WO2019026655A1 - ロードセルおよび軸受 - Google Patents

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WO2019026655A1
WO2019026655A1 PCT/JP2018/027407 JP2018027407W WO2019026655A1 WO 2019026655 A1 WO2019026655 A1 WO 2019026655A1 JP 2018027407 W JP2018027407 W JP 2018027407W WO 2019026655 A1 WO2019026655 A1 WO 2019026655A1
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WO
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load cell
load
strain
axis
strain gauge
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PCT/JP2018/027407
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Inventor
持丸　昌己
五十嵐　美照
Original Assignee
オイレス工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Definitions

  • the present invention relates to a load cell, and more particularly to a load cell suitable for measuring the load of a vehicle applied to a suspension.
  • Patent Document 1 discloses a bearing capable of measuring a load applied to a suspension while supporting the load of a vehicle.
  • the bearing is connected to a rotating body, a top race and a bottom race relatively rotatably combined via the rotating body, a top cup connected to the top race and disposed on the vehicle body side, and a bottom race And a deformation sensor such as a strain gauge attached to the top race or the top cup.
  • the top race or the top cup functions as a straining body
  • the strain of the straining body is detected by a deformation sensor
  • the load in the thrust direction (the load of the vehicle) is calculated based on the magnitude of the detected strain. ing.
  • Patent Document 1 since the bearing described in Patent Document 1 is configured to support the load of the vehicle applied to the suspension, it is designed to have sufficient rigidity with respect to the load in the thrust direction. Therefore, when the top race or the top cup is used as a strain generating body, the strain of the strain generating body against the load in the thrust direction is small, so the detection sensitivity of the deformation sensor becomes low, and the load of the vehicle can be measured accurately. difficult.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a load cell capable of accurately measuring a load in a thrust direction and a bearing using the load cell.
  • two annular flat plates are arranged in the axial direction, and the annular flat plates are connected by a connecting member to constitute a strain generating body, and the connecting member is axially
  • the strain gauge was attached to the connecting member while being inclined with respect to the heart.
  • the load cell of the present invention Strain generating body, A strain gauge for detecting strain generated in the strain generating body;
  • the strain body is Two annular flat plates arranged in the axial direction, And a connecting member for connecting between the two annular flat plates, The connecting member is inclined with respect to the axial center, The strain gauge is attached to the connecting member.
  • the bearing of the present invention is A bearing that supports the load of a vehicle applied to a suspension, An upper case attached to the vehicle body side, A lower case attached to a spring side constituting the suspension and rotatably combined with the upper case; The above-mentioned load cell disposed between the upper case and the vehicle body.
  • the connecting member constituting the strain generating body is inclined with respect to the axial center, the connecting member is compressed and deformed against the load in the thrust direction applied in the direction of contracting between the two annular flat plates. In addition to this, bending deformation also occurs, and distortion is greater than in the case of only compression deformation. This increases the detection sensitivity of the strain gauge. Therefore, according to the present invention, the load in the thrust direction can be measured accurately.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are a front view and a side view of a load cell 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are a cross-sectional view taken along the line AA and a cross-sectional view taken along the line BB of the load cell 1 shown in FIG. 1A.
  • 3 (A) and 3 (B) are a cross-sectional view and a cross-sectional view of the load cell 1 shown in FIG. 1 (B), respectively.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining the strain of the strain generating body 2 with respect to the load in the thrust direction
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the strain of the strain generating body 2 with respect to the load in the radial direction.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the damper assembly 5, the bearing 6, and the upper support 7 that constitute the vehicle suspension 4.
  • 6 (A), 6 (B) and 6 (C) are a front view, a rear view and a side view of the sliding bearing 6, and
  • FIG. 6 (D) is a sliding bearing shown in FIG. 6 (A).
  • 6 is a cross-sectional view taken along line E-E of FIG.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are a front view and a side view of a load cell 1 according to the present embodiment.
  • 2 (A) and 2 (B) are a cross-sectional view taken along the line AA and a cross-sectional view taken along the line BB of the load cell 1 shown in FIG. 1 (A).
  • 3 (A) and 3 (B) are a cross-sectional view taken along the line CC and a cross-sectional view taken along the line DD of the load cell 1 shown in FIG. 1 (B).
  • the load cell 1 is for measuring the load applied in the thrust direction (axial center O direction), and a plurality of strains for detecting strain generated in the strain generating body 2 and the strain generating body 2 Gauge sets 3a to 3d (hereinafter, also simply referred to as strain gauge set 3).
  • the strain generating body 2 is formed of a thermoplastic resin such as polyacetal resin or polyamide resin, and is a connecting member for connecting between two annular flat plates 20a and 20b arranged in the axial center O direction and the two annular flat plates 20a and 20b. And 21.
  • the annular flat plates 20a and 20b are disposed parallel to each other with their centers aligned with the axis O.
  • the connecting member 21 has a plurality of arm portions 22 arranged at equal intervals on the circumference centering on the axial center O and in line symmetry with respect to the axial center O.
  • the arm portion 22 is inclined in a direction away from the axial center O as the sectional shape in the plane including the axial center O goes from the annular flat plate 20 a to the annular flat plate 20 b. Therefore, the two arm portions 22 arranged in line symmetry with respect to the axis O have a cross-sectional shape in a plane including the axis O inclined in line symmetry with respect to the axis O to form a V shape. There is no. As a result, in the strain-generating body 2, the cross-sectional shape in the plane including the axial center O becomes a Z shape that is line symmetrical with respect to the axial center O (see FIGS. 2A and 2B).
  • the strain gauge set 3 is arranged to be line symmetrical with respect to the axis O. Specifically, the strain gauge sets 3a and 3b are arranged to be axisymmetric with respect to the axis O, and the strain gauge sets 3c and 3d are arranged to be axisymmetrical with respect to the axis O.
  • the strain gauge set 3 is constituted by four strain gauges 30a to 30d constituting a Wheatstone bridge circuit.
  • the strain gauge 30a is attached to the outer wall surface (surface on the radially outer side) 221 of the end 220a of the arm 22 on the side of the annular flat plate 20a
  • the strain gauge 30b is on the side of the annular flat 20b of the arm 22.
  • the strain gauge 30c is attached to the inner wall surface (surface on the radially inward side) 222 of the end 220a of the arm 22 on the side of the annular flat plate 20a
  • the strain gauge 30d is on the side of the annular flat 20b of the arm 22. It is attached to the inner wall surface 222 of the end 220 b.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining the strain of the strain generating body 2 with respect to the load in the thrust direction
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the strain of the strain generating body 2 with respect to the load in the radial direction.
  • FIG. FIG. 4A and FIG. 4B correspond to a diagram in which a part of FIG. 2B is omitted.
  • the plurality of arm portions 22 constituting the connecting member 21 of the strain generating body 2 are at equal intervals on the circumference centered on the axis O and are line symmetrical with respect to the axis O It is arranged as. Further, the cross-sectional shape in the plane including the axis O is inclined in the direction away from the axis O as it goes from the annular flat plate 20 a to the annular flat plate 20 b. Therefore, as shown in FIG.
  • each arm portion 22 is distorted in the direction in which the outer wall surface 221 extends, and is distorted in the direction in which the inner wall surface 222 contracts. For this reason, distortion of the strain generating body 3 becomes larger than that in the case of only compression deformation, and the detection sensitivity of distortion which can be detected by the strain gauge set 3 becomes high.
  • strain gauge set 3 is arranged so as to be line symmetrical with respect to axis O. Therefore, the influence of radial load R is canceled by averaging the detection values of each strain gauge set 3. can do.
  • the strain detection sensitivity that can be detected by the strain gauge set 3 can be increased, and furthermore, by averaging the detection values of the strain gauge set 3 Since the influence of the radial load R included in the detection value can be offset, the thrust load T can be accurately measured by calculating the thrust load T based on the average value of the detection values of the strain gauge set 3 . Further, by changing the inclination of the plurality of arm portions 22 constituting the connecting member 21 with respect to the axial center O, it is possible to adjust the detection sensitivity of distortion which can be detected by the strain gauge set 3.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the damper assembly 5, the slide bearing 6, and the upper support 7 that constitute the vehicle suspension 4. As shown in FIG.
  • the vehicle suspension 4 is used for suspension of a vehicle such as a car, and as shown, a damper assembly 5 including a shock absorber 50, an upper support 7 for mounting the damper assembly 5 on the vehicle body side, and a damper assembly And a sliding bearing 6 disposed between the upper support 7 and the upper support 7.
  • a damper assembly 5 including a shock absorber 50, an upper support 7 for mounting the damper assembly 5 on the vehicle body side, and a damper assembly And a sliding bearing 6 disposed between the upper support 7 and the upper support 7.
  • the damper assembly 5 includes a coil spring 51, a lower spring seat 52, a bump stopper 53, and a dust boot 54, in addition to the shock absorber 50.
  • the coil spring 51 is coaxially disposed with the shock absorber 50 so as to surround the shock absorber 50, and its upper end 510 is supported by an upper spring seat 55 provided on the slide bearing 6, and its lower end 511 is It is supported by a lower spring seat 52 provided on the shock absorber 50.
  • the bump stopper 53 is mounted on the piston rod 56 of the shock absorber 50 and prevents the shock absorber 50 from colliding with the body of the vehicle when the piston rod 56 is compressed.
  • the dust boot 54 is mounted so as to cover the piston rod 56 on which the bump stopper 53 is mounted, and prevents dust, muddy water and the like from adhering to the piston rod 56.
  • the slide bearing 6 is disposed between the damper assembly 5 and the upper support 7 and supports the load applied to the damper assembly 5 while allowing relative rotation between the coil spring 51 and the upper support 7.
  • the slide bearing 6 is equipped with the load cell 1 which concerns on this Embodiment.
  • the load cell 1 outputs signals from the plurality of strain gauge sets 3 according to the strain generated in the strain generating body 2 by the load supported by the slide bearing 6.
  • the signals output from the plurality of strain gauge sets 3 are input to the load measuring unit 8 mounted on the vehicle.
  • the load measuring unit 8 calculates an average value of detection values indicated by the signals output from the plurality of strain gauge sets 3 and measures a load applied to the damper assembly 5 based on the average value. Then, the vehicle weight is calculated based on the detected load.
  • the vehicle weight is calculated by summing the loads measured by the load cells 1. Further, for example, when the slide bearing 6 including the load cell 1 is mounted only on the suspension of the front wheel or the rear wheel, the vehicle weight is calculated by doubling the total of the loads detected by the load cells 1. Further, for example, in the case where the slide bearing 6 including the load cell 1 is mounted on only one suspension of four wheels, the vehicle weight is calculated by quadrupling the load detected by the load cell 1.
  • FIG. 6 (A), 6 (B) and 6 (C) are a front view, a rear view and a side view of the sliding bearing 6, and FIG. 6 (D) is a sliding bearing shown in FIG. 6 (A). 6 is a cross-sectional view taken along line E-E of FIG.
  • the slide bearing 6 has a receiving hole 60 for receiving the piston rod 56 on which the bump stopper 53 is mounted.
  • the slide bearing 6 is rotatably combined with the upper case 61 and the upper case 61, and is disposed in the lower case 62 forming an annular space 64 between the upper case 61 and the lower case 62.
  • An annular center plate 63 and a load cell 1 disposed between the upper case 61 and the upper support 7 are provided.
  • Upper case 61 is formed of thermoplastic resin having excellent sliding characteristics such as polyacetal resin impregnated with lubricating oil as needed, and is inserted to upper support 7 through load cell 1 with piston rod 56 inserted. It is attached.
  • Lower case 62 is formed of thermoplastic resin such as polyamide resin reinforced with glass fiber etc. if necessary, and upper end portion 510 of coil spring 51 in a state where piston rod 56 mounted with bump stopper 53 is inserted. It also functions as an upper spring seat 55 that supports the
  • the center plate 63 is an annular member formed of a material excellent in sliding characteristics, such as PTFE (polytetrafluoroethylene), a thermoplastic resin to which PTFE is added, a brass alloy, etc.
  • strain gauge sets 3a to 3d are used as the plurality of strain gauge sets 3 for detecting distortion generated in the strain generating body 2 is described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • a plurality of strain gauge sets 3 may be arranged in line symmetry with respect to the axis O.
  • the strain gauge set 3 is constituted by the four strain gauges 30a to 30d constituting the Wheatstone bridge circuit, and the strain gauges 30a to 30d are formed by the outer wall surfaces of both end portions 220a and 220b of the arm portion 22. And 221 attached to the inner wall surface 222.
  • the strain gauge set 3 may be configured to include at least one strain gauge, and the mounting position thereof may be any connecting member 21 that bends in addition to compressive deformation with respect to the thrust load T. You may attach it.
  • the connecting members 21 for connecting the annular flat plates 20a and 20b are arranged at equal intervals on the circumference centering on the axial center O and in line symmetry to the axial center O. It is comprised by the several arm part 22 arrange
  • the connecting member may have a cross-sectional shape in a plane including the axial center O inclined in line symmetry with respect to the axial center O.
  • the connecting member may be a tubular member whose diameter increases from one of the annular flat plates 20a and 20b to the other.
  • the annular flat plates 20a and 20b have the same diameter, but the present invention is not limited to this.
  • the annular flat plate 20a is adjusted to the size of the upper support 7 to which the annular flat plate 20a is attached, and the annular flat plate 20b is annular
  • the sizes of the annular flat plates 20a and 20b may be made different from each other.
  • the slide bearing 6 is described as an example.
  • the bearing combined with the load cell 1 is not limited to the sliding bearing.
  • it may be a rolling bearing.
  • the load cell of the present invention can be used not only for bearings but also for various applications for measuring thrust loads.

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Abstract

スラスト方向の荷重を精度よく測定することのできるロードセルおよびこのロードセルを用いた軸受を提供する。ロードセル（１）は、起歪体（２）と、起歪体（２）に生じた歪みを検出する歪みゲージセット（３ａ～３ｄ）と、を備えている。起歪体（２）は、軸心Ｏ方向に配置された２つの環状平板（２０ａ、２０ｂ）と、環状平板（２０ａ、２０ｂ）間を連結する連結部材（２１）と、を有する。連結部材（２１）は、軸心Ｏを中心とする円周上に等間隔でかつ軸心Ｏに対して線対称となるように配置された複数のアーム部（２２）で構成され、軸心Ｏに対して傾斜している。歪みゲージセット（３ａ～３ｄ）は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの歪みゲージ（３０ａ～３０ｄ）で構成され、連結部材（２１）の軸心Ｏに対して線対称な位置にそれぞれに取り付けられている。

Description

ロードセルおよび軸受
　本発明は、ロードセルに関し、特にサスペンションに加わる車両の荷重を測定するのに好適なロードセルに関する。
　特許文献１には、サスペンションに加わる車両の荷重を支持しながらこの荷重を測定することのできる軸受が開示されている。この軸受は、回転体と、回転体を介して相対的に回転可能に組み合わされたトップレースおよびボトムレースと、トップレースに連結されて車体側に配置されるトップカップと、ボトムレースに連結されてサスペンションスプリング側に配置されるボトムカップと、トップレースあるいはトップカップに取り付けられた歪ゲージ等の変形センサと、を備えている。この軸受では、トップレースあるいはトップカップが起歪体として機能し、起歪体の歪みを変形センサで検出し、検出した歪みの大きさに基づいてスラスト方向の荷重（車両の荷重）を算出している。
特開２００４－１７７４１１号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の軸受は、サスペンションに加わる車両の荷重を支持する構造であるため、スラスト方向の荷重に対して十分な剛性を有するように設計される。このため、トップレースあるいはトップカップを起歪体として用いた場合、スラスト方向の荷重に対する起歪体の歪みが小さいので、変形センサの検出感度が低くなり、精度よく車両の荷重を測定することが難しい。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スラスト方向の荷重を精度よく測定することのできるロードセルおよびこのロードセルを用いた軸受を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明では、２つの環状平板を軸心方向に配置して、これらの環状平板間を連結部材で連結することにより、起歪体を構成し、連結部材を軸心に対して傾斜させるとともに、歪みゲージを連結部材に取り付けた。
　例えば、本発明のロードセルは、
　起歪体と、
　前記起歪体に生じた歪みを検出する歪みゲージと、を備え、
　前記起歪体は、
　軸心方向に配置された２つの環状平板と、
　前記２つの環状平板間を連結する連結部材と、を有し、
　前記連結部材は、軸心に対して傾斜しており、
　前記歪みゲージは、前記連結部材に取り付けられている。
　また、本発明の軸受は、
　サスペンションに加わる車両の荷重を支持する軸受であって、
　車体側に取り付けられるアッパーケースと、
　前記サスペンションを構成するスプリング側に取り付けられ、前記アッパーケースと相対的に回転可能に組み合わされるロワーケースと、
　前記アッパーケースと前記車体との間に配置される上述のロードセルと、を備えている。
　本発明のロードセルは、起歪体を構成する連結部材を軸心に対して傾斜させているので、２つの環状平板間を縮める方向に加わるスラスト方向の荷重に対して、連結部材は、圧縮変形に加えて、曲げ変形も生じて、圧縮変形のみの場合と比べてより大きく歪む。このため、歪みゲージの検出感度が高くなる。したがって、本発明によれば、スラスト方向の荷重を精度よく測定することができる。
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るロードセル１の正面図および側面図である。 図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すロードセル１のＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。 図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、図１（Ｂ）に示すロードセル１のＣ－Ｃ断面図およびＤ－Ｄ断面図である。 図４（Ａ）は、スラスト方向の荷重に対する起歪体２の歪みを説明するための図であり、図４（Ｂ）は、ラジアル方向の荷重に対する起歪体２の歪みを説明するための図である。 図５は、車両用サスペンション４を構成するダンパアッセンブリ５、軸受６、およびアッパーサポート７の部分断面図である。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、滑り軸受６の正面図、背面図および側面図であり、図６（Ｄ）は、図６（Ａ）に示す滑り軸受６のＥ－Ｅ断面図である。
　以下、本発明の一実施の形態について説明する。
　図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、本実施の形態に係るロードセル１の正面図および側面図である。また、図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すロードセル１のＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。また、図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、図１（Ｂ）に示すロードセル１のＣ－Ｃ断面図およびＤ－Ｄ断面図である。
　本実施の形態に係るロードセル１は、スラスト方向（軸心Ｏ方向）に加わる荷重を測定するためのものであり、起歪体２と、起歪体２に生じた歪みを検出する複数の歪みゲージセット３ａ～３ｄ（以下、単に歪みゲージセット３とも呼ぶ）と、を備えている。
　起歪体２は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂で形成され、軸心Ｏ方向に配置された２つの環状平板２０ａ、２０ｂと、２つの環状平板２０ａ、２０ｂ間を連結する連結部材２１と、を有する。
　環状平板２０ａ、２０ｂは、それぞれの中心を軸心Ｏに一致させて互いに平行に配置されている。
　連結部材２１は、軸心Ｏを中心とする円周上に等間隔でかつ軸心Ｏに対して線対称となるように配置された複数のアーム部２２を有する。アーム部２２は、軸心Ｏを含む平面における断面形状が、環状平板２０ａから環状平板２０ｂに向かうに従い、軸心Ｏから離れる方向に傾斜している。したがって、軸心Ｏに対して線対称な位置に配置された２つのアーム部２２は、軸心Ｏを含む平面における断面形状が軸心Ｏに対して線対称に傾斜してハの字形状をなしている。これにより、起歪体２は、軸心Ｏを含む平面における断面形状が軸心Ｏに対して線対称なＺ形状となる（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）。
　歪みゲージセット３は、軸心Ｏに対して線対称となるように配置されている。具体的には、歪みゲージセット３ａ、３ｂが軸心Ｏに対して線対称となり、かつ歪みゲージセット３ｃ、３ｄが軸心Ｏに対して線対称となるように配置されている。
　また、歪みゲージセット３は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの歪みゲージ３０ａ～３０ｄにより構成される。ここで、歪みゲージ３０ａは、アーム部２２の環状平板２０ａ側の端部２２０ａの外壁面（径方向外方側の面）２２１に取り付けられ、歪みゲージ３０ｂは、アーム部２２の環状平板２０ｂ側の端部２２０ｂの外壁面２２１に取り付けられる。また、歪みゲージ３０ｃは、アーム部２２の環状平板２０ａ側の端部２２０ａの内壁面（径方向内方側の面）２２２に取り付けられ、歪みゲージ３０ｄは、アーム部２２の環状平板２０ｂ側の端部２２０ｂの内壁面２２２に取り付けられる。
　つぎに、上記構成のロードセル１に荷重が加えられた場合における起歪体２の歪みについて説明する。
　図４（Ａ）は、スラスト方向の荷重に対する起歪体２の歪みを説明するための図であり、図４（Ｂ）は、ラジアル方向の荷重に対する起歪体２の歪みを説明するための図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、図２（Ｂ）の一部を省略した図に相当する。
　上記構成のロードセル１において、起歪体２の連結部材２１を構成する複数のアーム部２２は、軸心Ｏを中心とする円周上に等間隔でかつ軸心Ｏに対して線対称となるように配置されている。また、軸心Ｏを含む平面における断面形状が、環状平板２０ａから環状平板２０ｂに向かうに従い、軸心Ｏから離れる方向に傾斜している。このため、図４（Ａ）に示すように、起歪体２を構成する２つの環状平板２０ａ、２０ｂ間を縮める軸心Ｏ方向の荷重であるスラスト荷重Ｔがロードセル１に加わると、各アーム部２２は、軸心Ｏ方向の圧縮変形に加えて、環状平板２０ａ側の端部２２０ａが径方向内方に撓み、かつ環状平板２０ｂ側の端部２２０ｂが径方向外方に撓むように曲げ変形する。この曲げ変形により、各アーム部２２は、外壁面２２１が延びる方向に歪む一方、内壁面２２２が縮む方向に歪む。このため、圧縮変形のみの場合と比べて起歪体３の歪みが大きくなり、歪みゲージセット３で検出できる歪みの検出感度が高くなる。
　また、図４（Ｂ）に示すように、軸心Ｏ方向に対して垂直な方向の荷重であるラジアル荷重Ｒがロードセル１に加わると、ラジアル荷重Ｒが加えられる側のアーム部２２（図４（Ｂ）において左側のアーム部２２）では、外壁面２２１が延びる方向に歪む一方、内壁面２２２が縮む方向に歪む。これに対して、ラジアル荷重Ｒが加えられる側のアーム部２２と軸心Ｏ方向に対して線対称な位置にあるアーム部２２（図４（Ｂ）において右側のアーム部２２）では、外壁面２２１が縮む方向に歪む一方、内壁面２２２が延びる方向に歪む。つまり、軸心Ｏ方向に対して線対称な位置にある２つのアーム部２２は、ラジアル荷重Ｒに対して互いに反対方向に歪みが生じるので、軸心Ｏ方向に対して線対称な位置にある２つのアーム部２２に取り付けた歪みゲージセット３の検出値の極性が逆となる。本実施の形態では、歪みゲージセット３を軸心Ｏに対して線対称となるように配置しているので、各歪みゲージセット３の検出値を平均することにより、ラジアル荷重Ｒによる影響を相殺することができる。
　したがって、本実施の形態に係るロードセル１によれば、歪みゲージセット３で検出できる歪みの検出感度を高くでき、さらに、歪みゲージセット３の検出値の平均を取ることにより、歪みゲージセット３の検出値に含まれているラジアル荷重Ｒによる影響を相殺できるので、歪みゲージセット３の検出値の平均値に基づいてスラスト荷重Ｔを算出することにより、スラスト荷重Ｔを精度よく測定することができる。また、連結部材２１を構成する複数のアーム部２２の軸心Ｏに対する傾きを変えることにより、歪みゲージセット３で検出できる歪みの検出感度を調節することができる。
　つぎに、本実施の形態に係るロードセル１を用いた軸受について説明する。
　図５は、車両用サスペンション４を構成するダンパアッセンブリ５、滑り軸受６、およびアッパーサポート７の部分断面図である。
　車両用サスペンション４は、自動車等の車両の懸架に用いられ、図示するように、ショックアブソーバ５０を含むダンパアッセンブリ５と、ダンパアッセンブリ５を車両のボディ側に取り付けるためのアッパーサポート７と、ダンパアッセンブリ５およびアッパーサポート７間に配された滑り軸受６と、を備えている。
　ダンパアッセンブリ５は、ショックアブソーバ５０に加えて、コイルスプリング５１と、ロワースプリングシート５２と、バンプストッパ５３と、ダストブーツ５４と、を備えている。
　コイルスプリング５１は、ショックアブソーバ５０の周囲を囲むようにショックアブソーバ５０と同軸に配され、その上端部５１０が滑り軸受６に設けられたアッパースプリングシート５５によって支持されるとともに、その下端部５１１がショックアブソーバ５０に設けられたロワースプリングシート５２によって支持される。
　バンプストッパ５３は、ショックアブソーバ５０のピストンロッド５６に装着され、ピストンロッド５６が圧縮された際にショックアブソーバ５０が車両のボディに衝突するのを防止する。
　ダストブーツ５４は、バンプストッパ５３が装着されたピストンロッド５６を覆うように装着され、塵埃、泥水等がピストンロッド５６に付着するのを防止する。
　滑り軸受６は、ダンパアッセンブリ５とアッパーサポート７との間に配され、コイルスプリング５１およびアッパーサポート７間の相対的な回動を許容しつつ、ダンパアッセンブリ５に加わる荷重を支持する。
　また、滑り軸受６は、本実施の形態に係るロードセル１を備えている。ロードセル１は、滑り軸受６が支持する荷重によって起歪体２に生じた歪みに応じた信号を複数の歪みゲージセット３から出力する。そして、複数の歪みゲージセット３から出力された信号は、車両に搭載された荷重測定部８に入力される。荷重測定部８は、複数の歪みゲージセット３から出力された信号が示す検出値の平均値を算出し、この平均値に基づいてダンパアッセンブリ５に加わる荷重を測定する。そして、検出した荷重に基づいて車重を算出する。
　例えば、車両の四輪すべてのサスペンションにロードセル１を備えた滑り軸受６が搭載されている場合、各ロードセル１で測定した荷重を合計することにより車重を算出する。また、例えば、前輪あるいは後輪のサスペンションにのみロードセル１を備えた滑り軸受６が搭載されている場合、各ロードセル１で検出した荷重の合計を２倍にすることで車重を算出する。また、例えば、四輪のうちの一つのサスペンションにのみロードセル１を備えた滑り軸受６が搭載されている場合、このロードセル１で検出した荷重を４倍にすることで車重を算出する。
　図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、滑り軸受６の正面図、背面図および側面図であり、図６（Ｄ）は、図６（Ａ）に示す滑り軸受６のＥ－Ｅ断面図である。
　滑り軸受６は、バンプストッパ５３が装着されたピストンロッド５６を収容するための収容孔６０を有する。また、滑り軸受６は、アッパーケース６１と、アッパーケース６１と回動自在に組み合わされて、アッパーケース６１との間に環状空間６４を形成するロワーケース６２と、この環状空間６４に配された環状のセンタープレート６３と、アッパーケース６１とアッパーサポート７との間に配置されたロードセル１と、を備えている。
　アッパーケース６１は、必要に応じて潤滑油が含浸されたポリアセタール樹脂等の摺動特性に優れた熱可塑性樹脂で形成され、ピストンロッド５６が挿入された状態でロードセル１を介してアッパーサポート７に取り付けられる。
　ロワーケース６２は、必要に応じてガラス繊維等で強化されたポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂で形成され、バンプストッパ５３が装着されたピストンロッド５６が挿入された状態でコイルスプリング５１の上端部５１０を支持するアッパースプリングシート５５としても機能する。
　センタープレート６３は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＦＥが添加された熱可塑性樹脂、黄銅合金等の摺動特性に優れた材料で形成された円環状部材であり、環状空間６４において、例えばロワーケース６２との相対的な回動が拘束された状態でアッパーケース６１と摺動することにより、アッパーケース６１およびロワーケース６２間の自在な回動を実現する軸受体として機能する。
　以上、本発明の一実施の形態について説明した。
　本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
　例えば、上記の実施の形態では、起歪体２に生じた歪みを検出する複数の歪みゲージセット３として、４つの歪みゲージセット３ａ～３ｄを用いた場合を例にとり説明している。しかし、本発明はこれに限定されない。歪みゲージセット３は、軸心Ｏに対して線対称となるように複数配置されていればよい。
　また、上記の実施の形態では、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの歪みゲージ３０ａ～３０ｄにより歪みゲージセット３を構成し、歪みゲージ３０ａ～３０ｄを、アーム部２２の両端部２２０ａ、２２０ｂの外壁面２２１および内壁面２２２に取り付けている。しかし、本発明はこれに限定されない。歪みゲージセット３は、少なくとも一つの歪みゲージを含んで構成されていればよく、また、その取付け位置も、スラスト荷重Ｔに対して圧縮変形に加えて曲げ変形する連結部材２１であれば、どこに取り付けてもよい。
　また、上記の実施の形態では、環状平板２０ａ、２０ｂ間を連結する連結部材２１を、軸心Ｏを中心とする円周上に等間隔でかつ軸心Ｏに対して線対称となるように配置された複数のアーム部２２で構成している。しかし、本発明はこれに限定されない。連結部材は、軸心Ｏを含む平面における断面形状が軸心Ｏに対して線対称に傾斜していればよい。例えば、連結部材は、環状平板２０ａ、２０ｂの一方から他方に向けて直径が大きくなる筒状部材でもよい。
　また、上記の実施の形態では、環状平板２０ａ、２０ｂを同径としているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、ロードセル１を滑り軸受６に組み込んで車両用サスペンション４に搭載する場合、環状平板２０ａを環状平板２０ａが取り付けられるアッパーサポート７のサイズに合わせ、環状平板２０ｂを環状平板２０ｂが取り付けられる滑り軸受６のアッパーケース６１のサイズに合わせることにより、環状平板２０ａ、２０ｂのサイズをそれぞれ異ならせてもよい。
　また、上記の実施の形態に係るロードセル１を用いた軸受として、滑り軸受６を例にとり説明している。しかし、ロードセル１と組み合わせる軸受は、滑り軸受に限定されない。例えば転がり軸受であってもよい。また、本発明のロードセルは、軸受に限らず、スラスト荷重を測定する様々な用途に利用可能である。
　１：ロードセル、　２：起歪体、　３、３ａ～３ｄ：歪みゲージセット、　４：車両用サスペンション、　５：ダンパアッセンブリ、　６：滑り軸受、　７：アッパーサポート、　８：荷重測定部、　２０ａ、２０ｂ：環状平板、　２１：連結部材、　２２：アーム部、　３０ａ～３０ｄ：歪みゲージ、　５０：ショックアブソーバ、　５１：コイルスプリング、　５２：ロワースプリングシート、　５３：バンプストッパ、　５４：ダストブーツ、　５５：アッパースプリングシート、　５６：ピストンロッド、　２２０ａ、２２０ｂ：アーム部２２の端部、　２２１：アーム部２２の外壁面、　２２２：アーム部２２の内壁面、　５１０：コイルスプリング５１の上端部、　５１１：コイルスプリング５１の下端部

Claims (6)

  1. 　起歪体と、
    　前記起歪体に生じた歪みを検出する歪みゲージと、を備え、
    　前記起歪体は、
    　軸心方向に配置された２つの環状平板と、
    　前記２つの環状平板間を連結する連結部材と、を有し、
    　前記連結部材は、前記軸心に対して傾斜しており、
    　前記歪みゲージは、前記連結部材に取り付けられている
    　ことを特徴とするロードセル。
  2. 　請求項１に記載のロードセルであって、
    　前記連結部材は、
    　前記軸心を含む平面における断面形状が当該軸心に対して線対称に傾斜しており、
    　前記歪みゲージは、
    　前記連結部材の前記軸心に対して線対称な位置にそれぞれに取り付けられている
    　ことを特徴とするロードセル。
  3. 　請求項２に記載のロードセルであって、
    　前記連結部材は、
    　前記軸心を中心とする円周上に等間隔でかつ前記軸心に対して線対称となるように配置された複数のアーム部を有する
    　ことを特徴とするロードセル。
  4. 　請求項１ないし３のいずれか一項に記載のロードセルであって、
    　前記歪みゲージは、
    　前記環状平板の内縁側に位置する前記連結部材の内壁面および前記環状平板の外縁側に位置する前記連結部材の外壁面にそれぞれに取り付けられている
    　ことを特徴とするロードセル。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか一項に記載のロードセルであって、
    　前記歪みゲージは、
    　前記連結部材の前記軸方向の両端部にそれぞれに取り付けられている
    　ことを特徴とするロードセル。
  6. 　サスペンションに加わる車両の荷重を支持する軸受であって、
    　車体側に取り付けられるアッパーケースと、
    　前記サスペンションを構成するスプリング側に取り付けられ、前記アッパーケースと相対的に回転可能に組み合わされるロワーケースと、
    　前記アッパーケースと前記車体との間に配置される請求項１ないし５のいずれか一項に記載のロードセルと、を備えている
    　ことを特徴とする軸受。
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