JPS623630A - 荷重検出用振動子 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野ｊ この発明は、秤の荷重検出手段等として用いられる荷重
検出用振動子に関する。

「従来の技術」 一般に、一端が基台に取り付けられた棒状の振動体の他
端に、この振動体の長手方向に沿って作用する圧縮力（
または、引っ張り力）を加えた場合、この圧縮力（また
は、引っ張り力）と振動体の固有振動数との間に孟よ所
定の関係が存在することが知られている。したがって、
前記振動体に、振動体を共振させる励振手段と、振動体
の振動周波数を検出する検出手段を設けることにより、
振動体に作用する荷重を検出する荷重検出手段を構成す
ることができる。

この場合、前述したような荷重検出手段において、高精
変の測定を実現するためには、振動体のＱ値を高くしな
ければならないことが知られている。

また、一般に、秤の計量皿は被計量物を載せるため、被
計量物に比べて余裕を持たせて大きくできている。この
ため、被計量物は必ずしも計量皿の中心に載せられるこ
とがなく、計量皿の中心に重心がかかるとは限らない。

実際はむしろ計量皿の中心からずれた位置に被計量物を
置いて、偏荷重の状態で計量する場合が多い。このため
、前述した振動体を重量検出手段として用いる場合、偏
荷重による曲げモーメントを直接振動体に与えないよう
にするため、ロバ−パル等の機構を介在させて垂直引っ
張り（圧縮）成分のみを振動体に伝えるように構成しな
ければならない。しかし、その際、厳密には機構部の微
妙な傾きによって、振動体は曲げ応力を受けていて、高
精度の測定には、この曲げ応力に影響されて、振動体に
均一な軸力が働かず、Ｑ値が低下し、計量精度が損なわ
れてしまう。また、振動体を秤の機構部に固定する際、
機構部の組み立て誤差に基づく中心軸のずれによる曲げ
応力の発生からも同様の影響がある。

ここで、この種の荷重検出手段としては、従来、特公昭
５９−６３６９号によって提案された、第１Ｏ図に示す
ような音叉振動子が知られている。

この図において、ｌは弦１ａ　、Ｉｂからなる振動体、
３．３は弦１ａ　、ｌｂの各端部同士を結合する結合部
であり、これら振動体ｌ及び結合部３．３によって振動
子本体２が構成されている。４は透孔４ａが形成された
固定部、Ｆは固定部４と結合部３との間を連結する連結
部であり、互いに直交する板状のフレクシャＦａとＦｂ
とから構成されている。

そして、フレクシャＦａ　、Ｆｂを設けることによって
、前述した計量皿の四隅荷重や、基台等への取り付けに
より固定部４に生じる曲げ応力が振動体１に伝達される
ことを防ぐと共に、振動体ｌと基台等との間の振動の伝
達が絶縁されるようになっている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、第１０図に示した従来の音叉振動子において
は、振動エネルギーの損失を少なくして、効率を高める
ことができるものの、未だ次のような問題点があった。

すなわち、原材料から音叉振動子を製造する工程におい
ては、板厚の薄い部分が多く非常に変形しやすい形状で
あるため、ワイヤーカット放電加工が最も適している。

しかしながら、ワイヤーカット放電加工では、前記原材
料からフレクシャＦｂとなる部分を形成した後、前記原
材料を９０度回転して、その他の部分を形成するか、ま
たはその逆の工程で形成しなければならない。この結果
、いずれかの薄肉部を加工した後に、９０度回転して取
り付は直すことは寸法精度が出ない上に、保持方法も困
難で変形を招く場合も多く、音叉振動子の計量精度を損
なうこととなってしまう。また、加工工程が非常に煩雑
であるために量産性に欠け、製造コストがかさんでしま
う。

さらに、音叉振動子の固定部４の形状が限られてしまい
、たとえば、固定部４をコ字状またはＬ字状として、そ
の端部が振動体ｌの側方まで延びるように構成すること
は、フレクシャＦｂを形成しなければならない関係上、
不可能である。

なお、ワイヤーカット放電加工に代えてエンドミルによ
って削り出す方法も考えられるが、この場合フレクシャ
Ｆａ、Ｆｂの厚みを０．１〜０．２ｍｍとすることが極
めて困難であるばかりか、研削に伴う変形及び熱による
悪影響等がある為、あまり好ましい方法ではない。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、加工
精度を向上することができ、変形や加工応力をなくし、
また荷重検出手段としての検出精度を向上させ、さらに
同一の方向からの加工によって煩雑な付は変え作業もな
くして量産性を高めつつ、計量時の四隅荷重や取り付は
誤差によって生じる曲げ応力が振動子本体に伝達されな
い構造の振動子を提供することを目的としている。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、一対の固定部と、これらの各固定部間に形
成された振動部とから成る荷重検出用振動子において、
所定の厚みを有する金属板を一方向から加工して前記固
定部および前記振動部を一体に構成すると共に、前記固
定部の、前記振動部と連結する部分近傍に前記加工方向
と同一方向の貫通孔を設け、この貫通孔によって形成さ
れた肉薄部により、前記振動部に作用する曲げ応力を吸
収するようにしたことを特徴としている。

「作用」 同一方向からの加工によって加工精度が向上するため、
変形や加工応力がなくダり荷重検出手段としての検出精
度が向上し、また同一方向からの加工によって煩雑な付
は変え作業がなくなるため、量産性が高くなり、さらに
計量時の四隅荷重や取付誤差によって生じる曲げ応力が
振動部に伝達されなくなる。

「実施例Ｊ 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の第１実施例による音叉振動子の構成
を示す斜視図である。

この図において、振動体Ｉを構成する薄板状の各弦１ａ
　、Ｉｂの両端部は結合部５によって結合され、これに
より振動子本体６が構成されている。

振動子本体６は結合部５から延びる薄板状の支持部７．
７によって支持されている。一方、８は基台及び検出対
象となる荷重を伝達する荷重伝達部材に各々取り付けら
れる固定部であり、各固定部８には弦１ａ　、ｌｂの板
面及び支持部７．７の板面と平行な長穴状の貫通孔８ａ
が各々形成されている。これにより薄肉部８ｂ　、８ｂ
が設けられ、これら薄肉部８ｂ　、８ｂを介して固定部
８と支持部７が連結されている。また、固定部８には、
貫通孔８ａと平行に取付用の取付孔８ｃ　、８ｃが各々
形成されている。

上述した構成によれば、弦１ａ　、ｌｂ、支持部７、貫
通孔８ａ、固定部８等が全て同一方向から加工でき、従
来のようにフレクシャＦａとＦｂを形成するために９０
度回転するといったような工程が必要な（なる。このた
め加工精度が向上し、変形や加工応力がなくなり、荷重
検出手段としての検出精度を向上させることができる。

また同一方向からの加工によって、さらに煩雑な付は変
え作業がなくなり、量産性が高まる。しかも、第２図（
イ）及び（口〕・に示すように、薄肉部８ｂ　、８ｂが
ねじれたり屈曲することによって、支持部７にはいずれ
の方向の曲げ応力も伝わりにくくなる。したがって、支
持部７を介して振動子本体６に一様に応力が伝達される
ため、Ｑ値の低下を摺くことが少ない。また、固定部８
と振動子本体６との間の振動の絶縁に関しても、肉薄部
８ｂ　、８ｂを設けたことで、第１Ｏ図に示した従来の
音叉振動子以上に効果的に振動エネルギーの損失を小と
することができる。

ここで、薄肉部８ｂ　、８ｂについて、もう少し詳しく
述べると、四隅荷重や、固定する際の機構部の組立誤差
に基づく中心線のずれによって支持部７に曲げ応力が生
じる。たとえば、第３図に示したような場合には、たま
たま曲げ応力が支持部７の面方向の曲げ応力であり、支
持部７がこの曲げ応力に対し屈曲して、この曲げ応力を
吸収し、振動子本体６には影響を与えない。しかしなが
ら、多くの場合は支持部７を屈曲させる方向の応力では
なく、支持部７の軸方向に直角な断面のいずれか片側が
強い応力を受け、他側が弱い応力を受けている。この場
合、支持部７の不均一な応力は振動子本体６にも同様に
伝達され、不均一な応力状態での振動となり、明確な共
振点を得られない。

すなわち、Ｑ値が低下して、荷重の検出精度が低下して
しまう。また、ボルトによる締め付は力によっても同様
なことがいえる。また第１０図に示したようにフレクシ
ャＰａ　、Ｆｂを設けた音叉振動子においても、フレク
シャＦａ　、Ｆｂの面方向の曲げ応力に対してはフレク
シャＦａ　、Ｆｂが屈曲して曲げ応力を吸収できるが、
たとえば、これらに対し４５度の角度に曲げ応力が働い
た場合は、それぞれのフレクシャＦａ　、Ｆｂに不均一
な内部応力が生じ、振動体ｌがこの影響を受けて、Ｑ値
の低下を招く結果となる。

これらに対して、上述した第１実施例による振動子にお
いては、貫通孔８ａを設け、これにより形成された薄肉
部８ｂ　、８ｂによって固定部８と支持部７との間を連
結したので、前記曲げ応力や締め付は応力に対し、薄肉
部８ｂ　、８ｂがねじれたり、屈曲したりして、応力を
吸収し、振動子本体６は影響を受けない。

次に、上述した第１実施例の各部の変形例について説明
する。第４図（イ）は振動体１を構成する各弦１ａ　、
ｌｂに各々肉厚部１１ａ　、１　ｌｂを設けた場合を示
している。また、第４図（ロ）は振動体ｌを一対の固定
部８．８の間に単体の薄板によって構成した場合を示し
ている。また、第５図（イ）〜（ヌ）は固定部８に形成
される貫通孔８ａの形状の各種変形例を示している。

次に、上述した第１実施例による振動子を適用した秤の
構成について、第６図（イ）及び（ロ）を参照して説明
する。

第６図（イ）及び（ロ）において、１５は４本の脚１６
．１６　　・によって水平に支持された基台であり、こ
の基台１５の下面には固定部材１７が取り付けられ、こ
の固定部材１７には上述した第１実施例による振動子２
０の下側の固定部８がボルト２１．２１によって締め付
は固定されている。また基台Ｉ５の下面には薄板状の一
対の板金刃２５ａ、２５ａを介してＴ字状の下側リンク
２４の基端側両端部が各々取り付けられており、これに
より下側リンク２４の先端側端部が上下方向へ揺動自在
となっている。

一方、基台１５の上面には、この上面と平行に板体２６
が螺子部材２７．２７及びナツト２８　。

２８によって固定されている。この板体２６には前記下
側リンク２４と同一形状のＴ字状の上側リンク２９の基
端側両端部か一対の板金刃２５ｂ、２５ｂを介して各々
取り付けれられており、これにより上側リンク２９の先
端側端部が上下方向へ揺動自在となっている。下側リン
ク２４及び上側リンク２９の揺動自在な各先端側端部に
は主金３０の下端部及び上端部が板金刃　２５ｃ及び板
金刃２５ｄを介して各々取り付けられており、主金３０
の上端部には取付金具３７を介して計量皿３１が取り付
けられている。また基台１５の上面と前記板体２６の間
にはレバー３２が配置され、このレバー３２は一対の板
金刃２５ｅ、２５ｅを介して基台１５に取り付けられ、
板金刃２５ｅ、２５ｅを支点として揺動自在となってい
る。レバー３２の一端部は主金３０に形成された開口部
３０ａから突出し、薄板状のリボン３３を介して主金３
０と連結されている一方、レバー３２の他端部には音叉
振動子２０の上側の固定部８がボルト３４．３４によっ
て締め付は固定されている。

なお、図において符号３５は防振材である。

上述した秤の構成を簡略化して示せば第７図に示す通り
である。

すなわち、板金刃２５ａ〜２５ｄによって相互に連結さ
れた基台１５（図示路）、下側リンク２４上側リンク２
９及び主金３０によってロバ−パル機構が構成されてお
り、計量皿３１に被計量物が載置されると、主金３０が
下方へ移動すると共に、リボン３３が下方へ移動し、こ
れに伴って、レバー３２がその支点となる板金刃２５ｅ
を中心として回動し、つまりレバー３２の一端部が引き
下げられると共に、レバー３２の他端部が引き上げられ
、これにより音叉振動子２ｏに対して、前記被計量物の
重量に対応した引っ張り力が作用する。

この場合、音叉振動子２０には、この音叉振動子２０を
共振させる励振手段（図示路）と、音叉振動子２０の振
動周波数を検出する検出手段（図示路）が設けられてお
り、これにより、被計量物の重量が・測定されるように
なっている。

なお、板金刃２５ａ〜２５ｅの代わりに平行四辺形の上
下の辺の両端近傍に凹状の起歪部を持つロバ−パル式の
起歪体を用いても良い。

次に、この発明の第２実施例について、第８図（イ）及
び（ロ）を参照して説明する。第８図（イ）及び（ロ）
において、上述した第１実施例と異なる点は、固定部８
をコ字状またはＬ字状とし、この固定部８の各端部か振
動子本体６と平行に、かつ振動子本体６の側方まで延び
るように形成した点である。そして、取付孔８ｃ　、８
ｃ・・は振動子本体６の中央部において、これと直交す
る仮想線Ｓに沿って固定部８の各端部に各々形成されて
いる。

これらの構成によれば、上述した第１実施例よりも、さ
らに振動エネルギーの損失を小とすることができる。す
なわち、弦１ａと１ｂの形状が音叉振動子６の長手方向
の中心軸に対して正確に対称な形状であれば、弦１ａと
１ｂは対称的に振動し、この際、弦１ａ　、ｌｂの振動
によって結合部５に生じる曲げモーメントは互いに打ち
消し合う。

しかしながら、実際には弦１ａと１ｂの各形状を正確に
対称に形成することは困難であり、したがって、結合部
５には弦１ａと１ｂの被対称性に起因して曲げモーメン
トＭｘ（第８図（イ）参照）が交互に発生し、固定部８
には架空点Ｋを中心とした微小な偶力が作用する。した
がって、上述した第１実施例のように、固定部８の取付
孔８ｃ　、８ｃの間の距離が第８図（イ）にｅで示すよ
うに狭いと、前記偶力が固定部８に大きく作用し、これ
により振動子本体６の振動エネルギーが固定部８とこの
固定部８が取り付けられる部材との間、及び固定部８と
取り付は用ボルトとの間における微少な繰り返し運動と
なって消耗されてしまう。一方、上述した第２実施例の
ように、固定部８の取付孔８ｃ。

８ｃの間の距離が第８図（イ）にＬで示すように広いと
、固定部８に作用する偶力が小さくなり、微少な繰り返
し運動による振動エネルギーの損失量が減少する。

また、上述した第２実施例においては、第１実施例と比
較して、固定部８自体の質量が大であるため、前記曲げ
モーメントＭｘ及び振動子本体６の振動によって交互に
発生ずる力Ｆｘ（第８図（イ）参照）に対する慣性力が
強まり、したがって、振動エネルギーの外部への流失を
有効に絶縁することができる。

さらに、上述した第２実施例によれば、外周温度が変化
して、振動子本体６がその長手方向に沿って伸縮した場
合、固定部８の端部が前記振動子本体６の長手方向に沿
って、かつ前記振動子本体６と逆方向に伸縮するので、
これらの伸縮量が相殺され、これにより外周温度が変化
した場合においても、取付孔８ｃ　、８ｃ・・の位置が
常に仮想線Ｓ上に維持される。したがって、上述した第
２実施例による振動子を、第６図（イ）及び（ロ）に示
した秤に適用した場合、外周温度の変化に伴う秤のスパ
ン及び零点の変化を極めて小とすることができる。

ここで、外周温度の変化に伴う秤のスパン及び零点の変
化について、第９図を参照して説明する。

まず、音叉振動子２０及びリボン３３を同じ熱膨張係数
の鋼材によって構成し、また基台１５（図示路）、下側
リンク２４　、上側リンク２９　及び主金３０を同じ熱
膨張係数のアルミ材によって構成する。また、音叉振動
子２０及びリボン３３の長さを共にＱｔｓとし、外周温
度が所定の温度だけ上昇した場合、音叉振動子２０及び
リボン３３がΔり。

だけ膨張し、レバー３２の支点がΔＱ、たけ上方へ移動
したとする。この場合、基台１５　、下側リンク２４　
、上側リンク２９及び主金３０は同一材料なので、ロバ
−パル機構として見た場合の互いに向かい合う各辺の間
の平行関係は崩れない。そして、外周温度が上昇すると
各構成要素は熱膨張により図に一点鎖線で示す状態とな
り、計量皿３１の位置が上方へ移動する。この場合、各
板金刃２５ａ〜２５ｅの部分を、たとえばベアリングに
よって構成したとすると、音叉振動子２０に作用する張
力は変化せず、したがって、秤のスパン及び零点は変化
しない。しかし、ベアリングにはある程度のガタが存在
し、計測精度が阻害されてしまうため、板金刃２５ａ〜
２５ｅを使用せざるお得ず、この場合、板金刃２５ａ〜
２５ｅの板厚は衝撃に耐え得るように、ある程度厚いも
のを使用しなければならない。そして各板金刃２５ａ〜
２５ｅの板厚が厚い場合においては、各板金刃２５ａ〜
２５ｅに、計量皿３１を下げようとする方向の反力が生
じ、この反力が音叉振動子２０を引っ張る方向へ作用し
、この結果、音叉振動子２０に作用する張力が変化して
秤のスパン及び零点が変化してしまう。

つまり、上述した構成の秤の、外周温度の変化に伴うス
パン及び零点の変化は、音叉振動子２０自体の伸縮によ
る影響と各板金刃２５ａ〜２５ｅの反力の作用によって
発生する。したがって、第８図（イ）、（ロ）に示した
音叉振動子を使用することにより、音叉振動子の伸縮が
起因となって生じる秤のスパン及び零点の変化を除去し
、さらにその上で、リボン３３のを基台１５を構成する
アルミ材の熱膨張係数に近い材質によって構成し、リボ
ン３３にレバー３２・の支点の上昇分Δｇ、と同じ伸縮
量が生じるようにすることによって、外周温度の変化に
よる影響をほとんど受けない高精度な秤を構成すること
ができる。

なお、上述した第１実施例による振動子を恒弾性材料に
よって構成して、所定の熱処理を施すことにより、振動
子自身の共振周波数を変化させることができ、外周温度
が変化した際に振動子が伸縮することによって生じる固
有振動数の変化を相殺させ、これにより振動子に対する
外周温度の変化に伴う影響を極めて小とすることができ
る。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、一対の固定部
と、これらの各固定部間に形成された振動部とから成る
荷重検出用振動子において、所定の厚みを有する金属板
を一方向から加工して前記固定部および前記振動部を一
体に構成すると共に、前記固定部の、前記振動部と連結
する部分近傍に前記加工方向と同一方向の貫通孔を設け
、この貫通孔によって形成された肉薄部により、前記振
動部に作用する曲げ応力を吸収するようにしたので、次
に述べるような効果を奏することができる。

■振動部と、支持部と、固定部と、貫通孔とが全て同一
方向により加工できるため、加工精度が向上し、加工の
際の変形や、加工応力の発生もなく荷重検出手段として
の検出精度を向上させることができ、また煩雑な付は変
え作業がなく、量産性を高めることができる。

■薄肉部がねじれたり屈曲したりすることによって、振
動部にはいずれの方向の曲げ応力も伝わりにくくなり、
固定部と振動部との間の振動の伝達が絶縁され、振動エ
ネルギーの損失を小とすることができる。

■薄肉部が緩衝作用を有しているので、外部から加わる
衝撃に対する許容度が大であり、破壊される恐れが極め
て少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例による振動子の構成を示
す斜視図、第２図（イ）及び（ロ）は同実施例の動作を
説明するための斜視図、第３図は同実施例において貫通
孔８ａが形成されていない場合の動作を説明するための
図、第４図（イ）及び（ロ）は同実施例の振動子本体の
変形例の構成を示す斜視図、第５図（イ）〜（ヌ）は同
実施例の貫通孔８ａの変形例の構成を示す斜視図、第６
図（イ）及び（ロ）は同実施例が適用される秤の構成を
示す平面図及び一部切欠正面図、第７図は第６図に示し
た秤を簡略化して示した基本構成図、第８図（イ）及び
（ロ）はこの発明の第２実施例による振動子の構成を示
す正面図、第９図は第６図に示した秤の外周温度の変化
に伴う各部の伸縮状況を説明するための図、第１Ｏ図は
従来の振動子の構成を示す斜視図である。 １・・・・振動体、ｌａ　、ｌｂ・・・・・弦、５・・
・・・・結合部、６・・・・振動子本体、７・・・・・
・支持部、８・・・・・・固定部、８ａ・・・・・貫通
孔、８ｂ・・；・・・薄肉部、８ｃ・・・・・取付孔。 第１図 第２図 ｒ 第８図 第５図 第７図 スｌ 第９図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一対の固定部と、これらの各固定部間に形成された
   振動部とから成る荷重検出用振動子において、所定の厚
   みを有する金属板を一方向から加工して前記固定部およ
   び前記振動部を一体に構成すると共に、前記固定部の、
   前記振動部と連結する部分近傍に前記加工方向と同一方
   向の貫通孔を設け、この貫通孔によって形成された肉薄
   部により、前記振動部に作用する曲げ応力を吸収するよ
   うにしたことを特徴とする荷重検出用振動子。 ２）前記振動部を１枚の薄板によって構成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷重検出用振動子
   。 ３）前記振動部を、一対の薄板状の弦と、前記各弦の両
   端部間を各々結合する結合部と、前記各結合部と前記各
   固定部間を各々連結する薄板状の支持部とによって構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷重
   検出用振動子。