特許 7537731 力変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】力変換器

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/1627 20200101AFI20240814BHJP

【ＦＩ】

G01L5/1627

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020122699

(22)【出願日】2020-07-17

(65)【公開番号】P2022019106

(43)【公開日】2022-01-27

【審査請求日】2023-07-07

(73)【特許権者】

【識別番号】591156799

【氏名又は名称】ユニパルス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】小林 璋好

(72)【発明者】

【氏名】名原 優

【審査官】細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】特公昭４６－０１０６３７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０８－０６２０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２４７１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－０８６０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８５００４４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ １／２２

Ｇ０１Ｌ ５／１６２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

力点部と、支持部と、起歪部と、感歪抵抗体と、ホイートストンブリッジ回路と、を備える力変換器であって、
前記力点部には力が加えられ、
前記支持部は前記力を受けて支持し、
前記起歪部は柱形状で、前記力点部及び前記支持部の中間で弾性変形し、前記力によって曲げモーメントによる歪みを生じ、
前記ホイートストンブリッジ回路は前記感歪抵抗体を含んで前記力を電気信号に変換し、
前記感歪抵抗体は、
前記感歪抵抗体の折り返しパターンを平面視した時、前記力の方向に平行な仮想線と、前記感歪抵抗体の最大感度方向と、のなす角度が前記起歪部のポアソン比から定められる角度で前記起歪部に添着されている力変換器。

【請求項2】

力点部と、支持部と、起歪部と、感歪抵抗体と、ホイートストンブリッジ回路と、を備える力変換器であって、
前記力点部には力が加えられ、
前記支持部は前記力を受けて支持し、
前記起歪部は柱形状で、前記力点部及び前記支持部の中間で弾性変形し、前記力によって曲げモーメントによる歪みを生じ、
前記ホイートストンブリッジ回路は前記感歪抵抗体を含んで前記力を電気信号に変換し、
前記感歪抵抗体は、
前記感歪抵抗体の折り返しパターンを平面視した時、前記力の方向に平行な仮想線と、前記感歪抵抗体の最大感度方向と、のなす角度が前記起歪部のポアソン比の平方根の逆正接にて定められる角度で添着されている力変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力を測定して電気信号に変換する力変換器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、力変換器の例として、印加された力を３次元方向ＸＹＺにて検出する３分力変換器が公知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－０７１１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような力変換器は、例えば図１０に示すように、力点部５１に力Ｆｘが印加されると、起歪部４に歪みが生じ、起歪部４の薄肉部の凹部４ｂ内に添着された複数の感歪抵抗体Ｇ１～Ｇ４が、剪断歪みを検出する構成を有していた。すなわち、感歪抵抗体Ｇ１の最大感度方向が起歪部の中心軸ＡＸに対してプラス４５度の角度のｐ方向、感歪抵抗体Ｇ２の最大感度方向が起歪部の中心軸ＡＸに対してマイナス４５度の角度のｑ方向、となるように添着されているのが一般的である。しかしながら、測定対象の形状等によって力点部５１がｚ方向に短い力点部５２に変更されて力変換器１が使用される場合がある。すなわちこの力変換器１の使用者は力点部と支持部との距離を変更している。この時、力Ｆｘの印加によって感歪抵抗体Ｇ１，Ｇ２は、起歪部４に発生するせん断歪みを検出するのであるが、感歪抵抗体の位置ずれ等による影響で曲げモーメントの成分を同時に検出することが生じていた。

【0005】

したがって、感歪抵抗体Ｇ１、Ｇ２から力点部５１までの長さと、感歪抵抗体Ｇ１、Ｇ２から力点部５２までの長さとの違いによって曲げモーメントが異なるため検出する力に差が生じてしまうという課題があった。これを解決する方法として、例えば特許文献１の発明が開示されている。

【0006】

しかしながら、特許文献１の発明では、起歪部には図１０で示すＺ方向に感歪抵抗体を並べて配置する必要があってそのスペースを確保する必要があるため、非常に小型化を要求される力変換器への適用は難しいという課題があった。

【0007】

このような問題に鑑みて、本発明は、力が加わる位置の影響を低減した小型の力変換器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

力点部と、支持部と、起歪部と、感歪抵抗体と、ホイートストンブリッジ回路と、を備える力変換器であって、
力点部には力が加えられ、
支持部は力を受けて支持し、
起歪部は柱形状で、力点部及び支持部の中間で弾性変形し、力によって曲げモーメントによる歪みを生じ、
ホイートストンブリッジ回路は感歪抵抗体を含んで力を電気信号に変換し、
感歪抵抗体は、
感歪抵抗体の折り返しパターンを平面視した時、力の方向に平行な仮想線と、感歪抵抗体の最大感度方向と、のなす角度が起歪部のポアソン比から定められる角度で起歪部に添着されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、起歪部に発生する曲げモーメントによる影響をキャンセルさせる感歪抵抗体の最大感度方向と配置により、力の加わる位置の影響を低減した小型の力変換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る力変換器の斜視外観図である。

【図2】本発明の実施形態に係る力変換器の斜視分解図である。

【図3】本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部及び力点部の図である。

【図4】本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部の変形の概念摸式図である。

【図5】本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部及び力点部の図である。

【図6】本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部及び力点部の図である。

【図7】本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部及び力点部の図である。

【図8】本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部及び力点部の断面図である。

【図9】本発明の実施形態に係る力変換器の感歪抵抗体を含むホイートストンブリッジ回路を含む回路図である。

【図10】従来の力変換器の起歪部及び力点部の図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態に係る力変換器について、図面を基に詳細な説明を行う。図１は本発明の実施形態に係る力変換器１の斜視外観図である。図２は本発明の実施形態に係る力変換器１の斜視分解図である。

【0012】

力変換器１は、ハウジング３と、起歪部４と、取り付け板６、力点部５０とを備えている。ハウジング３は、固定構造部材などのベース２にボルト７で固定され、起歪部４を覆って外部環境から保護している。起歪部４は、柱形状であって、剛性が高くて容易に変形しないフランジ４ａ及びフランジ４ｆとの中間にあり、これらフランジよりも剛性が低く、力が加わることで弾性変形する薄肉部の凹部４ｂ～４ｅを有している。本実施形態ではこれらフランジ間の起歪部４の形状は直方体であるがこれに限るものではなく、円柱形状であってもよい。またフランジ４ａは本実施形態では丸型フランジであるが角型フランジであっても良く、一方フランジ４ｆも本実施形態では角型フランジであるが丸型フランジであっても良い。本実施形態ではフランジ４ａ、起歪部４、フランジ４ｆは一体で構成されているがこれに限るものではない。そしてフランジ４ａは、固定構造部材に固定されているハウジング３とボルト８にて締結されていて、ハウジング３と共に起歪部４等を支持する支持部である。

【0013】

取り付け板６は例えば角型の平板形状であって、フランジ４ｆとボルト９にて締結されている。取り付け板６の中央部には力点部５１、５２が取り付けられている。

【0014】

力点部５１、５２は、円柱形状の部材の一端部に一部が球状の部分を有している。力点部５１、５２は、他端部に取り付け板６と締結される、圧入部若しくはネジ部を有する。力点部５１、５２は、この球状の部分にて点接触で力を受ける。そして力点部５１、５２は測定対象の力を受けて容易に変形しないものである。なお力点部５１、５２と取り付け板６とは、この形状に限るものではなく、また一体の部材で構成されても良い。また力変換器１の使用者は、力点部５１、５２の一部が球状の部分の形状はこれに限らず、被測定物に合わせた最適な形状を選択して使用することができる。そして力変換器１の使用者は、力点部と取り付け板６とを一体化したもの、若しくは力点部を交換することで、測定対象に合わせた力変換器を構成することができる。

【0015】

起歪部４を構成する凹部４ｂ～４ｅには、感歪抵抗体が添着されている。したがって力点部５０が受ける力のｘ方向及びｙ方向の成分をそれぞれ感歪抵抗体が歪み量として検出する。したがって力変換器１は力点部５０に加わる力を電気信号に変換することができる。

【0016】

また本実施形態では、感歪抵抗体は凹部の底面に添着されているがこれに限定されるものではなく、検出する力の大きさによっては起歪部４には凹部がなくて起歪部４の柱側面に配置されているなどの変形であっても良い。

【0017】

図３（ｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部４及び力点部５１を図２のｙ軸の負の方向（図２の平面視）にて見た模式図であって、図３（ｉｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部４及び力点部５２を同じｙ軸の負の方向にて見た模式図である。図３（ｉ）及び図３（ｉｉ）において、感歪抵抗体Ｇｘａ及び感歪抵抗体Ｇｘｂはこれらの大きさを誇張して表している。この感歪抵抗体を誇張した表記方法は図５～図７、図１０においても同様である。

【0018】

図３（ｉ）及び図３（ｉｉ）における構成の相違点は力点部５１及び力点部５２のｚ方向の長さである。力点部５１及び力点部５２のどちらもｘ軸で負の方向に力Ｆｘを受けている。起歪部４はフランジ４ａにてハウジング３を介してベース２に固定されていることから、起歪部４には、図３（ｉ）においては曲げモーメントＭｘ１、図３（ｉｉ）においては曲げモーメントＭｘ２が生じる。

【0019】

ここでまず従来の力変換器について説明する。図１０（ｉ）、図１０（ｉｉ）は従来の力変換器であって、フランジ４ａ寄りに設けられた凹部４ｂの底面に感歪抵抗体Ｇ１、Ｇ２がｚ方向に並んで添着されている。そして例えば感歪抵抗体Ｇ１は凹部４ｂのｚ方向の中心より左側で、最大感度方向が中心軸ＡＸに対してプラス４５度のｐ方向になるように配置されている。一方感歪抵抗体Ｇ２は凹部４ｂのｚ方向の中心より右側で、最大感度方向が中心軸ＡＸに対してマイナス４５度のｑ方向になるように配置されている。この感歪抵抗体Ｇ１、Ｇ２の配置は起歪部４に生ずる歪みを検出する通常の手法であって、力点部が力Ｆｘを受けると感歪抵抗体Ｇ１はせん断応力による圧縮歪みを検出し、感歪抵抗体Ｇ２はせん断応力による引張歪みを検出して、力変換器１はこれらをもとに力Ｆｘを演算して出力する。

【0020】

もし力変換器１の使用者が、図１０（ｉ）に示す力点部５１を図１０（ｉｉ）に示す力点部５２に変更しても、同じ大きさの力Ｆｘが加わっている場合には、力変換器１が検出する力は同じものになるはずである。しかしながらこの感歪抵抗体Ｇ１、Ｇ２の従来の配置では力変換器は同じ力の値を出力しない現象が起きていた。これは起歪部４に生ずる曲げモーメントＭｘ１、Ｍｘ２よる歪みの成分を、この感歪抵抗体Ｇ１、Ｇ２が検出していることが原因であると発明者は見出した。通常では、ｚ方向に平行な中立面（線）に感歪抵抗体Ｇ１、Ｇ２の中心を合わせて配置されることで、この曲げモーメントの影響が排除される。しかし起歪部の加工精度、感歪抵抗体の感度分布、感歪抵抗体の位置ずれ等によってこの曲げモーメントの影響を完全に排除することは難しい。従来一般的には感歪抵抗体の添着し直しや起歪部の一部を除去加工するなどの試行錯誤を行っていたが、様々な距離の力点部に対応することは困難であった。

【0021】

この従来の感歪抵抗体の配置に対して、本発明では図３（ｉ）及び図３（ｉｉ）に示すように、フランジ４ａ寄りに設けられた凹部４ｂの底面に感歪抵抗体Ｇｘａと感歪抵抗体Ｇｘｂとが検出したい力Ｆｘの方向であるｘ方向に直列で配置されている。そして感歪抵抗体Ｇｘａはｑ方向に最大感度を有して起歪部４に添着される。一方感歪抵抗体Ｇｘｂはｐ方向に最大感度を有して起歪部４に添着される。このｐ方向及びｑ方向の角度についての詳細は後述する。

【0022】

ここで力点部５１、力点部５２いずれにおいても、同じ大きさの力Ｆｘが加わっている場合に、同じ力を検出することができる理由について図４（ｉ）～図４（ｖｉ）を用いて説明する。図４（ｉ）は起歪部４の変形を概念的に示したものである。力の印加が無い場合には点Ｏ、点Ｕ、点Ｈ、点Ｉを角に有する一点鎖線で表された正方形の仮想領域を元とし、力の印加によって生じるせん断応力τによる変形状態を誇張して模式的に示している。すなわち点Ｏに対向する点Ｕは、せん断応力τによって点Ｖのように変形する。この線分ＯＵと中心軸ＡＸとのなす角が４５度にてせん断の引張歪みが最大になるため、線分ＯＵの方向が最大感度となるように、感歪抵抗体（Ｇ２、図１０（ｉ）参照）が起歪部４に添着されるのが従前よく知られた方法である。

【0023】

しかしながら一方図４（ｉｉ）に示すように、本実施形態の起歪部４では曲げモーメントも発生してその引張応力Ｔによって、頂点Ｕは頂点Ｗのように変形する。したがって従来の感歪抵抗体の最大感度の向きではこの曲げモーメントによる起歪部４の歪み成分も混じって検出されることになる。

【0024】

そこで本実施形態では、図４（ｉｉｉ）、図４（ｉｖ）において、曲げモーメントの引張によって変形する線分ＪＷ上にある点Ｑと点Ｏを結んだ仮想線分ＯＱの長さＬ１と、線分ＨＵ上にある点Ｐと点Ｏを結んだ仮想線分ＯＰの長さＬ２とが等しくなる角度θに感歪抵抗体の最大感度方向が向くように感歪抵抗体を配置している。すなわち長さＬ１＝長さＬ２であれば、感歪抵抗体の歪みの量は同じであるから、この曲げモーメントによる引張の伸びの影響を受けないようにできる。角度θは以下のようにして求めることができる。

【0025】

長さｚは角度θを定める未知の長さである。長さａは力の印加前の定めた仮想領域の長さである。νは起歪部４のポアソン比、ｋは図の縦方向（ここではｘ軸方向）の伸び率である。

【0026】

仮想線分ＯＱの長さＬ１は次式で表される。

【数1】

【0027】

一方仮想線分ＯＰの長さＬ２は次式で表される。

【数2】

【0028】

次いで（Ｌ１）^２＝（Ｌ２）^２となるｚを求める。

【数3】

【0029】

ｚについて整理すると以下の式となる。

【数4】

【0030】

ｔａｎθ＝ｚ／ａ であることから、θは次式で表される。

【数5】

【0031】

ここで、例えば伸び率ｋは非常に微小なのでｋ→０とすると、次式で表される。

【数6】

【0032】

ゆえに起歪部４のポアソン比ν＝０．３とすると、θ＝２８．７度となる。なおこの時感歪抵抗体が検出できるせん断の歪みはモール円においてτｓｉｎ２θ分であるので、実際のせん断歪みのおおよそ７８．５％が検出されるため、制御部１３にて検出値にこの逆数を乗算して演算することで本来の力の値を得れば良い。

【0033】

図４（ｖ）と図４（ｖｉ）は、それぞれ図４（ｉｉｉ）と図４（ｉｖ）に対応した感歪抵抗体Ｇｘａ、Ｇｘｂの配置の一例を示している。なお感歪抵抗体Ｇｘａ、Ｇｘｂは独立していても良いし、一体の基材でパターニングされたものであっても良い。

【0034】

図５（ｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部４及び力点部５１の模式図であって、図３（ｉ）の模式図の反対方向すなわちｙ軸の正の方向にて見た図である。図５（ｉｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部４及び力点部５２の模式図であって、図３（ｉｉ）の模式図の反対方向すなわちｙ軸の正の方向にて見た図である。すなわち図５（ｉ）及び図５（ｉｉ）は、図３（ｉ）及び図３（ｉｉ）の裏側をそれぞれ示したものである。したがってｐ方向、ｑ方向は、図５（ｉ）及び図５（ｉｉ）では図３（ｉ）及び図３（ｉｉ）の逆向きとなって表されている。感歪抵抗体Ｇｘｃと感歪抵抗体Ｇｘｄが、フランジ４ａ寄りに設けられた凹部４ｃの底面にｘ方向に並んで直列に配置されている。そして凹部４ｃは凹部４ｂと背中合わせに設けられている。

【0035】

感歪抵抗体Ｇｘｃは、ｑ方向に最大感度を有して起歪部４に添着される。一方感歪抵抗体Ｇｘｄは、ｐ方向に最大感度を有して起歪部４に添着される。

【0036】

力点部５１、力点部５２いずれにおいても、同じ大きさの力Ｆｘが加わっている場合に、同じ力を検出することができる理由は図４（ｉ）～図４（ｖｉ）を用いて説明した通りである。

【0037】

図６（ｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部４及び力点部５１を図２のｘ軸の正の方向にて見た模式図であって、図６（ｉｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部４及び力点部５２を同じｘ軸の正の方向にて見た模式図である。図６（ｉ）及び図６（ｉｉ）において、力点部５１及び力点部５２はどちらもｙ軸で負の方向に力Ｆｙを受けている。起歪部４はフランジ４ａにてハウジング３を介してベース２に固定されていることから、起歪部４には、図６（ｉ）においては曲げモーメントＭｙ１、図６（ｉｉ）においては曲げモーメントＭｙ２が生じる。

【0038】

図６（ｉ）及び図６（ｉｉ）に示すように、フランジ４ｆ寄りに設けられた凹部４ｄの底面に感歪抵抗体Ｇｙａと感歪抵抗体Ｇｙｂがｙ方向に並んで配置されている。感歪抵抗体Ｇｙａは、ｒ方向に最大感度を有して起歪部４に添着される。一方感歪抵抗体Ｇｙｂは、ｓ方向に最大感度を有して起歪部４に添着される。

【0039】

図７（ｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部４及び力点部５１を図２のｘ軸の負の方向にて見た模式図であって、図７（ｉｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の起歪部４及び力点部５２を同じｘ軸の負の方向にて見た模式図である。すなわち図７（ｉ）及び図７（ｉｉ）は、図６（ｉ）及び図６（ｉｉ）の裏側をそれぞれ示したものである。したがってｒ方向、ｓ方向は、図７（ｉ）及び図７（ｉｉ）では図６（ｉ）及び図６（ｉｉ）の逆向きとなって表されている。フランジ４ｆ寄りに設けられた凹部４ｅの底面に感歪抵抗体Ｇｙｃと感歪抵抗体Ｇｙｄがｙ方向に並んで直列に配置されている。そして凹部４ｅは凹部４ｄと背中合わせに設けられている。

【0040】

感歪抵抗体Ｇｙｃは、ｒ方向に最大感度を有して起歪部４に添着される。一方感歪抵抗体Ｇｙｄは、ｓ方向に最大感度を有して起歪部４に添着される。

【0041】

もちろん力点部５１、力点部５２いずれにおいても、同じ大きさの力Ｆｘが加わっている場合に、同じ力を検出することができる理由は図４（ｉ）～図４（ｖｉ）において説明した通りである。

【0042】

図８（ｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の断面図である。図８（ｉ）は、図２において中心軸ＡＸを通るｙｚ平面で力変換器１を切断した図である。 図８（ｉｉ）は本発明の実施形態に係る力変換器の断面図である。図８（ｉｉ）は、図２において中心軸ＡＸを通るｘｚ平面で力変換器１を切断した図である。

【0043】

起歪部４とフランジ４ｆの中間に鍔４ｇが設けられていて、鍔４ｇにはＯリング１０が嵌め込まれている。Ｏリング１０は起歪部４とハウジング３との気密を保って、感歪抵抗体Ｇｘａ～Ｇｘｄ、Ｇｙａ～Ｇｙｄを外部環境から保護している。またハウジング３には穴３ａが設けられて、例えば感歪抵抗体Ｇｘａ～Ｇｘｄ、Ｇｙａ～Ｇｙｄからの配線を外部に引き出す密閉型のコネクタが穴３ａに配置される。

【0044】

起歪部４にフランジ４ａ寄りにて設けられた凹部４ｂと凹部４ｃは背中合わせで、凹部４ｂの底面には感歪抵抗体ＧｘａとＧｘｂが、凹部４ｃの底面には感歪抵抗体ＧｘｃとＧｘｄが、それぞれ添着されている。起歪部４にフランジ４ｆ寄りにて設けられた凹部４ｄと凹部４ｅは背中合わせで、凹部４ｄの底面には感歪抵抗体ＧｙａとＧｙｂが、凹部４ｅの底面には感歪抵抗体ＧｙｃとＧｙｄが、それぞれ添着されている。

【0045】

図９は本発明の実施形態に係る力変換器の感歪抵抗体を含むホイートストンブリッジ回路を有する回路図である。ホイートストンブリッジ回路は、電源Ｅ、増幅器１１ａ、１１ｂ、Ａ／Ｄ変換器１２ａ、１２ｂ、制御部１３、表示器１４を有している。

【0046】

電源Ｅは感歪抵抗体Ｇｘａ～Ｇｘｄ、Ｇｙａ～Ｇｙｄへ給電するものである。増幅器１１ａはホイートストンブリッジ回路からの結合端子Ｔｘ２及びＴｘ４から出力された信号を増幅する。増幅器１１ｂはホイートストンブリッジからの結合端子Ｔｙ２及びＴｙ４から出力された信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器１２ａ、１２ｂは、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器であって、増幅器１１ａ及び増幅器１１ｂにて増幅されたアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換する。制御部１３は中央演算処理装置ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、その他の記憶装置及び入出力装置を含んでいる。制御部１３は、Ａ／Ｄ変換器１２ａ、１２ｂから出力されたデジタル信号を基に演算して、その結果を表示器１４に表示させる。

【0047】

次いでホイートストンブリッジ回路での各感歪抵抗体の配置について説明する。感歪抵抗体Ｇｘａ～Ｇｘｄを含むホイートストンブリッジ回路は、感歪抵抗体Ｇｘｄと感歪抵抗体Ｇｘａが隣り合う辺にあって、その結合端子Ｔｘ１が電源Ｅに接続されている。そして感歪抵抗体Ｇｘｂと感歪抵抗体Ｇｘｃが隣り合う辺にあって、その結合端子Ｔｘ３が電源Ｅに接続されている。さらに感歪抵抗体Ｇｘａと感歪抵抗体Ｇｘｃとが、感歪抵抗体Ｇｘｂと感歪抵抗体Ｇｘｄとが、それぞれ向かい合う辺にある。そして感歪抵抗体Ｇｘａと感歪抵抗体Ｇｘｂとの結合端子Ｔｘ２と、感歪抵抗体Ｇｘｃと感歪抵抗体Ｇｘｄとの結合端子Ｔｘ４と、がホイートストンブリッジ回路の出力となる。

【0048】

感歪抵抗体Ｇｙａ～Ｇｙｄを含むホイートストンブリッジ回路も同様に、感歪抵抗体Ｇｙｄと感歪抵抗体Ｇｙａが隣り合う辺にあって、その結合端子Ｔｙ１が電源Ｅに接続されている。そして感歪抵抗体Ｇｙｂと感歪抵抗体Ｇｙｃが隣り合う辺にあって、その結合端子Ｔｙ３が電源Ｅに接続されている。さらに感歪抵抗体Ｇｙａと感歪抵抗体Ｇｙｃとが、感歪抵抗体Ｇｙｂと感歪抵抗体Ｇｙｄとが、それぞれ向かい合う辺にある。そして感歪抵抗体Ｇｙａと感歪抵抗体Ｇｙｂとの結合端子Ｔｙ２と、感歪抵抗体Ｇｙｃと感歪抵抗体Ｇｙｄとの結合端子Ｔｙ４と、がホイートストンブリッジ回路の出力となる。

【0049】

この構成で、図３（ｉ）、図３（ｉｉ）、図５（ｉ）、図５（ｉｉ）に示すような力Ｆｘが力点部５１、５２に加わると、感歪抵抗体Ｇｘａはせん断応力では引張側となる。そして感歪抵抗体Ｇｘｂはせん断応力では圧縮側となる。一方で、感歪抵抗体Ｇｘｃはせん断応力では引張側となる。そして感歪抵抗体Ｇｘｄはせん断応力では圧縮側となる。

【0050】

感歪抵抗体Ｇｙａ～Ｇｙｄを含むホイートストンブリッジ回路も同様である。すなわち図６（ｉ）、図６（ｉｉ）、図７（ｉ）、図７（ｉｉ）に示すような力Ｆｙが力点部５１、５２に加わると、感歪抵抗体Ｇｙａはせん断応力では引張側となる。そして感歪抵抗体Ｇｙｂはせん断応力では圧縮側となる。一方で、感歪抵抗体Ｇｙｃはせん断応力では引張側となる。そして感歪抵抗体Ｇｙｄはせん断応力では圧縮側となる。

【0051】

本実施形態では、各ホイートストンブリッジ回路に４つのアクティブな感歪抵抗体を設けたもので示したが、２つのアクティブな感歪抵抗体で構成しても良い。例えば図９において、感歪抵抗体Ｇｘａと感歪抵抗体Ｇｘｂだけがアクティブな感歪抵抗体であって、他の辺の感歪抵抗体Ｇｘｃと感歪抵抗体Ｇｘｄが固定の抵抗体であっても良い。本発明ではホイートストンブリッジ回路の各辺で曲げモーメントの影響をキャンセルしているためである。

【0052】

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0053】

本発明の活用例として、多分力計など力を測定する装置への適用が可能である。

【符号の説明】

【0054】

１ ：力変換器
２ ：ベース
３ ：ハウジング（支持部）
３ａ ：穴
４ ：起歪部
４ａ ：フランジ
４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ ：凹部
４ｆ ：フランジ
４ｇ ：鍔
６ ：取り付け板
７ ：ボルト
８ ：ボルト
９ ：ボルト
１０ ：Ｏリング
１１ａ、１１ｂ ：増幅器
１２ａ、１２ｂ ：Ａ／Ｄ変換器
１３ ：制御部
１４ ：表示器
５０、５１、５２ ：力点部
Ｇｘａ、Ｇｘｂ、Ｇｘｃ、Ｇｘｄ ：感歪抵抗体
Ｇｙａ、Ｇｙｂ、Ｇｙｃ、Ｇｙｄ ：感歪抵抗体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】