JPH0450970B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は荷重を高精度に検出することができる
荷重検出装置に関する。

〔従来の技術〕

機械を構成する各機械部品が受ける荷重を検出
することは、当該機械の望ましい制御を実現させ
る上で重要である。

従来、このような荷重の検出に際して用いられ
る荷重検出装置として実開昭57−46842号公報、
特開昭50−97376号公報に記載される技術（以下、
「従来技術１、従来技術２」という）がある。

従来技術１は、力の伝達部材を構成するブラケ
ツト間に作用する力を検出する荷重検出装置とし
てシエアピン型ロードセルを設けたものである。
このシエアピン型ロードセルは、ブラケツト間に
配置され、荷重を受ける柱状体を形成する荷重負
担部と、この荷重負担部の軸心方向に沿つて形成
した穴に挿入される挿入部材とからなつている。
この挿入部材は、両端及び中央位置に荷重負担部
と結合する結合部を有し、これらの結合部と一体
的に該結合部の寸法よりも小さい寸法を有する固
定部を有し、中央位置にある固定部と一方の端部
側にある固定部との間、及び中央位置にある固定
部と他方の端部側にある固定部との間にそれぞれ
１つづつ設けられ、荷重負担部に与えられる荷重
に感応して変形してひずみを拡大する変形感応
部、すなわちセンサ部を有している。センサ部に
はひずみゲージが貼られている。

この従来技術１にあつては、荷重負担部の中央
位置にある結合部部分に荷重が負荷されると、両
端に位置する結合部の間の部分全体が一様にたわ
む。このときのたわみは、曲げによるたわみと、
せん断力によるたわみとの複合されたものであ
る。このたわみはセンサ部において拡大され、ひ
ずみゲージによつて検出され信号として出力され
る。その信号値と、たわみの関係式とに基づいて
負荷された荷重を求めるようになつている。

また、従来技術２は、力の伝達部材を構成する
一対のボスと、これらのボスの間に配置される別
のボスとを連結する柱状体、すなわち測定用ピン
の両端部に、かつその軸心方向に２つの穴を形成
し、これらの穴のそれぞれに挿入部材、すなわち
荷重変換体を設けたものである。これらの荷重変
換体全体がボルト形状に形成され、その軸心方向
に沿つて貫通する穴を有し、測定用ピンに結合す
る結合部間に荷重に感応して変形する変形感応
部、すなわち環状溝を有しており、環状溝に対応
する内周面にはひずみゲージが貼られている。

この従来技術２にあつては、荷重変換体がひず
み拡大機能は持たないものの、上記した従来技術
１と同様に、測定用ピンにかかる荷重に応じて荷
重変換体が一様に曲げ変形し、曲げによるたわみ
に相応する信号がひずみゲージから出力され、そ
の信号に応じて測定用ピンにかかる荷重が求めら
れるようになつている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記した従来技術１、２のいずれも
曲げ変形によるひずみが含まれるひずみに基づい
て荷重を求めるようにしてある。一般に曲げ変形
によるひずみの大きさは、荷重の作用点の位置が
異なると曲げ変形の形態が変化することに伴つて
異なる大きさとなることから、上記した従来技術
１、２では荷重の作用点が変化するような力の伝
達部材における荷重の検出には適していない。例
えば、従来技術１において、荷重の作用点が中央
位置からずれた位置にあつたとすると、荷重の作
用点が中央位置にあつたときの曲げ変形によるひ
ずみと異なつた大きさの曲げひずみ成分がひずみ
ゲージで検出され、したがつて、荷重の作用点が
中央位置にあるときの当該荷重の値と異なる荷重
の値が求められてしまう。このことは従来技術２
にあつても同様である。

このように、上記した従来技術１、２に示され
るものは、荷重の作用点、すなわち荷重のかかる
位置が変動し得る力の伝達部材における荷重の検
出にあつては、検出値の誤差が大きく、荷重検出
精度が低下する問題がある。

本発明は、上記した従来技術における実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、荷重の作用点
の変動の影響を受けることなく当該荷重の値を求
めることができる荷重検出装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本発明は、力の伝
達部材間に配置され、荷重を受ける柱状体と、こ
の柱状体の曲げ変形に対する中立軸に形成した穴
と、この穴に挿入され、両端に上記柱状体と結合
する結合部を有し、これらの結合部に連設して該
結合部の寸法よりも小さい寸法を有する固定部を
有し、これらの固定部の間に設けられ上記柱状体
に与えられる荷重に感応して変形してひずみを拡
大し、その中心軸が上記中立軸にほぼ一致し、少
なくとも２つの互いに直交する平面を具備する変
形感応部を有する挿入部材と、この挿入部材の上
記変形感応部の変形量を信号に変換し、上記変形
感応部の上記２つの互いに直交する平面のうちの
少なくとも１つの平面に生じるせん断変形による
ひずみ成分のみを取出す信号変換手段とを備え、
上記力の伝達部材の互いに対向する端面によつて
形成される領域内に上記結合部の互いに対向する
端面のそれぞれが位置するように、上記挿入部材
を配置した構成にしてある。

〔作用〕

本発明は、上記のように変形感応部の中心軸を
柱状体の曲げ変形に対する中立軸に一致するよう
に構成にしてあることから、曲げ変形に伴つて生
じる変形感応部のひずみが基本的に微小であり、
しかも固定部及び変形感応部が力の伝達部材の端
面間に位置し、これらの固定部及び変形感応部が
柱状体に接触せず、直接的な力を受けない構成に
してあるので、荷重の作用点の位置の変動にかか
わらず安定した比較的大きなひずみ拡大率が得ら
れ、さらに、信号変換手段によつて変形感応部の
２つの互いに直交する平面のうちの少なくとも１
つの平面に生じるせん断変形によるひずみ成分の
みが取り出され、このせん断変形によるひずみ成
分に応じて荷重を求めることができる構成にして
あることから、曲げ変形によるひずみ成分を荷重
を求める演算に関与させないようにすることがで
き、したがつて、荷重の作用点の位置が変動して
曲げ変形によるひずみの大きさが変化してもその
影響を受けることなく当該荷重の値を求めること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の荷重検出装置を図に基づいて説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示す断面部分を含
む側面図、第２図ａはこの実施例に備えられる挿
入部材を示す斜視図、第２図ｂはこの挿入部材の
変形感応部を示す断面図、第３図は第１図に示す
荷重検出装置において生じる変形の態様を例示す
る説明図、第４図はこの実施例に備えられるひず
みゲージの結線図である。

第１図において、１，２は力の伝達部材すなわ
ち機械構成部材、３はこれらの機械構成部材１，
２を連結するピンを兼ねる本発明の荷重検出装置
である。この荷重検出装置３は例えば円柱状の柱
状体４と、この柱状体４の曲げ変形に対する中立
軸に形成した２つの断面円形の穴５，６と、これ
らの穴５，６に挿入され、例えば金属よりなる挿
入部材７，８とを備えている。なお、挿入部材７
は機械構成部材１と機械構成部材２の一方の腕部
との間に、すなわち１つの力の伝達経路中に配置
してあり、また挿入部材８は機械構成部材１と機
械構成部材２の他方の腕部との間に、すなわち上
記の力の伝達経路とは別の力の伝達経路中に配置
してある。挿入部材７は第２図にも示すように、
両端に柱状体４と結合する結合部すなわち穴５と
ほぼ同径の円柱状の結合部９，１０を備え、これ
らの結合部９，１０に連設して該結合部９，１０
の径寸法よりも小さい寸法を有する固定部９ａ，
１０ａを備え、中央に柱状体４に与えられる荷重
に感応して変形し、ひずみを拡大する薄板状の変
形感応部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを備え
ている。同様に挿入部材８も、結合部１２，１３
と固定部１２ａ，１３ａと変形感応部１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有している。なお、第３
図に例示するように、距離Ｌで示す挿入部材７の
結合部９，１０のそれぞれの内側端面間の領域
が、距離L′で示す機械構成部材１の端面と、この
端面と相対向する機械構成部材２の腕の端面との
間の領域内に含まれるように、この挿入部材７の
結合部９，１０、固定部９ａ，１０ａ、変形感応
部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの長さ寸法、
及び穴５の長さ寸法を設定してある。上記した変
形感応部１１ａ〜１１ｄ、１４ａ〜１４ｄは、そ
れぞれの対称軸を曲げ変形に対する中立軸にほぼ
一致させてあり、その長さ寸法、すなわち固定部
間の距離に応じた大きさにひずみを拡大する。な
お、挿入部材７，８の結合部９，１０，１２，１
３は、焼ばめ、溶接、テーパねじによる締付け、
接着剤による固着等の手段によつて柱状体４に結
合される。

また、１５，１６，１７，１８は上述した変形
感応部１１ａ，１１ｃの変形量を信号に変換する
信号変換手段例えばひずみゲージである。このう
ちひずみゲージ１５，１６は変形感応部１１ａ，
１１ｃ上で互いに直交し、かつ柱状体４の軸心方
向とほぼ45゜の角度で、かつ柱状体４の軸心に対
して図示上下方向に対称となる位置に貼付けてあ
る。なお、ひずみゲージ１７，１８は第２図ｂに
示すように、変形感応部１１ａ，１１ｃの裏面に
貼付けてある。すなわち、ひずみゲージ１５と１
６、およびひずみゲージ１７と１８とは、柱状体
４の曲げ変形に対する中立軸に関して対称な位置
に配置してある。またひずみゲージ１７はひずみ
ゲージ１６と直交する向きに、ひずみゲージ１８
はひずみゲージ１５と直交する向きに貼付けてあ
る。同様に、１９，２０，２１，２２は変形感応
部１１ｂ，１１ｄに貼付けたひずみゲージであ
る。また、１５′，１６′，１７′，１８′は変形感
応部１４ａ，１４ｃに同様に貼付けたひずみゲー
ジ、１９′，２０′，２１′，２２′は変形感応部１
４ｂ，１４ｄ、に同様に貼付けたひずみゲージで
ある。また、以上のひずみゲージ１５〜１８，１
９〜２２、１５′〜１８′，１９′〜２２′はすべて
変形感応部１１ａ〜１１ｄ、１４ａ〜１４ｄの長
さ方向（柱状体４の軸心方向）の中央部に貼付け
てある。

なお、これらのひずみゲージ１５〜１８，１
５′〜１８′およびひずみゲージ１９〜２２，１
９′〜２２′は、第４図に例示するブリツジを構成
している。同第４図においてe_iは入力電圧、e₁は
ひずみゲージ１５〜１８による出力電圧、e′₁は
ひずみゲージ１５′〜１８′による出力電圧、e₂は
ひずみゲージ１９〜２２による出力電圧、e′₂は
ひずみゲージ１９〜２２′による出力電圧を示し
ている。２３，２４はそれぞれひずみゲージ１５
〜１８，１５′〜１８′、あるいはひずみゲージ１
９〜２２，１９′〜２２′に接続されるリード線
で、これらのリード線２３，２４は挿入部材７，
８の固定部及び結合部９，１０，１３に形成した
通路２５ａ，２５ｂ，２６に挿通され、穴５、お
よび穴５と穴６とを連通させた穴５０を経て柱状
体４の外部に導かれる。

５１，５２は柱状体４の両端を閉鎖するカバー
である。またカバー５１の内部にはリード線２
３，２４が挿通可能な穴５３が形成されている。
５４はリード線２３，２４が接続されるコネクタ
で、カバー５１に支持されている。すなわちカバ
ー５１はコネクタ５４を支持する支持部材を兼ね
ている。５５，５６はそれぞれカバー５１，５２
を柱状体４に締結するボルトである。５７，５
８，５９は荷重検出装置３の内部を密封するＯリ
ングである。

なお第５図は第１図に示す荷重検出装置３に接
続される装置の一例を示すブロツク図である。同
第５図において、２７は演算装置で、例えばマイ
クロコンピユータからなつており、ひずみゲージ
１５〜１８，１５′〜１８′、１９〜２２、１９′
〜２２′の出力電圧e₁，e′₁，e₂，e′₂が入力される
入力装置２８と、ひずみゲージの出力電圧e₁，
e′₁，e₂，e′₂と力の大きさとの相関関係が記憶さ
れる記憶装置２９と、入力装置２８に入力された
信号に応じて論理判断、演算等をおこなうCPU
（中央処理装置）３０と、このCPU３０において
得られた結果を出力する出力装置３１とからなつ
ている。また３２は出力装置３１に接続したデイ
スプレイ等からなる表示装置である。これらの演
算装置２７および表示装置３２は、荷重検出装置
３によつて出力された信号を処理する信号処理手
段を構成している。なお一般には、この種の信号
処理手段は第５図に示すものに限らず、種々の形
態をとり得る。

上述のように構成した実施例にあつて、仮に第
１図に示すように、機械構成部材１に未知の力
W₃、機械構成部材２に未知の力W₁，W₂がそれ
ぞれ同第１図の図示面内に作用したとする（W₃
＝W₁＋W₂）。このとき、例えば第３図に例示す
る側の場合、力W₁による柱状体４の変形が、結
合部９，１０を介して当該挿入部材７に伝えられ
るので、この挿入部材７には柱状体４の全変形量
のうち、距離Ｌの範囲における変形量δを生じ
る。この柱状体４の変形、したがつて距離Ｌの範
囲における挿入部材７の変形量δには、第６図ａ
に示すせん断力による変形と、第６図ｂに示す曲
げモーメントによる変形を生じる。

この場合、柱状体４では距離Ｌの間の変形量δ
が変形感応部１１ａ，１１ｃ，１４ａ，１４ｃで
はその長さ寸法ｄの間に生じる。すなわち第３図
に示すように、例えば挿入部材７の結合部９，１
０の径寸法に比べて固定部９ａ，１０ａの寸法を
小さく設定してあることから、固定部９ａ，１０
ａは穴５の壁面から離れた状態に保たれ、したが
つて該穴５の壁面から力を受けることによる変形
を生じることがなく、変形感応部１１ａ，１１ｃ
のみが良好に変形する。このとき、（Ｌ／ｄ）倍
のひずみ拡大率が得られ、しかも力W₁が固定部
ａ，１０ａ、および変形感応部１１ａ，１１ｃ，
１４ａ，１４ｃに直接作用しないので、力W₁の
作用点の変動にかかわらず拡大率の変化を生じる
ことがなく、安定したひずみ拡大率が得られる。
なお挿入部材８においても同様である。

そして、せん断力による変形に際しては同第６
図ａに示すように、ひずみゲージ１５，１５′，
１７，１７′が伸び、ひずみゲージ１６，１６′、
１８，１８′が縮む。そして、これらのひずみゲ
ージ１５〜１８，１５′〜１８′は第４図に示すよ
うにブリツジを構成してあることから、せん断力
すなわち力W₁，W₂に応じたe₁，e′₁が出力され
る。このとき、第３図に示すように変形感応部１
１ｂ，１１ｄもたわみ変形をおこしており、変形
量はやはりδである。しかしながら、変形感応部
１１ｂ，１１ｄは変形感応部１１ａ，１１ｃに比
べて、この方向の変形に対してははるかに剛性が
低い。そのため同じ変形量δに対しては、変形感
応部１１ｂ，１１ｄは変形感応部１１ａ，１１ｃ
よりもはるかに小さなひずみしか生じない。ま
た、ひずみゲージ１９〜２２を変形感応部１１
ｂ，１１ｄの長さ方向（柱状体４の軸心方向）の
中央に貼つておけば、たわみ変形によるひずみ０
となつているので、ひずみゲージ１９〜２２には
ひずみがほとんど生じないことになる。全く同様
のことが、変形感応部１４ｂ，１４ｄに貼付けた
ひずみゲージ１９′〜２２′についても言える。結
局、第１図の力W₁，W₂に対しては、力の方向と
平行な変形感応部１１ａ，１１ｃ，１４ａ，１４
ｃ上のひずみゲージ１５〜１８、１５′〜１８′の
出力電圧e₁，e₁のみが出力され、力の方向と垂直
な変形感応部１１ｂ，１１ｄ，１４ｂ，１４ｄ上
のひずみゲージ１９〜２２、１９′〜２２′の出力
電圧e₂，e′₂はほとんど出力されないことになる。

また、第１図の図示面と垂直な方向の力に対し
ては、以上の説明と全く同じ理由で、ひずみゲー
ジ１９〜２２，１９′〜２２′の出力電圧（e₂，
e′₂）のみが出力され、ひずみゲージ１５〜１８，
１５′〜１８′の出力電圧e₁，e′₁はほとんど出力
されない。

このように構成した実施例にあつては、柱状体
４の軸心方向に直交する面内に作用する任意の方
向の力を検出することができる。

すなわち、第７図に示すように柱状体４の軸心
から離れた点Ｐに仮に未知の力Ｗが作用したとす
ると、このＷはｘ方向の分力Wxとｙ方向の分力
Wyとに分けられる。そして、分力Wxは挿入部
材７の変形感応部１１ｂ，１１ｄの両側面を変形
させ、その変形量がひずみゲージ１９〜２２によ
つて信号に変換される。また分力Wyは挿入部材
７の変形感応部１１ａ，１１ｃの上下面を変形さ
せ、その変形量がひずみゲージ１５〜１８によつ
て信号に変換される。上述の信号から所定の信号
処理手段を介して、Wx，Wyが独立して求めら
れる。また得られた分力Wx，Wyを合成するこ
とにより、力Ｗ（＝√²＋²）と、この力Ｗ
の作用する方向、例えば、ｘ軸に対する角度θ
（＝tan^-1Wy／Wx）を求めることができる。

また、以上のように柱状体４が力を受けたと
き、変形感応部の表面上には一様なせん断ひずみ
を生じる。そのためゲージの貼付け位置による出
力の差はない。ただしゲージの向きが45゜からず
れると出力が変化するが、そのときでもずれた角
度のコサインで出力するので、数度のずれであれ
ば極めて微小な出力変動しか生じない。このよう
にゲージの貼付け位置の誤差による出力変化がほ
とんど生じないため、左右の検出部やｘ，ｙ方向
や、多数の検出器の定格出力をそろえることが容
易にできる。また、変形感応部１１ａ〜１１ｄ，
１４ａ〜１４ｄの表面上に一様なせん断ひずみを
生じるため、ゲージ長の長いひずみゲージでも使
用することができ、使用するひずみゲージの大き
さにほとんど制約されない。

なお、変形感応部１１ａ〜１１ｄ，１４ａ〜１
４ｄを曲げ変形の中立軸に沿つて配置してあるこ
とから、曲げモーメントによる変形に伴うひずみ
はきわめて微小である。さらに、第４図に示すよ
うにブリツジを構成してあることから、この曲げ
モーメントによる変形に際しては同第６図ｂに示
すように、ひずみゲージ１５，１５′，１８，１
８′が伸び、ひずみゲージ１６，１６′，１７，１
７′が縮み、したがつて伸びと縮みがキヤンセル
され、結局、曲げモーメントによる変形に伴う信
号が出力されることはない。換言すれば、曲げモ
ーメントによる変形には何らかかわりなく、すな
わちW₁，W₂のかかる場所である作用点の位置の
変動に何ら影響されることなく、柱状体４の軸心
と直交する平面内の任意の方向のせん断ひずみ成
分のみを検出することができ、このせん断ひずみ
成分に基づいて演算することにより力W₁、W₂を
求めることができる。このように本実施例では、
荷重すなわち力W₁，W₂のかかる位置が変動して
も検出誤差の小さい安定した検出値を得ることが
でき、力W₁，W₂を高精度に検出することができ
る。また変形感応部１１ａ〜１１ｄ，１４ａ〜１
４ｄは薄板状に形成してあることから両端の結合
部９，１０に比べて剛性が小さくなり、荷重伝達
部全体の変形が、変形感応部１１ａ〜１１ｄ，１
４ａ〜１４ｄに集中し、ひずみが大となり、十分
な検出感度を確保することができる。

なお、ひずみゲージ１５〜１８，１５′〜１
８′，１９〜２２，１９′〜２２′かから出力され
た出力電圧e₁，e′₁，e₂，e′₂は例えば前述の第５
図に示す装置において処理され、出力電圧e₁，
e′₁に相応する力W₁、出力電圧e₂，e′₂に相応する
力W₂が求められ、また必要ならばCPU３０にお
けるW₁＋W₂＝W₃の演算によつて得られる力W₃
が求められ、これらのW₁，W₂、あるいはW₃が
演算装置２７の出力装置３１から表示装置３２に
出力され、この表示装置３２において表示され
る。

また上記実施例にあつては、挿入部材７，８が
挿入される穴５，６を柱状体４の曲げ変形に対す
る中立軸に形成してあることから、この穴５，６
による柱状体４の強度の低下をほとんど無視しう
る程小さく抑えることができる。すなわち、柱状
体４が力を受けたとき、当該柱状体４に生じる最
大応力は通常曲げ応力で現われることから、柱状
体４の強度はこの曲げ応力で評価するのが妥当で
あり、この曲げ応力は一般に柱状体４の直径の３
乗に対応して大きくなる。したがつて、柱状体４
の外径寸法つまり直径が十分に確保されているこ
の実施例にあつては、その曲げ変形に対する中立
軸に穴５，６が形成されていても、十分な強度を
確保することができる。

またこの実施例にあつては、ひずみゲージ１５
〜１８，１５′〜１８′，１９〜２２，１９′〜２
２′が挿入部材７，８の結合部９，１０あるいは
結合部１２，１３によつて柱状体４の内部に閉塞
された状態に配置されることから、柱状体４の外
部の異物の当該ひずみゲージ１５〜１８，１５′
〜１８′，１９〜２２，１９′〜２２′への接触を
完全に防止することができる。

なお、この実施例にあつては第１図に示すよう
に部材２の図示右方の腕と部材１との間の力の伝
達経路に挿入部材７を設け、部材２の図示左方の
腕と部材１の間の力の伝達経路に挿入部材８を設
け、すなわち挿入部材を伝達経路ごとに設けてあ
るが、これは荷重の作用点の位置が変動すること
を考慮したものであり、荷重の作用点の位置が例
えば柱状体４の中央位置とか、右端から全長の1/
３の位置とかのようにあらかじめ分つている場合
には、上述のように挿入部材を伝達経路ごとに設
けずに、単に１つの伝達経路についてのみ挿入部
材を設けるようにしてもよく、このようにしても
所望の荷重を検出することができる。

第８図ａは上記した実施例に備えられる挿入部
材の別の例を示す斜視図、第８図ｂは第８図ａに
示す挿入部材の変形感応部を示す断面図である。

第１図、第２図に示す挿入部材７，８の代りに
この第８図ａ，ｂに示す挿入部材３３を設けるこ
ともできる。この第８図ａ，ｂに示す挿入部材３
３は、柱状体４に結合され結合部３４，３５を両
端に備え、これらの結合部３４，３５に連設して
該結合部３４，３５の径寸法よりも小さい寸法を
有する固定部３４ａ，３５ａを備え、中央に、こ
れらの固定部３４ａ，３５ａに連設され互いに直
交するように配置される薄板部３６，３７とから
なる変形感応部３８を備えている。なお、４０は
結合部３４に形成され、ひずみゲージに接続され
るリード線が挿通可能な通路である。このように
構成した変形感応部３８を有する挿入部材３３を
備えたものも、ｘ方向、ｙ方向の２方向のせん断
力のみをそれぞれ独立して検出することができ
る。

第９，１０，１１，１２，１３，１４図はそれ
ぞれ、上記実施例に備えられる挿入部材のさらに
別の例を示す説明図で、第９図ａ，第１０図ａ，
第１１図ａ，第１２図ａ、第１３図ａ，第１４図
ａは正面図、第９図ｂ，第１０図ｂ，第１１図
ｂ，第１２図ｂ，第１３図ｂ，第１４図ｂはそれ
ぞれの変形感応部を示す断面図である。

第１図，第２図に示す挿入部材７，８の代りに
これらの第９図ａ，ｂ〜第１４図ａ，ｂに示す挿
入部材を設けることもできる。第９図ａ，ｂに示
す挿入部材は、直交する薄板部が互いに接続され
る変形感応部６０を有しており、第１０図ａ，ｂ
に示す挿入部材は十字状に直交する薄板部が互い
に接続される変形感応部６１を有しており、第１
１図ａ，ｂに示す挿入部材はつきぬけない角穴６
２を作ることによつて形成されるコの字状の変形
感応部６３を有しており、第１２図ａ，ｂに示す
挿入部材はつきぬけない丸穴６４を作ることによ
つて形成されるコの字状の変形感応部６５を有し
ており、第１３図ａ，ｂに示す挿入部材は固定部
６６，６７よりさらに寸法の小さい柱状の変形感
応部６８を有しており、第１４図ａ，ｂに示す挿
入部材は軸心方向につきぬけない穴６９を設ける
ことによつて固定部７０と変形感応部７１を同時
に形成したものである。これらの挿入部材のうち
特に、第１２，１３，１４図に示す変形感応部は
製作が容易である。

なお、上述した実施例にあつては信号変換手段
の一例としてひずみゲージを挙げたが、本発明は
これに限らず、信号変換手段を差動変圧器、磁気
センサ、圧電素子等によつて構成することもでき
る。

また、上記では柱状体４を円柱状に形成してあ
るが本発明はこれに限らず、柱状体４は角柱状を
含む各種の形状をとり得る。

〔発明の効果〕

本発明の荷重検出装置は、以上のようにして構
成してあることから、曲げ変形に伴つて生じる変
形感応部のひずみを基本的に微小にすることがで
きるとともに、荷重の作用点の位置の変動にかか
わらず安定した比較的大きなひずみ拡大率が得ら
れ、また、従来のように曲げ変形によるひずみ成
分を荷重を求める演算に関与させることがなく、
したがつて、荷重の作用点の位置が変動して曲げ
変形によるひずみの大きさが変化してもその影響
を受けることなく柱状体の軸心方向に直交する面
内の少なくとも一方向に働く荷重の値を求めるこ
とができ、それ故、荷重のかかる位置が変動し得
る力の伝達部材における荷重の検出にあたり検出
誤差を小さくすることができ、従来に比べて高い
荷重検出精度が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の荷重検出装置の一実施例を示
す断面部分を含む側面図、第２図ａはこの実施例
に備えられる挿入部材を示す斜視、第２図ｂは第
２図ａに示す挿入部材の変形感応部を示す断面
図、第３図は第１図に示す荷重検出装置において
生じる変形の態様を例示する説明図、第４図はこ
の実施例に備えられるひずみゲージの結線図、第
５図は第１図に示す荷重検出装置に接続される装
置の一例を示すブロツク図、第６図ａ，ｂは第１
図に示す荷重検出装置において生じる変形の基本
形態を例示する説明図で、同第６図ａは剪断力に
よる変形を示す説明図、第６図ｂは曲げモーメン
トによる変形を示す説明図、第７図は第１図に示
す荷重検出装置に作用する力を例示する説明図、
第８図ａは挿入部材の別の例を示す斜視図、第８
図ｂは第８図ａに示す挿入部材の変形感応部を示
す断面図、第９〜１４図はそれぞれ挿入部材のさ
らに別の例を示す説明図で、第９図ａ、第１０図
ａ、第１１図ａ、第１２図ａ、第１３図ａ，第１
４図ａは正面図、第９図ｂ，第１０図ｂ，第１１
図ｂ，第１２図ｂ，第１３図ｂ，第１４図ｂはそ
れぞれ変形感応部を示す断面図である。 ３……荷重検出装置、４……柱状体、５，６，
５０，５３……穴、７，８，３３……挿入部材、
９，１０，１２，１３，３４，３５……結合部、
１１ａ〜１１ｄ，１４ａ〜１４ｄ，３８，６０，
６３，６５，６８，７１……変形感応部、１５，
１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，１
５′，１６′，１７′，１８′，１９′，２０′，２
１′，２２′……ひずみゲージ（信号変換手段）、
２３，２４，４０……リード線、２５ａ，２５
ｂ，２６……通路、３６，３７，４１，４２，４
３，４４，４５……薄肉部、５１，５２……カバ
ー、５４……コネクタ、５５，５６……ボルト、
５７，５８，５９……Ｏリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 力の伝達部材間に配置され、荷重を受ける柱
   状体と、この柱状体の曲げ変形に対する中立軸に
   形成した穴と、この穴に挿入され、両端に上記柱
   状体と結合する結合部を有し、これらの結合部に
   連設して該結合部の寸法よりも小さい寸法を有す
   る固定部を有し、これらの固定部の間に設けられ
   上記柱状体に与えられる荷重に感応して変形して
   ひずみを拡大し、その中心軸が上記中立軸にほぼ
   一致し、少なくとも２つの互いに直交する平面を
   具備する変形感応部を有する挿入部材と、この挿
   入部材の上記変形感応部の変形量を信号に変換
   し、上記変形感応部の上記２つの互いに直交する
   平面のうちの少なくとも１つの平面に生じるせん
   断変形によるひずみ成分のみを取出す信号変換手
   段とを備え、上記力の伝達部材の互いに対向する
   端面によつて形成される領域内に上記結合部の互
   いに対向する端面のそれぞれが位置するように、
   上記挿入部材を配置したことを特徴とする荷重検
   出装置。 ２ 変形感応部が固定部よりも小さい寸法からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   荷重検出装置。 ３ 変形感応部が中立軸にほぼ平行で、かつ互い
   に直交する薄肉部からなり、これらの薄肉部のそ
   れぞれに信号変換手段を配置したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の荷重検出装置。 ４ 信号変換手段がひずみゲージであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷重検出装
   置。 ５ 結合部はひずみゲージに接続されるリード線
   が挿通可能な通路を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載の荷重検出装置。 ６ 柱状体はリード線が接続されるコネクタを支
   持する支持部材を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の荷重検出装置。