JPS63113328A - 荷重検出器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、種々の物体に加わる荷重を、直交する軸方向
の力とそれらの軸まわりのモーメントとに分離して検出
する荷重検出器に関する。

〔従来の技術〕

物体に加わる荷重（力、モーメント）を検出することは
多くの分野において不可欠のことである。

例えば、高機能ロボットにより組立作業や研摩、パリ取
り作業を行う場合、当該ロボットのハンドに作用する力
を正確に検出することが必要であるし、又、航空機、船
舶、車両等のモデル試験を実施する場合も、各部にかか
る荷重の検出が主要な項目となる。このような荷重を検
出する荷重検出器として優れた性能を有するものが、特
開昭６０−６２４９７号公報により提案されている。以
下、図によりその概略構成を説明する。

第１１図は従来の荷重検出器の斜視図である。図で、１
は柱状体、ｌａ、ｌｂ、Ｉｃ、ｌｄは柱状体１において
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に張出した張出し部、２は柱状
体ｌの中心においてＸ軸方向に形成された貫通孔である
。３ａ　＋　　３ｂ　＋　　３ｃ　１３ｄはそれぞれ各
張出し部１ａ　＋　　ｌｂ　＋　　ｌｃ　＝　　ｌｄに
おいてＸ軸方向の方形貫通孔により構成される平行平板
構造である。又、４ａ　＋　　４ｂ　＋　　４ｃ　、４
ｄはそれぞれ各張出し部１ａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄの中間
部分から中央の貫通孔２に達する方形貫通孔により構成
される平行平板構造である。各平行平板構造３ａ〜３ｄ
、４ａ〜４ｄは、方形貫通孔により構成される互いに平
行な薄肉部５，５′およびストレンゲージＳを有する。

これら薄肉部５゜５′およびストレンゲージＳは平行平
板構造３ａについてのみ符号が付され、他は符号の記載
が省略されている。ストレンゲージＳは、薄肉部５゜５
′と、これと連結している部分との境界（図中破線で示
されている）付近に貼着されている。６は張出し部１ｂ
、ｌｄと連結された一方の荷重伝達部、７は張出し部１
ａ、ｌｃと連結された他方の荷重伝達部である。このよ
うに構成された荷重検出器は、通常、単体のブロックに
対して旋削加工、穴明は加工等を施すことにより製造さ
れる。

上記荷重検出器において、荷重伝達部６，７間にＺ軸方
向の力Ｆｚ、Ｘ軸まわりのモーメントＭＸ。

Ｙ軸まわりのモーメントＭｖが作用すると、これらは平
行平板構造４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより検出され、又
、Ｘ軸方向の力Ｆ、、Ｙ軸方向の力Ｆｖ、Ｚ軸まわりの
モーメントＭ２が作用すると、これらは平行平板構造３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより検出される。即ち、この荷
重検出器は３軸方向の力成分および３軸まわりのモーメ
ント成分を検出することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の荷重検出器は既に実用化され、その優れた性
能が認められている。しかしながら、その製造時、平行
平板構造３８〜３ｄ、４ａ〜４ｄを構成するため８つの
穴明は加工を実施しなければならず、加工が面倒である
という問題があった。

さらに、各ストレンゲージＳを貼着する場合、その貼着
面の数は、平行平板構造３ａ〜３ｄで計８面、平行平板
構造４８〜４ｄで計２面（図で上下面）、合計１０面と
なり貼着作業が面倒であるという問題もあった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、加工
およびストレンゲージのような検出素子の設置作業が容
易であり、構造簡単な荷重検出器を提供するにある。

〔問題点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、リング形状の第
１の荷重伝達部およびこれと対向する第２の荷重伝達部
を配設し、第２の荷重伝達部に角柱形状の第１の荷重検
出部の一端を連結し、この第１の荷重検出部の他端に円
・柱を連結するとともにこの円柱と第１の荷重伝達部と
の間に薄板を連結することにより第２の荷重検出部を構
成し、第１の荷重検出部に、互いに重文する２つの平行
平板構造を構成し、それら平行平板構造の所定個所に検
出素子を設けるとともに、第２の荷重検出部の薄板にも
その所定個所に検出素子を設けたことを特徴とする。

〔作　用〕

第１の荷重伝達部および第２の荷重伝達部間にＺ軸方向
の力Ｆ２．Ｘ軸まわりのモーメントＭｘ。

Ｙ軸まわりのモーメントＭ、が作用すると、これら荷重
は第２の荷重検出部を構成する薄板の変形を検出素子で
検出することにより検出され、又、Ｘ軸方向の力ＦＸ、
Ｙ軸方向の力Ｆｖ、Ｚ軸まわりのモーメントＭ２が作用
すると、これら荷重は第１の荷重検出部に構成された平
行平板構造の変形を検出素子で検出することにより検出
される。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る荷重検出器の正面図、第
２図は同じく平面図、第３図は第２図に示す線■−■に
沿う断面図である。各図で、１０は荷重が作用する荷重
伝達部、１１は荷重伝達部ＩＯと結合した柱状荷重検出
部である。柱状荷重検出部１１は断面四角形の柱体であ
り、この柱体に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ貫
通孔を形成することにより、平行平板構造１２．１３が
構成される。

平行平板構造１２の薄肉部の境界近傍における図示位置
（中央のＺ軸に沿う線上に２つ、およびその１つの両側
の長い等距離位置に１つずつ）にはストレンゲージＳ！
＋−３：＋４が貼着されている。なお、括弧内は反対面
の対応する位置に貼着されたストレンゲージの符号を示
す。同じく、Ｓ　ＩＩｎ　　Ｓ　ｌ　ｔ＊Ｓ　２１＋　
　ａｆｔは平行平板構造１３において中央の２軸に沿う
線上に貼着されたストレンゲージを示す。

１５は荷重伝達部１０と対向して設けられたリング形状
の他方の荷重伝達部である。

１６は第２図に示すように柱状荷重検出部１１の端部（
図では上端部）に連結された円柱である。１７はリング
形状の荷重伝達部１５と円柱１６との間に連結された薄
板であり、リング形状となっている。

薄板１７の裏面（第２図において裏面、第１．３図にお
いて下面）には、リング中心を通ってＸ軸に沿う線上に
おいて、ストレンゲージＳ　ａｆｔ　　Ｓ　＆２＋およ
びこれらと対向する側にストレンゲージＳ　ｃｌ＋ｓｅ
ｔが貼着されている。ストレンゲージＳ□、Ｓｅｔはほ
ぼ荷重伝達部１５との境界上に位置し、ストレンゲージ
Ｓ　ａｆｔ　　Ｓｃｔは円柱１６との境界近くに位置す
る。ストレンゲージＳ。ｒｓｅｔに接近してＹ軸方向両
側にそれぞれストレンゲージＳ　Ｍ！＋　　Ｓａｎ＋お
よびストレンゲージＳ　Ｃ３１Ｓ　Ｃ４が貼着されてい
さらに、リング中心を通ってＹ軸に沿う線上において、
ストレンゲージＳ　ｂｌ＋　　Ｓ　ｂ！＋およびこれら
と対向する側にストレンゲージＳ□、Ｓ４．が貼着され
ている。ストレンゲージＳｂ＋、Ｓ□はほぼ荷重伝達部
１５との境界上に位置し、ストレンゲージＳ　ｂ！＋　
　Ｓ　ａｘは円柱１６との境界近くに位置する。

ストレンゲージＳ。、Ｓｏに近接してＸ軸方向両側にそ
れぞれストレンゲージＳ　ｂ３＋　　Ｓ　ｂ４＋および
ストレンゲージＳ　４２＊　　Ｓ　４４が貼着されてい
る。このように各ストレンゲージが配置された薄板１７
により薄板状荷重検出部が構成される。

柱状荷重検出部１１の各平行平板構造１２．１３および
薄板状荷重検出部の薄板１７に貼着されたストレンゲー
ジは、それぞれ所定のものどうしの組合せによりホイー
トストンブリッジ回路を構成する。

第４図（ａ）〜（ｆｌはこれらホイートストンブリッジ
回路の回路図である。各図で、２０は電源、ｆｌｌ＋ｆ
Ｙ＋ｆ２．ｍｘ　、ｍＶ、ｍｚは出力信号を示す。なお
、各ストレンゲージには第１〜３図に示す符号と同一符
号が付しである。

次に、荷重伝達部ｉｏ、　１５間に３軸方向の力および
３軸まわりのモーメントが作用した場合の本実施例の検
出動作を、上記第４図（ａ）〜（ｆ）および以下に示す
第５図〜第９図を参照しながら説明する。

（１）力Ｆ２の検出動作 荷重伝達部１０．１５間に第５図に示す矢印向きの力Ｆ
２が作用すると、薄板１７の全周に亘って第５図に示す
ような変形が生じる。なお、第５図は第３図と同じ断面
を示す、このような変形により、薄板１７に貼着された
各ストレンゲージにはその変形に応じたひずみを生じ、
これらストレンゲージのうち第４図（ａ）に示すストレ
ンゲージを選択して図示のようにホイートストンブリッ
ジ回路を構成することにより、力Ｆ２に比例した信号ｒ
２を得ることができる。このような信号を得るために、
最も単純には各ストレンゲージのひずみの絶対値が等し
くなるように各ストレンゲージの貼着位置を定める必要
がある。以下、第４図（ａ）に示す回路を構成するスト
レンゲージの位置について第６図（５）、（ｂ）により
説明する。

第６図（ａ）は第５図の一部拡大断面図、第６図山）は
第６図（ａ）に示す薄板の各部分の半径方向の応力分布
図である。第６図（ｂｌで、σ１．は荷重伝達部１５と
薄板１７との連結部の応力（したがってストレンゲージ
ＳＣ１の応力）σ１．は円柱１６と薄板１７との連結部
の応力を示す。この場合、応力σ１．は引張り応力（正
）、応力σ１．は圧縮応力（負）となり、それらの絶対
値は次式の関係にある。

１σ、、１〈１σ１，１ このような分布において、薄板１７における円柱１６に
近い側に、ストレンゲージＳＣＩの貼着位置に生じる応
力とは絶対値が等しく正負が逆である応力σ、ｃ、（ｌ
σ１゜１−σＩ’！ｌ　ｌ　＋　　σｓｃｚ＜０）を生
じる個所が存在する。そこで、当該個所にストレンゲー
ジを貼着すればストレンゲージＳＣＩのひずみと絶対値
が等しく正負が逆であるひずみを生じる。

上記のような個所に貼着されるのがストレンゲージＳｃ
２である。これは、ストレンゲージｓ、２゜Ｓ　ｂ！＊
　　Ｓ　４１についても同様である。かくして、第４図
（ａ）に示す回路から力Ｆ２に比例した信号ｆ２を得る
ことができる。

上記の力Ｆ、が作用したとき、第４図（ａ）に示すホイ
ートストンブリッジ回路以外の回路からは出力が生じな
い、即ち、まず第４図（ｂ）のホイートストンブリッジ
回路についてみると、これを構成するストレンゲージは
前述の如くストレンゲージＳａｇ、　　Ｓｂｔ＊　　Ｓ
ｃ！ｌ　　Ｓｏに接近して貼着されているので、上記の
説明から明らかなようにいずれも同一量、同一符号（引
張又は圧縮）のひずみを生じる。このため、この回路か
ら出力は生じない。

これは第４図（Ｃ）のホイートストンブリッジ回路につ
いても同様である。

次に、第４図（ｄｌ、　（ｅｌ、　（ｆ）に示すホイー
トストンブリッジ回路についてみる。柱状荷重検出部１
１の平行平板構造１２．１３に対して、力Ｆ、はそれら
の各薄肉部の面に沿って作用する。したがって、力Ｆ１
に対して各薄肉部の剛性は極めて高く、それら各薄肉部
に貼着された各ストレンゲージにはほとんどひずみが発
生せず、又、発生したとしてもそれらは同一量、同一符
号のひずみとなる。このため、第４図（ｄ）、　（ｅＬ
　（ｒｉに示すホイートストンブリッジ回路から出力は
生じない。

このように、力Ｆ、が作用したときには、第４図（ａ）
に示すホイートストンブリッジ回路からそれに比例した
信号ｆ、を得ることができ、他の回路からの出力はない
ので、高い精度の検出ができる。

（２）モーメントＭ買の検出動作 荷重伝達部１０．１５間にＸ軸まわりのモーメントＭ、
が第７図に示す矢印向きに作用した場合を考える。なお
、第７図は第２図に示す線■−■に沿う一部断面図であ
る。この場合、薄板１７には図示の変形が生じ、ストレ
ンゲージＳ　ｂ＊＋　　Ｓ　ｂｓ＋　　Ｓ　ｈａには引
張りひずみが、又、ストレンゲージＳ　４　！　＊Ｓｄ
Ｓ＋　　ｓ−４には上記引張りひずみと大きさが等しい
圧縮ひずみが生じる。そこで、第４図（ｂｌに示すよう
にストレンゲージを選択してホイートストンブリッジ回
路を構成すると、モーメントＭＸに比例した信号ｍＸを
得ることができる。

ここで、上記モーメントＭ、が作用したときの第４図（
ａ）に示す回路の出力についてみると、モーメントＭ、
によっては薄板１７におけるリング中心を通るＸ軸に沿
う部分は、この部分が変形の中立軸となっているので変
形せず、したがって、ストレンゲージＳ　＠ｌ＋　　Ｓ
　ａｚ＋　　Ｓ　ｅｌ＋　　Ｓ　ｃｚにはひずみは生じ
ない。そして、第７図に示す変形から明かなようにスト
レンゲージＳ　ｂ　ｌ　ｒ　　Ｓ　ｄ　ｌには同一量、
逆符号のひずみが、又、ストレンゲージＳｈｔ＊　　Ｓ
４ｇにも上述のように同一量、逆符号のひずみがそれぞ
れ生じるので、第４図（ａ）に示す回路からの出力はな
い。

次に、第４図（Ｃ）に示す回路の出力についてみる。

この場合、その回路を構成するストレンゲージＳ　ｍ３
＋　Ｓ　ｃ２．Ｓ　ｍ４＋　　Ｓ　Ｃ４は上記変形の中
立軸から外れた位置に貼着されており、したがってひず
みを生じる。このひずみをみるため、モーメントＭｘが
作用したときの＊ｖｉ１７におけるストレンゲージＳ　
ａｈ　　Ｓ　Ｃ３＋　　Ｓ　ｍａｒ　Ｓ　Ｃ４の貼着部
分の変形について考察する。モーメントＭ８による第７
図に示す変形において、荷重伝達部１５は充分に剛性が
太きいので、同一平面を保持したままの状態にある。

このため、上記部分は円柱１６と荷重伝達部１５との間
で僅かな捩れ変形を生じる。この捩れ変形はストレンゲ
ージＳ　ｍ２＋　Ｓ　ｍａｒ　Ｓ　ｃ３＋　　Ｓ　ｃａ
の貼着位置が当該捩れ変形の中立軸に近接しているので
極めて微小ではあるが、それでも、ストレンゲージＳ　
ｍ３＋　Ｓｃ４に微小引張りひずみを、又、ストレンゲ
ージＳ、、、Ｓ、３に微小圧縮ひずみを生じる。そして
、モーメントＭＸに対する対称性からそれらのひずみの
絶対値は等しい。

以上のことから、第４図（Ｃ１に示す回路では、ストレ
ンゲージＳａ３＋　　Ｓｍ４が互いに同一量、逆符号の
ひずみとなり、同じくストレンゲージＳ　Ｃ１＋　Ｓ　
Ｃ４も同一量、逆符号のひずみとなるので、当該回路か
らの出力はない。

次に、第４図（ｄ）、　（ｅ）、　（ｆ）に示す回路の
出力についてみる。モーメントＭ８が作用すると、柱状
荷重検出部１１の平行平板構造１２の両薄肉部には、−
方に圧縮応力、他方に引張応力が生じるが、これらの応
力は薄肉部の面に沿って生じるので、これに対し薄肉部
は高い剛性を示す、したがって、平行平板構造１２の薄
肉部にはほとんど変形を生じない、そして、仮に変形を
生じたとしても、ストレンゲージｓ！＋”ｓｓａに微小
圧縮ひずみ（又は微小引張りひずみ）、ストレンゲージ
Ｓａｔ〜Ｓ４４に微小引張りひずみ（又は微小圧縮ひず
み）を住し、それらの絶対値は等しい０以上のことから
、モーメンＩ”　Ｍ　ｘが作用しても第４図（ｅ）、　
（ｒｌに示すホイートストンブリッジ回路からの出力は
ない。

又、平行平板構造１３についてみると、モーメントＭＸ
が作用したとき、その両薄肉部は、それらに生じる応力
がそれらの面に沿うものであるため、極めて高い剛性を
示し、はとんど変形を生じない。

しかも、ストレンゲージＳ、、、Ｓ目、Ｓ！厘、Ｓ２！
は、Ｙ−Ｚ平面においてモーメントＭＸの中心軸（Ｘ軸
）を通る垂直線上にあるので、はとんどひずみを生じる
ことはない。したがって、第４図（ｄ）に示すホイート
ストンブリッジ回路からの出力はない。

このように、モーメントＭＸが作用したときには、第４
図中）に示すホイートストンブリッジ回路からそれに比
例した信号ｍｚを得ることができ、他の回路からの出力
はないので高い精度の検出ができる。

（３）モーメントＭＹの検出動作 この場合の検出動作は、モーメン）ＭＸが作用したとき
の検出動作と同じであるのは明らかである。そして、第
４図（Ｃ）に示すホイートストンブリッジ回路から、作
用したモーメントＭ７に比例した信号ｍｙを得ることが
できる。

ただし、モーメントＭｖの検出動作においては、モーメ
ントＭＸが作用したときの平行平板構造１２の薄肉部に
生じたと同じ応力が平行平板構造１３の薄肉部に生じ、
逆に、平行平板構造１３の薄肉部に生じたと同じ応力が
平行平板構造１２の薄肉部に生じる点で、それら平行平
板構造１２．１３のストレンゲージに微小ひずみが生じ
るときその微小ひずみに相違がみられる。しかしながら
、それらストレンゲージの貼着位置関係から、モーメン
）Ｍｙが作用したとき第４図（ｄ）、　（Ｅｌ）に示す
回路から出力がないのは明らかである。そこで、第４図
（ｆ）に示す回路について考える。

モーメントＭＹが作用すると、平行平板構造１２の薄肉
部にはこれに応じて応力が生じる。しかし、この応力は
当該薄肉部の面に沿うものであるので、薄肉部の剛性は
極めて高く、各ストレンゲージにはほとんどひずみを生
じない。特に、ストレンゲージＳ　３＋＋　　Ｓ　３ｔ
＋　　Ｓ　４１＋　Ｓ　４２はＸ−Ｚ面上ニオケるモー
メント中心軸（Ｙ軸）を通る垂直線上にあるので、ひず
みは０に近い。これに対して、ストレンゲージＳ　３３
ｒ　Ｓ　３４１　　Ｓ　ａ２＋　　Ｓ　４４は前記中心
軸から相当離れた位置に貼着されているので、極く僅か
ではあるがひずみを発生する。即ち、前記中心軸の一方
側に引張りひずみ、他方側に圧縮ひずみが生じる。そし
て、そのひずみの量は、両側のストレンゲージが前記中
心軸から等しい位置に貼着されているので同一である。

これを、第４図（ｆ）に示される回路でみると、ストレ
ンゲージＳ３４゜Ｓ４３は同一量で逆方向のひずみ、ス
トレンゲージ５３ｆｆ＋　　Ｓ４４も同一量で逆方向の
ひずみを往じるので、当該回路の出力はないことになる
。

このように、モーメントＭｖが作用したときには、第４
図（ｅ）に示すホイートストンブリッジ回路からこれに
比例した信号ｍ、が出力され、他の回路からの出力はな
いので、高い精度の検出ができる。

（４）力ＦＸの検出動作 荷重伝達部１０．１５間にＸ軸方向の力Ｆｘが第８図に
示す向きに作用した場合を考える。なお、第８図は第２
図に示す線Ｉ［［−ＩＩＩに沿う一部断面図である。こ
の場合には、平行平板構造の特性から、第８図に示すよ
うに平行平板構造１３の薄肉部に顕著な変形を生じる。

この変形により、ストレンゲージ５ｉｌｌ　　Ｓｔ２は
引張りひずみ、ストレンゲージＳｌ！＋　　ｓｔ＋は圧
縮ひずみを生じ、それらひずみの量は同一である。した
がって、第４図（ｄｌに示すホイートストンブリッジ回
路からは、力Ｆｘに比例した信号ｆｘを得ることができ
る。

ここで、力ＦＸが作用したときの第４図（ａｌ〜（Ｃ）
。

（ｅ）、　（ｆｌに示される回路の出力について考察す
る。

まず、力Ｆ、は各薄板１７に対してそれらの面に沿って
作用する。したがって、各薄板１７は力ＦＸに対して高
い剛性を示しほとんど変形しない、このうち、ストレン
ゲージＳ　ａｌ＋　　Ｓ　ｍｌ＋　　Ｓ　ＣＩ＋　　Ｓ
　ｃ！の貼着部分には変形を生じる可能性もあるが、仮
に変形を生じたとしても、その変形は極めて小さく、ス
トレンゲージＳ□、Ｓｍｔに微小引張りひずみ、ストレ
ンゲージＳＣＩ＋　　ｓｅｔに微小圧縮ひずみとなって
現れ、これらのひずみの量は同一である。−方、ストレ
ンゲージ３に１〜Ｓｂａ、　　Ｓ□〜ｓａ４の貼着部分
は力Ｆ、に対して剪断変形の態様となるので、それらの
部分に貼着されたストレンゲージにはひずみは生じない
０以上のことから、第４図（ａ）。

山）に示す回路からの出力がないのは明かである。

前述のように、ストレンゲージＳ□＋　Ｓａｌ＋　ＳＣ
１＋Ｓｃｔの貼着部分には変形を生じる可能性があり、
その場合、ストレンゲージＳ１１！＋　　Ｓａｄに引張
りひずみ、ストレンゲージＳｃ！、　　Ｓｃ、に圧縮ひ
ずみが生じるが、これらのひずみは極めて微小である。

したがって、これらのストレンゲージにより構成された
第４図（Ｃ）に示すホイートストンブリッジ回路からは
信号が出力されることもあるがこの信号は極めて微小で
あり、充分に無視し得る程度のものである。

次に、平行平板構造１２の各薄肉部には力ＦＸが作用し
たとき剪断力が作用することとなり、そこに貼着された
ストレンゲージＳｓＩ＋　　Ｓｓｔ＊　　Ｓｍ＋＋８４
□はひずみを生じない、しかだって、第４図（ｅ）　。

（ｆ）に示すホイートストンブリッジ回・路から信号は
出力されない。

このように、力Ｆ８が作用したときには、第４図（ｄｌ
に示すホイートストンブリッジ回路からこれに比例した
信号ｆＸが出力され他の回路からの出力はほとんど０で
あるので、高い精度の検出ができる。

（５）力ＦＶの検出動作 この場合の検出動作は、力ＦＸが作用したときの検出動
作と同じであり、平行平板構造１２の薄肉部に顕著な変
形が生じ、この変形に応じて第４図（ｅ）に示すホイー
トストンブリッジ回路から、作用した力ＦＹに比例した
信号ｆＹを得ることができる。そして、力ＦＶが作用し
ても、第４図（ａ）〜（ｄｌに示すホイートストンブリ
ッジ回路からは、力ＦＸの場合の説明から明らかなよう
にほとんど出力を生じない。

ただ、力Ｆｖの作用により平行平板構造１２の薄肉部に
変形を生じると、そこに貼着された各ストレンゲージ５
ｆｆｌ＋　Ｓ３ｇ＋　　Ｓａ＋＋　　Ｓａｔにひずみを
生じるばかりでなく、第４図（ｆ）に示す回路を構成す
る各ストレンゲージＳ　３１　　Ｓ　！４１　　Ｓ　ａ
ｓ＋　　Ｓ　ａ、にもひずみを生じる。この場合、スト
レンゲージＳ！！＋３３４は圧縮（引張り）ひずみ、ス
トレンゲージＳｏ、Ｓ４４は引張り　（圧縮）ひずみと
なる。しかし、これらひずみの大きさはすべて等しい。

したがって、第４図ｆｆ）に示す回路からは出力を生じ
ない。

このうよに、力Ｆｙが作用したときには、第４図（８）
に示すホイートストンブリッジ回路からこれに比例した
信号ｆｖが出力され、他の回路からの出力はほとんど０
であるので、高い精度の検出ができる。

（６）モーメントＭ２の検出動作 荷重−伝達部１０．１５間に２軸まわりのモーメントＭ
２が第９図に示す向きに作用した場合を考える。

なお、第９図には、理解を容易にするため、平行平板構
造１２のみを示し、他は除去しである。モーメン）ＭＺ
が作用すると、平行平板構造１２の薄肉部が接合してい
る上下の剛体において、下部の剛体（荷重伝達部１０側
）に対して上部の剛体が同軸を保持したまま回転する態
様となるので、各薄肉部はモーメントＭ２によりその面
外荷重を受けることになり、図示のように捩れ変形を生
じる。この変形により、ストレンゲージＳ。、Ｓ、４に
は引張りひずみが、又、ストレンゲージ５４ｆｆｉ＋　
　Ｓ２４には圧縮ひずみが生じ、それらひずみの大きさ
は等しい、したがって、第４図（ｆ）に示すホイートス
トンブリッジ回路からは、モーメントＭ２に比例する信
号ｍｚが出力される。

ここで、モーメントＭ２が作用したときの第４図（ａ）
〜（８１に示す回路の出力について考察する。モ−メン
トＭ２は、薄板１７に対してはそれらの面に沿う荷重で
あり、剪断力として作用するので、薄板１７には変形を
生じることはなく、そこに貼着された各ストレンゲージ
にはひずみを生じることはない。したがって、第４図（
ａ）〜（Ｃ）に示す回路からの出力はない。

モーメン）Ｍｚが作用すると、平行平板構造１３の各薄
肉部には平行平板構造１２の各薄肉部に生じるのと同じ
変形を生じる。しかしながら、平行平板構造１２．１３
の各薄肉部におけるストレンゲージＳＩＩ＋　　Ｓ、ｔ
＋　　Ｓｚ＋＋　　Ｓｚｚ＋　　Ｓ３＋＋　　Ｓ１ｚ＋
　　５４１１　　Ｓａｔの貼着位置は捩れ変形の中立軸
上にあるので、それら各ストレンゲージにひずみは生じ
ない。したがって、これらストレンゲージで構成されて
いる第４図！ｄ）、　（ｅ）に示す回路からの出力はな
い。

このように、モーメントＭｚが作用したときには、第４
図（ｆｌに示すホイートストンブリッジ回路からこれに
比例した信号ｍ２が出力され、他の回路からの出力はな
いので、高い精度の検出ができる。

以上、第１図〜第３図に示す本実施例の荷重検出器の検
出動作について説明した０本実施例の荷重検出器は、作
用する６つの荷重成分に対して上記のように高精度の検
出が可能であるが、そればかりではなく、図から明らか
なように、第１１図に示す従来の荷重検出器に比較して
貫通孔は２つ形成するだけであり、全体構成が簡素であ
るので、加工が極めて容易となる。又、ストレンゲージ
の貼着面も半減し、貼着作業も容易となる。

第１０図は本発明の他の実施例に係る荷重検出器の正面
断面図である０図で１．第３図に示す部分と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略する。

さきの実施例においていは、薄板１７は円柱１６におけ
る柱状荷重検出部１１側の面から延出するように連結さ
れていた。これに対して本実施例では、薄板１７′は円
柱１６における柱状荷重検出部１１側と反対の面から延
出するように連結されている。又、薄板に貼着されるス
トレンゲージのうち、内側に貼着されるストレンゲージ
Ｓ、〜Ｓ　＠４＋　　Ｓ　ｂ！〜Ｓ　ｈａ、　　Ｓ　ｅ
ｘ〜Ｓ　Ｃ４１Ｓ　ａｚ〜Ｓ　ａ＜は外側に貼着される
ストレンゲージＳ　ｍ　Ｉ＋　　Ｓ　ｂ　ｔ　ｒ　　Ｓ
　ｅ　ｌ＋　　Ｓ　ａ　＋とは反対面（表面）に貼着さ
れる。これら内側に貼着されるストレンゲージにはダッ
シュが付されている。

本実施例における各荷重検出動作は、さきの実施例と同
じであるので説明は省略する。又、本実施例の効果につ
いても、さきの実施例と同じである。

なお、上記各実施例におけるストレンゲージの貼着位置
は１例を示すものであり、高精度の検出動作を実行させ
るための貼着位置はこれに限ることはない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、第２の荷重伝達部に連
結された角柱状の第１の荷重検出部、およびこの第１の
荷重検出部に連結された円柱と第１の荷重伝達部の間に
連結された薄板の第２の荷重検出部を設け、第１の荷重
検出部に、ストレンゲージのような検出素子を設けた２
つの平行平板構造を構成し、又、第２の荷重検出部の薄
板の適宜個所に検出素子を設けるようにしたので、従来
の荷重検出器に比べて加工、および検出素子の設置作業
を容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の実施例
に係る荷重検出器の正面図、平面図および断面図である
。第４図（ａｌ、　（ｂ）、　（Ｃ１，（ｄ）、’（Ｇ
）、　（ｆ）は第１図、第２図および第３図に示すスト
レンゲージで構成されるホイートストンブリッジ回路の
回路図、第５図、第６図ｆａ１．　（ｂ）、第７図、第
８図。 および第９図はそれぞれ第１図に示す荷重検出器の動作
を説明する変形状態図、第１０図は本発明の他の実施例
に係る荷重検出器の断面図、第１１図は従来の荷重検出
器の斜視図である。 １０、１５・・・荷重伝達部、１１・・・柱状荷重検出
部、１２゜１３・・・平行平板構造、１６・・・円柱、
１７・・・薄板。 第１図 Ｚ ｔｏ、ｔｓ　：箱重仏ｔ−ｓう Ｉｌ：槌畑重桟峠 １２．１３ｓ　＊！ｔｒ早猛棲正 第２図 ↑ １６二円才上 ｔｙ：＊扱 第３図 第４図 （Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）（Ｃ）　　
　　　　　　　　　　（ｄ）（ｅ）　　　　　　　　　
　　　　（ｆ）第５図 ↑ ■ ムク 第６図 第７図 第８図 ５Ｗ（５４２） 第９図 第１７因

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. リング形状の第１の荷重伝達部と、この第１の荷重伝達
   部と対向する第２の荷重伝達部と、この第２の荷重伝達
   部に一端が連結されかつ所定個所に検出素子が設けられ
   た直交する２つの平行平板構造を有する角柱形状の第１
   の荷重検出部と、この第１の荷重検出部の他端に連結さ
   れた円柱と、この円柱と前記第１の荷重伝達部とに連結
   されかつ所定個所に検出素子が設けられた薄板より成る
   第２の荷重検出部とを備えていることを特徴とする荷重
   検出器。