JPH0452662Y2

JPH0452662Y2 -

Info

Publication number: JPH0452662Y2
Application number: JP16441684U
Authority: JP
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1984-10-29
Publication date: 1992-12-10
Also published as: JPS6179237U

Description

【考案の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞この考案は、力測定装置に関し、特に使用環境
の温度変化による零点変動を防止したものに関す
る。

＜従来技術＞この考案の出願人は、第３図及び第４図に示す
ような力測定装置を出願した（特願昭57−175456
号）。これは、第３図に示すように主弾性体１と
副弾性体２とを有し、これら両弾性体１，２の一
端部を部材３を介して固定台４上に固定し、他端
部間に弦５を設け、弦５の周囲に磁界発生体６を
設け、弦５に第４図に示すような増幅器７を接続
したものである。

この力測定装置では、主弾性体１の他端部に下
向きに荷重Ｗを印加すると、第３図に示すように
主弾性体１にはその荷重Ｗに比例した撓みΔl1が
発生し、弦５の下端を下方に引張る。弦５に加わ
る張力Ｐは、副弾性体２の他端部に作用し、その
他端部を下方にΔl2撓ませる。ここで、主弾性体
１の弾性係数をK1、副弾性体２の弾性係数をK2
とし、弦５の伸びを無視すると、Ｐ＝Δl2・K2 が成立し、かつΔl1＝Δl2＝Δlであるので、Ｗ＝Δl（K1＋K2）Ｐ＝Ｗ・K2／（K1＋K2）となり、張力Ｐが荷重Ｗに比例しており、Ｐを測
定することにより荷重Ｗを測定できる。

張力Ｐは、弦５、磁界発生体６、増幅器７等に
よつて測定する。すなわち弦５には磁界発生体６
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、張力Ｐによつて弦５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５に電流が流れる。この電流はコンデ
ンサ８を介して増幅器７に供給されて、ここで増
幅され、その増幅出力は抵抗器９を介して弦５に
供給される。この出力は弦５をさらに同方向に撓
ませる方向に流れ、弦５は増幅器７から与えられ
るエネルギと弦５の曲げ応力とが釣り合う位置ま
で撓み、逆方向に戻つてくる。これによつて弦５
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８を介して増幅器７に供給さ
れて増幅され、弦５に増幅された逆向き電流が供
給され、いままでとは反対向きに弦５を撓ませ
る。以後、これを繰返し、弦５は周波数の振動
する。この周波数は、で求められる。ただし、ｎは振動の高調波数、ｌ
は弦５の有効長、ｇは重力加速度、ｒは弦５の単
位長さ当りの質量である。従つて、増幅器７の出
力の変化回数を測定することによつて周波数を
測定し、これによつて張力Ｐを測定でき、当然に
荷重Ｗを測定できる。

弦５は力検出器として作用するものであるが、
この他に水晶式センサ、音叉式センサ、半導体セ
ンサ等を使用でき、副弾性体の位置を変えること
によつて張力ではなく、圧縮力を測定することも
可能である。

このような従来の力測定装置では、測定精度を
高めるため力検出器に初期荷重を与えている。例
えば弦５の有効長ｌを、主弾性体１及び副弾性体
２の中心軸線距離よりも短くし、副弾性体２を下
方へ撓ませて、初期荷重、即ち初張力を与えてい
る（実願昭58−139731号参照）。なお、主弾性体
１の弾性係数K1を副弾性体２の弾性係数K2より
も大きく選択しているので、副弾性体２は下方へ
撓むが、主弾性体１は殆ど撓まない。

＜考案が解決しようとする問題点＞上記の力測定装置では、使用環境の温度が変化
すると零点も変化するという問題点があつた。す
なわち荷重Ｗと弦の張力Ｂとの間には(1)式で示す
ような関係がある。

Ｐ＝Δl₀・K1・K2／K1＋K2＋ＷK2／K1＋K2 ……(1) ただし、Δl₀は、弦５に初張力を与えるため、弦
５の有効長さｌと、これよりも長くした主弾性体
１と副弾性体２との距離の差であろ。(1)式の第１
項は初張力であり、第２項は荷重Ｗが主弾性体１
と副弾性体２との弾性係数の比によつて分担され
る張力であり、実用化されているものでは第２項
を１とすると、初張力の値は４〜６である。ここ
で、K1、K2の温度係数をα1、α2とすると、張力
Ｐは、Ｐ＝Δl₀K1（１＋α1・Ｔ）・K2（１＋α2T）／K1（
１＋α1・Ｔ）・K2（１＋α2T）＋ＷK2（１＋α2・Ｔ）／K1（１＋α1・Ｔ）・K2（
１＋α2・Ｔ） ……(2) で表わされる。両弾性体１，２を同一材料で構成
すると、α1＝α2＝αとなり、張力Ｐは、Ｐ＝Δl₀K1・K2（１＋αT）²／（K1＋K2）（
１＋αT）＋ＷK2（１＋αT）／（K1＋K2）（１＋αT）＝Δl₀K1・K2（１＋αT）／（K1＋K2）＋ＷK2
／K1＋K2……(3) となる。(3)式は、Ｐ＝Ａ（１＋αT）＋WB ……(4) と置換できる。ただし、Ａ＝Δl₀K1・K2／K1＋K2、Ｂ＝K2／K1＋K2 である。よつて、第５図に示すように周囲温度が
T1、T2、T3と変化すると、初張力は、S1、S2、
S3と変化する。このように、初張力は使用環境
の変化によつて変動し、これによつて大きな零点
変化が生じる。これを防止して所定精度を維持す
るためには、温度管理が必要であり、使用面では
不利である。

＜問題点を解決するための手段＞上記の問題点を解決するための手段は、上記の
力測定装置において、温度変化によつて生じた初
期荷重の変化分、すなわちAαTを相殺する力す
なわち−AαTを力検出器に与える温度変化部材
を両弾性体間に設けたものである。

＜作用＞このような手段によれば、温度が変化しても力
検出器には−AαTの力が加えられるので、張力
Ｐは、Ｐ＝Ａ（１＋αT）＋WB−AαT ＝Ａ＋WB ……(5) となり、温度変化による初期荷重の変動は生じな
い。

＜実施例＞第１の実施例は、第１図に示すように主弾性体
１２及び副弾性体１４を有する。この主弾性体１
２は、ロバーバル機構を応用した構造で、側面形
状が平行四辺形の枠状となるように空胴１２ａが
形成され、その空胴１２ａの四隅が起歪部１２ｂ
に形成されている。これら主弾性体１２及び副弾
性体１４は、特願昭58−201543号（特開昭60−
93326号）に開示されているものと同様に同一の
材料、例えばアルミ合金から一体に削り出し加工
によつて製造されている。これら一体の主弾性体
１２及び副弾性体１４の基部１６は、固定台１８
に固定されている。主弾性体１２の着力点には、
副弾性体１４を跨いで載台（図示せず）が結合さ
れており、この載台上に物品を載置することによ
つて、主弾性体１２に下向きの荷重が印加され
る。

主弾性体１２の作用点と、副弾性体１４の作用
点との間には、弦２０が選択されている。この弦
２０の有効長Ｌは、無荷重状態における主弾性体
１２及び副弾性体１４の中心軸線間の距離よりも
短かく選択されてている。従つて、弦２０を取付
けることによつて主弾性体１２の弾性係数を副弾
性体１４の弾性係数よりも大きく選択しておく
と、殆ど副弾性体１４のみが撓み、弦２０には初
張力が印加される。なお、図には示していない
が、弦２０の周囲には、従来のものと同様に磁界
発生体が設けられると共に、弦２０は第４図に示
したような回路に接続されている。

主弾性体１２の上面には取付部２２が設けられ
ており、この取付部２０には副弾性体１４と平行
に設けたバイメタル２４の基端部が接着されてい
る。また、バイメタル２４の先端部は、副弾性体
１４の下面に設けた円すい状の接触部２６の先端
に一点で接触している。取付部２４は主弾性体１
２と一体に形成することもできるし、別個に形成
して主弾性体１２に接着または嵌込みとすること
もできる。同様に、接触部２４も副弾性体１４と
一体に形成することもできるし、別個に形成して
主弾性体１２に接着または嵌込みとすることもで
きる。

このように構成した力測定装置では、当初、副
弾性体１４を下方に撓ませることによつて弦２０
に初張力が印加されている。しかし、温度が上昇
すると、主弾性体１２及び副弾性体１４の弾性係
数が小さくなり、副弾性体１４を下方へ傾けたこ
とによる反力が減少しようとする。このとき、バ
イメタル２４が上側に向つて曲り、副弾性体１４
を上側に押し上げる。このとき、バイメタル２４
の材料、有効長さ、厚さ、幅等を、主弾性体１２
及び副弾性体１４の材質等を考慮した上で適当に
選択すると、温度変化による初張力の変動を相殺
できる。

第２の実施例は、第２図に示すように接触部２
６をボルト２８の先端に設け、副弾性体１４にナ
ツト３０によつて固定すると共に、バイメタル２
４を取付部２２を介してボルト３１によつて主弾
性体１２に結合したものである。３２は副弾性体
１４に穿設したボルト挿通用の長孔で、これを利
用することによつてバイメタル２４の有効長さを
調整できる。３４は、副弾性体１４に穿設したド
ライバ挿通孔である。

第２の実施例では、取付部２２と共にバイメタ
ル２４を主弾性体１２に結合したが、取付部２２
のみをボルトによつて主弾性体１２に結合し、バ
イメタル２４は別のボルトで取付部２２に取付け
てもよい。

＜効果＞以上述べたように、この考案によれば、例えば
バイメタルのような温度変化部材によつて初張力
の温度変化を相殺できるので、温度変化による零
点変動を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による力測定装置の第１の実
施例の側面図、第２図は同第２の実施例の部分省
略破断断面図、第３図は従来の力測定装置の側面
図、第４図は従来の力測定装置の回路図、第５図
は従来の力測定装置の温度変化による初張力の変
化状態を示す図である。１２……主弾性体、１４……副弾性体、２０…
…弦（力検出器）、２４……バイメタル（温度変
化部材）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

基部を固定され着力点を有しその着力点に所定
方向の力を受けて作用点がその力に比例した弾性
変位を生じる主弾性体と、上記主弾性体の作用点
の変位と同じ方向の変位を自身の作用点に与えら
れてその変位に応じた上記力よりも小さい反力を
生じる、上記主弾性体と同一材質の副弾性体と、
上記主弾性体及び副弾性体間に取り付けられてい
る力検出器とを備え、上記力検出器は、これを取
り付ける前の上記両弾性体間の取り付け点間の距
離よりも短い長さ寸法を有することによつて、初
期張力が印加されている力測定装置において、温
度の変化に伴つて上記力検出器の張力を変動させ
る方向に変歪する温度変化部材を上記両弾性体の
間に介在させ、この温度変化部材の変歪の温度特
性を上記初期張力の温度変化を相殺できる値に選
んだことを特徴とする力測定装置。