JPH0569179B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は荷重検出器を密封保護する荷重検出器
の密封装置に係り、特に複数の荷重を検出する荷
重検出器に好適な荷重検出器の密封装置に関す
る。

［従来の技術］ 荷重検出器は機械、装置等の所定個所に備えら
れ、当該個所に作用する荷重（力、モーメント）
を検出する装置である。荷重検出器には１つの軸
方向の力又は１つの軸まわりのモーメントのみを
検出する１軸の荷重検出器から、直交するＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力および各軸まわりのモ
ーメントを検出する６軸の荷重検出器まであり、
かつ、それ自体の構造にも種のものがある。これ
らの荷重検出器のうち優れた性能を有する荷重検
出器が特開昭60−62497号公報に提示されている。

ところで、荷重検出器に対しては高い精度を要
求される場合が多い。例えば、ロボツトのハンド
に荷重検出器を備え、ハンドに作用する荷重を検
出し、この検出値に基づいてハンドを制御する場
合、荷重検出器は高精度のものでなければならな
い。このような荷重検出器には、その内部にひず
みゲージや電気回路が存在するため、高精度を維
持するためには、荷重検出器の充分な保護が必要
である。第７図にその保護の態様を示す。

第７図は従来の荷重検出器の保護装置の断面図
である。図で、１は荷重検出器、１ａ，１ｂはそ
れぞれ荷重検出器１の下部フランジおよび上部フ
ランジ、１ｅは下部フランジ１ａおよび上部フラ
ンジ１ｂ間に構成されたたわみ部である。２は荷
重検出器１の保護ケース、３は保護ケース２に下
部フランジ１ａを固定する取付ボルトである。上
部フランジ１ｂにこの荷重検出器が装着される機
械、装置の一方側が、又、保護ケース２に他方側
が固定される。保護ケース２により荷重検出器１
は外部からの物理的破壊等から保護される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような保護ケース２の使用
は、上部フランジ１ｂと保護ケース２の上部との
間に隙間ができるのを避けることができず、この
ため、湿気、水滴、塵埃等が侵入し、ひずみゲー
ジや電気回路に悪影響を及ぼし、精度が大幅に低
下するという欠点がある。

この欠点を防ぐためには、荷重検出器１を密封
構造とすればよいが、それには次のような問題点
があり実現困難であつた。

(1) 上部リング１ｂが、図示Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の
各軸方向の並進運動および各軸まわりの回転運
動を自由に遂行できなければならない。

(2) 上記並進運動および回転運動を拘束する力は
極めて小でなければならない。即ち、第７図の
例で説明すると、隙間４をゴムで充填して密封
したと仮定すると、上記並進運動および回転運
動が生じた場合、それらの運動はゴムにより相
当の拘束力を受け、荷重検出器１の出力に影響
を与え、精度が低下する。特に、荷重検出器１
の定格荷重が小さい場合、その影響は大きくな
る。

(3) 水分や塵埃から荷重検出器を長期間保護する
ためには、密封装置は金属で構成されることが
望ましい。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、
極めて小さな拘束力で荷重検出器を密封すること
ができる荷重検出器の密封装置を提供するにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、座標軸
のうちの１つの軸を囲みかつほぼ平行して交互に
凹凸の稜線が形成された蛇腹状の第１のベロー
ズ、および前記軸を囲みこの軸に対して所定の傾
斜を有しかつ当該軸方向両端において交互に連続
する凹凸の稜線が形成された第２のベローズより
成りいずれか一方のベローズが他方のベローズの
内部に収納されているベローズ群と、前記第１の
ベローズの一端と前記第２のベローズの一端とを
気密状態で連結する連結部と、前記ベローズ群お
よび前記連結部を収納するケースと、このケース
と前記ベローズ群における外側のベローズの他端
との間を蜜封するカバーと、前記ベローズ群の内
側のベローズの他端と前記ケースの内部との間に
結合された荷重検出器とで荷重検出器の密封装置
を構成したことを特徴とする。

［作用］ 荷重検出器に作用する上記１つの軸まわりのモ
ーメントによる動きは第２のベローズにより許容
され、他の力およびモーメントによる動きは第１
のベローズにより許容される。荷重検出器はベロ
ーズ群とケースにより囲まれ、ケースは、第１の
ベローズ、第２のベローズ、連結部およびカバー
により密封される。これにより、荷重検出器は、
水分、塵埃、外部衝撃から保護され、さらに、ベ
ローズ群はケースによつて外部衝撃から保護され
る。

［実施例］ 以下、本発明を図面の実施例に基づいて説明す
るが、当該実施例の説明を容易にするため、ま
ず、これに用いられるベローズ構造について説明
する。

第２図は本発明の実施例に係る荷重検出器の密
封装置に使用されるベローズ構造の側面図であ
る。図で、６は薄い金属板で形成された通常の蛇
腹状のベローズ、６ａはベローズ６の凸状の稜
線、６ｂはベローズ６の凹状の稜線である。７は
薄い金属板で形成されたねじりベローズ、７ａは
ねじりベローズ７の凸状の稜線、７ｂはねじりベ
ローズ７の凹状の稜線である。８はベローズ６と
ねじりベローズ７とを連結するリング状の連結
部、９，１０は所要の部分との連結を行なうリン
グ状の連結部である。ベローズ６の構成は周知で
あるので説明を省略し、以下、ねじりベローズ７
の構成を第３図により、さらに詳細に説明する。

第３図はねじりベローズの展開図である。図
で、第２図に示す部分と同一部分には同一符号が
付してある。図は、ねじりベローズ７の任意の部
分を第２図に示す座標軸のＺ軸に平行な線ABに
沿つて切断し、展開した図である。図では、判り
易いように凸状の稜線７ａに上向きの複数の矢印
が付され、又、凹状の稜線７ｂには下向きの複数
の矢印が付されている。各稜線７ａは線ABに対
して（Ｚ軸に対して）所定の角度で傾斜してお
り、又、各稜線７ｂは他の所定の角度で傾斜して
いる。稜線７ａと稜線７ｂは交互に形成されてお
り、両者は連結部８，１０で後述の傾斜面を介し
て接続している。１１，１１′は対向する傾斜面
を示し、傾斜面１１は図で右から左に向かつて上
昇傾斜し、傾斜面１１′は図で左から右に向かつ
て上昇傾斜している。このような展開図の両端の
線ABを接続することにより第２図に示すねじり
ベローズ７が構成される。

第４図ａ，ｂはねじりベローズの動作を示す側
面図である。第４図ａは第３図に示す展開図の両
端を接続しただけのねじりベローズ７の状態を示
す。ｈは連結部８の下端と連結部１０の上端との
間の距離である。このねじりベローズ７は、Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の変位、およびＸ軸、Ｙ軸ま
わりのねじりに対しては極めて大きな拘束力を示
す。しかし、Ｚ軸まわりのねじりに対する拘束力
は極めて小さい。

第４図ｂはねじりベローズ７にＺ軸まわりの矢
印に示すモーメントを作用させた場合のねじりベ
ローズ７の変形を示す。このように、当該モーメ
ントに対してねじりベローズ７はしぼられた形で
容易に変形する。このとき、連結部８，１０間の
距離ｈは僅かに短い距離h′に短縮される。

ここで、このねじりベローズ７がＺ軸まわりの
ねじりに対する拘束力が弱く、容易に第４図ｂに
示す変形を生じる理由について、第５図ａ，ｂを
参照しながら考察する。今、第４図ａにおいて、
１つの稜線７ａが連結部８と結合する点をＥ、こ
の稜線７ａが連結部１０と結合する点をＣ、又、
この稜線７ａと連結部８で連続している稜線７ｂ
が連結部１０と結合する点をＤとする。これらの
点Ｃ，Ｄ，Ｅにより三角形CDEの斜面が形成さ
れる。

この三角形CDEのみに着目し、これを第４図
ａで上方からみると、その投影図は第５図ａに示
すものとなる。第５図ａで、Ｇは点Ｃ，Ｄ，Ｅを
含む円、Ｆは辺CDと点Ｅから辺CDにおろした垂
線との交点を示す。前述の説明から、稜線７ａ，
７ｂおよび辺CDは曲がり難くしたがつて直線が
維持され、これにより三角形CDEは平面を保つ
ている。

第３図ｂに示すように、ねじりベローズ５がね
じられると、上記三角形CDEは辺CDで折れ曲が
りながら動き、点Ｅは垂線EF上を動く。この場
合、垂線EFが図示のように円Ｇ（各三角形の点Ｅ
はこの円上にある）の接線であると、点Ｅの動く
方向と連結部８の動く方向とが一致するので、三
角形CDEは平面を保ちながら抵抗なく動くこと
ができる。そして、このことはねじりベローズ７
を構成しているすべての三角形について云えるの
で、結局、ねじりベローズ７は極めて容易にねじ
り変形を生じることになる。

第４図ｂは三角形CDEが、垂線EFが円Ｇの接
線とならないような形状である場合の投影図であ
る。この場合、ねじりベローズ７がねじられる
と、点Ｅの動く方向と連結部８の動く方向とは異
なるので、三角形CDE又は連結部８をひずませ
ながらの動きとなる。三角形CDE又は連結部８
をひずませるにはある程度の大きな力を要するの
で、結局、ねじりベローズ７は第４図ａに示す条
件を備えたものほど容易にはねじれないことにな
る。

以上のことから、ねじりベローズ７に極めて容
易にねじり変形を生じさせるには、各連結部８，
１０において辺で結合しているすべての三角形の
頂点から前記辺におろした垂線が、すべての頂点
を結ぶ円にほぼ接するように上記三角形を形成す
ることが必要となることが判る。

ここで、第２図に示すベローズ構造の動作を説
明する。なお、この場合、ねじりベローズ７は第
５図ａの状態で連結される。今、説明の都合上、
連結部１０が固定されているものと考える。連結
部９に荷重が作用すると、各荷重に対して次のよ
うな変形が生じる。即ち、Ｙ軸まわりのモーメン
トに対してはベローズ６が第６図ａに示すように
変形し、連結部９のＹ軸まわりの回転運動を許容
する。同様の変形により連結部９のＸ軸まわりの
回転運動も許容される。又、Ｘ軸方向の力に対し
てはベローズ６が第６図ｂに示すように変形し、
連結部９のＸ軸方向の並進運動を許容する。同様
の変形により連結部９のＹ軸方向の並進運動も許
容される。さらに、Ｚ軸方向の並進運動が自由で
あることは自明である。さらに、Ｚ軸まわりのモ
ーメントが作用した場合には、連結部９、ベロー
ズ６および連結部８を介してねじりベローズ７が
ねじれるので、やはりこの場合も上部フランジ１
のＺ軸まわりの回転運動を許容する。なお、この
場合、第４図ｂに示すように、ねじりベローズ７
はＺ軸方向の距離が短くなるが、これはベローズ
６のＺ軸方向の伸びによつて吸収されるので、こ
れによる拘束は生じない。

以上、通常の蛇腹状ベローズとねじりベローズ
とを連結した構造および作用について説明した。
このようなベローズ構造は、次に述べる本実施例
の荷重検出器の密封装置においてはねじりベロー
ズを蛇腹状ベローズの内部に収納した構成とされ
るが、作用は第２図に示すベローズ構造と全く同
じである。

第１図は本発明の実施例に係る荷重検出器の密
封装置の一部破断側面図である。図で、第６図お
よび第２図に示す部分と同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。１ｄはたわみ部１ｃに貼
着されたひずみゲージ（１個のみ図示されてい
る）、１ｅはひずみゲージ１ｄに配線された信号
線である。８′はベローズ６の一端の連結部、
８″はねじりベローズ７の一端の連結部、１２は
ベローズ６の他端の連結部、１３はねじりベロー
ズ７の他端の連結部である。１４は円筒状の金属
ケース、１５はケース１４の底壁に荷重検出器１
の下部フランジ１ａを固定する取付ボルト、１６
は連結部１２とケース１４の上端部との間の隙間
を封じるカバーである。カバー１６は連結部１２
とケース１４の上端部に溶接される。１７は連結
部８′，８″間を封じ、かつ、これらを結合する結
合部である。１８はケース１４の側壁に密封固定
された端子部であり、各信号線１ｅが接続されて
いる。このような構成において、機械、装置の一
端が上部フランジ１ｂに剛接され、かつ、機械、
装置の他側の一端がケース１４に剛接される。

機械、装置の一方側と他側間の荷重の伝達は荷
重検出器１を介して行われる。この場合、上部フ
ランジ１ｂと下部フランジ１ａとの間に３軸方向
の並進運動および３軸まわりの回転運動はベロー
ズ６およびねじりベローズ７により自由に行なう
ことができるのは、第１の実施例の説明により明
らかである。この構成において、ベローズ６とね
じりベローズ７との間には符号１９で示される隙
間が存在するが、この隙間は結合部１７により封
じられるので、荷重検出器１はケース１４、カバ
ー１６、ベローズ６およびねじりベローズ７によ
り完全に密封される。

このように、本実施例では、荷重検出器の上部
フランジおよび下部フランジ間が、蛇腹状のベロ
ーズ、ねじりベローズ、カバーおよびケースを介
して結合されており、かつ、これらにより荷重検
出器が密封されるので、荷重検出器を密封した状
態で、その３軸方向の並進運動と３軸まわりの回
転運動をほとんど拘束力を受けることなく自由に
行うことができ、これにより荷重検出器を完全に
保護し、精度の低下を防止することができる。
又、ベローズは金属で形成されているので、材質
の劣化を生じることはなく、長期間の保護が可能
であり、さらに、高温中での使用も可能となる。
又、ねじりベローズが蛇腹状ベローズ内に収納さ
れているので、全体の構造を小形に構成すること
ができる。又、各ベローズは、作用する荷重に対
して円滑な動きを保証すべく比較的薄い板材で作
成されるので、物体の衝突等の衝撃により容易に
折損や破損を生じるが、本実施例では、各ベロー
ズはケースに収納されているので、上記衝撃から
保護することができる。

なお、上記各実施例の説明では、ベローズやね
じりベローズに金属を用いる例について説明した
が、金属以外でも外部環境に応じて種々の材料を
選択することができる。又、蛇腹状ベローズやね
じりベローズは一体構成とせず、各稜線部分のみ
に別途弾性部材を使用することもでき、この場
合、その他の部分の部材の材質や厚さを自由に選
択することができる。さらに、荷重検出器として
は、どのような型のものをも用いることができ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、ベローズ群を
カバーを介してケースに結合するようにしたの
で、荷重検出器を、その作用を拘束されることな
くケース内に密封することができ、荷重検出器を
湿気や衝撃から完全に保護することができる。さ
らに、ベローズ群もケースに収納されるので、当
該ベローズ群を衝撃から保護することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る荷重検出器の密
封装置の一部破断側面図、第２図は第１図に示す
装置に使用されるベローズを説明するベローズ構
造の側面図、第３図は第２図に示すねじりベロー
ズの展開図、第４図ａ，ｂは第２図に示すねじり
ベローズの動作を説明する側面図、第５図ａ，ｂ
は第２図に示すねじりベローズの作動原理図、第
６図ａ，ｂは第２図に示す蛇腹状ベローズの動作
を説明する側面図、第７図は従来の荷重検出器の
保護装置の断面図である。 １……荷重検出器、１ａ……下部フランジ、１
ｂ……上部フランジ、６……蛇腹状ベローズ、６
ａ，６ｂ……稜線、７……ねじりベローズ、７
ａ，７ｂ……稜線、８′，８″，１２，１３……連
結部、１４……ケース、１６……カバー、１７…
…結合部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 座標軸のうちの１つの軸を囲みかつほぼ平行
   して交互に凹凸の稜線が形成された蛇腹状の第１
   のベローズ、および前記軸を囲みこの軸に対して
   所定の傾斜を有しかつ当該軸方向両端において交
   互に連続する凹凸の稜線が形成された第２のベロ
   ーズより成りいずれか一方のベローズが他方のベ
   ローズの内部に収納されているベローズ群と、前
   記第１のベローズの一端と前記第２のベローズの
   一端とを気密状態で連結する連結部と、前記ベロ
   ーズ群および前記連結部を収納するケースと、こ
   のケースと前記ベローズ群における外側のベロー
   ズの他端との間を蜜封するカバーと、前記ベロー
   ズ群の内側のベローズの他端と前記ケースの内部
   との間に結合された荷重検出器とで構成されるこ
   とを特徴とする荷重検出器の密封装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記第２の
   ベローズは、隣接する前記凹凸の稜線とその上下
   の連結部に形成される辺とで構成する三角形が、
   この三角形の頂点から前記辺におろした垂線が前
   記各頂点を結ぶ円にほぼ接するように形成されて
   いることを特徴とする荷重検出器の密封装置。