(57)【要約】ここに開示しているのは、モジュール型荷重計測セル（２）である。このモジュール型荷重計測セル（２）は、荷重トランスデューサ（２０）とメモリモジュールとを備えている。前記荷重トランスデューサ（２０）には、荷重ないし温度に起因して発生する該荷重トランスデューサ（２０）の状態変化を計測する複数のセンサ（２８、２９）が装備されており、前記メモリモジュールには、該モジュール型荷重計測セル（２）に関する補償用データが格納されている。前記荷重トランスデューサ（２０）には、前記メモリモジュールと少なくとも１つのコンバータ回路とを備えた回路モジュール（２４）が、構造的及び熱的に連結されている。前記コンバータ回路は、前記複数のセンサから出力されるアナログ信号を変換するものである。
2005526966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量器などに用いるモジュール型荷重計測セル（２）であって、荷重トランスデューサ（２０）とメモリモジュール（２４５）とを備え、前記荷重トランスデューサ（２０）には、荷重ないし温度に起因して発生する該荷重トランスデューサ（２０）の状態変化を計測する複数のセンサ（２８、２９）が装備され、前記メモリモジュール（２４５）には、該モジュール型荷重計測セル（２）に関する補償用データが格納されているモジュール型荷重計測セル（２）において、
前記荷重トランスデューサ（２０）には、回路モジュール（２４）が、構造的及び熱的に連結されており、
前記回路モジュール（２４）は、前記メモリモジュール（２４５）と、前記複数のセンサ（２８、２９）から出力されるアナログ信号を変換するための少なくとも１つのコンバータ回路（２４３、２４４）と、コネクタ部（２４２）とを、該回路モジュール（２４）の構成要素として含んでおり、前記コネクタ部（２４２）を介して、前記メモリモジュール（２４５）と前記コンバータ回路（２４３、２４４）とが個別にプロセッサモジュール（５０１）に接続可能とされている、
ことを特徴とするモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項２】
前記回路モジュールの構成要素は、前記メモリモジュールを別にすれば、その大部分がセンサと同様にアナログ信号を取り扱うところの回路部品である請求項１記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項３】
前記複数のセンサ（２８、２９）から出力される、前記荷重トランスデューサ（２０）に作用する荷重の大きさを表すアナログ信号と、前記荷重トランスデューサ（２０）の温度を表すアナログ信号とに夫々が対応した、例えばパルス幅変調信号ｐｗｍ１、ｐｗｍ２などの形態の夫々のデジタル信号を生成する、２つのコンバータ回路（２４３、２４４）を備えている請求項１又は２記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項４】
前記回路モジュール（２４）が、前記荷重計測セル（２）から離れた位置に配設されて前記荷重計測セル（２）との間に良好な断熱性を有するプロセッサモジュール（５０１）に、ケーブル（５００）を介して接続可能とされており、前記プロセッサモジュール（５０１）は、前記メモリモジュール（２４５）から前記補償用データを読出して、前記少なくとも１つのコンバータ回路（２４３、２４４）から出力される前記デジタル信号に対して、補償のための信号処理を施すところのモジュールである請求項１、２、又は３記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項５】
前記回路モジュール（２４）が、例えばプリント回路板などの、配線パターンを形成したフレキシブル基板またはリジッド基板を備えている請求項１乃至４の何れか１項記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項６】
前記回路モジュール（２４）が、金属製部材（２３）に取付けられており、該金属製部材（２３）が、前記荷重トランスデューサ（２０）に取外し可能に取付けられており、前記回路モジュール（２４）の前記基板の少なくとも一部が、該金属製部材（２３）に接触している請求項５記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項７】
前記荷重トランスデューサ（２０）が、例えば計測用の平行四辺形リンク機構などとして構成された変形可能ボディ部（２０７）を備えており、該変形可能ボディ部の弾性変形可能な部分に、少なくとも１個の、そして好ましくは４個の、歪みゲージの形態のセンサ（２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢ）が装備されており、それらセンサが、少なくとも１本のフレキシブルリボンケーブル（２２Ｔ、２２Ｂ）を介して前記回路モジュール（２４）に接続されており、そして、前記回路モジュール（２４）において、それらセンサが互いに接続されて、好ましくはブリッジ回路の形態の計測用回路を構成している請求項１乃至６の何れか１項記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項８】
前記複数のセンサ（２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢ）に接続している好ましくはプリント法によって前記フレキシブルリボンケーブル（２２Ｔ、２２Ｂ）に形成されるところの複数本の配線パターンの寸法を、前記複数のセンサ（２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢ）の夫々の端子に接続しており場合によっては複数の部分パターン（２８１ＴＦ、２８２ＴＦ、２８３ＴＦ；２８１ＴＢ、２８２ＴＢ、２８３ＴＢ；……）から成ることもある導電経路の全てが、少なくとも近似的に互いに等しい抵抗値を持つような寸法にしてある請求項７記載のモジュール型荷重計測セル（２）
【請求項９】
前記複数のセンサ（２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢ）が、少なくとも２本の個別に設けられたフレキシブルリボンケーブル（２２Ｔ、２２Ｂ）を介して前記回路モジュール（２４）に接続されている請求項７又は８記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項１０】
前記複数のセンサ（２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢ）に接続している前記複数本の配線パターンが、前記複数のセンサ（２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢ）のうちの２個以上のセンサにより共通して利用される部分（２８１ＴＦ、２８１ＴＢ、２８１ＢＦ、２８１ＢＢ）を備えるようにすることで、前記回路モジュール（２４）上のコネクタ端子（２４１−１、２４１−２、……）の個数を低減した請求項７又は８記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項１１】
前記複数のセンサにとっての基準温度となる平均温度を有する箇所に、温度検出器として構成されたセンサ（２９）が配設されている請求項１乃至１０の何れか１項記載のモジュール型荷重計測セル（２）。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れか１項記載のモジュール型荷重計測セル（２）を備えたことを特徴とする計量器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の、計量器に用いるモジュール型荷重計測セルに関する。本発明は更に、請求項１２の前提部分に記載した種類の、モジュール型荷重計測セルを備えた計量器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子天秤などの計量器は、荷重トランスデューサを用いた荷重計測セルを備えており、その荷重トランスデューサは、多くの場合、その一端が、支持構造として機能する計量器のハウジングに結合され、その他端が、計量皿（秤量皿など）を担持した計量皿担持部材に結合されている。そして、計測すべき荷重は、計量皿担持部材を介して荷重トランスデューサへ導入される。荷重トランスデューサの形態には様々なものがある。それらのうちでも特に広く採用されているのは、弾性変形可能なボディ部をもってコア部としたもの、即ち、荷重補償機構を備えたものであり、その種のものでは、通常、電磁石の電流を制御して発生させる釣合荷重を、レバー機構を介して荷重トランスデューサに作用させるようにしている。
【０００３】
その具体例の１つとして、例えばドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報に記載されている荷重トランスデューサがある。この荷重トランスデューサは、ヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報では「反力発生ブロック」ないし「荷重担持ブロック」と称されている。この荷重トランスデューサは、弾性変形可能なボディ部を備えており、この変形可能ボディ部は、荷重トランスデューサの全体のうちのハウジングに対して固定される部分（荷重支持部）と、荷重が導入される部分（計量皿担持部材が結合される部分であって、荷重導入部）とを連結している。この荷重トランスデューサは、通常は、変形可能ボディ部と荷重支持部との間、並びに、変形可能ボディ部と荷重導入部との間に、横方向に延在する溝を備えており、それら横方向の溝は、変形可能ボディ部の、他の部分からの構造的な分離度を高める機能を果たしている。また、変形可能ボディ部において、導入された荷重によって発生した変形量を、複数のセンサで計測するようにしており、それらセンサは歪みゲージとすることが好ましいとされている。
【０００４】
また、変形可能ボディ部は、計測用の平行四辺形リンク機構として構成することが好ましいとされている（これについては、例えば、ヨーロッパ特許公開第EP 0 511 521 A1号公報などを参照されたい）。
【０００５】
更に、複数の歪みゲージによって、計測量を表すアナログ信号を発生させるようにしており、それら歪みゲージは、互いに組合せてブリッジ回路を構成することが好ましいとされている。通常は、そのアナログ信号をコンバータ回路によってデジタル信号に変換し、その変換後のデジタル信号に対して更に信号処理を施すようにしている。複数の歪みゲージを組合せて構成するブリッジ回路の基本構造については、例えば、「U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 11th edition, first reprint, Springer Verlag, Berlin 1999」の第１２４２頁〜第１２４３頁などに記載されている。
【０００６】
ヨーロッパ特許公開題EP 0 319 176 A号公報には、荷重トランスデューサと、この荷重トランスデューサに取付けられたコンバータ回路及び信号処理回路とを備えた計量器が記載されている。それら荷重トランスデューサ、コンバータ回路、及び信号処理回路は、同一容器内に封入されている。その信号処理回路は、電気コネクタを介して、計量器のその他の構成要素の電子回路に接続されている。また、その信号処理回路は、荷重印加部材に作用する荷重を表すデジタル値を生成するデジタル値生成部と、少なくとも１つの補償係数を適用してそのデジタル値に補正を加えるデジタル値補正部と、補正を加えたデジタル値を出力するデジタル値出力部とを含んでいる。この構成によれば、荷重トランスデューサを封入した容器の全体を、１つのユニット、即ちモジュールとして取り扱うことができ、そのモジュールに対して較正を施せば、後は、そのモジュールを計量器に取付けるだけでよい。しかしながら、この構成には不都合な点があり、それは、アナログ信号及びデジタル信号に対する信号処理を実行する様々な回路部品が、荷重トランスデューサに非常に近接して配置されていることである。そのため、それら回路部品が放散する熱の影響を低減することが非常に困難であり、その結果、複雑な温度補償を行わうことを余儀なくされている。更に、この種の荷重トランスデューサには、製作コストが高くつくという問題や、故障したときには、回路部分も含めてユニット全体を交換しなければならないという問題も付随している。
【０００７】
上述したヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報に記載されている荷重計測セルには、計測信号をデジタル信号に変換した後にそのデジタル信号に対して更に信号処理を施すために、メモリモジュールが装備されている。そして、そのメモリモジュールに、当該荷重計測セルに関するデータを格納しておき、そのデータに従って計測信号に補正を施すようにしている。
【０００８】
計測信号に対して施す補正は、例えば英国特許第GB 1 462 808号公報などに記載されているように、主として、その計測信号の誤差を修正するために行われており、計測信号の誤差の発生要因には、例えば、特性が非線形であること、ヒステリシス現象が存在すること、温度の影響を受けること、それにクリープが発生することなどの要因がある。計測信号に補正を施すために必要な較正用データ及び補償用データは、製造工場において、計測セルの製造工程の一環として、所定の計測試験を実行することにより取得し、その取得したデータを、メモリモジュールに格納するようにしている（これについては、上述したドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報を併せて参照されたい）。
【０００９】
上述したヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報に記載されているモジュール型荷重計測セルにおいては、補償用データを格納したメモリモジュールを、ローカル回路板から分離させて、荷重トランスデューサに取付けてあり、それによって、歪みゲージから成るブリッジ回路、温度センサ、荷重印加部材、及びメモリモジュールの４つの構成要素を１つにまとめたモジュール型ユニットを構成している。また特に、補償用データ及び補正係数の値が、同じく荷重トランスデューサに取付けた温度センサが出力する計測信号に応じて決定されるようにしている。その温度計測のための方法並びに構成は、上述した「U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 11th edition, first reprint, Springer Verlag, Berlin 1999」の第１２２４頁〜第１２３１頁に記載されている方法並びに構成と同様のものである。
【００１０】
更に、このヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報に記載されているモジュール型荷重計測セルにおいては、ローカル回路板にＡ／Ｄコンバータ及びプロセッサが搭載されており、このローカル回路板を荷重トランスデューサから断熱してある。そして、荷重トランスデューサに取付けたメモリモジュールを、フレキシブルリボンケーブルを介して、このローカル回路板に接続している。
【００１１】
このように、４つの構成要素を１つにまとめてモジュール型ユニットとしているため、計量器の保守／修理作業が、極めて容易となっている。即ち、モジュール型荷重計測セルが故障したときには、そのモジュール型荷重計測セルとローカル回路板との間の接続を外して、故障したモジュール型荷重計測セルを交換すればよい。同様に、ローカル回路板が故障したときにも、そのローカル回路板を交換することができ、いずれの場合にも、計量器の再較正作業は不要であり、従って、再較正作業のために計量器を工場へ送り返す面倒がない。
【００１２】
しかしながら、このモジュール型荷重計測セルでは、荷重トランスデューサに取付けたメモリモジュールを、フレキシブルリボンケーブルを介してローカル回路板に接続するようにしたことで、余分な製作コストが必要とされている。また更に、動作中にメモリモジュールが発生する熱が、荷重トランスデューサに影響を及ぼすおそれがあり、信号に補償を施す際には、このことも考慮に入れなければならない。
【００１３】
また、荷重計測セルをモジュール型ユニットとして構成することに関しては、モジュール型荷重計測セルを計量器に取付けるだけで、既に較正が良好になされた状態にあるようにすることが望まれる。更にこの点に加えて、計量器の精度を向上させ、補正しなければならない計測誤差を小さくし、それによって、より高精度の較正を可能にすることが求められている。
【特許文献１】ドイツ特許公開第DE 199 39 633 A1号公報
【特許文献２】ヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報
【特許文献３】ヨーロッパ特許公開第EP 0 511 521 A1号公報
【特許文献４】英国特許第GB 1 462 808号公報
【特許文献５】ヨーロッパ特許公開第EP 0 319 176 A2号公報
【非特許文献１】U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 11th edition, first reprint, Springer Verlag, Berlin 1999
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って本発明の目的は、計量器に用いる改良したモジュール型荷重計測セルを提供すること、並びに、かかるモジュール型荷重計測セルを装備するのに適した計量器を提供することにある。
【００１５】
特に、低コストで製造でき、より高い較正精度が得られるモジュール型荷重計測セルを提供することが求められている。また更に、そのように改良した荷重トランスデューサを装備することのできる計量器を提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以上の目的は、本発明によれば、請求項１に記載した特徴を備えたモジュール型荷重計測セルと、請求項１２に記載した特徴を備えた計量器とによって達成されている。また、その他の請求項は、本発明の特に有利な実施の形態を記載したものである。
【００１７】
本発明に係るモジュール型荷重計測セルは、荷重トランスデューサとメモリモジュールとを備えている。荷重トランスデューサには、荷重ないし温度に起因して発生するこの荷重トランスデューサの状態変化を計測する複数のセンサが装備されている。メモリモジュールには、このモジュール型荷重計測セルに関する補償用データが格納されている。特に本発明によれば、メモリモジュールと、アナログ信号であるセンサ信号を変換するための少なくとも１つのコンバータ回路とを備えた回路モジュールを、荷重トランスデューサに近接させて荷重トランスデューサに構造的に連結することで、荷重トランスデューサとの間で熱伝達がなされるようにしている。
【００１８】
コンバータ回路を１つしか備えない場合には、そのコンバータ回路を、荷重計測を実行していないときに、温度センサのアナログ信号を変換するために使用するようにすればよい。
【００１９】
好ましい構成は、回路モジュールに搭載する回路部品を、温度や湿度などの環境要因によって影響を受ける回路部品だけにするというものである。これに関して特に重要であるのは、センサと同様にアナログ信号を取り扱うところの回路部品である。これによって、計測信号に影響を及ぼす環境要因に対する、荷重トランスデューサの様々な構造部分の依存性と、それら回路部品の依存性とが、共に考慮されることになる。更には、メモリモジュールに格納する補正係数の値も、回路部品に対する温度依存性を有する影響を考慮に入れたものとする。更にその他の回路部品を回路モジュール上に配設することも考えられ、例えば、コンバータ回路の全体のうちのデジタル信号を扱う部分の回路部品などが考えられるが、そうすることが必要なわけではなく、なぜならば、デジタル信号を扱う部分の回路部品によって生成された信号は、補償を必要としないからであり、却って、それら回路部品の発する熱が、悪影響を及ぼすおそれがある。
【００２０】
本発明に係るモジュール型荷重計測セルの構成は幾つもの利点を有するものである。先ず、メモリモジュールを回路モジュール上に配設したことで、メモモジュールを荷重トランスデューサに接着することを不要とすると共に、メモリモジュールと回路モジュールとの間をケーブルで接続することも不要としている。この構成によれば、メモリモジュールが熱を放散することによる荷重トランスデューサに対する局所的な温度の影響も払拭している。
【００２１】
本発明に係るモジュール型荷重計測セルによって高い較正精度が得られるのは、次の理由によるものである。
（ａ）上述したメモリモジュールの温度の影響などによる外乱そのものが小さいこと。
（ｂ）アナログ信号である計測信号に処理を施す回路モジュールに起因する計測値の誤差が補償されること。
（ｃ）複数の歪みゲージを相互に接続して計測用のブリッジ回路を構成しているケーブルの導線の抵抗値が変動しても、それによって計測値の誤差が発生しないこと。
（ｄ）補正係数として使用する荷重トランスデューサの温度の実効平均値を高精度で計測できること。
【００２２】
回路モジュールと荷重トランスデューサとを近接させて配置することで、それらを熱的に連結したため、両者が熱的平衡状態となり、荷重トランスデューサが部分的に高温になるという不都合が回避される。そのため、温度補償を行う際に、荷重トランスデューサの温度変動によって発生する計測値の誤差ばかりでなく、アナログ信号に対する信号処理を行う回路モジュールの温度変動によって発生する計測値の誤差も補償することができ、しかもそれら両方の誤差をただ１個の温度センサを用いて補償することができる。更に、本発明の構成によれば、回路モジュールの回路部品として、安価な回路部品を使用することができ、特に、温度による抵抗値の変動率の大きな抵抗器を使用することが可能であることから、コストを低減することができる。
【００２３】
工場で適正に較正を施したモジュール型荷重計測セルは、新規に製造する計量器などの計測システムに組込む場合にも、また、既存の計測システムの荷重計測セルと交換する形で組込む場合にも、単に組込むだけで、その計量器などの計測システムは、適正に較正が施された状態になる。これが可能であるのは、メモリモジュールに格納されている補償用データは、例えばクリープ、ヒステリシス、非線形性、等々の、荷重トランスデューサの構造部分に存在し得るあるゆる欠陥と、例えば温度、気圧、湿度、等々の、回路モジュールを含めた荷重トランスデューサの全体に影響を及ぼし得るあらゆる環境要因とを、考慮に入れたものだからである。
【００２４】
コンバータ回路は、上述した「U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 11th edition, first reprint, Springer Verlag, Berlin 1999」の第１０５６頁に記載されている動作方式のものとすることが好ましく、なぜならば、その動作方式は、低コストのコンバータ回路で実現しすることができるからである。また、その動作方式は、簡明な回路構成で実現できるため、放散する熱量レベルを低く抑え得るという利点も得られる。好適な構成例においては、コンバータ回路が、デジタル信号処理を実行するプロセッサモジュールにそのまま入力させることのできる、バイレベルのパルス幅変調信号を生成する構成としている。これによって、このカウント方式のコンバータ回路に必要とされるカウンタモジュールを、プロセッサモジュールの内部に構成できるようにし、それによって、回路モジュール上の回路の規模を更に小さなものとすることができるようにした。
【００２５】
熱の悪影響を回避するために、デジタル信号処理を実行するプロセッサモジュールは、荷重計測セルから高度に断熱した構成とした。これによって、荷重トランスデューサに結合している回路モジュールの過熱の度合いが低減されるため、荷重トランスデューサの温度勾配を小さく抑えることができる。
【００２６】
回路モジュールは、例えばプリント回路板などの、配線パターンを形成したフレキシブル基板またはリジッド基板を備えたものとするのがよく、その基板を介して、回路モジュールと荷重トランスデューサとの間の熱的平衡が達成されるようにするのがよい。また、回路モジュールが、金属製部材に取付けられており、その金属製部材が、例えば組付ネジなどにより荷重トランスデューサに取外し可能に取付けられており、回路モジュールの基板の少なくとも一部が、その金属製部材に接触しているようにするのがよく、そうすることによって、良好な熱伝達が行われるようにすることができ、また、電磁遮蔽の機能も得られる。尚、回路モジュールを金属製部材に取付ける方法は、スナップ式止着具、クランプ、組付ネジ、等々の、適宜の手段を用いればよい。
【００２７】
荷重トランスデューサの変形可能ボディ部は、例えば計測用の平行四辺形リンク機構などとして構成され、変形可能領域である複数の薄肉部に夫々に歪みゲージを装備したものである。好適な構成例では、それら歪みゲージが、少なくとも２本のフレキシブルリボンケーブルを介して回路モジュールに接続されており、そして、回路モジュールにおいて、それらセンサが互いに接続されてブリッジ回路を構成している。歪みゲージは、例えば応力に応じて抵抗値が変化する素子で構成されたものであり、それらを接続する複数の配線は、プリント法によってリボン状のフレキシブル基板上に形成された配線パターンとすることが好ましく、また、それら配線の寸法は、ブリッジ回路の節点と歪みゲージの端子とを接続しており場合によっては複数の部分パターンから成ることもある導電経路の全てが少なくとも近似的に互いに等しい抵抗値を持つような寸法にしてある。温度の変動により発生する導電経路の抵抗値の変化が互いに相殺するため、たとえ動作中に温度変動が発生しても、荷重トランスデューサに荷重が作用していないときには常に、ブリッジ回路は平衡状態にある。歪みゲージを接続してブリッジ回路を構成している配線パターンは更に、荷重トランスデューサとの間で熱的に連結した状態とすることが好ましく、そうすれば、温度の変動によって発生する抵抗値の変動が、全ての配線パターンにおいて互いに等しくなる。
【００２８】
歪みゲージに接続している配線パターンの部分パターンは、回路モジュールに接続する手前で、計測用ブリッジ回路の接点において互いに接続するようにすれば、回路モジュール上のコネクタ端子の必要個数を低減することができる。
【００２９】
回路モジュールは、荷重トランスデューサのうちのハウジングの固定部に対して固定する部分に取付けることが好ましい。これによって、動作中に発生する荷重トランスデューサの温度勾配を、荷重トランスデューサの長手方向に沿ったものとすることができる。このようにした場合には、荷重トランスデューサの特性に関与する温度を判定する適当な１つの方法として、計測用ブリッジ回路を構成している複数のセンサの夫々の温度の間の平均値を表す温度レベルの箇所に、温度センサを取付けるという方法を採用することができる。変形可能ボディ部が平行四辺形リンク機構である前述した構成例においては、その平行四辺形機構の上辺リンク部と下辺リンク部とのいずれか一方のリンク部の中点に、温度センサを装備するようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しつつ、本発明について更に詳細に説明して行く。添付図面は荷重計測セルの１つの実施の形態を示したものであり、この荷重計測セルは、計測用の平行四辺形リンク機構として構成された変形可能ボディ部を備え、センサとして歪みゲージを使用したものである。ただし、図示した実施の形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、図示したものとは異なる構成の荷重計測セルにも適用可能である。
【００３１】
図１及び図２は、本発明に係るモジュール型荷重計測セル２を示した図である。荷重計測セル２には、複数の組付ネジ３６を介して固定取付部材３が結合され、また、複数の組付ネジ４６を介して計量皿担持部材４が結合されている。荷重計測セル２は、複数のセンサ２８、２９を装備した荷重トランスデューサ２０と、回路モジュール２４とで構成されており、回路モジュール２４には、補償用データを格納したメモリモジュール２４５と、アナログ信号である計測信号を変換するための少なくとも１つのコンバータ回路２４３、２４４とが搭載されている（図５を併せて参照されたい）。
【００３２】
図３に示した好適な実施の形態に係る荷重トランスデューサ２０は、計測用の平行四辺形リンク機構として構成された変形可能ボディ部２０７を備えており（図３の２０’を参照のこと）、この平行四辺形リンク機構は、上辺リンク部２７０１と、下辺リンク部２７０２とを備えている。変形可能ボディ部２０７は、荷重トランスデューサ２０の荷重支持部２０８と荷重導入部２０６との間を延在してそれらを接続している。尚、荷重支持部２０８とは、荷重トランスデューサ２０の全体のうちの、計量器のハウジングに対して固定される部分である。変形可能ボディ部２０７の構造的な分離度を高めるために、この変形可能ボディ部２０７と、固定取付部材３が結合される荷重支持部２０８との間、並びに、この変形可能ボディ部１０７と、計量皿担持部材４が結合される荷重導入部２０６との間に、横方向に延在する溝２０９を形成してある。変形可能ボディ部２０７を形成している平行四辺形リンク機構の節点に相当する４箇所の部分には、夫々に薄肉ヒンジ部が形成されており、それら薄肉ヒンジ部に歪みゲージ２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢを貼着してある。各々の薄肉ヒンジ部の曲げ変形量が最大になる位置を、図中に屈曲軸心ａＴＦ、ａＴＢ、ａＢＦ、ａＢＢで明示した。それら屈曲軸心は、平行四辺形リンク機構の動作平面に対して垂直に延在している。
【００３３】
更に、変形可能ボディ部２０７の上辺リンク部２０７１には、温度補償を行うために必要な温度センサ２９を貼着してある。図示した実施の形態の構成によれば、変形可能ボディ部２０７に発生する温度勾配は、この変形可能ボディ部２０７の長手方向に沿った温度勾配となるため、温度センサ２９によって計測される温度は、変形可能ボディ部１０７の温度の平均値を表すものとなる。この温度の平均値に基づいて、温度の変動により引き起こされる計測値の誤差を補正することによって、その誤差をより高い精度をもって補正することができる。
【００３４】
歪みゲージ２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢは、２本のフレキシブルリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂを介して回路モジュール２４に接続されている。フレキシブルリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂは、リボン状のフレキシブル基板の表面にプリント法によって複数の配線パターンを形成したものとすることが好ましい。荷重トランスデューサ２０には、取付ネジ２３１によって、折曲形状の金属板部材２３が取付けられている。回路モジュール２４はこの金属板部材２３に搭載されており、この金属部材板２３を介して、回路モジュール２４と荷重トランスデューサ２０との間で良好な熱伝達が行われるようにしてある。より詳しくは、良好な熱伝達が行われるようにするために、金属板部材２３の平板状部分２３２に、回路モジュール２４の基板を接触させるようにして搭載してあり、ここでいう回路モジュール２４の基板とは、例えば回路基板などである。
【００３５】
変形可能ボディ部の上面に貼着した一対の歪みゲージ２８ＴＦ、２８ＴＢと、下面に貼着した一対の歪みゲージ２８ＢＦ、２８ＢＢとを、夫々に回路モジュール２４に接続している２本のフレキシブルリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂ（図４参照）の好適な構成例については、後に更に詳細に説明する。
【００３６】
本発明に係るモジュール型荷重計測セル２が提供する種々の利点については、既にその幾つかを説明した。上述したヨーロッパ特許公開第EP 0 670 479 A1号公報に記載されている構成とは異なり、本発明によれば、メモリモジュール２４５（図５参照）を、回路モジュール２４上に直接搭載することができるため、メモリモジュールを荷重トランスデューサに直接取付けずに済み、また、メモリモジュールの接続のためのケーブルを備える必要がない。また、後に更に詳細に説明するように、回路モジュール２４と荷重トランスデューサ２０との間で、良好な熱伝達が行われるようにしてあるため、荷重トランスデューサ２０の温度の変動により発生する計測値の誤差と、回路モジュール２４の温度の変動により発生する計測値の誤差とをまとめて、ただ１つの温度計測値に基づいて補償することが可能となっている。従って、本発明に係るモジュール型荷重計測セル２は、工場で較正を施したならば、新規に製造する計量器に組込む場合にも、また、既存の計量器の荷重計測セルが故障したために、その計量器の使用現場において、それと交換する形で組込む場合にも、組込み後に較正をし直す必要がない。また、回路モジュール２４の温度の変動によって発生する計測値の誤差も含めた、モジュール型荷重計測セル２の全体としての誤差が補償されるため、いずれの場合にも、計量器は最適な精度を備えたものとなる。
【００３７】
図５は、回路モジュール２４のモジュール構造の好適な構成例を示したブロック回路図である。図示した回路モジュール２４は、コネクタ端子ブロック２４１及びリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｔ’、２２Ｂを介して、歪みゲージ２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢと温度センサ２９とに接続されており、また、コネクタ端子ブロック２４２及び別のリボンケーブル５００を介して、プロセッサモジュール５０１に接続されている。プロセッサモジュール５０１は更に、表示部５０２とインターフェースモジュール５０３とに接続されている。プロセッサモジュール５０１は、計量器の内部に収容されているが、回路モジュール２４から離れた位置に配設されており、これによってこれら２つのモジュール５０１、２４の間の熱的な連結を断っている。そのため、プロセッサモジュール５０１が発生する熱が、本発明に係る荷重計測セル２に悪影響を及ぼすということは殆どない。
【００３８】
回路モジュール２４は、２つのコンバータ回路２４３、２４４を備えている。それらのうち第１コンバータ回路２４３は、歪みゲージ２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢで構成されたブリッジ回路から得られるアナログ信号をバイレベルのパルス幅変調信号ｐｗｍ１に変換するものであり、また、第２コンバータ回路２４４は、温度センサ２９から得られるアナログ信号をバイレベルのパルス幅変調信号ｐｗｍ２に変換するものである。変換されたそれら信号ｐｗｍ１、ｐｗｍ２は、リボンケーブル５００を介してプロセッサモジュール５０１へ供給され、このプロセッサモジュール５０１において、それら２つの信号ｐｗｍ１、ｐｗｍ２に対して、更に信号処理を施すようにしている。尚、計量器の電源を投入した後には、メモリモジュール２４５から必要な補償用データを読出して、電源投入によって発生した計測誤差を補正するようにしておくことが好ましい。
【００３９】
図５は更に、２本のフレキシブルリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂの好適な構成例を示しており、それらフレキシブルリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂは、回路モジュール２４と、変形可能ボディ部の上面に貼着されている一対の歪みゲージ２８ＴＦ、２８ＴＢ、及び下面に貼着されている一対の歪みゲージ２８ＢＦ、２８ＢＢとを相互に接続し、それら歪みゲージによってブリッジ回路を構成するものである。
【００４０】
フレキシブルリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂは、その各々に、複数本の配線パターンが形成されており、それら配線パターンはプリント法によって形成することが好ましい。また、それら配線パターンの寸法は、ブリッジ回路の節点と歪みゲージ２８ＴＦ、２８ＴＢ、２８ＢＦ、２８ＢＢの端子とを接続しており場合によっては複数の部分パターン２８１ＴＦ、２８２ＴＦ、２８３ＴＦ；２８１ＴＢ、２８２ＴＢ、２８３ＴＢ；……から成ることもある導電経路の全てが、少なくとも近似的に互いに等しい抵抗値を持つような寸法にしてある。
【００４１】
このようにすることが重要であるのは、歪みゲージ２８ＢＦ、２８ＢＢと比べて、歪みゲージ２８ＴＦ、２８ＢＦの方が、回路モジュール２４からの距離が遠く、従って、それら歪みゲージに接続する導電経路の方が、より長くなるからである。導電経路が長いことによって、その導電経路の抵抗値が大きくなるのを回避するための補償方法としては、導電経路が長いほど、その導電経路の断面積を大きくするという方法を用いることが好ましい。これによって、温度の変動により発生する、ブリッジ回路を構成している複数の導電経路の夫々の抵抗値の変動が、互いに相殺するため、動作中にどれ程大きな温度変動が発生しても、荷重トランスデューサに作用する荷重が変動しない限り、ブリッジ回路の平衡点ないしバイアス点が移動することはない。
【００４２】
図５に示した回路構成では、フレキシブルリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂの各々において、２本ずつの配線パターンを、節点Ｋ１、Ｋ２で接続して１本の配線パターンにまとめてあり、これによって、回路モジュール２４上のコネクタ端子の必要個数を、８個から、６個のコネクタ端子２４１−１、２４１−２、２４１−３、２４１−４、２４１−５、２４１−６に低減している。また、一方では、構成を簡明にするために、互いに完全に分離した２本のフレキシブルリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂを使用していることから、２本ずつの配線パターンを、別々のコネクタ端子２４１−２、２４１−３、２４１−４、２４１−５を介して回路モジュール２４へ引き込んだ上で、この回路モジュール２４上において節点Ｋ３、Ｋ４で接続するようにしている。
【００４３】
図６は、回路モジュール２４上に設けられた、アナログ信号であるセンサ信号を変換するためのコンバータ回路２４３、２４４の、好適な構成例を示した図であり、図示したコンバータ回路は、「U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 11th edition, first reprint, Springer Verlag, Berlin 1999」の第１０５６頁〜第１０６２頁に記載されているカウント法に基づいて動作するものである。
【００４４】
図６の構成では、スイッチ３０１が周期的に切り替わることにより、キャパシタ３０５が、第１期間には充電され第２期間には放電する動作を反復するようにしてあり、その充電時に流入する電荷量と放電時に流出する電荷量とはバランスする。また、同様に、スイッチ４０１が周期的に切り替わることにより、キャパシタ４０５が、第１期間には充電され第２期間には放電する動作を反復するようにしてあり、その充電時に流入する電荷量と放電時に流出する電荷量とはバランスする（電荷バランス法）。また当然のことながら、充電時に流入し放電時に流出する電荷量は、入力信号の大きさに応じて、従って計測量に応じて変化する。そのため、キャパシタ３０５ないし４０５の充電期間及び放電期間の長さも、それに応じて変化する。そして、キャパシタ３０５ないし４０５が、第１期間に入力信号によって充電されることから、そのキャパシタが放電する期間の長さは入力信号の大きさを表すものとなる。従って、こうして得られたパルス幅変調信号を、カウンタ回路に供給すればよい。尚、カウンタ回路は、プロセッサモジュール５０１内に構成することが好ましい。
【００４５】
この方式を採用したことによって、インバータ回路２４３及び２４４を、数少ない回路部品で構成することが可能となっている。２つの入力信号を夫々、オペアンプ３０６と、オペアンプ４０６とに入力させるようにしてあり、それらオペアンプ３０６、４０６は、キャパシタ３０５、４０５を接続することで、積分回路として構成されている。更に、それら積分回路の後段に、比較回路３０９、４０９を接続した構成としている。
【００４６】
第１コンバータ回路２４３の比較回路３０９は、オペアンプ３０５の出力信号を、略々ランプ関数形に周期的に変化する電圧と比較しており、このランプ関数形に変化する電圧は、キャパシタ３０７と、抵抗３０８と、周期的に開閉するスイッチ３１０とで発生させている。そのため、第１コンバータ回路２４３では、オペアンプ３０５の出力信号が、入力信号の大きさに応じた値を取り、ひいては、荷重トランスデューサ２０に作用している荷重の大きさに応じた値を取ることになる。
【００４７】
これに対して、第２コンバータ回路２４４の比較回路４０９は、オペアンプ４０６の出力信号を、分圧回路４０７、４０８で発生させた定電圧と比較している。このオペアンプ４０６の出力電圧は、入力信号の極性に応じて、第１期間には上昇するランプ関数形の変化を呈し、その出力電圧レベルが分圧回路４０７、４０８により設定された電圧レベルに達したならば、スイッチ４０１が切り替わり、これ以後、オペアンプ４０６の出力電圧は下降するランプ関数形の変化を呈するようになる。従って、スイッチ４０１が切り替わる時刻が、入力信号の大きさを表すものとなり、ひいては、センサ２９によって計測された温度を表すものとなる。第２コンバータ回路２４４のこの動作原理は「U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 11th edition, first reprint, Springer Verlag, Berlin 1999」の第１０５９頁に記載されているデュアルスロープ法の原理と同様のものである。尚、以上に説明したものとは異なる方法ないし回路構成を採用することも可能である。
【００４８】
図６から明らかなように、コンバータ回路２３４、２４４の構成は非常に簡明であり、そのため、回路モジュール２４の回路部品が放散する熱が荷重トランスデューサ２０に及ぼす影響を、比較的小さく抑えることが可能となっている。
【００４９】
本発明に係るモジュール型荷重計測セル２計測機に取付けるための取付構造は、図１に示したような取付構造とすることが好ましく、同図に示した取付構造によれば、荷重トランスデューサ２０の全体のうちのハウジングに対して固定する部分２０６に、複数の側方張出部３８を備えた断面Ｕ字形の固定取付部材３を、組付ネジ３６を螺着することで結合している。固定取付部材３の複数の側方張出部３８には各々に孔３１が形成されている。一方、計量器のハウジング５には複数の支持部５１が形成されており、各支持部５１には雌ネジ部を備えたインサートが埋め込まれている。そして、固定取付部材３の側方張出部３８の孔３１に挿通した組付ネジ３２を、それら支持部５１に螺着することで、固定取付部材３をそれら支持部５１に固定している。支持部５１の材料は、断熱性を有する材料とすることが好ましく、そうすることによって、荷重計測セル２を、計量器のハウジング５から断熱することができ、従って、例えばプロセッサモジュール５１などの、このハウジング５の内部に配設されているその他のモジュールから断熱することができる。
【００５０】
また、荷重トランスデューサ２０の全体のうちの計測すべき荷重が導入される部分２０８には、計量皿（秤量皿など）を載置するための円錐台形状の計量皿載置部材４１を備えた計量皿担持部材４が、取付ネジ４６を螺着することで結合されている。
【００５１】
更に、図２に示したように、計量皿担持部材４の一対の側方張出部４３の各々に孔４４が形成されており、固定取付部材３に結合した一対のボルトネジ３３が、それら孔４４に夫々挿通されている。各ボルト３３には、２個ずつのナット３４、３５が螺合している。それらナット３４、３５は、ボルト３３上の螺合位置が調節可能であり、計量皿担持部材４の側方張出部４３の上下方向の変位限度を規制することによって、計量皿担持部材４の可動範囲の上限及び下限を定め、もって、モジュール型荷重計測セルを引き上げようとする荷重、及び押し下げようとする荷重によって、この荷重計測セルに過荷重が作用するのを防止するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】複数のセンサ２８、２９を装備した荷重トランスデューサ２０と、回路モジュール２４とを備え、組付ネジを介して固定取付部材３と計量皿担持部材４とが結合されたモジュール型荷重計測セル２を示した図である。
【図２】図１に示したモジュール型荷重計測セル２の側面図である。
【図３】図１に示したモジュール型荷重計測セル２の荷重トランスデューサ２０を、組付ネジ３６、４６、２３１と共に示した図であり、それらのうち、組付ネジ３６は、計量器のハウジングに固定される固定取付部材３を結合するための組付ネジ、組付ネジ４６は、計量皿担持部材４を結合するための組付ネジ、そして、組付ネジ２３１は、回路モジュール２４を支持する金属製部材２３を結合するための組付ネジである。
【図４】図１に示したモジュール型荷重計測セル２の平面図であり、回路モジュール２４と複数のセンサ２８、２９とを接続している２本のリボンケーブル２２Ｔ、２２Ｂを示した図である。
【図５】回路モジュール２４のモジュール構造の好適な構成例を示したブロック回路図であり、この回路モジュール２４は、リボンケーブル２２Ｔ、２２Ｔ’、２２Ｂを介して複数のセンサ２８、２９と接続されており、また、別のリボンケーブル５００を介してプロセッサモジュール５０１と接続されている。
【図６】回路モジュール２４上に配設された、アナログ信号であるセンサ信号を変換するための変換回路２４３、２４４の好適例を示した回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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