JPH0772026A - 起歪体構造物およびこの起歪体構造物を用いた多軸力検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械加工が容易で低コスト化が可能でありな
がら、高出力が得られ、３軸方向の力成分および３軸周
りのモーメントを個々に干渉なく検出する。 【構成】 多軸力検出センサ１０は、荷重導入部１２ａ
と平板状起歪体部材１２と四本の柱状起歪体部材４１〜
４４と台座部材１１の基本的部材から構成してある。平
板状起歪体部材１２には、その四隅部近傍にＷ形状の貫
通孔１３〜１６とめがね状の変形部穿孔２１〜２８が穿
設してあり、その穿孔２１〜２８に対応する上面に、Ｚ
軸方向の力成分を検出するひずみゲージが添着される。
柱状起歪体部材４１〜４４の上端寄りおよび下端寄りの
部位に互いに直交する方向にめがね状の変形部穿孔５１
〜５４および４５〜４８が穿設してあり、これらの穿孔
５１〜５４および４５〜４８に対応する側面に、Ｘ軸、
Ｙ軸方向の力成分と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りのモーメン
ト成分を検出するひずみゲージが添着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、起歪体構造物およびこ
の起歪体構造物を用いた多軸力検出センサに関し、より
詳細には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向か
ら物体に加わる力および各軸に作用するモーメントを検
出する起歪体構造物およびこれを用いた多軸力検出セン
サの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の多軸力検出センサは、例えば組
立用ロボットや航空機、船舶などのモデル実験等に広く
使用されており、このための技術も従来から種々のもの
が提案されている。

【０００３】例えば、特開昭５７−１１８１３２号公報
では、比較的に構造が簡単である４本の柱状起歪体部材
（ビーム）を有する多軸力検出センサが提案され、ま
た、特開昭６０−６２４９７号公報には、複雑な構造で
はあるが検出性能ないし検出精度に優れた多軸力検出セ
ンサが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５７−１１
８１３２号公報の多軸力検出センサは、固定側フランジ
と測定側フランジとの間に４等分配置のビームを設ける
と共に各ビームにひずみゲージをそれぞれ添着して、測
定側フランジにかかるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の
それぞれの力成分およびこの３軸周りのモーメント成分
を検出するようにしているため、構造的には簡単にな
り、しかも、その分だけ機械加工が容易になるという利
点はある。

【０００５】しかしながら、その反面、この構造では、
所定の軸方向（軸周り）に係る外力を他の軸方向（軸周
り）に係る外力から分離して検出することが困難であ
り、各軸方向（軸周り）に係る外力相互間の干渉による
検出誤差が極めて大きくなるという欠点を生じる。

【０００６】一方、特開昭６０−６２４９７号公報に記
載された多軸力検出センサは、性能面ではそれなりの効
果を挙げるのに成功してはいるが、次に述べる製造面で
の考慮に欠けているため、これがこの多軸力検出センサ
の欠点となっている。

【０００７】すなわち、この種の多軸力検出センサで
は、変形検出部での変形作用を高い感度で検出しなけれ
ばならないため、変形検出部は、放電加工やミーリング
加工といった精密な機械加工により形成されるのが普通
である。従って、製造時の能率を高めるためには、加工
すべき個所が少なく、しかも、その時の加工方向もでき
できるだけ限定された方向に設定されることが望まれる
ことになる。

【０００８】しかしながら、引用の多軸力検出センサ
は、変形検出部である８個の平行平板構造７４Ａ_FX，７
４Ｂ_FX，７４Ｄ_FY，７４Ｅ_FY，７４Ｃ_FZ（４個）と、同
じく８個の放射平板構造７５Ａ_MX，７５Ｂ_MX，７５
Ｄ_MY，７５Ｅ_MY，７５Ａ_MZ，７５Ｂ_MZ，７５Ｄ_MZ，７５
Ｅ_MZとを形成するのに、中心応動部Ｃの円形孔８２を含
めて合計１７個の穿孔部を必要とするような構造を採用
し、しかも、それぞれの孔部に対する機械加工の方向が
異なるように設定するなど煩雑な段取作業に加え機械加
工に相当の熟練と多大な時間とを必要とするような構造
となっている。

【０００９】そのため、この多軸力検出センサでは、機
械加工が極めて難しく且つ煩雑なものとなって製造時の
能率を著しく低下させることになる。すなわち、コスト
の高騰を招くことになる。これが特開昭６０−６２４９
７号公報の多軸力検出センサの大きな欠点となってい
る。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、製造時の能率を著
しく高めて低コストを図ることが可能であり、しかも、
各々のひずみゲージからの出力量を大きく得られる状態
の下で、対象とする力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，Ｆ_Z 並びに軸周
りモーメント成分の検出を高感度且つ高精度で行うこと
ができる新しい起歪体構造物およびこの起歪体構造物を
用いた多軸力検出センサを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、多軸力検出センサの中心点を通って互
いに直交するように設定されたＸ軸およびＹ軸と、この
Ｘ軸およびＹ軸との交点を通り且つこのＸ軸およびＹ軸
を含む面に対して垂直に交わるように設定されたＺ軸と
を有し、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向に加
わる力成分とこれらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に係る軸回りモー
メント成分とを計測する多軸力検出センサの基体を成す
起歪体構造物において、この起歪体構造物の一部を構成
する部材として設けられ、且つ、被測定対象の一方側と
結合するために前記Ｚ軸上に位置するように設けられた
厚板状の台座部材と、前記起歪体構造物の他の一部を構
成する部材として設けられ、且つ、被測定対象の他方側
と結合するために前記Ｚ軸において前記台座部材と所定
の間隔を置いて平行になるように設けられ、さらに、前
記Ｚ軸からそれぞれ等間隔の位置であって且つ前記Ｘ軸
に直交する位置に設定された各２辺と前記Ｚ軸からそれ
ぞれ等間隔の位置であって且つ前記Ｙ軸に直交する位置
に設定された各２辺とから成るほぼ正四辺形の四辺を有
し、しかも、前記Ｚ軸上に荷重導入部を有するように形
成された平板状起歪体部材と、前記起歪体構造物のさら
に他の一部を構成する部材として設けられ、且つ、前記
台座部材と前記平板状起歪体部材との間を連結するため
に、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸からそれぞれ等距離づつ離
れた位置であって且つ前記Ｚ軸に対して互いに対称的な
４個所の位置にそれぞれ前記Ｚ軸に沿って互いに平行に
設けられ、しかも、それぞれが、前記平板状起歪体部材
の正四辺形の四辺に対してそれぞれ平行に位置する四辺
を有するほぼ正四辺形の断面形状を有するように形成さ
れた４本の柱状起歪体部材と、前記平板状起歪体部材の
前記四辺の領域における前記Ｚ軸に対して対称的な領域
に設けられ、前記荷重導入部に前記Ｚ軸方向の外力が付
与されたときにはそれぞれが平行的に撓み、且つ、少な
くとも前記荷重導入部に前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方
向の外力が付与されたときにはそれぞれが剛体部として
の作用を行うような平行平板状構造を有し、前記Ｘ軸お
よび前記Ｙ軸を挟んで各辺にそれぞれ一対づつ設けられ
た第一群変形検出部と、前記４本の柱状起歪体部材のそ
れぞれに、前記荷重導入部に前記Ｘ軸方向の外力が付与
されたときにはそれぞれが平行的に撓み、且つ、少なく
とも前記荷重導入部に前記Ｙ軸方向および前記Ｚ軸方向
の外力が付与されたときにはそれぞれが剛体部としての
作用を行うような平行平板状構造の変形検出部として設
けられた第二群複合変形検出部と、前記４本の柱状起歪
体部材のそれぞれに、前記荷重導入部に前記Ｙ軸方向の
外力が付与されたときにはそれぞれが平行的に撓み、且
つ、少なくとも前記荷重導入部に前記Ｘ軸方向および前
記Ｚ軸方向の外力が付与されたときにはそれぞれが剛体
部としての作用を行うような平行平板状構造の変形検出
部として設けられた第三群複合変形検出部とを有するよ
うに構成したことを特徴とするものである。

【００１２】また、上記の目的を達成するために、本発
明は、多軸力検出センサの中心点を通って互いに直交す
るように設定されたＸ軸およびＹ軸と、このＸ軸および
Ｙ軸との交点を通り且つこのＸ軸およびＹ軸を含む面に
対して垂直に交わるように設定されたＺ軸とを有し、こ
れらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向に加わる力成分
とこれらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に係る軸回りモーメント成分
とを計測する多軸力検出センサにおいて、多軸力検出セ
ンサの起歪体構造物の一部を構成する部材として設けら
れ、且つ、被測定対象の一方側と結合するために前記Ｚ
軸上に位置するように設けられた厚板状の台座部材と、
前記起歪体構造物の他の一部を構成する部材として設け
られ、且つ、被測定対象の他方側と結合するために前記
Ｚ軸において前記台座部材と所定の間隔を置いて平行に
なるように設けられ、さらに、前記Ｚ軸からそれぞれ等
間隔の位置であって且つ前記Ｘ軸に直交する位置に設定
された各２辺と、前記Ｚ軸からそれぞれ等間隔の位置で
あって且つ前記Ｙ軸に直交する位置に設定された各２辺
とから成るほぼ正四辺形の四辺を有し、しかも、前記Ｚ
軸上に荷重導入部を有するように形成された平板状起歪
体部材と、前記起歪体構造物のさらに他の一部を構成す
る部材として設けられ、且つ、前記台座部材と前記平板
状起歪体部材との間を連結するために、前記Ｘ軸および
前記Ｙ軸からそれぞれ等距離づつ離れた位置であって且
つ前記Ｚ軸に対して互いに対称的な４個所の位置にそれ
ぞれ前記Ｚ軸に沿って平行に設けられ、しかも、それぞ
れが、前記平板状起歪体部材の正四辺形の四辺に対して
それぞれ平行に位置する四辺を有するほぼ正四辺形の断
面形状を有するように形成された４本の柱状起歪体部材
と、前記平板状起歪体部材の前記四辺の領域における前
記Ｚ軸に対して対称的な領域に設けられ、前記荷重導入
部に前記Ｚ軸方向の外力が付与されたときにはそれぞれ
が平行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部に前
記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の外力が付与されたとき
にはそれぞれが剛体部としての作用を行うような平行平
板状構造を有し、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸を挟んで各辺
にそれぞれ一対づつ設けられた第一群変形検出部と、前
記４本の柱状起歪体部材のそれぞれに、前記荷重導入部
に前記Ｘ軸方向の外力が付与されたときにはそれぞれが
平行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部に前記
Ｙ軸方向および前記Ｚ軸方向の外力が付与されたときに
はそれぞれが剛体部としての作用を行うような平行平板
状構造の変形検出部として設けられた第二群複合変形検
出部と、前記４本の柱状起歪体部材のそれぞれに、前記
荷重導入部に前記Ｙ軸の外力が付与されたときにはそれ
ぞれが平行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部
に前記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向の外力が付与された
ときにはそれぞれが剛体部としての作用を行うような平
行平板状構造の変形検出部として設けられた第三群複合
変形検出部と、前記第一群変形検出部、前記第二群複合
変形検出部および前記第三群複合変形検出部のそれぞれ
に添着されたひずみゲージと、を有するように構成した
ことを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】上記のように構成された起歪体構造物は、多軸
力検出センサの中心点を通って互いに直交するように設
定されたＸ軸およびＹ軸と、このＸ軸およびＹ軸との交
点を通り且つこのＸ軸およびＹ軸を含む面に対して垂直
に交わるように設定されたＺ軸とを有し、これらＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向に加わる力成分とこれらＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸に係る軸回りモーメント成分とを相互に
干渉を生ずることなく計測（測定）させるために多軸力
検出センサの基体を成す起歪体構造物を、先ず、次の三
つの部分で構成してある。

【００１４】（Ａ）被測定対象の一方側と結合するため
にＺ軸上に位置するように設けられた厚板状の台座部材
と、（Ｂ）被測定対象の他方側と結合するためにＺ軸に
おいて台座部材と所定の間隔を置いて平行に設けられ且
つＺ軸上に荷重導入部を有するように形成された平板状
起歪体部材と、（Ｃ）台座部材と平板状起歪体部材との
間を連結するために、それぞれＺ軸に沿って互いに平行
に設けられた４本の柱状起歪体部材と、の３つの部材か
ら構成してある。

【００１５】この場合、平板状起歪体部材は、Ｚ軸から
それぞれ等間隔の位置であって且つＸ軸に直交する位置
に設定された各２辺と、Ｚ軸からそれぞれ等間隔の位置
であって且つＹ軸に直交する位置に設定された各２辺と
から成るほぼ正四辺形の四辺を有するように構成し、ま
た、４本の柱状起歪体部材は、Ｘ軸およびＹ軸からそれ
ぞれ等距離づつ離れた位置であって且つＺ軸に対して互
いに対称的な４個所に位置するように設け、しかも、そ
れぞれの柱状起歪体部材は、平板状起歪体部材の正四辺
形の四辺に対してそれぞれ平行に位置する四辺を有する
ほぼ正四辺形の断面形状を有するような部材として構成
してある。

【００１６】そして、３軸方向の力成分並びに３軸周り
のモーメント成分を検出するための変形検出部として、 （ａ）平板状起歪体部材の前述した四辺の領域における
Ｚ軸に対して対称的なそれぞれの領域であって、各辺に
おけるＸ軸またはＹ軸を挟んだ位置にそれぞれ一対づつ
の第一群変形検出部を形成してある。

【００１７】この第一群変形検出部は、平行平板状に形
成され、荷重導入部に前記Ｚ軸方向の外力が付与された
ときにはそれぞれが平行的に撓み、且つ、少なくとも前
記荷重導入部に前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の外力
が付与されたときにはそれぞれが剛体部としての作用を
行う。

【００１８】（ｂ）４本の柱状起歪体部材の長手方向の
一端寄り部位、すなわち、台座部材に近い領域または平
板状起歪体部材に近い領域に、荷重導入部にＸ軸方向の
外力が付与されたときにはそれぞれが平行的に撓み且つ
少なくとも荷重導入部にＹ軸方向およびＺ軸方向の外力
が付与されたときにはそれぞれが剛体部としての作用を
行うような平行平板状構造の第二群複合変形検出部を形
成してある。

【００１９】（ｃ）４本の柱状起歪体部材の長手方向の
他端寄り部位、すなわち、平板状起歪体部材に近い領域
または台座部材に近い領域に、荷重導入部にＹ軸方向の
外力が付与されたときにはそれぞれが平行的に撓み且つ
少なくとも荷重導入部にＸ軸方向およびＺ軸方向の外力
が付与されたときにはそれぞれが剛体部としての作用を
行うような平行平板状構造の第三群複合変形検出部を形
成してある。

【００２０】また、このような構成の起歪体構造物を用
いた多軸力検出センサは、前述した起歪体構造物の第一
群変形検出部、第二群複合変形検出部、第三群複合変形
検出部にそれぞれ必要数のひずみゲージを添着し、これ
ら３種類の変形検出部に生じる変形量をこれらのひずみ
ゲージで独立的に検出して、３軸方向の力成分Ｆ_X ，Ｆ
_Y ，Ｆ_Z 並びに３軸周りのモーメント成分Ｍ_X ，Ｍ_Y ，
Ｍ_Z を検出する。

【００２１】

【実施例】以下、図示の複数実施例に基づいて本発明の
多軸力検出センサの構成を詳細に説明する。

【００２２】図１は、本発明の複数実施例に共通する多
軸力検出センサの全体構成を示す斜視図、図２は図１に
示す姿勢にある多軸力検出センサの平板状起歪体部材を
切除した状態のものを図１と同じ方向から見たときの４
本の柱状起歪体部材の詳細構成を示す同方向斜視図、図
３は、図２に示す姿勢に対して１８０度逆の方向から見
たときの４本の柱状起歪体部材の詳細構成を示す逆方向
斜視構成図、図４は、図２に示す姿勢にある多軸力検出
センサの台座部材を切除した状態のものを図１と同じ方
向から見たときの平板状起歪体部材の詳細構成を示す同
方向斜視図である。

【００２３】図１〜図４において、１０は本発明の複数
実施例に共通する多軸力検出センサで、互いに直交する
ように設定されたＸ軸およびＹ軸と、自身の中心点を通
ってこのＸ軸およびＹ軸を含む面に対して垂直に交わる
ように設定されたＺ軸とを有するように構成されている
が、以後の説明では、便宜上、Ｘ軸とＹ軸とが含まれる
面を水平面としＺ軸がこの水平面に対して垂直であると
の仮定に立って説明する。

【００２４】さらに、多軸力検出センサ１０の基体であ
る起歪体構造物は、図示なき被測定対象の一方側（図に
おいて下方に設定）と結合するための厚板状の台座部材
１１と、図示なき被測定対象の他方側（図において上方
に設定）と結合するための平板状起歪体部材１２と、上
記台座部材１１とこの平板状起歪体部材１２とをＺ軸上
において所定の間隔を隔てて平行になるように連結する
４本の柱状起歪体部材４１〜４４との３種類の部材から
成るように構成されている。

【００２５】なお、図示実施例では、台座部材１１と荷
重導入部１２ａを含む平板状起歪体部材１２と４本の柱
状起歪体部材４１〜４４とを製作するのに、旋盤加工法
およびミーリング加工法のみを用いて製作するようにし
ている。

【００２６】さて、台座部材１１は、Ｚ軸上において剛
性を有する適宜の金属材料をもって各四隅が面取りを施
こされてはいるが大略四辺形の平面形状を有する厚板状
の部材として形成されている。

【００２７】一方、平板状起歪体部材１２は、台座部材
１１と同じ金属材料をもって各四隅が面取りを施こされ
てはいるが大略正四辺形の平面形状を有する厚板状の部
材として、また、その上面（図上）のＺ軸上に、例えば
円柱状の剛性大なる荷重導入部１２ａを有する部材とし
て、Ｚ軸上に台座部材１１と所定の間隔を隔てて平行に
なるように設けられている。

【００２８】この場合、平板状起歪体部材１２の四辺
は、Ｘ軸に直交する位置に設定された第一辺１２１およ
び第三辺１２３と、Ｙ軸に直交する位置に設定された第
二辺１２２および第四辺１２４とから構成され、しか
も、これらの各辺が多軸力検出センサ１０の中心点Ｐ
（Ｚ軸でもある）からそれぞれ等間隔の位置に形成され
るように構成されている。

【００２９】しかも、平板状起歪体部材１２の四隅の領
域には、図４に示すように、それぞれＺ軸に対して対称
的なＷ形の平面形状を有する第一〜第四の貫通溝１３〜
１６が、平板状起歪体部材１２の上面から下面（いずれ
も図上）に貫通するような状態で形成されている。

【００３０】すなわち、第一貫通溝１３は、そのＸ軸寄
り部分溝１３１が平板状起歪体部材１２の第一辺１２１
に対して平行になるように、また、そのＹ軸寄り部分溝
１３２が平板状起歪体部材１２の第四辺１２４に対して
平行になるように形成されている。

【００３１】また、第二貫通溝１４は、そのＸ軸寄り部
分溝１４１が平板状起歪体部材１２の第一辺１２１に対
して平行になるように、また、Ｙ軸寄り部分溝１４２が
平板状起歪体部材１２の第二辺１２２に対して平行にな
るように形成されている。

【００３２】また、第三貫通溝１５は、そのＸ軸寄り部
分溝１５１が平板状起歪体部材１２の第三辺１２３に対
して平行になるように、また、Ｙ軸寄り部分溝１５２が
平板状起歪体部材１２の第二辺１２２に対して平行にな
るように形成されている。

【００３３】そして、第四貫通溝１６は、そのＸ軸寄り
部分溝１６１が平板状起歪体部材１２の第三辺１２３に
対して平行になるように、また、そのＹ軸寄り部分溝１
６２が平板状起歪体部材１２の第四辺１２４に対して平
行になるように形成されている。なお、これら４個の貫
通溝１３〜１６は、いずれも、例えばＺ軸に沿ったミー
リング加工により形成されるように構成されている。

【００３４】一方、平板状起歪体部材１２の第一辺１２
１の領域には、Ｘ軸を挟んで、それぞれ第一辺１２１の
外周面から第一の貫通溝１３のＸ軸寄り部分溝１３１と
第二貫通溝１４のＸ軸寄り部分溝１４１とに達する２個
の変形部穿孔２１，２２が形成されている。

【００３５】また、平板状起歪体部材１２の第二辺１２
２の領域には、Ｙ軸を挟んで、それぞれ第二辺１２２の
外周面から第二の貫通溝１４のＹ軸寄り部分溝１４２と
第三貫通溝１５のＹ軸寄り部分溝１５２とに達する２個
の変形部穿孔２３，２４が形成されている。

【００３６】同様に、平板状起歪体部材１２の第三辺１
２３の領域には、Ｘ軸を挟んで、それぞれ第三辺１２３
の外周面から第三の貫通溝１５のＸ軸寄り部分溝１５１
と第四の貫通溝１６のＸ軸寄り部分溝１６１とに達する
２個の変形部穿孔２５，２６が形成されている。

【００３７】また、平板状起歪体部材１２の第四辺１２
４の領域には、Ｙ軸を挟んで、それぞれ第四辺１２４の
外周面から第四貫通溝１６のＹ軸寄り部分溝１６２と第
一貫通溝１３のＹ軸寄り部分溝１３２とに達する２個の
変形部穿孔２７，２８が形成されている。

【００３８】なお、図示実施例では、各辺の領域に穿た
れた各２個の変形部穿孔（２１，２２）、（２３，２
４）、（２５，２６）、（２７，２８）がＺ軸に対して
対称的な位置に形成され、さらに、第一辺１２１と第三
辺１２３とに穿たれた４個の変形部穿孔２１，２２，２
５，２６は、いずれも例えばミーリング加工によりＸ軸
に沿って平行に穿たれた各２個の円形孔から形成され、
同様に、第二辺１２２と第四辺１２４とに穿たれた残り
の４個の変形部穿孔２３，２４，２７，２８も、いずれ
も例えばミーリング加工によりＹ軸に沿って平行に穿た
れた各２個の円形孔から形成されるように構成されてい
る。

【００３９】この結果、平板状起歪体部材１２の表面と
第一辺１２１の領域に形成された一対の変形部穿孔２
１，２２との間には、それぞれ起歪部としての第一辺薄
肉部３１，３２が形成されることになり、同様に、平板
状起歪体部材１２の表面と第二辺１２２〜第四辺１２４
のそれぞれの領域に形成された各一対の変形部穿孔（２
３，２４）、（２５，２６）、（２７，２８）との間に
も、それぞれ起歪部としての第二辺薄肉部３３，３４、
第三辺薄肉部３５，３６、第四辺薄肉部３７，３８が形
成されることになる。

【００４０】同様に、平板状起歪体部材１２の裏面と第
一辺１２１〜第四辺１２４の各一対の変形部穿孔（２
１，２２）、（２３，２４）、（２５，２６）、（２
７，２８）との間にも、それぞれ第一辺薄肉部３１，３
２〜第四辺薄肉部３７，３８と同じような四対の起歪部
としての裏面側薄肉部が形成されることになる。

【００４１】そして、第一辺薄肉部３１，３２〜第四辺
薄肉部３７，３８と四対の裏面側薄肉部とをもって四対
の平行四辺形ビームをなす変形検出部が形成されること
になるが、この四対の変形検出部を形成する各々の薄肉
部の厚さ、長さ、幅は、荷重導入部１２ａにＺ軸方向の
外力が付与されたときには、それぞれの薄肉部が平行的
に所定量だけ撓み得るが、少なくともＸ軸方向およびＹ
軸方向の外力が付与されたときには、それぞれの薄肉部
が剛体部として作用するような値に設定されている。

【００４２】なお、この四対の変形検出部（３１，３２
〜３７，３８および四対の裏面側薄肉部）をもって特許
請求の範囲に記された第一群変形検出部を構成すること
になるが、図示実施例では四対の裏面側薄肉部にひずみ
ゲージを添着しない構成となっているので、この裏面側
薄肉部には特に符号を付してはいない。

【００４３】さて、４本の柱状起歪体部材４１〜４４
は、平板状起歪体部材１２および台座部材１１と同じ金
属材料をもってそれぞれＺ軸に沿って平行に形成されて
おり、また、第一〜第四柱状起歪体部材４１〜４４の両
端部が台座部材１１と平板状起歪部材１２と一体化する
ように設けられている。

【００４４】これら４本の柱状起歪体部材４１〜４４
は、台座部材１１上および平板状起歪体部材１２上にお
いてＸ軸およびＹ軸からそれぞれ等距離づつ離れた４個
所であって且つＺ軸に対して互いに対称的な４個所に位
置するように配置されている。

【００４５】そして、各々の柱状起歪体部材４１〜４４
が、いずれもＸ軸に直交する位置に設定された各２辺
（２つの側面）とＹ軸に直交する位置に設定された各２
辺（２つの側面）とから成る四辺形の断面形状を持つ部
材として形成されている。すなわち、各々の柱状起歪体
部材４１〜４４の各４辺が、平板状起歪体部材１２の第
一辺１２１〜第四辺１２４とそれぞれ平行になるように
構成されている。

【００４６】そして、各々の柱状起歪体部材４１〜４４
の台座部材１１に近い領域には、図２および図３に示す
ように、Ｙ軸に直交する一方の側面から他方の側面に向
ってＹ軸方向（Ｙ軸と平行な方向）に貫通する各１個の
下方変形部穿孔４５〜４８が形成されている。

【００４７】なお、これら４個の下方変形部穿孔４５〜
４８は、いずれも例えばミーリング加工によりＹ軸に沿
って平行に穿たれた各２個の円形孔から形成されされる
ように構成されている。

【００４８】この結果、第一柱状起歪体部材４１のＸ軸
に直交する２つの側面とこの柱状起歪体部材４１に形成
された下方変形部穿孔４５との間には、起歪部としての
一対の第一柱下方薄肉部４５１、４５２が形成されるこ
とになり、同様に、第二〜第四柱状起歪体部材４２〜４
４についても、各柱状起歪体部材４２〜４４のＸ軸に直
交する２つの側面とそれぞれに形成された下方変形部穿
孔４６〜４８との間に、それぞれ一対の第二柱〜第四柱
下方薄肉部（４６１，４６２）、（４７１，４７２）、
（４８１，４８２）が形成されることになる。

【００４９】そして、第一柱下方薄肉部４５１，４５２
〜第四柱下方薄肉部４８１，４８２をもって四対の平行
四辺形ビーム型の変形検出部が形成されることになる
が、この四対の変形検出部を形成する各々の薄肉部の厚
さ、長さ、幅は、荷重導入部１２ａにＸ軸方向の外力が
付与されたときには、それぞれの薄肉部が平行的に所定
量だけ撓み得るように、しかも、少なくともＹ軸方向お
よびＺ軸方向の外力が付与されたときには、それぞれの
薄肉部が剛体部として作用するような値に設定されてい
る。なお、この四対の下方薄肉部４５１，４５２〜４８
１，４８２をもって特許請求の範囲に記された第二群複
合変形検出部を構成することになる。

【００５０】一方、各々の柱状起歪体部材４１〜４４の
平板状起歪体部材１２に近い領域には、Ｘ軸に直交する
一方の側面から他方の側面に向ってＸ軸方向（Ｘ軸と平
行をなす方向）に貫通する各１個の上方変形部穿孔５１
〜５４とが形成されている。

【００５１】なお、これら４個の上方変形部穿孔５１〜
５４は、いずれも例えばミーリング加工によりＸ軸に沿
って平行に穿たれた各２個の円形孔から形成されされる
ように構成されている。

【００５２】この結果、第一柱状起歪体部材４１のＹ軸
に直交する２つの側面とこの第一柱状起歪体部材４１に
形成された上方変形部穿孔５１との間には、一対の第一
柱上方薄肉部５１１，５１２が形成されることになる。

【００５３】同様に、第二〜第四柱状起歪体部材４２〜
４４についても、各柱状起歪体部材４２〜４４のＹ軸に
直交する２つの側面とそれぞれに形成された上方変形部
穿孔５２〜５４との間に、それぞれ一対の第二柱上方薄
肉部、第三上方薄肉部、第四柱上方薄肉部（５２１，５
２２）、（５３１，５３２）、（５４１，５４２）が形
成されることになる。

【００５４】そして、第一柱上方薄肉部５１１，５１２
〜第四柱上方薄肉部５４１，５４２をもって四対の平行
四辺形ビーム型の変形検出部が形成されることになる
が、この四対の変形検出部を形成する各々の薄肉部の厚
さ、長さ、幅は、荷重導入部１２ａにＹ軸方向の外力が
付与されたときには、それぞれの薄肉部が平行的に所定
量だけ撓み得るように、しかも、少なくともＺ軸方向お
よびＸ軸方向の外力が付与されたときには、それぞれの
薄肉部が剛体部として作用するような値に設定されてい
る。なお、この四対の変形検出部５１１，５１２〜５４
１，５４２をもって特許請求の範囲に記された第三群複
合変形検出部を構成することになる。

【００５５】次に、前述した３種類の変形検出部を構成
する各薄肉部３１〜３８、４５１〜４８２、５１１〜５
４２に添着されるひずみゲージについて、互いに逆方向
から見ている図２、図３および図４を用いて説明する。

【００５６】（Ａ）荷重導入部１２ａに付与されるＸ軸
方向の力成分Ｆ_X を検出するためのＸ軸力成分検出用ひ
ずみゲージ１_b-3 と１_b-4 、２_b-3 と２_b-4 、３_b-1 と
３_b-2 、４_b-1 と４_b-2 は、互いに所定の間隔を隔てて
配置された四対のひずみゲージとして、それぞれ第一柱
状起歪体部材４１〜第四柱状起歪体部材４４のそれぞれ
の内側（他の柱状起歪体部材に面する側）に形成された
下方薄肉部４５２、４６２、４７２、４８２の最も薄肉
部の表面に添着されている。そして、これら８個のＸ軸
力成分検出用ひずみゲージは、図５に示すホィートスト
ンブリッジ回路を構成するように接続されている。

【００５７】（Ｂ）荷重導入部１２ａに付与されるＹ軸
方向の力成分Ｆ_Y を検出するためのＹ軸力成分検出用ひ
ずみゲージ１_a-1 と１_a-2 、２_a-1 と２_a-2 、３_a-1 と
３_a-2 、４_a-1 と４_a-2 は、互いに所定の間隔を隔てて
配置された四対のひずみゲージとして、それぞれ第一柱
状起歪体部材４１〜第四柱状起歪体部材４４のそれぞれ
の内側（他の柱状起歪体部材に面する側）に形成された
上方薄肉部５１２，５２２，５３２，５４２の表面に添
着されている。そして、これら８個のＹ軸力成分検出用
ひずみゲージは、図６に示すホィートストンブリッジ回
路を構成するように接続されている。

【００５８】（Ｃ）荷重導入部１２ａに付与されるＺ軸
方向の力成分Ｆ_Z を検出するためのＺ軸力成分検出用ひ
ずみゲージ５_a-1 と５_a-2 、５_b-1 と５_b-2 、６_a-1 と
６_a-2 、６_b-1 と６_b-2 、７_a-1 と７_a-2 、７_b-1 と７
_b-2 、８_a-1 と８_a-2 、８_b-1 と８_b-2 は、図４に示す
ように、互いに所定の間隔を隔てて配置された八対のひ
ずみゲージとして、それぞれ平板状起歪体部材１２の表
面側に形成された第一辺薄肉部３１，３２〜第四辺薄肉
部３７，３８の表面に添着されている。

【００５９】この場合、各一対のひずみゲージを構成す
る２個のひずみゲージは、いずれも、平板状起歪体部材
１２の各辺に形成されたそれぞれの変形部穿孔２１〜２
８の両端部の最も薄肉をなす部分に添着されることが望
ましい。

【００６０】そして、これら１６個のＺ軸力成分検出用
ひずみゲージは、図７に示すホィートストンブリッジ回
路を構成するように接続されている。

【００６１】（Ｄ）荷重導入部１２ａに付与されるＸ軸
周りのモーメント成分Ｍ_X を検出するためのＸ軸周りモ
ーメント成分検出用ひずみゲージ１_a-3 と１_a-4 、２
_a-3 と２_a-4 、３_a-3 と３_a-4 、４_a-3 と４_a-4 は、互
いに所定の間隔を隔てて配置された四対のひずみゲージ
として、それぞれ第一柱状起歪体部材４１〜第四柱状起
歪体部材４４のそれぞれの外側（外方に面する側）に形
成された上方薄肉部５１１、５２１、５３１、５４１の
表面に添着されている。そして、これら８個のＸ軸周り
モーメント成分検出用ひずみゲージは、図８に示すホィ
ートストンブリッジ回路を構成するように接続されてい
る。

【００６２】（Ｅ）荷重導入部１２ａに付与されるＹ軸
周りのモーメント成分Ｍ_Y を検出するためのＹ軸周りモ
ーメント成分検出用ひずみゲージ１_b-1 と１_b-2'、２
_b-1 と２_b-2'、３_b-3 と３_b-4'、４_b-3 と４_b-4'は、互
いに所定の関係位置をもって配置された四対のひずみゲ
ージとして、それぞれ第一柱状起歪体部材４１〜第四柱
状起歪体部材４４のそれぞれの外側（外方に面する側）
に形成された下方薄肉部４５１、４６１、４７１、４８
１の表面に添着されている。そして、これら８個のＹ軸
周りモーメント成分検出用ひずみゲージは、図９に示す
ホィートストンブリッジ回路を構成するように接続され
ている。

【００６３】（Ｆ）荷重導入部１２ａに付与されるＺ軸
周りのモーメント成分Ｍ_Z を検出するためのＺ軸周りモ
ーメント成分検出用ひずみゲージ１_b-2 、２_b-2 、３
_b-4 、４_b-4 は、前述の四対のＹ軸周りモーメント成分
検出用ひずみゲージ１_b-1 と１_b-2'〜４_b-3 と４_b-4'と
隣り合った４個のひずみゲージとして、それぞれ第一柱
状起歪体部材４１〜第四柱状起歪体部材４４のそれぞれ
の外側に形成された下方薄肉部４５１，４６１，４７
１，４８１の表面に添着されている。そして、これら４
個のＺ軸周りモーメント成分検出用ひずみゲージは、図
１０に示すホィートストンブリッジ回路を構成するよう
に接続されている。

【００６４】以下、このように構成された第一実施例の
多軸力検出センサ１における３軸方向の力成分Ｆ_X ，Ｆ
_Y ，Ｆ_Z 並びに３軸周りのモーメントＭ_X ，Ｍ_Y ，Ｍ_Z
の検出動作について説明する。

【００６５】［Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X の検出］多軸力検
出センサ１０の荷重導入部１２ａにＸ軸方向の力成分Ｆ
_X が加わると、この力成分Ｆ_X は、荷重導入部１２ａ→
平板状起歪体部材１２→４本の柱状起歪体部材４１〜４
４を経て第一剛体部（被測定対象物の一方側）と連結し
た台座部材１１に伝達され、その過程で、第一柱状起歪
体部材４１〜第四柱状起歪体部材４４を図１１に示すよ
うにそれぞれＸ軸方向に変形させる。

【００６６】このとき、第一〜第四柱状起歪体部材４１
〜４４の上方領域に位置する第三群複合変形検出部を構
成する四対の上方薄肉部（５１１，５１２）、（５２
１，５２２）、（５３１，５３２）、（５４１，５４
２）が、それぞれ剛体部として作用する関係で、下方領
域に位置する第二群複合変形検出部を構成する四対の下
方薄肉部（４５１，４５２）、（４６１，４６２）、
（４７１，４７２）、（４８１，４８２）のみが変形す
る。

【００６７】すなわち、第一柱および第二柱下方薄肉部
のうち、第三および第四柱状起歪体部材４３，４４に面
する側（内側）に位置する２つの下方薄肉部４５２，４
６２が、外方に面する側（外側）に位置する２つの下方
薄肉部４５１，４６１と共に図１１において右方へ平行
的に変形し、同時に、第三柱および第四柱下方薄肉部の
うち、第一および第二柱状起歪体部材４１，４２に面す
る側（内側）に位置する２つの下方薄肉部４７２，４８
２が、外側に位置する２つの下方薄肉部４７１，４８１
と共に右方へ平行的に変形する。

【００６８】そのため、この４個所の下方薄肉部４５
２，４６２，４７２，４８２の各々の表面に添着された
各一対のＸ軸力成分検出用ひずみゲージ（１_b-3 と１
_b-4 ）、（２_b-3 と２_b-4 ）、（３_b-1 と３_b-2 ）、
（４_b-1 と４_b-2 ）が、このときの４個所の下方薄肉部
の変形量（ひずみ量）をそれぞれ電気的に検出すること
になる。

【００６９】この場合、これら４個所の下方薄肉部４５
２，４６２，４７２，４８２では、薄肉部の上方領域と
下方領域とで変形の性質（方向）が異なるので、各分力
と各ブリッジ回路の出力との関係を図３１に記すよう
に、各薄肉部の上方領域に添着された４個のひずみゲー
ジ１_b-3 ，２_b-3 ，３_b-2 ，４_b-2 から出力される電気
信号の性質（この例の場合は、マイナス）と、各薄肉部
の下方領域に添着された４個のひずみゲージ１_b-4 ，２
_b-4 ，３_b-1 ，４_b-1 から出力される電気信号の性質
（この例の場合は、プラス）とが互いに逆極性となる。

【００７０】従って、これら８個のひずみゲージ１
_b-3 ，２_b-3 ，３_b-2 ，４_b-2 ，１_b-4，２_b-4 ，３_b-1
，４_b-1 を図５に示すように接続してホィートストン
ブリッジ回路を構成すれば、出力が大きく且つ他の力成
分との干渉が殆どなく精度の高いＸ軸方向の力成分Ｆ_X
のみの検出を行うことが可能になる。

【００７１】すなわち、図５のようなホイートストンブ
リッジ回路を構成すれば、荷重導入部１２ａにＸ軸方向
以外の力成分Ｆ_Y ，Ｆ_Z および３軸周りモーメント成分
Ｍ_X，Ｍ_Y ，Ｍ_Z が加わり、これらの力成分Ｆ_Y ，Ｆ
_Z ，Ｍ_X ，Ｍ_Y ，Ｍ_Z の作用によって第二群複合変形検
出部を形成する四対の下方薄肉部（４５１、４５２）、
（４６１、４６２）、（４７１、４７２）、（４８１、
４８２）が変形した場合でも、付表１に記すように、こ
の変形により発生する８個のＸ軸力成分検出用ひずみゲ
ージ１_b-3 、１_b-4 、２_b-3 、２_b-4 、３_b-1 、３
_b-2 、４_b-1 、４_b-2から構成されるＸ軸力成分検出用
のホイートストンブリッジ回路からの出力を「０」に抑
えることができることになる。

【００７２】なお、このＸ軸方向の力成分Ｆ_X の検出過
程では、４本の柱状起歪体部材４１〜４４の外側に位置
する下方薄肉部４５１，４６１，４７１，４８１にも変
形が生じるが、このＸ軸方向の力成分Ｆ_X の検出過程で
は、これら４個所の下方薄肉部に生じる変形量を利用し
ないので、この変形量に関する説明は割愛する。

【００７３】また、Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X の検出過程で
は、図１１に示すように、平板状起歪体部材１２も多軸
力検出センサ１０の中心点Ｐを境にして左右（図１１
上）の領域が互いに逆方向に変形することになるが、こ
のＸ軸方向の力成分Ｆ_X の検出過程では、このときの平
板状起歪体部材１２に生じる変形量も利用しないので、
この変形量に関する説明も割愛する。

【００７４】［Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Y の検出］多軸力検
出センサ１０の荷重導入部１２ａにＹ軸方向の力成分Ｆ
_Y が加わると、この力成分Ｆ_Y は、荷重導入部１２ａ→
平板状起歪体部材１２→４本の柱状起歪体部材４１〜４
４を経て第一剛体部と連結した台座部材１１に伝達さ
れ、その過程で、第一柱状起歪体部材４１〜第四柱状起
歪体部材４４を図１２に示すようにそれぞれＹ軸方向に
変形させる。

【００７５】このとき、第一〜第四柱状起歪体部材４１
〜４４の下方領域に位置する第二群複合変形検出部を構
成する四対の下方薄肉部（４５１，４５２）、（４６
１，４６２）、（４７１，４７２）、（４８１，４８
２）がそれぞれ剛体部として作用する関係で、上方領域
に位置する第三群複合変形検出部を構成する四対の上方
薄肉部（５１１，５１２）、（５２１，５２２）、（５
３１，５３２）、（５４１，５４２）のみが変形する。

【００７６】すなわち、第二柱および第三柱上方薄肉部
のうち、内側に位置する２つの上方薄肉部５２２、５３
２が外側に位置する２つの上方薄肉部５２１，５３１と
共に図１２において右方へ平行的に変形し、同時に、第
一柱および第四柱上方薄肉部のうち、内側に位置する２
つの上方薄肉部５１２，５４２が外側に位置する２つの
上方薄肉部５１１，５４１と共に右方へ平行的に変形す
る。

【００７７】そのため、この４個所の上方薄肉部５１
２，５２２，５３２，５４２の各々の表面に添着された
各一対のＹ軸力成分検出用ひずみゲージゲージ（１_a-1
と１_a-2 ）、（２_a-1 と２_a-2 ）、（３_a-1 と３
_a-2 ）、（４_a-1 と４_a-2 ）が、このときの４個所の上
方薄肉部の変形量をそれぞれ電気的に検出することにな
る。

【００７８】この場合、前述したＸ軸方向力成分Ｆ_X の
検出動作の場合と同様に、これら４個所の上方薄肉部５
１２、５２２、５３２、５４２では、薄肉部の上方領域
と下方領域とでは変形の性質が異なるので、付表１に記
すように、各薄肉部の上方領域に添着された４個のひず
みゲージ１_a-1 ，２_a-1 ，３_a-1 ，４_a-1 から出力され
る電気信号の性質と、各薄肉部の下方領域に添着された
４個のひずみゲージ１_a-2 ，２_a-2 ，３_a-2 ，４_a-2 か
ら出力される電気信号の性質とが互いに逆極性となる。

【００７９】従って、これら８個のひずみゲージ１_a-1
〜４_a-2 を、図６に示すように接続してホイートストン
ブリッジ回路を構成すれば、出力が大きく且つ精度の高
いＹ軸方向の力成分Ｆ_Y の検出を行うことが可能にな
る。

【００８０】しかも、図６のようなホイートストンブリ
ッジ回路を構成すれば、荷重導入部１２ａにＹ軸方向以
外の力成分Ｆ_X ，Ｆ_Z および３軸周りモーメント成分Ｍ
_X ，Ｍ_Y ，Ｍ_Z が加わり、これらの力成分Ｆ_X ，Ｆ_Z ，
Ｍ_X ，Ｍ_Y ，Ｍ_Z の作用によって前述した４個所の上方
薄肉部５１２、５２２、５３２、５４２が変形した場合
でも、各分力と各ブリッジ回路の出力との関係を示す図
３１付表１に記すように、この変形により発生する８個
のＹ軸力成分検出用ひずみゲージ１_a-1 〜４_{a- 2} から構
成されるＹ軸力成分検出用のホイートストンブリッジ回
路からの出力を「０」に抑えることができることにな
る。

【００８１】なお、このＹ軸方向の力成分Ｆ_Y の検出過
程でも、４本の柱状起歪体部材４１〜４４の外側に位置
する上方薄肉部５１１、５２１、５３１、５４１と、平
板状起歪体部材１２の中心点Ｐを境にした左右（図１２
上）の領域がそれぞれ変形することになるが、このＹ軸
方向の力成分Ｆ_Y の検出過程ではこれらに生じる変形量
を利用しないので、これらの変形量に関する説明は割愛
する。

【００８２】［Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Z の検出］多軸力検
出センサ１０の荷重導入部１２ａにＺ軸方向の力成分Ｆ
_Z が加わると、この力成分Ｆ_Z は、荷重導入部１２ａ→
平板状起歪体部材１２→４本の柱状起歪体部材４１〜４
４を経て第一剛体部と連結した台座部材１１に伝達され
る。

【００８３】この伝達過程では、４本の柱状起歪体部材
４１〜４４に形成された第二群複合変形検出部としての
下方薄肉部４５１〜４８２および第三群複合変形検出部
としての上方薄肉部５１１〜５４２が、それぞれ剛体部
として作用するので、平板状起歪体部材１２の各辺１２
１〜１２４に形成された第一群変形検出部を構成する８
個所の薄肉部３１〜３８は、図１３に示すようにＺ軸に
沿ってそれぞれ上方に変形する。

【００８４】なお、図１３には、第四辺１２４と第二辺
１２２のみが示されているが、平板状起歪体部材１２で
の変形作用は、第一辺１２１および第三辺１２３でも同
じように発生するので、たとえ図示されていなくとも説
明中に加えることにする。

【００８５】さて、平板状起歪体部材１２の４つの辺１
２１〜１２４が上方に変形すると、第四辺１２４におい
ては、第四辺薄肉部の２つの薄肉部３７と３８とが中心
点Ｐを挟んで互いに対称的に逆方向に変形する。

【００８６】そのため、この第四辺薄肉部の２つの薄肉
部３７，３８の表面にそれぞれ添着された各一対のＺ軸
力成分検出用ひずみゲージ（８_b-1 と８_b-2 ）、（８
_a-1 と８_a-2 ）が、この２つの薄肉部３７，３８に発生
する互いに逆方向に変形する変形量をそれぞれ電気的に
検出する。

【００８７】この場合、一方の薄肉部３７の外側領域と
内側領域とでは変形の性質が異なるので、付表２に記す
ように、この薄肉部３７の外側領域に添着されたひずみ
ゲージ８_b-2 と内側領域に添着されたひずみゲージ８
_b-1 とから出力される電気信号の性質は互いに逆極性と
なり、また、他方の薄肉部３８の表面に添着された２つ
のひずみゲージ８_a-1 と８_a-2 とから出力される電気信
号の性質も互いに逆極性となる。

【００８８】但し、この２個所の薄肉部３７，３８の互
いに外側に位置する２個のひずみゲージ８_b-2 と８_a-1
とは同じ極性の出力となり、また、互いに内側に位置す
る２個のひずみゲージ８_b-1 と８_a-2 も同じ極性の出力
となる。

【００８９】このことは、残りの第一辺〜第三辺薄肉部
の各２つの薄肉部３１〜３６に添着された各対のひずみ
ゲージ（５_b-1 と５_b-2 ）、（５_a-1 と５_a-2 ）、（６
_a-1と６_a-2 ）、（６_b-1 と６_b-2 ）、（７_a-1 と７_a-2
）、（７_b-1 と７_b-2 ）についても同様であるから、
同一の薄肉部に係るひずみゲージからは互いに逆極性の
性質を有する電気信号が出力される。

【００９０】また、同じ辺に設けられた２個所の薄肉部
の互いに外側に位置する２個のひずみゲージからは互い
に同極性の電気信号が出力され、互いに内側に位置する
２個のひずみゲージからも互いに同極性の電気信号が出
力されることになる。

【００９１】従って、これら１６個のひずみゲージ５
_a-1 〜８_b-2 を図７に示すように接続してホイートスト
ンブリッジ回路を構成すれば、出力が大きく且つ精度の
高いＺ軸方向の力成分Ｆ_Z の検出を行うことが可能にな
る。

【００９２】しかも、図７のようなホイートストンブリ
ッジ回路を構成すれば、荷重導入部１２ａにＺ軸方向以
外の力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y および３軸周りモーメント成分Ｍ
_X ，Ｍ_Y ，Ｍ_Z が加わり、これらの力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，
Ｍ_X ，Ｍ_Y ，Ｍ_Z の作用によって第一群変形検出部を形
成する８個所の薄肉部３１〜３８が変形した場合でも、
図３２に記すように、この変形により発生する１６個の
ひずみゲージ５_a-1 〜８_b-2 から構成されるＺ軸力成分
検出用のホイートストンブリッジ回路からの出力を
「０」に抑えることができることになる。

【００９３】［Ｘ軸周りのモーメント成分Ｍ_X の検出］
多軸力検出センサ１０の荷重導入部１２ａに反時計回り
のＸ軸周りモーメント成分Ｍ_X が加わると、この力成分
Ｍ_X は、平板状起歪体部材１２から台座部材１１に伝達
される。

【００９４】この伝達過程では、第一〜第四柱状起歪体
部材４１〜４４の下方領域に位置する第二群複合変形検
出部を構成する四対の下方薄肉部（４５１，４５２）、
（４６１，４６２）、（４７１，４７２）、（４８１，
４８２）がそれぞれ剛体部として作用し、上方領域に位
置する第三群複合変形検出部を構成する四対の上方薄肉
部（５１１，５１２）、（５２１，５２２）、（５３
１，５３２）、（５４１，５４２）のみが図１４に示す
ように変形する。

【００９５】このとき、第一柱および第四柱上方薄肉部
のうち外側に位置する２つの上方薄肉部５１１，５４１
がそれぞれ縮み方向に変形し、同時に、第二柱および第
三柱上方薄肉部のうち外側に位置する２つの上方薄肉部
５２１，５３１がそれぞれ引っ張り方向に変形する。

【００９６】そのため、第一柱および第四柱上方薄肉部
の２つの上方薄肉部５１１，５４１の表面に添着された
各一対のＸ軸周りモーメント成分検出用ひずみゲージ１
_a-3と１_a-4 、４_a-3 と４_a-4 は、この２つの上方薄肉
部５１１，５４１に生じる圧縮方向の変形量を電気的に
検出して圧縮時の電気信号を出力し、また、第二柱およ
び第三柱上方薄肉部の２つの上方薄肉部５２１，５３１
の表面に添着された各一対のＸ軸周りモーメント成分検
出用ひずみゲージ２_a-3 と２_a-4 、３_a-3 と３_a-4 は、
この２つの上方薄肉部５２１，５３１に生じる引っ張り
方向の変形量を電気的に検出して引っ張り時の電気信号
を出力することになる。

【００９７】従って、互いに性質の異なる電気信号を出
力する４個づつのひずみゲージ１_a-3 ，１_a-4 ，４
_a-3 ，４_a-4 および２_a-3 ，２_a-4 ，３_a-3 ，３_a-4 を
図８に示すように接続してホイートストンブリッジ回路
を構成すれば、出力が大きく且つ精度の高いＸ軸周りの
モーメント成分Ｍ_X の検出を行うことが可能になる。

【００９８】しかも、図８のようなホイートストンブリ
ッジ回路を構成すれば、荷重導入部１２ａに３軸方向の
力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，Ｆ_Z およびＸ軸周りモーメント成分
Ｍ_X以外のモーメント成分Ｍ_Y ，Ｍ_Z が加わり、これら
の力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，Ｆ_Z ，Ｍ_Y ，Ｍ_Z の作用によって
前述の４個所の上方薄肉部５１１，５２１，５３１，５
４１が変形した場合でも、図３２に記すように、この変
形により発生する８個のＸ軸周りモーメント成分検出用
ひずみゲージ１_a-3 〜４_a-4 により構成されるＸ軸周り
モーメント成分検出用のホイートストンブリッジ回路か
らの出力を「０」に抑えることができることになる。

【００９９】なお、このＸ軸周りモーメント成分Ｍ_X の
検出過程でも、４本の柱状起歪体部材４１〜４４の内側
に位置する上方薄肉部５１２，５２２，５３２，５４２
と平板状起歪体部材１２の各薄肉部３１〜３８がそれぞ
れ変形することになるが、このＸ軸周りモーメント成分
Ｍ_X の検出過程ではこれらに生じる変形量を利用しない
ので、これらの変形量に関する説明は割愛する。

【０１００】［Ｙ軸周りのモーメント成分Ｍ_Y の検出］
多軸力検出センサ１０の荷重導入部１２ａに時計回りの
Ｙ軸周りモーメント成分Ｍ_Y が加わると、この力成分Ｍ
_Y は、平板状起歪体部材１２から台座部材１１に伝達さ
れる。

【０１０１】この伝達過程では、第一〜第四柱状起歪体
部材４１〜４４の上方領域に位置する第三群複合変形検
出部を構成する四対の上方薄肉部（５１１，５１２）、
（５２１，５２２）、（５３１，５３２）、（５４１，
５４２）がそれぞれ剛体部として作用し、下方領域に位
置する第二群複合変形検出部を構成する四対の下方薄肉
部（４５１，４５２）、（４６１，４６２）、（４７
１，４７２）、（４８１，４８２）のみが図１５に示す
ように変形する。

【０１０２】このとき、第一柱および第二柱下方薄肉部
のうち外側に位置する２つの下方薄肉部４５１，４６１
がそれぞれ縮み方向に変形し、同時に、第三柱および第
四柱下方薄肉部のうち外側に位置する２つの下方薄肉部
４７１，４８１がそれぞれ引っ張り方向に変形する。

【０１０３】そのため、第一柱および第二柱下方薄肉部
の２つの下方薄肉部４５１，４６１の表面に添着された
各一対のＹ軸周りモーメント成分検出用ひずみゲージ１
_b-1と１_b-2'，２_b-1 と２_b-2'は、この２つの下方薄肉
部４５１，４６１に生じる圧縮方向の変形量を電気的に
検出して圧縮時の電気信号を出力し、また、第三柱およ
び第四柱下方薄肉部の２つの下方薄肉部４７１，４８１
の表面に添着された各一対のＹ軸周りモーメント成分検
出用ひずみゲージ３_b-3 と３_b-4'，４_b-3 と４_b-4'は、
この２つの下方薄肉部４７１，４８１に生じる引っ張り
方向の変形量を電気的に検出して引っ張り時の電気信号
を出力することになる。

【０１０４】従って、互いに性質の異なる電気信号を出
力する４個づつのひずみゲージ１_b-1 ，１_b-2'，２
_b-1 ，２_b-2'および３_b-3 ，３_b-4'，４_b-3 ，４_b-4'を
図９に示すように接続してホイートストンブリッジ回路
を構成すれば、出力が大きく且つ精度の高いＹ軸周りの
モーメント成分Ｍ_Y の検出を行うことが可能になる。

【０１０５】しかも、図９のようなホイートストンブリ
ッジ回路を構成すれば、荷重導入部１２ａに３軸方向の
力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，Ｆ_Z およびＹ軸周りモーメント成分
Ｍ_Y以外のモーメント成分Ｍ_X ，Ｍ_Z が加わり、これら
の力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，Ｆ_Z ，Ｍ_X ，Ｍ_Z の作用によって
前述の４個所の下方薄肉部４５１，４６１，４７１，４
８１が変形した場合でも、図３３に記すように、この変
形により発生する８個のＹ軸周りモーメント成分検出用
ひずみゲージ１_b-1 〜４_b-4'で構成されるホイートスト
ンブリッジ回路からの出力を「０」に抑えることができ
ることになる。

【０１０６】なお、このＹ軸周りのモーメント成分Ｍ_Y
の検出過程でも、４本の柱状起歪体部材４１〜４４の内
側に位置する下方薄肉部４５２，４６２，４７２，４８
２と平板状起歪体部材１２の各薄肉部３１〜３８がそれ
ぞれ変形することになるが、このＹ軸周りのモーメント
成分Ｍ_Y の検出過程ではこれらに生じる変形量を利用し
ないので、これらの変形量に関する説明は割愛する。

【０１０７】［Ｚ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z の検出］
多軸力検出センサ１０の荷重導入部１２ａに反時計回り
のＺ軸周りモーメント成分Ｍ_Z が加わると、この力成分
Ｍ_Z は、平板状起歪体部材１２から台座部材１１に伝達
され、その過程で、図１７に示すように、平板状起歪体
部材１２を台座部材１１に対して両部材間の平行間隔を
維持した状態で反時計方向に捻るように相対回転を与え
ることになる。

【０１０８】従って、４本の柱状起歪体部材４１〜４４
は、図１６に示すように、例えば第一柱状起歪体部材４
１および第四柱状起歪体部材４４と第二柱状起歪体部材
４２および第三柱状起歪体部材４３とが互いに逆方向に
捻れるように変形するが、このとき、４本の柱状起歪体
部材４１〜４４の上方領域に位置する第三群複合変形検
出部を構成する四対の上方薄肉部（５１１，５１２）、
（５２１，５２２）、（５３１，５３２）、（５４１，
５４２）がそれぞれ剛体部として作用するために、この
伝達過程では、４本の柱状起歪体部材４１〜４４の下方
領域に位置する第二群複合変形検出部を構成する四対の
下方薄肉部（４５１，４５２）、（４６１，４６２）、
（４７１，４７２）、（４８１，４８２）のみが図１６
に示すように変形する。

【０１０９】そのため、同方向に捻れるように変形する
第一柱状起歪体部材４１および第四柱状起歪体部材４４
であっても、第一柱下方薄肉部のうち外側に位置する薄
肉部４５１の下方部は、圧縮方向に変形し、また、第四
柱下方薄肉部のうち外側に位置する薄肉部４８１の下方
部は、縮み方向に変形する。

【０１１０】一方、第二柱状起歪体部材４２および第三
柱状起歪体部材４３では、逆に、第二柱下方薄肉部のう
ち外側に位置する薄肉部４６１の下方部が縮み方向に変
形し、第三柱下方薄肉部のうち外側に位置する薄肉部４
７１の下方部が引っ張り方向に変形する。

【０１１１】その結果、第一柱下方薄肉部の外側の薄肉
部４５１の表面に添着されたＺ軸周りモーメント成分検
出用ひずみゲージ１_b-2 と、第三柱下方薄肉部の外側の
薄肉部４７１に下方部添着されたＺ軸周りモーメント成
分検出用ひずみゲージ３_b-4は、それぞれこの２つの下
方薄肉部４５１，４７１に生じる圧縮方向の変形量を電
気的に検出して圧縮時の電気信号を出力し、また、第二
柱下方薄肉部の外側の薄肉部４６１の下方部に添着され
たＺ軸周りモーメント成分検出用ひずみゲージ２_b-2
と、第四柱下方薄肉部のうち外側の薄肉部４８１に添着
されたＺ軸周りモーメント成分検出用ひずみゲージ４
_b-4 とは、それぞれこの２つの下方薄肉部４６１、４８
１の下方部に生じる引張方向の変形量を電気的に検出し
て引張り時の電気信号を出力することになる。

【０１１２】従って、互いに性質の異なる電気信号を出
力する２個づつのひずみゲージ１_b-2 、３_b-4 および２
_b-2 ４_b-4 を、図１０に示すように接続してホイートス
トンブリッジ回路を構成すれば、出力量が大きく且つ精
度の高いＺ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z の検出をを行う
ことが可能になる。

【０１１３】しかも、図１０のようなホイートストンブ
リッジ回路を構成すれば、荷重導入部１２ａに３軸方向
の力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，Ｆ_Z およびＺ軸周りモーメント成
分Ｍ_Z 以外のモーメント成分Ｍ_X ，Ｍ_Y が加わり、これ
らの力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，Ｆ_Z，Ｍ_X ，Ｍ_Y の作用によっ
て前述の４個所の下方薄肉部４５１，４６１，４７１、
４８１が捻れるように変形した場合でも、図３３に記す
ように、この変形により発生する４個のＺ軸周りモーメ
ント成分検出用ひずみゲージ１_b-2 〜４_b-4 からの出力
を「０」に抑えることができる。

【０１１４】なお、このＺ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z
の検出過程でも、４本の柱状起歪体部材４１〜４４の内
側に位置する下方薄肉部４５２，４６２，４７２，４８
２と平板状起歪体部材１２の各薄肉部３１〜３８とがそ
れぞれ変形することになるが、このＺ軸周りのモーメン
ト成分Ｍ_Z の検出過程ではこれらに生じる変形量を利用
しないので、これらの変形量に関する説明は割愛する。

【０１１５】図１８、図１９および図３４は、Ｘ軸方向
の力成分Ｆ_X 並びにＹ軸方向の力成分Ｆ_Y を検出するた
めのそれぞれのホイートストンブリッジ回路を構成する
ときのひずみゲージの接続方法に係る他の実施例で、本
発明の第二実施例を構成するものである。

【０１１６】また、図２０〜図２５および図３５、図３
６は、Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Z を検出するためのホイート
ストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージの接
続方法に係る第３実施例およびその変形実施例である。

【０１１７】さらに、図２６〜図３０および図３７は、
Ｚ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z を検出するためのホイー
トストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージの
接続方法に係る第４実施例およびその変形実施例であ
る。

【０１１８】このように３軸方向の力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，
Ｆ_Z およびＺ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z に係る各ホイ
ートストンブリッジ回路に変更を加えて構成しても、第
一実施例の場合と同じように高い出力で且つ相互に干渉
を生ずることなく高い精度の測定を行うことができる。

【０１１９】以上、図示実施例について説明したが、本
発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲内で種々に変形実施することが可能であ
る。

【０１２０】例えば、図示実施例では、Ｚ軸方向の力成
分Ｆ_Z を検出するのに８個所の薄肉部に合計１６個のひ
ずみゲージ５_a-1 〜８_b-2 を用いているが、８個所の薄
肉部のうちのＺ軸対称の位置に添着した合計８個のひず
みゲージを用いて検出するようにしてもよい。

【０１２１】また、４本の柱状起歪体部材４１〜４４に
形成される下方変形部穿孔４５〜４８と上方変形部穿孔
５１〜５４との上下方向の形成位置を、これら２種類の
穿孔が担う作用が変わらい範囲内で互いに逆の位置に形
成してもよい。

【０１２２】また、荷重導入部１１を平板状起歪体部材
における４本の柱状起歪体部材が位置していない側の表
面から大きく突出するような形状に構成しているが、突
出量は図示のように大きくする必要はなく、また、その
荷重導入部の全体形状も円形台状に限定する必要は全く
ない。

【０１２３】また、図示実施例では、第一群変形検出部
としての薄肉部３１〜３８，第二群複合変形検出部とし
ての下方薄肉部４５１〜４８２，第三群複合変形検出部
としての上方薄肉部５１１〜５４２を製作するのに、ミ
ーリング加工法を用いて２つの円形開口を３軸方向に平
行に穿つという方法で形成しているが、通常のミーリン
グ加工法を用いて長円形開口に形成するという方法で製
作してもよい。

【０１２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、 （イ）先ず、被測定対象の一方側と結合するためにＺ軸
上に位置するように設けられた厚板状の台座部材と、被
測定対象の他方側と結合するためにＺ軸において台座部
材と所定の間隔を置いて平行に設けられ且つＺ軸上に荷
重導入部を有するように形成された平板状起歪体部材
と、台座部材と平板状起歪体部材との間を連結するため
に、それぞれＺ軸に沿って互いに平行に設けられた４本
の柱状起歪体部材との３つの部材から構成したこと。

【０１２５】（ロ）平板状起歪体部材を、Ｚ軸からそれ
ぞれ等間隔の位置であって且つＸ軸に直交する位置に設
定された各２辺と、Ｚ軸からそれぞれ等間隔の位置であ
って且つＹ軸に直交する位置に設定された各２辺とから
成るほぼ正四辺形の四辺を有するように構成すると共
に、４本の柱状起歪体部材は、Ｘ軸およびＹ軸からそれ
ぞれ等距離づつ離れた位置であって且つＺ軸に対して互
いに対称的な４個所に位置するように、しかも、それぞ
れの柱状起歪体部材を平板状起歪体部材の正四辺形の四
辺に対してそれぞれ平行に位置する四辺を有するほぼ正
四辺形の断面形状を有するような部材として構成したこ
と。

【０１２６】（ハ）Ｚ軸方向の力成分を検出するための
変形検出部として、平板状起歪体部材の前述した四辺の
領域におけるＺ軸に対して対称的なそれぞれの領域であ
って、各辺におけるＸ軸またはＹ軸を挟んだ位置にそれ
ぞれ一対づつの第一群変形検出部を設け、残余のＸ軸方
向およびＹ軸方向の力成分並びに３軸周りのモーメント
成分を検出するための変形検出部として、４本の柱状起
歪体部材の台座部材に近い領域および平板状起歪体部材
に近い領域に、第二群複合変形検出部と第三群複合変形
検出部とを設けたこと。

【０１２７】（ニ）これら第一群変形検出部、第二群複
合変形検出部、第三群複合変形検出部を設ける際に、第
一群変形検出部の場合は、荷重導入部にＸ軸方向の外力
が付与されたときにはそれぞれが平行的に撓み且つ少な
くとも荷重導入部にＹ軸方向およびＺ軸方向の外力が付
与されたときにはそれぞれが剛体部としての作用を行う
ような平行平板状構造とし、また、第二群複合変形検出
部の場合は、荷重導入部にＸ軸方向の外力が付与された
ときにはそれぞれが平行的に撓み且つ少なくとも荷重導
入部にＹ軸方向およびＺ軸方向の外力が付与されたとき
にはそれぞれが剛体部としての作用を行うような平行平
板状構造とし、さらに、第三群複合変形検出部の場合
は、４本の柱状起歪体部材の平板状起歪体部材に近い領
域または台座部材に近い領域に、荷重導入部にＹ軸の外
力が付与されたときにはそれぞれが平行的に撓み且つ少
なくとも荷重導入部にＸ軸方向およびＺ軸方向の外力が
付与されたときにはそれぞれが剛体部としての作用を行
うような平行平板状構造としてそれぞれ形成するように
したこと。

【０１２８】以上の点に特徴があり、このような構成と
したことにより、コスト的に有利な一般的な機械加工法
（旋盤加工法、フライス加工法およびミーリング加工
法）だけで目的とする起歪体構造物を製作することが可
能になった。

【０１２９】一方、この起歪体構造物を用いた多軸力検
出センサでは、起歪体構造物の第一群変形検出部、第二
群複合変形検出部、第三群複合変形検出部のそれぞれに
必要数のひずみゲージを添着し、それぞれのひずみゲー
ジをホイートストンブリッジ回路に構成するだけの電気
的作業を用いて３種類の変形検出部に生じる変形量を検
出するようにしたので、３軸方向の力成分Ｆ_X ，Ｆ_Y ，
Ｆ_Z 並びに３軸周りのモーメント成分をそれぞれ高い出
力で且つ他の力成分およびモーメント成分による干渉を
受けずに高い精度で計測することができるようになっ
た。

【０１３０】そのため、本発明を用いるときには、低コ
スト化を図りながら製造時の能率を著しく高めることが
可能であり、しかも、各々のひずみゲージからの出力量
を大きく得られる状態の下で、対象とする力成分Ｆ_X ，
Ｆ_Y ，Ｆ_Z 並びに軸周りモーメント成分のみを分離して
高精度で検出することができる新しい起歪体構造物およ
びこの起歪体構造物を用いた多軸力検出センサを提供す
ることができる。を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多軸力検出センサの第一実施例の
の全体構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示す姿勢にある多軸力検出センサから平
板状起歪体部材を除去して図１と同じ方向から見たとき
の４本の柱状起歪体部材の詳細構成を示す同方向斜視図
である。

【図３】図２に示す姿勢に対して１８０度逆の方向から
見たときの４本の柱状起歪体部材の詳細構成を示す逆方
向斜視図である。

【図４】図１に示す姿勢にある多軸力検出センサから４
本の柱状起歪体部材の中間部以下の部分を除去してを図
１と同じ方向から見たときの平板状起歪体部材の詳細構
成を示す同方向斜視図である。

【図５】多軸力検出センサの荷重導入部に付与されるＸ
軸方向の力成分を検出するためのホイートストンブリッ
ジ回路の第一実施例を示す回路図である。

【図６】多軸力検出センサの荷重導入部に付与されるＹ
軸方向の力成分を検出するためのホイートストンブリッ
ジ回路の第一実施例を示す回路図である。

【図７】多軸力検出センサの荷重導入部に付与されるＺ
軸方向の力成分を検出するためのホイートストンブリッ
ジ回路の第一実施例を示す回路図である。

【図８】多軸力検出センサの荷重導入部に付与されるＸ
軸周りのモーメント成分を検出するためのホイートスト
ンブリッジ回路の第一実施例を示す回路図である。

【図９】多軸力検出センサの荷重導入部に付与されるＹ
軸周りのモーメント成分を検出するためのホイートスト
ンブリッジ回路の第一実施例を示す回路図である。

【図１０】多軸力検出センサの荷重導入部に付与される
Ｚ軸周りのモーメント成分を検出するためのホイートス
トンブリッジ回路の第一実施例を示す回路図である。

【図１１】荷重導入部にＸ軸方向の力成分Ｆ_X が付与さ
れたときの多軸力検出センサの変形状態を示す状態説明
図である。

【図１２】荷重導入部にＹ軸方向の力成分Ｆ_Y が付与さ
れたときの多軸力検出センサの変形状態を示す状態説明
図である。

【図１３】荷重導入部にＺ軸方向の力成分Ｆ_Z が付与さ
れたときの多軸力検出センサの変形状態を示す状態説明
図である。

【図１４】荷重導入部にＸ軸周りのモーメント成分Ｍ_X
が付与されたときの多軸力検出センサの変形状態を示す
状態説明図である。

【図１５】荷重導入部にＹ軸周りのモーメント成分Ｍ_Y
が付与されたときの多軸力検出センサの変形状態を示す
状態説明図である。

【図１６】荷重導入部にＺ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z
が付与されたときの多軸力検出センサの変形状態を示す
状態説明図のうちの側面図である。

【図１７】荷重導入部にＺ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z
が付与されたときの多軸力検出センサの変形状態を示す
状態説明図のうちの平面図である。

【図１８】本発明の第二実施例を構成する一つの回路図
で、Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X を検出するためのホイートス
トンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージの接続
方法を示す回路図である。

【図１９】本発明の第二実施例を構成する他の一つの回
路図で、Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Y を検出するためのホイー
トストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージの
接続方法を示す回路図である。

【図２０】本発明の第三実施例を構成する回路図群の一
つで、Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Z を検出するためのホイート
ストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージの接
続方法の他例を示す回路図である。

【図２１】本発明の第三実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Zを検出するためのホイ
ートストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージ
の接続方法の別の変形例を示す回路図である。

【図２２】本発明の第三実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Zを検出するためのホイ
ートストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージ
の接続方法のさらに別の変形例を示す回路図である。

【図２３】本発明の第三実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Zを検出するためのホイ
ートストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージ
の接続方法のさらに別の変形例を示す回路図である。

【図２４】本発明の第三実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Zを検出するためのホイ
ートストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージ
の接続方法のさらに別の変形例を示す回路図である。

【図２５】本発明の第三実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Zを検出するためのホイ
ートストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲージ
の接続方法のさらに別の変形例を示す回路図である。

【図２６】本発明の第四実施例を構成する回路図群の一
つで、Ｚ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z を検出するための
ホイートストンブリッジ回路を構成するときのひずみゲ
ージの接続方法の一例を示す回路図である。

【図２７】本発明の第四実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z を検出するた
めのホイートストンブリッジ回路を構成するときのひず
みゲージの接続方法の別の変形例を示す回路図である。

【図２８】本発明の第四実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z を検出するた
めのホイートストンブリッジ回路を構成するときのひず
みゲージの接続方法のさらに別の変形例を示す回路図で
ある。

【図２９】本発明の第四実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z を検出するた
めのホイートストンブリッジ回路を構成するときのひず
みゲージの接続方法のさらに別の変形例を示す回路図で
ある。

【図３０】本発明の第四実施例を構成する回路図群の別
の一つで、Ｚ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z を検出するた
めのホイートストンブリッジ回路を構成するときのひず
みゲージの接続方法のさらに別の変形例を示す回路図で
ある。

【図３１】Ｘ軸方向の力成分Ｆ_X の検出に使用する８個
のひずみゲージから出力される電気信号の性質と、Ｙ軸
方向の力成分Ｆ_Y の検出に使用する８個のひずみゲージ
から出力される電気信号の性質を示す出力極性関係図で
ある。

【図３２】Ｚ軸方向の力成分Ｆ_Z の検出に使用する１６
個のひずみゲージから出力される電気信号の性質と、Ｘ
軸周りのモーメント成分Ｍ_X の検出に使用する８個のひ
ずみゲージから出力される電気信号の性質を示す出力極
性関係図である。

【図３３】Ｙ軸周りのモーメント成分Ｍ_Y の検出に使用
する８個のひずみゲージから出力される電気信号の性質
と、Ｚ軸周りのモーメント成分Ｍ_Z の検出に使用する４
個のひずみゲージから出力される電気信号の性質を示す
出力極性関係図である。

【図３４】図１８および図１９に示す第二実施例のホイ
ートストンブリッジ回路におけるＸ軸方向の力成分Ｆ_X
の検出に使用するひずみゲージから出力される電気信号
の性質と、Ｙ軸方向の力成分Ｆ_Y の検出に使用するひず
みゲージから出力される電気信号の性質を示す出力極性
関係図である。

【図３５】図２０〜図２２に示す第三実施例に係る３つ
のホイートストンブリッジ回路におけるＺ軸方向の力成
分Ｆ_Z の検出に使用するひずみゲージから出力される電
気信号の性質を示す３つの出力極性関係図の一部であ
る。

【図３６】図２３〜図２５に示す第三実施例に係る３つ
のホイートストンブリッジ回路におけるＺ軸方向の力成
分Ｆ_Z の検出に使用するひずみゲージから出力される電
気信号の性質を示す３つの出力極性関係図の残部であ
る。

【図３７】図２６〜図３０に示す第四実施例に係る５つ
ののホイートストンブリッジ回路におけるＺ軸周りのモ
ーメント成分Ｍ_Z の検出に使用するひずみゲージから出
力される電気信号の性質を示す５つの出力極性関係図で
ある。

【符号の説明】

１０ 多軸力検出センサ Ｐ 中心点 １１ 台座部材 １２ 平板状起歪体部材 １２ａ 荷重導入部 １２１ 第一辺 １２２ 第二辺 １２３ 第三辺 １２４ 第四辺 １３ 第一貫通溝 １３１ Ｘ軸寄り部分溝 １３２ Ｙ軸寄り部分溝 １４ 第二貫通溝 １４１ Ｘ軸寄り部分溝 １４２ Ｙ軸寄り部分溝 １５ 第三貫通溝 １５１ Ｘ軸寄り部分溝 １５２ Ｙ軸寄り部分溝 １６ 第四貫通溝 １６１ Ｘ軸寄り部分溝 １６２ Ｙ軸寄り部分溝 ２１，２２第一辺の変形部穿孔 ２３，２４ 第二辺の変形部穿孔 ２５，２６ 第三辺の変形部穿孔 ２７，２８ 第四辺の変形部穿孔 ３１，３２ 第一辺薄肉部 ３３，３４ 第二辺薄肉部 ３５，３６ 第三辺薄肉部 ３７，３８ 第四辺薄肉部 ４１ 第一柱状起歪体部材 ４２ 第二柱状起歪体部材 ４３ 第三柱状起歪体部材 ４４ 第四柱状起歪体部材 ４５〜４８ 下方変形部穿孔 ４５１，４５２ 第一柱下方薄肉部 ４６１，４６２ 第二柱下方薄肉部 ４７１，４７２ 第三柱下方薄肉部 ４８１，４８２ 第四柱下方薄肉部 ５１〜５４ 上方変形部穿孔 ５１１，５１２ 第一柱上方薄肉部 ５２１，５２２ 第二柱上方薄肉部 ５３１，５３２ 第三柱上方薄肉部 ５４１，５４２ 第四柱上方薄肉部 １_b-3 と１_b-4 ，２_b-3 と２_b-4 ，３_b-1 と３_b-2 ，４
_b-1 と４_b-2 Ｘ軸力成分検出用ひずみゲージ １_a-1 ，１_a-2 ，２_a-1 ，２_a-2 ，３_a-1 ，３_a-2 ，４
_a-1 ，４_a-2 Ｙ軸力成分検出用ひずみゲージ ５_a-1 と５_a-2 ，５_b-1 と５_b-2 ，６_a-1 と６_a-2 ，６
_b-1 と６_b-2 ，７_a-1と７_a-2 ，７_b-1 と７_b-2 ，８_a-1
と８_a-2 ，８_b-1 と８_b-2 Ｚ軸力成分検出用ひずみ
ゲージ １_a-3 ，１_a-4 ，２_a-3 ，２_a-4 ，３_a-3 ，３_a-4 ，４
_a-3 ，４_a-4 Ｘ軸周りモーメント成分検出用ひずみゲ
ージ １_b-1 と１_b-2'，２_b-1 と２_b-2'，３_b-3 と３_b-4'，４
_b-3 と４_b-4' Ｙ軸周りモーメント成分検出用ひずみゲ
ージ １_b-2 ，２_b-2 ，３_b-4 ，４_b-4 Ｚ軸周りモーメント
成分検出用ひずみゲージ

フロントページの続き (72)発明者 千葉 栄 東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１ 株 式会社共和電業内 (72)発明者 田中 久子 東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１ 株 式会社共和電業内 (72)発明者 牧志 龍男 東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１ 株 式会社共和電業内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多軸力検出センサの中心点を通って互い
   に直交するように設定されたＸ軸およびＹ軸と、このＸ
   軸およびＹ軸との交点を通り且つこのＸ軸およびＹ軸を
   含む面に対して垂直に交わるように設定されたＺ軸とを
   有し、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向に加わ
   る力成分とこれらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に係る軸回りモーメ
   ント成分とを計測する多軸力検出センサの基体を成す起
   歪体構造物において、 この起歪体構造物の一部を構成する部材として設けら
   れ、且つ、被測定対象の一方側と結合するために前記Ｚ
   軸上に位置するように設けられた厚板状の台座部材と、 前記起歪体構造物の他の一部を構成する部材として設け
   られ、且つ、被測定対象の他方側と結合するために前記
   Ｚ軸において前記台座部材と所定の間隔を置いて平行に
   なるように設けられ、さらに、前記Ｚ軸からそれぞれ等
   間隔の位置であって且つ前記Ｘ軸に直交する位置に設定
   された各２辺と前記Ｚ軸からそれぞれ等間隔の位置であ
   って且つ前記Ｙ軸に直交する位置に設定された各２辺と
   から成るほぼ正四辺形の四辺を有し、しかも、前記Ｚ軸
   上に荷重導入部を有するように形成された平板状起歪体
   部材と、 前記起歪体構造物のさらに他の一部を構成する部材とし
   て設けられ、且つ、前記台座部材と前記平板状起歪体部
   材との間を連結するために、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸か
   らそれぞれ等距離づつ離れた位置であって且つ前記Ｚ軸
   に対して互いに対称的な４個所の位置にそれぞれ前記Ｚ
   軸に沿って互いに平行に設けられ、しかも、それぞれ
   が、前記平板状起歪体部材の正四辺形の四辺に対してそ
   れぞれ平行に位置する四辺を有するほぼ正四辺形の断面
   形状を有するように形成された４本の柱状起歪体部材
   と、 前記平板状起歪体部材の前記四辺の領域における前記Ｚ
   軸に対して対称的な領域に設けられ、前記荷重導入部に
   前記Ｚ軸方向の外力が付与されたときにはそれぞれが平
   行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部に前記Ｘ
   軸方向および前記Ｙ軸方向の外力が付与されたときには
   それぞれが剛体部としての作用を行うような平行平板状
   構造を有し、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸を挟んで各辺にそ
   れぞれ一対づつ設けられた第一群変形検出部と、 前記４本の柱状起歪体部材のそれぞれに、前記荷重導入
   部に前記Ｘ軸方向の外力が付与されたときにはそれぞれ
   が平行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部に前
   記Ｙ軸方向および前記Ｚ軸方向の外力が付与されたとき
   にはそれぞれが剛体部としての作用を行うような平行平
   板状構造の変形検出部として設けられた第二群複合変形
   検出部と、 前記４本の柱状起歪体部材のそれぞれに、前記荷重導入
   部に前記Ｙ軸方向の外力が付与されたときにはそれぞれ
   が平行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部に前
   記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向の外力が付与されたとき
   にはそれぞれが剛体部としての作用を行うような平行平
   板状構造の変形検出部として設けられた第三群複合変形
   検出部と、を有するように構成したことを特徴とする多
   軸力検出センサの起歪体構造物。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された多軸力検出センサ
   の起歪体構造物において、前記４本の柱状起歪体部材の
   長手方向の一端寄りの部位に、前記Ｙ軸に平行な貫通孔
   を穿孔して薄肉の起歪部を形成することにより前記第二
   群複合変形検出部を設け、一方、前記４本の柱状起歪部
   体部材の長手方向の他端寄りの部位に、前記Ｘ軸に平行
   な貫通孔を穿孔して薄肉の起歪部を形成することにより
   前記第三群複合変形検出部を設けたことを特徴とする多
   軸力検出センサの起歪体構造物。
3. 【請求項３】 多軸力検出センサの中心点を通って互い
   に直交するように設定されたＸ軸およびＹ軸と、このＸ
   軸およびＹ軸との交点を通り且つこのＸ軸およびＹ軸を
   含む面に対して垂直に交わるように設定されたＺ軸とを
   有し、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向に加わ
   る力成分とこれらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に係る軸回りモーメ
   ント成分とを計測する多軸力検出センサにおいて、 多軸力検出センサの起歪体構造物の一部を構成する部材
   として設けられ、且つ、被測定対象の一方側と結合する
   ために前記Ｚ軸上に位置するように設けられた厚板状の
   台座部材と、 前記起歪体構造物の他の一部を構成する部材として設け
   られ、且つ、被測定対象の他方側と結合するために前記
   Ｚ軸において前記台座部材と所定の間隔を置いて平行に
   なるように設けられ、さらに、前記Ｚ軸からそれぞれ等
   間隔の位置であって且つ前記Ｘ軸に直交する位置に設定
   された各２辺と、前記Ｚ軸からそれぞれ等間隔の位置で
   あって且つ前記Ｙ軸に直交する位置に設定された各２辺
   とから成るほぼ正四辺形の四辺を有し、しかも、前記Ｚ
   軸上に荷重導入部を有するように形成された平板状起歪
   体部材と、 前記起歪体構造物のさらに他の一部を構成する部材とし
   て設けられ、且つ、前記台座部材と前記平板状起歪体部
   材との間を連結するために、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸か
   らそれぞれ等距離づつ離れた位置であって且つ前記Ｚ軸
   に対して互いに対称的な４個所の位置にそれぞれ前記Ｚ
   軸に沿って平行に設けられ、しかも、それぞれが、前記
   平板状起歪体部材の正四辺形の四辺に対してそれぞれ平
   行に位置する四辺を有するほぼ正四辺形の断面形状を有
   するように形成された４本の柱状起歪体部材と、 前記平板状起歪体部材の前記四辺の領域における前記Ｚ
   軸に対して対称的な領域に設けられ、前記荷重導入部に
   前記Ｚ軸方向の外力が付与されたときにはそれぞれが平
   行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部に前記Ｘ
   軸方向および前記Ｙ軸方向の外力が付与されたときには
   それぞれが剛体部としての作用を行うような平行平板状
   構造を有し、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸を挟んで各辺にそ
   れぞれ一対づつ設けられた第一群変形検出部と、 前記４本の柱状起歪体部材のそれぞれに、前記荷重導入
   部に前記Ｘ軸方向の外力が付与されたときにはそれぞれ
   が平行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部に前
   記Ｙ軸方向および前記Ｚ軸方向の外力が付与されたとき
   にはそれぞれが剛体部としての作用を行うような平行平
   板状構造の変形検出部として設けられた第二群複合変形
   検出部と、 前記４本の柱状起歪体部材のそれぞれに、前記荷重導入
   部に前記Ｙ軸の外力が付与されたときにはそれぞれが平
   行的に撓み、且つ、少なくとも前記荷重導入部に前記Ｘ
   軸方向および前記Ｚ軸方向の外力が付与されたときには
   それぞれが剛体部としての作用を行うような平行平板状
   構造の変形検出部として設けられた第三群複合変形検出
   部と、 前記第一群変形検出部、前記第二群複合変形検出部およ
   び前記第三群複合変形検出部のそれぞれに複数枚添着さ
   れたひずみゲージと、により構成したことを特徴とする
   多軸力検出センサ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載された多軸力検出センサ
   において、 前記第一群変形検出部のそれぞれに添着されたひずみゲ
   ージを複数用いてＺ軸方向の力成分の検出を行い、前記
   第二群複合変形検出部および前記第三群複合変形検出部
   のそれぞれに添着されたひずみゲージを用いて残余の力
   成分の検出および３軸周りのモーメント成分の検出を行
   い得るように構成したことを特徴とする多軸力検出セン
   サ。