JPS5916646B2 - フドウビ−ムツキトウモ−メントジユウリヨウケイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、重量計に関し、さらに詳細には、ビーム型の
取付要素と、加えた負荷の指標としてビームの曲げを検
知する手段とを用いている重量計に関する。

実験室用のバランス型を除く重量計には、コイルばねや
巻付きばね、あるいは、与えた負荷に比例して曲がる捩
れ棒が設けられていることが普通である。

ばねのたわみを感知する公知の手段は、高精度を達成す
ることが困難でありかつ高価になってしまう。

したがって、値段の安い重量計は、そうした測定では精
度が高くないのが普通である。

さらに、公知の重量計は、受皿すなわち、負荷が加えら
れる負荷受容表面上の点に対して敏感になっていること
も普通である。

すなわち、受皿上に負荷を乗せるとき中心がずれている
と、不正確な読取りが生じてしまう。

本発明は、従来技術の上述した欠点を克服するために、
次のような重量計を提供している。

この重量計は、はとんど費用をかけずに高精度の測定を
行なえるように製造可能で、好ましい実施例においては
、中心をはずれた負荷の付与に対して比較的鈍感である
ような重量計である。

上述したように、本発明は、全く新規な感知原理に基づ
いている重量計を提供する。

この重量計は、その原理を簡単に適用できるので、比較
的低コストで高精度を達成できる。

さらに、本発明は、広い範囲に応用できるようになって
いる。

こうした応用例は、スーパーストア用の重量計、家畜用
エレベータ、穀類用エレベータ、高速道路の車輌用重量
計から実験室で用いような高精度の重量計までを含んで
いる。

一般に、本発明の原理は、加えられた負荷をモーメント
に変換することに基づいている。

変換後のモーメントは、弾性係数の高い材料製のビーム
の両端に加えられて、ビームの弾性たわみを起す。

また、ストレンゲージのような手段を設けて、加えた負
荷の指標としてビーム中の曲げ応力の測定を行なう。

以下さらに詳細に述べるように、本発明は、台と、受皿
のような負荷受容部材と、さらに、隔置してあってこれ
らの台と受皿との間に機械的に設けて、負荷が与えられ
ると回転モーメントを発生する１対の枢支部材とから構
成しである重量計として具現化しである。

ここで用いる［枢支部材（ｐｉｖｏｔ ） Ｊという言
葉は、重量計に設けてあって負荷が加わると回転モーメ
ントを受ける機械要素を指すものと理解されたい。

この機械要素の実際の回転運動すなわち角度上のふれは
、非常に小さいので、肉眼では、殆んど見えない。

したがって、回転角度を大きくするために精密につくっ
たベアリングを必要としない。

２本の枢支部材に連結してあってしたがって両者間に［
浮動（ｆｌｏａｔｉｎｇ） Ｊしているのは、銅やアル
ミニウムのような高弾性材料で作っであるビームである
。

ビームと枢支部材間の機械的な結合によって、枢支部材
の回転モーメントは、ビームの両端に与えられて、その
結果ビームは曲がってしまう。

また、このビームの中心には、曲げによって発生するビ
ーム中の張力と圧縮力を測定すると共に、加えた負荷を
表示する出力信号を発生する子役が設けである。

このビームは、機械加工を加えて、その中心に、線断面
の弾性部分を画定しているが、この部分に曲げ応力が集
中するようになっている。

さらにまた、ストレンゲージのような手段をその弾性部
分と緊密に接触するように結合して、電気信号を発生す
る。

この電気信号は、適当に増幅すると、与えた負荷をビー
ム中の曲げ応力の関数として表示する作用を有する。

本発明の種々特定の特徴も本明細書中に記載しであるが
、たとえば、倍力レバーアーム機構と分割受皿である。

すなわち、受皿は第１のスケール感度の部分と、第２の
スケール感度のもう一つの部分を有していて、著るしく
異った重量範囲の被測定物を実質的に同じ精度で測定で
きるようになっている。

もう一つの特徴は、スケール中にパイブレーク等を用い
ることにより、枢支組立体の機械要素に振動を与えて、
測定に現われてしまう程の摩擦やヒステリシ人特性を持
たない装置を作ることである。

上記した以外の本発明の特徴と効果は、以下の説明から
明らかになるであろう。

初めに第１図を参照すると、一般目的の使用に設計しで
ある例示的な重量計１０が図示しであるが、この重量計
は、約１１インチ×１フインチ（約２７．５ｃｍＸ ４
２．５（１１７７１）の寸法になっている平らな計量受
皿１２を備えている。

この計量受皿１２は、長方形のアルミニウム製の台１４
の上に置いてあって、被測定物１６を乗せて重量測定を
行なうようになっている。

この重量計１０は、被測定物１６に応じて、電気信号を
発生する。

発生した電気信号は、多心ケーブル１８を通ってデジタ
ル型の表示ユニット２０へ送られる。

このユニット２０は、電気信号の変動振幅の電圧に応じ
て、特定の測定システムにおける被測定物１６の重量を
表わす数の一時的な可視表示を与える。

ユニット２０の明るさやその他の動作特性は、所望のよ
うに制御できる。

この表示ユニット２０は、普通に市販されている機器で
あって、本発明に使用可能な多種多様な表示もしくは読
取り機器の一つの代表例ではあるけれども、実際は本発
明の一部になっていないので、以下それについて詳細に
述べることはしない。

さて、第２図ないし第４図を参照して、重量計１０の内
部の詳細を説明する。

受皿１２は、アルミニウムや鋼のような実質的に剛体の
材料で作っである長方形になっており、第３図から最も
よくわかるように、垂れ下っている周辺リップすなわち
フランジ１３を備えている。

受皿には、とびとびの孔が形成してあって、台１４の中
に配設した平行縦レール２２ａ、２２ｂに受皿を緊密か
つ密着して機械的に固定する締付部材がそうした孔に入
るようになっている。

また、音自体には、外側の縦方向レール１４ａ、１４ｂ
と横レール１４ｃが輪郭を定めている薄い床があり、こ
れらは全て、機械ねじ、溶接および両方を組み合せて互
いに固定しである。

縦レール２２ａ、２２ｂは、平らな水平面を形成してい
るが、これらの水平面によって、受皿１２の内面を受け
とめると共に長方形の台１４の任意の部分との物理的な
接触が起らないようにその受皿を保持している。

これらの縦レール２２ａ。２２ｂは、横に延伸している
部材２４（左側の部材しか第２図と第３図に示していな
い）によって互いに連結しであるので、もう一つのそう
したレールが、横に延伸している補強ストラップ２５に
よって画定しである組立体の中心の回りに反対向きに同
様に配設しであることが理解できるであろう。

部材２４の上面は、２２ａ 、２２ｂの上面と同一平面
にあるので、受皿１２の平らな内面を支持するようにな
っている。

受皿１２と台１４との間に機械的に懸架してあってそれ
らと直接には物理的に接触しないようになっているのは
、アルミニウムのような重い加工材料で作られている一
対の反対向きの類似枢支部材２６であり、各枢支部材は
、組立体の縦方向の各端で第２図ないし第４図に図示し
である。

枢支部材２６の懸架は、鋼製のストラップ組立体２８ａ
。

２８ｂ、３２ａ、３２ｂによって次のようにして行なわ
れる。

すなわち、被測定物１６を受皿１２に乗せることによっ
て受皿に加わる負荷が、重量計１０の２本の縦方向に離
れてかつ平行な枢支部材２６の中に反対の方向に回転モ
ーメントを発生する。

このようにして発生した回転モーメントによって、枢支
部材がそれぞれの軸の回りを回転しそうになる。

これらの軸は、互いに平行であって、受皿１２の平面と
平行でかつ重量計全体の長軸に垂直になっている平面内
にある。

また、ストラップ２８ａ 、２８ｂが、頂部で横レール
１４Ｃに連結しであると共に、そこから鉛直下向きに垂
下して、その底部において、第２．３．４図に示しであ
る枢支部材２６の外面に固定されるようになっている。

ストラップクランプ３０ａ 、３０ｂを設けて、第２図
と第３図に最も良く図示しであるように、ストラップを
横レール１４ｃに締め付けている。

また、ストラップクランプ３１を各ストラップ２８ａ
、２８ｂの下端部に設けて、第３図と第４図に最も良く
示しであるように、ストラップを枢支部材２６に固定す
るようにしている。

第２図を参照して、凹部３６ａ、３６ｂが形成してあっ
て、クランプ３０ａ 、３０ｂをそれぞれ収容するよう
になっていることに注意されたい。

さらに、ストラップ３２ａ 、３２ｂが、頂部で、枢支
部材２６の内側面に固定しであると共に、そこから鉛直
下向きに垂下するようにしてあって、底部において、横
に延伸する負荷受容部材２４の外面に固定されるように
なっている。

また、上側のストラップクランプブロック３４ａ 、３
４ｂを設けて、ストラップを枢支部材２６に固定するよ
うになっているのに対し、第３図と第４図から明らかな
ように、低側のストラップクランプブロック３４ａ。

３４ｂが下端でストラップを固定するようになっている
。

第２．３．４図から明らかなように、重量計１０の各側
には４本で全体では８本のストラップが設けてあり、各
ストラップは、ばね鋼で作っであると共に、寸法は、幅
が約１．５インチ（約３．８ｃ＊）、全長が３．５イン
チ（約８．８ ＣｒｒＬ）、内厚が０．００６インチ（
約０．１５ｍｍ）である。

この応用例で与えである寸法の全ては、厳密には単に例
示的なものであって、特に指定がなければ臨界的なもの
と考えてはならない。

第３図から最も良くわかるように、ストラップの配置は
、枢支部材２６を受皿と台との間に安定に支持して、受
皿に負荷が加えられたとき、前述したように台１４から
隔置しである横延伸部材２４に対してその負荷を直接的
に伝達するようになっている。

したがって、この負荷は、ストラップ３２ａ、３２ｂ上
に引き下げられる傾向になる。

また、ストラップ２８ａ 、２８ｂにおける鉛直方向の
反力は、縦方向の反対面に逆向きに発生するので、加え
た負荷によって、枢支部材２６は、第３図と第４図に示
したように、時計回りの方向に回転するようになる。

特に、第２．３．４図に示しであるように、反対向きの
類似の装置が重量計１０の右端にも設けであるので、与
えられた負荷に応じて、反対向きの類似の枢支部材は反
対向きの回転モーメントを受けることが理解できるであ
ろう。

回転モーメントを測定すると共にそれに抗するために、
中実のアルミニウム製のビーム４０が枢支部材２６に対
してかつそれらの間に機械的に連結しである。

この連結は、枢支部材２６の側部に適当な開口を機械加
工で形成し、これらの開口の中にビーム４０の平端部を
挿入して、第３図と第４図で図示した止めねじを形成し
てビーム４０を所定の位置に固定する。

実質的に剛性であるけれども、このビームは実際には曲
げ変形を受けるので、中心負荷に対してモーメントはビ
ーム４０の縦方向の横断方向にはほぼ一定である。

しかしながら、ビーム４０の正確な中心におけるモーメ
ントは、受皿１２上の被測定物１６の位置したがって負
荷の付与位置によらず、与えられた値になる。

この目的のために、以下より詳細に説明するひずみ計を
、第３図と第４図に示したように、ビーム４０に設けて
、曲げ応力を感知してその応力値に関係する電気信号を
発生するようにしている。

この電気信号は、与えられた負荷の大きさを示すもので
あり、したがって、第１図を参照して述べるような方法
で表示ユニット２０に与えられる。

また、プリーツ付きの可撓性ブーツ４２をビーム４０に
締付けて、ひずみ計の感知要素を防護するようになって
いることが好ましい。

また、揺動防止用ストラップ４４ａ 、４４ｂを設けで
あることが好ましい。

これらのストラップは、中心が台１４に外端が部材２４
に固定しであるので、枢支部材を含む組立体の縦方向の
揺動を防止する。

この組立体は、第３図と第４図を見るとわかるように、
受皿と台との間に実際は浮動していて、前述したように
、与えられた負荷を回転モーメントに変えてしまう。

第２図ないし第４図の説明を続けると、横方向延伸部材
２４に形成しである切欠き３８ａ、３８ｂによって、ク
ランプブロック３４ａ 、３４ｂのそれぞれに対して隙
間を形成することと共に、同様に、第３図と第４図に最
も良く図示しであるように、枢支部材２６の各端に凹部
を形成してクランプブロック３７を収納していることが
理解できよう。

部材２４を機械加工して、その中心にレリーフ４４を形
成することによって、第３図から最もよくわかるように
、ビーム４０を収容している。

また、第３図と第４図に図示しであるように、所望なら
ば、クランプブロックとストラップの間にクッション型
のスペーサを介在してあってもよい。

上記した以外の種々の詳細も図面を参照することによっ
て明らかになるであろう。

こうした詳細は当業者にとって重要であることは明らか
であるから、ここではそれについて特別の記載は行なわ
ないことにする。

本発明の重量計の感度を上げるためには、ビーム４０の
中心を、第３図と第４図に示したように、平らにして平
行で平らな面４６．４８を形成する。

これらの平面には、隣接セットのストレンゲージの抵抗
を固着するが、その際、２本の隣接抵抗を上平面４６に
、２本の隣接抵抗を底平面４８に固着する。

抵抗５０ａ 、５０ｂは、第５ａ図に図示したように、
上平面４６に、また、第２の対の抵抗５０ｃ 、５０ｄ
は、それと実質的に同じ配向で底平面４８に配設するこ
とが好ましい。

この配向において、平面４６上の抵抗はビーム４０の圧
縮に応答するのに対して、平面４８上の抵抗は張力に応
答する。

かくして、回転モーメントによって起される曲げ応力が
感知される。

どうしてもそうでなければならないということはないが
、４個のストレンゲージの抵抗を第５図に示したような
ブリッジ回路になるように接続して、張力と圧縮とその
値が加わるようにすることが好ましい。

図示のように、一対の端子間に直流電源を接続して、反
対側の端子は、前述したように、表示ユニットへの出力
端子として作用する。

第５図において、出力端子には、さらに、感温性の補償
抵抗５２゜５４が設けてあって、重量計の使用開始時と
実際の使用時との間の温度変化の差を較正するようにな
っている。

第１図ないし第４図の重量計の操作は、第６図のように
幾分概略的な図面を見ると理解できるものと信する。

第６図においては、枢支部材２６′。２６“は、互いに
平行に隔置しである等長の丸棒として表わしである。

これらの枢支部材を表わす２本の丸棒は、ビーム４０の
両端によって接合しであると共にそれらに機械的に連結
しである。

このビーム４０の輪郭は、モーメント測定の中心が、枢
支部材２６の回転軸に等距離でかつ両回転軸を含む平面
に垂直になっている平面内にあるように定められる。

反対向きのモーメントによるビーム４０のたわみは、第
６図では仮想線で示されておリ、図解用に拡大しである
ことはもちろんである。

第６図において、受皿１２、レール２２および横部材２
４からなる負荷付与部材は省略しであるが、負荷を加え
ると、ストラップ３２ａ 、３２ｂ 。

５８ａ、５８ｂが下方に引かれることは理解すべきであ
る。

各ストラップに現われる負荷の一部は、受皿上の負荷の
位置に依存することはもちろんであるが、前述したよう
に、モーメント測定の中心が図示の位置にあると、負荷
の位置やストラップ間の負荷力の分配の如何によらず、
測定されるモーメントは同じくなる。

ストラップ３２ａ、３２ｂ。５８ａ 、ｓｓｂによって
枢支部材に加えられる下向きの力は、ストラップ２８ａ
、２８ｂ 、５６ａ。

５６ｂの上向きの力による抗力を受けるから、第２図と
第６図に図示した反対向きのモーメントは枢支部材２６
の中に発生する。

円筒状や筒状の輪郭を有する枢支部材の囲りに実際に包
まれるストラップという概念は、実際の応用では不必要
かも知れない。

それは、第１図ないし第４図の記載から明らかなように
、枢支部材２６の実際の角度上のたわみは極めて小さい
からである。

しかしながら、これより大きい角度上のたわみのシステ
ムは、もつとしなやかな材料を用いてもちろん作ること
ができる。

こうした場合、第６図に極端に概略的に図示したような
ストラップ、すなわち、枢支部材を少くとも限定角度ま
で包んでやることにより、枢支部材の中心と加えた負荷
の接線方向の付与点との有効半径に変動が生じないよう
にするストラップを用いることが有利である。

次に、第７図ないし第９図を参照すると、分割スケール
の重量計が図示しであるが、この構成によって、本来の
感度と精度を保ちつつ一桁異なる重量範囲の被測定物の
重量測定を、物理的には同一の装置用いて行なうことが
できる。

第７図において、重量計は、第１図ないし第４図を参照
して前述した台と同一の台１４と、前述した受皿とほぼ
同様の輪郭を有するが、小さい内側部分６２を備えてい
る受皿６０とから構成しである。

この内側部分６２上には、軽くて小さい被測定物を乗せ
て、受皿６０の囲りの部分に対して採用しであるスケー
ル係数の１０倍のスケール係数で、重量測定を行なうよ
うになっている。

この便利なスケール係数は、以下のようにして求めるこ
とができる。

受皿６０を第２図ないし第４図に図示した方法で枢支部
材（この場合、それぞれ参照数字７４．γ６で示しであ
る）と結合して、１のスケール係数で測定を行なう。

次に、鉛直の剛性支柱６４と水平横部材６６を介して、
受皿部分６２を、第９図に最も良く示しであるように枢
支部材７４．７６に固定しである反対方向に延伸してい
るレバーアーム６８．７０に連結するようにする。

したがって、受皿６２に乗せた被測定物は力を発生し、
発生した力は、かなり長いレバーアームを介して枢支部
材に与えられて、１０倍だけそのモーメントを増大する
ようになる。

このモーメントの増倍は、スケールの感度を明らかに増
倍することになる。

このような増力レバーアームの使用は、当業者にとって
は自明であるが、分割受皿の思想があってもなくても、
可能である。

上述した以外の構造の変形例は、既述の重量計に関して
種々可能であって、たとえば、円形断面の棒として図示
しであるビーム４０は、■ビームと容易に換えることが
できる。

この■ビームは、フランジや頂底部を除去してあり長方
形の開口を形成してストレンゲージの抵抗を受容するよ
うな部分で画定しである取付領域が形成しである。

これ以外の多くのビーム用輪郭も明らかであろう。

また、ストラップの方が好ましいけれども、多くの実施
例では、ストラップは、秀れた捩れ特性を有するケーブ
ル、ナイフのエツジや他の構造体と置き換えることがで
きる。

さらに、また、第２図に示したように、小さいパイブレ
ークユニット８０を重量計１０の浮動測定部と機械的に
結合して、振動機能を与えてもよい。

たとえば、枢支構造の低次で一定振動数の振動を与えて
、重量計中における摩擦のヒステリシスの影響を除去す
るようにしてもよい。

受皿と取付部物の風袋重量を機械的にゼ用こして、負荷
を与えるとき以外は、ビームに加えられる曲げ応力を減
少もしくは緩めるための手段を設けることも望ましい。

以上、本発明は、特許法に規定する内容をもって記載し
たけれども当業者には他の変形例は自明であるから、上
述のそうした記載が本発明を限定するものとみなすべき
でないことを理解すべきであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例であってデジタル型の読取り
表示ユニットを備えた重量計の斜視図である。 第２図は、第１図の重量計の主要部分の平面図であって
、カバーすなわち受皿を取り外して内部の詳細を示して
いる。 第３図は、第１図の重量計の主要な内部の詳細を示した
斜視図である。 第４図は、第１図の重量計の内部の詳細を一部断面にて
示す側面図であり、矢印は、適用された負荷によるモー
メントを示す。 第５図は、第１図ないし第４図の重量計のビームに適用
できる曲げ応力モニターシステムのブリッジ回路の概略
的な結線図である。 第５Ａ図は、ビームの中央部分の斜視図であり、その可
撓性領域上のストレンゲージ抵抗の配置を示す。 第６図は、第１図ないし第４図に示した重量計のストラ
ップ型枢支部材とビーム支持システムの概略的な機構図
である。 第７図は、分割スケール型重量計の斜視図である。 第８図は、分割スケール型重量計の主要な内部の詳細を
示す斜視図である。 第９図は、分割スケール型重量計の主要部分を断面にて
示す側面図である。 図面において、１０・・・・・・重量計、１２・・・・
・・計量受皿、１４・・・・・・台、１６・・・・・・
被測定物、２４・・・・・・部材、２６・・・・・・枢
支部材、２８，３２・・・・・・ストラップ組立体、４
０・・・・・・ビーム、５０ａ〜５０ｄ・・・・・・ブ
リッジ回路用抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 台と、 上記台から隔置された負荷受容部材と、 上記台と上記負荷受容部材との間に配設しである第１お
   よび第２の長い捩れ剛性の枢支部材と、上記両相支部材
   の中央部分に連結された両端部を有し、かつ上記両枢支
   部材間にわたって延伸しているほぼ剛性のビームと、 上記両相支部材において、それらの隔置した２軸の周り
   に、反対向きの回転モーメントを発生させるように、上
   記両相支部材と上記台と上記負荷受容部材とを互いに連
   結し、かつ上記ビームから隔置された負荷伝達装置と、 上記回転モーメントは、上記枢支部材を介して上記ビー
   ムの両端に伝達され、上記ビームに直接の力を与えるこ
   となく、上記ビームにおいて曲げ応力を発生するもので
   あることと、 上記曲げ応力に関係する電気信号を発生するために上記
   ビームによって担持された装置と、よりなる重量計。 ２、特許請求の範囲第１項記載の重量計において、上記
   負荷伝達装置は、上記両相支部材の両端部に、反対向き
   の対になって連結された捩れ可能のストラップよりなり
   、 上記各対の一方のストラップは、上記台と上記枢支部材
   との間に連結され、 上記各対の他方のストラップは、上記枢支部材と上記負
   荷受容部材との間に連結され、 上記対のストラップは、負荷が上記負荷受容部材上に置
   かれたとき、上記両相支部材において回転モーメントを
   発生するように作動するものであることを特徴とする重
   量計。