JP7409755B2 - 電子天びん、および電子天びんの秤量精度の安定化方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子天びん、特に、秤量精度をより安定化させる電子天びん、および前記電子天びんの秤量精度の安定化方法に関する。

従来、秤量精度の高い電子天びんには、風防が備えられている（例えば特許文献１）。風防で秤量皿を覆うことで、精度低下の要因の一つである秤量皿周囲の空気の流動を防ぐことができる。秤量精度の低下や秤量のばらつきを抑制し、安定させることは重要である。

秤量精度を安定させるために、電子天びんにおいては、試料の秤量を行う前に、一度テストとして分銅の秤量を行う「予備荷重」と呼ばれる準備作業を行うことが望ましい。予備荷重を行うことで、秤量精度をより安定させることができる。予備荷重は、同じ環境にて秤量を複数回行うことで秤量機構の狂いを正す「校正」とは全く別の作業であり、秤量機構を環境になじませる作業であり、特に電子天びんの電源を入れて最初の一回目の秤量では、秤量機構が作業環境になじんでおらず、秤量結果に誤差が生じやすいため、これを回避する意味でも、実際の作業環境にて予備荷重を行うことが望ましい。

特開２０１２－００２６７７号

しかし、予備荷重は推奨作業であり、義務ではないため、ユーザが忘れてしまう、あるいは面倒に思ってしまい、予備荷重が行われないことが多い。特に風防を備える電子天びんでは、高い秤量精度を保つために、予備荷重を行うことが望ましいが、秤量のために風防の扉を開閉せねばならず、時間と手間がかかるために余計に敬遠されるという問題がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、秤量精度をより安定させる電子天びんおよび該電子天びんによる秤量精度の安定化方法を提供する。

前記問題を解決するために、本開示のある態様においては、試料を載置する秤量皿と、前記秤量皿に連結された秤量機構と、前記秤量皿を覆う秤量室を含む風防と、前記秤量室の壁の一部を構成する扉を自動で開閉する開閉機構と、前記秤量機構に内蔵分銅の荷重を自動で加除する前記内蔵分銅の昇降機構と、前記開閉機構および前記昇降機構の制御、および前記秤量機構による計測値からの秤量値の算出を行う制御部とを備え、前記制御部の命令により、以下の（I）～（VII）の一連の動作が、実施可能に電子天びんを構成した。（I）前記開閉機構が、前記扉を開ける。（II）前記昇降機構が、前記内蔵分銅の荷重を前記秤量機構にかける。（III）前記開閉機構が、前記扉を閉める。（IV）所定時間経過後に、前記開閉機構が、前記扉を開ける。（V）前記昇降機構が、前記内蔵分銅の荷重を前記秤量機構から除去する。（VI）前記開閉機構が、前記扉を閉める。（VII）前記制御部が、前記秤量値のゼロ点調整を行う。

この態様によれば、自動で予備荷重が実施される。秤量機構が周囲環境になじみ、秤量の一回目から、秤量値が安定する。ユーザは命令を入力するだけでよく、予備荷重が容易になされる。

また、ある態様においては、前記秤量室内の温度を計測する温度センサを備え、前記温度センサにより、前記秤量室の温度変化が所定値以上となったことが検出されると、前記制御部により、前記（I）～（VII）の一連の動作が実施されるように構成した。この態様により、温度変化を検知して予備荷重が実施される。予備荷重を実施して現在の環境に秤量機構をなじませることで、温度変化が僅かに秤量機構、ひいては秤量精度に悪影響を与えることを抑制した。

また、ある態様においては、前記開閉機構による前記扉の最終開閉動作からの経過時間を計測するタイマーを備え、前記タイマーが所定時間以上をカウントすると、前記制御部により、前記（I）～（VII）の一連の動作が実施されるように構成した。この態様によれば、時間経過により周辺環境が変化して秤量機構に悪影響を与える前に、予備荷重を実施される。現在の環境に秤量機構がなじみ、環境変化による秤量への悪影響が抑制される。

また、ある態様においては、前記秤量室の壁の一部を構成する前記扉は複数設けられており、前記開閉機構は、前記複数の扉のうちの少なくとも２以上の前記扉を、個別に自動開閉可能に構成され、前記制御部が前記（I）～（VII）の一連の命令を実施する際には、前記開閉機構に、最後に開閉された前記扉以外の前記扉を開閉させるように構成した。この態様によれば、自動で予備荷重が行われる場合に、予備荷重で自動開閉される扉を秤量に使用される扉と異なら閉めることができ、秤量を準備しているユーザが誤って扉を開けて、予備荷重を自身で邪魔することを防止できる。

また、ある態様においては、試料を載置する秤量皿と、前記秤量皿に連結された秤量機構と、前記秤量皿を覆う秤量室を含む風防と、前記秤量室の一部を構成する扉を自動で開閉する開閉機構と、前記秤量機構に内蔵分銅の荷重を自動で加除する昇降機構と、前記開閉機構および前記昇降機構の制御、および前記秤量機構による計測値からの秤量値の算出を行う制御部とを備えた電子天びんによる予備荷重方法であって、前記開閉機構が、前記扉を開ける、第１ステップと、前記第１ステップ後に、前記昇降機構が、前記内蔵分銅の荷重を前記秤量機構にかける、第２ステップと、前記第２ステップ後に、前記開閉機構が、前記扉を閉める、第３ステップと、前記第３ステップ後に、所定時間経過後に、前記開閉機構が、前記扉を開ける、第４ステップと、前記第４ステップ後に、前記昇降機構が、前記内蔵分銅の荷重を前記秤量機構から除去する、第５ステップと、前記第５ステップ後に、前記開閉機構が、前記扉を閉める第６ステップと、前記第６ステップ後に、前記制御部が、秤量値のゼロ点調整を実施する第７ステップとを備えることを特徴とする電子天びんの精度安定化方法を提供する。この態様により、電子天びんの秤量機構を環境によりなじませることができ、秤量精度を安定させることができる。

上記構成によれば、秤量精度をより安定させる電子天びんおよび該電子天びんによる秤量精度の安定化方法を提供できる。

本発明の好適な実施形態に係る電子天びんの部分破断斜視図である。 同電子天びんの右側面図である。 同電子天びんの風防の背面図である。 ドアの懸吊機構の説明図である。 同電子天びんのブロック図である。 ドア開閉機構のブロック図である。 ドア開閉機構の動作表である。 内蔵分銅の昇降機構の縦断面図であり、かつ図９（Ａ）のＡ-Ａ線による断面図である。図８（Ａ）が、空気袋がしぼんだ状態を示す。図８（Ｂ）が、空気袋が膨らんだ状態を示す。 内蔵分銅の軸芯に直交する方向における内蔵分銅の昇降機構の断面図である。図９（Ａ）が、空気袋がしぼんだ状態を示す。図９（Ｂ）が、空気袋が膨らんだ状態を示す。 予備荷重のフローチャートである。

（風防付き電子天びんの構成）
以下、本開示の構成に係る好ましい実施形態を図面に従って説明する。図１は、好適な実施形態に係る電子天びん１の部分破断斜視図である。図２は電子天びん１の右側面図である。

図１および図２に示すように、電子天びん１は、天びん本体３０と、風防１０とを備える。天びん本体３０は、その上面に試料を載置するための秤量皿３１を備える。風防１０は、秤量皿３１の周囲を囲うように天びん本体３０の上面に配置され、秤量皿３１の周囲の空気の流動、たとえばエアコンの風、秤量時の人の息、人が歩くときに発生する空気の流れなど、秤量皿３１を中心とした荷重負荷部分に風圧として作用して、秤量に影響を与えるのを防ぐ。

風防１０は天びん本体３０に着脱可能に備えられており、着脱機構には従来周知の構成、例えば特開2008-216047号公開の構成が使用されており、これに限られず、また風防１０と天びん本体３０とが分離不可に一体化して構成されていても構わない。

天びん本体３０の内部には、秤量皿３１に連結された、荷重を検出する荷重検出部３、荷重検出部３で検出したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６、荷重検出部３に内蔵分銅の荷重を加除する内蔵分銅の昇降機構７０、および制御部３４が配置されている。制御部３４は、ＣＰＵ、メモリなどを集積回路に実走したマイクロコントローラであり、メモリに収納したプログラムに基づいて、各種構成要素を制御する。荷重検出部３が電子天びん１の秤量機構である。

荷重検出部３は、いわゆる電磁平衡式の荷重センサであり、機械式のバランス機構に位置検出器と電磁石を用いてつり合わせることで、秤量皿３１に載置された荷重を検知する機構である。Ａ／Ｄ変換器６は、アナログ信号をデジタル信号に変更する装置であり、荷重検出部３で検出された荷重は、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換される。

風防１０は無底箱型で、前面に正面ガラス１２、背部に箱型のケース１８、左右の側壁の一部を構成するドア１１、上面に上面ドア１３を有し、これらによって区画された空間として、内部に略直方体形状の秤量室Ｓが形成される。秤量室Ｓには、秤量室Ｓ内の温度を計測する温度センサ４が配置されている。

ドア１１は、風防１０の下部の枠部材であるベース１４に設けられたレール１４ａに沿って、上面ドア１３は風防１０の上部の左右辺にあるシリンダボックス２０に設けられたレール溝２０ａに沿って、それぞれ前後方向に移動可能となっている。

正面ガラス１２、上面ドア１３、及び左右のドア１１は、内部の状態が観察可能なように透明なガラス又は樹脂で構成されている。上面ドア１３およびドア１１には、それぞれスライドを補助する取手が取り付けられている。上面ドア１３は手動にて開閉可能であり、左右側面のドア１１は、自動で開閉可能に構成されている。本実施形態においては、ドア１１は手動でも開閉可能となっている。

コントロールパネル３５は、天びん本体３０及び風防１０を操作するためのものであり、天びん本体３０および風防１０とは別体で設けられている。これは、スイッチを押すなどの操作の振動が秤量に影響を与えることを防ぐためである。別体であるため、ユーザは操作し易い位置に自由に配置することができる。コントロールパネル３５と天びん本体３０とは、ケーブルＣにて接続される。両者によるデータ送受信は、無線にて実施されても構わない。同様に、天びん本体３０と風防１０とは、図示しないケーブルにて接続されて、データ送受信が可能となっている。

コントロールパネル３５は、その上面に、秤量結果や状態を表示する表示部３８、操作用の入力部３７、赤外線センサ３６、押圧スイッチ３９を備える。赤外線センサ３６は、ドア１１の開閉スイッチであり、上部に手をかざすだけでドア１１を自動で開閉させることができる。ドア１１を自動で開閉させるために、赤外線センサ３６の代わりに押圧スイッチを設けても良く、また押圧スイッチと赤外線センサ３６の両方を備えるよう構成しても好ましい。赤外線センサ３６に、ドア１１開閉機能以外の天びん操作機能を割り当てても良い。赤外線センサ３６を左右二つ設け、それぞれが対応するドア１１を開閉させるように構成してもよい。

電子天びん１は、自動で予備荷重を行う予備荷重機能が設けられており、押圧スイッチ３９は、予備荷重の動作を開始させるトリガーである。ユーザが押圧スイッチ３９を押すことで、予備荷重の動作が実施される。本実施形態では予備荷重機能専用のスイッチを設け、ワンタッチで予備荷重の動作が開始されるように構成したが、入力部３７から予備荷重機能の開始を入力するように構成してもよい。

略直方体形状である風防１０の左右の上辺を構成するように、固定部材１７が設けられており、固定部材１７に長手方向を合わせてシリンダボックス２０が係合している。シリンダボックス２０は、中空の筐体であり、内部にはドア１１を開閉させる駆動手段であるエアシリンダ４０が納められている。

エアシリンダ４０は複動型であり、内部のピストンの往復運動は、往きと帰りの両方がエア圧力によってなされるため、エアシリンダ４０内にエアを送るポートは二箇所に設けられている。エアシリンダ４０の前方側には送られたエアによりピストンを後方へと進ませるための後進側ポート４６が、後方側にはピストンを前方へと送るための前進側ポート４４が、それぞれ設けられている。前進側ポート４４，後進側ポート４６には図示しないエアチューブが接続され、ケース１８内へと繋がっている。ケース１８内部には、エアシリンダ４０の駆動源であるポンプやエアの流止を制御する電磁弁などが納められている。

（ドアの構造）
ドア１１の構造について説明する。図３は風防１０の背面図である。図４はドア１１の形状や構成を説明するための説明図であり、ドア１１、シリンダボックス２０、固定部材１７のみを示し、シリンダボックス２０及び固定部材１７を図３のＩＶ－ＩＶ線に沿って切断した部分断面斜視図である。

シリンダボックス２０は、中空の筐体であり、シリンダボックス２０の内壁にはエアシリンダ４０の形状に合わせて凹部が形成されており（図示せず）、エアシリンダ４０はシリンダボックス２０内に配置され、この凹部に係合して固定される。

一対の固定部材１７は、一方向に長い略直方体部材で、ケース１８の上部の左右の縁部に設けられた凹部１８ａに沿って配置され、風防１０の上部の枠部材を構成する。シリンダボックス２０は背面視して逆Ｌ字型を押し出した外形を有し、上辺部分が固定部材１７の上面に載置され、内側面が固定部材１７の側面に当接して、逆Ｌ字の直角部分が固定部材１７の角部に係合し、固定部材１７と長手方向を合わせて固定されている。

シリンダボックス２０は底面を有さず（図３参照）、ドア１１の上部がシリンダボックス２０内部に入り込んで配置されている。シリンダボックス外側面２０ｂの下端部には内側に向けて内フランジ部２０ｃが長手方向の全長にわたって形成されている。また、固定部材１７の外側面１７ｂの下部には、内フランジ部２０ｃに対向して長手方向（前後方向）の全長にわたって伸びる凸部１７ｃが形成されている。

ドア１１は全体の外縁部に備えられるホルダー１６に保持される。ホルダー１６の上部の前後二箇所には、ドア１１のスライド方向（前後方向）に直交して、ドア１１の厚み方向（左右方向）に突き出た保持部５が形成されている。ドア１１の上部が内フランジ部２０ｃと凸部１７ｃとの間に形成されたスリット（以下、ガイド孔２０ｄと呼ぶ）に入り込み、ホルダー１６の保持部５が、内フランジ部２０ｃと凸部１７ｃとに係合し、ドア１１を懸吊保持している。これにより、ドア１１はベース１４上面やこれに形成されたレール１４ａ上面からは離間して配置され、ガイド孔２０ｄに沿ってスライド可能に保持される。レール１４ａにゴミや砂等が侵入すると、ドア１１開閉時の摺動抵抗が大きくなって開閉が困難になる問題があるが、ドア１１自体を上部から吊るすことでこれを防止している。

内フランジ部２０ｃと凸部１７ｃは、正対せずに上下方向に僅かにオフセットされて形成されており、内側である凸部１７ｃの方が内フランジ部２０ｃよりも僅かに高い位置にある。これは、保持部５がドア１１の上部から左右同じ高さに突き出して、ドア１１が左右どちらにも振れ易い状態にするよりも、僅かに内側を高くしてドア１１を内側に傾けさせて、ドア１１の下部をレール１４ａ側面に当接させて、ドア１１の姿勢を安定して保持するためである。このように構成することで、ドア１１が移動しても振れることがなく、ドア１１の開閉の際にも、同じ姿勢を維持した状態で移動させることができ、不用意なドア１１の摺動を防止することができる。

ドア１１の保持部５は、内フランジ部２０ｃと凸部１７ｃの形状や高さに合わせて形成されており、外側配置された内フランジ部２０ｃ側に向かって突出して形成される第１係合部１６ｂ、内側配置された凸部１７ｃ側に向かって突出して形成される第２係合部１６ｃ、さらに第２係合部１６ｃの下方にオフセットされて形成される第３係合部１６ｄからなる。

第３係合部１６ｄは、第２係合部１６ｃと併せて凸部１７ｃを挟むように形成されるが、第３係合部１６ｄは、凸部１７ｃ底面とは離間するよう隙を持たせて形成されている。

図４に示すように、ホルダー１６の前端上部には、結合部１６ｅが形成されている。結合部１６ｅはドア１１の上方へ向けて凸設され、中央にはドア１１のスライド方向に沿った結合孔１６ｆが形成されている。エアシリンダ４０内のピストンから延在するピストンロッド４０ａの先端が、この結合孔１６ｆに嵌合して固定されている。ピストン（ピストンロッド４０ａ）がホルダー１６でドア１１と接続され、ピストンがエア圧力により前後に移動することで、ホルダー１６はガイド孔２０ｄに沿ってスライドし、ドア１１は開閉する。

ホルダー１６が内フランジ部２０ｃと係合した状態においても、エアシリンダ４０はホルダー１６の上面とは接触せず、ホルダー１６とは離間して固定されており（図３参照）、エアシリンダ４０はドア１１の動きを邪魔しない。また、結合部１６ｅはホルダー１６上面よりも上方に突出しているが、結合部１６ｅはピストンロッド４０ａの先端に固定されているため、エアシリンダ４０下方に入り込むことはなく、またシリンダボックス２０内の結合部１６ｅの経路も確保されているため、シリンダボックス２０と結合部１６ｅが干渉することはない。

本実施形態においては、ドア１１の懸吊支持形態をこのように構成したが、平板に形成されたスリットにＴ字に形成された保持部５が係合する形態や、保持部５をフック状として凸状レールに係合させる形態など、他の従来周知の構成を用いても構わない。

（ブロック図）
図５は電子天びん１の制御系のブロック図である。図６は、ドア１１を開閉させる開閉機構６０のブロック図である。

図５に示すように、荷重検出部３で検出された荷重は、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換され、制御部３４に入力される（以下、荷重検出部３で検出され、Ａ／Ｄ変換器６で変換されて制御部に入力される値をＡＤ値と称する）。制御部３４は、入力された計測値から、メモリに記憶されたプログラムと補正値に従って秤量値を算出して、これを表示部３８に表示させる。補正値とは、温度変化や緯度などに依存する重力値など、環境や状態により変化する値を調整するものである。また、制御部３４はゼロ点調整も実施する。ゼロ点調整とは、秤量皿３１に試料が載置されていない状態を基準として、その状態をもって秤量値をゼロに調整するものである。

本実施形態における電子天びん本体３０による秤量値の算出とは、試料が載置されていない状態でのＡＤ値を基準として、試料を載置するなどの荷重負荷によりＡＤ値がどれだけ変化するかの差分を秤量値として算出することを指す。試料が秤量皿３１に載置されていない場合でも、秤量皿３１の荷重は常に荷重検出部３に掛かっており、この状態のＡＤ値を表示部３８に「秤量値０ｇ」として表示している。温度変化や時間経過によってもＡＤ値は変化することから、制御部３４は、ゼロ点調整により、その時点でのＡＤ値を基準として「秤量値０ｇ」とする。

入力部３７、赤外線センサ３６、押圧スイッチ３９で入力された命令や、温度センサ４で計測された秤量室Ｓ内温度は、制御部３４に入力される。タイマー７によるカウントも制御部３４に入力される。タイマー７には、制御部３４の内蔵時計を用いてもよい。

制御部３４は、さらに、開閉機構６０および昇降機構７０を制御する。具体的には、制御部３４は、開閉機構６０を構成する第１加圧ポンプ６２Ａ、第２加圧ポンプ６２Ｂ、第１圧力センサ６４Ａ、第２圧力センサ６４Ｂ、第１一方電磁弁６６Ａ、第２一方電磁弁６６Ｂ、および昇降機構７０を構成する第３加圧ポンプ８１、第３一方電磁弁８２と接続され、各加圧ポンプの始動と停止、各電磁弁の開閉の制御を実施する。制御部３４は、入力された信号を基に各種命令信号を生成する。

なお、本実施形態においては、開閉機構６０および昇降機構７０の駆動手段に加圧ポンプを用いたが、これに限らず、オイルポンプや、モータを駆動手段としたラックアンドピニオンやプーリーベルトなど、他の駆動手段を用いて両機構を構成しても良い。

図６に示す開閉機構６０はドア１１を開閉させるための機構であり、左右のドア１１はそれぞれ開閉機構６０を備え、接続された開閉機構６０により独立して制御される。本実施形態では、エアシリンダ４０の内部のピストン（さらにはピストンから延在するピストンロッド４０ａ）を前方へ移動（前進）させるポンプと後方へ移動（後進）させるためのポンプは、別々に存在する。

開閉機構６０は、第１加圧ポンプ６２Ａ、第２加圧ポンプ６２Ｂ、第１圧力センサ６４Ａ、第２圧力センサ６４Ｂ、第１一方電磁弁６６Ａ、第２一方電磁弁６６Ｂ、およびエアシリンダ４０を備える。エアシリンダ４０はピストンロッド４０ａを介してドア１１に接続される。

第１加圧ポンプ６２Ａ，第２加圧ポンプ６２Ｂは、共にエアポンプである。エアシリンダ４０の駆動源であり、エアを圧縮してエアシリンダ４０に送り、エア圧力によりピストンを動かしてドア１１を移動させる。

第１一方電磁弁６６Ａ，第２一方電磁弁６６Ｂは、弁の出口側は大気に開放されており、弁の開閉によりエアの流止を制御する。

第１圧力センサ６４Ａは第１加圧ポンプ６２Ａから吐出されたエアの圧力を、第２圧力センサ６４Ｂは、第２加圧ポンプ６２Ｂから吐出されたエアの圧力を、それぞれ監視する。第１圧力センサ６４Ａおよび第２圧力センサ６４Ｂは、それぞれエアシリンダ４０に接続されているため、換言すれば圧力センサは、エアシリンダ４０に供給されるエアの圧力、エアシリンダ内のエアの圧力を監視している。

エアシリンダ４０の後方に設けられた前進側ポート４４には、第１加圧ポンプ６２Ａが接続されている。途中分岐があり、さらに第１圧力センサ６４Ａと第１一方電磁弁６６Ａが接続されている。エアシリンダ４０の前方に設けられた後進側ポート４６には、第２加圧ポンプ６２Ｂが接続されている。途中分岐があり、こちらには第２圧力センサ６４Ｂと第２一方電磁弁６６Ｂが接続されている。

ドア１１の駆動源であるエアシリンダ４０はシリンダボックス２０内に配置され、その他の制御系の構成要素、即ち、第１加圧ポンプ６２Ａ、第２加圧ポンプ６２Ｂ、第１圧力センサ６４Ａ、第２圧力センサ６４Ｂ、第１一方電磁弁６６Ａ、第２一方電磁弁６６Ｂは、ケース１８内に配置される。

（ドア開閉時の動作）
次にドア１１自動開閉時における各構成要素の動作を説明する。図７は、開閉機構６０の動作表である。

まず、使用者が手動でドア１１を開閉可能な「標準状態」では、第１加圧ポンプ６２Ａ、第２加圧ポンプ６２Ｂ共に作動せず、第１一方電磁弁６６Ａおよび第２一方電磁弁６６Ｂは、開かれている。第１加圧ポンプ６２Ａ，第２加圧ポンプ６２Ｂが動作せず、第１一方電磁弁６６Ａおよび第２一方電磁弁６６Ｂが開いて大気と連通しているため、全くエアシリンダ４０からの負荷はなく、ドア１１を手動でスムーズに開閉させることが出来る。

例えば赤外線センサ３６から入力があるなど、「ドアを開ける／閉じる」の命令が入力されると、制御部３４は各要素に動作を命令する。

ドア１１を開ける「自動開操作」の場合、即ち、エアシリンダ４０のピストンを後方へ移動させる場合、第２一方電磁弁６６Ｂは閉じられ、第２加圧ポンプ６２Ｂの加圧が開始される。このとき、第１加圧ポンプ６２Ａは作動せず、第１一方電磁弁６６Ａは開かれているため、エア圧力によりピストンは後方へ移動し、ドア１１が開かれる。

ドア１１が開ききると、エア圧力が急激に上昇するため、この変化を第２圧力センサ６４Ｂが検知すると、第２加圧ポンプ６２Ｂは停止させられ、第２一方電磁弁６６Ｂが開かれ、エアシリンダ内の圧縮されたエアが大気に開放され、標準状態に戻る。

ドア１１を閉じる「自動閉操作」の場合、即ち、エアシリンダ４０内のピストンを前方へ移動させる場合、第１一方電磁弁６６Ａは閉じられ、第１加圧ポンプ６２Ａの加圧が開始される。このとき、第２加圧ポンプ６２Ｂは動作せず、第２一方電磁弁６６Ｂは開かれているため、エア圧力によりピストンは前方へ移動し、ドア１１が閉じられる。

ドア１１が閉じきると、やはりエア圧力が急激に上昇するため、この変化を第１圧力センサ６４Ａが検知すると、第１加圧ポンプ６２Ａは停止させられ、第１一方電磁弁６６Ａが開かれ、エアシリンダ内の圧縮されたエアが大気に開放され、標準状態に戻る。

また、校正作業時には自動でドア１１がロックされる。入力部３７からの命令でドア１１がロックされるように構成してもよい。校正時に限らず、運搬時にも、ドア１１をロックすることができる。

（内蔵分銅の昇降機構７０）
図８および図９に内蔵分銅の昇降機構７０を示す。図８は内蔵分銅の昇降機構７０の断面図であり、かつ図９（Ａ）に示すＡ-Ａ線に沿った断面図である。図９は内蔵分銅の軸心に直交する方向における内蔵分銅の昇降機構７０断面図である。図８（Ａ）および図９（Ａ）が、空気袋がしぼんだ状態（空気袋の体積が最小）を示す。図８（Ｂ）および図９（Ｂ）が、空気袋が膨らんだ状態（空気袋の体積が最大）を示す。なお、内蔵分銅の昇降機構７０は、一例であり、内蔵分銅の昇降機構はこれに限られない。例えば、本実施形態では内蔵分銅の昇降にポンプを用いたが、ラックアンドピニオンや送りねじなどで内蔵分銅を昇降させてもよい。

内蔵分銅の昇降機構７０は、内蔵分銅を昇降させることにより、荷重検出部３の荷重受け部に対して内蔵分銅を乗降させ、荷重検出部３に内蔵分銅の荷重を加除する（荷重を負荷する／無負荷にする）機構である。この荷重検出部３に対する内蔵分銅の荷重の加除は、内蔵分銅の秤量動作であり、荷重検出部３に対しては、秤量皿３１に分銅等を乗降することと同等となる。

図８および図９に示すように、内蔵分銅の昇降機構７０は、内蔵分銅７５の昇降を直接行う昇降部７１と、昇降部７１に対して、内蔵分銅７５の昇降を行うための空気の供給および供給した空気の排出を行う空気吸排部７２とを備える。

まず、昇降部７１の構成から説明する。固定部７３は、昇降部７１のフレームであり、昇降機構７０は、固定部７３を介して天びん本体３０に固定されている。昇降部７１を構成する部材は、直接または間接に固定部７３に固定されている。固定部７３は、上部固定部７３ａ、および上部固定部７３ａに連接する下部固定部７３ｂを含む。

内蔵分銅７５を保持する分銅ホルダー７４は、固定部７３に対して、昇降可能に構成されている。

駆動ピン７６は、下端が下部固定部７３ｂに固定され、かつ上端が上部固定部７３ａに固定されている。駆動ピン７６に対しては、弾性体としてコイルばね７７が設けられている。コイルばね７７は駆動ピン７６の下端と分銅ホルダー７４の下面部との間に位置することにより、コイルばねの弾発力によって、分銅ホルダー７４は上部固定部７３ａ側、即ち上昇方向に向かって付勢されている。

ガイドピン７８は、駆動ピン７６同様に、下端が下部固定部７３ｂ側に固定され、かつ上端が上部固定部７３ａに固定されているが、ガイドピン７８にはコイルばねは設けられておらず、分銅ホルダー７４の昇降動作を案内するガイドとしての機能を果たしている。

空気袋７９は、エアの流入・排出により体積が変化する気密性の容器であり、上部固定部７３ａと分銅ホルダー７４との間の空間部に配置されている。図８（Ａ）および図９（Ａ）は、空気袋７９内のエアが排出され、空気袋７９がしぼんで最小の体積となっている状態である。

空気袋７９が最小の体積となっている状態で、分銅ホルダー７４は、コイルばね７７の弾発力により、最上部に位置している。この状態で、内蔵分銅７５の前後は、上部固定部７３ａの上係止部７３ａ´と分銅ホルダー７４の下係止部７４ａとで挟持された状態となり、内蔵分銅７５は上昇位置で確実に固定された状態となっている。このように内蔵分銅７５が固定されることにより、電子天びん１の移動や輸送を行っても、内蔵分銅７５が動くことはない。

昇降部７１の下部に位置する荷重受け部８０は、内蔵分銅７５の荷重を荷重検出部３に伝達するための荷重の受け部であり、荷重検出部３に接続される。

空気吸排部７２の構成について説明する。空気吸排部７２は、昇降部７１に連接して一体の装置として構成され、空気吸排部７２は、第３加圧ポンプ８１、空気を排出するための第３一方電磁弁８２、エアフィルタ８３を備える。第３一方電磁弁８２は、出口側をエアの吸排口である空気穴８５と接続されている。

第３加圧ポンプ８１と駆動ピン７６の上部とは、エアチューブ８４で接続されており、第３加圧ポンプ８１から送り出されたエアは、エアチューブ８４を通り、駆動ピン７６を押し上げる。

次に、上記構成の昇降機構７０の動作について説明する。まず、電子天びん１が通常の秤量可能状態であるとき、図８（Ａ）および図９（Ａ）に示すように、空気袋７９の体積は最小となっており、これにより内蔵分銅７５の荷重が荷重検出部３には負荷されないように、内蔵分銅は最上部に位置している。即ち、図８（Ａ）および図９（Ａ）は、荷重検出部３に対して内蔵分銅７５の荷重が無負荷となっている状態を示している。

内蔵分銅７５の荷重を荷重検出部３に負荷する場合には、空気吸排部７２の第３加圧ポンプ８１が作動する。第３加圧ポンプ８１から吐出されたエアは、エアフィルタ８３、エアチューブ８４を介して空気袋７９に供給される。送られるエアによって空気袋７９は徐々に膨らみ、体積が増加して、分銅ホルダー７４を駆動ピン７６のコイルばねの７７に弾発力に抗して下降させる。即ち、空気袋７９は、分銅ホルダー７４を下降させるための駆動手段である。

図８（Ｂ）および図９（Ｂ）は、空気袋７９が膨らむことにより、分銅ホルダー７４が最下部まで降下した状態を示している。分銅ホルダー７４が下降することにより、分銅ホルダー７４に支持されていた内蔵分銅７５は、荷重受け部８０に係止され（荷重受け部８０に乗る）、内蔵分銅７５の全荷重が荷重受け部８０に負荷される。これにより、内蔵分銅７５の荷重は、荷重検出部３に負荷されることになる。即ち、図８（Ｂ）および図９（Ｂ）は、荷重検出部３に対して内蔵分銅７５の荷重が負荷された状態を示している。

内蔵分銅７５の荷重の負荷を除去する場合には、空気吸排部７２の第３一方電磁弁８２が開かれ、空気袋７９内は空気穴８５を介して大気と連通状態となる。この結果、コイルばね７７の弾発力が復活し、この弾発力による分銅ホルダー７４は上昇を開始し、この上昇に対応して空気袋７９内のエアは、エアチューブ８４を介して第３一方電磁弁８２を経て空気穴８５から外部に放出される。これに対応して、内蔵分銅７５は荷重受け部８０から降りることとなり、荷重受け部８０側に係止されていた内蔵分銅７５を再度分銅ホルダー７４が係止する。分銅ホルダー７４は、最終的には図８（Ａ）および図９（Ａ）に示す最上部まで内蔵分銅７５を上昇させて、この位置でコイルばね７７の弾発力にて固定される。第３一方電磁弁８２が閉じられ、通常の秤量が可能な状態に戻ることになる。

以上に示すように、昇降機構７０は、空気袋７９の体積増減（膨萎）により、荷重検出部３に内蔵分銅７５の荷重を加除することが実現できる。

（フローチャート）
次に、電子天びん１の予備荷重機能による、動作フローについて図を用いて説明する。図１０は予備荷重のフローチャートである。

まずステップＳ１で、ユーザが押圧スイッチ３９を押す。これをトリガーとして、予備荷重の動作が開始される。トリガーとして、予備荷重が開始される他のケースは後述する。

次に、ステップＳ２で、開閉機構６０がドア１１を開ける。具体的には、制御部３４の命令により、第２一方電磁弁６６Ｂが閉じられ、第２加圧ポンプ６２Ｂの動作が開始される。この時、第１一方電磁弁６６Ａは開かれたままで、第１加圧ポンプ６２Ａは作動しない（図６、図７参照）。これによりエアが後進側ポート４６に送られ、エア圧力によりエアシリンダ４０のピストン（ピストンロッド４０ａ）が後方側に移動する。ピストンロッド４０ａに連結されたドア１１が後方に移動して、ドア１１が開かれる。これにより、秤量室Ｓ内の環境温度が、秤量室Ｓ外の環境温度と同等となる。

次に、ステップＳ３で、昇降機構７０が、内蔵分銅７５の荷重を荷重検出部３にかける。まず、制御部３４が、第３一方電磁弁８２を閉じ、第３加圧ポンプ８１を作動させ、エアチューブ８４を介して空気袋７９にエアを送らせる。送られるエアにより空気袋７９が膨らみ、内蔵分銅７５が荷重受け部８０に乗ることで、内蔵分銅７５の全荷重が荷重受け部８０に連結された荷重検出部３にかけられる。

次に、ステップＳ４で、開閉機構６０がドア１１を閉じる。具体的には、制御部３４の命令により、第１一方電磁弁６６Ａが閉じられ、第１加圧ポンプ６２Ａの動作が開始される。この時、第２一方電磁弁６６Ｂは開かれたままで、第２加圧ポンプ６２Ｂは作動しない（図６、図７参照）。これにより、エアが前進側ポート４４に送られ、エア圧力によりエアシリンダ４０のピストン（ピストンロッド４０ａ）が前方側に移動する。ピストンロッド４０ａに連結されたドア１１が前方に移動して、ドア１１が閉じられる。秤量室Ｓ内の環境温度を、秤量室Ｓ外の環境温度と同等とし、秤量皿３１に分銅等を乗せて秤量を行ったと同等となる。

次に、ステップＳ５で、所定時間経過後に、開閉機構６０がドア１１を開ける。まず、ステップＳ４においての、内蔵分銅７５の秤量値を安定させるため、所定時間の経過が待たれる。その後、ドア１１が開かれる。ドア１１を開けるための、制御部３４による開閉機構６０への具体的な命令は、ステップＳ２と同じである。

次に、ステップＳ６で、昇降機構７０が内蔵分銅７５の荷重を荷重検出部３から除去する。具体的には、制御部３４が、第３一方電磁弁８２を開かせて、空気袋７９内の空気を大気と連通させる。空気袋７９はしぼんで、内蔵分銅７５が荷重受け部８０から降りて分銅ホルダー７４に保持される。

次に、ステップＳ７で、開閉機構６０がドア１１を閉じる。具体的な動作は、ステップＳ４と同一である。

次に、ステップＳ８で、制御部３４は、秤量値のゼロ点調整を実施する。

これにより、一連の予備荷重の動作は終了し、その後、作業者は実際の秤量作業に移ることができる。

（作用効果）
上記のフローにて実施された動作について、作用効果を説明する。

電子天びんのような高精度な天びんにおいては、実際の秤量作業の前に、一度秤量をテスト秤量として予備荷重を実施することが推奨されている。特に電子天びんの電源が入れられて最初の秤量は、許容範囲内であるが僅かな秤量値のずれが生じやすく、予備荷重を実施して秤量機構を秤量環境になじませ秤量結果の安定性を向上させ、さらにゼロ点戻りの確認を行うためにも、予備荷重の実施が推奨されている。

風防付きの電子天びんでは、秤量室内温度と秤量室外との温度差を解消して、秤量機構に作業環境をなじませるためにも、予備荷重では扉を開閉する必要があるが、ユーザは手にピンセットやペンなど手に持っていることも多く、予備荷重のために、秤量室の扉の開閉や、分銅を持ち上げたりすることは非常に面倒であり、予備荷重を実施しない場合も多い。

本実施形態においては、ユーザが電子天びん１の押圧スイッチ３９を押すだけで、予備荷重の一連の動作が自動で実施される。即ち、扉を開け（ステップＳ２）、秤量機構に分銅の荷重を負荷し（ステップＳ３）、扉を閉めて秤量を実施し（ステップＳ４）、秤量が終了した後は、扉を開けて（ステップＳ５）、分銅を取り出し（ステップＳ６）、扉を閉め（ステップＳ７）、ゼロ点調整（ステップＳ８）というユーザの作業に即して、一連の動作が行われる。全ては自動で行われるため、ユーザは押圧スイッチ３９を押して、待つだけで良い。自動で予備荷重が行われる予備荷重機能により、ユーザは余計な動作をせず、秤量のみに集中できる。

風防付きの電子天びんの予備荷重がワンタッチで実施されるため、ユーザフレンドリーであり、予備荷重により秤量精度が向上し、ユーザは安定した高精度の試料の秤量を行うことができる。

予備荷重が行われれている最中には、ランプの点灯や表示部３８に「予備荷重中」と表示される、あるいは終了時にブザーが鳴るなど、ユーザに予備荷重が実施中であること、または予備荷重の終了を知らせることが好ましい。ユーザは、押圧スイッチ３９を押した後は、試料の準備など、自身の作業を行うことができ、表示やブザーなどにより、終わったことを認知することができる。

（追加機能）
上記構成に加え、以下の機能が予備荷重機能の一部として付加されると、より好ましい。

予備荷重の実施の目的には、秤量室内温度と秤量室外温度の温度差解消も含まれている。天びんの発熱により、秤量室内の温度は上昇しやすい。その状態で扉が開かれると、秤量室内外の温度差を解消するため、気流が発生する。気流の発生は、風の発生となり、秤量皿に風圧として作用して、秤量に悪影響を与えることがある。これを回避するため、秤量室Ｓ内に配置された温度センサ４により、秤量室Ｓ内の温度をモニタし、秤量室Ｓ内の温度変化が所定値以上となったことが検出されると、ステップＳ２～ステップＳ８が自動で実施されるように構成されると好ましい。自動で秤量室Ｓ内外の温度差を解消するために予備荷重が行われることで、秤量室Ｓ内外の温度差による秤量への悪影響を抑制することができる。

タイマー７は、開閉機構６０によるドア１１の最終の自動開閉動作により、リセットし、またカウントをスタートするように構成されている。

まず、タイマー７は、開閉機構６０によるドア１１の最終閉動作からの経過時間を計測する。タイマー７により、ドア１１が閉じられてから所定時間が経過したことが検出されると、制御部３４は、ステップＳ２～ステップＳ８が実施されるように構成されると好ましい。風防の扉の開操作が一定時間以上行われていない場合、秤量室内の温度と秤量室外の温度とで温度差が発生している可能性が高い。このため、タイマー７により、ドア１１の最終閉動作から所定時間以上が経過すると、自動で秤量室Ｓ内外の温度差を解消させるために、予備荷重を行うように構成することで、秤量室Ｓ内外の温度差による秤量への悪影響を抑制することができる。

さらに、タイマー７は、開閉機構６０によるドア１１の最終開動作からの経過時間も計測する。ドア１１が開放されたまま放置された場合にも、各種センサや荷重検出部３などの周辺環境とのなじみが失われていくため、秤量へ悪影響を及ぼすこととなる。これを回避するため、タイマー７によりドア１１が開けられてから所定時間が経過したことが検出されると、制御部３４は、ステップＳ２～ステップＳ８が実施されるように構成されると好ましい。この場合、経過時間を別のタイマーを用いて計測しても良い。

電子天びん１にはドア１１が左右の二つ存在し、開閉機構６０により、独立して自動に開閉可能に構成されている。予備荷重の動作に係るステップＳ２～ステップＳ８のドア１１の動作に関し、片側のドア１１だけが開閉されることが好ましい。秤量室に設けられた複数の扉を同時に開閉させると、秤量室内を風が通り抜けて気流を発生させ、扉を閉めた後にも秤量室内の気流が安定せず、秤量に悪影響を与えてしまう。これを回避するため、予備荷重におけるドア１１の開閉は、片側のドア１１のみであることが好ましい。

ここで、ユーザによる押圧スイッチ３９の入力で、予備荷重が開始される場合には、ドア１１の開閉は、開閉機構６０により最後に開閉された側のドア１１が開閉されることが好ましい。ユーザの動作を模した予備荷重を行うことができ、実際の秤量環境に、より近づけることができる。その際、もう一方の開閉されないドア１１は、第１一方電磁弁６６Ａ，第２一方電磁弁６６Ｂを閉じてロックしておくと、ユーザによる誤作動を防止でき、より好ましい。

一方、押圧スイッチ３９の入力以外、例えばタイマー７や温度センサ４の検出などをトリガーとした、ユーザの意思によらずに予備荷重が開始される場合、開閉されるドア１１は、最後に開閉機構６０により開閉された側のドア１１とは逆のドア１１が開閉されることが好ましい。例えば、ユーザが右側のドア１１を開閉させて試料を秤量している際に、温度センサ４により秤量室Ｓ内外の温度差が所定値以上であることが検出され、自動で予備荷重が開始される場合、ステップＳ２～Ｓ７で開閉されるのは左側のドア１１となる。これは、自動で予備荷重が開始された場合、予備荷重が実施されていることに、ユーザが気付かない可能性がある。自動で予備荷重が開始される場合、ユーザが使用していたドア１１とは逆のドア１１を開閉させて予備荷重を行うことで、誤ってユーザが予備荷重中にドアを開けてしまうことを防ぐことができる。その際、開閉されないドア１１は、第１一方電磁弁６６Ａ，第２一方電磁弁６６Ｂを閉じてロックしておくと、誤作動を防止でき、好ましい。また、自動で予備荷重の開始を音や表示で知らせるように構成すると、より好ましい。

予備荷重に係るステップＳ２～ステップＳ８は、一度だけの実施でなく、複数回（２～３回程度）実施されるように構成すると、荷重検出部３を周囲環境により一層なじませることができ、好ましい。一連の動作には時間がかかるため、ユーザが実施回数を設定可能に構成されると、より好ましい。

また、電子天びん１の電源が入れられた後に、所定時間経過後、自動で予備荷重機能としてステップＳ２～ステップＳ８が動作するように構成しても好ましい。自動で予備荷重が実施されることで、ユーザによる押圧スイッチ３９の押し忘れを回避できる。この場合、ステップＳ２においては、左右のドア１１は、片側ずつ順に、両方開閉されるように構成されると好ましい。両方のドア１１が開閉されることで、開閉機構６０の動作チェック、および各種センサの動作チェックとなるためである。

また、本実施形態においては、電子天びん１は、風防１０のドア１１を自動で開閉させる開閉機構６０を備えており、ドア１１の開閉とともに、昇降機構７０により内蔵分銅７５を昇降させていた。これに限らず、秤量精度の向上のためには、開閉機構６０がない風防を備えている場合、あるいは風防１０がない場合にも予備動作が行われることが好ましい。例えば、室温の変化や、秤量機構や各種センサの周辺環境とのなじみ具合の変化によっても、最終的な結果である秤量値には、僅かにずれが生じてくることが知られている。このため、風防１０のない天びん本体３０のみの場合や手動で風防のドアを開閉する場合においても、タイマー７による所定時間経過の検出や温度センサ４の所定以上の温度変化の検出をトリガーとして、昇降機構７０により内蔵分銅７５を昇降させ、ゼロ点調整を行うことで、秤量精度の安定を図ることが好ましい。

以上、本発明の好ましい実施形態及び追加機能を述べたが、当業者の知識に基づいて変形させることも可能であり、そのような形態は本発明の範囲に含まれる。

１ ：電子天びん
３ ：荷重検出部
４ ：温度センサ
７ ：タイマー
１０ ：風防
１１ ：ドア
３０ ：天びん本体
３１ ：秤量皿
３４ ：制御部
６０ ：開閉機構
７０ ：昇降機構
７５ ：内蔵分銅
Ｓ ：秤量室

Claims (5)

1. 試料を載置する秤量皿と、
   前記秤量皿に連結された秤量機構と、
   前記秤量皿を覆う秤量室を含む風防と、
   前記秤量室の壁の一部を構成する扉を自動で開閉する開閉機構と、
   前記秤量機構に内蔵分銅の荷重を自動で加除する前記内蔵分銅の昇降機構と、
   前記開閉機構および前記昇降機構の制御、および前記秤量機構による計測値からの秤量値の算出を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部の命令により、以下の（I）～（VII）の一連の動作が、実施可能に構成される、
   （I）前記開閉機構が、前記扉を開ける
   （II）前記昇降機構が、前記内蔵分銅の荷重を前記秤量機構にかける
   （III）前記開閉機構が、前記扉を閉める
   （IV）所定時間経過後に、前記開閉機構が、前記扉を開ける
   （V）前記昇降機構が、前記内蔵分銅の荷重を前記秤量機構から除去する
   （VI）前記開閉機構が、前記扉を閉める、
   （VII）前記制御部が、前記秤量値のゼロ点調整を行う、
   ことを特徴とする電子天びん。
2. 前記秤量室内の温度を計測する温度センサを備え、
   前記温度センサにより、前記秤量室の温度変化が所定値以上となったことが検出されると、
   前記制御部により、前記（I）～（VII）の一連の動作が実施される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子天びん。
3. 前記開閉機構による前記扉の最終開閉動作からの経過時間を計測するタイマーを備え、
   前記タイマーが所定時間以上をカウントすると、
   前記制御部により、前記（I）～（VII）の一連の動作が実施される、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子天びん。
4. 前記秤量室の壁の一部を構成する前記扉は複数設けられており、
   前記開閉機構は、前記複数の扉のうちの少なくとも２以上の前記扉を、個別に自動開閉可能に構成され、
   前記制御部が前記（I）～（VII）の一連の命令を実施する際には、
   前記開閉機構に、最後に開閉された前記扉以外の前記扉を開閉させる、
   ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかの請求項に記載の電子天びん。
5. 試料を載置する秤量皿と、前記秤量皿に連結された秤量機構と、前記秤量皿を覆う秤量室を含む風防と、前記秤量室の一部を構成する扉を自動で開閉する開閉機構と、前記秤量機構に内蔵分銅の荷重を自動で加除する昇降機構と、前記開閉機構および前記昇降機構の制御、および前記秤量機構による計測値からの秤量値の算出を行う制御部と、
   を備えた電子天びんによる秤量精度の安定化方法であって、
   前記開閉機構が、前記扉を開ける、第１ステップと、
   前記第１ステップ後に、前記昇降機構が、前記内蔵分銅の荷重を前記秤量機構にかける、第２ステップと、
   前記第２ステップ後に、前記開閉機構が、前記扉を閉める、第３ステップと、
   前記第３ステップ後に、所定時間経過後に、前記開閉機構が、前記扉を開ける、第４ステップと、
   前記第４ステップ後に、前記昇降機構が、前記内蔵分銅の荷重を前記秤量機構から除去する、第５ステップと、
   前記第５ステップ後に、前記開閉機構が、前記扉を閉める第６ステップと、
   前記第６ステップ後に、前記制御部が、秤量値のゼロ点調整を実施する第７ステップと、
   を備えることを特徴とする電子天びんの秤量精度の安定化方法。