JPS60214227A - 荷重検出機構 - 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】 本発明は、主として上皿秤等による荷重測定を、確実か
つ精雀に行うための荷重検出機構に関するものである 一般に荷重検出機構に要求される条件は、測定方向の力
のみを忠実に測定できることであり、測定方向に対して
直角方向のカが加えられても機構の抗力が強く測定値に
は影響を与えず、特に上皿秤の場合には、計量皿の中心
から偏った位置に加えられた偏荷重に対して所謂四隅誤
差を生じないことが必要である。

従来から使用されている上皿社用荷重検出機構の代表的
な例を第１図に示す。この第１図におし１て、皿受棒１
の上には図示“しない計量皿が載置され、Ｚ軸方向に作
用する重力が測定荷重としてこの機構に加えられる。皿
受棒ｌは更に荷重軸２として下方に延長され、その下端
３は基板４上のロードセル５に接続されている。ロード
セル５としてはストレインゲージ式、電磁力平衡式、圧
電素子、音叉振動子、振動弦、ジャイロスコープ、可変
容量素子などの変位の比較的小さい適宜の荷重変換器が
一般に用いられる。基板４上には更に２木の支柱６．７
が植立されており、これらの支柱６．７と荷重軸２には
ロバ−パル機構を形成する上下に平行に配置された２個
のＶ字形アーム８．９が支持され、これらのアーム８．
９の７字の基部８ａ、９ａは荷重軸２に、枝部の先端部
８ｂ、８Ｃ１９ｂ、９ｃはそれぞれ支柱６．７に固定さ
れ、支柱６．７の上端間には補強用の／九−１０が取り
付けられている。Ｖ字形アーム８．９自体は十分な剛性
を持つように作られているが、その基部と外端部近くに
は撓み部であるフレクシャｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｉｅ、１
２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられており、これらの部分
での屈曲は比較的自由になっている。

この在来機構の作用を第２図を用いて説明すると、リン
ク機構はフレクシャｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ、１２ｂの
４点から成る平行四辺形を形成し、フレクシャｌｌｂ、
１２ｂの位置を固定点に這ぶと、可動側のフレクシャ１
１ａ、１２ａに取り付けられた計量皿１３と荷重軸２に
許される変位は、矢示のような円弧運動に限定されるこ
とになる。荷重Ｗが図示のように計量皿１３の中心から
Ｘ方向に偏って載置された場合に、偏荷重によりアーム
８．９にはそれぞれアーム方向に圧縮力と引張力が作用
するものの、両者が平行であればたとえ水平でない場合
であっても、圧縮力の垂直分力と引張力の垂直分力が相
殺されるので、軸方向即ち鉛直方向に働く力のみか荷重
軸２に伝達されることはよく知られている。

しかし、この第１図に示した従来の検出機構では、荷重
軸２は鉛直を保ちつつ円弧連動を行うので、荷重軸２が
垂直方向に変位すると同時に水平方向にも若干変位する
ことになり、ロードセル５には好ましくない水平方向の
力も加わって測定誤差の原因になる。そのため、変位量
の大きなロードセルや直線側動形変位変換器、例えば差
動変圧器などを使用できないだけではなく、たとえ変位
量の小さなロードセルを使用する場合においても、荷重
Ｗの載置時の衝撃力や過荷重を吸収緩和する目的で、荷
重軸２とロードセル５との間に変位量の大きなばねやタ
ンパなどを介在させることが許されず、そのためロード
セル５を破損する虞れがある。

本出願人は上述の従来技術の欠点を解決するために、特
願昭５７−２０５２８４号において、荷重軸２が円弧運
動ではなく直線運動を行う荷重検出機構を先に提案した
が、荷重軸２は直線運動と同時に荷重軸２の周りに回転
運動を伴う欠点を有するほか、一部の部品の工作が難し
いという問題点があった。

本発明の目的は、上述の欠点を除去し、荷重軸は完全な
直線運動を行うので変位量の大きなロードセルや直線側
動形変位変換器の使用が可能なほか、荷重軸とロードセ
ルとの間に衝撃緩和用のばねを介在させることが自在で
あり、更に水平方向の偏荷重に対しても抗力が強く、四
隅誤差を発生し難く、しかも工作容易という優れた長所
を兼備した荷重検出機構を提供することにあり、その要
旨は、平行四辺形の各辺を有し、各辺の両端付近を薄肉
のフレクシャとした一体構造の剥り抜き金属ブロックを
、その断面方向にスリ・ントを入れ、１個の共通の垂直
軸辺を有し、残りの辺をそれぞれ独立的に有する可動側
及び固定側のリンク機構から成る二重リンク機構を形成
し、前記可動側のリンク機構は前記共通の垂直軸辺とは
反対側の辺を荷重軸辺とし、前記固定側のリンク機構は
前記共通の垂直軸辺とは反対側の辺を前記荷重軸辺の近
傍に固定的に取り付けるようにしたことを特徴とするも
のである。

本発明を第３図以下に図示の実施例に基づいて詳細に説
明する。なお、これらの図面において、第１図、第２図
と同一の符号は同、−の部材を示すものとする。

第３図は本発明の基本原理図であり、図示のようにリン
ク機構は６点のフレクシャ１５〜２０を頂点とした２個
の同一寸法の平行四辺形を形成している。＄１のリンク
機構はフレクシャ１５．１６、］、９．２０を頂点とし
て水平アーム２１．２２及び垂直リンク２３で構成され
、垂直リンク２３とは反対側のフレクシャ１５．１６の
位置は固定であり、これらのフレクシャ１５．１６が荷
重軸２の近傍に位置している点が第２図の在来機構と大
きく異なっている。第２のリンク機構はフレクシャ１７
．１８．１９．２０を頂点として水平アーム２４．２５
及び垂直リンク２３により構成され、フレクシャ１９．
２０と垂直リンク２３は第１のリンク機構と原理上共有
であり、垂直リンク２３とは反対側のフレクシャ１７．
１８には荷重軸２が取り付けられている。

このような本発明の基本構成において、荷重Ｗが計量皿
１３に加えられると、１５〜２０の各フレクシャの回転
抗力が相互に等しい場合には、荷重軸２は鉛直方向に直
線運動を行い、フレクシャのばね特性が良好であればそ
のまま直線運動形のばね秤が得られる。また、第１図に
示すようにロードセル５に荷重軸２を接続するとか、そ
の動きを直線連動形変位変換器に伝えることもできる。

工作誤差などにより各フレクシャの回転抗力が相互に等
しくない場合においても、第４図に示すように第３図に
示す二重リンク機構２組を荷重軸２の西側に設ければ、
荷重軸２は必ず直線的に運動する。このように二重リン
ク機構２組により本発明機構を構成すると、四隅誤差の
消去についても在来機構よりも明らかに有利になる。例
えば、第５図は４個のリンク機構が左右対称に配置して
いるが、工作誤差などのため何れも平行四辺形から逸脱
した状態を説明の都合上誇大に表示した原理機構図であ
る。これだけ過大に平行四辺形がら外れていると、計量
皿１３と荷重軸２は円滑に動くことは不可能であり、実
際には工作誤差による極〈微小な外れだけを想定して四
隅誤差の問題を検か１することにする。

荷重Ｗが第５図に示すように計量皿１３の端部に加えら
れると、荷重軸２を傾けようとする力によりリンク機構
を構成する各アームには張力又は圧縮力が働き、その反
力として荷重軸２に対してはフレクシャ１７．１７’、
１８．１８゛において、それぞれアーム方向の力Ｆ１、
Ｆｌ’　、　Ｆ２、Ｆ２’が作用する。第２図に示す在
来機構を本実施例による第４図又は第５図に対比して考
えた場合に。

在来機構ではアーム８と９は厳電に平行していることが
四隅誤差を消去するための絶対条件であるが、本機構に
おいては必ずしもその条件を必要としない。その理由は
アーム２４と２５が平行ではない場合に、Ｆｌの垂直分
力とＦ２の垂直分力の大きさが等しくないから両者は相
殺はされないものの対称に構成されている関係上、Ｆｌ
の垂直分力とＦｌｏの垂直分力は大きさが等しく方向が
反対のため両者は相殺され、同様にＦ２の垂直分力とＦ
２°の垂直分力も相殺されるから、偏荷重に基づく各ア
ームの引張力と圧縮力の反力Ｆ１．　Ｆ２、Ｆｌｏ、Ｆ
２′の垂直分力は、全体として荷重軸２に作用せず四隅
誤差を生じないことになる。

このように対称に構成されることが望ましいとは云え、
例えば第６図に示すようにアームの長さが左右で異なる
非対称の形状を採用しても、本発明による荷重検出機構
を構成することができる。

ただし、四隅誤差消去に関し第５図について説明した事
項はそのままは成立せず、上下に対応するアーム２４と
２５．２４’　と２５′かそれぞれ平行という条件が必
要になる。

第７図は第３図に対応する片側のみの基本的な二重リン
ク機構の構造例を示し、内部を剥り抜いた一体構造の平
行四辺形状の金属ブロックにその断面方向に２木の平行
的なスリット３０．３０を入れ、中央の可動側リンク機
構３１とその両側の固定側リンク機構３２．３２が設け
られている。

この場合、各フレクシャの回転抗力を等しくするために
、可動側リンク機構３１の幅すは、各固定側リンク機構
３２の幅ａの２倍になるよう選定することが望ましい。

ここでスリット３０．３０は、平行四辺形の一辺を共通
とし、残りの辺をそれぞれ独立に分離するように切り込
まれている。

そして、可動側リンク機構３１の一部には皿受棒３３が
設けられており、その両側の固定側リンク機構３２．３
２の垂直軸通３４．３４は図示しない固定部材に固定さ
れ実質上固定部材と一体として機能するようになってい
る。

これを第３図の機構と対比させれば、可動側リンク機構
３１と固定側リンク機構３２．３２が共通する垂直軸通
３５は垂直リンク２３に相当し、可動側リンク機構３１
の皿受棒３３が設けられている荷重軸通３６は垂直軸２
に相当する。更に、固定側リンク機構３２．３２の上辺
３７．３７は水平アーム２１に、下辺３８．３８は水平
アーム２２にそれぞれ相当し、可動側リンク機構３１の
上辺３９は水平アーム２４に、下辺４０は水平アーム２
５にそれぞれ相当する。そして、各辺の両端部付近の薄
肉部４１は各フレクシャ１５〜２０に相当する。

この構成の二重リンク機構は一体の金属ブロックを基に
製造しているために、水平方向の力や捩れに対して抗力
があり、かつ各辺同志の平行が得易い利点がある。そし
て、第８図に示すように皿受棒３３を介して荷重軸通３
６に荷重Ｗが加わると、固定側平行四辺形の垂直軸通３
４．３４に対して、荷重軸通３６がほぼ直線的に下降す
ることになり、この変位をロードセルや差動変圧器など
の変換器により測定すれば荷重を正確に測定することか
できる。

第９図は第７図の機構における２本のスリットの代りに
、厚み方向の中央に１本のスリット３０を設は構造を簡
略化したもので、機構原理や動作機能については第３図
、第７図の場合と同一である。

なお第７図、第９図の実施例において、各フレクシャ４
１の回転抗力が相互に等しくない場合、厳密には荷重軸
通３６には直線運動以外に円弧連動も存在し得るが、こ
れを防止するには第１０図に示すように２組の二重リン
ク機構を組合わせればよい。この実施例は２個の剥り抜
き部を有する一体構造の金属ブロックにスリ・ント３０
．３０を入れたものであり、第７図に示す二重リンク機
構が左右対称に設けられていることになる。そして、固
定側リンク機構３２．３２の垂直軸通３４．３４及び可
動側リンク機構３１の荷重軸通３６は、左右の二重リン
ク機構で共通して使用され、原理上第４図の機構と同一
である。

いままでの記述では、垂直リンク２３を共有する片側２
個ずつの平行四辺形リンクにより形成された二重リンク
機構が１組のまま、又は左右に１組ずつ計２組がほぼ対
称に配列されて本発明が構成されているように便宜上説
明してきたが、３組又はそれ以上が荷重軸周に放射線状
に配列されると、四隅誤差消去や軸に直角方向の好まし
くない妨害的外力の影響を排除できるため更に有利にな
る。

第１１図（、ａ）　、　（ｂ）は第７図に示す皿受棒３
３を除く二重リンク機構を、放射状に等角度に３組配置
したものであり、固定側リンク機構３２の各垂直軸通３
４．３４は短円筒体のベース４２上に固定され、可動側
リンク機構３１の荷重軸通３６はその上部において皿受
棒４３を設けた連結板４４により相互に固定されており
、ベース４２には荷重軸通３６の降下に対する逃げ用の
溝４５が設けられている。この場合の作動についても上
述の場合とほぼ同等であるが、水平方向の何れからの妨
害的な力に対しても大きな抗力を有することにおいて特
に優れている。

以上に説明した本発明に係る荷重検出機構の特長を要約
すると次のようになる。

（１）各フレクシャの回転抗力が等しい場合には二重リ
ンク機構１組のまま、等しくない場合でも２組以上を用
いれンｆ、荷重軸となる荷重軸通３６は直線運動を行う
から、変位量の大きいロードセルや差動変圧器など直線
側動形変位変換器の使用が可能なほか、ロードセルには
測定上好ましくない荷重方向と直角方向の変位か伝えら
れることばなく、高精度の荷重検出ができる。

（２）荷重軸の変位を大きくとれることから、荷重軸通
３６とロードセルとの間に緩衝ばねやダンパを介在させ
ることにより、ロードセルの変位が小さい場合の衝撃荷
重によるロードセルの破損を防止できる。更には、過荷
重時の荷重軸通３６の変位に対する機械的ストッパを設
け、ロードセルに過荷重が加わることを防止することが
極めて容易にできる。

（３）平行四辺形の二重リンク機構が軸対称に配列され
ている場合には、上下に対応する上辺３９と下辺４０又
は上辺３７と下辺３８の平行が十分でなくとも四隅誤差
が発生することはない。

（４）荷重軸となる荷重軸通に加わる望ましくない水平
方向の力に対する強度か強く、特に３組以上の二重リン
ク機構を用いれば何れの方向についても極めて強くなる
ため、衝撃力を受けても破損の虞れが無いほか、偏荷重
に対して四隅誤差の発生が少なく、特定方向の偏荷重が
大きいような用途に対しては、各辺の長短を適宜に選択
することにより対応できる。

（５）在来機構では第１図に例示したように、ロードセ
ル５を含めた検出機構全体が、平面積の大きな基板４に
取り付けられているため、大荷重や偏荷重により基板４
に歪みか生ずると測定誤差が発生したが、本発明では例
えば第１１図に示すように検出機構が平面積の極めて小
さなベース４２に全て支持されるので、たとえ秤の底板
が歪んでも測定誤差が生ずることはなく、そのために薄
肉で軽量安価なケースに検出機構を収納できる。

以上の利点は主として上皿秤に応用した場合であるが、
本発明に係る荷重検出機構は更に次のように他の機器に
対する適応性や長所も兼備している。

（６）荷重軸通３６を水平に設定すれば、水平方向の振
動加速度や力検出形傾斜計或いは水平方向の荷重計とし
て使用でき、荷重軸通３６に直角方向の妨害的な分力が
大きい場合でも、軸方向に加わる加速度や力のみが正確
に検出される。

（７）変位や力の検出だけでなく、測定には直接関係の
ない無接触・無摩擦の直線運動機構として利用すること
もできる。

電子式秤に限らず、機械式のばね秤や天秤を含めた各種
上皿秤には、永年に亘り第１図、第２図に示したロバー
へル機構が殆ど例外なく採用されてきたが、上述のよう
に本発明に係る荷重検出機構は在来の機構に全く見られ
ない卓越した長所を多数備えており、秤や荷重計の進歩
発展に対する貢献度は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は在来の荷重検出器の構成図、第２図はこの基本
原理図、第３図以下は本発明に係る荷重検出機構を示し
、第３図、第４図はその基本原理図、第５図、第６図は
四隅誤差の消去に関する説明図、第７図は具体的な実施
例の斜視図、第８図はその作動状態の説明図、第９図、
第１Ｏ図は他の実施例の斜視図、第１１図（ａ）は更に
他の実施例の平面図、（ｂ）はその側面図である。 符号２は荷重軸、５はロードセル、１５〜２０はフレク
シャ、２１．２２．２４．２５は水平アーム、２３は垂
直リンク、３０はスリ・ント、３１は可動側リンク機構
、３２は固定側リンク機構、３３．４３は皿受林、３４
．３５は垂直軸通、３６は荷重軸通、３７．３９は上辺
、３８．４０は下辺、４１はフレクシャ、４２はベース
、４４は連結板である。 特許出願人　新光電子株式会社 図面　第１０ 第４図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平行四辺形の各辺を有し、各辺の両端付近を薄肉の
   フレクシャとした一体構造の剥り抜き金属ブロックを、
   その断面方向にスリットを入れ、１個の共通の垂直軸辺
   を有し、残りの辺をそれぞれ独立的に有する可動側及び
   固定側のリンク機構から成る二重リンク機構を形成し、
   前記可動側のリンク機構は前記共通の垂直軸辺とは反対
   側の辺を荷重軸道とし、前記固定側のリンク機構は前記
   共通の垂直軸辺とは反対側の辺を前記荷重軸道の近傍に
   固定的に取り付けるようにしたことを特徴とする荷重検
   出機構。 ２、　前記スリットは２本の平行線とし、中央部のリン
   ク機構を可動側、その両側のリンク機構を固定側とした
   特許請求の範囲第１項に記載の荷重検出機構。 ３、前記スリットは１本として厚み方向の中央に設け、
   該スリットにより分離した片側のリンク機構を可動側、
   他の側のリンク機構を固定側とした特許請求の範囲第１
   項に記載の荷重検出機構。 ４、前記二重リンク機構を荷重中心軸の周りにほぼ等し
   い角度で少なくとも２組配置し、前記荷重中心軸の動き
   を前記荷重軸道に伝達し、前記荷重軸道が軸方向に直線
   運動するようにした特許請求の範囲第１項に記載の荷重
   検出機構。