JP2619090B2 - 最小の厚さと重量の携帯用電子重量計 - Google Patents

最小の厚さと重量の携帯用電子重量計

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JP2619090B2
JP2619090B2 JP1502659A JP50265989A JP2619090B2 JP 2619090 B2 JP2619090 B2 JP 2619090B2 JP 1502659 A JP1502659 A JP 1502659A JP 50265989 A JP50265989 A JP 50265989A JP 2619090 B2 JP2619090 B2 JP 2619090B2
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    • G01G3/1402—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01G3/1406—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports combined with special measuring circuits

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 この発明は、カバンに入れて運ぶこと、キャビネット
に収納すること、あるいは壁にかけることが容易にでき
る、人体又は物体の重量を測定するための最も薄型軽量
の携帯用電子重量計に関する。
2.従来技術の説明 体重測定に使用されるようなほとんどの小型重量計
は、平面状で堅い荷重支持板の上に人が立ったり物が置
かれたりすることを要求するが、その荷重支持板は、多
数の分離した点によってその荷重支持板に下側から接触
する１組のレバーの上に載置される。そのレバーは、続
いて平坦な床の上に設置される第２の荷重支持板の上に
載置される。そのレバーは、荷重がその上板に設置され
た時にそのレバーがその上板上の合計荷重に等しい荷重
に一点で作用するように接続される。そして、この荷重
は、通常、診療所でみられる重量計のように、既知の荷
重と平衡させるか、又はばねやビームのように機械的に
変形可能な要素に荷重を働かせその歪みを計測すること
によって測定される。通常の“ポータブル”浴室用重量
計は、一般にダイアルを回転させることによってばねの
動きを測定する。さらに新しい重量計は、ばね又はそれ
に代わる機械的に変形可能な素子の歪みを、ストレイン
ゲージやキャパシタによって電気的に測定し、その測定
値を通常発光ダイオード（LED）によってデジタル的に
表示する。
レバー機構、２枚あるいはそれ以上の荷重支持板、お
よびLEDに必要な電力は、非常によく知られた重量計に
おいて、重量と厚さをそれぞれに要求し、重量計を容易
にあちこちへ運ぶことができないほど重くまたかさばっ
たものにする。体重測定用の最小の重量計は、例えば数
ポンドを測定し、厚さが約１乃至３インチである。これ
は、個人が家から離れている間に自分の体重を監視する
ことができるように体重計を運搬することを困難にす
る。それは、また、（浴室のように）床面積が限られて
いる場合に、体重計を持ち上げてキャビネットに収納し
たり、壁に掛けたりすることを困難にする。
単一の点において測定を行うために荷重を機械的に移
動させるレバー機構を全く必要としない重量計を構成す
るための異なった原理は、いくつかの工業用重量計にお
いてある期間実施されてきた。それは、複数の機械的に
変形可能な要素の上に堅い板を設置すること、ストレイ
ンゲージのような力トランスデューサをそれらの要素に
接続すること、およびその板上の合計荷重を比例する測
定値を得るためにホイートストンブリッジ平衡回路にお
けるトランスデューサからの電気的信号を合計すること
を含むものである。その板上の荷重はその要素の上の全
ての荷重の和であるので、この測定はその板の上の荷重
の分布状態を同様に無視するものである。
オストレリッヒ（Ostrelich）の米国特許第4,355,692
号は、この原理に基づいて作動する工業用重量計の幾つ
かの米国特許、即ち、米国特許第4,150,729号、第3,94
9,822号、第3,966,003号及び第4,146,100号を引用して
いる。そして、オストレリッヒは、体重用小型重量計に
この原理を応用して、より一般的なストレインゲージ
トランスデューサを厚膜フィルム抵抗によって置き換え
ることにより生産コストを低減することを提案してい
る。彼は、複数の分離した各変換器の上に印加される荷
重が電気的に累計されて荷重の合計重量を検出する重量
計について記述している。彼は、体重用小型重量計への
この原理の適用が新規であるとは主張していないが、厚
膜フィルム抵抗器の適用が非常に限定された縦寸法の重
量計の生産を可能にするということを述べている。しか
しながら、オストレリッヒによって記述された実施態様
は、それらを組み込んだ体重計について厚さと重量とを
要求する。ストレインゲージのようなフィルム抵抗それ
自体は厚さが0.01インチよりも薄いが、重量計に要求さ
れるそれぞれの厚さと重量をもった他の多くの機械的及
び電気的構成要素がある。オストレリッヒによって記述
された実施態様においては、各トランスデューサは、全
荷重支持基板上に搭載されてその基板を荷重板および分
離荷重支持カバー板から分離する一対のピンによる圧力
下に置かれ、その荷重板および分離荷重支持カバー板
が、印加荷重を支持してその荷重をトランスデューサに
伝達する。これらの３枚の分離した荷重支持板および中
間の力伝達ピンは、それらを組み込んだ重量計にそれぞ
れ厚さと重量を要求する。その上、オストレリッヒの装
置は、電気回路及びLEDに電力を供給するかなり大きな
バッテリーセルを組み込むため、重量計のアセンブリー
の厚さを更に増大させる。
同様の厚さと重量の要求は、たとえば、カーコード
（Curchod）の米国特許第4,174,760号、シャーネン（Sc
haenen）の米国特許第4,043,413号、ハグズ（Hags）の
米国特許第2,910,287号、およびパドン（Paddon）他の
米国特許第4,363,368号に開示された小型重量計におい
ても遭遇する。
これらの各厚さや重量の要求は、今日までに生産され
たすべての公知の工業用、化学用および個人用の重量計
においてみられるが、重量計を、旅行中にカバンに入れ
て運ぶこと、より近くで見るために持ち上げること、床
から離してキャビネットに収納したりあるいは壁に吊り
下げることを困難にする。多くの重量計は“ポータブ
ル”であるとして公告されているが、それらは容易に動
かせるほど小さくあるいは軽いことは希である。本当な
ポータブルである重量計は、今日までに製作された重量
計よりも充分に薄くまた軽量、例えば厚さが1/4インチ
あるいはそれ未満で重さが１ポンドあるいはそれ未満で
あるべきである。
発明の要約 本当にポータブルであると同時に正確な重量計に対す
る重量及び厚さの要求は、この発明において達成され、
従来技術の欠点を克服する。
この発明の重量計は、軽量でポータブルで非常に低い
姿勢のものであり、かつ、 （ａ）実質的に平坦な上部及び下部表面を有する単一の
剛性荷重支持複合板を備え、その複合板がその上に立っ
た人体又はその上に載置される物体の重量を支持するに
適当な大きさと強さを有し； （ｂ）その荷重支持複合板が搭載される複数の支持脚を
備え、その脚が複合板の下部表面に分離して設置されて
複合板の上部表面に設置される荷重を支持し； （ｃ）各支持脚に対して配列され各支持脚に機械的に結
合され、その脚によって下側から作用する力に従って自
由に変形する機械的に変形可能な要素を含む複数の薄い
トランスデューサと、その変形を電気信号に変換する手
段と；そして （ｄ）複合板内に収容されトランスデューサに電力を供
給しトランスデューサの信号出力を累計してそれを読み
出すための、複合板内に収容された低電力消費で低い縦
姿勢の電子的手段を備える。そのトランスデューサと電
子的手段は、複合板の剛性を低下させたり、厚さを増大
させることなく、複合板内に収容される。
この発明の重量計は、正確な重量測定を提供し、十分
薄くて軽いので、小さな書類カバンあるいはカバンの中
にさえ収めて個人で容易に運ぶことができる。複合基板
は、サンドイッチ構造状に互いに堅固に張り合わされた
２枚もしくはそれ以上の層から形成され、その板の圧縮
及び引張強さをその上部及び下部表面に集中することを
可能にする。ここに述べる一実施態様において中央層
（中央心板）は、上部及び下部層の間に設けられる。こ
の中央心板は、高い引張あるいは圧縮強さに対する最小
限の必要性から主に剪断的に作用するので、非常に軽い
重量の材料あるいは構造で作ることができる。上部及び
下部層は強度をもたせるために比較的重い材料を必要と
するが、それでも非常に薄くすることができるので、重
量において同様に軽くなる。複合板のサンドイッチ構造
は、それらの層を、最も軽量で薄型の１枚板として構造
的に作用させる。その上、その組立体の剛性は、その板
の周辺近傍に設けられた複数の平たい脚で床の上にそれ
を起立させることを可能にし、荷重によって生じるたわ
みのためにその板が床に接触することはない。なおその
脚は、全体としての重量計に最低の厚さ（例えば0.2イ
ンチ）を追加するだけである。
その板の上に下向きに作用する荷重は、複数の脚によ
って、トランスデューサに対して上向きに作用し大きさ
が等しく方向が反対の力を生み出す。これは、いずれの
場合にも、床の上にその板を起立させるに必要な平たい
脚自身が荷重測定機構の一体部分として使用されること
を可能にし、さらに、独立したトランスデューサ手段に
作用する分離したトランスデューサピンや他の荷重移送
手段の必要性を除去し、更に、重量計に必要な厚みを低
減する。複合基板に埋設されたトランスデューサに脚に
よって働く上向きの荷重を測定することは、オストレリ
ッヒによって提案された多数の分離板構造にかんする必
要性をも除去し、そこでは、複数の、すなわち、荷重を
支持する２枚とトランスデューサを収容する１枚の各板
が必要とされる。
この発明の他の特徴によれば、いくつかのトランスデ
ューサの信号出力を累計する電子手段が； （ｉ）各力トランスデューサに信号を供給する信号発生
手段； （ii）信号発生手段に電源を接続するための適当な手
段； （iii）トランスデューサのホイートストンブリッジ形
態； （iv）ホイートストンブリッジの出力に接続され、その
出力を増幅するアナログ増幅器； （ｖ）前記増幅器の出力に接続されるアナログ−デジタ
ル変換器； （vi）アナログ／デジタル変換器の出力に接続される表
示駆動装置と表示装置；そして （vii）前記回路に電力を供給しうるスイッチ手段； を備え、前記電子手段がトランスデューサの累加信号
出力に対応する重量情報の表示を提供するようにしたも
のである。
この形態において、薄い力トランスデューサあるいは
ロードセルの幅広い変形を採用することが可能である。
それらは、ストレインゲージが付着した数多くのビーム
形態や、ストレインゲージが付着したダイヤフラム型変
換器や、キャパシタンス型変換器や、ピエゾ電気結晶
や、所定量のカーボンを圧縮するダイヤフラムや、オス
トレリッヒによって提案された厚膜抵抗を含んでもよ
い。
この発明のより好ましい実施態様に組み込まれる力ト
ランスデューサは、 （ｉ）複合板が上部から荷重を受けたときに脚によって
下側から作用する力に応答して上向きに自由にたわむ機
械的に変形可能なビーム；および （ii）各ビームに少なくとも１つ付着されたビームのた
わみ及びビームにかかる荷重に正比例する信号出力を提
供するように設置されたストレインゲージを備えたスト
レインゲージ手段 からなる。
トランスデューサに電力供給する回路は、非常に低電
力消費のものであり、電卓やその他において通常みられ
る“コイン”型リチウムバッテリーのような非常に薄い
バッテリーの使用を可能にする。
この発明の範囲は、上記特徴の全てを有するが、複合
板全体は厚さが1/4インチ又はそれ未満であり、脚は高
さが0.2インチよりも短く、実施態様全体の重さは１ポ
ンド未満である。
図面の簡単な説明 第１図は、この発明の厚さと重量が最小の電子パーソ
ナル重量計の好ましい態様の斜視図である。
第2A図は、第１図の重量計の端面図である。
第2B図は、第１図の重量計の底面図である。
第３図は、３層複合板を示す、第１図の重量計の分解
等角図である。
第4A図は、３層複合板を備えたこの発明の重量計の、
第2B図の４−４線による拡大部分縦断面図である。
第4B図は第4A図のトランスデューサー組立体の平面図
である。
第4C図は、第4A図のトランスデューサー組立体の切欠
き等角図である。
第4D図は、２層複合板を備えた別の態様のトランスデ
ューサー組立体の切欠き等角図である。
第５図は、この発明の重量計の電子構成部分を示す概
略図である。
好ましい態様の説明 最初に第１図、第2A図、第2B図および第３図について
説明するが、これらの図は、この発明の厚さと重量が最
小で、高さが低い電子パーソナル重量計の好ましい態様
の全体図を示している。第３図にもっともよく示されて
いるように、重量計のハウジングは、極めて薄い複数層
からなる荷重支持複合板、またはサンドイッチ構造の複
数の板で構成されている。この構成の層は、上板11、中
心の心板12および底板13で構成されている。これらの層
は、周縁ストリップによって通常視界からかくされてお
り、このストリップは、プラスチックもしくはゴムなど
の緩衝材料で作製することができ、保護および防水のた
めに、板11,12,13の外周縁に取付けられている。あるい
は、上板11は、中心の心板12と底板13との上に広がるよ
うに作製すれば、端縁14を必要としないで連続の滑らか
な表面を形成し、複合板の層を保護することができる。
うすくかつ軽く、しかも高重量のヒトのような荷重
を、明らかに曲がることなく、支持するのに充分な強度
を有する複合板は、数種の方法によって製造することが
できる。第３図に示した詳細に検討する３層のサンドイ
ッチ板の外に、第4D図に示すサンドイッチ構造の２つの
結合板、詳しくは（ｉ）高弾性率の成形された軽重量の
材料で製造され、実質的平坦な上面と、一連の淺いリブ
の配列で下方に形成された１組の空洞を有する上部板
と、（ii）第３図に示すのと類似の底板とならなる２つ
の結合板で、複合板を製造することができる。
第３図において、各板は、好ましくはほぼ長方形であ
るが、楕円形、台形などの他の形態であってもよい。こ
れらの板は、被測定物体の大きさと形態によって、種々
の大きさの平板であってもよい。ほぼ長方形の他の形態
によって、両足で立つのに必要な板の1/2の大きさの、
この発明の原理による重量計を製造することができる。
このような1/2の大きさの重量計は、１本足で立ってい
る人の重量を測定するのに用いることができる。さら
に、異なる大きさの板（１本足で立つための1/2の大き
さの板を含む）を有し、脚の数と配置が異なり、２つの
折畳むことができて、安定性を保証し、かつ重量計がヒ
ンジ領域近傍の床に接触しないようにした重量計を製造
することができる。折畳んだ場合の脚は、重量計を折畳
んだときに重量計からはみださないように板中の空洞に
はめこむことができる。
上板11は、鋼鉄、アルミニウムなどの硬質金属やプラ
スチックなどのような高弾性率、高強度および高圧縮強
力の材料製のものが好ましいが、成人が体重をはかるた
めに、重量計上に両足をおくことが充分可能なように、
硬質で大きい面を形成している。底板13は、複合板が成
人から荷重を受けた時に、張力が作用する類似の構造特
性を有する材料で作製することが好ましい。底板13は、
トランスデューサーに対するハウジングを提供し、内部
の機械部品や電気測定部品を、下方から保護する。
中央心板12は、非常に軽重量で硬質の材料（例えば、
ポリウレタンフォーム）、または高重量であるが全体重
量は軽いグリッドもしくはハニカムの構造体で、製造す
るのが好ましく、複合板がヒトから荷重を受けたときに
せん断力が作用し、トランスジューサと重量計の電子部
品を収納する種々の空洞を形成する。３層の複合板は、
接着剤で接着するのが好ましいが、リベットどめ、ねじ
止めなどまたはほかの方法で互いに結合させてもよい。
上板や中心板も、同じ材料で製造し、第4D図に示すよう
に一体物に成形してもよい。したがって該組立体のいく
つかの層は、構造上、単一の荷重支持板として作用す
る。
第１図と第３図について説明する。上板11は、その表
面のかなりの部分が、ゴム、ざらざらしたプラスチック
などの非金属材料のような触れたときに暖かく感じ、す
べらない材料製のコーティング15でおおわれ、安全に接
着された、暖かさを感じさせる非金属面が提供される。
液晶表示装置（LCD）16は、重量計の重量の目視可能の
読取り値を表示する。開口17を通じて示される表示装置
16は、保護と防水用の透明表示カバー18でカバーするの
が好ましい。
第2A図、第2B図、第３図、第4A図、第4C図および第4D
図に最もよく示されているように、複数の支持脚19が底
板13に取付けられている。これらの支持脚は、底板10の
下面に間隔をおいて配置され、下面のコーナーの近傍に
位置させるのが好ましい。脚は、底板13から0.2インチ
以上延出する必要はない。脚19は、複合板を床上に保持
するのに加えて、複合板が濡れるのを防止し、また、こ
の発明の重要な荷重移動機能と、重量計量機能を行う。
シリコーンなどのシール部22（第4A図参照）によって防
水性が与えられる。
脚19は底部が球形であるが、トランスデューサービー
ム24（以下で説明する）の中心より下の点で床と接触す
る他の多くの形態の脚でもよい。また、床をひっかかな
いように、脚の底部に硬質ゴムもしくはプラスチック
を、脚の全高さに付け加えることなしに用いることもで
きる。また重量計が厚いカーペット上で用いられる場合
脚の下に嵌合する別の部品を用いて脚を高くするとか、
または脚を、高さの高い脚と取換えることができる。
各支持脚19上に、直接、トランスデューサーもしくは
ロードセル組立体21が位置している。トランスデューサ
ー組立体21は、第３図、第4A図、第4B図、第4C図および
第4D図にもっともよく示されているが、この発明の実際
の機械的重量測定機能を行う。従来技術を越える改良点
は、トランスデューサー組立体が、それと一直線上に位
置するそれぞれの支持脚19に、機械的に直接連結されて
いることである。
好ましい態様において、各トランスデューサー組立体
21は、長孔25によって形成されるトランスデューサービ
ーム24を備えたトランスデューサー本体23で構成されて
いる。トランスデューサー本体23は、金属、高弾性率の
複合材料などの材料（例えば鋼鉄）で製造された淺い台
形もしくは円筒構造で、ほぼ平坦な上面と底面と水平リ
ップ26を備えている。
好ましい態様において、長孔25は、トランスデューサ
ー本体23全体にわたって設けられ、互いにほぼ平行であ
るが、このことは必要条件ではない。単一ビーム、一対
の横ビーム、または星形のいくつものビームを形成しう
る、いくつもの形の長孔（スロット）を作ることができ
る。また支持脚19が、下方からダイアフラムの中心に結
合されている場合、薄いダイアフラムとして作用する、
長孔の全くないトランスデューサー本体23を作製するこ
ともできる。第4B図に示すように、長孔25は両端が少し
拡大され、ビームの両端に応力が集中する領域を形成す
る。さらに、同一線上の支持脚19は、トランスデューサ
ービーム24に直接連結され、その結果、単純な、極めて
薄形の重量計構造を提供する。
各トランスデューサー組立体21は、底板13中のくぼん
だ部分13a内に嵌合される（第３図と第4A図）。各トラ
ンスデューサー本体23のリップは、底板13の下方にわず
かに延出してトランスデューサー組立体を、所定の位置
に保持する。トランスデューサー21を製造して、別個に
較正し、次いではんだ付けするか、または他の方法で最
終組立体の所定位置に結合される。この装置は、測定す
るために、トランスデューサーに力を送る極めてコンパ
クトな組立体を提供する。
各トランスデューサービーム24上に、直接、抵抗形ひ
ずみ計28と29が取付られている。中央のひずみ計28と周
縁のひずみ計29は各々ビーム上の最大ひずみ点に取付ら
れている。中央ひずみ計は、最大張力ひずみ点に位置
し、周縁ひずみ計は、曲がりうるトランスデューサービ
ーム24と、この発明の種々の部品へのトランスデューサ
ー本体の固定部分との間の“ジョイント”にまたがって
いる。例えばトランスデューサー組立体21用に底板13に
形成されたくぼみ部13aの空洞35;電池37用の空洞36;LCD
16用の空洞38;プリント配線基板（PCB）40用の部分空洞
39;集積回路42用の空洞41;およびPCB40内に入っている
他の電子部品（この部品は一般的に番号44で示す）用の
他の空洞43が示されている。
電子部品42,44およびLCD15が入っているPCB40は空洞3
9に嵌合する。好ましい態様において、すべての電子部
品は、はんだ付けられているか、または外の方法で、PC
Bに対して極めて薄い縦寸法（例えば0.030インチより小
さい）でPCBに電気的に接続される。さらに、PCBの下に
はんだのビーズをなくし、さらに電子組立体の縦寸法全
体を減少させるように、すべての部品をPCB上に表面取
付けすることができる。PCB40は、ワイヤ49を通じて着
脱可能な電池37に電気的に接続することができる。その
ワイヤは、プラスチックに結合されて薄いリボンを形成
し、重量計の構造を薄くする銅であってもよい。例えば
電池37は、コイン形のリチウム電池であってもよく、こ
れは極めてうすく、しかも、重量計の使用頻度による
が、１〜２年間部品を駆動するのに充分な電力を供給す
る。あるいは、縦寸法が一層薄いカード形電池を使用す
ることもできる。またワイヤ49の両端は、ひずみ計の導
線（図示せず）に接続される。付随ワイヤ付のPCB40
は、中央心板12の空洞に接着剤などで接着されて、比較
的がんじような構造を形成し、重量計を移動させたとき
に起こるゆれにたえて、複合板の硬質性を増大する。
PCB40、ワイヤ49および電池37の下側を、底板13がお
おっている（第３図参照）。底板は電池37取出し用の開
口45を備えている。電池コンパートメントは、底板の下
面上の防水性電池コンパートメントカバー48で下からで
カバーされる。カバー48は、ねじ止めスナップ止めまた
は摺動可能に取付てもよい。
また、追加の空洞を設け、プリント配線基板の全体も
しくは一部をカバーして、該基板を取外して修理可能に
することができる。あるいは、下方からではなく、板の
上部周縁と底部周縁とから、複合板にスライドしうるう
すいプラスチックのコンパートメント内に、電子部品を
含めて、電池とプリント配線基板を収納することができ
る。第2B図に示すように、小さな吊り下げ穴20が底板の
上端に設けられ、これによって重量計を壁に吊り下げる
ことができる。
重量測定の機械的動作を以下説明する。第4A、4B、4C
及び4D図に示されるように、重量が上板11にかかると、
荷重はトランスデューサ組立体21を介して支持脚19に伝
わる。この重量に等しくかつ逆向けの力が脚19によって
トランスデューサ24側へ伝わる。これにより、各々のビ
ーム24が上方へずれる。荷重を取除くと、高い弾性率を
有するトランスデューサビームが、トランスデューサー
本体23の上面と段差のない元の平らな位置に戻る。
支持脚によって、上方に働く力の合計は、重量が複合
板の上に不均一に分散したとしても、上方から下方へ押
圧する重量と等しくなければならない。この重量値を知
るためには、４つのビーム24に働く上方への力の値を知
らなければならない。これらの力は、ビームの中央と末
端で歪みを生じ、これは中央で下から垂直に働く力に比
例する。
トランスデューサビーム24の上方へのずれは、歪ゲー
ジが同様が上方にずれるため、中央歪ゲージ28に張力を
与え、末端歪ゲージ29に圧縮力を与える。これにより歪
ゲージの電気抵抗が変化し、歪ゲージに与えられる電圧
差を、歪ゲージの歪に正比例するように変化させ、ゲー
ジを通ずる電流を変化させる。これらの歪ゲージは、同
じタイプのものだから、反対符号ではあるが、同じ電圧
差を生じる。これにより、１つの歪ゲージについてのほ
ぼ倍の電圧差が生じ、各々のトランスデューサの感度が
倍増する。反対符号の信号を発する２つのゲージを有し
ているため、歪ゲージへの温度の影響もキャンセルさ
れ、熱絶縁を必要とするオストレリッヒ（Ostrelich）
に開示されたような従来の重量計に比して明らかに有利
である。
この発明の電気回路について、第５図は、いくらかの
歪ゲージ28,29からの信号出力を、重量計の荷重のデジ
タル読出出力に変換するための構成配列の概要を示す。
電気的動作において、歪ゲージはホイートストーンブリ
ッジ構造内に配列されており、それにより、すべての歪
ゲージの電圧差は共に合計され、この合計は、上板11上
への合計荷重に比例する。この電圧差の合計により、ア
ナログ信号がこの信号を液晶（LCD）表示装置16を駆動
するデジタル信号に変換する集積回路（IC）42、へ供給
される。電圧差の合計は、表示装置の数字が、要求され
るポンド又はキログラムで示される重量に実際に相当す
るように、適宜スケールアップ又はスケールダウンされ
てもよい。
第５図において、中央歪ゲージ28は抵抗体50〜53とし
て、末端歪ゲージ29は抵抗体54〜57として模式的に示さ
れ、これらは２つのブリッジ内に並列接続されて電気的
に単一ブリッジとして働く。各々の歪ゲージは、例えば
350オームの抵抗を有している。複合板へ荷重を与える
ために、ホイートストーンブリッジの出力側の全抵抗は
各々の歪みゲージの抵抗が変化しても一定であり、これ
により重量計への重量の不均一な載置にもかかわらず、
重量読取り値が安定化し正確となる。
高抵抗並列回路（抵抗体57〜60）は、無荷重でのブリ
ッジ装置の不整合をキャンセルするためのゼロバランス
用に用いられている。ブリッジの向かい合う枝（leg）
は、荷重が付与された時に最も高い感度を与えるため
に、圧縮下に置かれる（抵抗は減少）歪ゲージ29と、張
力下に置かれる（抵抗は増加）歪ゲージ28に各々接続さ
れている。
このブリッジは、バッテリーが有効な間に、較正され
た出力を維持すべく1.2Vに調整された電源（バッテリ37
を備えたようなもの）によって電圧印加される。バッテ
リー37は、３ボルト、250ミリアンペア型のものであっ
てもよい。
ホイートストーンブリッジの出力側信号は、増幅器61
によって増幅され、フィルターを通り、次いで、集積回
路42内に含まれたアナログ−デジタル（A/D）変換器に
よってデジタル形態に変換される。集積回路42は、LCD
ディスプレイ16に接続されており、ブリッジ機能をも駆
動させる。普通のスイッチ85は、重量計を使用しようと
する際に電流を回路要素に流すための瞬間「オン」スイ
ッチである。これは構造の厚みを最小化するために、例
えばメンブランスイッチからなるものであってもよい。
ホイートストーンブリッジの出力側の差圧信号は、表
示装置16をマイクロボルト／ポンドにするために較正さ
れている。増幅器61は、例えば、LM363D精密計測増幅器
からなっていてもよく、これは100の固定ゲイン及び非
常に低いオフセット電圧ドリフトを有するように接続さ
れている。フィルター回路網（素子63−70）は、電気的
ノイズを除くために増幅器61の入力側に配置されてい
る。オフセット電圧調整回路網（素子71−75）は、この
影響によるいずれの出力をも補償する。ゲイン制御ポン
テンショメータ76は、スパン較正器として機能し、ポン
ド又はキログラムの尺度に較正するのに用いることがで
きる。
次いで、電圧が、他のフィルター回路網（素子77−8
5）を介して、41/2デジット、単一チップA/D変換器（IC
L7129）を備えたIC42に供給され、この変換器は入力電
圧を、LCDのための、正確度が0.05％より良好な値に変
換する。集積回路42は、表示装置16を駆動させるに必要
な駆動回路要素も備えている。
外部電圧参照ダイオード87（ICL8069）及び付属素子8
8−90は、バッテリー37からの調整電圧でブリッジ及びI
Cに電圧を印加するのに用いられる。
好ましい態様において、表示装置16は、最小の駆動電
流を要するLCD型のものである。これはIC42からのコン
トロールライン毎に３つの素子に電圧を印加させる三組
型（triplex）構成であってもよい。抵抗体60は、ゼロ
調整に用いることができる。抵抗体76はスパン調整（す
なわち、ポンド又はキログラムのような異なる重量測定
単位の表示調整）に用いることができる。素子91−96に
より回路が完成される。回路全体は、駆動中にバッテリ
ーから５ミリアンペア未満の電流を引き入れる。
好ましい実施態様における電気素子の表示値は以下の
通りである。
ここで述べた電気回路は、歪ゲージの信号出力を合計
し、複合板への総重量に比例する信号を生み出すように
働き、この信号は、次に、表示装置を駆動して重量の読
取り数値を与えるべく、単純化及びデジタル化される。
上記で述べた電気回路要素は、この発明の重量計を駆
動するための好ましい構成である。物理的変更や重量計
の駆動モードにおける変更を必要とすることなく、多く
の付加的な電気的特徴を重量計に導入することができ
る。これらには、自動ゼロ調整用回路；重量計をピック
アップして表示装置をより近接して見ることを可能にす
べく、人が踏んだ後又は対象物を取除いた後に数秒間表
示を固定するための回路；人が触れるか又は踏んだ時に
自動的に重量計のスイッチを入れるための回路；又は人
が何かを持ちながら（例えば、スーツケース）、これら
の個々の重量を最初に相殺（zeroing out）することに
よりそのものを秤量する（例えば、品物をまず別個に秤
量し、ボタンを押し、次いで対象物を保持して再びこれ
らを秤量する）ための回路のような付加的回路が含まれ
る。同様に、例えば、暗い部屋での読取りを容易にする
ために低消費電流のエレクトロルミネセントフィルムや
他の発光素子で下から表示装置を照らすことができる。
また、表示装置及び電気制御部を、電離区画化された複
合板から分離し、ワイヤ又はリモートコントロールで複
合板に接続することも可能である。
添付した請求の範囲に定義づけられるこの発明の新し
い概念範囲から外れない限り、他の多くの修正及び変更
を行ってもよいことは明らかである。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）ほぼ平坦な上面と下面を有し、その
    上に立っているヒトもしくはのっている物体の重量を支
    持するのに適切な大きさと強度とを有する単一で硬質の
    荷重支持複合板と； （ｂ）複合板に取付けてその下面に間隔をおいて設けら
    れ、複合板の上面におかれた荷重を支持する、複数の荷
    重支持脚と； （ｃ）機械的に変形可能な部品と、その変形を電気信号
    に変換する手段とを備え、それぞれの支持脚と一直線に
    配列され、それに機械的に連結され、下から脚によって
    加えられた力を受けた時に自由に変形する複数の薄いト
    ランスデューサーと； （ｄ）トランスデューサーを駆動させ、トランスデュー
    サーの信号出力を合計してその読取り値を与え、複合板
    内に収納された低電力消費で高さの低い電子手段と； からなる薄くて軽量の携帯用電子重量計。
  2. 【請求項２】複合板が、サンドイッチ構造の３つの結合
    された層からなり、その層が、 （ｉ）上部の薄い高弾性率の層と； （ii）中間の薄い軽量の層と； （iii）下部の薄い高弾性率の層と； からなり、中間層と下層が、トランスデューサーと電子
    手段を受け入れて、しっかりと収納する複数の空洞とく
    ぼみを形成する。請求項１の重量計。
  3. 【請求項３】複合板がサンドイッチ構造の２つの結合さ
    れた層からなり、その層が、 （ｉ）ほぼ平坦な上面と、下部に淺いリブの配列を備え
    た、高弾性率で軽重量の成形材料製の上部の薄い層と； （ii）高弾性率の下部の薄い層と； からなり、上記の上層と下層とが、トランスデューサー
    と電子手段を受け入れてしっかりと収納する複数の空洞
    とくぼみを形成する請求項１の重量計。
  4. 【請求項４】トランスデューサーが、 （ａ）複合板が上ら荷重がかかった時に、下から脚によ
    って加えられる力に応答して上方に自由に曲がり、複合
    板に結合された薄板または複合体の一体部分に切り抜か
    れた長孔によって形成される、機械的に変形可能なビー
    ムと； （ｂ）ビームに結合されて、ビームの曲がりとビームに
    かかる荷重に正比例する信号出力を与えるよう位置して
    いる少なくともひとつのひずみ計からなるひずみ計手段
    と； からなる請求項１の重量計。
  5. 【請求項５】各トランスデューサービームに、２つのひ
    ずみ計が取付けられ、両者が、複合板上に押圧される重
    量に応答して上方に曲がるときに一方が圧縮され、他方
    が伸長される位置にある請求項４の重量計。
  6. 【請求項６】一方のひずみ計がトランスデューサービー
    ムの中央に取付けられ、他方のひずみ計がトランスデュ
    ーサービームの周縁に取付けられている請求項４の重量
    計。
  7. 【請求項７】電子手段が、 （ｉ）信号を各ひずみ計に供給する発信手段と； （ii）電力源を発信手段に接続するのに適した手段と； （iii）ひずみ計を接続してホイートストンブリッジを
    形成する手段と； （iv）ホイートストンブリッジの出力に接続され、その
    出力を増幅するアナログ増幅器と； （ｖ）増幅器の出力に接続されたアナログ／デジタル変
    換器と； （vi）アナログ／デジタル変換器の出力に連結された表
    示駆動装置と表示装置と； （vii）電流を回路に流すことができる切換え手段と； からなり、電子回路が作動して、ひずみ計の選択的信号
    出力に反比例する重量情報を表示する請求項１の重量
    計。
  8. 【請求項８】さらに、複合板のコーナー近傍に配列され
    た４つの支持脚を備え、支持脚と一直線に配列された４
    つのトランスデューサーを有する請求項１の重量計。
  9. 【請求項９】（ａ）サンドイッチ形の３つの結合された
    層からなり、その層が （ｉ）上部の薄い高弾性率の層と、 （ii）中間の薄い軽重量の層と、 （iii）下部の薄い高弾性率の層と、 からなり、その中間層と下層が、機械的および電気的の
    測定手段を内部に受け入れる複数の空洞とくぼみとを形
    成する単一の荷重支持複合板と； （ｂ）複合板に間隔をおいてその下層の底面のくぼみの
    受け入れられ、上方に自由に曲がる機械的に変形可能な
    ビームを形成する２つのほぼ平行な長孔を各々有する複
    数のトランスデューサーと； （ｃ）荷重支持複合板を支持し、それぞれのトランスデ
    ューサーと一直線に配列された複数の淺い荷重支持脚で
    あって、トランスデューサービームの中央に下から取付
    けられて支えられ、支持脚によってトランスデューサー
    ビームに与えられる全上方力が複合板への全荷重に等し
    いように配列された上記支持脚と； （ｄ）それぞれトランスデューサービームの選択された
    位置に取付けられた、各トランスデューサー当り少なく
    とも２つの複数の抵抗形ひずみ計であって、電流に暴露
    された時に、荷重支持複合板への荷重の一部に対する隣
    接支持脚の反応によって生じる、トランスデューサービ
    ームの上方への曲がりに比例する電圧差を生成する上記
    ひずみ計と； （ｅ）５ミリアンペアより小さい電力を消費し、複合板
    内に形成された少なくともひとつの空洞に収納され、 （ｉ）直流電源を受ける手段と、 （ii）全ひずみ計によって成形される全電圧差を測定す
    るために、ホイートストンブリッジ配列内のひずみ計を
    接続する手段（かような電圧差は、荷重支持複合板上に
    加えられた荷重に比例する）と、 （iii）ホイートストンブリッジによって生成された信
    号を受信して増幅する増幅回路と、 （iv）増幅されたアナログ信号を、デイジタル信号に変
    換して、表示装置を駆動する集積回路アナログ／デイジ
    タル変換器と、 （ｖ）アナログ／デイジタル変換器の出力に連結された
    表示装置と、 （vi）表示数字を電子的に調節して重量測定の異なる単
    位を示す手段と、 （vii）回路に電流を流すことができる切換え手段と、
    からなる電子回路と； からなる薄くて軽量の電子式床重量計。
  10. 【請求項１０】（ａ）サンドイッチ形の２つの結合され
    た層からなり、その層が、 （ｉ）ほぼ平坦な上面と、下部に淺いリブの配列を備え
    た、高弾性率で軽重量の成形された材料製の上部の薄い
    層と、 （ii）高弾性率の下部の薄い層と、 からなり、上記の上層と下層とがトランスデューサーと
    電子手段を受け入れてしっかりと収納する複数の空洞と
    くぼみを形成する単一の荷重支持複合板と； （ｂ）複合板に間隔をおいて、その下層の底面のくぼみ
    に受け入れられ、上方に自由に曲がる機械的に変形可能
    なビームを形成するほぼ平行の２つの長孔を有する複数
    のトランスデューサと； （ｃ）荷重支持複合板を支持し、それぞれのトランスデ
    ューサーと一直線に配列された複数の淺い荷重支持脚で
    あって、トランスデューサービームの中央に下から取付
    けられて支えられ、支持脚によってトランスデューサー
    ビームに与えられる全上方力が複合板にかかる全荷重に
    等しいように配置された上記支持脚と； （ｄ）それぞれトランスデューサービームの選択された
    位置に取付けられた、各トランスデューサー当りすくな
    くとも２つの、複数の抵抗形ひずみ計であって、電流に
    暴露された時に、荷重支持複合板への荷重の一部に対す
    る隣接支持脚の反応によって生ずる、トランスデューサ
    ービームの上方への曲がりに比例する電圧差を生成する
    上記ひずみ計と； （ｅ）５ミリアンペアより小さい電力を消費し、複合板
    内に形成された少なくともひとつの空洞に収納され、 （ｉ）直流電流を受ける手段と、 （ii）全ひずみ計によって生成される全電圧差を測定す
    るためにホイートストンブリッジ配列内のひずみ計を接
    続する手段（かような電圧差は荷重支持複合板上に加え
    られた荷重に比例する）と、 （iii）ホイートストンブリッジによって生成された信
    号を受信して増幅する増幅回路と、 （iv）増幅されたアナログ信号をデイジタル信号に変換
    して、表示装置を駆動する集積回路アナログ／デイジタ
    ル変換器と、 （vi）表示数字を電子的に調節して重量測定の異なる単
    位を示す手段と、 （vii）電流を回路に流すのことができる切換え手段
    と、からなる電子回路と； からなる薄くて軽重量の電子式床重量計。
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