JP6414865B2 - 過荷重防止機構 - Google Patents

Description

この発明は、過荷重から質量センサを保護するための過荷重防止機構に関する。

近年、秤の分解能が高まる一方で、その秤量は数キログラムから数百キログラムに達しており、感度の高さを要求される質量センサにとっては苛酷な使用条件となっている。また、秤の秤量を意識せずに使用されるケースも多々あり、このような秤への要求と使用者の意識の差から、秤には想定以上の過荷重がかかる事が多々ある。

これに対し、ある種の秤には、過荷重から質量センサを保護する目的で、過荷重防止機構が付加されたものがある。例えば特許文献１では、質量センサの固定部１２ｂと秤の上ケース１４との間に質量センサ１２を支持するバネ部材２４を介装し、バネ部材２４の弾性力で質量センサ１２を秤量＋αの力で事前に上ケース１４に押圧し、一定以上の皿荷重（過荷重）が発生すると、バネ部材２４が弾性変形することにより質量センサ１２が上ケース１４から離間して、質量センサ１２がフローティングすることで、質量センサ１２を過荷重から開放する過荷重防止機構が付加されている。

特開２００７−３１５７７３号公報

上記のフローティング構造による過荷重防止機構は、計量皿の上方向、さらに横方向からも加わる全方向の過荷重から質量センサを保護することのできる優れた機構と言える。しかし、一度大きくフローティングして過荷重から質量センサを開放した後に、質量センサを如何に元の初期位置に正確に戻すかが大きな問題となっている。質量センサが初期位置とは異なる箇所や状態で戻れば、計量皿の傾きによる傾斜誤差を生じるし、バネ部材の事前荷重の変化に起因するセンサ歪の変化から、四隅誤差の拡大や戻り誤差の発生を招くこととなり、計量器としての基本性能が悪化してしまう。

本発明の目的は、質量センサをフローティングにより保護する構造を有し、かつ、質量センサの戻り位置の再現性を確保した過荷重防止機構を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る過荷重防止機構は、質量センサと該質量センサを内蔵するケースの間に介装され、前記質量センサを前記ケースに押圧保持しつつ一定以上の皿荷重がかかった場合には前記質量センサを前記ケースから離間させて荷重から開放する弾性部材と、前記質量センサと前記ケースの間に立設されたガイド部材と、前記質量センサまたは前記ケースに設けられた前記ガイド部材と係合するガイド受け座と、を有する。

上記態様において、前記ガイド部材は誘導部を有し、前記誘導部は、頂部に平面部と、前記平面部の下方に垂直部と、を備えるのも好ましい。

上記態様において、前記誘導部は、前記平面部と前記垂直部の間に、裾広がりのテーパー部を備えるのも好ましい。

上記態様において、前記ガイド受け座は前記誘導部を誘導する凹空間を有し、前記凹空間は、前記平面部と接触する底面部と、前記テーパー部を滑らせる傾斜部と、前記垂直部と接触する略垂直部と、を備えるのも好ましい。

上記態様において、前記ガイド部材は、前記誘導部と、前記質量センサまたは前記ケースとの接合部と、前記誘導部と前記接合部をつなぐ中継部と、を備えるのも好ましい。

上記態様において、前記中継部には、二面幅が形成されるのも好ましい。

上記態様において、前記ガイド部材と前記ガイド受け座の少なくとも一方は、断熱性を有する材料で形成されるのも好ましい。

上記態様において、前記ガイド部材は前記質量センサから立設し、前記ガイド受け座は前記ケースに設けられるのも好ましい。

本発明の過荷重防止機構によれば、質量センサをフローティングにより全方向の過荷重から保護しつつ、質量センサの戻り位置の再現性を確保することができる。

次に、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき説明する。

（第１の実施形態）
（全体構成）
図１は第１の実施形態に係る過荷重防止機構を説明するための秤１の断面図、図２は本過荷重防止機構を説明するための質量センサ１２の上方斜視図である。

図に示した例は、本発明を電磁平衡式の電子秤１に適用した場合であり、電子秤１は、質量センサ１２と、この質量センサ１２を収容するケース１０とを有している。なお、本発明の実施は、このような電磁平衡式の質量センサ１２に限り適用されるものではなく、例えば、歪みゲージ式の質量センサ等に対しても適用される。

ケース１０は、アルミダイカスト、または炭素繊維を含有したＡＢＳ樹脂等の合成樹脂により形成され、周縁が相互に嵌合される上ケース１４と下ケース１６とを備えている。ケース１０内には、空間１８が隔成され、この空間１８内に質量センサ１２が設置されている。

質量センサ１２は、略直方体状であり、ロバーバル機構２と、電磁平衡式センサのセンサ本体３と、を有する。

ロバーバル機構２は、秤量物の荷重を受ける柱状の浮き枠２１と、ケース１０に固定される固定部２２と、浮き枠２１と固定部２２との間に上下に平行に配置された平板状の上副桿２３ａと下副桿２３ｂを有している。浮き枠２１と固定部２２は対向配置され、上副桿２３ａと下副桿２３ｂによって連結されている。これら浮き枠２１、固定部２２、上副桿２３ａと下副桿２３ｂは、アルミダイカスト、アルミニウムの押し出し材、アルミニウムの鍛造等により成形された一体の金属ブロックからフライスマシン等の切削により形成されている。

固定部２２には、ロバーバル機構２の構造内空間に張り出す荷重伝達部２９が形成されている。荷重伝達部２９は、浮き枠２１に対し、上吊りバンド、一次ビーム体および支点バンドを介して連結されている。浮き枠２１に作用する荷重は、荷重伝達部２９の側面にネジ止めされた二次ビーム体２８を介してセンサ本体３に伝達される。センサ本体３は、枠体２６を介してロバーバル機構２に保持されている。

浮き枠２１の上面には、計量皿６を支持するための皿受け部２１０がネジ固定されている（図２は皿受け部２１０の記載を省略している）。皿受け部２１０は、計量皿６の中心位置に形成された皿ボス６´を係合するための皿孔２１１を有しており、皿孔２１１は荷重伝達部２９の上方に位置するよう形成されている。荷重伝達部２９には、皿孔２１１の近傍箇所に、後述するガイド部材３０を取り付けるためのガイド部材受け孔５が設けられている（図１参照）。

質量センサ１２の支持構造は、本形態の場合、以下のように構成されている。質量センサ１２は、その固定部２２と上ケース１４の下面との間にバネ部材２４（弾性部材）を介装することにより、下ケース１６の上面から質量センサ１２の下端面が所定の距離だけ上方に離間するようにして浮上支持されている。

バネ部材２４は、本体部２４ａと、本体部２４ａの両端に対向する一対の第１および第２可動片２４ｂ，２４ｃを有する側面がＵ字形に形成された板バネであって、所定幅の板状金属板の両端側を略９０° 対向するように折曲することで形成されている。バネ部材２４は、上方側の一方の第１可動片２４ｂが、上ケース１４の下面に一体に垂設されたバネ固定部１４ａにネジ固定され、下方側の他方の第２可動片２４ｃが、質量センサ１２の固定部２２の下面にネジ固定されている。

図３はバネ部材２４を介して質量センサ１２を取付ける際の説明図であり、図１に示すバネ部材２４の断面図を拡大したものである。バネ部材２４で質量センサ１２を支持する際には、一方の可動片２４ｂを、図３に点線で示すように、予め他方の可動片２４ｃ側に近接するように折り曲げて弾性変形させておき、質量センサ１２を支持した際に、オフセット荷重が加わるようにして取り付けを行う。すなわち、図３に点線で示すように、第１可動片２４ｂを、予め第２可動片２４ｃ側に近接するように折り曲げておいて、第１可動片２４ｂをバネ固定部１４ａの平坦な面にネジで固設すると、第２可動片２４ｃが予め折り曲げた量に対応して、上方側に移動した状態になる。この際の押圧付勢力（事前荷重）は、バネ部材２４のオフセット荷重によって調整することができ、このオフセット荷重は、秤の秤量可能な最大値に、所定の安全率αを加算した荷重に設定することができる。なお、事前荷重を発生させるためのバネ部材２４の形状はこれに限らず、第２可動片２４ｃを折曲した構成としてもよいし、概略クランク状とした板バネを下ケース１６とセンサ固定部２２の下面との間に介装する構成であってもよい。第２可動片２４ｃが上方に移動すると、これに伴って質量センサ１２が上方に移動する。

（ガイド部材）
図４は本過荷重防止機構を説明するためのガイド部材３０を示す図である。図４のうち、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）の矢印ｃ方向から見た図、（ｄ）は（ａ）の矢印ｄ方向から見た図である。

質量センサ１２からは、質量センサ１２と上ケース１４の間に、ガイド部材３０が立設される。ガイド部材３０は、誘導部３１と、接合部３２と、中継部３３と、を有する。ガイド部材３０は、全体としては円柱状で、誘導部３１は真円で形成されている。

誘導部３１は、その頂部に水平な平面部３１ａ、平面部３１ａの下方全周に角の無いＲ形状またはＣ面取りがなされた裾広がりの傾斜面からなるテーパー部３１ｂ、テーパー部３１ｂの下方全周に平面部３１ａに対し鉛直な垂直面からなる垂直部３１ｃを有する。

接合部３２は、ガイド部材３０を質量センサ１２に取り付けるための部位であり、ネジ状に形成され、質量センサ１２の荷重伝達部２９に形成されたガイド部材受け孔５に挿着可能である。また、質量センサ１２へのガイド部材３０の取付は、圧入や接合、接着により実現することもできる。

中継部３３は、誘導部３１と接合部３２をつなぐ部位であり、その側面の下方域に二面幅３４が形成されている。これにより、上副桿２３ａと荷重伝達部２９の間の空間にスパナ等の治具を通し、中継部３３の二面幅３４を挟持位置として回動させることができるため、容易にガイド部材受け孔５に取り付けることができるため、ガイド部材３０を質量センサ１２に取り付ける際に好適に機能する。

（ガイド受け座）
上ケース１４の下面には、ガイド部材３０の取り付け位置上方に、ガイド受け座１５が形成されている。図５はガイド受け座１５を示す図であって、図１の要部拡大図である。

ガイド受け座１５は、上ケース１４の下面から延出する垂下壁１５ｂにより形成されている。垂下壁１５ｂは、ガイド部材３０の誘導部３１を全周包囲可能な有底の凹空間１５ｃを形成している。ガイド受け座１５は、凹空間１５ｃに誘導部３１を誘導する。図５では、ガイド部材３０が凹空間１５ｃに宙遊している状態を示している。

凹空間１５ｃは、ガイド部材３０の誘導部３１の形状を略反転させた形状で形成されているが、凹空間１５ｃの天井となる底面部１５ｄは水平平面で形成され、底面部１５ｄの下方全周にはガイド部材３０のテーパー部３１ｂと概略一致する傾斜面を有する傾斜部１５ｅが形成され、傾斜部１５ｅの下方全周には、鉛直よりもやや裾広がりに形成された円錐台状の空間を形成する略垂直部１５ｆが形成されている。

（動作と効果）
次に、以上の構成からなる本態様の過荷重防止機構による動作と効果について説明する。

通常時、質量センサ１２は、バネ部材２４による一定の事前荷重により保持されて、質量センサ１２から上方に立設するガイド部材３０が上ケース１４のガイド受け座１５に対し押圧されている。ここで、計量皿６上または計量皿６の横方向から上記の事前荷重よりも大きな力（過荷重）が加わった際には、バネ部材２４の付勢力に打ち勝って、質量センサ１２が上ケース１４から下方に離間して空間１８に宙遊し、質量センサ１２は過荷重から開放される。このフローティングにより、質量センサ１２を全方向の過荷重から保護することができる。このとき、ガイド部材３０の誘導部３１もガイド受け座１５の凹空間１５ｃに宙遊する。

質量センサ１２が上ケース１４から離間すると、その結果、過荷重はバネ部材２４に加わり、バネ部材２４が弾性変形することにより、これが吸収される。そして、過荷重が除去されると、バネ部材２４の復元力により、質量センサ１２が上方に移動する。このとき、ガイド受け座１５の凹空間１５ｃに宙遊していたガイド部材３０は、誘導部３１のテーパー部３１ｂおよび／または垂直部３１ｃがガイド受け座１５の略垂直部１５ｆにより上方へ誘導される。結果、瞬時に誘導部３１の平面部３１ａとガイド受け座１５の底面部１５ｄが水平に当接するため、質量センサ１２の垂直方向（高さ方向）の位置が確定し、誘導部３１の垂直部３１ｃの外周がガイド受け座１５の略垂直部１５ｆの内周に全周で当接するため、質量センサ１２の水平方向の位置が確定する。このため、質量センサ１２を、フローディングしても確実かつ正確に初期位置に戻すことができる。

ここで、質量センサ１２の水平方向の位置を確定させるためには、ガイド受け座１５の略垂直部１５ｆは鉛直面で形成されるべきである。一方、本形態は、過荷重が加わった際には、ガイド部材３０は下方向に開放される必要がある。過荷重は垂直方向に限定されず、斜め方向、極端には水平方向の全方向に及ぶ。このため、ガイド受け座１５の略垂直部１５ｆは、ガイド部材３０の軸中心から外周側へ広がる傾斜面を有するべきである。

このように、水平方向の位置決めと過荷重時の開放は相反する要求を有するので、これらの双方を好適に機能させるために、略垂直部１５ｆは円錐台状の空間を作ることが好ましく、その傾斜角度は水平から４５°以上９０°以下が好ましい。より好ましくは、水平方向の位置確定は垂直部３１ｃの上方部と略垂直部１５ｆの上方部の全周方向の線接触で実現可能である点と、水平成分を有する過荷重から誘導部３１を好適に開放させるためには略垂直部１５ｆの下方部にスペースを確保したほうがよい点から、略垂直部１５ｆの角度は水平から４５°以上８０°以下が好ましい。

さらには、略垂直部１５ｆの傾斜は、バネ部材２４との位置関係を考慮して以下とするのが好ましい。図１の位置関係であれば、計量皿６に過荷重が加わった場合、質量センサ１２はバネ部材２４とケース１４との取り付け部付近の角（図１の符号Ｆ）を中心とした回転運動となり、略垂直部１５ｆは、図５の符号１５ｆ−１側（バネ部材２４側）が誘導部３１（垂直面３１ｃ）の位置決め部となるため、その傾斜角度は水平から６０°以上９０°以下が好ましく、特に９０°に近いほうが好適である。一方、略垂直部１５ｆの符号１５ｆ−２側（バネ部材２４の反対側）は、誘導部３１（テーパー面３１ｂ、垂直面３１ｃ）がかじらないよう、その傾斜角度は水平から４５°以上８０°以下が好ましく、特にバネ部材２４の回転運動に対して接線方向に近い角度が好適である。但し、テーパー面３１ｂ、垂直面３１ｃの形状に応じた変更は考えられる。

また、誘導部３１は、上記の過荷重時の開放を良好とするために、テーパー部３１ｂを備えている。テーパー部３１ｂは、過荷重時に誘導部３１がガイド受け座１５から滑り出すために設けられており、垂直部３１ｃがガイド受け座１５の略垂直部１５ｆと干渉するのを防ぐためには必要となる。テーパー部３１ｂの角度は水平から３０°〜６０°が好ましく、より好ましくは全方向からの過荷重を好適に感知する点から水平から４５°とするのが好ましい。

また、本形態のガイド部材３０は、計量皿６の中心位置（皿ボス６´の位置）近傍に立設するように構成されている。すなわち、ガイド部材３０およびガイド受け座１５によるセンサの位置決め機構が、バネ部材２４の質量センサ固定部から皿中心までを結ぶ線上に形成されているので、計量皿６の戻り位置をよりずれにくくすることができる。

（材質）
ここで、本発明における、ガイド部材３０とガイド受け座１５の材質について好ましい形態を説明する。本発明では、過荷重防止機構が動作状態のときは、ガイド部材３０とガイド受け座１５が質量センサ１２と上ケース１４の当接部となり、ガイド部材３０とガイド受け座１５には繰り返し過荷重を受けることが想定される。かつ、過荷重防止機構が非動作状態のときは、ガイド部材３０とガイド受け座１５を介して質量センサ１２は上ケース１４に当接しているので、ケース１０の周囲の温度変化がガイド部材３０とガイド受け座１５を介して質量センサ１２に伝達するおそれがある。

前提として、質量センサ１２には、軽さと剛性および加工性のバランスから一般的にアルミニウム材が使用される。アルミニウムは、熱伝導率が高く（断熱性が低く）、金属材料としては溶着や磨耗が起きやすい性質が知られている。そこで、ガイド部材３０とガイド受け座１５の少なくとも一方は、質量センサ１２と溶着し難く、かつ断熱性の高い材料で形成するのが好ましい。ガイド部材３０とガイド受け座１５は、摩擦・磨耗を減らし溶着し難い材料の組み合わせが好適であり、例えば、ステンレスとアルミニウム、アルミニウムと亜鉛、強化プラスチックと金属等で構成する。

本形態では、合成樹脂製の上ケース１４にアルミニウム製のガイド受け座１５をインサート成形または取付固定し、ガイド部材３０をステンレス鋼の一体構造により形成し、質量センサ１２に取り付けるのが好ましい。この他には、アルミニウム製の上ケース１４でガイド受け座１５を一体成形し、ガイド部材３０はステンレス鋼または炭素繊維入り樹脂などで形成するのもよい。

これにより、本形態では、過荷重防止機構が動作状態のときは、荷重受け方向から順にガイド受け座１５、ガイド部材３０、質量センサ１２が並ぶうちガイド受け座１５で衝撃が吸収されて、質量センサ１２の破損を回避することができる。また、ステンレス鋼製のガイド部材３０によりガイド受け座１５（上ケース１４）と質量センサ１２が断熱されるため、質量センサ１２の温度誤差発生を防ぐことができる。

（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係る過荷重防止機構を説明するための秤の簡略断面図である。この形態では、ガイド受け座が質量センサ１２側に設けられ、ガイド部材がケース１４側から立設している点が第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。

この形態では、ガイド部材３０と同様の誘導部３１、接合部３２、中継部３３を有するガイド部材３００が、上記形態とは上下逆となって、上ケース１４から下方に立設されている。また、ガイド受け座１５と同様の凹空間１５ｃを有するガイド受け座１５０が、質量センサ１２の荷重伝達部２９に形成されている。

このように、ガイド受け座１５０を質量センサ１２側に配置してもよい。この形態であっても、ガイド部材３００はガイド受け座１５０に誘導されて、質量センサ１２の垂直方向および水平方向の位置が確定する。このため、質量センサ１２を、フローディングしても確実かつ正確に初期位置に戻すことができる。

この他の形態においても、上記形態と同様に、ガイド部材３００とガイド受け座１５０は異種材料の組み合わせで形成するのが好ましい。

本形態では、ガイド部材３００は、上ケース１４と同一樹脂により一体成形してもよいが、好ましくはガイド受け座１５０＜質量センサ１２の硬度順を有する樹脂或いは金属により別体として形成し、上ケース１４に取り付ける構成とするのがよい。一方、ガイド受け座１５０は、質量センサ１２と同材で形成してもよいが、好ましくは質量センサ１２とは別体として形成し、より好ましくは、高強度と断熱性、および耐摩耗性を備えるステンレス鋼により形成するのがよい。これにより、ガイド部材３００に衝撃が加わっても、ガイド部材３００は磨耗に強い構造とすることができる。また、ガイド受け座１５０により断熱されるため、表面積の多い皿からの外気温変化による質量センサ１２の温度誤差発生を防ぐことができる。なお、ガイド部材３００も断熱性を備えるように形成してもよい。

図７はガイド部材３０（３００）の変形例を示す図であり、特に誘導部３１の形状バリエーションの一例を示している。図７の（ａ）に示すように、誘導部３１の形状は楕円などの円形であってもよい。または、図７の（ｂ）に示すように、誘導部３１の形状は角部をラウンドさせた四角形などの多角形としてもよい。ただし、本発明が全方向の過荷重から質量センサ１２を保護する機構であるため、この変形例においても、テーパー部３１ｂおよび垂直部３１ｃは、図４に示すものと同様に全周方向に形成される必要がある。

なお、第１の実施形態において、ガイド受け座１５が上ケース１４に直接設けられる形態に代えて、外ケース１０内に別の内部ケースや固定部材等を設けて、これらにガイド受け座１５を形成する形態は、本発明の範囲に含まれるものとする。第２の実施形態におけるガイド部材３００を形成する形態についても同様である。

以上、本発明の過荷重防止機構について、好適な実施の形態および変形例を述べたが、これらは本発明の一例であり、各形態および各変形を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

第１の実施形態に係る過荷重防止機構を説明するための秤の断面図である。 同過荷重防止機構を説明するための質量センサの上方斜視図である。 バネ部材を介して質量センサを取付ける際の説明図である。 同過荷重防止機構を説明するためのガイド部材を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は矢印ｃ方向から見た図、（ｄ）は矢印ｄ方向から見た図である。 ガイド受け座を示す図である。 第２の実施形態に係る過荷重防止機構を説明するための秤の簡略断面図である。 ガイド部材の変形例を示す図である。

１２ 質量センサ
１４ 上ケース
１５ ガイド受け座
１６ 下ケース
２４ バネ部材（弾性部材）
３０ ガイド部材
３１ 誘導部
３１ａ 誘導部平面
３１ｂ 誘導部テーパー面
３１ｃ 誘導部垂直面
３２ 接合部
３３ 中継部
３４ 二面幅

Claims (5)

1. 質量センサと該質量センサを内蔵するケースの間に介装され、前記質量センサを前記ケースに押圧保持しつつ一定以上の皿荷重がかかった場合には前記質量センサを前記ケースから離間させて荷重から開放する弾性部材と、
   前記質量センサと前記ケースの間に立設されたガイド部材と、
   前記質量センサまたは前記ケースに設けられた、前記ガイド部材と係合するガイド受け座と、
   を有し、
   前記ガイド部材は誘導部を有し、前記誘導部は、頂部に平面部と、前記平面部の下方に垂直部と、前記平面部と前記垂直部の間に裾広がりのテーパー部を備え、
   前記ガイド受け座は前記誘導部を誘導する凹空間を有し、前記凹空間は、前記平面部と接触する底面部と、前記テーパー部を滑らせる傾斜部と、前記垂直部と接触する鉛直よりもやや裾広がりに形成された略垂直部と、を備えることを特徴とする過荷重防止機構。
2. 前記ガイド部材は、前記誘導部と、前記質量センサまたは前記ケースとの接合部と、前記誘導部と前記接合部をつなぐ中継部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の過荷重防止機構。
3. 前記中継部には、二面幅が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の過荷重防止機構。
4. 前記ガイド部材と前記ガイド受け座の少なくとも一方は、断熱性を有する材料で形成されることを特徴とする請求項１、５、６のいずれかに記載の過荷重防止機構。
5. 前記ガイド部材は前記質量センサから立設し、前記ガイド受け座は前記ケースに設けられたことを特徴とする請求項１、５、６、７のいずれかに記載の過荷重防止機構。

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