JP3944082B2 - 被計量物を保護する計量皿 - Google Patents

Description

本発明は、例えば質量比較器などのように、被計量物を計量皿上に載置すること関して特別の要求条件が存在する計量器に用いるのに適した計量皿であって、被計量物を丁寧に扱えるように構成した計量皿に関するものである。

計量器の取扱いを所定の手順に従って行わせるために、通常、計量器に対しては、操作手順規則というものが定められている。特に、実験室で行われるような計量に関しては、被計量物を計量皿に載せる際の載せ方から、実際に計量を実行する際の操作の仕方まで、所定の操作手順規則に従うか、さもなくば、いわゆる標準操作手順（ＳＯＰ）に従うように定められている。操作手順規則を定めることの目的は、その計量器にも、また被計量物にも、できるだけ損傷を与えないようにすることにある。しかしながら、計量器の感度が高くなるほど、たとえ最大限の注意を払っていても、その計量器の計量皿や、高感度の計量を行うための被計量物に、時間の経過と共に傷みの兆候が出現する確率が高くなる。以下にこの問題を、その計量器が質量比較器である場合に即して説明して行く。

質量比較器は、例えばドイツ実用新案登録第DE-U-295 17 368号公報などに記載されているように、分解能及び再現性に関する最も厳しい要求条件を満たさねばならない計量器である。この種の計量器を使用して、既知の基準器と比較することにより、その質量ないし体積の検定を行った分銅には、国際標準に従った精度等級が付与される。更に、質量比較器に対しては、例えば、形状、材質、密度、それに表面仕上げなどの様々な物理的特性に関する要求条件も規定されている。質量比較器の主たるユーザは、国立質量研究所、度量衡検定所、独立系校正研究所、それに企業内校正研究所などである。質量比較器は、また特に質量比較器の計量皿は、被計量物である検定対象の分銅や検定に使用する基準分銅を丁寧に取扱えるような構成とし、それによって、同じ分銅が約100万回の計量を経た後にも、その分銅に、摩滅による質量の減少が認められないようにすることが求められている。もし、摩滅が生じたならば、磨き上げて鏡面仕上げとされているはずの分銅の表面に、微細な擦り傷が付いていることなどから、それと知ることができる。

従来、摩滅により分銅の質量が減少するのは、仕方のないこととされていた。それは、計量皿が金属製（アルミニウム製またはスチール製）である上に、その計量皿の耐摩耗性を向上させるために、計量皿の表面に硬化処理を施すことが望ましいとされていたからである。そのため、従来一般的に、長期間に亘って使用した分銅は、その質量がどの程度減少したかを確認するために、場合によっては再検定などを行っていた。

この問題の解決法の１つは、分銅の表面に硬化処理を施すというものであり、この方法は、例えば米国特許出願第665,799号などに記載されている。
上述したドイツ実用新案登録第DE-U-295 17 368号公報の質量比較器とはまた別の、市販されている質量比較器のうちには、計量皿の上面にコルク板を接着して分銅を保護するようにしたものがある。しかしながら、これには次のような短所が付随しており、その短所とは、緩衝材として使用しているコルクは耐摩耗性に乏しいことから、分銅にコルクの微細粉が付着するおそれがあり、それによって、計量結果に誤差が入り込むおそれがあるということである。更に、コルクは経年劣化が速いため、コルク板の被覆材を比較的頻繁に貼り替えなければならないということもある。また、コルクは天然材料であるため、例えば粒度などの物理特性にばらつきが大きく、従って、表面のざらつきの程度や、吸水性のばらつきが大きいということがあり、それらのばらつきが大きいと、それによって、計量操作手順中の、吊下げ形の計量皿の中心に正確に分銅を載置するための操作などを、何度も繰り返さなければならなくなる。尚、この操作は、例えばドイツ実用新案登録第DE-U-295 17 368号公報などに記載されている。

分銅を計量皿の中心に正確に載置するためのこの操作では、先ず、分銅を載置板の上にねかせて載置し、或いは、もしその分銅がＯＩＭＬ型分銅であれば立たせて載置する。吊下げ形の計量皿は、上下動が可能な載置板を貫通して延在しており、分銅を載置した載置板が下降することによって、その載置板から計量皿へ分銅が受渡されるように構成されている。その受渡しによって、分銅が計量皿の中心に正確に載置されなかった場合には、その分銅と計量皿とから成る全体の重心が、計量皿の吊下げ点の真下に来るように、秤量皿が揺動し、その揺動によって分銅が載置板の中心へ少し近付く。従って、載置板を下降させては上昇させる操作を反復することによって、最終的に、分銅が計量皿の中心に正確に載置されることになる。分銅を質量比較器の計量皿の中心に正確に載置することは、精密な質量測定を行う上で非常に重要であるが、しかしながら、以上に説明した操作は、常に成功するとは限らず、特に、計量皿に載置された分銅が、計量皿の上で滑って移動してしまうことによって失敗する。

分銅と計量皿との間に働く摩擦力は、計量皿の表面を粗面仕上げとすることで増大させることができるが、それによって計量皿がざらついた表面を持つようになると、分銅が摩滅しやすくなる。
ドイツ実用新案登録第DE-U-295 17 368号公報

従って本発明の目的は、載置する被計量物が滑って移動してしまうことがなく、また、被計量物が何らかの原因で損傷することもないように、計量皿を構成することにある。更に、それと同時に、計量皿それ自体を保護することも必要である。

上記目的は、本発明によれば、高分子ラッカーの塗膜を設けた計量皿によって達成される。
この計量皿の塗膜は、上に説明した厳しい要求条件を満足するものでなければならないため、その塗膜の材料に何を用いるかということも、また、その塗膜をどのようにして被塗装面に形成するかということも、これまでは容易に決定することができず、そのため、計量皿に塗膜を設けるということは、従来一般的に行われていなかった。しかるに、本発明者は、高分子ラッカーを用いれば、手頃なコストで耐久性のある塗膜が得られ、しかもその塗膜が、数々の好適な特性を兼ね備えているということを見出したものであり、ここでいう好適な特性とは、その塗膜が、計量皿に載置する分銅に擦り傷を付けることのない適度な硬さを有すること、それに、その塗膜の表面の動摩擦及び静止摩擦の大きさが、その計量皿に載置した分銅が滑ってずれてしまうのを防止できる十分な大きさであるということを含むものである。更に、分銅の帯電を防止するために、高分子ラッカーに導電性成分であるいわゆる帯電防止剤を添加して、塗膜に十分な導電性を付与するようにしてもよく、塗膜にその程度の導電性を付与するだけの量の帯電防止剤を付与しても、塗膜のその他の特性は殆ど変化しない。

高分子ラッカーの塗膜は、例えばアルコールや、ベンジン、アセトンなどのような、計量皿の清掃によく用いられる溶剤に対する耐性を有すると共に、更に、物体の密度を測定するために使用される公知の様々な媒質に対する耐性も有しており、それら公知の媒質には、例えば、基準媒質である水や、ＦＣ４０、それに、シランを例えばシクロシランなどの他の液体と混合した混合溶液などがあり、これについては、例えば、ヨーロッパ特許公開第EP-A-1 054 248号公報などに記載されている。

また、高分子ラッカーの塗膜は、被塗装面（ここでは計量皿）に対する付着性も良好であり、被塗装面に対する付着性が弱いために頻繁に再塗装しなければならないようでは不都合である。また、もし被塗装面に対する付着性が弱ければ、耐摩性にも乏しいため、摩擦によって剥離した塗膜の微細片が分銅に付着したり、また、体積比較器の計量皿の場合であれば、その微細片が液体中に浮遊したりするおそれがあり、これらを防止する上でも被塗装面に対する付着性が良好であることは重要である。

更に、計量皿に塗膜を設けることによって得られる大きな利点として、計量皿の耐腐蝕性が向上するため、その使用寿命が長くなるということもある。
高分子ラッカーの塗膜を設けた計量皿は、その表面を均一な平坦面とすることができるため、上で説明した、分銅を計量皿の中心に正確に載置するための操作が非常に容易になる。更に加えて、高分子ラッカーの塗膜は弾性を有するため、計量プロセスが終了した後に、計量皿の表面に分銅を載置した跡が残ることもなく、そのため、高分子ラッカーの塗膜を設けた計量皿は長期に亘って使用することができる。

以下の説明により、本発明を更に詳細に明らかにして行く。以下の説明は、添付図面に具体例として示した本発明の実施の形態に係る計量皿についてのものである。
図１には、被計量物を計量皿の上に載置するための、従来公知の載置板１が示されている。載置板１は、軸心Ａを中心として回転可能に支持されており、被計量物チェンジャーとして構成されている。また、分銅を載置する４箇所の載置位置の各々に、３本のスロット（その幅をｂで示した）を放射状に組合せてＹ字形に形成した放射状スロット５が、１つずつ設けられている。載置板１は上下方向に移動可能としてあり、それによって、３枚の板状部材を放射状に組合せて形成し、放射状スリット５を貫通して延在できるようにした計量皿９が、載置板１の上面に載置されている分銅１１（図には破線で示した）を、持ち上げられるようにしている。

各々の秤量皿９を構成している３枚ずつのアーム７（その幅をｃで示した）は、本発明に従って、その表面が高分子ラッカーの塗膜によって被覆されており、使用する高分子ラッカーは、ポリウレタンを主要素とする高分子ラッカーとすることが好ましい。この塗膜の厚さは、数十μｍから数百μｍの範囲内の厚さとすることが好ましく、より詳しくは、この塗膜の表面を均一な平坦面とすることができ、且つ、計量皿の表面に、十分に大きな弾性と適度の硬さとを付与できるような、塗膜の厚さを選択するようにする。例えば、非常に重量が大きく角の立った形状の分銅を載置する計量皿であれば、塗膜を厚めにする方が有利である。一方、計量皿の表面をできるだけ滑らかなものとすることが需要であるならば、塗膜を薄めにした方が、それを達成しやすい。

この塗膜の硬さ及び弾性は、主として、使用するラッカーの組成によって決まるものであるが、ただし塗膜が薄い場合には、被塗装物の硬さや弾性にも影響される。いかなる場合にも、この塗膜が過度に軟らかくあってはならない。この塗膜の硬さは、ショアＤ硬さの値にして５０以上とするのがよく、その値の好適範囲は約８０〜約１００である。これに対して、従来用いられている塗装していない計量皿では、その表面の硬さが比較にならないほど硬く、多くの場合そのような計量皿は、その計量皿自体を保護するために、陽極酸化処理を施したアルミニウムや、ステンレス鋼などのような、硬質材料でで製作されている。

分銅１１は載置板１の上にも載置されるため、この載置板１も、少なくともその表面のうちの分銅に接触する部分の領域に、高分子ラッカーの被膜を設けておくとよく、この場合も、使用する高分子ラッカーは、ポリウレタンを主要素とする高分子ラッカーとすることが好ましい。

長期試験を行った結果、この高分子ラッカーの塗膜は、十分な耐久性を有するものであることが確認された。その長期試験は、20 kgの分銅を、載置板の上に100万回に亘って反復して下ろすことによって行った。その後、立体顕微鏡による顕微鏡検査を行ったところ、摩滅の兆候は全く認められなかった。またそれと同時に、分銅の座面に対しても、顕微鏡を用いて綿密な検査を行った。そして、その検査においても、分銅の座面に摩滅の兆候は全く観察されなかった。また、塗膜が摩滅した場合には、その塗膜の微細片が分銅の座面に付着するものであるが、そのような微細片の付着も全く観察されなかった。更に、比較試験として、塗装していない載置板を用いて、分銅をその載置板の上に反復して下ろす同様の長期試験を行ったところ、その長期試験の終了後には、その分銅の座面に、微細な擦り傷の形で、酷使されたことの痕跡が残されていた。

分銅を計量皿から持ち上げては下ろすことを繰り返すことで、その分銅を計量皿の中心に正確に載置するという、上述した操作を実行できるようにするには、分銅と計量皿との間に働く粘着力が十分に大きくなければならない。塗膜を設けた計量皿と、設けていない計量皿とで、静止摩擦係数の比較測定を行ったところ、塗膜を設けた方は、その静止摩擦係数の測定値が０．５〜１．０という適当な範囲内にあることが判った。一方、塗膜を設けていない計量皿は、その測定値が０．２であって、分銅を計量皿の中心に載置するための上述した操作を行うのには不十分な値であることが判明した。

硬化剤と主要素（ポリウレタン）と含有する高分子ラッカーに、更に、重量％で表した成分比で最大３％までの帯電防止剤を添加して、塗膜に適度の導電性を付与するようにしてもよく、そうすれば、計量皿に載置された分銅が静電気を帯びるのを防止することができ、ひいては、その帯電を原因とする計量誤差を回避することができる。帯電防止剤は、塗装を行う前に予めラッカーの中にその成分として混入しておくようにすればよく、市場で入手可能な帯電防止剤としては、例えば、Schramm社の製品である「Metaline 950」などがある。尚、帯電防止剤の成分比を過度に大きくすると、ラッカーの様々な優れた特性に対して、かなりの悪影響を及ぼすおそれがある。

ポリウレタンラッカーで塗装をするためには、塗装しようとする表面が清浄であって、油脂などが付着していないようにしなければならない。そのため塗膜形成作業は、先ず、洗浄工程を実行することから始まる。ただし、塗装しようとする表面に粗面処理を施す場合には、その処理を実行した結果として、洗浄が必要となることもあり、その場合には、洗浄工程を再度実行すればよい。続いて、先ず、被塗装物である計量皿に下地塗料を塗布する。そして、その下地塗料の乾燥時間を取り、この乾燥時間は約１時間とすればよく、長く取る場合でも１２時間程度とする。その後に、ようやく、ラッカーを塗布する作業に入る。このラッカーは２つの成分を含むものであり、それらは、主要素と硬化剤とであって、その混合比は例えば２対１である。それらを混合する作業は、細心の注意を払って慎重に行うようにし、なぜならば、混合状態が良好でないと、塗膜の厚さの均一性に重大な影響を及ぼすからである。更に、添加剤として、帯電防止剤を、重量％で表した成分比が３％を超えない範囲で添加して、最終的に形成される塗膜の導電性を増強する。この帯電防止剤の混合も、細心の注意を払って慎重に行う。ラッカーの塗布は、吹き付け塗装または刷毛塗り塗装によって行い、数回に亘って重ね塗りをする。１回の塗布と、その次の回の塗布との間には、塗面を乾燥させる時間を取る必要があり、その時間は、吹き付け塗装の場合には約１５分間、刷毛塗り塗装の場合には４５分間〜６０分間程度とすればよい。ポリウレタンラッカーは、塗装作業によって塗膜を形成したときから、その塗膜の硬化が完了するまでに数日間を要する。この硬化を良好に行わせるには、周囲温度を＋１０℃〜＋３０℃の温度範囲内に維持するようにし、好ましくは＋２０℃に維持するようにするとよい。

質量比較器に使用されている本発明の実施の形態に係る計量皿を示した図である。

符号の説明

１ 載置板
５ 載置板に形成されたスロット
７ 計量皿を構成している板状部材
９ 計量皿
１１ 分銅
Ａ 載置板の軸心
ｂ スロットの幅
ｃ 板状部材

Claims (10)

1. 計量器の計量皿であって、前記計量皿が高分子ラッカーの塗膜を設けてなり、試験重量に対する前記塗膜した計量皿の動摩擦及び静摩擦の値が、硬質金属を材料として同様に構成した計量皿の磨かれた表面の動摩擦及び静摩擦の値の、夫々少なくとも２倍であることを特徴とする計量皿。
2. 前記高分子ラッカーが、基材と、例えば硬化剤などの添加剤とを、成分として含有していることを特徴とする請求項１記載の計量皿。
3. 前記高分子ラッカーが、基材としてポリウレタンを含有していることを特徴とする請求項２記載の計量皿。
4. 前記高分子ラッカーが、重量％で表した成分比で最大３％までの帯電防止剤を含有していることを特徴とする請求項２又は３記載の計量皿。
5. 前記塗膜の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の計量皿。
6. 前記塗膜のショアＤ硬さの値が５０以上であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の計量皿。
7. 前記塗膜が溶剤に対する耐性を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の計量皿。
8. 前記塗膜が、例えば水や、ＦＣ４０や、シラン含有液体などの、物体の密度を測定するために使用される液体に対する耐性を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の計量皿。
9. 前記計量皿が被計量物を移し変えるための被計量物受渡器の載置板と協働する形状を有してなり、前記載置板が前記計量皿に対して上下に移動可能であり、これと共に前記計量皿が前記載置板と接触することなく載置板に到達し得るようにしてなることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の計量皿。
10. 前記載置板が計量皿に用いられているラッカーと同じ高分子ラッカーの塗膜を有することを特徴とする請求項９記載の計量皿。

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