JP4942390B2 - 電子天秤の荷重計測機構 - Google Patents

Description

本発明は電磁平衡式秤（以下「電子天秤」と称する）の構造に係り、特に電子天秤の荷重計測機構の構造に関する。

電子天秤の電磁力発生部には永久磁石からなる磁場が形成され、この磁場に形成された空間部に対して当該磁場と交差するよう巻線（フォースコイル）が配置されている。秤量物の荷重は梃子機構を介して電磁力発生部に伝達され、梃子機構の一体に形成されかつ電磁部に配置されたフォースコイルを変位させようとする。これに対して、前記フォースコイルに電流を流すことにより発生するローレンツ力によって、このフォースコイルの変位を平衡させ、その際に使用した電気量から秤量物の荷重を算出するよう構成されている。

図７は上述の電子天秤における荷重測定機構を概念的に示している。この機構は、上下の副桿５０、５１、秤量皿５６に負荷された秤量物の荷重により変位する変位部材（以下「浮枠」と称する）５２、及び秤量装置本体に固定された固定ブロック５８とによりロバーバル機構が構成され、このロバーバル機構に対して接続部材たる吊りバンド５３を介して梃子部材５４が支点５５を以て揺動可能に構成されている。

上記の構成において、秤量皿５６に負荷された秤量物の荷重Ｗはこのロバーバル機構に案内されて梃子部材５４に伝達され、梃子部材５４は荷重ＷによりＸ方向に変位しようとする。これに対して電磁部における永久磁石５７に近接配置されたフォースコイル６０に対して梃子部材５４の変位を平衡させるためのローレンツ力を発するよう電力を供給し、この電力量を秤量物の荷重に換算することにより秤量物の荷重Ｗを計測する。

ここで、図７の構成はあくまでも電子天秤の荷重計測機構部の原理を概念的に示したものであり、実機においては梃子比をより大きくするために二重梃子構造となっていたり、或いは各種の電子回路を併設する等してこの荷重計測機構部はかなり複雑な構造となっている。

一方、秤量装置全体の小型化の要請は今後益々厳しいものとなることが予想され、この解決方法の一つとして、小容量の電磁部でも比較的大きな荷重を測定できるよう、高い梃子比の梃子機構を有する荷重計測機構が必要となってきている。この場合、一つの梃子部材では梃子比の設定には限界があるため、複数の梃子部材を連接して梃子比を大幅に高める方法が採用されている。

通常図７に示される荷重計測機構はバネ材、アルミ材等により個々の部品として構成されたものを組み立てる方法が採用されているが、このような組み立て方式では機構の小型化には限界があり、かつ組み立て時のネジ止めの具合等による器差の発生、組み立て後の微調整等人手と時間、更には高い熟練度を必要とする。

以上のような観点から、荷重計測機構を予め一体的に形成し、実質的にこの機構の組み立て工程を省略することが可能な構成が提案されている。この構成は、例えばアルミニウム等の金属ブロックを加工して、ロバーバル部、梃子部等を連接形成して荷重計測機構が必要とする部分を一つの金属ブロックから形成するものである。

上記のような構成とすれば前述のような組み立て工程に伴う問題を回避できるが、反面次のような新たな問題が発生する。
金属ブロックから一体型の機構を構成するにはワイヤッカット、微妙な切削加工等高精度で複雑な加工処理を行う必要があり、この結果部品の加工費用は従来の組み立て型における個々の部品を製造する場合に比較して大幅に上昇してしまう。さらに、金属ブロックの加工部分の一部で加工が不適切であった場合、一体型であるためブロック全体が使用不能となり、製品としての歩留りが悪いことも価格上昇の重要な原因となっている。同様に電子天秤使用段階で荷重測定機構が故障した場合には部品交換は不可能であるため、一体型荷重計測機構全体を交換せねばならず、修理費も高価になることは避けられない。

以上の観点から、上述のような完全一体型の荷重計測機構は実機として構成する段階では、製品の歩留り、メンテナンス等の点から問題が多い。
この点を考慮して、下記に示す各特許文献のように荷重測定機構の一部のみを一体化して機構組み立ての容易性と、製品の製造コストの低減の両立を図ろうとした提案がなされている。
実開昭６４−５１２７ 特開２００２−１４８１０５ 特許第２５７０４０５ 特開２００１−０６６１７８

上記特許文献のうち特許文献１として示される考案は、予め支点や梃子部等を機械加工により形成した薄板をスペーサを介してネジ止めすることより全体としてロバーバル機構、梃子機構を有する荷重計測機構を構成するようになっている。このように複数の部品から構成とすることにより、部品の一部に不良があってもその部分を交換することが可能となるため、前記完全一体型の構成に比較して製品としての歩留りはかなり向上することが期待される。

上記特許文献の考案においては支点や梃子部分を切削形成した同一形状の２枚の薄板をスペーサの両側に対してネジ止めして、全体としてロバーバル機構及び梃子機構を構成するようにっている。このためこの二枚の薄板の取り付け状態が僅かでも狂うと、ロバーバル機構、梃子機構の全体が歪みを生じて荷重計測に支障を来す可能性がある。従って、組み立てには細心の注意が必要となる。またこの考案では垂直方向の実荷重を受けるロバーバル機構を、水平方向に配置した止めネジで固定する構成であるため、荷重により部材の取り付け位置が変化し、計量器として安定した性能が出せない懸念がある。

特許文献２に記載の発明はロバーバル機構及び梃子機構の一部を一つの金属ブロックから一体的に構成しかつこの金属ブロックの梃子部に対して長尺のビームを連接して梃子比を高く設定したものであるが、ビーム部分以外は完全一体型であり、前記完全一体型の構成と共通の問題がある。同様に特許文献３もその主要部を一体型としておりやはり完全一体型の構成と共通の問題がある。

特許文献４に記載の発明は、二重梃子構成のうち第２梃子をロバーバル機構の一側に配置する非対称構成とし、同一形状の２枚の薄板から成る梃子部のように２枚の部材の取り付けを完全一致させるような微調整は不要になるものの、その構成上第２梃子がロバーバル機構部の側部に張出位置するため、機構の小型化の要請及び構成部品点数の削減による組立誤差の低減、コストダウンに対しては十分に対応することができないという問題がある。

本発明は、機構の組み立てが容易で、従って機構組み立て後の微調整も不要または最小限に止められ、かつ高性能で小型な電磁平衡式荷重計測機構を有する電子天秤を提供することを課題とする。

本発明は上記課題を達成するため以下の構成を有する。
第１の梃子部材とこの第１の梃子部材に接続する第２の梃子部材を有する二重梃子構造を有する荷重計測機構であって、第２の梃子部材は支点部と第１の梃子部材に接続する力点部と、梃子部の少なくとも一部が同一平面上に形成され、第１の梃子部材はロバーバル機構内又はロバーバル内に配置され、同時に第２の梃子部材は当該ロバーバル機構の一側面に対して取り付けられるよう構成したことを特徴とする電子天秤の荷重伝達機構に関する。

また、第２の梃子部材のうち支点部、力点部のうち少なくとも一方は第２の梃子部材本体と連接部分によりその両端が梃子部材本体と連接するよう形成され、当該第２の梃子部材を前記ロバーバル機構及び第１の梃子部材に取り付けた後、この連接部分を取り外すよう構成したことを特徴とする電子天秤の荷重伝達機構に関する。

第２の梃子部は薄板で平板状に形成されており、かつロバーバル機構の一側に対してネジ止めで取り付けられるため荷重計測機構の組み立てが容易で、小型化が可能であり、かつ同一形状の二枚の薄板を用いる場合のように組み立て後の微調整も事実上不要となる。

第２の梃子部材の一部を成す支点部、力点部は当該第２の梃子部材本体と連接部を介してその両端が当該第２の梃子部材本体と連接しているので、第２の梃子部材をロバーバル機構側にネジにより取り付ける際にこの連接部が梃子部の剛性を高め、かつ組み立て時のネジ止めのトルクを解消し、かつネジ止めが完了した後に連接部を取り去ることにより、特別な技能を有する者で無くても適正かつ安全に荷重計測機構を組み立てることができ、高性能な荷重計測機構を高い歩留りで生産することが可能となる。

第２の梃子部材のうち支点部と力点部、及び梃子部の一部は同一平面上にあるように一枚の薄板から形成され、かつ力点部を介して支点部に対向する側の端部には作用点部として電磁部に位置するフォースコイルが配置され、ロバーバル機構の一側に設けられた第２の梃子部材の梃子部のフォースコイル設置側の端部はフォースコイルが電磁部に位置するよう屈曲形成されている。

本発明に係る荷重計測機構のうち、秤量物の荷重を電磁部に伝達する荷重伝達機構は、大別すると第１の梃子部材を内蔵又し、又はこの第１の梃子部材が一側面に配置されたロバーバル機構と、このロバーバル機構の一側に対して取り付けられる第２の梃子部を構成する一体型の第２の梃子部材（以下「一体型第２梃子構成部材」と称する）とから成っている。

図１は上記荷重計測機構のうち、電磁部を省略した荷重伝達機構の構成を示す分解図である。
図中符号Ａで示す部材は一体型第２梃子構成部材であって、この一体型第２梃子構成部材Ａ以外はすべて第１の梃子部材を内蔵するロバーバル機構を構成する部材である。

このうち先ずロバーバル機構の構成を説明し、続いてこのロバーバル機構に対して取り付けられる第２の梃子部材の構成を説明する。
符号１は固定ブロック、符号２は秤量物の荷重を受ける浮枠、３は上部副桿、４は下部副桿であり、これら４個の部材をネジ止めすることによりロバーバル機構が構成される。

符号５は第１の梃子部材であって、ロバーバル機構内に次のような構成で配置される。 １１Ａ、１１Ｂは第１の梃子部材の支点を形成するバネ材であって、上下にネジ止め部が形成され、それぞれの下部のネジ止め部は前記固定ブロック１にネジ止めされ、かつ上部のネジ止め部は第１の梃子部材５の端部両側にネジ止めされ、これらバネ材１１Ａ、１１Ｂを支点として第１の梃子部材５が揺動可能に構成されている。

符号１２は吊りバンドを構成するバネ材であって、下部のネジ止め部は浮枠２にネジ止めされ、上部のネジ止め部は前記第１の梃子部材のうち、支点用バネ材１１Ａ、１１Ｂの取り付け部の中央に幅Ｌ１を以て突出形成された浮枠取り付け部に対してネジ止めされる。これにより第１の梃子部材５は支点取り付け部と後述する第２の梃子部材の力点取り付け部たるネジ穴５ａとの距離Ｌ２からなる梃子比Ｌ１対Ｌ２を以て前記浮枠の昇降動作に対応し、かつロバーバル機構に案内されて揺動するよう構成される。

次に第２の梃子部材Ａの構成について説明する。
この一体型第２梃子構成部材Ａは一つの薄板から形成されるか、或いは図２に示す第２の実施例のように梃子部を構成する薄板に対して支点部、力点部等が形成された薄板を取り付けた構成として形成される。

一体型第２梃子構成部材Ａのうち、符号６で示す部分は第２梃子を構成する第２梃子部であって、その端部はロバーバル機構側に屈曲し、その端部には電磁部の一部を構成するフォースコイル７が設けられている。

一方、第２梃子部の他端には支点部８が形成され、この支点部８に隣接して前記第１の梃子部材５に接続する接続部材たる力点部９が形成されている。符号８ａ、９ａは支点部８及び力点部９に設けられたネジ止め孔である。符号１０は支点部８、力点部９のうち第２梃子部６側に接続する接続部と対向する側の端部に連接する連接部であり、この連接部１０はこれら支点部８、力点部９を支持する枠体として構成されている。

以上の構成を有する一体型第２梃子構成部材Ａは次の要領で前記ロバーバル機構に対して取り付けられる。
即ち、一体的に構成されたロバーバル機構のうち、固定ブロック１のネジ孔１ａに対して支点部８のネジ止め孔８ａを挿通してネジが螺合され、同様に力点部９のネジ止め孔９ａを挿通したネジが第１梃子部材５のネジ孔５ａに螺合することにより力点部９も第１梃子部材５に固定される。

後述の図２以降の一体型第２梃子構成部材の構成から明らかなとおり、第２梃子部６の揺動動作を円滑にするため支点部８、力点部９と第２梃子部６の接続部は極めて薄く形成されており物理的にも脆弱な構造となっている。このため、連接部材１０がない状態で前記支点部８、力点部９をネジ止めしようとすると、ねじ込み時にネジの回転トルクがこれら支点部８、力点部９に伝達され、上記薄肉部ではこの回転トルクに抗し切れず支点部８、力点部９はその取付けが変位してしまう可能性が高く、組み立てによる変位が僅かな場合でも組み立て後の微調整は必至となり、多くの場合は組み立て歪みによる性能低下を招くことになる。

これに対して、連接部１０が形成されていれば一体型第２梃子構成部材の剛性は十分に高くなり、ネジ止めの回転トルクは連接部１０側に支持されて前記薄肉部に対する回転トルクの伝達は回避され、適正な状態で容易に一体型第２梃子構成部材４全体を取り付けることが可能となる。一体型第２梃子構成部材Ａの取り付けが完了したならば連接部１０は取り外される。この場合、一体型第２梃子構成部材１本体から取り外す部分を、ネジ止め時の回転トルクを支持できる範囲で剛性を落とした薄肉相当の形状に予め形成しておけば、連接部１０の取り外しはラジオペンチ、プライヤー等の工具で容易に取り外しが可能である。

なお、本願発明には直接的には関係しないが、一体型第２梃子構成部材Ａが取り付けられる際に、フォースコイル７が電磁部の所定の位置に配置されることはもとより当然である。

図２は上記構成の荷重計測機構の組み立て状態を示す。符号１３は電磁部であって、この電磁部１３内に前記一体型第２梃子構成部材Ａの一端に設けられたフォースコイル７が収納配置されている。また符号１４は秤量皿であって、秤量皿１４上の秤量皿の荷重Ｗはこの秤量皿１４を介して浮枠２を変位するよう伝達される。即ち、秤量皿１４上の秤量物の荷重により浮枠２はＸ１方向に下降しようとし、この動作は吊りバンド１２と支点用バネ材１１ａ、１１Ｂにより第１の梃子部材５の他端をＹ１方向に上昇させるように作用する。

この第１の梃子部材５の動作は第１の梃子部５に接続する一体型第２梃子構成部材Ａ の力点部９に伝達され、支点部８を支点として当該力点部９がＹ２方向に上昇するよう作用し、さらに支点部８と力点部９との距離および支点部８とフォースコイル７との距離を梃子比とする梃子部６により、Ｙ３方向に上昇する増幅された動作としてフォースコイル７に伝達される。このＹ３方向に対する動作を打ち消し平衡するようフォースコイル７に電力を供給し、この電力の供給量から秤量物の荷重を算出する。なお図中格子状に示された部分が、機構組み立て後に取り去られる連接部１０である。

図３は本発明の第２の実施例を示す。
図１に示す一体型第２梃子構成部材Ａでは全体が一つの部材で構成されているが、本実施例では、梃子部６を中心とする一体型第２梃子構成部材Ａの本体に対して支点部、力点部を構成する部分が別の材料からなる薄板により形成され、この薄板が前記本体Ａに固設されるよう構成されている。

電子天秤においては、秤量物の荷重を電磁部に対して確実に伝達する必要があるため、一体型第２梃子構成部材Ａ全体では比較的高い剛性が要求されるが、逆に前記支点部、力点部にあっては梃子の動作を敏感にするためバネ材等の変形及び変形の復元が容易な可撓性の高い材料が要求される。このため本実施例ではこの変形部形成部材Ｂはバネ材により構成され、かつアルミニウム等の軽くかつ剛性の高い材料により構成された一体型第２梃子構成部材Ａの本体に対して前記部分Ｂが固設一体化されるよう構成されている。

この変形部形成部材Ｂの一体型第２梃子構成部材Ａに対する取り付けはかしめ、ネジ止め等適宜の手段が利用可能である。なお図中前記実施例１と同じ部材は全て同じ符号で示している。同図（Ｄ）は変形部形成部材Ｂにおける連接部１０の取り外し状態を示すが、図示のように一連の連接部１０を一挙に取り去るか、幾つかの部分に別けて順次取り去るかは組み立て工程の設定如何によって自由に決めることができる。なお支点部８のうち薄肉部８ｂが実際に支点として作用する部分である。

図４に示す第３の実施例においては支点部８の支点８ｂは、一体型第２梃子構成部材の後端部に位置する、変形部形成部材Ｂの立ち上がり部Ｂａに連接するよう構成されている。この実施例では支点部８の支点として作用する部分と力点部９の力点として作用する部分の高さを同一とし、重心バランスの良い電磁平衡式天秤の供給が可能となる利点がある。

図５は第４の実施例をしめす。この実施例では、力点部９のうちネジ止め穴９ａを有する力点取り付け部と一体型第２梃子構成部材Ａの梃子部６とを接続する部分を、衝撃吸収部９ｂとして形成している。即ち、図示の構成ではこの衝撃吸収部９ｂは側面形状が略Ｚ型となるよう波形に形成されている。この構成により、例えば秤量皿に対して秤量物を落下させる等により、第１梃子部材を介して力点部９の取り付け部に大きな衝撃が加わった場合に、この波型の衝撃吸収部９ｂが、その波形を伸ばすように変形して衝撃を吸収し、荷重測定機構側に損傷が生じるのを防止することが可能となる。

上記衝撃吸収部の形成は、図１に示すような変形部形成部材を持たず、一体型第２梃子構成部材Ａに対して直接形成することも可能であるが、図示の構成のように変形部形成部材Ｂに形成すれば、当該変形部形成部材Ｂ自体がバネ材で構成されているため、より効果的な衝撃の吸収が可能となる。なお、図示の構成では一体型第２梃子構成部材Ａの後端に位置する立ち上がり部は一体型第２梃子構成部材Ａの本体の一部Ａａとして構成されているが、図４に示す実施例３の場合と同様に変形部形成部材Ｂ側に形成された立ち上がり部Ｂａとすることももとより可能である。

図６は第５の実施例を示す。この実施例は前記第４の実施例の変形例であって、力点部９の衝撃吸収部９ｂの構造が、前記波形に対して環状に形成されている点に特徴がある。この形状の衝撃吸収部９ｂの構成は、衝撃が環状部分の全体に分散されるため、前実施例に比較してより大きな衝撃が発生した場合に変形することになり、特に秤量の大きな電子天秤に対して利用するとよい構成となっている。

本発明を、電子天秤の荷重計測機構に取り付けるための部材である一体型第２梃子構成部材として説明したが、所定の部材を所定の取り付け対象に対して取り付け（ネジ止め）した後に、取り付け部分を一体化していた連接部を取り去る方法は、精密機械部品を中心として他の技術分野において幅広く応用可能である。

また上記各実施例では力点部、支点部を有する一体形の梃子部材を、ロバーバル機構内に配置された第１の梃子部材に対して接続する第２の梃子部材を有する一体型第２梃子構成部材を例に説明したが、第１の梃子部材を廃して、この一体型梃子部材を唯一の梃子部材とし構成することも当然可能である。

本発明に係る電子天秤の荷重計測機構の分解斜視図である。 図１に示す荷重計測機構の組み立て完了状態を示す側面図である。 第２の実施例を示す一体型第２梃子構成部材の構成を示し、（Ａ）は同梃子部材の側面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は連接部の取り外し状態を示す側面図である。 第３の実施例を示す一体型第２梃子構成部材の側面図である。 第４の実施例を示す一体型第２梃子構成部材の側面図である。 第５の実施例を示す一体型第２梃子構成部材の側面図である。 電子天秤の構成の概略を示す概念図である。

符号の説明

１ 固定ブロック
１ａ （固定ブロックの）支点部取り付け用ネジ穴
２ 浮枠
３ 上部副桿
４ 下部副桿
５ 第１の梃子部
６ （一体型第２梃子構成部材Ａの）第２梃子部 ７ フォースコイル
８ （一体型第２梃子構成部材Ａの）支点部
８ａ ネジ止め穴（ネジ挿通穴） ９ （一体型第２梃子構成部材Ａの）力点部
９ａ ネジ止め穴（ネジ挿通穴）
９ｂ 衝撃吸収部
１０ 連接部
１１ 支点用バネ材
１２ 吊りバンド
１３ 電磁部
１４ 秤量皿
Ａ 一体型第２梃子構成部材
Ａａ 一体型第２梃子構成部材の立ち上がり部
Ｂ 変形部形成部材
Ｂａ （変形部形成部材に設けられた）立ち上がり部

Claims (3)

1. ロバーバル機構に案内されて作動する梃子を用いて秤量物の荷重を電磁部に伝達するよう構成された電子天秤の荷重計測機構において、第１の梃子部とこの第１の梃子部に接続する第２の梃子部が設けられた二重梃子構造を有し、固定ブロックとこの固定ブロックに対向位置する浮き枠と、固定ブロック及び浮き枠の上下において介在位置する上部副桿と下部副桿とによりロバーバル機構が構成され、当該ロバーバル機構内には支点たるバネ材により一端が前記固定ブロックに接続し、かつ他端が力点取り付け部となるよう構成された第１梃子部材が配置され、他方第２の梃子部は第２梃子部に対して連設部を介して支点部、力点部が一体的に形成され、当該第２梃子部の他端はフォースコイルが電磁部内に位置するよう屈曲形成され、かつ当該第２の梃子部は支点部及び力点部が固定ブロック及び第１梃子部材の側部に固定されることにより前記第１の梃部の一方の側部に配置され、当該第２の梃子部の取り付けが完了した後前記連設部を取り外すよう構成したことを特徴とする電子天秤の荷重計測機構。
2. 第２梃子部構成部材（Ａ）において連設部（１０）により支点部（８）、力点部（９）、立ち上がり部（Ｂａ）が変形部形成部材（Ｂ）として一体的に形成され、当該変形部形成部材（Ｂ）が第２梃子部（６）に固定されることにより一体型第２梃子構成部材（Ａ）を形成することを特徴とする請求項１記載の電子天秤の荷重計測機構。
3. 第２梃子部構成部材（Ａ）において連設部（１０）により支点部（８）、力点部（９）が変形部形成部材（Ｂ）として一体的に形成され、前記変形部形成部材（Ｂ）の力点部（９）と第２梃子部（６）の取り付け部との間に衝撃吸収部（９ｂ）を介在配置したことを特徴とする請求項１記載の電子天秤の荷重計測機構。

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