(57)【要約】  この発明は、ゲージと弾性構造物とを含む荷重測定トランスデューサ、及び構造物に加えられる荷重を特定するための荷重測定システムに関する。本発明に係る荷重測定トランスデューサは、所定のピッチをもつ複数の繰り返されるコイル（または、電線）パターンから構成され、両端部に交流電源が加えられる固定ゲージと、トランスデューサの構造物の変形発生部の弾性変形の発生に応じて前記固定ゲージに当接することなく固定ゲージの長手方向（または、長手方向に対する垂直方向）に移動するように提供される移動ゲージと、を含む。
2007526994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重が印加されれば弾性変形が生じる変形発生部を含む構造物に印加される荷重を測定する荷重測定トランスデューサにおいて、
所定のピッチをもつ電線パターンが所定の回数繰り返されてなり、両端部に交流電気が印加される固定ゲージと、
前記変形発生部の弾性変形の発生に連動して、前記固定ゲージの長手方向に沿って当接することなく移動するように提供される移動ゲージと、
を含むことを特徴とする荷重測定トランスデューサ。
【請求項２】
前記移動ゲージが、固定ゲージと同一のピッチをもつ電線パターンが繰り返されてなるゲージを含むことを特徴とする請求項１に記載の荷重測定トランスデューサ。
【請求項３】
前記固定ゲージと移動ゲージのパターンが、直線状に延びる第１の部分と、前記第１の部分に対して垂直方向に延びる第２の部分と、第２の部分に対して垂直方向に前記第１の部分と平行して延びる第３の部分と、第３の部分に対して垂直方向に延びるパターン連結部とを含むジグザグ状パターンのゲージを含む請求項１または２に記載の荷重測定トランスデューサ。
【請求項４】
前記固定ゲージと移動ゲージのパターンが、円弧状の第１の部分と、前記第１の部分と同心円弧状をなす第２の部分と、前記第１の部分と第２の部分とを連結する直線連結部から構成される直線状のパターン連結部とを含むジグザグ状パターンのゲージを含む請求項１または２に記載の荷重測定トランスデューサ。
【請求項５】
前記移動ゲージが、固定ゲージのパターンピッチの１／２範囲内で移動可能である請求項１乃至４のいずれかに記載の荷重測定トランスデューサ。
【請求項６】
前記移動ゲージのパターンが、前記固定ゲージのパターンの円弧状部の一部分に対して互いに重なり合うように配列される請求項１、２、または４のいずれかに記載の荷重測定トランスデューサ。
【請求項７】
荷重が印加されれば弾性変形が生じる変形発生部を含む構造物に印加される荷重を測定する荷重測定システムにおいて、
所定のピッチをもつ電線パターンが繰り返されてなり、交流電気が印加される固定ゲージと、前記変形発生部の弾性変形の発生に連動して、前記固定ゲージの長手方向に沿って当接することなく移動するように提供される移動ゲージとを含む荷重測定トランスデューサと、
前記トランスデューサの移動ゲージから出力される誘導電圧に基づいて印加荷重の大きさを演算する演算部と、
を含む荷重測定システム。
【請求項８】
荷重が印加されれば弾性変形が生じる変形発生部を含む構造物に印加される荷重を測定する荷重測定トランスデューサにおいて、
所定のピッチをもつパターンが所定の回数繰り返されてなり、両端部に交流電気が印加される固定ゲージと、
前記変形発生部の弾性変形の発生に連動して、前記固定ゲージの長手方向に対して垂直方向に沿って当接することなく移動するように提供される移動ゲージと、
を含む荷重測定トランスデューサ。
【請求項９】
荷重が印加されれば弾性変形が生じる変形発生部を含む構造物に印加される荷重を測定する荷重測定システムにおいて、
所定のピッチをもつ電線パターンが繰り返されてなり、交流電気が印加される固定ゲージと、前記変形発生部の弾性変形の発生に連動して、前記固定ゲージの長手方向に対して垂直方向に沿って当接することなく移動するように提供される移動ゲージとを含む荷重測定トランスデューサと、
前記トランスデューサの移動ゲージから出力される誘導電圧に基づいて印加荷重の大きさを演算する演算部と、
を含む荷重測定システム。
【請求項１０】
前記荷重が印加された後、所定の時間が経過してから誘導電圧を測定する請求項７または９に記載の荷重測定システム。
【請求項１１】
前記構造物は筒状であり、前記構造物の内部に中空部が形成されており、前記構造物の上面に変形発生部が形成されている請求項１または８に記載の荷重測定トランスデューサ。
【請求項１２】
前記構造物の中空部が、前記変形発生部の一部が除去されるか、または前記構造物の側面の一部が除去されることで外側と連通するようになっていることを特徴とする請求項１、８、または１１のいずれかに記載の荷重測定トランスデューサ。
【請求項１３】
前記構造物が直方体形状であり、前記構造物の内部に中空部が形成されており、前記構造物の上面に変形発生部が形成されており、前記構造物の側面の一部が除去されることで前記中空部が外側と連通するようになっている請求項１または８に記載の荷重測定トランスデューサ。
【請求項１４】
前記変形発生部には少なくとも一つ以上の変形誘導溝が形成されている請求項１、８、１１、１２、または１３のいずれかに記載の荷重測定トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重を測定するための構造物とゲージを含む荷重測定トランスデューサ、及びそのトランスデューサを用いた荷重測定システムに関し、特に、弾性変形が可能な構造物に荷重を印加して構造物の弾性変形を生じさせ、その生じた弾性変形によって誘導電圧が発生するゲージを用いて前記印加された荷重を測定するトランスデューサ、及びそのトランスデューサを用いた荷重測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的用途の従来の商業用電子秤や産業用電子秤などに採用される荷重測定トランスデューサとしては、ひずみゲージの抵抗線を用いる、いわゆる電気抵抗式ロードセルが広く使われてきている。このロードセルは、荷重が印加されロードセルの構造物にひずみが生じれば、これに伴って構造物に取り付けられているひずみゲージ抵抗線の引張／圧縮変形による抵抗変化が生じ、この抵抗変化に伴って変化する電気信号を測定することにより印加された荷重を測定する方式を採択している。
【０００３】
ロードセルでは、通常、１／３,０００から１／５,０００程度の精度の実現が可能であるが、これ以上の精度の実現は非常に難しい。なぜならば、ひずみゲージを取り付けるボンドがひずみを歪曲して伝え、該ボンド層が構造物と抵抗線の引張及び圧縮挙動を妨害するという問題があるためである。また、ボンドは高分子物質であって不均質な非晶質組職構造を有するため機械的特性が均一でなく、その機械的特性を予測することも容易でない。
【０００４】
ひずみゲージ自体の特性も高精度を実現する上で邪魔となるが、なぜならば、ひずみゲージの抵抗線の下にフェノールやポリアミドなどの高分子物質からなるバックプレートが、前記ボンド層と同じくひずみが歪曲することなく抵抗線に伝わることを妨害するという問題があるためである。
【０００５】
さらに、ひずみゲージの抵抗線の断面形状が全体にわたって均一でないことから、構造物の圧縮／引張変形に連動して均一に変形し難い。
【０００６】
荷重測定のためのまた他の従来技術として、‘電磁力平衡式’荷重測定トランスデューサがあるが、このトランスデューサは、非常に複雑な機械メカニズムを採用していて作製し難いため、非常に高価である。また、荷重との平衡力で作用する電子力を大きくするには電気的、空間的制約があり、前記複雑な機械メカニズムは、薄肉部とヒンジを含んでいるため、高荷重を測定するためのトランスデューサとしては不向きであり、外部からの衝撃に非常に脆弱であるという不具合がある。
【０００７】
このような短所及び問題点のため一般的用途の商業用電子秤や産業用電子秤にはその使用が困難であり、特殊用途の電子秤へとその使用が制限されている。
【０００８】
一方、荷重が印加される時、その荷重が前記構造物の変形発生部の真ん中に印加されずにいずれか一方へと偏りが発生した際でも、それを取り込む機能も必要である。
【発明の開示】
【０００９】
そこで、本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的としては、上述した従来の荷重測定トランスデューサとシステムの問題点を解決し、より単純で簡易な構成要素にてより高い精度をもつ荷重測定が可能な荷重測定トランスデューサ、及び荷重測定システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、荷重が印加される時に偏りが生じた場合でも、それを取り込むことができるゲージを含む荷重測定トランスデューサ、及び荷重測定システムを提供することにある。
【００１１】
前記目的を達成するための荷重測定トランスデューサは、所定のピッチをもつ電線パターンが所定の回数繰り返されてなり、両端部に交流電気が印加される固定ゲージと、前記変形発生部の変形発生に連動して、前記固定ゲージの長手方向に沿って当接することなく移動するように取り付けられる移動ゲージと、を含む。
【００１２】
本明細書においてゲージの長手方向とは、ゲージのパターンが繰り返されつつ進む方向を意味する。
【００１３】
前記移動ゲージが、固定ゲージと同一のピッチをもつ電線パターンが繰り返されてなるように構成することが好ましい。
【００１４】
前記移動ゲージが前記固定ゲージのパターンピッチの１／２範囲内で移動するように構成することが好ましい。
【００１５】
また、前記固定ゲージと移動ゲージのパターンが、直線状に延びる第１の部分と、前記第１の部分に対して垂直方向に延びる第２の部分と、第２の部分に対して垂直方向に前記第１の部分と平行するように延びる第３の部分と、第３の部分に対して垂直方向に延びるパターン連結部とを含むように構成する。すなわち、固定ゲージと移動ゲージは、ジグザグ状パターンの連続である。
【００１６】
また、前記固定ゲージと移動ゲージのパターンが、円弧状の第１の部分と、第１の部分と同心円弧状をなす第２の部分と、第１の部分と第２の部分とを連結する直線状の連結部とを含むジグザグ状パターンであってもよい。
【００１７】
このような荷重測定トランスデューサによれば、ゲージのパターンの第１の部分と第２の部分が互いに同心円弧状をなしているため、荷重が構造物に印加される時にある程度偏りが生じてもこれを取り込むことができるようになる。
【００１８】
そのような場合、前記移動ゲージが、前記固定ゲージと同一のピッチをもつパターンが繰り返されてなることが好ましい。
【００１９】
また、前記移動ゲージが前記固定ゲージのパターンピッチの１／２範囲内で移動するように構成することが好ましい。
【００２０】
また、前記移動ゲージが固定ゲージと同一のピッチをもつ同一のパターンが繰り返されてなることが好ましく、移動ゲージが固定ゲージの全体にわたって重なり合わず、固定ゲージの同心円弧状をなす第１の部分及び第２の部分の一部分にわたって重なり合うことが好ましい。
【００２１】
本発明に係る荷重測定システムは、荷重が印加されれば弾性変形が生じる変形発生部を含む構造物に印加される荷重を測定するために、所定のピッチをもつパターンが繰り返されてなり、交流電気が印加される固定ゲージと、前記変形発生部の弾性変形の発生に連動して、前記固定ゲージの長手方向に沿って当接することなく移動するように取り付けられる移動ゲージを含む荷重測定トランスデューサと、前記トランスデューサで測定された誘導電圧に基づいて印加荷重の大きさを演算する演算部と、を含む。演算部はマイクロプロセッサであることが好ましい。
【００２２】
この荷重測定システムでは、前記荷重が印加された後、所定の時間が経過してから誘導電圧を測定した方がある場合には好ましいが、これは、ある程度時間が経った後に移動ゲージの誘導電圧値が所定の値に収斂するため、これを測定するためである。
【００２３】
また、前記ゲージのパターンは、荷重が構造物に印加される時にある程度偏りが生じてもこれを取り込めるようにするために、円弧状の第１の部分と、第１の部分と同心円弧状をなす第２の部分と、第１の部分と第２の部分とを連結する直線状の連結部とを含んでもよい。
【００２４】
本発明の他の特徴に係る荷重測定トランスデューサは、所定のピッチをもつパターンが所定の回数繰り返されてなり、両端部に交流電気が印加される固定ゲージと、前記変形発生部の弾性変形の発生に連動して、前記固定ゲージの長手方向に対して垂直方向に沿って当接することなく移動するように取り付けられる移動ゲージと、を含む。
【００２５】
この荷重測定トランスデューサによれば、移動ゲージがゲージの長手方向に対して垂直方向に移動するため、移動ゲージがゲージの長手方向に移動する上述のトランスデューサに比べて移動ゲージの移動距離の制約なしに荷重を測定することができるようになる。
【００２６】
上述の荷重測定トランスデューサを備える荷重測定システムは、所定のピッチをもつパターンが繰り返されてなり、交流電気が印加される固定ゲージと、前記変形発生部の弾性変形の発生に連動して、前記固定ゲージの長手方向に対して垂直方向に沿って移動するように取り付けられる移動ゲージと、を含む荷重測定トランスデューサと、前記トランスデューサで測定された誘導電圧に基づいて印加荷重の大きさを演算する演算部と、を含む。
【００２７】
この荷重測定システムでは、前記荷重が印加された後、所定の時間が経過してから誘導電圧を測定した方がある場合には好ましいが、これは、ある程度時間が経った後移動ゲージの誘導電圧値が所定の値に収斂するためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例について詳しく説明することにする。
図１には、本発明に係るゲージ（ＩＰＡゲージ）を用いて荷重を測定するためのシステムの一例が示されている。同図に示すように、本発明に係る荷重測定システムは、発振部３１と、交流電気印加部３３と、ＩＰＡゲージ１と、増幅器１１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２と、アクティブフィルタ１３と、Ａ／Ｄコンバータ１４と、演算部１５とを含む。本明細書において“ＩＰＡゲージ”とは、Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｎａｌｏｇｕｅ  Ｇａｇｅの略字であって、交流電気が印加されるいずれか一方の固定ゲージに対して他方の移動ゲージが移動することで移動ゲージに誘導される誘導電圧を持続して測定することによって印加された荷重をリアルタイムで測定したり、場合によっては、所定の時間が経過してから測定することで印加された重量荷重を移動経路とは独立して測定するゲージを意味する。
【００２９】
発振部３１は、高周波発振回路を含み、ここで発生した交流電気を交流電気印加部３３を介してＩＰＡゲージ１に印加する。ＩＰＡゲージ１は、固定されている固定ゲージ８００と固定ゲージ８００に対して当接することなく移動可能な移動ゲージ８５０とから構成されている。ＩＰＡゲージ１の詳細な構成については、図８、図９、図１０、図１１、図１２を参照して詳しく説明することにする。
【００３０】
直線状ＩＰＡゲージ１は、図８、図１０及び図１２に示すように、固定ゲージ８００と、固定ゲージ８００に対して当接することなく移動可能に配置される移動ゲージ８５０とを含む。実際には、固定ゲージ８００と移動ゲージ８５０は、それぞれ平板上に形成されるが、説明の容易性のために平板の図示は省略した。
【００３１】
固定ゲージ８００と移動ゲージ８５０は、それぞれ繰り返される電線パターンを描いてなり、それぞれのパターンは、直線状に延びる第１の部分８１０と、第１の部分８１０の末端から第１の部分に対して垂直に延びる第２の部分８２０と、第２の部分８２０の末端で第２の部分８２０に対して垂直に延び、第１の部分８１０と平行して延びる第３の部分８３０とを含む。このようなパターンが繰り返されて延長し、各パターンの連結部は、第３の部分８３０に対して垂直に延びて各パターン間を連結する。
【００３２】
各パターンは、ピッチＰをもち、固定ゲージ８００と移動ゲージ８５０のピッチは同一であることが好ましい。
【００３３】
一方、図８と図１２に示すように、移動ゲージ８５０は、初期状態で固定ゲージ８００と並んで配置される。
【００３４】
円弧ＩＰＡゲージ１は、図９と図１１に示すように、固定ゲージ８００と固定ゲージ８００に対して移動可能に配置される移動ゲージ８５０とを含む。実際には、固定ゲージ８００と移動ゲージ８５０は、それぞれ平板上に形成されるが、説明の容易性のために平板の図示は省略した。
【００３５】
固定ゲージ８００と移動ゲージ８５０は、それぞれ繰り返される電線パターンを描いてなり、それぞれのパターンは、円弧状の第１の部分８１０と、第１の部分８１０に対して同心円弧状をなして形成される第２の部分８３０と、第１の部分８１０と第２の部分８３０とを連結する直線連結部８２０とから構成されている。それぞれのパターンは、直線連結部によって連結されて延在する。
【００３６】
各パターンは、ピッチＰをもち、固定ゲージ８００と移動ゲージ８５０のピッチは同一であることが好ましい。そして、移動ゲージ８５０は、固定ゲージ８００の同心円弧状部の全体にわたって固定ゲージ８００と重なり合うのではなく、図９及び図１１に示すように、一部にわたって重なり合うことが好ましい。
【００３７】
一方、移動ゲージ８５０は、初期状態で固定ゲージ８００と並んで配置される。
【００３８】
本発明に係る円弧ＩＰＡゲージは、固定コイル８００が同心円弧状に形成される第１の部分８１０と第２の部分８３０とから構成され、さらに、移動コイル８５０も固定コイル８００と同一のピッチの同一パターンで構成され、固定コイル８００の円弧状部の一部にわたって移動コイル８５０と固定コイル８００が重なり合うので、荷重印加に際して偏りが生じても、これを取り込むことが非常に容易である。
【００３９】
図１０には、図８に示しているＩＰＡゲージの移動ゲージ８５０が構造物の弾性変形の発生によってゲージの長手方向に１／４ピッチだけ移動した状態が示されている。このように移動ゲージ８５０が固定ゲージ８００に対して移動すれば移動ゲージ８５０の端部には誘導電圧が発生し、発生した電圧信号は増幅器１１で増幅される。増幅器１１は、一般にＯＰアンプであり、差動増幅を行うものであればよい。
【００４０】
図１１には、図９に示している円弧ＩＰＡゲージの移動ゲージ８５０が構造物の弾性変形の発生によってゲージの長手方向に１／４ピッチだけ移動した状態が示されている。このように移動ゲージ８５０が固定ゲージ８００に対して移動すれば移動ゲージ８５０の端部には誘導電圧が発生し、発生した電圧信号は増幅器１１で増幅される。増幅器１１は、一般にＯＰアンプであり、差動増幅を行うものであればよい。
【００４１】
一方、本発明に係る移動ゲージ８５０は、図１２に示すようにゲージの長手方向に対して垂直の方向に移動することもできる。この実施例では、移動ゲージ８５０がゲージの長手方向に対して垂直方向に移動するため、移動ゲージ８５０がゲージの長手方向に移動する実施例に比べて移動ゲージ８５０の移動距離の制約なしに荷重を測定することができるという長所が提供される。
【００４２】
図５には、図１０と同様にゲージの長手方向に移動ゲージ８５０が移動する実施例におけるＩＰＡゲージ１が構造物３０に取り付けられた状態の断面図が示されており、図６には、図１２と同様にゲージの長手方向に対して垂直方向に移動ゲージ８５０が移動する実施例におけるＩＰＡゲージ１が構造物３０に取り付けられた状態の断面図が示されている。両実施例ともに構造物３０に対して荷重が印加された時に変形が発生する変形発生部３５の弾性変形によって移動ゲージ８５０が移動し、これにより移動ゲージ８５０に発生する誘導電圧の変化値を測定し、前記印加された荷重を測定することができるようになる。
【００４３】
図１３には、物体によって重量荷重が加えられる一般的な場合における移動ゲージ８５０に誘導される出力電圧と時間のグラフが概念的に示されている。図１３のグラフに示すように移動ゲージ８５０に誘導される電圧の大きさは、多少の搖れがあった後にある所定値に収斂されるが、この収斂された電圧値を測定するためにΔｔだけの所定の時間が経った後の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を測定することが好ましい。
【００４４】
一方、ＩＰＡゲージ１で誘導され増幅器１１を介して提供される電気的信号はＡＣ信号であるが、これをＤＣ信号に変換するための手段としてＡＣ／ＤＣコンバータ１２が提供される。
【００４５】
ＤＣ信号に変換された電気的信号は、サージ信号などの遮断のためにアクティブフィルタ２４を通して有効な最適の信号を確保した後、Ａ／Ｄコンバータ１４によってデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、最終的に演算部１２に入力され、演算部１２では、移動ゲージ８５０に誘導された電圧信号に基づいて前記デジタル信号から構造物３０に印加された荷重の大きさを計算する。
【００４６】
演算部１２としてはマイクロプロセッサを使うことが好ましく、計算された荷重の大きさをディスプレー装置などを通して表示できるようにしてもよい。その他、公知された入力手段を介してマイクロプロセッサに設定値、セットアップ情報、及びファクターの保存、通信やタイマーなどを入力することができる。
【００４７】
図２には、本発明に係る荷重測定方法の過程を示すフローチャートが示されている。
トランスデューサの構造物に荷重が印加されれば（ステップＳ２００）構造物が弾性変形され（ステップＳ２１０）、この時、構造物の弾性変形によってＩＰＡゲージ１の移動ゲージ８５０にも移動が生じ、これにより移動ゲージ８５０には、固定ゲージ８００との関係において誘導電圧の変化が生じる。（ステップＳ２２０）
ＩＰＡゲージ１においては、発振部３１によって交流電気が発生し、交流電気印加部３３を介して固定ゲージ８００に交流電気が印加され、移動ゲージ８５０が固定ゲージ８００に対して構造物３０の変形の発生とともに当接することなく移動することによる電磁誘導現象によって誘導電圧の変化が生じる。
【００４８】
このようにして発生した誘導電圧の変化値は、増幅器１１を介して差動増幅された後（ステップＳ２３０）、必要に応じてＡＣ→ＤＣ信号変換を行い（ステップＳ２４０）、サージ信号を遮断した後（ステップＳ２５０）、アナログ信号→デジタル信号への変換を行い（ステップＳ２６０）、演算部、すなわちマイクロプロセッサ１５でデジタル信号を処理して印加荷重を正確に計算する（ステップＳ２７０）。このようにして処理した信号、すなわち荷重は、ディスプレー装置を通して表示される（ステップＳ２８０）。
【００４９】
前記マイクロプロセッサ１５では、信号の処理と演算だけでなく、キーを入力したり、セットアップ情報、及びファクターを保存したり、通信を行ったり、タイムを入力したりするなどの補償行為を行い、通信方法としては、一方向または双方向を適切に設定して行えばよい。
【００５０】
図３ないし図７と、図１４ないし図３７には、本発明の多様な実施例に係る構造物３０に対して本発明に係るＩＰＡゲージ１を取り付け、構造物３０に荷重を印加して変形発生部３５の弾性変形を誘導する状態の斜視図及び断面図が示されている。同図は、主に図１０、図１１のように移動ゲージ８５０が固定ゲージの長手方向に移動する実施例に関するが、図１２のように移動ゲージ８５０が固定ゲージの長手方向に対して垂直方向に移動する実施例の場合も、図４及び図６に示すようにＩＰＡゲージ１が構造物に取り付けられることを除いては、図１０、図１１の実施例とその断面が大同小異である。
【００５１】
図３ないし図７に示す実施例が最も基本的な実施例であり、この実施例では、筒状部材である構造物３０の内部が中空部４０となっており、構造物３０の上面が、中心軸線（垂直軸線）を含む変形発生部３５となっている。
【００５２】
前記構造物３０には、変形発生部３５の中央に突出部を突設し、この突出部に荷重を直接印加できるようにすることが好ましい。前記変形発生部３５は、荷重に比例して弾性変形が生じる部分であって、この部分の弾性変形がＩＰＡゲージ１の移動ゲージ８５０に伝わり、移動ゲージ８５０の移動によって移動ゲージ８５０に誘導電圧が発生し出力される。出力された誘導電圧は、上述の過程を経て処理され、前記印加された荷重が計算される。
【００５３】
構造物３０は、底部４５を分離可能に構成することができ、このようにして底部４５を構成する場合、中空部４０を外部と遮断することができる。
【００５４】
前記変形発生部３５は、薄肉の弾性体であって、中央部分がその周辺に比べて突出するように構成し、断面形状が中心軸線に対して対称になるように構成することによって、荷重によって誘導された弾性変形が移動ゲージ８５０を中心軸線方向に移動させることを容易にすることが好ましい。
【００５５】
図３及び図４に示す構造物３０より一層効率よく荷重による弾性変形を誘導するために変形発生部３５に、図１４に示すような変形誘導溝６０を形成することができる。
【００５６】
前記変形誘導溝６０は、図１４ないし図１９に示すように変形発生部３５の上面または内側面において中心軸線に対して同心円状に窪んでいる形態、すなわち中心軸線の周りに添って所定の直径にて窪んでいる連続溝形態になっていることが好ましい。このような変形誘導溝６０によって、変形発生部３５の形成加工をより容易にすることができ、荷重によって誘導された弾性変形による移動ゲージ８５０の中心軸線方向への移動を容易に誘導する効果も一層高められる。
【００５７】
このような変形誘導溝６０は、異なる直径を有する多数個を設けてもよい。図１４ないし図１９には、変形誘導溝６０が形成されている構造物３０の例が示されている。荷重を印加する時、構造物３０は固定部材５０によって固定される。
【００５８】
ＩＰＡゲージ１は、構造物の弾性変形によって生じる弾性変形量をそれに相応する誘導電圧の変化量に変換して出力し、移動ゲージ８５０は、変形発生部３５の下部に取り付けられ、固定ゲージ８００は、移動ゲージ８５０と向かい合う位置に僅かの隙間をもって配置され底部４５に固定される。
【００５９】
構造物３０の変形発生部の下部に取り付けられた移動ゲージ８５０が変形発生部３５の弾性変形の発生によって下方へ移動すれば、交流電気が印加されている固定ゲージ８００との相互誘導作用によって移動ゲージ８５０に誘導電圧出力（Ｖｏｕｔ）が発生する。
【００６０】
ここで、前記ＩＰＡゲージ１の移動ゲージ８５０は、増幅器１１などを含む回路側と配線されており、出力される誘導電圧（Ｖｏｕｔ）信号は、上述したプロセスを経て処理され、これに基づいて印加された荷重を計算し、これを表示するようになる。
【００６１】
本発明によれば、変形発生部３５に印加される荷重によって発生する弾性変形を歪曲なしに変換手段１に直接伝えられ、発振部３１の交流周波数を高めることによって出力される誘導電圧を高めることができるため、荷重測定における精度を従来のロードセルを用いる方式に比べて画期的に増大させることが可能になる。
【００６２】
このために、ＩＰＡゲージ１を構成する２つのゲージのうち移動ゲージ８５０のパターン側平面を、構造物の変形発生部３５の中心軸線と一致させて配置し、固定ゲージ８００のパターン側平面を、これと向かい合う位置に僅かの隙間をもって並んで底部に固設することが好ましい。
【００６３】
このような構造では、変形発生部３５の中心に加えられる垂直方向の荷重（図中矢印方向）によって発生する弾性変形が正確にＩＰＡゲージ１側へ直接伝えられ、伝わった弾性変形に基づいてＩＰＡゲージ１が構造物３０の荷重による弾性変形に相応する正確な誘導電圧を得ることができる。特に、本発明によれば、変形発生部３５の弾性変形が伝えられる時に媒介体による歪曲現象が介在する可能性が基本的に遮られるため、上述した従来技術における問題点が根本的に生じない。
【００６４】
また、このような本発明の構造的な特徴は、荷重の印加及び弾性変形の伝達に関するメカニズムを非常に単純に構成することができるという利点を提供し、これによって低コストや製作性の向上、更には精度を高める上で従来技術に比べて一層有利な点を確保することができる。なおかつ、大きな荷重や衝撃及び過酷な使用条件と環境条件に対する脆弱点までも容易に克服可能であるため、単なる秤向けだけでなく、室外の多様な産業現場で信頼性ある荷重測定システムとして非常に幅広く使うことができる。
【００６５】
図２０ないし図２８には、本発明の他の実施例に係る構造物３０とその変形例が示されている。
【００６６】
この構造物３０は、変形発生部３５の一部が除去され、ここから内部の中空部４０が外部と連通する構造となっている。
【００６７】
このような構造物３０においても、荷重による構造物３０の変形を効率よく設計し誘導するための変形誘導溝６０を形成すればよい。変形誘導溝６０が形成されている構造物の例が、図２３ないし図２８に示されている。図２０ないし図２８に示す実施例の構造物３０の弾性変形誘導方式、及びその荷重測定方法は、上述した例と大同小異であり、それによる効果も等しいため、その詳細な説明は省略することにする。
【００６８】
図２９ないし図３７には、本発明のまた他の実施例に係る構造物３０が示されている。この構造物３０は、略直方体形状であり、一方側面の一部が除去されており、その内部に中空部４０が形成されている。
【００６９】
この実施例も荷重によって生じる構造物３０の弾性変形をそれに相応する電気的信号に変換するＩＰＡゲージ１を含む。
【００７０】
図２９ないし図３７に示されている実施例の構造物３０の弾性変形誘導方式、及びその荷重測定方法も上述した例と大同小異であり、それによる効果も等しいため、その詳細な説明は省略することにする。
【００７１】
一方、前記図３、図５、図１４ないし図３７には、前記ＩＰＡゲージ１の形状が直線状のものだけが示されているが、これに取って代わって、前記円弧状ＩＰＡゲージを採用して構成することもできる。このような構成によれば、荷重が印加される時に偏りが発生する場合、これを取り込むことができるという効果が得られる。なお、前記図面には示していないが、円弧状ＩＰＡゲージに取って代わられる場合でも、弾性変形誘導方式、及びその荷重測定方法、構造物の設置形態、並びにゲージの配列などは、本直線状ＩＰＡゲージを使う場合と大同小異であり、それによる効果も等しいため、それに関する詳細な説明は省略することにする。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
上述したように、多様であり且つ単純に設計された構造物を用いて印加された荷重による構造物の弾性変形を誘導し、簡易な構成要素を用いて誘導された弾性変形に相応する正確な誘導電圧を歪曲なく、持続的に測定することにより印加された荷重をリアルタイムで測定することができ、また、場合によっては所定の時間が経過してから測定することにより印加された重量荷重を移動経路とは独立した方法で測定することができる本発明の荷重測定システム、荷重測定トランスデューサ、及び荷重測定方法は、次のような効果を奏する。
【００７３】
（１）構造物の挙動を妨害し、歪曲させ、また不均一で精度よい予測を不可能にする要素を基本的且つ根本的に取り除くことができるため、高精度を実現することができるという長所がある。
【００７４】
（２）単純な構造物と簡易な構成要素をもつため、低コストを果たし得るという長所がある。
【００７５】
（３）構造物とゲージの設計によって低荷重から高荷重（数トン以上）までその範囲に限りなく非常に幅広い適用が可能であるという長所がある。
【００７６】
（４）構造物の設計によって外部の衝撃と過酷な使用条件、及び環境条件下でも相対的に強い特性のトランスデューサ手段を実現することができるため、単なる秤用だけでなく室外の多様な産業現場で信頼性ある荷重測定システムとして幅広く使うことができるという長所がある。
【００７７】
（５）構造物とゲージの設計によって多様なサイズのトランスデューサが実現できることはもとより、非常に小型に作製することができるため、多様な分野で幅広く活用することができるという長所がある。
【００７８】
（６）円弧ＩＰＡゲージを使うにあたり、固定ゲージ８００と移動ゲージ８５０のパターン形状を、それぞれ、同心円弧状をなす第１の部分８１０と第２の部分８３０とを含むように形成することにより、荷重印加の時に生じる偏り現象を容易に克服することが可能になる。
【００７９】
以上、添付図面を参照して本発明の実施例について説明したが、本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって決められ、上述した実施例に制限されるものではない。
また、当業者にとって自明で特許請求の範囲に記載されている発明の本質から逸脱しない変更、改良、ないし修正された技術も本発明の権利範囲に含まれることが明白に理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る荷重測定システムのブロック図である。
【図２】本発明に係る荷重測定方法のフローチャートである。
【図３】本発明に係る荷重測定トランスデューサの分解斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例に係るゲージが取り付けられたトランスデューサの分解斜視図である。
【図５】図３に示すゲージが採用された荷重測定トランスデューサの構造物の断面図である。
【図６】図４に示すゲージが採用された荷重測定トランスデューサの構造物の断面図である。
【図７】図５と図６中の構造物に荷重が印加された時に構造物に弾性変形が生じた状態の断面図である。
【図８】本発明に係るゲージの一例の概念的平面図である。
【図９】本発明に係る偏り取り込み機能をもつゲージの一例の概念的平面図である。
【図１０】図８に示すゲージにおいて、構造物の弾性変形の発生によって移動ゲージが１／４ピッチ（または、１／２ピッチ）内で所定の弾性変形量だけゲージの長手方向に沿って当接することなく移動する状態の概念的斜視図である。
【図１１】図９に示す偏り取り込み機能をもつゲージにおいて、構造物の弾性変形の発生によって移動ゲージが１／４ピッチ（または、１／２ピッチ）内で所定の弾性変形量だけゲージの長手方向に沿って当接することなく移動する状態の概念的斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施例に係るゲージにおいて、構造物の弾性変形の発生によって移動ゲージが所定の弾性変形量だけゲージの長手方向に対して垂直方向に沿って当接することなく移動する状態の斜視図である。
【図１３】本発明に係る荷重測定トランスデューサの作動時、重量荷重印加による出力誘導電圧の変化を示すグラフを概念的に示す図である。
【図１４】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図１５】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図１６】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図１７】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図１８】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図１９】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２０】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２１】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２２】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２３】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２４】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２５】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２６】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２７】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２８】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図２９】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図３０】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図３１】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図３２】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図３３】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図３４】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図３５】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図３６】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【図３７】本発明の多様な実施例に係るトランスデューサの構造物に対してゲージが取り付けられ、荷重が印加されて弾性変形が生じた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ＩＰＡゲージ
１１  増幅器
１２  ＡＣ／ＤＣコンバータ
１３  アクティブフィルタ
１４  Ａ／Ｄコンバータ
１５  演算部
３１  発振部
３３  交流電気印加部
８００  固定ゲージ
８５０  移動ゲージ
【図１】
2007526994.tif 000003
【図２】
2007526994.tif 000004
【図３】
2007526994.tif 000005
【図４】
2007526994.tif 000006
【図５】
2007526994.tif 000007
【図６】
2007526994.tif 000008
【図７】
2007526994.tif 000009
【図８】
2007526994.tif 000010
【図９】
2007526994.tif 000011
【図１０】
2007526994.tif 000012
【図１１】
2007526994.tif 000013
【図１２】
2007526994.tif 000014
【図１３】
2007526994.tif 000015
【図１４】
2007526994.tif 000016
【図１５】
2007526994.tif 000017
【図１６】
2007526994.tif 000018
【図１７】
2007526994.tif 000019
【図１８】
2007526994.tif 000020
【図１９】
2007526994.tif 000021
【図２０】
2007526994.tif 000022
【図２１】
2007526994.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2007526994.tif 000027
【図２６】
2007526994.tif 000028
【図２７】
2007526994.tif 000029
【図２８】
2007526994.tif 000030
【図２９】
2007526994.tif 000031
【図３０】
2007526994.tif 000032
【図３１】
2007526994.tif 000033
【図３２】
2007526994.tif 000034
【図３３】
2007526994.tif 000035
【図３４】
2007526994.tif 000036
【図３５】
2007526994.tif 000037
【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
2007526994.tif 000040