JP6760057B2 - 電子天秤 - Google Patents

Description

本発明は、秤量皿に載置される測定対象物を秤量するための電子天秤に関するものである。

いわゆる電磁力平衡型の電子天秤には、例えば可動コイル及び磁気回路を有する電磁力発生装置が備えられている。磁気回路は、永久磁石及びヨークなどを含む構成であり、内部に静磁場を形成することができる。可動コイルは、磁気回路により形成される静磁場内に配置され、その軸線方向に沿って変位可能となっている。

測定対象物が載置される秤量皿は、レバーを介して可動コイルに連結されており、測定対象物の荷重によりレバーが変位するのに伴って、レバーに連結された可動コイルが変位する。このとき、レバーの変位をディテクタで検出し、当該レバーが変位しないように可動コイルに流す電流をフィードバック制御することにより、その電流値から測定対象物の質量を測定することができる。

この種の電子天秤には、例えば秤量皿の変位を鉛直方向に規制するロバーバル機構が備えられている。ロバーバル機構は、秤量皿が取り付けられる可動柱と、電子天秤本体のベース部材に固定される固定柱とを連結するための機構であり、測定対象物の荷重により可動柱が変位するのに伴って、ロバーバル機構が撓むように構成されている。上記レバーは可動柱に連結されており、可動柱の変位に伴って当該レバーも変位するようになっている。

特許第４０３５７２４号公報

レバーは、可動柱の鉛直方向への変位に伴って、弾性支点を中心に揺動する。弾性支点は、例えば厚みが０．１ｍｍ以下の非常に薄い板ばねからなる支点ばねにより構成されている。そのため、レバーに対して揺動方向以外の方向に力が加わった場合には、弾性支点が変形してしまうおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、弾性支点が変形するのを効果的に防止することができる電子天秤を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る電子天秤は、フレームと、固定柱と、秤量皿と、可動柱と、ロバーバル機構と、レバーと、レバー延長部材と、可動コイルと、磁気回路と、第１ストッパとを備える。前記固定柱は、前記フレームに固定されている。前記秤量皿には、測定対象物が載置される。前記可動柱は、前記秤量皿が取り付けられ、前記秤量皿とともに変位可能である。前記ロバーバル機構は、前記固定柱及び前記可動柱を連結し、前記可動柱が鉛直方向に変位するように規制する。前記レバーは、前記可動柱の鉛直方向への変位に伴って、弾性支点を中心に揺動する。前記レバー延長部材は、前記レバーに一端部が固定されている。前記可動コイルは、前記レバー延長部材の他端部に固定され、前記レバーの揺動に伴って変位する。前記磁気回路は、前記可動コイルに対して磁力を作用させる。前記第１ストッパは、前記レバーの水平方向への変位を規制する。

このような構成によれば、弾性支点を中心に揺動するレバーの水平方向への変位が、第１ストッパにより規制される。このように、レバーが揺動方向とは異なる水平方向に変位するのを第１ストッパにより直接規制することができるため、弾性支点が変形するのを効果的に防止することができる。

（２）前記電子天秤は、前記レバー延長部材の水平方向への変位を規制する第２ストッパをさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、レバーだけでなく、当該レバーに一端部が固定されたレバー延長部材の水平方向への変位も、第２ストッパにより規制することができる。第２ストッパによりレバー延長部材の水平方向への変位を規制した場合には、可動コイル側に近くてより変位量の多い部分の変位を規制することができる反面、第２ストッパを支点としてモーメントがレバー延長部材に生じ、レバーを介して弾性支点を変形させてしまうおそれがある。このような場合であっても、本発明によれば、第１ストッパによりレバーの変位が規制されるため、弾性支点が変形するのをより効果的に防止することができる。

（３）前記第１ストッパは、前記レバーの重心近傍の高さに位置する接触部において、前記レバーの水平方向への変位を規制してもよい。

このような構成によれば、レバーの重心に近い高さにおいて、レバーの水平方向への変位を第１ストッパで規制することができる。これにより、第１ストッパで規制されたレバーに、第１ストッパを支点として鉛直方向のモーメントが生じるのを防止することができるため、弾性支点が変形するのをさらに効果的に防止することができる。

（４）前記第１ストッパは、前記固定柱に固定されていてもよい。

このような構成によれば、固定柱に固定された第１ストッパによりレバーの水平方向への変位が規制されるため、固定柱に対するレバーの相対的な変位を規制することができる。固定柱は、フレームに固定されたがたつきの小さい部材であるため、当該固定柱に第１ストッパを固定することにより、レバーの水平方向への変位を効果的に規制することができる。

（５）前記ロバーバル機構には、前記第１ストッパを挿通させるための開口部が形成されていてもよい。

このような構成によれば、ロバーバル機構に形成されている開口部に第１ストッパを挿通させることにより、ロバーバル機構と固定柱との間に第１ストッパを配置することができる。これにより、ロバーバル機構の機能を維持しながら、固定柱に第１ストッパを固定することができる。

（６）前記第１ストッパには、当該第１ストッパを前記開口部に挿通させて前記固定柱に固定する際に把持される把持部が形成されていてもよい。

このような構成によれば、把持部を把持しながら第１ストッパを開口部に挿通させて、固定柱に固定することができるため、第１ストッパの取付作業が容易である。

本発明によれば、レバーが揺動方向とは異なる水平方向に変位するのを第１ストッパにより直接規制することができるため、弾性支点が変形するのを効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る電子天秤の構成例を示した斜視図である。 図１の電子天秤の平面図である。 図１の電子天秤の側面図である。 図１の電子天秤の正面図である。 図２における電子天秤のＡ−Ａ断面図である。

１．電子天秤の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る電子天秤の構成例を示した斜視図である。図２は、図１の電子天秤の平面図である。図３は、図１の電子天秤の側面図である。図４は、図１の電子天秤の正面図である。図５は、図２における電子天秤のＡ−Ａ断面図である。

この電子天秤では、ベース部材１上に各部材が設けられており、秤量皿２に測定対象物を載置して測定を行うことができる。なお、図１及び図２では、電子天秤のベース部材１及び秤量皿２を省略して示している。また、図３〜図５では、ベース部材１の一部を省略して示している。本実施形態に係る電子天秤には、上記ベース部材１及び秤量皿２の他に、ブロック状機構体３、第１フレーム４、第２フレーム５、電磁力発生装置６、レバー延長部材７、ディテクタ８及びシャッタ９などが備えられている。

秤量皿２は、ブロック状機構体３に取り付けられている。当該ブロック状機構体３は、例えばアルミ合金からなる四角柱形状の１つの母材をくり抜いて形成されることにより、可動柱３１、固定柱３２、ロバーバル機構３３、レバー３４及び連結部３５などが一体的に形成された構成となっている。ただし、ブロック状機構体３は、アルミ合金からなる四角柱形状の部材に限らず、他の材料又は形状で形成されていてもよい。

可動柱３１は、例えば鉛直方向に延びる四角柱形状の部分であり、その上面に秤量皿２が取り付けられる。当該可動柱３１は、ブロック状機構体３における水平方向の一端部を構成している。これに対して、固定柱３２は、ブロック状機構体３における水平方向の他端部を構成しており、当該固定柱３２が第１フレーム４に固定されることにより、当該固定柱３２においてブロック状機構体３が支持されている。

ロバーバル機構３３は、水平方向に沿ってブロック状機構体３の一端部から他端部まで延びており、可動柱３１と固定柱３２とを連結している。本実施形態において、可動柱３１及び固定柱３２は、その上端部及び下端部が１対のロバーバル機構３３により互いに連結されている。これにより、１対のロバーバル機構３３がブロック状機構体３の上面及び下面を構成している。

各ロバーバル機構３３は、水平方向に延びる平板状の梁３３１と、梁３３１の両端部をそれぞれ可動柱３１及び固定柱３２に連結する可撓部３３２とを有している。可撓部３３２は、梁３３１よりも厚みが小さく形成されることにより、弾性変形しやすい形状となっている。秤量皿２に測定対象物の荷重が加わった場合には、各ロバーバル機構３３の可撓部３３２が撓み、可動柱３１が秤量皿２とともに鉛直下方に変位する。このとき、各ロバーバル機構３３の作用により、可動柱３１が鉛直方向に変位するように規制される。

本実施形態における固定柱３２には、ロバーバル機構３３に沿って水平方向に可動柱３１側まで延びる長尺形状の延長部３２１が形成されている。この延長部３２１は、１対のロバーバル機構３３の間に配置されており、各ロバーバル機構３３との間に所定の間隔が形成されることにより、各ロバーバル機構３３が撓んだときに接触するのを防止することができるようになっている。

レバー３４は、連結部３５を介して可動柱３１に連結されている。図５に示すように、連結部３５は、固定柱３２の延長部３２１と可動柱３１との間を鉛直方向に延びており、その下端部が力点ばね３５１を介して可動柱３１に連結されるとともに、上端部が力点ばね３５２を介してレバー３４の一端部に連結されている。力点ばね３５１，３５２は、例えば厚みが０．１ｍｍ以下の非常に薄い板ばねであり、可動柱３１の変位に伴って連結部３５とともに上下動する。

レバー３４は、ロバーバル機構３３に沿って水平方向に延びており、その中央部が支点ばね３５３を介して固定柱３２の延長部３２１に連結されている。支点ばね３５３は、力点ばね３５１，３５２と同様に、例えば厚みが０．１ｍｍ以下の非常に薄い板ばねからなる。これにより、可動柱３１の変位に伴って連結部３５が上下動した場合には、力点ばね３５２を介してレバー３４の一端部に上下方向の力が加わり、支点ばね３５３を中心にレバー３４が揺動するようになっている。このように、支点ばね３５３は、レバー３４が揺動する際の支点となる弾性支点を構成している。

レバー３４の他端部、すなわち支点ばね３５３に対して力点ばね３５２側とは反対側には、例えばボルト及びナットからなる固定具３４１によりレバー延長部材７が取り付けられている。この例では、１対のレバー延長部材７が、それぞれブロック状機構体３の長手方向Ｄ１に沿って延びるように、ブロック状機構体３を幅方向Ｄ２（長手方向Ｄ１に直交する水平方向）に挟んで両側に設けられている。各レバー延長部材７は、長手方向Ｄ１の一端部がそれぞれレバー３４に固定されている。

第１フレーム４は、ブロック状機構体３を幅方向Ｄ２に挟んで両側に設けられた１対の分離フレーム４１により構成されている。各分離フレーム４１は、例えばアルミニウムにより形成された長手方向Ｄ１に沿って長尺形状を有する部材であり、長手方向Ｄ１に直交する断面がＬ字状に形成されている。

各分離フレーム４１は、例えばボルト及びナットからなる複数の固定具４２により、ブロック状機構体３に対して固定されている。より具体的には、図５に示すように、各固定具４２がブロック状機構体３の延長部３２１を幅方向Ｄ２に貫通するように固定されている。

第２フレーム５は、例えばアルミニウムにより形成されており、第１フレーム４を下方から支持する底面板５１と、底面板５１における幅方向Ｄ２の両端部からそれぞれ上方に延びる側面板５２と、底面板５１における長手方向Ｄ１の一端部から上方に延びる背面板５３とが一体的に形成されている。第１フレーム４を構成している各分離フレーム４１は、例えばボルト及びナットからなる複数の固定具４３により、第２フレーム５の底面板５１に固定されている。

図４及び図５に示すように、第２フレーム５の底面板５１には、ブロック状機構体３の下方に対応する位置に切欠き５１１が形成されている。これにより、ブロック状機構体３が底面板５１に接触しないように配置されるとともに、秤量皿２に対する荷重によりブロック状機構体３の各ロバーバル機構３３が撓んだときにも、ブロック状機構体３が底面板５１に接触しないようになっている。

ブロック状機構体３は、固定柱３２が第２フレーム５の背面板５３との間に間隔を隔てた状態で取り付けられる。これにより、ブロック状機構体３の固定柱３２と背面板５３との間には空間が形成されており、当該空間内に電磁力発生装置６が配置されている。電磁力発生装置６は、ブロック状機構体３の固定柱３２に対して後方側（可動柱３１側とは反対側）に隣接して配置された状態で、第２フレーム５の底面板５１に取り付けられている。

図５に示すように、電磁力発生装置６は、可動コイル６１及び磁気回路６２を備えている。磁気回路６２は、永久磁石及びヨークなどを含む構成であり、内部に静磁場を形成することができる。可動コイル６１は、磁気回路６２により形成される静磁場内に配置されることにより、磁気回路６２から発生する磁力が作用するようになっており、その軸線方向である鉛直方向に沿って変位可能に保持されている。

各レバー延長部材７における長手方向Ｄ１の一端部は、上述の通りブロック状機構体３のレバー３４に固定されているが、他端部は電磁力発生装置６の可動コイル６１に固定されている。したがって、秤量皿２に対する荷重により可動柱３１が鉛直方向に変位し、レバー３４が支点ばね３５３を中心に揺動した場合には、各レバー延長部材７を介してレバー３４に固定されている可動コイル６１が鉛直方向に変位するようになっている。

ディテクタ８は、レバー３４の変位を検出するためのものであり、例えば回路基板８１に実装された発光素子及び受光素子を備えている。本実施形態では、レバー３４に取り付けられたレバー延長部材７にシャッタ９が連結されており、当該シャッタ９により発光素子から受光素子に入射する光の一部を遮ることができるようになっている。これにより、レバー３４の変位に伴ってシャッタ９により遮られる光量が変化し、その光量の変化を受光素子で検出することによって、レバー３４の変位を検出することができる。

測定対象物の質量を測定する際には、ディテクタ８によりレバー３４の変位を検出し、レバー３４が変位しないように可動コイル６１に流す電流をフィードバック制御する。この場合、測定対象物の質量が大きいほど可動コイル６１に流す電流値が大きくなるため、可動コイル６１に流す電流値に基づいて測定対象物の質量を測定することができる。

２．第１ストッパの構成
本実施形態では、レバー３４の水平方向への変位を規制する第１ストッパ１１が設けられている。レバー３４には、例えばピンが埋め込まれることにより突出部３４２が形成されている。ただし、突出部３４２は、ピンなどの別部材により構成されるものに限らず、例えばレバー３４と一体的に構成されていてもよい。

突出部３４２は、レバー３４における支点ばね３５３に対して力点ばね３５２側とは反対側の端部に、鉛直方向に突出するように形成されている。第１ストッパ１１は、レバー３４の突出部３４２に接触することにより、レバー３４の水平方向への変位を規制する。

より具体的には、第１ストッパ１１は、水平方向に延びるストッパ部１１１と、ストッパ部１１１の一端から上方に向かって延びる連結部１１２と、連結部１１２の上端に連結された把持部１１３とが一体的に形成された構成を有している。第１ストッパ１１は、ねじなどの固定具を用いて、ストッパ部１１１において固定柱３２の延長部３２１に固定されている。

ストッパ部１１１における連結部１１２側と反対側の端部（レバー３４側の先端部）には、挿通孔１１４が形成されており、当該挿通孔１１４内にレバー３４の突出部３４２が挿通されている。挿通孔１１４は、突出部３４２の外径より若干大きい内径で形成されている。これにより、挿通孔１１４は、突出部３４２が当該挿通孔１１４内で鉛直方向に変位するのを許容する一方で、突出部３４２の水平方向への変位を規制している。

ロバーバル機構３３を構成している上側（レバー３４側）の梁３３１には、第１ストッパ１１を挿通させるための開口部３３３が形成されている。第１ストッパ１１を固定柱３２に固定する際には、作業者が第１ストッパ１１の把持部１１３を把持し、開口部３３３に対してストッパ部１１１側から第１ストッパ１１を挿通させる。そして、ストッパ部１１１が固定柱３２の延長部３２１の上面に当接し、挿通孔１１４にレバー３４の突出部３４２が挿通された状態で、ストッパ部１１１が延長部３２１に固定される。この状態では、連結部１１２が開口部３３３内に挿通されており、把持部１１３がロバーバル機構３３の上方（ブロック状機構体３の上方）に位置している。

このような第１ストッパ１１によれば、レバー３４に対して水平方向の側方において、突出部３４２を第１ストッパ１１のストッパ部１１１に接触させることにより、レバー３４の水平方向への変位を規制することができる。このとき、突出部３４２が挿通されているストッパ部１１１の挿通孔１１４は、突出部３４２に接触する接触部として機能する。第１ストッパ１１は、レバー３４の重心近傍の高さ（レバー３４のほぼ中心の高さ）に位置する挿通孔１１４において、レバー３４の水平方向への変位を規制することとなる。

３．第２ストッパの構成
本実施形態では、上述のような第１ストッパ１１に加えて、レバー延長部材７の水平方向への変位を規制するための第２ストッパ１２が設けられている。各レバー延長部材７は、レバー３４側とは反対側の端部において、連結部材７１により互いに連結されている。連結部材７１は、水平方向に延びる板状の部材であり、この連結部材７１の上方に対向する位置に第２ストッパ１２が配置されている。

連結部材７１には、例えばピンが埋め込まれることにより突出部７２が形成されている。ただし、突出部７２は、ピンなどの別部材により構成されるものに限らず、例えば連結部材７１と一体的に構成されていてもよい。突出部７２は、鉛直方向に突出するように形成されている。第２ストッパ１２は、突出部７２に接触することにより、連結部材７１の水平方向の変位を規制する。これにより、各レバー延長部材７の水平方向への変位が規制される。

第２ストッパ１２は、水平方向に延びる板状の部材であり、突出部７２に対向する位置には挿通孔１２１が形成され、当該挿通孔１２１内に突出部７２が挿通されている。挿通孔１２１は、突出部７２の外径より若干大きい内径で形成されている。これにより、挿通孔１２１は、突出部７２が当該挿通孔１２１内で鉛直方向に変位するのを許容する一方で、突出部７２の水平方向への変位を規制している。

４．作用効果
（１）本実施形態では、弾性支点を構成する支点ばね３５３を中心に揺動するレバー３４の水平方向への変位が、第１ストッパ１１により規制される。このように、レバー３４が揺動方向（鉛直方向）とは異なる水平方向に変位するのを第１ストッパ１１により直接規制することができるため、支点ばね３５３が変形するのを効果的に防止することができる。

（２）また、本実施形態では、レバー３４だけでなく、当該レバー３４に一端部が固定されたレバー延長部材７の水平方向への変位も、第２ストッパ１２により規制することができる。第２ストッパ１２によりレバー延長部材７の水平方向への変位を規制した場合には、可動コイル６１側に近くてより変位量の多い部分の変位を規制することができる反面、第２ストッパ１２を支点としてモーメントがレバー延長部材７に生じ、レバー３４を介して支点ばね３５３を変形させてしまうおそれがある。このような場合であっても、本実施形態では、第１ストッパ１１によりレバー３４の変位が規制されるため、支点ばね３５３が変形するのをより効果的に防止することができる。

（３）特に、本実施形態では、レバー３４の重心に近い高さにおいて、レバー３４の水平方向への変位を第１ストッパ１１で規制することができる。これにより、第１ストッパ１１で規制されたレバー３４に、第１ストッパ１１を支点として鉛直方向のモーメントが生じるのを防止することができるため、支点ばね３５３が変形するのをさらに効果的に防止することができる。

（４）また、本実施形態では、固定柱３２の延長部３２１に固定された第１ストッパ１１によりレバー３４の水平方向への変位が規制されるため、固定柱３２に対するレバー３４の相対的な変位を規制することができる。固定柱３２は、フレーム（第１フレーム４及び第２フレーム５）に固定されたがたつきの小さい部材であるため、当該固定柱３２に第１ストッパ１１を固定することにより、レバー３４の水平方向への変位を効果的に規制することができる。

（５）さらに、本実施形態では、ロバーバル機構３３の梁３３１に形成されている開口部３３３に第１ストッパ１１を挿通させることにより、ロバーバル機構３３の梁３３１と固定柱３２の延長部３２１との間に第１ストッパ１１のストッパ部１１１を配置することができる。これにより、ロバーバル機構３３の機能を維持しながら、固定柱３２に第１ストッパ１１を固定することができる。

（６）また、本実施形態では、把持部１１３を把持しながら第１ストッパ１１を開口部３３３に挿通させて、固定柱３２に固定することができるため、第１ストッパ１１の取付作業が容易である。

５．変形例
以上の実施形態では、１つの母材をくり抜いて形成されたブロック状機構体３により、可動柱３１、固定柱３２、ロバーバル機構３３、レバー３４及び連結部３５などが一体的に形成された構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、可動柱３１、固定柱３２、ロバーバル機構３３、レバー３４及び連結部３５などが別個の部材として準備され、これらの部材が組み合わせられることにより電子天秤が構成されてもよい。

第１ストッパ１１は、レバー３４の水平方向への変位を規制することができるような構成であれば、上記のような形状に限られるものではなく、挿通孔１１４に突出部３４２を挿通させるような構成にも限定されない。同様に、第２ストッパ１２は、レバー延長部材７の水平方向への変位を規制することができるような構成であれば、上記のような形状に限られるものではなく、挿通孔１２１に突出部７２を挿通させるような構成にも限定されない。

１ ベース部材
２ 秤量皿
３ ブロック状機構体
４ 第１フレーム
５ 第２フレーム
６ 電磁力発生装置
７ レバー延長部材
８ ディテクタ
９ シャッタ
１１ 第１ストッパ
１２ 第２ストッパ
３１ 可動柱
３２ 固定柱
３３ ロバーバル機構
３４ レバー
６１ 可動コイル
６２ 磁気回路
７２ 突出部
１１１ ストッパ部
１１２ 連結部
１１３ 把持部
１１４ 挿通孔
１２１ 挿通孔
３２１ 延長部
３３１ 梁
３３３ 開口部
３４２ 突出部

Claims (4)

1. フレームと、
   前記フレームに固定された固定柱と、
   測定対象物が載置される秤量皿と、
   前記秤量皿が取り付けられ、前記秤量皿とともに変位可能な可動柱と、
   前記固定柱及び前記可動柱を連結し、前記可動柱が鉛直方向に変位するように規制するロバーバル機構と、
   前記可動柱の鉛直方向への変位に伴って、弾性支点を中心に揺動するレバーと、
   前記レバーに一端部が固定されたレバー延長部材と、
   前記レバー延長部材の他端部に固定され、前記レバーの揺動に伴って変位する可動コイルと、
   前記可動コイルに対して磁力を作用させる磁気回路と、
   前記レバーの水平方向への変位を規制する第１ストッパとを備え、
   前記第１ストッパは、前記固定柱に固定されており、
   前記ロバーバル機構には、前記第１ストッパを挿通させるための開口部が形成されていることを特徴とする電子天秤。
2. 前記レバー延長部材の水平方向への変位を規制する第２ストッパをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子天秤。
3. 前記第１ストッパは、当該第１ストッパで規制された前記レバーに、当該第１ストッパを支点として鉛直方向のモーメントが生じるのを防止することができる高さに位置する接触部において、前記レバーの水平方向への変位を規制することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子天秤。
4. 前記第１ストッパには、当該第１ストッパを前記開口部に挿通させて前記固定柱に固定する際に把持される把持部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電子天秤。

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