JP3149953B2

JP3149953B2 - ６軸ロード・セル

Info

Publication number: JP3149953B2
Application number: JP51653793A
Authority: JP
Inventors: メイヤー，リチャード・エイ; オルソン，ダグラス・ジェイ
Original assignee: エムティーエス・システムス・コーポレーション
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: EP0632884B1; WO1993019352A1; EP0632884A1; EP0632884A4; DE69319592T2; JPH07505223A; US5315882A; DE69319592D1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、３つの直交軸の軸力とこれらの直交軸回り
のモーメントを伝達すると共に計測する、組み立て構造
体に関するものである。より詳細には、開示された組み
立て構造体は、応力集中を最小にするために楕円形の隅
肉によって連結された構造要素と、一つの軸の読み取り
が他の軸の負荷によって影響を受けるような、相互影響
作用が極めて小さい、交換可能な感知要素を有する。

３本の直交軸回りの回転荷重やこれらの直交軸の軸力
を決定するためのトランスデューサ即ちロード・セルは
知られている。これらのロード・セルのうちの２つが米
国特許第4,640,138号及び米国特許第4,821,582号に開示
されている。米国特許第4,640,138号には、多軸荷重感
知トランスデューサが開示され、このトランスデューサ
は一対の軸方向に間隔をおいたスパイダによって連結さ
れた内部部材と外部部材を有する。このスパイダは、内
部部材と一体のアームを有し、たわみストラップによっ
て外部部材に連結されている。このたわみストラップは
細長い形状を有し、その端部は外部部材に固定されてい
る。スパイダはアームに連結されたストラップの中央部
に固定されている。そして、荷重はスパイダアームの曲
がり作用として感知される。

米国特許第4,821,582号には、３本の軸と軸力とこれ
らの軸のうちの２本の軸回りのモーメントとを計測する
荷重トランスデューサが開示されている。このトランス
デューサは、荷重感知スパイダアーム即ちせん断梁によ
って連結された内部構造体及び外部構造体を有する。ス
パイダの外端部は外方長手部材に連結され、この外方長
手部材は、内部構造体がスパイダの面に直角な軸に沿う
方向に荷重を受けたとき、曲がりにくい剛性を有する。

発明の要旨本発明は、複数の直交軸の軸力及びこれらの直交軸回
りのモーメントを計測する組み立て構造体に関するもの
である。この組み立て構造体は、力とモーメントの絶縁
性が高いことを特徴とし、各主軸に対して得られた計測
値が実質的に他の計測値に吸収されないようになってい
る。この構造体は、構造体内部での応力集中を最小限に
すると共に、ある一本の軸に関する軸力とその軸回りの
モーメントが、たとえ他の軸に大きな軸力やモーメント
が作用しているときでも、他の軸に関する計測値に影響
を及ぼさないように構成されている。

この組み立て構造体は支持構造を有し、この支持構造
は長手方向軸を画成する第１及び第２の端部を有する。
この支持構造は、その長手方向軸が複数の直交負荷軸の
うちの一つの軸上にあるように、配置される。この支持
構造は、単一の一体化部品から製作されることにより、
直交軸に沿う軸力と非長手方向の直交軸回りのモーメン
トに対して剛性を有し、また、長手方向軸回りのモーメ
ントに対して剛性を有さずに実質的にたわむように構成
されている。好ましい実施例では、複数の支柱が支持構
造の第１の端部をその第２の端部に連結している。通常
のひずみゲージが支柱に固定され、直交軸に沿って作用
する軸力と非長手方向の直交軸回りのモーメントを決定
するために、支柱の圧縮及び引っ張りを計測するように
構成することができる。

これらの支柱は、応力の集中を最小にするために少な
くとも部分的な楕円面からなる隅肉を使用して、第１の
端部の第１の基部即ち負荷リングと第２の端部の第２の
基部即ち負荷リングとの間に連結されている。各支柱は
上方端部と下方端部とを有し、これらの上方及び下方端
部は対応する基部即ち負荷リングに連結されると共に、
支柱を形成するように互いに結合される。各端部の全側
面上には、支柱の外面に沿って選択された距離だけ互い
に分散する方向に延在する外面が形成され、これらの各
端部は分散し、対応する第１及び第２の基部即ち負荷リ
ングの連結面に融合する。各端部の外方分散面の少なく
とも一部は、断面図あるいは端面図として見たとき、実
質的な楕円形をなしている。

トルク・セルは、支持構造の長手方向軸がモニターさ
れる長手方向軸に対して実質的に平行をなすように、支
持構造の回りに同心状に配置される。これらのトルク・
セルは、取り外し可能なたわみダイヤフラムを介して、
支持構造の両側に連結され、このたわみダイヤフラムは
トルク・セルの長手方向軸に対して直角な平面を有す
る。各たわみダイヤフラムは、この長手方向軸回りのモ
ーメントが支持構造からトルク・セルに伝達されると
き、実質的に剛性を有するが、非長手方向軸の軸力及び
非長手方向軸回りのモーメントに対しては実質的にたわ
み、そして、長手方向軸に沿う軸力に対してもたわむよ
うに構成されている。

支持構造の第１及び第２の端部に連結された適当な負
荷部材によって、この組み立て構造体は車両のサスペン
ションの試験装置やロボットアームに存在する力やモー
メントを計測するのに大変適している。たわみダイヤフ
ラムを支持構造からもトルク・セルからも取り外すこと
ができるから、支持構造やトルク・セルやたわみダイヤ
フラムを、異なる構造的な能力レベルや感知レベルを有
する他の同様な部品に交換することができる。それ故、
この組み立て構造体は、ある軸の感知能力を犠牲にする
ことなく、他の軸の軸方向や軸回りの最大荷重に耐える
ような試験情況に最適であるようにすることができる。
更に、取り外し可能なたわみダイヤフラムはトルク・セ
ルを支持構造から分離することを可能にし、両部材の拘
束を容易にするから、この構造体を組み立てるのに必要
な時間をかなり減少させ、よって製造コストをかなり引
き下げることができる。

図面の簡単な説明図１は、本発明の力及びモーメントの伝達組み立て体
を自動車試験システムに一部に組み込んだ状態の断面図
である。

図２は、図１の２−２線に沿う断面図である。

図３は、本発明の組み立て体の支持構造の斜視図であ
る。

図４は、図１の組み立て体の下方たわみダイヤフラム
と上方たわみダイヤフラムとトルク・セルの斜視図であ
る。

図５は、本発明の支持構造の部分的な斜視断面図であ
る。

図６は、本発明の組み立て体の第２実施例を自動車試
験システムに組み込んだ状態の断面図である。

図７は、図６の７−７線に沿う断面図である。

図８は、本発明の支柱を示す支持構造の一部切り欠き
側面図である。

図９は、本発明の支柱を示す支持構造の一部切り欠き
側面図である。

図10は、本発明の支柱の第２実施例の側面図である。

好ましい実施例についての詳細な説明自動車のサスペンションの道路上での操縦性能を試験
するための力学的な試験装置が、図１に、全体として参
照符号10で示されている。試験装置10には力を伝達しか
つ遮断する組み立て構造体12が複数の力発生装置に連結
されて設けられている。試験装置10は空気タイヤ18が装
着された車輪16上の自動車14の一部を支持する。自動車
のサスペンションは参照符号20を付されて概略的に示さ
れている。自動車のサスペンション20は基礎支持体22を
有し、この基礎支持体20は駆動軸線26を画成する駆動軸
24を有する。車輪16は基礎支持体22を隔ててその向こう
側に位置する駆動軸24に連結され、これによってタイヤ
18は駆動軸線26に対して実質的に垂直をなす荷重軸線28
を有することになる。スプリング30とショックアブソー
バ32が基礎支持体22と自動車のフルーム14の一部の間に
連結され、自動車の重量の一部を支持すると共に道路の
模擬振動を緩衝する。

基礎支持体22に連結されかつ自動車のフレーム14の一
部に固定されたかじ取り装置36が、また、概略的に図示
されている。かじ取り装置36は、軸線28の周りに車輪16
とタイヤ18を選択的に位置決めするための制御リンケー
ジ40を有する。

組み立て構造体12は自動車14を車輪用パンすなわち車
輪支持板42上に支持するが、この車輪支持板42はタイヤ
18に接触した状態でタイヤ18の下方に位置する。タイヤ
18に接触する上方表面層43によってアスファルトやコン
クリートのような異なる道路表面の模擬実験を行う。組
み立て構造体12は、更に、支持構造44、トルク・セル4
6、支持構造44をトルク・セル46に連結するたわみダイ
ヤフラム48を有する。基部材52は、また、その下端部に
おいて支持構造44に連結されている。車輪用パン42は複
数のキャップねじ54によって支持構造44の頂部に搭載さ
れる。図１には、複数ののキャップねじ54のうちの２本
のみが図示されている。

支持構造44は、図３では、斜視図で描かれている。支
持構造44は下方基部56と上方基部58とを有する。下方基
部56と上方基部58は中央開口60及び62をそれぞれ有し、
これらの中央開口60、62は以下の記載でＺ軸をも意味す
る長手方向軸64を中心にして位置する。図１に描かれて
いるように、長手方向軸64はタイヤ荷重軸28に対して実
質的に平行をなす。

図１ないし３及び図５を参照すると、上方基部すなわ
ち荷重環状部58は、平坦なせん断はり66A、66B、66C、6
6Dを形成する複数の支持ウエブすなわち支柱によって、
下方基部すなわち荷重環状部56に間隔をおいて連結され
ている。支柱66A−66Dは軸64の周りに90度の角度をおい
て配置され、開口60の内部縁68と開口62の内部縁70とか
ら半径方向の外方向へ延在している。図５を参照する
と、支柱66A及び66Cは共通な平面上に位置し、また、支
柱66B及び66Dは共通の平面上に位置する。これらの２つ
の平面はせん断面72、74をそれぞれ形成する。支柱66A
及び66Cが位置するせん断面72は、以下の記述でＸ軸を
も意味する軸76に沿って存在する。軸76は長手方向軸す
なわちＺ軸64に対して直交する。同様に、支柱66B及び6
6Dが位置するせん断面74は、以下の記述でＹ軸をも意味
する軸78に沿って存在する。軸78はＺ軸64及びＸ軸76に
対して互いに直交する。換言すれば、支持構造44は、長
手方向軸64と、一対の支柱66A及び66Cの平面と一対の支
柱66B及び66Dの平面によって形成される３本の直交軸6
4、76、78とに整合するように配置されている。

図８及び図９は、支柱66Aを使用した例によって支柱
構造を詳細に図示している。支柱66Aは上方端部61と下
方端部63を有する。上方端部61は外方基端部65を有し、
外方端部65は上方基端部58の平坦面と点線67で表される
任意に選択された内方端部とを連結する。内方端部67は
外方基端部65に対して背中合わせの位置にある。同様
に、下方端部63は外方基端部69と点線71で表される任意
に選択された内方端部とを有し、内方端部71は外方基端
部69と背中合わせの位置にある。外方基端部65又は上方
端部61は上方基端部58の平坦面に結合し、他方で、外方
基端部69又は下方端部63は下方基端部56の平坦面に結合
する。図示の実施例では、この上方及び下方端部の内端
部67及び71は共通の合流線上に位置することが可能であ
るが、前記支柱の高さを増加させ、かつ、通常のたわみ
ゲージが取り付けられる実質的に平坦な外方面を提供す
るため、中央柱部73は内端部67と内端部71との間に連結
される。

柱66A及び他の柱の上方及び下方端部61、63は、端部
図あるいは断面図で見たときに部分的に長円形の外面を
少なくとも有する包囲環輪によって、上方基端部58と下
方基端部56に対する対応する連結部すなわち結合部にお
いてそれぞれ応力集中が最小になるように設計される。
以下の記述において、長円形の曲率は環輪の外面の曲率
を定めるのに便宜なように使用される。このような長円
形の曲率は最適の曲率に近似するが、必ずしも上方基端
部58と下方基端部56に対する対応する連結部における応
力集中を最小にするために必要な最適の曲率に近似する
わけではない。本発明の重要な特徴は各外方面の曲率で
あり、外方面が内端部67と外端部71とで支柱に合流する
ときの曲率半径の方が、外方面が上方基端部58と下方基
端部56とに合流するときの曲率半径よりも実質的により
大きいということである。好ましくは、各外方面が上方
基端部58と下方基端部56に接近するにつれて曲率半径が
連続的に減少することである。外方面の曲率は、例えば
プログラム可能な工作機械等の近代的な機械技術によっ
て求めることができる。

上方端部61を参照すると、環輪外方面75A、75Bが内端
線67から外端65と上方基端部58の結合面との合流部まで
延在し、少なくとも楕円77A、77Bの付随部（follow par
t）、すなわち各面75A、75Bの一部までそれぞれ延在す
る。楕円77A、77Bは、それぞれ、対応する複数の焦点を
有する。これらの焦点は、それぞれ、支柱66Aの長手方
向軸87に対して実質的に平行な、大きい楕円軸83、85を
形成する。図示の実施例においては、外面75A、75Bの楕
円部分は内端線67で始まり、選択された点89A、89Bに対
して楕円77A、77Bの周縁輪郭をたどり、そして、外面75
A、75Bは上方基端部61の外方基端部65に連結された上方
基端部58の平坦面に融合する。両部分89A、89Bは、作用
する応力によって生じる上方端部61内の歪みの総量が所
望値よりも低い場所にあるように選択される。言い換え
ると、外方面75A、75Bの楕円部分は、上方基端部58の平
坦面に融合するときに、互いに接する必要はないが、む
しろ、存在する歪みの総量が所望値よりも低いときには
所望の輪郭上に連続するように構成することができる。
外方面75Aに向かい合う外方面91Aと、外方面75Bに向か
う合う外方面91Bとは、上方基端部58に合流する位置に
同様な楕円形の外面面取り部分を有する。

下方端部63は上方端部61に類似する楕円形の外面を有
する。上方端部63を参照すると、面取り外面93A、93B
は、それぞれ、内方端部線71から外方端69と下方基端部
56の連結面との合流部まで延在し、少なくとも各面93
A、93Bの一部が楕円95A、95Bの部分をたどる位置まで延
在する。各楕円95A、95Bは対応する焦点97、99を有し、
これらの焦点はそれぞれの大きな楕円軸101、103を形成
する。これらの楕円軸は支柱66Aの長手方向軸87に対し
て実質的に平行をなす。図示の実施例では、外面95A、9
5Bの楕円部分は内端線71で始まり、楕円95A、95Bの周縁
輪郭をたどって選択点105A、105Bに至り、そして、外面
93A、93Bは下端面63の外端69に連結された下方基端部54
の平坦面に融合する。点105A、105Bは、作用する応力に
よって生じる上方端部63内の歪みの総量が所望値よりも
低い場所にあるように選択される。言い換えると、外方
面93A、93Bの楕円面部分は、上方基端部56の平坦面に融
合するときに、互いに接する必要はないが、むしろ、存
在する歪みの総量が所望値よりも低いときには所望の輪
郭上に連続するように構成することができる。外方面93
Aに向かい合う外方面107Aと、外方面93Bに向かい合う外
方面107Bとは、上方基端部56に合流する位置に同様な楕
円形の外面面取り部分を有する。好ましくは、上端部61
と下端部63と中央部73とは単一の部材に形成される。

図10は支柱109の第２実施例を示す。支柱109は長手方
向軸117を中心とし、上方端部111と下方端部113とこれ
らの端部111と113との間に配置された中央部115とを有
する。各端部111、113は外面反らせ部119、121をそれぞ
れ有する。上述した端部61、63の外面のように、各外面
119、121の一部は楕円123、125の周囲輪郭の一部に沿う
実質的に長円形を成している。図示のように、支柱109
は荷重部材127、129の間を連結することができ、通常の
ように、力及びモーメント測定用トランスデューサ即ち
ロードセル（load cell）131を形成するように寸法合わ
せがなされている。

図５に示した支持構造44を参照すると、支持構造44は
支柱を任意の数だけ使用することができる。例えば、３
つの支持ウエブ即ち支柱を互いに120度の角度間隔をお
いて使用することができる。又は、６つの支柱を互いに
60度の角度間隔をおいて使用することができる。支柱66
A−66Dは上方及び下方基端部に熔接されることができる
が、支持構造44は熔接部や接合部を有さない単一のブロ
ック材で形成されるのが好ましい。その理由は、これら
の熔接部や接合部は荷重寿命や疲労寿命に問題を生じる
からである。

支持構造44はＺ軸64に沿ってかかる荷重即ち軸方向力
に対して実質的に曲がらず、即ち剛性を有し、同様にＸ
軸76及びＹ軸78に沿ってかかる荷重、即ちせん断力に対
しても実質的に曲がらず、即ち剛性を有する。歪みゲー
ジ84A、84B、84C、84D、86A、86B、86C、86Dが軸方向力
及びせん断力を測定するために対応する支柱66A−66Dに
取り付けられている。歪みゲージ84A−84Dは各支柱に対
して２つの軸方向ゲージと２つのPoissonゲージを有す
る通常のホイートストン・ブリッジを構成するように連
結される。歪みゲージ84A−84Dは各支柱66A−66Dにかか
る軸方向力に比側する独立した信号を発生し、これによ
り支柱44にかかる軸方向力の総量は各支柱の信号を合計
することによって得られる。せん断面72内のせん断力は
歪みゲージ86A及び86Dによって構成される通常のホイー
トストン・ブリッジによって計測され、せん断面74内の
せん断力は歪みゲージ86B及び86Dによって構成される対
応するホイートストン・ブリッジによって計測される。
もちろん、他の計測装置、例えば容積型、誘導型、ある
いは光ファイバ型の計測装置を支柱に取り付け、従来か
ら知られている技術を使用して総ての力やモーメントを
計測することができることが解る。

更に、この支持構造は矢印88及び90でそれぞれ示され
たＸ軸76及びＹ軸回りの転覆モーメントMx、Myに対して
実質的に曲がらず、剛性を有する。転覆モーメントMx,M
yは各支柱66A−66Dにかかる圧縮荷重及び引っ張り荷重
から従来のやり方で決定される。しかし、この支持構造
は矢印92で示された長手方向軸即ちＺ軸64回りのモーメ
ントMzに対して柔順である。

図１、２に示されているように、基部材52は、同心状
に配置された複数のねじ付きキャップスクリュー94によ
って、支持構造44の下方基部56に連結されている。Ｘ軸
76に沿うせん断力は基部材52にかかり、その後、アクチ
ュエータ95から支持構造44及びホイールパン42を経て車
両のサスペンション20に伝達される。アクチュエータ95
は駆動アーム96に連結され、駆動アーム96はアクチュエ
ータ95の反対側の端部で自在回し継ぎ手98に連結されて
いる。アクチュエータ95は適当な自在回し継ぎ手100に
よって静止点に固定される。回し継ぎ手100、98は、試
験中、組み立て体12が十分に角度変位することができる
ようにする。同様に、Ｙ軸78に沿うせん断力は、図示し
ないアクチュエータから、回し継ぎ手106に連結された
駆動アーム104（図２）を通って、車両のサスペンショ
ン20にかかる。

支持構造44は、せん断面72、74内にせん断力があると
きにＺ軸回りのモーメントに従う。例えば、せん断力が
横アクチュエータ95からＸ軸に沿って働くとき、支柱66
A、66Cは、それぞれ、作用するせん断力の総量のほぼ45
％を支持し、残りの10％は支柱66B、66Dの間でほぼ均等
に分配される。同様に、せん断力が対応する横アクチュ
エータからＹ軸に沿って働くとき、支柱66B、66Dは、そ
れぞれ、作用するせん断力の総量のほぼ45％を支持し、
残りの10％は支柱66A、66Cの間でほぼ均等に分配され
る。

同心的な軸荷重とＸ軸及びＹ軸回りの転覆モーメント
は、基部材52の下方に配置されたアクチュエータ110A、
110C、110Dから組み立て体12を経て車両のサスペンショ
ンに作用する。支柱66Bの下方の第４のアクチュエータ1
10Bも使用されるが、このアクチュエータ110Bは図１に
は示されていない。せん断力アクチュエータと同様に、
軸アクチュエータ110A−110Dが適当な自在回し継ぎ手11
2を介して静止点に固定されている。各アクチュエータ1
10A−110Dは駆動アーム114A、114B、114Dに連結され、
これらの駆動アーム114A、114B、114Dは、図２に示すよ
うに、対応する支柱66A−66Dの下方にそれぞれ配置され
た自在回し継ぎ手116A、116B、116C、116Dの順に連結さ
れている。

支柱44はＺ軸に沿う軸方向荷重とＸ軸及びＹ軸回りの
モーメントに対して剛性を有する。例えば、それぞれが
Ｚ軸64に平行な力を発生するアクチュエータ110A−110D
によって同心的な軸方向荷重が作用すると、各支柱66A
−66Dはこの軸方向荷重の総量の25％づつを支持する。
しかし、アクチュエータ110B、110Dからの不均等な力に
よってＸ軸76回りに転覆モーメントが作用すると、対応
する支柱66B、66Dによって分解されかつ作用し合うモー
メント発生力は大きさが等しく、方向が反対である。同
様に、アクチュエータ110A、110Cからの不均等な力によ
ってＹ軸78回りに転覆モーメントが作用すると、対応す
る支柱66A、66Cによって分解されかつ作用し合うモーメ
ント発生力は大きさが等しく、方向が反対である。更
に、Ｘ軸76回りのモーメントやＹ軸78回りのモーメント
によって支柱66−66Dには小さな曲げ力があるのみであ
るから、Ｚ軸64回りには実質的にモーメントの反作用は
存在しない。

図１、２、３を参照すると、トルク・セル46は支柱44
の長手方向軸64に沿って同心状に配置されている。図示
のように、トルク・セル46は、協働する内側壁120、122
からそれぞれ間隔をおいて位置する開口60、62の内部に
配置されている。トルク・セル46は、第１の端部124
と、第２の端部126と、長手方向軸64回りのモーメント
に応答するように第１及び第２の端部124、126の間に取
り付けられた感知部128とを有する。図示の実施例で
は、感知部128は筒状構造を有し、４つのたわみ梁132
A、132B、132C、132Cを画成するように90度の角度間隔
をおいて配置された４つの開口130A、130B、130C、130D
を有する。たわみ梁132A−132Dはトルク・セル46にそれ
らの端部のみで支持され、それらの断面は比較的薄い。
第１の端部124と第２の端部126は、また、筒状構造を有
し、それらの断面積はたわみ梁132A−132Dの断面積より
も大きい。第１の端部124と第２の端部126はたわみ梁13
2A−132Dの断面積よりも実質的に厚いから、長手方向軸
64回りのモーメントは実質的にたわみ梁132A−132D内に
制限される。図４に示すように、ホイートストン・ブリ
ッジに連結された通常のひずみゲージ134をたわみ梁132
A−132Dに容易に適用することができる。その理由は、
トルク・セル46は支持構造44から取り外すことができる
からである。これらのひずみゲージはたわみ梁132A−13
2Dのせん断力を計測し、長手方向軸64回りのモーメント
に比例する信号を発生する。これらのひずみゲージの代
わりに、ねじり中実ロッド（a twisting solid rod）の
ような、他の長手方向のトルク・セルを使用することが
できる。

図１に示しかつ上述したように、トルク・セル46は支
持構造44の開口60、62の内部に配置され、長手方向軸64
に平行に配列されている。トルク・セル46は第１の端部
124と第２の端部126で支持構造44に連結され、上方基部
58と下方基部56とにそれぞれ連結されると共に、上方た
わみダイアフラム48と下方たわみダイアフラム50に連結
される。上方たわみダイアフラム48と下方たわみダイア
フラム50とは、それぞれ、曲がりにくい内部リム部136
と曲がりにくい外部リム部138を有するように単一のブ
ロック材によって形成される。内部リム部136と外部リ
ム部138は互いに分離されており、内部リム部136と外部
リム部138よりも狭い断面積を有し、かつ、軸方向にた
わむことのできる、ダイヤフラム・リング即ちダイヤフ
ラム板によって、互いに連結されている。上方たわみダ
イアフラム48は、内部リム部136を貫通して突出し、か
つ、第１の端部124の適当な開口にねじ込まれた、複数
の同心状に配置されたキャップ・スクリュー142によっ
て、第１の端部124のトルク・セル46に連結されてい
る。上方たわみダイアフラム48の外部リム部138はホイ
ール・パン42と支持構造44との間に挟まれ、そして、ホ
イール・パン42と外部リム部138から突出し、かつ、支
持構造44の適当な開口内にねじ込まれた、同心状に配置
されたキャップ・スクリュー54によって、固定される。
トルク・セル46の上のホイール・パン42の下面部144
は、試験中にトルク・セル46が十分に運動することがで
きるようにする空隙を形成するために、へこんでいる。
同様に、内部リム部136を貫通して突出し、かつ第２の
端部126の適当な開口にねじ込まれ、そして同心状に配
置された、複数のキャップ・スクリュー146によって、
下方たわみダイアフラム50はトルク・セル46の第２の端
部126に連結されている。下方たわみダイアフラム50の
外部リム部138は基部材52と支持構造44との間に挟持さ
れ、同心状に配置されたキャップ・スクリュー94によっ
て固定されている。キャップ・スクリュー94は基部材52
と外部リム部138を貫通して突出し、支持構造44の適当
な開口にねじ込まれている。トルク・セル46の下方に位
置する基部材52の上方面部148は、トルク・セル46の運
動に十分な空隙を形成するようにへこんでいる。

上方及び下方たわみダイアフラム48、50は、長手方向
軸即ちＺ軸64の回りに生じるモーメントを支持構造44か
らトルク・セル46に伝達するため、環状方向には曲がり
にくいように実質的な剛性を有する。前述し、かつ、図
４に斜視図として示した組み立て構造体150のように、
上方及び下方たわみダイアフラム48、50がトルク・セル
46に連結されると、ダイアフラム48、50のたわみダイア
フラムリング即ちたわみダイアフラム板140が軸方向へ
のたわみのため、組み立て構造体150はＺ軸64に沿う軸
方向荷重によって変形する。更に、たわみダイアフラム
48、50の変形とこれらのダイアフラム48、50の間の軸方
向空隙とによって、組み立て構造体150はＸ軸76とＹ軸7
8に沿って発生するせん断力とこれらの軸76、78の回り
のモーメントによって変形する。

本発明の荷重感知組み立て体の第２の実施例が図６及
び図７に参照符号160として表されている。この形態に
おいては、支持構造164とトルク・セル166の長手方向軸
64の回りの同心状の配置に関して、支持構造164とトル
ク・セル166は入れ換えられている。図示のように、支
持構造164は図１−３及び図５に示した支持構造44と同
様の構造を有し、支持構造44は、全体として長手方向軸
64に直角な端面を有する第１の端部168と第２と端部170
とを有する。複数の支柱172A、172B、172C、172Dは第１
の端部168を第２の端部170に連結している。支柱172A−
172Dは、直交軸64、76、78に沿う力に対して実質的に剛
性を有し、また、非長手方向の直交軸76、78の回りのモ
ーメントに対しても実質的に剛性を有するが、長手方向
軸64の回りのモーメントに対しては剛性を有さず、実質
的にたわむようになっている。図１及び２に示された実
施例のように、非長手方向軸76、78に沿うせん断力は、
アクチュエータ176のような横アクチュエータに連結さ
れた基部材174を介して、支持構造164に作用する。長手
方向軸64に沿う軸力は、基部材174の下方に配置された
アクチュエータ178A、178B、178C、178Dから供給され
る。非長手方向の直交軸76、78に沿う力とこれらの直交
軸76、78の回りのモーメントは、ホイール・パン180が
組み立て体12のホイール・パンに類似する方法で搭載さ
れている第１の端部168に伝達される。支柱172A−172D
内に存在する圧縮力及び引っ張り力は、直交軸64、76、
78に沿って作用する力と非長手方向の直交軸76、78の回
りのモーメントとを計算するために、通常のひずみゲー
ジで計測される。

トルク・セル166は支持構造164の周りを取り囲み、同
心状に配置されたキャップ・スクリュー186、188を使用
して、上方たわみダイアフラム182及び下方たわみダイ
アフラム184によって支持構造164に取り付けられてい
る。ダイアフラム48、50のように、ダイアフラム182、1
84は、互いに分離され、かつ、たわみダイアフラム板19
4に連結され、た、内部剛性リム部190と外部剛性リム部
192とを有し、このたわみダイアフラム板194の断面積は
内部剛性リム部190や外部剛性リム部192の断面積よりも
小さい。たわみダイアフラム182、184は、長手方向軸64
回りのモーメントを支持構造144からトルク・セル146に
伝達するように実質的に剛性を有するが、非長手方向の
直交軸76、78回りのモーメント及び直交軸76、78に沿う
軸力、そして長手方向軸64に沿う軸力に対しては剛性を
有さず、実質的にたわむようになっている。通常のひず
みケージ（図示せず）がトルク・セル146のたわみ梁198
A、198B、198C、198Dの外面に固定され、作用するモー
メントの大きさに比例する出力信号を発するように構成
することができる。ホイール・パン180の下面と基部材1
74の上面上の環状溝200、202は、それぞれ、試験中にト
ルク・セル166とダイアフラム182及び184とが十分に動
くことができるようにする。

図６及び図７の実施例は支持構造164を取り囲むよう
に配置されたトルク・セル166を有するが、この実施例
は、長手方向軸64の回りにモーメントが実質的に作用す
るときに、特に適している。これに対して、図１及び図
２の実施例は支持構造44の長手方向空隙内に配置された
トルク・セル46を有し、比較的大きな直角方向力か非長
手方向の転覆モーメントが存在する状態において長手方
向軸64の回りに小さなモーメントが作用するときに、適
している。

以上、本発明を好ましい実施例に関して説明したが、
当業者は本発明の範囲及び精神から離れることなく、そ
の形状や構造を変更することができることを認識するで
あろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−83929（ＪＰ，Ａ) 特開平１−119731（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−88632（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−133270（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−255635（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−169643（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4821582（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 5/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の荷重部材（52、174）と第２の荷重
部材（42、180）とを有する組立構造体（12、160）であ
って、前記組立構造体（12、160）は、選択された力と
モーメントとを、前記第１の荷重部材（52、174）から
前記第２の荷重部材（42、180）に伝達すると共に、前
記選択された力とモーメントとを、前記組立構造体（5
2、174）の構造要素の応力として、互いに直交する複数
の軸（76、78）に関して分離するように構成された、前
記組立構造体（12、160）において、前記組立構造体は支持構造体（44、164）を有し、前記
支持構造体（44、164）は、前記第１の荷重部材（52、1
74）に連結された第１の端部（56）と、前記第２の荷重
部材（42、180）に連結された第２の端部（58）とを有
し、前記第１の端部（56）と前記第２の端部（58）は構
造体長手方向軸（64）を画成し、前記支持構造体（44、
164）は、前記構造体長手方向軸（64）が前記互いに直
交する複数の軸（76、78）のうちの長手方向軸に対して
既知の関係にあるように、設けられ、更に、前記支持構
造体（44、164）は連結手段（66A、66B、66C、66D;132
A、132B、132C、132D;198A、198B、198C、198D）を有
し、前記連結手段は、前記支持構造体（44、164）が、
前記互いに直交する複数の軸（76、78）のうちの長手方
向軸以外の、前記互いに直交する複数の軸（76、78）に
沿う方向の複数の力と、前記互いに直交する複数の軸
（76、78）の周りの複数のモーメントとに対して剛性を
有し、かつ、前記互いに直交する複数の軸（76、78）の
うちの長手方向軸の周りのモーメントには実質的に従う
ように、前記第１の端部（56）を前記第２の端部（58）
に連結し、前記組立構造体はトルク・セル（46）を有し、前記トル
ク・セル（46）はトルク・セル長手方向軸（64）を有
し、前記トルク・セル（46）は、前記トルク・セル長手
方向軸が前記構造体長手方向軸（64）に対して実質的に
平行を成すように、前記支持構造体（44、164）と同一
の中心を有しかつ前記支持構造体（44、164）と同一の
広がりを有し、前記トルク・セル（46）は前記構造体長
手方向軸（64）の周りのモーメントを計測し、前記組立構造体は、前記支持構造体（44、164）を前記
トルク・セル（46）に連結する、たわみ手段（48、50、
182、184）を有し、前記たわみ手段（48、50）は、前記
構造体長手方向軸（64）の周りのモーメントを前記支持
構造体（44、164）から前記トルク・セルに伝達するよ
うに、実質的に剛性を有し、かつ、前記互いに直交する
複数の軸（76、78）に沿う方向の複数の力に実質的に従
い、前記互いに直交する複数の軸（76、78）のうちの長
手方向軸の周りのモーメント以外の前記互いに直交する
複数の軸（76、78）の周りの複数のモーメントに実質的
に従うように構成された、ことを特徴とする、組立構造体。
【請求項２】請求項１に記載の組立構造体において、前
記連結手段は複数の支柱（66A、66B、66C、66D;132A、1
32B、132C、132D;198A、198B、198C、198D）を有する、
前記組立構造体。
【請求項３】請求項１又は２に記載の組立構造体におい
て、前記たわみ手段は、前記支持構造体（44、164）の
前記第１の端部（56）と前記トルク・セル（46）の対応
する端部とに連結された第１のダイヤフラム部材（50、
184）と、前記支持構造体（44、164）の前記第２の端部
（58）と前記トルク・セル（46）の対応する端部とに連
結された第２のダイヤフラム部材（48、182）とを有す
る、前記組立構造体。
【請求項４】請求項１又は２又は３に記載の組立構造体
において、前記連結手段は４つの支柱を有し、前記４つ
の支柱は、それぞれ、隣り合う支柱から90度の角度だけ
変位している、前記組立構造体。
【請求項５】請求項２又は４に記載の組立構造体におい
て、前記支柱は、それぞれ、前記構造体長手方向軸から
半径方向へ延在する平面を有する、前記組立構造体。
【請求項６】請求項２又は４又は５に記載の組立構造体
において、前記複数の支柱（66A、66B、66C、66D;132
A、132B、132C、132D;198A、198B、198C、198D）は、前
記互いに直交する複数の軸（76、78）上の小さな応力に
対して、前記トルク・セル長手方向軸上に実質的に反作
用モーメントを付与しないように構成された、前記組立
構造体。
【請求項７】請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記
載の組立構造体において、前記支持構造体（44）は、前
記構造体長手方向軸（64）に沿って延在する縦開口（6
0、62）を含み、前記トルク・セル（46）は前記支持構
造体の前記縦開口（60、62）の内部に配置されている、
前記組立構造体。
【請求項８】請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記
載の組立構造体において、前記トルク・セル（166）
は、前記トルク・セル長手方向軸に沿って延在する縦開
口を有し、前記支持構造体（164）は前記縦開口の内部
に配置されている、前記組立構造体。