JP4606534B2

JP4606534B2 - 多目的ブロック部材

Info

Publication number: JP4606534B2
Application number: JP33923599A
Authority: JP
Inventors: 栄一吉田; 恭平大山; 直人出雲
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Co Ltd
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001153716A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロバーバル機構として或いはロードセル用起歪体として使用される電子秤用の多目的ブロック部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子式秤と総称される電磁平行式秤量装置、静電容量式秤量装置、ロードセル式秤量装置（電気抵抗線式秤量装置）等においては、装置に負荷された荷重を荷重測定部に伝達する機構を案内する目的でロバーバル機構が設けられていることが多い。ロバーバル機構は複数の部材をばね材で接続することより四辺形を形成する構造が従来より実施されているが、最近では一体的に形成されたロバーバル機構も用いられるようになっている。この一体型ロバーバル機構は秤量装置の小型化に対応できる等の理由により最近特に多用されるようになってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図３は従来の一体型ロバーバル機構として構成されたブロック部材を示す。このブロック部材はロードセル式秤に多用される起歪体の形状と同じ形状に形成されており、従ってロードセル式秤においては、各薄肉部に歪みゲージを形成し、これら歪みゲージからの電気的出力により荷重計測用の起歪体として利用することが可能なものである。
【０００４】
矢印２０はロバーバル機構として作動可能な起歪体を示し、同起歪体２０は全体が略直方体に形成され、中央の連通空間部２１を介して両端に長円状の空間部２２、２２が形成された構成となっている。
【０００５】
この長円状空間部２２、２２が形成されることよりこの長円状空間部２２、２２の上下の部分は起歪体２０の肉厚が他の部分よりも薄く形成された薄肉部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄとなっている。このように構成された起歪体２０の一端２０ａが固定されて起歪体２０全体が片持に支持され、固定部と対向する側の端面２０ｂに対して直交する方向から加重Ｗ（図４参照）が負荷される構成となっている。
【０００６】
図４は起歪体２０がロバーバル機構として作動する際の理想的変形状態を示す。即ち荷重Ｗが負荷されると、その荷重により起歪体２０は変形するわけであるが、対向する端面２０ｂがその荷重に対応した移動量Ｌをもって固定端２０ａに対して平行移動するよう変形することが理想的であり、このように理想的に変形すれば荷重Ｗは荷重測定機構に対して極めて正確に伝達することができる。
【０００７】
図５は荷重Ｗが負荷された場合の起歪体２０各部の変形状態を、また図６は起歪体２０全体の変形状態を概念的に示している。先ず図６に示すように起歪体２０は固定端２０ａにおいて全体が片持に支持されているため、他端２０ｂ側に荷重Ｗが負荷されるとこの固定端２０ａにおいて全荷重を支持することになる。このため起歪体２０に対して上記荷重はモーメント荷重として作用することになり、図示の如く荷重Ｗの負荷側が下降する形で全体が弓なりに変形しようとする。この結果、起歪体２０の上面には引っ張り力−Ｐが、また下面には圧縮力＋Ｐが作用する。
【０００８】
片持構造の起歪体２０全体に対しては上述のような力が加わるわけであるが、起歪体には図示の如く薄肉部が形成されているため、上記変形力−Ｐ、＋Ｐは各薄肉部に対してそれぞれ異なった作用を行うことになる。即ち、起歪体２０の上面においては薄肉部２３ａは前記引っ張り力−Ｐによって引っ張り力−ｐａが生じるが、薄肉部２３ｃでは起歪体２０全体がロバーバルとして変形するために、逆に圧縮力＋ｐｃとして作用することになる。
【０００９】
また起歪体２０の下面では薄肉部２３ｂに対しては圧縮力＋ｐｂが、また薄肉部２３ｄにおいては引っ張り力−ｐｄが作用することになる。更に、起歪体２０は前述の如く片持であるため、荷重Ｗは起歪体２０に対してモーメント荷重として作用する。このためモーメントアームの長い起歪体取付基部側の薄肉部２３ａ、２３ｂに対しては大きく、またモーメントアームの短い薄肉部２３ｃ、２３ｄに小さく作用することになる。この結果薄肉部各部の力は、同じ荷重による引っ張り力であっても−ｐａ＞−ｐｄとなり、また同じ荷重による圧縮力であっても＋ｐｂ＞＋ｐｃとなる。
【００１０】
以上の構成の起歪体２０において、この起歪体２０を高性能な電子秤のロバーバル機構として利用する場合には、各薄肉部２３ａ〜２３ｄの肉厚は非常に薄く形成する必要がある。このため、各薄肉部に対する荷重の影響はより微妙となり、然も各薄肉部には上述のようにそれぞれ異なる応力が生じ、かつ各応力が複雑に影響し合うことによって、結果的には調整前の秤量機構における四隅誤差は前後左右無秩序に発生することになる。このため、四隅調整に当たってはこのように無秩序に発生する誤差に対応して、その調整対象となる薄肉部を選択し、かつ当該薄肉部の調整箇所を定めて減肉調整する必要があり、その調整には複雑な調整治具が必要となったり、或いはどの箇所を調整すべきかを決定するのに長い経験と熟練を必要とする。
【００１１】
また分解能の高い秤量装置では、センサを保護する筐体内に起歪体２０を固定した状態で誤差調整を行うため、調整治具の配置スペースが確保できないなど、調整の自動化は困難であり、やすり等の調整工具が秤量皿と干渉する等して人手で実施する場合においても調整作業は容易なものではない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点に鑑み構成されたものであり、薄肉部を変形部としてブロック内に平行四辺形が想定され、ロバーバル機構或いはロードセルとして機能可能に構成されたブロック部材において、４つの薄肉部のうち一つの薄肉部の形成位置を当該ブロック部材の上下方向において理想的な平行四辺形を構成する位置から敢えて変位させ、これによって当該ロバーバル機構における偏荷重による誤差、つまり四隅誤差の発生状態を予め設定し、この理想的位置から外れた位置の薄肉部のみを調整することにより、当該ロバーバル機構の四隅調整をおこなうよう構成した多目的ブロック部材である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
例えば電子秤のうちの電磁平衡式の秤量装置である電子天秤の場合、汎用品であっても工業製品として、他の計測装置に比較してその分解能は１０００倍或いはそれ以上を必要とする。具体的にはロードセル式秤量装置の分解能は数千分の一であるが、電磁平衡式の秤量装置である電子天秤におけるロバーバル機構として利用する場合にはその分解能は数千万分の１から数億分の１程度のきわめて高い分解能が要求される。
【００１４】
一般に、多量の部品を一度に製作する汎用部品の場合、機械による切削加工の精度は公差としてプラスマイナス０．０５mm程度が限界となる。製造コストを度外視すればこれ以上の精度を確保することは不可能ではないが、生産性及び経済性の観点からは産業界に広く使用される汎用天秤としての採用は非常に困難である。
【００１５】
本発明はブロック部材の設計及び製作段階においてこのような切削加工精度を考慮し、ロバーバルを構成する四辺形に対して特定の誤差を敢えて設定することにより、四隅誤差の発生方向を予め特定するよう構成し、ブロックの特定の部分のみを調整することにより四隅調整が可能なように構成されている。
【００１６】
まず、電子秤の荷重伝達機構を案内するロバーバル機構として、或いはロードセル用起歪体として一体型の多目的ブロック部材が構成される。
この多目的ブロック部材は例えば中央の連通空間部を介して両端に長円状の空間部が形成された構成とされ、この長円状の空間部によりブロック部材に対してブロック変形部として４か所の薄肉部がブロック部材の前後上下に形成される。
【００１７】
ロバーバル機構或いはロードセル用起歪体として構成される場合には前記上下の４か所の薄肉部の肉厚方向において、上部の薄肉部の肉厚の中間部を通過する仮想線及び、下部の薄肉部の肉厚の中間部を通過しかつ上部の仮想線と平行に位置する下部の仮想線、上下の薄肉部において上下仮想線を結ぶ鉛直方向の一対の高さ方向の仮想線により全体として平行四辺形が想定される。この仮想線による平行四辺形は図４に示されるように理想的な変形をする平行四辺形（理想的平行四辺形）であることが理想であるが、上述の理由によりこのような理想的平行四辺形を予め形成することは事実上不可能である。
【００１８】
本発明においてはこの想定される仮想平行四辺形に対して変更が加えられによう薄肉部が調整され、基本的にブロック部材の固定部側上部の薄肉部のみを調整することにより四隅誤差の調整が可能に構成される。
【００１９】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に示す。
図１において、矢印１は多目的ブロック部材を示す。図示の構成ではこの多目的ブロック部材１は、秤量物の荷重を伝達する部材（図示せず）の変位を案内する一体型のロバーバル機構（特に電磁平衡式秤量装置に用いる分解能が数千万から数億分の１のロバーバル機構）として構成されている。
【００２０】
多目的ブロック部材１は全体が略直方体に形成され、一端が固定部１Ａとして秤量装置の支持部材等の支持部６により片持支持され、かつ他端は荷重が負荷される荷重受け部１Ｂとなっている。この固定部１Ａと荷重受け部１Ｂとの間には次に示すような空間部が形成される。
【００２１】
即ち、中央の連通空間部２を介して両端に長円状の空間部３及び４が形成され、この長円状空間部３、４が形成されることより長円状空間部３、４の上下の部分は肉厚が他の部分よりも薄く形成された薄肉部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが形成されている。なお図示の構成には示されていないが、荷重伝達部材の支点や力点を形成するため、当該空間部に対して支点や力点となる部材の取付座を形成することももとより可能である。
【００２２】
上記の構成において上下の薄肉部のうち、５ａ、５ｂ、５ｄは同じ構成となり、かつ固定部１Ａ側上部の薄肉部５ｃのみ異なる構成要素を有している。
先ず各４か所の薄肉部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの肉厚ｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄは何れも同じ厚さとなるよう形成されているが、次の点において薄肉部５ｃのみ異なる構成要素を有している。
【００２３】
この点を先ず構成要素が共通の薄肉部５ａ、５ｂ、５ｄについて説明する。先ず下部の薄肉部５ｂ及び５ｄについて説明すると、下部の２箇所の薄肉部５ｂ、５ｄを形成する長円状空間部３、４の下部円弧部分と多目的ブロック部材１の下部端縁１ａとの距離は何れもＤ₁と等しく形成されている。この状態で前記下部円弧部分に対して多目的ブロック部材１の下部端縁１ａ側から同じ形状及び同じ深さのＲ型の凹所（以下「Ｒ部」とする）が形成されることにより下部の薄肉部５ｂ、５ｄの肉厚ｔｂ、ｔｄが等しくなるよう構成されている。この結果、各薄肉部５ｂ、５ｄの肉厚ｔｂ、ｔｄの中間部を通過する仮想線（以下この仮想線を「下部ロバーバル直線」とする）は一つの直線Ｌ１で表される。
【００２４】
同様に荷重受け部１Ｂ側上部の薄肉部５ａも前記下部の薄肉部５ｂ、５ｄと全く同じ構成となっている。即ち、長円状空間部３の上部円弧部分と多目的ブロック部材１の上部端縁との距離Ｄ₂が前記距離Ｄ₁と等しくなるよう形成され、かつブロック部材１の上部端縁１ｂ側から長円状空間部３の上部円弧部分に対して前記Ｒ部と同形同大のＲ部が形成されることにより当該薄肉部の肉厚ｔａは前記下部薄肉部５ｂ、５ｄの肉厚ｔｂ、ｔｄと等しい肉厚となっている。この薄肉部５ａの肉厚の中間部を通過する仮想線を上部第１ロバーバル直線Ｌ２とする。またこれら下部ロバーバル直線Ｌ１と上部第１ロバーバル直線Ｌ２との距離を前部ロバーバル高さｈ₁とする。
【００２５】
一方、固定部１Ａ側の上部薄肉部５ｃは次の構成となっている。先ず長円状空間部４の上部円弧部は前記の各薄肉部５ａ、５ｂ、５ｄに比較して円弧部がブロック部材１の上部端縁１ｂ側に移動している。つまり円弧部が他の薄肉部に比較してブロック部材の端縁（上部端縁１ｂ）に近接している。この状態で、肉厚ｔｃが前記各薄肉部の肉厚ｔａ、ｔｂ、ｔｄと等しくなるよう当該薄肉部５ｃのＲ部は浅く形成されている。この結果当該薄肉部５ｃの肉厚ｔｃの中間に位置する仮想線（「上部第２ロバーバル直線」とする）Ｌ３は、肉厚ｔｃが他の薄肉部の肉厚と等しいにも係わらず、前記上部第１ロバーバル直線Ｌ１に対して距離Ｄ₃をもってブロック部材１の上部端縁１ｂ側に変位することになる。なお、内容の理解を助けるため図面上ではこの距離Ｄ₃は大きく表示しているが実際には極めて僅かな量である。例えば分解能が１／６０万程度と、電子天秤としては分解能の低い部類の電子天秤のロバーバル機構として用いる場合であってもＤ₃の値は０．０５mm程度の僅かな量である。より高い分解能の電子天秤であれば０．００５mm程度等とその値はより僅かな値となる。
【００２６】
以上のようにしてロバーバル機構として作用する多目的ブロック部材１を構成し、このブロック部材１を用いた電磁平行式秤量装置を構成して秤量皿７に対する荷重Ｗを偏置してその特性を試験したところ、秤量皿７に対する荷重Ｗの偏置による当該荷重Ｗの測定値は、秤量皿７の前方、即ち秤量皿７の荷重受け部１に対する接続部を起点として固定部１Ａから離間する方向に質量Ｗの荷重を負荷した場合には当該荷重の質量Ｗよりも少ない値Ｗａで表示され、かつ後方、即ち即ち秤量皿７の荷重受け部１に対する接続部を起点として固定部１Ａに接近する方向に負荷した場合には当該荷重は当該荷重の質量Ｗよりも多い値Ｗｂで表示される特性が、このブロック部材に対して予め付与されていることが確認された。
【００２７】
つまり、薄肉部５ｃという一か所の対象に対して減肉加工を施すだけで、他の薄肉部には加工を施すことなく四隅調整が可能となる。高性能な電子秤ではロバーバル機構とこれを支持する部材等との微妙な取り合わせを前提として調整する必要があるため、本来ロバーバル機構を装置の筐体内に組み込んだ状態で調整をせざるを得ないが、この場合当該上部薄肉部５ｃ以外の薄肉部の調整を行うとすれば、筐体の底板部側面壁との干渉、或いは秤量皿７や図示しない秤量皿の保持部材等との干渉等によってその調整作業は困難でありかつ極めて制約されたものとなる。
上記の構成とすることにより、調整部は筐体の底板や秤量皿７との干渉がない上部の薄肉部５ｂの上面部に限定されるためその調整は極めて容易になる。
【００２８】
図２は第２の実施例を示す。
図中薄肉部５ａ、５ｂ、５ｄの肉厚ｔａ、ｔｂ、ｔｄは同じ厚さに形成されている。この結果、ブロック部材１の下部側薄肉部５ｂ、５ｄには前記実施例と同様の共通の下部ロバーバル直線Ｌ１が想定され、かつ上部薄肉部５ａに対しても上部第１ロバーバル直線Ｌ２が想定される。
【００２９】
一方上部薄肉部５ｃのみ、その肉厚ｔｃが他の薄肉部よりも薄く形成され、この結果前記実施例と同様上部第２ロバーバル直線Ｌ３が形成され、結果的には前記実施例と同様、下部ロバーバル直線Ｌ１に対して高さｈ₁、ｈ₂の異なる第１、第２上部ロバーバル直線Ｌ２、Ｌ３が形成されることになる。この様に、本実施例の場合も前記実施例と同様のロバーバル直線が想定されるため、その特性も質量Ｗの荷重を秤量皿７の前方に偏置したときには質量Ｗよりも少なく、また後方に偏置したときには質量Ｗよりも多く表示される特性を有する。従ってその調整も前記実施例と同様、固定部１Ａ側の上部薄肉部５ｃを減肉加工することにより調整可能となる。
【００３０】
以上、多目的ブロック部材をロバーバル機構として使用する場合を例に本発明を説明したが、ロードセル用起歪体として使用する場合の四隅調整も全く同様である。
【００３１】
【発明の効果】
以上各実施例により本発明を説明したように、本発明によれば多目的ブロック部材のうち、四隅調整の際に調整を行うべき薄肉部を予め特定できるため、この薄肉部を、調整作業が最も容易な位置にある薄肉部とすることができる。このため一か所の薄肉部の調整でしかもその調整を行う薄肉部は調整が最も容易な薄肉部としてあるので、従来に比較して調整作業は極めて容易になると共に、加工機の配置も容易となるため、加工機を用いた自動調整も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す多目的ブロック部材の側面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す多目的ブロック部材の側面図である。
【図３】従来のブロック型ロバーバル機構を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】上記ブロック型ロバーバル機構の理想的変形状態を示す側面図である。
【図５】上記ブロック型ロバーバル機構の実際の変形状態を示す側面図である。
【図６】図５に示す変形とブロックに生じる応力を概念的に示す概略図である。
【符号の説明】
１多目的ブロック部材
１Ａ固定部
１Ｂ荷重受け部
１ａ下部端縁
１ｂ上部端縁
２連通空間部
３、４長円状空間部
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ薄肉部
７秤量皿
Ｌ１下部ロバーバル直線
Ｌ２上部第１ロバーバル直線
Ｌ３上部第２ロバーバル直線
ｈ₁ 下部ロバーバル直線Ｌ１に対する上部第１ロバーバル直線Ｌ２の高さ
ｈ₂ 下部ロバーバル直線Ｌ１に対する上部第２ロバーバル直線Ｌ３の高さ
ｔａ薄肉部５ａの肉厚
ｔｂ薄肉部５ｂの肉厚
ｔｃ薄肉部５ｃの肉厚
ｔｄ薄肉部５ｄの肉厚
Ｗ荷重

Claims

電子秤のロバーバル機構或いはロードセル用起歪体として機能するよう構成された一体型のブロック部材であり、かつ上下四箇所に薄肉部が形成されかつこれら薄肉部に対して歪みゲージを取り付けることによりこの薄肉部を変形部とする起歪体として機能し各起歪体からの電気的出力により負荷された荷重の値を表示手段において表示にするよう構成したブロック部材において、ブロック部材（１）の荷重受け部（１Ｂ）側の上下に薄肉部（５ａ）、（５ｂ）が、また固定部（１Ａ）側の上下に薄肉部（５ｃ）、（５ｄ）がそれぞれ形成され、各薄肉部の肉厚（ｔａ）、（ｔｂ）、（ｔｃ）（ｔｄ）は等しく形成され、かつ荷重受け部（１Ｂ）側の下部の薄肉部（５ｂ）、固定部（１Ａ）側の下部の薄肉部（５ｄ）はその肉厚の中間部を通過する直線（Ｌ１）を共有し、かつ上部の薄肉部のうち荷重受け部（１Ｂ）側の薄肉部（５ａ）の肉厚の中間を通過する直線（Ｌ２）対して固定部（１Ａ）側の薄肉部（５ｃ）の肉厚の中間を通過する直線（Ｌ３）は距離（Ｄ₃）を以て前記直線（Ｌ２）よりも上方に変位するようこれら薄肉部（５ａ）、（５ｃ）が形成され、薄肉部（５ａ）乃至（５ｄ）により形成される平行四辺形は、対向する辺が全く等しい理想的平行四辺形における４個の頂点に対応する薄肉部のうち予め薄肉部（５ｃ）が理想的平行四辺形の頂点の位置から変位するよう構成し、秤量皿（７）は前記荷重受け部（１Ｂ）に取り付けられ、当該秤量皿（７）はこれにより秤量皿（７）に負荷された荷重（Ｗ）が、当該秤量皿（７）の前方の位置、即ち秤量皿７の荷重受け部（１Ｂ）に対する接続部を起点として固定部（１Ａ）から離間する方向の位置に配置された時は実際の荷重（Ｗ）の質量よりも少ない値（Ｗａ）を表示し、かつ秤量皿の後方の位置、即ち秤量皿（７）の荷重受け部（１Ｂ）に対する接続部を起点として固定部（１Ａ）に接近する方向の位置に配置された時は実際の荷重（Ｗ）の質量よりも大きい値（Ｗｂ）を表示するよう予めブロック部材に特性が与えられ、前記薄肉部（５ｃ）のみを調整することにより前記表示（Ｗａ）又は（Ｗｂ）を適正な値（Ｗ）と同等にするよう構成されたことを特徴とする多目的ブロック部材。