JPS60173421A - 可搬型車両軸重検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、車両軸重検出器に関し、より詳細には、荷重
が印加されると弾性変形する起歪体の起歪部にひずみゲ
ージを添着し、該起歪体に印加された荷重を該ひずみゲ
ージによって電気的信号として検出する荷重変換器を用
いた可搬型車両軸重検出器に関するものである。

トラック等において過積みを行なうと、その車両自体の
運転性に支障があるのみならず、交通事故あるいは路面
の傷みの要因となる。そこで、警察、道路公団等におい
ては、法定の積載量以下の積載であるか否かを判定すべ
く、車両軸重検出装置により車両の軸重を検出し、その
車両の軸数分、軸重量を加算することによって車両総重
量をめ、その結果に基づき取締りあるいは通行規制を行
なっている。

従来、車両の軸重を検出する可搬型車両軸重検出装置と
しては、第１図（Ａ）〜（Ｃ）に示すものが多用されて
いる。

同図において、１は道路等の設置面２上に４個または６
個、台座３を介して配置される荷重変換器（ロードセル
）、４はその荷重変換器の」二面に載置された厚肉で剛
性大なる載荷板である。このような構成の車両軸重検出
装置５は、載荷板４−ヒに車両のタイヤが載ると、荷重
変換器１に荷重が印加されその荷重に比例した電気信号
を出力するようになっている。この電気信号出力は、図
示省略の車両重量計で適宜増幅、Ａ／Ｄ変換、演算等の
処理が施こされた上、車両重量が表示、記録される。

しかしながら、」二記従来の車両軸重検出装置は、次に
述べるような欠点がある。

すなわち、上述の従来装置によれば、タイヤに掛ってい
る輪荷重を第１図（Ｂ）に示すように６点（４点の場合
もある）で支持しているから、タイヤの位置によっては
６点のうちの１点に荷重の大部分が印加される場合があ
り、従って、荷重変換器の容量を過荷重にも耐え得るよ
うに余裕をもたせて大きく構成しなければならず、その
分荷重変換器の高さが大きくなり価格も嵩むという欠点
がある。

また、上記従来装置の載荷板４は、荷重変換器１に荷重
を垂直に伝達する必要があるため、タイヤ荷重が作用し
たとき、撓み（曲げ）を小さくしなければならず、仮に
撓みを小さくしようとすると、載荷板４の厚みｔを相当
大きくする必要があり、従って、装置全体の高さ１１お
よび重量が大きくなるという欠点がある。反対に装置自
体の高さＨを低く口っ軽量化すべく載荷板４の厚さｔを
薄くすると、荷重変換器１には撓み角に応じた傾斜荷重
が作用するため、正確な荷重を検出することができない
。

さらに、上記従来装置は、実際に車両重量を測定する場
合、通例、第２図に示すように１軸づつ測定が行なオ）
れる。この場合、車両軸重検出装置５の前後（進入側お
よび退出側）には。

平板６，７および傾斜板８，９が道路等の設置面２」二
へ設置されるが、車両１０の車軸１０ａ〜］Ｏｃの全て
が載るわけではないので、例えば、第２図に示す如く前
＠ｌＯａが載荷板４にに載った場合、その前軸１０ａが
載った軸は高くなり、車両１０が傾斜することになる。

そのため、正確な重′ｆｋ測定ができなかった。この点
を考慮し、測定時における車両１０を水平にするために
は、別途平板６，７、および傾斜板８゜９と同様なもの
を中輪１０ｂまたは後軸］Ｏｃの下にも配置すればよい
が、そのようにすると、コストの］−Ｈをもたらすのみ
ならす、傾斜板８゜９等の重にも太きいため運搬や設置
が大変であり可搬型のものとしては甚だ不都合なものと
なる。

本発明は、上記の如き従来装置の欠点を解消すべくなさ
れたもので、高さが低く、重量が軽く、製作コストが安
く、運搬や設置がし易く、設置面の状況による悪影響を
受け難く、しかも高精度で正確な車両軸重の測定が可能
な可搬型車両軸重検出器を提供することを目的としてい
る。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

第３図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の要部である起歪
体の加工段階を説明するための展開図である。

第３図（Ａ）において、ＩＩＡは、展開状態の起歪ビー
ム半休で、弾性を有する例えばバネ鋼のような薄板（図
示のものは厚さｌｎｗｎ）をプレスマシンにより打ち抜
き成形される。すなわち、全体は細長い矩形状に形成さ
れ、幅方向の中央帯域すなわち一点鎖線Ｐ−ＰとＱ−Ｑ
で挟まれる帯域は、折曲加工された段階で側板１２とさ
れる部分であり、一点鎖線Ｐ−Ｐより外側（図において
左側）の帯域は、天板１３とされる部分であり、一点鎖
線Ｑ−Ｑより外側（図において右側）の帯域は、底板１
４とされる部分であり、この底板１４とされる帯域のう
ち一点鎖線Ｓ−Ｑ’より外側の帯域は、第３図（Ｂ）に
示す他方の起歪ビーム半休１１Ｂの底板１４とされる帯
域すなわち一点鎖線Ｓ−８より外側（右側）の一部と重
合される重合部１５である。

而して、側板１２と天板１３にかけて逆コ字状のスリッ
ト１６が３箇所形成され、また側板１２と底板１４にか
けてコ字状のスリット１７が前記スリット１６に対し千
鳥状に交互にずれるような対応関係で形成されている。

第３図（Ｂ）に示される他方の起歪ビーム半休１１Ｂは
、一方の起歪ビーム半体１１Ａに対し、底板】４とされ
る帯域（Ｑ−Ｑ線より右側）が狭く、天板１３とされる
帯域（Ｐ−Ｐ線より左側）が広く形成され、その天板１
３のうちＰ’−Ｐ’線より外側（左側）の部分は、一方
の起歪ビーム半休ｌＩＡの天板１３と重合される重合部
１８である。

このような形状に打ち抜かれた起歪ビーム半体１１Ａ、
ＩＩＢは次いで、折曲加工される。

第４図（Ａ）〜（Ｆ）および第５図は、起歪ビーム半休
が例えばプレスマシンによって折曲された後の状態を示
しており、一方の起歪ビーム半体１１．Ｂの場合、第３
図（Ｂ）に示す一点鎖線Ｐ−Ｐ、Ｑ−Ｑにて同一側に９
０°折曲されて荷重印加部１３′とされる天板１３と、
起歪部１２′とされる側板１２と、台座部１４′とされ
る底板１４とで断面コ字状を呈するように形成され、さ
らに側板１２と天板１３にかけて設けられたスリット１
６で三方を囲まれた部分は、一点鎖線Ｒ＝Ｒにて内方向
に９０°折曲されて上部フランジ部１９が形成され、側
板Ｉ２と底板１４にかけて設けられたスリット１７で三
方を囲まれた部分は一点鎖線Ｓ−８にて内方向に９０″
折曲されて下部フランジ部−２０が形成される。すなわ
ち、この上部フランジ部１９は、スリット１６によって
天板Ｉ３より分離され且つ天板１３より低く陥没するよ
うな状態となるので、上部段差部２１と称することとし
、同様に下部フランジ部２０は、スリット１７によって
底板１４より分離され且つ底板１４より内方に陥没する
ような状態となるので、下部段差部２２と称することと
する。而して、起歪ビーム半休１１Ｂの天板１３は、一
点鎖線Ｐ　’　−１）　’にて段差をもたせる如く折曲
されて重合部１８が形成され、その段差は一方の起歪ビ
ーム半体１］Ａの天板１３と重合したとき同一面となる
よう天板１３の板厚程度とされている。一方の起歪ビー
ム半体１１Ａも同様にして折曲形成されるが、重合部１
５が底板１４に形成されている点が異なるだけである。

このように折曲形成された起歪ビーム半体１］、Ａ、Ｉ
ＩＢの上下の段差部２１．２２が長手方向に対し重複し
ている部分、換言すれば最も近接して対応している荷重
印加部１３′と台座部１４′との間に位置している側板
部分を起歪部１２′とされ、この起歪部１２′には、せ
ん断ひずみを検出すべく荷重印加方向に対し略４５ａお
よび略１３５゜の方向にひずみゲージ２３が接着その他
の手段で添着されている。

次に、このように成形された起歪体としての起歪ビーム
半体１１ＡおよびＩＩＢを、第６図（Ａ）〜（Ｅ）に示
す如く、端部を互いに対向するようにして一方の起歪ビ
ーム半体１１Ａの底板１４の重合部１５と他方の起歪ビ
ーム１１Ｂの底板１４とを重合し、また他方の起歪ビー
ム半休１１Ｂの天板１３の重合部１８と一方の起歪ビー
ム半体１１Ａの天板１３とを重合し、それら重合された
部分を溶接、またはリベッ１へ等の手段により固着連結
する。このようにして断面口字状（あるいは四角筒状）
を呈する起歪ビームにひづみゲージＳＧが添着された荷
重変換器２３が出来上る。

第７図は、上述した荷重変換器を複数個結合して薄型の
荷重変換器ユニットを構成した一実施例を示す。

同図において、３本の荷重変換器２３を所定間隔を隔て
て並列に配列し、それらを箱状の型の中に入れその型の
内部に軟質の充填剤（例えばポリエステル樹脂、ポリウ
レタン樹脂、エポキシ樹脂等）を充填し、その充填剤が
固化した後、型を除くことによりモールド体２４で囲繞
された荷重変換器ユニット２５が出来上る。

さらに第８図に示す如く、荷重変換器ユニット２５を複
数個縦横に配列しそれらを軟質で可撓性のある例えば、
軟質ゴム、ビニール等でなる外被体２６で被覆すれば、
受圧面の大きな可撓性を有するものが得られる。

次に一ヒ述した実施例の作用につき説明する。

例えば、第７図に示す荷重変換器ユニツ１〜２５を道路
等に設置し、その−Ｌに被測定車両の車軸を載せると、
モールド体２４を介して輪重が各荷重変換器２３の荷重
印加部１３′に分散されて印加される。すると、荷重印
加部１３′と台座部１４′とは位置がずれているので起
歪部１２′にせん断ひずみを生じる。その起歪部１２′
の中央部の表面および裏面には、それぞれ背中印加方向
を基準として［１１１ｆ４５°および１Ｉ１８１３５゜
に傾けてひずみゲージＳＧが４教法着されており、さら
にその４枚のひずみゲージＳＧによってホイートストン
ブリッジ（図示せず）が構成されているため、そのホイ
ートストンブリッジの出力端から軸重に対応した電気信
号が出力される。この車両軸重検出器から出力される電
気信号は、適宜増幅され所定の処理が施こされて軸重値
または車両重量値に変換された上、表示および／または
記録されることになる。

次に、本発明を具体的数値に基づいてさらに説明する。

（ｉ）　条件 先ず、前提条件として、被測定車両の最大軸重を３０ｔ
ｏｎ、その最大軸重が負荷された場合のタイヤの接地面
積を１６００ｃＪ（タイヤ１輪の接地面積を４００　ｃ
Ｊとし、これが４輪あるものとして）としたときの単位
面積当りの荷重をめると、１８　、７５　ｋｇ／ｃＪと
なる。外被体２６によって被覆された検出部を第８図（
Ａ）に示すように９ユニツトに分割し、１ユニツトの受
圧面の大きさを１６０ｎｗｎＸ］００ｍｍとすればＩユ
ニットが分担する荷重の大きさは３０００ｋｇとなる。

ここで、１ユニッ１−は、第７図に示すように起歪ビー
ム半体１１Ａ、］］、Ｂが６本（すなわち荷重変換器２
３としては３本）用いられるものとする。従って、ひず
みゲージＳＧが添着されている起歪部１２′は、２４箇
所設けられることになる。

（１１）　起歪部の応力 第９図（Ａ）、（Ｂ）に示す等価図によって起歪部１２
′のＣ−Ｃ断面のせん断応力を検討する。起歪部１２′
に作用するせん断力Ｆは、図から明らかなように１２５
　ｋｇである。起歪部１２′　（ウェブ）のＣ−Ｃ断面
に発生するせん断応力では、次の（１）式によりめるこ
とができる。

て＝（ｂｈ＋ｙ（ｈ−ｙ））Ｆ／２ｘ−（１）ここで、
Ｆはせん断力、■は断面２次モーメント、ｂはフランジ
深さ、ｈはウェブ深さ、ｙはウェブ−１一端よりの位置
をそれぞれ表わす。

最大ぜん断応力でｍａｘは、ウェブ−ｈ端よりの位置ｙ
がｈ／２の位置であるから、（１）式のｙ　Ｉｃ　ｈ　
／　２を代入して得られる次の（２）式でめることがで
きる。

てｍａｘ　＝　（＋＋ｈ／４　ｂ）　Ｆ−ｂ−ｈ／２　
Ｔ（２） また、最小せん断応力でｌｌ１１ｎは、ｙ＝Ｑであるか
ら、次の（３）式で与えられる。

てｍｉｎ　＝Ｆ−ｂ−ｈ／２　Ｔ　（３）ここで、具体
的数値として、Ｉ＝２４６冊４゜ｂ　＝　４　、５　ｍ
ｎ　、　ｈ　＝　８　ｍｍ　、　Ｆ　＝　１２５　ｌａ
ｇ　を与え最大せん断応力てｍａｘと最小ぜん断応力で
ｍｊｎを−１−記（２）、（３）式によって算出すると
、てｍａｎ　＝　１２．３０７ｋｇ／ｍｍ２てｍｉｎ　
＝　８．５２３ｋｇ／ｍｍ２となる。

（ｉｊ、ｉ）　起歪部のせん断ひすみ 上記（１ｊ）において得だせん断応力をもとに次に起歪
部１２′に生じるせん断ひすみεの大きさを調べてみる
。

せん断応力とせん断ひずみとは次式の関係にある。

で＝Ｅ　・ｍ−Ｅ／２（ｍ＋１）　（４）従って、せん
断ひずみεは次の（４）′式で表わせる。

ε＝２・τ（ｍ＋１）／ｍ−Ｅ　（４）’ここで、Ｅは
縦弾性係数、ｍはポアッソン数である。

而して、先に例示した形状、寸法の荷重変換器において
、既に得られた最大および最小せん断応力でｍａｘおよ
び’ｉ：ｍｉｎを用い、縦弾性係数Ｅおよびポアッソン
数ｍをそれぞれ Ｅ　＝　］　２．３０７　ｋｇ／ｃｉｌイ　ｍ＝３．３
として、（４）′により最大せん断ひずみεｍａｘおよ
び最小せん断ひすみｔｍｉｎを計算すると、εｍａｘ　
＝　１５２７　Ｘ　１０−６ひすみｔｍｉｎ　＝１０５
８Ｘ１０−６ひずみとなる。本実施例の場合、各起歪部
１２′のひずみゲージＳＧは、４枚でホイートストンブ
リッジが形成されているので、そのブリッジ出力端から
は上記の４倍のひずみ出力が得られる。

また、ウェブ（起歪部）平均ひずみ出力は、大略５’０
ＯＯＸ１０−６ひずみである。

上記の計算結果より判るように、本実施例によれば、極
めて薄型の車両重量検出器を製作し得ることが明らかで
ある。

上記のように構成された本実施例によれば、下記に示す
数々の利点が得られる。

すなわち、荷重変換器２３は、非常に薄い弾性を有する
板材を打ち抜き、折曲加工および溶接等によって固着す
るだけで製作でき、起歪部１２′の荷重印加方向の高さ
も低く（−上述の例では１０ｎｖｎ）形成することがで
き、且つ従来の載荷板に代えて可撓性のある比較的薄い
合成樹脂等の外被体で荷重変換器を被覆するだけで足り
るので、車両軸重検出器全体の高さを低く構成すること
ができる。そのため、被測定車両の車輪を本検出器上に
載せた場合、その車両の傾斜角は極めて小さく、軸重測
定に与える影響を無視できる程度にとどめることができ
る。このことから、従来装置では正確な車両軸重を測定
しようとする場合、第２図に示す平板６，７や傾斜板８
，９を被測定車軸の下のみならず、他の車軸の下にも設
置する必要があったが、本実施例の場合、その必要がな
い。

また、上記実施例のものは、従来のものに比較して荷重
を支える起歪部１２′を非常に多く設けることができる
から、局部的に荷重が集中することがなく、従って、徒
らに高容量の起歪部にする必要がないので、小容量で高
精度な起歪部とすることができる。

また、本実施例の起歪ビーム半体１１Ａ、１１Ｂは、薄
い弾性板を打ち抜き、折曲加工を施こすだけで、従来の
ように切削加工等を伴うことなく製作できるから、原料
費、加工費を大幅に削減することができる。

また、起歪体としての起歪ビーム半体１１ＡおよびＩＩ
Ｂは、上述するように薄い板材よりなるので、極めて軽
く、軸重検出器の運搬や設置が容易となる。

また、本実施例の軸重検出器は、可撓性があり、上述し
たように支持点が多く面圧が極めて小さいから、軟化路
面や凹凸のある路面でも使用することができる。

さらにまた、起歪部１２′に連なるフランジ部２０’、
２１を設は起歪部断面（垂直断面）をコ字状としたから
、起歪部１２′の高さが低くても平均せん断ひずみを大
きく生じさせることができ、また、せん断ひずみを検出
するタイプであるため、圧縮ひずみ検出型のものに比べ
、高感度出力を得ることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものでは
なく、その要旨に含まれる範囲内で種々変形して実施で
きる。

例えば、荷重変換器２３を、複数個配列しこれらを軟質
ゴムのような外被体２６で被包して軸重検出器としても
よい。

また、ひずみゲージＳＧは起歪ビーム半体の起歪部１２
′の表面および裏面の両面に添着した例を示したが、片
面に添着するだけでもよい以−１−詳述したように本発
明によれば、高さが低く、重量が軽く、製作コストが安
く、運搬や設置がし易く、軟弱路面や凹凸路面への設置
も可能でしかも高感度で正確な車両軸重を検出し得る口
ｆ搬型車両軸車検出器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は従来装置Ｎの構成
を示す正面図、平面図および側面図、第２図は、その従
来装置を用いて車両の軸重を測定する状態を示す側面図
、第３図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の要部である起歪
ビー１５半体の展開図、第４図（Ａ）〜（Ｅ）は、本発
明の起歪ビーム半休の構成を示す平面図、側面図、底面
図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図、Ａ−Ａ線断面図
、第５図は、同起歪ビーム半休の一部を示す斜視図、第
６図（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明に係る荷重変換器の構成
を示す平面図、側面図、底面図、Ａ−Ａ線断面図、正面
図、第７図は、本発明に係る荷重変換器ユニットを示す
平面図、第８図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る車
両軸重検出器の一実施例の構成を示す平面図および側面
図、第９図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の起歪ビーム
における起歪部の等価図および同図（Ａ）におけるＣ−
Ｃ線断面図である。 ２・・・・・設置面 １１Ａ、１．１Ｂ・・・・・・起歪ビーム半体】２・・
・・・・側板　１２′・・・・・・起歪部１３・・・・
・天板　１３′・・・・荷重印加部１４・・・・底板　
１４′・・・・・台座部］　６，１７・・・・・スリン
１〜 １９．２０・・・・フランジ部 ２１．２２・・・・・・段差部 ２３・・・・・・荷重変換器 ２４・・・・モールド体 ２５・・・・・・荷重変換器ユニツ１〜２６・・・・・
・外被体 第　１　図 （Ｂ） 第　２　図 −／ 第　３　図 （Ａ）　（Ｂ） 第　４　図 第　５　図 第　６　図 第　７　図 第　８　図 （Ａ）　ＣＢ） 第　９　図 （Ａ） 手続補正書（方式） ％式％ １　事件の表示 昭和５８年特許　願第２０９８４２号 ２　発明の名称　可搬型車両軸重検出器３　補正をする
者 事件との関係　特許出願人 ４、代　理　人　〒１０７　電話（０３）　５８６−６
９６９５　補正命令の日付　昭和６０年３月６日（発送
日同年３月２６日）６　補正により増加する発明の詳細
な説明８、補正の内容（特願昭５８−２０９８４２号）
（１）　明細書第１９頁第１６行目乃至第１９行目に［
第４図（Ａ）〜（Ｅ）は、・・・・・・Ａ−Ａ線断面図
」とある記載を、 「第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）およ
び（Ｆ）は、本発明の起歪ビーム半休の構成をそれぞれ
示す平面図、側面図、底面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ
線断面図およびＡ−Ａ線断面図」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　荷重が印加されると弾性変形する起歪体の起歪
   部にひずみゲージを添着し、該起歪体に印加された荷重
   を該ひずみゲージによって電気的信号として検出する荷
   重変換器を用いた可搬型車両軸重検出器において、前記
   起歪体が薄い弾性板を打抜き、折曲してなる２つの断面
   コ字状ビームの端部を互いに対向するようにして固着連
   結された断面口字状の起歪ビームとされ、その起歪ビー
   ムの両側板の下端縁および下端縁には長手方向に所定間
   隔を隔てて天板および底抜と切離され該天板および該底
   板より陥没するようにして複数の上部段差部および下部
   段差部がそれぞれ形成され、前記複数の上部段差部と下
   部段差部とが長手方向に沿って互いの一部を重複し且つ
   交互にずれるような対応関係に配設され、前記天板を荷
   重導入部とし、前記底抜を台座部とし、前記複数の上部
   段差部と下部段差部とが上下対応関係において一部重複
   する前記両側板の中間部分をそれぞれ起歪部とした起歪
   ビームが形成され、前記起歪ビームの各起歪部にせん断
   ひずみを検出し得るようにしてひすみゲージが添着され
   てなる荷重変換器と、直列状および／または並列状に複
   数個配列された前記荷重変換器を被覆する可撓性を有す
   る外被体とを具備したことを特徴とする可搬型車両軸重
   検出器。