JP4197268B2 - 重量センサおよび重量検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンベヤによって物品を搬送しつつ、物品の重量を検査する装置、およびその重量センサの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物品の重量を計量する重量検査装置（計量装置）としては、ロバーバル機構を有する重量センサが備わるものが広く用いられる。こうした重量センサには、重量負荷に応じてロードセルに生じる変形を歪みゲージで検出することで重量を計測するロードセル式の重量センサや、該重量負荷とつり合う電磁力を発生させることで重量を計測するフォースバランス式の重量センサなどがある。いずれの方式をとるにせよ、重量センサのセンサ部に対し過負荷が作用することによって、該センサ部が破損することを防ぐため、センサ部に対する過負荷の伝達を防ぐために、何らかの保護機構が設けられるのが一般的である（例えば、特許文献１ないし特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実公昭６２−１０６６３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０７２１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１には、ロードセル式の計量装置であって、荷重に応じてロードセルが上下動する範囲を規制するストッパー（限界ピン）を設けることで、過負荷によってロードセルが想定範囲を越えて変形することを防ぐ計量装置が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、フォースバランス式の計量装置であって、重量負荷を受ける可動部の可動範囲を規制する規制隙間部を設けることで、ロバーバル機構を構成するバネ部に対し衝撃荷重が加わることを防ぐ計量装置が開示されている。
【０００６】
特許文献１および特許文献２に開示された計量装置はいずれも、負荷を受ける可動部分に所定以上の負荷が加わると、該可動部分がその周辺部と当接することで、その変位を所定範囲に限定する態様を有するものである。従って、負荷の臨界値を精度良く定めるには、該計量装置の製造段階で、可動部分と周辺部との間に形成される間隙を精度良く調整して設ける必要がある。特に、フォースバランス式の重量センサの場合、正常な使用時における可動部分の変位量はせいぜい０．１ｍｍ以下であり、これ以上の変位はセンサ部の破損を意味するので、計量精度を維持するには、該間隙も同程度のオーダーで設ける必要があり、その製造の時点で、高い寸法精度が要求される。しかも、該間隙の大きさは、装置の設計・製造時に定まってしまうものであるので、装置の製造後にこれを調整することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、確実かつ容易にセンサ部を過負荷から保護することができる重量センサと、該重量センサを備えた重量検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、物品の重量を計測する重量センサであって、ａ）前記物品からの重量負荷を受ける被負荷部と、ｂ）重量負荷に応じた信号を発するセンサ部と、ｃ）前記被負荷部を前記センサ部の側面に連結する連結機構であって、c-1)第１の弾性部材と、c-2)前記被負荷部を保持するブロック体と、を備え、前記第１の弾性部材によって付勢されることにより、前記ブロック体の押圧面が、前記センサ部の前記側面を被押圧面として押圧する連結機構と、を備え、重量負荷に応じて生じた、前記第１の弾性部材からの付勢力に逆らう付勢対抗力が、前記第１の弾性部材からの臨界付勢力を越えたときに、前記センサ部に対する前記ブロック体の拘束が解除され、前記被押圧面には、転動体及び当該転動体の転動接点と接する斜面の一方を含む第１の係合要素が形成されており、前記ブロック体には、前記転動体及び前記斜面の他方を含む、前記第１の係合要素に対して係合可能な第２の係合要素が設けられており、前記第１の弾性部材は、前記第１と第２の係合要素を互いに係合させた状態で、前記ブロック体を前記センサ部の前記被押圧面に向けて付勢し、前記第１と第２の係合要素の組み合わせは、当該係合部位に加わる重量負荷によって前記転動体が前記斜面に沿って転動することによって、当該重量負荷の少なくとも一部を、前記付勢対抗力へと転換する力学的転換構造を形成しており、かつ、重量負荷に応じて生じた前記付勢対抗力が、前記第１の弾性部材からの臨界付勢力を越えたときに前記第１の係合要素が前記第２の係合要素から離脱し、それによって前記センサ部に対する前記ブロック体の上下方向の拘束が解除されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の重量センサであって、前記第１の係合要素は、内面が前記斜面となっている穴部であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、物品の重量を計測する重量センサであって、a)前記物品からの重量負荷を受ける被負荷部と、b)重量負荷に応じた信号を発するセンサ部と、c)前記被負荷部を前記センサ部の側面に連結する連結機構であって、c-1)前記被負荷部を保持するとともに、前記センサ部の前記側面に形成した第１の係合要素に対して斜め係合する第２の係合要素が設けられたブロック体と、c-2)前記第１と第２の係合要素を互いに係合させた状態で、前記ブロック体を前記センサ部の前記側面に向けて基準付勢力で付勢する第１の弾性部材と、を有する連結機構と、を備え、前記第１と第２の係合要素の組み合わせは、当該係合部位に加わる重量負荷の一部を、前記第１の弾性部材からの付勢力に逆らう付勢対抗力へと転換することによって、前記第１の係合要素に対して前記第２の係合要素を前記側面に対して斜め下方向に変位させる力学的構造を形成しており、前記付勢対抗力が前記基準付勢力を越えたときに、当該付勢対抗力と前記基準付勢力との差に応じて前記ブロック体が前記センサ部から前記斜め下方向に変位することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の重量センサであって、前記第１の係合要素が外開きのテーパ面を持つ穴部であるとともに、当該穴部が前記センサ部の側面に形成されており、前記第２の係合要素が、前記テーパ面に接触する転動体を備えて構成されており、前記テーパ面に沿って前記転動体が所定の転動部位で接触しつつ転動することに伴って、前記斜め下方向へ前記ブロック体が変位することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項２または請求項４に記載の重量センサであって、前記第２の係合要素が、前記ブロック体と前記転動体との間に介挿され、前記転動体を前記センサ部に向かう方向に付勢する第２の弾性部材、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項２または請求項４に記載の重量センサであって、前記第１係合要素が、前記センサ部の前記側面の上下端部の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７の発明は、請求項５に記載の重量センサであって、前記ブロック体と前記センサ部とにはそれぞれ貫通穴が設けられており、前記第１の弾性部材は、それぞれの前記貫通穴に挿嵌された支軸部材に環装されており、かつ、前記支軸部材をそれぞれの前記貫通穴に挿嵌した状態で、前記センサ部と前記第１の弾性部材とが前記ブロック体を挟持していることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の重量センサであって、前記第１の弾性部材が環状の皿バネであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９の発明は、支持構造で支持された計量載置面上に存在する物品の重量を検査する装置であって、前記支持機構が、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の重量センサの被負荷部に連結されており、前記重量センサが前記物品の重量計測手段として用いられることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０の発明は、請求項９に記載の重量検査装置であって、前記計量載置面が略水平とされているとともに、前記被負荷部が前記支持機構を介して前記計量載置面の所定位置を下方から支持しており、前記ブロック体の所定高さに前記第１の弾性部材が結合している一方で、前記第２の係合要素は、上下方向において前記所定位置を挟む第１位置と第２位置とに分かれて複数個が設けられており、前記所定位置から前記第１位置までの第１距離Ｄ1と、前記所定位置から前記第２位置までの第２距離Ｄ2との比（Ｄ1／Ｄ2）が、水平方向における前記計量載置面の両端位置と、前記所定位置とのそれぞれの間の水平距離Ｌ1，Ｌ2の比（Ｌ1／Ｌ2）に応じて決定されていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１１の発明は、請求項９または請求項１０に記載の重量検査装置であって、前記計量載置面がコンベヤとなっており、前記コンベヤによって前記物品を搬送しつつ前記物品の重量を検査する装置として構成されていることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
＜装置の全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る重量検査装置１の外観斜視図である。図２は、重量検査装置１の側面図である。ただし、筐体３についてはその内部を側断面図として示している。
【００２２】
重量検査装置１は、例えば、食品や医薬品などの生産工程において、商品そのもの、あるいは所定量ごとに小分けされ包装された商品を搬送部２にて搬送しつつ、その重量を計測する重量計測装置である。
【００２３】
重量検査装置１は、コンベヤフレーム２１に無端ベルト２２を備え平ベルト式のコンベヤとして動作する搬送部２と、図１においては図示しない荷重検出部５を収容する筐体３とを主として備える。筐体３は一対の支持脚８（８ａ、８ｂ）上に固定されている。搬送部２は、後述するように、支持ブラケット４（４ａ、４ｂ）によって支持されている。
【００２４】
筐体３の内部には、荷重検出部５が設けられている。荷重検出部５は、いわゆるロバーバル機構を構成する重量センサであり、起歪体であるロードセル５１を備えている。ロードセル５１の一方の端部５１ａは、取付部材５２によって、筐体３の内部底面３ａに固設されている。上述のように、筐体３は支持脚８ａ、８ｂにて支持されているので、端部５１ａはロードセル５１の固定端として作用する。もう一方の端部５１ｂは、自由端として作用する（以下、単に、自由端５１ｂと称する）。自由端５１ｂの側は、第１連結部材１００、第２連結部材２００、および取付部材５４とを介して、次述する駆動部６のモータボックス６３と連結されている。第１連結部材１００は、自由端５１ｂに固設されてなるものであり、第２連結部材２００は、後述するように、該第１連結部材１００に押圧されつつ係合されるてなるものである。第１連結部材１００と第２連結部材２００とは、連結機構５３の主構成要素となっている。連結機構５３の構造については、後に詳述する。取付部材５４は、第２連結部材２００の下方に配設され、筐体３の内部底面と略同一高さに位置し、ダイヤフラム３１によって挟み込まれている。
【００２５】
駆動部６は、搬送部２に搬送動作を行わせるために備わる。駆動部６は、モータボックス６３内に格納されたモータ６１と、モータ６１の駆動ローラ６４と搬送部２に備わる従動ローラ２３との間に巻きかけられたタイミングベルト６２とを主として備える。タイミングベルト６２は、従動ローラ２３の中心軸方向端部（図２においては紙面手前側）に巻きかけられている。タイミングベルト６２がモータ６１の駆動力を伝達して従動ローラ２３を回転させることにより、無端ベルト２２が駆動されて搬送部２における搬送動作が実現される。搬送部２において、物品は図２の左側から右側へと搬送される。すなわち、搬送部２と駆動部６とが重量検査装置１の搬送装置を主として実現する。
【００２６】
支持ブラケット４のそれぞれは、例えば、内部に開口部４５を有する略三角形状をなした板状部材であり、重量検査装置１の両側部に搬送方向に沿って配設される。本実施の形態においては、一方の支持ブラケット４ａについては、タイミングベルト６２、駆動ローラ６４および従動ローラ２３を遮蔽するベルトカバー４１と一体に形成されている。支持ブラケット４は、図示しない固定手段によってその下方をモータボックス６３に着脱自在に固定される。また、その上端部分には、コンベヤフレーム２１に備わる連結ピン２４（後述する）を下方から支持する支持端４２が凹型状に形成されている。支持ブラケット４は、支持端４２が水平配置されるようにモータボックス６３に対し固定される。また、支持ブラケット４の上部には、コンベヤフレーム２１と支持ブラケット４とを連結する連結手段７が設けられている。連結手段７は、曲げ弾性を持つ板バネ状の切り替え手段７２と、その両端から一体的に伸びた一対の係合部７１とを有している。それぞれの係合部７１は取り付け部材４４によって軸支されることによって、各取り付け部材４４まわりに揺動自在であるが、２つの係合部７１は切り替え手段７２によって互いに連結されているために、２つの係合部７１間には切り替え手段７２による弾性的な拘束力が働く。取り付け部材４４の相互距離は、切り替え手段７２を自然長に保つための距離よりも若干短くされており、その結果、切り替え手段７２は、直線的状態ではなく凸曲がり状態と凹曲がり状態とが安定状態となっている。これらの構造によって、２つの係合部７１の揺動角度範囲は、切り替え手段７２が凸曲がり状態となって一対の係合部７が互いに遠ざかって「Ｖの字」形の角度関係になった状態と、切り替え手段７２が凹曲がり状態となって一対の係合部７１が互いに近づいて「八の字」形の角度関係になった状態との間で変化することができる。なお、支持ブラケット４がモータボックス６３に固定される際には、連結手段７が搬送部２側に位置するように固定される。
【００２７】
一方、コンベヤフレーム２１の両側面にはそれぞれ、１対の連結ピン２４が設けられている。各連結ピン２４は、コンベヤフレーム２１の表面と平行な直線上に、所定の間隔で配置されている。モータボックス６３に固定された支持ブラケット４によってコンベヤフレーム２１に備わる連結ピン２４が支持され、さらに連結手段７によって連結ピン２４が拘束されることにより、コンベヤフレーム２１表面を水平に保ちつつ、搬送部２が支持ブラケット４に対し連結される。切り替え手段７２を上下に押し上げ又は押し下げることによって、連結部７１による連結ピン２４の拘束、解除が選択的に行われる。搬送部２が支持ブラケット４に対し連結されることにより、搬送部２自体の荷重、およびその上部に係る荷重は、支持ブラケット４、モータボックス６３、取付部材５４、連結機構５３を介して、ロードセル５１の自由端５１ｂへと伝達されることになる。換言すれば、搬送部２、支持ブラケット４、駆動部６、取付部材５４、連結機構５３がいわゆる風袋となっており、これらの合計重量が、風袋重量として自由端５１ｂに作用することになる。
【００２８】
なお、支持ブラケット４の形状は、上述のものに限定されず、さらに、支持ブラケット４と搬送部２との連結は、他の態様によるものであってもよい。
【００２９】
＜連結機構＞
図３は連結機構５３の構成を示す断面図である。連結機構５３は、第１連結部材１００と、第２連結部材２００と、予圧手段３００とを備える。連結機構５３における連結は、予圧手段３００により第２連結部材２００が第１連結部材１００に対し押圧されることによって実現される。以下、連結機構５３の構造、および、連結機構５３における連結とその解除とについて説明する。
【００３０】
図４は、第１連結部材１００を概略的に示す斜視図である。第１連結部材１００は、略平板状のブロック部材である。第１連結部材１００は、例えば、図示を省略する螺合部材によって固設面１００ｂがロードセル５１の自由端５１ｂに螺設されるなどして、ロードセル５１に固設される。従って、本実施の形態に係る重量検査装置１においては、実質的には、ロードセル５１と第１連結部材１００とが一体のものとなって、センサ部を構成している。
【００３１】
第１連結部材１００の固設面１００ｂの側には、略円筒状の掘り込み１０１が設けられており、その底部１０２には、ネジ切りされた貫通穴１０３が、第２連結部材２００が押圧される際の被押圧面となる連結面１００ａとの間に設けられている。この貫通穴１０３には、図３に示すように、予圧手段３００を構成する長尺のボルト状の支軸部材３０１が、ネジ頭３０１ｈを底部１０２に保持された状態で挿嵌され、貫通穴１０３の部分で両者は螺合している。支軸部材３０１は、後述する第２連結部材２００の貫通穴２０１をも貫通し、さらに、皿バネ３０２とこれを固定する固定ナット３０３とを環装可能な長さを有するものである。皿バネ３０２と固定ナット３０３とは、いずれも予圧手段３００の構成要素である。自由端５１ｂに対する第１連結部材１００の固設は、あらかじめ支軸部材３０１が貫通穴１０３に挿嵌されたうえでなされる。
【００３２】
また、連結面１００ａの上端部には上係合部１０４が１ヶ所に、下端部には下係合部１０５が２ヶ所に、それぞれ設けられている。上係合部１０４および下係合部１０５はそれぞれ、外開きのテーパ面を有する穴部であり、本実施の形態においては、該テーパ面は曲面形状をなしているものとする。ただし、テーパ面が平坦面をなすものであってもよい。
【００３３】
図５は、貫通穴１０３の高さ方向の配置について説明する図である。図５に示すように、搬送部２において、連結面１００ａと連結面２００ａとが接する界面の直上にあたる位置を位置Ａ、物品Ｍが載置される左右端部をそれぞれ位置Ｂ、位置Ｃとすると、好ましくは、風袋の重心位置と該界面との水平位置は一致し、連結部材１００における、貫通穴１０３の中心位置と第１連結部材１００の下係合部１０５との垂直距離Ｄ1と、該中心位置と上係合部１０４との垂直距離Ｄ2と、ＡＢ間の水平距離Ｌ1と、ＡＣ間の水平距離Ｌ1とが、
Ｄ1／Ｄ2＝Ｌ1／Ｌ2 （式１）
となるように、貫通穴１０３は設けられる。なお、風袋の重心位置と該界面との水平位置とが一致しない場合には、その位置ズレを考慮してＤ１／Ｄ２の比が与えられ、式１に応じて貫通穴１０３が設けられる。これにより、風袋の重量バランスに応じた適切な貫通穴１０３の配置が可能となる。
【００３４】
一方、第２連結部材２００は、物品および風袋からの重量負荷を受ける被負荷部と、被負荷部を保持するブロック体とが一体となった、断面が略Ｌ字型のブロック部材である。第２連結部材２００には、第１連結部材１００に対し押圧される際の押圧面となる連結面２００ａと、これに平行で皿バネからの予圧を直接に受ける予圧面２００ｂとの間を貫通する貫通穴２０１が設けられている。貫通穴２０１は、第１連結部材１００の貫通穴１０３の径よりも十分大きな径を有している。第２連結部材２００が第１連結部材１００に対し押圧される際には、貫通穴２０１と支軸部材３０１とが中心軸を一にして一直線上に位置するように、第２連結部材は保持される。これにより、第１連結部材１００の貫通穴１０３にあらかじめ挿嵌されている支軸部材３０１は、さらに第２連結部材の貫通穴２０１の中心軸を貫くように挿嵌されることになる。
【００３５】
また、第２連結部材２００には、第１連結部材１００の上係合部１０４と対応する位置、および下係合部１０５と対応する位置にもそれぞれ、貫通穴２０２および貫通穴２０３が設けられている。これらの貫通穴２０２および貫通穴２０３には、ボールプランジャ２０４および２０５がそれぞれ螺合され、固定ナット２０４ｎおよび２０５ｎによりそれぞれ固定されている。ボールプランジャ２０４および２０５は同一の構造を有するものであり、いずれも、先端部にはボール２０４ｂおよび２０５ｂが転動自在に備わっている。第２連結部材２００が第１連結部材１００に連結される際には、これらのボール２０４ｂおよび２０５ｂはそれぞれ、第１連結部材１００の対応する上係合部１０４および下係合部１０５に嵌合ないしは係合し、それぞれのテーパ面上にて転動可能に配置されることになる。
【００３６】
また、ボールプランジャ２０４および２０５の内部にはバネ２０４ｓおよび２０５ｓが介挿されている。これにより、第２連結部材２００が予圧手段３００によって第１連結部材１００に対し押圧される場合には、ボール２０４ｂおよび２０５ｂはそれぞれ、バネ２０４ｓおよび２０５ｓに生じた反発力が作用した状態で対応するテーパ面上で転動することになる。
【００３７】
予圧手段３００は、既述のように第１連結部材１００および第２連結部材２００とに挿嵌される支軸部材３０１と、該支軸部材３０１に環装された皿バネ３０２と、支軸部材３０１と螺合することにより皿バネ３０２を固定する固定ナット３０３とを備える。また、皿バネ３０２と第２連結部材２００との間に介在すべく、図示しないワッシャーも支軸部材３０１に環装されている。第１連結部材１００の連結面１００ａに対し第２連結部材２００の連結面２００ａを押しつけた状態で、さらに皿バネ３０２を第２連結部材２００の予圧面２００ｂに押しつけ、固定ナット３０３によって締め付けることで、皿バネ３０２が、予圧面２００ｂに対し付勢力Ｆ０を与える。これが第１連結部材１００に対する第２連結部材２００の押圧を維持する付勢力となって、第１連結部材１００と第２連結部材２００とが連結されることになる。なお、このときには、上係合部１０４にはボール２０４ｂが、下係合部１０５にはボール２０５ｂが嵌合することで、第２連結部材２００の正確な位置決めが実現される。
【００３８】
そして、この状態においては、皿バネ３０２と第１連結部材１００とで第２連結部材２００を挟持すべく作用する皿バネ３０２の弾性力と、第２連結部材２００の連結面２００ａと第１連結部材１００の連結面１００ａとの間の摩擦力、あるいは第２連結部材２００の予圧面２００ｂと皿バネ３０２との摩擦力、さらには上係合部１０４においてボール２０４ｂに対し作用する抗力などが、連結を維持すべく作用するものと解される。
【００３９】
次に、重量検査装置１に過負荷がかかった場合の連結機構５３の作用について説明する。重量検査装置１においては、搬送部２に重量負荷が生じると、これがさらにロードセル５１に対する負荷として風袋重量に重畳して作用することになる。被負荷部その結果、ロードセル５１に対しその許容範囲を超える負荷が作用しようとすると、連結機構５３における連結、つまりは第１連結部材１００に対する第２連結部材２００の押圧と、および上係合部１０４あるいは下係合部１０５におけるボールプランジャ２０４および２０５のボール２０４ｂおよび２０５ｂの係合とが解除され、ロードセル５１に対する該過負荷の伝達が阻止されるようになっている。以下、図３、図６、図７および図８に基づいて、搬送部２に下向きの重量負荷が加わる場合を主に説明する。
【００４０】
まず、搬送部２に重量負荷が作用しない場合や、通常の物品の検査時など、搬送部２に作用する力が十分小さい場合は、図３に示す連結状態を保って、自由端５１ｂに対し負荷が伝達される。第２連結部材２００に対し作用する負荷Ｆの大きさをＦ１とすると、負荷Ｆ＝Ｆ１は略鉛直下向きに作用することになる。なお、図８は第２連結部材２００に備わるボールプランジャ２０４のボール２０４ｂと、該ボール２０４ｂが嵌合する第１連結部材１００の上係合部１０４との位置関係を示す図であるが、この時点においては、図８（ａ）に示すように、ボール２０４ｂは、上係合部１０４に完全に嵌合することにより、上係合部１０４との係合を保っている。このとき、ボール２０４ｂは、上係合部１０４のテーパ面の略全面と接した状態（面接触の状態）となっている。
【００４１】
次に、図６は、負荷Ｆが図３の状態よりも大きなある値Ｆ２となった場合の連結機構５３の状態を示している。ただし図６には、説明の便宜上、後述のように若干誇張して示している。
【００４２】
この場合、搬送部２に加わる荷重の態様に応じて、第２連結部材２００に対し係る負荷Ｆ＝Ｆ２の向きは様々であるが、図６においては、この力は、上係合部１０４において、ボール２０４ｂを該上係合部１０４から引き離そうとする力として作用するものとする。すなわち、重量負荷が皿バネによる付勢力に対抗する付勢対抗力として転換される、力学的転換構造が実現されていることになる。ボール２０４ｂは、下方へ転動しつつ引き続き上係合部１０４に対する係合を維持しようとする。結果として、ボール２０４ｂは、図８（ｂ）に示すように上係合部１０４のテーパ面の下方に位置する接点Ｃ１において点接触しつつ、上係合部１０４との係合を保つことになる。この状態は、ボール２０４ｂと上係合面とが、斜め係合の状態、すなわち、外力の方向から傾いた方向を法線として接触する係合関係を有する状態であるといえる。
【００４３】
このとき、モーメントが作用することによって、図６に示すように、第１連結部材１００の連結面１００ａと第２連結部材２００の連結面２００ａとを離間させるように作用することから、両連結面の間に作用する摩擦力は、これに伴い減少すると考えられる。ただし、図６は説明のために該離間の様子を強調して示したものであり、実際には肉眼で明らかに視認できるほどの離間が生じることは希である。
【００４４】
このように、負荷Ｆが大きくなると、該負荷Ｆは、第２連結部材２００を第１連結部材１００から引き離そうとする力として作用することになり、ロードセル５１に対する過負荷の伝達が回避されることになる。
【００４５】
なお、負荷Ｆが次述するある臨界値Ｆｃに達するまでは、搬送部２への重量負荷が除荷されるとボール２０４ｂは当初の位置、すなわち上係合部１０４と嵌合する位置に復帰する。
【００４６】
さらに負荷Ｆが大きくなるにつれ、ボール２０４ｂがより下方へと転動する。やがて、負荷Ｆが臨界値Ｆｃに達すると、図８（ｃ）に示すように、第１連結部材１００の連結面１００ａと上係合部１０４との境界部分が、ボール２０４ｂと上係合部１０４との接点Ｃ２となる。この時点においてはもはやボール２０４ｂと上係合部１０４との係合は維持できなくなり、図８（ｄ）に示すように、ボール２０４ｂは、連結面１００ａと接しつつ下降するようになる。そうすると、図７に示すように、第２連結部材２００の上下方向の拘束が解除されて、支軸部材３０１に貫通穴２０１が引っかかったような状態で、第２連結部材２００は静止する。このとき、下係合部２０５と係合していたボール２０５ｂも該下係合部２０５から離脱している。この状態は、第１連結部材１００と第２連結部材２００との連結が、完全に解除された状態である。実際には、搬送部２に衝撃荷重が加わり、負荷Ｆが臨界値Ｆｃを越えると、第２連結部材２００においては、ボール２０４ｂと上係合部１０４との係合は一瞬で解除され、皿バネ３０２からの予圧による拘束が解放される反動で、瞬間的に図７に示す状態に達しうる。これにより、ロードセル５１への該衝撃荷重の伝達は回避され、ロードセル５１は過負荷から保護される。
【００４７】
つまり、連結機構５３においては、皿バネ３０２からの予圧による付勢力Ｆ０が主となって、第２連結部材２００の押圧が実現されているが、過負荷がかかることで、バネ２０４ｓの弾性力の作用や摩擦力の減少が生じ、この付勢力Ｆ０に対抗する付勢対抗力が付勢力Ｆ０よりも大きくなった場合には、もはや予圧による押圧を維持することができなくなって、連結が解除される。なお、好ましくは、図示しない係止手段を例えば筐体３に設け、該係止手段にストッパーの役割を果たさせることによって、第２連結部材２００は、図７のように脱落させることなく支持される。この場合には、衝撃荷重が引き続き加わったとしても、これがロードセル５１に対し伝達されることを防ぐことができる。
【００４８】
なお、連結が解除される際には、ボールプランジャ２０４の内部に備わるバネ２０４ｓが、連結面１００ａと連結面２００ａとの離間に応じて伸張しようとすることで、第２連結部材２００を大きく下方へと変位させ、連結の解除を促すよう作用している。すなわち、バネ２０４ｓは、負荷に対する連結解除の確実性を高める作用を果たしているとともに、連結が解除されたことを外部から視認しやすくする作用も果たしている。
【００４９】
また、ボール２０４ｂが上係合部１０４から外れ、いったん連結が解除された場合には、外部から第２連結部材２００（これに接続されている風袋部分ごと）を持ち上げて、ボール２０４ｂおよび２０５ｂをそれぞれ上係合部１０４および下係合部１０５に再度嵌合させることで、連結を元に戻すことができる。つまり、ボール２０４ｂおよび２０５ｂは、第２連結部材２００の連結時の位置決め手段としても作用する。なお上述のような係止手段が設けられている場合は、衝撃荷重が除荷された際に、第２連結部材２００が自ずから元の位置に復帰することができる。
【００５０】
あるいはさらに、従来の重量検査装置では、製造時に間隙をあらかじめ高精度に調整する必要があり、使用時にこれを変更することはできなかった。一方、固定ナット３０３による固定の程度を調整することにより皿バネ３０２に与える弾性力を変えることで、臨界値Ｆｃの調整は容易であり、装置個体ごとに、かつ、使用状況に応じて、ロードセル５１における過負荷の許容値の調整が可能である。
【００５１】
一方、誤ってコンベヤフレーム２１を持ち上げようとするなど、搬送部２に上向きの衝撃荷重が加わった場合には、ボール２０５ｂと下係合部１０５とが、上述のボール２０４ｂと上係合部１０４との関係と同様な関係で、衝撃荷重に応じた作用をすることになる。すなわち、負荷Ｆが適正な範囲では、ボール２０５ｂは下係合部１０５との間で面接触を保っているが、負荷Ｆが大きくなると、ボール２０５ｂは上方へと転動し、やがて係合を維持できなくなって下係合部１０５から離脱し、それに伴って連結が完全に解除されることになる。
【００５２】
ところで、第１連結部材１００における貫通穴１０３は、上述のように、式１の関係を満たすようにその配置が定められる。これはすなわち、支軸部材３０１が、式１の関係に拘束されて配置されることを意味する。支軸部材３０１がこのように配置されることで、ある大きさの衝撃荷重がコンベヤフレーム２１上のどの位置に作用したとしても、その位置によらず、支軸部材３０１を支点として第２連結部材２００に作用する力のモーメントが等しくなる。すなわち、
▲１▼ 図５の左端位置Ｂに衝撃荷重ｆ0が加わって支点ａまわりに反時計まわりのモーメントが作用した場合に、位置ｃから対抗力ｆ1を与えることによって時計回りにモーメントを作用させることによってバランスさせる場合には、
ｆ0×Ｌ1＝ｆ1×Ｄ1 （式２）
の関係から、
ｆ1＝ｆ0×（Ｌ1／Ｄ1） （式３）
の大きさの対抗力ｆ1が必要であり、また、
▲２▼ 図５の右端位置Ｃに衝撃荷重ｆ0が加わって支点ｂまわりに時計まわりのモーメントが作用した場合に、位置ｃから対抗力ｆ2を与えることによって反時計回りにモーメントを作用させることによってバランスさせる場合には、
ｆ0×Ｌ2＝ｆ2×Ｄ2 （式４）
の関係から、
ｆ2＝ｆ0×（Ｌ2／Ｄ2） （式５）
の大きさの対抗力ｆ2が必要であるが、式１より、
Ｌ1／Ｄ1＝Ｌ2／Ｄ2 （式６）
の関係が成立するため、式１の条件を満足させることによって、式３および式５より、
ｆ1＝ｆ2 （式７）
が成立する。
【００５３】
つまり、衝撃荷重ｆ0が一方の端部位置Ｂに作用した場合と他方の端部位置Ｃに作用した場合とで、それらを支持するための力ｆ1、ｆ2が互いに等しくなるため、いずれか一方の場合が他方と比較して過度に大きな対抗力を必要とするというような問題が生じない。なお、位置Ｂ、Ｃ間の任意の中間位置に衝撃荷重ｆ0が作用した場合に必要とされる対抗力は、式３や式５の右辺のＬ1、Ｌ2をより小さな値に置換して計算される力に相当するため、それらはｆ1＝ｆ2よりも小さな値になる。
【００５４】
以上の理由により、重量検査装置１の剛性が高くなるとともに、連結機構５３においては、コンベヤフレーム２１に作用する衝撃荷重の臨界値Ｆｃは左右端部で同じになり、中央部分ほど大きな値となる。なお、図５の点Ａにおいて過負荷が作用するとモーメントは生じないが、第１連結部材１００においては、点Ａの位置に該臨界値Ｆｃに対応する力が作用すると連結が解除されるように、上係合部１０４および下係合部１０５が設けられているので、連結機構５３は、式１を満たす限り、コンベヤフレーム２１の大きさによらず、点Ａの位置に荷重が作用しても、左右端部と同程度の臨界値Ｆｃで連結が解除されるような構成が可能である。
【００５５】
以上、説明したように、本実施の形態に係る重量検査装置１においては、連結機構５３において、皿バネ３０２からの予圧による付勢力Ｆ０により、第２連結部材２００を第１連結部材１００に対し押圧させ、かつ、転動自在なボール２０４ｂおよび２０５ｂを第１連結部材１００と係合させることにより、両者を連結して搬送部２に加わる負荷のロードセル５１への伝達が実現される。一方、過負荷がかかり、付勢力Ｆ０に対抗する付勢対抗力が付勢力Ｆ０よりも大きくなった場合には、第２連結部材２００の押圧とボールの係合とが解消されることで連結が解除されるようになっている。これにより、ロードセル５１に過負荷が伝達されることを防ぐことができる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、過負荷が主として上下方向あるいはそのモーメント方向に作用する場合について説明しているが、過負荷が連結面の面内方向、あるいはこれに垂直な方向に作用する場合であっても同様に、ボール２０４ｂないしは２０５ｂがこれに対応した方向に転動しつつ係合を維持することによって、所定の臨界に達するまで連結を維持し、該臨界を越えた場合には連結が解除されるので、こうした過負荷にも、上述の場合と同様に対応できる。
【００５７】
＜変形例＞
上係合部および下係合部は、必ずしも連結部材１００の上下端部になくてもよく、連結面１００ａ上にあってもよい。特に、コンベヤフレーム２１の長さが短く、荷重の作用位置によるモーメントの差異が実質的には小さい場合は、過負荷の臨界値に、該作用位置による著しい相違は生じない。
【００５８】
また、上係合部および下係合部が、第１連結部材１００の連結面１００ａおよび固設面１００ｂと異なる側面に設けられていてもよい。この場合は、第２連結部材２００が第１連結部材１００を三方から囲むような形状を有し、上述の実施の形態と同様に、上係合部および下係合部に対応する位置に、ボールプランジャが設けられることになる。
【００５９】
また、ボールプランジャ２０４および３０４が、バネ２０４ｓおよび２０５ｓを備えない態様であってもよい。バネの作用がなくとも、所定の臨界値Ｆｃに達した時点で、連結の解除がなされる点では同じである。ただし、コンベアの両端位置よりも連結面の直上の位置に荷重が作用する方が、臨界値Ｆｃが大きくなることから、両端位置の該臨界値Ｆｃよりも大きな力が連結面直上において鉛直方向に作用しても、連結は解除されず、ロードセル５１にそのまま加重が伝達されてしまうことになるが、上述のようにバネを備える場合は、その差異を低減することができる。一方、連結面直上における耐荷重を大きくする場合は、バネを備えない態様であってもよい。
【００６０】
あるいは、ボールプランジャに代わり、先端に球状ないしはテーパ状等の突起が設けられた部材を、用いても、同様の効果を得ることができる。一方、上係合部および下係合部の形状も、上述の実施の形態のような外開きのテーパ面でなくともよく、ボールプランジャのような転動体や上記球状ないしは突起状の部材などの被係合要素に応じた形状であれば、すり鉢状でもよいし、単なる丸穴や、Ｕ字にカットされた形状であってもよい。
【００６１】
上述の実施の形態では、第１連結部材１００とロードセル５１とは別体のものであるが、一体のものとして構成されてもよい。この場合の方が、構造が単純で安価となる。一方、本実施の形態のように別体のものとして設けることにより、要求されるセンサの保護の程度、例えば耐荷重の程度や作用するモーメントの許容範囲などに応じて、連結機構５３に種々のバリエーションを実現することができる。
【００６２】
上述の実施の形態では、重量検査装置１はロードセル５１を備えるものであったが、これに代わり、例えば、図９に示すようなフォースバランスセンサ４００を備える態様であってもよい。この場合、固定端４０１ａおよびヨーク４０２の底部が筐体３の内部底面３ａに固設され、自由端４０１ｂに第１連結部材１００が固設されることになる。
【００６３】
また、上述の実施の形態では、重量検査装置に重量センサが備わる態様について説明したが、本発明に係る重量センサは、重量を計量する装置に一般的に適用可能である。例えば組合せ計量装置や、流通分野で用いられる計量包装値付装置などの重量センサとして、本発明に係る重量センサを用いることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明によれば、被負荷部に過負荷がかかった場合には被負荷部がセンサ部から離脱するので、センサ部へ過負荷が伝達されることがなく、センサ部を過負荷から確実に保護することができる。離脱する際には、第１の弾性部材が無負荷時の弾性力に相当する付勢力（予圧）が解放される反動で被負荷部が大きく離脱するので、過負荷がかかったことを容易に確認することができる。また、第１の弾性部材に与える付勢の程度によって、負荷の臨界を容易かつ正確に調整できる。また、第１と第２の係合要素を係合させつつブロック体の押圧面をセンサ部の被押圧面に対し押圧するので、適正な重量負荷を受ける場合の被負荷部とセンサ部との連結がより安定する一方で、被負荷部に過負荷がかかった場合には被負荷部がセンサ部から離脱するので、センサ部を過負荷から確実に保護することができる。また、第１および第２の係合要素の構造によって、負荷の臨界を調整することができる。また、転動体が斜面に沿って転動することによって重量負荷の一部を付勢対抗力に転換できるとともに、被負荷部にかかった負荷に応じて、転動体の転動接点が斜面に接触しつつ転動するので、摩擦の影響が低減され、過負荷がかかった際の被負荷部の離脱の確実性が高まる。
【００６７】
また、請求項２の発明によれば、転動接点が穴部に嵌合することによって被負荷部がセンサ部に対し確実に位置決めされるともに、嵌合状態が解消されることが被負荷部に過負荷が生じたことを示すことになるので、過負荷がかかったことを容易に確認することができる。
【００６８】
また、請求項３の発明によれば、被負荷部の負荷によって第１の弾性部材の基準付勢力を越える付勢対抗力が発生する場合には、その付勢対抗力に応じて第２の係合要素が第１の係合要素に対して斜め下方向に変位するとともにブロック体もそれに応じて変位するため、センサ部へ過負荷が伝達されることがなく、重量センサを過負荷から確実に保護することができる。また、第１の弾性部材に与える付勢の程度によって、負荷の臨界を調整できる。
【００６９】
また、請求項４の発明によれば、負荷の大きさに応じて転動体の接触部位が穴部のテーパ面に沿って転動しつつ変位してゆくが、ある臨界を越えると転動体がテーパ面を登り終えて穴部から飛び出し、センサ部の側面に沿った方向に落ちる。すなわち、負荷が臨界を越えると上下方向についてブロック体がセンサ部から実質的に離脱した状態になり、センサ部の保護をさらに確実に行うことができる。
【００７０】
また、請求項５の発明によれば、被負荷部への重量負荷が臨界に達するまでの範囲では、第２の弾性部材に生じる弾性力によって転動接触部位がより確実にセンサ部の第１の係合要素に対し押圧されるので、穴部の内面に沿った転動体の動きの追随性が高くなる。一方、臨界を越えた場合には、第２の弾性部材が弾性力によって与えている予圧が解放される反動で、転動接触部位が確実にセンサ部の第１の係合要素から離脱する。
【００７１】
また、請求項６の発明によれば、センサ部の側面の直上位置において被負荷部に重量負荷がかかる場合であっても、被負荷部が離脱する重量負荷について、他の場合と略同一の臨界を定めることができる。
【００７２】
また、請求項７の発明によれば、単純な構造で、被負荷部を安定に保持することができる。
【００７３】
また、請求項８の発明によれば、省スペース化を実現しつつ、被負荷部を安定に保持することができる。
【００７４】
また、請求項９の発明によれば、センサ部の変位を精密に管理することなく、重量センサを過負荷から保護することができる。
【００７５】
また、請求項１０の発明によれば、計量載置面に対し重量負荷が作用する際の臨界値を、計量載置面の両端部で同じにすることができる。これにより重量センサの剛性がより高くなる。あるいは、被負荷部に対し重量負荷がかかる位置に偏在がある場合でも、これに適応した保持力を得るように、被負荷部を保持することができる。
【００７６】
また、請求項１１の発明によれば、物品を搬送しつつ計量を行う際に生じるコンベヤの振動や、コンベヤへの外力の作用等に起因する過負荷から、センサ部を保護しつつ、連続的な計量を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】重量検査装置１の外観斜視図である。
【図２】重量検査装置１の側面図である。
【図３】連結機構５３の構成を示す断面図である。
【図４】第１連結部材１００を概略的に示す斜視図である。
【図５】貫通穴１０３の高さ方向の配置について説明する図である。
【図６】搬送部２に下向きの重量負荷が加わる場合について説明する図である。
【図７】搬送部２に下向きの重量負荷が加わる場合について説明する図である。
【図８】搬送部２に下向きの重量負荷が加わる場合について説明する図である。
【図９】フォースバランスセンサ４００が備わる場合について説明する図である。
【符号の説明】
１ 重量検査装置
２ 搬送部
３ 筐体
３ａ 内部底面
４ 支持ブラケット
５ 荷重検出部
６ 駆動部
７ 連結手段
８ａ、８ｂ 支持脚
２１ コンベヤフレーム
２２ 無端ベルト
２３ 従動ローラ
２４ 連結ピン
３１ ダイヤフラム
５１ ロードセル
５１ｂ 自由端
５２ 取付部材
５３ 連結機構
６１ モータ
６２ タイミングベルト
６３ モータボックス
６４ 駆動ローラ
１００ 第１連結部材
１００ａ、２００ａ 連結面
１００ｂ 固設面
１０３、２０１、２０２、２０３ 貫通穴
１０４ 上係合部
１０５ 下係合部
２００ 第２連結部材
２００ｂ 予圧面
２０４ ボールプランジャ
２０４ｂ、２０５ｂ ボール
２０４ｓ、２０５ｓ バネ
２０５ 下係合部
３００ 予圧手段
３０１ 支軸部材
３０２ 皿バネ
４００ フォースバランスセンサ
Ｆ０ 付勢力
Ｆｃ （負荷の）臨界値

Claims (11)

1. 物品の重量を計測する重量センサであって、
   ａ）前記物品からの重量負荷を受ける被負荷部と、
   ｂ）重量負荷に応じた信号を発するセンサ部と、
   ｃ）前記被負荷部を前記センサ部の側面に連結する連結機構であって、
   c-1) 第１の弾性部材と、
   c-2) 前記被負荷部を保持するブロック体と、
   を備え、前記第１の弾性部材によって付勢されることにより、前記ブロック体の押圧面が、前記センサ部の前記側面を被押圧面として押圧する連結機構と、
   を備え、
   重量負荷に応じて生じた、前記第１の弾性部材からの付勢力に逆らう付勢対抗力が、前記第１の弾性部材からの臨界付勢力を越えたときに、前記センサ部に対する前記ブロック体の拘束が解除され、
   前記被押圧面には、転動体及び当該転動体の転動接点と接する斜面の一方を含む第１の係合要素が形成されており、
   前記ブロック体には、前記転動体及び前記斜面の他方を含む、前記第１の係合要素に対して係合可能な第２の係合要素が設けられており、
   前記第１の弾性部材は、前記第１と第２の係合要素を互いに係合させた状態で、前記ブロック体を前記センサ部の前記被押圧面に向けて付勢し、
   前記第１と第２の係合要素の組み合わせは、当該係合部位に加わる重量負荷によって前記転動体が前記斜面に沿って転動することによって、当該重量負荷の少なくとも一部を、前記付勢対抗力へと転換する力学的転換構造を形成しており、
   かつ、
   重量負荷に応じて生じた前記付勢対抗力が、前記第１の弾性部材からの臨界付勢力を越えたときに前記第１の係合要素が前記第２の係合要素から離脱し、それによって前記センサ部に対する前記ブロック体の上下方向の拘束が解除されることを特徴とする重量センサ。
2. 請求項１に記載の重量センサであって、
   前記第１の係合要素は、内面が前記斜面となっている穴部であることを特徴とする重量センサ。
3. 物品の重量を計測する重量センサであって、
   a) 前記物品からの重量負荷を受ける被負荷部と、
   b) 重量負荷に応じた信号を発するセンサ部と、
   c) 前記被負荷部を前記センサ部の側面に連結する連結機構であって、
   c-1) 前記被負荷部を保持するとともに、前記センサ部の前記側面に形成した第１の係合要素に対して斜め係合する第２の係合要素が設けられたブロック体と、
   c-2) 前記第１と第２の係合要素を互いに係合させた状態で、前記ブロック体を前記センサ部の前記側面に向けて基準付勢力で付勢する第１の弾性部材と、
   を有する連結機構と、
   を備え、
   前記第１と第２の係合要素の組み合わせは、当該係合部位に加わる重量負荷の一部を、前記第１の弾性部材からの付勢力に逆らう付勢対抗力へと転換することによって、前記第１の係合要素に対して前記第２の係合要素を前記側面に対して斜め下方向に変位させる力学的構造を形成しており、
   前記付勢対抗力が前記基準付勢力を越えたときに、当該付勢対抗力と前記基準付勢力との差に応じて前記ブロック体が前記センサ部から前記斜め下方向に変位することを特徴とする重量センサ。
4. 請求項３に記載の重量センサであって、
   前記第１の係合要素が外開きのテーパ面を持つ穴部であるとともに、当該穴部が前記センサ部の側面に形成されており、
   前記第２の係合要素が、前記テーパ面に接触する転動体を備えて構成されており、
   前記テーパ面に沿って前記転動体が所定の転動部位で接触しつつ転動することに伴って、前記斜め下方向へ前記ブロック体が変位することを特徴とする重量センサ。
5. 請求項２または請求項４に記載の重量センサであって、
   前記第２の係合要素が、
   前記ブロック体と前記転動体との間に介挿され、前記転動体を前記センサ部に向かう方向に付勢する第２の弾性部材、
   を備えていることを特徴とする重量センサ。
6. 請求項２または請求項４に記載の重量センサであって、
   前記第１係合要素が、前記センサ部の前記側面の上下端部の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする重量センサ。
7. 請求項５に記載の重量センサであって、
   前記ブロック体と前記センサ部とにはそれぞれ貫通穴が設けられており、
   前記第１の弾性部材は、それぞれの前記貫通穴に挿嵌された支軸部材に環装されており、
   かつ、
   前記支軸部材をそれぞれの前記貫通穴に挿嵌した状態で、前記センサ部と前記第１の弾性部材とが前記ブロック体を挟持していることを特徴とする重量センサ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の重量センサであって、
   前記第１の弾性部材が環状の皿バネであることを特徴とする重量センサ。
9. 支持構造で支持された計量載置面上に存在する物品の重量を検査する装置であって、
   前記支持機構が、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の重量センサの被負荷部に連結されており、
   前記重量センサが前記物品の重量計測手段として用いられることを特徴とする重量検査装置。
10. 請求項９に記載の重量検査装置であって、
    前記計量載置面が略水平とされているとともに、
    前記被負荷部が前記支持機構を介して前記計量載置面の所定位置を下方から支持しており、
    前記ブロック体の所定高さに前記第１の弾性部材が結合している一方で、
    前記第２の係合要素は、上下方向において前記所定位置を挟む第１位置と第２位置とに分かれて複数個が設けられており、
    前記所定位置から前記第１位置までの第１距離Ｄ 1 と、前記所定位置から前記第２位置までの第２距離Ｄ 2 との比（Ｄ 1 ／Ｄ 2 ）が、
    水平方向における前記計量載置面の両端位置と、前記所定位置とのそれぞれの間の水平距離Ｌ 1 ，Ｌ 2 の比（Ｌ 1 ／Ｌ 2 ）に応じて決定されていることを特徴とする重量検査装置。
11. 請求項９または請求項１０に記載の重量検査装置であって、
    前記計量載置面がコンベヤとなっており、前記コンベヤによって前記物品を搬送しつつ前記物品の重量を検査する装置として構成されていることを特徴とする重量検査装置。

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