JPS606837A - 荷重検出装置 - Google Patents

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】 この発明は２つ以」二の重態を連結する枢支軸に作用す
る荷重を検出する装置に関するものである。

第１図は従来の荷重検出装置を示す概略図である。図に
おいて１，２は重態、３は部側１，２を連結する枢支軸
、４は枢支軸３に設けられた溝、５は溝４の底部に貼着
された歪ゲージである。

この荷重検出装置においては、枢支軸３に荷重が作用す
ると、枢支軸３の溝４部が荷重に応した量だけ変形する
ので、その変形量を歪ゲージ５で検出することにより、
枢支軸３に作用する荷重をめる。しかしながら、枢支軸
３に溝４を設けてその溝４の底部に歪ゲージ５を貼着す
るから、枢支軸３の径が小さいときには、歪ゲージ５を
貼着することが非常に困難になる。また、枢支軸３を変
形させるためには、部材］、２間に距離ｔｌｌ／−２が
必要であるが、部材１，２が枢支軸３に沿って移動する
と、距離ｂｌ、ｔ２が変化するので、荷重が一定であっ
ても歪ゲージ５の歪量が変化するから、荷重を正確に検
出することができない。さらに、連結部の幅Ｂが距離ｔ
ｌ、ｔ２の和だけ大きくなってしまう。また、枢支軸３
が回転すると、歪ゲージ５の方向が変化するから、所定
方向に作用する荷重を検出することができない。

この発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、枢支軸の径が小さいときにも荷重を検出することが
でき、部材が枢支軸に沿って移動したとしても、正確に
荷重を検出することができ、連結部の幅を大きくする必
要がな（、かつ枢支軸が回転したとしても、所定方向に
作用する荷重を検出することかできる荷重検出装置を提
供することを目的とする。

この目的を達成するため、この発明においては枢支軸を
支持する軸受部に所定方向の力に対しては柔でかつ少な
くともその所定方向に直角な方向の力に刻しては剛であ
る荷重検出部を設け、その荷重検出部の変形量を検出す
る検出手段を設ける。。

第２図はこの発明に係る荷重検出装置を示す概略斜視図
、第３図は同じ（一部側９面図、第４図は第３図の一部
詳細図である。図において６ａ、　６ｂばポルト７によ
り部４Ａ’　］に取付けられた軸受部て、軸受部６ａ、
　６ｂにより枢支軸３が支持されている。

８．９は軸受部６ａに設けられた突きぬけの角穴、］０
は角穴８，９によって形成された撓み梁で、撓み梁１０
は第３図紙面」二下方向の力に対しては柔で、紙面左右
方向の力に対しては剛である。Ｉｌａ〜１２ｄは撓み梁
１０の端部に貼着された歪ゲージで、歪ゲージｌｌａ〜
１２ｄは撓み梁１０の曲げによる歪を検出する方向に貼
着されている。１３は歪ゲージ１．］ａ〜］２ｄのコー
ドである。そして、歪ゲージ１１．ａ〜１２ｄ、は第５
図に示すように結線されている。なお、軸受部６１〕に
も同様に角穴が設けられ、撓み梁か形成され、歪ゲージ
が貼着されていて、歪ゲー７は同様に結線されている。

この荷重検出装置においては一１第６図に示すように、
枢支軸３に荷重Ｗが作用すると、軸受部６ａ。

６ｂにそれぞれ荷重Ｗａ、　Ｗｌ、が作用する。そして
、軸受部６ａに荷重Ｗ、、が作用すると、撓み梁１０が
撓んで、歪ゲージ月ａ〜ｉ２ｄが歪量を検出する。たと
えば、荷重Ｗａが第６図に示す向きのときには、歪ゲー
ジ］、１．ａ〜１１．ｄが伸び、歪ゲージ１２ａ〜１２
ｄか縮んで、第５図に示すブリッジの平衡がくずれ、出
力ｅ。が発生する。ここで、歪ゲージ］、１ａ〜１２ｄ
の歪感度をも考慮した定数をに、軸受部６ａの利料のた
て弾性係数をＥ、軸受部６ａの幅をす、撓み梁１０の厚
さをも、撓み梁１０の長さをＬとすると、出力ｅ。

は次式で表イつされる。

このように、出力ｅ。は荷重Ｗ２に応した値になるから
、荷重Ｗａをめることかできる。また、荷重ｗ１１も同
様にしてめることができ、さらに荷重Ｗ、、　Ｗｌ、か
ら荷重Ｗの大きさと作用点をめることか可能である。な
お、荷重検出装置の感度は厚さも、長さｔを調整するこ
とにより適正に決めｌることかできる。また、撓み梁１
０の縦方向の力に対する強度を大きくするために、厚さ
ｔを大きくしたとしても、長さｔをｔ２に比例して大き
くすれは、荷重検出装置の感度を変えないことができる
。。

このように、荷重検出装置の感度、撓み梁１０の縦方向
の力に対する強度を任意に定めること力）できる。さら
に、軸受部６ａに捩り力が作用しｊこときには、たとえ
ば歪ゲージｌｌａ、　ｌｌｃ、　１２ｂ、　、１２ｄカ
）ｔ（ｆｌみ、歪ゲージ］Ｉｂ、ｌｌｄ、１２ａ、１２
ｃが伸Ｏ；る力）ら、ブリッジの平衡が保たれ、出力ｅ
。は零である。したがって、荷重Ｗ７１＋　Ｗｌ］の他
に捩りカカ≦作Ｊｌｌ　したとしても、荷重Ｗａ　＋　
Ｗｂのみを検出すること力≦できる。

第７図はこの発明に係る他の荷重検出装置の＋ＩＱｌ受
部を示す図である。図において１４は軸受部６に設けら
れた突きぬけの半環状穴、１５は半環状＞’Ｃ］４によ
って形成された撓へ梁で、撓み梁１５の端ｒｘＨ＋こは
歪ゲージｌ］ａ〜］２ｄが貼着されており、歪ゲージ１
１ａ〜１２ｄは第５図に示すように結線されてし）る。

そして、この荷重検出装置にお０ても、第２１ＱＩ　す
いし第４図に示した荷重検出装置と同様に４．ｉｇ支Ｉ
Ｑｌ＋３に作用する荷重を検出することができる。

第８図はこの発明に係る他の荷重検出装置のｒｉｉ１１
＋受部を示す図である。図におＧ）て１６（ま！１ｉＩ
ｌｌ受￥Ｓ［ｓ　６　＋こ設けられた突きぬけの角穴、
ＩＯｘ、　］ＯｙｉまｆＩｊブ（８゜９．１６によって
形成された撓み梁で、撓み梁１０ｘはＸ軸方向の力に対
しては柔で、ｙ軸方向の力に対しては剛であり、また撓
み梁１０．ｙはｙ軸方向の力に対しては柔で、Ｘ軸方向
の力に対しては剛である。１１ａｘ〜］２ｄｘ、　１ｌ
ａｙ〜１２ｄｙは撓み梁］、Ｏｘ、ｌＯｙの端部に貼着
された歪ゲージで、歪みゲージ］、］、ａｘ〜１２ｄｘ
、　１１．ａｙ〜１２ｄｙはそれぞれ第５図と同等に結
線されている。

この荷重検出装置においては、枢支軸３に任意の方向に
荷重Ｗが作用すると、軸受部６に荷重−が作用して、荷
重ＷのＸ軸方向の成分Ｗｘにより撓み梁１０ｘが撓んで
、歪ゲージｌ１ａｘ〜１２ｄｘか歪量を検出し、また荷
重ＷＯｙ軸方向の成分Ｗ、により撓み梁１０．ｙが撓ん
で、歪ゲージ１ｌａｙ〜１２ｄｙが歪量を検出する。そ
して、歪ゲージｆｌａｘ〜１２ｄｘ、　１ｌａｙ〜１２
ｄｙからなるブリッジの出力ｅ。ｘ、ｅｏ、はそれぞれ
成分Ｗｘ、Ｗ１こ応じた値になる。したがって、出力ｅ
。ＸＩ　ｅｏ７から荷重Ｗの成分ｗｘ、　ｗ、を別々に
めることができる。また、成分Ｗｘ、　ｗ、を合成する
ことにより、荷重Ｗの大きさおよび方向を２めることか
できるので、リンク機構等におし）で任意の方向に荷重
が作用するときに非常に有効である。

第９図はこの発明に係る他の荷重検出装置の軸受部を示
す図である。図において１７は軸受部６！こ設けられた
突きぬけの半環状穴、１．５ｘ、　１５ｙはそれぞれ半
環状穴１．’＋、　１７によって形成されたｌ＋’ｉＨ
み梁で、撓み梁１５ｘ、１５ｙの端部にはそれぞれ歪ケ
ーン１ｌａｘ〜］、２ｄ、ｘ、　］、］ａｙ−１２ｄ、
ｙが貼着されており、歪ゲージ１］ａｘ〜１２ｄｘ、　
１ｌａｙ〜］２ｄｙはそれぞれ第５図と同等に結線され
ている。そして、この荷重検出装置１こおいても、第８
図に示した荷重検出装置と間柱に成分ｗｘ、Ｗ、、荷重
Ｗの大きさおよび方向をめることができる。

第１０図はこの発明に係る他の荷重検出装置の輔１受部
を示す図である。図において１８．１９は輔・受部６に
設けられた突きぬけの部分環状穴で、部う）環状穴１８
．１９によってそれぞれ撓みｕｌＩ５ｘ、　１５ｙか４
本づつ形成されている。したがって、この荷重検出装置
においては、第９図に示した荷重検出装置−と比較して
、捩り力に対する強度が大きい。

なお、」二連実施例においては、荷重検出部として撓み
梁１０．１．ｏｘ、　１０ｙ、　１５．１５ｘ、　１５
ｙを用いたが、荷重検出部として他の手段を用いてもよ
い。また、上述実施例においては、軸受部６．６ａ、　
６ｂの材料からなる撓み梁１０等を設けたが、軸受部６
等の材料とは異なる材料からなる撓み梁を設けてもよい
゛。

さらに、」二連実施例においては、撓み梁１０等の変′
形を検出する検出手段として歪ゲージを用いたが、磁歪
素子、圧電素子等を用いてもよい。また、」二連実施例
では一方向に作用する荷重を検出するためのブリッジに
アクティブな歪ゲージを８つ用いたが、アクティブな歪
ゲージを２つまたは４つ用＼ いてもよい。しかし、アクティブな歪ゲージを多く用い
れば、検出精度を高くすることができるとともに、温度
補償を行なうことができる。さらに、」二連実施例にお
いては、枢支軸３と軸受部６等とを直接接触させたが、
枢支軸３と軸受部６等との間にブシュを設けてもよい。

また、上述実施例においては、軸受部６ａ、　６ｂを直
接部材１に取付けたが、部４′Ａ１と軸受部６ａ、　６
ｂとの間に軸受部６８゜６１）を保護するためのケース
を設けてもよい。

以」−説明したように、この発明に係る荷重検出装置に
おいては、枢支軸に溝を設ける必要かないので、枢支軸
の径か小さいときにも荷重を検出することができる。ま
た、部４Ａが枢支軸に沿って移動したとしても、軸受部
に作用する荷重が変化しなければ、荷重検出部の変形量
は変化しないから正確に荷重を検出することができる。

さらに、部材間に間隔を設ける必要がないので、連結部
の幅１を大きくする必要がない。また、枢支軸が回転し
たとしても、荷重検出部は一定方向の力に応じて変形す
るから、所定方向に作用する荷重を検出することができ
る。このように、この発明の効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の荷重検出装置を示す概略図、第２図はこ
の発明に係る荷重検出装置を示す概１ｉ、’ｊ斜視図、
第３図は同じく一部側面図、第４図は第１３図の一部詳
細図、第５図は第３図に示した歪ケージの結線図、第６
図は荷重の作用状態の説明図、第７図ないし第１０図は
それぞれこの発明に係る他の荷重検出装置の軸受部を示
す図である。 １．２・・・部材　３・・・枢支軸 ６．６ａ、６ｂ・・・軸受部　１０．１０ｘ、　１０ｙ
−撓み梁１１ａ　〜１２ｄ　歪ゲージ １１ａｘ〜１２ｄｘ、　１ｌａｙ−］］２ｄｙ−歪ゲー
ジ１５１５ｘ、　１５ｙ・・・撓み梁 代理人弁理士　中村純之助 矛２め １−４　図 卆５鴎 十６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）２つ以」―の部材を連結する枢支軸に作用する荷
   重を検出する装置において、」二記枢支軸を支持する軸
   受部に所定方向の力に対しては柔でかつ少なくともその
   所定方向に直角な方向の力に対しては剛である荷重検出
   部を設け、その荷重検出部の変形量を検出する検出手段
   を設けたことを特徴とする荷重検出装置。 （２＋　−１ｚ記荷重検出部として撓み梁を用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷重検出装置
   。 （３）上記軸受部に、ある方向の力に対して柔である第
   １荷重検出部と、そのある方向に対して所定の角度をな
   す方向の力に対して柔である第２荷重検出部とを設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項のいず
   れかに記載の荷重検出装置。