(57)【要約】【課題】  多分力を同時に高精度に測定できる上に、量産可能にする。【解決手段】  梁１２を等断面に形成し、その一端部が固定台１０に固定され、他端部側に載荷部８が結合されている。  この梁の上下面に予め定めた距離を隔てて歪みゲージ２０ａ、２０ｂが貼着され、下面に予め定めた距離を隔てて歪みゲージ２０ｃ、２０ｄが貼着され、これら歪みゲージ２０ａ乃至２０ｄによってブリッジ回路３０が形成されている。このブリッジ回路３０の出力が、梁１２の上下面方向に加えられた力に比例した出力を発生する。【選択図】        図１
2005172619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等断面に形成されており、一端部が基部に固定され、他端部側に力が印加される梁と、
この梁の長さ方向に沿う第１の面に予め定めた距離を隔てて配置され、前記梁の長さ方向に沿う第１の軸と、第１の軸と直交し、かつ互いに直交する第２及び第３の軸からなる座標系において第２の軸方向に沿う力に基づく第３の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する第１及び第２のモーメント検出器と、
第１及び第２のモーメント検出器の出力の差を算出する第１演算手段とを、
具備するモーメント検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のモーメント検出装置において、
前記梁の長さ方向に沿い、かつ第１の面と垂直でかつ第３の軸に垂直な第２の面に予め定めた距離を隔てて配置され、第３の軸に沿う力に基づく第２の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する第３及び第４のモーメント検出器と、
第３及び第４のモーメント検出器の出力の差を算出する第２演算手段とを、
具備するモーメント検出装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のモーメント検出装置において、
第１の面は、互いに平行でかつ対向する第１引っ張り面と第１圧縮面とを有し、
第１のモーメント検出器は、第１引っ張り及び第１圧縮面の対応する位置に設けた第１の引っ張り面側検出器と第１の圧縮面側検出器とを有し、
第２のモーメント検出器は、第１の引っ張り面側及び圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第１引っ張り面及び第１圧縮面上の位置に第２の引っ張り面側検出器と第２の圧縮面側検出器とを有し、
第１演算手段は、第１及び第２の引っ張り面側検出器を直列に接続した第１の直列回路と、第１及び第２の圧縮面側検出器を直列に接続した第２の直列回路とを並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第１及び第２の引っ張り面側検出器の相互接続点と第１及び第２の圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第１ブリッジ回路からなるモーメント検出装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のモーメント検出装置において、
第２の面は、互いに平行でかつ対向する第２引っ張り面と第２圧縮面とを有し、
第３のモーメント検出器は、第２引っ張り及び第２圧縮面の対応する位置に設けた第３の引っ張り面側検出器と第３の圧縮面側検出器とを有し、
第４のモーメント検出器は、第２の引っ張り面側及び圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第２引っ張り面及び第２圧縮面上の位置に第４の引っ張り面側検出器と第４の圧縮面側検出器とを有し、
第２演算手段は、第３及び第４の引っ張り面側検出器を直列に接続した第３の直列回路と、第３及び第４の圧縮面側検出器を直列に接続した第４の直列回路とを並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第３及び第４の引っ張り面側検出器の相互接続点と第３及び第４の圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第２ブリッジ回路からなるモーメント検出装置。
【請求項５】
中央部が基部に固定され、前記中央部からその両側に同一直線に沿ってそれぞれ等断面で伸延した第１及び第２梁部を有し、第１及び第２梁部それぞれの先端部を同一の載荷部に結合されている本体部と、
前記直線に沿う第１梁部上の第１面に予め定めた距離を隔てて配置され、第１及び第２の梁部の長さ方向に沿う第１の軸と、前記中央部において第１の軸とそれぞれ直交し、かつ互いに直交している第２及び第３の軸とを持つ座標系において第２の軸に沿う方向の力が前記載荷部から印加されたとき第１梁部における第３の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する第１及び第２モーメント検出手段と、
前記直線に沿う第２梁部上の第１面に前記予め定めた距離を隔てて配置され、第２の軸に沿う方向の力が前記載荷部から印加されたとき第２梁部における第３の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する第３及び第４モーメント検出手段と、
第１及び第２モーメント検出手段の出力の差を算出する第１算出手段と、
第３及び第４モーメント検出手段の出力の差を算出する第２算出手段と、
第１モーメント演算手段の出力と第２モーメント演算手段の出力との差を算出する第３算出手段とを、
具備する多分力検出装置。
【請求項６】
請求項５記載の多分力検出装置において、
前記直線方向に沿いかつ第１の面と垂直で、かつ第３の軸に垂直な第１梁部における第２面に予め定めた距離を隔てて配置され、第２の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する第５及び第６モーメント検出手段と、
第１梁部の第２面と同一面上にある第２梁部における第２面に予め定めた距離を隔てて配置され、第２梁部における第２軸回りのモーメントをそれぞれ検出する第７及び第８モーメント検出手段と、
第５及び第６モーメント検出手段の出力の差を算出する第４算出手段と、
第７及び第８モーメント検出手段の出力の差を算出する第５算出手段と、
第４算出手段の出力と第５算出算手段の出力との差を算出する第６算出手段とを、
具備する多分力検出装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の多分力検出装置において、
第１及び第２梁部の第１の面は、互いに平行でかつ対向する第１引っ張り面と第１圧縮面とを有し、
第１モーメント検出手段は、第１梁部の第１引っ張り面及び第１圧縮面の対応する位置に設けた第１引っ張り面側検出器と第１圧縮面側検出器とを有し、
第２モーメント検出手段は、第１梁部の第１引っ張り面側及び第１圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第１梁部の第１引っ張り面及び第１圧縮面上の位置に第２引っ張り面側検出器と第２圧縮面側検出器とを有し、
第１算出手段は、第１及び第２引っ張り面側検出器を直列に接続した第１直列回路と、第１及び第２圧縮面側検出器を直列に接続した第２直列回路とを、並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第１及び第２引っ張り面側検出器の相互接続点と第１及び第２圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第１ブリッジ回路からなり、
第３モーメント検出手段は、第２梁部の第１引っ張り面及び第１圧縮面の対応する位置に設けた第３引っ張り面側検出器と第３圧縮面側検出器とを有し、
第４モーメント検出手段は、第２梁部の第３引っ張り面側及び第３圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第２梁部の第１引っ張り面及び第１圧縮面上の位置に第４引っ張り面側検出器と第４の圧縮面側検出器とを有し、
第２算出手段は、第３及び第４引っ張り面側検出器を直列に接続した第３直列回路と、
第３及び第４圧縮面側検出器を直列に接続した第４直列回路とを、並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第３及び第４引っ張り面側検出器の相互接続点と第３及び第４圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第２ブリッジ回路からなる
多分力検出装置。
【請求項８】
請求項６または７記載の多分力検出装置において、
第１及び第２梁部の第２面は、互いに平行でかつ対向する第２引っ張り面と第２圧縮面とを有し、
第５モーメント検出手段は、第１梁部の第２引っ張り面及び第２圧縮面の対応する位置に設けた第５引っ張り面側検出器と第５圧縮面側検出器とを有し、
第６モーメント検出手段は、第１梁部の第５引っ張り面側及び第５圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第２引っ張り面及び第２圧縮面上の位置に第６引っ張り面側検出器と第６圧縮面側検出器とを有し、
第４算出手段は、第５及び第６引っ張り面側検出器を直列に接続した第５直列回路と、第５及び第６圧縮面側検出器を直列に接続した第６直列回路とを並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第５及び第６引っ張り面側検出器の相互接続点と第５及び第６圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第３ブリッジ回路からなり、
第７モーメント検出手段は、第２梁部の第２引っ張り面及び第２圧縮面の対応する位置に設けた第７引っ張り面側検出器と第７圧縮面側検出器とを有し、
第８モーメント検出手段は、第２梁部の第７引っ張り面側及び第７圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第２梁部の第２引っ張り面及び第２圧縮面上の位置に第８引っ張り面側検出器と第８圧縮面側検出器とを有し、
第５算出手段は、第７及び第８引っ張り面側検出器を直列に接続した第７直列回路と、
第７及び第８圧縮面側検出器を直列に接続した第８直列回路とを、並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第７及び第８引っ張り面側検出器の相互接続点と第７及び第８圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第２ブリッジ回路からなる
多分力検出装置。
【請求項９】
請求項６記載の多分力検出装置を第１及び第２の２組設け、第１及び第２の多分力検出装置の本体部をそれぞれの中央部で交差して配置し、前記載荷部が第１及び第２の多分力検出装置の第１及び第２の梁部の端部に結合され、第１及び第２の多分力検出装置の第１及び第２算出手段の出力の和を算出する第７算出手段と、第１及び第２の第４及び第５算出手段の出力の和を算出する第８算出手段とを、設けた多分力検出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の多分力検出装置において、
第１の多分力検出装置の第１算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第２、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する第１補正手段と、
第１の多分力検出装置の第２算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する第２補正手段と、
第１の多分力検出装置の第４算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する第３補正手段と、
第１の多分力検出装置の第５算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２及び第４算出手段の出力、第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する第４補正手段と、
第２の多分力検出装置の第１算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２、台４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する第５補正手段と、
第２の多分力検出装置の第２算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する第６補正手段と、
第２の多分力検出装置の第４算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する第７補正手段と、
第２の多分力検出装置の第５算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２及び第４算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する第８補正手段とを、
具備し、前記各係数は、第１及び第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段に出力が生じるように単独に基準の力を加えたときに第１及び第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段の他のものに生じた出力を基に決定されている
多分力検出装置。
【請求項１１】
請求項５記載の多分力検出装置において、第１及び第２の梁部が、互いに独立して形成され、前記基部に固定され、前記載荷部と前記第１及び第２の梁部との結合が、第１及び第２の面にそれぞれ平行に移動不能に行われている多分力検出装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の多分力検出装置において、前記結合は、第１及び第２の梁部並びに前記載荷部の一方に、第１面に垂直な方向に沿う凹所と第２面に垂直な方向に沿う凹所とを設け、第１及び第２の梁部並びに前記載荷部の他方に、前記両凹所に嵌められる突部を形成することによって行われている多分力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーメント検出装置及びこれを使用した多分力検出装置に関する。ここで、多分力とは、Ｘ、Ｙ及びＺの直交する３軸方向の力と、これら３軸回りに発生する回転モーメントとの６分力を意味する。
【背景技術】
【０００２】
多分力検出装置は、例えば精密に作られた飛行機、自動車、船等の模型を、力検出器を介して固定し、この模型に風または水を高速度で流して、この模型に発生する各種の分力を計測するいわゆる風洞テスト用とか、試作ロボットの関節にとりつけて、試作ロボットを動作させたときに、関節に発生する各種分力を測定するのに使用されることがある。
【０００３】
このような多分力検出装置の例が、特許文献１、特許文献２、特許文献３等に開示されている。これら技術では、６分力をそれぞれ測定するために、多分力センサを使用している。１つの力だけを検出する力センサは、歪み検出用起歪体と、この起歪体の一部が固定される固定部と、起歪体に力を作用させる力作用部とを、別個に形成し、これらを結合する構造にすることによって、量産を行えるようにして、コストの低減を図っている。しかし、上述した多分力センサでは、これに印加される力の方向が複雑なため、起歪体、固定部及び力作用部を別個に作成し、固定部と起歪体とを結合し、起歪体と力作用部とを結合する構成とすると、各結合部で僅かなずれや滑りが生じ、計測精度が悪化しやすい。そのため、上述した各文献では、固定部、起歪体及び力作用部の全てを、同一材料で一体整形加工によって製造している。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２６８４２８号公報
【特許文献２】特開平５−１４９８１１号公報
【特許文献３】特開２００３−７５２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、上記各文献の技術では、固定部、起歪体及び力作用部の全てを、同一材料で一体整形加工によって製造しているので、多分力検出装置を製造する場合、その加工に膨大な時間とコストがかかっていた。
【０００６】
本発明は、多分力を同時に高精度に測定できる上に、量産可能な分離構造の多分力検出装置と、この多分力検出装置の構成要素の１つである力センサとして使用可能なモーメント検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるモーメント検出装置は、梁を備えている。この梁は、等断面に形成されており、一端部が基部に固定され、他端部側に力が印加される。いわゆる片持ち梁である。  この梁の長さ方向に沿う第１の面に予め定めた距離、例えばＬを隔てて、第１及び第２のモーメント検出器が配置されている。第１及び第２のモーメント検出器は、第１の面に沿う第１の軸と、第１の軸にそれぞれ直交し、かつ互いに直交する第２及び第３の軸とからなる座標系において、第２の軸方向に印加された力に基づいて第１及び第２のモーメント検出器に印加される第３の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する。第１及び第２のモーメント検出器の出力の差を第１演算手段が算出する。
【０００８】
このように構成したモーメント検出装置では、例えば第３のモーメント検出器の方が第４のモーメント検出器よりも梁の一端部に近く配置され、第４のモーメント検出器と力の作用部までの距離をＬｘとし、作用部に印加される第２の軸に沿う力をＷとすると、第３のモーメント検出器において検出される第３の軸回りのモーメントはＷ（Ｌｘ＋Ｌ）であり、第４のモーメント検出器において検出される第３の軸回りのモーメントはＷＬｘである。従って、第３及び第４のモーメント検出器の出力は、Ｗ（Ｌｘ＋Ｌ）とＷＬｘとを表しており、これらの差を第１演算手段で算出することによって、ＷＬが得られる。従って、このモーメント検出装置を量産するために、梁と、この梁の他端部に力を印加するための力作用部とを別個に形成した結果、各モーメント検出装置ごとに力の作用部の位置が異なっていたとしても、同じ力が加わった場合、同じモーメントを検出することができる。Ｌの値は既知であるので、第２の軸に沿う力Ｗを容易に算出することができるし、Ｌと梁の長さとの比も既知であるので、この梁に印加されたモーメントも容易に算出することができる。なお、各モーメント検出装置において、第１及び第２のモーメント検出器間の距離Lが一定であることが必要であるが、例えば１つの基板上に第１及び第２のモーメント検出器をLだけ隔てて配置したものを、梁の第１の面に取り付ければ、どのモーメント検出装置においてもLを一定に維持することができる。なお、このモーメント検出装置は、かならずしも梁は、これと別個に設けた基部に固定する必要はなく、基部と梁とが一体に形成されているものにも適用可能であるし、作用部も別個に形成する必要はなく、梁と作用部とが一体に形成されているものにも適用可能である。
【０００９】
このモーメント検出装置において、前記梁の長さ方向に沿い、かつ第１の面と垂直で、かつ第３の軸とも垂直な第２の面に予め定めた距離を隔てて配置された第３及び第４のモーメント検出器を設けることもできる。この場合、第３及び第４のモーメント検出器は、これらに印加される第２の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する。第３及び第４のモーメント検出器の出力の差を第２演算手段が算出する。
【００１０】
このように構成すると、上述したのと同様にして、第２の軸方向の回りのモーメントまたはこの梁に印加される第３の軸に沿う力も検出することができる。この場合も、このモーメント検出装置は、かならずしも梁は、これと別個に設けた基部に固定する必要はなく、基部と梁とが一体に形成されているものにも適用可能であるし、作用部も別個に形成する必要はなく、梁と作用部とが一体に形成されているものにも適用可能である。
【００１１】
第１の面は、互いに平行でかつ対向する第１引っ張り面と第１圧縮面とを有するものとできる。この場合、第１のモーメント検出器は、第１引っ張り及び第１圧縮面の対応する位置に設けた第１の引っ張り面側検出器と第１の圧縮面側検出器とを有している。第２のモーメント検出器は、第１の引っ張り面側及び圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第１引っ張り面及び第１圧縮面上の位置に第２の引っ張り面側検出器と第２の圧縮面側検出器とを有している。第１演算手段は、第１及び第２の引っ張り面側検出器を直列に接続した第１の直列回路と、第１及び第２の圧縮面側検出器を直列に接続した第２の直列回路とを並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第１及び第２の引っ張り面側検出器の相互接続点と第１及び第２の圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第１ブリッジ回路からなる。
【００１２】
このように構成した場合、第１の演算手段として、ブリッジ回路を使用することができ、回路構成を簡略化することができる。
【００１３】
第２の面は、互いに平行でかつ対向する第２引っ張り面と第２圧縮面とを有するものとできる。この場合、第３のモーメント検出器は、第２引っ張り及び第２圧縮面の対応する位置に設けた第３の引っ張り面側検出器と第３の圧縮面側検出器とを有している。第４のモーメント検出器は、第２の引っ張り面側及び圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第２引っ張り面及び第２圧縮面上の位置に第４の引っ張り面側検出器と第４の圧縮面側検出器とを有している。第２演算手段は、第３及び第４の引っ張り面側検出器を直列に接続した第３の直列回路と、第３及び第４の圧縮面側検出器を直列に接続した第４の直列回路とを並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第３及び第４の引っ張り面側検出器の相互接続点と第３及び第４の圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第２ブリッジ回路からなる。
【００１４】
このように構成した場合、第２の演算手段として、ブリッジ回路を使用することができ、回路構成を簡略化することができる。
【００１５】
本発明による多分力検出装置は、本体部を有している。本体部は、中央部が基部に固定され、前記中央部からその両側に同一直線に沿ってそれぞれ等断面で伸延した第１及び第２梁部を有し、第１及び第２梁部それぞれの先端部を同一の載荷部に結合されている。  前記直線に沿う第１梁部上の第１面に予め定めた距離を隔てて第１及び第２モーメント検出手段が配置されている。第１及び第２モーメント検出手段は、第１及び第２の梁部の長さ方向に沿う第１の軸と、前記中央部において第１の軸とそれぞれ直交し、かつ互いに直交している第２及び第３の軸とを持つ座標系において第２の軸に沿う方向の力が前記載荷部から印加されたとき第１梁部における第３の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する。前記直線に沿う第２梁部上の第１面に前記予め定めた距離を隔てて第３及び第４モーメント検出手段が配置されている。第３及び第４のモーメント検出手段も、第２の軸に沿う方向の力が前記載荷部から印加されたとき第２梁部における第３の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する。第１及び第２モーメント検出手段の出力の差を第１算出手段が算出する。第３及び第４モーメント検出手段の出力の差を第２算出手段が算出する。第１モーメント演算手段の出力と第２モーメント演算手段の出力との差を第３算出手段が算出する。
【００１６】
このように構成することによって、上記のモーメント検出装置について説明したのと同様にして、第１及び第２梁部に印加される第３の軸回りのモーメントが第１及び第２の算出手段によって算出される。第１及び第２の算出手段の出力の差を第３の算出手段で求めることによって、第１梁部における第３の軸回りのモーメントと第２梁部における第３の軸回りのモーメントの差が算出される。これは、この多分力検出装置における第３の軸回りのモーメントを表している。従って、第３の軸回りのモーメントを検出することができる。なお、本体部は、第１及び第２梁部、中央部及び載荷部をそれぞれ個別に形成し、結合する構造とすることもできるし、これらを一体に形成する構造とすることもできる。
【００１７】
前記直線方向に沿いかつ第１の面と垂直で、かつ第３の軸と垂直な第１梁部における第２面に予め定めた距離を隔てて第５及び第６モーメント検出手段が配置されている。第５及び第６のモーメント検出手段は、第１梁部における第２の軸回りのモーメントをそれぞれ検出する。第１梁部の第２面と同一面上にある第２梁部における第２面に予め定めた距離を隔てて第７及び第８モーメント検出手段が配置されている。第７及び第８モーメント検出手段は、第２梁部における第２軸回りのモーメントをそれぞれ検出する。第５及び第６モーメント検出手段の出力の差を第４算出手段が算出する。第７及び第８モーメント検出手段の出力の差を第５算出手段が算出する。第４算出手段の出力と第５算出算手段の出力との差を第６算出手段が算出する。
【００１８】
このように構成することによって、第４及び第５算出手段の出力は、第１及び第２の梁部の第２軸回りのモーメントを表している。従って、第６算出手段の出力が、第１及び第２の梁部の第２軸回りのモーメントの差を表し、これらモーメントに含まれている第５及び第６モーメント検出器間の距離、第７及び第８モーメント検出器間の距離は、それぞれ既知であるので、第６算出手段の出力は第３の軸に沿って印加されている力を表している。
【００１９】
第１及び第２梁部の第１の面は、互いに平行でかつ対向する第１引っ張り面と第１圧縮面とを有するものとできる。第１モーメント検出手段は、第１梁部の第１引っ張り面及び第１圧縮面の対応する位置に設けた第１引っ張り面側検出器と第１圧縮面側検出器とを有している。第２モーメント検出手段は、第１梁部の第１引っ張り面側及び第１圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第１梁部の第１引っ張り面及び第１圧縮面上の位置に第２引っ張り面側検出器と第２圧縮面側検出器とを有している。第１算出手段は、第１及び第２引っ張り面側検出器を直列に接続した第１直列回路と、第１及び第２圧縮面側検出器を直列に接続した第２直列回路とを、並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第１及び第２引っ張り面側検出器の相互接続点と第１及び第２圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第１ブリッジ回路からなっている。  第３モーメント検出手段は、第２梁部の第１引っ張り面及び第１圧縮面の対応する位置に設けた第３引っ張り面側検出器と第３圧縮面側検出器とを有している。第４モーメント検出手段は、第２梁部の第３引っ張り面側及び第３圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第２梁部の第１引っ張り面及び第１圧縮面上の位置に第４引っ張り面側検出器と第４の圧縮面側検出器とを有している。第２算出手段は、第３及び第４引っ張り面側検出器を直列に接続した第３直列回路と、第３及び第４圧縮面側検出器を直列に接続した第４直列回路とを、並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第３及び第４引っ張り面側検出器の相互接続点と第３及び第４圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第２ブリッジ回路からなっている。
【００２０】
第１及び第２梁部の第２面は、互いに平行でかつ対向する第２引っ張り面と第２圧縮面とを有している。第５モーメント検出手段は、第１梁部の第２引っ張り面及び第２圧縮面の対応する位置に設けた第５引っ張り面側検出器と第５圧縮面側検出器とを有している。第６モーメント検出手段は、第１梁部の第５引っ張り面側及び第５圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第２引っ張り面及び第２圧縮面上の位置に第６引っ張り面側検出器と第６圧縮面側検出器とを有している。第４算出手段は、第５及び第６引っ張り面側検出器を直列に接続した第５直列回路と、第５及び第６圧縮面側検出器を直列に接続した第６直列回路とを並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第５及び第６引っ張り面側検出器の相互接続点と第５及び第６圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第３ブリッジ回路からなっている。第７モーメント検出手段は、第２梁部の第２引っ張り面及び第２圧縮面の対応する位置に設けた第７引っ張り面側検出器と第７圧縮面側検出器とを有している。第８モーメント検出手段は、第２梁部の第７引っ張り面側及び第７圧縮面側検出器の設置位置から同一方向に前記予め定めた距離だけ隔てた第２梁部の第２引っ張り面及び第２圧縮面上の位置に第８引っ張り面側検出器と第８圧縮面側検出器とを有している。第５算出手段は、第７及び第８引っ張り面側検出器を直列に接続した第７直列回路と、第７及び第８圧縮面側検出器を直列に接続した第８直列回路とを、並列に接続し、両直列回路の接続点を出力端子とし、第７及び第８引っ張り面側検出器の相互接続点と第７及び第８圧縮面側検出器の相互接続点とを電源端子とした第２ブリッジ回路からなっている。
【００２１】
これらのように構成すると、第１及び第２算出手段または、第１及び第２算出手段と第５及び第６算出手段をブリッジ回路によって構成することができ、構成を簡略化することができる。
【００２２】
上述した多分力検出装置を第１及び第２の２組設けることができる。この場合、第１及び第２の多分力検出装置の本体部をそれぞれの中央部で交差して配置し、前記載荷部が第１及び第２の多分力検出装置の第１及び第２の梁部の端部に結合されている。第１及び第２の多分力検出装置の第１及び第２算出手段の出力の和を算出する第７算出手段と、第１及び第２の第４及び第５算出手段の出力の和を算出する第８算出手段とが設けられている。
【００２３】
このように構成することによって、第３の軸に沿う力、第３の軸の回りのモーメントに加えて、第１の軸に沿う力、第１の軸回りのモーメントも検出することができる。なお、第１及び第２の多分力検出装置における各第２の軸回りのモーメントを表す各算出手段の出力を加算することによって第３の軸に沿う力を算出することができ、第１及び第２の多分力検出装置における第３の軸回りのモーメントを表す各算出手段の出力を加算することによって第３の軸回りのモーメントを算出することもできる。
【００２４】
さらに、第１乃至第８の補正手段を設けることもできる。第１補正手段は、第１の多分力検出装置の第１算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第２、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する。第２補正手段は、第１の多分力検出装置の第２算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する。第３補正手段は、第１の多分力検出装置の第４算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する。第４補正手段は、第１の多分力検出装置の第５算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２及び第４算出手段の出力、第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する。第５補正手段は、第２の多分力検出装置の第１算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２、台４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第２、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する。第６補正手段は、第２の多分力検出装置の第２算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第４及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する。第７補正手段は、第２の多分力検出装置の第４算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２及び第５算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する。第８補正手段は、第２の多分力検出装置の第５算出手段の出力と、第１の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段、第２の多分力検出装置の第１、第２及び第４算出手段それぞれの出力にそれぞれ係数を乗算した値との代数和を算出する。前記各係数は、第１及び第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段に出力が生じるように単独に基準の力を加えたときに、第１及び第２の多分力検出装置の第１、第２、第４及び第５算出手段のうち他のものに生じた出力を基に決定されている。
【００２５】
このように構成すると、各力や各モーメントを検出しているとき、他の力やモーメントの影響を除去することができ、高精度に力やモーメントを検出することができる。
【００２６】
第１及び第２の梁部は、互いに独立して形成され、前記基部に固定されたものとすることができる。この場合、前記載荷部と前記第１及び第２の梁部との結合が、第１及び第２の面にそれぞれ平行に移動不能に行われている。
【００２７】
このように構成すると、第１及び第２の梁部をそれぞれ個別に製造し、基部に固定し、載荷部を第１及び第２の梁部に取り付けることによって多分力検出装置を製造することができるので、量産が容易に行え、コストを低減させることができる。しかも、載荷部を第１及び第２の面にそれぞれ平行に移動不能に第１及び第２梁部に結合しているので、たとえ第１乃至第３の軸回りにモーメントが載荷部に加わっても、載荷部と第１及び第２梁部との結合がずれることがない。
【００２８】
前記結合は、第１及び第２の梁部並びに前記載荷部の一方に、第１面に垂直な方向に沿う凹所と第２面に垂直な方向に沿う凹所とを設け、第１及び第２の梁部並びに前記載荷部の他方に、前記両凹所に嵌められる突部を形成することによって行うことができる。
【００２９】
このように構成すると、凹所と突部とによる結合であるので、組み立てが容易に行える。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によるモーメント検出装置では、着力点が変化しても高精度にモーメントを検出することができる。このモーメント検出装置を組み合わせることによって、多分力を検出することができ、特に、モーメント検出装置を個別に形成し、これらモーメント検出装置を組み合わせることによって多分力検出装置を構成することができ、しかも、この多分力検出装置は、組み立て時の誤差によって着力点や支点の位置が変化しても、多分力の精度に影響が生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の第１実施形態の多分力検出装置は、図１に示すように、本体部２を有している。本体部２は、平板状の基板４を備え、その上面に多分力センサ６が設けられている。この多分力センサ６は載荷部８に結合されている。この多分力検出装置は、載荷部８に印加された荷重に基づいて、図２に示すように、第１の軸、例えばＸ軸と、これと直交する第２の軸、例えばＹ軸並びに、これらＸ軸及びＹ軸に直交する第３の軸、例えばＺ軸からなる座標系において、Ｘ軸に沿う力Ｆｘ、Ｙ軸に沿う力Ｆｙ、Ｚ軸に沿う力Ｆｚ、Ｘ軸回りのモーメントＭｘ、Ｙ軸回りのモーメントＭｙ、Ｚ軸回りのモーメントＭｚをそれぞれ測定するものである。
【００３２】
図３に示すように、基板４の中央（上記座標系の原点）付近に、基部、例えば円柱状の固定台１０が設けられている。この固定台１０は、例えば溶接等によって、その位置がずれないように基板４に固定されている。個別に形成された第１乃至第４の梁１２、１４、１６、１８が、原点を挟んでＸ軸及びＹ軸上に位置するように配置されている。それらの一端部、例えば内方端部が固定台１０に固定されている。この固定には、例えばボルトＺ軸方向に沿って配置されたボルト１１等を用いている。このように固定することによって、各梁１２、１４、１６、１８は、片持ち梁状に構成されている。各梁１２、１４、１６、１８は、それらの長さ方向に垂直な断面形状がいずれの位置でも同じ形状、例えば矩形状に形成されている。即ち、各梁１２、１４、１６、１８は、等断面に形成されている。各梁１２、１４、１６、１８は、同じ長さを有している。
【００３３】
図１に示すように、各梁１２、１４、１６、１８の外方端面が、載荷部８に結合されている。載荷部８は、概略矩形状の主壁８ａを有し、主壁８ａの各辺から主壁８ａに垂直に下方に立ち下がった側壁８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅを有している。これら側壁８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅが梁１２、１４、１６、１８に結合されている。この結合は、側壁８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅの中央に形成された横長の短冊状部８ｆを介して行われている。
【００３４】
短冊状部８ｆは、各側壁８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅの下部とこれより所定距離だけ上方の位置に水平に切欠を形成することによって、製造されている。これら切欠の両端は、それらの中央部よりも幅広に形成されている。そのため、各短冊状部８ｆは、それらの面に対して垂直な方向から力が加わると、これら短冊状部８ｆの長辺方向に沿う軸の回りにねじれるバネ効果を生じる。梁１２、１４、１６、１８の外方端面が例えばボルトによって各探索状部８ｆの中央部に固定されている。
【００３５】
このように短冊状部８ｆを形成しているので、各梁１２、１４、１６、１８には、それらの外方端面から見て上下左右方向に、載荷部８からの力が加わる。しかし、梁１２、１４、１６、１８の長さ方向の力は、短冊状部８ｆのバネ効果によって各梁１２、１４、１６、１８には加わらない。例えば、Ｙ軸方向の力は、梁１２、１４には加わらないが、梁１６、１８に対してＹ軸方向の曲げ応力として作用する。また、Ｘ方向の力は、梁１６、１８には加わらないが、梁１２、１４に対してＸ軸方向の曲げ応力として作用する。
【００３６】
上述したように、この多分力検出装置は、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出するためのものである。従って、Ｆｘは、梁１２、１４に加えられるＸ軸方向の曲げ応力の加算値として検出することができる。Ｙ軸方向の力は、梁１６、１８に加えられるＹ方向の曲げ応力の加算値として検出することができる。Ｆｚは、各梁１２、１４、１６、１８に加えられるＺ軸方向の曲げ応力の加算値として検出することができる。Ｍｘは、梁１４の上向きモーメントと梁１２の下向きモーメントとの加算値として検出することができる。Ｍｙは、梁１６の上向きモーメントと梁１８の下向きモーメントとの加算値として検出することができる。Ｍｚは、各梁１２、１４、１６、１８のＺ軸回りのモーメントの加算値として検出できる。
【００３７】
そのため、各梁１２、１４、１６、１８には、それぞれに８個、合計３２個のモーメント検出素子、例えば歪みゲージが取り付けられている。例えば、梁１２では、図４（ａ）に示すように、第１の面、例えば引っ張り面、具体的には上面に歪みゲージ２０ａ、２０ｂが予め定めた距離Ｌだけ隔てて貼着されている。同じく、第１の面、例えば圧縮面、具体的には下面に、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、歪みゲージ２０ｃ、２０ｄが予め定めた距離Ｌだけ隔てて貼着されている。なお、歪みゲージ２０ｃは、同２０ａに対応する位置に、歪みゲージ２０ｄは同２０ｂに対応する位置にそれぞれ貼着されている。また、図４（ａ）に示すように、第１の面と垂直な第２の面、例えば引っ張り面、具体的には左面には歪みゲージ２０ｅ、２０ｆが予め定めた距離Ｌだけ隔てて貼着されている。同じく、第２の面、例えば引っ張り面、具体的には右面には、歪みゲージ２０ｇ、２０ｈが予め定めた距離Ｌだけ隔てて貼着されている。歪みゲージ２０ｇは、同２０ｅに対応する位置に、歪みゲージ２０ｈは、同２０ｆに対応する位置に設けられている。
【００３８】
他の梁１２、１４、１６、１８においても同様に歪みゲージ２２ａ乃至２２ｈ、２４ａ乃至２４ｈ、２６ａ乃至２６ｈが貼着されている。
【００３９】
これら同一の梁の上下面に貼着された歪みゲージによって図５の上段にそれぞれ示すように、各軸回りのモーメントを検出するためのブリッジ回路２８、３０、３２、３４が形成され、同様に図５の下段にそれぞれ示すように、同一梁の左右面に貼着された歪みゲージによって各軸に沿う力を検出するためのブリッジ回路３６、３８、４０、４２が形成されている。
【００４０】
例えば梁１８では、上面に貼着されている歪みゲージ２６ａ、２６ｂが直列に接続され、下面に貼着されている歪みゲージ２６ｃ、２６ｄが直列に接続され、これら直列回路を、歪みゲージ２６ａと２６ｄとが対向するように、かつ歪みゲージ２６ｃと２６ｂとが対向するように並列に接続し、両直列回路の２つの接続点を出力端子とし、各直列回路を構成する歪みゲージの接続点、即ち歪みゲージ２６ａ、２６ｂの接続点と、同２６ｃ、２６ｄの接続点とを電源端子とするブリッジ回路２８が形成されている。また梁１８における右面に直着されている歪みゲージ２６ｇ、２６ｈが直列に接続され、左面に直着された歪みゲージ２６ｅ、２６ｆが直列に接続され、これら直列回路を、歪みゲージ２６ｇと２６ｆとが対向し、２６ｅと２６ｈとが対向するように並列に接続し、両直列回路の２つの接続点を出力端子とし、各直列回路における歪みゲージの接続点、即ち歪みゲージ２６ｇ、２６ｈの接続点と、歪みゲージ２６ｅ、２６ｆの接続点とを電源端子とするブリッジ回路３６が形成されている。他の梁１２、１４、１６でも、図５に示すように、１つの梁についてそれぞれ２つのブリッジ回路が形成されている。
【００４１】
梁１２及びこれに貼着された歪みゲージ２０ａ乃至２０ｈによって、Ｘ軸回りのモーメント及びＺ軸回りのモーメントを検出するモーメント検出装置が構成されている。梁１４及びこれに貼着された歪みゲージ２２ａ乃至２２ｈによって、同じくＸ軸回りのモーメント及びＺ軸回りのモーメントを検出するモーメント検出装置が構成されている。同様に梁１６及びこれに貼着された歪みゲージ２４ａ乃至２４ｈによってＹ軸回りのモーメントとＺ軸回りのモーメントを検出するモーメント検出装置が構成され、梁１８及びこれに貼着された歪みゲージ２６ａ乃至２６ｈによってＹ軸回りのモーメントとＺ軸回りのモーメントを検出するモーメント検出装置が構成されている。
【００４２】
例えば図６は、梁１８にかかるＹ軸回りのモーメントの検出動作原理を説明するための図で、載荷部８と固定台１０とを模式的に描いてある。載荷部８に荷重Ｗが印加されているとすると、歪みゲージ２６ａ、２６ｂ間の距離を上記Ｌとし、歪みゲージ２６ｃから荷重Ｗの着力点までの距離をＬＸとすると、歪みゲージ２６ａ、２６ｃの貼着位置の中間点におけるＹ軸の回りのモーメントＭ０と、歪みゲージ２６ｂ、２６ｄの貼着位置の中間点におけるＹ軸回りのモーメントＭ１とは、
Ｍ０＝Ｗ（ＬＸ＋Ｌ）
Ｍ１＝ＷＬＸ
となる。ここで両モーメントの差Ｍを求めると、
Ｍ＝Ｍ０−Ｍ１＝Ｗ（ＬＸ＋Ｌ−ＬＸ）＝ＷＬ
となる。この式より、載荷部８にかかる荷重Ｗの位置が変化して、ＬＸの距離が変化しても、両モーメントの差Ｍの値は一定となる。そこで、図５の上段の左側に示すように各歪みゲージ２６ａ乃至２６ｄをブリッジに接続すると、モーメント差Ｍに比例した電気出力が得られる。
【００４３】
即ち、歪みゲージ２６ｂの抵抗値をＲＧ１、モーメント変化により歪みゲージ２６ｂに生じる抵抗変化をΔＲＭ１、歪みゲージ２６ｄの抵抗値をＲＧ３、モーメント変化により歪みゲージ２６ｄに生じる抵抗変化を−ΔＲＭ１、歪みゲージ２６ａの抵抗値をＲＧ５、モーメント変化により歪みゲージ２６ａに生じる抵抗変化をΔＲＭ０、歪みゲージ２６ｃの抵抗値をＲＧ７、モーメント変化により歪みゲージ２６ｃに生じる抵抗変化を−ΔＲＭ０とし、電源電圧をＥとすると、このブリッジの出力ｏｕｔは、
ｏｕｔ＝Ｅ｛（ＲＧ５＋ΔＲＭ０）／（ＲＧ５＋ΔＲＭ０＋ＲＧ７−ΔＲＭ０）−（ＲＧ１＋ΔＲＭ１）／（ＲＧ１＋ΔＲＭ１＋ＲＧ３−ΔＲＭ１）｝
となる。ここで、各歪みゲージ２６ａ乃至２６ｄの抵抗値をＲＧとすると、ｏｕｔは、
ｏｕｔ＝Ｅ（ΔＲＭ０−ΔＲＭ１）／２ＲＧ
となり、モーメント差Ｍに比例した出力が得られる。この出力はＷに比例しているので、Ｚ軸方向に沿う力を検出していることになる。同様に歪みゲージ２６ｅ乃至２６ｈをブリッジ回路４０に形成することによって、Ｚ軸回りのモーメントを検出することができる。
【００４４】
梁１６においても、同様にして歪みゲージ２４ａ乃至２４ｄによってブリッジ回路３２を構成することによってＹ軸回りのモーメント（Ｚ方向に沿う力）を検出することができ、歪みゲージ２４ｅ乃至２４ｈによってブリッジ回路４０を構成することによって、Ｚ軸回りのモーメントが検出される。梁１２、１４においても、同様に歪みゲージ２０ａ乃至２０ｄによりブリッジ回路３０、歪みゲージ２０ｅ乃至２０ｈによるブリッジ回路３８、歪みゲージ２２ａ乃至２２ｄによるブリッジ回路３４、歪みゲージ２２ｅ乃至２２ｈによるブリッジ回路４２を構成することによって、Ｘ軸回りのモーメント（Ｚ方向に沿う力）と、Ｚ軸回りのモーメントとを検出することができる。
【００４５】
上述した各ストレインゲージによるブリッジ回路３６、３８、４０、４２の出力を用いてＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを、ブリッジ回路２８、３０、３２、３４の出力を用いてＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを算出することができる。なお、各ブリッジ回路のうちＺ軸方向に沿う力を検出しているブリッジ回路の出力は、下向きの力（基板４側に向かう力）を検出したときをプラスとする。また、各ブリッジ回路のうちＺ軸回りのモーメントを検出するブリッジ回路の出力は、載荷部８から基板４側を見たとき右回りのモーメントを検出したときをプラスとする。
【００４６】
そして、Ｆｘは、梁１４の左右面の歪みゲージ２２ｅ乃至２２ｈのブリッジ回路３４の出力から、梁１２の左右面の歪みゲージ２０ｅ乃至２０ｈのブリッジ回路３８の出力を減算することによって求められる。Ｆｙは、梁１８の左右面の歪みゲージ２６ｅ乃至２６ｈのブリッジ回路３６から、梁１６の左右面の歪みゲージ２４ｅ乃至２４ｈのブリッジ回路４０の出力を減算することによって求められる。Ｆｚは、各梁１２、１４、１６、１８の上下面に貼着された歪みゲージ２０ａ乃至２０ｅ、２２ａ乃至２２ｅ、２４ａ乃至２４ｅ、２６ａ乃至２６ｅのブリッジ回路２８、３０、３２、３４の出力を加算することによって求められる。
【００４７】
Ｍｘは、梁１２の上下面の歪みゲージ２０ａ乃至２０ｅのブリッジ回路３０の出力から、梁１４の上下面の歪みゲージ２２ａ乃至２２ｅのブリッジ回路３４の出力を減算することによって求められる。Ｍｙは、梁１８の上下面の歪みゲージ２６ａ乃至２６ｅのブリッジ回路２８の出力から、梁１６の上下面の歪みゲージ２４ａ乃至２４ｅのブリッジ回路３２の出力を減算することによって求められる。Ｍｚは、梁１２、１４、１６、１８の左右面に貼着された歪みゲージ２０ｅ乃至２０ｈ、２２ｅ乃至２２ｈ、２４ｅ乃至２４ｈ、２６ｅ乃至２６ｈのブリッジ回路３６、３８、４０、４２の出力を加算することによって求められる。
【００４８】
このような演算を行うため、図７に示すような回路が構成されている。各ブリッジ回路２８乃至４２の出力は、各Ａ／Ｄ変換器４４、４６、４８、５０、５２、５４によってデジタル化され、バス６０を介して対応するＦｘ演算部６２、Ｆｙ演算部６４、Ｆｚ演算部６６、Ｍｘ演算部６８、Ｍｙ演算部７０、Ｍｚ演算部７２に供給され、各演算部で上述した演算が行われる。
【００４９】
このように、この多分力検出装置では、各梁１２、１４、１６、１８に対する載荷部８の取付位置がずれていても、検出精度に影響がでない構成としてあるので、各梁１２、１４、１６、１８を載荷部８と別個に構成することができ、コストを低減させることができる。なお、各梁１２、１４、１６、１８において、同一面に貼着されている歪みゲージ、例えば歪みゲージ２０ａ、２０ｂは、同一のベースに距離Ｌだけ離して予め成形したものを使用してある。従って、貼り付け寸法誤差が生じない。
【００５０】
第２の実施形態を図８を参照しながら説明する。第１の実施の形態では、固定台１０に各梁１２、１４、１６、１８は、Ｚ軸方向に沿って配置されたボルト１１によって固定されている。この構成では、各梁１２、１４、１６、１８の外方端に加わるＺ軸方向の力によって各梁１２、１４、１６、１８がＺ軸方向にずれることはない。しかし、各梁１２、１４、１６、１８の外方端に加わるＸ軸、Ｙ軸方向の力による回転トルクによって、各梁１２、１４、１６、１８がＸ、Ｙ平面でずれる可能性がある。そこで、この実施の形態では、同図（ｂ）に拡大して示すようにＺ軸方向に沿うボルト１１ａと、同図（ｃ）に示すように、ボルト１１ａと直交するようにＸ軸またはＹ軸に沿うボルト１１ｂとによって固定台１０ａに固定してある。なお、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、梁と固定台１０ａとの接触部分の角には角とりまたは溝加工が施されている。なお、他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
第３の実施の形態を図９を参照しながら説明する。この実施の形態も、第２の実施の形態と同様に、各梁１２ａ、１４ａ、１６ａ、１８ａが固定台１０ｂからずれることを防止したもので各梁１２、１４、１４、１６は、同図（ｂ）に示すように、固定台１０ｂとの接触部分の縦断面形状が、基板４側に向かう中途までは幅が一定であるが、その後基板４側に向かうに従って細くなる楔状に形成され、固定台１０ｂにも、この楔と接する溝が形成され、同図（ａ）に示すようにＺ軸方向に沿うボルト１１によって固定されている。なお、楔の先端部分には、角とりまたは溝加工が施されている。なお、他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
第４の実施の形態を図１０を参照しながら説明する。この実施の形態も、第２の実施の形態と同様に、各梁１２ｂ、１４ｂ、１６ｂ、１８ｂが固定台１０ｃからずれることを防止したもので、各梁１２ｂ、１４ｂ、１６ｂ、１８ｂは、同図８（ｂ）に示すように、固定台１０ｃとの接触部分の縦断面形状が、底辺と両側辺が互いに直交し上辺が傾斜している概略台形状に形成され、固定台１０ｃには、梁１２ｂ、１４ｂ、１６ｂ、１８ｂの両側辺及び底辺に接する溝が形成され、上辺から斜め方向に沿ってボルト１１が挿通され、固定台１１ｃに梁１２ｂ、１４ｂ、１６ｂ、１８ｂが固定されている。他の構成は、第１の実施の形態と同様である。一方の側辺と底辺との接合部には、角とりまたは溝加工が施されている。
【００５３】
第５の実施の形態を図１１を参照しながら説明する。この実施の形態は、載荷部８と各梁との結合を第１の実施の形態から改変し、結合面においてＸ、Ｙ、Ｚ各軸方向にずれず、また回転モーメントの影響によっても、結合がずれないようにしたものである。固定台と各梁との結合は、第１乃至４の実施の形態のいずれかを使用する。歪みゲージ等の貼着位置、演算等は、第１の実施の形態と同様である。
【００５４】
この実施の形態では、各梁１２ｃ、１４ｃ、１６ｃ、１８ｃの先端の結合面に、水平方向及び垂直方向に直交するように、即ち十字状にＶ字型の溝７４を形成し、この溝と相補な凸型の十字部材７６を形成し、これを載荷部８の横長短冊状部８ｆに溶接し、ボルトによって横長短冊状部と各梁を１２ｃ、１４ｃ、１６ｃ、１８ｃの先端とを結合するものである。
【００５５】
第６の実施の形態を図１２を参照しながら説明する。この実施の形態も、載荷部８と各梁との結合を改変し、結合面においてＸ、Ｙ、Ｚ各軸方向にずれず、また回転モーメントの影響によっても、結合がずれないようにしたもので、特に量産に適するものである。固定台と各梁との結合は、第１乃至４の実施の形態のいずれかを使用する。歪みゲージ等の貼着位置、演算等は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
この実施の形態では、第５の実施の形態と同様に各梁１２ｃ、１４ｃ、１６ｃ、１８ｃの結合面にＶ字型の溝７４を形成する。そして、載荷部８をプレス加工で抜き出し、各角部を溶接して形成する際のプレス加工時に、横長短冊状部８ｆに、溝７４と相補なＶ型凸状部７８を形成する。これを溝７４に嵌め、ボルトで固定する。この場合、第５の実施の形態の十字部材７６が不要となり、量産が容易になる。
【００５７】
なお、第５及び第６の実施の形態では、溝を梁側に設け、突状部を載荷部側に設けたが、逆に溝を載荷部側に設け、突状部を梁側に設けることもできる。また、溝や突状部は十字状としたが、直交した溝または突状部であればよく、例えばＸ字状に形成することもできる。第５及び第６の実施の形態では、溝の先端はできるだけ深く加工し、それに対応する突状部の断面角度は、この溝の先端角度と同一で、若干角とりをして、締め付けのときに突状部の先端が溝の先端に当たらず、溝の側面に当たるようにしてある。
【００５８】
第２乃至第６の実施の形態に示した固定部と梁との結合、及び梁と載荷部との結合を採用することによって、梁と固定部と載荷部とを一体に成形したものと、精度及び再現性において遜色のない結果が得られた。
【００５９】
第７の実施の形態を図１３〜図１５に示す。この実施の形態は、各梁の加工精度誤差、各歪みゲージの感度バラツキ等の影響を除去するものである。
【００６０】
上述した各形態の分離構造の多分力検出装置だけでなく、従来公知の一体型の多分力検出装置でも、測定しようとしている力以外の力の干渉の影響を受ける。ここで、力の干渉とは、或る方向に力を与えたとき、その力を測定すべきセンサ以外のセンサに出力が生じることをいう。この干渉は、歪みゲージの貼り付け向きの誤差等でも生じるが、力を加わることによる梁の歪みを零にしない限り、生じる。
【００６１】
第１の実施の形態に関連して図７を参照して説明したように、この実施の形態でも、図１４に示すように、各ブリッジ回路２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２の出力をＡ／Ｄ変換器４４、４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８によってデジタル化している。そして、各ブリッジ回路２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２を個別の状態で（力の干渉を受けない状態で）１つずつ基準となる力を掛けて、対応するＡ／Ｄ変換器の値が所定の値になるように対応するＡ／Ｄ変換器を調整する。
【００６２】
次に、各ブリッジ回路１つずつに基準の力を加えて、そのブリッジ以外のブリッジ回路に発生する信号をデジタル化した値を干渉値として記憶手段、例えばメモリに記憶させる。例えばブリッジ回路２８に基準の力をかけた場合、他のブリッジ回路３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２に出力が生じるのが干渉値である。そして、この干渉値と基準の力との比率を符号（正の干渉値を生じるか負の干渉値を生じるか）を含めて干渉係数として記憶する。例えば、ブリッジ回路２８に力を印加したとき、ブリッジ回路３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２に対して干渉係数Ｘｂａ〜Ｘｈａを生じる。この作業を全てのブリッジ回路に対して行う。これによって、図１５に示すように各干渉係数が求められる。図１５において左端は上述したブリッジ回路２８に基準の力が加えられたときの各干渉係数を表し、以下右側に向かうに従って、ブリッジ回路３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２に力が加えられたときの各干渉係数を表している。
【００６３】
従って、例えばブリッジ回路２８の出力に生じている干渉の影響を除去するためには、ブリッジ回路２８の出力から、そのときに他のブリッジ回路３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２が発生している出力に、これらに対応する干渉係数Ｘａｂ〜Ｘａｈ（図１５における横の欄の干渉係数）を乗算した値を加算すればよい。他のブリッジ回路においても同様である。この演算が干渉補正演算部７４において実行される。
【００６４】
この演算は、例えば図１４に示すフローチャートに従って実行される。まず、ステップＳ２において、次の演算を行う。各Ａ／Ｄ変換器４４、４６、４８、５０、５２、５４、５６、５８の出力をＡ〜Ｈとして入力し、Ａ／Ｄ変換器４４の出力Ａから、他のＡ／Ｄ変換器の出力Ｙｉ（Ｂ〜Ｈ）とこれらに対応する干渉係数Ｘａｉ（Ｘａｂ〜Ｘａｈ）とを乗算した値の合計値を減算することによって、Ａ／Ｄ変換器４４の出力（ブリッジ回路２８の出力のデジタル値）を干渉補正した値Ａｏｕｔを、算出する。同様に、他のＡ／Ｄ変換器の出力Ｂ〜Ｈ（ブリッジ回路３０〜４２の出力のデジタル値）についても同様に干渉係数Ｘｂｉ（ｉ＝ａ、ｃ〜ｈ）、Ｘｃｉ（ｉ＝ａ、ｂ、ｄ〜ｈ）・・・・Ｘｈｉ（ｉ＝ａ〜ｇ）を用いて、干渉値を補正する。
【００６５】
この演算では、例えばＡｏｕｔの算出に使用したＢ〜Ｈ自体が干渉の影響を受けている。実際の干渉の影響は、出力に対して約１乃至２パーセントと想定されるので、上記の演算のみによっても充分に実用となる精度に干渉の影響を除去できる。しかし、より干渉の影響を除去する場合には、上述したように求められた干渉の影響が除去された各値を用いて何回かにわたって干渉補正の演算を行う。
【００６６】
そのため、ステップＳ４において、最初の演算によって干渉補正された各値Ａｏｕｔ〜Ｈｏｕｔを一時記憶手段Ａｔｅｍｐ〜Ｈｔｅｍｐに記憶させる。
【００６７】
次に、ステップＳ６において、Ａ／Ｄ変換器４４の出力Ａから、一時記憶手段Ｂｔｅｍｐ〜Ｈｔｅｍｐに記憶されている前回の補正値Ｙｔｅｍｐｉとこれらに対応する干渉係数Ｘａｉを乗算した値の合計値を減算して、再度Ａｏｕｔを求める。他のＡ／Ｄ変換器の出力Ｂ〜Ｈについても同様に、干渉係数Ｘｂｉ（ｉ＝ａ、ｃ〜ｈ）、Ｘｃｉ（ｉ＝ａ、ｂ、ｄ〜ｈ）・・・・Ｘｈｉ（ｉ＝ａ〜ｇ）と一時記憶手段Ａｔｅｍｐ〜Ｈｔｅｍｐに記憶された前回の補正値Ｙｔｅｍｐｉとを用いて、Ｂｏｕｔ〜Ｈｏｕｔを求める。そして、ステップ４、６のループを何回か実行することによって、より真値に近い干渉補正が行える。  干渉補正された値を用いて、６分力の演算が行われる。
【００６８】
なお、この実施の形態の他の構成は、第１〜６の実施の形態のいずれのものであってもよい。
【００６９】
上記の各実施の形態では、デジタル演算を行うものを例として示したが、アナログ演算をおこなってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態の多分力検出装置の部分破断斜視図である。
【図２】図１の多分力検出装置において検出する各分力の説明図である。
【図３】図１の多分力検出装置において載荷部を除去した状態の斜視図である。
【図４】図１の多分力検出装置における歪みゲージの貼着状態の説明図である。
【図５】図５の歪みゲージの接続状態の説明図である。
【図６】図１の多分力検出装置における検出原理の説明図である。
【図７】図１の多分力検出装置のブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の多分力検出装置の載荷部を除去した状態の斜視図及び梁部と固定台との結合状態を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の多分力検出装置の梁部と固定台との結合状態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の多分力検出装置の梁部と固定台との結合状態を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態の多分力検出装置の梁部と載荷部との結合状態を示す組み立て図である。
【図１２】本発明の第6の実施形態の多分力検出装置の載荷部の部分破断斜視図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態の多分力検出装置のブロック図である。
【図１４】図１３の多分力検出装置における干渉補正演算部での処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１３の多分力検出装置において使用する干渉補正係数を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
２  本体部
４  基板
６  多分力センサ
８  載荷部
１０  固定台
１２  １４  １６  １８  梁
２０ａ乃至２６ｈ  歪みゲージ
２８乃至４２  ブリッジ回路
【図１】
2005172619.tif 000003
【図２】
2005172619.tif 000004
【図３】
2005172619.tif 000005
【図４】
2005172619.tif 000006
【図５】
2005172619.tif 000007
【図６】
2005172619.tif 000008
【図７】
2005172619.tif 000009
【図８】
2005172619.tif 000010
【図９】
2005172619.tif 000011
【図１０】
2005172619.tif 000012
【図１１】
2005172619.tif 000013
【図１２】
2005172619.tif 000014
【図１３】
2005172619.tif 000015
【図１４】
2005172619.tif 000016
【図１５】
2005172619.tif 000017