JP2010190600A - 除電機能を有する電子秤 - Google Patents

Abstract

【課題】 静電気が帯電した試料の除電を別の装置を用いることなく電子秤で効果的かつ確実に実施する装置を得る。
【解決手段】 計量用空間５と背後の機構室３とを有する電子秤で、計量用空間５は仕切板４により上部の除電室６と、下部の計量室７に区画され、除電室６の後壁６Ａにはプラス又はマイナスの除電針１１Ａ乃至１１Ｄが交互に配置され、後壁６の背後の機構室３には各除電針１１Ａ乃至１１Ｄに電圧を印加する除電器１２が配置されている。試料の除電に当たっては、各除電針により除電室６内にイオンを充満させ、このイオンにより試料に帯電している静電気を中和する。除電が完了したなら、試料を下部の計量室７の計量皿２に載置して静電気の影響を受けることなく当該試料の計量を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子秤に係り、特に除電機能を有する電子秤に関する。

電子秤、特に電磁平衡式の所謂電子天秤は、例えば１００万分の１ｇ（１μｇ）までの極めて微量な質量の計測が可能となっているが、反面例えば気圧変化、湿度変化等従来では無視されていた環境要素が計量時の誤差要因として問題となっている。

このような誤差要因の一つとして静電気の影響がある。例えば冬場の太平洋側地域のような低湿度の環境、或いはウイルスや細菌等の繁殖を抑える環境を維持するため湿度０パーセントに設定されているクリーンルーム等、静電気が発生し易い環境下においては計量対象物の帯電により数１０ｍｇの計量誤差が発生することがある。

冬場において１０ＫＶ程度に帯電した状態でドアのノブを触った時に電撃を受けたりすることによって、静電気を意識することは我々が日常体験することであるが、反面１００Ｖ程度の微小な帯電では気づかないことが多い。しかし、微量な質量の計測が可能な電子天秤を始めとする高分解能の電子秤の場合には、計測対象物である試料そのものが帯電していると、試料と周囲の金属或いは絶縁物とも静電誘導による浮遊電荷が相手面に発生し、当該試料と計量皿周辺機器との間に静電誘導によるクーロン力が発生し、このため計量値は試料の本来の質量に対して大きな誤差を含んだものとなる。電子天秤は試料の質量×重力加速度に平衡する電気量に変換して当該試料の重量を計測するため、質量に対して重力加速度以外の力が加わると平衡する電気量も変化し、結局加わった力がそのまま誤差として測定されてしまう。

上記のような観点から、現在までに静電気の影響を避けるために以下のような対策が実施されている。
（ａ）イオナイザーと称されるイオン発生器を用いて帯電した試料にイオン風を当てて、帯電した試料の電荷と逆の電荷（イオン）を吸着させることにより電荷の中和を行なう方法。
（ｂ）Ｘ線の除電効果を利用し、帯電している試料に対してＸ線を照射して電荷（イオン）を中和する方法。
（ｃ）帯電した試料及び電子天秤を構成する部材に対して除電効果のある液体（帯電防止剤）を吹き付ける方法。
（ｄ）帯電した試料を金属等で被い、試料表面の電荷から発生する電気力線を遮断する方法。
（ｅ）加湿器等を利用して空気中の湿度を上昇させ、自然放電を促進させる方法。

上記（ａ）乃至（ｅ）の方法は何れも試料の計測前に除電のために別の作業を必要とし、手間がかかると共に、気化熱による温度変化、風の影響、試料の吸湿による質量の変化等により除電作業自体が計測誤差を招来する可能性もある。より具体的には（ａ）、（ｂ）の方法は別の装置を用いて予め除電する必要があり、また（ｃ）の方法は帯電防止剤を噴霧すること自体が試料の質量を変化させたり、液体の気化による気化熱に起因して発生する対流による計量誤差等を発生させてしまうおそれがある。また（ｄ）の方法は試料を被う金属の重量を予め計測し、この計測値を風袋引きする操作をする必要がある等何れの方法も問題がある。

上記のような点に鑑み、静電気除去（中和）手段を電子秤（電子天秤）と一体化し、或いはこの電子天秤に内蔵する構成が以下のとおり提案されている。
特開２００１−１６５７６０ 特開２００７−１９９０６１

上記特許文献の構成とすることにより、試料の電荷を中和（以下「除電」と称する）ために特別の装置を設置したり、除電用の素材を用いたりする必要が無くなった。
このうち特許文献１の発明は、いわば（ａ）の方法を実施する手段を電子天秤に組み込んだ構成であると言える。即ち、ベンチレータを用いてイオン化された空気流を計量皿上の試料に吹き付けて試料を除電する構成となっている。この構成は試料の除電には有効であるが、計量皿に対して空気流が当たるため、計量皿がこの空気流に煽られてしまい計量値が安定しなくなる虞がある。また試料の多くは粉体であるが、粉体である試料の一部がこの空気流により飛散するという問題もある。

特許文献２の構成は、電子天秤のスライド式のサイドドア（以下本発明の実施例も含めて単に「サイドドア」とする）手前或いは秤量室側にイオン発生源を配置し、秤量室に試料を入れる一連の作業の間に当該試料がイオン発生源を通過することにより試料の除電が行なえるよう構成されている。しかしその構成上イオン発生源である針は計量作業操作面を向いてるため手が触れると電撃が発生して危険である。また、計量室内に試料を搬入する行程で除電するため除電が不十分になる場合が生じる。更に試料が細長い絶縁物であると、開放空間で除電をせざる得なくなり、試料全体を除電することができない可能性もある。

本発明は上記特許文献記載の発明の利点を保持したまま、その問題点を解決するよう構成した除電機能を有する電子秤であることを特徴とする。
即ち、本発明は電子秤の秤量室を上下に区画し、上下空間の一方、例えば上部空間に除電用の放電手段を複数配置することにより当該上部空間を閉空間としての除電室（除電空間）として構成し、かつ下部空間を秤量空間（秤量室）として構成する電子秤であることを特徴とする。また要すれば除電室或いは除電室周辺に湿度センサを配置し、この湿度センサで検知した湿度に対応して自動的に除電手段を起動させたり、あるいは電子秤使用者に対して除電の要否を提示する手段を搭載した電子秤である。

秤量室の上部に密閉空間として除電室が区画形成され、この除電室には静電気を中和するイオンが充満するため、除電室に入れた試料は確実に除電される。またイオン発生用の放電針は除電室の後壁に配置することにより試料の出し入れ時に手に触れる等の危険が生じない。

除電手段としてとしては風の出ない直流電圧印加方式が好適であるが、除電室が秤量室と隔離されているため送風によるイオンの搬送が必要となる交流電圧印加方式も採用可能となる。

また、放電針は一定の使用時間経過により清掃、交換を行なう必要があるが、除電室を独立に構成しているため、放電針の設置方法に関する自由度が高く、清掃・交換の容易性を考慮した位置での放電針の設置が可能であり、従って放電針の交換・清掃等のメンテナンスを容易にすることが可能である。

更に、計量皿が配置される計量用空間は、一般的に大きな風袋に対して微小量を計測することが可能に構成されているため、微小量の試料のみを計測する場合には必要以上に計量用空間の体積が大きくなり、計量用空間に対する試料の出し入れの際に生じる攪乱された空気が安定するまでに時間がかる。このため気流安定化を促進するために計量用の空間を小さくした装置が提案されているが、本発明では除電室を設けることにより結果的に計量室を小型化することができ上記問題を解決することができる。

以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に説明する。
図１及び図２において、矢印１は電子秤の一種としての電磁平衡式の電子天秤を示す。この電子天秤の基本構成は、図１（Ａ）及び図２に示すように装置前部に計量皿２が配置された計量用空間５が形成され、かつ計量用空間５の後部には荷重伝達機構や電子回路が配置された機構室３が形成された構成となっいる。

符号４は仕切板である。この仕切板４は上記電子天秤の基本構成において計量用空間５として形成される空間を上下に仕切るように配置され、これにより上部空間を後述するような構成の除電室６に、また下部空間を計量室７に区間形成する。なお仕切板４としては導電性を付加した板状部材、例えば透明ガラス等が好適である。

仕切板４は当該計量用空間５内に固定的に配置することも可能であるが、メンテナンスの利便性及びフラスコに入った試料等、大きな風袋の試料を計測する場合もあることを考慮すれば着脱式に構成することが望ましい。符号８ａ、８ｂは仕切板４取付用の梁材であり、図示の構成では計量用空間５のぼほ中間の高さでかつ計量用空間５を開閉するためのサイドドア１０ａ、１０ｂの近傍においてそれぞれ配置固定されている。仕切板４はその両端がこの梁材８ａ、８ｂに差し渡し配置され、かつビス９により梁材８ａ、８ｂに着脱可能に取り付けられることにより計量用空間５を上部の除電室６及び下部の計量室７に仕切ることになる。

次に除電室６の構成について説明する。
除電室の後壁６Ａに直流型イオン発生手段として複数（図示の構成では４個）の放電針が配置されている。例えば放電針１１Ａと、１１Ｄは（＋）、放電針１１Ｂと１１Ｃは（−）に設定することにより（＋）、（−）の放電針が上下左右に交互に配置された構成となっている。なお放電針の設置数は図示の４本に限るものではなく、より多数配置したり、或いは逆に除電空間は減少するものの、（＋）、（−）の２本の放電針を配置する構成も可能である。

各放電針１１Ａ乃至１１Ｄの背後には後壁６Ａを介して機構室３内に放電針にイオン発生用の高電圧を印加するための除電器１２が配置されている。なお、各放電針はそれぞれ着脱が可能に構成されている。より具体的には各放電針はホルダー内に収納されてホルダーと共にユニット化されており、このユニットを特別な工具を用いることなく放電針を簡単かつ安全に着脱できるようになっており、放電針の清掃或いは交換を安全かつ容易に実施できるよう構成されている。例えば図２の符号１１Ｄで示されるように、除電針の周囲にホルダーとして機能するよう構成されたリング状の防護部材が配置されて全体がユニット化されている。

次に計量室７は上述のように仕切板４を介して除電室６の下部に位置している。符号１３は計量皿２に載置された試料の重量を計測するために電磁部に荷重を伝達する荷重伝達機構、電気・電子基板を含む荷重計測機構である。

符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は湿度センサであって、Ｓ１は除電室６内に配置したものを、Ｓ２は計量室７内に配置したものを、Ｓ３は計量室の外部に配置したものを示すが、これら全てのセンサを設置する趣旨ではなく、必要度に応じて適宜の位置に設置すればよい。なお図示しないが、各湿度センサにより計測された湿度を例えば表示部１４に表示するよう構成する。

次に上記構成の電子天秤の使用状態について説明する。
先ず試料の計測に先立って、例えば湿度センサにより測定された湿度を単に数値として示すだけでなく、計測値に対応して計測者に除電の要否を知らせるよう構成しておくことが望ましい。例えば表示部に検知した湿度に対応して除電の要否を表示する。表示方法は各種考えられるが例えば除電の必要性が高い湿度４０％以下の場合には湿度の数字を赤で表示し、４０％から８０％の間で、念の為除電した方が良い場合には湿度の数字を黄色で示し、８０％以上で除電の必要がない場合は湿度の数字を青で示す等である。

以上の構成において、試料の除電が必要と判断された場合については、サイドドア１０ａ或いは１０ｂを開け、試料を先ず除電室６内に配置する。この場合除電手段が図示の直流型である場合には送風手段を必要としないが、除電可能なエリアは（＋）針、（−）針のコロナ放電が重複する部分に限られる。

図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は放電針によるコロナ放電と除電可能な範囲を模式的に示している。なお、この場合放電針１１Ａ、１１Ｄが（＋）、放電針１１Ｂ、１１Ｃを（−）に設定した状態で以下説明する。

（Ａ）は４個の放電針の配置を上部から見た図であり、かつ（Ｂ）は側部から見た図である。直流型である場合には両放電針のコロナ放電が重複するエリア（斜線で示した部分）のみで除電可能であり、重複しないエリア（斜線を付していないエリア）では放射されたイオンにより逆に帯電してしまう。このような観点から図示の構成のように４本の放電針１１Ａ乃至１１Ｄを配置することにより除電室６全体において除電可能な範囲は、同図（Ｃ）の如く各放電針１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄによりコーン状に形成されるコロナ放電エリアの重複部分が除電可能エリアとなり、広い空間で除電が可能となる。また（＋）空間と（−）空間とが上下左右に交互に位置することは上記の効果の外、除電室６内でのイオンバランスの改善、つまり帯電電圧を低減することも可能となる。

上記除電手段の作動は、湿度センサの測定結果に対応して手動で行なうこともできるが、湿度センサによる湿度の計測値に対応して適宜自動的に作動させ、除電に先立って除電室６をイオンで満たしておけば除電が必要な時に、短時間でかつ完全に除電することができる。

なお、電子天秤に配置される放電針同志の配置間隔は２５〜５０ｍｍ程度が好適であって、これより近すぎると各放電針から放たれたイオンが隣接する放電針のイオンと結合して消えてしまうためイオンが遠くまで飛ばない。反対に離れすぎると除電ができないエリアであるイオンが重複しないエリアが多くなり、逆にこの部分では対象物は帯電してしまう。

除電室６は上述のように密閉空間であってイオンで満たすことが可能であるため、試料の除電は高効率かつ万遍なく可能である。
除電が完了したならばサイドドアを開け、この状態で試料を下部の計量室７の計量皿２に載置しかつサイドドアを閉めて試料の計量を行なう。

上記実施例では除電室６に設置する除電手段は直流電圧印加方式であるが、計量室とは独立して除電室内が密閉されているため、空気流を生じる交流電圧印加方式の除電手段も設置可能である。

また実施例では除電室６を上部に、計量室７を除電室６の下部に形成する構成としているが、計量室７の下部に除電室６を構成することも可能である。この場合には除電室６の天井面が除電室６と計量室７とを区画する仕切となり、この仕切の中に計量皿２と荷重計測機構１３とを接続する荷重伝達用のビームが配置されることになる。

更に、実施例ではサイドドア１０ａ、１０ｂは計量空間５に対して一体的に開閉するドアとして構成されているが、除電室６及び計量室７に対してそれぞれ独立に開閉するサイドドアを配置することも可能である。

本発明に係る電子秤であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。 図１に示す電子秤の斜視図である。 直流電圧印加方式の除電手段における除電針の配置状態と除電可能空間との関係を概念的に示す模式図であって（Ａ）は４個の放電針を配置した構成を上から見た図を、（Ｂ）は側面から見た図を、（Ｃ）は配置状態の斜視図を示す。

１ 電子秤
２ 計量皿
３ 機構室
４ 仕切板
５ 計量用空間
６ 除電室
７ 計量室
８ａ、８ｂ 梁材
９ （仕切板固定用）ビス
１０ａ、１０ｂ サイドドア
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 放電針
１２ 除電器
１３ 荷重計測機構
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 湿度センサ

Claims (9)

1. 試料を計量する計量用空間を有する電子秤において、当該計量用空間は除電室と計量室とに区画形成され、除電室には除電手段が配置されていることを特徴とする除電手段を有する電子秤。
2. 計量用空間は水平に配置された仕切板により上下の空間に区画形成され、上部の空間は除電室として構成され、下部の空間は計量皿を有する計量室として構成されていることを特徴とする請求項１記載の除電手段を有する電子秤。
3. 仕切板は計量用空間を形成するサイドドア近傍において水平に配置された梁材に対して差し渡し配置されるよう構成され、かつ当該梁材に対して着脱可能に固定されていることを特徴とする請求項２記載の除電手段を有する電子秤。
4. 除電手段はプラスの放電針及びマイナスの放電針をそれぞれ１個以上配置した直流電圧印加方式により構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の除電手段を有する電子秤。
5. 除電手段はプラス又はマイナスの複数の放電針が上下方向及び左右方向にそれぞれ交互に配置されていることを特徴とする請求項４記載の除電手段を有する電子秤。
6. 各放電針は除電室の後壁に配置され、かつ放電針に電圧を印加する除電器は機構室に配置され、各放電針は機構室と除電室を区画する後壁を介して当該除電器に接続していることを特徴とする請求項４又は５記載の除電手段を有する電子秤。
7. 除電手段は空気流を伴う交流電圧印加方式により構成されていることを特徴とする請求項請求項１乃至３の何れかに記載の除電手段を有する電子秤。
8. 除電室内、計量室内、電子秤外部の少なくとも一か所に湿度センサが配置され、当該湿度センサの計測湿度に対応して除電手段の作動を手動又は自動で行なうよう構成したことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の除電手段を有する電子秤。
9. 除電室の後壁に配置されている放電針はホルダー内に収納されてホルダーと共にユニット化され、このユニットは特別な工具を用いることなく着脱することが可能に構成され、放電針を簡単かつ安全に着脱できるようにしたことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の除電手段を有する電子秤。

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