(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を含む領域に設けられた穴を有し、荷重が印加されるピンと、
前記穴の内壁にその外周面の一部が線で接するように設けられる歪み検出棒と、
前記歪み検出棒に設置され、入出力用配線を有する歪み測定用センサと、
前記歪み検出棒と前記ピンの間に設けられ、前記歪み測定用センサを覆うとともに前記入出力用配線が挿通する樹脂とを
備え、
前記歪み検出棒は、多角形断面を有する長手方向が一様な多角柱状に形成され、
前記歪み検出棒の角部間の平面に、前記歪み測定用センサと前記入出力用配線とが配置される
ことを特徴とするピン型ロードセル。
【請求項２】
請求項１において、
前記歪み測定用センサは、歪みゲージまたは半導体歪みセンサである
ことを特徴とするピン型ロードセル。
【請求項３】
請求項１において、
前記歪み測定用センサは、前記歪み検出棒のせん断変形が起こる箇所に設けられる
ことを特徴とするピン型ロードセル。
【請求項４】
請求項３において、
前記歪み測定用センサは、歪みを検出する感度の方向が、前記歪み検出棒に印加される荷重に対して、４５度傾いて設置されることを特徴とするピン型ロードセル。
【請求項５】
請求項１において、
前記歪み測定用センサは、前記ピンと前記歪み検出棒間の前記歪み検出棒の少なくとも１面に設けられる
ことを特徴とするピン型ロードセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品等に印加される荷重を高精度に検出できるピン型ロードセルに関する。      
【背景技術】
【０００２】
機械を構成する各機械部品が受ける荷重または力を検出する技術として、各部品を結合するための回動支軸のジョイントピン自体に図１２に示す歪み測定用センサ１０６、１０７を組込んだピン型ロードセルが公知となっている(特許文献１の第１図、第３図参照)。なお、図１２は、従来のピン型ロードセルにおける測定用センサ１０６、１０７を設置した検出ブロック１０１の斜視図である。
このピン型ロードセルとは、ピン１０９の内部に挿入される検出ブロック１０１に設置された歪み測定用センサ１０６、１０７によって、ピン１０９の変形すなわち機械への負荷荷重を検出する技術である。
【０００３】
例えば、油圧ショベルのバケットとアームを連結させるジョイントピンをピン型ロードセルとして、掘削力測定、作業量測定などに用いられる。
歪み測定用センサ１０６、１０７としては、一般的に広く使用されている金属抵抗式歪みゲージ、特許文献２に示されるような半導体歪みセンサなどがある。半導体歪みセンサは、歪み感応抵抗体として単結晶シリコン基板に不純物を導入した不純物拡散抵抗を用いたものであり、高感度、低ドリフト、アンプ内蔵などの特徴がある。
【特許文献１】特公平４−５０９７０号公報(第１図、第２図、第３図等)
【特許文献２】特開２００５−１１４４４３号公報
【特許文献３】特開平１０−３８７１３号公報(段落０００２、図２等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のピン型ロードセルとしては、ピン１０９の中立軸に設けられた穴の内壁に歪みゲージを接着する構造(特許文献３の段落０００２、図２参照)や、図１２に示すピン１０９の穴内部に歪みゲージ１０６、１０７が接着された検出ブロック１０１を挿入する構造がある。
前者のピン１０９の穴の内壁に歪みゲージを接着する技術は、深い穴の内壁に直接歪みゲージを接着する必要があるため、製造が困難で特殊な装置が必要となり、製造コストが高騰するという問題がある。
一方、後者のピン１０９の穴内部に歪みゲージが接着された検出ブロック１０１を挿入する技術は、ピン１０９の変形を検出ブロック１０１に伝達させるために、ピン１０９の内壁と検出ブロック１０１の表面とが面で接する構造となっている。
【０００５】
そのため、歪みゲージ１０６、１０７の配線１０６ｈ、１０７ｈを外部に引き出すための穴１０１ａや歪みゲージ１０６、１０７を設置するための窪み１０１ｂを検出ブロック１０１に加工する必要があり、前者の技術と同様、製造コストが高騰する。
本発明は、上記実情に鑑み、安価かつ信頼性の高いピン型ロードセルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、歪み測定用センサが接着された歪み検出用の検出棒を、長手方向が一様な多角柱状に形成してピン内壁に角部の線で接するように配置し、ピンと検出棒の間隙に樹脂を充填することにより達成される。
すなわち、本発明のピン型ロードセルは、中心軸を含む領域に設けられた穴を有し、荷重が印加されるピンと、穴の内壁にその外周面の一部が線で接するように設けられる歪み検出棒と、歪み検出棒に設置され、入出力用配線を有する歪み測定用センサと、歪み検出棒とピンの間に設けられ、歪み測定用センサを覆うとともに入出力用配線が挿通する樹脂とを備え、歪み検出棒は、多角形断面を有する長手方向が一様な多角柱状に形成され、歪み検出棒の角部間の平面に、歪み測定用センサと入出力用配線とが配置されている。
【０００７】
この本発明により、検出棒がピン内壁に線で接するため、面で接する場合と同様、検出棒とピンの接触部からピンの変形を検出棒に伝達させることができる。検出棒はピンに線接触しているため、ピンと検出棒の間の線接触部間にセンサやその配線の設置スペースが確保でき、センサからの配線を外部に引き出すための穴やセンサを設置するための窪みが不必要で単純な構造となり、低コスト化が可能である。
また、ピンと検出棒の間隙に樹脂を充填することにより、外部からの水分の浸入や異物の侵入が防止され、耐候性が向上する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安価かつ信頼性の高いピン型ロードセルを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜第１実施形態＞＞
図１(ａ)は、第１実施形態のピン型ロードセル１０の正面図であり、図１(ｂ)は、  図１(ａ)に示すピン型ロードセル１の右側面図であり、図１(ｃ)は、図１(ａ)に示すピン型ロードセル１０の左側面図であり、図１(ｄ)は図１(ｂ)のピン型ロードセル１０のＡ−Ａ線断面図である。
図１に示す第１実施形態のピン型ロードセル１０は、機械部品をジョイントピンにより連結する機構を持つ機械にジョイントピンとして適用され、ジョイントピンに印加されるせん断力等を測定するものである。
【００１０】
ピン型ロードセル１０の適用例としては、例えば、図３に示す油圧ショベルのバケット８１とアーム８４、８５とを連結するジョイントピン８２、８３に適用されたり、図４に示すロボットのハンド９１ａ、９１ｂをアーム９４に連結するためのジョイントピン９２、９３に適用されている。
図３、図４は、ピン型ロードセル１０の適用例を示した図である。
【００１１】
図３(ａ)は、油圧ショベルの掘削用のバケット８１とバケット８１をジョイントピン８２、８３を介して支持するとともにバケット８１の矢印方向の掘削作業の回動動作を動作制御するアーム８４、８５とを示した側面図であり、図３(ｂ)は、図３(ａ)のバケット８１とアーム８４の連結部廻りのＢ方向矢視拡大図である。
【００１２】
また、図４は、建設現場、工場内で使用される作業ロボットのハンド９１ａ、９１ｂと該ハンド９１ａ、９１ｂをジョイントピン９２、９３を介して支持するとともに９１ａ、９１ｂの矢印方向の把持作業のハンド回動動作を動作制御するアーム９４とを示した側面図である。
【００１３】
図１に示すピン型ロードセル１０を、油圧ショベルのジョイントピン８２(図３(ｂ)参照)に適用した場合、ピン型ロードセル１０は、バケット８１とアーム８４とを連結する役目をしているため、アーム８４とバケット８１とがそれぞれ上下に移動しようとすることにより、ピン型ロードセル１０(ジョイントピン８２)にバケット８１およびバケット８１で掘削した土等の重量の荷重Ｆ１(図３(ｂ)中、下向き白抜き矢印で示す)が下向きに加わり、一方、バケット８１を支持するアーム８４には、該荷重Ｆ１に釣り合う上向きの力Ｆ１(図３(ｂ)中、上向き白抜き矢印で示す)が加わるので、ピン型ロードセル１０(ジョイントピン８２)には、アーム８４からの上向きの力Ｆ１が加わることになる。
【００１４】
従って、これらの力Ｆ１によってジョイントピン８２、すなわち、ピン型ロードセル１０に発生するせん断力を、センサ６、７によって測定することができる。
このピン型ロードセル１０は、図１に示すように、略円柱状のピン１と、ピン１内部に挿入され、歪み検出用のセンサ６、７が設置される検出棒４、５とを備え構成されている。  
ピン型ロードセル１０のピン１は、例えば、構造用炭素鋼(Ｓ４５Ｃ)を用いて製造され、図１(ａ)、図１(ｂ)、図１(ｃ)に示すように、略円柱状の外形状を有するとともに、内部に金属抵抗式歪みゲージ等のセンサ６、７が埋設される箇所が短径となった円柱状の外周溝１ｍ1、１ｍ2が設けられている。
【００１５】
そして、ピン１の中心軸であって、かつ、曲げ変形の軸となる中立軸の両側部には、図１(ａ)、図１(ｂ)、図１(ｃ)に示すように、丸穴である半貫通孔２、３が、それぞれ両端縁から中央部付近まで穿設されている。
丸穴の半貫通孔２、３内にそれぞれ挿入される歪み検出用の検出棒４、５は、図１(ｂ)、図１(ｃ)、図２に示すように、半貫通孔２、３のピン内周壁面２ｎ、３ｎの内径に略等しい寸法の対角線をもつ正方形の横断面を有するステンレス鋼等の長形の角柱状の棒状部材である。なお、図２は、センサ６が取り付けられた検出棒４およびセンサ７が取り付けられた検出棒５を示す斜視図である。
【００１６】
図２に示すように、検出棒４の一面には、電圧入出力用の配線６ｈが接続されるセンサ６が、例えば、エポキシ系等の接着剤を用いて接着されており、同様に、検出棒５の一面には、電圧入出力用の配線７ｈが接続されるセンサ７が、例えば、エポキシ系等の接着剤を用いて接着されている。
図１(ｄ)に示すように、歪み検出用の検出棒４、５が、それぞれ半貫通孔２、３内に挿入された際、外周溝１ｍ1、１ｍ2に対応する箇所の平面には、センサ６、７が、例えば、エポキシ系等の接着剤を用いて接着されている。このセンサ６、７からは、電圧入出力用の配線６ｈ、７ｈがピン型ロードセル１０の外部に引き出されている。
【００１７】
ここで、センサ６、７としては、金属抵抗式歪みゲージ、半導体歪みセンサ等が適用可能であり、この半導体歪みセンサは、歪み感応抵抗体として単結晶シリコン基板に不純物を導入した不純物拡散抵抗を用いたものであり、高感度、低ドリフト、内部に増幅回路を有するアンプ内蔵等の特徴がある。なお、低ドリフトとは、経時的な出力変動が少ないとともに、温度変化に対する出力変動が少ない、すなわち、経時ドリフトおよび温度ドリフトが低いことである。
ピン型ロードセル１０の寸法は、例えば、ピン１の径は、８．５ｃｍであり、その長さは２５ｃｍである。
【００１８】
上述したように、ピン型ロードセル１０は、歪み検出用の検出棒４、５の横断面の正方形の対角線が半貫通孔２、３のピン内周壁面２ｎ、３ｎの内径に略等しいことから、半貫通孔２、３の内部に、歪み検出用の検出棒４、５が、半貫通孔２、３を形成するピン内周壁面２ｎ、３ｎに線で接触し挿入されている。
ここで、図１(ａ)、(ｂ)に示すように、検出棒４がピン１の半貫通孔２に挿入された際、半貫通孔２のピン内周壁面２ｎに接触する接触部４ｂの接触線４ｂ1は、角柱の４辺(図１(ｂ)、図２参照)であり、この４辺が接触する部位は、図２に示す検出棒４における少なくともセンサ６がある部位Ａ若しくはセンサ６を挟む２つの部位Ｂであり、検出棒４の接触部４ｂの４辺の接触線４ｂ1は、ピン１の軸芯１o(図１参照)に対して平行となっている。
【００１９】
同様に、図１(ａ)、(ｃ)に示すように、検出棒５がピン１の半貫通孔３に挿入された際、半貫通孔３のピン内周壁面３ｎに接触する接触部５ｂの接触線５ｂ1は、角柱の４辺(図１(ｃ)、図２参照)であり、この４辺が接触する部位は、図２に示す検出棒５における少なくともセンサ７がある部位Ａ若しくはセンサ７を挟む２つの部位Ｂであり、検出棒５の接触部５ｂの４辺の接触線５ｂ1は、ピン１の軸芯１o(図１参照)に対して平行となっている。
図１(ｄ)に示すように、ピン１の外周溝１ｍ1、１ｍ2の内部において、検出棒４、５のそれぞれの正方形の横断面の一辺を成す平面上にセンサ６、７が配置されることから、図１(ｂ)、図１(ｃ)に示すように、検出棒４、５がピン内周壁面２ｎ、３ｎに線で接する構造により、検出棒４、５とピン内周壁面２ｎ、３ｎ間には接触部４ｂ、５ｂと間隙４ａ、５ａができる。
【００２０】
そして、図１(ｂ)に示すように、ピン型ロードセル１０の一つの間隙４ａ1には、センサ６が配設されるとともにセンサ６の配線６ｈが外部に延在し、また、図１(ｃ)に示すように、ピン型ロードセル１０の一つの間隙５ａ1には、センサ７が配設されるとともにセンサ７の配線７ｈが外部に延在している。
また、図１(ｂ)に示すように、ピン型ロードセル１０のセンサ６およびその配線６ｈが外部に延在するピン１と検出棒４間の間隙４ａには、樹脂Ｊ１が充填されており、また、図１(ｃ)に示すように、ピン型ロードセル１０のセンサ７およびその配線７ｈが外部に延在するピン１と検出棒５間の間隙５ａには、樹脂Ｊ２が充填されている。なお、樹脂Ｊ１、Ｊ２としては、様々な樹脂が適宜、選択可能であるが、水に強く、経年変化が少ないエポキシ系樹脂が望ましい。
【００２１】
なお、検出棒４、５のピン１への固定をより強化するには、検出棒４、５をそれぞれピン１の半貫通孔２、３に圧入したり、ピン１を高温に加熱し膨張させピン１内に検出棒４、５を挿入した後に冷却する焼ばめ等を行うことができる。
前記したように、ピン型ロードセル１０を、図３に示す油圧ショベルのジョイントピン８２に適用した場合、ピン型ロードセル１０は、バケット８１とアーム８４とを連結する役目をしているため、図３(ｂ)に示すように、アーム８４とバケット８１とがそれぞれ上下に移動しようとすることにより、ピン型ロードセル１０(ジョイントピン８２)にバケット８１およびバケット８１で掘削した土等の重量の荷重Ｆ１(図３(ｂ)中、下向きの白抜き矢印で示す)が下向きに加わり、一方、バケット８１を支持するアーム８４には、該荷重Ｆ１に釣り合う上向きの力Ｆ１(図３(ｂ)中、上向きの白抜き矢印で示す)が加わるので、ピン型ロードセル１０(ジョイントピン８２)には、アーム８４からの力Ｆ１が上向きに加わることになる。
【００２２】
従って、図３(ｂ)に示すように、ジョイントピン８２であるピン型ロードセル１０には、バケット８１から印加される力Ｆ１がバケット８１を支持する両側部に下向きに加わり、また、アーム８４から印加されるＦ１がアーム８４を支持する中央部に上向きに加わる。
このように、ピン型ロードセル１０のピン１に、荷重Ｆ１、Ｆ１が反対向きに負荷され、外周溝１ｍ1、１ｍ2がせん断変形する。
図１、図３(ｂ)に示すように、ピン１の外周溝１ｍ1、１ｍ2内のピン中立軸付近にはセンサ６、７が配置されており、このせん断変形による歪みを電気抵抗の変化として検出する。
【００２３】
なお、図１(ａ)、(ｂ)、図２に示すように、ピン１の半貫通孔２のピン内周壁面２ｎに接触する検出棒４の接触部４ｂの接触線４ｂ1は、角柱の４辺であるとともに、検出棒４における少なくともセンサ６がある部位Ａ若しくはセンサ６を挟む２つの部位Ｂであり、かつ検出棒４の接触部４ｂの４辺の接触線４ｂ1は、ピン１の軸芯１o(図１参照)に対して平行となっているため、ピン１のせん断変形が検出棒４のセンサ６に正確に伝達され、センサ６による正確なせん断変形の検出が可能となっている。
【００２４】
同様に、図１(ａ)、(ｃ)、図２に示すように、ピン１の半貫通孔３のピン内周壁面３ｎに接触する検出棒５の接触部５ｂの接触線５ｂ1は、角柱の４辺であるとともに、検出棒５における少なくともセンサ７がある部位Ａ若しくはセンサ７を挟む２つの部位Ｂであり、かつ検出棒５の接触部５ｂの４辺の接触線５ｂ1は、ピン１の軸芯１o(図１参照)に対して平行となっているため、ピン１のせん断変形が検出棒５のセンサ７に正確に伝達され、センサ７による正確なせん断変形の検出が可能となっている。
【００２５】
ピン１は、荷重Ｆ１によってせん断変形とともに曲げ変形も生じるが、曲げ変形による歪みは荷重点の位置によって変化してしまうため，このピン型ロードセル１０では、せん断変形による歪みをセンサ６、７によって検出している。
図５は、図３(ｂ)に示すバケット８１、アーム８４内の回動軸となるピン型ロードセル１０内のセンサ６廻りのＣ部拡大概念図である。
図５に示すように、ピン１の外周溝１ｍ1内に設けるセンサ６は、荷重Ｆ１の方向に対し４５度傾けて配置することで、せん断変形による歪みεｘ、εｙを検出することができる。
【００２６】
すなわち、ピン１に負荷されるせん断力Ｆ１により発生する４５度方向の歪みεｘ、εｙをセンサ６により検出するため、センサ６をその方向に感度を持つ向きに配置している。
なお、図５に示すセンサ６は、その正方形の外形状の辺方向の歪み、すなわち歪みεｘ、εｙを検出をできるように構成されている。
ピン１の外周溝１ｍ2に設けるセンサ７も、同様に配置されている。
このように実装されたセンサ６、７の歪みεｘ、εｙに起因する抵抗値の変化を検出した出力信号を、制御部に送信し、該制御部のマイクロコンピュータ等の演算機を用いて演算することで、ピン型ロードセル１０の出力信号から、ピン型ロードセル１０を適用した図３(ａ)に示す油圧ショベルのバケット８１の掘削力や、図４に示す作業ロボットのハンド９１ａ、９１ｂの把持力等を求めることができる。
【００２７】
前記構成によれば、検出棒４、５を、それぞれピン１の半貫通孔２、３に挿入する際、図１(ｂ)、図１(ｃ)に示すように、ピン１と検出棒４、５とのそれぞれの接触部４ｂ、５ｂによって案内されるので、ピン１の中立軸への位置決めが容易である。
また、ピン１に生じた変形を、接触部４ｂ、５ｂを介して検出棒４、５に伝達させることができる。
また、ピン型ロードセル１０に間隙４ａ、５ａが設けられたことにより、センサ６、７およびそれぞれのセンサ６、７から延びる配線６ｈ、７ｈを、この間隙４ａ、５ａに設置でき、設置スペースが確保できる。そのため、検出棒４、５に、配線６ｈ、７ｈの引出し用の穴やセンサ６、７の配置用の窪みを加工し、新たに設置スペースを確保する必要が無い。
【００２８】
これにより、ピン型ロードセル１０の構造を単純化することができ、低コスト化が図れる。
また、ピン１と検出棒４間の間隙４ａによって樹脂Ｊ１をセンサ６外面上に容易に注入できるとともに、ピン１と検出棒５間の間隙５ａによって樹脂Ｊ２をセンサ７外面上に容易に注入できる。そして、この樹脂Ｊ１、Ｊ２により、検出棒４、５のピン１の内周壁面２ｎ、３ｎへのそれぞれの固定が強化され、また、樹脂Ｊ１、Ｊ２によって外部からのピン型ロードセル１０内への水分の浸入、埃の侵入等を防止して外気の影響を遮断できるので、センサ６、７の耐候性が向上する。
【００２９】
なお、図５においては、センサ６の歪みを検出する感度の方向を荷重Ｆ１の方向に対し４５度傾けて配置する場合を例示したが、センサ６の歪みを検出する感度の方向を荷重Ｆ１の方向に対して非垂直な方向に配置すれば、三角関数を使用しせん断力を演算できるため、センサ６の感度の方向と荷重Ｆ１の方向とが非垂直であれば、センサ６を荷重Ｆ１に対して配置する角度は、４５度に限定されない。
＜＜第１実施形態の変形形態＞＞
【００３０】
図６は、第１実施形態のピン型ロードセル１０の変形形態のピン型ロードセル１０'を示したものであり、図６(ａ)は、第１実施形態の変形形態のピン型ロードセル１０'の正面図であり、図６(ｂ)は、図６(ａ)に示すピン型ロードセル１０'の右側面図であり、図６(ｃ)は、図６(ｂ)のＤ−Ｄ線断面図である。
第１実施形態のピン型ロードセル１０においては、ピン１の両端縁から中央にかけて半貫通孔２、３を穿孔して、ピン１の両端から検出棒４、５を半貫通孔２、３に２本挿入しているが、変形形態のピン型ロードセル１０'は、図６に示すように、ピン１'の中立軸にその一方端側から半貫通孔２'を穿孔し、この一方端側の半貫通孔２'に、センサ６'、７'を設置した検出棒４'を１本挿入し構成されている。
【００３１】
ここで、ピン１'の半貫通孔２'のピン内周壁面２ｎ'に接触する検出棒４'の接触部４ｂ'の接触線４ｂ1'は、角柱の４辺(図６(ｂ)参照)であるとともに、図２と同様に、検出棒４'における少なくともセンサ６'、７'がある部位Ａ'若しくはセンサ６'、７'を挟む２つの部位Ｂ'であり、かつ検出棒４'の接触部４ｂ'の４辺の接触線４ｂ1'は、ピン１'の軸芯１o'(図６参照)に対して平行となっている
【００３２】
これ以外の構成は、第１実施形態と同様であるから、第１実施形態と同様な構成要素には、第１実施形態の符号に'(ダッシ)を付して示し、詳細な説明は省略する。
変形形態のピン型ロードセル１０'は、図３に示す油圧ショベルのバケット８１とアーム８４、８５とを連結するジョイントピン８２、８３等として適用されるものである。
そのため、ピン型ロードセル１０'をバケット８１とアーム８４等に固定するための固定ピン(図示せず)をピン１'に挿通するためのピン固定用孔１ｋ'を、ピン１'の他方端側に穿孔している。
【００３３】
この変形形態によれば、ピン型ロードセル１０'の一方側に検出棒４'を挿入するとともにピン型ロードセル１０'の他方側に検出対象機械への固定のための固定用孔１ｋ'を形成するので、該固定用孔１ｋ'に固定用ピンを挿入することにより、ピン型ロードセル１０'の固定を容易に行える。
また、ピン１'の片側から、配線６ｈ、７ｈを全て引き出せるため、敷線し易い。
また、ピン固定用孔１ｋ'が設けられる場合でも、センサ６'、７'を左右の溝部１ｍ1'、１ｍ2'内に設置できる。
なお、その他の第１実施形態の構成が奏する効果は同様に奏する。
【００３４】
＜＜第２実施形態＞＞
次に、第２実施形態のピン型ロードセル２０について、図７を用いて説明する。なお、図７(ａ)は、第２実施形態のピン型ロードセル２０の正面図であり、図７(ｂ)は、図７(ａ)のＥ−Ｅ線断面図である。
第２実施形態のピン型ロードセル２０は、検出棒２４を挟んで対向してセンサ２６ａ、２６ｂを対として設け、また、検出棒２４を挟んで対向してセンサ２６ｃ、２６ｄを対として設けたものである。
【００３５】
これ以外の構成は、第１実施形態と同様であるから、第１実施形態と同様な構成要素には、第１実施形態の符号に２０の位を付して示し、詳細な説明は省略する。
図７(ａ)に示す第２実施形態のピン型ロードセル２０は、図７(ｂ)に示すように、検出棒２４が、正方形の断面形状を有する角棒であり、ピン２１の外周溝２１ｍ1の内部の４つの平面に、それぞれセンサ２６ａ、２６ｂが対向して配設されるとともにセンサ２６ｃ、２６ｄが対向して配設されている。
【００３６】
ここで、図７(ａ)、(ｂ)に示すように、ピン２１の半貫通孔２２のピン内周壁面２２ｎに接触する検出棒２４の接触部２４ｂの接触線２４ｂ1は、角柱の４辺(図７(ｂ)参照)であるとともに、図２と同様に、検出棒２４における少なくともセンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄがある部位若しくはセンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを挟む２つの部位であり、かつ検出棒２４の接触部２４ｂの４辺の接触線２４ｂ1は、ピン２１の軸芯２１o(図７(ａ)参照)に対して平行となっている。
【００３７】
同様に、ピン型ロードセル２０の検出棒２５は、正方形の横断面形状を有する長形の角棒であり、ピン２１の外周溝２１ｍ2の内部の４つの平面に、それぞれ対向して一対のセンサが配設されている。
また、図７(ａ)、(ｂ)と同様に、ピン２１の半貫通孔のピン内周壁面に接触する検出棒２５の接触部の接触線は、図７(ｂ)と同様に、角柱の４辺であるとともに、図２と同様に、検出棒２５における少なくともセンサ２７ａ、…がある部位若しくはセンサ２７ａ、…を挟む２つの部位であり、かつ検出棒２５の接触部の４辺の接触線は、ピン２１の軸芯２１o(図７(ａ)参照)に対して平行となっている。
【００３８】
図７(ｂ)に示すように、直交する２面２４ｍ１、２４ｍ２にセンサ２６ａ、２６ｃが設置され、また、直交する２面２４ｍ３、２４ｍ４にセンサ２６ｂ、２６ｄが設置されていることで、α１方向の荷重は、センサ２６ａ、２６ｂで検出できるとともに、α２方向の荷重は、センサ２６ｃ、２６ｄで検出でき、α１、α２の２方向の荷重をそれぞれ分離して検出可能である。
これらの２つの出力結果から、検出棒２４の横断面内の荷重方向と大きさを計算することができる。
【００３９】
さらに、図７(ａ)のＦ部拡大図である図７(ｃ)に示すように、対向する２面２４ｍ２、２４ｍ４にセンサ２６ｃ、２６ｄが設置されていることにより、曲げＭによる曲げ変形が起こった場合、センサ２６ｃに曲げＭによる出力変動(＋)、すなわち伸長歪みと、センサ２６ｄに曲げＭによる出力変動(-)、すなわち収縮歪みが生ずる。
そのため、センサ２６ｃの出力結果とセンサ２６ｄの出力結果とを足し合わせて２で割ることにより、測定誤差の原因となるセンサ２６ｃの出力変動(＋)とセンサ２６ｄの出力変動(-)とをキャンセルすることができる。
同様に、対向する２面２４ｍ１、２４ｍ３にセンサ２６ａ、２６ｂが設置されていることで、それぞれの出力結果を足し合わせて，測定誤差の原因となる曲げ変形による出力変動をキャンセルできる。
なお、ピン２１の外周溝２１ｍ2の内部の検出棒２５に関しても、その４つの平面に、それぞれ対向して一対のセンサが配設されるため、同様である。
【００４０】
＜＜第３実施形態＞＞
次に、第３実施形態のピン型ロードセル３０について、図８を用いて説明する。なお、図８(ａ)は、第３実施形態のピン型ロードセル３０の正面図であり、図８(ｂ)は、図８(ａ)のＧ−Ｇ線断面図であり、図８(ｃ)は、図８(ｂ)と異なる変形形態の図８(ａ)のＧ−Ｇ線断面図である。
第１実施形態のピン型ロードセル１０の検出棒４、５および第２実施形態のピン型ロードセル２０の検出棒２４、２５は、図１(ｂ)、図７(ｂ)に示すように、正方形の断面形状を有する場合を例示したが、検出棒は、ピン１に設けられた半貫通孔２、３に線で接する形状であればよく、図８(ｂ)に示すピン型ロードセル３０のような四角形以外の多角形の検出棒３４が半貫通孔３２の内周壁面３２ｎに接する構造でもよい。
【００４１】
図８(ａ)、(ｂ)に示すように、ピン３１の半貫通孔３２のピン内周壁面３２ｎに接触する検出棒３４の接触部３４ｂの接触線３４ｂ1は、多角柱の各辺であるとともに、図２と同様に、検出棒３４における少なくともセンサ３６がある部位若しくはセンサ３６を挟む２つの部位であり、かつ検出棒３４の接触部３４ｂの各辺の接触線３４ｂ1は、ピン３１の軸芯３１o(図８(ａ)参照)に対して平行となっている。
同様に、図８(ａ)、(ｂ)に示すように、ピン３１の半貫通孔３３のピン内周壁面３３ｎに接触する検出棒３５の接触部の接触線は、多角柱の各辺であるとともに、図２と同様に、検出棒３５における少なくともセンサ３７がある部位若しくはセンサ３７を挟む２つの部位であり、かつ検出棒３５の接触部の各辺の接触線は、ピン３１の軸芯３１o(図８(ａ)参照)に対して平行となっている。
【００４２】
また、図８(ｃ)に示すように、円形状の横断面を有する検出棒３４'が、ピン３１'の角穴状の半貫通孔３２'の内周壁面３２ｎ'に接する構造などでもよい。
ここで、図８(ａ)、(ｃ)に示すように、ピン３１'の半貫通孔３２'のピン内周壁面３２ｎ'に接触する検出棒３４'の接触部３４ｂ'の接触線３４ｂ1'は、図８ (ｃ)に示す検出棒３４'の断面において垂直に交わる直径の線と検出棒３４'の外周面との交点である一対毎に対向する４つの点であるとともに、図２と同様に、検出棒３４'における少なくともセンサ３６'がある部位若しくはセンサ３６'を挟む２つの部位であり、かつ検出棒３４'の接触部３４'ｂの接触線３４ｂ1'は、ピン３１'の軸芯３１o'(図８(ａ)参照)に対して平行となっている。
【００４３】
なお、前記の図７(ｂ)に示すように、センサ３６、３６'(図８(ｂ)、図８(ｃ)参照)に対向してセンサを設けることで、２方向の荷重をそれぞれ分離して検出することが可能であり、対向して設けたセンサの出力結果を足し合わせて、測定誤差の原因となる曲げ変形による出力変動をキャンセルできる。
これ以外の構成は、第１実施形態と同様であるから、第１実施形態と同様な構成要素には、第１実施形態の符号に３０の位または３０の位の符号に'(ダッシ)を付して示し、詳細な説明は省略する。
【００４４】
＜＜第４実施形態＞＞
次に、第４実施形態のピン型ロードセル(図示せず)について、図９を用いて説明する。なお、図９は、第４実施形態のピン型ロードセル検出棒４４の斜視図である。
第４実施形態のピン型ロードセル(図示せず)は、第１実施形態から第３実施形態のピン型ロードセルと同様に、ピン内に円筒状の半貫通孔が穿設されている(図１(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)参照)。
図９に示すように、このピン内の円筒状の半貫通孔に挿入される検出棒４４は、正方形の横断面形状を有するが、その横断面形状が長手方向で一定ではなく、センサ４６が接着されている付近に、細い形状の段付き部４６ｄが形成されている。
【００４５】
ここで、ピンの円筒状の半貫通孔内に検出棒４４が挿入された際、ピン内周壁面に接触する検出棒４４の接触部４４ｂの接触線４４ｂ1は、角柱の４辺(図９参照)であるとともに、図２と同様に、検出棒４４における少なくともセンサ４６を挟む２つの部位Ｂであり、かつ検出棒４４の接触部４４ｂの４辺の接触線４４ｂ1は、図１と同様に、ピンの軸芯に対して平行となっている
【００４６】
これ以外の構成は、第１実施形態と同様であるから、第１実施形態と同様な構成要素には、第１実施形態の符号に４０の位を付して示し、詳細な説明は省略する。
この段付き部４６ｄは、検出棒４４における他の部分より細い形状であることから、段付き部４６ｄの断面係数が他の部分より減少し荷重が加わった際の変形が大きく、検出棒４４に発生する歪み、すなわち出力が増幅され測定できるため、測定精度が向上する。
また、強度低下を軽減する理由等でピンの半貫通孔の径を小さくしなければならない場合、ピンの内周壁面と検出棒の間隙が狭小となりセンサおよびセンサの配線の設置スペースが狭く、センサおよびその配線の設置ができなくなることが起こることがある。
これに対して、段付き部４６ｄを設けることにより、センサおよびその配線の設置スペースを確保できる。
【００４７】
＜＜第５実施形態＞＞
次に、第５実施形態のピン型ロードセル(図示せず)について、図１０、図１１を用いて説明する。なお、図１０は、第５実施形態の検出棒５４の斜視図であり、図１１は、第５実施形態の変形形態の検出棒５４'の斜視図である。
第５実施形態のピン型ロードセルは、第１実施形態から第３実施形態のピン型ロードセルと同様に、ピン内に円筒状の半貫通孔が穿設されている(図１(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)参照)。
図１０に示すように、第５実施形態のピン型ロードセルの検出棒５４は、円筒状のピン内周壁面に対し、検出棒５４の一方端面５４ｔ1からセンサ５６の近傍までは面接触領域５４ｐとなる円柱状の形状であり、センサ５６の近傍から検出棒５４の他方端面５４ｔ2までは角柱状の線接触領域５４ｓとなる細い段付き部の形状となっている。
【００４８】
ここで、ピンの円筒状の半貫通孔内に検出棒５４が挿入された際、ピン内周壁面に接触する検出棒５４の線接触領域５４ｓにおける接触部５４ｂの接触線５４ｂ1は、角柱の４辺(図１０参照)であるとともに、図２と同様に、検出棒５４の線接触領域５４ｓにおける少なくともセンサ５６がある部位Ａ若しくはセンサ５６を挟む２つの部位Ｂであり、かつ検出棒５４の線接触領域５４ｓの接触部５４ｂの４辺の接触線５４ｂ1は、図１と同様に、ピンの軸芯に対して平行となっている
【００４９】
検出棒５４の一方端面５４ｔ1からセンサ５６の近傍までを面接触にすることにより、検出棒５４を、ピンを高温に加熱膨張させる焼きばめで固定した場合、検出棒５４の面接触領域５４ｐとピンの内周壁面との接触面積が大きくなり、線接触だけの場合よりも検出棒５４がピンの内周壁面から圧力を受ける領域が拡大し固定が強化される。
加えて、センサ５６の近傍から検出棒５４の他方端面５４ｔ2までは線接触となっているため、ピンの内周壁面とこの線接触部５４ｂ、５４ｂとの間にスペースが生じ、センサ５６やその配線５６ｈの設置スペースを確保できる。
【００５０】
図１１に示す第５本実施形態の変形形態の検出棒５４'においては、第１実施形態から第３実施形態と同様な円筒状のピンの内周壁面に対し、検出棒５４'の外周面が全面で接するのではなく、一部の円筒面５４ｂ1'、５４ｂ2'、５４ｂ3'、５４ｂ4'のみが接する形状としている。
ここで、ピンの円筒状の半貫通孔内に検出棒５４'が挿入された際、ピン内周壁面に接触する検出棒５４'の接触部の接触円筒面５４ｂ0'は、角柱の４つの円筒面５４ｂ1'、５４ｂ2'、５４ｂ3'、５４ｂ4'であるとともに、図２と同様に、検出棒５４'の少なくともセンサ５６'がある部位Ａ'若しくはセンサ５６'を挟む２つの部位Ｂ'であり、かつ検出棒５４'の４つの接触円筒面５４ｂ0'は、図１と同様に、ピンの軸芯に対して平行となっている
【００５１】
検出棒５４'の一部の円筒面５４ｂ1'、５４ｂ2'、５４ｂ3'、５４ｂ4'でピンの内周壁面に面接触することにより、検出棒５４'を焼きばめで固定した場合、検出棒５４とピンの内周壁面との接触面積が大きくなり、線接触だけの場合よりも固定が強化される。さらに，検出棒表面が全面では接していないため、ピンの内周壁面と検出棒５４'との間にセンサ５６'やその配線５６ｈ'の設置スペースを確保できる。
以上、実施形態１から実施形態５を説明したが、実施形態１から実施形態５に示したピン型ロードセルは、検出棒がピンの内周壁面に線で接するため、面で接する場合と同様に、検出棒とピンとの接触部から、ピンの変形を検出棒に伝達させること可能である。
【００５２】
また、検出棒は、ピンに線接触しているため、センサからの配線を外部に引き出すための穴やセンサを設置するための窪みが不必要で単純な構造となり、低コスト化が図れる。
また、ピンの内周壁面と検出棒の間隙に、例えば、水分に強く経年変化の少ないエポキシ系等の樹脂を充填することにより、外部からの水分の浸入や異物の侵入が防止され、耐候性が向上する。
なお、実施形態１から実施形態５の構成を独立して説明したが、実施形態１から実施形態５の構成を適宜、組み合わせて構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】(ａ)は、第１実施形態のピン型ロードセルの正面図であり、 (ｂ)は、 (ａ)図に示すピン型ロードセルの右側面図であり、(ｃ)は、(ａ)図に示すピン型ロードセルの左側面図であり、(ｄ)は、(ｂ)図のピン型ロードセルのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】センサ６が取り付けられた検出棒４およびセンサ７が取り付けられた検出棒５を示す斜視図である。
【図３】(ａ)は、油圧ショベルの掘削用のバケットとバケットの矢印方向の掘削作業の回動動作を動作制御するアームとを示した側面図であり、 (ｂ)は、(ａ)図のバケットとアームの連結部廻りのＢ方向矢視拡大図である。
【図４】建設現場、工場内で使用される作業ロボットのハンドと該ハンドをジョイントピンを介して支持するとともにハンドの矢印方向の把持作業の回動動作を動作制御するアームとを示した側面図である
【図５】図３(ｂ)に示すバケット、アームの回動軸となるピン型ロードセル内のセンサ廻りのＣ部拡大概念図である。
【図６】(ａ)は、第１実施形態の変形形態のピン型ロードセルの正面図であり、 (ｂ)は、(ａ)図に示すピン型ロードセルの右側面図であり、図(ｃ)は、(ｂ)図のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】(ａ)は、第２実施形態のピン型ロードセルの正面図であり、(ｂ)は、(ａ)図のＥ−Ｅ線断面図であり、 (ｃ)は、(ａ)図のＦ部拡大図である。
【図８】(ａ)は、第３実施形態のピン型ロードセルの正面図であり、 (ｂ)は、(ａ)図のＧ−Ｇ線断面図であり、 (ｃ)は、変形形態の(ａ)図のＧ−Ｇ線断面図である。
【図９】第４実施形態の検出棒の斜視図である。
【図１０】第５実施形態の検出棒の斜視図である。
【図１１】第５実施形態の変形形態の検出棒の斜視図である。
【図１２】従来のピン型ロードセルにおける測定用センサを設置した検出ブロックの斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１、１'、２１、３１、３１'…ピン
２、３、２'、２３、３２、３２'…半貫通孔(穴)、
２ｎ、３ｎ、２ｎ'、２３ｎ、３２ｎ、３２ｎ'…内周壁面 (内壁)、
４、５、２４、２５、３４、３４'、４４、５４、５４'…検出棒(歪み検出棒)
６、７、６'、７'、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、３６、３７、４６、５６、５６'…センサ(歪み測定用センサ)
６ｈ、７ｈ、６ｈ'、７ｈ'、２６ｈ、２７ｈ、３６ｈ、３７ｈ、４６ｈ、５６ｈ、５６ｈ'…配線(入出力用配線)
１０、１０'、２０、３０、３０'…ピン型ロードセル、
４６ｄ…段付き部
５４ｂ1'、５４ｂ2'、５４ｂ3'、５４ｂ4'…円筒面
５４ｐ…面接触領域(円筒面)
Ｊ１、Ｊ２、Ｊ１'、Ｊ２１、Ｊ３１、Ｊ３１'…樹脂
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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