JPS6085342A - 力測定装置 - Google Patents

力測定装置

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JPS6085342A
JPS6085342A JP59033332A JP3333284A JPS6085342A JP S6085342 A JPS6085342 A JP S6085342A JP 59033332 A JP59033332 A JP 59033332A JP 3333284 A JP3333284 A JP 3333284A JP S6085342 A JPS6085342 A JP S6085342A
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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】 本発明は、固体に作用する一般化された力のいくつかの
成分を測定可能にする力測定装置に関するものである。
この装置は、ばねのような弾性要素により連結される２
つの堅い要素と、その弾性連結要素とは独立の測定素子
とを備える種類のも　−のである。
「一般化された力」または「力」という用語は。
力測定装置の堅い要素の一方が静止している時に、他方
の要素に作用する線型の力自体と、トルクまたはモーメ
ントとを意味するものと理解されたい。
２種類の力測定装置が現在知られている。第１の種類の
装置は弾性連結要素に取りつけられる歪み計を含み、そ
れらの歪み計により弾性連結要素の変形を測定するもの
である。そのような測定装置は壊れやすく、不安定で、
零調整なひんばんに行う必要があり、かつしばしば較正
を行わなければならない。第２の種類の測定装置は、弾
性連結要素とは独立に測定素子な構成し、２つの堅い要
素の相対的な変形により６度までの自由度な測定できる
ようにしたものである。この第２の種類の装置では、弾
性連結要素は歪み計をもはや支持しないから、それの形
と寸法は任意にでき、とくに非常に小さく、または非常
に大きく構成することができる。
現在知られている第２の種類の全ての装置の主な欠点は
、測定すべき自由度の数と少くとも同数の変形センサを
含み、各セレサがそれの軸に対応する力の成分のみを測
定すること、および各セ／すがいくつかの部品を有する
ので、非常に慎重に位置させなければならないことであ
る。いくつかの自由度を測定しなければならないと、そ
の装置は多数の部品を含むことになり、複数のセ／すを
必要とする結果として、それらのセンサの位置を調整す
るために多くの機構を必要とする。
本発明は従来の装置より簡単で、６度の自由度の全てな
測定する場合でも、ただ１つの容量上／すを有するだけ
であるから、構成部品の数は大幅に減少する。
弾性体は、単一の材料片から機械加工で作られる中空ま
たは穴あきの円筒で構成できるから通常のものではない
。　、 容量センサは、互いに機械的には接触しない、独立して
動くことができる２つの部分で構成される。各部分には
力測定器の堅い要素が一体に形成される。セ／すの２つ
の半分の各々は一１組の平らな電極を支持する平らな表
面を有する。２つの部分は、それぞれの滑らかな表面が
平行に隔てられて向き合うように、堅い要素にとりつけ
られる。
１つの表面の電極は可変厚さの誘電体によって、他の表
面の電極から隔てられる。それらの電極はモノリシック
電子検出回路に接続される。その回路は容量値を数値に
変換する。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図に簡単に示されている本発明の装置は、弾性体３
により連結された２枚の堅い板１，２と、２枚の非導電
性円板４．５により構成され、弾性体から隔てられてい
る容量セ／すとを有する。各円板４，５は互いに機械的
に接触せず、かつ板ｌ。
２とそれぞれ一体である。各非導電性円板４，５は平ら
な表面な有し、それらの表面には平らな電極６，７が付
着される。それらの電極６，７が可変厚さの誘電体によ
り互いに平行に隔てられるように、非導電円板４，５は
堅い板１．２にそれぞれとりつけられる。
この装置の好適な実施例においでは、弾性体（第３ａ図
参照）は単一の材料片から作られる。
すなわち、第２図に示すようにアングルに曲げられたリ
ブ状に切り込まれた１つまたはいくつかの弾性部材によ
り連結された２つの頑丈なリング９゜ｌＯを頂部と底部
に得るように、中空円筒を機械加工することにより弾性
体３は作られる。弾性体のこの例により、所要の剛性を
有する弾性体を作ることができる。更に、弾性部材は頂
部す／グ９および底部リング１０と同じ材料片で作られ
るから、弾性部材８の係止点も所要の剛性を有する。
別の実施例においては、弾性体は単一の材料片から作ら
れた穴あき円筒により構成される（第３ｂ図）。
次に、第８．９図に示されている容量センサの２つの実
施例について、第４〜７図を参照しながら、それの機能
を説明する。
第４．５図は１つの向きの変位を測定する２つの基本的
なセンサを示すものである。その１つの向きに垂直な方
向における僅かな変位によっては測定は影響を受けない
。Ｘ方向における水平変位を測定する第１のセンサは差
動＠量センサであり、２方向の変位を測定する第２のセ
ンサはいわゆる「近接」センサである。第６図は、電極
ＣＩと０２゜Ｃ４と０５が接続された時に、第５図に示
す種類の近接センサとして機能するセ／ｖ′を示す。こ
の場合には、電極Ｃ３は保護電極として機能する。この
セ／すは、電極Ｃ１とＣ２を切り離し、電極Ｃ４をたと
えば一定電位に接続し、電極Ｃ５に電気信号を与えた時
には、第４図に示すような種類の差動センサとして機能
する。
類似のスイッチまたは伝送ゲートのような電子装置によ
り、電極を種々組合わせることができる。
第７図に示すセッサはいくつかの電極Ｃ４と０５、ＣＩ
とＣ２＆組合せて得られるものである。この組合せによ
り強い信号を得ることができる。
以上述べた原理を基にして容量センサの２つの実施例を
説明することにする。第１の実施例が第８ａ図および第
８ｂ図に示されている。第８ａ図は３種類の電極１１　
、１２　、１３の３つの電極群により覆われている上側
の非導電性円板を示す。第８ｂ図は２種類の電極１５　
、１６０３つの電極群により覆われている下側の非導電
性用゛板を示す。電極１１が結合された電極１５　、１
６と組合されると、保護電極として機能する電極１４と
共に３つの近接型センサが得られる。また、分離された
電極１２　、１３が分離された電極１５　、１．６と組
合されると、３つの差動型センサが得られる。
容量セ／すの別の改良した実施例を第９ａ図および第９
ｂ図に示す。この実施例では、用いる電極の数は７つで
ある（第１の実施例では電極の数は９である）。そのた
めに、処理すべき信号の数が減少する。文に、利用でき
る表面積を一層効率良く使用でき、かつ電極の組合せは
第６．７図に示すようなものであるから、信号の振幅は
大きくなる。この実施例におい【は、組合されていない
電極１９　、２１と電極１７との組合せにより差動型セ
ンサが得られ、組合されている電極１７　、１８と、組
合されている電極１９　、２１との組合せにより近接型
センサが得られる。電極加は保護電極として機能する。
そのような電極を作る技術は知られている。絶縁体とし
て機能するガラス円板の全面に薄いクロム層を付着させ
ることにより、それらの電極を形成できる。それから、
そのクロム層をフォトリングラフ技術で種々の形の電極
に分離する。別の電極製作技術はプリント回路製作技術
である。その技術は、エボキク樹脂基板の表面に銅の薄
い層を付着し、その層を上記技術で種々の電極に分離す
るものである。
種々の電極組合せから得られた信号は、測定装置に組込
まれている集積回路（ＩＣ）２２により検出および処理
される。そのＩＣ２２は、たとえば非導電性円板の下側
に配置することにより、電極罠非常に接近して配置しな
い場合に受けるかもしれない妨害な避けることができる
から有＋＋、＋である。まＹＣｌＩＣはセンサ自体のク
ールドの利益も受ける。
そのＩＣの動作と、電気信号を処理するためのアルぜル
は知られている。それの−例が米国特許第４０９４１９
２号明細書に見られる。
本発明のような種類の容量センサを用いることの１つの
利点は、誘導型センナと比較して、ＩＣにより処理する
信号の量が非常に減少することである。また、このセン
サは使用が極めて経済的で、とくに、いくつかの自由度
を有する変位を測定する場合にそうである。その理由は
、正しい電極組合せを選択する限りは、１個のセンサで
６度の自由度な全て検出できるからである。０ＭＯ８型
ＩＣは容量と伝送ゲートを一般に用いるから、ＣＭＯＢ
ＩＣに組合せることによりこの容量センサは良く動作す
る。０ＭＯ８ＩＣ別の利点は、消費電力力を極めて少い
ために、たとえば電池で動作させることができることで
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の簡略化した縦断面図、第２図は
本発明の装置の弾性部材の側面図、第３ａ図および第３
ｂ図は弾性体の２つの実施例の斜視図、第４図は１つの
向きにおける変形を測定するのに適する差動容量センサ
の原理図、第５図は別の向きにおける変形を測定するの
に適する近接容量センナの原理図、第６図は２つの向き
における変形を測定するために、第４．５図に示ｊ２つ
の例を組合せて得られる容置センサの原理図、第７図は
第６図の線に沿う複数の電極を含み、大きな振幅の信号
を発生する容量センサの一実施例の原理図、第８ａ図お
よびｉｓｂ図はそれぞれ本発明Ｑ）装置の下側と上側の
平らな電極の可能な実施例の平面図、第９ａ図および第
９ｂ図はそれぞれそれらの電極の改良した別の実施例の
平面図である。 １．２・・・堅い板、３・・・弾性体、４，５・・・非
導電性円板、６　、７　、１１　、１２　、１３　、１
４　、１５　、１６　、１７　、１８　、１９　。 ２０　、２１・・・電極、８・・・弾性部材、９，１０
・・・す／グ。 手続補正書く方側 昭和５９年６月ｌメ日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １　事件の表示 昭和５９年特許願第３３３３２号 ２　発明の名称 力　測　定　装　置 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 クリストフ、ベー、プルクハルト ４代理人 昭和５９年５月９日 （発送日　昭和５９年５月２９日） ６　補正の対象 図　面 ７　補正の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、上部の堅い要素および下部の竪い要素と、それら上
    部と下部の竪い要素を連結する弾性体と、 この弾性体とは独立しているが、前記堅い要素とは一体
    であり、少くとも１つの容量センサで構成される測定素
    子と、 容量セ／すに接続される測定器と、 を備え、前記容量センサは第１の部分と第２の部分で構
    成され、各部分は、第１の部分の電極が誘電体なはさん
    で第２の部分の電極に向き合うように、配置されている
    ことを特徴とする力測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の装置であって、容量
    セ／すは複数の平らな電極を含み、センサの２つの部分
    のうちの一方の部分の少（とも１つの電極は、他方の部
    分の電極に対して横方向へずらされ、電極の組合せおよ
    び電極の接続、の組合せに応じて、センサが差動センサ
    または近接センナとして機能するよ５にされ、測定器は
    、電極の種々の組合せにより発生された信号を処理する
    ため、および２つの堅い要素に対する運動の全ての自由
    度を測定するための電子装置を含んでいる、 ことを特徴とする力測定装置。 ３、％許請求の範囲第２項に記載の装置であって、セン
    サの第１の部分と第２の部分は非導電性の円板により構
    成ぎれ、電極に接続される電子測定器は、それに組込ま
    れるモノリンツク集積回路によって構成されていること
    を特徴とする力測定装置。 ４、上部の堅め要素および下部の堅い要素と、中空円筒
    により構成され、上部と下記の前記要素を連結する弾性
    体と、 この弾性体とは独立しているが、前記堅い要素とは一体
    であり、少くとも１つの容童センサで構成される測定素
    子と、 容量センサに接続される測定器と、 を備え、前記中空円筒は機械加工されて、アノグル状に
    曲げられたりゾの弾性部材により連結された２個の堅い
    す／グを頂部と底部に形成し、前記容量センサは第１の
    部分と第２の部分で構成され、各部分は、第１の部分の
    電極が誘電体をはさんで第２の部分の電極に向き合５よ
    うに、配置されていることを特徴とする力測定装置。 ５、特許請求の範囲第４項に記載の装置であって、容量
    センサは複数の平らな電極を含み、センサの２つの部分
    のうちの一方の部分の少くとも１つの電極は他方の部分
    の電極に対して横にずらされて、電極の組合せおよび電
    極の接続、の組合せに応じて、センサが差動セ／すまた
    は近接センサとして機能するようにされ、 測定器は、電極の種々の組合せにより発生された信号を
    処理するため、および２つの堅い要素に対する運動の全
    ての自由度を測定するための電子装置を含んでいる、 ことな特徴とする力測定装置。 ６、特許請求の範囲第５項に記載の装置であって、セン
    サの第１の部分と第２の部分は非導電性の円板により構
    成され、電極に接続される電子測定器は、それに組込ま
    れるモノリシック集積回路により構成されていることを
    特徴とする力測定装置。 ７、上部の堅い要素および下部の堅い要素と、穴をあけ
    られた中空円筒により構成され、上部と下部の堅い要素
    を連結する弾性体と、この弾性体とは独立しているが、
    前記堅い要素とは一体であり、少くとも１つの容量セン
    ナで構成される測定素子と、 容量センサに接続される測定器と。 を儂え、前記容量セ／Ｖは第１の部分と第２の部分な備
    え、各部分は少くとも１つの平らな電極を支持する平ら
    な表面を呈し、第１の部分の電極が誘電体をはさんで第
    ２の部分の電極に向き合うように、それらの部分は配置
    されていることな特徴とする力測定装置。 ８、特許請求の範囲第７項に記載の装置であって、容量
    センナは複数の平らな電極を含み、センサの２つの部分
    のうちの一方の部分の少くとも１つの電極は他方の部分
    の電極に対して横にずらされて、電極の組合せおよび電
    極の接続、の組合せに応じて、セ／すが差動センサまた
    は近接センサとして機能するようにされ、 測定器は、電極の種々の組合せにより発生された信号を
    処理するため、および２つの堅い要素に対する運動の全
    ての自由度な測定するための電子装置を含んでいる、 ことな特徴とする力測定装置。 ９、特許請求の範囲第８項に記載の装置であって、セン
    サの第１の部分と第２の部分は非導電性円板により構成
    され、電極に接続される電子測定器は、それに組込まれ
    るモノリシック集積回路により構成されていることを特
    徴とする力測定装置。
JP59033332A 1983-02-23 1984-02-23 力測定装置 Granted JPS6085342A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1002/83A CH651928A5 (fr) 1983-02-23 1983-02-23 Dispositif de mesure de force.
CH1002/83-2 1983-02-23

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Publication Number Publication Date
JPS6085342A true JPS6085342A (ja) 1985-05-14
JPH0534615B2 JPH0534615B2 (ja) 1993-05-24

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ID=4200157

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US (1) US4552028A (ja)
EP (1) EP0123646B1 (ja)
JP (1) JPS6085342A (ja)
AU (1) AU568331B2 (ja)
CA (1) CA1204299A (ja)
CH (1) CH651928A5 (ja)
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