JPS6333647B2 - - Google Patents
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- JPS6333647B2 JPS6333647B2 JP56004012A JP401281A JPS6333647B2 JP S6333647 B2 JPS6333647 B2 JP S6333647B2 JP 56004012 A JP56004012 A JP 56004012A JP 401281 A JP401281 A JP 401281A JP S6333647 B2 JPS6333647 B2 JP S6333647B2
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- Japan
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- strain gauge
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- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
- G01L5/1627—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、単一体で６分力まで検出できるよう
にした多分力検出器に関する。
にした多分力検出器に関する。
ある物体に外部から種々の力を加えた場合、そ
の物体には最大６種類の力およびモーメントが作
用する。これらの分力を計測手段として、従来は
ロードセルを用いていた。しかしながら、ロード
セルは、力の作用系としては最も単純な方向の力
のみが加わることを前提にし、その方向の力を計
測するだけであり、計測すべき力以外の他の分力
が作用した場合には、その干渉を避けることがで
きない。他の分力の影響を少なくするため、種々
の技術的考慮がなされているけれども、完全では
ない。
の物体には最大６種類の力およびモーメントが作
用する。これらの分力を計測手段として、従来は
ロードセルを用いていた。しかしながら、ロード
セルは、力の作用系としては最も単純な方向の力
のみが加わることを前提にし、その方向の力を計
測するだけであり、計測すべき力以外の他の分力
が作用した場合には、その干渉を避けることがで
きない。他の分力の影響を少なくするため、種々
の技術的考慮がなされているけれども、完全では
ない。
本発明は、分力相互間の干渉を生じることなく
最大６分力まで精度良く検出することの可能な多
分力検出器を提供することを目的とする。
最大６分力まで精度良く検出することの可能な多
分力検出器を提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明に係る多分力
検出器は、間隔をおいて対向する測定側フランジ
と固定側フランジとをビームによつて接続固定
し、前記２つのフランジの配設方向をＺ軸とする
Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸直交座標系を仮想したとき、各
軸方向の分力Fx，Fy，Fz及び各軸まわりの回転
モーメントMx，My，Mzの全部または一部を、
前記ビームに貼着した歪ゲージを用いたブリツジ
回路によつて互いに独立して検出する多分力検出
器において、前記ビームは前記測定側フランジ及
び前記固定側フランジ上のＺ軸のまわりのＸ軸及
びＹ軸上に各軸に対称に４本以上配置し、Ｘ軸上
に配置された２本の主要ビームはＸ軸方向で見た
厚みがＹ軸方向で見た幅よりも小さい断面四角形
状の歪ゲージ貼着部を有し、Ｙ軸上に配置された
２本の主要ビームはＹ軸方向で見た厚みがＸ軸方
向で見た幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲージ
貼着部を有し、分力Fxを検出するブリツジ回路
はＹ軸上に配置された２本の主要ビームの前記歪
ゲージ貼着部において剪断応力に感応するように
厚み方向の面に貼着された歪ゲージを含んで構成
し、分力Fyを検出するブリツジ回路はＸ軸上に
配置された２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着
部において剪断応力に感応するように厚み方向の
面に貼着された歪ゲージを含んで構成し、分力
Fzを検出するブリツジ回路は４本の主要ビーム
のそれぞれの歪ゲージ貼着部において直応力に感
応するように貼着された歪ゲージの組合せを含ん
で構成し、回転モーメントMxを検出するブリツ
ジ回路はＹ軸上に配置された２本の主要ビームの
前記歪ゲージ貼着部において直応力に感応するよ
うに貼着された歪ゲージを含んで構成し、回転モ
ーメントMyを検出するブリツジ回路はＸ軸上に
配置された２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着
部において直応力に感応するように貼着された歪
ゲージを含んで構成し、回転モーメントMzは４
本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部において剪
断応力に感応するように厚み方向の面に貼着され
た歪ゲージの組合せを含んで構成したことを特徴
とする。
検出器は、間隔をおいて対向する測定側フランジ
と固定側フランジとをビームによつて接続固定
し、前記２つのフランジの配設方向をＺ軸とする
Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸直交座標系を仮想したとき、各
軸方向の分力Fx，Fy，Fz及び各軸まわりの回転
モーメントMx，My，Mzの全部または一部を、
前記ビームに貼着した歪ゲージを用いたブリツジ
回路によつて互いに独立して検出する多分力検出
器において、前記ビームは前記測定側フランジ及
び前記固定側フランジ上のＺ軸のまわりのＸ軸及
びＹ軸上に各軸に対称に４本以上配置し、Ｘ軸上
に配置された２本の主要ビームはＸ軸方向で見た
厚みがＹ軸方向で見た幅よりも小さい断面四角形
状の歪ゲージ貼着部を有し、Ｙ軸上に配置された
２本の主要ビームはＹ軸方向で見た厚みがＸ軸方
向で見た幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲージ
貼着部を有し、分力Fxを検出するブリツジ回路
はＹ軸上に配置された２本の主要ビームの前記歪
ゲージ貼着部において剪断応力に感応するように
厚み方向の面に貼着された歪ゲージを含んで構成
し、分力Fyを検出するブリツジ回路はＸ軸上に
配置された２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着
部において剪断応力に感応するように厚み方向の
面に貼着された歪ゲージを含んで構成し、分力
Fzを検出するブリツジ回路は４本の主要ビーム
のそれぞれの歪ゲージ貼着部において直応力に感
応するように貼着された歪ゲージの組合せを含ん
で構成し、回転モーメントMxを検出するブリツ
ジ回路はＹ軸上に配置された２本の主要ビームの
前記歪ゲージ貼着部において直応力に感応するよ
うに貼着された歪ゲージを含んで構成し、回転モ
ーメントMyを検出するブリツジ回路はＸ軸上に
配置された２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着
部において直応力に感応するように貼着された歪
ゲージを含んで構成し、回転モーメントMzは４
本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部において剪
断応力に感応するように厚み方向の面に貼着され
た歪ゲージの組合せを含んで構成したことを特徴
とする。
以下実施例たる添付図面を参照し、本発明の内
容を具体的に説明する。第１図ａは本発明に係る
多分力検出器の正面図、第１図ｂは第１図ａの
C1−C1線上における断面図である。ただし、分
力検出に当つて必須の４本の主要ビーム以外のビ
ーム（例えば補強ビーム等）及び歪ゲージは省略
して示してある。
容を具体的に説明する。第１図ａは本発明に係る
多分力検出器の正面図、第１図ｂは第１図ａの
C1−C1線上における断面図である。ただし、分
力検出に当つて必須の４本の主要ビーム以外のビ
ーム（例えば補強ビーム等）及び歪ゲージは省略
して示してある。
図において、１は測定側のフランジ、２は固定
側のフランジであり、これらのフランジ１，２は
間隔Ｋをおいて、４本の主要ビーム（以下この実
施例ではビームと称する）３〜６によつて互に接
続固定してある。
側のフランジであり、これらのフランジ１，２は
間隔Ｋをおいて、４本の主要ビーム（以下この実
施例ではビームと称する）３〜６によつて互に接
続固定してある。
上記構造の多分力検出器において、ビーム４−
６方向にＸ軸をとり、ビーム３−５方向にＹ軸を
とり、フランジ１−２方向にＺ軸をとり、各軸
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の分力をそれぞれ分力Fx，Fy，
Fzとし、各軸Ｘ，Ｙ，Ｚのまわりの回転モーメ
ントをそれぞれMx，My，Mzとしたとする。
６方向にＸ軸をとり、ビーム３−５方向にＹ軸を
とり、フランジ１−２方向にＺ軸をとり、各軸
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の分力をそれぞれ分力Fx，Fy，
Fzとし、各軸Ｘ，Ｙ，Ｚのまわりの回転モーメ
ントをそれぞれMx，My，Mzとしたとする。
測定側のフランジ１に分力Fyの力が作用する
と、ビール３，５は第２図ａの如く変形し、ビー
ム４，６は第２図ｂの如くに変形する。そして各
ビーム３〜６に伝わる力は、それぞれのビームの
分力Fyに対するバネ定数に比例して按分される。
いま、説明を簡単にするため、 B1≒B2 B1≫T1、B2≫T2 とし、分力Fyに関しては、ビーム３，５の反力
を無視する。分力Fyに基づいてビーム４，６に
作用する力は、ビーム４，６を曲げるモーメント
による曲げ応力σと剪断応力τを生じさせる。第
３図ａ，ｂ，ｃはこの場合の応力分布の状況を示
す図で、曲げ応力σの分布は第３図ｂのようにな
り剪断応力τの分布は第３図ｃのようになる。す
なわち、ビーム４，６のＹ軸方向の両面の中間位
置７，９では曲げ応力σは最大σnaxとなるが、剪
断応力τは零となる。またビーム４，６の幅B2
の中間位置８では曲げ応力σは零であるが、剪断
応力τは最大τnaxとなる。したがつて、中間位置
８において、Ｚ軸に対してたとえば45度の方向に
歪ゲージを貼付けることにより、分力Fyを剪断
応力τとして検出することができる。
と、ビール３，５は第２図ａの如く変形し、ビー
ム４，６は第２図ｂの如くに変形する。そして各
ビーム３〜６に伝わる力は、それぞれのビームの
分力Fyに対するバネ定数に比例して按分される。
いま、説明を簡単にするため、 B1≒B2 B1≫T1、B2≫T2 とし、分力Fyに関しては、ビーム３，５の反力
を無視する。分力Fyに基づいてビーム４，６に
作用する力は、ビーム４，６を曲げるモーメント
による曲げ応力σと剪断応力τを生じさせる。第
３図ａ，ｂ，ｃはこの場合の応力分布の状況を示
す図で、曲げ応力σの分布は第３図ｂのようにな
り剪断応力τの分布は第３図ｃのようになる。す
なわち、ビーム４，６のＹ軸方向の両面の中間位
置７，９では曲げ応力σは最大σnaxとなるが、剪
断応力τは零となる。またビーム４，６の幅B2
の中間位置８では曲げ応力σは零であるが、剪断
応力τは最大τnaxとなる。したがつて、中間位置
８において、Ｚ軸に対してたとえば45度の方向に
歪ゲージを貼付けることにより、分力Fyを剪断
応力τとして検出することができる。
分力Fxに対しては、分力Fyの場合のビーム
４，６が、ビーム３，５に代るだけで、全く同じ
考え方が成立する。
４，６が、ビーム３，５に代るだけで、全く同じ
考え方が成立する。
次に、第４図ａに示すように、フランジ１に回
転モーメントMxが作用した場合は、ビーム３〜
６には第４図ｂに示すような曲げ応力σが生じ
る。すなわち、回転モーメントMxに対しては、
ビーム３，５のＹ軸方向の外端面１０，１１に最
大の曲げ応力σnaxが生じる。したがつて、ビーム
３，５の外端面１０，１１に歪ゲージを貼付ける
ことにより、回転モーメントMxを曲げ応力σと
して検出することができる。
転モーメントMxが作用した場合は、ビーム３〜
６には第４図ｂに示すような曲げ応力σが生じ
る。すなわち、回転モーメントMxに対しては、
ビーム３，５のＹ軸方向の外端面１０，１１に最
大の曲げ応力σnaxが生じる。したがつて、ビーム
３，５の外端面１０，１１に歪ゲージを貼付ける
ことにより、回転モーメントMxを曲げ応力σと
して検出することができる。
回転モーメントMyに対しては、回転モーメン
トMxの場合のビーム３，５がビーム４，６に代
るだけで、全く同じ考え方が成立する。
トMxの場合のビーム３，５がビーム４，６に代
るだけで、全く同じ考え方が成立する。
また、回転モーメントMzが作用した時は、各
ビーム３〜６に剪断応力が生じる。説明を簡単に
するため、 B1＝B2＝Ｂ H1＝H2＝Ｈ L1＝L2＝Ｌ T1＝T2＝Ｔ とすると、この場合の剪断力FMZは、 FMZ＝MZ／2L となり、各々のビーム３〜６については、分力
Fx，Fyと同様に剪断力が生じる。ただし、分力
Fx，Fyの場合、ビーム３とビーム５、ビーム４
とビーム６の剪断応力の方向が同じであるのに対
し、回転モーメントMzの場合、ビーム３とビー
ム５、ビーム４とビーム６の剪断応力の方向が逆
になるから、回転モーメントMzを分力Fx，Fy
から分離して、剪断力として検出することができ
る。
ビーム３〜６に剪断応力が生じる。説明を簡単に
するため、 B1＝B2＝Ｂ H1＝H2＝Ｈ L1＝L2＝Ｌ T1＝T2＝Ｔ とすると、この場合の剪断力FMZは、 FMZ＝MZ／2L となり、各々のビーム３〜６については、分力
Fx，Fyと同様に剪断力が生じる。ただし、分力
Fx，Fyの場合、ビーム３とビーム５、ビーム４
とビーム６の剪断応力の方向が同じであるのに対
し、回転モーメントMzの場合、ビーム３とビー
ム５、ビーム４とビーム６の剪断応力の方向が逆
になるから、回転モーメントMzを分力Fx，Fy
から分離して、剪断力として検出することができ
る。
更に、分力Fzが作用した時は、４本のビーム
３〜６に共に同じ応力が生じる。したがつて、分
力Fzに関しても、他の分力Fx，Fy，Mx，My，
Mzから分離して検出することができる。
３〜６に共に同じ応力が生じる。したがつて、分
力Fzに関しても、他の分力Fx，Fy，Mx，My，
Mzから分離して検出することができる。
以上の応力分布の説明から、６分力Fx，Fy，
Fz，Mx，My，Mzの検出が可能であることがわ
かつた。次に上述の応力分布に対する歪ゲージの
貼着方法およびこの歪ゲージにより各分力の相互
干渉をなくすブリツジ回路の具体例について説明
する。
Fz，Mx，My，Mzの検出が可能であることがわ
かつた。次に上述の応力分布に対する歪ゲージの
貼着方法およびこの歪ゲージにより各分力の相互
干渉をなくすブリツジ回路の具体例について説明
する。
第５図ａ，ｂは、歪ゲージの貼着方向及び位置
を示す図である。第５図ａの矢印イ〜ホは歪ゲー
ジの感ずる方向を示している。まず、ビーム６に
注目すると、分力Fx，Fyに対する剪断応力が最
大となる外面側の中央部および内面側の中央部
に、歪ゲージ６−イ，６−ロ，６−ハおよび歪ゲ
ージ６−チ，６−リ，６−ヌをそれぞれ貼着す
る。歪ゲージ６−イと６−チはＺ軸に直交する方
向（Ｙ軸方向）に、歪ゲージ６−ロと６−リはＺ
軸に対して45度となる同一方向に、また歪ゲージ
６−ハと６−チは歪ゲージ６−ロ，６−リに対し
て直交しＺ軸に対して45度の角度で交叉するよう
に貼着する。
を示す図である。第５図ａの矢印イ〜ホは歪ゲー
ジの感ずる方向を示している。まず、ビーム６に
注目すると、分力Fx，Fyに対する剪断応力が最
大となる外面側の中央部および内面側の中央部
に、歪ゲージ６−イ，６−ロ，６−ハおよび歪ゲ
ージ６−チ，６−リ，６−ヌをそれぞれ貼着す
る。歪ゲージ６−イと６−チはＺ軸に直交する方
向（Ｙ軸方向）に、歪ゲージ６−ロと６−リはＺ
軸に対して45度となる同一方向に、また歪ゲージ
６−ハと６−チは歪ゲージ６−ロ，６−リに対し
て直交しＺ軸に対して45度の角度で交叉するよう
に貼着する。
更に、ビーム６の外面側および内面側の両端部
即ち曲げ応力が最大となる部分には、歪ゲージ６
−ニ，６−ホおよび６−ル，６−オをそれぞれ貼
着し、またビーム６の幅方向の両端面には、歪ゲ
ージ６−ヘ，６−トをそれぞれ貼着する。
即ち曲げ応力が最大となる部分には、歪ゲージ６
−ニ，６−ホおよび６−ル，６−オをそれぞれ貼
着し、またビーム６の幅方向の両端面には、歪ゲ
ージ６−ヘ，６−トをそれぞれ貼着する。
他のビーム３〜５に対しても、Ｚ軸まわりで考
えて、同一方向に同一の順序で同一数の歪ゲージ
を貼着する。以下の説明では、各ビーム３〜５に
おける歪ゲージに関しても、ビーム６の場合と同
様に、ビームの符号３，４，５にイ〜オの符号を
付して表示する。なお、歪ゲージイ，ロ，ハ、
チ，リ，ヌは３軸ロゼツトゲージで構成すること
を基本とするが、４軸ロゼツトゲージを用いて構
成することもできる。４軸ロゼツトゲージを用い
た場合には、その内の一つのゲージを歪ゲージヘ
またはトとして利用できるので、歪ゲージヘ，ト
をビーム３〜６の幅方向の両端面に貼着する必要
がなくなる。なお、４軸ロゼツトゲージとは、４
つの歪ゲージを同一平面上で45度の角度で順次交
叉させて構成したゲージである。
えて、同一方向に同一の順序で同一数の歪ゲージ
を貼着する。以下の説明では、各ビーム３〜５に
おける歪ゲージに関しても、ビーム６の場合と同
様に、ビームの符号３，４，５にイ〜オの符号を
付して表示する。なお、歪ゲージイ，ロ，ハ、
チ，リ，ヌは３軸ロゼツトゲージで構成すること
を基本とするが、４軸ロゼツトゲージを用いて構
成することもできる。４軸ロゼツトゲージを用い
た場合には、その内の一つのゲージを歪ゲージヘ
またはトとして利用できるので、歪ゲージヘ，ト
をビーム３〜６の幅方向の両端面に貼着する必要
がなくなる。なお、４軸ロゼツトゲージとは、４
つの歪ゲージを同一平面上で45度の角度で順次交
叉させて構成したゲージである。
第６図ａ〜ｆは、上述のようにして各ビーム３
〜６に貼着された歪ゲージによつて構成された分
力Fx，Fy，Mx，My，Fz，Mzの各検出力ブリ
ツジ回路をそれぞれ示している。まず、分力Fx
の検出回路は、歪ゲージ３−ロの対辺に歪ゲージ
５−ハを、また歪ゲージ３−ヌの対辺に歪ゲージ
５−リを設けた回路構成となつている。今、測定
側のフランジ１に第５図ｂに示す方向の分力Fx
が作用した場合、その時の剪断応力に応じて、歪
ゲージ３−ロ，５−ハに正の抵抗変化が生じ、歪
ゲージ３−ヌ，５−リに負の抵抗変化が生じる。
このため、ブリツジ回路の電気的平衡が崩れて不
平衡となるので、出力信号が得られる。すなわ
ち、分力Fxが検出される。
〜６に貼着された歪ゲージによつて構成された分
力Fx，Fy，Mx，My，Fz，Mzの各検出力ブリ
ツジ回路をそれぞれ示している。まず、分力Fx
の検出回路は、歪ゲージ３−ロの対辺に歪ゲージ
５−ハを、また歪ゲージ３−ヌの対辺に歪ゲージ
５−リを設けた回路構成となつている。今、測定
側のフランジ１に第５図ｂに示す方向の分力Fx
が作用した場合、その時の剪断応力に応じて、歪
ゲージ３−ロ，５−ハに正の抵抗変化が生じ、歪
ゲージ３−ヌ，５−リに負の抵抗変化が生じる。
このため、ブリツジ回路の電気的平衡が崩れて不
平衡となるので、出力信号が得られる。すなわ
ち、分力Fxが検出される。
次に、他の分力Fy，Fz，Mx，My，Mzの相
互干渉が上記のブリツジ回路によつて解消される
理由について説明する。
互干渉が上記のブリツジ回路によつて解消される
理由について説明する。
まず、分力Fyが作用した場合、歪ゲージ３−
ロ，３−ヌ，５−リ，５−ハが分力Fyに対して
感応しない位置にあるので、ブリツジ回路の平衡
が保たれ、出力は生じない。また、第５図ａに示
す方向の分力Fzに対しては、歪ゲージ３−ロ，
３−ヌ，５−リ，５−ハの全てが正の等しい抵抗
変化を示すので、やはりブリツジ回路の平衡が保
たれ、出力は生じない。
ロ，３−ヌ，５−リ，５−ハが分力Fyに対して
感応しない位置にあるので、ブリツジ回路の平衡
が保たれ、出力は生じない。また、第５図ａに示
す方向の分力Fzに対しては、歪ゲージ３−ロ，
３−ヌ，５−リ，５−ハの全てが正の等しい抵抗
変化を示すので、やはりブリツジ回路の平衡が保
たれ、出力は生じない。
回転モーメントMxが作用した場合には、歪ゲ
ージ３−ロが正の抵抗変化を示すのに対し、歪ゲ
ージ５−ハがこれと絶対値のほぼ等しい負の抵抗
変化を示す。また、歪ゲージ３−ヌが正の抵抗変
化を示すのに対し、歪ゲージ５−リがこれと絶対
値のほぼ等しい負の抵抗変化を示す。このため、
ブリツジ回路全体の電気的平衡が保たれ、出力は
生じない。
ージ３−ロが正の抵抗変化を示すのに対し、歪ゲ
ージ５−ハがこれと絶対値のほぼ等しい負の抵抗
変化を示す。また、歪ゲージ３−ヌが正の抵抗変
化を示すのに対し、歪ゲージ５−リがこれと絶対
値のほぼ等しい負の抵抗変化を示す。このため、
ブリツジ回路全体の電気的平衡が保たれ、出力は
生じない。
分力Myが作用したときは、歪ゲージ３−ロ，
３−ヌ，５−リ，５−ハの貼着位置が分力Myに
対して中立位置となるので、歪ゲージ３−ロ，３
−ヌ，５−リ，５−ハの抵抗変化がなく、ブリツ
ジ回路の平衡が保たれ、出力は生じない。
３−ヌ，５−リ，５−ハの貼着位置が分力Myに
対して中立位置となるので、歪ゲージ３−ロ，３
−ヌ，５−リ，５−ハの抵抗変化がなく、ブリツ
ジ回路の平衡が保たれ、出力は生じない。
最後に、分力Mzが作用したときは、歪ゲージ
３−ロ，５−リが負の抵抗変化を示すのに対し、
歪ゲージ３−ヌ，５−ハが正の抵抗変化を示すの
で、抵抗の増減が互に打消し合い、ブリツジ回路
の平衡が保たれ、出力は生じない。
３−ロ，５−リが負の抵抗変化を示すのに対し、
歪ゲージ３−ヌ，５−ハが正の抵抗変化を示すの
で、抵抗の増減が互に打消し合い、ブリツジ回路
の平衡が保たれ、出力は生じない。
第６図ｂ〜ｆの各ブリツジ回路についても、各
検出対象の分力Fy，Mx，My，Fz，Mzを他の
分力による干渉から分離して検出できることを、
同様の手法により解明することができる。なお、
第６図ｆの抵抗r1，R1は回転モーメントMx，
Myによる干渉をなくすための補償抵抗である。
検出対象の分力Fy，Mx，My，Fz，Mzを他の
分力による干渉から分離して検出できることを、
同様の手法により解明することができる。なお、
第６図ｆの抵抗r1，R1は回転モーメントMx，
Myによる干渉をなくすための補償抵抗である。
第７図ａ，ｂは、第６図ａ〜ｆに示したブリツ
ジ回路において、各分力が作用した場合の歪ゲー
ジの抵抗変化と出力の関係を示す図である。図中
歪ゲージの抵抗の増加は（＋）で表示し、減少は
（−）で表示してある。（＋）、（−）の下方に付し
たアルフアベツトＡ〜Ｊは抵抗変化量を示すもの
で、同一アルフアベツトはほぼ同一の変化量を表
わしている。ただし、Ａ＞Ｂ、Ｃ＞Ｄ、Ｅ＞Ｆ、
Ｇ＞ＨおよびＩ＞Ｊの関係にある。
ジ回路において、各分力が作用した場合の歪ゲー
ジの抵抗変化と出力の関係を示す図である。図中
歪ゲージの抵抗の増加は（＋）で表示し、減少は
（−）で表示してある。（＋）、（−）の下方に付し
たアルフアベツトＡ〜Ｊは抵抗変化量を示すもの
で、同一アルフアベツトはほぼ同一の変化量を表
わしている。ただし、Ａ＞Ｂ、Ｃ＞Ｄ、Ｅ＞Ｆ、
Ｇ＞ＨおよびＩ＞Ｊの関係にある。
第７図ａ，ｂに示すように、第６図ａ〜ｆに示
すブリツジ回路を構成することにより、各検出対
象の分力Fx，Fy，Mx，My，Fz，Mzを分力相
互間の干渉を生じることなく、高精度で検出でき
ることがわかる。
すブリツジ回路を構成することにより、各検出対
象の分力Fx，Fy，Mx，My，Fz，Mzを分力相
互間の干渉を生じることなく、高精度で検出でき
ることがわかる。
また、分力Fx，Fyおよび回転モーメントMz
は、第８図ａ，ｂ，ｃに示すようなブリツジ回路
によつても検出することができる。第８図ａ，ｂ
の抵抗（r2，R2）、（r3，R3）は、回転モーメント
Mx，Myによる干渉を零にするための補償抵抗
である。
は、第８図ａ，ｂ，ｃに示すようなブリツジ回路
によつても検出することができる。第８図ａ，ｂ
の抵抗（r2，R2）、（r3，R3）は、回転モーメント
Mx，Myによる干渉を零にするための補償抵抗
である。
上記実施例では、６分力検出器を示したが、６
分力中のいくつかの分力を集めた多分力検出器と
しても実現することができる。また、歪ゲージの
組合せ配列を変えたり、ポアソン比の歪出力を生
じる歪ゲージ３−イ〜６−イの代りに、歪の出な
い部分に貼付けられた歪ゲージをダミーとして用
いることも自由である。更に、歪ゲージの貼着位
置は必ずしも実施例に限定するものではなく、剪
断応力、曲げ応力に感応し得る位置であればよ
い。
分力中のいくつかの分力を集めた多分力検出器と
しても実現することができる。また、歪ゲージの
組合せ配列を変えたり、ポアソン比の歪出力を生
じる歪ゲージ３−イ〜６−イの代りに、歪の出な
い部分に貼付けられた歪ゲージをダミーとして用
いることも自由である。更に、歪ゲージの貼着位
置は必ずしも実施例に限定するものではなく、剪
断応力、曲げ応力に感応し得る位置であればよ
い。
以上の説明では、歪ゲージの枚数が非常に多く
無駄であるように見える。しかし、分力Fzの力
が作用した時、フランジ１，２が第９図の如く変
形すると、それに伴つてビーム３，５も図のよう
に変形する。ビーム４，６も同様である。外側の
ゲージをＡ、その歪をξA、内側のゲージをＢ、そ
の歪をξBとすると、分力Fzによる歪ξzは ξz＝ξA＋ξB／２ となる。従つて、分力Fx〜Mzの各ブリツジは分
力Fzによる曲げの影響を受けないように、ビー
ム３〜６の外側及び内側に貼着した歪ゲージを組
合わせて、出力が平均化されるように組込む必要
がある。これが、歪ゲージの枚数を多くしている
理由であり、これにより、分力Fzによるフラン
ジ１，２の曲げが大きい場合でも分力Fx〜Mzを
精度良く検出することが可能となる。分力Fzに
よるフランジ１，２の曲げの影響が少ない場合
は、歪ゲージはビーム３〜６の外側または内側の
いずれか一方に設けるだけで良く、歪ゲージの枚
数を大幅に減少することができる。なお、計測す
る分力の数が少ない場合も、歪ゲージの枚数を少
くし得ることは勿論である。
無駄であるように見える。しかし、分力Fzの力
が作用した時、フランジ１，２が第９図の如く変
形すると、それに伴つてビーム３，５も図のよう
に変形する。ビーム４，６も同様である。外側の
ゲージをＡ、その歪をξA、内側のゲージをＢ、そ
の歪をξBとすると、分力Fzによる歪ξzは ξz＝ξA＋ξB／２ となる。従つて、分力Fx〜Mzの各ブリツジは分
力Fzによる曲げの影響を受けないように、ビー
ム３〜６の外側及び内側に貼着した歪ゲージを組
合わせて、出力が平均化されるように組込む必要
がある。これが、歪ゲージの枚数を多くしている
理由であり、これにより、分力Fzによるフラン
ジ１，２の曲げが大きい場合でも分力Fx〜Mzを
精度良く検出することが可能となる。分力Fzに
よるフランジ１，２の曲げの影響が少ない場合
は、歪ゲージはビーム３〜６の外側または内側の
いずれか一方に設けるだけで良く、歪ゲージの枚
数を大幅に減少することができる。なお、計測す
る分力の数が少ない場合も、歪ゲージの枚数を少
くし得ることは勿論である。
以上述べたように、本発明に係る多分力検出器
は、間隔をおいて対向する測定側フランジと固定
側フランジとをビームによつて接続固定し、前記
２つのフランジの配設方向をＺ軸とするＸ、Ｙ、
Ｚの３軸直交座標系を仮想したとき、各軸方向の
分力Fx，Fy，Fz及び各軸まわりの回転モーメン
トMx，My，Mzの全部または一部を、前記ビー
ムに貼着した歪ゲージを用いたブリツジ回路によ
つて互いに独立して検出する多分力検出器におい
て、前記ビームは前記測定側フランジ及び前記固
定側フランジ上のＺ軸のまわりのＸ軸及びＹ軸上
に各軸に対称に４本以上配置し、Ｘ軸上に配置さ
れた２本の主要ビームはＸ軸方向で見た厚みがＹ
軸方向で見た幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲ
ージ貼着部を有し、Ｙ軸上に配置された２本の主
要ビームはＹ軸方向で見た厚みがＸ軸方向で見た
幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲージ貼着部を
有し、分力Fxを検出するブリツジ回路はＹ軸上
に配置された２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼
着部において剪断応力に感応するように厚み方向
の面に貼着された歪ゲージを含んで構成し、分力
Fyを検出するブリツジ回路はＸ軸上に配置され
た２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て剪断応力に感応するように厚み方向の面に貼着
された歪ゲージを含んで構成し、分力Fzを検出
するブリツジ回路は４本の主要ビームのそれぞれ
の歪ゲージ貼着部において直応力に感応するよう
に貼着された歪ゲージの組合せを含んで構成し、
回転モーメントMxを検出するブリツジ回路はＹ
軸上に配置された２本の主要ビームの前記歪ゲー
ジ貼着部において直応力に感応するように貼着さ
れた歪ゲージを含んで構成し、回転モーメント
Myを検出するブリツジ回路はＸ軸上に配置され
た２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て直応力に感応するように貼着された歪ゲージを
含んで構成し、回転モーメントMzは４本の主要
ビームの前記歪ゲージ貼着部において剪断応力に
感応するように厚み方向の面に貼着された歪ゲー
ジの組合せを含んで構成したことを特徴とするか
ら、たとえば断面矩形状等の加工の容易なビーム
を用いて、分力相互間の干渉をブリツジ回路によ
つて打消しながら、最大６分力まで検出し得る高
性能かつ高精度の多分力検出器を提供することが
できる。
は、間隔をおいて対向する測定側フランジと固定
側フランジとをビームによつて接続固定し、前記
２つのフランジの配設方向をＺ軸とするＸ、Ｙ、
Ｚの３軸直交座標系を仮想したとき、各軸方向の
分力Fx，Fy，Fz及び各軸まわりの回転モーメン
トMx，My，Mzの全部または一部を、前記ビー
ムに貼着した歪ゲージを用いたブリツジ回路によ
つて互いに独立して検出する多分力検出器におい
て、前記ビームは前記測定側フランジ及び前記固
定側フランジ上のＺ軸のまわりのＸ軸及びＹ軸上
に各軸に対称に４本以上配置し、Ｘ軸上に配置さ
れた２本の主要ビームはＸ軸方向で見た厚みがＹ
軸方向で見た幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲ
ージ貼着部を有し、Ｙ軸上に配置された２本の主
要ビームはＹ軸方向で見た厚みがＸ軸方向で見た
幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲージ貼着部を
有し、分力Fxを検出するブリツジ回路はＹ軸上
に配置された２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼
着部において剪断応力に感応するように厚み方向
の面に貼着された歪ゲージを含んで構成し、分力
Fyを検出するブリツジ回路はＸ軸上に配置され
た２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て剪断応力に感応するように厚み方向の面に貼着
された歪ゲージを含んで構成し、分力Fzを検出
するブリツジ回路は４本の主要ビームのそれぞれ
の歪ゲージ貼着部において直応力に感応するよう
に貼着された歪ゲージの組合せを含んで構成し、
回転モーメントMxを検出するブリツジ回路はＹ
軸上に配置された２本の主要ビームの前記歪ゲー
ジ貼着部において直応力に感応するように貼着さ
れた歪ゲージを含んで構成し、回転モーメント
Myを検出するブリツジ回路はＸ軸上に配置され
た２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て直応力に感応するように貼着された歪ゲージを
含んで構成し、回転モーメントMzは４本の主要
ビームの前記歪ゲージ貼着部において剪断応力に
感応するように厚み方向の面に貼着された歪ゲー
ジの組合せを含んで構成したことを特徴とするか
ら、たとえば断面矩形状等の加工の容易なビーム
を用いて、分力相互間の干渉をブリツジ回路によ
つて打消しながら、最大６分力まで検出し得る高
性能かつ高精度の多分力検出器を提供することが
できる。
第１図ａは本発明に係る多分力検出器の正面図
第１図ｂは第１図ａのC1−C1線上における断面
図、第２図ａ，ｂは分力Fyに対するビームの変
形状態を示す図、第３図ａ，ｂ，ｃは分力Fyに
対するビームの応力分布を説明する図、第４図
ａ，ｂは回転モーメントMxに対するビームの応
力分布を説明する図、第５図ａ，ｂは歪ゲージの
貼着位置、方向を示す図、第６図ａ〜ｆは分力
Fx，Fy，Mx，My，Fz，Mzを検出するための
各ブリツジ回路、第７図ａ，ｂは第６図ａ〜ｆに
示した各ブリツジ回路において、各分力が作用し
たときの歪ゲージの抵抗変化と出力の関係を示す
図、第８図ａ，ｂ，ｃは分力Fx，Fyおよび回転
モーメントMzを検出するためのブリツジ回路の
他の実施例における各電気回路図、第９図はフラ
ンジ１，２に分力Fzが作用した場合のビーム３
〜６の変形を示す図である。 １……測定側のフランジ、２……固定側のフラ
ンジ、３〜６……ビーム、イ〜オ……歪ゲージ。
第１図ｂは第１図ａのC1−C1線上における断面
図、第２図ａ，ｂは分力Fyに対するビームの変
形状態を示す図、第３図ａ，ｂ，ｃは分力Fyに
対するビームの応力分布を説明する図、第４図
ａ，ｂは回転モーメントMxに対するビームの応
力分布を説明する図、第５図ａ，ｂは歪ゲージの
貼着位置、方向を示す図、第６図ａ〜ｆは分力
Fx，Fy，Mx，My，Fz，Mzを検出するための
各ブリツジ回路、第７図ａ，ｂは第６図ａ〜ｆに
示した各ブリツジ回路において、各分力が作用し
たときの歪ゲージの抵抗変化と出力の関係を示す
図、第８図ａ，ｂ，ｃは分力Fx，Fyおよび回転
モーメントMzを検出するためのブリツジ回路の
他の実施例における各電気回路図、第９図はフラ
ンジ１，２に分力Fzが作用した場合のビーム３
〜６の変形を示す図である。 １……測定側のフランジ、２……固定側のフラ
ンジ、３〜６……ビーム、イ〜オ……歪ゲージ。
Claims (1)
- １ 間隔をおいて対向する測定側フランジと固定
側フランジとをビームによつて接続固定し、前記
２つのフランジの配設方向をＺ軸とするＸ、Ｙ、
Ｚの３軸直交座標系を仮想したとき、各軸方向の
分力Fx，Fy，Fz及び各軸まわりの回転モーメン
トMx，My，Mzの全部または一部を、前記ビー
ムに貼着した歪ゲージを用いたブリツジ回路によ
つて互いに独立して検出する多分力検出器におい
て、前記ビームは前記測定側フランジ及び前記固
定側フランジ上のＺ軸のまわりのＸ軸及びＹ軸上
に各軸に対称に４本以上配置し、Ｘ軸上に配置さ
れた２本の主要ビームはＸ軸方向で見た厚みがＹ
軸方向で見た幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲ
ージ貼着部を有し、Ｙ軸上に配置された２本の主
要ビームはＹ軸方向で見た厚みがＸ軸方向で見た
幅よりも小さい断面四角形状の歪ゲージ貼着部を
有し、分力Fxを検出するブリツジ回路はＹ軸上
に配置された２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼
着部において剪断応力に感応するように厚み方向
の面に貼着された歪ゲージを含んで構成し、分力
Fyを検出するブリツジ回路はＸ軸上に配置され
た２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て剪断応力に感応するように厚み方向の面に貼着
された歪ゲージを含んで構成し、分力Fzを検出
するブリツジ回路は４本の主要ビームのそれぞれ
の歪ゲージ貼着部において直応力に感応するよう
に貼着された歪ゲージの組合せを含んで構成し、
回転モーメントMxを検出するブリツジ回路はＹ
軸上に配置された２本の主要ビームの前記歪ゲー
ジ貼着部において直応力に感応するように貼着さ
れた歪ゲージを含んで構成し、回転モーメント
Myを検出するブリツジ回路はＸ軸上に配置され
た２本の主要ビームの前記歪ゲージ貼着部におい
て直応力に感応するように貼着された歪ゲージを
含んで構成し、回転モーメントMzは４本の主要
ビームの前記歪ゲージ貼着部において剪断応力に
感応するように厚み方向の面に貼着された歪ゲー
ジの組合せを含んで構成したことを特徴とする多
分力検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56004012A JPS57118132A (en) | 1981-01-13 | 1981-01-13 | Detector for multiple components of force |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56004012A JPS57118132A (en) | 1981-01-13 | 1981-01-13 | Detector for multiple components of force |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57118132A JPS57118132A (en) | 1982-07-22 |
| JPS6333647B2 true JPS6333647B2 (ja) | 1988-07-06 |
Family
ID=11573051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56004012A Granted JPS57118132A (en) | 1981-01-13 | 1981-01-13 | Detector for multiple components of force |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57118132A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004097360A1 (ja) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Wacoh Corporation | 力検出装置 |
| JP2009271083A (ja) * | 2009-08-17 | 2009-11-19 | Wacoh Corp | 力検出装置 |
| DE102010004576B4 (de) * | 2009-05-22 | 2020-06-10 | Mitsubishi Electric Corp. | Fahrzeugsteuervorrichtung |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60221288A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-11-05 | 株式会社 富士電機総合研究所 | 圧覚認識制御装置 |
| JPH03128833U (ja) * | 1990-04-09 | 1991-12-25 | ||
| JP2690626B2 (ja) * | 1991-03-15 | 1997-12-10 | 東島 鎮▼かく▲ | 多分力検出器 |
| DE4311903A1 (de) * | 1993-04-10 | 1994-10-13 | Audi Ag | Meßrad |
| JP2007040774A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Ono Sokki Co Ltd | トルク計 |
| JP4933838B2 (ja) * | 2006-05-25 | 2012-05-16 | 株式会社共和電業 | センタホール型荷重変換器 |
| CN102589765B (zh) * | 2012-03-19 | 2014-07-23 | 南宁宇立汽车安全技术研发有限公司 | 多维力传感器 |
-
1981
- 1981-01-13 JP JP56004012A patent/JPS57118132A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004097360A1 (ja) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Wacoh Corporation | 力検出装置 |
| DE102010004576B4 (de) * | 2009-05-22 | 2020-06-10 | Mitsubishi Electric Corp. | Fahrzeugsteuervorrichtung |
| JP2009271083A (ja) * | 2009-08-17 | 2009-11-19 | Wacoh Corp | 力検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57118132A (en) | 1982-07-22 |
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