JPH07505223A - ６軸ロード・セル - 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】 ６軸ロード・セル 発明の背景 本発明は、３つの直交軸の軸力とこれらの直交軸回りのモーメントを伝達すると 共に計測する、組み立て構造体に関するものである。より詳細には、開示された 組み立て構造体は、応力集中を最小にするために楕円形の隅肉によって連結され た構造要素と、一つの軸の読み取りが他の軸の負荷によって影響を受けるような 、相互影響作用が極めて小さい、交換可能な感知要素を有する。

３本の直交軸回りの回転荷重やこれらの直交軸の軸力を決定するためのトランス デユーサ即ちロード・セルは知られている。これらのロード・セルのうちの２つ が米国特許第４．６４０，１３８号及び米国特許第４，８２１，５８２号に開示 されている。米国特許第４．６４０，１３８号には、多軸荷重感知トランスデユ ーサが開示され、このトランスデユーサは一対の軸方向に間隔をおいたスパイダ によって連結された内部部材と外部部材を有する。このスパイダは、内部部材と 一体のアームを有し、たわみストラップによ７て外部部材に連結されている。こ のたわみストラップは細長い形状を有し、その端部は外部部材に固定されている 。スパイダはアームは連結されたストラップの中央部に固定されている。そして 、荷重はスパイダアームの曲がり作用として感知される。

米国特許第４，８２１．５８２号には、３本の軸の軸力とこれらの軸のうちの２ 本の軸回りのモーメントとを計測する荷重トランスデユーサが開示されている。

このトランスデユーサは、荷重感知スパイダアーム即ちせん断梁によって連結さ れた内部構造体及び外部構造体を有する。スパイダの外端部は外方長手部材に連 結され、この外方長手部材は、内部構造体がスパイダの面に直角な軸に沿う方向 に荷重を受けたとき、曲がりにくい剛性を有する。

発明の要旨 本発明は、複数の直交軸の軸力及びこれらの直交軸回りのモーメントを計測する 組み立て構造体に関するものである。この組み立て構造体は、力とモーメントの 絶縁性が高いことを特徴とし、各主軸に対して偽られた計測値が実質的に他の計 測値に吸収されないようになっている。この構造体は、構造体内部での応力集中 を最小限にすると共に、ある一本の軸に関する軸力とその軸回りのモーメントが 、たとえ他の軸に大きな軸力やモーメントが作用しているときでも、他の軸に関 する計測値に影響を及ぼさないように構成されている。

この組み立て構造体は支持構造を有し、この支持構造は長手方向軸を画成する第 １及び第２の端部を有する。この支持構造は、その長手方向軸が複数の直交負荷 軸のうちの一つの軸上にあるように、配置される。この支持構造は、単一の一体 化部品から製作されることにより、直交軸に沿う軸力と非長手方向の直交軸回り のモーメントに対して剛性を有し、また、長手方向軸回りのモーメントに対して 剛性を有さずに実質的にたわむように構成されている。好ましい実施例では、複 数の支柱が支持構造の第１の端部をその第２の端部に連結している。通常のひず みゲージが支柱に固定され、直交軸に沿って作用する軸力と非長手方向の直交軸 回りのモーメントを決定するために、支柱の圧縮及び引っ張りを計測するように 構成することができる。

これらの支柱は、応力の集中を最小にするために少な（とも部分的な楕円面から なる隅肉を使用して、第１の端部の第１の基部即ち負荷リングと第２の端部の第 ２の基部即ち負荷リングとの間に連結されている。各支柱は上方端部と下方端部 とを有し、これらの上方及び下方端部は対応する基部即ち負荷リングに連結され ると共に、支柱を形成するように互いに結合される。各端部の全側面上には、支 柱の外面に沿って選択された距離だけ互いに分散する方向に延在する外面が形成 され、これらの各端部は分散し、対応する第１及び第２の基部即ち負荷リングの 連結面に融合する。各端部の外方分散面の少なくとも一部は、断面図あるいは端 面図として見たとき、実質的な楕円形をなしている。

トルク・セルは、支持構造の長手方向軸がモニターされる長手方向軸に対して実 質的に平行をなすように、支持構造の回りに同心状に配置される。これらのトル ク・セルは、取り外し可能なたわみダイヤフラムを介して、支持構造の両側に連 結され、このたわみダイヤフラムはトルク・セルの長手方向軸に対して直角な平 面を有する。各たわみダイヤフラムは、この長手方向軸回りのモーメントが支持 構造からトルク・セルに伝達されるとき、実質的に剛性を有するが、非長手方向 軸の軸力及び非長手方向軸回りのモーメントに対しては実質的にたわみ、そして 、長手方向軸に沿う軸力に対してもたわむように構成されている。

支持構造の第１及び第２の端部に連結された適当な負荷部材によって、この組み 立て構造体は車両のサスペンションの試験装置やロボットアームに存在する力や モーメントを計測するのに大変適している。たわみダイヤフラムを支持構造から もトルク・セルからも取り外すことができるから、支持構造やトルク・セルやた わみダイヤフラムを、異なる構造的な能力レベルや感知レベルを有する他の同様 な部品に交換することができる。それ故、この組み立て構造体は、ある軸の感知 能力を犠牲にすることな（、他の軸の軸方向や軸回りの最大荷重に耐えるような 試験情況に最適であるようにすることができる。更に、取り外し可能なたわみダ イヤフラムはトルク・セルを支持構造から分離することを可能にし、両部材の拘 束を容易にするから、この構造体を組み立てるのに必要な時間をかなり減少させ 、よって製造コストをかなり引き下げることができる。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の力及びモーメントの伝達組み立て体を自動車試験システムに一 部に組み込んだ状態の断面図である。

図２は、図１の２−２線に沿う断面図である。

図３は、本発明の組み立て体の支持構造の斜視図である。

図４は、図１の組み立て体の下方たわみダイヤフラムと上方たわみダイヤフラム とトルク・セルの斜視図である。

図５は、本発明の支持構造の部分的な斜視断面図である。

図６は、本発明の組み立て体の第２実施例を自動車試験システムに組み込んだ状 態の断面図である。

図７は、図６の７−７線に沿う断面図である。

図８は、本発明の支柱を示す支持構造の一部切り欠き側面図である。

図９は、本発明の支柱を示す支持構造の一部切り欠き側面図である。

図１０は、本発明の支柱の第２実施例の側面図である。

好ましい実施例についての詳細な説明 自動車のサスペンションの道路上での操縦性能を試験するための力学的な試験装 置が、図１に、全体として参照符号１０で示されている。試験装置１０には力を 伝達しかつ遮断する組み立て構造体１２が複数の力発生装置に連結されて設けら れている。試験装置１０は空気タイヤ１８が装着された車輪１６上の自動車１４ の一部を支持する。自動車のサスペンシヨンは参照符号２０を付されて概略的に 示されている。自動車のサスペンノヨン２０は基礎支持体２２を有し、この基礎 支持体２０は駆動軸線２６を画成する駆動軸２４を有する。車輪１６は基礎支持 体２２を隔ててその向こう側に位置する駆動軸２４に連結され、これによってタ イヤ１８は駆動軸線２６に対して実質的に垂直をなす荷重軸線２８を有すること になる。スプリング３０とショックアブソーバ３２が基礎支持体２２と自動車の フレーム１４の一部の間に連結され、自動車の重量の一部を支持すると共に道路 の模擬振動を緩衝する。

基礎支持体２２に連結されかつ自動車のフレーム１４の一部に固定されたかじ取 り装置３６が、また、概略的に図示されている。かじ取り装置３６は、軸線２８ の周りに車輪１６とタイヤ１８を選択的に位置決めするための制御リンケージ４ ０を有する。

組み立て構造体１２は自動車１４を車輪用パンすなわち車輪支持板４２上に支持 するが、この車輪支持板４２はタイヤ１８に接触した状態でタイヤ１８の下方に 位置する。タイヤ１８に接触する上方表面層４３によってアスファルトやコンク リートのような異なる道路表面の模擬実験を行う。組み立て構造体１２は、更に 、支持構造４４、トルク・セル４６、支持構造４４をトルク・セル４６に連結す るたわみダイヤフラム４８を有する。基部材５２は、また、その下端部において 支持構造４４に連結されている。車輪用パン４２は複数のキャップねじ５４によ って支持構造４４の頂部に搭載される。図１には、複数ののキャップねじ５４の うちの２本のみが図示されている。

支持構造４４は、図３では、斜視図で描かれている。支持構造４４は下方基部５ ６と上方基部５８とを有する。下方基部５６と上方基部５８は中央開口６０及び ６２をそれぞれ有し、これらの中央開口６０．６２は以下の記載でＺ軸をも意味 する長手方向軸６４を中心にして位置する。図１に描かれているように、長手方 向軸６４はタイヤ荷重軸２８に対して実質的に平行をなす。

図１ないし３及び図５を参照すると、上方基部すなわち荷重環状部５８は、平坦 なせん断はり６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ１６６Ｄを形成する複数の支持ウェブすな わち支柱によって、下方基部すなわち荷重環状部５６に間隔をおいて連結されて いる。支柱６６Ａ−６６Ｄは軸６４の周りに９０度の角度をおいて配置され、開 口６０の内部縁６８と開口６２の内部縁７０とから半径方向の外方向へ延在して いる。図５を参照すると、支柱６６Ａ及び６６Ｃは共通な平面上に位置し、また 、支柱６６Ｂ及び６６Ｄは共通の平面上に位置する。これらの２つの平面はせん 断面７２．７４をそれぞれ形成する。支柱６６Ａ及び６６Ｃが位置するせん断面 ７２は、以下の記述でＸ軸をも意味する軸７６に沿って存在する。軸７６は長手 方向軸すなわちＺ軸６４に対して直交する。同様に、支柱６６Ｂ及び６６Ｄが位 置するせん断面７４は、以下の記述でＹ軸をも意味する軸７８に沿って存在する 。軸７８はＺ軸６４及びＸ軸７６に対して互いに直交する。換言すれば、支持構 造４４は、長手方向軸６４と、一対の支柱６６Ａ及び６６Ｃの平面と一対の支柱 ６６Ｂ及び６６Ｄの平面によって形成される３本の直交軸６４．７６．７８とに 整合するように配置されている。

図８及び図９は、支柱６６Ａを使用した例によって支柱構造を詳細に図示してい る。支柱６６Ａは上方端部６１と下方端部６３を有する。上方端部６１は外方基 端部６５を有し、外方端部６５は上方基端部５８の平坦面と点線６７で表される 任意に選択された内方端部とを連結する。内方端部６７は外方基端部６５に対し て背中合わせの位置にある。同様に、下方端部６３は外方基端部６９と点線７１ で表される任意に選択された内方端部とを有し、内方端部７１は外方基端部６９ と背中合わせの位置にある。外方基端部６５又は上方端部６１は上方基端部５８ の平坦面に結合し、他方で、外方基端部６９又は下方端部６３は下方基端部５６ の平坦面に結合する。図示の実施例では、この上方及び下方端部の内端部６７及 び７１は共通の合流線上に位置することが可能であるが、前記支柱の高さを増加 させ、かつ、通常のたわみゲージが取り付けられる実質的に平坦な外方面を提供 するため、中央柱部７３は内端部６７と内端部７１との間に連結される。

柱６６Ａ及び他の柱の上方及び下方端部６１．６３は、端部図あるいは断面図で 見たときに部分的に長円形の外面を少なくとも有する包囲環輪によって、上方基 端部５８と下方基端部５６に対する対応する連結部すなわち結合部においてそれ ぞれ応力集中が最小になるように設計される。以下の記述において、長円形の曲 率は環輪の外面の曲率を定めるのに便宜なように使用される。このような長円形 の曲率は最適の曲率に近似するが、必ずしも上方基端部５８と下方基端部５６に 対する対応する連結部における応力集中を最小にするために必要な最適の曲率に 近似するわけではない。本発明の重要な特徴は各外方面の曲率であり、外方面が 内端部６７と外端部７１とで支柱に合流するときの曲率半径の方が、外方面が上 方基端部５８と下方基端部５６とに合流するときの曲率半径よりも実質的により 大きいということである。好ましくは、各外方面が上方基端部５８と下方基端部 ５６に接近するにつれて曲率半径が連続的に減少することである。外方面の曲率 は、例えばプログラム可能な工作機械等の近代的な機械技術によってめることが できる。

上方端部６１を参照すると、環輪外方面７５Ａ、７５Ｂが内端線６７から外端６ ５と上方基端部５８の結合面との合流部まで延在し、少なくとも楕円７７Ａ１７ ７Ｂの付随部（ｆｏｌｌｏｗ　ｐａｒｔ）　、すなわち各面７５Ａ１７５Ｂの一 部までそれぞれ延在する。ｍ円７７Ａ、７７Ｂは、それぞれ、対応する複数の焦 点を有する。

これらの焦点は、それぞれ、支柱６６Ａの長手方向軸８７に対して実質的に平行 な、大きい楕円軸８３．８５を形成する。図示の実施例においては、外面７５Ａ 、７５Ｂの構内部分は内端線６７で始まり、選択された点８９Ａ、８９Ｂに対し て楕円７７Ａ、７７Ｂの周縁輪郭をたどり、そして、外面７５Ａ、７５Ｂは上方 基端部６１の外方基端部６５に連結された上方基端部５８の平坦面に融合する。

画部分８９Ａ、８９Ｂは、作用する応力によって生じる上方端部６１内の歪みの 総量が所望値よりも低い場所にあるように選択される。言い換えると、外方面７ ５Ａ、７５Ｂの構内部分は、上方基端部５８の平坦面に融合するときに、互いに 接する必要はないが、むしろ、存在する歪みの総量が所望値よりも低いときには 所望の輪郭上に連続するように構成することができる。外方面７５Ａに向かい合 う外方面９１Ａと、外方面７５Ｂに向かい合う外方面９１Ｂとは、上方基端部５ ８に合流する位置に同様な楕円形の外面面取り部分を有する。

下方端部６３は上方端部６１に類似する楕円形の外面を有する。上方端部６３を 参照すると、面取り外面９３Ａ、９３Ｂは、それぞれ、内方端部線７１から外方 端６９と下方基端部５６の連結面との合流部まで延在し、少なくとも各面９３Ａ 、９３Ｂの一部が楕円９５．Ａ、９５Ｂの部分をたどる位置まで延在する。各楕 円９５Ａ、９５Ｂは対応する與点９７．９９を有し、これらの焦点はそれぞれの 大きな楕円軸１０１．１０３を形成する。これらの楕円軸は支柱６６Ａの長手方 向軸８７に対して実質的に平行をなす。図示の実施例では、外面９５Ａ、９５Ｂ の構内部分は内端線７１で始まり、楕円９５Ａ、９５Ｂの周縁輪郭をたどって選 択点１０５Ａ、１０５Ｂに至り、そして、外面９３Ａ、９３Ｂは下端部６３の外 端６９に連結された下方基端部５４の平坦面に融合する。点１０５Ａ、１０５Ｂ は、作用する応力によって生じる上方端部６３内の歪みの総量が所望値よりも低 い場所にあるように選択される。言い換えると、外方面９３Ａ、９３Ｂの構内部 分は、上方基端部５６の平坦面に融合するときに、互いに接する必要はないが、 むしろ、存在する歪みの総量が所望値よりも低いときには所望の輪郭上に連続す るように構成することができる。外方面９３Ａに向かい合う外方面１０７Ａと、 外方面９３Ｂに向かい合う外方面１０７Ｂとは、上方基端部５６に合流する位置 に同様な楕円形の外面面取り部分を有する。好ましくは、上端部６１と下端部６ ３と中央部７３とは単一の部材に形成される。

図１０は支柱１０９の第２実施例を示す。支柱１０９は長手方向軸１１７を中心 とし、上方端部１１１と下方端部１１３とこれらの端部１１１と１１３との間に 配置された中央部１１５とを有する。各端部１１１．１１３は外面反らせ部１１ ９．１２１をそれぞれ有する。上述した端部６１．６３の外面のように、各外面 １１９．１２１の一部は楕円１２３．１２５の周囲輪郭の一部に沿う実質的に長 円形を成している。図示のように、支柱１０９は荷重部材１２７．１２９の間を 連結することができ、通常のように、力及びモーメント測定用トランスデユーサ 即ちロードセル（ｌｏａｄ　ｃｅｌｌ）　１３１を形成するように寸法合わせが なされている。

図５に示した支持構造４４を参照すると、支持構造４４は支柱を任意の数だけ使 用することができる。例えば、３つの支持ウェブ即ち支柱を互いに１２０度の角 度間隔をおいて使用することができる。又は、６つの支柱を互いに６０度の角度 間隔をおいて使用することができる。支柱６６Ａ−６６Ｄは上方及び下方基端部 に溶接されることができるが、支持構造４４は溶接部や接合部を有さない単一の ブロック材で形成されるのが好ましい。その理由は、これらの溶接部や接合部は 荷重寿命や疲労寿命に問題を生じるからである。

支持構造４４はＺ軸６４に沿ってかかる荷重即ち軸方向力に対して実質的に曲が らず、即ち剛性を有し、同様にＸ軸７６及びＹ軸７８に沿ってかかる荷重、即ち せん断力に対しても実質的に曲がらず、即ち剛性を有する。歪みゲージ８４Ａ１ ８４Ｂ、８４Ｃ１８４Ｄ、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ１８６Ｄが軸方向力及びせん 断力を測定するために対応する支柱６６Ａ−６６Ｄに取り付けられている。歪み ゲージ８４Ａ−８４Ｄは各支柱に対して２つの軸方向ゲージと２つのＰｏ１ｓｓ ｏｎゲーノを有する通常のホイートストン・ブリッジを構成するように連結され る。

歪みゲージ８４Ａ−８４Ｄは各支柱６６Ａ−６６Ｄにかかる軸方向力に比例する 独立した信号を発生し、これにより支柱４４にかかる軸方向力の総量は各支柱の 信号を合計することによって得られる。せん断面７２内のせん断力は歪みゲージ ８６Ａ及び８６Ｄによって構成される通常のホイートストン・ブリッジによって 計測され、せん断面７４内のせん断力は歪みゲージ８６Ｂ及び８６Ｄによって構 成される対応するホイートストン・ブリッジによって計測される。もちろん、他 の計測装置、例えば容積型、誘導型、あるいは光フアイバ型の計測装置を支柱に 取り付け、従来から知られている技術を使用して総ての力やモーメントを計測す ることができることが解る。

更に、この支持構造は矢印８８及び９０でそれぞれ示されたＸ軸７６及びＹ軸回 りの転覆モーメントＭｘ、Ｍｙに対して実質的に曲がらず、剛性を有する。転覆 モーメントＭｘ、Ｍｙは各支１６６Ａ−６６Ｄにかかる圧縮荷重及び引っ張り荷 重から従来のやり方で決定される。しかし、この支持構造は矢印９２で示された 長手方向軸即ちＺ軸６４回りのモーメントＭｚに対して柔順である。

図１．２に示されているように、基部材５２は、同心状に配置された複数のねじ 付きキャップスクリュー９４によって、支持構造４４の下方基部５６に連結され ている。Ｘ軸７６に沿うせん断力は基部材５２にかかり、その後、アクチュエー タ９５から支持構造４４及びホイールパン４２を経て車両のサスペンション２０ に伝達される。アクチュエータ９５は駆動アーム９６に連結され、駆動アーム９ ６はアクチュエータ９５の反対側の端部で自在回し継ぎ手９８に連結されている 。アクチュエータ９５は適当な自在回し継ぎ手１００によって静止点に固定され る。回し継ぎ手１００．９８は、試験中、組み立て体１２が十分に角度変位する ことができるようにする。同様に、Ｙ軸７８に沿うせん断力は、図示しないアク チュエータから、回し継ぎ手１０６に連結された駆動アーム１０４（図２）を通 って、車両のサスペンション２０にかかる。

支持構造４４は、せん断面７２．７４内にせん断力があるときにＺ軸回りのモー メントに従う。例えば、せん断力が横アクチュエータ９５からＸ軸に沿って働く とき、支柱６６Ａ、６６Ｃは、それぞれ、作用するせん断力の総量のほぼ４５％ を支持し、残りの１０％は支柱６６Ｂ、６６Ｄの間でほぼ均等に分配される。

同様に、せん断力が対応する横アクチュエータからＹ軸に沿って働くとき、支柱 ６６Ｂ、６６Ｄは、それぞれ、作用するせん断力の総量のほぼ４５％を支持し、 残りの１０％は支柱６６Ａ、６６Ｃの間でほぼ均等に分配される。

同心的な軸荷重とＸ軸及びＹ軸回りの転覆モーメントは、基部材５２の下方に配 置されたアクチュエータｌｌ０Ａ、ｌｌ０Ｃ，ｌｌ０Ｄから組み立て体１２を経 て車両のサスペンションに作用する。支柱６６Ｂの下方の第４のアクチュエータ １１０Ｂも使用されるが、このアクチュエータ１１０Ｂは図１には示されていな い。せん断力アクチュエータと同様に、軸アクチュエータｌｌ０Ａ−１１０Ｄが 適当な自在回し継ぎ手１１２を介して静止点に固定されている。各アクチュエー タ１１０Ａ−１１０Ｄは駆動アーム１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｄに連結され、 これらの駆動アーム１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｄは、図２に示すように、対応 する支柱６６Ａ−６６Ｄの下方にそれぞれ配置された自在回し継ぎ手１１６Ａ。

１１６Ｂ、１１６Ｃ，１１６Ｄに順に連結されている。

支柱４４はＺ軸に沿う軸方向荷重とＸ軸及びＹ軸回りのモーメントに対して剛性 を有する。例えば、それぞれがＺ軸６４に平行な力を発生するアクチュエータ１ １０Ａ−１１０Ｄによって同心的な軸方向荷重が作用すると、各支柱６６Ａ−６ ６Ｄはこの軸方向荷重の総量の２５％づつを支持する。しかし、アクチュエータ ｌｌ０Ｂ、ｌｌ０Ｄからの不均等な力によってＸ軸７．６回りに転覆モーメント が作用すると、対応する支柱６６Ｂ、６６Ｄによって分解されかつ作用し合うモ ーメント発生力は大きさが等しく、方向が反対である。同様に、アクチュエータ １１０Ａ、ｌｌ０Ｃからの不均等な力によってＹ軸７８回りに転覆モーメントが 作用すると、対応する支柱６６Ａ、６６Ｃによって分解されかつ作用し合うモー メント発生力は大きさが等しく、方向が反対である。更に、Ｘ軸７６回りのモー メントやＹ軸７８回りのモーメントによって支柱６ロー６６Ｄには小さな曲げ力 があるのみであるから、Ｚ軸６４回りには実質的にモーメントの反作用は存在し ない。

図１．２．３を参照すると、トルク・セル４６は支柱４４の長手方向軸６４に沿 って同心状に配置されている。図示のように、トルク・セル４６は、協働する内 側壁１２０．１２２からそれぞれ間隔をおいて位置する開口６０．６２の内部に 配置されている。トルク・セル４６は、第１の端部１２４と、第２の端部１２６ と、長手方向軸６４回りのモーメントに応答するように第１及び第２の端部１２ ４．１２６の間に取り付けられた感知部１２８とを有する。図示の実施例では、 感知部１２８は筒状構造を有し、４つのだわみ粱１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ 。

１３２Ｃを画成するように９０度の角度間隔をおいて配置された４つの開口１３ ０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ，１３０Ｄを有する。たわみ梁１３２Ａ−１３２Ｄは トルク・セル４６にそれらの端部のみで支持され、それらの断面は比較的薄い。

第１の端部１２４と第２の端部１２６は、また、筒状構造を有し、それらの断面 積はたわみ梁１３２Ａ−１３２Ｄの断面積よりも大きい。第１の端部１２４と第 ２の端部１２６はたわみ梁１３２Ａ−１３２Ｄの断面積よりも実質的に厚いから 、長手方向軸６４回りのモーメントは実質的にたわみ梁１３２Ａ−１３２Ｄ内に 制限される。図４に示すように、ホイートストン・ブリッジに連結された通常の ひずみゲージ１３４をたわみ梁１３２Ａ−１３２Ｄに容易に適用することができ る。

その理由は、トルク・セル４６は支持構造４４から取り外すことができるからで ある。これらのひずみゲージはたわみ粱１３２Ａ−１３２Ｄのせん断力を計測し 、長手方向軸６４回りのモーメントに比例する信号を発生する。これらのひずみ ゲージの代わりに、ねじり中実ロッド（ａ　ｔｗｉｓｔｉｎｇ　５ｏｌｉｄ　ｒ ｏｄ）のような、他の長手方向のトルク・セルを使用することができる。

図１に示しかつ上述したように、トルク・セル４６は支持構造４４の開口６０． ６２の内部に配置され、長手方向軸６４に平行に配列されている。トルク・セル ４６は第１の端部１２４と第２の端部１２６で支持構造４４に連結され、上方基 部５８と下方基部５６とにそれぞれ連結されると共に、上方たわみダイアフラム ４８と下方たわみダイアフラム５０に連結される。上方たわみダイアフラム４８ と下方たわみダイアフラム５０とは、それぞれ、曲がりに（い内部リム部１３６ と曲がりにくい外部リム部１３８を有するように単一のブロック材によって形成 される。内部リム部１３６と外部リム部１３８は互いに分離されており、内部リ ム部１３６と外部リム部１３８よりも狭い断面積を有し、かつ、軸方向にたわむ ことのできる、ダイヤフラム・リング即ちダイヤフラム板によって、互いに連結 されている。上方たわみダイアフラム４８は、内部リム部１３６を貫通して突出 し、かつ、第１の端部１２４の適当な開口にねじ込まれた、複数の同心状に配置 されたキャップ・スクリュー１４２によって、第１の端部１２４のトルク・セル ４６に連結されている。上方たわみダイアフラム４８の外部リム部１３８はホイ ール・パン４２と支持構造４４との間に挟まれ、そして、ホイール・パン４２と 外部リム部１３８から突出し、かつ、支持構造４４の適当な開口内にねじ込まれ た、同心状に配置されたキャップ・スクリュー５４によって、固定される。トル ク・セル４６の上のホイール・パン４２の下面部１４４は、試験中にトルク・セ ル４６が十分に運動することができるようにする空隙を形成するために、へこん でいる。同様に、内部リム部１３６を貫通して突出し、かつ第２の端部１２６の 適当な開口にねじ込まれ、そして同心状に配置された、複数のキャップ・スクリ ュー１４６によっそ、下方たわみダイアフラム５０はトルク・セル４６の第２の 端部１２６に連結されている。下方たわみダイアフラム５０の外部リム部１３８ は基部材５２と支持構造４４との間に挟持され、同心状に配置されたキャップ・ スクリュー９４によって固定されている。キャップ・スクリュー９４は基部材５ ２と外部リム部１３８を貫通して突出し、支持構造４４の適当な開口にねじ込ま れている。トルク・セル４６の下方に位置する基部材５２の上方面部１４８は、 トルク・セル４６の運動に十分な空隙を形成するようにへこんでいる。

上方及び下方たわみダイアフラム４８．５０は、長手方向軸即ちＺ軸６４の回り に生じるモーメントを支持構造４４からトルク・セル４６に伝達するため、環状 方向には曲がりに（いように実質的な剛性を有する。前述し、かつ、図４に斜視 図として示した組み立て構造体１５０のように、上方及び下方たわみダイアフラ ム４８．５０がトルク・セル４６に連結されると、ダイアフラム４８．５０のた わみダイアフラムリング即ちたわみダイアフラム板１４０が軸方向へのたわみの ため、組み立て構造体１５０はＺ軸６４に沿う軸方向荷重によって変形する。

更に、たわみダイアフラム４８．５０の変形とこれらのダイアフラム４８．５０ の間の軸方向空隙とによって、組み立て構造体１５０はＸ軸７６とＹ軸７８に沿 って発生するせん断力とこれらの軸７６．７８の回りのモーメントによって変形 する。

本発明の荷重感知組み立て体の第２の実施例が図６及び図７に参照符号１６０と して表されている。この形態においては、支持構造１６４とトルク・セル１６６ の長手方向軸６４の回りの同心状の配置に関して、支持構造１６４とトルク・セ ル１６６は入れ換えられている。図示のように、支持構造１６４は図１−３及び 図５に示した支持構造４４と同様の構造を有し、支持構造４４は、全体として長 手方向軸６４に直角な端面を有する第１の端部１６８と第２の端部１７０とを有 する。複数の支柱１７２Ａ、１７２Ｂ、１７２Ｃ１１７２Ｄは第１の端部１６８ を第２の端部１７０に連結している。支柱１７２Ａ−１７２Ｄは、直交軸６４． ７６．７８に沿う力に対して実質的に剛性を有し、また、非長手方向の直交軸７ ６．７８の回りのモーメントに対しても実質的に剛性を有するが、長手方向軸６ ４の回りのモーメントに対しては剛性を有さず、実質的にたわむようになってい る。図１及び２に示された実施例のように、非長手方向軸７６．７８に沿うせん 断力は、アクチュエータ１７６のような横アクチュエータに連結された基部材１ ７４を介して、支持構造１６４に作用する。長手方向軸６４に沿う軸力は、基部 材１７４の下方に配置されたアクチュエータ１７８Ａ、１７８Ｂ、１７８Ｃ，１ ７８Ｄから供給される。非長手方向の直交軸７６．７８に沿う力とこれらの直交 軸７６．７８の回りのモーメントは、ホイール・パン１８０が組み立て体１２の ホイール・パンに類似する方法で搭載されている第１の端部１６８に伝達される 。

支柱１７２Ａ−１７２Ｄ内に存在する圧縮力及び引っ張り力は、直交軸６４．７ ６．７８に沿って作用する力と非長手方向の直交軸７６．７８の回りのモーメン トとを計算するために、通常のひずみゲージで計測される。

トルク・セル１６６は支持構造１６４の周りを取り囲み、同心状に配置されたキ ャップ・スクリュー１８６．１８８を使用して、上方たわみダイアフラム１８２ 及び下方たわみダイアフラム１８４によって支持構造１６４に取り付けられてい る。ダイアフラム４８．５０のように、ダイアフラム１８２．１８４は、互いに 分離され、かつ、たわみダイアフラム板１９４に連結された、内部剛性リム部１ ９０と外部剛性リム部１９２とを有し、このたわみダイアフラム板１９４の断面 積は内部剛性リム部１９０や外部剛性リム部１９２の断面積よりも小さい。たわ みダイアフラム１８２．１８４は、長手方向軸６４回りのモーメントを支持構造 １４４からトルク・セル１４６に伝達するように実質的に剛性を有するが、非長 手方向の直交軸７６．７８回りのモーメント及び直交軸７６．７８に沿う軸力、 そして長手方向軸６４に沿う軸力に対しては剛性を有さず、実質的にたわむよう になっている。通常のひずみゲージ（図示せず）がトルク・セル１４６のたわみ 梁１９８Ａ、１９８Ｂ、１９８Ｃ，１９８Ｄの外面に固定され、作用するモーメ ントの大きさに比例する出力信号を発するように構成することができる。ホイー ル・パン１８０の下面と基部材１７４の上面上の環状溝２００．２０２は、それ ぞれ、試験中にトルク・セル１６６とダイアフラム１８２及び１８４とが十分に 動（ことができるようにする。

図６及び図７の実施例は支持構造１６４を取り囲むように配置されたトルク・セ ル１６６を有するが、この実施例は、長手方向軸６４の回りにモーメントが実質 的に作用するときに、特に適している。これに対して、図１及び図２の実施例は 支持構造４４の長手方向空隙内に配置されたトルク・セル４６を有し、比較的大 きな直角方向力か非長手方向の転覆モーメントが存在する状態において長手方向 軸６４の回りに小さなモーメントが作用するときに、適している。

以上、本発明を好ましい実施例に関して説明したが、当業者は本発明の範囲及び 精神から離れることなく、その形状や構造を変更することができることを認識す るであろう。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の荷重部材と第２の荷重部材とを有する組み立て構造体であって、前記 第１及び第２の荷重部材は前記組み立て構造体の長手方向軸を画成し、前記組み 立て構造体は、複数の直交軸に関して、前記第１の荷重部材から前記第２の荷重 部材に力とモーメントを伝達すると共に、前記力と前記モーメントを絶縁するよ うに構成されている、前記組み立て構造体において、前記組み立て構造体は支持 構造を有し、前記支持構造は上方端部と下方端部とを有し、前記上方端部は前記 第１の荷重部材に連結された第１の外方端部と前記第１の外方端部の反対側の第 １の内方端部とを有し、前記下方端部は、前記第２の荷重部材に連結された第２ の外方端部と前記第２の外方端部の反対側の第２の内方端部とを有すると共に、 前記第１の内方端部に連結され、各端部は対応する前記内方端部から対応する前 記外方端部まで延在する複数の発散外面を有し、前記各発散外面のダイバージェ ンスの曲率半径は、前記内方端部において、対応する前記外方端部における各外 面のダイバージェンスの曲率半径よりも、実質的に大きいことを特徴とする、組 み立て構造体。
2. ２．請求項１に記載の組み立て構造体において、各端部の発散外面の少なくとも 一部は実質的に楕円である、前記組み立て構造体。
3. ３．請求項２に記載の組み立て構造体において、前記上方端部と前記下方端部は 支持構造の長手方向軸を画成し、前記上方端部の実質的に楕円形の外面部分は、 実質的に、前記支持構造の長手方向軸に実質的に平行な線上に複数の焦点を有す る第１の楕円の一部に沿って延在し、前記下方端部の実質的に楕円形の外面部分 は、実質的に、前記支持構造の長手方向軸に実質的に平行な線上に複数の焦点を 有する第２の楕円の一部に沿って延在する、前記組み立て構造体。
4. ４．請求項１又は２又は３に記載の組み立て構造体において、前記支持構造は単 一の一体的なブロック材によって形成されている、前記組み立て構造体。
5. ５．請求項１ないし４のうちのいずれか一項に記載の組み立て構造体において、 前記支持構造の長手方向軸に直交する面に沿って切られた前記上方端部と前記下 方端部の断面の少なくとも一部は、実質的に円形である、前記組み立て構造体。
6. ６．請求項１に記載の組み立て構造体において、前記組み立て構造体は、更に、 複数の支持構造を有し、前記複数の支持構造は前記組み立て構造体の長手方向軸 の周りの前記第１の荷重部材と前記第２の荷重部材の間に連結され、前記組み立 て構造体は前記組み立て構造体の長手方向軸が前記複数の直交軸の軸線上にある ように配置され、前記組み立て構造体は、前記直交軸に沿う軸力に対して実質的 に剛性を有すると共に、前記組み立て構造体の長手方向軸以外の直交軸回りのモ ーメントに対して実質的に剛性を有する、前記組み立て構造体。
7. ７．請求項６に記載の組み立て構造体であって、前記組み立て構造体の長手方向 軸回りのモーメントに対して実質的にたわむように構成された、前記組み立て構 造体において、 前記組み立て構造体は、更に、トルク・セルを有し、前記トルク・セルの長手方 向軸を画成する第１のトルク・セルと第２のトルク・セルとを有し、前記トルク ・セルは、前記トルク・セルの長手方向軸が前記組み立て構造体の長手方向軸に 平行をなすように、前記複数の支持構造の周りに同心状に配置され、前記トルク ・セルは前記組み立て構造体の長手方向軸回りのモーメントを計測するように構 成され、 前記組み立て構造体は、更に、たわみ手段を有し、前記たわみ手段は、前記第１ の荷重部材を前記第１のトルク・セルに連結する第１のたわみダイアフラムと、 前記第２の荷重部材を前記第２のトルク・セルに連結する第２のたわみダイアフ ラムとを有し、前記たわみダイアフラムは、前記複数の支持構造から前記トルク ・セルに伝達される前記組み立て構造体回りのモーメントに対して剛性を有する と共に、前記長手方向軸回りのモーメント以外の直交軸回りのモーメント及び前 記直交軸の軸力に対して実質的にたわむように構成されている、前記組み立て構 造体。
8. ８．第１の荷重部材と第２の荷重部材を有する組み立て構造体であって、前記組 み立て構造体は、選択された力とモーメントを前記第１の荷重部材から前記第２ の荷重部材に伝達すると共に、前記組み立て構造体の構造要素のストレインとし ての複数の直交軸に関する選択された力とモーメントとを絶縁する、前記組み立 て構造体において、 前記組み立て構造体は支持構造を有し、前記支持構造は前記第１の荷重部材に連 結された第１の端部と前記第２の荷重部材に連結された第２の端部を有し、前記 第１及び第２の端部は前記支持構造の長手方向軸を画成し、前記支持構造は、前 記支持構造の長手方向軸が複数の直交軸の長手方向軸線に公知の関係を有するよ うに、配電され、前記支持構造は、前記支持構造が前記直交軸の軸力及び前記長 手方向直交軸以外の前記直交軸回りのモーメントに対して実質的に剛性を有し、 かつ、前記長手方向軸回りのモーメントに対して実質的にたわむように、前記第 １の端部を前記第２の端部に連結し、 前記組み立て構造体はトルク・セルを有し、前記トルク・セルは、前記トルク・ セルの長手方向軸が実質的に前記支持構造の長手方向軸に平行をなすように、前 記支持構造の周りに同心状に配置され、前記トルク・セルは前記支持構造の長手 方向軸回りのモーメントを計測するように構成され、前記組み立て構造体はたわ み手段を有し、前記たわみ手段は前記支持構造を前記トルク・セルに連結し、前 記たわみ手段は、前記支持構造から前記トルク・セルに伝達される前記支持構造 の長手方向軸回りのモーメントに対して実質的に剛性を有すると共に、前記長手 方向の直交軸回りのモーメント以外の直交軸回りのモーメント及び前記直交軸の 軸力に対しては実質的にたわむように構成されている、 ことを特徴とする、組み立て構造体。
9. ９．請求項８に記載の組み立て構造体において、前記連結手段は複数の支柱を有 する、前記組み立て構造体。
10. １０．請求項８又は９に記載の組み立て構造体において、前記たわみ手段は、前 記支持構造の前記第１の端部と前記トルク・セルの対応する端部とに連結された 第１のダイアフラム部材と、前記支持構造の第２の端部と前記トルク・セルの対 応する端部とに連結された第２のダイアフラム部材とを有する、前記組み立て構 造体。
11. １１．３つの直交する刃軸Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと３つの直交するモーメント軸Ｍｘ 、Ｍｙ、Ｍｚとに関して、複数の力とモーメントとを伝達して計測する組み立て 構造体であって、前記各モーメント軸は対応する前記刃軸の回りに位置する、前 記組み立て構造体において、 前記組み立て構造体は支持構造を有し、前記支持構造は前記支持構造の長手方向 軸を画成する第１の支持構造端と第２の支持構造端とを有し、前記支持構造は前 記支持構造の長手方向軸が前記刃軸Ｆｚに沿うように配置され、前記支持構造は 前記第１の支持構造端を前記第２の支持構造端に連結する複数の支柱を有し、前 記複数の支柱はＦｘ軸、Ｆｙ軸、Ｆｚ軸、Ｍｘ軸、Ｍｙ軸で伝達される力とモー メントに対して剛性を有すると共に、Ｍｚ軸上のモーメントに対しては実質的に たわむように構成され、 前記組み立て構造体はトルク・セルを有し、前記トルク・セルはトルク・セルの 長手方向軸を画成する第１のトルク・セルと第２のトルク・セルとを有し、前記 トルク・セルは、前記トルク・セルの長手方向軸が前記支持構造の長手方向軸に 対して平行をなすように、前記支持構造の回りに同心状に配置され、前記トルク ・セルはＭｚ軸上のモーメントを計測するように構成され、前記組み立て構造体 はたわみ手段を有し、前記たわみ手段は、前記第１の支持構造端を前記第１のト ルク・セル端に連結する第１のたわみダイアフラムと、前記第２の支持構造端を 前記第２のトルク・セル端に連結する第２のたわみダイアフラムとを有し、前記 各たわみダイアフラムは、前記支持構造から前記トルク・セルに伝達されるＭｚ 軸上のモーメントに対しては実質的に剛性を有し、Ｆｘ軸、Ｆｙ軸、Ｆｚ軸、Ｍ ｘ軸、Ｍｙ軸上には力もモーメントも伝達されないように構成されている、 ことを特徴とする、組み立て構造体。
12. １２．請求項１１に記載の組み立て構造体において、前記複数の支柱はＭｘ軸及 びＭｙ軸上のストレインに対して実質的にＭｚ軸上にモーメントの反力を生じな い、前記組み立て構造体。
13. １３．請求項１１又は１２に記載の組み立て構造体において、前記支持構造は前 記支持構造の長手方向軸に沿って形成された長手方向空隙を有し、前記トルク・ セルは前記支持構造の長手方向空隙内に配置されている、前記組み立て構造体。