JPH0526743A - 力またはモーメント測定装置用の力伝達部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 横方向に加わった力を補償することができる
力伝達部材を提供すること。 【構成】 力またはモーメント測定装置用の力伝達部材
は、ほとんど圧縮しないエラストマー材のブロック１４
を備えて、前記ブロック内またはエラストマー材に密着
させて設けられている少なくとも１つの力または圧力セ
ンサ３０へ力を伝達できるようにしており、前記ブロッ
ク１４は、軸方向の力測定方向には変形可能であるが、
それにほぼ直交する横断面方向にはほとんど伸展できな
い外装体で密着状に包囲されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、力またはモーメント測
定装置用の伝達部材、その装置及びそれを製造する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】力測定装置には、荷重加入部材またはベ
ース部の許容誤差または温度膨張によって、また荷重の
変動または風スコール等による横方向影響によって力測
定装置が大きく影響されて所望の垂直力方向から外れる
という問題が多くの場合に見られる。

【０００３】例えば図３２は、力測定装置１１０及び対
応の支持体７４によってベース部７２上に支持された貯
蔵所７０を示している。力測定装置１１０は、貯蔵所７
０の横方向フランジ７８を介して荷重を受けている。貯
蔵所７０への充填の度合いに応じて、力測定装置１１０
の面平行を変化させるフランジ７８の屈曲が発生する。
温度膨張によって、力測定装置１１０の中央軸線間の距
離が力加入側と支持側とで大きく異なる。強い横風は貯
蔵所７０を水平軸線回りに傾斜させるため、力測定装置
１１０の面平行に対して通常の変動に加えてさらなる影
響を与える。さらに、垂直軸線回りのねじれも排除が困
難である。従って、力測定装置の測定精度に影響しない
程度の必要な移動自由度を確保してそれの破壊を招かな
いようにしながら、特定の測定を行わなければならな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主要目的は、
上記影響に左右されない力伝達部材を提供することであ
る。さらに、構造が簡単で製造が容易であり、測定精度
が比較的高い力測定装置を提供することである。また、
それを直立位置へ戻すための復帰力を発生させることが
できる一方、部材を追加しないで必要な自由度を確保で
きるようにする必要がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従って、本発明の力伝達
部材は、ほとんど圧縮しないエラストマー材のブロック
を設けて、エラストマー材に密着させて設けられている
少なくとも１つの力または圧力センサ手段へ力を伝達で
きるようにしており、また軸方向の力測定方向には変形
可能であるがそれにほぼ直交する横断面方向にはほとん
ど伸縮できない外装手段でブロックを密着状に包囲して
いる。

【０００６】本発明の別の特徴によれば、力及び／また
はモーメント測定装置は、ほとんど圧縮しないエラスト
マー材のブロックと、軸方向の力測定方向には変形可能
であるがそれにほぼ直交する横断面方向にはほとんど伸
縮できない、ブロックを密着状に包囲している外装手段
と、ブロックの一方の端面と係合する力加入手段と、ブ
ロックの他方の端面と係合する支持手段と、エラストマ
ー材に密着させて配置された少なくとも１つの圧力セン
サ手段とを有している。エラストマー材のための横断面
方向に伸縮しない外装体は、一方では半径方向の伸縮を
防止しており、さもなければヒステリシスが生じて測定
結果が非線形になる。他方では、連結または係合部材に
おける相当に大きい許容誤差を補償できる融通性が与え
られる。実際には、測定結果に悪影響を与えないで回転
及び水平方向に弾性的であって水平軸線回りの傾斜また
は垂直軸線回りのねじれに耐えることができる一方、垂
直方向には強い剛性で作用する測定ゴム／金属部材が提
供されている。

【０００７】エラストマー材を用いた結果、剛性に応じ
た非常に高い固有振動数で大きな振動減衰を得ることが
できる。本発明の力測定装置及び製造方法のさらなる特
徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の説明から明
らかになるであろう。

【０００８】

【実施例】横断面方向に伸縮しないエラストマー材用の
外装体は、図１〜１２に示されているコルセット形か、
または図１３〜２５に示されているように横断面方向に
伸縮しないジャケット形によって達成できる。最初に、
コルセットを用いた実施例について本発明を詳細に説明
する。次にジャケットを用いた実施例について簡単に説
明するが、それらの実施例では、差異があると特記しな
い限り、構造、機能、効果及び製造がコルセットを用い
た実施例と同じである。

【０００９】図１に示されている力測定装置１０は、上
下のプレート１２、１６を有しており、その間には、横
断面が所望形状の、好ましくは円形または矩形のブロッ
ク１４にしたエラストマー材からなる力伝達部材が配置
されている。本発明によれば、この好ましくは円筒形の
ブロック１４の周囲が、横断面方向にほぼ伸縮しない素
材からなるコルセットによって保持されている。本実施
例では、コイルばね１８が全体または部分的に埋め込ま
れて固定的に接着されているため、それがエラストマー
材全体をほぼ包囲している。

【００１０】上プレート１２は、参照番号２０の位置で
貯蔵所、橋または台ばかり等の力加入部材に取り付けら
れ、下プレート１６はベース２４上に載せられて、２２
の位置でそれにねじで留め付けられている。下プレート
１６に中央開口２６が形成されており、その中に圧力セ
ンサ３０が挿入されており、ブロック１４のエラストマ
ー材と直接的に接触している。図１に示されているよう
に、特に好適な実施例では圧力センサ３０の代表例は、
厚膜抵抗器からなるブリッジ回路のような対応の圧力変
換素子を下表面に設けたセラミックポット形センサであ
る（米国特許第４，９８４，４６８号及び米国Ｓ．Ｎ．
０７／６４８，８０４を参照されたい）。センサの内部
もエラストマー材が充填されている。しかし、環状ギャ
ップ及び底部空間を形成できるようにしてピストンを挿
入して、ピストンをエラストマー材で包囲してもよい。
圧力センサ３０の下方では、例えばカバープレート２８
上に電子センサ回路３４（増幅器、コンバータ）を取り
付けることができるが、これは３６で示されているよう
に開口２６の側壁に取り付けてもよく、このセンサ回路
は半径方向通路３２を通るケーブル（図示せず）によっ
て評価または表示装置（図示せず）に接続される。

【００１１】図２は、水平方向の力が加えられた時に圧
力測定装置１０が反応して水平軸線回りに傾斜する様子
をわかりやすく示している。中心軸線のずれ、力加入部
材の許容誤差、または垂直軸線回りのねじれによっても
同様な影響が生じるであろう。コイルばね１８の軸方向
弾性によって、ブロック１４は軸方向に非対称的変形が
可能である一方、ばね１８によってブロック１４の側方
押し曲げが防止される。このように、水平方向の可撓性
や傾斜及びねじれ方向の可撓性を与えながら、垂直方向
には相当な剛性を得ることができる。さらに、ブロック
１４及びコイルばね１８の弾性によって復帰力すなわち
対抗力が加えられて、プレート１２を通常位置へ、すな
わちプレート１６と軸方向に整合してそれと面平行にな
る位置へ移動させようとする。

【００１２】図３は、図１及び２の実施例に変更を加え
た力測定装置４１の実施例を示している。詳しく説明す
ると、変更はコルセットの構造に関するものである。コ
イルばね１８が、互いに小間隔をおいてブロック１４内
に積み重ねて配置された多数の平板リング４６に変更さ
れている。ここで、コルセットの特殊な構造及びそれを
ブロック１４に埋め込むことについてさらに詳細に説明
する。まず、コルセットは、少なくとも大部分がエラス
トマー材内へ固定的接着状態で埋め込まれ、これは好ま
しくは金属製のコルセットをエラストマー材内へ固定的
接着状態に加硫することによって達成され、加硫前に金
属を対応の下塗り剤または他の湿潤手段で被覆すること
によって固定的接着が得られることに注意されたい。こ
のように固定接着することによって、コルセットが力伝
達時に押し曲げられてエラストマー剤から飛び出すこと
がなくなる。従って、一定の永久的横断面を備えたピス
トン／シリンダ構造が得られる。

【００１３】さらに重要な点として、ばねの巻線または
リングに隣接してエラストマー材が充填されているスロ
ットの形状寸法がある。これらのスロットが長くて幅が
狭いほど、力伝達部材の剛性が高くなる。このように、
図１の実施例の剛性及び荷重は、コイルばね１８のワイ
ヤ断面を図３に示されている実施例のコルセットのよう
に矩形の断面に変更することによって増加させることが
できる。製造上の理由から、リング４６の外端部をくし
形支持部内に維持することが必要または有効であり、エ
ラストマー材ブロック１４内へのリングの埋め込みが不
完全になるが、本発明の目的に対しては十分である。

【００１４】図３に示されているように、全ての実施例
には力加入部材、すなわち上プレート１２と力受け取り
部材、すなわち下プレート１６との間の相互移動に対し
て制限手段を設けることができる。図３に示されている
実施例の制限手段は、管形の下側周方向高さ及び側部制
限ストッパ３３を有しており、その上側内向きフランジ
の上端面が同時に垂直方向過大荷重に対するストッパと
して機能する。相手部材として、それと組み合わされる
ように上側高さ及び側部移動ストッパ３５がプレート１
２の下側に取り付けられており、一定の側方遊び（及び
ある程度のねじれ移動）及びプレート１２の上向き移動
に対する一定の遊びが与えられるように相互配置されて
いる。

【００１５】上記実施例に対比して、上プレート１２は
省略できることに注意されたい。この事実は、用途の融
通性を示すものである。ブロック１４の上側には、所望
のユニットまたは装置をブロック１４の上表面を覆うよ
うに設置することができる。好ましくは、このユニット
または装置の下側に対してブロック１４の上表面の加硫
を行う。

【００１６】図４の実施例では、コイルばね１８が同心
的であるが互いにずらした２列のリング４８に変更され
ており、これらのリングはほぼ管形の構造で互いの間隔
が狭くなっているため、図１及び２の実施例と同様に必
要な可撓性が得られる。図４に示されているように、本
発明のコルセットは上及び／または下プレート１２及び
１６に取り付けられている。あるいは、または付け加え
て、ブロック１４は上下プレート１２、１６の接触面に
固定的に接着されており、これは適当な下塗り剤処理後
に加硫を実施することによって達成される。リング４８
の重合配置によって、スロットの長さ、及びそれによっ
て固有剛度が非常に大きくなり、ブロック１４のエラス
トマー材の事実上完全な把持が得られるため、非常に高
い荷重が可能になる。

【００１７】上記実施例では圧力センサとしてセラミッ
クポットセンサが用いられているが、所望の他の圧力セ
ンサを用いて、それに対応した開口２６を形成すること
ができる。コルセットのその他の実施例も実現可能であ
り、例えば金属、ガラス、炭素または合成材からなる非
伸縮性繊維形ウェブでブロック１４を密着状に取り囲む
か、対応の補強を行ったホース形を用いてもよい。特に
強い力に対してはプレート１２及び１６を金属製にする
一方、小さい力の場合にはセラミックまたは他の形状不
変素材製のものを用いることができる。例えば、開口２
６には米国Ｓ．Ｎ．０７／６４８，８０４に記載されて
いる力測定プラグを取り付けることができるが、圧力セ
ンサは、開口２６を閉鎖しているダイアフラムまたは他
の受圧部材の底側に取り付けることもできる。

【００１８】図５〜９は、圧力センサ３０をブロック１
４に埋め込んだ本発明の力測定装置の実施例を示してい
る。すなわち、図５に示されている力測定装置８１で
は、永久的形状のリング部材８２によってカバープレー
ト８３及び圧力センサ３０が支持され、ブロック１４内
に埋め込まれており、この場合もエラストマー材が接触
面に固定接着している。図１の管３２に対応する管８４
が、ブロック１４内に埋め込まれたリング８５によって
支持されて、ブロック１４から突出している。リング８
５は上下リング４６間に配置されているので、ブロック
１４の弾性が維持される。図５の実施例では、上下プレ
ート１２、１６が共に省略されており、この力測定装置
８１は図６に示されているように２つの部材間に所望通
りに設置できることに注意されたい。２つの取り付け部
材は、例えば力測定装置８１の横断面に対応した凹部８
９を設けたプレート８７及び８８である。用途例とし
て、機械の支持部９０をベース部９１上に取り付ける場
合がある。

【００１９】図７の実施例の力測定装置９２は、図５の
実施例に変更を加えたものであって、上及び／または下
端面が例えばそれぞれ金属製の薄板９３及び／または９
４で覆われており、その薄板はブロック１４に固定され
ている。この実施例の変更例が図８に示されており、プ
レート９３及び／または９４がブロック１４内に埋め込
まれている。図９は、図５〜８の実施例のさらなる変更
例であって、リング８５の代わりに金属、セラミックま
たは合成材等の形状不変素材製のプレート９５がブロッ
ク１４内に埋め込まれており、このプレート９５には円
周方向に分散させて開口９６が設けられており、開口に
エラストマー材が充填されているので、プレート９５の
上下のブロック１４のエラストマー材が直接的圧力伝達
状態にある。

【００２０】図１０は、特に衝撃荷重が大きく、プレー
ト１６に対するプレート１２の傾斜が大きい場合に用い
られるさならる変更例である。例えば、図７の力測定装
置９２が用いられ、プレート１２及び１６間に上下の中
間クッション９９が挟み込まれている。エラストマーク
ッション９９の各表面も、プレート１２、１６及び９
３、９４の接触面に固定的に接着している。さらに好ま
しい変更例として、プレート９３、９４を省略して、ク
ッション９９をエラストマーブロック１４と一体化させ
てもよい。これらの実施例では、力測定装置を組み込ん
だゴム／金属部材が得られ、それらの部材によって支持
されている装置に作用する力、モーメント、振動等を測
定しようとする時はいつも、支持部または中間部材とし
て使用できる。

【００２１】図１１に示されているさらなる実施例は、
原理的には上記実施例の特徴を用いている構造のリング
形力測定装置５０を示している。この力測定装置５０で
は、上下のプレート５２及び５６にそれぞれ中央開口６
６、６８が設けられており、これらにヘッド６４付きの
プランジャ６２が挿通されている。この場合、エラスト
マー材製のブロック５４はリング形に形成されており、
外周面及び内周面が、それぞれ外側及び内側コイルばね
５８によって規制されている。下プレート５６には幾つ
かの開口２６が等間隔に設けられており、その中にやは
り圧力センサ３０が挿入されている。不均一な圧力が加
えられた時、それぞれの圧力センサ３０で異なった圧力
が検出され、これらの圧力を組み合わせることによって
合力が決定される（米国Ｓ．Ｎ．０７／６４８，８０４
を参照）。１つの圧力センサ３０だけを用いる場合、好
ましくは圧力センサ３０に近接して設けられた環状溝１
２６内に低粘性または液体伝達媒体を充填することによ
って、均一な圧力分布及び完全な圧力伝達が得られるよ
うにする（米国Ｓ．Ｎ．０７／６４８，２５９を参
照）。この特徴は、力伝達部材の剛性または弾性に影響
を与える。図１２の実施例では、図１１の構造に対して
図９の実施例に従った変更が加えられており、プレート
９７はプレート９５に対応しており、１つまたは幾つか
の円周方向に分散配置された圧力センサ３０が対応の開
口に挿入されており、その他の開口９６にはエラストマ
ー材が充填されている。

【００２２】以上に力測定装置の個々の実施例の変更例
を説明してきたが、様々な用途に合わせてそれぞれの特
徴を他の力測定装置と組み合わせて用いることができ
る。本発明の力測定装置を製造する場合、例えば最初に
プレート１２、１６または５２、５６を準備してから、
圧力センサ３０を開口２６に挿入する。次に、コルセッ
ト、例えば潤滑剤で処理したコイルばね１８をブロック
１４または５４用の型枠に入れて、エラストマー材用の
好ましくは液状の調合混合物を流し込み、射出、圧縮等
の方法で型に充填してから、使用した開始素材に応じて
硬化、結合、加硫等でエラストマー材を固化させる。必
要に応じて、硬化中またはその後でプレート１６または
５６に熱を加えることによって、プレート１６または５
６に対するエラストマー材の加硫を達成または促進す
る。ブロック１４の型成形または流し込みを行う代わり
に、ブロック１４を事前形成ロッドから切削してもよ
い。流し込みまたは事前形成中、泡が発生しないように
注意しなければならない（例えば米国特許第４，７５
４，６５３号を参照）。エラストマー材の硬化後、また
は好ましくは充填後に上プレート１２または５２を所定
位置にセットする。あるいは、エラストマー材の充填前
にプレート１２または５２をセットしておき、充填材に
よって押し出される空気を除去するための開口をプレー
トに設けてもよい。エラストマー材として合成材を使用
する場合、２００に達するショア硬さが得られるよう
に、混合比によってそれの硬さを変化させることができ
る。ここで、本発明のブロック１４すなわち力伝達部材
が所望の状況で使用される、特に測定素子への圧力伝達
に使用される時、最初に述べた影響を排除する必要があ
ることに注意されたい。

【００２３】以上に説明した実施例は主要な性質を示し
ている。本発明の特徴、すなわちコルセットに封入され
たエラストマーブロックを力伝達に使用することは、様
々な力測定装置に利用でき、例えば米国特許第４，６４
４，８０５号、第４，７５４，６５３号、第４，８６
４，８７４号及び第４，８６４，８７４号に詳細に記載
されている。好適なセラミック圧力センサは、ＥＰ０，
３３３，０９１、米国特許第４，９８４，４６８号及び
米国Ｓ．Ｎ．０７／６４８，２５９にさらに詳細に開示
されている。特定の実施例として、台ばかり等の平板形
力測定装置がある（米国特許第４，６４４，８０５号を
参照）。この場合、２つの比較的大きい平行平面板の間
に挟まれたエラストマー層に多数の圧力センサが埋め込
まれており、エラストマー層の外周をコルセットで包囲
して、エラストマー材が押し出されないようにしてい
る。

【００２４】次に、コルセットをジャケットに置き換え
た様々な実施例について説明する。図１３は図１に対応
した力測定装置１１０を示しており、上下のプレート１
２、１６を備え、ブロック１１４にしたエラストマー材
製の力伝達部材がその間に配置されており、ブロック１
１４は外周がジャケット、例えばベローズ１１８で包囲
されており、このジャケットは横断面方向にはほとんど
伸縮しないが、それ以外の全ての方向に弾性を示す素材
製である。図１４は、図１３の実施例にわずかな変更を
加えた力測定装置１１０を示している。すなわち、プレ
ート１２に代えて、狭い環状ギャップ１４８を形成しな
がら内側プレート１４９を包囲しているリング１４２が
用いられている。環状ギャップ１４８にはエラストマー
材が充填されて、接触面に固定的に接着しているため、
プレート１４９をリング１４２に連結している。リング
１４２は下プレート１６に対して静止固定関係にある。
環状ギャップ１４８内のエラストマー材によって内側プ
レート１４９が垂直方向に案内され、偶発的な横力の大
部分を除くことができ、わずかな残留横力は力伝達部
材、すなわちブロック１１４によって補償することがで
きる。

【００２５】図１５は、下プレート１６に対するカバー
プレート１４１の横方向移動が、下プレート１６に固着
されたリング１４３によって制限されるようにした実施
例を示している。リング１４３に中央開口１３７が設け
られており、その中にピストン１３９が大きい遊びを持
たせて挿入されており、そのピストンの下端面はブロッ
ク１１４及びベローズ１１８に結合しており、またピス
トンはカバープレート１４１の底側に形成されている。
図１６は、ベローズ１１８をさらなるエラストマー材１
４４で包囲し、エラストマー材１４４を取り囲むリング
１４５の内側表面にそれを固定的に接着することによっ
て、ベローズ１１８内に封入されているブロック１１４
を外側から弾性支持するようにした変更実施例を示して
いる。上プレート１２（図１３）はカバープレート１４
２に代わっており、その下側にはベローズ１１８の平均
直径位置に対応した円周のピストン１３０が形成されて
いる。ブロック１１４及びピストン１３０の係合端面
は、ブロック１１４のエラストマー材と接触しているプ
レート１２及び１６の他の全ての金属表面と同様に、互
いに固定的に結合している。図１３の実施例の下プレー
ト１６は、図１６の実施例では同様に突出ピストン１４
７を設けた底プレート１４６に代わっており、ピストン
１４７の外径はベローズ１１８の平均直径に一致してい
る。この実施例の利点は、ベローズ１１８が外側から支
持されているため、それに伴って横力が補償されるの
で、大きい力が加えられても伝達することができること
である。

【００２６】図１７、１８及び１９は、図１３〜１６の
実施例に変更を加えた実施例１４０、１５０及び１５３
を示している。変更は、ジャケットの形に関するもので
ある。多数の膨出部分を設けたベローズ１１８の代わり
に、１つの膨出部だけを設けたジャケット１４８（図１
７）または湾曲した特に円形の外形のジャケット１５１
（図１８）が用いられている。図１９のさらなる変更実
施例では、カバープレート１２を省略し、ジャケット１
５４がカバープレート１２の機能（図１６）を再現でき
る形状になっている。上記実施例ではジャケットは両端
部が開放したほぼ円筒形をしているが、図１９の実施例
のジャケット１５４は上端部側が閉鎖している。例えば
丸みを付けた円形のリム１５５を設けた中央凹部１５８
に力加入部材１５６を挿入するようにしてもよい。下縁
部１５７は溶接、接着、ねじ留め等の適当な方法で円周
方向に下プレート１６に取り付けられている。これらの
固定方法は、他の実施例にも同様に用いることができ
る。

【００２７】ここで、ジャケットの特徴及びブロック１
１４へのそれの接続について詳細に説明する。前述した
ように、ベローズ１１８またはジャケット１４８、１５
１、１５４は横断面方向には伸縮しないが、好ましくは
それ以外の全ての方向には弾性を備えているように設計
する必要がある。使用する素材は、金属、非伸縮性繊維
または合成材からなるウェブ、または適当なインサート
によって補強されたホース等である。ブロック１１４の
エラストマー材は、ベローズまたはジャケットの表面に
固定的に接着する必要があり、好ましくはそれに加硫す
るようにする。天然またはシリコーンゴム等のエラスト
マー材は、下プレート１６上に載置してそれに取り付け
た後のベローズまたはジャケットに真空状態か、米国特
許第４，６４４，８０５号に記載されているような泡除
去方法によってほぼ泡のない状態で充填される。その結
果、一定の永久的横断面を備えたピストン／シリンダ構
造が得られる。

【００２８】図２０は、図１１の力測定装置５０に類似
したリング形力測定装置１６０を用いた本発明のさらな
る実施例を示している。エラストマー材のブロック１６
４は、この場合にはリング形に形成されており、その外
周面及び内周面は内側及び外側ジャケットリング１７
７、１７８によって、または図１３、１７または１８に
示されている別のジャケットによって規制されている。
ベローズ１８６を用いている図２１の装置１８５は、図
７の装置に対応している。図２２に示されている本発明
の力測定装置１９０の実施例では、図５及び６と同様に
圧力センサ３０がエラストマー材のブロック１８４に埋
め込まれており、リング８５がエラストマーブロック１
８４の下部分内に配置され、１つのベローズ１９６だけ
がその中に埋め込まれている。

【００２９】図２３〜２５は、本発明のさらなる変更実
施例を示しており、この実施例は小型で、特に平板状の
独立形すなわち自立形の力測定装置に関するものであ
る。図２３は、側方突出リム２０７で溶接、接着、成型
またはリベット留め等の適当な方法で互いに連結された
２つの半割シェル２０２及び２０６の間にエラストマー
材の平板状ブロック２０４を封入した力測定装置２００
を示している。平面図では、ディスクは円形でもよい
が、その他の所望の形状にすることもできる。（このこ
とは、上記の圧力伝達部材の全ての実施例について言え
る。）やはり、圧力センサ３０がブロック２０４に埋め
込まれている。この実施例の利点は、使用が簡単で、製
造が廉価なことである。圧力センサ３０を埋め込んだブ
ロック２０４の周囲に半割シェル２０２、２０６を取り
付け、半割シェルをリム２０７に沿って円周方向に互い
に押し付けて連結する。使用する際は、平板状の装置を
平面支持部の上に載せれば測定の準備ができる。それ
は、質量を測定したいどのような物体の下側にも容易に
セットすることができる。

【００３０】図２４に示されている変更実施例の力測定
装置２１０は、リング形であって、リング形のエラスト
マーブロック２１４が、外側リム２１７及び内側リム２
１９で互いに連結された対応形状の半割シェル２１２、
２１６によって包囲されている。内側リム２１９は中央
開口２１８を残している。この実施例では、幾つかの圧
力センサ３０を円周方向に、好ましくは等間隔に分散し
て配置してもよい。あるいは、液体または低粘性材のリ
ングをブロック２１４内に配置して正確な圧力伝達が得
られるようにする場合、使用する圧力センサ３０を１つ
だけにしてもよい。

【００３１】図２５は、ジャケット２２２によって包囲
されたエラストマー材の帯形またはテープ形ブロック２
２４を用いたテープ形実施例の力測定装置２２０を示し
ている。幾つかの圧力センサ３０を装置に沿って、好ま
しくは互いに等間隔に分散配置してもよい。そのような
テープ形力測定装置２２０は、移動方向に垂直に地中に
設置して、例えば自動車のアクスル荷重を測定できるよ
うにすることができる。適当な弾性及び感度を持たせれ
ば、そのようなテープ状の力測定装置２２０は、それを
降下させた貯蔵所または他の大型容器内でレベルインデ
ィケータとして機能することができる。その他の実施例
のジャケットも実現可能であり、例えば金属、ガラス、
炭素または合成材製でブロック２１４を密着状に包囲す
る非伸縮性繊維のウェブや、適当な補強を施したホース
形のものがある。

【００３２】図２６は、力測定ユニット２５０の実施例
を示しており、本発明の原理を利用して多次元の力測定
をうまく実施する方法を説明している。詳細に説明する
と、例えば二次元測定を行うため、中央に好ましくは四
角錐ピラミッド形の凹部を設けて、２つの向き合った傾
斜表面２５３の各々に例えば図２１または２２に示され
ているような力測定装置２５４を取り付けたベース部２
５２が設けられている。必ずしもそれに限定されないが
好ましくは対称配置された傾斜表面２５３は、互いに対
して所望角度、しかし好ましくは約９０゜をなすように
配置されている。力加入は、力測定装置２５４の上表面
と係合した屋根形表面２５５を設けた力加入部材２５８
を介して実施される。表面２５５は、測定しようとする
力成分の方向ベクトルに直交する方向に延在している。
この実施例では、それらは互いに対して９０゜をなして
いる。力加入部材２５８は、例えば三角プリズム形に形
成されており、上向きになった底表面に凹部２５９が設
けられ、表面２５５に対して４５゜の角度をなすその水
平底部に力加入半球部材２５７が取り付けられる。力の
矢印で示されているように、力加入半球部材２５７に加
えられた力は、２つの力測定装置２５４に分散されるた
め、その量だけでなく、その方向も決定することができ
る。二次元配置によって、ベクトルが力測定装置２５４
の中心軸線２６０を含む平面上を通っている力または力
成分が測定される。２つの力測定装置２５４は対称配置
する必要はない。さらに、四角錐ピラミッド形の凹部２
５９に代えて、三角形横断面にして、３つの力測定装置
２５４を互いに１２０゜ずつ離して配置すれば、三次元
測定に容易に発展させることができることは理解される
であろう。

【００３３】図２７は、三次元力測定ユニットの変更例
を示しており、ベース部２６１の壁に３つの力測定装置
２５４を互いに垂直に取り付けて、互いに垂直であるそ
れらの中心軸線２６０が力加入点２５７で交差するよう
にしており、対応の測定装置２５４の対応のプレート１
２に対応の端面２７１で係合している力加入部材２７０
に任意方向の力が作用する。このようにして、二次元力
測定ユニットに関連して前述した場合と同じ状況が得ら
れる。本発明によれば、例えば図２６の力測定装置で
は、力測定装置２５４の中心長手方向軸線の交点である
点Ｍに作用するモーメントまたはモーメント成分が測定
される。力加入部材２５８を各力測定装置２５４の力加
入側から交点Ｍまで延出した構造またはロッドに代えた
構造にしてもよい。評価装置で適当な計算を行う場合、
力またはモーメント加入点は他の所望位置に設けること
ができる。

【００３４】これに関連して、次に図２８〜３１を参照
しながら、１つまたは２つのアームレバーを用いたモー
メント測定の原理を説明する。図２８に示されている力
測定装置３００は、上記のいずれの実施例のものでもよ
いが、一例として図１の力測定装置とする。非対称的荷
重に無関係に、ブロック１４（図１）の容積重心が存在
しており、この重心３０２は仮想回転支点として作用
し、ほとんど位置が変化しないことが、そのような力測
定装置３００の重要な特徴である。その結果、モーメン
トの腕すなわち離設された力加入点から中心３０２まで
の距離が一定であるから、モーメントを正確に決定する
ことができる。図２９及び３０は、モーメント決定ユニ
ットの主要部をそれぞれ立面図及び平面図で示してい
る。秤の竿のように中心が力測定装置３００上に回動可
能に支持されているバー３０４が、一方側で（図２９の
左側で）少なくとも１つのさらなる力測定装置３００
に、好ましくは時計回り方向に力加入点から等間隔の位
置に互いに離して設けられた２つの力測定装置に当接し
ており、力Ｆがバー３０４の右アーム（図２９）に対し
て力加入点３０６に上から垂直方向に加えられている。
バー３０４は垂直面上で屈曲しているため、力測定装置
３００の中心３０２及び好ましくは力加入点３０６が同
一（水平）面上に設けられている。前述したように、全
ての力測定装置３００の中心３０２は位置が変わらない
ため、モーメントの腕ａ及びｂは一定であるから、中央
の力測定装置３００で力Ｆの量が測定されるのに対し
て、外側の力測定装置３００では力Ｆのために中央の力
測定装置３００の中心３０２回りに作用するモーメント
が正確に測定される。この場合、中央の力測定装置３０
０の中心３０２が、加えられたモーメントに対する仮想
回転支点として機能する。

【００３５】バー３０４の２アーム構造または支持の変
更例として、図２９及び３０の左側の水平方向に互いに
離れた２つの力測定装置３００、特にそれらの中心３０
２を仮想回転支点として利用し、中央の力測定装置が中
心３０２でバー３０４に作用する力を測定するようにす
れば、１アーム構造になる。ａ＝２ｂであると仮定する
と、力２Ｆが測定され、仮想回転点に作用するモーメン
トは２ｂＦすなわちａＦである。ここで、仮想回転支点
として利用されているだけの部材は力測定装置として構
成する必要がない、すなわち圧力センサ３０（図１）は
完全に省略したり、あるいは回路接続しないようにする
ことができることに注意されたい。図３１は、モータ３
０８が両側で力測定装置３００上に支持されており、そ
れらの中心３０２間は一定距離Ｄになっているさらなる
実施例を示している。回転方向がモータの矢印３０３で
示されている反時計回り方向である場合、右側の力測定
装置３００、特にその中心３０２が仮想回転支点として
機能し、左側の力測定装置３００が測定する力にＤを掛
けた値が、モータ３０８のトルクすなわちモーメントで
ある。

【００３６】そのような多次元力測定ユニットまたはモ
ーメント測定ユニットには、図１に示されている力測定
装置１０だけでなく、以上に説明されているいずれの実
施例の力測定装置でも使用できることに注意されたい。
ジャケットの代わりにコルセットを用いた力測定装置、
あるいはその逆のものも使用できることに特に注意され
たい。力の分散が予想される場合、非常に異なった力を
測定する装置２５４または３００は同一にする必要はな
く、測定精度を向上させることができるようにそれぞれ
の力領域に合わせて設計することができる。すなわち、
多次元力測定ユニット２５０の実施例は、本発明による
力測定装置２５４等の優れた利点をはっきり示してい
る。力加入部材２５８のどのような傾斜も、力測定装置
２５４の弾性的な後退によって容易に補償される。ジャ
ケットを用いた力測定装置の製造は、コルセットを用い
たものと同じである。ベローズまたはジャケット１１
８、１６８等は内側を湿潤剤で前処理し、エラストマー
材用の事前調合された、好ましくは液状の混合物を流し
込み、射出、圧縮等の方法で充填してから、使用した開
始素材に応じて硬化、結合、加硫等でエラストマー材を
固化させる。これは、真空を加えるか、遠心分離法によ
って実施できる。図２１及び２２の実施例の場合、ベロ
ーズまたはジャケットを挿入した型によって成形され
る。ブロックは個別に成形する代わりに、事前形成ロッ
ドから切削してもよい。

【００３７】最後に再び図３２を参照すると、本発明に
よる力測定装置を用いることによっていかに優れた利点
が得られるかが以上の説明及び実施例からわかるであろ
う。本発明による力測定装置を用いれば、温度膨張、荷
重による屈曲、風による横力及び／または垂直軸線回り
のねじれ移動の影響を補償することができる。橋、機械
等の高精度の力測定が望まれる他の装置でも同様な支持
体を用いることができる。その場合、プレート１２及び
１６は、ブロック１４の端面が完全に覆われる限り、い
ずれの所望形状にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による力伝達部材を用いた
力測定装置の縦断面図である。

【図２】図１と同様な図であるが、力測定装置に荷重を
加えた状態を示している。

【図３】及び

【図４】第１実施例の変更例の縦断面図である。

【図５】〜

【図１０】圧力センサを埋め込んだ本発明のさらなる実
施例による力測定装置の縦断面図である。

【図１１】及び

【図１２】力伝達部材がリング形構造である本発明のさ
らなる実施例による力測定装置の縦断面図である。

【図１３】〜

【図１６】本発明のさらなる実施例及びその様々な変更
例による力伝達部材を用いた力測定装置の縦断面図であ
る。

【図１７】〜

【図１９】図１６と同様な図であるが、図１６の力伝達
部材を変更した実施例を示している。

【図２０】リング形実施例の縦断面図である。

【図２１】ブロック形実施例の縦断面図である。

【図２２】例えば図２１の力伝達部材を用いた力測定装
置の縦断面図である。

【図２３】〜

【図２５】平板状のほぼ自立形力伝達部材を用いた本発
明の実施例による力測定装置を示している。

【図２６】及び

【図２７】実施例に従った幾つかの力測定装置を有する
多次元力測定ユニットを示している。

【図２８】〜

【図３１】モーメントを決定するため実施例に従った力
測定装置を用いた力測定ユニットを示している。

【図３２】本発明による力測定装置を用いるための装置
の一例の概略図である。

【符号の説明】

１０ 力測定装置 １４ エラストマーブロック １８ コイルばね ３０ 圧力センサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 力及び／またはモーメント測定装置用の
   力伝達部材であって、ほとんど圧縮しないエラストマー
   材製のブロックを備えており、 前記ブロック内またはそのエラストマー材に密着させて
   設けられた少なくとも１つの力または圧力センサへ力を
   伝達できるように、前記ブロックは密着状に包囲され
   て、軸方向の力測定方向には変形可能であるが、それに
   ほぼ直交する横断面方向にはほとんど伸縮しないように
   したことを特徴とする力伝達部材。
2. 【請求項２】 圧力センサがエラストマーのブロック内
   に埋め込まれているかそのエラストマーに密着させて設
   けられおり、圧力センサは好ましくはブロック内に一体
   化されている形状安定性の支持体内に保持され、その支
   持体は、各孔にエラストマー材がほぼ充填されている穿
   孔プレートである力伝達部材を用いたことを特徴とする
   力測定装置。
3. 【請求項３】 前述の力伝達部材を設けた力測定装置
   が、測定すべき力成分の各方向に対してベース部上に支
   持されている一方、各力測定装置の対応の力移入側に
   は、共通の力またはモーメント加入部材によって対応の
   力成分の対応方向の荷重が加えられていることを特徴と
   する多次元力及び／またはモーメント測定ユニット。
4. 【請求項４】 力加入点と回転支点との間に好ましくは
   一定長さの実際または仮想のレバーアームを設けたモー
   メント測定ユニットであって、回転支点として前述の少
   なくとも１つの力伝達部材を、必要に応じて圧力センサ
   を取り外して使用し、少なくとも１つのさらなる力伝達
   部材を用いてレバーアームに作用する力を決定し、力伝
   達部材の中心点が仮想回転支点として機能すると共に、
   力方向にほぼ直交する同一面上に位置し、力加入点もこ
   の平面上に位置するようにしたことを特徴とするモーメ
   ント測定ユニット。
5. 【請求項５】 力測定装置用の力伝達部材を製造する方
   法であって、エラストマー材内で軸方向の力測定方向に
   は変形可能であるがそれにほぼ直交する横断面方向には
   ほとんど伸縮しない外装体を少なくとも部分的に流し込
   み成形し、必要に応じて外装体を型として利用すること
   を特徴とする方法。
6. 【請求項６】 力伝達部材を設けた力測定装置またはユ
   ニットの、自己完備形ユニットとして、または重量を測
   定または監視すべき装置、例えば貯蔵所、バンカー、
   橋、機械等を支持するため、または２つの平行平面板の
   間に挟まれたエラストマー材の中間層内に多数の圧力セ
   ンサを分散配置し、前記層を外装体で包囲した平板形台
   ばかりとしての使用。