(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を回転自在に支持するとともに、当該軸に作用するスラスト荷重を受ける軸受と、
前記軸に挿入され、前記軸受に押圧されて歪むロードセル本体と、このロードセル本体の歪み量を検出する歪み検出手段から成るワッシャ型ロードセルと、
前記軸受と前記ワッシャ型ロードセルとの間に介在し、前記軸受に作用するスラスト荷重をワッシャ型ロードセルへ伝達する受圧板と、
から構成されることを特徴とするスラスト荷重検出機構。
【請求項２】
前記ロードセル本体は、両面もしくは片面に複数の突起を備え、この突起を支点として歪む構成であることを特徴とする請求項１に記載のスラスト荷重検出機構。
【請求項３】
前記受圧板は、前記ワッシャ型ロードセルを両面から挟み込むよう対で成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト荷重検出機構。
【請求項４】
前記軸受は、背面を組み合わせて配置される一対のアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のスラスト荷重検出機構。
【請求項５】
前記軸は、その両端を円筒ころ軸受で回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のスラスト荷重検出機構。
【請求項６】
前記軸受は、弾性部材によってワッシャ型ロードセルを押圧する方向へ付勢されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のスラスト荷重検出機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸に作用するスラスト荷重を検出するためのワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のワッシャ型ロードセルとしては、特許文献１に示すものがある。このワッシャ型ロードセルは、軸に挿入してスラスト荷重を検出するものであり、環状を成して片面でスラスト荷重を受圧するロードセル本体を有している。このロードセル本体は空洞であり、ロードセル本体の片面には、ロードセル本体の内輪と外輪とに支持される両持ち梁が幅方向に形成される。また、当該片面の内側には歪みゲージが貼り付けてある。さらに、当該片面の外側には、スラスト荷重を受圧する凸状の支持部が円周方向へ連続して設けてある。この構成により、支持部がスラスト荷重を受圧すると梁が歪み、この歪みを歪みゲージが電気信号として検出してスラスト荷重を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−４０４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ワッシャ型ロードセルは、ロードセル本体の片面において幅方向に梁を形成する構成である。この構成では、梁の全長が幅に制限されるため、支点と作用点との距離を十分に長く設定することができない。そのため、出力感度特性が劣り、スラスト荷重を精度良く検出することができなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、特に低スラスト荷重を精度良く検出可能なワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構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】
上記目的を達成するために、本発明のワッシャ型ロードセルは、環状を成し、片面でスラスト荷重を受圧するロードセル本体と、このロードセル本体の歪みを検出する歪み検出手段とを備えるワッシャ型ロードセルにおいて、前記ロードセル本体が、もう一方の片面に円周方向へ所定の間隔をおいて配置される複数の支持部を有し、スラスト荷重に応じて当該支持部を支点として歪む構成である。
【０００７】
また、上記ワッシャ型ロードセルにおいては、前記ロードセル本体が、前記支持部を有する片面に当該支持部よりも厚みの薄い突部を有する構成であることが望ましい。
【０００８】
また、上記ワッシャ型ロードセルにおいては、前記ロードセル本体が、スラスト荷重を受圧する片面に円周方向へ所定の間隔をおいて配置される複数の受圧部を有し、当該受圧部と前記支持部とは、円周方向における配置位相が異なる構成であることが望ましい。
【０００９】
また、上記ワッシャ型ロードセルにおいては、前記ロードセル本体が、両面から受圧板で挟まれる構成であることが望ましい。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のスラスト荷重検出機構は、軸を回転自在に支持するとともに、当該軸に作用するスラスト荷重を受ける軸受と、前記軸に挿入され、前記軸受に押圧されて変形するロードセル本体と、このロードセル本体の歪み量を検出する歪み検出手段から成るワッシャ型ロードセルと、前記軸受と前記ワッシャ型ロードセルとの間に介在し、前記軸受に作用するスラスト荷重をワッシャ型ロードセルへ伝達する受圧板と、から構成される。
【００１１】
また、前記ロードセル本体は、両面もしくは片面に複数の突起を備え、この突起を支点として歪む構成であることが望ましい。
【００１２】
また、前記受圧板は、前記ワッシャ型ロードセルを両面から挟み込むよう対で成ることが望ましい。
【００１３】
また、前記軸受は、背面を組み合わせて配置される一対のアンギュラ玉軸受であることが望ましい。
【００１４】
また、前記軸は、その両端を円筒ころ軸受で回転自在に支持されていることが望ましい。
【００１５】
前記軸受は、弾性部材によってワッシャ型ロードセルを押圧する方向へ付勢されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構においては、ロードセル本体の片面が円周方向へ所定の間隔をおいて配置される複数の支持部を有する。そのため、ロードセル本体には、当該支持部を固定端とする両持ち梁が形成される。しかも、当該両持ち梁は、円周方向に延びるから、その全長が十分に長くなる。したがって、出力感度特性が向上し、特に低スラスト荷重の検出精度が優れたものとなる。
【００１７】
また、上記ワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構においては、前記ロードセル本体が、前記支持部を有する片面に当該支持部よりも厚みの薄い突部を有する。そのため、ロードセル本体に限界応力を超えるスラスト荷重が作用すると、当該突部が接触して歪み変形を阻止する。したがって、ロードセル本体が損傷することなく、耐久性に優れたものとなる。
【００１８】
また、上記ワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構においては、前記ロードセル本体が、スラスト荷重を受圧する片面に円周方向へ所定の間隔をおいて配置される複数の受圧部を有し、当該受圧部と前記支持部とは、円周方向における配置位相が異なる構成である。この構成により、当該支持部が支点、当該受圧部が作用点として機能するとともに、当該作用点と支点との距離が十分長く設定される。したがって、ロードセル本体の片面を全面に渡って押圧する場合と比較して、出力感度特性が向上する。
【００１９】
また、上記ワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構においては、前記ロードセル本体が、両面から受圧板で挟まれる構成である。この構成により、ロードセル本体にはラジアル方向への滑りが発生しにくくなる。したがって、ヒステリシスを最小限に抑えることができる。
【００２０】
また、上記スラスト荷重検出機構においては、前記軸受が、背面を組み合わせて配置される一対のアンギュラ玉軸受で構成されている。このアンギュラ玉軸受は接触角度を持っているため、ラジアル荷重とスラスト荷重を同時に支持することができる。したがって、ロードセル本体へスラスト荷重を確実に伝達することができる。
【００２１】
また、上記スラスト荷重検出機構においては、前記軸が、その両端を円筒ころ軸受で支持される構成である。この円筒ころ軸受けはラジアル荷重に対する剛性が高い。したがって、軸がラジアル荷重の影響を受けることなく、スラスト荷重の検出精度に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】スラスト荷重検出機構を示す縦断面図である。
【図２】ワッシャ型ロードセルにおいてロードセル本体の表面を示す斜視図である。
【図３】ワッシャ型ロードセルにおいてロードセル本体の裏面を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はスラスト荷重検出機構である。このスラスト荷重検出機構１においては、回転軸２の両端がラジアル荷重に対して負荷能力を有する一対の円筒ころ軸受３，４によって回転自在に支持されている。
【００２４】
前記一対の円筒ころ軸受３，４の間には、特許請求の範囲に記載された軸受の一例として、背面を組み合わせて配置される一対のアンギュラ玉軸受５，６が介在し、回転軸２を回転自在に支持している。このアンギュラ玉軸受５，６は、接触角度を持っているため、ラジアル荷重とスラスト荷重を同時に支持することができる。さらに、上側の円筒ころ軸受３と、下側のアンギュラ玉軸受５との間には、ワッシャ型ロードセル１０がカラー７を介して回転軸４に挿入されている。
【００２５】
前記ワッシャ型ロードセル１０は、図２および図３に示す構成であり、環状を成すロードセル本体１１を有している。このロードセル本体１１の片面（表面）には、図２に示すように、円周上を４等分する位置に支持部１２，１３，１４，１５が形成されている。すなわち、ロードセル本体１１には当該支持部１２と１３、１３と１４、１４と１５、あるいは１５と１２を固定端とする両持ち梁１６，１７，１８，１９が形成されている。この構成により、もう一方の片面（裏面）を押圧するスラスト荷重に応じて、ロードセル本体１１が当該支持部１２，１３，１４，１５を支点として歪むように構成されている。なお、本実施形態においては、円周上を４等分するように支持部１２，１３，１４，１５が設けてあるが、当該４等分に限定されることなく、３等分あるいは５等分するように支持部を設ける構成であってもよい。
【００２６】
また、前記ロードセル本体１１の片面には、隣り合う前記支持部１２と１３、１３と１４、１４と１５、あるいは１５と１２の間隔の中間位置に突部２０，２１，２２，２３が形成されている。この突部２０，２１，２２，２３は、支持部１２，１３，１４，１５よりも厚みが薄く形成されている。この構成により、ロードセル本体１１に限界応力を超えるスラスト荷重が作用すると、ロードセル本体１１が破壊される前に、当該突部２０，２１，２２，２３が、詳細を後述する受圧板に接触して歪み変形を阻止する。
【００２７】
前記ロードセル本体１１のもう一方の片面には、図３に示すように、円周上を４等分する位置に受圧部２４，２５，２６，２７が形成されている。この受圧部２４，２５，２６，２７は、前記突部２０，２１，２２，２３の後方に配置されており、円周方向における配置位相が前記支持部１２，１３，１４，１５と異なる。この構成により、ロードセル本体１１において両持ち梁１６，１７，１８，１９の中間位置が対応する受圧部２０，２１，２２，２３から押圧されて歪むように構成されている。
【００２８】
さらに、前記ロード本体１１は、図２に示すように、その両面から受圧板３０，３１に挟まれている。この受圧板３０，３１は環状を成しており、回転軸２に挿入される。そして、一方の受圧板３０は、前記支持部１２，１３，１４，１５にねじ１２ｓ，１３ｓ，１４ｓ，１５ｓで固定されており、もう一方の受圧板３１においても、前記受圧部２４，２５，２６，２７にねじ２４ｓ，２５ｓ，２６ｓ，２７ｓで固定されている。
【００２９】
前記受圧板３０は、前記ロードセル本体１１と、前記円筒ころ軸受３との間に介在し、上面が円筒ころ軸受３の外輪下面に接触する一方、下面が当該ロードセル本体１１の支持部１２，１３，１４，１５に接触するようにして回転軸５に挿入されている。また、もう一方の受圧板３１は、ロードセル本体１１と、アンギュラ玉軸受５との間に介在し、上面が当該ロードセル本体１１の受圧部２４，２５，２６，２７に接触する一方、下面がアンギュラ玉軸受５の外輪上面に接触するようにして回転軸５に挿入されている。
【００３０】
前記ロードセル本体１１の両面には、図２および図３に示すように、歪み検出手段の一例である歪みゲージ４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７が合計８枚貼り付けてある。歪みゲージ４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７は、前記両持ち梁１６，１７，１８，１９の両面に貼り付けられており、ロードセル本体１１の歪みを電気信号として検出する。そして、これら電気信号の総和から歪み量を算出してスラスト荷重を検出するように構成されている。
【００３１】
また、アンギュラ玉軸受６と、一方の円筒ころ軸受４との間には弾性部材の一例であるウェーブワッシャ５０が介在している。このウェーブワッシャ５０が回転軸４に挿入される前述の各構成部品に予圧を与えることにより、当該部品間に隙間が生じることがないように構成されている。ここで、このウェーブワッシャ５０は、その両面がウェーブ形状を成しており、弾性変形可能に構成されている。なお、このウェーブワッシャ５０に代えて、弾性変形可能な部品の一例としてゴム製のパッキンを用いてもよい。
【００３２】
以下、回転軸４に作用するスラスト荷重の伝達経路を説明する。図１に示す１点鎖線の矢印は、スラスト荷重の伝達経路を示すものである。まず、回転軸４にスラスト荷重が作用すると、回転軸４のフランジ部２ａが円筒ころ軸受３の内輪を押圧する。この内輪からウェーブワッシャ２９を介して隣接するアンギュラ玉軸受６の内輪にスラスト荷重が伝達される。ここで、アンギュラ玉軸受５，６おいては、玉と、内輪および外輪とは接触角を有している。そのため、二個のアンギュラ玉軸受５，６の背面を組合わせて配置することにより、内輪に伝達されたスラスト荷重は、玉を介して確実に外輪へ伝達される。
【００３３】
続いて、前記アンギュラ玉軸受５の外輪に伝達されたスラスト荷重は、受圧板３１を介してロードセル本体１１の支持部１２，１３，１４，１５へ伝達される。これを受け、ロードセル本体１１に形成された突部１６，１７，１８，１９が受け部材２０を押圧する。そのため、当該突部１６，１７，１８，１９を支点としてロードセル本体１１には歪みが生じる。すなわち、ロードセル本体１１において、隣接する突部１６と突部１７、突部１７と突部１８および突部１８と突部１９は梁として機能し、この梁に歪みが生じる。
【００３４】
ここで、ロードセル本体１１の片面上には、前記第２の突部２１，２２，２３，２４が形成されている。これにより、ロードセル本体１１に限界応力を超えるスラスト荷重が作用すると、当該第２の突部２１，２２，２３，２４が受圧板３０に接触する。そのため、ロードセル本体１１がスラスト荷重の過負荷により損傷することがないよう保護されている。
【００３５】
以上のように本発明のスラスト荷重検出機構１においては、回転軸４が一対の円筒ころ軸受３，４によって回転自在に支持されている。この円筒ころ玉軸受３，４は、回転軸２に作用するラジアル荷重に対して負荷能力を有するものである。しかも、アンギュラ玉軸受５，６の背面を組み合わせて配置することにより、図１に示す一点鎖線のように、スラスト荷重がその外輪へ確実に伝達される。そのため、ラジアル荷重の影響を受けることなく、ワッシャ型ロードセル１０へスラスト荷重が確実に伝達されるため、回転軸２に作用するスラスト荷重を精度良く検出することができる。
【００３６】
また、本発明のワッシャ型ロードセル１０においては、支持部１２，１３，１４，１５と受圧部２４，２５，２６，２７との距離、すわなち、支点と作用点との距離を十分に長く設定できる構成である。そのため、出力感度特性が向上し、特に低スラスト荷重の検出精度が優れたものとなる。
【００３７】
また、上記従来技術に記載したワッシャ型ロードセルのように、ロードセル本体１１の幅方向に梁を形成する構成では、ロードセル本体１１の内輪および外輪が梁の両支持端となり、歪みゲージの貼り付け作業においてこれが邪魔になる。特に、装置を小型化すればするほど、内輪と外輪の間隔が狭くなり、ますます貼り付け作業が困難となる。これに対して、本発明のワッシャ型ロードセル１０においては、円周方向に両持ち梁１６，１７，１８，１９を形成する構成である。そのため、歪みゲージ４０ないし４７を貼り付けるためのスペースが十分に確保されている。したがって、歪みゲージ４０ないし４７を貼り付ける作業が容易となるとともに、本体の厚みを薄くすることができる。
【００３８】
また、実際にワッシャ型ロードセル１０を回転軸２に挿入してスラスト荷重を検出する場合、回転軸２の傾き等により、ロードセル本体１１の片面は均等に押圧されない。そのため、ロードセル本体１１の歪みが不均一に生じる。しかしながら、従来のように、ロードセル本体の幅方向に梁を形成する構成では、不均一な歪みを検出するには、片面全体に渡って歪みゲージを貼り付け、これらの総和から歪みを検出する必要がある。これに対して、本発明のワッシャ型ロードセル１０においては、円周方向に梁１６，１７，１８，１９を形成する構成であるから、不均一な歪みであっても、梁の個数分だけ歪みゲージを貼り付ければ、これらの電気信号の総和から歪みを検出することができる。
【００３９】
また、本発明のワッシャ型ロードセルにおいて１は、ロードセル本体１１が、両面から受圧板３０，３１で挟まれる構成である。しかも、これらをねじ１２ｓ，１３ｓ，１４ｓ，１５ｓおよび２４ｓ，２５ｓ，２６ｓ，２７ｓで固定することにより、ロードセル本体１１にはラジアル方向への滑りが発生しにくくなる。そのため、ロードセル本体１１にスラスト荷重をかける段階およびこの荷重を減らしていく段階において、ヒステリシスを最小限に抑えることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  スラスト荷重検出機構
２  回転軸
２ａ  フランジ部
３，４  円筒ころ軸受
５，６  アンギュラ玉軸受
７  カラー
１０  ワッシャ型ロードセル
１１  ロードセル本体
１２，１３，１４，１５  支持部
１２ｓ，１３ｓ，１４ｓ，１５ｓ  ねじ
１６，１７，１８，１９  両持ち梁
２０，２１，２２，２３  突部
２４，２５，２６，２７  受圧部
２４ｓ，２５ｓ，２６ｓ，２７ｓ  ねじ
３０，３１  受圧板
４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７  歪みゲージ
５０  ウェーブワッシャ
【図１】
0005597095.tif 000002
【図２】
0005597095.tif 000003
【図３】
0005597095.tif 000004