JPH1096669A

JPH1096669A - 荷重検出器

Info

Publication number: JPH1096669A
Application number: JP8253051A
Authority: JP
Inventors: Shuji Ohira; 修司大平; Ryuji Takada; 龍二高田; Takami Kusaki; 貴巳草木
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな定格にもかかわらず必要な荷重範囲で
高い分解能を有する荷重検出器を提供すること。【解決手段】固定側フランジ１１、荷重作用側フラン
ジ１２、各たわみ梁１３１で平行平板構造１０が構成さ
れ、支持部２に固定される固定側フランジ１１、荷重作
用側フランジ１２、各たわみ梁１３２で平行平板構造１
００が構成される。たわみ梁１３１の肉厚ｔ₁ はたわみ
梁１３２の肉厚ｔ₂ より薄く、各長さＬ₁、Ｌ₂ は等し
く設定され、平行平板構造１００の突起１６と平行平板
構造１０の荷重作用側フランジ１２の間隔はδ₁ に定め
られている。Ｚ軸方向に力が作用すると、最初たわみ梁
１３１が、次いでたわみ梁１３２が変形する。平行平板
構造１０で高分解能の検出ができ、平行平板構造１００
で定格を大きくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体に作用する荷
重（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】荷重検出器には種々の型のものがある
が、例えば、特開昭６１−５７８２５号公報に示される
ような平板なたわみ梁を用いた平行平板構造や放射平板
構造で構成される荷重検出器が優れた特性を有する。こ
のような荷重検出器を図により説明する。

【０００３】図１３は対称型平行平板構造で構成される
荷重検出器の側面図である。この図で、１は荷重検出
器、２は荷重検出器１が固定、支持される支持部を示
す。荷重検出器１は、支持部２に固定される両側の固定
側フランジ１１、荷重が作用する中央部の荷重作用側フ
ランジ１２、および固定側フランジ１１と荷重作用側フ
ランジ１２との間に形成される４つの平板なたわみ梁１
３で構成される平行平板構造、ならびに各たわみ梁１３
に装着されたひずみゲージ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１
５ｄで構成されている。

【０００４】なお、平行平板構造は１つの剛体に四角な
貫通孔１４を明けることにより形成され、この貫通孔１
４により形成される互いに対向するたわみ梁１３は平行
である。又、上記荷重検出器１は、一点鎖線Ｋを通り、
紙面に垂直な面に対して対称に形成された２つの平行平
板構造により構成されている。

【０００５】図１４は上記荷重検出器１の荷重作用側フ
ランジ１２に力Ｆ_Z が作用したときの側面図である。力
Ｆ_Z が作用すると、各たわみ梁１３が図示のように変形
し（図ではこの変形が誇張して描かれている）、荷重作
用側フランジ１２は力Ｆ_Z の作用方向に平行に変位す
る。上記各たわみ梁１３の変形により、ひずみゲージ１
５ａ、１５ｄに、変形に比例した伸びひずみが、又、ひ
ずみゲージ１５ｂ、１５ｃに圧縮ひずみがそれぞれ生じ
る。これらひずみゲージ１５ａ〜１５ｄのひずみによる
抵抗値の変化をみることにより、力Ｆ_Z を検出すること
ができる。

【０００６】図１５は上記力Ｆ_Z を検出するためのブリ
ッジ回路の回路図である。図で、１５ａ〜１５ｄは図１
３、１４に示すひずみゲージである。これらひずみゲー
ジ１５ａ〜１５ｄにより図示のようなブリッジ回路が構
成される。Ｖ_inは所定の直流電圧を示し、この電圧の印
加により、作用した力Ｆ_Z に比例した電圧Ｖ_out が出力
される。なお、図１３、１４に示すたわみ梁１３の下側
の４つのひずみゲージを単独に用いて、又は、たわみ梁
１５ａ〜１５ｄと併せて用いてブリッジ回路を構成する
こともできる。

【０００７】図１６は対称型放射平板構造で構成される
荷重検出器の側面図である。この図で、２は図１３に示
すものと同じ支持部、３は荷重検出器を示す。荷重検出
器３は、支持部２に固定される両側の固定側フランジ３
１、荷重が作用する中央部の荷重作用側フランジ３２お
よび固定側フランジ３１と荷重作用側フランジ３２との
間に形成される４つの平板なたわみ梁３３で構成される
放射平板構造、ならびに各たわみ梁１３に装着されたひ
ずみゲージ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄで構成され
ている。

【０００８】なお、放射平板構造は１つの剛体に台形貫
通孔３４を明けることにより形成され、この貫通孔３４
により形成される互いに対向するたわみ梁１３は、荷重
作用側フランジ３２上の一点Ｏに関して角度θで互いに
放射状に伸びている。又、上記荷重検出器３は、点Ｏを
通る垂直線に沿う、紙面に垂直な面に対して対称に形成
された２つの放射平板構造により構成されている。

【０００９】図１７は上記荷重検出器３の荷重作用側フ
ランジ３２にモーメントＭ_Y が作用したときの側面図で
ある。モーメントＭ_Y が作用すると、各たわみ梁３３が
図示のように変形（図ではこの変形が誇張して描かれて
いる）する。上記各たわみ梁３３の変形により、ひずみ
ゲージ３５ａ、３５ｃに、変形に比例した伸びひずみ
が、又、ひずみゲージ３５ｂ、３５ｄに圧縮ひずみがそ
れぞれ生じる。これらひずみゲージ３５ａ〜３５ｄで適
切なブリッジ回路を構成することにより、モーメントＭ
_Y を検出することができる。なお、図１６、１７に示す
たわみ梁３３の下側の４つのひずみゲージを単独に用い
て、又は、たわみ梁３５ａ〜３５ｄと併せて用いてブリ
ッジ回路を構成することもできる。これら各ブリッジ回
路の図示と説明は省略する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記荷重検出器１、３
はたわみ梁１３、３３の剛性により得られるひずみ量に
よってその定格を決定している。このため、定格が小さ
い荷重検出器については、小さな荷重で所定のひずみ量
が生じるようにたわみ梁１３、３３の肉厚は薄く設計さ
れており、逆に、定格が大きい荷重検出器については、
たわみ梁１３、３３の肉厚を厚くして大きな荷重で所定
のひずみ量が生じるように設計されている。このような
手法では、同一の増幅器、同一のＡ／Ｄ変換器を使用す
る場合、荷重検出器の分解能は定格に対しての比率で決
まる。即ち、ある定格の荷重検出器に対し、そのｎ倍の
定格を有する荷重検出器の分解能は、前者の荷重検出器
の分解能の１／ｎに低下する。

【００１１】実際の荷重検出では、例えば、１５ｋｇｆ
の力の測定に１００ｇｆの分解能を必要とする場合、１
０ｋｇｆで１％の分解能を有する荷重検出器を選択しな
ければならないが、最大荷重が１０ｋｇｆを超える場
合、当該荷重検出器では後述するように強度が不足して
測定できない。これを避けるため、定格３０ｋｇｆの荷
重検出器を用いると、分解能は３００ｇｆとなり、必要
な分解能での測定ができなくなる。

【００１２】この問題を解決し、大きな定格で高分解能
を得るために、Ａ／Ｄ変換器の能力を高めて所定のひず
み量を細分化する手段が用いられているが、Ａ／Ｄ変換
器の能力をｎ倍上昇させた場合、出力の分解能はｎ倍に
なるものの、増幅器に従来のものを用いると、そのＳ／
Ｎ比は変わらないので、Ａ／Ｄ変換後の下位ビットはノ
イズに影響されてｎ倍の分解能が得られるとは限らな
い。

【００１３】又、他の手段として、大きな荷重を測定す
るのに小さな定格の荷重検出器を使用する手段がある。
この手段は、Ａ／Ｄ変換するためにアナログ出力の定格
を決めた場合、結局、Ａ／Ｄ変換器の分解能に左右され
ることとなり上述と同様の問題が生じるばかりでなく、
小さな定格の荷重検出器に大きな荷重を作用させるとた
わみ梁１３、３３に塑性変形や破断を生じ、荷重検出器
を使用できなくしてしまうおそれがある。

【００１４】さらに、上記のようにＡ／Ｄ変換器の分解
能や増幅器のＳ／Ｎ比を上昇させるには高いコストを要
し、さらに又、大きな定格の荷重検出器において、全レ
ンジに高分解能をもたせることは無意味であり、かつ、
無駄である。

【００１５】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、大きな定格を備え、かつ、必要な荷重範囲に対し
て高分解能をもつことができる荷重検出器を提供するこ
とにある。

【００１６】

【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、固定側フランジと荷重作用側フランジと
の間にたわみ梁を固定し、前記荷重作用側フランジに作
用した荷重を前記たわみ梁の変形により検出する構成を
有するものにおいて、この構成を１つの荷重検出単位と
して複数の荷重検出単位を備え、これら各荷重検出単位
の荷重作用側フランジ相互が荷重の作用方向に沿って所
定の間隔で隣接するように前記各荷重検出単位を配置す
ることを特徴とする。

【００１７】

【作用】最初の荷重検出単位の荷重作用側フランジに荷
重が作用すると、当該荷重側フランジの荷重検出単位の
たわみ梁は、その変形特性に従って作用した荷重に比例
して変形し、その変形に応じて荷重作用側フランジが変
位する。作用した荷重が大きいと、最初の荷重検出単位
の荷重作用側フランジは次の荷重検出単位の荷重作用側
フランジに当接してこれに荷重を伝達し、その荷重検出
単位のたわみ梁をその変形特性に従って変形させ、当該
荷重作用側フランジを変位させる。このようにして、荷
重は順次荷重検出単位へ伝達されてゆく。この場合、あ
る荷重範囲で高い分解能が必要なときには、当該荷重範
囲を担当する荷重検出単位のたわみ梁の変形特性やひず
みゲージの設置位置等を任意に選定する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
に係る荷重検出器の側面図である。この図で、１０は対
称型平行平板構造より成る第１の荷重検出単位、１００
は対称型平行平板構造より成る第２の荷重検出単位を示
す。本実施の形態の荷重検出器は、第１の荷重検出単位
１０と第２の荷重検出単位１００で構成されている。各
荷重検出単位１０、１００はそれぞれ、図１３に示すも
のと同様の固定側フランジ１１および荷重作用側フラン
ジ１２を有する。１３１は荷重検出単位１０のたわみ
梁、１３２は荷重検出単位１００のたわみ梁である。１
６は荷重検出単位１０の荷重作用側フランジ１２と対向
する荷重検出単位１００の荷重作用側フランジ１２の面
に形成された突起を示す。なお、各平行平板構造１０、
１００の各ひずみゲージについては、図１３に示すもの
と同じであり、かつ、同一位置に設置されており、各平
行平板構造１０、１００毎にブリッジ回路が構成され、
それぞれ出力が取り出されるようになっている。

【００１９】たわみ梁１３１の肉厚はｔ₁ 、長さはＬ
₁ 、たわみ梁１３２の肉厚はｔ₂ 、長さはＬ₂ に選定さ
れている。本実施の形態の場合、たわみ梁１３１、１３
２の長さＬ₁ 、Ｌ₂ 、板厚、板幅、ヤング率は等しく、
肉厚ｔ₁ は肉厚ｔ₂ より薄く構成されている。したがっ
て、平行平板構造１０は平行平板構造１００より剛性が
低い。さらに、平行平板構造１００の突起１６の面と、
これに対向する平行平板構造１０の面との間の間隔は値
δ₁ に選定されている。

【００２０】次に本実施の形態の動作を図２、図３およ
び図４を参照して説明する。図２および図３は図１に示
すものと同じ荷重検出器の側面図である。平行平板構造
１０の荷重作用側フランジ１２に、図２に矢印で示す力
Ｆ_Z1が作用すると、最初に平行平板構造１０のたわみ梁
１３１が図２に示すように変形し（この変形は誇張して
描かれている。以下、図３、図６および図９において同
じ。）、荷重作用側フランジ１２の下面と平行平板構造
１００の突起１６の面とが接触する。突起１６の上記間
隔δ₁ は、力Ｆ_Z1が作用したとき荷重作用側フランジ１
２と突起１６とが接触するように設定されている。この
状態で、各平行平板構造１０のブリッジ回路からは、た
わみ梁１３１の変形に比例した（作用した力Ｆ_Z1に比例
した）信号が出力される。

【００２１】平行平板構造１０の荷重作用側フランジ１
２に力Ｆ_Z1より大きい力Ｆ_Z2が作用すると、その力は、
最初上記のように平行平板構造１０のたわみ梁１３１を
変形させた後、突起１６を介して平行平板構造１００の
荷重作用側フランジ１２に伝達され、そのたわみ梁１３
２を図３に示すように平行平板構造１０のたわみ梁１３
１とともに変形させる。この状態で、各平行平板構造１
０、１００の各ブリッジ回路からは、たわみ梁１３１、
１３２の変形（作用した力Ｆ_Z2）に比例した信号が出力
される。

【００２２】図４は作用した荷重（力）に対する各ブリ
ッジ回路の出力特性を示す図である。この図で、横軸に
は荷重、縦軸にはブリッジ回路の出力電圧がとってあ
る。平行平板構造１０のブリッジ回路の出力は折線１０
Ａ、１０Ｂで示され、平行平板構造１００のブリッジ回
路の出力は直線１００Ａで示される。各平行平板構造１
０、１００の接触後は、たわみ梁１３１、１３２は同一
変形量となるので、折線１０Ｂと直線１００Ａとは同一
の変化量となる。図４に示す折線１０Ａ、１０Ｂから判
るように、平行平板構造１０の出力は力Ｆ_Z1までは大き
なゲインをとなり、力Ｆ_Z1〜Ｆ_Z2では小さなゲインとな
る。範囲α（０〜Ｆ_Z1）の力の検出には平行平板構造１
０のブリッジ回路の出力が用いられ、範囲β（Ｆ_Z1〜Ｆ
_Z2）の力の検出には平行平板構造１００のブリッジ回路
の出力が用いられる。

【００２３】次に、ブリッジ回路で得られる出力を力の
大きさに変換する手段について説明する。単独の平行平
板構造で検出された電圧Ｖからこれに対応する荷重Ｆを
求める場合は、横軸に荷重、縦軸に電圧をとった校正線
図を用いる。ところで、通常、平行平板構造の荷重−電
圧特性はリニアであるので、平行平板構造１０の荷重−
電圧特性の傾きの角度をθ₁ とし、ｔａｎθ₁ ＝ａとす
ると、Ｖ＝ａＦ…………（１）したがって、Ｆ＝ａ^-1Ｖ…………（２）となり、コンピューータでの演算が可能である。

【００２４】しかしながら、本実施の形態における荷重
−電圧特性は図４に示すように折線となるので、上記
（２）式は荷重 0〜Ｆ_Z1の範囲でしか用いられない。そ
こで、荷重Ｆ_Z1〜Ｆ_Z2の範囲の荷重は、平行平板構造１
００の荷重−電圧特性の傾きの角度をθ₂ とし、ｔａｎ
θ₂ ＝ｂとすると、Ｖ＝ｂＦ＋（Ｖ₁ −ｂＦ_Z1）…………（３）したがって、Ｆ＝ｂ^-1（Ｖ−Ｖ₁ ＋ｂＦ_Z1）…………（４）となる。この（４）式は平行平板構造１０の検出信号を
用いた場合の式であり、平行平板構造１００の信号を用
いる場合には、次式のようになる。Ｆ＝ｂ^-1Ｖ＋Ｆ_Z1…………（５）式（２）と式（４）の切換は、平行平板構造１００の検
出信号を用いればよい。又、以下に示すように３つ以上
の平行平板構造等で荷重検出器を構成する場合におい
て、ブリッジ回路で得られる出力を力の大きさに変換す
る手段も上記の手段に準じる。

【００２５】ここで、力の定格がＦ_Z2で、そのときの出
力が電圧Ｖ₂ であるような１つの平行平板構造単独で構
成される荷重検出器を想定すると、この荷重検出器の出
力特性は図４に示す直線１０Ｃのようになる。このよう
な直線１０Ｃと折線１０Ａ、１０Ｂとを比較すると、少
なくとも範囲α（折線１０Ａの範囲）では本実施の形態
の荷重検出器の方が大きな分解能を得ることができるの
は明らかである。又、力の定格がＦ_Z2で、そのときの出
力が電圧Ｖ₁ であるような１つの平行平板構造単独で構
成される荷重検出器を想定すると、この荷重検出器の出
力特性は図４に示す直線１００Ｃのようになる。このよ
うな直線１００Ｃと直線１００Ａとを比較すると、少な
くとも範囲β（直線１００Ａの範囲）では本実施の形態
の荷重検出器の方が大きな分解能を得ることができるの
も又明らかである。

【００２６】このように本実施の形態では、対称型の平
行平板構造で構成される荷重検出単位を２つ、所定の間
隔を置いて配置し、各平行平板構造のたわみ梁の肉厚を
異ならしめるようにしたので、大きな定格にもかかわら
ず必要な荷重範囲で高い分解能を有する荷重検出器を得
ることができる。

【００２７】図５は本発明の第２の実施の形態に係る荷
重検出器の側面図である。この図で、図１に示す部分と
同一又は等価な部分には同一符号が付してある。２００
は平行平板構造１０に隣接する平行平板構造、３００は
平行平板構造２００に隣接する平行平板構造を示す。１
７は平行平板構造１０に対向する平行平板構造２００の
突起、１８は平行平板構造２００に対向する平行平板構
造３００の突起である。突起１７と平行平板構造１０の
荷重作用側フランジ１２との間隔はδ₂ 、突起１８と平
行平板構造２００の荷重作用側フランジ１２との間隔は
δ₃ である。

【００２８】１３３は平行平板構造２００のたわみ梁で
ある。平行平板構造１０のたわみ梁１３１は長さＬ₁ 、
肉厚ｔ₁ 、平行平板構造２００のたわみ梁１３３は長さ
Ｌ₃、肉厚ｔ₃ 、平行平板構造３００のたわみ梁１３４
は長さＬ₄ 、肉厚ｔ₄ である。板幅および材料のヤング
率は各たわみ梁１３１、１３３、１３４のいずれも同じ
である。又、各たわみ梁１３１、１３３、１３４の長さ
は、Ｌ₁ ＝Ｌ₄ ＞Ｌ₃、肉厚は、ｔ₁ ＝ｔ₄ ＞ｔ₃ の関
係に選定されている。

【００２９】次に、本実施の形態の動作を図６および図
７を参照して説明する。図６は図１に示すものと同じ荷
重検出器の側面図である。この図で、図５に示す部分と
同一部分には同一符号が付してある。図６に示すよう
に、平行平板構造１０の荷重作用側フランジ１２に力Ｆ
_Z4が作用すると、最初に平行平板構造１０のたわみ梁１
３１が変形して平行平板構造１０の荷重作用側フランジ
１２と突起１７が接触し、力は突起１７を介して平行平
板構造２００に伝達され、そのたわみ梁１３３がたわみ
梁１３１とともに変形して平行平板構造２００の荷重作
用側フランジ１２と突起１８が接触し、力は突起１８を
介して平行平板構造３００に伝達され、そのたわみ梁１
３４がたわみ梁１３１、１３３とともに変形する。この
状態で、各平行平板構造１０、２００、３００の各ブリ
ッジ回路からは、たわみ梁１３１、１３３、１３４の変
形に比例した信号が出力される。

【００３０】図７は作用した荷重（力）に対する各ブリ
ッジ回路の出力特性を示す図である。この図で、横軸に
は荷重、縦軸にはブリッジ回路の出力電圧がとってあ
る。折線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは平行平板構造１０の
ブリッジ回路の出力特性、折線２００Ａ、２００Ｂは平
行平板構造２００のブリッジ回路の出力特性、直線３０
０Ａは平行平板構造３００のブリッジ回路の出力特性を
示す。力０〜Ｆ_Z1の範囲の力の検出には平行平板構造１
０のブリッジ回路の出力が用いられ、力Ｆ_Z1〜Ｆ_Z3の範
囲の力の検出には平行平板構造２００のブリッジ回路の
出力が用いられ、力Ｆ_Z3〜Ｆ_Z4の範囲の力の検出には平
行平板構造３００のブリッジ回路の出力が用いられる。

【００３１】実際には、本実施の形態では、力Ｆ_Z1〜Ｆ
_Z3の範囲の力が検出されたときには、当該検出値に平行
平板構造１０の出力電圧Ｖ₁₂が加算され、力Ｆ_Z3〜Ｆ_Z4
の範囲の力が検出されたときには、当該検出値に平行平
板構造１０の出力電圧Ｖ₁₃が加算されるので、本実施の
形態の荷重検出器のみかけ上の出力特性は、折線１０Ａ
₀ 、２００Ａ₀ 、３００Ａ₀ となる。ここで、力の定格
がＦ_Z4で、そのときの出力が電圧Ｖ₁₃であるような１つ
の平行平板構造単独で構成される荷重検出器を想定する
と、この荷重検出器の出力特性は図７に示す直線Ｄのよ
うになる。このような直線Ｄと折線１０Ａ₀ 、２００Ａ
₀ 、３００Ａ₀ とを比較すると、全検出範囲に亘って本
実施の形態の荷重検出器の方が大きな分解能を得ること
ができるのは図から明らかである。

【００３２】このように、本実施の形態では、対称型の
平行平板構造で構成される荷重検出単位を３つ、互いに
所定の間隔を置いて配置し、１つの平行平板構造のたわ
み梁の肉厚と長さを他と異ならしめるようにしたので、
大きな定格にもかかわらず必要な荷重範囲で高い分解能
を有する荷重検出器を得ることができる。

【００３３】ところで、上記各実施の形態では、荷重検
出器を変形特性の異なる２つ又は３つの平行平板構造で
構成する場合を説明した。しかし、荷重検出器は、必ず
しも変形特性の異なる平行平板構造で構成する必要はな
く、変形特性が同一である平行平板構造を用いることも
できる。以下、このような荷重検出器について説明す
る。

【００３４】図８は本発明の第３の実施の形態に係る荷
重検出器の荷重対ブリッジ回路出力の特性図である。本
実施の形態においては、同一の平行平板構造が２つ用い
られる。例えば、図１に示す荷重検出器において、平行
平板構造１０と平行平板構造１００は同一構成である。
荷重 0〜Ｆ_Z1では、図４に示す場合と同様、線１０Ａに
示すように傾きθ₁ の特性となる。しかし、荷重Ｆ_Z1〜
Ｆ_Z2では、ばね定数が２倍となるため、線１０Ａ₂ で示
すように傾きは１／２（θ₁ ／２）となる。したがっ
て、この荷重検出器の出力特性は線１０Ａ、１０Ｂ（線
１０Ａ₂ と平行）に示す特性となる。このことは、逆
に、変形特性の異なる平行平板構造を用いれば、線１０
Ａ₂ の傾きを任意に選定することができ、これにより、
任意の出力特性を得ることができることを示している。

【００３５】変形特性が同一である平行平板構造を用い
る他の例を図９および図１０に示す。図９は本発明の第
４の実施の形態に係る荷重検出器の側面図である。この
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。本実施の形態の場合も平行平板構造１０と平行平
板構造１００は同一構造（同一変形特性）のものが用い
られる。ここで、上記各実施の形態においては、各平行
平板構造のひずみゲージは同一設置位置にある。しか
し、本実施の形態においては、平行平板構造１０と平行
平板構造１００とはひずみゲージの設置位置が異なる。
即ち、平行平板構造１００のひずみゲージＳ₁₀₀ は平行
平板構造１０のひずみゲージＳ₁₀より内側（たわみ梁１
３１の中心側）に設置されている。

【００３６】図１０は図９に示す荷重検出器の荷重対ブ
リッジ回路出力の特性図である。この図で、横軸には荷
重、縦軸にはブリッジ回路の出力がとってある。図９に
示す平行平板構造１０、１００が上記第３の実施の形態
で用いた平行平板構造と同一構造のものであれば、図１
０に示すように荷重 0〜Ｆ₂₁の特性線１０Ａ₁ は図８に
示すものと同じである。そして、荷重Ｆ₂₁を超える荷重
が加わると、平行平板構造１００の変形は上記第３の実
施の形態のものの変形と同じであるが、そのブリッジ回
路の出力は特性線１０Ａ₃ に示すように平行平板構造１
０のブリッジ回路の出力より、同一変形に対してはるか
に大きな値（θ₃ ＞θ₁ ）、即ち、ひずみゲージの設置
位置に応じて例えば数倍〜１０数倍となる。したがっ
て、荷重Ｆ₂₁を超える荷重に対しては平行平板構造１０
０のブリッジ回路の出力を用いれば、当該荷重の検出を
大きなゲインで行うことができる。

【００３７】このように、本実施の形態では、同一の平
行平板構造を用いても、ひずみゲージの設置位置を選択
することにより、定格内におけるある範囲（図１０で荷
重Ｆ₂₁を超える範囲）の分解能を大きなものとすること
ができる。

【００３８】なお、第１の実施の形態〜第４の実施の形
態では２つ又は３つの平行平板構造を設ける例について
説明したが、これらに限ることはなく、４つ以上の平行
平板構造を設けることもできる。又、各平行平板構造の
たわみ梁の長さや肉厚等の変形特性、ひずみゲージの設
置位置、採用するブリッジ回路等を任意に選択すること
により、出力特性を広い範囲で設定できるのは明らかで
ある。

【００３９】図１１は本発明の第５の実施の形態に係る
荷重検出器の断面図である。この図で、５１は図１に示
すものと同様の支持部に固定される円筒形状の固定側フ
ランジ、５２は固定側フランジ５１の内部に配置された
円柱形状の第１の荷重作用側フランジ、５３１は固定側
フランジ５１と第１の荷重作用側フランジ５２との間を
連結する２つのたわみ梁である。各たわみ梁５３１はそ
れぞれ肉厚ｔ₅ を有し、かつ、互いにほぼ１８０度の角
度で配置されている。５４は第１の荷重作用側フランジ
５２に形成された溝であり、この溝５４は各たわみ梁５
３１と直交する方向に形成されている。

【００４０】５２０は溝５４の内部に回動可能に配置さ
れた角柱形状の第２の荷重作用側フランジ、５３２は固
定側フランジ５１と第２の荷重作用側フランジ５２０と
の間を連結する２つのたわみ梁である。各たわみ梁５３
２はそれぞれ肉厚ｔ₆ （ｔ₆＞ｔ₅ ）を有し、かつ、互
いにほぼ１８０度の角度で配置され、たわみ梁５３１と
ほぼ直交する方向に延びている。溝５４の１つの角と第
２の荷重作用側フランジ５２０の１つの角との間の間隔
は角度θに設定されている。

【００４１】固定側フランジ５１、第１の荷重作用側フ
ランジ５２、および各たわみ梁５３１で放射平板構造５
０が構成され、固定側フランジ５１、第２の荷重作用側
フランジ５２０、および各たわみ梁５３２で放射平板構
造５００が構成され、放射平板構造５０、５００で本実
施の形態の荷重検出器が構成される。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ
は座標軸を示し、Ｚ軸は紙面に垂直な方向である。又、
各たわみ梁５３１、５３２にはひずみゲージが設けられ
ているが、これらひずみゲージも図１に示すものと同様
であるので、説明は省略する。

【００４２】次に本実施の形態の動作を図１２を参照し
て説明する。図１２は図１１に示す荷重検出器にＺ軸ま
わりのモーメントＭ_Z が作用したときの状態を示す断面
図である。放射平板構造５０の第１の荷重作用側フラン
ジ５２に図９に示す矢印方向にモーメントＭ_Z が作用す
ると、第１の荷重作用側フランジ５２はモーメントＭ _Z
の作用方向に、各たわみ梁５３１を変形させながら回転
変位する。この回転変位が角度θに達すると第１の荷重
作用側フランジ５２が放射平板構造５００の第２の荷重
作用側フランジ５２０に接触し、モーメントＭ_Z は第１
の荷重作用側フランジ５２を介して第２の荷重作用側フ
ランジ５２０に伝達され、両者が一緒に、各たわみ梁５
３１、５３２を変形させながら回転変位する。作用した
モーメントＭ_Z は、各たわみ梁５３１のひずみゲージで
構成されるブリッジ回路、および各たわみ梁５３２のひ
ずみゲージで構成されるブリッジ回路の出力により検出
される。

【００４３】このような動作は、さきの第１の実施の形
態における各平行平板構造１０、１００の動作と等価な
動作であり、第１の荷重作用側フランジ５２を角度θだ
け回転変位させる範囲の大きさのモーメントに対しては
高い分解能を有する。又、たわみ梁５３２の肉厚を大き
くしてあるので、大きな定格を設定することができる。
本実施の形態の効果は、さきの第１の実施の形態の効果
と同じである。

【００４４】ここで、図１１に示す実施の形態では、２
つの放射平板構造を設ける例について説明したが、各荷
重作用側フランジに適切な角度で溝を形成し、溝内に順
次荷重作用側フランジを回転変位可能に配置してゆけ
ば、３つ以上の放射平板構造により荷重検出器を構成す
ることができる。又、前述の第１〜第５の実施の形態の
場合と同じく、各放射平板構造のたわみ梁の長さや肉厚
等の変形特性、ひずみゲージの設置位置、採用するブリ
ッジ回路等を任意に選択することにより、出力特性を広
い範囲で設定できるのは明らかである。

【００４５】なお、さきに示した特開昭６１−５７８２
５号公報に開示されているように、複数の平行平板構造
を組合わせることにより、又は放射平板構造と平行平板
構造を組合せることにより、１つの荷重検出器で複数の
荷重を検出することができるが、上記各実施の形態の荷
重検出器を、１つの平行平板構造又は放射平板構造と考
えれば、これらを組み合わせることにより１つの荷重検
出器で複数の荷重検出を行なうことができる。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、複数の
荷重検出単位を備え、これら各荷重検出単位の荷重作用
側フランジ相互が荷重の作用方向に沿って所定の間隔で
隣接するように各荷重検出単位を配置したので、大きな
定格にもかかわらず必要な荷重範囲で高い分解能を有す
る荷重検出器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る荷重検出器の
側面図である。

【図２】図１に示す荷重検出器の作用を説明する側面図
である。

【図３】図１に示す荷重検出器の作用を説明する側面図
である。

【図４】図１に示す荷重検出器の出力特性を示す特性図
である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る荷重検出器の
側面図である。

【図６】図５に示す荷重検出器の作用を説明する側面図
である。

【図７】図５に示す荷重検出器の出力特性を示す特性図
である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る荷重検出器の
出力特性を示す特性図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係る荷重検出器の
側面図である。

【図１０】図９に示す荷重検出器の出力特性を示す特性
図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る荷重検出器
の断面図である。

【図１２】図１１に示す荷重検出器の作用を説明する断
面図である。

【図１３】従来の荷重検出器の側面図である。

【図１４】図１３に示す荷重検出器の作用を説明する側
面図である。

【図１５】ブリッジ回路の回路図である。

【図１６】従来の荷重検出器の側面図である。

【図１７】図１６に示す荷重検出器の作用を説明する側
面図である。

【符号の説明】

１０、１００平行平板構造１１固定側フランジ１２荷重作用側フランジ１６突起１３１、１３２たわみ梁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定側フランジと荷重作用側フランジと
の間にたわみ梁を固定し、前記荷重作用側フランジに作
用した荷重を前記たわみ梁の変形により検出する構成を
有するものにおいて、この構成を１つの荷重検出単位と
して複数の荷重検出単位を備え、これら各荷重検出単位
の荷重作用側フランジ相互が荷重の作用方向に沿って所
定の間隔で隣接するように前記各荷重検出単位を配置す
る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、前記複数の荷重検出
単位のうちの少なくとも１つの変形特性を他の荷重検出
単位の変形特性と異ならしめた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、前記複数の荷重検出
単位のうちの少なくとも１つの前記たわみ梁に設置する
ひずみゲージの設置位置を他の荷重検出単位の前記たわ
み梁に設置するひずみゲージの設置位置と異ならしめた
ことを特徴とする荷重検出器。
【請求項４】請求項１乃至請求項３において、前記各
荷重検出単位は、平行平板構造であることを特徴とする
荷重検出器。
【請求項５】請求項４において、前記荷重作用側フラ
ンジは、隣接する荷重作用側フランジに対する間隔を設
定する突起を備えていることを特徴とする荷重検出器。
【請求項６】請求項１乃至請求項３において、前記各
荷重検出単位は、放射平板構造であることを特徴とする
荷重検出器。
【請求項７】請求項６において、前記荷重作用側フラ
ンジは、隣接する荷重作用側フランジを収容するととも
に隣接する荷重作用側フランジに対する間隔を定める溝
を備えていることを特徴とする荷重検出器。