(57)【要約】【課題】簡易な構造により複数の軸方向に生じる荷重を検出できる多軸力検出装置を提供する。【解決手段】多軸力検出装置１０を、貫通形成された第１貫通孔３２と第１貫通孔３２に沿って内周面を形成する第１傾斜面３６を備えた外側部材１２と、第１貫通孔３２に嵌合された嵌合部４２と嵌合部４２の軸方向外側に設けられた突出部４４と突出部４４及び嵌合部４２に貫通形成された第２貫通孔４８とを備えた内側部材１４と、第１傾斜面３６及び第２傾斜面４０のいずれか一方の直径方向に沿って配置され、平面視で第２貫通孔４８の中心軸に対して点対称となる第１感圧素子１６及び第２感圧素子１８を備えた複数の感圧素子部２０、２２と、軸部７２の軸方向外側端部に設けられ、内側部材１４及び外側部材１２を軸方向に圧着固定する固定部７４を含んで構成された固定部材７０と、を含んで構成する。【選択図】図３
2020094988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向と直交する方向に沿って形成された上面と、前記上面の内側に円状に形成された開口を上底とし、軸方向に沿って逆円錐台状に貫通形成された第１貫通孔と、前記第１貫通孔に沿って内周面を形成する第１傾斜面と、を備えた外側部材と、
前記第１傾斜面に沿って形成された第２傾斜面を外側面とする逆円錐台状に形成され、前記第１貫通孔に嵌合された嵌合部と、前記嵌合部の逆円錐台形状の上底側から軸方向外側へ向けて軸方向に沿って設けられ、軸方向外側端部に軸方向と直交する方向に沿って形成された上方側端面を備えた突出部と、前記嵌合部の円状に形成された下底の中心を軸中心とし、前記突出部及び前記嵌合部の内側に軸方向に沿って円柱状に貫通形成された第２貫通孔と、を備えた内側部材と、
前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面のいずれか一方の直径方向に沿って配置され、第１感圧素子及び平面視で前記第２貫通孔の中心軸に対して前記第１感圧素子と点対称となる位置に配置された第２感圧素子を備えた複数の感圧素子部と、
前記突出部に計測部材の一方側が固定された前記内側部材の前記第２貫通孔及び前記計測部材の他方側が固定された前記外側部材の前記第１貫通孔に挿通された軸部と、前記軸部の軸方向両端部に設けられ、前記内側部材及び前記外側部材を軸方向に圧着固定する固定部と、を備えた固定部材と、
を含んで構成された多軸力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多軸力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、基板の表面上に同心円状に３つ以上設けられ、荷重に応じて電気抵抗が変化する荷重検出用抵抗体と荷重検出用抵抗体の温度変化による電気抵抗の変化を補償する温度補償抵抗体とを備えた面圧センサが開示されている。温度補償抵抗体は、受圧部が受けた荷重を荷重検出用抵抗体に伝達する環板形状の伝達部が基板に接触する部分の径方向外側部分で基板に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２１００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、厚さ方向に沿って挿通されたボルトに締結された板材に幅方向から荷重が負荷された場合には、板材には圧縮荷重とせん断荷重とが同時に作用する。このような荷重条件において強度を適切に評価するためには、複数の軸方向に生じる荷重を同時に検出できることが望ましい。そこで、特許文献１に記載の面圧センサを軸方向と径方向を含む複数の軸方向の荷重計測に適用することも考えられるが、軸数に比例して抵抗体を増やす必要があるため装置の構成が複雑になる。また、多数の抵抗体を設けた装置の剛性を確保した上で小型化を図ることは困難となる。そこで、簡易な構造により複数の軸方向に生じる荷重を検出できることが望ましい。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、簡易な構造により複数の軸方向に生じる荷重を検出できる多軸力検出装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の多軸力検出装置は、軸方向と直交する方向に沿って形成された上面と、前記上面の内側に円状に形成された開口を上底とし、軸方向に沿って逆円錐台状に貫通形成された第１貫通孔と、前記第１貫通孔に沿って内周面を形成する第１傾斜面と、を備えた外側部材と、前記第１傾斜面に沿って形成された第２傾斜面を外側面とする逆円錐台状に形成され、前記第１貫通孔に嵌合された嵌合部と、前記嵌合部の逆円錐台形状の上底側から軸方向外側へ向けて軸方向に沿って設けられ、軸方向外側端部に軸方向と直交する方向に沿って形成された上方側端面を備えた突出部と、前記嵌合部の円状に形成された下底の中心を軸中心とし、前記突出部及び前記嵌合部の内側に軸方向に沿って円柱状に貫通形成された第２貫通孔と、を備えた内側部材と、前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面のいずれか一方の直径方向に沿って配置され、第１感圧素子及び平面視で前記第２貫通孔の中心軸に対して前記第１感圧素子と点対称となる位置に配置された第２感圧素子を備えた複数の感圧素子部と、前記突出部に計測部材の一方側が固定された前記内側部材の前記第２貫通孔及び前記計測部材の他方側が固定された前記外側部材の前記第１貫通孔に挿通された軸部と、前記軸部の軸方向両端部に設けられ、前記内側部材及び前記外側部材を軸方向に圧着固定する固定部と、を備えた固定部材と、を含んで構成されている。
【０００７】
請求項１に記載の多軸力検出装置によれば、外側部材に貫通形成された第１貫通孔に内側部材の嵌合部が嵌合されているため、外側部材の第１傾斜面と内側部材の第２傾斜面は、複数の感圧素子部を挟み込んで当接されている。また、第１計測部材が配置される内側部材の突出部は、外側部材の上面が形成された側の軸方向外側に形成されている。このため、圧着固定された第１計測部材と第２計測部材に作用する荷重は、突出部を介して第１傾斜面及び第２傾斜面のいずれか一方の直径方向に沿って設けられた複数の感圧素子部に負荷される。ここで、突出部は、外側部材に接触しないため、突出部と外側部材との間には摩擦力は生じない。このため、突出部に負荷された荷重は、摩擦力の影響を受けることなく複数の感圧素子部に伝達される。さらに、外側部材及び内側部材を挟み込んだ第１計測部材及び第２計測部材を固定部材によって軸方向に圧着固定するだけの簡単な構成により、第１計測部材と第２計測部材との間に伝達される荷重を計測することができる。これにより、簡易な構造により荷重を高精度で検出することができる。
【０００８】
さらに、請求項１に記載の多軸力検出装置によれば、外側部材の第１傾斜面及び内側部材の嵌合部の第２傾斜面は、装置軸方向及び装置径方向に対して傾斜している。このため、突出部を介して第１感圧素子及び第２感圧素子に伝達される荷重は、装置軸方向と装置径方向の２軸の成分を含んでいる。また、第１感圧素子と第２感圧素子とは、第２貫通孔の中心軸に対して点対称となる位置に設けられている。このため、第１感圧素子より検出される荷重は、装置軸方向については、第２感圧素子より検出される荷重と同相関係となり、装置径方向については、第２感圧素子より検出される荷重と逆相関係となる。このため、装置軸方向の荷重については、第１感圧素子で検出された荷重と第２感圧素子で検出された荷重との和を取ることで検出することができる。また、装置径方向の荷重については、第１感圧素子で検出された荷重と第２感圧素子で検出された荷重との差を取ることで検出することができる。これにより、簡易な構造により複数の軸方向に生じる荷重を検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明に係る多軸力検出装置は、簡易な構造により複数の軸方向に生じる荷重を検出できるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る多軸力検出装置の外側部材と内側部材を装置上方側から見た平面図である。
【図２】図１に示された本実施形態に係る外側部材と内側部材を２−２線に沿って切断した縦断面図である。
【図３】図１に示された本実施形態に係る多軸力検出装置に計測部材が取り付けられた状態を３−３線に沿って切断した縦断面図である。
【図４】図１に示す４−４線に沿って外側部材と内側部材を切断した縦断面図である。
【図５】図１で定義されたＸ軸方向に沿って設けられた感圧素子部から検出される荷重の時系列の一例である。
【図６】図１に示す６−６線に沿って外側部材と内側部材を切断した縦断面図である。
【図７】図１で定義されたＹ軸方向に沿って設けられた感圧素子部から検出される荷重の時系列の一例である。
【図８】変形例に係る多軸力検出装置の外側部材と内側部材を装置上方側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１から図８を用いて、本発明の実施形態に係る多軸力検出装置について説明する。以下の図において、矢印ＵＰは装置上方側を示し、矢印Ｒは装置径方向を示している。
【００１２】
図１に示されるように本実施形態に係る多軸力検出装置１０は、同時に複数の軸方向から作用する荷重を検出（計測）するために用いられる。具体的には、例えば、ボルト締結された２つの部材にボルトの軸方向に沿って圧縮荷重が作用している状態で、少なくとも一方の部材に、ボルトの軸方向に対して垂直な方向から荷重（せん断荷重）が負荷される場合である。このため、荷重が負荷される計測部材６２、６４間（図３参照）に取り付けられる外側部材１２及び内側部材１４と、を含んで構成されている。多軸力検出装置１０に作用した荷重は、外側部材１２及び内側部材１４の軸方向となる装置上下方向に沿って外側部材１２及び内側部材１４へ伝達される。また、外側部材１２及び内側部材１４のどちらか一方には、荷重を検出するための第１感圧素子１６と第２感圧素子１８を備えた複数の感圧素子部２０、２２が設けられている。
【００１３】
図２に示されるように、外側部材１２は、金属製の柱状体とされ、ここでは、略円柱状に形成されている。外側部材１２の上端には、軸方向と直交する方向（装置径方向）に沿って設けられた上面３０が形成されている。上面３０の内側には、略円状に形成された開口３４を上底とし、軸方向に沿って略逆円錐台状に貫通形成された第１貫通孔３２が形成されている。このため、外側部材１２の内周面を構成する第１傾斜面３６は、第１貫通孔３２に沿って形成されている。
【００１４】
なお、ここでは、外側部材１２は、外形が略円柱状に形成されているとして説明したが、これに限らず、外形が、例えば、直方体状に形成されてもよい。
【００１５】
外側部材１２の第１貫通孔３２には、内側部材１４が配置されている。具体的には、第１傾斜面３６に沿って形成された第２傾斜面４０が外側面を構成する略逆円錐台状に形成された嵌合部４２が、第１貫通孔３２に嵌合されている。
【００１６】
嵌合部４２の逆円錐台形状の上底側には、略円柱状の突出部４４が形成されている。突出部４４の軸方向外側の上面には、軸方向と直交する方向に沿って上方側端面４６が形成されている。これにより、上方側端面４６は、外側部材１２の上面３０よりも所定の高さＨだけ軸方向外側（装置上方側）に形成されている（図３参照）。また、内側部材１４の突出部４４及び嵌合部４２の内側には、逆円錐台形状の嵌合部４２の下底の中心Ｏ（図１参照）を軸中心とし、軸方向に沿って略円柱状に第２貫通孔４８が貫通形成されている。
【００１７】
なお、ここでは、突出部４４は、外形が略円柱状に形成されているとして説明したが、これに限らず、外形が、例えば、逆円錐台状や円錐台状に形成されてもよい。
【００１８】
図１に示されるように、外側部材１２の第１傾斜面３６の表面には、複数の感圧素子部として、Ｘ軸感圧素子部２０と、Ｙ軸感圧素子部２２と、が設けられている。Ｘ軸感圧素子部２０は、複数の検出用抵抗体５０で構成される第１感圧素子１６としての第１Ｘ軸素子５２及び第２感圧素子１８としての第２Ｘ軸素子５４により構成されている。第１Ｘ軸素子５２を構成する検出用抵抗体５０は、略逆円錐台状に形成された第１貫通孔３２の下底側から上底側にかけて平面視で装置直径方向に沿って複数個（ここでは、５個）配置されている。このため、第１傾斜面３６上の複数個所で同じ方向（装置直径方向、装置軸方向）に作用する荷重を同時に検出することができ、安定した荷重検出を行うことができる。以下、ここでは、Ｘ軸感圧素子部２０の検出用抵抗体５０が配置された方向をＸ軸方向と定義する。また、装置軸方向をＺ軸方向と定義する。
【００１９】
第２貫通孔４８の中心軸Ｏに対して平面視で第１Ｘ軸素子５２を構成する複数の検出用抵抗体５０と点対称となる位置には、第２Ｘ軸素子５４を構成する複数個（ここでは、５個）の検出用抵抗体５０がそれぞれ配置されている。このため、第２Ｘ軸素子５４を構成する検出用抵抗体５０は、略逆円錐台状に形成された第１貫通孔３２の下底側から上底側にかけて平面視で装置直径方向に沿って配置されている。第２Ｘ軸素子５４により、第１Ｘ軸素子５２と同じ方向（装置径方向、装置軸方向）に作用する荷重を、第１Ｘ軸素子５２と第２貫通孔４８の中心軸Ｏに対して点対称となる位置で検出することができる。
【００２０】
Ｙ軸感圧素子部２２は、Ｘ軸方向と平面視で直交する方向に沿って複数の検出用抵抗体５０で構成される第１感圧素子１６としての第１Ｙ軸素子５６及び第２感圧素子１８としての第２Ｙ軸素子５８が配置されている。以下、ここでは、Ｙ軸感圧素子部２２の検出用抵抗体５０が配置された方向をＹ軸方向と定義する。
【００２１】
第１Ｙ軸素子５６を構成する検出用抵抗体５０は、略逆円錐台状に形成された第１貫通孔３２の下底側から上底側にかけて平面視で装置直径方向に沿って複数個（ここでは、５個）配置されている。このため、第１傾斜面３６上の複数個所で同じ軸方向（装置径方向）に作用する荷重を同時に検出することができ、安定した荷重検出を行うことができる。
【００２２】
第２貫通孔４８の中心軸Ｏに対して平面視で第１Ｙ軸素子５６を構成する複数の検出用抵抗体５０と点対称となる位置には、第２Ｙ軸素子５８を構成する複数個（ここでは、５個）の検出用抵抗体５０がそれぞれ配置されている。このため、第２Ｙ軸素子５８を構成する検出用抵抗体５０は、略逆円錐台状に形成された第１貫通孔３２の下底側から上底側にかけて平面視で装置直径方向に沿って配置されている。第２Ｙ軸素子５８により、第１Ｙ軸素子５６と同じ軸方向（装置径方向）に作用する荷重を、第１Ｙ軸素子５６と第２貫通孔４８の中心軸Ｏに対して点対称となる位置で検出することができる。
【００２３】
検出用抵抗体５０は、圧力感度が高くかつ歪み感度や温度感度の小さい材質が成膜された上で、例えば、フォトリソグラフィにより蛇行パターン等（図示省略）に形成されることによって構成されている。圧力感度が高くかつ歪み感度や温度感度の小さい材質としては、例えば、クロム（Ｃｒ）６０〜９９原子％、金属元素０〜１０原子％のＣｒサーメット、マンガニンを用いることができる。荷重検出用抵抗体２１は、蛇行パターンとすることで小型化されている。また、検出用抵抗体５０は、例えば、スパッタリング、蒸着、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）等の方法により成膜される。
【００２４】
なお、ここでは、Ｘ軸感圧素子部２０及びＹ軸感圧素子部２２は、外側部材１２の第１傾斜面３６の表面に設けられているとして説明したが、これに限らず、内側部材の第２傾斜面の表面に設けられてもよい。
【００２５】
図３に示されるように、Ｘ軸感圧素子部２０及びＹ軸感圧素子部２２が配置された外側部材１２と内側部材１４は、荷重が負荷される計測部材としての第１計測部材６２と第２計測部材６４との間に挟み込まれる。具体的には、内側部材１４の上方側端面４６に第１計測部材６２の下面６２Ａが固定され、装置径方向に沿って形成された外側部材１２の下面１２Ａに第２計測部材の上面３０Ａが固定される。これにより、外側部材１２と内側部材１４は、第１計測部材６２と第２計測部材６４との間に挟み込まれる。ここで、上方側端面４６は、外側部材１２の上面３０よりも所定の高さＨだけ装置上方側に形成されているため、第１計測部材６２は、外側部材１２と接触しない。
【００２６】
第１計測部材６２には、内側部材１４の上方側端面４６に取り付けられたときに、第２貫通孔４８と平面視で重なる位置に第１孔部６６が第１計測部材６２の厚さ方向（装置軸方向）に沿って貫通成形されている。また、第２計測部材６４には、外側部材１２の下面１２Ａに取り付けられたときに、第１貫通孔３２及び第２貫通孔４８と平面視で重なる位置に第２孔部６８が第２計測部材６４の厚さ方向（装置軸方向）に沿って貫通成形されている。
【００２７】
外側部材１２と内側部材１４とを挟み込んだ第１計測部材６２の第１孔部６６と第２計測部材６４の第２孔部６８には、固定部材７０の軸部としての固定用ボルト７２のボルト軸部７２Ａが挿通されている。第１孔部６６から挿通されたボルト軸部７２Ａの先端（装置下方側端部）は、第２孔部６８から装置下方側に突出する長さに形成されている。固定用ボルト７２は、一方の端部に形成された頭部７２Ｂの装置下方側に略円板状に形成された板部７２Ｂ１により第１計測部材６２を押えるように構成されている。このため、頭部７２Ｂは、装置軸方向に沿って切断した断面が略ハット状に形成されている。
【００２８】
第２孔部６８から装置下方側に突出されたボルト軸部７２Ａの先端には、固定部としてのナット７４が、ボルト軸部７２Ａに螺合されている。固定部材７０によりボルト締結された第１計測部材６２と第２計測部材６４は、装置軸方向に圧着固定されている。なお、ここでは、第１計測部材６２及び第２計測部材６４は、固定用ボルト７２及びナット７４により軸方向に圧着固定されているとして説明したが、これに限らず、例えば、万力等の工具や機構によって圧着固定されてもよい。
【００２９】
図２に示されるように、内側部材１４には、平面視でＸ軸感圧素子部２０及びＹ軸感圧素子部２２と重ならない位置に、装置軸方向に沿って内側第１溝部８０が貫通成形されている。また、外側部材１２の内側第１溝部８０に対向する部分には、第１傾斜面３６から下端部にかけて軸方向に沿って外側第１溝部８２が形成されている。これにより、内側第１溝部８０と外側第１溝部８２が連通された第１差込部８４が形成されている。
【００３０】
図１に示されるように、内側部材１４には、第１差込部８４と平面視で第２貫通孔４８の中心軸Ｏに対して点対称となりかつ平面視でＸ軸感圧素子部２０及びＹ軸感圧素子部２２と重ならない位置に、装置軸方向に沿って内側第２溝部８６が貫通成形されている。また、外側部材１２の内側第２溝部８６に対向する部分には、第１傾斜面３６から下端部にかけて軸方向に沿って外側第２溝部８８が形成されている。これにより、内側第２溝部８６と外側第２溝部８８が連通された第２差込部９０が形成されている。
【００３１】
図２に示されるように、第１差込部８４には、金属棒状に形成された固定ピン９２が差し込まれている。また、第２差込部９０にも、固定ピン９２が差し込まれている（図示省略）。これにより、外側部材１２に嵌合部４２が嵌合された内側部材１４は、外側部材１２に対する位置が固定されると共にその周方向に沿って回動することが抑制される。
【００３２】
次に、多軸力検出装置１０の計測原理の説明を通じて本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００３３】
ここでは、固定部材７０によって装置軸方向に圧着固定された第１計測部材６２及び第２計測部材６４に、装置軸方向及び装置径方向から荷重が負荷された場合を例にとって計測原理について説明する。
【００３４】
図４には、固定部材７０によって圧着固定された第１計測部材６２及び第２計測部材６４に装置軸方向に沿って圧縮荷重Ｆｚが負荷されると共に、第１計測部材６２にＸ軸方向から荷重Ｆｘが負荷された状態が示されている。第１Ｘ軸素子５２が配置されている第１傾斜面３６は、第１傾斜面３６と外側部材１２の下面１２Ａとが形成する角度であるテーパ角θだけ装置径方向に対して傾斜して形成されている。このため、第１Ｘ軸素子５２に負荷される荷重Ｘ１は、装置軸方向と装置径方向の２軸の成分を持つ。具体的には、荷重Ｘ１は、装置軸方向成分Ｘ１×ｓｉｎθと装置径方向成分Ｘ１×ｃｏｓθとに分解することができる。また、第１傾斜面３６に配置されている第２Ｘ軸素子５４に負荷される荷重Ｘ２は、第１Ｘ軸素子５２と同様に装置軸方向と装置径方向の２軸の成分を持つ。具体的には、荷重Ｘ２は、装置軸方向成分Ｘ２×ｓｉｎθと装置径方向成分Ｘ２×ｃｏｓθとに分解することができる。ここで、図５に示されるように、第１Ｘ軸素子５２から出力される装置軸方向成分Ｘ１×ｓｉｎθについての電圧出力（電気出力）は、第２Ｘ軸素子５４から出力される装置軸方向成分Ｘ２×ｓｉｎθについての電圧出力と同相に出力される（図５右側参照）。また、第１Ｘ軸素子５２から出力される装置径方向成分Ｘ１×ｃｏｓθについての電圧出力は、第２Ｘ軸素子５４から出力される装置径方向成分Ｘ２×ｃｏｓθについての電圧出力と逆相に出力される（図５左側参照）。このため、第１Ｘ軸素子５２及び第２Ｘ軸素子５４で検出された出力の差を取ることにより、Ｘ軸方向から負荷される荷重Ｆｘを下記の（１）式に基づいて算出することができる。
【００３５】
【数１】
2020094988.tif 000003
ここで、Ａは、予め検定することにより求められた第１Ｘ軸素子５２及び第２Ｘ軸素子５４の電圧出力と荷重Ｆｘとの関係を表す変換定数である。変換定数Ａは、例えば、第１計測部材の側面に取り付けられると共にＸ軸方向に延在されたワイヤにプーリーを介して吊された錘と錘の重量に応じて変化する電圧出力との関係から求めることができる。
【００３６】
図６には、固定部材７０によって圧着固定された第１計測部材６２及び第２計測部材６４に装置軸方向に沿って圧縮荷重Ｆｚが負荷されると共に、第１計測部材６２にＹ軸方向から荷重Ｆｙが負荷された状態が示されている。第１Ｙ軸素子５６が配置されている第１傾斜面３６は、第１傾斜面３６と外側部材１２の下面１２Ａとが形成する角度であるテーパ角θだけ装置径方向に対して傾斜して形成されている。このため、第１Ｘ軸素子５２に負荷される荷重Ｙ１は、装置軸方向と装置径方向の２軸の成分を持つ。具体的には、荷重Ｙ１は、装置軸方向成分Ｙ１×ｓｉｎθと装置径方向成分Ｙ１×ｃｏｓθとに分解することができる。また、第１傾斜面３６に配置されている第２Ｙ軸素子５８に負荷される荷重Ｙ２は、第１Ｙ軸素子５６と同様に装置軸方向と装置径方向の２軸の成分を持つ。具体的には、荷重Ｙ２は、装置軸方向成分Ｙ２×ｓｉｎθと装置径方向成分Ｙ２×ｃｏｓθとに分解することができる。ここで、図７に示されるように、第１Ｙ軸素子５６から出力される装置軸方向成分Ｙ１×ｓｉｎθについての電圧出力（電気出力）は、第２Ｙ軸素子５８から出力される装置軸方向成分Ｙ２×ｓｉｎθについての電圧出力と同相に出力される（図５右側参照）。また、第１Ｙ軸素子５６から出力される装置径方向成分Ｙ１×ｃｏｓθについての電圧出力は、第２Ｙ軸素子５８から出力される装置径方向成分Ｙ２×ｃｏｓθについての電圧出力と逆相に出力される（図５左側参照）。このため、第１Ｙ軸素子５６及び第２Ｙ軸素子５８で検出された出力の差を取ることにより、Ｙ軸方向から負荷される荷重Ｆｙを下記の（２）式に基づいて算出することができる。
【００３７】
【数２】
2020094988.tif 000004
ここで、Ｂは、予め検定することにより求められた第１Ｙ軸素子５６及び第２Ｙ軸素子５８の電圧出力と荷重Ｆｙとの関係を表す変換定数である。変換定数Ｂは、例えば、第１計測部材の側面に取り付けられると共にＹ軸方向に延在されたワイヤにプーリーを介して吊された錘と錘の重量に応じて変化する電圧出力との関係から求めることができる。
【００３８】
第１計測部材６２及び第２計測部材６４に装置軸方向に沿って負荷される圧縮荷重Ｆｚは、第１Ｘ軸素子５２及び第２Ｘ軸素子５４並びに第１Ｙ軸素子５６及び第２Ｙ軸素子５８で検出された出力の和を取ることにより、下記の（３）式に基づいて算出することができる。
【００３９】
【数３】
2020094988.tif 000005
ここで、Ｃは、予め検定することにより求められた第１Ｘ軸素子５２、第２Ｘ軸素子５４、第１Ｙ軸素子５６及び第２Ｙ軸素子５８の電圧出力と荷重Ｆｚとの関係を表す変換定数である。変換定数Ｃは、例えば、内側部材１４の上方側端面４６に配置された錘と錘の重量に応じて変化する電圧出力との関係から求めることができる。
【００４０】
本実施形態に係る多軸力検出装置１０によれば、外側部材１２に貫通形成された第１貫通孔３２に内側部材１４の嵌合部４２が嵌合されるため、第１傾斜面３６と第２傾斜面４０は、複数の感圧素子部２０を挟み込んで当接されている。また、第１計測部材６２が配置される内側部材１４の突出部４４は、外側部材１２の上面３０が形成された側の軸方向外側に形成されている。このため、第１計測部材６２と第２計測部材６４が軸方向に圧着固定された状態で受ける荷重は、突出部４４を介して第１傾斜面３６に設けられた複数の感圧素子部２０に負荷される。ここで、突出部４４は、外側部材１２に接触しないため、内側部材１４と外側部材１２との間には摩擦力は生じない。このため、軸方向に圧着固定された第１計測部材６２と第２計測部材６４から複数の感圧素子部２０に負荷される荷重は、このような摩擦力の影響を受けない。
【００４１】
さらに、本実施形態に係る多軸力検出装置１０によれば、第１計測部材６２と第２計測部材６４とにより外側部材１２及び内側部材１４を挟み込んだ上で、固定部材７０によって軸方向に圧着固定するだけの簡単な構成により、第１計測部材６２と第２計測部材６４との間に伝達される荷重を計測することができる。これにより、簡易な構造により内側部材１４と外側部材１２との間の摩擦力の影響を抑制した荷重を高精度で検出することができる。
【００４２】
また、本実施形態に係る多軸力検出装置１０によれば、外側部材１２の第１傾斜面３６及び内側部材１４の嵌合部４２の第２傾斜面４０は、逆円錐台形状の側面を構成している。このため、突出部４４を介してＸ軸感圧素子部２０及びＹ軸感圧素子部２２に伝達される荷重は、軸方向と径方向の２軸の成分を含んでいる。Ｘ軸感圧素子部２０を構成する第１Ｘ軸素子５２と第２Ｘ軸素子５４とは、第２貫通孔４８の中心軸Ｏに対して点対称となる位置に設けられている。このため、径方向の荷重については、第１Ｘ軸素子５２で検出された荷重と第２Ｘ軸素子５４で検出された荷重との差を取ることで検出することができる。また、Ｙ軸感圧素子部２２を構成する第１Ｙ軸素子５６と第２Ｙ軸素子５８とは、第２貫通孔４８の中心軸Ｏに対して点対称となる位置に設けられている。このため、径方向の荷重については、第１Ｙ軸素子５６で検出された荷重と第２Ｙ軸素子５８で検出された荷重との差を取ることで検出することができる。さらに、軸方向の荷重については、Ｘ軸感圧素子部２０及びＹ軸感圧素子部２２で検出された荷重の総和を取ることで検出することができる。これにより、簡易な構造により複数の軸方向に生じる荷重を検出することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の多軸力検出装置１０により、簡易な構造により複数の軸方向に生じる荷重を検出できる。
【００４４】
（変形例）
次に、図８を用いて、本実施形態の変形例について説明する。なお、前述した本実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本変形例に係る多軸力検出装置１１０によれば、図８に示されるように、荷重が作用しない外側部材１２の上面３０にＸ軸方向に沿って第１Ｘ軸温度素子１１２と第２Ｘ軸温度素子１１４とが配置されている。第１Ｘ軸温度素子１１２は、第１Ｘ軸素子５２とブリッジ回路が構成されている。また、第２Ｘ軸温度素子１１４は、第２Ｘ軸素子５４とブリッジ回路が構成されている。
【００４６】
また、荷重が作用しない外側部材１２の上面３０には、Ｙ軸方向に沿って第１Ｙ軸温度素子１１６と第２Ｙ軸温度素子１１８とが配置されている。第１Ｙ軸温度素子１１６は、第１Ｙ軸素子５６とブリッジ回路が構成されている。また、第２Ｙ軸温度素子１１８は、第２Ｙ軸素子５８とブリッジ回路が構成されている。
【００４７】
温度変化により第１Ｘ軸素子５２及び第２Ｘ軸素子５４の抵抗値に変化が生じるため、荷重が負荷されたときの電圧出力も変化する。本変形例によれば、第１Ｘ軸素子５２と第１Ｘ軸温度素子１１２とがブリッジ回路を構成すると共に第２Ｘ軸素子５４と第２Ｘ軸温度素子１１４とがブリッジ回路を構成することにより、温度変化による電圧出力の変化量を差し引くことができる。また、第１Ｙ軸素子５６と第１Ｙ軸温度素子１１６とがブリッジ回路を構成すると共に第２Ｙ軸素子５８と第２Ｙ軸温度素子１１８とがブリッジ回路を構成することにより、温度変化による電圧出力の変化量を差し引くことができる。このため、簡易な構造により温度変化の激しい環境下においても複数の軸方向に生じる荷重を検出することができる。
【００４８】
以上説明したように、本変形例に係る多軸力検出装置１１０により、簡易な構造により複数の軸方向に生じる荷重を検出できる。
【００４９】
なお、ここでは、第１感圧素子１６及び第２感圧素子１８を構成する複数の検出用抵抗体５０は、外側部材１２の第１傾斜面３６の表面に配置されているとして説明したが、これに限らず、内側部材の第２傾斜面の表面に配置されてもよく、また互いに重ならないように第１傾斜面及び第２傾斜面の両方に配置されてもよい。
【００５０】
また、ここでは、固定部材７０は、固定用ボルト７２及びナット７４により構成されているとして説明したが、これに限らず、軸部の一方の端部に、金属板等が溶接され、軸部の他方の端部がボルト締結される構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０   多軸力検出装置
１２   外側部材
１２Ａ 下面
１４   内側部材
１６   第１感圧素子
１８   第２感圧素子
２０   Ｘ軸感圧素子部（感圧素子部）
２２   Ｙ軸感圧素子部（感圧素子部）
３０   上面
３２   第１貫通孔
３４   開口
３６   第１傾斜面
４０   第２傾斜面
４２   嵌合部
４４   突出部
４６   上方側端面
４８   第２貫通孔
６２   第１計測部材（計測部材）
６４   第２計測部材（計測部材）
７０   固定部材
７２   固定用ボルト（軸部）
７４   ナット（固定部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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