JPS62299731A

JPS62299731A - 測定装置用の力感知装置

Info

Publication number: JPS62299731A
Application number: JP14246986A
Authority: JP
Inventors: ズヴイ・ミシュリボルスキイ
Original assignee: ESERUTO MORO
Current assignee: ESERUTO MORO
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1987-12-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明この発明は、秤量装置のごとき測定装置のための力感知
装置に関する。

ＩＬ行内面体に凹所を形成することにより力の弱い薄い
区分を設け、歪ゲージのごとき変形を検出するのに適し
た素子により、被秤量物体の作用下に前記区分の変形を
測定ケるようにした力感知装置は既に周知である。上３
ｃ！型式の力感知装置は、一般に、片持し支持されかつ
ブロックの隅に接近してその下面に配置された適用部域
と、前記隅と対角線方向に対向した隅に接近してブロッ
クの上面に配置された被測定力の受理部域とから成る。

実際上、被測定力の受理部域には、被秤量物体を任意の
点に載置する板が付加される。かかる物体を正確に測定
するためには、板上の物体の位置の不必要な影響を除去
する（または最小にする）のがよいことは理解されよう
。故に、かかる装置は、偏心した力により生じる曲げモ
ーメントにたいして可及的に４感性であるのがよいと考
えられる。

この目的で、種々のブロックの形態が提案されており、
フランス特許ＰＲ−２，３８６，０２４号またはヨーロ
ッパ特許Ｅ　ｌ）　−００６０７６６号に提案されたも
のは全く満足なものである。

これらの特許では、最大と最小の一定寸法（それぞれ「
長さ」およびｒ幅」と呼ばれる）を水平な平面内に配向
し、幅と長さとの中間の「高さ」と呼ばれる第３寸法を
垂直に配向した平行六面体ブ【１ツクが提案されている
。ブロックにその幅方向に種々の凹所を設けることによ
り、２本の垂直な柱が狭い帯域により水平な横方向素子
へ接続された、変形可能な平行四辺形を形成しており、
これら２本の垂直柱は、幅方向に対して垂直に撓みうる
中央の垂直な可椅性素子により、水平横方向素子間で互
いに接続されている。この中央素子は、Ｑａ心した力に
より発生する曲げモーメントを除去することを可能にす
る。適用される負荷の測定は、ビームのうちの１本を適
用部域の側の対応する柱へ接続する狭い帯域の各側に配
置されたゲージにより行われる。

いま一つの形態が米国特許第４．４３２．２４７号に提
案されており、ブロックの最小寸法（高さ）は垂直方向
に配向される。かかるブロックには幅方向に凹所が形成
され、輻方向寸法は、長さくやはり水平方向に配向され
る）よりも小さいが、高さよりも非常に大きい。かかる
凹所は、大きい寸法（幅方向）の狭い帯域を介して上方
および下方の板へ接続された２個のどっしりした水平な
柱から成る非常に偏平な下行四辺形を形成する。被秤量
物体の測定は、全体として可撓性ビームとして挙動する
かかるブロックの上方板を境を成す狭い帯域の上方に取
り付けた歪ゲージにより行われる。偏心した力により生
じる曲げモーメントに対するある程度の不感応性は、水
トな平面において人きい剛性をブロックに付与する大き
い幅により得られる。

上記各型式の凹所付き平行六面体ブロックから形成され
る力センサの感度は、その幅が増加する場合に減少し、
而して、米国特許第４、イ３２．２４７号の場合、可撓
性ビームの偏心力に対する感度が低い結果、測定感度が
低く、従って測定精度が低い、ということに注目されよ
う。

この発明は、幅方向に凹陥した平行六面体ブロックから
成り、（前記ブロックの高さよりも非常に小さい幅に起
因して）大きい感度、従ってまた高い精度、並びに、偏
心力に対ケる非常に低い感度を与え、しかも、全体の構
成が前記フランス特許Ｐ　Ｒ−２，３８６，０２４号、
更には、ヨーロッパ特許Ｅ　Ｐ〜０．０６０７６６号よ
りも簡単でありかつ容易に（低コストで）製作できる、
型式のカセンサノこ関する。

この目的のために、本発明は、長さと幅が直交水・■Ｌ
軸軸線より測定されかつ高さが垂直軸線により測定され
る一般に平行六面体のブロックから成り、かかるブロッ
クを幅方向に凹陥させるごとにより、２対の狭い帯域に
より２本のの上方および下方の水平ビームへ接続された
２本の垂直柱を形成した、型式の秤へ１装置としての力
センサであって、これらの柱の１本はブロックをベース
へ固定°４°るためのものであり、他の１本は秤量され
る負荷を収容する板へ取り付けられものであり、かかる
センサはまた、高さの方向に狭いブロックの少なくとも
１つの帯域に関連した曲げ変形に応答するようにしたも
ので、かかるブロックの特徴は、下記の組憂合わせに在
る。

−　ブロックを縮小して単一・の中央凹所を有する変形
可能な平行四辺形とし、長さよりら小さい高さを、幅よ
りも大きくするニー　撓み変形に感応する素子は、水平ビームのうちの１
本を垂直柱へ接続する２つの狭い帯域と対向したブロッ
クの実質的に平らな水平向に配置されるニー　前記感応素子を担持したビームの狭い帯域の可撓性
は、他方の水平ビートの狭い帯域の可撓性よりも高い：この発明はその組み合わけが前記文献のいずれにも記載
または暗示されない一群の特徴を提案するものであるこ
とに注目されよう。また、中央凹所を何するかかるブ「
１ブクを秤量用の力センサに用いることはこれらの文献
からすでに知られているが、これらの文献は歪ゲージを
各狭い帯域に関連させ、種々の狭い帯域が同一の可撓性
を呈するように、ブロック形態に高度な対称性を保つこ
とを一貫して提案するものであることに注目されよう。

本発明は、変形検出部材の配置並びに各種の狭い帯域の
形状と機械的特性に関して周知装置の殆どのものにより
実際に教示された対称性を放棄することを提案するもの
である。

−Ｌ方および下方のビームが同じ材料のものである場合
、かかる可撓性の差は、両ビームの狭い帯域の厚みの差
により得られる。かかる可撓性の差は、前記狭い帯域（
またはこれを設けたビーム）の幅または機械的特性の適
当な差により得ることもできる。

感応素子または部材は好ましくは上方部材に担持される
。

本発明の好適実施例において、撓み変形に感応する部材
は、可撓性であり、かつ好ましくは、例えば印刷回路板
から成るブロックの上方ビームの変形に追従すべくなし
た柔軟な回路に属する。前記感応部材は、例えば接着に
よりブロックの上面へ直接に付与するのが有利であり、
あるいは柔軟な支持層を介して接続される。前記部材は
池の周知の方法によりこのブロック上で得ることができ
る。

機械加工を簡単ならしめるために、ブロックの中央凹所
は狭い帯域と境を成しかつ長方形として配置された４矧
の小さい筒状孔を接続する中央簡抜孔により形成するの
が有利である。実際に、穿孔は特に安価な機械加工操作
であることは知られている。事実、狭い帯域、特に、上
方ビームの狭い帯域の形状は重要であり、中央凹所の残
部は全く中程度の公差で得ることができる。

本発明の有利な形態の実施例によれば、平行六面体ブロ
ックは、有利には２種類の材料から作られた２個の部品
、即ち、感応素子を担持した可撓性ブレード部分と、Ｕ
字形フレー１１とから作られる。２部分から成るこの形
態の実施例は、ブロックの製作を容易ならしめる（仮に
頭と足とを突き合わせて置かれた２個のＵ字形フレーム
を切削することにより得られ、単一のブロックの場合よ
りも金属のロスが少ない）と共に、感応素子の回りに金
属ベローのごとき密封された絶縁スリーブを固定するの
を容易ならしめる。かかる構成は、異なる性能の複数個
の可撓性ブレードを同一のフレームに装着するのを可能
にすることにおいても有利であり、かかるブレードはＵ
字形フレームへ付加することなしにある種の用途におい
て単独で使用でき、またその反面、異なる機械的特性お
よび組成を持つ複数個のＵ字形フレームの任意のものに
選択的に装着できる。

この発明の目的、特徴および利点は、添付図面に関する
以下の記載から明らかになろう。

第１図は、４で示すベースへ取り付ける適用支ト、シ部
３と、これと対角線方向に対向して被測定力を受けるべ
くなされた受理支持部５とを呈する実質的に平行六面体
の均質なブロック２がら成る力センサ！を例示する。

実際には、かかる受理支持部は、被秤量物体を支持する
だめの参照符号６で示した板を受理し固定するようにな
っている。ブロックにはこれをベース４および板６へ取
り付けるためにねじのごとき固定部材と協働するねじ７
．８が形成されている。

面記ブロックは、その大きい寸法が水平軸線Ｘ−Ｘによ
り「長さ」Ｌと呼ばれ、その小さい寸法が第１図の平面
に対して垂直な水平ｌｌ１ｌ線Ｙ−Ｙにより「幅」と呼
ばれる。このブロックは、被測定力Ｆの方向と平行な垂
直軸線Ｚ−７，により、長さよりも小さが幅よりも実質
的に大きい「高さ」と呼ばれる寸法を呈する。

ブロック２は、適用部域３に対して前直な第１垂直柱２
Ａ、受理部域５の下の第２垂直柱２Ｂ。

およびかかる柱へそれぞれ狭い帯域９Ａ、９Ｂと９０．
９Ｄを介して接続された上丁２つの水平なビーム２Ｃ，
と２Ｄから成るように、軸線ｘ−ＸおよびＹ−Ｙに対し
て垂直に幅方向に凹陥されている。軸線Ｘ　−Ｘにより
測定した上方ビーム２Ｃと境を成す狭い帯域９Ａ、９Ｂ
の厚みｃｌは、ド方ビーム２Ｄと境を成す狭い帯域９Ｃ
，９Ｄの厚みｅ２よりら小さい。而して、帯域９Ａ、９
１３の可撓性は、狭い帯域９Ｃ，９Ｄの可撓性よりも高
い。

有利には、ブロック２の中央凹所は、小半径ｒの４個の
筒状孔１２Δないし１２Ｄを接続４−る半径Ｒ１中心Ｏ
の中央筒状孔１１から成り、４個の各筒状孔は、狭い帯
域の１つを規定しており、また軸線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙと平
行な辺を持フ長方形Ｏ１，０２，０３，０４の隅に従っ
て心出しされている。

例えば、ｌ　１Ｏｘ４０ｘ２０　（単位ｍ　ｍ　）のブ
ロックにおいて、Ｒは１７．５ｍｍ、ｒは７．５ｍ　ｍ
　、狭い帯域の厚みは、ｅ　Ｉ　＝２．５ｍｍ、ｅ２＝
３．５ｍｍで、狭い帯域は軸線Ｘ−Ｘと平行に離間（距
離Ｏｆ、０２またＬｉ２Ｓ、０４）ｔ、ている。

経験によれば、良好な精度を得るには、和ｅ１→−８２
が公称値（例えば、上記の場合１．８ｍｍ）よりも大き
いことが望ましく、また　遭遇する偏心負荷に対する低
い感応性を得るには、差ｃｌ−ｅ２を０と異なる最小値
（例えば、本例の場合、０．６）よりも大きくするのが
有利である。

ブロック２の上面に最大の可撓性の狭い帯域９Ａ、９Ｂ
に対向して、かかる帯域の撓み変形に感応する感応素子
１３Ａ、１３Ｂが配置されている。

これらの感応素子は、垂直柱２Ａの上方の残部分１３Ｃ
から成る柔軟な回路１３、即ち、歪および変形に関して
中立の帯域内で接続されている。

かかる柔軟な回路１３の詳細は、ブロックの」一方区分
を示す第２図に示されている。

本発明の有利な実施例によれば、感応素子および回路１
３の残部は非常に狭い面に設けられることに注目されよ
う。

第２図の回路１３は、感度の温度ドリフトを捕ａｔべく
グリッド１５および非作用ゲージ１６Ａ。

１６Ｉ３から成る部分回路１３Ｃへ錫メッキされたワイ
ヤ１４Ａ、１４Ｂ、１４ｃ、１４Ｄを介して接続された
歪みゲージから成る感度素子１３Ａ。

１３Ｂから成る。かかる回路は、出力端子１７を有する
。

図示しない本発明の改変実施例では、非作用ゲージは、
ブロックの垂直面へ取り付けられる。

柔軟な回路１３は、導線から成る回路キャリヤ１９（印
刷回路板）を接着し、次いでグツリド１５と非作用ゲー
ジ１６Ａ、１６Ｂとをかかるキャリヤへ接着することに
より作用ゲージ１３Ａ、１３Ｂを狭い帯域９Ａ、９Ｂへ
接着することにより直接に得られる（接着帯域は第２図
の１８で示されろ）。

これらの接着部は、実際には、次いでオーブンへ入れら
れ、これら素子の圧力固定により熱的に固められる。

図示しない改変実施例では、回路！３の残部は、感応素
子＋３Ａ、１３１３（これは、例えば厚さ約１０ミクロ
ンのポリアミド層またはエポキノ層である）間に配置さ
れる。本発明の他の改変実施例によれば、部分１３Ａ、
１３Ｂ、１３Ｇは同一の連続回路に属する。

第３図は、第１図の改変形態を示すもので、ブロック２
゛の垂直柱２゛Δ、２°Ｂはブロックの残部に関して増
加した高さ２Δ）ｌを有しくかくして、ベースへまたは
板への取り付けを容易ならしめる）、また狭い帯域９°
Ａ、９°Ｂ、９″Ｃ１９°Ｄは、長方形の中央孔により
連結された小さい孔により決められる。ブロック２°は
、垂直柱に幅方向の孔２０を呈し、これによりかかる柱
を１ｉｔ記ベースまたは前記板へ取り付けることかでき
る。柔軟な回路１３°は、連続しており、ブロックの左
上隅へ延びている。

本発明の有＋１な形態の実施例によれば、本発明による
力感知器の平行六面体ブロックは、並行した製造工程で
得られるも異なる材料（金属および＼またはプラスチッ
ク、樹脂）の２個の区分から作られる。

第４図は、ブロック２１を示し、これは、狭い帯域２３
Ａ、２３Ｂを介してベースが水平ビーム２４へ接続され
た垂直柱２２Ａ、２２ＢをＨするＵ字形フレーム２２、
並びに可撓性ブレード２５から成り、このブレードは、
その両端および柱２２Ａ、２２ＢのＬ方部分に形成され
た孔と螺条２６によりねじを介してフレーム２２の上方
部分へ付加される。この可撓性ブレードには、狭い帯域
２７Ａ、２７Ｂの上方かりその間を連続的に延びた連続
回路２８が付加される。かかる回路２８には出力線が関
連せしめられる。

第５図は、２個の区分から成るブロックを一致させるこ
との利点を表す構成を示す。図において、可撓性ブレー
ド２５は、Ｕ字形フレーム２２へ効果的に取り付けられ
、フレーム２２はベース４へ付加され、可撓性ブレード
の対角線方向の反対端は被測定力Ｆの受理部域を構成す
る。

Ｍ利には、取付は手段（図示せず）により、被測定負荷
の受理部域とかかる可撓性ブレードとがフレームの柱２
２１１へ固定される。

可撓性ブレード２５の上面へ付加された回路２８は、密
封された絶縁スリーブ内に全体として配置され、ｔ）η
記スリーブはこの場合かかる可撓性バーの撓みに追従す
る金属製のベローにより構成される。前記ベローの固定
は、垂直に突出した肩３１により容易になる。ブロック
２１の残部に関してブレード２５を除去可能に装着した
ことに鑑み、軸線ｘ−Ｘによる縦方向の溶接なしにベロ
ー３０を装着することができる。

狭い帯域２７Ａ、２７Ｂの可撓性は、狭い帯域２３Ａ、
２３Ｂの可撓性よりら高い。この差は、前述のごとく、
ｅ″　Ｉをｅ”２よりも小さく選ぶことにより得られる
。ブロックが２個の部分から成る構造の利点を利用して
、Ｕ字形フレーｌ、の幅よりも小さい幅の可撓性ブレー
ドを用いたり、づ補性がより高い材料からブレードを作
ることもできる。また、狭い帯域の高さ、幅（更には、
長さ、異なる曲率半径を持つ）およびその構成材料を異
ならしめることも考えられる。

先の記載は記述的ならので限定的な意味のものでないこ
と、また当業者には本発明の範囲から逸脱することなく
本発明を種々改変できるこ、は理解されよう。特に、上
記有利な形態の実施例を組み合わせて第１図および第３
図のブロックを２個の部分から構成し、また中央凹所を
種々改変することができる。

最大可撓性の狭い帯域をブロックの下方部分に位置させ
ることができる。可撓性ブレードは、本発明によりブロ
ックの下方ビームを構成することができる。

図示の各実施例に共通する本発明の種々の特色によれば
、Ｆ記の通りである。

−中央開口は軸線Ｘ−ＸおよびＹ−Ｙと平行な水平な平
面に関して対称である。

−　中央開口は軸線Ｙ−ＹおよびＺ　−７，を含むまた
はこれと平行な横方向垂直平面に関して対称である。

−−互いに向かい合う−Ｌ下両ビームヒにそれぞれ配置
された狭い帯域は２つの平行な平面に関して心出しされ
ている。

−狭い帯域は軸線が２つの平行な平面内に対になって位
置した横方向孔により境が決められる。

−歪ゲージは軸線Ｘ−ｘと平行な対応する狭い帯域に関
して対称に配置される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による力感知器の側面図、第２図はその
拡大頂面図、第３図は第１図の感知器の改変実施例によ
る力感知器の側面図、第４図は本発明の他の実施例によ
る力感知器の斜面図、第５図は第４図の力感知器の応用
例の立面図である。２１９．ブロック、　　２Ａ、２Ｂ、、、垂直柱、２０
．２Ｄ、、、水平ビー１１、　６０１．板、９Ａ、９Ｂ
、９Ｇ、９１）、、、狭い帯域、　２１゜１．ブロック
、　　２２．、、Ｕ字形フレーム、２５、、、可撓性ブ
レード。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直交水平軸線により測定したそれぞれ長さおよび
幅と呼ばれる最大寸法と最小寸法および垂直軸線により
測定した高さと呼ばれる中間寸法を有する実質的に平行
六面体のブロックを備え、かかるブロックにはその幅の
方向に中央開口を設けて２対の狭い帯域を介して上下２
本のビームへ接続された２本の垂直な柱を有する変形可
能な平行四辺形とし、これらの柱の１本はブロックをベ
ースへ固定するためのものであり、他の１本は秤量され
る負荷を収容する板へ取り付けられものであり、水平ビ
ームの１本を垂直な柱へ接続する２つの狭い帯域に対向
したブロックの実質的に平らな水平面上に配置された撓
み変形に感応する手段を備え、前記感応手段を担持する
ビームの前記狭い帯域の可撓性は他方のビームの狭い帯
域の可撓性よりも高いようにした、秤量装置に用いる力
感知装置。
（２）前記感応手段は前記上方水平ビームにより担持さ
れた、特許請求の範囲第１項記載の力感知装置。
（３）前記撓み変形感応手段はブロックの上面へ付加さ
れた柔軟な電子回路の一部である、特許請求の範囲第２
項記載の力感知装置。
（４）前記柔軟な電子回路は、前記挟い帯域に対向した
２個の作用歪ゲージおよびホイートストンブリッジを形
成すべくこれらのゲージへ接続されかつ変形がゼロであ
るブロックの上面の一帯域と対向して配置された２個の
非作用歪ゲージ、および電源部における感度の温度ドリ
フトを補償するグッリドから成る、特許請求の範囲第３
項記載の力感知装置。
（５）２対の狭い帯域を規定する前記開口は、前記狭い
帯域と境を成す長方形として配置された４個の筒状孔を
接続する主筒状孔から形成された、特許請求の範囲第１
項記載の力感知装置。
（６）前記平行六面体ブロックは、前記感応手段と垂直
柱の上方部分とを含む可撓性ブレードと、前記可撓性ブ
レードを除去可能に接続したＵ字形フレームとから作ら
れた、特許請求の範囲第１項記載の力感知装置。
（７）前記可撓性ブレードと前記Ｕ字形フレームとは異
なる材料から作られた、特許請求の範囲第６項記載の力
感知装置。
（８）前記可撓性ブレードは、かかるブレードの快い両
帯域を外部に対して密封隔離するための変形可能スリー
ブを通って延びる、特許請求の範囲第６項記載の力感知
装置。
（９）前記可撓性ブレードは、Ｕ字形フレームの前記幅
よりも小さい幅を有する、特許請求の範囲第６項記載の
力感知装置。
（１０）高可撓性の前記狭い帯域は、前記他の挟い帯域
よりも厚みが薄い、特許請求の範囲第１項記載の力感知
装置。
（１１）中央開口は、水平な平面に関して対称である、
特許請求の範囲第１項記載の力感知装置。
（１２）中央開口は、横方向垂直平面に関して対称であ
る、特許請求の範囲第１項記載の力感知装置。
（１３）互いに向かい合う上下両ビーム上にそれぞれ配
置された前記狭い帯域は、２つの平行な平面に関して心
出しされた、特許請求の範囲第１項記載の力感知装置。
（１４）好ましくは前記狭い帯域は、軸線が２つの平行
な平面内に対になって位置した横方向孔により境が決め
られた、特許請求の範囲第１項記載の力感知装置。
（１５）前記感応手段は、長さ方向軸線と平行に、対応
する狭い帯域に関して対称に配置された、特許請求の範
囲第１項記載の力感知装置。