JP3852314B2 - 多分力検出器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多分力検出器に係り、特に各分力が干渉しないように検出するよう構成した多分力検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多分力検出器としては、例えば、実開昭５７−９３８３３号公報に開示されたものがある。この公報には、揺動物体が結合されたボルトが挿通される環状の荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する４本の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され各腕部の他端に結合された環状枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する歪ゲージ（検出部材）と、を備えてなる多分力検出器が開示されている。
【０００３】
また、上記多分力検出器においては、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する歪ゲージが４本の腕部に貼着されている。そして、各歪ゲージが各方向毎のブリッジ回路を形成するように接続されており、荷重印加部に印加された荷重によって生じた各方向の歪に応じた出力が得られるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された多分力検出器では、同一平面に配置された４本の腕部に各方向の分力を測定する歪ゲージが貼着されており、例えば、上下方向（Ｚ方向）の分力Ｆｚを測定する歪ゲージと前後方向（Ｙ方向）の分力Ｆｚを測定する歪ゲージとが同一の腕部に貼り付けられている。
【０００５】
そのため、荷重印加部に揺動物体の揺動動作による荷重が印加された場合、各腕部を捩じるような力が働いて各腕部に複数方向の荷重が作用してしまう。従って、従来のものでは、荷重印加部に印加される力の作用方向によって各方向分力に他の方向の分力が干渉してしまった場合、上記腕部に貼着された歪ゲージによって各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを正確に測定することが難しいという問題があった。
【０００６】
また、上記公報には、荷重印加部を支持する腕部に上下方向（Ｚ方向）の分力Ｆｚを測定する歪ゲージを貼着し、荷重印加部の貫通穴に挿通されたボルトの外周に左右方向（Ｘ方向）の分力Ｆｘを測定する歪ゲージと前後方向（Ｙ方向）の分力Ｆｚを測定する歪ゲージを貼着する構成も開示されているが、揺動物体の揺動動作が直接ボルトに作用するため、Ｘ，Ｙ方向以外の力も作用して干渉してしまい、各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを正確に測定することが難しかった。
【０００７】
さらに、従来の構成のものでは、小型化及び薄型化を図ることが難しく、狭い取付スペースに設置することができない場合があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決した多分力検出器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
【００１０】
上記請求項１記載の発明は、垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され、第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、一方向に延在する第１、第３の腕部を荷重印加部の上部のみに設け、一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を荷重印加部の下部のみに設けたものであり、荷重印加部に揺動動作による荷重が印加された場合でも腕部を捩じるような偶力が作用することを防止して荷重印加部に第１乃至第４の腕部にＺ方向以外の分力が作用しにくい構成にでき、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが干渉しにくくなる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、第１乃至第４の腕部に第３の検出部材を設け、第１の検出部材を枠部のＸ方向の側面に設け、第２の検出部材を前記枠部のＹ方向の側面に設けるものであり、各検出部材を各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定しやすい位置に配置できると共に、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが干渉しにくくなる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、第１、第２、第３の検出部材が歪ゲージであるので、各腕部及び枠部に生じた歪から各分力を測定することが可能になり、各腕部及び枠部の形状によって計測精度を確保することが可能になる。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され、第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを測定する第４、第５、第６の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、第１乃至第４の腕部に第３の検出部材及び第６の検出部材を設け、一方向に延在する第１、第３の腕部を荷重印加部の上部のみに設け、一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を荷重印加部の下部のみに設けたものであり、荷重印加部に揺動動作による荷重が印加された場合でも腕部を捩じるような偶力が作用することを防止して荷重印加部に第１乃至第４の腕部にＺ方向以外の分力が作用しにくい構成にでき、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚが干渉しにくくなる。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、第１乃至第６の検出部材が歪ゲージであり、少なくとも第３の検出部材と第４の検出部材または第３の検出部材と第５の検出部材とを同一のフィルムに形成したものであり、各腕部及び枠部に生じた歪から各分力を測定することが可能になり、各腕部及び枠部の形状によって計測精度を確保することが可能になると共に、複数の歪ゲージを所定の検出位置に正確に貼り付けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明になる多分力検出器の一実施例を示す斜視図である。図２は多分力検出器の平面図である。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、多分力検出器１０は、中心に設けられた円筒状の荷重印加部１２の貫通孔１２ａに挿通された軸（図示せず）が揺動することにより印加された荷重のＸ，Ｙ，Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定するものであり、荷重印加部１２の外周より水平な４方向へ９０度間隔で十字状に延在する第１乃至第４の腕部１４〜１７と、腕部１４〜１７の端部に結合され荷重印加部１２の周囲を囲むように形成された枠部１８とを有する。
【００１７】
第１乃至第４の腕部１４〜１７は、荷重印加部１２に印加された荷重のうちＺ方向（垂直方向）の分力Ｆｚを検出するためのＺ方向感度部である。第１乃至第４の腕部１４〜１７は、Ｚ方向の分力Ｆｚを検出するＺ方向歪ゲージ２２〜２５（Ｓｚ１〜Ｓｚ４）が貼着されている。このＺ方向歪ゲージ２２〜２５は、腕部１４〜１７の表面に生じた機械的な弾性変形による歪に応じて抵抗値が変化する性質を利用して腕部１４〜１７に作用した歪の大きさを検出する。
【００１８】
また、第１乃至第４の腕部１４〜１７の他端は、くびれ部２６〜２９を介して枠部１８の内周面に結合されるように形成されている。このくびれ部２６〜２９は、荷重印加部１２にＸ，Ｙ方向の荷重が印加されたとき、腕部１４〜１７がＸ，Ｙ方向に変位する際の支点になるように形成されている。
【００１９】
第１，第３の腕部１４，１６の上面には、Ｚ方向歪ゲージ２２，２４が貼着されており、第２，第４の腕部１５，１７の下面には、Ｚ方向歪ゲージ２３，２５が貼着されている。
【００２０】
図３は図２中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。図４は図２中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
図３に示されるように、第１，第３の腕部１４，１６は、下面側に凹部３２，３４が設けられているので、一端が荷重印加部１２の上部に結合されるように形成されている。また、図４に示されるように、第２，第４の腕部１５，１７は、上面側に凹部３３，３５が設けられているので、一端が荷重印加部１２の下部に結合されるように形成されている。
【００２１】
従って、荷重印加部１２の外周に対する第１，第３の腕部１４，１６の結合高さ位置と第２，第４の腕部１５，１７の結合高さ位置とが上下方向にずれており、荷重印加部１２に水平方向のＸ軸、Ｙ軸周りの偶力が発生しにくい。よって、多分力検出器１０は、腕部１４〜１７にＸ方向及びＹ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙが干渉しにくい構成になっており、腕部１４〜１７に生じた歪がＺ方向の荷重に応じた大きさで変化する。そのため、腕部１４〜１７に貼着されたＺ方向歪ゲージ２２〜２５によってＺ方向の分力Ｆｚを正確に検出することが可能になる。
【００２２】
さらに、枠体１８は、各角部に突出する鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂと、鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂの間にＸ，Ｙ方向に延在形成された第１乃至第４の梁部４４〜４７とが設けられている。枠体１８は、各角部に突出する鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂがブラケットなどの固定部材（図示せず）に固定される。そのため、荷重印加部１２に荷重が印加されると、荷重印加部１２を支持する腕部１４〜１７、くびれ部２６〜２９を介して腕部１４〜１７を支持する梁部４４〜４７が弾性変形する。
【００２３】
また、枠体１８は、上方からみると正方形であるので、鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂの各側面を固定する際の取付位置を位置合わせるための基準面として用いることが可能である。例えば、印加される荷重の作用方向をＸ方向またはＹ方向に限定して印加する場合にも多分力検出器１０の方向を正確に位置合わせできる。
【００２４】
梁部４４〜４７の中央部は、第１乃至第４の腕部１４〜１７の他端がくびれ部２６〜２９を介して結合される結合部分に位置している。そして、第１，第３の梁部４４，４６には、Ｙ方向の分力Ｆｙを検出するためのＹ方向歪ゲージ５０〜５３（Ｓｙ１〜Ｓｙ４）が貼着されている。また、第２，第４の梁部４５，４７には、Ｘ方向の分力Ｆｘを検出するためのＸ方向歪ゲージ５６〜５９（Ｓｘ１〜Ｓｘ４）が貼着されている。よって、梁部４４，４６はＹ方向感度部として機能し、梁部４５，４７はＸ方向感度部として機能する。
【００２５】
荷重印加部１２にＹ方向の荷重が印加されると、荷重印加部１２がＹ方向に変位してＹ方向の梁部４４，４６を押圧すると共に、直交するＸ方向の腕部１５，１７がくびれ部２７，２９を支点としてＹ方向に揺動する。また、荷重印加部１２にＸ方向の荷重が印加されると、荷重印加部１２がＸ方向に変位してＸ方向の梁部４５，４７を押圧すると共に、直交するＹ方向の腕部１４，１６がくびれ部２６，２８を支点としてＸ方向に揺動する。
【００２６】
Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３及びＸ方向歪ゲージ５６〜５９は、夫々対応する位置に設けられたくびれ部２６〜２９の左右両側に配置されており、くびれ部２６〜２９を介して梁部４４〜４７に伝達されたＹ方向の分力Ｆｙ及びＸ方向の分力Ｆｘによる歪を検出できる位置に設けられている。
【００２７】
このように、Ｚ方向歪ゲージ２２〜２５、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９は、夫々他方向の分力が干渉しない位置に配置されており、各方向の分力を高精度に検出することが可能になる。
【００２８】
図５は多分力検出器１０の起歪体の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は断面Ａ−Ｏ−Ｂの縦断面図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、多分力検出器１０の起歪体６０は、平板上の金属ブロックを切削加工することにより上記荷重印加部１２、腕部１４〜１７、枠部１８、くびれ部２６〜２９、鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂ、梁部４４〜４７が形成される。このように、起歪体６０の構造をＸ，Ｙ，Ｚ方向の各分力が干渉しないように構成すると共に、多分力検出器１０の小型化及び薄型化が促進されている。
【００２９】
また、起歪体６０は、鍔部３８ａ〜４１ａの上面及び鍔部３８ｂ〜４１ｂの下面に円形状凹部の一部を形成する円弧状凹部６２ａ〜６５ａ，６２ｂ〜６５ｂが設けられている。
【００３０】
さらに、起歪体６０は、上方からみると腕部１４〜１７を十字形状に形成するための空間６６〜６９が鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂとの間に形成される。梁部４４，４５には、空間６７，６８に連通するように起歪体６０を水平方向に貫通する第１乃至第３のケーブル挿通孔７０〜７２が設けられている。
【００３１】
第１のケーブル挿通孔７０は、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９から引き出された各ケーブルが挿通される。第２のケーブル挿通孔７１は、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３から引き出された各ケーブルが挿通される。第３のケーブル挿通孔７２は、Ｚ方向歪ゲージ２２〜２５から引き出された各ケーブルが挿通される。
【００３２】
腕部１４〜１７は、夫々上方からみると同一形状であり、腕部１４の構成について説明する。
【００３３】
図６は腕部１４を拡大して示す平面図である。図７はＡ−Ａ断面を示す断面斜視図である。
図６及び図７に示されるように、腕部１４は、起歪体６０の中央に形成された荷重印加部１２の外周よりＹ方向に延在するように空間６６と６９との間に形成される。従って、腕部１４の輪郭形状は、空間６６，６９を切削加工することにより形成される。
【００３４】
そして、腕部１４は、荷重印加部１２の外周に結合される一端１４ａが幅広形状に形成されており、枠体１８に結合される他端１４ｂが両側から円形に切削されて幅狭形状のくびれ部２６に結合されている。また、腕部１４の一端１４ａの下面側には、凹部３２が設けられている。
【００３５】
そのため、荷重印加部１２にＺ方向の荷重が印加されると、腕部１４は凹部３２を有する一端１４ａ付近が撓んで一端１４ａ付近の表面にＺ方向荷重による歪が生じる。
【００３６】
Ｚ方向歪ゲージ２２は、腕部１４の一端１４ａ近傍に貼着されており、Ｚ方向荷重を検出しやすい位置に設けられている。
【００３７】
また、くびれ部２６を介して腕部１４に結合された枠体１８の梁部４４は、鍔部３８ａ，３８ｂと鍔部３９ａ，３９ｂとの間に形成されており、その背面側の左右両端付近にＹ方向歪ゲージ５１，５２が貼着されている。
【００３８】
荷重印加部１２にＹ方向の荷重が印加されると、腕部１４及びくびれ部２６を介して梁部４４にＹ方向の分力Ｆｙが作用する。そのため、梁部４４は、固定部（図示せず）に固定された鍔部３８ａ，３８ｂ及び鍔部３９ａ，３９ｂ付近を支点としてＹ方向に揺動する。
【００３９】
よって、梁部４４の両端付近に設けられたＹ方向歪ゲージ５１，５２は、鍔部３８ａ，３８ｂ及び鍔部３９ａ，３９ｂ付近におけるＹ方向の歪を検出しすい位置に設けられている。尚、荷重印加部１２にＸ方向の荷重が印加された場合も、Ｙ方向の場合と同様に検出される。
【００４０】
図８は多分力検出器の組み立て完了状態を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は側面図である。
図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、多分力検出器１０は、起歪体６０のケーブル挿通孔７０〜７２に各方向のケーブル７６〜７８が接続されており、各ケーブル７６〜７８はＸ方向歪ゲージ５６〜５９、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３、Ｚ方向歪ゲージ２２〜２５に接続されている。
【００４１】
また、多分力検出器１０は、上下面に形成された円弧状凹部６２ａ〜６５ａ，６２ｂ〜６５ｂに円盤状のダイヤフラム８０，８１が圧入される。このダイヤフラム８０，８１は、腕部１４〜１７に貼着されたＺ方向歪ゲージ２２〜２５を保護するものである。さらに、枠体１８の各側面に形成された梁部４４〜４７の側面は、鍔部３８ａ，３８ｂ及び鍔部３９ａ，３９ｂ間に形成された溝であり、この溝内にはＸ方向歪ゲージ５６〜５９、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３を覆うように樹脂（図示せず）が注入され、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３の耐水性・耐油性が確保される。
【００４２】
ここで、上記のように構成された多分力検出器１０の検出動作について説明する。
図９は各方向の分力を検出するためのブリッジ回路を示す図であり、（Ａ）は分力Ｆｘを検出するブリッジ回路を示す回路図、（Ｂ）は分力Ｆｙを検出するブリッジ回路を示す回路図、（Ｃ）は分力Ｆｚを検出するブリッジ回路を示す回路図である。
【００４３】
図９（Ａ）に示されるように、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９は、ホイストンブリッジ回路８４を構成する。このホイストンブリッジ回路８４では、抵抗値Ｓｘ１〜Ｓｘ４がＳｘ１・Ｓｘ４＝Ｓｘ２・Ｓｘ３のような平衡状態を保つように構成することにより、歪のない状態でＡ点とＢ点とが同電位となり、電流が流れない。
【００４４】
ここで、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９が取り付けられた梁部４５，４７に歪が生じると、例えば、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９のうちＸ方向歪ゲージ５６，５９に圧縮荷重による歪が印加されて抵抗値が増大すると共に、Ｘ方向歪ゲージ５７，５８に引っ張り荷重による歪が印加されて抵抗値が減少する。
【００４５】
その結果、Ｓｘ１・Ｓｘ４＞Ｓｘ２・Ｓｘ３となるため、Ａ点とＢ点との間で電位差が生じる。よって、ホイストンブリッジ回路８４では、この電位差が梁部４５，４７に生じた歪の大きさに比例した値となるので、この電圧値を増幅して抽出することによりＸ方向の分力Ｆｘが検出される。
【００４６】
図９（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３により構成されたホイストンブリッジ回路８５及びＺ方向歪ゲージ２２〜２５により構成されたホイストンブリッジ回路８６においても上記Ｘ方向の分力Ｆｘを検出するのと同様にＹ方向の分力Ｆｙ及びＺ方向の分力Ｆｚを検出する。
【００４７】
ここで、変形例について説明する。
図１０は多分力検出器の変形例１を示す平面図である。尚、図１０において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１０に示されるように、変形例１の多分力検出器９０は、枠体１８の輪郭形状が円弧状に形成されており、角部のない形状に構成されている。従って、上記起歪体６０を加工する場合、丸棒材を輪切りにして加工することができ、加工の手間を削減できると共に、起歪体６０の軽量化を図ることが可能になる。
【００４８】
また、多分力検出器９０は、外周に角部が突出しないため、取付スペースが小さくて済み、省スペース化が図れている。そのため、多分力検出器９０を回転部分に内蔵させて各方向の分力を検出することが可能になり、例えば、ロボットの関節部分に設けることも実現できる。
【００４９】
図１１は多分力検出器の変形例２を示す平面図である。尚、図１１において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１１に示されるように、変形例２の多分力検出器１００は、第１乃至第４の腕部１４〜１７にＺ方向歪ゲージ２２〜２５（Ｓｚ１〜Ｓｚ４）が貼着され、第１，第３の梁部４４，４６にＹ方向歪ゲージ５０〜５３（Ｓｙ１〜Ｓｙ４）が貼着され、第２，第４の梁部４５，４７にＸ方向歪ゲージ５６〜５９（Ｓｘ１〜Ｓｘ４）が貼着されている。
【００５０】
さらに、第２，第４の腕部１５，１７の下面には、Ｘ方向の軸回りの偶力（モーメント）Ｍｘを検出する偶力検出歪ゲージ１０２〜１０５（Ｍｘ１〜Ｍｘ４）が貼着されている。また、第１，第３の腕部１４，１６の上面には、Ｙ方向の軸回りの偶力（モーメント）Ｍｙを検出する偶力検出歪ゲージ１０８〜１１１（Ｍｙ１〜Ｍｙ４）が貼着されている。
【００５１】
また、くびれ部２６〜２９の側面には、Ｚ方向の軸回りの偶力（モーメント）Ｍｚを検出する偶力検出歪ゲージ１１４〜１１７（Ｍｚ１〜Ｍｚ４）が貼着されている。尚、くびれ部２６〜２９の側面は、上記実施例のように円弧状ではなく平面形状に加工されている。
【００５２】
各方向の偶力Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚを検出する偶力検出歪ゲージ１０２〜１０５、１０８〜１１１、１１４〜１１７は、前述したホイストンブリッジ回路（図９参照のこと）を構成するように接続されており、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出する方法と同様な方法で検出される。
【００５３】
また、多分力検出器１００においては、各方向の偶力Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚを検出する偶力検出歪ゲージ１０２〜１０５、１０８〜１１１、１１４〜１１７が上記位置に分散配置されているので、各方向の偶力Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚが干渉しないように検出することが可能になる。そのため、多分力検出器１００では、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び偶力Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚを高精度に検出することができる。
【００５４】
また、腕部１４〜１７には、Ｚ方向歪ゲージ２２〜２５と、偶力Ｍｘ，Ｍｙを検出する偶力検出歪ゲージ１０２〜１０５、１０８〜１１１とが取り付けられるため、各歪ゲージのうち同じ腕部に取り付けられる３個の歪ゲージが同一のフィルム１２０〜１２３に形成されている。
【００５５】
すなわち、第１のフィルム１２０には、歪ゲージ２２，１０８，１０９が一体に形成されている。第２のフィルム１２１には、歪ゲージ２３，１０２，１０３が一体に形成されている。第３のフィルム１２２には、歪ゲージ２４，１１０，１１１が一体に形成されている。第４のフィルム１２３には、歪ゲージ２５，１０４，１０５が一体に形成されている。
【００５６】
このように、フィルム１２０〜１２３には、各検出方向に応じた３個の歪ゲージが一体的に形成されているので、各歪ゲージを個別に貼着する方法よりも組み付け作業時の作業効率を高めることができると共に、各歪ゲージの取付精度をより高めることができる。
【００５７】
そのため、腕部１４〜１７のような狭いスペースにも複数の歪ゲージを正確かつ迅速に取り付けることが可能になり、製造コストも安価に抑えることが可能になる。
【００５８】
また、上記変形例２では、腕部１４〜１７に取り付けられる複数の歪ゲージを同一のフィルム１２０〜１２３に一体に形成する場合を一例として挙げたが、これ以外の個所に取り付ける場合にも複数の歪ゲージを一体に形成する方法を用いることができるのは勿論である。
【００５９】
さらに、上記変形例２では、３個の歪ゲージを同一のフィルム１２０〜１２３に一体に形成する場合を一例として挙げたが、これに限らず、２個あるいは４個以上の歪ゲージを同一のフィルムに設けることも可能である。
【００６０】
また、複数の歪ゲージは、同一方向に形成しても良いし、あるいは、異なる方向の歪ゲージを同一のフィルムに設けることも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され、第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、一方向に延在する第１、第３の腕部を荷重印加部の上部のみに設け、一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を荷重印加部の下部のみに設けたため、荷重印加部に揺動動作による荷重が印加された場合でも腕部を捩じるような偶力が作用することを防止して荷重印加部に第１乃至第４の腕部にＺ方向以外の分力が作用しにくい構成にでき、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが干渉しにくくなる。よって、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを高精度に検出することが可能になる。
【００６２】
また、請求項２記載の発明によれば、第１乃至第４の腕部に第３の検出部材を設け、第１の検出部材を枠部のＸ方向の側面に設け、第２の検出部材を前記枠部のＹ方向の側面に設けたため、各検出部材を各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定しやすい位置に配置できると共に、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが干渉しにくくなる。
【００６３】
また、請求項３記載の発明によれば、第１、第２、第３の検出部材が歪ゲージであるため、各腕部及び枠部に生じた歪から各分力を測定することが可能になり、各腕部及び枠部の形状によって計測精度を確保することが可能になる。
【００６４】
また、請求項４記載の発明によれば、垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され、第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを測定する第４、第５、第６の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、第１乃至第４の腕部に第３の検出部材及び第６の検出部材を設け、一方向に延在する第１、第３の腕部を荷重印加部の上部のみに設け、一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を荷重印加部の下部のみに設けたため、荷重印加部に揺動動作による荷重が印加された場合でも腕部を捩じるような偶力が作用することを防止して荷重印加部に第１乃至第４の腕部にＺ方向以外の分力が作用しにくい構成にでき、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚが干渉しにくくなる。よって、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを高精度に検出することが可能になる。
【００６５】
また、請求項５記載の発明によれば、第１乃至第６の検出部材が歪ゲージであり、少なくとも第３の検出部材と第４の検出部材または第３の検出部材と第５の検出部材とを同一のフィルムに形成したため、各腕部及び枠部に生じた歪から各分力を測定することが可能になり、各腕部及び枠部の形状によって計測精度を確保することが可能になると共に、複数の歪ゲージを所定の検出位置に正確に貼り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる多分力検出器の一実施例を示す斜視図である。
【図２】多分力検出器の平面図である。
【図３】図２中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図４】図２中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図５】多分力検出器１０の起歪体の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は断面Ａ−Ｏ−Ｂの縦断面図である。
【図６】腕部１４を拡大して示す平面図である。
【図７】Ａ−Ａ断面を示す断面斜視図である。
【図８】多分力検出器の組み立て完了状態を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】各方向の分力を検出するためのブリッジ回路を示す図であり、（Ａ）は分力Ｆｘを検出するブリッジ回路を示す回路図、（Ｂ）は分力Ｆｙを検出するブリッジ回路を示す回路図、（Ｃ）は分力Ｆｚを検出するブリッジ回路を示す回路図である。
【図１０】多分力検出器の変形例１を示す平面図である。
【図１１】多分力検出器の変形例２を示す平面図である。
【符号の説明】
１０，９０，１００ 多分力検出器
１２ 荷重印加部
１４〜１７ 第１乃至第４の腕部
１８ 枠部
１８とを有する。
２２〜２５（Ｓｚ１〜Ｓｚ４） Ｚ方向歪ゲージ
２６〜２９ くびれ部
３２〜３５ 凹部
３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂ 鍔部
４４〜４７ 第１乃至第４の梁部
５０〜５３（Ｓｙ１〜Ｓｙ４） Ｙ方向歪ゲージ
５６〜５９（Ｓｘ１〜Ｓｘ４） Ｘ方向歪ゲージ
６０ 起歪体
６６〜６９ 空間
７０〜７２ 第１乃至第３のケーブル挿通孔
８０，８１ ダイヤフラム
１０２〜１０５（Ｍｘ１〜Ｍｘ４），１０８〜１１１（Ｍｙ１〜Ｍｙ４），１１４〜１１７（Ｍｚ１〜Ｍｚ４） 偶力検出歪ゲージ
１２０〜１２３ フィルム
【発明の属する技術分野】
本発明は多分力検出器に係り、特に各分力が干渉しないように検出するよう構成した多分力検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多分力検出器としては、例えば、実開昭５７−９３８３３号公報に開示されたものがある。この公報には、揺動物体が結合されたボルトが挿通される環状の荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する４本の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され各腕部の他端に結合された環状枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する歪ゲージ（検出部材）と、を備えてなる多分力検出器が開示されている。
【０００３】
また、上記多分力検出器においては、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する歪ゲージが４本の腕部に貼着されている。そして、各歪ゲージが各方向毎のブリッジ回路を形成するように接続されており、荷重印加部に印加された荷重によって生じた各方向の歪に応じた出力が得られるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された多分力検出器では、同一平面に配置された４本の腕部に各方向の分力を測定する歪ゲージが貼着されており、例えば、上下方向（Ｚ方向）の分力Ｆｚを測定する歪ゲージと前後方向（Ｙ方向）の分力Ｆｚを測定する歪ゲージとが同一の腕部に貼り付けられている。
【０００５】
そのため、荷重印加部に揺動物体の揺動動作による荷重が印加された場合、各腕部を捩じるような力が働いて各腕部に複数方向の荷重が作用してしまう。従って、従来のものでは、荷重印加部に印加される力の作用方向によって各方向分力に他の方向の分力が干渉してしまった場合、上記腕部に貼着された歪ゲージによって各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを正確に測定することが難しいという問題があった。
【０００６】
また、上記公報には、荷重印加部を支持する腕部に上下方向（Ｚ方向）の分力Ｆｚを測定する歪ゲージを貼着し、荷重印加部の貫通穴に挿通されたボルトの外周に左右方向（Ｘ方向）の分力Ｆｘを測定する歪ゲージと前後方向（Ｙ方向）の分力Ｆｚを測定する歪ゲージを貼着する構成も開示されているが、揺動物体の揺動動作が直接ボルトに作用するため、Ｘ，Ｙ方向以外の力も作用して干渉してしまい、各分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを正確に測定することが難しかった。
【０００７】
さらに、従来の構成のものでは、小型化及び薄型化を図ることが難しく、狭い取付スペースに設置することができない場合があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決した多分力検出器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
【００１０】
上記請求項１記載の発明は、垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され、第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、一方向に延在する第１、第３の腕部を荷重印加部の上部のみに設け、一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を荷重印加部の下部のみに設けたものであり、荷重印加部に揺動動作による荷重が印加された場合でも腕部を捩じるような偶力が作用することを防止して荷重印加部に第１乃至第４の腕部にＺ方向以外の分力が作用しにくい構成にでき、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが干渉しにくくなる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、第１乃至第４の腕部に第３の検出部材を設け、第１の検出部材を枠部のＸ方向の側面に設け、第２の検出部材を前記枠部のＹ方向の側面に設けるものであり、各検出部材を各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定しやすい位置に配置できると共に、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが干渉しにくくなる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、第１、第２、第３の検出部材が歪ゲージであるので、各腕部及び枠部に生じた歪から各分力を測定することが可能になり、各腕部及び枠部の形状によって計測精度を確保することが可能になる。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され、第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを測定する第４、第５、第６の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、第１乃至第４の腕部に第３の検出部材及び第６の検出部材を設け、一方向に延在する第１、第３の腕部を荷重印加部の上部のみに設け、一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を荷重印加部の下部のみに設けたものであり、荷重印加部に揺動動作による荷重が印加された場合でも腕部を捩じるような偶力が作用することを防止して荷重印加部に第１乃至第４の腕部にＺ方向以外の分力が作用しにくい構成にでき、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚが干渉しにくくなる。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、第１乃至第６の検出部材が歪ゲージであり、少なくとも第３の検出部材と第４の検出部材または第３の検出部材と第５の検出部材とを同一のフィルムに形成したものであり、各腕部及び枠部に生じた歪から各分力を測定することが可能になり、各腕部及び枠部の形状によって計測精度を確保することが可能になると共に、複数の歪ゲージを所定の検出位置に正確に貼り付けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明になる多分力検出器の一実施例を示す斜視図である。図２は多分力検出器の平面図である。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、多分力検出器１０は、中心に設けられた円筒状の荷重印加部１２の貫通孔１２ａに挿通された軸（図示せず）が揺動することにより印加された荷重のＸ，Ｙ，Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定するものであり、荷重印加部１２の外周より水平な４方向へ９０度間隔で十字状に延在する第１乃至第４の腕部１４〜１７と、腕部１４〜１７の端部に結合され荷重印加部１２の周囲を囲むように形成された枠部１８とを有する。
【００１７】
第１乃至第４の腕部１４〜１７は、荷重印加部１２に印加された荷重のうちＺ方向（垂直方向）の分力Ｆｚを検出するためのＺ方向感度部である。第１乃至第４の腕部１４〜１７は、Ｚ方向の分力Ｆｚを検出するＺ方向歪ゲージ２２〜２５（Ｓｚ１〜Ｓｚ４）が貼着されている。このＺ方向歪ゲージ２２〜２５は、腕部１４〜１７の表面に生じた機械的な弾性変形による歪に応じて抵抗値が変化する性質を利用して腕部１４〜１７に作用した歪の大きさを検出する。
【００１８】
また、第１乃至第４の腕部１４〜１７の他端は、くびれ部２６〜２９を介して枠部１８の内周面に結合されるように形成されている。このくびれ部２６〜２９は、荷重印加部１２にＸ，Ｙ方向の荷重が印加されたとき、腕部１４〜１７がＸ，Ｙ方向に変位する際の支点になるように形成されている。
【００１９】
第１，第３の腕部１４，１６の上面には、Ｚ方向歪ゲージ２２，２４が貼着されており、第２，第４の腕部１５，１７の下面には、Ｚ方向歪ゲージ２３，２５が貼着されている。
【００２０】
図３は図２中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。図４は図２中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
図３に示されるように、第１，第３の腕部１４，１６は、下面側に凹部３２，３４が設けられているので、一端が荷重印加部１２の上部に結合されるように形成されている。また、図４に示されるように、第２，第４の腕部１５，１７は、上面側に凹部３３，３５が設けられているので、一端が荷重印加部１２の下部に結合されるように形成されている。
【００２１】
従って、荷重印加部１２の外周に対する第１，第３の腕部１４，１６の結合高さ位置と第２，第４の腕部１５，１７の結合高さ位置とが上下方向にずれており、荷重印加部１２に水平方向のＸ軸、Ｙ軸周りの偶力が発生しにくい。よって、多分力検出器１０は、腕部１４〜１７にＸ方向及びＹ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙが干渉しにくい構成になっており、腕部１４〜１７に生じた歪がＺ方向の荷重に応じた大きさで変化する。そのため、腕部１４〜１７に貼着されたＺ方向歪ゲージ２２〜２５によってＺ方向の分力Ｆｚを正確に検出することが可能になる。
【００２２】
さらに、枠体１８は、各角部に突出する鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂと、鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂの間にＸ，Ｙ方向に延在形成された第１乃至第４の梁部４４〜４７とが設けられている。枠体１８は、各角部に突出する鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂがブラケットなどの固定部材（図示せず）に固定される。そのため、荷重印加部１２に荷重が印加されると、荷重印加部１２を支持する腕部１４〜１７、くびれ部２６〜２９を介して腕部１４〜１７を支持する梁部４４〜４７が弾性変形する。
【００２３】
また、枠体１８は、上方からみると正方形であるので、鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂの各側面を固定する際の取付位置を位置合わせるための基準面として用いることが可能である。例えば、印加される荷重の作用方向をＸ方向またはＹ方向に限定して印加する場合にも多分力検出器１０の方向を正確に位置合わせできる。
【００２４】
梁部４４〜４７の中央部は、第１乃至第４の腕部１４〜１７の他端がくびれ部２６〜２９を介して結合される結合部分に位置している。そして、第１，第３の梁部４４，４６には、Ｙ方向の分力Ｆｙを検出するためのＹ方向歪ゲージ５０〜５３（Ｓｙ１〜Ｓｙ４）が貼着されている。また、第２，第４の梁部４５，４７には、Ｘ方向の分力Ｆｘを検出するためのＸ方向歪ゲージ５６〜５９（Ｓｘ１〜Ｓｘ４）が貼着されている。よって、梁部４４，４６はＹ方向感度部として機能し、梁部４５，４７はＸ方向感度部として機能する。
【００２５】
荷重印加部１２にＹ方向の荷重が印加されると、荷重印加部１２がＹ方向に変位してＹ方向の梁部４４，４６を押圧すると共に、直交するＸ方向の腕部１５，１７がくびれ部２７，２９を支点としてＹ方向に揺動する。また、荷重印加部１２にＸ方向の荷重が印加されると、荷重印加部１２がＸ方向に変位してＸ方向の梁部４５，４７を押圧すると共に、直交するＹ方向の腕部１４，１６がくびれ部２６，２８を支点としてＸ方向に揺動する。
【００２６】
Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３及びＸ方向歪ゲージ５６〜５９は、夫々対応する位置に設けられたくびれ部２６〜２９の左右両側に配置されており、くびれ部２６〜２９を介して梁部４４〜４７に伝達されたＹ方向の分力Ｆｙ及びＸ方向の分力Ｆｘによる歪を検出できる位置に設けられている。
【００２７】
このように、Ｚ方向歪ゲージ２２〜２５、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９は、夫々他方向の分力が干渉しない位置に配置されており、各方向の分力を高精度に検出することが可能になる。
【００２８】
図５は多分力検出器１０の起歪体の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は断面Ａ−Ｏ−Ｂの縦断面図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、多分力検出器１０の起歪体６０は、平板上の金属ブロックを切削加工することにより上記荷重印加部１２、腕部１４〜１７、枠部１８、くびれ部２６〜２９、鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂ、梁部４４〜４７が形成される。このように、起歪体６０の構造をＸ，Ｙ，Ｚ方向の各分力が干渉しないように構成すると共に、多分力検出器１０の小型化及び薄型化が促進されている。
【００２９】
また、起歪体６０は、鍔部３８ａ〜４１ａの上面及び鍔部３８ｂ〜４１ｂの下面に円形状凹部の一部を形成する円弧状凹部６２ａ〜６５ａ，６２ｂ〜６５ｂが設けられている。
【００３０】
さらに、起歪体６０は、上方からみると腕部１４〜１７を十字形状に形成するための空間６６〜６９が鍔部３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂとの間に形成される。梁部４４，４５には、空間６７，６８に連通するように起歪体６０を水平方向に貫通する第１乃至第３のケーブル挿通孔７０〜７２が設けられている。
【００３１】
第１のケーブル挿通孔７０は、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９から引き出された各ケーブルが挿通される。第２のケーブル挿通孔７１は、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３から引き出された各ケーブルが挿通される。第３のケーブル挿通孔７２は、Ｚ方向歪ゲージ２２〜２５から引き出された各ケーブルが挿通される。
【００３２】
腕部１４〜１７は、夫々上方からみると同一形状であり、腕部１４の構成について説明する。
【００３３】
図６は腕部１４を拡大して示す平面図である。図７はＡ−Ａ断面を示す断面斜視図である。
図６及び図７に示されるように、腕部１４は、起歪体６０の中央に形成された荷重印加部１２の外周よりＹ方向に延在するように空間６６と６９との間に形成される。従って、腕部１４の輪郭形状は、空間６６，６９を切削加工することにより形成される。
【００３４】
そして、腕部１４は、荷重印加部１２の外周に結合される一端１４ａが幅広形状に形成されており、枠体１８に結合される他端１４ｂが両側から円形に切削されて幅狭形状のくびれ部２６に結合されている。また、腕部１４の一端１４ａの下面側には、凹部３２が設けられている。
【００３５】
そのため、荷重印加部１２にＺ方向の荷重が印加されると、腕部１４は凹部３２を有する一端１４ａ付近が撓んで一端１４ａ付近の表面にＺ方向荷重による歪が生じる。
【００３６】
Ｚ方向歪ゲージ２２は、腕部１４の一端１４ａ近傍に貼着されており、Ｚ方向荷重を検出しやすい位置に設けられている。
【００３７】
また、くびれ部２６を介して腕部１４に結合された枠体１８の梁部４４は、鍔部３８ａ，３８ｂと鍔部３９ａ，３９ｂとの間に形成されており、その背面側の左右両端付近にＹ方向歪ゲージ５１，５２が貼着されている。
【００３８】
荷重印加部１２にＹ方向の荷重が印加されると、腕部１４及びくびれ部２６を介して梁部４４にＹ方向の分力Ｆｙが作用する。そのため、梁部４４は、固定部（図示せず）に固定された鍔部３８ａ，３８ｂ及び鍔部３９ａ，３９ｂ付近を支点としてＹ方向に揺動する。
【００３９】
よって、梁部４４の両端付近に設けられたＹ方向歪ゲージ５１，５２は、鍔部３８ａ，３８ｂ及び鍔部３９ａ，３９ｂ付近におけるＹ方向の歪を検出しすい位置に設けられている。尚、荷重印加部１２にＸ方向の荷重が印加された場合も、Ｙ方向の場合と同様に検出される。
【００４０】
図８は多分力検出器の組み立て完了状態を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は側面図である。
図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、多分力検出器１０は、起歪体６０のケーブル挿通孔７０〜７２に各方向のケーブル７６〜７８が接続されており、各ケーブル７６〜７８はＸ方向歪ゲージ５６〜５９、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３、Ｚ方向歪ゲージ２２〜２５に接続されている。
【００４１】
また、多分力検出器１０は、上下面に形成された円弧状凹部６２ａ〜６５ａ，６２ｂ〜６５ｂに円盤状のダイヤフラム８０，８１が圧入される。このダイヤフラム８０，８１は、腕部１４〜１７に貼着されたＺ方向歪ゲージ２２〜２５を保護するものである。さらに、枠体１８の各側面に形成された梁部４４〜４７の側面は、鍔部３８ａ，３８ｂ及び鍔部３９ａ，３９ｂ間に形成された溝であり、この溝内にはＸ方向歪ゲージ５６〜５９、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３を覆うように樹脂（図示せず）が注入され、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３の耐水性・耐油性が確保される。
【００４２】
ここで、上記のように構成された多分力検出器１０の検出動作について説明する。
図９は各方向の分力を検出するためのブリッジ回路を示す図であり、（Ａ）は分力Ｆｘを検出するブリッジ回路を示す回路図、（Ｂ）は分力Ｆｙを検出するブリッジ回路を示す回路図、（Ｃ）は分力Ｆｚを検出するブリッジ回路を示す回路図である。
【００４３】
図９（Ａ）に示されるように、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９は、ホイストンブリッジ回路８４を構成する。このホイストンブリッジ回路８４では、抵抗値Ｓｘ１〜Ｓｘ４がＳｘ１・Ｓｘ４＝Ｓｘ２・Ｓｘ３のような平衡状態を保つように構成することにより、歪のない状態でＡ点とＢ点とが同電位となり、電流が流れない。
【００４４】
ここで、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９が取り付けられた梁部４５，４７に歪が生じると、例えば、Ｘ方向歪ゲージ５６〜５９のうちＸ方向歪ゲージ５６，５９に圧縮荷重による歪が印加されて抵抗値が増大すると共に、Ｘ方向歪ゲージ５７，５８に引っ張り荷重による歪が印加されて抵抗値が減少する。
【００４５】
その結果、Ｓｘ１・Ｓｘ４＞Ｓｘ２・Ｓｘ３となるため、Ａ点とＢ点との間で電位差が生じる。よって、ホイストンブリッジ回路８４では、この電位差が梁部４５，４７に生じた歪の大きさに比例した値となるので、この電圧値を増幅して抽出することによりＸ方向の分力Ｆｘが検出される。
【００４６】
図９（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、Ｙ方向歪ゲージ５０〜５３により構成されたホイストンブリッジ回路８５及びＺ方向歪ゲージ２２〜２５により構成されたホイストンブリッジ回路８６においても上記Ｘ方向の分力Ｆｘを検出するのと同様にＹ方向の分力Ｆｙ及びＺ方向の分力Ｆｚを検出する。
【００４７】
ここで、変形例について説明する。
図１０は多分力検出器の変形例１を示す平面図である。尚、図１０において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１０に示されるように、変形例１の多分力検出器９０は、枠体１８の輪郭形状が円弧状に形成されており、角部のない形状に構成されている。従って、上記起歪体６０を加工する場合、丸棒材を輪切りにして加工することができ、加工の手間を削減できると共に、起歪体６０の軽量化を図ることが可能になる。
【００４８】
また、多分力検出器９０は、外周に角部が突出しないため、取付スペースが小さくて済み、省スペース化が図れている。そのため、多分力検出器９０を回転部分に内蔵させて各方向の分力を検出することが可能になり、例えば、ロボットの関節部分に設けることも実現できる。
【００４９】
図１１は多分力検出器の変形例２を示す平面図である。尚、図１１において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１１に示されるように、変形例２の多分力検出器１００は、第１乃至第４の腕部１４〜１７にＺ方向歪ゲージ２２〜２５（Ｓｚ１〜Ｓｚ４）が貼着され、第１，第３の梁部４４，４６にＹ方向歪ゲージ５０〜５３（Ｓｙ１〜Ｓｙ４）が貼着され、第２，第４の梁部４５，４７にＸ方向歪ゲージ５６〜５９（Ｓｘ１〜Ｓｘ４）が貼着されている。
【００５０】
さらに、第２，第４の腕部１５，１７の下面には、Ｘ方向の軸回りの偶力（モーメント）Ｍｘを検出する偶力検出歪ゲージ１０２〜１０５（Ｍｘ１〜Ｍｘ４）が貼着されている。また、第１，第３の腕部１４，１６の上面には、Ｙ方向の軸回りの偶力（モーメント）Ｍｙを検出する偶力検出歪ゲージ１０８〜１１１（Ｍｙ１〜Ｍｙ４）が貼着されている。
【００５１】
また、くびれ部２６〜２９の側面には、Ｚ方向の軸回りの偶力（モーメント）Ｍｚを検出する偶力検出歪ゲージ１１４〜１１７（Ｍｚ１〜Ｍｚ４）が貼着されている。尚、くびれ部２６〜２９の側面は、上記実施例のように円弧状ではなく平面形状に加工されている。
【００５２】
各方向の偶力Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚを検出する偶力検出歪ゲージ１０２〜１０５、１０８〜１１１、１１４〜１１７は、前述したホイストンブリッジ回路（図９参照のこと）を構成するように接続されており、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出する方法と同様な方法で検出される。
【００５３】
また、多分力検出器１００においては、各方向の偶力Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚを検出する偶力検出歪ゲージ１０２〜１０５、１０８〜１１１、１１４〜１１７が上記位置に分散配置されているので、各方向の偶力Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚが干渉しないように検出することが可能になる。そのため、多分力検出器１００では、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び偶力Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚを高精度に検出することができる。
【００５４】
また、腕部１４〜１７には、Ｚ方向歪ゲージ２２〜２５と、偶力Ｍｘ，Ｍｙを検出する偶力検出歪ゲージ１０２〜１０５、１０８〜１１１とが取り付けられるため、各歪ゲージのうち同じ腕部に取り付けられる３個の歪ゲージが同一のフィルム１２０〜１２３に形成されている。
【００５５】
すなわち、第１のフィルム１２０には、歪ゲージ２２，１０８，１０９が一体に形成されている。第２のフィルム１２１には、歪ゲージ２３，１０２，１０３が一体に形成されている。第３のフィルム１２２には、歪ゲージ２４，１１０，１１１が一体に形成されている。第４のフィルム１２３には、歪ゲージ２５，１０４，１０５が一体に形成されている。
【００５６】
このように、フィルム１２０〜１２３には、各検出方向に応じた３個の歪ゲージが一体的に形成されているので、各歪ゲージを個別に貼着する方法よりも組み付け作業時の作業効率を高めることができると共に、各歪ゲージの取付精度をより高めることができる。
【００５７】
そのため、腕部１４〜１７のような狭いスペースにも複数の歪ゲージを正確かつ迅速に取り付けることが可能になり、製造コストも安価に抑えることが可能になる。
【００５８】
また、上記変形例２では、腕部１４〜１７に取り付けられる複数の歪ゲージを同一のフィルム１２０〜１２３に一体に形成する場合を一例として挙げたが、これ以外の個所に取り付ける場合にも複数の歪ゲージを一体に形成する方法を用いることができるのは勿論である。
【００５９】
さらに、上記変形例２では、３個の歪ゲージを同一のフィルム１２０〜１２３に一体に形成する場合を一例として挙げたが、これに限らず、２個あるいは４個以上の歪ゲージを同一のフィルムに設けることも可能である。
【００６０】
また、複数の歪ゲージは、同一方向に形成しても良いし、あるいは、異なる方向の歪ゲージを同一のフィルムに設けることも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され、第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、一方向に延在する第１、第３の腕部を荷重印加部の上部のみに設け、一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を荷重印加部の下部のみに設けたため、荷重印加部に揺動動作による荷重が印加された場合でも腕部を捩じるような偶力が作用することを防止して荷重印加部に第１乃至第４の腕部にＺ方向以外の分力が作用しにくい構成にでき、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが干渉しにくくなる。よって、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを高精度に検出することが可能になる。
【００６２】
また、請求項２記載の発明によれば、第１乃至第４の腕部に第３の検出部材を設け、第１の検出部材を枠部のＸ方向の側面に設け、第２の検出部材を前記枠部のＹ方向の側面に設けたため、各検出部材を各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定しやすい位置に配置できると共に、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが干渉しにくくなる。
【００６３】
また、請求項３記載の発明によれば、第１、第２、第３の検出部材が歪ゲージであるため、各腕部及び枠部に生じた歪から各分力を測定することが可能になり、各腕部及び枠部の形状によって計測精度を確保することが可能になる。
【００６４】
また、請求項４記載の発明によれば、垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、一端が荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、荷重印加部を囲むように形成され、第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを測定する第４、第５、第６の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、第１乃至第４の腕部に第３の検出部材及び第６の検出部材を設け、一方向に延在する第１、第３の腕部を荷重印加部の上部のみに設け、一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を荷重印加部の下部のみに設けたため、荷重印加部に揺動動作による荷重が印加された場合でも腕部を捩じるような偶力が作用することを防止して荷重印加部に第１乃至第４の腕部にＺ方向以外の分力が作用しにくい構成にでき、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚが干渉しにくくなる。よって、各方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを高精度に検出することが可能になる。
【００６５】
また、請求項５記載の発明によれば、第１乃至第６の検出部材が歪ゲージであり、少なくとも第３の検出部材と第４の検出部材または第３の検出部材と第５の検出部材とを同一のフィルムに形成したため、各腕部及び枠部に生じた歪から各分力を測定することが可能になり、各腕部及び枠部の形状によって計測精度を確保することが可能になると共に、複数の歪ゲージを所定の検出位置に正確に貼り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる多分力検出器の一実施例を示す斜視図である。
【図２】多分力検出器の平面図である。
【図３】図２中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図４】図２中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図５】多分力検出器１０の起歪体の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は断面Ａ−Ｏ−Ｂの縦断面図である。
【図６】腕部１４を拡大して示す平面図である。
【図７】Ａ−Ａ断面を示す断面斜視図である。
【図８】多分力検出器の組み立て完了状態を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】各方向の分力を検出するためのブリッジ回路を示す図であり、（Ａ）は分力Ｆｘを検出するブリッジ回路を示す回路図、（Ｂ）は分力Ｆｙを検出するブリッジ回路を示す回路図、（Ｃ）は分力Ｆｚを検出するブリッジ回路を示す回路図である。
【図１０】多分力検出器の変形例１を示す平面図である。
【図１１】多分力検出器の変形例２を示す平面図である。
【符号の説明】
１０，９０，１００ 多分力検出器
１２ 荷重印加部
１４〜１７ 第１乃至第４の腕部
１８ 枠部
１８とを有する。
２２〜２５（Ｓｚ１〜Ｓｚ４） Ｚ方向歪ゲージ
２６〜２９ くびれ部
３２〜３５ 凹部
３８ａ〜４１ａ，３８ｂ〜４１ｂ 鍔部
４４〜４７ 第１乃至第４の梁部
５０〜５３（Ｓｙ１〜Ｓｙ４） Ｙ方向歪ゲージ
５６〜５９（Ｓｘ１〜Ｓｘ４） Ｘ方向歪ゲージ
６０ 起歪体
６６〜６９ 空間
７０〜７２ 第１乃至第３のケーブル挿通孔
８０，８１ ダイヤフラム
１０２〜１０５（Ｍｘ１〜Ｍｘ４），１０８〜１１１（Ｍｙ１〜Ｍｙ４），１１４〜１１７（Ｍｚ１〜Ｍｚ４） 偶力検出歪ゲージ
１２０〜１２３ フィルム
Claims (5)
- 垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、
一端が該荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、
前記荷重印加部を囲むように形成され、前記第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、
互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、
を備えてなる多分力検出器において、
一方向に延在する第１、第３の腕部を前記荷重印加部の上部のみに設け、
前記一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を前記荷重印加部の下部のみに設けたことを特徴とする多分力検出器。 - 前記第１乃至第４の腕部に第３の検出部材を設け、前記第１の検出部材を前記枠部のＸ方向の側面に設け、前記第２の検出部材を前記枠部のＹ方向の側面に設けたことを特徴とする請求項１記載の多分力検出器。
- 前記第１、第２、第３の検出部材は、歪ゲージであることを特徴とする請求項２記載の多分力検出器。
- 垂直方向からの荷重が印加される荷重印加部と、
一端が該荷重印加部を支持するように結合され水平な４方向に延在する第１乃至第４の腕部と、
前記荷重印加部を囲むように形成され、前記第１乃至第４の腕部の他端に結合された枠部と、
互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の分力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する第１、第２、第３の検出部材と、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの偶力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを測定する第４、第５、第６の検出部材と、を備えてなる多分力検出器において、
前記第１乃至第４の腕部に第３の検出部材及び第６の検出部材を設け、
一方向に延在する第１、第３の腕部を前記荷重印加部の上部のみに設け、
前記一方向と直交する他方向に延在する第２、第４の腕部を前記荷重印加部の下部のみに設けたことを特徴とする多分力検出器。 - 前記第１乃至第６の検出部材は、歪ゲージであり、少なくとも第３の検出部材と第４の検出部材または第３の検出部材と第５の検出部材とを同一のフィルムに形成したことを特徴とする請求項４記載の多分力検出器。
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