JP3060259B2 - ３分力計 - Google Patents
３分力計Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３分力計に関し、より
詳細にはＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸からなる直交座標系を
仮想したとき、物体の任意の一点に作用する力を３つの
独立した分力として検出する３分力計に関するものであ
る。
詳細にはＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸からなる直交座標系を
仮想したとき、物体の任意の一点に作用する力を３つの
独立した分力として検出する３分力計に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、物体の一点に使用する力を、複数
の独立した分力として検出する分力計としては、例えば
特開平２−１７６４３８号公報に開示されたものがあ
る。図１１は、上記分力計の外観斜視図を示すものであ
る。同図において、３０，３０は水平方向に対称的に延
出し、上下方向に偏平なビーム型の横梁で、両横梁３
０，３０の外端の固定部３１，３１が図示しない支持体
に固設される。横梁３０，３０の中間に設けられた厚肉
部３２上には横断面が方形体からなる縦梁３３が垂直状
に立設している。
の独立した分力として検出する分力計としては、例えば
特開平２−１７６４３８号公報に開示されたものがあ
る。図１１は、上記分力計の外観斜視図を示すものであ
る。同図において、３０，３０は水平方向に対称的に延
出し、上下方向に偏平なビーム型の横梁で、両横梁３
０，３０の外端の固定部３１，３１が図示しない支持体
に固設される。横梁３０，３０の中間に設けられた厚肉
部３２上には横断面が方形体からなる縦梁３３が垂直状
に立設している。
【０００３】上記した構成において、縦梁３３の上端面
が荷重導入部３４となり、この荷重導入部３４にＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸の３方向からの荷重が加わる。すなわち、Ｘ
軸方向からの荷重は、縦梁３３の対向し合う第１平面３
５ａ，３５ｂの上下にそれぞれ対称的に添着したひずみ
ゲージ３６，３６によって検出される。
が荷重導入部３４となり、この荷重導入部３４にＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸の３方向からの荷重が加わる。すなわち、Ｘ
軸方向からの荷重は、縦梁３３の対向し合う第１平面３
５ａ，３５ｂの上下にそれぞれ対称的に添着したひずみ
ゲージ３６，３６によって検出される。
【０００４】また、Ｙ軸方向からの荷重は、第１平面３
５ａ，３５ｂと直交し、互いに対向し合う第２平面３７
ａ，３７ｂの上下にそれぞれ対称的に添着したひずみゲ
ージ３８，３８によって検出される。そして、Ｚ軸方向
からの荷重は、横梁３０，３０の表裏面の中央側と外端
側にそれぞれ対称的に添着したひずみゲージ３９，４０
によって検出される。
５ａ，３５ｂと直交し、互いに対向し合う第２平面３７
ａ，３７ｂの上下にそれぞれ対称的に添着したひずみゲ
ージ３８，３８によって検出される。そして、Ｚ軸方向
からの荷重は、横梁３０，３０の表裏面の中央側と外端
側にそれぞれ対称的に添着したひずみゲージ３９，４０
によって検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成した
従来の分力計は、例えば自動車の走行時におけるタイヤ
の接地面圧分布等の測定に利用されるもので、１つのタ
イヤに対して複数の分力計を接地板に組み込み、種々の
方向からの力をタイヤの接地面圧分布として検出してい
る。しかも、分力計は、設置数を多くすることで、より
精度の高い測定が可能となる。
従来の分力計は、例えば自動車の走行時におけるタイヤ
の接地面圧分布等の測定に利用されるもので、１つのタ
イヤに対して複数の分力計を接地板に組み込み、種々の
方向からの力をタイヤの接地面圧分布として検出してい
る。しかも、分力計は、設置数を多くすることで、より
精度の高い測定が可能となる。
【０００６】しかしながら、従来の分力計は、上述した
ようにＺ軸方向の荷重を検出するための横梁３０をビー
ム型にすると、Ｘ軸およびＹ軸方向の荷重検出のための
縦梁３３に対して水平方向へ長く延出し、このため分力
計が大型化することによって設置数にも限度が生じ精度
の高い測定が不可能となる。
ようにＺ軸方向の荷重を検出するための横梁３０をビー
ム型にすると、Ｘ軸およびＹ軸方向の荷重検出のための
縦梁３３に対して水平方向へ長く延出し、このため分力
計が大型化することによって設置数にも限度が生じ精度
の高い測定が不可能となる。
【０００７】また、上記従来の分力計は、曲げモーメン
トや偏荷重の影響を受け易いという問題もある。本発明
は、上記のような問題点を解消するためになされたもの
で、その目的とするところは、小型化が図れ、かつ構成
が簡単であり、しかも他の方向から作用する力の干渉も
少なく特に、偏荷重や曲げモーメントの影響を受けにく
く精度の高い３分力計を提供することにある。
トや偏荷重の影響を受け易いという問題もある。本発明
は、上記のような問題点を解消するためになされたもの
で、その目的とするところは、小型化が図れ、かつ構成
が簡単であり、しかも他の方向から作用する力の干渉も
少なく特に、偏荷重や曲げモーメントの影響を受けにく
く精度の高い３分力計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸から成る直交
座標系を仮想したとき、物体の任意の１点に作用する力
を３つの独立した分力として検出する３分力計におい
て、上部に剛性が大なる力受け部が形成され、下部に剛
性が大で被支持体への取付フランジ部を有する荷重支持
部が形成され、上記力受け部と上記荷重支持部との間に
連接され、下半部が上半部より断面積が小なる四角柱状
の起歪部を有する起歪柱が形成され、上記力受け部から
上記起歪柱内を通り上記荷重支持部に達するそれぞれの
中心部を貫通する透孔が形成されて成る第１起歪体と；
上記力受け部の上部に取付けられる剛性大なる筒状部が
形成され、上記筒状部の上端側にダイアフラムが形成さ
れ、このダイアフラムの中心部に力導入部が形成されて
成る第２起歪体と；上記力受け部と上記荷重支持部が配
設される方向を上記直交座標系のＺ軸としたとき、上記
起歪部の一方の対向面に添着されＸ軸方向の曲げ応力を
検出するＸ軸ひずみゲージと；上記起歪部の上記対向面
と直交する他方の対向面に添着されＹ軸方向の曲げ応力
を検出するＹ軸ひずみゲージと；上記ダイアフラムに添
着され上記ダイアフラムに生じるＺ軸方向の応力を検出
するＺ軸ひずみゲージと；から構成したことを特徴とし
たものである。
達成するために、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸から成る直交
座標系を仮想したとき、物体の任意の１点に作用する力
を３つの独立した分力として検出する３分力計におい
て、上部に剛性が大なる力受け部が形成され、下部に剛
性が大で被支持体への取付フランジ部を有する荷重支持
部が形成され、上記力受け部と上記荷重支持部との間に
連接され、下半部が上半部より断面積が小なる四角柱状
の起歪部を有する起歪柱が形成され、上記力受け部から
上記起歪柱内を通り上記荷重支持部に達するそれぞれの
中心部を貫通する透孔が形成されて成る第１起歪体と；
上記力受け部の上部に取付けられる剛性大なる筒状部が
形成され、上記筒状部の上端側にダイアフラムが形成さ
れ、このダイアフラムの中心部に力導入部が形成されて
成る第２起歪体と；上記力受け部と上記荷重支持部が配
設される方向を上記直交座標系のＺ軸としたとき、上記
起歪部の一方の対向面に添着されＸ軸方向の曲げ応力を
検出するＸ軸ひずみゲージと；上記起歪部の上記対向面
と直交する他方の対向面に添着されＹ軸方向の曲げ応力
を検出するＹ軸ひずみゲージと；上記ダイアフラムに添
着され上記ダイアフラムに生じるＺ軸方向の応力を検出
するＺ軸ひずみゲージと；から構成したことを特徴とし
たものである。
【０００９】
【作用】上記のように構成された３分力計は、力導入部
へ印加された力のうち、Ｘ軸方向への分力は、第２起歪
体のダイアフラムと筒状部を伝わって第１起歪体の力受
け部を介して起歪部へと伝達され、その起歪部にＸ軸方
向への曲げ応力を生じさせる。その曲げ応力は、起歪部
の対向面に添着されたＸ軸ひずみゲージによって検出さ
れる。
へ印加された力のうち、Ｘ軸方向への分力は、第２起歪
体のダイアフラムと筒状部を伝わって第１起歪体の力受
け部を介して起歪部へと伝達され、その起歪部にＸ軸方
向への曲げ応力を生じさせる。その曲げ応力は、起歪部
の対向面に添着されたＸ軸ひずみゲージによって検出さ
れる。
【００１０】また、Ｙ軸方向への分力は、第２起歪体の
ダイアフラムと筒状部を伝わって第１起歪体の力受け部
を介して起歪部へと伝達され、その起歪部にＹ軸方向へ
の曲げ応力を生じさせる。その曲げ応力は、上記対向面
と直交する起歪部の対向面に添着されたＹ軸ひずみゲー
ジによって検出される。
ダイアフラムと筒状部を伝わって第１起歪体の力受け部
を介して起歪部へと伝達され、その起歪部にＹ軸方向へ
の曲げ応力を生じさせる。その曲げ応力は、上記対向面
と直交する起歪部の対向面に添着されたＹ軸ひずみゲー
ジによって検出される。
【００１１】そして、Ｚ軸方向への分力は、ダイアフラ
ムを下方に膨出させるように変形させる。この変形によ
る曲げ応力は、ダイアフラムに添着されたＺ軸ひずみゲ
ージによって検出される。
ムを下方に膨出させるように変形させる。この変形によ
る曲げ応力は、ダイアフラムに添着されたＺ軸ひずみゲ
ージによって検出される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
述する。図１は、本発明による３分力計の正面図、図２
は、図１のＡ−Ａ′線における横断面図、図３は、図２
のＢ−Ｂ′における縦断面図をそれぞれ示す。
述する。図１は、本発明による３分力計の正面図、図２
は、図１のＡ−Ａ′線における横断面図、図３は、図２
のＢ−Ｂ′における縦断面図をそれぞれ示す。
【００１３】各図において、１は全体が略柱状体を呈す
る第１起歪体で、上部に厚肉で剛性が大なる短円筒形状
の力受け部２と、下部に同じく剛性が大で図示しない被
支持体へ取付けるためのフランジ部４を有する荷重支持
部３を有している。
る第１起歪体で、上部に厚肉で剛性が大なる短円筒形状
の力受け部２と、下部に同じく剛性が大で図示しない被
支持体へ取付けるためのフランジ部４を有する荷重支持
部３を有している。
【００１４】上記力受け部２と荷重支持部３との間に
は、下半部が上半部より断面積が小さな四角柱状の起歪
部６が形成された起歪柱５が一体的に連接されている。
また、上記力受け部２の上端から起歪柱６内を通り荷重
支持部３の下端に達するそれぞれの中心を貫通する透孔
７が設けられている。
は、下半部が上半部より断面積が小さな四角柱状の起歪
部６が形成された起歪柱５が一体的に連接されている。
また、上記力受け部２の上端から起歪柱６内を通り荷重
支持部３の下端に達するそれぞれの中心を貫通する透孔
７が設けられている。
【００１５】この第１起歪体１の上記力受け部２の上部
には、第２起歪体９の剛性が大なる筒状部８が圧入され
且つ溶接等の手段により固定されている。この筒状部８
の上端面に弾性変形可能な薄肉状のダイアフラム１０が
一体成形されている。
には、第２起歪体９の剛性が大なる筒状部８が圧入され
且つ溶接等の手段により固定されている。この筒状部８
の上端面に弾性変形可能な薄肉状のダイアフラム１０が
一体成形されている。
【００１６】また、このダイアフラム１０の上面中央に
くびれ部１１ａを有する力導入部１１が設けられ、この
力導入部１１に力または荷重Ｗが印加される。
くびれ部１１ａを有する力導入部１１が設けられ、この
力導入部１１に力または荷重Ｗが印加される。
【００１７】ここで、図２において説明すると、紙面上
下方向をＸ軸とし、紙面左右方向をＹ軸とし、紙面と垂
直方向をＺ軸としたとき、荷重（力）Ｗは、各軸Ｘ，
Ｙ，Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとして検出すること
ができ、このうち、Ｘ軸およびＹ軸方向の分力は、起歪
部６に曲げ応力を生じさせ、Ｚ軸方向の力は、ダイアフ
ラム１０の表面に引張りおよび圧縮応力を生じさせる。
下方向をＸ軸とし、紙面左右方向をＹ軸とし、紙面と垂
直方向をＺ軸としたとき、荷重（力）Ｗは、各軸Ｘ，
Ｙ，Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとして検出すること
ができ、このうち、Ｘ軸およびＹ軸方向の分力は、起歪
部６に曲げ応力を生じさせ、Ｚ軸方向の力は、ダイアフ
ラム１０の表面に引張りおよび圧縮応力を生じさせる。
【００１８】すなわち、起歪部６の下方の対向し合うＸ
軸面にＸ軸方向の曲げ応力を検出するためのＸ軸ひずみ
ゲージ１２ａ，１２ｂ，および１２ｃ，１２ｄが、その
ゲージ軸をＺ軸方向に合致する方向に２枚づつ並置して
添着されている。
軸面にＸ軸方向の曲げ応力を検出するためのＸ軸ひずみ
ゲージ１２ａ，１２ｂ，および１２ｃ，１２ｄが、その
ゲージ軸をＺ軸方向に合致する方向に２枚づつ並置して
添着されている。
【００１９】また、起歪部６の下方の対向し合うＹ軸面
にＹ軸方向の曲げ応力を検出するためのＹ軸ひずみゲー
ジ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄが、そのゲージ
軸を同じくＺ軸方向と合致する方向に２枚づつ並置して
添着されている。そして、ダイアフラム１０の裏面（底
面）にＺ軸方向の力を検出するためのＺ軸ひずみゲージ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが添着されている。
にＹ軸方向の曲げ応力を検出するためのＹ軸ひずみゲー
ジ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄが、そのゲージ
軸を同じくＺ軸方向と合致する方向に２枚づつ並置して
添着されている。そして、ダイアフラム１０の裏面（底
面）にＺ軸方向の力を検出するためのＺ軸ひずみゲージ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが添着されている。
【００２０】尚、Ｚ軸ひずみゲージ１４ａ〜１４ｄは、
図４に示すようにダイアフラム１０の外周近傍と中心近
傍に偏してパターニングされた状態で添着されている。
そして、このうち、ひずみゲージ１４ａと１４ｄは、外
周近傍の面に配置され、ひずみゲージ１４ｂと１４ｃ
は、内周近傍の面に配置されている。
図４に示すようにダイアフラム１０の外周近傍と中心近
傍に偏してパターニングされた状態で添着されている。
そして、このうち、ひずみゲージ１４ａと１４ｄは、外
周近傍の面に配置され、ひずみゲージ１４ｂと１４ｃ
は、内周近傍の面に配置されている。
【００２１】図５は、上記のように構成した本発明によ
る分力計を分力検出装置に組み込んだ縦断面図を示した
ものである。これによれば、荷重支持部３のフランジ部
４を、ボルト孔４ａに挿通したボルト１５を台座１６に
形成された雌ねじ孔にねじ込んで台座１６に固定すると
共に、台座１６上に突出する起歪体５およびダイアフラ
ム１０の筒状部８を収容するように台座１６上に上板１
７を組み合わせてある。ダイアフラム１０の力導入部１
１に力導入板１８をねじ結合により支持し、この力導入
板１８の上面を上板１７の上面と同一平面上に配置して
ある。
る分力計を分力検出装置に組み込んだ縦断面図を示した
ものである。これによれば、荷重支持部３のフランジ部
４を、ボルト孔４ａに挿通したボルト１５を台座１６に
形成された雌ねじ孔にねじ込んで台座１６に固定すると
共に、台座１６上に突出する起歪体５およびダイアフラ
ム１０の筒状部８を収容するように台座１６上に上板１
７を組み合わせてある。ダイアフラム１０の力導入部１
１に力導入板１８をねじ結合により支持し、この力導入
板１８の上面を上板１７の上面と同一平面上に配置して
ある。
【００２２】一方、起歪部６に添着されているＸ軸ひず
みゲージ１２ａ〜１２ｄおよびＹ軸ひずみゲージ１３ａ
〜１３ｄから引き出した配線コード（ゲージリード）１
９ａは、一旦、起歪体５に取付けられた端子板２０に接
続し、この端子板２０から引き出した配線コード（ケー
ブル）１９ｂを、荷重支持部３に貫通した配線孔３ａを
通し、台座１６の配線溝１６ａから外部に引き出され
る。
みゲージ１２ａ〜１２ｄおよびＹ軸ひずみゲージ１３ａ
〜１３ｄから引き出した配線コード（ゲージリード）１
９ａは、一旦、起歪体５に取付けられた端子板２０に接
続し、この端子板２０から引き出した配線コード（ケー
ブル）１９ｂを、荷重支持部３に貫通した配線孔３ａを
通し、台座１６の配線溝１６ａから外部に引き出され
る。
【００２３】また、ダイアフラム１０に添着されたＺ軸
ひずみゲージ１４ａ〜１４ｄの配線コード２１は、筒状
部８に支持した配線基板２２に一旦接続し、この配線基
板２１から配線コード２３を起歪柱５内を貫通した透孔
７内を通し、台座１６の配線溝１６ａから外部へ引き出
される。
ひずみゲージ１４ａ〜１４ｄの配線コード２１は、筒状
部８に支持した配線基板２２に一旦接続し、この配線基
板２１から配線コード２３を起歪柱５内を貫通した透孔
７内を通し、台座１６の配線溝１６ａから外部へ引き出
される。
【００２４】図６〜図８は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の各
分力を検出するためのブリッジ回路で、図６は、分力Ｆ
ｘ、図７は、分力Ｆｙ、図８は分力Ｆｚを検出するブリ
ッジ回路である。
分力を検出するためのブリッジ回路で、図６は、分力Ｆ
ｘ、図７は、分力Ｆｙ、図８は分力Ｆｚを検出するブリ
ッジ回路である。
【００２５】先ず、図６に示す分力Ｆｘのブリッジ回路
の各辺の構成を説明すると、第１辺２４はひずみゲージ
１２ａ、第２辺２５はひずみゲージ１２ｂ、第３辺２６
はひずみゲージ１２ｃ、第４辺２７はひずみゲージ１２
ｄより構成され、２８ａ、２８ｂは、ブリッジ回路の入
力端子、２９ａ、２９ｂは同じく出力端子である。
の各辺の構成を説明すると、第１辺２４はひずみゲージ
１２ａ、第２辺２５はひずみゲージ１２ｂ、第３辺２６
はひずみゲージ１２ｃ、第４辺２７はひずみゲージ１２
ｄより構成され、２８ａ、２８ｂは、ブリッジ回路の入
力端子、２９ａ、２９ｂは同じく出力端子である。
【００２６】図７に示す分力Ｆｙのブリッジ回路の各辺
は、上記と同様にして、第１辺はひずみゲージ１３ａ、
第２辺はひずみゲージ１３ｂ、第３辺はひずみゲージ１
３ｃ、第４辺はひずみゲージ１３ｄより構成されてい
る。
は、上記と同様にして、第１辺はひずみゲージ１３ａ、
第２辺はひずみゲージ１３ｂ、第３辺はひずみゲージ１
３ｃ、第４辺はひずみゲージ１３ｄより構成されてい
る。
【００２７】さらに、図８に示す分力Ｆｚを検出するブ
リッジ回路の各辺は、第１辺はひずみゲージ１４ａ、第
２辺はひずみゲージ１４ｂ、第３辺はひずみゲージ１４
ｃ、第４辺はひずみゲージ１４ｄより構成されている。
リッジ回路の各辺は、第１辺はひずみゲージ１４ａ、第
２辺はひずみゲージ１４ｂ、第３辺はひずみゲージ１４
ｃ、第４辺はひずみゲージ１４ｄより構成されている。
【００２８】次に、図５のように構成された分力検出装
置に本発明を適用した実施例の動作と共に、各分力Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚを電気信号として検出する各ブリッジ回
路の動作について説明する。
置に本発明を適用した実施例の動作と共に、各分力Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚを電気信号として検出する各ブリッジ回
路の動作について説明する。
【００２９】今、力導入板１８に図２の矢印により示す
方向に分力Ｆｘが作用した場合、Ｘ軸ひずみゲージ１２
ａ，１２ｃがその起歪部６面の曲げ応力による圧縮によ
って抵抗値が減少し、逆にＸ軸ひずみゲージ１２ｂ，１
２ｄはその起歪部６面の曲げ応力による引張応力を受け
て抵抗値は増加する。
方向に分力Ｆｘが作用した場合、Ｘ軸ひずみゲージ１２
ａ，１２ｃがその起歪部６面の曲げ応力による圧縮によ
って抵抗値が減少し、逆にＸ軸ひずみゲージ１２ｂ，１
２ｄはその起歪部６面の曲げ応力による引張応力を受け
て抵抗値は増加する。
【００３０】ここで図６の分力Ｆｘのブリッジ回路を参
照すると、第１辺のひずみゲージ１２ａは抵抗値が減少
し、第２辺のひずみゲージ１２ｂは増加し、第３辺のひ
ずみゲージ１２ｃは減少し、そして第４辺のひずみゲー
ジ１２ｄは増加する。この結果、入力端子２８が正極側
とすれば、一方の出力端子２９ａが他方の出力端子２９
ｂより電位が低くなり、＋ｅの出力となって分力Ｆｘが
検出される。
照すると、第１辺のひずみゲージ１２ａは抵抗値が減少
し、第２辺のひずみゲージ１２ｂは増加し、第３辺のひ
ずみゲージ１２ｃは減少し、そして第４辺のひずみゲー
ジ１２ｄは増加する。この結果、入力端子２８が正極側
とすれば、一方の出力端子２９ａが他方の出力端子２９
ｂより電位が低くなり、＋ｅの出力となって分力Ｆｘが
検出される。
【００３１】次に、力導入板１８に図２の矢印方向に分
力Ｆｙが作用した場合、Ｙ軸ひずみゲージ１３ａ，１３
ｃがその起歪部６面の曲げ応力による引張りによって抵
抗値が増加し、以下同様にＹ軸ひずみゲージ１３ｂ，１
３ｄは抵抗値が減少し、この結果、図７の分力Ｆｙのブ
リッジ回路においては、第１辺と第３辺の抵抗値が増加
し、第２辺と第４辺の抵抗値が減少することとなる。
力Ｆｙが作用した場合、Ｙ軸ひずみゲージ１３ａ，１３
ｃがその起歪部６面の曲げ応力による引張りによって抵
抗値が増加し、以下同様にＹ軸ひずみゲージ１３ｂ，１
３ｄは抵抗値が減少し、この結果、図７の分力Ｆｙのブ
リッジ回路においては、第１辺と第３辺の抵抗値が増加
し、第２辺と第４辺の抵抗値が減少することとなる。
【００３２】一方、力導入板１８に分力Ｆｚが作用した
場合、図９に示すようにＺ軸ひずみゲージ１４ａ，１４
ｃが圧縮によって抵抗値が減少し、逆にＺ軸ひずみゲー
ジ１４ｂ，１４ｄが引張応力を受けて抵抗値が増加す
る。
場合、図９に示すようにＺ軸ひずみゲージ１４ａ，１４
ｃが圧縮によって抵抗値が減少し、逆にＺ軸ひずみゲー
ジ１４ｂ，１４ｄが引張応力を受けて抵抗値が増加す
る。
【００３３】この結果、図８の分力Ｆｚを検出するブリ
ッジ回路においては、第１辺と第３辺の抵抗値が減少
し、第２辺と第４辺の抵抗値が増加し、従って、出力端
子には分力Ｆｚに対応した電気信号が検出される。
ッジ回路においては、第１辺と第３辺の抵抗値が減少
し、第２辺と第４辺の抵抗値が増加し、従って、出力端
子には分力Ｆｚに対応した電気信号が検出される。
【００３４】上記した説明では、３つの分力Ｆｘ，Ｆ
ｙ，Ｆｚによる動作を解りやすくするために各々の分力
の方向を画一的に示したものであるが、実際には力導入
板１８には、分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが複合して作用した
り、曲げモーメントが作用するものである。
ｙ，Ｆｚによる動作を解りやすくするために各々の分力
の方向を画一的に示したものであるが、実際には力導入
板１８には、分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが複合して作用した
り、曲げモーメントが作用するものである。
【００３５】例えば、分力Ｆｘ方向あるいはＦｙ方向に
沿う曲げモーメントが、力導入板１８に印加されて、ダ
イアフラム１０に図１０に示すような変形が生じた場
合、図８のＦｚを検出するブリッジ回路から解るように
各辺において抵抗値の増減が打消し合って平衡状態が保
たれ出力は略零となる。従って、分力ＦｘあるいはＦｙ
のみが検出されるのである。
沿う曲げモーメントが、力導入板１８に印加されて、ダ
イアフラム１０に図１０に示すような変形が生じた場
合、図８のＦｚを検出するブリッジ回路から解るように
各辺において抵抗値の増減が打消し合って平衡状態が保
たれ出力は略零となる。従って、分力ＦｘあるいはＦｙ
のみが検出されるのである。
【００３６】本発明による３分力計において、起歪部６
の中心に透孔７を貫通したことによって、起歪部６の曲
げ応力に対する感度を向上することができると共に、機
械的に強度および曲げ剛性を向上することができる。ま
た、透孔７がＺ軸ひずみゲージの配線孔として有効に利
用できる。
の中心に透孔７を貫通したことによって、起歪部６の曲
げ応力に対する感度を向上することができると共に、機
械的に強度および曲げ剛性を向上することができる。ま
た、透孔７がＺ軸ひずみゲージの配線孔として有効に利
用できる。
【００３７】また、起歪部６において、上部から受ける
曲げ応力は、上方部に対して下方部側が安定した応力値
を得られることから、ひずみゲージを下方部側へ偏して
添着することで、精確で安定した曲げ応力の検出が可能
となる。
曲げ応力は、上方部に対して下方部側が安定した応力値
を得られることから、ひずみゲージを下方部側へ偏して
添着することで、精確で安定した曲げ応力の検出が可能
となる。
【００３８】また、起歪部６に添着したひずみゲージの
配線コードを、一旦端子板２０に接続し、この端子板２
０から外部へ引き出すようにしたので、たとえ、外部の
引き出し配線を強く引張ったとしてもひずみゲージに剥
離や破損を及ぼすこともなく的確に保護できる。
配線コードを、一旦端子板２０に接続し、この端子板２
０から外部へ引き出すようにしたので、たとえ、外部の
引き出し配線を強く引張ったとしてもひずみゲージに剥
離や破損を及ぼすこともなく的確に保護できる。
【００３９】また、Ｚ軸方向の応力の検出を力印加点に
近いダイアフラム１０で行うようにしたので、曲げモー
メントや偏荷重の影響を受けにくいという効果がある。
近いダイアフラム１０で行うようにしたので、曲げモー
メントや偏荷重の影響を受けにくいという効果がある。
【００４０】また、力導入部１１にくびれ部１１ａを形
成したので、偏荷重や、曲げモーメントを、そのくびれ
部１１ａで吸収させることができ、より正確に３分力を
検出することができる。
成したので、偏荷重や、曲げモーメントを、そのくびれ
部１１ａで吸収させることができ、より正確に３分力を
検出することができる。
【００４１】尚、本発明は、上述の実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形
実施ができるものである。
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形
実施ができるものである。
【００４２】例えば、起歪部６は、横断面形状を四角形
状の場合のものを示したが、Ｘ軸側とＹ軸側とのひずみ
ゲージが直角方向に添着できるものであれば円筒形状で
あってもよい。また、ダイアフラム１０のひずみゲージ
は、実施例のもの以外、通常の矩形状のひずみゲージを
複数（例えば４枚）用いてもよい。
状の場合のものを示したが、Ｘ軸側とＹ軸側とのひずみ
ゲージが直角方向に添着できるものであれば円筒形状で
あってもよい。また、ダイアフラム１０のひずみゲージ
は、実施例のもの以外、通常の矩形状のひずみゲージを
複数（例えば４枚）用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明による３分力
計は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のそれぞれの分力を起
歪柱の下方に形成した起歪部と、起歪柱の軸上に設けた
ダイアフラムとによって検出するように構成したので、
小型化が図れ、構成も極めて簡単となる。
計は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のそれぞれの分力を起
歪柱の下方に形成した起歪部と、起歪柱の軸上に設けた
ダイアフラムとによって検出するように構成したので、
小型化が図れ、構成も極めて簡単となる。
【００４４】また、小型化を実現し単位面積当り多数の
３分力計を配置できることからより多方面から精確な分
力の検出が可能となる。しかも、各々の荷重方向への干
渉も殆んどなく高精度で信頼性の高い３分力計を提供す
ることができる。
３分力計を配置できることからより多方面から精確な分
力の検出が可能となる。しかも、各々の荷重方向への干
渉も殆んどなく高精度で信頼性の高い３分力計を提供す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例に係る３分力計の構成を示す
正面図である。
正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線における横断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ′線における縦断面図である。
【図４】図３におけるダイアフラムへ添着されたひずみ
ゲージを模式的に示す拡大平面図である。
ゲージを模式的に示す拡大平面図である。
【図５】本発明による３分力計を分力検出装置へ組み込
んだ状態を示す縦断面図である。
んだ状態を示す縦断面図である。
【図６】分力Ｆｘを検出するためのブリッジ回路図であ
る。
る。
【図７】分力Ｆｙを検出するためのブリッジ回路図であ
る。
る。
【図８】分力Ｆｚを検出するためのブリッジ回路図であ
る。
る。
【図９】ダイアフラムに対しＺ軸方向のみに力が作用し
た場合のダイアフラムの荷重変形図である。
た場合のダイアフラムの荷重変形図である。
【図１０】ダイアフラムに対しＸ軸あるいはＹ軸方向に
沿う曲げモーメントが作用した場合のダイアフラムの変
形図である。
沿う曲げモーメントが作用した場合のダイアフラムの変
形図である。
【図１１】従来のビーム型分力計の外観斜視図である。
１ 第１起歪体 ２ 力受け部 ３ 荷重支持部 ４ フランジ部 ５ 起歪柱 ６ 起歪部 ７ 透孔 ８ 筒状部 ９ 第２起歪体 １０ ダイアフラム １１ 力導入部 １１ａ くびれ部 １２ａ〜１２ｄ Ｘ軸ひずみゲージ １３ａ〜１３ｄ Ｙ軸ひずみゲージ １４ａ〜１４ｄ Ｚ軸ひずみゲージ １５ ボルト １６ 台座 １６ａ 配線溝 １７ 上板 １８ 力導入板 １９ａ，１９ｂ 配線コード ２０ 端子板 ２１，２３ 配線コード ２２ 配線基板 ２８ａ，２８ｂ 入力端子 ２９ａ，２９ｂ 出力端子 Ｗ 荷重 Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ 分力
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−176438（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−96531（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−75925（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−163628（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−81280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−138439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−41829（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−73124（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−15131（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−10469（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/16
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸から成る直交座
標系を仮想したとき、物体の任意の１点に作用する力を
３つの独立した分力として検出する３分力計において、
上部に剛性が大なる力受け部が形成され、下部に剛性が
大で被支持体への取付フランジ部を有する荷重支持部が
形成され、上記力受け部と上記荷重支持部との間に連接
され、下半部が上半部より断面積が小なる四角柱状の起
歪部を有する起歪柱が形成され、上記力受け部から上記
起歪柱内を通り上記荷重支持部に達するそれぞれの中心
部を貫通する透孔が形成されて成る第１起歪体と；上記
力受け部の上部に取付けられる剛性大なる筒状部が形成
され、上記筒状部の上端側にダイアフラムが形成され、
このダイアフラムの中心部に力導入部が形成されて成る
第２起歪体と；上記力受け部と上記荷重支持部が配設さ
れる方向を上記直交座標系のＺ軸としたとき、上記起歪
部の一方の対向面に添着されＸ軸方向の曲げ応力を検出
するＸ軸ひずみゲージと；上記起歪部の上記対向面と直
交する他方の対向面に添着されＹ軸方向の曲げ応力を検
出するＹ軸ひずみゲージと；上記ダイアフラムに添着さ
れ上記ダイアフラムに生じるＺ軸方向の応力を検出する
Ｚ軸ひずみゲージと；から構成したことを特徴とする３
分力計。 - 【請求項２】 Ｘ軸ひずみゲージおよびＹ軸ひずみゲー
ジが起歪部の下方に偏して添着されていることを特徴と
する請求項１に記載の３分力計。 - 【請求項３】 Ｘ軸ひずみゲージおよびＹ軸ひずみゲー
ジの端子に接続された配線コードを、起歪部に取付けた
端子板に一旦接続し、この端子板を経て荷重支持部に貫
通した配線孔を通して外部へ引き出すように構成したこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３分力
計。 - 【請求項４】 Ｚ軸ひずみゲージの配線を、第２起歪体
の筒状部に取付けられた端子板に一旦接続し、この端子
板を経て第１起歪体に貫通した透孔を通して外部へ引き
出すように構成したことを特徴とする請求項１に記載の
３分力計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3339585A JP3060259B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | ３分力計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3339585A JP3060259B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | ３分力計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05149810A JPH05149810A (ja) | 1993-06-15 |
| JP3060259B2 true JP3060259B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=18328871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3339585A Expired - Lifetime JP3060259B2 (ja) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | ３分力計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3060259B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6586860B2 (ja) * | 2015-02-25 | 2019-10-09 | 日本精工株式会社 | 力覚センサ |
| JP6604857B2 (ja) * | 2016-01-18 | 2019-11-13 | 株式会社スカイワークス | トルクセンサ、トルクセンサユニットおよび貫入試験機 |
| CN109540364B (zh) * | 2018-12-20 | 2024-04-09 | 蚌埠学院 | 旋转三分力传感器 |
-
1991
- 1991-11-30 JP JP3339585A patent/JP3060259B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05149810A (ja) | 1993-06-15 |
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