JPH0231808B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 平面図でみて２つの三角形好ましくは二等辺
三角形のかどを構成する６つの支持点Ａ〜Ｆを有
し、一方の三角形のかどに位置する支持点Ａ〜Ｃ
は台１０に接続され、一方秤皿１３又は対応する
部材は他方の三角形のかどの支持点Ｄ〜Ｆによつ
て支持され、三角形の頂点は互いに対向し、三角
形の底辺は平行であり、更に平面図でみた三角形
は、互いに一部重なり合うセンサ装置を備えた台
秤又はロードセルとして特に構成された電子秤に
おいて、各三角形の高さの1/2の一点は共通で前
記センサ装置は、この点に設けられ、且つ、セン
サ本体の作用中心が前記共通点に設けられるよう
に任意の所望形状のアーム（１，２，３）系を経
て異なる支持点Ａ〜Ｆに固定接続されたセンサ９
を有する本体６を含むことを特徴とする台秤又は
ロードセルとして特に構成された電子秤。

２ 平面図でみた各三角形の頂点は、他方の三角
形の底辺上又は比較的近くに位置することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の電子秤。

３ 三角形の頂点を構成する支持点Ａ，Ｄに接続
された一方のアーム２は、本体６の一端８に固定
接続され、他方のアーム１，３は、本体６の他端
５に固定接続された３本のアーム１〜３によつ
て、前記本体６が前記支持点Ａ〜Ｆに接続される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
項記載の電子秤。

４ 前記本体６が、一端８に固定接続された三角
形の頂点間に延びるアーム２に対して同軸に、円
筒体として形成され、他方のアーム１，３は、例
えば、中間スペーサ手段４を介して本体６の他端
５に固定接続されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第３項のうち何れか１項記
載の電子秤。

５ ２つの三角形の互いに対向したかどＥ，Ｂ；
Ａ，Ｄ；Ｆ，Ｃは、前記アームを構成する平行ロ
ツド１〜３によつて相互接続され、三角形の垂線
上に延びる中間ロツド２は、前記本体６の一端８
に接続され、一方２本の他方のロツド１，３は、
クロスバー４によつて前記本体６の他端５に接続
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第４項のうち何れか１項記載の電子秤。

６ センサ装置と秤皿１３又は対応部材は、主と
してアーム１〜３の長さ方向において、或る程度
の動きが許されるように支持され、好ましくは支
持点が板ばね等であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項ないし第５項のうち何れか１項記載
の電子秤。

７ 異なる特性を有する２つ又は数個のセンサ装
置が、秤に異なる感度範囲を与えるために、一方
が他方の上に積み重ねられていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項ないし第６項のうち何れ
か１項記載の電子秤。

８ 関連するセンサ装置の最大荷重に達した時作
動する停止手段を備え、更に、増加する重量は、
感度の低いセンサ装置で記録されることを特徴と
する特許請求の範囲第７項記載の電子秤。

明細書 本発明は特許請求の範囲第１項の前文に記載さ
れた型の電子秤に関する。

一般に、一方向の力の正確な測定は比較的簡単
である。従つて、例えば懸垂式秤皿で計ることに
よつて、１個の測定センサの使用により正確な重
量が得られる。しかしながら、たいていの場合、
揺れたり、不安定な秤皿は受け入れられず、荷重
に対して、主にしつかりした皿又は台が必要とさ
れる。

安定した秤皿を得るためには、皿は例えば取付
台から延びてストレンゲージによつて皿に接続さ
れる３本のアームから懸垂する。台の各隅にロー
ドセルを置くこともできる。これらの解決法のど
ちらも、皿又は台上の負荷の位置に無関係に同じ
重量を指示させるために、正確に同じ感度に調整
しなければならないいくつかのセンサを必要とす
る。このような構造は技術的に相当複雑で高価と
なる。

その代り、台の中央の下に中央ロードセルを設
けると、荷重を隅に動かした時大きなモーメント
が生じてしまう。これらのモーメントは、全く記
録誤差なしにロードセルによつて取り出されなけ
ればならないが、特に台が大きく、或いは精度の
要請が大きい時には、特別に設計されたロードセ
ルでも達成が困難である。

このような横の力及び望ましくないモーメント
を除くために、台の平行ガイドを有する構造の既
知の機械秤が使用されてきた。この場合、電子的
センサは、力が一方向においてのみとり出される
ように配置されている。いくつかの場合には、計
重ばね或いは平衡重量系の代りに、このようなセ
ンサが用いられてきた。この初期の機械秤が高価
で、高精度のものであり、センサの一体化が非常
に正確に行われた時、コストは非常に高くなつた
が、良い結果が得られた。

６点で支持され、センサ手段を備えた中間の測
定ユニツトを有する秤を使用することは既に知ら
れており、米国特許第4274501号、第4276949号を
参照されたい。しかしながら、支持結合部は、レ
バーが非常に短く、従つて精度も非常に低く構成
されている。この型の秤を使用する時の他の欠点
は、支持点が損傷し易く、秤の精度に影響を与え
る摩耗を受ける刃形で形成されていることであ
る。

電子的に計重する現在の機械秤を改良しようと
する多くの試みの失敗は、アームの長さに対する
精度の要請が、1/1000mmである機械的構成におい
て、非常に短い平衡アームがよく使用されている
ということにもとづいている。これでは、改良の
達成も維持も、摩耗のために難しい。

本発明は、製作という点から見て、簡単で安価
な電子秤を提供しようとするものであり、台等の
荷重位置により生ずる望ましくない力及びモーメ
ントを全て可能な限り除去し、一つのセンサだけ
ですむセンサ装置から成つている。この構造は、
高い製作精度を要する短いモーメントアームは回
避され、摩擦又は摩耗が起こる刃やソケツトも避
けられるようなものでなければならない。モーメ
ントアームの長さは、機械的に可能な限り最適化
されなければならない。更に、アセンブリの機械
的調整は、通常不必要でなければならない。

前述の目的は、秤皿又は対応する部材が、セン
サ装置の３点で支持され、順次、台の他の３点で
支持されることを意味するいわゆる２組の３点支
持を使用する本発明により達成される。２組の３
点支持の使用により、この構成は完全に、静止系
で決められる。

本発明による秤の特徴は、特許請求の範囲第１
項の特徴部分に述べられているようなものであ
る。

以下に、添付図面を参照して、本発明を例によ
り説明する。

第１図は、本発明による秤の一実施例の一部分
解斜視図である。

第２図は、本発明によるセンサ装置の一実施例
の一部断面平面図である。

第３図は、本発明による秤の垂直断面図であ
る。

第４図は、第１図のセンサ装置の中央部の他の
実施例の側面図である。

第５図は、本発明によるセンサ装置の他の実施
例の平面図である。

第６図は、センサ装置の他の実施例の平面図で
ある。

第７図は、懸垂部材の一実施例を示す図であ
る。

第８図は第６図の懸垂部材の固定手段を示す図
である。

第９図はセンサ装置のアームの一つへの懸垂部
材の固定方法を説明する図である。

第２図の平面図に示されたセンサ装置は、アー
ム１，２，３によつて一対づつに接続された６箇
所の支点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを備えている。
アーム１と３も、管６から成る測定本体の一端５
に固定接続されたクロスバー４に接続されてい
る。アーム２は、管６を通して自由に延び、スリ
ーブ７によつて管の他端８に固定接続されてい
る。こうして完成したセンサ装置は、リンク接続
を全くしないで一体化ユニツトを構成している。

支持点は全て、アームによつて管６の一端又は
他端に固定接続されているので、センサ装置に荷
重をかけた時、管６は、その上側と下側に設けら
れたストレンゲージ９によつて、従来の方法で検
出される曲げモーメントを受ける。ストレンゲー
ジ９は、バツテリのような電源を備えた箱及び表
示位置への信号を処理し、変換する手段に電気的
に接続される。

矢印の先端で印された第２図のセンサ装置の支
持点Ａ，Ｂ，Ｃは箱状でよい台に固定され、一方
秤皿又は対応する部品は、矢印端で印された支持
点Ｄ，Ｅ，Ｆに固定される。

２組の３点支持体を形成している支持点は、そ
れぞれ二等辺三角形ABCとDEFの各かどを形成
している。点ＡとＤは、三角形の頂点を形成し、
ストレンゲージ９は、各三角形の高さの正確に1/
２の所に取り付けることが重要である。第２図に
よれば、アーム２は当該三角形の仮想垂線と同軸
上にある。

２組の３点支持なので、秤皿の中央部に荷重を
かけた時、センサ装置には垂直方向、すなわち紙
面に垂直な６つの主力が作用する。三点支持の効
果は、力学系が完全に静止系で決定され、自動調
整されることである。こうして台が平坦でない、
すなわち傾斜していると、当該モーメントアーム
の投影長の短縮にもとづく誤差だけが生ずる。こ
の誤差は、たいていの場合は無視できる程度のも
ので、そのため通常は秤を平らにする必要はな
い。

第２図によるセンサ装置を、例えば第３図に示
す方法で懸垂する。支持点ＡとＤを測定管６の一
端８に接続するアームは、第２図と同様に２で示
されている。点Ａは、１２で箱の壁にリベツト止
めされた板ばね１１によつて台の働きをする箱１
０に支持されている。

秤皿１３は、支持点Ｄで板ばね１４により支持
される。ばね１４は１５で皿にリベツト止めされ
る。同様に、皿は反対側の縁で、支持点Ｅ，Ｆに
おいて支持される。

測定管６の長軸のまわりに回転モーメントが生
ずるのを避けるために、ばね１１と１４は、それ
ぞれアーム２の端部に回転可能に支持されなけれ
ばならない。他は固定支持である。板ばねを使用
することによつて、ばねが秤と台の中心位置決め
をするように作用すると同時に、ばねと台の間の
軸方向の多少の変位は許される。引張力の外に、
ばねは以下で明らかとなるように圧縮力を伝達す
ることもできる。しかしながら、板ばねは、他の
均等の懸垂手段によつて置換することができる。

第２図によるセンサ装置が設けられた第３図に
よる秤では、センサ装置の風袋重量が考慮されな
ければ、センサ装置に作用し、荷重をかけた秤皿
からの３つの下向きの力の和は、台からの上向き
の反力の和に等しい。秤の異なる点の間で荷重を
動かしても、もちろん力の和の大きさは影響を受
けず、このことは、測定管６が秤皿上の荷重位置
に関係なく、ストレンゲージ９の装着された第２
図の中心面Ｓ−Ｓのまわりの等しい曲げモーメン
トを受けるということを意味している。長軸のま
わりの回転モーメントは、懸垂部材１１，１４の
前記固定のために伝達されない。

一例として、力が考慮に入れられ、重量Ｐが秤
皿の中心に置かれた場合、そして秤とセンサ装置
の風袋重量が考慮されない場合、点ＡとＤにおけ
る力は共にP/2となるが、方向は反対となる。点
Ｂ，Ｃ及びＥ，Ｆにおける力はそれぞれP/4とな
り、Ｂ，ＣとＥ，Ｆは互いに向が反対となる。一
組の力Ａ−Ｄによつて測定管の右端に伝達される
モーメントは、二組の力Ｂ−Ｅ及びＣ−Ｆにより
左端に伝達されるモーメントに大きさが等しく方
向が反対であることが容易に示される。点ＡとＤ
の間の間隔がＬであれば、ストレンゲージ９によ
つて中心面Ｓ−Ｓで測定されるモーメントＭの大
きさは、Ｍ＝Ｐ×Ｌ／２となる。

今荷重を中心位置から動かして、例えば正確に
点Ａ上に位置させたとすると、Ａ点における力
は、Ｐに増加し、一方Ｂ点とＣ点における力は零
となる。Ｅ点とＦ点における力は、それぞれP/2
に増加し、Ｄ点における力は零となる。勿論、セ
ンサ装置に作用する垂直方向の力は、互いに平衡
し、センサの中心面におけるモーメントＭはこの
場合にもＭ＝Ｐ×Ｌ／２となる。

今荷重Ｐが、秤皿の隅例えば正確に第２図のＥ
点に動かされたとすると、この系は、点ＡとＢの
間の仮想接続線のまわりに回転しようとし、従つ
てＣ点はもち上げられる。しかしながら、支持ば
ねも圧縮力を増すので、系は点Ｃにおける反対方
向の力によつて保持される。点ＤとＦには力が生
じない。

点Ｃにおける力はP/2になり、点Ａにおける力
はＰとなり、点Ｂにおける力はP/2になることを
示すのは容易である。これらの力は、点Ｃにおけ
る力と方向が反対である。これらの力は、センサ
９に影響を与えないクロスバー４の回転モーメン
トを生じ、このことは中心面Ｓ−Ｓにおけるモー
メントがＭ＝Ｐ×Ｌ／２であることを意味する。

同様に、秤皿上のいかなる他の点に荷重を動か
しても、特定の場合にモーメントが固定交差接続
で生ずるけれども、いかなる誤つたモーメント又
は力も測定管６に伝えられないことを示すのは可
能である。秤皿とセンサ装置風袋重量が考慮に入
れられたとしても、このことは、一定量風袋に加
えるにすぎず、これは電気的に容易に平衡とな
る。

第４図の装置は管状でなく均一であり、ストレ
ンゲージが装着される中央くびれ部１６を有して
いる。こうしてモーメントは、点Ａから中央アー
ム２、ヨーク１７を介して第２図と同様点Ｄと接
続されるセンサ装置の右端に伝えられる。他の支
持点からのモーメントは、前述のようにクロスバ
ー４によつてセンサ装置の右端に伝えられる。

この実施例は、非常に感度の良い秤に対して、
それから管の製作が容易でないセンサ材料を使い
たい場合に特に適している。しかしながら、この
センサ装置は、他の方法にも変更することがで
き、例えば単に中央アーム２を延ばすだけで良
い。この場合にも第４図によるヨーク１７は使用
される。

第５図によるセンサ装置では、外側アームとこ
れらのアームを接続する中央バーは一般にＸ形状
である。こうして鋳造シルミン等を使用すること
によつて材料を節約し、重量を減らすことができ
る。しかしながら、第２図のセンサ装置の機能と
同じ機能を有する。

第６図の変形例においては、中央アーム２を両
側のアームに対して変位させている。図示した二
等辺三角形から明らかなように、ストレンゲージ
は三角形の高さを二等分する共通の中心面Ｓ−Ｓ
に設けられる。この実施例は、使い易くし、懸垂
部材に一層大きなスペースを与えるのに有利な場
合がある。

第７図の実施例では、懸垂部材は、適当なばね
金属の写真製版又は打貫きによつて製作される。
この懸垂部材は、例えば第８図に示すように、ね
じ２１によつて長さが調整される調整ねじ２０と
共働する締付ねじ１９によつて箱１０に固定され
る。このことは、非常に高精度の秤の精密調整に
好ましいものである。

非常に高精度の秤では、第９図の懸垂部材２２
に対して示されるように、各懸垂部材はセンサ装
置の中心面２３に対応した位置にあるアームと懸
垂部材２２の間が接触しないようにしてセンサ装
置のアームに固定されることも有利である。懸垂
部材２２は、例えばスロツト内に挿入されねじ２
４によつて固定される。懸垂部材２２も、正常な
荷重によつて振れた時、センサ装置の中心面に対
応する位置にあるアームと接触しないように設け
られる。このことは、高精度を要する大きな予荷
重をかけた秤を使用する時には特に重要である。

センサ装置の中心に対する前述の型の高精度の
秤では、アームの長さ、すなわち懸垂部材の支持
点を調整するために、アーム端と懸垂部材間のコ
ツプ状ばねワツシヤ等を設けることもできる。こ
のワツシヤは、懸垂部材の取り付けねじによつて
必要なだけ圧縮することができ、そして例えば、
にかわによつて所望位置を固定される。このよう
な調整によつて、ストレンゲージを取り付けた
時、微小な誤差の補償をすることができる。

前述した本発明による装置の実施例は、推奨さ
れる実施例としてのみ考えられるべきで、特許請
求の範囲に記載されたような２組の３点支持の原
理の範囲内で、特に支持装置とその懸垂部材の幾
何学的形状に対して多くの他の変形が可能であ
る。従つて、互いに対向する支持三角形の位置は
変えることができ、ストレンゲージの向きは、曲
げモーメントを検出するように調整される。

本発明を適用することにより、異なる検出範囲
い対して変更可能な秤の製作が比較的簡単とな
る。これは、比較的小荷重に使用される第１のセ
ンサ装置を、大荷重に使用され、第１のセンサ装
置の風袋重量が計られる第２のセンサ装置上に設
けることによつて達成される。第２の装置の秤皿
と第１の装置の台は共に一体につくられる。

荷重は全て、第１のセンサ装置の秤皿上に載置
されるようになつているので、この装置を超過荷
重にすることが可能でなければならない。このた
めに、第１のセンサ装置の最大荷重に達した時働
く停止手段が、例えば皿に設けられる。

転換装置によつて、第１又は第２のセンサ装置
からの信号は、選択しなくても電子測定装置に接
続されて、同一の秤が大荷重と同様に、分解した
小荷重を計るために使用される。異なる検出範囲
間の切り換えは自動的に、例えば測定信号の大き
さに依存して行われる。

前述したように、任意の数のセンサ装置が所望
の測定範囲に分解するため互いにその上に設けら
れる。

前述した例の全てが台秤に関するものである
が、この原理は、例えば問題がだいたいにおいて
同じであるロードセルに対して、或いは他の力検
出装置に対して適用できる。

二等辺三角形の使用は好ましいが、必ずしも必
要ではないことは注意されるべきである。従つて
センサが三角形の高さの中心近くに設けられる限
り、異なる長さの側辺を有する三角形を使用する
ことが可能である。