JPS6212459B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 はりに加えられた力を特に計量スケールでひず
みゲージを用いて測定することは当業者には既知
である。

或る場合には荷重は、例えば米国特許第
2598812号に示す如くＶ形支承部と協働するはり
上のナイフエツジによつてはりに加えられる。本
発明が特に関係するその他の場合には、荷重は、
はりに切頭円錐形孔を形成し、例えば1977年５月
５日米国出願の米国特許第794058号に記載したプ
ラツトフオーム形式の計量スケールにより示す如
く荷重に間接的に連結した部材により前記孔の側
面に対して引抜力を加えることにより加えられ
る。

後者の形式の装置又は、荷重が片持ばり中の孔
の側面を通して間接的に加えられる如きトルク測
定装置の如き任意の装置を用いた場合の１つの困
難性は、この仕方で荷重を加えるのに用いる方法
が不正確性をもたらすことにある。その理由は、
ひずみがはりの有効長さに正比例しかつ長さの任
意の変化がひずみ又は伸びに影響を与えるからで
ある。それ故もし荷重を加える方法がはりの有効
長さを変化させるならば、例えば計量スケール又
はトルク測定装置に設ける結果として生じる測定
量は不正確になる。

本発明によれば、荷重曲げによる伸びを測定す
るために片持ばり式はり上に取付けたひずみゲー
ジを含む装置に於て、荷重付加手段は前記はりの
外端に隣接した荷重はり中の孔内に取付けた球状
又は半球状ボールを含み、前記球状又は半球状ボ
ールの側面が前記孔の側面に掛合するようになし
ており、更に次の点に特徴を有する、即ち前記球
状又は半球状ボールはその底から曲率中心まで垂
直孔をもち、荷重ケーブルは前記孔を通して前記
球状又は半球状ボールの中心にその曲率中心で連
結されて、はりの有効長さが荷重下で実質的に一
定に留り、任意の与えられた力又は荷重について
球状又は半球状ボールの任意の回転にも拘らずひ
ずみ又は伸びに直接影響するはりの長さに有効な
変化が生じないように構成したことを特徴とす
る。

本発明は球状又は半球状ボールの下部に案内部
材を追加して、荷重ビーム中の孔又はソケツト内
のボールの回転を、ボールの下半分が荷重ケーブ
ルに接触せずかつはりの有効長さが所定荷重の下
で一定に留る程度に制限することができるように
することを意図している。

以下、本発明を図に基いて実施例について詳述
する。

第１，２，５図を参照すれば、図示のプラツト
フオーム形計量スケールは下記の構成(a)乃至(i)を
包含する即ち (a) 垂直に可動の計量プラツトフオーム２を上に
取付けた水平配置した台１、前記台は前記プラ
ツトフオームを越えて延びる第２図に示す如き
延長部３をもつ； (b) 前記台１の延長部上に取付けた垂直配置した
栓４、前記栓は中空台部分５をもつ； (c) 前記プラツトフオーム２と共に作用するよう
に前記台上に取付けた、図示していない慣例形
式の計量機構；前記計量機構は前記プラツトフ
オーム２上に置いた荷重により前記計量機構の
作動に応答して動くレバー６を含み、前記レバ
ー６は第５図に示す如く前記栓の下の区域に前
記計量機構から延びている； (d) 前記栓４の中空部分内に取付けた荷重はり； (e) 前記レバー６を荷重連結部材９に連結する先
端鉄部材８を含む連結手段、前記部材９は取付
具１１に取付けた結合ケーブル１０に連結した
内孔をもつ、取付具１１は半球状部分１２（第
９図参照）をもち、その側面は前記荷重はりを
プラツトフオーム２上に置いた荷重に応答して
数分の１インチ（約25.4mm）移動させるため荷
重を前記レバー６から伝達するように荷重はり
７中の円錐状開口１４の内表面１３（第１２図
参照）に掛合する； (f) 上部ひずみゲージ１５と下部ひずみゲージ１
６、これらは前記荷重はりの反対側に取付けら
れ、好適にはゲルマニウム又は他の半導体材料
のワイヤからなり、前記ワイヤは樹脂質被覆又
はその他任意の手段を用いて荷重はり７の上下
の表面に夫々固着している； (g) 第８図に示す如き計数式電圧計１７； (h) 前記計数式電圧計１７にひずみゲージ１５か
らの電気出力を接続するワイヤ１８，１９；及
び (i) 第１図に示す如きヨーク２２により支持した
ハウジング２１内に取付けた読出しメータ２
０、前記読出しメータは重量単位で測定量を示
すため前記計数式電圧計１７と作用的に組合わ
せている。

計数式電圧計１７は取換え可能のモジユールで
あり、このモジユールは摺動スイツチを含み、該
スイツチは摺動ノブ２３から操作することがで
き、かつ表示区域２４にポンドでL.E.D信号によ
る重量を示すためにオフ位置から左側位置へ移動
して回路を閉じ、又表示区域２４にキログラムで
重量を示すために回路を閉じるべく右側位置に移
動することができる。調節ノブ２５はゼロ電位調
節器２６を介してゼロ電位を調節すべく回転でき
る（第８図）。必要な回路は図示していない回路
板にすべて取付けている。読出し機構の構造は本
発明部分を成すものではない。

第２〜５図を参照すれば、荷重はり７は荷重は
り支持体２９と荷重はりクランプ３０間にボルト
２７，２８を用いて締着していることが判る。荷
重はり支持体２９は台１に３１と３２の個所で溶
接している。止め部材３３は台１に34の個所で溶
接している。図示の如き荷重はり７は上下側面と
平らに配列しており、かつ横部分３５をもち、該
部分は概して長方形をなしかつ部材２９と３０間
に締着している。外端３６は自由になつている。
荷重はり７の側面は締着端と自由端間の中間区域
で３７と３８の個所でテーパを付されており、ひ
ずみゲージ１５，１６はテーパ付き区域の中心に
配置し、かくして先端鉄部材８、部材９、ケーブ
ル１０及び半球状部材１２を経てレバー６から自
由外端に隣接した所に加えられる応力は荷重はり
を通じて実質的に均一となる。

図示の実施例では、栓４は中空台部分５の頂部
３９に載置し、かつ図示しないスペードねじ
（spade screw）を用いて台１に定着する。該ね
じは栓４の側面に溶接されかつ任意手段で台１に
緊締される。栓４と中空台部分５の構造、及びこ
れらをお互に定着する手法は本発明部分を成すも
のではない。

ひずみゲージ１５と１６は荷重はり７の表面
に、そのはりが荷重を受けて曲がるときに引張ひ
ずみ（伸び）を感知するように１つを上にそして
はり外表面の圧縮ひずみ（圧縮）を感知するよう
に１つを下にして結合され、それらのゲージは第
８図に示す如く半ブリツジの回路に使用して、荷
重はりが曲がるときに長さ及び横断面積の変化に
より生ずるひずみゲージ中の抵抗の変化を電子的
に感知する。好適には半導体ひずみゲージが使わ
れるが、その理由は慣例の金属ゲージに比して感
度が高いからである。

回路板（図示せず）を含む電子ユニツトはひず
みゲージ用の励磁電流を供給し、又比例アナログ
信号を数値に変換して計数式読出し部に表示する
ために必要な回路を有する。又それは読みをキロ
グラム又はポンドに変換する手段と、スケール目
盛り定めするための及び電位差計を用いてゼロ又
は風袋を電子的に調節するための手段を備える。

荷重はり７は好適にはステンレス鋼で作り、プ
ラツトフオーム２上の400ポンド（約181.44Kg）
までの計量のための全ふれ（deflection）は好適
には最大0.01インチ（約0.254mm）（10ミル）とす
る。前述の如く、荷重はりのテーパ部３７，３８
は荷重はり応力を全体に与えるのを助ける。ゲル
マニウムひずみゲージは好適には30ミル長さで５
ミル厚さとし、120オーム又は350オームの抵抗値
をもつ。全リード線はひずみゲージに点溶接さ
れ、ひずみゲージは適当な樹脂によつて荷重はり
に結合される。

台１内の計量機構からの減少比は400ポンド
（約181.44Kg）最大重量について10：１であり、
該ユニツトは６ボルト直流で作動する。かくして
0.1ポンド（約45.36ｇ）の計数又は傾度について
の電流変化は計数当りに20マイクロポンドであ
り、荷重はりは計数当りに100万分の１インチ
（約25.44mm）の1/10移動する。

第８図中の配線図は自明であると信ずる。６ボ
ルト直流バツテリーの如き電源からの電流又は交
流120ボルト出力に接続した整流器からの電流は
２個の半ホイートストンブリツジ回路を経てひず
みゲージ１５，１６へ、それ故出力線路１８を経
て計数式読出しユニツト中の計数式電圧計１７に
流れ、前記ユニツトで信号が記録され、表示され
る。ゼロ電位は読出しユニツト中の回路を経て慣
例手法でノブ２５により２６で調節される。重量
単位は摺動スイツチノブ２３を左又は右に動かす
ことによりポンド又はキログラムの何れかで表示
することができる。

本発明の臨界的部分は第９図に示す荷重はりの
外端に隣接する荷重付加手段の構造にあり、これ
は半球状部分１２と、上方に延びる軸部４０と、
下方に延びる軸部４１をもつ取付具１１からな
る。上方へ延びる軸部４０はケーブル１０に定着
し、下方へ延びる軸部４１はパイロツト部として
作用し、該取付具の回転を制限する。第１０図の
横断面に示す如く、取付具１１は孔４２をもち、
この孔は取付具の底から半球状部分１２の幾何学
的中心４３へ延びる。ケーブル１０は孔４４内に
プレス嵌めして定着し、孔４２を通して下方へ延
びる。しかしすべての実際的目的のため、それは
固定されかつ幾何学的中心４３から移動すること
ができるに過ぎない。もしケーブル１０が例えば
ボール又は球の外表面に締着されると、ボール又
は球の回転は荷重アームの有効長さを或る量だけ
変化することができて、ひずみゲージ軸線で測つ
たひずみが有効長さの僅かな変化に起因して変化
して、これにより加えられた力の量が同じままで
あるけれども異なつた重さを指示する如くなる。
他方、ケーブルを半球部材１２の球半径の幾何学
的中心に（又はボール又は球の幾何学的中心に）
取付けることにより、半球状部材（又はボール又
は球）の回転はケーブルが孔４２の側面に接触し
ない限り狭い限界内で荷重はりの有効長さを変化
させない。更に、パイロツト部分４１を半球状部
分１２に付加することにより、そのソケツト内の
半球状部分（ボール又は球）即ち円錐表面１３の
回転は、ボールの下半分がケーブルに接触せずか
つ荷重はりの有効長さが一定に留る程度に制限さ
れることができる。ケーブル１０の下端は任意の
適当手法により、例えば先端鉄部材８中の内ねじ
すじ付き孔に掛合するねじすじ付き部分４５をも
つ連結部材９により定着され、かくして計量プラ
ツトフオーム２に加えられた任意荷重は、ねじ４
６により先端鉄部材８に緊締された長てこ６を含
む慣例のてこ系統を経て伝達される如くなる。先
端鉄部材８に加わる下向き引張力は連結部材９、
ケーブル１０及び半球状部分１２に下向き引張力
を加え、これは次いで荷重はり７を数分の１イン
チ（約25.44mm）だけ変位させ、これにより生じ
た平均ひずみは第８図に関して説明した電子系統
を経てひずみゲージ１５，１６により測定され
る。荷重はり７と先端鉄部材８間のこの可撓性連
結組立体は精密な測定量を保証する。

本発明を実施する最良の方式では、孔４２は直
径がほゞ3/32インチ（約2.38mm）であり、半球状
部分１２は幾何学的中心での直径がほぼ9/32イン
チ（約7.14mm）である。半球状部分１２の頂部か
ら案内部分４０の底部までの距離はほゞ3/16イン
チ（約4.76mm）である。

先端鉄部材８は好適には第１３，１４，１５図
に示す如き構造をもち、平行側面４７，４８の底
開口４９，５０，５１をもち、これらの開口はケ
ーブル組立体と長アームてこを先端鉄部材に緊締
する手段を受け入れるのに用いる。

荷重はり７は好適には５２，５３の個所で切欠
かれており（第６，７図参照）、切欠き５４と５
５の側面は中心線の両側に15゜をなし、内曲り５
６はほぼ0.063インチ（約1.6mm）半径で彎曲して
いる。孔１４の側面１３は好適にはほゞ82゜の角
度をなす。開口１４中の垂直距離はほゞ1/64イン
チ（約0.40mm）である。

第１６図は本発明の今１つの実施例を示す。こ
の場合、部材５８を経て加えられるトルクは第
９，１０図に関して説明したものに一致するケー
ブル組立体６２を経て台６３に連結した片持ばり
荷重はり６１のひずみゲージ５９と６０により測
定される。前述の形式の電子読出し機構に連結し
たときひずみゲージにより測定されるひずみは任
意の予定単位でのトルク測定量を与えることにな
る。

本発明及びその多くの利点は以上の説明から完
全に理解されるだろう。本発明は本発明の精神と
範囲を逸脱することなしに又その利点を失うこと
なしに、本発明の種々の部分の形状、構造、配置
に多くの変更をなし得ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の１つを示す計量スケ
ールの、一部切除した正立面図、第２図は上部を
除いた、第１図の実施例の平面図、第３図は第
１，２図に示す装置の１部の詳細図で、荷重はり
用の支持手段の構造を示すもの、第４図は90゜の
角度回わした状態で示す、第３図に相当する図、
第５図は第１，２図に示す実施例の、１部切除し
た側面図、第６図は第１図の上部に示す形式の計
数式読出し機構に電気接続部により連結したひず
みゲージを示す荷重はりの上平面図、第７図は第
６図に示す荷重はりの底平面図、第８図はひずみ
ゲージと計数式読出し計器を電気エネルギー源に
接続する電気回路を示す配線図、第９図はプラツ
トフオーム計量スケールの長アームてこから荷重
を第５図に示す片持ばり式荷重はりに連結するた
めに使用するケーブル組立体の立面図、第１０図
は荷重を受取るための孔と半球状部分をもつ連結
部材の垂直断面図で、前記孔の下部は半球状部材
の彎曲中心から前記部材のパイロツト部分の底ま
で拡大している状態を示すもの、第１１図は第
６，７図に示す片持ばり式荷重はりの切欠き部分
を詳細に示す図、第１２図は第６，７図の片持ば
り式荷重はりの断面図で、その側面に第９，１０
図に示す構造の半球状部分を経て荷重を加えられ
る如くなつているものを示すもの、第１３図は第
５図に示す計量スケールの長アーム部材を第９図
に示すケーブル構造に連結する先端鉄部材の詳細
端面図、第１４図は第１３図の先端鉄部材の上平
面図、第１５図は第１４図に示す先端鉄部材の中
央縦断面図、第１６図は本発明を他の形式のトル
ク測定に用いる方法を示す図である。 １……台、２……計量プラツトフオーム、３…
…延長部、４……栓、５……中空台部分、６……
レバー、８……先端鉄部材、９……荷重連結部
材、１０……結合ケーブル、１１……取付具、１
２……半球状部分、１３……内表面、１４……円
錐状開口、１５……上部ひずみゲージ、１６……
下部ひずみゲージ、１７……計数式電圧計、１
８，１９……ワイヤ、２０……読出しメータ、２
１……ハウジング、２２……ヨーク、２３……摺
動ノブ、２４……表示区域、２５……調節ノブ、
２６……ゼロ電位調節器、２７，２８……ボル
ト、２９……荷重はり支持体、３０……荷重はり
クランプ、３７，３８……テーパ部、３９……頂
部、４０，４１……軸部、４２，４４……孔、４
３……幾何学的中心、４７，４８……平行側面、
４９，５０……底開口、５４，５５……切欠き、
５６……内曲り、５９，６０……ひずみゲージ、
６１……片持ばり荷重ばり、６２……ケーブル組
立体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷重曲げによる伸びを測定するために片持ば
   り式はり上に取付けたひずみゲージを含む装置に
   於て、他端を自由になした状態で前記はりを一端
   が支持する手段、前記はり上のひずみゲージ、前
   記はり中の孔を含む前記はりの自由端に隣接した
   手段、前記孔の側面に掛合する側面をもつ前記孔
   内に取付けられた球状又は半球状ボール、曲率中
   心に至る前記ボールの中の垂直孔、前記ボールの
   幾何学的曲率中心で一端で連結された前記孔内の
   荷重ケーブル、前記ケーブルの他端に緊締した手
   段、及び前記荷重はりに荷重を加えて、ひずみが
   荷重はりの有効長さに正比例するようになす手段
   の組合せを含むことを特徴とする装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置に於て、前記ボ
   ールは外方へ延びる案内部をもち、前記案内部は
   前記ボールの回転を制限して、該ボールの下半分
   が前記ケーブルに接触しないようにすることを特
   徴とする装置。 ３ 特許請求の範囲１記載の装置に於て、前記装
   置は計量スケールであることを特徴とする装置。 ４ 特許請求の範囲１記載の装置に於て、前記装
   置はトルク測定装置であることを特徴とする装
   置。