JP4820690B2 - 質量センサ - Google Patents

Description

この発明は、質量センサに関し、特に、ロバーバル機構と四隅調整機構とを備えた質量センサにおいて、小型化と計量精度を同時に改善する技術に関するものである。

質量を測定する計量器においては、秤量皿上の偏置誤差を解消するために四隅調整機構が付加されている。一方、この種の計量器に用いられる質量センサとしては、計量対象となる試料の実荷重を受ける荷重受け部材と、この荷重受け部材を支持する上下２セットで構成される概略板形状の一対の副桿と、その副桿を平行に固定支持する固定部とを有するロバーバルと呼ばれる機構を備えたものが知られており、固定部は、それ自身がケースなどに接続・固定される。

このようなロバーバル機構は、電磁平衡式天びん、歪みゲージを使用した電子天びん、静電容量の変化を利用するはかりなどの質量センサにも利用されている。ロバーバル機構の原理は、秤量皿上の偏置誤差により発生する皿軸に対する、偏置に基づくモーメント荷重を、副桿の面方向にベクトル分解し（上下副桿のそれぞれ水平方向への圧縮・引張り成分に分解し）、相互にキャンセルすることで、荷重検出部に対する垂直方向の荷重のみを伝達する機能を備えている。

この場合、水平方向へのモーメント荷重のベクトル分解時には、荷重受け部と荷重支持部における上下副桿の垂直方向での取付けピッチがそのまま四隅誤差となり、天びん，はかりの持つ分解能に比例して、副桿の取付け位置に求められる寸法精度は、ミクロン単位となる。この寸法調整を正確に行うために四隅調整機構が設けられている。

特に、分解能が１０万分の１を超える高精度な天びんでは、通常、荷重支持部に四隅誤差調整部を設置したり、荷重載置時に副桿に平行な変位を与えるために、予め設定された２箇所の薄肉部をやすったり、削ったりした四隅誤差の調整を行っている。

副桿薄肉部の寸法を微妙に調整する上記追加工方式では、加工により発生する摩擦熱により、計量表示に経時変化がおきるため、作業に熟練を必要とし、また、発生した摩擦熱の放熱を待つのに時間を要するなど、生産性に支障があった。さらに、作業が不可逆的になるため、調整に失敗すると、一定の部品廃棄が定常的に発生するなどの問題があった。

また、金属加工することで発生する微細な切粉が、精密な組み立て構造となる質量センサに入り込み、後加工でセンサ部の性能不良トラブルとなる問題もあった。

そこで、例えば、特許文献１〜３には、可逆調整が可能で、調整時に切粉などの発生がない四隅調整機構を固定部に設ける方式が提案されている。

しかしながら、これらの従来の方式には、以下に説明する技術的な課題があった。
実開平６−６２３２９号公報 実用新案登録第３００５４４２号公報 特開平８−２０１１５５号公報

すなわち、上記特許文献に開示されている方式では、ロバーバル寸法調整用のねじ、副桿の取り付け高さの変更が可能な可動構造部材と、可動構造部材の位置決めときのガタツキを防ぐためのバネとして機能する部材を必要とするが、これらを質量センサの固定部に設けるので、固定部が大きくなるという問題があった。

この場合、固定部には、四隅調整機構以外に、上下副桿の固定、質量センサをケースなどの構造部材に安定して接続・固定する機能なども要求されているため、より一層固定部が大きくなる。

固定部に要求される機能のうち、ケースなどの構造部材に接続・固定する部分には、秤量に相当する荷重を支持する剛性が要求され、また、これと同時に四隅調整機構部にも偏置荷重を最終的に支持できる剛性が必要となり、質量センサを小型化すると、これらが近接することもあって、１部品である固定部内での剛性の干渉により小型化が困難になること、剛性干渉により性能不良になるという問題が発生していた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、四隅調整機構と質量センサ固定部の剛性を完全に分離し、固定部の剛性干渉を排除することにより、四隅性能不良を回避しつつ小型化が達成できる計量器用質量センサを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、秤量皿上の偏置誤差を調整するロバーバル機構と、当該ロバーバル機構の上下方向の高さ調整を可逆的に可能とする四隅調整機構とを有するセンサブロックを備えた質量センサにおいて、前記センサブロックは、当該質量センサをケースなどの構造部材に固定する固定部と、前記四隅調整機構の一部を構成するアーム部であって、前記固定部の両側に配置され、前記固定部から延設されて片持ち梁状に支持されるアーム部と、前記アーム部の上面に形成され、前記ロバーバル機構の副桿の一端を支持する支持部とを備え、前記固定部と前記アーム部との間に、双方の剛性干渉を防止するスリット溝を設けた。

このように構成した質量センサによれば、センサブロックの固定部と四隅調整機構支持部との間に、双方の剛性干渉を防止するスリット溝をそれぞれ設けたので、固定部と四隅調整機構とを近接配置することができ、これにより小型化を達成することができる。

また、スリット溝により剛性が隔離され、高分解性能を背景としたミクロンレベルでの微妙な四隅調整と、荷重による固定部の変形歪みとが分離可能となる。このことにより、センサの幅方向の寸法圧縮が可能になり、小型化が達成される。

さらに、剛性をスリット溝により隔絶することにより、センサを調整治具から外して、ケースなどの構造部材に再固定しても、固定面の加工精度、固定強度による取付け歪みの影響が排除され、生産性の改善、市場へのセンサ単体での供給が可能になる。

請求項２の発明は請求項１において、前記スリット溝は、前記固定部の側面と前記アーム部の側面に沿って一直線状に形成されることを特徴とする。請求項３の発明は請求項１または２において、前記スリット溝は、深さが前記アーム部の上下方向の長さであることを特徴とする。

請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１において、前記四隅調整機構は、前記アーム部と、前記アーム部の基端に設けられた薄肉部と、前記アーム部を貫通するようにして螺着される四隅調整ネジと、前記アーム部の下面側に介装され、前記四隅調整ネジが内部に挿通される四隅バネとを備え、前記四隅調整ネジを回転することにより、前記四隅バネの付勢力に抗して、前記アーム部を上下移動させることができる。

請求項５の発明は請求項１〜４のいずれか１において、前記アーム部は下方に向けて段状に低くなるように形成されることを特徴とする。

本発明にかかる質量センサによれば、固定部の剛性干渉を排除することにより、性能不良を回避しつつ小型化が達成できる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図６は、本発明にかかる質量センサの一実施例を示している。これらの図に示した実施例は、本発明を電磁平衡式の質量センサに適用した場合を例示している。

これらの図に示した質量センサは、秤量皿上の偏置誤差を調整するロバーバル機構１２と、当該ロバーバル機構１２の上下方向の高さ調整を可逆的に可能とする四隅調整機構１４とを備えたセンサブロック１０を有しており、ロバーバル機構１２と四隅調整機構１４とが一体化された質量センサである。

センサブロック１０は、図３に示すように、概略平板状に形成された本体ブロック１５の一端側に配置され、上下方向に突出する固定部１６を有している。固定部１６は、質量センサ１０をケースなどの構造部材に固定する際に用いられるものである。固定部１６の両側には、ロバーバル機構１２の上，下副桿２０，２２の一端側を支持する上，下支持部１７，１８が設けられている。

固定部１６は、角筒形状に形成され、上端面が上方に突出していて、両端面には、センサブロック１０を固定する際に、ネジが螺着されるネジ孔が設けられている。上，下支持部１７，１８は、本実施例の場合、固定部１６の両側に一対ずつ配置されていて、合計４箇所設けられている。

上方側の一対の上支持部１７は、固定部１６の両側に隣接した位置にあって、固定部１６の上端面よりも一段低く形成されている。各支持部１７，１８は、ロバーバル機構部１２の後述する副桿２０，２２の端部が固定されるものであって、各支持部１７，１８には、副桿２０，２２の固定用ネジの螺着ネジ孔が設けられている。

本実施例の場合、上方側の上支持部１７は、ネジ孔が中心に穿設された正方形状の板状体から構成され、四隅調整機構１４の後述するアーム部２４の上面側に一体に配置されている。

ロバーバル機構１２は、秤量皿に載置された荷重を受承する浮き枠１９と、この浮き枠１９と対向するように配置された固定部１６と、浮き枠１９と固定部１６との間に、上下に配置された一対の平板状の上，下副桿２０、２２とから構成されている。

浮き枠１９は、角板状に形成された本体１９ａを有し、その上端面に図示省略の秤量皿の連結部材が固定され、本体１９ａの側面には、上下方向に間隔を置いて一対の突起１９ｂが突設されている。

各突起１９ｂには、上，下副桿２０，２２の左端側が固定され、この固定状態では、本体１９ａの上端側が、上副桿２０の上面よりも上方に突出するようになっている。

副桿２０，２２は、概略長方形の平板状に形成された本体部２０ａ，２２ａを有している。各本体部２０ａ，２２ａの四隅には、取付け用の貫通孔が穿設されると共に、一端側に浮き枠１９の挿通用角孔２０ｂ，２２ｂが穿設されている。なお、上副桿２０に設けられた２個の貫通円孔２０ｃは、後述する四隅調整ネジ１４ｄの挿通用の孔である。

また、各副桿２０，２２の本体部２０ａ，２２ａの両端側には、それぞれ４箇の薄肉部２０ｄ，２２ｄが設けられており、浮き枠１９側の薄肉部２０ｄ，２２ｄは、副桿２０，２２の取付け状態において、浮き枠１９の荷重受承点と一致するようになっている。

一方、四隅調整機構１４は、図５，６に断面を示すように、固定部１６の一端から一体に延設されたアーム部１４ａと、アーム部１４ａを支持する基部１４ｂと、アーム部１４ａの基端側に設けられた薄肉部１４ｃとを有し、アーム部１４ａは、基部１４ｂにより片持ち梁状に支持されている。

アーム部１４ａには、これを貫通するようにして螺着される四隅調整ネジ１４ｄが設けられ、アーム部１４ａの下面とブロック本体１５の上面との間には、四隅調整ネジ１４ｄ介装されており、四隅調整ネジ１４ｄの外周には、四隅バネ１４ｅが装着されている。

本実施例の場合、基部１４ｂは、ブロック本体１５の端部に一体に設けられており、一対のアーム部１４ａが相互に平行になるように、同一構成の上記四隅調整機構１４がブロック本体１５上に一対配置されている。

アーム部１４ａは、本実施例の場合、下方に向けて段状に低くなるように形成され、最下段の位置に、四隅調整ネジ１４ｄが螺着されている。このような構成において、四隅調整ネジ１４ｄを四隅バネ１４ｅの不勢力に抗して、回転させることにより、各アーム部１４ａを上下移動させることができる。

この場合、アーム部１４ａ上には、上支持部１７が一体に設けられていて、この上支持部１７に、ロバーバル機構１２の一部を構成する上副桿２０の端部が固定されている。

従って、アーム部１４ａを四隅調整ネジ１４ｄの回転により、上下方向に移動させると、これに伴って、ロバーバル機構１２の上副桿２０の端部側が上下方向に移動し、これにより秤量皿の四隅調整が可逆的に可能になる。

このときに、本実施例の場合には、アーム部１４ａは、上副桿２０の下面側に延設され、上副桿２０に四隅調整ネジ１４ｄの挿通可能な貫通孔２０ｃを設け、四隅調整ネジ１４ｄの上端が上方に露出しているので、四隅調整ネジ１４ｄの回転操作が上方から可能になっている。

なお、図中に符号２６で示した部材は、質量センサ本体２４を保持する枠体であり、同号２８は、質量センサ本体２４に荷重を伝達するレバーであり、同２９は、レバー２４に荷重を伝達する荷重伝達部材である。

以上の構成に加えて、本実施例のセンサブロック１０は、固定部１６と上支持部１７との間に、双方の剛性干渉を防止するスリット溝３０をそれぞれ設けている。なお、本実施例では、スリット溝３０は、固定部１６と上支持部１７との間に設けた場合を例示しているが、例えば、四隅調整機構１４をセンサブロック１０の下方側に設ける場合には、固定部１６と下支持部１８との間に配置することや、これらの双方に配置することも可能である。

本実施例の場合、スリット溝３０は、固定部１６の側面に沿うとともに、四隅調整機構１４のアーム部１４ａの側面に沿って一直線状に延設され、その深さは、アーム部２４の上下方向の幅にほぼ等しくなっている。

このようなスリット溝３０を設けると、ケースの構造部材などに接続・固定され、最も高い剛性が要求される固定部１６は、スリット溝３０の形成により、ブロック本体１５の上方側に突出した部分の四周が、周囲から離間して切離された状態になっている。

以上のように構成した質量センサによれば、センサブロック１０の固定部１６と、四隅調整機構１４の一端を支持する上支持部１７との間に、双方の剛性干渉を防止するスリット溝３０をそれぞれ設けたので、固定部１６と四隅調整機構１４との剛性干渉がなくなり、固定部１６と四隅調整機構１４とを近接配置することができ、これにより小型化を達成することができる。

また、スリット溝３０により剛性が隔離され、高分解性能を背景としたミクロンレベルでの微妙な四隅調整と、荷重による固定部１６の変形歪みとが分離可能となる。このことにより、センサの幅方向の圧縮が可能になり、小型化が達成される。

さらに、剛性をスリット溝３０により隔絶することにより、センサを調整治具から外して、ケースなどの構造部材に再固定しても、固定面の加工精度、固定強度による取付け歪みの影響が排除され、生産性の改善、市場へのセンサ単体での供給が可能になる。

なお、上記実施例では、本発明を電磁平衡式の質量センサに適用した場合を例示したが、本発明の実施はこれに限定されることはなく、例えば、ロバーバル機構と四隅調整機構とを備えていれば他の型式の質量センサに用いることもできる。

本発明にかかる質量センサによれば、固定部の剛性干渉を排除することにより、性能不良を回避しつつ小型化が達成できるりので、計量器の分野で技術を有効に活用することができる。

本発明にかかる質量センサの一実施例を示す外観斜視図である。 図１の背面図である。 図１に示した質量センサの分解説明図である。 図１の平面図である。 図１の要部断面説明図である。 図１の断面図である。

符号の説明

１０ センサブロック
１２ ロバーバル機構
１４ 四隅調整機構
１４ａ アーム部
１４ｂ 基部
１４ｃ 薄肉部
１４ｄ 四隅調整ネジ
１４ｅ 四隅バネ
１６ 固定部
１７ 上支持部
１８ 下支持部
１９ 浮き枠
２０ 上副桿
２２ 下副桿

Claims (5)

1. 秤量皿上の偏置誤差を調整するロバーバル機構と、当該ロバーバル機構の上下方向の高さ調整を可逆的に可能とする四隅調整機構とを有するセンサブロックを備えた質量センサにおいて、
   前記センサブロックは、当該質量センサをケースなどの構造部材に固定する固定部と、
   前記四隅調整機構の一部を構成するアーム部であって、前記固定部の両側に配置され、前記固定部から延設されて片持ち梁状に支持されるアーム部と、
   前記アーム部の上面に形成され、前記ロバーバル機構の副桿の一端を支持する支持部とを備え、
   前記固定部と前記アーム部との間に、双方の剛性干渉を防止するスリット溝を設けたことを特徴とする質量センサ。
2. 前記スリット溝は、前記固定部の側面と前記アーム部の側面に沿って一直線状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の質量センサ。
3. 前記スリット溝は、深さが前記アーム部の上下方向の長さであることを特徴とする請求項１または２に記載の質量センサ。
4. 前記四隅調整機構は、
   前記アーム部と、
   前記アーム部の基端に設けられた薄肉部と、
   前記アーム部を貫通するようにして螺着される四隅調整ネジと、
   前記アーム部の下面側に介装され、前記四隅調整ネジが内部に挿通される四隅バネとを備え、
   前記四隅調整ネジを回転することにより、前記四隅バネの付勢力に抗して、前記アーム部を上下移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の質量センサ。
5. 前記アーム部は下方に向けて段状に低くなるように形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の質量センサ。
   

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