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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Auslandspriorität basierend auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-281877 , die am 28. September 2004 angemeldet worden ist, wobei der Inhalt dieser Anmeldung durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung inkorporiert wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage und insbesondere auf eine elektronische Waage, die mit einem Roverbal-Mechanismus (auch bekannt als Parallelführung) ausgestattet ist, eine elektromagnetische Kraft zur Eliminierung einer Abweichung eines abweichenden Bereichs aufgrund einer Messlast erzeugt und die Messlast aus der erzeugten elektromagnetischen Kraft detektiert.
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Allgemein wird in einer elektronischen Waage eine elektromagnetische Kraft gegen die Abweichung eines Sensormechanismuskörpers aufgrund einer Messlast erzeugt, wobei die Messlast auf der Basis der elektromagnetischen Kraft, die für die Rückführung der Abweichung auf Null erforderlich ist, gemessen wird. Bezüglich des Sensormechanismuskörpers einer solchen elektronischen Waage wird ein Mechanismus eingesetzt, der als Roverbal-Mechanismus bekannt ist, in dem eine bewegliche Stütze, die einen Messteller unterstützt, auf dem eine Messlast platziert ist, auf einer festen Stütze durch zwei Stäbe unterstützt wird, die zueinander parallel sind und bei denen jeder mit flexiblen Bereichen an beiden Enden ausgestattet ist (siehe
JP 2002-148105 AA und
JP 2004-28750 AA ). Die Bereitstellung des Roverbal-Mechanismus verhindert, dass der Messteller sich aufgrund der Messlast neigt und begrenzt die Abweichung des Messtellers oder der beweglichen Stütze aufgrund der Messlast in vertikaler Richtung. Auf diese Weise kann der Lastmessfehler aufgrund der Position der Messlast auf dem Messteller eliminiert werden, sodass eine hohe Genauigkeit bei der Messung ermöglicht wird.
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3A zeigt eine Seitenansicht einer Lastmesszelle 20, die aus einer Blockeinheit hergestellt worden ist und als Sensormechanismuskörper verwendet wird. 3B zeigt eine entsprechende Aufsicht, in der ein Messteller 29 nicht gezeigt ist. 3C zeigt einen Ausschnitt einer Querschnittansicht einer elektromagnetischen Krafterzeugungseinheit 30.
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Wie man von diesen Figuren sehen kann, bildet die Lastmesszelle 20 flexible Bereiche e, die aus einem Einheitsblock gebildet sind, Stäbe 23a, 23b, die einen zweidimensionalen Roverbal-Mechanismus mit draht-elektroerosiver Bearbeitung bilden, einen Hebelblock 26, der mit den Kraftpunktfedern 24a, 24b verbunden ist, und eine Unterstützungspunktfeder 25. Weiterhin werden in der Messlastzelle 20, wie in 3B gezeigt, die x-direktionalen Breiten der Kraftpunktfedern 24a, 24b und der Unterstützungspunktfeder 25 durch die Bildung von Anflachungen 27 auf beiden Seitenbereichen in longitudinaler Richtung bezüglich der Lastmesszelle 20 verkleinert. Dadurch wird die mechanische Empfindlichkeit verbessert. Wie man in 3A sieht, ist der Messteller 29 fest mit dem oberen Ende der beweglichen Stütze 28 der Lastmesszelle 20 verbunden. Ein Hebel 31 mit einer Kraftspule 30a der elektromagnetischen Krafterzeugungseinheit 30 seinem einen Ende ist an beide Seiten der Hebelblöcke 26 angeschraubt. Diese Lastmesszelle 20 hat Eigenschaften, mit denen die Zahl der Komponenten reduziert werden kann und eine hohe Reproduzierbarkeit von Temperaturcharakteristika möglich ist.
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Die elektronische Waage gemäß dem Stand der Technik ist wie oben beschrieben konstruiert, hat aber die folgenden Probleme: der Hebelblock
26 neigt dazu, in eine Vibrationsrichtung der Breite (oder x-Richtung wie in
3B gezeigt) der Lastmessezelle
20 zu vibrieren, das heißt in einer Richtung senkrecht zu der beweglichen Richtung des Hebelblocks
26. Entsprechend variiert der Anzeigewert während der zwischenzeitlichen Vibrationen, sodass ein während der Vibrationen erzeugter Fehler generiert wird. Weiterhin war es schwierig, den Kraftpunkt und den Stützungspunkt in ihrer idealen Form anzuordnen und die mechanische Empfindlichkeit in einem optimalen Design zu implementieren. Die
DE 296 01 431 U1 beschreibt eine elektronische Waage mit Ecklastsensor und beschäftigt sich mit der Kompensation von Verkippungen, die aus nicht mittig auf der Waagschale platzierten Lasten resultieren. Das
deutsche Gebrauchsmuster G 89 13 242.4 beschreibt eine oberschalige elektrische Waage und beschäftigt sich damit, die Stabilität der Länge eines kürzeren Hebelarms des Übersetzungshebels zu verbessern.
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Diese Erfindung wurde im Hinblick auf diese Umstände gemacht. Ein Aspekt dieser Erfindung ist es, eine elektronische Waage bereitzustellen, in der der Einfluss von Vibrationen in die Breitenrichtung der Lastmesszelle reduziert werden kann.
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Um das oben genannte Ziel zu erreichen, hat die erfindungsgemäße elektronische Waage eine blockförmige Lastmesszelle, wobei die Lastmesszelle einen Roverbal-Mechanismus zur Übertragung einer Messlast in vertikaler Richtung, mindestens eine Kraftpunktfeder, eine Mehrzahl von Unterstützungspunktfedern, um darauf eine Messlast auszuüben, und ein Drehmoment einer elektromagnetischen Kraft, und eine bewegliche Stütze, die mit der mindestens einen Kraftpunktfeder gekoppelt ist, und einen Lastempfänger, auf den die Messlast angewandt wird, umfasst. Dabei ist die Lastmesszelle mit mindestens zwei ersten horizontalen Öffnungen ausgestattet, die parallel an einer Endfläche der beweglichen Stütze oder an einer Endfläche einer festen Stütze der Lastmesszelle angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, so dass die mindestens eine Kraftpunktfeder zwischen den ersten horizontalen Öffnungen gebildet ist, und wobei eine interne Seitenfläche jeweils einer der horizontalen Öffnungen eine interne Endfläche jeweils einer der Unterstützungspunktfeder darstellt.
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Weiterhin ist die Lastmesszelle der erfindungsgemäßen elektronischen Waage mit mindestens einer Öffnung ausgestattet, die sich von einer oberen oder unteren Fläche der Lastmesszelle in vertikaler Richtung erstreckt, um die Unterstützungspunktfeder zu trennen.
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Weiterhin ist in der erfindungsgemäßen elektronischen Waage eine Anflachung an einem Seitenbereich in longitudinaler Richtung der Lastmesszelle ausgebildet, um eine Breite der Unterstützungspunktfeder zu reduzieren.
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Weiterhin ist die Lastmesszelle der erfindungsgemäßen elektronischen Waage mit einer Mehrzahl von horizontalen Öffnungen ausgestattet, die parallel an der Endfläche der beweglichen Stütze oder der festen Stütze der Lastmesszelle angeordnet sind, sodass mindestens ein nicht-prozessiertes Gebiet in paralleler Richtung zur Mehrzahl von horizontalen Öffnungen die Breite der Kraftpunktfeder regelt, und mindestens ein weiteres nicht-prozessiertes Gebiet, das die Kraftpunktfeder nicht regelt, die Breite der Unterstützungspunktfeder regelt.
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Die erfindungsgemäße elektronische Waage ist wie oben beschrieben konstruiert und kann den Einfluss von Vibrationen in der Breitenrichtung der Lastmesszelle reduzieren.
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1A ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform einer Lastmesszelle 1 der erfindungsgemäßen elektronischen Waage zeigt.
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1B ist eine Vorderansicht der obigen Ausführungsform, in der Messteller 8 und telleraufnehmendes Gestell 8a nicht gezeigt sind.
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1C ist eine Aufsicht der obigen Ausführungsform, in der der Messteller 8 und das telleraufnehmende Gestell 8a nicht gezeigt sind.
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1D ist ein Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines elektromagnetische Kraft erzeugenden Apparates 15.
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2A ist eine partielle Seitenansicht, die die Positionen der Öffnungen, die in der Lastmesszelle 1 erzeugt worden sind, zeigt.
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2B ist eine Vorderansicht davon.
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2C ist eine entlang der Linie A-A verlaufende Querschnittsansicht.
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2D ist eine partielle Seitenansicht, die ein anderes Beispiel einer in der Lastmesszelle 1 erzeugten vertikalen Öffnung 1c' zeigt.
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3A ist eine Seitenansicht einer Lastmesszelle, die in einer elektronischen Waage gemäß dem Stand der Technik verwendet wird.
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3B ist eine Aufsicht davon, in der der Messteller 29 nicht gezeigt wird.
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3C ist eine partielle Querschnittsansicht des elektromagnetische Kraft erzeugenden Apparates 30.
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4A ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform einer Lastmesszelle 1 der erfindungsgemäßen elektronischen Waage zeigt.
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4B ist eine Vorderansicht davon gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der ein Messteller 8 und ein telleraufnehmendes Gestell 8a nicht gezeigt sind.
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4C ist eine Aufsicht davon gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der der Messteller 8 und das telleraufnehmende Gestell 8a nicht gezeigt sind.
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5A ist eine Seitenansicht, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Lastmesszelle 1 der elektronischen Waage zeigt.
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5B ist eine Vorderansicht davon gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der ein Messteller 8 und ein telleraufnehmendes Gestell 8a nicht gezeigt sind.
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5C ist eine Aufsicht davon gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der der Messteller 8 und das telleraufnehmende Gestell 8a nicht gezeigt sind.
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5D ist eine Rückansicht davon gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Unter Bezugnahme der Zeichnungen wird nun eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gegeben.
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1A ist eine Seitenansicht einer Lastmesszelle 1 für den Fall, dass die Erfindung für eine elektronische Waage verwendet wird. 1B ist eine Vorderansicht davon, in der ein Messteller 8 und ein telleraufnehmendes Gestell 8a nicht gezeigt werden. 1C ist eine diesbezügliche Aufsicht, in der der Messteller 8 und das telleraufnehmende Gestell 8a nicht gezeigt werden, und in der die Anflachung 1d gezeigt ist. 1D ist ein Ausschnitt einer querschnittsstrukturellen Ansicht eines elektromagnetische Kraft erzeugenden Apparat 15. 2A ist eine partielle Querschnittsansicht, die die Positionen der Öffnungen, die in die Lastmesszelle 1 prozessiert worden sind, zeigt. 2B ist eine diesbezügliche Vorderansicht und 2C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A. Diese Lastmesszelle 1 bildet die folgenden verschiedenen Öffnungen durch Bohrungen in einen Einheitsblock aus einer Aluminiumlegierung oder ähnlichem. Dabei bildet die Lastmesszelle 1 einen Roverbal-Mechanismus 2 und einen Hebelblock 3 durch Bereitstellung eines Schlitzes 1f durch draht-elektroerosive Bearbeitung.
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Der Roverbal-Mechanismus 2 hat eine Struktur, in der an beiden Seiten des Einheitsblocks befindliche bewegliche Stützen 4 und eine feste Stütze 5 miteinander durch obere und untere parallele Stäbe 6, 7, die mit flexiblen Elementen e an jeweils beiden Enden ausgestattet sind, verbunden sind. Auf der oberen Endfläche der beweglichen Stütze 4 ist der Messteller 8 durch das telleraufnehmende Gestell 8a unterstützt. Ein Lastempfänger umfasst den Messteller 8 und das telleraufnehmendes Gestell 8a. Das untere Ende der festen Stütze 5 ist durch eine Waagenbasis 9 gestützt.
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Die bewegliche Stütze 4 ist mit dem einen Ende des Hebelblocks 3 durch Kraftpunktfedern 11, 12, die an den oberen und unteren Positionen eines Koppelsegments 10 gebildet sind, gekoppelt. Der Hebelblock 3 ist so gestützt, dass er mit zwei Unterstützungspunktfedern 13a, 13b als seinem Zentrum neigbar ist, die an dem rechten oberen Ende (rechte Seite in der Zeichnung) der festen Stütze 5 gebildet sind, was an der beweglichen Stützenseite der festen Stütze 5 ist. An dem anderen Ende des Hebelblocks 3 ist die Basis eines Ausführungselements 14 fest angeheftet (der Mittelteil davon ist nicht gezeigt), was als separates Glied konfiguriert ist.
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Die Basis des Ausführungselements 14 ist an beiden Seitenflächen des Hebelblockes 3 mit gabelähnlichen Zweigen angeschraubt. Eine Kraftspule 15a des elektromagnetische Kraft erzeugenden Apparates 15 ist an der Spitze des Ausführungselementes 14 fixiert. Der elektromagnetische Kraft erzeugende Apparat 15 hat eine Struktur, in der die Kraftspule 15a in einem magnetostatischen Feld, das durch einen magnetischen Stromkreis 15b erzeugt ist, beweglich angeordnet.
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Eine Abweichung der Spitze des Ausführungselements 14 wird durch einen Abweichungssensor 16 detektiert. Der Strom, der durch die Kraftspule 15a fließt, wird durch einen Servomechanismus (nicht gezeigt) so gesteuert, dass die Abweichung des Ausführungselements 14 konstant Null ist. Dann wird die Messlast auf dem Messteller 8 auf der Basis des Stromes, der durch die Kraftspule 15a fließt, gemessen.
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Die Kraftpunktfeder 11 und die Unterstützungspunktfedern 13a, 13b in der erfindungsgemäßen Lastmesszelle 1 werden durch Kombinieren der folgenden Prozesse (1) bis (3) wie in 2 gezeigt gebildet.
- (1) Zwei horizontale Öffnungen 1a, 1b, die horizontal parallel und symmetrisch um eine Zentrallinie C sind, werden in der Endfläche der beweglichen Stütze 4 gebildet, sodass horizontale Öffnungen 1e, die an drei Punkten der Seitenfläche des Einheitsblockes gebildet sind, gekreuzt werden. Die Breite (in x-Richtung wie in 2C gezeigt) der Kraftpunktfedern 11 ist geregelt oder definiert durch nicht-prozessierte Gebiete 1L (drei Gebiete sind in 2B gezeigt), in denen die horizontalen Öffnungen 1a, 1b nicht gebildet sind. Auf diese Weise bilden die internen Seitenflächen 1a', 1b' der horizontalen Öffnungen 1a, 1b interne Endflächen 13a', 13b' der Unterstützungspunktfedern 13a, 13b, was bedeutet, dass die Breiten der Unterstützungspunktfedern 13a und 13b in x-Richtung durch die internen Seitenflächen 1a', 1b' der horizontalen Öffnungen 1a und 1b bestimmt sind. Die nicht-prozessierten Gebiete 1L beziehen sich auf die Regionen zwischen den horizontalen Öffnungen 1a, 1b und zwischen jeder der Öffnungen 1a, 1b und jeder der Seitenflächen des Einheitsblockes. Idealerweise sind zwei horizontale Öffnungen 1a, 1b ausgebildet. Dies ist deswegen so, weil das Ziel der Erfindung durch zwei Öffnungen erreicht werden kann, wobei die mechanische Festigkeit durch solch eine kleine Zahl von Öffnungen nicht reduziert ist. Außerdem werden die Zahl der Mann-Stunden und die Produktionskosten reduziert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Anzahl von horizontalen Öffnungen auf zwei limitiert. Es können auch vier horizontale Öffnungen gebildet werden, sodass die internen Endflächen der Unterstützungspunktfedern durch die zwei außen liegenden horizontalen Öffnungen definiert sind. Außerdem können fünf oder mehr horizontale Öffnungen anstatt vier horizontalen Öffnungen gebildet werden. Durch Anpassung der Größe einer jeden Öffnung kann jede Anzahl von horizontalen Öffnungen wie benötigt gebildet werden (siehe 4B). In dieser Erfindung entspricht die Anzahl der vertikalen Öffnungen der Anzahl der horizontalen Öffnungen wie in 4C gezeigt.
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Eine Mehrzahl von nicht-prozessierten Gebieten 1L (Gebiete ohne Öffnung) ist in paralleler Richtung zu den horizontalen Öffnungen entsprechend der Anzahl der horizontalen Öffnungen gebildet. Auf diese Weise kann in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform eine der nicht-prozessierten Gebiete 1L (einschließlich der Hälfte der nicht-prozessierten 1L) dazu benutzt werden, die Breite der Kraftpunktfedern zu bestimmen, und mindestens eine der anderen nicht-prozessierten Gebiete 1L verwendet werden kann, die Breiten der Unterstützungspunktfedern zu definieren. Die Anzahl der Kraftpunktfedern und der Unterstützungspunktfedern kann auf verschiedene Weise kombiniert sein. Auf diese Weise können die Restriktionen durch die horizontalen Öffnungen in verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden. Diese Erfindung umfasst alle diese Ausführungsformen.
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Bei dieser Erfindung können mindestens zwei horizontale Öffnungen, die horizontal parallel und symmetrisch um eine Zentrallinie sind, an den Endflächen 5a der festen Stütze 5 (siehe 5A–5D) ausgebildet sein.
- (2) Um die Unterstützungspunktfedern 13a, 13b voneinander zu trennen, wird eine vertikale Öffnung 1c von der oberen Oberfläche des Einheitsblocks in vertikaler Richtung prozessiert. Auf diese Weise können die Unterstützungspunktfedern 13a, 13b auf beiden Seitenflächen der Lastmesszelle 1 in longitudinaler Richtung angeordnet werden, und die Kraftpunktfeder 11 kann im Zentrum ausgebildet werden. Die vertikale Öffnung kann von der unteren Fläche des Einheitsblocks in vertikaler Richtung prozessiert werden (siehe 2D).
- (3) Um die Breite der Unterstützungspunktfedern 13a, 13b zu reduzieren, werden Anflachungen 1d auf beiden Seitenbereichen des Einheitsblockes in longitudinaler Richtung bereitgestellt.
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Entsprechend kann in der Einheitsblockstruktur der Lastmesszelle 1, die von dem Einheitsblock erzeugt worden ist, der Abstand zwischen den Unterstützungspunktfedern 13a, 13b verbreitert werden wie in einer zusammengebauten elektronischen Waage, was den Widerstand gegen Vibrationen verbessert. Weiterhin kann die Breite der Kraftpunktfeder 11 verkleinert werden, um die mechanische Empfindlichkeit zu verbessern.
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Im Einklang mit der erfindungsgemäßen elektronischen Waage ist der Abstand zwischen den zwei Unterstützungspunktfedern ausgedehnt, da eine Öffnung in der Endfläche der beweglichen Stütze oder der Endfläche der festen Stütze, prozessiert ist und obere oder untere Seite der Lastmesszelle. Weiterhin ist die Breite der Unterstützungspunktfeder verkleinert da die Anflachung auf den Seitenbereichen in longitudinaler Richtung dazuprozessiert ist. Weiterhin ist eine Einzelkraftpunktfeder gebildet. Entsprechend kann eine optimale Anordnung der Federn verwirklicht werden wie in einer zusammengebauten elektronischen Waage, was die Verzerrungsstärke der Unterstützungspunktfedern gegen Vibrationen in breite Richtung stärkt. Weiterhin ist die natürliche Frequenz des Hebelsystems verbessert, so dass eine Prozessierung von internen Störungen ermöglicht ist, was den Vibrationswiderstand der elektronischen Waage erhöht.
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Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage, insbesondere auf eine elektronische Waage, die mit einem Roverbal-Mechanismus ausgerüstet ist, generiert eine elektromagnetische Kraft zur Eliminierung einer Abweichung der abweichenden Bereiche aufgrund einer Messlast und detektiert die Messlast aus der erzeugten elektromagnetischen Kraft.
