JPH0682319A - 荷重検出器 - Google Patents

荷重検出器

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Publication number
JPH0682319A
JPH0682319A JP23181592A JP23181592A JPH0682319A JP H0682319 A JPH0682319 A JP H0682319A JP 23181592 A JP23181592 A JP 23181592A JP 23181592 A JP23181592 A JP 23181592A JP H0682319 A JPH0682319 A JP H0682319A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin portion
load detector
thin
hole
strain
Prior art date
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Pending
Application number
JP23181592A
Other languages
English (en)
Inventor
Takaki Kusaki
貴己 草木
Ryuji Takada
龍二 高田
Kojiro Ogata
浩二郎 緒方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP23181592A priority Critical patent/JPH0682319A/ja
Publication of JPH0682319A publication Critical patent/JPH0682319A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 確実に高感度の荷重検出を行うことができる
荷重検出器の提供。 【構成】 1つの方形の剛体ブロックに貫通孔3を形成
することにより、剛体部1、2および薄肉部3f1 、3
2 より成る平行平板構造が構成される。貫通孔3の両
端形状により、各薄肉部3f1 、3f2 は断面中心が曲
がり梁形状とされている。このような平行平板構造にお
いて、荷重を検出するひずみゲージは、薄肉部の中心線
1 から曲がり梁形状の曲率半径の0.65倍乃至0.
80倍ずれた距離Lの位置に設けられる。これにより、
確実に最大感度の検出を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、種々の物体に加わる荷
重(力、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】荷重検出器には多くの種類があるが、他
軸に作用する荷重の干渉を大幅に抑制し得る点で例え
ば、特願昭62−187808号あるいは特願昭62−
188867号で提案されている平行平板構造のものが
優れている。このような平行平板構造の荷重検出器を図
により説明する。
【0003】図11および図12は従来の平行平板構造
を用いた荷重検出器の斜視図である。図で、X、Y、Z
は座標軸を示す。1は可動側の剛体部、2は固定側の剛
体部、3は貫通孔、3f1 、3f2 は薄肉部である。こ
のような荷重検出器は、1つの方形の剛体ブロックに対
してY軸方向の貫通孔を形成することにより構成され
る。
【0004】図11は剛体部1にZ軸方向の力FZ が作
用したときの薄肉部3f1 、3fの変形を示す図で、
この場合、各薄肉部3f、3f2 は圧縮されて外側
に変形している。又、図12は剛体部1にY軸まわりの
モーメントMY が作用したときの薄肉部3f1 、3f2
の変形を示す図で、この場合、薄肉部3f1 は引っ張ら
れ、薄肉部3f2 は圧縮された状態で変形を生じる。
【0005】これらの変形は、各薄肉部3f1 、3f2
の端部に集中する特性を有する。この変形が集中する部
分が図11および図12ではハッチング部分Pで示され
ている。このような部分Pにひずみゲージや半導体ゲー
ジ等の検出素子を設けることにより、力FZ やモーメン
トMY 等の荷重を高感度で検出することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記平行平
板構造を用いた荷重検出器において、各薄肉部3f1
3f2 の端部に検出素子を設けても、所期の検出感度を
得ることができない場合が極めて多く、さらに高い感度
が必要な場合には荷重検出器の剛性を低くするという好
ましくない手段を採用していた。
【0007】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、確実に高感度の検出を行うことができる荷
重検出器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者等は、所期の検出
感度が得られない原因を、実験を行って種々追求した結
果、上記構成の平行平板構造に荷重が作用した場合、薄
肉部の中心線から所定距離離れた位置に最大ひずみが発
生することを見出した。したがって、当該位置に検出素
子を設ければ上記の目的を達成することができる。即
ち、本発明は、方形の剛体ブロックに少なくとも1つの
貫通孔を所定方向に形成することにより、当該貫通孔の
両側の剛体部とこれら剛体部間を連結する薄肉部を構成
し、かつ、当該薄肉部の前記貫通孔の面に沿う断面中心
が曲がり梁形状とされている平行平板構造より成る荷重
検出器において、前記薄肉部の端部表面で、かつ、前記
薄肉部上の前記貫通孔方向の中心線から前記曲がり梁形
状の曲率半径の0.65倍乃至0.80倍ずれた位置に
前記薄肉部のひずみを検出する検出素子を設けたことを
特徴とする。
【0009】
【作用】薄肉部に圧縮又は引っ張りを生じさせる荷重が
作用したとき、薄肉部の表面上の貫通孔方向中心線上で
は変形は最大とならず、最大変形は、当該中心線の両側
の所定位置に生じる。この位置は、薄肉部の断面中心の
曲がり梁形状の曲率半径がRであるとき、0.65R〜
0.80Rであることが判明した。したがって、当該位
置に検出素子を設けることにより、確実に高感度の検出
を行うことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
【0011】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、図11に示す部分と同一又は等価
な部分には同一符号を付して説明を省略する。S1 は薄
肉部3f1 の表面に貼着されたひずみゲージ、Sd は適
宜の位置に貼着されたダミー用のひずみゲージである。
なお、薄肉部3f2 の表面の上記ひずみゲージS1 と対
向する位置にひずみゲージS2 が貼着され、又、適宜の
位置にひずみゲージSd と同様のダミー用ひずみゲージ
d が貼着されているが図には現れない。
【0012】A1 は貫通孔3の方向(Z軸方向)に沿う
薄肉部3f1 の表面上の中心線を示す。本実施例におけ
るひずみゲージS1 は前記中心線A1 から距離Lだけ離
れた位置に設置される。これにより、後述するように、
高感度の検出が可能となる。図示されていないひずみゲ
ージS2 も同様の位置関係で薄肉部3f2 に設置されて
いる。
【0013】図2は図1に示す各ひずみゲージを用いた
検出回路の回路図である。図で、Eは直流電源、S1
2 、Sd は図1に示すものと同じひずみゲージであ
る。図示のように、各ひずみゲージでホイートストンブ
リッジを構成することにより、作用した荷重に応じた電
圧Vout を得ることができる。
【0014】ここで、図1に示すように、ひずみゲージ
1 、S2 を中心線A1 から距離Lだけずらして設置す
る理由を図3により説明する。図3は薄肉部の各位置に
現れるひずみの大きさを示す特性図である。図3の下側
には薄肉部3f1 が、上側には、当該薄肉部3f1 に対
応する位置のひずみの大きさが示されている。図で、図
1に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。一
点鎖線で示す線A0 は薄肉部3f1 の断面(貫通孔3の
面に沿う断面)の中心線である。この中心線A0 は、薄
肉部3f1 の表面が平面、貫通孔3の上部が円弧状であ
るので、曲がり梁形状となっている。Rは中心線A0
曲率半径を示す。破線は、薄肉部3f1が圧縮変形した
ときの変形形状を示す線である。
【0015】一方、上側に描かれている曲線はひずみ特
性曲線であり、横軸には下側に描かれた薄肉部に対応し
た位置がとってあり、縦軸にはひずみの大きさがとって
あり、この縦軸は薄肉部の中心Oと一致した位置とされ
ている。εmax はひずみの最大値、Pa 、Pb は最大値
が発生する薄肉部表面の位置を示す。
【0016】今、平行平板構造に荷重が作用して圧縮が
生じると、薄肉部3f1 (3f2 )は断面中心線A0
曲がり梁形状であるため曲がり梁の圧縮となる。そのた
め、薄肉部3f1 の変形は、断面中心がその曲率が大き
くなる方向へ曲がる変形となる。その結果、薄肉部3f
1 の最も肉厚の薄い部分(中心部分)は図3の破線に示
すように、外側へせり出し、この部分のひずみは小さく
なる。即ち、薄肉部全体は単純な圧縮となっているが、
曲がり梁の効果により薄肉部の肉厚の最も薄い部分は外
側にせり出すため表面に伸びが生じて、その分だけ縮み
が小さくなり、したがって、ひずみも小さくなるのであ
る。そして、縮みが最大となるのは、図3の特性曲線に
示すように薄肉部の肉厚の最も薄い点から両側に距離L
だけ離れた位置Pa 、Pb となる。引っ張り変形の場合
は上記と逆に、薄肉部の肉厚の最も薄い部分は貫通孔3
の内方にへこむ変形となり、同様の理由で伸びが最大と
なるのは圧縮のときと同じく位置Pa 、Pb となる。
【0017】以上のことから、上記位置Pa 、Pb に検
出素子を設置すれば、平行平板構造に圧縮(伸び)変形
を生じさせる荷重成分を高感度で検出できることとな
る。上記の位置Pa 、Pb は、薄肉部3f1 、3f2
断面中心線A0 の形状に関係し、実験により、断面中心
線A0 の曲率半径Rに対して、0.65R〜0.80R
であることが判明した。
【0018】このように、本実施例では、薄肉部の表面
において、その中心線A1 から距離L(L=0.65R
〜0.80R)だけ離れた位置に検出素子を設置するよ
うにしたので、確実に最大感度の検出を行うことができ
る。
【0019】図4および図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5は図4を矢印Vの方
向からみた図である。各図で、図1に示す部分と同一又
は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。各
図から明らかなように、本実施例の平行平板構造は、図
1に示す平行平板構造を2つ、互いの貫通孔3の方向が
直交するように積み重ねて合体した構成となっている。
【0020】10、20、30は各貫通孔3の両側の剛
体部を示し、図1に示す剛体部1、2に相当する部分で
ある。アルファベットSおよびそれに付された添字で表
される符号は、各薄肉部3f1 、3f2 に設けられたひ
ずみゲージであり、各ひずみゲージはそれぞれ特定の荷
重を検出するために使用される。当該特定の荷重は上記
添字により表され、「f」は力、「m」はモーメント、
「x」はX軸、「y」はY軸、「z」はZ軸を意味す
る。例えば、Smx14はX軸まわりのモーメントを検出す
るために用いられるひずみゲージである。各ひずみゲー
ジは図示のように薄肉部3f1 、3f2 の端部におい
て、その中心線から上記の距離Lだけ離れて設置されて
いる。これにより、本実施例もさきの実施例と同じく、
確実に最大感度の検出を行うことができる。なお、各図
におけるひずみゲージSfz11、Sfz12、Sfz15、Sfz16
はダミーゲージである。
【0021】図6はX軸まわりのモーメントMX を検出
するホイートストンブリッジの回路図であり、ひずみゲ
ージSmx11、Smx12、Smx13、Smx14で構成され、電源
Eの電圧を印加することによりモーメントMX に応じた
電圧Vmxが出力される。又、図7はY軸まわりのモーメ
ントMY を検出するホイートストンブリッジの回路図で
あり、ひずみゲージSmy11、Smy12、Smy13、Smy14
構成され、電源Eの電圧を印加することによりモーメン
トMY に応じた電圧Vmyが出力される。さらに、図8は
Z軸方向の力FZ を検出するホイートストンブリッジの
回路図であり、ひずみゲージSfz11〜Sfz18で構成さ
れ、電源Eの電圧を印加することにより力FZ に応じた
電圧Vfzが出力される。
【0022】図9および図10はそれぞれ本発明のさら
に他の実施例に係る荷重検出器の斜視図である。各図
で、図1に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号
を付して説明を省略する。各図に示す実施例では、平行
平板構造の貫通孔3の形状が図1に示す貫通孔3の形状
と異なる(図10では多角形)が、それぞれの薄肉部3
1 、3f2 の断面中心線A01、A02は曲がり梁形状と
なるので、ひずみの最大値が現れる位置はさきの各実施
例における位置と同じであり、当該位置に検出素子を設
置すれば確実に最大感度の検出を行うことができる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、薄肉部
の断面中心が曲がり梁形状とされている平行平板構造の
荷重検出器において、薄肉部の端部表面の中心線から曲
がり梁形状の曲率半径の0.65倍乃至0.80倍ずれ
た位置に、薄肉部のひずみを検出する検出素子を設けた
ので、確実に最大感度の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る荷重検出器の斜視図であ
る。
【図2】図1に示す荷重検出器の検出回路図である。
【図3】図1に示す薄肉部のひずみの特性を説明する説
明図である。
【図4】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5】図4に示す荷重検出器を矢印V方向からみた斜
視図である。
【図6】図4に示す荷重検出器の検出回路図である。
【図7】図4に示す荷重検出器の検出回路図である。
【図8】図4に示す荷重検出器の検出回路図である。
【図9】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。
【図10】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11】従来の荷重検出器の斜視図である。
【図12】従来の荷重検出器の斜視図である。
【符号の説明】
1、2 剛体部 3 貫通孔 3f1 、3f2 薄肉部 S1 、Sd ひずみゲージ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 方形の剛体ブロックに少なくとも1つの
    貫通孔を所定方向に形成することにより、当該貫通孔の
    両側の剛体部とこれら剛体部間を連結する薄肉部を構成
    し、かつ、当該薄肉部の前記貫通孔の面に沿う断面中心
    が曲がり梁形状とされている平行平板構造より成る荷重
    検出器において、前記薄肉部の端部表面で、かつ、前記
    薄肉部上の前記貫通孔方向の中心線から前記曲がり梁形
    状の曲率半径の0.65倍乃至0.80倍ずれた位置に
    前記薄肉部のひずみを検出する検出素子を設けたことを
    特徴とする荷重検出器。
JP23181592A 1992-08-31 1992-08-31 荷重検出器 Pending JPH0682319A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23181592A JPH0682319A (ja) 1992-08-31 1992-08-31 荷重検出器

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JP23181592A JPH0682319A (ja) 1992-08-31 1992-08-31 荷重検出器

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JPH0682319A true JPH0682319A (ja) 1994-03-22

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ID=16929460

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23181592A Pending JPH0682319A (ja) 1992-08-31 1992-08-31 荷重検出器

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JP (1) JPH0682319A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1124118A1 (de) * 2000-02-10 2001-08-16 Bizerba GmbH & Co. KG Wägevorrichtung
JP2020027111A (ja) * 2018-08-17 2020-02-20 メジャメント スペシャリティーズ, インコーポレイテッド 過負荷保護を備えたロードセル

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