(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサケースの内部で一端が片持ち状に固定され、複数の歪みゲージが取付けられている歪みゲージ取付体と、
前記歪みゲージ取付体に固定され、アーム部が該歪みゲージ取付体に対して離隔対向する荷重伝達アームと、
一端部側が前記荷重伝達アームのアーム部に形成した作動軸摺動孔に摺動自在に支持され、他端部側がセンサケースの作動軸貫通孔を貫通し、該貫通端部に付与した押圧力または引張力を該荷重伝達アームに加えるための作動軸と、
前記アーム部の作動軸摺動孔を摺動自在に貫通する作動軸の一端部に、該アーム部を挟んで離隔対向して設けられた第１および第２のばね座と、
前記作動軸の一端側に設けられた第１のばね座と前記アーム部との間に配置された引張側緩衝ばねと、
前記作動軸の他端方向側に設けられた第２のばね座と前記アーム部との間に配置された押圧側緩衝ばねと、
前記センサケースの作動軸貫通孔を貫通する作動軸の貫通端部に設けられ、該作動軸への押圧力付与により該作動軸貫通孔の孔縁に当接して該作動軸の軸方向変位量を規制するストッパと、
を有し、前記第２のばね座は前記作動軸への引張力付与により前記センサケースと当接して該作動軸の軸方向変位量を規制するストッパを兼用していることを特徴とする力量測定器。
【請求項２】
押圧側緩衝ばねと引張側緩衝ばねの長さ及びそのばね定数が等しいものであることを特徴とする請求項１に記載の力量測定器。
【請求項３】
押圧側緩衝ばねと引張側緩衝ばねの長さは等しく、そのばね定数が異るものであることを特徴とする請求項１に記載の力量測定器。
【請求項４】
押圧側緩衝ばね又は引張側緩衝ばねのいずれか一方のばねの圧縮荷重許容値が最大値に達する前に、他方のばねの作動軸に作用する弾性が解除されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の力量測定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばキーボード、電話機等に設備されている押圧ボタン、あるいはスイッチ等に設備されている押ボタン等の押圧力量、及び引張力量を測定するのに使用される力量測定器に係り、特に力量の測定時において、その力量測定器を構成している歪みゲージに過大荷重が作用されることのない構造となした力量測定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、コンピュータのキーボード、電話機、スイッチ等に設備されているプッシュボタン、あるいはその他の電気機器等に使用されるプルスイッチ等の比較的微弱な押圧力量及び引張力量を測定するために使用される従来の力量測定器（荷重測定器）として、例えば図６で示す如き構造のものがある。以下にこの従来例について説明する。
【０００３】
１は一側面が開口する筺型のセンサケースであって、その一側開口部には、ケース蓋体２が取付ねじ３により被着されるようになっており、該ケース蓋体２で閉塞されたセンサケース内部には、歪みを生じやすくするための肉薄部４を形成してなる歪みゲージ取付体５と荷重伝達アーム６が内装される。上記歪みゲージ取付体５の４ケ所に形成されているそれぞれの肉薄部４の外側面には、それぞれの歪みゲージ７が取付けられており、さらにその歪みゲージ取付体５の一端は、ボルト８により片持ち状態でセンサケース１に固定されている。
【０００４】
またこの歪みゲージ取付体５の他端には、略Ｌ字状に形成されている上記荷重伝達アーム６の一端部が、ボルト９により固定されている。荷重伝達アーム６の他端部には、上記歪みゲージ取付体５の歪みゲージ取付面と直交方向の軸芯であるねじ孔１０が設けられており、このねじ孔１０に、上記ケース蓋体２に穿設されている作動軸挿通孔１１を貫通する作動軸１２が螺合連結されている。
【０００５】
このように構成されている従来の力量測定器を用いて被測定体の押圧荷重又は引張荷重を測定するには上記作動軸１２の先端で被測定体を押圧するか又は引張ることにより、その荷重が荷重伝達アーム６を介して歪みゲージ取付体５に伝達されるが、この歪みゲージ取付体５は片持状でその一端がセンサケース１に固定されているために、該歪みゲージ取付体５は、上記荷重により撓まれ（歪まされ）、この撓み量が各歪みゲージ７により検知され、これらの歪みゲージ７を介して作動軸１２に作用した荷重が検出されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこのような構成の従来の力量測定器にあっては、作動軸１２が荷重伝達アーム６を介して歪みゲージ取付体５に直結されているために、例えばその作動軸１２に過大なる荷重が作用すると、その過大荷重が歪みゲージ取付体５を介して歪みゲージ７へ作用し、これが原因で歪みゲージ７を破損（折損）してしまうという問題点があった。特に微少なる荷重を測定するために用いられる精度の高い力量測定器にあっては、上記の過大荷重を受けることで歪みゲージの破壊が生じやすく、その力量測定器の取扱いに注意を要するにもかかわらず、取扱い者の不注意により荷重測定器を破損してしまうこと、又はその力量測定器による被測定物への過大荷重によりその被測定物を破損してしまうという不具合を有するものであった。
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に着目してなされたもので、歪みゲージを取付けてなる歪みゲージ取付体と、作動軸との間に、その作動軸に作用された測定荷重を減衰させて歪みゲージへの作用荷重を軽減せしめるためのばねを介在せしめて、作動軸に仮に過大荷重が作用しても歪みゲージの損傷を未然に防止することを第１の目的とする。
【０００８】
さらに本発明では、力量測定器における作動軸を被測定物に当接又は引張らせてその被測定物の荷重測定を行なうとき、作動軸による被測定物への過大荷重を回避して、その被測定物の破損を防止することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成する力量測定器の第１の構成は請求項１に記載のように、センサケースの内部で一端が片持ち状に固定され、複数の歪みゲージが取付けられている歪みゲージ取付体と、前記歪みゲージ取付体に固定され、アーム部が該歪みゲージ取付体に対して離隔対向する荷重伝達アームと、一端部側が前記荷重伝達アームのアーム部に形成した作動軸摺動孔に摺動自在に支持され、他端部側がセンサケースの作動軸貫通孔を貫通し、該貫通端部に付与した押圧力または引張力を該荷重伝達アームに加えるための作動軸と、前記アーム部の作動軸摺動孔を摺動自在に貫通する作動軸の一端部に、該アーム部を挟んで離隔対向して設けられた第１および第２のばね座と、前記作動軸の一端側に設けられた第１のばね座と前記アーム部との間に配置された引張側緩衝ばねと、前記作動軸の他端方向側に設けられた第２のばね座と前記アーム部との間に配置された押圧側緩衝ばねと、前記センサケースの作動軸貫通孔を貫通する作動軸の貫通端部に設けられ、該作動軸への押圧力付与により該作動軸貫通孔の孔縁に当接して該作動軸の軸方向変位量を規制するストッパと、を有し、前記第２のばね座は前記作動軸への引張力付与により前記センサケースと当接して該作動軸の軸方向変位量を規制するストッパを兼用していることを特徴とする。
【００１０】
力量測定器の第２の構成は、請求項２に記載のように、上記した構成において、押圧側緩衝ばねと引張側緩衝ばねの長さ及びそのばね定数が等しいものであることを特徴とする。
【００１１】
力量測定器の第３の構成は、請求項３に記載のように、上記した第１の構成において、押圧側緩衝ばねと引張側緩衝ばねの長さは等しく、そのばね定数が異るものであることを特徴とする。
【００１２】
上記第２の目的を達成する力量測定器の構成は、請求項４に記載のように、上記したいずれかの構成において、押圧側緩衝ばね又は引張側緩衝ばねのいずれか一方のばねの圧縮荷重許容値が最大値に達する前に、他方のばねの作動軸に作用する弾性が解除されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施形態に基いて詳細に説明する。本実施形態において、本願発明の要旨となる構成以外の構成部分は、従来例の構成と変りないが敢えてその同一構成部分についても説明する。
【００１４】
２１は一側面が開口する筺型のセンサケースであって、その一側開口部には、ケース蓋体２２が取付ねじ２３により被着されるようになっており、該ケース蓋体２２で閉塞されたセンサケース内部には、歪みを生じやすくするための肉薄部２４を形成してなる歪みゲージ取付体２５と荷重伝達アーム２６が内装される。上記歪みゲージ取付体２５の４ケ所に形成されているそれぞれの肉薄部２４の外側面には、それぞれの歪みゲージ２７が取付けられており、さらにその歪みゲージ取付体２５の一端は、ボルト２８により片持ち状態でセンサケース２１に固定されている。
【００１５】
またこの歪みゲージ取付体２５の他端には、略Ｌ字状に形成されている上記荷重伝達アーム２６の一端部がボルト２９により固定されている。荷重伝達アーム２６の他端部には、上記歪みゲージ取付体２５の歪みゲージ取付面と直交方向の軸芯である作動軸摺動孔３０を穿設している。
【００１６】
３２は上記ケース蓋体２２に穿設されている作動軸貫通孔３１を貫通する作動軸であって、この作動軸３２のセンサケース２１内側端部は、上記作動軸摺動孔３０内で摺動可能に挿通されており、さらにその作動軸３２には、上記荷重伝達アーム２６の一側端面２６Ａに対向する第１のばね座３３と、荷重伝達アーム２６の他側端面２６Ｂと対向する第２のばね座３４が隔設されている。
【００１７】
３５は上記作動軸３２のセンサケース外側端部に取付けられているストッパであって、作動軸３２は、該ストッパ３５と、上記第２のばね座３４との間隔内で作動軸３２が図面において上下方向へ変位可能となっている。３６は上記第１のばね座３４と荷重伝達アーム２６の一側端面２６Ａとの間に介在されている引張側緩衝ばねであり、また３７は上記第２のばね座３４と荷重伝達アーム２６の他側端面２６Ｂとの間に介在されている押圧側緩衝ばねを示す。
【００１８】
以上が本実施形態であって、次にその作用について説明するが、この説明において、上記引張側緩衝ばね３６と押圧側緩衝ばね３７のばね定数及び長さはいずれも等しいものとして説明する。
【００１９】
図１において、作動軸３２に押圧荷重又は引張り荷重を加えたときの荷重を、歪みゲージ２７の歪み量を電気的出力として検出し、これによって作動軸３２に作用した荷重を測定するのであるが、その作動軸３２への荷重が零のときは、引張側緩衝ばね３６と押圧側緩衝ばね３７とによる弾圧力の均衡（双方ばねの釣り合い）により出力軸３２は、荷重伝達アーム２６に設けられている作動軸摺動孔３０内で中立的位置で保持されている。
【００２０】
そこで図２（イ）で示すように、その作動軸３２に引張り方向の引張り荷重Ｐ１が作用すると、第１のばね座３３と荷重伝達アーム２６との間に介在されている引張側緩衝ばね３６が、その荷重Ｐ１量に応じてたわみ変形され、これによって歪みゲージ取付体２５に作用する衝撃荷重が緩衝される。そしてその荷重Ｐ１量が最大荷重に達して第１のばね座３３と荷重伝達アーム２６の一側端面２６Ａとが当接される前で、第２のばね座３４とケース蓋体２２の内側面とが当接して作動軸３２の引張り動作が阻止される（ストッパの働き）ため、それ以上に荷重伝達アーム２６に引張り荷重が作用されることがなくなり、従って歪みゲージ２７への過荷重が防止でき、該歪みゲージ２７の損傷が防止できる。
【００２１】
次に図２（ロ）で示すように、押圧方向の押圧荷重Ｐ２が作用すると、第２のばね座３４と荷重伝達アーム２６との間に介在されている押圧側緩衝ばね３７が、その荷重Ｐ２量に応じてたわみ変形され、これによって歪みゲージ取付体２５に作用する衝撃荷重が緩衝される。そしてその荷重Ｐ２量が最大荷重に達して第２のばね座３４と荷重伝達アーム２６の他側端面２６Ｂとが当接される前で、ストッパ３５とケース蓋体２２の外側面とが当接して作動軸３２の押圧動作が阻止される（ストッパの働き）ため、それ以上に荷重伝達アーム２６に押圧荷重が作用されることがなくなり、従って歪みゲージ２７への過荷重が防止でき、該歪みゲージ２７の損傷が防止できる。
【００２２】
上記引張り荷重Ｐ１を受けたときの引張側緩衝ばね３６と、押圧荷重Ｐ２を受けたときの押圧側緩衝ばね３７の撓み量と最大荷重との関係は図３で示すものである。なお上記実施形態では、押圧側緩衝ばね３７と引張側緩衝ばね３６のばね定数を等しく設定したが、これに限るものではなく、それら双方ばねのばね定数を異るものとしても、本発明の目的を達成させることが可能である。
【００２３】
図４は本発明の第２の目的を達成するための実施形態である。この第２の実施形態にあっては、例えば図４（イ）で示すように、作動軸３２に引張り方向の引張り荷重Ｐ１が作用して、第１のばね座３３と荷重伝達アーム２６との間に介在されている引張側緩衝ばね３６が、その荷重Ｐ１量に応じてたわみ変形される過程で、そのたわみ変形量が最大値に近づくと、第２のばね座３４と荷重伝達アーム２６の他側面２６Ｂとの間に介在されている圧縮側緩衝ばね３７の荷重伝達アーム他側面２６Ｂ側端部が、その荷重伝達アーム他側面２６Ｂと離間され、これにより作動軸３２においては、圧縮側緩衝ばね３７による弾圧力が解除され、この解除が生じた瞬間に引張側緩衝ばね３６のみにより、その引張側緩衝ばね３６のばね定数Ｋ＝１（引張側緩衝ばね本来のばね定数に戻る）が作動軸３２に作用し、その作動軸３２が受ける荷重が急増する。このときの作動軸３２が受ける荷重とばね３６，３７のたわみ量との関係を図５の特性図で示す。
【００２４】
従って上記作動軸３２が受ける荷重が急増することで、その急増荷重を作業者の感触で感知することができ、この感触を受けることで作業者は作動軸の第２のばね座３４がケース蓋体２２に当接される前に、作動軸による被測定物への荷重を解除することができるので、被測定物への引張り方向の過大荷重付与を未然に防止でき、その被測定物の破損を有効に防ぐことができる。
【００２５】
図４（ロ）では作動軸３２に押圧荷重Ｐ２をさせたときの説明図であって、その荷重Ｐ１量に応じてたわみ変形される過程で、そのたわみ変形量が最大値に近づくと、第１のばね座３３と荷重伝達アーム２６の一側面２６Ａとの間に介在されている引張側緩衝ばね３６の第１のばね座３３側端部が、その荷重伝達アーム一側面２６Ａと離間され、これにより作動軸３２においては、引張側緩衝ばね３６による弾圧力が解除され、この解除が生じた瞬間に押圧側緩衝ばね３７のみにより、その押圧側緩衝ばね３７のばね定数Ｋ＝１（押圧側緩衝ばね本来のばね定数に戻る）が作動軸３２に作用し、その作動軸３２が受ける荷重が急増する。これによって上記同様に被測定物への押圧方向の過大荷重付与を未然に防止でき、被測定物の破損を有効に防ぐことができる。
【００２６】
なお上記の実施形態では歪みゲージ取付体２５と、荷重伝達アーム２６とを別部材としてボルト２９により結合した構成となしているが、機構上その歪みゲージ取付体２５と荷重伝達アーム２６とを別部材とする必要はなく、その歪みゲージ取付体２５と荷重伝達アーム２６を予め一体構成としてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、１台の力量測定器で押圧力と引張力の両方の力量を測定することができ、その作動軸の引張り方向の荷重を吸収する引張側緩衝ばね及びその作動軸の押圧方向の荷重を吸収する押圧側緩衝ばねをそれぞれ配置したことにより、その作動軸に引張側及び押圧側の過大荷重が加わっても上記それぞれの緩衝ばねにより上記歪みゲージ取付体及び歪みゲージに過大荷重が及ぶことがなく、しかも押圧力および引張力の力量測定においても軸方向変位量が規制されるので、歪みゲージの損傷（破損）が防止され、耐久性及び信頼性に優れた力量測定器の提供が可能である。
【００２８】
さらに本発明によれば、上記測定器を用いる被測定物の荷重測定時に、誤ってその被測定物に対して過大な荷重を作用させてしまうことが回避でき、これにより被測定物の損傷も有効に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明よりなるストッパ機構を具備せしめた力量計の構造説明図。
【図２】  （イ）は引張り荷重を受けているときの作用説明図、（ロ）は押圧荷重を受けているときの作用説明図。
【図３】  ばね定数及び長さの等しい引張側緩衝ばね及び押圧側緩衝ばねを用いた特性図。
【図４】  （イ）及び（ロ）は上記力量計の他の作用を示した説明図。
【図５】  図４に示す作用時におけるばねのたわみと荷重との関係を示した特性図。
【図６】従来の力量計を示した構造説明図。
【符号の説明】
２１…センサケース
２２…ケース蓋体
２３…取付ねじ
２４…肉薄部
２５…歪みゲージ取付体
２６…荷重伝達アーム
２７…歪みゲージ
２８…ボルト
２９…ボルト
３０…作動軸摺動孔
３１…作動軸貫通孔
３２…作動軸
３３…第１のばね座
３４…第２のばね座
３５…ストッパ
３６…引張側緩衝ばね
３７…押圧側緩衝ばね
【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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