JP2695291B2 - ロードセル - Google Patents

ロードセル

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JP2695291B2
JP2695291B2 JP5517411A JP51741193A JP2695291B2 JP 2695291 B2 JP2695291 B2 JP 2695291B2 JP 5517411 A JP5517411 A JP 5517411A JP 51741193 A JP51741193 A JP 51741193A JP 2695291 B2 JP2695291 B2 JP 2695291B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、力の測定のためのロードセルに関する。
より詳しくは、この発明は、力を計算又は評価の点に送
られる電気信号に変換することにより、例えば力、加速
度、又は圧力などの手段によって生成されたひずみ又は
ストレスを生じさせる力の測定のためのロードセルに関
する。この装置は、例えば、結果的にモジュラス、ヒス
テリシス、又は擬弾性材料の特性に影響を与える経年劣
化、温度及び湿度における変化によって生成されるもの
などの環境における干渉物に対して耐えるように設けら
れる。
発明の背景 複数の荷重測定装置や複数のロードセルは、当該技術
分野において知られている。例えば、ガロ（Gallo）の
米国特許第4,043,190号は、質量又は力を測定するため
のメータを開示しており、ここで、検出された変位は間
接的に、２本の横方向に振動して電気的に励起される複
数のひも又は糸（string）に対して作用する。セット
（Sette）ほかの米国特許第4,170,270号は、変形を測定
するために用いられるロードセルの過荷重を防止するた
めの装置を開示している。ブラベルト（Blawert）ほか
の米国特許第4,237,988号は同様に、精密なスケールの
ための過荷重防止装置を開示している。パロス（Paro
s）の米国特許第4,384,495号は、外部の力に応答して共
振器の対称的な荷重を確立するために、ダブルバー共振
器のための装着構造を開示している。
さらに、ストリータ（Streater）ほかの米国特許第3,
712,395号は、２個の差動的に荷重が印加される振動部
材を含む重量検出セルを開示している。スズキ（Suzuk
i）ほかの米国特許第4,196,784号は、内部のロードセル
を有する重量測定スケールを開示している。英国特許第
1,322,871号は、電子回路によって横方向の振動の状態
に励起される予め張られたひも又は糸を有する力測定装
置を開示している。ガロ（Gallo）の米国特許第4,300,6
48号はまた、ある平行な平面において設けられた２本の
スプリングを備えて、質量と力を検出するためのメータ
を開示している。プルバリ（Pulvari）の米国特許第3,2
74,828号は、複数の圧電振動子に基づいた力センサを開
示している。
また、リード（Reid）ほかの米国特許第3,366,191号
は、ブリッジ回路に依存する重量測定装置を開示してい
る。ノリス（Norris）の米国特許第3,479,536号は、圧
縮力及び引っ張り力をその長さに沿って受けるために設
けられた圧電振動ビームである圧電力トランスジューサ
を開示している。アガール（Agar）の米国特許第3,529,
470号は、電気的な帰還による共通の共振周波数で横方
向の振動の中で保持されるべき２本のバーを有する複合
の支柱（コンポジットストラット）を有する力トランス
ジューサを開示しており、ここで、振動の周波数は、当
該複合の支柱に印加される力を示す。コルベット（Corb
ett）の米国特許第3,541,849号は、振動する水晶のトラ
ンスジューサを開示している。ワイアース（Wirth）ほ
かの米国特許第3,621,713号は、ある荷重によってスト
レスが印加されたときに周波数の変動を示す質量と力を
測定するための器具を開示している。
サナー（Saner）の米国特許第3,724,572号と、バン・
デ・バルト（Van de Vaart）ほかの米国特許第3,853,49
7号と、メルキール（Melcher）ほかの米国特許第3,885,
427号と、パエリアン（Paelian）の米国特許第3,915,24
8号はすべて、複数の周波数検出素子に送られる力又は
質量によって機能する重量測定装置を開示している。マ
イヤー（Meier）の米国特許第3,963,082号と、ワイアー
ス（Wirth）ほかの米国特許第4,088,014号と、ヤコブソ
ン（Jacobson）の米国特許第4,143,727号と、エビンゲ
（Ebbinge）の米国特許第4,179,004号はすべて、力検出
ロードセルを開示している。
最後に、イーア・ニッセ（Eer Nisse）の米国特許第
4,215,570号は両頭型同調フォークの形状を有する小型
の水晶振動子トランスジューサを開示している。チェッ
ク（Check）ほかの米国特許第4,239,088号は、振動する
出力の周期が測定すべき重量の関数として変動する振動
出力を提供する、重量から周期への変換のトランスジュ
ーサを有するスケールを開示している。ウエダ（Ueda）
ほかの米国特許第4,299,122号は、互いに平行な１対の
平面形状の振動ピースを有するバイブレータに基づいた
力トランスジューサを開示している。パロス（Paros）
ほかの米国特許第4,321,500号は、縦方向のアイソレー
ションシステム（longitudinal isolation system）を
開示している。イーア・ニッセ（Eer Nisse）ほかの米
国特許第4,372,173号は、それらの両端で両頭型同調フ
ォーク装置を有して結合された１対の細長い一般に平行
なバーを含む振動子トランスジューサを開示している。
最近では、水晶の両頭型同調フォークは、張力が荷重
が印加された構造の動きに対して抵抗し、もしくは張力
が荷重が印加された構造内のひずみによって生成された
部分の環境における力センサとして用いられる。力を検
出する水晶に印加された力が印加された荷重の一部分で
ある、てこを用いるシステムや平行なガイド構造が用い
られてきた。共振の両頭型水晶同調フォークにおいて適
当な周波数変化を生じさせるために必要な力は大きいこ
とが必要とされないので、力を検出する水晶は一般的に
小さい。
しかしながら、荷重が印加される構造は、所望されな
い横方向の変形の効果に対して抵抗するために大きくて
重いものである必要がある。力を検出する水晶とその接
着された継ぎ目は張力が水晶に印加されたときに変形す
るので、平行な曲げビーム又は曲げの支点として動作す
るこれらの構造の柔軟性のある部分はいくらかの荷重を
受けていた。
従来技術のロードセルは、出力の安定化のために、あ
る温度及び時間にわたって、荷重が印加される構造と接
着の継ぎ目の安定化に依存していた。例えば、アルバー
ト（Albert）の米国特許第4,838,369号は、発生される
信号と検出される力との間に線形関係を提供するための
ロードセルを開示している。アルバートは、不適当なゼ
ロ点の戻りや不十分なセルの精密度をもたらす摩擦の継
ぎ目を生成する、ロードセルのフレームへの螺子による
取り付けのための特別な水晶の設計法を用いる。アルバ
ートは、干渉が荷重の位置を変化させることに対して抵
抗するために、縦方向に堅固な構造によっている。アル
バートのロードセルは、ストレスが印加されたときにロ
ードセルに対して消費される力がネジの継ぎ目内の仕事
量又はエネルギーの損失をもたらすように設計される。
そして、この現象は、不適当なゼロ戻りや精度の低下を
もたらす。
アルバートは、同様に、材料の無ひずみの検出設計
と、クリープとヒステリシスの減少又は相殺に注意をは
らっておらず、アルバートは、材料や温度の効果を真に
打ち消すロードセルを提供することができない。
一般的には、これらの装置における材料の経年劣化は
しばしば、較正後の長期間の性能を低下させていた。さ
らに、これらの装置は、擬弾性クリープと歪みヒステリ
シスがそれらの設計において補償されている度合いによ
る解法に限定されていた。水晶の曲げの継ぎ目はしばし
ば、それら自身が出会うクリープやヒステリシスを有す
る荷重が印加された構造によって生じるクリープやヒス
テリシスをしばしば補償するであろう。複数の水晶が例
えばエポキシ樹脂などの接着剤を用いて接着されたとき
に、基板と水晶との間の差の膨張と、硬化中のエポキシ
樹脂の収縮のために、複数のストレスが接着の継ぎ目や
水晶に印加される。
さらには、これらのストレスが時間経過で緩和される
につれて、接着された継ぎ目の特性は、接着剤の非線形
のストレス−ひずみ曲線のために変化した。このこと
は、ロードセルに対して、接着の継ぎ目のストレスが緩
和されるまである時間にわたって、余分なゼロや間隔の
シフトを生じさせていた。水晶と構造の材料との間の差
動的な膨張は、力センサに対して、印加荷重と同様に、
温度による出力変化を生じさせる。
その結果、セルが設置された環境によって生成される
ストレスによるセルの複数の素子において生じる。弾性
係数、擬弾性クリープ、及びひずみヒステリシスにおけ
る変化を補償する必要性がロードセルに対して存在す
る。
発明の概要 本発明によれば、基板と、上記基板に取り付けられた
荷重受け部材と、上記基板に取り付けられかつ上記荷重
受け部材に対して少なくとも１つの平面において平行で
あり上記荷重受け部材から所定の間隔だけ離れて設けら
れキャパシティ（capacity）又は空間的な容積を支持
（又は保持）するための手段と、力を検出するための手
段とを備え、上記力を検出するための手段は、上記荷重
受け部材と上記キャパシティ保持手段との間に取り付け
られた、力検出ロードセルが提供される。この荷重受け
部材は、スプリングとして機能する。１つのスプリング
は、ある力がスプリングの移動可能な部分に対して作用
するときの変形によってエネルギーを蓄積し、ある距離
だけ移動する力を提供することによって蓄積されたエネ
ルギーを戻すことによって動作する素子である。
本発明の別の態様によれば、上壁と下壁と第１と第２
の側壁とによって画成された内部の開口を有する３次元
構造体と、上記３次元構造体の内部の開口内の少なくと
も１つの壁に取り付けられた基板と、上記基板に取り付
けられた荷重受け部材と、上記基板に取り付けられかつ
上記荷重受け部材に対して少なくとも１つの平面が平行
であり上記荷重受け部材から所定の間隔だけ離れて設け
られキャパシティを保持するための手段と、力を検出す
るための手段とを備え、上記力を検出するための手段
は、上記荷重受け部材と上記キャパシティ保持手段との
間に取り付けられた、力検出ロードセルが提供される。
別の実施例は、任意の数の荷重受け部材間に取り付けら
れた１つ以上の力を検出する手段を備えてもよい。
本発明の別の態様によれば、力を検出するための第１
と第２の電気素子と、基板と、上記基板に取り付けられ
た２つの電気素子を構造的に支持しかつロードセルに対
してストレスが印加されたとき上記第１と第２の電気素
子に対して等振幅であるが反対の影響を及ぼすための手
段とを備えた、力検出ロードセルが提供される。力を印
加することによって上記ロードセルに対してストレスを
印加するとき、独立な信号処理は、上記第１と第２の電
気素子に対して、差動的なモード信号から分離して独立
なモード信号を生成させる。
本発明の１つの好ましい態様によれば、上壁と下壁と
によって画成されかつ第１と第２の側壁によって結合さ
れた１つの開口を有する３次元構造体と、複数の開口壁
の少なくとも１つに取り付けられた上記開口内に位置す
る基板と、第１のキャパシティ保持カンチレバービーム
とを備え、上記第１のキャパシティ保持カンチレバービ
ームは上記基板に取り付けられかつ上記３次元構造体の
開口の平面内で延在し、上記基板に取り付けられかつま
た上記３次元構造体の開口内に延在する第２の平行なキ
ャパシティ保持カンチレバービームと、上記第１のキャ
パシティ保持カンチレバービームと上記第２のキャパシ
ティ保持カンチレバービームとの間の中間に上記基板に
取り付けられた荷重ビームと、上記第１のキャパシティ
保持カンチレバービームと上記荷重ビームとの間に取り
付けられた第１の電気センサと、上記荷重ビームと上記
第２のキャパシティ保持カンチレバービームとの間に取
り付けられた第２の電気センサとを備えた、力検出ロー
ドセルが提供される。ある力が印加されて上記ロードセ
ルに対してストレスが印加されたときに、上記第１と第
２の電気センサの独立な信号処理は、差動的なモード信
号と分離された独立なモード信号を生成する。
本発明は、所望されない情報からと、複数の荷重の力
の位置の変動をもたらす外乱から高度に分離された複数
の出力信号を得ることができる力検出ロードセルを提供
する。上記力検出ロードセルは、減少された擬弾性クリ
ープ効果と静的なひずみヒステリシス効果とを表示す
る。上記力検出セルの設計は、上記セルに対して高めら
れた温度でのアッセンブリにおいて、ゼロに対する温度
と、スパンと、予め印加されたストレスによって減少さ
れた効果を表示させることを可能にする。
好ましくは、当該構造は等方性金属からモノリシック
で機械加工されて形成され、それ故、弾性係数はほとん
ど等しくなり、もし水晶−接着剤システムが上記水晶と
直列に設けられるセルの種々の素子に相対的に非常に堅
いものならば、弾性係数の効果はほとんど相殺される。
このことは、上記ロードセルは、使用される材料の制限
内で設計されるならば、同一の性能に近づいた性能を有
して、かなり良好に作用する弾性係数を有する任意の道
理にかなって適当に同等の構造の材料から機械加工され
てもよいことを意味する。
擬弾性クリープ効果と、静的なヒステリシス効果と、
弾性係数の温度感度効果と、上記力検出水晶に印加され
た力に対して荷重をゼロに戻す読取効果とはすべて、こ
れらの効果の共通性によって相殺される傾向にある。例
えば、もし水晶に対して影響を与えるのと同様に、力に
対して抵抗するロードセル素子が擬弾性クリープを有す
る必要があるならば、出力は一般に、時間経過につれて
増大するであろう。しかしながら、本発明においては、
上記水晶に直列に設けられたセル素子は擬弾性クリープ
を有し、当該出力を減少させ、そして、上記水晶に印加
される力に対する擬弾性クリープ効果を相殺させるであ
ろう。
上記水晶によって荷重が印加されたスプリングは水晶
と構造の材料との間の差動的な膨張に対して相対的に大
きな変形を有するので、ゼロシフトは減少される。もし
反対に荷重が印加された第２の水晶は、上記第１の水晶
と物理的に一致するそれによって荷重が印加された第２
のスプリングを有する同一のモノリシック構造において
用いられるならば、ゼロシフトは相殺されて、その出力
は第１の水晶の出力から減算される。
平行なスプリングシステムと直列のスプリングシステ
ムの両方の弾性係数は温度に対してきわめてほとんど同
一の感度を有するので、スパンシフトは減少され、複数
の平行なスプリングが印加された荷重のもとで変形され
るときに、上記直列のスプリングにおける反作用的な力
は減少される。
高められた温度による硬化の予め印加されるストレス
の緩和による経年劣化はゼロに減少される。なぜなら
ば、水晶と構造的な材料との間の差動的な膨張による初
期のゼロシフトが直列のスプリングの変形に対して相対
的に小さいので、緩和によるその動きは小さくなり、も
し接着継ぎ目が一致しているならば、温度に関してゼロ
シフトは第２の水晶とスプリングと同様となり、相殺さ
れるからである。
上記接着継ぎ目の荷重のもとでの変形が直列のスプリ
ングの変形と相対的に非常に小さいので、経年劣化はま
たスパンに対して減少される。従って、高められた温度
の硬化による予め印加されたストレスの緩和のための接
着剤における弾性係数の変化は非常に小さい効果を有す
る。
荷重の効果に関しては、印加された荷重によって付勢
された平行なスプリングのある時間にわたっての連続的
な動きは、スプリングの構造の等方性の作用による上記
直接のスプリングにおける反作用的な緩和によってほと
んど相殺されるので、擬弾性クリープは減少される。
さらに、静的なひずみヒステリシスは平行であって直
列のスプリングにおける動きの抵抗がそれらの等方性の
作用によるものと同一であるので減少される。
荷重の除去後のゼロへの戻りは、ヒステリシスと同様
に影響を受ける。荷重の位置に対するスパン感度は、ロ
ードセルの中心から離れていずれかの端部に向かって付
勢されるときの平行なスプリングの剪断的に引き起こし
た曲げの原理によって減少される。スパン感度はまた、
上部と下部の横方向のたわみ、外側の構造における水平
方向に曲げられた平行四辺形の素子と相対的に、容易に
横方向に曲げられるので、スパン感度はまた減少され
る。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の好ましい一実施例のロードセルの斜
視図である。
図２は、図１に図示されたロードセルの側面図であ
る。
図３は、ライン３−３にける沿って図示された、図２
のロードセルの上から見た断面図である。
図４は、本発明の変形例のロードセルの斜視図であ
る。
図５は、本発明の別の変形例のロードセルの斜視図で
ある。
実施例 図面にもどって、各図面における同じ番号は同じ部分
を示している。図１には力検出ロードセル20が示されて
いる。ロードセルは一般に３次元の構造を持ち、第一側
壁24Aおよび第二側壁24Bと連結している上壁26および下
壁28によって規定される開口を有している。セル20は一
般的に、開口10の中に位置するとともに、開口壁の少な
くとも一個所の壁に固定された基板40を含んでいる。基
板には第一のキャパシティ保持カンチレバービーム42A
が固定されている。この第１のキャパシティ保持カンチ
レバービーム42Aは３次元構造の開口10の面の中に伸長
されている。同様に第２のキャパシティ保持カンチレバ
ービーム42Bは第１のキャパシティ保持カンチレバービ
ーム42Aから離れて、かつ平行に位置している。この第
１および第２のカンチレバービーム42Aおよび42Bの間
に、荷重ビーム45がまた基板に固定されている。二つの
センサーが本発明の実施例における種々のビームに固定
されている。第１のセンサーは第１のキャパシティ保持
カンチレバービーム42Aと荷重ビーム45の間に固定され
ている。また、第２のセンサーは荷重ビーム45と第２の
キャパシティ保持カンチレバービーム42Bの間に固定さ
れている。
本発明のロードセルの最も簡単な実施例にもどり、図
５は一般に基板40を服ねロードセルを示している。この
図５は本発明の全ての部品の規格的な配置を示してい
る。このロードセル基板40は、本発明の特定の実施例に
従って、検知されるべき荷重から、重量、力もしくは他
の変位を受取るためのベースを供与するものである。他
の機能の中で、基板は分析されるべき力を受取るための
平板もしくは表面としての機能をはたす。
一般に、基板40は弾力性が保持される限りでは、種々
のデザインもしくは材料を用いることができる。基板は
たわみの力を持たねばならない。基板によって検知され
た力を基板の中に接続された平行のビーム42および45の
変位の方に送ることができる。この変位を通じて、平行
ビームは最終的に応力と歪を二つの平行ビームの間に吊
された検知手段に分配している。基板は均一な等方性の
メタルからできていることが好ましい。ロードセルは単
一の、もしくは単体の構造として定められている。基板
および平行ビーム構造は一個の連続的な単位として成形
される。これはいろいろな手段、例えば機械加工、ミリ
ング、イオンカッティングあるいは当業者において知ら
れた他の手段を用いて実現できる。ロードセルは各ミリ
ングの後に歪が解消されていることが好ましい。本発明
のさらに好ましい実施例においては（図１）、ロードセ
ルは対称的に、かつビームのばね常数を一致させるよう
に機械加工されることが好ましい。このため、複数のセ
ンサ素子の応答性をできるだけ均一にすることが大事で
ある。さらに、ロードセルはミリングされ、ロードセル
に応力を加えてストレスを解消し、応答性を測定する。
そして均一な応答性を得るために歪んだセルから余分の
材料を取り除く。
好ましい組成はメタル、例えば純メタルおよび合金を
含む。メタルとしてはアルミニウムおよびその合金、た
とえば2024−T3,7075−T6および1100;銅および銅合金、
たとえばASTM B147,ASTM B145およびASTM B146;亜鉛お
よび亜鉛合金、たとえばASTM A40AおよびASTM AC41A;そ
の他、セルによって検知されるべき力に応答性がよく
て、軽い構造を与えることが可能な他のいかなるメタル
を用いることができる。最良のメタルはアルミニウムお
よびその酸化物が本発明のロードセルを形成するのに用
いられる。しかし、生産性の良いほとんどの構造材を用
いることができる。
ロードセルは弾力性、温度応答性、膨張力が均一な材
料を作るポリマから作ることができる。プラスチックと
してはポリアミド，ポリアミド−イミド，ポリビニール
塩化物、ポリエチレン、プロピレン，ポリカーボネィ
ト，アミノ可塑材としてはメラミン樹脂，キャストエポ
キシ樹脂，キャストエポキシィ樹脂，キャストアクリ
ル，キャスト弗素樹脂，フェノール，ポリアクリル窒化
物，キャストポリウタン，キャストポリエステルもしく
はポリオレフィン；合成または天然ゴムポリマーおよび
その共重合体、たとえばシリコンポリマ；シリコン酸化
物のようなセラミック，セルローズ製品；またはこれら
の物質の種々の混合物等が利用できる。
この基板40の最も簡単な実施例は図５に見られるよう
に、平行ビーム42および45が組みこまれる剛体のような
ものである。図４に見られる他の例としては、基板40は
荷重受け部材の位置づけのためのマウント板、もしくは
キャパシティ保持体42の中の荷重ビーム45のようなもの
である。この終点において、基板は荷重ビーム45および
キャパシティ保持ビーム42を少なくとも一つの平面の中
に互に平行になるように位置付けするために有効であ
る。図５に示されている。
図４のロードセルに適用されているように、基板40は
ロードセル構造20の開口10の中にキャパシティ保持ビー
ム42および荷重ビーム45を位置づけるために用いられて
いる。より限定すれば、基板40は一般に延長して、ロー
ドセル開口10を形成する内部壁28に接触する。本質的な
ものではないが、ロードセル基板40は内部壁28に接して
いる。またそのことのためには、他の内部壁たとえば、
側壁24A、側壁24Bもしくは上壁26に適当な数のくびれ又
は湾曲部32のような付加物を通じて接することもでき
る。
図からわかるように、基板40は図５に示された簡単な
剛体構造40や、図４に示されるようにもっと複雑な台40
のように、種々の形態をとることができる。基板40は、
目的とする軸からはずれた好ましくない、または妨害す
る運動を制止するために、表面に取りつけられた色々な
ビームの間にくびれ又は湾曲部を含むことも可能であ
る。
本発明のロードセルは、ロードセルに本質な力を測定
することを助ける平行ビーム構造を一般的にとることが
多い。平行ビーム構造42および45（図４および図５）は
またセンサ手段52を保持する働きもする。一般的に、平
行ビーム構造は、目的とする条件の下に変形を起す構成
物であるか、あるいは変形している材料および大きさの
構成物である。
図５にもどり、平行ビーム42および45はビーム構造に
よって検知される力、加速度、もしくは他の運動の大き
さによりその定義が異なってくる。ビームを開口44およ
び46（図５）に挿入するため、必要なパラメータは平行
ビームの長さである。また他の必要な用件としては、ビ
ームを形成するために使用される材料であり、およびビ
ームを目的とする基板に組みこむためのくびれ又は湾曲
部があるかどうかである。
一般的に、平行ビーム構造は本発明にもとづいて多く
の異なる構造をとることができる。平行ビーム構造の他
の実施例は図５に示されるように平行ビーム42および45
を含んでいる。この例においては、平行ビーム45は、こ
の構造において生じる質量、力もしくは他の変位を支持
する基本体としての荷重ビームの役割をはたすものであ
る。一方、荷重ビーム42は、この下方ビーム42に付加さ
れるキャパシティを保持する手段として作用する。換言
すれば、ビーム42は変位によって生じる主たる力を受入
れるものである。一方、ビーム45は、荷重を受ける部材
としての役割をはたすものであるが、センサ素子52を配
置するための追加のステイションとしての役割もはた
す。
図５からわかるように、内部部分41は、ビーム45の下
方側、ビーム42の上方側、センサ手段52の内部側および
基板40の外部側から生じてくる。変位がおこると、平行
ビーム45および42は変位力の方向と同じである軸の中を
動く。しかしながら、基板40の外部表面およびセンサ手
段52の内部表面は互に平行であり、平行四辺形の状態を
保持している。この平行四辺形構造を採っている結果、
力センサのモメントアームは打ち消される。
この構成は、平行ビームの表面の間で力がどこに適用
されるかにかかわらず、均一な応答を固定するように容
易に製造されるロードセルを作り出すことになる。ビー
ムが互に接近した形態を含む平行ビーム構造は温度、湿
度また他の環境的ストレスの変化が同様に互に応答しあ
うビームに帰着するような構造を与えることになる。す
なわち、本発明はモジュラスの変化を補償し、環境的ス
トレスによって創出される変化および変位に対応するこ
とができる力センサを提供するものである。
本発明のより好ましい他の実施例が図４に示されてい
る。ここでは、荷重受け部材45が、３次元構造又はブロ
ックの開口内で、カンチレバービーム（片持ちばり）42
又はキャパシティ保持手段に平行に位置決めされてい
る。センサ52の内側に平行な内側平面を上記基板40が有
している。同時に、カンチレバービーム42の全体形状
は、荷重ビーム45の内部又は対向する面に内縁で平行で
ある。
本質的ではないが、開口44と45とをそれぞれ荷重ビー
ム44,45の各々に形成することができる。これらの開口
により、好ましい大きさの力によって作り出されるべき
荷重ビームの変形を許容する力に対する、より大きな感
度がもたらされる。本質的に、44と46に見られるように
な開口により、セルに入力される上記力に対するより大
きな感度を有するロードセルを形成することができる。
上記開口は、標準的な工具で簡単に穴あけ又は機械加工
することができるとともに、細いくぼみを付けたり、ダ
ンベル形状にすることができる。
一般に、図４に示されうるように、ロードセルは３次
元の６面を有するブロック形状を含む任意の数の形状を
とることができる。上記セル内において、大略、上側壁
26と下側壁28と同様、27の側壁24Aと24Bによって形成さ
れる開口10がある。荷重ビーム45とカンチレバーキャパ
シティ保持ビーム42が取り付けられた基板40が上記開口
内に位置決めされている。
ロードセル内に任意数の部材（elements）がたわみ
（くびれ又は曲げ）部材（flexures）を利用して取り付
けることができる。意図した外側の平面に基板又は他の
構造物が旋回又は折り曲げられるのを防止するととも
に、上記平行なビーム構造の荷重キャパシティを決定す
るときに、上記たわみ部材が役立つ。機械的な作用によ
って上記センサに最適な影響を与える結果として上記セ
ンサから変換された信号が出力されるように、たわみ部
材は、感知した力が基板及び平行なビーム構造の変位に
変換されるときに不可欠である。
普通、たわみ部材は、変形に干渉するのを防止するた
めロードセル内のいずれの箇所にでも位置決めすること
ができる。特に、図４に示されうるよに、たわみ部材
（flexure）32は基板40を下壁28に取り付ける基板40の
基部に見ることができる。たわみ部材（flexure）34
は、荷重ビーム45を上壁26に取り付ける荷重ビーム45の
頂部に見ることができる。
３次元構造の開口内では、検出素子（sensing elemen
t）52が荷重受けビーム45とキャパシティ保持ビーム42
との間に支持されている。荷重ビーム45とキャパシティ
保持ビーム42は、３次元ブロック20の開口10内の少なく
とも１つの平面内で平行になっている。これにより、ビ
ーム42とビーム45の２つの内側のすなわち対向する側壁
とともに、基板40と検出素子52とによって形成される平
行四辺形状の構造を維持している。従って、何等かの力
によるロードセルの変形は、本発明では平行四辺形の反
応（response）となる。
熱可塑性又は熱硬化性樹脂接着剤のような一体的又は
固定されかつ安定したジョイントを備える手段により、
上記センサを取り付けることができる。接着剤の１つの
好ましい類は、市販されているようなエポキシタイプの
接着剤を含む。好ましいロードセルの性能は、できるだ
け剛性が高く安定したものとする。ジョイント効果を最
小限にするため、平行なスプリングシステムのより大き
な変形が好ましい。そして、取り付けジョイントが移動
するとき、この移動がビームの変形に関して小さい。よ
って、その出力は、けっして完全な取り付けジョイント
とはいえないため、小さな変形に対して敏感ではない。
本発明のロードセルは、また、図５の検出手段（sens
ing means）52を備えている。上記検出手段は、ロード
セルへの力の入力によって作り出される力を感知するた
めの機能を大略有している。上記検出手段は、圧縮又は
引っ張りのいずれかの力によって影響を受け、この力
を、評価用回路に送られる電気信号に変換する。普通、
電気的配線、電気回路、トランジスタ回路を含み、半導
体などを含む本発明によれば、任意の数の検出手段を使
用することができる。使用しうる検出手段は、光学的、
電気機械式、インピーダンス、又は共振器の検出手段を
含んでいる。
１つの好ましい検出素子（sensing element）は、水
晶のようなインピーダンス又は共振器を含んでいる。好
ましい共振器は、スイスのグレンヘンのETAにより製造
されたマイクロクリスタル（Microcrystal）から手に入
れられるものがある。この共振器は、両頭音叉（double
ended tuning fork）として普通引用されており、両端
で共に接合された２つの平行な、フォークなどの鋭くと
がった先を大略備えている。この鋭くとがった先は、上
記板の平面内で互いに対向してそれらを曲げるある量だ
け振動させるように、圧電的に励起される。長手軸方向
沿いに上記水晶に引っ張り力又は圧縮力を付与すること
によって、固有の振動数（resident frequency）がバイ
オリンの弦のように増減する。
上記水晶は、非常に安定し信頼できる電気機械装置で
ある。正確な振動数測定能力に関連したその強制振動数
応答と準デジタル出力信号は良い反応を示すことができ
る。単結晶の水晶の顕著な機械的かつ物理的性質は、熱
的にかつ長期間安定性が良いともに、厳格な反復性があ
り、ヒステリシスの無い性質をもっている。さらに、水
晶は高い剛性を持っているため、小さな変位だけが上記
取り付け構造において誘発される。
上記水晶共振器を駆動させるためにオシレータが必要
である。水晶と等価な電気パラメータは汎用されている
音叉と同様であるため、当業者に公知のありふれた穴あ
きオシレータが水晶の動作のために適している。標準の
一体型増幅器を使用するオシレータは簡単に実施でき
る。役に立つオシレータ回路は、当業者に公知の任意の
種類の回路計上において５〜15ボルトで動作できるもの
である。
好ましくは、上記水晶トランスジューサが、約0.1〜
1.0インチの範囲にあり、最も好ましくは、約0.5〜0.25
インチの範囲である。上記トランスジュータの振動数の
範囲は用途に応じて異ならせることができる。しかしな
がら、20KHz〜100KHz、好ましくは44KHz,48KHz、そして
最も好ましくは86KHz〜94KHzの振動数が最も有用なもの
である。
本発明の上記ロードセルは、また、上記検出手段から
受け取った電気信号を評価するとともに検出された適当
な大きさの力を再現するときに役に立つ任意の種類の回
路を含むことができる。一般に、電気信号に対して線形
的な応答をもつものであってこの目的に対応するどのよ
うな回路も本発明において使用できる。
多分、本発明で役に立つことがわかった回路は、ホイ
ートストンブリッジ形状等のようなインピーダンス回
路、又は上記ロードセル内の上記素子のバイアス信号を
キャンセルする微分回路である。上記ホイートストンブ
リッジでは、２つの対角コーナに電圧が付与され他の対
角コーナで信号が測定される正方形の回路に配置された
４個の抵抗素子を使用する。
図１に戻ると、平行ビーム構造のより好ましい実施例
を見ることができる。本質的に、ロードセルのこの実施
例は、２個の検知素子52A、52B、基板42、および、ロー
ドセルがストレスをうけるとき両検知素子が等しく影響
を受けるための構造を用いて作動する。これは、コモン
モード信号効果と差分モード信号効果とを生じる各検知
素子の独立した信号処理を考慮している。
コモンモード信号効果は、カンチレバービーム42A、4
2Bならびに検知素子52A、52Bに等しく影響する効果の中
で、温度、圧力、外部振動および経時効果を含む。差分
信号効果は、最も重要なのは、カンチレバービーム42
A、42Bならびにセンサ52A、52Bに異なって影響するセン
サへのすべての力すなわちストレスである。
この場合、中空のカンチレバービーム42A,42Bおよび4
5は、開口の下側の側部28から分岐する単一の１体の構
造40に固定される。可撓性のビーム42A,42Bの上端と固
定されたビーム46との間に取り付けられた検出手段52
A、52Bを通して、両可撓性ビーム42A、42Bの両方の取付
けを通して、ロードセルは、弾性率、変動、ヒステリシ
スならびに非弾性的クリープの変化を補償できる。この
例では、ともに比例して影響を受ける両可撓性ビーム42
A、42Bと固定ビームとの間で検出手段の取り付けによ
り、ロードセルは、弾性率、ヒステリシスならびにクリ
ープの変化を補償できる。
特定のモードまたは特定の作動原理に縛られるのを望
まないが、小さなばね42に対して橋渡しする隙間をもっ
て配置される荷重支持ビーム45をこのロードセルが備え
ると、われれは信じる。全荷重に対してたとえば約0.00
0005インチだけの変位を示す比較的隆起した力センサ52
Aまたは52Bを通して力の以降による荷重受けビーム45の
変位のための荷重を、この小さなばね42は支持する。こ
の場合、全体の荷重セルは、約0.015インチだけたわ
む。力センサは、加工材料の弾性率と独立した力を受け
る。
この場合、平行なばねにより生じた全体の荷重は、Ｐ
を荷重とすると、 PT＝P1＋P2 ここに、P1は、ビーム45により生じた荷重であり、P
2は、ばね42により生じた荷重である。
各ビームでの荷重は、その変位に比例する。すなわ
ち、 P1＝K1Y1 P2＝K2Y2 ここに、Y1、Y2は、インチで表したそれぞれの変位であ
り、K1、K2は、１インチの変位あたりのポンドで表した
それぞれのばね定数である。
もし、この結合する力センサが非常に大きなばね定数
を有するならば、２つのビームは、荷重の下でほとんど
同じ変位を有する。
Y1＝Y2 P1／K1＝P2／K2 各ビームのばね定数は、その材料組成の弾性率に比例
する。
K1＝C1E1 K2＝C2E2 ここに、C1、C2は、ビーム形状に依存した定数であり、
E1、E2は、それぞれの弾性率である。
両ばねの材料が同じであるので、それらの弾性率は同
じである。
E1＝E2 P1／C1E1＝P2／C2E2 この力センサが結合素子であるので、P2への力は、力セ
ンサへの力に等しい。したがって、検知された力は、加
えられた荷重に比例する。
P2＝P1C2／C1＝（PT−P2）×C2／C1 P2＝PT／（１＋C2／C1） C2とC1は、寸法の因子であるので、P2は、実質的な弾
性率変化なしに加えられた力に直接に比例する。
したがって、もし両ばねの構造が同様な環境効果とス
トレスレベル（もし非線形的なストレス−歪み関係が存
在するならば）を経験するならば、温度、非弾性的クリ
ープ（時間に依存する弾性的変化）および静的ヒステリ
シス（弾性率の過去依存性を作る材料の内部摩擦効果）
に対する弾性率感度は、無視できる。
これらのロードセルの出力信号は、もし温度が力セン
サの性能に影響しないならば、ほとんど純粋にその構造
の寸法と加えられた荷重とに依存する。ロードセルが力
センサと同じ材料から製造されないならば、温度変化
は、力センサの信号変化をゼロシフトの形で生じる。大
気圧変化などの他の環境効果も、ゼロ安定性に対して同
様な効果を生じる。これらの環境効果を克服するため
に、近接して組み合わされた第２の力センサが一般的に
好ましい。第２の力センサ52Bは、第１の力センサ42Aに
比べて負の力を受ける。２個の力センサの間の差を抽出
することにより、加えられた力による出力が２倍になる
が、両センサ52A、52Bに等しく影響する干渉効果は打ち
消される。
用途 特許が請求された発明は、任意の曲がるビーム構成に
おいて使用できる。ビームは、基板に固く取付でき、ま
たは、追加され固定されまたは支持された支点構造にお
ける支点により移動できる。ロードセルは、ロードセル
へのストレスにより圧縮力または張力またはその両方を
受ける。２本以上のビームを備えたシステムにおいて、
本発明はビームの間に固定されるが、ビームは、基板に
固定して取り付けできる。あるいは、１本のビームは、
基板に固定して取り付けられその他のビームは、第１の
ビームに固定して取り付けられる。
本発明は、また、基板に対するビームの固い取付物を
備えていない多重ビームシステムにおいても使用でき
る。この用途において、たとえば、多重平行ビームは、
基板の下に設置できまたはつるされ、特許請求されたロ
ードセルは、ビームと基板との間に１列におかれる。そ
のような用途は、農産物、家畜などの秤量のために用い
られる秤などの単一点（single point）秤において見い
だされる。
本発明は、また、トラックなどの大きな質量の物体、
または、家や建築物などの大きな構造を測定するために
使用できる。この例において、ビームは、ビームにそっ
た継ぎ手に取り付けられる特許請求されたロードセルを
備えたビームの一方の端に固定される。ストレスを受け
ると、特許請求された発明は、検知ビームを変位するの
に必要な力を検知する。
さらに、特許請求された発明は、１以上の端で固定さ
れまたは支点により動かされる変位板などの多重支点構
造において使用できる。
特許請求された発明は、つりさげられたコイルばねの
用途におけるような２個の軸方向に荷重を受けるばねの
間で使用できる。この種のシステムは、車両支持用途、
または、振動分離システムすなわちショック吸収におい
て見いだされる。これらの用途において、評価される力
は、干渉とは独立に、力の大きさがいつも変動する環境
において、検知できる。
ストレスを受けたときに変位するシステムなどのサス
ペンションシステムにおいて、特許請求された発明は、
多重のばねとともに使用できる。この多重のばねは、荷
重と基板の間の線に関してある角をなして位置されるば
ねと縦に１つの線をなして配置されるロードセルに，軸
方向への移動により圧縮力または張力作用を与える。２
組のばね、チェーンまたは他の可撓性素子の間にロード
セルを配置することにより、荷重受け機構は、つりさげ
昇降機などの大規模な用途において力を検知するために
使用できる。
本発明は、また、圧力または圧力変動を検知するため
に使用できる。絶対圧力または圧力差が、特許請求され
たロードセルを２台のプラットフォームの間に１列に配
置することにより使用でき、各プラットフォームは、ベ
ローズなどの束縛（containing）システムに固定され
る。絶対圧力システムにおいて、たとえば、ロードセル
は、圧力検知しないが変位に単に追随または計る拡大ベ
ローズおよび支持性または反応性ベローズにより生じる
圧縮力（複数）を受ける。
圧力差測定において、本発明のロードセルは、対向す
るベローズまたはダイアフラムと１列をなして設置で
き、ベロースまたはダイアフラムは、対向する液体源の
間に１列に位置できる。
本発明は、ヒステリシスにより生じる効果が除去され
ねばならない非反復性の実験などの実験用途において、
加速における瞬間的な変動を検知するために使用でき
る。たとえば、破壊試験（たとえば自動車のクラッシュ
試験）、爆発試験などは、２個の荷重受け素子の外側ま
たはその間に取り付けられた質量と、荷重受け素子の間
に取り付けられた本発明のロードセルとを備えたシステ
ムを使用できるすべての用途である。
ねじれすなわちモーメントの検知は、また、本発明の
ロードセルにより達成できる。車両の軸、モータの出力
など（トルクを生じるすべての運動）の用途において、
相対的な力は、トルク発生素子と軸方向に配列される反
応性ねじれ素子との間にロードセルを取り付けることに
より、本発明のロードセルにより検知できる。
ねじれ屈曲などの他の用途も、本発明により可能であ
る。ロードセルの設計は、力のない材料の効果または環
境の干渉の検知が望まれる他のメカニズムにより用途と
設計の大きな変化可能性を与えることがわかった。
上記の議論、例および実施例は、われわれの現在の発
明の理解を説明する。しかし、発明の多くの変形が発明
の精神と範囲からはずれることなく可能であり、本発明
は、添付される請求の範囲に全面的に存在する。

Claims (31)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】力検出ロードセルは、 （ａ）開口部を画成する内壁を備えたブロックと、 （ｂ）上記内壁に固定された基板と、 （ｃ）第１と第２の端部を有する負荷受け素子とを備
    え、上記負荷受け素子は上記基板に上記第１の端部で固
    定され、上記第２の端部で上記内壁に固定され、かつ上
    記開口部を横切って架橋され、さらには片持ちばりを備
    え、 （ｄ）キャパシティ支持片持ちばりを備え、上記片持ち
    ばりは上記負荷受け素子から所定の間隔だけ離れ、かつ
    上記負荷受け素子に対して少なくとも１つの面で平行で
    あり、上記キャパシティ支持片持ちばりの一端は上記基
    板に固定され、 （ｅ）力を検出するための力検出手段を備え、上記力検
    出手段は、上記負荷受け素子と上記キャパシティ支持片
    持ちばりとの間で摩擦移動しないように固定され、応力
    が印加されたときに、上記ロードセルの上記負荷受け素
    子と上記キャパシティ支持片持ちばりの平行な変位は、
    モジュラスの変化を補償するとともに、周囲の応力によ
    って発生される変位の変化を許容する力検出ロードセ
    ル。
  2. 【請求項２】上記負荷受け素子と上記キャパシティ支持
    片持ちばりは、それらの構造内に中央開口部を有する請
    求項１記載のロードセル。
  3. 【請求項３】上記基板と上記力検出手段とは、矩形中央
    開口部を形成するように、上記負荷受け素子と上記キャ
    パシティ支持片持ちばりとを介して連結され、少なくと
    も基板と上記力検出手段とは互いに反対でかつ平行な方
    向で設けられた請求項１記載のロードセル。
  4. 【請求項４】上記力検出手段は、上記負荷受け素子と上
    記キャパシティ支持片持ちばりとに接着剤で固定された
    圧電共振器である請求項１記載のロードセル。
  5. 【請求項５】上記力検出手段は、互いに平行で設けられ
    かつそれらの端部で取り付けられた第１の歯と第２の歯
    を備えた圧電水晶共振器を備えた請求項１記載のロード
    セル。
  6. 【請求項６】上記負荷受け素子は、印加される応力によ
    る上記ロードセルの変位の軸に対して実質的に平行な軸
    で上記開口部を横切って架橋されるように設けられた請
    求項１記載のロードセル。
  7. 【請求項７】上記ロードセルの基板は、上記内壁から上
    記開口部まで延在する請求項１記載のロードセル。
  8. 【請求項８】力検出ロードセルは、 （ａ）上壁と下壁と第１の側壁と第２の側壁とによって
    画成された内部開口部を有する３次元構造を有し、 （ｂ）上記３次元構造の上記内部開口部内で少なくとも
    １つの壁に固定された基板と、 （ｃ）第１の端部と第２の端部とを有する負荷受け素子
    とを備え、上記負荷受け素子は、上記負荷受け素子が上
    記内部開口部を横切って架橋されるように、上記基板に
    上記第１の端部で固定され、かつ上記３次元構造の内部
    開口部の少なくとも１つの壁に上記負荷受け素子の第２
    の端部で固定され、 （ｄ）上記基板に固定され、かつ上記負荷受け素子から
    所定の間隔だけ離れて上記負荷受け素子に対して少なく
    とも１つの面で平行となるように設けられたキャパシテ
    ィ支持片持ちばりと、 （ｅ）上記負荷受け素子と上記キャパシティ支持片持ち
    ばりとの間で固定され、力を検出するための力検出手段
    とを備えた力検出ロードセル。
  9. 【請求項９】上記基板は、湾曲部を介して少なくとも１
    つの内部壁に上記内部開口部内で取付られた請求項８記
    載のロードセル。
  10. 【請求項１０】上記負荷受け素子と上記キャパシティ支
    持片持ちばりは、それらの構造内で中央開口部を有する
    請求項８記載のロードセル。
  11. 【請求項１１】上記基板と上記力検出手段は、矩形中央
    開口部を形成するように、上記負荷受け素子と上記キャ
    パシティ支持片持ちばりとを介して連結され、少なくと
    も上記基板と上記力検出手段は、互いに反対であってか
    つ平行な方向で設けられた請求項８記載のロードセル。
  12. 【請求項１２】上記力検出手段は、上記負荷受け素子と
    上記片持ちばりとに接着剤で固定された圧電共振器であ
    る請求項８記載のロードセル。
  13. 【請求項１３】上記力検出手段は、互いに平行で設けら
    れかついずれかの端部で連結された第１の歯と第２の歯
    を備えた圧電水晶共振器を備えた請求項８記載のロード
    セル。
  14. 【請求項１４】上記基板は、上記内部開口部の下壁に固
    定され、上記負荷受け素子は、上記基板に取り付けら
    れ、かつ、上記第１の側壁と上記第２の側壁とに平行と
    なるように、上記基板から上記上壁に架橋されたはりで
    ある請求項８記載のロードセル。
  15. 【請求項１５】上記検出手段は、キャパシティ支持片持
    ち梁と荷重受け梁との間に渡され、両方に固定された圧
    電水晶センサを備えた請求項８記載のロードセル。
  16. 【請求項１６】上記３次元構造体は、第1,第２の側壁を
    結合する上壁内に位置する曲げ部を有し、さらに、第1,
    第２の側壁を結合する下壁内に位置する曲げ部を有する
    請求項15に記載の力検出ロードセル。
  17. 【請求項１７】上記基板は、上記３次元構造体に湾曲部
    を介して固定されている請求項16に記載の力検出ロード
    セル。
  18. 【請求項１８】力検出ロードセルは、 （ａ）第１の側壁と第２の側壁とによって連結された上
    壁と下壁とによって画成された内部開口部を有する３次
    元構造を有し、 （ｂ）上記内部開口部内に位置し、かつ上記内部開口部
    の複数の壁のうちの少なくとも１つに固定された基板
    と、 （ｃ）上記基板に固定され、かつ、上記３次元構造の内
    部開口部の面内で延在する第１のキャパシティ支持片持
    ちばりと、 （ｄ）上記基板に固定され、上記第１のキャパシティ支
    持片持ちばりから所定の距離だけ離れ、かつ上記第１の
    キャパシティ支持片持ちばりに対して少なくとも１つの
    面で平行となるように設けられ、また、上記３次元構造
    の内部開口部内で延在するように設けられた第２のキャ
    パシティ支持片持ちばりと、 （ｅ）第１の端部と第２の端部を有する負荷はりとを備
    え、上記負荷はりは、上記基板に上記負荷はりの第１の
    端部で固定され、かつ上記第１のキャパシティ支持片持
    ちばりと上記第２のキャパシティ支持片持ちばりとに対
    して少なくとも１つの面で平行となるように設けられ、
    上記負荷はりは、上記第１と第２のキャパシティ支持片
    持ちばりの両方から所定の間隔だけ離れて設けられ、か
    つ上記第１と第２のキャパシティ支持片持ちばりの両方
    の間の中間に位置され、上記負荷はりは、上記内部開口
    部を横切って架橋され、かつ上記内部開口部の複数の壁
    のうちの少なくとも１つに上記第２の端部で固定され、 （ｆ）上記第１のキャパシティ支持片持ちばりと上記負
    荷ばりとの間に固定され、変位を検出する第１の検出手
    段と、 （ｇ）上記負荷はりと上記第２のキャパシティ支持片持
    ちばりとの間に固定され、変位を検出する第２の検出手
    段とを備え、これによって、力の印加に応答して、上記
    ロードセルに対して応力を印加することにより、差動モ
    デル信号から独立である共通モード信号を生成する上記
    第１と第２の検出手段の独立な信号を処理を提供する力
    検出ロードセル。
  19. 【請求項１９】上記共通モード信号と上記差動モデル信
    号の受信と処理を実行するための回路手段をさらに備え
    た請求項18記載のロードセル。
  20. 【請求項２０】上記基板は、湾曲部によって上記３次元
    構造の開口部の壁のうちの１つに固定された請求項18記
    載のロードセル。
  21. 【請求項２１】上記負荷はりの第２の端部は、湾曲部に
    よって上記内部開口部の上壁に固定された請求項20記載
    のロードセル。
  22. 【請求項２２】上記３次元構造の上壁と下壁はそれぞ
    れ、上記第１と第２の側壁の連結点で湾曲部を有する請
    求項18記載のロードセル。
  23. 【請求項２３】力検出ロードセルは、 （ａ）第１と第２の側壁によって連結された上壁と下壁
    とによって画成された内部開口部を有するブロックを備
    え、上記ブロックは、 （ｉ）上記ブロックの内部開口部の下壁に取付られた基
    板と、 （ii）上記内部開口部を横切って架橋され、かつ第１と
    第２の端部を有する負荷はりとを備え、上記負荷はりの
    第１の端部は上記基板に取り付けられ、上記負荷はりの
    第２の端部は上記ブロックの内部開口部の上壁に取り付
    けられ、 （iii）上記基板に取り付けられかつ上記負荷はりに対
    して平行となるように方向付けされたキャパシティ支持
    片持ちばりを備え、上記キャパシティ支持片持ちばりは
    上記負荷はりから所定の間隔だけ離れて設けられ、 上記力検出ロードセルはさらに、 （ｂ）上記負荷はりと上記キャパシティ支持片持ちばり
    との間で固定された水晶共振器を備え、上記基板と上記
    水晶共振器とは、開口部を形成するように、上記負荷は
    りと上記キャパシティ支持片持ちばりとを介して連結さ
    れ、上記基板と上記水晶共振器とは、互いに反対であっ
    てかつ平行な方向で設けられた力検出ロードセル。
  24. 【請求項２４】上記ブロックはモノリシック構造として
    形成された請求項23記載のロードセル。
  25. 【請求項２５】上記水晶共振器は上記負荷受けはりと上
    記キャパシティ支持はりとにエポキシ樹脂の接着剤で固
    定された請求項23記載のロードセル。
  26. 【請求項２６】上記水晶共振器は、２つの端部を有する
    水晶同調フォークである請求項23記載のロードセル。
  27. 【請求項２７】力検出ロードセルは、 （ａ）第１と第２の側壁によって連結された上壁と下壁
    とによって画成された内部開口部を有するブロックを備
    え、上記ブロックは、 （ｉ）上記ブロックの内部開口部の下壁に取付られた基
    板と、 （ii）上記内部開口部を横切って架橋され、かつ第１と
    第２の端部を有する負荷はりとを備え、上記負荷はりの
    第１の端部は上記基板に取り付けられ、上記負荷はりの
    第２の端部は上記ブロックの内部開口部の上壁に取り付
    けられ、 （iii）上記基板に取り付けられかつ上記負荷はりに対
    して平行となるように方向付けされた第１のキャパシテ
    ィ支持片持ちばりを備え、上記第１のキャパシティ支持
    片持ちばりは上記負荷はりから所定の間隔だけ離れて設
    けられ、 （iv）上記基板に取り付けられかつ上記負荷はりに対し
    て平行となるように方向付けされた第２のキャパシティ
    支持片持ちばりを備え、上記第２のキャパシティ支持片
    持ちばりは、上記負荷はりが上記第１のキャパシティ支
    持片持ちばりと上記第２のキャパシティ支持片持ちばり
    との間の中間に位置するように設けられ、上記第２のキ
    ャパシティ支持片持ちばりは上記負荷受け素子から所定
    の間隔だけ離れて設けられ、 （ｂ）上記負荷受けはりと上記第１のキャパシティ支持
    片持ちばりとの間で固定された第１の水晶共振器を備
    え、上記基板と上記第１の水晶共振器は、開口部を形成
    するように上記負荷はりと上記第１のキャパシティ支持
    片持ちばりとを介して連結され、上記基板と上記第１の
    水晶共振器は、互いに反対であって平行な方向で設けら
    れ、 （ｃ）上記負荷受けはりと上記第２のキャパシティ支持
    片持ちばりとの間で固定された第２の水晶共振器を備
    え、上記基板と上記第２の水晶共振器は、開口部を形成
    するように上記負荷はりと上記第２のキャパシティ支持
    片持ちばりとを介して連結され、上記基板と上記第２の
    水晶共振器は、互いに反対であって平行な方向で設けら
    れた力検出ロードセル。
  28. 【請求項２８】上記ブロックはモノリシック構造として
    形成された請求項27記載のロードセル。
  29. 【請求項２９】上記第１と第２の水晶共振器はそれぞ
    れ、上記負荷受けはりと上記第１と第２のキャパシティ
    支持はりに、エポキシ樹脂の接着剤によって固定された
    請求項27記載のロードセル。
  30. 【請求項３０】上記第１と第２の水晶共振器はそれぞ
    れ、２つの端部を有する水晶同調フォークである請求項
    27記載のロードセル。
  31. 【請求項３１】力検出ロードセルは、 （ａ）開口部を有するブロックと、 （ｂ）上記ブロックの開口部を横切って架橋された負荷
    受けスプリングと、 （ｃ）上記ブロックの開口部内で、上記負荷受けスプリ
    ングに対して平行であるように位置されたキャパシティ
    支持スプリングと、 （ｄ）上記負荷受けスプリングと上記キャパシティ支持
    スプリングとの間で摩擦移動しないように固定され、力
    を検出するための力検出手段とを備え、これによって、
    応力が印加されたとき、上記ロードセルの上記負荷受け
    スプリングと上記キャパシティ支持スプリングの平行な
    変位が、モジュラスにおける変化を補償するとともに、
    周囲の応力によって発生される変位の変化を許容する力
    検出ロードセル。
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