JP5524208B2

JP5524208B2 - 分力緩衝装置とそれを用いた台秤

Info

Publication number: JP5524208B2
Application number: JP2011520877A
Authority: JP
Inventors: 和文内藤; 弘須澤
Original assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Current assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: EP2450679B1; PL2450679T3; US8907232B2; JPWO2011001877A1; CN202661155U; EP2450679A1; EP2450679A4; US20120085586A1; WO2011001877A1

Description

本発明は、被計量物支持体の撓みによる精度低下を防止する分力緩衝装置と、それを用いた台秤に関し、高精度での計量を実現するものである。

電子秤の主な方式には、歪みゲージを用いるロードセル方式、音叉を使用する音叉振動方式、電磁石及び電磁コイルを用いる電磁力平衡方式が存在する。
ロードセル方式は、荷重による歪みゲージの変形量から荷重を測定する。音叉振動方式は、下記特許文献１に記載されているように、音叉の振動数が音叉の両端に加わる荷重の大きさに比例して変化することを利用した荷重測定法である。また、電磁力平衡方式は、荷重により平衡状態が崩れた機械的バランス機構を、電磁コイルに電流を流して平衡状態に戻し、そのときの電流の大きさから荷重の大きさを求める。
秤の精度は、ロードセル方式より音叉振動方式や電磁力平衡方式の方が高く、一方、秤の製造コストは、機構が複雑な電磁力平衡方式が最も高く、構造が簡単なロードセル方式が最も低コストである。
現在、秤量（測定範囲）が３００ｋｇに及ぶ台秤の多くは、ロードセル方式を採用している。

しかし、生産現場では、例えば、ドラム缶入りの薬液原料等を計量する場合のように、重量物の重さを高い精度で測定する必要性が増えており、台秤の高精度化が求められている。
台秤の精度向上は、単に、精度が高い計量方式を採用するだけでは実現できない。重量物に耐えられる機械的強度の確保が必要であり、大きな荷重を安定的に計量できる構造が要求される。
特に、重い物を量る場合は、被計量物を支える支持体の被計量物の重さによる撓みが問題になる。

図１０（ａ）に示すように、平らな秤量皿５００の上に重い被計量物６００が載ると、秤量皿５００が、図１０（ｂ）のように撓み、そのため、秤量皿５００を支える荷重検出部４００に対して水平方向の応力が作用する。この水平方向の力は、垂直方向の荷重を検出する荷重検出部４００にとって誤差となり、検出精度を低下させる。
こうした誤差を減らすため、重量物を計量する従来の計量装置では、図１１に示すように、ボール３１１を二枚の受板３１２、３１３で挟んだ分力緩衝装置３０４（図１１（ｂ））を、被計量物の支持体３０５と荷重検出部３０３との間に介在させている（図１１（ａ））。
こうすることで、支持体３０５の撓みに起因する水平方向の応力は、分力緩衝装置３０４によって逃がされるため、荷重検出部３０３に及ばなくなる。

特開２００２−１３１１４８号公報

しかし、台秤では、重量物を載荷台に載せたり降ろしたりする作業をし易くするため、低床化が求められているが、図１１（ｂ）のボールを用いた分力緩衝装置は、３５ｍｍ程度の厚さがあり、低床化の妨げになる。
この装置の場合、厚さを減らすためにボールの直径を小さくすると、受板３１２、３１３のボールとの接触領域が局所化され、受板に過大な力が加わり、受板の破損等が発生する虞がある。そのため、さらに薄くすることは難しい。
こうした事情を考慮して、本願の発明者等は、先に、複数のニードルベアリングを配列して一方向の分力の緩衝を可能にした薄型の分力緩衝装置を提案している（特願２００８−２２９８３１）。

本発明は、この薄型の分力緩衝装置を使用した計量装置、及び、その分力緩衝装置に関する改良であり、複数の薄型の分力緩衝装置を組み込んで高精度化を可能にした台秤を提供し、また、計量装置への組み込みを容易にした薄型の分力緩衝装置を提供することを目的としている。

本発明は、被計量物を支持する支持体を複数の荷重検出部で支えて被計量物の計量を行う台秤であって、並行して配置された複数のニードルベアリングの配列と、前記ニードルベアリングの配列を間に挟んで対向する二枚の板とを有し、前記二枚の板による前記ニードルベアリングの配列する方向への相対移動が可能である分力緩衝装置が、前記支持体と前記複数の荷重検出部との間に少なくとも４個配置され、前記４個の分力緩衝装置は、矩形を形成する４箇所で前記支持体に接触し、前記矩形の同一辺上に位置する二つの前記分力緩衝装置は、前記相対移動の方向が異なり、前記矩形の対角線上に位置する二つの前記分力緩衝装置は、前記相対移動の方向が同じであることを特徴とする。
こうした分力緩衝装置の配置により、支持体の撓みがどの方向に発生しても、その撓みによる水平分力を分力緩衝装置で逃げることができる。

また、本発明の台秤では、並行する２個の前記荷重検出部で前記支持体を支え、この荷重検出部の各々に、前記矩形の同一辺上に位置する二つの前記分力緩衝装置を配置するように構成することができる。

また、本発明の台秤では、２個ずつを並行する二列に並べた４個の前記荷重検出部で前記支持体を支え、この荷重検出部の各々に、前記矩形を構成する前記分力緩衝装置の一つずつを配置するように構成することができる。

また、本発明は、並行して配置された複数のニードルベアリングの配列と、このニードルベアリングの配列を間に挟んで対向する二枚の板とを有し、この二枚の板がニードルベアリングの配列する方向に相対移動可能である分力緩衝装置であって、無負荷時の前記二枚の板を相対移動の初期位置に引き戻すバネ部材が設けられていることを特徴とする。
バネ部材を持たない分力緩衝装置の場合、計量装置に組み込む際に、相対移動可能な二枚の板を初期位置に揃える作業を必要としていたが、バネ部材を設けた分力緩衝装置では、初期位置へのセットが自動的に行われる。
このバネ部材を設けた分力緩衝装置は、前述する台秤に使用することができる。なお、前述する台秤には、云うまでもないが、バネ部材を持たない分力緩衝装置を使うこともできる。

本発明の台秤は、被計量物を支持する支持体がどの方向に撓んでも、その撓みの影響が計量結果に現われず、高精度の計量が可能である。
そのため、支持体の剛性基準を下げて、台秤の低コスト化を図ることもできる。
また、本発明の分力緩衝装置は、計量装置に組み込む際の作業効率を大幅に向上させることができる。

本発明の実施形態に係る分力緩衝装置の平面図（ａ）及び側面図（ｂ）（ｃ）図１の分力緩衝装置の分解斜視図本発明の実施形態に係る二つの荷重検出ユニットを用いた台秤の平面図本発明の実施形態に係る四つの荷重検出ユニットを用いた台秤の平面図本発明の実施形態に係る台秤の分解斜視図図５の台秤の斜視図本発明の実施形態に係る荷重検出ユニットの斜視図図７の荷重検出ユニットの分解斜視図図５の台秤のセンサケースの分解斜視図秤量皿の撓みによる水平方向の分力を説明する図従来の分力緩衝装置（ｂ）を用いた計量コンベア装置を示す図（ａ）

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る分力緩衝装置３２を示している。図１（ａ）は、その平面図、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は側面図、図２は分解斜視図である。
この分力緩衝装置３２は、複数のニードルベアリング６４が並行して配列された直線運動軸受６３と、この直線運動軸受６３を位置決めする第１の平板６１と、直線運動軸受６３を第１の平板６１との間で挟持する第２の平板６２と、第１の平板６１及び第２の平板６２に掛け渡されたバネ部材６６と、分力緩衝装置３２を荷重検出部などに取り付けるための取付け用螺子６５とを有している。
また、第１の平板６１には、直線運動軸受６３の長辺に接して直線運動軸受６３を位置決めする突起７０２と、直線運動軸受６３の短辺に対向して位置する突起７０１とが立設されている。この直線運動軸受６３の短辺に対向する突起７０１は、直線運動軸受６３の所定距離の移動を許容する位置に立設されている。第２の平板６２には、これらの突起７０１、７０２の先端が進入する長方形の孔７１が設けられている。

バネ部材６６は、中央のコイルから八の字状に延びる線材の先端が一方は第１の平板６１の側に折れ曲がり、他方は第２の平板６２の側に折れ曲がっている。第１の平板６１には、このバネ部材６６の折れ曲がった先端の一方が嵌合される孔６８が設けられており、第２の平板６２には、折れ曲がった先端の他方が嵌合される孔６９が設けられている。
また、第１の平板６１には、取付け用螺子６５の軸部分が遊嵌する取付孔６７が形成され、第２の平板６２には、取付け用螺子６５の頭部が遊嵌する孔７２が形成されている。

この第１の平板６１、直線運動軸受６３、バネ部材６６、取付け用螺子６５及び第２の平板６２が図１のように組み合わされた分力緩衝装置３２は、第１の平板６１または第２の平板６２に水平方向の力が加わると、第１の平板６１及び第２の平板６２が、直線運動軸受６３のニードルベアリング６４の配列方向に、バネ部材６６の弾性力に抗して相対移動することができる。この相対移動は、突起７０１、７０２が長方形の孔７１の壁に当たって動きが制限される位置まで可能である。
また、第１の平板６１及び第２の平板６２に加わる負荷が無くなると、第１の平板６１及び第２の平板６２は、バネ部材６６の弾性力で、突起７０１、７０２が長方形の孔７１の中央に位置する状態、即ち、初期位置に戻る。
この分力緩衝装置３２は、台秤に組み込むとき、初期位置を自動的に維持しているため、第１の平板６１及び第２の平板６２を初期位置に揃える作業が不要になり、作業効率が改善される。

図５は、この分力緩衝装置３２またはバネ部材６６を持たない分力緩衝装置が組み込まれる台秤を示している。
この台秤は、載荷台（不図示）を支える上側フレーム１０と、二本の並行する基礎フレーム２０、２０と、基礎フレーム２０、２０間に掛け渡された荷重検出ユニット３０とを備えている。図６は、これらが組み合わされた状態を示している。
図７は、荷重検出ユニット３０を単独で示している。図８は、その分解斜視図である。この荷重検出ユニット３０は、上側フレーム１０を支える上面支持部材３１と、荷重センサ及び基板を収納したセンサケース３３とを有している。分力緩衝装置３２は、上側フレーム１０を支える上面支持部材３１に設置される。

センサケース３３は、ロストワックス法により型を形成し、そこに溶融したステンレスを流し込んで鋳造されており、大きな剛性を有している。そのため、このセンサケース３３には、基礎フレーム２０に固定するための螺子孔３３７を一体的に形成し、図５に示すように、基礎フレーム２０、２０の間隔を保つ構造材としても使用している。

図９は、センサケース３３の中身を分解斜視図で示している。
センサケース３３には、音叉振動子を含む力センサ４１と、アルミ合金で作られたブロック体４２とから成る荷重検出センサ４０が収容され、このブロック体４２の固定側が、ボルト４３でセンサケース３３の底部に固定され、ブロック体４２の可動側に、荷重を伝達するボルト３７が固定される。
また、荷重検出センサ４０を収容したセンサケース３３の開口は、蓋体３５により封鎖され、蓋体３５の孔３５１を通るボルト３７と孔３５１との隙間が、ダイヤフラム５１と、ダイヤフラム５１の内円の周縁を二枚の円板で挟持する挟持板５３と、ダイヤフラム５１の外縁を蓋体３５の裏面に固定する取付板５２とから成る封鎖機構で封鎖される。
挟持板５３は、ボルト３７が密に嵌合される孔５３１を有しており、この孔５３１を通ったボルト３７の先端がブロック体４２の可動側の螺子孔４２２に結合される。

そのため、この台秤では、上側フレーム１０に加わる荷重が、上側フレーム１０に接触する二つの荷重検出ユニット３０の上面支持部材３１に伝わり、上面支持部材３１から、上面支持部材３１を支えているボルト３７に伝わり、ボルト３７に加わる荷重によって荷重検出センサ４０のブロック体４２の可動側が変位し、その変位に応じた信号が力センサ４１の音叉振動子から出力される。この信号は、センサケース３３に収容された基板の回路でデジタル信号に変換されて出力され、二つの荷重検出ユニット３０から出力されたデジタル信号が加算されて、被計量物の荷重が表示器（不図示）に表示される。

図３では、二つの荷重検出ユニット３０１、３０２の上面支持部材に設置する分力緩衝装置３２１、３２２、３２３、３２４の直線運動軸受６３の向き、即ち、各分力緩衝装置の第１の平板６１と第２の平板６２との相対移動の方向、が分かるように表示している。
分力緩衝装置３２１の相対移動の方向は、対角線上に位置する分力緩衝装置３２３の相対移動の方向と同じであり、同じ荷重検出ユニット３０１に設置された分力緩衝装置３２２の相対移動の方向とは直交している。また、別の荷重検出ユニット３０２に設置された同じ側の分力緩衝装置３２４の相対移動の方向とも直交している。
即ち、分力緩衝装置３２１、３２２、３２３、３２４を結ぶ矩形を考えた場合に、この矩形の同一辺上に位置する二つの分力緩衝装置の相対移動の方向は直交し、矩形の対角線上に位置する二つの分力緩衝装置の相対移動の方向は同一である。
この関係は、分力緩衝装置３２１、３２２、３２３、３２４の全てに当て嵌まる。
この関係は、分力緩衝装置３２１の相対移動の方向が、分力緩衝装置３２２により９０度変えられ、次に、分力緩衝装置３２３でも９０度変えられ、さらに、分力緩衝装置３２４で９０度変えられて、一周して分力緩衝装置３２１に戻ってきたものと見ることもできる。

このような形で分力緩衝装置を荷重検出ユニットの上面支持部材に配置することで、上側フレーム１０がどのような方向に撓んだ場合でも、その撓みに起因する水平分力を逃がすことができる。
例えば、図６において、偏置された被計量物のためにＡ付近でＸ方向の撓みが発生した場合、主に分力緩衝装置３２３が撓みによる水平方向分力を逃がし、Ａ付近でＹ方向の撓みが発生した場合、分力緩衝装置３２２及び分力緩衝装置３２２が共働して撓みによる水平方向分力を逃がす。また、Ｂ付近でＸ方向の撓みが発生した場合、主に分力緩衝装置３２１が撓みによる水平方向分力を逃がし、Ｂ付近でＹ方向の撓みが発生した場合、分力緩衝装置３２２及び分力緩衝装置３２４が共働して撓みによる水平方向分力を逃がす。

図４は、荷重検出ユニットの２個ずつを並行に二列に並べて、この４個の荷重検出ユニット３０３、３０４、３０５、３０６のそれぞれに一つずつの分力緩衝装置３２５、３２６、３２７、３２８を配置して上側フレーム１０を支持する場合を示している。
この形態でも、図３と同様に、分力緩衝装置３２５、３２６、３２７、３２８を繋ぐ矩形の同一辺上に位置する二つの分力緩衝装置の相対移動の方向を直交させ、矩形の対角線上に位置する二つの分力緩衝装置の相対移動の方向を同じにすることで、上側フレーム１０がどのような方向に撓んだ場合でも、その撓みに起因する水平分力を逃がすことができる。
２個の荷重検出ユニットでは支持しきれないほどの、より重いものを量る場合は、フレームの撓みも大きくなるので、図４の配置がより効果的になる。

なお、この台秤では、図１及び図２に示す分力緩衝装置を用いることが望ましいが、自動復帰機能を持たない薄型の分力緩衝装置を用いても良いことは当然である。
また、この台秤は、音叉振動方式以外の方式にも適用できる。
また、図１及び図２に示す分力緩衝装置は、台秤以外の計量装置に用いることも勿論可能である。
また、分力緩衝装置の自動復帰機能を実現するバネ部材としては、トーションバネ、コイルバネ、渦巻きバネ、板バネなど、各種金属バネやゴムバネなどが使用できる。

本発明の台秤は、高精度の計量が可能であり、工場の生産現場を始めとして、流通分野、医療分野、教育・研究分野、農業・漁業分野、家庭など、重量物の計量が行われている各分野において、広く用いることができる。
また、本発明の分力緩衝装置は、台秤や計量コンベア装置など、比較的に重い被計量物を計量する計量装置に広く用いることができる。

１０上側フレーム
２０基礎フレーム
３０荷重検出ユニット
３１上面支持部材
３２分力緩衝装置
３３センサケース
３５蓋体
３７ボルト
４１音叉振動子
４２ブロック体
４３ボルト
５１ダイヤフラム
５２取付板
５３挟持板
６１第１の平板
６２第２の平板
６３直線運動軸受
６４ニードルベアリング
６５取付け用螺子
６６バネ部材
６７取付孔
６８孔
６９孔
７１長方形の孔
７２孔
３０１〜３０６荷重検出ユニット
３２１〜３２８分力緩衝装置
３５１孔
４２２螺子孔
７０１突起
７０２突起

Claims

被計量物を支持する支持体を複数の荷重検出部で支えて被計量物の計量を行う台秤であって、
並行して配置された複数のニードルベアリングの配列と、前記ニードルベアリングの配列を間に挟んで対向する二枚の板とを有し、前記二枚の板による前記ニードルベアリングの配列する方向への相対移動が可能である分力緩衝装置が、前記支持体と前記複数の荷重検出部との間に少なくとも４個配置され、
前記４個の分力緩衝装置は、矩形を形成する４箇所で前記支持体に接触し、前記矩形の同一辺上に位置する二つの前記分力緩衝装置は、前記相対移動の方向が異なり、前記矩形の対角線上に位置する二つの前記分力緩衝装置は、前記相対移動の方向が同じであることを特徴とする台秤。
請求項１に記載の台秤であって、並行する２個の前記荷重検出部が、前記支持体を支えており、前記荷重検出部の各々に、前記矩形の同一辺上に位置する二つの前記分力緩衝装置が配置されていることを特徴とする台秤。
請求項１に記載の台秤であって、２個ずつを並行する二列に並べた４個の前記荷重検出部が、前記支持体を支えられており、前記荷重検出部の各々に、前記矩形を形成する前記分力緩衝装置の一つずつが配置されていることを特徴とする台秤。
並行して配置された複数のニードルベアリングの配列と、前記ニードルベアリングの配列を間に挟んで対向する二枚の板とを有し、前記二枚の板が前記ニードルベアリングの配列する方向に相対移動可能である分力緩衝装置であって、
無負荷時の前記二枚の板を相対移動の初期位置に引き戻すバネ部材が設けられていることを特徴とする分力緩衝装置。