JP6488957B2

JP6488957B2 - 電子天秤

Info

Publication number: JP6488957B2
Application number: JP2015182457A
Authority: JP
Inventors: 淳史飯塚; 正幸河合
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: JP2017058220A

Description

本発明は、内蔵分銅により校正を行うように構成された電子天秤に関する。

電子天秤においては、一般に、被測定物の荷重による荷重伝達機構の可動部材の変位に抗して、電磁力発生装置等によって電磁力を発生させることにより、荷重伝達機構の可動部材の変位を０とするために発生させた電磁力の大きさから被測定物の荷重を計測している。

このような荷重伝達機構としては、例えば、電子天秤ベースに固定される固定柱と、計量皿に載置された被測定物の荷重を伝達する可動柱（可動部材）と、可動柱を固定柱に連結する互いに平行な２本の梁とを備えるロバーバル機構が形成されたセンサ機構体がある（例えば、特許文献１参照）。このようなセンサ機構体では、被測定物の荷重による可動柱の変位を鉛直方向に規制することができ、さらに計量皿上における被測定物の載置位置に起因する偏置誤差（いわゆる「四隅誤差」）を解消するように、製造工程等において機械的に個体別の調整を行うことができる。

また、電子天秤では、例えば、重力加速度や気圧や周囲温度等の環境により、所定の荷重と平衡させる電流の大きさが変動することがある。このため、ユーザ（使用者）は、環境による荷重データ（測定結果）の誤差が生じないように、被測定物の荷重を計測する前に、校正用の分銅を用いてスパン（感度）校正とリニアリティ（直線性）校正とを行っている。

特に、計量精度が求められる電子天秤には、ユーザが簡単にスパン校正とリニアリティ校正とを行えるように、校正用の２個の内蔵分銅と分銅加除機構とを設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。このような電子天秤では、スパン校正時には２個の内蔵分銅が同時に可動柱に負荷され、その状態での荷重データと内蔵分銅の合計質量とからスパン補正係数が算出される。また、リニアリティ校正時には、１個の内蔵分銅が可動柱に負荷された状態での荷重データおよび内蔵分銅の質量と、２個の内蔵分銅の負荷状態における荷重データと内蔵分銅の合計質量とから、補正式を用いてリニアリティ補正係数が算出される。

ここで、２個の内蔵分銅と分銅加除機構とが設けられた電子天秤の構成の一例について説明する。電子天秤は、略直方体状の筐体（電子天秤ベース）を備え、筐体の上方には、被測定物が載置されるための円板形状の計量皿が配置され、筐体の内部には、２個の内蔵分銅と、分銅加除機構と、センサ機構体（荷重伝達機構）と、電磁力を発生させる電磁力発生装置とが配置されている。

２個の内蔵分銅は、それぞれが質量既知で、互いに略等しい質量を持ち、かつ、その合計質量が天秤ひょう量（最大荷重）の近傍の質量となっている。そして、１個の内蔵分銅が可動柱の左側に所定距離だけ離隔した位置に配置されるとともに、他方の内蔵分銅は可動柱の右側に所定距離だけ離隔した位置に配置される。

分銅加除機構は、右側内蔵分銅を昇降させる昇降機構と、左側内蔵分銅を昇降させる昇降機構との２個の昇降機構で構成されており、右側内蔵分銅と左側内蔵分銅との荷重を可動柱に負荷する「全負荷状態」か、左側内蔵分銅の荷重を可動柱に負荷する「部分負荷状態」か、或いは、右側内蔵分銅と左側内蔵分銅の両方の荷重を可動柱に負荷しない「無負荷状態」のいずれかの状態とすることができるようになっている。そして、分銅加除機構は、ユーザのボタン操作等により適宜に、或いは、タイマや温度センサ等の信号により自動的に、スパン校正時やリニアリティ校正時等に制御されるようになっている。

特開２００４−６１２５７号公報特開平１０−１９６５２号公報

ところで、上述したような電子天秤では、ユーザがスパン校正とリニアリティ校正とを簡単に実行できるようになっているが、これは重力加速度や気圧や周囲温度等の環境に対して計量精度が影響を受けるためである。しかしながら、偏置誤差も同様にわずかながら環境の影響を受けることが分かっている。
ところが、上述したような電子天秤では、２個の内蔵分銅が可動柱の左右両側に配置されていることから、１個の内蔵分銅が可動柱に負荷された際には、偏置誤差の影響を包含してしまうという欠点があった。つまり、リニアリティ校正の校正精度に問題があった。
そこで、本発明は、２個の内蔵分銅と分銅加除機構とを備える電子天秤において、常に正確なリニアリティ校正を行うことができる電子天秤を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の電子天秤は、計量皿に載置された被測定物の荷重が伝達される荷重伝達機構と、２個の内蔵分銅と、２個の内蔵分銅の荷重を荷重伝達機構に負荷する全負荷状態か、１個の内蔵分銅の荷重を荷重伝達機構に負荷する部分負荷状態か、或いは、２個の内蔵分銅の荷重を荷重伝達機構に負荷しない無負荷状態かのいずれかの状態となるように切替可能である分銅加除機構とを備える電子天秤であって、２個の内蔵分銅は、大リング体と小リング体であって、前記無負荷状態では同一平面に配置されるとともに、前記計量皿の中心を通る鉛直軸上に重心がくるように配置され、前記分銅加除機構によって昇降されることにより状態が切り替えられるように構成され、前記分銅加除機構は、大リング用偏心カムと、小リング用偏心カムと、水平方向に伸び水平方向に回転軸を有する棒状の回転軸部と、当該回転軸部を回転させるモータとを備え、大リング用偏心カムと小リング用偏心カムとには位相差が設けられており、大リング用偏心カムと小リング用偏心カムとは、前記回転軸部に連結され、同時に回転される構成となっている。

本発明の電子天秤によれば、偏置誤差に影響されない位置に２個の内蔵分銅を配置しているので、リニアリティ校正の校正精度を向上させることができる。また、２個の内蔵分銅どうしが近傍に配置されているため、分銅加除機構の簡素化、小型化が可能となる。

また、２個の内蔵分銅は、大リング体と小リング体であって、前記無負荷状態では同一平面に配置されているようにしているので、回転方向性がないリング体とすることで、重心位置が水平方向に動かない構成を容易に実現することができる。

また、前記分銅加除機構は、大リング用偏心カムと、小リング用偏心カムと、水平方向に伸び水平方向に回転軸を有する棒状の回転軸部と、当該回転軸部を回転させるモータとを備え、大リング用偏心カムと小リング用偏心カムとには位相差が設けられており、大リング用偏心カムと小リング用偏心カムとは、前記回転軸部に連結され、同時に回転されるようにしている。これにより、同軸に２相カムを設けることで、相対位置関係による可動域の調整が簡略化できるとともに単一動力源とすることができ、部品点数の削減や構成の簡略化、さらには制御機能の簡素化が実現可能となる。

さらに、本発明の電子天秤は、前記荷重伝達機構は、電子天秤ベースに固定又は一体化される固定柱と、計量皿に載置された被測定物の荷重を伝達する可動柱と、当該可動柱が、被測定物の荷重を鉛直方向に伝達するように可動柱を固定柱に連結する互いに平行な２本の梁とを備えるロバーバル機構であるようにしている。

本発明の一実施形態である電子天秤の一例を示す断面図。筐体と計量皿とを取り外した電子天秤の斜視図。第一内蔵分銅と第二内蔵分銅と分銅加除機構とを示す斜視図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態である電子天秤の構成一例を示す断面図である。なお、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。
電子天秤１は、略直方体状（例えば２１ｃｍ×３６ｃｍ×３４ｃｍ）の筐体（電子天秤ベース）を備え、筐体の上方には、被測定物が載置されるための円板形状の計量皿２が配置され、筐体の内部には、第一内蔵分銅２１と、第二内蔵分銅２２と、分銅加除機構３０と、センサ機構体（荷重伝達機構）６０と、電磁力を発生させる電磁力発生装置４０とが配置されている。なお、図２は、筐体と計量皿２とを取り外した状態の電子天秤１の斜視図であり、図３は、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２と分銅加除機構３０とを示す斜視図である。

計量皿２は、上方から見ると直径ｒ_１（例えば８ｃｍ〜９ｃｍ）の円形状の載置面２ａと、載置面２ａの下面の中央部に形成され、孔を有する取付部２ｂとを有する。

第一内蔵分銅２１は、上方から見ると、内径ｒ_２（例えば１．４ｃｍ）、外径ｒ_３（例えば４．５ｃｍ）の小リング体であり、その小リング体の上面は、中心側に向かって低くなるテーパ状となっている。そして、第一内蔵分銅２１の質量は既知であり、例えば１００ｇである。
また、第二内蔵分銅２２は、上方から見ると、外径ｒ_３より大きい内径ｒ_４（例えば５．０ｃｍ）、外径ｒ_５（例えば７．１ｃｍ）の大リング体であり、その大リング体の上面は、外側に向かって低くなるテーパ状となっている。そして、第二内蔵分銅２２の質量は既知であり、例えば１００ｇである。
なお、第一内蔵分銅２１の質量と第二内蔵分銅２２の質量との合計質量は、天秤ひょう量（最大荷重）近傍の質量となっている。

そして、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２とは、計量皿２とセンサ機構体６０との間において、ＸＹ平面と平行であって、かつ、計量皿２とセンサ機構体６０の可動柱６１との中心を通る鉛直軸上に重心がくるように配置されている。
また、第一内蔵分銅２１の下方には、２個の「へ」の字形状の持上部材２１ａの一端部が取り付けられ、２個の持上部材２１ａの他端部は、水平方向（Ｙ方向）に伸びた円柱状の回転軸部２３に回動可能に取り付けられている。これにより、２個の持上部材２１ａの下面が上方に押圧されることで、第一内蔵分銅２１が上方の所定位置に配置され、２個の持上部材２１ａの下面が上方に押圧されなければ、第一内蔵分銅２１が自重で下方に移動するようになっている。なお、第一内蔵分銅２１が上方に移動する際には、テーパ状の上面が筐体に設けられたテーパ状のガイド部材に案内されて常に所定位置に配置されるようになっている。

第二内蔵分銅２２の下方には、２個の「へ」の字形状の持上部材２２ａの一端部が取り付けられ、２個の持上部材２２ａの他端部は回転軸部２３に回動可能に取り付けられている。これにより、２個の持上部材２２ａの下面が上方に押圧されることで、第二内蔵分銅２２が上方の所定位置に配置され、２個の持上部材２２ａの下面が上方に押圧されなければ、第二内蔵分銅２２が自重で下方に移動するようになっている。なお、第二内蔵分銅２２が上方に移動する際には、テーパ状の上面が筐体に設けられたテーパ状のガイド部材に案内されて常に所定位置に配置されるようになっている。

センサ機構体６０は、一つのアルミニウム合金製の直方体形状（例えば１１．８ｃｍ×３．０ｃｍ×３．６ｃｍ）のブロック体であり、ロバーバル機構Ｒが、Ｙ方向（厚さ方向）に貫通する孔やスリット等を設けることによって形成されている。ロバーバル機構Ｒは、皿受け６１ａと分銅受け部材６１ｂとが固着された可動柱６１と、筺体に固定される固定柱６２と、２本の梁６３、６４とから構成される。そして、可動柱６１と固定柱６２とは、互いに平行な２本の梁６３、６４によって連結された構造となっている。

皿受け６１ａは、略円錐体であって可動柱６１の上面の中央部（可動柱６１の中心を通る鉛直軸上）に固着されている。これにより、計量皿２は、取付部２ｂの孔に皿受け６１ａが挿入されることで、可動柱６１に取り付けられるようになっている。
分銅受け部材６１ｂは、図３に示すように、水平方向（Ｙ方向）に所定距離（例えばｒ_５）だけ伸びた基幹部と、その基幹部からＸ方向に伸びた３本の枝部とを有する櫛型形状の板状体であり、その中央の枝部が可動柱６１の上面に固着されている。これにより、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２とが下方に移動することで、分銅受け部材６１ｂの上面に載置されるようになっている。

レバー６５は、支点６５ａを中心として傾動自在となっている。そして、レバー６５の一端部は可動柱６１に連結されている。これにより、計量皿２上に載置された被測定物の荷重（分銅受け部材６１ｂ上に載置された第一内蔵分銅２１や第二内蔵分銅２２）は、可動柱６１を介して、レバー６５の先端部を傾動させるようになっている。このようなレバー６５の先端部の変位は、筺体に固定された光学的位置センサ６７によって検出される。また、レバー６５の先端部には、電磁力発生装置４０のフォースコイル４０ａが固着されている。これにより、フォースコイル４０ａに流れる電流の大きさは、光学的位置センサ６７からの検出信号に基づいて、レバー６５の先端部の変位が０となるようにサーボ機構４０ｂによって制御される。そして、サーボ機構４０ｂによって流された電流の大きさから被測定物（第一内蔵分銅２１、第二内蔵分銅２２）の荷重が計測されることになる。

分銅加除機構３０は、２個の小リング用偏心カム３１と、２個の大リング用偏心カム３２と、水平方向（Ｙ方向）に伸び水平方向に回転軸を有する円柱体である回転軸部３３と、回転軸部３３を回転させる１個のモータ３４とを備える。
小リング用偏心カム３１は、回転軸から第一方向のみに突出する板状体であり、大リング用偏心カム３２は、回転軸から第一方向から右回りに第二方向（第一方向と９０°ずれた方向）までの範囲で突出する板状体である。
そして、大リング用偏心カム３２の回転軸と小リング用偏心カム３１の回転軸と小リング用偏心カム３１の回転軸と大リング用偏心カム３２の回転軸とが、所定の間隔を空けてこの順で並ぶように回転軸部３３に連結され、２個の大リング用偏心カム３２が２個の持上部材２２ａの下方に配置されるとともに、２個の小リング用偏心カム３１が２個の持上部材２１ａの下方に配置されている。

モータ３４は、制御部（図示せず）からの制御信号に基づいて回転軸部３３を回転させるようになっており、回転軸部３３の第一方向と上方（Ｚ方向）とが一致した状態のときには、２個の小リング用偏心カム３１が２個の持上部材２１ａの下面を上方（Ｚ方向）に押圧するとともに、２個の大リング用偏心カム３２が２個の持上部材２２ａの下面を上方（Ｚ方向）に押圧するようになっている。また、回転軸部３３の第二方向と上方（Ｚ方向）とが一致した状態のときには、２個の大リング用偏心カム３２が２個の持上部材２２ａの下面を上方（Ｚ方向）に押圧し、２個の持上部材２１ａは押圧されないようになっている。さらに、回転軸部３３の第一方向にも第二方向にも上方（Ｚ方向）が一致しない状態のときには、２個の持上部材２１ａおよび持上部材２２ａのいずれも押圧されないようになっている。

次に、電子天秤１の動作について説明する。電子天秤１は、被測定物計量時（通常時）には、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２との荷重を可動柱６１に負荷しない「無負荷状態」となっている。具体的には、回転軸部３３の第一方向が上方（Ｚ方向）と一致する状態、つまり、２個の小リング用偏心カム３１が２個の持上部材２１ａの下面を上方（Ｚ方向）に押圧するとともに、２個の大リング用偏心カム３２が２個の持上部材２２ａの下面を上方（Ｚ方向）に押圧する状態となっている。これにより、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２がそれぞれ上方の所定位置に配置され、分銅受け部材６１ｂの上面には、第一内蔵分銅２１も第二内蔵分銅２２も載置されていない状態となる。このとき、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２とは、同一平面上に配置される。

そして、電子天秤１は、「リニアリティ校正」を実行する制御信号が入力されると、まず、第一内蔵分銅２１の荷重を可動柱６１に負荷する「部分負荷状態」とする。具体的には、回転軸部３３の第一方向が上方（Ｚ方向）と一致した状態から９０°右回りに回転させることにより、第二方向に上方（Ｚ方向）が一致する状態、つまり、２個の小リング用偏心カム３１が２個の持上部材２１ａを押圧せず、２個の大リング用偏心カム３２が２個の持上部材２２ａの下面を上方（Ｚ方向）に押圧する状態とする。これにより、第一内蔵分銅２１が分銅受け部材６１ｂの上面に載置されるとともに、第二内蔵分銅２２が上方の所定位置に配置され、第一内蔵分銅２１の荷重が計測される。

次に、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２との荷重を可動柱６１に負荷する「全負荷状態」とする。具体的には、回転軸部３３の第二方向が上方（Ｚ方向）と一致した状態から９０°右回りに回転させることにより、第一方向にも第二方向にも上方（Ｚ方向）が一致しない状態、つまり、２個の小リング用偏心カム３１が２個の持上部材２１ａを押圧せず、２個の大リング用偏心カム３２も２個の持上部材２２ａを押圧しない状態とする。これにより、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２とが分銅受け部材６１ｂの上面に載置され、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２の荷重が計測される。

最後に、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２との荷重を可動柱６１に負荷しない「無負荷状態」とする。具体的には、回転軸部３３の上方（Ｚ方向）が第一方向にも第二方向にも一致しない状態から１８０°左回りに回転させることにより、第一方向に上方（Ｚ方向）が一致する状態、つまり、２個の小リング用偏心カム３１が２個の持上部材２１ａの下面を上方（Ｚ方向）に押圧するとともに、２個の大リング用偏心カム３２が２個の持上部材２２ａの下面を上方（Ｚ方向）に押圧する状態とする。これにより、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２がそれぞれ上方の所定位置に配置され、分銅受け部材６１ｂの上面には、第一内蔵分銅２１も第二内蔵分銅２２も載置されていない状態となる。このとき、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２とは、筐体１０に設けられたガイド部材に案内され、常に所定位置へ配置される。

以上のように、本発明の電子天秤１によれば、偏置誤差に影響されない位置に第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２とを配置しているので、リニアリティ校正の校正精度を向上させることができる。また、第一内蔵分銅２１と第二内蔵分銅２２とが近傍に配置されているため、分銅加除機構３０の簡素化、小型化が可能となり、かつ、同軸に大リング用偏心カム３２と小リング用偏心カム３１とを設けることで、相対位置関係による可動域の調整が簡略化できるとともに単一動力源とすることができ、部品点数の削減や構成の簡略化、さらには制御機能の簡素化が実現可能となる。

本発明の電子天秤は、例えば内蔵分銅により校正を行うように構成された電子天秤等に利用される。

１電子天秤
２計量皿
２１第一内蔵分銅
２２第二内蔵分銅
３０分銅加除機構
６０センサ機構体（荷重伝達機構）

Claims

計量皿に載置された被測定物の荷重が伝達される荷重伝達機構と、
２個の内蔵分銅と、
２個の内蔵分銅の荷重を荷重伝達機構に負荷する全負荷状態か、１個の内蔵分銅の荷重を荷重伝達機構に負荷する部分負荷状態か、或いは、２個の内蔵分銅の荷重を荷重伝達機構に負荷しない無負荷状態かのいずれかの状態となるように切替可能である分銅加除機構とを備える電子天秤であって、
２個の内蔵分銅は、大リング体と小リング体であって、前記無負荷状態では同一平面に配置されるとともに、前記計量皿の中心を通る鉛直軸上に重心がくるように配置され、前記分銅加除機構によって昇降されることにより状態が切り替えられるように構成され、
前記分銅加除機構は、大リング用偏心カムと、小リング用偏心カムと、水平方向に伸び水平方向に回転軸を有する棒状の回転軸部と、当該回転軸部を回転させるモータとを備え、
大リング用偏心カムと小リング用偏心カムとには位相差が設けられており、
大リング用偏心カムと小リング用偏心カムとは、前記回転軸部に連結され、同時に回転されるようになっていることを特徴とする電子天秤。
前記荷重伝達機構は、電子天秤ベースに固定又は一体化される固定柱と、計量皿に載置された被測定物の荷重を伝達する可動柱と、当該可動柱が、被測定物の荷重を鉛直方向に伝達するように可動柱を固定柱に連結する互いに平行な２本の梁とを備えるロバーバル機構であることを特徴とする、請求項１に記載の電子天秤。