JP4263573B2 - 小物品の重量測定用装置 - Google Patents

Description

本発明は小物品の計量に関する。

本発明は、特に、小さな物体が鉗子によって保持されている間の鉗子の振動または振動周波数を、物体を保持せずに振動する際の空の鉗子の振動周波数と比較することによって小さな物体の重量を決定するための装置を提供する。本発明の装置は主として、宝石用原石、貴金属から製造された小物品、及びダイヤモンドの計量を目的とする。

以下の記載における「石」という用語は、研磨済または未加工の宝石用原石またはダイヤモンドの何れかを指すと解釈される。

石の計量用または寸法選別用として知られている機器には、１組の錘を伴う機械式皿秤が含まれ、これは計量に時間がかかり扱いにくいが、いまだに市販されている。

未加工のダイヤモンドは、例えばイスラエル特許第１１９８６７号明細書に見られるように、多数の正確な穴部を有する一連の円板によって選別されることができる。

石を計量するための多様な電子秤が市販されている。ベルギー、アントワープのルービン・アンド・サン（Ｒｕｂｉｎ ａｎｄ Ｓｏｎ）社による「ダイヤモンド及び宝飾品取引用備品及び器具（“Ｓｕｐｐｌｉｅｓ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｊｅｗｅｌｒｙ Ｔｒａｄｅ”）」と題するカタログは、一連の電池式携帯用デジタル秤を特集しており、それらの中にはポケットに入れて持ち運べる小型のものもある。秤の精度は全体的な測定対象範囲に依存する。最大測定重量５０グラムの秤の場合、公称精度は０．１グラムである。最大測定重量１２００グラムの秤は５グラムの精度を有する。この精度は多くの石を一緒に計量する場合には許容可能なものである。１つの小さな石を計量する場合、この精度で間に合うことはまずないだろう。

マークウィス（Ｍａｒｑｕｉｓ）他は、米国特許第４，８４５，６４６号明細書で、石の寸法を測定し、石の形状に関するユーザ入力に関連付け、それに基づいて重量を計算する装置を開示している。石の奥行きと密度とのどちらも考慮していないため、明らかに計算結果には誤差の余地がある。

ある質量を柔軟に支持して振動するよう設定すると、振動の周波数は、初期変位の大小、システムの制動の軽重に関わらず変化しない。しかし、支持される質量が増大すると振動の周波数は減少する。本発明の目的にとって有意なことに、この関係は、周波数が、係数／質量^１／２に、比例するという記述によって表される種類のものである。

すなわち、周波数は質量の変化に非常に敏感である。両辺を自乗すると、周波数の自乗が質量に反比例することが明らかになる。例えば、質量が３倍増大すると、周波数は９分の１に減少する。このように、質量測定の基礎として周波数を測定する利点は容易に理解される。

慣性式機構を使用する装置は全て質量単位で測定される結果をもたらすが、製造業者、販売業者及び購入者が関心を持つのは（グラム、オンス、カラットまたはポイント単位の）石の重量であって質量ではない。実際の測定は全て重力による加速度が同じ場所でなされると仮定すれば、重量は質量に正比例させることができ、質量から容易かつ自動的に計算できる。

ウィズネル（Ｗｉｔｈｎｅｌｌ）他は、米国特許第３，５９５，３２９号明細書で、基準錠剤に対する錠剤の重量を検査する計量装置を開示している。検査される錠剤の慣性は、電気機械式振動器が付与するエネルギーからもたらされる振動の振幅から推定される。周波数測定は行われない。

ポートマン・ジュニア（Ｐｏｒｔｍａｎ，Ｊｒ．）他によって米国特許第４，６２３，０３０号明細書で開示されている比率計量装置は圧電ドライバ及びレシーバを使用して、試料の一部を除去した後の試料の重量変化を決定する。振動装置はレシーバからの２つの交流出力を比較することによって操作され、加熱される前後に計量される滴下した石油製品中の残留炭素を決定するのに有用であると言われている。

周波数測定の利点は、ポッパー（Ｐｏｐｐｅｒ）が米国特許第６，３９７，６７８号明細書で物体、特にダイヤモンドを測定する方法を開示する際に利用されている。この開示は後に再度言及される。
米国特許第４，８４５，６４６号明細書 米国特許第３，５９５，３２９号明細書 米国特許第４，６２３，０３０号明細書 米国特許第６，３９７，６７８号明細書

従って、小さな物体用の従来技術の計量装置の制限を回避し、計量結果の精度を改善するために振動保持器の周波数測定を使用する装置を提供することが本発明の目的の１つである。

任意の形状または寸法の小さな石を確実に保持する計量装置を提供することが本発明のさらなる目的である。

どこでも使用でき、電力または減圧といった外部供給設備に依存しない十分に携帯可能な装置を提供することが本発明のさらなる目的である。

本発明は、装置によって保持される個々の物体の質量を測定し重量を計算するための装置において、近位部分と遠位部分とを有する鉗子であって近位部分が選択された物体を把持及び保持するよう適合される鉗子と、物体が鉗子によって保持されている間に鉗子の振動を開始するために鉗子と協働する手段と、物体が鉗子によって保持されている間に鉗子の振動周波数を測定し選択された物体の質量及び重量を計算するために空の鉗子の測定されたより高い振動周波数を利用する手段とを、有する装置を提供することによって上記の目的を達成する。

本発明の好適な実施形態では、物体の質量を測定し重量を計算するための装置であって、鉗子の振動周波数を測定する手段に、光エミッタ、光検出器、及び光を振動鉗子に伝達し収集された光入力を検出器に伝達するよう適合される複数の光ファイバといった光学手段が含まれる装置が提供される。

本発明の最も好適な実施形態では、物体の質量を測定し重量を計算するための装置であって、鉗子と、鉗子の振動を開始する手段と、物体が鉗子によって保持されている間に鉗子の振動周波数を測定する手段とが全て、鉗子によって保持される物体の計算された重量を示すディスプレイ手段をさらに有するユニット式の手持ち可能なハウジングに収容される装置が提供される。

特に好適な実施形態では、鉗子の振動は、ソレノイド・プランジャが鉗子に衝突することをもたらすソレノイドに加えられる瞬時電気パルスの印加によって開始される。

本発明のさらなる実施形態を以下説明する。

米国特許第６，３９７，６７８号明細書で、ポッパー（Ｐｏｐｐｅｒ）は、減圧によって振動プローブ端部上に保持される物体、特にダイヤモンドを測定する方法と装置を開示している。この装置は高速動作が可能であると言われている。

計量対象の石は不規則な形状なので、保持の信頼性は疑わしい。例えば、プローブが凹面または不規則な表面に接触する場合、空気の漏れが生じ計量される物体を把持できなくなる。その上、米国特許第６，３９７，６７８号明細書の図１の減圧穴直径６ｂを決定することが困難である。穴が大きければ、小さな石はすぐに減圧管路内に上向きに吸い込まれてしまう。穴が小さければ、石の保持は弱くて不確実になり、減圧管路は異物の粒子を吸い込むことによって簡単に詰まってしまう。減圧供給源に関しては、宝石細工人の仕事場では利用可能なこともあるが、他の場所では装置を動作させるのに携帯用減圧ポンプが必要となる。これと対照的に、本発明は動作のための減圧接続を必要としない。石の締め付けは機械式で確実であり、装置の対象範囲内のあらゆる寸法の石に適している。装置は携帯用製品として製造されることが可能であり、これは、減圧接続を提供しない場所が大部分であるため、移動が必要な販売員にとって重要である。

本発明の新規の装置は、振動する本体上に吊り下げられた質量に非常に敏感な周波数測定を利用することによって、特に４０〜１００ｍｇ（０．２〜０．５カラット）の範囲の小さな石を計量する場合、電子秤から得られるものより優れた結果をもたらすことが可能であることが理解されうる。

本装置には、測定の順序制御を処理し、周波数の変化をグラム、カラットまたはポイントに変換し、必要に応じて結果ディスプレイを駆動するようにプログラムされる市販のマイクロプロセッサが含まれる。

本装置の感度は、鉗子によって保持される石を追加すると振動周波数ができる限り大きく減少するように鉗子を可能な最小重量のものにすることによってさらに向上する。

ここで、本発明をさらに完全に理解できるように、いくつかの好適な実施形態に関して以下の例示図を参照しつつ説明する。

ここで図面を個別に詳細に参照すると、図示される細部は一例であって本発明の好適な実施形態の例示的な議論だけを目的としており、本発明の原理と概念的な態様の最も有用で容易に理解可能な説明を提供するために提示されるものであることを強調しておく。この点で、本発明の構造的な細部を本発明の根本的な理解のために必要とされる以上詳細に示そうとはしておらず、図面と共になされる説明によって、本発明のいくつかの形態をどのように実施するかが当業者には明らかである。

図１では、図３ａで示される小さな物体１２の質量を測定し重量を計算するための装置１０の十分に携帯可能な独立した実施形態が示されている。物体１２はハウジング１６を越えて延在する鉗子１４の近位部分１４ａ中に保持されることができる。鉗子１４の遠位部分１４ｂと、鉗子の振動を開始する手段と、物体１２が鉗子によって保持されている間に鉗子１４の振動周波数を測定する手段とは全てユニット式手持ち可能ハウジング１６に収容される。

ハウジング１６は、図３ａに示される計量対象の物体１２の挿入を可能にするように近位部分１４ａを開くために鉗子１４と相互作用する鉗子作動手段１８を支持する。作動手段１８に圧力をかけると鉗子１４は計量対象の物体を把持する。作動手段１８は、ハウジング１６の表面と開口部２２とを貫通する頭付きピンを有する。手段１８のボタンヘッド（頭部）は鉗子１４のアームを分離するようにばね付勢２４に反して押圧されることが可能である。

鉗子１４の振動は、ソレノイド・プランジャ２８が鉗子１４に衝突することをもたらす瞬時電気パルスをソレノイド２６に加えることによって開始される。

振動周波数を測定するために光学システムが使用される。ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）を含む光エミッタ及びレシーバ・ユニット３０は、第１の光ファイバ３２によって伝達され振動鉗子１４の反射領域３４に入射する光ビームを提供する。本実施形態では、反射領域３４は鉗子１４の下に取り付けられた鏡である。鏡は鉗子１４と共に振動し、振動運動のある部分の間に適切に位置合わせされた時だけ受け取った光を第２の光ファイバ３６に反射する。すなわち、第２の光ファイバ３６は断続的な光信号を受け取りそれをエミッタ−レシーバ・ユニット３０に伝達する。ユニット３０は光パルス間の時間を測定するように配置され、その情報は振動周波数を計算するマイクロプロセッサ３８に電子的に伝えられる。

ハウジング１６内に取り外し可能に保持された電池４０はコードレス動作を行うために必要な全ての電力を提供する。

残りの図面については、同様の部分を識別するために同様の参符が使用される。

図２では、前の図面で示されている１０と同様の装置４２が示されている。装置４２はさらに、装置によって保持される物体の計算された重量を示すための、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶ディスプレイ）のような一体型ディスプレイ手段４４を有する。また、ハウジング４６は、要求電力を必要最小限に低減し、装置が遊休状態になると数分後に電源を切るための電力管理ユニット４８を保持している。

ここで図３ａ及び図３ｂを参照すると、小さな物体１２の質量を測定し重量を計算するための装置のさらなる実施形態５２が示される。ハウジング５４は、鉗子５６を振動させる手段、本実施形態では圧電トランスミッタ６０と、周波数をマイクロプロセッサ６２に報告するために圧力波を電気信号に変換する圧電検出器５８とを覆っている。鉗子５６の遠位部分５６ａはハウジング５４内に堅固に取り付けられる。鉗子５６は、図２ｂに示されるようにばね５８と頭付きピン６８とによって通常開いた状態に保持され、指の圧力を使用者がボタン６４に加えることによって閉じられる。電力は可撓性ケーブル６６を通じて受け取られる。

ここで図４を参照すると、物体の質量を測定し重量を計算するための装置で使用可能な鉗子７０の実施形態が示される。鉗子７０は、曲げ付勢に反して互いに関して変位しそれによって計量対象の物体７２を把持及び保持するよう適合される２つのアーム７４から形成される近位部分を有する。鉗子の遠位部分７６は図の右側では中実本体として示されている。中実本体は、鉗子の振動に実質的に影響されずに、例えば図１のハウジング１６に容易に取り付けできるようにアーム７４のための良好な基部を提供する。鉗子のアーム７４と中実の遠位部分７６とは一体型ユニットとして形成される。アーム７４の基部７８は、鉗子の振動がこの形成された点に確実に定着されるように薄く形成される。

アーム７４は、アーム７４の間に挿入される非円形カム状偏心本体（図示せず）によって開かれ、この非円形本体は約９０°回転可能である。

鉗子７０は機械加工、焼流し鋳造または粉末冶金によって製造されることができる。

図５は、図面中で宝石用原石として示される物体８２の質量を測定し重量を計算するための装置で使用可能な鉗子８０のさらなる実施形態の詳細を示す。鉗子アーム８４は端部が物体配置要素８６となっている。物体配置要素８６はＶ型をしているので、把持された物体８２は鉗子８０の遠位部分（図示せず）から一定の距離に確実に保持される。計量対象の物体８２を正しく位置決めすることは正確な結果を得るために重要である。

図６は、図１で示された計量装置１０の前方部分を例示しており、研磨済ダイヤモンド８８を保持している鉗子１４の近位部分１４ａが示されている。

図７のブロック線図は、装置によって保持される個々の物体１２の質量を測定し重量を計算するための装置９０を表す。

選択された物体１２は近位部分９４ａと遠位部分９４ｂとを有する鉗子９４によって機械的に保持される。近位部分９４ａは物体１２を把持及び保持するように適合される。

圧電振動生成手段９６は鉗子９４に接触し、物体１２が鉗子によって保持されている間に鉗子の振動を開始する。選択的に、装置９０を制御するマイクロプロセッサ１００と圧電振動生成手段９６との間にバッファ９８が挿入される。圧電検出手段１０２は、物体１２が鉗子によって保持されている間に鉗子９４の振動周波数を測定する。空の鉗子９４の測定されたより高い振動周波数が予めマイクロプロセッサ・メモリに格納され、ここでそれを使用して物体１２の質量及び重量を計算する。信号処理１０４の後、例えば接続されたコンピュータの画面１０６上に結果が表示される。

代替的に本発明の装置は、結果を別個のコンピュータ装置に送信するためにそれ自体知られているＩＲＤＡ（赤外線通信関連）無線技術を備えることができる。

選択的に、マイクロプロセッサ１００は、動作の変更を希望する場合それを行うためにキーボード１０８及びＲＳ２３２コネクタ１１０に接続される。

電源が図１に示されるように電池４０である場合、電力管理ユニット１１２が追加され、要求電力を必要最小限に低減し、装置が遊休状態になると数分後に電源を切る。

ここで図８を参照すると、振動周波数を測定するために光学システムを使用する計量装置のさらなる好適な実施形態１１４の一部が示されている。

図面中で示される小型化発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源１１６は光検出器１１８に向けて光を放射する。ピンホール開口部１２２の開いたマスク素子１２０は鉗子１２４によって支持され、光源１１６と検出器１１８との間に配置される。鉗子１２４の振動の結果、光は検出器１１８に断続的に到達して、対応する検出器電気出力を生成しそれがマイクロプロセッサ３８に伝えられる。

図１に示される配置と同様、鉗子１２４の振動は、ソレノイド・プランジャ２８を鉗子１２４に衝突させることをもたらす瞬時電気パルスをソレノイド２６に加えることによって開始される。

当業者に明らかなように、本発明は前述の例示実施形態の細部に制限されるものではなく、本発明の精神または本質的な特質から逸脱することのない他の特有の形態で実施されてもよい。従って本実施形態はあらゆる面で例示的であって制限的でないとみなされるべきであり、本発明の範囲は前述の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の趣旨と等価の範囲内でなされる全ての変更は本発明に包含されるものと意図される。

振動周波数を測定するために光学システムを使用する、本発明による計量装置の好適な実施形態の断面図である。 一体型結果ディスプレイを含む、図１と同様の実施形態の正面図である。 図３ａ及び図３ｂは、圧電素子を使用する実施形態の概略図である。 鉗子のさらなる実施形態の正面図である。 端部が物体配置形態となる鉗子アームを示す詳細図である。 ダイヤモンドを把握している図１に示される鉗子の詳細図である。 データを入力する手段を有する実施形態のブロック線図である。 振動周波数を測定するために光学システムを使用する計量装置のさらなる好適な実施形態の一部分の断面図である。

符号の説明

１４…鉗子
１４ａ…近位部分
１４ｂ…遠位部分
１６…ハウジング
２６…ソレノイド
３８…マイクロプロセッサ

Claims (15)

1. 装置によって保持される個々の物体の質量を測定し重量を計算するための装置において、
   近位部分と遠位部分とを有する鉗子であって、前記近位部分が選択された物体を把持及び保持するように適合され、前記遠位部分が前記装置の一部に堅固に取り付けられる鉗子と、
   前記物体が前記鉗子によって保持されている間に前記鉗子の振動を開始するために前記鉗子と協働する手段と、
   前記物体が前記鉗子によって保持されている間に前記鉗子の振動周波数を測定し、選択された前記物体の質量及び重量を計算するために空の前記鉗子の測定された振動周波数を利用する手段とを有する、物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
2. さらに、少なくとも前記振動手段と前記測定手段とを覆うハウジングを有する、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
3. 前記鉗子の前記近位部分は前記ハウジングを越えて延在し、前記装置はさらに、把持目的で前記鉗子を開くために前記鉗子と相互作用する作動手段を有する、請求項２に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
4. 前記作動手段は、前記ハウジングの表面を貫通し前記鉗子のアームを分離するためにばね付勢に反して押圧されることが可能である頭付きピンを有する、請求項３に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
5. 前記鉗子の振動を開始する手段はソレノイド手段である、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
6. 前記鉗子の振動周波数を測定する手段は光学手段を有する、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
7. 前記光学手段は、光エミッタと、光検出器と、振動する前記鉗子に光を伝達し収集された光入力を前記検出器に伝達するように適合された複数の光ファイバとを有する、請求項６に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
8. 前記鉗子と、前記鉗子の振動を開始する手段と、前記物体が前記鉗子によって保持されている間に前記鉗子の振動周波数を測定する手段とが全て、前記鉗子によって保持される前記物体の計算された重量を示すためのディスプレイ手段をさらに有するユニット式手持ち可能ハウジング中に収容される、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
9. さらに、コードレス動作を行うための電力源を有する、請求項８に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
10. 前記鉗子の前記遠位部分は前記ハウジング内に堅固に取り付けられる、請求項２に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
11. 前記鉗子は、曲げ付勢に反して互いに関して変位しそれによって選択された物体を把持及び保持するように適合される２つのアームから形成される近位部分と、遠位部分とを有し、前記鉗子の前記アームと前記近位部分と前記遠位部分とが一体型ユニットとして形成される、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
12. 前記鉗子の前記近位部分は、把持された物体が前記鉗子の前記遠位部分から一定の距離に確実に保持されるようにする物体配置要素を備える、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
13. 前記物体が宝石用原石である、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
14. 前記鉗子の振動を開始する手段はソレノイド手段である、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。
15. 前記物体はダイヤモンドである、請求項１に記載の物体の質量を測定し重量を計算するための装置。

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