでセンサ取付孔から挿入した後、各取付
片を取付段部の側面に接合するだけで、荷重センサは、
確実に感度の良い場所に位置決めて取り付けられる。

【００１２】請求項３に記載の荷重検出装置では、軸部
材に作用する応力が最大で、かつ最大の応力が生ずる応
力方向となる部位に、取付片，取付段部を含み荷重セン
サ全体が配置されるので、一層、高い測定感度が得られ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１ないし図４に
示す一実施形態にもとづいて説明する。図１は、本発明
を適用した車両、例えば後二軸式のトラックを示し、１
はシャーシフレーム、２はキャブ、３は荷台である。

【００１４】トラックの前輪４は、サスペンション装
置、例えばリーフ式スプリングサスペンション５で懸架
されている。具体的には、車体前後方向に延びるリーフ
スプリング６の前後端が、シャックルピン７、シャック
ルリンク８などの部品を用いて、シャーシフレーム１に
据え付けてあるスプリングブラケット９に支持され、前
輪４を保持しているフロントアクスル１０を支持させて
いる。なお、１１はショックアブソーバを示す。

【００１５】後・前輪１５および後・後輪１６は、サス
ペンション装置、例えばトラニオン式サスペンション１
７で懸架されている。具体的には、車体前後方向に延び
るリーフスプリング１８の中間部が、ロワサドル１９、
トラニオンシャフト２０を介して、シャーシフレーム１
に据え付けてあるトラニオンブラケット２１に支持さ
れ、後・前輪１５および後・後輪１６を保持しているリ
アアクスル１７を支持させている。

【００１６】また前・後輪の各サスペンション装置に
は、それぞれ車軸に加わる荷重を検出する本発明の要部
となる荷重検出装置２５が設けられている。具体的に
は、前輪側の荷重検出装置２５は、前輪４を支えるリー
フ式スプリングサスペンション５の各部から、良好な荷
重測定が期待できる場所として、例えば図２に示される
ように両端部にフォークエンド状のスプリングブラケッ
ト９（本願の上方部材に相当）が嵌合され、中間部にブ
ッシュ６ａを介してリーフスプリング６の目玉部６ｂ
（本願の下方部材に相当）が嵌合された車両前側のシャ
ックルピン７（本願の軸部材に相当）を選んで、このシ
ャクルピン７に同ピン７の歪を検出する荷重センサ、例
えば圧縮型の磁歪センサ２６を設けて、シャーシフレー
ム１の上側から加わる荷重をシャックルピン７の歪から
検出するようにしてある。

【００１７】また後輪側の荷重検出装置２５は、後二輪
を支えるトラニオン式サスペンション１７の各部から、
良好な荷重測定が期待できる場所として、例えば図４に
示されるように一方の端部にトラニオンブラケット２１
（本願の上方部材に相当）が嵌合され、他方の端部にリ
ーフスプリング１８を支えるロワサドル１９（本願の下
方部材に相当）が嵌合されたトラニオンシャフト２０
（本願の軸部材に相当）を選んで、このトラニオンシャ
フト２０に同シャフト２０の歪を検出する荷重センサ、
例えば圧縮型の磁歪センサ２７を設けて、シャーシフレ
ーム１の上側から加わる荷重をトラニオンシャフト２０
の歪から検出するようにしてある。

【００１８】そして、本出願人が、種々の実験を行った
結果、軸部材に嵌合されている上方部材から、同じく軸
部材に嵌合されている下方部材へ、荷重を負荷させる
と、軸部材には外周頂部における上方部分との下方部材
との隙間部分から斜め下方に向かって大きな剪断応力が
生じるとの知見にもとづき、各磁歪センサ２６，２７に
は感度を高める工夫、具体的にはセンサ取付構造を改良
してある・なお、磁歪センサ２６，２７の取付構造は、
双方共、同じであるので、磁歪センサ２６の取付構造だ
けを説明することにする。

【００１９】磁歪センサ２６の取付構造が、図２および
図３に示されている。ここで、同磁歪センサ２６の取付
構造について説明すれば、例えばシャクルピン７の軸心
部には、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように端面から
軸方向に沿って延びるセンサ取付孔２８が穿設してあ
る。

【００２０】このセンサ取付孔２８内には、シャックル
ピン７の外周頂部におけるスプリングブラケット９と目
玉部６ｂとの片側の隙間部分Ｌから軸方向にオフセット
した地点に上下一対の取付段部２９ａ，２９ｂが設けて
ある。

【００２１】詳しくは、上方側の取付段部２９ａは、セ
ンサ取付孔２８を途中から小径に変えそのときに形成さ
れる段部を用いて、ピン外周頂部の隙間部分Ｌから軸方
向にオフセットした地点に形成してある。また下方側の
取付段部２９ｂは、さらにその側面に段差を形成するこ
とによって、取付段部２９ａから軸方向にオフセットし
た地点に形成してある。

【００２２】このオフセット構造により、各取付段部２
９ａ，２９ｂの側面で形成されるセンサ据付面３０ａ，
３０ｂを、スプリングブラケット９からリーフスプリン
グ６へ荷重が負荷されたとき生じる剪断応力がシャック
ルピン７の外周頂部におけるスプリングブラケット９と
目玉部６ｂとの隙間部分Ｌから斜め下方に向かう経路、
すなわち仮想線δで示される主応力発生経路の近傍に配
置させている。

【００２３】好ましくは、スプリングブラケット９から
荷重が負荷されたときピン外周頂部の隙間部分Ｌから斜
め下方に向かう剪断応力は、主に斜め下方４５度に向か
う仮想線δの経路で発生しやすいので、この仮想線δの
近傍に上下一対のセンサ据付面３０ａ，３０ｂを配置す
るのが望ましい。

【００２４】このセンサ据付面３０ａ，３０ｂを用い
て、圧縮型の磁歪センサ２６を仮想線δにならって据え
付けている。すなわち、磁歪センサ２６の本体部は、例
えば磁歪材料（パーマロイ等の磁性材料）で形成され、
４個の小孔３３が十字方向に設けられた薄板状のセンサ
板３４と、小孔３３間を十字状に巻回した駆駆コイル３
５および検出コイル３６とを有している。

【００２５】またセンサ板３４の上・下部からは、それ
ぞれ上下方向に一対の取付片３８ａ，３８ｂが突き出て
いて、これらのうち下方側の取付片３８ｂが、上方側の
取付片３８ａよりも隙間部分Ｌから遠くなるようにセン
サ取付孔２８の軸方向沿いにオフセットしてある。

【００２６】そして、磁歪センサ２６の上方側の取付片
３８ａは、図３に示されるように例えばセンサ取付孔２
８の入口から入射するレーザ溶接光を用いて、上方側の
センサ据付面３０ａに接合され、同じく下方側の取付片
３８ｂは、同様にレーザ溶接光を用いて、下方側のセン
サ据付面３０ｂに接合され、磁歪センサ２６の全体を、
仮想線δ（剪断応力が大きくなる部分：主応力方向）の
近くの地点において、仮想線δにならう斜め下方の向き
の姿勢で取り付けている。なお、Ｘは溶接個所を示す。

【００２７】こうした磁歪センサ２６の取り付けによ
り、シャーシフレーム１からシャックルピン７を介し
て、リーフスプリング６へ負荷される荷重を高精度に検
出できるようにしてある。

【００２８】すなわち、トラックの荷台３に貨物が積載
されるとする。すると、貨物の荷重は、シャーシフレー
ム１から、スプリングブラケット９、シャックルピン７
を順に経て、リーフスプリング６の目玉部６ｂへ伝わ
る。

【００２９】このとき、シャックルピン７には、上方側
から負荷される荷重により、スプリングブラケット９と
目玉部６ｂとの間のピン部分に剪断応力が生じる。する
と、磁歪センサ２６には、このときの引張り力あるいは
圧縮力が加わり、磁性材料の透磁率が変化し、加わる力
に比例した電流が検出コイル３６から出力されて、荷重
を検出する。

【００３０】このとき、本出願人は、種々の実験から、
大きな剪断応力が生じるのは、シャックルピン７の外周
頂部における隙間部分Ｌから真下に向かってでなく、図
２中の仮想線δに示されるように同隙間部分Ｌから斜め
下方に向かう方向であるとの知見を得ている。

【００３１】ここで、圧縮型の磁歪センサ２６は、上下
一対の取付片３８ａ，３８ｂを隙間部分Ｌから斜め下向
きオフセットさせる構造によって、大きな剪断応力とな
る部分の近くで、仮想線δにならう向きの姿勢に取り付
けられているから、大きな剪断応力に伴う歪みが主応力
発生経路の方向からのそのまま取付片３８ａ，３８ｂを
通じて、センサ板３４に入力される。

【００３２】この結果、磁歪センサ２６は負荷される荷
重に対して敏感に反応する。つまり、磁歪センサ２６の
感度を高めることができ、センサの検出構造を変更せ
ず、センサ取付構造だけで、高い測定感度を得ることが
できる。特に磁歪センサ２６の取付片３８ａ，３８ｂを
ピン外周頂部の隙間部分Ｌから斜め４５度に向かう仮想
線δの近傍に配置すると、シャックルピン７に作用する
剪断応力が最大で、かつ最大の応力が生ずる応力方向と
なる地点に磁歪センサ２６が取り付けられるので、一
層、高い測定感度が期待できる。

【００３３】むろん、こうしたことはトラニオンシャフ
ト２０に設けた磁歪センサ２７についても同じである
（図４）。したがって、磁歪センサ２６で、シャックル
ピン７，トラニオンシャフト２０などの軸部材の歪か
ら、負荷される荷重を高精度で検出することができる。

【００３４】このことは、図１に示されるようにシャッ
クルピン７に取り付けた磁歪センサ２６と、トラニオン
シャフト２０に取り付けた磁歪センサ２７とを、演算器
３９を介し、表示器４０に接続して、前輪４の軸重に加
わる荷重と後二輪の軸重に加わる荷重から積載荷重（前
輪４の軸重に加わる荷重と後二輪の軸重に加わる荷重と
の総和）を表示する装置だと、高い測定結果が得られる
ようになる。

【００３５】しかも、磁歪センサ２６のオフセットして
いる上下一対の取付片３８ａ，３８ｂに対応して、セン
サ取付孔２８内にオフセットした上下一対のセンサ据付
面３０ａ，３０ｂを形成したことにより、容易に磁歪セ
ンサ２６を感度の良い場所に確実に取り付けることがで
きる。

【００３６】すなわち、磁歪センサ２６をシャックルピ
ン７（あるいはトラニオンシャフト２０）に組み付ける
ときは、磁歪センサ２６をセンサ取付孔２８の入口端か
ら入れ、オフセットしている取付片３８ａ，３８ｂを、
ずれている取付段部２９ａ，２９ｂのセンサ据付面３０
ａ，３０ｂと当接するまで挿入するだけで、センサ取付
孔２８の軸方向の位置決めが行える。そして、この位置
決め後、各取付片３８ａ，３８ｂをセンサ据付面３０
ａ，３０ｂに接合するだけで、磁歪センサ２６を応力が
大きくなる場所に確実に取り付けられるからである。

【００３７】特に磁歪センサ２６をレーザ溶接で固定す
る構造は、センサ取付孔２８へ挿入するときから固定さ
れるまでの工程において、圧入してセンサ固定を行うの
とは異なり、センサ自体を変形させる方向の外力が全く
加わらないので、初期から高い精度が期待できる（圧入
式だと、初期に慣し荷重を加える必要がある）。しか
も、圧入式とは異なり、圧入するための機器が不要とな
る上、圧入のための高精度の孔開け加工が不要なので、
磁歪センサ２６の取り付けに求められる機器が簡単です
む。

【００３８】なお、一実施形態では、シャフトピン７の
中央側、トラニオンシャフト２０の中央側へ磁歪センサ
２６の取付片３８ａ，３８ｂをオフセットした例を挙げ
たが、反対側、すなわち隙間部分Ｌからシャフトピン７
の端面側、トラニオンシャフト２０の端面側へオフセッ
トさせても同様な効果を奏する。

【００３９】また一実施形態では、磁歪センサを適用し
た例を挙げたが、これに限らず、他の荷重センサを用い
てもよい。また一実施形態では、トラックの積載荷重を
検出する構造に本発明を適用したが、これに限らず、他
の軸部材を介して上方部材からの荷重を下方部材に負荷
させる構造の荷重検出装置に適用してもよいことはもち
ろんである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、荷重センサを、大きな応力となる部分の近
く、応力方向にならう向きの姿勢で取り付けるので、応
力発生経路から応力がそのまま取付片を経て荷重センサ
に入力しやすくなる。

【００４１】この結果、荷重センサは負荷される荷重に
対して敏感に反応するので、荷重センサの感度を高める
ことができ、センサの検出構造を変更せず、センサ取付
構造だけで、測定感度の向上を図ることができる。

【００４２】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、荷重センサの上下一対のオ
フセットした取付片は、上下一対の取付段部の側面と当
接するまでセンサ取付孔に挿入するだけで、応力が大き
くなる場所までの軸方向の位置決めができるので、確実
に感度の良い場所に荷重センサを取り付けることができ
る。

【００４３】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、取付片，取付段部を含みを
含み荷重センサ全体が、軸部材に作用する応力が最大
で、かつ最大の応力が生ずる応力方向となる部位に配置
されるので、一層、高い測定感度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の−実施形態の荷重検出装置が適用され
るトラック（車両）を示す図。

【図２】同トラックのフロントサスペンションを構成す
るシャックルピンのうち、大きな応力が発生する部分に
磁歪センサ（荷重センサ）を取り付けた構造を説明する
ための図。

【図３】同磁歪センサの取付構造を詳しく説明するため
の斜視図。

【図４】トラックのリヤサスペンションを構成するトラ
ニオンシャフトのうち、大きな応力が発生する部分に磁
歪センサ（荷重センサ）を取り付けた構造を説明するた
めの図。

【符号の説明】

７，２０…シャックルピン，トラニオンシャフト（軸部
材） ９，２１…スプリングブラケット，トラニオンブラケッ
ト（上部部材） ６ｂ，１９…リーフスプリングの目玉部，ロワサドル
（下部部材） ２６，２７…磁歪センサ（荷重センサ） ２８…センサ取付孔 ２９ａ，２９ｂ…取付段部 ３０ａ，３０ｂ…センサ据付面（取付段部の側面） ３８ａ，３８ｂ…上下一対の取付片 Ｌ…ピン外周頂部の隙間部分 δ…仮想線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷重が負荷される上方部材と荷重を受け
   る下方部材とに嵌合され前記上方部材からの荷重を前記
   下方部材に負荷させる軸部材の軸方向にセンサ取付孔を
   穿設し、同センサ取付孔内に前記軸部材の歪を検出する
   荷重センサを取り付けた荷重検出装置において、 前記荷重センサを前記上方部材と前記下方部材との隙間
   部分から前記軸方向にオフセットさせて配置する一方、
   前記荷重センサに設けられ上下方向に突出する上下一対
   の取付片を介して前記荷重センサを前記軸部材に取り付
   けるとともに、下方の取付片を上方の取付片よりも前記
   隙間部分から前記軸方向に遠く配置したことを特徴とす
   る荷重検出装置。
2. 【請求項２】 前記センサ取付孔内には前記一対の取付
   片に対応して形成された一対の取付段部を有し、前記各
   取付片が前記各取付段部の側面に接合されることを特徴
   とする請求項１に記載の荷重検出装置。
3. 【請求項３】 前記上下一対の取付片が、前記軸部材の
   外周頂部における前記隙間部分から斜め下方４５度に向
   かう仮想線の近傍に配置されることを特徴とする請求項
   １に記載の荷重検出装置。