(57)【要約】【課題】  荷重測定域が広く、しかも引張荷重及び圧縮荷重の双方が測定可能なロードセルを得る。【解決手段】  対向配置された第１及び第２の２つの荷重作用部材４１，４３の間に、移動子４５を挟んで低荷重用及び高荷重用の２つの弾発材４７，４９を直列に接続すると共に、圧縮荷重作用時及び引張荷重作用時のそれぞれにおいて前記移動子４５の移動を規制することで低荷重用弾発材４７の受け持つ荷重域を所定の荷重域に規制する荷重域規制枠５１を装備し、各弾発材４７，４９の弾性変形量から作用荷重を検出する歪みゲージ５３，５５により第１及び第２の荷重作用部材４１，４３間に作用した荷重を測定する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１の荷重作用部材と第２の荷重作用部材との間に、低荷重用弾発材と高荷重用弾発材とを直列に接続すると共に、圧縮荷重作用時及び引張荷重作用時において前記低荷重用弾発材の受け持つ荷重域を所定の荷重域に規制する荷重域規制枠を装備し、前記低荷重用弾発材の弾性変形量から作用荷重を検出する低荷重用歪みゲージと前記高荷重用弾発材の弾性変形量から作用荷重を検出する高荷重用歪みゲージとで前記第１及び第２の荷重作用部材間に作用した荷重を測定することを特徴とするロードセル。
【請求項２】
前記低荷重用弾発材及び高荷重用弾発材が、荷重作用方向と直交する方向に広がっている板であることを特徴とする請求項１に記載のロードセル。
【請求項３】
前記低荷重用弾発材の受け持つ荷重域を、前記低荷重用弾発材又は前記高荷重用弾発材と前記荷重域規制枠との間の荷重作用方向の隙間量によって規制していることを特徴とする請求項１又は２に記載のロードセル。
【請求項４】
試験荷重を受けるロードセルとして、請求項１〜３のいずれかに記載のロードセルを使用したことを特徴とする試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張と圧縮の両方向での広範な荷重測定に適用でき、例えば、ブレーキの制動試験等に用いて好適なロードセル及び該ロードセルを用いた試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレーキの制動試験では、低トルク域及び高トルク域のそれぞれでの制動特性を調べるために、測定荷重域の広いロードセルの開発が求められている。
また、前進時及び後進時の制動特性を調べるために、引張と圧縮の双方で荷重測定が可能なロードセルの開発も求められている。
【０００３】
従来、荷重域の広いロードセルとしては、圧縮荷重検出用として、荷重の大小に応じて検出感度の異なるロードセルを自動的に切り換え操作するように構成して、低荷重から高荷重までの広域の荷重測定を可能にした２段式ロードセルが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、引張と圧縮の双方向の荷重測定ができる荷重試験装置も提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−１４３４２１号公報
【特許文献２】特開２００３−５７１２７号公報
【特許文献３】特開平１１−０２３４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載のロードセルは、荷重測定域は広いが、対応する荷重が圧縮荷重のみであったため、引張荷重を測定する場合には、試験機側に荷重の作用方向を変換する機構を追加するか、あるいは、別途、引張荷重用のロードセルを準備する必要があった。
また、特許文献２，３に記載の装置は、引張荷重及び圧縮荷重の双方に対応できるものの、荷重測定域が狭く、広域の荷重測定器が求められるブレーキの制動試験には適さないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解消することにあり、その目的は、荷重測定域が広く、しかも引張荷重及び圧縮荷重の双方が測定可能で、ブレーキの制動試験等に用いて好適なロードセル及び該ロードセルを用いた試験機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  対向配置された第１の荷重作用部材と第２の荷重作用部材との間に、低荷重用弾発材と高荷重用弾発材とを直列に接続すると共に、圧縮荷重作用時及び引張荷重作用時において前記低荷重用弾発材の受け持つ荷重域を所定の荷重域に規制する荷重域規制枠を装備し、前記低荷重用弾発材の弾性変形量から作用荷重を検出する低荷重用歪みゲージと前記高荷重用弾発材の弾性変形量から作用荷重を検出する高荷重用歪みゲージとで前記第１及び第２の荷重作用部材間に作用した荷重を測定することを特徴とするロードセル。
【０００９】
（２）  上記（１）において、前記低荷重用弾発材及び高荷重用弾発材が、荷重作用方向と直交する方向に広がっている板であることを特徴とするロードセル。
（３）  上記（１）又は（２）において、前記低荷重用弾発材の受け持つ荷重域を、前記低荷重用弾発材又は前記高荷重用弾発材と前記荷重域規制枠との間の荷重作用方向の隙間量によって規制していることを特徴とするロードセル。
（４）  試験荷重を受けるロードセルとして、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のロードセルを使用したことを特徴とする試験機。
【発明の効果】
【００１０】
上記（１）に記載のロードセルでは、対向する第１の荷重作用部材と第２の荷重作用部材との間に直列に、低荷重用弾発材と高荷重用弾発材とを装備したものであるため、圧縮荷重の場合でも、引張荷重の場合でも、第１の荷重作用部材と第２の荷重作用部材との間に作用する荷重は、全て、低荷重用弾発材及び高荷重用弾発材の弾性変形に変わる。従って、低荷重用弾発材の弾性変形量から作用荷重を検出する低荷重用歪みゲージと高荷重用弾発材の弾性変形量から作用荷重を検出する高荷重用歪みゲージとで、引張荷重及び圧縮荷重の双方を測定することができる。
また、低荷重用弾発材及び高荷重用弾発材の受け持つ荷重域が荷重域規制枠によって分担されているため、荷重測定域が広くとれる。
【００１１】
上記（２）に記載のロードセルでは、低荷重用弾発材や高荷重用弾発材は、例えばコイルばねを使用する場合と相違して、単一の板である弾発材で引張荷重及び圧縮荷重の双方に対応できる。
また、このロードセルは、コイルばねを使用する場合と比較すると、荷重作用方向の寸法を小さく抑えることができ、第１の荷重作用部材と第２の荷重作用部材との間の寸法を短縮して、コンパクト化を図ることができる。
【００１２】
上記（３）に記載のロードセルでは、低荷重用弾発材の受け持つ荷重域を、低荷重用弾発材又は高荷重用弾発材と荷重域規制枠との間の荷重作用方向の隙間量を調整することによって変更することができる。
【００１３】
上記（４）に記載の試験機では、単一のロードセルで、引張荷重及び圧縮荷重の双方の測定試験ができ、また、荷重測定域も広くとれるため、ブレーキの制動試験時においては、前進制動時、後進制動時、低トルク制動時、高トルク制動時などの各種条件における制動特性を、許容荷重域の異なるロードセルへの交換処理等を行わずに円滑に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るロードセル及び該ロードセルを用いた試験機の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るロードセルを用いた試験機の一実施の形態の正面図で、図２は図１に示した試験機の側面図である。
【００１５】
図１及び図２に示した試験機１は、車両用ブレーキの制動トルクを測定するもので、この一実施の形態のロードセル及び該ロードセルを用いた試験機１は、基台２と、この基台２に据え付けられた駆動モータ（直流モータ）４と、基台２上に、支持台６，７に装備した軸受６ａ，７ａを介して回転自在に支持されて駆動モータ４により回転駆動される入力軸９と、この入力軸９に固着装備されて必要な慣性力を付与する慣性重り１１と、入力軸９の先端側に軸芯を合わせて対向配置される測定軸１３と、この測定軸１３を基台２上に回転自在に支持する支持台１５及び軸受１５ａと、測定軸１３に一体的に取り付けられたトルクアーム１７と、一端がリンク１９を介してブラケット２１に連結されると共に他端がリンク２３を介してトルクアーム１７の先端に連結されたロードセル２５とを備えている。
ブラケット２１は支持台１５に一体化されていて、基台２に固定されている。リンク１９及びリンク２３は、ロードセル２５を介して一直線状に並ぶように配置される。
【００１６】
以上の試験機１は、入力軸９の先端部にブレーキ装置のロータ３１が固定され、入力軸９の先端に対向する測定軸１３の先端には、ロータ３１に制動をかける試験用のキャリパ３３が支持板３５を介して固定されている。
従って、駆動モータ４によって駆動される入力軸９の回転と一体にロータ３１が回転し、キャリパ３３がロータ３１を制動すると、その時の制動トルクが測定軸１３を介してトルクアーム１７に伝達され、トルクアーム１７の先端にリンク２３を介して連結されたロードセル２５に伝達される。
【００１７】
図２において、入力軸９の反時計方向への回転時（例えばこれを前進とする）には、トルクアーム１７にも反時計方向の制動トルクが働き、ロードセル２５に引張荷重を作用させる。
逆に、入力軸９の時計方向への回転時（例えばこれを後進とする）には、トルクアーム１７にも時計方向の制動トルクが働き、ロードセル２５に圧縮荷重を作用させる。
【００１８】
ロードセル２５は、図３及び図４に示すように、対向配置された第１の荷重作用部材４１と第２の荷重作用部材４３との間に、移動子４５を挟んで低荷重用弾発材４７と高荷重用弾発材４９とを直列に接続すると共に、圧縮荷重作用時及び引張荷重作用時のそれぞれにおいて移動子４５の移動を規制する荷重域規制枠５１を装備している。そして、低荷重用弾発材４７の弾性変形量から作用荷重を検出する低荷重用歪みゲージ５３と高荷重用弾発材４９の弾性変形量から作用荷重を検出する高荷重用歪みゲージ５５とで第１及び第２の荷重作用部材４１，４３間に作用した荷重を測定する。
【００１９】
また、これら低荷重用歪みゲージ５３、高荷重用歪みゲージ５５は、低荷重用弾発材４７、高荷重用弾発材４９の表面又は裏面のどちらに貼付しても良く、通常は９０度おきに弾発材の半径方向に４箇所ずつ配し、その平均値を測定する。
【００２０】
本実施の形態の場合、第１の荷重作用部材４１は、ボス部４１ｂの中心にリンク１９の先端に螺合するねじ部４１ｃが形成された構造で、リンク１９の先端に螺着される。
また、第２の荷重作用部材４３は、ボス部４１ｂと同軸に配置されるボス部４３ｂの中心にリンク２３の先端に螺合するねじ部４３ｃが形成されており、且つ、ボス部４３ｂの先端には、ボス部４３ｂよりも細径の軸部４３ｄが軸芯を一致させて連設されていて、リンク２３の先端に螺着される。
【００２１】
低荷重用弾発材４７は、第１の荷重作用部材４１の中心の内面にねじ６１を介して固定されるボス部材６２の外周から荷重作用方向と直交する方向（半径方向）に延出した円板状の鋼板で、ボス部材６２と一体に形成されている。また、低荷重用弾発材４７の外周には、厚板リング状の移動子半体４５ａが一体形成されている。
高荷重用弾発材４９は、第２の荷重作用部材４３の軸部４３ｄの先端から荷重作用方向と直交する方向に延出した円板状の鋼板で、軸部４３ｄと一体に形成されている。また、高荷重用弾発材４９の外周には、厚板リング状の移動子半体４５ｂが一体形成されている。
高荷重用弾発材４９は、低荷重用弾発材４７よりも板厚が大きく設定され、小さな荷重では僅かしか弾性変形しない。
【００２２】
移動子半体４５ａと移動子半体４５ｂは、互いに先端面を突き合わせた密着状態で、周方向の複数箇所をねじ６３により固定することで一体化され、単一の移動子４５として機能する。
【００２３】
荷重域規制枠５１は、非測定時に移動子４５の第１の荷重作用部材４１側の端面との間に隙間ｓ１を確保して、圧縮荷重の測定時における移動子４５の第１の荷重作用部材４１側への移動量を隙間ｓ１の範囲内に規制する第１ストッパ部５１ａと、非測定時に移動子４５の第２の荷重作用部材４３側の端面との間に隙間ｓ２を確保して、引張荷重の測定時における移動子４５の第２の荷重作用部材４３側への移動量を隙間ｓ２の範囲内に規制する第２ストッパ部５１ｂと、第１ストッパ部５１ａと第２ストッパ部５１ｂとを所定の間隔に保持するスペーサ５１ｃと、スペーサ５１ｃと第２ストッパ部５１ｂとを第１ストッパ部５１ａに共締めするねじ部材５１ｄとを有している。
【００２４】
本実施の形態の場合、第１ストッパ部５１ａは、第１の荷重作用部材４１と一体形成されている。また、第２ストッパ部５１ｂ及びスペーサ５１ｃはねじ部材５１ｄによる共締めによって、第１ストッパ部５１ａに一体化されている。
即ち、荷重域規制枠５１は第１の荷重作用部材４１に一体化されていて、圧縮荷重作用時及び引張荷重作用時のそれぞれにおいて移動子４５の移動を規制することで低荷重用弾発材４７の受け持つ荷重域を所定の低荷重域に規制する。
【００２５】
図５は、第１の荷重作用部材４１と第２の荷重作用部材４３との間に引張荷重が作用した時の状態を示したもので、荷重域規制枠５１の第２ストッパ部５１ｂと移動子４５との間の隙間ｓ２が０になるまでは、高荷重用弾発材４９はほとんど弾性変形をせず、低荷重用弾発材４７が図示のように外周部が第２ストッパ部５１ｂ側に変位して弾性変形する。  そして、低荷重用弾発材４７に貼付された低荷重用歪みゲージ５３（図３参照）によって、作用している引張荷重が測定される。
そして、作用する引張荷重が増加して、第２ストッパ部５１ｂと移動子４５との間の隙間ｓ２が０になると、移動子４５の移動が第２ストッパ部５１ｂによって規制されるため、低荷重用弾発材４７はそれ以上には弾性変形しない。そして、それ以上に大きな引張荷重の作用に対しては、図５に破線で示すように、高荷重用弾発材４９の中央部が第２ストッパ部５１ｂ側に変位し弾性変形して、この高荷重用弾発材４９に貼付された高荷重用歪みゲージ５５（図３参照）によって、作用している引張荷重が測定される。
【００２６】
図６は、第１の荷重作用部材４１と第２の荷重作用部材４３との間に圧縮荷重が作用した時の状態を示したもので、荷重域規制枠５１の第１ストッパ部５１ａと移動子４５との間の隙間ｓ１が０になるまでは、高荷重用弾発材４９はほとんど弾性変形をせず、低荷重用弾発材４７が図示のように外周部が第１ストッパ部５１ａ側に変位して弾性変形する。  そして、低荷重用弾発材４７に貼付された低荷重用歪みゲージ５３（図３参照）によって、作用している圧縮荷重が測定される。
そして、作用する圧縮荷重が増加して、第１ストッパ部５１ａと移動子４５との間の隙間ｓ１が０になると、移動子４５の移動が第１ストッパ部５１ａによって規制されるため、低荷重用弾発材４７はそれ以上には弾性変形しない。そして、それ以上に大きな圧縮荷重の作用に対しては、図６に破線で示すように、高荷重用弾発材４９の中央部が第１ストッパ部５１ａ側に変位し弾性変形して、この高荷重用弾発材４９に貼付された高荷重用歪みゲージ５５（図３参照）によって、作用している圧縮荷重が測定される。
【００２７】
以上に説明したロードセル２５では、対向する第１の荷重作用部材４１と第２の荷重作用部材４３との間に直列に、低荷重用弾発材４７と高荷重用弾発材４９とを装備したものであるため、圧縮荷重の場合でも、引張荷重の場合でも、第１の荷重作用部材４１と第２の荷重作用部材４３との間に作用する荷重は、全て、低荷重用弾発材４７及び高荷重用弾発材４９の弾性変形に変わる。従って、低荷重用弾発材４７の弾性変形量から作用荷重を検出する低荷重用歪みゲージ５３と高荷重用弾発材４９の弾性変形量から作用荷重を検出する高荷重用歪みゲージ５５とで、引張荷重及び圧縮荷重の双方を測定することができる。
【００２８】
また、移動子４５の移動量を規制する荷重域規制枠５１によって、第１の荷重作用部材４１及び第２の荷重作用部材４３の受け持つ荷重域が分担されているため、荷重測定域が広くとれる。
【００２９】
また、本実施の形態のロードセル２５では、低荷重用弾発材４７や高荷重用弾発材４９は、何れも円板状の鋼板であるため、例えばコイルばねを使用する場合と比較すると、荷重作用方向の寸法を小さく抑えることができ、第１の荷重作用部材４１と第２の荷重作用部材４３との間の寸法を短縮して、ロードセル２５のコンパクト化を図ることができる。
【００３０】
そして、上記のロードセル２５を使用した試験機１では、単一のロードセル２５で、引張荷重及び圧縮荷重の双方の測定試験ができ、また、荷重測定域も広くとれるため、ブレーキの制動試験時に、前進制動時、後進制動時、低トルク制動時、高トルク制動時などの各種条件における制動特性を、許容荷重域の異なるロードセルへの交換処理等を行わずに円滑に測定することができる。
また、例えばキャリパを右車輪用から左車輪用に交換し、前進方向が入れ替わっても、ロードセルを交換処理することがなく測定することができる。
更に、本実施形態では、制動トルクを測定する試験機で本ロードセルを使用しているが、制動トルクではなく、単純な静荷重測定にも本ロードセルを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るロードセルを用いた試験機の一実施の形態の正面図である。
【図２】図１に示した試験機の側面図である。
【図３】図１に示した試験機に使用したロードセルの拡大縦断面図である。
【図４】図３に示したロードセルの構成の模式図である。
【図５】図３に示したロードセルに引張荷重が作用した時の動作説明図である。
【図６】図３に示したロードセルに圧縮荷重が作用した時の動作説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  試験機
２  基台
４  駆動モータ
６，７  支持台
９  入力軸
１１  慣性重り
１３  測定軸
１５  支持台
１７  トルクアーム
１９  リンク
２１  ブラケット
２３  リンク
２５  ロードセル
３１  ロータ
３３  キャリパ
４１  第１の荷重作用部材
４３  第２の荷重作用部材
４５  移動子
４５ａ  移動子半体
４５ｂ  移動子半体
４７  低荷重用弾発材
４９  高荷重用弾発材
５１  荷重域規制枠
５１ａ  第１ストッパ部
５１ｂ  第２ストッパ部
５１ｃ  スペーサ
５３  低荷重用歪みゲージ
５５  高荷重用歪みゲージ
【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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