JPH07301573A - 振動検出ロードセルとこれを用いた計量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型化しつつ使用可能なダイナミックレンジを
容易に拡大することができる振動検出ロードセルとこれ
を用いた計量装置を提供する。 【構成】起歪体１２に、少なくともビーム部１６の歪発
生部位に粘着してロードセルの振動減衰定数を変化させ
る減衰力調整部材（ブチルゴム）３０を貼り付けてい
る。従って、振動検出ロードセルの振動減衰定数を向上
することができ、振動検出ロードセルの使用可能なダイ
ナミックレンジを拡げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、床に設置されて床の
上下方向の変位を検出する振動検出ロードセルを備えた
計量装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】計量装置が設置された場所において、地
盤，建屋，床，架台などの環境振動の発生によって、計
量装置全体が、いわゆる床振動を受ける。計量装置によ
り計量が行われた場合、計量信号にこの床振動成分が重
畳される。このため、高速かつ高精度な計量をするため
に、計量信号からこの床振動成分を除去して補正する必
要がある。

【０００３】床振動は一般に、被計量物を計量装置に載
せたときに生じる機械振動よりも周波数が低いから、計
量信号からこの床振動成分をフィルタで除去しようとす
ると、カットオフ周波数の低いローパスフィルタを用い
る必要がある。しかし、このようなローパスフィルタを
用いると、応答時間が遅くなって計量速度が低下する。
そこで、床振動成分は別途補正によって除去することに
より、フィルタのカットオフ周波数を高く設定すること
を可能にし、これにより、高速計量の実現を図ってい
る。図１に、床振動を補正する計量装置のブロック図を
示す。振動検出ロードセル１から出力されるアナログ信
号の床振動成分は、アンプ３を介してＡ／Ｄコンバータ
６でディジタル信号に変換され、ディジタルフィルタ８
で機械振動が除去され、床振動補償係数演算手段７によ
り床振動補償係数が演算されて、床振動補償係数信号が
床振動補償手段１０に入力される。そして、計量セル５
から出力され同様に処理された計量信号は、この床振動
補償手段１０により床振動が補償されて床振動補正済信
号となる。

【０００４】この場合、Ａ／Ｄコンバータ６は、アナロ
グ信号である増幅後の床振動成分を正確にかつオーバー
レンジすることなくディジタル信号に変換する必要があ
る。そうでなければ、ディジタルフィルタ８の処理後に
正確な値が得られないからである。このＡ／Ｄコンバー
タ６の使用可能なダイナミックレンジ（分解能に対応し
たビット数により定まる入力電圧範囲）は、図１１のよ
うな周波数特性により決まる。

【０００５】一般に、振動系において、床に設置された
物体の床に対する相対変位をＹ、床振動の振幅をＡ0 、
振動減衰定数をζとすると、ｆ＝ｆ0 （ｆ0:固有振動
数，例えば９０Ｈｚ）のとき、（Ｙ／Ａ0 ）＝１／（２
ζ）が成立する。従って、振動減衰定数ζが小さければ
小さい程、固有振動数でのピーク値Ｐが高くなり、この
ピーク値Ｐによって、Ａ／Ｄコンバータ６の使用可能な
ダイナミックレンジの上限値が決まる。

【０００６】ここで、高周波成分を含む衝撃力が、床か
ら加わると、ピーク値Ｐの値に比例した非常に大きなレ
ベルの信号が、振動検出ロードセル１から出力される。
この信号をオーバーレンジを起こさずにＡ／Ｄ変換する
には、Ａ／Ｄコンバータ６の入力電圧範囲を十分拡く設
定する必要がある。ところが、Ａ／Ｄコンバータ６の分
解能（ビット数）には限りがあるので、今度は、使用し
ようとする周波数範囲（低周波域）での分解能が粗くな
り、床振動補正計算を正確に行えない。このため、Ａ／
Ｄコンバータ６をオーバーレンジさせることなく、使用
可能な分解能を得るためには、ピーク値Ｐを下げればよ
い。図１１において、ピーク値Ｐを低くすると（例えば
Ｐ1 ）、分解能が高くなり床振動の影響を受けやすい周
波数帯域（図示１０１，約５〜１５Ｈｚ）での検出も正
確になる。

【０００７】そこで、ピーク値Ｐを下げるための手段と
して、振動検出ロードセルにオイルダンパを接続しその
振動減衰定数を高くして、使用可能なダイナミックレン
ジを拡大することが知られている。図１２に、振動検出
ロードセル１に接続されたオイルダンパ９の例を示す。
例えば、このような使用目的をもつものに、実公昭５９
−５９３のオイルダンパがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロードセルを用いた計量装置には次のような問題があっ
た。上記のように、ピーク値Ｐのレベルを下げ、使用可
能なダイナミックレンジを拡大するために、振動検出ロ
ードセルに接続されたオイルダンパを用いているが、振
動検出ロードセルへの取り付けが煩雑で、かつ振動検出
ロードセルが最適な振動減衰定数になるようにオイルダ
ンパを設定することが困難であった。

【０００９】また、振動検出ロードセルを小型化しよう
としても、オイルダンパの形状面の制約から一定の限界
があった。

【００１０】この発明は上記の問題点を解決して、小型
化しつつ、使用可能なダイナミックレンジを容易に拡大
することができる振動検出ロードセルおよびこれを用い
た計量装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【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の振動検出ロードセルは、床に設置されて
この床の上下方向の変位に対応した振動検出信号を出力
する起歪体と、上記歪を検出する歪センサとを備えた振
動検出ロードセルであって、上記起歪体は、上記床に支
持される固定部と、上下のビーム部と、これらビーム部
を介して上記固定部に支持された錘り部とを有し、この
起歪体に、少なくともビーム部の歪発生部位に粘着して
ロードセルの振動減衰定数を増加させる減衰力調整部材
を貼り付けられてなる。

【００１２】請求項２の振動検出ロードセルは、請求項
１において、上記振動検出ロードセルの振動減衰定数
が、減衰力調整部材を有しない場合の２倍以上である。

【００１３】請求項３の計量装置は、被計量物を計量し
て、その重量に対応した計量信号を出力する計量セル
と、この計量セルが設置された床の振動を検出して、床
振動検出信号を出力する床振動検出セルと、上記計量信
号から床振動検出信号を減算して、床振動に起因する計
量信号の誤差を補償した床振動補正済信号を出力する床
振動補償手段とを備え、上記床振動検出セルが、請求項
１または２記載の振動検出ロードセルからなる。

【００１４】

【作用および効果】請求項１の発明によれば、起歪体
に、少なくともビーム部の歪発生部位に粘着してロード
セルの振動減衰定数を増加させる減衰力調整部材を貼り
付けている。従って、振動検出ロードセルの振動減衰定
数を大きくすることができ、振動検出ロードセルの使用
可能なダイナミックレンジを拡げることができる。これ
により、小型化しつつ、使用可能なダイナミックレンジ
を容易に拡大することができる振動検出ロードセルを提
供することができる。

【００１５】請求項２の発明によれば、振動検出ロード
セルの振動減衰定数が、減衰力調整部材を有しない場合
の２倍以上であるので十分大きく、振動検出ロードセル
の使用可能なダイナミックレンジを最適に拡げる。

【００１６】請求項３の発明によれば、床振動検出セル
は、少なくともビーム部の歪発生部位に粘着してロード
セルの振動減衰定数を変化させる減衰力調整部材を貼り
付けている。従って、床振動検出セルの使用可能なダイ
ナミックレンジを拡げることができ、床振動検出が正確
になる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１に、この発明の一実施例に係る計量装置の
構成を示す。この装置は、床振動検出セル１、計量セル
５、アンプ３、Ａ／Ｄコンバータ６、ディジタルフィル
タ８、および床振動補償手段１０を備えている。

【００１８】まず、計量セル５から検出された物品の計
量信号、および計量セル５と同一の床に固定されたフレ
ームのような床部材Ｆに設置された床振動検出セル１か
ら検出された床振動検出信号は、それぞれアンプ３によ
り増幅され、Ａ／Ｄコンバータ６によりディジタル変換
される。この計量信号および床振動検出信号には、その
重量に応じた機械振動が重畳されている。そこで、計量
信号はディジタルフィルタ８でフィルタリングされ、機
械振動が除去されてフィルタ済計量信号Ｗ1 が出力され
る。また、床振動検出信号はディジタルフィルタ８でフ
ィルタリングされて機械振動が除去され、床振動補償係
数演算手段７によって床振動補償係数が演算されて、床
振動補償係数信号Ｗ2 が出力される。

【００１９】次に、計量セル５のフィルタ済計量信号Ｗ
1 と床振動検出セル１の床振動補償係数信号Ｗ2 とにつ
いて床振動補償手段１０により減算処理を行い、Ｗ1 −
Ｗ2＝ＷＳの演算により、計量セル２が設置された位置
の上下方向の変位である床振動を補正した床振動補正済
信号ＷＳを出力する。これにより、床振動に起因する計
量信号の誤差が補償された床振動補正済信号ＷＳが得ら
れる。この計量装置の床振動検出セル１には、以下のよ
うな振動検出ロードセルが用いられている。

【００２０】図２に、この発明の一実施例による振動検
出ロードセルの概略斜視図を示す。このロードセルは、
床に設置されて床の上下方向の変位に対応した歪みを発
生する起歪体１２を備えている。起歪体１２は、床部材
Ｆに支持される固定部１４と、上下のビーム部１６と、
これらビーム部１６を介して固定部１４に支持された錘
り部１８とを有している。また、ビーム部１６にはノッ
チ部２が設けられ、このノッチ部２の裏面のそれぞれ
に、ストレーンゲージのような歪センサ４が貼り付けら
れている。歪センサ４には図示しない配線シートが接続
されており、この配線シートに形成されたブリッジ回路
を通して振動検出信号が出力される。

【００２１】上述のように、起歪体１２の固有振動数に
おける振動検出信号のピーク値Ｐが高い場合には、Ａ／
Ｄコンバータ６のダイナミックレンジがオーバーフロー
する。そこで、このロードセルの起歪体１２には、ビー
ム部１６の歪発生部位にロードセルの振動減衰定数ζを
大きくする減衰力調整部材３０が貼り付けられている。
これにより、ロードセルの固有振動数での前記ピーク値
Ｐが下がり、振動検出ロードセルの使用可能なダイナミ
ックレンジが拡大する。この図では、ビーム部１６の両
側外面のノッチ部２を覆うように、振動減衰定数ζの大
きい減衰力調整部材３０が貼り付けられている（後述の
図９（Ｈ）の状態）。なお、起歪体１２と、これに歪セ
ンサ４を装着したロードセルとは、その振動特性（固有
振動数，ピーク値など）がほぼ同一である。

【００２２】いま、振動系において、質量ｍ，粘性係数
ｃ，およびばね定数ｋとすると、振動減衰定数ζは、ζ
＝ｃ／２√（ｍｋ）で表される。従って、この振動減衰
定数ζの大きい減衰力調整部材３０には、ばね定数ｋが
小さくかつ粘性係数ｃの大きいような材料、すなわちヤ
ング率が低く復元力（ばね定数）が小さいため変形に対
して拘束力を与えず、変形の時間的変化率（速度）に対
して拘束力を与えるような材料、例えば、架橋されてい
ないまたは架橋が少ないブチルゴムなどの粘着性のある
材料が好ましく用いられる。

【００２３】ここで、従来から、計量セル５の歪センサ
４を覆うブチルゴムコーティングは知られているが、歪
ゲージ４の防湿を目的としたものである。計量中の計量
セル５の振動を早く減衰させるためには、ブチルゴムの
貼付量を増すか、または粘性の高いブチルゴムを使用す
ることにより振動減衰定数ζを大きくすればよいが、こ
うすると、計量セル５のクリープ（一定の荷重または応
力を一定温度のもとで負荷したとき材料の変形が時間と
ともに増加する現象）が大きくなる。荷重に対応するＤ
Ｃ（直流）信号を出力する計量セル５においては、この
クリープによって計量精度が低下する問題があるので、
実際にはクリープの影響が出ないような大容量の計量セ
ルにのみ貼っていた。従って、計量セル５においては、
このクリープを抑える必要から、ブチルゴムによる振動
減衰効果も小さくせざるを得ず、実際振動減衰定数ζ
は、ブチルゴムコーティングを施さない場合と同じか若
干大きい程度であった。例えば、計量装置の秤量（最大
荷重）に対する計量精度の要求値が０．００５であれ
ば、クリープの影響をその１／２以下の０．００２に抑
える必要があった。

【００２４】ところが、床振動検出セル１においては、
計量セル５がＤＣ成分を検出するのと異なり、もともと
ＤＣ成分がなくＡＣ（交流）成分のみを検出するもので
あるので、クリープによって大きな影響を受けない。従
って、床振動検出セル１に振動減衰定数ζが大きくなる
ブチルゴム３０を貼り付けることにより、クリープが大
きくなっても、床振動検出の精度はほとんど低下しな
い。なお、錘りの重量に対応するＤＣ成分（零点に相
当）がクリープによって変動するので、その量が無視で
きない場合には、零点補正を行って補えばよい。

【００２５】このように、この床振動検出セル１に貼付
されるブチルゴム３０は、振動減衰定数ζが大きいこと
が望ましく、好ましくは、ブチルゴム３０を設けたこと
により、これを有しない場合に比較して、床振動検出セ
ル１の振動減衰定数ζを２倍以上に高めるものが用いら
れる。例えば、ブチルゴム３０を有しない場合に、振動
減衰定数ζ＝０．００２であったとすると、ブチルゴム
３０を設けて振動減衰定数ζ＝０．００７にしたものが
用いられる。

【００２６】次に、床の変位を示す系の入力Ｘ0 と床振
動検出セルの出力を示す系の出力Ｙとの関係を示す伝達
関数Ｈ（ｓ）と、振動減衰定数ζとの関係について説明
する。まず、図３の振動モデルにおいて、１自由度系の
床振動に対する運動方程式は、次の（１）式で表され
る。（１）式において、ｍは床振動検出セルの自由端の
質量、ｋは床振動検出セルのばね定数、ｃは粘性係数、
ｘは床振動検出セルの自由端の変位、ｘ0 は床Ｆの変位
である。

【００２７】

【数１】

【００２８】ここで、相対変位ｙをｙ＝ｘ−ｘ0 とする
と、（１）式は次の（２）式のように変形される。

【００２９】

【数２】

【００３０】（２）式をラプラス変換して、固有振動数
Ω＝√（ｋ／ｍ）、振動減衰定数ζ＝ｃ／２√（ｍｋ）
を用いることにより、次式が成立する。

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで、系の入出力の関係である伝達関数
をＨ（ｓ）とし、ｓ＝ｊω（ｊは虚数，ωは床振動周波
数）とおくと、

【００３３】

【数４】

【００３４】この（３）式をグラフに示した図を図４に
示す。この図において、振動減衰定数ζ＝０．００２
（点線部）はブチルゴムを有しない場合を示し、振動減
衰定数ζ＝０．００７（実線部）はブチルゴムを設けた
場合を示す。このように、振動減衰定数ζが大きくなる
ブチルゴムを設けることにより、床振動検出セル１の固
有振動数でのピーク値Ｐがピーク値Ｐ1 に下がり、床振
動検出セル１の使用可能なダイナミックレンジが拡大す
る効果を得ることができる。この結果、この計量装置の
床振動検出精度を向上することができる。なお、振動減
衰定数ζが２倍のζ＝０．００４（一点鎖線部）のと
き、ピーク値Ｐ2 ＝１２．５になり、十分ピークが抑え
られている。従って、振動減衰定数ζを２倍以上にする
ブチルゴムを用いるのが好ましい。

【００３５】このようなブチルゴム３０を起歪体１２の
各部位に貼り付けて上記効果を発揮するパターン例を、
図５〜図９に示す。

【００３６】図５（Ａ）〜（Ｆ）に、ビーム部１６のノ
ッチ部２のみにブチルゴム３０を貼り付けた状態を示
す。図５（Ａ）は１個のみ貼り付けた場合、図５（Ｂ）
は２個を片側に貼り付けた場合、図５（Ｃ）〜（Ｆ）
は、それぞれ両側に２〜４個貼り付けた場合を示す。

【００３７】図６（Ａ）〜（Ｆ）に、ビーム部１６全体
にブチルゴム３０を貼り付けた状態を示す。図６（Ａ）
はビーム部の片側の外面全体に貼り付けた場合、図６
（Ｂ）はビーム部の片側の内面全体に貼り付けた場合、
図６（Ｃ）はビーム部１６の片側の内面と外面全体に貼
り付けた場合、図６（Ｄ）〜（Ｆ）は、図６（Ａ）〜
（Ｃ）のブチルゴム３０をそれぞれ両側に貼り付けた場
合を示す。なお、歪ゲージ４の上に貼ることにより防湿
効果も有する。これは以下の例においても同様である。

【００３８】図７（Ａ）〜（Ｆ）に、ビーム部１６中央
にブチルゴム３０を貼り付けた状態を示す。図７（Ａ）
はビーム部１６の片側外面のノッチ部２にかかる中央部
に貼り付けた場合、図７（Ｂ）はビーム部１６の片側内
面のノッチ部２にかかる中央部に貼り付けた場合、図７
（Ｃ）はビーム部１６の片側の内面と外面のノッチ部２
にかかる中央部に貼り付けた場合、図７（Ｄ）〜（Ｆ）
は、図７（Ａ）〜（Ｃ）のブチルゴム３０をそれぞれ両
側に貼り付けた場合を示す。

【００３９】図８（Ａ）〜（Ｌ）に、図７の状態におい
て、ビーム部１６に分離して大きくブチルゴム３０を貼
り付けた状態を示す。図８（Ａ）〜（Ｄ）は１個または
２個片側に外面または内面に大きく貼り付けた場合、図
８（Ｅ）〜（Ｌ）は２個〜４個両側に外面または内面に
大きく貼り付けた場合を示す。

【００４０】図９（Ａ）〜（Ｒ）に、ビーム部１６に分
離して小さくブチルゴム３０を貼り付けた状態を示す。
図９（Ａ）〜（Ｆ）は１個または２個片側に外面または
内面に小さく貼り付けた場合、図９（Ｇ）〜（Ｒ）は２
個〜４個両側に外面または内面に小さく貼り付けた場合
を示す。

【００４１】なお、図１０の一例に示すように、起歪体
１２の固定部１４とビート部１６と錘り部１８とが一体
形の振動検出ロードセルに、ブチルゴム３０を貼付して
もよい。この場合、上記と同様に、図５〜図９のように
ブチルゴム３０を貼付してもよい。

【００４２】以上のように、この振動検出ロードセルと
これを用いた計量装置は、ロードセルの振動減衰定数を
大きくするために、従来オイルダンパを使用していたの
に比較して、減衰力調整部材（ブチルゴム）３０を貼付
するだけなので、取り付けが容易となり、また小型化も
可能である。さらに、ブチルゴム３０の厚さ，貼り付け
範囲などを変更させることにより、ロードセルの振動減
衰定数を自由に変化させることができ、ロードセルが最
適な振動減衰定数をもつように制御できる。ただし、部
材の特性が温度の変化により変化する場合には、温度条
件を加味する必要がある。

【００４３】なお、この実施例では、減衰力調整部材に
ブチルゴムを用いているが、振動減衰定数の大きい材料
であれば、例えば高粘度の樹脂からなるパテなどを用い
てもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る計量装置を示す概略
構成図である。

【図２】この発明の一実施例に係る振動検出ロードセル
を示す概略斜視図である。

【図３】振動モデルを示す図である。

【図４】上記の振動検出ロードセルの固有振動数でのピ
ーク値が下がる状態を示す図である。

【図５】上記の振動検出ロードセルの減衰力調整部材の
貼付状態を示す図である。

【図６】上記の振動検出ロードセルの減衰力調整部材の
貼付状態を示す図である。

【図７】上記の振動検出ロードセルの減衰力調整部材の
貼付状態を示す図である。

【図８】上記の振動検出ロードセルの減衰力調整部材の
貼付状態を示す図である。

【図９】上記の振動検出ロードセルの減衰力調整部材の
貼付状態を示す図である。

【図１０】他の実施例による振動検出ロードセルの減衰
力調整部材の貼付状態を示す図である。

【図１１】振動検出ロードセルの周波数特性を示す図で
ある。

【図１２】従来の振動検出ロードセルにオイルダンパが
接続された状態を示す図である。

【符号の説明】

１…振動検出ロードセル（床振動検出セル）、２…ノッ
チ部、４…歪センサ、５…計量セル、１０…床振動補償
手段、１２…起歪体、１４…固定部、１６…ビート部、
１８…錘り部、３０…減衰力調整部材（ブチルゴム）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 床に設置されてこの床の上下方向の変
   位に対応した歪みを発生する起歪体と、上記歪を検出す
   る歪センサとを備えた振動検出ロードセルであって、 上記起歪体は、上記床に支持される固定部と、上下のビ
   ーム部と、これらビーム部を介して上記固定部に支持さ
   れた錘り部とを有し、 この起歪体に、少なくともビーム部の歪発生部位に粘着
   してロードセルの振動減衰定数を増加させる減衰力調整
   部材が貼り付けられてなる振動検出ロードセル。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記振動検出ロー
   ドセルの振動減衰定数は、減衰力調整部材を有しない場
   合の２倍以上である振動検出ロードセル。
3. 【請求項３】 被計量物を計量して、その重量に対応
   した計量信号を出力する計量セルと、 この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動
   検出信号を出力する床振動検出セルと、 上記計量信号から床振動検出信号を減算して、床振動に
   起因する計量信号の誤差を補償した床振動補正済信号を
   出力する床振動補償手段とを備え、 上記床振動検出セルが、請求項１または２記載の振動検
   出ロードセルからなる計量装置。