JPH01501166A - 振動型重量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

振動型重量測定装置 本発明は、回転体を有する振゛動ビームを用いて重量を測定するための装置に関 するものである。 振動型の重量測定装置は、当業者によく知られている。 振動型の重量変換器は、ディジタル値、すなわち、振動周波数を直接発生するた め、構造が簡単でアナログディジタル変換器を必要としないという利点がある。 振動型重量測定装置において、振動ビームは、励振されて、該ビームに加わる応 力に係る特定の周波数で振動する。この振動周波数は、振動ビームの硬直度によ って左右され、一定の長さおよび断面（縦横比）の振動ビームについては比較的 一定したものとなる。 重量センサーとして振動ビームを有する重量測定装置の機械的Ｑは、各振動サイ クルにおいて、前記ビームによって失ったエネルギーに対する該ビームに蓄積さ れたエネルギーの比に比例する。重量測定に用いられる振動の減衰が生じること によって振動が小さくなったり消滅したりするため、低いＱを有するシステムは 、好ましくない。高いＱを有するシステムは、振動ビームの振動を維持し、小さ い外部エネルギー源を用いて振動ビームを励振でき、より安定した共振周波数を 得るものである。 重量測定装置の力センサーとして振動ビームを使用した場合、被測定物による応 力は振動ビームの第１端部に加わり、センサーは振動ビームの第２端部に安定し て取り付けられる。しかしながら、単一の振動ビームを使用した場合、振動ビー ムの被取付端部の振動エネルギーが失われ、システムのＱが低下し振動が減衰す る。単一の振動ビームにあっては、センサーの被取付端部における力の平衡がな くなる。単一の振動ビームは、振動してセンサーの被取付端部にモーメントを加 える。センサーの被取付端部における減衰によるエネルギーの損失を回避するた めに、二重端部付音叉を形成する１対の平行した振動ビームをセンサーとしても よい。単一の振動ビームの被取付端部を回転させようとする力によって生じるエ ネルギー損失（およびそれに付随するＱの低下）を最小化するための他の方法は 、大きな惰性を有する重量体に単一の振動ビームの被取付端部を取り付けること である。 しかしながら、この方法は、前記被取付端部に加わる力および該被取付端部にお けるエネルギー損失を完全に除去することができず、ｉｉ　ｆｆｉ　１ｌＦＪ定 装置のコストを高め、サイズ、使用材料を増加するものである。 二重端部付音叉型のセンサーにおいて、第１振動ビーム上の圧電素子を用いて音 叉を励振し、第２振動ビーム上の第２圧電素子が振動ピックアップ素子として使 用される。振動ビームは、各々の第１、第２端部において一体連結される。前記 １対の振動ビームは、該１対の振動ビームの長さ、断面および硬直性、ならびに 、重量測定時において振動ビームに加わる応力によって決定される測定周波数で 振動することとなる。各振動ビームが実質的に同一である場合、前記１対の振動 ビームは、同一の測定周波数で振動するが、１８０＠位相がずれる。その結果、 各ビームの端部において、各ビームからの振動は互いに相殺し合い、センサーの 被取付端部にモーメントが加わるのが阻止される。従って、ビームの端部におけ る振動エネルギー損失が少なくなり、１対の平行した振動ビームを用いた重ｆｆ ｉ測定装置は、単一の振動ビームを有するシステムより高いＱを有することとな る。 しかしながら、振動ビームを用いた従来の重量測定装置においては、高いＱを有 するセンサーを製造するのが極めて困難となる。このようにして、１対の平行し た振動ビームを用いたセンサーに関しては、各ビームの共振周波数における差異 を生じる２つの振動ビーム間の不均衡が存在しないようにするためには、製造上 の許容誤差を厳格なものとする必要がある。特に、２つの振動ビームの長さ、断 面および硬直性が確実に均等であらねばならず、被測定物による応力は２つの振 動ビームの各々の第１端部に均等に加わることが必要である。そうでない場合、 周波数差は、振動の大きさを低下させるとともにＱを低下させる。振動の減衰を 阻止する上で厳格な許容誤差（ミクロン単位）を必要とするので、振動ビームは 正確な切断方法を用いて製造される。その結果、従来の振動型歪ｊｌＪ定装置は 、例えば、プレス具を用いて成形または製造されるものではない。 実際上、前述の方法で構成された重量測定装置は、単に約１５０〜２００のＱを 達成するのみである。従って、より高いＱを達成でき測定周波数におけるビーム の振動の減衰を最小化できる単一または１対の振動ビームを有するセンサーが必 要である。 さらに、例えば米国特許第４．２１５，５７０号明細書に開示されているような 典型的な力センサーは、圧電性の石英からなる二重端部付音叉を有する。このタ イプのセンサーにはいくつかの問題点がある。センサーの共振周波数の温度によ る影響を最小化するために、センサーの正しい結晶方向が必要となる。センサー は、写真平板エツチングによって製造され、比較的製造コストの高いものとなる 。さらに、石英センサーは、大変もろく、高荷重に耐え得るものではない。実際 上、石英センサーは、数眩の重量を感知するのに使用される。重いものを測定す る場合、力は前記のようにもろい石英センサーに直接加えられない。その代わり 、重量に比例するひずみが、レバー機構を介してセンサーに加えられる。故に、 このようなセンサーは、他の移動部品をいくつか付加する必要があり、重量測定 装置のコストがさらに高くなる。 本発明の目的は、高いＱを有する振動型重量測定装置を提供することである。 本発明の他の目的は、振動ビームの製造においてより高い許容誤差を可能とする センサーを提供することである。 本発明の他の目的は、容易且つ低コストで製造可能な重量測定装置を提供するこ とである。 本発明の他の目的は、強固な構造を有する重量測定装置用のセンサーを提供する ことである。 本発明の他の目的は、レバー機構を必要とすることなく被測定物を振動ビームの 一端に直接取り付けることのできるセンサーを提供することである。 本発明のさらに他の目的は、被測定物からの応力が２つの振動ビームの各々に均 等に加わるようになった二重端部付音叉型重量測定装置を提供することである。 前記目的を達成するため、本発明による重量測定装置は、測定周波数で前後振動 する部分を有し、前記測定周波数で前後振動しない静止点を有し、第１、第２端 部を有する振動ビームと、 被測定物を支持する支持手段と、 前記振動ビームが振動するときの測定周波数を決定する応力を振動ビームに加え るために、振動ビームの第１端部を前記支持手段に連結する手段と、振動ビーム の前記静止点に連結されて前記測定周波数で回転する回転体とから成るものであ る。 本発明の他の実施例において、重量測定装置は、前記測定周波数で前後振動しな い静止点を有する各々の振動ビームの第１、第２端部で連結されて音叉を形成す る１対の平行した振動ビームを有する。 第１図から第３図は、１つの静止点に連結された１つの回転体を有する振動ビー ムを示す図、第４図は、１対の静止点に連結された１対の回転体を有する振動ビ ームを示す図、 第５図は、本発明の１実施例の斜視図、第６図は、本発明の他の実施例の斜視図 、第７図は、さらに他の実施例の斜視図、第８図は、第７図の実施例を製造する ための金属製半加工品を示す平面図、 第９図は、第７図で示す実施例の回転体を示す端面図である。 第１図から第３図までは、特定の測定周波数で動作している重量測定装置の好ま しい実施例を示す。この重量測定装置は振動ビームを存し、該ビームは、その一 部が測定周波数で前後に振動し、前記周波数において前後に振動しない静止点を 有するとともに、第１、第２端部を有する。図示したように、第１センサー（１ ００）は、振動ビームすなわち振動レバー（１０２）を有する。該振動ビームは 、第１端部（１１２）と第２端部（１１３）とを有する。前記振動ビーム（１０ ２）の第２、すなわち、被取付端部は取付手段（１０３）に取り付けられている 。 本発明によると、被測定物を支持するための支持手段が設けられている。本発明 は、振動ビームが振動する測定周波数を決定する応力を振動ビームに加えるため 、該振動ビームの第１端部を前記支持手段に連結するための手段を有する。図示 例では、被測定物は、連結手段（１１４）を介して振動ビーム（１０２）の第１ 端部（１１２）に連結された支持手段（１１０）上に掛けられる。その結果、被 測定物は、振動ビーム（１０２）が励振されて振動する共振周波数に比例する応 力を振動ビーム（１０２）に加える。 本発明は、前記測定周波数において回転するように振動ビームの静止点に連結さ れた回転体を示す。図示例では、アーム部材（１０４）が振動ビーム（１０２） に対して直角に延び、該アーム部材（１０４）の自由端部が球状回転体（１０８ 、１０８）に取り付けられている。第１図のアーム部材（１０４）は、振動ビー ム（１０２）の静止点（１２０）に前記回転体（１０６、１０８）を連結してい る。 振動ビーム（１Ｏ−２）に沿う適切な静止点の位置は、前記振動ビーム（１０２ ）が振動する基本周波数、および、被測定物を測定するために選択された測定周 波数によって左右される。振動ビームと回転体との組合せ体は、その組合せ体が 振動し得る基本共振周波数を有し、該基本共振周波数は、振動ビーム（１０２） の長さ、断面および硬直度、前記回転体（１０６、１０８）の重量および該回転 体が静止点（１２０）から離隔する距離、ならびに、被測定物によって振動ビー ム（１０２）に加えられる応力によって決まる。前記基本共振周波数において、 振動ビームの中心における前後振動が最大となり、静止点は振動ビームの第１、 第２端部に位置する。しかしながら、振動ビーム（１０２）は、前記基本共振周 波数の２倍の周波数である第２倍音の周波数でも振動することができる。前記基 本共振周波数の第２倍音の周波数で振動するとき、他の静止点が振動ビーム（１ ０２）の真中に正確に位置する。第１図から第３図までに示す実施例において、 振動ビーム（１０２）は、前記基本共振周波数の第２倍音で振動している。故に 、第１図から第３図までの静止点（１２０）においては、振動ビーム（１０２） の前後振動は生じない。その代わり、静止点（１２０）は測定周波数で回転する 。 前記振動ビーム（１０２）は、石英等の圧電材料から成るものであってもよい。 しかしながら、好ましい実施例では、振動ビーム（１０２）を、ベリリウム銅な どの金属等の非圧電材料製としている。振動ビーム（１０２）に圧電材料を用い ない場合、振動と・−ム（１０２）を励振して振動させるため、該ビーム（１０ ２）に圧電ドライバー（図示せず）を設けるのが好ましい。その他のファクター をすべて一定にした場合、ビーム（１０２）に加わる重量は振動ピックアップ素 子として作用する圧電レシーバ−を用いて測定可能である。というのは、ビーム （１０２）の振動周波数が、ビーム（１０２）の第１端部（１１２）に連結され た支持手段（１１０）上の被測定物によって加えられる力に比例するからである 。 連結手段は、振動ビーム（１０２）の第１（自由）端部を支持手段（１１０）に 直接連結しているのが好ましい。 しかしながら、特に、典型的には１〜２眩以上の重量を支持することができない 石英等のもろい材料によって振動ビーム（１０２）を形成した場合、レバーを設 けることによって、振動ビーム（１０２）の自由端部（１１２）に応力を加える ことができる。 第１図から第３図までに示すように、静止点に連結された回転体は振動ビームの 振動に呼応する。第２図および第３図は、振子状の動きを示すが、本発明の作用 を理解し易くするためかなり誇張して示している。回転体は、振動ビーム（１０ ２）が振動する正確な測定周波数を、決定する際の主要ファクターとなるために 、振動ビーム（１０２）に連結されている。ビーム（１０２）は、１つの相から 次の相に振動する際、静止点に連結された回転体を該静止点を中心として前後に 振子状に回転させる。 振動ビームの静止点に連結された回転体を使用することにより、本発明の重量測 定装置は従来のものに対して重大な効果をもたらす。最も重要なことは、振動ビ ームの共振周波数が振動ビームに関するパラメーターと回転体に関するパラメー ターとによって決定されるので、機械的Ｑが大幅に上昇する。また、このシステ ムによって損失するエネルギーに対する蓄積エネルギーの比率が上昇する。とい うのは、振子運動する回転体が、いがなるエネルギーの乱高下を吸収し、且つ、 内部または外部がらの短期的影響によって誘発される周波数変化に対するセンサ ーの抵抗力を高めるはずみ車として作用するためである。本発明の重量測定装置 は、機械的Ｑにおいて桁違いの進歩をもたらす。従来の重′１１測定装置は、振 動ビームの振動が大きく減衰したり消滅したりする機械的Ｑが約１５０から２０ ０のものであるが、本発明による装置は約２０００から４０００である。その他 の重要な利点としては、従来の装置、と同じ機械的Ｑとなるものの、より簡単且 つ低コストで重量測定装置を製造できるように、製造上の許容誤差をかなり緩和 できるということがある。このような許容誤差の緩和が可能なのは、共振周波数 が振子運動する回転体によって大きく影響される結果、振動ビーム自体がもはや センサーの共振周波数を決定する上で重大なファクターとはならないという事実 のためである。 本発明は、基本共振周波数のいがなる倍音すなわち上音に関連する測定周波数（ および振動静止点）で利用可能である。例えば、第４図において、振動ビーム（ １０２）が振動する測定周波数は基本共振周波数の第１上音である。第１上音で 振動する場合、振動ビームは、該ビームの両端部以外の箇所に２つの静止点を有 することとなる。 第４図に示すように、第１静止点（１２０ａ）は振動ビームの被取付端部側に位 置し、第２静止点（１２０ｂ）は振動ビームの自由端部側に位置する。第１の回 転体対（１０８ａ。 １０８ａ）は第１静止点（１２０ａ）に連結され、第２の回転体対（１０６ｂ、 　１０８ｂ）は第２静止点（１２０ｂ）に連結されている。第１図から第３図お よび第４図は、本発明が特定の測定周波数に関連した静止点の数にかかわらず完 全に類似した態様で作用するということを示している。振動ビーム（１０２）の 振動の態様が特定の倍音または上音で変化させられる場合、本発明の目的は、前 記特定の振動周波数に関連する静止点のすべてまたはそのうちの選択されたもの に連結された回転体を設けることによって達成可能である。 本発明は、各ビームの第１、第２端部において連結さされて音叉を形成している １対の平行した振動ビームを育してもよく、この場合、各ビームは、測定周波数 において前後振動しない静止点を有する。本発明の好ましい実施例の１つを第５ 図に示す。図示例において、力センサ−（１０）は２つの平行した振動ビーム（ １２，１４）を有する。第１、第２ビーム（１２，１４）は、第１、第２端部（ １６，１８）において連結されている。前記センサー（１０）が第２倍音で振動 する場合、各ビームの中間静止点はその中心に位置することとなる。 図示例において、回転体（１３）は第１ビーム（１２）の静止点に連結され、回 転体（１５）は静止点に連結されている。回転体（１３，１５）は、アーム部材 （１３ａ　、　１５ａ　）を介して静止点に連結されており、各回転体は、アー ム部材（１３ａ　、　１５ａ　）にそれぞれ連結された突出部（１３ｂ、　１３ ｃ　１５ｂ　、　１５ｃ　）を有するＨ状となっている。 本発明の１つの特徴によると、前記センサー（１０）は、第１、第２振動ビーム の第１、第２端部を連結している第１、第２端部を有する。図示例において、第 １端部（１６）は振動ビーム（１２，１４）の第１（自由）端部を連結している 。第２端部（１８）は、第１、第２振動ビームの第２（被取付）端部を連結して いる。 各端部は、該端部の振動を消すため内方突出部を有するのが好ましい。図示例お いて、第１端部（１６）は振動ビームの第２端部に向けて延びる突出部（３６） を有し、第２端部（１８）は振動ビームの第１端部に向けて延びる突出部（３８ ）を有する。重量測定装置における振動ビームが振動するとき二重端部付音叉の 端部を連結する端部において小さい振動が生じる。しかしながら、これらの端部 に設けた内方突出部は、端部（１６，１８）における振動を吸収し、または消滅 させることにより、前記センサーの機械的Ｑを増加させる。 好ましい実施例において、第１、第２振動ビームの第１端部を支持手段に連結し ている手段は、レバーを介さず直接、前記支持手段を第１端部に連結する。この ように直接連結することにより、石英センサーを使用する際必要となる複雑且つ 高コストのレバーシステムを不要とし、重量測定装置を構造が簡単で低コストの ものとすることができる。支持手段に連結するための手段は、長手方向延長部材 であるのが好ましい。図示例において、第１端部（１６）は、第１長手方向延長 部材（２２）によって荷重プレート（３２）に直接連結されている。 この好ましい実施例において、重量測定装置用に取付手段が設けられており、該 装置は、第１、第２振動ビ−ムの減衰を最小化するため、第２端部を前記取付手 段に連結するための手段を有する。図示例において、第２端部（１８）は第２長 手方向延長部材（２０）によって取付プレート（２４）に連結されている。二重 端部付音叉の各端部と、被測定物の支持手段および重量測定装置用取付手段との 間に設けた連結手段は、重要な機能を果す。図示例において、長手方向延長部材 は、端部（１６，１８）からの消滅していない振動を減衰しがちであり、取付プ レート（２４）および荷重プレート（３２）を振動している音叉から隔離する。 その結果、第１、第２振動ビームにおける所望の振動の減衰が少なくなり、セン サーの機械的Ｑが増加する。さらに、取付手段と音叉との間の隔離により、取付 プレート（２４）が比較的静止したものである結果生じる振動ビームのいかなる 減衰をも最小化する。 本発明の好ましい実施例において、略同じ応力を第１、第２振動ビームに加える ために第１端部を支持手段に連結するため、よじった延長部が設けられている。 図示例において、第１長手方向延長部材（２２）は、第１端部（１６）を孔（３ ９）付の荷重プレー）　（３２）に直接連結している。重量測定用のセンサーを 用いた場合、被測定物は、孔（３９）を介して荷重プレート（３２）に取り付け ることにより、センサー（ｌＯ）から直接吊り下げてもよい。 このようにして、例えば、フックから垂下する測定皿を荷重プレート（３２）に 取り付けてもよい。前述のように、二重端部付音叉を用いた重量測定装置におい て、２つの振動ビームの各々の共振周波数を調和させることが重要である。しか しながら、各ビームの共振周波数は該ビームに加えられる応力量によって左右さ れるので、被測定物によりセンサーに加わる応力が２つの振動ビームに等しく加 えられる必要がある。故に、第１長手方向延長部材（２２）　ｌ：：　９０　” のよじりを設けるのが好ましい。このよじりは、各ビームに加わる荷重を均等化 するのに大変効果的である。延長部材におけるよじりは、被測定物が中心から位 置ずれしたり測定皿が揺動しているときなど、各ビーム上の力が不均等であると き、第１振動ビーム（１２）と第２振動ビーム（１４）との間の差動荷重を均等 化するものである。 第２端部を取付手段に連結するための手段は、第１、第２振動ビームに略同−の 応力を加えるためよじられた延長部材を有するのが好ましい。図示例において、 第２長手方向延長部材（２０）もまた、第１、第２振動ビーム上の差動荷重を均 等化するため９０℃よじられている。 第５図で示すように、取付プレート（２４）は略Ｃ字状である。取付プレートの 機能は、センサーを他の装置（図示せず）に堅固に固着することである。この実 施例において、センサーは、取付孔すなわち取付プレート（２４）の孔を介して 固着される。取付孔は、取付プレート（２４）の中心区域（３０）を開口して、 各振動ビームの減衰を最小化するように設けられている。また、１つの取付孔を センサーの長手方向軸に沿って取付孔（２４）に形成して、不均等な応力を各振 動ビームに加わるのを阻止する。２つの振動ビームに不均等な応力が加わるのを 回避するため、２つの取付孔より１つの取付孔を用いるのが好ましい。取付孔（ ２６，２８）に１対のボルトを用いて固着されている場合、被測定物が荷重プレ ート（３２）に取り付けられる際、取付プレート（２４）は移動し折曲し易くな る。 本発明は、振動ビームが前後振動するときの測定周波数で出力信号を発生するた め、振動ビーム連結された圧電レシーバ−を有するのが好ましい。図示例におい て、圧電レシーバ−（４２）が第１振動ビーム（１４）上に取り付けられている 。 振動ビームが金属等の非圧電材料からなる場合、本発明は、振動ビームに連結さ れ入力信号が入力したとき振動する圧電ドライバーを有していてもよい。第５図 の実施例において、圧電ドライバー（４０）は第１振動ビーム（１２）上に取り 付けられている。動作時において、／くルス化した入力信号が圧電ドライバー（ ４０）に送られ、ドライバー（４０）および該ドライバー（４０）上に取り付け られた振動ビーム（１２）を励振させる。振動ビームが共振周波数で振動してい るとき、次のパルス化した入力信号は、振動ビーム（１２）が、ドライバー（４ ０）が前の入力信号を受けたときの位置に前・後振動するのと同時に、ドライバ ー（４０）および振動ビーム（１２）を励振する。 二重端部付音叉型センサーにおいて、振動ビーム（１２）の振動は、第２振動ビ ーム（１４）の振動と１８０＠位相がずれる。振動ビーム（１４）における振動 は、該ビーム（１４）上に取り付けられて、該ビーム（１４）の振動周波数と同 じ周波数を有する出力信号を発生する圧電レシーバ−（４２）によって検知され る。圧電レシーバ−（４２）からの出力信号は、ドライバー（４０）に帰還され て、システムが特定周波数で振動する。各振動ビームが振動するときの共振周波 数は、振動ビームおよび回転体の特性、ならびに、被測定物によって振動ビーム に加わる応力により、純機械的に決定される。 本発明の好ましい実施例において、マイクロコンピュータ一手段は、圧電レシー バ−に連結されて、出力信号に呼応して被測定物の重量を決定する。図示例にお いて、取付プレート（２４）には、プリント配線板をセンサーに装着する手段と しての脚部（３３，３４）が設けられている。 センサー（１０）との干渉を回避す・るため、前記脚部（３３，３４）は、前記 プリント配線板を並列に取り付は可能なように折曲されている。プリント配線板 は、圧電レシーバ−（４２）からの出力信号を感知し分析するため、前記マイク ロコンピュータ一手段を含む電子回路を有してもよい。 典型的には、マイクロプロセッサ−およびカウンターを、振動ビームが振動して いるときの周波数を測定するのに使用してもよい。好ましい方法において、出力 パルスの数は所定数に達するまでカウントされ、振動周波数は、所定数の出力パ ルスが発生する前に行なわれたクロックサイクル数に基づいて測定可能である。 変更例において、圧電レシーバ−の出力パルス数は所定クロックサイクルに対し てカウントされ、カウントされた出力パルス数は、振動ビームが振動していると きの周波数を測定する際、マイクロプロセッサ−により使用される。本発明のそ の他の実施例において、センサー（１０）の脚部（３３，３４）に装置されたプ リント配線板は、測定重量を表示するディジタル表示装置を有してもよい。前述 のように、振動ビームが振動するときの周波数は振動ビームに加わるひずみに比 例し、従って、振動ビームが振動しているきの測定周波数はセンサー上の重量を 正確に測定するために使用可能である。マイクロコンビニ−タ一手段は、被測定 物が支持手段によって支持される際、振動ビームの振動周波数における変化を測 定するのに使用され、前記変化に基づいて重量を演算する。 本発明の好ましい実施例において、圧電レシーバ−は、振動ビームに関して測定 周波数における前後振動が最大となる最大点に連結されている。同様に、好まし い実施例における圧電ドライバーもまた、振動ビームの最大点に連結されること となる。図示例において、第５図の重量測定装置は各振動ビームの中心の静止点 を有する。第２倍音が測定周波数として使用されていると仮定した場合、振動静 止点は振動ビームの中心および両端部に現われ、一方、最大振動は各振動ビーム の中心と両端部との間の正に真中に現われる。従って、振動ビームが圧電ドライ バーによって第２倍音周波数で励振されているとき、圧電ドライバーが振動ビー ム上の２つの最大点のうちの１つに設けられているとした場合、該圧電ドライバ ーが取り付けられた振動ビームにおいて最大振動量が誘導される。一方、振動ビ ームが特定測定周波数で振動するように励振され、圧電ドライバーが前記測定周 波数に関する静止点近くに配設されるとき、振動ビームの前後振動は比較的小さ いものとなる。 同様に、圧電レシーバ−は、測定周波数として使用される倍音または上音の波形 のピーク点に設けるのが最適である。前記測定周波数における振動ビーム上の最 大振動点に配設された場合、圧電レシーバ−は大きい前後動のため最も強い出力 信号を発生することとなる。この位ビームが振動するものの所望の測定周波数に 対応しない他の共振周波数を除去するのに、圧電レシーバ−が役立つということ である。例えば、第２倍音が測定周波数として使用された場合、前記圧電レシー バ−は、振動ビームの全長における４分の１または４分の３の点に設けられる。 これらの点において、第３倍音周波数で生じるすべての振動の被測定物が現われ 、基本周波数または第１上音における振動は最大のものとはならない。その結果 、圧電ドライバーおよび圧電レシーバ−をこのように配設することにより、所望 の測定周波数以外の周波数を電子的に除去するのを少なくしておいて、同一の成 果を挙げることができる。 第５図の実施例において、圧電ドライバー（４０）は、第１振動ビーム（１２） 上に取り付けられ、圧電レシーバ−（４２）は、第２振動ビーム（１４）上に取 り付けられている。しかしながら、センサーの対称性を考慮に入れた場合、前記 ドライバー（４０）およびレシーバ−（４２）の位置は逆であってもよい。 第７図の実施例においては、長さ３８＋ｅ＋＊、幅２ｖｒｍｓ厚さ０．５５＋＋ ＋ｍの１対の振動ビームを有するセンサーにより、１００ｋｇまでの重さが測定 される。この実施例により重量測定装置を前述の寸法で構成したとき、第２倍音 に関する約１．４Ｋｚの測定周波数を使用してもよい。しかしながら、本発明の 作用は、いかなる特定周波数に限定されず、測定周波数としていかなる倍音また は上音を用いても実施可能である。振動ビームの静止点に連結された回転体なし で重量測定装置を構成した場合、測定周波数は約３〜４Ｋｚである。 図示例において、各重り（１３ｂ　、　１３ｅ　、　１５ｂ　、　１５ｃ　）は 、第１図から第３図で示したような方法で、振子状に振動する。前述のように、 回転体はセンサーの測定周波数を決定する上で重要な素子となる。このような回 転体を設けた結果、第１、第２振動ビーム間の不調和は削減する。故に、約４， ０００から６，０００の大幅に向上したＱが達成され、従来の二重端部付音叉と は異なって、振動ビームが同じ周波数で振動するのを確実にするために厳格な製 造上の許容誤差を必要としなくなる。従来の１振動ビームまたは２振動ビーム型 装置において、振動ビームの長さ、断面および硬直性が重要となる。しかし、本 発明にあっては、回転体についてのこれら３つのパラメーターのいずれも重大で はない。 振動ビームにおける静止点に連結されて振子動する回転体は、単一の振動ビーム または二重端部付音叉を用いて組立てられた従来のセンサーに比べて重大な効果 をもたらす。このシステムのＱが大幅に増加するだけでなく、製造上の許容誤差 が大幅に緩和され、センサーの製造コストも大幅に低下することができる。しか しながら、１対の振動ビームを使用した場合、回転体同士をあまりにも異なった ものにすることができず、また、振動ビーム同士は互いに独立して振動するもの であるが、各々の回転体間の小さい差異は、従来のセンサーにおける振動ビーム 間の差異はど重大ではない。さらに、一対の振動ビームに連結された回転体は互 いに対称的とするのが好ましいが、該回転体は様々な形状、サイズおよび角度と することかできる。同様に、回転体が測定周波数についての静止点に連結される かぎり、前記回転体の原理は、測定周波数として使用されているいかなる倍音ま たは上音にも適用可能である、回転体が使用される場合に測定周波数に影響する と思える主要ファクターは、回転体の重さ、および、回転体と該回転体が連結さ れた静止点との間の距離である。センサーは適度に広い範囲の許容誤差で良好な 動作を行なうが、これらのパラメーターは最高のＱを達成できるように調節可能 となっている。実施例では、Ｈ字状の回転体が好ましい。回転体が振子動じてい るとき、Ｈ字状の回転体は、空気に接触する面積が最小となり、故に、センサー によるエネルギー損失が減少し、システムのＱが増加する。また、回転体は、極 端に長いものより、比較的短くて太いものが好ましい。このようにすることによ り、重量測定装置の測定周波数が、分離した振動ビームに類似した形状および作 用を有する回転体の特徴的な共振周波数によって大きく影響されるという可能性 が最小化される。回転体についてその他の構成は、本発明の目的のうちいくつか を達成する。例えば、静止点が膨出し、または、静止点がより重い材料でつくら れた振動ビームは、回転体が他の態様で設けられているのと同一の効果を有する 。 本発明の好ましい実施例において、石英などのもろい材料はセンサーの素子構成 には用いられない。そのかわり、センサーは適当な金属または合金でつくられる 。比較的高いＱおよび比較的小さいクリープ性を有するため、ベリリウム銅が好 ましい。２０１４７６等の任意等級のアルミニウムはより高いＱをもたらすがよ り高いクリープ性を有し、７０７５Ｔ８４１の等級のアルミニウムは、より低い クリープ性を有するが、ベリリウム銅の２〜４倍高いクリープ性を有する。セラ ミック、酸化アルミニウム、軟鋼、ステンレス鋼、または、高張力鋼などの材料 を使用することもできる。このような材料を使用することにより、センサーは、 強度が高まり、より便利で低コストのものとすることができる。 本発明の好ましい実施例の別の効果としては、測定される最大荷重を制御するた めにセンサーのサイズを容易に変更できるということである。石英などのもろい 材料に代えて、コストを高くし且つ数個の移動部品を必要とする複雑なレバーシ ステムを要さずに、支持手段に直接連結可能なより強固な材料を用いてセンサー を構成することができる。各振動ビームの寸法は、１００ｋｇの重量を支持可能 な第７図のセンサーについて述べた。２００檀までの重量を支持するため、各振 動ビームの幅を２　ａｍから４　ｍｍに倍増することにより、センサーは容易に 調整される。このようにして、同一の応力に関して、振動ビームは２倍の重量を 支持することができる。しかしながら、同一の測定周波数を使用することができ るように、振動ビームの硬直性を同一に維持するのが望ましい。振動ビームの硬 直性は、該ビームの幅に比例する。従って、測定可能重量を２倍にできるように 振動ビームの幅を２倍にすることにより、振動ビームの硬直性も２倍となる。 しかしながら、硬直性は振動ビームの長さの３乗に反比例する。故に、同一の測 定周波数を維持するためには、振動ビームの幅を２倍にした場合であっても、振 動ビームの長さの小さい変化によって相殺される。また、振動ビームは、前述の ように長さを変化させるのに代えて厚みを変化させてもよいが、この場合の硬直 性は厚みの２乗に比例する。このようにして、大きい重量を測定しなければなら ない場合であっても、重量測定装置は、特別のレバー機構を付加する必要なしに 、振動ビームに簡単な変更を加えることなく構成される。 振動ビームの静止点に連結された回転体を用いることにより、センサーは低コス トで容易に製造可能となる。 センサーの構成部品の製造上の許容誤差が緩和されるため、正確な切断方法は必 要でなくなる。このようにして、センサーは酸化アルミニウムやセラミック等の 材料を成形したものとすることができ、または、重量測定装置はプレス具を用い て金属半加工品から製造できる。好ましい実施例において、センサーは金属を打 ち抜くことによって成形される。センサー（ｌＯ）がプレス具を用いて製造され たものである場合、該センサー（ｌＯ）は焼き入れ加工によって強度が高められ る。代替案として、センサーを機械加工によって成形してもよい。 本発明の好ましい実施例において、振動ビームは適当な非圧電材料からつくられ 圧電ドライバーに連結されるが、圧電ドライバーを不要とするように、圧電振動 ビームを用いたものであってもよい。 本発明の他の実施例は第６図に示されており、この図において、第５図の実施例 の構成部材に類似したものについては同じ参照符号を付す。この実施例において 、取付プレート（２４）には、印刷配線板を取付プレートに装着するための脚部 が設けられていない。また、第１球手方向延長部材（２２）と第２長手方向延長 部材（２０）とは、９０°ではなく約１８０’よじられている。これは第１、第 ２振動ビームに加わる応力の不均衡を最小化するのに役立つが、この機能は９０ ″のよじりにした場合に比べてより効果的に達成される。 第７図から第９図までは力センサ−（１ｏ）の他の実施例を示す。この好ましい 実施例において、重量測定装置は、プレス具を用いて金属半加工品で製造されて おり、前述したような効果を達成する。前記センサー（ｌＯ）は、第８図で示す 金属製半加工品（１３０）から製造されている。図示例において、薄い金属シー トを用いてセンサー（ｌＯ）を製造している。従って、半加工品（１３０）は、 ベリリウム銅を打ち抜いた後製造してもよい。この実施例において、第１、第２ 振動ビーム（１２，１４）の厚みは、典型的には、約２．２５ｍｍの厚みを有す る第５．６図のものよりかなり薄い０．５５ｍｍである。このようにして、セン サーの製造に用いられる材料のコストが低下し、総コストを増加する必要なしに 、より高いＱを有するより高価な材料を使用することとができる。 第７図で示すように、第１、第２振動ビーム（１２，１４）の方向は第５．６図 で示した第１、第２振動ビームに対して直角となっている。各実施例において、 振動ビームの厚みが測定される方向に振動が生じ、この方向に振動ビームを設け ても動作は変わらない。回転体（１３ｂ　、　１５ｂ）は、各々の回転体（１３ ｃ　、　１５ｃ　）に対して平行であるとともに離隔しており、各々の振動ビー ムの平面に対して直角となっている。この力センサーは第５．６図に示した実施 例のものと同様な性能を有する。回転体により、許容誤差が緩和される。例えば 、突出部（１３ｂ　、　１３Ｃ）がアーム部材（１３ａ）に対して折曲されてい る箇所において回転体間にわずかの不均衡があったとしても、センサーの性能に は大きな影響は出ない。前記突出部（１３ｂ、　１３ｅ　、　１５ｂ　、　１５ ｃ）は、振子状に回転している時の空気抵抗が最小となるように設けられている 。 前記回転体は、様々な形状にすることができ、様々な方法で振動ビーム上の静止 点に連結可能である。 ＦＩＧ、　／、　ＦＩＧ、　２゜ ＦＩＧ、　Ｊ、　Ｆｌに、　４゜ 手続補正書 １．事件の表示　ＰＣＴ／ＵＳ８７１０１６００２、発明の名称　振動型重量測 定装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　センサー・インターナショナル４、代理人 ５、補正命令の日付　自　発 ６、補正の対象　明細書（全文） ７、補正の内容 〔１〕明細書及び請求の範囲を別紙のとおり全文補正する。 補　正　明　細　書 １、発明の名称 振動型重量測定装置 ２、特許請求の範囲 〔１〕測測定波数において前後最大振動を生ずる第１及び第２端部静止点間に位 置する部分を有し、更に測定周波数において前後振動を生じない第１及び第２端 部静止点間に内部静止点を有し、更に又前記第１及び第２端部静止点がそれぞれ 隣接する第１及び第２端部を有する振動ビームと、被測定物を支持する支持手段 と、 前記振動ビームが振動するときの測定周波数を決定する応力を振動ビームに加え るために、振動ビームの第１端部を前記支持手段に連結する手段と、 振動ビームの前記内部静止点に連結されて前記測定周波数で回転する回転体とか ら成ることを特徴とする力測定装置。 〔２〕各ビームの第１及び第２端部に連結されて音叉を形成し、測定周波数で前 後振動する部分と該測定周波数で前後振動しない静止点を有する１対の平行に配 された振動ビームと、 被測定物を支持する支持手段と、 前記振動ビームが振動する°ときの測定周波数を決定する応力を振動ビームに加 えるために、振動ビームの第１端部を前記支持手段に連結する手段と、 各振動ビームの前記静止点に連結されて前記測定周波数で回転する回転体とから 成ることを特徴とする力測定装置。 〔３〕前記振動ビームの第２端部に取り付けられた取付手段を有することを特徴 とする請求の範囲第１項記載の装置。 〔４〕第１、第２振動ビームの第２端部に取り付けられた取付手段を有すること を特徴とする請求の範囲第２項記載の装置。 〔５〕前記振動ビームの第１端部を連結するため各振動ビームに設けられた第１ 端部と、前記振動ビームの第２端部を連結するため各振動ビームに設けられた第 ２端部とを有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の装置。 〔６〕各端部が、該端部の振動を消すために内方突出する突出部を有することを 特徴とする請求の範囲第５項記載の装置。 〔７〕重量測定装置用の取付手段と、第１、第２振動ビームの減衰を最小化する ために前記第２端部を前記取付手段に連結するための手段とを有することを特徴 とする請求の範囲第５項記載の装置。 〔８〕第１、第２振動ビームの第１端部を支持手段に連結するための手段が前記 支持手段を前記第１端部に直接連結していることを特徴とする請求の範囲第５項 記載の装置。

〔９〕前記支持手段に連結するための手段が、前記第１、第２振動ビームに略同 −の応力を加えるためによじられた延長部を有することを特徴とする請求の範囲 第８項記載の装置。 〔１０〕前記延長部が約９０＠よじられていることを特徴とする請求の範囲第９ 項記載の装置。 〔１１〕前記第２端部を前記取付手段に連結するための手段が、第１、第２振動 ビームに略同−の応力を加えるためによじられていることを特徴とする請求の範 囲第７項記載の装置。 〔１２〕前記延長部が約９０＃よじられていることを特徴とする請求の範囲第１ １項記載の装置。 〔１３〕前記振動ビームに連結されて、該振動ビームが前後振動するときの測定 周波数で出力信号を発する圧電レシーバ−を有することを特徴とする請求の範囲 第１項記載の装置。 〔１４〕一方の振動ビームに連結されて、該一方の振動ビームが前後振動すると きの測定周波数で出力信号を発する圧電レシーバ−を有することを特徴とする請 求の範囲第２項記載の装置。 〔１５〕振動ビームが非圧電材料製であり、振動ビームに連結されて、入力信号 により振動する圧電ドライバーを有することを特徴とする請求の範囲第１３項記 載の装置。 〔１６〕第１、第２振動ビームが非圧電材料製であり、一方の振動ビームに連結 されて、入力信号により振動する圧電ドライバーを有することを特徴とする請求 の範囲第１４項記載の装置。 〔１７〕圧電レシーバ−は、一方の振動ビームにおける前記測定周波数での前後 振動が最大とな”る最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１４ 項記載の装置。 〔１８〕圧電ドライバーは、一方の振動ビームにおける前記測定周波数での前後 振動が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１６項 記載の装置。 〔１９〕圧電レシーバ−は、他方の振動ビームにおける前記測定周波数での前後 振動が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１７項 記載の装置。 〔２０〕前記圧電レシーバ−に連結されていて、前記出力信号に呼応して重量を 測定するマイクロコンピュータ一手段を有することを特徴とする請求の範囲第１ ３項記載の装置。 〔２１〕前記圧電レシーバ−に連結されていて、前記出力信号に呼応して重量を 測定するマイクロコンピュータ一手段を有することを特徴とする請求の範囲第１ ４項記載の装置。 〔２２〕前記１対の平行した振動ビーム、支持手段、前記支持手段に連結するた めの手段、および回転体が、プレス具を用いて金属製半加工品からつくられてい ることを特徴とする請求の範囲第１６項記載の装置。 〔２３〕前記１対の平行した振動ビーム、支持手段、前記支持手段に連結するた めの手段、および回転体がベリリウム銅からなることを特徴とする請求の範囲第 １６項記載の装置。 〔２４〕前記１対の平行した振動ビーム、前記支持手段及び前記支持手段に連結 するための手段がベリリウム鋼から形成されたことを特徴とする請求の範囲第１ ６項記載の装置。 〔２５〕前記振動ビーム、前記支持手段、前記支持手段に連結するための手段お よび前記回転体がベリリウム鋼から形成されたことを特徴とする請求の範囲第１ ５項記載の装置。 〔２６〕前記振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連結するための手 段がベリリウム鋼から形成されたことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の装 置。 〔２７〕前記１対の平行した振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連 結するための手段が金属プレス加工によりつくられていることを特徴とする請求 の範囲第１６項記載の装置。 〔２８〕前記振動ビーム、前記支持手段、前記支持手段に連結すめための手段お よび前記回転体が金属プレス加工によりつくられていることを特徴とする請求の 範囲第１５項記載の装置。 〔２９〕前記振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連結するための手 段が金属プレス加工によりつくられていることを特徴とする請求の範囲第１５項 記載の装置。 〔３０〕圧電レシーバ−が一方の振動ビームにおける前記測定周波数での前後振 動が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１６項記 載の装置。 〔３１〕圧電レシーバ−が前記振動ビームにおける前記測定周波数での前後振動 が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１５項記載 の装置。 〔３２〕圧電レシーバ−が前記振動ビームにおける前記測定周波数での前後振動 が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１３項記載 の装置。 〔３３〕圧電ドライバーが前記振動ビームにおける前記測定周波数での前後振動 が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１３項記載 の装置。 〔３４〕圧電ドライバーが前記振動ビームにおける前記測定周波数での前後振動 が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１５項記載 の装置。 〔３５〕前記１対の平行した振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連 結するための手段が鋳造により形成されていることを特徴とする請求の範囲第１ ６項記載の装置。 〔３６〕前記１対の平行した振動ビーム、前記支持手段、前記支持手段に連結す るための手段および前記回転体が鋳造により形成されていることを特徴とする請 求の範囲第１６項記載の装置。 〔３７〕前記振動ビーム、前記支持手段、前記支持手段に連結するための手段お よび前記回転体が鋳造により形成されていることを特徴とする請求の範囲第１５ 項記載の装置。 〔３８〕前記振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連結するための手 段が鋳造により形成されていることを特徴とする請求の範囲第１５項記載の装置 。 〔３９〕前記１対の平行した振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連 結するための手段が酸化アルミニウムから形成されていることを特徴とする請求 の範囲第１６項記載の装置。 〔４０〕前記１対の平行した振動ビーム、前記支持手段、前記支持手段に連結す るめたの手段および前記回転体がか酸化アルミニウムから形成されていることを 特徴とする請求の範囲第１６項記載の装置。 〔４１〕前記振動ビーム、前記支持手段、前記支持手段に連結するための手段お よび前記回転体が酸化アルミニウムから形成されていることを特徴とする請求の 範囲第１５項記載の装置。 〔４２〕荊記振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連結するするだめ の手段が酸化アルミニウムから形成されていることを特徴とする請求の範囲第１ ５項記載の装置。 〔４３〕前記１対の平行した振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連 結するための手段が圧電材料から形成されていることを特徴とする請求の範囲第 １６項記載の装置。 〔４４〕前記１対の平行した振動ビーム、前記支持手段、前記支持手段に連結す るための手段および前記回転手段が圧電材料から形成されていることを特徴とす る請求の範囲第１６項記載の装置。 〔４５〕前記振動ビーム、前記支持手段、前記支持手段に連結するための手段お よび前記回転体が圧電材料から形成されていることを特徴とする請求の範囲第１ ５項記載の装置。 〔４６〕前記振動ビーム、前記支持手段および前記支持手段に連結するための手 段が圧電材料から形成されていることを特徴とする請求の範囲第１５項記載の装 置。 〔４７〕各歯部の第１及び第２端部に連結されて音叉を形成し、測定周波数で前 後振動する部分と該測定周波数で前後振動しない静止点を有する１対の平行に配 された振動歯部と、 被測定物を支持する支持手段と、 前記振動歯部が振動するときの測定周波数を決定する応力を振動歯部に加えるた めに、振動歯部の第１端部を前記支持手段に連結する手段と、各振動歯部の前記 静止点に連結されて前記測定周波数で回転する回転体とから成ることを特徴とす る力測定装置。 〔４８〕測定周波数において前後最大振動を生ずる第１及び第２端部静止点間に 位置する部分を有し、更に測定周波数において前後振動を生じない第１及び第２ 端部静止点間に内部静止点を有し、更に又前記第１及び第２端部静止点がそれぞ れ隣接する第１及び第２端部を有する振動線状エレメントと、 被測定物を支持する支持手段と、 前記振動線状エレメントが振動するときの測定周波数を決定する応力を振動線状 エレメントに加えるために、振動線状エレメントの第１端部を前記支持手段に連 結する手段と、 振動線状エレメントの前記内部静止点に連結されて前記測定周波数で回転する回 転体とから成ることを特徴とする力測定装置。 ３、発明の詳細な説明 本発明は、回転体を有する振動ビームを用いて力を測定するための装置に関する ものである。 振動型の力測定装置は、当業者によく知られている。振動型の力変換器は、ディ ジタル値、すなわち、振動周波数を直接発生するため、構造が簡単でアナログデ ィジタル変換器を必要としないという利点がある。振動型力測定装置において、 振動ビームは、励振されて、該ビームに加わる応力に係る特定の周波数で振動す る。この振動周波数は、振動ビームの硬直度によって左右され、一定の長さおよ び断面（縦横比）の振動ビームについては比較的一定したものとなる。 力センサーとして振動ビームを有する重量測定装置の機械的Ｑは、各振動サイク ルにおいて、前記ビームによって失ったエネルギーに対する該ビームに蓄積され たエネルギーの比に比例する。力測定に用いられる振動の減衰が生じることによ って共振用波数が不安定となったり望ましくない共振用波数にクロスオーバーす る傾向が生ずるため、低いＱを有するシステムは好ましくない。高いＱを有する システムは、振動ビームの振動を維持し、小さい外部エネルギー源を用いて振動 ビームを励振でき、より安定した共振周波数を得るものである。 重量測定装置の力センサーとして振動ビームを使用した場合、被測定物による応 力は振動ビームの第１端部に加わり、センサーは振動ビームの第２端部に安定し て取り付けられる。゛しかしながら、単一の振動ビームを使用した場合、振動ビ ームの被取付端部の振動エネルギーが失われ、システムのＱが低下し振動が減衰 する。単一の振動ビームにあっては、センサーの被取付端部における力の平衡が なくなる。単一の振動ビームは、振動してセンサーの被取付端部にモーメントを 加える。センサーの被取付端部における減衰によるエネルギーの損失を回避する ために、二重端部付音叉を形成する１対の平行した振動ビームをセンサーとして もよい。単一の振動ビームの被取付端部を回転させようとする力によって生じる エネルギー損失（およびそれに付随するＱの低下）を最小化するための他の方法 は、大きな惰性を有する中間重量体に柔軟部材を用いて装置に接続された単一の 振動ビームの各端部を取り付けることである。しかしながら、この方法は、前記 被取付端部に加わる力および該被取付端部におけるエネルギー損失を完全に除去 することができず、重量測定装置のコストを高め、サイズ、並びの装置の複雑性 を増加するものである。 二重端部付音叉型のセンサーにおいて、第１振動ビーム上の圧電素子を用いて音 叉を励振し、第２振動ビーム上の第２圧電素子が振動ビックアッブ素子として使 用される。振動ビームは、各々の第１、第２端部において一体連結される。前記 １対の振動ビームは、該１対の振動ビームの長さ、断面および硬直性、ならびに 、力測定時において振動ビームに加わる応力によって決定される測定周波数で振 動することとなる。各振動ビームが実質的に同一である場合、前記１対の振動ビ ームは、同一の測定周波数で振動するが、１８０’位相がずれる。その結果、各 ビームの端部において、各ビームからの振動は互いに相殺し合い、センサーの被 取付端部にモーメントが加わるのが阻止される。従って、ビームの端部における 振動エネルギー損失が少なくなり、１対の平行した振動ビームを用いた力測定装 置は、単一の振動ビームを有するシステムより高いＱを有することとなる。 しかしながら、振動ビームを用いた従来の力測定装置においては、高いＱを有す るセンサーを製造するのが極めて困難となる。このようにして、１対の平行した 振動ビームを用いたセンサーに関しては、各ビームの共振周波数における差異を 生じる２つの振動ビーム間の不均衡が存在しないようにするためには、製造上の 許容誤差を厳格なものとする必要がある。特に、２つの振動ビームの長さ、断面 および硬直性が確実に均等であらねばならず、被測定物による応力は２つの振動 ビームの各々の第１端部に均等に加わることが必要である。そうでない場合、周 波数差はＱを低下させる発振回路のビームの二重安定作用を招くことになる。あ る場合には振動が止むことになる。厳格な許容誤差（ミクロン単位）を必要とす るので、振動ビームは正確な切断方法を用いて製造される。 その結果、従来の振動型重量測定装置は、例えば、プレス具を用いて成形または 製造されるものではない。 実際上、鋳造又はプレス加工により製せられる力センサーは、単に約１５０〜２ ５０のＱを達成するのみである。従って、より高いＱを達成でき且つ低コストで 例えば鋳造又はプレス加工により作られる振動ビームを有するセンサーが必要で ある。 さらに、例えば米国特許第４，２１５，５７０号明細書に開示されているような 典型的な力センサーは、圧電性の石英からなる二重端部付音叉を有する。このタ イプのセンサーにはいくつかの問題点がある。センサーの共振周波数の温度によ る影響を最小化するために、センサーの正しい結晶方向が必要となる。センサー は、写真平板エツチング又はダイヤモンド加工によって製造され、比較的製造コ ストの高いものとなる。さらに、石英センサーは、大変もろく、高荷重に耐え得 るものではない。実際上、石英センサーは、数種の重量を感知するのに使用され る。重いものを測定する場合、力は前記のようにもろい石英センサーに直接加え られない。その代わり、重量に比例するひずみが、レバー機構を介してセンサー に加えられる。故に、このようなセンサーは、他の部品をいくつか付加する必要 があり、力測定装置のコストがさらに高くなる。 本発明の目的は、高いＱを有する振動型力センサーを提供することである。 本発明の他の目的は、振動ビームの製造においてより高い許容誤差を可能とする センサーを提供することである。 本発明の他の目的は、容易且つ低コストで製造可能な力測定装置を提供すること である。 本発明の他の目的は、強固な構造を有する力測定装置用のセンサーを提供するこ とである。 本発明の他の目的は、レバー機構を必要とすることなく被測定物を振動ビームの 一端に直接取り付けることのできるセンサーを提供することである。 本発明のさらに他の目的は、被測定物からの応力が２つの振動ビームの各々に均 等に加わるようになった二重端部付音叉型力測定装置を提供することである。 前記目的を達成するため、本発明による力測定装置は、測定周波数で前後振動す る部分を存し、前記測定周波数で前後振動しない静止点を有し、第１、第２端部 を有する振動ビームと、被測定物を支持する支持手段と、 前記振動ビームが振動するときの測定周波数を決定する応力を振動ビームに加え るために、振動ビームの第１端部を前記支持手段に連結する手段と、 振動ビームの前記静止点に連結されて前記測定周波数で回転する回転体とから成 るものである。 本発明の他の実施例において、力測定装置は、前記測定周波数で前後振動しない 静止点を有する各々の振動ビームの第１、第２端部で連結されて音叉を形成する １対の平行した振動ビームを有する。 第１図から第３図までは、特定の測定周波数で動作している力測定装置の好まし い実施例を示す。 この力測定装置は振動ビームを有し、該ビームは、その一部が測定周波数で前後 に振動し、前記周波数において前後に振動しない静止点を有するとともに、第１ 、第２端部を有する。図示したように、力センサ−（１００）は、振動ビームす なわち振動線状エレメント（１０２）を有する。該振動ビーム又は線状エレメン トは、第１端部（１１２）と第２端部（１１３）とを有する。前記振動ビーム（ １０２）の第２、すなわち、被取付端部は取付手段（１０３）に取り付けられて いる。 本発明によると、被測定物を支持するための支持手段が設けられている。本発明 は、振動ビームが振動する測定周波数を決定する応力を振動ビームに加えるため 、該振動ビームの第１端部を前記支持手段に連結するための手段を有する。図示 例では、被測定物は、連結手段（１１４）を介して振動ビーム（１０２）の第１ 端部（１１２）に連結された支持手段（１１０）上に掛けられる。その結果、被 測定物は、振動ビーム（１０２）が励振されて振動する共振周波数に比例する応 力を振動ビーム（１０２）に加える。 本発明は、前記測定周波数において回転するように振動ビームの静止点に連結さ れた回転体を示す。図示例では、アーム部材（１０４）が振動ビーム（１０２） に対して直角に延び、該アーム部材（１０４）の自由端部が球状回転体（１０６ 、１０８）に取り付けられている。第１図のアーム部材（１０４）は、振動ビー ム（１０２）の静止点（１２０）に前記回転体（１０６、１０８）を連結してい る。 振動ビーム（１０２）に沿う適切な静止点の位置は、前記振動ビーム（１０２） が振動する基本周波数、および、被測定物を測定するために選択された測定周波 数によって左右される。振動ビームと回転体との組合せ体は、その組合せ体が振 動し得る基本共振周波数を有し、該基本共振周波数は、振動ビーム（１０２）の 長さ、断面および硬直度、前記回転体（１０６、１０８）の重量および該回転体 が静止点（１２０）から離隔する距離、ならびに、被測定物によって振動ビーム （１０２）に加えられる応力によって決まる。前記基本共振周波数において、振 動ビームの中心における前後振動が最大となり、静止点は振動ビームの第１、第 ２端部に位置する。しかしながら、振動ビーム（１０２）は、前記基本共振周波 数の約２倍の周波数である第２倍音の周波数でも振動することができる。前記基 本共振周波数の第２倍音の周波数で振動するとき、他の静止点が振動ビーム（１ ０２）の真中に正確に位置する。第１図から第３図までに示す実施例において、 振動ビーム（１０２）は、前記基本共振周波数の第２倍音で振動している。故に 、第１図から第３図までの静止点（１２０）においては、振動ビーム（１０２） の前後振動は生じない。その代わり、静止点（１２Ｇ）は測定周波数で回転する 。 前記振動ビーム（１０２）は、石英等の圧電材料から成るものであってもよい。 しかしながら、好ましい実施例では、振動ビーム（１０２）を、ベリリウム銅な どの金属等の非圧電材料製としている。 振動ビーム（１０２）に圧電材料を用いない場合、振動ビーム（１０２）を励振 して振動させるため、該ビーム（１０２）に圧電ドライバー（図示せず）を設け るのが好ましい。その他のファクターをすべて一定にした場合、ビーム（１０２ ）に加わる重量は振動ピックアップ素子として作用する圧電レシーバ−を用いて 測定可能である。というのは、ビーム（１０２）の振動周波数が、ビーム（１０ ２）の第１端部（１１２）に連結された支持手段（１１Ｇ）上の被測定物によっ て加えられる力に比例するがらである。 連結手段は、振動ビーム（１０２）の第１（自由）端部を支持手段（１１０）に 直接連結しているのが好ましい。しかしながら、特に、典型的には１〜２ｋｇ以 上の重量を支持することができない石英等のもろい材料によって振動ビーム（１ ０２）を形成した場合、レバーを設けることによって、振動ビーム（１０２）の 自由端部（１１２）に応力を加えることができる。 第１図から第３図までに示すように、静止点に連結された回転体は振動ビームの 振動に呼応する。 第２図および第３図は、振子状の動きを示すが、本発明の作用を理解し易くする ためかなり誇張して示している。回転体は、振動ビーム（１０２）が振動する正 確な測定周波数を決定する際の主要ファクターとなるために、振動ビーム（１０ ２）に連結されている。ビーム（１０２）は、１つの相から次の相に振動する際 、静止点に連結された回転体を該静止点を中心として前後に振子状に回転させる 。 振動ビーム′の静止点に連結された回転体を使用することにより、本発明の重量 測定装置は従来のものに対して重大な効果をもたらす。最も重要なことは、振動 ビームの共振周波数が振動ビームに関するパラメーターと回転体に関するパラメ ーターとによって決定されるので、機械的Ｑが大幅に上昇する。また、このシス テムによって損失するエネルギーに対する蓄積エネルギーの比率が上昇する。と いうのは、振子運動する回転体が、いかなるエネルギーの乱高下を吸収し、且つ 、内部または外部からの短期的影響によって誘発される周波数変化に対するセン サーの抵抗力を高めるはずみ車として作用するためである。本発明の力測定装置 は、従来の回転体を用いない鋳造又はプレスによる装置に比し、機械的Ｑにおい て桁違いの進歩をもたらす。その他の重要な利点としては、従来の装置と同じ機 械的Ｑとなるものの、より簡単且つ低コストで重量測定装置を製造できるように 、製造上の許容誤差をかなり緩和できるということがある。このような許容誤差 の緩和が可能なのは、共振周波数が振子運動する回転体によって大きく影響され る結果、振動ビーム自体がもはやセンサーの共振周波数を決定する上で重大なフ ァクターとはならないという事実のためである。 本発明は、基本共振周波数のいかなる倍音すなわち上音に関連する測定周波数（ および振動静止点）で利用可能である。例えば、第４図において、振動ビーム（ １０２）が振動する測定周波数は基本共振周波数の第１上音である。第１上音で 振動する場合、振動ビームは、該ビームの両端部以外の箇所に２つの静止点を有 することとなる。第４図に示すように、第１静止点（１２０ａ）は振動ビームの 被取付端部側に位置し、第２静止点（１２０ｂ）は振動ビームの自由端部側に位 置する。第１の回転体対（１０６ａ、　１０８ａ）は第１静止点（１２０ａ）に 連結され、第２の回転体対（１０６ｂ、　１０１１１ｂ）は第２静止点（１２０ ｂ）に連結されている。第１図からＭ３図および第４図は、本発明が特定の測定 周波数に関連した静止点の数にかかわらず完全に類似した態様で作用するという ことを示している。振動ビーム（１０２）の振動の態様が特定の倍音または上音 で変化させられる場合、本発明の目的は、前記特定の振動周波数に関連する静止 点のすべてまたはそのうちの選択されたものに連結された回転体を設けることに よって達成可能である。 本発明は、各ビームの第１、第２端部において連結さされて音叉の振動歯部を形 成している１対の平行した振動ビームを有してもよく、この場合、各ビームは、 測定周波数において前後振動しない静止点を有する。本発明の好ましい実施例の １つを第５図に示す。図示例において、力センサ−（１０）は２つの平行した振 動ビーム（１２，１４）を有する。第１、第２ビーム（１２，１４）は、第１、 第２端部（１６，１８）において連結されている。前記センサー（１０）が第２ 倍音で振動する場合、各ビームの中間静止点はその中心に位置することとなる。 図示例において、回転体（１３）は第１ビーム（１２）の静止点に連結され、回 転体（１５）は静止点に連結されている。回転体（１３，１５）は、アーム部材 （１３ａ　、　１５ａ　）を介して静止点に連結されており、各回転体は、アー ム部材（１３ａ　、　１５ａ　）にそれぞれ連結された突出部（１３ｂ　、　１ ３ｅ　１５ｂ　。 １５Ｃ）を有するＨ状となっている。 本発明の１つの特徴によると、前記センサー（１０）は、第１、第２振動ビーム の第１、第２端部を連結している第１１第２端部を有する。図示例において、第 １端部（１Ｂ）は振動ビーム（１２゜１４）の第１（自由）端部を連結している 。第２端部（１８）は、第１、第２振動ビームの第２（被取付）端部を連結して いる。 各端部は、該端部の振動を消すため内方突出部を有するのが好ましい。図示例お いて、第１端部（１６）は振動ビームの第２端部に向けて延びる突出部（３６） を有し、第２端部（１８）は振動ビームの第１端部に向けて延びる突出部（３８ ）を有する。 重量測定装置における振動ビームが振動するとき二重端部付音叉の端部を連結す る端部において小さい振動が生じる。しかしながら、これらの端部に設けた内方 突出部は、端部（１６，１８）における望ましくない振動を吸収し、または消滅 させることにより、前記センサーの機械的Ｑを増加させる。 好ましい実施例において、第１、第２振動ビームの第１端部を支持手段に連結し ている手段は、レバーを介さず直接、前記支持手段を第１端部に連結する。この ように直接連結することにより、石英センサーを使用する際必要となる複雑且つ 高コストのレバーシステムを不要とし、力測定装置を構造が簡単で低コストのも のとすることができる。支持手段に連結するための手段は、長手方向延長部材で あるのが好ましい。図示例において、第１端部（１６）は、第１長手方向延長部 材（２２）によって荷重プレート（３２）に直接連結されている。 この好ましい実施例において、力測定装置用に取付手段が設けられており、該装 置は、第１、第２振動ビームの減衰を最小化するため、第２端部を前記取付手段 に連結するための手段を有する。 図示例において、第２端部（１８）は第２長手方向延長部材（２０）によって取 付プレート（２４）に連結されている。二重端部付音叉の各端部と、被測定物の 支持手段および力測定装置用取付手段との間に設けた連結手段は、重要な機能を 果す。図示例において、長手方向延長部材は、端部（１Ｂ、　１ｇ）からの消滅 していない振動を減衰しがちであり、取付プレート（２４）および荷重プレート （３２）を振動している音叉から隔離する。その結果、第１、第２振動ビームに おける所望の振動の減衰が少なくなり、センサーの機械的Ｑが増加する。さらに 、取付手段と音叉との間の隔離により、取付プレー）　（２４）が比較的静止し たものである結果生じる振動ビームのいかなる減衰をも最小化する。 本発明の好ましい実施例において、略同じ応力を第１、第２振動ビームに加える ために第１端部を支持手段に連結するため、よじった延長部が設けられている。 図示例において、第１長手方向延長部材（２２）は、第１端部（１６）を孔（３ ９）付の荷重プレート（３２）に直接連結している。重量測定用のセンサーを用 いた場合、被測定物は、孔（３９）を介して荷重プレート（３２）に取り付ける ことにより、センサー（１０）から直接吊り下げてもよい。このようにして、例 えば、フックから垂下する測定皿を荷重プレート（３２）に取り付けてもよい。 前述のように、二重端部付音叉を用いた重量測定装置において、２つの振動ビー ムの各々の共振周波数を調和させることが重要である。しかしながら、各ビーム の共振周波数は該ビームに加えられる応力量によって左右されるので、被測定物 によりセンサーに加わる応力が２つの振動ビームに等しく加えられる必要がある 。故に、第１長手方向延長部材（２２）に９０＠のよじりを設けるのが好ましい 。このよじりは、各ビームに加わる荷重を均等化するのに大変効果的である。延 長部材におけるよじりは、被測定物が中心から位置ずれしたり測定皿が揺動して いるときなど、各ビーム上の力が不均等であるとき、第１振動ビーム（１２）と 第２振動ビーム（１４）との間の差動荷重を均等化するものである。 第２端部を取付手段に連結するための手段は、第１、第２振動ビームに略同−の 応力を加えるためよじられた延長部材を有するのが好ましい。図示例において、 第２長手方向延長部材（２０）もまた、第１、第２振動ビーム上の差動荷重を均 等化するため９０℃よじられている。 第５図で示すように、取付プレート（２４）は略Ｃ字状である。取付プレートの 機能は、センサーを他の装置（図示せず）に堅固に固着することである。この実 施例において、センサーは、取付孔すなわち取付プレート（２４）の孔を介して 固着される。取付孔は、取付プレート（２４）の中心区域（３０）を開口して、 各振動ビームの減衰を最小化するように設けられている。また、１つの取付孔を センサーの長手方向軸に沿って取付孔（２４）に形成して、不均等な応力を各振 動ビームに加わるのを阻止する。２つの振動ビームに不均等な応力が加わるのを 回避するため、２つの取付孔より１つの取付孔を用いるのが好ましい。取付孔（ ２６゜２８）に１対のボルトを用いて固着されている場合、被測定物が荷重プレ ート（３２）に取り付けられる際、取付プレート（２４）は移動し折曲し晶くな る。 本発明は、振動ビームが前後振動するときの測定周波数で出力信号を発生するた め、振動ビーム連結された圧電レシーバ−を有するのが好ましい。 図示例において、圧電レシーバ−（４２）が第２振動ビーム（１４）上に取り付 けられている。 振動ビームが金属等の非圧電材料からなる場合、本発明は、振動ビームに連結さ れ入力信号が入力したとき振動する圧電ドライバーを有していてもよい。第５図 の実施例において、圧電ドライバー（４０）は第１振動ビーム（１２）上に取り 付けられている。動作時において、パルス化した入力信号が圧電ドライバー（４ ０）に送られ、ドライバー（４０）および該ドライバー（４０）上に取り付けら れた振動ビーム（１２）を励振させる。振動ビームが共振周波数で振動している とき、次のパルス化した入力信号は、振動ビーム（１２）が、ドライバー　（４ ０）が前の入力信号を受けたときの位置に前後振動するのと同時に、ドライバー （４０）および振動ビーム（１２）を励振する。二重端部付音叉型センサーにお いて、振動ビーム（１２）の振動は、第２振動ビーム（１４）の振動と１８０° 位相がずれる。振動ビーム（１４）における振動は、該ビーム（１４）上に取り 付けられて、該ビーム（１４）の振動周波数と同じ周波数を有する出力信号を発 生する圧電レシーバ−（４２）によって検知される。 圧電レシーバ−（４２）からの出力信号は、ドライバー（４０）に帰還されて、 システムが特定周波数で振動する。各振動ビームが振動するときの共振周波数は 、振動ビームおよび回転体の特性、ならびに、被測定物によって振動ビームに加 わる応力により、純機械的に決定される。 本発明の好ましい実施例において、マイクロコンピュータ一手段は、圧電レシー バ−に連結されて、出力信号に呼応して被測定物の重量を決定する。図示例にお いて、取付プレート（２４）には、プリント配線板をセンサーに装着する手段と しての脚部（３３，３４）が設けられている。センサー（ｌＯ）との干渉を回避 するため、前記脚部（３３゜３４）は、前記プリント配線板を並列に取り付は可 圧電レシーバ−（４２）からの出力信号を感知し分析するため、前記マイクロコ ンピュータ一手段を含む電子回路を有してもよい。 典型的には、マイクロプロセッサ−およびカウンターを、振動ビームが振動して いるときの周波数を測定するのに使用してもよい。好ましい方法において、出力 パルスの数は所定数に達するまでカウントされ、振動周波数は、所定数の出力パ ルスが発生中に行なわれたクロックサイクル数に基づいて測定可能である。変更 例において、圧電レシーバ−の出力パルス数は所定クロックサイクルに対してカ ウントされ、カウントされた出力パルス数は、振動ビームが振動しているときの 周波数を測定する際、マイクロプロセッサ−により使用される。本発明のその他 の実施例において、センサー（１０）の脚部（３３，３４）に装置されたプリン ト配線板は、測定重量を表示するディジタル表示装置を有してもよい。前述のよ うに、振動ビームが振動するときの周波数は振動ビームに加わるひずみに比例し 、従って、振動ビームが振動しているきの測定周波数はセンサー上の重量を正確 に測定するために使用可能である。マイクロコンビニ−タ一手段は、被測定物が 支持手段によって支持される際、振動ビームの振動周波数における変化を測定す るのに使用され、前記変化に基づいて重量を演算する。 本発明の好ましい実施例において、圧電レシーバ−は、振動ビームに関して測定 周波数における前後振動が最大となる最大点に連結されている。 同様に、好ましい実施例における圧電ドライバーもまた、振動ビームの最大点に 連結されることとなる。図示例において、第５図の力測定装置は各振動ビームの 中心の静止点を有する。第２倍音が測定周波数として使用されていると仮定した 場合、振動静止点は振動ビームの中心および両端部に現われ、一方、最大振動は 各振動ビームの中心と両静止端部との間の正に真中に現われる。従って、振動ビ ームが圧電ドライバーによって第２倍音周波数で励振されているとき、圧電ドラ イバーが振動ビーム上の２つの最大点のうちの１つに設けられているとした場合 、該圧電ドライバーが取り付けられた振動ビームにおいて最大振動量が誘導され る。一方、振動ビームが特定測定周波数で振動するように励振され、圧電ドライ バーが前記測定周波数に関する静止点近くに配設されるとき、振動ビームの前後 振動は比較的小さいものとなる。 同様に、圧電レシーバ−は、測定周波数として使用される倍音または上音の波形 のピーク点に設けるのが最適である。前記測定周波数における振動ビーム上の最 大振動点に配設された場合、圧電レシーバ−は大きい前後動のため最も強い出力 信号を発生することとなる。この位置に圧電レシーバ−を配設することの他の利 点は、振動ビームが振動するものの所望の測定周波数に対応しない他の共振周波 数を除去するのに、圧電レシーバ−が役立つということである。例えば、第２倍 音が測定周波数として使用された場合、前記圧電レシーバ−は、振動ビームの全 長における４分の１または４分の３の点に設けられる。これらの点において、第 ３倍音周波数で生じるすべての振動の被測定物が現われ、基本周波数または第１ 上音における振動は最大のものとはならない。その結果、圧電ドライバーおよび 圧電レシーバ−をこのように配設することにより、所望の測定周波数以外の周波 数を電子的に除去するのを少なくしておいて、同一の成果を挙げることができる 。 第５図の実施例において、圧電ドライバー（４０）は、第１振動ビーム（１２） 上に取り付けられ、圧電レシーバ−（４２）は、第２振動ビーム（１４）上に取 り付けられている。しかしながら、センサーの対称性を考慮に入れた場合、前記 ドライバー（４０）およびレシーバ−（４２）の位置は逆であってもよい。 第７図の実施例においては、長さ３８ｍｍ、幅２關、厚さ０．５５ｍｍの１対の 振動ビームを有するセンサーにより、１００ｋｇまでの重さが測定される。この 実施例により重量測定装置を前述の寸法で構成したとき、第２倍音に関する約１ ．４Ｋｚの測定周波数を使用してもよい。しかしながら、本発明の作用は、いか なる特定周波数に限定されず、測定周波数としていかなる倍音または上音を用い ても実施可能である。振動ビームの静止点に連結された回転体なしで重量測定装 置を構成した場合、測定周波数は約３〜４Ｋｚである。 図示例において、各重り（１３ｂ　、　１３ｃ　、　１５ｂ　。 １５ｃ　）は、第１図から第３図で示したような方法で、振子状に振動する。前 述のように、回転体はセンサーの測定周波数を決定する上で重要な素子となる。 このような回転体を設けた結果、第１、第２振動ビーム間の不調和は削減する。 故に、大幅に向上したＱが達成され、従来の二重端部付音叉とは異なって、振動 ビームが同じ周波数で振動するのを確実にするために厳格な製造上の許容誤差を 必要としなくなる。従来の１振動ビームまたは２振動ビーム型装置において、振 動ビームの長さ、断面および硬直性が重要となる。しかし、本発明にあっては、 回転体についてのこれら３つのパラメーターのいずれも重大ではない。 振動ビームにおける静止点に連結されて振子動する回転体は、単一の振動ビーム または二重端部付音叉を用いて組立てられた従来のセンサーに比べて重大な効果 をもたらす。このシステムのＱが大幅に増加するだけでなく、製造上の許容誤差 が大幅に緩和され、センサーの製造コストも大幅に低下することができる。しか しながら、１対の振動ビームを使用した場合、回転体同士をあまりにも異なった ものにすることができず、また、振動ビーム同士は互いに独立して振動するもの であるが、各々の回転体間の小さい差異は、従来のセンサーにおける振動ビーム 間の差異はど重大ではない。さらに、一対の振動ビームに連結された回転体は互 いに対称的とするのが好ましいが、該回転体は様々な形状、サイズおよび角度と することかできる。同様に、回転体が測定周波数についての静止点に連結される かぎり、前記回転体の原理は、測定周波数として使用されているいかなる倍音ま たは上音にも適用可能である、回転体が使用される場合に測定周波数に影響する と思える主要ファクターは、回転体の重さ、および、回転体と該回転体が連結さ れた静止点との間の距離である。センサーは適度に広い範囲の許容誤差で良好な 動作を行なうが、これらのパラメーターは最高のＱを達成できるように調節可能 となっている。実施例では、Ｈ字状の回転体が好ましい。回転体が振子動じてい るとき、Ｈ字状の回転体は、空気に接触する面積が最小となり、故に、センサー によるエネルギー損失が減少し、システムのＱが増加する。 また、回転体は、極端に長いものより、比較的短くて太いものが好ましい。この ようにすることにより、重量測定装置の測定周波数が、分離した振動ビームに類 似した形状および作用を有する回転体の特徴的な共振周波数によって大きく影響 されるという可能性が最小化される。回転体についてその他の構成は、本発明の 目的のうちいくつかを達成する。例えば、静止点が膨出し、または、静止点がよ り重い材料でつくられた振動ビームは、回転体が他の態様で設けられているのと 同一の効果を有する。 本発明の好ましい実施例において、石英などのもろい材料はセンサーの素子構成 には用いられない。そのかわり、センサーは適当な金属または合金でつくられる 。比較的高いＱおよび比較的小さいクリープ性を有するため、ベリリウム銅が好 ましい。２０１４Ｔ６等の任意等級のアルミニウムはより高いＱをもたらすがよ り高いクリープ性を有し、７０７５Ｔ８４１の等級のアルミニウムは、より低い クリープ性を存するが、ベリリウム銅の２〜４倍高いクリープ性を有する。セラ ミック、酸化アルミニウム、軟鋼、ステンレス鋼、または、高張力鋼などの材料 を使用することもできる。このような材料を使用することにより、センサーは、 強度が高まり、より便利で低コストのものとすることができる。 本発明の好ましい実施例の別の効果としては、測定される最大荷重を制御するた めにセンサーのサイズを容易に変更できるということである。石英などのもろい 材料に代えて、コストを高くし且つ数個の移動部品を必要とする複雑なレバーシ ステムを要さずに、支持手段に・直接連結可能なより強固な材料を用いてセンサ ーを構成することができる。各振動ビームの寸法は、１１００）ｃの重量を支持 可能な第７図のセンサーについて述べた。２００ｋｇまでの重量を支持するため 、各振動ビームの幅を２１１１ＩＩから４關に倍増することにより、センサーは 容易に調整される。このようにして、同一の応力に関して、振動ビームは２倍の 重量を支持することができる。しかしながら、同一の測定周波数を使用すること ができるように、振動ビームの硬直性を同一に維持するのが望ましい。振動ビー ムの硬直性は、該ビームの幅に比例する。従って、測定可能重量を２倍にできる ように振動ビームの幅を２倍にすることにより、振動ビームの硬直性も２倍とな る。しかしながら、硬直性は振動ビームの長さの３乗に反比例する。故に、同一 の測定周波数を維持するためには、振動ビームの幅。 を２倍にした場合であっても、振動ビームの長さの小さい変化によって相殺され る。また、振動ビームは、前述のように長さを変化させるのに代えて厚みを変化 させてもよいが、この場合の硬直性は厚みの２乗に比例する。このようにして、 太きい力を測定しなければならない場合であっても、力測定装置は、特別のレバ ー機構を付加する必要なしに、振動ビームに簡単な変更を加えることなく構成さ れる。 振動ビームの静止点に連結された回転体を用いることにより、センサーは低コス トで容易に製造可能となる。センサーの構成部品の製造上の許容誤差が緩和され るため、正確な切断方法は必要でなくなる。このようにして、センサーは酸化ア ルミニウムやセラミック等の材料を成形したものとすることができ、または、重 量測定装置はプレス具を用いて金属半加工品から製造できる。好ましい実施例に おいて、センサーは金属を打ち抜くことによって成形される。センサー（１０） がプレス具を用いて製造されたものである場合、該センサー（１０）は焼き入れ 加工によって強度が高められる。代替案として、センサーを機械加工によって成 形してもよい。 本発明の好ましい実施例において、振動ビームは適当な非圧電材料からつくられ 圧電ドライバーに連結されるが、圧電ドライバーを不要とするように、圧電振動 ビームを用いたものであってもよい。 本発明の他の実施例は第６図に示されており、この図において、第５図の実施例 の構成部材に類似したものについては同じ参照符号を付す。この実施例において 、取付プレート（２４）には、印刷配線板を取付プレートに装着するための脚部 が設けられていない。また、第１長手方向延長部材（２２）と第２長手方向延長 部材（２０）とは、９００ではなく約１８０”よじられている。これは第１、第 ２振動ビームに加わる応力の不均衡を最小化するのに役立つが、この機能は９０ °のよじりにした場合に比べてより効果的に達成される。 第７図から第９図までは力センサ−（ｌＯ）の他の実施例を示す。この好ましい 実施例において、力測定装置は、プレス具を用いて金属半加工品で製造されてお り、前述したような効果を達成する。 前記センサー（１０）は、第８図で示す金属製半加工品（１３０）から製造され ている。図示例において、薄い金属シートを用いてセンサー（１０）を製造して いる。従って、半加工品（１３０）は、ベリリウム銅を打ち抜いた後製造しても よい。この実施例において、第１、第２振動ビーム（１２，１４）の厚みは、典 型的には、約２．２５１１！ｌの厚みを有する第５．６図のものよりかなり薄い ０．５５ｍｍである。このようにして、センサーの製造に用いられる材料のコス トが低下し、総コストを増加する必要なしに、より高いＱを有するより高価な材 料を使用することとができる。 第７図で示すように、第１、第２振動ビーム（１２，１４）の方向は第５．６図 で示した第１、第２振動ビームに対して直角となっている。各実施例において、 振動ビームの厚みが測定される方向に振動が生じ、この方向に振動ビームを設け ても動作は変わらない。回転体（１３ｂ　、　１５ｂ　）は、各々の回転体（１ ３ｃ　、　１５ｃ　）に対して平行であるとともに離隔しており、各々の振動ビ ームの平面に対して直角となっている。この力センサーは第５．６図に示した実 施例のものと同様な性能を有する。 回転体により、許容誤差が緩和される。例えば、突出部（１３ｂ　、　１３ｃ　 ）がアーム部材（１３ａ）に対して折曲されている箇所において回転体間にわず かの不均衡があったとしても、センサーの性能には大きな影響は出ない。前記突 出部（１３ｂ、　１３ｃ　。 １５ｂ　、　１５ｅ）は、振子状に回転している時の空気抵抗が最小となるよう に設けられている。 前記回転体は、様々な形状にすることができ、様々な方法で振動ビーム上の静止 点に連結可能である。 ４、

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は、１つの静止点に連結された１つの回転体を有する振動ビー ムを示す図、第４図は、１対の静止点に連結された１対の回転体を有する振動ビ ームを示す図、 第５図は、本発明の１実施例の斜視図、第６図は、本発明の他の実施例の斜視図 、第７図は、さらに他の実施例の斜視図、第８図は、第７図の実施例を製造する ための金属製半加工品を示す平面図、 第９図は、第７図で示す実施例の回転体を示す端面図である。 特許出願人　センサー・インターナショナル国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕測定周波数で前後振動する部分を有し、前記測定周波数で前後振動しない 静止点を有し、第１、第２端部を有する振動ビームと、 被測定物を支持する支持手段と、 前記振動ビームが振動するときの測定周波数を決定する応力を振動ビームに加え るために、振動ビームの第１端部を前記支持手段に連結する手段と、振動ビーム の前記静止点に連結されて前記測定周波数で回転する回転体とから成ることを特 徴とする重量測定装置。 〔２〕前記測定周波数で前後振動しない静止点を有する各々の振動ビームの第１ 、第２端部で連結されて音叉を形成する１対の平行した振動ビームを有すること を特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。 〔３〕前記振動ビームの第２端部に取り付けられた取付手段を有することを特徴 とする請求の範囲第１項記載の装置。 〔４〕第１、第２振動ビームの第２端部に取り付けられた取付手段を有すること を特徴とする請求の範囲第２項記載の装置。 〔５〕前記振動ビームの第１端部を連結するため各振動ビームに設けられた第１ 端部と、前記振動ビームの第２端部を連結するため各振動ビームに設けられた第 ２端部とを有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の装置。 〔６〕各端部が、該端部の振動を消すために内方突出する突出部を有することを 特徴とする請求の範囲第５項記載の装置。 〔７〕重量測定装置用の取付手段と、第１、第２振動ビームの減衰を最小化する ために前記第２端部を前記取付手段に連結するための手段とを有することを特徴 とする請求の範囲第５項記載の装置。 〔８〕第１、第２振動ビームの第１端部を支持手段に連結するための手段が前記 支持手段を前記第１端部に直接連結していることを特徴とする請求の範囲第５項 記載の装置。 〔９〕前記支持手段に連結するための手段が、前記第１、第２振動ビームに略同 一の応力を加えるためによじられた延長部を有することを特徴とする請求の範囲 第８項記載の装置。 〔１０〕前記延長部が約９０°よじられていることを特徴とする請求の範囲第９ 項記載の装置。 〔１１〕前記第２端部を前記取付手段に連結するための手段が、第１、第２振動 ビームに略同一の応力を加えるためによじられていることを特徴とする請求の範 囲第７項記載の装置。 〔１２〕前記延長部が約９０°よじられていることを特徴とする請求の範囲第１ １項記載の装置。 〔１３〕前記振動ビームに連結されて、該振動ビームが前後振動するときの測定 周波数で出力信号を発する圧電レシーバーを有することを特徴とする請求の範囲 第１項記載の装置。 〔１４〕一方の振動ビームに連結されて、該一方の振動ビームが前後振動すると きの測定周波数で出力信号を発する圧電レシーバーを有することを特徴とする請 求の範囲第２項記載の装置。 〔１５〕振動ビームが非圧電材料製であり、振動ビームに連結されて、入力信号 により振動する圧電ドライバーを有することを特徴とする請求の範囲第１３項記 載の装置。 〔１６〕第１、第２振動ビームが非圧電材料製であり、一方の振動ビームに連結 されて、入力信号により振動する圧電ドライバーを有することを特徴とする請求 の範囲第１４項記載の装置。 〔１７〕圧電レシーバーは、一方の振動ビームにおける前記測定周波数での前後 振動が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１４項 記載の装置。 〔１８〕圧電ドライバーは、一方の振動ビームにおける前記測定周波数での前後 振動が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１６項 記載の装置。 〔１９〕圧電レシーバーは、他方の振動ビームにおける前記測定周波数での前後 振動が最大となる最大点に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１７項 記載の装置。 〔２０〕前記圧電レシーバーに連結されていて、前記出力信号に呼応して重量を 測定するマイクロコンピューター手段を有することを特徴とする請求の範囲第１ ３項記載の装置。 〔２１〕前記圧電レシーバーに連結されていて、前記出力信号に呼応して重量を 測定するマイクロコンピューター手段を有することを特徴とする請求の範囲第１ ４項記載の装置。 〔２２〕前記１対の平行した振動ビーム、支持手段、前記支持手段に連結するた めの手段、および回転体が、プレス具を用いて金属製半加工品からつくられてい ることを特徴とする請求の範囲第１６項記載の装置。 〔２３〕前記１対の平行した振動ビーム、支持手段、前記支持手段に連結するた めの手段、および回転体がベリリウム銅からなることを特徴とする請求の範囲第 １６項記載の装置。