JPH01223321A - ２分力・１モーメント検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はひずみゲージ式荷重変換器の分野に属し、特に
２分力と１モーメントを同時に検出できる検出装置に係
る。

［従来の技術］ ひずみゲージ式荷重変換器は重量や力やトルクをひずみ
ゲージを用いて電気的出力に変換するものであるが、自
動車の衝撃吸収特性の測定やロボットの作動特性の測定
等には方向の異なる力やトルクを同時に測定する変換器
が用いられることが多い。

従来から、２分力と１モーメントを同時に検出する装置
としては第６図（平面図）、第７図（正面図）、及び第
８図（Ｚ−Ｚ矢視断面図）に示される装置が用いられて
いる。

この２分力・ｌモーメント検出装置は、負荷受は部５１
と、該負荷受は部５１の両側をそれぞれ２本づつで支持
する４本の起歪柱５２と、各起歪柱５２の他端を支持す
る座体部５３とを一体で構成し、各起歪柱５２の各側面
にひずみゲージ（図示せず）を接着したものであり、第
７図に示すように、負荷受は部５１に対して２分力Ｆｘ
　、Ｆｚと１モ一メントＭｙが作用した場合に、起歪柱
５２に生じるひずみをひずみゲージにより電気的出力に
変換して検出し、Ｆｘ　、Ｆｚ　、Ｍ３１を測定するこ
とを可能にする。尚、負荷受は部５１には測定対象とな
る可動部に対する連結用部材がネジ孔５１ａを用いて固
定される。

ここに、座体部５３は負荷受は部５１を囲む枠体として
形成されており、装置全体は座体部５３の適当な位置に
孔を穿設しておき、固定基盤にネジ止め固定する等の固
定手段により設置される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このタイプの２分力・ｌモーメント検出装置
においては、座体部５３が起歪柱５２の固定端としての
役割を果たすため、座体部５３が高い剛性を有していな
ければ測定データの直線性や負荷を除去した際の零戻り
特性が悪くなり、精度の良い測定ができなくなる。

この点に関して、前記の従来装置における座体部５３は
枠状に形成されているが剛性が低く、ネジ止め等により
固定基盤に固定しても負荷受は部５１に負荷がかかると
僅かであるが変形し、測定結果について直線性や零戻り
特性の悪化を生じさせる欠点がある。

一方、この影響は、座体部５３である枠体の厚さや幅を
大きく設計したり、全体の固定設置条件を強固にして高
剛性化を図ることにより抑制できるが、そのために装置
が大型化するという問題を生じる。

そこで１本発明は、座体部の剛性を高めることにより起
歪柱の固定端条件をより完全にして、小型で高精度の測
定を可能にする２分力・ｌモーメント検出装置を提供す
ることを目的として創作された。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、負荷受は部と、該負荷受は部の両側をそれぞ
れ２本づつで支持する４本の起歪柱と、各起歪柱の他端
を支持する座体部とを一体で構成し、各起歪柱の側面に
ひずみゲージを接着した２分力・ｌモーメント検出装置
において、座体部をコ字状に形成すると共に、その両側
壁部分の間で負荷受は部を起歪柱により支持したものに
係る。

また、コ字状に形成された座体部の底板部分における各
起歪柱との対向領域に孔を形成することにより、各起歪
柱における前記孔側の側面にひずみゲージを接着するこ
とが容易になる。

［作用コ 本発明の２分力・ｌモーメント検出装置では、座体部を
側壁部分と底板部分とからなるコ字状の一体構造とした
ため、起歪柱の固定端となる側壁部分の剛性が高くなる
。この結果、負荷受は部に負荷がかかった場合における
座体部の変形は極めて少なくなり、起歪柱の固定端条件
が理想化されて、負荷に対応した起歪柱のひずみの直線
性が良好になると共に、負荷が除去されたときの零戻り
特性も優れたものになる。

また、側壁部分が、その厚みや幅が小さくとも十分な剛
性を有すること、また、従来の装置のように座体部を枠
体として負荷受は部を囲む形状にする必要がないことか
ら、装置全体を小型化することができる。

一方、本発明では、座体部をコ字状にしたため、その底
板部分の存在により起歪柱の底板部分側の面にひずみゲ
ージを接着することが困難になるが、底板部分における
各起歪柱との対向置載に形成された孔が底面側からひず
みゲージを接着することを可能にするため、ひずみゲー
ジの位置決めや接着が通常の場合と同様に実施できる。

［実施例］ 以下、第１図から第５図を用いて本発明の詳細な説明す
る。

第１図、第２図、及び第３図はそれぞれ２分力・ｌモー
メント検出装置の平面図、ｘ−Ｘ矢視断面図、及びＹ−
Ｙ矢視断面図であり、１は負荷受は部、２は横断面が方
形の起歪柱、３は座体部（３ａは座体部の側壁部分、３
ｂは座体部の底板部分）であり、これらは一体構造で形
成されている。また、起歪柱２は座体部３の溝において
負荷受は部ｌの両側と座体部３の両側壁部分３ａとをそ
れでれ２木づつ計４本で連結して負荷受は部１を支持し
ているが、各起歪柱２の４側面には剪断力を検出するひ
ずみゲージ４が接着されている。

更に、座体部３の底板部分３ｂにおける各起歪柱２との
対向領域には孔５が形成されている。この孔５は起歪柱
２における座体部３の底板部分３ｂ側の側面にひずみゲ
ージ４を接着する場合に、その側面と底板部分３ｂとの
間隔が狭いと、位置決めや接着作業が困難になるため、
その孔５を通じて座体部３の底面側から接着を行うこと
ができるようにするものである。

この実施例装置は測定対象となる可動部との連結部材（
図示せず）を負荷受は部ｌに形成されているネジ孔６に
より取付け、同可動体から負荷受は部ｌに作用する力と
トルクを検出するものであるが、第２図に示される２軸
方向の力ＦｘとＦｚ、及びトルクＭｙを同時に検出する
ことができる。

即ち、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｍｙを検出するひずみゲージ４はそ
れぞれ計８個で構成され、電気的には第４図に示すよう
なブリッジ回路として組まれ、ひずみ測定器に接続され
て起歪柱２のひずみに対応するブリッジ出力がＦｘ　、
　Ｆｚ　。

Ｍｙに対応するデータとして測定される。尚、ここに、
Ｃ，Ｔはそれぞれ、Ｆｘ　、　Ｆｚ　、　Ｍｙが第２図
に示した矢印の方向に作用している場合にそれでれ圧縮
方向、伸張方向を検出することになるゲージを示してい
る。

本実施例装置と前記の従来技術における装置との精度を
比較するために、それぞれ同一規格のひずみゲージな起
歪柱２，５２に接着し、同一のひずみ測定器を用いて同
等の負荷（Ｆｘ。

Ｆｚ　、　Ｍｙ　）を負荷受は部１．５１にかける非直
線性測定試験を行った。尚、図示されていないが、起歪
柱２，５２の横断面形状は両者とも同一寸法である。

この測定結果は、Ｆｘについては第１表、Ｆｚについて
は第２表、Ｍｙについては第３表に示すようなデータが
得られ、またそれらの定性的傾向は第５図に示すような
関係になった。

即ち１本実施例装置は、何れの種類の負荷に対しても従
来装置よりその非直線性が小さく、また零戻り特性につ
いても優れていることが実証された。

また、本実施例装置の平面形状の最大寸法が従来装置の
％の大きさになり、更に容積の点でも従来装置の約７０
％と小さくなっていることから１本実施例装置は従来装
置に比較して遥かに小型化されている。

尚１図面には表されていないが、応力集中を防止するた
めに、起歪柱２と負荷受は部ｌや座体部３の側壁部分３
ａとの連結部分の隅角等をアール形成することが望まし
く１本実施例装置においてもその手段を適用した。

また１本実施例では２分力・ｌモーメントを検出するの
に剪断ひずみ検出用のひずみゲージを貼着したが、曲げ
ひずみ検出用のひずみゲージや曲げひずみ・剪断ひずみ
検出用のひずみゲージを適用してもかまわない。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されているため、次のような
効果を奏する。

２分力・ｌモーメント検出装置において、座体部をコ字
状に形成し、その側壁部分の間で負荷受は部を起歪柱に
より支持した構造を採用したことにより、座体部を高剛
性化でき、小型でありながら、直線性と零戻り特性に優
れ、高精度の測定が可能になる検出装置を構成すること
ができる。

また、座体部の底板部分に右ける起歪柱との対向領域に
孔を形成したことにより、起歪柱の下面側にひずみゲー
ジを高い位置精度で接着することを容易にし、装置の精
度を更に向上させることを可能にする。

第１表 第２表 第３表

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例装置の平面図、第２図は同断面図（平面
図におけるｘ−Ｘ矢視断面）、第３図は同断面図（平面
図におけるＹ−Ｙ矢視断面）、第４図はゲージブリッジ
の電気回路図、第５図は横軸に負荷を、縦軸に出方（ひ
ずみ）をとり、実施例装置と従来装置の非直線性の定性
的傾向を示したグラフ、第６図は従来装置の平面図、第
７図は同正面図、第８図は同断面図（第６図におけるｚ
−２矢視断面）である。 １・・・負荷受は部　２・・・起歪柱　３・１座体部３
　ａ　−−−側壁部分　３ｂ−軸底板部分第４図 第５図 出力（ｔｏ−’ひずみ） 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）負荷受け部と、該負荷受け部の両側をそれぞれ２
   本づつで支持する４本の起歪柱と、各起歪柱の他端を支
   持する座体部とを一体で構成し、各起歪柱の側面にひず
   みゲージを接着した２分力・１モーメント検出装置にお
   いて、 座体部をコ字状に形成すると共に、その両側壁部分の間
   で負荷受け部を起歪柱により支持したことを特徴とする
   ２分力・１モーメント検出装置。
2. （２）座体部の底板部分における各起歪柱との対向領域
   に孔を形成した請求項（１）の２分力・１モーメント検
   出装置。