JP2004340593A - 重量センサおよび計量装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】計量速度の低下や寸法の増大を伴うことなく、自由端部に鉛直方向以外の方向に荷重が加わった場合にも計量誤差の発生を抑制することができる重量センサを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る重量センサ３０は、荷重伝達部４２の固着位置４２ａ〜４２ｄが、それぞれ一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかと略同一水平面内に配置されている。このため、自由端部３１ｂに対して鉛直方向以外の方向に加わる荷重も、主として一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかに沿った方向に与えられることになる。一方、自由端部３１ｂは、一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかに沿った方向に与えられる荷重に対しては、当該バーが抵抗となり、比較的高い剛性を有する。したがって、当該荷重が加わった場合にも、自由端部３１ｂにおける歪曲の発生を抑制することができるため、重量センサ３０における計量誤差の発生を抑制することができる。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明に係る重量センサ３０は、荷重伝達部４２の固着位置４２ａ〜４２ｄが、それぞれ一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかと略同一水平面内に配置されている。このため、自由端部３１ｂに対して鉛直方向以外の方向に加わる荷重も、主として一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかに沿った方向に与えられることになる。一方、自由端部３１ｂは、一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかに沿った方向に与えられる荷重に対しては、当該バーが抵抗となり、比較的高い剛性を有する。したがって、当該荷重が加わった場合にも、自由端部３１ｂにおける歪曲の発生を抑制することができるため、重量センサ３０における計量誤差の発生を抑制することができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被計量物を搬送しながらその重量を計量する計量装置や、計量皿上に載置された被計量物の重量を計量する電子天びん等に使用される重量センサ、および当該重量センサを備えた計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７には、従来より計量装置や電子天びん等に使用される重量センサの例を示している。図７に示す重量センサ１００は、固定端部１１０と、荷重に応じて変位する自由端部１２０と、固定端部１１０と自由端部１２０とを上下平行に連結する複数のバー１３０，１４０とで構成されるロバーバル機構を有している。重量センサ１００はまた、荷重伝達部１５０と、自由端部１２０の変位を検出する検出手段１６０とを備えている。荷重伝達部１５０は、ねじ等の固着手段１７０によって自由端部１２０に固着され、被計量物Ｍから鉛直上下方向に受ける荷重を自由端部１２０へ伝達することができる。
【０００３】
重量センサ１００において、被計量物Ｍから荷重伝達部１５０へ荷重が与えられると、荷重伝達部１５０は自由端部１２０へ荷重を伝達し、自由端部１２０が荷重方向へ変位する。検出手段１６０は、自由端部１２０の変位を検出し、検出結果を重量に換算して計量結果として出力する。
【０００４】
このような従来の重量センサの構成については、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５８−５７６９４号公報
【特許文献２】
特開２００１−９１３７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような重量センサ１００においては、被計量物Ｍからの荷重を受けたとき、理想的には荷重伝達部１５０には自由端部１２０の本来の変位方向（鉛直方向）にのみ荷重が加わり、図８（ａ）に示すように、バー１３０，１４０は平行関係を保ちつつ、自由端部１２０も固定端部１１０との平行関係を保ちつつ、変位する。
【０００７】
ところが、例えば被計量物Ｍが偏った位置に載置されている等の理由により荷重伝達部１５０に鉛直方向以外の方向に荷重が加わっている場合、荷重伝達部１５０は、固着手段１７０が設けられている固着位置等から自由端部１２０に対して意図しない方向の応力を与えることになる。このような応力は、図８（ｂ），（ｃ）に誇張して示すように、自由端部１２０を歪曲させるような力として作用し、その結果、荷重伝達部１５０が傾いてしまうとともに、バー１３０，１４０の平行関係も崩れてしまうこととなる。図８（ｂ），（ｃ）では荷重伝達部１５０には歪曲が生じていない場合について示しているが、荷重伝達部１５０と自由端部１２０とが一体的に歪曲する場合もあり得る。これらとき検出手段１６０から出力される計量結果は不正確なものとなり、重量センサ１００は計量誤差（偏置誤差）を生じることとなる。
【０００８】
このような計量誤差を低減するための１つの方法として、自由端部１２０の厚み寸法（荷重伝達部１５０との並び方向の寸法）Ｌを所定値以上に設計し、自由端部１２０の剛性を高める方法が、従来より実施されている。また、このような計量誤差を低減するための他の方法として、自由端部１２０に切り欠き部を形成し、切り欠き部によって理想変位方向以外の方向に加わる荷重を吸収する方法が、特許文献２に開示されている。
【０００９】
しかしながら、上述した前者の方法では自由端部１２０自体の重量が増加するため、また、後者の方法では自由端部１２０において切り欠き部が新たなばね要素となるため、何れの方法においても自由端部１２０の固有振動数が低下する。自由端部１２０の固有振動数が低下した場合、検出手段１６０の検出結果から自由端部１２０の変位信号を取り出すために使用するローパスフィルタも、カットオフ周波数の低いものを使用せざるを得ないため、所望の信号を得るために要するローパスフィルタのフィルタリング時間が長くなり、重量センサ１００の計量速度が低下することとなる。
【００１０】
また、上述した前者の方法では、自由端部１２０の寸法とともに重量センサ１００全体の寸法を増大させることにもなる。
【００１１】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、計量速度の低下や寸法の増大を伴うことなく、自由端部に鉛直方向以外の方向に荷重が加わった場合にも計量誤差の発生を抑制することができる重量センサ、および当該重量センサを備えた計量装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、固定端部と、荷重に応じて変位する自由端部と、前記固定端部と前記自由端部とを連結し平行に配置されている複数のバーとで構成されるロバーバル機構を有する重量センサであって、前記自由端部に１以上の固着位置において固着され、被計量物からの上下方向の荷重を前記自由端部へ伝達する荷重伝達部と、前記自由端部の変位を検出する検出手段と、を備え、前記１以上の固着位置は、それぞれ前記複数のバーのうちの何れか１つのバーと略同一水平面内に配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の重量センサであって、前記バーは、前記固定端部および前記自由端部との前記連結位置のそれぞれにおいて、その上面と下面とが溝状に凹んで形成されたノッチ部を有し、前記ノッチ部は、前記複数のバーのそれぞれについて複数形成されているとともに、前記固着位置は、前記バーのそれぞれが有する前記ノッチ部の厚み中心を結ぶ水平面上に配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の重量センサであって、前記バーは、前記固定端部および前記自由端部との前記連結位置のそれぞれにおいて、厚み方向に形成された貫通孔を挟んで複数のノッチ部を有し、前記固着位置は、前記バーのそれぞれが有する複数の前記ノッチ部のうち前記バーの幅方向に対して同位置にある２箇所のノッチ部の幅中心を結んだ直線上に配置したことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の重量センサであって、前記固着位置において、前記荷重伝達部と前記自由端部との少なくとも一方には、他方と接する凸部を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、被計量物を搬送しながらその重量を計量する計量装置であって、水平配置された搬送面上において被計量物を搬送する搬送手段と、前記搬送手段を駆動させる駆動手段と、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の重量センサと、を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
＜１．計量装置１の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る計量装置１の機構部分の構成図である。計量装置１は、被計量物Ｍを搬送しながらその重量を計量する装置であり、主として被計量物Ｍを搬送する搬送手段１０と、搬送手段１０を駆動させる駆動手段２０と、重量センサ３０と、支持ブラケット４１とを備えている。
【００１９】
搬送手段１０は、コンベアフレーム１１の両側に位置する一対の駆動ローラ１２および従動ローラ１３の間に、無端状の平ベルト１４が巻き掛けられた構成となっている。コンベアフレーム１１の上面は水平な搬送面１１ａとなっており、駆動手段２０からの駆動力を受けて駆動ローラ１２が回転すると、従動ローラ１３も回転しつつ平ベルト１４は搬送面１１ａに沿って進行し、それに伴い被計量物Ｍは略水平方向に搬送される。
【００２０】
駆動手段２０は、搬送手段の下方に配置され、モータボックス２１の内部にモータ（図示省略）を備えた構成となっている。
【００２１】
重量センサ３０は、搬送手段１０の下方であり駆動手段２０の上方となる位置に配置され、不動床面に固定された筐体５０の内部に収容されている。重量センサ３０は、主として、荷重に応じて歪曲する起歪体３０１と、荷重を検出する検出手段３０２と、荷重伝達部４２とを備えている。検出手段３０２は、筐体５０の室内の床の一部上に固定されており、起歪体３０１はその片端が検出手段３０２と連結された構成となっている。起歪体３０１は検出手段３０２との連結側が固定端部３１ａとなっている一方、その他端側が自由端部３１ｂとなっている（図２参照）。荷重伝達部４２は、筐体５０のオーバハング部分の床面に水平に形成された開口部５２に非接触で挿通されており、その上部側は起歪体３０１の自由端部３１ｂに、また下部側は駆動手段２０のモータボックス２１にそれぞれ固定されている。具体的には、荷重伝達部４２の上半部４２１は略Ｌ字形状をなしており、その屈曲内側面が自由端部３１ｂの端面と複数の部位で連結されている（図２参照）。また、荷重伝達部４２の下半部４２２は円柱形状をなしており、その底面がモータボックス２１の上面と固着されている。したがって、搬送手段１０から支持ブラケット４１を介して駆動手段２０に至るまでの結合体を搬送機構部ＣＭと呼んだとき、被計量物Ｍと搬送機構部ＣＭとの合計重量に応じてモータボックス２１に下向きに加えられた荷重は、荷重伝達部４２によって起歪体３０１の自由端部３１ｂへ伝達されることになる。ただし、被計量物Ｍが搬送面１１ａ上に載置されていないときに搬送機構部ＣＭが荷重伝達部４２に与える重量負荷、すなわち風袋重量に応じて各部が調整されており、起歪体３０１に付加的に生じる重量負荷は、実質的に被計量物Ｍの重量を反映したものである。
【００２２】
また、筐体５０下面の開口部５２の縁部（口唇部）と荷重伝達部４２の下半部４２２の外周面との隙間には、ダイヤフラム５１が挟み込まれており、これらの隙間を塞ぐことによって、筐体５０の内部空間と外部とを気密に遮断している。このダイヤフラム５１は可撓性であって、モータボックス２１から起歪体３０１への荷重の伝達には影響を及ぼさない。重量センサ３０のその他の詳細については、後述する。
【００２３】
支持ブラケット４１は、図１において仮想線で示した略逆三角形の板状の部材であり、コンベアフレーム１１、筐体５０、およびモータボックス２１を挟んで計量装置１の側方（図１では紙面手前側と奥側）に対をなして配置されている。一対の支持ブラケット４１のそれぞれは、コンベアフレーム１１およびモータボックス２１に固着されており、コンベアフレーム１１に与えられた荷重をモータボックス２１へ伝達する機能を果たす。
【００２４】
また、図示は省略したが、一対の支持ブラケット４１の内側には、駆動手段２０のモータから搬送手段１０の駆動ローラ１２へ駆動力を伝達するためのベルト等から構成される無端の駆動伝達機構が配置されている。
【００２５】
このような計量装置１の搬送手段１０上に被計量物Ｍが搬送されると、コンベアフレーム１１の搬送面１１ａは、平ベルト１４を介して被計量物Ｍから鉛直方向の荷重を受ける。被計量物Ｍから搬送面１１ａに受けた鉛直方向の当該荷重は、コンベアフレーム１１、支持ブラケット４１、モータボックス２１、荷重伝達部４２を介して重量センサ３０の自由端部３１ｂに伝達する。
【００２６】
＜２．重量センサ３０の構成＞
図２は、重量センサ３０の詳細を示す側面図であり、図３はそれらを上方から見たときの平面図である。図２、図３を参照しつつ、重量センサ３０の詳細について、以下に説明する。
【００２７】
重量センサ３０は、上述したように、主として、荷重に応じて歪曲する起歪体３０１と、荷重を検出する検出手段３０２と、荷重伝達部４２とを備えている。
【００２８】
起歪体３０１は、固定端部３１ａと、荷重に応じて鉛直上下方向に変位する自由端部３１ｂとを上下に平行な一対のバー３１ｃ，３１ｄで連結させたいわゆるロバーバル機構３１を備えている。また、起歪体３０１は、水平に延びた基礎レバー３２ａと、この基礎レバー３２ａを略水平方向に延長する方向に設けた延長レバー３２ｂとを固着して構成されるてこ機構３２も備えている。本実施形態においては、ロバーバル機構３１の全体と、てこ機構３２の基礎レバー３２ａとは、一枚の平板状の母材をくり抜くことによって形成されている。
【００２９】
図２および図３に示すように、上下方向に隔離してほぼ平行配置された一対の水平バー３１ｃ，３１ｄには、それぞれの両端すなわち、
▲１▼固定端部３１ａとの連結境界、および
▲２▼自由端部３１ｂとの連結境界、
のそれぞれにおいて、その上面と下面とが溝状に凹んだ絞り部（隘路部分）が形成されており、その絞り部には更に、バー３１ｃ，３１ｄの厚み方向（鉛直方向）に貫通孔３１ｅが形成されている。本明細書においては、バー３１ｃ，３１ｄのこの絞り部のうち、貫通孔３１ｅを挟んで複数に分けられた部分のそれぞれを「ノッチ部」と称することとする。
【００３０】
すなわち、上下一対のバー３１ｃ，３１ｄのうち上方に位置するバー３１ｃは、固定端部３１ａとの連結境界に貫通孔３１ｅを挟んで２つのノッチ部３１ｆ，３１ｇを有するとともに、自由端部３１ｂとの連結境界に貫通孔３１ｅを挟んで２つのノッチ部３１ｈ，３１ｉを有する（図３参照）。また同様に、一対のバー３１ｃ，３１ｄのうち下方に位置するバー３１ｄも、固定端部３１ａとの連結境界に貫通孔３１ｅを挟んで２つのノッチ部３１ｊ，３１ｋを有するとともに、自由端部３１ｂとの連結境界に貫通孔３１ｅを挟んで２つのノッチ部３１ｌ，３１ｍを有する。本実施形態におけるロバーバル機構３１は、このようなノッチ部３１ｆ〜３１ｍを介することにより、一対のバー３１ｃ，３１ｄと固定端部３１ａとが、あるいは、一対のバー３１ｃ，３１ｄと自由端部３１ｂとが、弾性をもって歪曲可能な構成となっている。また、貫通孔３１ｅが形成されているのは、各ノッチ部３１ｆ〜３１ｍの幅方向（水平面内において起歪体３０１と検出手段３０２との並び方向と垂直な方向。以下同じ。）の寸法を小さくすることにより、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍにおいて良好な弾性を得るためである。
【００３１】
てこ機構３２の中で、力点側の一端３２ｃと支点３２ｄとは基礎レバー３２ａに属する。延長レバー３２ｂは、図３に示すように、その基端部が二股に分岐して基礎レバー３２ａの両端部に固着されており、てこ機構３２の作用点側は主として延長レバー３２ａに属する。そして、力点側の一端３２ｃはロバーバル機構３１の自由端部３１ｂと、支点３２ｄは固定端部３１ａと、それぞれ連結されている。また、てこ機構３２の作用点側は、検出手段３０２の上方まで延びており、作用点側の下面には後述する検出手段３０２のフォースコイル３４ａが固着されているとともに、その先端部には後述する変位検出部３３の検出対象となる被検出端３２ｅが固着されている。
【００３２】
起歪体３０１はまた、検出手段３０２との連結境界に略板状のブラケット３５を備えている。ブラケット３５はその片面側が起歪体３０１の固定端部３１ａの端面にねじ等によって固着されており、他面側が後述する検出手段３０２のヨーク部３４ｃの端面に連結されている。
【００３３】
検出手段３０２は、被検出端３２ｅの変位を検出する変位検出部３３と、てこ機構３２の作用点側の下面に固着されたフォースコイル３４ａと、静磁場を形成する永久磁石３４ｂと、ヨーク部３４ｃとを備えている。フォースコイル３４ａは、永久磁石３４ｂとヨーク部３４ｃとにより作られる静磁場中に位置するように配置され、変位検出部３３から得られる検出結果に応じて、てこ機構３２を力学的平衡状態とする機能を果たす。また、変位検出部３３は、ヨーク部３４ｃに接続されており、検出対象位置に上述の被検出端３２ｅが位置するように配置される。
【００３４】
次に、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着形態の詳細について、以下に説明する。上述したように、荷重伝達部４２の上半部４２１は略Ｌ字形状をなしており、その屈曲内側面が自由端部３１ｂの端面と複数の部位で連結されている。より具体的には、荷重伝達部４２の屈曲内側面は、４箇所の固着位置４２ａ〜４２ｄ（図２，図３では一点鎖線で示している。）においてねじにより自由端部３１ｂの端面と固着されている。４箇所の固着位置４２ａ〜４２ｄのうち上方の２箇所の固着位置４２ａ，４２ｂは、起歪体３０１のバー３１ｃと略同一水平面内に配置されており、下方の２箇所の固着位置４２ｃ，４２ｄは、バー３１ｄと略同一水平面内に配置されている。より厳密には、固着位置４２ａ，４２ｂは、ノッチ部３１ｆ〜３１ｉの厚み中心を結ぶ水平面内に配置されており、固着位置４２ｃ，４２ｄは、ノッチ部３１ｊ〜３１ｍの厚み中心を結ぶ水平面内に配置されている（図２参照）。以上のような配置条件の下で、更に、固着位置４２ａはノッチ部３１ｆおよびノッチ部３１ｈのそれぞれの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上に配置されており、固着位置４２ｂはノッチ部３１ｇおよびノッチ部３１ｉのそれぞれの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上に配置されている（図３参照）。同様に、固着位置４２ｃはノッチ部３１ｊおよびノッチ部３１ｌのそれぞれの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上に配置されており、固着位置４２ｄはノッチ部３１ｋおよびノッチ部３１ｍのそれぞれの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上に配置されている。また、荷重伝達部４２の屈曲内側面には、固着位置４２ａ〜４２ｄに合わせて凸部４２ｅ，４２ｆが形成されている。本実施形態においては、荷重伝達部４２の屈曲内側面に上下に一対の凸部４２ｅ，４２ｆが形成されており、固着位置４２ａ，４２ｂは凸部４２ｅに属し、固着位置４２ｃ，４２ｄは凸部４２ｆに属する。したがって、本実施形態における荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着形態においては、凸部４２ｅ，４２ｆの端面のみが自由端部３１ｂの端面と接していることになる。
【００３５】
このような重量センサ３０において、荷重伝達部４２に被計量物Ｍからの鉛直方向の荷重が加わると、その荷重は起歪体３０１の自由端部３１ｂに伝達され、自由端部３１ｂにおいても理想的には鉛直方向の荷重が加わることになる。そして、その荷重は更に、てこ機構３２の力点側の一端３２ｃに伝達され、てこ機構３２を傾動させる力として作用する。一方、てこ機構３２の作用点側では、被検出端３２ｅの変位を変位検出部３３が検知すると、変位検出部３３は、検出結果を図示しないフィードバック回路に与える。フィードバック回路は、得られた検出結果に応じて、フォースコイル３４ａに与える電流値を制御し、永久磁石３４ｂとヨーク部３４ｃとにより作られる静磁場中においてフォースコイル３４ａに変位と逆方向の電磁力（ローレンツ力）を発生させててこ機構３２を力学的平衡状態とする。そして、このときフォースコイル３４ａに与えた電流値を抵抗を介して電圧信号として取り出し、重量に換算して計量結果として出力する。
【００３６】
ところで現実には、自由端部３１ｂに対して、鉛直方向以外の方向にも荷重が加わっており、当該荷重の大きさが変動する場合がある。例えば、図１に示した計量装置１においては、被計量物Ｍや搬送手段１０，支持ブラケット４１等の重量によって荷重伝達部４２を介して自由端部３１ｂには、固着位置４２ａ，４２ｂまたは固着位置４２ｃ，４２ｄを中心とした回転方向の荷重が加わっていることになる。また、当該荷重の大きさは、搬送面１１ａ上の被計量物Ｍの位置によって変動する。
【００３７】
このように自由端部３１ｂに対して鉛直方向以外の方向に荷重が加わることによって、またその荷重が変動することによって、自由端部３１ｂに歪曲等が発生すると、検出手段３０２から出力される計量結果は不正確なものとなり、重量センサ３０は計量誤差（偏置誤差）を生じることとなる。しかし、本発明に係る重量センサ３０においては、固着位置４２ａ〜４２ｄのそれぞれが、一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかと略同一水平面内に配置されているため、自由端部３１ｂに対して鉛直方向以外の方向に加わる荷重も、主として一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかに沿った方向に与えられることになる。一方、自由端部３１ｂは、一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかに沿った方向に与えられる荷重に対しては、当該バーが抵抗となり、比較的高い剛性を有する。したがって、当該荷重が加わった場合にも、自由端部３１ｂを歪曲させるような応力を抑制でき、自由端部３１ｂにおける歪曲の発生を抑制することができるため、重量センサ３０における計量誤差の発生を抑制することができる。
【００３８】
なお、本発明に係る重量センサ３０では、自由端部３１ｂの厚み寸法を大きくして自由端部の重量を増加させる必要がなく、また、自由端部３１ｂに切り欠き部を形成する必要もない。このため、自由端部３１ｂの固有振動数は低下せず、計量速度の低下を伴うことがない。また、自由端部３１ｂの寸法を増大させる必要がないため、重量センサ３０全体の寸法の増大を伴うこともない。
【００３９】
また、固着位置４２ａ〜４２ｄのそれぞれは、一対のバー３１ｃ，３１ｄの中でも特に、ノッチ部３１ｆ〜３１ｉのそれぞれの厚み中心を結ぶ水平面内、またはノッチ部３１ｊ〜３１ｍのそれぞれの厚み中心を結ぶ水平面内に配置されている。このため、自由端部３１ｂに対して鉛直方向以外の方向に加わる荷重を、より精密に、一対のバー３１ｃ，３１ｄのいずれかに沿った方向に与えることができる。したがって、このような荷重が加わった場合にも、自由端部３１ｂにおける歪曲の発生をより好適に抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍを、ロバーバル機構３１における外周側を凹ませて形成しているとともに、固着位置４２ａ〜４２ｄのそれぞれを、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍのそれぞれの厚み中心を結ぶ水平面内に配置している。このため、自由端部３１ｂにおいて、その外周から固着位置４２ａ〜４２ｄまでの距離を長くとることができる。これにより、自由端部３１ｂにおけるねじ孔の形成が容易となり、ねじ孔の形成による自由端部３１ｂの剛性低下を防止することができる。したがって、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着をより確実に行うことができ、より正確な計量を行うことが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態のように貫通孔３１ｅが形成されている場合には、自由端部３１ｂは、貫通孔３１ｅの方向（水平方向）への歪曲に対する剛性は低くなっている。したがって、荷重がバー３１ｃあるいは３１ｄに沿った方向に与えられていても、当該荷重が貫通孔３１ｅの方向へ加わっている場合には、自由端部３１ｂに歪曲が発生する可能性がある。本実施形態では、固着位置４２ａ〜４２ｄのそれぞれは、上述したように、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍうちの所定のノッチ部の幅中心を結ぶ直線上に配置されているため、当該荷重は、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍの何れかに沿った方向にのみ与えられることになり、貫通孔３１ｅの方向へ与えられることがなくなる。したがって、自由端部３１ｂにおける貫通孔３１ｅの方向への歪曲の発生も抑制することができる。
【００４２】
また、固着位置４２ａ〜４２ｄがこのような配置条件の下で配置されていても、荷重伝達部４２の屈曲内側面または自由端部３１ｂの端面の表面加工精度が低い場合などには、固着位置４２ａ〜４２ｄ以外の意図しない位置において荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとが荷重伝達可能な状態で密着している場合がある。このような場合には、意図しない位置から意図しない方向へ荷重が伝達される可能性が生じる。本実施形態では、荷重伝達部４２の屈曲内側面には、固着位置４２ａ〜４２ｄに合わせて凸部４２ｅ，４２ｆが形成されており、凸部４２ｅ，４２ｆの端面のみで自由端部３１ｂの端面と接するようにしている。このため、意図した位置への力伝達が可能となり、固着位置４２ａ〜４２ｄ以外の位置から荷重が伝達することを抑制することができる。
【００４３】
＜３．変形例＞
以上、本発明の主たる一実施形態について説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではない。
【００４４】
例えば、上述の実施形態では、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着位置は４箇所である場合について説明したが、設計により、１〜３箇所でもよく、また５箇所以上であってもよい。
【００４５】
また、上述の実施形態では、ロバーバル機構３１は上下に平行な一対のバー３１ｃ，３１ｄを備える場合について説明したが、上下に平行な３つ以上のバーを備える形態であってもよい。この場合、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着位置は、３つ以上のバーのうちの何れかと略同一水平面内に配置されればよい。すなわち、固着位置のそれぞれが、複数のバーのうちの何れか１つのバーと略同一水平面内に配置されればよい。
【００４６】
また、上述の実施形態では、図２，図３に示すように、貫通孔３１ｅは一対のバー３１ｃ，３１ｄのそれぞれについて２つずつ形成される場合について説明したが、本発明における貫通孔３１ｅの形成個数はこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、一対のバー３１ｃ，３１ｄのそれぞれに対して貫通孔３１ｅが４つずつ形成される形態であってもよい。この形態では、１つのバーについて６つのノッチ部３１ｎ〜３１ｓが形成される。すなわち、幅方向に並んだ２つの貫通孔３１ｅに対して一方の側に２つのノッチ部３１ｎ，３１ｑと、幅方向に並んだ２つの貫通孔３１ｅの間に形成される２つｍｐノッチ部３１ｏ，３１ｒと、幅方向に並んだ２つの貫通孔３１ｅに対して他方の側に形成される２つのノッチ部３１ｐ，３１ｓとが形成される。そして、この場合、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着位置は、２つのノッチ部３１ｎ，３１ｑの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上の位置４２ｇ、２つのノッチ部３１ｏ，３１ｒの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上の位置４２ｈ、２つのノッチ部３１ｐ，３１ｓの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上の位置４２ｉのいずれかに配置されればよい。すなわち、複数のバーのそれぞれが有する複数のノッチ部のうち、バーの幅方向に対して同位置にある２箇所のノッチ部の幅方向の寸法中心を結んだ直線上に、固着位置が配置されればよい。
【００４７】
また、上述の実施形態では、荷重伝達部４２には上下に一対の凸部４２ｅ，４２ｆを形成する場合について説明したが、図５に示すように、固着位置４２ａおよび固着位置４２ｂのそれぞれに合わせて、別個の凸部４２ｊ，４２ｋを形成してもよい。同様に、固着位置４２ｃおよび固着位置４２ｄのそれぞれに合わせて、別個の凸部を形成してもよい。こうすることにより、荷重伝達部４２の凸部端面の加工精度が低い場合にも、自由端部３１ｂに対して貫通孔３１ｅの方向へ荷重が加わることを抑制することができる。したがって、自由端部３１ｂにおける貫通孔３１ｅの方向への歪曲の発生をより好適に抑制することができる。
【００４８】
また、上述の実施形態では、荷重伝達部４２に凸部４２ｅ，４２ｆが形成される場合について説明したが、図６に示すように、自由端部３１ｂの端面に凸部４２ｌ，４２ｍが形成されていても同様の効果を得ることができる。あるいは、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの双方に凸部が形成されていてその凸部同士が接する形態であってもよい。すなわち、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着位置において、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの少なくとも一方に他方と接する凸部が形成されていればよい。
【００４９】
また、ノッチ部は、ロバーバル機構における内周側より外周側の方が深く凹んで形成されていてもよい。すなわち、バー３１ｃに形成される４つのノッチ部３１ｆ〜３１ｉが、その下面側より上面側の方が深く凹んで形成されるとともに、バー３１ｄに形成される４つのノッチ部３１ｊ〜３１ｍがその上面側より下面側の方が深く凹んで形成されていてもよい。このようにすれば、自由端部３１ｂにおいて、その外周から固着位置４２ａ〜４２ｄまでの距離をより長くとることができるため、ねじ孔の形成による自由端部３１ｂの剛性低下を更に防止することができる。したがって、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着をより確実に行うことができ、より正確な計量を行うことが可能となる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、ロバーバル機構３１の全体と、てこ機構３２のうち基礎レバー３２ａとは、１枚の平板上の母材をくり抜くことによって形成されている場合について説明したが、複数の部材を連結させて構成する形態であってもよい。
【００５１】
その他、計量装置１や重量センサ３０の各部の形状については、種々の設計変更が可能である。
【００５２】
また、本発明に係る重量センサ３０は、被計量物Ｍを搬送しながらその重量を計量する計量装置１のような計量装置のみならず、計量皿上に載置された被計量物の重量を計量する電子天びんや、その他の種々の計量装置に適用可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１から請求項５に記載の発明によれば、荷重伝達部と自由端部との固着位置が、それぞれ複数のバーのうちの何れか１つのバーと略同一水平面上に配置されているため、自由端部に対して鉛直方向以外の方向に荷重が加わった場合にも、当該荷重は、主としてバーに沿った方向の応力として自由端部に作用する。一方、自由端部は、バーに沿った方向に与えられる荷重に対しては、バーが抵抗となり、比較的高い剛性を有する。したがって、当該荷重が加わった場合にも、自由端部を歪曲させるような応力を抑制でき、自由端部における歪曲の発生を抑制することができるため、計量誤差の発生を抑制することができる。
【００５４】
なお、本発明によれば、自由端部の厚み寸法を大きくして自由端部の重量を増加させる必要がなく、また、自由端部に切り欠き部を形成する必要もない。このため、自由端部の固有振動数は低下せず、計量速度の低下を伴うことがない。また、自由端部の寸法を増大させる必要がないため、重量センサ全体の寸法の増大を伴うこともない。
【００５５】
特に、請求項２に記載の発明によれば、荷重伝達部と自由端部との固着位置が、バーの中でも特にノッチ部の厚み中心を結ぶ水平面上に配置されているため、自由端部に対して鉛直方向以外の方向に加わる荷重を、より精密にバーに沿った方向に与えることができる。したがって、自由端部を歪曲させるような応力をより好適に抑制することができ、自由端部における歪曲の発生を更に抑制することができる。よって、重量センサの計量誤差の発生を更に抑制することができる。
【００５６】
また、上面と下面とが凹んで形成されたノッチ部の厚み中心を結ぶ水平面内に、固着位置を配置したことにより、自由端部において、その外周から固着位置までの距離を長くとることができる。これにより、自由端部におけるねじ孔の形成が容易となり、ねじ孔の形成による自由端部の剛性低下を防止することができる。したがって、荷重伝達部と自由端部との固着をより確実に行うことができ、より正確な計量を行うことが可能となる。
【００５７】
特に、請求項３に記載の発明によれば、固着位置は、バーの幅方向に対して同位置にある２箇所のノッチ部の幅中心を結んだ直線上に配置されているため、バーに貫通孔が形成されている場合にも、自由端部に対して鉛直方向以外の方向に加わった荷重は、ノッチ部に沿った方向の応力として自由端部に作用する。したがって、自由端部を貫通孔の方向へ歪曲させる応力を抑制することができ、自由端部における歪曲の発生を更に抑制することができる。よって、重量センサの計量誤差の発生を更に抑制することができる。
【００５８】
特に、請求項４に記載の発明によれば、荷重伝達部と自由端部との固着位置に合わせて凸部が形成されており、凸部の端面のみで固着されるため、意図しない位置で荷重伝達部と自由端部とが接触することはない。したがって、意図した位置への力伝達が可能となり、また、荷重伝達部または自由端部の表面加工精度が低い場合にも、固着位置以外の位置から自由端部を歪曲させる応力が伝達することを抑制することができる。よって、重量センサの計量誤差を更に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る計量装置１の機構部分の構成図である。
【図２】重量センサ３０の詳細を示す側面図である。
【図３】重量センサ３０を上方から見たときの平面図である。
【図４】一対のバー３１ｃ，３１ｄのそれぞれに対して貫通孔３１ｅが４つずつ形成される形態を示す図である。
【図５】固着位置４２ａおよび固着位置４２ｂのそれぞれに合わせて、別個の凸部４２ｊ，４２ｋを形成する形態を示す図である。
【図６】自由端部３１ｂの端面に凸部が形成される形態を示す平面図である。
【図７】従来の重量センサ１００を示す図である。
【図８】従来の重量センサ１００において、被計量物Ｍからの荷重を受けたときの様子を示す図である。
【符号の説明】
１ 計量装置
１０ 搬送手段
１１ａ 搬送面
２０ 駆動手段
３０ 重量センサ
３１ ロバーバル機構
３１ａ 固定端部
３１ｂ 自由端部
３１ｃ，３１ｄ バー
３１ｅ 貫通孔
３１ｆ〜３１ｓ ノッチ部
４２ 荷重伝達部
４２ａ〜４２ｄ 固着位置
４２ｅ，４２ｆ，４２ｊ〜４２ｍ 凸部
３０２ 検出手段
Ｍ 被計量物
【発明の属する技術分野】
本発明は、被計量物を搬送しながらその重量を計量する計量装置や、計量皿上に載置された被計量物の重量を計量する電子天びん等に使用される重量センサ、および当該重量センサを備えた計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７には、従来より計量装置や電子天びん等に使用される重量センサの例を示している。図７に示す重量センサ１００は、固定端部１１０と、荷重に応じて変位する自由端部１２０と、固定端部１１０と自由端部１２０とを上下平行に連結する複数のバー１３０，１４０とで構成されるロバーバル機構を有している。重量センサ１００はまた、荷重伝達部１５０と、自由端部１２０の変位を検出する検出手段１６０とを備えている。荷重伝達部１５０は、ねじ等の固着手段１７０によって自由端部１２０に固着され、被計量物Ｍから鉛直上下方向に受ける荷重を自由端部１２０へ伝達することができる。
【０００３】
重量センサ１００において、被計量物Ｍから荷重伝達部１５０へ荷重が与えられると、荷重伝達部１５０は自由端部１２０へ荷重を伝達し、自由端部１２０が荷重方向へ変位する。検出手段１６０は、自由端部１２０の変位を検出し、検出結果を重量に換算して計量結果として出力する。
【０００４】
このような従来の重量センサの構成については、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５８−５７６９４号公報
【特許文献２】
特開２００１−９１３７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような重量センサ１００においては、被計量物Ｍからの荷重を受けたとき、理想的には荷重伝達部１５０には自由端部１２０の本来の変位方向（鉛直方向）にのみ荷重が加わり、図８（ａ）に示すように、バー１３０，１４０は平行関係を保ちつつ、自由端部１２０も固定端部１１０との平行関係を保ちつつ、変位する。
【０００７】
ところが、例えば被計量物Ｍが偏った位置に載置されている等の理由により荷重伝達部１５０に鉛直方向以外の方向に荷重が加わっている場合、荷重伝達部１５０は、固着手段１７０が設けられている固着位置等から自由端部１２０に対して意図しない方向の応力を与えることになる。このような応力は、図８（ｂ），（ｃ）に誇張して示すように、自由端部１２０を歪曲させるような力として作用し、その結果、荷重伝達部１５０が傾いてしまうとともに、バー１３０，１４０の平行関係も崩れてしまうこととなる。図８（ｂ），（ｃ）では荷重伝達部１５０には歪曲が生じていない場合について示しているが、荷重伝達部１５０と自由端部１２０とが一体的に歪曲する場合もあり得る。これらとき検出手段１６０から出力される計量結果は不正確なものとなり、重量センサ１００は計量誤差（偏置誤差）を生じることとなる。
【０００８】
このような計量誤差を低減するための１つの方法として、自由端部１２０の厚み寸法（荷重伝達部１５０との並び方向の寸法）Ｌを所定値以上に設計し、自由端部１２０の剛性を高める方法が、従来より実施されている。また、このような計量誤差を低減するための他の方法として、自由端部１２０に切り欠き部を形成し、切り欠き部によって理想変位方向以外の方向に加わる荷重を吸収する方法が、特許文献２に開示されている。
【０００９】
しかしながら、上述した前者の方法では自由端部１２０自体の重量が増加するため、また、後者の方法では自由端部１２０において切り欠き部が新たなばね要素となるため、何れの方法においても自由端部１２０の固有振動数が低下する。自由端部１２０の固有振動数が低下した場合、検出手段１６０の検出結果から自由端部１２０の変位信号を取り出すために使用するローパスフィルタも、カットオフ周波数の低いものを使用せざるを得ないため、所望の信号を得るために要するローパスフィルタのフィルタリング時間が長くなり、重量センサ１００の計量速度が低下することとなる。
【００１０】
また、上述した前者の方法では、自由端部１２０の寸法とともに重量センサ１００全体の寸法を増大させることにもなる。
【００１１】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、計量速度の低下や寸法の増大を伴うことなく、自由端部に鉛直方向以外の方向に荷重が加わった場合にも計量誤差の発生を抑制することができる重量センサ、および当該重量センサを備えた計量装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、固定端部と、荷重に応じて変位する自由端部と、前記固定端部と前記自由端部とを連結し平行に配置されている複数のバーとで構成されるロバーバル機構を有する重量センサであって、前記自由端部に１以上の固着位置において固着され、被計量物からの上下方向の荷重を前記自由端部へ伝達する荷重伝達部と、前記自由端部の変位を検出する検出手段と、を備え、前記１以上の固着位置は、それぞれ前記複数のバーのうちの何れか１つのバーと略同一水平面内に配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の重量センサであって、前記バーは、前記固定端部および前記自由端部との前記連結位置のそれぞれにおいて、その上面と下面とが溝状に凹んで形成されたノッチ部を有し、前記ノッチ部は、前記複数のバーのそれぞれについて複数形成されているとともに、前記固着位置は、前記バーのそれぞれが有する前記ノッチ部の厚み中心を結ぶ水平面上に配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の重量センサであって、前記バーは、前記固定端部および前記自由端部との前記連結位置のそれぞれにおいて、厚み方向に形成された貫通孔を挟んで複数のノッチ部を有し、前記固着位置は、前記バーのそれぞれが有する複数の前記ノッチ部のうち前記バーの幅方向に対して同位置にある２箇所のノッチ部の幅中心を結んだ直線上に配置したことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の重量センサであって、前記固着位置において、前記荷重伝達部と前記自由端部との少なくとも一方には、他方と接する凸部を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、被計量物を搬送しながらその重量を計量する計量装置であって、水平配置された搬送面上において被計量物を搬送する搬送手段と、前記搬送手段を駆動させる駆動手段と、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の重量センサと、を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
＜１．計量装置１の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る計量装置１の機構部分の構成図である。計量装置１は、被計量物Ｍを搬送しながらその重量を計量する装置であり、主として被計量物Ｍを搬送する搬送手段１０と、搬送手段１０を駆動させる駆動手段２０と、重量センサ３０と、支持ブラケット４１とを備えている。
【００１９】
搬送手段１０は、コンベアフレーム１１の両側に位置する一対の駆動ローラ１２および従動ローラ１３の間に、無端状の平ベルト１４が巻き掛けられた構成となっている。コンベアフレーム１１の上面は水平な搬送面１１ａとなっており、駆動手段２０からの駆動力を受けて駆動ローラ１２が回転すると、従動ローラ１３も回転しつつ平ベルト１４は搬送面１１ａに沿って進行し、それに伴い被計量物Ｍは略水平方向に搬送される。
【００２０】
駆動手段２０は、搬送手段の下方に配置され、モータボックス２１の内部にモータ（図示省略）を備えた構成となっている。
【００２１】
重量センサ３０は、搬送手段１０の下方であり駆動手段２０の上方となる位置に配置され、不動床面に固定された筐体５０の内部に収容されている。重量センサ３０は、主として、荷重に応じて歪曲する起歪体３０１と、荷重を検出する検出手段３０２と、荷重伝達部４２とを備えている。検出手段３０２は、筐体５０の室内の床の一部上に固定されており、起歪体３０１はその片端が検出手段３０２と連結された構成となっている。起歪体３０１は検出手段３０２との連結側が固定端部３１ａとなっている一方、その他端側が自由端部３１ｂとなっている（図２参照）。荷重伝達部４２は、筐体５０のオーバハング部分の床面に水平に形成された開口部５２に非接触で挿通されており、その上部側は起歪体３０１の自由端部３１ｂに、また下部側は駆動手段２０のモータボックス２１にそれぞれ固定されている。具体的には、荷重伝達部４２の上半部４２１は略Ｌ字形状をなしており、その屈曲内側面が自由端部３１ｂの端面と複数の部位で連結されている（図２参照）。また、荷重伝達部４２の下半部４２２は円柱形状をなしており、その底面がモータボックス２１の上面と固着されている。したがって、搬送手段１０から支持ブラケット４１を介して駆動手段２０に至るまでの結合体を搬送機構部ＣＭと呼んだとき、被計量物Ｍと搬送機構部ＣＭとの合計重量に応じてモータボックス２１に下向きに加えられた荷重は、荷重伝達部４２によって起歪体３０１の自由端部３１ｂへ伝達されることになる。ただし、被計量物Ｍが搬送面１１ａ上に載置されていないときに搬送機構部ＣＭが荷重伝達部４２に与える重量負荷、すなわち風袋重量に応じて各部が調整されており、起歪体３０１に付加的に生じる重量負荷は、実質的に被計量物Ｍの重量を反映したものである。
【００２２】
また、筐体５０下面の開口部５２の縁部（口唇部）と荷重伝達部４２の下半部４２２の外周面との隙間には、ダイヤフラム５１が挟み込まれており、これらの隙間を塞ぐことによって、筐体５０の内部空間と外部とを気密に遮断している。このダイヤフラム５１は可撓性であって、モータボックス２１から起歪体３０１への荷重の伝達には影響を及ぼさない。重量センサ３０のその他の詳細については、後述する。
【００２３】
支持ブラケット４１は、図１において仮想線で示した略逆三角形の板状の部材であり、コンベアフレーム１１、筐体５０、およびモータボックス２１を挟んで計量装置１の側方（図１では紙面手前側と奥側）に対をなして配置されている。一対の支持ブラケット４１のそれぞれは、コンベアフレーム１１およびモータボックス２１に固着されており、コンベアフレーム１１に与えられた荷重をモータボックス２１へ伝達する機能を果たす。
【００２４】
また、図示は省略したが、一対の支持ブラケット４１の内側には、駆動手段２０のモータから搬送手段１０の駆動ローラ１２へ駆動力を伝達するためのベルト等から構成される無端の駆動伝達機構が配置されている。
【００２５】
このような計量装置１の搬送手段１０上に被計量物Ｍが搬送されると、コンベアフレーム１１の搬送面１１ａは、平ベルト１４を介して被計量物Ｍから鉛直方向の荷重を受ける。被計量物Ｍから搬送面１１ａに受けた鉛直方向の当該荷重は、コンベアフレーム１１、支持ブラケット４１、モータボックス２１、荷重伝達部４２を介して重量センサ３０の自由端部３１ｂに伝達する。
【００２６】
＜２．重量センサ３０の構成＞
図２は、重量センサ３０の詳細を示す側面図であり、図３はそれらを上方から見たときの平面図である。図２、図３を参照しつつ、重量センサ３０の詳細について、以下に説明する。
【００２７】
重量センサ３０は、上述したように、主として、荷重に応じて歪曲する起歪体３０１と、荷重を検出する検出手段３０２と、荷重伝達部４２とを備えている。
【００２８】
起歪体３０１は、固定端部３１ａと、荷重に応じて鉛直上下方向に変位する自由端部３１ｂとを上下に平行な一対のバー３１ｃ，３１ｄで連結させたいわゆるロバーバル機構３１を備えている。また、起歪体３０１は、水平に延びた基礎レバー３２ａと、この基礎レバー３２ａを略水平方向に延長する方向に設けた延長レバー３２ｂとを固着して構成されるてこ機構３２も備えている。本実施形態においては、ロバーバル機構３１の全体と、てこ機構３２の基礎レバー３２ａとは、一枚の平板状の母材をくり抜くことによって形成されている。
【００２９】
図２および図３に示すように、上下方向に隔離してほぼ平行配置された一対の水平バー３１ｃ，３１ｄには、それぞれの両端すなわち、
▲１▼固定端部３１ａとの連結境界、および
▲２▼自由端部３１ｂとの連結境界、
のそれぞれにおいて、その上面と下面とが溝状に凹んだ絞り部（隘路部分）が形成されており、その絞り部には更に、バー３１ｃ，３１ｄの厚み方向（鉛直方向）に貫通孔３１ｅが形成されている。本明細書においては、バー３１ｃ，３１ｄのこの絞り部のうち、貫通孔３１ｅを挟んで複数に分けられた部分のそれぞれを「ノッチ部」と称することとする。
【００３０】
すなわち、上下一対のバー３１ｃ，３１ｄのうち上方に位置するバー３１ｃは、固定端部３１ａとの連結境界に貫通孔３１ｅを挟んで２つのノッチ部３１ｆ，３１ｇを有するとともに、自由端部３１ｂとの連結境界に貫通孔３１ｅを挟んで２つのノッチ部３１ｈ，３１ｉを有する（図３参照）。また同様に、一対のバー３１ｃ，３１ｄのうち下方に位置するバー３１ｄも、固定端部３１ａとの連結境界に貫通孔３１ｅを挟んで２つのノッチ部３１ｊ，３１ｋを有するとともに、自由端部３１ｂとの連結境界に貫通孔３１ｅを挟んで２つのノッチ部３１ｌ，３１ｍを有する。本実施形態におけるロバーバル機構３１は、このようなノッチ部３１ｆ〜３１ｍを介することにより、一対のバー３１ｃ，３１ｄと固定端部３１ａとが、あるいは、一対のバー３１ｃ，３１ｄと自由端部３１ｂとが、弾性をもって歪曲可能な構成となっている。また、貫通孔３１ｅが形成されているのは、各ノッチ部３１ｆ〜３１ｍの幅方向（水平面内において起歪体３０１と検出手段３０２との並び方向と垂直な方向。以下同じ。）の寸法を小さくすることにより、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍにおいて良好な弾性を得るためである。
【００３１】
てこ機構３２の中で、力点側の一端３２ｃと支点３２ｄとは基礎レバー３２ａに属する。延長レバー３２ｂは、図３に示すように、その基端部が二股に分岐して基礎レバー３２ａの両端部に固着されており、てこ機構３２の作用点側は主として延長レバー３２ａに属する。そして、力点側の一端３２ｃはロバーバル機構３１の自由端部３１ｂと、支点３２ｄは固定端部３１ａと、それぞれ連結されている。また、てこ機構３２の作用点側は、検出手段３０２の上方まで延びており、作用点側の下面には後述する検出手段３０２のフォースコイル３４ａが固着されているとともに、その先端部には後述する変位検出部３３の検出対象となる被検出端３２ｅが固着されている。
【００３２】
起歪体３０１はまた、検出手段３０２との連結境界に略板状のブラケット３５を備えている。ブラケット３５はその片面側が起歪体３０１の固定端部３１ａの端面にねじ等によって固着されており、他面側が後述する検出手段３０２のヨーク部３４ｃの端面に連結されている。
【００３３】
検出手段３０２は、被検出端３２ｅの変位を検出する変位検出部３３と、てこ機構３２の作用点側の下面に固着されたフォースコイル３４ａと、静磁場を形成する永久磁石３４ｂと、ヨーク部３４ｃとを備えている。フォースコイル３４ａは、永久磁石３４ｂとヨーク部３４ｃとにより作られる静磁場中に位置するように配置され、変位検出部３３から得られる検出結果に応じて、てこ機構３２を力学的平衡状態とする機能を果たす。また、変位検出部３３は、ヨーク部３４ｃに接続されており、検出対象位置に上述の被検出端３２ｅが位置するように配置される。
【００３４】
次に、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着形態の詳細について、以下に説明する。上述したように、荷重伝達部４２の上半部４２１は略Ｌ字形状をなしており、その屈曲内側面が自由端部３１ｂの端面と複数の部位で連結されている。より具体的には、荷重伝達部４２の屈曲内側面は、４箇所の固着位置４２ａ〜４２ｄ（図２，図３では一点鎖線で示している。）においてねじにより自由端部３１ｂの端面と固着されている。４箇所の固着位置４２ａ〜４２ｄのうち上方の２箇所の固着位置４２ａ，４２ｂは、起歪体３０１のバー３１ｃと略同一水平面内に配置されており、下方の２箇所の固着位置４２ｃ，４２ｄは、バー３１ｄと略同一水平面内に配置されている。より厳密には、固着位置４２ａ，４２ｂは、ノッチ部３１ｆ〜３１ｉの厚み中心を結ぶ水平面内に配置されており、固着位置４２ｃ，４２ｄは、ノッチ部３１ｊ〜３１ｍの厚み中心を結ぶ水平面内に配置されている（図２参照）。以上のような配置条件の下で、更に、固着位置４２ａはノッチ部３１ｆおよびノッチ部３１ｈのそれぞれの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上に配置されており、固着位置４２ｂはノッチ部３１ｇおよびノッチ部３１ｉのそれぞれの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上に配置されている（図３参照）。同様に、固着位置４２ｃはノッチ部３１ｊおよびノッチ部３１ｌのそれぞれの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上に配置されており、固着位置４２ｄはノッチ部３１ｋおよびノッチ部３１ｍのそれぞれの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上に配置されている。また、荷重伝達部４２の屈曲内側面には、固着位置４２ａ〜４２ｄに合わせて凸部４２ｅ，４２ｆが形成されている。本実施形態においては、荷重伝達部４２の屈曲内側面に上下に一対の凸部４２ｅ，４２ｆが形成されており、固着位置４２ａ，４２ｂは凸部４２ｅに属し、固着位置４２ｃ，４２ｄは凸部４２ｆに属する。したがって、本実施形態における荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着形態においては、凸部４２ｅ，４２ｆの端面のみが自由端部３１ｂの端面と接していることになる。
【００３５】
このような重量センサ３０において、荷重伝達部４２に被計量物Ｍからの鉛直方向の荷重が加わると、その荷重は起歪体３０１の自由端部３１ｂに伝達され、自由端部３１ｂにおいても理想的には鉛直方向の荷重が加わることになる。そして、その荷重は更に、てこ機構３２の力点側の一端３２ｃに伝達され、てこ機構３２を傾動させる力として作用する。一方、てこ機構３２の作用点側では、被検出端３２ｅの変位を変位検出部３３が検知すると、変位検出部３３は、検出結果を図示しないフィードバック回路に与える。フィードバック回路は、得られた検出結果に応じて、フォースコイル３４ａに与える電流値を制御し、永久磁石３４ｂとヨーク部３４ｃとにより作られる静磁場中においてフォースコイル３４ａに変位と逆方向の電磁力（ローレンツ力）を発生させててこ機構３２を力学的平衡状態とする。そして、このときフォースコイル３４ａに与えた電流値を抵抗を介して電圧信号として取り出し、重量に換算して計量結果として出力する。
【００３６】
ところで現実には、自由端部３１ｂに対して、鉛直方向以外の方向にも荷重が加わっており、当該荷重の大きさが変動する場合がある。例えば、図１に示した計量装置１においては、被計量物Ｍや搬送手段１０，支持ブラケット４１等の重量によって荷重伝達部４２を介して自由端部３１ｂには、固着位置４２ａ，４２ｂまたは固着位置４２ｃ，４２ｄを中心とした回転方向の荷重が加わっていることになる。また、当該荷重の大きさは、搬送面１１ａ上の被計量物Ｍの位置によって変動する。
【００３７】
このように自由端部３１ｂに対して鉛直方向以外の方向に荷重が加わることによって、またその荷重が変動することによって、自由端部３１ｂに歪曲等が発生すると、検出手段３０２から出力される計量結果は不正確なものとなり、重量センサ３０は計量誤差（偏置誤差）を生じることとなる。しかし、本発明に係る重量センサ３０においては、固着位置４２ａ〜４２ｄのそれぞれが、一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかと略同一水平面内に配置されているため、自由端部３１ｂに対して鉛直方向以外の方向に加わる荷重も、主として一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかに沿った方向に与えられることになる。一方、自由端部３１ｂは、一対のバー３１ｃ，３１ｄの何れかに沿った方向に与えられる荷重に対しては、当該バーが抵抗となり、比較的高い剛性を有する。したがって、当該荷重が加わった場合にも、自由端部３１ｂを歪曲させるような応力を抑制でき、自由端部３１ｂにおける歪曲の発生を抑制することができるため、重量センサ３０における計量誤差の発生を抑制することができる。
【００３８】
なお、本発明に係る重量センサ３０では、自由端部３１ｂの厚み寸法を大きくして自由端部の重量を増加させる必要がなく、また、自由端部３１ｂに切り欠き部を形成する必要もない。このため、自由端部３１ｂの固有振動数は低下せず、計量速度の低下を伴うことがない。また、自由端部３１ｂの寸法を増大させる必要がないため、重量センサ３０全体の寸法の増大を伴うこともない。
【００３９】
また、固着位置４２ａ〜４２ｄのそれぞれは、一対のバー３１ｃ，３１ｄの中でも特に、ノッチ部３１ｆ〜３１ｉのそれぞれの厚み中心を結ぶ水平面内、またはノッチ部３１ｊ〜３１ｍのそれぞれの厚み中心を結ぶ水平面内に配置されている。このため、自由端部３１ｂに対して鉛直方向以外の方向に加わる荷重を、より精密に、一対のバー３１ｃ，３１ｄのいずれかに沿った方向に与えることができる。したがって、このような荷重が加わった場合にも、自由端部３１ｂにおける歪曲の発生をより好適に抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍを、ロバーバル機構３１における外周側を凹ませて形成しているとともに、固着位置４２ａ〜４２ｄのそれぞれを、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍのそれぞれの厚み中心を結ぶ水平面内に配置している。このため、自由端部３１ｂにおいて、その外周から固着位置４２ａ〜４２ｄまでの距離を長くとることができる。これにより、自由端部３１ｂにおけるねじ孔の形成が容易となり、ねじ孔の形成による自由端部３１ｂの剛性低下を防止することができる。したがって、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着をより確実に行うことができ、より正確な計量を行うことが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態のように貫通孔３１ｅが形成されている場合には、自由端部３１ｂは、貫通孔３１ｅの方向（水平方向）への歪曲に対する剛性は低くなっている。したがって、荷重がバー３１ｃあるいは３１ｄに沿った方向に与えられていても、当該荷重が貫通孔３１ｅの方向へ加わっている場合には、自由端部３１ｂに歪曲が発生する可能性がある。本実施形態では、固着位置４２ａ〜４２ｄのそれぞれは、上述したように、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍうちの所定のノッチ部の幅中心を結ぶ直線上に配置されているため、当該荷重は、ノッチ部３１ｆ〜３１ｍの何れかに沿った方向にのみ与えられることになり、貫通孔３１ｅの方向へ与えられることがなくなる。したがって、自由端部３１ｂにおける貫通孔３１ｅの方向への歪曲の発生も抑制することができる。
【００４２】
また、固着位置４２ａ〜４２ｄがこのような配置条件の下で配置されていても、荷重伝達部４２の屈曲内側面または自由端部３１ｂの端面の表面加工精度が低い場合などには、固着位置４２ａ〜４２ｄ以外の意図しない位置において荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとが荷重伝達可能な状態で密着している場合がある。このような場合には、意図しない位置から意図しない方向へ荷重が伝達される可能性が生じる。本実施形態では、荷重伝達部４２の屈曲内側面には、固着位置４２ａ〜４２ｄに合わせて凸部４２ｅ，４２ｆが形成されており、凸部４２ｅ，４２ｆの端面のみで自由端部３１ｂの端面と接するようにしている。このため、意図した位置への力伝達が可能となり、固着位置４２ａ〜４２ｄ以外の位置から荷重が伝達することを抑制することができる。
【００４３】
＜３．変形例＞
以上、本発明の主たる一実施形態について説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではない。
【００４４】
例えば、上述の実施形態では、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着位置は４箇所である場合について説明したが、設計により、１〜３箇所でもよく、また５箇所以上であってもよい。
【００４５】
また、上述の実施形態では、ロバーバル機構３１は上下に平行な一対のバー３１ｃ，３１ｄを備える場合について説明したが、上下に平行な３つ以上のバーを備える形態であってもよい。この場合、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着位置は、３つ以上のバーのうちの何れかと略同一水平面内に配置されればよい。すなわち、固着位置のそれぞれが、複数のバーのうちの何れか１つのバーと略同一水平面内に配置されればよい。
【００４６】
また、上述の実施形態では、図２，図３に示すように、貫通孔３１ｅは一対のバー３１ｃ，３１ｄのそれぞれについて２つずつ形成される場合について説明したが、本発明における貫通孔３１ｅの形成個数はこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、一対のバー３１ｃ，３１ｄのそれぞれに対して貫通孔３１ｅが４つずつ形成される形態であってもよい。この形態では、１つのバーについて６つのノッチ部３１ｎ〜３１ｓが形成される。すなわち、幅方向に並んだ２つの貫通孔３１ｅに対して一方の側に２つのノッチ部３１ｎ，３１ｑと、幅方向に並んだ２つの貫通孔３１ｅの間に形成される２つｍｐノッチ部３１ｏ，３１ｒと、幅方向に並んだ２つの貫通孔３１ｅに対して他方の側に形成される２つのノッチ部３１ｐ，３１ｓとが形成される。そして、この場合、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着位置は、２つのノッチ部３１ｎ，３１ｑの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上の位置４２ｇ、２つのノッチ部３１ｏ，３１ｒの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上の位置４２ｈ、２つのノッチ部３１ｐ，３１ｓの幅方向の寸法中心を結ぶ直線上の位置４２ｉのいずれかに配置されればよい。すなわち、複数のバーのそれぞれが有する複数のノッチ部のうち、バーの幅方向に対して同位置にある２箇所のノッチ部の幅方向の寸法中心を結んだ直線上に、固着位置が配置されればよい。
【００４７】
また、上述の実施形態では、荷重伝達部４２には上下に一対の凸部４２ｅ，４２ｆを形成する場合について説明したが、図５に示すように、固着位置４２ａおよび固着位置４２ｂのそれぞれに合わせて、別個の凸部４２ｊ，４２ｋを形成してもよい。同様に、固着位置４２ｃおよび固着位置４２ｄのそれぞれに合わせて、別個の凸部を形成してもよい。こうすることにより、荷重伝達部４２の凸部端面の加工精度が低い場合にも、自由端部３１ｂに対して貫通孔３１ｅの方向へ荷重が加わることを抑制することができる。したがって、自由端部３１ｂにおける貫通孔３１ｅの方向への歪曲の発生をより好適に抑制することができる。
【００４８】
また、上述の実施形態では、荷重伝達部４２に凸部４２ｅ，４２ｆが形成される場合について説明したが、図６に示すように、自由端部３１ｂの端面に凸部４２ｌ，４２ｍが形成されていても同様の効果を得ることができる。あるいは、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの双方に凸部が形成されていてその凸部同士が接する形態であってもよい。すなわち、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着位置において、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの少なくとも一方に他方と接する凸部が形成されていればよい。
【００４９】
また、ノッチ部は、ロバーバル機構における内周側より外周側の方が深く凹んで形成されていてもよい。すなわち、バー３１ｃに形成される４つのノッチ部３１ｆ〜３１ｉが、その下面側より上面側の方が深く凹んで形成されるとともに、バー３１ｄに形成される４つのノッチ部３１ｊ〜３１ｍがその上面側より下面側の方が深く凹んで形成されていてもよい。このようにすれば、自由端部３１ｂにおいて、その外周から固着位置４２ａ〜４２ｄまでの距離をより長くとることができるため、ねじ孔の形成による自由端部３１ｂの剛性低下を更に防止することができる。したがって、荷重伝達部４２と自由端部３１ｂとの固着をより確実に行うことができ、より正確な計量を行うことが可能となる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、ロバーバル機構３１の全体と、てこ機構３２のうち基礎レバー３２ａとは、１枚の平板上の母材をくり抜くことによって形成されている場合について説明したが、複数の部材を連結させて構成する形態であってもよい。
【００５１】
その他、計量装置１や重量センサ３０の各部の形状については、種々の設計変更が可能である。
【００５２】
また、本発明に係る重量センサ３０は、被計量物Ｍを搬送しながらその重量を計量する計量装置１のような計量装置のみならず、計量皿上に載置された被計量物の重量を計量する電子天びんや、その他の種々の計量装置に適用可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１から請求項５に記載の発明によれば、荷重伝達部と自由端部との固着位置が、それぞれ複数のバーのうちの何れか１つのバーと略同一水平面上に配置されているため、自由端部に対して鉛直方向以外の方向に荷重が加わった場合にも、当該荷重は、主としてバーに沿った方向の応力として自由端部に作用する。一方、自由端部は、バーに沿った方向に与えられる荷重に対しては、バーが抵抗となり、比較的高い剛性を有する。したがって、当該荷重が加わった場合にも、自由端部を歪曲させるような応力を抑制でき、自由端部における歪曲の発生を抑制することができるため、計量誤差の発生を抑制することができる。
【００５４】
なお、本発明によれば、自由端部の厚み寸法を大きくして自由端部の重量を増加させる必要がなく、また、自由端部に切り欠き部を形成する必要もない。このため、自由端部の固有振動数は低下せず、計量速度の低下を伴うことがない。また、自由端部の寸法を増大させる必要がないため、重量センサ全体の寸法の増大を伴うこともない。
【００５５】
特に、請求項２に記載の発明によれば、荷重伝達部と自由端部との固着位置が、バーの中でも特にノッチ部の厚み中心を結ぶ水平面上に配置されているため、自由端部に対して鉛直方向以外の方向に加わる荷重を、より精密にバーに沿った方向に与えることができる。したがって、自由端部を歪曲させるような応力をより好適に抑制することができ、自由端部における歪曲の発生を更に抑制することができる。よって、重量センサの計量誤差の発生を更に抑制することができる。
【００５６】
また、上面と下面とが凹んで形成されたノッチ部の厚み中心を結ぶ水平面内に、固着位置を配置したことにより、自由端部において、その外周から固着位置までの距離を長くとることができる。これにより、自由端部におけるねじ孔の形成が容易となり、ねじ孔の形成による自由端部の剛性低下を防止することができる。したがって、荷重伝達部と自由端部との固着をより確実に行うことができ、より正確な計量を行うことが可能となる。
【００５７】
特に、請求項３に記載の発明によれば、固着位置は、バーの幅方向に対して同位置にある２箇所のノッチ部の幅中心を結んだ直線上に配置されているため、バーに貫通孔が形成されている場合にも、自由端部に対して鉛直方向以外の方向に加わった荷重は、ノッチ部に沿った方向の応力として自由端部に作用する。したがって、自由端部を貫通孔の方向へ歪曲させる応力を抑制することができ、自由端部における歪曲の発生を更に抑制することができる。よって、重量センサの計量誤差の発生を更に抑制することができる。
【００５８】
特に、請求項４に記載の発明によれば、荷重伝達部と自由端部との固着位置に合わせて凸部が形成されており、凸部の端面のみで固着されるため、意図しない位置で荷重伝達部と自由端部とが接触することはない。したがって、意図した位置への力伝達が可能となり、また、荷重伝達部または自由端部の表面加工精度が低い場合にも、固着位置以外の位置から自由端部を歪曲させる応力が伝達することを抑制することができる。よって、重量センサの計量誤差を更に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る計量装置１の機構部分の構成図である。
【図２】重量センサ３０の詳細を示す側面図である。
【図３】重量センサ３０を上方から見たときの平面図である。
【図４】一対のバー３１ｃ，３１ｄのそれぞれに対して貫通孔３１ｅが４つずつ形成される形態を示す図である。
【図５】固着位置４２ａおよび固着位置４２ｂのそれぞれに合わせて、別個の凸部４２ｊ，４２ｋを形成する形態を示す図である。
【図６】自由端部３１ｂの端面に凸部が形成される形態を示す平面図である。
【図７】従来の重量センサ１００を示す図である。
【図８】従来の重量センサ１００において、被計量物Ｍからの荷重を受けたときの様子を示す図である。
【符号の説明】
１ 計量装置
１０ 搬送手段
１１ａ 搬送面
２０ 駆動手段
３０ 重量センサ
３１ ロバーバル機構
３１ａ 固定端部
３１ｂ 自由端部
３１ｃ，３１ｄ バー
３１ｅ 貫通孔
３１ｆ〜３１ｓ ノッチ部
４２ 荷重伝達部
４２ａ〜４２ｄ 固着位置
４２ｅ，４２ｆ，４２ｊ〜４２ｍ 凸部
３０２ 検出手段
Ｍ 被計量物
Claims (5)
- 固定端部と、荷重に応じて変位する自由端部と、前記固定端部と前記自由端部とを連結し平行に配置されている複数のバーとで構成されるロバーバル機構を有する重量センサであって、
前記自由端部に１以上の固着位置において固着され、被計量物からの上下方向の荷重を前記自由端部へ伝達する荷重伝達部と、
前記自由端部の変位を検出する検出手段と、
を備え、
前記１以上の固着位置は、それぞれ前記複数のバーのうちの何れか１つのバーと略同一水平面内に配置したことを特徴とする重量センサ。 - 請求項１に記載の重量センサであって、
前記バーは、前記固定端部および前記自由端部との前記連結位置のそれぞれにおいて、その上面と下面とが溝状に凹んで形成されたノッチ部を有し、
前記ノッチ部は、前記複数のバーのそれぞれについて複数形成されているとともに、
前記固着位置は、前記バーのそれぞれが有する前記ノッチ部の厚み中心を結ぶ水平面上に配置したことを特徴とする重量センサ。 - 請求項２に記載の重量センサであって、
前記バーは、前記固定端部および前記自由端部との前記連結位置のそれぞれにおいて、厚み方向に形成された貫通孔を挟んで複数のノッチ部を有し、
前記固着位置は、前記バーのそれぞれが有する複数の前記ノッチ部のうち前記バーの幅方向に対して同位置にある２箇所のノッチ部の幅中心を結んだ直線上に配置したことを特徴とする重量センサ。 - 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の重量センサであって、
前記固着位置において、前記荷重伝達部と前記自由端部との少なくとも一方には、他方と接する凸部を有することを特徴とする重量センサ。 - 被計量物を搬送しながらその重量を計量する計量装置であって、
水平配置された搬送面上において被計量物を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段を駆動させる駆動手段と、
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の重量センサと、
を備えることを特徴とする計量装置。
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-
2003
- 2003-05-13 JP JP2003134228A patent/JP2004340593A/ja active Pending
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