(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右に固定部と荷重が加えられる可動部とが配置され、可動部が上下のビーム部を介して固定部に支持された起歪体と、この起歪体の前後面の一方に装着された第１荷重検出機構および他方に装着された第２荷重検出機構とを有するロードセルであって、
第１荷重検出機構は、
前記起歪体の固定部に取り付けられた基部と、この基部の上方に支点を介して支持されたてこ部と、前記基部とてこ部との間に取り付けられ、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する音叉振動子とを備え、
前記てこ部の荷重点がその下方で前記起歪体の可動部に連結されており、
第２荷重検出機構は、
前記起歪体の固定部に取り付けられた基部と、この基部の下方に支点を介して支持されたてこ部と、前記基部とてこ部との間に取り付けられ、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する音叉振動子とを備え、
前記てこ部の荷重点がその上方で前記起歪体の可動部に連結されている音叉式ロードセル。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１，第２荷重検出機構の音叉振動子のうち圧縮力を受ける音叉振動子に予め所定の引張力が付加されている音叉式ロードセル。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１，第２荷重検出機構の少なくとも一方に、両音叉振動子の変位のゼロ点が同一になるように調整するゼロ点調整機構を有する音叉式ロードセル。
【請求項４】
固定部、上下のビーム部、およびこれらビーム部を介して固定部に支持され荷重が加えられる可動部を有する起歪体と、この起歪体に装着された荷重検出機構とを有するロードセルであって、
前記荷重検出機構は、
前記起歪体の固定部に取り付けられた基部と、この基部に支点を介して支持されたてこ部と、前記基部とてこ部との間に取り付けられ、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する音叉振動子とを備え、
前記てこ部の荷重点が前記起歪体の可動部に連結されており、
前記固定部への基部の取り付け位置と、前記可動部への荷重点の連結位置とが、ほぼ同一の水平面上に設定されている音叉式ロードセル。
【請求項５】
請求項１ないし３のロードセルと、このロードセルの両荷重検出機構のそれぞれで得られた信号の差から計量値を求める計量値生成回路とを有し、基台に上記ロードセルの固定部が固定され、可動部に被計量物を支持する計量台が固定された計量装置。
【請求項６】
請求項４のロードセルと、このロードセルの荷重検出機構で得られた信号から計量値を求める計量値生成回路とを有し、基台に前記ロードセルの固定部が固定され、可動部に被計量物を支持する計量台が固定された計量装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、音叉式ロードセルおよびこれを用いた計量装置に関し、特に、その小型化、低コスト化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固有振動数で振動する音叉振動子に、外力を加えるとその外力に対応して固有振動数が高くなり、この音叉振動子に加えられる外力Ｆと音叉振動子の固有振動数ｆにおいて、およそ次の式（１）の関係が成立する。
Ｆ＝Ｃ１  ・ｆ２  −Ｃ２  （Ｃ１  ，Ｃ２  ；定数）                      （１）
このように固有振動数が変化するのは、音叉振動子の形状が変化するのではなく、振動する物体の力学的状態（外力付加状態）により変化するものであり、音叉振動子は入力に対して敏感であるので、従来から、この入力に敏感な音叉振動子を利用した荷重検出機構が微量な質量（ｍｇ単位）を高精度に測定する電子てんびん秤等の計量装置に利用されてきた。
【０００３】
また、高度な荷重検出精度を達成するためには、音叉振動子に対し所定の一方向にのみ荷重が加えられるように、音叉振動子を組み込んだ荷重付加機構を構成する必要がある。このため、別部品である２枚の板バネからなるビームを用い、これらを平行に連結するために２個の連結支持部品を用いて合計４個の部品により荷重付加機構を構成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、音叉振動子は入力に対して敏感であるので、この敏感な特性を生かすべく、これを組み込んで荷重付加機構を製作するには、上記の構成部品を精密に加工し、正確に組み立てて、微妙な調整を行うといった高度な熟練性を要していた。このため、製作が煩雑となり結合部品も必要となるので、小型化や低コスト化が困難であった。
【０００５】
そこで、荷重付加機構に一体型の起歪体を使用することが考えられるが、起歪体に組み込んだとき、音叉振動子が取り付けられる起歪体との熱膨張係数の差により、荷重検出誤差が生じる問題がある。すなわち、起歪体は、加工性，材料コスト面を考慮して、通常アルミ合金や鉄鋼を用いているが、音叉振動子は、温度によってバネ定数が変化しないようにヤング率の温度係数の小さいエリンバー等の恒弾性合金を用いている。従って、起歪体の材料の熱膨張係数が音叉振動子の材料の熱膨張係数よりも大きく、起歪体寸法の温度による変化が音叉振動子よりも大きい。このような起歪体と音叉振動子とでロードセルを構成する場合、周囲温度が変化すると両者の材料の熱膨張係数の違いによってゼロ点が変わってしまい、ロードセルのゼロ点の温度依存性（温度係数）が大きくなるので、荷重検出精度の確保が困難になる。
【０００６】
この発明は、上記の問題点を解決して、小型かつ低コストで温度変化に影響されることなく高精度を維持できる音叉式ロードセルと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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一構成に係るロードセルは、左右に固定部と荷重が加えられる可動部とが配置され、可動部が上下のビーム部を介して固定部に支持された起歪体と、この起歪体の前後面の一方に装着された第１荷重検出機構および他方に装着された第２荷重検出機構とを有するロードセルであって、
第１荷重検出機構は、前記起歪体の固定部に取り付けられた基部と、この基部の上方に支点を介して支持されたてこ部と、前記基部とてこ部との間に取り付けられ、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する音叉振動子とを備え、前記てこ部の荷重点がその下方で前記起歪体の可動部に連結されており、
第２荷重検出機構は、前記起歪体の固定部に取り付けられた基部と、この基部の下方に支点を介して支持されたてこ部と、前記基部とてこ部との間に取り付けられ、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する音叉振動子とを備え、前記てこ部の荷重点がその上方で前記起歪体の可動部に連結されている。
【０００８】
上記構成によれば、第１および第２荷重検出機構の音叉振動子の一方が引張型で他方が圧縮型となるので、両音叉振動子の周波数変化から荷重を差動型で求めることにより、周囲温度が変化した場合に、起歪体と音叉振動子の熱膨張係数が異なっていても、両者の温度変化が打ち消されるから、温度変化による影響を受けないので高い荷重検出精度を得ることができる。また、起歪体を一体型構造にしているので、小型化、低コスト化を図ることができる。
【０００９】
好ましくは、前記第１，第２荷重検出機構の音叉振動子のうち圧縮力を受ける音叉振動子に予め所定の引張力が付加されている。従って、音叉振動子の圧縮力による座屈を防止することができるので、高い荷重検出精度を確保できる。
【００１０】
また、好ましくは、前記第１，第２荷重検出機構の少なくとも一方に、両音叉振動子の変位のゼロ点が同一になるように調整するゼロ点調整機構を有している。従って、組付け後に両音叉振動子の変位のゼロ点を同一に調整できるので、音叉振動子の組付けに精密性を要せず、製作が容易になり低コスト化を図ることができる。
【００１１】
好ましくは、計量装置は、上記ロードセルと、このロードセルの両荷重検出機構のそれぞれで得られた信号の差から計量値を求める計量値生成回路とを有し、基台に前記ロードセルの固定部が固定され、可動部に被計量物を支持する計量台が固定されている。従って、計量装置の小型化、低コスト化を図ることができるとともに、微小質量を高精度に計量できる。
【００１２】
本発明の他の構成に係るロードセルは、固定部、上下のビーム部、およびこれらビーム部を介して固定部に支持され荷重が加えられる可動部を有する起歪体と、この起歪体に装着された荷重検出機構とを有するロードセルであって、
前記荷重検出機構は、前記起歪体の固定部に取り付けられた基部と、この基部に支点を介して支持されたてこ部と、前記基部とてこ部との間に取り付けられ、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する音叉振動子とを備え、前記てこ部の荷重点が前記起歪体の可動部に連結されており、前記固定部への基部の取り付け位置と、前記可動部への荷重点の連結位置とが、ほぼ同一の水平面上に設定されている。
【００１３】
上記構成によれば、固定部への基部の取り付け位置と、可動部への荷重点の連結位置とが、ほぼ同一の水平面上に設定されているので、周囲温度が変化した場合に、起歪体と音叉振動子の熱膨張係数が異なっていても、起歪体および音叉振動子は同一の水平面上の位置を基点として熱膨張するので、両取り付け位置に高さ方向の変位は生ぜず、温度変化による影響を受けないので、高い荷重検出精度を得ることができる。また、起歪体を一体型構造にしているので、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００１４】
好ましくは、計量装置は、基台に上記ロードセルの固定部が固定され、可動部に被計量物を支持する計量台が固定されている。従って、計量装置の小型化、低コスト化を図ることができるとともに、微小質量を高精度に計量できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の一実施形態に係る音叉式ロードセルの斜視図を示し、図２に、図１のロードセルを用いた計量装置の信号処理部を示す。この計量装置は、図１に示す起歪体２およびこの起歪体２に装着された荷重検出機構３（第１，第２荷重検出機構３Ａ，３Ｂ）からなる音叉式ロードセル１と、図２に示す発振回路１４，サイクルカウンタ１６，ディジタル信号処理回路（ＤＳＰ＝Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１８および引算器２０からなる計量値生成回路１５とを備え、さらに、図１の二点鎖線で示す基台Ｆに起歪体の固定部２ａが固定され、可動部２ｂに被計量物を支持する同様に二点鎖線で示す計量台Ｋが固定されている。
【００１６】
図１において、起歪体２は、前後に対称で、固定部２ａ，可動部２ｂに一体形成された取付用突部Ｔ１  ，Ｔ２  を除いて、上下にも対称な形状になっており、左右に固定部２ａと荷重が加えられる可動部２ｂとが配置され、可動部２ｂが上下のビーム部２ｃを介して固定部２ａに支持されている。左右の固定部２ａ，可動部２ｂと上下のビーム部２ｃにより囲まれた部分には４隅がそれぞれ半円球状の中空部９が形成されている。この中空部９の中央に向かって、固定部２ａから第１取付フランジ８Ａが延び、可動部２ｂから２つの第２取付フランジ８Ｂが延びており、これら取付フランジ８Ａ，８Ｂは、起歪体２の前後面から凹入した位置に形成されている。これは、各荷重検出機構３Ａ，３Ｂを起歪体２から前後方向に出張ることなくこの凹部に収納するためである。また、第２取付フランジ８Ｂの根元部は上下にえぐられて穴Ｈ２  を形成しており、起歪体２の上面および底面にそれぞれ２つ形成した中空部９に達する楕円状の穴Ｈ１  とともに、この起歪体２全体のバネ定数を小さくしている。
【００１７】
この起歪体２は、従来のように４個の構成部品により荷重付加機構を構成したものと異なり、例えばアルミ合金材料や鉄系材料で一体型に形成されたパラレログラム（平行四辺形）構造になっている。この起歪体２に荷重検出機構３を装着したロードセル１は、付加される荷重を受けて、音叉振動子６に対し、所定の一方向のみに力を伝達することになる。この荷重付加機構を一体型構造にしたことにより、荷重検出機構との組み立てが容易になり、寸法精度も機械加工時に作り込まれるので、精度の高いロードセル１を低コストで容易に製作できる。また、一体型構造のため結合部品がなくなるので、ロードセル１の小型化も図れる。
【００１８】
ところで、起歪体２を一体型のパラレログラム構造にすると、以下のような問題がある。すなわち、起歪体２は、加工性、材料コスト面を考慮して、通常アルミ合金や鉄鋼を用いているが、音叉振動子６は温度によってバネ定数が変化しないようにヤング率の温度係数の小さいエリンバー等の恒弾性合金を用いている。従って、起歪体２の材料の熱膨張係数が音叉振動子６の材料の熱膨張係数よりも大きく、起歪体寸法の温度による変化が音叉振動子６よりも大きい。例えば、起歪体２の材料がアルミ合金の場合、起歪体２の熱膨張係数は音叉振動子６の約３倍になる。このような起歪体２と音叉振動子６とでロードセルを構成する場合、温度が変化すると、両者の材料の熱膨張係数の違いによってゼロ点が変わってしまい、ロードセルのゼロ点の温度依存性（温度係数）が大きくなるので、荷重検出精度の確保が困難になる問題がある。
【００１９】
このため、この実施形態においては、第１，第２荷重検出機構３Ａ，３Ｂを、それぞれ同一形状、同一寸法で、同一外力によって同一の周波数変化を生じるように一体構造で形成し、起歪体２の前後面の一方に第１荷重検出機構３Ａを装着し、他方にこれと上下逆向きの第２荷重検出機構３Ｂを装着して、両荷重検出機構３Ａ，３Ｂを差動型にすることにより、両者の材料の熱膨張係数差によるゼロ点の温度依存性を補償している。
【００２０】
第１荷重検出機構３Ａは、起歪体２の前面側に装着されており、その基部４Ａが、起歪体の固定部２ａから延びた第１取付フランジ８ＡにネジＢ１  のような締結手段で取り付けられ、この基部４Ａの上方に支点Ｐ１  を介して、てこ部５Ａが支持されている。てこ部５Ａの荷重点Ｐ２  が、支持片７Ｂを介して、てこ部５Ａの下方位置で起歪体の可動部２ｂから延びた下側の第２取付フランジ８ＢにネジＢ２  のような締結手段で連結されている。そして、てこ部５Ａの下方に位置する音叉振動子６は、基部４Ａとてこ部５Ａとの間にそれぞれ支持片７Ａを介して取り付けられ、加えられた外力（引張力Ｆｐ  ）に応じて固有振動数が変化する。
【００２１】
第２荷重検出機構３Ｂは、点線で示すように、起歪体２の後面側に装着されている。基部４Ｂが、上記と同様に第１取付フランジ８Ａにネジ締結等で、前面のネジＢ１  締結位置のほぼ反対側の位置に取り付けられており、この基部４Ｂの下方に支点Ｐ１  を介して、てこ部５Ｂが支持されている。てこ部５Ｂの荷重点Ｐ２  が、支持片７Ｂを介して、てこ部５Ｂの上方位置で上記と同様に、上方の第２取付フランジ８Ｂにネジ締結等で連結されている。そして、てこ部５の上方に位置する音叉振動子６は、基部４とてこ部５との間にそれぞれ支持片７Ａを介して取り付けられ、加えられた外力（圧縮力Ｆｃ  ）に応じて固有振動数が変化する。すなわち、第１荷重検出機構３Ａと第２荷重検出機構３Ｂとは、起歪体２の前後面に上下逆向きに装着されている。なお、第１荷重検出機構３Ａを起歪体２の後面側に、第２荷重検出機構３Ｂを前面側に装着するようにしてもよい。また、両荷重検出機構３Ａ，３Ｂにおいて、第１取付フランジ８Ａへの基部４Ａのネジ締結位置と、第２取付フランジ８Ｂへの支持片７Ｂのネジ締結位置とは、前後面で左右方向にほぼ一致していればよく上下方向に多少ずれていてもよい。
【００２２】
図２において、各荷重検出機構の音叉振動子６は、中心軸に対称にかつ平行して設けられた２枚の振動片１０と、これらの両端部同士をそれぞれ結合する２個の結合部１１とを備えており、結合部１１の両側面にそれぞれ圧電素子１２ａ，１２ｂが接着や蒸着により取り付けられている。各圧電素子１２ａ，１２ｂは外部に設置した発振回路１４に接続されている。外力を加える前に、発振回路１４により圧電素子１２ａを励振させて２枚の振動片１０を固有振動数で発振させその固有振動数が発振回路１４に入力される。この状態で外力が加えられると、振動片１０が軸方向に加えられた外力（引張力Ｆｐ  または圧縮力Ｆｃ  ）に応じて変化した固有振動数で振動し、その固有振動数は圧電素子１２ｂから発振回路１４へ出力されて取り出される。
【００２３】
以下、この装置の動作を説明する。
まず、図１の計量台Ｋに被計量物が載せられてその荷重Ｗが加えられたときに、可動部２ｂは矢印方向に変位する。そうすると、起歪体２の前面側に装着された第１荷重検出機構３Ａの音叉振動子６には、てこの原理で上方向に荷重Ｗによる引張力Ｆｐ  が作用する。一方、図２の圧電素子１２ａは発振回路１４により励振されており、振動片１０がその引張力Ｆｐ  に応じて増加した固有振動数ｆ１  で振動すると、その固有振動数ｆ１  は圧電素子１２ｂから発振回路１４へ出力されて取り出される。
【００２４】
この固有振動数ｆ１  は、サイクルカウンタ１６に入力して、クロック入力Ｃに基づいてその周期Ｔ１  （１／ｆ１  ）によるサイクル回数がカウントされ、ＤＳＰ１８に入力される。固有振動数ｆ１  （周期Ｔ１  ）と引張力Ｆｐ  とは、上記の式（１）のＦ＝Ｃ１  ・ｆ１２−Ｃ２  （ｆ１  ＝    １／Ｔ１  ）の関係にあるので、ＤＳＰ１８の線形化手段２２により、式（１）を満たすように固有振動数ｆ１  （周期Ｔ１  ）を２乗したものと引張力Ｆｐ  とをリニアに関係させ、さらに、２段に設けたローパスフィルタのようなフィルタリング手段２４，２５によりロードセル１の固有振動数等の不要分が取り除かれる。そして、音叉振動子６の増加した固有振動数ｆ１  （周期Ｔ１  ）の２乗値に対応した引張力Ｆｐ  が引算器２０の一方の入力に出力される。
【００２５】
一方、計量台Ｋに被計量物が載せられて可動部２ｂが矢印方向に変位すると、後面側に装着された第２荷重検出機構３Ｂの音叉振動子６には、てこの原理で上方向に荷重Ｗによる圧縮力Ｆｃ  が作用する。そして、圧電素子１２ａを励振させた状態で、振動片１０がその圧縮力Ｆｃ  に応じて減少した固有振動数ｆ２  で振動すると、その固有振動数ｆ２  は圧電素子１２ｂから発振回路１４へ出力されて取り出される。次に、上記と同様に、サイクルカウンタ１６およびＤＳＰ１８を介して、音叉振動子６の減少した固有振動数ｆ２  （周期Ｔ２  ）の２乗値に対応した圧縮力−Ｆｃ  が引算器２０の他方の入力に出力される。
【００２６】
引算器２０において、第１荷重検出機構３Ａからの増加した固有振動数ｆ１  の２乗値に対応する引張力Ｆｐ  から、第２荷重検出機構３Ｂからの減少した固有振動数ｆ２  の２乗値に対応する圧縮力−Ｆｃ  を差し引きすれば、（Ｆｐ  ＋Ｆｃ  ）となる。従って、被計量物の荷重Ｗに対応した計量値として引算器２０から出力する。
【００２７】
ここで、材料の熱膨張係数の差によって生じる起歪体２と音叉振動子６の温度変化の差は、第１，第２荷重検出機構３Ａ，３Ｂを差動型にしているので、以下のように打ち消され、ロードセル１のゼロ点の温度依存性が補償される。
【００２８】
すなわち、このロードセル１の周囲温度が変化した場合、起歪体２と音叉振動子６の材料の熱膨張係数の差によってロードセル１内に熱応力が発生し、それは２個の起歪体２の前後面に装着された音叉振動子６に外力として伝達される。しかし、その外力は、２個の音叉振動子６に対し、同方向でかつ同じ大きさの力であるので、その力によるそれぞれの音叉振動子６の固有振動数の変化分と変化方向は同じになる。そこで、引算器２０により、一方の第１荷重検出機構３Ａの音叉振動子６からの変化した固有振動数に対応する力から、第２荷重検出機構３Ｂの音叉振動子６からの変化した固有振動数に対応する力を差し引くと、この温度変化による変化分は打ち消されて最終的な出力には現れない。従って、ロードセル１のゼロ点の温度依存性を十分に小さくすることができ、高精度化を図ることができる。
【００２９】
また、音叉振動子６に圧縮力Ｆｃ  を加えようとすると、座屈を起こす可能性がある。座屈を起こすと、音叉振動子６の振動モードが変化して、圧縮力Ｆｃ  と固有振動数ｆとの関係において誤差を生じるので、計量精度を確保できない。そこで、本装置においては、この座屈を起こさせないために、圧縮力Ｆｃ  が作用する第２荷重検出機構３Ｂ側の音叉振動子６に予め一定の引張力を与えるように、基部４Ａの固定部２ａへの取付位置を調節しておく。そうすると、ロードセル１に荷重が加えられた場合、音叉振動子６に加えられる圧縮力Ｆｃ  がこの引張力により緩められ、座屈を起こすような圧縮力Ｆｃ  が生じないので、音叉振動子６の座屈を防止することができる。
【００３０】
さらに、この発明では、第１荷重検出機構３Ａのてこ部５Ａの荷重点Ｐ２  が支持片７Ｂを介して第２取付フランジ８Ｂに連結する連結点近傍（第２荷重検出機構３Ｂも同様）に、二点鎖線で示したゼロ点調整機構３０を設けている。このロードセル１は差動型としているので、２個の音叉振動子６の固有振動数を差し引きしてその結果を出力する。上記のゼロ点の温度依存性を補償するためには、温度環境下における２個の音叉振動子の力学的状態、すなわち各音叉振動子６に作用している力が等しいかあるいはできるだけ近接していることが望ましい。しかしながら、起歪体２に２個の音叉振動子６を支持片７Ａを介してネジ締結等で組み付ける際に、両者に全く同じ外力を作用させるのは困難である。そこで、組み付けた後に、両者の力学的状態を同一または近接させるためにゼロ点調整機構３０を設けている。このゼロ点調整機構３０には、例えば、マイクロメータ・ヘッドのような微小変位機構が用いられる。マイクロメータ・ヘッドによる変位をバネ系を介して力に変換し音叉振動子６に入力して両者の力学的状態を同一または近接させる。これにより、組付け後に両音叉振動子６の変位のゼロ点を同一に調整できるので、音叉振動子の組付けに精密性を要せず、ロードセル１の製作が容易になり低コスト化を図ることができる。なお、バネ系を工夫して音叉振動子６の力の方向に対し直角方向の変位によって調節することにより、さらに小型化を図ることができる。
【００３１】
この計量装置により、例えば、数１０〜数１００ｍｇの重量の被計量物を、１００〜３００回／分の高速で、かつ、１／５０００〜１／１００００の高精度で計量することができる。
【００３２】
図３に、第２実施形態に係る音叉式ロードセルの斜視図を示し、図４に、図３のロードセルを用いた計量装置の構成図を示す。この装置は、起歪体２およびこの起歪体に装着された荷重検出機構３とを有する音叉式ロードセル３１と、発振回路１４、サイクルカウンタ１６およびディジタル信号処理回路（ＤＳＰ）１８からなる計量値生成回路３５とを備えている。
【００３３】
この実施形態に係る音叉式ロードセル３１は、図３に示すように、第１実施形態に係る荷重検出機構３を１つだけ起歪体２の片面に装着したものである。このロードセル３１は、起歪体２と音叉振動子６の材料の熱膨張係数の差を解決する手段として、起歪体の固定部２ａ（第１取付フランジ８Ａ）への基部４のネジＢ１  による取り付け位置と、起歪体の可動部２ｂ（第２取付フランジ８Ｂ）への荷重点Ｐ２  の支持片７Ｂを介したネジＢ２  による連結位置とを、起歪体２の底面から高さｈのほぼ同一の水平面上に設定している。このため、周囲温度により起歪体２と荷重検出機構３とが熱膨張しても、両者は相似形で拡大するのでその両取り付け位置の高さは左右で変化しない。なお、その他の構成は第１実施形態と同様であるので、その詳しい説明を省略する。
【００３４】
図３，４において、計量台Ｋに被計量物が載せられてその荷重Ｗが加えられると、起歪体２の前面側に装着された荷重検出機構３の音叉振動子６には、上方向に荷重Ｗによる引張力Ｆｐ  が作用する。この場合、温度変化があっても、上記のように荷重検出機構３を起歪体２に取り付けているので、荷重Ｗに対して引張力Ｆｐ  は正確に作用する。振動片１０がその引張力Ｆｐ  に応じて増加した固有振動数ｆ１  で振動すると、その固有振動数ｆ１  は発振回路１４へ出力されて取り出される。この固有振動数ｆ１  は、サイクルカウンタ１６に入力して、クロック入力Ｃに基づいてその周期Ｔ１  によるサイクル回数がカウントされ、ＤＳＰ１８に入力される。そして、ＤＳＰ１８の線形化手段２２により、式（１）のＦ＝Ｃ１  ・ｆ１２−Ｃ２  （ｆ１  ＝    １／Ｔ１  ）を満たすように固有振動数ｆ１  （周期Ｔ１  ）を２乗したものと引張力Ｆｐ  とをリニアに関係させ、２段に設けたローパスフィルタのようなフィルタリング手段２４，２５によりロードセル１の固有振動数等の不要分が取り除かれる。こうして、ＤＳＰ１８から被計量物の荷重Ｗに対応した計量値として出力する。
【００３５】
このように、起歪体２と音叉振動子６の材料の熱膨張係数の差があっても、固定部２ａへの基部４Ａの取り付け位置と、可動部２ｂへの荷重点の連結位置とが、ほぼ同一の水平面上にすることにより、温度変化による影響を受けないので高い荷重検出精度を得ることができる。また、この起歪体２も一体型構造にしているので、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００３６】
なお、この発明では、計量装置は静止計量を行う秤量装置に適用されているが、被計量物の重量を選別する重量選別機や組合せ計量機に適用してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
この発明の一構成によれば、第１および第２荷重検出機構の音叉振動子の一方が引張型で他方が圧縮型となるので、両音叉振動子の周波数変化から荷重を差動型で求めることにより、周囲温度が変化した場合に、起歪体と音叉振動子の熱膨張係数が異なっていても、両者の温度変化が打ち消されるから、温度変化による影響を受けないので高い荷重検出精度を得ることができる。また、起歪体を一体型構造にしているので、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００３８】
また、他の構成によれば、固定部への基部の取り付け位置と、可動部への荷重点の連結位置とが、ほぼ同一の水平面上に設定されているので、周囲温度が変化した場合に、起歪体と音叉振動子の熱膨張係数が異なっていても、起歪体および音叉振動子は相似形で熱変形するので、両取り付け位置の高さは変化せず、温度変化による影響を受けないので高い荷重検出精度を得ることができる。また、起歪体を一体型構造にしているので、小型化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る音叉式ロードセルを示す斜視図である。
【図２】上記のロードセルを用いた計量装置の信号処理部を示す構成図である。
【図３】第２実施形態に係る音叉式ロードセルを示す斜視図である。
【図４】上記のロードセルを用いた計量装置の信号処理部を示す構成図である。
【符号の説明】
１…音叉式ロードセル、２…起歪体、２ａ…固定部、２ｂ…可動部、２ｃ…ビーム部、３Ａ…第１荷重検出機構、３Ｂ…第２荷重検出機構、４Ａ，４Ｂ…基部、５Ａ，５Ｂ…てこ部、６…音叉振動子。
【図１】
0003570588.tif 000002
【図２】
0003570588.tif 000003
【図３】
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【図４】
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