JP2018115918A - Electromagnetically balanced weight sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁平衡式重量センサに関する。 The present invention relates to an electromagnetic balance type weight sensor.
従来、電子天秤等の計量装置において電磁平衡式重量センサを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a measuring device such as an electronic balance that uses an electromagnetic balance type weight sensor (for example, see Patent Document 1).
この電磁平衡式重量センサでは、弾性体で構成されるロバーバル機構と、ロバーバル機構の可動部の変位に連動して変位するレバーと、レバーの変位を検出する手段と、レバーを平衡状態（変位が０）に復帰させる電磁力発生装置（コイル及び磁石等）などを有しているものがある。 In this electromagnetic balance type weight sensor, a Roverval mechanism composed of an elastic body, a lever that is displaced in conjunction with the displacement of the movable part of the Roverval mechanism, a means for detecting the displacement of the lever, and the lever in an equilibrium state (displacement is Some have electromagnetic force generators (coils, magnets, etc.) that return to 0).
特許文献１の場合、上述のような電磁平衡式重量センサが、高さが低く、かつ水平方向に長い横長形状となるように構成されているため、占有面積が大きくなり、設置スペースの小さい計量装置には使用することができない。 In the case of Patent Document 1, since the electromagnetic balance type weight sensor as described above is configured to have a horizontally long shape that is low in height and horizontally long, the occupying area is increased and the weighing with a small installation space is performed. It cannot be used for the device.
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、占有面積を小さくすることができる電磁平衡式重量センサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an electromagnetic balance type weight sensor capable of reducing the occupied area.
上記目的を達成するために、本発明のある態様に係る電磁平衡式重量センサは、静止固定される固定部と、荷重が負荷される可動部と、前記固定部及び前記可動部の上部同士及び下部同士をそれぞれ連結する上下一対のビーム部とを有し、上下方向における長さが前記固定部と前記可動部との離間方向における長さよりも長いロバーバル機構と、前記ロバーバル機構の内側の領域に設けられ前記荷重が負荷されることによる前記可動部の上下方向の変位を増幅するてこ機構と、前記ロバーバル機構の内側において前記てこ機構に接続されて上下方向へ延びるように設けられたアーム部と、前記アーム部の先端部分に現れる変位を検出する変位検出部と、前記ロバーバル機構の内側に配置され、静磁場を発生する磁気回路中に前記アーム部に連動して変位するコイルを設けてなり、前記変位検出部で検出される変位が０に近づくように前記コイルに電流が流される電磁力発生装置と、前記変位検出部で検出される変位が０または略０となるときの前記コイルを流れる電流値に基づいて前記可動部に負荷される荷重の大きさを算出する荷重算出部と、を備えている。 In order to achieve the above object, an electromagnetic balance type weight sensor according to an aspect of the present invention includes a stationary part that is stationary and fixed, a movable part to which a load is applied, the upper part of the stationary part and the movable part, A pair of upper and lower beam portions that respectively connect the lower portions, and a length in the vertical direction is longer than the length in the separation direction of the fixed portion and the movable portion; and a region inside the Roverval mechanism A lever mechanism that amplifies the vertical displacement of the movable part when the load is applied, and an arm part that is connected to the lever mechanism and extends in the vertical direction inside the Roverval mechanism; A displacement detection unit that detects a displacement that appears at the tip of the arm unit, and a magnetic circuit that is disposed inside the Roverval mechanism and generates a static magnetic field. And an electromagnetic force generator that allows current to flow through the coil so that the displacement detected by the displacement detector approaches 0, and the displacement detected by the displacement detector is 0 or A load calculation unit that calculates a magnitude of a load applied to the movable unit based on a value of a current flowing through the coil when substantially zero.
この構成によれば、ロバーバル機構が上下方向に長い縦長形状であり、その内側に、てこ機構、アーム部及び電磁力発生装置が配置されているので、占有面積を小さくすることができ、設置スペースが小さい計量装置にも使用することができる。ここで、アーム部をてこ機構から下方へ延びるように設け、電磁力発生装置をてこ機構の下方に配置することにより、占有面積の小さい縦長形状とすることが容易となる。また、ロバーバル機構が上下方向に長い縦長形状であるので、可動部に偏荷重が負荷されたときのねじれ耐性を向上することができる。 According to this configuration, the Roverval mechanism has a vertically long shape that is long in the vertical direction, and the lever mechanism, the arm portion, and the electromagnetic force generation device are disposed on the inside thereof, so that the occupied area can be reduced and the installation space can be reduced. Can also be used for weighing devices with small Here, by providing the arm portion so as to extend downward from the lever mechanism and disposing the electromagnetic force generating device below the lever mechanism, it becomes easy to form a vertically long shape with a small occupied area. Further, since the Roverval mechanism has a vertically long shape that is long in the vertical direction, it is possible to improve torsional resistance when an unbalanced load is applied to the movable part.
前記てこ機構は、前記固定部に対して揺動可能に接続されるとともに、一端が第１連結部を介して前記可動部に接続され、他端に前記可動部の上下方向の変位が増幅されて現れる第１てこ部と、前記第１てこ部の下方に配置されて前記固定部に対して揺動可能に接続されるとともに、一端が第２連結部を介して前記第１てこ部の前記他端に接続され、他端に前記第１てこ部の前記他端の上下方向の変位が増幅されて現れる第２てこ部とを有し、前記第２てこ部に下方へ延びる前記アーム部が接続されていてもよい。 The lever mechanism is swingably connected to the fixed portion, and one end is connected to the movable portion via a first connecting portion, and the vertical displacement of the movable portion is amplified at the other end. And a first lever portion that appears below the first lever portion and is swingably connected to the fixed portion, and one end of the first lever portion via the second connecting portion. A second lever portion connected to the other end and having a second lever portion that appears by amplifying a displacement in the vertical direction of the other end of the first lever portion at the other end, and the arm portion extending downward to the second lever portion, It may be connected.
この構成によれば、てこ機構を、第１及び第２の２つのてこ部を有する構成としたので、１つのてこ部のみを有する構成とした場合に比べて、変位の検出精度を高めることができるとともに、変位を０に近づけるためのコイルに流す電流を小さくすることができる。 According to this configuration, since the lever mechanism is configured to have the first and second lever portions, the displacement detection accuracy can be improved as compared with a configuration having only one lever portion. In addition, it is possible to reduce the current flowing in the coil for bringing the displacement close to zero.
前記変位検出部は、前記アーム部の前記先端部分に前記先端部分が変位する方向と交わる方向に貫通して設けられた光通過穴と、前記光通過穴へ光を出射する光出射部と、前記アーム部の前記先端部分が変位する方向に並んで互いに隣接配置され、前記光出射部から出射され前記光通過穴を通過した光を入射する一対の光入射部と、前記一対の光入射部の各々に入射する光量の差に基づいて前記先端部分に現れる変位を求める変位算出部とを有していてもよい。 The displacement detector includes a light passage hole provided through the tip portion of the arm portion in a direction intersecting with a direction in which the tip portion is displaced, a light emitting portion that emits light to the light passage hole, A pair of light incident portions that are arranged adjacent to each other in a direction in which the distal end portion of the arm portion is displaced and that are incident on the light emitted from the light emitting portion and passed through the light passage hole, and the pair of light incident portions A displacement calculation unit that obtains a displacement that appears at the tip portion based on a difference in the amount of light incident on each of the first and second light sources.
この構成によれば、光入射部を一対設けることにより、各々に入射する光量の差に基づいてアーム部の先端部分に現れる変位を求めることができ、また、変位方向も容易に判定できるので、コイルに流す電流値及び電流の方向を求めるのが容易になる。 According to this configuration, by providing a pair of light incident portions, it is possible to determine the displacement that appears at the tip portion of the arm portion based on the difference in the amount of light incident on each, and the displacement direction can also be easily determined, It becomes easy to obtain the value of the current flowing through the coil and the direction of the current.
前記ロバーバル機構の周囲温度または前記ロバーバル機構自体の温度を測定する温度センサをさらに備え、前記荷重算出部は、前記温度センサによる測定温度に基づいて、前記荷重の大きさを補正するよう構成されていてもよい。 A temperature sensor for measuring the ambient temperature of the Roverval mechanism or the temperature of the Roverval mechanism itself is further provided, and the load calculation unit is configured to correct the magnitude of the load based on the temperature measured by the temperature sensor. May be.
この構成によれば、温度センサによる測定温度に基づいて、荷重の大きさを補正することにより、ロバーバル機構等の温度特性に起因する計量誤差を抑制することができる。 According to this configuration, by correcting the magnitude of the load based on the temperature measured by the temperature sensor, it is possible to suppress a measurement error due to temperature characteristics of the Roverval mechanism or the like.
前記アーム部の前記先端部分に前記先端部分が変位する方向と交わる方向に貫通して設けられた貫通穴と、前記貫通穴の内面との間に隙間を有して前記貫通穴に挿通されて静止固定された棒状のストッパ部材とからなるストッパ機構をさらに備えていてもよい。 The arm portion is inserted into the through hole with a gap between a through hole provided in a direction intersecting the direction in which the distal end portion is displaced and the inner surface of the through hole. You may further provide the stopper mechanism which consists of a rod-shaped stopper member fixed stationary.
この構成によれば、このストッパ機構により、アーム部の先端部分の変位量が貫通穴の内面とストッパ部材との間の隙間以下に規制されることにより、可動部に過大な荷重が負荷されること（過負荷）等によるてこ機構の支点となる部分の変形等の損傷を防止できる。また、ストッパ機構を、ロバーバル機構の変位（可動部の変位）に対してより大きな変位が生じるアーム部の先端部分に設けることにより、ストッパ機構を構成する貫通穴の内面とストッパ部材との間隔を大きくとることができ、ストッパ機構の製作が容易となる。 According to this configuration, an excessive load is applied to the movable portion by restricting the amount of displacement of the distal end portion of the arm portion to be equal to or less than the gap between the inner surface of the through hole and the stopper member. It is possible to prevent damage such as deformation of a portion serving as a fulcrum of the lever mechanism due to (overload) or the like. In addition, by providing the stopper mechanism at the tip of the arm portion where the displacement is greater than the displacement of the Roverval mechanism (displacement of the movable portion), the distance between the inner surface of the through hole constituting the stopper mechanism and the stopper member is increased. It can be made large, and the manufacture of the stopper mechanism becomes easy.
本発明は、以上に説明した構成を有し、占有面積を小さくすることができる電磁平衡式重量センサを提供することができるという効果を奏する。 The present invention has an effect of having the configuration described above and providing an electromagnetic balance type weight sensor capable of reducing the occupied area.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout all the drawings, and redundant description thereof is omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiment.
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態の一例の電磁平衡式重量センサの正面図である。図２（Ａ）は、図１の電磁平衡式重量センサの斜視図であり、図２（Ｂ）は、同電磁平衡式重量センサの変位検出部及びその近傍部分の拡大斜視図であり、図２（Ｃ）は、同電磁平衡式重量センサの変位検出部及びその近傍部分を上方から視た模式平面図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a front view of an electromagnetic balance type weight sensor as an example of an embodiment of the present invention. 2A is a perspective view of the electromagnetic balance type weight sensor of FIG. 1, and FIG. 2B is an enlarged perspective view of a displacement detection unit of the electromagnetic balance type weight sensor and its vicinity. 2 (C) is a schematic plan view of the displacement detection unit and the vicinity thereof of the electromagnetic balance type weight sensor as viewed from above.
この電磁平衡式重量センサＡは、電子天秤等の計量装置Ｂに用いられ、後述のロバーバル機構を構成する固定部１１が、静止部材（例えば計量装置Ｂのベース部Ｂ１に固定された取付部Ｂ２）にボルト等によって固定され、可動部１２が、例えば皿等の被計量物載置部Ｂ４を支持している取付部Ｂ３にボルト等によって固定される。例えば、被計量物載置部Ｂ４に被計量物が載せられることにより、可動部１２に荷重が負荷される。
The electromagnetic balance type weight sensor A is used in a weighing device B such as an electronic balance, and a fixing
電磁平衡式重量センサＡは、機構体１と、変位検出部２と、電磁力発生装置３と、ストッパ機構４と、制御器５とを備えている。
The electromagnetic balance type weight sensor A includes a mechanism body 1, a
制御器５は、機構体１から離れた計量装置Ｂの内部（例えばベース部Ｂ１）に設置されており、例えば、マイクロコントローラ等を有して構成され、計量装置Ｂ全体の制御を行う。この制御器５は、変位検出部２の発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ、２２ｂと接続されており、発光素子２１ａを駆動（発光）制御するとともに受光素子２２ａ、２２ｂの各々から受光する光量に対応する電流を入力する。また、制御器５は、電磁力発生装置３のコイル３７と接続されており、コイル３７に電流を流す。また、制御器５は、被計量物載置部Ｂ４に載置された被計量物の質量値等を表示する計量装置Ｂの表示部（図示せず）と接続されており、同表示部を制御する。
The
機構体１は、ロバーバル機構１Ｒと、変位増幅機構１Ａ（てこ機構１Ｌ及びアーム部１Ｂ）とを備えている。
The mechanism body 1 includes a
ロバーバル機構１Ｒは、静止固定される固定部１１と、この固定部１１と水平方向に離れて平行に配置され荷重が負荷される可動部１２と、固定部１１と可動部１２とを連結し互いに平行に配置された上下のビーム部１３、１４とを備えている。固定部１１と可動部１２とは、その上部同士が薄肉部１３ａ、１３ｂを介して上側ビーム部１３によって連結され、その下部同士が薄肉部１４ａ、１４ｂを介して下側ビーム部１４によって連結されている。このようなロバーバル機構１Ｒでは、周知のように、可動部１２に荷重が負荷されると、可動部１２はその姿勢（固定部１１と平行な状態）を維持したまま固定部１１に対して下方（上下方向）に変位するようになっている。そして、ロバーバル機構１Ｒは、その上下方向の長さが、固定部１１と可動部１２とが離間する方向（ビーム部１３、１４の長手方向）の長さよりも長く、図１に示すように正面から見て略矩形の上下方向に長い縦長形状になっている。
The
そして、機構体１には、可動部１２の上下方向の変位を増幅するために、ロバーバル機構１Ｒの内側に、てこ機構１Ｌ及びアーム部（変位部材）１Ｂを有する変位増幅機構１Ａを備えている。
The mechanism body 1 includes a
変位増幅機構１Ａ、特に、てこ機構１Ｌを形成するために、機構体１には、固定部１１から内側に突出した突出部１１ａ，１１ｂと、可動部１２から内側に突出した突出部１２ａとが設けられている。そして、てこ機構１Ｌを構成するために、水平方向に延びた第１，第２てこ部１６，１８と、上下方向に延びた連結部１５，１７とが設けられ、アーム部１Ｂを構成するためのアーム部構成部材１９が設けられている。
In order to form the displacement amplifying mechanism 1 </ b> A, in particular, the lever mechanism 1 </ b> L, the mechanism body 1 includes projecting
てこ機構１Ｌは、第１てこ部１６及び第２てこ部１８を有している。第１てこ部１６の一端は、両端に狭窄部１５ａ、１５ｂが形成された連結部１５によって可動部１２側の突出部１２ａに連結されており、上記一端よりやや固定部１１側の部分がてこの支点となる狭窄部ｆ１を介して固定部１１側の突出部１１ａに連結されている。これにより、第１てこ部１６は、狭窄部ｆ１を介して固定部１１に対して揺動可能に接続されるとともに、一端が連結部１５を介して可動部１２に接続され、他端に可動部１２の上下方向の変位が増幅されて現れるようになっている。
The
そして、第２てこ部１８が第１てこ部１６の下方に配置されている。第２てこ部１８の固定部１１寄りの部分は、両端に狭窄部１７ａ、１７ｂが形成された連結部１７によって第１てこ部１６の他端の下部に連結されており、さらに固定部１１寄りの部分がてこの支点となる狭窄部ｆ２を介して固定部１１側の突出部１１ｂに連結されている。これにより、第２てこ部１８は、狭窄部ｆ２を介して固定部１１に対して揺動可能に接続されるとともに、一端が連結部１７を介して第１てこ部１６の他端に接続され、他端に第１てこ部１６の他端の上下方向の変位が増幅されて現れるようになっている。
The
そして、第２てこ部１８の可動部１２寄りの部分には、下方向へ延びるアーム部構成部材１９がボルトで接続されている。アーム部構成部材１９は、第２てこ部１８に取り付けられて第２てこ部１８と平行で可動部１２側へ延びるてこ取付部１９ｘと、てこ取付部１９ｘの可動部１２側の端部から下方向へ延びるアーム本体部１９ｖと、アーム本体部１９ｖの下端部から固定部１１の方向へ向かう水平方向に延びるアーム先端部１９ｈとを有している。
And the arm part
このアーム部構成部材１９によって、てこ機構１Ｌで増幅された可動部１２の上下方向の変位を略水平方向の変位へ変換し、かつ増幅するアーム部１Ｂが構成される。機構体１の中でアーム部構成部材１９以外の部分は、単一部品で構成されており、図２（Ａ）の矢印ｅ方向の幅（厚み）は、同一である。
The arm
なお、アーム部構成部材１９のてこ取付部１９ｘが第２てこ部１８に含まれ、アーム本体部１９ｖとアーム先端部１９ｈとで、アーム部１Ｂが構成されると考えてもよい。よって、アーム部１Ｂは、その基端部分がてこ機構１Ｌに接続され、先端部分（アーム先端部１９ｈ）に後述する光通過穴１９ａ及び貫通穴１９ｂが設けられている。
It may be considered that the
また、本例では、機構体１の中でアーム部構成部材１９のみを別部品として構成しているが、アーム部構成部材１９を含む機構体１全体を単一部品として構成するようにしてもよい。機構体１は、例えばアルミ合金で作製される。
Further, in this example, only the arm
前述のように、可動部１２に荷重が負荷されると、可動部１２が下方向へ変位する。これによって、連結部１５及び第１てこ部１６の一端が、矢印ａで示すように下方向へ変位し（厳密には円弧状に変位する）、第１てこ部１６の他端及び連結部１７が、矢印ｂで示すように上方向へ大きく変位する（厳密には円弧状に変位する）。すると、第２てこ部１８の可動部１２寄りの部分が、矢印ｃで示すように上方向へより大きく変位し（厳密には円弧状に変位する）、アーム部構成部材１９は、矢印ｄで示すように、第２てこ部１８の支点となる狭窄部ｆ２を中心に回動し、可動部１２側へ振れる。このとき、アーム部１Ｂによって、第２てこ部１８の可動部１２寄りの部分に現れる変位が、変位方向が９０度変更され、かつ増幅されてアーム先端部１９ｈに現れ、アーム先端部１９ｈは略水平方向へ変位する。なお、変位方向を示す矢印ａ〜ｄは、大きく図示されているが、実際の変位は、微小である。
As described above, when a load is applied to the
そして、アーム先端部１９ｈの変位が変位検出部２によって検出されると、変位が０に近づくように、電磁力発生装置３のコイル３７に電流が流れるようになっている。
When the displacement of the
変位検出部２は、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、光出射部となる発光部２１と、光入射部となる受光部２２と、アーム先端部１９ｈに設けられた光通過穴１９ａと、変位算出部（制御器５の機能）とを有している。発光部２１及び受光部２２は、取付部材６の適宜の箇所に取り付けられて固定されている。また、取付部材６はボルトで固定部１１に固定されている。発光部２１は、例えば、ＬＥＤ等からなる１つの発光素子２１ａを有して構成され、受光部２２は、例えば、フォトダイオード等からなる２つの受光素子２２ａ、２２ｂを有して構成されている。
As shown in FIGS. 2B and 2C, the
そして、アーム先端部１９ｈの光通過穴１９ａは、アーム先端部１９ｈが変位する方向と交わる（例えば直交する）方向に貫通して設けられた小さな貫通穴である。発光部２１と受光部２２とは、アーム先端部１９ｈの光通過穴１９ａを挟んで対向するように配置されている。また、受光部２２の２つの受光素子２２ａ、２２ｂは、アーム先端部１９ｈが変位する方向に並んで互いに隣接して配置されている。
The
発光部２１の発光素子２１ａからの出射光は光通過穴１９ａを通過し、この通過した光が受光部２２の２つの受光素子２２ａ、２２ｂで受光され、各受光素子２２ａ、２２ｂで受光した光量に応じた信号（以下、「受光信号」という）が制御器５に入力される。
Light emitted from the
また、取付部材６には、ストッパ機構４を構成するための棒状（円柱状）のストッパ部材４ａが固定されている。そして、アーム先端部１９ｈには、アーム先端部１９ｈが変位する方向と交わる（例えば直交する）方向に貫通し、ストッパ部材４ａの径よりも若干大きな径の貫通穴１９ｂが設けられている。この貫通穴１９ｂの内面（壁面）と隙間を有して貫通穴１９ｂにストッパ部材４ａが挿通されている。このアーム先端部１９ｈの貫通穴１９ｂとストッパ部材４ａとによってストッパ機構４が構成されている。このストッパ機構４により、アーム先端部１９ｈの変位量が貫通穴１９ｂの内面とストッパ部材４ａとの間の隙間以下に規制されることにより、可動部１２に過大な荷重が負荷されること（過負荷）等により生じる機構体１の変形等の損傷を防止できる。特に、厚みが薄く大きな力が加わる部分、例えば、てこ機構１Ｌの支点となる狭窄部ｆ１，ｆ２等の過負荷等による変形等の損傷を防止できる。なお、貫通穴１９ｂの内面とストッパ部材４ａとの間隔（隙間の大きさ）は、ＣＡＥ等を用いてこ機構１Ｌの支点となる狭窄部ｆ１，ｆ２等にかかる力を適切に抑制することができる間隔となるように設定することができる。
Further, a rod-like (columnar)
ストッパ機構４を、ロバーバル機構１Ｒの変位（可動部１２の変位）に対してより大きな変位が生じる変位増幅機構１Ａの先端部分のアーム先端部１９ｈに設けることにより、ストッパ機構４を構成する貫通穴１９ｂの内面とストッパ部材４ａとの間隔を大きくとることができ、ストッパ機構４の製作が容易となる。また、ストッパ機構４は、貫通穴１９ｂにストッパ部材４ａが挿通されているので、正逆方向の変位に対してストッパ機能が働く。
By providing the
次に電磁力発生装置３について、さらに図３も参照して説明する。図３（Ａ）は、電磁力発生装置３の概略断面図であり、図３（Ｂ）は、電磁力発生装置３の外観斜視図であり、図３（Ｃ）は、電磁力発生装置３のヨークの蓋３６を外した状態を示す図である。
Next, the
電磁力発生装置３は、静磁場を形成する磁気回路３１と、磁気回路３１中に配置されるコイル（フォースコイル）３７とを備えている。
The
コイル３７は、アーム本体部１９ｖの中央部から先端（下端）寄り部分の所定位置にコイル取付金具３８を介して取り付けられている。コイル取付金具３８はねじ３９でアーム本体部１９ｖに固定されている。
The
磁気回路３１は、例えば、２つの磁石（永久磁石）３２，３３とポールピース３４とヨーク３５とヨークの蓋３６とで構成されている。ヨーク３５は、一端が開口された有底円筒状の底部分が固定部１１に固定されている。ヨークの蓋３６は、ヨーク３５と同一の鉄等の金属で形成され、ヨーク３５の開口側に固定されている。
The
ヨーク３５の内底には、磁石３２、ポールピース３４、磁石３３がこの順に積み上げられて固定されている。そして、ヨークの蓋３６には、それぞれコイル取付金具３８を挿通するための貫通穴３６ｈが２つ設けられている。また、ヨークの蓋３６は、２つの半円板部３６ａ、３６ｂに分割されて構成されており、コイル３７をヨーク３５の内部に配置してから蓋３６（３６ａ、３６ｂ）を閉じることができる。
On the inner bottom of the
この計量装置Ｂでは、被計量物が被計量物載置部Ｂ４に載せられることにより可動部１２に荷重が負荷されると、可動部１２が下方向へ変位し、このときのアーム先端部１９ｈの変位が変位検出部２によって検出される。この際、制御器５は、予め発光素子２１ａを駆動しており、常時、２つの受光素子２２ａ、２２ｂで受光される光量の差（受光信号の差）に基づいてアーム先端部１９ｈの変位（変位方向及び変位量）を求める（制御器５の変位算出部としての機能）。
In this weighing apparatus B, when a load is applied to the
そして、コイル３７の逆方向への動きにより可動部１２の荷重と釣り合いがとれる電磁力を生み出すために、２つの受光素子２２ａ、２２ｂで受光される光量が等しくなるように（アーム先端部１９ｈの変位が０に近づくように）、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）によってコイル３７に電流を流す。そして、制御器５は、上記光量が概ね等しくなったとき（変位が０に近づいたとき、または０になったとき）にコイル３７を流れる電流値を、電流質量換算式を用いて被計量物の質量値（負荷荷重の大きさ）に換算する（制御器５の荷重算出部としての機能）。そして、その質量値を、計量装置Ｂの表示部（図示せず）へ出力して表示させる。なお、制御器５には、コイル３７に流した電流値を質量値に換算するための換算式である上述の電流質量換算式が予め記憶されているが、コイル３７を流れる電流を抵抗器で電圧の形で取り出し、取り出した電圧を重量に換算してもよい。
Then, in order to generate an electromagnetic force that balances the load of the
本実施形態の電磁平衡式重量センサＡは、ロバーバル機構１Ｒが上下方向に長い縦長形状であり、その内側に、てこ機構１Ｌ、アーム部１Ｂ及び電磁力発生装置３が配置されているので、占有面積を小さくすることができ、設置スペースが小さい計量装置にも使用することができる。ここで、アーム部１Ｂをてこ機構１Ｌから下方へ延びるように設け、電磁力発生装置３をてこ機構１Ｌの下方に配置することにより、占有面積の小さい縦長形状とすることが容易となる。
In the electromagnetic balance type weight sensor A of the present embodiment, the
また、この電磁平衡式重量センサＡは、上下逆にした構成とすることもできる。この場合、例えば図１を上下逆にしてみればわかるように、てこ機構１Ｌが、ロバーバル機構１Ｒの内側の下部領域に設けられ、基端部分がてこ機構１Ｌに接続されたアーム部１Ｂが、てこ機構１Ｌから上方へ延びるように設けられ、電磁力発生装置３がてこ機構１Ｌの上方に配置され、さらに電磁力発生装置３の上方にストッパ機構４等が配置される構成となる。
Further, the electromagnetic balance type weight sensor A may be configured upside down. In this case, for example, as can be seen by turning FIG. 1 upside down, the
また、ロバーバル機構１Ｒが上下方向に長い縦長形状であるので、例えば被計量物が被計量物載置部Ｂ４の一端部に偏って載せられること等によって、可動部１２に偏荷重が負荷されたときのねじれ耐性を向上することができる。本実施形態では、固定部１１及び可動部１２の上下方向の長さが、ビーム部１３，１４の長手方向の長さ（例えば薄肉部１３ａ，１３ｂ間の長さ）の２倍以上となっており、ねじれ耐性を向上する上で好適である。
Further, since the
また、本実施形態では、てこ機構１Ｌを、２つのてこ部１６，１８を有する構成としたが、１つ以上のてこ部を有していればよい。例えば、てこ機構１Ｌとして、１つのてこ部１６のみを有し、このてこ部１６にアーム部１Ｂが接続された構成でもよい。てこ機構１Ｌを、２つのてこ部１６，１８を有する構成とした方が、１つのてこ部１６のみの場合に比べて、変位の検出精度を高めることができるとともに、変位を０に近づけるためのコイル３７に流す電流を小さくすることができる。
Further, in the present embodiment, the
また、ロバーバル機構１Ｒを含む機構体１は、その構成部材（弾性体）が温度によって特性が変化する。そのため、ロバーバル機構１Ｒの周囲温度またはロバーバル機構１Ｒ自体の温度を測定する温度センサ（例えばサーミスタ等）を設け、この測定温度に基づいて、制御器５が、コイル３７の電流値に基づいて算出した被計量物の質量値を補正するようにしてもよい。例えば、予め定められた温度補正用の演算式を用いて補正された質量値を算出するようにしてもよい。このように補正することで、温度変化に起因する計量誤差を抑制することができる。
In addition, the mechanism body 1 including the
また、変位検出部２の発光部２１及び受光部２２を取付部材６に取り付けるようにしたが、以下のようにしてもよい。発光部２１及び受光部２２を電磁力発生装置３からより離れたところ、例えば、制御器５の基板またはその近傍に取り付け、入射端が発光部２１の発光素子２１ａに接続される発光側光ファイバと、出射端が受光部２２の受光素子２２ａ、２２ｂの各々に接続される２つの受光側光ファイバとを設ける。そして、発光側光ファイバの出射端の端面と、２つの受光側光ファイバの入射端の端面とが、アーム先端部１９ｈの光通過穴１９ａを挟んで対向するように配置した状態となるように、発光側光ファイバの出射端（光出射部）と２つの受光側光ファイバの入射端（光入射部）とを取付部材６に取り付けるようにしてもよい。この場合、発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ、２２ｂの発熱による電磁力発生装置３の磁界への影響を排除し、上記発熱に起因する計量誤差を抑制することができる。ここでは、発光部２１及び受光部２２の両方に対して、光ファイバを用いた例を説明したが、いずれか一方に対してのみ光ファイバを用いるように構成してもよい。
Moreover, although the
また、電磁力発生装置３は、他の構成でもよく、例えば、１つの磁石を用いて磁気回路を構成するようにしてもよい。図４（Ａ）は、他の例の電磁力発生装置３Ａの斜視図であり、図４（Ｂ）は、他の例の電磁力発生装置３Ａの側面図である。図４において、図３と対応する部分には、同一符号を付して説明を省略する。この電磁力発生装置３Ａは、先述の電磁力発生装置３から磁石３３とヨークの蓋３６とを除いた構成である。この場合、磁気回路は、磁石３２とポールピース３４とヨーク３５とで構成されている。
Further, the
本実施形態における電磁平衡式重量センサＡは、上述の計量装置Ｂのようなデジタル式の上皿秤等の計量装置に使用することができる他、例えば、複数の計量ホッパを有する組合せ秤の各計量ホッパ等にも使用することができる。例えば、計量ホッパの場合、被計量物を一時保持して排出するホッパがロバーバル機構１Ｒの可動部１２に連結支持された構成となる。
The electromagnetic balance type weight sensor A in the present embodiment can be used for a weighing device such as a digital upper pan scale such as the above-described weighing device B. For example, each of the combination weighers having a plurality of weighing hoppers can be used. It can also be used for weighing hoppers. For example, in the case of a weighing hopper, a hopper that temporarily holds and discharges an object to be weighed is connected and supported by the
（他の実施形態）
図５Ａ乃至図５Ｌは、他の例の電磁平衡式重量センサ（重量センサ）の態様を示す図であり、図５Ａは正面図、図５Ｂは背面図、図５Ｃは平面図、図５Ｄは底面図、図５Ｅは左側面図、図５Ｆは右側面図、図５Ｇは斜視図１、図５Ｈは斜視図２、図５ＩはＡ−Ａ断面図、図５ＪはＢ−Ｂ断面図、図５ＫはＣ−Ｃ断面図、及び図５Ｌは使用状態を示す参考図である。
(Other embodiments)
5A to 5L are views showing other embodiments of an electromagnetic balance type weight sensor (weight sensor). FIG. 5A is a front view, FIG. 5B is a rear view, FIG. 5C is a plan view, and FIG. 5E is a left side view, FIG. 5F is a right side view, FIG. 5G is a perspective view 1, FIG. 5H is a
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。 From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
本発明は、占有面積を小さくすることができる電磁平衡式重量センサ等として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as an electromagnetic balance type weight sensor that can reduce the occupied area.
１Ｒ ロバーバル機構
１Ａ 変位増幅機構
１Ｌ てこ機構
１Ｂ アーム部
２ 変位検出部
３，３Ａ 電磁力発生装置
４ ストッパ機構
４ａ ストッパ部材
５ 制御器
１１ 固定部
１２ 可動部
１３，１４ ビーム部
１５，１７ 連結部
１６ 第１てこ部
１８ 第２てこ部
１９ アーム部構成部材
１９ｖ アーム本体部
１９ｈ アーム先端部
１９ａ 光通過穴
１９ｂ 貫通穴
２１ａ 発光素子
２２ａ，２２ｂ 受光素子
３１ 磁気回路
３７ コイル
Claims (5)
前記ロバーバル機構の内側の領域に設けられ前記荷重が負荷されることによる前記可動部の上下方向の変位を増幅するてこ機構と、
前記ロバーバル機構の内側において前記てこ機構に接続されて上下方向へ延びるように設けられたアーム部と、
前記アーム部の先端部分に現れる変位を検出する変位検出部と、
前記ロバーバル機構の内側に配置され、静磁場を発生する磁気回路中に前記アーム部に連動して変位するコイルを設けてなり、前記変位検出部で検出される変位が０に近づくように前記コイルに電流が流される電磁力発生装置と、
前記変位検出部で検出される変位が０または略０となるときの前記コイルを流れる電流値に基づいて前記可動部に負荷される荷重の大きさを算出する荷重算出部と、
を備えた電磁平衡式重量センサ。 It has a stationary part that is stationary and fixed, a movable part that receives a load, and a pair of upper and lower beam parts that connect the upper part and the lower part of the stationary part and the movable part, and has a length in the vertical direction. A Roverval mechanism that is longer than the length in the separation direction of the fixed part and the movable part;
A lever mechanism that is provided in an inner region of the Roverval mechanism and amplifies a vertical displacement of the movable part caused by the load being applied;
An arm portion that is connected to the lever mechanism on the inner side of the Roverval mechanism and is provided to extend in the vertical direction;
A displacement detection unit for detecting a displacement appearing at a tip portion of the arm unit;
A coil that is disposed inside the Roverval mechanism and that displaces in conjunction with the arm part is provided in a magnetic circuit that generates a static magnetic field, so that the displacement detected by the displacement detection part approaches zero. An electromagnetic force generator in which a current is passed through,
A load calculating unit that calculates a magnitude of a load applied to the movable unit based on a current value flowing through the coil when the displacement detected by the displacement detecting unit is 0 or substantially 0;
Electromagnetic balance type weight sensor equipped with
前記固定部に対して揺動可能に接続されるとともに、一端が第１連結部を介して前記可動部に接続され、他端に前記可動部の上下方向の変位が増幅されて現れる第１てこ部と、
前記第１てこ部の下方に配置されて前記固定部に対して揺動可能に接続されるとともに、一端が第２連結部を介して前記第１てこ部の前記他端に接続され、他端に前記第１てこ部の前記他端の上下方向の変位が増幅されて現れる第２てこ部とを有し、
前記第２てこ部に下方へ延びる前記アーム部が接続されている、
請求項１に記載の電磁平衡式重量センサ。 The lever mechanism is
The first lever is connected to the fixed portion so as to be swingable, and has one end connected to the movable portion via a first connecting portion, and the other end of the movable portion appearing after amplification in the vertical direction of the movable portion. And
The first lever portion is disposed below the first lever portion and is swingably connected to the fixed portion. One end of the first lever portion is connected to the other end of the first lever portion via a second connecting portion. And a second lever part that appears by amplifying the displacement in the vertical direction of the other end of the first lever part,
The arm portion extending downward is connected to the second lever portion,
The electromagnetic balance type weight sensor according to claim 1.
前記アーム部の前記先端部分に前記先端部分が変位する方向と交わる方向に貫通して設けられた光通過穴と、
前記光通過穴へ光を出射する光出射部と、
前記アーム部の前記先端部分が変位する方向に並んで互いに隣接配置され、前記光出射部から出射され前記光通過穴を通過した光を入射する一対の光入射部と、
前記一対の光入射部の各々に入射する光量の差に基づいて前記先端部分に現れる変位を求める変位算出部とを有する、
請求項１または２に記載の電磁平衡式重量センサ。 The displacement detector is
A light passage hole provided through the tip portion of the arm portion in a direction intersecting with a direction in which the tip portion is displaced;
A light emitting portion for emitting light to the light passage hole;
A pair of light incident portions that are arranged adjacent to each other in a direction in which the distal end portion of the arm portion is displaced, and that emits light that has been emitted from the light emitting portion and passed through the light passage hole, and
A displacement calculation unit that obtains a displacement that appears in the tip portion based on a difference in the amount of light incident on each of the pair of light incident units,
The electromagnetic balance type weight sensor according to claim 1 or 2.
前記荷重算出部は、
前記温度センサによる測定温度に基づいて、前記荷重の大きさを補正するよう構成された、
請求項１〜３のいずれかに記載の電磁平衡式重量センサ。 A temperature sensor that measures the ambient temperature of the Roverval mechanism or the temperature of the Roverval mechanism itself;
The load calculation unit
Based on the temperature measured by the temperature sensor, configured to correct the magnitude of the load,
The electromagnetic balance type weight sensor according to claim 1.
請求項１〜４のいずれかに記載の電磁平衡式重量センサ。 The arm portion is inserted into the through hole with a gap between a through hole provided in a direction intersecting the direction in which the distal end portion is displaced and the inner surface of the through hole. A stopper mechanism comprising a rod-like stopper member fixed stationary;
The electromagnetic balance type weight sensor according to any one of claims 1 to 4.
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