ホーム > 特許ランキング > 国立大学法人東海国立大学機構
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-30
(45)【発行日】2024-02-07
(54)【発明の名称】荷重測定装置および秤量装置
(51)【国際特許分類】
G01L 1/26 20060101AFI20240131BHJP
G01L 1/10 20060101ALI20240131BHJP
G01G 3/16 20060101ALI20240131BHJP
【ＦＩ】
G01L1/26 A
G01L1/10 Z
G01G3/16
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019157957
(22)【出願日】2019-08-30
(65)【公開番号】P2021036216
(43)【公開日】2021-03-04
【審査請求日】2022-07-27
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和元年度、国立研究開発法人日本医療研究開発機構、医療分野研究成果展開事業 産学連携医療イノベーション創出プログラム（ＡＣＴ－ＭＳ） 委託研究開発事業、研究開発項目「新生児生体信号の非侵襲モニタリング」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】504139662
【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構
(74)【代理人】
【識別番号】110001911
【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】新井 史人
(72)【発明者】
【氏名】室▲崎▼ 裕一
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】特開平４－３３７４３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１１９３７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／２１３０５９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭５８－７６７２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５７－２０６３３（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ １／００－ １／２６
Ｇ０１Ｌ ５／００－ ５／２８
Ｇ０１Ｇ １／００－ ９／００
Ｇ０１Ｇ１９／００－２３／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の方向に延びる一対の第１部分と、前記第１の方向に直交する第２の方向に延び、それぞれ起歪部を介して前記一対の第１部分に接続された一対の第２部分と、を有する起歪体と、前記第１の方向の荷重を受ける台状部分を有し、前記一対の第１部分のうちの一方である荷重側第１部分に接続された台部材と、
前記一対の第１部分のうちの他方である固定側第１部分を固定的に支持するベース部材と、
前記起歪体の前記起歪部に対して前記第１の方向に隣接する空間に配置され、前記第２の方向において前記起歪体の前記第１部分と前記第２部分とに挟持され、前記第２の方向の荷重に応じた信号を出力する少なくとも１つの荷重センサと、
を備え、
前記第１の方向に互いに対向する一対の前記荷重センサであって、前記一対の第２部分に挟まれた空間より、前記第１の方向の一方側に位置する第１の前記荷重センサと、前記第１の方向の他方側に位置する第２の前記荷重センサと、から構成される一対の前記荷重センサを備え、
前記第１の荷重センサと前記第２の荷重センサとは、前記第１の方向において前記起歪部を介さずに互いに対向しており、
前記第１の荷重センサと前記第２の荷重センサとは、前記第２の方向において前記固定側第１部分と前記第２部分とに挟持されている、
荷重測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の荷重測定装置であって、前記荷重センサは、前記第１の方向に直交する薄板形状の水晶振動子と、前記水晶振動子の前記第１の方向に相対する一対の面に配置された一対の電極と、を備える水晶振動子層を有する、
荷重測定装置。
【請求項3】
請求項２に記載の荷重測定装置であって、前記荷重センサは、さらに、前記水晶振動子層の少なくとも一方の面に配置され、前記水晶振動子層に前記第２の方向の荷重が印加された際に前記水晶振動子層と略同量の変位を生ずる保持層を有する、
荷重測定装置。
【請求項4】
請求項３に記載の荷重測定装置であって、前記荷重センサは、前記第１の方向において前記水晶振動子層を挟むように設けられた一対の前記保持層を有する、
荷重測定装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の複数の荷重測定装置と、被秤量物が載置される載置面を有し、前記複数の荷重測定装置により支持された載置部材と、
を備える、秤量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示される技術は、荷重測定装置および秤量装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、起歪体を用いて荷重を測定する荷重測定装置（「ロードセル」とも呼ばれる。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような荷重測定装置は、例えば被秤量物（例えば、人物）の質量を測定する秤量装置（例えば、体重測定装置）のために用いられる。
【0003】
上記従来の荷重測定装置に用いられる起歪体は、第１の方向（例えば、鉛直方向）に延びる一対の部分（以下、「鉛直部分」という。）と、第１の方向に直交する第２の方向（例えば、水平方向）に延びる一対の部分（以下、「水平部分」という。）とを備え、一対の水平部分のそれぞれが、例えば薄肉部により構成された起歪部を介して、一対の鉛直部分のそれぞれに接続された構成を有している。一対の鉛直部分のうちの一方（以下、「荷重側鉛直部分」という。）には、例えば鉛直方向の荷重を受ける台部材が接続されており、一対の鉛直部分のうちの他方（以下、「固定側鉛直部分」という。）は、ベース部材に固定的に支持される。起歪体の各起歪部上には、歪みゲージが配置される。
【0004】
このような構成の従来の荷重測定装置において、台部材が鉛直方向の荷重を受けると、該荷重は起歪体の荷重側鉛直部分に伝達され、これにより起歪体の各起歪部が弾性的に撓み変形し、各起歪部上に配置された歪みゲージに歪みが生じて抵抗が変化する。この抵抗変化量を荷重に変換することにより、台部材が受けた荷重を測定することができる。このような構成の荷重測定装置では、台部材における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下が少ないとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１６－１６１３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来の荷重測定装置は、台部材における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を抑制する点に関し、向上の余地がある。
【0007】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【0009】
（１）本明細書に開示される第１の荷重測定装置は、第１の方向に延びる一対の第１部分と、前記第１の方向に直交する第２の方向に延び、それぞれ起歪部を介して前記一対の第１部分に接続された一対の第２部分と、を有する起歪体と、前記第１の方向の荷重を受ける台状部分を有し、前記一対の第１部分のうちの一方である荷重側第１部分に接続された台部材と、前記一対の第１部分のうちの他方である固定側第１部分を固定的に支持するベース部材と、前記起歪体の前記起歪部に対して前記第１の方向に隣接する空間に配置され、前記第２の方向において前記起歪体の前記第１部分と前記第２部分とに挟持され、前記第２の方向の荷重に応じた信号を出力する少なくとも１つの荷重センサと、を備える。本荷重測定装置によれば、台部材の台状部分における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を抑制することができ、荷重測定装置の性能を向上させることができる。
【0010】
（２）上記荷重測定装置において、前記第１の方向に互いに対向する一対の前記荷重センサであって、前記一対の第２部分に挟まれた空間より、前記第１の方向の一方側に位置する第１の前記荷重センサと、前記第１の方向の他方側に位置する第２の前記荷重センサと、から構成される一対の前記荷重センサを備える構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、一対の荷重センサを用いることにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、台部材の台状部分における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を効果的に抑制することができ、荷重測定装置の性能を効果的に向上させることができる。
【0011】
（３）上記荷重測定装置において、前記第１の荷重センサと前記第２の荷重センサとは、前記第１の方向において前記起歪部を介さずに互いに対向している構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、一対の荷重センサを用いることにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、台部材の台状部分における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下をさらに効果的に抑制することができ、荷重測定装置の性能をさらに効果的に向上させることができる。
【0012】
（４）上記荷重測定装置において、前記第１の荷重センサと前記第２の荷重センサとは、前記第２の方向において前記固定側第１部分と前記第２部分とに挟持されている構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、一対の荷重センサを用いることにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、台部材の台状部分における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を極めて効果的に抑制することができ、荷重測定装置の性能を極めて効果的に向上させることができる。
【0013】
（５）上記荷重測定装置において、前記荷重センサは、前記第１の方向に直交する薄板形状の水晶振動子と、前記水晶振動子の前記第１の方向に相対する一対の面に配置された一対の電極と、を備える水晶振動子層を有する構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、水晶振動子の発振周波数は、加えた荷重に正確に比例して変化することから、歪みゲージ等の他の荷重センサを用いた構成と比較して、高感度、高精度、長期安定性計測が可能な荷重測定装置を実現することができる。
【0014】
（６）上記荷重測定装置において、前記荷重センサは、さらに、前記水晶振動子層の少なくとも一方の面に配置され、前記水晶振動子層に前記第２の方向の荷重が印加された際に前記水晶振動子層と略同量の変位を生ずる保持層を有する構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、薄板形状の水晶振動子の薄板形状と平行な方向に外部荷重が印加される場合において、水晶振動子に曲げ応力が生じる場合であっても、少なくとも１つの保持層により水晶振動子の曲げ方向の変形が抑制されるので、水晶振動子の座屈を防止することができる。また、水晶振動子に外部荷重が印加された際に、水晶振動子層と保持層とは略同量の変位を生ずるため、両者の変位の差によって曲げ方向の力が生ずることも防止される。そのため、このような構成の荷重測定装置によれば、薄板形状の水晶振動子の薄さをより薄くすることができ、荷重センサの計測レンジを広げることができる。
【0015】
（７）上記荷重測定装置において、前記荷重センサは、前記第１の方向において前記水晶振動子層を挟むように設けられた一対の前記保持層を有する構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、水晶振動子層の薄板形状の両側への変形が抑制され、より一層水晶振動子層の座屈を抑制することができる。
【0016】
（８）本明細書に開示される第２の荷重測定装置は、第１の方向に延びる一対の第１部分と、前記第１の方向に直交する第２の方向に延び、それぞれ起歪部を介して前記一対の第１部分に接続された一対の第２部分と、を有する起歪体と、前記第１の方向の荷重を受ける台状部分を有し、前記一対の第１部分のうちの一方である荷重側第１部分に接続された台部材と、前記一対の第１部分のうちの他方である固定側第１部分を固定的に支持するベース部材と、前記起歪体の前記起歪部上に配置された少なくとも１つの荷重センサと、を備え、前記荷重センサは、前記第１の方向に直交する薄板形状の水晶振動子と、前記水晶振動子の前記第１の方向に相対する一対の面に配置された一対の電極と、を備える水晶振動子層を有する。本荷重測定装置によれば、台部材の台状部分における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を抑制することができ、荷重測定装置の性能を向上させることができる。また、このような構成の荷重測定装置によれば、水晶振動子の発振周波数は、加えた荷重に正確に比例して変化することから、歪みゲージ等の他の荷重センサを用いた構成と比較して、高感度、高精度、長期安定性計測が可能な荷重測定装置を実現することができる。
【0017】
（９）上記荷重測定装置において、前記荷重センサは、さらに、前記水晶振動子層の少なくとも一方の面に配置され、前記水晶振動子層に前記第２の方向の荷重が印加された際に前記水晶振動子層と略同量の変位を生ずる保持層を有する構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、薄板形状の水晶振動子の薄板形状と平行な方向に外部荷重が印加される場合において、水晶振動子に曲げ応力が生じる場合であっても、少なくとも１つの保持層により水晶振動子の曲げ方向の変形が抑制されるので、水晶振動子の座屈を防止することができる。また、水晶振動子に外部荷重が印加された際に、水晶振動子層と保持層とは略同量の変位を生ずるため、両者の変位の差によって曲げ方向の力が生ずることも防止される。そのため、このような構成の荷重測定装置によれば、薄板形状の水晶振動子の薄さをより薄くすることができ、荷重センサの計測レンジを広げることができる。
【0018】
（１０）上記荷重測定装置において、前記荷重センサは、前記第１の方向において前記水晶振動子層を挟むように設けられた一対の前記保持層を有する構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、水晶振動子層の薄板形状の両側への変形が抑制され、より一層水晶振動子層の座屈を抑制することができる。
【0019】
（１１）上記荷重測定装置において、前記第２の方向に並ぶ２つの前記起歪部上に配置された２つの前記荷重センサを備える構成としてもよい。本荷重測定装置によれば、一対の荷重センサを用いることにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、台部材の台状部分における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を効果的に抑制することができ、荷重測定装置の性能を効果的に向上させることができる。
【0020】
（１２）本明細書に開示される秤量装置は、複数の上記荷重測定装置と、被秤量物が載置される載置面を有し、前記複数の荷重測定装置により支持された載置部材と、を備える。本秤量装置によれば、載置面における被秤量物の位置の変化に伴い、荷重測定装置の台部材の台状部分における荷重を受ける位置が変化しても、該変化に伴う荷重測定装置の測定精度の低下を抑制することができるため、秤量装置の測定精度を向上させることができる。
【0021】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、荷重測定装置、荷重測定装置を備える体重測定装置または秤量装置、荷重測定方法、体重測定方法、秤量方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】第１実施形態における体重測定装置１００の概略構成を示す説明図
【図2】第１実施形態における荷重測定装置１０の構成を概略的に示す斜視図
【図4】第１実施形態における制御回路１９０の構成を概念的に示すブロック図
【図5】第１実施形態における荷重センサ１２０の構成を概略的に示す斜視図
【図6】第１実施形態における荷重センサ１２０のＸＺ断面構成を示す説明図
【図7】第１実施形態の荷重測定装置１０における荷重センサ１２０の位置に関する第１の性能評価の内容を示す説明図
【図8】第１実施形態の荷重測定装置１０における荷重センサ１２０の位置に関する第１の性能評価の内容を示す説明図
【図9】第１実施形態の荷重測定装置１０における荷重センサ１２０の位置に関する第１の性能評価の内容を示す説明図
【図10】第１実施形態の荷重測定装置１０における上側水平部分１１４と下側水平部分１１５との間のギャップＧＰに関する第２の性能評価の内容を示す説明図
【図11】第１実施形態の荷重測定装置１０における上側水平部分１１４と下側水平部分１１５との間のギャップＧＰに関する第２の性能評価の内容を示す説明図
【図12】第１実施形態の荷重測定装置１０における上側水平部分１１４と下側水平部分１１５との間のギャップＧＰに関する第２の性能評価の内容を示す説明図
【図13】第１実施形態の荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置の影響に関する第３の性能評価の内容を示す説明図
【図14】第１実施形態の荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置の影響に関する第３の性能評価の内容を示す説明図
【図15】第１実施形態の荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置の影響に関する第３の性能評価の内容を示す説明図
【図16】第１実施形態の荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置の影響に関する第３の性能評価の内容を示す説明図
【図17】第１実施形態の荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置の影響に関する第３の性能評価の内容を示す説明図
【図18】第１実施形態の荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置の影響に関する第３の性能評価の内容を示す説明図
【図19】第２実施形態における荷重測定装置３０の構成を概略的に示す斜視図
【図20】第２実施形態における荷重測定装置３０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図
【図21】第２実施形態の荷重測定装置３０の性能評価の内容を示す説明図
【図22】第２実施形態の第１の変形例における荷重測定装置３０の構成を示す説明図
【図23】第２実施形態の第２の変形例における荷重測定装置３０の構成を示す説明図
【図24】第２実施形態の第３の変形例における荷重測定装置３０の構成を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【0023】
Ａ．第１実施形態：
Ａ－１．体重測定装置１００の構成：
Ａ－１－１．全体構成：
図１は、第１実施形態における体重測定装置１００の概略構成を示す説明図である。第１実施形態の体重測定装置１００は、新生児Ｂの体重を測定するためのベッド型の装置である。体重測定装置１００は、特許請求の範囲における秤量装置の一例であり、新生児Ｂは、特許請求の範囲における被秤量物の一例である。
Ａ－１．体重測定装置１００の構成：
Ａ－１－１．全体構成：
図１は、第１実施形態における体重測定装置１００の概略構成を示す説明図である。第１実施形態の体重測定装置１００は、新生児Ｂの体重を測定するためのベッド型の装置である。体重測定装置１００は、特許請求の範囲における秤量装置の一例であり、新生児Ｂは、特許請求の範囲における被秤量物の一例である。
【0024】
体重測定装置１００は、基台２２０と、載置部材２１０と、４つの荷重測定装置１０とを備える。基台２２０は、例えば略直方体状の台状の部材である。各荷重測定装置１０は、所定の方向（本実施形態では鉛直方向）に受ける荷重の大きさを測定する装置であり、基台２２０の上面２２１に配置されている。載置部材２１０は、新生児Ｂが載置される載置面２１１を有する略板状の（ベッド型の）部材であり、４つの荷重測定装置１０によって基台２２０上に支持されている。載置部材２１０は、例えば樹脂により形成されている。なお、本実施形態では、載置部材２１０は、上面視で略矩形であり、四隅のそれぞれの周辺の位置で荷重測定装置１０により支持されている。
【0025】
Ａ－１－２．荷重測定装置１０の構成：
図２は、第１実施形態における荷重測定装置１０の構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、第１実施形態における荷重測定装置１０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図３には、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩの位置（後述する起歪体１１０を板厚方向（Ｙ軸方向）に二分する位置）における荷重測定装置１０のＸＺ断面構成が示されている。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本実施形態では、Ｚ軸正方向は上方向であり、Ｚ軸負方向は下方向である。なお、図２では、荷重測定装置１０の構成をわかりやすく示すために、後述するカバー部材１６０が取り付けられていない状態の荷重測定装置１０の構成を示している（ただし、カバー部材１６０を破線で示している）。
図２は、第１実施形態における荷重測定装置１０の構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、第１実施形態における荷重測定装置１０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図３には、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩの位置（後述する起歪体１１０を板厚方向（Ｙ軸方向）に二分する位置）における荷重測定装置１０のＸＺ断面構成が示されている。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本実施形態では、Ｚ軸正方向は上方向であり、Ｚ軸負方向は下方向である。なお、図２では、荷重測定装置１０の構成をわかりやすく示すために、後述するカバー部材１６０が取り付けられていない状態の荷重測定装置１０の構成を示している（ただし、カバー部材１６０を破線で示している）。
【0026】
【0027】
起歪体１１０は、いわゆるロバーバル型の起歪体であり、例えば金属により形成されている。なお、起歪体１１０の形成材料は、荷重センサ１２０の形成材料の熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有する材料であることが好ましい。後述するように、本実施形態では、荷重センサ１２０の主要部が水晶により形成されているため、起歪体１１０は、水晶の熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有するＳＵＳ４３０により形成されている。
【0028】
起歪体１１０は、Ｙ軸方向に直交する略平板状の部材に、該部材をＹ軸方向に貫通する貫通孔１１１が形成された構成を有している。この貫通孔１１１は、Ｙ軸方向視で、Ｚ軸方向に延びる２つの鉛直部分１１１ａ，１１１ｂと、２つの鉛直部分１１１ａ，１１１ｂのそれぞれの中央部分を連通するようにＸ軸方向に延びる水平部分１１１ｃとから構成されている。貫通孔１１１の各鉛直部分１１１ａ，１１１ｂの上端および下端は、Ｙ軸方向視で略半円形となっている。貫通孔１１１の各鉛直部分１１１ａ，１１１ｂの上端および下端の付近では、起歪体１１０を構成する部材が非常に薄肉となっており、この薄肉の部分が、弾性的に撓み変形する起歪部１１９を構成している。
【0029】
このような構成の起歪体１１０は、Ｚ軸方向に延びる一対の部分（以下、「鉛直部分」という。）を有している。一対の鉛直部分のうちの一方である荷重側鉛直部分１１２は、起歪体１１０のうち、貫通孔１１１に対してＸ軸正方向側に位置する部分である。また、一対の鉛直部分のうちの他方である固定側鉛直部分１１３は、起歪体１１０うち、貫通孔１１１に対してＸ軸負方向側に位置する部分である。荷重側鉛直部分１１２の上面には、カバー部材１６０との接合のための２つのネジ孔１１８が形成されている。また、固定側鉛直部分１１３の下面には、ベース部材１８０との接合のための２つのネジ孔１１７が形成されている。Ｚ軸方向は、特許請求の範囲における第１の方向の一例であり、鉛直部分は、特許請求の範囲における第１部分の一例であり、荷重側鉛直部分１１２は、特許請求の範囲における荷重側第１部分の一例であり、固定側鉛直部分１１３は、特許請求の範囲における固定側第１部分の一例である。
【0030】
また、起歪体１１０は、Ｚ軸方向に直交する方向（Ｘ軸方向）に延びる一対の部分（以下、「水平部分」という。）を有している。一対の水平部分のうちの一方である上側水平部分１１４は、起歪体１１０のうち、貫通孔１１１の２つの鉛直部分１１１ａ，１１１ｂに挟まれ、かつ、貫通孔１１１の水平部分１１１ｃより上側に位置する部分である。また、一対の水平部分のうちの他方である下側水平部分１１５は、起歪体１１０のうち、貫通孔１１１の２つの鉛直部分１１１ａ，１１１ｂに挟まれ、かつ、貫通孔１１１の水平部分１１１ｃより下側に位置する部分である。上側水平部分１１４の各端部は、起歪部１１９を介して、荷重側鉛直部分１１２および固定側鉛直部分１１３の上端部に接続されており、下側水平部分１１５の各端部は、起歪部１１９を介して、荷重側鉛直部分１１２および固定側鉛直部分１１３の下端部に接続されている。すなわち、上側水平部分１１４および下側水平部分１１５のそれぞれは、２つの鉛直部分（荷重側鉛直部分１１２および固定側鉛直部分１１３）に架けられた梁状の部分である。Ｘ軸方向は、特許請求の範囲における第２の方向の一例であり、水平部分は、特許請求の範囲における第２部分の一例である。
【0031】
ベース部材１８０は、Ｚ軸方向視で略円形の略平板状部材であり、例えば金属（例えば、ＳＵＳ４３０等のステンレス）により形成されている。ベース部材１８０における起歪体１１０に対向する側の表面には、凹部１８１が形成されている。
【0032】
ベース部材１８０における起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３と対向する位置には、Ｚ軸方向に貫通する２つのネジ孔１８２が形成されている。ベース部材１８０の上に起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３が載置された状態では、ベース部材１８０に形成された各ネジ孔１８２と起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３に形成された各ネジ孔１１７とが互いに連通する。これらの連通した各ネジ孔に図示しないネジが螺号されることにより、起歪体１１０とベース部材１８０とが接合され、ベース部材１８０が起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３を固定的に支持した状態となっている。この状態では、起歪体１１０における固定側鉛直部分１１３を除く部分の下方に、凹部１８１に対応する空間が位置している。すなわち、起歪体１１０における固定側鉛直部分１１３を除く部分は、片持ち状態となっている。
【0033】
カバー部材１６０は、起歪体１１０やベース部材１８０を覆う蓋状の部材である。カバー部材１６０の形成材料としては、任意の材料を用いることが可能であるが、後述する制御回路１９０をシールドすることができる材料（例えば、アルミニウム合金等の金属）が用いられることが好ましい。カバー部材１６０は、Ｚ軸方向に直交する板状の台状部分１６０ａを有する。台状部分１６０ａは、体重測定装置１００の載置部材２１０（図１）から、Ｚ軸方向の荷重を受ける部分である。また、カバー部材１６０は、台状部分１６０ａの外周位置からベース部材１８０の位置まで下方に突出する遮蔽部分１６０ｂを有する。カバー部材１６０は、特許請求の範囲における台部材の一例である。
【0034】
カバー部材１６０の台状部分１６０ａには、Ｚ軸方向に貫通する２つのネジ孔１６１が形成されている。起歪体１１０を覆うようにカバー部材１６０が配置された状態では、カバー部材１６０の台状部分１６０ａに形成された各ネジ孔１６１と起歪体１１０の荷重側鉛直部分１１２に形成された各ネジ孔１１８とが互いに連通する。これらの連通した各ネジ孔に図示しないネジが螺号されることにより、カバー部材１６０と起歪体１１０とが接合され、カバー部材１６０が起歪体１１０の荷重側鉛直部分１１２に接続された状態となっている。なお、カバー部材１６０と起歪体１１０との間には、ワッシャ１６８が介在しており、起歪体１１０における荷重側鉛直部分１１２以外の部分の上面とカバー部材１６０の台状部分１６０ａの裏面との間には、空間が存在している。そのため、カバー部材１６０の台状部分１６０ａが受けた鉛直方向の荷重は、起歪体１１０のうち、荷重側鉛直部分１１２のみに伝達される。
【0035】
上述したように、荷重測定装置１０は、２つの荷重センサ１２０を備える。各荷重センサ１２０は、起歪体１１０の起歪部１１９に対してＺ軸方向に隣接する空間ＳＰに配置されている。より詳細には、２つの荷重センサ１２０のうちの一方（以下、「上側荷重センサ１２０ｈ」ともいう。）は、起歪体１１０における固定側鉛直部分１１３と上側水平部分１１４との接続箇所の起歪部１１９に対して下方向に隣接する空間ＳＰに配置されている。上側荷重センサ１２０ｈは、Ｘ軸方向において、起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３と上側水平部分１１４とに挟持されている。また、２つの荷重センサ１２０のうちの他方（以下、「下側荷重センサ１２０ｌ」ともいう。）は、起歪体１１０における固定側鉛直部分１１３と下側水平部分１１５との接続箇所の起歪部１１９に対して上方向に隣接する空間ＳＰに配置されている。下側荷重センサ１２０ｌは、Ｘ軸方向において、起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３と下側水平部分１１５とに挟持されている。荷重センサ１２０の構成については、後に詳述する。
【0036】
なお、本実施形態では、起歪体１１０に対する各荷重センサ１２０の取り付け・取り外しを可能とするため、起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３の一部分が、別部材（固定ブロック部材１３０）により構成されている。固定ブロック部材１３０は、起歪体１１０の貫通孔１１１に対してＸ軸負方向側に連通する第２の貫通孔１１６内に、Ｘ軸方向に摺動可能に配置された略平板状の部材である。上述したように、各荷重センサ１２０は、Ｘ軸方向において、起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３と上側水平部分１１４または下側水平部分１１５とに挟持されているが、より詳細には、起歪体１１０の固定側鉛直部分１１３を構成する固定ブロック部材１３０と上側水平部分１１４または下側水平部分１１５とに挟持されている。なお、本実施形態では、各荷重センサ１２０は、固定ブロック部材１３０の側面に接着されている。固定ブロック部材１３０は、固定側鉛直部分１１３の側面から第２の貫通孔１１６に向かってＸ軸方向に延びる２つのネジ孔１１８のそれぞれに螺号された固定用ネジ１４０により、Ｘ軸方向の移動が規制され、位置が固定された状態となっている。
【0037】
また、図２に示すように、本実施形態の荷重測定装置１０は、Ｘ軸方向における固定ブロック部材１３０の位置を強固に固定するための一対のストッパー部材１５０を備えている。一対のストッパー部材１５０は、Ｙ軸方向において、固定ブロック部材１３０を含む固定側鉛直部分１１３を挟持した状態で、ストッパー部材１５０に形成されたネジ孔１５１および固定ブロック部材１３０に形成されたネジ孔１３１を通る図示しないネジによって互いに連結されて固定されている。なお、一対のストッパー部材１５０を用いる代わりに、例えば、固定ブロック部材１３０を起歪体１１０に溶接する等の他の方法により、固定ブロック部材１３０の位置を固定するものとしてもよい。
【0038】
ベース部材１８０の凹部１８１内には、制御回路１９０が配置されている。図４は、第１実施形態における制御回路１９０の構成を概念的に示すブロック図である。制御回路１９０は、電源回路１９１と、発振回路１９２と、周波数カウンタ１９３とを備える。発振回路１９２は、荷重センサ１２０（後述する荷重センサ１２０の水晶振動子１６）の発振を持続して行わせるための回路である。発振回路１９２としては、例えば、水晶振動子１６の発振回路として一般的なコルピッツ型発振回路が用いられる。周波数カウンタ１９３は、発振回路１９２から出力される周期信号の周波数を読み取るための回路である。周波数カウンタ１９３としては、例えば、Ａｇｉｌｅｎｔ社製５３２３０Ａ等が用いられる。電源回路１９１は、発振回路１９２等へ電源を供給するための回路である。
【0039】
Ａ－１－３．荷重センサ１２０の構成：
図５は、第１実施形態における荷重センサ１２０の構成を概略的に示す斜視図であり、図６は、第１実施形態における荷重センサ１２０のＸＺ断面構成を示す説明図である。図５では、荷重センサ１２０の構成を分かりやすく示すために、一部の構成を透過させた状態で示している。また、図６には、図５のＶＩ－ＶＩの位置（後述する電極１８のＺ軸方向視での中心点を通る位置）における荷重センサ１２０のＸＺ断面構成が示されている。
図５は、第１実施形態における荷重センサ１２０の構成を概略的に示す斜視図であり、図６は、第１実施形態における荷重センサ１２０のＸＺ断面構成を示す説明図である。図５では、荷重センサ１２０の構成を分かりやすく示すために、一部の構成を透過させた状態で示している。また、図６には、図５のＶＩ－ＶＩの位置（後述する電極１８のＺ軸方向視での中心点を通る位置）における荷重センサ１２０のＸＺ断面構成が示されている。
【0040】
【0041】
水晶振動子層１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の薄板形状の部材である。水晶振動子層１２の縦幅（Ｘ軸方向の大きさ）および横幅（Ｙ軸方向の大きさ）は、ともに例えば１．０～３．０ｍｍ程度（例えば２．０ｍｍ）であり、水晶振動子層１２の厚さ（Ｚ軸方向の大きさ）は、例えば２０～６０μｍ程度（例えば４１．７μｍ）である。
【0042】
水晶振動子層１２は、Ｚ軸方向に直交する薄板形状の水晶振動子１６と、水晶振動子１６の厚さ方向（Ｚ軸方向）に相対する一対の面に設けられた一対の電極１８とを備える。水晶振動子１６としては、例えば温度安定性に優れたＡＴカット水晶が用いられる。ＡＴカット水晶振動子は、外部からの印加電圧により電極に厚み滑り振動を生じ、外力に対して正確に比例した共振周波数での電気周期信号として出力を得ることができる。
【0043】
水晶振動子１６の平面上の略中央部分には、厚さ方向（Ｚ軸方向）に対向する一対の電極１８が略円形形状にそれぞれ設けられている。一対の電極１８は、例えばスパッタリングによって形成される。一対の電極１８には、配線２０が接続されている。配線２０は、水晶振動子１６の平面上を対角方向に相反するように、水晶振動子１６の端部近くまで伸びている。配線２０は、例えば電極１８と一体的にスパッタリングによって形成される。配線２０は、水晶振動子１６の端部において、荷重センサ１２０の外部に設けられた電線２２に電気的に接続されている。
【0044】
水晶振動子１６は、例えば薄板形状のＡＴカット水晶ウェハの両面に、Ｌｉｆｔ－ｏｆｆプロセスを用いて電極を成膜し、ダイシングによる分割を行うことにより形成される。より具体的には、ＡＴカット水晶ウェハ上に、先ず犠牲層をパターンニングし、次にＣｒおよびＡｕをスパッタして電極を形成した後、犠牲層を除去する。この一連のプロセスを両面に行って電極１８をパターンニングし、電極１８の完成後、ダイシングソーによってカットして複数個の水晶振動子１６を形成する。
【0045】
なお、厚みの薄い水晶振動子１６を得るのに際しては、水晶のエッチングを行なうことが考えられるが、エッチングにより表面荒さが生じ、平面度が低下することで水晶振動子１６の発振特性に影響を及ぼすことがないようにするのが望ましい。具体的には例えば、本実施例においては、水晶振動子１６の両面を鏡面研磨したうえで用いている。
【0046】
また、水晶振動子１６の厚さと電極１８の大きさとの関係については、水晶振動子１６の厚さの１５～２０倍程度の電極１８の径が最適であるとされる。また、水晶の外形、すなわち、Ｚ軸方向視での大きさは、電極１８の径に対して十分に大きくする必要があるものとされる。
【0047】
電線２２は、配線２０と制御回路１９０（図４）とを直接的もしくは中継基板などを介して接続するためのものである。電線２２は、配線用の銅線である。
【0048】
保持層１４は、本実施例においてはバルク状（塊状）の水晶によって構成されている。すなわち、保持層１４と水晶振動子層１２とは、略同等の熱膨張率を有する材料によって構成されている。また、保持層１４が水晶によって構成されていることから、水晶振動子層１２にＸ軸方向の荷重が印加された際に、保持層１４には水晶振動子層１２の変位と略同量の変位が生ずる。
【0049】
保持層１４の縦幅（Ｘ軸方向の大きさ）および横幅（Ｙ軸方向の大きさ）は、ともに例えば１．０～３．０ｍｍ程度（例えば、２．０ｍｍ）であり、保持層１４の厚さ（Ｚ軸方向の大きさ）は、例えば３００～７００μｍ程度（例えば、５００μｍ）である。このように、保持層１４は、水晶振動子層１２に比べて十分な厚さを有している。また、保持層１４において、上述した水晶振動子層１２と接合された場合に外周面となる面においては、水晶振動子層１２の電極１８から引き出された配線２０に対応する位置に、厚さ方向に延びる凹状の溝２６が設けられており、保持層１４と水晶振動子層１２とを重ね合わせた場合に、配線２０の端部が露出するようになっている。この露出した配線２０の端部に電線２２が接続される。また、溝２６は断面が円弧形状の溝とされているが、これは水晶振動子層１２に荷重が印可された場合に溝２６の特定の箇所に応力集中が生じにくくするためである。
【0050】
また、図６に示すように、保持層１４における水晶振動子層１２と重ね合わされる面には、水晶振動子層１２と重ね合わされた際に電極１８と対応する部分に段差２８が設けられている。この段差２８は、断面が円状の穴として設けられており、保持層１４が水晶振動子層１２と重ね合わされた際に、電極１８が保持層１４と接触することがないよう、具体的には例えば、段差２８として設けられた穴と電極１８との間に１０μｍ程度のクリアランスＣＬが設けられるように、段差２８の大きさや深さが設定される。段差２８が設けられることにより、保持層１４における水晶振動子層１２と重ね合わせた際に、両者が接触することにより水晶振動子１６の発振を妨げることがない。言い換えれば、水晶振動子層１２のうち段差２８に対向する部分が、好適な振動を生じる振動部として確保される。なお、段差２８の形状は前述のような断面が円形の穴に限られず、電極１８と保持層１４とが接触しない形状であればよい。
【0051】
保持層１４および水晶振動子層１２のそれぞれにおいて、両者が重ね合わされる面には、接着層３２が設けられている。本実施例では、接着層３２は、スパッタリングにより成膜された金属薄膜であり、具体的には、クロム（Ｃｒ）を成膜した後に金（Ａｕ）を成膜して得られる薄膜である。接着層３２は、原子拡散接合により保持層１４と水晶振動子層１２とを接合する。また、接着層３２は、水晶振動子層１２において、水晶振動子１６の面においてその外周側を囲むように設けられている。ここで接着層３２は、水晶振動子層１２に設けられた電極１８および配線２０と接触することがないように、それら電極１８および配線２０と重なることがなく、かつ、所定の間隔以上を隔てて設けられている。また、接着層３２は、水晶振動子層１２の両面、および、一対の保持層１４の水晶振動子層１２と重ね合わされる面にそれぞれ設けられており、保持層１４に設けられる接着層３２の形状は、水晶振動子層１２と重ね合わされた際に、その重ね合わされた水晶振動子層１２に設けられた接着層３２と同形状となるようにされている。なお、配線２０との絶縁が確保されることを前提として、保持層１４の接着層３２は面の外周側において全周に渡って設けられてもよい。
【0052】
また、接着層３２は、例えば、保持層１４および水晶振動子層１２がそれら接着層３２により接着された場合において、上述の保持層１４における水晶振動子層１２との接触面のうち、段差２８以外の部分に設けられるものであって、その段差２８以外の部分の全部であってもよいし、一部であってもよい。水晶振動子層１２に荷重計測方向に荷重が加えられた場合に水晶振動子層１２が座屈しないために、接着層３２の位置、大きさなどが決定される。これにより、水晶振動子層１２の座屈を抑制することができる。
【0053】
このような構成の荷重センサ１２０では、荷重センサ１２０が受けるＸ軸方向の荷重（図５および図６における圧縮荷重Ｆ、または引張荷重）の大きさに応じて、荷重センサ１２０の水晶振動子層１２の発振周波数が変化する。荷重センサ１２０は、制御回路１９０による制御の下、発振周波数の変化に基づき、自らの受けた荷重の大きさを測定する。
【0054】
Ａ－２．体重測定装置１００の動作：
本実施形態では、体重測定装置１００（図１）において、載置部材２１０の載置面２１１に新生児Ｂが載置されていない状態（以下、「無負荷状態」という。）では、起歪体１１０に組み込まれた各荷重センサ１２０が受けるＸ軸方向の荷重が所定値に調整されている。なお、以下では、荷重センサ１２０が受けるＸ軸方向の荷重を、引張荷重で表すものとし、荷重センサ１２０がＸ軸方向に圧縮荷重を受けている場合には、その荷重を負の値で表すものとする。
本実施形態では、体重測定装置１００（図１）において、載置部材２１０の載置面２１１に新生児Ｂが載置されていない状態（以下、「無負荷状態」という。）では、起歪体１１０に組み込まれた各荷重センサ１２０が受けるＸ軸方向の荷重が所定値に調整されている。なお、以下では、荷重センサ１２０が受けるＸ軸方向の荷重を、引張荷重で表すものとし、荷重センサ１２０がＸ軸方向に圧縮荷重を受けている場合には、その荷重を負の値で表すものとする。
【0055】
体重測定装置１００の載置部材２１０の載置面２１１に新生児Ｂが載置されると、載置部材２１０を支持する４つの荷重測定装置１０のそれぞれに、鉛直方向の荷重が加えられる。より具体的には、各荷重測定装置１０のカバー部材１６０（図２および図３）に、鉛直方向の荷重が加えられる。荷重測定装置１０のカバー部材１６０が受けた鉛直方向の荷重は、起歪体１１０の荷重側鉛直部分１１２に伝達される。これにより、起歪体１１０の荷重側鉛直部分１１２が下方に変位するように、起歪体１１０の各起歪部１１９が弾性的に撓み変形する。起歪体１１０が変形すると、起歪体１１０に挟持された各荷重センサ１２０が起歪体１１０から受けるＸ軸方向の荷重が、起歪体１１０の荷重側鉛直部分１１２に伝達された鉛直方向の荷重に応じた量だけ変化する。例えば、上側荷重センサ１２０ｈでは、起歪体１１０の変形に伴いＸ軸方向の荷重（引張荷重）が減少し（すなわち、無負荷状態よりも圧縮側に変化し）、下側荷重センサ１２０ｌでは、起歪体１１０の変形に伴いＸ軸方向の荷重（引張荷重）が増加する（すなわち、無負荷状態よりも引張側に変化する）。各荷重センサ１２０が受けるＸ軸方向の荷重が変化すると、各荷重センサ１２０の発振周波数が、荷重の変化量に応じた量だけ変化する。各荷重センサ１２０は、制御回路１９０による制御の下、発振周波数の変化量を、荷重測定装置１０が受けた鉛直方向の荷重の大きさに変換する。図示しない制御装置（例えば、ＣＰＵおよびメモリを備えるコンピュータ）により、体重測定装置１００に備えられた４つの荷重測定装置１０の荷重測定値が合計され、載置部材２１に載置された新生児Ｂの体重として算出される。
【0056】
なお、本実施形態では、各荷重測定装置１０が２つの荷重センサ１２０（上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌ）を備えるため、各荷重測定装置１０は、２つの荷重センサ１２０を用いて、荷重測定装置１０が受ける鉛直方向の荷重の大きさを測定する。例えば、荷重測定装置１０は、上側荷重センサ１２０ｈを用いた荷重の測定値と、下側荷重センサ１２０ｌを用いた荷重の測定値との平均値を、荷重測定装置１０が受ける鉛直方向の荷重の大きさとして算出する。あるいは、荷重測定装置１０は、下側荷重センサ１２０ｌの発振周波数と上側荷重センサ１２０ｈの発振周波数との差分を用い、無負荷状態からの該差分の変化量に基づき、荷重測定装置１０が受ける鉛直方向の荷重を測定するものとしてもよい。各荷重測定装置１０が２つの荷重センサ１２０を用いて荷重の大きさを測定することにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、荷重測定装置１０による荷重の測定精度を向上させることができる。
【0057】
Ａ－３．荷重測定装置１０の性能評価：
上述した構成の第１実施形態の荷重測定装置１０について、各種性能評価を行った。以下、各種性能評価について説明する。
上述した構成の第１実施形態の荷重測定装置１０について、各種性能評価を行った。以下、各種性能評価について説明する。
【0058】
Ａ－３－１．第１の性能評価：
図７から図９は、第１実施形態の荷重測定装置１０における荷重センサ１２０の位置に関する第１の性能評価の内容を示す説明図である。図７に示すように、この性能評価には、評価用荷重測定装置４００が用いられた。評価用荷重測定装置４００は、上述した本実施形態の荷重測定装置１０と同様に、起歪体４１０を備えている。起歪体４１０は、Ｚ軸方向に延びる一対の鉛直部分（荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３）と、Ｘ軸方向に延び、それぞれ起歪部４１９を介して一対の鉛直部分に接続された一対の水平部分（上側水平部分４１４および下側水平部分４１５）とを有している。ただし、評価用荷重測定装置４００では、上側水平部分４１４は、荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３の上端部ではなく上端部より下方の位置に接続されており、下側水平部分４１５は、荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３の下端部ではなく下端部より上方の位置に接続されている。そのため、評価用荷重測定装置４００の起歪体４１０では、上側水平部分４１４と荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３とを接続する２つの起歪部４１９の上側にも荷重センサ１２０を配置可能な空間ＳＰが存在し、かつ、下側水平部分４１５と荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３とを接続する起歪部４１９の下側にも荷重センサ１２０を配置可能な空間ＳＰが存在する。すなわち、評価用荷重測定装置４００の起歪体４１０では、図７に示す８つの位置（センサ位置ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｄ’）に荷重センサ１２０を配置可能となっている。なお、図７では、８つのセンサ位置のすべてに荷重センサ１２０を図示しているが、実際に８つのセンサ位置のすべてに荷重センサ１２０が配置されるという意味ではなく、荷重センサ１２０を配置可能な位置を示しているに過ぎない。
図７から図９は、第１実施形態の荷重測定装置１０における荷重センサ１２０の位置に関する第１の性能評価の内容を示す説明図である。図７に示すように、この性能評価には、評価用荷重測定装置４００が用いられた。評価用荷重測定装置４００は、上述した本実施形態の荷重測定装置１０と同様に、起歪体４１０を備えている。起歪体４１０は、Ｚ軸方向に延びる一対の鉛直部分（荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３）と、Ｘ軸方向に延び、それぞれ起歪部４１９を介して一対の鉛直部分に接続された一対の水平部分（上側水平部分４１４および下側水平部分４１５）とを有している。ただし、評価用荷重測定装置４００では、上側水平部分４１４は、荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３の上端部ではなく上端部より下方の位置に接続されており、下側水平部分４１５は、荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３の下端部ではなく下端部より上方の位置に接続されている。そのため、評価用荷重測定装置４００の起歪体４１０では、上側水平部分４１４と荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３とを接続する２つの起歪部４１９の上側にも荷重センサ１２０を配置可能な空間ＳＰが存在し、かつ、下側水平部分４１５と荷重側鉛直部分４１２および固定側鉛直部分４１３とを接続する起歪部４１９の下側にも荷重センサ１２０を配置可能な空間ＳＰが存在する。すなわち、評価用荷重測定装置４００の起歪体４１０では、図７に示す８つの位置（センサ位置ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｄ’）に荷重センサ１２０を配置可能となっている。なお、図７では、８つのセンサ位置のすべてに荷重センサ１２０を図示しているが、実際に８つのセンサ位置のすべてに荷重センサ１２０が配置されるという意味ではなく、荷重センサ１２０を配置可能な位置を示しているに過ぎない。
【0059】
また、評価用荷重測定装置４００は、上述した本実施形態の荷重測定装置１０におけるカバー部材１６０に相当する部材として、台部材４６０を備える。台部材４６０は、Ｚ軸方向の荷重を受ける台状部分４６０ａから構成されている。台部材４６０は、起歪体４１０の荷重側鉛直部分４１２に接続されている。台部材４６０の上面には、荷重を受ける位置として、図７に示す５つの位置（荷重位置１～５）が設定されている。荷重位置３は、荷重側鉛直部分４１２の直上の位置であり、荷重位置１，２は、荷重位置３よりＸ軸負方向側の位置であり、荷重位置４，５は、荷重位置３よりＸ軸正方向側の位置である。
【0060】
本性能評価では、評価用荷重測定装置４００の性能、より具体的には、台部材４６０における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下の程度を確認するために、台部材４６０における各荷重位置（荷重位置１～５）に荷重を加えたときに、起歪体４１０における各センサ位置（センサ位置ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｄ’）に生ずる応力を、シミュレーションにより算出した。シミュレーションは、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（２０１８ ＳＰ２．０， ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ社）を用いて行った。
【0061】
図８には、各荷重位置に荷重を加えたときに各センサ位置に生ずる応力の算出結果を示している。図８では、縦軸の正の値は引張応力を表し、縦軸の負の値は圧縮応力を表している。図８において、各荷重位置に荷重を加えたときに各センサ位置に生ずる応力の値が一定に近いほど（すなわち、図８に示された直線の傾きが小さいほど）、荷重位置の変化に伴う測定精度の低下が小さく、高性能であると言える。これらの点は、図９や後述する図１１，１２等においても同様である。
【0062】
図８に示すように、いずれのセンサ位置に対応する直線も、傾きがある程度以上小さくなっている。そのため、荷重センサ１２０を、起歪体１１０の起歪部１１９に対してＺ軸方向に隣接する空間ＳＰに配置し、かつ、Ｘ軸方向において起歪体１１０の鉛直部分と水平部分とに挟持するように構成すれば、荷重センサ１２０をどのセンサ位置に配置しても、一定以上の性能を確保することができると言える。特に、センサ位置ａ’およびｃ’に対応する直線は、傾きが非常に小さくなっているため、荷重測定装置において荷重センサ１２０をセンサ位置ａ’またはｃ’に配置すると、荷重測定装置の性能を効果的に向上させることができると言える。
【0063】
また、図９には、各荷重位置に荷重を加えたときに一対のセンサ位置に生ずる応力の差分の算出結果を示している。例えば、図中の「ａ－ｃ」は、各荷重位置に荷重を加えたときにセンサ位置ａに生ずる応力とセンサ位置ｃに生ずる応力との差分を示している。図９には、センサ位置の４つの組合せについて、応力の差分の算出結果が示されている。図９に示されたどのセンサ位置の組合せに対応する直線も、傾きがある程度以上小さくなっている。そのため、荷重測定装置において一対の荷重センサ１２０を図９に示されたどのセンサ位置の組合せに配置しても、一対の荷重センサ１２０を利用して（例えば、両者の発振周波数の差分を用いて）荷重を測定することにより、一定以上の性能を確保することができると言える。なお、図９に示されたセンサ位置の各組合せ（ただし、センサ位置ｄおよびｃの組合せを除く）は、Ｚ軸方向に互いに対向する一対のセンサ位置の組合せであり、かつ、一対の水平部分（上側水平部分４１４および下側水平部分４１５）に挟まれた空間（すなわち、貫通孔１１１の水平部分１１１ｃ、図３参照）より上側のセンサ位置と該空間より下側のセンサ位置との組合せである。そのため、荷重測定装置において、一対の水平部分に挟まれた空間（貫通孔１１１の水平部分１１１ｃ）よりＺ軸方向の一方側に位置する荷重センサ１２０と、該空間よりＺ軸方向の他方側に位置する荷重センサ１２０と、から構成される一対の荷重センサ１２０を備えるように構成すれば、荷重測定装置の性能を向上させることができると言える。
【0064】
特に、図９に示されたセンサ位置の各組合せの中でも、センサ位置ａ’およびｃ’の組合せ、並びに、センサ位置ｂ’およびｄ’の組合せに対応する直線は、傾きが非常に小さくなっている。そのため、荷重測定装置において一対の荷重センサ１２０をこれらのセンサ位置の組合せに配置すると、荷重測定装置の性能を効果的に向上させることができると言える。なお、これらのセンサ位置の組合せは、上記条件に加えて、Ｚ軸方向において起歪部を介さずに互いに対向した一対のセンサ位置の組合せである。そのため、荷重測定装置において、上記条件に加えて、Ｚ軸方向において起歪部を介さずに互いに対向する一対の荷重センサ１２０を備えるように構成すれば、荷重測定装置の性能を効果的に向上させることができると言える。
【0065】
さらに、これらのセンサ位置の組合せの中でも、センサ位置ａ’およびｃ’の組合せに対応する直線は、傾きが極めて小さくなっている。そのため、荷重測定装置において一対の荷重センサ１２０をこのセンサ位置の組合せに配置すると、荷重測定装置の性能を極めて効果的に向上させることができると言える。なお、このセンサ位置の組合せは、上記条件に加えて、Ｘ軸方向において固定側鉛直部分と水平部分とに挟持されるようなセンサ位置の組合せである。そのため、荷重測定装置において、上記条件に加えて、Ｘ軸方向において固定側鉛直部分と水平部分とに挟持された一対の荷重センサ１２０を備えるように構成すれば、荷重測定装置の性能を極めて効果的に向上させることができると言える。
【0066】
Ａ－３－２．第２の性能評価：
図１０から図１２は、第１実施形態の荷重測定装置１０における上側水平部分１１４と下側水平部分１１５との間のギャップＧＰ（すなわち、貫通孔１１１の水平部分１１１ｃの高さ）に関する第２の性能評価の内容を示す説明図である。図１０に示すように、この性能評価では、上述した本実施形態の荷重測定装置１０（図１０では、一部の構成の図示を省略している）が用いられた。また、荷重測定装置１０のカバー部材１６０の台状部分１６０ａの上面には、荷重を受ける位置として、図１０に示す３つの位置（荷重位置１～３）が設定されている。荷重位置２は、荷重側鉛直部分１１２の直上の位置であり、荷重位置１は、荷重位置２よりＸ軸負方向側の位置であり、荷重位置３は、荷重位置２よりＸ軸正方向側の位置である。
図１０から図１２は、第１実施形態の荷重測定装置１０における上側水平部分１１４と下側水平部分１１５との間のギャップＧＰ（すなわち、貫通孔１１１の水平部分１１１ｃの高さ）に関する第２の性能評価の内容を示す説明図である。図１０に示すように、この性能評価では、上述した本実施形態の荷重測定装置１０（図１０では、一部の構成の図示を省略している）が用いられた。また、荷重測定装置１０のカバー部材１６０の台状部分１６０ａの上面には、荷重を受ける位置として、図１０に示す３つの位置（荷重位置１～３）が設定されている。荷重位置２は、荷重側鉛直部分１１２の直上の位置であり、荷重位置１は、荷重位置２よりＸ軸負方向側の位置であり、荷重位置３は、荷重位置２よりＸ軸正方向側の位置である。
【0067】
本性能評価では、上記ギャップＧＰが荷重測定装置１０の性能、より具体的には、カバー部材１６０における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下の程度に与える影響を確認するために、ギャップＧＰが２．０ｍｍの場合およびギャップＧＰが０．１ｍｍの場合について、カバー部材１６０における各荷重位置（荷重位置１～３）に荷重を加えたときに、起歪体１１０における各荷重センサ１２０（上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌ）が配置される位置に生ずる応力を、シミュレーションにより算出した。シミュレーションは、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（２０１８ ＳＰ２．０， ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ社）を用いて行った。
【0068】
図１１には、ギャップＧＰが２．０ｍｍの場合において、各荷重位置に荷重を加えたときに各荷重センサ１２０が配置される位置に生ずる応力の算出結果を示している。図１１に示すように、上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌに対応する直線のいずれも、傾きがある程度以上小さくなっている。また、下側荷重センサ１２０ｌが配置される位置に生ずる応力と上側荷重センサ１２０ｈが配置される位置に生ずる応力との差分に対応する直線は、傾きが非常に小さくなっている。そのため、荷重測定装置１０において、ギャップＧＰが２．０ｍｍであれば、一定以上の性能を確保することができると言える。
【0069】
また、図１２には、ギャップＧＰが０．１ｍｍの場合において、各荷重位置に荷重を加えたときに各荷重センサ１２０が配置される位置に生ずる応力の算出結果を示している。図１２に示すように、上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌに対応する直線のいずれも、ギャップＧＰが２．０ｍｍの場合と比べて、傾きがより小さくなっている。また、下側荷重センサ１２０ｌが配置される位置に生ずる応力と上側荷重センサ１２０ｈが配置される位置に生ずる応力との差分に対応する直線についても、ギャップＧＰが２．０ｍｍの場合と比べて、傾きがより小さくなっている。そのため、荷重測定装置１０において、ギャップＧＰが小さいほど性能が向上すると言える。従って、荷重測定装置１０における上側水平部分１１４と下側水平部分１１５との間のギャップＧＰは、２．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以下であることがさらに好ましいと言える。
【0070】
Ａ－３－３．第３の性能評価：
図１３から図１８は、第１実施形態の荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置の影響に関する第３の性能評価の内容を示す説明図である。図１３に示すように、この性能評価では、上述した本実施形態の荷重測定装置１０が用いられた。また、荷重測定装置１０のカバー部材１６０の台状部分１６０ａの上面には、荷重を受ける位置として、図１３に示す５つの荷重位置が設定されている。具体的には、荷重位置Ｐｏは、カバー部材１６０の台状部分１６０ａの上面の中心位置であり、より具体的には、起歪体１１０の荷重側鉛直部分１１２に形成された２つのネジ孔１１８のうちの固定側鉛直部分１１３に近い側のネジ孔１１８の直上の位置である（図３等参照）。また、荷重位置Ｐｘ１およびＰｘ２は、荷重位置ＰｏからそれぞれＸ軸正方向およびＸ軸負方向に１０ｍｍずれた位置であり、荷重位置Ｐｙ１およびＰｙ２は、荷重位置ＰｏからそれぞれＹ軸正方向およびＹ軸負方向に１０ｍｍずれた位置である。
図１３から図１８は、第１実施形態の荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置の影響に関する第３の性能評価の内容を示す説明図である。図１３に示すように、この性能評価では、上述した本実施形態の荷重測定装置１０が用いられた。また、荷重測定装置１０のカバー部材１６０の台状部分１６０ａの上面には、荷重を受ける位置として、図１３に示す５つの荷重位置が設定されている。具体的には、荷重位置Ｐｏは、カバー部材１６０の台状部分１６０ａの上面の中心位置であり、より具体的には、起歪体１１０の荷重側鉛直部分１１２に形成された２つのネジ孔１１８のうちの固定側鉛直部分１１３に近い側のネジ孔１１８の直上の位置である（図３等参照）。また、荷重位置Ｐｘ１およびＰｘ２は、荷重位置ＰｏからそれぞれＸ軸正方向およびＸ軸負方向に１０ｍｍずれた位置であり、荷重位置Ｐｙ１およびＰｙ２は、荷重位置ＰｏからそれぞれＹ軸正方向およびＹ軸負方向に１０ｍｍずれた位置である。
【0071】
本性能評価では、荷重測定装置１０のカバー部材１６０における荷重位置が荷重測定装置１０の性能、より具体的には、カバー部材１６０における荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下の程度に与える影響を確認するために、実際に作製した荷重測定装置１０を使用し、上述した５つの荷重位置（Ｐｏ、Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１、Ｐｙ２）のそれぞれに荷重を加えた際の、一対の荷重センサ１２０（下側荷重センサ１２０ｌおよび上側荷重センサ１２０ｈ）の出力周波数を計測した。評価は、各荷重位置について３回行った。
【0072】
図１４には、荷重位置Ｐｏに荷重を加えた際の下側荷重センサ１２０ｌの周波数計測結果が示されており、図１５には、荷重位置Ｐｏに荷重を加えた際の上側荷重センサ１２０ｈの周波数計測結果が示されている。図１４および図１５の（Ａ）～（Ｃ）欄には、それぞれ１～３回目の評価結果が示されている。なお、図示していないが、荷重位置Ｐｏ以外の他の４つの荷重位置（Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１、Ｐｙ２）についても、同様に周波数計測を行った。
【0073】
また、図１６には、Ｘ軸方向に並んだ３つの荷重位置（Ｐｏ、Ｐｘ１、Ｐｘ２）のそれぞれに荷重を加えた際の周波数計測結果から算出した荷重センサ１２０の感度が示されている。荷重センサ１２０の感度は、図１４および図１５に示すように、荷重－周波数の関係から導出した近似直線の傾きである。図１６に示すように、上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌに対応する直線のいずれも、傾きがある程度以上小さくなっている。また、下側荷重センサ１２０ｌと上側荷重センサ１２０ｈとの差分に対応する直線は、傾きが非常に小さくなっている。そのため、上述した本実施形態の荷重測定装置１０の構成を採用すれば、荷重センサ１２０の感度に関して一定以上の性能を確保することができると言える。
【0074】
また、図１７には、Ｘ軸方向に並んだ３つの荷重位置（Ｐｏ、Ｐｘ１、Ｐｘ２）のそれぞれについて、図１６に示す感度から算出した相対誤差が示されている。相対誤差は、下式（１）に従い算出される。図１７に示すように、上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌのいずれについても、相対誤差は１０～１５％程度以下の範囲に収まっている。また、下側荷重センサ１２０ｌと上側荷重センサ１２０ｈとの差分については、いずれの荷重位置においても相対誤差が極めて小さく（１～２％程度以下に）なっている。そのため、上述した本実施形態の荷重測定装置１０において、一対の荷重センサ１２０（下側荷重センサ１２０ｌおよび上側荷重センサ１２０ｈ）を用いれば、測定誤差を極めて小さくすることができると言える。
相対誤差（％）＝（（計測感度－荷重位置Ｐｏの平均感度）／荷重位置Ｐｏの平均感度）×１００ ・・・（１）
相対誤差（％）＝（（計測感度－荷重位置Ｐｏの平均感度）／荷重位置Ｐｏの平均感度）×１００ ・・・（１）
【0075】
また、図１８には、Ｙ軸方向に並んだ３つの荷重位置（Ｐｏ、Ｐｙ１、Ｐｙ２）のそれぞれに荷重を加えた際の周波数計測結果から算出した荷重センサ１２０の感度が示されている。図１８に示すように、上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌに対応する直線のいずれも、傾きがある程度以上小さくなっている。そのため、上述した本実施形態の荷重測定装置１０の構成を採用すれば、荷重センサ１２０の感度に関して一定以上の性能を確保することができると言える。
【0076】
Ａ－４．第１実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の荷重測定装置１０は、起歪体１１０と、カバー部材１６０と、ベース部材１８０とを備える。起歪体１１０は、Ｚ軸方向に延びる一対の鉛直部分１１２，１１３と、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に延び、それぞれ起歪部１１９を介して一対の鉛直部分１１２，１１３に接続された一対の水平部分１１４，１１５とを有する。カバー部材１６０は、Ｚ軸方向の荷重を受ける台状部分１６０ａを有し、一対の鉛直部分のうちの一方である荷重側鉛直部分１１２に接続されている。ベース部材１８０は、一対の鉛直部分のうちの他方である固定側鉛直部分１１３を固定的に支持する。本実施形態の荷重測定装置１０は、さらに、少なくとも１つの荷重センサ１２０を備える。荷重センサ１２０は、起歪体１１０の起歪部１１９に対してＺ軸方向に隣接する空間ＳＰに配置され、Ｘ軸方向において起歪体１１０の鉛直部分と水平部分とに挟持される。荷重センサ１２０は、Ｘ軸方向の荷重に応じた信号を出力する。このような構成の荷重測定装置１０によれば、カバー部材１６０の台状部分１６０ａにおける荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を抑制することができ、荷重測定装置１０の性能を向上させることができる。
以上説明したように、本実施形態の荷重測定装置１０は、起歪体１１０と、カバー部材１６０と、ベース部材１８０とを備える。起歪体１１０は、Ｚ軸方向に延びる一対の鉛直部分１１２，１１３と、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に延び、それぞれ起歪部１１９を介して一対の鉛直部分１１２，１１３に接続された一対の水平部分１１４，１１５とを有する。カバー部材１６０は、Ｚ軸方向の荷重を受ける台状部分１６０ａを有し、一対の鉛直部分のうちの一方である荷重側鉛直部分１１２に接続されている。ベース部材１８０は、一対の鉛直部分のうちの他方である固定側鉛直部分１１３を固定的に支持する。本実施形態の荷重測定装置１０は、さらに、少なくとも１つの荷重センサ１２０を備える。荷重センサ１２０は、起歪体１１０の起歪部１１９に対してＺ軸方向に隣接する空間ＳＰに配置され、Ｘ軸方向において起歪体１１０の鉛直部分と水平部分とに挟持される。荷重センサ１２０は、Ｘ軸方向の荷重に応じた信号を出力する。このような構成の荷重測定装置１０によれば、カバー部材１６０の台状部分１６０ａにおける荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を抑制することができ、荷重測定装置１０の性能を向上させることができる。
【0077】
また、本実施形態の荷重測定装置１０は、Ｚ軸方向に互いに対向する一対の荷重センサ１２０を備える。この一対の荷重センサ１２０は、一対の水平部分に挟まれた空間（貫通孔１１１の水平部分１１１ｃ）より、Ｚ軸方向の一方側（上側）に位置する荷重センサ１２０（上側荷重センサ１２０ｈ）と、Ｚ軸方向の他方側（下側）に位置する荷重センサ１２０（下側荷重センサ１２０ｌ）とから構成される。このような構成の荷重測定装置１０によれば、一対の荷重センサ１２０を用いることにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、カバー部材１６０の台状部分１６０ａにおける荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を効果的に抑制することができ、荷重測定装置１０の性能を効果的に向上させることができる。
【0078】
また、本実施形態の荷重測定装置１０は、Ｚ軸方向において起歪部１１９を介さずに互いに対向した一対の荷重センサ１２０（上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌ）を備える。このような構成の荷重測定装置１０によれば、一対の荷重センサ１２０を用いることにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、カバー部材１６０の台状部分１６０ａにおける荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下をさらに効果的に抑制することができ、荷重測定装置１０の性能をさらに効果的に向上させることができる。
【0079】
また、本実施形態の荷重測定装置１０は、Ｘ軸方向において固定側鉛直部分１１３と水平部分１１４，１１５とに挟持された一対の荷重センサ１２０（上側荷重センサ１２０ｈおよび下側荷重センサ１２０ｌ）を備える。このような構成の荷重測定装置１０によれば、一対の荷重センサ１２０を用いることにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、カバー部材１６０の台状部分１６０ａにおける荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を極めて効果的に抑制することができ、荷重測定装置１０の性能を極めて効果的に向上させることができる。
【0080】
また、本実施形態の荷重測定装置１０では、荷重センサ１２０は、Ｚ軸方向に直交する薄板形状の水晶振動子１６と、水晶振動子１６のＺ軸方向に相対する一対の面に配置された一対の電極１８と、を備える水晶振動子層１２を有する。このような構成の荷重測定装置１０によれば、水晶振動子１６の発振周波数は、加えた荷重に正確に比例して変化することから、歪みゲージ等の他の荷重センサを用いた構成と比較して、高感度、高精度、長期安定性計測が可能な荷重測定装置１０を実現することができる。
【0081】
また、本実施形態の荷重測定装置１０では、荷重センサ１２０は、さらに、水晶振動子層１２の少なくとも一方の面に配置され、水晶振動子層１２にＸ軸方向の荷重が印加された際に水晶振動子層１２と略同量の変位を生ずる保持層１４を有する。このような構成の荷重測定装置１０によれば、薄板形状の水晶振動子１６の薄板形状と平行な方向に外部荷重が印加される場合において、水晶振動子１６に曲げ応力が生じる場合であっても、少なくとも１つの保持層１４により水晶振動子１６の曲げ方向の変形が抑制されるので、水晶振動子１６の座屈を防止することができる。また、水晶振動子１６に外部荷重が印加された際に、水晶振動子層１２と保持層１４とは略同量の変位を生ずるため、両者の変位の差によって曲げ方向の力が生ずることも防止される。そのため、このような構成の荷重測定装置１０によれば、薄板形状の水晶振動子１６の薄さをより薄くすることができ、荷重センサ１２０の計測レンジを広げることができる。
【0082】
また、本実施形態の荷重測定装置１０では、荷重センサ１２０は、Ｚ軸方向において水晶振動子層１２を挟むように設けられた一対の保持層１４を有する。このような構成の荷重測定装置１０によれば、水晶振動子層１２の薄板形状の両側への変形が抑制され、より一層水晶振動子層１２の座屈を抑制することができる。
【0083】
また、本実施形態の体重測定装置１００は、複数の荷重測定装置１０と、被秤量物である新生児Ｂが載置される載置面２１１を有し、複数の荷重測定装置１０により支持された載置部材２１０とを備える。このような構成の体重測定装置１００によれば、載置面２１１における新生児Ｂの位置の変化に伴い、荷重測定装置１０のカバー部材１６０の台状部分１６０ａにおける荷重を受ける位置が変化しても、該変化に伴う荷重測定装置１０の測定精度の低下を抑制することができるため、体重測定装置１００の測定精度を向上させることができる。
【0084】
Ｂ．第２実施形態：
図１９は、第２実施形態における荷重測定装置３０の構成を概略的に示す斜視図であり、図２０は、第２実施形態における荷重測定装置３０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図２０には、後述する起歪体３１０を板厚方向（Ｙ軸方向）に二分する位置における荷重測定装置３０のＸＺ断面構成が示されている。なお、図１９では、荷重測定装置３０の構成をわかりやすく示すために、後述するカバー部材３６０が取り付けられていない状態の荷重測定装置３０の構成を示している（ただし、カバー部材３６０を破線で示している）。以下では、第２実施形態の荷重測定装置３０の構成のうち、上述した第１実施形態の荷重測定装置１０の構成と同様の構成については、その説明を適宜省略し、第１実施形態の荷重測定装置１０の構成との相違点を中心に説明する。
図１９は、第２実施形態における荷重測定装置３０の構成を概略的に示す斜視図であり、図２０は、第２実施形態における荷重測定装置３０のＸＺ断面構成を概略的に示す説明図である。図２０には、後述する起歪体３１０を板厚方向（Ｙ軸方向）に二分する位置における荷重測定装置３０のＸＺ断面構成が示されている。なお、図１９では、荷重測定装置３０の構成をわかりやすく示すために、後述するカバー部材３６０が取り付けられていない状態の荷重測定装置３０の構成を示している（ただし、カバー部材３６０を破線で示している）。以下では、第２実施形態の荷重測定装置３０の構成のうち、上述した第１実施形態の荷重測定装置１０の構成と同様の構成については、その説明を適宜省略し、第１実施形態の荷重測定装置１０の構成との相違点を中心に説明する。
【0085】
【0086】
第２実施形態における起歪体３１０の構成は、上述した第１実施形態における起歪体１１０の構成と同様である。すなわち、第２実施形態の起歪体３１０は、Ｚ軸方向に延びる一対の鉛直部分（荷重側鉛直部分３１２および固定側鉛直部分３１３）と、Ｘ軸方向に延び、それぞれ起歪部３１９を介して一対の鉛直部分に接続された一対の水平部分（上側水平部分３１４および下側水平部分３１５）とを有する。ただし、第２実施形態の起歪体３１０では、貫通孔３１１の形状が、第１実施形態の起歪体１１０に形成された貫通孔１１１の形状と若干異なっている。具体的には、第２実施形態の起歪体３１０に形成された貫通孔３１１は、Ｙ軸方向視で略矩形であり、該矩形の四隅に円の一部が連続した形状となっている。また、第２実施形態の起歪体３１０では、固定側鉛直部分３１３が、第１実施形態における固定ブロック部材１３０のような別部材により構成された部分を含まず、一体構成となっている。
【0087】
また、第２実施形態におけるカバー部材３６０の構成は、上述した第１実施形態におけるカバー部材１６０の構成と同様である。すなわち、カバー部材３６０は、Ｚ軸方向に直交する板状の台状部分３６０ａと、台状部分３６０ａの外周位置からベース部材３８０の位置まで下方に突出する遮蔽部分３６０ｂとを有する。カバー部材３６０の台状部分３６０ａには、Ｚ軸方向に貫通する２つのネジ孔３６１が形成されており、カバー部材３６０が配置された状態では、カバー部材３６０の台状部分３６０ａに形成された各ネジ孔３６１と起歪体３１０の荷重側鉛直部分３１２の上面に形成された各ネジ孔３１８とが互いに連通し、これらの連通した各ネジ孔に図示しないネジが螺号されることにより、カバー部材３６０と起歪体３１０とが接合され、カバー部材３６０が起歪体３１０の荷重側鉛直部分３１２に接続された状態となっている。
【0088】
また、第２実施形態におけるベース部材３８０における構成は、上述した第１実施形態におけるベース部材３８０の構成と同様である。ただし、第２実施形態のベース部材３８０は、Ｚ軸方向視で略矩形となっている。ベース部材３８０における起歪体３１０の固定側鉛直部分３１３と対向する位置には、Ｚ軸方向に貫通する２つのネジ孔３８２が形成されており、ベース部材３８０の上に起歪体３１０の固定側鉛直部分３１３が載置された状態で、ベース部材３８０に形成された各ネジ孔３８２と起歪体３１０の固定側鉛直部分３１３の下面に形成された各ネジ孔３１７とが互いに連通する。これらの連通した各ネジ孔に図示しないネジが螺号されることにより、起歪体３１０とベース部材３８０とが接合され、ベース部材３８０が起歪体３１０の固定側鉛直部分３１３を固定的に支持した状態となっている。ベース部材３８０の上面には、上述した第１実施形態と同様に、制御回路３９０が配置されている。
【0089】
また、上述したように、第２実施形態の荷重測定装置３０は、２つの荷重センサ３２０を備える。各荷重センサ３２０は、起歪体３１０の起歪部３１９上に配置されている。より詳細には、２つの荷重センサ３２０のうちの一方（以下、「固定側荷重センサ３２０ｉ」ともいう。）は、起歪体３１０における固定側鉛直部分３１３と下側水平部分３１５との接続箇所の起歪部３１９における外側（下側）の表面に配置されている。また、２つの荷重センサ３２０のうちの他方（以下、「荷重側荷重センサ３２０ｊ」ともいう。）は、起歪体３１０における荷重側鉛直部分３１２と下側水平部分３１５との接続箇所の起歪部３１９における外側（下側）の表面に配置されている。
【0090】
第２実施形態における荷重センサ３２０は、上述した第１実施形態における荷重センサ１２０と同様に、Ｚ軸方向に直交する薄板形状の水晶振動子３２７と、水晶振動子３２７の厚さ方向（Ｚ軸方向）に相対する一対の面に設けられた一対の電極３２６とを有する水晶振動子層３２５を備える。ただし、第２実施形態では、２つの荷重センサ３２０のそれぞれを構成する水晶振動子３２７が、Ｘ軸方向に連続した一体の部材となっている。
【0091】
また、第２実施形態の荷重センサ３２０は、上述した第１実施形態における荷重センサ１２０と同様に、Ｚ軸方向において水晶振動子層３２５を挟むように設けられた一対の保持層３２９を有する。すなわち、水晶振動子層３２５の下面は、接着層３２８を介して一方の保持層３２９の上面に接着されており、水晶振動子層３２５の上面は、接着層３２８を介して他方の保持層３２９の下面に接着されており、該他方の保持層３２９の上面は、接着層３２８を介して起歪体３１０の下面に接着されている。なお、２つの荷重センサ３２０のそれぞれを構成する水晶振動子層３２５および一対の保持層３２９は、Ｘ軸方向に連続した一体の部材となっている。
【0092】
なお、第２実施形態の荷重センサ３２０では、上述した第１実施形態と同様に、図示しない配線２０や電線２２を介して、荷重センサ３２０を構成する電極３２６と制御回路３９０とが電気的に接続されている。
【0093】
第２実施形態の荷重測定装置３０を、体重測定装置１００（図１）に適用した場合の動作は、上述した第１実施形態と同様である。すなわち、体重測定装置１００の載置部材２１０の載置面２１１に新生児Ｂが載置されると、載置部材２１０を支持する４つの荷重測定装置３０（のカバー部材３６０）のそれぞれに、鉛直方向の荷重が加えられる。荷重測定装置３０のカバー部材３６０が受けた鉛直方向の荷重は、起歪体３１０の荷重側鉛直部分３１２に伝達され、これにより、起歪体３１０の荷重側鉛直部分３１２が下方に変位するように、各起歪部３１９が弾性的に撓み変形する。起歪体３１０が変形すると、起歪体３１０の各起歪部３１９上に配置された各荷重センサ３２０が起歪体３１０から受けるＸ軸方向の荷重が、起歪体３１０の荷重側鉛直部分３１２に伝達された鉛直方向の荷重に応じた量だけ変化する。例えば、荷重側荷重センサ３２０ｊでは、起歪体３１０の変形に伴いＸ軸方向の荷重（引張荷重）が減少し（すなわち、無負荷状態よりも圧縮側に変化し）、固定側荷重センサ３２０ｉでは、起歪体３１０の変形に伴いＸ軸方向の荷重（引張荷重）が増加する（すなわち、無負荷状態よりも引張側に変化する）。各荷重センサ３２０が受けるＸ軸方向の荷重が変化すると、各荷重センサ３２０の発振周波数が、荷重の変化量に応じた量だけ変化する。各荷重センサ３２０は、制御回路３９０による制御の下、発振周波数の変化量を、荷重測定装置３０が受けた鉛直方向の荷重の大きさに変換する。なお、本実施形態では、各荷重測定装置３０が２つの荷重センサ３２０（固定側荷重センサ３２０ｉおよび荷重側荷重センサ３２０ｊ）を備えるため、各荷重測定装置３０は、２つの荷重センサ３２０を用いて、荷重測定装置３０が受ける鉛直方向の荷重の大きさを測定する。
【0094】
図２１は、第２実施形態の荷重測定装置３０の性能評価の内容を示す説明図である。図２１には、第２実施形態の荷重測定装置３０において、荷重位置Ｐｏ（カバー部材３６０の台状部分３６０ａの中心点）に荷重を加えた際の荷重センサ３２０の周波数計測結果が示されている。図２１に示すように、荷重測定装置３０における荷重と周波数との関係は、高い線形性を有していると言える。また、感度（図２１に示す直線の傾き）は、３２，７２８Ｈｚ／Ｎであり、分解能（＝出力安定性（０．１５Ｈｚ換算）／感度）は、４．６μＮであり、いずれも良好な値であった。
【0095】
以上説明したように、第２実施形態の荷重測定装置３０は、起歪体３１０と、カバー部材３６０と、ベース部材３８０とを備える。起歪体３１０は、Ｚ軸方向に延びる一対の鉛直部分３１２，３１３と、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に延び、それぞれ起歪部３１９を介して一対の鉛直部分３１２，３１３に接続された一対の水平部分３１４，３１５とを有する。カバー部材３６０は、Ｚ軸方向の荷重を受ける台状部分３６０ａを有し、一対の鉛直部分のうちの一方である荷重側鉛直部分３１２に接続されている。ベース部材３８０は、一対の鉛直部分のうちの他方である固定側鉛直部分３１３を固定的に支持する。本実施形態の荷重測定装置３０は、さらに、起歪体３１０の起歪部３１９上に配置された少なくとも１つの荷重センサ３２０を備える。荷重センサ３２０は、Ｚ軸方向に直交する薄板形状の水晶振動子３２７と、水晶振動子３２７のＺ軸方向に相対する一対の面に配置された一対の電極３２６と、を備える水晶振動子層３２５を有する。このような構成の荷重測定装置３０によれば、カバー部材３６０の台状部分３６０ａにおける荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を抑制することができ、荷重測定装置３０の性能を向上させることができる。また、このような構成の荷重測定装置３０によれば、水晶振動子３２７の発振周波数は、加えた荷重に正確に比例して変化することから、歪みゲージ等の他の荷重センサを用いた構成と比較して、高感度、高精度、長期安定性計測が可能な荷重測定装置３０を実現することができる。
【0096】
また、本実施形態の荷重測定装置３０では、荷重センサ３２０は、さらに、水晶振動子層３２５の少なくとも一方の面に配置され、水晶振動子層３２５にＸ軸方向の荷重が印加された際に水晶振動子層３２５と略同量の変位を生ずる保持層３２９を有する。このような構成の荷重測定装置３０によれば、薄板形状の水晶振動子３２７の薄板形状と平行な方向に外部荷重が印加される場合において、水晶振動子３２７に曲げ応力が生じる場合であっても、少なくとも１つの保持層３２９により水晶振動子３２７の曲げ方向の変形が抑制されるので、水晶振動子３２７の座屈を防止することができる。また、水晶振動子３２７に外部荷重が印加された際に、水晶振動子層３２５と保持層３２９とは略同量の変位を生ずるため、両者の変位の差によって曲げ方向の力が生ずることも防止される。そのため、このような構成の荷重測定装置３０によれば、薄板形状の水晶振動子３２７の薄さをより薄くすることができ、荷重センサ３２０の計測レンジを広げることができる。
【0097】
特に、本実施形態の荷重測定装置３０では、荷重センサ３２０は、Ｚ軸方向において水晶振動子層３２５を挟むように設けられた一対の保持層３２９を有する。このような構成の荷重測定装置３０によれば、水晶振動子層３２５の薄板形状の両側への変形が抑制され、より一層水晶振動子層３２５の座屈を抑制することができる。
【0098】
また、本実施形態の荷重測定装置３０では、Ｘ軸方向に並ぶ２つの起歪部３１９上に配置された２つの荷重センサ３２０(固定側荷重センサ３２０ｉおよび荷重側荷重センサ３２０ｊ)を備える。このような構成の荷重測定装置３０によれば、一対の荷重センサ３２０を用いることにより、荷重を受ける位置による測定誤差の要因を相殺することができ、カバー部材３６０の台状部分３６０ａにおける荷重を受ける位置の変化に伴う測定精度の低下を効果的に抑制することができ、荷重測定装置３０の性能を効果的に向上させることができる。
【0099】
また、本実施形態の荷重測定装置３０を体重測定装置１００に適用し、複数の荷重測定装置３０と、被秤量物である新生児Ｂが載置される載置面２１１を有し、複数の荷重測定装置３０により支持された載置部材２１０とを備える体重測定装置１００を構成すれば、載置面２１１における新生児Ｂの位置の変化に伴い、荷重測定装置３０のカバー部材３６０の台状部分３６０ａにおける荷重を受ける位置が変化しても、該変化に伴う荷重測定装置３０の測定精度の低下を抑制することができるため、体重測定装置１００の測定精度を向上させることができる。
【0100】
図２２は、第２実施形態の第１の変形例における荷重測定装置３０の構成を示す説明図である。図２２では、図２０に示す第２実施形態の荷重測定装置３０の構成との相違点をわかりやすく示すために、一部の構成の図示を適宜省略している。図２２に示す第２実施形態の第１の変形例における荷重測定装置３０は、荷重センサ３２０の構成が、図２０に示す第２実施形態の荷重測定装置３０と異なる。具体的には、第２実施形態の第１の変形例における荷重測定装置３０では、水晶振動子層３２５に対してＺ軸方向の一方側（下側）には、保持層３２９が配置されているが、水晶振動子層３２５に対してＺ軸方向の他方側（上側）には、保持層３２９が配置されていない。すなわち、水晶振動子層３２５の下面は、接着層３２８を介して保持層３２９の上面に接着されているが、水晶振動子層３２５の上面は、接着層３２８を介して起歪体３１０の下面に接着されている。なお、２つの荷重センサ３２０のそれぞれを構成する保持層３２９は、Ｘ軸方向に連続した一体の部材となっている。
【0101】
このように、第２実施形態の第１の変形例における荷重測定装置３０では、荷重センサ３２０は、水晶振動子層３２５の少なくとも一方の面に配置された保持層３２９を有する。このような構成の荷重測定装置３０によれば、少なくとも１つの保持層３２９により水晶振動子３２７の曲げ方向の変形が抑制され、水晶振動子３２７の座屈を防止することができる。
【0102】
図２３は、第２実施形態の第２の変形例における荷重測定装置３０の構成を示す説明図である。図２３では、図２０に示す第２実施形態の荷重測定装置３０の構成との相違点をわかりやすく示すために、一部の構成の図示を適宜省略している。図２３に示す第２実施形態の第２の変形例における荷重測定装置３０は、荷重センサ３２０の構成が、図２０に示す第２実施形態の荷重測定装置３０と異なる。具体的には、図２０に示す第２実施形態と同様に、第２実施形態の第２の変形例における荷重測定装置３０では、荷重センサ３２０が、Ｚ軸方向において水晶振動子層３２５を挟むように設けられた一対の保持層３２９を有する。ただし、第２実施形態の第２の変形例における荷重測定装置３０では、２つの荷重センサ３２０のそれぞれを構成する水晶振動子層３２５および一対の保持層３２９は、それぞれ個別に設けられており、Ｘ軸方向に連続した一体の部材とはなっていない。
【0103】
このように、第２実施形態の第２の変形例における荷重測定装置３０では、荷重センサ３２０は、Ｚ軸方向において水晶振動子層３２５を挟むように設けられた一対の保持層３２９を有する。このような構成の荷重測定装置３０によれば、水晶振動子層３２５の薄板形状の両側への変形が抑制され、より一層水晶振動子層３２５の座屈を抑制することができる。
【0104】
図２４は、第２実施形態の第３の変形例における荷重測定装置３０の構成を示す説明図である。図２４では、図２０に示す第２実施形態の荷重測定装置３０の構成との相違点をわかりやすく示すために、一部の構成の図示を適宜省略している。図２４に示す第２実施形態の第３の変形例における荷重測定装置３０は、荷重センサ３２０の位置が、図２０に示す第２実施形態の荷重測定装置３０と異なる。具体的には、固定側荷重センサ３２０ｉが、起歪体３１０における固定側鉛直部分３１３と上側水平部分３１４との接続箇所の起歪部３１９における外側（上側）の表面に配置されており、荷重側荷重センサ３２０ｊが、起歪体３１０における荷重側鉛直部分３１２と上側水平部分３１４との接続箇所の起歪部３１９における外側（上側）の表面に配置されている。なお、図２０に示す第２実施形態と同様に、第２実施形態の第３の変形例における荷重測定装置３０では、荷重センサ３２０が、Ｚ軸方向において水晶振動子層３２５を挟むように設けられた一対の保持層３２９を有する。また、第２実施形態の第３の変形例における荷重測定装置３０では、２つの荷重センサ３２０のそれぞれを構成する水晶振動子層３２５および一対の保持層３２９は、Ｘ軸方向に連続した一体の部材となっている。
【0105】
このように、第２実施形態の第３の変形例における荷重測定装置３０では、荷重センサ３２０は、Ｚ軸方向において水晶振動子層３２５を挟むように設けられた一対の保持層３２９を有する。このような構成の荷重測定装置３０によれば、水晶振動子層３２５の薄板形状の両側への変形が抑制され、より一層水晶振動子層３２５の座屈を抑制することができる。
【0106】
Ｃ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【0107】
上記実施形態における体重測定装置１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、体重測定装置１００は、４つの荷重測定装置１０（または荷重測定装置３０、以下同様）を備えているが、体重測定装置１００が備える荷重測定装置１０の数はこれに限られず、任意の数に変更可能である。
【0108】
また、上記第１実施形態における荷重測定装置１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、荷重測定装置１０が２つの荷重センサ１２０を備えているが、荷重測定装置１０が備える荷重センサ１２０の数はこれに限られず、任意の数に変更可能である。また、荷重測定装置１０における荷重センサ１２０の配置は、あくまで一例であり、他の配置であってもよい。また、荷重測定装置１０を構成する各部材の形状や材料等は、あくまで一例であり、種々変形可能である。また、上記実施形態では、制御回路１９０が、電源回路１９１と発振回路１９２と周波数カウンタ１９３とを備えているが、これらのうちの少なくとも１つ（例えば、電源回路１９１および周波数カウンタ１９３）が、各荷重測定装置１０の制御回路１９０ではなく、各荷重測定装置１０の外部に設けられた図示しない別の制御回路に設けられていてもよい。
【0109】
また、上記第１実施形態における荷重センサ１２０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態における荷重センサ１２０は、水晶振動子層１２を挟持する一対の保持層１４を備えているが、荷重センサ１２０が、水晶振動子層１２の片面に配置された１つのみの保持層１４を備えるとしてもよい。また、上記実施形態では、荷重センサ１２０として、水晶振動子１６を備える荷重センサが用いられているが、Ｘ軸方向の荷重に応じた信号を出力する荷重センサであれば、水晶振動子１６を備えない他の荷重センサが用いられてもよい。
【0110】
また、上記第２実施形態における荷重測定装置３０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、荷重測定装置３０が２つの荷重センサ３２０を備えているが、荷重測定装置３０が備える荷重センサ３２０の数はこれに限られず、任意の数に変更可能である。また、荷重測定装置３０における荷重センサ３２０の配置は、あくまで一例であり、他の配置であってもよい。また、荷重測定装置３０を構成する各部材の形状や材料等は、あくまで一例であり、種々変形可能である。
【0111】
また、上記実施形態における荷重測定装置１０（または荷重測定装置３０、以下同様）は、体重測定装置１００に限られず、被秤量物の質量を測定する秤量装置一般に適用可能である。また、上記実施形態における荷重測定装置１０は、秤量装置への適用に限られず、秤量以外の用途で荷重を測定する荷重測定装置にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【0112】
１０：荷重測定装置 １２：水晶振動子層 １４：保持層 １６：水晶振動子 １８：電極 ２０：配線 ２１：載置部材 ２２：電線 ２６：溝 ２８：段差 ３０：荷重測定装置 ３２：接着層 １００：体重測定装置 １１０：起歪体 １１１：貫通孔 １１１ａ，１１１ｂ：鉛直部分 １１１ｃ：水平部分 １１２：荷重側鉛直部分 １１３：固定側鉛直部分 １１４：上側水平部分 １１５：下側水平部分 １１６：第２の貫通孔 １１７：ネジ孔 １１８：ネジ孔 １１９：起歪部 １２０：荷重センサ １２０ｈ：上側荷重センサ １２０ｌ：下側荷重センサ １３０：固定ブロック部材 １３１：ネジ孔 １４０：固定用ネジ １５０：ストッパー部材 １５１：ネジ孔 １６０：カバー部材 １６０ａ：台状部分 １６０ｂ：遮蔽部分 １６１：ネジ孔 １６８：ワッシャ １８０：ベース部材 １８１：凹部 １８２：ネジ孔 １９０：制御回路 １９１：電源回路 １９２：発振回路 １９３：周波数カウンタ ２１０：載置部材 ２１１：載置面 ２２０：基台 ２２１：上面 ３１０：起歪体 ３１１：貫通孔 ３１２：荷重側鉛直部分 ３１３：固定側鉛直部分 ３１４：上側水平部分 ３１５：下側水平部分 ３１７：ネジ孔 ３１８：ネジ孔 ３１９：起歪部 ３２０：荷重センサ ３２０ｉ：固定側荷重センサ ３２０ｊ：荷重側荷重センサ ３２５：水晶振動子層 ３２６：電極 ３２７：水晶振動子 ３２８：接着層 ３２９：保持層 ３６０：カバー部材 ３６０ａ：台状部分 ３６０ｂ：遮蔽部分 ３６１：ネジ孔 ３８０：ベース部材 ３８２：ネジ孔 ３９０：制御回路 ４００：評価用荷重測定装置 ４１０：起歪体 ４１２：荷重側鉛直部分 ４１３：固定側鉛直部分 ４１４：上側水平部分 ４１５：下側水平部分 ４１９：起歪部 ４６０：台部材 ４６０ａ：台状部分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】