JPH05118943A - 荷重検出器 - Google Patents
荷重検出器Info
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- JPH05118943A JPH05118943A JP4082095A JP8209592A JPH05118943A JP H05118943 A JPH05118943 A JP H05118943A JP 4082095 A JP4082095 A JP 4082095A JP 8209592 A JP8209592 A JP 8209592A JP H05118943 A JPH05118943 A JP H05118943A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 検出すべき荷重の各軸成分のゲインを、平行
平板構造の数を増やすことなく揃えることができる荷重
検出器の提供。 【構成】 剛体部１１、１２の一方が固定され、他方に
荷重が作用したとき、平行平板構造１４の切欠き１４ｄ
の存在により、荷重の伝達は一方の薄肉部１４ａを経る
経路によってのみなされ、荷重は薄肉部１４ａに集中す
る。このため、薄肉部１４ａの変形は、切欠き１４ｄが
ない場合に比較して著しく増大し、作用する荷重の各軸
成分のゲインを揃えることができる。
平板構造の数を増やすことなく揃えることができる荷重
検出器の提供。 【構成】 剛体部１１、１２の一方が固定され、他方に
荷重が作用したとき、平行平板構造１４の切欠き１４ｄ
の存在により、荷重の伝達は一方の薄肉部１４ａを経る
経路によってのみなされ、荷重は薄肉部１４ａに集中す
る。このため、薄肉部１４ａの変形は、切欠き１４ｄが
ない場合に比較して著しく増大し、作用する荷重の各軸
成分のゲインを揃えることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、種々の物体に作用する
力又はモーメントを検出する荷重検出器に関する。
力又はモーメントを検出する荷重検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ある物体又はある物体の特定部分に作用
する荷重（力またはモーメント）を検出することは多く
の分野において不可欠のことである。例えば、高機能ロ
ボットにより組立作業や研磨・バリ取り作業を行う場合
には、当該ロボットのハンドに作用する荷重を正確に検
出することが必要であるし、又、航空機、船舶、車両等
のモデル試験を実施する場合にも、それら対象物の各部
にかかる荷重の検出が主要な項目となる。このような荷
重を検出するための優れたセンサとして、複数の平行平
板構造より構成された荷重検出器が、特開昭６１−２７
５６３１号公報、特開昭６３−７５６３３号公報等で提
案されている。以下、このような荷重検出器の概略を図
により説明する。
する荷重（力またはモーメント）を検出することは多く
の分野において不可欠のことである。例えば、高機能ロ
ボットにより組立作業や研磨・バリ取り作業を行う場合
には、当該ロボットのハンドに作用する荷重を正確に検
出することが必要であるし、又、航空機、船舶、車両等
のモデル試験を実施する場合にも、それら対象物の各部
にかかる荷重の検出が主要な項目となる。このような荷
重を検出するための優れたセンサとして、複数の平行平
板構造より構成された荷重検出器が、特開昭６１−２７
５６３１号公報、特開昭６３−７５６３３号公報等で提
案されている。以下、このような荷重検出器の概略を図
により説明する。
【０００３】図１１は上記特開昭６１−２７５６３１号
公報で提案されている荷重検出器の斜視図である。図
で、１は円板状の剛体部、２はリング状の剛体部、３は
これら剛体部１、２間に結合された角柱形状の荷重検出
部である。剛体部１、２および荷重検出部３は１つの剛
体ブロックで構成されている。４、５は荷重検出部３に
段違いに構成された平行平板構造を示す。平行平板構造
４は荷重検出部３の角柱に貫通孔４ｃをあけることによ
り構成される。この貫通孔４ｃの形成により、貫通孔４
ｃの端と角柱の面との間に互いに平行な薄肉部４ａ、４
ｂ、即ち平行平板が形成される。これら薄肉部４ａ、４
ｂ、および貫通孔４ｃで平行平板構造４が構成される。
なお、図示されていないが、薄肉部４ａ、４ｂの表面に
はストレンゲージが貼着されている。平行平板構造４の
下段にも、これと同一構造で、かつ、直交する方向を有
する平行平板構造５が構成されている。
公報で提案されている荷重検出器の斜視図である。図
で、１は円板状の剛体部、２はリング状の剛体部、３は
これら剛体部１、２間に結合された角柱形状の荷重検出
部である。剛体部１、２および荷重検出部３は１つの剛
体ブロックで構成されている。４、５は荷重検出部３に
段違いに構成された平行平板構造を示す。平行平板構造
４は荷重検出部３の角柱に貫通孔４ｃをあけることによ
り構成される。この貫通孔４ｃの形成により、貫通孔４
ｃの端と角柱の面との間に互いに平行な薄肉部４ａ、４
ｂ、即ち平行平板が形成される。これら薄肉部４ａ、４
ｂ、および貫通孔４ｃで平行平板構造４が構成される。
なお、図示されていないが、薄肉部４ａ、４ｂの表面に
はストレンゲージが貼着されている。平行平板構造４の
下段にも、これと同一構造で、かつ、直交する方向を有
する平行平板構造５が構成されている。
【０００４】上記荷重検出器の検出動作を、図１２、１
３、１４を参照しながら説明する。図１２は上記荷重検
出器の平行平板構造４を抜出した斜視図である。又、図
１３は、剛体部１が固定され、剛体部２に図１１に示す
力Ｆx 、Ｆz が作用したときの平行平板構造４の変形を
示す斜視図である。力Ｆx が作用した場合、薄肉部４
ａ、４ｂは図示のように変形し、図で薄肉部４ａの下側
および薄肉部４ｂの上側が伸び、薄肉部４ａの上側およ
び薄肉部４ｂの下側が縮む。したがって、これら伸縮部
分に前記ストレンゲージを貼着しておけば力Ｆx を検出
することができる。力Ｆz が作用した場合には薄肉部４
ａ、４ｂは外側に膨張するように変形して伸縮部分が生
じるので検出可能である。この場合、平行平板構造５も
同様の変形を生じる。なお、力Ｆy は平行平板構造５に
より検出される。
３、１４を参照しながら説明する。図１２は上記荷重検
出器の平行平板構造４を抜出した斜視図である。又、図
１３は、剛体部１が固定され、剛体部２に図１１に示す
力Ｆx 、Ｆz が作用したときの平行平板構造４の変形を
示す斜視図である。力Ｆx が作用した場合、薄肉部４
ａ、４ｂは図示のように変形し、図で薄肉部４ａの下側
および薄肉部４ｂの上側が伸び、薄肉部４ａの上側およ
び薄肉部４ｂの下側が縮む。したがって、これら伸縮部
分に前記ストレンゲージを貼着しておけば力Ｆx を検出
することができる。力Ｆz が作用した場合には薄肉部４
ａ、４ｂは外側に膨張するように変形して伸縮部分が生
じるので検出可能である。この場合、平行平板構造５も
同様の変形を生じる。なお、力Ｆy は平行平板構造５に
より検出される。
【０００５】図１４は剛体部２にモーメントＭx 、
Ｍy 、Ｍz が作用したときの平行平板構造４の変形を示
す斜視図である。モーメントＭx が作用したとき、薄肉
部４ａ、４ｂの各両端の一方は伸び他方は縮む。又、モ
ーメントＭy が作用したとき、薄肉部４ａは伸び薄肉部
４ｂは縮む。さらに、モーメントＭz が作用したとき、
各薄肉部４ａ、４ｂには図示のように捩れ変形が生じ
る。平行平板構造５についても、モーメントＭx 、Ｍy
が入換わるだけで、同様の変形が生じる。ストレンゲー
ジを各薄肉部４ａ、４ｂの適切な個所に貼着しておけ
ば、上記各モーメントを検出することができる。
Ｍy 、Ｍz が作用したときの平行平板構造４の変形を示
す斜視図である。モーメントＭx が作用したとき、薄肉
部４ａ、４ｂの各両端の一方は伸び他方は縮む。又、モ
ーメントＭy が作用したとき、薄肉部４ａは伸び薄肉部
４ｂは縮む。さらに、モーメントＭz が作用したとき、
各薄肉部４ａ、４ｂには図示のように捩れ変形が生じ
る。平行平板構造５についても、モーメントＭx 、Ｍy
が入換わるだけで、同様の変形が生じる。ストレンゲー
ジを各薄肉部４ａ、４ｂの適切な個所に貼着しておけ
ば、上記各モーメントを検出することができる。
【０００６】次に、上記特開昭６３−７５６３３号公報
に記載の荷重検出器の概略を図１５、図１６、図１７お
よび図１８により説明する。図１５は上記荷重検出器の
平面図である。図で、７はＸ軸方向に延びる剛体部、８
はＹ軸方向に延びる剛体部である。９は四角形状の荷重
検出部を示す。剛体部７は荷重検出部９の上面と結合
し、剛体部８は荷重検出部９の下面と結合している。荷
重検出部９には、平行平板構造１２個（１０ａ〜１０
ｍ）が構成されている。各平行平板構造は荷重検出部９
に方形の貫通孔を形成することにより構成され、それぞ
れ図示のように薄肉部を有する。平行平板構造１０ｂ、
１０ｅ、１０ｈ、１０ｋ、の貫通孔はＸ軸方向にあけら
れ、その他の平行平板構造の貫通孔はＸ軸、Ｙ軸に直交
するＺ軸方向（紙面に垂直な方向）にあけられている。
図示されていないが、各薄肉部の表面の所定個所にはス
トレンゲージが貼着されている。
に記載の荷重検出器の概略を図１５、図１６、図１７お
よび図１８により説明する。図１５は上記荷重検出器の
平面図である。図で、７はＸ軸方向に延びる剛体部、８
はＹ軸方向に延びる剛体部である。９は四角形状の荷重
検出部を示す。剛体部７は荷重検出部９の上面と結合
し、剛体部８は荷重検出部９の下面と結合している。荷
重検出部９には、平行平板構造１２個（１０ａ〜１０
ｍ）が構成されている。各平行平板構造は荷重検出部９
に方形の貫通孔を形成することにより構成され、それぞ
れ図示のように薄肉部を有する。平行平板構造１０ｂ、
１０ｅ、１０ｈ、１０ｋ、の貫通孔はＸ軸方向にあけら
れ、その他の平行平板構造の貫通孔はＸ軸、Ｙ軸に直交
するＺ軸方向（紙面に垂直な方向）にあけられている。
図示されていないが、各薄肉部の表面の所定個所にはス
トレンゲージが貼着されている。
【０００７】ここで、例えば、剛体部８が固定された状
態で剛体部７に荷重が作用すると、各平行平板構造１０
ａ〜１０ｍのうち所定の平行平板構造の薄肉部が変形
し、これにより当該荷重が検出される。以下、各荷重に
対し、この荷重の検出に関与する平行平板構造を列記す
る。
態で剛体部７に荷重が作用すると、各平行平板構造１０
ａ〜１０ｍのうち所定の平行平板構造の薄肉部が変形
し、これにより当該荷重が検出される。以下、各荷重に
対し、この荷重の検出に関与する平行平板構造を列記す
る。
【０００８】 力Ｆx ：平行平板構造１０ｃ、１０ｄ、１０ｉ、１０ｊ 力Ｆy ：平行平板構造１０ａ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｍ 力Ｆz ：平行平板構造１０ｂ、１０ｅ、１０ｈ、１０ｋ モーメントＭx ：平行平板構造１０ｂ、１０ｅ、１０
ｈ、１０ｋ モーメントＭy ：平行平板構造１０ｂ、１０ｅ、１０
ｈ、１０ｋ モーメントＭz ：平行平板構造１０ｃ、１０ｄ、１０
ｉ、１０ｊ 図１６は上記特開昭６３−７５６３３号公報に記載され
た他の荷重検出器の平面図である。この荷重検出器が図
１５に示す荷重検出器と異なるのは、荷重検出部がリン
グ状に形成されている点および各平行平板構造の貫通孔
が断面円形である点のみであり、他の構成は同じであ
る。したがって、図１５に示す荷重検出器と対応する部
分には同一符号を付して説明を省略する。この荷重検出
器の検出動作も図１５に示す荷重検出器の検出動作と同
じである。
ｈ、１０ｋ モーメントＭy ：平行平板構造１０ｂ、１０ｅ、１０
ｈ、１０ｋ モーメントＭz ：平行平板構造１０ｃ、１０ｄ、１０
ｉ、１０ｊ 図１６は上記特開昭６３−７５６３３号公報に記載され
た他の荷重検出器の平面図である。この荷重検出器が図
１５に示す荷重検出器と異なるのは、荷重検出部がリン
グ状に形成されている点および各平行平板構造の貫通孔
が断面円形である点のみであり、他の構成は同じであ
る。したがって、図１５に示す荷重検出器と対応する部
分には同一符号を付して説明を省略する。この荷重検出
器の検出動作も図１５に示す荷重検出器の検出動作と同
じである。
【０００９】図１７は上記公報に記載されたさらに他の
荷重検出器の平面図、図１８は図１７に示す荷重検出器
の一部破断斜視図である。この荷重検出器が図１５に示
す荷重検出器と異なるのは、上下の剛体部がリング状に
形成されている点のみであり、他の構成は同じである。
全体を１つの剛体ブロックで構成するため、各図に示す
ようにスリットＳが放電加工により形成される。この荷
重検出器についても、図１６に示す荷重検出器の場合と
同様、図１５に示す荷重検出器と対応する部分に同一符
号を付して説明を省略する。この荷重検出器の検出動作
も図１５に示す荷重検出器の検出動作と同じである。
荷重検出器の平面図、図１８は図１７に示す荷重検出器
の一部破断斜視図である。この荷重検出器が図１５に示
す荷重検出器と異なるのは、上下の剛体部がリング状に
形成されている点のみであり、他の構成は同じである。
全体を１つの剛体ブロックで構成するため、各図に示す
ようにスリットＳが放電加工により形成される。この荷
重検出器についても、図１６に示す荷重検出器の場合と
同様、図１５に示す荷重検出器と対応する部分に同一符
号を付して説明を省略する。この荷重検出器の検出動作
も図１５に示す荷重検出器の検出動作と同じである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の各荷重検出器
は、作用した荷重に対して、その各軸の荷重成分を他軸
の荷重成分との干渉なく検出できる優れた機能を有す
る。しかしながら、図１１に示す荷重検出器は、各軸成
分の荷重に対して薄肉部４ａ、４ｂの変形の大きさが異
なる。例えば、図１３に示すように、薄肉部４ａ、４ｂ
は力Ｆx に対して柔であり大きな変形を生じるが、力Ｆ
z に対しては剛であり微小な変形しか生じない。したが
って、同じ大きさの力又はモーメントであっても、その
作用方向によって、各軸成分毎のストレンゲージによる
出力（ゲイン）が異なることとなる。換言すれば、所定
のゲインを得ることができる荷重成分の大きさ、即ち、
定格荷重の大きさが各軸成分により異なることとなり、
このままでは実際の使用は不可能である。又、このまま
使用しようとする場合には、定格値の小さい方を基準と
して使用することとなるが、この場合には分解能の著し
い低下を避けることはできない。
は、作用した荷重に対して、その各軸の荷重成分を他軸
の荷重成分との干渉なく検出できる優れた機能を有す
る。しかしながら、図１１に示す荷重検出器は、各軸成
分の荷重に対して薄肉部４ａ、４ｂの変形の大きさが異
なる。例えば、図１３に示すように、薄肉部４ａ、４ｂ
は力Ｆx に対して柔であり大きな変形を生じるが、力Ｆ
z に対しては剛であり微小な変形しか生じない。したが
って、同じ大きさの力又はモーメントであっても、その
作用方向によって、各軸成分毎のストレンゲージによる
出力（ゲイン）が異なることとなる。換言すれば、所定
のゲインを得ることができる荷重成分の大きさ、即ち、
定格荷重の大きさが各軸成分により異なることとなり、
このままでは実際の使用は不可能である。又、このまま
使用しようとする場合には、定格値の小さい方を基準と
して使用することとなるが、この場合には分解能の著し
い低下を避けることはできない。
【００１１】このような不都合を除くため、従来、各薄
肉部４ａ、４ｂに貼着する複数のストレンゲージの位置
を適切な位置に選定し、これらストレンゲージでブリッ
ジ回路を構成し、このブリッジ回路の出力に増幅器を接
続し、各軸成分の変形の大小（ゲインの大小）に応じて
当該増幅器の増幅度を調整する手段が採用されていた。
しかし、その調整は面倒であるばかりでなく、高倍率で
増幅することは原信号に含まれるノイズも増幅されるこ
ととなり、検出精度を低下させるという問題があった。
肉部４ａ、４ｂに貼着する複数のストレンゲージの位置
を適切な位置に選定し、これらストレンゲージでブリッ
ジ回路を構成し、このブリッジ回路の出力に増幅器を接
続し、各軸成分の変形の大小（ゲインの大小）に応じて
当該増幅器の増幅度を調整する手段が採用されていた。
しかし、その調整は面倒であるばかりでなく、高倍率で
増幅することは原信号に含まれるノイズも増幅されるこ
ととなり、検出精度を低下させるという問題があった。
【００１２】これに対して、図１５、図１６および図１
７に示す荷重検出器においては、平行平板構造の薄肉部
の変形の大きさは各荷重成分に対して比較的ばらつきが
少なく、この点では上記の荷重検出器の問題点を解消す
ることができる。しかし、これら荷重検出器は貫通孔の
数が多く、かつ、それら貫通孔の軸方向も異なるため加
工に手間を要するばかりでなく、各荷重成分に対して薄
肉部の変形の大きさを揃えるため各薄肉部の肉厚を調整
する必要があり、この点からも加工に要する手間と時間
は著しく増大する。さらに、１つの平行平板構造におけ
る両方の薄肉部表面にストレンゲージを貼着する必要が
あり、人手によるストレンゲージ貼着作業が面倒である
という問題もあった。
７に示す荷重検出器においては、平行平板構造の薄肉部
の変形の大きさは各荷重成分に対して比較的ばらつきが
少なく、この点では上記の荷重検出器の問題点を解消す
ることができる。しかし、これら荷重検出器は貫通孔の
数が多く、かつ、それら貫通孔の軸方向も異なるため加
工に手間を要するばかりでなく、各荷重成分に対して薄
肉部の変形の大きさを揃えるため各薄肉部の肉厚を調整
する必要があり、この点からも加工に要する手間と時間
は著しく増大する。さらに、１つの平行平板構造におけ
る両方の薄肉部表面にストレンゲージを貼着する必要が
あり、人手によるストレンゲージ貼着作業が面倒である
という問題もあった。
【００１３】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、各軸成分に対する薄肉部の変形の大きさ、
ひいてはゲインを揃えることができ、しかも加工および
検出素子固定作業が容易な荷重検出器を提供するにあ
る。
題を解決し、各軸成分に対する薄肉部の変形の大きさ、
ひいてはゲインを揃えることができ、しかも加工および
検出素子固定作業が容易な荷重検出器を提供するにあ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、第１の剛体部と、第２の剛体部と、これ
ら第１の剛体部と第２の剛体部との間に結合された荷重
検出部とを備え、この荷重検出部に平行平板構造より成
る少なくとも１つの荷重検出機構が構成された荷重検出
器において、前記平行平板構造を構成する貫通孔の両側
で、かつ、その貫通孔から所定距離離れた前記荷重検出
部の一方の面を横切って、前記貫通孔の中心軸に平行な
切欠きを設けたことを特徴とする。
め、本発明は、第１の剛体部と、第２の剛体部と、これ
ら第１の剛体部と第２の剛体部との間に結合された荷重
検出部とを備え、この荷重検出部に平行平板構造より成
る少なくとも１つの荷重検出機構が構成された荷重検出
器において、前記平行平板構造を構成する貫通孔の両側
で、かつ、その貫通孔から所定距離離れた前記荷重検出
部の一方の面を横切って、前記貫通孔の中心軸に平行な
切欠きを設けたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】一方の剛体部に荷重が作用すると、この荷重は
他方の剛体部に伝達されるが、この伝達は、平行平板構
造の一方側に切欠きが存在するため、他方側の薄肉部を
通る経路のみにより成される。このため、従来は剛性が
高く変形が微小であった荷重成分に対して当該薄肉部の
変形を著しく大きくすることができ、これにより、各荷
重成分に対してゲインを揃えることができる。
他方の剛体部に伝達されるが、この伝達は、平行平板構
造の一方側に切欠きが存在するため、他方側の薄肉部を
通る経路のみにより成される。このため、従来は剛性が
高く変形が微小であった荷重成分に対して当該薄肉部の
変形を著しく大きくすることができ、これにより、各荷
重成分に対してゲインを揃えることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
する。
【００１７】図１は本発明の実施例に係る荷重検出器の
斜視図である。図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは本実施例の荷重検出
器の座標軸方向を示す。１１は円板形状の剛体部、１２
はリング形状の剛体部であり、剛体部１１は剛体部１２
の中心部分に位置する。１３は剛体部１１と剛体部１２
との間に結合された荷重検出部であり、剛体部１１の両
側にＹ軸方向に沿って設けられる。各荷重検出部１３に
は、それぞれ平行平板構造１４が構成されている。これ
ら平行平板構造１４は、貫通孔１４ｃおよびこの貫通孔
１４ｃにより形成される薄肉部１４ａ、１４ｂで構成さ
れるとともに、２つの切欠き１４ｄを備えている。これ
ら切欠き１４ｄは、薄肉部１４ｂ側の面において、この
面を横切り、かつ、貫通孔１４ｄの両側に当該貫通孔１
４ｄの軸と平行な軸に沿って形成される。各剛体部１
１、１２、荷重検出部１３、その平行平板構造１４は１
つの剛体ブロックから一体成形される。
斜視図である。図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは本実施例の荷重検出
器の座標軸方向を示す。１１は円板形状の剛体部、１２
はリング形状の剛体部であり、剛体部１１は剛体部１２
の中心部分に位置する。１３は剛体部１１と剛体部１２
との間に結合された荷重検出部であり、剛体部１１の両
側にＹ軸方向に沿って設けられる。各荷重検出部１３に
は、それぞれ平行平板構造１４が構成されている。これ
ら平行平板構造１４は、貫通孔１４ｃおよびこの貫通孔
１４ｃにより形成される薄肉部１４ａ、１４ｂで構成さ
れるとともに、２つの切欠き１４ｄを備えている。これ
ら切欠き１４ｄは、薄肉部１４ｂ側の面において、この
面を横切り、かつ、貫通孔１４ｄの両側に当該貫通孔１
４ｄの軸と平行な軸に沿って形成される。各剛体部１
１、１２、荷重検出部１３、その平行平板構造１４は１
つの剛体ブロックから一体成形される。
【００１８】なお、図１において、一方の平行平板構造
１３の各薄肉部、貫通孔および各切欠きの符号は図示が
省略されている。又、薄肉部１４ａの表面（上面）には
ストレンゲージや半導体薄膜等の検出素子が固定される
が、これらの図示も省略されている。
１３の各薄肉部、貫通孔および各切欠きの符号は図示が
省略されている。又、薄肉部１４ａの表面（上面）には
ストレンゲージや半導体薄膜等の検出素子が固定される
が、これらの図示も省略されている。
【００１９】次に、本実施例の動作を、図２、図３およ
び図４を参照して説明する。これら各図は、図１で右側
に示された平行平板構造１３の薄肉部の変形モードの斜
視図である。今、剛体部１１が固定され、剛体部１２に
荷重が作用した場合を想定する。
び図４を参照して説明する。これら各図は、図１で右側
に示された平行平板構造１３の薄肉部の変形モードの斜
視図である。今、剛体部１１が固定され、剛体部１２に
荷重が作用した場合を想定する。
【００２０】図２には、作用する荷重がＸ軸方向の力Ｆ
x である場合の薄肉部１４ａ、１４ｂの変形の態様が示
されている。切欠き１４ｄを有しない従来の平行平板構
造は、力Ｆx に対して高い剛性を示し、薄肉部１４ａ、
１４ｂの変形は微小である。しかし、本実施例では、切
欠き１４ｄにより、剛体部１２から薄肉部１４ｂを経て
剛体部１１への力Ｆx の伝達が阻止され、力Ｆx は全て
薄肉部１４ａを経て剛体部１１へ伝達される。このた
め、力Ｆx は薄肉部１４ａに集中し、薄肉部１４ａの変
形は切欠き１４ｄが存在しない従来の平行平板構造に比
較して著しく大きくなる。図示の場合、矢印で示すよう
に力ＦX が作用した側の薄肉部１４ａが伸び、反対側が
縮む変形となる。勿論、薄肉部１４ａの変形が薄肉部１
４ｂの変形より大きくなる。
x である場合の薄肉部１４ａ、１４ｂの変形の態様が示
されている。切欠き１４ｄを有しない従来の平行平板構
造は、力Ｆx に対して高い剛性を示し、薄肉部１４ａ、
１４ｂの変形は微小である。しかし、本実施例では、切
欠き１４ｄにより、剛体部１２から薄肉部１４ｂを経て
剛体部１１への力Ｆx の伝達が阻止され、力Ｆx は全て
薄肉部１４ａを経て剛体部１１へ伝達される。このた
め、力Ｆx は薄肉部１４ａに集中し、薄肉部１４ａの変
形は切欠き１４ｄが存在しない従来の平行平板構造に比
較して著しく大きくなる。図示の場合、矢印で示すよう
に力ＦX が作用した側の薄肉部１４ａが伸び、反対側が
縮む変形となる。勿論、薄肉部１４ａの変形が薄肉部１
４ｂの変形より大きくなる。
【００２１】なお、図は、理解を容易にするため当該変
形を極端に誇張して描いてある。又、図中の点線は変形
前の平行平板構造の状態を示し、細線は変形の状態をよ
り一層明確に示すため加入されたものである。これらに
ついては、以下の図３、図４についても同じである。
形を極端に誇張して描いてある。又、図中の点線は変形
前の平行平板構造の状態を示し、細線は変形の状態をよ
り一層明確に示すため加入されたものである。これらに
ついては、以下の図３、図４についても同じである。
【００２２】図３には、作用する荷重がＹ軸方向の力Ｆ
y である場合の薄肉部１４ａ、１４ｂの変形の態様が示
されている。この変形においても、切欠き１４ｄがない
場合の変形は微小であるが、切欠き１４ｄが形成された
ことにより、図２に示す場合と同様の理由で著しく大き
な変形を得ることができる。図示の場合には全体が圧縮
され、このとき、薄肉部１４ａ、１４ｂは、その中立軸
が円弧状であるため、外側へ盛り上がる変形を生じる。
特に、薄肉部１４ａの変形が薄肉部１４ｂの変形より大
きい。
y である場合の薄肉部１４ａ、１４ｂの変形の態様が示
されている。この変形においても、切欠き１４ｄがない
場合の変形は微小であるが、切欠き１４ｄが形成された
ことにより、図２に示す場合と同様の理由で著しく大き
な変形を得ることができる。図示の場合には全体が圧縮
され、このとき、薄肉部１４ａ、１４ｂは、その中立軸
が円弧状であるため、外側へ盛り上がる変形を生じる。
特に、薄肉部１４ａの変形が薄肉部１４ｂの変形より大
きい。
【００２３】図４には作用する荷重がＺ軸方向の力Ｆz
である場合の薄肉部１４ａ、１４ｂの変形の態様が示さ
れている。力Ｆz が作用した場合、従来の平行平板構造
においては薄肉部１４ａ、１４ｂは通常の大きなたわみ
変形を示すが、この変形は切欠き１４ｄの形成によりさ
らに大きくなる。この場合も、薄肉部１４ａの変形が薄
肉部１４ｂの変形より大きい。
である場合の薄肉部１４ａ、１４ｂの変形の態様が示さ
れている。力Ｆz が作用した場合、従来の平行平板構造
においては薄肉部１４ａ、１４ｂは通常の大きなたわみ
変形を示すが、この変形は切欠き１４ｄの形成によりさ
らに大きくなる。この場合も、薄肉部１４ａの変形が薄
肉部１４ｂの変形より大きい。
【００２４】以上のとおり、本実施例では、切欠き１４
ｄの形成により、薄肉部１４ａ、１４ｂの変形を大きく
することができる。そして、本実施例の平行平板構造の
変形が従来の平行平板構造における変形と比較して大き
くなる程度を各力Ｆx 、Ｆy 、Ｆz についてみると、力
Ｆx、Ｆy が作用したときの変形の増大は、力Ｆz が作
用したときの変形の増大よりも遙かに大きい。これによ
り、力成分Ｆx 、Ｆy のゲインと力成分Ｆz のゲインと
は大きく接近する。これら各力成分のゲインを揃えるに
は、単に力成分Ｆz のゲインを適切な手段、例えば検出
素子の固定位置の選定により低下させてやればよい。
ｄの形成により、薄肉部１４ａ、１４ｂの変形を大きく
することができる。そして、本実施例の平行平板構造の
変形が従来の平行平板構造における変形と比較して大き
くなる程度を各力Ｆx 、Ｆy 、Ｆz についてみると、力
Ｆx、Ｆy が作用したときの変形の増大は、力Ｆz が作
用したときの変形の増大よりも遙かに大きい。これによ
り、力成分Ｆx 、Ｆy のゲインと力成分Ｆz のゲインと
は大きく接近する。これら各力成分のゲインを揃えるに
は、単に力成分Ｆz のゲインを適切な手段、例えば検出
素子の固定位置の選定により低下させてやればよい。
【００２５】なお、本実施例の荷重検出器では、Ｘ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸まわりのモーメントの検出も成されるが、こ
れらモーメントが作用したときの薄肉部１４ａ、１４ｂ
の変形は、図２、図３、図４に示す変形の合成となり、
それら変形の態様は極めて複雑となるので、図示は省略
する。しかしながら、モーメントが作用したとき、切欠
き１４ｄの形成により薄肉部の変形が大きくなるのは、
上記力が作用した場合と同様である。
Ｙ軸、Ｚ軸まわりのモーメントの検出も成されるが、こ
れらモーメントが作用したときの薄肉部１４ａ、１４ｂ
の変形は、図２、図３、図４に示す変形の合成となり、
それら変形の態様は極めて複雑となるので、図示は省略
する。しかしながら、モーメントが作用したとき、切欠
き１４ｄの形成により薄肉部の変形が大きくなるのは、
上記力が作用した場合と同様である。
【００２６】このように、本実施例では、平行平板構造
に切欠きを形成したので、従来微小であった薄肉部の変
形を著しく大きくすることができ、これにより、貫通孔
を増加させることなく各荷重成分におけるゲインを揃え
ることができる。そして、貫通孔の数が少なくなること
により加工が容易となり、又、検出素子を一方の同一面
に布設するだけでよいので、その布設作業も容易とな
り、半導体薄膜による布設も可能となる。
に切欠きを形成したので、従来微小であった薄肉部の変
形を著しく大きくすることができ、これにより、貫通孔
を増加させることなく各荷重成分におけるゲインを揃え
ることができる。そして、貫通孔の数が少なくなること
により加工が容易となり、又、検出素子を一方の同一面
に布設するだけでよいので、その布設作業も容易とな
り、半導体薄膜による布設も可能となる。
【００２７】図５は本発明の他の実施例に係る荷重検出
器の斜視図である。図で、図１に示す部分と等価な部分
には同一符号が付してある。即ち、１１は内部の剛体
部、１２は外部の剛体部、１３は荷重検出部である。剛
体部１１、１２、および荷重検出部１３はリング形状に
構成され、それぞれ同心円上に配置されている。荷重検
出部１３はＸ軸方向２個所で剛体部１１と、又、Ｙ軸方
向２個所で剛体部１２と結合されている。荷重検出部１
３の各結合部の中間には平行平板構造１４が構成されて
いる。これら各平行平板構造１４は互いに等間隔の位置
にあり、さきの実施例と同じく、それぞれ薄肉部１４
ａ、１４ｂ、貫通孔１４ｃ、および切欠き１４ｄで形成
されている。なお、１２Ｕは平行平板構造１４の貫通孔
１４ｃおよび切欠き１４ｄを加工形成するための切欠溝
である。
器の斜視図である。図で、図１に示す部分と等価な部分
には同一符号が付してある。即ち、１１は内部の剛体
部、１２は外部の剛体部、１３は荷重検出部である。剛
体部１１、１２、および荷重検出部１３はリング形状に
構成され、それぞれ同心円上に配置されている。荷重検
出部１３はＸ軸方向２個所で剛体部１１と、又、Ｙ軸方
向２個所で剛体部１２と結合されている。荷重検出部１
３の各結合部の中間には平行平板構造１４が構成されて
いる。これら各平行平板構造１４は互いに等間隔の位置
にあり、さきの実施例と同じく、それぞれ薄肉部１４
ａ、１４ｂ、貫通孔１４ｃ、および切欠き１４ｄで形成
されている。なお、１２Ｕは平行平板構造１４の貫通孔
１４ｃおよび切欠き１４ｄを加工形成するための切欠溝
である。
【００２８】図６は、図５に示す荷重検出部１３だけを
取出して描いた斜視図であり、図５に示す部分と同一部
分には同一符号が付してある。図６により平行平板構造
１４の各薄肉部１４ａ、１４ｂ、貫通孔１４ｃ、および
切欠き１４ｄの構成が明瞭に示される。
取出して描いた斜視図であり、図５に示す部分と同一部
分には同一符号が付してある。図６により平行平板構造
１４の各薄肉部１４ａ、１４ｂ、貫通孔１４ｃ、および
切欠き１４ｄの構成が明瞭に示される。
【００２９】次に、本実施例の動作を、図７、図８およ
び図９を参照して説明する。これら各図は、図６に示さ
れる平行平板構造１３の各変形モードの斜視図である。
今、剛体部１２が固定され、剛体部１１に荷重が作用し
た場合を想定する。本実施例における変形は、構造がリ
ング形状であるため、図２〜４に示す変形が重なり合う
変形となる。なお、本実施例においても薄肉部１４ａの
変形が薄肉部１４ｂの変形より大きくなるのは明らかで
ある。
び図９を参照して説明する。これら各図は、図６に示さ
れる平行平板構造１３の各変形モードの斜視図である。
今、剛体部１２が固定され、剛体部１１に荷重が作用し
た場合を想定する。本実施例における変形は、構造がリ
ング形状であるため、図２〜４に示す変形が重なり合う
変形となる。なお、本実施例においても薄肉部１４ａの
変形が薄肉部１４ｂの変形より大きくなるのは明らかで
ある。
【００３０】図７には、作用する荷重がＸ軸方向の力Ｆ
x である場合の平行平板構造１３の変形の態様が示され
ている。この平行平板構造１３は、切欠き１４ｄがない
場合には力Ｆx に対して高い剛性を示すが、本実施例で
は、切欠き１４ｄにより剛体部１１から薄肉部１４ｂを
経て剛体部１２への力Ｆx の伝達が阻止され、力Ｆx は
全て薄肉部１４ａを経て剛体部１２へ伝達される。この
ため、力Ｆx は薄肉部１４ａに集中し、さきの実施例の
図２に示す変形と同様に、当該薄肉部１４ａの変形は切
欠き１４ｄが存在しない従来の平行平板構造に比較して
著しく大きくなる。なお、図７では、理解を容易にする
ため当該変形を極端に誇張して描いてあり、又、図中の
点線は変形前の平行平板構造の状態を示す。以下の図
８、図９についても同じである。
x である場合の平行平板構造１３の変形の態様が示され
ている。この平行平板構造１３は、切欠き１４ｄがない
場合には力Ｆx に対して高い剛性を示すが、本実施例で
は、切欠き１４ｄにより剛体部１１から薄肉部１４ｂを
経て剛体部１２への力Ｆx の伝達が阻止され、力Ｆx は
全て薄肉部１４ａを経て剛体部１２へ伝達される。この
ため、力Ｆx は薄肉部１４ａに集中し、さきの実施例の
図２に示す変形と同様に、当該薄肉部１４ａの変形は切
欠き１４ｄが存在しない従来の平行平板構造に比較して
著しく大きくなる。なお、図７では、理解を容易にする
ため当該変形を極端に誇張して描いてあり、又、図中の
点線は変形前の平行平板構造の状態を示す。以下の図
８、図９についても同じである。
【００３１】図８には、作用する荷重がＹ軸方向の力Ｆ
y である場合の平行平板構造１３の変形の態様が示され
ている。この変形においても、切欠き１４ｄがない場合
の変形は微小であるが、切欠き１４ｄが形成されたこと
により、図７に示す場合と同様、著しく大きな変形を得
ることができる。
y である場合の平行平板構造１３の変形の態様が示され
ている。この変形においても、切欠き１４ｄがない場合
の変形は微小であるが、切欠き１４ｄが形成されたこと
により、図７に示す場合と同様、著しく大きな変形を得
ることができる。
【００３２】図９には、作用する荷重がＺ軸方向の力Ｆ
z である場合の平行平板構造１３の変形の態様が示され
ている。力Ｆz が作用した場合、従来の平行平板構造に
おいては薄肉部１４ａ、１４ｂは大きな変形を示すが、
この変形は切欠き１４ｄの形成によりさらに大きくな
る。
z である場合の平行平板構造１３の変形の態様が示され
ている。力Ｆz が作用した場合、従来の平行平板構造に
おいては薄肉部１４ａ、１４ｂは大きな変形を示すが、
この変形は切欠き１４ｄの形成によりさらに大きくな
る。
【００３３】以上のとおり、本実施例でもさきの実施例
と同様、切欠き１４ｄの形成により薄肉部１４ａ、１４
ｂの変形を大きくすることができ、かつ、さきの実施例
と同様の理由および手段で各力成分のゲインを揃えるこ
とができる。
と同様、切欠き１４ｄの形成により薄肉部１４ａ、１４
ｂの変形を大きくすることができ、かつ、さきの実施例
と同様の理由および手段で各力成分のゲインを揃えるこ
とができる。
【００３４】なお、本実施例の荷重検出器でも、Ｘ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸まわりのモーメントを検出することができる
が、これらモーメントが作用したときの薄肉部１４ａ、
１４ｂの変形は、図７、図８、図９に示す変形の合成と
なり、それら変形の態様は極めて複雑となるので、図示
は省略する。しかしながら、切欠き１４ｄの形成により
薄肉部の変形が大きくなるのは、上記力が作用した場合
と同様である。
Ｙ軸、Ｚ軸まわりのモーメントを検出することができる
が、これらモーメントが作用したときの薄肉部１４ａ、
１４ｂの変形は、図７、図８、図９に示す変形の合成と
なり、それら変形の態様は極めて複雑となるので、図示
は省略する。しかしながら、切欠き１４ｄの形成により
薄肉部の変形が大きくなるのは、上記力が作用した場合
と同様である。
【００３５】本実施例の効果も、さきの実施例の効果と
同じであり、さらに、平行平板構造が等間隔で４個所に
構成されているので、安定した荷重検出ができる。
同じであり、さらに、平行平板構造が等間隔で４個所に
構成されているので、安定した荷重検出ができる。
【００３６】図１０は本発明の他の実施例に係る荷重検
出器の斜視図である。この図で、図５に示す部分と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施例に
おいて、荷重検出部１３における図の上面、即ち、平行
平板構造１４の切欠き１４ｄが存在しない方の面（検出
素子が設けられる面）は、剛体部１１および剛体部１２
の上面から所定高さ突出した状態で構成されている。図
では、剛体部１１の上面と荷重検出部１３の上面との高
さの差ｈが示されている。その他の構造は、図５に示す
実施例のものと同じである。
出器の斜視図である。この図で、図５に示す部分と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施例に
おいて、荷重検出部１３における図の上面、即ち、平行
平板構造１４の切欠き１４ｄが存在しない方の面（検出
素子が設けられる面）は、剛体部１１および剛体部１２
の上面から所定高さ突出した状態で構成されている。図
では、剛体部１１の上面と荷重検出部１３の上面との高
さの差ｈが示されている。その他の構造は、図５に示す
実施例のものと同じである。
【００３７】このように、本実施例では、荷重検出部１
３の面が各剛体部１１、１２の面より突出するように構
成したので、図５に示す実施例と同じ効果を奏するとと
もに、平行平板構造１４に検出素子を設ける場合、その
作業を、各剛体部１１、１２による制約を受けることな
く実施することができる。
３の面が各剛体部１１、１２の面より突出するように構
成したので、図５に示す実施例と同じ効果を奏するとと
もに、平行平板構造１４に検出素子を設ける場合、その
作業を、各剛体部１１、１２による制約を受けることな
く実施することができる。
【００３８】なお、図１０に示す実施例のように、荷重
検出部１３を剛体部１１、１２から突出して構成するこ
とは、図１に示す実施例に対しても適用可能であるのは
明らかである。
検出部１３を剛体部１１、１２から突出して構成するこ
とは、図１に示す実施例に対しても適用可能であるのは
明らかである。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、荷重検
出部の平行平板構造に切欠きを形成したので、貫通孔を
増加させることなく各荷重成分におけるゲインを揃える
ことができる。そして、貫通孔の数が少なくなることに
より加工が容易となり、又、検出素子を一方の同一面に
布設するだけでよいので、その布設作業も容易となり、
半導体薄膜による布設も可能となる。
出部の平行平板構造に切欠きを形成したので、貫通孔を
増加させることなく各荷重成分におけるゲインを揃える
ことができる。そして、貫通孔の数が少なくなることに
より加工が容易となり、又、検出素子を一方の同一面に
布設するだけでよいので、その布設作業も容易となり、
半導体薄膜による布設も可能となる。
【図１】本発明の実施例に係る荷重検出器の斜視図であ
る。
る。
【図２】図１に示す平行平板構造の変形を示す斜視図で
ある。
ある。
【図３】図１に示す平行平板構造の変形を示す斜視図で
ある。
ある。
【図４】図１に示す平行平板構造の変形を示す斜視図で
ある。
ある。
【図５】本発明の他の実施例に係る荷重検出器の斜視図
である。
である。
【図６】図５に示す平行平板構造を示す斜視図である。
【図７】図５に示す平行平板構造の変形を示す斜視図で
ある。
ある。
【図８】図５に示す平行平板構造の変形を示す斜視図で
ある。
ある。
【図９】図５に示す平行平板構造の変形を示す斜視図で
ある。
ある。
【図１０】本発明のさらに他の実施例に係る荷重検出器
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１１】従来の荷重検出器の斜視図である。
【図１２】図１１に示す平行平板構造の斜視図である。
【図１３】図１２に示す平行平板構造の変形を示す斜視
図である。
図である。
【図１４】図１２に示す平行平板構造の変形を示す斜視
図である。
図である。
【図１５】従来の荷重検出器の斜視図である。
【図１６】従来の荷重検出器の斜視図である。
【図１７】従来の荷重検出器の斜視図である。
【図１８】図１７に示す荷重検出器の一部破断斜視図で
ある。
ある。
１１ 剛体部 １２ 剛体部 １３ 荷重検出部 １４ 平行平板構造 １４ａ、１４ｂ 薄肉部 １４ｃ 貫通孔 １４ｄ 切欠き
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の剛体部と、第２の剛体部と、これ
ら第１の剛体部と第２の剛体部との間に結合された荷重
検出部とを備え、この荷重検出部に平行平板構造より成
る少なくとも１つの荷重検出機構が構成された荷重検出
器において、前記平行平板構造を構成する貫通孔の両側
で、かつ、その貫通孔から所定距離離れた前記荷重検出
部の一方の面を横切って、前記貫通孔の中心軸に平行な
切欠きを設けたことを特徴とする荷重検出器。 - 【請求項２】 請求項１において、前記荷重検出部にお
ける前記荷重検出機構の検出素子が配置される面は、前
記第１の剛体部および前記第２の剛体部から突出してい
ることを特徴とする荷重検出器。 - 【請求項３】 請求項１において、前記第１の剛体部、
前記第２の剛体部、前記荷重検出部、および平行平板構
造は、１つの剛体ブロックから一体成形されることを特
徴とする荷重検出器。 - 【請求項４】 請求項１において、前記第１の剛体部は
リング形状に構成され、前記第２の剛体部は当該リング
の中心に位置せしめられ、かつ、前記荷重検出部は前記
リングの中心を通る直線に沿って配置されていることを
特徴とする荷重検出器。 - 【請求項５】 請求項１において、前記第１の剛体部、
前記第２の剛体部およびそれら第１の剛体部と第２の剛
体部との間に介在する前記荷重検出部は、いずれも同心
のリング形状に構成され、かつ、前記荷重検出部は前記
第１の剛体部と前記第２の剛体部とに所定角度間隔で交
互に結合されていることを特徴とする荷重検出器。 - 【請求項６】 請求項４において、前記荷重検出機構
は、前記荷重検出部の各結合部間にそれぞれ構成されて
いることを特徴とする荷重検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082095A JPH05118943A (ja) | 1991-09-02 | 1992-04-03 | 荷重検出器 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24645591 | 1991-09-02 | ||
| JP3-246455 | 1991-09-02 | ||
| JP4082095A JPH05118943A (ja) | 1991-09-02 | 1992-04-03 | 荷重検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118943A true JPH05118943A (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=26423116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082095A Pending JPH05118943A (ja) | 1991-09-02 | 1992-04-03 | 荷重検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05118943A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006501471A (ja) * | 2002-09-30 | 2006-01-12 | ザ ゲイツ コーポレイション | シャフトの動的挙動を測定するためのトランスデューサ |
| EP1953514A2 (en) | 2007-01-31 | 2008-08-06 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Shock absorbing force sensor |
| WO2016121129A1 (ja) * | 2015-01-26 | 2016-08-04 | 株式会社ワコーテック | 力覚センサ |
| JP2017032301A (ja) * | 2015-07-29 | 2017-02-09 | 株式会社トライフォース・マネジメント | トルクセンサ |
| JP2017072602A (ja) * | 2016-11-28 | 2017-04-13 | 株式会社ワコーテック | 力覚センサ |
| JP6308605B1 (ja) * | 2017-03-06 | 2018-04-11 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
| JP2018091859A (ja) * | 2018-02-13 | 2018-06-14 | 株式会社ワコーテック | 力覚センサ |
| JP2018146584A (ja) * | 2018-03-05 | 2018-09-20 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
| JP2019023639A (ja) * | 2018-08-22 | 2019-02-14 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
| JP2019109259A (ja) * | 2019-03-18 | 2019-07-04 | 株式会社ワコーテック | 力覚センサ |
| CN110520704A (zh) * | 2018-02-09 | 2019-11-29 | 三角力量管理株式会社 | 力觉传感器 |
| JP2020079806A (ja) * | 2020-02-26 | 2020-05-28 | 株式会社ワコーテック | 力覚センサ |
| JP2021096269A (ja) * | 2020-02-26 | 2021-06-24 | 株式会社ワコーテック | 力覚センサ |
| JP2021107840A (ja) * | 2021-03-26 | 2021-07-29 | 株式会社ワコーテック | 力覚センサ |
-
1992
- 1992-04-03 JP JP4082095A patent/JPH05118943A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| US7637174B2 (en) | 2007-01-31 | 2009-12-29 | Honda Motor Co., Ltd. | Force sensor |
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| US10890496B2 (en) | 2015-01-26 | 2021-01-12 | Wacoh-Tech Inc. | Force sensor |
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