JP5334112B2 - 分離型質量計測装置の電源供給システム - Google Patents

Description

本発明は質量計測装置に係り、特に計量対象物の質量を計測する計量部と、計量部で計測した計測データを表示する表示部とが分離されている質量計測装置の電源供給システムに関する。

電子天秤と通称される電磁平衡式秤、或いはロードセル秤等の電子秤において、対象物の質量を計測する計量部と、この計量部で計測した計測データを表示したり、風袋引き等の計測に伴う各種設定を行なう入力部を設けた表示部とが個々に分離して構成され、両者を信号ケーブルで接続した質量計測装置（以下「分離型質量計測装置」とする）が提案され、かつ実際に使用されている。

分離型質量計測装置の用途としては温度、湿度等の計測環境が整えられた空間に計量部のみを配置し、表示部はこの環境外に置くことにより、整った計測環境空間の容量を小さくして計測環境空間保持のコストを低減したり、或いは逆に計量対象が放射性物質等の危険物である場合、計量部のみを密閉空間に配置して計量時の安全性を図る等の際に有効に利用される。

また、計量を自動化するため計量部を所定の製造ラインに多数配置して、同時に多数の試料の計測を行なうような構成も実施されている。

上記構成の分離型質量計測装置は表示部と計量部が信号ケーブルで接続され、表示部には電源が接続し、信号ケーブルにより計量部に対して給電すると共に計量部における計測データ（通常はアナログ信号として出力される）はこの信号ケーブルを介して表示部に出力され、Ａ／Ｄ変換されて計測値が表示される構成となっている。
本願出願人はこのような構成の分離型質量計測装置を下記非特許文献１記載のように本願出願前から製造し販売している。
株式会社エー・アンド・デイ発行の「天びん・台はかり・分析機器・ソフトウエア」総合カタログ「Balances & Scales 」内のセパレート型電子天秤ＡＤ−４２１２Ａ、ＡＤ−４２１２Ｂのページ（ホームページアドレスｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａａｎｄｄ．ｃｏ．ｊｐ）

上記分離型質量計測装置は何れも上述した表示部と計量部を信号ケーブルで接続し、表示部に電源が接続し、信号ケーブルにより計量部に対して給電すると共に計量部における計測データをこの信号ケーブルを介して表示部に出力される構成となっている。

しかし、例えば生産ラインの配置状態や制御装置に対する接続状態等によっては上述の場合とは逆に計量部に対して電源を接続し、表示部に対しては信号ケーブルで給電した方が良い場合もある。
このため本願発明者等は計量部及び表示部の何れもが電源と接続可能な構成とした分離型質量計測装置を検討し、需要者に対してより利便性の高い分離型質量計測装置を提供することを計画している。

この構成は上述のように非常に便利であるが、以下のような問題も考えられ、その解決が信頼性の高い安定した製品としての条件と考えられる。
即ち、上記の構成において誤って表示部と計量部の両方を電源に接続して電源が衝突した場合、次のような事態の発生が予測され、場合によっては火災等の大事故が発生する可能性もある。

（１）表示部と計量部との間に大電流が流れ、基板の破損、加熱あるいは発火などの事態が発生する。
（２）表示部と計量部の両方或いは一方の電源が破損する。
（３）表示部と計量部が生産ラインの一部を構成している場合、電力の供給元である生産ラインのブレーカーが落ちて、生産ライン全体が停止してしまう。
（４）また、電源が落ちた時に、生産ラインのシステムが稼働していたときはワークやシステム全体の制御系が壊れてしまう。

表示部と計量部とが信号ケーブルで１対１の対応となっている装置単体の場合には、表示部と計量部に対して同時に電源を接続する誤りが生じる可能性は高いものではない。しかし生産ラインに分離型質量計測装置が組み込まれる場合には、その設置基数は十数個或いは数十個と非常に多くなり、計量部は生産ラインに近接して配置され、かつ表示部は別の場所にまとめて配置される等、個々の計量部とこの計量部に対応する表示部との関連性が不明確となってしまう。この様な状態であると、元々表示部側に電源が接続しているのに、この表示部に対応する計量部に電源を接続したり、あるいはその逆の事態は往々にして起こりうる。

発明者等は上記の点に鑑み図２に示す分離型質量計測装置を試作した。
図２の構成はこの試作型の装置の回路構成を示し、信号ケーブル１で接続している表示部２と計量部３のうち、表示部２の内部回路２Ａに電力を供給するラインに対してＰＮ接合型のダイオード（以下実施例も含めて単に「ダイオード」とする）Ｄを配置する構成としてある。

上記の構成とすることにより、表示部２と計量部３の両方を同時に直流電源（以下実施例も含めて単に「電源」とする）４Ａ、４Ｂに接続してもダイオードＤにより電源の衝突は避けることができる。この方法は表示部２と計量部３を同時に電源４Ａ、４Ｂに接続しても前記（１）乃至（４）の危険な事態は避けられるものの、次のような問題があって、上記技術的要請に十分に対応できるものではない。

即ち、図２の構成では表示部２から計量部３に対してはダイオードＤは電源４Ａに対して順方向接続となるため電力を供給することはできるが、計量部３から表示部２に対して電力を供給しようとする場合には前記ダイオードＤは電源４Ｂに対して逆方向となるため実際には電力を供給することができない。また計量部３側にダイオードＤを設けた場合には逆に表示部２から計量部３に対する電力の供給はできない。つまり、電力の供給は一方向であって、双方向にすることができない。

結局この構成は上記の危険な事態は避けられ、安全性は確保できるものの、何れの側に電源を接続するかはダイオードを有する側とダイオードを持たない側との接続を選択することによってのみ実現可能である。具体的には表示部２側に電源を接続する場合には図１の構成のように、ダイオードＤを有する表示部２とダイオードＤを持たない計量部３とを接続し、逆に計量部３に電源を接続する場合にはダイオードＤを有する計量部３とダイオードＤを持たない表示部２を接続する必要があり、装置としての利便性はさして高いものではない。

本発明は上記技術の問題点に鑑み構成されたものである。
即ち電力の供給も可能な信号ケーブルにより接続する表示部と計量部を有する分離型質量計測装置において、表示部の内部回路に電力を供給する電源回路及び計量部の内部回路に電力を供給する電源回路に対しては外部電源と接続する手段がそれぞれ設けられ、表示部と計量部の各電源回路にはそれぞれの電源に対してダイオードが順接続で設けられていることを特徴とする分離型質量計測装置であることを特徴とする。

上記構成とすることにより表示部及び計量部の何れに対して電源を接続しても電源に接続していない他方に対して電力を供給できるので、表示部及び計量部の設置状態に対応して、電源をこれら表示部及び計量部の何れか接続し易い側と接続することが可能となり、生産ライン等を始めとした装置の設置対象に対する質量計の設置の自由度が大幅に向上する。

また、誤って表示部と計量部の両方に電源を接続しても電源の衝突は回避され、かつ表示部と計量部の両方のダイオードが選択的に機能することにより、表示部側又は計量部側の何れかの電源が選択され、質量計測装置として問題なく作動する。

更に、表示部と計量部の両方に電源をあらかじめ意図的に接続しておくことにより、表示部と計量部の何れか一方の電源が停止しても、他方の電源から電力を取るよう構成することにより、電源のバックアップを行うよう構成することも可能となる。

以下本発明の実施例を図１を参考に具体的に説明する。
先ず表示部２において、Ｅ１は当該表示部２における画面表示や各種設定を実行する内部回路２Ａに対して電力を供給する電源回路であって、この電源回路Ｅ１に対してはダイオードＤ１が、接続対象である電源４Ａに対して順方向に設けられている。

次に計量部３においてＥ２は当該計量部３を制御する内部回路３Ａ（例えば電磁平衡式の機構であれば内部機構のビームを平衡させるためのフイードバック制御を行う回路や計測データを出力する回路等）に電力を供給する電源回路であって、電源４Ｂと接続可能に構成されている。また符号Ｄ２はこの電源回路Ｅ２において電源４Ｂに対して順方向に設けられたダイオードである。

次に以上の構成においてそれぞの電源に対する接続状態に対する電力の供給状態を説明する。
（１）先ず表示部２に対してのみ電源４Ａが接続した状態について説明する。
電源４Ａが表示部２に接続することにより電源４Ａ、電源回路Ｅ１、内部回路２Ａ、信号ケーブル１の電源供給ルートＥｎ、計量部３の内部回路３Ａが閉回路となり、電圧はダイオードＤ１に対して順方向にかけられているため電源４Ａの電力は上記閉回路を経て表示部２の内部回路２Ａ、計量部３の内部回路３Ａの何れにも供給され、表示部２及び計量部３は全体的に質量計測装置として機能する。ちなみに、上記の場合は計量部３側で電源４Ｂは電源回路Ｅ２に接続していないので、この電源回路Ｅ２は開となっており、通電経路としてはそもそも機能していない。この場合、ダイオードの性能によっても格差があるが、例えば電源４Ａの電圧が１３Ｖである場合、ダオードＤ１において０．６Ｖ程度電圧が降下し、表示部２及び計量部３の内部回路２Ａ、３Ａに対しては１２．４Ｖ程度の電圧が印加されるのが一般的である。

（２）次に計量部３に対してのみ電源４Ｂが接続した状態について説明する。
電源４Ｂが計量部３に接続することにより電源４Ｂ、電源回路Ｅ２、内部回路３Ａ、信号ケーブル１の電源ルートＥｎ、表示部２の内部回路２Ａが閉回路となり、かつ電源４Ｂの電圧はダイオードＤ２に対して順方向にかけられているため電源４Ｂの電力は上記閉回路を経て表示部２の内部回路２Ａ、計量部３の内部回路３Ａの何れにも供給され、全体として一体的な質量計測装置として機能する。また、上記の場合は計量部２側で電源４Ａは電源回路Ｅ１に接続していないので、この電源回路Ｅ１は開となっており、通電経路としては機能していない。

（３）続いて、表示部２と計量部２の両方に対して電源４Ａ、４Ｂを同時に接続した場合で、かつ両電源の電圧が異なる場合について説明する。
例えば、計量部３に接続した電源４Ｂの電圧が１３Ｖ、表示部２に接続した電源４Ａの電圧が１２Ｖである場合であれば次のように電力が供給される。

ダイオードによる電圧降下が上記と同様０．６Ｖとすると、計量部３側のダイオードＤ２を介して表示部２のダイオードＤ１のカソード側には１２．４Ｖが印加され、また同ダイオードＤ１のアノード側には電源４Ａの電圧１２Ｖがそれぞれ印加されることになるが、ダイオードの性質上、カソードからアノードに対しては電流は流れないため電源４Ａは保護される。即ち、電源回路Ｅ２、電源ルートＥｎを介して表示部２の内部回路２Ａ、計量部３の内部回路３Ａに対しては電源４Ｂが供給する１２．４Ｖの電圧が選択的に印加されることになる。また当然のことながら、電源４Ａの電圧が電源４Ｂの電圧よりも高い場合には、上記と逆に電源４Ａの電圧が内部回路２Ａ、３Ａに印加されることになる。

（４）最後に表示部２と計量部３に対して接続した電源４Ａ、４Ｂの電圧が同じである場合について説明する。
電源４Ａ、４Ｂの電圧が何れも１３Ｖである等、両電源の電圧が全く同じである場合でも、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２の順電圧における固体差や、電圧の保持状態又は電圧の変動状態等電源の固体差により、両電源から全く同じ値の電圧が印加されることは実際には希であり、多くの場合は両電源の電圧には僅かな差が生じる方が一般的である。つまりこの場合、（３）に示されるように、ダイオードＤ１或いはダイオードＤ２により何れか電圧の高い方の電源が自動的に選択され、選択された電源の電流が各内部回路２Ａ、３Ａに供給されることにななる。

（５）なお、上記に反してダイオードＤ１、ダイオードＤ２を経て両電源４Ａ、４Ｂから供給される電流が全く同じ電圧となった場合には平衡状態となり、両電源４Ａ、４Ｂが何れも通常通り電力を供給している状態となるため、何れの電源も問題は生じない。また平衡状態が崩れた場合には上記（４）の状態になり、電圧の高い方の電源が自動的に選択されるため、選択されなかった電源が破壊される等の問題は生じない。

以上に説明したように、発明の構成によれば（１）乃至（５）何れの場合でも、電源の衝突は発生せず、電源に対してどのような接続をしても装置として常に安定的に電力の供給を受けることが可能となる。

本発明の構成を分離型質量計測装置で説明したが、装置の各部が分離されかつ電力を共有するよう構成した装置であれば本発明は実施可能である。

本発明の電力供給システムを示す電力供給系統図である。 本発明の構成に先立って試作した電力供給システムを示す電力供給系統図である。

１ 信号ケーブル
２ 表示部
２Ａ （表示部２の）内部回路
３ 計量部
３Ａ （計量部３の）内部回路
４Ａ （表示部２に接続する）直流電源
４Ｂ （計量部３に接続する）直流電源
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２ （ＰＮ接合型）ダイオード
Ｅ１ （表示部２の）電源回路
Ｅ２ （計量部３の）電源回路
Ｅｎ （信号ケーブル１の）電力ライン

Claims (2)

1. 表示部と計量部とが電力の供給及びデータの送信を行う信号ケーブルで接続された分離型質量計測装置において、表示部の内部回路に対して電力を供給する電源回路が設けられ、電源回路は外部の直流電源と接続するよう構成され、かつ当該電源回路には当該直流電源に対して順方向にダイオードが配置され、かつ計量部に対しても当該計量部の内部回路に対して電力を供給する電源回路が設けられ、電源回路は外部の直流電源と接続するよう構成され、かつ当該電源回路にも当該直流電源に対して順方向にダイオードが配置され、表示部に対してのみ電源が接続した状態では、表示部側電源の電力が表示部の内部回路、計量部の内部回路の何れにも供給され、計量部に対してのみ電源が接続した状態では、計量部側電源の電力が表示部の内部回路、計量部の内部回路の何れにも供給され、表示部と計量部の両方に対して電源が同時に接続した状態では、表示部側ダイオード或いは計量部側ダイオードにより何れか電圧の高い方の電源が自動的に選択され、選択された電源の電力が各内部回路に供給されることを特徴とする分離型質量計測装置の電源供給システム。
   
2. 請求項１記載の分離型質量計測装置の電源供給システムにおいて、
   表示部側ダイオード、計量部側ダイオードを経て両電源から供給される電力が全く同じ電圧となった場合は、平衡状態となり、両電源から何れも通常通り電力が各内部回路に供給されることを特徴とする分離型質量計測装置の電源供給システム。

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