JPS63138228A - 剪断歪ゲ−ジによる多種類の力検出方法と装置 - Google Patents

剪断歪ゲ−ジによる多種類の力検出方法と装置

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JPS63138228A
JPS63138228A JP61284429A JP28442986A JPS63138228A JP S63138228 A JPS63138228 A JP S63138228A JP 61284429 A JP61284429 A JP 61284429A JP 28442986 A JP28442986 A JP 28442986A JP S63138228 A JPS63138228 A JP S63138228A
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JP
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force
electric bridge
strain
sides
series
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JP61284429A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Yuki
勝彦 幸
Akiyoshi Sugitani
杉谷 彰美
Kazuyuki Shinoi
篠井 和之
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TOYO BALDWIN KK
Original Assignee
TOYO BALDWIN KK
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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】 イ、r発明の目的」 a、r産業上の利用分野」 最近正確な力の検出に利用される剪断力検出交叉型歪ゲ
ージの特性を解明した所交叉型歪ゲージは剪断力検出以
外に電橋上の配置の切換により3種類の力を検出し得る
ことを見い出し、本発明は剪断力検出歪ゲージと切換器
の組合せにより該ゲージの新規なる応用範囲の開発に関
する。
b、「従来の技術」 電気抵抗歪ゲージは接着された抵抗線方向の歪は検出す
るがそれに直角な歪は検出しないことを利用し、約20
年程前に字交叉型の剪断歪ゲージが剪断力の検出に有効
(例米国特許3,554,025)なることを見出され
、剪断力の検出に専用されてきた。
C0「発明が解決しようとする問題点」剪断力検出交叉
型歪ゲージは応力集中部の長手軸に直角で交叉点の両側
で方向反対な力、即ち剪断力のみを有効に検出するが力
の方向がゲージに45度でないと、誤差を生ずるなどと
制限があり、剪断以外の力えの利用はこれまで不可能と
されたが、応力集沖部及びそれへ接着される歪ゲージの
数は制限されているのでゲージが多用途に兼用されれば
高価な測定器が多用途となり、数が簡約さ効率化される
口 「発明の構成」 a、r問題点を解決するための手段」 交叉型の剪断歪ゲージは電橋の隣接辺にすれば感度よく
剪断力を検出するので、その抜力の有効な検出方法とし
専ら利用されてきたがこれまでは剪断力の検出のみに制
限せられていた。
所がこの交叉型の2組の剪断歪ゲージの端aとbに剪断
力でなく第2b図の様に同一方向の□単純力をかけ、剪
断歪ゲージa’c’とb’ d’ とを直列にすれば歪
は〉の字、即ちa’d’又はb’c”、図では垂直方向
の歪は同一方向で和となりa’b’又はd’c’、図で
は水平方向歪は反対で相殺されて零となり、結局垂直方
向の単純力のみを示すこととなる。同様にして第2c図
の様にゲージの端a゛とdoに力をかける、即ちa’c
’とb’d“の何れかを反転、例へばh ’ d ’を
反転d’b’とし剪断歪ゲージIC1とd’ b’ と
を直列にすれば歪はくの字即ちa’b’又はd’c’、
図では水平方向歪は同一方向で和となり、a’d’又は
b’c’、図では垂直方向は反対で相殺されて零となり
、結局水平方向の単純力即ち軸o’o″′方向の力のみ
を示すことなり軸0°0”に直角な剪断力と単純力及び
軸o’o”方向の単純力の3種類の力を検出することが
出来る。
こうした力を表示する最簡単な方法は力により変化する
電気抵抗と、これと同一値で調整可能な電気抵抗とで電
橋を作り、その電橋辺上の配置を回路変換器により選び
3種類の力を別々に表示することである。
b、「作用」 本提案により上記の様に交叉型の剪断歪ゲージがその電
橋上の接続の切換により、応力集中部の中心長手軸に直
角な剪断力と単純力と、応力集中部の中心長手軸方向の
単純力との検出に簡単に兼用され、且つその感度を向上
する方法と装置とを明確にすることが出来た。
C,r実施例」 交叉型の剪断歪ゲージの解析的説明は寡聞にして知らな
いがその機能を推測すれば、電気抵抗歪ゲージは接着さ
れた抵抗線方向の歪は検出するがそれに直角な歪は検出
しないので第1図のように弾性体10の応力集中部12
の中心長手軸O°、0”方向に平行な正方形a’b’c
’d’の対角線a’c’とす。
doに沿う交叉型の剪断歪ゲージRa−8・とRb・d
・とは応力集中部lOの中心長手軸方向0°0”に夫々
45度で直交するので第2a図の様に、ao、b°点に
反対方向の剪断力F°、F″がかかるとRa・C・とR
b・d’とにa’C’とb’d’方向のF’cos45
0=F’/r2 、 F″c。
51350=−F’/r2に比例する抵抗変化がおこり
、Ra’c・とRb’d・とを隣接辺とする第3a図の
第1TL橋は2/r2F’=r2F’ に比例する不平
衡をおこし、電橋を調整抵抗Rで平衡させるか、無限大
抵抗の電圧計14で不平衡電圧を求め、剪断力16を求
めることが出来ると推測され実験により確認された。 
次に上記原理によれば第2b図の様にこの交叉型の剪断
歪ゲージに剪断力16でなく、同一方向の単純力F’1
8をかけ、Ra−C・とRb’d・とを直列の1辺とし
た第3b図の第2電橋を作ると、歪は〉の字で、即ちa
′d°又はb’d’方向、図では垂直方向は同一方向で
和となり、a’b’又はd’ c’方向図では水平方向
は反対で相殺されて零となり、結局軸0“、o″に直角
、図では垂直方向の単純力18のみを示すこととなる。
更に第2b図のRa・C・とRb・d・の何れかを反転
し、例へばI’tb’a・を反転し第3C図の様にR,
・ε・とRd・b・とを直列にすれば、歪の和はくの字
となり、即ち0°0゛方向即ちa’ b’又はd’c’
方向、図面では水平方向の歪は同一方向で和となるがo
’ o’に直角方向a′d°又はb l c1方向の歪
は反対方向で相殺されて零となり、応力集中部の中心長
手軸0°、0”に沿う水平方向の単純力20のみを検出
し、換言すれば結局剪断歪ゲージR,・。・とRb’d
・はo’o’に直角なo’ o’な剪断力16と単純力
18とa’o’に沿う単純力20の3種類の力を検出す
ることが予測され実験により確認された。 但しo’ 
o’に直角な力を剪断力16として求めるか、単純力1
8とし求めるかは精度と価格によるので、剪断力16と
し求める方が普通なので3種類としたが、有効なのは2
方向の力の検出に兼用できることである。
上記の説明は本発明の原理のみを明確にするため最も簡
単な不完全電橋を利用し、示したものであるが、この原
理を有効に実施する方法としてゲージの数を増し完全電
橋に近すけ感度を向上することを以下に付加する。
第1図のように応力集中部12の中心長手軸0゛、0”
方向に平行な例へば垂直正方形、 ) b l c′a
 lの後面に同様正方形a’b’c’d’を置き4正方
形表面の6面体とし軸0゛、O”方向に平行な各2垂直
正方形表面a’b’c’d’、a″b”c″d″の表面
に夫々対角!Iaa’C’、 b’d’、a”c″、b
″′d″、に沿う歪ゲージRa’C’  、 Rh・d
・、RJ −C’ 、 Rb’d・ を置くことが出来
この順の辺とする第4a図全電橋により剪断力16、又
はI’la’c’ とRb’d’、 Ra’c’ とR
h・d’  の2組の抵抗を夫々直列にしたものを対辺
とし、2個の固定又は調整抵抗Rをその隣接辺とする半
電橋により11a・、・に−45度で、軸o’o″方向
に直角な単純力18に比例する歪出力18°、上記2組
の内の同一方向例へばRb・d・、とRh’d’とを反
転し直列にした第3C図の第3電橋により、Rh・d・
に45度で軸0°、0”方向に平行な単純力20に比例
する歪出力20゛を求めることが出来る。
こうした3種類の力を選ぶ電気回路は回路変換器使用の
外、特許請求の範囲外で自由であるがその1例を参考の
ため第5図に示す、 図中回路変換器T゛はb’d“の
反転器、T Isは3極回路変換器でb’d’を隣接辺
に変換後の接続短絡回路器Sを含む。又第4図の4個の
ゲージRa−6・、Rh・d・、Ra〜C−1Rh’d
’を含む場合も第5図に倣い回路構成は容易であるが特
許請求の範囲外なので、省略する。又図面には応力集中
部は長方形としたが4正方形の6面体に外接する円筒形
でゲージはその表面に接着されれば効果に差異はない。
猶を第5図の電橋出力は同一感度でないので合成力等作
成には増幅器で調整を必要とするのは勿論である。
ハ 「発明の効果」 力測定器の応力集中部の数その上のゲージ位置と数にも
精度保持のため制限があるのでこれまで力の種類毎に高
価な力測定器を必要としたのを本発明により解消可能に
した。
【図面の簡単な説明】
第1図は原理説明のため応力集中部の長さを誇張した力
測定器の斜視図、第2a、2b、20図はゲージへの力
のかかり方、第3a、3b、30図は上記第2a、2b
、2C図に対応する、軸に直角な剪断力と単純力と軸方
向の単純力測定の電橋回路図、第4a、4b、4C図は
ゲージの数を増し完全電橋に近すけ感度を向上するため
2垂直正方形表面1blcldl、a″b″C″d”の
表面に4組のゲージを惹いた時の電橋図、 第5図は第3a、3b、3C図を回路変換器で選ぶ回路
切換全体図の1例である。 図中 10 弾性体 12 応力集中部 0“0″応力集中部軸 14 電圧計 16 剪断力 18 0°0″に直角な単純力 18”18に比例した歪出力 200°0″に平行な単純力 20’20  に比例した歪出力 22 電橋電源 a’b’c’d’  前面正方形 a″b″C″d″ 後面正方形 Ra・cm  Rb・d・ Fla’c・  Rh’d
−正方形対角線ゲージ T゛′b′d°の反転回路変換器 T” 3極回路変換器でb’d’を隣接辺に変換後の接
続短絡回路器Sを含む 特許出願人 株式会社 東洋ボールドゥイン第5図 手続有鈴正書(方式) 昭和ら1年3月77日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)弾性体の応力集中部の長手軸の中心を通りこれに直
    交する平面上に中心を有する正方形a′b′c′d′の
    対角線方向のa′c′とb′d′に沿い夫々並べられ直
    列又は並列にされた交叉型の2組の剪断歪ゲージR_a
    ′_c′、R_b′_d′を該応力集中部の軸に直角な
    面内の表面に夫々の中心を合せ接着し、R_a′_c′
    、R_b′_d′とを隣接辺とし、他は調整抵抗とする
    第1電橋として梁軸に直角な剪断力、上記電橋中R_a
    ′_c′、R_b′_d′とを直列にした1辺と他は調
    整抵抗Rとする第2電橋を切換えてa′d′又はb′c
    ′方向の単純歪、上記第2電橋中R_a′_c′とR_
    b′_d′の何れか1つのみを回路変換器にて切換え反
    転直列にした第3電橋にて、前記第2電橋のa′d′又
    はb′c′方向の単純歪に直角なa′b′又はc′d′
    方向の単純歪の3種類の力検出に兼用する、剪断歪ゲー
    ジによる多種類の力検出方法。 2)正方形abcdを応力集中部の長手軸対照にa′b
    ′c′d′、a″b″c″d″に2面、その上の剪断歪
    ゲージをR_a′_c′、R_b′_d′とR_a″_
    c″、R_b″_d″の2組とし、R_a′_c′、R
    _b′_d′とR_a″_c″、R_b″_d″とを夫
    々隣接する2辺としこの2辺を対角辺とする全電橋、R
    _a′_c′、R_b′_d′とR_a″_c″、R_
    b″_d″を夫々直列とした2辺を対角辺とし調整抵抗
    を隣接対角辺とする第1半電橋、第1半電橋中の同方向
    のゲージR_a′_c′、R_a″_c″、R_b′_
    d′とR_b″_d″の内の何れか1組を反転した第2
    半電橋を作り応力集中部の長手軸に直角な剪断力と単純
    力、軸方向の単純力の3種類の力を検出する特許請求の
    範囲第1項記載の剪断歪ゲージによる多種類の力検出方
    法。 3)弾性体の応力集中部の長手軸の中心を通りこれに直
    交する平面上に中心を有する正方形a′b′c′d′の
    対角線方向のa′c′とb′d′に沿い夫々並べられ直
    列又は並列にされた交叉型の2組の剪断歪ゲージR_a
    _cR_b_dを該応力集中部の軸に直角な面内の表面
    に夫々の中心を合せ接着したゲージとそれ等の回路変換
    器とよりなり、R_a_c、R_b_dとを隣接辺とし
    、他は調整抵抗とする第1電橋として梁軸に直角な剪断
    力、上記電橋中R_a_c、R_b_dとを直列にした
    1辺と他は調整抵抗Rとする第2電橋を回路変換器にて
    切換えてa′d′又はb′c′方向の単純歪、上記第2
    電橋中R_a_cとR_b_dの何れか1つのみを切換
    器にて切換え反転直列した第3電橋にて、前記第2電橋
    のa′d′又はb′c′方向の単純歪に直角なab又は
    c′d′方向の単純歪の3種類の力検出に兼用される、
    剪断歪ゲージによる多種類の力検出装置。 4)正方形a′b′c′d′を応力集中部の長手軸対照
    にa′b′c′d′、a″b″c″d″に2面、その上
    の剪断歪ゲージをR_a′_c′、R_b′_d′とR
    _a″_c″、R_b″_d″の2組とそれ等の回路変
    換器とよりなり、R_a′_c′、R_b′_d′とR
    _a″_c″、R_b″_d″とを夫々隣接する2辺と
    しこの2辺を対角辺とする全電橋、R_a′_c′、R
    _b′_d′とR_a″_c″、R_b″_d″を夫々
    直列とした2辺を対角辺とし調整抵抗を隣接対角辺とす
    る第1半電橋、第1半電橋中の同方向のゲージR_a′
    _c′、R_a″_c″、R_b′_d′とR_b″_
    d″の内の何れか1組を反転した第2半電橋を作り応力
    集中部の長手軸に直角な剪断力と単純力、軸方向の単純
    力の3種類の力を検出する特許請求の範囲第1項記載の
    剪断歪ゲージによる多種類の力検出装置。 
JP61284429A 1986-12-01 1986-12-01 剪断歪ゲ−ジによる多種類の力検出方法と装置 Pending JPS63138228A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5507187A (en) * 1993-02-15 1996-04-16 Japan Electronics Industry, Limited Wheel-acting force measuring device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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