JPH02176438A

JPH02176438A - 力検出装置

Info

Publication number: JPH02176438A
Application number: JP63329370A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Mizutani; 義輝水谷; Shigeru Sakuma; 茂佐久間; Nobuyuki Mori; 信行森; Tatsuyuki Amako; 龍幸尼子
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-09
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2650058B2

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、梁部材の一端面に作用せしめた外力をそれぞ
れ垂直のｘ、ｙ、ｚの３軸方向の力にわけて検出する力
検出装置、および該検出装置の複数個を一平面上に配列
せしめて荷重分布を計測する計測装置に係り、例えば自
動車タイヤの接地面圧分布や自動車ディスクブレーキの
ロータとパッドとの間の面圧分布等の測定に利用する力
検出装置および測定装置として適するものである。

〔従来の技術〕

自動車タイヤの接地面圧分布を測定するに用いる力検出
装置として、一対の支柱の間に両支柱がら延出された梁
で支持された中央柱を一体的に形成し、該中央柱の上端
に作用する荷重により該中央柱を支持する梁に生ずる歪
を該梁の上下両面に接着した歪ゲージで検出する力検出
装置、およびこの力検出装置の複数個を並列させ、前記
中央柱の頂部をケースの頂板に形成した透孔より前記頂
板の上面より僅かに突出せしめた面圧測定装置が提案さ
れている（特開昭６２−３４０２７号公報）が、この力
検出装置は中央柱の長さ方向（上下方向）の外力しか検
出できず、また上下方向以外の外力の影響を消去するこ
とは困難である。

また、上下方向（ＺＮ方向）の外力のほかにＺ軸に垂直
な面内の直交する２軸（Ｘ軸およびＹ軸）方向の外力を
同時に検出するタイヤ接地圧計測装置用として、第１７
図に示す力検出装置が用いられているが、この装置は円
柱状に形成した縦梁１０１の頂部に、該縦梁１０１の内
外径とほぼ同一の内外径を有する円環状の支台１０２に
ダイアフラム１０３を一体に形成し、該ダイアフラム１
０３の裏面に歪ゲージ１０４を接着した圧力計タイプの
センサを固定して、前記縦梁１０１の軸方向（Ｚ軸方向
）に作用する外力による前記ダイアフラム１０３の歪を
歪ケージ１０４により検出し、前記縦梁１０１の固定端
に近接した位置に縦梁１０１の外周面にＸ軸方向に垂直
な平面部１０５およびＹ軸方向に垂直な平面部１０６を
夫々一対形成して、縦梁１０１にＸ軸方向に作用する外
力の成分により前記平面部１０５に生じた歪を歪ケージ
１０７により検出し、縦梁１０１にＹ軸方向に作用する
外力の成分により前記平面部１０６に生じた歪を歪ケー
ジ１０８により検出するものである。この力検出装置で
は、外力を作用せしめる位置がダイアフラム１０３であ
ることから、作用位置の剛性が全体に均一でないために
、実際の自動車タイヤの接地現象のようしこ、偏心およ
び分布をもった面圧がＺ軸方向に作用した場合には、入
力に比例した出力を正確に検出することが困難であり、
Ｘ軸およびＹ軸方向の外力の影響も受けやすい、またＸ
軸およびＹ軸方向の外力を円柱状の棒状体の曲げ歪で検
出しているため、Ｘ軸およびＹ軸回りのモーメントの影
響を受けやすい。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は小型かつ簡単な構造で、かつ外力の作用点が変
位しても、前記外力の互いに直交するＸ軸、Ｙ軸および
Ｚ軸方向の分力を、それぞれ他方向の分力の影響を受け
ることなく高精度に分離計測できる力検出装置、および
この力検出装置を用いた面圧分布を測定するに適した計
測装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による力検出装置は、硬質の弾性体材料よりなる
板状の横梁をその長手方向両端に形成した固定部間に橋
架せしめ、該横梁の中央部の少くとも一面に該横梁の長
手方向に垂直に一体的に杆状の縦梁を植立せしめたセン
サを用い、前記縦梁の頂部または頂部付近に作用する外
力を互いに垂直な３軸方向に分離検出しようとするもの
であって、縦梁の長手方向の中心軸（２軸）方向の外力
またはその分力は横梁に生じる歪により、前記Ｚ軸に垂
直で前記横梁の長手方向に平行なＸ軸方向の外力または
その分力および前記２軸およびＸ軸に垂直なＹ軸方向の
外力またはその分力は、それぞれ縦梁に生じた歪により
、それぞれ検出する。

このため縦梁の外周面のＸ軸方向に指向する面の少くと
も一面には、縦梁の長手方向の」二下２箇所にＸ軸に垂
直な第１の平面を形成して、この第１の平面にそれぞれ
第１の歪ゲージを構成し、この２個の第１の歪ゲージを
それぞれ隣接する辺に組み込んだハーフブリッジ回路に
より、その出力差でＸ軸方向の外力またはその分力を検
出する。

縦梁の外周面のＹ軸方向に指向する面の少くとも一面に
は、同様に縦梁の長手方向の上下２箇所にＹ軸に垂直な
第２の平面を、前記第１の平面と対応する箇所に形成し
て、この第２の平面にそれぞれ第２の歪ゲージを構成し
、この２個の第２の歪ゲージをそれぞれ隣接する辺に組
み込んだハーフブリッジ回路により、その出力差でＹ軸
方向の外力またはその分力を検出する。横梁には縦梁を
植立した上面およびその反対側の面である下面に、縦梁
の長手方向の中心軸から第１の距離だけ隔たった対称の
位置に、前記第１の平面に垂直な第３の平面を、縦梁の
両側の横梁の上下面に４箇所形成してこれらの平面にそ
れぞれ第３の歪ゲージを構成し、また縦梁の長手方向の
中心軸から前記第１の距離より小なる距離だけ隔たった
対称の位置に、前記第１の平面に垂直な平面を同様に４
箇所形成してこれらの平面にそれぞれ第４の歪ゲージを
構成する。そして横梁の一面の第３の歪ゲージを一辺に
直列に組み込むとともに上下面の第３の歪ゲージを隣接
する辺に配置し、前記横梁の一面の第４の歪ゲージを一
辺に直列に組み込むとともに上下面の第４の歪ゲージを
隣接する辺に配置したフルブリッジ回路により、Ｚ軸方
向の外力またはその分力を出力差で検出し、Ｘ軸方向の
外力またはその分力とＹ軸回りのモーメントによる横梁
の弾性歪による出力を消去している。またＹ軸方向の外
力またはその分力とＸ軸回りのモーメントによる横梁の
弾性歪による影響を消去するため、横梁の長手方向に垂
直な断面を、その幅が厚さよりも十分に大であって、幅
方向の剛性を厚さ方向の剛性より十分大にしたこと、お
よび歪ゲージを横梁の幅方向の中心線を中心として構成
したものである。

〔実施例〕

第１図に本発明によるセンサの一実施例を斜面図で示し
、第２図ないし第４図には、その上面図。

正面図および側面図を示す。

センサ１０は、横梁１１、横梁１１の中央部に一体的に
形成した縦梁基台１２、該基台１２に−体的に植立せし
めた縦梁１３および前記横９．１１の両端部に一体的に
形成した固定部１４とから成り、全体を鋼、アルミニウ
ム等の硬質の弾性体材料により形成される。横梁１１は
長手方向に垂直な断面において幅を厚さより十分に大と
して、幅方向の剛性を厚さ方向の剛性より十分に大とし
た板状材により形成され、その中央部および両端部に幅
を前記横梁１１の幅と同一とし厚さを該横梁１１の厚さ
の数倍とした立方体状の外形形状とした縦梁基台１２と
固定部１４を形成し、縦梁基台１２と両端の固定部１４
との間にそれぞれ位置する横梁１１の長手方向の寸法を
同一寸法とする。

縦梁基台１２には横梁１１の厚さ方向に縦梁１３を一体
に起立せしめて形成する。該縦梁１３は、横梁１１の幅
と同一寸法の辺を有する正方形断面の杆状に形成され、
その中心軸は横梁１１の長手方向に垂直に、その外周面
の対向する２面は横梁１１の長手方向に垂直に、他の対
向する２面は横梁１１の長手方向に平行に形成される。

上記センサ１０は、横梁１１の両端の固定部１５に縦梁
１３の中心軸と平行に突設された貫通孔１５を有してお
り、計測装置の基台の水平な取付座に固定部１４を載置
せしめて、貫通孔１５に挿入した螺子により固定すると
、横梁１１はその長手方向を水平方向に、厚さ方向を垂
直方向として固定部１４間に橋架され、縦梁１３は垂直
に位置せしめられ、縦梁１３の自由端の頂面１６に垂直
方向（Ｚ軸方向）の外力Ｆｚが加えられたときは、横梁
１１と固定部１４との連結部１７．１７間の横梁１１．
１１が全体として外力の作用方向に撓み、縦梁１３の頂
面１６に横梁１１の長手方向に平行に水平方向（Ｘ軸方
向）の外力Ｆｘが加えられたときは、横梁１１は該横梁
１１と縦梁基台１２との連接部１８と前記連接部１７と
の間で撓むとともに縦梁１３もその中心軸に関して撓み
、縦梁１３の頂面に横梁１１の長手方向に直角に水平方
向（Ｙ軸方向）の外力Ｆｙが加えられたときは、縦梁１
３はその中心軸に関して撓むが、横梁１１はその幅方向
の剛性を厚さ方向の剛性よりも十分に大にしであるので
、撓みにくい。

なお縦梁基台１２は縦梁１３に加えられる外力により横
梁１１に生起する撓みを可及的に大とするために形成す
るものであって１図示の実施例においては横梁１１の長
手方向における縦梁基台１２の長さを縦梁１３の断面の
一辺の寸法より若干寸法大なる寸法として示しているが
、該基台１２は必ずしも形成する必要がなく、横梁１１
より直接縦梁１３が起立する形状としてもよい。要は縦
梁１３の両側に位置する横梁１１の長手方向の寸法を同
一とし、縦梁１３の中心軸をその中心に位置せしめるこ
とが重要である。

上記センサ１０に加えられた外力または外力の分力をＸ
軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿った方向の力に分離し検出する
ために、センサ１０に歪ゲージが構成される。この歪ゲ
ージは、半導体単結晶のピエゾ抵抗効果を利用した歪ゲ
ージが高性能でかつ形も小さく、適切である。この歪ゲ
ージは半導体単結晶の薄片により製作して上記センサの
表面に絶縁性接着剤で接着して構成してもよく、あるい
は上記センサの表面に絶縁層を形成した後半導体薄膜を
蒸着法あるいはスパッタリング法によって形成して構成
してもよい、歪ゲージは抵抗変化を利用するものであれ
ばよく１本実施例においては箔歪ゲージを接着せしめて
構成した。図面において各歪ゲージは誇張して大きく画
かれている。

Ｘ軸方向の外力またはその分力を検出するため、上記セ
ンサ１０の縦梁１３の外周面における横梁１１の長手方
向に垂直な面の一面には、横梁１１に近接した位置に歪
ゲージＸ□が、自由端の頂面１６に近接した位置に歪ゲ
ージｘ２が、それぞれ該面における縦梁１３の長手方向
に沿う幅の中心線に沿って接着される。また、Ｙ軸方向
の外力またはその分力を検出するため、縦梁１３の外周
面における横梁１１の長手方向に平行な面の一面には、
横梁１１に近接した位置に歪ゲージＹユが、自由端の頂
面１６に近接した位置に歪ゲージＹ２が、それぞれ該面
における縦梁１３の長手方向に沿う幅の中心線に沿って
接着される。

一方Ｚ軸方向の外力またはその分力を検出するため、上
記センサ１０の横梁１１には、横梁１１と固定部１４と
の連接部１７に近接した位置において、横梁１１の上面
（縦梁１３を植立せしめた面）に歪ゲージＺ□、ｚ４を
、下面（その反対側の面）に歪ゲージＺ６、Ｚ６を接着
し、横梁１１と縦梁基部１２との連接部１８に近接した
位置において、横梁１１の上面に歪ゲージＺ２、Ｚ、を
、下面に歪ゲージ２いＺ７を接着する。前記連接部１７
に近接して接着せしめた歪ゲージ２１．２．、Ｚ、。

Ｚｏの接着箇所は、縦梁１３の中心軸から等しい第１の
距離しこにある位置とし、また連接部１８に近接して接
着せしめた歪ゲージＺ２、Ｚ３、ＺＧ、Ｚ７の接着箇所
は縦梁１３の中心軸から前記第１の距離よりは小なる第
２の距離にある位置とする。

第５図ないし第８図に基いてＸ軸方向の外力またはその
分力を検出する原理および回路を説明する。第５図は、
上記センサ１０の横梁１１．１１がその端部において固
定基台５０に固定して水平に橋架され、縦梁１３が橋架
された横梁１１゜１１の中央部において垂直に配設され
ているところを示す原理図である。図において外力の作
用点である縦梁１３の自由端に形成した平坦な頂面１６
から距ＩＬ、だけ離れた位置に歪ゲージＸ工が接着構成
され、距離Ｌ２だけ離れた位置に歪ゲージＸ２が接着構
成されている。今頂面１６に横梁１１の長手方向に平行
なＸ軸に沿って外力Ｆｘが作用した場合を考えると、Ｘ
軸に垂直な縦梁１３の面５１には第６図の右側の線図に
示すように自由端では零で下端の横梁１１への固定部に
おいて最大の引張り歪分布を生ずる。そして自由端より
距離りいＬ２の位置にある歪ゲージｘｉ、ｘ２の出力ε
いε２は、縦梁１３の断面係数をＳ、ヤング率をＥとす
ると、ＥＬ＝ＦＸ−Ｌ、／ＳＩＦ：、ε２＝Ｆｘ−Ｌ２／Ｓ−
Ｅとなるから、その出力差（ε、−ε２）をハーフブリ
ッジ回路を形成して検出すれば、距離（Ｌ工りよ）は一
定値であるから、検出値は外力Ｆｘに比例した値となる
。従って外力Ｆｘが縦梁１３の自由端に形成した平坦な
頂面１６に作用した場合のみでなく、該頂面１６を形成
した自由端から自由端近傍のゲージｘ２に至るまでの間
の縦梁１３の前記面５１に作用した場合も、自由端から
該作用位置までの距離に関係なく同様に外力Ｆｘの検出
が可能である。

次に第７図によって、第５図と同様のＸ軸方向の外力Ｆ
ｘのほかに、縦梁１３の中心軸５２よりＸ軸方向に距離
ｅだけ偏心した位置にＺ軸方向の外力Ｆｚが作用する場
合を考える。Ｘ軸方向の外力Ｆｘのみにより前記面５１
に生ずる引張り歪分布は、第６図の場合と同一である。

Ｘ軸方向に偏心した位置に作用するＺ軸方向の外力Ｆｚ
はＹ軸回りのモーメントＭｌを生ずる外力であり、縦梁
１３の前記面５１に引張り歪Ｆｚ−ｅ／Ｓ−Ｅを生ずる
。即ち前記面５１の表面の引張り歪分布は第７図の右側
に示した線図のとおりとなり、歪ゲージＸ工の出力ε′
□と歪ゲージＸ２の出力ε′２とは、それぞれ６’　ｘ　＝６１　＋　Ｆ　Ｚ　’　ｅ　／　Ｓ　’　
Ｅ　Ｈε′２＝ε２＋ＦＺ−ｅ／Ｓ−Ｅであられされ、Ｙ軸回りのモーメントＭｙにより前記面
５１の表面に付加される引張り歪はＺ軸方向に沿って一
定であるから、歪ゲージＸ工の出力ε′、と歪ゲージＸ
２の出力ε′２の出力差を検出すれば、前記モーメント
Ｍｙによる影響が消去され、Ｘ軸方向の外力Ｆｘの大き
さが検出できる。

従って第８図の最上段に示したように歪ゲージＸ工と歪
ゲージＸ２とを隣接する辺に組みこんだハーフブリッジ
回路によりＸ軸方向の外力Ｆｘを検出することができる
。

また第５図において縦梁１３の外周面の横梁１１の長手
方向に垂直な他の面５３を考えると。

該面５３には外力Ｆｘにより圧縮歪が面５１に生じた引
張り歪と同様の分布勾配で発生しているから１面５１に
おける歪ゲージ構成位置と対応する自由端の頂面１６か
ら距離Ｌ１．　Ｌ、隔たった位置に歪ゲージＸ、、Ｘ４
を接着構成すると、前記と同様に外力Ｆｘに比例した出
力を得るから、第８図の第２段に示したように歪ゲージ
Ｘ、と歪ゲージｘ４とを隣接する辺に組みこんだハーフ
ブリッジ回路にからの出力と、最上段の回路の出力とを
差動増幅すると２倍の出力を得られる。

第１図、第２図に示すように、縦梁１３の中心軸５２に
垂直でかつ横梁１１の長手方向に平行な縦梁１３の面５
４には、縦梁１３の自由端の頂面１６から距離Ｌ１だけ
隔たった位置に歪ゲージＹ工が、また距離り、、だけ隔
たった位置に歪ゲージＹ２が接着構成される。そして頂
面１６に横梁１１の長手方向および縦梁１３の中心軸５
２に垂直なＹ軸に沿って外力Ｆｙが作用した場合は、該
面５４に第６図および第７図において外力Ｆｘにより生
ずる引張り歪について説明したと同様の引張り歪の分布
および勾配が生ずるから、第８図の第３段に示したよう
に歪ゲージＹ１と歪ゲージＹ２とを隣接する辺に組みこ
んだハーフブリッジ回路によりＹ軸方向の外力ＦＹを検
出することができる。また縦梁１３の前記面５４に平行
な他の面５５（第２図）には外力Ｆｙにより圧縮歪を生
ずるから、面５４における歪ゲージ構成位置と対応する
自由端の頂面１６から距離り、、Ｌ２だけ隔たった位置
に歪ゲージＹ３．Ｙ４を接着構成し、第８図の第４段に
示したように歪ゲージＹ３と歪ゲージＹ４とを隣接する
辺に組みこんだハーフブリッジ回路からの出力と、第３
段の回路の出力とを差動増幅すると２倍の出力を得られ
る。

前記外力Ｆｘ、Ｆｙは第１の面と第２の面とのみでも検
出できるが、本実施例のようにそれぞれ相対する２面で
求めると、前記のように出力が２倍になるほか、極性の
異なる方向の外力が作用した場合にも安定した出力が得
られるとともに、他の外力による影響を除去することが
できる。

第９図は第５図と同様の原理図であって、第９図にはＺ
軸方向の外力またはその分力を検出するための歪ゲージ
２１〜Ｚ、のみが示されている。第１０図はＺ軸方向の
外力またはその分力を検出するための歪ゲージの結線方
法の一例を示した回路であって、横梁１１の上面の固定
部１４との連接部１７に近接せしめて接着構成した歪ゲ
ージＺ工。

Ｚ４（第３の歪ゲージ）を直列に結線した辺と横梁１１
の下面の固定部１４との連接部１７に近接せしめて接着
構成した歪ゲージＺ、、　Ｚ、　（第３の歪ゲージ）を
直列に結線した辺とを隣接する辺に配置し、横梁１１の
上面の縦梁基部１２との連接部１８に近接せしめて接着
構成した歪ゲージＺ２゜ｚ３（第４の歪ゲージ）を直列
に結線した辺と横梁１１の下面の縦梁基部１２との連接
部１８に近接せしめて接着構成した歪ゲージＺｓ＝　Ｚ
ｔ　（第４の歪ゲージ）を直列に結線した辺とを隣接す
る辺に配置したフルブリッジ回路を構成し、前記連結部
１７に近接せしめて配置した歪ゲージを連結した辺間お
よび前記連接部１８に近接せしめて配置した上下の歪ゲ
ージを連結した辺間から取り出した出力を検出出力とす
る回路を示している。

前記センサ１０の縦梁１３に２軸方向の外力Ｆｚが作用
すると、第１１ａ図に示すように横梁１１が撓み、歪ゲ
ージＺ、、　Ｚ、、　Ｚ、、　Ｚｔは引張り歪を検出し
、歪ゲージｚ、、　ｚ３．　ｚ、、　ｚ、は圧縮歪を検
出し、歪ゲージの出力は、図に「＋」、「−」で表示し
たような極性となって、フルブリッジ回路の各辺の歪ゲ
ージの極性は第１１ｂ図に示すように各辺ごとに同一の
極性を示すことになる。そこで歪ゲージを接着した個所
の横梁１１の表面に生じた歪みがすべて等しい歪み（絶
対値で）であるとすれば、フルブリッジ回路の出力は１
枚の歪ゲージの出力の４倍となる。

また前記センサ１ｏの縦梁１３にＸ軸方向の外力Ｆｘが
作用すると、第１２ａ図に示すように横梁１１が撓み、
歪ゲージｚ、、　ｚ、、　ｚ、、　ｚ、は弓張り歪を検
出し、歪ゲージｚ２．　ｚ４．　ｚ、、　ｚ、は圧縮歪
を検出して、歪ゲージの出力は、図に「＋」「−」で表
示したような極性となって、外力Ｆｘによる歪はフルブ
リッジ回路により電気的に相殺され、検出されないこと
となる。

さらにＹ軸方向の外力Ｆｙについては、前述したように
横梁１１の幅方向の剛性を厚さ方向の剛性より十分に大
としたこと、および歪ゲージＺ１〜２．を横梁１１の中
心軸上に接着構成したことで抑えることができる。

なおＺ軸方向の外力またはその分力を検出するための歪
ゲージの結線方法は、前記８個の歪ゲージｚ１〜ｚ１の
うちＺ軸方向の外力Ｆｚが加わったとき横梁１１の歪が
同極性となる位置の歪ゲージを各辺に直列に組みこむと
ともに、反対の極性となる対称な位置の歪ゲージを組み
こんだ辺と隣合わせにフルブリッジ回路を構成するもの
であるから、第１０図に示したフルブリッジ回路のほか
に。

第１３ａ図または第１３ｂ図に示す回路を構成すること
ができる。また歪ゲージは必ずしも８個を構成する必要
がなく、Ｚ軸方向の外力Ｆｚが加わったとき横梁１１の
歪が同極性となる対称な位置の歪ゲージ２個と横梁１１
の歪が反対の極性となる対称な位置の歪ゲージ２個との
４個を構成し、これにより第１４ａ図、第１４ｂ図また
は第１４Ｃ図に示すようにフルブリッジ回路を構成する
ことも可能である。しかしながら、第１０図、第１３ａ
図または第１３ｂ図に示したように８個の歪ゲージでフ
ルブリッジ回路を構成することは、極性の異なる外力Ｆ
ｚが作用した場合の出力の安定化や、他の外力Ｆｘ、Ｆ
ｙまたはその分力に対する影響の除去には極めて効果が
ある。

第１５図および第１６図は、上記センサを備えた力検出
装置を自動車タイヤの接地圧分布計測装置に適用した実
施例を示す。

タイヤの転勤時に、接地面にはＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方
向の力Ｆｘ　、Ｆｙ　、Ｆｚと、Ｘ軸回りのモーメント
Ｍｘ　、Ｙ軸回りのモーメントＭｙ　、　Ｚ軸回りのモ
ーメントＭｚの６分力が発生する。前記３軸方向の力は
、接地面内における単位面積あたりに発生する接地圧力
Ｆｚと摩擦力Ｆｘ　、　Ｆｙを総計したものであり、こ
れらの力が各軸回りにつくるモーメントを総計したもの
が、タイヤに作用するモーメントとなる。従ってこの６
分力を評価するには、単位面積あたりに発生する力Ｆｘ
　。

Ｆｙ　、Ｆｚの３成分を接地面全体にわたって求めれば
よい。

第１５図に示す計測装置は平板式タイヤ試験機などとの
併用による台上試験に用いる計測装置であり、タイヤ２
１は固定部分２２に回転自在に支承された軸２３に取付
けられて計測装置２４の測定板２５の頂面２６上に接地
せしめられ、計測装置２４はローラ２６によりタイヤ接
地面の表面速度で接地要分だけ直線方向に移動せしめら
れ、これにより計測装置２４に配設したセンサ１ｏの縦
梁１３の頂面１６にタイヤからの力が伝達される。

センサ１０は横梁１１の長手方向を平行せしめて複数個
が計測装置２４の測定板２５の内部に配設され、縦梁１
３の長手方向の中心軸を一線上に整列せしめて取付けら
れる。例えばｓｉのセンサで容量が５　ｋｇｆ／　ａＪ
の場合、センサ１０の横梁１１の幅および縦梁１３の断
面の一辺の幅は４閣に形成され、このセンサ１０が５１
１１程度の間隔で軸２３の軸方向にタイヤ２１の全幅に
わたる接地圧分布が計測できるように配列される。

第１６図は計測装置の断面図を示し、測定板２５を支承
する基板２７には、その表面にセンサ１０の固定部１４
間の寸法に等しい幅の凹条２８が刻設され、前記基板２
７の凹条２８との境界部を共通の基台２９として、セン
サ１０の固定部１４の貫通孔１５に挿入した螺子３０に
より、複数個のセンサ１０を整列固定せしめている。

計測袋Ｍ２４の計測板２５には開口部３１が形成され、
各センサ１０の縦梁１３の自由端を該開口部３１に臨ま
せ、その自由端の頂面１６を計測板２５の表面とほぼ同
一平面上にあらしめている。

このように構成したことにより、少なくともタイヤ接地
要分だけ計測装置２４を移動させることにより、接地面
全体にわたる接地圧分布と摩擦力分布を計測することが
できる。

また第１６図に示した計測装置は計測板２５の表面を自
動車の走行用路面と同一平面となるように路面に設置す
ることにより、実車走行状態での計測が可能である。

なお本発明においては、歪ゲージＸ１〜ｘ４の群、Ｙｉ
〜Ｙ、の群およびＺ工〜Ｚ、の群はそれぞれ同一特性の
歪ゲージを用いることが好ましい、また縦梁１３は横梁
１１の幅を一辺とする正方形断面の杆状体に限られるも
のではなく、正８角形断面、正１６角形断面の杆状体で
もよく、また任意の直径の円形断面の杆状体であっても
よく、この場合筒１の平面および第２の平面を外周面に
形成すればよい。

［発明の作用および効果］本発明の力検出装置は、長手方向に垂直な断面において
幅を厚さより十分に大とした板状の横梁を、その長手方
向両端に形成した固定部間に前記断面における幅を上下
面として橋架せしめ、前記横梁の中央部の少くとも一面
に該横梁に垂直に杆状の縦梁を一体的に植立せしめると
ともに、横梁および縦梁を硬質の弾性体材料により形成
してセンサを構成したから、縦梁の自由端の頂面に縦梁
の長手方向（Ｚ軸方向）に外力が作用したときは横梁に
外力の作用方向への撓みが生じ、縦梁の自由端の頂面に
横梁の長手方向に平行な方向（Ｘ軸方向）に外力が作用
したときは、縦梁に曲げおよび横梁に厚さ方向の撓みが
生じ、縦梁の自由端に横梁の幅方向に平行な方向（Ｙ軸
方向）に外力が作用したときは、縦梁に曲げが生ずるが
、横梁は幅方向の剛性を厚さ方向の剛性より十分に大に
構成しているから、はとんど撓みを生じない。

本発明は上記センサの縦梁および横梁に生じた曲げ歪み
を検出することにより、縦梁の自由端に作用した外力を
Ｘ軸方向の分力、Ｙ軸方向の分力、Ｚ軸方向の分力に分
離して検出しようとするものであって、縦梁にはその横
梁の長手方向（Ｘ軸方向）に垂直な第１の平面をその少
くとも外周面の一面の上下２個所に形成して、この第１
の平面にそれぞれ第１の歪ゲージを構成し、該第１の歪
ゲージをそれぞれ隣接する辺に組み込んだハーフブリッ
ジ回路を設けて２個の歪ゲージの出力差を検出するよう
にしたから、Ｘ軸方向の外力が縦梁の自由端から自由端
側の第１の歪ゲージの間で縦梁の長手方向または幅方向
に偏心して作用したり、あるいはＺ軸方向の外力Ｆｚが
Ｘ軸およびＹ軸に関して偏心して作用しても、外力の作
用点による影響は消去され、外力またはその分力に比例
した出力を得られるので、予め既知のＸ軸方向の外力を
加えてその出力によりキャリブレーションを行うことに
より、正確に外力のＸ軸方向成分を検出することができ
る。またＹ軸方向の外力成分についても、前記第１の平
面に直交し横梁の長手方向に平行な第２の平面を前記縦
梁の他の少くとも一面の上下２個所に形成して、この第
２の平面にそれぞれ第２の歪ゲージをそれぞれ構成し、
この第２の歪みゲージをそれぞれ隣接する辺に組み込ん
だハーフブリッジ回路を設けて２個の歪ゲージの出力差
を検出するようにしたから、Ｘ軸方向の外力成分の検出
と同一理由によりＹ軸方向成分を正確に検出することが
できる。

さらに横梁には、その上下面の幅方向の中心線に沿って
、横梁の上下面に、縦梁の長手方向の中心線より第１の
距離だけ隔った対称の位置に前記第１の平面および第２
の平面にともに垂直な第３の平面を４個所形成して、該
第３の平面にそれぞれ第３の歪ゲージを構成し、かつ縦
梁の長手方向の中心軸より前記第１の距離より小なる第
２の距離だけ隔った対称の位置に前記第１の平面および
第２の平面にともに垂直な第４の平面を４個所形成して
、該第４の平面にそれぞれ第４の歪ゲージを構成すると
ともに、前記横梁の一面の第３の歪ゲージの２個を一辺
に直列に組み込むとともに上下面のそれぞれ２個の第３
の歪ゲージを隣接する辺に配置し、前記横梁の一面の第
４の歪ゲージの２個を一辺に直列に組み込むとともに上
下面のそれぞれ２個の第４の歪ゲージを隣接する辺に配
置したフルブリッジ回路によりＺ軸方向の外力またはそ
の分力を検出するようにしたことから、縦梁の長手方向
に平行な外力またはその成分により横梁が撓んだときは
、フルブリッジ回路の対向する２辺に組み込まれた４個
の歪ゲージは共に横梁表面の引っ張り歪による出力を出
力し、他の対向する２辺に組み込まれた４個の歪ゲージ
は共に横梁表面の圧縮歪による出力を出力するから、フ
ルブリッジ回路は外力のＺ軸方向成分に比例する値を出
力し、予め既知のＺ軸方向の外力を加えてその出力によ
りキャリブレーションを行うことにより、正確に外力の
２軸方向酸分を検出することができる。そして外力のＸ
軸方向成分が大であって横梁に撓みを生ずる場合は、Ｚ
軸方向の外力が作用する場合の撓みと異るが、Ｘ軸方向
の外力により横梁に発生する歪は前記フルブリッジ回路
において電気的に相殺されるためＺ軸方向の外力のみに
比例した出力を検出することができる。また横梁が幅方
向の剛性を厚さ方向の剛性より十分大に形成したことと
、横梁に形成した歪ゲージを横梁の幅方向の中心線上に
構成したことにより、その出力に対する影響を解消せし
めている。

このように本発明による力検出装置は、Ｘ軸。

Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の外力成分を各々が相互に影響さ
れることなく精度よく計測でき、構造が簡単で各外力成
分による変形量や歪量が容易に算出でき、装置の定格容
量の設定や、収納スペースの制約から生ずる設計変更に
も、時間を要することなく対応できるものである。

さらに上記出力装置のセンサを、横梁の長手方向を平行
せしめるとともに縦梁の長手方向の中心軸を一線上に整
列せしめて複数個配設し、横梁の両端に形成した固定部
をそれぞれ共通の基台に固定せしめ、前記縦梁の頂部を
前記基台を覆う測定板の開口部に臨ませ、縦梁の自由端
の頂面を前記測定板の表面とほぼ同一表面にあらしめて
圧力分布計測装置を構成せしめることにより、並列せし
めたセンサの縦梁の頂面に当接した物体の縦梁の整列方
向に沿う圧力分布がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向
に分離して検出測定でき、連続して前記物体を前記セン
サに転接せしめることにより、該物体の計測面への転接
面における圧力分布を精度よく検出測定できる有用な効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の力検出装置におけるセンサの一実施例
の斜面図、第２図はその上面図、第３図はその正面図、
第４図はその側面図、第５図は本発明のＸ軸方向の外力
成分を計測する原理を示す原理図、第６図および第７図
はそれぞれ外力により縦梁に生ずる歪み応力の発生およ
び勾配を示す原理図、第８図はＸ軸方向およびＹ軸方向
外力成分を検出するハーフブリッジ回路を示す回路図、
第９図はＺ軸方向の外力成分を計測する原理を示す原理
図、第１０図は前記Ｚ軸方向外力成分を検出する８個の
歪ゲージを用いたフルブリッジ回路の一例を示す回路図
５第１１ａ図および第１１ｂ図はそれぞれＺ軸方向の外
力による横梁の歪みを示す図および回路の極性を示す図
、第１２ａ図および第１２ｂ図はそれぞれＸ軸方向の外
力による横梁の撓みを示す図および回路の極性を示す図
、第１３ａ図および第１３ｂ図はそれぞれ前記Ｚ軸方向
外力成分を検出するフルブリッジ回路の他の例を示す回
路図、第１４ａ図、第１４ｂ図および第１４ｃ図はそれ
ぞれ歪ゲージ４個を用いたフルブリッジ回路の例を示す
回路図、第１５図は本発明による圧力分布計測装置の一
例を示す斜面図、第１６図はその要部断面図、第１７図
は従来装置の一部欠截側面図を示す。なお図中法の符号は次の部分を示すものである。１０・・・センサ、　　　　　１１・・・横梁。１２・・・縦梁基部、　　　　１３・・・縦梁。１４・・・固定部、　　　　　Ｘ工〜Ｘ４・・・歪ゲー
ジ。Ｙ工〜Ｙ４・・・歪ゲージ、　　Ｚ□〜Ｚ８・・・歪ゲ
ージ。２４・・・計測装置、　　　　２５・・・計謂板。２７・・・基板、　　　　　　２９・・・基台。３１・・・開口部。第　　１図第　　２図第図第図筐図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）硬質の弾性体材料より成り、長手方向に垂直な断
面において幅を厚さより十分に大とした板状の横梁を、
その長手方向両端に形成した固定部間に前記断面におけ
る幅を上下面として橋架せしめ、前記横梁の中央部の少
くとも一面に該横梁に垂直に硬質の弾性体材料より成る
杆状の縦梁を一体的に植立せしめ、該縦梁には前記横梁
の長手方向に垂直な第１の平面を前記縦梁の少くとも一
面の上下２個所に形成して、該第１の平面に第１の歪ゲ
ージをそれぞれ構成するとともに、前記第１平面に直交
する第２の平面を前記縦梁の他の少くとも一面に前記第
１の平面と対応する箇所に上下２個所に形成して、該第
２の平面に第２の歪ゲージをそれぞれ構成し、かつ前記
横梁の上下面には該横梁の幅方向の中心線に沿つて、前
記縦梁の長手方向の中心軸より第１の距離隔つた対称の
位置に前記第１の平面に垂直な第３の平面をそれぞれ４
箇所形成して、該第３の平面にそれぞれ第３の歪ゲージ
を構成し、さらに前記縦梁の長手方向の中心軸より前記
第１の距離より小なる第２の距離隔つた対称の位置に前
記第１の平面に垂直な第４の平面をそれぞれ４箇所形成
して、該第４の平面にそれぞれ第４の歪ゲージを構成し
たセンサと、前記第１の歪ゲージをそれぞれ一辺に組み
込んだハーフブリッジ回路、前記第２の歪ゲージをそれ
ぞれ一辺に組み込んだハーフブリッジ回路および前記横
梁の第３の歪ゲージおよび第４歪のゲージのうちの少く
とも１個を各辺に組みこむとともに、これらの歪ゲージ
のうち、縦梁の中心軸上に該縦梁の長手方向の力が加わ
つたときに前記横梁の歪が同極性となる位置の歪ゲージ
を互いに対向する辺に配置したフルブリッジ回路とを設
けたことを特徴とする力検出装置。
（２）硬質の弾性体材料より成り、長手方向に垂直な断
面において幅を厚さより十分に大とした板状の横梁を、
その長手方向両端に形成した固定部間に前記断面におけ
る幅を上下面として橋架せしめ、前記横梁の中央部の少
くとも一面に該横梁に垂直に硬質の弾性体材料より成る
杆状の縦梁を一体的に植立せしめ、該縦梁には前記横梁
の長手方向に垂直な第１の平面を前記縦梁の少くとも一
面の上下２個所に形成して、該第１の平面に第１の歪ゲ
ージをそれぞれ構成するとともに、前記第１平面に直交
する第２の平面を前記縦梁の他の少くとも一面に前記第
１の平面と対応する箇所に上下２個所に形成して、該第
２の平面に第２の歪ゲージをそれぞれ構成し、かつ前記
横梁の上下面には該横梁の幅方向の中心線に沿つて、前
記縦梁の長手方向の中心軸より第１の距離隔つた対称の
位置に前記第１の平面に垂直な第３の平面をそれぞれ４
箇所形成して、該第３の平面にそれぞれ第３の歪ゲージ
を構成し、さらに前記縦梁の長手方向の中心軸より前記
第１の距離より小なる第２の距離隔つた対称の位置に前
記第１の平面に垂直な第４の平面をそれぞれ４箇所形成
して、該第４の平面にそれぞれ第４の歪ゲージを構成し
たセンサと、前記第１の歪ゲージをそれぞれ一辺に組み
込んだハーフブリッジ回路、前記第２の歪ゲージをそれ
ぞれ一辺に組み込んだハーフブリッジ回路および前記横
梁の一面の第３の歪ゲージを一辺に直列に組み込むとと
もに上下面の第３の歪ゲージを隣接する辺に配置し、前
記横梁の一面の第４の歪ゲージを一辺に直列に組み込む
とともに上下面の第４の歪ゲージを隣接する辺に配置し
たフルブリッジ回路とを設けたことを特徴とする力検出
装置。
（３）請求項１または請求項２に記載のセンサの複数個
を、前記横梁の長手方向を平行せしめるとともに、縦梁
の長手方向の中心軸を一線上に整列せしめて、前記横梁
の両端に形成した固定部をそれぞれ共通の基台に固定せ
しめ、前記縦梁の頂部を前記基台を覆う測定板の開口部
に臨ませ、前記縦梁の頂面を前記測定板の表面とほぼ同
一表面にあらしめたことを特徴とする圧力分布計測装置
。