JP2011128155A

JP2011128155A - 結合および結合解除可能な校正用錘を備えた力伝達装置

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Publication number: JP2011128155A
Application number: JP2010280180A
Authority: JP
Inventors: Hans-Rudolf Burkhard; ハンス−ルドルフ・ブルクハルト; Ferdinand Schneider; フェルディナント・シュナイダー; Dominique Genoud; ドミニク・ジュヌー
Original assignee: Mettler Toledo AG
Current assignee: Mettler Toledo GmbH Germany
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: CN102128671B; US20110147099A1; CN102128671A; EP2336736B1; EP2336736A1; US8581121B2; JP5662128B2

Abstract

【課題】重量測定用の力伝達装置で、校正用錘の測定変換器への作用力のジオメトリのずれの影響を抑える。
【解決手段】重量測定器の力伝達装置は、固定部および荷重受け部を有し、荷重受け部は直接的にまたは少なくとも１つの結合要素および少なくとも１つのレバーを介して、固定部上に配置された測定変換器に力伝達式に繋げられる。力伝達装置はさらに校正レバーを含み、校正レバーは、固定部に基礎を置く支点を有し、校正用錘に堅固に連結された第１の校正レバーアームを有し、また、単向性の結合要素を介して荷重受け部または少なくとも１つの結合要素または少なくとも１つのレバーのレバーアームに連結される第２の校正レバーアームを有する。単向性の結合要素は、第１の結合要素部と第２の結合要素部に分割され、それにより、この分割された設計によって、単向性の結合要素を通って伝達され得る力が、張力に限定する、または圧縮力に限定するものになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷重受け部および固定部を有する、重量測定器用の力伝達装置に関する。荷重受け部に連結された秤量パンは、秤量される対象の荷重を受け入れる。荷重が秤量パンに及ぼす力は、直接的に、または力低減レバー機構を用いることによって測定変換器に伝達される。秤量パンおよび荷重受け部を垂直な移動で誘導するように働く平行四辺形タイプの誘導装置と共に、力伝達装置および測定変換器は、重量測定器の秤量セルを実質的に構成する。

知られている現況技術は、たとえば歪みゲージを備えた秤量セル、ストリング発振器を備えた秤量セルまたは電磁力補償（ＥＭＦＣ）秤量セルなどのさまざまな異なる作動原理に基づいた秤量セルを含む。ストリング発振器秤量セルまたは電磁力補償秤量セルを備えた重量測定器は、極めて高い分解能で測定結果をもたらす。

ＥＭＦＣ秤量セルでは、荷重の重さは、直接的に、または１つまたは複数の力伝達レバーを通じて、秤量荷重に対応する電気信号を生成する測定変換器に伝達される。秤量指向電子モジュールを用いることによって、電気信号はさらに処理され、インジケータ上に表示される。

ストリング発振器を備えた秤量セルの機械的設計配置は、ＥＭＦＣ秤量セルにほとんど類似しているが、電磁測定変換器の代わりに発振ストリング変換器が使用されることが異なる。荷重は、ある量の発振ストリングの張力に変わる。結果として得られたストリングの発振の周波数の変化が、秤量パン上に置かれた荷重に対する測定量を表す。測定値が捉えられている同じとき、ＥＭＦＣ秤量セルの機械システムは、釣り合い錘を備えた機械的竿秤と類似する均衡状態にある。それに対して、ストリング発振器秤量セルの荷重受け部は、固定部に対して小さく垂直に変位するが、これは、ストリングが荷重によって張力下に据えられ、それによってその長さがわずかに増大するためである。したがって、ストリング発振器秤量セルはまた、小変位の力測定セルとも称される。

両方のタイプの秤量セルは、たとえばミリグラム範囲の精密天秤および化学天秤またはマイクログラム範囲の微量天秤で使用され、これらによってもたらされた測定値が、製造者の仕様および法的要求事項に準じた規定された許容差範囲内にあることを確実にするために、定期的に再校正される必要がある。これらの定期的な校正は、たとえば周囲温度または大気圧の変化などの秤量セルに影響を及ぼす影響要因を補償するように働く。

校正は、定期的に、知られている錘の荷重を荷重受け部上に据えることによって行われる。秤量セルの引き渡し前の最終検査で確立された錘値と現在測定された値の相違に基づいて、補正値が算出可能であり、これを用いることによって秤量セルのその後に続く測定結果が補正可能である。できるだけ正確な校正値を得るために、校正用錘は、秤量セルの最大容量荷重と釣り合わなければならない。これは、極めて大きい校正用錘が必要になることを意味し得る。

従来技術の中でも、内蔵式の校正用錘を含むさまざまな異なる重量測定器が知られている。

電磁力補償の原理に基づき、内蔵式の棒形状の校正用錘を有するこの種類の重量測定器が、ＥＰ０９５５５３０Ｂｌに開示される。棒形状の校正用錘は、荷重受け部に結合され、比率レバーとして働く校正用錘担持アーム上に据えられる。このレバーの利点により、校正用錘の質量、したがってその寸法は、小さく保たれ得る。校正用錘アームは、常に荷重受け部に結合されているため、校正プロセス中、校正用錘を受け入れ、レバー操作するためだけに働くが、校正用錘自体の一部ではない。結果として、校正用錘担持アームは、力伝達装置の一部であり、より詳細には、力が測定変換器に到達するまでにこれを伝達し、低減するためのレバー機構の一部であり、天秤が通常の秤量モードで作動する間も荷重受け部に永久的に連結されたままである。

ＣＨ６６１１２１Ａ５に開示されるように、力伝達装置はまた、多段レバー機構を含むこともでき、この場合個々のレバーは、荷重受け部と測定変換器の間で力低減が達成されるように、結合要素を用いることによって互いに適切に連結される。結合要素の１つには、校正用錘をその上に据える適切に設計された受け入れ要素が形成される。

ＪＰ３７６１７９２Ｂ２では、比率レバーを備えた校正用錘を有する、歪みゲージが装備された秤量セルが開示される。比率レバーと荷重受け部の間には、結合要素が配置される。校正用錘および結合要素を上昇させることにより、結合要素上に形成された軸受ブロックが、荷重受け部上に配置されたナイフエッジ（ｋｎｉｆｅｅｄｇｅ）ピボットから分離され、それによって比率レバーは、荷重受け部から結合解除される。

前述の現況技術の解決策のすべてには、秤量機器分野では専門家によく知られている校正用錘装填装置が装備される。

補正値の精密な決定は、測定変換器の分解能の能力だけでなく、かなりの程度、ジオメトリ関係が維持される精度のレベルによって決まる。ＥＰ０９５５５３０Ｂｌで説明された校正用錘担持アーム上又はＣＨ６６１１２１Ａ５で説明された結合部材上の校正用錘の特有の位置から校正用錘の着座位置における偏差が最小であっても、あるいは、ＪＰ３７６１７９２Ｂ２におけるナイフエッジピボットに対する軸受ブロックの位置におけるずれが最小であっても、有効レバーアームの延長または短縮を引き起こし、したがって補正値において誤差を生じさせる。その結果、校正用錘と校正用錘担持アームの間の、またはナイフエッジピボットと軸受ブロックの間の接触点は、最高の精度で相応の高いコストを伴って仕上げられる。

ＥＰ０９５５５３０ＢｌＣＨ６６１１２１Ａ５ＪＰ３７６１７９２Ｂ２ＵＳ２００８０２１８３０３Ａｌ

本発明の目的は、測定変換器を備えた重量測定器用の力伝達装置を創出することであり、この場合、校正用錘は、測定変換器上に作用する校正用重量力が、ジオメトリのずれによって影響される程度を最小限に抑えるやり方で、力伝達装置に作動接触させられ得る。

この課題は、本発明による校正用錘レバーを備えた力伝達装置によって、また、本発明による力伝達装置を含む重量測定器によって解決される。

重量測定器の力伝達装置は、固定部および荷重受け部を有する。荷重受け部は、直接的に、または少なくとも１つの結合要素および少なくとも１つのレバーを介して、固定部上に配置された測定変換器に力伝達式に繋げられる。本発明による力伝達装置は、さらに、固定部に基礎が置かれた支点を有する校正レバーを含む。校正レバーは、第１および第２の校正レバーアームを含み、この場合、第１の校正レバーアームは、校正用錘に堅固に連結され、一方で第２の校正レバーアームは、単向性の結合要素を介して荷重受け部または少なくとも１つの結合要素または少なくとも１つのレバーのレバーアームに連結される。単向性の結合要素は、２つに、すなわち第１の結合要素部および第２の結合要素部に分けられる。第１の結合要素部は、第１のたわみピボットを通って荷重受け部または結合要素またはレバーアーム上の固定場所に連結され、一方で第２の結合要素部は、第２のたわみピボットを通って第２の校正アーム上の固定場所に連結される。両方の結合要素部のたわみピボットは、枢動運動によって生じる屈曲モーメントを最小限に抑えるために、最大限の可撓性を有するが、張力または圧縮力をその中央の長手方向軸の方向に伝達する汎用機能を実行することを依然として可能にするように設計される。さらに、たわみピボットの不安定な屈曲傾向は、結合要素部が、力伝達装置の作動中、重力によってまたは慣性力および加速力によって偏向され得るほど強くなることが許されてはならない。

結合要素部は、単向性の結合要素が２つの部分に分割されることにより、第２のたわみピボットから第１のたわみピボットに伝達され得る力が、張力に限定するまたは圧縮力に限定するものになるように互いに整列される。この概念は、堅固に連結された校正用錘を備えた校正レバーを、力伝達装置の荷重受け部、結合要素、またはレバーアームに力伝達式に繋げる、あるいは校正用錘の力を完全に切り離すことを可能にする。繋げるステップまたは切り離すステップは、校正用錘を上昇または下降させることによって先に述べられた校正用錘装填装置を用いることによって実施され得る。故に、本発明の意味における「単向性の結合要素」の特徴は、その特別な設計により、その繋がるステップが、圧縮力のみまたは張力のみをその中央の長手方向軸に沿って規定された方向に伝達することを可能にすることを意味している。反対方向の荷重の下で、結合要素部は、それ自体を互いから分離し、それにより、それらの間に力の伝達が起こらないようにすることができる。結合要素部の実際の形状構成に応じて、この分離はまた、第１の結合要素部の第２の結合要素部に対する変位の特有の範囲にのみ効果があり得、その場合、変位のこの特有の範囲だけが、本発明の意味における分離として考慮されるものである。

現況技術の解決策とは異なり、力の伝達は、校正用錘の着座接触によるものではなく、単向性の結合要素、より詳細にはそのたわみピボットによって方向付けられる。その結果、ジオメトリ関係は常に変わらないが、これは、第１と第２の結合要素部の間の所定位置の微小なずれが、たわみピボットの不変の場所によって画定される、力が導入される実際の地点においてならされ、生じていないためである。電磁力補償を備えた秤量セルにおける測定結果の収集は、システムの平衡状態で起こるために、力伝達装置のピボットの屈曲モーメントは、ほぼゼロに等しい。校正レバー、より詳細にはその支点のピボットは、好ましくは、それに応じて、レバー支点が、校正プロセス中、屈曲モーメントを有さないように設計される。良好に近似させて、前述のコメントはまたストリング発振器の秤量セルにも適用されるが、その理由は、荷重受け部上に置かれた荷重は、ストリングのほんの少量の伸張しか引き起こさず、したがって、力伝達装置のたわみピボットに結果として起こる屈曲モーメントは非常に小さいためである。

第１および第２のたわみピボットのそれぞれの中央の長手方向軸は、好ましくは互いに同一空間を占め、それにより、単向性の結合要素内にはかく乱モーメントは起こらない。しかし、第１の結合要素部と第２の結合要素部の間の少なくとも１つの接触領域の設計が、２つの結合要素部が横向きに偏向しないようにするための固有の安定性をもたらす場合に、２本の中央の長手方向軸の小さく平行な偏位が可能にされ得る。この安定性は、本質的に張力の伝達に存在するが、圧縮力の場合、特定の設計の形状構成のみが、単向性の結合要素に固有の安定性を与える。

第１の実施形態では、第２の結合要素部は、圧縮力の伝達のための手段として、第１の結合要素部に向かって面する表面であって、その表面から突き出て、第２のたわみピボットの中央の長手方向軸に対して鏡対称で配置された２つの突出部を備えた表面を有する。さらに、第１の結合要素部は、第２の結合要素部に向かって面する少なくとも１つの受け入れ表面を有し、この受け入れ表面に対して２つの突出部がそれら自体を着座させることができる。この形状構成では、２つのたわみピボットの中央の長手方向軸に対して直角に延びる平面に配置された２つの接触点が、単向性の結合要素に固有の安定性を与えており、それによって単向性の結合要素が圧縮力を伝達することが可能になる。

校正プロセス中、第１の結合要素部および第２の結合要素部を互いに対して心出しし、それらが、たわみピボットの中央の長手方向軸に対して直角であるそれらの相互位置からずれることを防止するための手段として、浅い角度で互いに対して傾けられた突出部のための２つの受け入れ表面が存在し得る。しかし、受け入れ表面の傾斜角度には、単向性の結合要素の固有の安定性のための要件により、特定の限界が課せられる。

受け入れ表面の傾斜角度の限界は、単向性の結合要素のジオメトリ比例によって決まり、この場合、受け入れ表面とたわみピボットの中央の長手方向軸の間の角度αは、次の条件を満たす必要がある：
９０°≧α≧逆余弦（ｂ／ｓ）、
式中、ｂは、たわみピボットの中央の長手方向軸からの接触点の垂直距離を表し、ｓは、たわみピボットの屈曲軸からの接触点の距離を表す。前述の角度αの定義によれば、固有の安定性は、接触点において伝達された力の作用線が、結合要素部の領域範囲内で交差していない場合に得られる。

張力の伝達に適している形状構成では、第１の結合要素部は、突出部を備えた第１のけん引要素を有することができ、第２の結合要素部は、Ｖ字形の支持部を備えた第２のけん引要素を有することができ、この場合、第１の結合要素部および第２の結合要素部は、互いに引っ掛けられ、突出部はＶ支持部と整列され、張力が伝達されているとき、突出部は、Ｖ支持部と力伝達接触状態にある。

別の可能性として、第１の結合要素部および第２の結合要素部は、可撓性のヒンジを用いることによって互いに連結され得る。この実施形態では、２つの結合要素部が物理的に互いに連結されているが、それにもかかわらず、結合要素は、本発明と一致するように、２つの部分に分けられる。可撓性のヒンジの開放方向は、第１および第２のたわみピボットの中央の長手方向軸に合致させて配置されている。張力または圧縮力の伝達のために、突出部が、第１の結合要素上に形成され、突出部と共働するように配向された接触表面が、第２の結合要素部上に形成される。

力伝達装置はまた、平行誘導装置を含むことができ、それにより、装置の作動モード時、荷重受け部は、少なくとも１つの上側平行ガイドおよび少なくとも１つの下側平行ガイドを用いて固定部に繋げられることによって垂直移動で誘導される。

力伝達装置は、連結要素を用いることによって一緒に接合されてユニットを形成するさまざまな個々の構成要素から構成され得る。これらの要素の２つまたはそれ以上はまた、実質的に一体連結することによって接合され得る。好ましいものは、少なくとも荷重受け部、固定部、校正レバーおよび単向性の結合要素が、互いに一体式に連結される設計の形状構成である。

上記で述べられたように、本発明による力伝達装置は、測定変換器および校正用錘と組み合わせて秤量セルとして重量測定器内で使用され得る。重量測定器は、通常、校正用錘によって生成された重量力が、荷重受け部上に作用する力と同じ方向に荷重伝達装置を介して測定変換器に伝達されるようにして校正される。その結果、通常の荷重が装置の通常の作動モードに導入されるのと同じ方法で、校正力から生じる荷重が、測定変換器内に導入される。ストリング発振器秤量セルでは、測定力はたいてい、荷重の方向にかけられ得るだけである。したがって、前述の実施形態は、ストリング発振器タイプならびにＥＭＦＣタイプの秤量セルに適している。

別の可能性として、校正用錘の重量力はまた、力伝達装置によって、荷重受け部上に作用する力と比べて反対方向に測定変換器にかけられ得る。この概念は、特に、ＵＳ２００８０２１８３０３Ａｌに詳細に記載されたプッシュ／プル動作を備えた測定変換器を有するＥＭＦＣ秤量セルに適している。測定変換器のこの設計により、校正用錘は、秤量セルの荷重範囲を拡張するために補償錘として使用され得る。校正用錘の結合解除状態では、このタイプの秤量セルは、たとえば０から１００グラムの範囲内の荷重を秤量することができ、校正用錘に係合することによって、拡大された荷重範囲に切り替え、１００から２００グラムの荷重を秤量することができるが、これは、校正用錘の重量力が、荷重受け部上の荷重の力に対抗して作用するためである。

校正用錘は通常、ρ＝８．０ｋｇ／ｄｍ^３の一様密度を有する耐食材料から作製される。しかし、校正用錘はまた、部分的に力伝達装置と同じ材料で作製され、より高密度の補助質量と組み合わせられ得る。校正値の正確度を改良するために、重量測定器の周囲の大気圧を測定するように働く圧力センサが存在し得る。圧力センサによって生成された測定値は、校正用錘の浮力補正を算出するために使用され得るが、これは、校正用錘によって変位させた空気の浮力は、校正用錘の重量力に拮抗するためである。

本発明による力伝達装置を組み込むさまざまな設計のバリエーションならびに重量測定器におけるこれらの適用が、これ以後、図の助けを借りてより詳細に説明され、この場合、図を通じて同じである要素は、同じ参照記号によって識別される。

レバー機構が、荷重受け部上に作用する力を低減するために荷重受け部と測定変換器の間に配置された、力伝達装置の第１の実施形態を備えた秤量セルの側面図の概略図であり、この場合、圧縮力のみを伝達することができる単向性の結合要素が、レバー機構と校正レバーの間に配置されている。レバー機構が、荷重受け部上に作用する力を低減するために荷重受け部と測定変換器の間に配置された、力伝達装置の第２の実施形態を備えた秤量セルの側面図の概略図であり、この場合、張力のみを伝達することができる単向性の結合要素が、レバー機構と校正レバーの間に配置されている。レバー機構が、荷重受け部上に作用する力を低減するために荷重受け部と測定変換器の間に配置された、力伝達装置の第３の実施形態を備えた秤量セルの側面図の概略図であり、この場合、張力のみを伝達することができる単向性の結合要素が、荷重受け部と校正レバーの間に配置されている。２つのレバーのレバー機構が、荷重受け部上に作用する力を低減するために荷重受け部と測定変換器の間に配置された、力伝達装置の第４の実施形態を備えた秤量セルの側面図の概略図であり、この場合、圧縮力のみを伝達することができる単向性の結合要素が、２つのレバーの第２の結合要素と校正レバーの間に配置されている。３つのレバーのレバー機構が、荷重受け部上に作用する力を低減するために荷重受け部と測定変換器の間に配置された、力伝達装置の第５の実施形態を備えた秤量セルの側面図の概略図であり、この場合、張力のみを伝達することができる単向性の結合要素が、レバー機構と校正レバーの間に配置されている。一体的に設計された力伝達装置の側面図であり、この場合、レバー機構、コイルレバー、校正レバー、レバーに連結する結合要素、ならびに平行誘導リンケージが、狭い線形の切断を用いることによって形成され、この場合、レバー機構と校正レバーの間に配置された単向性の結合要素は、可撓性のヒンジを通して互いに連結された２つの結合要素を有する。張力のみを伝達することができる単向性の結合要素の可能な設計を示す図である。圧縮力のみを伝達することができる単向性の結合要素の可能な設計を示す図である。

図１は、力伝達装置１１０の第１の実施形態を備えた秤量セル１００の概略図を横面図で示している。力伝達装置１１０は、固定部１１１および荷重受け部１１２を有する。荷重受け部１１２は、第１の平行ガイド１１４および第２の平行ガイド１１５を通して固定部１１１に繋げられることによって平行移動で誘導される。力伝達装置１１０の枢動連結１１３はすべて、図では黒円で示され、従来技術から知られているどのような設計でも実現され得る。これらの枢動連結１１３は、通常、図５から７に示される種類のたわみピボットとして設計される。

荷重受け部１１２に連結されるのは、秤量パンの形態の荷重受け１４０である。さらに、力依存秤量信号を生成することができる測定変換器１３０が、固定部１１１上に堅く装着される。図に示される測定変換器１３０は、コイル１３１および磁石１３２ならびに位置センサ１３３を有する。磁石１３２は、固定部１１１に堅固に連結される。測定される対象の力は、コイル１３１上に作用し、コイル１３１は、磁石１３２のどの部分にも接触しないようにして磁石１３２の内側に配置されている。コイル１３１上に作用する力は、コイル１３１が磁石１３２に対してその位置をずらすようにさせ、位置上のこの変化が、位置センサ１３３によって検出される。位置センサ１３３によって生成された信号は、天秤の（本明細書では示されない）電子システムに送信され、この電子システムは、続いて、力の作用に対抗して磁石１３２に対するコイル１３１の元の位置を復元するように、コイル１３１を流れる電流を調節する。コイル１３１を流れる電流が測定され、測定の原信号が、電子システム内で処理されて測定値になり、この測定値は、次に、測定値が視覚形式で提示される（これも同様に図では示されない）表示ユニットに送られる。当然ながら、本明細書で示される測定変換器１３０の代わりに、たとえばストリング発振器、誘導性または容量性の変換器、歪みゲージ変換器などの他の種類の変換器を使用することもできる。

図に示される測定変換器１３０は、荷重受け部１４０上に作用する力の補償に対して限定された大きさの補償力しか生成することができないため、１つまたは複数のレバーを備えたレバー機構が、測定される対象の力の低減にしばしば使用される。このレバー機構は、荷重受け部１１２と測定変換器１３０の間に力伝達導管として配置される。図に示されるレバー機構は、固定部１１１上で枢動的に支持されるレバー１１６を有し、その短いレバーアーム１１７は、第１の結合要素１１９を介して荷重受け部１１２に連結される。レバー１１６の長いレバーアーム１１８は、コイル１３１に連結される。

力伝達装置１１０は、さらに、固定部１１１上に同様に枢動的に支持される校正レバー１２０を含み、その第１の校正レバーアーム１２１は、校正用錘１２３に堅く連結される。校正用錘１２３の重量力を伝達する機能は、単向性の結合要素１２４によって実施され、その第１の結合要素部１２５は、第１のたわみピボット１２７を介して長いレバーアーム１１８に連結され、その第２の結合要素部１２６は、第２のたわみピボット１２８を介して第２の校正レバーアーム１２２に連結される。第１および第２のたわみピボット１２７、１２８は、ある特定量の固有の剛性を有する、あるいはその枢動角度が限定される枢動連結のあらゆる可能な種類を抽象的に表すものである。枢動連結、詳細にはたわみピボット１２７、１２８のこれらの特性は、少なくとも直立するピボット、この場合たわみピボット１２８に対して絶対的に必要であり、それにより、２つの結合要素部１２５、１２６は、それらが結合解除された状態で互いに整列されたままであり、重力の下で横向きに偏向することはない。

図１に示されるように、校正用錘装填装置１５０が固定部上に装着される。カムディスク１５１の位置に応じて、校正用錘装填装置１５０は、校正用錘１２３を固定部１１１上で支持された状態に保つ、あるいは校正用錘１２３をその支持から自由にする。校正用錘１２３の支持された状態では、２つの結合要素部１２５、１２６は、互いに分離されるが、解放された状態では、２つの結合要素部１２５、１２６は、互いに力伝達接触状態になり、それによって校正用錘１２３の重量力がレバー１１８、したがって測定変換器１３０のコイル１３１に伝達される。概略図が明確にはっきりさせているように、本明細書で例示される単向性の結合要素１２４は、圧縮力だけを伝達することを可能にするが、その理由は、校正用錘１２３の解放された状態において、第２の結合要素部１２６は、第１の結合要素部１２５に押さえ付けられて、測定変換器１３０によって発生した反応力に対抗して作用するためである。

図２は、力伝達装置２１０の第２の実施形態を備えた秤量セル２００の概略図を横面図で示している。校正レバー２２０および単向性の結合要素２２４を除いて、図２に示された要素のすべては、図１のものと類似しており、したがって以下で再度説明されることはない。

図２に示される校正レバー２２０は、同様に、第１の校正レバーアーム２２１および第２の校正レバーアーム２２２を有し、この場合、第１の校正レバーアーム２２１は、レバー支点１１３から校正用錘１２３に延び、第２の校正レバーアーム２２２は、レバー支点１１３と単向性の結合要素２２４の第２のたわみピボット２２８の間に延びる。

単向性の結合要素２２４は、第１の結合要素部２２５および第２の結合要素部２２６を有し、これらの結合要素部は、その結合解除された状態において、物理的接触せずに緩く互いを受け入れている。校正用錘１２３がその支持から自由にされ、またその結果、張力を、第２のたわみピボット２２８から第１のたわみピボット２２７、したがってレバー１１６の長いレバーアーム１１８に伝達されることが必要になるとすぐに、第２の結合要素部２２６は、たわみピボット２２７、２２８によって画定された変位通路に沿って２つの部分が比較的短く変位した後、第１の結合要素部２２５と力伝達係合になるように移動する。

校正用錘１２３によって発生し、長いレバーアーム１１８に伝達される張力は、荷重受け１４０上に置かれた荷重によって発生する、測定される対象の力に反して作用することにも留意されたい。その結果、校正用錘１２３はまた、秤量セル２００の秤量範囲を拡張するためにも使用され得る。秤量範囲は、校正用錘１２３によって測定変換器１３０上に働く有効力が、変換器１３０が測定することができる力の最大量に相当する場合、２倍ほどになり得る。次に、これはユーザには見えないが、秤量範囲は、校正用錘１２３からの力が測定変換器１３０上に作用していない範囲の第１の部分と、校正用錘１２３がレバー機構に結合された範囲の第２の部分との２つの部分に細かく分けられる。校正用錘１２３のスイッチ入れ、詳細にはそれによって活動させる校正レバー２２０のピボット１１３の付加影響が、測定値にわずかに影響し得る可能性がある。この問題に対処するために、荷重範囲のより高い部分に対してより粗い分解能を選択する、あるいはより低い正確度のクラスを指定することができる。先ほど説明された作動のすべては、秤量荷重の量に自動的に応答する天秤の電子部分によって制御され得、それにより、ユーザは、どの秤量範囲の部分を選択すべきかを決定することについて懸念する必要はない。

力伝達装置３１０の第３の実施形態における秤量セル３００を横面図で示す図３に示されるように、校正用錘１２３が、荷重受け部１１２上により直接的に作用する配置も当然ながら可能である。校正レバー３２０および単向性の結合要素３２４を除いて、この図に示される要素のすべては、図１と類似しており、したがって以下で再度説明されることはない。レバー機構は、荷重受け部１１２と測定変換器１３０の間に配置されたレバー３１６を有する。校正用錘１２３を備えた校正レバー３２０は、固定部３１１に枢動的に連結され、秤量セル３００の作動位置に関連付けて、荷重受け部１１２の下方に配置される。校正レバー３２０から荷重受け部１１２の力の伝達は、張力を伝達するように設計された単向性の結合要素３２４を介して起こる。第１のレバーアーム３２１に関連付けて選択されたレバー３２０の第２のレバーアーム３２２が短いほど、単向性の結合要素３２４によって荷重受け部１１２に伝達される校正力が大きくなる。

図４は、荷重受け部１１２上に作用する力を低減するために荷重受け部１１２と測定変換器１３０の間に配置された２本のレバー４１６、４１７を備えたレバー機構を有する力伝達装置４１０の第４の実施形態を備えた秤量セル４００の概略図を横面図で示している。図４も同様に、先行の図における構成要素の一部と同一である構成要素を含み、したがってその構成要素は、同じ参照記号を有し、あるいは再度説明されない。第１のレバー４１６は、結合要素４１８を通して第２のレバー４１７に力伝達式に繋げられる。結合要素４１８と、固定部４１１上に枢動的に装着された校正レバー４２０との間に配置されるのは、圧縮力のみを伝達する能力を備えた単向性の結合要素４２４である。図示される配置では、結合要素および横方向に連結された単向性の結合要素の力の作用のそれぞれの線は、互いに偏位し、その結果、レバー４１６、４１７の支点ピボット４６０、４６１上に荷重を生み出すトルクが生成される。したがって、好ましくは、２本の作用線が同一空間を占める解決策が目指されるべきである。

測定変換器１３０の交換を容易にするために、固定部４１１は、第２のレバー４１７が通り抜けて外に出る開口部４１２を有し、それにより、測定変換器１３０が、固定部４１１の、平行ガイド１１３、１１５から外を向く側に配置され得る。

図５は、力伝達装置５１０の第５の実施形態を備えた秤量セル５００の横面図の概略図を示している。力伝達装置５１０は、荷重受け部１１２上に作用する力を低減するために荷重受け部１１２と測定変換器１３０の間に配置された３つのレバー５１６、５１７、５１８を備えたレバー機構を有する。図４にすでに示され、上記で説明されたように、第１のレバー５１６は、第２の結合要素５１９を通して第２のレバー５１７に力伝達式に繋げられ、第２のレバー５１７は、次いで、第３の結合要素５２９を通して第３のレバー５１８に力伝達式に繋げられる。張力のみを伝達することができる単向性の結合要素５２４が、レバー機構と校正レバー５２０の間に配置される。力の導入は、第１のレバー５１６と第２のレバー５１７を連結する第２の結合要素５１９において起こる。図４とは反対に、単向性の結合要素５２４は、第２の結合要素５１９からの平行な偏位を有して配置されず、第２の結合要素とインラインである。このインライン配置は、図４に示される第２の結合要素４１９で起こり得る問題である、校正プロセス中に第２の結合要素５１９内にトルクを導入する可能性を回避する。

図６では、一体的に形成された力伝達装置６１０が、横面図で示されている。そのプロファイル輪郭によって囲まれた材料ブロック６９９は、第１のレバー６１６、第２のレバー６１７、校正レバー６２０、第１の平行ガイド６１４、第２の平行ガイド６１５、固定部６１１、荷重受け部６１２ならびに第１の結合要素および第２の結合要素を形成するために、図の平面に対して直角に材料ブロック６９９を通り抜ける狭小の線形の切断によって横切られる。線形の切断を用いることによって形成されたこれらの部分のすべては、同様に線形の切断によって生成されたたわみピボットによって互いに適切に連結され、それにより、力伝達装置６１０は、誘導移動されるように固定部６１１に繋げられた荷重受け部６１２、レバー機構６１６、６１７、ならびに校正レバー６２０を本質的に有するようになる。第２のレバーは、（図には示されない）レバーアームの延長部を用いることによって（同様に図示されない）測定変換器に連結される。第２のレバー内の２つの穴６４１は、レバーアーム延長部を取り付けるように働く。校正レバーもまた、校正用錘が締め付けられ得る２つの穴を有する。第１のレバー６１６と校正レバー６２０の間に配置されるのは、可撓性のヒンジ６４８によって互いに連結された２つの結合要素部６２５、６２６を有する単向性の結合要素６２４である。２の結合要素部６２５、６２６は、互いに物理的に連結されるが、それにも関わらず、単向性の結合要素６２４は、本発明による２つの部分に分けられると考えられる。可撓性のヒンジ６４８の開口方向は、第１および第２のたわみピボット６２７、６２８の中央の長手方向軸に対応するように配向される。圧縮力を伝達するために、突出部６４３が、第１の結合要素部６２５上に形成され、突出部と共働するように配向された接触表面が、第２の結合要素部６２６上に形成される。

図７は、張力だけを伝達することができる、作動位置にある単向性の結合要素７２４の可能な設計を示している。第１の結合要素部７２５は、第１のたわみピボット７２７を用いることによって荷重受け部または（断片的に示される）力伝達装置のレバー機構に連結される。第１の結合要素部７２５の懸架位置により、第１のたわみピボット７２７は、非常に細長い形状を有することができる。第１の結合要素部７２５はさらに、第１のけん引要素７４１を含む。

第２の結合要素部７２６は、第２のたわみピボット７２８を通して（断片的に示される）校正レバー７２０に連結される。直立配向のままである第２のたわみピボット７２８は、より堅固なばね定数を有する必要がある。したがって、第２のたわみピボット７２８には、第１のたわみピボット７２７よりも頑丈な設計が与えられる必要がある。その設計が力伝達装置の作動条件に十分良好に合致されている場合、第２の結合要素部７２６は、重力、または慣性および加速によって引き起こされる力によって横向きに偏向されることはない。

第２の結合要素部７２６は、第２のけん引要素７４２を含む。第２のたわみピボット７２８から第１のたわみピボット７２７に力を伝達する必要があるとすぐに、第１のけん引要素７４１は、２つのけん引要素の互いに対する短い変位の後、第２のけん引要素７４２と力伝達係合するように移動する。張力をさらにより確実に伝達するために、第１のけん引要素７４１は、突出部７４３を有することができ、第２のけん引要素７４２は、Ｖ字形の支持部７４４を有することができる。第１のけん引要素７４１および第２のけん引要素７４２が互いに係合されるとすぐに、突出部７４３およびＶ支持部７４４は、その形状の結果として、互いに自動心出しする整列状態になり、突出部７４３は、Ｖ支持部７４４内に着座する。

図８は、圧縮力のみを伝達することができる、作動位置にある単向性の結合要素８２４の可能な設計を示している。第１の結合要素部８２５は、第１のたわみピボット８２７を用いることによって荷重受け部または（断片的に示される）力伝達装置のレバー機構に連結される。

第２の結合要素部８２６は、第２のたわみピボット８２８を通して（断片的に示される）校正レバー８２０に連結される。校正プロセス中に伝達される力は圧縮力であり、２つの結合要素８２５、８２６は、荷重の下、横向きに座屈および離脱することが絶対的に防止されなければならないため、単向性の結合要素８２４は、固有の安定性を有する必要がある。第２の結合要素部８２６は、第１の結合要素部８２５に向かって面する表面８４１を有し、第２のたわみピボット８２８の中央の長手方向軸Ｘに対して鏡対称的に配置された２つの突出部８４３が、表面８４１から突き出ている。さらに、第１の結合要素部８２５は、２つの突出部８４３の一方がそれ自体を受け入れ表面８４２上の各々に着座させることができるように、結合要素部８２６に向かって面する受け入れ表面８４２を有する。この形状構成では、２つのたわみピボット８２７、８２８の中央の長手方向軸Ｘに対して直角に延びる平面内に配置された２つの接触点は、単向性の結合要素８２４に固有の安定性を与えて、単向性の結合要素８２４が圧縮力を伝達することを可能にする。

図８に示されるように、この配置は、第１の結合要素部８２５および第２の結合要素部８２６を、校正プロセスにおいて互いに整列させることを可能にする。その結果、たわみピボット８２７、８２８の中央の長手方向軸Ｘに対する垂直な変位が防止される。この整列機能を実行するために、第１の結合要素部８２５上の２つの受け入れ表面８４２が、互いに対して浅い角度で傾けられる。しかし、受け入れ表面８４２の傾斜角度には、単向性の結合要素８２４の固有の安定性のための要件により、特定の限界が課せられる。

これらの限界は、単向性の結合要素８２４のジオメトリ比例によって決まり、この場合、考えられる因数は、受け入れ表面８４２とたわみピボット８２７の中央の長手方向軸Ｘの間の角度αである。次の関係では、ｂは接触点、より詳細にはたわみピボットの中央の長手方向軸からの突出部８４３の垂直距離を表し、ｓは接触点、より詳細には第１のたわみピボット８２７の屈曲軸Ｙからの受け入れ表面８４２の距離を表す。
ｘ＝逆正弦（ｂ／ｓ）
α＝（９０°−χ）＝逆余弦（ｂ／ｓ）
この角度αは、次の条件を満たす必要がある：
９０°≧α≧逆余弦（ｂ／ｓ）
角度αの前述の定義によれば、固有の安定性は、接触点における伝達された力の作用線Ｗが、第１の結合要素部８２５内で交差していない場合に得られる。α＝逆余弦（ｂ／ｓ）である境界線の場合が、図８に示される。

本発明は、実施形態の特有の例の提示によって説明されてきたが、数多くのさらなるさまざまな解決策が、本発明から得られた知識に基づいて、たとえば個々の実施形態の特徴を互いに組み合わせることによって、および／または例示的な実施形態の個々の機能ユニットを交換することによって創出され得ることが明確である。他の可能性の中でもとりわけ、複数の校正用錘が、同じ場所または異なる場所で、本発明によって提案された単向性の結合要素を用いることによって互いから独立してレバー機構に結合され得る本発明の実施形態を考えることができる。これは、たとえば天秤の秤量範囲をほとんどのあらゆる所望の程度に拡張することを可能にする。当然ながら、可能な代替策はまた、２つまたはそれ以上のセグメントに垂直に分割される単向性の結合要素、互いに独立して作動可能である校正レバーおよび校正用錘も含む。可能性の範囲はまた、校正レバーおよび校正用錘が互いに一体的に組み合わせられる設計も含む。

本発明による装置のさらなる利点は、校正用錘が校正レバーアーム上でさまざまな支点距離で選択的に装着され得る場合、校正レバーアームの長さを変更することによって、同じ物理的構成要素でさまざまな荷重範囲を網羅することができるという事実によるものである。また、校正用錘と校正レバーの支点の間の距離を精密に設定するように働く調整ねじを校正用錘と校正レバーの間に配置することも可能である。これは、錘の位置を精密にずらすことによって校正力を調整することを可能にし、それにより、製造許容差および異質の材料によって引き起こされる変動にもかかわらず、校正力は、校正装置を通じて同じであるようになる。

５００、４００、３００、２００、１００秤量セル
６１０、５１０、４１０、３１０、２１０、１１０力伝達装置１１０
６１１、４１１、３１１、１１１固定部
６１２、１１２荷重受け部
１１３ピボット、枢動連結、支点
６１４、１１４第１の平行ガイド
６１５、１１５第２の平行ガイド
６１６、３１６、１１６レバー
１１７短いレバーアーム
１１８長いレバーアーム
１１９第１の結合要素
８２０、７２０、６２０、５２０、４２０、３２０、２２０、１２０校正レバー
３２１、２２１、１２１第１の校正レバーアーム
３２２、２２２、１２２第２の校正レバーアーム
１２３校正用錘
８２４、７２４、６２４、５２４、４２４、３２４、２２４、１２４単向性の結合要素
８２５、７２５、６２５、２２５、１２５第１の結合要素部
８２６、７２６、６２６、２２６、１２６第２の結合要素部
８２７、７２７、６２７、２２７、１２７第１のたわみピボット
８２８、７２８、６２８、２２８、１２８第２のたわみピボット
１５０校正用錘装填装置
１５１カムディスク
４１２開口部
５１６、４１６第１のレバー
６１７、５１７、４１７第２のレバー
５１９、４１９第２の結合要素
４６１、４６０支点
５１８第３のレバー
５２９第３の結合要素
６４１穴
６４２穴
６４８可撓性のヒンジ
８４３、７４３、６４３突出部
６９９材料ブロック
７４１第１のけん引要素
７４２第２のけん引要素
７４４Ｖ支持部
８４１表面
８４２受け入れ表面
ｓ突出部とＹの間の距離
ｂ突出部とＸの間の距離
Ｗ作用線
Ｘ中央の長手方向軸
Ｙ屈曲軸
α 受け入れ表面とＸの間の角度
χ ＷとＸの間の角度

Claims

固定部（１１１、３１１、４１１、６１１）および荷重受け部（１１２、６１２）を備えた、重量測定器の力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）であって、前記荷重受け部（１１２、６１２）が、直接的にまたは少なくとも１つの結合要素（１１９、４１９、５１９、５２９）および少なくとも１つのレバー（１１６、３１６、４１６、５１６、５１８、６１６）を介して、前記固定部（１１１、３１１、４１１、６１１）上に配置された測定変換器（１３０）に力伝達式に繋げられている、力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）において、前記力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）が、校正レバー（（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０）を含み、その支点（１１３）は、前記固定部（１１１、３１１、４１１、６１１）に基礎を置き、その第１の校正レバーアーム（１２１、２２１、３２１）は、校正用錘（１２３）に堅固に連結され、その第２の校正レバーアーム（１２２、２２２、３２２）は、単向性の結合要素（１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４、７２４、８２４）を介して、前記荷重受け部（１１２、６１２）または前記少なくとも１つの結合要素（１１９、４１９、５１９、５２９）または前記少なくとも１つのレバー（１１６、３１６、４１６、５１６、５１８、６１６）のレバーアーム（１１７、１１８）に連結されており、前記単向性の結合要素（１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４、７２４、８２４）が、第１の結合要素部（１２５、２２５、６２５、７２５、８２５）と第２の結合要素部（１２６、２２６、６２６、７２６、８２６）とに分割され、さらに、前記第１の結合要素部（１２５、２２５、６２５、７２５、８２５）が、第１のたわみピボット（１２７、２２７、６２７、７２７、８２７）を通して前記荷重受け部（１１２、６１２）上、または前記結合要素（１１９、４１９、５１９、５２９）上、または前記レバーアーム上の固定された場所に連結され、一方で、前記第２の結合要素部（１２６、２２６、６２６、７２６、８２６）が、第２のたわみピボット（１２８、２２８、６２８、７２８、８２８）を通して前記第２の校正アーム（１２２、２２２、３２２）上の固定された場所に連結され、前記結合要素部（１２５、１２６、２２５、２２６、６２５、６２６、７２５、７２６、８２５、８２６）は、前記単向性の結合要素（１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４、７２４、８２４）が２つの部分に分割されることにより、前記第２のたわみピボット（１２８、２２８、６２８、７２８、８２８）から前記第１のたわみピボット（１２７、２２７、６２７、７２７、８２７）に伝達され得る力が、張力に限定する、または圧縮力に限定するものになるように互いに整列されていることを特徴とする、力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）。
前記第２の結合要素部（１２６、２２６、６２６、７２６、８２６）が、圧縮力の伝達のための手段として、前記第１の結合要素部（１２５、２２５、６２５、７２５、８２５）に向かって面する表面（８４１）であって、前記表面（８４１）から突き出て、前記第２のたわみピボット（１２８、２２８、６２８、７２８、８２８）の中央の長手方向軸Ｘに対して鏡対称に配置される２つの突出部（８４３）を備えた表面（８４１）を有することを特徴とし、さらに、前記第１の結合要素部（１２５、２２５、６２５、７２５、８２５）が、前記第２の結合要素部（１２６、２２６、６２６、７２６、８２６）に向かって面する２つの受け入れ表面（８４２）であって、前記第１のたわみピボット（１２７、２２７、６２７、７２７、８２７）の中央の長手方向軸Ｘに対して鏡対称に配置された受け入れ表面（８４２）を有することをさらに特徴とする、請求項１に記載の力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）。
前記受け入れ表面（８４２）の各々と前記中央の長手方向軸Ｘの間に囲まれた角度αが、次の条件：９０°≧α≧逆余弦（ｂ／ｓ）を満たすことを特徴とする、請求項２に記載の力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）。
前記第１の結合要素部（１２５、２２５、６２５、７２５、８２５）が、突出部（７４３）を備えた第１のけん引要素（７４１）を有し、前記第２の結合要素部（１２６、２２６、６２６、７２６、８２６）が、Ｖ字形の支持部（７４４）を備えた第２のけん引要素（７４２）を有し、前記第１の結合要素部（７４１）および前記第２の結合要素部（７４２）が、互いに引っ掛かり、前記突出部（７４３）が、前記Ｖ字形の支持部（７４４）と整列され、張力が伝達されているとき、前記突出部（７４３）が、前記Ｖ字形の支持部（７４４）と力伝達接触状態になることを特徴とする、請求項１に記載の力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）。
前記第１の結合要素部（１２５、２２５、６２５、７２５、８２５）および前記第２の結合要素部（１２６、２２６、６２６、７２６、８２６）が、可撓性のヒンジ（６４８）を用いることによって互いに連結され、前記可撓性のヒンジの開口方向が、前記第１および第２のたわみピボット（１２７、１２８、２２７、２２８、６２７、６２８、７２７、７２８、８２７、８２８）の前記中央の長手方向軸Ｘに従って配置され、張力または圧縮力を伝達するために、突出部（６４３）が、前記第１の結合要素部（１２５、２２５、６２５、７２５、８２５）上に形成され、前記突出部（６４３）と共働するように配向された接触表面が、前記第２の結合要素部（１２６、２２６、６２６、７２６、８２６）上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）。
前記力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）が作動位置に設定された状態で、前記荷重受け部（１１２、６１２）が、前記荷重受け部（１１２、６１２）を前記固定部（１１１、３１１、４１１、６１１）に繋げる、少なくとも１つの上側平行ガイド（１１４、６１４）および少なくとも１つの下側平行ガイド（１１５、６１５）によって垂直移動で誘導されることを特徴とする、請求項１から５の一項に記載の力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）。
少なくとも前記荷重受け部（１１２、６１２）、前記固定部（１１１、３１１、４１１、６１１）、前記校正レバー（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０）および前記単向性の結合要素（１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４、７２４、８２４）が、一体式のユニットを一緒に形成するように設計されていることを特徴とする、請求項１から６の一項に記載の力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）。
請求項１から７の一項に記載の測定変換器（１３０）、校正用錘（１２３）、および力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）を備える重量測定器。
前記力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）が、前記校正用錘（１２３）の重量力が、前記荷重受け部（１１２、６１２）上に作用する力と同じ方向に前記測定変換器（１３０）に伝達されるように設計されていることを特徴とする、請求項８に記載の重量測定器。
前記力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）が、前記校正用錘（１２３）の重量力が、前記荷重受け部（１１２、６１２）上に作用する力と比べて反対方向に前記測定変換器（１３０）に伝達されるように設計されていることを特徴とする、請求項８に記載の重量測定器。
前記校正用錘（１２３）が、ρ＝８．０ｋｇ／ｄｍ^３の密度を有する耐食材料から作製されることを特徴とする、請求項８から１０の一項に記載の重量測定器。
前記校正用錘（１２３）が、前記力伝達装置（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）と同じ材料から作製され、密度の影響を補償するために、補助質量が、前記校正用錘（１２３）に連結される、および／または圧力センサが、前記重量測定器の周囲圧力の測定のために設けられることを特徴とする、請求項８から１０の一項に記載の重量測定器。