JP3060259B2 - 3 component force meter - Google Patents

3 component force meter

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JP3060259B2
JP3060259B2 JP3339585A JP33958591A JP3060259B2 JP 3060259 B2 JP3060259 B2 JP 3060259B2 JP 3339585 A JP3339585 A JP 3339585A JP 33958591 A JP33958591 A JP 33958591A JP 3060259 B2 JP3060259 B2 JP 3060259B2
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清彦 西川
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-component force meter, and more particularly, to an arbitrary point on an object when a rectangular coordinate system composed of three axes of X, Y, and Z axes is imagined. It relates to a three-component force meter that detects force as three independent component forces.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a component meter for detecting a force used at one point of an object as a plurality of independent component forces is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-176438. FIG. 11 is an external perspective view of the force gauge. In the drawing, reference numerals 30 and 30 denote horizontal beam-like horizontal beams which extend symmetrically in the horizontal direction and are flat in the vertical direction.
Fixed portions 31, 31 at the outer ends of 0, 30 are fixed to a support (not shown). A vertical beam 33 having a rectangular cross section is vertically provided on a thick portion 32 provided in the middle of the horizontal beams 30, 30.

【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。
In the above-described structure, the upper end surface of the vertical beam 33 becomes a load introducing portion 34, and the load introducing portion 34 has an X axis,
Loads are applied from three directions of the Y axis and the Z axis. That is, X
The load from the axial direction is applied to the opposing first plane 3 of the vertical beam 33.
It is detected by strain gauges 36, 36 attached symmetrically above and below 5a, 35b, respectively.

【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。
A load from the Y-axis direction is applied to the first plane 3
Second plane 37 orthogonal to 5a, 35b and facing each other
Detected by strain gauges 38, 38 attached symmetrically above and below a, 37b, respectively. The load from the Z-axis direction is applied to the strain gauges 39, 40 symmetrically attached to the center and outer ends of the front and back surfaces of the cross beams 30, 30, respectively.
Is detected by

【0005】[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。
The conventional force gauge constructed as described above is used, for example, for measuring the contact pressure distribution of a tire when a car is running. A plurality of force transducers are incorporated in a ground contact plate, and forces from various directions are detected as a tire contact surface pressure distribution. In addition, by increasing the number of component force meters installed, more accurate measurement can be performed.

【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。
However, in the conventional force transducer, as described above, when the cross beam 30 for detecting the load in the Z-axis direction is formed into a beam, the vertical beam 33 for detecting the load in the X-axis and Y-axis directions is formed. On the other hand, it extends horizontally in the horizontal direction, and as a result, the size of the force gauge is increased, so that the number of installations is limited, and high-precision measurement becomes impossible.

【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。
Further, the above conventional force transducer has a problem that it is easily affected by a bending moment and an eccentric load. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to reduce the size and simplify the configuration, and to prevent interference of forces acting from other directions. It is an object of the present invention to provide a highly accurate three-component force meter which is hardly affected by an unbalanced load and a bending moment.

【0008】[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。
According to the present invention, in order to achieve the above object, when a rectangular coordinate system including three axes of an X axis, a Y axis, and a Z axis is imagined, an arbitrary point on an object is defined. In a three-component force meter that detects an acting force as three independent component forces, a load receiving portion having a large rigidity receiving portion formed at an upper portion and a large rigidity and a mounting flange portion to a supported body is formed at a lower portion. A portion is formed, connected between the force receiving portion and the load supporting portion, the lower half portion is formed with a quadrangular prism-shaped strain-generating portion having a smaller cross-sectional area than the upper half portion, the strain-generating column is formed, A first strain body having a through-hole formed through a central portion from the force receiving portion to the load supporting portion passing through the strain generating column;
A second rigid strain member having a rigid cylindrical portion attached to the upper portion of the force receiving portion, a diaphragm formed at the upper end of the cylindrical portion, and a force introducing portion formed at the center of the diaphragm. When the direction in which the force receiving portion and the load supporting portion are disposed is the Z axis of the rectangular coordinate system, the bending stress in the X-axis direction attached to one of the opposing surfaces of the strain generating portion is detected. An X-axis strain gauge that is attached to the other surface of the strain-generating portion that is orthogonal to the opposite surface and that detects a bending stress in the Y-axis direction; and a Z that is attached to the diaphragm and generated in the diaphragm. And a Z-axis strain gauge for detecting an axial stress.

【0009】[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。
In the three-component force meter constructed as described above, of the forces applied to the force introducing portion, the component force in the X-axis direction is transmitted through the diaphragm and the cylindrical portion of the second strain body. The force is transmitted to the strain-generating portion via the force receiving portion of the first strain-generating body, and the bending portion generates a bending stress in the X-axis direction. The bending stress is detected by an X-axis strain gauge attached to the opposing surface of the strain generating part.

【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。
Further, the component force in the Y-axis direction is transmitted through the diaphragm and the cylindrical portion of the second strain generating element, transmitted to the strain generating section via the force receiving section of the first strain generating element, and is generated by the force. A bending stress in the Y-axis direction is generated in the distorted portion. The bending stress is detected by a Y-axis strain gauge attached to an opposing surface of the strain-generating portion orthogonal to the opposing surface.

【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。
The component force in the Z-axis direction deforms the diaphragm so as to bulge downward. The bending stress due to this deformation is detected by a Z-axis strain gauge attached to the diaphragm.

【0012】[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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a three-component force meter according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, and FIG.
Are longitudinal sectional views taken along line BB 'of FIG.

【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。
In each of the drawings, reference numeral 1 denotes a first strain body having a substantially columnar body as a whole. A short cylindrical force receiving portion 2 having a large thickness and high rigidity is provided at an upper portion, and a rigid portion having a large rigidity is provided at a lower portion. It has a load supporting portion 3 having a flange portion 4 for mounting to a non-supported member.

【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。
Between the force receiving portion 2 and the load supporting portion 3, a strain-generating column 5 in which a quadrangular prism-shaped strain-generating portion 6 whose lower half has a smaller cross-sectional area than the upper half is integrally formed. It is articulated.
In addition, a through hole 7 is provided which penetrates the center from the upper end of the force receiving portion 2 to the lower end of the load support portion 3 through the strain-flexing column 6.

【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。
Above the force receiving portion 2 of the first strain body 1, a cylindrical portion 8 having a large rigidity of the second strain body 9 is press-fitted and fixed by means such as welding. This cylindrical part 8
An elastically deformable thin-walled diaphragm 10 is integrally formed on the upper end surface.

【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。
A force introducing portion 11 having a constricted portion 11a is provided at the center of the upper surface of the diaphragm 10, and a force or a load W is applied to the force introducing portion 11.

【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。
Referring to FIG. 2, when the vertical direction in the drawing is the X axis, the horizontal direction in the drawing is the Y axis, and the direction perpendicular to the drawing is the Z axis, the load (force) W
It can be detected as component forces Fx, Fy, and Fz in the Y and Z directions. Among them, the component forces in the X-axis and Y-axis directions cause a bending stress in the strain generating portion 6, and the force in the Z-axis direction is , Causing tensile and compressive stresses on the surface of the diaphragm 10.

【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。
That is, the opposing X below the strain-generating portion 6
X-axis strain gauges 12a, 12b, 12c, and 12d for detecting bending stress in the X-axis direction are attached to the shaft surface by juxtaposing two gauge axes in a direction matching the Z-axis direction. .

【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。
Further, Y-axis strain gauges 13a, 13b and 13c, 13d for detecting a bending stress in the Y-axis direction on the opposed Y-axis surfaces below the strain-generating portion 6 have the same gauge axes as the Z-axis. Two sheets are attached side by side in the direction that matches the direction. Further, Z-axis strain gauges 14a, 14b, 14c, 14d for detecting a force in the Z-axis direction are attached to the back surface (bottom surface) of the diaphragm 10.

【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。
The Z-axis strain gauges 14a to 14d are:
As shown in FIG. 4, the diaphragm 10 is attached in a state where it is patterned so as to be biased toward the vicinity of the outer periphery and the vicinity of the center.
Of these, the strain gauges 14a and 14d are arranged on the surface near the outer periphery, and the strain gauges 14b and 14c
Are arranged on a surface near the inner circumference.

【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。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view in which the component force meter according to the present invention configured as described above is incorporated in a component force detecting device. According to this, the flange portion 4 of the load supporting portion 3 is screwed into the female screw hole formed in the pedestal 16 with the bolt 15 inserted into the bolt hole 4a, and is fixed to the pedestal 16. The upper plate 1 is placed on a pedestal 16 so as to accommodate the body 5 and the cylindrical portion 8 of the diaphragm 10.
7 are combined. Force introduction part 1 of diaphragm 10
1, a force introducing plate 18 is supported by screw connection, and the upper surface of the force introducing plate 18 is arranged on the same plane as the upper surface of the upper plate 17.

【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。
On the other hand, X-axis strain gauges 12a to 12d and Y-axis strain gauge 13a attached to
Wiring code (gauge lead) 1 drawn from ~ 13d
9a is connected once to a terminal plate 20 attached to the flexure element 5, and a wiring cord (cable) 19b pulled out from the terminal plate 20 is passed through a wiring hole 3a penetrating the load support portion 3, and Drawn out from the wiring groove 16a.

【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。
The wiring cords 21 of the Z-axis strain gauges 14a to 14d attached to the diaphragm 10 are once connected to a wiring board 22 supported on the tubular portion 8, and the wiring cords 23 are strained from the wiring board 21. Through the through hole 7 penetrating through the column 5, it is drawn out from the wiring groove 16 a of the base 16 to the outside.

【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。
FIGS. 6 to 8 show bridge circuits for detecting the respective component forces in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
x, FIG. 7 shows a bridge circuit for detecting the component force Fy, and FIG. 8 shows a bridge circuit for detecting the component force Fz.

【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。
First, the configuration of each side of the bridge circuit of the component force Fx shown in FIG. 6 will be described. The first side 24 is the strain gauge 12a, the second side 25 is the strain gauge 12b, and the third side 26
Is the strain gauge 12c, and the fourth side 27 is the strain gauge 12
and 28a and 28b are input terminals of the bridge circuit, and 29a and 29b are output terminals of the bridge circuit.

【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。
Each side of the bridge circuit having the component force Fy shown in FIG. 7 is the same as above, and the first side is the strain gauge 13a,
The second side is the strain gauge 13b, and the third side is the strain gauge 1
3c, the fourth side is constituted by a strain gauge 13d.

【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。
Further, each side of the bridge circuit for detecting the component force Fz shown in FIG. 8 has a first side as a strain gauge 14a, a second side as a strain gauge 14b, and a third side as a strain gauge 14b.
c, the fourth side is constituted by a strain gauge 14d.

【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。
Next, together with the operation of the embodiment in which the present invention is applied to the component force detecting device configured as shown in FIG.
The operation of each bridge circuit that detects x, Fy, and Fz as electric signals will be described.

【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。
When a component force Fx acts on the force introducing plate 18 in the direction indicated by the arrow in FIG.
The resistance values of the strain gauges 12a and 12c decrease due to the compression of the strain generating portion 6 due to the bending stress.
2d receives a tensile stress due to the bending stress on the surface of the strain generating portion 6, and the resistance value increases.

【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。
Referring now to the bridge circuit of the component force Fx in FIG. 6, the resistance value of the strain gauge 12a on the first side decreases, the strain gauge 12b on the second side increases, and the strain gauge 12c on the third side. Decreases, and the strain gauge 12d on the fourth side increases. As a result, if the input terminal 28 is on the positive side, one output terminal 29a is connected to the other output terminal 29a.
The potential becomes lower than b, the output becomes + e, and the component force Fx is detected.

【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。
Next, when a component force Fy acts on the force introducing plate 18 in the direction of the arrow in FIG.
c indicates that the resistance value is increased by the tensile stress of the surface of the strain generating portion 6 due to the bending stress.
3d, the resistance value decreases. As a result, in the bridge circuit with the component force Fy of FIG. 7, the resistance values of the first side and the third side increase, and the resistance values of the second side and the fourth side decrease. It will be.

【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。
On the other hand, when a component force Fz acts on the force introducing plate 18, as shown in FIG.
The resistance value of c decreases due to compression, and conversely, the resistance value increases due to the tensile stress applied to the Z-axis strain gauges 14b and 14d.

【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。
As a result, in the bridge circuit for detecting the component force Fz shown in FIG. 8, the resistance values of the first and third sides decrease, and the resistance values of the second and fourth sides increase. An electric signal corresponding to the component force Fz is detected at the output terminal.

【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。
In the above description, three component forces Fx, F
Although the directions of the respective component forces are shown uniformly in order to make the operation by y and Fz easy to understand, actually, the component components Fx, Fy and Fz are combined on the force introduction plate 18. Or a bending moment.

【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。
For example, when a bending moment along the component force Fx direction or Fy direction is applied to the force introducing plate 18 and the diaphragm 10 is deformed as shown in FIG. 10, a bridge for detecting Fz in FIG. As can be seen from the circuit, the increase and decrease of the resistance value on each side cancel each other out, the equilibrium state is maintained, and the output becomes substantially zero. Therefore, the component force Fx or Fy
Only those are detected.

【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。
In the three-component force meter according to the present invention, the strain generating portion 6
Penetrating the through-hole 7 at the center, the sensitivity of the strain generating portion 6 to bending stress can be improved, and the mechanical strength and bending rigidity can be mechanically improved. Further, the through hole 7 can be effectively used as a wiring hole of the Z-axis strain gauge.

【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。
In the strain generating portion 6, the bending stress received from the upper portion can be obtained by biasing the strain gauge to the lower portion side since the lower portion side can obtain a stable stress value with respect to the upper portion portion. In addition, accurate and stable detection of bending stress can be performed.

【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。
The wiring cord of the strain gauge attached to the strain-generating portion 6 is once connected to the terminal plate 20 and
Since the lead-out wire is pulled out from 0, even if the external lead-out wire is strongly pulled, the strain gauge can be properly protected without peeling or damaging the strain gauge.

【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。
Further, since the detection of the stress in the Z-axis direction is performed by the diaphragm 10 close to the force application point, there is an effect that it is hardly affected by the bending moment and the unbalanced load.

【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。
Further, since the constricted portion 11a is formed in the force introducing portion 11, the uneven load and the bending moment can be absorbed by the constricted portion 11a, and the three-component force can be detected more accurately.

【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。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist thereof.

【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。
For example, the strain-generating portion 6 is shown in the case where the cross-sectional shape is square, but it is cylindrical if the strain gauges on the X-axis side and the Y-axis side can be attached in the right angle direction. There may be. As the strain gauge of the diaphragm 10, a plurality (for example, four) of normal rectangular strain gauges other than those in the embodiment may be used.

【0043】[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。
As described above, the three-component force meter according to the present invention comprises a strain-generating portion formed below a strain-generating column with component forces in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions; Because it was configured to detect by the diaphragm provided on the axis of
The size can be reduced, and the configuration becomes extremely simple.

【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。
Further, since miniaturization is realized and a large number of three-component force gauges can be arranged per unit area, it is possible to accurately detect a component force from various fields. In addition, it is possible to provide a highly accurate and highly reliable three-component force meter with almost no interference in each load direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a front view showing a configuration of a three-component force meter according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A′線における横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【図3】図2のB−B′線における縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along line BB ′ of FIG. 2;

【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。
FIG. 4 is an enlarged plan view schematically showing a strain gauge attached to a diaphragm in FIG.

【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。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a state where the three-component force meter according to the present invention is incorporated in a component force detecting device.

【図6】分力Fxを検出するためのブリッジ回路図であ
る。
FIG. 6 is a bridge circuit diagram for detecting a component force Fx.

【図7】分力Fyを検出するためのブリッジ回路図であ
る。
FIG. 7 is a bridge circuit diagram for detecting a component force Fy.

【図8】分力Fzを検出するためのブリッジ回路図であ
る。
FIG. 8 is a bridge circuit diagram for detecting a component force Fz.

【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。
FIG. 9 is a load deformation diagram of the diaphragm when a force acts on the diaphragm only in the Z-axis direction.

【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。
FIG. 10 is a modified view of the diaphragm when a bending moment acts on the diaphragm along the X-axis or Y-axis direction.

【図11】従来のビーム型分力計の外観斜視図である。FIG. 11 is an external perspective view of a conventional beam-type force transducer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 REFERENCE SIGNS LIST 1 first flexure element 2 force receiving part 3 load support part 4 flange part 5 flexure column 6 flexure part 7 through hole 8 cylindrical part 9 second flexure element 10 diaphragm 11 force introduction part 11a constriction part 12a to 12d X-axis strain gauge 13a to 13d Y-axis strain gauge 14a to 14d Z-axis strain gauge 15 bolt 16 pedestal 16a wiring groove 17 upper plate 18 force introduction plate 19a, 19b wiring code 20 terminal plate 21, 23 wiring code 22 wiring board 28a, 28b Input terminal 29a, 29b Output terminal W Load Fx, Fy, Fz Component force

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 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-176438 (JP, A) JP-A-63-96531 (JP, A) JP-A-2-75925 (JP, A) JP-A-2-163628 (JP) JP-A-53-81280 (JP, A) JP-A-58-138439 (JP, A) JP-A-64-41829 (JP, A) JP-A-2-73124 (JP, A) 63-15131 (JP, A) Japanese Utility Model Showa 48-10469 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01L 5/16

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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。
1. A three-component force meter that detects a force acting on an arbitrary point on an object as three independent component forces when a rectangular coordinate system including three axes of an X axis, a Y axis, and a Z axis is imagined. At
A force receiving portion having high rigidity is formed at an upper portion, and a load supporting portion having a large rigidity and a mounting flange portion to a supported body is formed at a lower portion, and is connected between the force receiving portion and the load supporting portion. The lower half portion is formed with a strain column having a square columnar strain portion having a smaller cross-sectional area than the upper half portion, and each of the force receiving portions reaches the load support portion through the inside of the strain portion. A first strain body having a through-hole penetrating a central portion thereof; a rigid cylindrical portion attached to an upper portion of the force receiving portion; and a diaphragm formed at an upper end side of the cylindrical portion. ,
A second strain body in which a force introducing portion is formed in the center of the diaphragm; An X-axis strain gauge attached to one opposing surface of the strained portion and detecting a bending stress in the X-axis direction; and an X-axis strain gauge attached to the other opposing surface of the strain-generating portion orthogonal to the opposing surface. A Y-axis strain gauge to be detected; and a Z-axis strain gauge attached to the diaphragm and detecting a stress in the Z-axis direction generated in the diaphragm.
Force transducer.
【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。
2. The three-component force meter according to claim 1, wherein the X-axis strain gauge and the Y-axis strain gauge are attached so as to be biased below the strain generating portion.
【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。
3. A wiring hole connected to a terminal of the X-axis strain gauge and a terminal of the Y-axis strain gauge, once connected to a terminal plate attached to the strain generating portion, and passed through the terminal plate to the load supporting portion. The three-component force meter according to claim 1 or 2, wherein the three-component force meter is configured to be drawn out to the outside.
【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。
4. The wiring of the Z-axis strain gauge is once connected to a terminal plate attached to the cylindrical portion of the second strain body, and is externally passed through a through hole penetrating through the first strain body through the terminal plate. 3. The three-component force meter according to claim 1, wherein the three-component force meter is configured to be pulled out.
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