JPH0611381A - 負荷測定装置特に重量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構造と高い測定精度とを有する負荷測定
装置を提供する。 【構成】平行な案内機構（３、４）により弾性的に屈曲
自在に案内される負荷受け部材（２）を有する重量計に
おいて、負荷に比例する屈曲を検出するための電磁補償
装置（１２、１３、１６）が設けられている。高い精度
と簡単な構造とを達成するために該補償装置と負荷受け
部材（２）との間に設けられているレバー（６）は、弾
性部材（１１）上に支持されており、それによって、補
償装置における位置変化またはそれと連係した非均質性
誤差を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負荷測定装置、更に詳
細には、測定されるべき負荷の方向に固定部材に関して
弾性的に屈曲自在に案内されている負荷受け部材、及
び、磁石装置と、該磁石装置によってつくられる磁界中
に設けられた補償用コイルと、該固定部材に関して弾性
的に支持されている剛性レバーと、該負荷測定装置中の
該レバーの予め定められた相対位置を検出するための位
置センサと、該位置センサからの出力信号に依存して、
該予め定められた相対位置が保持されるように該補償用
コイルを流れる補償用電流を調整し且つ調整された補償
用電流に基づいて測定されるべき負荷のための測定用の
値を定める電気手段とを含む磁気補償手段を存し、且つ
該補償用コイルが、該剛性レバーの１つのアームによっ
て支持されている重量計に関するものである。この形式
の負荷測定装置の測定原理は、測定されるべき負荷によ
って、例えば測定されるべき物品の重量によってひき起
こされる負荷受け部材の弾性屈曲が、測定されるべき負
荷に比例するという事実に基づいている。その結果、あ
る特定の方式の装置において、測定されるべき負荷を示
す値例えば測定されらるべき負荷を示す数値を得るため
には、負荷受け部材の弾性屈曲を検出する必要がある。

【０００２】

【従来の技術】前述した形式の従来の或る負荷測定装置
（ドイツ特許出願３２１８９４３）においては、負荷受
け部材の弾性屈曲は、電磁補償手段の助けによって検出
される。この電磁補償手段では、補償用コイルを１つの
レバーアームで支持しているレバーは、そこに作用して
いる弾性支え力（ｅｌａｓｔｉｃ ｂｅａｒｉｎｇ ｆ
ｏｒｃｅ）に抗して、負荷受け部材の弾性屈曲に従わさ
れ、そして、測定されるべき負荷を示す測定用の値が、
所要の補償用電流の量に基づいて定められる。このため
に、レバーの支点は、負荷測定装置の固定部材における
屈曲ベアリング（ｆｌｅｃｔｉｏｎａｌ ｂｅａｒｉｎ
ｇ）の形をしており、この屈曲ベアリングが、レバーを
その回転方向に弾性的にささえる。補償用コイルを支持
している１方のレバーアームと対向する他のレバーアー
ムは、一対のエレメントにより形成された位置センサの
１方のエレメントを支持し、他方のエレメントは、負荷
受け部材上に配置されている。それによって、位置セン
サは、１方のエレメントを支持するレバーアームと、他
方のエレメントをそれに対向して支持する負荷受け部材
との間で位置が変化する傾向を示し、及び、電気手段に
よるその出力信号により、負荷受け部材が弾性的に屈曲
されるときにレバーと負荷受け部材との間の相対位置が
保持されるように、補償用コイルの中を流れる補償用電
流を調整する。かくして、この場合にレバーを支えるの
に役立つ屈曲ベアリングに生じるトルク（トルクは、負
荷受け部材の弾性屈曲に比例する。）は、補償用コイル
によるこの位置制御の間補償され、そして、補償用コイ
ルの中を流れる補償用電流に基づいて、測定されるべき
負荷を示す測定用の値を定めることが、従って可能であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この状
況においては、レバーの追従動作の間に生じるレバーの
回転のために、補償用コイルが、磁界をつくり出し且つ
固定部材に設けられている永久磁石に関して動き、及
び、それによって永久磁石と補償用コイルとの間の相対
位置が変化されるという事実のために磁界の非均質性が
測定結果に影響を及ぼすという問題が存する。かくして
ひき起こされる測定誤差を小さく保つために、永久磁石
に関する補償用コイルの全体の可能な位置に亘る磁界の
均質性について多大の要求が存し、その理由のために、
装置は設計において比較的複雑になっている。補償用コ
イルと永久磁石との間の相対位置の変化について存する
この困難性を避けるために、ドイツ特許出願３２１８９
４３は、そのために、補償用コイルが、固定部材上を測
定されるべき負荷の方向に平行な弾性案内機構によって
案内され、及び、磁界をつくり出す永久磁石装置が、可
動性の負荷受け部材に取りつけらている別の実施例も記
載している。この装置も比較的複雑な設計を必要とす
る。そのほか、補償用コイルと磁界をつくり出す永久磁
石との間に存する反力は、負荷受け部材へ載せられてい
る測定されるべき負荷に望ましくない反対の作用を及ぼ
す。この装置において位置センサの屈曲が単に負荷受け
部材の小さな屈曲に直接対応し、そして、レバーの伝達
によって何等の屈曲の増大がひき起こされないと仮定す
れば、高い測定精度を達成するためには異常に大きな要
求が、位置センサの設計についてなされなければならな
い。更に、別の形式の負荷測定装置が知られており、そ
こでは、固定部材上に支持されている剛性レバーの１方
のアームが、該固定部材に平行に案内される負荷受け部
材に連結されており、他方のレバーアームは、電磁力補
償手段の補償用コイルを支持している。補償用電流は、
負荷受け部材に働いている全負荷が平衡の状態にあるよ
うに制御されている。負荷受け部材がそのように固定部
材に関して有限の屈曲を受けないが常に該補償手段によ
ってゼロ位置に保持されるこれらの負荷測定装置は、し
かしながら、測定されるべき重い重量の場合には、電磁
補償手段中に対応して高い補償力、及び／または、力伝
達用レバーの高いレバー比を必とする。しかしながら、
そのような場合には、補償用手段において比較的高い電
力損があり、しかも、力伝達レバーの機械的に複雑な設
計が必要とされるという問題点がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、簡単な
構造と高い測定精度とを有する前述した形式の負荷測定
装置を提供することである。本発明によれば、この目的
は、レバーの他方のアームが負荷受け部材に機械的に連
結されていること、レバーの支点の弾性変位が負荷受け
部材の屈曲の方向に生じること、及び、位置センサが磁
石装置と補償用コイルとの間の相対位置を検出すること
によって達成される。本発明の装置においては、測定さ
れるべき負荷は、負荷受け部材に作用し、それによっ
て、負荷受け部材を固定部材に関して負荷の方向に屈曲
させる。負荷受け部材の屈曲は、第１のレバーアームに
より機械的に連結されているレバーへ伝えられ、それに
よって、該第１のレバーアームのこの連結端部を負荷受
け部材の屈曲変位に追従させる。該連結端部のこの動き
の間、位置センサは、補償用コイルと磁石装置との間の
相対位置を検出し、そして、補償用コイルと磁石装置と
の間の位置関係を不変に保つような仕方で該補償用コイ
ル中を流れる補償用電流を制御する。補償用コイルは、
負荷受け部材に連結されている第１のレバーアームと対
向した第２のレバーアームの或る部分に取り付けられて
いるから、第２のレバーアームのこの部分は、磁石装置
に関して本質的に何分の位置にロックされる。その結果
として、負荷受け部材の屈曲は、レバーをその支点のま
わりで一部回転させつつ、更に、負荷受け部材の屈曲の
方向に平行に延びる弾性経路（ｅｌａｓｔｉｃ ｐａｔ
ｈ）に沿って、レバーの弾性的に支持された支点を弾性
屈曲させる。レバーの全体の動きは、かくして、支点の
まわりでのレバーの一部回転と負荷受け部材の動きに平
行な支点の並進との重ね合わせである。その結果とし
て、補償用手段によってつくられるべき補償用の力は、
一方では、測定されるべき負荷がかえられる第１のレバ
ーアームと磁石装置の補償力によって作用される第２の
レバーアームとの間の比によって、そして他方では、負
荷受け部材の弾性屈曲を決める弾性定数とレバーの支点
の弾性屈曲との間の比によって、決められる。レバーの
支点に対して与えられる弾性屈曲のために、磁界の非均
質性によるいかなる誤差も生じることがないように、補
償用コイルと磁石装置との間の相対位置を一定に保つこ
とが、かくして、可能である。このように非均質性の誤
差をなくすことのほかに、本発明による負荷測定装置
は、その簡単な構造によって特徴づけられる。詳しく
は、磁石装置及び位置センサは、固定部材に設けること
ができる。更に、レバーの支点の弾性屈曲が保証されて
いる限り、負荷測定装置におけるレバーの配置に関して
は自由である。例えば、レバーは、１つのアームを有し
ていてもよく、或いは２つのアームを有していてもよ
い。即ち、レバーの形は、レバーのアームが同じ方向に
支点から延び、または、支点に関して対向した方向に延
びるものであってもよい。

【０００５】１つの有利な実施態様においたは、補償用
コイルを支持しているレバーアームと負荷受け部材に連
結されているレバーアームとの間のレバー比は、１より
も大である。この場合には、伝達の結果として、位置セ
ンサの領域における補償用コイルを支持しているれレバ
ーアームの屈曲は、それぞれ負荷受け部材及び支点の弾
性屈曲よりも大であり、従ってその理由により、より低
い要求が位置センサの精度に関してなされることができ
る。更に、本発明の１つの好適な実施態様においては、
負荷受け部材のための案内手段の弾性力とレバーの支点
のための支持部材の弾性力との間の比率は、１に較べて
大である。この場合、補償用手段によってつくられるべ
き補償用の力は、弾性屈曲の限度及びレバーの支点の弾
性屈曲に適用する弾性係数によってのみ実際には決めら
れ、その結果、測定されるべき可能な重い負荷は、負荷
受け部材のための弾性案内によってのみ支持される。

【０００６】構造上の見地から特に有利である１つの実
施態様では、負荷受け部材は、平行四辺形の形の横方向
の弾性リンク部材によって固定部材に連結されており、
そして、該リンク部材は、平行四辺形の２つの対辺に沿
って延び、そして、負荷受け部材及び固定部材は、それ
ぞれ、平行四辺形の他の２つの対辺に沿って延び、そし
て、レバーは、平行四辺形の２辺を形成するリンク部材
の間で固定部材から離れる長手方向に延びる横方向の弾
性部材上に支持されている。レバーの支点のために要求
される弾性屈曲が、多分中間に配された引っ張り形式ま
たは圧力形式の連結部材を経て支点を支持する横方向弾
性部材によってつくり出されるという事実のために、本
発明は、さもなくば従来の平行四辺形案内を有する負荷
受け部材において、特に容易に実施されることができ、
その簡単な構造と丈夫さが実際に価値あるものであるこ
とが判った。

【０００７】特に、リンク部材の弾性が平行四辺形の隅
に隣接する部分に集中されること、及び、横方向弾性部
材の弾性が固定部材に隣接する部分に集中されること
が、この関係において、有利である。特に、所望の弾性
特性は、そのような局部的に集中される曲げ部分によっ
て得られるから、弾性が正確に制御され得るように、こ
れらの曲げ部分を正確に機械加工することが可能であ
る。最後に、本発明による負荷測定装置の構造は、負荷
受け部材、固定部材、リンク部材、レバー及び横方向弾
性部材が単片の中実ブロックの中実部分によって形成さ
れるとき、該中実部分が中実ブロック中の空所の形の切
り落とし部分によって互いに隔離されており且つ該中実
ブロックの集中された中実部分においてのみ互いに連結
されるときに、特に有利である。

【０００８】負荷測定装置の必須部品のこの単片構造に
おいて、さもなくば必要である取り付け及び調節の作業
は最早や必要でない。個々の部品を連結している中実ブ
ロックの中実部分は、同時に、所望の弾性特性が得られ
るように構成されているそれぞれ曲げ部分と連結部分と
を形成する。特に、リンク部材がそれぞれ負荷受け部材
及び固定部材に連結されている、及び、横方向弾性部材
が固定部材に連結されている部分の厚さを適当に選択す
ることにより、負荷受け部材の屈曲の間に適用される弾
性係数ならびにレバーの支点の弾性屈曲の間に適用され
る弾性係数は、それぞれ所望の値に設定されることがで
きる。本発明の更なる特長、詳細及び利点は、以下の記
述、及び、これまでに挙げられてない本発明の詳細の開
示のために参照して本明細書に明白に組み入れられた図
面から明白になるであろう。図中、図１は、本発明の負
荷測定装置の一実施例の概略構造を示す。図２は、図１
の概略構造に対応する単片形式の実施例を示す。

【０００９】

【実施例】図１を参照すると、図示された重量計は、測
定されるべき物品を受けるための測定台１を担持し且つ
１対のリンク部材３、４によって屈曲自在に案内され負
荷受け部材２を存している。リンク部材３、４は、測定
されるべき物品によって加えられる重量の縦方向におけ
る重量計のための支持材を形成する固定部材５上に互い
に隔離した関係で平行に延びている。水平な長手方向に
おいて剛性であるリンク部材３、４の横の弾性のため
に、加えられている重量の影響下にある負荷受け部材２
は、該重量に比例する弾性屈曲を受ける。該弾性屈曲の
範囲は、リンク部材３、４によって形成される平行な案
内機構の弾性定数によって決められる。図１で単に概略
的に図示されている２本のアームのある剛性レバー６
は、１方のレバーアーム７と他方のレバーアーム８との
間に位置決めされた支点９で枢支されている。支点９
は、支点９に対向した他端で横方向弾性部材１１と連結
されている縦方向に延びる引っ張り形式の連結部材１０
上に設けられている。横方向弾性部材１１は、レバー６
と上部リンク部材３との間で固定部材５から水平に延び
ている。レバー６をその様に引っ張り形式の連結部材１
０で横方向弾性部材１１に懸架する代わりに、レバー６
は、或いは、支点９と横方向弾性部材１１との間を縦に
延びる圧力形式の連結部材上に支持されることができ
る。その時には、横方向弾性部材１１は、レバー６と下
部リンク部材４との間に配置される。

【００１０】支点９に対向し且つ固定部材５を超えて突
出っする１方のレバーアームの自由端には、固定部材５
に関して固定されている磁石装置１３によって磁界がつ
くられる電磁補償手段の補償用コイル１２が配置されて
いる。更に、補償用コイル１２を支持している該自由端
の近くには、位置センサ１６の１方の半部１４が配置さ
れており、他方の半部１５は、固定部材５に取り付けら
れており、それによって、位置センサ１６は、補償用コ
イル１２と磁石装置１３との間の一定の相対位置が保持
されているかどうかを検出することができる。支点９に
対向する他方のレバーアームの端部は、負荷受け部材２
に枢動自在に連結されている。位置センサ１６からの出
力信号は、電気手段（図示せず。）のための制御入力信
号として役立つ。該電気手段により、位置センサ１６か
らの該出力信号に依存して、補償用電流が、補償用コイ
ルへ供給される。その量は、補償用コイルと磁石装置１
３によってつくられる磁界との間の力の効果により、位
置センサ１６で検出された相対位置が、測定されるべき
物品の影響下に負荷受け部材２の弾性屈曲の場合でも保
持されるような量である。かくして、補償用電流によっ
てコイル１２に生じる補償用の力は、測定されるべき負
荷の重さによる負荷受け部材２の屈曲及び横方向弾性部
材１１の弾力に抗する支点９の付随した弾性屈曲の結果
として、補償用コイル１２を支持する１方のレバーアー
ム７の端部に送られている力に対応する。特に、横方向
弾性部材１１の弾性定数は、リンク部材３、４の弾性定
数に較べて非常に小であるように選択されることがで
き、それによって、測定されるべき負荷の重さは、リン
ク部材３、４の弾性逆力（ｅｌａｓｔｉｃ ｃｏｕｎｔ
ｅｒ⁻ｆｏｒｃｅ）によって実際に完全に取り上げられ
るが、レバー６は、実際に支点９の弾性屈曲によって生
じる横方向弾性部材１１の弾性逆力を補償用コイル１２
に伝えるだけである。従って、重い重量の場合において
も、補償用コイルによってつくられるべき逆力の量は、
それ故、横方向の弾性部材１１の寸法を適当にすること
によって小さく保たれることができる。

【００１１】コイル１２の中を流れる補償用電流は、測
定台１上に載せられた負荷の重量に比例し、そして、比
例定数は、リンク部材３、４と横方向弾性部材１１との
間の比率、及び、レバーアーム７、８間のレバー比の双
方によって決められる。その結果として、電気手段の助
けにより、補償用電流に基づいて任意の形式の装置で、
例えば測定抵抗において補償用電流によって生じる電圧
降下を検出し、そして、それをＡ／Ｄ変換器でデジタル
化することによって測定されるべき負荷を測定する値を
得ることが可能である。図１の概略的表示においては、
負荷を受けそしてそれを補償用コイル１２に伝えるのに
役立つ部品は、重量計を形成するために組み立てられる
個々の構成部品であるが、実際には、図２の図示に従っ
てこれらの部品が単一の中実ブロック１７の中実部分と
して単一片に連結されることが特に有利である。この目
的で、切り落とし部分が個々の部品と互いに境を接する
ように、中実ブロック１７の中に切り落とし部分が形成
されている。例えば、切り落とし部分１８及び１９は、
概ね矩形の中実ブロック１７の２つの平行なそれぞれの
外側縁部２０、２１と対向し且つ外側縁部２０、２１と
の間でそれぞれ外側縁部２０、２１と平行に延びる縁部
で、端部がそれぞれ負荷受け部材２と固定部材５とに連
結しているリンク部材３、４と弾性結合部分２２を経て
境を接している。これらの結合部分２２の厚さは、所望
の弾性特性が得られるように、平行四辺形の平面でみら
れる湾曲した凹部だけ、リンク部材３、４の厚さに較べ
て減少されている。

【００１２】切り落とし部分１８は、リンク部材３から
離れて面している縁部で、横方向弾性部１１を形成し且
つ固定部材５に結合部分２３で連結されている所望の横
弾性を与える中実部分と境を接している。実質的にリン
ク部材４の方向に延びる切り落とし部分１９は、負荷受
け部材２と隣接し且つ概ね外側縁部２０と２１との間の
距離の中間点までリンク部材３、４の方向と垂直に延び
る延長部分を有し、そして、レバー６とは、負荷受け部
材２とリンク部材４とから離れた内側縁部で境を接して
いる。切り落とし部分１８、１９からそれぞれ離れた面
している横方向弾性部材１１とレバー６との縁部の間に
は、固定部材５に沿って延びている切り落とし部分２４
を経て切り落とし部分１９に連結されている切り落とし
部分が延びている。固定部材５から離れて面している切
り落とし部分２５の端部と切り落とし部分１８から負荷
受け部材２に沿って延びている切り落とし部分２６との
間には、薄い連結部分２７を経て１方の側で負荷受け部
材２の方へ向いている横方面弾性部材１１の端部、及
び、薄い連結部分２８を経て他方の側でレバー６に連結
されるように、引っ張り形式の連結部材１０が形成され
ている。更に、レバー６を負荷受け部材２に連結してい
る薄い結合部分２９が、負荷受け部材２に面している切
り落とし部分２６の縁部によって引っ張り形成の連結部
材１０と面している側に、そして、切り落とし部分１９
の垂直延長部分によって他の側に形成されている。

【００１３】固定部材５には、負荷受け部材２から離れ
て面している該部材５の外側縁から延びる概ね矩形状の
凹部３０が形成されており、該凹部は、図１に示す磁石
装置１３を収容するのに役立っている。図１に示す補償
用コイル１３をレバー６に接続するために、補償用コイ
ル１２から図２に示すレバー６に延びる延長片（図示さ
れていない。）が設けられ、そして、例えばねじ連結で
レバー６へ取り付けられる。図２に示す実施例におい
て、かくして所望の弾性特性が、集中された曲げ部分２
２、２３によって得られ、そしてこれは、一定の比を作
り出す目的で有利である。しかしながら、弾性は、それ
ぞれリンク部材３、４及び横方向弾性部材１１の全長に
亘って分配されることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の負荷測定装置の一実施例の概略構造を
示す図である。

【図２】図１の概略構造に対応する単片形式の実施例を
示す図である。

【符号の説明】

１ 測定台 ２ 負荷受け部材 ３、４ リンク部材 ５ 固定部材 ６ 剛性レバー ７、８ レバーアーム ９ 支点 １０ 連結部材 １２ 補償用コイル １３ 磁石装置 １６ センサ １８、１９、２５、２６ 切り落とし部分 ２２、２３ 弾性集中部分 ２７、２８、２９ 結合部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴォルテル ホリケ ドイツ、Ｗ−7465 ガイスリンゲン １、 ヴァルドストラッセ 20

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定部材に関して測定されるべき負荷の方
   向に弾性的に屈曲自在に案内されている負荷受け部材、
   及び磁石装置と、該磁石装置によりつくられる磁界に設
   けられた補償用コイルと該固定部材に関して弾性的に指
   示されている剛性レバーと、負荷測定装置中の該レバー
   の予め定められた相対位置を検出するための位置センサ
   と、該位置センサからの出力信号に依存して、該予め定
   められた相対位置が保持されるように該補償用コイルを
   流れる補償用電流を調整し且つ調整された補償用電流に
   基づいて測定されるべき負荷のための測定用の値を定め
   る電気手段とを含む磁気補償手段を有し、該補償用コイ
   ルが該剛性レバーの１つのアームによって支持されてい
   る負荷測定装置特に重量計であって、該レバー（６）の
   他方のアーム（８）が該負荷受け部材（２）に機械的に
   連結されていること、レバー（６）の支点（９）の弾性
   変位が負荷受け部材（２）の屈曲の方向に生じること、
   及び、該位置センサ（１６）が磁石装置（１３）と補償
   用コイル（１２）との間の相対位置を検出することを特
   徴とする負荷測定装置。
2. 【請求項２】前記補償用コイル（１２）を支持するレバ
   ーの一方のアーム（７）と前記負荷受け部材（２）に連
   結されているレバーの他方のアーム（８）との間のレバ
   ー比が、１より大であることを特徴とする請求項１に記
   載の負荷測定装置。
3. 【請求項３】前記負荷受け部材（２）のための案内手段
   の弾性力とレバー（６）の支点（９）のための支持部材
   の弾性力との間の比が、１に較べて大であることを特徴
   とする請求項１または２に記載の負荷測定装置。
4. 【請求項４】前記レバー（６）が、レバーの一端が補償
   用コイル（１２）を支持し、他端が負荷受け部材（２）
   と連結されている２つのアームのあるレバーであること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の負荷測定
   装置。
5. 【請求項５】前記負荷受け部材（２）が、平行四辺形の
   案内の形の横方向弾性のリンク部（３、４）により固定
   部材（５）に連結されており、該リンク部材（３、４）
   が、平行四辺形の対向する２辺に沿って延び、負荷受け
   部材（２）と固定部材（５）とがそれ平行四辺形の他の
   対向する２辺に沿って延びていること、及び、レバー
   （６）が、平行四辺形の二辺を形成しているリンク部材
   （３、４）の間で固定部材（５）からレバーの長手方向
   に延びる横方向弾性部材（１１）上に支持されているこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の負荷測
   定装置。
6. 【請求項６】リンク部材（３、４）の弾性が、平行四辺
   形の隅に隣接する部分（２２）に集中されること、及
   び、横方向弾性部材（１１）の弾性が固定部材（５）に
   隣接する部分（２３）に集中されることを特徴とする請
   求項５に記載の負荷測定装置。
7. 【請求項７】前記負荷受け部材（２）、固定部材
   （５）、リンク部材（３、４）、レバー（６）及び横方
   向弾性部材（１１）が、単片の中実ブロック（１７）の
   中実部分によって形成されていること、及び、該中実部
   分が、該中実ブロック（１７）中の空所の形の切り落と
   し部分によって互いに分離されており且つ該中実ブロッ
   クの集中された中実部分（２２、２３、２７、２８、２
   ９）でだけ互いに連結されていることを特徴とする請求
   項６に記載の負荷測定装置。