JPS5888633A - 荷重変換器 - Google Patents
荷重変換器Info
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- JPS5888633A JPS5888633A JP56188126A JP18812681A JPS5888633A JP S5888633 A JPS5888633 A JP S5888633A JP 56188126 A JP56188126 A JP 56188126A JP 18812681 A JP18812681 A JP 18812681A JP S5888633 A JPS5888633 A JP S5888633A
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- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract description 2
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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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)
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、検出ブロックの特定部分のみが受圧した荷重
によって変形し易いように貫通孔を形成した形式の荷重
変換器に関するものである。
によって変形し易いように貫通孔を形成した形式の荷重
変換器に関するものである。
この種の荷車変換器は、従来、主として実験研究用に供
されてきたけれども、最近では各種技術分野における自
動化を達成するセンサーとして利用されるに及び、新し
い技術的課題として、特に変形個所の剛性の問題とか製
作の容易性といった問題が生じてきた。本発明者の発明
になる特開昭５４−１２４１６号公報には、検出ブロッ
クに四角の貫通孔を穿設することによって得られる平行
平板構造をもつ荷重変換器に付いて開示があるが、この
平行平板構造をもった荷重変換器は歪出力の線形性が優
れている特長を有する反面、何よりも製作が面倒であっ
て大量生産に適していなかったし、寸法精度に基因する
干渉量が比較的大きく、また変形個所の剛性が乏しかっ
たから、例えば従来の切削動力計に代るセンサーとして
工作機械等の回転軸に直接装着したくても、これができ
なかったのである。
されてきたけれども、最近では各種技術分野における自
動化を達成するセンサーとして利用されるに及び、新し
い技術的課題として、特に変形個所の剛性の問題とか製
作の容易性といった問題が生じてきた。本発明者の発明
になる特開昭５４−１２４１６号公報には、検出ブロッ
クに四角の貫通孔を穿設することによって得られる平行
平板構造をもつ荷重変換器に付いて開示があるが、この
平行平板構造をもった荷重変換器は歪出力の線形性が優
れている特長を有する反面、何よりも製作が面倒であっ
て大量生産に適していなかったし、寸法精度に基因する
干渉量が比較的大きく、また変形個所の剛性が乏しかっ
たから、例えば従来の切削動力計に代るセンサーとして
工作機械等の回転軸に直接装着したくても、これができ
なかったのである。
本発明は上記した欠点を解消することを目的としで、特
にその貫通孔の形状について改良工夫を施したものであ
るが、本発明の理解を容易ならしめるため、本発明を完
成するに至った経緯について概説すると、つぎのとおり
である。
にその貫通孔の形状について改良工夫を施したものであ
るが、本発明の理解を容易ならしめるため、本発明を完
成するに至った経緯について概説すると、つぎのとおり
である。
本発明者等は四角孔の四隅に付されるアール部が及ぼす
影響について、これ迄実験に基づく研究を重ねてきた。
影響について、これ迄実験に基づく研究を重ねてきた。
いう迄もなく、Ｒ＝Ｏは完全な四角孔であるが、各辺１
０ｍｍの場合のＲ＝５ｍｍは完全な円孔となり、最早平
行平板構造とはいえなくなる。ところで多くの実験結果
から知見できたことは、（イ）円孔の場合の歪出力は四
角孔の場合より小さいが剛性は逆に高くなるため、単位
変位量当りの歪出力という点では両者ほぼ同じである。
０ｍｍの場合のＲ＝５ｍｍは完全な円孔となり、最早平
行平板構造とはいえなくなる。ところで多くの実験結果
から知見できたことは、（イ）円孔の場合の歪出力は四
角孔の場合より小さいが剛性は逆に高くなるため、単位
変位量当りの歪出力という点では両者ほぼ同じである。
（１１）検出ブロックの円孔穿設部分と円孔とは関わり
のない支持部分との境界近傍との出力を生じる方向の荷
重に対する垂直歪分布は、四角孔の場合に比し、広範囲
にわたってほぼ同一の歪出力を示す。（ハ）また上記境
界近傍での干渉を生じる方向の荷重に対する垂直歪分布
は、四角孔の場合とほぼ同じである。（ニ）以上より四
角孔に代って製作が比較にならない程に易い円孔として
も、性能上、けっしておとるものでないことがわかった
。しかし単一の円孔貫通部を検出ブロックに形成するこ
とにより変形し易い個所を形成する構成では、曲げモー
メントによる影響を小さくしたいとか、剛性を失わずに
所期の目的を達成したいとか、或いは逆に、構成は小さ
くとも大きな歪出力を得たとといた、その機器の用途上
からする種々の要諸に答えられないきらいがあった。そ
こで今度は二つの円孔を連結穴でつないで得た貫通孔を
検出ブロックに形成したところ、上記した単一円孔構成
の欠点は見事に解消できることがわかり、遂に本発明の
完成に至った。
のない支持部分との境界近傍との出力を生じる方向の荷
重に対する垂直歪分布は、四角孔の場合に比し、広範囲
にわたってほぼ同一の歪出力を示す。（ハ）また上記境
界近傍での干渉を生じる方向の荷重に対する垂直歪分布
は、四角孔の場合とほぼ同じである。（ニ）以上より四
角孔に代って製作が比較にならない程に易い円孔として
も、性能上、けっしておとるものでないことがわかった
。しかし単一の円孔貫通部を検出ブロックに形成するこ
とにより変形し易い個所を形成する構成では、曲げモー
メントによる影響を小さくしたいとか、剛性を失わずに
所期の目的を達成したいとか、或いは逆に、構成は小さ
くとも大きな歪出力を得たとといた、その機器の用途上
からする種々の要諸に答えられないきらいがあった。そ
こで今度は二つの円孔を連結穴でつないで得た貫通孔を
検出ブロックに形成したところ、上記した単一円孔構成
の欠点は見事に解消できることがわかり、遂に本発明の
完成に至った。
本弁明を図面に示す実施例について説明すると、第１−
Ａ図に示した検出ブロック１は、Ｚ方向の荷重に対して
歪出力を生ずる検出ブロック部分Ａ，Ｘ方向の荷重に対
して歪出力を生ずる検出ブロック部分Ｂ、およびＹ方向
の荷重に対して歪出力を生ずる検出ブロック部分Ｃを積
層状に一体構成したものである。三つの検出ブロック部
分Ａ，Ｂ，Ｃのうち検出ブロック部分ＢとＣは、受圧に
よって重心が平行移動する形で変形が行われるように、
小さい丸孔３を二個あけ、その間を切除して連結穴４と
して貫通孔５を片持梁に穿設したものである。これに対
して両持梁に二つの貫通孔５．５を穿設した検出ブロッ
ク部分Ａは、一見すると検出ブロック部分Ｂ，Ｃとは実
質的に相異するかのように思える。しかし、仮にいま力
の作用点から二分割したとすると、二つの片持梁状の検
出ブロック部分を水平に二個合体したものといえ、受圧
によって二つの貫通孔５，５にはさまれた量持梁中間部
分は平行移動する形で変形する。このように両者本質的
な相異がないから、片持梁形式を片持梁形式に変更した
りすることは、設計条件により適宣変更自在である。例
えば第１−Ｂ図の両持梁形式の検出ブロック部分Ｂ′は
、第１−Ａ図に示した片持梁形式の検出ブロック部分Ｂ
に相当するものであるが、これは検出ブロック部分Ａに
相当する検出ブロック部分Ａ′とＬ字に交叉して一体に
構成したものである。なお図示するを省略したが、第１
−Ｂ図の検出ブロック部分Ｂ′と第１−Ａ図の検出ブロ
ック部分Ａとを合体し、全体を一本の両持梁とすること
によって、背丈を一層低くした検出ブロックたらしめる
ことができる。第２−Ａ図に示す例は、全体を円筒状と
なすために、環状の基台部分６ａにまたがらせて一文字
状の門形形状をなす両持梁部分２を一体構成すると共に
、更に両持梁部分２の上面中央において受圧板部分６を
一体化して形成し、Ｚ方向の荷重に対して出力を生ずる
。
Ａ図に示した検出ブロック１は、Ｚ方向の荷重に対して
歪出力を生ずる検出ブロック部分Ａ，Ｘ方向の荷重に対
して歪出力を生ずる検出ブロック部分Ｂ、およびＹ方向
の荷重に対して歪出力を生ずる検出ブロック部分Ｃを積
層状に一体構成したものである。三つの検出ブロック部
分Ａ，Ｂ，Ｃのうち検出ブロック部分ＢとＣは、受圧に
よって重心が平行移動する形で変形が行われるように、
小さい丸孔３を二個あけ、その間を切除して連結穴４と
して貫通孔５を片持梁に穿設したものである。これに対
して両持梁に二つの貫通孔５．５を穿設した検出ブロッ
ク部分Ａは、一見すると検出ブロック部分Ｂ，Ｃとは実
質的に相異するかのように思える。しかし、仮にいま力
の作用点から二分割したとすると、二つの片持梁状の検
出ブロック部分を水平に二個合体したものといえ、受圧
によって二つの貫通孔５，５にはさまれた量持梁中間部
分は平行移動する形で変形する。このように両者本質的
な相異がないから、片持梁形式を片持梁形式に変更した
りすることは、設計条件により適宣変更自在である。例
えば第１−Ｂ図の両持梁形式の検出ブロック部分Ｂ′は
、第１−Ａ図に示した片持梁形式の検出ブロック部分Ｂ
に相当するものであるが、これは検出ブロック部分Ａに
相当する検出ブロック部分Ａ′とＬ字に交叉して一体に
構成したものである。なお図示するを省略したが、第１
−Ｂ図の検出ブロック部分Ｂ′と第１−Ａ図の検出ブロ
ック部分Ａとを合体し、全体を一本の両持梁とすること
によって、背丈を一層低くした検出ブロックたらしめる
ことができる。第２−Ａ図に示す例は、全体を円筒状と
なすために、環状の基台部分６ａにまたがらせて一文字
状の門形形状をなす両持梁部分２を一体構成すると共に
、更に両持梁部分２の上面中央において受圧板部分６を
一体化して形成し、Ｚ方向の荷重に対して出力を生ずる
。
二つの貫通孔５，５をＺ方向に平行とすることは必須の
要件ではなく、例えば第２−Ｂ図の例の如く７方向に対
して傾斜させても一向差しつかえない。
要件ではなく、例えば第２−Ｂ図の例の如く７方向に対
して傾斜させても一向差しつかえない。
第３図に示す例の受圧板部分６′は基台部分６ａ′と同
様に環状となし、この環状の受圧板部分６′に接合した
両持梁部分２ａと、環状の基台部分６ａ′に接合した両
持梁部分２ｂとを十字に交差して一体構成し、両持梁部
分２ａ、２ｂにそれぞれ穿設した貫通孔５ａ，５ａおよ
び５ｂ、５ｂにより７方向およびＹ方向の歪出力を生ぜ
しめる。この点で第１−Ｂ図の例と変りない。
様に環状となし、この環状の受圧板部分６′に接合した
両持梁部分２ａと、環状の基台部分６ａ′に接合した両
持梁部分２ｂとを十字に交差して一体構成し、両持梁部
分２ａ、２ｂにそれぞれ穿設した貫通孔５ａ，５ａおよ
び５ｂ、５ｂにより７方向およびＹ方向の歪出力を生ぜ
しめる。この点で第１−Ｂ図の例と変りない。
第４図の例は、第３図の例と同じく、両持梁部分２ａ、
２ｂは十字に交差して一体になっているが、その交差個
所には丸穴１２を貫通して設けている。そして両持梁部
分２ａ、２ｂにそれぞれ図示の如く貫通孔５ｂ、５ｂお
よび５ｃ、５ｃを穿設してＸ方向とＹ方向の荷重に対し
て変形し易い構造となすと共に、両持梁部分２ａ、２ｂ
の交差個所にも貫通孔５ａ，５ａを穿設してＺ方向の荷
重に対して変形し易い構造としている。
２ｂは十字に交差して一体になっているが、その交差個
所には丸穴１２を貫通して設けている。そして両持梁部
分２ａ、２ｂにそれぞれ図示の如く貫通孔５ｂ、５ｂお
よび５ｃ、５ｃを穿設してＸ方向とＹ方向の荷重に対し
て変形し易い構造となすと共に、両持梁部分２ａ、２ｂ
の交差個所にも貫通孔５ａ，５ａを穿設してＺ方向の荷
重に対して変形し易い構造としている。
何れの場合も二つの丸穴３、３を連結穴４でつないで貫
通孔５を形成するのであるが、この連結穴４の形状や寸
法は計器特性に何等関係しない。したがって第１−Ａ図
や第１−Ｂ図の如き丸孔３、３中心を結ぶ中心線と合致
させ、或いはこれと平行に切除して形成してもよいし、
複数の丸穴の連続或いは単一の丸穴を穿設（第３図、第
４図参照）することで形成してもよい。
通孔５を形成するのであるが、この連結穴４の形状や寸
法は計器特性に何等関係しない。したがって第１−Ａ図
や第１−Ｂ図の如き丸孔３、３中心を結ぶ中心線と合致
させ、或いはこれと平行に切除して形成してもよいし、
複数の丸穴の連続或いは単一の丸穴を穿設（第３図、第
４図参照）することで形成してもよい。
歪ゲージ７の張付位置については前記したところである
が、第３図中、一点鎖線で示した円孔部と支持部の境界
か、これよりも少し円孔側に寄った位置に貼りつけると
よい。四個の歪ゲージでホイットストンブリッジを組む
ことで余出力を得ることができることは、いう迄もない
。
が、第３図中、一点鎖線で示した円孔部と支持部の境界
か、これよりも少し円孔側に寄った位置に貼りつけると
よい。四個の歪ゲージでホイットストンブリッジを組む
ことで余出力を得ることができることは、いう迄もない
。
本発明の効果を確認するために、第３図に示した原理図
に基づき実際に製作し、第５図のとおり、ホールト締め
等の適宜の決着手段９で被装着部８に取付け、また各歪
ゲージ７はターミナル板１０を介して導線１１と連結し
、四個の歪ケージ７をブリッジに組むことにより出力を
得た。第６図にはその較正曲線を示しているが、線形性
は非常に良好であるし、ヒステリシスはほとんど存在し
ていない。そのうえＺ方向の力によるＸ方向の出力への
干渉量およびＸ方向の力によるＺ方向への出力の干渉量
も非常に小さい。また偏心荷重特性は第７図のとりで、
荷重作用点の偏心度によらず歪出力はほぼ一定の値を示
すことが明らかである。
に基づき実際に製作し、第５図のとおり、ホールト締め
等の適宜の決着手段９で被装着部８に取付け、また各歪
ゲージ７はターミナル板１０を介して導線１１と連結し
、四個の歪ケージ７をブリッジに組むことにより出力を
得た。第６図にはその較正曲線を示しているが、線形性
は非常に良好であるし、ヒステリシスはほとんど存在し
ていない。そのうえＺ方向の力によるＸ方向の出力への
干渉量およびＸ方向の力によるＺ方向への出力の干渉量
も非常に小さい。また偏心荷重特性は第７図のとりで、
荷重作用点の偏心度によらず歪出力はほぼ一定の値を示
すことが明らかである。
このように優れた特性を示すにも拘わらず、貫通孔５を
形成するに当って、二つの丸穴３、３をつなぐ連結穴４
の形状や寸法は計器特性に伺等関係しないので、形成至
局容易であり、製作に要する面捌きは滅減させる点で大
量生産に際して甚だ有効である。
形成するに当って、二つの丸穴３、３をつなぐ連結穴４
の形状や寸法は計器特性に伺等関係しないので、形成至
局容易であり、製作に要する面捌きは滅減させる点で大
量生産に際して甚だ有効である。
また本発明によれば変形個所の剛性を強くも弱くもでき
るという特長がある。一般に変形を歪ゲージで検出する
場合、一枚の歪ゲージ当りの歪出力は、電気系の増幅度
やＳ／Ｎ化といつた制限によって少なくとも１０００ｕ
ｓｔ程度のオーダーであることが望ましいから、いま約
２０００ｕｓｔの歪出力がとれるように本発明に係る実
施品と本発明にはよらない比較品（貫通孔５を単一の丸
穴としたもの）とを作り、同一荷重をかけた際のたわみ
を求めてみたところ、本発明品の場合のたわみは比較品
のそれの約１９、換言すれば約９倍も高い剛性をもたせ
ることができた。また本発明に係る実施品においても、
丸穴３．３間隔をほぼ倍に広げて連結穴４の長さを長く
し、しかも歪出力については上記とほとんど同一となる
ように構成した場合の先端のたわみは約２／３となり、
したがってこの場合は比較品に比べて約１２倍も高い剛
性をもたせることができた。このようにその機器の用途
上からする種々の要請に簡単に答えられる点で本発明は
甚だ優れている。
るという特長がある。一般に変形を歪ゲージで検出する
場合、一枚の歪ゲージ当りの歪出力は、電気系の増幅度
やＳ／Ｎ化といつた制限によって少なくとも１０００ｕ
ｓｔ程度のオーダーであることが望ましいから、いま約
２０００ｕｓｔの歪出力がとれるように本発明に係る実
施品と本発明にはよらない比較品（貫通孔５を単一の丸
穴としたもの）とを作り、同一荷重をかけた際のたわみ
を求めてみたところ、本発明品の場合のたわみは比較品
のそれの約１９、換言すれば約９倍も高い剛性をもたせ
ることができた。また本発明に係る実施品においても、
丸穴３．３間隔をほぼ倍に広げて連結穴４の長さを長く
し、しかも歪出力については上記とほとんど同一となる
ように構成した場合の先端のたわみは約２／３となり、
したがってこの場合は比較品に比べて約１２倍も高い剛
性をもたせることができた。このようにその機器の用途
上からする種々の要請に簡単に答えられる点で本発明は
甚だ優れている。
尚、上記した説明では歪ゲージで歪出力を得たが、ポテ
ンシヨメータ、ピエゾ効果、差動変圧器、可変インダク
タンスの原理を応用したり、磁気エンコーダ、圧電素子
等々の適宣の手段が適用できること、勿論である。
ンシヨメータ、ピエゾ効果、差動変圧器、可変インダク
タンスの原理を応用したり、磁気エンコーダ、圧電素子
等々の適宣の手段が適用できること、勿論である。
第１−Ａ図は本発明の一態様を示す説明図、第１−Ｂ図
はその変形例を示す説明図、第２−Ａ図と第２−Ｂ図お
よび第３図と第４図はそれぞれ他の態様を示す説明図、
第５図は第３図に基づく実施例を示す断面図、第６図と
第７図は第５図のものの校正曲線と偏心荷重特性を示す
図である。 １・・検出ブロック、、３・・・小さい丸穴、４・・・
連結穴、５・・・貫通孔。
はその変形例を示す説明図、第２−Ａ図と第２−Ｂ図お
よび第３図と第４図はそれぞれ他の態様を示す説明図、
第５図は第３図に基づく実施例を示す断面図、第６図と
第７図は第５図のものの校正曲線と偏心荷重特性を示す
図である。 １・・検出ブロック、、３・・・小さい丸穴、４・・・
連結穴、５・・・貫通孔。
Claims (1)
- １、検出ブロックに貫通孔を穿設し、その貫通孔穿設部
分のみが受圧した荷重により変形し易い構造とした荷重
変換器において、該貫通孔は二つの小さい丸穴間を切除
して連結した細良い孔であることを特徴とする荷重変換
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56188126A JPS5888633A (ja) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | 荷重変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56188126A JPS5888633A (ja) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | 荷重変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5888633A true JPS5888633A (ja) | 1983-05-26 |
| JPS632456B2 JPS632456B2 (ja) | 1988-01-19 |
Family
ID=16218165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56188126A Granted JPS5888633A (ja) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | 荷重変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5888633A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6352028A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-05 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 荷重検出器 |
| JPS63271129A (ja) * | 1987-04-28 | 1988-11-09 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 荷重検出装置 |
-
1981
- 1981-11-24 JP JP56188126A patent/JPS5888633A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6352028A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-05 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 荷重検出器 |
| JPS63271129A (ja) * | 1987-04-28 | 1988-11-09 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 荷重検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS632456B2 (ja) | 1988-01-19 |
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