(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センシング素子の支持体である板状部材の長手方向の中央部付近に荷重センサが設けられ、板状部材の長手方向が荷重測定箇所に掛かる引張力又は圧縮力の方向に沿って伸縮するようにこの板状部材が荷重測定箇所に添えられ、前記板状部材は、前記荷重測定箇所に対し、隙間が空くように溶接されていることを特徴とするセンシング素子の固定構造。
【請求項２】
前記板状部材は、その長手方向の両端二点で前記荷重測定箇所に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子の固定構造。
【請求項３】
上記板状部材が、上記荷重測定箇所に掛かる圧縮力により座屈を生じない程度に薄く形成されたことを特徴とする請求項１、又は２に記載のセンシング素子の固定構造。
【請求項４】
上記荷重センサは、上記板状部材の表面に形成された絶縁領域上で導電性材料からなる四本の抵抗体をブリッジ接続し、これら抵抗体どうしの接続箇所のうち一方の対角線上の二つの接続箇所間に電圧を印加することで他方の対角線上の二つの上記接続箇所間に発生する電位差が上記板状部材に作用する圧縮力又は引張力に応じて変化するように構成されており、上記四つの抵抗体のうち二つの抵抗体が上記板状部材の長手方向に間隔を置いて対向すると共に、他の二つの抵抗体が幅方向に間隔を置いて対向するように上記絶縁領域上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセンシング素子の固定構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばトラック等の車両の積載重量を測定するのに用いることができる歪みゲージ式のセンシング素子の固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トラック等の重量物を積載して走行する車両においては、走行中に横転等の交通事故を起こしたり、車両や路面を異常に早く劣化させてしまう等といったことが問題視されている。このような問題の発生要因の一つとして過積載が挙げられ、この過積載を防止するために以前から車両の積載重量、即ち、車両にかかる荷重の測定が行われている。
【０００３】
在来の車両の荷重測定は台秤に測定対象の車両を載せて行っていたが、施設が大かかりで広い設置スペースを必要とするため、設置できる台秤の台数が制限され多くの車両を測定することができない他、設置コストが嵩む。
【０００４】
そこで、近年では、車両自体に搭載して荷重を測定する荷重測定装置が用いられている。
【０００５】
例えば、特開平８−３１３３３２号公報の荷重測定装置は、一端が二股状のブラケットを介して荷台フレームに連結されるリーフスプリングの他端と、荷台フレームに連結されたもう一つのブラケットとの間にシャックルが介設されていることに着目し、このシャックルをブラケットに揺動可能に連結するのに用いるシャックルピン内に、例えば歪ゲージ式センサ等の荷重測定用の歪ゲージ式のセンシング素子を取り付け、各車輪に対応する複数のセンシング素子の測定値の合計を基に荷重を算出するようにしている。
【０００６】
各センシング素子は表面が絶縁膜で覆われた板状部材の中央部に荷重センサを配設してなるもので、荷重センサは板状部材の長手方向及び幅方向のいずれとも４５°に交差する四つの抵抗体を略正方形状に接続した抵抗部と、各抵抗体の接続箇所に配置された四つの端子部とで構成されている。
【０００７】
車両にかかる荷重等でブラケットとシャックルとのうちいずれか一方が他方に対して車両の高さ方向に沿って相対移動すると、幅方向に沿う剪断力が板状部材に作用して荷重センサの抵抗値が変化し荷重の大きさが検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平８−３１３３３２号公報の荷重測定装置はセンシング素子をシャックルピンの各収容部に挿入し固定するようになっているので、センシング素子が収容部内でガタつくことがあり、そのため測定精度が低下する場合がある。
【０００９】
また、シャックルピンに孔をあけてこの孔の中にセンシング素子を挿入したり、シャックルピン内からリード線を引き出したりしなければならないので、センシング素子の荷重測定箇所への組み付け作業が面倒であり、また荷重測定箇所であるシャックルピンの強度の低下を来すという問題もある。
【００１０】
本発明は、従来の荷重測定装置の欠点を解決する手段を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、センシング素子（１）の支持体である板状部材（２）の長手方向（Ｘ）の中央部付近に荷重センサ（３）が設けられ、板状部材（２）の長手方向（Ｘ）が荷重測定箇所（４又は５）に掛かる引張力又は圧縮力の方向に沿って伸縮するようにこの板状部材（２）が荷重測定箇所（４又は５）に添えられ、この板状部材（２）は、荷重測定箇所（４又は５）に対し、隙間が空くように溶接されているセンシング素子の固定構造を採用する。
また、板状部材は、その長手方向の両端二点（２ａ、２ｂ）で前記荷重測定箇所に溶接されているセンシング素子の固定構造を採用する。
【００１２】
この請求項１、又は２に係る発明によれば、板状部材（２）を荷重測定箇所（４又は５）に溶接により固定するので、センシング素子（１）を荷重測定箇所（４又は５）に簡易に装着することができる。また、板状部材（２）のガタツキを防止し精度良く荷重を測定することができ、繰り返し測定を行っても同じような精度で測定することができる。また、センシング素子（１）の溶接は二箇所で行われるのみであるから、それ以上の箇所で溶接する場合に比しセンシング素子（１）にかかる捩れ方向の溶接応力を防ぐ事ができ、安定した歪み検出を行うことができる。さらに、荷重センサ（３）から最も離れた箇所を溶接するので、荷重センサ（３）等に対する伝熱による影響を防ぐ事ができる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、上記板状部材（２）が、上記荷重測定箇所（４又は５）に掛かる圧縮力により座屈を生じない程度に薄く形成された請求項１、又は２に記載のセンシング素子の固定構造を採用する。
【００１４】
この請求項３に係る発明によれば、板状部材（２）が薄いので荷重測定箇所（４又は５）に適正に溶接することができる。また、板状部材（２）は座屈による撓みを回避しうる薄さであるから、精度良く荷重を検出することができる。
【００１５】
また、請求項４に係る発明は、上記荷重センサが、上記板状部材（２）の表面に形成された絶縁領域上で導電性材料からなる四本の抵抗体（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）をブリッジ接続し、これら抵抗体（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）どうしの接続箇所のうち一方の対角線上の二つの接続箇所間に電圧を印加することで他方の対角線上の二つの上記接続箇所間に発生する電位差が上記板状部材（２）に作用する圧縮力又は引張力に応じて変化するように構成されており、上記四つの抵抗体（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）のうち二つの抵抗体（１４ａ，１４ｃ）が上記板状部材（２）の長手方向（Ｘ）に間隔を置いて対向すると共に、他の二つの抵抗体（１４ｂ，１４ｄ）が幅方向（Ｙ）に間隔を置いて対向するように上記絶縁領域上に配置されている請求項１〜３のいずれかに記載のセンシング素子の固定構造を採用する。
【００１６】
この請求項４に係る発明によれば、溶接部（１２ａ，１２ｂ）を介して板状部材（２）に加わる圧縮力又は引張力を抵抗体に及ぼし抵抗体の抵抗値を変化させることができるので、荷重測定箇所に掛かる荷重を適正に検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、車両の積載重量等の荷重を測定するためのセンシング素子１は、支持体である略長方形の板状部材２と、板状部材２の長手方向Ｘの中央部付近に形成された荷重センサ３とを備えている。
【００１９】
図３に示すように、センシング素子１はその板状部材２の長手方向Ｘが荷重測定箇所に掛かる引張力又は圧縮力の方向に沿って伸縮するように即ち車両６の車幅方向Ｍに平行に伸縮するように前後の車軸４，５の左右に夫々配置される。図３中符号７は前車輪を示し、符号８は後車輪を示す。各板状部材２は車軸４，５の上面に添えられ、図１及び図２に示すように、各板状部材２の長手方向Ｘの両端２ａ，２ｂが荷重測定箇所である車軸４，５に溶接される。
【００２０】
図４及び図５に示すように、この実施の形態における後車軸５は、駆動軸５ａ、この駆動軸５ａを取り巻く後車軸管５ｂ、後車軸管５ｂに軸受９を介し支持される後輪ドラム１０等を有しており、車両重量はすべて後車軸管５ｂが負担し、駆動軸５ａは軸受９を介して後車軸管５ｂで支えられつつトルクを伝えるのみである。このため車両６の自重及び積荷重量が後車軸５に作用すると後車軸管５ｂが上方に反り返るように撓み、後車軸管５ｂの上面には圧縮力が作用し、後車軸管５ｂの下面には引張力が作用することになる。この実施の形態では各板状部材２は後車軸管５ｂの上面に取り付けられることから長手方向Ｘに圧縮力を受けることになる。もちろん各板状部材２は後車軸管５ｂの下面に取り付けてもよく、その場合は長手方向Ｘに引張力を受けることになる。後車軸管５ｂの中央部に設けられる差動歯車のカバー部１１上にも取り付けることができる。また、図示しないが前車軸４も車両重量で撓む箇所を有しており、この撓む箇所の上面又は下面に板状部材２が取り付けられる。
【００２１】
各板状部材２はその長手方向Ｘの両端２ａ，２ｂすなわち二点で車軸４又は５に溶接され固定される。これにより板状部材２には二つの点状溶接部１２ａ，１２ｂが形成される。このように溶接により固定すると、接着剤、ネジ、ピン等の他の固定手段を用いた場合に比し、反復荷重を受けても再現性が損なわれず、歪み伝達能力も高い。溶接は具体的にはタングステンイナートガス（ＴＩＧ）溶接による。また、このように二点で固定すると、三点以上の多点で固定する場合に比し、センシング素子１に捩れ方向の溶接応力が生じないようにする事ができ、安定した歪み検出を行うことができる。また、溶接するべき二点は荷重センサ３から最も離れた個所であり、荷重センサ３に対する伝熱による影響が防止される。また、図２に示すように、板状部材２は車軸４又は５に対し隙間δが空くように溶接されている。
【００２２】
板状部材２は、例えば鋼板を略長方形に打ち抜くことにより形成される。板状部材２の表面にはシリコン酸化物等の絶縁膜の被着による絶縁領域（図示せず）が形成される。板状部材２における長手方向Ｘの中央部はその両側に切欠１３が形成されることにより幅が狭くなっている。板状部材２は望ましくはステンレス鋼板で作られ、より望ましくはマルテンサイト系の析出硬化形ステンレス鋼であって１７Ｃｒ−４Ｎｉ−４Ｃｕ−０．０６Ｃ−０．２５Ｎｂ（数字は重量％）の組成のもの（ＳＵＳ６３０）で作られる。この組成のステンレス鋼を用いることで低温側での温度特性が向上する。
【００２３】
また、板状部材２は上述した圧縮力の作用により座屈を生じないような形状に形成される。板状部材２が圧縮力により撓んだり座屈を生じたりすると歪みを適正に検出することができない。また、打ち抜き加工や溶接をしやすくするため望ましくは圧縮力により座屈を生じない程度に薄く形成される。
【００２４】
座屈を生じないような板状部材２の最小厚さｈは、例えば次に示すオイラーの式により求めることができる。
【００２５】
σ＝ｎ・（π2・Ｅ・Ｉ）／（Ａ・Ｌ2）                    （式１）
式１において、σは座屈応力（MPa）、ｎは固定係数（両端固定の場合：ｎ＝４）、Ｅは板状部材２の材料の縦弾性係数（MPa）、Ｉは断面二次モーメント（mm4）、Ｌは板状部材２の長手方向の長さ（mm）、Ａは板状部材２の幅方向Ｙの横断面積（mm2）である。
【００２６】
上式に、ＳＵＳ６３０の２％耐力としてσ≦８８３（MPa）、板状部材２の矩形横断面の高さ（板状部材の厚さ）ｈ、幅ｂとしてＩ＝ｂｈ3／１２を代入すると、次式が求まる。
【００２７】
0003675710.tif 000002
ここで、固定係数ｎ＝４、SUS６３０の縦弾性係数Ｅ＝１９６２００（MPa）、Ｌ＝２０（mm）とし、式２へ代入すると、次式が求まる。
【００２８】
ｈ≧０．０３７・Ｌ
ｈ≧０．７４                            （式３）
その結果、ｈ≧０．７４（mm）となり、板状部材２の厚さは０．７４（mm）となる。従って、板状部材２の厚さは０．７４（mm）よりも小さくならない程度の薄さであれば、圧縮力を受けても座屈を生じることなく荷重の大きさに応じて伸縮することになる。
【００２９】
荷重センサ３は、板状部材２の中央部の一方の面における例えばシリコン酸化膜からなる絶縁領域上に形成されている。
【００３０】
この荷重センサ３は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、導電性材料からなる四本の抵抗体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄをブリッジ接続し、これら抵抗体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄどうしの接続箇所のうち一方の対角線上の二つの接続箇所間に電圧を印加することで他方の対角線上の二つの上記接続箇所間に発生する電位差が板状部材２に作用する圧縮力又は引張力に応じて変化するように構成される。
【００３１】
四本の抵抗体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、等しい長さ及び幅で細長く形成され、正方形を呈するように端部同士がつながれている。また、四つの抵抗体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄのうち二つの抵抗体１４ａ，１４ｃが板状部材２の長手方向Ｘに間隔を置いて対向すると共に、他の二つの抵抗体１４ｂ，１４ｄが幅方向Ｙに間隔を置いて対向するように配置されている。四本の抵抗体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ間の四つの接続箇所には、夫々端子部１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈが設けられている。すなわち、抵抗体１４ａ，１４ｂ同士、抵抗体１４ｂ，１４ｃ同士、抵抗体１４ｃ，１４ｄ同士、抵抗体１４ｄ，１４ｅ同士の間に、各端子部１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈが、抵抗体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを電気的に接続するように設けられている。各端子部１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈは略正方形に形成され、各辺が板状部材２の長手方向Ｘと幅方向Ｙに平行に伸びている。そして、抵抗体１４ａ，１４ｂの接続箇所に配設された端子部１４ｅと、抵抗体１４ｃ，１４ｄの接続箇所に配設された端子部１４ｇとの間に、作動用電源Ｂから電圧Ｖが印加されると、抵抗体１４ｂ，１４ｃの接続箇所に配設された端子部１４ｆと、抵抗体１４ｄ，１４ａの接続箇所に配設された端子部１４ｈとの間から出力される信号Ｓの大きさが、板状部材２の長手方向Ｘにかかる荷重に応じて変化する半導体抵抗ブリッジを構成している。
【００３２】
なお、センシング素子１は車軸４，５上に固定される際は、図５に示すように、予めカバー１５等で覆われ保護されている。
【００３３】
次に、上述のごとく荷重測定箇所である車軸４，５に取り付けられたセンシング素子１の作用について説明する。
【００３４】
車両６にかかる荷重で車軸４，５が撓むと、センシング素子１の板状部材２が二点の溶接部１２ａ，１２ｂを介して圧縮される。すると、荷重センサ３は、図７に示すように、板状部材２の長手方向Ｘにおいて対向する一対の抵抗体１４ａ，１４ｃは元の寸法から変わらないが、板状部材２の幅方向Ｙにおいて対向する一対の抵抗体１４ｂ，１４ｄが元の寸法から同じ長さずつそれぞれ縮んで、抵抗体１４ａ，４ｃの抵抗値Ｒ14a，Ｒ14cは元の値から変わらないものの、抵抗体１４ｂ，１４ｄの抵抗値Ｒ14b，Ｒ14dが元の値から同じ値ずつそれぞれ下がる。これにより、端子部１４ｆに現れる電位Ｖ4f＝Ｖ×｛Ｒ14b／（Ｒ14b＋Ｒ14c）｝が元の値から下がると共に、端子部４ｈに現れる電位Ｖ4h＝Ｖ×｛Ｒ14a／（Ｒ14a＋Ｒ14d）｝が元の値から上がり、従って、端子部４ｆ，４ｈ間の電位差Ｖ4f−Ｖ4hが、元の値から変化する。このため、車両６にかかる荷重等で車軸４，５が反り返るように撓むと、荷重センサ３の出力が元の値から変化する。この出力の変化は荷重の増減に比例する。
【００３５】
各荷重センサ３からの信号は図示しない制御装置に入力され、制御装置は各荷重センサ３からの信号に基づいて積荷の重量を演算し、例えば積荷の重量が制限重量を越えると運転席等に設けられた警報器を作動させる。
【００３６】
なお、上記実施の形態ではセンシング素子を固定する荷重測定箇所を車軸として説明したが、その他射出成形機のピストン、貯留タンクの壁面等にもセンシング素子を固定し、それらに掛かる荷重を測定することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１、又は２に係る発明によれば、センシング素子の支持体である板状部材の長手方向の中央部付近に荷重センサが設けられ、板状部材の長手方向が荷重測定箇所に掛かる引張力又は圧縮力の方向に沿って伸縮するようにこの板状部材が荷重測定箇所に添えられ、前記板状部材は、前記荷重測定箇所に対し、隙間が空くように溶接され、前記板状部材は、その長手方向の両端二点で前記荷重測定箇所に溶接されているセンシング素子の固定構造であり、板状部材を溶接により固定するので、板状部材を荷重測定箇所に簡易に装着することができる。また、板状部材のガタツキを防止し精度良く荷重を測定することができ、繰り返し測定を行っても同じような精度で測定することができる。また、センシング素子の溶接は二箇所で行われるのみであるから、それ以上の箇所で溶接する場合に比しセンシング素子にかかる捩れ方向の溶接応力を防ぐ事ができ、安定した歪み検出を行うことができる。さらに、荷重センサから最も離れた箇所を溶接するので、荷重センサ等に対する伝熱による影響を防ぐ事ができる。
【００３８】
また、請求項３に係る発明によれば、請求項１、又は２に記載のセンシング素子の固定構造において板状部材が、荷重測定箇所に掛かる圧縮力により座屈を生じない程度に薄く形成されたことから、荷重測定箇所に適正に溶接することができる。また、板状部材は座屈による撓みを回避しうる薄さであるから、精度良く荷重を検出することができる。
【００３９】
また、請求項４に係る発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載のセンシング素子の固定構造において、荷重センサが、板状部材の表面に形成された絶縁領域上で導電性材料からなる四本の抵抗体をブリッジ接続し、これら抵抗体どうしの接続箇所のうち一方の対角線上の二つの接続箇所間に電圧を印加することで他方の対角線上の二つの接続箇所間に発生する電位差が板状部材に作用する圧縮力又は引張力に応じて変化するように構成されており、四つの抵抗体のうち二つの抵抗体が板状部材の長手方向に間隔を置いて対向すると共に、他の二つの抵抗体が幅方向に間隔を置いて対向するように絶縁領域上に配置されていることから、溶接部を介して板状部材に加わる圧縮力又は引張力を抵抗体に及ぼし抵抗体の抵抗値を変化させることができるので、適正に荷重を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセンシング素子の固定構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示す固定構造の側面図である。
【図３】車両に対するセンシング素子の配置状態を示す模式図である。
【図４】車両の後車軸に対するセンシング素子の取付状態を示す斜視図である。
【図５】車両の後車軸に対するセンシング素子の取付状態を示す縦断面図である。
【図６】（Ａ）は荷重センサの拡大平面図、（Ｂ）は等価回路図である。
【図７】車軸の撓みに伴い変形した荷重センサを示す拡大平面図である。
【符号の説明】
１…センシング素子
２…板状部材
２ａ，２ｂ…板状部材の長手方向の両端
３…荷重センサ
４，５…車軸
６…車両
１２ａ，１２ｂ…溶接部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…抵抗体
Ｍ…車幅方向
Ｘ…板状部材の長手方向
Ｙ…板状部材の幅方向
【図１】
0003675710.tif 000003
【図２】
0003675710.tif 000004
【図３】
0003675710.tif 000005
【図４】
0003675710.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003675710.tif 000008
【図７】
0003675710.tif 000009