JPS6141939A - 軸力センサ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、物体に加わる力のうち、所定方向の力の成分
な検出する軸力センサに関する。

〔発明の背景〕

多くの機械、装置等においては、それらの特定部分に加
わる力、又は、それらが取扱５°物体に加わる力の大き
さを検出し、その検出した値に基づいて肖該機械、装誼
等な最適に制御する手段が用いられろ。さらに、種々の
学術的実ｊＪ＊［おいても、所定部分に加わる力の大き
さを知ることが不虻欠である場合が生じる。このような
力の大きさを検出するため、い（つかの軸力センサが提
案されてい？）。以下、これら提案されている軸力セン
ブリうち、極めて優れた性能な有する平行構造を備えた
軸力センサについて説明ｊろ。

ｔｎ　ｌ　２図（ａ）、　（１））は従来の軸力センサ
の側面図である。図で、１は支持部、２は支持部１ｔＣ
固定されろ剛性を有するブロック、３はブロック２の適
宜個所にあけられた方形の貫通孔、４はブロック２を支
持部ＩＫ固定する固定部、５は検出丁べき力が加えられ
ろ可動部である。５ａ、５ｂはブロック２に貫通孔３が
あけられることにより形成される薄肉平板であり、これ
ら２つの薄肉平板５ａ。

６ｂは互いに平行関係にある。薄肉平板５ａ、５ｂを中
心とした部分により平行平板構造７が構成されている。

８ａ、３ｂ、３ｃ、　　８ｄはそれぞれ薄肉平板６ａ、
６ｂ０）根本部分に設けられその変形に応じた信号を出
力するストレーンゲージである。

このような平行平板構造７を有てる軸力センサにおいて
、可動部５に垂直方向（ｚ軸方向）の力Ｆ、が加えられ
ろと、平行平板構造７は第１２図（ｂ）に示すように薄
肉平板６ａ、５ｂがほぼ同一形状にたわんで変形を生じ
る。薄肉平板６ａ、６ｂは垂直方向の力に対してｔ？、
曲げ変形が生じ易く、さら（、薄肉平板５ａ、５ｂそれ
ぞれの変形が同一形状であって互いに他を拘束する程度
が小さいから、第１２図（ｂ）　ｖｃ示すような変形は
容易に生じろ。一方、可動部５１１′ｃ加えられる紙面
に垂直な方向（ｙ軸方向）の力Ｆ、および図で左右方向
（Ｘ軸方向）の力ＦｘＶｃ対して、この平行平板構造７
は非常に高い剛性な有し、そσ〕変形をま困難である。

即ち、平行平板構造７は２軸方向の力九対してのみ変位
し、それ以外の方向の力に対しては変位しないことにな
る。

ここで、第１２図（ｂ）に示すような力Ｆ、が加えられ
た場合、ストレーンゲージｇａ、８ｄには引張りひずみ
、ストレーンゲージ＋３ｂ、３ｃには圧縮ひずみを生じ
ろ。ところで、力Ｆｓが加わると同時Ｖｃｙ軸まわりＱ
）モーメントが作用し、これによる変形も同時に発生す
る場合がある。そこで、ストレーンゲージ８ａ、８ｄの
出力を加算するとともに、ストレーンゲージ８ｂ、８ｃ
の出力ｔも加算し、各加算値の符号が逆になるようにブ
リッジ回路を構成すれば、ｙ軸まわりのモーメントによ
る変形モードの微小出力分はキャンセルされ、当該ブリ
ッジ回路からは力Ｆ１に比例した正確な信号を得ること
ができる。

以上述べたように、第１２図（ａ）、　（ｂ）に示す平
行平板構造７はＺ軸方向の力Ｆ１によってのみ変形し、
これにより、ｙ軸方向の力Ｆ、を高精度をもって検出す
ることができる。そして、当然ながら、平行平板構造７
の設置の方向をＸ軸方向、ｙ軸方向に変更すれば、それ
ぞれその方向の力Ｆｘ、Ｆ。

を検出することができる。

ところで、このような平行平板構造７を有する軸力セン
サ＃Ｃおいては、可動部５に加わる力が大きくなり、あ
る値を超えると、平行平板構造７自体の応力が弾性限界
を超えて永久変形が生じ、センナとして使用不可能な状
態に陥る。この問題を解決するためには、平行平板構造
７全体の犬ぎさく薄肉平板５ａ、５ｂの板厚ｔも含めた
大きさ）な犬にすればよいのであるが、軸力センサの設
置個所の空間は限定されているのが通常であり、平行平
板構造７の大きさを大にするのは多くの場合困難である
。そこで、次に考え得る手段としては、薄肉平板６ａ、
６ｂり長さを変更せずに板厚ｔを増大させる手段である
。

しかしながら、平行平板構造７による力の検出は、その
薄肉平板６ａ、６ｂの板厚ｔの効果をほとんど無視する
ことができ、第１２図（ｂｌ　Ｋ示す変形により、応力
の分布が薄肉平板６ａ、５ｂの根本部分に集中する点に
特徴があり、これにより精度良く力の検出ができろもの
である。ところが。

薄肉平板６ａ、５ｂの板厚ｔ７増大させてゆくと、上記
の特徴もこれに伴って希薄になり、薄肉平板５ａ、５ｂ
の板厚ｔがその長さｌ九対しである程度の値、例えばｔ
　／　ｊ　＝　０．５を超えろと、もはや第１２図（ｂ
ｌ　ｖｃ示すような変形モードとはならず、その応力は
全体に、かつ、複雑に分布され、その結果、力の検出位
置（ストレーンゲージの設置−個所）が判然としなくな
り、又、仮に当該検出位臂が見出されたとしてもその検
出レベルは大幅に低下し、精度の良い力の検出は不可能
となり、平行平板構造の特徴は完全に失なわれてしま５
゜結局、平行平板構造７の形状（特に薄肉平板６ａ、６
ｂの長さ）の増大に制限が存在する場合、従来の軸力セ
ンサでは大きな力を検出することができないという欠点
があった。

〔発明の目的〕 本発明は、こＱノような事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、上記従来の問題点を解決し、平行平板
構造部分の寸法な増加することなく、より大ぎな力を検
出ｆろことができる軸力センサを提供てろにある。

〔発明σ）概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、力が加えられる
剛性体に連接して、当該力の作用方向と直角方向に、３
つ以上のたわみ梁？はぼ平行に設けたことケ特徴とてろ
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明すろ。

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発明り第１
の実施例に係る軸力センサの側面図および断面図である
。図で、第１２図（ａ）、　（ｂ）に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明な省略する。１ｏａ、ＬＯ
ｂ。

１０　ｃ、　　１０　ｄは垂直方向（ｚ軸方向）Ｋ沿っ
てブロック２＆Ｃ形成された長方形の貫通孔である。

各貫通孔１０ａ−１０ｄはいずれも第１２図（ａ）に示
す長さと同一の長さｊを有し、かつ、その幅は各貫通孔
とも等しく形成されている。又、各貫通孔１０ａ−１０
ｄは同一垂直線上に等間隔に配列されていす。ｌｌａ、
ｌｌｂ、ｌｉｅ、ｌｌｄ。

ｌｉｅは各貫通孔１０３〜１０ｄの形成によって形成さ
れろ薄肉平板であり、各薄肉平板１１ａ〜ｌｉｅの板厚
は第１２図（ａｌ　Ｖｃ示す板厚と同一の板厚ｔな有す
る。各薄肉平板１１ａ””−１１６は互いに平行関係に
ある。１２は各薄肉平板１１２〜１１ｅを中心とした部
分により構成されろ平行平板構造を示す。ストレーンゲ
ージ８ａ〜８ｄの設置価７５′ｒは第１２図＋ａ＋、　
（ｂｌに示すものと同じ（薄肉平板１１ａ、１ｉｅ（７
）根本部分である。なお、各薄肉平板１１ａ−１１ｅｆ
）［は、第１図（ａ）　ａ）矢印Ｉ、−Ｉ、に沿う断面
図である第１図（ｃ）　ＩＣ示すよ５に値Ｂを有する。

今、可動部５［ｚ軸方向の力Ｆ８が加えられろと、平行
平板構造１２は第１図（ｂ）に示すような変形を生じる
。この変形は、各薄肉平板１１３〜ｌｉｅの長さおよび
板厚が第１２図（ａ）、　（ｂ）Ｋ示す薄肉平板５ａ、
５ｂと同一であるため、第１２図（ｂ）　［示す変形と
同一モードの変形となる。即ち、応力の分布は各薄肉平
板１１８％１１ｅの根本部分に集中するので、平行平板
構造１２はその平行平板構造たる特徴な失な５ことはな
い。そして、変形による応力は、各薄肉平板１１８〜ｌ
ｉｅりそれぞれにより分担されるので、同一の力Ｆ、　
ＶＣ対でる変位量δは第１２図（ｂ）に示す場合の変位
量より小さくなるのは当然であり、このことは逆に、よ
り大きな力Ｆ８に対して、平行平板構造１２がその平行
平板構造の特徴を保持したまま変形し得ることを示すも
のである。結局、本実施例の軸力センサは従来の軸力セ
ンサに比較し、その平行平板構造の寸法を変更すること
なく、より大きな力を検出することができろものである
。なお、こり平行平板構造１２は力Ｆ３以外の方向の力
に対しては変位しない。

さて、上記の説明では、比較を容易にするため、薄肉平
板１１ａｚｌｌｅの板厚ｔｔ従従来ジノ薄肉平板ａ、６
ｂり板厚ｔと同一板厚として説明したが、より大きな力
な検出するためには、薄肉平板は必ずしも上記説明の板
厚および枚数（貫通孔の数）に限ることはなく、種々の
値を選定することができろのは明らかである。そこで、
薄肉平板の板厚および枚数の２．３の組合せにおけろ単
位荷重当りの出力ε、単位荷重当りの変位δ、および薄
肉平板の総断面積Ａｆｆ計算により求めてみることと′
ｒる。なお、この計算においては、薄肉平板の２重曲げ
変形（平行平板構造の変形の特徴である可動部５が平行
にずれただけの変形で、その先端の方向は変化しない変
形）のみを取り扱い、−全体の１次曲げ変形（可動部５
の先端がたれ下がる変形）やせん断変形は取り扱わない
ものとする。

今、可動部５σ〕先端に加わる力なＦ、薄肉平板の板厚
Ｉｔ、薄肉平板の幅をＢ、薄肉平板の長さを１．薄肉平
板σノ枚数をｎ、材料の縦弾性率ｆｆＥとすると、単位
荷重当りσ〕変位（薄肉平板の根本部の外表面に生じる
ひずみ）ｅは、 又、単位荷重当りの変位（平行平板構造σ）変形による
変位）δは、 さらに、薄肉平板の全断面積Ａは、 Ａ＝Ｂ　ｎ　ｔ　＝に、　＊　ｎ　ｔ となる。上式にしたがい、薄肉平板の枚数ｎと板厚ｔの
いくつかの組合せに対する出力ε、変位δ。

断面績Ａの値を表にしてみる。

上記の表において、第１の例を基準としてみると、第■
の例は薄肉平板の板厚をより一層厚く（この場合２倍）
してより大きな力を検出しよりとするものである。この
場合、より大きな力にを１耐え得るものの、応力の分布
が拡がるの？免れることはできず、さらに板厚を厚くし
てゆき、この厚さがある限界を超えろと平行平板構造の
特徴が失なわれろ。第■、第■の例は板厚をそのままと
し、枚数％’２倍、４倍（貫通孔の数を３個、７個）と
した場合の例である。この場合、同一の大きさの力に対
する変位δはｌ／２．　　ｌ／４となり、より大きな力
を検出できるとともに、変形時の応力は薄肉平板の根本
部分に集中し、平行平板構造の特徴は失なわれない。第
Ｖ、第■の例は板厚９枚数とも変更する例であり、いず
れもより大きな力を検出できるとともに、第Ｖの例の場
合、応力集中の顕著性はやや失なわれるものの平行平板
構造の特徴は保持しており、又、第■の例の場合、応力
集中は大きく平行平板構造の特徴は失なわれない。

こりように、本実施例では、複数の貫通孔により平行平
板構造な構成するようＶｃＬ、たりで、平行平板構造部
分の寸法を増大することなく、より大きな力を検出てろ
ことができる。

ところで、本実施例の効果は上記の効果に止まることは
なく、上記の効果に匹敵する他の太ぎな効果を有するも
のである。以下、このような効果について詳細に説明す
る。

さきに、本実施例の平行平板構造１２が一方向、例えば
２相方向の力Ｆ８に対してのみ変位し、その他の方向の
力Ｆｘ、ＦｓＫ対しては変位しないことを述べた。そし
て、このような特性が平行平板構造の主要な特徴の１つ
であり、これにより高精度の検出が可能となるのである
。しかしながら、このような特性は必ずしも常九保持さ
れるものとは限らず、検出しようとする方向以外の方向
の力が極めて太き（なると、従来の平行平板構造７の構
成ではその方向にたわみが生じるのｔ避けることはでき
ない。ところが、本実施例の平行平板構造１２によれば
、検出しようとする方向以外の方向Ｑ力が加わることに
よる上記のたわみの発生を充分に抑制ｊろことかできる
。これを、切削加工に適用する場合ケ例示して説明′ｆ
る。

第２図は切削加工装置の一部の斜視図である。

２０は被切削加工物であるワーク、２１はワーク２０を
切削するバイト、２２はパイ）２１が固定されるブロッ
クである。２３はブロック２２に形成された主分力検出
用軸力センサ、２４はブロック２２に形成された送り分
力検出用軸力センサーである。又、Ｐｌはバイト２１Ｖ
ｃ加わる主分力、Ｐ、はパイ）２１に加わる送り分力、
”３はパイ）２１に加わる背分力な示す。なお、送り分
力Ｐ８．背分力Ｐ、は主分力Ｐ１に比べ極めて小さい。

切削加工装置においては、これら主分力Ｐ１゜送り分力
Ｐ２ｅ背分力Ｐ、を軸力センサ２３゜２４により検出し
、（背分力Ｐ、を検出する軸力センサの図示は省略する
。）この検査値に基づいて適切な制御が行なわれる。と
ころで、このような切削加工装置ＶＣおいて重切削が行
なわれる場合、主分力Ｐ１は極めて大きな値となるので
、送り分力Ｐ！を検出する軸力センサ２４には、送り分
力Ｐ２が加わる方向以外の方向の力（主分力Ｐ工）が極
めて太き（なり、その方向にたわみを生じるおそれがあ
る。

しかしながら、本実施例では、平行平板構造１２におけ
る貫通孔な複数個形成したので、上記の表からも明らか
なように、その薄肉平板の断面精）ま従来のものの数倍
に増大することとなる。そして、このことは、検出しよ
うとする方向と直角方向の薄肉平板の怪の合計が従来の
ものの薄肉平板の幅の合計の数倍になったことを意味し
、当該方向の剛性は大きく増大してその方向のたわみを
抑制するのである。したがって、軸力センサ２４に本実
施例の軸力センサを用いれば、重切削を行なった場合で
も、そり主分力Ｐ、Ｉｃよろたわみを充分に抑制するこ
とができる。なお、軸力センサ２３１Ｃ本実施例の軸力
センサが適用されているので、軸力センサ２３は重切削
時の大きな主分力Ｐ１を何等支障なく検出ｆることかで
きろ。なお又、上記たわみの抑制を重点的に考慮するな
らば、薄肉平板の枚数と板厚を、所定の断面積が得られ
るように自由にｖ４整することができる。

以上のように、本実施例は、平行平板構造部分の寸法を
増加することなく、より大きな力を検出することができ
ろとともに、検出しようとする方向以外の方向の力に対
して、より大きな剛性を有し、当該方向のたわみケ抑制
することができる。

第３図は本発明の第２の実施例に係る軸力センサの側面
図である。図で、第１図九示す部分と同一部分には同一
符号？付して説明ケ省略する。

３ｔｌａ、３０ｂ、３０Ｃは垂直方向（Ｚ軸方向）に沿
ってブロック２に形成された断面円形の貫通孔、３１　
ａ、　　３　ｌ　ｂ、　　３１　ｃ、　　３　ｔ　ｄは
貫通孔３ｏａ、３０ｂ、３０ｃの形成によって形成され
る薄肉平板である。各貫通孔３０ａ〜３０　ｃ　ｌ！同
−舟直線上に等間隔に配列され、又、各薄肉平板３１３
〜３１ｄは互いに平行関係にある。３２は各薄肉平板３
１ａ〜３１ｄｔｔ中心とした部分によりｔＦ＜成されろ
平行平板構造な示す。ストレーンゲージ８８〜ｆ３ｄＱ
）設置個所は第１の実施例のものと同じ（薄肉平板３１
ａ、３１ｄの根本部分である。本実施例の軸力センナの
動作は第１の実施例のものと同じである。

このように、本実施例では、複数の貫通孔九より平行平
板構造な借成するようにしたので、さぎの実施例と同じ
効果を奏するとともに、当該貫通孔を断面円形としたの
で、ドリルによる開孔加工を適用でき、加工が極めて容
易になり、薄肉平板の板厚の調整も容易に行なうことが
できる。

第４図は本発明ｌＯ第３の実施例に係る軸力センサの正
面図である。３５ａｌ〜３５Ｃ１はブロック２の一方ｆ
ｌＩＩ（図の右側）に垂直方向に沿って形成された方形
の貫通孔であり、同一垂直線上に配置されている。３５
ａ２〜３５ｃ２はブロック２の他方側（図の左側）に垂
直方向に沿って形成された方形の貫通孔であり、同一垂
直線上に配置されている。３６ｍ１〜３６ｄｌ、３６ａ
ｚ〜３６　ｄ　！）’！それぞれ貫通孔３５　ａ１〜３
５　Ｃ１。

３５ａ２〜３５Ｃ２の形成により形成された薄肉平板で
ある。８ａ１〜８ｂ、はそれぞれ薄肉平板３６　ａ！、
　　３６　ａ、の根本部分に設けられたストレーンゲー
ジである。３７は力が加えられろ可動部である。３８は
ブロック２の下方に設けられた゛　　貫−通孔である。

貫通孔３８の水平方向の長さは、各貫通孔３５ａ１〜３
５Ｃ２の左右端を超えた長さとされる。可動部３７に垂
直方向の力が加えられろと、両平行平板構造の中央部が
変位し、各平行平板構造な変形−ｆる。

このよう罠、本実施例では、２列に配列され−た複数の
貫通孔により、２つの平行平板構造を対称的ｌＣ沿成し
たので、第１の実施例と同じ効果を賽″ｆ７−０ 第５図は本発明の第４の実施例に係る軸力センサの正面
図である。図で、＠４図に示す部分と同一部分ＶＣは同
一符号を付して説明を省略する。

３５ｂ１’、、３５ｂ、’、３５ｃｌ’、３５ｃ！’は
それぞれブロック２に形成された貫通孔、３８′は貫通
孔３５　ｃ１／、　　３５　ｃ２／の左右端を超えてブ
ロック２に形成された貫通孔である。第４図に示す実施
例と本実施例とが異なる点は、前者の貫通孔が同一垂直
線上に配列されるのに対して、本実施例では貫通孔が同
一垂直線上に配置されていない点にある。即ち、貫通孔
３５　ｂ、’、　　３５　ｂ、’はそれぞれその上の貫
通孔３５　ａｌ　、　　３５　ａｌに対して中心方向に
ずれた位ｆｆ１ｙｃ配置され、貫通孔３５　Ｃ、’。

３５　Ｃ！’はそれぞれその上の貫通孔３５　ｂ　１’
。

３５　ｂ　、’に対してさらに中心方向にずれた位置に
配置されている。したがって、両側の貫通孔は、中心下
方方向に向かう斜線上に配置されろことになる。本実施
例の動作および効果は、第４図に示す実施例の動作およ
び効果と同じである。

第６図は本発明の第５の実施例に係る軸力センサの斜視
図である。図で、４０は凸字状のブロック、４０Ｍはブ
ロック４０の凸部、４０ｂはブロック４０の台部である
。４１Ｆ！は凸部４０ａの正面から裏面に貫通する複数
の貫通孔により形成された平行平板構造、４１Ｆ、は凸
部４０ａの一方の側面から他方の側面に貫通する複数の
貫通孔により形成された平行平板構造である。これら平
行平板構造４１　Ｆ、　、　　４１　Ｆ、は第１図（ａ
）　〜（Ｃ）に示す平行平板構造１２と同じである。４
１Ｆ、は台部４０の正面から裏面に貫通する２列の貫通
孔により形成される平行平板構造であり、第４図に示す
平行平板構造と同じである。なお、本実施例においてス
トレーンゲージの図示は省略した（以下の実施例におい
ても同じ）。

本実施例の軸力センナは、Ｘ軸方向の力Ｆよ。

ｙ軸方向の力Ｆ７．２軸方向の力Ｆ１を検出することが
できる３軸カセンサである。即ち、力Ｆｘは平行平板構
造４１Ｆ、１７Ｊ変形により検出され、力Ｆｙは平行平
板構造４１Ｆアの変形により検出され、力Ｆ８は平行平
板構造４１Ｆ、の変形により検出される。

このように、本実施例では、凸字状ブロックの凸部に、
Ｘ軸方向に配列された複数の貫通孔より成る平行平板構
造およびｙ軸方向に配列された複数の貫通孔より成る平
行平板構造を設け、かつ、凸字状ブロックの台部Ｖｃｙ
軸方向に配列された複数の貫通孔より成る平行平板構造
を設けたので、第１の実施例と同じ効果を奏するととも
に、Ｘ軸。

ｙ軸およびｚ軸方向Ｑ力を同時に検出することができる
。

第７図は本発明の第６の実施例に係る軸力センサの斜視
図である。図で、４５は柱状のブロック、４６　ａ、　
　４６　ｂはブロック４５のほぼ中央部の両側部に形成
された切り込み、４７ｍ、４７ｂはそれぞれ切り込み４
６ａ、４６ｂにより区分された上部ブロックおよび下部
ブロックである。４８ＦＸは上部ブロック４７ａの正面
から裏面に貫通された断面円形の複数の貫通孔により形
成された平行平板構造、４８Ｆ、は上部ブロック４７Ｈ
の一方の側面から他方の側面に貫通された断面円形の複
数の貫通孔により形成された平行平板構造、４８Ｆ、は
下部ブロック４７ｂの正面から裏面に貫通された断面円
形の複数の貫通孔により形成された平行平板構造である
。平行平板構造４８Ｆ。

は第５図に示す実施例と同じく、両側の貫通孔が、中心
下方に向か５斜線上に配列されている。平行平板構造４
８Ｆｘ、４８Ｆ　　、４８Ｆ、はそれぞれＸ軸、ｙ軸、
Ｘ軸方向の力Ｆ　ｘｅ　Ｆ　　ｅ　ｒ　＊を検出する。

第６図に示す実施例と本実施例とが異なる点は、ブロッ
クの形状、各貫通孔の断面形状、平行平板構造４８Ｆ８
の配列のみであり、本実施例の動作および効果は第６図
に示す実施例と同じである。

なお、第６図および第７図に示す実施例においで、凸部
４０ａ又は上部ブロック４７ａを分離してとり出せば、
平行平板構造４１　Ｆｘ、　　４１　Ｆ。

又は平行平板構造４８Ｆ！、４８Ｆ、で構成さ−れろ２
軸カセンサを得ろことができるのは明らかである。

第８図は本発明の第７の実施例に係る軸力センサの斜視
図である。図で、５０は柱状のブロック、５１ａ、５１
ｂはブロック５０の正面および裏面にくさび状に形成さ
れた切込み、ｓｚａ、ｓｚｂは切込み５１ａ、５１ｂの
下方においてブロック５０の両側面にくさび状に形成さ
れた切込みである。５３は切込み５１ａ、５１ｂＩＣよ
り区分された上部ブロック、５４は切込み５ｉａ＊５ｘ
ｂ。

５２ａ、５２ｂｌＣより区分された中間ブロック、５５
は切込み５２ｍ、５２ｂＶｃより区分された下部ブロッ
クである。５６Ｆ！は上部ブロック５３の正面から裏面
に貫通する断面円形の複数の貫通孔により形成された平
行平板構造、５６Ｆ、は上　”部ブロック５３の一方の
側面かう他方の側面ｉこ貫通する断面円形の複数の貫通
孔により形成された平行平板構造である。５６Ｍ、ｘは
中間部５４ＶＣおける切込み５１ａ、５１ｂの下面部分
において、一方の側面から他方の側面に貫通する断面円
形の複数の貫通孔により形成された放射平板構造（後述
する）、５６Ｍ、は下部ブロック５５における切込み５
２　ａ、　　５２　ｂの下面部分において、正面から裏
面ＶＣ貫通する断面円形の複数の貫通孔（より形成され
た放射平板構造である。ここで、放射平板構造の概略構
成および作用を第９図により説明する。

第９図は放射平板構造を備えた軸力センサの側面図であ
る。図で、ｌは支持部、６０は支持部ｌに支持された剛
性を有ｆるブロック、６１はブロック６０にあけられた
台形Ｑ）貫通孔、６２はブロック６０を支持部ｌＶｃ固
定する固定部、６３はモーメントが加えられろ可動部で
ある。６４ａ。

６４ｂはブロック６０＆Ｃ台形の貫通孔６１があけられ
ろことにより形成されろ薄肉平板であり、これら２つの
薄肉平板６４ａ、６４ｂは点Ｏｆｆ中心とでる角度θσ
ノ放射線上に位置する関係にある。

薄肉平板６４ａ、６４ｂ＆中心とした部分により放射平
板構造６５が構成されている。６６ａ。

６６　ｂ、　　６６　ｃ、　　６６　ｄはそれぞれ薄肉
平板６４ａ、６４ｂの根本部分に設けられたストレーン
ゲージである。

こりような放射平板構造６５を有する軸力センサにおい
て、可動部６３０点０を通る紙面に垂直な方向の軸のま
わりにモーメントが作用−ｒると、薄肉平板６４ａ、６
４ｂがたわんで変形する。薄肉平板６４ａ、６４ｂは上
記モーメントに対しては変形を生じ易く、さらに、それ
ぞれの変形が同一形状であって互いに他を拘束する程度
が小さいから、上記モーメントによる薄肉平板６４ａ。

６４ｂの変形は容易に発生する。しかしながら、他の方
向の軸まわりのモーメントおよびすべての軸方向σツカ
に対しては剛性が高く変形困難である。

したがって、点０ｔＩｆ通ろ紙面に垂直方向の軸まわり
のモーメントな、ストレーンゲージ６６ａ〜６６ｄＶＣ
より精度良く検出することができる。このような放射平
板構造６５においても、複数の台形の５Ｔ通孔を形成す
ることにより、点Ｏを中心とする３つ以上の薄肉平板を
形成することができ、これにより、より大きなモーメン
トを検出￥ることかできろとともに、力や他のモーメン
トに対する剛性な犬にすることかできｂｏ 再び第８図に示す実施例σノ説明に戻る。放射平板構造
５６Ｍ３１．５６Ｍ、は上記の原理に基づいて構成され
たものであり、台形の貫通孔に代えて断面円形の複数の
貫通孔が円弧状に配列されている。これにより、当該貫
通孔により形成される薄肉平板は、第９図に示す薄肉平
板６４ａ、６４ｂと同様の機能な有することとなる。今
、図示のようにＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸を定めろと、平行
平板構造５６Ｆ８はＸ軸方向の力Ｆ！を検出し、平行平
板構造５６Ｆ、はｙ軸方向の力Ｆ、を検出する。

又、放射平板構造５６Ｍ８はＸ軸まわりのモーメントＭ
ｘを検出し、放射平板構造５６ＭアはＸ軸ま−わりのモ
ーメントＭ、を検出てろ。したがって、本実施例の軸力
センサは４軸カセンサとなる。

このように、本実施例では、柱状ブロックに切込みを設
け、これにより区分されたブロックに、Ｘ軸方向および
ｙ１１１方向にそれぞれ配列された複数の貫通孔より成
る２つの３ト・打子板構造と、９−０変異なる面に弧状
に配列さＪまた複数の貫通孔より成る２つの放射平板構
造を設けたので、外形寸法を増大することなくＸ軸方向
およびｙ軸方向の大きな力を検出てることができ、又、
検出しようとてろ方向以外の方向の力に対して高い剛性
を得ろことができる。さらに、Ｘ軸およびＸ軸まわりの
大きなモーメントも検出することができろ。

第１０図は本発明の第８の実施例に係る軸力センサの一
部破断斜視図である。図で、７０は剛性を有するブロッ
クであり、次に述べる３つの部分に区分されている。即
ち、７１はリング状に形成された上リング部、７２は同
じくリング状に形成された下リング部、７３は上リング
部７１と下リング部７２０間に位置する中間部である。

中間部７３はほぼ十文字状に形成されており、この十文
字に沿って図示のよ５ＶＣｘ軸、Ｘ軸が想定され、これ
らに垂直方向Ｖｃｇ軸が想定されている。

７３ｈは中間部７３の中央ＶＣ２軸方向に貫通して形成
された中央開孔、７３Ｃ）”！中央開孔７３ｈを中心と
する中央ブロックである。７３Ｄ１゜７３Ｄ、はそれぞ
れ中央ブロック７３Ｃからｙ軸方向に対称的に突出した
突出部、７３Ｄ、。

７３Ｄ４はそれぞれ中央ブロック７３ＣからＸ軸方向に
対称的に突出した突出部である。上リング部７１は突出
部７３Ｄ１，７３Ｄ、の上端部と連結され、又、下リン
グ部７２は突出部７３Ｄ、。

７３Ｄ４の下端部と連結されている。

上記のブロック７０には、所定の個所にそれぞれ符号７
５で示される平行平板構造および放射平板構造が形成さ
れる。即ち、７５Ｍ、は上リング部７１の周囲に沿って
配列された複数の円形貫通孔により構成される放射平板
構造であり、２軸まわりのモーメントを検出する。７５
Ｆ！は突出部７３Ｄ、、７３Ｄ、の上面から下面に貫通
した円形貫通孔をＸ軸方向に複数個直線状に配列して構
成されろ平行平板構造であり、Ｘ軸方向の力を検出する
。７５Ｆアは突出部７３Ｄ、、７３Ｄ４の上面から下面
ＩＣ貫通した円形貫通孔をｙ軸方向に複数個直線状に配
列して構成される平行平板構造であり、ｙ軸方向の力を
検出する。７５Ｆ、は中央ブロック７３Ｃの４個所の外
面（各突出ｆｉｌｌ相互の中間部）から中央開孔７３ｈ
ｌＣ貫通した円形貫通孔なＺ軸方向に複数個配列して構
成されろ平行平板構造であり、２軸方向の力を検出する
。

７５Ｍ、は突出部７３Ｄ、、７３Ｄ２の一方の側面から
他方の側面に貫通した円形貫通孔な複数個弧状に配列し
て構成される放射平板構造であり、ｙ軸まわりのモーメ
ントを検出する。７５ＭＫは突出部７３Ｄ３，７３Ｄ、
の一方の側面から他方の側面に貫通した円形貫通孔を複
数個弧状に配列して構成される放射平板構造であり、ｙ
軸まわりのモーメントを検出する。本実施は、これら３
つの平行平板構造７５Ｆ、、７５Ｆ　　、７５Ｆ　　お
よび３つの放射平板構造７５Ｍ、、７５Ｍ、ｔ７５Ｍ、
により６軸カセンサとして使用されろ。

今、下リング部７２が図示されない剛体に固定されてい
るとし、上リング部７１にｙ軸方向の力Ｆ　が加えられ
たとする。そうすると、この力Ｆ　は上リング部７１．
これと連結する突出部７３　Ｄｌ　、　　７３　Ｄ２　
、中央ブロック７３Ｃ１突出部７３Ｄ　３　、　７３　
Ｄ　４．これに連結された下りング部７２を経て図示さ
れない剛体に伝達される。

この伝達過程において、放射平板構造７５Ｍ、。

７５Ｍ　　、７５Ｍ、および平行平板構造ｐ、。

Ｆ８は何等の変形をも生じないが、平行平板構造７５Ｆ
）エカＦアに応じた変形を生じ、力Ｆ、の検出を行なう
。力Ｆアが大きくても、平行平板構造７５Ｆ、はその複
数貫通孔の構造のため何等支障なく検出を行なうことが
でき、又、他の平行平板構造７５Ｆｘ、７５Ｆ、、放射
平板構造７５Ｍ８．７５Ｍ、、７５Ｍｍはその複数貫通
孔の構造のため高い剛性を示して変形しない。

このように、本実施例では、ブロックを上リング部、下
リング部、中間部に区分し、中間部に開孔、中央ブロッ
ク、これから突出する４つの突出部を設け、所定個所に
円形ｙｒ通孔な複数個づ′つ配列して３つの平行平板り
１・７造および３つの放射平板構造を構成したので、外
形寸法な増大−ｆ″ることなくｙ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の
大きな力およびｘｌＩ＋ｈ。

ｙ’１ｌｈｅｚ軸まわりの大きなモーメントを検出丁１
ことができ、又、検出しようと￥ろ方向以外の方向の力
、モーメントに対して高い剛性を得ろことができる。

ｍｔｔ図Ｔａ）乃至（Ｃ）は本発明の実施例に係る軸力
センサに使用されろストレーンゲージ以外の信号変換装
置の概略図である。ＷＪｌ１図（ａ）、　（ｂｌにおい
て、第１図（ａ）　ｔ／Ｃ示す部分と同一部分には同一
符号が付してあり、第１１図ＦＣ）において、第４図に
示す部分と同一部分には同一符号が付しである。

まず、ｆｆｌｌｌ図＋８）で、４人は固定部４から逆り
字状に延びた支持腕、５人は可動部５に固定され又はこ
れと一体に形成されたコア、８ｏは中心にコア５Ａを挿
通する差動変圧器である。カＦ８が加えられろと平行平
板構造１２が変形し、可動部５とともにコア５人が下方
（移動し、その移動量に応じて差動変圧？ｒ”ｒ　８０
から信号が出方されろ。

次に、ｆｇｌ１図（ｂ）で、４Ａ’は固定部４から逆り
字状に延びた挟着腕、８１は可動部５と挟着腕４　Ａ’
との間に挟着されろ圧電素子である。カＦ。

が加えられると平行平板構造１２が変形し、可動部５が
下方に移動する。こσフとき、固定部４と挟着腕４Ａ′
は動かないので、圧電素子８１は上記可動部の移動和よ
り押圧され、その圧力に応じて信号を出力でろ。

最後に、第１１図（Ｃ）で、８２は貫通孔３８を密閉し
て構成した油室、８３は油室８２と連通する配管、８４
は配管８３に連結された油圧計である。

油室８２には油が満たされている。力Ｆ、が可動部３７
に加えられろと、平行平板構造が変形し。

油室８２の油にはその変形に応じた力が加えられろ。こ
り力１↓配管８３を経て油圧となって油圧計に伝達され
、指針等により表示されるとともに、この油圧に応じた
信号として出力されろ。

さて、以上、各図により本発明の詳細な説明したが、そ
の説明において、貫通孔の形状を方形又は円形として説
明した。しかしながら、貫通孔の形状はこれらの形状に
限ることはなく、楕円。

長円、２つの小円をスリットで連結する連結丸穴等、平
行平板構造としての機能を失なわない限り種々の形状を
採用することができる。特に、長円はその貫通孔を形成
−「る際、エンドミル等で容易に加工することができ、
又、連結丸穴もワイヤカット等で容易に形成することが
でき、製造面からみても有利である。又、ひずみ出力が
小さ過ぎろ場合には、最外部の薄肉平板における中央部
分の板厚を増加しく即ち、最外部の貫通孔の中央部分に
凹部な形成し）、その外表面のひずみを大きくてろとい
う変更を加えろこともできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、剛性体に、当該剛性体
に働く力の作用方向に直角に、３つ以上のたわみ梁をほ
ぼ平行に連接し、これにより平行平板構造を構成したの
で、平行平板構造部分の外形寸法を増加することなく、
より大きな力を検出することができ、又、検出しようと
する方向以外の方向の力に対して高い剛性を得ろことが
できる。

【図面の簡単な説明】

８ｇ１図（ａ）　−（ｂ）　＊　（ｃ）　ｉｔ本発明（
’）第１の実ＭｆｌｌｌＣ係る軸力センサの側面図およ
び断面図、第２図は切削加工装置の一部の斜視図、第３
図は本発明の第２の実施例に係る軸力センサの側面図、
第４図および第５図はそれぞれ本発明の第３．第４の実
施例に係る軸力センサの正面図、ｍ６図、第７図および
第８図はそれぞれ本発明の第５．第６．第７の実施例に
係る軸力センサの斜視図、第９図は放射平板構造を備え
た軸力センブリ側面図、２ｇ１０図は本発明の第８の実
施例に係る軸力センサの一部破断斜視図、第１１図（ａ
）、　（ｂｌ、　（Ｃ）は本発明の実施例に係る軸カセ
ンサ九便戸されろ信号変換装譲の概略図、第１２図（ａ
ｌ、　（ｂｌは従来の軸力センサの側面図である。 ２．７０・・・・・・ブロック、４・・・・・・固定部
、５゜３７・・・・・・可動部、ｌ　Ｏａ〜１０　ｄ、
　　３０　ａ〜３０ｃ、３５ａ１〜３５ｃ２，３５ｂ１
’　〜３５ｃ２’−・・−・・貫通孔、ｌ　１　ａ〜ｌ
　ｌ　ｅ＠　　３１　ａ　〜３１　ｄ　＊３６　ａｌ　
〜３６　ｄ２　、３６　ｂ、／、、３６ｄ２’ｍ＋＋薄
肉平板、１２．　３２．　４１　Ｆ、　、　　４１　Ｆ
、　ｅ４１Ｆ、、４８Ｆ、、４８Ｆ　　、４８Ｆ、。 ア ５６Ｆｘ、５６Ｆ　　、７５ＦＫ、７５Ｆ　　。 ア　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　−７５Ｆ、・・・・・・平行平板構造、４０・・・・
・・凸字状ブーロック、４５．５０・・・・・・柱状ブ
ロック、７１・・・・・・上リング部、７２・・・川下
リング部、７３・旧・・中間部、７３ｈ・・・・・・中
央開孔、７３Ｃ・・・・・・中央ブロック、７３Ｄ工、
７３Ｄ２，７３Ｄ、、７３Ｄ４川・・・突出部。 第７図 」ｆｃ ｔｂノ （Ｃ） 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 ｎ 第９図 ｂ２ 第１Ｏ図 第１／図 ｊ　　σσ 手続有口正藺；（自発） 昭和６０年タ月３７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 力が加えられる剛性体と、この剛性体に連接しかつ前記
   力の作用方向と直角方向にほぼ平行に設けられた３つ以
   上のたわみ梁とで構成されることを特徴とする軸力セン
   サ。