JP2005527797A - 荷重トランスデューサ、荷重トランスデューサの取付構造、及び計量器 - Google Patents

Abstract

荷重トランスデューサ２０を取付けるための取付構造であって、荷重トランスデューサ２０はセンサを装備したコア部を備えており、このコア部は、組付ネジ３６_ＢＲ、３６_ＢＬ、３６_Ｆを介して固定取付部材３を結合することのできる荷重支持部と、組付ネジ４６_ＢＲ、４６_ＢＬ、４６_Ｆを介して計量皿担持部材４を結合することのできる荷重導入部とを接続している。本発明によれば、荷重トランスデューサ２０の荷重支持部と荷重導入部との各々に、組付ネジ３６_ＢＲ、３６_ＢＬ、３６_Ｆ；４６_ＢＲ、４６_ＢＬ、４６_Ｆを螺着するための３個ずつのネジ孔２０３_ＢＲ、２０３_ＢＬ、２０３_Ｆ；２０４_ＢＲ、２０４_ＢＬ、２０４_Ｆが形成されている。３個ずつ２組のそれらネジ孔は、その各組が、頂角が変形可能ボディ部の方を向いた二等辺三角形の３つの角の位置を占めている。２組のネジ孔に対応した２つの二等辺三角形の夫々の対称軸は、荷重トランスデューサ２０の変位の方向に対して平行な同一平面内を延在している。この取付構造には、薄型の効果的な過荷重防護機構を組込むことができ、また、この取付構造は、断熱性を備えた取付構造とすることができる。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の荷重トランスデューサに関し、また特に、斯かる荷重トランスデューサの取付方式に関するものである。本発明は更に、請求項７の前提部分に記載した種類の、荷重トランスデューサを取付けるための取付構造と、請求項１４の前提部分に記載した種類の、斯かる取付構造を介して荷重トランスデューサを取付けた計量器とに関するものである。

電子天秤などの計量器は、荷重トランスデューサを用いた荷重計量セルを備えており、その荷重トランスデューサは、多くの場合、その一端が、支持構造として機能する計量器のハウジングに結合され、その他端が、秤量皿などの計量皿を担持した計量皿担持部材に結合されている。そして、計測すべき荷重は、計量皿担持部材を介して荷重トランスデューサへ導入される。荷重トランスデューサの形態には様々なものがある。それらのうち、広く採用されている形態の１つに、弾性変形可能なボディ部をもってコア部とした荷重補償機構を備えたものがあり、その種の荷重補償機構では、通常、電磁石の電流を制御して発生させる釣合荷重を、レバー機構を介して作用させるようにしている。

その１つの具体例として、例えば、ドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報に記載されている荷重トランスデューサがある。この荷重トランスデューサは、ヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報においては、「反力発生ブロック」ないし「荷重担持ブロック」と称されている。この荷重トランスデューサは、弾性変形可能なボディ部を備えており、この変形可能ボディ部は、荷重トランスデューサの全体のうちのハウジングに対して固定される部分（荷重支持部）と、荷重が導入される部分（計量皿担持部材が結合される部分であって、荷重導入部）とを連結している。この荷重トランスデューサは、通常は、変形可能ボディ部と荷重支持部との間、並びに、変形可能ボディ部と荷重導入部との間に、横方向に延在する溝を備えており、それら横方向の溝は、変形可能ボディ部の、他の部分からの構造的な分離度を高める機能を果たしている。また、変形可能ボディ部においては、導入された荷重によって発生した変形量を、複数のセンサで計測するようにしており、それらセンサは歪みゲージとすることが好ましい。

また、変形可能ボディ部は、計測用の平行四辺形リンク機構として構成することが好ましい（これについては、例えば、ヨーロッパ特許公開第EP 0 511 521 A1号公報などを参照されたい）。

更に、複数の歪みゲージを組合せて構成したブリッジ回路によって、計測量を表すアナログ信号を発生させるようにすることが好ましい。通常は、このアナログ信号を、コンバータ回路によってデジタル信号に変換し、その変換後のデジタル信号に対して更に信号処理を施すようにしている。複数の歪みゲージを組合せて構成したブリッジ回路の基本構造については、例えば「U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschltungstechnik, 11th edition, first reprint, Springer Verlag, Berlin 1999」の第１２４２頁〜第１２４３頁などに記載されている。

デジタル信号に変換した計測信号に対して更に信号処理を施すために、上述したヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報に記載されている計測セルには、メモリモジュールが装備されており、このメモリモジュールに、その計測セルに関するデータを格納しておき、そのデータに従って計測信号に補正を施すようにしている。

計測信号に対して施す補正は、例えば英国特許公開第GB 1 462 808号公報などに記載されているように、主として、その計測信号の誤差を修正するための補正であり、計測信号の誤差の発生要因には、例えば、特性が非線形であること、ヒステリシス現象が存在すること、温度の影響を受けること、それにクリープが発生することなどがある。計測信号に補正を施すために必要な較正用データ及び補償用データは、製造工場において、計測セルの製造工程の一環として所定の計測試験を実行することにより取得し、その取得したデータをメモリモジュールに格納するようにしている。

荷重トランスデューサの計測精度は、上述したドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報にも記載されているように、荷重トランスデューサのヒステリシス特性によって大きく影響される。荷重トランスデューサにヒステリシスを発生させる要因は１つではなく、しかも、それら要因は多くの場合、相互に関連性を有している。

更に、これも上述したドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報に記載されているように、荷重トランスデューサに発生するヒステリシスを低減するために従来採用されていた様々な構造的手段は、主として、荷重トランスデューサの製作材料が塑性変形するのを防止するようにしたものであった。また、荷重トランスデューサの全体のうちのハウジングに対して固定される部分（荷重支持部）と、この荷重支持部が固定結合される部材である固定取付部材との間に、摩擦を伴った摺動が発生するのを防止するために、両者が互いに当接する夫々の当接面をできるだけ平坦に仕上げ、そして油脂分などの汚染物質を除去した上で、複数の組付ネジを螺着して両者を固定結合するようにしていた。このように、荷重トランスデューサのヒステリシスに起因する計量器の計量誤差を低減するためには、荷重トランスデューサの荷重支持部と固定取付部材との間の結合部の当接状態を良好にするという要求条件を満たす必要があり、また更に、組付ボルトの締付トルクを適切に設定するという要求条件も満たす必要があった。

しかるに、従来から認識されていたことであるが、組付ネジを螺着して、荷重トランスデューサの荷重支持部と固定取付部材とを結合する際に、組付ネジの締付けによって、荷重トランスデューサの材料に応力が導入され、その導入される応力の大きさのばらつきによって、荷重トランスデューサのヒステリシス特性が更に悪化するという問題があった。

斯かる問題の解決方法として、上述したドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報には、荷重トランスデューサの全体のうちのハウジングに対して固定される部分（荷重支持部）と、この荷重支持部が固定結合される部材である固定取付部材との間に、弾性シール材料から成る平板状のシム部材を介装するということが提案されている。しかしながら、この解決方法では、シール材料のコストが余計にかかる上に、シム部材の経年変化も懸念される。即ち、斯かる弾性シム部材を使用した計量器は、比較的短い期間で再較正を行わねばならなくなるおそれがある。

更に、最近の計量器には、モジュール型の荷重計測セルが多く用いられている。モジュール型の荷重計測セルは、使用現場でサービスマンの手で交換可能であるため、荷重計測セルを交換するために、わざわざ計測機を工場へ送り返さずに済む。しかしながら、使用現場でサービスマンの手により荷重計測セルが交換された計量器は、その荷重計測セルの交換後に再較正を行えないため、弾性シム部材を使用することは非常に不都合であり、それは、荷重計測セルの交換の前後で、弾性シム部材の特性が大きく変化する可能性があるからである。
ドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報 ヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報 ヨーロッパ特許公開第EP 0 511 521 A1号公報 英国特許公開第GB 1 462 808号公報 ドイツ特許公開第DE 199 10 003 A1号公報 ドイツ特許公開第DE 198 36 317 A1号公報 U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschltungstechnik, 11th edition, first reprint, Springer Verlag, Berlin 1999

従って本発明の目的は、荷重トランスデューサを取付けるための改良した取付構造を提供すること、斯かる取付構造に適合する荷重トランスデューサを提供すること、それに、斯かる取付構造を介して荷重トランスデューサを取付けた計量器を提供することにある。尚、本明細書で使用する「取付構造」という用語により意味するものは、複数の構造部材から成る集合体であって、それら構造部材が集合した全体として、荷重トランスデューサを、荷重導入構造とその荷重に対抗する荷重支持構造との間に組込むところのものを指している。

本発明が提供する取付構造は、特にコスト対効果の点で優れた取付構造であって、複数のセンサを装備した荷重トランスデューサを取付けたときに、その荷重トランスデューサの計測特性が広範な範囲に亘って線形性を備えたものとなり、また、補償しなければならない計測誤差が非常に小さなものとなるような取付構造である。更に、荷重トランスデューサを取付けた後に、経時変化によって、その荷重トランスデューサの特性の理想的特性からのずれが増大することのない取付構造である。

本発明の更なる目的は、荷重計測セルを、計量器のハウジング内の小さな空間に、高い安定性をもって取付けることのできる、取付構造を提供することにある。
本発明に係る取付構造の１つの実施の形態は、更に、荷重計測セルを過荷重から確実に防護する機能を備えたものである。

更に、その実施の形態に係る取付構造は、交換後に計量器の再較正を行う必要のないモジュール型の荷重計測セルを取付けるという用途に適合したものである。

以上の目的は、本発明によれば、請求項１に記載した特徴を備えた荷重トランスデューサ及びその取付方式と、請求項７に記載した特徴を備えた取付構造と、請求項１４に記載した特徴を備えた計量器とによって達成されている。また、その他の請求項は、本発明の特に有利な実施の形態を記載したものである。

本発明に係る荷重トランスデューサは、荷重導入部と、荷重支持部と、少なくとも１個のセンサが装備され前記荷重導入部と前記荷重支持部との間を延在してそれらを接続しているコア部とを備えており、必要とあらば、前記コア部と前記荷重導入部との間、ないしは、前記コア部と前記荷重支持部との間に溝を形成して、構造的な分離度を高めることができるものである。そして、この荷重トランスデューサは、前記荷重導入部に荷重印加部材を結合する複数の組付ネジを螺着するための複数のネジ孔の配列と、前記荷重支持部に固定取付部材を結合する複数の組付ネジを螺着するための複数のネジ孔の配列とを、特別の配列としたものである。即ち、少なくとも前記荷重支持部の取付面に、また好ましくは更に、前記荷重導入部の取付面にも、３個ずつの互いに平行で荷重導入方向に延在するネジ孔を形成するようにしている。それら３個のネジ孔の３本の中心軸の位置は、それら中心軸に対して直交し前記取付面に沿って延在する平面内において、頂角が前記コア部の方を向いた二等辺三角形の３つの角の位置を占めるようにし、また好ましくは、正三角形の３つの角の位置を占めるようにする。また、前記荷重導入部の３個のネジ孔による三角形の対称軸と、前記荷重支持部の３個のネジ孔による三角形の対称軸とは、互いに略々平行に延在し、且つ、荷重導入方向に延在する同一平面の略々平面内を延在しているようにする。

更に、前記２つの三角形の夫々の平面が、互いに平行に延在するものとすることが好ましく、そうすることで、荷重が作用したときに荷重トランスデューサにねじり応力が発生せず、曲げ応力だけが発生するようにすることができる。

本発明に係る荷重トランスデューサの取付構造は、上述したような荷重トランスデューサを取付けるための取付構造であって、固定取付部材が断面Ｕ字形に形成され、そのＵ字形の開いた側が前記荷重トランスデューサに臨んでいることを特徴としている。更に、前記固定取付部材は、前記取付面から前記コア部の中央部を超えて前記荷重導入部へ向かって延在しており、また、前記固定取付部材には、該固定取付部材を固定して取付けるための固定取付手段が装備されている。この固定取付手段は、例えば、組付ネジ、クランプ、スナップ式連結具、或いはその他の止着具とすることができる。前記固定取付手段によって荷重計測セルを固定する相手側の部材は、多くの場合、固定した部材であり、例えば計量器のハウジングなどである。また、前記固定取付手段が、該取付部材を上述した種類の荷重トランスデューサに組付ネジを介して螺着するための固定取付手段を備えているようにすることが好ましい。また、前記荷重印加部材は、計量器の構成要素としては計量皿担持部材と呼ぶべきものであるが、これもまた、上述したものと同様に、組付ネジを介して螺着するように構成することが好ましい。ただし、計量皿担持部材を使用せずに、荷重導入部に直接螺着したフックを用いて、吊り下げ方式で荷重を導入する型式の計量器には、そのような構成は適用されない。

本発明に従って組付ネジを以上のように配列することで、組付ネジの螺着によって荷重トランスデューサに発生する応力を格段に小さく抑制することができ、そのため、上述したドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報に記載されているようなシム部材を使用せずに済む。

荷重トランスデューサの前記荷重支持部の組付ネジの配列と、荷重トランスデューサの前記荷重導入部の組付ネジの配列とのいずれか一方だけを、本発明に係る組付ネジの配列とすることでも、計測誤差を縮小するという効果が得られる。ただし、それら両方を本発明に係る組付ネジの配列とすれば、非常に大きな改善が達成される。更に、本発明に係る組付ネジの配列を採用することによって、いわゆる応力緩和現象も著しく低減することが判明している。ここでいう「応力緩和」とは、締付けて結合した後に、それによって発生した応力の大きさが次第に変化する現象であり、それによって、クリープやヒステリシスなどの不都合が更に悪化するおそれがある。

荷重トランスデューサと、センサと、一部の電子回路とを一体化してモジュールとしたモジュール型の計測セルを備えた計測機では、その計測セルの交換に際して計測機の再較正を行わないのが普通であり、そのため、本発明に係る組付ネジの配列を用いることによって得られる以上の利点は、モジュール型の計測セルを装備した計量器において、特に大きな利点となる。

以上に説明した荷重トランスデューサ及び取付構造の好適な実施の形態においては、前記二等辺三角形の底辺の両端に位置する２個のネジ孔の中心軸の間の距離を、前記荷重支持部の前記取付面の境界、または前記荷重導入部の前記取付面の境界からそれら２個のネジ孔の中心軸までの距離の約２倍にしてある。また、この好適な実施の形態に係る取付構造によれば、荷重トランスデューサの前記荷重支持部に結合される固定取付部材は、例えば計量器のハウジングなどに適当に方法で固定できるようにしたものである。従って、殆どの場合、荷重トランスデューサの前記荷重支持部が、荷重トランスデューサの全体のうちのハウジングに対して固定される部分となる。また、この好適な実施の形態に係る取付構造によれば、荷重トランスデューサの前記荷重導入部に結合される荷重印加部材は、計量器の構成要素であるところの計量皿担持部材である。そして、そのような固定取付部材及び／または荷重印加部材を荷重トランスデューサに固定結合するための組付ボルトの配列を、上述した本発明に係る組付ボルトの配列とすることにより、夫々の取付面に発生する応力分布を確実に一様な分布とすることができる。

固定取付部材及び荷重印加部材は、できるだけ剛性の高い部材とするのがよく、また、固定取付部材及び荷重印加部材は、上述したような取付構造を装備した荷重トランスデューサを、例えば計量器のハウジングに取付けるための、固定取付手段を備えたものとするのがよい。更に、固定取付部材及び荷重印加部材は、断面Ｕ字形に形成し、その両側に側方張出部を備えたものとするのがよい。斯かる側方張出部を備えることによって、剛性を高めることができる。更に、固定取付部材に関しては、斯かる側方張出部を介して固定取付部材を外部の部材に固定するようにすることができる。また、斯かる側方張出部を利用して、薄型の過荷重防護機構を構成することも可能である。更に、モジュール型の荷重計測セルのモジュールを取り扱う際に、断面Ｕ字形の固定取付部材及び荷重印加部材部材によって荷重トランスデューサが保護されるようにすることもできる。

ドイツ特許公開第DE 199 10 003 A1号公報に記載されているように、荷重トランスデューサ及び歪みゲージは非常に繊細な構成要素であり、過荷重が作用したならばたちまち破損するおそれがある。そのため、ドイツ特許公開第DE 199 10 003 A1号公報に記載されている装置には、位置調節可能な移動限度ストッパが装備されている。同公報のストッパは、荷重トランスデューサの全体のうちのハウジングに対して固定される部分の上方に装備されており、計量皿担持部材に担持されている計量皿ないし計量プラットフォームの下方変位限度を規定している。しかしながら、斯かる構成の過荷重防護機構は高さ寸法が大きくならざるを得ないため、例えば上述したヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報に記載されているようなモジュール型の荷重計測セルには装備するのには適当でない。即ち、計量プラットフォームと過荷重防護機構とが協働する構造であるため、設計上の自由度に対する制約が大きいのである。また、荷重計測セルの交換後に、移動限度ストッパと計量プラットフォームとの間の間隙の再調整が必要になる。更に、このドイツ特許公開第DE 199 10 003 A1号公報に記載されている装置では、ストッパから計量プラットフォームに作用する力の作用点と、計量プラットフォームに載置した被計量物から計量プラットフォームに作用する荷重の作用点とが同一軸心上にないことから、計量プラットフォームがストッパに当接した後にも、計量プラットフォームから荷重トランスデューサに作用する荷重のうち、ストッパによって支持されない分の力成分が作用し続け、これによって、荷重トランスデューサの弾性変形特性が損なわれるおそれがあり、また更に、その作用する力成分が非常に大きかったり、その力成分によって不都合なトルクが生じたりする場合には、荷重トランスデューサが破損するおそれもある。

本発明に係る取付構造の好適な実施の形態によれば、以上の様々な不都合を回避することできる。即ち、本発明の好適な実施の形態においては、センサを装備した荷重トランスデューサに過荷重が作用するのを防止するために、荷重印加部材の側方張出部と、固定取付部材の側方張出部とが、互いに重なり部を有するようにしている。そして、その重なり部に、互いに当接するストッパ機構を配設することによって、過大な荷重が作用したときに、荷重トランスデューサの前記荷重支持部に対する前記荷重導入部の相対的な変位が過大となるのを防止している。より具体的には、例えば、計量皿担持部材（即ち、荷重印加部材）の両側の側方張出部の少なくとも一方に孔を形成し、その孔に、固定取付部材に結合して好ましくは２個のナットを螺合させたボルトを遊嵌させる。そして、それら２個のナットの螺合位置を調節可能として、荷重トランスデューサの前記荷重導入部の下方変位限度が一方のナットによって規制され、上方変位限度が他方のナットによって規制されるようにする。尚、側方張出部の重なり部に装備するストッパ機構の構成は、これ以外の構成とすることも考えられ、そのようなものも本発明の範囲に含まれる。

以上の構成によれば、ストッパが計量皿担持部材に対して直接的に作用するため、過荷重防護機構が空間を余計に占有するということがなく、最小限の空間に収まる過荷重防護機構が得られる。また、計量プラットフォームないし計量皿それ自体は、過荷重防護機構と協働することがないため、過荷重防護機構を装備することによって、計量器の構成に制約が課されるということもない。

固定取付部材及び荷重印加部材は、上下両方向の変位限度規制するストッパを、それらの両側に備えるようにするとよい。例えば、計量皿担持部材の両側に一対の側方張出部を設け、それら側方張出部の各々に孔を形成し、それら孔の各々に、固定取付部材に結合して２個ずつのナットを螺合させた２本のボルトの各々を遊嵌させる。そして、各々のボルトの２個ずつのナットの螺合位置を調節可能として、ストッパとして機能する両側のナットに、荷重印加部材の一対の側方張出部が同時に当接するようにする。これによって、荷重トランスデューサが側方へねじれるように変形するのを防止することができ、従って、そのねじれ変形に起因するヒステリシスの問題を回避することができる。

計量皿担持部材に作用する計測対象荷重の作用軸線と、過荷重防護機構の２本のボルトの夫々の中心軸とが、互いに同一平面内を延在する構成とすることで、両側の過荷重防用のストッパに当接した後に、更に荷重が増大したときにも、その荷重の大きさに応じて増大する力成分によって、荷重トランスデューサに悪影響が及ぶという事態を防止することができる。

計量皿担持部材と固定取付部材とは、いずれも断面Ｕ字形の部材として、そのＵ字形の開いた側が、荷重トランスデューサに臨むようにするのがよく、そうすれば、断面Ｕ字形とすることで剛性が高められたそれら部材によって、荷重トランスデューサを部分的に囲繞した構成とすることができる。従って、斯かる取付構造と、その内部に保持された計測セルとは、高精度を要求される小型天秤にも用い得るものである。

また、断面Ｕ字形とする固定取付部材は、その両端近傍部分に、水平方向へ折曲させて形成した複数の側方張出部を備えたものとするのがよい。そして、それら複数の側方張出部に、組付ネジを挿通するための孔を夫々に形成し、それらの孔に挿通した組付ネジを、計量器のハウジングの内部の支持部材に螺着する。このように構成した固定取付部材は、荷重トランスデューサを確実に保持する機能と、構造が簡明で効果的な過荷重防護機構を構成する機能と、計測セルの全体を計量器のハウジングに結合する機能とを、同時に果たすものとなる。これに対して、従来提案されていた構造（例えばドイツ特許公開第DE 198 36 317 A1号公報などに記載されている構造）では、計測セルを計量器のハウジングに取付けるために、例えば金属板にスタンピング加工を施すなどして製作した補助的なシャシを使用しており、そのため、それに応じた製作コストが余計に必要であり、また、計量器のハウジングもそれに応じて大きなものとしなければならない。

このように、本発明に係る荷重トランスデューサに結合する計量皿担持部材及び固定取付部材は、上述した構成の計量皿担持部材及び固定取付部材とすることが好ましいのであるが、ただし、上述したものとは異なる構成の計量皿担持部材及び固定取付部材を使用することも可能である。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明について更に詳細に説明して行く。添付図面は荷重計測セルの１つの実施の形態を示したものであり、この荷重計測セルは、計測用の平行四辺形リンク機構として構成された変形可能ボディ部を備えており、また、センサとして歪みゲージを使用したものである。ただし、図示した実施の形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、図示したものとは異なる構成の荷重計測セルにも適用可能である。

図１及び図２は、本発明に係る取付機構を介して取付けた荷重トランスデューサ２０を示した図であり、この荷重トランスデューサ２０と、複数のセンサ２８、２９と、回路モジュール２４とで、モジュール型の荷重計測セル２が構成されている。荷重トランスデューサ２０には、組付ネジ３６_ＢＲ、３６_ＢＬ、３６_Ｆを介して固定取付部材３が結合され、また、組付ネジ４６_ＢＲ、４６_ＢＬ、４６_Ｆを介して計量皿担持部材４が結合されている。荷重トランスデューサ２０には更に、取付ネジ２３１を介して折曲形状の金属板２３が固定されている。２本のフレキシブルリボンケーブル２２_Ｔ、２２_Ｂを介してセンサ２８、２９に接続された回路モジュール２４がこの金属板２３に取付けられており、この金属板２３を介して、回路モジュール２４と荷重トランスデューサ２０との間で良好な熱伝達が行われるようにしてある。

図３に示した好適な実施の形態に係る荷重トランスデューサ２０は、計測用の平行四辺形リンク機構として構成された変形可能ボディ部２０７を備えており、この変形可能ボディ部２０７は、荷重トランスデューサ２０の荷重支持部２０８と荷重導入部２０６との間を延在してそれらを接続している。尚、荷重支持部２０８は、荷重トランスデューサ２０の全体のうちの、計量器のハウジングに対して固定される部分である。変形可能ボディ部２０７の構造的な分離度を高めるために、この変形可能ボディ部２０７と、固定取付部材３が結合される荷重支持部２０８との間、並びに、この変形可能ボディ部１０７と、計量皿担持部材４が結合される荷重導入部２０６との間に、横方向に延在する溝２０９を形成してある。変形可能ボディ部２０７を形成している平行四辺形リンク機構の節点に相当する４箇所の部分には、夫々に薄肉ヒンジ部が形成されており、それら薄肉ヒンジ部に歪みゲージ２８_ＴＦ、２８_ＴＢ、２８_ＢＦ、２８_ＢＢが貼着されている。各々の薄肉ヒンジ部の曲げ変形量が最大になる位置を、図中に屈曲軸心ａ_ＴＦ、ａ_ＴＢ、ａ_ＢＦ、ａ_ＢＢで明示した。それら屈曲軸心は、平行四辺形リンク機構の動作平面に対して垂直に延在している。変形可能ボディ部２０７の上面には、更に、温度補償を行うために必要な温度センサ２９が貼着されている。

図３及び図４に示したように、荷重トランスデューサ２０の荷重支持部２０８には、３本の組付ネジ３６_ＢＲ、３６_ＢＬ、３６_Ｆを螺着するための、荷重導入方向に延在する３個のネジ孔２０３_ＢＲ、２０３_ＢＬ、２０３_Ｆが形成されており、また、荷重導入部２０６には、３本の組付ネジ４６_ＢＲ、４６_ＢＬ、４６_Ｆを螺着するための、荷重導入方向に延在する３個のネジ孔２０４_ＢＲ、２０４_ＢＬ、２０４_Ｆが形成されている。荷重支持部２０８の３個のネジ孔の夫々の中心軸は、それら中心軸に対して直交する平面内において、頂角が変形可能ボディ部２０７の方を向いた二等辺三角形の３つの角の位置を占めている。また、荷重導入部２０６の３個のネジ孔の夫々の中心軸は、それら中心軸に対して直交する平面内において、頂角が変形可能ボディ部２０７の方を向いた二等辺三角形の３つの角の位置を占めている。そして、それら２つの二等辺三角形の夫々の対称軸６００は、互いに平行に延在すると共に、荷重トランスデューサ２０の変位の方向に対して平行な第１平面の略々平面内を延在している。更に、それら２つの三角形の夫々の平面は、互いに平行に延在すると共に、第１平面に対して少なくとも近似的に垂直に延在している。

以上に説明した本発明に係る組付ネジの配列によれば、荷重トランスデューサの動作特性に悪影響を及ぼすおそれのある、組付ネジの締付により荷重トランスデューサ２０に発生する応力の大きさと、その応力の経時変化の大きさとの、両方を共に小さく抑えることができる。

また、３個のネジ孔２０３_ＢＲ、２０３_ＢＬ、２０３_Ｆの夫々の間の距離を互いに略々等しくし、同じく３個のネジ孔２０４_ＢＲ、２０４_ＢＬ、２０４_Ｆの夫々の間の距離を互いに略々等しくすることによって、更に優れた結果が得られる。

また、二等辺三角形の底辺６０１の両端に位置する２個のネジ孔２０３_ＢＲ、２０３_ＢＬの中心軸の間の距離を、荷重支持部２０８に固定取付部材３を結合する取付面の境界からそれらネジ孔２０３_ＢＲ、２０３_ＢＬの中心軸までの距離の約２倍とし、同じく二等辺三角形の底辺６０１の両端に位置する２個のネジ孔２０４_ＢＲ、２０４_ＢＬの中心軸の間の距離を、荷重導入部２０６に計量皿担持部材４を結合する取付面の境界からネジ孔２０４_ＢＲ、２０４_ＢＬの中心軸までの距離の約２倍とする（図４参照）ことによって、荷重トランスデューサ２０に発生する応力の応力分布を、更に好ましいものとすることができる。

既述のごとく、荷重トランスデューサ２０及び歪みゲージ２８_ＴＦ、２８_ＴＢ、２８_ＢＦ、２８_ＢＢ（図３参照）は非常に繊細な構成要素であり、過荷重が作用したならばたちまち破損するおそれがある。そこで、本発明の好適な実施の形態は、簡明な構成の過荷重防護機構を備えており、この過荷重防護機構は、荷重トランスデューサ２０の上下両方向への変位を所定限度までに規制するものであって、しかも、変位限度を規制することによって荷重トランスデューサ２０に有害なトルクが作用することのないものである。

本発明に係る過荷重防護機構は次のようにして構成されている。先ず、断面Ｕ字形の計量皿担持部材４の一対の側方張出部４３、４３’の各々に、孔４４、４４’を形成する。それら孔４４、４４’の各々に、固定取付部材３に結合した２本のボルト３３、３３’の各々を遊嵌させる。ボルト３３に螺合した２個のナット３４、３５の螺合位置と、ボルト３３’に螺合した２個のナット３４’、３５’の螺合位置とは、いずれも調節可能であって、それらナットが計量皿担持部材４の側方張出部４３、４３’の変位限度を規制することにより、荷重トランスデューサ２０の荷重導入部２０６の下方変位限度がそれら２個ずつのナットのうちの第１ナット３４、３４’によって規制され、上方変位限度が第２ナット３５、３５’によって規制されるようにしてある。

図５から明らかなように、この過荷重防護機構は、ナット３５、３５’から成る上方変位限度ストッパと、ナット３４、３４’から成る下方変位限度ストッパとで、計量皿担持部材４の変位限度を直接的に規制するようにしたものであるため、占有する空間を非常に小さくすることができる。このことは、モジュール型の荷重計測セル２にとって大きな利点であり、なぜならば、モジュール型の荷重計測セルにとっては、コンパクトな構成であることが強く望まれるからである。

以上の構成においては更に、計量皿担持部材４に作用する計測対象荷重の作用軸線と、過荷重防護機構の２本のボルト３３、３３’の夫々の中心軸とが、互いに同一平面内を延在するようにしてある。そのため、計量皿担持部材４の一対の側方張出部が、両側のストッパに当接した後に、更に荷重が増大したときにも、その荷重の大きさに応じて増大する力成分によって、荷重トランスデューサ２０が損傷するという事態が防止されている。即ち、荷重トランスデューサに作用する荷重がそれ以上に増大するということが、過荷重防護機構によって防止されているのである。

固定取付部材３と計量皿担持部材４とは、いずれも断面Ｕ字形の部材として、そのＵ字形の開いた側が、荷重トランスデューサ２０に臨むようにするのがよく、そうすれば、断面Ｕ字形とすることで剛性が高められたそれら部材３、４によって、荷重トランスデューサ２０を部分的に囲繞した構成とすることができる。従って、斯かる取付構造と、その内部に保持された計測セルとは、また更に、過荷重防護機構を装備する場合にはそれも含めて、高精度を要求される小型天秤にも用い得るものとなっている。

図１に示したように、断面Ｕ字形とした固定取付部材３は、その両端近傍部分に、水平方向へ折曲させて形成した複数の側方張出部３８、３８’を備えている。それら複数の側方張出部３８、３８’には、組付ネジ３２を挿通するための孔３１が夫々に形成されており、それらの孔３１に挿通した組付ネジ３２を、計量器のハウジング５の内部の支持部材５１に螺着している。組付ネジ３２を使用する替わりに、例えばクランプや、スナップ式係止具などの、その他の取付具ないし取付機構を用いるようにしてもよい。また、支持部材５１は、断熱性材料から成るものとすることが好ましく、そうすれば、計測セル２を、計量器のハウジング５から断熱することができ、ひいては、計量器のハウジングの内部に配設されている、例えばプロセッサモジュール５０１などのその他のモジュールから断熱することができる。

従って、この実施の形態における固定取付部材３は、荷重トランスデューサ２０を確実に保持する機能と、構造が簡明で効果的な過荷重防護機構を構成する機能と、計測セルの全体を場合によっては非常に狭いものである計量器のハウジング５に結合する機能とを、同時に果たしている。更に、本発明に係る取付構造は、荷重計測セルを良好に断熱する機能も果たしている。

図６は、図１に示したモジュール型の荷重計測セル２の平面図であり、回路モジュール２４をセンサ２８_ＴＦ、２８_ＴＢ、２８_ＢＦ、２８_ＢＢ、２９に接続している２本のリボンケーブル２２_Ｔ、２２_Ｂを示した図である。更に、この図６からは、３本の組付ネジ４６_ＢＲ、４６_ＢＬ、４６_Ｆの配列も見て取れ、また、２本のボルト３３、３３’の夫々の軸心と、計量皿を載置するための円錐台形状の載置部４１の軸心とが、同一平面内を延在していることも見て取れる。

図７は、好適例の回路モジュール２４のブロック回路図である。この図に示した回路モジュール２４は、コネクタ端子２４１及びリボンケーブル２２_Ｔ、２２_Ｔ’、２２_Ｂを介して歪みゲージ２８_ＴＦ、２８_ＴＢ、２８_ＢＦ、２８_ＢＢ及び温度センサ２９に接続されており、また、コネクタ端子２４２及び別のリボンケーブル５００を介してプロセッサモジュール５０１に接続されている。プロセッサモジュール５０１は更に、表示部５０２とインターフェースモジュール５０３とに接続されている。プロセッサモジュール５０１は、計量器の内部に収容されているが、回路モジュール２４からは離れた位置に配設されており、それによって、これら２つのモジュール５０１、２４の間の伝熱を防止している。このようにしているのは、プロセッサモジュール５０１が発生する熱が、本発明に係る荷重計測セル２に悪影響を及ぼすことがないようにするためである。

回路モジュール２４は、２つのコンバータ回路２４３、２４４を備えている。それらのうちの第１コンバータ回路２４３は、歪みゲージ２８_ＴＦ、２８_ＴＢ、２８_ＢＦ、２８_ＢＢから成るブリッジ回路から得られるアナログ信号を、バイレベルのパルス幅変調信号ｐｗｍ１に変換するものであり、また、第２コンバータ回路２４４は、温度センサ２９から得られるアナログ信号を、バイレベルのパルス幅変調信号ｐｗｍ２に変換するものである。変換されたそれら信号ｐｗｍ１、ｐｗｍ２は、リボンケーブル５００を介してプロセッサモジュール５０１へ送出され、このプロセッサモジュール５０１において、それら２つの信号ｐｗｍ１、ｐｗｍ２に対して、回路モジュール２４上に配設されているメモリモジュール２４５から読出される補償データに基づいて信号処理が施される。

本発明に係る取付構造は、以上に説明した具体的な計測用電子回路とは異なった構成の電子回路と組合せて使用することも可能であり、また、以上に説明したものとは異なった構成の計測セルに適用することも可能である。例えば、モジュール型ではない計測セルを取付けるために使用する取付構造とすることもでき、また、構造的な分離度を高めるために以上に説明したものとは異なった種類のセンサを備えた荷重トランスデューサを取付ける取付構造とすることもできる。

取付構造を介して取付けた荷重トランスデューサ２０を示した図であり、この荷重トランスデューサ２０と、複数のセンサ２８、２９と、回路モジュール２４とで、モジュール型の荷重計測セル２が構成されており、この荷重計測セル２は、荷重印加部材として機能する計量皿担持部材４に結合されており、また、固定取付部材３を介して計量器のハウジング５に結合されている。 図１に示したモジュール型の荷重計測セル２の側面図である。 図１に示したモジュール型の荷重計測セル２の荷重トランスデューサ２０を組付ネジ３６_ＢＲ、３６_ＢＬ、３６_Ｆ；４６_ＢＲ、４６_ＢＬ、４６_Ｆ、２３１と共に示した図であり、それらのうち、組付ネジ３６_ＢＲ、３６_ＢＬ、３６_Ｆは、計量器のハウジングに固定される固定取付部材３を結合するための組付ネジ、組付ネジ４６_ＢＲ、４６_ＢＬ、４６_Ｆは、計量皿担持部材４を結合するための組付ネジ、そして、組付ネジ２３１は、回路モジュールを指示する金属板を結合するための組付ネジである。 荷重トランスデューサ２０の荷重支持部２０８を示した図であり、この荷重支持部２０８には、固定取付部材３を結合する組付ネジ３６_ＢＲ、３６_ＢＬ、３６_Ｆを螺着するための３個のネジ孔２０３_ＢＲ、２０３_ＢＬ、２０３_Ｆが形成されている。 図１に示したモジュール型の荷重計測セル２の正面図であり、荷重トランスデューサの荷重導入部２０６を示した図である。 図１に示したモジュール型の荷重計測セル２の平面図であり、回路モジュール２４と複数のセンサとを接続している２本のリボンケーブル２２_Ｔ、２２_Ｂを示した図である。 好適例の回路モジュール２４のブロック回路図であり、この回路モジュール２４はリボンケーブル２２_Ｔ、２２_Ｔ’、２２_Ｂを介して複数のセンサ２８_ＴＦ、２８_ＴＢ、２８_ＢＦ、２８_ＢＢ、２９と接続されており、また、別のリボンケーブル５００を介してプロセッサモジュール５０１と接続されている。

符号の説明

ａ 屈曲軸心
２ 荷重計測セル
３ 固定取付部材
４ 計量皿担持部材
５ 計量器のハウジング
２０ 荷重トランスデューサ
２２ リボンケーブル
２３ 折曲形状の金属板
２４ 回路モジュール
２８ センサ／歪みゲージ
２９ 温度センサ
３１ 孔
３２ 組付ネジ
３３ ボルト
３４ ナット
３５ ナット
３６ 組付ネジ
３８ 側方張出部
４１ 円錐台形状の載置部
４３ 側方張出部
４４ 孔
４６ 組付ネジ
５１ 支持部材
２０３ ネジ孔
２０４ ネジ孔
２０６ 荷重トランスデューサの荷重導入部
２０７ 荷重トランスデューサの変形可能ボディ部
２０８ 荷重トランスデューサの荷重支持部
２０９ 溝
２３１ 組付ネジ
２４１ コネクタ端子
２４２ コネクタ端子
２４３ コンバータ回路
２４４ コンバータ回路
２４５ メモリモジュール
５００ リボンケーブル
５０１ プロセッサモジュール
５０２ 表示部
５０３ インターフェースモジュール
６００ 対称軸
６０１ 二等辺三角形の底辺

Claims (15)

1. 荷重導入部（２０６）と、荷重支持部（２０８）と、少なくとも１個のセンサ（２８、２９）が装備され前記荷重導入部と前記荷重支持部との間を延在してそれらを接続しているコア部とを備えており、前記荷重導入部（２０６）に荷重印加部材（４）を結合する必要があるときには、組付ネジを介して第１取付面に荷重印加部材（４）を結合することができ、前記荷重支持部（２０８）に固定取付部材（３）を結合する必要があるときには、組付ネジを介して第２取付面に固定取付部材（３）を結合することができ、また必要とあらば、前記コア部と前記荷重導入部（２０６）との間、ないしは、前記コア部と前記荷重支持部（２０８）との間に溝（２０９）を形成して、構造的な分離度を高めることができる、荷重トランスデューサ（２０）において、
   少なくとも前記荷重支持部（２０８）に、組付ネジ（３６；４６）を螺着するための荷重導入方向に延在する３個のネジ孔（２０３；２０４）が形成されており、それら３個のネジ孔の３本の中心軸は、それら中心軸に対して直交し前記取付面に沿って延在する平面内において、頂角が前記コア部の方を向いた二等辺三角形の３つの角の位置を占めていることを特徴とする荷重トランスデューサ（２０）。
2. 前記荷重支持部（２０８）と前記荷重導入部（２０６）との各々に、組付ネジ（３６；４６）を螺着するための荷重導入方向に延在する３個ずつのネジ孔（２０３；２０４）が形成されており、前記荷重支持部（２０８）の前記３個のネジ孔の３本の中心軸は、それら中心軸に対して直交し前記取付面に沿って延在する平面内において、頂角が前記コア部の方を向いた二等辺三角形の３つの角の位置を占めており、前記荷重導入部（２０６）の前記３個のネジ孔の３本の中心軸は、それら中心軸に対して直交し前記取付面に沿って延在する平面内において、頂角が前記コア部の方を向いた二等辺三角形の３つの角の位置を占めており、前記荷重支持部（２０８）の前記ネジ孔による二等辺三角形の対称軸（６００）と、前記荷重導入部（２０６）の前記ネジ孔による前記二等辺三角形の対称軸（６００）とは、互いに略々平行に延在し、且つ、荷重導入方向に延在する同一平面の略々平面内を延在している請求項１記載の荷重トランスデューサ（２０）。
3. 前記３個のネジ孔の夫々の間の距離が少なくとも近似的に互いに等しい請求項１又は２記載の荷重トランスデューサ。
4. 前記二等辺三角形の底辺（６０１）の両端に位置する２個のネジ孔（２０３_ＢＲ、２０３_ＢＬ）の中心軸の間の距離が、前記取付面の境界からそれら２個のネジ孔（２０３_ＢＲ、２０３_ＢＬ）の中心軸までの距離の約２倍である請求項１乃至３の何れか１項記載の荷重トランスデューサ。
5. 前記コア部が、前記荷重導入部（２０６）を前記荷重支持部（２０８）に対して相対的に平行移動させるように案内する例えば平行四辺形リンク機構などとして構成された変形可能ボディ部（２０７）から成り、前記少なくとも１個のセンサ（２８）が、前記変形可能ボディ部（２０７）の変形箇所に貼着された歪みゲージである請求項１乃至４の何れか１項記載の荷重トランスデューサ。
6. 前記荷重トランスデューサに回路モジュール（２４）が機械的及び熱的に結合されており、該回路モジュール（２４）が、メモリモジュール（２４５）と、前記荷重トランスデューサ（２０）の前記センサが発生したアナログ信号を変換するための少なくとも１個のコンバータ回路（２４３、２４４）とを含んでいる請求項１乃至５の何れか１項記載の荷重トランスデューサ。
7. 荷重導入部（２０６）と、荷重支持部（２０８）と、少なくとも１個のセンサ（２８、２９）が装備され前記荷重導入部と前記荷重支持部との間を延在してそれらを接続しているコア部とを備えており、それら荷重導入部、荷重支持部、及びコア部が、荷重導入方向と直交する方向である長手方向に並んでいる例えば請求項１乃至５の何れか１項などに記載されている荷重トランスデューサ（２０）を取付けるための取付構造であって、第１取付面において前記荷重導入部（２０６）に結合される荷重印加部材（４）と、第２取付面において前記荷重支持部（２０８）に結合される固定取付部材（３）とを備えた取付構造において、
   前記固定取付部材（３）は、前記長手方向に直交する平面に沿った断面形状がＵ字形に形成され、そのＵ字形の開いた側が前記荷重トランスデューサ（２０）に臨んでおり、前記固定取付部材（３）は、剛体として形成され、前記第２取付面から前記コア部の中央部を超えて前記荷重導入部（２０６）へ向かって延在しており、更に、前記固定取付部材（３）には、該固定取付部材（３）を固定して取付けるための固定取付手段（３１；３２、５１）が装備されていることを特徴とする取付構造。
8. 前記固定取付手段（３１；３２、５１）の熱伝達率が非常に小さい請求項７記載の取付構造。
9. 前記固定取付部材（３）は、その側方を長手方向に延在する複数の側方張出部（３８）を備えており、それら側方張出部（３８）に前記固定取付手段（３１；３２、５１）が装備されている請求項７又は８記載の取付構造。
10. 前記荷重印加部材（４）は、断面形状がＵ字形に形成され、そのＵ字形の開いた側が前記荷重トランスデューサ（２０）に臨んでおり、前記荷重印加部材（４）は、前記荷重トランスデューサ（２０）の前記第１取付面から前記荷重支持部（２０８）へ向かって前記固定取付部材（３）の近傍まで延在しており、更に、前記固定取付部材（３）と協働して前記固定取付部材（３）に対する前記荷重印加部材（４）の相対的な変位の限度を定める変位限度ストッパを構成するための少なくとも１つの機構（３３、３４、３５；３３’、３４’、３５’）が前記荷重印加部材（４）に装備されている請求項７乃至９の何れか１項記載の取付構造。
11. 前記荷重印加部材（４）は、その側方を長手方向に延在する複数の側方張出部（４３、４３’）を備えており、それら側方張出部の少なくとも１つに孔（４４、４４’）が形成されており、該孔（４４、４４’）に、前記固定取付部材（３）に螺着したボルト（３３、３３’）が遊嵌しており、該ボルト（３３、３３’）に、第１ナット（３４、３４’）及び／または第２ナット（３５、３５’）が螺合しており、該第１ナット及び／または該第２ナットの螺合位置を調節可能として、前記荷重トランスデューサ（２０）の前記荷重導入部（２０６）の下方変位限度が前記第１ナット（３４、３４’）によって規制され、及び／または、前記荷重トランスデューサ（２０）の前記荷重導入部（２０６）の上方変位限度が前記第２ナット（３５、３５’）によって規制されるようにした請求項１０記載の取付構造。
12. 前記荷重印加部材（４）は、その両側の側方を好ましくは同一の長さに亘って延在する一対の側方張出部（４３、４３’）を備えており、それら側方張出部の各々に孔（４４、４４’）が形成されており、それら孔（４４、４４’）に、前記固定取付部材（３）に螺着した一対のボルト（３３、３３’）の各々が遊嵌し、それらボルト（３３、３３’）の各々に２個ずつのナット（３４、３５、３４’、３５’）が螺合しており、それらナットの螺合位置を調節可能として、ストッパとして機能する両側の前記ナット（３４、３５、３４’３５’）に前記一対の側方張出部（４３、４３’）が同時に当接するようにした請求項１１記載の取付構造。
13. 前記荷重印加部材（４）に作用する力の作用線と、前記一対のボルト（３３、３３’）の夫々の軸心とが、同一平面内を延在しており、該同一平面は、好ましくは前記荷重トランスデューサ（２０）の長手方向に対して直交する平面である請求項１１又は１２記載の取付構造。
14. 請求項７乃至１３の何れか１項記載の取付構造を備えたことを特徴とする計量器。
15. 請求項１乃至６の何れか１項記載の荷重トランスデューサ（２０）を備えたことを特徴とする計量器。

Images