(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張荷重又は圧縮荷重を計測する柱状の荷重検出部と、該荷重検出部の軸線方向の一端側に設けられて引張荷重又は圧縮荷重を作用させる接触部及び他端側に設けられた支持部とを有する荷重計測部材と、
上記荷重計測部材を、該荷重計測部材と非接触で上記荷重検出部の軸線周りに覆う筒部と、
上記筒部の内周面と上記荷重計測部材の接触部及び支持部における該筒部の内周面との対向面との間に介在させた、接触部及び支持部を筒部内に保持する球状又は円柱状の複数の転動子とを備え、
上記転動子は、前記接触部及び支持部の各外周面と点接触して、引張荷重又は圧縮荷重により変位した接触部と支持部とを、筒部の内周面に沿って荷重検出部の軸線方向に案内する方向に転動自在に配設され、
上記荷重計測部材は、上記荷重検出部が円柱状に形成されていると共に、上記接触部及び支持部における荷重検出部の軸線と直交する断面の断面積が、荷重検出部における該軸線と直交する断面の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする荷重計測装置。
【請求項２】
上記荷重計測部材は、上記荷重検出部と、上記接触部と支持部とのうち少なくとも一方とが、一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷重計測装置。
【請求項３】
上記転動子は、前記接触部及び前記支持部の素材とは異なる密度の素材を用いて形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかに記載の荷重計測装置。
【請求項４】
衝撃荷重測定用の荷重計測装置であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の荷重計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重計測装置に関するものであり、特に自動車構造を代表とする衝撃吸収部材の特性評価に必須の高速変形を含む広範囲の変形速度における引張荷重または圧縮荷重の計測に適した荷重計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車業界では、衝突時の乗員への傷害を低減しうる車体構造の開発が急務の課題となっており、車体の衝突変形挙動を最適化するためには、個々の部材やそれらの組合せ構造の変形特性を把握することが極めて重要である。
そのため、従来においては、大型の圧縮試験機等を用いて部材を低速で変形させるという準静的な方法で該部材の特性評価が行われてきた。
【０００３】
ところが、実際の衝突変形は高速で変形が起こるものであり、準静的な荷重負荷での挙動とは差がある。特に、自動車で多く使用される薄板構造において重要な座屈は、荷重負荷が動的か準静的かによって挙動が異なることが知られている。
このため、動的な変形特性を把握するために落重試験、即ち、固定した部材に対して、上部から落錘を衝突させて動的な変形を起こさせる試験を行って、実際の衝突時の変形に近づけるようにしていた。
【０００４】
しかしながら、特性評価には部材の衝撃変形時の吸収エネルギーを評価する必要があるため、吸収エネルギーの評価には部材の圧潰距離と、その時の圧潰荷重の計測が必要となるが、このような動的な試験においては、この圧潰荷重の計測が非常に難しいのが実情であった。
即ち、通常の準静的な試験で使われるロードセルで動的な荷重を計測した場合、計測中に衝撃弾性波がロードセル中を反射・伝播して、この衝撃弾性波の伝播に起因した荷重の振動が発生・重畳するため、該衝撃弾性波が計測荷重の計測に影響を与え、これにより真の荷重計測が出来ないという問題があった。
【０００５】
上述のような動的な荷重の計測方法については、材料の応力−ひずみ関係を計測するため、例えば特許文献１に、試験体の動的変形特性を計測する際に動的荷重の作用開始点とその支持構造が直線的に配置されるような装置において、作用開始点、試験体、荷重検出部、荷重検出部の支持構造がこの順に配置されており、かつ、荷重検出部が円柱状であり、その直径Ｄ（ｍｍ）と、長さＬ（ｍｍ）の比が、０．３≦Ｌ／Ｄ≦３を満たし、かつ、（荷重検出部の断面積）＜（荷重検出部の支持構造の断面積）を満たす荷重計測装置が示されている。また、試験体の支持が必要な場合には、作用開始点、試験体、試験体の支持部、荷重検出部、支持構造がこの順に配置され、さらに、（荷重検出部の断面積）＜（試験体の支持部の断面積）の条件を満たす荷重計測装置が記載されている。
【０００６】
上記特許文献１に記載された荷重計測装置は、動的な荷重の検出であっても比較的精度よく行うことができるが、荷重の検出を行う荷重検出部に偏心荷重が作用するような場合には、該荷重検出部に複雑な曲げモーメントが発生する。特に、近年増大している複雑な構造体に対する試験の場合、引張荷重または圧縮荷重がどの位置に作用するかが特定できない場合も多いため、荷重検出部に偏心荷重が作用する可能性が高い。
【０００７】
このとき、この特許文献１に記載された荷重計測装置においても、荷重検出部の軸線方向に作用する荷重を測定することは一応可能であるものの、偏心荷重が作用した場合には上述のように荷重検出部に複雑な曲げモーメントが発生するため、その曲げモーメントの影響を受けて正確な荷重計測を行うことができないことが考えられる。また、荷重検出部に貼り付けるひずみゲージの位置によって測定精度が変化しやすいという問題も存在する。さらには、偏心荷重によって荷重検出部の一部に応力が集中し、該荷重検出部の一部が集中的に変形してしまうことがあるため、本来弾性変形のみを前提としている荷重検出部に塑性変形が生じてしまう可能性があり、やはり正確な荷重計測ができないことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２８４５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の技術的課題は、高速変形を含む広範囲の変形速度における高精度引張荷重又は圧縮荷重を計測するに際して、たとえ偏心荷重が作用しても荷重を正確に計測することができる荷重計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の荷重計測装置は、引張荷重又は圧縮荷重を計測する柱状の荷重検出部と、該荷重検出部の軸線方向の一端側に設けられて引張荷重又は圧縮荷重を作用させる接触部及び他端側に設けられた支持部とを有する荷重計測部材と、上記荷重計測部材を、該荷重計測部材と非接触で上記荷重検出部の軸線周りに覆う筒部と、上記筒部の内周面と上記荷重計測部材の接触部及び支持部における該筒部の内周面との対向面との間に介在させた、接触部及び支持部を筒部内に保持する球状又は円柱状の複数の転動子とを備え、
上記転動子は、前記接触部及び支持部の各外周面と点接触して、引張荷重又は圧縮荷重により変位した接触部と支持部とを、筒部の内周面に沿って荷重検出部の軸線方向に案内する方向に転動自在に配設され、上記荷重計測部材は、上記荷重検出部が円柱状に形成されていると共に、上記接触部及び支持部における荷重検出部の軸線と直交する断面の断面積が、荷重検出部における該軸線と直交する断面の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、上記のように、上記荷重計測部材は、上記荷重検出部が円柱状に形成されていると共に、上記接触部及び支持部における荷重検出部の軸線と直交する断面の断面積が、荷重検出部における該軸線と直交する断面の断面積よりも大きく形成されており、しかも上記転動子は、前記接触部及び支持部の各外周面と点接触するものとしている。
そのため、各荷重計測部材の荷重検出部内における応力波の反射・干渉を促進させることができるため、計測すべき荷重に係る荷重検出部内での応力波の早期の飽和を図り、また該荷重検出部における応力波の伝播の乱れの影響を排除することが可能となる。したがって、自動車構造を代表とする衝撃吸収部材の特性評価に必須の高速変形を含む広範囲の変形速度における引張荷重または圧縮荷重の計測をより高精度に行うことができる。
【００１２】
また、本発明においては、上記荷重計測部材は、上記荷重検出部と、上記接触部と支持部とのうち少なくとも一方とが、一体に形成されているものとすることができる。
さらに、本発明においては、上記転動子は、前記接触部及び前記支持部の素材とは異なる密度の素材を用いて形成することができる。
そしてまた本発明の荷重計測装置は、衝撃荷重測定用の荷重計測装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、荷重計測部材を、筒部で該荷重計測部材と非接触で荷重検出部の軸線周りに覆うと共に、筒部と上記荷重計測部材の接触部及び支持部との間に複数の転動子を介在させ、該転動子により、引張荷重又は圧縮荷重によって変位した接触部・支持部を、筒部の内周面に沿って荷重検出部の軸線方向に案内させる構成としたため、接触部や支持部に偏心荷重が作用したとしても、接触部全体あるいは支持部全体を、これらの態勢を維持しながら荷重検出部の軸線方向に変位させることができる。
これにより、荷重検出部に複雑な曲げモーメントが発生することが抑えられるため、引張荷重又は圧縮荷重を高精度で計測することができる。
さらに、接触部及び支持部が変位する方向が荷重検出部の軸線方向に限定されたことにより、荷重検出部の偏心荷重に起因する変形の集中が抑えられるため、該荷重検出部の塑性変形が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る荷重計測装置を模式的に示す平面図である。
【図２】同断面図である。
【図３】荷重検出部の荷重の上昇過程を説明する説明図である。
【図４】接触部に荷重が作用した場合における荷重計測装置の動きを模式的に示す断面図である。
【図５】転動子による応力波の反射を説明する図である。
【図６】本発明に係る荷重計測装置と従来の荷重計測装置とについての、測定結果を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１及び図２は本発明の荷重計測装置の一実施の形態を示すもので、この実施の形態の荷重計測装置は、引張荷重又は圧縮荷重を計測する柱状の荷重検出部２を備えた荷重計測部材１と、該荷重計測部材１を荷重検出部２の軸線周りに覆う筒部３と、該筒部と接触部及び支持部との間に介在させた複数の転動子４とを備えている。
【００１６】
上記荷重計測部材１は、円柱状に形成された上記荷重検出部２と、該荷重検出部２の軸線方向の一端側に設けられた、引張荷重又は圧縮荷重を作用させる接触面５ａを有する接触部５、及び荷重検出部の他端側に設けられた支持部６とを有するものである。
この実施の形態においては、荷重検出部２をその軸線が鉛直方向に延びた構成とすると共に、該荷重検出部２の上端側を接触部５、下端側を支持部６として、上記接触面５ａが接触部５の上面側に上方向きに設けられたものとしている。したがって、荷重計測部材１は、全体として、荷重検出部２がこれら接触部５の下面側と支持部６の上面側との間に挟まれた態様となっている。
【００１７】
上記荷重検出部２の外周面には、図示しないひずみゲージが貼付けられていて、このひずみゲージにより測定した表面ひずみから荷重を算出することができるようになっている。この荷重検出部２を中実の円柱状としているのは、断面内の荷重分布を均一とするためであり、これにより、ひずみゲージによる荷重計測の精度が高められる。
この点について詳しく説明すると、該荷重検出部に偏心荷重が作用した際に、該荷重検出部の一部に応力が集中した場合には、その部分において局所的な変形が生じやすく、しかも、その変形は圧縮変形やせん断変形が入り混じった複雑な変形となる。後で詳述する応力波は、伝播する物体の変形によって速度が変化することから、荷重検出部にこのような複雑な変形が生じた場合には、該荷重検出部を伝播速度の異なる応力波が時間差をもって通過することになる。そして、このような応力波の時間差は荷重検出時にはノイズとしてあらわれるため、結果として高精度の荷重計測が阻害される可能性がある。
そのため、この実施の形態においては、荷重検出部を中実の円柱状として、断面内の荷重分布を均一とすることにより局所的な変形集中を防いで極力単純な変形が生じるようにし、これにより、荷重検出部内における応力波の速度の変化を防止して該応力波が時間差をもって通過することを防ぎ、荷重検出時のノイズを排除するようにしている。
なお、荷重検出部２の軸線方向長さは、ひずみゲージの貼付けができる範囲内において、できるだけ短い方が望ましく、これにより、荷重計測の際に荷重検出部２全体に応力波が伝播する時間を低減することができるため、後述する応力波の荷重検出部２での早期飽和を一層促進させることができる。
【００１８】
また、上記荷重計測部材１は、上記荷重検出部２と上記接触部５及び支持部６とが、削り出し等の適当な手段によって相互に一体に形成されている。
これら荷重検出部２と接触部５及び支持部６とを一体に形成するのは、荷重計測部材１内、つまり荷重検出部２と接触部５及び支持部６との接合部分において、応力波伝播に伴う振動の発生を抑えるためであり、これにより、荷重計測時にこの振動によるノイズが発生するのを防止して荷重計測の高精度化を図っている。
さらに、荷重検出部２及び接触部５並びに支持部６は、全体として高ヤング率の金属素材、例えば鉄等によって構成されていて、荷重計測部材１における後述する応力波の伝播速度を可及的に早めることができるようにしている。
【００１９】
ところで、この荷重計測部材１においては、上記接触部５及び支持部６が、図１及び図２に示すように、それぞれ同形同大の円柱状に形成されていて、いずれも、荷重検出部２の軸線と直交する断面（この場合、水平断面）の断面積Ａｔ，Ａｓが、荷重検出部２における該軸線と直交する断面の断面積Ａｋよりも大きく設定されている。したがって、荷重計測部材１における荷重検出部及び接触部並びに支持部の各水平断面の断面積Ａｋ，Ａｔ，Ａｓの大きさの関係は、Ａｔ＝Ａｓ＞Ａｋとなる。
ここで、接触部５及び支持部６における荷重検出部２の軸線と直交する断面の断面積Ａｔ，Ａｓを、荷重検出部２における軸線と直交する断面の断面積Ａｋよりも大きく形成したのは、荷重検出部２における応力波の飽和をより早期に完了させるためである。
以下、この点について具体的に説明する。
【００２０】
試験体に衝撃荷重が加わる場合、試験体に高速変形が生じるが、このときに試験体に負荷される引張荷重または圧縮荷重ｆ、すなわち荷重計測部材１に生じる荷重は、図３に示すように段階的に上昇してΔｔ時間経過後に１００％の荷重Ｆに到達するように計測される。これは、応力波が荷重検出部２を伝わる際に該荷重検出部２の端面で反射や、荷重検出部２内での応力波同士の干渉等を繰り返し、徐々に飽和するためである。
動的な試験を行った場合、応力波はまず荷重検出部２の内部で反射・干渉し、内部の変形を均一化する。そのとき、高速での高精度な荷重計測を行うためには、応力波ノイズの原因となる荷重検出部２内での反射・干渉を早期に飽和させることが必要である。
【００２１】
したがって、試験体の高速変形時の荷重を正確に計測するためには、荷重検出部２内での応力波の反射・干渉を早期に飽和させて、荷重が不安定になる上記Δｔの時間を短くすることが肝要である。
この点に鑑み、発明者らは、計測される荷重の複数の段差部分に注目し、これらの段差部分に相当する荷重を本来計測すべき荷重Ｆに対して相対的に増加させることにより、荷重検出部２に伝わる荷重を早期に荷重Ｆに到達させ、Δｔの時間を短くすることができるとの知見を得た。
【００２２】
そして、段差に相当する荷重を荷重Ｆに対して相対的に増加させるためには、荷重検出部２における応力波の反射率の増大を図り、該応力波を早期に飽和させることが効果的であることを発明者らは見出した。
また、応力波は断面積が小の領域から大の領域に進行する際に反射率が高くなり、反射が増大すること、及び応力波は断面積が大の領域から小の領域に進行する場合には、該断面積大の領域においては応力波の伝播の乱れの影響が非常に大きいが、小から大の領域に進行する場合、小の領域においては応力波の伝播の乱れの影響をほとんど受けないこともわかった。さらに、断面積の差が大きいほど、応力波の反射率が大きいことを見出した。
【００２３】
そのため、この実施の形態においては、荷重検出部２の水平断面の断面積を、接触部５及び支持部６の水平断面の各断面積よりも小さくしている。
これにより、荷重検出部２における応力波の反射の増大・促進、干渉の促進を図り、該応力波を早期に飽和させることができ、さらには荷重検出部２における応力波の伝播の乱れの影響をほとんど排除することができるため、結果として、上記Δｔの時間が短くなり、荷重検出部２でのより高精度な荷重計測が可能となる。
【００２４】
一方、上記筒部３は、上記荷重計測部材１の接触部５及び支持部６よりも大径の平面視略円形状の内周面を有し、且つ荷重計測部材１全体の高さ、つまり荷重計測部材１における荷重検出部の軸線方向の長さとほぼ同じ高さを有する、荷重検出部の軸線方向に（この実施の形態の場合、鉛直方向）に直線的に延びる円筒状のもので、剛性に優れた鉄等の金属で形成されている。
この筒部３は、内周面側の平面視形状が、上記接触部５及び支持部６の平面視形状である円形と同心円状に形成されており、荷重計測部材１を、該荷重計測部材１と非接触状態で中空内に収容している。したがって、筒部３は、該筒部３の内周面と上記接触部５及び支持部６の外周面との間に相互に非接触な空間を介して、接触部５及び支持部６の外周面に沿うように荷重計測部材１の外周面を覆う構成となっている。
【００２５】
また、上記転動子４は、上記筒部３の内周面と上記荷重計測部材１の接触部５及び支持部６における該筒部３の内周面との対向面（つまり接触部５及び支持部６の外周面）との間の空間に介在させたもので、接触部５・支持部６の各外周面と筒部３の内周面とにそれぞれに当接して荷重計測部材１全体を筒部３内に保持している。
そして、この転動子４は、筒部３内の特定の位置において荷重検出部２の軸線方向に転動自在となっており、これにより、引張荷重又は圧縮荷重が作用した際に、その荷重によって変位した接触部５・支持部６を、筒部３の内周面に沿って荷重検出部２の軸線方向に案内するようになっている。
【００２６】
この実施の形態においては、図１及び図２に示すように、転動子４として金属により形成された球形のものを採用し、各転動子４を接触部５・支持部６の各外周面と点接触させると共に、筒部３の内周面において接触部５・支持部６を鉛直方向に案内する方向に転動自在となるように構成しており、これにより、図４に示すように、荷重が作用した場合に、これら接触部５全体あるいは支持部６全体を、初期の態勢を保ったままで鉛直方向に案内することができるようにしている。なお、図４中の白抜きの矢印は荷重を示す。
【００２７】
ここで、転動子４として球形のものを採用したのは、図５に示すように、転動子４と接触部５・支持部６との接触範囲を極力小さくして該接触部５・支持部６からの応力波の反射率を大きくし、接触部５・支持部６に作用した荷重を外部に逃がすことなくできるだけ反射させるためである（図５中の矢印は応力波の方向を示す。）。これにより、接触部５・支持部６に作用した荷重に伴う応力波の減衰を可及的に抑え、荷重検出部２における応力波の早期飽和及び真の荷重の高精度な検出を図ることができるようにしている。
なお、転動子を形成する金属素材としては、応力波の反射率の関係から、接触部・支持部の素材とは異なる密度の素材を用いることが好ましく、例えば、接触部・支持部が鉄である場合には転動子としてアルミ等の素材を用いることができる。しかしながら、転動子は必ずしも接触部・支持部と密度が異なる素材を採用する必要はなく、適宜選択することができる。
【００２８】
また、この実施の形態においては、上記転動子４は、図１に示すように、筒部３と接触部５との間、筒部３と支持部６との間にそれぞれに対して８個ずつ介在させ、且つ各転動子４は荷重計測部材１を挟んで相対する位置に等間隔で配設しており、これにより接触部５全体あるいは支持部６全体を荷重検出部２の軸線方向に安定的に変位させることができるようにしている。
さらに、各転動子４は、図２に示すように、接触部・支持部に荷重が作用していない状態において接触部・支持部の各中段付近に接触する高さに配設している。
【００２９】
ところで、上記筒部３の内周面には、上記各転動子４を該筒部３と接触部５・支持部６との間に保持する溝７が、荷重検出部２の軸線方向周り、つまり筒部３の周方向にそれぞれ形成されていて、各転動子４が筒部３の内周面において荷重検出部２の軸線方向に移動しないようにしている。
これにより、各転動子４は、荷重により接触部５あるいは支持部６が荷重検出部２の軸線方向に変位した場合であっても、その変位に追随して移動することなくその場で転動し、接触部５や支持部６を筒部３の内周面に沿って荷重検出部２の軸線方向により安定的に案内することができるようにしている。
【００３０】
上記構成を有する荷重計測装置は、支持部６を剛体に固定した上で、上記接触部５の接触面５ａに試験体を衝突させたり、あるいは接触面５ａ上に試験体を載置して該試験体に対して落錘等により衝撃を加えたりするなどして該接触部５に圧縮荷重又は引張荷重を作用させ、荷重検出部２によりその荷重を計測する。
【００３１】
このとき、荷重計測部材１は、筒部３により荷重検出部２の軸線周りに非接触の状態で覆われていると共に、筒部３と上記荷重計測部材１の接触部５及び支持部６との間に複数の転動子４を介在させ、該転動子４により、引張荷重又は圧縮荷重により変位した接触部５及び支持部６を、筒部３の内周面に沿って荷重検出部２の軸線方向に案内させる構成としたため、接触部５や支持部６に偏心荷重が作用して変位したとしても、その変位する方向を筒部３及び転動子４が荷重検出部の軸線方向（この場合、鉛直方向）に矯正する。
これにより、接触部５全体あるいは支持部６全体を、当初の態勢を維持しながら荷重検出部２の軸線方向に変位させることができるため、荷重検出部２に複雑な曲げモーメントが発生することが抑えられ、該荷重検出部２において、荷重検出部２の軸線方向の引張荷重又は圧縮荷重を高精度で計測することができる。
さらに、接触部５及び支持部６が変位する方向が荷重検出部２の軸線方向に限定されたことにより、荷重検出部２の偏心荷重に起因する変形の集中が抑えられるため、該荷重検出部２の塑性変形も防止されることとなる。
【００３２】
また、各荷重計測部材１の荷重検出部２及び接触部５並びに支持部６を一体に形成し、且つ荷重検出部２における軸線と直交する断面の断面積よりも、接触部５及び支持部６における荷重検出部２の軸線と直交する断面の断面積を大きく形成したため、各荷重計測部材１の荷重検出部２内における応力波の反射・干渉を促進させることができる。これにより、計測すべき本来の荷重に係る荷重検出部２内での応力波の早期の飽和を図ることができ、この結果、高速変形を含む広範囲の変形速度における引張荷重または圧縮荷重の計測をより高精度で行うことが可能となる。
さらに、荷重計測部材１は、荷重検出部２の断面積を接触部５及び支持部６の各断面積よりもきわめて小さくすることにより荷重計測の精度を一層向上させることができるが、上記筒部３及び転動子４の作用により、変位した接触部５や支持部６を荷重検出部２の軸線方向に安定的に案内させることができるため、荷重検出部２の断面積を可及的に小さくしても該荷重検出部２に対する偏心荷重による曲げモーメントの影響が抑えられ、これにより、きわめて高い測定精度の実現及びその精度の安定的な維持を図ることができる。
【００３３】
上記実施の形態においては、荷重計測部材１の接触部５及び支持部６を円柱状のものとしているが、これらの接触部及び支持部は、平面視略矩形状の立方体状等の各種形状とすることができる。この場合においては、筒部は、例えば荷重計測部材の接触部及び支持部を平面視略矩形状の立方体状としたときには、該荷重計測部材と非接触で且つ接触部及び支持部の外周面に沿うような内周面を有する四角筒状とする等、荷重計測部材の接触部及び支持部の平面視形状に適応させた内周面を備えたものとすることが肝要である。
なお、荷重検出部については、複雑な構造体に対する試験の場合等、偏心荷重が作用する可能性がある場合であっても高精度の荷重計測ができるようにするため、接触部及び支持部の形状に関わらず、断面内の荷重分布が均一となる中実の円柱状とすることが望ましい。
【００３４】
また、上記実施の形態においては、荷重検出部２におけるその軸線と直交する断面の断面積よりも、接触部５及び支持部６の荷重検出部２の軸線と直交する断面の断面積を大きくしているが、荷重検出部、接触部及び支持部の各断面積については適宜設定することができる。ただし、上記実施の形態において詳述したように、荷重検出部の断面積を接触部及び支持部の各断面積よりも小さくした場合の方がより高精度の荷重測定ができる。
【００３５】
さらに、上記実施の形態においては、荷重測定部材１について、荷重計測部材１全体、即ち荷重検出部２及び接触部５並びに支持部６を一体に形成したものをとしているが、荷重計測部材は、接触部と支持部とのうち少なくとも一方が荷重検出部と一体に形成されているものとすることができる。
なお、上記実施の形態では、この荷重計測装置１を構成する荷重検出部２及び接触部５並びに支持部６については、いずれも同等材質、すなわち弾性率および密度が同程度のもので形成しているが、各部の材料が異なる場合、荷重の計測に際しては、断面積だけではなく、音響インピーダンスをあわせて考慮する必要がある。音響インピーダンスは材料の密度と応力波（＝弾性波）伝播速度の積であらわされるため、異種の材料を用いる場合には、断面積に密度及び応力波伝播速度を乗じて考えることが肝要である。この場合において、各部に使用する材質についてはヤング率が高い素材を用いるのが好ましい。
【００３６】
また、上記実施の形態においては、転動子４として球状のものを用いているが、球状以外にも、例えば円柱状のものを用いて、引張荷重又は圧縮荷重により変位した接触部及び支持部を、筒部の内周面に沿って荷重検出部の軸線方向に案内する方向に転動自在に配設してもよい。さらには、球状のものと円柱状のものを併用してもよい。
なお、この転動子としては、変位した接触部及び支持部を筒部の内周面に沿って荷重検出部の軸線方向に案内する方向に転動自在に配設できるものであればどのような形状のものでもよいが、この場合においては、その転動子と接触部・支持部との接触範囲は応力波の反射率の関係上、極力小さくすることが好ましい。
【００３７】
上記実施の形態では、転動子４を、接触部５と筒部３との間、支持部６と筒部３との間それぞれに８個ずつ介在させたものとなっているが、接触部及び支持部を安定的に案内することができれば、転動子の数は任意の数とすることができる。また、接触部と筒部との間の転動子の数と、支持部と筒部との間の転動子の数とを異なるものとしてもよい。
さらに、上記実施の形態においては、各転動子４の配置を、荷重計測部材１を挟んで相対する位置に等間隔で配設しているが、変位した接触部及び支持部を筒部の内周面に沿って荷重検出部の軸線方向に安定的且つ確実に案内することができれば、どのような配置で設けてもよい。
【実施例】
【００３８】
本発明の効果を確認するため、上記実施の形態において説明した荷重計測装置（以下、「本発明例」という。）と、比較例として本発明のような筒部及び転動子を備えていない荷重計測装置（以下、「比較例」という。）ついて、それぞれの接触部に高速の衝突物を衝突させることによる性能の比較実験を行った。
衝突物は球状であり重量は２ｋｇ、衝突速度は３５ｋｍ／ｈであった。
また、比較例のものは、荷重検出部及び接触部並びに支持部を、水平断面の断面積が相互にほぼ同じ大きさの、平面視略正方形状の四角柱状（立方体状）とした。
なお、衝突物の衝突位置は、本発明例は接触部の接触面上における外周縁寄りの位置、比較例は、接触部の接触面上の角部分とした。
【００３９】
この実験において、まず、衝突物が衝突した際の不釣り合い力（荷重検出部と接触部との境界で生じる断面力と、荷重検出部と支持部との境界で生じる断面力の差）を評価した。
この結果、図６に示すように、本発明例での不釣り合い力は、全体的に比較例よりも低く、本発明例の装置は比較例の装置よりも瞬時に釣り合い状態を満足し、荷重計測装置として優れることが確認された。
なお、図６においては、横軸は衝突後の経過時間、縦軸は断面力の差である。
【００４０】
さらに、本発明例の場合は、各荷重検出部に塑性変形は生じなかったが、比較例の場合は、荷重検出部と接触部との結合部分で変形の局所化が進み、塑性変形が発生していた。
このように、接触部に偏心荷重が作用し、従来においては荷重検出部に大きな曲げモーメントが発生するような場合であっても、本発明の荷重計測装置は塑性変形が生じず、また高精度の荷重測定を行うことができることが実証された。
【符号の説明】
【００４１】
１      荷重計測部材
２      荷重検出部
３      筒部
４      転動子
５      接触部
６      支持部
Ａｋ      荷重検出部の断面積
Ａｔ      接触部の断面積
Ａｓ      支持部の断面積
【図１】
0005655727.tif 000002
【図２】
0005655727.tif 000003
【図３】
0005655727.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005655727.tif 000006
【図６】
0005655727.tif 000007