JPH07117445B2 - 秤量システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は計器の分野に関し、特定すると重量測定システ
ムに関する。

従来の代表的秤量システムは、被測定重量を載置するた
めの受板すなわち秤量皿を備える。秤量皿は、力トラン
スジューサにより支持部材または枠体に結合される。従
来の種々の形式の感知システムにおいては、トランスジ
ューサと秤量皿は、皿内の対象物に対して相当に正確な
重量感知を可能にするように構成されたリンク機構によ
り支持部材に結合される。１例として、力センサは、歪
ゲージまたはフィードバック配置内の固定磁界内に配置
された可動コイルを使用したものもある。

従来の秤量システムは、秤量皿内に載置された物体の重
量の相当正確な測定値を提供するが、既知のシステムに
は多くの欠点がある。例えば、多くのこの種のシステム
は、秤量皿内における被測定物質の中心ずれの負荷に特
に敏感である。この種の中心ずれの負荷は、システムの
摩擦損失に起因して誤差を生じることがある。この種の
損失を阻止するため、従来の秤量システムは、この種の
誤差を減ずるための種々の形式の機械的リンク機構を利
用することが多い。例えば、米国特許第4,062,416号
は、単一の感知軸線に沿う秤量皿の運動を制限するたわ
み装置を開示している。しかしながら、この種のシステ
ムは、その運動範囲、したがって許容される重量範囲が
相当に制限される。

さらに、許容される計量範囲が広げられたものとして、
米国特許第4,382,479号の装置が提案されたが、この特
許の装置にあっては、機械的フィルタが秤量皿と基準部
材間に配置されるために、機械的フィルタの摩擦損失
が、秤量測定に誤差を生じさせる欠点がなお存在した。

それゆえ、本発明の目的は、上記の欠点を排除し、広い
許容計量範囲を有し、しかも機械的フィルタの摩擦損失
の影響を減じた高精度の秤量システムを提供することで
ある。

簡単にいうと、本発明は、秤量皿のような力入力部材お
よび剛性のアーマチュア部材を含む秤量システムに係
る。リンク機構が、アーマチュア部材を基準部材に関し
て固定された基準軸線に沿って移動させるように、アー
マチュア部材を基準部材すなわちハウジングに結合す
る、一般に、このリンク機構は、特に加えられるモーメ
ントに抵抗性がある。

アーマチュア部材と基準部材間には力トランスジューサ
が結合されている。トランスジューサは、加わる力に関
係づけられた分離間隔を有する１対の互いに補足し合う
形状に形成された相対する面を備える。

位置センサが、トランスジューサに結合されていて、ト
ランスジューサの互いに補足し合う形状に形成された相
対する面間の間隔を表わす信号を発生する。

本発明の好ましい具体例は、秤量皿および剛性アーマチ
ュア部材間に直列結合された機械的フィルタを採用す
る。フィルタはばねおよび制動部材を含むものである
が、これら部材は、協働して、秤量皿内への物体の装置
または秤が置かれる表面から伝達される振動から生ずる
振動を有効に減じ、同時に力入力部材に加えられる定常
状態の低周波の力をアーマチュア部材に伝達するローパ
スフィルタを形成する。この結合のため、機械的フィル
タにおける摩擦損失で、秤量測定においてエラーを生じ
ない。好ましい形式において、この直列結合の機械的フ
ィルタは、１対の弾性部材により橋絡された１対の剛性
の側部部材を有する平行四辺形構造体を備える。これら
の要素部材は、ばね作用を発生するためヒンジ結合なし
に互に固定される。１対の弾性腕がこの平行四辺形構造
体内に取り付けられ平行四辺形のほぼ対角線に沿って互
に離間された関係で互に他方に向って延びている。対角
線方向に突出する腕間には、ダンパを提供するため、弾
性物質、好ましくは変形の際大きなエネルギ吸収を伴な
う損失性の物質が配置される。

本発明の他の形式においては、秤量皿およびアーマチュ
ア部材間の結合は実質的に剛性である。この形式にあっ
ては、高周波振動の影響を除去するため、位置センサの
出力信号のディジタル信号処理を利用するのが好まし
い。

本発明の上述およびその他の目的および種々の特徴は、
図面の参照下に行なった以下の説明から明らかとなろ
う。

第１図は、本発明を適用できる秤量システム210の１
例、特に米国特許第4,382,479号に記載されるような
「平行」制動機構の概略図である。このシステムは、基
準軸線216に沿って移動するように適合された秤量皿212
および関連する支持ポスト214を備える。他の例におい
ては、「秤量皿」はある他の形式の力部材と代えること
ができる。この第１図の例において、ポスト214は、機
械的ダンパ組立体218により、軸線216に関して固定され
た基準部材（すなわちハウジング）220に結合される。
秤量皿212およびその支持ポスト214は、平行運動リンク
機構組立体160によりアーマチュア部材226に結合され
る。第７図に示される第１図の変形例においては、ポス
ト214は、機械的ダンパ組立体218によりアーマチュア部
材226に直列結合される。しかし、この例においてはな
お複雑なダンパ組立体が使用されており、本発明におい
て採用されている機械的結合機構は採用されていない。

第８図には、一般化された「直列」機械的フィルタを採
用した本発明の秤量システムの具体例が概略的に示され
ている。第９図は、本発明の「直列」機械的フィルタを
使用した好ましい秤量システムを示し、第10図は直列機
械的フィルタの等価回路を概略線図で示している。これ
らの具体例については追って詳しく説明する。

第１、７、８または９図の装置のいずれにおいても、ア
ーマチュア部材226は、平行運動リンク機構組立体110に
より基準部材220に結合されている。アーマチュア部材2
26と基準部材220との間には力トランスジューサ10が結
合されている。トランスジューサ10は、線10aにより位
置センサ244に結合される。位置センサ244は、その秤量
皿212において測定される重量による皿の変位に起因し
て生じる力トランスジューサ10の運動を表わす出力信号
を線244a上に生ずる。

プロセッサ250は、線244a上の信号に応答して、線250a
に出力信号を供給する。後者の信号は、秤量皿212上の
物体の重量を表わす。

第２図は第１図の秤量システムの１具体例の平面図（秤
量皿を除く）、第３図は同じ具体例の断面図である。

システムの種々の要素について以下に説明する。

秤量皿212および支持ポスト214 例示の全装置における秤量皿212は、秤210により計量さ
れる物体を載置するに適合した台板である。円筒形の支
持ポスト214は、皿212の底部から延在している。このポ
ストは、システム210の後述の部分により軸216に沿うほ
とんど摩擦のない被制動運動に拘束される。

ダンパ218 本発明においては、ダンパ218は簡単な弾性物質218によ
り置き換えられている。しかし如上の従来例の秤量シス
テムにより使用されるダンパの構造を明らかにするため
に詳述する。

第１図に示される例においては、支持ポスト214および
支持部材220間にダンパ218が「並列」結合されている。
この「並列」型ダンパの１具体例は、第２および第３図
に示されるように１対のほぼ円形の部材218aおよび218b
を採用している。部材218aおよび218bの対向する部分
は、各々１組の同心の円形の隆起を有している。部材21
8aの隆起は、軸線216に沿う両部材の相対運動で部材218
bの隆起と噛み合うようになされており、隆起間におい
て排出される空気が、部材218aおよび218bの相対運動の
低摩擦制動を行なうようになされている。秤量皿212の
最大の下向き変位は、部材218aおよび218bの隆起の深さ
に限定される。

第７図に示される変形例においては、ダンパ218は支持
ポスト214およびアーマチュア226間に「直列」に結合さ
れる。この結合は、ダンパの摩擦損失が、力入力部材と
ハウジング間にダンパが並列に接続された場合に起こり
得る測定重量の誤差に寄与しないという利点を有する。
ダンパ218のこの配置は、第２および第３図に示される
ように部材218bをハウジング220に取り付けるのでな
く、リンク組立体110のＶ字状部材138（第２および第３
図）にてアーマチュア226の底部に取り付けることによ
り遂行できる。

第９図は、本発明の直列機械フィルタの好ましい形式を
示し、第10図は簡単化された機械的等価回路を概略線図
で示している。第９図の具体例においては、第７図の並
列運動リンク機構160および排気空気ダンパ218の機能
は、１対のほぼ平行な弾性ばね部材156および158により
リンク結合された１対のほぼ平行な剛性の垂直部材152
および154を有する平行四辺形構造体により置き換えら
れる。これらの平行四辺形部材は、それらの隣接端部に
て相互に固定されており、計量されるべき物体の力に応
答して起こる垂直部材152または154の一方の他方に関す
るほぼ垂直の変位が、部材156および158のＳ字状のたわ
みにより発生されるばね力により抵抗される。この平行
四辺形構造体は、ほぼ垂直基準軸線216に沿っての垂直
側部部材152の案内された運動を可能にする。部材152、
154、156および158はまた、第９図の平面に垂直の方向
に十分に広く、基準線216に沿う方向のモーメント以外
のモーメントに抵抗する。図示の平行四辺形構造体150
は、部品内蔵のたわみ体を構成するように１対の垂直部
材を備えるが、等価の機能は、ばね部材156および158を
支持ポスト214およびアーマチュア226に直接固定するこ
とにより達成できることを理解されたい。

平行四辺形構造体150は、各々垂直部材の一方に固定さ
れた１対の腕161、162を備える。腕161、162は剛性でよ
いが、好ましくは折曲げモードにおいては可撓性であ
り、その軸線方向に沿って引張り−圧縮モードにおいて
は相当剛性であるのがよい。また、腕は、好ましくは平
行四辺形構造体の対角線に沿って平行離間関係において
互に他方に向って延びる。腕161、162の自由端は一部重
なっている。エネルギ吸収性（損失性）の弾性物質21
8′の部片が、端部161aおよび162a間に固定されてい
る。物質218′はダンパとして作用し、秤量皿212上に載
置される物体により発生される振動や秤量システム210
が配置される表面の外部振動により発生される振動を減
衰させる。平行四辺形構造体のたわみは、物質218′に
主としてせん断運動を生ぜしめるが、引張りまたは厚さ
減少モードも存在する。腕が完全に剛性であり、その係
留点にヒンジ取付けされる場合は、たわみ体の変形は物
質218′のせん断のみを生ずる。腕161、162および物質2
18′は、平行四辺形構造体150に若干の弾性を与える。
腕161、162の位置は重要でないことも認められたい。腕
は、例えば、部材156および158に隣接する角部から離間
した点にて垂直部材に接続してもよいし、可撓性部材そ
れ自体に接続してもよい。

第９図の本発明の好ましい具体例の機械的結合機構150
が第３図に示される従来の装置に組み入れられた場合、
装置は以下のように変形される。すなわち、第３図の装
置において、第９図に示される１対のほぼ平行な弾性ば
ね部材156および158によりリンク結合された１対のほぼ
平行な剛性の垂直部材152および154を有する平行四辺形
構造体150より成る機械的結合機構が、支持ポスト214の
延長部とアーマチュア226間に直列に配置される。この
場合、第３図に示されるダンパ218はもちろん取り除か
れ、支持ポスト214の下端はＶ字状部材の少し上方で終
端する。リンク機構160（後述のように部材168および17
0より成る第１のＶ字状138のたわみ部材と、部材172お
よび174より成る第２のＶ字状のたわみ部材とより成
る）は取り除かれる。アーマチュア部材の水平方向部分
の下面部材は、垂直方向部分との接続部から剛性のカッ
プリング部材227に向かって傾斜して設けてよい。ま
た、アーマチュア部材の上記の水平方向部材の上面部材
および下面部材（傾斜）ともカップリング部材229に直
接結合させてもよい。

第10図は、第９図に示される制動平行四辺形構造体の機
械的等価回路である。図示されるように、この配置は、
本質的に、ばねS₁および質量と直接に配置された物質21
8′を備え、制動およびある程度の弾性を与える制動ば
ね−質量系である。しかしながら、この系は、ばねS₂に
より表わされるような、ダンパと並列に接続されたばね
部材を含むことが重要である。ばねS₁は、高周波振動を
減衰する上で重要である。ダンパは、高周波数において
剛性結合であるごとく応答するからである。普通、これ
らの高周波数は系の共振周波数から離れているから、簡
単な制動ばね−質量系ではこれらの高周波数を有効に減
衰できない。

制動四辺形構造体の他の重要な利点は、普通の物質から
容易に製造される構造体を使って、力入力部材およびア
ーマチュア間において直列の機械的濾波および結合を行
なうことである。例えば、部材156、158、161および162
は、ばね鋼から形成し得る。特に、この構造体は、比較
的複雑なたわみ体160および排気空気ダンパ218の使用を
避けることができる。部材156および158は実質的に剛性
とし得ることを認められたい。この配置は弾性を提供せ
ず、すなわち制動を行なわず、したがって機械的濾波を
行なわない。それでも、この秤量システムは後述の信号
処理で有効である。機械的には、これは、秤量皿および
力トランスジューサ間に直接的な剛性結合を提供するこ
とに等価であり、もちろんこのような結合を提供するこ
とも可能である。

アーマチュア226およびリンク機構160 本発明においては、リンク機構160は、平行四辺形構造
体より成る機械的結合機構150により置き換えられる。
しかし、本発明を適用できる従来例の構造を明らかにす
るために詳述する。

第１および第７図の装置において、支持ポスト214は、
リンク機構160によりアーマチュア226に結合される。リ
ンク機構160は、基準部材（支持ポスト214に対応）の運
動を、アーマチュア226に関して実質的に固定配向を有
する基準軸（軸216に対応）に沿って拘束する。リンク
機構160の「平行四辺形」運動は、秤量皿を水平配向に
維持するのに望ましい。

第２図および第３図に例示される装置において、アーマ
チュア部材226は、金属板の閉鎖された箱の形状を有し
ている。リンク機構160は、ほぼ米国特許第4,433,742号
に示される形式を有している。この特許の第１図はリン
ク機構160を示している。

この特許に示されるように、基準部材162（ポスト214に
対応）の運動を、支持部材166（アーマチュア226）に関
して固定された基準軸164（軸216に対応）に沿うように
拘束するよう適合されたリンク機構160が示されてい
る。リンク機構160は、２対のＶ字状の弾性たわみ部材
を有している。第１の（上部の）１対は部材168および1
70を有しており、第２の（下部の）１対は部材172およ
び174を有している。各部材168、170、172および174
は、頂部端部と第１および第２の末端部とを有してい
る。

この装置において、たわみ部材の上部の１対（部材168
および170）の第１末端部は相互に結合され、また上部
の１対の第２末端部も相互に結合されている。同様に、
下部の１対のたわみ部材（部材172および174）の第１末
端部は相互に結合され、また下部の１対の第２末端部も
相互に結合されている。

上部の１対のたわみ部材の第１の末端部はまた、軸216
の方向に長さＬを有する剛性の結合部材176により下部
の１対のたわみ部材の対応する第１の末端部に結合され
ている。同様に、上部の１対のたわみ部材の結合された
第２末端部もまた、軸216の方向に長さＬを有する剛性
の結合部材178により下方の１対のたわみ部材の第２末
端部に結合されている。

上部の１対の上部たわみ部材168の頂部端部は、点M1に
て支持部材166（すなわちアーマチュア226）に結合され
ている。同様に、下部の１対の上部部材172の頂部端部
は、点M2にて支持部材166（すなわちアーマチュア266）
に結合される。点M1およびM2は、軸164（すなわち軸21
6）の方向に距離Ｌだけ分離されている。

上部１対の下部たわみ部材の頂部端部は、点N1にて基準
部材162（すなわちポスト214）に結合される。同様に、
下部の１対の下部たわみ部材174の頂部端部は、点N2に
て基準部材162（すなわちポスト214）に結合される。

この装置においては、頂部端部の点Ｔ、Ｕ、ＶおよびＷ
の延長部は、ポスト214およびアーマチュア226の対応す
るものに対して実質的に剛性のカップリングとして働
く。したがって、点M1およびM2間の距離（M1M2）は、実
質的に点ＴおよびＵ間の距離（TU）に実質的に等しく、
点N1およびN2間の距離（N1N2）は、実質的に点Ｖおよび
（VW）間の距離に等しい。ここで、これらの距離M1M2、
TU、N1N2およびVWは、すべて軸216の方向における距離
をいう。この結果、距離QS（結合部材178の両端部の結
合点に仮定される）、PR、VWおよびTUは、すべてＬに等
しいことになる。

加えて、点Ｓは、前記たわみ部材172および174の表面上
において点ＷおよびＵから等距離であり（すなわちSW＝
SU）、点Ｒは、前記たわみ部材172および174の表面上に
おいて点ＷおよびＵから等距離であり（すなわちRW＝R
U）、点Ｑはたわみ部材168および170の表面上において
点ＴおよびＶから等距離であり（すなわちVQ＝TQ）、そ
て点Ｐは、前記たわみ部材168および170の表面上におい
て点ＴおよびＶから等距離である（すなわちVP＝TP）。

この形態の場合、ダンパ218と関連して、直列結合であ
れ並列結合であれ、基準部材162（第２図および３図の
ポスト214に対応）は、支持部材166（第２図および３図
の226に対応）に関して固定された軸164（第２および３
図の軸216に対応）に実質的に沿った比較的大きな制動
運動に拘束される。このような運動は、皿212上の物体
から生ずる力に応答しよう。

リンク機構110 アーマチュア226はまた、リンク機構110により支持部材
（またはハウジング）220に結合される。リンク機構110
は、アーマチュア226の運動を、軸216に平行にかつ支持
部材220に関して実質的に固定された配向を有する基準
軸線に沿うように拘束するリンク機構である。

リンク機構110は、ほぼ米国特許第4,383,586号に示され
る形式を有する。この特許の第１図は、リンク機構110
を示している。

リンク機構110は、基準部材112（アーマチュア226に対
応）の運動を軸116（軸216に平行な軸に対応する）に沿
うように拘束するように適合されている。しかして、こ
の第１基準軸116は、支持部材220に関して固定されてい
る。リンク機構110は、１対の細長いたわみ部材124およ
び126を備えている。図示のたわみ部材124および126
は、一端に位置してたわみ部（参照符号125および127で
指示されている）を備えるビームである。各部材124お
よび126の端部のたわみ部125および127は、ビーム部分1
24aおよび126aの対応するものにより支持部材220に結合
されている。

各部材124および126の他端部は、調節可能なカップリン
グ組立体により支持部材220に結合されている。部材124
に対する調節可能なカップリング組立体は、部材124の
自由端近傍のねじ130および支持部材220の延長部132に
ある関連するねじ穴を含む。たわみ部材124のその端部
の運動は、ばね134により抵抗される。この形態の場
合、ねじ130は、たわみ部材134の自由端を軸116の方向
において調節自在に位置づけるように回転することがで
きる。

同様に、部材126に対する調節自在のカップリング組立
体は、部材126の自由端近傍のねじ131、延長部132内に
ある関連するねじ穴およびばねを含む。ねじ131は、た
わみ部材126の自由端を軸116の方向において調節自在に
位置づけるように回転することができる。

リンク機構110はさらに、２つのＶ字状たわみ部材136お
よび138を備えており、そして各たわみ部材136および13
8は、頂部端部（たわみ部すなわちヒンジ部を含む）と
２つの末端部（各々たわみ部すなわちヒンジ部を有す
る）。たわみ部材136および138の頂部部分は、点Ｂおよ
びＣにて基準部材112の端部に結合されている（頂部た
わみ部の先のビーム延長部分136aおよび138aにより）。
しかして、点ＢおよびＣは、軸116の方向において距離
Ｘだけ分離されている。

部材136の第１および第２の末端部は、それぞれ結合点
ＡおよびＤにて、ビーム延長部136bおよび136c（末端た
わみ部の先の）およびスペーサ部材142（および143）の
対応するものにより、たわみ部材124および126のたわみ
部および自由端部間の点に結合される。点ＡおよびＤ
は、軸116に垂直な軸140に沿って存在する。好ましい形
式において、点ＡおよびＤは、それぞれのたわみ部材12
4および126のたわみ部から自由端部までの距離の約10分
の１の距離にある。

Ｖ字状部材138の第１および第２の末端部は、（それぞ
れ末端たわみ部を越えるビーム延長部分138b（および13
8c）により）支持部材220に結合される。しかして、そ
れぞれのたわみ部は点（Ｅおよび）Ｆに位置づけられて
いる。点ＥおよびＦは軸116に垂直な第３の基準軸144上
に存在する。

軸140が軸144に平行であり、軸116の方向に距離Ｘだけ
分離されていると、基準部材112の運動は、実質的に軸1
16に沿うように拘束される。さらに、部材112は、軸116
に関するモーメントに関して相当に抵抗性がある。

リンク機構110は、特に、軸140および144が平行である
ように調節容易である。一般に、ねじ130および131は、
この運動の精密な調整すなわち精確な制御を達成するよ
うに調節自在に位置づけできる。たわみ部材124および1
26に沿っての部材136および138の端部の接続位置は、こ
の運動の微細な制御を可能にするように選択できる。

本発明の例示の形式において、点ＡおよびＢ間の距離は
点ＤおよびＢ間の距離に等しく、点ＦおよびＣ間の距離
は点ＥおよびＣ間の距離に等しい。他の関係も使用でき
るが、これらの関係は、軸116に沿って部材112の最大運
動範囲を可能にする。

リンク機構110について開示された形態の場合、２つの
調節ねじ130および131は、リンク機構の完全な整列すな
わち微細な調整を可能にし、アーマチュア226の運動を
最適化する。このリンク機構110は、特に、皿212におい
て秤量されるべき物体のいずれの方向における中心ずれ
の負荷により加えられるモーメントに抵抗性がある。

例示の具体例において、部材124、126、136および138
は、分離した位置にたわみ部をもつ比較的剛性のビーム
である。他の具体例においては、これらの部材は、分布
たわみを有する部材、例えばばね性鋼で置き代えること
ができる。

力トランスジューサ10 力トランスジューサ10は、アーマチュア226と支持部材2
20間に結合されている。例示の具体例において、力トラ
ンスジューサ10は、ほぼ米国特許第4,448,085号の第１
図に示される形式の容量形式のセンサである。

この特許に示されるように、力トランスジューサ10は、
共通の軸線16に沿って延びる１対の方形断面の細長い部
材12および14を含む。部材12および14は、その隣接端部
に互いに補足し合う形状に形成された面を備える。図示
のように、部材12および14の全端部が互いに補足し合う
形状の面を形成しているが、他の具体例においては、互
いに補足し合う形状に形成された面は隣接端部の一部の
みとしてもよい。

例示の具体例において、部材12および14は、それぞれ平
坦部分20および22を備えている。これらの部分は、中心
軸16に垂直な第１の基準軸30の方向において食違いにさ
れている。平坦部分20および22は、軸16および30に垂直
な第２の基準軸24に平行である。好ましい具体例におい
ては、平坦部分20および22は中心軸16にも平行である
が、他の具体例においては、軸16と平行でない。図示の
ように、面20および22の両側の面は、軸30に平行であり
軸16に垂直であるが、これらの面は他の配向も使用でき
よう。本具体例において、部材12および14は実質的に同
一である。これらの部材は、トランスジューサ10を形成
するように結合される。

細長い部材12および14は、各々、軸16および24に平行な
面においてその互いに補足し合う形状に形成された面か
ら延びる２つの平坦なスロットを備える。

本具体例において、各部材12および14の両スロットは同
じ深さより成る。しかしながら、他の具体例において
は、各部材12および14において、一方のスロットは深さ
Ａを有し、他方のスロットは深さＢを有するものとし得
る。この場合、ＡおよびＢの少なくとも一方は０でな
く、Ａ＋Ｂの和は予定された値に等しい。さらに、部材
12内のスロットは、軸30の方向に離間されているから、
部材12の上部ビーム部分12aおよび下部ビーム部分12b
（部材12のスロットおよび外表面により境界を形成され
たビーム部分）は、軸24に平行な軸の回りのモーメント
に応答して比較的たわみ性である。

本具体例において、部材12および14は実質的に同一であ
る。その結果、部材14の２つのスロットは、「上部」ビ
ーム部分14aおよび「下部」ビーム部分14bを形成するも
のと考えられる。

部材12および14の平坦部分20および22は各々、実質的に
平坦な導電性部材34および36の１つを支持している。

部材12および14の上部ビーム部分12aおよび上部ビーム
部分14bはそれぞれ部材42により結合されており、下部
ビーム部分12bおよび下部ビーム部分14aは、それぞれ部
材44により結合されている。得られた形態において、部
材12および14の互いに補足し合う形状に形成された面
は、軸16の方向に互いに食違いにされており、部材34お
よび36の相対する導電面は、軸30の方向に互に食違いに
されている。好ましい具体例において、部材12および14
は石英であり、隣接部材42および44も石英であるから、
部材はすべて、モノリシック構造体を形成するように融
着される。他の具体例においては、けい酸チタン、セラ
ミックまたはその他の誘導体物質を使用できる。

トランスジューサ10はまた、部材14に堅固に取り付けら
れた剛性の入力部材52および部材12に堅固に取り付けら
れた剛性の支持部材50を備えている。これらの部材50お
よび52も石英とし得、ブロック12および14の対応するも
のに融着し得る。支持部材50は、支持部材220の上部平
坦面に結合される。

トランスジューサ10の動作において、測定されるべき力
は、皿212、ポスト214、リンク機構160、アーマチュア2
26、剛性のカップリング部材227および229を介して入力
部材52に、軸216に実質的に平行に加えられる。力は、
部材14の右手部分（第３図に例示されるよう）に伝達さ
れる。部材52に加えられる力に応答して、支持部材220
の上面220aにて、等しく反対方向の力が部材12の左手部
分（第３図において）に加えられる。トランスジューサ
10に加えられる力の対に応答して、トランスジューサ10
の上部および下部ビーム部分は変形し、導電部材34およ
び36は、それらの平行関係を維持しながら、トランスジ
ューサ10に加えられる対の力の大きさに関係づけられた
距離だけ分離する。部材34および36により形成される実
効コンデンサの容量の大きさは、従来通りに測定するこ
とができ、部材52に加えられる力の測定値を得ることが
できる。

トランスジューサ10は、軸216に平行な軸に沿う方向以
外の方向のモーメントおよび力に非常に抵抗性があるか
ら、加えられる力は、予め軸216に精確に平行に加えら
れることを要しない。

上部および下部ビーム部材は変形するから、これらの部
材に応力が生ずる。例示の具体例においては、スロット
の深さＡおよびＢが等しくブロック12および14が実質的
に同じであるというシステムの対称性に起因して、結合
部材42および44により形成される接合が、曲げ応力変曲
点すなわち曲げモーメントが０となる点で生ずる。本発
明の他の形式においては、例えばスロットの深さＡおよ
びＢが異なる場合、特にスロットの深さＡまたはＢの一
方が０に等しい場合、これら部材の接合はこれらの応力
変曲点で生じない。しかしながら、好ましい形式はこの
特徴を有する。この条件下では、結合部材42および44に
より形成される接合は、軽く応力が加わり、比較的低品
質であり、したがって廉価な接合を使用できる。

本発明の装置が例えば石英から構成される場合、力トラ
ンスジューサ10は、荷重下で非常に低いヒステリシスお
よび非常に低いクリープを有し、精度指数は約10^-5〜10
^-6である。さらに、装置は、熱により誘導される変化容
量が比較的低い。

力トランスジューサ10は、だいたい軸216に平行な単一
の軸に沿う正味の力にのみ応答し、他の面における力に
対して比較的高い拒否比を維持する。本具体例の部材12
および14は、相補的な面を形成するように切り出された
方形の細長い石英ブロックから容易に構成できる。これ
らの相補的な面を有する２つのブロックは、上部および
下部ビーム部分を形成するように切除された１対のスロ
ットのみを有する。これらのビーム部分は、頑丈なモノ
リシック構造体を形成するように例えば融着により結合
される。本発明の他の形式においては、少なくとも部材
34および36の一方が他方から絶縁されていれば、部材12
および14に対して金属を含む他の材料を使用することが
できる。

トランスジューサ10のこの形態の場合、線10a（導電性
部材34および36に接続されている）を横切る容量は、ト
ランスジューサに加わる力とともに変わる部材34および
36間の分離を表わす。

位置センサ244 本具体例における位置センサ244は、第４図に示されて
いる。センサ244は、力トランスジューサ10からの線10a
に接続される。これらの端子と関連する容量は、センサ
244の回路と協働して発振器を形成する。発振器は、線1
0aを横切る容量およびインダクタ90のインダクタンスに
関係づけられる周波数、したがって皿212に加わる力に
よって特徴づけられる信号を線244a上に供給する。

好ましい形式において、インダクタ90は、米国特許出願
第2,65,090号（放棄）の図に示される形式の高精度の安
定な誘導回路部素子である。

第５図は、第４図の回路のインダクタ90に対する好まし
い形式を示す。インダクタ90は、剛性の円筒状の絶縁体
支持部材91を含む。支持部材91は、円形断面および0.62
5インチの直径を有する溶融石英ロッドである。巻線が
２端子92と93の間に巻かれている。巻線はロッド91上に
40回巻かれている。巻線は、12ミルの巻線間隔で均一に
巻かれている。

巻線は、複合線94から作られる。線94は、ミシガン州所
在のナショナル・スタンダード・コーポレーションによ
り作られた0.0071インチ直径の「含銅」線である。この
複合線は、焼入鋼の心および該心上に被着された銅を有
しており、線重量の約40％が銅である。線の引張強さ
は、約200,000ポンド／平方インチである。

素子90の製造に際しては、石英ロッド91を旋盤に取り付
け、線94をその引張強さの約85％の張力で維持してロッ
ド上に巻く。巻線は、その端部をロッド91上に接着する
ことにより張力下に維持される。図面に示される要素96
および97は、巻線の端部のセメントを表わす。例えば、
使用されるセメントは、シアノアクリレート接着剤とし
得る。代わりに、エポキシ接着剤を使用してもよい。

この形態の場合、素子90は、端子92および93間に、2ppm
/゜Ｆの温度変化をもつ約10μｈの特性インダクタンス
を提供する。他の具体例においては、異なる複合線構造
体を使用できる。例えば、鋼心またはその他の高引張強
度材料の心上に銀または金から被着物を作ることができ
る。また、支持部材91は、石英に加えてセラミック、け
い酸チタンのようなある種の他の材料とし得る。同様
に、円形断面のロッドでなく楕円断面を有するような他
の幾何形態の支持部材を使用することもできる。支持部
材は、中実または中空いずれでもよい。

この形態の場合、力トランスジューサ10および位置セン
サ244は、高温度安定性を有する発振器を形成し、力ト
ランスジューサ10に加わる力に関して周波数が変わる出
力信号を線244a上に供給する。

プロセッサ250 第６図は、システム210のプロセッサ250をブロック図で
示す。プロセッサ250は、線244a上に皿212上の荷重によ
り加わる被検出力を表わす周波数を有する信号を発生す
る第１の（秤量）発振器を含む。高さ発振器は、先の特
許出願に記載されるような力トランスジューサ10および
位置センサ244を含む。線244a上の信号はカウンタ260に
結合され、該カウンタは、線244a上の信号周波数を表わ
すディジタル計数信号F_Wを線260a（F_W）上に供給する。

温度センサ264は、線264a上に発振信号を供給するが、
この周波数は、システム210の温度を表わすものであ
る。線264a上の信号はカウンタ266に供給され、該カウ
ンタは、線264a上の信号周波数を表わすディジタル計数
信号（FT）を線266a上に供給する。線260aおよび266a
は、マイクロプロセッサ270に接続される。

マイクロプロセッサ270は、関連するランダムアクセス
メモリ（RAM）272およびリードオンリーメモリ（RO
M）、ならびに入力／出力キーボード276を備えている。
マイクロプロセッサ270はまた、従来の表示を駆動する
に適当な出力信号を線250a上に供給する。タイミング回
路280は、プロセッサ250の諸ブロックにタイミング制御
信号を供給する。マイクロプロセッサ270および関連す
るメモリはまた、周知のディジタル信号処理技術を使っ
て、信号の高周波成分を減衰するように出力信号を処理
し得る。この信号処理能力は、秤量皿とアーマチュア間
の結合が相当剛性であり、高周波振動の機械的濾波が行
なわれない場合に特に有用である。

本発明の１形式において、マイクロプロセッサはモステ
ク38P70/02型、ROM274はHITACHI HM462532型、RAM272
はNCR2055型である。

動作において、線244aおよび264a上の信号は、皿上の物
体の重量およびシステム210の温度をそれぞれ表わす周
波数を有する。カウンタ260および266は、タイミング回
路280により制御され、線244aおよび264a上の信号周波
数を表わすディジタル計数値（F_WおよびF_T）を供給する
窓カウンタとして働く。

メモリ272は、温度補償された力関数Ｗ（F,T）を表わす
定数Kijを記憶する。

関数Ｗ（F,T）は次のように定義される。

ここでＦは、物体により発生される未補償の力の関数で
あり、Ｔは秤量システム210の温度を表わす。この定義
において ここにKijは定数である。本具体例においてｍ＝４ ｎ
＝３である。価F_WおよびF_Tは、F_Wに対応する入力Ｆおよ
びF_Tに対応する温度Ｔで求められる関数Ｗ（F,T）に対
応する信号と一緒に使用して、秤量皿212上の物体の重
量を表わす温度補償値を提供することができる。

本具体例はまた、較正モードにおいて、較正関数（☆）
を表わすデータを発生しメモリ272に記憶するのに使用
できる。本具体例でこの較正手続を遂行するためには、
一連の４種の既知の重量を３種の温度で皿212上に配置
する。他の具体例においては、異なる数の重量および温
度を使用できる。

プロセッサ250は、実際には、Ｗ（F,T）に基づく１組の
12の連立方程式を生成する。プロセッサ250は、これら1
2の連立方程式を解き、温度T₁、T₂およびT₃で求められ
たa₁、温度T₁、T₂およびT₃で求められたa₂、T₁、T₂およ
びT₃で求められたa₃およびT₁、T₂およびT₃で求められた
a₄を表わす信号を供給する。

プロセッサ250は、ついでaiに対して得られたこれらの1
2の値を使用して、式（☆☆）に基づく１組の12の連立
方程式を12のKij値について解く。一般に、温度T₁、T₂
およびT₃におけるa₁に対する３つの値、３つの温度にお
けるa₂の値、３つの温度におけるa₃の値および３つの温
度におけるa₄の値が、Kij ｉ＝1,…,4,j＝1,…,3を決
定するのに使用される。

Kijに対するこれらの値の決定後、関数Ｗ（F,T）は完全
に特定される。これらの値を表わすデータはRAM272に記
憶される。

動 作 一般的較正モードにおいて、プロセッサ250は、秤量シ
ステム210に対する「較正面」を決定する。ここで重量
値Ｗは、加えられる重量に対するセンサ244（Ｆ）の発
振器の周波数およびシステム210の温度（Ｔ）の関数で
ある。この関数的関係Ｗ（F,T）はシステム210に対する
較正面を表わす。複数の温度で、一連の基準荷重を秤量
皿212上に置く。荷重を皿212上に置くことに応答して、
荷重から皿に加わる力は力トランスジューサ10に伝達さ
れるが、第１および第７図の装置におけるリンク機構16
0および110および第11図の具体例における平行四辺形構
造体150は、軸216の回りに加えられるモーメント（荷重
の中心ずれの負荷から生ずるような）の影響を最小にす
る。トランスジューサ10に加えられる力は、トランスジ
ューサの導電性表面の相対運動を生じさせ、容量変化を
もたらす。これらの容量変化は、線244a上に発振器の出
力周波数に対応する変化を生じさせる。プロセッサは、
上述のようにこれらの値を利用してＷ（F,T）を完全に
定義し、この関数を表わすデータをRAM272に記憶する。

重量測定モードにおいては、プロセッサ250は、皿212上
への被測定荷重の載置に応答して、これらの信号（線24
4a上の）温度発振器264（線264a）からの信号と一緒に
利用して、ＦおよびＴに対する対応する値における関数
Ｗ（F,T）の値を識別する。Ｗ（F,T）のその値は、シス
テム210の現在温度における皿212上の重量を表わす信号
に変換される。

上記本発明の構成によれば、 （１）力が、ハウジングに関して固定された基準軸線に
ほぼ沿ってトランスジューサに加わる、 （２）中心ずれの力に抗し得る、 （３）ハウジングに関する秤量皿の広範囲の運動が可能
になる、 （４）摩擦損失が無視し得る程度である などの利点が得られる。さらに、本発明においては、制
動機構が力入力部材とアーマチュア部材を結合する平行
四辺形構造体より成る機械的構造手段に組み込まれてい
るので機械的フィルタの摩擦損失が秤量測定に及ぼす影
響は減ぜられ、かつ精密な加工および組立を必要とする
制動装置を必要としないので、誤差の少ない高精度な秤
量装置を低コストで得ることができる。

本発明は、その技術思想から逸脱することなく他の形式
で具体化される。それゆえ、これらの具体例は、あらゆ
る点において例示と考えられるべきものであることを理
解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用され得るシステムの概略図であ
る。 第２図は第１図のシステムの例示の具体例の上面図であ
る。 第３図は第２図の具体例の断面図である。 第４図は第１図のシステムの位置センサの概略図であ
る。 第５図は第４図の位置センサのインダクタの１形式を示
す線図である。 第６図は第１図のシステムのプロセッサのブロック図で
ある。 第７図は「直列」の機械的濾波を採用する第１図のシス
テムの変形例の概略図である。 第８図は「直列」の機械的濾波を採用する本発明の概略
的具体例の概略図である。 第９図は「直列」の機械的濾波を採用する本発明の他の
具体例の概略図である。 第10図は第９図の直列機械的フィルタの機械的等価回路
の線図である。 10:力トランスジューサ 210:秤量システム 212:秤量皿 214:支持ポスト 218:機械的ダンパ組立体 220:基準部材 226:アーマチュア部材 244:位置センサ 250:プロセッサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】秤量されるべき物体を支持するための力入
   力部材と、 剛性のアーマチュア部材と、 該アーマチュア部材が基準部材に関して固定の基準軸線
   にほぼ平行な運動に拘束されるように、前記アーマチュ
   ア部材と基準部材とを結合する手段を含むリンク機構
   と、 前記力入力部材と前記アーマチュア部材を結合する平行
   四辺形構造体より成る機械的結合手段であって、 前記力入力部材に取りつけられた第１の垂直部材と、前
   記アーマチュア部材に取りつけられた第２の垂直部材
   と、ほぼ平行離間関係において前記垂直部材間に固定さ
   れた１対の弾性部材と、前記力入力部材および前記アー
   マチュア部材間に接続されそれらの相対運動を制動する
   制動手段であって、各々一端が前記平行四辺形構造体の
   相対する側面に固定されほぼ平行離間関係で互いに他方
   に向かって延びている１対の腕、および前記腕間に配置
   されていて、前記相対運動にて制動運動を生ずるように
   たわまされるエネルギ吸収物質を具備する制動手段と を備える平行四辺形構造体より成る機械的結合手段と、 前記アーマチュア部材と前記基準部材間に結合され、当
   該トランスジューサに加わる力に関係づけられた間隔を
   有する互いに補足し合う形状に形成された１対の対向面
   を有するトランスジューサと、 前記力トランスジューサの互いに補足し合う形状に形成
   された対向面の間隔を表わす信号を発生する位置センサ
   と を備える秤量システム。
2. 【請求項２】前記腕が弾性材料より形成される特許請求
   の範囲第１項記載の秤量システム。
3. 【請求項３】前記腕が前記平行四辺形構造体の対角線に
   ほぼ沿って延びている特許請求の範囲第１項または２項
   記載の秤量システム。
4. 【請求項４】前記腕が、各々一端にて前記第１および第
   ２垂直部材の１つに固定されている特許請求の範囲第３
   項記載の秤量システム。