JP4083461B2

JP4083461B2 - 多軸力検出器

Info

Publication number: JP4083461B2
Application number: JP2002125147A
Authority: JP
Inventors: 雄造登坂; 晃夫天野
Original assignee: 株式会社昭和測器
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003315185A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３方向の力と３方向の偶力を同時に測定するための多軸力検出器に関し、特にＸ軸，Ｙ軸周り偶力の内、一方の偶力が他方の偶力に比較して極めて大きい場合に好適に使用できる多軸力検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の多軸力検出器は従来から種々の方式が知られており、例えば特公平６−７６９３３号公報に図３に示すような構成のものが開示されている。この多軸力検出器は枠体１の中央部に荷重受部２を配置し、枠体１とこの荷重受部２の間をＸ軸方向及びＹ軸方向を向く起歪部である計４個の角柱部３により連結している。そして、角柱部３の荷重受部２側には可撓性を有するフレクシャ４が形成され、角柱部３の各面に歪ゲージ５が貼り付けられている。
【０００３】
また、この多軸力検出器はＺ軸の周りに９０゜回転対称の形状で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の力を測定すると共に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの偶力を測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような９０゜回転対称形の多軸力検出器においては、例えばＸ軸周りの偶力がＹ軸周りの偶力に較べて極めて大きい場合には、この大きな偶力によってＹ軸上の起歪部３とこの起歪部３に連接するフレクシャ４に大きな曲げ力が加わり、特にフレクシャ４及びフレクシャ４と起歪部３との連接点は応力が集中して破壊され易く、これらの部分と関連する各部の機械的強度を増強する必要がある。
【０００５】
従って、多軸力検出器をＺ軸の周りに９０゜回転対称な形状とする限り、Ｘ軸上の起歪部３とフレクシャ４も同等の機械的強度を保有した構造とならざるを得ず、装置が大掛かりとなり、或いは相対的に小さな曲げ力が加わるＸ軸上の起歪部の歪ゲージ出力が小さくなって、測定精度が低下するなどの問題が生ずる。
【０００６】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、Ｘ軸、Ｙ軸周りの一方の偶力が他方の偶力と比較して極めて大きい場合に、この大きい偶力に対応する部分の機械的強度を確保し、かつ各分力が精度良く測定可能な多軸力検出器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る多軸力検出器は、枠体の中央部に荷重受部を離隔的に配置し、該荷重受部の中心部で直交するＸ軸、Ｙ軸に沿って前記荷重受部から外側に向けて４個の四角柱から成る起歪部を延伸し、これらの各起歪部の先端をフレクシャを介して前記枠体に連結し、前記起歪部に生ずる歪を検出するための歪ゲージを前記起歪部の各側面に貼付し、前記荷重受部と枠体の間に相対的に加えられる前記Ｘ軸、Ｙ軸及びこれらの軸と直交するＺ軸の各方向分力及びＸ、Ｙ、Ｚ軸各軸周りの偶力を前記歪ゲージの出力に基づいて測定する多軸力検出器において、前記荷重受部はＸ軸、Ｙ軸の交点を中心とし、Ｘ軸方向に短くＹ軸方向に長い楕円形であり、前記枠体はＸ軸方向に短くＹ軸方向に長く、Ｘ軸及びＹ軸に関して対称な形状とし、Ｘ軸、Ｙ軸に平行な同等の大きさの前記分力及び偶力に対し対応する前記歪ゲージの出力が同等となるように、前記起歪部及び前記フレクシャの寸法、形状を調整したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は多軸力検出器の平面図を示しており、金属ブロックを加工して形成されている。ＸＹ平面において、Ｙ軸方向に長くＸ軸方向に短い楕円状の枠体１１の中央部には、枠体１１と離隔的にＹ軸方向を長軸としＸ軸方向を短軸とする楕円状の荷重受部１２が配置されている。荷重受部１２には、Ｘ軸、Ｙ軸と直交し後述するＺ軸方向に作用軸を連結するための剛性の大きい支柱１３が、Ｚ軸方向に突出して一体に形成され、支柱１３には雄ねじ１４が螺刻されている。
【０００９】
荷重受部１２からＸ軸、Ｙ軸に沿って外側方向に、４個の四角柱から成る起歪部１５ｘ、１５ｙが延伸され、これらの起歪部１５ｘ、１５ｙの先端はＴ字状のフレクシャ１６ｘ、１６ｙを介して枠体１１に連結されている。そしてＹ軸方向の荷重受部１２の中心部とフレクシャ１６ｙの中央部Ｃｙ間の距離は、Ｘ軸方向の中心部とフレクシャ１６ｘの中央部Ｃｘ間の距離よりも長く構成されている。
【００１０】
枠体１１の外側には略四角形の基台部１７が形成され枠体１１を補強しており、隅部に４個の孔１８が設けられて取付部とされている。枠体１１には、長溝２０ｘ、２０ｙが基台部１７の辺と平行に枠体１１の厚み方向に貫通して設けられ、長溝２０ｘ、２０ｙの荷重受部側の側面と、相対する空隙２１ｘ、２１ｙの側面によって、Ｔ字状のフレクシャ１６ｘ、１６ｙのＴ字の水平部２２ｘ、２２ｙが、板状に形成され、これらフレクシャ１６ｘ、１６ｙの中央部Ｃｘ、Ｃｙと起歪部１５ｘ、１５ｙの先端が、フレクシャ１６ｘ、１６ｙのＴ字の垂直部２３ｘ、２３ｙを介して連結されている。
【００１１】
フレクシャ１６ｘ、１６ｙは外力の内のＸ軸、Ｙ軸に平行な分力をそれぞれの水平部２２ｘ、２２ｙの撓みによって吸収し、Ｘ軸、Ｙ軸周りの偶力を、それぞれフレクシャ１６ｘ、１６ｙの垂直部２３ｘ、２３ｙの捩りによって吸収することにより、それぞれ起歪部１５ｙ、１５ｘの曲げ力として伝達するように構成されている。また、Ｚ軸に平行な分力、Ｚ軸周りの偶力は、いずれも起歪部１５Ｘ、１５Ｙの曲げ歪として伝達される。そして、各起歪部１５ｘ、１５ｙの４つの側面には、外力によって生ずる曲げ歪を検出するための歪ゲージ２４ｘ、２４ｙが貼付され、それらの出力信号が図示しないリード線によって外部に引き出されている。
【００１２】
図２は斜視図であり、使用時には荷重受部１２には支柱１３を介して、図示しない作用軸が取り付けられ、作用軸は荷重受部１２と一体となり、近似的に剛体に形成され、外力は枠体１１と荷重受部１２に相対的に加えられる。
【００１３】
このように構成した実施の形態では、Ｘ軸方向の力はＹ軸上の起歪部１５ｙの側面の歪ゲージ２４ｙの出力として現れ、Ｙ軸方向の力はＸ軸上の起歪部１５ｘの側面の歪ゲージ２４ｘの出力として現れ、Ｚ軸方向の力はＸ軸、Ｙ軸上の起歪部１５ｘ、１５ｙの上下面の歪ゲージ２４ｘ、２４ｙの出力として現れ、Ｘ軸周りの偶力はＹ軸上の起歪部１５ｙの上下面の歪ゲージ２４ｙの出力として現れ、Ｙ軸周りの偶力はＸ軸上の起歪部１５ｘの上下面の歪ゲージ２４ｘの出力として現れ、Ｚ軸周りの偶力はＸ軸、Ｙ軸上の起歪部１５ｘ、１５ｙの側面の歪ゲージ２４ｘ、２４ｙの出力として現れる。
【００１４】
Ｘ軸、Ｙ軸周りの同等の大きさの偶力に対しては、フレクシャ１６ｘ、１６ｙの中央部Ｃｘ、Ｃｙには、それぞれＹ軸、Ｘ軸上の中央部Ｃｙ、Ｃｘと荷重受部の中心部間の距離に反比例するようにＺ軸方向の力が加わるので、Ｘ軸周りの偶力がＹ軸周りの偶力に比べて極めて大きい場合には、Ｙ軸上の中央部Ｃｙと中心部間の距離を、本実施の形態のように、Ｘ軸上の中央部Ｃｘと中心部間の距離よりも大きくすることによって、Ｙ軸上のフレクシャ１６ｙの中央部に加わる力を相対的に緩和することが可能となり、Ｙ軸上のフレクシャ１６ｙと関連する各部の機械的な耐力を保持することが容易となる。
【００１５】
また、Ｙ軸上の中央部Ｃｙと中心部間の距離を、Ｘ軸上の中央部Ｃｘと中心部間の距離よりも大きくした上で、Ｙ軸上及びＸ軸上の起歪部及びフレクシャの寸法、形状を、各分力のそれぞれに対する歪ゲージ２４ｘ、２４ｙの出力と対比しながら、多軸力検出器の設計の目的に応じて調整することにより、構造上の強度を確保すると共に、必要とする測定精度を得ることが可能である。
【００１６】
調整方法の第１の具体例としてはＸ軸、Ｙ軸に平行な同等の大きさの力に対して、それぞれ対応する歪ゲージ２４ｘ、２４ｙの出力をほぼ同等とするように、Ｘ軸上、Ｙ軸上の起歪部１５ｘ、１５ｙ及びフレクシャ１６ｘ、１６ｙの寸法、形状を調整することであり、調整方法の第２の具体例としてはＸ軸周り、Ｙ軸周りの同等の大きさの偶力に対して、それぞれ対応する歪ゲージ２４ｘ、２４ｙの出力をほぼ同等とするように、Ｘ軸上、Ｙ軸上の起歪部１５ｘ、１５ｙ及びフレクシャ１６ｘ、１６ｙの寸法、形状を調整することである。
【００１７】
なお、本発明の多軸力検出器は６つの力測定が可能であるが、６つ未満の任意の数の測定を行うようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る多軸力検出器は、Ｘ軸周りの偶力がＹ軸周りの偶力に比較して極めて大きな場合に、予めＹ軸方向に大きい形状とすることにより、構成を必要以上に大きくすることなく、機械的強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面図である。
【図２】斜視図である。
【図３】従来例の平面図である。
【符号の説明】
１１枠体
１２荷重受部
１３支柱
１５起歪部
１６フレクシャ
１７基台部
２２水平部
２３垂直部
２４歪ゲージ

Claims

枠体の中央部に荷重受部を離隔的に配置し、該荷重受部の中心部で直交するＸ軸、Ｙ軸に沿って前記荷重受部から外側に向けて４個の四角柱から成る起歪部を延伸し、これらの各起歪部の先端をフレクシャを介して前記枠体に連結し、前記起歪部に生ずる歪を検出するための歪ゲージを前記起歪部の各側面に貼付し、前記荷重受部と枠体の間に相対的に加えられる前記Ｘ軸、Ｙ軸及びこれらの軸と直交するＺ軸の各方向分力及びＸ、Ｙ、Ｚ軸各軸周りの偶力を前記歪ゲージの出力に基づいて測定する多軸力検出器において、前記荷重受部はＸ軸、Ｙ軸の交点を中心とし、Ｘ軸方向に短くＹ軸方向に長い楕円形であり、前記枠体はＸ軸方向に短くＹ軸方向に長く、Ｘ軸及びＹ軸に関して対称な形状とし、Ｘ軸、Ｙ軸に平行な同等の大きさの前記分力及び偶力に対し対応する前記歪ゲージの出力が同等となるように、前記起歪部及び前記フレクシャの寸法、形状を調整したことを特徴とする多軸力検出器。
前記フレクシャはＴ字の水平部と該水平部に直交するＴ字の垂直部とから成り、Ｘ軸、Ｙ軸に直交するＺ軸方向の幅が大きい板状に形成し、前記起歪部の先端は前記垂直部に連結し、前記水平部の両端部は前記枠体に連結したことを特徴とする請求項１に記載の多軸力検出器。
Ｘ軸及びＹ軸上の前記起歪部及び前記フレクシャの寸法、形状を、各軸方向の分力及び各軸周りの偶力のそれぞれに対応する前記歪ゲージの出力と対比して調節したことを特徴とする請求項１又は２に記載の多軸力検出器。