JPH11183274A - 歪み検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メンテナンスが容易であり、かつ剪断歪み測
定に当たって高感度の歪み検出装置を得ることを目的と
する。 【解決手段】 被測定部材の剪断歪みγ（＝ｄＸ／ｄ
Ｙ）に対応して剪断変形して被測定部材の剪断歪みを検
出する剪断歪み測定部１０と、この剪断歪み検出部１０
からほぼＹ軸方向に延びる一対のステー１１ａ，ｂと、
このステー１１ａ，ｂを被測定部材１の座３ａに対して
Ｘ軸方向から弾性的に押圧するホルダ２０と、このホル
ダ２０を皿ばね２４を介して押圧するボルト３０を備え
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばトラック
の過積載を防止するための積載荷重計等に使用され、被
測定部材の剪断歪みを検出することによって、被測定部
材に加わる力を測定する歪み検出装置の取付構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】剪断歪みを検出することによって被測定
部材に加わる力を測定するための装置の例として、本出
願人による特願平８−３２５２０３号に記載された装置
が存在する。この歪み検出装置の取付構造を図に基づい
て説明する。

【０００３】図７は歪み検出装置を被測定部材に取り付
けた様子を示す側面断面図である。図において、シャッ
クルピン等の被測定部材１の中心軸付近には穴２が開け
られており、車両のブラケットとリーフスプリング（図
示せず）との境目に位置する上記穴２内に歪み検出装置
１００が固定される。歪み検出装置１００は、図のＸＹ
面の剪断歪みγを検出する剪断歪み測定部１０と、この
剪断歪み測定部１０から上下方向（Ｙ方向）に延設され
たステー１１ａ，ｂとから構成されている。また、歪み
検出装置１００のステー１１ａ，ｂは被測定部材１の穴
２に設けられたＸ軸に垂直な面を有する座３に固定され
ている。

【０００４】図８（ａ）は歪み検出装置の被測定部材へ
の固定部を示す正面一部断面図、図８（ｂ）は図８
（ａ）のＡ−Ａ断面を示す平面図である。図において、
剪断歪み測定部１０からＹ方向に延設されたステー１１
ａ，ｂにはそれぞれ同じくＹ方向に延びる溝１２ａ，ｂ
が設けられており、この溝１２ａ，ｂにレーザ溶接機に
よるレーザビームを当て、溝１２ａ，ｂの底の薄肉部を
溶解させて、被測定部材１の座３に溶接することにより
固定している。

【０００５】次に、歪み検出装置１００による測定動作
について説明する。トラック等の車両に貨物を積載する
と、被測定部材１であるシャックルピンには図７に示す
ように荷重Ｆが加わり、被測定部材１は図９に示すよう
に撓む。それと同時に、被測定部材１の穴２内に設置し
た歪み検出装置１００には剪断歪みγ＝ｄＸ／ｄＹが発
生する。この剪断歪みγはステー１１ａ，ｂによって剪
断歪み測定部１０に伝達され、略長方形の剪断歪み測定
部１０の上下辺のＸ方向位置をｄＸだけずれさせ、全体
として平行四辺形状に剪断変形させる。剪断歪み測定部
１０では、この剪断変形の大きさを電気信号として取り
出すことによって、その変形の原因となった被測定部材
に働く荷重を検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の歪み検出装置は
以上のように構成されているので、一度被測定部材１に
歪み検出装置１００を固定してしまうと、被測定部材１
であるシャックルピンや剪断歪み測定部１０を傷つける
ことなく取り外すことが難しくなり、歪み検出装置の固
定作業時又は固定後に剪断歪み測定部１０に故障が発生
すると、被測定部材１全体を取替えるしかなく、メンテ
ナンス上問題であった。

【０００７】そこで、本出願人は歪み検出装置の取り外
しを可能にするために、図１０に示すように、歪み検出
装置のステー１１ａ，ｂを弾性部材を有しないホルダ２
００を介しボルト３０によって被測定部材１の座３に押
え付けることにより固定する構造を試作し、被測定部材
１に荷重を加える実験を行った。その結果、剪断歪み測
定部１０のセンサ出力が計算上予想される出力の１／３
程度しか得られなかった。これは、歪み検出装置のステ
ー１１ａ，ｂを座３に押え付けるためのホルダ２００の
脚２１０ａ，ｂの剛性が高いために、図１０に示すよう
にステー１１ａ，ｂを直線状に保とうとする力が働き、
被測定部材１が剪断変形してもステー１１ａ，ｂに浮き
が発生し、ステー１１ａ，ｂが剪断変形に追従しなかっ
たため、センサ感度が下がったものであることが分かっ
た。

【０００８】また、図１０に示すボルト３０には座が存
在しないため、押え付け力を管理することが難しく、ボ
ルトの締付け方によっては十分な押え付け力が得られな
かったり、逆に締付け力が強すぎてホルダ２００やステ
ー１１ａ，ｂを破壊するという問題点があった。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、メンテナンスが容易であり、
しかも剪断歪み測定に当たって高感度の歪み検出装置を
得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被測定部材に発生する剪断歪みを測定するための歪み検
出装置において、被測定部材の剪断歪みに対応して剪断
変形して被測定部材の剪断歪みを検出する剪断歪み測定
部と、この剪断歪み検出部を被測定部材に取り付けるた
めのステーと、このステーを被測定部材の座に弾性的に
押圧するホルダと、このホルダを被測定部材に支持する
締結部材とを備えたことを特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明は、被測定部材の相互
に直交するＸ軸−Ｙ軸に関し、Ｙ軸方向にｄＹだけ離れ
た２面間のＸ軸方向の変位がｄＸであるような剪断歪み
γ（γ＝ｄＸ／ｄＹ）を測定するための歪み検出装置に
おいて、被測定部材の剪断歪みに対応して剪断変形して
被測定部材の剪断歪みを検出する剪断歪み測定部と、こ
の剪断歪み検出部からほぼＹ軸方向に延びる一対のステ
ーと、このステーを被測定部材の座に対してＸ軸方向か
ら弾性的に押圧するホルダと、このホルダを被測定部材
に支持する締結部材とを備えたことを特徴とする。

【００１２】このように、溶接等ではなくホルダ及び締
結部材によりステーを押さえ付けることにより、歪み検
出装置を取り外し可能とする。また、ステーを柔軟に変
形し得るホルダにより被測定部材の座に弾性的に押圧す
ることにより、被測定部材の剪断変形が剪断歪み測定部
に正確に伝達される。

【００１３】請求項３記載の発明は、ホルダにＸ軸方向
に延設した可撓性のある脚部を備え、ホルダの押圧部が
被測定部材の剪断変形に追従しやすくしたものである。

【００１４】請求項４記載の発明は、ホルダと締結部材
との間に、Ｘ軸方向に伸縮する弾性部材、例えば皿ばね
を設けることにより、ホルダを押さえ付ける力を安定さ
せるものである。

【００１５】請求項５記載の発明は、締結部材としてボ
ルトを使用し、このボルトの中心線上に接触面積の小さ
なポイントを備え、ボルトによる押圧力を上記ポイント
を通じて上記ホルダに伝達するものであり、ボルトの回
転力がホルダに伝達されてホルダを回転させるのを防止
する。また、通常、被測定部材に剪断変形が生じる場合
には曲りも同時に発生するが、剪断歪み測定部で計測し
たいのは剪断歪みのみであるから、被測定部材の曲りを
当該ポイント部で吸収することにより、曲りの影響が剪
断歪み測定の出力に影響を与えないようにした。

【００１６】請求項６記載の発明は、ホルダによるステ
ーの被測定部材の座に対する押圧力を、ステーと座との
押え面の両端部のみに集中するように構成したことを特
徴とする。具体的には、ステーと被測定部材の座との接
触面あるいはステーとホルダの接触面の中央部付近に凹
部を設ける等して、ステーと被測定部材の座又はホルダ
との接触圧を接触面の両端部のみに集中させる。被測定
部材に荷重や振動が加わった場合には、ステーを被測定
部材の座から浮し又ずらそうとする力が働くことがある
が、この時最も浮きやすいのはステーの座に対する両端
部である。したがって、その部分に接触圧を集中させる
ことによって、ステーの浮きやずれを防止する。

【００１７】請求項７記載の発明は、ホルダと締結部材
との間に、それぞれ接触部分が小なるポイントを有する
ピンを備えたことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１． （実施の形態１の構成）図１はこの発明の実施の形態１
による歪み検出装置の取付構造を示す側面断面図であ
り、図２は図１の詳細側面図である。

【００１９】図において、歪みを検出するための被測定
部材１として、円柱状のシャックルピン等が使用され、
トラック等のブラケット及びリーフスプリングに設けら
れた穴を貫通して設置され、図に示す荷重Ｆ0及び荷重
Ｆ1が加わるようになっている。被測定部材１の中心軸
には穴２が開けられており、上記荷重Ｆ0と荷重Ｆ1の加
わ境界付近に歪み検出装置１００が固定される。歪み検
出装置１００は、ＸＹ面の剪断歪みγを検出する剪断歪
み測定部１０と、この剪断歪み測定部１０から上下方向
（Ｙ方向）に延設されたステー１１ａ，ｂとから構成さ
れる。歪み検出装置１００のステー１１ａ，ｂは、被測
定部材１の穴２に設けられたＸ軸に垂直な面を持つ座３
ａに当接される。

【００２０】ホルダ２０は歪み検出装置１００のステー
１１ａ，ｂを被測定部材１の座３ａに押え付けるため役
割を果し、直接ステー１１ａ，ｂを押圧する一対の押圧
部２２ａ，ｂと、この押圧部からＸ軸方向に延設する一
対の細長い棒状の脚部２１ａ，ｂと、ホルダをリテーナ
２３に係合させる基端部２０ａから構成されている。ま
た、上記脚部２１ａ，ｂは可撓性を有しており、上記押
圧部２２ａ，ｂのステー１１ａ，ｂを座３ａに押圧する
面の中央部付近には、凹部２５ａ，ｂが設けられてい
る。ホルダ２０の基端部２０ａとリテーナ２３の間には
皿ばね２２が保持されており、リテーナ２３は、その内
周空間部にボルト３０の先端部が挿入されるように構成
され、ボルトの中心軸上に設けられた曲面を有するポイ
ント３１により接触面積小で支持されている。ボルト３
０は被測定部材１の穴２に沿って捩じ込まれ、上記座３
ａと平行な面を有する座３ｂに当接するようになってい
る。

【００２１】図３（ａ）は実施の形態１に使用されるに
好ましい歪み検出装置１００の詳細を示す側面図であ
り、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図を示
す。なお、この歪み検出装置１００の詳細は、本出願人
の特願平８−３２５２０３号に記載されている。

【００２２】図３において、剪断歪み測定部１０は、剪
断歪みを検出する歪み検出部７００と、歪み検出部７０
０をその内部側に取り付けている検出部外枠（フレー
ム）１２０を備えている。検出部外枠１２０は、Ｘ軸に
平行な２本の主横梁１２１ａ，ｂとＹ軸に平行な２本の
主縦梁１２２ａ，ｂで構成される概略長方形、好ましく
は正方形状のフレームを成しており、鉄等の磁性材料で
構成されている。また、２本の主縦梁１２２ａ，ｂ間に
はＸ軸に平行な副横梁１２５ａ，ｂが結ばれている。主
横梁１２１ａ，ｂの両端部近傍には断面積が縮小した低
剛性部１２３ａ〜ｄが設けられ、副横梁１２５ａ，ｂの
両端部近傍には同じく断面積縮小の低剛性部１２３ｉ〜
ｌが、また、主縦梁１２２ａ，ｂの両端部近傍には断面
積縮小の低剛性部１２３ｅ〜ｈが設けられている。

【００２３】歪み検出部７００は、コアを兼ねる十字状
の磁歪素子１１１と、コア兼用の磁歪素子１１１に巻回
されるコイル１１０ａ，ｂから構成される。コア兼用の
磁歪素子１１１は、検出部外枠１２０に囲まれるように
して設けられ、Ｘ軸に対して好ましくは４５°方向、１
３５°方向、２２５°方向、３１５°方向の４方向に伸
びる脚を持つ。コア１１１の中央部のＸ軸方向には第１
のコイル１１０ａが巻装され、同じくコア１１１の中央
部のＹ軸方向には第２のコイル１１０ｂが巻装されてい
る。磁歪素子１１１は、４本の足の先端の溶接部１１６
ａ〜ｄにより検出部外枠２００内に固定されている。

【００２４】歪み検出装置１００による剪断歪みの測定
について図４により説明する。検出部外枠１２０の４頂
点近傍並びに副横梁１２５ａ，ｂの両端付近には低剛性
部１２３ａ〜１２３ｌが設けられているため、検出部外
枠２００は容易に概略平行四辺形に変形する。この剪断
変形により、歪み検出部７００の４５°方向（図４のＬ
２方向）には引張り応力が、１３５°方向（図４のＬ１
方向）には圧縮応力が発生する。この応力によって、コ
ア兼用の磁歪素子１１１の透磁率に異方性が発生し、４
５°方向の透磁率が上昇し、１３５°方向の透磁率が低
下する。そして、磁歪素子１１１の磁気特性を変化をコ
イル１１０ａ，ｂで検出することにより、積載荷重等を
計測する。

【００２５】（実施の形態１の作用）次に、実施の形態
１の歪み検出装置の取付け動作について説明する。まず
歪み検出装置１００を被測定部材１に取り付ける時は、
ボルト３０のフランジ３２が被測定部材１の座３ｂに強
く接触するまでボルト３０をねじ込むようにする。そう
すると、ホルダ２０とリテーナ２３の間の皿ばね２４が
圧縮されてホルダ２０を押え付ける力が生じる。この
時、ボルト３０とリテーナ２３は接触面積が小さいポイ
ント３１により接触されるので、ボルト３０からの回転
トルクがほとんどリテーナ２３側に伝達されず、ボルト
以外の部品、特にホルダ２０に回転力が作用しない。ま
た、被測定部材１の曲りの影響が歪み検出装置１００に
伝達されない。

【００２６】また、皿ばね２２の発生する圧縮力は、各
部品の軸方向の長さにより決まる圧縮代の大きさで決ま
るので、ばらつきを小さく抑えることができる。したが
って、皿ばね２４を使用しないで直接ボルト３０で締め
付ける場合より、ホルダ２０を押圧する力を安定させる
ことができる。

【００２７】また、ホルダの押圧部２２ａ，ｂのステー
１１ａ，ｂを押える面の中央部に凹部２５ａ，ｂを設け
ているため、ステー１１ａ，ｂを押える力は座３ａに対
する押え面の両端部のみに集中するようになる。過大な
応力や振動によってずれが発生しやすいのは、ステー１
１ａ，ｂの押え面の両端部であるので、この部分に押さ
え力を集中することにより、振動や外力によって発生す
るステー１１ａ，ｂと座３ａとのずれを防止することが
できる。

【００２８】被測定部材１に図１に示すように荷重が加
わると、図５に示すように被測定部材１に撓みと剪断歪
みγ＝ｄＸ／ｄＹが発生する。この剪断歪みγを歪み検
出装置１００の剪断歪み測定部１０に精度良く伝達する
ためには、ステー１１ａ，ｂは、図５に示すように被測
定部材１の変形に追従してｄＸだけ段差を持った階段状
になる必要がある。ホルダ２０の脚部２１ａ，ｂは可撓
性を有する細長い棒状になっているので、被測定部材１
の剪断変形によって緩やかなＳ字状に変形し、被測定部
材１の変形に忠実に追従することができる。これによ
り、剪断歪みγは剪断歪み測定部１０に精度良く伝達さ
れ、剪断歪み測定部１０の上下辺のＸ方向位置をｄＸだ
けずれさせ、平行四辺形状に変形させる。そして、剪断
歪み測定部１０では、この剪断変形の大きさを電気信号
として取り出すことによってその変形の原因となった被
測定部材に働く荷重を検出する。

【００２９】実施の形態２．上記実施の形態１では、ボ
ルト３０の回転力がホルダ２０に伝達されるのを防ぐた
め、及び被測定部材１の曲りの影響をなくすために、ボ
ルト３０にポイント３１を設け、また、締結力を安定さ
せるために皿ばね２４を設けたが、図６に示す構造にし
ても同様な効果が得られる。

【００３０】図６は実施の形態２による歪み検出装置の
取付構造を示す側面断面図である。図において、ボルト
３０の先端側にＸ軸方向に撓むスプリング部３５を設
け、このスプリング部３５とホルダ６０の間にピン４０
を設ける。そして、このピン４０の両端には曲面を有す
るポイント４１ａ及び４１ｂを有しており、それぞれホ
ルダ６０とスプリング部３５と接触面積小にて接触支持
される。このように構成すれば、ボルト３０の回転力が
ホルダ６０に伝達されず、また被測定部材１の曲りの影
響が歪み検出装置に伝達されない。また、ホルダ６０は
Ｘ軸方向に延びる可撓性を有する脚部６１ａ，ｂと、ス
テー１１ａ，ｂを被測定部材の座３ａに押圧する押圧部
６２ａ，ｂを備えている。なお、上記ポイント４１ａ，
４１ｂ及びスプリング部３５は、それぞれ実施の形態１
のポイント３１ａ及び皿ばねの役割を果す。

【００３１】更に、実施の形態１ではホルダ２０の脚の
先端のステーを押圧する面の中央部に凹部２５ａ，ｂを
設けたが、ステー１１ａ，ｂの座３ａに押圧される面の
両面に凹部２６ａ，ｂ，ｃ，ｄを設けるようにしても、
ステー１１ａ，ｂを押圧する力は座３ａに対する押え面
の両端部のみに集中するようになり、振動や外力によっ
て発生するステー１１ａ，ｂと座３ａとのずれを防止す
ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように請求項１又は２記載の発明
によれば、歪め検出装置を被測定部材に取り付けるに際
して、簡便かつ取り外しが可能となりメンテナンスが容
易となる効果がある。

【００３３】請求項３記載の発明によれば、被測定部材
の剪断変形に追従しやすくなり、歪みの伝達効率が高
く、精度の高い歪み検出装置が得られる。

【００３４】請求項４記載の発明によれば、ホルダと締
結部材との間に、Ｘ軸方向に伸縮する弾性部材例えば皿
ばねを設けることにより、ホルダを押さえ付ける力を安
定させることができる。更に、取付部の寸法精度があま
り高くなくても安定した締結力で固定できる効果があ
る。

【００３５】請求項５記載の発明によれば、取付作業時
にボルトの回転トルクが剪断歪み測定部に伝達されるの
を防止し、また剪断歪み計測時において、被測定部材に
生じる曲りの影響が剪断歪み測定部の出力に発生しなく
なり、精度の高い歪み検出装置を得られる効果がある。

【００３６】請求項６記載の発明によれば、ステーの押
圧座に対する接触圧を集中させてステーの浮きやずれを
防止することができ、精度の高い歪み検出装置を得られ
る効果がある。

【００３７】請求項７記載の発明によれば、ボルト等の
締結部材の先端を直接接触面積の小さな曲面を有するポ
イント形状に加工する必要がなく、ポイント形状を有す
るピンを用意することにより、締結部材（ボルト）の形
状を簡素化し、製造コストの低い歪み検出装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１による歪み検出装置の取付構造
を示す側面断面図である。

【図２】 図１の詳細側面断面図である。

【図３】 実施の形態１に使用される歪み検出装置の詳
細を示す側面図及び断面図である。

【図４】 歪み検出装置の歪み測定動作を示す側面図で
ある。

【図５】 実施の形態１の歪み検出装置の動作を説明す
るための側面断面図である。

【図６】 実施の形態２による歪み検出装置の取付構造
を示す側面断面図である。

【図７】 従来の歪み検出装置を被測定部材に取り付け
た様子を示す側面断面図である。

【図８】 従来の歪み検出装置の被測定部材への固定部
を示す正面一部断面図、及びＡ−Ａ断面を示す平面図で
ある。

【図９】 従来の被測定部材及び歪み検出装置の撓む様
子を示す図である。

【図１０】 本出願人の試作による歪み検出装置を示す
側面断面図である。

【符号の説明】

１ 被測定部材、２ 穴、３ａ，ｂ 座、１０ 剪断歪
み測定部、１１ａ，ｂステー、２０ ホルダ、２０ａ
基端部、２２ａ，ｂ 押圧部、２１ａ，ｂ脚部、２３
リテーナ、２４ 皿ばね、３０ ボルト、３１ ポイン
ト部、３５スプリング部、４０ ピン、４１ａ，ｂ ポ
イント部、６０ ホルダ、１００歪み検出装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定部材に発生する剪断歪みを測定す
   るための歪み検出装置において、被測定部材の剪断歪み
   に対応して剪断変形して被測定部材の剪断歪みを検出す
   る剪断歪み測定部と、この剪断歪み検出部を被測定部材
   に取り付けるためのステーと、このステーを被測定部材
   の座に弾性的に押圧するホルダと、このホルダを被測定
   部材に支持する締結部材とを備えたことを特徴とする歪
   み検出装置。
2. 【請求項２】 被測定部材の相互に直交するＸ軸−Ｙ軸
   に関し、Ｙ軸方向にｄＹだけ離れた２面間のＸ軸方向の
   変位がｄＸであるような剪断歪みγ（γ＝ｄＸ／ｄＹ）
   を測定するための歪み検出装置において、被測定部材の
   剪断歪みに対応して剪断変形して被測定部材の剪断歪み
   を検出する剪断歪み測定部と、この剪断歪み検出部から
   ほぼＹ軸方向に延びる一対のステーと、このステーを被
   測定部材の座に対してＸ軸方向から弾性的に押圧するホ
   ルダと、このホルダを被測定部材に支持する締結部材と
   を備えたことを特徴とする歪み検出装置。
3. 【請求項３】 上記ホルダは、Ｘ軸方向に延設した可撓
   性のある脚部を有していることを特徴とする請求項２記
   載の歪み検出装置。
4. 【請求項４】 上記ホルダと上記締結部材との間に、Ｘ
   軸方向に伸縮する弾性部材が設けられていることを特徴
   とする請求項２又は請求項３記載の歪み検出装置。
5. 【請求項５】 上記締結部材はボルトで構成され、この
   ボルトの中心線上に接触面積の小さなポイントを備え、
   ボルトによる押圧力を上記ポイントを通じて上記ホルダ
   に伝達することを特徴とする請求項２から請求項４のい
   ずれか１項に記載の歪み検出装置。
6. 【請求項６】 上記ホルダによる上記ステーの被測定部
   材の座に対する押圧力を、上記ステーと上記座との押え
   面の両端部のみに集中するように構成したことを特徴と
   する請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の歪み
   検出装置。
7. 【請求項７】 上記ホルダと上記締結部材との間に、そ
   れぞれ接触部分が小なるポイントを有するピンを備えた
   ことを特徴とする請求項２から請求項４又は請求項６の
   いずれか１項に記載の歪み検出装置。