JP3620169B2 - 電子天びん - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子天びんに関し、更に詳しくは、パラレルガイドを備えた電子天びんに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子天びんにおいては、一般に、図４に側面図（Ａ）および平面図（Ｂ）を例示するように、パラレルガイド（ロバーバル機構とも称される）１０を介して試料皿２０を支承することにより、試料皿２０が水平を保ったまま上下に変位するように規制し、これによって試料皿２０に対する試料の偏置に伴う誤差、いわゆる偏置誤差（四隅誤差）が生じないように考慮されている。
【０００３】
パラレルガイド１０は、両端部分にヒンジ部となる可撓部Ｅを備えた互いに平行な上下の梁１１および１２を介して、可動柱１３を固定部たるフレーム１４に連結した構造を持ち、試料皿２０は可動柱１３に支承される。試料皿２０に作用する荷重は、可動柱１３に連結されたビーム３０を介して電磁力発生装置４０のフォースコイル４１に伝達される。ビーム３０はフレーム１４に取り付けられた支点バネ３１によってその回りを回動自在に支承されており、このビーム３０の回動変位を変位センサ（図示せず）によって検出し、その検出結果が０となるように、つまりビーム３０が常に水平の平衡状態を維持するように、電磁力発生装置４０のフォースコイル４１に流れる電流が制御され、その平衡状態においてフォースコイル４１に流れる電流の大きさから、試料皿２０に作用する荷重の大きさが求められる。
【０００４】
ところで、以上のようなパラレルガイド１０においては、一般に、上下の梁１１と１２の平行度が重要であり、これらの上下の梁１１と１２が正確に平行になっている条件下で、はじめて試料皿２０上の荷重の偏置誤差が解消される。すなわち、図４（Ａ）における寸法ＨとＨ′が一致するように厳密に調整しなければ偏置誤差が生じる。この調整は、特に精密な電子天びんにおいてはμｍオーダー以下の精度が必要となるなど、ＨとＨ′の寸法を測定して両者を一致させることで実行し得る程度のものではなく、実際の調整作業では、試料皿２０上に載せた荷重を移動させつつ、各位置で計量値が変化しないように梁１１と１２の平行度の調整を行っている。
【０００５】
このようなパラレルガイドの平行度を調整するために、従来、図５に例示するように、一端が他部に比して鉛直方向に撓みやすい可撓部ｅを介してフレーム１４に固定され、他端が自由端となった調整用アーム５１を設け、その調整用アーム５１の自由端近傍には、フレーム１４にねじ込まれた調整ネジ５２の胴部を貫通させるとともに、調整用アーム５１の固定端近傍には上下いずれかの梁（この例では上方の梁１１）の一端を固着し、調整ネジ５２の回動によって生じる上下方向への変位ＤをＬ_２ ／Ｌ_１ に縮小して梁１１の固定部位Ｆを微動させるようにした平行度調整機構５が設けられることが多い。なお、このような平行度調整機構５は、図４に例示したように、梁１１がフレーム１４に対してビーム３０を挟んでその左右両側の２箇所において固着されている場合には、その梁１１のフレーム１４への２箇所の固定部位Ｆのそれぞれに設けられる。また、この例では調整用アーム５１の下端面とフレーム１４との間に圧縮コイルバネ５３を挿入して、アーム５１を上方に付勢している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような平行度調整機構５を設けて上下の梁１１と１２の平行度の微調整を可能としても、秤量の大きな電子天びんにあっては、天びんメカニズムをそれに比例させて大きくし、剛性を高くしなければ偏置誤差が解消されない。
【０００７】
しかし、近年の各種機器の小型化と低価格化の要求が次第に高まりつつある状況下で、大秤量の電子天びんについても、偏置誤差に対する性能、つまり偏置性能の安定性を含む各種性能を低下させることなく、小型で安価な構成のものが要求されている。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、小型で比較的簡単な構成のもとに、大秤量でしかも安定した偏置性能を奏し得る構造を持つ電子天びんの提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための構成を、実施の形態を表す図１，図２を参照しつつ説明すると、本発明の電子天びんは、両端に可撓部Ｅを備えた互いに平行な上下の梁１１，１２を備えてなるパラレルガイド１０を介して可動柱１３がフレーム１４に連結され、かつ、その可動柱１３に試料皿２０が支承され、その可動柱１３が、フレーム１４の一端部に取り付けられた支点バネ３１により回動自在に支承された天びんビーム３０を介して電磁力発生装置４０のフォースコイル４１に連結されるとともに、パラレルガイド１０の上下の梁１１，１２は、それぞれフレーム１４に対してビーム３０を挟んでその左右両側の２箇所で固定された電子天びんにおいて、フレーム１４の支点バネ３１の取り付け側の端部に、当該支点バネ３１の取り付け部位を挟んで左右対称の位置で、かつ、各梁１１，１２の上記の左右両側の２箇所の固定部位Ｆよりも内側に、それぞれスリット状の切欠１４ａ，１４ｂが形成されていることによって特徴づけられる。
【００１０】
ここで、本発明におけるスリット状の切欠１４ａ，１４ｂとは、フレームの歪みが当該切欠によって実質的にその伝播を阻止されればよく、図３（Ａ）に断面図を示すようにフレーム１４を完全に切り欠く場合のほか、製造上の都合等に起因して、同図（Ｂ），（Ｃ）に断面図を例示するように、切欠１４ａ，１４ｂを挟んでその両側が互いに若干繋がっていてもよい。
【００１１】
本発明は以下の事実に立脚してなされたものである。
すなわち、大秤量の電子天びんでは天びんメカニズムを大きくして剛性を高くしなければ偏置誤差を解消できない理由は、試料皿に作用する荷重が可動柱〜天びんビーム〜支点バネを介してフレームに伝達され、これによってフレームに歪みを生じさせ、そのフレームの歪みが、パラレルガイドの上下の梁のフレームへの取り付け部位を相対的に変位させる原因となって、これらの梁の平行度を狂わせるためである。このフレームの歪みは、フレーム剛性を高くすることによって減少させることができるが、そのためには天びんメカニズムを大型化・高剛性化する必要がある、というのが従来の電子天びんにおける設計思想である。
【００１２】
前記した本発明の構成において、フレーム１４の支点バネ３１の取り付け部位を挟んでその両側に設けられたスリット状の切欠１４ａ，１４ｂは、皿上荷重によってフレーム１４に歪みが生じても、その歪みに起因して上下の梁１１，１２のフレーム１４への固定部位Ｆが相対的に変位することを防止する。
【００１３】
すなわち、試料皿２０に作用する荷重は、可動柱１３〜ビーム３０〜支点バネ３１を介してフレーム１４に伝達されてフレーム１４を歪ませるが、その歪みの伝播が、フレーム１４の支点バネ３１の取り付け側の端部にその支点バネ３１を挟んで左右対称に形成され、かつ、梁１１，１２の左右両側のフレーム１４への固定部位Ｆの内側に位置するスリット状の切欠１４ａ，１４ｂによって遮断され、上下の梁１１，１２のフレーム１４への固定部位Ｆにまでは到らない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の天びんメカニズム部分を、試料皿２０を除去した状態で示す平面図で、図２は同じくその天びんメカニズム部分を、試料皿２０を装着した状態で示す側面図である。
【００１５】
パラレルガイド１０は、従来と同様に、両端に可撓部Ｅを備えた上下の梁１１と１２によって、可動柱１３をフレーム１４に連結した構造を持ち、フレーム１４はその裏面側に設けられた固定部１４ｃにおいて天びんベース１５に対して固定される。
【００１６】
ビーム３０は略十字形をしており、フレーム１４の一端部に固着された２つの支点バネ３１によって支承されているとともに、このビーム３０の一端部は力点バネ３２を介して可動柱１３に連結されている。力点バネ３２はビーム３０の軸線上に位置しており、２つの支点バネ３１は、ビーム３０の軸線を中心としてその左右両側に対称に設けられている。また、ビーム３０の他端部側には電磁力発生装置４０のフォースコイル４１が固着されており、このビーム３０の変位は変位センサ（図示せず）によって検出される。電磁力発生装置４０は、磁気回路４２が作る静磁場中にフォースコイル４１を可動に配置したもので、そこに電流が流れることによって発生する電磁力によって、試料皿２０に作用する荷重に抗して、ビーム３０を平衡状態に維持する。すなわち、変位センサによるビーム３０の変位検出結果が０となるように、フォースコイル４１に流れる電流の大きさが制御される。
【００１７】
上下の各梁１１，１２は互いに同等の形状をしており、それぞれ、フレーム１４に対してビーム３０を挟んでその左右両側の２箇所において固定されており、その各梁１１，１２のうち、上側の梁１１のフレーム１４への２箇所の固定部Ｆには、前記した図５に示したものと同等の平行度調整機構５、すなわち、一端が可撓部ｅを介してフレーム１４に固定され、他端が自由端となった調整用アーム５１、その調整用アーム５１の自由端近傍を胴部が貫通した状態でフレーム１４にねじ込まれた調整用ネジ５２、および圧縮コイルバネ５３からなる平行度調整機構５が設けられており、梁１１のフレーム１４への左右２箇所の固定部Ｆは、それぞれに対応する調整用アーム５１の固定端近傍の上面に設けられている。
【００１８】
さて、フレーム１４には、その支点バネ３１の固定側の端部に、２つの支点バネ３１のそれぞれに近接してビーム３０を挟んで左右対称な位置で、かつ、梁１１のフレーム１４への左右両側の固定部Ｆの内側に、それぞれスリット状の切欠１４ａ，１４ｂが設けられている。この各切欠１４ａ，１４ｂは、図３（Ａ）〜（Ｃ）にその切欠１４ａ，１４ｂに直交する方向へのフレーム１４の要部縦断面図の例を示すように、切欠１４ａ，１４ｂの形成位置においてフレーム１４を完全に分離する構造（Ａ）のほか、フレーム１４が切欠１４ａ，１４ｂの形成位置においてその両側が適宜箇所において若干量だけ繋がっていてもよい。
【００１９】
以上の本発明の実施の形態において、試料皿２０に作用する荷重は、可動柱１３〜力点バネ３２を介してビーム３０を回動変位させ、その変位が０となるようにフォースコイル４１に流れる電流の大きさが制御されて、そのビーム３０を平衡させるに要する電流の大きさから試料皿２０に作用する荷重の大きさが求められるのであるが、その荷重は、可動柱１３〜力点バネ３２〜ビーム３０〜２つの支点バネ３１を介してフレーム１４に伝達される。この各支点バネ３１の固定部位に伝達される荷重によりフレーム１４は歪むが、その歪みは、各支点バネ３１を挟んでその左右両側に対称に設けられた切欠１４ａ，１４ｂによって伝播が阻止される結果、切欠１４ａ，１４ｂの両外側に位置する左右の平行度調整機構５並びに梁１１の固定部Ｆには伝わらない。従って梁１１の左右の固定部Ｆは、試料皿２０に比較的大きな荷重が作用しても変位せず、これら両固定部Ｆは下側の梁１２のフレーム１４への固定部をも含めて相対的に変位することがない。すなわち、上下の梁１１，１２の平行度は、試料皿２０に作用する荷重によって狂うことがなく、大秤量の電子天びんにあっても、試料皿２０上への荷重の負荷位置を順次変更しつつ、各負荷位置における計量値が一定となるように平行度調整機構５を調整することにより、容易に偏置誤差を解消することが可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、フレームの支点バネ取り付け側の端部に、支点バネを挟んで左右対称位置で、かつ、梁のフレームへの２箇所の固定部の内側に、それぞれスリット状の切欠を設け、その各スリットによって、試料皿に作用して支点バネを介してフレームに伝達される荷重によるフレームの歪みが梁の固定部に伝播することを阻止するから、大秤量の電子天びんにおいて、フレームを含む天びんメカニズムをコンパクト化しても、試料皿に作用する荷重によってパラレルガイドの平行度が狂うことがなく、公知の平行度調整機構を用いて容易に偏置誤差を解消させることができる。その結果、偏置性能が良好で、しかも小型で安価な大秤量の電子天びんを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の天びんメカニズム部分を、試料皿２０を除去した状態で示す平面図
【図２】同じくその天びんメカニズム部分を、試料皿２０を装着した状態で示す側面図
【図３】本発明の実施の形態におけるスリット状の切欠１４ａ，１４ｂが取り得る断面形状の説明図で、（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、切欠１４ａ，１４ｂに直交する方向に切断して示すフレーム１４の要部縦断面図
【図４】パラレルガイドを備えた電子天びんの一般的なメカニズムの構成を示す側面図（Ａ）とその平面図（Ｂ）
【図５】調整用アームを用いた公知のパラレルガイドの平行度調整機構の説明図
【符号の説明】
１０ パラレルガイド
１１，１２ 梁
１３ 可動柱
１４ フレーム
１４ａ，１４ｂ 切欠
２０ 試料皿
３０ ビーム
３１ 支点バネ
３２ 力点バネ
４０ 電磁力発生装置
４１ フォースコイル
５ 平行度調整機構
５１ 調整用アーム
５２ 調整ネジ

Claims (1)

1. 両端に可撓部を備えた互いに平行な上下の梁を備えてなるパラレルガイドを介して可動柱がフレームに連結され、かつ、その可動柱に試料皿が支承され、その可動柱が、上記フレームの一端部に取り付けられた支点バネにより回動自在に支承された天びんビームを介して電磁力発生装置のフォースコイルに連結されるとともに、上記パラレルガイドの上下の梁は、それぞれフレームに対して上記ビームを挟んでその左右両側の２箇所で固定された電子天びんにおいて、上記フレームの支点バネの取り付け側の端部に、当該支点バネの取り付け部位を挟んで左右対称の位置で、かつ、上記各梁の左右両側の２箇所の固定部位よりも内側に、それぞれスリット状の切欠が形成されていることを特徴とする電子天びん。

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