JPH07139991A - 荷重検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 交流電圧により励磁されるコイル３と磁性体
４とが検出対象荷重Ｆの作用方向に関し間隔をおいて対
向する。そのコイル３と磁性体４との対向間隔は検出対
象荷重に比例した距離だけ相対移動する。そのコイル３
の出力に基づき荷重を検出する。 【効果】 検出対象荷重の作用方向に関する寸法の短い
高性能の荷重検出装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トラッククレーン等に
装着される荷重検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７（ａ）に示すように、トラッククレ
ーン５０はアウトリガ６を車両側部から突き出して接地
させた状態で、トラッククレーン５０に設けたブーム５
１でワークＷを吊り上げて上方向や横方向に搬送する。
このようなトラッククレーン５０においては、ワークＷ
の重量が重すぎる場合やブーム５１を延ばし過ぎたよう
な場合、図７（ｂ）に示すように転倒することがあっ
た。

【０００３】そのような転倒事故を防止するため、ブー
ム５１を介しアウトリガ６からトラッククレーン５０に
作用する荷重を検出し、トラッククレーン５０が転倒す
る前に、その検出荷重に基づいて過搭載の警報や、ブー
ム５１の伸長停止などの措置を取ったり、その検出した
荷重情報をフィードバックしてブーム５１の伸縮を制御
することを行なっている。

【０００４】そのような荷重の検出のためトラッククレ
ーン５０に組み込まれる荷重検出装置として、歪ゲージ
を用いたものが従来より用いられている。これは、ブー
ム５１を介しトラッククレーン５０に作用する荷重によ
って変形あるいは変位する荷重の支持部材に歪ゲージを
取り付け、その支持部材の変形あるいは変位に応じて歪
む歪ゲージの抵抗変化あるいは発信周波数の変化を検出
し、その検出値から荷重を算出するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、歪ゲージは構
造的に極微小（数μｍ）の変位しか検出できないため、
歪ゲージを取り付ける支持部材の変形あるいは変位量も
同様に数μｍでなければならない。しかし、トラックク
レーン５０で検出する荷重は最大数１０トンといった大
きな値であるため、このような大きな荷重により支持部
材に数μｍといった極微小の変形あるいは変形を再現性
よく発生させるためには、支持部材を精密に取り付ける
必要があり、その取り付けが非常に面倒で手間を要する
という問題があった。また、歪ゲージは感度向上等を図
るために通常４枚を並べて取り付けられるため、構造が
複雑で製造が面倒であると共に部品点数が増大し、製造
コストを上昇させるという問題があった。

【０００６】また、荷重変動を油圧変化に変換して荷重
を検出するものがあるが、応答速度が遅く、大型化し、
高価なものになる。また、荷重変動によるゴム製荷重板
の変形を電気的に検出して荷重検出するものがあるが、
再現性および耐久性に劣る。また、荷重を支える支柱の
反力が転倒時に０になるとがたつくことを利用し、その
支柱のがたつきをリミットスイッチにより検出するもの
があるが、再現性が悪く、スイッチのオン、オフによる
検出のため検出点の調整が困難である。

【０００７】そこで、作動トランスを用い、トラックク
レーン５０に作用する荷重に比例して変形するバネ材等
を介し磁性体を検出対象荷重の作用方向に変位させ、そ
の磁性体の変位量をインダクタンスの変化に基づき検知
し、その変位量から荷重を求めることが考えられる。

【０００８】しかし、差動トランスは円筒状の２組のコ
イルからなり、両コイルの中心に磁性体である棒状コア
を挿入し、１次コイルに一定交流電圧を印加し、そのコ
アの検出対象荷重の作用方向の変位量に応じ２次コイル
に生じる誘導起電力からコアの変位量を測定するもので
ある。そのため、差動トランスは検出対象荷重の作用方
向に沿う寸法が大きく、例えばトラッククレーン５０の
アウトリガ６に取り付けるような場合、トラッククレー
ン５０の全体の重心を上方に移動させて転倒の危険性を
増大させてしまう。また、差動トランスにより例えば小
型のトラッククレーンのアウトリガに作用する荷重を検
出する場合、検出対象荷重が小さく磁性体の変位量が小
さいため、コイルのインピーダンスを大きくして検出分
解能を高める必要があるが、コイルを大型化できないた
め検出精度を向上することができない。

【０００９】本発明は、上記従来の課題を解決すること
のできる荷重検出装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の荷重検出装置
は、交流電圧により励磁されるコイルと、このコイルに
検出対象荷重の作用方向に関し間隔をおいて対向する磁
性体と、そのコイルと磁性体との対向間隔を検出対象荷
重に比例した距離だけ相対移動させる手段とを備え、そ
のコイルの出力に基づき荷重を検出することを特徴とす
る。そのコイルは、平面上で導体を渦巻き状に巻くこと
により構成するのが好ましい。さらに、複数のほぼ平行
な平面上で導体を渦巻き状に巻くことにより複数のコイ
ルを構成し、各コイルを互いに接続するのが好ましく、
その平面数を偶数とするのがより好ましい。

【００１１】

【作用】本発明の構成によれば、コイルと磁性体との対
向間隔が検出対象荷重に比例した距離だけ変化すると、
交流電圧により励磁されたコイルのインピーダンスおよ
び磁気抵抗が変化するため、そのインピーダンスあるい
は磁気抵抗に対応するコイルの出力を測定することで、
検出対象荷重を求めることができる。

【００１２】そのコイルは磁性体と検出対象荷重の作用
方向に関し間隔をおいて対向するものであれば足りるの
で、検出対象荷重の作用方向に関する寸法を短くするが
できる。例えば、単層もしくは複数層の平面上で導体を
渦巻き状に巻くことによりコイルを構成することで、検
出対象荷重の作用方向に関する寸法を極めて小さくでき
る。また、導体を円筒状に巻くことによりコイルを構成
することで、渦巻き状に巻く場合よりも同巻数でのコイ
ルと磁性体との対向間隔の変化に対するインピーダンス
変化を大きくでき、検出分解能を高くすることができ
る。また、導体を平面上で巻中心を一方向にずらしなが
ら巻いて帯状のコイルを構成することにより、検出対象
荷重の作用方向に関する寸法を極めて小さくでき、ま
た、渦巻き状に巻く場合よりも同巻数でのコイルと磁性
体との対向間隔の変化に対するインピーダンス変化は多
少小さくなるが、配置スペースが一方向に細長いような
場合に適したものである。

【００１３】また、平面上で導体を渦巻き状に巻くこと
によりコイルを構成する場合、コイルの導体抵抗は導体
の太さや巻ピッチを小さくすると大きくなる。そのた
め、導線をまく平面の面積が制限されている場合、導体
の太さやピッチを小さくしてコイルの抵抗が大きくなる
と、温度変化による出力誤差が大きくなったり、下記の
（１）式で示されるコイルのインピーダンスＺにおける
インダクタンスＬに対する抵抗値Ｒの割合が増加して感
度が小さくなる。 Ｚ＝Ｒ＋ｊωＬ…（１） ここで、ω＝２πｆ：ｆ＝周波数 このような場合において、複数の平面上で導体を渦巻き
状に巻くことにより多層のコイルを構成して互いに接続
することで、スペースが制限されていてもコイルの導体
の径や巻ピッチを小さくする必要がないので、温度変化
による出力誤差を小さくし、また、検出感度を大きくで
きる。すなわち、コイルのインダクタンスＬは、導体を
断面円形の線とすると以下の（２）式のようになる。 Ｌ＝£μπａ² Ｎ² ／ｂ…（２） （£：長岡係数 μ：透磁率 ａ：コイルを構成する導
線の径 ｂ：コイルの長さ Ｎ：巻数） よって、コイルのインダクタンスは、複数の平面上で導
体を渦巻き状に巻くことにより多層のコイルを構成して
互いに接続した方が、単一平面上で導体を渦巻き状に巻
くことにより単層のコイルを構成する場合よりも、導体
の太さや巻ピッチを大きくしてコイルのインダクタンス
を上げ、コイルの導体抵抗を小さくして温度誤差を小さ
くできると共に検出感度を大きくできる。これにより、
例えば、小型トラッククレーンのアウトリガに装備する
場合、回路基板の面積を小さくして装置全体を小型化で
き、アウトリガの断面積が小さくてもコイルのインピー
ダンスを大きくして検出精度を向上できる。

【００１４】また、回路基板の表面上で導体を渦巻き状
に巻くことによりコイルを構成する場合、コイルの中心
部から回路への信号線を引き出す必要があるため、その
信号線の周囲の空間に高周波電流を生じさせるノイズが
漏れて周辺の部品に影響を及ぼす。また、引き出した信
号線の固定機構が必要になる。この場合、回路基板の両
面あるいは偶数層の回路基板の片側表面において導体を
渦巻き状に巻くことによって多層のコイルを構成すれ
ば、最外層の２つのコイルを構成する導線の内周側端部
を、隣接する層のコイルを構成する導線の内周側端部に
接続し、最外層の２つのコイルを構成する導線の外周側
端部を、回路基板上の発振回路と荷重検出回路とに接続
することができる。これにより、コイルに流す高周波電
流を回路基板周囲以外の空間に漏らすことがなくなり、
高周波電流が生じさせるノイズが周辺の部品に及ぼす影
響を低減でき、また、信号線の固定機構が不要になる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１６】図１に示す荷重検出装置１は、回路基板２
と、この回路基板２の一方の表面に設けられたコイル３
と、このコイル３に検出対象荷重Ｆの作用方向に関し間
隔をおいて対向する磁性体４と、その回路基板２と磁性
体４との間に間に介在するバネ５とを備える。その回路
基板２上には、コイル３を励磁する発振回路（図示省
略）とコイル３の荷重検出回路（図示省略）とが形成さ
れている。その磁性体４に検出対象荷重Ｆが作用するこ
とでバネ５が弾性変形し、その検出対象荷重Ｆに比例し
た距離だけ磁性体４はコイル３に対し移動する。

【００１７】そのコイル３は、回路基板２の一方の表面
上で導線を渦巻き状に巻くことにより構成され、コイル
３を構成する導線の外周側端部３ａが回路基板２上の荷
重検出回路に接続され、内周側端部３ｂから引き出され
た信号線６が回路基板２上の発振回路に接続される。そ
の発信回路からコイル３に交流電圧が印加され、そのコ
イル３の出力電圧が荷重検出回路に入力される。その検
出回路の出力は、例えば荷重表示装置や荷重制御回路に
送られ、検出荷重の表示やトラッククレーンにおけるブ
ームの伸縮制御等が行なわれる。

【００１８】上記構成によれば、コイル３と磁性体４と
の対向間隔が検出対象荷重に比例した距離だけ変化する
と、交流電圧により励磁されたコイル３のインピーダン
スおよび磁気抵抗が変化するため、そのインピーダンス
あるいは磁気抵抗に対応するコイル３の出力を測定する
ことで、検出対象荷重を求めることができる。そのコイ
ル３は回路基板２の一面上で導線を渦巻き状に巻くこと
により構成されているので、コイルインダクタンスを小
さくすることなく検出対象荷重の作用方向に関する寸法
を極めて小さくできる。

【００１９】なお、上記実施例ではコイルを単一の平面
上で導線を渦巻き状に巻くことにより構成したが、図２
に示すように、２つの平面上で導線を渦巻き状に巻くこ
とにより構成したコイル３を互いに接続したり、図３に
示すように、４以上の偶数２ｎ（ｎは自然数）の平面上
で導体を渦巻き状に巻くことにより多層のコイル３を構
成して互いに接続してもよい。この場合、各コイル３を
形成した基板２′を検出対象荷重の作用方向に沿って積
層し、最外層の２つのコイル３を構成する導線の内周側
端部３ｂを隣接する層のコイル３を構成する導線の内周
側端部３ｂに接続し、最外層の２つのコイル３を構成す
る導線の外周側端部３ａの一方を発振回路に他方を荷重
検出回路に接続してもよい。なお、各コイル３は基板
２′の片方の表面にのみ設けてもよいし、両方の表面に
設けてもよい。

【００２０】このようにコイル３を多層とすることで、
コイル３を構成する導線の内周側端部３ｂからの信号線
が不要になり、信号線の固定機構をなくすことができ、
信号線の周囲の空間に高周波電流を生じさせるノイズが
漏れて周辺の部品に影響を及ぼすのを防止できる。ま
た、単一平面上で導体を渦巻き状に巻くことにより単層
のコイル３を構成する場合よりも、コイルを配線する面
積を小さくしてコイルのインダクタンスを上げ、コイル
の導体抵抗を小さくして温度誤差を小さくできると共に
検出感度を大きくできる。すなわち、図４は、横軸にコ
イルを設ける回路基板と磁性体との距離をとり、縦軸に
発振回路の発振周波数を５０ｋＨｚとしたときのインピ
ーダンスをとり、実線は導線を渦巻状に１層に４０ター
ン巻くことでコイルを構成した場合の特性を示し、一点
鎖線は導線を渦巻状に２層に２０ターン巻くことで構成
した２つのコイルを互いに接続した場合の特性を示し、
二点鎖線は導線を渦巻状に４層に１０ターン巻くことで
構成した４つのコイルを互いに接続した場合の特性を示
す。この４５において、各特性線の傾きは略同じである
が、インピーダンスは４０ターン１層のコイルが２０タ
ーン２層のコイルに比べ約２倍、２０ターン２層のもの
が１０ターン４層のコイルに比べ約２倍大きいことがわ
かる。これはコイルの導体抵抗による影響であり、これ
が高いということは、感度が小さくなったり、温度によ
る誤差が大きくなったりする。すなわち、多層基板にコ
イルを偶数層の配線パターンとして配置することによ
り、コイルを構成する導体を太くすると共に巻ピッチを
大きくしてコイルの導体抵抗による影響を下げることが
でき、しかも、感度を大きくしたり温度による誤差を小
さくできる。また、コストについても、基板の層が多く
なれば基板の価格は高くなるが、１つのコイルに使用す
る基板の面積が小さくなるため、コイル１枚あたりの単
価は安価になる。なお、コイルを構成する導体は、回路
基板の片側表面だけでなく、両面において渦巻き状に巻
いてもよい。

【００２１】本発明は上記実施例や変形例に限定されな
い。例えば、図５に示すように、回路基板２の一方の表
面上で導体を円筒状に巻くことでコイル１３を構成する
ことにより、渦巻き状に巻く場合に比べ同巻数でのコイ
ル１３と磁性体１４との対向間隔の変化に対するインピ
ーダンス変化を大きくでき、検出分解能を高くすること
ができる。なお、その磁性体１４の中心にはコイル１３
の中心孔内に位置する突部１４ａが形成されている。ま
た、図６に示すように、回路基板２上の一方の表面上で
導体を巻中心を一方向にずらしながら巻いて帯状のコイ
ル２３を構成することにより、渦巻き状に巻く場合と同
様に検出対象荷重の作用方向に関する寸法を極めて小さ
くでき、また、渦巻き状に巻く場合よりも同巻数でのコ
イル２３と磁性体２４との対向間隔の変化に対するイン
ピーダンス変化は多少小さくなるが、配置スペースが一
方向に細長いような場合に適したものとできる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、検出対象荷重の作用方
向に関する寸法の短い高性能の荷重検出装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の荷重検出装置の構成説明図

【図２】本発明の変形例の荷重検出装置の構成説明図

【図３】本発明の変形例の荷重検出装置の構成説明図

【図４】本発明の実施例および変形例の荷重検出装置の
磁性体の移動距離とコイルインピーダンスとの関係を示
す図

【図５】本発明の変形例の荷重検出装置の（ａ）は断面
構成の説明図、（ｂ）はコイルの斜視図

【図６】本発明の変形例の荷重検出装置の（ａ）はコイ
ルの平面図、（ｂ）はコイルの正面図、（ｃ）はコイル
の側面図、（ｄ）はコイルの斜視図

【図７】従来のトラッククレーンにおける問題点の説明
図

【符号の説明】

３、１３、２３ コイル ４、１４、２４ 磁性体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧により励磁されるコイルと、こ
   のコイルに検出対象荷重の作用方向に関し間隔をおいて
   対向する磁性体と、そのコイルと磁性体との対向間隔を
   検出対象荷重に比例した距離だけ相対移動させる手段と
   を備え、そのコイルの出力に基づき荷重を検出すること
   を特徴とする荷重検出装置。
2. 【請求項２】 そのコイルは平面上で導体を渦巻き状に
   巻くことにより構成されている請求項１に記載の荷重検
   出装置。