JPS63228037A - 力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明の対象は、力変換器として構成した少くとも１つ
の測定部材と、測定部材に結合してあって評価・表示装
置に接続できる少くとも１つの力測定素子とを有する、
荷重測定のための力測定装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕小さい
数分の１ｇから中程度の数−までの力の測定は、多（の
場合、多様な物理的性質に依拠する力検知器またはスト
ローク検知器で行うが、この種の検知器は、経験的に極
めて敏感であり、大きい力には不適である。従って、大
きい力を測定するには、機械的で二またはバネ秤を使用
する必要があるが、この場合、もちろん、精度は低下す
る。

もちろん、大きい力、特に、最大数トンの力を簡単に迅
速に、かつ、正確に検知するという重大な問題がある。

本発明の目的は、このように大きい力も高精度で測定で
きる装置を創生ずることにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕この目的は、冒
頭に述べた種類の力測定装置において、本発明にもとづ
き、測定部材を弾性範囲内で変形可能な部材として構成
し、測定すべき力を受けて荷重方向とは異なる方向へ力
に比例して生ずる測定部材の弾性変形が測定素子に作用
するよう、測定部材に力測定素子を結合することによっ
て、達成される。

この場合、荷重によって誘起される測定部材の横方向伸
びまたは横方向縮みが力測定素子に作用するよう、力測
定素子を荷重方向に対して垂直に測定部材に結合するの
が好ましい。かくして、第１に、高荷重についても、極
めて正確な力測定素子を直接に、即ち、てこ装置を中間
に設けることなく、使用することもできる。

本発明対象の場合、測定部材の材料の弾性変形範囲にお
いて力に比例する横方向伸びまたは横方向縮みを利用す
るのが好ましい。一定の係数、即ち、ポアッソン比だけ
荷重方向の変形より小さい、荷重方向に垂直な測定部材
の変形を利用することによって、てこを中間に設けるこ
となく、力の方向変更および変成を行うことができる。

この力の変成は、各種のパラメータによって、特に、測
定部材の外側受け面の寸法、受け面の相互間隔又はリン
グ形状の場合は径、力測定素子の幾何学的寸法、測定部
材および力測定素子の材料の弾性データ（弾性率および
ポアッソン比）および中間の結合要素を選択することに
よって、実質的に任意に設定でき、所望の要求に適合さ
せることができる。

かくして、唯一つの力測定素子によって、多様な荷重ス
ペクトルのための力測定装置シリーズを作製できると云
う利点が得られる。かくして、更に、例えば、荷重スペ
クトル同一の条件において、精度が異なり、従って、コ
ストも異なる力測定素子を使用して、要件に対応して精
度の異なるタイプの力測定装置を得ることができる。

本発明に係る装置の別の利点は、（荷重方向の）構造高
さが低い点にある。即ち、装置の幾何学的寸法に関して
より大きい自由度が得られる。比較的小さい容積で、場
合によっては、高級で高価な材料で、大きい力を極めて
簡単に測定できる。

測定部材の材料選択に関しても、同じく、大きい自由度
が得られる０弾性的なカー変移特性曲線がある範囲にお
いて線形に推移する材料（例えば、金属、セラミック材
料１等）を使用するのが好ましい、バネ特性が極めて良
い材料（僅かな弾性残存作用；ヒステリシス）が特に好
適である。

特定の用途について、力測定素子を適切に構成すれば、
本発明にもとづき、更に、荷重方向とは異なる方向へ荷
重の大きさに対応して弾性的に湾曲する弾性部材として
測定部材を構成し、測定部材に結合された力測定素子に
上記変形が作用されるよう、装置を構成することができ
る。

この場合、意図するのは、全く、測定部材の横方向伸び
または横方向縮みではなく、測定部材の弾性湾曲である
。

この種の装置の場合、少くとも２つの弾性部材を荷重受
け面の下方に対向させて設け、力測定素子を例えば共振
子として構成して上記弾性部材の間に延在させるのが好
ましい。

〔実施例］ 以下に図示の本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図に、本発明に係る２分割形力測定装置の横断面図
を示した０本来の測定部材１は、上半部１ａと、この上
半部と同形の下半部１ｂとから成り、双方の半部は、本
質的に長方形に構成してあり、外面および内面に、それ
ぞれ、力導入用の外側受け面３′を有する突起３と、力
測定素子２をクランプする内側受け面４′を有する突起
４とを存する。ｉｍ定部材１ａ、　ｌｂの自由［５には
、結合要素７（本実施例では、ナツト７′を備えたビン
ネジ）のための貫通孔６が設けである。突起３，４は、
矢印で示した力の作用に関して、上下に同一線上にある
。

第２図に、第１図の力測定装置の斜視図を示した。力測
定要素２の厚さは、判り易いよう、測定部材の寸法に比
して拡大して示しである。

２つの相互に垂直をなす力測定素子２ａ、２ｂを有する
円筒形力測定装置を第３．４図に示した。測定部材は、
分割してあり、上半部１ａおよび下半部軸線方向横断面
図である第４図において、双方の相互に垂直に設けた力
測定素子２ａ、２ｂは、接着によりまたは別の方法でウ
ェブ８に固定しである。

材料の熱膨張を考慮するため２つの同一の力測定素子２
．２′を設けた力測定装置を第５．６図に示した。か（
して、測定時、測定部材および力測定素子の異なる熱膨
張（および環境の他の影響）を自動的に補償できる。

上述の測定装置の場合、測定すべき荷重ｋによる測定部
材の横方向伸びまたは横方向縮みを力測定素子に作用さ
せ、電子測定装置（図示してない）によって力を求める
。場合によっては、各測定値を加算することができる（
複数の力測定素子）。

この実施例は、極めて高い精度を達成できる共振子（特
に、水晶共振子）を力測定素子として使用したことによ
って、大きい力の測定に特に好適である。

共振子に作用する測定せる力を求め表示する電しない。

力測定装置の特に簡単な実施例を第７図に示した。

この場合、測定すべき力は、力測定素子２の一端にのみ
作用し、この力による横方向縮みが測定素子に作用する
。（単一形または分割形）測定部材１は、もちろん、測
定素子２（共振子）が有効に負荷されるよう力測定素子
の他端も固定する。

第８図に、別の実施例、即ち、双方の力導入板１０、１
１によって保持、固定された弾性要素９として測定部材
を構成した形式の力測定装置の横断面図を示した。この
場合、力測定素子２は、矢印で示した荷重方向に対して
垂直をなす弾性要素９の変形を検知する。この場合も、
荷重の大きさに応じて、力測定素子２を共振子として構
成できる。

測定部材１に対する力測定素子２の固定は、単に機械的
にまたは接着によってまたは別の適切な方法で行い得る
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は荷重によって誘起される
測定部材の横方向伸びもしくは横方向縮み又は横方向の
弾性湾曲を力測定素子に直接作用させることによって、
高荷重についてもてこ装置等を中間に設けることなく正
確に測定を行うことができる。

また、荷重方向の変形より小さい横方向の変形を利用す
ることによって、多様な荷重スペクトルに対し所要の精
度で、また多様のシリーズの力測定装置を提供すること
ができると共に、比較的小さい容積で大きい力を簡単に
測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての力測定素子をクラン
プした長方形の２背割形力測定装置の横断面図、第２図
は第１図の力測定装置の斜視図、第３図は本発明の他の
実施例としての２つの力測定素子を有する円形の多分割
形力測定装置の横断面図、第４図は第３図の力測定装置
の軸線方向横断面図、第５，６図は、温度補償のための
差動力測定素子の略図、第７図は本発明の特に簡単な実
施例の断面図、第８図は測定部材を弾性部材として構成
した本発明の更に他の実施例としての力測定装置の横断
面図である。 ｌａ；ｌｂ；９−−一測定部材、 ２、２　’　、２ａ、２ｂ−一一力測定素子、３．４−
・−突起。 代理人　弁理士　坂　間　　　暁 外３名 ｌ−の浄侵（円シに変更なし） Ｆｉｇ、　４　　　　　　　　Ｆｉｇ、　２Ｆ＋ｇ、　
３　　　　　　　　　Ｆ＋９．４Ｋ　　　　　　Ｋ Ｆｉｇ、　５　　　　　　　　　Ｆｉｇ、　６手続補正
書（自船 昭和６３年　３月２８日 特許庁長官　　小　川　邦　夫　　殿 １、事件の表示 昭和６３年特許願第　３２９５１号 ２、発明の名称 力測定装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 メツトラ−・インストルメンテ・アー・ゲー４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、力変換器として構成した少くとも１つの測定部材と
   、測定部材に結合してあって評価・表示装置に接続でき
   る少くとも１つの力測定素子とを有する、荷重測定のた
   めの力測定装置において、測定部材が、弾性範囲内で変
   形可能な部材（１ａ、１ｂ；９）であり、力測定素子（
   ２）が、測定すべき力を受けて荷重方向（ｋ）とは異な
   る方向（ｋ′）へ力に比例して生ずる測定部材の弾性変
   形が測定素子に作用するよう、測定部材（１ａ、１ｂ；
   ９）に結合してあることを特徴とする力測定装置。 ２、力測定素子（２）が、荷重方向（ｋ）に対して垂直
   に測定部材（１ａ、１ｂ；９）に結合してあることを特
   徴とする請求項１に記載の力測定装置。 ３、力測定要素（２）が、荷重によって誘起される測定
   部材の横方向伸びまたは横方向縮み（ポアッソン）を測
   定し、かくして、ポアッソン比にもとづき測定部材に作
   用する力に対して所定の比をなす力を測定するよう、測
   定部材（１ａ、１ｂ）が構成してあることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の力測定装置。 ４、測定部材が、均一材料の成形部材から成ることを特
   徴とする請求項１〜３のいづれかに記載の力測定装置。 ５、測定部材が、多部分、例えば、少くとも２つの、例
   えば、同形の半部（１ａ、１ｂ）から構成されているこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいづれかに記載の力測定
   装置。 ６、測定部材が、パイプ状またはリング状に構成してあ
   り、周囲の少くとも一部にわたって延びる１つまたは複
   数の力導入用受け面（８）を有することを特徴とする請
   求項１〜５のいづれかに記載の力測定装置。 ７、力測定素子が、共振子（例えば、水晶共振子）とし
   て構成してあることを特徴とする請求項１〜６のいづれ
   かに記載の力測定装置。 ８、２つの相互に垂直に配置した力測定素子が、荷重方
   向とは異なる方向へ向く測定面内で、測定部材に結合し
   てあることを特徴とする請求項１〜７のいづれかに記載
   の力測定装置。 ９、環境の影響（例えば、温度変動、圧力変動、湿度変
   動）を排除するため、少くとも１つの別の力測定素子が
   設けてあることを特徴とする請求項１〜８のいづれかに
   記載の力測定装置。 １０、測定部材の力導入に役立つ受け面が、本質的に、
   測定部材と力測定素子との結合個所の直上または直下に
   設けてあることを特徴とする請求項１〜９のいづれかに
   記載の力測定装置。 １１、各力測定素子の少くとも一端が、多部分から成る
   測定部材の上半部と下半部との間にクランプしてあるこ
   とを特徴とする請求項１〜３、５〜１０のいづれかに記
   載の力測定装置。 １２、各力測定素子が、測定部材の突起（８）に固定し
   てあることを特徴とする請求項１〜１０のいづれかに記
   載の力測定装置。 １３、測定部材が、荷重方向とは異なる方向へ荷重の大
   きさに対応して弾性的に湾曲する弾性部材（９）として
   構成してあり、この変形が、測定部材に結合された力測
   定要素に作用することを特徴とする請求項１又は２のい
   づれかに記載の力測定装置。 １４、少くとも２つの弾性部材（９）が、荷重受け面（
   １０）の下方に対向させて設けてあり、例えば共振子と
   して構成された力測定素子（２）が、上記部材（９）の
   間に延在してあることを特徴とする請求項１３に記載の
   力測定装置。