JPH0643934B2 - 荷重検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、種々の物体に加わる荷重を、直交する軸方向
の力とそれらの軸まわりのモーメントとに分離して検出
する荷重検出器に関する。

〔従来の技術〕

物体に加わる荷重（力，モーメント）を検出することは
多くの分野において不可欠のことである。例えば、高機
能ロボツトにより組立作業や研摩，バリ取り作業を行う
場合、当該ロボツトのハンドに作用する力を正確に検出
することが必要であるし、又、航空機，船舶，車両等の
モデル試験を実施する場合も、各部にかかる荷重の検出
が主要な項目となる。このような荷重を検出する荷重検
出器として優れた性能を有するものが、特開昭60-62497
号公報により提案されている。以下、図によりその概略
構成を説明する。

第９図は従来の荷重検出器の斜視図である。図で、１は
柱状体、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは柱状体１においてＸ
軸方向およびＹ軸方向に張出した張出し部、２は柱状体
１の中心においてＺ軸方向に形成された貫通孔である。
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはそれぞれ各張出し部１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄにおいてＺ軸方向の方形貫通孔により構
成される平行平板構造である。又、４ａ，４ｂ，４ｃ，
４ｄはそれぞれ各張出し部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの中
間部分から中央の貫通孔２に達する方形貫通孔により構
成される平行平板構造である。各平行平板構造３ａ〜３
ｄ，４ａ〜４ｃは、方形貫通孔により構成される互いに
平行な薄肉部５，５′およびストレンゲージＳを有す
る。これら薄肉部５，５′およびストレンゲージＳは平
行平板構造３ａについてのみ符号が付され、他は符号の
記載が省略されている。ストレンゲージＳは、薄肉部
５，５′と、これと連結している部分との境界（図中破
線で示されている）付近に貼着されている。６は張出し
部１ｂ，１ｄと連結された一方の荷重伝達部、７は張出
し部１ａ，１ｃと連結された他方の荷重伝達部である。
このように構成された荷重検出器は、通常、単体のブロ
ツクに対して旋削加工，穴明け加工等を施すことにより
製造される。

上記荷重検出器において、荷重伝達部６，７間にＺ軸方
向の力Ｆ_Z，Ｘ軸まわりのモーメントＭ_X，Ｙ軸まわりの
モーメントＭ_Yが作用すると、これらは平行平板構造４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにより検出され、又、Ｘ軸方向の
力Ｆ_X，Ｙ軸方向の力Ｆ_Y，Ｚ軸まわりのモーメントＭ_Z
が作用すると、これらは平行平板構造３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄにより検出される。即ち、この荷重検出器は３
軸方向の力成分および３軸まわりのモーメント成分を検
出するとができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の荷重検出器は既に実用化され、その優れた性
能が認められている。しかしながら、その製造時、平行
平板構造３ａ〜３ｄ，４ａ〜４ｄを構成するため８つの
穴明け加工を実施しなければならず、加工が面倒である
という問題があつた。

さらに、各ストレンゲージＳを貼着する場合、その貼着
面の数は、平行平板構造３ａ〜３ｄで計８面、平行平板
構造４ａ〜４ｄで計２面（図で上下面）、合計10面とな
り貼着作業が面倒であるという問題もあった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、加工
およびストレンゲージのような検出素子の設置作業が容
易であり、構造簡単な荷重検出器を提供するにある。

〔問題点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、対向する２つの
力伝達部間に連結された１つの平行平板構造において、
この平行平板構造の基準軸、この基準軸と直交する第１
の直交軸、前記基準軸と前記第１の直交軸とに直交する
第２の直交軸の３つの軸に関して作用する荷重成分によ
り生じる圧縮・引張り変形による歪を検出する検出素
子、および、前記第２の直交軸まわりに作用するモーメ
ント成分により生じる捩れ変形による歪を検出する検出
素子のうちの少なくとも１つ、ならびに前記第１の直交
軸方向に作用する力成分により生じる剪断変形による歪
を検出する検出素子を前記平行平板構造の薄肉部のほぼ
中央部分に設け、かつ、前記荷重成分のうちの少なくと
も１つにより生じる圧縮・引張り変形による歪を検出す
る検出素子を前記薄肉部の端部に設けたことを特徴とす
る。

〔作用〕

平行平板構造の薄肉部および各剛体部で囲まれる貫通孔
の軸方向と一致する第１の直交軸方向の力成分が力伝達
部に作用すると、当該薄肉部には剪断変形が生じる。こ
の剪断変形により、ひずみゲージ等の検出素子に歪を発
生させ、これにより上記力成分が検出される。又、基準
軸方向に作用する力成分，基準軸まわりに作用するモー
メント成分，第１の直交軸まわりに作用するモーメント
成分，および第２の直交軸方向に作用する力成分のうち
の少なくとも１つによつて生じる圧縮，引張り変形によ
る歪を薄肉部端部に設けた検出素子により検出する。さ
らに、必要に応じて第２の直交軸まわりに作用するモー
メント成分によつて生じる捩れ変形による歪を検出する
検出素子を設ければ当該モーメント成分を検出すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る荷重検出器の正面図、第
２図は同じく側面図である。各図で、10は荷重が作用す
る荷重伝達部、11は荷重伝達部10と結合した柱状荷重検
出部である。柱状荷重検出部11は断面四角形の柱体であ
り、この柱体に、Ｘ軸方向に貫通孔を形成することによ
り、平行平板構造12が構成される。平行平板構造12の薄
肉部13,13′にはそれぞれストレンゲージ14枚が貼着さ
れている。なお、第１図において括弧内は反対面の対応
する位置に貼着されたストレンゲージの符号を示す。

ここで、各ストレンゲージの貼着位置について説明す
る。平行平板構造12の薄肉部13と一方の剛体部との境界
線（第１図に破線で示されている）上の両端部分にはス
トレンゲージS_mz1,S_mz2が、又、ほぼ中央部分にはスト
レンゲージS_fy1がそれぞれ配置されている。なお、スト
レンゲージS_mz1におけるアルフアベツトＳはストレンゲ
ージを、添字ｍはモーメント成分を、添字ｚはＺ軸方向
を、添字１は番号をそれぞれ表わす。したがつて、スト
レンゲージS_mz1はＺ軸まわりのモーメント成分を検出す
るのに用いられるストレンゲージのうちの１番目のスト
レンゲージであることを意味する。同様に、ストレンゲ
ージS_fy1はＹ軸方向の力成分(f)を検出するのに用いら
れるストレンゲージのうちの１番目のものであることを
意味する。以下、各ストレンゲージに付された符号もこ
れに準じる。

薄肉部13と他方の剛体部との境界線（同じく第１図に破
線で示されている）上のほぼ中央部分にはストレンゲー
ジS_fy2が配置されている。又、この境界線近くの薄肉部
は13上にはほぼ中央部分にストレンゲージS_fz1,S
_fz2が、さらに両端部にはそれぞれストレンゲージS_fz3,
S_mx2,S_fz4,S_mx4が配置されている。薄肉部13のＸ軸方向
の中心線上において、両端部分にストレンゲージS_my1,S
_my2が配置されている。

さらに、前記中心線のほぼ中央部分に、当該中心線を挟
んでストレンゲージS_fx1,S_fx2が対向配置されている。
これらストレンゲージS_fx1,S_fx2の伸縮方向は前記中心
線に対して所定の角度傾けられている。

なお、薄肉部13′に貼着される各ストレンゲージは薄肉
部13に貼着された各ストレンゲージと対称位置に配置さ
れ、それらの符号は括弧内に示される。ただし、ストレ
ンゲージS_mx1,S_mx3は第１図に点線で示される位置に貼
着される。

薄肉部13,13′に貼着された上記各ストレンゲージは、
所定のものどうしでホイートストンブリツジ回路を構成
するように接続される。第３図(a)〜(f)はこれらホイー
トストンブリツジ回路の回路図である。各図で、20は電
源、f_X,f_Y,f_Z,m_X,m_Y,m_Zは出力信号を示す。なお、各ス
トレンゲージには第１図に示す符号と同一符号が付して
ある。

次に、各荷重伝達部10間に３軸方向の力および３軸まわ
りのモーメントが作用した場合の本実施例の検出動作
を、上記第３図(a)〜(f)および以下に示す第５図〜第８
図を参照しながら説明する。

(1)力Ｆ_Zの検出動作 各荷重伝達部10間にＺ軸方向の力Ｆ_Zが作用すると、平
行平板構造12の各薄肉部13,13′にはＺ軸方向に一様に
圧縮歪（又は引張り歪）が生じる。今、上記力Ｆ_Zが各
薄肉部13,13′を圧縮させる方向の力であるとすると、
この圧縮力によりストレンゲージS_fz3,S_fz4,S_fz7,S_fz8
には等しい圧縮歪が生じ、又、ストレンゲージS_fz1,S
_fz2,S_fz5,S_fz6はポアソン比の分だけ伸長し、これらに
等しい引張歪が生じる。そこで、第３図(a)に示すよう
にストレンゲージを選択してホイートストンブリツジ回
路を構成すると、力Ｆ_Zに比例した信号ｆ_Zを得ることが
できる。

上記の力Ｆ_Zが作用したとき、第３図(a)に示すホイート
ストンブリツジ回路以外の回路からは出力が生じない。
即ち、まず第３図(b)のホイートストンブリツジ回路に
ついてみると、これを構成するストレンゲージは上記の
説明から明らかなようにいずれも同一量，同一符号（引
張又は圧縮）のひずみを生じる。このため、この回路か
ら出力は生じない。これは第３図(c),(d),(e),(f)のホ
イートストンブリツジ回路についても同様である。

このように、力Ｆ_Zが作用したときには、第３図(a)に示
すホイートストンブリツジ回路からそれに比例した信号
ｆ_Zを得ることができ、他の回路からの出力はないの
で、高い精度の検出ができる。

ここで、ストレンゲージS_fz3,S_fz4,S_fz7,S_fz8の配置に
ついて説明する。本実施例の特徴は、これら各ストレン
ゲージが薄肉部の左右の端部に貼着されている点にあ
る。即ち、力伝達部10に前記力Ｆ_Zが作用したとき、薄
肉部13,13′は単純圧縮されるが、そのときの圧縮歪の
大きさを観察すると薄肉部13,13′の中央部分に比較
し、薄肉部13,13′の各両端部の圧縮歪の方が大きい。
これは、薄肉部13,13′の中央部分はそのＸ軸方向両側
が両側端部に挾まれて拘束されるのに対して、各両端部
はＸ軸方向の片側に何等の拘束物も存在せず自由端とな
つていることによるものと考えられる。したがつて、上
記各ストレンゲージを薄肉部13,13′の端部に貼着する
ことにより、これらが中央部分に貼着されている場合に
比較し、より感度良く力Ｆ_Zを検出することができる。
逆に、これらストレンゲージを中央部分に貼着して同一
の感度を得ようとする場合を考えると、その場合には必
然的に薄肉部13,13′の剛性を低下させざるを得ず、基
準軸方向の力Ｆ_Yを検出するとき必要以上に剛性を低下
させることになり好ましくないが、本実施例では上記各
ストレンゲージを配置することによりこのような問題点
を回避することができる。

又、ストレンゲージS_fz1,〜S_fz8は、第１図に示す配置
および第３図(a)に示す回路構成（８枚ゲージ方式のホ
イートストンブリツジ回路）により干渉出力を排除する
ものであるが、この場合、他の回路構成（４枚ゲージ方
式のホイートストンブリツジ回路）に比べて電源20の電
圧を２倍とすることができ、その出力ｆ_Zも大となり、
この面からも力Ｆ_Zの検出感度を大とすることができ
る。

(2)モーメントＭ_Xの検出動作 各荷重伝達部10間にＸ軸まわりのモーメントＭ_Xが第４
図に示す矢印向きに作用した場合を考える。なお、第４
図は第２図に示す側面図であり、モーメントＭ_Xによる
変形が一点鎖線に示すように誇張して描かれている。こ
の変形により、ストレンゲージS_mx1,S_mx3には同一量の
圧縮ひずみが、又、ストレンゲージS_mx2,S_mx4にはこれ
らと同一量の引張りひずみが生じる。そこで、第３図
(b)に示すようにストレンゲージを選択してホイートス
トンブリツジ回路を構成すると、モーメントＭ_Xに比例
した信号ｍ_Xを得ることができる。

ここで、上記モーメントＭ_Xが作用したときの第３図
(a)，(c)〜(f)に示す他のホイートストンブリツジ回路
からは出力が生じないことを説明する。まず、第３図
(a)に示すホイートストンブリツジ回路において、スト
レンゲージS_fz3,S_fz4には引張り歪、ストレンゲージS
_fz7,S_fz8には圧縮歪が生じ、これらの絶対値は等しい。
また、ポアソン比分による歪はストレンゲージS_fz5,S
_fz6が圧縮歪、ストレンゲージS_fz1,S_fz2が引張り歪とな
り、これらの絶対値は等しい。以上のことから、当該ホ
イートストンブリツジ回路は出力を生じない。

さらに、第３図(c)に示すホイートストンブリツジ回路
においては、ストレンゲージS_my1,S_my2に引張り歪、ス
トレンゲージS_my3,S_my4に圧縮歪が生じ、これらの歪の
絶対値は等しい。したがつて、当該ホイートストンブリ
ツジ回路は出力を生じない。同様に、他のストレンゲー
ジも、第４図に示す変形において、薄肉部13に貼着され
たストレンゲージには引張り歪が、又、薄肉部13′に貼
着されたストレンゲージには圧縮歪が生じる。そして、
第３図(d)〜(f)に示されるホイートストンブリツジ回路
を構成するストレンゲージ相互間では、これら引張り歪
と圧縮歪の絶対値は等しいので、当該各ホイートストン
ブリツジ回路は出力を生じない。

このように、モーメントＭ_Xが作用したときには、第４
図(b)に示すホイートストンブリツジ回路からそれに比
例した信号ｍ_Xを得ることができ、他の回路からの出力
はないので高い精度の検出ができる。

又、各ストレンゲージS_mx1〜S_mx4が薄肉部13,13′の各
両端部に配置されていることにより、力Ｆ_Zの検出の場
合と同様、薄肉部13,13′の剛性を低下させることなく
モーメントＭ_Xの感度を大きくすることができる。

(3)モーメントＭ_Yの検出動作 各荷重伝達部10間にＹ軸まわりのモーメントＭ_Yが第５
図に示す矢印向きに作用した場合を考える。なお、第５
図は第１図に示す正面図であり、モーメントＭ_Yによる
変形が一点鎖線で示すように誇張して描かれている。
又、ストレンゲージS_my1,S_my2以外のストレンゲージの
図示は省略されている。第５図から明らかなように、こ
の変形によりストレンゲージS_my1,S_my3には同一量の引
張り歪、ストレンゲージS_my2,S_my4には同一量の圧縮歪
が生じる。したがつて、第３図(c)に示すホイートスト
ンブリツジ回路から、作用したモーメントＭ_Yに比例し
た信号ｍ_Yを得ることがきる。

ここで、上記モーメントＭ_Yが作用したときの第３図(c)
に示される以外のホイートストンブリツジ回路からは出
力が生じないことを説明する。まず、第５図に示す曲げ
変形が生じた場合、ストレンゲージS_fz4,S_fz8が引張り
歪、ストレンゲージS_fz3,S_fz7が圧縮歪となり、それら
の絶対値は等しく、又、ストレンゲージS_fz1,S_fz6が圧
縮歪、ストレンゲージS_fz2,S_fz5が引張り歪となりそれ
らの絶対値は等しい。したがつて、第３図(a)に示すホ
イートストンブリツジ回路の各辺の引張り歪と圧縮歪は
キヤンセルされ、当該ホイートストンブリツジ回路から
出力は生じない。

次に、ストレンゲージS_mx1〜S_mx4は上記曲げ変形によ
り、ストレンゲージS_mx3,S_mx4に引張り歪，ストレンゲ
ージS_mx1,S_mx2に圧縮歪が生じ、これらの絶対値は等し
い。したがつて、第３図(b)に示すホイートストンブリ
ツジ回路から出力は生じない。又、ストレンゲージS_fx1
〜S_fx4，S_fy1〜S_fy4は上記曲げ変形の中立軸（Ｚ軸）上
に貼着されているので、当該曲げ変形が生じても歪を生
ぜず、これらのストレンゲージで構成される第３図(d),
(e)に示すホイートストンブリツジ回路からも、同様の
理由により出力は生じない。

最後に、上記曲げ変形が生じたとき、ストレンゲージS
_mz1,S_mz4には引張り歪が、又、ストレンゲージS_mz2,S
_mz3には圧縮歪が生じるが、これらの絶対値は等しい。
したがつて、第３図(f)に示すホイートストンブリツジ
回路から出力は生じない。

このように、モーメントＭ_Yが作用したときには、第３
図(c)に示すホイートストンブリツジ回路からこれに比
例した信号ｍ_Yが出力され、他の回路からの出力はない
ので、高い精度の検出ができる。

(4)力Ｆ_Xの検出動作 各荷重伝達部10にｘ軸方向の力F_Xが第６図に示す矢印向
きに作用した場合を考える。なお、第６図は第１図と同
じ正面図であり、力Ｆ_Xによる変形が一点鎖線で示すよ
うに誇張して描かれている。又、ストレンゲージS_fx1,S
_fx2以外のストレンゲージの図示は省略されている。上
記力Ｆ_Xが作用すると薄肉部13,13′には第６図に示すよ
うに剪断変形が生じる。この剪断変形により、ストレン
ゲージS_fx1,S_fx3には圧縮歪、ストレンゲージS_fx2,S_fx4
には引張り歪を生じるが、それらの絶対値は等しい。し
たがつて、第３図(d)に示すホイートストンブリツジ回
路からは、力Ｆ_Xに比例した信号ｆ_Xを得ることができ
る。

ここで、力Ｆ_Xが作用したときの第３図(a)〜(c),(e),
(f)に示される回路の出力について考察する。まず、ス
トレンゲージS_fz1〜S_fz8は、上記剪断変形による歪を生
じることはない。一方、力Ｆ_Xにより薄肉部13,13′には
モーメント（モーメントＭ_Y）も作用することになる。
しかし、前記モーメントＭ_Yの検出動作の項で述べたよ
うに、ストレンゲージS_fz1〜S_fz8は当該モーメントによ
る曲げ変形により歪が生じるが第３図(a)に示す回路に
おける対称性によりそれら歪による出力はキヤンセルさ
れる。結局、第３図(a)に示すホイートストンブリツジ
回路は、力Ｆ_Xの作用による前記剪断変形および曲げ変
形が生じても何等出力を生じない。

全く同様に、第３図(b),(d)〜(f)に示すホイートストン
ブリツジ回路を構成する各ストレンゲージは上記剪断変
形による歪を生じることはなく、したがつて、これら回
路に当該剪断変形に基づく出力は発生しない。又、力Ｆ
_Xによるモーメントの作用により曲げ変形が生じても、
前記モーメントＭ_Yの検出動作の項で述べたようにこれ
ら回路からの出力はない。これに対して、第３図(c)に
示すホイートストンブリツジ回路を構成する各ストレン
ゲージは、上記剪断変形による歪は生じないが、一方、
当該ホイートストンブリツジ回路からは、力Ｆ_Xによる
モーメントの作用により、前記モーメントＭ_Yの検出動
作の項で述べたように、当該モーメントに比例した出力
が生じる。

このように、力Ｆ_Xが作用したときには、第３図(d)に示
すホイートストンブリツジ回路からこれに比例した信号
ｆ_Xが出力され、第３図(c)に示す回路を除く他の回路か
らの出力はほとんど０であるので、高い精度の検出がで
きる。そして、第３図(c)に示すホイートストンブリツ
ジ回路からの出力は力Ｆ_Xの作用に伴なうモーメントＭ_Y
に対応する出力であつて、適正な出力である。又、平行
平板構造12は、従来、力Ｆ_Yの検出に用いられ、力Ｆ_Xの
検出には用いられることはなかつたが、本実施例では、
剪断変形を利用して力Ｆ_Xを検出するようにしたので、
力Ｆ_Xを検出するために別の平行平板構造を設ける必要
はなくなる。

(5)力Ｆ_Yの検出動作 各荷重伝達部10間にＹ軸方向の力Ｆ_Yが第７図に示す矢
印向きに作用した場合を考える。なお、第７図は第２図
と同じ側面図であり、力Ｆ_Yによる変形が一点鎖線で示
すように誇張して描かれている。上記力Ｆ_Yが作用する
と薄肉部13,13▲√▼には第７図に示すように曲げ変
形が生じる。この曲げ変形により、ストレンゲージ
S_fy1,S_fy3には圧縮歪、ストレンゲージS_fy2,S_fy4には引
張り歪が生じ、それらの絶対値は等しい。この変形に応
じて、第３図(e)に示すホイートストンブリツジ回路か
らは、作用した力Ｆ_Yに比例した信号ｆ_Yが出力される。

ここで、上記力Ｆ_Yが作用したときの第３図(c)に示され
る以外の ホイートストンブリツジ回路からは出力が生
じないことを説明する。まず、第３図(a)に示す回路に
おいて、ストレンゲージS_fz1,S_fz2,S_fz3,S_fz4には引張
り歪，ストレンゲージS_fz5,S_fz6,S_fz7,S_fz8には圧縮歪
が生じる。そして、回路の対称性からそれら歪はキヤン
セルされ、したがつて、第３図(a)に示すホイートスト
ンブリツジ回路から出力は生じない。

第３図(b)に示す回路を構成するストレンゲージS_mx1〜S
_mx4は上記曲げ変形により歪を生じる。しかし、その歪
は、ストレンゲージS_mx1,S_mx2,S_mx3,S_mx4のいずれも引
張り歪となりそれら歪の絶対値は等しい。したがつて、
第３図(b)に示すホイートストンブリツジ回路から出力
は生じない。

第３図(c)に示すホイートストンブリツジ回路におい
て、ストレンゲージS_my1〜S_my4は上記曲げ変形の中央に
位置するので、当該曲げ変形によつては歪を生ぜず、し
たがつて、当該回路から出力は生じない。

第３図(d)に示す回路を構成するストレンゲージS_fx1〜S
_fx4は上記曲げ変形のほぼ中央に位置するので、上記曲
げ変形による歪量は極めて小さい。そして、僅かな歪が
生じたとしても、S_fx1,S_fx4が圧縮歪、ストレンゲージS
_fx2,S_fx3が引張り歪となり、それら歪の絶対値は等しい
ので、第３図(d)に示すホイートストンブリツジ回路か
ら出力は生じない。

第３図(f)に示す回路を構成するストレンゲージS_mz1〜S
_mz4は上記曲げ変形により、上記の力Ｆ_Yを検出するスト
レンゲージS_fy1〜S_fy4と全く同じ歪を生じるが、ストレ
ンゲージS_mz1,S_mz2が圧縮歪、ストレンゲージS_mz3,S_mz4
が引張り歪となり、それら歪の絶対値は等しいので、第
３図(f)に示すホイートストンブリツジ回路から出力は
生じない。

このように、力Ｆ_Yが作用したときには、第３図(e)に示
すホイートストンブリツジ回路からこれに比例した信号
ｆ_Yが出力され、他の回路からの出力はほとんど０であ
るので、高い精度の検出ができる。

(6)モーメントＭ_Zの検出動作 各荷重伝達部10間にＺ軸まわりのモーメントＭ_Zが第８
図に示す向きに作用した場合を考える。なお、第８図に
は、理解を容易にするため、平行平板構造12および一方
の荷重伝達部10のみを示し、他は除去してある。又、モ
ーメントＭ_Zによる変形が誇張して描かれている。モー
メントＭ_Zが作用すると、平行平板構造12の薄肉部13,1
3′が接合している上下の剛体において、下部の剛体に
対して上部の剛体が同軸を保持したまま回転する態様と
なるので、各薄肉部13,13′はモーメントＭ_Zによりその
面外荷重を受けることになり、図示のように捩れ変形を
生じる。この変形により、ストレンゲージS_mz1,S_mz3に
は引張り歪が、又、ストレンゲージS_mz2,S_mz4には圧縮
歪が生じ、それら歪の大きさは等しい。したがつて、第
３図(f)に示すホイートストンブリツジ回路からは、モ
ーメントＭ_Zに比例する信号ｍ_Zが出力される。

ここで、モーメントＭ_Zが作用したときの第３図(a)〜
(e)に示す回路の出力について考察する。モーメントＭ_Z
が作用すると、平行平板構造12は第８図に示す変形を生
じるがその各薄肉部13,13′におけるストレンゲージS
_fy1,S_fy2,S_fy3,S_fy4,S_fx1,S_fx2,S_fx3,S_fx4の貼着位置は
捩れ変形の中立軸（Ｚ軸）上にあるので、それら各スト
レンゲージに歪は生じない。したがつて、これらストレ
ンゲージで構成されている第３図(d),(e)に示すホイー
トストンブリツジ回路からの出力はない。又、ストレン
ゲージS_my1〜S_my4も同じく上記捩れ変形の中立軸（Ｘ
軸）上にあるので、これらストレンゲージに歪は生じな
い。したがつて、これらストレンゲージで構成されてい
る第３図(c)に示すホイートストンブリツジ回路からの
出力はない。

次に、モーメントＭ_Zが作用したとき、第３図(a)に示す
回路において、ストレンゲージS_fz3,S_fz8には引張り
歪，ストレンゲージS_fz4,S_fz7には圧縮歪が生じ、これ
ら歪の絶対値は等しい。したがつて、これらストレンゲ
ージで構成される各辺の歪はキヤンセルされる。又、ス
トレンゲージS_fz1,S_fz2,S_fz5,S_fz6は捩れ変形のほぼ中
立軸（Ｚ軸）上にあるので、それらストレンゲージに歪
は生じない。したがつて、第３図(a)に示すホイートス
トンブリツジ回路からの出力はない。

さらに、モーメントＭ_Zが作用したとき、第３図(b)に示
す回路において、ストレンゲージS_mx1,S_mx2には引張り
歪、ストレンゲージS_mx3,S_mx4には圧縮歪が生じ、これ
ら歪の絶対値は等しい。したがつて、回路の対称性から
それら歪はキヤンセルされ、第３図(b)に示すホイート
ストンブリツジ回路からの出力はない。

このように、モーメントＭ_Zが作用したときには、第３
図(f)に示すホイートストンブリツジ回路からこれに比
例した信号ｍ_Zが出力され、他の回路からの出力はない
ので、高い精度の検出ができる。

以上、第１図〜第３図に示す本実施例の荷重検出器の検
出動作について説明した。本実施例の荷重検出器は、作
用する６つの荷重成分に対して上記のように高精度の検
出が可能であるが、そればかりでなく、剪断変形を力の
検出に利用したことにより図から明らかなように、第９
図に示す従来の荷重検出器に比較して貫通孔は１つ形成
するだけで済ますことができ、ひいては全体構成が簡素
となり加工が極めて容易となる。又、ストレンゲージの
貼着面も２面のみとなるので貼着作業も容易となる。さ
らに、Ｚ軸方向の力を検出するストレンゲージおよびＸ
軸まわりのモーメントを検出するストレンゲージを薄肉
部の両端部に貼着したので、薄肉部の剛性を低下させる
ことなく検出感度を向上させることができる。

なお、上記実施例におけるストレンゲージの貼着位置は
１例を示すものであり、高精度の検出動作を実行させる
ための貼着位置はこれに限ることはない。又、上記実施
例の説明では、３軸方向の力成分および３軸まわりのモ
ーメント成分を検出するストレンゲージを貼着する場合
を例示したが、本発明の特徴である剪断変形による歪を
生じるストレンゲージおよび薄肉部の端部に設けた少な
くとも１つの引張り・圧縮変形を生じる荷重を検出する
ストレンゲージ以外のストレンゲージは、種々の条件に
応じて任意に選択することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、荷重伝達部間に連結さ
れた角柱状の荷重検出部を平行平板構造で構成し、この
平行平板構造の薄肉部に、少なくとも、外力による剪断
変形が生じる歪を検出する検出素子、および、引張り・
圧縮変形を生じる荷重のうちの少なくとも１つを検出す
るため薄肉部の端部に配置された検出素子を設けるよう
にしたので、平行平板構造を１つ設けるだけで任意の荷
重を検出することができ、又、薄肉部の剛性を低下させ
ることなく検出感度を増大させることができる。さら
に、従来の荷重検出器に比べて加工、および検出素子の
設置作業を容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の実施例に係る荷
重検出器の正面図および側面図、第３図(a),(b),(c),
(d),(e),(f)は第１図および第２図に示すストレンゲー
ジで構成されるホイートストンブリツジ回路の回路図、
第４図，第５図，第６図，第７図，および第８図はそれ
ぞれ第１図に示す荷重検出器の動作を説明する変形状態
図、第９図は従来の荷重検出器の斜視図である。 10…荷重伝達部、11…柱状荷重検出部、12…平行平板構
造、13,13′…薄肉部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−10137（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−113327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−275631（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−83929（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−95433（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する２つの力伝達部間に連結された１
   つの平行平板構造において、この平行平板構造の基準
   軸、この基準軸と直交する第１の直交軸、前記基準軸と
   前記第１の直交軸とに直交する第２の直交軸の３つの軸
   に関して作用する荷重成分により生じる圧縮・引張り変
   形による歪を検出する検出素子、および、前記第２の直
   交軸まわりに作用するモーメント成分により生じる捩れ
   変形による歪を検出する検出素子のうちの少なくとも１
   つ、ならびに前記第１の直交軸方向に作用する力成分に
   より生じる剪断変形による歪を検出する検出素子を前記
   平行平板構造の薄肉部のほぼ中央部分に設け、かつ、前
   記荷重成分のうちの少なくとも１つにより生じる圧縮・
   引張り変形による歪を検出する検出素子を前記薄肉部の
   端部に設けたことを特徴とする荷重検出器。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第(1)項において、前記各
   検出素子は、ひずみゲージであることを特徴とする荷重
   検出器。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第(1)項において、前記剪
   断変形による歪を検出する検出素子はひずみゲージであ
   り、かつ、その伸縮方向が前記第１の直交軸方向に対し
   て所定角度傾けて設けられていることを特徴とする荷重
   検出器。