JP2015068721A - 計量ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉のゴム製ダイアフラムに対し、ブラシ等による清掃や高温高圧洗浄等を行うと、破損する危険性があった問題を一挙に解決することのできる防水構造の計量ユニットを提供する。【解決手段】防水仕様の計量装置に組み込まれる計量ユニットであって、その計量ユニットは、そのユニット外壁に設けられた貫通孔と、その貫通孔に挿通されて計量ユニット内部のロードセルに、外部の荷重受け部に掛かる荷重を伝達する連結部と、その連結部と前記貫通孔との隙間を塞ぐ封止部とを備える。そして、この封止部が、前記連結部が挿通された中空状の剛体スリーブと、その剛体スリーブの一方の開口部周縁と前記貫通孔周縁との間を塞ぐ第１金属薄膜と、前記剛体スリーブの他方の開口部周縁と前記連結部周縁との間を塞ぐ第２金属薄膜とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、計量ユニットの外壁に設けられた開口部分の防水構造に関し、詳しくは、その開口部分を介して、計量ユニット内部のロードセル（重量検出器）と外部の荷重受け部（計量皿や計量ホッパ等）とが連結された連結部分の防水構造に関する。

加工食品等を一定重量に計量して袋詰め商品にする製造ラインには、組合せ計量装置が広く導入されている。こうした食品用の計量装置は、稼働終了時には必ず洗浄され、ときには、薬品等によって殺菌消毒される。そのため、この種の計量装置には、下記特許文献に記載された種々の防水構造が採用されている。

これらの防水構造の基本形は、計量ユニットの外壁に設けられた開口部分を貫通させて計量ユニット内部のロードセルと外部の計量ホッパとを連結し、その連結部分にゴム製のダイアフラムを被せ、そのダイアフラムで開口部分と連結部分との隙間を封止する構成である。

特開２００３−０２１５５４号公報 特開２００５−２４９５６１号公報 特許第４５６６３４０号公報

ところが、食品によっては、ブラシ等による清掃の他に、高温高圧水で洗浄したり、次亜塩素酸ナトリウムや消毒液等でもって殺菌したりするので、これまでの薄肉のゴム製ダイアフラムでは、破損する危険性があった。
本発明は、この問題を一挙に解決することのできる新たな防水構造の計量ユニットを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは、今までのゴム製ダイアフラムに替り得る金属製ダイアフラムの開発を進め、終にロードセルに対する拘束力が極めて小さく、実用化できる新たな金属製ダイアフラム（以下、封止部と言う。）を開発するに至った。
それを組み込んだ本発明に係る計量ユニットは、防水仕様の計量装置に組み込まれる計量ユニットであって、その計量ユニットの外壁に設けられた貫通孔と、その貫通孔に挿通されて、計量ユニット内部のロードセルに外部の荷重受け部に掛かる荷重を伝達する連結部と、その連結部と前記貫通孔との隙間を塞ぐ封止部とを備える。
そして、この封止部が、前記連結部が挿通された中空状の剛体スリーブと、その剛体スリーブの一方の開口部周縁と前記貫通孔周縁との間を塞ぐ第１金属薄膜と、前記剛体スリーブの他方の開口部周縁と前記連結部周縁との間を塞ぐ第２金属薄膜とを有する。

ここでの防水仕様は、計量装置を水洗しても装置内部に水が浸入しない程度の防水構造を意味する。したがって、装置内部を完全密封したものから、装置の一部分に通気孔を設けて、装置内外の気圧をバランスさせたものまでが含まれる。
また、ここでの計量装置としては、組合せ計量装置の他に、通常の電子秤や台秤、さらには計量コンベア等を搭載した重量チェッカー等の計量装置が含まれる。
また、ロードセルとしては、カンチレバー式の２ビームタイプのロードセルが好ましいが、これに限定されるものではなく、１ビームタイプや３ビームタイプのロードセルであっても構わない。また、ここでの荷重受け部は、例えば、計量皿や計量ホッパ、或いは、ベルトコンベア等である。

剛体スリーブの基本形は、円筒形であるが、できれば計量ユニットの外壁に近い方の端部を小径に、遠い方の端部を大径に形成しておく。その方が、外壁に設けられた貫通孔やそれを塞ぐ金属薄膜を小さくすることができる。また、それに対応させて、貫通孔を円形に、第１、第２金属薄膜は、ドーナツ盤状に形成しておく。ただし、これらは、真円である必要はなく、長円であっても構わない。そして、金属薄膜は、高硬度で、曲げに対して弾力性があり、しかも耐腐食性のある、例えば、ステンレス板を使用する。その板厚は、0.1ｍｍから0.3mmあれば十分である。

図１、図２は、本発明に係る計量ユニットの基本モデルの概略構成と負荷による状態遷移を示したもので、特に図１は、無負荷時の状態を示し、図２は、それらに最大限の荷重を負荷した時の状態を示している。

これらの図において、ロードセル１０は、カンチレバー式の２ビームタイプのもので、固定端１１と、自由端１２と、それらの間に水平に架橋された上下のビーム部１３、１３とを有している。そして、固定端１１は、計量ユニット１の装置フレーム３に固定され、自由端１２には、封止部２０に挿通された連結部１４が固定されている。そして、連結部１４の先端１５には、例えば、計量皿や計量ホッパ、ベルトコンベア等の荷重受け部１６（図２参照）が取り付けられて、それらの荷重がロードセル１０の自由端１２に負荷されるようになっている。

封止部２０は、外形が円錐台状の中空の剛体スリーブ２１と、その剛体スリーブ２１の一方の開口部２２ａ周縁と貫通孔４周縁との間を塞ぐ第１金属薄膜２３と、前記剛体スリーブ２１の他方の開口部２２ｂ周縁と前記連結部１４周縁との間を塞ぐ第２金属薄膜２４とを有している。

そして、連結部１４が無負荷であるときは、ロードセル１０は、図１の平衡状態を保つが、ひとたび被計量物が負荷されると、ロードセル１０は、ロバーバル機構の働きにより図２のように連結部１４が水平姿勢を保ったまま降下する。また、封止部２０の剛性スリーブ２１も、連結部１４の降下に伴って図２のように前傾する。このとき、剛性スリーブ２１の両端に取り付けられた第１金属薄膜２３と第２金属薄膜２４は、点対称なドーナツ盤形であるため、それぞれに生ずる歪は、上下左右にバランスして、連結部１４に対する拘束力を減少させる方向に作用する。

図３は、この封止部２０のロードセル１０に対する影響度をみるために、図１に示す、第１金属薄膜２３と第２金属薄膜２４との間隔Ｌと、第１金属薄膜２３の直径Ａと、第２金属薄膜２４の直径Ｂとをそれぞれ変化させたときのロードセル１０のノッチ部のフラット面１７に生ずるひずみ量を構造解析によって求めたグラフである。これらのグラフから明らかなように、両金属薄膜２３、２４の間隔Ｌと前記直径Ａ，Ｂとをそれぞれ大きくして行けば、封止部２０を装着していないときのロードセル１０のひずみ量に近づいていくことが解る。すなわち、これらの間隔Ｌと直径Ａ，Ｂとをそれぞれ大きくして行けば、封止部２０のロードセル１０に対する拘束力を減少させることができるのである。
また、図３において、点線で示した封止部２０がない状態のフラット面１７に生ずるひずみ量は、ロードセル１０の機械的特性に依存する。したがって、その機械的特性を調整するとともに、封止部２０の前記間隔Ｌと直径Ａ，Ｂとを調整していけば、封止部２０のロードセル１０に対する拘束力を可及的にゼロに近づけることができる。

本発明によれば、従来のゴム製ダイアフラムを金属製に置き換えることができるので、ブラシによる清掃はもちろんのこと、高温高圧洗浄や薬品による殺菌消毒にも十分に耐えることのできる防水仕様の計量ユニットを提供することができる。また、ダイアフラムとしての封止部が金属製であることから、表面への雑菌等の付着や繁殖を効果的に抑えることができる。したがって、洗浄や清掃も短時間で済ませることができるから、清掃作業を効率化させることができる。

本発明に係る計量ユニットの基本モデルの概略構成図。 図１の基本モデルに負荷を掛けたときの図１からの状態遷移図。 封止部のロードセルに対する影響度を説明するためのグラフ。 本発明に係る計量ユニットの一実施形態の主要部分の部分断面図。 図４の主要部分の外観斜視図。

以下、本発明に係る計量ユニットの一実施形態を、図４、図５に示す試作モデルに基づいて説明する。

図４は、組合せ計量装置用に開発した計量ユニットモデルの主要部分の部分断面図を示し、図５は、その外観斜視図を示す。これらの図において、計量ユニット１は、図示しない防水仕様の組合せ計量装置の本体部分に組み込まれる。そのため、計量ユニット１は、その本体部分の一部をなすユニット外壁２と、その外壁２と結合された側面視コの字形の装置フレーム３と、その装置フレーム３の内側に固定されるロードセル１０と、前記外壁２に形成された貫通孔４と、その貫通孔４を塞ぐ封止部２０とを備える。

前記外壁２には、横断面が円形の貫通孔４が形成され、その貫通孔４に円柱状の連結部１４が挿通されている。この連結部１４の左端は、支持プレート１８を介してロードセル１０の自由端１２に固定され、右端には図示しない計量ホッパが取り付けられる。また、この連結部１４には、必要に応じて軸芯方向の貫通孔が形成され、その貫通孔を介して計量ホッパのゲートを開閉させる回転シャフト等が装着される。そのため、この実施形態では、連結部１４の取り付け位置をロードセル１０より上段に配置している。

ロードセル１０は、図１、図２のロードセル１０と同じ構成であって、上下のビーム部１３、１３のノッチ部分（薄肉部分）に形成されたフラット面１７には、機械的ひずみを電気信号に変換する図示しないひずみゲージがそれぞれ貼着され、それらがホイーストンブリッジを構成して、フラット面１７のひずみ量に応じた電気信号を出力するように構成されている。

封止部２０は、中空の剛体スリーブ２１と、ドーナツ盤形の第１金属薄膜２３と、それより小径の同じくドーナツ盤形の第２金属薄膜２４とを備える。剛体スリーブ２１は、ステンレス材で形成され、図に向かって左側の開口部２２ａの直径は小さく、右側の開口部２２ｂの直径はそれより大きく形成しているが、小径の開口部２２ａの内径は、そこを通る連結部１４が、最大負荷時においても剛体スリーブ２１に対して非接触状態を保つ大きさに形成されている。

ドーナツ盤形の各金属薄膜２３、２４の外縁と内縁には、それぞれフランジ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂが接合されている。そして、第１金属薄膜２３の外縁フランジ２３ａは、貫通孔４の開口部分に被せられた後、外壁２に設けられた複数のネジ穴に、図示しないガスケットを介してネジ止めされている。また、内縁フランジ２３ｂは、剛体スリーブ２１の開口部２２ａの端面に、図示しないガスケットを介してネジ止めされている。また、第２金属薄膜２４の外縁フランジ２４ａは、剛体スリーブ２１の開口部２２ｂの端面に、図示しないガスケットを介してネジ止めされ、内縁フランジ２４ｂは、連結部１４先端の柱状突起１４ａに嵌め込まれ、その上からリング状押さえ金具１４ｂが被せられ、さらにその上からネジでもって共締めにされている。

第１、第２金属薄膜２３、２４の周縁に接合されたフランジ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂは、表裏一対のものとして形成されており、それらの間に金属薄膜２３、２４の周縁を挟んでサンドイッチにしてからこれらを接合している。その接合には、ファイバーレーザーを使用するのが好ましい。それ以外の接合方法としては、ろう付けや拡散接合等があるが、この接合で注意を要するのは、溶接時に発生する熱で金属薄膜２３、２４にひずみを発生させないことである。ひずみが発生すると計量精度を低下させる要因となる。そこで、この実施形態では、レーザーの集光密度が高く、溶融部の径を小さくして、ひずみを抑えることができるファイバーレーザーを使用している。そして、接合するときは、表裏一対のフランジ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂで金属薄膜２３、２４の外縁と内縁を挟み込み、その上からスポット溶接を行う。続いて、各フランジ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂの周縁を全周に亘って溶接する。これにより、金属薄膜２３、２４を太鼓張りのように綺麗な平面に仕上げることができる。

次に、連結部１４と第２金属薄膜２４とを連結するときは、金属薄膜２３、２４をひずませたり、連結部１４に初期荷重が掛かったりしないようにすることが重要である。例えば、外壁２に対して、連結部１４の取り付け位置が軸芯方向にずれていると、金属薄膜２３、２４には、常に軸芯方向のストレスが掛かる。そうすると、連結部１４を介してロードセル１０の自由端１２に無用な初期荷重が掛かり、それよって計量精度が低下する。
そこで、この実施形態では、外縁フランジ２３ａと外壁２との間に、あるいは、内縁フランジ２４ｂと、それが嵌め込まれる連結部１４との間にシムを介在させて、連結部１４と各金属薄膜２３、２４との相対的な位置ずれを矯正している。このシムを前述のガスケットで構成するときは、その厚みを変えるだけで済む。また、この方式に替えて、ロードセル１０の固定端１１の取り付け位置を軸芯方向に移動させるように構成して、ロードセル１０自体の取り付け位置を調整するようにしても良い。
このような方法を採ることにより、金属薄膜２３、２４をひずませずに、封止部２０を外壁２と連結部１４とに設計通りに取り付けることができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その他の形態も採用可能である。例えば、上記実施形態では、封止部２０を外壁２の外側に取り付けたが、これを外壁２の内側に逆向きに取り付けて、封止部２０を外壁２から飛び出させないようにしても良い。また、計量ホッパのゲートを開閉させるアクチュエータは、ロードセル１０の自由端１２側に取り付けられた支持プレート１８に取り付ける。そうすれば、計量ホッパと、それを駆動するアクチュエータとの全体を初期荷重としてロードセル１０に負荷することができるから、計量ホッパに投入された被計量物だけを精度よく計量するができる。

１ 計量ユニット
２ 外壁
３ 装置フレーム
４ 貫通孔
１０ ロードセル
１１ 固定端
１２ 自由端
１４ 連結部
１６ 荷重受け部
２０ 封止部
２１ 剛体スリーブ
２２ａ 一方（左側）の開口部
２２ｂ 他方（右側）の開口部
２３ 第１金属薄膜
２３ａ 第１金属薄膜の外縁フランジ
２３ｂ 第１金属薄膜の内縁フランジ
２４ 第２金属薄膜
２４ａ 第２金属薄膜の外縁フランジ
２４ｂ 第２金属薄膜の内縁フランジ

Claims (4)

1. 防水仕様の計量装置に組み込まれる計量ユニットであって、該計量ユニットは、そのユニットの外壁に設けられた貫通孔と、その貫通孔に挿通されて、前記計量ユニット内部のロードセルに、外部の荷重受け部に掛かる荷重を伝達する連結部と、その連結部と前記貫通孔との隙間を塞ぐ封止部とを備え、該封止部が、前記連結部が挿通された中空状の剛体スリーブと、その剛体スリーブの一方の開口部周縁と前記貫通孔周縁との間を塞ぐ第１金属薄膜と、前記剛体スリーブの他方の開口部周縁と前記連結部周縁との間を塞ぐ第２金属薄膜とを備えてなる計量ユニット。
2. 前記剛体スリーブが中空の円錐台状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の計量ユニット。
3. 前記第１金属薄膜の外縁と前記外壁との間に、あるいは、前記第２金属薄膜の内縁と前記連結部周縁との間に、前記封止部と前記連結部との軸芯方向のずれを矯正するシムを介在させてなる請求項１に記載の計量ユニット。
4. 前記金属薄膜がドーナツ盤状に形成され、それらの外縁と内縁には、リング状のフランジがファイバーレーザーによって接合されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の計量ユニット。