JPH09218080A - Tuning fork type load cell and weighing instrument using the same - Google Patents

Tuning fork type load cell and weighing instrument using the same

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JPH09218080A
JPH09218080A JP5223396A JP5223396A JPH09218080A JP H09218080 A JPH09218080 A JP H09218080A JP 5223396 A JP5223396 A JP 5223396A JP 5223396 A JP5223396 A JP 5223396A JP H09218080 A JPH09218080 A JP H09218080A
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load
tuning fork
load cell
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load detection
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道人 宇都宮
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嘉宏 中村
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洋 宮本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tuning fork type load cell and a weighing instrument using the load cell capable of improving the accuracy insusceptible of the temperature variation. SOLUTION: A load detection mechanism 3 is attached between upper and lower beam sections 2c, 2d of a strain induction body 2. Since a tuning fork vibrator element 6 is fixed between the upper and lower beam sections 2c, 2d wherein each of temperatures is roughly the central value of the temperatures of a fixing section 2a and a movable section 2b of the strain induction body 2 and the temperatures are slightly different from each other, the influence by the temperature of the fixing section 2a or movable section 2b is reduced even when there exists a temperature gradient between the fixing section 2a and movable section 2b and a zero point shift with respect to the temperature variation is small, then it is superior in zero point stability, thereby improving the accuracy of the load detection.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、音叉式ロードセ
ルおよびこれを用いた計量装置に関し、特に、その荷重
検出精度向上に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tuning fork type load cell and a weighing device using the same, and more particularly to improvement of load detection accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、固有振動数で振動する音叉振動
子に、外力を加えるとその外力に対応して固有振動数が
変化し、この音叉振動子に加えられる外力Fと音叉振動
子の固有振動数fについて、およそ次の式(1)の関係
が成立する。 F=C1 ・f2 −C2 (C1 ,C2 ;定数) (1) このように固有振動数が変化するのは、音叉振動子の形
状が変化するのではなく、振動する物体の力学的状態
(外力付加状態)により変化するものであり、音叉振動
子は入力に対して敏感であるので、従来から、この入力
に敏感な音叉振動子を利用した荷重検出機構が微量な質
量(mg単位)を高精度に測定する電子てんびん秤等の
計量装置に利用されてきた。
2. Description of the Related Art Generally, when an external force is applied to a tuning fork vibrator that vibrates at a natural frequency, the natural frequency changes in response to the external force, and the external force F applied to the tuning fork vibrator and the natural fork of the tuning fork vibrator. Regarding the frequency f, the relationship of the following expression (1) is established. F = C1 · f 2 -C2 ( C1, C2; constant) (1) thus to vary the natural frequency, rather than changing the shape of the tuning fork vibrator, dynamic state of a vibrating object ( Since the tuning fork vibrator is sensitive to the input, the load detection mechanism using the tuning fork vibrator that is sensitive to this input has conventionally detected a small amount of mass (mg unit). It has been used in weighing devices such as electronic balance scales that measure with high accuracy.

【0003】ここで、高度な荷重検出精度を達成するた
めには、音叉振動子に対し所定の一方向にのみ外力が加
えられるように、この音叉振動子を備えた荷重検出機構
を組み込む荷重付加機構を構成する必要がある。このよ
うな荷重付加機構として、2ビーム型の起歪体が考えら
れる。
Here, in order to achieve a high degree of load detection accuracy, a load is added to the tuning fork vibrator so that an external force is applied to the tuning fork vibrator only in one predetermined direction. The mechanism needs to be configured. A two-beam type strain element is conceivable as such a load applying mechanism.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この起歪体を
利用した計量装置は、起歪体の固定部が基台に固定さ
れ、可動部に被計量物を支持する計量皿が固定される
が、2ビーム型起歪体においては、モータの発熱等によ
り固定部から可動部へ、また、高温または低温の被計量
物を載せた計量皿を通して可動部から固定部へ熱が伝わ
り、固定部と可動部間で温度勾配を持つ。このため、音
叉振動子をこのような起歪体の固定部と可動部間に取り
付けると、温度変化に対してゼロ点変動が大きくゼロ点
安定性が劣るため、高精度を確保できないという問題が
あった。
However, in the weighing device using the strain-generating body, the fixed portion of the strain-generating body is fixed to the base, and the weighing pan for supporting the object to be weighed is fixed to the movable portion. However, in the two-beam type strain element, heat is transferred from the fixed part to the movable part due to heat generation of the motor and the like from the movable part to the fixed part through the weighing pan on which a high or low temperature object is placed. And has a temperature gradient between the moving parts. Therefore, if a tuning fork vibrator is attached between the fixed part and the movable part of such a strain generating body, the zero point variation is large with respect to the temperature change and the zero point stability is poor, so that there is a problem that high accuracy cannot be secured. there were.

【0005】また、荷重検出機構を起歪体に組み込んだ
とき、荷重検出機構とこれを取り付ける起歪体との熱膨
張係数の差により、荷重検出誤差が生じる問題がある。
例えば、固定部、可動部およびビーム部を一体形成した
一体型の起歪体は、加工性,材料コスト面を考慮して、
通常アルミ合金や鉄鋼を用いているが、音叉振動子を含
む荷重検出機構は、温度によってばね定数が変化しない
ようにヤング率の温度係数の小さいエリンバー等の恒弾
性合金を用いている。従って、起歪体の材料の熱膨張係
数が音叉振動子の材料の熱膨張係数よりも大きく、起歪
体寸法の温度による変化が音叉振動子よりも大きい。例
えば、起歪体の材料がアルミ合金の場合、起歪体の熱膨
張係数は音叉振動子の約3倍になる。このような起歪体
と音叉振動子とでロードセルを構成する場合、周囲温度
が変化すると両者の材料の熱膨張係数の違いによって両
者のボルト締付部にすべりが生じ、ゼロ点の再現性が悪
くなるので、荷重検出精度の確保が困難になる。
Further, when the load detecting mechanism is incorporated into the flexure element, there is a problem that a load detection error occurs due to a difference in thermal expansion coefficient between the load detecting mechanism and the flexure element to which the load detecting mechanism is attached.
For example, an integrated strain element in which a fixed portion, a movable portion, and a beam portion are integrally formed is considered in terms of workability and material cost.
Normally, aluminum alloy or steel is used, but the load detection mechanism including the tuning fork vibrator uses a constant elastic alloy such as Elinvar having a small Young's modulus temperature coefficient so that the spring constant does not change with temperature. Therefore, the coefficient of thermal expansion of the material of the strain generating body is larger than the coefficient of thermal expansion of the material of the tuning fork vibrator, and the change in the size of the strain generating body with temperature is larger than that of the tuning fork vibrator. For example, when the material of the flexure element is an aluminum alloy, the coefficient of thermal expansion of the flexure element is about three times that of the tuning fork vibrator. When a load cell is constructed with such a strain element and a tuning fork vibrator, when the ambient temperature changes, slippage occurs in the bolt tightening parts of both materials due to the difference in the thermal expansion coefficient of both materials, and the reproducibility of the zero point is improved. Since it becomes worse, it becomes difficult to secure the load detection accuracy.

【0006】この発明は、上記の問題点を解決して、温
度変化に影響されることなく高精度化を図ることができ
る音叉式ロードセルとこれを用いた計量装置を提供する
ことを目的としている。
An object of the present invention is to solve the above problems and provide a tuning fork type load cell capable of achieving high accuracy without being affected by temperature changes, and a weighing device using the same. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る音叉式ロードセルは、左右に固定部
と荷重が加えられる可動部とが配置され、可動部が上下
のビーム部を介して固定部に支持された起歪体と、この
起歪体に装着された荷重検出機構とを有している。前記
荷重検出機構は、前記上下のビーム部のいずれか一方に
取り付けられた基部と、この基部に支点を介して支持さ
れたてこ部と、前記基部とてこ部との間に取り付けら
れ、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する音叉
振動子とを備え、前記てこ部の荷重点が前記上下のビー
ム部の他方に連結されている。
In order to achieve the above object, a tuning fork type load cell according to a first aspect of the present invention has a fixed portion and a movable portion to which a load is applied on the left and right, and the movable portion is an upper and lower beam portion. The flexure element is supported by the fixed part via the, and the load detection mechanism attached to the flexure element. The load detection mechanism is mounted and added between a base portion attached to either one of the upper and lower beam portions, a lever portion supported by the base portion via a fulcrum, and the base portion and the lever portion. A tuning fork vibrator whose natural frequency changes according to the load, and the load point of the lever portion is connected to the other of the upper and lower beam portions.

【0008】上記構成によれば、荷重検出機構は、起歪
体の上下のビーム部間に取り付けられている。従って、
音叉振動子は、起歪体の固定部と可動部の各々の温度の
ほぼ中間値であって、互いの温度差も小さい上下ビーム
間に固定されるので、固定部と可動部間で温度勾配があ
っても、固定部および可動部からの熱の影響を低減し、
温度変化に対してゼロ点変動が小さくゼロ点安定性に優
れるから、荷重検出精度を向上させることができる。
According to the above construction, the load detecting mechanism is mounted between the upper and lower beam portions of the strain-generating body. Therefore,
Since the tuning fork vibrator is fixed between the upper and lower beams where the temperature of the fixed part and the movable part of the flexure element is approximately the intermediate value and the temperature difference between them is small, the temperature gradient between the fixed part and the movable part is small. Even if there is, reduce the effect of heat from the fixed and movable parts,
Since the zero point variation is small with respect to the temperature change and the zero point stability is excellent, the load detection accuracy can be improved.

【0009】請求項2に係るロードセルは、さらに、上
記ビーム部と基部間に、両者の熱膨張係数の間の係数を
有する材料からなる中間材を挿入している。従って、両
者間の熱履歴によるヒステリシスが減少するので、温度
変化に対するすべりを防止し再現性を向上して荷重検出
精度を向上することができる。
In the load cell according to the second aspect, an intermediate material made of a material having a coefficient of thermal expansion between the beam portion and the base portion is further inserted between the beam portion and the base portion. Therefore, since the hysteresis due to the thermal history between the two is reduced, it is possible to prevent slippage due to temperature change, improve reproducibility, and improve load detection accuracy.

【0010】請求項3に係る計量装置は、上記請求項1
または請求項2のロードセルと、このロードセルの荷重
検出機構で得られた信号から計量値を求める計量値生成
回路とを有し、基台に前記ロードセルの固定部が固定さ
れ、可動部に被計量物を支持する計量台が固定されてい
る。従って、計量装置の小型化、低コスト化を図ること
ができるとともに、微小質量を高精度に計量できる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a weighing device according to the first aspect.
Alternatively, the load cell according to claim 2 and a weighing value generation circuit for obtaining a weighing value from a signal obtained by a load detection mechanism of the load cell, wherein a fixed portion of the load cell is fixed to a base, and a movable portion is to be weighed. The weighing platform that supports the object is fixed. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the weighing device, and it is possible to accurately measure a minute mass.

【0011】請求項4に係るロードセルは、前記起歪体
と、この起歪体に装着された第1荷重検出機構および第
2荷重検出機構とを有する差動型のロードセルである。
すなわち、第1荷重検出機構および第2荷重検出機構の
それぞれは、起歪体の上下のビーム部のいずれか一方に
取り付けられた基部と、この基部に支点を介して支持さ
れたてこ部と、前記基部とてこ部との間に取り付けら
れ、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する音叉
振動子とを備え、前記てこ部の荷重点が前記上下のビー
ム部の他方に連結されており、荷重が可動部に加えられ
たとき、一方の荷重検出機構の音叉振動子に引張力が作
用し、他方の荷重検出機構の音叉振動子に圧縮力が作用
するように設定されている。
A load cell according to a fourth aspect is a differential type load cell having the flexure element and a first load detection mechanism and a second load detection mechanism mounted on the flexure element.
That is, each of the first load detection mechanism and the second load detection mechanism includes a base portion attached to either one of the upper and lower beam portions of the flexure element, and a lever portion supported by the base portion via a fulcrum. A tuning fork vibrator whose natural frequency changes according to an applied load, which is attached between the base portion and the lever portion, and the load point of the lever portion is connected to the other of the upper and lower beam portions. When a load is applied to the movable part, a tensile force acts on the tuning fork vibrator of one load detection mechanism, and a compression force acts on the tuning fork vibrator of the other load detection mechanism.

【0012】請求項5に係るロードセルは、請求項4に
おいて、前記両荷重検出機構が起歪体の前後面の一方に
装着されている。
A load cell according to a fifth aspect of the present invention is the load cell according to the fourth aspect, wherein the both load detecting mechanisms are attached to one of the front and rear surfaces of the flexure element.

【0013】また、請求項6に係るロードセルは、請求
項4において、前記第1の荷重検出機構が起歪体の前面
に、前記第2の荷重検出機構が起歪体の後面にそれぞれ
装着されている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the load cell according to the fourth aspect, the first load detecting mechanism is mounted on a front surface of the flexure element, and the second load detecting mechanism is attached on a rear surface of the flexure element. ing.

【0014】上記請求項4ないし請求項6のロードセル
によれば、第1および第2荷重検出機構は、起歪体の上
下のビーム部間に取り付けられているので、固定部およ
び可動部からの熱の影響を低減して、温度変化に対する
ゼロ点安定性を向上させるとともに、両荷重検出機構の
音叉振動子の一方が引張型で他方が圧縮型となるので、
両音叉振動子の周波数変化から荷重を差動型で求めるこ
とにより、起歪体の周囲の温度が変化した場合に、起歪
体と音叉振動子の熱膨張係数が異なっていても、両者の
温度変形が打ち消されるから、温度変化による影響を受
けないので高い荷重検出精度を得ることができる。
According to the load cell of the fourth to sixth aspects, since the first and second load detecting mechanisms are mounted between the upper and lower beam portions of the flexure element, the first and second load detecting mechanisms are fixed from the fixed portion and the movable portion. By reducing the influence of heat and improving the zero point stability against temperature changes, one of the tuning fork vibrators of both load detection mechanisms is a tension type and the other is a compression type, so
By calculating the load differentially from the frequency changes of both tuning fork vibrators, even if the thermal expansion coefficient of the flexure element is different from that of the tuning fork vibrator when the temperature around the flexure element changes. Since the temperature deformation is canceled out, it is not affected by the temperature change, so that high load detection accuracy can be obtained.

【0015】請求項7に係る計量装置は、上記請求項4
ないし請求項6のいずれかのロードセルと、このロード
セルの両荷重検出機構のそれぞれで得られた信号の差か
ら計量値を求める計量値生成回路とを有し、基台に前記
ロードセルの固定部が固定され、可動部に被計量物を支
持する計量台が固定されている。従って、計量装置のゼ
ロ点安定性を向上させて、微小質量を高精度に計量でき
る。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a weighing device according to the fourth aspect.
The load cell according to any one of claims 1 to 6 and a weighing value generation circuit for obtaining a weighing value from a difference between signals obtained by both load detection mechanisms of the load cell, wherein a fixed portion of the load cell is provided on a base. The weighing table, which is fixed and supports the object to be weighed, is fixed to the movable portion. Therefore, the zero-point stability of the weighing device can be improved, and the minute mass can be weighed with high accuracy.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。図1に、この発明の一実施形態に
係る音叉式ロードセルの斜視図を示し、図2に、図1の
ロードセルを用いた計量装置の構成図を示す。この装置
は、図1に示す起歪体2およびこの起歪体2に装着され
た荷重検出機構3を有する音叉式ロードセル1と、図2
に示す発振回路14、サイクルカウンタ16およびディ
ジタル信号処理回路(DSP)18からなる計量値生成
回路15とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a perspective view of a tuning fork type load cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration diagram of a weighing device using the load cell of FIG. This device comprises a tuning fork type load cell 1 having a flexure element 2 shown in FIG. 1 and a load detecting mechanism 3 attached to the flexure element 2, and FIG.
The oscillator circuit 14, the cycle counter 16, and the weighing value generating circuit 15 including the digital signal processing circuit (DSP) 18 shown in FIG.

【0017】起歪体2は、左右に固定部2aと荷重が加
えられる可動部2bとが配置され、可動部2bが上下の
ビーム部2c,2dを介して固定部2aに支持されてい
る。二点鎖線で示す基台Fに固定部2aが固定され、可
動部2bに被計量物を支持する同様に二点鎖線で示す計
量台Kが固定されている。左右の固定部2a,可動部2
bと上下のビーム部2c,2dにより囲まれた部分には
4隅がそれぞれ半円状の中空部9が形成されている。こ
の中空部9の中央に向かって、上のビーム部2cから第
1取付フランジ8Aが延び、下のビーム部2dから第2
取付フランジ8Bが延びており、これら取付フランジ8
A,8Bは、起歪体2の前面Mから凹入した位置に形成
されている。これは、荷重検出機構3を起歪体2から前
方向に出張ることなくこの凹部に収納するためである。
また、起歪体2の上面および底面にそれぞれ中空部9に
達する長円状の穴H1 を2つ形成して、この起歪体2全
体のバネ定数を小さくしている。
The flexure element 2 has a fixed part 2a and a movable part 2b to which a load is applied on the left and right, and the movable part 2b is supported by the fixed part 2a via upper and lower beam parts 2c and 2d. The fixed portion 2a is fixed to the base F shown by the chain double-dashed line, and the weighing platform K shown by the chain double-dashed line is fixed to the movable part 2b. Left and right fixed part 2a, movable part 2
Hollow portions 9 each having four semi-circles at the four corners are formed in a portion surrounded by b and the upper and lower beam portions 2c and 2d. The first attachment flange 8A extends from the upper beam portion 2c toward the center of the hollow portion 9, and the second beam portion 2d extends from the lower beam portion 2d.
The mounting flange 8B extends and these mounting flanges 8B
A and 8B are formed at positions recessed from the front surface M of the flexure element 2. This is because the load detection mechanism 3 is housed in this recess without traveling forward from the flexure element 2.
Further, two elliptic holes H1 reaching the hollow portion 9 are formed on the upper surface and the bottom surface of the flexure element 2 to reduce the spring constant of the flexure element 2 as a whole.

【0018】この起歪体2は、例えばアルミ合金材料や
鉄系材料で一体型に形成されたパラレログラム(平行四
辺形)構造になっている。この起歪体2に荷重検出機構
3を装着したロードセル1は、付加される荷重を受け
て、音叉振動子6に対し、所定の一方向のみに力を伝達
することになる。
The flexure element 2 has a parallelogram (parallelogram) structure integrally formed of, for example, an aluminum alloy material or an iron material. The load cell 1 in which the load detecting mechanism 3 is attached to the flexure element 2 receives the applied load and transmits the force to the tuning fork vibrator 6 in only one predetermined direction.

【0019】前記荷重検出機構3は、その基部4Aが、
この実施形態では下のビーム部2dから延びた第2取付
フランジ8Bに、ねじB1 のような締結手段で取り付け
られ、この基部4Aの右方に支点P1 を介しててこ部5
Aが支持される。
The base 4A of the load detecting mechanism 3 is
In this embodiment, it is attached to the second attachment flange 8B extending from the lower beam portion 2d by a fastening means such as a screw B1 and is provided on the right side of the base portion 4A via the fulcrum P1 and the lever portion 5.
A is supported.

【0020】てこ部5Aは、鉛直方向に延びており、こ
のてこ部5Aの荷重点P2 は、水平方向に延びる連結片
7Bを介して、てこ部5Aの左方位置で上のビーム部2
cから延びた第1取付フランジ8AにねじB2 のような
締結手段で連結されている。そして、てこ部5Aの左方
に位置する音叉振動子6は、基部4Aとてこ部5Aとの
間にそれぞれ水平な支持片7Aを介して取り付けられて
いる。音叉振動子6は、加えられた外力に応じて固有振
動数が変化する。
The lever portion 5A extends in the vertical direction, and the load point P2 of the lever portion 5A is connected to the upper beam portion 2 at the left position of the lever portion 5A via the connecting piece 7B extending in the horizontal direction.
It is connected to the first mounting flange 8A extending from c by a fastening means such as a screw B2. The tuning fork vibrator 6 located to the left of the lever portion 5A is attached between the base portion 4A and the lever portion 5A via horizontal support pieces 7A. The natural frequency of the tuning fork vibrator 6 changes according to the applied external force.

【0021】図3に、実際の形状を示す荷重検出機構3
の正面図を示す。この図のように、支持片7A(固定
端)と支点P1 を形成する各部分(図示α〜γ)、並び
に、連結片7B(負荷端)の一部分(図示δとε)を細
く加工して、ロードセル1に外力Yが加えられたときの
曲げモーメントによる拘束を除去している。
FIG. 3 shows a load detecting mechanism 3 showing an actual shape.
The front view of is shown. As shown in this figure, the support piece 7A (fixed end) and each portion forming the fulcrum P1 (α to γ in the figure) and a part of the connecting piece 7B (load end) (δ and ε in the figure) are finely processed. , The constraint due to the bending moment when the external force Y is applied to the load cell 1 is removed.

【0022】なお、図1の荷重検出機構3を上下逆にし
て、基部4Aを第1取付フランジ8Aに取り付け、かつ
荷重点P2 を連結片7Bを介して第2取付フランジ8B
に連結するようにしてもよいし、または、左右逆にし
て、基部4Aの左方にてこ部5Aを位置させ、かつ音叉
振動子6をてこ部5Aの右方に位置させるようにしても
よい。ただし、これらの場合には、音叉振動子6に対し
圧縮力が作用することとなる。
The load detecting mechanism 3 shown in FIG. 1 is turned upside down to attach the base 4A to the first mounting flange 8A and the load point P2 to the second mounting flange 8B via the connecting piece 7B.
Alternatively, the lever portion 5A may be positioned on the left side of the base portion 4A and the tuning fork vibrator 6 may be positioned on the right side of the lever portion 5A by reversing the left and right sides. . However, in these cases, a compressive force acts on the tuning fork vibrator 6.

【0023】図2において、荷重検出機構3の音叉振動
子6は、中心軸に対称にかつ平行して設けられた2枚の
振動片10と、これらの両端部同士をそれぞれ結合する
2個の結合部11とを備えており、結合部11の両側面
にそれぞれ圧電素子12a,12bが接着や蒸着により
取り付けられている。各圧電素子12a,12bは外部
に設置した発振回路14に接続されている。外力を加え
る前に、発振回路14により圧電素子12aを励振させ
て2枚の振動片10を固有振動数で発振させ、その固有
振動数が発振回路14に入力される。この状態で外力が
加えられると、振動片10が軸方向に加えられた外力
(引張力Fp または圧縮力Fc )に応じて変化した固有
振動数で振動し、その固有振動数は圧電素子12bから
発振回路14へ出力されて取り出される。
In FIG. 2, the tuning fork vibrator 6 of the load detecting mechanism 3 includes two vibrating reeds 10 symmetrically and parallel to the central axis, and two vibrating reeds 10 respectively connecting both ends thereof. The piezoelectric element 12a, 12b is attached to both side surfaces of the coupling portion 11 by adhesion or vapor deposition. Each of the piezoelectric elements 12a and 12b is connected to an oscillation circuit 14 installed outside. Before the external force is applied, the piezoelectric element 12a is excited by the oscillation circuit 14 to oscillate the two vibrating reeds 10 at the natural frequency, and the natural frequency is input to the oscillation circuit 14. When an external force is applied in this state, the vibrating piece 10 vibrates at a natural frequency changed according to the external force (tensile force Fp or compressive force Fc) applied in the axial direction, and the natural frequency is from the piezoelectric element 12b. It is output to the oscillation circuit 14 and taken out.

【0024】また、図4に示すように、起歪体2と基部
4A間に中間材36を設けている。この中間材36に
は、エリンバーのような恒弾性合金からなる荷重検出機
構3とアルミ合金のような起歪体2の熱膨張係数の中間
値をもつ、鉄系材料のようなものが用いられる。この中
間材36は、荷重検出機構3の熱膨張係数に近い材質が
好ましい。これは、起歪体2と基部4A間に、熱膨張係
数が恒温材に近い材料を挟み込むことにより、両者間の
熱履歴によるヒステリシスが減り再現性が向上し、温度
補正も可能となり荷重検出精度向上に役立つからであ
る。なお、両者間の温度変化に対する影響度によって
は、この中間材36を設けなくともよい。
Further, as shown in FIG. 4, an intermediate member 36 is provided between the flexure element 2 and the base portion 4A. As the intermediate material 36, a material such as an iron-based material having an intermediate value of the coefficient of thermal expansion of the load detecting mechanism 3 made of a constant elastic alloy such as Elinvar and the strain generating element 2 made of an aluminum alloy is used. . The intermediate material 36 is preferably made of a material having a coefficient of thermal expansion close to that of the load detection mechanism 3. This is because by sandwiching a material having a coefficient of thermal expansion close to that of a constant temperature material between the flexure element 2 and the base portion 4A, hysteresis due to the thermal history between the two is reduced, reproducibility is improved, and temperature correction becomes possible and load detection accuracy is improved. This is because it helps improve. The intermediate member 36 may not be provided depending on the degree of influence on the temperature change between them.

【0025】さらに、第2取付フランジ8Bは溝部8C
を有している。これにより、中間材36と第2取付フラ
ンジ8Bとの接触面積を小さくしている。すなわち、起
歪体2のビーム部2dから延びた第2取付フランジ8B
から荷重検出機構3の基部4Aへの受熱面積を小さくし
て、温度変化に対する影響を小さくするようにしてい
る。なお、起歪体2における熱の影響度によっては、こ
の溝部8Cを設けなくともよい。
Further, the second mounting flange 8B has a groove 8C.
have. This reduces the contact area between the intermediate member 36 and the second mounting flange 8B. That is, the second mounting flange 8B extending from the beam portion 2d of the flexure element 2
The heat receiving area from the load detecting mechanism 3 to the base portion 4A is reduced to reduce the influence on the temperature change. The groove 8C may not be provided depending on the degree of influence of heat on the flexure element 2.

【0026】以下、この計量装置の動作を説明する。図
1において、計量台Kに被計量物が載せられてその荷重
Wが加えられると、可動部2bは矢印Y方向に変位す
る。そうすると、上下のビーム部2c,2dの相対変位
によって、荷重検出機構3の連結片7Bが左方向に引っ
張られるので、音叉振動子6には、てこの原理で右方向
に荷重Wによる引張力Fp が作用する。ここで、モータ
等の発熱により固定部2aから可動部2bへ、また、高
温または低温の被計量物を載せた計量皿を通して可動部
2bから固定部2aへ熱が伝わり、起歪体2内の固定部
2aと可動部2b間で温度勾配が生じる。従って、荷重
検出機構3の音叉振動子6を固定部2aと可動部2b間
に取り付けると、この間の温度勾配により、温度変化に
対してゼロ点変動が大きくゼロ点安定性が劣るため、高
精度を確保できない。これに対し、この発明は、荷重検
出機構3が、固定部2aと可動部2bのそれぞれの温度
のほぼ中間温度であって、しかも上下間で温度差が小さ
いビーム部2cとビーム部2d間に固定されている。こ
のため、音叉振動子6に対する左右の固定部2a,可動
部2bからの熱の影響を低減して、起歪体2の温度変化
に対してゼロ点変動が小さくゼロ点安定性に優れるの
で、荷重Wに対応して引張力Fp は正確に作用する。
The operation of this weighing device will be described below. In FIG. 1, when the object to be weighed is placed on the weighing platform K and its load W is applied, the movable portion 2b is displaced in the arrow Y direction. Then, since the connecting piece 7B of the load detecting mechanism 3 is pulled leftward by the relative displacement of the upper and lower beam portions 2c and 2d, the pulling force Fp by the load W is applied to the tuning fork vibrator 6 rightward by the lever principle. Works. Here, heat is transmitted from the fixed portion 2a to the movable portion 2b by heat generated by a motor or the like, and from the movable portion 2b to the fixed portion 2a through a weighing pan on which a high or low temperature object is placed. A temperature gradient is generated between the fixed portion 2a and the movable portion 2b. Therefore, when the tuning fork vibrator 6 of the load detection mechanism 3 is mounted between the fixed portion 2a and the movable portion 2b, the zero point variation is large with respect to the temperature change due to the temperature gradient between them, and the zero point stability is poor, so that high accuracy is achieved. Cannot be secured. On the other hand, according to the present invention, the load detecting mechanism 3 is provided between the beam portion 2c and the beam portion 2d, which have an intermediate temperature between the fixed portion 2a and the movable portion 2b and a small temperature difference between the upper and lower portions. It is fixed. Therefore, the influence of heat from the left and right fixed portions 2a and the movable portion 2b on the tuning fork vibrator 6 is reduced, and the zero point variation is small with respect to the temperature change of the flexure element 2, and the zero point stability is excellent. The tensile force Fp acts accurately according to the load W.

【0027】図2の振動片10がその引張力Fp に応じ
て増加した固有振動数f1 で振動すると、その固有振動
数f1 は発振回路14へ出力されて取り出される。この
固有振動数f1 は、その周期T1 を測定するため、クロ
ック入力Cをサイクルカウンタ16に入力してカウント
し、DSP18に入力される。そして、DSP18の線
形化手段22により、式(1)のF=C1 ・f12−C2
(f1 = 1/T1 )を満たすように固有振動数f1
(周期T1 )を2乗したものと引張力Fp とをリニアに
関係させ、2段に設けたローパスフィルタのようなフィ
ルタリング手段24,25によりロードセル1の固有振
動数等の不要分が取り除かれる。こうして、DSP18
から被計量物の荷重Wに対応した計量値として出力す
る。
When the resonator element 10 shown in FIG. 2 vibrates at the natural frequency f1 increased in accordance with the tensile force Fp, the natural frequency f1 is output to the oscillation circuit 14 and taken out. The natural frequency f1 is input to the DSP 18 by inputting the clock input C to the cycle counter 16 for counting in order to measure its period T1. Then, by the linearization means 22 of the DSP 18, F = C1 · f1 2 −C2 in the equation (1).
Natural frequency f1 to satisfy (f1 = 1 / T1)
The square of (cycle T1) and the tensile force Fp are linearly related, and unnecessary portions such as the natural frequency of the load cell 1 are removed by filtering means 24 and 25 such as low-pass filters provided in two stages. In this way, DSP18
Is output as a measured value corresponding to the load W of the object to be measured.

【0028】このように、この音叉式ロードセル1は、
荷重検出機構3の音叉振動子6を起歪体2の上下のビー
ム間2c,2d間に取り付けるようにしているので、固
定部2aと可動部2bの温度変化に対して、ゼロ点変動
が小さくなるので、荷重検出精度を向上させることがで
きる。また、中間材36および溝部8cを設けているか
ら、温度変化に対するゼロ点変動がさらに小さくなっ
て、荷重検出精度が一層向上する。
In this way, the tuning fork type load cell 1 is
Since the tuning fork vibrator 6 of the load detection mechanism 3 is attached between the upper and lower beams 2c and 2d of the strain body 2, the zero point fluctuation is small with respect to the temperature change of the fixed portion 2a and the movable portion 2b. Therefore, the load detection accuracy can be improved. Further, since the intermediate member 36 and the groove portion 8c are provided, the zero point variation with respect to the temperature change is further reduced, and the load detection accuracy is further improved.

【0029】さらに、起歪体2を一体型にしたことによ
り、つぎの利点がある。すなわち、別部品である2枚の
板ばねからなるビームを用い、これらを平行に連結する
ために2個の連結支持部品を用いて合計4個の部品によ
り荷重付加機構を構成すると、音叉振動子は入力に対し
て敏感であるので、この敏感な特性を生かすべく、これ
を組み込んで荷重付加機構を製作するには、上記の構成
部品を精密に加工し、正確に組み立てて、微妙な調整を
行うといった高度な熟練性を要していた。このため、製
作が煩雑となり結合部品も必要となるので、小型化や低
コスト化が困難である。これに対し、前記起歪体2は一
体型であるから、荷重検出機構との組み立てが容易にな
り、寸法精度も機械加工時に作り込まれるので、精度の
高いロードセル1を低コストで容易に製作できる。ま
た、一体型構造のため結合部品がなくなるので、ロード
セル1の小型化も図れる。
Further, by making the flexure element 2 integral, there are the following advantages. That is, if a beam consisting of two leaf springs, which are separate parts, is used, and two connecting and supporting parts are used to connect them in parallel, the load adding mechanism is composed of a total of four parts. Is sensitive to input, in order to make use of this sensitive characteristic, in order to incorporate it and manufacture a load applying mechanism, the above components are precisely processed, assembled accurately, and fine adjustment is made. It required a high degree of skill such as performing. For this reason, manufacturing is complicated and a connecting component is also required, so that it is difficult to reduce the size and cost. On the other hand, since the flexure element 2 is an integral type, it is easy to assemble with the load detection mechanism, and the dimensional accuracy is built in during machining, so that the load cell 1 with high accuracy can be easily manufactured at low cost. it can. Further, since the integrated structure eliminates the connecting parts, the load cell 1 can be downsized.

【0030】次に、第2実施形態の計量装置について説
明する。図5に、第2実施形態に係る音叉式ロードセル
の斜視図を示し、図6に、図5のロードセルを用いた計
量装置の信号処理部を示す。この計量装置は、前述した
起歪体2と音叉振動子6の材料の熱膨張係数の違いによ
る荷重検出精度低下の問題を解消するために、起歪体2
の前後面の一方に2つの荷重検出機構を差動型に設けて
いる。
Next, the weighing device of the second embodiment will be described. FIG. 5 shows a perspective view of a tuning fork type load cell according to the second embodiment, and FIG. 6 shows a signal processing unit of a weighing device using the load cell of FIG. In order to solve the problem of the decrease in load detection accuracy due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the material of the strain generating element 2 and the tuning fork vibrator 6, the measuring device is used in this measuring device.
Two load detecting mechanisms are provided in a differential type on one of the front and rear surfaces.

【0031】すなわち、この計量装置は、図5に示す起
歪体2およびこの起歪体2に装着された第1,第2荷重
検出機構3A,3Bからなる音叉式ロードセル1と、図
6に示す発振回路14,カウンタ16,ディジタル信号
処理回路18および引算器20からなる計量値生成回路
35とを備えている。さらに、図5の二点鎖線で示す基
台Fに起歪体の固定部2aが固定され、可動部2bに被
計量物を支持する同様に二点鎖線で示す計量台Kが固定
されている。また、第1,第2荷重検出機構3A,3B
は、第1実施形態と同様に、固定部2aまたは可動部2
bからの熱の影響を小さくするために、ビーム2c,2
d間に配置されている。
That is, the weighing device is provided with a tuning fork type load cell 1 shown in FIG. 5, which comprises a strain-generating body 2 and first and second load detecting mechanisms 3A and 3B mounted on the strain-generating body 2, and FIG. The oscillator circuit 14, the counter 16, the digital signal processing circuit 18, and the weighing value generating circuit 35 including the subtracter 20 are provided. Further, a fixed portion 2a of the flexure element is fixed to a base F shown by a chain double-dashed line in FIG. 5, and a weighing platform K similarly shown by a chain double-dashed line is fixed to a movable part 2b. . In addition, the first and second load detection mechanisms 3A and 3B
Is the fixed portion 2a or the movable portion 2 as in the first embodiment.
In order to reduce the effect of heat from b, the beams 2c, 2
It is arranged between d.

【0032】この実施形態のロードセルは、第1,第2
荷重検出機構3A,3Bを同一形状、同一寸法で、同一
外力によって同一の周波数変化を生じるように、それぞ
れ一体構造で形成し、起歪体2の前面Mの上方に第1荷
重検出機構3Aを装着し、下方に第2荷重検出機構3B
を装着して、両荷重検出機構3A,3Bを差動型にする
ことにより、両者の材料の熱膨張係数差によるゼロ点の
温度依存性を補償している。
The load cell of this embodiment includes the first and second load cells.
The load detecting mechanisms 3A and 3B are formed in an integral structure so as to have the same shape and the same size and the same frequency change due to the same external force, and the first load detecting mechanism 3A is provided above the front surface M of the flexure element 2. Attached, and the second load detection mechanism 3B at the bottom
By mounting the above and making both load detection mechanisms 3A and 3B differential, the temperature dependence of the zero point due to the difference in the thermal expansion coefficient of both materials is compensated.

【0033】第1荷重検出機構3Aは、起歪体2の前面
Mの下方に装着されており、その基部4Aが、この実施
形態ではビーム部2dから延びた第2取付フランジ8B
にねじB1 のような締結手段で取り付けられ、この基部
4Aの右方に支点P1 を介して、鉛直方向に延びるてこ
部5Aが支持されている。てこ部5Aの荷重点P2 が、
水平方向に延びる連結片7Bを介して、てこ部5Aの左
方位置でビーム部2cから延びた第1取付フランジ8A
にねじB2 のような締結手段で連結されている。そし
て、てこ部5Aの左方に位置する音叉振動子6は、基部
4Aとてこ部5Aとの間にそれぞれ水平方向に延びる支
持片7Aを介して取り付けられる。音叉振動子6は、加
えられた外力(引張力Fp )に応じて固有振動数が変化
する。
The first load detecting mechanism 3A is mounted below the front surface M of the flexure element 2, and the base portion 4A of the first load detecting mechanism 3A extends from the beam portion 2d in this embodiment.
Is attached to the base portion 4A by a fastening means such as a screw B1 and a lever portion 5A extending vertically is supported to the right of the base portion 4A via a fulcrum P1. The load point P2 of the lever 5A is
A first mounting flange 8A extending from the beam portion 2c at a position to the left of the lever portion 5A via a connecting piece 7B extending in the horizontal direction.
To each other by fastening means such as a screw B2. The tuning fork vibrator 6 located on the left side of the lever portion 5A is attached between the base portion 4A and the lever portion 5A via support pieces 7A extending in the horizontal direction. The natural frequency of the tuning fork vibrator 6 changes according to the applied external force (tensile force Fp).

【0034】第2荷重検出機構3Bは、起歪体2の前面
Mの上方に装着されており、その基部4Bが、ビーム部
2dから延びた第2取付フランジ8BにねじB1 のよう
な締結手段で取り付けられ、この基部4Bの左方に支点
P1 を介して、鉛直方向に延びるてこ部5Bが支持され
ている。てこ部5Bの荷重点P2 が、水平方向に延びる
連結片7Bを介して、てこ部5Bの右方位置でビーム部
2cから延びた第1取付フランジ8AにねじB2 のよう
な締結手段で連結されている。そして、てこ部5Bの右
方に位置する音叉振動子6は、基部4Bとてこ部5Bと
の間にそれぞれ水平方向に延びる支持片7Aを介して取
り付けられる。音叉振動子6は、加えられた外力(圧縮
力Fc )に応じて固有振動数が変化する。
The second load detecting mechanism 3B is mounted above the front surface M of the flexure element 2, and its base portion 4B is connected to a second mounting flange 8B extending from the beam portion 2d by a fastening means such as a screw B1. And a lever portion 5B extending in the vertical direction is supported on the left side of the base portion 4B via a fulcrum P1. The load point P2 of the lever portion 5B is connected to the first mounting flange 8A extending from the beam portion 2c at the right side position of the lever portion 5B through a connecting piece 7B extending in the horizontal direction by a fastening means such as a screw B2. ing. The tuning fork vibrator 6 located on the right side of the lever portion 5B is attached between the base portion 4B and the lever portion 5B via support pieces 7A extending in the horizontal direction. The natural frequency of the tuning fork vibrator 6 changes according to the applied external force (compressive force Fc).

【0035】なお、第1荷重検出機構3Aと第2荷重検
出機構3Bをともに、上下逆に、すなわち、両検出機構
の基部4A,4Bを、上方のビーム部2cの第1取付フ
ランジ8Aに取り付け、両てこ部5A,5Bの荷重点P
2 を、連結片7Bを介して、下方のビーム部2dの第2
取付フランジ8Bに取り付けるようにしてもよい。
Both the first load detecting mechanism 3A and the second load detecting mechanism 3B are turned upside down, that is, the bases 4A and 4B of both detecting mechanisms are attached to the first mounting flange 8A of the upper beam portion 2c. , Load points P of both levers 5A and 5B
2 through the connecting piece 7B to the second beam portion 2d of the lower beam portion 2d.
You may make it attach to the attachment flange 8B.

【0036】また、第1荷重検出機構3Aと第2荷重検
出機構3Bを互いに上下逆に、つまり、第1荷重検出機
構3Aの基部4Aを下方のビーム部2dの第2取付フラ
ンジ8Bに、第2荷重検出機構3Bの基部4Bを上方の
ビーム部2cの第1取付フランジ8Aにそれぞれ取り付
けることもできる。その場合、例えば、両てこ部5A,
5Bをともに、基部4A,4Bの右方(左方でもよい)
になるように配置して、第1検出機構3Aの基台4A
を、ビーム部2dから延びた第2取付フランジ8Bに取
り付け、基台4Aの右方に位置するてこ部5Aの荷重点
P2 を、連結片7Bを介して、ビーム部2cから延びた
第1取付フランジ8Aに取り付けるとともに、第2検出
機構3Bの基台4Bを、ビーム部2cから延びた第1取
付フランジ8Aに取り付け、基台4Bの右方に位置する
てこ部5Bの荷重点P2 を、連結片7Bを介して、ビー
ム部2dから延びた第2取付フランジ8Bに取り付ける
ようにしてもよい。
The first load detecting mechanism 3A and the second load detecting mechanism 3B are turned upside down, that is, the base portion 4A of the first load detecting mechanism 3A is attached to the second mounting flange 8B of the lower beam portion 2d. The base portion 4B of the two-load detection mechanism 3B can also be attached to the first attachment flange 8A of the upper beam portion 2c. In that case, for example, both lever parts 5A,
5B together, to the right of the bases 4A, 4B (may be left)
And the base 4A of the first detection mechanism 3A.
Is attached to the second mounting flange 8B extending from the beam portion 2d, and the load point P2 of the lever portion 5A located on the right side of the base 4A is attached to the first mounting portion extending from the beam portion 2c via the connecting piece 7B. While being attached to the flange 8A, the base 4B of the second detection mechanism 3B is attached to the first attachment flange 8A extending from the beam portion 2c, and the load point P2 of the lever portion 5B located to the right of the base 4B is connected. You may make it attach to the 2nd attachment flange 8B extended from the beam part 2d via the piece 7B.

【0037】以下、この計量装置の動作を説明する。ま
ず、図5の計量台Kに被計量物が載せられてその荷重W
が加えられたときに、可動部2bは矢印方向に変位す
る。そうすると、起歪体2の前面側に装着された第1荷
重検出機構3Aの音叉振動子6には、てこの原理で上方
向に荷重Wによる引張力Fp が作用する。一方、図6の
圧電素子12aは発振回路14により励振されており、
振動片10がその引張力Fp に応じて増加した固有振動
数f1 で振動すると、その固有振動数f1 は圧電素子1
2bから発振回路14へ出力されて取り出される。
The operation of this weighing device will be described below. First, the object to be weighed is placed on the weighing platform K in FIG.
When is added, the movable portion 2b is displaced in the arrow direction. Then, the tensile force Fp due to the load W acts upward on the tuning fork vibrator 6 of the first load detecting mechanism 3A mounted on the front surface side of the flexure element 2 by the lever principle. On the other hand, the piezoelectric element 12a in FIG. 6 is excited by the oscillation circuit 14,
When the vibrating element 10 vibrates at the natural frequency f1 increased according to the tensile force Fp, the natural frequency f1 is changed to the piezoelectric element 1
It is output from 2b to the oscillation circuit 14 and taken out.

【0038】この固有振動数f1 は、その周期T1 (1
/f1 )を測定するために、クロック入力Cをサイクル
カウンタ16に入力してカウントし、DSP18に入力
される。固有振動数f1 (周期T1 )と引張力Fp と
は、上記の式(1)のF=C1・f12−C2 (f1 =
1/T1 )の関係にあるので、DSP18の線形化手段
22により、式(1)を満たすように固有振動数f1
(周期T1 )を2乗したものと引張力Fp とをリニアに
関係させ、さらに、2段に設けたローパスフィルタのよ
うなフィルタリング手段24,25によりロードセル1
の固有振動数等の不要分が取り除かれる。そして、音叉
振動子6の増加した固有振動数f1 (周期T1 )の2乗
値に対応した引張力Fp が引算器20の一方の入力に出
力される。
This natural frequency f1 has a period T1 (1
In order to measure / f1), the clock input C is input to the cycle counter 16 for counting and input to the DSP 18. The natural frequency f1 (cycle T1) and the tensile force Fp are F = C1f1 2 -C2 (f1 =
1 / T1), the linearizing means 22 of the DSP 18 causes the natural frequency f1 to satisfy the equation (1).
The square of (cycle T1) and the tensile force Fp are linearly related to each other, and the load cell 1 is provided by filtering means 24 and 25 such as low-pass filters provided in two stages.
Unnecessary components such as natural frequency of are removed. Then, the tensile force Fp corresponding to the squared value of the increased natural frequency f1 (cycle T1) of the tuning fork vibrator 6 is output to one input of the subtractor 20.

【0039】一方、計量台Kに被計量物が載せられて可
動部2bが矢印方向に変位すると、後面側に装着された
第2荷重検出機構3Bの音叉振動子6には、てこの原理
で上方向に荷重Wによる圧縮力Fc が作用する。そし
て、圧電素子12aを励振させた状態で、振動片10が
その圧縮力Fc に応じて減少した固有振動数f2 で振動
すると、その固有振動数f2 は圧電素子12bから発振
回路14へ出力されて取り出される。次に、上記と同様
に、カウンタ16およびDSP18を介して、音叉振動
子6の減少した固有振動数f2 (周期T2 )の2乗値に
対応した圧縮力−Fc が引算器20の他方の入力に出力
される。
On the other hand, when the object to be weighed is placed on the weighing platform K and the movable portion 2b is displaced in the direction of the arrow, the tuning fork vibrator 6 of the second load detecting mechanism 3B mounted on the rear surface side is operated by the lever principle. A compressive force Fc due to the load W acts in the upward direction. When the vibrating element 10 vibrates with the natural frequency f2 reduced according to the compression force Fc while the piezoelectric element 12a is excited, the natural frequency f2 is output from the piezoelectric element 12b to the oscillation circuit 14. Taken out. Next, similarly to the above, the compression force −Fc corresponding to the squared value of the reduced natural frequency f2 (cycle T2) of the tuning fork vibrator 6 is applied to the other side of the subtractor 20 via the counter 16 and the DSP 18. It is output to the input.

【0040】引算器20において、第1荷重検出機構3
Aからの増加した固有振動数f1 の2乗値に対応する引
張力Fp から、第2荷重検出機構3Bからの減少した固
有振動数f2 の2乗値に対応する圧縮力−Fc を差し引
きすれば、(Fp +Fc )となる。従って、被計量物の
荷重Wに対応した計量値として引算器20から出力す
る。
In the subtractor 20, the first load detecting mechanism 3
From the tensile force Fp corresponding to the squared value of the increased natural frequency f1 from A, the compressive force -Fc corresponding to the squared value of the decreased natural frequency f2 from the second load detection mechanism 3B is subtracted. , (Fp + Fc). Therefore, the subtractor 20 outputs the measured value corresponding to the load W of the object to be measured.

【0041】ここで、材料の熱膨張係数の差によって生
じる起歪体2と音叉振動子6の温度変化の差は、第1,
第2荷重検出機構3A,3Bを差動型にしているので、
以下のように打ち消され、ロードセル1のゼロ点の温度
依存性が補償される。
Here, the difference in temperature change between the flexure element 2 and the tuning fork vibrator 6 caused by the difference in the coefficient of thermal expansion of the material is
Since the second load detection mechanisms 3A and 3B are of the differential type,
It is canceled as follows, and the temperature dependence of the zero point of the load cell 1 is compensated.

【0042】すなわち、このロードセル1の周囲温度が
変化した場合、起歪体2と音叉振動子6の材料の熱膨張
係数の差によってロードセル1内に熱応力が発生し、そ
れは2個の起歪体2の前後面に装着された音叉振動子6
に外力として伝達される。しかし、その外力は、2個の
音叉振動子6に対し、同方向でかつ同じ大きさの力であ
るので、その力によるそれぞれの音叉振動子6の固有振
動数の変化分と変化方向は同じになる。そこで、引算器
20により、一方の第1荷重検出機構3Aの音叉振動子
6からの変化した固有振動数に対応する力から、第2荷
重検出機構3Bの音叉振動子6からの変化した固有振動
数に対応する力を差し引くと、この温度変化による変化
分は打ち消されて最終的な出力には現れない。従って、
ロードセル1のゼロ点の温度依存性を十分に小さくする
ことができ、高精度化を図ることができる。
That is, when the ambient temperature of the load cell 1 changes, thermal stress is generated in the load cell 1 due to the difference in thermal expansion coefficient between the materials of the strain generating body 2 and the tuning fork vibrator 6, and the two strains are generated. Tuning fork vibrators 6 mounted on the front and rear surfaces of the body 2
Is transmitted as an external force to. However, since the external force is a force having the same direction and the same magnitude with respect to the two tuning fork vibrators 6, the change amount and the changing direction of the natural frequency of each tuning fork vibrator 6 due to the force are the same. become. Therefore, the subtractor 20 causes the changed natural frequency from the tuning fork vibrator 6 of the second load detection mechanism 3B from the force corresponding to the changed natural frequency from the tuning fork vibrator 6 of the first load detection mechanism 3A. When the force corresponding to the frequency is subtracted, the change due to this temperature change is canceled and does not appear in the final output. Therefore,
The temperature dependence of the zero point of the load cell 1 can be sufficiently reduced, and high accuracy can be achieved.

【0043】この差動型の他の形態として、図7に、起
歪体の両面に2つの荷重検出機構を差動型に設けた第3
実施形態の音叉式ロードセルを示す。この場合も、第2
実施形態と同様に、可動部2bまたは固定部2aからの
熱の影響を小さくするために、ビーム2c,2d間に両
荷重検出機構を配置している。
As another form of this differential type, FIG. 7 shows a third type in which two load detection mechanisms are provided on both sides of the flexure element in a differential type.
1 shows a tuning fork type load cell of an embodiment. Again, the second
Similar to the embodiment, both load detecting mechanisms are arranged between the beams 2c and 2d in order to reduce the influence of heat from the movable portion 2b or the fixed portion 2a.

【0044】この音叉式ロードセルは、起歪体2が前後
に対称で、上下にも対称な形状になっており、第2実施
形態と同様に、第1,第2荷重検出機構3A,3Bを同
一形状、同一寸法で、同一外力によって同一の周波数変
化を生じるように、それぞれ一体構造で形成し、起歪体
2の前後面の一方に第1荷重検出機構3Aを装着し、他
方にこれと上下逆向きの第2荷重検出機構3Bを装着し
て、両荷重検出機構3A,3Bを差動型にすることによ
り、両者の材料の熱膨張係数差によるゼロ点の温度依存
性を補償している。なお、この第3実施形態のロードセ
ルは、両荷重検出機構3A,3Bを起歪体2の両面に設
けているので、温度変化に対するゼロ点変動が片面に設
けたロードセルよりも小さいので、起歪体2における熱
の影響は第2実施形態のロードセルよりも小さい。この
ロードセルからの信号を処理する回路は図6と同様であ
るので、詳しい説明は省略する。
In this tuning fork type load cell, the flexure element 2 is symmetrical in the front-rear direction and also in the upper-lower symmetrical shape, and like the second embodiment, the first and second load detecting mechanisms 3A, 3B are provided. They have the same shape and the same size, and are formed as an integral structure so that the same frequency change is generated by the same external force. The first load detection mechanism 3A is attached to one of the front and rear surfaces of the flexure element 2 and the other to this. By mounting the second load detection mechanism 3B which is upside down and making both the load detection mechanisms 3A and 3B differential, the temperature dependence of the zero point due to the difference in thermal expansion coefficient between the two materials is compensated. There is. In the load cell of the third embodiment, since both load detection mechanisms 3A and 3B are provided on both sides of the strain generating element 2, the zero point variation with respect to temperature change is smaller than that of the load cell provided on one side. The influence of heat on the body 2 is smaller than that of the load cell of the second embodiment. The circuit that processes the signal from the load cell is the same as that in FIG. 6, and thus detailed description thereof is omitted.

【0045】図7(a)において、第1荷重検出機構3
Aは、起歪体2の前面M側に装着されており、その基部
4Aが、ビーム部2dから延びた第2取付フランジ8B
にネジB1 のような締結手段で取り付けられ、この基部
4Aの右方に支点P1 を介して、鉛直方向に延びたてこ
部5Aが支持されている。てこ部5Aの荷重点P2 が、
水平方向に延びた連結片7Bを介して、てこ部5Aの左
方位置でビーム部2cから延びた第1取付フランジ8A
にネジB2 のような締結手段で連結されている。そし
て、てこ部5Aの左方に位置する音叉振動子6は、基部
4Aとてこ部5Aとの間にそれぞれ水平方向に延びた支
持片7Aを介して取り付けられる。音叉振動子6は、加
えられた外力(引張力Fp )に応じて固有振動数が変化
する。
In FIG. 7A, the first load detection mechanism 3
A is attached to the front surface M side of the flexure element 2, and its base portion 4A has a second mounting flange 8B extending from the beam portion 2d.
It is attached to the base portion 4A by a fastening means such as a screw B1, and a lever portion 5A extending vertically is supported to the right of the base portion 4A via a fulcrum P1. The load point P2 of the lever 5A is
A first mounting flange 8A extending from the beam portion 2c at a position to the left of the lever portion 5A via a connecting piece 7B extending in the horizontal direction.
Are connected to each other by fastening means such as a screw B2. The tuning fork vibrator 6 located on the left side of the lever portion 5A is attached between the base portion 4A and the lever portion 5A via the support pieces 7A extending in the horizontal direction. The natural frequency of the tuning fork vibrator 6 changes according to the applied external force (tensile force Fp).

【0046】図7(b)において、第2荷重検出機構3
Bは、起歪体2の後面N側に装着されている。基部4B
が、上記と同様に第2取付フランジ8Bにネジ締結等
で、前面のネジB1 締結位置のほぼ反対側の位置に取り
付けられており、この基部4Bの右方に支点P1 を介し
て、鉛直方向に延びたてこ部5Bが支持されている。て
こ部5Bの荷重点P2 が、水平方向に延びた連結片7B
を介して、てこ部5Bの右方位置で上記と同様に、第1
取付フランジ8Aにネジ締結等で連結されている。そし
て、てこ部5Bの左方に位置する音叉振動子6は、基部
4Bとてこ部5Bとの間にそれぞれ水平方向に延びた支
持片7Aを介して取り付けられる。音叉振動子6は、加
えられた外力(圧縮力Fc )に応じて固有振動数が変化
する。
In FIG. 7B, the second load detecting mechanism 3
B is attached to the rear surface N side of the flexure element 2. Base 4B
Is attached to the second mounting flange 8B at a position almost opposite to the screw B1 fastening position on the front surface by screw fastening or the like in the same manner as described above, and to the right of the base 4B via the fulcrum P1 in the vertical direction. The lever portion 5B extending in the direction of is supported. The load point P2 of the lever portion 5B has a horizontally extending connecting piece 7B.
The right side of the lever 5B through the first
It is connected to the mounting flange 8A by screw fastening or the like. Then, the tuning fork vibrator 6 located on the left side of the lever portion 5B is attached between the base portion 4B and the lever portion 5B via the support pieces 7A extending in the horizontal direction. The natural frequency of the tuning fork vibrator 6 changes according to the applied external force (compressive force Fc).

【0047】なお、第1荷重検出機構3Aと第2荷重検
出機構3Bを、上下逆に、すなわち、両検出機構の基部
4A,4Bを、ビーム部2cから延びた第1取付フラン
ジ8Aに取り付け、両てこ部5A,5Bの荷重点P2
を、連結片7Bを介して、ビーム部2dから延びた第2
取付フランジ8Bに取り付けるようにしてもよい。
The first load detecting mechanism 3A and the second load detecting mechanism 3B are turned upside down, that is, the bases 4A and 4B of both detecting mechanisms are attached to the first mounting flange 8A extending from the beam portion 2c. Load point P2 of both levers 5A and 5B
A second portion extending from the beam portion 2d through the connecting piece 7B.
You may make it attach to the attachment flange 8B.

【0048】また、第1荷重検出機構3Aを図7(a)
のように配置するとともに、(b)の第2荷重検出機構
3Bを、てこ部5Bが基部4Bの左方であって、基台4
Bをビーム部2cから延びた第1取付フランジ8Aに取
り付け、てこ部5Bの荷重点P2 を、連結片7Bを介し
て、ビーム部2dから延びた第2取付フランジ8Bに取
り付けるようにしてもよい。
The first load detecting mechanism 3A is shown in FIG. 7 (a).
And the second load detection mechanism 3B of (b), the lever portion 5B is to the left of the base portion 4B, and the base 4
B may be attached to the first attachment flange 8A extending from the beam portion 2c, and the load point P2 of the lever portion 5B may be attached to the second attachment flange 8B extending from the beam portion 2d via the connecting piece 7B. .

【0049】この計量装置により、例えば、数10〜数
100mgの重量の被計量物を、100〜300回/分
の高速で、かつ、1/5000〜1/10000の高精
度で計量することができる。
With this measuring device, for example, an object to be weighed of several tens to several hundreds mg can be weighed at a high speed of 100 to 300 times / minute and with a high accuracy of 1/5000 to 1/10000. it can.

【0050】なお、この発明では、計量装置は被計量物
の重量を選別する重量選別機や組合せ計量機に適用され
ているが、静止計量を行う秤量装置に適用してもよい。
In the present invention, the weighing device is applied to a weight sorter or a combination weighing machine for sorting the weight of objects to be weighed, but it may be applied to a weighing device for static weighing.

【0051】[0051]

【発明の効果】この発明の一構成によれば、荷重検出機
構は、起歪体の上下のビーム部間に取り付けられてい
る。従って、音叉振動子は、起歪体の固定部と可動部の
各々の温度のほぼ中間値であって、互いの温度差も小さ
い上下ビーム間に固定されるので、固定部と可動部間で
温度勾配があっても、固定部および可動部からの熱の影
響を低減し、温度変化に対してゼロ点変動が小さくゼロ
点安定性に優れるから、荷重検出精度を向上させること
ができる。
According to one aspect of the present invention, the load detecting mechanism is mounted between the upper and lower beam portions of the strain generating element. Therefore, the tuning fork vibrator is fixed between the upper and lower beams, where the temperature of the fixed part and the movable part of the flexure element is approximately the intermediate value, and the temperature difference between them is small. Even if there is a temperature gradient, the influence of heat from the fixed portion and the movable portion is reduced, the zero point variation is small with respect to the temperature change, and the zero point stability is excellent, so that the load detection accuracy can be improved.

【0052】また、他の構成によれば、第1および第2
荷重検出機構は、起歪体の上下のビーム部間に取り付け
られているので、固定部および可動部からの熱の影響を
低減して、温度変化に対するゼロ点安定性を向上させる
とともに、両荷重検出機構の音叉振動子の一方が引張型
で他方が圧縮型となるので、両音叉振動子の周波数変化
から荷重を差動型で求めることにより、起歪体の周囲の
温度が変化した場合に、起歪体と音叉振動子の熱膨張係
数が異なっていても、両者の温度変形が打ち消されるか
ら、温度変化による影響を受けないので、高い荷重検出
精度を得ることができる。
According to another configuration, the first and second
Since the load detection mechanism is installed between the upper and lower beam parts of the flexure element, it reduces the influence of heat from the fixed part and the movable part, improves the zero point stability against temperature changes, and reduces the load. Since one of the tuning fork vibrators of the detection mechanism is a tension type and the other is a compression type, by determining the load with the differential type from the frequency change of both tuning fork vibrators, when the temperature around the flexure element changes. Even if the flexure element and the tuning fork vibrator have different thermal expansion coefficients, the temperature deformations of the two elements are canceled, so that they are not affected by the temperature change, so that high load detection accuracy can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施形態に係る音叉式ロードセル
を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a tuning fork type load cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記のロードセルを用いた計量装置の信号処理
部を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a signal processing unit of a weighing device using the above load cell.

【図3】荷重検出機構を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing a load detection mechanism.

【図4】図1の音叉式ロードセルを示す部分拡大図であ
る。
4 is a partially enlarged view showing the tuning fork type load cell of FIG. 1. FIG.

【図5】他の実施形態に係る音叉式ロードセルを示す斜
視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a tuning fork type load cell according to another embodiment.

【図6】上記のロードセルを用いた計量装置の信号処理
部を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a signal processing unit of a weighing device using the load cell.

【図7】他の実施形態に係る音叉式ロードセルを示す側
面図である。
FIG. 7 is a side view showing a tuning fork load cell according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…音叉式ロードセル、2…起歪体、2a…固定部、2
b…可動部、2c…ビーム部、3…荷重検出機構、3A
…第1荷重検出機構、3B…第2荷重検出機構、4A,
4B…基部、5A,5B…てこ部、6…音叉振動子、3
6…中間材。
1 ... Tuning fork type load cell, 2 ... Strain element, 2a ... Fixed part, 2
b ... movable part, 2c ... beam part, 3 ... load detection mechanism, 3A
... first load detection mechanism, 3B ... second load detection mechanism, 4A,
4B ... Base, 5A, 5B ... Lever, 6 ... Tuning fork vibrator, 3
6 ... Intermediate material.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 洋 滋賀県栗太郡栗東町下鈎959番地の1 株 式会社イシダ滋賀事業所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Miyamoto One share company, Ishida Shiga Plant, 959 Shimoho, Ritto-cho, Kurita-gun, Shiga Prefecture

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 左右に固定部と荷重が加えられる可動
部とが配置され、可動部が上下のビーム部を介して固定
部に支持された起歪体と、この起歪体に装着された荷重
検出機構とを有するロードセルであって、 前記荷重検出機構は、 前記上下のビーム部のいずれか一方に取り付けられた基
部と、この基部に支点を介して支持されたてこ部と、前
記基部とてこ部との間に取り付けられ、加えられた荷重
に応じて固有振動数が変化する音叉振動子とを備え、 前記てこ部の荷重点が前記上下のビーム部の他方に連結
されている音叉式ロードセル。
1. A strain-generating body in which a fixed portion and a movable portion to which a load is applied are arranged on the left and right sides, and the movable portion is supported by the fixed portion via upper and lower beam portions, and mounted on the strain-generating body. A load cell having a load detection mechanism, wherein the load detection mechanism includes a base portion attached to one of the upper and lower beam portions, a lever portion supported by a fulcrum on the base portion, and the base portion. And a tuning fork vibrator mounted between the lever and a tuning fork whose natural frequency changes according to an applied load, and the load point of the lever is connected to the other of the upper and lower beam parts. Load cell.
【請求項2】 請求項1において、 上記ビーム部と基部間に、両者の熱膨張係数の間の係数
を有する材料からなる中間材を挿入している音叉式ロー
ドセル。
2. The tuning fork load cell according to claim 1, wherein an intermediate material made of a material having a coefficient of thermal expansion between the beam portion and the base portion is inserted between the beam portion and the base portion.
【請求項3】 請求項1または2のロードセルと、こ
のロードセルの荷重検出機構で得られた信号から計量値
を求める計量値生成回路とを有し、基台に前記ロードセ
ルの固定部が固定され、可動部に被計量物を支持する計
量台が固定された計量装置。
3. The load cell according to claim 1 or 2, and a weighing value generation circuit for obtaining a weighing value from a signal obtained by a load detection mechanism of the load cell, wherein a fixed portion of the load cell is fixed to a base. , A weighing device in which a weighing platform for supporting an object to be weighed is fixed to a movable part.
【請求項4】 左右に固定部と荷重が加えられる可動
部とが配置され、可動部が上下のビーム部を介して固定
部に支持された起歪体と、この起歪体に装着された第1
荷重検出機構および第2荷重検出機構とを有するロード
セルであって、 第1荷重検出機構および第2荷重検出機構のそれぞれ
は、 起歪体の上下のビーム部のいずれか一方に取り付けられ
た基部と、この基部に支点を介して支持されたてこ部
と、前記基部とてこ部との間に取り付けられ、加えられ
た荷重に応じて固有振動数が変化する音叉振動子とを備
え、 前記てこ部の荷重点が前記上下のビーム部の他方に連結
されており、 荷重が可動部に加えられたとき、一方の荷重検出機構の
音叉振動子に引張力が作用し、他方の荷重検出機構の音
叉振動子に圧縮力が作用するように設定されている音叉
式ロードセル。
4. A flexure body in which a fixed part and a movable part to which a load is applied are arranged on the left and right, and the movable part is supported by the fixed part via upper and lower beam parts, and the flexure body is attached to the flexure body. First
A load cell having a load detection mechanism and a second load detection mechanism, wherein each of the first load detection mechanism and the second load detection mechanism includes a base portion attached to either one of the upper and lower beam portions of the flexure element. A lever fork supported on the base via a fulcrum, and a tuning fork vibrator attached between the base and the lever, the natural frequency of which changes according to an applied load. Load point is connected to the other of the upper and lower beam parts, and when a load is applied to the movable part, a tensile force acts on the tuning fork vibrator of one load detection mechanism and the tuning fork of the other load detection mechanism. A tuning fork load cell that is set so that a compressive force acts on the vibrator.
【請求項5】 請求項4において、 前記両荷重検出機構が起歪体の前後面の一方に装着され
ている音叉式ロードセル。
5. The tuning fork type load cell according to claim 4, wherein the both load detection mechanisms are mounted on one of the front and rear surfaces of the flexure element.
【請求項6】 請求項4において、 前記第1の荷重検出機構が起歪体の前面に、前記第2の
荷重検出機構が起歪体の後面にそれぞれ装着されている
音叉式ロードセル。
6. The tuning fork type load cell according to claim 4, wherein the first load detection mechanism is mounted on the front surface of the flexure element, and the second load detection mechanism is mounted on the rear surface of the flexure element.
【請求項7】 請求項4ないし6のロードセルと、こ
のロードセルの両荷重検出機構のそれぞれで得られた信
号の差から計量値を求める計量値生成回路とを有し、基
台に上記ロードセルの固定部が固定され、可動部に被計
量物を支持する計量台が固定された計量装置。
7. A load cell according to any one of claims 4 to 6, and a weighing value generating circuit for obtaining a weighing value from a difference between signals obtained by both load detecting mechanisms of the load cell. A weighing device in which a fixed portion is fixed, and a weighing platform that supports an object to be weighed is fixed to a movable portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006138713A (en) * 2004-11-11 2006-06-01 Shinko Denshi Kk Tuning fork oscillation type load sensor
JP2008203181A (en) * 2007-02-22 2008-09-04 Shinko Denshi Kk Tuning fork oscillator for load conversion
JP2010169550A (en) * 2009-01-23 2010-08-05 Epson Toyocom Corp Stress-detecting device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006138713A (en) * 2004-11-11 2006-06-01 Shinko Denshi Kk Tuning fork oscillation type load sensor
JP2008203181A (en) * 2007-02-22 2008-09-04 Shinko Denshi Kk Tuning fork oscillator for load conversion
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