JPH0453555Y2

JPH0453555Y2 -

Info

Publication number: JPH0453555Y2
Application number: JP17793584U
Authority: JP
Priority date: 1984-11-22
Filing date: 1984-11-22
Publication date: 1992-12-16
Also published as: JPS6192844U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この力測定装置は、力や重量の測定に用いられ
るもので、特に使用環境の温度変化によつて零点
の変動が生じないようにしたものである。

〈従来の技術〉この考案の出願人は先に、第４図及び第５図に
示すような力測定装置を出願した（特願昭57−
175456号）。これは、第４図に示すように主弾性
体１と副弾性体２とを有し、これら弾性体１，２
の一端部を部材３を介して固定台４上に固定し、
他端部間に弦５を設け、弦５の周囲に永久磁石６
を設け、弦５に第５図に示すように増幅器７を接
続したものである。

この力測定装置では、主弾性体１の他端部に下
向きに荷重Ｗを印加すると、第４図に示すように
主弾性体１にはその荷重Ｗに比例した撓みΔl1が
発生し、弦５の下端を下方に引張る。弦５に加わ
る張力Ｐは、副弾性体２の他端部に作用し、その
他端部を下方にΔl2撓ませる。ここで、主弾性体
１の弾性係数をK1、副弾性体２の弾性係数をK2
とし、弦５の伸びを無視すると、Ｐ＝Δl2・K2 が成立し、かつΔl1＝Δl2＝Δlであるので、Ｗ＝Δl（K1＋K2）Ｐ＝Ｗ・K2／（K1＋K2）となり、張力Ｐが荷重Ｗに比例しており、Ｐを測
定することにより荷重Ｗを測定できる。

張力Ｐは弦５、永久磁石６、増幅器７によつて
測定する。すなわち弦５には永久磁石６によつて
その長さ方向に対して直角に磁界が印加されてお
り、張力Ｐによつて弦５がわずかに磁界を切る方
向に撓むと、フレミングの右手の法則に従つて弦
５に電流が流れる。この電流はコンデンサ８を介
して増幅器７に供給されて増幅され、その増幅出
力は抵抗器９を介して弦５に供給される。この出
力は弦５をさらに同方向に撓ませる方向に流れ、
弦５はさらに磁界を切る方向に撓む。この弦５は
増幅器７から与えられるエネルギと弦５の曲げ応
力とが釣り合う位置まで撓み、逆方向に戻つてく
る。これによつて弦５にはいままでとは逆向きの
電流が流れ、その逆向き電流はコンデンサ８を介
して増幅器７に供給されて増幅され、弦５に増幅
された逆向き電流が供給され、いままでとは反対
向きに弦５を撓ませる。以後、これを繰返し、周
波数の振動をする。この周波数は、で求められる。ただし、ｎは振動の高調波数、ｌ
は弦５の有効長、ｇは重力加速度、ｒは弦５の単
位長さ当りの質量である。従つて、増幅器７の出
力の変化回数を測定することによつて周波数を
測定し、これによつて張力Ｐを測定でき、当然に
荷重Ｗを測定できる。

前記弦５は力検出器として作用するものである
が、このほかに水晶式センサ・音叉式センサ・半
導体センサ等を使用でき、張力に限らず圧縮力を
測定する使用形態もある。

このような従来の力測定装置では、測定精度を
高めるため力検出器は初期荷重を与えられてい
る。例えば弦５には、副弾性体２を一定量撓ませ
て弦５を張設して初張力が与えられている（実願
昭58−139731号）。

〈考案が解決しようとする問題点〉前記従来の力測定装置では、温度が変化すると
零点も変化するという問題点があつた。すなわち
荷重Ｗと弦５の張力Ｐとの間には、(1)式で示すよ
うな関係がある。

Ｐ＝Δlо・K1・K2／K1＋K2＋ＷK2／K1＋K2 ……(1) ただし、Δlоは、弦５に初張力を与えるため、
弦５の有効長さｌと、それよりも長くした主弾性
体１と副弾性体２との距離の差である。(1)式の第
１項は副弾性体２をその先端でΔlоだけ撓めた
ときの張力すなわち初張力であり、第２項は荷重
Ｗが主弾性体１と副弾性体２との弾性係数の比に
よつて分担される張力であり、実用化されている
ものでは第２項を１とすると、初張力の値は４〜
６である。ここで、K1，K2の温度係数をα1，α2
とすると、張力Ｐは、Ｐ＝Δlо・K1（１＋α1・Ｔ）・K2（１＋α2・Ｔ）／K
1（１＋α1・Ｔ）・K2（１＋α2・Ｔ）＋ＷK2（１＋α2
・Ｔ）／K1（１＋α1・Ｔ）＋K2（１＋α2・Ｔ）……(2
) で表わされる。主弾性体１と副弾性体２とを同一
材料で構成すると、α1＝α2＝αとなり、張力Ｐ
は、Ｐ＝ΔlоK1・K2（１＋αT）²／（K
1＋K2）（１＋αT）＋ＷK2（１＋αT）／（K1＋K2）（
１＋αT）＝ΔlоK1・K2（１＋αT）
／K1＋K2＋ＷK2／K1＋K2……(3) となる。(3)式より、弾性係数の温度変化が初張力
に影響をおよぼし、これによつて大きな零点変化
が生じる。例えば第８図に符号ａ，ｂ，ｃで示す
のは、温度がT1，T2，T3のときの副弾性体２の
撓みと張力Ｐとの関係を示したもので、初張力を
与えるためにΔlоの撓みを副弾性体２に与えて
も、温度がT1，T2，T3と変化すると、初張力も
S1，S2，S3と変化する。このような初張力の変
化、即ち零点の変化を防止して、所定精度を維持
するためには、温度管理が必要であり、使用面で
不利である。

〈問題点を解決するための手段〉上記の問題点を解決するために、本考案は、基
部を固定され、着力点を有し、その着力点に所定
方向の力を受けて作用点がその力方向に比例した
弾性変位を生じる主弾性体と、上記主弾性体の作
用点の変位と同じ方向の変位を自身の作用点に与
えられて、その変位に応じた上記力よりも小さい
反力を生じる、上記主弾性体の同一材質の副弾性
体と、上記弾性体及び副弾性体の各々の作用点間
の距離に等しい長さ寸法を有し、上記両弾性体間
に取り付けられており、上記主弾性体及び副弾性
体の変位による伸びを無視できる力検出器を備え
る力測定装置において、上記力検出器の近傍にお
ける上記両弾性体間に、温度変化があつてもほぼ
一定の弾性係数を有する恒弾性係数ばねを、上記
力検出器に初期張力を印加する状態に変歪させて
設置してある。

〈作用〉本考案によれば、初期張力を弾性係数が殆ど変
化しないばねによつて与えているので、張力Ｐ
は、Ｐ＝Δl・Ｋ＋Ｗ・K2／（K1＋K2） ……(4) となる。但し、Δlは、ばねを両弾性体間に設け
るために撓ませた量（変位）、Ｋは、ばねのばね
定数である。

力検出器の伸びは無視することができるので、
主弾性体に力が印加された場合の主弾性体の撓み
量と、副弾性体の撓み量とは等しく、両弾性体間
の距離は変化しない。その結果、Δlも変化せず、
力が主弾性体に印加されても、初張力には影響は
ない。

また、力検出器の伸びは無視することができる
ので、ばねを両弾性体間に設けることによつて、
力検出器に初期張力を印加しても、両弾性体には
撓みは発生せず、温度変化があつても、初期張力
には温度変化の影響はない。即ち、初期張力は常
にΔl・Ｋである。従つて、張力Ｐと副弾性体の
撓みとの関係は、温度がT1，T2，T3と変化する
と、第８図に符号Ａ，Ｂ，Ｃで示すように変化す
るが、初期張力Sо（＝Δl・Ｋ）は常に一定であ
り、零点の変動は生じない。

〈実施例〉第１の実施例は、第１図に示すように主弾性体
１２及び副弾性体１４を有する。この主弾性体１
２はロバーバル機構を応用した構造で、側面形状
が平行四辺形の枠状となるように空胴１２ａが形
成され、その空胴１２ａの四隅が起歪部１２ｂに
形成されている。これら主弾性体１２及び副弾性
体１４は、特願昭58−201543号に開示されている
ものと同様に同一の材料から一体に削り出し加工
によつて製造されている。これら一体の主弾性体
１２及び副弾性体１４の基部１６は、固定台１８
に固定されている。主弾性体１２の着力点には、
副弾性体１４を跨いで載台１９が結合されてお
り、載台１９上に物品を載置することによつて、
主弾性体１２に下向きの荷重が印加される。な
お、主弾性体１２の弾性係数は、副弾性体の弾性
係数よりも大きく設定されている。

主弾性体１２の先端部の作用点と、副弾性体１
４の作用点との間には、弦２０が張設されてい
る。この弦２０の有効長Ｌは、主弾性体１２及び
副弾性体１４の中心軸線間の距離に等しく選択値
されており、従来のものと同様に伸びを無視でき
るものである。従つて従来のものとは異なり、弦
２０の有効長を主弾性体１２及び副弾性体１４中
心軸線間の長さより短かくして、副弾性体１４一
定量下方へ撓ませて初張力を弦２０にかけること
は行なつていない。なお、同図には示していない
が、弦２０の周囲には、従来のものと同様に磁界
発生体が設けられており、弦２０は第５図に示し
たような回路に接続されている。

副弾性体１４の下面には、これと一点で接する
ように受皿２２が結合されている。また、この受
皿２２と対向するように主弾性体１２の上面には
受皿２４が結合されている。この受皿２４も主弾
性体１２の上面と一点で接している。これら受皿
２２，２４に、温度によつて弾性係数が変化しに
くい恒弾性ばね２６が嵌込みまたは接着されてい
る。この恒弾性ばね２６は、例えばニツケル、ク
ロム、鉄、チタン合金で、熱処理により高度の機
械的性質が得られ、−45℃乃至＋65℃の温度範囲
で、一定の弾性係数を有する市販のものである。
この恒弾性ばね２６は、円筒形の圧縮コイルばね
状に形成されており、本来その長さが受皿２２，
２４間の距離よりも長いものを、押圧して縮めて
受皿２２，２４間に嵌込みまたは接着されてい
る。従つて、恒弾性ばね２６は、その作用力を副
弾性体１４の下面に与えており、この作用力によ
つて弦２０に初張力が与えられている。

この力測定装置では、主弾性体１２に力が印加
されたとき、弦２０の伸びは無視できるので、主
弾性体１２と副弾性体１４との撓み量は同一であ
る。従つて、ばね２６は主弾性体１２と副弾性体
１４との間に設けられているので、ばね２６の変
位量は変化せず、初張力は、主弾性体１２、副弾
性体１４の撓みによつて変化することはない。

また、同じく弦２０の伸びは無視できるので、
主弾性体１２、副弾性体１４の作用点の近傍間に
ばね２０を設けて、弦２０に初張力を印加して
も、主弾性体１２、副弾性体１４は撓んでいな
い。従つて、初張力には、主弾性体１２、副弾性
体１４の弾性係数は関係してなく、温度が変化し
ても、初張力は変動しない。

第２の実施例は、第２図に示すように、主弾性
体１２に上下方向に貫通したねじ孔２８を削設
し、これに雄ねじ体３０を螺合させ、この雄ねじ
体３０の上面に受皿２４を第１の実施例と同様に
設け、下面に操作部３２を設けたものである。他
は第１の実施例と同様に構成されている。

このように構成すると、操作部３２にドライバ
等を差込み、雄ねじ体３０のねじ孔２８に対する
螺合位置を変化させることによつて、弦２０に与
える初張力を調整できる。

第３の実施例は、第３図に示すように、主弾性
体１２及び副弾性体１４にそれぞれ挿通孔３４，
３６を穿設し、これに恒弾性ばね２６の先端部を
挿通し、これら挿通孔３４，３６に連通するよう
に側方から穿設した通路３８，４０内に設けたセ
ツトねじ４２，４４によつて恒弾性ばね２６を固
定したものである。他は第１の実施例と同様に構
成されている。

第４の実施例は、第６図に示すように、副弾性
体１４を主弾性体１２の空胴１２ａ内に配置し、
この副弾性体１４の基部を主弾性体１２の基部に
固定してある。そして、副弾性体１４の作用点の
近傍と、主弾性体１２の作用点の近傍とを、引つ
張りばねとした恒弾性ばね２６ａによつて上方に
引つ張ることによつて弦２０に初張力を印加して
いる。

この実施例でも、引つ張りばね２４ａを用いて
いるが、主弾性体１２に力が印加されたとき、弦
２０の伸びを無視できるので、主弾性体１２，副
弾性体１４の撓みは等しく、引つ張りばね２４ａ
の変位量は変化せず、初張力が力の印加によつて
変化することはない。また、弦２０の伸びを無視
できるので、弦２０に初張力を印加するのに、主
弾性体１２、副弾性体１４のいずれも撓ませてい
ない。その結果、初張力に主弾性体１２、副弾性
体１４の弾性係数は関係せず、温度の変化があつ
ても、初張力は変化しない。

第５の実施例は、第７図に示すように、第４の
実施例と同様に主弾性体１２の空胴１２ａ内に副
弾性体１４を設けているが、副弾性体１４の図に
おける右端部が主弾性体１２の先端部側、即ち作
用点側に固定されている。そして、副弾性体１４
の図における左端部と主弾性体１２の基部側との
間に弦２０が設けられ、この弦２０は、引つ張り
ばね２６ａによつて下方に引つ張られている。

この力測定装置でも、主弾性体１２に力が印加
されたとき、主弾性体１２が撓み、これに伴つて
副弾性体１４の図における右側部分が撓む。この
とき、弦２０の伸びは無視できるので、副弾性体
１４の左端部の位置は変動せず、引つ張りばね２
６ａは変位しない。従つて、初張力は、主弾性体
１２に力が印加されたことによつて変化しない。
また、弦２０の伸びを無視できるので、弦２０に
引つ張りばね２６ａによつて初張力を印加する際
に、主弾性体１２、副弾性体１４のいずれも撓ま
せていない。従つて、主弾性体１２、副弾性体１
４の弾性係数が初張力に影響せず、温度変化があ
つても、初張力は変動しない。

第１及び第２の実施例では、受皿２２，２４を
設け、これらの間に恒弾性ばね２６を設け、作用
力が一点に加わるようにしたが、受皿２２，２４
のいずれか一方を省略してもよいし、場合によつ
ては双方共に省略してもよい。各実施例では恒弾
性ばね２６，２６ａには、円筒形のコイルばね状
に形成したものを用いたが、円すい形、つづみ形
またはたる形のコイルばねを用いてもよい。

〈効果〉以上述べたように、この考案では、初張力を恒
弾性ばねを用いて与えているので、温度変化があ
つても零点の変動はほとんど生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による力測定装置の第１の実
施例の部分破断側面図、第２図は同第２の実施例
の部分省略側面図、第３図は同第３の実施例の部
分省略側面図、第４図は従来の力測定装置の側面
図、第５図は同装置の回路図、第６図は第４の実
施例の側面図、第７図は第５の実施例の側面図、
第８図は従来の力測定装置及び本考案による力測
定装置における副弾性体の撓みと弦の張力との関
係を示す図である。１２……主弾性体、１４……副弾性体、２０…
…弦（力検出器）、２６，２６ａ……ばね。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

基部を固定され、着力点を有し、その着力点に
所定方向の力を受けて作用点がその力方向に比例
した弾性変位を生じる主弾性体と、上記主弾性体
の作用点の変位と同じ方向の変位を自身の作用点
に与えられて、その変位に応じた上記力よりも小
さい反力を生じる、上記主弾性体と同一材質の副
弾性体と、上記主弾性体及び副弾性体の各々の作
用点間の距離に等しい長さ寸法を有し、上記両弾
性体間に取り付けられており、上記主弾性体及び
副弾性体の変位による伸びを無視できる力検出器
を備える力測定装置において、上記力検出器の近
傍における上記両弾性体間に、温度変化があつて
もほぼ一定の弾性係数を有する恒弾性係数ばね
を、上記力検出器に初期張力を印加する状態に変
歪させて設置したことを特徴とする力測定装置。