JPH0712664A

JPH0712664A - 多分力計

Info

Publication number: JPH0712664A
Application number: JP5178539A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 興一佐藤; Mamoru Sekine; 守関根; Kazuyuki Akasaka; 和之赤坂
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1995-01-17
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JP3265539B2

Abstract

(57)【要約】【目的】機械加工が容易で製造時の能率化と高さ方向
の寸法の低減化を実現する。【構成】多分力計の基本的構成は、下部台座部材２
と、これに立設された２本の柱状部材３、４と、これの
上端部分により両持ち式に連接された起歪体１０と、こ
の起歪体１０の中心部上面に設けられた荷重導入部１１
から成っている。この起歪体１０には、Ｘ軸方向力成分
を検出するための薄肉部１２ａ〜１２′ｂと、Ｙ軸方向
力成分を検出するための薄肉部１３ａ〜１３′ｂと、Ｚ
軸方向力成分を検出するための薄肉部１４ａ〜１５′ａ
とが形成され、これらの各部位には、ひずみ量を電気量
に変換するひずみゲージＧ₁ 〜Ｇ₂₄が添着されている。
Ｘ軸回りのモーメントは、ひずみゲージＧ′₁ 〜Ｇ′₈
で、Ｙ軸回りのモーメントは、ひずみゲージＧ₂₅〜Ｇ₂₈
で、Ｚ軸回りのモーメントは、ひずみゲージＧ′₉ 〜
Ｇ′₁₆でそれぞれ組まれたブリッジ回路により検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、互いに直交するＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸の３方向から物体に加わる力および各軸に作
用するモーメントを検出する多分力計の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の多分力計は、例えば特開昭６０
−６２４９７号公報、特開昭６３−２５５６３５号公
報、特開昭６４−３５２３５号公報などにより既に公知
に属し、また、例えば組立用ロボットや航空機、船舶な
どのモデル実験等に広く使用されてもいる。

【０００３】このような多分力計では、測定の際にあら
ゆる方向の力が同時に多分力計の剛体部に加えられるか
ら、多分力計の変形検出部には、複数方向の力成分およ
び種類の異なるモーメント成分が同時に作用し、変形検
出部からそのときの変形量を検出しようとするといわゆ
る相互干渉という現象が生じることになる。

【０００４】そのため、この種の多分力計を設計する場
合には、次のような厳しい条件が要求されることにな
る。（ａ）変形検出部におけるそのときの変形量の中から、
目的とする方向の力成分およびモーメント成分を複雑な
演算などを必要とせずにより正確に検出し得るようにす
る。

【０００５】（ｂ）変形検出部には、実用に耐え得るよ
うな強度を付与しながら、しかも、変形量検出時におけ
る感度をより高め得るようにする。（ｃ）多分力計の測定時におけるいわゆる「踏ん張り」
特性を良好に維持し得るようにする。

【０００６】そして、このような条件を満たすものとし
て前述の特開昭６０−６２４９７号公報記載の多軸力セ
ンサ（本発明の多分力計に相当）が発明されているが、
この発明の考え方の中には、本発明の多分力計の考え方
に近い点もあるので、本発明を理解する上での一助とな
るように、以下、この公報の一実施例に係る多軸力セン
サの構成および作用について概略の説明を加えておくこ
ととする。

【０００７】この多軸力センサは、図９および図１０に
示すように、５個の応動部Ａ〜Ｅを互いに直交する３本
の座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚ（以下、「Ｘ軸」、「Ｙ軸」、「Ｚ
軸」という）上に十字形状に結合配置した構造のものと
して構成されている。

【０００８】この場合、第一応動部Ａと第二応動部Ｂと
は、例えばＹ軸上において中心応動部Ｃを中にしてそれ
ぞれ対称的な位置に対向配置され、しかも、両方の応動
部ＡおよびＢには、それぞれ各１個の平行平板構造７４
Ａ_FX、７４Ｂ_FXと、各２個の放射平板構造７５Ａ_MX、７
５Ａ_MZおよび７５Ｂ_MX、７５Ｂ_MZとが形成されている。

【０００９】また、この第一応動部Ａと第二応動部Ｂ
は、図示されていない一方の剛体部と連結した上部環状
体７２に結合するようにも構成されている。一方、中心
応動部Ｃは、十字形状の交差部分に当るＺ軸上に配設さ
れ、その中心部に円形孔８２を有すると共に、Ｚ軸に対
して対称的である４個所の側壁にＺ軸に沿う４個の平行
平板構造７４Ｃ_FZを有するような構造の応動部として構
成されている。

【００１０】さらに、第三応動部Ｄと第四応動部Ｅと
は、例えばＸ軸上において中心応動部Ｃを中にしてそれ
ぞれ対称的な位置に対向配置され、しかも、両方の応動
部ＤおよびＥには、それぞれ各１個の平行平板構造７４
Ｄ_FY、７４Ｅ_FYと、各２個の放射平板構造７５Ｄ_MY、７
５Ｄ_MZおよび７５Ｅ_MY、７５Ｅ_MZとが形成されている。

【００１１】また、この第三応動部Ｄと第四応動部Ｅ
は、図示されていない他方の剛体部と連結した下部環状
体７３に結合するようにも構成されている。なお、各々
の応動部Ａ〜Ｅに形成された平行平板構造および放射平
板構造は、いずれもこの多軸力センサの変形検出部を構
成するものである。

【００１２】そして、このように構成された特開昭６０
−６２４９７号公報の多軸力センサでは、３軸方向の力
成分Ｆ_X 、Ｆ_Y 、Ｆ_Z と３軸回りのモーメントＭ_X 、Ｍ
_Y 、Ｍ_Z とを、（イ）Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X については、第一応動部Ａ
および第二応動部Ｂの平行平板構造７４Ａ_FX、７４Ｂ_FX
にのみ生じる変形作用を利用して検出する。

【００１３】（ロ）Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Y については、
第三応動部Ｄおよび第四応動部Ｅの平行平板構造７４Ｄ
_FY、７４Ｅ_FYにのみ生じる変形作用を利用して検出す
る。（ハ）Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Z については、中心応動部Ｃ
の４個の平行平板構造７４Ｃ_FZにのみ生じる変形作用を
利用して検出する。

【００１４】（ニ）Ｘ軸回りのモーメントＭ_X について
は、第一応動部Ａおよび第二応動部Ｂのそれぞれの一方
の放射平板構造７５Ａ_MX、７５Ｂ_MXにのみ生じる変形作
用を利用して検出する。

【００１５】（ホ）Ｙ軸回りのモーメントＭ_Y について
は、第三応動部Ｄおよび第四応動部Ｅのそれぞれの一方
の放射平板構造７５Ｄ_MY、７５Ｅ_MYにのみ生じる変形作
用を利用して検出する。

【００１６】（ヘ）Ｚ軸回りのモーメントＭ_Z について
は、第一応動部Ａおよび第二応動部Ｂの他方の放射平板
構造７５Ａ_MZ、７５Ｂ_MZ、並びに／または、第三応動部
Ｄおよび第四応動部Ｅの他方の放射平板構造７５Ｄ_MZ、
７５Ｅ_MZにのみ生じる変形作用を利用して検出する。と
いう方法ないし手法を用いて検出するように構成してい
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開昭６０−６２４９７号公報で用いられた方法ないし手
法は、性能面ではそれなりの効果を挙げるのに成功して
はいるが、次に述べる製造面およびコンパクト化の面で
の考慮に欠けているため、これがこの多軸力センサの欠
点となっている。

【００１８】すなわち、この種の多分力計では、変形検
出部での変形作用を高い感度で検出しなければならない
ため、変形検出部は、旋盤加工やミーリング加工といっ
た精密機械加工により形成されるのが普通である。従っ
て、製造時の能率を高めるためには、加工すべき個所が
少なく、しかも、その時の加工方向もできるだけ限定さ
れた方向に設定されることが望まれることになる。

【００１９】しかしながら、引用した特開昭６０−６２
４９７号公報の多軸力センサは、変形検出部である８個
の平行平板構造７４Ａ_FX、７４Ｂ_FX、７４Ｄ_FY、７４Ｅ
_FY、７４Ｃ_FZ（４個）と、同じく８個の放射平板構造７
５Ａ_MX、７５Ｂ_MX、７５Ｄ_MY、７５Ｅ_MY、７５Ａ_MZ、７
５Ｂ_MZ、７５Ｄ_MZ、７５Ｅ_MZとを形成するのに、中心応
動部Ｃの円形孔８２を含めて合計１７個の穿孔部を必要
とするような構造を採用し、しかも、それぞれの孔部に
対する機械加工の方向が異なるように設定するなど前述
した原則に反するような構成となっている。

【００２０】そのため、この多軸力センサでは、機械加
工が極めて難しく且つ煩雑なものとなって製造時の能率
を著しく低下させることになる。すなわち、コストの高
騰を招くことになる。

【００２１】一方、このような多軸力センサにおいて、
全体の剛性を実用上必要な程度に保ちながら多数の穿孔
部を穿設しようとするときには、各部分の肉厚や幅（高
さ）を剛性を維持するのに必要な値に設定しなければな
らないので、多軸力センサをこのような構造に構成する
のは装置全体の大型化を招く一つの原因となる。

【００２２】また、各々の応動部Ａ〜Ｅを上下の剛体部
に連結するのに上部環状体７２と下部環状体７３とを用
いているが、これらの上部環状体７２および下部環状体
７３は、その役割を果す関係でいずれも中心応動部Ｃに
対して変位し得るような構造に構成されることになる。

【００２３】そのため、必然的に装置全体が上下方向に
変位可能な三層構造となることになって、その高さを高
くしなければらず、多分力計を介挿するための必要スペ
ースが大きくなり、適用不能といった事態を招くことに
もなる。このように、上記従来の多軸力センサは、製造
面およびコンパクト化の両面において大きな欠点を持つ
多軸力センサとなっている。

【００２４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、機械加工が容易で製造時の能率を著しく高め
ることが可能であり、しかも、装置全体のコンパクト化
を達成することのできる新しい多分力計を提供すること
を目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成させるために、被測定対象物の第一の剛体部と第二
の剛体部との間に結合され、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞ
れの方向に加わる力成分とこれらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に係
る軸回りモーメント成分とを計測する多分力計におい
て、前記多分力計を前記第一の剛体部に連結するために
前記Ｚ軸を中心として設けられた下部台座部材と、前記
下部台座部材上の２個所であって且つＸ軸方向の位置に
対峙して設けられた２本の柱状部材と、この２本の柱状
部材の先端部分により自身の対向する側周部分を両持ち
式に固定保持され、且つ、前記Ｚ軸上に位置する上面領
域に前記第二の剛体部に連結するための荷重導入部を備
えた起歪体と、前記Ｘ軸方向の力成分が加わったときに
前記Ｘ軸方向に平行的に変形し得るように、前記起歪体
の平面上における前記Ｘ軸を挟んで対称的な２つの領域
に、前記Ｚ軸方向に沿って平板状に且つ所定の肉厚を有
するように形成された２個所の薄肉部から成る第一グル
ープのＸ軸用薄肉部と、前記Ｙ軸を挟んでこの第一グル
ープのＸ軸用薄肉部の２個所の薄肉部と対称的な前記起
歪体の平面上における２つの領域に、前記Ｚ軸方向に沿
って平板状に且つ所定の肉厚を有するように形成された
２個所の薄肉部から成る第二グループのＸ軸用薄肉部と
から構成されたＸ軸力成分用変形検出部と、前記Ｘ軸力
成分用変形検出部の第一および第二グループの４個所の
Ｘ軸用薄肉部におけるそれぞれの曲げひずみを検出し得
るように、前記４個所のＸ軸用薄肉部に添着された四対
のＸ軸力成分検出用ひずみゲージと、前記Ｙ軸方向の力
成分が加わったときに前記Ｙ軸方向に平行的に変形し得
るように、前記起歪体の平面上における前記Ｙ軸を挟ん
で対称的な２つの領域に、前記Ｚ軸方向に沿って平板状
に且つ所定の肉厚を有するように形成された２個所の薄
肉部から成る第一グループのＹ軸用薄肉部と、前記Ｘ軸
を挟んでこの第一グループのＹ軸用薄肉部の２個所の薄
肉部と対称的な前記起歪体の平面上における２つの領域
に、前記Ｚ軸方向に沿って平板状に且つ所定の肉厚を有
するように形成された２個所の薄肉部から成る第二グル
ープのＹ軸用薄肉部とから構成されたＹ軸力成分用変形
検出部と、前記Ｙ軸力成分用変形検出部の４個所のＹ軸
用薄肉部におけるそれぞれの曲げひずみを検出し得るよ
うに、前記４個所のＹ軸用薄肉部に添着された四対のＹ
軸力成分検出用ひずみゲージと、前記Ｚ軸方向の力成分
が加わったときに前記Ｚ軸方向に平行的に変形し得るよ
うに、前記起歪体の側周面上における前記Ｘ軸を挟んだ
対称的な２つの領域に、前記Ｘ軸方向に沿って平板状に
且つ所定の肉厚を有するように形成された２個所の薄肉
部から成る第一グループのＺ軸用薄肉部と、前記Ｙ軸を
挟んでこの第一グループのＺ軸用薄肉部の２個所の薄肉
部と対称的な前記起歪体の側周面上における２つの領域
に、前記Ｘ軸方向に沿って平板状に且つ所定の肉厚を有
するように形成された２個所の薄肉部から成る第二グル
ープのＺ軸用薄肉部とから構成されたＺ軸力成分用変形
検出部と、前記Ｚ軸力成分用変形検出部のそれぞれのＺ
軸用薄肉部に添着された四対のＺ軸力成分検出用ひずみ
ゲージと、を備えたことを特徴とするものである。

【００２６】本発明は、上記の目的を達成させるため
に、さらに、前記Ｘ軸方向の力成分が加わったとき、抵
抗値が増減する四対のＸ軸力成分検出用ひずみゲージの
うち、抵抗値が増加するひずみゲージと減少するひずみ
ゲージを互いに隣接する対向辺にそれぞれ配してホイー
トストンブリッジ回路を形成して、Ｘ軸方向の力成分を
計測するＸ軸方向力成分演算処理手段と、前記Ｚ軸を挟
んでそれぞれ対向的な領域に形成された２個所づつの薄
肉部にそれぞれ添着され、前記Ｚ軸回りのモーメントが
加わったとき、抵抗値が増減する各二対のＸ軸力成分検
出用ひずみゲージのうち、抵抗値が増加するひずみゲー
ジと減少するひずみゲージを互いに隣接する対向辺に配
してホイートストンブリッジ回路を形成してＺ軸回りの
モーメント成分を計測するＺ軸回りモーメント成分演算
処理手段と、前記Ｙ軸方向の力成分が加わったとき、抵
抗値が増減する四対のＹ軸力成分検出用ひずみゲージの
うち、抵抗値が増加するひずみゲージと減少するひずみ
ゲージを互いに隣接する対向辺に配してホイートストン
ブリッジ回路を形成して、Ｙ軸方向の力成分を計測する
Ｙ軸方向力成分演算処理手段と、前記Ｚ軸方向の力成分
が加わったとき、抵抗値が増減する前記少なくとも四対
のＺ軸力成分検出用ひずみゲージのうち、抵抗値が増加
するひずみゲージと減少するひずみゲージを互いに隣接
する対向辺に配してホイートストンブリッジ回路を形成
して、Ｚ軸方向の力成分を計測するＺ軸方向力成分演算
処理手段と、前記Ｙ軸を挟んでそれぞれ対向的な領域に
形成された２個所づつの薄肉部にそれぞれ添着され、前
記Ｘ軸回りのモーメントが加わったとき、抵抗値が増減
する各二対のＺ軸力成分検出用ひずみゲージのうち、抵
抗値が増加するひずみゲージと減少するひずみゲージを
互いに隣接する対向辺に配してホイートストンブリッジ
回路を形成してＸ軸回りのモーメント成分を計測するＸ
軸回りモーメント成分演算処理手段と、前記Ｙ軸力成分
用変形検出部の４個所のＹ軸用薄肉部に添着された４個
の剪断力検出用ひずみゲージからそれぞれ出力される検
出出力を電気的に演算処理してＹ軸回りのモーメント成
分を計測するＹ軸回りモーメント成分演算処理手段と、
を備えたことを特徴とするものである。

【００２７】

【作用】上記のように構成された多分力計は、被測定対
象物の第一の剛体部と第二の剛体部との間に結合され、
且つ、多分力計の中心点を交点として互いに直交するよ
うに設定されたＸ軸およびＹ軸と、多分力計の中心点を
通ってＸ軸およびＹ軸を含む面に対して垂直に交わるよ
うに設定されたＺ軸とを有し、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
のそれぞれの方向に加わる力成分とこれらＸ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸に係る軸回りモーメント成分とを計測するものであ
る。

【００２８】そのために、起歪体のＺ軸を中心とした上
面領域に、Ｘ軸方向の力成分が加わったときにそれぞれ
Ｘ軸方向に平行的に変形し得る第一グループのＸ軸用薄
肉部と第二グループのＸ軸用薄肉部とから成る４個所の
Ｘ軸力成分用変形検出部を形成すると共に、この４個所
のＸ軸力成分用変形検出部に、例えば四対のひずみゲー
ジを添着してＸ軸方向力成分検出用計測手段を構成して
ある。

【００２９】また、起歪体のＺ軸を中心とした上面領域
に、Ｙ軸方向の力成分が加わったときにそれぞれＹ軸方
向に平行的に変形し得る第一グループのＹ軸用薄肉部と
第二グループのＹ軸用薄肉部とから成る４個所のＹ軸力
成分用変形検出部を形成すると共に、この４個所のＹ軸
力成分用変形検出部に、例えば四対のひずみゲージを添
着してＹ軸方向力成分検出用計測手段を構成してある。

【００３０】また、起歪体のＺ軸を中心とした側周面領
域に、Ｚ軸方向の力成分が加わったときにそれぞれＺ軸
方向に平行的に変形し得る第一グループのＺ軸用薄肉部
と第二グループのＺ軸用薄肉部とから成る４個所のＺ軸
力成分用変形検出部を形成すると共に、この４個所のＺ
軸力成分用変形検出部に、例えば、四対のひずみゲージ
を添着してＺ軸方向力成分検出用計測手段を構成してあ
る。

【００３１】また、前述したＹ軸方向力成分検出用計測
手段を構成する４個所のＹ軸力成分用変形検出部にＹ軸
回りのモーメント成分を検出するための、例えば４個の
剪断力検出用ひずみゲージを添着して、Ｙ軸回りモーメ
ント成分検出用計測手段を構成してある。

【００３２】そして、（イ）起歪体の荷重導入部にＸ軸方向の力成分が加わっ
たとき、抵抗値が増減するＸ軸方向力成分検出用計測手
段を構成する四対のひずみゲージのうち、抵抗値が増加
するひずみゲージと減少するひずみゲージを互いに隣接
する対向辺にそれぞれ配してホイートストンブリッジ回
路を形成してＸ軸方向の力成分を計測する。

【００３３】（ロ）Ｙ軸方向の力成分が加わったとき、
抵抗値が増減するＹ軸方向力成分検出用計測手段を構成
する四対のＹ軸力成分検出用ひずみゲージのうち、抵抗
値が増加するひずみゲージと減少するひずみゲージを互
いに隣接する対向辺に配してホイートストンブリッジ回
路を形成してＹ軸方向の力成分を計測する。

【００３４】（ハ）Ｚ軸方向の力成分が加わったとき、
抵抗値が増減するＺ軸方向力成分検出用計測手段を構成
する四対のひずみゲージのうち、抵抗値が増加するひず
みゲージと減少するひずみゲージを互いに隣接する対向
辺に配してホイートストンブリッジ回路を形成してＺ軸
方向の力成分を計測する。

【００３５】（ニ）Ｘ軸回りのモーメントが加わったと
き抵抗値が増減するＺ軸方向力成分検出用計測手段を構
成する四対のひずみゲージのうち、抵抗値が増加するひ
ずみゲージと減少するひずみゲージを互いに隣接する対
向辺に配してホイートストンブリッジ回路を形成してＸ
軸回りのモーメント成分を計測する。

【００３６】（ホ）Ｙ軸回りのモーメントが加わったと
き抵抗値が増減するＹ軸回りモーメント成分検出用計測
手段を構成する４個の剪断力検出用ひずみゲージのう
ち、抵抗値が増加するひずみゲージと減少するひずみゲ
ージを互いに隣接する対向辺に配してホイートストンブ
リッジ回路を形成してＹ軸回りのモーメント成分を計測
する。

【００３７】（ヘ）Ｚ軸回りのモーメントが加わったと
き抵抗値が増減するＸ軸方向力成分検出用計測手段を構
成する四対のひずみゲージのうち、抵抗値が増加するひ
ずみゲージと減少するひずみゲージを互いに隣接する対
向辺に配してホイートストンブリッジ回路を形成してＺ
軸回りのモーメント成分を計測する。

【００３８】

【実施例】以下、図示実施例に基づいて本発明の多分力
計の構成を詳細に説明する。図１は、本発明に係る多分
力計の基本構成を示す斜視図、図２は、図１に示す多分
力計の上面の構造を表すための平面図、図３は、図１に
示す多分力計の正面図である。

【００３９】図１〜図３において、本発明の多分力計１
は、例えば円環状に構成された下部台座部材２と、この
下部台座部材２上の対向する２個所に立てられた２本の
柱状部材３および４と、この２本の柱状部材３、４の先
端部分により自身の対向する側周部分を両持ち式に固定
保持（連結）された起歪体１０と、この起歪体１０の上
面中心領域に形成された、例えば円柱台状に構成された
荷重導入部１１と、起歪体１０の上面および側周面に形
成された複数個所の薄肉部１２ａ〜１５′ｂと、これら
複数個所の薄肉部のうちひずみ検出に必要な薄肉部１２
ａ〜１５′ｂに添着された複数対の曲げ力検出用のひず
みゲージＧ₁ 〜Ｇ₂₄および剪断力検出用ひずみゲージＧ
₂₅〜Ｇ₂₈とから構成されている。

【００４０】そして、この実施例では、下部台座部材２
の中心線（中心点）Ｏおよび２本の柱状部材３、４のそ
れぞれの幅方向中心部を通る作用軸をＸ軸とし、また、
下部台座部材２の中心線Ｏを通ってＸ軸に直交する作用
軸（図２における左右方向）をＹ軸とし、さらに、下部
台座部材２の中心線Ｏを通ってＸ軸およびＹ軸にそれぞ
れ直交する作用軸（図２において紙面に垂直に交わる方
向）をＺ軸として設定している。すなわち、Ｘ軸とＹ軸
とを含む面が水平面となりＺ軸がこの水平面に対して垂
直になるように設定されている。

【００４１】このような構成の多分力計１において、前
述した下部台座部材２、柱状部材３、４および荷重導入
部１１は、可撓性を有する材料が用いられるが、充分に
厚肉に形成されていずれもそれ自体剛性を有するものと
して構成されている。

【００４２】この場合、下部台座部材２は、多分力計１
を被測定対象物の第一の剛体部としての下側の剛体部に
連結するために設けられ、また、２本の柱状部材３、４
は、図２における起歪体１０の下方位置および上方位置
において起歪体１０の周側部分と一体のものとして構成
され、さらに、荷重導入部１１は、多分力計１を被測定
対象物の第二の剛体部としての上側の剛体部に連結する
ために設けられ、しかも、その上面には上側の剛体部を
取り付けるための、例えば４個の小ねじ穴１１ａが形成
されている。

【００４３】一方、起歪体１０は、それ自体可撓性を有
する材料をもって全体として略方形平面を有する厚板形
状の部材として構成され、さらに、以下に述べるような
４対の穿孔部（合計８個）１２〜１５′を穿設すること
で部分的に微小変形可能なるようにした構造物として構
成されている。

【００４４】すなわち、（１）Ｘ軸と荷重導入部１１とを挟む起歪体１０の対称
的な２つの平面領域に、図１において起歪体１０の上面
から下面までＺ軸方向に貫通する、例えば「コの字」形
状および「逆向きコの字」形状をした一対の内側穿孔部
１２および１２′を有する。

【００４５】（２）Ｙ軸と荷重導入部１１とを挟む起歪
体１０の対称的な位置であって且つ内側穿孔部１２、１
２′の図２において上方および下方に位置する２つの平
面領域に、図１において起歪体１０の上面から下面まで
Ｚ軸方向に貫通する、例えば「コの字」形状および「逆
向きコの字」形状をした一対の外側穿孔部１３および１
３′を有する。

【００４６】（３）Ｘ軸より右方に位置する起歪体１０
の図２において上下方向に面する側周面であって且つＹ
軸を挟んで対向する２つの領域に、図２において下方に
面した起歪体１０の側周面から同じく下方に位置する外
側穿孔部１３まで、Ｘ軸方向に貫通する、例えば方形を
した一方の右位置側周面穿孔部１４と、図２において上
方に面した起歪体１０の側周面から同じく上方に位置す
る外側穿孔部１３′まで、Ｘ軸方向に貫通する、例えば
方形をした他方の右位置側周面穿孔部１４′とを有す
る。

【００４７】（４）Ｘ軸より左方に位置する起歪体１０
の図２において上下方向に面する側周面であって且つＹ
軸を挟んで対向する２つの領域に、図２において下方に
面した起歪体１０の側周面から同じく下方に位置する外
側穿孔部１３までＸ軸方向に貫通する、例えば方形をし
た一方の左位置側周面穿孔部１５と、図２において上方
に面した起歪体１０の側周面から同じく上方に位置する
外側穿孔部１３′まで、Ｘ軸方向に貫通する、例えば方
形をした他方の左位置側周面穿孔部１５′とを有する。

【００４８】ところで、起歪体１０の平面領域と側周面
領域とにこのような８個所の穿孔部１２、１２′〜１
５、１５′を形成するのは、起歪体１０の荷重導入部１
１に３軸方向の力成分Ｆ_X 、Ｆ_Y 、Ｆ_Z が加わったとき
に、これらの力成分Ｆ_X 、Ｆ_Y、Ｆ_Z によって平行的に
微小変形し得る変形検出部を起歪体１０に設けるためで
ある。すなわち、次のように形成してある。

【００４９】（ａ）２つの内側穿孔部１２、１２′の下
方に位置する曲り部（水平部）と図２において下方に位
置する外側穿孔部１３との間にそれぞれ平行平面から成
る一対の第一グループのＸ軸用薄肉部としての第一内側
薄肉部１２ａ、１２ｂをＸ軸に対称に形成し、同様に、
２つの内側穿孔部１２、１２′の上方に位置する曲り部
（水平部）と上方に位置する外側穿孔部１３′との間に
もそれぞれ平行平面から成る一対の第二グループのＸ軸
用薄肉部としての第二内側薄肉部１２′ａ、１２′ｂを
Ｙ軸に対称に形成して、４個所のＸ軸力成分用変形検出
部を設ける。この場合、それぞれの薄肉部１２ａ外の肉
厚は、いずれも実質的に同一の値になるように設定され
ることになる。

【００５０】（ｂ）２つの外側穿孔部１３、１３′の右
方に位置する曲り部（鉛直部）と図２において右方に位
置する起歪体１０の側周面との間にそれぞれ平行平面か
ら成る一対の第一グループのＹ軸用薄肉部としての第一
外側薄肉部１３ａ、１３ｂを形成し、同様に、２つの外
側穿孔部１３、１３′の左方に位置する曲り部（鉛直
部）と左方に位置する起歪体１０の側周面との間にもそ
れぞれ平行平面から成る一対の第二グループのＹ軸用薄
肉部としての第二外側薄肉部１３′ａ、１３′ｂを形成
して、４個所のＹ軸力成分用変形検出部１３ａ〜１３′
ｂを設ける。この場合、それぞれの薄肉部１３ａ外の肉
厚は、いずれも実質的に同一の値になるように設定され
ることになる。

【００５１】（ｃ）２つの右位置側周面穿孔部１４、１
４′と起歪体１０の上面および下面との間に、それぞれ
二対の平行平面から成る第一上下薄肉部１４ａ、１４ｂ
および第二上下薄肉部１４′ａ、１４′ｂを形成し、こ
れらをもって右位置グループのＺ軸用薄肉部となし、同
様に、２つの左位置側周面穿孔部１５、１５′と起歪体
１０の上面および下面との間にも、それぞれ二対の平行
平面から成る第三上下薄肉部１５ａ、１５ｂおよび第四
上下薄肉部１５′ａ、１５′ｂを形成し、これらをもっ
て左位置グループのＺ軸用薄肉部となす。

【００５２】そして、これら右位置グループのＺ軸用薄
肉部と左位置グループのＺ軸用薄肉部とで８個所のＺ軸
力成分用変形検出部（１４ａ〜１５′ｂ）を構成する
が、図示実施例では、この８個所のうち起歪体１０の上
面に設けられた４個所のＺ軸力成分用変形検出部（薄肉
部１４ａ、１４′ａ、１５ａ、１５′ａ）のみを使用し
て、Ｚ軸方向の力成分を検出するように構成されてい
る。なお、それぞれの薄肉部１４ａ外の肉厚は、いずれ
も実質的に同一の値になるように設定されることにな
る。

【００５３】このようにして構成された第一および第二
内側薄肉部１２ａ外並びに第一および第二外側薄肉部１
３ａ外は、それぞれの薄肉部にＺ軸方向の力成分が加わ
ったときに、その力に対しては剛体化するような肉厚、
幅、長さを持つような薄肉部として設定されることにな
り、一方、第一および第二上下薄肉部１４ａ外並びに第
三および第四上下薄肉部１５ａ外も、それぞれの薄肉部
にＸ軸方向およびＹ軸方向の力成分が加わったとき、そ
れぞれの力成分に対して剛体化するような肉厚、幅、長
さを持つような薄肉部として設定されることになる。

【００５４】さて、このように構成された多分力計１の
荷重導入部１１に対して３軸方向の力成分Ｆ_X 、Ｆ_Y 、
Ｆ_Z 並びに３軸回りのモーメントＭ_X 、Ｍ_Y 、Ｍ_Z が加
わると、Ｚ軸力成分用変形検出部１４ａ〜１５′ｂ、Ｘ
軸力成分用変形検出部１２ａ〜１２′ｂ、Ｙ軸力成分用
変形検出部１３ａ〜１３′ｂには、次のような微小変形
が生じる。

【００５５】［Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Z について］荷重導
入部１１に対してＺ軸方向の力成分Ｆ_Z が加わると、こ
の力成分Ｆ_Z は、第一内側薄肉部１２ａ、１２ｂ、第二
内側薄肉部１２′ａ、１２′ｂ、第一外側薄肉部１３
ａ、１３ｂ、第二外側薄肉部１３′ａ、１３′ｂの薄肉
部を介して、第一上下薄肉部１４ａ、１４ｂ、第二上下
薄肉部１４′ａ、１４′ｂ、第三上下薄肉部１５ａ、１
５ｂ、第四上下薄肉部１５′ａ、１５′ｂの８個所の薄
肉部に加わることになる。

【００５６】この場合、力成分Ｆ_Z の力伝達系路内に位
置する第一および第二内側薄肉部１２ａ外と第一および
第二外側薄肉部１３ａ外の薄肉部では、加えられた力成
分Ｆ_Z が各々の薄肉部の高さ方向（起歪体１０の板厚方
向）に加わる力成分として作用するから、これらの薄肉
部１２ａ外、１３ａ外は、いずれもＺ軸方向の力成分Ｆ
_Z に対して剛体として働くことになって、Ｚ軸方向の力
成分Ｆ_Z によっては変形されない。

【００５７】一方、第一および第二上下薄肉部１４ａ〜
１４′ｂと第三および第四上下薄肉部１５ａ〜１５′ｂ
の８個所の薄肉部のそれぞれの一端部分は、２本の柱状
部材３、４に剛体結合しているから、これら８個所の上
下薄肉部１４ａ〜１４′ｂ、１５ａ〜１５′ｂに加えら
れたＺ軸方向の力成分Ｆ_Z は、この８個所の上下薄肉部
１４ａ〜１４′ｂ、１５ａ〜１５′ｂを下方に変形させ
る力成分として作用する。

【００５８】そのため、Ｘ軸より右方に位置する第一上
下薄肉部１４ａ、１４ｂと第二上下薄肉部１４′ａ、１
４′ｂとは、それぞれ図４の状態から図５に示す状態に
Ｚ軸方向（下方）へ平行的に微小変形し、また、Ｘ軸よ
り左方に位置する第三上下薄肉部１５ａ、１５ｂと第四
上下薄肉部１５′ａ、１５′ｂとは、それぞれ図４の状
態から図６に示す状態にＺ軸方向へ平行的に微小変形す
ることになる。

【００５９】従って、第一〜第四上下薄肉部１４ａ〜１
４′ｂ、１５ａ〜１５′ｂのうち、起歪体１０の上面に
位置する４個所の上下薄肉部１４ａ、１４′ａ、１５
ａ、１５′ａをＺ軸力成分用変形検出部として設定し、
この４個所のＺ軸力成分用変形検出部（１４ａ〜１５′
ａ）のそれぞれの両端近傍領域（薄肉部分と厚肉部分と
の境界領域）の上面に、図１、図５、図６に示すように
所定の性能を有する四対（８個）のひずみゲージＧ₁ 〜
Ｇ₈ をそれぞれ添着してＺ軸方向力成分検出用計測手段
を構成すれば、この計測手段により４個所のＺ軸力成分
用変形検出部（１４ａ〜１５′ａ）に生じる変形量を電
気的に検出することができる。

【００６０】この場合、荷重導入部１１にてＺ軸方向の
力が加わったとき、４個所のＺ軸力成分用変形検出部
（１４ａ〜１５′ａ）に発生する変形作用は、形状的に
はＸ軸を挟んで左右対称となるから、８個のひずみゲー
ジＧ₁ 〜Ｇ₈ のうち、抵抗値が増加するひずみゲージＧ
₂ 、Ｇ₄ 、Ｇ₅ 、Ｇ₇ と減少するひずみゲージＧ₁ 、Ｇ
₃ 、Ｇ₆ 、Ｇ₈ を互いに隣接する対向辺に配してそれ自
体公知であるホイートストーンブリッジ回路に組んで、
電気的に検出し得るように構成すれば、Ｚ軸方向の力成
分Ｆ_Z を計測することが可能になる。

【００６１】すなわち、Ｘ軸を挟んでＸ軸に近い側に添
着されたひずみゲージＧ₂ 、Ｇ₄ 、Ｇ₅ 、Ｇ₇ は、ブリ
ッジの対向辺に分散して接続し、Ｘ軸に遠い側に添着さ
れたひずみゲージＧ₁ 、Ｇ₃ 、Ｇ₆ 、Ｇ₈ は、ブリッジ
の隣接する他の対向辺にそれぞれ分散して接続する。

【００６２】なお、第一〜第四上下薄肉部のうち、Ｚ軸
力成分用変形検出部として設定されなかった残り４個所
の上下薄肉部１４ｂ、１４′ｂ、１５ｂ、１５′ｂを
も、Ｚ軸力成分用変形検出部として設定して、ここに別
のひずみゲージ群を添着するように構成することも可能
である。

【００６３】［Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X について］荷重導
入部１１にＸ軸方向（図２において上方向）の力成分Ｆ
_X が加わると、この力成分Ｆ_X は、第一内側薄肉部１２
ａ、１２ｂ、第二内側薄肉部１２′ａ、１２′ｂの４個
所の薄肉部を経て、第一および第二外側薄肉部１３ａ〜
１３′ｂ、第一〜第四上下薄肉部１４ａ〜１５′ｂの合
計１２個所の薄肉部に加わり、さらに、剛体である２本
の柱状部材３、４に伝達されることになる。

【００６４】この場合、２本の柱状部材３、４に至る力
成分Ｆ_X の力伝達系路内に位置する第一および第二外側
薄肉部１３ａ〜１３′ｂの４個所の薄肉部では、加えら
れた力成分Ｆ_X がそれぞれの外側薄肉部の長手方向に加
わる力成分として作用するから、これらの外側薄肉部は
いずれもＸ軸方向の力成分Ｆ_X に対して剛体として働く
ことになって、Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X によっては変形さ
れないという状態となる。

【００６５】一方、第一〜第四上下薄肉部１４ａ〜１
５′ｂの８個所の薄肉部では、加えられる力成分Ｆ_X が
各々の上下薄肉部の高さ（厚肉）方向に加わる力として
作用するから、これらの上下薄肉部もＸ軸方向の力成分
Ｆ_X に対して剛体として働くことになって、Ｘ軸方向の
力成分Ｆ_X によっては変形されないという状態となる。

【００６６】そのため、剛体化した第一および第二外側
薄肉部１３ａ〜１３′ｂと剛体である起歪体１０の中心
領域とによって両端部分を固定された第一および第二内
側薄肉部１２ａ、１２ｂ、１２′ａ、１２′ｂの４個所
の薄肉部は、それぞれ加えられた力成分Ｆ_X によって図
２に示す状態から図７に示す状態にＸ軸方向へ平行的に
微小変形することになる。

【００６７】従って、第一および第二内側薄肉部１２ａ
〜１２′ｂの４個所の薄肉部をＸ軸力成分用変形検出部
として設定し、この４個所のＸ軸力成分用変形検出部１
２ａ〜１２′ｂのうち、大きな曲げ応力の生ずるそれぞ
れの両端近傍領域（薄肉部分と厚肉部分との境界領域）
の側面に、図１および図７に示すように所定の性能を有
する８個のひずみゲージＧ₉ 〜Ｇ₁₆をそれぞれ添着して
Ｘ軸方向力成分検出用計測手段を構成すれば、この計測
手段により前述の４個所の内側薄肉部１２ａ〜１２′ｂ
に生じる変形量を電気量的に検出することができる。

【００６８】この場合、荷重導入部１１にＸ軸方向の力
が加わったとき、４個所の薄肉部１２ａ〜１２′ｂに発
生する変形作用は、形状的にはＸ軸を挟んで左右対称と
なるから、８個のひずみゲージＧ₉ 〜Ｇ₁₆のうち、抵抗
値が増加するひずみゲージＧ₉ 、Ｇ₁₂、Ｇ₁₄、Ｇ₁₅と減
少するひずみゲージＧ₁₀、Ｇ₁₁、Ｇ₁₃、Ｇ₁₆を互いに隣
接する対向辺に配してホイートストーンブリッジ回路に
組んで電気的に検出するように構成すれば、Ｘ軸方向の
力成分Ｆ_X を計測することが可能になる。

【００６９】すなわち、Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X が印加さ
れたとき、圧縮ひずみを受ける位置に添着されたひずみ
ゲージＧ₁₀、Ｇ₁₁、Ｇ₁₃、Ｇ₁₆は、それぞれブリッジ回
路の対向辺に分散して接続し、引張りひずみを受けるひ
ずみゲージＧ₉ 、Ｇ₁₂、Ｇ₁₄、Ｇ₁₅は、それぞれ、上記
辺と隣接する対向辺に分散して接続する。

【００７０】［Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Y について］荷重導
入部１１にＹ軸方向の力成分Ｆ_Y が加わると、前述した
Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X の項で説明したのと同様な原理に
基づいて、第一および第二内側薄肉部１２ａ〜１２′ｂ
と第一〜第四上下薄肉部１４ａ〜１５′ｂとの合計１２
個所の薄肉部がＹ軸方向の力成分Ｆ_Y に対していずれも
剛体として働き、その結果、第一および第二外側薄肉部
１３ａ、１３ｂ、１３′ａ、１３′ｂの４個所の薄肉部
のみが、Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Y によって図２に示す状態
から図８に示す状態にＹ軸方向へ平行的に微小変形する
ことになる。

【００７１】従って、第一および第二外側薄肉部１３ａ
〜１３′ｂの４個所の薄肉部をＹ軸力成分用変形検出部
として設定し、この４個所のＹ軸力成分用変形検出部１
３ａ〜１３′ｂのうち、大きな曲げひずみを生ずるそれ
ぞれの両端近傍領域（薄肉部分と厚肉部分との境界領
域）の側面に、図１および図８に示すように所定の性能
を有する８個のひずみゲージＧ₁₇〜Ｇ₂₄をそれぞれ添着
してＹ軸方向力成分検出用計測手段を構成すれば、この
計測手段により前述の４個所の薄肉部１３ａ〜１３′ｂ
に生じる変形量を電気量的に検出することができる。

【００７２】この場合、Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X の項で説
明したのと同様に、４個所の薄肉部１３ａ〜１３′ｂに
発生する絶対量的な変形量がそれぞれほぼ同量となるか
ら、８個のひずみゲージＧ₁₇〜Ｇ₂₄をホイートストーン
ブリッジ回路に組んで電気的に検出するように構成すれ
ば、Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Y を計測することが可能にな
る。

【００７３】すなわち、Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Y が印加さ
れたとき、例えば、圧縮ひずみを受ける位置に添着され
たひずみゲージＧ₁₈、Ｇ₁₉、Ｇ₂₁、Ｇ₂₄は、それぞれブ
リッジ回路の対向辺に分散して接続し、引張りひずみを
受ける位置に添着されたひずみゲージＧ₁₇、Ｇ₂₀、
Ｇ₂₂、Ｇ₂₃は、それぞれ、上記辺とは隣接する対向辺に
分散して接続する。

【００７４】［Ｚ軸回りのモーメント成分Ｍ_Z につい
て］荷重導入部１１に対してＺ軸回りのモーメント成分
Ｍ_Z が加わると、このモーメント成分Ｍ_Z は、本来がＸ
軸力成分用変形検出部として設けられた第一および第二
内側薄肉部１２ａ〜１２′ｂと本来がＹ軸力成分用変形
検出部として設けられた第一および第二外側薄肉部１３
ａ〜１３′ｂの薄肉部とを、それぞれ変形させるように
作用する。

【００７５】しかし、図示実施例では、Ｘ軸力成分用変
形検出部（１２ａ、１２ｂ、１２′ａ、１２′ｂ）の変
形量のみをＺ軸回りのモーメント成分Ｍ_Z を計測するた
めの情報として利用するように構成しているので、以下
の説明では、Ｘ軸力成分用変形検出部（１２ａ〜１２′
ｂ）の変形作用のみを説明することにする。

【００７６】さて、荷重導入部１１に対して、例えば時
計方向へのＺ軸回りのモーメント成分Ｍ_Z が加わると、
Ｘ軸を挟んで位置する第一内側薄肉部１２ａと１２ｂに
はそれぞれ性格の異なる変形が生じることになり、同様
に、第二内側薄肉部１２′ａと１２′ｂにもそれぞれ性
格の異なる変形が生じる。

【００７７】すなわち、第一内側薄肉部１２ａ、１２ｂ
のうちＸ軸より右方に位置する内側薄肉部１２ａと、第
二内側薄肉部１２′ａ、１２′ｂのうちＸ軸より左方に
位置する内側薄肉部１２′ｂには、それぞれの長手方向
に向う引張り力とそれぞれの板厚方向に向う力とが同時
に作用するから、この２個所の内側薄肉部１２ａ、１
２′ｂはこの引張り合成力により複雑に変形させられる
ことになる。

【００７８】この場合、この引張り合成力で変形させら
れる内側薄肉部１２ａ、１２′ｂの変形性格は同じ性格
になり、そのときの両者の変形量（極性と大きさ）はそ
れぞれ同一の値となる。

【００７９】一方、第一内側薄肉部１２ａ、１２ｂのう
ちＸ軸より左方に位置する内側薄肉部１２ｂと、第二内
側薄肉部１２′ａ、１２′ｂのうちＸ軸より右方に位置
する内側薄肉部１２′ａには、それぞれの長手方向に向
う圧縮力とそれぞれの板厚方向に向う力とが同時に作用
するから、この２個所の内側薄肉部１２ｂ、１２′ａ
は、この圧縮合成力により複雑に変形させられることに
なる。

【００８０】この場合、この圧縮合成力で変形させられ
る内側薄肉部１２ｂ、１２′ａの変形性格は同じ性格に
なり、また、そのときの両者の変形量はそれぞれ同一の
値となる。

【００８１】すなわち、例えば、荷重導入部１１に対し
て時計方向へのＺ軸回りのモーメントＭ_Z が加わった場
合を仮定すると、圧縮ひずみを受ける位置に添着された
ひずみゲージＧ′₉ 、Ｇ′₁₁、Ｇ′₁₄、Ｇ′₁₆をブリッ
ジ回路の対向辺にそれぞれ分散して接続し、引張りひず
みを受ける位置に添着されたひずみゲージＧ′₁₀、Ｇ′
₁₂、Ｇ′₁₃、Ｇ′₁₅をブリッジ回路の上記辺とは隣接す
る対向辺にそれぞれ分散して接続する。

【００８２】なお、図示実施例では、第一および第二外
側薄肉部１３ａ〜１３′ｂの４個所の薄肉部の変形量
は、Ｚ軸回りのモーメント成分Ｍ_Z の計測には係りのな
い情報として処理されることになる。

【００８３】［Ｘ軸回りのモーメント成分Ｍ_X につい
て］荷重導入部１１に対して、例えば時計方向へのＸ軸
回りのモーメント成分Ｍ_Xが加わると、このモーメント
成分Ｍ_X は、Ｘ軸より右方に位置する第一上下薄肉部１
４ａ、１４′ａおよび第二上下薄肉部１４ｂ、１４′ｂ
と、Ｘ軸より左方に位置する第三上下薄肉部１５ａ、１
５′ａおよび第四上下薄肉部１５ｂ、１５′ｂとに、性
格の異なる微小変形を生じさせるように作用する。

【００８４】この場合、Ｘ軸より右方に位置する４個所
の上下薄肉部１４ａ、１４′ａ、１４ｂ、１４′ｂに
は、それぞれの上下薄肉部を下方に向って平行的に変形
させるような力が加わり、Ｘ軸より左方に位置する４個
所の上下薄肉部１５ａ、１５′ａ、１５ｂ、１５′ｂに
は、それぞれの上下薄肉部を上方に向って平行的に変形
させるような力が加わる。

【００８５】そのため、Ｘ軸より右方に位置する起歪体
１０上面側の２個所の上下薄肉部１４ａ、１４′ａに添
着された各４個のひずみゲージＧ₁ 〜Ｇ₄ およびＧ′₁
〜Ｇ′₄ のうち、それぞれの上下薄肉部１４ａ、１４′
ａの外側に添着されたひずみゲージＧ′₁、Ｇ′₃ から
は圧縮力であることを表す性格の検出出力が出力され、
また、内側に添着されたひずみゲージＧ′₂ 、Ｇ′₄ か
らは、引張り力であることを表す性格の検出出力が出力
されることになる。

【００８６】一方、Ｘ軸より左方に位置する起歪体１０
上面側の２個所の上下薄肉部１５ａ、１５′ａに添着さ
れた各４個のひずみゲージＧ₅ 〜Ｇ₈ およびＧ′₅〜
Ｇ′₈のうち、それぞれの上下薄肉部１５ａ、１５′ａ
の内側に添着されたひずみゲージＧ′₅ 、Ｇ′₇ から
は、圧縮力であることを表す性格の検出出力が出力さ
れ、また、外側に添着されたひずみゲージＧ′₆ 、Ｇ′
₈ からは、引張り力であることを表す性格の検出出力が
出力されることになる。

【００８７】従って、圧縮合成力が作用するひずみゲー
ジＧ′₁ 、Ｇ′₃ およびＧ′₅ 、Ｇ′₇ と引張り合成力
が作用するひずみゲージＧ′₂ 、Ｇ′₄ およびＧ′₆ 、
Ｇ′₈ とを、それぞれの変形性格が最も顕著に検出し得
るようにホイートストーンブリッジ回路に組んで、第一
および第三上下薄肉部１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ
の変形量並びに第二および第四上下薄肉部１４′ａ、１
４′ｂ、１５′ａ、１５′ｂの変形量をそれぞれ電気的
に検出するように構成すれば、Ｘ軸回りのモーメント成
分Ｍ_X を計測することが可能になる。

【００８８】すなわち、荷重導入部１１に対して時計方
向へのＸ軸回りのモーメントＭ_X が印加したと仮定する
と、圧縮ひずみを受ける位置に添着されたひずみゲージ
Ｇ′₁ 、Ｇ′₃ 、Ｇ′₅ 、Ｇ′₇ は、ブリッジ回路の対
向する辺にそれぞれ分散して接続し、引張ひずみを受け
る位置に添着されたひずみゲージＧ′₂ 、Ｇ′₄ 、Ｇ′
₆ 、Ｇ′₈ は、ブリッジ回路の他の二辺にそれぞれ分散
して接続する。

【００８９】なお、荷重導入部１１に対して時計方向へ
のＸ軸回りのモーメント成分Ｍ_X が加わる際には、第一
〜第二内側薄肉部１２ａ〜１２′ｂ並びに第一〜第二外
側薄肉部１３ａ〜１５′がいずれも剛体化することにな
るため、これらの薄肉部は，このＸ軸回りのモーメント
成分Ｍ_X の計測には関与しないことになる。

【００９０】［Ｙ軸回りのモーメント成分Ｍ_Y につい
て］荷重導入部１１に対して、例えば時計方向へのＹ軸
回りのモーメント成分Ｍ_Yが加わると、このモーメント
成分Ｍ_Y は、第一および第二外側薄肉部１３ａ、１３′
ａ、１３ｂ、１３′ｂのうち、図２において２個所の外
側薄肉部１３ａ、１３′ａに上向きの剪断力を与えるよ
うに作用し、また、図２において２個所の外側薄肉部１
３ｂ、１３′ｂに下向きの剪断力を与えるように作用す
る。

【００９１】従って、上向きの剪断力を受けるグループ
に属する２個所の外側薄肉部１３ａ、１３′ａの周側面
に、これら薄肉部の剪断力変形を検出し得る２個の剪断
力検出用ひずみゲージＧ₂₅、Ｇ₂₇を添着し、また、下向
きの剪断力を受けるグループに属する２個所の外側薄肉
部１３ｂ、１３′ｂのそれぞれの周側面に、これら薄肉
部の剪断力変形を検出し得る別の２個の剪断力検出用ひ
ずみゲージＧ₂₆、Ｇ₂₈を添着するように構成する。

【００９２】そして、前者のグループに属する剪断力検
出用ひずみゲージＧ₂₅、Ｇ₂₇から出力される上向き剪断
力検出出力と、後者のグループに属する剪断力検出用ひ
ずみゲージＧ₂₆、Ｇ₂₈から出力される下向き剪断力検出
出力との差が最も顕著に検出し得るように、これら４個
の剪断力検出用ひずみゲージＧ₂₅〜Ｇ₂₈のうち、ひずみ
ゲージＧ₂₅とＧ₂₇をブリッジ回路の対向辺にそれぞれ接
続し、ひずみゲージＧ₂₆とＧ₂₈をブリッジ回路の他の二
辺にそれぞれ接続してホイートストーンブリッジ回路に
組んで、４個所の外側薄肉部１３ａ〜１３′ｂに発生す
る性格（方向）の異なる２種類の剪断力変形を電気的に
検出するように構成すれば、Ｙ軸回りのモーメント成分
Ｍ_Y を計測することが可能になる。

【００９３】以上、図示実施例について説明したが、本
発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲内で種々に変形実施することが可能であ
る。

【００９４】例えば、図示実施例では、第一内側薄肉部
１２ａ、１２ｂおよび第二内側薄肉部１２′ａ、１２′
ｂを、第一外側薄肉部１３ａ、１３ｂおよび第二外側薄
肉部１３′ａ、１３′ｂの内側領域に設定しているが、
両者の位置関係を逆に設定することもできる。また、図
示実施例では、荷重導入部１１を円形台状に形成してい
るが、これを他の形状のものとして形成してもよい。

【００９５】また、本発明に使用する曲げ検出用ひずみ
ゲージＧ₁ 〜Ｇ₂₄およびＧ′₁ 〜Ｇ₁₆と剪断力検出用ひ
ずみゲージＧ₂₅〜Ｇ₂₈は、それぞれの検出目的に応じた
それ自身公知の構成を有する適宜のひずみゲージを使用
するものとする。

【００９６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、精
密機械加工の個所および工数を大幅に減少して製造コス
トの低減化が可能になり、しかも、Ｚ軸方向に変形する
部分が二層構成となる関係で多分力計の高さを大幅に低
減化し得る多分力計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る多分力計の構成を示す
斜視図である。

【図２】図１に示す多分力計の上面の構造を表すための
平面図である。

【図３】図１に示す多分力計の正面図である。

【図４】多分力計の構造体の荷重導入部に加わるＺ軸方
向の力成分Ｆ_Z に対する第一〜第四上下薄肉部の変形作
用を説明する状態説明図のうち、力成分Ｆ_Z が加わって
いないときの状態説明図である。

【図５】多分力計の構造体の荷重導入部に加わるＺ軸方
向の力成分Ｆ_Z に対する第一〜第四上下薄肉部の変形作
用を説明する状態説明図のうち、力成分Ｆ_Z が加わった
ときの、Ｘ軸より右側に位置する第一および第三上下薄
肉部における状態説明図である。

【図６】多分力計の構造体の荷重導入部に加わるＺ軸方
向の力成分Ｆ_Z に対する第一〜第四上下薄肉部の変形作
用を説明する状態説明図のうち、力成分Ｆ_Z が加わった
ときの、Ｘ軸より左側に位置する第二および第四上下薄
肉部における状態説明図である。

【図７】多分力計の構造体の荷重導入部に加わるＸ軸方
向の力成分Ｆ_X に対する第一および第二内側薄肉部の変
形作用を説明する状態説明図である。

【図８】多分力計の構造体の荷重導入部に加わるＹ軸方
向の力成分Ｆ_Y に対する第一および第二外側薄肉部の変
形作用を説明する状態説明図である。

【図９】従来の多分力計としての多軸力センサの構造お
よび作用を説明するため一部と破断して示す斜視図であ
る。

【図１０】図９に示す多分力計に係る一部断面を含む平
面図である。

【符号の説明】

１多分力計２下部台座部材３、４柱状部材１０起歪体１１荷重導入部１１ａ小ねじ穴１２、１２′ 内側穿孔部１２ａ〜１２′ｂＸ軸力成分用変形検出部１２ａ、１２ｂ第一内側薄肉部１２′ａ、１２′ｂ第二内側薄肉部１３、１３′ 外側穿孔部１３ａ〜１３′ｂＹ軸力成分用変形検出部１３ａ、１３ｂ第一外側薄肉部１３′ａ、１３′ｂ第二外側薄肉部１４、１４′ 右位置側周面穿孔部１５、１５′ 左位置側周面穿孔部１４ａ〜１５′ａＺ軸力成分用変形検出部１４ａ、１４ｂ第一上下薄肉部１４′ａ、１４′ｂ第二上下薄肉部１５ａ、１５ｂ第三上下薄肉部１５′ａ、１５′ｂ第四上下薄肉部Ｇ₁ 〜Ｇ₈ 、Ｇ₉ 〜Ｇ₁₆、Ｇ₁₇〜Ｇ₂₄ 曲げひずみ検出
用のひずみゲージＧ₂₅〜Ｇ₂₈ 剪断力検出用のひずみゲージＦ_X Ｘ軸方向の力成分Ｆ_Y Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Z Ｚ軸方向の力成分Ｍ_X Ｘ軸回りのモーメントＭ_Y Ｙ軸回りのモーメントＭ_Z Ｚ軸回りのモーメント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定対象物の第一の剛体部と第二の剛
体部との間に結合され、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの
方向に加わる力成分とこれらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に係る軸
回りモーメント成分とを計測する多分力計において、前記多分力計を前記第一の剛体部に連結するために前記
Ｚ軸を中心として設けられた下部台座部材と、前記下部台座部材上の２個所であって且つＸ軸方向の位
置に対峙して設けられた２本の柱状部材と、この２本の柱状部材の先端部分により自身の対向する側
周部分を両持ち式に固定保持され、且つ、前記Ｚ軸上に
位置する上面領域に前記第二の剛体部に連結するための
荷重導入部を備えた起歪体と、前記Ｘ軸方向の力成分が加わったときに前記Ｘ軸方向に
平行的に変形し得るように、前記起歪体の平面上におけ
る前記Ｘ軸を挟んで対称的な２つの領域に、前記Ｚ軸方
向に沿って平板状に且つ所定の肉厚を有するように形成
された２個所の薄肉部から成る第一グループのＸ軸用薄
肉部と、前記Ｙ軸を挟んでこの第一グループのＸ軸用薄
肉部の２個所の薄肉部と対称的な前記起歪体の平面上に
おける２つの領域に、前記Ｚ軸方向に沿って平板状に且
つ所定の肉厚を有するように形成された２個所の薄肉部
から成る第二グループのＸ軸用薄肉部とから構成された
Ｘ軸力成分用変形検出部と、前記Ｘ軸力成分用変形検出部の第一および第二グループ
の４個所のＸ軸用薄肉部におけるそれぞれの曲げひずみ
を検出し得るように、前記４個所のＸ軸用薄肉部に添着
された四対のＸ軸力成分検出用ひずみゲージと、前記Ｙ軸方向の力成分が加わったときに前記Ｙ軸方向に
平行的に変形し得るように、前記起歪体の平面上におけ
る前記Ｙ軸を挟んで対称的な２つの領域に、前記Ｚ軸方
向に沿って平板状に且つ所定の肉厚を有するように形成
された２個所の薄肉部から成る第一グループのＹ軸用薄
肉部と、前記Ｘ軸を挟んでこの第一グループのＹ軸用薄
肉部の２個所の薄肉部と対称的な前記起歪体の平面上に
おける２つの領域に、前記Ｚ軸方向に沿って平板状に且
つ所定の肉厚を有するように形成された２個所の薄肉部
から成る第二グループのＹ軸用薄肉部とから構成された
Ｙ軸力成分用変形検出部と、前記Ｙ軸力成分用変形検出部の４個所のＹ軸用薄肉部に
おけるそれぞれの曲げひずみを検出し得るように、前記
４個所のＹ軸用薄肉部に添着された四対のＹ軸力成分検
出用ひずみゲージと、前記Ｚ軸方向の力成分が加わったときに前記Ｚ軸方向に
平行的に変形し得るように、前記起歪体の側周面上にお
ける前記Ｘ軸を挟んだ対称的な２つの領域に、前記Ｘ軸
方向に沿って平板状に且つ所定の肉厚を有するように形
成された２個所の薄肉部から成る第一グループのＺ軸用
薄肉部と、前記Ｙ軸を挟んでこの第一グループのＺ軸用
薄肉部の２個所の薄肉部と対称的な前記起歪体の側周面
上における２つの領域に、前記Ｘ軸方向に沿って平板状
に且つ所定の肉厚を有するように形成された２個所の薄
肉部から成る第二グループのＺ軸用薄肉部とから構成さ
れたＺ軸力成分用変形検出部と、前記Ｚ軸力成分用変形検出部のそれぞれのＺ軸用薄肉部
に添着された四対のＺ軸力成分検出用ひずみゲージと、を備えたことを特徴とする多分力計。
【請求項２】請求項１に記載された多分力計におい
て、前記Ｘ軸方向の力成分が加わったとき、抵抗値が増減す
る四対のＸ軸力成分検出用ひずみゲージのうち、抵抗値
が増加するひずみゲージと減少するひずみゲージを互い
に隣接する対向辺にそれぞれ配してホイートストンブリ
ッジ回路を形成して、Ｘ軸方向の力成分を計測するＸ軸
方向力成分演算処理手段と、前記Ｚ軸を挟んでそれぞれ対向的な領域に形成された２
個所づつの薄肉部にそれぞれ添着され、前記Ｚ軸回りの
モーメントが加わったとき、抵抗値が増減する各二対の
Ｘ軸力成分検出用ひずみゲージのうち、抵抗値が増加す
るひずみゲージと減少するひずみゲージを互いに隣接す
る対向辺に配してホイートストンブリッジ回路を形成し
てＺ軸回りのモーメント成分を計測するＺ軸回りモーメ
ント成分演算処理手段と、前記Ｙ軸方向の力成分が加わったとき、抵抗値が増減す
る四対のＹ軸力成分検出用ひずみゲージのうち、抵抗値
が増加するひずみゲージと減少するひずみゲージを互い
に隣接する対向辺に配してホイートストンブリッジ回路
を形成して、Ｙ軸方向の力成分を計測するＹ軸方向力成
分演算処理手段と、前記Ｚ軸方向の力成分が加わったとき、抵抗値が増減す
る前記少なくとも四対のＺ軸力成分検出用ひずみゲージ
のうち、抵抗値が増加するひずみゲージと減少するひず
みゲージを互いに隣接する対向辺に配してホイートスト
ンブリッジ回路を形成して、Ｚ軸方向の力成分を計測す
るＺ軸方向力成分演算処理手段と、前記Ｙ軸を挟んでそれぞれ対向的な領域に形成された２
個所づつの薄肉部にそれぞれ添着され、前記Ｘ軸回りの
モーメントが加わったとき、抵抗値が増減する各二対の
Ｚ軸力成分検出用ひずみゲージのうち、抵抗値が増加す
るひずみゲージと減少するひずみゲージを互いに隣接す
る対向辺に配してホイートストンブリッジ回路を形成し
てＸ軸回りのモーメント成分を計測するＸ軸回りモーメ
ント成分演算処理手段と、前記Ｙ軸力成分用変形検出部の４個所のＹ軸用薄肉部に
添着された４個の剪断力検出用ひずみゲージからそれぞ
れ出力される検出出力を電気的に演算処理してＹ軸回り
のモーメント成分を計測するＹ軸回りモーメント成分演
算処理手段と、を備えたことを特徴とする多分力計。
【請求項３】請求項１に記載された多分力計におい
て、前記下部台座部材と前記柱状部材と前記起歪体とは
一体に成形され、前記下部台座部材が環状の部材として
形成され、さらに、前記荷重導入部が柱状として形成さ
れ且つその上面に複数個の小ねじ穴を有するように構成
されていることを特徴とする多分力計。