JPS6116007B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子計量装置、特に複数のストレンゲ
ージトランスデユーサーがホツパー、タンク等の
容器の重量を検出して電気信号を出力し、その信
号を電気的に変換して内容重量もしくはその変化
を表示したり、あるいは補充量やバツチング、ブ
レンデイング等を自動制御したりするのに使用す
る電子計量装置の改良に関するものである。

本発明によれば調節自在のクレビスジヨイント
によつて結合された複数の膨張ユニツトを周囲の
状況によつて発生する誤差を招くようなゆがみに
関係なく、全ての荷重を検知セルを通して垂直に
結合し得るように位置せしめ、かつ回り継手によ
つて支持することによつてバツチ計量装置の精度
およびその装置に使用される重量検知トランスデ
ユーサーの取付機構が改良される。

周知のように、電気ストレンゲージを備えた
種々の形式のトランスデユーサー乃至荷重セルを
使用して台上あるいは容器内に支持されている重
量を計量することができる。そのような荷重セル
は所定の測定軸に整列した荷重がかけられたとき
に最も良く働き、また測定精度が必要なときには
そのような荷重はほぼ垂直に作用し、かつ他の取
付構造によつて分岐されないようになつている必
要がある。荷重が他の取付構造によつて分岐され
ないようにするために、軸受として作用するボー
ル状部分を先端に有する複数の脚でタンクを支持
し、その脚の部分で直接垂直方向の力を測定する
ようにすることが提案された（米国特許第
2597751号）。測定精度が必要なときにはステー、
案内部材、チエツクプレート等によつて荷重が分
岐されないようにする必要があるということは米
国特許第3439761号においても考慮されている。
その特許においては、台が完全に垂直方向に撓む
ように平行四辺形状のトランスデユーサー支持手
段を使用することが開示されている。荷重セルを
横方向の荷重や偏心した荷重や斜めからの荷重に
不感であるようにすることは可能であるが（米国
特許第3037178号）、それでもなお、そのような望
ましくない力が一定の限度を超えないようにし、
また全ての予想される使用条件下で重量に関係す
る力で荷重セルの望ましい軸に沿つて働き、それ
によつて良い性能が得られるようにする必要があ
る。米国特許第3565196号においてはそのような
荷重セルの使用が論ぜられており、例えそのよう
な荷重セルを使用しても、計量精度を良くするた
めには補助的な調節や非垂直方向等の偽の負荷が
荷重セルにかからないようにする等の考慮が必要
であることが明らかにされている荷重セルによる
計量装置に結合される自動表示装置や自動制御装
置は良く知られており、また用途によつて異な
る。米国特許第3708026号には電子計量装置に結
合されるそのような装置の改良された例が記載さ
れている。

被支持体が、重量およびサイズが大きく、また
季節的な温度変化等その環境条件が厳しいときに
は特に大きな問題が発生する。そのような場合に
は、荷重セルに大きな障害的な力が加えられ、そ
のような力を除くための機構は感度が高いだけで
なく、それ自体が丈夫で信頼性が高い必要がある
し、さらに計量装置の製造コストや取付コストを
余りに高くするものであつてはならない。

このような事情に鑑みて本発明は構造が簡単
で、しかも種々の条件下において正確に機能する
荷重計量装置を提供することを目的とするもので
ある。

さらに本発明は、複数のトランスデユーサーが
協働して被測定構造を支持し、さらに整列してい
ない複数の水平軸に沿つた摺動運動を許すように
したクレビス型のユニバーサル結合によつてその
トランスデユーサーに非垂直方向の力や横方向へ
の膨張による力がかからないようにした荷重計量
装置を提供することを目的とするものである。

さらに本発明は環境条件によつて寸法の変化す
るタンク等の構造に荷重セルを取り付けるための
改良されたユニバーサルカツプリングおよび測定
精度を損うことなく横方向への膨張を許し、さら
に荷重を分岐するようなステーを使用せずに横方
向の安定を確保できるような荷重セルの配列方法
を提供することを目的とするものである。

上記のような目的は、タンクの底部とその下方
の支持部材の間に、摺動自在でユニバーサルジヨ
イント結合されたクレビスユニツトによつて結合
された複数の剪断荷重セルを使用することによつ
て達成される。その際、前記クレビスユニツトの
ピンシヤフトはセルの配列の中心に整列せしめ
る。また各ピンシヤフトのヨーク乃至シヤツクル
はそのピンシヤフトが前記中心と整列するように
して、タンクの下面に固定される。また各剪断荷
重セルの上端部は前記ピンシヤフトと摺動自在に
嵌合するスリーブ軸受を支持する上下に延びる支
持部材に螺着される。またそのスリーブ軸受は、
互いに係合する球面状の凹面および凸面を有する
一対の部材によつて形成される、制限されたユニ
バーサルジヨイントをその支持部材に備えてい
る。そのユニバーサルジヨイントは摺動が生ずる
水平軸上にその中心を備えている。

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。

第１図において本発明の一実施例の電子計量装
置は貯蔵タンク７内の材料の重量を検出し、その
値を表示したり、その値によつて他の装置を制御
したりするのに使用するようになつている。貯蔵
タンク７内の材料の重量によつて他の装置を制御
するようにするために、数個の背の低い剪断型荷
重セル８〜１０がそのタンク７の下面とそのタン
ク７の基礎構造乃至支持構造１１との間に配され
ている。荷重セル８〜１０内の電気抵抗ストレン
ゲージによつて計量される垂直方向の力は重量と
関係づけられた電気信号に変換され、公知の手段
（図示せず）によつて表示や制御のために使用さ
れる。各荷重セル８〜１０はアセンブリ８′〜１
０′の一部をなしており、必要とされる機械的結
合や調節をなすことができるとともに、摺動や傾
きを許容する特殊な結合装置とともに上部取付板
と下部取付板の間に挾持されている。第２図に示
すように前記３つのアセンブリ８′〜１０′は共通
の中心１２の周囲にタンク７の外周縁（破線７
ａ）に近い位置にその中心１２からほぼ等距離に
等間隔で並べるのが望ましい。アセンブリ８′〜
１０′の荷重セル８〜１０をタンク７にその重量
を支持し、測定し得るように結合するための前記
結合装置は短いシヤフト８Ｓ〜１０Ｓを備えてお
り、そのシヤフト８Ｓ〜１０Ｓに沿つて多少の相
対的摺動が生じ得るようになつている。またその
シヤフト８Ｓ〜１０Ｓの水平方向の長手軸は前記
中心１２上において第２図に一点鎖線８Ａ，９Ａ
および１０Ａで示すように前記共通の中心１２上
で一点に交わつている。その共通の中心１２はタ
ンク７の底部の横方向への膨張の中心とほぼ一致
するように選択されており、熱による寸法の変化
が前記３本のシヤフト８Ｓ〜１０Ｓの長手軸８
Ａ，９Ａ，１０に沿つた半径方向においてほぼ等
しい膨張となるようにされている。そのような膨
張はシヤフト８Ｓ〜１０Ｓに沿つて生じる低摩擦
の摺動によつて吸収され、各荷重セル８〜１０に
はその膨張によつて生ずる力がかからないように
なつている。それと同時に、その摺動軸が互いに
傾いていることによつて、回転運動も含めて、他
の横方向への運動を、外部のステーロツドやチエ
ツクロツドを使用せずに抑えることができるとい
う極めて大きな効果が産出される。すなわち、ス
テーロツドやチエツクロツドを使用すると重力の
一部がそれを伝わつて逃げてしまい、大きな測定
誤差を招く恐れがある。そのようなステーロツ
ド、チエツクロツド等の補助的な抑え部材は、設
計上所定の方向のみへの剛性が要求され、また溶
接、特殊な継手等を要する相当なコストがかかる
ものである以上、構造の複雑化やコスト高をも招
く。

摺動自在でかつ自己ロツク性を有する一群のシ
ヤフトに係わる膨張の問題がかなり重要であるの
は、例えば−30〓から100〓の季節的な温度変化
を受ける６フイート径のステンレススチールのタ
ンクのことを考えれば理解できる。

そのタンクの径の増加分ｘ（インチ）は、ｘ＝
dT×ａ×Ｄと表わすことができる。但しａ＝熱
膨張率（ステンレススチールの場合９×10^-6イン
チ／インチ）、Ｄ＝タンクの径（インチ）dT＝温
度変化（〓）である。すなわち、直径６フイート
のステンレススチールのタンクの場合には、 ｘ＝130×９×10^-6×72＝0.084インチである。

前記シヤフト８Ｓ〜１０Ｓの軸８Ａ〜１０Ａに
沿う摺動はそのような熱膨張に伴う運動を、一般
の大荷重の構造においては当然必要になるような
他の遊びなしに許容する。

第３図は荷重セルの構造を荷重セル８を例にと
つて示すものである。荷重セル８は前述の米国特
許第3037178号に開示されている背の低い剪断検
出型であるのが望ましい。荷重セル８は、互いに
同心の剛性の大きい内側部と外側部を備えてお
り、、その外側部は、ボルト１４によつて堅い荷
重プレート１３に固着され、内側部は内面に螺条
が刻設されており、外面に螺条を有する垂直な軸
受支持部材１５が螺入されるようになつている。
測定される荷重はその軸受支持部材１５を通つて
タンク７から下方に伝達され、さらに荷重セル
８、荷重プレート１３を通つて、その荷重プレー
ト１３がボルト１６によつて固定されている基礎
構造１１に伝達される。前記軸受支持部材１５の
上端１５ａに軸受ユニツトが支持されている。そ
の軸受ユニツトは水平方向に配された前記短いシ
ヤフト８Ｓとスリーブと摺動子の関係をなしてい
る。そのシヤフト８Ｓの長手軸８Ａは前述のよう
に前記共通中心１２の方を向いており、シヤフト
８Ｓは一対のクレビス型ヨーク部材乃至シヤツク
ル部材１７ａ，１７ｂによつてその位置に固定さ
れている。そのシヤツクル部材１７ａ，１７ｂは
ボルト１８によつて上部荷重プレート１７の下面
に固着されている。その上部荷重プレート１７は
ボルト１９等の適当な固定手段によつてタンク７
に取り付けられている。

前記軸受支持部材１５の上端１５ａに支持され
ている軸受ユニツトは第４図に示すように中央貫
通孔を備えており、その中央貫通孔内に薄いスリ
ーブ２０が嵌め込まれている。そのスリーブ２０
はポリテトラフルオロエチレン等の潤滑性の高い
材料で形成されており、膨張あるいは収縮によつ
て生ずる前記シヤフト８Ｓのそのスリーブ２０に
対する摺動を容易にするとともに、そのシヤフト
８Ｓと密着し、タンク取付構造内の望ましくない
遊びをなくすようにしている。そのスリーブ２０
はボール部材２１によつて取り巻かれており、さ
らにそのボール部材２１は球面状の内面を有する
ソケツト部材２２内に嵌め込まれている。そのソ
ケツト部材２２は前記軸受支持部材１５の上端１
５ａ内に収容されているが、例えば割子形式にし
て組み立てる。このようにして形成されたボー
ル／ソケツトジヨイントすなわちユニバーサルジ
ヨイントは僅かな整合誤差や小さな寸法誤差をボ
ール／ソケツトの中心２１を中心として僅かに動
くことによつて吸収し、誤差によつて生ずる偽の
力が荷重セル８にかかるのを防止する。環状のス
ポンジ部材２３，２４がシヤフト８Ｓを取り巻く
とともに、前記ヨーク部材１７ａ，１７ｂと軸受
ユニツト間の公差空間を埋めてカツプリングの重
要部分を塵あいから保護するとともに、必要な相
対運動を許すようになつている。またそのスポン
ジ部材２３，２４自体が大きな力を及ぼすことは
ない。外面に螺条を有する垂直な前記軸受部材１
５には薄ナツト２５が螺着されている。その薄ナ
ツト２５を締めたり緩めたりできるようになつて
おり、荷重セル８とその荷重セル８をタンク７に
結合するためのクレビスアセンブリの間の相対的
回転が許され、かつシムなしに高さの調節ができ
るようになつている。これによつて必要に応じて
アセンブリ全体の高さを変えてタンクの水平を維
持したり、あるいは４個乃至それ以上のトランス
デユーサーに負荷が均等に分散されるようにする
ことができる。

なお、図示の実施例においてはシヤフト８Ｓが
タンク７に固定されており、軸受支持部材１５の
上端１５ａに対して摺動し得るようになつている
が、この関係を逆にしても好結果が得られる。す
なわち、シヤフト８Ｓを軸受支持部材１５に対し
て軸方向に固定し、前記ヨーク部材１７ａ，１７
ｂ内に軸８Ａに沿つた摺動を許す滑り軸受機構を
設けてもよい。さらに、軸受支持部材１５の上端
１５ａ上において所望の運動が生じ得るように、
その軸方向に固定したシヤフトには、前記ボール
部材２１のような球面上の突部を一体的（あるい
はそのような部材を固着してもよいが）に設け
て、ユニバーサルジヨイントのような効果が得ら
れるようにするのが望ましい。いずれにしても軸
８Ａの周囲の回転を許す軸受を設けるのが望まし
い。言い換えれば、トランスデユーサーとカツプ
リングのアセンブリ全体を例えばトランスデユー
サーを上にして転倒させてもよい。さらに、トラ
ンスデユーサーすなわち荷重セルは前述したよう
な形式のものに限られるものではない。

また、場合によつては全てのトランスデユーサ
ー取付アセンブリに前述のような摺動結合を設け
る必要はない。例えば３つのトランスデユーサー
取付アセンブリを第２図のようにして使用する場
合には、そのうちの２つにのみそのような摺動結
合を設け、その２つの摺動結合の軸が膨張収縮の
中心上で交わるようにしてその２つの摺動結合が
その膨張収縮に応答するようにしてもよい。また
事情が許せば４つ以上の取付アセンブリを使用し
ても差し支えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の荷重検知装置の側
面図、第２図は第１図のタンクを除いた平面図、
第３図は第１図の一部の拡大図、第４図は第３図
を更に詳細に示す一部断面側面図、第５図は第４
図の端面図である。 ７…タンク、８〜１０…荷重セル、８Ｓ〜１０
Ｓ…シヤフト、８Ａ〜１０Ａ…シヤフトの長手
軸、１２…共通中心、１５…軸受支持部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ほぼ垂直方向にかかる力によつて互に変形す
   る第１、第２の部分を備え、その力を計量する複
   数のトランスデユーサー、そのトランスデユーサ
   ーの前記第１の部分を荷重支持構造に結合する第
   １の結合手段、および前記第２の部分をその荷重
   支持構造の下に配された基体に結合する第２の結
   合手段からなり、 前記複数のトランスデユーサーが前記荷重支持
   構造と基体の間において所定の点を中心として異
   なる方向に間隔をおいて配されており、前記複数
   のトランスデユーサーのうちの少なくとも２つの
   トランスデユーサーの前記第１、第２の結合手段
   の一方が前記中心点を通る方向に延びる長手軸を
   有するほぼ水平なシヤフトと、そのシヤフトが摺
   動自在に密着嵌入されるスリーブ軸受手段とを備
   えており、そのシヤフトとスリーブ軸受が前記第
   １、第２の部分の前記一方と、前記荷重支持構造
   と基体の一方にそれぞれ固定されており、それに
   よつて、前記シヤフトとスリーブ軸受を備えた前
   記結合手段が重量に帰因する垂直方向の力を前記
   トランスデユーサーを通つて伝達するとともに前
   記長手軸に沿つてその結合手段を摺動させるよう
   な膨張および収縮を前記トランスデユーサーに大
   きな力を働かせることなく許容し、かつ他の横方
   向への運動に対しては前記荷重支持構造および基
   体を押えるようになつていることを特徴とする荷
   重計量装置。 ２ 前記トランスデユーサーを少なくとも３個備
   えており、そのトランスデユーサーが前記結合手
   段とともに前記荷重支持構造を前記基体に対して
   垂直方向、水平方向および斜め方向の全ての方向
   で完全に支え、その荷重支持構造の重量に帰因す
   る力が補助的なステーロツド等によつて分岐され
   ないようになつていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の荷重計量装置。 ３ 前記複数のトランスデユーサーが前記中心点
   からほぼ等距離にほぼ等角度で配されており、そ
   の中心点が前記荷重支持構造の中心とほぼ整列し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の荷重計量装置。 ４ 前記トランスデユーサーが前記第１、第２の
   部分の間に配された電気ストレンゲージを備えて
   おり、前記荷重支持構造と、前記複数のトランス
   デユーサーの配列がほぼ水平面上にあることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の荷重計量装
   置。 ５ 前記結合手段の前記一方が前記シヤフトの長
   手軸を中心とする前記シヤフトとスリーブ軸受間
   の相対的回転運動を許容するようになつているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷重
   計量装置。 ６ 前記結合手段の前記一方が前記トランスデユ
   ーサーのうちの１つのトランスデユーサーの前記
   一方の部分と、前記荷重支持構造と基体の前記一
   方との間を結合する、制限された自由度を有する
   ボール／ソケツト型結合を形成する手段を備えて
   おり、その結合の中心が前記シヤフトの長手軸上
   にほぼ位置していることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の荷重計量装置。 ７ 荷重支持構造によつてその下方の基体に水平
   方向に間隔を置いて配された複数の位置のうちの
   １つの位置において加えられる重力に帰因する力
   に応答するトランスデユーサーの取付アセンブリ
   において、 互いに相対的に変形し得る２つの部分を備え、
   その２つの部分の間に伝達される垂直方向の力を
   示す信号を出力する計量トランスデユーサー、前
   記２つの部分の一方を前記荷重支持構造と基体の
   うちの一方にほぼ固定的に結合する結合手段、一
   対のクレビスアームを備えたシヤツクルとその一
   対のクレビスアームの間に延びるピンシヤフトと
   を備えたクレビス型結合手段、前記クレビスアー
   ム間において前記ピンシヤフトと回転自在に密着
   嵌合する軸受手段、および前記シヤツクルと軸受
   手段を前記荷重支持構造と前記トランスデユーサ
   ーの２つの部分の他方に別々に固定する固定手段
   からなり、前記軸受手段が前記ピンシヤフトの長
   手軸に沿つた前記シヤツクルと軸受手段間の相対
   的摺動を許容するようになつており、前記固定手
   段が前記複数のトランスデユーサーの配列の中心
   を前記シヤフトの長手軸を向くように前記シヤフ
   トが運動するのを許容するようになつていること
   を特徴とする取付アセンブリ。 ８ 前記結合手段が前記シヤツクルと軸受手段の
   間を結合するボール／ソケツト型結合を形成する
   手段を備えており、その結合の中心が前記シヤフ
   トの長手軸上にほぼ位置していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の取付アセンブリ。 ９ 前記トランスデユーサーが前記２つの部分の
   間に配された電気ストレンゲージを備えており、
   前記固定手段が前記シヤツクルを前記荷重支持構
   造に固定し、前記軸受手段が前記トランスデユー
   サーの２つの部分のうちの他方に固定されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の取
   付アセンブリ。 １０ 前記軸受手段を前記トランスデユーサーの
   ２つの部分のうちの他方に固定する固定手段が前
   記軸受手段と前記トランスデユーサーの間の高さ
   を調節し、それによつて前記荷重支持構造と基体
   の間の間隔を調節する垂直軸の周囲に回転し得る
   ネジ結合を備えていることを特徴とする特許請求
   の範囲第９項記載の取付アセンブリ。