(57)【要約】【課題】省スペース化に寄与すると共に、検出精度に優れる荷重検出装置を提供すること。【解決手段】荷重測定物５に作用する荷重Ｆを検出する荷重検出装置１００は、ケース３に収容され、荷重測定物５の一部分５ａが挿入される中空部１２を有する円筒状の起歪体１０と、起歪体１０に取り付けられる歪ゲージ２０と、ケース３の底面２ａに配置され、起歪体１０を支持する支持プレート３０と、を備え、支持プレート３０は、起歪体１０を受けるプレート部３１と、プレート部３１の中心部に設けられ、ケース３の底面２ａに接触する球面部３２と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重測定物に作用する荷重を検出する荷重検出装置であって、
ケースに収容され、前記荷重測定物の一部分が挿入される中空部を有する円筒状の起歪体と、
前記起歪体に取り付けられる歪ゲージと、
前記ケースの底面に配置され、前記起歪体を支持する支持プレートと、を備え、
前記支持プレートは、
前記起歪体を受けるプレート部と、
前記プレート部の中心部に設けられ、前記ケースの前記底面に接触する球面部と、
を有することを特徴とする荷重検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重検出装置であって、
前記ケースの内周面と前記起歪体の外周面との間に配置される弾性部材をさらに備えることを特徴とする荷重検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の荷重検出装置であって、
前記ケースの前記底面には、前記球面部を支持する球面凹部が形成されることを特徴とする荷重検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の荷重検出装置であって、
前記支持プレートの前記プレート部は、前記起歪体を保持する保持部を有することを特徴とする荷重検出装置。
【請求項５】
請求項２に記載の荷重検出装置であって、
前記ケースの内周面と前記起歪体の外周面との間に、前記弾性部材を支持するポッティング材が充填されてなることを特徴とする荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、円柱状の起歪体と、起歪体の周表面に設けられた４つの歪ゲージと、を有する荷重検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９０３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の荷重検出装置では、起歪体が円柱状であるため、起歪体の軸方向に荷重測定物を配置し、荷重測定物に作用する荷重を検出する場合には、軸方向の長さが長くなってしまい、大きなスペースを必要とする。また、この場合において、荷重が起歪体の中心軸に対して傾いて荷重測定物に作用した場合には、各歪ゲージの応力が不均一となり、検出精度が悪化する。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、省スペース化に寄与すると共に、検出精度に優れる荷重検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、荷重測定物に作用する荷重を検出する荷重検出装置であって、ケースに収容され、荷重測定物の一部分が挿入される中空部を有する円筒状の起歪体と、起歪体に取り付けられる歪ゲージと、ケースの底面に配置され、起歪体を支持する支持プレートと、を備え、支持プレートは、起歪体を受けるプレート部と、プレート部の中心部に設けられ、ケースの底面に接触する球面部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この発明では、起歪体は荷重測定物の一部分が挿入される中空部を有する円筒状であるため、省スペース化が図られる。また、起歪体を支持する支持プレートには、ケースの底面に接触する球面部が設けられるため、荷重が起歪体の中心軸に対して傾いて荷重測定物に作用した場合であっても、その傾きに起歪体が支持プレートを介して追従するため、荷重の作用方向と起歪体の中心軸とが同じ向きとなる。よって、起歪体に貼り付けられた各歪ゲージの応力が均一となる。
【０００８】
また、本発明は、ケースの内周面と起歪体の外周面との間に配置される弾性部材をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明では、起歪体は、荷重の傾きに追及してケース内で傾いた状態でも、弾性部材によってケースの内周面に保持されるため、ケースの内周面に接触することが防止される。よって、起歪体は荷重の傾きにスムーズに追従することができる。
【００１０】
また、本発明は、ケースの底面には、球面部を支持する球面凹部が形成されることを特徴とする。
【００１１】
この発明では、支持プレートの球面部は球面凹部内でのみ移動するため、支持プレートのプレート部の外周面がケースの内周面に接触して支持プレートの傾きが阻害されることが防止される。
【００１２】
また、本発明は、支持プレートのプレート部は、起歪体を保持する保持部を有する。
【００１３】
この発明では、起歪体が荷重の傾きに追及してケース内で傾いた状態でも、起歪体がケースの内周面に接触することが防止される。
【００１４】
また、本発明は、ケースの内周面と起歪体の外周面との間に、弾性部材を支持するポッティング材が充填されてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明では、弾性部材の脱落を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、省スペース化に寄与すると共に、検出精度に優れる荷重検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る荷重検出装置の断面図である。
【図２】起歪体の斜視図である。
【図３】比較例に係る荷重検出装置の断面図であり、荷重の作用方向が傾いている場合を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る荷重検出装置の断面図であり、荷重の作用方向が傾いている場合を示す。
【図５】本発明の実施形態の変形例１に係る荷重検出装置の断面図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例２に係る荷重検出装置の断面図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例３に係る荷重検出装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１及び２を参照して、本発明の実施形態に係る荷重検出装置１００について説明する。
【００２０】
荷重検出装置１００は、回転機器のスラスト荷重、プレス成形機器の圧縮荷重、積載物の重量、車両用緩衝器が路面から受ける反力、リニアアクチュエータの推力等の検出に使用されるロードセルである。
【００２１】
荷重検出装置１００は、筒部１と底部２を有するケース３に格納される荷重測定物５に作用する荷重Ｆを検出する装置である。荷重検出装置１００は、ケース３に収容される起歪体１０と、起歪体１０に取り付けられ起歪体１０の歪みを検出する歪ゲージ２０と、ケース３の底面２ａに配置され起歪体１０を支持する支持プレート３０と、歪ゲージ２０に接続される検出回路９と、を備える。
【００２２】
起歪体１０は円筒状部材である。起歪体１０は、荷重測定物５を支持して荷重測定物５に作用する荷重を受ける環状の荷重受け面１１と、荷重測定物５の一部分５ａが挿入される中空部１２と、を有する。起歪体１０の外径はケース３の内径と比較して小さく、起歪体１０の外周面とケース３の内周面との間には隙間が存在する。
【００２３】
歪ゲージ２０は、図２に示すように、起歪体１０の外周面に、周方向に所定の間隔を空けて複数貼り付けられる。本実施形態では、起歪体１０の外周面に、９０度間隔で４枚の歪ゲージ２０が貼り付けられる。歪ゲージ２０は、起歪体１０の微小変化量である歪み量を電気信号に変換し、その信号を検出回路９に出力する。歪ゲージ２０は、配線８を介して検出回路９に接続される。なお、本実施形態では、歪ゲージ２０は起歪体１０の外周面に貼り付けられているが、起歪体１０の内周面に貼り付けるようにしてもよい。
【００２４】
検出回路９は、４枚の歪ゲージ２０に接続して構成されるブリッジ回路を有する。検出回路９のブリッジ回路は、歪ゲージ２０の抵抗値の変化を電圧又は電流の変化により求めて荷重測定物５に作用する荷重Ｆを検出する。
【００２５】
支持プレート３０は、起歪体１０を受ける円板状のプレート部３１と、プレート部３１の中心部に設けられ、ケース３の底面２ａに接触する球面部３２と、を有する。
【００２６】
プレート部３１は、起歪体１０の裏面１３が接触する受け面３１ａと、球面部３２が形成される裏面３１ｂと、を有する。プレート部３１の外径はケース３の内径と比較して小さく、プレート部３１の外周面とケース３の内周面との間には隙間が存在する。プレート部３１は、荷重測定物５に荷重Ｆが作用し、球面部３２を介して水平状態から最大限傾いた場合であっても、ケース３の底面２ａには接触しないように、その外径と厚さが決められる。起歪体１０は、プレート部３１の受け面３１ａに固定されず載置される。しかし、起歪体１０をプレート部３１の受け面３１ａに接着剤等によって固定してもよい。球面部３２は、プレート部３１の裏面３１ｂの中心部に突出して形成される。球面部３２は、ケース３の底面２ａに接触する表面が球面状に形成される。
【００２７】
荷重検出装置１００は、ケース３の内周面と起歪体１０の外周面との間に圧縮状態で配置される弾性部材としてのＯリング４０をさらに備える。Ｏリング４０によって、ケース３の内周面に起歪体１０が保持されるため、ケース３内での起歪体１０のガタつきが防止される。歪ゲージ２０が起歪体１０の外周面に貼り付けられる場合には、Ｏリング４０に対する配線８の干渉を避けるために、歪ゲージ２０はＯリング４０よりも荷重受け面１１側に貼り付けられる。
【００２８】
ケース３内への荷重検出装置１００の組み込みは、支持プレート３０をケース３の底面２ａに載置した後、支持プレート３０のプレート部３１上に起歪体１０を載置し、最後に、Ｏリング４０を、ケース３の内周面と起歪体１０の外周面との間に組み付けることによって行われる。このように、ケース３内へ荷重検出装置１００を簡単に組み込みことができる。ケース３内への荷重検出装置１００の組み込みが完了した後、起歪体１０の中空部１２に荷重測定物５の部分５ａが挿入されるようにして、起歪体１０の荷重受け面１１上に荷重測定物５を載置する。なお、起歪体１０の荷重受け面１１に荷重測定物５を接着剤等によって固定してもよい。
【００２９】
次に、図３及び４を参照して、荷重検出装置１００の作用について説明する。図３は比較例に係る荷重検出装置１０１の断面図であり、図４は荷重検出装置１００の断面図であり、図４及び４とも、荷重測定物５に作用する荷重Ｆが起歪体１０，１０２の中心軸Ｏに対して傾いている場合を示す。
【００３０】
比較例に係る荷重検出装置１０１では、起歪体１０２の形状が円柱状である点と、起歪体１０２は支持プレート３０に支持されておらず、ケース３の底面２ａに直接配置される点で、本実施形態に係る荷重検出装置１００と異なる。
【００３１】
図３に示すように、荷重検出装置１０１では、荷重Ｆが起歪体１０２の中心軸Ｏに対して傾いて荷重測定物５に作用した場合には、起歪体１０２に作用する荷重も中心軸Ｏに対して傾くため、起歪体１０２の外周面に貼り付けられた各歪ゲージ２０の応力が不均一となり、荷重Ｆの検出精度が悪化する。
【００３２】
また、荷重測定物５が部分５ａのような突出する部位を有している場合には、荷重測定物５を受けるための環状のカラー１０３のような部材を設ける必要があり、軸方向の長さが長くなってしまい、大きなスペースを必要とする。部分５ａとしては、例えば、突起物や回転軸等である。
【００３３】
これに対して、図４に示すように、本実施形態に係る荷重検出装置１００では、起歪体１０は支持プレート３０を介してケース３の底面２ａに配置され、支持プレート３０にはケース３の底面２ａに接触する球面部３２が設けられている。したがって、荷重Ｆが起歪体１０の中心軸Ｏに対して傾いて荷重測定物５に作用した場合には、その傾きに起歪体１０が支持プレート３０を介して追従するため、荷重Ｆの作用方向と起歪体１０の中心軸Ｏとが同じ向きとなる。よって、起歪体１０の外周面に貼り付けられた各歪ゲージ２０の応力が均一となり、荷重Ｆの検出精度の悪化が防止される。また、荷重検出装置１００では、ケース３の内周面と起歪体１０の外周面との間にＯリング４０が配置されている。したがって、起歪体１０は、荷重Ｆの傾きに追及してケース３内で傾いた状態でも、Ｏリング４０によってケース３の内周面に保持されるため、ケース３の内周面に接触することがない。よって、起歪体１０は荷重Ｆの傾きにスムーズに追従することができる。
【００３４】
また、起歪体１０は円筒状であり、中空部１２を有する。したがって、荷重測定物５が部分５ａのような突出する部位を有している場合であっても、その部分５ａは中空部１２に挿入されるため、省スペース化が図られる。
【００３５】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００３６】
起歪体１０は荷重測定物５の一部分５ａが挿入される中空部１２を有する円筒状であるため、省スペース化が図られる。また、起歪体１０を支持する支持プレート３０には、ケース３の底面２ａに接触する球面部３２が設けられるため、荷重Ｆが起歪体１０の中心軸Ｏに対して傾いて荷重測定物５に作用した場合であっても、その傾きに起歪体１０が支持プレート３０を介して追従するため、荷重Ｆの作用方向と起歪体１０の中心軸Ｏとが同じ向きとなる。よって、起歪体１０に貼り付けられた各歪ゲージ２０の応力が均一となる。よって、省スペース化に寄与すると共に、検出精度に優れる荷重検出装置１００を実現することができる。
【００３７】
次に、本実施形態の変形例について説明する。以下のような変形例も本発明の範囲内であり、以下の変形例と上記実施形態の各構成とを組み合わせたり、以下の変形例同士を組み合わせたりすることも可能である。
【００３８】
＜変形例１＞
図５に示すように、ケース３の底面２ａに、支持プレート３０の球面部３２を支持する球面凹部２ｂを形成するようにしてもよい。球面凹部２ｂは、底面２ａに球面状に窪んで形成される。球面凹部２ｂは、球面部３２と比較して曲率半径が大きく形成される。ケース３の底面２ａに球面凹部２ｂが形成されることによって、球面部３２は球面凹部２ｂ内でのみ移動して移動が制限されるため、支持プレート３０のプレート部３１の外周面がケース３の内周面に接触して支持プレート３０の傾きが阻害されることが防止される。ただ、起歪体１０の中心軸Ｏに対する荷重Ｆの傾きは、実際には極僅かであり、プレート部３１の外周面がケース３の内周面に接触して支持プレート３０の傾きが阻害される可能性は低いため、球面凹部２ｂは本発明において必須の構成ではない。
【００３９】
＜変形例２＞
図６に示すように、Ｏリング４０に代えて、支持プレート３０に起歪体１０を保持する環状の保持部３３を形成してもよい。保持部３３は、その内周面が起歪体１０の外周面に接触して設けられる。したがって、起歪体１０は、荷重Ｆの傾きに追及してケース３内で傾いた状態でも、ケース３の内周面に接触することがない。なお、保持部３３は環状には限定されることはなく、周方向に部分的に形成するようにしてもよい。ただ、起歪体１０の中心軸Ｏに対する荷重Ｆの傾きは、実際には極僅かであり、起歪体１０外周面がケース３の内周面に接触する可能性は低いため、弾性部材としてのＯリング４０及び保持部３３は、本発明において必須の構成ではない。
【００４０】
＜変形例３＞
図７に示すように、ケース３の内周面と起歪体１０の外周面との間であって歪ゲージ２０に干渉せずかつ起歪体１０の荷重受け面１１を超えない範囲に、Ｏリング４０を支持するポッティング材４１を充填するようにしてもよい。ポッティング材４１が充填されることによって、Ｏリング４０の脱落を防止することができる。また、ポッティング材４１はケース３の底面２ａ側への水分の侵入を防止する防水機能も有する。
【００４１】
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【００４２】
荷重測定物５に作用する荷重Ｆを検出する荷重検出装置１００は、ケース３に収容され、荷重測定物５の一部分５ａが挿入される中空部１２を有する円筒状の起歪体１０と、起歪体１０に取り付けられる歪ゲージ２０と、ケース３の底面２ａに配置され、起歪体１０を支持する支持プレート３０と、を備え、支持プレート３０は、起歪体１０を受けるプレート部３１と、プレート部３１の中心部に設けられ、ケース３の底面２ａに接触する球面部３２と、を有する。
【００４３】
この構成では、起歪体１０は荷重測定物５の一部分５ａが挿入される中空部１２を有する円筒状であるため、省スペース化が図られる。また、起歪体１０を支持する支持プレート３０には、ケース３の底面２ａに接触する球面部３２が設けられるため、荷重Ｆが起歪体１０の中心軸Ｏに対して傾いて荷重測定物５に作用した場合であっても、その傾きに起歪体１０が支持プレート３０を介して追従するため、荷重Ｆの作用方向と起歪体１０の中心軸Ｏとが同じ向きとなる。よって、起歪体１０に貼り付けられた各歪ゲージ２０の応力が均一となる。よって、省スペース化に寄与すると共に、検出精度に優れる荷重検出装置１００を実現することができる。
【００４４】
また、荷重検出装置１００は、ケース３の内周面と起歪体１０の外周面との間に配置される弾性部材としてのＯリング４０をさらに備える。
【００４５】
この構成では、起歪体１０は、荷重Ｆの傾きに追及してケース３内で傾いた状態でも、Ｏリング４０によってケース３の内周面に保持されるため、ケース３の内周面に接触することが防止される。よって、起歪体１０は荷重Ｆの傾きにスムーズに追従することができる。
【００４６】
また、ケース３の底面２ａには、球面部３２を支持する球面凹部２ｂが形成される。
【００４７】
この構成では、支持プレート３０の球面部３２は球面凹部２ｂ内でのみ移動するため、支持プレート３０のプレート部３１の外周面がケース３の内周面に接触して支持プレート３０の傾きが阻害されることが防止される。
【００４８】
また、支持プレート３０のプレート部３１は、起歪体１０を保持する保持部３３を有する。
【００４９】
この構成では、起歪体１０が荷重Ｆの傾きに追及してケース３内で傾いた状態でも、起歪体１０がケース３の内周面に接触することが防止される。
【００５０】
また、ケース３の内周面と起歪体１０の外周面との間に、Ｏリング４０を支持するポッティング材４１が充填されている。
【００５１】
この構成では、Ｏリング４０の脱落を防止することができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００５３】
１００・・・荷重検出装置、２ａ・・・底面、２ｂ・・・球面凹部、３・・・ケース、５・・・荷重測定物、５ａ・・・荷重測定物の一部分、１０・・・起歪体、１２・・・中空部、２０・・・歪ゲージ、３０・・・支持プレート、３２・・・球面部、３３・・・保持部、４０・・・Ｏリング（弾性部材）、４１・・・ポッティング材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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