JP2004045138A

JP2004045138A - 分力計

Info

Publication number: JP2004045138A
Application number: JP2002201307A
Authority: JP
Inventors: Mikio Naganuma; 長沼　幹雄; Yasumasa Takahashi; 高橋　靖匡
Original assignee: Teac Corp
Current assignee: Teac Corp
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】作用ロッドによる外力の導入を正確に行うとともに、経時的にも機構的な誤差が発生しせず、薄型化を実現し、さらに、起歪部分を高い剛性のビーム構造とすることにより信頼性、耐久性を向上した分力計の提供。
【解決手段】測定対象となる外力を導入する作用ロッド４の軸心を中心として直交する起歪アーム５ｘ・５ｙと、起歪アーム５ｘ・５ｙの端部と連結した枠体２とにより起歪ブロック１を形成してなり、起歪アーム５ｘ・５ｙの歪変形部に歪ゲージＧを貼着し、この歪ゲージＧにより構成される電気的平衡回路により外力の軸方向の力成分および／またはモーメント成分を検出するようにし、作用ロッド４の軸心に平行な側面に平坦面４ｂを形成して結合リング７を被着し、枠体２の外形を方形に形成するとともに、この枠体の角隅部２ａをベースリング３と一体に形成し、さらに、前記起歪アーム５ｘ・５ｙの歪変形部を平行ビーム構造とする。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種産業機械、輸送機器あるいはロボットなどにおいて、測定対象となる外力を導入し、その外力のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向の力成分および／またはモーメント成分を同時に検出する分力計の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に分力計は多分力計とも称され、さらに詳しくは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３つの軸方向の力成分のみを検出する３分力計、あるいは軸方向の力成分とモーメント成分を同時に検出する６分力計に分類されている。このような各種分力計の基本となる原理は、１軸で導入された測定対象となる外力で起歪ブロックを作用し、これに伴う微小な歪変形を歪ゲージで電気的に検出するようにしたもので、通常、ホイートストンブリッジなどの電気的平衡回路により３方向の力成分およびモーメント成分が検出される。
【０００３】
図９は従来の分力計の要部の構成の一例を示すもので、この分力計の場合、リング状の枠体１０１に対し、中央部に作用ロッド１０２が設けられており、枠体１０１と作用ロッド１０２との間がＸ軸方向、Ｙ軸方向を向く４個の角柱部１０３ｘ・１０３ｘ・１０３ｙ・１０３ｙにより連結されている。また、前記角柱部の作用ロッド側にはビーム１０４ｘ・１０４ｘ・１０４ｙ・１０４ｙがそれぞれ形成され、作用ロッド１０２のビーム側にはＸ軸方向、Ｙ軸方向とそれぞけ直交する方向に長溝１０５ｘ・１０５ｘ・１０５ｙ・１０５ｙが形成されており、この長溝が形成されることによりビーム１０６ｘ・１０６ｘ・１０６ｙ・１０６ｙが形成される。そして、測定対象となる外力を導入するため、図１０に示すようにフランジ部材１０７が作用ロッド１０２にナット１０８・１０９の締結により固定されている。
【０００４】
このように構成された分力計において、例えば、作用ロッド１０２にＸ軸方向に外力が働いた場合、Ｘ軸方向の角柱部１０３ｘにかかる力はビーム１０４ｘと長溝１０５ｘ間のビーム１０６ｘにより吸収され、Ｙ軸方向のビーム１０４ｙを介して力がＹ軸方向の角柱部１０３ｙに作用し、この角柱部１０３ｙの両側面に貼着した歪ゲージ１０８ｙによりその力を検出するようにしている。また、Ｙ軸方向に外力が働いた場合は、Ｘ軸方向の角柱部１０３ｘに貼着した歪ゲージ１０８ｘの出力によりその力を検出し、Ｚ軸方向に外力が働いた場合は、角柱部１０３ｘ・１０３ｙの表面および裏面に貼着した歪ゲージ１０８ｚの出力によりその力を検出するようにしている。さらに、外力がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成力である場合は、各軸の方向の力からベクトル力を検出するようにしている。
【０００５】
一方、Ｘ軸を中心とするモーメント力は、Ｙ軸方向の角柱部１０３ｙの表面および裏面に貼着した歪ゲージ１０８ｚの出力の差を演算することにより求められ、Ｙ軸を中心とするモーメント力は、角柱部１０３ｘの表面および裏面に貼着した歪ゲージ１０８ｚにより同様に検出するようにしている。また、Ｚ軸を中心とするモーメント力は、角柱部１０３ｘ、１０３ｙの両側面に貼着した歪ゲージ１０８ｘ・１０８ｙの出力により検出するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように構成されている分力計は、近年、急速に精度が向上しており、歪変形部の変位が十万分の１ｍｍ、そして、重量１ｇ程度でも正確に検出できる精度となっている。したがって、分力計本体の確実な固定はもとより、外力を導入する部分の測定対象に対する確実な連結は重要な課題であり、経時的にも緩みなどが発生しない構成であることが重要となる。
【０００７】
しかしながら、図９に示すような構成、即ち、作用ロッドにフランジ部材をナットの締結により固定している構成では、このナットの締結後のバックラッシュによりその締結力が変化し、フランジ部材が位置ずれすることがある。また、作用ロッドには継続的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の力が作用するため、次第にナットによる締結が緩くなり、初期設定の基準値に誤差が生じるような経時変化が発生する問題があった。
【０００８】
また、従来の分力計では作用ロッドの配設された中心部の上下方向のストロークを許容をするため、起歪ブロックの底面を本体の底面から浮かせた状態で構成しているが、薄型化が要求されるこの種の装置ではきわめて不利な構造となっている。さらに、従来の分力計では歪ゲージを貼着した部分のビームが無垢の角柱状に形成されているため、断面二次モーメントの値が小さいことからこの部分の剛性を高くすることができなかった。
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、作用ロッドに対して外力を正確に伝達できるとともに、経時的にも緩みの発生しない構造、および薄型化を実現する構造とし、さらに、高い剛性のビーム構造とすることにより信頼性、耐久性を向上した分力計を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、測定対象となる外力を導入する作用ロッドの軸心を中心として直交する起歪アームと、この起歪アームの端部と連結した枠体とにより起歪ブロックを形成してなり、前記起歪アームの歪変形部に歪ゲージを貼着し、この歪ゲージにより構成される電気的平衡回路により前記外力の軸方向の力成分および／またはモーメント成分を検出するようにした分力計であり、前記作用ロッドの軸心に平行な側面に平坦面を形成し、この作用ロッドに結合リングを被着するようにし、また、前記枠体の外形を方形に形成するとともに、この枠体の角隅部をベースリングと一体に形成するようになし、さらに、前記起歪アームの歪変形部を平行ビーム構造とすることにより、上記課題を解決する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて詳細に説明する。なお、本発明は、３分力計ならびに６分力計の何れにも実施することが可能であるが、６分力計を実施例として説明する。
【００１２】
図１は本発明を実施した分力計の完成状態を示す図であり、その組立状態を図２に示す。同図において、分力計の構成要素の主体となる起歪ブロック１は、外周に方形の枠体２が形成されており、その角隅部２ａが図３に示すごとくベースリング３と一体に形成されている。前記起歪ブロック１は、その中央にネジ孔４ａを形成した角柱状の作用ロッド４がＺ軸方向の表面および図４に示すごとく底面に突出した状態で形成されている。なお、本実施例における作用ロッド４は断面四角形の角柱であり、平坦面４ｂが４面形成された状態を示しているが、平坦面が３面あるいは６面の断面三角形あるいは断面六角形などの角柱としたもの、あるいは、基本形状を円柱状として単数または複数の平坦面を形成するようにしてもよい。要するに、作用ロッド４の軸心に平行な側面に平坦面が形成されていればよく、その断面形状は限定されるものではない。
【００１３】
そして、前記作用ロッド４の基部からはＸ軸方向およびＹ軸方向、即ち、枠体２の平行面に向けて起歪アーム５ｘ・５ｘ・５ｙ・５ｙが形成されている。この起歪アーム５ｘ・５ｘ・５ｙ・５ｙの作用ロッド４側には通孔５ａが形成されており、したがって、この部分が平行ビーム構造となり、高い剛性が得られるようにしてある。また、起歪アーム５ｘ・５ｘ・５ｙ・５ｙの枠体２側は、Ｚ軸方向のモーメント成分を検出し易いように薄肉に形成され、また、前記枠体２の平行面の中央には通孔２ｂが形成されており、この部分でＸ軸方向、Ｙ軸方向の力成分が検出される。そして、作用ロッド４から外力が導入され、起歪ブロック１が歪変形する所定の位置に歪ゲージＧを貼着し、この歪ゲージＧを所定の手順にもとづいて配線接続（図示省略）することにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向の力成分およびモーメント成分を各々検出するためのホイートストンブリッジが構成される。
【００１４】
上記本発明の起歪ブロック１は、例えば、ステンレスを素材としたブロック鋼材を削出加工によりベースリング３の部分とともに一体に成形される。そして、枠体２の角隅部２ａのみがベースリング３と一体となり、枠体２とベースリング３との間に間隙６が形成され、これにより起歪ブロック１の歪変形が可能となるようにしている。したがって、起歪ブロック１の底面の高さ位置はベースリング３の厚さで確定されるが、起歪ブロック１の起歪アームの上下方向のストロークを許容する高さとして必要十分なものとすることができる。なお、符号２ｃは起歪アーム５ｘ・５ｘ・５ｙ・５ｙに通孔５ａを形成するための工具の挿通孔である。
【００１５】
符号７は結合リングであり、片面に起歪ブロック１の作用ロッド４の平坦面４ｂに密接して嵌合する凹陥部７ａが形成されており、その中心にネジ通孔７ｂが形成されている。一方、結合リング７の他面には、測定対象と機構的に結合を行うためのネジ孔７ｃが形成されている。
【００１６】
以上のごとく構成された本発明の分力計の各構成要素の組み立ては、まず、起歪ブロック１と一体に形成されたベースリング３のフランジ部３ａに本体ケース８を図２に示すごとく嵌合する。このとき、本体ケース８に配設した信号ケーブル９の本体ケース８内の端部は、起歪ブロック１の歪ゲージＧにより構成されたホイートストンブリッジの出力端に配線処理（図示省略）する。そして、本体ケース８の下端とベースリング３のフランジ部３ａをスポット溶接などにより一体化し、カバーリング１０を本体ケース８の開口部に螺着する。つぎに、起歪ブロック１の作用ロッド４に結合リング７の凹陥部７ａを嵌合して被着し、固定ネジ１１を作用ロッド４のネジ孔４ａに螺着して緊締する。なお、起歪ブロック１の底面側の作用ロッド４に対しても同様に結合リング７を嵌合して被着し、固定ネジ１１を螺着して緊締し、さらにカバーリング１４を固定することにより、図１に示すごとく本発明の分力計を完成する。
【００１７】
図５は以上のごとくして完成した本発明の分力計の断面図であり、図６は起歪ブロック１の枠体２の対角線上の断面図を示す。同図は測定対象の機械装置に装着した状態を示すもので、固定端となるベースリング３が機械装置の静止部Ｍ１へネジ１２により固定され、一方、可動端となる表面側および底面側の結合リング７が機械装置の可動部Ｍ２およびＭ３へネジ１３により固定されている。これにより、測定対象となる外力は結合リング７を介して起歪ブロック１に導入されることになる。なお、ベースリング３が空心形状であることから、起歪ブロック１の歪変形する部位の直下にベースリング３の空心部が位置するように構成されるので、起歪ブロック１とベースリング３の間に、歪変形ストロークのための高さ方向の間隙を設ける必要がなく、したがって、分力計の薄型化に有利となる。
【００１８】
なお、図７に本発明の起歪ブロック１とベースリング３の平面、ならびに図８にその底面の状態を示し、同時に歪ゲージＧの配置状態を示す。同図において、破線で確定される部分が起歪ブロック１の枠体２の角隅部２ａとベースリング３が一体化された部分であることを示す。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、起歪ブロックの作用ロッドの軸心に平行な側面に平坦面を形成し、これに結合リングを嵌合させて被着するようにしたので、この結合リングの固定状態が恒久的に安定したものとすることができ、緩みあるいはバックラッシュなどが発生する従来の構造上の欠陥を払拭することができ、経時的にも信頼性の高い分力計とすることができる。
【００２０】
また、請求項２記載の発明によれば、起歪ブロックの枠体を方形に形成してその角隅部をベースリングと一体化したので、起歪アームの上下方向のストロークを許容する高さを必要十分に確保することができるとともに、薄型化を達成する構造とすることができる。
【００２１】
さらに、請求項３記載の発明によれば、起歪アームを平行ビーム構造としたので、断面二次モーメントの値を大きくすることができ、より剛性の高い起歪ブロックとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分力計の完成状態を示す斜視図である。
【図２】本発明の分力計の組立状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の分力計の起歪ブロックを示す平面斜視図である。
【図４】本発明の分力計の起歪ブロックを示す底面斜視図である。
【図５】本発明の分力計の断面図である。
【図６】本発明の分力計の起歪ブロックにおける対角線上の断面図である。
【図７】本発明の分力計の起歪ブロックの平面図である。
【図８】本発明の分力計の起歪ブロックの底面図である。
【図９】従来の分力計の要部斜視図である。
【図１０】図９の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・起歪ブロック
２・・・・・・枠体
２ａ・・・・・角隅部
２ｂ・・・・・通孔
２ｃ・・・・・挿通孔
３・・・・・・ベースリング
３ａ・・・・・フランジ部
４・・・・・・作用ロッド
４ａ・・・・・ネジ孔
４ｂ・・・・・平坦面
５ｘ・５ｙ・・起歪アーム
５ａ・・・・・通孔
６・・・・・・間隙
７・・・・・・結合リング
７ａ・・・・・凹陥部
７ｂ・・・・・ネジ通孔
７ｃ・・・・・ネジ孔
８・・・・・・本体ケース
９・・・・・・信号ケーブル
１０・・・・・カバーリング
１１・・・・・固定ネジ

Claims

測定対象となる外力を導入する作用ロッドの軸心を中心として直交する起歪アームと、この起歪アームの端部と連結した枠体とにより起歪ブロックを形成してなり、前記起歪アームの歪変形部に歪ゲージを貼着し、この歪ゲージにより構成される電気的平衡回路により前記外力の軸方向の力成分および／またはモーメント成分を検出するようにした分力計であり、
前記作用ロッドの軸心に平行な側面に平坦面を形成し、この作用ロッドに結合リングを被着するようにしたことを特徴とする分力計。
測定対象となる外力を導入する作用ロッドの軸心を中心として直交する起歪アームと、この起歪アームの端部と連結した枠体とにより起歪ブロックを形成してなり、前記起歪アームの歪変形部に歪ゲージを貼着し、この歪ゲージにより構成される電気的平衡回路により前記外力の軸方向の力成分および／またはモーメント成分を検出するようにした分力計であり、
前記枠体の外形を方形に形成するとともに、この枠体の角隅部をベースリングと一体に形成したことを特徴とする分力計。
測定対象となる外力を導入する作用ロッドの軸心を中心として直交する起歪アームと、この起歪アームの端部と連結した枠体とにより起歪ブロックを形成してなり、前記起歪アームの歪変形部に歪ゲージを貼着し、この歪ゲージにより構成される電気的平衡回路により前記外力の軸方向の力成分および／またはモーメント成分を検出するようにした分力計であり、
前記起歪アームの歪変形部を平行ビーム構造としたことを特徴とする分力計。