(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の荷重によって歪みを生じるレールの起歪部の両側面にそれぞれ設けられるロードセルであって、
前記レールの両側面それぞれに、前記レールの長さ方向に間隔をあけて配置された２つの台座と、
これら２つの台座間に前記レールの両側面の同一位置に位置するように取り付けられた剪断力検出用ブロックとを、
具備し、前記検出ブロックは、前記２つの台座と接触する第１の面と、第１の面と対向する第２の面とを有する直方体状のブロックで、第２の面の四隅に、第２の面から第１の面に貫通するように設けたボルト挿通孔に挿入されたボルトによって前記２つの台座に固定され、
前記検出ブロックにおける前記２つの台座に非固定部分の上下方向からそれぞれ円弧状に切り欠いて、その残りの部分に中央縦断面形状がコ字の窪みを形成し、この窪みの底部に剪断力を検出するようにストレインゲージを設け、
前記２つの台座のうち一方に近い前記非固定部分の上面側から下面側に向かって直線状に伸び、かつ第１及び第２の面に貫通した第１の切り込みと、この第１の切り込みの前記窪み側によった位置の前記下面側から前記上面側に向かって直線状に伸び、かつ第１及び第２の面に貫通した第２の切り込みとを、設け、第１及び第２の切り込みの重なり合う部分間に存在する部分によって屈曲部を形成した
ロードセル。
【請求項２】
請求項１記載のロードセルにおいて、前記屈曲部における前記レールの捻りのほぼ中心軸線上に、中心軸線に沿って切り込んで、別の屈曲部を形成したロードセル。
【請求項３】
請求項１または２記載のロードセルを使用した荷重検出計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロードセル及びこのロードセルを使用した荷重検出計に関し、特に、荷重によって歪みを生じる構造物に取り付けるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば荷重によって歪みを生じる構造物に取り付けるロードセルを使用した荷重検出計としては、例えば鉄道等のレール上を走行する車両の輪重を測定する輪重計がある。この輪重計に使用するロードセルとしては、例えばレールにおいて、車両が通過したときに歪む起歪部分に、剪断力を検出するように、ストレインゲージを貼着するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
輪重計は長期の使用が求められている。しかるに、上述したロードセルを輪重計に使用した場合、ストレインゲージの接着は、施行現場において常温硬化の接着剤によって行わなければならない。そのため、工場等においてストレインゲージを接着するために使用している加熱硬化の接着剤と比較した場合、寿命が短く、ロードセルの耐用年数が制限され、例えば約１年程度しか使用することができない。しかも、ストレインゲージを接着する構成では、充分なシール構造とすることができず、このことも耐用年数が制限される原因になっていた。更に、接着によってレールに取り付けているので、ストレインゲージの交換や、或いは既に接着したストレインゲージを流用して、別の場所で輪重を測定することもできない。
【０００４】
上述したものの他に、レールの側方に、車両の車輪がレールから浮いた状態で乗り上げる計量載台を設け、これにストレインゲージを設けるものもある。この場合、計量載台がレールから分離独立しているので、測定するために、静定時間が必要であり、低速で車両を走行させるか、停止させる必要がある。一般に、輪重計は、運用上、車両の走行中に測定することが求められることがある。また、計量載台に車両の車輪が乗り上げる際に、ロードセルに衝撃が作用し、ロードセルの破損や、部品の脱落の可能性がある。特に、脱落した部品が車輪に巻き込まれたりすると、最悪の場合、脱線することもある。さらに、乗り上げた際に車輪に傷がつくこともある。
【０００５】
本発明は、上記の各問題点をそれぞれ解決したロードセルを提供することを目的とする。さらに、このロードセルを使用した荷重計を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるロードセルは、車輪の荷重によって歪みを生じるレールの起歪部の両側面にそれぞれ設けられるものである。このロードセルは、前記レールの両側面それぞれに、前記レールの長さ方向に間隔をあけて配置された２つの台座と、これら２つの台座間に前記レールの両側面の同一位置に位置するように取り付けられた剪断力検出用ブロックとを、具備している。前記検出ブロックは、前記２つの台座と接触する第１の面と、第１の面と対向する第２の面とを有する直方体状のブロックで、第２の面の四隅に、第２の面から第１の面に貫通するように設けたボルト挿通孔に挿入されたボルトによって前記２つの台座に固定される。前記検出ブロックにおける前記２つの台座に非固定部分の上下方向からそれぞれ円弧状に切り欠いて、その残りの部分に中央縦断面形状がコ字の窪みを形成し、この窪みの底部に剪断力を検出するようにストレインゲージが設けられている。前記２つの台座のうち一方に近い前記非固定部分の上面側から下面側に向かって直線状に伸び、かつ第１及び第２の面に貫通した第１の切り込みと、この第１の切り込みの前記窪み側によった位置の前記下面側から前記上面側に向かって直線状に伸び、かつ第１及び第２の面に貫通した第２の切り込みとを、設け、第１及び第２の切り込みの重なり合う部分間に存在する部分によって屈曲部が形成されている。
【００１７】
上述したロードセルを使用して荷重検出計を構成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態のロードセル２は、荷重計、例えば輪重計に使用されている。ロードセル２は、図１（ａ）に示すように、構造物、例えば１本のレール４に、その長さ方向に所定の間隔をあけて、同図（ｂ）及び図３に示すようにレール４の内外の両側面の同一位置にそれぞれ取り付けられている。従って、４つのロードセル２が使用されている。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、レール４の下方に設けたベース６に切り欠き８が形成されている。この切り欠き８の上方に位置するレール４の部分は、その上を車両の車輪が通過するとき、下方に変位する起歪部となる。この切り欠き８の両端部付近に対応するレール４の両側面に、ロードセル２が設けられている。これは両持ち梁にその長さ方向に間隔をあけて、ロードセル２を設けたのと等価である。
【００２０】
これらロードセル２は、図２に拡大して示すように、複数、例えば２つの取付部、例えば台座１０ａ、１０ｂを有している。これら台座１０ａ、１０ｂは、扁平な直方体状に形成され、レール４の長さ方向に間隔をおいて配置されている。
台座１０ａ、１０ｂは同一の形状に形成され、それらにおけるレール４と反対側の面に跨って検出ブロック１２が取り付けられている。台座１０ａ、１０ｂにおける検出ブロック１２の取付面がレール４に平行な同一面上にそれぞれ位置するように、台座１０ａ、１０ｂの位置が調整され、かつレール４に溶接によって固定されている。
【００２１】
検出ブロック１２は、概略直方体状に形成され、レール４の長さ方向に沿う両端部が、複数の取付具、例えば４つのボルト１４によって、着脱自在に台座１０ａ、１０ｂに取り付けられている。これらボルト１４は、検出ブロック１２の台座１０ａ、１０ｂと接触している面と反対側の面における４隅から、台座１０ａ、１０ｂ側に挿通されている。このロードセル２は、レール４に予め固定した台座１０ａ、１０ｂに検出ブロック１２を着脱自在に取り付ける構成であるので、もし検出ブロック１２が故障したとしても、容易に新しい検出ブロック１２に交換することができるし、また、別の場所で輪重を測定する場合、その別の場所に別の台座１０ａ、１０ｂを取り付けておけば、現在使用中の検出ブロック１２を別の場所での測定に流用することができる。さらに、レール４の側面にロードセル２は取り付けられ、レール４の変位を検出するものであるので、車両を停止または低速走行させる必要がなく、車両の車輪が乗り上げる必要のある部品も存在しない。
【００２２】
検出ブロック１２では、図４（ａ）に示すように、台座１０ａ、１０ｂと接触する面と対向している面の４隅から、台座１０ａ、１０ｂと接触している面に向けて貫通したボルト挿通孔１６ａ乃至１６ｄが穿設されている。これらボルト挿通孔１６ａ乃至１６ｄのうち、図１の切り込み８の中央側に近い位置にあるボルト挿通孔１６ａ、１６ｂが形成されている部分が、可動部１８とされ、切り込み８の中央から離れた位置にあるボルト１６ｃ、１６ｄが形成されている部分が固定部２０とされている。即ち、可動部１８と固定部２０とが、それぞれ台座１０ａ、１０ｂに取り付けられている。
【００２３】
この可動部１８と固定部２０との間に、荷重検出部２２が形成されている。この荷重検出部２２は、可動部１８と固定部２２との間を、その上下方向から例えば円弧状に切り欠いて、その残りの部分に、図４（ｆ）に示すように中央縦断面形状がコ字状となる円形の窪み２４を形成したものである。この窪み２４の中心は、検出ブロック１２の短辺方向の中心を長辺に平行に通る中心軸上に位置している。この窪み２４の半径は、中心軸から各ボルト挿通孔１６ａ乃至１６ｄまでの最短距離よりも短く形成されている。またボルト挿通孔１６ａ乃至１６ｄの直径よりも窪み２４の直径の方が大きい。
【００２４】
図４（ｆ）に示す窪み２４の底部２４ａの図４（ａ）に一点鎖線で示した領域２６に、剪断力を検出するように複数、例えば４つのストレインゲージが貼着されている。剪断力を検出するために、ストレインゲージをどのように配置するかは公知であるので、詳細な説明は省略する。また、ストレインゲージは、熱硬化性の樹脂によって強固に窪み２４の底面２４ａに貼着されている。この熱硬化性樹脂による接着は、工場でしか行えないものであり、このロードセル２を取り付ける現場においては不可能なものである。なお、窪み２４の上下に円弧状の切り欠きを形成してあるのは、４本のボルト１６ａ乃至１６ｄによって検出ブロック１２の４隅を台座１０ａ、１０ｂに強固に固定してあるので、円弧状の切り欠きを設けなければ、ストレインゲージに印加される剪断力が小さくなるからである。
【００２５】
図５（ａ）に示すように、窪み２４内には、封止用のシリコン等の柔軟性を有する樹脂２８が、窪み２４の開口付近まで充填されている。この樹脂２８の表面を、窪み２４の開口よりも若干小さい円形の金属板３０によって覆い、シールしてある。このような樹脂２８と金属板３０とによるシールも、施工現場で行えるものではなく、工場でしか行えない。
【００２６】
或いは、図５（ｂ）に示すように樹脂２８の表面に、窪み２４の開口と同じ大きさの金属板３０ａを配置し、ＴＩＧ溶接によって開口の周縁部に固定してある。このようなシールも施行現場で行えるものではなく、工場でしか行えない。
【００２７】
図５（ａ）または図５（ｂ）に示すような強固なシールが検出ブロック部１２には行われている。この検出ブロック１２を使用したロードセル２は耐久性の高いものとなる。このような強固なシールを施した検出ブロック１２を使用できるのは、レール４に対して取り付けた台座１０ａ、１０ｂに対して検出ブロック１２を取り付けてあるからである。
【００２８】
このブロック検出部１２では、図１におけるロードセル２、２が設けられている間の符号ａで示す区間を車両の車輪が通過すると、車輪のレール４の長さ方向に直角方向の荷重によって、レール４が下方に撓み、これによって応力検出部２４に生じた剪断力がストレインゲージによって検出される。応力検出部の上下に円弧上の切り欠きが形成されているので、ストレインゲージの検出出力は、切り欠きを形成していない場合よりも大きい。
【００２９】
なお、可動部１８と応力検出部２４が設けられている部分とが一体に結合されている場合、例えば車両のレール方向に沿う移動に基づく曲げモーメントが応力検出部２４のストレインゲージに印加される。また、車輪の重量がレールの幅方向、図１（ｂ）における左右方向に移動すると、応力検出部２４のストレインゲージには捻りモーメントが印加される。これらモーメントの影響によって、ストレインゲージは、高精度に剪断力を検出することができない。
【００３０】
そこで、このブロック検出部１２には、図４に示すように、屈曲部、例えばフレキシャ３２、３４が形成されている。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、可動部１８の上面側から下面側に向かう直線状の切り込み３６と、この切り込み３６よりも応力検出部２４側に若干寄った位置の下面側から上面側に向かう直線状の切り込み３８（図４（ｂ）参照）とを設け、これら切り込みが重なりあっている部分間に存在する厚さの薄い直線状部分を、フレキシャ３２としている。なお、切り込み３６、３８は、図４（ｄ）に示すように、レール４側の面とこれと対向する面との間を貫通するように形成されている。さらに、切り込み３６、３８では、互いに重なり合っている部分の幅寸法を、これら切り込み３６、３８の切り込み開始部分の幅寸法よりも大きく選択することによって、フレキシャ３２の幅寸法を小さくして、フレキシャ３２が良く撓むように構成してある。また、フレキシャ３２を直線状としてあるのも良く撓むようにするためである。
【００３２】
フレキシャ３２を設けているので、着力点がレールの長さ方向に沿って移動しても、フレキシャ３２が撓むことによって、ストレインゲージに印加される曲げモーメントが緩和され、正確に剪断力を測定できる。
【００３３】
フレキシャ３４は、フレキシャ３２の中途に形成されている。このフレキシャ３４は、レール４の捻りのほぼ中心軸上に、中心軸に沿って所定の幅だけ切り込むことによって形成されている。図４（ｃ）から明らかなように、このフレキシャ３４は、レール４の長さ方向に貫通し、かつその底面部は曲面ではなく平面とされている。平面としているのは、曲面とした場合よりも良く撓むようにするためである。
【００３４】
フレキシャ３４を設けているので、レール４の幅方向に着力点の移動が生じても、フレキシャ３４を中心として撓んで、捻りモーメントがストレインゲージに印加されるのを緩和する。
【００３５】
なお、図４（ａ）に符号４０で示すのは、ストレインゲージが校正するブリッジのリード線を引き出すための通路である。これら通路４０を通るリード線によって伝送された各ロードセル２の出力を合算することによって、１つの車輪の重量、即ち輪重が測定される。
【００３６】
台座１０ａ、１０ｂに代えて、ボルトによってレール４と非接触の状態を維持して検出ブロック１２をレール４に取り付けることも考えられる。しかし、この場合、レール４が変位したときに、レール４の変位と比例せずにボルト独自に撓みが生じ、正確にレール４の変位が検出ブロック１２に伝達されない可能性がある。従って、レール４の変位によって独自に変位を生じない大きさ、例えば可動部１８、固定部２０とほぼ同一面積を有する台座１０ａ、１０ｂの使用が望ましい。また、台座１０ａは、フレキシャ３２、３４と接触しないように配置することが望ましい。同様に、台座１０ｂも、窪み２４に接触しないように配置することが望ましい。
【００３７】
上記の実施の形態では、ロードセル２を輪重計に使用したが、平行する２本のレールに上述したのと同様に４つまたは２つのロードセル２をそれぞれ設け、これらロードセル２の出力を合算することで軸重計として使用することもできる。
また、輪重計として使用する場合、１つのレールに対して４つのロードセル２を使用したが、１つのレールに対して２つのロードセル２を設けてもよい。或いは、物品が収容されるホッパを固定台に支持する例えば水平に配置された複数の支持腕それぞれにロードセル２を設け、これらロードセル２の出力を合算することによって、ホッパの重量を測定することもできる。上記の実施の形態の検出ブロック１２では、フレキシャ３２は、中途から幅広とした２つの切り込みによって形成したが、同一の幅を持つ２つの切り込みによって形成することもできる。また、フレキシャ３２は、１つだけ設けたが、平行に複数のフレキシャ３２を形成することもできる。また、上記の実施の形態では、窪み２４は中央縦断面形状がコ字状のものを示したが、中央縦断面形状がＩ字状のものを使用することもできる。また、台座１０ａ、１０ｂ、検出ブロック１２を防錆性の高い材料、例えばオーステナイト系ステンレス製のカバーによって覆うことによって、防錆効果を高めることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、荷重の着力点の移動が生じても、その影響を緩和することができ、精度の高い測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の軸重計の正面図及び側面図である。
【図２】図１の軸重計で使用しているロードセルの拡大正面図である。
【図３】図１の軸重計の部分拡大側面図である。
【図４】図２のロードセルで使用している検出ブロックの正面図、底面図、正面図のＡ−Ａ線に沿う断面図、正面図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、側面図、正面図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】図４の検出ブロックにおいて使用されている２つのシール構造を示す図である。
【符号の説明】
２  ロードセル
４  レール
１０ａ、１０ｂ  台座（取付部）
１２  検出ブロック
１８  可動部
２０  固定部
２４  窪み
３０  ３０ａ  金属板
３２  ３４  フレキシャ（屈曲部）
【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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