JPH07505472A - ロードセル - 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】 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４，１７０，２７ ０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４，２３ ７，９８８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（Ｐａｒｏｓ）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、ストリーク（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（Ｓｕｚｕｋｉ）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１．３２２，８７ １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．　６４８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、質量と力と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３，２７４．８２８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カド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）を有するカド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。コルペ ット（Ｃｏｒｂｅｔｔ）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（ｆｉｒｔｈ）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−（Ｓａｎｅｒ）の米国特許第３，７２４，５７２号と、パン・デ・パルト （Ｖａｎ　ｄｅ　Ｖａａｒｔ）ほかの米国特許第３，８５３．４９７号と、メル キール（１１ｅｌｃｈｅｒ）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３，９１５．２４８号はすべて、複数の周 波数検出素子に送られる力又は重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（ｌｌｅｉｅｒ）の米国特許第３．９６３，０８２号と、ワイアー ス（ｆｉｒｔｈ）ほかの米国特許第４゜０８８．０１４号と、ヤコブソン（Ｊａ ｃｏｂｓｏｎ）の米国特許第４．１４３．７２７号と、エビンゲ（Ｅｂｂｉｎｇ ｅ）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　Ｎ１５ｓｅ）の米国特許第４，２１５，５７ ０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カドランスジュー サを開示している。チェック（Ｃｈｅｃｋ）ほかの米国特許第４，２３９，０８ ８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。ウェブ（Ｌｌｅｄａ）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パイブレークに基づいたカドラン 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ジタンシステム（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ 　１ｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ）を開示している。

イーア・ニッセ（Ｅｅｒ　Ｎ１５ｓｅ）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カド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ｉ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の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たよっている。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 の継ぎ回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−ひす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は部材と、上記基板 に取り付けられかつ上記荷重受は部材に対して少な（とも１つの平面において平 行であり上記荷重受は部材から所定の間隔だけ離れて設けられキャパシティ（Ｃ ａｐａｃｉｔｙ）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、上記荷重受は部 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。この荷重受は部材は、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、土壁と下壁と第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は部 材と、上記基板に取り付けられかつ上記荷重受は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は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、上記荷重受は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 は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つ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、差動的なモード信本 発明の１つの好ましい態様によれば、土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て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力の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自力） 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は、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； こ曲げられるので、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にお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。

（以下余白） 害奥撚 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２ｐぢよび下壁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１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ノ＜− 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を含む 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、イオンかソテイン 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、力り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力吠事である。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１１ ００；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力（ 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０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０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、ポリカーボネイト、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、キャストエポキシイ樹脂、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 ウレタン、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力（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は荷重受は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２４Ａ１側壁２４Ｂもしくは土壁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。

図かられかるように、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（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。また他の必要な要件としては、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 をはだすものである。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だすものであるが、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かられかるように、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。この平行四辺形状造を採っている 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Ｕ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。

（以下余白） 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、荷重受は部 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（片持ちぼ 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（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、２つの側壁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 に立つ。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に示されつるように、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４ ５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　ｅｌｅｍｅｎｔ）　５　 ’ｌが荷重受はビーム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４ ２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状の反応（ｒｅｓｐ ｏｎｓｅ）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ヨ 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。ジヨイン 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、取り付はジヨ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はジヨイントとはい 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（ｓｅｎｓｉｎｇ■ｅａｎｓ）５ ２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ＥＴＡＩこ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（ｄｏｕｂｌ、ｅ　 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。長手細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　ｆ ｒｅｑｕｅｎｃｙ）がバイオリンの弦のように増減する。

上記水晶は１、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は構造 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ン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形状において５〜１５ポルトで動作できるものである。

好ましくは、上記水晶トランスシュータが、約０．１〜１．０インチの範囲にあ り、最も好ましくは、約１５〜０．２５インチの範囲である。上記トランスシュ 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、２ ０ＫＨｚ　〜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。

（以下余白） 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できる。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、４２Ｂ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４２Ａ１４ ２Ｂ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４５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４ ２Ａ、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知手段５ ２Ａ、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４２Ａ 、４２Ｂと固定ビームとの間での検知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７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、われわれは信じる。全荷重に対してたとえば約ｏ、ｏｏｏｏ。

５インチだ１プの変位を示す比較的隆起した力センサ５２Ａまたは５２Ｂを通し て力の移行による荷重受はビーム４５の変位のための荷重を、この小さなばね４ ２は支持する。この場合、全体の荷重セルは、約１０１５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、Ｐエニｐ 、　十ｐ２ ここに、Ｐｌは、ビーム４５により生じた荷重であり、Ｐ２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、ここに、ＹＩＳＹ２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 ボ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。

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。

ここに、Ｃ１、Ｃ２は、ビーム形状に依存した定数であり、Ｅｌ、Ｋ２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。

ＥＩ＝Ｅ！ Ｐ＋／Ｃ＋Ｅ＋　＝　Ｐｚ／ＣｚＥｚ 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＝　Ｐ、Ｃ２／ＣＩ＝　（ＰＴ　−Ｐ、）ＸＣ２／ＣＩＰ、＝　Ｐｔ／　（ １＋Ｃ２／ＣＩ） Ｃ２とＣ３は、寸法の因子であるので、Ｐ、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−歪ろ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、は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で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、荷重受は機構は、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、圧力を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、ベローズ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。

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個の荷重受は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 は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詳細な説明する。しか し、発明の多（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。

〜 特表千７−５０５４７２　（９） フロントページの続き （８１）指定図　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ， ＳＮ、　ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　 ＣＨ，Ｃ５゜ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、 　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ、　 ＳＤ、　ＳＥ

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. １．力検出ロードセルは、 （ａ）基板と、 （ｂ）基板に固定された荷重受け部材と、（ｃ）基板に固定され、荷重受け部材 とは離れて位置し、少なくとも一つの面において荷重受け部材に対し平行である キャパシティ保持手段と、（ｄ）荷重受け部材とキャパシティ保持手段との間に 摩擦移動しないように固定された力検出手段と； を備え、 力検出ロードセルは、応力が加えられたときに、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一方、変位と検出 される力との間の線形関係を保持する力検出ロードセル。
2. ２．荷重受け部材とキャパシティ保持手段は、片持ち梁からなる、請求項１記載 の力検出ロードセル。
3. ３．荷重受け部材とキャパシティ保持手段は、各々の構造内に中央開口を有する 、請求項２に記載の力検出ロードセル。
4. ４．基板と力検出手段は、矩形の中央開口を形成するよう荷重受け部材とキャパ シティ保持手段を介して結合されており、少なくとも基板と力検出手段とは対向 し、かつ互いに平行に位置している請求項１に記載の力検出ロードセル。
5. ５．力検出手段は、圧電共振子からなる請求項１に記載の力検出ロードセル。
6. ６．力検出手段は、互いに平行で端部において取付けられた第１の歯と第２の歯 とからなる圧電水晶共振子からなる請求項１に記載の力検出ロードセル。
7. ７．（ａ）上壁と下壁および第１，第２の側壁によって画成された内部開口を有 する３次元構造体と、 （ｂ）上記３次元構造体の内部開口内において少なくとも一つと壁に固定された 基板と、 （ｃ）上記基板に固定された荷重受け部材と、（ｄ）基板に固定され、荷重受け 部材とは離れて位置し、少なくとも一つの面において荷重受け部材に対し平行で あるキャパシティ保持手段と、（ｅ）荷重受け部材とキャパシティ保持手段との 間に固定された力検出手段と、からなる力検出ロードセル。
8. ８．３次元構造体は、内部開口を形成すべく第１と第２の側壁によって結合され た上壁と下壁によって画成された内部開口を有しており、基板は、内部開口内に おいて、少なくとも一つの壁内面にある湾曲をもって固定されている請求項７に 記載の力検出ロードセル。
9. ９．荷重受け部材とキャパシティ保持手段は、片持ち梁からなる、請求項７記載 の力検出ロードセル。
10. １０．荷重受け部材とキャパシティ保持手段は、各々の構造内に中央開口を有す る、請求項７に記載の力検出ロードセル。
11. １１．基板と力検出手段は、矩形の中央開口を形成するよう荷重受け部材とキャ パシティ保持手段を介して結合されており、少なくとも基板と力検出手段とは対 向し、かつ互いに平行に位置している請求項７に記載の力検出ロードセル。
12. １２．力検出手段は、圧電共振子からなる請求項７に記載の力検出ロードセル。
13. １３．力検出手段は、互いに平行でいずれか一方の端部において結合された第１ の歯と第２の歯とからなる圧電水晶共振子からなる請求項７に記載の力検出ロー ドセル。
14. １４．上記荷重受け部材は、基板に固定され、基板から３次元構造体の上壁に張 り渡された梁からなる、請求項７に記載の力検出ロードセル。
15. １５．キャパシティ保持手段は、片持ち梁からなる、請求項８に記載の力検出ロ ードセル。
16. １６．（ａ）上壁と下壁によって画成された内部開口を有する６面のブロックか らなり、上壁と下壁とが、第１および第２の側壁によって相互に結合された３次 元構造体と： （ｂ）上壁と下壁の内面に実質的に平行なプラットホームからなる基板と、（ｃ ）基板と上壁の内面との間に渡され、基板と上壁とに固定された荷重受け梁と、 （ｄ）片持ち梁よりなるキャパシティ保持手段と、（ｅ）キャパシティ保持片持 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からなる検 出手段と、からなる、請求項７に記載の力検出ロードセル。
17. １７．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１６に記載の力検出ロードセル。
18. １８．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１ ６に記載の力検出ロードセル。
19. １９．（ａ）応力が与えられると同様に応答して変位を検出する第１および第２ 検出手段、 （ｂ）基板、および （ｃ）第１および第２検出手段を構造的に支持する手段、該構造的に支持する手 段は基板に固定されて、第１および第２検出手段を支持しており、力検出ロード セルが応力を受けたときに、第１および第２検出手段に等しい影響を与える、と を備え、 力の入力によって力検出ロードセルに応力を与えると、差分モード信号とは異な る共通モード信号を生成する第１および第２検出手段の独立な信号処理を与える 、力検出ロードセル。
20. ２０．構造的支持手段は、力検出ロードセルへの力の入力に際して、第１および 第２の検出手段の両方に等しい影響を与えるように両検出手段を配置する対称構 造を備える、請求項１９に記載の力検出ロードセル。
21. ２１．上記対称構造を有する構造的支持手段は、（ａ）基板に固定され、キャパ シティを保持する第１手段、（ｂ）基板に固定され、キャパシティを保持する第 ２手段；該第２キャパシティ保持手段は、第１キャパシティ保持手段から離れて 位置しており、第１キャパシティ保持手段に対して、少なくとも一つの面におい て、平行である；（ｃ）基板に固定された荷重受け部材；該荷重受け部材は、第 １および第２キャパシティ保持手段から離れ、かつ両者の中間に位置しており、 上記荷重受け部材は第１，第２キャパシティ保持手段と少なくとも一つの面にお いて平行であり、上記第１検出手段は、第１キャパシティ保持手段と荷重受け部 材との間に取付けられており、第２検出手段は第２キャパシティ保持手段と荷重 受け部材との間に取付けられている； を備えた、請求項１９に記載の力検出ロードセル。
22. ２２．第１および第２キャパシティ保持手段は、片持ち梁よりなる、請求項２１ に記載の力検出ロードセル。
23. ２３．荷重受け部材は、一本の梁と上記荷重受け梁とを備えた、請求項２１に記 載の力検出ロードセル。
24. ２４．上記対称構造を有する構造的支持手段は、第１および第２の側壁によって 互いに結合された上壁と下壁とによって画成された内部開口を有する３次元構造 体であり、上記基板は、少なくとも一つの内壁面に基板と少なくとも一つの内壁 面の間に渡され、かつ両者に取付けられた荷重受け部材によって取付けられてい る、請求項２１に記載の力検出ロードセル。
25. ２５．第１および第２キャパシティ保持手段は、上記３次元構造体の内部開口内 の少なくとも一つの面において、上記荷重受けビームに平行な梁からなる、請求 項２４に記載の力検出ロードセル。
26. ２６．（ａ）３次元構造体は、上壁と下壁によって画成された内部開口を有する ６面のブロックからなり、上壁と下壁とが、第１および第２の側壁によって相互 に結合されている； （ｂ）上壁と下壁の内面に実質的に平行なプラットホームからなる基板と、（ｃ ）基板と上壁の内面との間に渡され、基板と上壁とに固定された荷重受け梁と、 （ｄ）片持ち梁よりなる第１，第２のキャパシティ保持手段と、および （ｅ）各々、圧電水晶センサからなる、第１，第２検出手段；第１検出手段は、 第１キャパシティ保持片持ち梁と荷重受け梁との間に渡されかつ両者に固定され 、第２検出手段は、第２キャパシティ保持片持ち梁と荷重受け梁との間に渡され 、かつ両者に固定されている； を備えた、請求項２４に記載の力検出ロードセル。
27. ２７．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２５に記載の力検出ロードセル。
28. ２８．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２ ５に記載の力検出ロードセル。
29. ２９．（ａ）第１，第２側壁によって結合された上壁と下壁によって画成された 開口を有する３次元構造体； （ｂ）上記開口内に位置し、開口を画成する壁面の少なくとも一つに固定された 基板； （ｃ）基板に固定されるとともに３次元構造体の開口の面内において伸びる第１ のキャパシティ保持片持ち梁； （ｄ）基板に固定され、上記第１のキャパシティ保持片持ち梁とは離れており、 かつ少なくとも一つの面においてそれに平行で、しかも３次元構造体の開口の面 内において伸びる第２のキャパシティ保持片持ち梁；（ｅ）第１，第２のキャパ シティ保持片持ち梁に少なくとも一つの面に平行で、かつ両者の間において基板 に固定された荷重梁、該荷重梁は第１，第２のキャパシティ保持片持ち梁の両方 から離れて位置する；（ｆ）変位を検出する第１検出手段；該第１検出手段は第 １キャパシティ保持片持ち梁と荷重梁との間に固定される；および（ｇ）変位を 検出する第２検出手段；該第２検出手段は、荷重梁と第２キャパシティ保持片持 ち梁とからなり、 力の入力による力検出ロードセルへの荷重が差分モード信号とは異なる共通モー ド信号を生成する第１，第２検出手段の独立した信号処理を与える力検出ロード セル。
30. ３０．更に、共通モード信号および差分モード信号を受信しかつ処理するための 回路手段を備える、請求項２９に記載の力検出ロードセル。
31. ３１．基板は３次元構造体の開口を画成する壁の少なくとも一つに湾曲部によっ て固定されている、請求項２９に記載の力検出ロードセル。
32. ３２．荷重梁は３次元構造体の開口を画成する壁の少なくとも一つの湾曲部によ って固定されている、請求項３１に記載の力検出ロードセル。
33. ３３．３次元構造体の上壁と下壁とは、夫々、第１，第２側壁との結合点におい て湾曲部を有する、請求項２９に記載の力検出ロードセル。