JPS63134929A

JPS63134929A - 多要素動力計

Info

Publication number: JPS63134929A
Application number: JP62280857A
Authority: JP
Inventors: カルデララ　レト; ゾンデレッガー　ハンス−コンラット; ヴォルファー　ペーター
Original assignee: Kristal Instrumente AG
Current assignee: Kristal Instrumente AG
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1988-06-07
Also published as: ATE65319T1; US4802371A; EP0270693B1; EP0270693A1; DE3680341D1

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、一対の導力プレート間の少なくとも１組の圧
電変換器素子から成る、とくに金属切削作業中に力およ
び／またはトルクを測定する多要素動力計に関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点力とトル
クとを測定する動力計は周知されている（例えばＤ　Ｔ
　−Ｐ　Ｓ　９　５７　９８０　）。それらは、各々が
選択的に一方向に感応する６組の力変換器を備え、それ
らが力と力に変えられたトルクとを測定するようにした
、比較的複雑な装置である。使用される測定素子は直接
に力を測定せずにひずみを測定りる。これは、間で力と
トルクとを測定する、それ自体は剛性を右】る二つの機
械構成！２木が弾性的に接合される、という好ましくな
い結果を生じている。その結果、この測定システムは比
較的低い固イ目騒動数を有し、従って、とくに金属切削
作業の際に生ずるような測定ａ１φ値の急速な変化は最
早見いだし得ない。さらに、この測定装置によって指令
される６成分への力の分解は一般に弾性ナイフ・エツジ
を介して行われるので、力の導入はこれらのシステムの
ために複雑化される。これらの理由により、上記の諸装
置４ま複雑な設計となり、コンパクトな構成要素に組み
立てることができない。

同様に、上記に引用したｌ）　Ｔ　−Ｐ　Ｓに記述され
たような力変換器へ、一方向のみに作用１６カを整合さ
せ得るひずみ計測システムの代りに圧電測定ヒルを取り
付けることが複雑となる。その枯宋生まれるＶｉ置は余
りにしかさばった、しから′ｌｒｉｍなものである。Ｄ
Ｔ−１’ｓ１９　５２　５２２に記述されたように、多
要素測定！ラットフオームが用いられる場合、力とトル
クとを測定するシステムの取付けは、より簡単である。

これらのプラットフォームは、一般に一つを超える力の
諸成分に各々が応答する４組の力測定セルを個々のハウ
ジング内に包含している。測定セルとしては、一対が圧
力に感応し、二対がぜん断に感応する、概ね互いに垂直
な方向にある６個の圧電結晶から成る列を用いることが
できる。この種の測定セルは例えば、１９８０年、シュ
プリンガー・フエルラーク（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　Ｖｃｒ
ｌａｏ　）刊、［ビエゾエレクトリツシエ・メステヒニ
ーク（ｐｔｃｚｏｅ＋ｅｋｔｒ＋５ｃｈｅＨｅｓｓｔｅ
ｃｈｎｉｋ　）　Ｊ　、１６９ページにｆＮＭされてい
る。

このように設計されＩこ！ｌＪｈ計は数多くの用途に対
して充分な剛性を備えているが、力の諸成分における変
化を更に迅速に検出するためには、とくに金属切削作業
の際、更に高い固有＠初数が望ましい。さらにまた、そ
れらの機械的弾性を最小限とし且つ装着について極力小
さい空間を要求するためには、更に偏平な勤カム１が望
ましい。さらに、これらの動力計を取り付けることは極
力簡単であるべきである。

問題点を解決づるための手段本発明は、特許請求のｔ間第１項および第３項の特徴記
述部にある諸特徴により、これらの諸飲求１１項から生
ずる課題を解決するものである。これらによれば、各々
がそれらの間に配にされた絶縁支持体により接合された
少なくとも２個の圧電素子を有するにうにした変換器素
子が、多要素動力計に包含される。１Ｆ電九子は、支持
体ににって付与される座標系に関して予配向され、それ
により、各変換器素子のｒ−を電素子の一つが導力プレ
ートの面に垂直な方向で圧力に感応し易く、一方、他の
圧電素子が導力プレートの園内でせん断に感応し易くな
っている。叫々の′ａ換器素子のせん断感応／ｊ向は、
導力ブレ−１〜の西向で種々に選択することもできる。

上述のｌ）　Ｔ　−１）　Ｓ　１９　５２　５２２とは
異なり、本発明による動力計の優先的にハウジングを除
いた変換器素子は結晶学的に予配向され、１個のせん所
感応性圧電素子を有する好適な実施例においては、それ
が、一つのせ／ｖ断酸成分みに応答し、二つには応答し
ない。本発明によれば、一つの方向のせん断に感応し易
い動力ａｌの変換器素子の一方の部分と、これに垂直な
方向のせん断に対する他方の部分とが得られる。この二
つの方向は、導力プレートの法線方向（Ｚ軸）と直角に
平面ＸＹを張る。この方向においては、変換器素子が圧
力に感応し易い。

本発明によれば、各変換器素子がわずかに２個の圧′虐
素子と、それらの間の支持プレートとから成るので、動
力３１を、在来のぞれよりも可成り偏平に１にとができ
る。力は、付加的な代替素子を野山すると同様に前述の
変換器素子を軽重して導入できると共に、これらおよび
変換器素子の双方が硬い材料で作られているので、機械
的に極めて剛性のある測定プラットフォームが生成され
るが、これは機械部分間にｉ接に取り付けることができ
且つ極めて高い固有振動数を備えている。従ってそれは
、とくに、力およびトルク成分の極めて急速な変化が発
生する可能性のある金属切削作業中の動的測定に大いに
適している。

本発明を、実施例および図面について、以下に更に充分
に説明する。

実施例および作用第１図は、２個の圧′ｊｆｉ素子１．５とそれらの間の
支持プレート３とから成る代表的な囲いのない変換器素
子を取り付ＧＪた導力ブレ−１・６の図を示す。ＸＡ、
ＹＡ、ＺＡは導力システムの幾何学的座標系を表示し、
Ｚは導力プレートに垂＆ｉであり、ＸはＺに垂直であり
、Ｙは双方に垂直である。

長方形の）ｎカプレート６の場合には、Ｘが一対の縁と
平行に直かれてＹを他方の対と平行にさせる。

図示の変換器素子の座標系ＸＡ、ＹＡ、ＺＡＡは、Ａ　
　　　＾言うまでもなく、支持プレート３の縁に関する素子１．
５の事前の結晶学内子配向と、結晶学的に適切に研削さ
れた圧電素子の表面と縁とを＃ｉ提とした上で、支持プ
レート３の縁（Ｘ　　）、（ＹＡ）およびその法線（Ｚ
、）により付与される。この結晶学内子配向を以下に詳
細に説明する。

ぜん所感応性圧電素子１は、その長平方向の縁が結晶学
的なＸ軸およびＺ軸（ここではｘＫおにびＺ、で表示す
る〉と丁度平行になると同時に結晶学的Ｙ軸（ここでは
Ｙにで表示する）が圧電素子１の最大表ｉ？ｉ１に垂直
となるように研削される。

圧電素子１．５と支持プレート３どは、止め装置を用い
て、結晶の縁と平行に整列される。長方形に図示された
支持プレート３の縁が同等の精度を以て直角をな１なら
ば、圧電素子と支持プレートどの縁を支持プレート上で
平行に位置決めすることにより、素子の配向を全く機械
的に固定させることができ、それにより、導力プレート
の幾何学的座標系にｌｌ１ｇる全変換お素子の統行する
方向上の配向のため、例えばせん新素子からの正の結晶
学的Ｚ方向（Ｚ、）の側方出現点にマーク（図示せず）
を施すことができる。

圧力素子５は類似的に、この場合は結晶学的なＹ方向お
よびＺ方向（ＹにおよびＺにで表示）を圧電素子の長手
方向の縁と平行にして、結晶学的にカッ！・される。支
持プレート３の配向された固定は、若し頁当であれば、
同じ１作業で、反対側で行われる。素子の必要な機械加
工には、「研削」いう中軸化された記述が付与される。

当然、必要な精度、を達成するためには、ラップ什−ｔ
：　＆ｙ作業やつや出し作業も必要であろう。

第１図は、上述の変換器素子の好適な実施例の史に一層
の詳細を示す。絶縁材料から成る支持プレート３は、測
定信号を引き出すため、両面に導電性の層２．４を右す
るが、イれについては以下に更に述べる。

図は、既述の座標系Ｘ、Ｙ−、、ＺＡ４ｒ備える予配向
された変換器素子が、導力システムの座標系Ｘ、　Ｙ、
　２１．：ＩＩＩＬ、、、全体としていかに配向される
かを示し、長方形の変換器素子および長方形の導力プレ
ートの場合には、対応する縁を平行に置くことによって
行われる。

代表的な変換器素子は、一方向のせん断に感応する圧電
素子１と導力プレートに垂直な圧力感応圧電索子５、即
ら在来の６組の代りに２組の圧電素子から成る。

第２図は、第１図による、幾つかの結晶学的に子配向さ
れた、囲いのない長方形の変換器素子を取り付けた導力
プレート６の図を示す、、導力プレート６の座標系ＸＡ
、ＹＡ、ＺＡに関する個々の素子の配向は、上述の如く
、取付けの際に全体として行われる。各素子は２方向の
圧ｈ（第３図の参照記号Ｆ　参照）に対し、またせん断
力Ｆ　　、Ｆ　　でｌ　　　　　　　　　　　　　　　
ＸＶ表示されるＸ方向またはＹ方向のせん断に対して感
応し易いが、在来の動力計の場合の如く、同時に双方に
対してではない。全ての個々の素子がＸおよびＹ両方向
のせん断に感応Ｊる場合と同じ測定能力が結果として生
ずるので、応用可能性を制限することなく圧電素子の数
ｍを減少させることができる。第２図に示１Ｊ長方形の
変換器素子を充分に取り付けた動力計は、高い測定精度
と広い測定範囲とを備える実施例を代表している。その
、それ以外の諸利点を以下に説明する。

物事を明白にす゛るため、第３図は測定プラットフォー
ムの断面斜視図を示し、双方の導力プレート６．１１を
見せている。この動力計の特徴は、変ａ器素子が圧力に
感応し易いことと、然しその各々が一方向のみのせん断
に感応し易く、若干がＸ方向の、その他がＹ方向のせん
断に感応し易いこととである。力の感応方向は分力Ｆ、
Ｆ、。

Ｆ７によって図に表示される。各変換器が二つの方向の
Ｉ！ｌｖＩｇｉに感応し易くなければならないという要
求を断念することにより、より少数の（在来の６個の代
りに２個の）圧電素子しか必要とされず、高価な材料費
のみならず、例えば、包含される（素子をカットし、ラ
ップ仕上げし、つや出しする）製造工程、試験、および
導力プレートの座標系ＸＡ、ＹＡ、ＺＡに関する配向に
おける作業費をも節約する。先に述べたように、囲いの
ない、より低い変換器素子を用いることににす、とくに
、−結に密接して接合できる長方形の素子と支持プレー
トとを右する変換器素子の優先的な使用により、動力計
を一層漏平に、従って一層曲がりにククすることができ
る。その剛性のある材料９故に動力計は硬化され、既）
水の理由により、極めて高い固有Ｓ初数を達成りる。ざ
らに、多数の変換器素子を配列する角面性が、高い測定
感度と高い？？＋ｆｆｌ限界とを可能にさせる。各個の
変ａＳ素子が最〒、以前のように、全ての三分力（Ｘ、
ＹおよびＺ方向）に対して感応し易くなくてら、その代
りに、ここで考えられる諸用途、とくに金属切削作業、
形状および電気回路に対する素子のみがそれら全体の中
で考えられ、ぞ礼により、三方力測定セルに依るなどし
てこれらの諸測定吊を検出することができる。、ＩＪ圧
電素子種々の感応方向により、全ての三分力を測定する
ことができ且つトルクおよび加力点を轟１ｉすることが
できる。

第４図は、変換器素子の別の実施例を取り付けた轡カプ
レート６を示す。これは、一方がＹ方向、他方がＸ方向
のせん断に感応し易いようにした二つのせん断感応圧電
素子２３．２５と、２方向の圧力に感じ易い圧電素子２
４と、それらの罰に二つの支持プレート２６．２７とか
らなる。せん断感度は、対応する力Ｆ　　、Ｆ　　を以
て図に表示さｙれている。Ｚ軸に沿って感圧圧電結晶２４に作用する圧
力は図爪されていない。

この変換器素子の特徴もまた、ハウジングの無いことと
、支持プレート２６．２７に関する圧電素子２３，２４
．２５の結晶学内子配向とである。

これは、第１図に１１１１連して述べたと同様にし１行
われる。この場合にもまた、結晶学内子配向が、材料お
よび作業費用の節約をもたらす。この場合には、Ｘ方向
のみのｔ！　／ｖ断とＹ方向のみのそれとに感応し易い
ものに変換器素子を別けるに充分な空間がないので、上
述の変換器素子の実施例は、小さい横寸法を有する動力
計に主として用途を完いだしている。この動力計は、加
わる最大引張り力の測定を可能とするのに充分な予荷重
を受けむければならない。

第５図に示す実施例においては、個々の変換器素子に中
央孔１２が設けられ、それを員いて予荷重ねじがはめ込
まれ、その１瑯カプレートを貫通して圧電素子を一緒に
クランプする。このようにして、素子の軸線に対し回転
的に苅称な、極めて均８な応力分布が、変換器素子上に
得られる。これは、漏話効果が取るに足らない程小さい
ことを保証するものである。導力プレートの側縁の孔１
３は、測定プラットフォームの外方部分を予Ｍ重下に保
つことに役立つ。第５図は、変換器素子のほかに代替素
子１４をも示す。これは、限定可能な力の分割をはかり
、種々の用途の要件に対する測定プラットフォームの適
応を容易にさせるのに役立つ。従って、力の分割の量に
応じ、極めて広範囲の力を同じ形式の変換器素子で測定
できる。

代替素子１４も、力の分割が局部的にＷなるように配分
することができる。代替索子１４は弾性と１１張係数と
に関して類似の性質を有し、従って変換器素子と同じ材
料で作るのが有利である。双方Ｊ（、予荷重ねじを受容
する中央孔を備えることができる。

第６図は、予拘重ねじ１５によって予楠申された単一の
変換器素子の石面を示す。前のように、６．１１は導力
プレートを、１〜５は変換器素子を、１２は中央孔を、
１５は予荷重ねじを示す。

第７図は、唯一つの変換器素子と、それに固く接合され
た導力プレートとを示す。

しばしば幾つかの変換２！４木子が共通の上部および上
部用カプレート間に挟まれ、組立ての際に、導力プレー
トの座標系ＸＡ、ＹＡ、ＺＡに関して配向される。ここ
に承り大部分の図は、この種の応用に基づいている。セ
Ｉυ断感応ｌＴ電素子には、配向の補助としてぜん所感
応の方向を表示する表示ＫＡ２８を施すことができる。

導力プレート間に変換器を挟むことは、製造業者の許で
行われる。

顧客は通常、仕上がった測定プラットフォームを取り付
ける。他の場合には、完成された測定プラットフォーム
の代りに、導力プレート間に個々の変換器素子をはめ込
むことが望ましいであろう。

次いで素子の配列は極めて特殊な用法とすることができ
、矢張り顧客により１ｊうことかできる（この種の応用
を第１５図に示す）。これは、個々の素子に力が導かれ
ることを前提としているが、それが９瓜は、これらの各
々が各々の側に導力プレートを支持することを意味する
。上部用カプレートを１１で、また下部のそれを６で表
示する。また、せん断に対する感応の方向を表示する標
示線２８をも示ケ。この素子を封入配合物２９でシール
するのが有利である。支持プレートの頂面と底面とには
んだ付番ノされた接続点を１８で示す。

第８図は、丁度説明した変換器素子を投影で示１゜破線
は、何れも好適な実施例の、即ち隅を丸められた長方形
プレートとして、上部圧電素子１と支持プレート３とを
表示している。

第９図は、上部用カプレートを除き、導力システムＸ、
Ｙ、Ｘの交差軸に対称な長方形に配列された４組の変換
器素子を有する動力計を斜視図に示１゜この配９１１は
、原則的に、最初に述べたＤＥ−ＰＳ１９　５２　５２
２に前取って示しである。

（れにより６成分（３分力Ｆ、Ｆ、Ｆ２と３ｖトルク成分Ｍ　　、Ｍ　　、Ｍ、）測定を行うことがｖできるが、更に少数の成分も測定できる。例えば切削力
紡力計としての用途においては、３分力Ｆ　　、Ｆ　　
、Ｆ２Ｌか必要とされず、この場合そ×　　　　　ｙれらの作用点は、変換器素子で形成される長方形の外側
に在る。図示の構成においては、斜めに対向】゛る一対
の変１ＩｉＸ本子がＸ方向の分力Ｉ：ｘを測定し、他の
二つがＹ方向の分力Ｆ、を測定すると共に、四つの全て
が圧縮力Ｆ２を測定する。

図示の構成においては、各変換器素子が２個の圧電素子
１，５（一方がぜん断に、他方が圧力に感じ易い）しか
含まないが、従来使用された測定セルは６個の圧電素子
を有する。上記に示したような４組の変換器素子を備え
る測定装置は、従って２４個から８個への圧電素子の減
少を可能にざＵ、既に述べたように、８価な月別、Ｖ！
造作業、配向および試験を節約させる。図示の構成には
、２形式の変換素子、即ち結晶学的Ｚ軸（Ｚ（）を平行
にしたもの（素子（Ｉ）、（ＩＶ））と、それらを逆平
行にしたしの（素子（ＩＩ）、（１））とのみが使用さ
れている。圧電素子の減少数と、これに関連する費用の
経演とのみならず、第４図による新しい変換器素子を用
いる図示の構成は、一層高い固有振動数を備える、より
薄く、より固い測定ブラフ１〜フオームの組立てを可能
にさせている。

本発明によれば、第７図に示す如く、円形の圧電素子１
．５を変換器素子として使用できる。この構成は、動力
３１が少数の素子のみを有すべき場合、即ち充分な空間
が利用可能な場合に適切なものである。円形の圧電素子
の利点は、予Ｒ１１ｉにより漏話の危険が減少される、
ということである。

斜めに対向する２組でＸ方向のせん断を測定し、伯の２
組Ｕ−Ｙ方向のせん所を測定するようにした４組の変換
器素子を配列することにより、同様に漏話が減少される
。

第９図に示１４組の変換器素子は２枚に導力プレート間
に位置する。しかし、本発明によれば、個々の各変換器
素子に固く接合された導力プレートを経由する力の導入
についても用意がなされる。

この種の素子を第７図および第８図に示す。第９図に示
す如き測定プラットフォームの形式の動力計が、仕上が
った構成要素として、！ｌｉ造業省により取付けのため
に供給される。第７図および第８図による変換器素子を
使用することの利点は、形状、例えば上述の長方形のサ
イズ、の選択が史に自由である、ということである。二
つの機械部分間での位隨決めと、−・般的には挟み込み
とは、顧客自身で行うことができ、種々のサイズの機械
に寸法を適合さゼることができる。当然、用途上の要件
に応じて、極めて多様な変換器素の構成が可能である。

第７図および第８図による変換器素子を、二つの機械部
分間にではなく、機械部分に７ライス加工されたくぼみ
内に置くことも可能である。これについての詳細は、第
１５図についての説明の中で示す。個々の素子を斯与の
配シ１に固定するためには、例えば、機械部分内のフラ
イス加工されたくぼみに、適合するくぼみと接触面とを
設置ノ、その中に、用途によって要求される配向に、例
えば接合剤を使用して、変換器素子がｄかれ且つ固定さ
れるのが好５Ｓ合であろう。

第１０図は、測定信号を引き出すための、また支持プレ
ー１−３上の導電層２．４と圧電素子１゜５との間の電
気的接触のための電気的Ｐ＆続部７を有する本発明の実
施例を示す。一般に、導力プレートに隣ｆｆ１ｉＪる素
子の面が大地電位にセットされる。電気的絶縁支持プレ
ートに”隣接する素子の面に力が作用すると、その時に
、測定電子回路に導かれるべき電荷が生起される。これ
は先ず、全体的に若しくはプリント配線導体として、支
持プレートの両面上の導電層を必然的に伴い、第二に、
支持プレート上に圧電素子を固定するが、これ番よ良好
な電気導体である。この固定は、圧電素子と支持プレー
ト３の導電層２．４との間の薄い被覆８として塗布され
るＩＩ電性接看剤ににす、有利に達成される。

第６図〜第８図による変換器素子については、２組の電
気的接続部を必要とするのみであるが、イ１来の２要木
変ｙＪ４器は、更に２個の信号電極と少なくとｂ１個の
内部に接続された接１１！！電極とを必要とする。

従って本発明による変換器素子の場合は、作業と共に電
気的および機械的要素を節約１にとができる。

変換″？Ａ本了と、ケーブル、プラグ、または回路板の
ような接ｌｉＫ素子との闇の電気接続は一般に、電線ま
たは金属ストリップを支持プレート３の接触面７にはｌ
υだ付けすることにより生成される。

第１１図は、ｔａ号リードアウトの新式の実施例を示ｔ
ｏ同図は下部導力プレート６についての図を示し、それ
ぞれＸ方向およびＹ方向のせん断と２方向の圧力とに感
応し易い８組の変換器素子がその」−に取り付けられて
いる。個々の素子からの信号は、第１０図に示す接触面
を経由してリードアウトされる。第１１図の平１０図に
示１フィルム１６は金属化プラスチック・フィルムから
成り、その上で金属が腐食除去されて（」字形与体Ｘ　
ｌ。

Ｙ’　、Ｚ’　を残し、それが図の右側のはんだ付ｔノ
アイレット１７に至り、そこから、Ｆ　　、Ｆ　　。

ｖ「７について総計されるべき信号を、一般に内部にはん
だ付けされた電ｉ！１８を経由して開始させることがで
きる。変換器素子の）ｉｌ電層と、対応するフィルムの
導体Ｘ’　、Ｙ’　、Ｚ’　との間の電気接続は、圧電
素子１．５の表面を超えて突出する支持プレート３の導
電被覆２．４の部分で形成される接続面７にはんだ付け
することにより、実施することができる。導体１７の適
切なＵ字形のレイアークトにより、６休（Ｘ’　）、（
Ｙ’　）を互いにｔｔａ深く絶縁しながら、Ｘ　ｔん断
力から生起するせん語信号を導体（Ｘ′）へ、Ｙせん断
力からのそれを導体（Ｙ′　）へと導くことができる。

圧力信りは真っ直な導体（Ｚ′　）を経由してリードア
ウトされ、それが、感圧圧電素子に隣接する接続面７に
接続される。

接触および分離状態は、第１２図および第１３図におけ
る第１１図の二つの断面へ−Ａ、Ｂ−Ｂにより明らかに
される。フィルムは、電線を経由する接触が６１放され
な【ノれば、８個の接触点で機械的に支持される。

第１４図は、フィルム１６の導体（Ｘ’）。

（Ｙ’　　）、（Ｚ’　　）を経由して信号を開始させ
る、変換本素子を取り付けた導力プレート６の図を示す
。測定電子回路ならびに、−Ｍｌにアナログ−ディジタ
ル変換器、演ｎ増幅器、およびプログラムによる記憶装
置を億える評１ｄｌ＋論理をフィルム１６に、または取
（＝ｊプレート２２に収容し、従って動力８１に統合す
ることができる。この統合はとくに、電磁気的性質のそ
れのような、小形化と、干渉信号に対する低い磁化率と
が重要な用途において利点を示して量れる。これは例え
ば、機械室内におＧＪ　？Ｉ場合である。更にまｔこ出
力信号ｔよ既に校正されており、従って使用乙に校正は
全く不要であり、電子測定部分の互換性は向上される。

またコネクタ２１を取り付けたハウジング２０も示しで
ある。

第１５図は、導力プレートに固く連結された、第７図お
よび第８図に既に示した変換器素子の代表的な実施例を
示す。

一つ以上の成分の有効な力の部分を測定するため、機械
部分のフライス加工されたくぼみ内に変換器素子が、必
要に応じ補助的なディスタンス・プレート３２と共に賀
かれるが、これは、機械部分３０．３１が一緒に押圧さ
れる際に所９！の予信！Ｆが変換器素子内に１’Ｊられ
るように、１１つまｌこ変換２！素子に支えられる分力
を定めＶするにうに、高さの４沫を定めることができる
。適切な弾性率を備える適当な材料を選定づることと、
ディスタンス・プレートと変換器素子との間のある高さ
の差（第１５図に示ざｆ）ならびに変換器素子およ・び
ディスタンス・プレートの断面の適ＩＴな選択対象を選
ぶこととにより、予荷重とバイパスされた分力とを、ま
たそれらと共に測定範囲と３１１定感度とを、調整する
ことができる。第１５図にはまた、ディスタンス・プレ
ート３２の７ライス加工されたくぼみ内に優先的に配買
された電気的リードアウト１８と、］コネクタ１と、↑
４止および固定のため導力プレート６．１１と変換器素
子１，３゜５との間の空間、およびこれとディスタンス
・プレート３２との間の環状すきまを金体的または部分
的に満たすように注入できる封入配合物２９とを示しで
ある。くぼみ内の、せん断力を測定づるに適し・た方位
角の位置に変換器素子を置く萌に、それをくぼみ内の、
変換器素子“を収容するに適したディスタンス・プレー
］〜３２内に置き、次いで下部導力プレート６をディス
タンス・プレート３２に固く接合し、その後ディスタン
ス・プレートと共に変換器素子を、恒久的に接合された
ユニットとして機械部分のフライス加工されたくぼみ内
に置くのが有利であろう。電気“的リードアウト１８を
ｔｉ純化するため、恒久的に連結されたユニットとして
ディスタン（−・プレー１−３２の一部分のみを変換器
素子に接合することもでき、それが金体として機械部分
のくぼみ内に挿入され、一方、残余の部分は後で挿入さ
れるだけである。機械部分のフライス加工されたくぼみ
の代りに、二つの平らな機械部分の間に、変ａｈａ累子
を位置決めＪることもできる。

既に説明したように、標準的な変換器素子にＪ、って、
ここにｒ　ｚ　Ｊ３よびＦ　ｘで表示される一つの圧力
と一つのせん断力とを測定することができる。

機械部分の座標系に関づる素子の配向ｔよ、導／Ｊプレ
ー１へ１１上の標示線２８によって行うことがでさ″る
。ある用途に対しては変換２！素子が有効であり、圧力
成分のほかに二つのせん断分力（ト　）。

（「、）を測定することができる。これは、導力プレー
トの平面内で９０°回された２紺の変換器素子で組み立
てられた変換器素子を備え、また、望ましくはく第４図
４３！”、（＞、感応方向がプレートの平面内でｎいに
直角をなしている１！！！！ｌの圧力感応圧電素子２５
ど２個のせん断感応圧電木子２３゜２４とから成る変換
器素子を備えた、本発明によって得ることができる。

力とトルクとを測定するための、本発明に従って示した
多ｇ１素Ｖ」力計の実施例は、結晶学的に予配向された
変換器素子を用いれば、月利および作業の費用について
節約が可能なため、動力計の製造をはるかに一層合理的
になし得ることを明示している。とくに、２　ｆｉｌｊ
の圧電素子とそれらの間の支持プレートとからなる変換
器素子は、圧電素子と、しかもそのＦ、電気接続と、素
子の形式との数を減少させている。更にまた、このよう
に設計された！ＦＪＪ力計は偏平であり、それ故取付け
が容易でしかも剛性があり、従って極めて＾い固ね振動
数を得ることができる。これは、それらを、例えば金属
切削作業中に生起するような、極めて急速な力の変化を
伴う動的な測定に極めて適したものにしている。

独特の利益は、個々の各変換器素子につき、前取て必要
とされていたハウジングの省略で、最小限の所要空間を
以て紡カム１の導力プレート内に変換器素子をはめ込み
１ｕるようにさせる。導ツノプレー１−へ恒久的に接合
された、唯一つの形式の変換器素子を４ｉする動力訓の
実施例は、各種の用途の要件に対する自在な適応性を以
て汰きんでている。

構成や取付は形態は、使用名により、広い範囲内で変え
ることができる。

この圧電素子は優先的に結晶性圧電材料から成っている
が、本発明はこれらに限定されるしのではない。反対に
本発明は、前述の実施例と類似的に配向され得る、顕若
な力感応方向を備えたＪｌ結晶性圧電セラミックスのよ
うな、他の全ての圧電材料を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は導力プレート（上部導力プレートのみを示す）
の座標系ＸＡ、ＹＡ、ＺＡに関する座標軸ｘＡ。ＹＡ、ＺＡを有する長方形変換器素子の配向原理と、支
持プレートに関する［電素子Ｘに、Ｙに。ＺＫの結晶学内子配向原理とを示し、第２図は本発明の
一実施例による、種々の方向に配向された幾つかの長方
形変換器素子を有する初力露１の斜視図を示し、第３図
は第２図による動力計の側面斜視図を示し、第４図は本
発明の別の実施例による、種々の座標軸のせん断に感応
し易い２個の圧ＮｉＡ子と１個の感圧圧電素子とそれら
の闇の２枚の支持ブレーＩ・とから成る結晶学的に予配
向された変換器素子を取りイＮ１けた、上部導力プレー
トのない動力計の上方から視た斜視図を示し、第５図は
本発明の第三実施例による、個々の素子に予荷重ねじを
受容する孔く導力ブレ−１〜もそれをｉく孔を備える）
を備えさせた長方形変換器素子と代ｖｊ素子とを有する
、上部導力プレートのない動力計の上方から視た斜視図
を示し、第６図は第５図による動力計の予荷重ねじを備
えた素子の断面斜視図、第７図は本発明の第四実施例に
よる、変換ｖｋｉ素子とそれに固く接合された導力プレ
ートとから成る動力期を示し、第８図は第７図の動力■
１の投影を示し、第９図は本発明の第五実施例よる、Ｚ
方向の圧力に感応し易い１個の環状圧電素子と、それぞ
れＸおよびＹ方向のせん断に感応し易い２個の圧電素子
とを含む、長方形に配列された４組の変換器素子を右す
る、上部導力プレートのない動力計の斜視図を示し、第
１０図は電気的接触面を備える単一の変換器素子の斜視
図を示し、第１１図は種々の方向のＸ、Ｙのせん断に感
応し易い変換器素子（その上それらの全てが７方向の圧
力に感応し易い）と、プリント配線導体（Ｘ’）。（Ｙ’　　）、（Ｚ’　）を有する絶縁フィルムにより
リードアウトされた測定信号とを備える、導力プレート
のない測定プラットフォームの上方から視た図を示し、
第１２図は導力プレートのない第８図の動力詰の断面（
Ａ−Δ）を示し、第１３図は類似の断面ながら別の場所
（Ｂ−Ｂ）でのそれを示し、第１４図は統合された測定
電子回路を有する動力δ１の上部導力プレートを除いて
上方から視た図を示し、第１５図は機械構成要県のフラ
イス加工されたくぼみ内の喰換器素了と２枚の導力ブレ
−１・とから成る動力轟１を示す。１．５，２３．２４．２５：圧電素子２．４＝支持プレート３．２６．２７：絶縁支持プレート６．１１：ｊ’！カブレ−Ｉ− ７：接続面８：導電性接着剤１２：中央孔１３：孔１４：代Ｐｔ素子１５：予萄噴ねじ１６：絶縁プレートまたはフィルム１７：はんだ付はアイレット２８二方向２９：封入配合物３２：ディスタンス・プレート１、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ：変換器素子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一対の導力プレート（６）、（１１）間に配置さ
れた少なくとも１組の圧電変換器素子から成る、とくに
金属切削作業の際に力とトルクとを測定する多要素動力
計において、間の絶縁支持プレート（３）、（２６）、
（２７）に接合された少なくとも２個の圧電素子（１）
、（５）、（２３）、（２４）、（２５）を含み、支持
プレートによつて付与される座標系Ｘ＿Ａ、Ｙ＿Ａ、Ｚ
＿Ａに関して圧電素子が結晶学的に予配向され、それら
の一つが導力プレート（６）、（１１）の面にほぼ垂直
な方向の圧力に感応し易く、その他がほぼ導力プレート
の面内のせん断に感応し易いようにした変換器を備える
ことを特徴とする多要素動力計。
（２）特許請求の範囲第１項に記載の動力計において、
少なくとも２組の圧電変換器素子が、導力プレート（６
）、（１１）の一つの縁にほぼ平行な方向のせん断力に
応答する一方の変換器素子のせん断感応圧電素子（１）
と、これにほぼ垂直な方向のせん断力に応答する他方の
変換器素子のそれとを有することを特徴とする動力計。
（３）一対の導力プレート間の少なくとも１組の圧電変
換器素子から成る、とくに金属切削作業の際に力とトル
クとを測定する多要素動力計において、各々がそれらの
間に絶縁支持プレート（２６）、（２７）を備える３個
以上の圧電素子（２３）、（２４）、（２５）を各変換
器素子が有し、従つて圧電素子の少なくとも１個が力の
平面にほぼ垂直な方向の圧力に感応し易く且つ他の圧電
素子の少なくとも２個がほぼ、互いにほぼ垂直な方向の
導力プレートの面内のせん断に感応し易く、それにより
せん断感応圧電素子の一つが導力プレートの一方の縁の
方向にほぼ平行に配向されるようにしたことを特徴とす
る多要素動力計。
（４）特許請求の範囲第１項、第２項または第３項に記
載の動力計において、支持プレート（それぞれ（３）お
よび（２６）、（２７））の座標軸Ｘ＿Ａ、Ｙ＿Ａ、Ｚ
＿Ａに関する圧電素子（それぞれ（１）、（５）および
（２３）、（２４）、（２５））の結晶学的予配向が圧
電素子の縁により、またはこれらの上の記号によつて示
されるようにしたことを特徴とする動力計。
（５）特許請求の範囲第１項から第４項の何れか一つの
項に記載の動力計において、結晶学的に予配向された変
換器素子が全体として、導力プレート（６）、（１１）
とこれらの縁とへの法線により付与される座標系に関し
て配向されるようにしたことを特徴とする動力計。
（６）特許請求の範囲１項から第５項の何れか一つの項
に記載の動力計において、支持プレート（３）と、２個
以下の圧電素子（１）、（５）とから成る変換器素子を
備えることを特徴とする動力計。
（７）特許請求の範囲第１項から第６項の何れか一つの
項に記載の動力計において、予配向された変換器素子の
支持プレート（３）が長方形であることを特徴とする動
力計。
（８）特許請求の範囲第１項から第７項の何れか一つの
項に記載の動力計において、変換器素子に加えて、導力
プレート（６）、（１１）間への代替素子（１４）の配
設を特徴とする動力計。
（９）特許請求の範囲第１項から第８項の何れか一つの
項に記載の動力計において、個々の変換器素子および／
または代替素子に中央孔（１２）が設けられることを特
徴とする動力計。
（１０）特許請求の範囲第１項から第９項の何れか一つ
の項に記載の動力計において、導力プレート（６）、（
１１）が、素子の中央孔（１２）および／またはプレー
ト内の孔（１３）を貫いて通される予荷重ねじ（１５）
により一緒にクランプされることを特徴とする動力計。
（１１）特許請求の範囲第１項から第１０項の何れか一
つの項に記載の動力計において、圧電素子（１）、（５
）が、導電性接着剤（８）により、支持プレート（２）
、（４）の導電層および／または導力プレート（６）、
（１１）に接合されることを特徴とする動力計。
（１２）特許請求の範囲第１項から第１１項の何れか一
つの項に記載の動力計において、電気プリント配線導体
Ｘ′、Ｙ′、Ｚ′を有する絶縁プレートまたはフィルム
（１６）の変換器素子間への配設により、変換器素子か
らプリント配線導体への信号伝送が接続面（７）を介し
て生起するようにしたことを特徴とする動力計。
（１３）特許請求の範囲第１２項に記載の動力計におい
て、プリント配線導体の外端にはんだ付けアイレツト（
１７）が設けられることを特徴とする動力計。
（１４）特許請求の範囲第１項から第１３項の何れか一
つの項に記載の動力計において、電気的機能が、少なく
とも部分的に、動力計に統合されることを特徴とする動
力計。
（１５）特許請求の範囲第１項から第１４項の何れか一
つの項に記載の動力計において、導力システムのＸ方向
に平行な２辺と、そのＹ方向に平行な２辺とを有する長
方形の隅に置かれた四つの変換器素子（ I ）、（II）
、（III）、（IV）が、導力プレートに垂直な圧力にそ
れらが感じ易く且つ長方形の２対の辺に平行な一つの方
向のせん断にそれらの各対が感じ易いように配向される
ことを特徴とする動力計。
（１６）特許請求の範囲第１項から第１５項の何れか一
つの項に記載の動力計にして、二つの導力プレート（６
）、（１１）とそれらの間の変換器素子とを有する動力
計において、せん断感応の方向（２８）が導力プレート
（６）、（１１）の一つにマークされることを特徴とす
る動力計。
（１７）特許請求の範囲第１項から第１６項の何れか一
つの項に記載の動力計において、動力計が封入配合物（
２９）により、周囲の部分に対してシールされ且つ／ま
たはその定位置に固定されることを特徴とする動力計。
（１８）特許請求の範囲第１項から第１７項の何れか一
つの項に記載の動力計において、ディスタンス・プレー
ト（３２）と変換器素子との高さの差および／または弾
性率を導力プレート（６）、（１１）に適合させること
により測定感度を適応させる能力を備えることを特徴と
する動力計。
（１９）特許請求の範囲第１項から第１８項の何れか一
つの項に記載の動力計において、変換器素子が、ハウジ
ングのない導力プレート（６）、（１１）に接合される
ことを特徴とする動力計。