JP5097510B2 - 力測定機構 - Google Patents

Description

本発明は、例えば比重測定などの微小荷重を高精度に測定することが可能な力測定機構に関するものである。

例えば、ロバーバル機構を有する力測定機構を使用して荷重を測定する場合に、ロバーバル機構の荷重受部の任意の一部に負荷を加えると、偏置誤差等が発生するために、特許文献１のように偏置誤差補償機構により偏置誤差を調整することがある。

ＷＯ２００５／３１２８６Ａ１号公報

しかし、微小負荷に対する高精度な測定が必要な場合に、例えば上皿による荷重受部への加重点と、下皿による加重点が異なる位置にあると、同じ大きさの負荷を掛けても偏置誤差により測定値が微妙に異なり、たとえ偏置誤差補償機能を備えてもこれらの測定値を一致させることは困難である。

また、これらの負荷の加重点と内蔵の基準分銅の加重点とが異なると、基準分銅による正確な校正が実施できない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、荷重受部の中心部を加重点とすることにより、負荷を掛ける方向が異なっても高精度の測定が実現でき、偏置誤差が少ない力測定機構を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る力測定機構は、基部と荷重受部との間を上下一対に２組の計４本の両端にフレクシャを備えた平行リンク部材により連結したロバーバル機構である荷重変換部から成り、前記荷重受部は四角枠状の枠体部を有し、該枠体部の四隅に前記平行リンク部材の一端を連結し、前記枠体部の四隅に連結した４本の梁部の他端部を前記枠体部の中心部において集合して加重点とし、該加重点に上下方向から負荷を加えるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る力測定機構によれば、偏置誤差が少なく、微小荷重を高精度で測定できる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は力測定機構の斜視図、図２は正面図、図３は平面図、図４は側面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。力測定機構となるロバーバル部１は、１個の金属ブロック体を刳り抜いて製作されている。基体２と外形を直方体形状とした荷重受部３の四隅間には、上下一対２組の計４本の平行リンク部材４、５が接続され、基体２の４個所と平行リンク部材４、５の間、平行リンク部材４、５と荷重受部３の間にはそれぞれ２個ずつ計８個の薄肉部から成るフレクシャ６が形成されている。また、左右の平行リンク部材４、４間及び５、５間は、それぞれ連結部７により連結されている。更に、基体２から左右の平行リンク部材４、５間にセンサ固定部８が延在されている。

荷重受部３は外部に四角枠状の枠体部３ａを有し、枠体部３ａ内において各隅部から中央に向けて複数の梁部３ｂが設けられている。梁部３ｂは枠体部３ａの中心の集合部においてほぼ合体され、平行リンク部材４、５と平行方向を向く軸部３ｃに連結されている。そして、軸部３ｃの中央部には、左右方向及び上下方向に通孔３ｄ及び３ｅが形成されている。通孔３ｄの左右方向の枠体部３ａには、通孔３ｄよりも大径の透孔３ｆ、３ｇが設けられ、通孔３ｅの上下方向の枠体部３ａに同様の透孔３ｈ、３ｉが設けられている。

左右の透孔３ｆ、３ｇ、中央の通孔３ｄを通って、分銅吊棒９が水平方向に挿通され、分銅吊棒９は通孔３ｄにおいて軸部３ｃに固定されている。分銅吊棒９は左右の透孔３ｆ、３ｇに対して非接触であり、分銅吊棒９の両端部には、基準分銅を吊下するための金属板を加工した吊ばね１０が取り付けられている。

また、上下の透孔３ｈ、３ｉから中央の通孔３ｅに向けて、荷重伝達用の上側力伝達棒１１と下側力伝達棒１２がそれぞれ挿通され、分銅吊棒９に突き当てられており、分銅吊棒９を挿通した連結軸１３を介して連結されている。なお、上側力伝達棒１１、下側力伝達棒１２は共に上下の透孔３ｈ、３ｉに対して非接触とされている。

また、基体２の上部には、力点部１４ａ、１５ａ（１５ａは図示せず）を自由端とした２つの第１、第２のＬ字状の調整レバー１４、１５が平行リンク部材４の方向にほぼ平行に、また基体２の側部に沿ってＬ字形に延在され、ロバーバル部１と一体的に形成されている。

基体２と第１、第２の調整レバー１４、１５は、薄肉の可撓部である支点１６、１７により基体２に連結され、第１、第２の調整レバー１４、１５の作用点部１４ｂ、１５ｂ（１５ｂは図示せず）は、基体２側の上側のフレクシャ６の近傍上部に連結されている。なお、支点１６、１７の位置は調整レバー１４、１５の作用点部１４ｂ、１５ｂ寄りに設けられていて、調整レバー１４、１５の力点部１４ａ、１５ａの変位が、作用点部１４ｂ、１５ｂの変位として縮小して伝達されるようになっている。

作用点部１４ｂ、１５ｂ近傍のフレクシャ６の動きを容易とするために、基体２から左右別個に、２つずつの薄肉部１８、１９及び２０、２１を介してブロック２２、２３が延在され、これのブロック２２、２３にそれぞれフレクシャ６は接続され、ブロック２２、２３の上部に第１、第２の調整レバー１４、１５の作用点部１４ｂ、１５ｂが連結されている。第１、第２の調整レバー１４、１５の力点部１４ａ、１５ａは基体２に対して、調整ボルト２４、２５（２５は図示せず）により変位するようにされ、基体２に対する間隔が調整可能とされている。

図６はセンサ固定部８に固定された例えば音叉振動子型の力センサ３０の正面図を示し、１個の比較的薄肉の金属ブロックを刳り抜いて製作されている。力センサ３０の基部３１には支点３２を介してレバー３３が連結されている。レバー３３の力作用点３４には、連結片３５を介して力作用部３６が連結されている。レバー３３の力点３７は、薄肉部３８を介して音叉振動子３９の一端に連結され、音叉振動子３９の他端は薄肉部４０を介して基部３１の一部の固定部４１に連結されている。

この力センサ３０の基部３１は、ボルト４２によりセンサ固定部８の台座に固定され、力センサ３０の力作用部３６はボルト４３により荷重受部３の台座に連結されている。また、基部３１にスペーサ４４を介して回路基板４５が取り付けられ、回路基板４５には回路用電子部品が搭載されている。

荷重の測定に際して、ロバーバル部１の荷重受部３の上側力伝達棒１１の上端に、例えば図示しない秤量皿を介して上方から荷重が加わると、荷重受部３が下方に沈み込むが、ロバーバル機構が構成されているので、基体２、平行リンク部材４、５とによる平行四辺形は維持される。

荷重受部３に加わる荷重は、力センサ３０の力作用部３６に伝達され、連結片３５を介してレバー３３に作用し、レバー３３のてこ比に従って数１０〜数１００分の１の力に減少され、音叉振動子３９に伝達される。音叉振動子３９に加わる張力は周波数の変化として検出され、力の大きさに変換される。

上側力伝達棒１１による荷重は枠体部３ａの軸部３ｃの加重点Ｇに加わり、また下側力伝達棒１２を用いて、例えば比重測定をする場合にも負荷は加重点Ｇに加わり、両者の場合に偏置誤差の差が生ずることはない。

なお、このように中心部の加重点に負荷を集中させても、偏置誤差は多少なりとも発生するので、この場合に調整ボルト２４、２５を回転して調整レバー１４、１５を作用させて、偏置誤差を調整することができる。

また、分銅吊棒９の両側の吊ばね１０に内蔵の基準分銅を均等に吊り下げ、荷重受部３に荷重を加えて力測定機構を校正することができる。上述のロバーバル部１、力センサ３０、基準分銅ははかりの筐体に内蔵されており、基準分銅が自動的にモータにより分銅吊棒９に吊下げされるので、校正ボタンによる操作だけで内部校正を行うことができる。この際に、基準分銅の取り付けの衝撃が加重点Ｇに加わらないように、分銅吊棒９に緩衝用の吊ばね１０を介して吊り下げている。

この場合においても、基準分銅による荷重は、上側力伝達棒１１、下側力伝達棒１２による荷重と同様に同じ加重点Ｇに加わるので、上側力伝達棒１１、下側力伝達棒１２を用いた測定と全く同じ条件で校正でき、高精度の校正を行うことができる。

なお実施例においては、荷重変換部は１個の金属体から形成したが、製造の便宜性を考えて、別体に分割することもできる。

力測定機構の斜視図である。 正面図である。 平面図である。 側面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 力センサの正面図である。

符号の説明

１ ロバーバル部
２ 基体
３ 荷重受部
４、５ 平行リンク部材
６ フレクシャ
８ センサ固定部
９ 分銅吊棒
１０ 吊ばね
１１、１２ 力伝達棒
１３ 連結軸
１４、１５ 調整レバー
３０ 力センサ
３９ 音叉振動子
Ｇ 加重点

Claims (6)

1. 基部と荷重受部との間を上下一対に２組の計４本の両端にフレクシャを備えた平行リンク部材により連結したロバーバル機構である荷重変換部から成り、前記荷重受部は四角枠状の枠体部を有し、該枠体部の四隅に前記平行リンク部材の一端を連結し、前記枠体部の四隅に連結した４本の梁部の他端部を前記枠体部の中心部において集合して加重点とし、該加重点に上下方向から負荷を加えるようにしたことを特徴とする力測定機構。
2. 前記荷重変換部は１個の金属ブロック体を刳り抜いて形成したことを特徴とする請求項１に記載の力測定機構。
3. 前記荷重受部に上方から加えた負荷は、上方から前記加重点に接続した力伝達棒を介して前記加重点に加えるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の力測定機構。
4. 前記荷重受部に下方から加えた負荷は、下方から前記加重点に接続した力伝達棒を介して前記加重点に加えるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の力測定機構。
5. 内蔵の基準分銅を用いて校正を行う場合に、前記基準分銅による負荷を前記加重点に加えるようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の力測定機構。
6. 前記基準分銅による負荷は、前記加重点を通る水平方向を向く分銅吊棒の両端に均等に加えるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の力測定機構。

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