JP5076774B2 - 電子天秤 - Google Patents

Description

本発明は、電子天秤に関し、特に荷重検出機構として歪ゲージ式荷重センサを用いた電子天秤に関する。

電子天秤において、荷重検出機構として歪ゲージ式ロードセル（歪ゲージ式荷重センサ）を用いたものがある。図２は、歪ゲージ式ロードセルを用いた電子天秤の構造を示す図である。なお、図２では、主に荷重検出機構の構造を示し、演算回路や表示部等は省略している。
歪ゲージ式ロードセル６は、上部はり６１と下部はり６２と固定柱６３と可動柱６４とからなるロバーバル機構と、歪ゲージＳ１〜Ｓ４とから構成される。
上部はり６１は、一端部を薄肉部６１ａを介して可動柱６４に接続されるとともに、他端部を薄肉部６１ｂを介して固定柱６３に接続されている。また、下部はり６２も、一端部を薄肉部６２ａを介して可動柱６４に接続されるとともに、他端部を薄肉部６２ｂを介して固定柱６３に接続されている。そして、各歪ゲージＳ１〜Ｓ４は、それぞれ薄肉部６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂに接着剤を用いて貼着されている。また、被計量物を載せるための計量皿４は、可動柱６４に接続されている。

このような電子天秤の計量皿４に被計量物を載せると、歪ゲージ式ロードセル６の可動柱６４に荷重が作用して、可動柱６４が固定柱６３に対して平行を維持しながら下方に変位する。このとき、薄肉部６１ｂ、６２ａは引張り応力を受け、一方、薄肉部６１ａ、６２ｂは圧縮応力を受ける。これにより、可動柱６４が固定柱６３に対して変位する変位量は、各歪ゲージＳ１〜Ｓ４によって出力値（重量信号）として検出される。そして、検出された出力値から被計量物の荷重を計量する。
なお、図２に示すように、歪ゲージ式ロードセル６のロバーバル機構は、通常、母材のくり抜き加工等によって一体的に形成されている場合が多い。

ところで、歪ゲージ式ロードセル６では、荷重が負荷された後や除去された後等に時間が経過すると出力値が変化するクリープ現象が生じることがある。
このようなクリープ現象は、歪ゲージ式ロードセル６のロバーバル機構だけでなく、歪ゲージＳ１〜Ｓ４、歪ゲージＳ１〜Ｓ４をロバーバル機構に貼り付ける接着剤（図示せず）、歪ゲージＳ１〜Ｓ４の保護材（図示せず）等の材質や構造や形状等に起因するものであり、これらの原因が組み合わされることにより、歪ゲージ式ロードセル６全体としてのクリープ現象が生じる。なお、クリープ現象としては、時間が経過するにしたがって出力値が増加するプラスクリープと、時間が経過するにしたがって出力値が減少するマイナスクリープとがある。

そこで、従来の電子天秤では、クリープ現象によるクリープ量を含んだ出力値を調整するため、歪ゲージＳ１〜Ｓ４における幅と長さとの寸法比等を変更することが行われている（例えば、特許文献１参照）。例えば、歪ゲージＳ１〜Ｓ４における幅と長さとの寸法比を調整したり、歪ゲージＳ１〜Ｓ４と接着剤や保護材との組み合わせを検討したりすることにより、歪ゲージ式ロードセル６におけるクリープ量を最小（例えば、０）に抑えている。
特開平１１−６４１２５号公報

しかしながら、歪ゲージの寸法比を調整することによりクリープ量を抑えようとしても、歪ゲージの寸法比だけでは調整できる範囲が限られているうえに、広範囲の定格荷重の歪ゲージ式ロードセルについてはクリープ量を調整することはできなかった。そして、各定格荷重の歪ゲージ式ロードセル毎に異なる寸法比の歪みゲージを選択して貼着することになるから、多種の歪みゲージを製造する必要が生じてコストの上昇を招くことになっていた。

また、歪ゲージと接着剤や保護材との組み合わせを選択することによりクリープ量を抑えることも行われているが、歪ゲージと接着剤や保護材との組み合わせを各定格荷重の歪ゲージ式ロードセル毎に検討する必要があり手間がかかった。
さらに、歪ゲージの寸法比を調整したり、歪ゲージと接着剤や保護材との組み合わせを検討したりした結果、歪ゲージを歪ゲージ式ロードセルに貼着すれば、その後、クリープ量を調整することは困難であった。そのため、歪ゲージを貼着した後にクリープ量を調整したくなったり、歪ゲージ式ロードセルが経時変化を起したりしても、クリープ量を調整することはほとんどできず、そのまま用いなければならないという問題点があった。

そこで、本件発明者らは、上記課題を解決するために、計算式を用いて重量信号（出力値）を補正しようと、クリープ現象によって時間の経過とともに変化する重量信号について検討を行った。
図３は、歪ゲージ式ロードセルに荷重Ｗｎを負荷したときの重量信号の変化を示すグラフである。ここで、重量信号をＷｎ（ｔ）とする。また、ｔは時間を示す。
図３に示すように、歪ゲージ式ロードセルに荷重Ｗｎが負荷された時点（ｔ＝０）では、重量信号Ｗｎ（ｔ）は、クリープ現象がまだ生じていないため、Ｗｎを示す。すなわち、Ｗｎ（０）＝Ｗｎである。そして、荷重Ｗｎが負荷された状態が継続すると、重量信号Ｗｎ（ｔ）は、クリープ現象により時間ｔの経過とともに徐々に増大する。すなわち、重量信号Ｗｎ（ｔ）は、下記式（４）で表すことができる。
Ｗｎ（ｔ）＝Ｗｎ＋Ｃｒ（ｔ）・・・・・・（４）
つまり、Ｃｒ（ｔ）が、時間ｔの経過に伴う重量信号Ｗｎ（ｔ）の変化分、すなわちクリープ量の経時変化を示す全クリープ関数を表す。なお、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）は、歪ゲージ式ロードセルへの１回の荷重負荷だけではなく繰り返し荷重が負荷される場合も含めたクリープ量の経時変化をも示すことになる。

ここで、歪ゲージ式ロードセルには、荷重が次々と負荷されたり、除荷されたりするが、まず、１個の荷重Ｗｎのみが負荷された場合を考えることとする。
１個の荷重Ｗｎのみが負荷されたときには、これまでの経験から全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）は、下記式（２）のクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）で表されることが判った。
Ｃｒ（ｔ）＝Ｃｒｅｅｐ（ｔ）＝Ａ×｛１−ＥＸＰ（−α×Ｃ×ｔ）｝・・・（２）
ここで、Ａ、Ｃは、係数（ただし温度がほぼ一定とする）である。
また、αは、負荷時と除荷時との応答の違いを表すパラメータである。すなわち、ある荷重を負荷したときと、同じ荷重を除荷したときでは、クリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）に見られる応答性の形状（すなわち係数Ｃの値で定まる応答性）が異なることがあるので、負荷時と除荷時との違いを、設定パラメータとして組み込ませるときの値である。この違いを厳密に扱う場合は、負荷時の係数Ｃを基準（すなわちα＝１）とし、除荷時のＣをαＣとして組み込むようにしている（ただし、後述する実施形態１では演算処理を簡略化するため、α＝１が常に成り立つものとし、実施形態２では負荷時がα＝１、除荷時がα≠１として扱うようにしている）。

また、クリープ量は、同一の歪ゲージ式ロードセルでは、荷重Ｗｎの大きさに対応して、荷重Ｗｎと比例関係にあることも判った。つまり、荷重Ｗｓのみが負荷されたときのクリープ量が、式（２）を満足するのであれば、荷重Ｗｎのみが負荷されたときの全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）は、下記式（５）で表されることになる。
Ｃｒ（ｔ）＝（Ｗｎ／Ｗｓ）Ｃｒｅｅｐ（ｔ）・・・（５）

ところで、上述したように歪ゲージ式ロードセルに１個の荷重Ｗｎのみを負荷するだけでなく、荷重を次々と負荷したり、除荷したりする場合がある。
そこで、歪ゲージ式ロードセルに荷重を次々と負荷したり、除荷したりしたときには、各荷重に対応するクリープ量を式（５）を用いてそれぞれ算出して、その全てのクリープ量を加算した値が、重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量とすることができることを見出した。
例えば、時間Ｔ１に荷重Ｗ１を負荷し、時間Ｔ２に荷重Ｗ２を負荷し、時間Ｔ３に荷重Ｗ２を除荷したときには、クリープ量を下記式（６）で表わす。なお、荷重Ｗｓのみが負荷されたときのクリープ量が、式（２）を満足しているものとする。
Ｃｒ（ｔ）＝（Ｗ１／Ｗｓ）Ｃｒｅｅｐ（ｔ−Ｔ１）＋（Ｗ２／Ｗｓ）Ｃｒｅｅｐ（ｔ−Ｔ２）＋（Ｗ３／Ｗｓ）Ｃｒｅｅｐ（ｔ−Ｔ３）・・・（６）
ここで、式（６）に式（２）を代入して時間ｔで微分すると、下記式（７）のようになる。ただし、演算を簡略にするために、αは一定（α＝１）として扱う。

さらに、Ｎ回荷重を変化させたときには、下記式（８）で表すことができる。

ここで、Ｃｒ（ｔ）は、時間（ｔ）でのクリープ量を示し、Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）は、時間（ｔ−ΔＴ）でのクリープ量を示すこととすると、下記式（９）が成り立つ。

そして、式（９）を変形すると、下記式（１）のようになる。

すなわち、本発明の電子天秤は、歪ゲージ式荷重センサに荷重が負荷又は除荷されることにより検出される重量信号に含まれるクリープ量を算出して、当該重量信号からクリープ量を除いた計量値を表示する電子天秤であって、前記重量信号Ｗｎ（ｔ）を設定時間間隔（ΔＴ）で順次検出する重量信号検出部と、前記クリープ量を算出するための下記式（１）で表される全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を記憶する全クリープ関数記憶部と、前記全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて算出されたクリープ量を記憶する過去クリープ量記憶部と、前記歪ゲージ式荷重センサに負荷されている時間（ｔ）の荷重の大きさ（ΣＷｎ）を記憶する荷重更新記憶部と、前記歪ゲージ式荷重センサに新たに荷重が負荷又は除荷されたときには、前記荷重更新記憶部に記憶されていた荷重の大きさ（ΣＷｎ）に、新たに負荷又は除荷された荷重の大きさ（Ｗｎ）を加算することにより、荷重の大きさ（ΣＷｎ）を更新して荷重更新記憶部に記憶させる荷重更新算出部と、前記全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に、前記過去クリープ量記憶部に記憶された時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量（Ｃｒ（ｔ−ΔＴ））と、前記荷重更新記憶部に記憶された時間（ｔ）の荷重の大きさ（ΣＷｎ）と、設定時間間隔（ΔＴ）とを代入して時間（ｔ）のクリープ量（Ｃｒ（ｔ））を算出するとともに、時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量（Ｃｒ（ｔ−ΔＴ））を時間（ｔ）のクリープ量（Ｃｒ（ｔ））に更新して過去クリープ量記憶部に記憶させる現在クリープ量算出部と、時間（ｔ）の重量信号Ｗｎ（ｔ）から時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を差分した計量値を表示する表示部とを備えるようにしている。

ここで、ｔは時間を示し、Ｃｒ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）は時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量を示し、Ｎは荷重を変化させた回数を示し、Ａ、Ｃは歪ゲージ式ロードセルの固有の係数であり、Ｗｓは秤量荷重であり、αは歪ゲージ式ロードセルの負荷時または除荷時の応答性を表すために設定したパラメータを示す。
本発明の電子天秤によれば、被計量物が載置されると、重量信号検出部で歪ゲージ式荷重センサに負荷された荷重Ｗｎに対応する重量信号Ｗｎ（ｔ）が検出される。なお、重量信号Ｗｎ（ｔ）は、時間ｔが経過するにしたがって、クリープ現象が生じることにより変化する。そこで、本発明の電子天秤では、上述した方法で算出されたクリープ量を算出するための全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を記憶する。そして、現在クリープ量算出部は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出することになる。

このとき、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出するためには、荷重の大きさ（ΣＷｎ）と、設定時間間隔（ΔＴ）と、Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）とが必要となるが、本発明の電子天秤では、荷重の大きさ（ΣＷｎ）と、設定時間間隔（ΔＴ）と、Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）とを次のように得ることになる。
まず、荷重の大きさ（ΣＷｎ）は、荷重更新算出部により荷重更新記憶部に更新されて記憶されていくものを用いる。つまり、荷重更新算出部は、歪ゲージ式荷重センサに新たに荷重が負荷されれば、荷重更新記憶部に記憶されていた荷重の大きさ（ΣＷｎ）に、新たに負荷された荷重の大きさ（Ｗｎ＞０）を加算して記憶させ、一方、歪ゲージ式荷重センサから新たに荷重が除荷されれば、荷重更新記憶部に記憶されていた荷重の大きさ（ΣＷｎ）に、新たに除荷された荷重の大きさ（Ｗｎ＜０）を加算して記憶させることになる。このとき、式（１）の全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出するためには、更新された荷重の大きさ（ΣＷｎ）が得られればいいので、過去に荷重の大きさがどのように変化したかを記憶する必要はない。

次に、設定時間間隔（ΔＴ）は、重量信号Ｗｎ（ｔ）を設定時間間隔（ΔＴ）で順次検出するものとして、予め設置されたものを用いることになる。
最後に、Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）は、現在クリープ量算出部により過去クリープ量記憶部に更新されて記憶されていくものを用いる。つまり、現在クリープ量算出部は、時間（ｔ−ΔＴ）に算出したクリープ量Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）を用いながら、時間（ｔ）のクリープ量を設定時間間隔（ΔＴ）で算出していく。なお、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出するためには、直前の時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量（すなわち１つのサンプリングデータ）が得られればいいので、過去にクリープ量がどのように変化したかを継続的に記憶する必要はない。

以上のように、本発明の電子天秤によれば、検出される重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量を計算式により算出するため、歪ゲージにおける幅と長さとの寸法比を調整したり、歪ゲージと接着剤や保護材との組み合わせを検討したりする必要はない。
また、歪ゲージ式ロードセルに歪ゲージを貼着した後でも、クリープ量を調整することができる。
さらに、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量を算出するために、過去に荷重の大きさやクリープ量がどのように変化したかを記憶する必要もない。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記発明において、前記負荷又は除荷された荷重に対応する重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量の経時変化を示す下記式（２）で表されるクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を記憶するクリープ関数記憶部と、目的とする被計量物の計量前に荷重Ｗｓを負荷することにより、荷重Ｗｓを負荷したときのクリープ量の測定値と時間ｔとの関係に基づいて、前記クリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）における係数Ａ及び係数Ｃを算出して設定する設定部とを備え、前記現在クリープ量算出部は、前記被計量物の計量時に全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に、前記設定部で設定された係数Ａ、係数Ｃと、荷重Ｗｓとを代入して時間（ｔ）のクリープ量を算出するようにしてもよい。
Ｃｒｅｅｐ（ｔ）＝Ａ×｛１−ＥＸＰ（−α×Ｃ×ｔ）｝ ・・・・・（２）
ここで、ｔは荷重が負荷又は除荷された時間を示し、Ｃｒｅｅｐ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、αは歪ゲージ式ロードセルの負荷または除荷時の応答性を表すために設定したパラメータを示す。

本発明の電子天秤によれば、目的とする被計量物を計量する前に、歪ゲージ式荷重センサに荷重Ｗｓを所定時間（例えば、６０秒間）負荷することにより、重量信号Ｗｎ（６０）を検出し、さらに歪ゲージ式荷重センサに荷重Ｗｓを所定時間（例えば、３００秒間）負荷し続けることにより、重量信号Ｗｎ（３００）を検出する。次に、得られた重量信号Ｗｎ（６０）と重量信号Ｗｎ（３００）とを式（２）に代入して方程式を解くことにより、歪ゲージ式荷重センサに固有の係数であるＡ、Ｃを決定して設定する。そして、目的とする被計量物を計量したときには、設定された係数Ａと、係数Ｃと、荷重Ｗｓとを用いた全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に基づいて、クリープ量を算出する。
したがって、歪ゲージ式荷重センサが経時変化を起こしても、新たに係数Ａ、係数Ｃを設定することができるので、クリープ量を常に正確に算出することができる。
さらに、上記発明において、前記歪ゲージ式荷重センサの温度を検出する温度センサを備え、前記係数Ａ及び係数Ｃは、検出された温度に基づいて設定されるようにしてもよい。

また、本発明の電子天秤は、歪ゲージ式荷重センサに荷重が負荷又は除荷されることにより検出される重量信号に含まれるクリープ量を算出して、当該重量信号からクリープ量を除いた計量値を表示する電子天秤であって、前記重量信号Ｗｎ（ｔ）を順次検出する重量信号検出部と、前記クリープ量を算出するための下記式（３）で表される全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を記憶する全クリープ関数記憶部と、前記負荷又は除荷された荷重に対応する重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量の経時変化を示す下記式（２）で表されるクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を記憶するクリープ関数記憶部と、前記歪ゲージ式荷重センサに荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と荷重の大きさ（Ｗｎ）とを記憶する荷重履歴記憶部と、前記歪ゲージ式荷重センサに新たに荷重が負荷又は除荷されたときには、新たに荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と荷重の大きさ（Ｗｎ）とを、前記荷重履歴記憶部に順次記憶させる荷重履歴算出部と、前記全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に、前記荷重履歴記憶部に記憶された時間（Ｔｎ）、荷重の大きさ（Ｗｎ）、前記クリープ関数記憶部に記憶されたクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を代入して時間（ｔ）のクリープ量を順次算出するクリープ量算出部と、時間（ｔ）の重量信号Ｗｎ（ｔ）から時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を差分した計量値を表示する表示部とを備えるようにしている。
Ｃｒｅｅｐ（ｔ）＝Ａ×｛１−ＥＸＰ（−α×Ｃ×ｔ）｝ ・・・・・（２）
ここで、ｔは荷重が負荷又は除荷された時間を示し、Ｃｒｅｅｐ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、Ａ、Ｃは歪ゲージ式ロードセルの固有の係数であり、αは歪ゲージ式ロードセルの負荷時または除荷時の応答性を表すために設定したパラメータを示す。
ここで、ｔは時間を示し、Ｃｒ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、Ｎは荷重を変化させた回数を示し、Ｗｓは秤量荷重を示す。
本発明の電子天秤によれば、被計量物が載置されると、重量信号検出部で歪ゲージ式荷重センサに負荷された荷重Ｗｎに対応する重量信号Ｗｎ（ｔ）が検出される。なお、重量信号Ｗｎ（ｔ）は、時間ｔが経過するにしたがって、クリープ現象が生じることにより変化する。そこで、本発明の電子天秤は、上述したクリープ量を算出するための全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を記憶する。そして、クリープ量算出部は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて、時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出することになる。

このとき、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出するためには、荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と、荷重の大きさＷｎとが必要となるが、本発明の電子天秤では、荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と、荷重の大きさＷｎとを次のように得ることになる。
荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と、荷重の大きさＷｎとは、荷重履歴算出部により荷重履歴記憶部に順次記憶されていくものを用いる。つまり、荷重履歴算出部は、歪ゲージ式荷重センサに新たに荷重が負荷されれば、荷重が負荷された時間（Ｔｎ）と、荷重の大きさ（Ｗｎ＞０）とを記憶させ、一方、歪ゲージ式荷重センサから新たに荷重が除荷されれば、荷重が負荷された時間（Ｔｎ）と、荷重の大きさ（Ｗｎ＜０）とを記憶させることになる。
以上のように、本発明の電子天秤によれば、検出される重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量を計算式により算出するため、歪ゲージにおける幅と長さとの寸法比を調整したり、歪ゲージと接着剤や保護材との組み合わせを検討したりする必要はない。
また、歪ゲージ式ロードセルに歪ゲージを貼着した後でも、クリープ量を調整することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態である電子天秤の構成の一例を示すブロック図であり、図２は、図１に示す電子天秤の歪ゲージ式ロードセル（歪ゲージ式荷重センサ）の構造を示す図である。なお、歪ゲージ式ロードセル６は、従来技術で説明した歪ゲージ式ロードセル６と同様な構造であるので、ここでは説明を省略する。
電子天秤１は、歪ゲージ式ロードセル６と、信号処理器２０と、マイクロコンピュータ５０と、液晶表示画面６０とを備える。
歪ゲージ式ロードセル６は、その計量皿４の上面に載置された被計量物の荷重Ｗｎを検知し、信号処理器２０にアナログ信号を設定時間間隔ΔＴで順次出力する。

信号処理器２０は、歪ゲージ式ロードセル６から検知されたアナログ信号を増幅する増幅器２０ａと、増幅後のアナログ信号をデジタル信号（重量信号）Ｗｘ（ｔ）（ｔ；時間）に変換するＡ／Ｄ変換器２０ｂとを備える。これにより、重量信号（デジタル信号）Ｗｎ（ｔ）が、マイクロコンピュータ５０に出力される。なお、重量信号Ｗｎ（ｔ）の取り扱いについては、後で詳しく説明することとする。

マイクロコンピュータ５０は、ＣＰＵ（データ処理装置）３０と、メモリ４０とから構成される。
ところで、重量信号Ｗｎ（ｔ）は、荷重Ｗｎが継続して負荷されると、クリープ現象によって時間ｔの経過とともに徐々に変化する。そこで、ＣＰＵ３０は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて重量信号Ｗｎ（ｔ）からクリープ量を除いた計量値を算出して液晶表示画面６０に表示することになる。
ここで、ＣＰＵ３０が処理する機能をブロック化して説明すると、重量信号検出部３１と、判定部３２と、荷重更新算出部３３と、設定部３４と、現在クリープ量算出部３５と、表示部３６とを有する。
また、メモリ４０は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を記憶する全クリープ関数記憶部４１と、算出されたクリープ量を記憶する過去クリープ量記憶部４２と、荷重の大きさ（ΣＷｎ）を記憶する荷重更新記憶部４３と、重量信号Ｗｎ（ｔ）を順次記憶する重量信号記憶部４４と、クリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を記憶するクリープ関数記憶部４５とを有する。

ここで、クリープ量を算出するための全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）は、式（１）で表される。

ここで、ｔは時間を示し、Ｃｒ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）は時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量を示し、Ｎは荷重を変化させた回数を示し、αは歪ゲージ式ロードセルの負荷時または除荷時の応答性を表すために設定したパラメータを示す。なお、本実施形態では、歪ゲージ式ロードセル６が経時変化を起こしていても、クリープ量を正確に算出することができるように、係数Ａ、係数Ｃ及び荷重Ｗｓは、次に説明するクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を用いて、目的である被計量物を計量する前に設定されることになる。

クリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）における係数Ａ、係数Ｃ及び荷重Ｗｓを設定するためのものであり、式（２）で表される。
Ｃｒｅｅｐ（ｔ）＝Ａ×｛１−ＥＸＰ（−α×Ｃ×ｔ）｝・・・・・・・・・（２）
ここで、ｔは、荷重が負荷又は除荷された時間を示す。αは、歪ゲージ式ロードセルの負荷または除荷時の応答性を表すための設定パラメータを示すが、ここでは負荷時と除荷時とのαをいずれも１として扱う。
すなわち、クリープ現象は、負荷時と除荷時とでは、一般には応答性が異なるので、負荷時と除荷時との違いをパラメータとしてαにより与えるようにしているが、本実施形態ではα＝１として扱う。

重量信号検出部３１は、信号処理器２０によりデジタル信号に変換された重量信号Ｗｎ（ｔ）を設定時間間隔（ΔＴ）で順次検出して、重量信号記憶部４４に記憶させる制御を行うものである。
判定部３２は、被計量物が計量皿４に載せられたり、計量皿４から取り除かれたりしたか否かを判定して、被計量物が載せられたり、取り除かれたりしたと判定したときには、荷重の大きさＷｎを算出する制御を行うものである。
具体的には、被計量物が載せられたり、取り除かれたりしたか否かの判定は、時間（ｔ）に検出された重量信号Ｗｎ（ｔ）から、時間（ｔ−ΔＴ）に記憶された重量信号Ｗｎ（ｔ−ΔＴ）を差分することにより算出された重量変化量が、所定の閾値範囲から外れるか否かによって行われる。つまり、重量変化量が所定の閾値範囲内にあるときには、クリープ現象による重量変化量と判定し、一方、重量変化量が所定の閾値範囲から外れるときには、被計量物が載せられたり、取り除かれたりしたと判定する。
さらに、重量変化量が所定の閾値範囲から外れたと判定したときには、重量変化量を新たに負荷又は除荷された荷重の大きさＷｎとする。つまり、荷重Ｗｎが負荷又は除荷された時点では、クリープ現象がまだ生じていないため、荷重の大きさＷｎそのものが算出される。

設定部３４は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）における係数Ａ及び係数Ｃを、クリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を用いて、目的とする披計量物の計量前に荷重Ｗｓ（秤量荷重）を負荷することにより、荷重Ｗｓを負荷したときのクリープ量の測定値と時間ｔとの関係に基づいて、算出して設定する制御を行うものである。
具体的には、計量皿４に基準被計量物を載せることにより、判定部３２によって基準被計量物が計量皿４に載せられたと判定されて、荷重の大きさＷｓが算出される。
さらに、歪ゲージ式ロードセル６に荷重Ｗｓを所定時間（例えば、６０秒間）負荷することにより、重量信号Ｗｎ（６０）を検出し、さらに歪ゲージ式ロードセル６に荷重Ｗｓを所定時間（例えば、３００秒間）負荷し続けることにより、重量信号Ｗｎ（３００）を検出する。
このようにして得られた荷重の大きさＷｓと、重量信号Ｗｎ（６０）と、重量信号Ｗｎ（３００）とを、式（１）に代入して方程式を解くことにより、歪ゲージ式ロードセル６に固有の係数である係数Ａ、係数Ｃを決定する。
これにより、目的とする被計量物を計量する前に、係数Ａ、係数Ｃと、荷重Ｗｓを設定するため、後述する現在クリープ量算出部３５によって全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に基づいてクリープ量を算出するときに、歪ゲージ式ロードセル６が経時変化を起こしていても、クリープ量を正確に算出することができるようになる。

荷重更新算出部３３は、判定部３２により歪ゲージ式ロードセル６に新たに荷重が負荷又は除荷されたと判定されたときには、荷重更新記憶部４３に記憶されていた荷重の大きさ（ΣＷｎ）に、新たに負荷又は除荷された荷重の大きさＷｎを加算することにより、荷重の大きさ（ΣＷｎ）を更新して荷重更新記憶部４３に記憶させる制御を行うものである。
具体的には、荷重更新算出部３３は、歪ゲージ式ロードセル６に新たに荷重Ｗｎが負荷されれば、荷重更新記憶部４３に記憶されていた荷重の大きさ（ΣＷｎ）に、新たに負荷された荷重の大きさ（Ｗｎ＞０）を加算して記憶させ、一方、歪ゲージ式ロードセル６から新たに荷重Ｗｎが除荷されれば、荷重更新記憶部４３に記憶されていた荷重の大きさ（ΣＷｎ）に、新たに除荷された荷重の大きさ（Ｗｎ＜０）を加算して記憶させる。このとき、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量を算出するためには、更新された荷重の大きさ（ΣＷｎ）が得られればいいので、過去に荷重の大きさがどのように変化したかを記憶する必要はない。

現在クリープ量算出部３５は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に、過去クリープ量記憶部４２に記憶された時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量（すなわち直前に測定されたクリープ量Ｃｒ（ｔ−ΔＴ））と、荷重更新記憶部４３に記憶された時間（ｔ）の荷重の大きさ（ΣＷｎ）と、設定時間間隔（ΔＴ）と、設定部３４で決定した係数Ａ、係数Ｃ、及び、荷重Ｗｓとを代入することにより、時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出するとともに、時間（ｔ）のクリープ量に更新して過去クリープ量記憶部４２に記憶させる制御を行うものである。
このとき、現在クリープ量算出部３５は、時間（ｔ）のクリープ量を算出するときに、現在クリープ量算出部３５が時間（ｔ−ΔＴ）に算出したクリープ量Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）を用いることになる。すなわち、現在クリープ量算出部３５は、時間（ｔ−ΔＴ）に算出したクリープ量Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）を用いながら、時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を設定時間間隔（ΔＴ）で算出していく。なお、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出するためには、直前の時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）が得られればいいので、過去にクリープ量がどのように変化したかを継続的に記憶する必要はない。
表示部３６は、時間（ｔ）の重量信号Ｗｎ（ｔ）から時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を差分した計量値を、液晶表示画面６０に設定時間間隔（ΔＴ）で表示する制御を行うものである。

以上のように、電子天秤１によれば、検出される重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量を計算式により算出するため、歪ゲージにおける幅と長さとの寸法比を調整したり、歪ゲージと接着剤や保護材との組み合わせを検討したりする必要はない。
また、歪ゲージ式ロードセル６に歪ゲージを貼着した後でも、クリープ量を調整することができる。
さらに、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出するために、過去に荷重の大きさやクリープ量がどのように変化したかを記憶する必要もない。
また、歪ゲージ式ロードセル６が経時変化を起こしても、新たに係数Ａ、係数Ｃ、及び、荷重Ｗｓを設定することができるので、クリープ量を常に正確に算出することができる。

なお、図４は、電子天秤１により算出されたクリープ量の計算値と、電子天秤１により測定されたクリープ量の測定値とを示すグラフである。
電子天秤１を用いて、測定開始から６０秒後に３００ｇの分銅を負荷し、その後、測定開始から１２０秒後に３００ｇの分銅を負荷し、その後、測定開始から１８０秒後に３００ｇの分銅を除荷し、その後、測定開始から２４０秒後に３００ｇの分銅を除荷したときのものである。その結果、クリープ量の計算値を実線で示し、クリープ量の測定値を点で示している。
図４に示すように、クリープ量の計算値は、クリープ量の測定値とほぼ同じ値を示し、良好な結果が得られていることがわかる。

（実施形態２）
図５は、本発明の他の一実施形態である電子天秤の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態は、上述した実施形態１と異なり、クリープ量Ｃｒ（ｔ）を算出するための全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）の内容を変更している。そのため、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に代入するための値を算出するための構成も異なったものとなっている。なお、上述した実施形態１と同様のものについては、同じ符号を付して、説明を省略することとする。
マイクロコンピュータ５０は、ＣＰＵ（データ処理装置）３０と、メモリ４０とから構成される。
ここで、ＣＰＵ３０が処理する機能をブロック化して説明すると、重量信号検出部３１と、判定部３２と、荷重履歴算出部３７と、クリープ量算出部３８と、表示部３６とを有する。
また、メモリ４０は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を記憶する全クリープ関数記憶部４１と、荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と荷重の大きさ（Ｗｎ）とを記憶する荷重履歴記憶部４６と、重量信号Ｗｎ（ｔ）を順次記憶する重量信号記憶部４４と、クリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を記憶するクリープ関数記憶部４５とを有する。

ここで、クリープ量を算出するための全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）は、式（３）で表される。この式（３）は荷重を負荷したり、除荷したりする度に、個々のクリープ量を加算していく（６）式を一般化したものである。

ここで、ｔは時間を示し、Ｃｒ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、Ｎは荷重を変化させた回数を示す。また、Ｗｓは秤量荷重である。
クリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に代入されるためのものであり、式（２）で表される。
Ｃｒｅｅｐ（ｔ）＝Ａ×｛１−ＥＸＰ（−α×Ｃ×ｔ）｝・・・・・・・・・（２）
ここで、ｔは、荷重が負荷又は除荷された時間を示し、Ａ及びＣは、歪ゲージ式ロードセルの固有の係数を示す。また、αは、歪ゲージ式ロードセルの負荷または除荷時の応答性を表すための設定パラメータを示す。実施形態１では、α＝１として扱ったが、負荷時と除荷時とでは一般には応答性が異なる場合があるので、ここでは負荷時のαを１とし、歪ゲージ式ロードセル６の特性により、除荷時のαを他の値（例えば２．５）と設定する。

荷重履歴算出部３７は、判定部３２により歪ゲージ式ロードセル６に新たに荷重が負荷又は除荷されたと判定されたときには、新たに荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と荷重の大きさ（Ｗｎ）とを、荷重履歴記憶部４６に順次記憶させる制御を行うものである。
具体的には、荷重履歴算出部３７は、歪ゲージ式ロードセル６に新たに荷重が負荷されれば、荷重が負荷された時間（Ｔｎ）と、荷重の大きさ（Ｗｎ＞０）とを記憶させ、一方、歪ゲージ式ロードセル６に新たに荷重が除荷されれば、荷重が除荷された時間（Ｔｎ）と、荷重の大きさ（Ｗｎ＜０）とを記憶させる。
クリープ量算出部３８は、全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に、荷重履歴記憶部４６に記憶された全ての時間（Ｔｎ）と荷重の大きさ（Ｗｎ）と、クリープ関数記憶部４５に記憶されたクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）とを代入することにより、時間（ｔ）のクリープ量を順次算出する制御を行うものである。
このように荷重が負荷、除荷されるごとに、そのときの時間（Ｔｎ）と荷重の大きさ（Ｗｎ）とを用いて新たに項を追加するようにして、過去のクリープ量の総和を算出するようにし、しかも負荷時と除荷時とにおいて、αの値を変更するようにしたので、正確なクリープ量を算出することができる。

以上のように、電子天秤によれば、検出される重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量を計算式により算出するため、歪ゲージにおける幅と長さとの寸法比を調整したり、歪ゲージと接着剤や保護材との組み合わせを検討したりする必要はない。
また、歪ゲージ式ロードセル６に歪ゲージを貼着した後でも、クリープ量を調整することができる。

（他の実施形態）
上述した電子天秤において、さらに温度センサを備えるような構成としてもよい。このときには、式（１）における係数Ａ及び係数Ｃを温度が反映したものとすることができる。具体的には、予め係数Ａ、係数Ｃの温度変化率を求めておくか、係数Ａ、係数Ｃと温度との関係を測定したテーブルを求めておけばよい。

本発明は、例えば、荷重検出機構として歪ゲージ式荷重センサを用いた電子天秤に利用される。

本発明の一実施形態である電子天秤の構成の一例を示すブロック図である。 歪ゲージ式ロードセルを用いた電子天秤の構造を示す図である。 重量信号の変化を示すグラフである。 電子天秤により算出されたクリープ量の計算値と、電子天秤により測定されたクリープ量の測定値とを示すグラフである。 本発明の一実施形態である電子天秤の構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電子天秤
６ 歪ゲージ式ロードセル（歪ゲージ式荷重センサ）
３１ 重量信号検出部
３３ 荷重更新算出部
３５ 現在クリープ量算出部
３６ 表示部
４０ メモリ
４１ 全クリープ関数記憶部
４２ 過去クリープ量記憶部
４３ 荷重更新記憶部

Claims (4)

1. 歪ゲージ式荷重センサに荷重が負荷又は除荷されることにより検出される重量信号に含まれるクリープ量を算出して、当該重量信号からクリープ量を除いた計量値を表示する電子天秤であって、
   前記重量信号Ｗｎ（ｔ）を設定時間間隔（ΔＴ）で順次検出する重量信号検出部と、
   前記クリープ量を算出するための下記式（１）で表される全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を記憶する全クリープ関数記憶部と、
   前記全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を用いて算出されたクリープ量を記憶する過去クリープ量記憶部と、
   前記歪ゲージ式荷重センサに負荷されている時間（ｔ）の荷重の大きさ（ΣＷｎ）を記憶する荷重更新記憶部と、
   前記歪ゲージ式荷重センサに新たに荷重が負荷又は除荷されたときには、前記荷重更新記憶部に記憶されていた荷重の大きさ（ΣＷｎ）に、新たに負荷又は除荷された荷重の大きさ（Ｗｎ）を加算することにより、荷重の大きさ（ΣＷｎ）を更新して荷重更新記憶部に記憶させる荷重更新算出部と、
   前記全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に、前記過去クリープ量記憶部に記憶された時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量（Ｃｒ（ｔ−ΔＴ））と、前記荷重更新記憶部に記憶された時間（ｔ）の荷重の大きさ（ΣＷｎ）と、設定時間間隔（ΔＴ）とを代入して時間（ｔ）のクリープ量（Ｃｒ（ｔ））を算出するとともに、時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量（Ｃｒ（ｔ−ΔＴ））を時間（ｔ）のクリープ量（Ｃｒ（ｔ））に更新して過去クリープ量記憶部に記憶させる現在クリープ量算出部と、
   時間（ｔ）の重量信号Ｗｎ（ｔ）から時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を差分した計量値を表示する表示部とを備えることを特徴とする電子天秤。
   ここで、ｔは時間を示し、Ｃｒ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、Ｃｒ（ｔ−ΔＴ）は時間（ｔ−ΔＴ）のクリープ量を示し、Ｎは荷重を変化させた回数を示し、Ａ、Ｃは歪ゲージ式ロードセルの固有の係数であり、Ｗｓは秤量荷重であり、αは歪ゲージ式ロードセルの負荷時または除荷時の応答性を表すために設定したパラメータを示す。
2. 前記負荷又は除荷された荷重に対応する重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量の経時変化を示す下記式（２）で表されるクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を記憶するクリープ関数記憶部と、
   目的とする被計量物の計量前に荷重Ｗｓを負荷することにより、荷重Ｗｓを負荷したときのクリープ量の測定値と時間ｔとの関係に基づいて、前記クリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）における係数Ａ及び係数Ｃを算出して設定する設定部とを備え、
   前記現在クリープ量算出部は、前記被計量物の計量時に全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に、前記設定部で設定された係数Ａ、係数Ｃと、荷重Ｗｓとを代入して時間（ｔ）のクリープ量を算出することを特徴とする請求項１に記載の電子天秤。
   Ｃｒｅｅｐ（ｔ）＝Ａ×｛１−ＥＸＰ（−α×Ｃ×ｔ）｝ ・・・・・（２）
   ここで、ｔは荷重が負荷又は除荷された時間を示し、Ｃｒｅｅｐ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、αは歪ゲージ式ロードセルの負荷時または除荷時の応答性を表すために設定したパラメータを示す。
3. 前記歪ゲージ式荷重センサの温度を検出する温度センサを備え、
   前記係数Ａ及び係数Ｃは、検出された温度に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の電子天秤。
4. 歪ゲージ式荷重センサに荷重が負荷又は除荷されることにより検出される重量信号に含まれるクリープ量を算出して、当該重量信号からクリープ量を除いた計量値を表示する電子天秤であって、
   前記重量信号Ｗｎ（ｔ）を順次検出する重量信号検出部と、
   前記クリープ量を算出するための下記式（３）で表される全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）を記憶する全クリープ関数記憶部と、
   前記負荷又は除荷された荷重に対応する重量信号Ｗｎ（ｔ）に含まれるクリープ量の経時変化を示す下記式（２）で表されるクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を記憶するクリープ関数記憶部と、
   前記歪ゲージ式荷重センサに荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と荷重の大きさ（Ｗｎ）とを記憶する荷重履歴記憶部と、
   前記歪ゲージ式荷重センサに新たに荷重が負荷又は除荷されたときには、新たに荷重が負荷又は除荷された時間（Ｔｎ）と荷重の大きさ（Ｗｎ）とを、前記荷重履歴記憶部に順次記憶させる荷重履歴算出部と、
   前記全クリープ関数Ｃｒ（ｔ）に、前記荷重履歴記憶部に記憶された時間（Ｔｎ）、荷重の大きさ（Ｗｎ）、前記クリープ関数記憶部に記憶されたクリープ関数Ｃｒｅｅｐ（ｔ）を代入して時間（ｔ）のクリープ量を順次算出するクリープ量算出部と、
   時間（ｔ）の重量信号Ｗｎ（ｔ）から時間（ｔ）のクリープ量Ｃｒ（ｔ）を差分した計量値を表示する表示部とを備えることを特徴とする電子天秤。
   Ｃｒｅｅｐ（ｔ）＝Ａ×｛１−ＥＸＰ（−α×Ｃ×ｔ）｝ ・・・・・（２）
   ここで、ｔは荷重が負荷又は除荷された時間を示し、Ｃｒｅｅｐ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、Ａ、Ｃは歪ゲージ式ロードセルの固有の係数であり、αは歪ゲージ式ロードセルの負荷時または除荷時の応答性を表すために設定したパラメータを示す。
   ここで、ｔは時間を示し、Ｃｒ（ｔ）は時間ｔのクリープ量を示し、Ｎは荷重を変化させた回数を示し、Ｗｓは秤量荷重を示す。