JP2013140151A - 計量ブリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】測定工学上の高い分解能と精度とをもって、同時に低いコーナー荷重感度およびモーメント感度で、特別にコンパクトな設計形態により計量品を計量するために、支持力の高い精密秤のための手段を提供する。
【解決手段】本発明は、複数の同種類のブリッジ部材によって荷重が個々のレバーに分割される、秤を構成するための計量ブリッジに関するものである。反対方向に回動するレバーが各々のブリッジ部材で相互に連結され、そのようにして形成されるそれぞれ個々のブリッジ部材の合力が、結合部材を介して相互に結合されて重ね合わされて、力補償システムにより検出される全体測定力を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に精密秤のための計量ブリッジに関する。

精密秤の技術では、測定工学上の高い分解能と精度がますます求められる一方で、同時に、秤で検出される測定範囲もますます広がりつつある。たとえば立体的な寸法や重量が著しく異なる物品を連続動作で、しばしば非常に高い搬送速度のもとで計量することが望まれる。

精密秤については、電磁力補償の原理に基づいて作動する一体化されたレバー変換装置を備える、モノリシックに加工された計量セルが公知である。このような種類の単純な変換装置を備えるシステムは、現在のところ約３０ｋｇの重量までしか利用することができない。測定範囲拡張のために、いっそう強力な磁気システムおよびこれと関連付けられた高コストの機器を選択したり、レバー機構の変換比をいっそう高めたりすることができる。しかし多重変換装置では、最後の変換レバーで検出可能な測定システムの分解能が低下する。そのうえ、モノリシックな多重変換装置の製造は技術的にも高コストであり、また利用可能な設計上のスペースが少ないためにしばしば不可能となる。

特許文献１より、上側フレームが荷重を受け止めるためにレバーシステムと連結されている計量ブリッジが公知であり、それにより、レバー区域の旋回または変形を歪ゲージを通じて検出、評価することができる。上側フレームはそれぞれ２つのジョイントを介して共通のレバーに作用し、力検出器としての歪ゲージは、秤の水平方向中央に配置されている。

特許文献２からも類似するメカニズムが公知であり、このメカニズムは、同文献では荷重センサと呼ばれている。ここでも秤の中央で力検出器へと通じる２つのレバーが、それぞれほぼ荷重センサの幅全体にわたって構成されているため、秤ないし荷重センサの内部の貴重なスペースが設計的に失われる。そのため、特に他の変換段のためのスペースも狭くなるか、もしくは完全に失われる。

その一方で、従来技術に基づいてレバーを幅広く配設することで、秤のコーナー荷重の影響を低減し、また、秤の定置のベースコンポーネントに対する荷重検出器の管理された案内を可能にする。

欧州特許第５０７０８Ｂ１号明細書 ドイツ特許公表第６９５１６８６０Ｔ２号明細書

本発明の課題は、測定工学上の高い分解能と精度とをもって、同時に低いコーナー荷重感度およびモーメント感度で、特別にコンパクトな設計形態により計量品を計量するために、支持力の高い精密秤のための手段を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の計量ブリッジおよび請求項１３に記載の秤によって解決される。

本発明が前提とする知見は、検出されるべき全重量の力を別々のレバーに分割することで、１つのレバーに受容されるべき荷重を低減し、個々のレバー機構の負荷を低減することができるということにある。最初は別々に低減されるそれぞれの力が、力が弱くなっている設計的に事前設定可能な低減段で再び統合されて、評価のために適当な力検出器へと供給される（「変換する」または「低減する」という概念は、それぞれのレバーアームに依存してレバー力を的確に変更するという意味であり、両方の概念は増大と削減のいずれをも意味することができる）。

本発明にとって特別な意義があるのは、ブリッジ部材のスリムないし平坦な設計形態であり、少なくとも２つのブリッジ部材が本発明による計量ブリッジを構成するために利用される。これらのブリッジ部材は特に互いに平行な間隔を有し、同時に計量ブリッジの外側寸法を定義することができる。これらのブリッジ部材の各々で、全体として検出されるべき荷重の部分力が導入され、これらのブリッジ部材の各々がそれぞれに導入される部分力を、１つまたは複数の他のブリッジ部材から独立して低減させる。設計的に設定可能な特に最後の低減段で初めて、それぞれのブリッジ部材が相互に機構的に連結され、この連結の結果として全体的に生じる力を形成し、次いでこの力が直接的に、またはさらに低減された形態で、力検出器へと供給される。

そのためにあえて設けられるコンパクトないしスリムなレバー機構（ブリッジ部材）での個々の部分力の別個の低減は、それぞれのブリッジ部材の間の領域に広い自由空間を創出し、秤の他のコンポーネントのために活用することができる。空いたまま保たれる設計スペースは、たとえばキャリブレーション用の台や重り、電子コンポーネント、搬送システムのモータの振動センサや加速度センサ等を収容するために利用することができる。

計量ブリッジで本発明に基づいて適用されるブリッジ部材の特別な構成は、従来技術とは異なり、全体として測定されるべき重量の力を、それぞれ２つが１つのブリッジ部材に帰属する少なくとも４つの別個のレバーで導入することを保証する。各々のブリッジ部材で導入される部分力の低減は、まず、他のブリッジ部材から独立して行われる。さらに、各々のブリッジ部材はそのレバーを含めて、計量ブリッジの限られたスリムな区域だけに限定されているので、荷重導入のすぐ後に続く一番上の低減段には、複数のブリッジ部材に共通して付属するレバーが存在しない。その代わりに、この一番上の低減段は使用されるブリッジ部材の数だけ存在しており、すなわち、ブリッジ部材が２つであれば二重に存在している。

後置され、それに伴って荷重が低くなった低減レベルで初めて、それぞれのブリッジ部材が相互に連結され、各々のブリッジ部材で別個に低減された力を初めて統合して、力検出器で検出されるべき、一緒に合わされた全体測定力にする。ブリッジ部材ないしその低減段は、垂直のＸ−Ｚ中心平面に対して対称に配設されているのが好ましく、この平面は、ちょうど、２つのブリッジ部材を備える計量ブリッジを、これらの間のほぼ中央で分割する。

以下に説明するブリッジ部材内部での特別なレバーの構造ないし連結部は、それぞれ、個々のブリッジ部材の荷重検出器の正確な案内を保証する。したがって、各ブリッジ部材の相互に結合された荷重検出器も、同じく正確に案内される。

特に、ただし限定的にではなく、電磁力補償の原理は重量の力を電気的に測定可能な形態に変換するために考慮の対象となるので、力検出器はそのような原理に従って構成されていてよい。

本発明による計量ブリッジの各々のブリッジ部材は力伝達をするレバーを含んでおり、これらのレバーによって重量の力が低減され、および／または力検出器へと転送される。さらにブリッジ部材は、実質的に長尺状の形態を有し、第１の水平な長手方向Ｘで一方の端部から向かい合う端部へと延びるベース区域を含んでいる。それに対して、第１の方向に対して垂直である、同じく水平な第２の方向Ｙではベース区域は細くなっている。ベース区域の上方には、ベース区域に類似して空間内で延び、両方の方向ＸおよびＹに対して垂直な第３の方向Ｚで、垂直方向にベース区域の上に配置された、荷重検出器が設けられている。軸受箇所を介してベース区域に支持されるレバーにより、特に秤に作用する重量の力の部分力であってよい、荷重検出器へ導入される力を低減してから、力検出器へと転送するように構成されている。

このとき荷重検出器は、第１の作用点を介して第１のレバーに作用するとともに、第２の作用点を介して、第１のレバーとは別個に構成された第２のレバーに作用し、それにより、荷重検出器へ導入される部分力は、まずこれら両方のレバーに分割され、そこから力検出器に向かう方向へと伝達可能である。「方向」とは、力がブリッジ部材の物理的なコンポーネントに沿って荷重検出器から力検出器へと進む経路を意味している。すなわち、計量ブリッジの少なくとも２つのブリッジ部材があるとき、測定されるべき重量の力はまず２つの（互いに相違していてもよい）部分力に分割され、すなわち、各々のブリッジ部材について１つの部分力がある。各々のブリッジ部材の荷重検出器は、さらにこの部分力をこれと直接的に連結された両方の第１のレバーに分割し、この分割も、荷重検出器での部分力の荷重導入位置に応じて、不均等に行うことができる。それにより、当初の重量の力は、互いに別個に構成された４つのレバーに分割される。それにより、たとえば計量ブリッジの２つのブリッジ部材が平行に配置されているとき、４つのレバーについて４つの軸受箇所が生じることになり、これらの軸受箇所を介して重量の力がベース区域で支持され、コーナー荷重の影響を受けにくい安定した秤を可能にする。

各々のブリッジ部材の両方のレバーはそれぞれ軸受箇所を介してベース区域に支持されており、本発明の１つの実施形態では、合力を形成するために相互に組み合わされており、この合力を共通の力検出器へ供給する。それにより、荷重検出器から２つの異なるレバーへ導入される両方の力から、ブリッジ部材ごとに好適に低減された単一の力が簡単に得られ、この力をブリッジ部材で転送ないし評価することができ、変わらない量のままで、あるいはさらに低減させたうえで、同様にして形成される他のブリッジ部材の合力と最終的に機械的に重ね合わせるように構成されている。

このとき、当初は個別力により荷重検出器から負荷を受ける両方のレバーを、力低減または力伝達のための互いに独立した、さらに別のレバーとそれぞれ連結し、別途ないし後続の変換段の後で初めて、別々のレバーシステムの組み合わせを行うことも考えられる。合力を形成するために相互に連結されたレバーが、１組のレバーを構成する。

従来技術から公知のモノリシックな計量セルでは、平行連接棒構造は、垂直の方向に可動の荷重検出器を、定置のベース区域に対して定義されたとおり案内する役目を果たしており、それに対して、荷重検出器に作用する重量の力の伝達と低減は、荷重検出器に追加的に作用するレバー構造を介して可能となる。このような高い設計コストを回避するために、本発明の別の好ましい実施形態は、荷重検出器がベース区域に対して相対的に、荷重検出器に作用する第１および第２の両方のレバーにより、垂直方向の平行線に沿ってＺ方向へ案内されるように構成されている。すなわち第１の両方のレバーは、本発明によると、従来技術から公知で必要とされる平行案内部の代わりとなり、それと同時に、荷重検出器から力検出器へと案内されるべき主荷重を伝達する。このようなブリッジ部材は、力伝達をするレバーに追加して別個の平行案内部を構成することを省略できるという利点があり、両方の機能をこれらのレバー単独にまとめる。このことは製造コストを削減するばかりでなく、ブリッジ部材の最小寸法も削減し、個々のブリッジ部材のスリムでコンパクトな好ましい設計形態を促進する。

荷重検出器に直接的に連結されたレバーは、共通の連結位置で連結部材に作用するのが好適であり、レバー力を統合して、合力として転送する。このように第１のレバーを共通の連結位置で連結し、レバーの長さを適当に選択することで、荷重検出器は、従来技術では常にそのために別個に設けられる連接棒によって構成される平行案内を受ける。

それぞれのレバー力が重ね合わされて共通の合力になる両方のレバーの連結は、ジョイントとして配設されている連結部材の区域で行われるのが好適である。これは特にモノリシックに加工された薄肉箇所であってよく、ここで両方の別々のレバーが薄肉箇所の一方の側で（たとえばＹ方向で前後するようにオフセットされて配置された結合区域により）作用し、それに対して、そこではまだ分割されていない薄肉箇所の他方の側には連結部材が後続している。この連結部材は、合力をさらに低減させ、連結箇所に直接的に後続するさらに別のレバーとしての役目を果たす。複数のブリッジ部材を結合する結合部材としての連結部材の構成も考えられ、それにより、各々のブリッジ部材で別個に形成される合力が統合されて共通の力となり、これを力検出器によって検出する。

連結部は、連結されるべきレバーの垂直方向での重ね合わせによって、およびこれらの間の薄肉箇所の構成によって具体化することもでき、この場合、当該領域で連結部材によって同時に連結部が設けられる。

本発明の１つの好ましい実施形態では、各々のブリッジ部材のすべてのレバーは実質的に、空間的に荷重検出器とブリッジ部材のベース区域の間に配置され、特に垂直のＺ方向で上下して配置される。ブリッジ部材は可能な限りスリムないし長尺状の形状なため、特に、低減の役目をするレバー機構を計量ブリッジのスリムな縁部領域だけにほぼ制限するために、計量ブリッジでの用途に好適である。たとえば２つのブリッジ部材を備える秤では、力伝達をするレバーが実質的にブリッジ部材そのものの領域だけに限定されることにより、これらのブリッジ部材の間の領域は、たとえば搬送装置ないしそのモータといった他の秤コンポーネントのための設計スペースとして、空いたまま残されるという利点がある。これに加えて、空いたまま保たれるこの設計スペースは、キャリブレーション用の台や重り、電子コンポーネント、振動センサや加速度センサ等を収容するためにも利用することができる。

さらに、計量ブリッジの特に好ましい実施形態は、それぞれ荷重検出器に直接的に連結された第１および第２のレバーが、荷重検出器に垂直の荷重が生じたときに、互いに反対を向く回転方向で旋回するように構成されている。このことは、ブリッジ部材の実質的に対称の構造を可能にするとともに、Ｘ方向に関してブリッジ部材のほぼ中心部での前述した合力の形成を可能にする。荷重検出器に作用する両方のレバーが対称に案内されるとき、一方のレバーは荷重検出器に垂直の荷重が生じると、他方のレバーと反対向きに回動する。これら両方のレバーがそれぞれ２アームのレバーとして配設され、Ｘ方向で前後して位置するように配置されているブリッジ部材では、それぞれ負荷を受けていない他の両方のレバーアームが同じ方向に動くので、前述した合力を形成するためのこれらの連結を簡素化する。このような配置は、図面にも見られるとおり、特に簡素な荷重検出器の平行案内をも可能にする。

このように構成される計量ブリッジは、ブリッジ部材の内部で互いに反対方向に旋回する２つのレバーを合力の形成のために連結しているため、計量ブリッジの他のブリッジ部材についても同様の仕方で当てはまる。各々のブリッジ部材で、互いに反対方向に旋回する２つのレバーが相互に連結されて、（各々のブリッジ部材について別個に）それぞれ合力を形成する。同一構造のレバーがトラバースによって相互に結合される従来技術の場合とは異なり、本発明による計量ブリッジでは、反対方向のレバーの連結が各々のブリッジ部材について別個に行われる。連結によって形成される各々のブリッジ部材の個々の合力が初めて、場合によりさらに低減された形態で、個々のブリッジ部材を相互に結合する結合部材によって重ね合わされて、別個に形成された複数の合力から生じるただ１つの全体測定力を形成する。

本発明による計量ブリッジは複数のブリッジ部材を含んでいるため、高分解能で正確な精密秤、特に重量計量をする秤を設計するのに適しているという利点がある。このような秤は、少なくとも２つの前述したブリッジ部材を含んでおり、荷重検出器が、それぞれ全体として測定されるべき重量の力の部分力を検出するように構成されている。両方のブリッジ部材の付勢は、両方の荷重検出器上の秤皿によってほぼ中央で行われる。このときブリッジ部材は互いに平行に、たとえばブリッジ部材の長手方向の長さにほぼ相当する間隔を有して位置しているのが好適である。それぞれ個々のブリッジ部材で形成される合力は秤で結合部材へと一緒に導入され、結合部材は、合算された力を力検出器に供給するために、またはその前にさらに低減するために、少なくとも２つのブリッジ部材の役目を同時に果たす。

２つの向かい合うブリッジ部材を備えている実施形態では、連結部材または各々のブリッジ部材の後置されたレバーに作用する結合部材が、一方のブリッジ部材からたとえば直角にＹ方向で他方のブリッジ部材まで延びており、各々のブリッジ部材はそれぞれ形成される合力を結合部材に導入する。両方のブリッジ部材の近傍または内部も含む、結合部材に沿った所定の位置で、合算された全体力を検出し、転送し、低減し、もしくは力検出器によってたとえば力補償の原理に基づいて補償することができる。

このような種類の秤は、全体として測定されるべき重量の力を複数の、特に２つのブリッジ部材に分割することを可能にするという利点があり、各々のブリッジ部材はさらに（上で説明したように）それぞれ導入される部分力を、互いに別々に構成されて互いに反対方向に旋回する２つのレバーへと導入し、全体力はさしあたり４つの部分力に分割されることになる。それにより、ブリッジ部材におけるレバー機構の負荷がいっそう低くなり、ないしは、最大限検出可能な荷重が高くなる。各々のレバーは、モノリシックな設計形態の場合、薄肉箇所を介して荷重検出器に連結されるので、２つのブリッジ部材を備える計量ブリッジでは、全体荷重はすでに４つの薄肉箇所にわたって分散されて、それぞれ別個のレバーへと導入される。

ブリッジ部材の各々の荷重検出器によって直接的に負荷を受ける両方のレバーは、互いに別々ないし別個に構成されている。ここで「別々に」とはレバーの事実上独立した構成を意味しており、したがって、各々のレバーにはレバー回転点としての独自の支持箇所、独自のレバーアーム、および独自の力作用点が割り当てられ、各レバーは物理的に識別可能であり、別のレバーと区別可能である。ただし「別々に」とは、レバーが力作用点の領域で他のレバーとともに、もしくはブリッジ部材の他の区域と（モノリシックな場合も含めて）連結されることを排除するものではなく、特に柔軟な薄肉箇所を介して継手式に行われる。

両方のブリッジ部材へ導入される部分力は、理論上では、それぞれ同一であってよいが、現実問題としては非対称の重量載置でそれぞれ異なる値をとり、合計においてのみ全体負荷に相当することができる。ただし、両方のブリッジ部材で合力を形成し、一緒に結合部材へ導入することは、好ましくは低減された形態で、同じく全体荷重に相当する測定値を結果的にもたらす。

本発明による秤では、ブリッジ部材によって実現することができる、コーナー荷重の影響の受けにくさという特別な利点が示されている。測定されるべき荷重が、垂直方向の平面図で見て、両方の向かい合う荷重検出器で取り囲まれた面の内部で印加されるように秤が構成されているとき、秤は、Ｘ方向またはＹ方向に作用するモーメントで負荷されることがほとんどない。それに対して、中央の１つの荷重検出器を備える従来技術では、水平方向で荷重検出器に対してオフセットされながら荷重検出器と結合された荷重皿へと導入される重量の力によって、トーション負荷が生じることになる。このことは、従来の秤の精度と安定性を犠牲にしてしまう。それに対して本発明による秤では、個々のブリッジ部材の荷重検出器は共同で理想的な載置面を形成しており、重量の力によるその付勢は最小限のコーナー荷重感度しか生じさせない。印加される力は、仮想面の外側のコーナー点に配置された荷重検出器の端部を介して受け止められるからである。

秤の力検出器を両方のブリッジ部材のうちの一方に配置することも考えられるが、本発明の好ましい実施形態は、たとえばできる限り対称の負荷条件を実現するために、および／または各ブリッジ部材の間に存在する設計スペースを活用するために、力検出器が秤のそれぞれのブリッジ部材の間に配置されるように構成されている。この場合、両方のブリッジ部材を結合する結合部材は、両方のブリッジ部材の間のほぼ中央で、力検出器ないし力補償システムのコンポーネント（特にコイルや磁石）を支持し、秤に載置された全体荷重に依存する結合部材の変位を補償する。結合部材および力検出器を例外として、この秤では、それぞれのブリッジ部材の間に形成される中間スペースに、力伝達ないし力変換するレバーが存在しないという利点がある。これらのレバーが、本発明に基づいて、できる限りブリッジ部材の内部にあるためである。

本発明の１つの好ましい実施形態では、２つのブリッジ部材がそれぞれの合力の統合のために結合される結合部材は、同時に、これら両方のブリッジ部材の各々における連結部材を構成している。この場合、各々のブリッジ部材でまず別々に受け止められる部分力が連結部材で統合され、この連結部材は結合部材として同時に他方のブリッジ部材の連結部材を構成しており、両方のブリッジ部材を機械的に相互に結合する。

このように、ブリッジ部材が２つの場合には、４つの部分力（ブリッジ部材ごとに荷重検出器が２つのレバーで伝達する）が、（別々のレバーを連結してブリッジ部材ごとに合力にすることによって）２つの合力に統合され、さらには合算された全体力へと統合され（両方の合力が共通の結合部材へ導入される）、合力およびこれに伴って合算される力はレバー構造によって個々のブリッジ部材の内部ですでに、荷重検出器へそれぞれ導入される部分力が低減された形態をなしている。結合部材と連結部材を一緒に構成することは設計コストをいっそう削減し、秤の構造を簡素化する。その際に、結合部材で統合される合力が、合算された力としてさらに低減されてから力検出器へ供給されるかどうかは、設計者の任意である。

本発明の特に好ましい実施形態は、計量ブリッジ全体がモノリシックに構成されるようにしており、少なくとも２つのブリッジ部材が互いに一体的に構成され、レバー機構は同時に互いに間隔をおいている。このようなモノリシックな計量ブリッジは、少なくとも２つのブリッジ部材と、上側フレームと、下側フレームと、各ブリッジ部材のレバーと、連結部材ないし結合部材とを含んでいるのが好ましい。

各々のブリッジ部材の荷重検出器とベース区域は、両方のブリッジ部材としての役目を一緒に果たす上側フレームないし下側フレームとして一体的に配設されている。両方のブリッジ部材を相互に結合する結合部材も、それぞれの合力を統合するために、本発明によると、ブリッジ部材ないし上側フレームおよび下側フレームと一緒にモノリシックに構成することができる。したがって、モノリシックな設計形態の周知の利点（特に熱応力の回避）を、本発明の計量ブリッジについても実現することができる。このような選択肢は、従来技術で公知の計量ブリッジにはなく、もしくは、具体化するのが非常に困難である。その場合、計量ブリッジの内部空間が、個々のレバーを相互に横向きに結合するトラバースによって失われ、モノリシックな設計形態にとって側方の加工および同様に垂直方向の加工が難しくなり、もしくは不可能になるからである。それに対して、本発明に基づいて、主要な変換機能を計量ブリッジの縁部領域に配置されたブリッジ部材へと移転させることで、内部空間がほぼ空いたままに保たれ、フライス工具や切削工具のための、妨げられることのないアクセスを、どの表面でも提供することができるので、計量ブリッジをモノリシックに製作することができる。

連結部材は同時に結合部材であり、これに加えて、すべてのブリッジ部材から統合される合力を再び低減するレバーとしての役目もさらに果たす実施形態にも意義がある。したがって、結合部材はブリッジ部材に対して横向きに延びており、たとえばこの結合部の中央に直角に起立するレバー区域を有しており、その端部に電磁力補償システムのコンポーネントが配置されている。結合部材によって統合される合力がこのレバー区域によって再度低減されて、レバー区域の自由端でたとえばコイルにより補償されるべき量となる。

原則として本発明による秤は、基本的に互いに任意に配置されていてよい、２つを超えるブリッジ部材を含むことができる。すべてのブリッジ部材の荷重検出器が、１つの平面に位置しているのが好ましい。ブリッジ部材は平面図で見て、三角形またはその他の多角形を形成することができる。複数のブリッジ部材を（好ましくは水平のＹ方向で）並んで配置することもできる。使用するブリッジ部材の数により、各々の荷重検出器で導入される部分力を減らすことができ、秤の許容できる最大荷重を高める。ブリッジ部材が２つを超えて使用されるとき、秤は、ブリッジ部材が対をなすように結合部材を介して相互に結合されるので、それぞれ２つのブリッジ部材の合力を連結するように構成されていてよい。このような結合部材を、さらに別の結合部材を介して相互に結合ないし連結することができ、すべてのブリッジ部材の合力を次第に統合していって合算の力にする。しかしながら理論上では、ブリッジ部材のすべての合力を同時に受け止める、すべてのブリッジ部材を網羅的に操作する第１の単一の結合部材を作成することも考えられる。その場合、個々のブリッジ部材を相互に連結し、それらの力を最終的に合算された力として力検出器へ供給するために、空間的な所定の条件や、低減の必要性に応じて多種多様な組み合わせが考えられる。

本発明による秤の個々のブリッジ部材の荷重検出器は、荷重検出器としての役目をする共通の、かつ好ましくは固定的に構成された上側フレームを構成するために、互いに一体的に結合されているのが好適である。それにより、ブリッジ部材を相互に連結する上側フレームがもたらされ、この上側フレームが、印加される重量の力を個々の部分力へ荷重分散して、すべての荷重検出器に伝えることが保証される。上側フレームは、個々の荷重検出器をそのそれぞれの端部の領域で結合するのが好ましく、互いに向かい合って位置する２つのブリッジ部材を備える実施形態では、共通の荷重検出器としてのほぼ直角の上側フレームがもたらされる。荷重検出器がそれぞれの端部で相互に結合されるフレーム構造は、それぞれの荷重検出器の間の内部空間を空いたままにし、ないしは上から自由にアクセス可能にし、モノリシックなブリッジ部材を製造するための加工スペースがアクセス可能となり、あるいは、秤の他のコンポーネントを格納するための設計スペースが利用可能なままに保たれる。

共通の上側フレームのための個々の荷重検出器は、原則として、適当な結合手段によって相互に取り外し可能に結合することもできるが、特に好ましい実施形態は、共通の上側フレームの一体的ないしモノリシックな構成を意図している。ブリッジ部材の荷重検出器は一緒に１つの素材から製作されて、共通の上側フレームをなすように相互に結合される。上側フレームおよびブリッジ部材のモノリシックな構成は、材料の組み合わせが異なる場合に計量結果に不都合な影響を及ぼす、材料依存的な熱応力を回避する。

共通の上側フレームを構成することで、秤は追加の安定性を得る。フレームは、上に説明した仮想面を周回するのが好適であり、その内部で測定されるべき重量の力が上から印加され、秤をできる限りコーナー荷重に対して影響を受けにくくする。フレームに載置もしくはネジ止めされるべき秤皿は、水平方向で上側フレームの外径を超えずに延びているのが好適であり、秤皿における重量の力の作用点に関わりなく、すべての荷重検出器が（場合によりそれぞれ異なる）部分力を引張力としてではなく圧縮力として検出する。個々の荷重検出器の共通の構成もしくは結合により、全体荷重検出器としての共通の上側フレームがもたらされ、その平行案内は各々のブリッジ部材の領域で、それぞれのブリッジ部材のレバー構造によって保証される。

すべてのブリッジ部材に関わる上側フレームの共通ないしモノリシックな構成の補足として、個々のブリッジ部材のベース区域も、好ましくはモノリシックな共通の下側フレームに統合することができる。このことは秤の安定性を追加的に高め、このとき下側フレームも、荷重検出器に準じて、個々のベース区域を好ましくはその端部の領域で相互に結合する。下側フレームにより取り囲まれる内部空間は、設計スペースの創出のため、あるいはモノリスとしての加工のために、同じく自由にアクセス可能なように保たれる。

本発明による秤のさらに別の好ましい実施形態では、ネジ止め点がブリッジ部材の荷重検出器に設けられており、各々のブリッジ部材のそれぞれの第１または第２のレバーに供給される力を、部分力として荷重検出器へ導入する。計量されるべき物品を収容するための荷重プレートまたは秤皿を、このネジ止め点で固定することができる。各々のブリッジ部材が、（たとえば荷重検出器の中央部での力導入を通じてだけでなく）荷重検出器の各端部の領域で部分力を受けることを保証するために、ネジ止め点は各荷重検出器の両方の端部の領域に配置されており、第１ないし第２のレバーの対応する作用点に対するネジ止め点の水平方向の間隔は、同一のブリッジ部材の２つのネジ止め点の相互間隔よりも短いのが好ましい。すなわち荷重検出器の第１のネジ止め点は、他のネジ止め点よりも、荷重検出器から力が付属の第１のレバーへ導入される作用点の近くに位置している。同様のことは、この第２のネジ止め点についても当てはまり、このネジ止め点は、第１のネジ止め点よりも、第２のレバーの力導入箇所の近くに位置している。

本発明による秤は、電磁力補償をベースとする測定原理用として作製されるのが好ましいが、たとえば振動面、クオーツセル、歪ゲージなど、これ以外の測定方式にも利用することができる。このとき回転対称の力検出器も考えられる。

本発明は、さまざまに異なる寸法とさまざまに異なる重さをもつ計量品について、安定した高分解能の精密秤の構成を可能にする。特に、２つのブリッジ部材と、一体的に構成された上側フレームを備える秤は、この上側フレーム全体にわたる広い面積の荷重導入に基づき、高いモーメント強度を保証し、一体的に構成された下側フレームによって強度がいっそう向上する。特に互いに広い間隔を有する個々のブリッジ部材は、秤のコーナー荷重の影響を低減し、それと同時に、広い計量プラットフォームの使用を可能にする。この秤は、たとえば水平方向の荷重衝撃に対して影響を受けにくく、高い固有振動周波数を示す。従来技術では、測定されるべき力の転送や低減の役目を果たすことがない、固定面（ベース区域）に対して荷重検出器（荷重検出器）を案内するための別個の平行連接棒構造が、不要になるという利点がある。

次に、本発明によるブリッジ部材の実施形態およびこれを用いて構成される秤について、図面を参照しながら詳しく説明する。

ブリッジ部材を示す斜視図である。 ２つのブリッジ部材から構成された計量ブリッジの斜視図である。 ２つのブリッジ部材から構成された計量ブリッジの部分側面図である。

図１には、図１の第１の方向Ｘに沿って左から右へ延びるブリッジ部材Ｂ₁を斜視図で見ることができる。ブリッジ部材Ｂ₁は、荷重検出器Ｏ₁と、実質的に合同にその下に位置するベース区域Ｕ₁とを有している。荷重検出器Ｏ₁は、第１の端部からＸ方向へ第２の端部まで延びている。これに応じてベース区域Ｕ₁も、第１の端部からＸ方向へ第２の端部まで延びている。荷重検出器Ｏ₁はその第１の端部で、作用点を介して第１のレバーＨ₁₁と連結されている。荷重検出器Ｏ₁はその第２の端部で、同様に、作用点を介して第２のレバーＨ₁₂と連結されている。両方のレバーＨ₁₁およびＨ₁₂は、それぞれ軸受箇所Ｌ₁₁ないしＬ₁₂を介して、定置と見なされるベース区域Ｕ₁に対して支持されている。

荷重検出器Ｏ₁は、特に、荷重検出器Ｏ₁の第１の端部のネジ止め点Ｓ₁₁および第２の端部のネジ止め点Ｓ₁₂を介して場合によりそれぞれ異なる部分力の形態で導入されるべき荷重について、荷重検出器としての役目をする。

両方のレバーＨ₁₁およびＨ₁₂は、図１ではブリッジ部材Ｂ₁のほぼ中央に位置する、それぞれの作用点と反対を向いている端部で、連結位置Ｐで連結部材Ｇ₁に一緒に連結されており、それはレバーＨ₁₁およびＨ₁₂の半力をこの箇所で重ね合わせ、ないしは合一するためである。互いに連結されたレバーＨ₁₁およびＨ₁₂は、Ｙ方向で前後して（図１）、あるいはＺ方向に上下して位置するように（図２または図３）、連結することができる。

レバーＨ₁₁およびＨ₁₂を連結位置で連結し、レバーＨ₁₁およびＨ₁₂の長さを（好ましくは等しい長さで）適当に選択することで、荷重検出器Ｏ₁は、特にネジ止め点Ｓ₁₁およびＳ₁₂に取り付けられる荷重皿または荷重プレートを介して導入することができる垂直方向の（それぞれ異なる場合もある）部分力が導入されたときに、下方を向くＺ方向で２つの垂直の平行線に沿って平行案内を受ける。力伝達をする、ないしは力変換をするブリッジ部材Ｂ₁の内部のレバーＨ₁₁およびＨ₁₂は、測定されるべき重量の力の結果として生じるレバー力の伝達と低減だけでなく、平行案内の役割も担っている。

（ブリッジ部材Ｂ₁は、ここには図示しない別のレバー（Ｈ₁₃，Ｈ₁₄．．．Ｈ₂₃，Ｈ₂₄．．．）を装備することができ、これによって、連結部材による連結の前または後で力を転送することができる）。

連結部材Ｇ₁は同じくレバーとして構成されており、レバーＨ₁₁およびＨ₁₂と同様に、ベース区域Ｕ₁に構成された薄肉箇所ジョイントＬＧ₁を中心として時計回りに、または時計と反対回りに旋回可能であり、連結位置で形成される両方のレバーＨ₁₁およびＨ₁₂の合力によって付勢される。連結部材Ｇ₁の第１の端部（図１では右側の端部）には力検出器Ｋの一部が配置されており、これにより、荷重検出器Ｏ₁の負荷の帰結としての連結部材Ｇ₁の変位を補償するように構成されている。これと向かい合う連結部材Ｇ₁の左側の端部には、このようなレバーアームの変位を検出して信号化できるようにするために、位置検知のための部材が配置されている。

図１に見られるように、力伝達または力低減をするレバーは、力検出器Ｋと同様に、全面的に荷重検出器Ｏ₁とベース区域Ｕ₁との間にあるので、ブリッジ部材Ｂ₁は、平行案内部を備えるコンパクトでスリムな計量セルを形成している。従来技術から公知の平行連接棒構造の削減により、ジョイントを形成する薄肉箇所の数を最低限まで減らせることにも留意すべきである。図１に示す例では、ブリッジ部材は、荷重検出器Ｏ₁の両方の端部で重量の力が２つの部分力に分割され、２回の低減（段階１：レバーＨ₁₁／Ｈ₁₂、第２段階：連結部材Ｇ₁から力検出器Ｋまでのレバーアーム）が行われるにもかかわらず、全部でわずか６つの薄肉箇所しか必要としない。レバーとしての連結ジョイントＧ₁の構成を省略し、その代わりに、力検出器Ｋを垂直方向に連結位置の下方で直接的に連結することで、薄肉箇所をさらにもうひとつ省略することもできるので、計量セルとしてのブリッジ部材Ｂ₁の構造を有意に簡素化する。

連結部材Ｇ₁は、１つの秤で使用される２つのブリッジ部材Ｂ₁，Ｂ₂を相互に結合し、各々のブリッジ部材で形成される合力を統合して単一の力にするために、同時に結合部材Ｖとして構成されていてよい。ただし結合部材Ｖは、後置された低減段で各ブリッジ部材を結合する役目を果たすこともできる。このとき後置される低減段は連結部材に後続し、連結部材は結合部材に後続する。結合部材Ｖへ導入される力は、そこで再度低減される各々のブリッジ部材の合力からなる合計を形成する。このようなケースは図２と図３に見ることができる。

図２は、２つのブリッジ部材Ｂ₁，Ｂ₂を利用した、本発明による計量ブリッジＷを示している（図３は、図２の模式的な側面図を部分図として示している）。前側に図示されている第１のブリッジ部材Ｂ₁は、後側の別のブリッジ部材Ｂ₂と一体的に構成されており、それぞれの荷重検出器Ｏ₁，Ｏ₂およびベース区域Ｕ₁，Ｕ₂は、それぞれ共同で一体的な下側フレームＵＲないし上側フレームＯＲをなすように統合されている。各々の荷重検出器Ｏ₁，Ｏ₂の、上側フレームＯＲに設けられたネジ止め点Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂は、荷重プレートないし計量皿の結合を可能にし、計量されるべき物品がその上に載置される。

図１に示す単独図に準じて、各々のブリッジ部材のそれぞれのレバーＨ₁₁，Ｈ₁₂，Ｈ₂₁，Ｈ₂₂は、同じく合力を形成するために連結位置で相互に連結されており、別個の連結部材Ｇ₁，Ｇ₂（Ｇ₁は図２では見えにくく、図示されていない）は、ここでは各々のブリッジ部材についてレバーとして配設されており、このレバーは左側の端部で旋回軸としての下側フレームＵＲに支持されており、実質的に右方に向かってＸ方向に延びている。

計量ブリッジＷの右側の区域では、連結部材Ｇ₁，Ｇ₂の両方のレバーの各々が、両方のブリッジ部材Ｂ₁，Ｂ₂を相互に結合する結合部材Ｖに作用するので各ブリッジ部材で形成される合力が、ないしはレバーＧ₁，Ｇ₂によってさらに低減された力が、一緒になって結合部材Ｖへと導入される。結合部材Ｖも、右側の端部で旋回軸としての役目をする軸受箇所を介して下側フレームＵＲに支持されるレバーとして構成されている。結合部材Ｖは、同時に、低減の役目をする最後のレバーＨ_Lである。結合部材はブリッジ部材によって別個に形成される力を統合し、両方の向かい合うブリッジ部材の間の領域で、ある程度までＸ方向に両方の連結部材Ｇ₁，Ｇ₂と反対向きに延びている（図２および図３では左方に向かって）。最後のレバーＨ_Lは、詳しくは図示しない力検出器に作用し、ないしは力補償システムのコンポーネントに作用する。

図１に個別に示すブリッジ部材Ｂ₁とは異なり、図２と図３に示す計量ブリッジの共同で構成される両方のブリッジ部材は、各々のブリッジ部材に付属する独自の力検出器Ｋを有してはいない。計量ブリッジは個々のブリッジ部材の力を結合部材Ｖによって初めて統合し、結合部材ＶはＹ方向で両方のブリッジ部材に対して横向きに延びているので、力検出器は計量ブリッジの内部に、すなわち両方のブリッジ部材の間に、配置されるのが好適である。空いたまま保たれる残りの設計スペースは、キャリブレーション用の台や重り、電子コンポーネント、搬送システムのモータの振動センサや加速度センサ等を収容するのに利用することができる。

さらに、図１のブリッジ部材の最初の両方のレバーは、図２および図３のものと相違している。後者は直線状のレバーＨ₁₁ないしＨ₂₁を、湾曲ないし折曲したレバーＨ₁₂ないしＨ₂₂と組み合わせ、ないしは連結するからである。

Ｂ_i：添字ｉが付いているブリッジ部材
Ｇ_i：ブリッジ部材ｉの連結部材
Ｈ_ij：ブリッジ部材ｉのレバーｊ
Ｈ_L：最後のレバー
Ｋ：力検出器
Ｌ_ij：ブリッジ部材ｉにおけるレバーｊの軸受箇所
Ｏ_i：ブリッジ部材ｉの荷重検出器
ＯＲ：上側フレーム
Ｐ：連結位置
Ｓ_ij：荷重検出器ｉのネジ止め点ｊ
Ｕ_i：ブリッジ部材ｉのベース区域
ＵＲ：下側フレーム
Ｖ：結合部材
Ｗ：計量ブリッジ
Ｘ，Ｙ，Ｚ：空間内の方向

Claims (13)

1. 少なくとも２つのブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂，．．．）を含む、特に精密秤のための計量ブリッジ（Ｗ）において、
   ａ）力伝達をするレバーが各々の前記ブリッジ部材について別個に設けられており、前記ブリッジ部材の内部で重量の力を低減し、および／または前記計量ブリッジの力検出器（Ｋ）に向かう方向へ転送され、
   ｂ）各々の前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）は、部分重量の力を受け止めるための荷重検出器（Ｏ₁，Ｏ₂）と、前記ブリッジ部材に設けられたレバー（Ｈ₁₁，Ｈ₁₂，Ｈ₁₃，Ｈ₁₄，Ｈ₂₁，Ｈ₂₂，Ｈ₂₃，Ｈ₂₄）を支持するためのベース区域（Ｕ₁，Ｕ₂）とを有しており、
   ｃ）各々の前記荷重検出器（Ｏ₁，Ｏ₂）はそれぞれの前記ブリッジ部材の第１のレバー（Ｈ₁₁，Ｈ₁₂）および当該ブリッジ部材の前記第１のレバー（Ｈ₁₁，Ｈ₁₂）とは異なる第２のレバー（Ｈ₂₁，Ｈ₂₂）に同時に作用し、
   ｄ）各々の前記ブリッジ部材では第１の両方の前記レバー（Ｈ₁₁，Ｈ₁₂，Ｈ₂₁，Ｈ₂₂）またはこれに連結された別のレバー（Ｈ₁₃，Ｈ₁₄，．．．Ｈ₂₃，Ｈ₂₄．．．）はそれぞれの前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）に割り当てられた合力（Ｓ₁，Ｓ₂）を形成するために共通の連結部材（Ｇ）に連結されて相互に１組のレバーを構成する計量ブリッジ。
2. 少なくとも２つの前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）の各組のレバーは、前記計量ブリッジを中央で分割する垂直のＸ−Ｚ平面の両側で互いに対称に向かい合っていることを特徴とする、請求項１に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
3. 各々の前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）で形成される合力（Ｓ₁，Ｓ₂）は、少なくとも２つの前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）の役目を同時に果たす結合部材（Ｖ）へ一緒に導入され、直接的に、または低減されたうえで、力検出器に供給されることを特徴とする、請求項１に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
4. 前記結合部材（Ｖ）は、第１の方向（Ｘ）に対して垂直の水平な第２の方向（Ｙ）に、および前記ブリッジ部材の主伸長方向Ｘに対して横向きに延びており、一方のブリッジ部材（Ｂ₁）を間隔を有して他方のブリッジ部材（Ｂ₂）と連結することを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
5. 前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）の前記連結部材（Ｇ）は、前記ブリッジ部材の別のレバーであり、または結合部材（Ｖ）であることを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
6. １組のレバーを構成するようにそれぞれ相互に連結されたレバーは、反対方向に回動することを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
7. 前記荷重検出器（Ｏ₁，Ｏ₂）と前記ベース区域（Ｕ₁，Ｕ₂）は、実質的に第１の方向Ｘに沿って延びており、第１の方向（Ｘ）および水平の第２の方向（Ｙ）に対して垂直の第３の方向（Ｚ）で実質的に上下して位置していることを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
8. 前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）は、互いに方向（Ｙ）で間隔をおいて向かい合っており、それにより間に介在する設計スペースを秤の他のコンポーネントのために空けたまま保つことを特徴とする、請求項１から７のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
9. 各々の前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）の前記荷重検出器（Ｏ₁，Ｏ₂）は、それぞれの前記ベース区域（Ｕ₁，Ｕ₂）に対して相対的にそれぞれの前記荷重検出器（Ｏ₁，Ｏ₂）に連結されたレバー（Ｈ₁₁，Ｈ₁₂，Ｈ₂₁，Ｈ₂₂）により垂直方向の平行線に沿ってＺ方向で案内される（平行案内）ことを特徴とする、請求項１から８のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
10. ａ）個々の前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）の前記荷重検出器（Ｏ₁，Ｏ₂）は、共通の荷重フレーム（ＯＲ）を形成するために、および／または
    ｂ）個々の前記ブリッジ部材（Ｂ₁，Ｂ₂）の前記ベース区域（Ｕ₁，Ｕ₂）は、共通の特に定置のベースフレーム（ＵＲ）を形成するために、
    相互に結合または互いに一体的に構成されていることを特徴とする、請求項１から９のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
11. 前記荷重フレーム（ＯＲ）は平面図で見て長方形の形状を有しており、コーナー領域にはそれぞれネジ止め点（Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂）を有しており、該ネジ止め点を介して前記計量ブリッジを全体として付勢する重量の力を前記荷重フレーム（ＯＲ）へ導入することを特徴とする、請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
12. 前記力検出器（Ｋ）は、Ｙ方向で前記ブリッジ部材の間の側方に配置されていることを特徴とする、請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ（Ｗ）。
13. 請求項１から１２のうちいずれか１項に記載の計量ブリッジ部材（Ｗ）を少なくとも１つ有している、重量計量をする秤。