JPS6342731B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、力測定装置に関し、特に力を電気
信号に変換して測定するものである。

従来、上記のような力測定装置としては、いわ
ゆるロードセルがある。これは、力を受けて撓む
起歪弾性体の起歪部にストレインゲージを貼着
し、起歪部に生じた歪によるストレインゲージの
抵抗変化を測定して、力の大きさを測定するもの
である。

このようなロードセルでは、起歪弾性体が受け
ることができる力には限界があり、ロードセルの
メーカは、測定しようとする力の最大値に応じて
様々な形状寸法の起歪弾性体を多数準備しなけれ
ばならず、製造コストが高くなるという問題点が
あつた。

この発明は、測定できる力の最大値がそれぞれ
異なる力測定装置を大量に製造する場合に、共通
部品を使用できるようにして、製造コストを引き
下げることを目的とする。

以下、この発明を図示の２つの実施例に基いて
詳細に説明する。第１の実施例は、第１図に示す
ようにそれぞれ別個に形成された主起歪弾性体１
と副起歪弾性体２とを有し、これら両弾性体１，
２の一端部は、部材３を介して固定台４上にボル
ト５，５で固定されている。すなわち両起歪弾性
体１，２は片持ち梁式とされている。これら両起
歪弾性体１，２は同一材料または温度係数の等し
い材料によつて撓み部（起歪部）１ａ，２ａを最
大応力が等しくなる形状に形成している。なお、
６は両弾性体１，２を絶縁するための絶縁材であ
る。

これら両弾性体１，２の他端部間は弦７によつ
て結合されており、この弦７はその有効長さｌが
部材３の長さｌと等しくかつ部材３と同一線膨張
係数を有する材料によつて形成されている。

主起歪弾性体１の他端部に下向きに荷重Ｗを印
加すると、第２図に示すように主起歪弾性体１に
はその荷重Ｗに比例したた撓み△l1が発生し、弦
７の下端を下方に引張る。弦７に加わる張力Ｐ
は、副起歪弾性体２の他端部に作用し、その他端
部を下方に△l2撓ませる。ここで、主起歪弾性体
１のばね定数をk1、副起歪弾性体２のばね定数
をk2とし、弦７の伸びを無視すると、 Ｐ＝△l2・k2 が成立し、△l1＝△l2＝△ｌであるから、 Ｗ＝△ｌ（k1＋k2） Ｐ＝Ｗ・k2／（k1＋k2） となり、張力Ｐは荷重Ｗに比例していることが判
る。また、張力ＰはＷが変わつても、主起歪弾性
体のばね定数k1のみを変更すれば、即ち、主起
歪弾性体１の形状寸法さえ変更すれば、一定にす
ることができ、Ｗを変更する場合も、副起歪弾性
体２と弦７とは、Ｗを変更する前と同一のものを
使用することができる。

弦７には主起歪弾性体１上に設けた磁界発生体
８によつてその長さ方向に対して直角に磁界が印
加されており、第３図に示すように増幅器９に接
続されているので、弦７は振動する。すなわち、
印加荷重によつて弦７がわずかに磁界を切る方向
に撓むと、フレミングの右手の法則に従つて弦７
に電流が流れ、この電流はコンデンサ１０を介し
て増幅器９に供給されて増幅され、その増幅出力
は抵抗器１１を介して弦７に供給される。この出
力は弦７をさらに同方向に撓ませる方向に流れ、
弦７はさらに磁界を切る方向に撓む。この弦７は
増幅器９から与えられるエネルギと弦７の曲げ反
力とが釣り合う位置まで撓み、逆方向に戻つて来
る。これによつて弦７にはいままでとは逆向きの
電流が流れ、その逆向き電流はコンデンサ１０を
介して増幅器９に供給されて増幅され、弦７に増
幅逆向き電流が供給され、いままでとは反対向き
に弦７を撓ませる。以後、これを繰返し周波数ｆ
の振動をする。この周波数ｆは で求められる。ただし、ｎは振動の高調波数、ｌ
は弦７の有効長、ｇは重力加速度、ｒは弦７の単
位長さ当りの質量である。従つて、周波数ｆを測
定することによつて張力Ｐを測定でき、これによ
つて荷重Ｗを知ることができる。周波数ｆを測定
するための回路を第４図に示す。同図において、
１２は第３図に示した回路を含む発振器、１４は
周波数カウンタ、１６は時間ゲートで、周波数カ
ウンタ１４を制御するものである。１８は演算部
で、周波数カウンタ１４のカウンタ出力に基づい
て実荷重の演算、零調整、風袋引等を行なうもの
である。２０は実荷重の表示部である。

このように構成した力測定装置において、主起
歪弾性体１の温度係数をα1、副起歪弾性体２の
温度係数をα2とすると、張力Ｐは、 Ｐ＝Ｗ・k2（１＋α2）／k1（１＋α1）＋k2（１＋
α2） である。主・副弾性体１，２の材質を同じにする
か、弾性係数の温度変化が等しい材質によつて構
成しているのでα1＝α2となり、かつ主・副両弾
性体は20〜30mmの距離であるので温度条件が同一
である。よつてＰは Ｐ＝Ｗ・k2／k1＋k2 となり、完全に温度補償がなされる。

また、主・副起歪弾性体１，２には荷重を取り
去つた後にも歪が残るが（これをヒステリシスと
いう）、この歪は主・副起歪弾性体１，２の撓み
△l1、△l2に加えられるため張力Ｐに影響を与え
るが、ヒステリシスの大きさは、撓み部の応力が
等しいときには、形状に大小があつても値は等し
い。よつて、同一材料を使用して撓み部１ａ，２
ａに印加される最大応力が等しくなるように主・
副歪弾性体１，２を形成したこの力測定装置では
ヒステリシスを相殺できる。またクリープについ
ても同じ事がいえる。すなわちクリープ量は弾性
体にかかる応力と時間との関数として定義され、
各々の材料及び熱処理後の内部組織によつて固有
の値を示すが、これも主・副起歪弾性体１，２を
同一材料で形成し、最大応力が等しくなる形状に
主・副起歪弾性体を形成することによつて相殺し
ている。

さらに弦７の有効長と部材３の長さとを同一に
し、かつ同一の線膨張係数をもつ材質によつて両
者を構成しているので、相対的に線膨張が同一に
なり張力Ｐの変化を零にしている。なお、線膨張
係数が同一でなくても相対的な線膨張が零になる
材質と長さの部材３を用いてもよい。

第２の実施例は、第５図に示すように公知のパ
ラレムグラム型弾性体を主起歪弾性体１として使
用したもので、その主起歪弾性体１の先端部に計
量皿２２を設けたものである。なお、同等部分に
は同一符号を付して説明を省略する。

以上述べたように、この発明による力測定装置
は、主起歪弾性体１と、副起歪弾性体２と、弦７
等からなる簡単な構成であり、主起歪弾性体１を
ばね定数の異なるものに変更さえすれば、副起歪
弾性体２と弦７とは変更しなくても、測定できる
力の最大値を変更することができる。従つて、こ
の発明によつて、測定できる最大の力の大きさが
それぞれ異なる多数の力測定装置を製造する場合
には、副弾性体２と弦７とは、どの力測定装置に
も共通に使用することができ、製造コストを引き
下げることができる。

上記実施例では、弦７によつて張力Ｐを測定し
たが、これに代えて力を感じるものなら何でもよ
く例えば水晶式センサー、音叉式センサー等を使
用できる。また力検出器に張力を印加するように
構成したが、主起歪弾性体１と副起歪弾性体２と
の位置を入れ替えて、力検出器に圧力が印加され
るように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による力測定装置の第１の実
施例の側面図、第２図は第１の実施例の原理図、
第３図は第１の実施例の弦の振動原理図、第４図
は第１の実施例の回路図、第５図は第２の実施例
の側面図である。 １……主起歪弾性体、２……副起歪弾性体、３
……部材、４……固定部、７，８……力検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基端部を固定した片持ち梁式の主起歪弾性体
   と、この主起歪弾性体とは別個に形成され上記起
   歪弾性体とは上下方向に間隔を隔てて配置される
   と共に基端部を固定した片持ち梁式の副起歪弾性
   体と、上記主起歪弾性体が力を受けて変形すると
   き上記副起歪弾性体も上記力を分担するように上
   記両起歪弾性体を接続しており上記両起歪弾性体
   による合成復元力を上記力と均衡させ上記副起歪
   弾性体にかかる力を検出するように構成されると
   共に力を受けた際の変形を無視できる力検出器と
   を、具備する力測定装置。