JP2010217176A - 天秤 - Google Patents

Abstract

【課題】操作中の秤量室内の空気の安定した層形成が、可能な限り最も簡潔な手段で達成できるコンパクトな天秤を提供する。
【解決手段】本発明は、天秤ハウジング（２００）、天秤皿（３００）、前記天秤皿（３００）を含む秤量室（３１０）、非可動の背面壁（２１０）を有し前記秤量室（３１０）を囲む気流シールド（４００）、天秤電子回路のシステム（５００）、前記秤量皿（３００）の下に配置される秤量セル（６００）、および、前記秤量セル（６００）を収容する秤量セル室（２７０）を有する天秤（１００）であって、前記秤量セル室（２７０）は、中空空間（２４０）を通して前記秤量室（３１０）の上方３分の１に大気連結し、前記天秤電子回路（５００）は、前記秤量室（３１０）の外側で前記背面壁（２１０）に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、天秤ハウジングと、天秤皿と、天秤皿の周囲の秤量室と、秤量室を囲む気流シールドと、電子回路システム（以下、天秤電子回路という）と、秤量皿の下に配置される秤量セルと、秤量セルを収容する秤量セル室とを有する天秤に関する。

この種の天秤は、主に小さな質量を秤量するために使用される。それらは研究室内で使用されることが好ましく、厳格な要求が測定分解能に課せられる。秤量される質量は小さいため、軽微な外部要因であっても、不正確さをもたらす場合がある。秤量できる最大荷重は、通常、３から５０グラムの範囲であり、目盛分割は多くの場合、最大荷重×１０^−７未満である。

これらの天秤の測定結果は、例えば、周囲空気の圧力変動のような僅かな外部要因によってでも影響される場合がある。これらの気圧変動は、秤量室および秤量セル室内の気圧レベルが相互に異なるという結果になる場合がある。秤量室内に配置される秤量皿と秤量セル室内に配置される秤量セルとの間を連結する流路を通して流れる空気の流れによって、圧力の均一化が起きる。この空気流は、秤量結果の不正確さをもたらす上方または下方への牽引力を秤量皿に及ぼす場合がある。これらの誤差を防止する手段として、最新式の天秤には、秤量皿上に上昇気流または下降気流を生じさせることなく、秤量室と秤量セル室との間で気圧が均一化できるようにするために、秤量セル室と秤量室との間に付加的な開口を有するものがある。

操作中の天秤内の温度分布も、同様に秤量精度に影響を及ぼす場合がある。特に、天秤電子回路から放散される排熱は温度分布に影響を及ぼす。多くの天秤では、秤量セルおよび天秤電子回路は、秤量室の下に配置される秤量セル室、すなわち、下方ハウジング部内に収容される。天秤電子回路が秤量室の下に配置される結果として、天秤電子回路によって放散される熱が秤量セル室を温める場合があるという問題が生じる。これは、例えば、秤量室の下方部における空気が秤量セル室と秤量室との間にある壁を介して温められるというようにして起こる。対流のために、秤量室の下方部からより温かい空気が上方へ流れて、それが秤量室内に空気運動をもたらす。目的は、これらの空気運動が秤量結果の不正確さの原因となるので、それらを防止することである。

これらの空気流が防止できる可能な解決法は、天秤電子回路を下方ハウジング部の外側に配置することである。

いくつかの市販の天秤では、このような配置は、電子回路システムが天秤ハウジングの外側の独立ハウジングに再配置される設計によって実現される。独立ハウジング内に電子回路を設置することによって、熱分離が確立されて、天秤電子回路によって放散される排熱は、秤量室をもはや温めることはできない。しかし、独立ハウジングはより広い空間を必要とし、これは、特に使用可能な空間が制限されている研究室では不都合である。他の天秤では、天秤電子回路が天秤の側部ハウジング部内に配置され、それによって、秤量セル室の温まり方が弱められる。

米国特許第６，７１３，６９０Ｂ２号で開示される天秤では、独立ハウジング部内に表示ユニットと天秤電子回路とを組み合わせることによって、天秤電子回路の下方ハウジング部からの再配置が実現される。この独立ハウジング部と天秤ハウジングとの間の垂直板の配置は、天秤電子回路の放射熱が、秤量室に影響を及ぼすのを可能な限り防止することを確実にする。独立ハウジング部と天秤ハウジングとの間の接続ケーブルのために、熱伝導率の低い材料が選ばれ、それによって独立ハウジング部と天秤ハウジングとの間の熱伝達が一層少なくなる。この構成の欠点は、その複雑さ、および、例えば、垂直板のような付加的構成要素の必要性である。

秤量室の容器内に存在する安定した空気層形成によって、秤量室の上方部における空気温度が下方部より高い場合、測定結果に対してマイナスの効果を持つ空気運動の可能性が減少し、好都合であることが判明している。

ドイツ特許第１００ ３１ ４１５Ａ１号では、秤量室内の空気のこの安定した層形成を確保する異なる設計構成が示される。１つの設計概念では、加熱器が、空気を温めるために秤量室の上方部に設置される。さらなる実施形態では、秤量室の下方部および上方部は、垂直の管で連結される。小さい断面輪郭を有する上向きの温められた空気流を発生するための方法が、この管に付加される。これらの設計概念は、付加的構成要素を使用するという不都合さを有する。さらに、細い輪郭を有する空気流は、秤量室内の強力な空気の局所的乱れの原因となり、測定結果の誤差をもたらすおそれがある。

米国特許第６，７１３，６９０Ｂ２号 ドイツ特許第１００ ３１ ４１５Ａ１号

本発明の目的は、操作中の秤量室内の空気の安定した層形成が、可能な限り最も簡潔な手段で達成できるコンパクトな天秤を提供することである。

この課題は、独立請求項に示される特徴によって解決される。さらなる有利な実施形態は従属請求項に示される。

本発明による天秤は、天秤ハウジングと、天秤皿と、天秤皿の周囲の秤量室と、秤量室を囲む気流シールドと、天秤の部分である電子回路システム（以下、天秤電子回路という）と、秤量皿の下に配置される秤量セルと、秤量セルを収容する秤量セル室とを有する。秤量セル室は、中空空間を通して秤量室の上方３分の１に大気連結し、天秤電子回路は秤量室の外側で背面壁に配置される。

この配置によって、圧力は、中空空間を通して秤量室と秤量セル室との間で均一化できる。中空空間を秤量室の上方３分の１に連結することによって、秤量セル室内のより温かいであろう空気は、秤量室の上方３分の１内に直接流れ込む。結果として、秤量室内の空気運動の範囲は削減される。加えて、天秤電子回路を秤量セル室からハウジングの側部内または側部上に再配置することは、秤量セル室内の温度上昇の減少をもたらす。この配置で、排熱の大部分を発生する構成要素は、秤量セル室内ではなくハウジングの側部内に設置される。したがって、秤量セル室はさほど温まらず、秤量室から秤量セル室を分離する壁を介して秤量室の下方部内の空気が温まる範囲が減少する。いくつかの電子回路構成要素は秤量セルに直接接続される必要があるので、すべての電子回路構成要素を秤量室から取り外すことは不可能である。これは、例えば、電磁式秤量用コイル、Ａ／Ｄコンバータおよび位置センサを含む。

この配置は、天秤皿の周囲の空気の流れを防止する一方、他方では、秤量室の上方部における温度をより高くする点で、特に有利である。結果的に、安定した温度分布が確立され、空気運動は小さく維持され、それによって、誤差の原因としての秤量皿の周囲の上昇気流および下降気流は防止される。

１つの有利な実施形態において、気流シールドの一部は、非可動の背面壁によって形成され、中空空間は非可動の背面壁に配置される。これによって、中空空間が天秤内に組み込まれた、簡潔でコンパクトな設計となる。主に秤量室の下方部における温度上昇を減少させる手段として、秤量セル室から側部ハウジング部を熱的境界で分離することは有利である。理想的には、この熱的境界を形成するために、中空空間は、中空空間に存在する空気が天秤電子回路の排熱によって温められ、この温められた空気が秤量室内に届くように、天秤電子回路と秤量室との間に配置される。したがって、秤量室は背面壁を介して温められる。秤量室内の温められた空気は、熱対流によって、秤量室の上方部へ温められた背面壁に沿って上昇させられる。結果として、秤量室の下方部に比べて秤量室の上方部内により高い温度が確立し、そこでは、この対流過程における流速は小さく、無視できる影響だけを秤量皿に及ぼす。この効果は、強力な熱放射を発生する天秤電子回路の要素が、天秤電子回路の上方部に配置される場合、一層強化される。さらに、秤量室の上方部内に加熱器を加えることもできる。

中空空間が背面壁に実質的に平行に延びる壁を有し、天秤電子回路が平行な壁に配置される場合は特に有利である。理想的には、中空空間は、背面壁の水平幅の少なくとも半分と、背面壁の垂直高さの少なくとも３分の２にわたって延在する。このようにして、熱伝達のために広い接触領域が可能となる。中空空間が背面壁の垂直高さ全体にわたって延在する場合、特に広い接触領域が提供される。

好ましい実施形態において、中空空間は、実質的に秤量セル室および秤量室に対してのみ開いている。したがって、中空空間と天秤の残部との間、および、中空空間と周囲雰囲気との間で空気は基本的に交換されない。このようにして、安定した熱分布が中空空間内に確立できる。中空空間と秤量室の上方部との間で空気の交換が起こり得ることを確実にするために、中空空間は、その上方３分の１の中に秤量室への少なくとも１つの開口を有する。

代替的実施形態において、天秤は上方ハウジング部を有し、秤量室は、この上方ハウジング部を通して中空空間に連結される。この実施形態において、温められた空気は、秤量室内へ上方から運ばれ、それによって、秤量室内に安定した空気層形成が得られる。

天秤電子回路は、また、天秤ハウジングの外側に配置できる。理想的には、天秤電子回路は、天秤ハウジング上に配置される。この配置により、天秤電子回路の秤量室からの熱分離が達成される。

秤量室からの天秤電子回路の熱分離も、天秤電子回路と側部ハウジング部との間に空間保持具（スペーサともいう）を配置することによって達成できる。理想的には、スペーサは、例えば、ポリマーなど熱伝導率の低い材料から少なくとも部分的に作製される。

さらに、秤量セル室と秤量室との間の中空空間が、秤量室からの秤量セル室の熱分離のために役立つ。この中空空間は密閉空間でよく、または、この中空空間は秤量室および／または秤量セル室への開口を有することもできる。

さらに、天秤電子回路と中空空間との間の周囲空気の流れが、秤量室からの天秤電子回路の熱分離の目的に役立つ。

特に有利な実施形態において、天秤電子回路は、少なくとも１つの接続端子に接続されて、接続端子は背面壁の垂直面に対して１５°から７５°の角度αで配置される。接続端子は、例えば、接続ソケット、接続ストリップ、または接続クランプであってよい。

コネクタ端子は、電源への接続、秤量信号の伝達、および／または、例えばプリンタのような周辺機器への接続の役をすることができる。この配置で、コネクタ端子は、使用者にとって容易に手が届き、ピンコネクタをコネクタ端子に抜き差しすることを容易にする。コネクタの角度のついた位置のさらなる利点として、天秤は、壁により近接して置くことができ、研究室内の場所が制限されている場合に特に有用である。

本発明による天秤は、図中に概略的に示される実施形態を通して以下に説明される。

本発明による天秤の第１の実施形態の断面図である。 本発明による天秤の第２の実施形態の断面図である。 本発明による天秤の第２の実施形態のさらなる断面図である。

図１は、天秤ハウジング２００と、天秤皿３００と、天秤皿３００を取り囲む秤量室３１０と、秤量室３１０を囲む気流シールド４００と、天秤皿３００の下に配置される秤量セル６００と、秤量セル６００を囲む秤量セル室２７０とを有する本発明による天秤１００の第１の実施形態を示す。

天秤ハウジング２００は、秤量室３１０の下に配置される下方ハウジング部２２０、秤量室３１０の上に配置される上方ハウジング部２５０、秤量室３１０の側部に配置される側部ハウジング部２６０から成る。秤量セル室２７０は下方ハウジング部２７０の部分である。

天秤１００は、天秤１００のオペレータによる制御に役立ち、測定結果を表示する役をする表示および操作ユニット７００を有する。表示および操作ユニット７００は、下方ハウジング部２２０に、またはその中に配置できる。理想的には、表示および操作ユニット７００は、独立インジケータハウジング２８０に、またはその中に配置される。このインジケータハウジング２８０は下方ハウジング部２２０の一部分である。しかし、表示および操作ユニット７００を天秤ハウジング２００の他の部分に、またはその中に配置するか、またはそれを天秤ハウジング２００から分離して配置することも可能である。

天秤１００は、天秤１００の秤量セル６００の秤量信号を処理する役をする天秤電子回路のシステム５００を含む。この天秤電子回路のシステム５００は、第１のデータ線５７０を通して秤量セル６００に、第２のデータ線５８０を通して表示および操作ユニット７００に接続される。１つの可能な実施形態において、第２のデータ線５８０の一部分は下方ハウジング部２２０の下に配置される。しかし、データ線５７０、５８０をハウジングの内側および外側に、所望されるいかなるようにも、配置することが可能である。

秤量室３１０は気流シールド４００によって囲まれる。気流シールド４００の一部分は横方向に位置する背面壁２１０によって構成される。天秤電子回路５００は、この背面壁２１０に配置される。中間壁２３０は、中空空間２４０が背面壁２１０と中間壁２３０との間に形成されるように、背面壁２１０と天秤電子回路５００との間に配置される。中間壁２３０は背面壁２１０に実質的に平行に配置され、中間壁２３０は、理想的には背面壁２１０の水平幅の少なくとも半分にわたって延在する。熱分離のために、熱伝導率の低い材料から作ったスペーサ５１０が中間壁２３０と天秤電子回路５００との間に配置できる。

秤量セル室２７０は、秤量室３１０の上方域に中空空間２４０を通して連結される。この連結の一部分として、秤量セル室２７０と中空空間２４０との間の空気の流路を与える少なくとも１つの開口５３０がある。さらに、中空空間２４０と秤量室３１０との間の空気の流路を与える開口もある。秤量セル室２７０と中空空間２４０との間の開口５３０、および、中空空間２４０と秤量室３１０との間の開口５４０が十分に広いことは重要である。これらの開口５３０、５４０を通る圧力損失が、天秤皿３００と秤量セル６００との間の連結部を通るものより、十分に小さい場合、開口５３０、５４０は十分に広いと考えられる。これは、空気が開口５３０、５４０を通る好ましい流路へ流れることを確実にする。秤量皿３００の周囲の空気流の動きはそれによって防止され、結果的に天秤皿３００上の上昇気流および下降気流は小さく維持される。したがって、秤量セル室２７０と秤量室３１０との間を直接流れる空気の流れ５６０は、秤量セル室２７０から中空空間２４０を通って秤量室３１０に流れ込む空気の流れ５５０より小さい。

さらに、この配置の結果として、秤量セル６００に連結された電子回路構成要素によって温められた空気は、秤量セル室２７０から中空空間２４０を通って秤量室３１０の上方部に流れ込む。空気は、中空空間２４０に配置された天秤電子回路５００から追加の熱を拾う。これによって、秤量室３１０の上方部の温度は、秤量室３１０の下方部の温度より高くなる。この温度層形成は特に安定しており、測定結果の精度にプラスの効果をもたらす。秤量室３１０の上方部に加熱器８００を付加することによって、この効果は一層強化できる。

秤量室３１０の上方部に言及するときには、秤量室３１０の上端３分の１を意味し、一方、下端３分の１は、秤量室３１０の下方部と呼ぶ。

開口５３０、５４０は様々な異なる形状を有することができる。可能な形状には、例えば、円形または楕円孔、スロットまたはパーフォレーションがある。開口５４０が、秤量室３１０と中空空間２４０との間の背面壁２１０に配置される場合、開口５４０は、例えば、広告媒体として使用され得る切り出し文字の形態で実現されてよい。

上方ハウジング部２５０は、秤量室の上に配置される。気流シールド４００の一部は上方ハウジング部２５０によって形成される。

関連技術の当業者には明らかとなるように、本発明の範囲内で、秤量セル室２７０を秤量室３１０の上方３分の１に連結するために、中空空間２４０に異なる形状を備えさせることも可能である。

図２および図３は、本発明による天秤の第２の実施形態を示す。同一の構成要素は同じ符号を施されている。第２の実施形態は、秤量セル室２７０が秤量室３１０に中空空間２４０を通して連結される手段で、第１の実施形態から区別される。この第２の実施形態は、上方ハウジング部２５０を有する。中空空間２４０は、上方ハウジング部２５０に通じる開口２４０を有し、上方ハウジング部２５０は秤量室３１０の上方部に通じる開口５４５を有する。

本発明のさらなる特徴として、天秤電子回路５００は側部ハウジング部２６０の外側に配置される。天秤電子回路５００を秤量室３１０から熱的に分離するために、天秤電子回路５００と側部ハウジング部２６０との間に配置されるスペーサ５１０がある。理想的には、スペーサ５１０は熱伝導率の低い材料から作製される。天秤電子回路５００と側部ハウジング部２６０との間を流れる周囲空気の流れ５５５は、天秤電子回路５００の秤量室３１０からの熱分離に役立つ。

秤量セル室２７０と秤量室３１０との間の中空空間２９０は、秤量セル室２７０の秤量室３１０からの熱分離に役立つ。この中空空間２９０は密閉できる。しかし、中空空間２９０に秤量室３１０および／または秤量セル室２７０への開口を備えることも可能である。

コネクタ端子９２０は電源への接続、秤量信号の伝達、および／または、例えばプリンタのような周辺機器への接続の役をする。

図３から明らかであるように、天秤電子回路５００はコネクタ端子９２０に接続されて、コネクタ端子９２０は背面壁２１０に対して１５°から７５°の角度で配置される。

本発明は、実施形態の特定の例を示すことによって説明されたが、例えば、個々の実施形態の特徴を相互に組み合わせること、および／または、実施例に示された実施形態の個々の機能的ユニットを交換することによって、数多くのさらなる変更実施形態が本発明の知識から創案できることは明らかであると考えられる。

１００ 天秤
２００ 天秤ハウジング
２１０ 背面壁
２２０ 下方ハウジング部
２３０ 中間壁
２４０ 秤量室と側部ハウジング部との間の中空空間
２５０ 上方ハウジング部
２６０ 側部ハウジング部
２７０ 秤量セル室
２８０ インジケータハウジング
２９０ 秤量セル室と秤量室との間の中空空間
３００ 天秤皿
３１０ 秤量室
４００ 気流シールド
５００ 天秤電子回路
５１０ スペーサ、空間保持具
５３０ 秤量セル室と中空空間との間の開口
５４０ 秤量室と中空空間との間の開口
５４５ 秤量室と上方ハウジング部との間の開口
５５０ 第１の空気の流れ
５５５ 天秤電子回路と側部ハウジング部との間を流れる周囲空気の流れ
５６０ 第２の空気の流れ
５７０ 第１のデータ線
５８０ 第２のデータ線
６００ 秤量セル
７００ 表示および操作ユニット
８００ 加熱器
９００ 差込コネクタ
９１０ ケーブル
９２０ コネクタ端子

Claims (14)

1. 天秤ハウジング（２００）と、天秤皿（３００）と、前記天秤皿（３００）を含む秤量室（３１０）と、非可動の背面壁（２１０）を有し前記秤量室（３１０）を囲む気流シールド（４００）と、天秤電子回路のシステム（５００）と、前記秤量皿（３００）の下に配置される秤量セル（６００）と、前記秤量セル（６００）を収容する秤量セル室（２７０）とを備える天秤（１００）であって、前記秤量セル室（２７０）は、中空空間（２４０）を通して前記秤量室（３１０）の上方３分の１に大気連結し、前記天秤電子回路（５００）は、前記秤量室（３１０）の外側で前記背面壁（２１０）に配置されることを特徴とする天秤。
2. 前記背面壁（２１０）は、前記中空空間（２４０）の壁によって構成されることを特徴とする、請求項１に記載の天秤（１００）。
3. 熱分離を達成するための手段として、前記中空空間（２４０）は、前記秤量室（３１０）と前記天秤電子回路（５００）との間に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の天秤（１００）。
4. 前記中空空間（２４０）は、前記中空空間（２４０）に存在する空気が前記天秤電子回路（５００）の排熱によって温められるように、前記天秤電子回路（５００）と前記秤量室（３１０）との間に配置されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
5. 強力な熱放射を発生する前記天秤電子回路（５００）の要素が、前記天秤電子回路（５００）の上方部に配置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
6. 前記中空空間（２４０）は、前記背面壁（２１０）に実質的に平行に延在する壁（２３０）を有し、前記天秤電子回路（５００）は前記壁（２３０）上に配置されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
7. 前記中空空間（２４０）は、前記背面壁（２１０）の水平幅の少なくとも半分にわたって延在することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
8. 前記中空空間（２４０）は、前記背面壁（２１０）の垂直高さの少なくとも半分にわたって延在することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
9. 前記中空空間（２４０）は、前記背面壁（２１０）の垂直高さの全体にわたって延在することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
10. 前記天秤（１００）は、上方ハウジング部（２５０）を有し、前記中空空間（２４０）は、前記上方ハウジング部（２５０）を通して前記秤量室（３１０）に連結されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
11. スペーサ（５１０）が、前記天秤電子回路（５００）と前記背面壁（２１０）との間に配置されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
12. 周囲空気の流れ（５５５）は、前記天秤電子回路（５００）と前記側部ハウジング部（２６０）との間を流れることができることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
13. 前記天秤電子回路（５００）は、コネクタ端子（９２０）に接続され、前記コネクタ端子（９２０）は、前記背面壁（２１０）に対して１５°から７５°の角度αで配置されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の天秤（１００）。
14. 前記天秤電子回路（５００）は、前記中空空間（２４０）の外側に配置されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の天秤（１００）。

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