重量計量装置
【課題】計量物の位置の重心位置の影響を低減して良好な精度で重量を計量する。
【解決手段】汚泥吸引車１１のタンク１６はヒンジ１７Ａ，１７Ｂによりシャシー１３上のサブフレーム１４に対して回転自在に連結されている。ヒンジ１７Ａ，１７Ｂのピンはピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６である。ピン型ロードセル１８は、タンク１６をある角度θ’に傾斜させたときのダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐの方向と直交する方向が荷重検出方向Ｄ’となるようにピン型ロードセル１８を取り付けている。
【解決手段】汚泥吸引車１１のタンク１６はヒンジ１７Ａ，１７Ｂによりシャシー１３上のサブフレーム１４に対して回転自在に連結されている。ヒンジ１７Ａ，１７Ｂのピンはピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６である。ピン型ロードセル１８は、タンク１６をある角度θ’に傾斜させたときのダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐの方向と直交する方向が荷重検出方向Ｄ’となるようにピン型ロードセル１８を取り付けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は重量計量装置に関する。本発明の重量計量装置は、ダンプトラック、塵芥収集車、汚泥吸引車等のダンプ機構を持つ車両において過積載検出等のために積載物の重量計量を行う車載重量計量装置や、荷物集配場等における荷物の重量計量に適している。
【背景技術】
【０００２】
従来、トラックや塵芥収集車等の車両に積載される積載物の重量を計測する装置として定置式のトラックスケールが知られている。しかし、トラックスケールは大掛かりな装置で、設備コストがかかるとともに、収集先での積込量測定や過積載防止のため、車両上で積載物の重量を計測したいという要望は強い。
【０００３】
また、大型ダンプトラックについては、国内ではいわゆるダンプ規制法により、過積載防止のために積載重量を自動的に計測する装置（自重計）を取り付けることが義務付けられている。
【０００４】
このため、車両に搭載して積載重量を測定する車載重量計量装置が多種提案されている。
【０００５】
ダンプ車両は通常油圧シリンダで積載台を傾斜させる構造を持っていて、積載台を傾斜した時、油圧シリンダに掛かる力を油圧センサで検出し過積載状態を検出する装置（自重計）が実用化されている（特許文献１）。しかしながら、この方式の自重計は積載台上での積載物の前後の偏りにより、計量値が大きく異なるという原理的な弱点があった。
【０００６】
ロードセルを３〜４点組み込んで荷箱全体をこれらで支持して、正確に計量する方式の車載重量計量装置が特許文献２〜４に示されている。これらの方式の場合、ロードセルを組み込むために車体フレームの一部を改造したり油圧シリンダを追加する必要があり、追加改造により車体重量が増え、最大積載量が減少する問題があった。また、部品点数増加により、高価になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−５８４５６号公報
【特許文献２】特開２００６−５２０８４号公報
【特許文献３】特開２００７−１３９５１１号公報
【特許文献４】特開２００９−１０１９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、ロードセルの個数を最小化し、しかも計量物の重心位置の影響を受け難く、高精度で安全性や経済性に優れた重量計量装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一端がヒンジ機構で基部に対して回転自在に支持されて計量物が積載される積載部と、前記積載部の前記一端から他端側に距離を隔てた位置に一端が回転自在に連結される一方、他端が前記基部に回転自在に連結された斜めに延びる支持部と、前記ヒンジ機構のピンを構成する軸状弾性体を備え、荷重検出方向が前記支持部の軸力の方向と直交するように前記基部に取り付けられたピン型ロードセルとを備える重量計量装置を提供する。
【００１０】
ヒンジ機構により片持ち梁状に基部に対して連結された積載部を斜めに延びる支持部で支持するトラス構造を採用し、このヒンジ機構に組み込んだピン型ロードセルで支持部の軸力の方向と直交する方向の荷重を測定する。これにより積載部上での計量物の重心位置の影響を低減して計量物の重量を高精度で計量できる。また、ロードセルの個数や付属装置の点数を従来よりも減らして安価な重量計量装置を実現できる。
【００１１】
本発明は、ダンプトラック、塵芥収集車、汚泥吸引車等のダンプ機構を持つ車両において過積載検出等のために積載物の重量計量を行う車載重量計量装置に適用できる。この場合、前記基部は車両の車体であり、前記積載部は、前記車体に搭載されて後部側が前記車体に対して前記ヒンジ機構によって前記車体に対して回転自在に連結され、前記ヒンジ機構を中心に傾動可能であり、前記支持部は一端が前記積載部に回転自在に連結されて他端が前記車体に対して回転自在に連結された伸縮可能なシリンダであり、前記ピン型ロードセルは、前記積載部が傾斜するように前記シリンダを伸張させたときの前記シリンダの推力の方向と直交する方向が前記荷重検出方向となるように前記車体に固定される。
【００１２】
この構成により、ヒンジ機構にピン型ロードセルを組み込むことで車両の構造を大きく変更することなく容易に重量計量装置を搭載できる。また、ピン型ロードセルの軸状弾性体をヒンジ機構のピンとするので、重量計量装置を追加することによる重量増加や車高の変更も殆どなく、最大積載量を減らすこともない。さらに、非計量時や車両走行時は積載部は車体上に載置されるので車体強度の問題もなく安全に使用できる。
【００１３】
本発明は、車載重量計量装置に限定されず、例えばトラック等の車両の荷物集配場に設置する定置式の重量計量装置にも適用できる。この場合、前記基部は、第１の床面部とこの第１の床面部よりも下方に位置する第２の床面部を有する段付きの床構造であり、前記積載部は一端が前記第１の床面部と同一高さとなるように前記ヒンジ機構によって前記床構造に対して回転自在に連結され、前記支持部は一端が前記積載部に回転自在に連結される一方、他端が前記第２の床面部に回転自在に連結された斜めに延びる固定長の支持部材であり、前記ピン型ロードセルは、前記支持部材の軸力の方向と直交する方向が前記荷重検出方向となるように前記床構造に固定される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の重量計量装置によれば、ロードセルの個数を最小化しつつ、計量物の重心位置の影響を低減した高精度での重量計量が可能であり、安全性や経済性にも優れている。しかも、車載重量計量装置の場合、構造を大幅に変更することなくダンプ機構を持った車両に容易に組み込むことでき、車体重量の増加や車高の変更も殆どない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る重量計量装置のトラス構造と計量原理説明のための模式的な側面図（積載台の非傾斜時）。
【図２】本発明に係る重量計量装置のトラス構造と計量原理説明のための模式的な側面図（積載台の傾斜時）。
【図３】図１及び図２の重量計量装置において傾斜ロッドの向きが反転した場合の模式的な側面図。
【図４】図３の重量計量装置において傾斜ロッドをリンク機構で置換した場合の模式的な側面図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る車載重量計量装置を備える汚泥吸引車の模式的な左側面図（タンクの非傾斜時）。
【図６】図５のVI−VI線での断面図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る車載重量計量装置を備える汚泥吸引車の模式的な左側面図（タンクの傾斜時）。
【図８】側方から視たピン型ロードセル付近の拡大図。
【図９】後方から視たピン型ロードセル付近の拡大図。
【図１０Ａ】ピン型ロードセルの模式的な正面図。
【図１０Ｂ】図１０ＡのX−X線での断面図。
【図１１】図１０Ａ，Ｂのピン型ロードセルにおける歪検出部の方向に対する荷重検出方向の傾斜角度に対する理論出力比に対する変化を示すグラフ。
【図１２Ａ】ピン型ロードセルの代案の模式的な正面図。
【図１２Ｂ】図１２ＡのXII−XII線での断面図。
【図１３Ａ】ピン型ロードセルの他の代案の模式的な正面図。
【図１３Ｂ】図１３ＡのXIII−XIII線での断面図。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る荷物集配場用の重量計量装置を示す模式的な側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、図１から図４を参照し、本発明に係る重量計量装置の基本的な構造と計量原理とを説明する。
【００１７】
図１を参照すると、本発明の重量計量装置の基本的な構造としては、概ね水平に延びる積載台Ａと、積載台Ａを支持する斜めに傾いたロッド（傾斜ロッド）ＢＣとを備える。積載台Ａの一端Ｏは基部１の側壁部１ａに対してヒンジ２Ａで回転自在に支持されている。傾斜ロッドＢＣの先端Ｂは、ヒンジ２Ａ（点Ｏ）から水平距離Ｌだけ離れた位置で積載台Ａに対してヒンジ２Ｂで回転自在に連結されている。図１では、傾斜ロッドＢＣは積載台Ａから図において右斜め下向き（積載台Ａの先端側から基端側）に延びている。傾斜ロッドＢＣの他端Ｃは、ヒンジ２Ｃで基部１の底壁部１ｂに対して回転自在に連結されている。つまり、積載台Ａ、傾斜ロッドＢＣ、及び基部１が一種のトラス構造を構成している。傾斜ロッドＢＣは、固定長のロッドでもよいし、例えば油圧シリンダのような可変長の機構を備えるものでもよい。
【００１８】
傾斜ロッドＢＣの水平方向に対する傾き角をθ、傾斜ロッドＢＣの軸力（油圧ロッドの場合には推力）をＰ、積載台Ａ上に載置された重量Ｗの計量物３の重心のヒンジ２Ａ（点Ｏ）からの水平距離をａとして、モーメント及び力の釣合を考える。なお、図１に示すように、水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸とし、ヒンジ２Ａ（点Ｏ）を原点とするＸ−Ｙ座標系を設定する。また、ヒンジ２Ａのピンを介して積載台Ａに作用する反力ＲのＸ方向、Ｙ方向成分をそれぞれＲｘ，Ｒｙとする。なお、理解を容易にするために、図１ではヒンジ２Ａ（点Ｏ）と傾斜ロッドＢの先端Ｂの高さ（Ｙ方向の位置）を同一としている。
【００１９】
Ｏ点まわりのモーメントの釣合より、以下の式（１）が得られる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
また、積載台Ａに作用する力の釣合より、以下の式（２），（３）が得られる。
【００２２】
【数２】
【００２３】
ここで、Ｘ−Ｙ座標系を角度αだけ回転させたｓ−ｔ座標系においてｓ方向成分をＲｓ、ｔ方向成分をＲｔとする。反力の成分Ｒｘ，Ｒｙをｓ−ｔ座標系に座標変換すると、以下の式（４），（５）が得られる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
式（４），（５）よりα＝θの場合、以下の式（６），（７）が得られる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
従って、計量物３の重量Ｗについて以下の式（８）が成立する。
【００２８】
【数５】
【００２９】
次に、図２に示すように、傾斜ロッドＢＣの長さが延びて（油圧シリンダの場合にはロッドが押し出され）、積載台Ａをヒンジ２Ａ（点Ｏ）を回転中心として角度βだけ回転させた場合（積載台Ａを押し上げて支持した場合）を考える。
【００３０】
幾何学関係の変化により、θ→θ’、Ｐ→Ｐ’Ｒｘ→Ｒｘ’、Ｒｙ→Ｒｙ’になるとする。Ｌ→Ｌcosθ、ａ→a・cosβになることを考慮して、前述の式（１）〜（８）の変数を置換すると式（１）〜（８）と同様に以下の式（１’）〜（８’）が成り立つ。
【００３１】
まず、Ｏ点まわりのモーメントの釣合より以下の式（１’）が得られ、積載台Ａに作用する力の釣合から以下の式（２’），（３’）が得られる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
【数７】
【００３４】
Ｘ−Ｙ座標を角度αだけ回転させたｓ−ｔ座標系においてｓ方向成分をＲｓ'、ｔ方向成分をＲｔ’とし、Ｒｘ’，Ｒｙ’を座標変換すると、以下の式（４’），（５’）が得られる。
【００３５】
【数８】
【００３６】
式（４’），（５’）よりα＝θ'の場合、以下の式（６’），（７’）が得られる。
【００３７】
【数９】
【００３８】
従って、計量物３の重量Ｗについて以下の式（８’）が成立する。
【００３９】
【数１０】
【００４０】
図３に示すように、傾斜ロッドＢＣが図１及び図２の場合とは反転した向き、すなわち積載台Ａから図において左斜め下向き（積載台Ａの基端側から先端側）に延びている場合にも、式（１）〜（８）と式（１’）〜（８’）が成り立つ。
【００４１】
また、図４に示すように、傾斜ロッドＢＣに代えてリフトアーム４とテンションリンク５を持つリンク機構ＢＢ’Ｃを設けた場合（符号６は駆動用の油圧シリンダ）も、ヒンジ２Ｂのピンを介して積載台Ａに働く推力Ｐの方向が水平となす角度をθとすると、式（１）〜（８）と式（１’）〜（８’）が成り立つ。
【００４２】
計量物３の重心位置ａは、計量物３の積載台Ａ上での位置や計量物３自体の密度分布の偏り等によって変化する。式（１）〜（６），式（１’）〜（６’）は、式中に重心位置ａを変数として含むため計量物３の重心位置ａにより値が変化する。一方、式（７），（７’）のＲｔ，Ｒｔ’は、重心位置ａを含まないため計量物３の重心位置ａが変化しても原理的には値が変化しない。そして、式（８），（８’）のように、Ｒｔ，Ｒｔ’と角度θ，θ’のみから計量物３の重量Ｗを算出できる。
【００４３】
ここでＲｔ’，Ｒｓ’はヒンジ２Ａのピンを介して積載台Ａに作用する反力であるが、ヒンジ２ＡのピンにはこれらのＲｔ，Ｒｔ’と大きさが等しく向きが逆の力（荷重）が作用する。これらの荷重をＦｔ’，Ｆｓ’とすると、以下の式（９），（１０）の関係がある。
【００４４】
【数１１】
【００４５】
以上より、傾斜ロッドＢＣの傾きをある角度θ’に保持した状態で積載台Ａの一端Ｏのヒンジ２Ａのピンに作用する荷重Ｆｔ’を測定すれば、測定した荷重Ｆｔ’と設定した角度θ’とから式（９），（８）’により計量物３の荷重Ｗを算出できる。つまり、ヒンジ２Ａのピンに作用する荷重Ｆｔ’，Ｆｓ’のうち積載台Ａにより傾斜ロッドＢＣの軸力Ｐと直交する方向の荷重Ｆｔ’を測定することで、積載台Ａ上での計量物３の重心位置ａの影響を受けることなく計量物３の荷重Ｗの計量が可能となる。そして、積載台Ａの一端Ｏのヒンジ２Ａのピンに作用する荷重Ｆｔ’は、このヒンジ２Ａにピン型ロードセルを組み込むことで測定できる。ピン型ロードセル自体は当業者に知られており、例えば特許文献３に開示されている。
【００４６】
（第１実施形態）
図５から図７に示すダンプ排出機能を有する汚泥吸引車１１は、過積載検出等のために本発明の実施形態に係る車載重量計量装置１２を備える。この汚泥吸引車１１はシャシー１３上に固定されたサブフレーム１４上に吸引／集塵装置１５で吸引した汚泥を溜めるためのタンク１６を備える。タンク１６は後方の左右２箇所がヒンジ１７Ａ，１７Ｂによってサブフレーム１４に対して回転自在に連結されている。後に詳述するように、これらのヒンジ１７Ａ，１７Ｂにピン型ロードセル１８が組み込まれている。また、ヒンジ１７Ａ，１７Ｂよりも前方側にはタンク１６を傾斜させるためのダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂが左右に配置されている。個々のダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂは、ロッドの先端である上端がタンク１６の側面にピン結合により回転自在に連結される一方、下端はヒンジ２１Ａ，２１Ｂによってサブフレーム１４に対して回転自在に連結されている。排出シリンダ２２Ａ，２２Ｂで開閉される排出扉２３がタンク１６の最後部に設けられている。
【００４７】
図５に示すように、非排出時にはタンク１６の底面はサブフレーム１４上に載置され、タンク重量の大部分がサブフレーム１４に作用する。一方、排出時には、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂを作動させてヒンジ１７Ａ，１７Ｂ回りにタンク１６を後傾させ、同時に排出シリンダ２２Ａ，２２Ｂにより排出扉２３を開放してタンク１６内の集積物を外部に排出する。ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂは通常油圧シリンダが使用され、油圧回路の切換弁を動作させてダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂのヘッド側への圧油の給排を停止することにより、タンク１６の傾動を任意の位置で停止させることができる。
【００４８】
本実施形態の車載重量計量装置１２は、図３と同様のトラス構造を有する。具体的には、タンク１６が図３の積載台Ａに対応し、ヒンジ１７Ａ，１７Ｂが図３のヒンジ２Ａ（点Ｏ）に対応する。また、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂが図３の傾斜ロッドＢＣに対応し、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂのロッドの先端が図３の点Ｂ、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの基端が図３の点Ｃにそれぞれ対応する。従って、タンク１６を傾斜させて底面をサブフレーム１４から浮き上がらせた状態で、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐと直交する方向の荷重Ｆｔ’をヒンジ１７Ａ，１７Ｂに組み込んだピン型ロードセル１８で測定することで、タンク１６内の集積物の重量Ｗ（図３における計量物３の重量Ｗに相当）を計量できる。
【００４９】
図８及び図９を参照すると、ヒンジ１７Ａ，１７Ｂはそれぞれサブフレーム１４に固定された一対の固定軸受２５Ａ，２５Ｂを備える。ピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６は全体として円柱状であり、その軸線γが車幅方向に水平に延びる姿勢で両端が固定軸受２５Ａ，２５Ｂに支持されている。固定軸受２５Ａにねじ止めされた回転抜け止め２７により固定軸受２５Ａ，２５Ｂに対する軸状弾性体２６抜け止めと、軸線γまわりの軸状弾性体２６の角度位置の位置決めがなされている。また、軸状弾性体２６の中央部にはタンク１６の底面に固定された可動側軸受２８が回転自在に連結されており、タンク１６の荷重がピン型ロードセル１８の中央部に負荷される構造である。図９において符号ｆ１はピン型ロードセル１８の中央部に可動側軸受２８から作用する荷重を示し、符号ｆ２はピン型ロードセル１８の両端に固定軸受２５Ａ，２５Ｂから作用する支点反力を示す。
【００５０】
図１０Ａ及び図１０Ｂを併せて参照すると、ピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６には、固定軸受２５Ａと可動側軸受２８の間、及び固定軸受２５Ｂと可動側軸受２８の間の部分にそれぞれ軸線γと直交する方向に対向する断面円形の凹部２９Ａ〜２９Ｄの対を設け、凹部２９Ａ，２９Ｂとの間、及び凹部２９Ｃ，２９Ｄとの間にそれぞれ比較的薄厚の円板状として軸線γに対して直交する方向の断面積を減少させた起歪部３１Ａ，３１Ｂを設けている。起歪部３１Ａ，３１Ｂは可動側軸受２８から作用する荷重により適切なせん断歪みが発生するような形状に設計されている。個々の起歪部３１Ａ，３１Ｂの両面には歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄが貼り付けられている。これらの歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄでホイーストンブリッジ回路を構成して荷重に比例した電気信号が得られるようにしている。
【００５１】
ピン型ロードセル１８には、荷重Ｆｔ’とこれと直交する荷重Ｆｓ’が同時に作用する。荷重Ｆｓ’は重心位置ａを変数として含み（式（６’），（１０）参照）、重心位置ａによって値が変化する。図１〜図４を参照して説明したように、荷重Ｆｔ’，Ｆｓ’のうちダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐと直交する方向の荷重Ｆｔ’を測定することで、タンク１６内の集積物の重心位置ａの影響を受けることなく重量Ｗの計量が可能となる。従って、ピン型ロードセル１８は荷重Ｆｔ’のみを検出し、荷重Ｆｓ’に対する出力がゼロであることが好ましい。個々のヒンジ１７Ａ，１７Ｂに組み込んだピン型ロードセル１８は荷重Ｆｓ’に対する出力が最小となるように軸線γまわりの角度位置が設定されている。以下、この点について説明する。
【００５２】
一般にロードセルは荷重方向によって出力が変化し、通常使用する荷重軸（荷重検出方向）が定められている。図１０Ａ，Ｂのピン型ロードセル１８の場合、起歪部３１Ａ，３１Ｂの断面形状の方向Ｄに対して、図においてＯ°の方向を荷重検出方向Ｄ’としている。図１１に起歪部３１Ａ，３１Ｂの方向Ｄに対する荷重検出方向Ｄ’の傾斜角度αに対する理論出力比（Ｖ／Ｖ０＝cosα Ｖはある傾斜角度αのときの出力で、Ｖ０はα＝０のときの出力）の変化を示す。理論出力比は起歪部３１Ａ，３１Ｂの方向Ｄに対する荷重検出方向Ｄ’の傾斜角度αが０°のときに最大である。傾斜角度αの増加に伴って理論出力比が減少し、傾斜角度αが９０°となると理論出力比は殆どゼロとなる。従って、ピン型ロードセル１８の荷重検出方向Ｄ’（０°方向）がダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐと直交する方向（図３においてｓ−ｔ座標系のｔ方向に相当する方向）となるようにピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６をそれ自体の軸線γまわりに角度θ’だけ回転させた姿勢で設置することにより、重量Ｗの計量に必要な荷重Ｆｔ’のみを検出し、荷重Ｆｓ’に対する出力を殆どゼロにすることができる。
【００５３】
非計量時にはダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂのロッドは引き込み位置にあり、タンク１６の底面はサブフレーム１４上に載置されている。計量時には、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂのロッドが突出動作して、タンク１６はヒンジ１７Ａ，１７Ｂまわりに回転することで傾斜する。タンク１６は前方が予め定められた位置（例えば５０ｍｍ〜１５０ｍｍ）程度まで持ち上げられ、タンク１６の底面がサブフレーム１４を離れる。この状態では、タンク１６はダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂと後方のヒンジ１７Ａ，１７Ｂで支持される。計測時のタンク１６を傾斜させる際のダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの傾斜角度θ’は一定値に設定される。一定の傾斜角度θ’でタンク１６の傾動を停止するために、停止位置を示す目盛板を設けて目視し、それに基づいてダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの動作を手動で停止してもよい。また、近接スイッチを設けてタンク１６が所定の傾斜角度θ’となるとダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂを自動的に停止させる制御回路を設けてもよい。前述したようにヒンジ１７Ａ，１７Ｂに組み込まれたピン型ロードセル１８は荷重検出方向Ｄ’がダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐと直交する方向となるように、この傾斜角度θ’だけ軸線γまわりに軸状弾性体２６を回転して取り付けている。
【００５４】
計測時のピン型ロードセル１８は荷重Ｆｔ’＝Ｗcosθを検出するがこれを重量Ｗとして表示するように車載重量計量装置１２の初回の調整時に指示計のキャリブレーション（スパン調整）を行う。通常、指示計のキャリブレーション（スパン調整）は分銅か重量が既知のものをタンク１６に搭載して行う。タンク１６が空の状態では、タンク１６自体の重量がピン型ロードセル１８に作用するが、この空状態の際の出力を差し引いて表示がゼロとなるように指示計を調整し、タンク１６内の積載物の増分を重量値として表示するようにする。
【００５５】
ピン型ロードセル１８は荷重Ｆｔ’＝Ｗcosθを検出するが、図１１を参照して説明したようにダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの傾斜角度θ’が９０°となるとＦｔ’＝０となるため、原理的に計量ができない。また、θ’＝９０°付近では荷重Ｆｔ’が小さくなるため計量精度が低下する、そのため傾斜角度θ’は７５°未満（例えば２０°）に設定される。
【００５６】
ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの傾斜角度θ’は設計値から求め、これからピン型ロードセル１９の軸線γまわりの回転角度を決定することができるが、実際は製作誤差や設置誤差があり、理論通りの特性が得られない場合がある。タンク１６内の計量物の重心位置により重量測定値が変化しないか否かは、調整時に一定の重さの分銅等をタンク１６内で位置を変えて載せてみることで確認できる。分銅を載せる位置の違いで計量値の差が大きい場合、式（５’）等から傾斜角度θ’の修正値を推定し、それに基づいてピン型ロードセル１９の回転角度を調整することで、タンク１６内の計量物の重心位置による重量測定値の変動を実用上問題のない程度に低減できる。
【００５７】
図１２Ａ及び図１２Ｂは本実施形態の車載重量計量装置１２で使用可能なピン型ロードセル１８の他の例を示す。このピン型ロードセル１８では円柱状の軸状弾性体２６に図１０Ａ，Ｂと同様の凹部２９Ａ〜２９Ｄに加えて両端面から軸線γの方向の延びる凹部３３Ａ，３３Ｂを設けている。凹部２９Ａ〜２９Ｄ，３３Ａ，３３Ｂによって形成された起歪部３１Ａ，３１Ｂの内側に歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄが貼り付けられている。図１３Ａ及び図１３Ｂもピン型ロードセル１８の他の例を示す。このピン型ロードセル１８では軸状弾性体２６に両端面間を貫通する貫通孔３４の内周壁に歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄを貼り付けている。ピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６には曲げモーメントが作用するが（図１０Ａ、図１２Ａ、及び図１３Ａの符号ｆ１，ｆ２参照）、荷重Ｆｔ’を高精度で測定するために曲げモーメントによる歪みを歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄが検出しないことが好ましい。曲げモーメントは軸状弾性体２６の外周で大きく軸線γ（中立軸）でゼロとなるので、歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄが軸線γに近い位置にある程曲げモーメントの影響を受けにくい。図１０Ａ，Ｂ及び図１２Ａ，Ｂのピン型ロードセル１８は図１３Ａ，Ｂと比較すると歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄの貼り付け位置が軸状弾性体２６の軸線γに近い位置にあるので、より高精度で荷重Ｆｔ’を測定できる。ただし、図１３Ａ，Ｂのピン型ロードセル１８は単一の貫通孔３４のみを軸状弾性体２６に形成すればよい簡易な構成であるので、図１０Ａ，Ｂ及び図１２Ａ，Ｂと比較すると軸状弾性体２６の加工が容易で安価に製作できる利点がある。
【００５８】
本実施形態の車載重量計量装置１２は特に以下の点に特徴がある。タンク１６内の計量の重心位置の影響を低減して計量物の重量Ｗを高精度で計量できる。前述のようにダンプシリンダの油圧から圧力計を使用して積載量を検知する従来の自重計は積荷の位置により計量値が大きく変化する欠点があったが、この問題が解消している。また、従来の自重計よりロードセルの個数や付属装置の点数が減らせ、安価な重量計量装置となっている。さらに、ヒンジ機構１７Ａ，１７Ｂにピン型ロードセル１８を組み込むことで車両の構造を大きく変更することなく容易に重量計量装置を搭載できる。さらに、ピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６をヒンジ機構１７Ａ，１７Ｂのピンとするので、車載重量計量装置１１を追加することによる車体重量の増加や車高の変更も殆どなく、最大積載量を減らすこともない。さらにまた、非計量時や車両走行時はタンク１６はサブフレーム１４上に載置されるのでフレーム強度の問題もなく安全に使用できる。
【００５９】
本発明は、本実施形態のような汚泥吸引車に限定されず、ダンプトラック、塵芥収集車等のダンプ機構を持つ他の車両における車載重量計量装置にも適用できる。本実施形態ではタンク１６の後部左右のヒンジ１７Ａ，１７Ｂの両方にピン型ロードセル１８を組み込んでいるが、積載物が液体等の密度が均一で左右の荷重分布がほぼ均等とみなすことができる場合や、概略重量から過積載を検知したい場合等であれば、左右のヒンジの一方にのみピン型ロードセルを組み込んでもよい。
【００６０】
（第２実施形態）
図１４は本発明の第２実施形態に係る荷物集配場用の重量計量装置４１を示す。この荷物集配場の床構造４２は図示しない倉庫等へ通路として機能する床面４２ａとこの床面４２ａよりも下方に位置する床面４２ｂを備える段付き構造を有する。床面４２ａの床面４２ｂからの高さは床面４２ｂに駐車されたトラック４３の荷台４３ａと概ね同じ高さ位置となるように設定されている。床面４２ａの先端から張り出しデッキ４５が延びており、この張り出しデッキ４５を通って荷台４３ａへの荷物４６の積み降ろしが実行される。張り出しデッキ４５は一端がヒンジ１７Ａ’，１７Ｂ’により床構造４２（床面４２ａ，４２ｂの境目にある側壁４２ｃ）に回転自在に連結されている。また、張り出しデッキ４５の他端には固定長の傾斜ロッド４７の一端がピン結合により回転自在に連結されている。傾斜ロッド４７は張り出しデッキ４５から図において右斜め下へ延びて、他端がピン結合により床面４２ｂに対して回転自在に連結されている。この重量計量装置４１は図１と同様のトラス構造を有し、張り出しデッキ４５が図１の積載台Ａ、ヒンジ１７Ａ’，１７Ｂ’が図１のヒンジ２Ａ（点Ｏ）、傾斜ロッド４７が図１の傾斜ロッドＢＣにそれぞれ対応する。
【００６１】
ヒンジ１７Ａ’，１７Ｂ’には第１実施形態のヒンジ１７Ａ，１７Ｂと同様にピン型ロードセル１８が組み込まれている（ヒンジ１７Ａ’，１７Ｂ’のピンがピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６である）。ピン型ロードセル１８の荷重検出方向Ｄ’（０°方向）が傾斜ロッド４７の軸力Ｐと直交する方向となるようにピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６の姿勢を設定している（図７，８参照）。ピン型ロードセル１８の出力から荷重Ｆｔ’が得られ、この荷重Ｆｔ’と傾斜ロッド４７の傾斜角度θ’から式（９），（８）により荷物４６の荷重Ｗを算出できる。
【００６２】
第２実施形態のその他構成及び作用は第１実施形態と同様である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 基部
１ａ 側壁部
１ｂ 底壁部
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ ヒンジ
３ 計量物
４ リフトアーム
５ テンションリンク
６ 油圧シリンダ
１１ 汚泥吸引車
１２ 車載重量計量装置
１３ シャシー
１４ サブフレーム
１５ 吸引／集塵装置
１６ タンク
１７Ａ，１７Ｂ ヒンジ
１８ ピン型ロードセル
１９Ａ，１９Ｂ ダンプシリンダ
２１Ａ，２１Ｂ ヒンジ
２２Ａ，２２Ｂ 排出シリンダ
２３ 排出扉
２５Ａ，２５Ｂ 固定軸受
２６ 軸状弾性体
２７ 回転抜け止め
２８ 可動側軸受
２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ 凹部
３１Ａ，３１Ｂ 起歪部
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 歪みゲージ
３３Ａ，３３Ｂ 凹部
３４ 貫通孔
４１ 重量計量装置
４２ 床構造
４２ａ，４２ｂ 床面
４２ｃ 側壁
４３ トラック
４３ａ 荷台
４５ 張り出しデッキ
４６ 荷物
４７ 傾斜ロッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は重量計量装置に関する。本発明の重量計量装置は、ダンプトラック、塵芥収集車、汚泥吸引車等のダンプ機構を持つ車両において過積載検出等のために積載物の重量計量を行う車載重量計量装置や、荷物集配場等における荷物の重量計量に適している。
【背景技術】
【０００２】
従来、トラックや塵芥収集車等の車両に積載される積載物の重量を計測する装置として定置式のトラックスケールが知られている。しかし、トラックスケールは大掛かりな装置で、設備コストがかかるとともに、収集先での積込量測定や過積載防止のため、車両上で積載物の重量を計測したいという要望は強い。
【０００３】
また、大型ダンプトラックについては、国内ではいわゆるダンプ規制法により、過積載防止のために積載重量を自動的に計測する装置（自重計）を取り付けることが義務付けられている。
【０００４】
このため、車両に搭載して積載重量を測定する車載重量計量装置が多種提案されている。
【０００５】
ダンプ車両は通常油圧シリンダで積載台を傾斜させる構造を持っていて、積載台を傾斜した時、油圧シリンダに掛かる力を油圧センサで検出し過積載状態を検出する装置（自重計）が実用化されている（特許文献１）。しかしながら、この方式の自重計は積載台上での積載物の前後の偏りにより、計量値が大きく異なるという原理的な弱点があった。
【０００６】
ロードセルを３〜４点組み込んで荷箱全体をこれらで支持して、正確に計量する方式の車載重量計量装置が特許文献２〜４に示されている。これらの方式の場合、ロードセルを組み込むために車体フレームの一部を改造したり油圧シリンダを追加する必要があり、追加改造により車体重量が増え、最大積載量が減少する問題があった。また、部品点数増加により、高価になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−５８４５６号公報
【特許文献２】特開２００６−５２０８４号公報
【特許文献３】特開２００７−１３９５１１号公報
【特許文献４】特開２００９−１０１９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、ロードセルの個数を最小化し、しかも計量物の重心位置の影響を受け難く、高精度で安全性や経済性に優れた重量計量装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一端がヒンジ機構で基部に対して回転自在に支持されて計量物が積載される積載部と、前記積載部の前記一端から他端側に距離を隔てた位置に一端が回転自在に連結される一方、他端が前記基部に回転自在に連結された斜めに延びる支持部と、前記ヒンジ機構のピンを構成する軸状弾性体を備え、荷重検出方向が前記支持部の軸力の方向と直交するように前記基部に取り付けられたピン型ロードセルとを備える重量計量装置を提供する。
【００１０】
ヒンジ機構により片持ち梁状に基部に対して連結された積載部を斜めに延びる支持部で支持するトラス構造を採用し、このヒンジ機構に組み込んだピン型ロードセルで支持部の軸力の方向と直交する方向の荷重を測定する。これにより積載部上での計量物の重心位置の影響を低減して計量物の重量を高精度で計量できる。また、ロードセルの個数や付属装置の点数を従来よりも減らして安価な重量計量装置を実現できる。
【００１１】
本発明は、ダンプトラック、塵芥収集車、汚泥吸引車等のダンプ機構を持つ車両において過積載検出等のために積載物の重量計量を行う車載重量計量装置に適用できる。この場合、前記基部は車両の車体であり、前記積載部は、前記車体に搭載されて後部側が前記車体に対して前記ヒンジ機構によって前記車体に対して回転自在に連結され、前記ヒンジ機構を中心に傾動可能であり、前記支持部は一端が前記積載部に回転自在に連結されて他端が前記車体に対して回転自在に連結された伸縮可能なシリンダであり、前記ピン型ロードセルは、前記積載部が傾斜するように前記シリンダを伸張させたときの前記シリンダの推力の方向と直交する方向が前記荷重検出方向となるように前記車体に固定される。
【００１２】
この構成により、ヒンジ機構にピン型ロードセルを組み込むことで車両の構造を大きく変更することなく容易に重量計量装置を搭載できる。また、ピン型ロードセルの軸状弾性体をヒンジ機構のピンとするので、重量計量装置を追加することによる重量増加や車高の変更も殆どなく、最大積載量を減らすこともない。さらに、非計量時や車両走行時は積載部は車体上に載置されるので車体強度の問題もなく安全に使用できる。
【００１３】
本発明は、車載重量計量装置に限定されず、例えばトラック等の車両の荷物集配場に設置する定置式の重量計量装置にも適用できる。この場合、前記基部は、第１の床面部とこの第１の床面部よりも下方に位置する第２の床面部を有する段付きの床構造であり、前記積載部は一端が前記第１の床面部と同一高さとなるように前記ヒンジ機構によって前記床構造に対して回転自在に連結され、前記支持部は一端が前記積載部に回転自在に連結される一方、他端が前記第２の床面部に回転自在に連結された斜めに延びる固定長の支持部材であり、前記ピン型ロードセルは、前記支持部材の軸力の方向と直交する方向が前記荷重検出方向となるように前記床構造に固定される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の重量計量装置によれば、ロードセルの個数を最小化しつつ、計量物の重心位置の影響を低減した高精度での重量計量が可能であり、安全性や経済性にも優れている。しかも、車載重量計量装置の場合、構造を大幅に変更することなくダンプ機構を持った車両に容易に組み込むことでき、車体重量の増加や車高の変更も殆どない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る重量計量装置のトラス構造と計量原理説明のための模式的な側面図（積載台の非傾斜時）。
【図２】本発明に係る重量計量装置のトラス構造と計量原理説明のための模式的な側面図（積載台の傾斜時）。
【図３】図１及び図２の重量計量装置において傾斜ロッドの向きが反転した場合の模式的な側面図。
【図４】図３の重量計量装置において傾斜ロッドをリンク機構で置換した場合の模式的な側面図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る車載重量計量装置を備える汚泥吸引車の模式的な左側面図（タンクの非傾斜時）。
【図６】図５のVI−VI線での断面図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る車載重量計量装置を備える汚泥吸引車の模式的な左側面図（タンクの傾斜時）。
【図８】側方から視たピン型ロードセル付近の拡大図。
【図９】後方から視たピン型ロードセル付近の拡大図。
【図１０Ａ】ピン型ロードセルの模式的な正面図。
【図１０Ｂ】図１０ＡのX−X線での断面図。
【図１１】図１０Ａ，Ｂのピン型ロードセルにおける歪検出部の方向に対する荷重検出方向の傾斜角度に対する理論出力比に対する変化を示すグラフ。
【図１２Ａ】ピン型ロードセルの代案の模式的な正面図。
【図１２Ｂ】図１２ＡのXII−XII線での断面図。
【図１３Ａ】ピン型ロードセルの他の代案の模式的な正面図。
【図１３Ｂ】図１３ＡのXIII−XIII線での断面図。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る荷物集配場用の重量計量装置を示す模式的な側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、図１から図４を参照し、本発明に係る重量計量装置の基本的な構造と計量原理とを説明する。
【００１７】
図１を参照すると、本発明の重量計量装置の基本的な構造としては、概ね水平に延びる積載台Ａと、積載台Ａを支持する斜めに傾いたロッド（傾斜ロッド）ＢＣとを備える。積載台Ａの一端Ｏは基部１の側壁部１ａに対してヒンジ２Ａで回転自在に支持されている。傾斜ロッドＢＣの先端Ｂは、ヒンジ２Ａ（点Ｏ）から水平距離Ｌだけ離れた位置で積載台Ａに対してヒンジ２Ｂで回転自在に連結されている。図１では、傾斜ロッドＢＣは積載台Ａから図において右斜め下向き（積載台Ａの先端側から基端側）に延びている。傾斜ロッドＢＣの他端Ｃは、ヒンジ２Ｃで基部１の底壁部１ｂに対して回転自在に連結されている。つまり、積載台Ａ、傾斜ロッドＢＣ、及び基部１が一種のトラス構造を構成している。傾斜ロッドＢＣは、固定長のロッドでもよいし、例えば油圧シリンダのような可変長の機構を備えるものでもよい。
【００１８】
傾斜ロッドＢＣの水平方向に対する傾き角をθ、傾斜ロッドＢＣの軸力（油圧ロッドの場合には推力）をＰ、積載台Ａ上に載置された重量Ｗの計量物３の重心のヒンジ２Ａ（点Ｏ）からの水平距離をａとして、モーメント及び力の釣合を考える。なお、図１に示すように、水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸とし、ヒンジ２Ａ（点Ｏ）を原点とするＸ−Ｙ座標系を設定する。また、ヒンジ２Ａのピンを介して積載台Ａに作用する反力ＲのＸ方向、Ｙ方向成分をそれぞれＲｘ，Ｒｙとする。なお、理解を容易にするために、図１ではヒンジ２Ａ（点Ｏ）と傾斜ロッドＢの先端Ｂの高さ（Ｙ方向の位置）を同一としている。
【００１９】
Ｏ点まわりのモーメントの釣合より、以下の式（１）が得られる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
また、積載台Ａに作用する力の釣合より、以下の式（２），（３）が得られる。
【００２２】
【数２】
【００２３】
ここで、Ｘ−Ｙ座標系を角度αだけ回転させたｓ−ｔ座標系においてｓ方向成分をＲｓ、ｔ方向成分をＲｔとする。反力の成分Ｒｘ，Ｒｙをｓ−ｔ座標系に座標変換すると、以下の式（４），（５）が得られる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
式（４），（５）よりα＝θの場合、以下の式（６），（７）が得られる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
従って、計量物３の重量Ｗについて以下の式（８）が成立する。
【００２８】
【数５】
【００２９】
次に、図２に示すように、傾斜ロッドＢＣの長さが延びて（油圧シリンダの場合にはロッドが押し出され）、積載台Ａをヒンジ２Ａ（点Ｏ）を回転中心として角度βだけ回転させた場合（積載台Ａを押し上げて支持した場合）を考える。
【００３０】
幾何学関係の変化により、θ→θ’、Ｐ→Ｐ’Ｒｘ→Ｒｘ’、Ｒｙ→Ｒｙ’になるとする。Ｌ→Ｌcosθ、ａ→a・cosβになることを考慮して、前述の式（１）〜（８）の変数を置換すると式（１）〜（８）と同様に以下の式（１’）〜（８’）が成り立つ。
【００３１】
まず、Ｏ点まわりのモーメントの釣合より以下の式（１’）が得られ、積載台Ａに作用する力の釣合から以下の式（２’），（３’）が得られる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
【数７】
【００３４】
Ｘ−Ｙ座標を角度αだけ回転させたｓ−ｔ座標系においてｓ方向成分をＲｓ'、ｔ方向成分をＲｔ’とし、Ｒｘ’，Ｒｙ’を座標変換すると、以下の式（４’），（５’）が得られる。
【００３５】
【数８】
【００３６】
式（４’），（５’）よりα＝θ'の場合、以下の式（６’），（７’）が得られる。
【００３７】
【数９】
【００３８】
従って、計量物３の重量Ｗについて以下の式（８’）が成立する。
【００３９】
【数１０】
【００４０】
図３に示すように、傾斜ロッドＢＣが図１及び図２の場合とは反転した向き、すなわち積載台Ａから図において左斜め下向き（積載台Ａの基端側から先端側）に延びている場合にも、式（１）〜（８）と式（１’）〜（８’）が成り立つ。
【００４１】
また、図４に示すように、傾斜ロッドＢＣに代えてリフトアーム４とテンションリンク５を持つリンク機構ＢＢ’Ｃを設けた場合（符号６は駆動用の油圧シリンダ）も、ヒンジ２Ｂのピンを介して積載台Ａに働く推力Ｐの方向が水平となす角度をθとすると、式（１）〜（８）と式（１’）〜（８’）が成り立つ。
【００４２】
計量物３の重心位置ａは、計量物３の積載台Ａ上での位置や計量物３自体の密度分布の偏り等によって変化する。式（１）〜（６），式（１’）〜（６’）は、式中に重心位置ａを変数として含むため計量物３の重心位置ａにより値が変化する。一方、式（７），（７’）のＲｔ，Ｒｔ’は、重心位置ａを含まないため計量物３の重心位置ａが変化しても原理的には値が変化しない。そして、式（８），（８’）のように、Ｒｔ，Ｒｔ’と角度θ，θ’のみから計量物３の重量Ｗを算出できる。
【００４３】
ここでＲｔ’，Ｒｓ’はヒンジ２Ａのピンを介して積載台Ａに作用する反力であるが、ヒンジ２ＡのピンにはこれらのＲｔ，Ｒｔ’と大きさが等しく向きが逆の力（荷重）が作用する。これらの荷重をＦｔ’，Ｆｓ’とすると、以下の式（９），（１０）の関係がある。
【００４４】
【数１１】
【００４５】
以上より、傾斜ロッドＢＣの傾きをある角度θ’に保持した状態で積載台Ａの一端Ｏのヒンジ２Ａのピンに作用する荷重Ｆｔ’を測定すれば、測定した荷重Ｆｔ’と設定した角度θ’とから式（９），（８）’により計量物３の荷重Ｗを算出できる。つまり、ヒンジ２Ａのピンに作用する荷重Ｆｔ’，Ｆｓ’のうち積載台Ａにより傾斜ロッドＢＣの軸力Ｐと直交する方向の荷重Ｆｔ’を測定することで、積載台Ａ上での計量物３の重心位置ａの影響を受けることなく計量物３の荷重Ｗの計量が可能となる。そして、積載台Ａの一端Ｏのヒンジ２Ａのピンに作用する荷重Ｆｔ’は、このヒンジ２Ａにピン型ロードセルを組み込むことで測定できる。ピン型ロードセル自体は当業者に知られており、例えば特許文献３に開示されている。
【００４６】
（第１実施形態）
図５から図７に示すダンプ排出機能を有する汚泥吸引車１１は、過積載検出等のために本発明の実施形態に係る車載重量計量装置１２を備える。この汚泥吸引車１１はシャシー１３上に固定されたサブフレーム１４上に吸引／集塵装置１５で吸引した汚泥を溜めるためのタンク１６を備える。タンク１６は後方の左右２箇所がヒンジ１７Ａ，１７Ｂによってサブフレーム１４に対して回転自在に連結されている。後に詳述するように、これらのヒンジ１７Ａ，１７Ｂにピン型ロードセル１８が組み込まれている。また、ヒンジ１７Ａ，１７Ｂよりも前方側にはタンク１６を傾斜させるためのダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂが左右に配置されている。個々のダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂは、ロッドの先端である上端がタンク１６の側面にピン結合により回転自在に連結される一方、下端はヒンジ２１Ａ，２１Ｂによってサブフレーム１４に対して回転自在に連結されている。排出シリンダ２２Ａ，２２Ｂで開閉される排出扉２３がタンク１６の最後部に設けられている。
【００４７】
図５に示すように、非排出時にはタンク１６の底面はサブフレーム１４上に載置され、タンク重量の大部分がサブフレーム１４に作用する。一方、排出時には、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂを作動させてヒンジ１７Ａ，１７Ｂ回りにタンク１６を後傾させ、同時に排出シリンダ２２Ａ，２２Ｂにより排出扉２３を開放してタンク１６内の集積物を外部に排出する。ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂは通常油圧シリンダが使用され、油圧回路の切換弁を動作させてダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂのヘッド側への圧油の給排を停止することにより、タンク１６の傾動を任意の位置で停止させることができる。
【００４８】
本実施形態の車載重量計量装置１２は、図３と同様のトラス構造を有する。具体的には、タンク１６が図３の積載台Ａに対応し、ヒンジ１７Ａ，１７Ｂが図３のヒンジ２Ａ（点Ｏ）に対応する。また、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂが図３の傾斜ロッドＢＣに対応し、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂのロッドの先端が図３の点Ｂ、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの基端が図３の点Ｃにそれぞれ対応する。従って、タンク１６を傾斜させて底面をサブフレーム１４から浮き上がらせた状態で、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐと直交する方向の荷重Ｆｔ’をヒンジ１７Ａ，１７Ｂに組み込んだピン型ロードセル１８で測定することで、タンク１６内の集積物の重量Ｗ（図３における計量物３の重量Ｗに相当）を計量できる。
【００４９】
図８及び図９を参照すると、ヒンジ１７Ａ，１７Ｂはそれぞれサブフレーム１４に固定された一対の固定軸受２５Ａ，２５Ｂを備える。ピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６は全体として円柱状であり、その軸線γが車幅方向に水平に延びる姿勢で両端が固定軸受２５Ａ，２５Ｂに支持されている。固定軸受２５Ａにねじ止めされた回転抜け止め２７により固定軸受２５Ａ，２５Ｂに対する軸状弾性体２６抜け止めと、軸線γまわりの軸状弾性体２６の角度位置の位置決めがなされている。また、軸状弾性体２６の中央部にはタンク１６の底面に固定された可動側軸受２８が回転自在に連結されており、タンク１６の荷重がピン型ロードセル１８の中央部に負荷される構造である。図９において符号ｆ１はピン型ロードセル１８の中央部に可動側軸受２８から作用する荷重を示し、符号ｆ２はピン型ロードセル１８の両端に固定軸受２５Ａ，２５Ｂから作用する支点反力を示す。
【００５０】
図１０Ａ及び図１０Ｂを併せて参照すると、ピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６には、固定軸受２５Ａと可動側軸受２８の間、及び固定軸受２５Ｂと可動側軸受２８の間の部分にそれぞれ軸線γと直交する方向に対向する断面円形の凹部２９Ａ〜２９Ｄの対を設け、凹部２９Ａ，２９Ｂとの間、及び凹部２９Ｃ，２９Ｄとの間にそれぞれ比較的薄厚の円板状として軸線γに対して直交する方向の断面積を減少させた起歪部３１Ａ，３１Ｂを設けている。起歪部３１Ａ，３１Ｂは可動側軸受２８から作用する荷重により適切なせん断歪みが発生するような形状に設計されている。個々の起歪部３１Ａ，３１Ｂの両面には歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄが貼り付けられている。これらの歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄでホイーストンブリッジ回路を構成して荷重に比例した電気信号が得られるようにしている。
【００５１】
ピン型ロードセル１８には、荷重Ｆｔ’とこれと直交する荷重Ｆｓ’が同時に作用する。荷重Ｆｓ’は重心位置ａを変数として含み（式（６’），（１０）参照）、重心位置ａによって値が変化する。図１〜図４を参照して説明したように、荷重Ｆｔ’，Ｆｓ’のうちダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐと直交する方向の荷重Ｆｔ’を測定することで、タンク１６内の集積物の重心位置ａの影響を受けることなく重量Ｗの計量が可能となる。従って、ピン型ロードセル１８は荷重Ｆｔ’のみを検出し、荷重Ｆｓ’に対する出力がゼロであることが好ましい。個々のヒンジ１７Ａ，１７Ｂに組み込んだピン型ロードセル１８は荷重Ｆｓ’に対する出力が最小となるように軸線γまわりの角度位置が設定されている。以下、この点について説明する。
【００５２】
一般にロードセルは荷重方向によって出力が変化し、通常使用する荷重軸（荷重検出方向）が定められている。図１０Ａ，Ｂのピン型ロードセル１８の場合、起歪部３１Ａ，３１Ｂの断面形状の方向Ｄに対して、図においてＯ°の方向を荷重検出方向Ｄ’としている。図１１に起歪部３１Ａ，３１Ｂの方向Ｄに対する荷重検出方向Ｄ’の傾斜角度αに対する理論出力比（Ｖ／Ｖ０＝cosα Ｖはある傾斜角度αのときの出力で、Ｖ０はα＝０のときの出力）の変化を示す。理論出力比は起歪部３１Ａ，３１Ｂの方向Ｄに対する荷重検出方向Ｄ’の傾斜角度αが０°のときに最大である。傾斜角度αの増加に伴って理論出力比が減少し、傾斜角度αが９０°となると理論出力比は殆どゼロとなる。従って、ピン型ロードセル１８の荷重検出方向Ｄ’（０°方向）がダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐと直交する方向（図３においてｓ−ｔ座標系のｔ方向に相当する方向）となるようにピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６をそれ自体の軸線γまわりに角度θ’だけ回転させた姿勢で設置することにより、重量Ｗの計量に必要な荷重Ｆｔ’のみを検出し、荷重Ｆｓ’に対する出力を殆どゼロにすることができる。
【００５３】
非計量時にはダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂのロッドは引き込み位置にあり、タンク１６の底面はサブフレーム１４上に載置されている。計量時には、ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂのロッドが突出動作して、タンク１６はヒンジ１７Ａ，１７Ｂまわりに回転することで傾斜する。タンク１６は前方が予め定められた位置（例えば５０ｍｍ〜１５０ｍｍ）程度まで持ち上げられ、タンク１６の底面がサブフレーム１４を離れる。この状態では、タンク１６はダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂと後方のヒンジ１７Ａ，１７Ｂで支持される。計測時のタンク１６を傾斜させる際のダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの傾斜角度θ’は一定値に設定される。一定の傾斜角度θ’でタンク１６の傾動を停止するために、停止位置を示す目盛板を設けて目視し、それに基づいてダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの動作を手動で停止してもよい。また、近接スイッチを設けてタンク１６が所定の傾斜角度θ’となるとダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂを自動的に停止させる制御回路を設けてもよい。前述したようにヒンジ１７Ａ，１７Ｂに組み込まれたピン型ロードセル１８は荷重検出方向Ｄ’がダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの推力Ｐと直交する方向となるように、この傾斜角度θ’だけ軸線γまわりに軸状弾性体２６を回転して取り付けている。
【００５４】
計測時のピン型ロードセル１８は荷重Ｆｔ’＝Ｗcosθを検出するがこれを重量Ｗとして表示するように車載重量計量装置１２の初回の調整時に指示計のキャリブレーション（スパン調整）を行う。通常、指示計のキャリブレーション（スパン調整）は分銅か重量が既知のものをタンク１６に搭載して行う。タンク１６が空の状態では、タンク１６自体の重量がピン型ロードセル１８に作用するが、この空状態の際の出力を差し引いて表示がゼロとなるように指示計を調整し、タンク１６内の積載物の増分を重量値として表示するようにする。
【００５５】
ピン型ロードセル１８は荷重Ｆｔ’＝Ｗcosθを検出するが、図１１を参照して説明したようにダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの傾斜角度θ’が９０°となるとＦｔ’＝０となるため、原理的に計量ができない。また、θ’＝９０°付近では荷重Ｆｔ’が小さくなるため計量精度が低下する、そのため傾斜角度θ’は７５°未満（例えば２０°）に設定される。
【００５６】
ダンプシリンダ１９Ａ，１９Ｂの傾斜角度θ’は設計値から求め、これからピン型ロードセル１９の軸線γまわりの回転角度を決定することができるが、実際は製作誤差や設置誤差があり、理論通りの特性が得られない場合がある。タンク１６内の計量物の重心位置により重量測定値が変化しないか否かは、調整時に一定の重さの分銅等をタンク１６内で位置を変えて載せてみることで確認できる。分銅を載せる位置の違いで計量値の差が大きい場合、式（５’）等から傾斜角度θ’の修正値を推定し、それに基づいてピン型ロードセル１９の回転角度を調整することで、タンク１６内の計量物の重心位置による重量測定値の変動を実用上問題のない程度に低減できる。
【００５７】
図１２Ａ及び図１２Ｂは本実施形態の車載重量計量装置１２で使用可能なピン型ロードセル１８の他の例を示す。このピン型ロードセル１８では円柱状の軸状弾性体２６に図１０Ａ，Ｂと同様の凹部２９Ａ〜２９Ｄに加えて両端面から軸線γの方向の延びる凹部３３Ａ，３３Ｂを設けている。凹部２９Ａ〜２９Ｄ，３３Ａ，３３Ｂによって形成された起歪部３１Ａ，３１Ｂの内側に歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄが貼り付けられている。図１３Ａ及び図１３Ｂもピン型ロードセル１８の他の例を示す。このピン型ロードセル１８では軸状弾性体２６に両端面間を貫通する貫通孔３４の内周壁に歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄを貼り付けている。ピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６には曲げモーメントが作用するが（図１０Ａ、図１２Ａ、及び図１３Ａの符号ｆ１，ｆ２参照）、荷重Ｆｔ’を高精度で測定するために曲げモーメントによる歪みを歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄが検出しないことが好ましい。曲げモーメントは軸状弾性体２６の外周で大きく軸線γ（中立軸）でゼロとなるので、歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄが軸線γに近い位置にある程曲げモーメントの影響を受けにくい。図１０Ａ，Ｂ及び図１２Ａ，Ｂのピン型ロードセル１８は図１３Ａ，Ｂと比較すると歪みゲージ３２Ａ〜３２Ｄの貼り付け位置が軸状弾性体２６の軸線γに近い位置にあるので、より高精度で荷重Ｆｔ’を測定できる。ただし、図１３Ａ，Ｂのピン型ロードセル１８は単一の貫通孔３４のみを軸状弾性体２６に形成すればよい簡易な構成であるので、図１０Ａ，Ｂ及び図１２Ａ，Ｂと比較すると軸状弾性体２６の加工が容易で安価に製作できる利点がある。
【００５８】
本実施形態の車載重量計量装置１２は特に以下の点に特徴がある。タンク１６内の計量の重心位置の影響を低減して計量物の重量Ｗを高精度で計量できる。前述のようにダンプシリンダの油圧から圧力計を使用して積載量を検知する従来の自重計は積荷の位置により計量値が大きく変化する欠点があったが、この問題が解消している。また、従来の自重計よりロードセルの個数や付属装置の点数が減らせ、安価な重量計量装置となっている。さらに、ヒンジ機構１７Ａ，１７Ｂにピン型ロードセル１８を組み込むことで車両の構造を大きく変更することなく容易に重量計量装置を搭載できる。さらに、ピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６をヒンジ機構１７Ａ，１７Ｂのピンとするので、車載重量計量装置１１を追加することによる車体重量の増加や車高の変更も殆どなく、最大積載量を減らすこともない。さらにまた、非計量時や車両走行時はタンク１６はサブフレーム１４上に載置されるのでフレーム強度の問題もなく安全に使用できる。
【００５９】
本発明は、本実施形態のような汚泥吸引車に限定されず、ダンプトラック、塵芥収集車等のダンプ機構を持つ他の車両における車載重量計量装置にも適用できる。本実施形態ではタンク１６の後部左右のヒンジ１７Ａ，１７Ｂの両方にピン型ロードセル１８を組み込んでいるが、積載物が液体等の密度が均一で左右の荷重分布がほぼ均等とみなすことができる場合や、概略重量から過積載を検知したい場合等であれば、左右のヒンジの一方にのみピン型ロードセルを組み込んでもよい。
【００６０】
（第２実施形態）
図１４は本発明の第２実施形態に係る荷物集配場用の重量計量装置４１を示す。この荷物集配場の床構造４２は図示しない倉庫等へ通路として機能する床面４２ａとこの床面４２ａよりも下方に位置する床面４２ｂを備える段付き構造を有する。床面４２ａの床面４２ｂからの高さは床面４２ｂに駐車されたトラック４３の荷台４３ａと概ね同じ高さ位置となるように設定されている。床面４２ａの先端から張り出しデッキ４５が延びており、この張り出しデッキ４５を通って荷台４３ａへの荷物４６の積み降ろしが実行される。張り出しデッキ４５は一端がヒンジ１７Ａ’，１７Ｂ’により床構造４２（床面４２ａ，４２ｂの境目にある側壁４２ｃ）に回転自在に連結されている。また、張り出しデッキ４５の他端には固定長の傾斜ロッド４７の一端がピン結合により回転自在に連結されている。傾斜ロッド４７は張り出しデッキ４５から図において右斜め下へ延びて、他端がピン結合により床面４２ｂに対して回転自在に連結されている。この重量計量装置４１は図１と同様のトラス構造を有し、張り出しデッキ４５が図１の積載台Ａ、ヒンジ１７Ａ’，１７Ｂ’が図１のヒンジ２Ａ（点Ｏ）、傾斜ロッド４７が図１の傾斜ロッドＢＣにそれぞれ対応する。
【００６１】
ヒンジ１７Ａ’，１７Ｂ’には第１実施形態のヒンジ１７Ａ，１７Ｂと同様にピン型ロードセル１８が組み込まれている（ヒンジ１７Ａ’，１７Ｂ’のピンがピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６である）。ピン型ロードセル１８の荷重検出方向Ｄ’（０°方向）が傾斜ロッド４７の軸力Ｐと直交する方向となるようにピン型ロードセル１８の軸状弾性体２６の姿勢を設定している（図７，８参照）。ピン型ロードセル１８の出力から荷重Ｆｔ’が得られ、この荷重Ｆｔ’と傾斜ロッド４７の傾斜角度θ’から式（９），（８）により荷物４６の荷重Ｗを算出できる。
【００６２】
第２実施形態のその他構成及び作用は第１実施形態と同様である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 基部
１ａ 側壁部
１ｂ 底壁部
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ ヒンジ
３ 計量物
４ リフトアーム
５ テンションリンク
６ 油圧シリンダ
１１ 汚泥吸引車
１２ 車載重量計量装置
１３ シャシー
１４ サブフレーム
１５ 吸引／集塵装置
１６ タンク
１７Ａ，１７Ｂ ヒンジ
１８ ピン型ロードセル
１９Ａ，１９Ｂ ダンプシリンダ
２１Ａ，２１Ｂ ヒンジ
２２Ａ，２２Ｂ 排出シリンダ
２３ 排出扉
２５Ａ，２５Ｂ 固定軸受
２６ 軸状弾性体
２７ 回転抜け止め
２８ 可動側軸受
２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ 凹部
３１Ａ，３１Ｂ 起歪部
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 歪みゲージ
３３Ａ，３３Ｂ 凹部
３４ 貫通孔
４１ 重量計量装置
４２ 床構造
４２ａ，４２ｂ 床面
４２ｃ 側壁
４３ トラック
４３ａ 荷台
４５ 張り出しデッキ
４６ 荷物
４７ 傾斜ロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端がヒンジ機構で基部に対して回転自在に支持されて計量物が積載される積載部と、
前記積載部の前記一端から他端側に距離を隔てた位置に一端が回転自在に連結される一方、他端が前記基部に回転自在に連結された斜めに延びる支持部と、
前記ヒンジ機構のピンを構成する軸状弾性体を備え、荷重検出方向が前記支持部の軸力の方向と直交するように前記基部に取り付けられたピン型ロードセルと
を備える重量計量装置。
【請求項２】
前記基部は車両の車体であり、
前記積載部は、前記車体に搭載されて後部側が前記車体に対して前記ヒンジ機構によって前記車体に対して回転自在に連結され、前記ヒンジ機構を中心に傾動可能であり、
前記支持部は一端が前記積載部に回転自在に連結されて他端が前記車体に対して回転自在に連結された伸縮可能なシリンダであり、
前記ピン型ロードセルは、前記積載部が傾斜するように前記シリンダを伸張させたときの前記シリンダの推力の方向と直交する方向が前記荷重検出方向となるように前記車体に固定されている、請求項１に記載の重量計量装置。
【請求項３】
前記基部は、第１の床面部とこの第１の床面部よりも下方に位置する第２の床面部を有する段付きの床構造であり、
前記積載部は一端が前記第１の床面部と同一高さとなるように前記ヒンジ機構によって前記床構造に対して回転自在に連結され、
前記支持部は一端が前記積載部に回転自在に連結される一方、他端が前記第２の床面部に回転自在に連結された斜めに延びる固定長の支持部材であり、
前記ピン型ロードセルは、前記支持部材の軸力の方向と直交する方向が前記荷重検出方向となるように前記床構造に固定されている、請求項１に記載の重量計量装置。
【請求項１】
一端がヒンジ機構で基部に対して回転自在に支持されて計量物が積載される積載部と、
前記積載部の前記一端から他端側に距離を隔てた位置に一端が回転自在に連結される一方、他端が前記基部に回転自在に連結された斜めに延びる支持部と、
前記ヒンジ機構のピンを構成する軸状弾性体を備え、荷重検出方向が前記支持部の軸力の方向と直交するように前記基部に取り付けられたピン型ロードセルと
を備える重量計量装置。
【請求項２】
前記基部は車両の車体であり、
前記積載部は、前記車体に搭載されて後部側が前記車体に対して前記ヒンジ機構によって前記車体に対して回転自在に連結され、前記ヒンジ機構を中心に傾動可能であり、
前記支持部は一端が前記積載部に回転自在に連結されて他端が前記車体に対して回転自在に連結された伸縮可能なシリンダであり、
前記ピン型ロードセルは、前記積載部が傾斜するように前記シリンダを伸張させたときの前記シリンダの推力の方向と直交する方向が前記荷重検出方向となるように前記車体に固定されている、請求項１に記載の重量計量装置。
【請求項３】
前記基部は、第１の床面部とこの第１の床面部よりも下方に位置する第２の床面部を有する段付きの床構造であり、
前記積載部は一端が前記第１の床面部と同一高さとなるように前記ヒンジ機構によって前記床構造に対して回転自在に連結され、
前記支持部は一端が前記積載部に回転自在に連結される一方、他端が前記第２の床面部に回転自在に連結された斜めに延びる固定長の支持部材であり、
前記ピン型ロードセルは、前記支持部材の軸力の方向と直交する方向が前記荷重検出方向となるように前記床構造に固定されている、請求項１に記載の重量計量装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４２３７５（Ｐ２０１１−２４２３７５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７４４６（Ｐ２０１０−１１７４４６）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（３９０００００１１）ＪＦＥアドバンテック株式会社 (32)
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（３９０００００１１）ＪＦＥアドバンテック株式会社 (32)
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