JP5091592B2 - 組合せ秤用ホッパゲート駆動機構およびこれを備えた組合せ秤 - Google Patents

Description

本発明は、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構およびこれを備えた組合せ秤に関する。

組合せ秤では、バケットリフタ等から供給された被計量物を分散フィーダで分散して複数の直進フィーダに送る。該複数の直進フィーダを振動させることにより、被計量物は夫々の直進フィーダの下方に設置された複数の供給ホッパに送られる。供給ホッパは、そのホッパゲートを開いて、内部に保持している被計量物を、下方に設置された計量ホッパに供給する。計量ホッパは計量センサに連結されており、供給ホッパから供給された被計量物の重量を計量する。計量ホッパで得られた計量値は制御部に送られる。制御部では、送られた計量値に基づいて、組合せ演算により、計量値の合計が組合せ目標重量と等しいか組合せ目標重量よりも大きくかつ組合せ目標重量に最も近くなる計量ホッパの組合せ（最適組合せ）を求める。制御部は、最適組合せに参加する計量ホッパのホッパゲートを開いて、さらに下方に設置された包装機等へと被計量物を投入する。

組合せ秤は複数のホッパを有し、各ホッパのホッパゲートを駆動するためにホッパゲート駆動機構を備えている。従来のホッパゲート駆動機構には様々なものが存在する。駆動源（アクチュエータ）には、エアシリンダ、ソレノイド、ステッピングモータなどを用いる構成がある。ホッパゲート駆動機構に連動してホッパゲートを開閉駆動するリンク機構や、ホッパゲートの開閉を制御する方法についても多くの特許出願がされている。

特許文献１は、ホッパゲートの駆動源にステッピングモータを用いて、被計量物の種類や供給量に応じてホッパゲートの開閉を制御する構成を開示する。

特許文献２は、ホッパゲート駆動機構に連動してホッパゲートを開閉駆動するリンク機構において、応答遅れを防止する構成を開示する。

特許文献３および特許文献４は、ホッパゲート駆動機構に連動してホッパゲートを開閉駆動するリンク機構において、ホッパゲートがホッパ本体に衝突するときの騒音を防止する構成を開示する。

特許文献５は、モータの配置およびホッパゲート駆動機構に連動してホッパゲートを開閉駆動するリンク機構において、組合せ秤を小型化（コンパクト化）する構成を開示する。
特開昭６３−１２７１２４号公報 特開２００３−１４５３０号公報 特開平５−１６２７８７号公報 特開２００１−１４６３１９号公報 特開平７−４９２５９号公報

しかしながら、駆動源にエアシリンダやソレノイドを用いる場合には、ゲートの精密な開閉制御が困難となる。駆動源にステッピングモータを用いれば、ゲートの開閉制御は容易となるが、モータの発熱が大きく、特に冷凍食品の計量において被計量物の劣化を招く場合があった。また、モータの発熱がロードセルなどに影響して計量値が不安定になったり、電子部品の劣化をもたらす可能性もあった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、組合せ秤用ホッパゲート駆動装置におけるモータの発熱を抑制することが可能な組合せ秤を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構は、サーボモータと、被計量物を一時的に保持して排出するホッパと、前記ホッパの排出口に取り付けられたホッパゲートと、前記サーボモータの回転軸の回転力をホッパゲートへと伝達して前記ホッパゲートを回動させる減速機構とを備える。

かかる構成では、高回転でも比較的にトルクの大きいサーボが用いられており、減速機構によりさらにトルクを増加させてホッパゲートを駆動できる。よって、ホッパゲートの駆動に必要なトルクに対してより小型のモータを使用することが可能となり、モータの発熱を抑制できる。

上記の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構において、前記ゲートが閉止状態から全開状態となるまでの前記ゲートの回転角度をＡ度、前記ゲートが閉止状態から全開状態となるまでの前記サーボモータの回転角度をＢ度とするとき、Ｂ／Ａが１０以上２０以下であってもよい。

かかる構成では、適切な減速比により、サーボモータによるホッパゲート駆動を最適化できる。

上記の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構において、前記ホッパゲートの開閉時における前記サーボモータの平均角速度が１５００°／秒以上１２０００°／秒以下であってもよい。

かかる構成では、高速回転するサーボモータを用いてホッパゲートを駆動するため、モータを小型化して発熱を抑制できる。

上記の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構において、前記ホッパゲートの開閉時における前記ホッパゲートの平均角速度が１５０°／秒以上６００°／秒以下であってもよい。

かかる構成では、減速後の回転を高速とすることで、減速比を小さくして減速機構を小型化でき、またモータを高速回転させるためにモータも小型化して発熱を抑制できる。

上記の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構において、前記減速機構は、前記サーボモータの主軸に連結された送りネジと、前記送りネジに螺合し、前記送りネジの回転に伴って前記送りネジの軸方向に移動する可動体と、前記可動体に設けられた第１のピンと、前記第１のピンと係合する第１の切欠と第２のピンとを有し第１の回転軸の周りに回動自在に設けられたカムと、前記第２のピンと係合する第２の切欠を有し第２の回転軸の周りに揺動自在に設けられた第１のアームと、第３の切欠を有し前記第１のアームと一体的に前記第２の回転軸の周りに揺動自在に設けられた第２のアームと、前記ホッパゲートに固定され前記第３の切欠と係合する第３のピンを備えることにより前記第２のアームの揺動に伴って前記ホッパゲートを揺動させることで開閉するリンク機構とを備えていてもよい。

かかる構成では、送りネジ（ボールネジ）を用いて減速を行なうため、構成を簡潔にできる。

上記の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構において、前記減速機構は、前記サーボモータの回転軸に固定された第１駆動ギヤと、第１駆動ギヤと噛み合う第１従動ギヤと、前記第１従動ギヤと回転軸を共有する第２駆動ギヤと、第４のピンを備え前記第２駆動ギヤと噛み合う第２従動ギヤと、前記第４のピンと係合する第４の切欠を有し第５の回転軸の周りに揺動自在に設けられた第３のアームと、第５の切欠を有し前記第３のアームと一体的に前記第５の回転軸の周りに揺動自在に設けられた第４のアームと、前記ホッパゲートに固定され前記第５の切欠と係合する第３のピンを備えることにより前記第２のアームの揺動に伴って前記ホッパゲートを揺動させることで開閉するリンク機構とを備えていてもよい。

かかる構成では、ギヤを用いて減速を行なうことができる。

上記の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構において、前記減速機構は、前記サーボモータの回転軸に固定された第１駆動プーリと、第１従動プーリと、第１駆動プーリの回転に伴って第１従動プーリを回転させるように第１駆動プーリと第１従動プーリとを接続する第１ベルトと、第１従動プーリと回転軸を共有する第２駆動プーリと、第５のピンを備えた第２従動プーリと、第２駆動プーリの回転に伴って第２従動プーリを回転させるように第２駆動プーリと第２従動プーリとを接続する第２ベルトと、前記第５のピンと係合する第６の切欠を有し第８の回転軸の周りに揺動自在に設けられた第５のアームと、第７の切欠を有し前記第５のアームと一体的に前記第８の回転軸の周りに揺動自在に設けられた第６のアームと、前記ホッパゲートに固定され前記第７の切欠と係合する第３のピンを備えることにより前記第２のアームの揺動に伴って前記ホッパゲートを揺動させることで開閉するリンク機構とを備えていてもよい。

かかる構成では、プーリとベルトとを用いて減速を行なうことができる。

本発明は、上記のような構成を有し、以下のような効果を奏する。すなわち、ホッパゲート駆動装置におけるモータの発熱を抑制することが可能な組合せ秤を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
［構成］
図１は、本発明の第１実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構の概略構成を示す斜視図である。以下、図１を参照しつつ、本実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００について説明する。

図１に示すように、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００は、サーボモータ１０２と、被計量物を収容するための下部に排出口を有する略角筒状のホッパ１０３と、ホッパ１０３の排出口を開閉する互いに対をなす第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５と、サーボモータ１０２の主軸の回転を減速させつつ該ホッパゲートへと伝達する減速機構１０６とを備えている。ホッパ１０３には、組合せ秤本体と係合させるための棒状の取付金具１６２、１６４が固定されている。第１ホッパゲート１０４は、略長方形の主面部１０４ｂと、主面部１０４ｂの両端において主面部と直角に互いに対向するように設けられた側面部１０４ａ、１０４ｃとを有し、ホッパ１０３の下部において互いに対向する側面に設けられた軸１３６、１３７によって該２つの側面部が回動自在に軸支されている。第２ホッパゲート１０５は、略長方形の主面部１０５ｂと、主面部１０５ｂの両端において主面部と直角に互いに対向するように設けられた側面部１０５ａ、１０５ｃとを有し、ホッパ１０３の下部において互いに対向する側面に設けられた軸１３８、１３９によって該２つの側面部が回動自在に軸支されている。第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とが閉じられると、側面部１０４ａと側面部１０５ａとはホッパ１０３の一方の側面に重なり、側面部１０４ｃと側面部１０５ｃとはホッパ１０３の他方の側面に重なり、かつ主面部１０４ｂの先端が主面部１０５ｂの端部の内側に当接することで、第１ホッパゲート１０４および第２ホッパゲート１０５とホッパ１０３との隙間から被計量物が漏れ出ることが防止される。サーボモータ１０２の回転力は減速機構１０６を介して第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５に伝達され、第１ホッパゲート１０４が軸１３６、１３７の周りを揺動し、第２ホッパゲート１０５が軸１３８、１３９の周りを揺動することによって、ホッパ１０３の下部開口が開閉される。

減速機構１０６は、サーボモータ１０２の主軸１０７に連結された円柱状の送りネジ１０８（ボールネジ）を有している。送りネジ１０８には、互いにＬ字形をなすように結合した２個の細長い板状の板部１１０ａ、１１０ｂを有する可動体１１０が、板部１１０ａの板部１１０ｂと結合していない側の端部において送りネジ１０８と螺合するように、かつ板部１１０ａの長手方向が送りネジ１０８の軸方向と直交するように、取り付けられている。板部１１０ａには、図示されないガイド穴が設けられ、このガイド穴に送りネジ１０８と平行に延びるように設けられた図示されないガイド棒が挿通されている。かかる構成により、送りネジ１０８が回転すると、可動体１１０は送りネジ１０８の周りを回転することなく、送りネジ１０８の軸方向に沿って移動する（移動方向については後述する）。板部１１０ｂは、板部１１０ａの端部から板部１１０ａを基準としてサーボモータ１０２と反対側に延びるように設けられている。板部１１０ｂには、板部１１０ｂを基準として送りネジ１０８と反対側に突出するように第１のピン１１２（カムフォロワー）が設けられている。

減速機構１０６は、さらに送りネジ１０８の軸方向と垂直かつ板部１１０ａの長手方向と並行な第１の回転軸１１８の周りに回動自在に設けられた円盤状のカム１２０を備えている。カム１２０には、その外周からその径方向に延びるように第１の切欠１１４が形成され、第１の切欠１１４と第１のピン１１２とが係合している。かかる構成により、可動体１１０が送りネジ１０８の軸方向に移動すると、第１のピン１１２が第１の切欠１１４の内面を摺動しつつカム１２０を押して、カム１２０を回転させる。カム１２０には、その送りネジ１０８から遠い方の主面において、第１の回転軸１１８に対して第１の切欠１１４と略軸対称の位置に、第２のピン１１６（カムフォロワー）が該主面から突出するように設けられている。

減速機構１０６は、さらに第１の回転軸１１８と平行な第２の回転軸１２４の周りに揺動する、第２の回転軸１２４の径方向に延びる細長い板状の２本のアーム（第１のアーム１２６と第２のアーム１３０）を備えている。２本のアームはそれらの長手方向一端部が互いに固定され、互いが所定の角度をなすように配置されている。２本のアームは、固定された長手方向一端部が第２の回転軸１２４に回動自在に取り付けられている。かかる構成により、２本のアームが一体的に第２の回転軸１２４の周りを揺動する。第１のアーム１２６の、長手方向他端部には、第２の切欠１２２がその先端からアームの長手方向に延びるように形成されている。第２のアーム１３０の、長手方向他端部には、第３の切欠１２８がその先端からアームの長手方向に延びるように形成されている。

第２の切欠１２２と第２のピン１１６とは係合しており、カム１２０が回転すると、第２のピン１１６が第２の切欠１２２の内面を摺動しつつ第１のアーム１２６を押して、第１のアーム１２６を揺動させる。第１のアーム１２６が揺動すると、それに伴って第２のアーム１３０も揺動する。

減速機構１０６は、さらに第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とを開閉させるリンク機構１３４を備えている。

リンク機構１３４は、第１ホッパゲート１０４と共に軸１３６に軸支されて側面部１０４ａに固着された板状の第１リンク部材１５６と、第２ホッパゲート１０５と共に軸１３８に軸支されて側面部１０５ａに固着された板状の第３リンク部材１４４と、第１リンク部材１５６と第３リンク部材１４４とを接続する細長い板状の第２リンク部材１４０とを備えている。第１リンク部材１５６は、第１ホッパゲート１０４の主面部１０４ｂの主面を基準として側面部１０４ａと反対側に延びる腕部１３５と、腕部１３５に対して軸１３６を基準として略軸対称な方向に延びる腕部１５７とを有する。腕部１３５の端部には、第３の切欠１２８と係合する第３のピン１３２（カムフォロワー）が取り付けられている。第２リンク部材１４０は、その長手方向一端部が腕部１５７の端部に設けられた軸１４１によって回動可能に軸支され、その長手方向他端部が第３リンク部材１４４に設けられた軸１４２によって回動可能に軸支されている。かかる構成により、第２のアーム１３０が揺動すると、第２のアーム１３０が第３のピン１３２を第３の切欠１２８の内面で押して上下させる。第３のピン１３２の上下動に伴って、第１ホッパゲート１０４が開閉すると共に、腕部１５７が軸１４１を介して第２リンク部材１４０の長手方向一端部を上下させる。第２リンク部材１４０の長手方向一端部の上下動に伴って、第２リンク部材１４０の長手方向他端部が軸１４２と第３リンク部材１４４とを介して第２ホッパゲート１０５を押して、第２ホッパゲート１０５を開閉する。すなわち、リンク機構１３４は、第３のピン１３２の上下動に連動させて、２枚のホッパゲートを開閉する。

サーボモータ１０２は、ロータの巻き線に流れる電流、電圧の大きさにより制御され、負荷の変動に応じたエネルギをモータに供給することができる。サーボモータの制御では、各種検出器が用いられ、制御部は出力を監視しつつ入力信号を与えるクローズドループ制御を行なう。サーボモータでは、ステッピングモータと異なり、負荷に応じた大きさの電流や電圧が印加されることになる。サーボモータはステッピングモータに比べて負荷の変動に強く、高慣性の負荷を高速で駆動する場合に特に有用であるという特徴を有する。サーボモータ１０２としては、ＳＭ（同期）形ＡＣサーボモータ、ＩＭ（誘導）形ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータなどが利用できる。

本実施形態において、ホッパゲート１０４が完全に閉止している状態から全開状態となるまで間にホッパゲート１０４が回転する角度をＡ°、同じ時にサーボモータ１０２が回転する角度をＢ°とするとき、Ｂ／Ａ（減速率）は１０以上２０以下であることが好ましい。例えば、ホッパゲート１０４が閉止状態から全開状態となるまでの間に４５°回転する場合、その間にサーボモータ１０２は４５０°乃至９００°（１．２５〜２．５回転）することが好ましい。

ホッパゲートの開閉に要する時間は高速なもので３００ミリ秒程度であるから、閉止状態から全開状態となるまでに要する時間は１５０ミリ秒程度となる。その間に４５°回転する場合、ホッパゲート１０４の平均角速度は３００°／秒（５０ｒｐｍ）となる。また、その間に４５０°乃至９００°回転する場合、サーボモータ１０２の平均角速度は３０００°／秒乃至６０００°／秒（５００ｒｐｍ乃至１０００ｒｐｍ）となる。ホッパゲート１０４の開閉時におけるホッパゲート１０４の平均角速度は１５０°／秒以上６００°／秒以下（２５ｒｐｍ以上１００ｒｐｍ以下）であることが好ましい。また、ホッパゲート１０４の開閉時におけるサーボモータ１０２の平均角速度は１５００°／秒以上１２０００°／秒以下（２５０ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下）であることが好ましい。

なお、平均角速度とは、ゲートが開き始めてから開き終わるまでの角速度の絶対値と、ゲートが閉じ始めてから閉じ終わるまでの角速度の絶対値との平均値である。

［動作］
以下、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００の動作について説明する。

まず、第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とが開く動作について説明する。サーボモータ１０２の主軸がモータ本体側から見て反時計方向に回転すると、主軸に連結された送りネジ１０８が同方向に回転し、可動体１１０がサーボモータ１０２から離れる方向（前方向、以下同様）に移動する。可動体１１０の移動に伴いこれに連結された第１のピン１１２も前方向に移動する。第１のピン１１２は第１の切欠１１４の内面上を摺動しながらカム１２０を、第１の回転軸１１８の周りに、カム１２０を挟んでサーボモータ１０２と反対側から見て反時計方向に、回転させる。カム１２０の回転に伴ってこれに固定された第２のピン１１６が同方向に回転する。第２のピン１１６の回転により第２のピン１１６は第２の切欠１２２の内面上を摺動しながら、カム１２０を挟んでサーボモータ１０２と反対側から見て時計方向に、第１のアーム１２６を第２の回転軸１２４の周りに揺動させる。第１のアーム１２６の揺動に伴って、第１のアーム１２６に固定されている第２のアーム１３０が同方向に揺動する。第２のアーム１３０が揺動することにより、第３の切欠１２８に係合する第３のピン１３２が押し上げられる。第３のピン１３２はリンク機構１３４に固定されており、第３のピン１３２が押し上げられることにより第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とは連動して回動（揺動）し、開く。図２は、第１ホッパゲート１０４、第２ホッパゲート１０５が全開状態にあるときの組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００を示す斜視図である。

次に、第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とが閉じる動作について説明する。サーボモータ１０２の主軸がモータ本体側から見て時計方向に回転すると、主軸に連結された送りネジ１０８が同方向に回転し、可動体１１０がサーボモータ１０２に近づく方向（後方向、以下同様）に移動する。可動体１１０の移動に伴いこれに連結された第１のピン１１２も後方向に移動する。第１のピン１１２は第１の切欠１１４の内面上を摺動しながらカム１２０を、第１の回転軸１１８の周りに、カム１２０を挟んでサーボモータ１０２と反対側から見て時計方向に、回転させる。カム１２０の回転に伴ってこれに固定された第２のピン１１６が同方向に回転する。第２のピン１１６の回転により第２のピン１１６は第２の切欠１２２の内面上を摺動しながら、カム１２０を挟んでサーボモータ１０２と反対側から見て時計方向に、第１のアーム１２６を第２の回転軸１２４の周りに揺動させる。第１のアーム１２６の揺動に伴って、第１のアーム１２６に固定されている第２のアーム１３０が同方向に揺動する。第２のアーム１３０が揺動することにより、第３の切欠１２８に係合する第３のピン１３２が押し下げられる。第３のピン１３２が押し下げられることにより第１ホッパゲート１０４、第２ホッパゲート１０５は連動して回動（揺動）し、閉じる。

［効果］
本実施形態では、ゲートの駆動にサーボモータが用いられる。サーボモータはステッピングモータと異なり、高回転でもトルクが低下しない。トルクの小さな小型のサーボモータを用いても、これを高速回転させた上で減速機構を用いることとすれば、大きなトルクを実現できる。このように、サーボモータと減速機構を組み合わせて組合せ秤用ホッパゲート駆動機構に組み込むことで、モータを小型化することができる。小型のモータを用いることで、ホッパゲート駆動装置におけるモータの発熱が抑制される。

サーボモータでは、トルクに応じて必要な分だけ電流が流れるため、ステッピングモータよりも余分な電流が流れにくい。電流消費が効率化されることで、さらにホッパゲート駆動装置におけるモータの発熱が抑制される。

小型のサーボモータを用いることは、組合せ秤全体の大きさを小型化する上でも有効である。減速機構により大きなトルクが実現できるため、開閉時のホッパゲートの速度も速くなり、計量速度が向上するという効果も奏する。減速機構を設けることにより、ホッパゲートの回転運動をより細かく制御することが可能となる。精細な制御とトルクの向上とが相まって、ホッパゲートが閉じる直前に速度を急激に緩めることが可能となる。これにより、計量速度の向上とゲート開閉時の騒音防止を同時に実現できるという効果も奏する。

［変形例］
なお、上記説明においてそれぞれのピンと切欠とは係合する述べたが、必ずしも両者が常に接触している必要はなく、動作の一定の時点においてピンと切欠とが非接触状態となってもよい。特に計量ホッパにおいては、計量時に駆動機構とホッパとを切り離す必要があり、いずれかの部位で非接触状態を作り出す必要がある。

［実験１］
実験１では、ステッピングモータによって駆動され特別な減速機構を有しない従来の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構を用いて、モータの回転角と、ホッパゲートの回転角と、モータにかかる負荷（トルク）とを測定した。

実験では、大和製衡株式会社の組合せ秤データウェイΣシリーズ５Ｌ用のアクチュエータユニットを用いた。ステッピングモータは山洋電気社製の２相ステッピングモータ（型式：103H7126-1541）を用いた。モータの主軸とホッパゲートの主軸に緑測器社製のポテンショメータを取り付け、出力される電圧値をデータロガー（キーエンス社製NR-2000）により記録して、得られた電圧値から回転角度を求めた。トルクは歪ゲージ式トルク変換器により測定した。

図３は、実験１におけるモータの回転角と、ホッパゲートの回転角と、モータにかかるトルク（負荷）の時間変化を示す図である。図３に示されているように、ホッパゲートの最大回転角は約３５°であり、モータの最大回転角は約１４０°であった。ホッパゲートの回転角が変化するにつれて、モータにかかる負荷（トルク）は大きく変化していた。

リンク機構等が同じであれば、モータにかかる負荷は、駆動源にステッピングモータを用いた場合もサーボモータを用いた場合も同じである。ステッピングモータを用いた場合には、モータへの負荷によらず常に一定の電流を流すのが一般的である。脱調を防止するためには、最大の負荷に応じて電流の大きさを決定する必要があり、余分な電流による発熱が問題となる。これに対して、サーボモータを用いた場合には、モータへの負荷に応じて必要な分だけ電流が流れることになる。サーボモータを駆動源として用いることで、必要以上の電流が流れることがなくなり、ホッパゲート駆動装置におけるモータの余分な発熱が防止できることが容易に推察される。

［実験２］
実験２では、ステッピングモータによって駆動され特別な減速機構を有しない従来の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構を用いて、従来どおりの駆動を行なった場合（ステッピングモータを用いた従来の駆動方法：ケース１）と、必要なトルクに応じて必要最小限の電流が流れるように電流値を制御した場合（サーボモータを用いた駆動方法のシミュレーション：ケース２）とで、モータの表面温度の違いを測定した。

実験では、大和製衡株式会社の組合せ秤データウェイΣシリーズ５Ｌ用のアクチュエータユニットを用いた。ステッピングモータは山洋電気社製の２相ステッピングモータ（型式：103H7126-1541）を用いた。モータの表面にＫ熱電対を取り付け、出力される電圧値をデータロガー（キーエンス社製NR-1000）により記録して、得られた電圧値から温度を求めた。１分間に６０回の連続運転とした。ケース２では、実験１で求めたトルクの変動を用いて、ステッピングモータの電流−トルク特性に基づき必要最小限の電流値がどのように時間変化するかを求めた。その上で、それぞれの開閉動作において電流値の時間変化に従って電流を流して、ホッパゲートの駆動を行なった。平均電流値は、ステッピングモータを用いた従来の駆動方法（ケース１）で２．０Ａ、サーボモータを用いた駆動方法のシミュレーション（ケース２）で１．２Ａであった。

図４は、実験２におけるモータの表面温度の時間変化を示す図である。図４に示されているように、温度上昇が飽和した時点で、ステッピングモータを用いた従来の駆動方法（ケース１）ではサーボモータを用いた駆動方法のシミュレーション（ケース２）よりも１０℃以上温度が高かった。以上の結果によれば、サーボモータを用いた駆動方法により、モータの表面温度を低く抑えることができると推察された。

（第２実施形態）
［構成］
第１実施形態は、送りネジとカムを用いて減速機構が構成されたが、第２実施形態ではギヤを用いて減速機構が構成される。図５は、本発明の第２実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構の概略構成を示す斜視図である。以下、図５を参照しつつ、本実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構２００について説明する。

図５に示すように、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構２００は、第１実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００において、減速機構１０６を減速機構２０６に置き換え、サーボモータ１０２をサーボモータ２０２に置き換えたものであり、その他の分については共通する。よって、図１と図５において共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

減速機構２０６は、サーボモータ２０２の主軸２０７に連結された円盤状の第１駆動ギヤ２０８と、第１駆動ギヤ２０８と噛み合い第１駆動ギヤ２０８の回転に伴って主軸２０７と平行な第３の回転軸２１０の周りを回動する円盤状の第１従動ギヤ２１２と、第１従動ギヤ２１２と第３の回転軸２１０をその回転軸として共有して第１従動ギヤ２１２と一体的に回転する円盤状の第２駆動ギヤ２１４とを備えている。

減速機構２０６はさらに、第２従動ギヤ２２０を備えている。第２従動ギヤ２２０は、第２駆動ギヤ２１４と噛み合い、偏心した位置に第４のピン２１６（カムフォロワ）を備え、第２駆動ギヤの回転に伴って主軸２０７と平行な第４の回転軸２１８の周りを回動する。

減速機構２０６はさらに、主軸２０７と平行な第５の回転軸２２２の周りに揺動する、第５の回転軸２２２の径方向に延びる細長い板状の２本のアーム（第３のアーム２２６と第４のアーム２３０）を備えている。２本のアームはそれらの長手方向一端部が互いに固定され、互いが所定の角度をなすように配置されている。２本のアームは、固定された長手方向一端部が第５の回転軸２２２に回動自在に取り付けられている。かかる構成により、２本のアームが一体的に第５の回転軸２２２の周りを揺動する。第３のアーム２２６の、長手方向他端部には、第４の切欠２２４がその先端からアームの長手方向に延びるように形成されている。第４のアーム２３０の、長手方向他端部には、第５の切欠２２８がその先端からアームの長手方向に延びるように形成されている。

第４の切欠２２４と第４のピン２１６とは係合しており、第２従動ギヤ２２０が回転すると、第４のピン２１６が第４の切欠２２４の内面を摺動しつつ第３のアーム２２６を押して、第３のアーム２２６を揺動させる。第３のアーム２２６が揺動すると、それに伴って第４のアーム２３０も揺動する。

減速機構２０６は、さらに第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とを開閉させるリンク機構１３４を備えている。リンク機構１３４の構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても、減速率は１０以上２０以下であることが好ましい。ホッパゲート１０４の開閉時におけるホッパゲート１０４の平均角速度は１５０°／秒以上６００°／秒以下（２５ｒｐｍ以上１００ｒｐｍ以下）であることが好ましい。また、ホッパゲート１０４の開閉時におけるサーボモータ１０２の平均角速度は１５００°／秒以上１２０００°／秒以下（２５０ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下）であることが好ましい。

［動作］
以下、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構２００の動作について説明する。

まず、第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とが開く動作について説明する。サーボモータ２０２の主軸が第２従動ギヤ２２０側から見て反時計方向に回転すると、主軸に連結された第１駆動ギヤ２０８も同方向に回転する。第１駆動ギヤ２０８の回転に伴いこれと噛み合う第１従動ギヤ２１２は時計方向に回転する。第１従動ギヤ２１２の回転に伴い、これに固定されている第２駆動ギヤ２１４も時計方向に回転する。第２駆動ギヤ２１４の回転に伴いこれと噛み合う第２従動ギヤ２２０は反時計方向に回転する。第２従動ギヤ２２０の回転に伴い、第４のピン２１６も反時計方向に回転する。第４のピン２１６の回転により第４のピン２１６は第４の切欠２２４の内面上を摺動しながら、時計方向に、第３のアーム２２６を第５の回転軸２２２の周りに揺動させる。第３のアーム２２６の揺動に伴って、第４のアーム２３０が第５の回転軸２２２の周りを同方向に揺動する。第４のアーム２３０が揺動することにより、第５の切欠２２８に係合する第３のピン２３２が押し上げられる。第３のピン２３２はリンク機構２３４に固定されており、第３のピン２３２が押し上げられることにより第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とは連動して回動（揺動）し、開く。

次に、第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とが閉じる動作について説明する。サーボモータ２０２の主軸が第２従動ギヤ２２０側から見て時計方向に回転すると、主軸に連結された第１駆動ギヤ２０８も同方向に回転する。第１駆動ギヤ２０８の回転に伴いこれと噛み合う第１従動ギヤ２１２は反時計方向に回転する。第１従動ギヤ２１２の回転に伴い、これに固定されている第２駆動ギヤ２１４も反時計方向に回転する。第２駆動ギヤ２１４の回転に伴いこれと噛み合う第２従動ギヤ２２０は時計方向に回転する。第２従動ギヤ２２０の回転に伴い、第４のピン２１６も時計方向に回転する。第４のピン２１６の回転により第４のピン２１６は第４の切欠２２４の内面上を摺動しながら、反時計方向に、第３のアーム２２６を第５の回転軸２２２の周りに揺動させる。第３のアーム２２６の揺動に伴って、第４のアーム２３０が第５の回転軸２２２の周りを同方向に揺動する。第４のアーム２３０が揺動することにより、第５の切欠２２８に係合する第３のピン１３２が押し下げられる。第３のピン１３２は第１リンク部材１５６に固定されており、第３のピン１３２が押し下げられることにより第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とは連動して回動（揺動）し、閉じる。

［効果］
本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
［構成］
第２実施形態ではギヤを用いて減速機構が構成されたが、第３実施形態ではプーリとベルト機構を用いて減速機構が構成される。図６は、本発明の第３実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構の概略構成を示す斜視図である。以下、図６を参照しつつ、本実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構３００について説明する。

図６に示すように、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構３００は、第１実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００において、減速機構１０６を減速機構３０６に置き換え、サーボモータ１０２をサーボモータ３０２に置き換えたものであり、その他の分については共通する。よって、図１と図５において共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

減速機構３０６は、サーボモータ３０２の主軸３０７に連結された円盤状の第１駆動プーリ３０８と、主軸３０７と平行な第６の回転軸３１０の周りを回動自在に設けられた第１従動プーリ３１２と、第１駆動プーリ３０８と第１従動プーリ３１２とに巻き掛けられて第１駆動プーリ３０８の回転力を第１従動プーリ３１２に伝達する第１ベルト３１４とを備えている。

減速機構３０６はさらに、第１従動プーリ３１２と第６の回転軸３１０を共有して第１従動プーリー３１２と一体的に回転する円盤状の第２駆動プーリ３１６と、主軸３０７と平行な第７の回転軸３１８の周りを回動自在に設けられ偏心した位置に第５のピン３２４（カムフォロワ）を備える第２従動プーリ３２０と、第２駆動プーリ３１６と第２従動プーリ３２０とに巻き掛けられて第２駆動プーリ３１６の回転力を第２従動プーリ３２０に伝達する第２ベルト３２２と、を備えている。

減速機構３０６はさらに、主軸３０７と平行な第８の回転軸３２６の周りに揺動する、第８の回転軸３２６の径方向に延びる細長い板状の２本のアーム（第５のアーム３２８と第６のアーム３３０）を備えている。２本のアームはそれらの長手方向一端部が互いに固定され、互いが所定の角度をなすように配置されている。２本のアームは、固定された長手方向一端部が第８の回転軸３２６に回動自在に取り付けられている。かかる構成により、２本のアームが一体的に第８の回転軸３２６の周りを揺動する。第５のアーム３２８の、長手方向他端部には、第６の切欠３３２がその先端からアームの長手方向に延びるように形成されている。第６のアーム３３０の、長手方向他端部には、第７の切欠３３４がその先端からアームの長手方向に延びるように形成されている。

第６の切欠３３２と第５のピン３２４とは係合しており、第２従動プーリ３２０が回転すると、第５のピン３２４が第６の切欠３３２の内面を摺動しつつ第５のアーム３２８を押して、第５のアーム３２８を揺動させる。第５のアーム３２８が揺動すると、それに伴って第６のアーム３３０も揺動する。

減速機構３０６は、さらに第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とを開閉させるリンク機構１３４を備えている。リンク機構１３４の構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態において、第１ベルト３１４および第２ベルト３２２は歯つきベルト（タイミングベルト）であることが好ましい。

本実施形態においても、減速率は１０以上２０以下であることが好ましい。ホッパゲート１０４の開閉時におけるホッパゲート１０４の平均角速度は１５０°／秒以上６００°／秒以下（２５ｒｐｍ以上１００ｒｐｍ以下）であることが好ましい。また、ホッパゲート１０４の開閉時におけるサーボモータ１０２の平均角速度は１５００°／秒以上１２０００°／秒以下（２５０ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下）であることが好ましい。

［動作］
以下、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構３００の動作について説明する。

まず、第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とが開く動作について説明する。サーボモータ３０２の主軸が第２従動プーリ３２０側からサーボモータ３０２側に向かって反時計方向に回転すると、主軸に連結された第１駆動プーリ３０８も反時計方向に回転する。第１駆動プーリ３０８の回転力が第１ベルト３１４を介して第１従動プーリ３１２に伝達されることにより、第１従動プーリ３１２も反時計方向に回転する。第１従動プーリ３１２が反時計方向に回転すると、第１従動プーリ３１２に固定された第２駆動プーリ３１６も反時計方向に回転する。第２駆動プーリ３１６の回転力が第２ベルト３２２を介して第２従動プーリ３２０に伝達されることにより、第２従動プーリ３２０も反時計方向に回転する。第２従動プーリ３２０の回転に伴い、第５のピン３２４も反時計方向に回転する。第５のピン３２４の回転により第５のピン３２４は第６の切欠３３２の内面上を摺動しながら、時計方向に、第５のアーム３２８を第５の回転軸２２２の周りに揺動させる。第５のアーム３２８の揺動に伴って、第６のアーム３３０が第５の回転軸２２２の周りを時計方向に揺動する。第６のアーム３３０が揺動することにより、第７の切欠３３４に係合する第３のピン２３２が押し上げられる。第３のピン２３２はリンク機構２３４に固定されており、第３のピン２３２が押し上げられることにより第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とは連動して回動（揺動）し、開く。

まず、第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とが閉じる動作について説明する。サーボモータ３０２の主軸が第２従動プーリ３２０側からサーボモータ３０２側に向かって時計方向に回転すると、主軸に連結された第１駆動プーリ３０８も時計方向に回転する。第１駆動プーリ３０８の回転力が第１ベルト３１４を介して第１従動プーリ３１２に伝達されることにより、第１従動プーリ３１２も時計方向に回転する。第１従動プーリ３１２が時計方向に回転すると、第１従動プーリ３１２に固定された第２駆動プーリ３１６も時計方向に回転する。第２駆動プーリ３１６の回転力が第２ベルト３２２を介して第２従動プーリ３２０に伝達されることにより、第２従動プーリ３２０も時計方向に回転する。第２従動プーリ３２０の回転に伴い、第５のピン３２４も時計方向に回転する。第５のピン３２４の回転により第５のピン３２４は第６の切欠３３２の内面上を摺動しながら、反時計方向に、第５のアーム３２８を第５の回転軸２２２の周りに揺動させる。第５のアーム３２８の揺動に伴って、第６のアーム３３０が第５の回転軸２２２の周りを反時計方向に揺動する。第６のアーム３３０が揺動することにより、第７の切欠３３４に係合する第３のピン１３２が押し上げられる。第３のピン１３２は第１リンク部材１５６に固定されており、第３のピン１３２が押し上げられることにより第１ホッパゲート１０４と第２ホッパゲート１０５とは連動して回動（揺動）し、閉じる。

［効果］
本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第４実施形態）
［構成］
第４実施形態は、第１実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構を備えた組合せ秤である。図７は、本発明の第４実施形態の組合せ秤の概略構成を示す。以下、図７を参照しつつ、本実施形態の組合せ秤４００について説明する。なお、図７では一番左側のユニット取り付け口にのみユニットおよびホッパが取り付けられた状態を示している。

図７に示すように、組合せ秤４００は、略円筒形のボディ４０１と、ボディ４０１の上方中央に配設された平たい円錐状の形状を有する分散装置４０２と、分散装置４０２を取り巻くように配設された複数の直進フィーダ４０４と、それぞれの直進フィーダに対応して設けられた複数の供給ホッパ４０６および計量ホッパ４０８と、供給ホッパ４０６および計量ホッパ４０８の駆動部を収納したアクチュエータユニット４１０と、アクチュエータユニット４１０と、ボディ４０１を支える４本のフレーム４１２と、フレーム４１２を指示するベース４１４とを備えている。

ボディ４０１には、側面に複数のユニット取付口４１６が設けられ、アクチュエータユニット４１０はユニット取付口４１６にはめ込まれ、ネジなどで固定される。アクチュエータユニット４１０にはホッパ取付フック４１８が設けられており、これと図１の取付金具１６２、１６４とが係合されることで計量ホッパ４０８がアクチュエータユニット４１０に固定される。

本実施形態では、計量ホッパ４０８が第１実施形態のホッパ１０３に相当する。アクチュエータユニット４１０の内部に、第１実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００のうちサーボモータ１０２から第２のアーム１３０の一部までの部分が配設されており、第２のアーム１３０の残りの部分と、リンク機構１３４と、ホッパ１０３と、第１ホッパゲート１０４および第２ホッパゲート１０５とが、アクチュエータユニット４１０の外部に露出している。アクチュエータユニットの外壁面には、壁面を貫通するように溝が設けられており、該溝を第２のアーム１３０が貫通することで、第２のアーム１３０が揺動可能に構成されている。アクチュエータユニット４１０には、供給ホッパ４０６を駆動するための駆動機構も設けられている。供給ホッパ４０６についても第１実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００により駆動することとしてもよいことは言うまでもない。

使用時においては、全てのユニット取付口４１６にアクチュエータユニット４１０が取り付けられ、それぞれのアクチュエータユニット４１０に供給ホッパ４０６および計量ホッパ４０８が１個ずつ取り付けられる。また、計量ホッパ４０８の下方には集合シュートが設けられる。

なお、組合せ秤４００において、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００以外の部分については組合せ秤にかかる周知の構成とすることができるので、詳細な説明を省略する。

［動作］
被計量物は、組合せ秤４００の上方に設けられた図示されない供給経路から分散装置４０２へと落下する。分散装置４０２は振動により被計量物を直進フィーダ４０４へと供給する。直進フィーダ４０４は振動により、被計量物を供給ホッパ４０６へと間歇的に供給する。供給ホッパ４０６は、所定のタイミングでホッパゲートを開いて被計量物を計量ホッパ４０８へと供給する。計量ホッパ４０８は供給ホッパ４０６から受け取った被計量物を計量し、計量値を図示されない制御部へと送信する。制御部は、計量値の合計が予め設定された目標重量よりも大きく、かつ該目標重量に最も近くなるような計量ホッパ４０８の組合せを演算により求め、該組合せに参加する計量ホッパ４０８のホッパゲートを開いて被計量物を排出する。

計量ホッパ４０８の開閉は、アクチュエータユニット４１０に設けられた組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００により行なわれる。すなわち、制御部の制御に基づいてサーボモータ１０２が回転駆動され、減速機構１０６において第２のアーム１３０が揺動して、第３のピン１３２が上下に動かされることにより、第１ホッパゲート１０４および第２ホッパゲート１０５が連動的に開閉される。

［効果］
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。

さらに本実施形態では、ホッパゲート駆動機構における発熱を防止することで、組合せ秤において、モータの発熱による被計量物の劣化を防止することが可能となる。

（変形例）
本発明のホッパゲート駆動機構は、サーボモータの回転力を減速機構を介してホッパゲートに伝達するものであればよく、必ずしも上述の構成には限定されない。リンク機構などについても、上述の構成に限定されず、様々な態様を取りうることは言うまでもない。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明に係る組合せ秤用ホッパゲート駆動機構およびこれを備えた組合せ秤は、発熱を抑制可能な組合せ秤用ホッパゲート駆動機構およびこれを備えた組合せ秤として有用である。

図１は、本発明の第１実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構の概略構成を示す斜視図である。 図２は、第１ホッパゲート１０４、第２ホッパゲート１０５が全開状態にあるときの組合せ秤用ホッパゲート駆動機構１００を示す斜視図である。 図３は、実験１におけるモータの回転角と、ホッパゲートの回転角と、モータにかかるトルク（負荷）の時間変化を示す図である。 図４は、実験２におけるモータの表面温度の時間変化を示す図である。 図５は、本発明の第２実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構の概略構成を示す斜視図である。 図６は、本発明の第３実施形態の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構の概略構成を示す斜視図である。 図７は、本発明の第４実施形態の組合せ秤の概略構成を示す。

符号の説明

１００ 組合せ秤用ホッパゲート駆動機構
１０２ サーボモータ
１０３ ホッパ
１０４ 第１ホッパゲート
１０４ａ、１０４ｃ 側面部
１０４ｂ 主面部
１０５ 第２ホッパゲート
１０５ａ、１０５ｃ 側面部
１０５ｂ 主面部
１０６ 減速機構
１０８ 送りネジ
１１０ 可動体
１１０ａ、１１０ｂ 板部
１１２ 第１のピン
１１４ 第１の切欠
１１６ 第２のピン
１１８ 第１の回転軸
１２０ カム
１２２ 第２の切欠
１２４ 第２の回転軸
１２６ 第１のアーム
１２８ 第３の切欠
１３０ 第２のアーム
１３２ 第３のピン
１３４ リンク機構
１３５ 腕部
１３６、１３７ 軸
１３８、１３９ 軸
１４０ 第２リンク部材
１４１ 軸
１４２ 軸
１４４ 第３リンク部材
１５６ 第１リンク部材
１５７ 腕部
１６２、１６４ 取付金具
２００ 組合せ秤用ホッパゲート駆動機構
２０２ サーボモータ
２０６ 減速機構
２０７ 主軸
２０８ 第１駆動ギヤ
２１０ 第３の回転軸
２１２ 第１従動ギヤ
２１４ 第２駆動ギヤ
２１６ 第４のピン
２１８ 第４の回転軸
２２０ 第２従動ギヤ
２２２ 第５の回転軸
２２４ 第４の切欠
２２６ 第３のアーム
２２８ 第５の切欠
２３０ 第４のアーム
３００ 組合せ秤用ホッパゲート駆動機構
３０２ サーボモータ
３０６ 減速機構
３０７ 主軸
３０８ 第１駆動プーリ
３１０ 第６の回転軸
３１２ 第１従動プーリ
３１４ 第１ベルト
３１６ 第２駆動プーリ
３１８ 第７の回転軸
３２０ 第２従動プーリ
３２２ 第２ベルト
３２４ 第５のピン
３２６ 第８の回転軸
３２８ 第５のアーム
３３０ 第６のアーム
３３２ 第６の切欠
３３４ 第７の切欠
４００ 組合せ秤
４０１ ボディ
４０２ 分散装置
４０４ 直進フィーダ
４０６ 供給ホッパ
４０８ 計量ホッパ
４１０ アクチュエータユニット
４１２ フレーム
４１４ ベース
４１６ ユニット取付口
４１８ ホッパ取付フック

Claims (3)

1. サーボモータと、
   被計量物を一時的に保持して排出するホッパと、
   前記ホッパの排出口に取り付けられたホッパゲートと、
   前記サーボモータの回転軸の回転力をホッパゲートへと伝達して前記ホッパゲートを回動させる減速機構とを備え、
   前記ゲートが閉止状態から全開状態となるまでの前記ゲートの回転角度をＡ度、
   前記ゲートが閉止状態から全開状態となるまでの前記サーボモータの回転角度をＢ度とするとき、
   Ｂ／Ａが１０以上２０以下であり、
   前記減速機構は、
   前記サーボモータの主軸に連結された送りネジと、
   前記送りネジに螺合し、前記送りネジの回転に伴って前記送りネジの軸方向に移動する可動体と、前記可動体に設けられた第１のピンと、
   前記第１のピンと係合する第１の切欠と第２のピンとを有し第１の回転軸の周りに回動自在に設けられたカムと、
   前記第２のピンと係合する第２の切欠を有し第２の回転軸の周りに揺動自在に設けられた第１のアームと、
   第３の切欠を有し前記第１のアームと一体的に前記第２の回転軸の周りに揺動自在に設けられた第２のアームと、
   前記ホッパゲートに固定され前記第３の切欠と係合する第３のピンを備えることにより前記第２のアームの揺動に伴って前記ホッパゲートを揺動させることで開閉するリンク機構とを備えている、組合せ秤用ホッパゲート駆動機構。
2. 前記ホッパゲートの開閉時における前記サーボモータの平均角速度が１５００°／秒以上１２０００°／秒以下である、請求項１に記載の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構。
3. 前記ホッパゲートの開閉時における前記ホッパゲートの平均角速度が１５０°／秒以上６００°／秒以下である、請求項１に記載の組合せ秤用ホッパゲート駆動機構。

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