JPS6132329Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、試料の目方（荷重）が作用するひ
よう量平衡レバーに、その支点に対し前記荷重点
とは反対側に磁界中におかれたコイルを取付け、
それに直流電流を流すことによつて発生する電磁
力を利用して前記平衡レバーの釣合をとるように
し、前記釣合状態における電流値から試料のひよ
う量値を換算表示する電磁力天びんの改良に関す
るものである。

一般に電子天びんと称されるものには種々のも
のがあるが、その中でも電磁力天びんはひよう量
の読取り限度が高く、正確な測定を迅速かつ容易
に行いうる天びんで、第１図に示す斜視図は、そ
の本体ケースに内蔵されるひよう量機構の主要部
の一例である。図において試料をのせる上皿１は
可動柱２に固定された支持軸２′に取付けられ、
可動柱２は上，下一対のＴ字形部材３，４と板ば
ね５，６を介してそれぞれ連結される。磁界を形
成する円筒形の永久磁石（たとえばアルニコ磁
石）７はヨーク８に固定され、ヨーク８は支柱９
を介してブロツク１０に連結され、さらにブロツ
ク１０は支脚１１を介して本体ケースの底板に固
定されている。そして上部のＴ字形部材３は、ヨ
ーク８にわずかの隙間を保つて取付けられた連結
ビーム１２の両端部に板ばね１３を介して連結さ
れ、下部のＴ字形部材４はブロツク１０に取付け
られた一対の六角ボルト１４に板ばね１５を介し
て連結されている。

このように板ばね５，６，１３および１５を介
してたがいに連結された可動柱２，Ｔ字形部材
３，４と、連結ビーム１２，ヨーク８，支柱９，
ブロツク１０および六角ボルト１４からなる固定
部材と平行リンク機構いわゆるロバーバル機構を
構成するようにされている。板ばね５，６，１
３，１５はいずれもたわみやすい形状とされ、一
般のリンク機構における連接ピンと同様の働きを
するようにされている。そして連結ビーム１２は
ヨーク８に対して外側の一対の締結ボルト１６な
らびに内側の一対の押策ボルト１７を用いて、前
記のとおり隙間を保つて取付け、微調整を行うこ
とによつて前記平行リンク機構を精度高く形成す
ることができる。このように前記平行リンク機構
が正確に形成されているので、試料が上皿１の中
央におかれない場合においても、可動柱２は鉛直
方向に正しく微動し、試料の偏置により可動柱２
に付加されるモーメントのために生ずるいわゆる
偏置誤差は皆無とされている。

ひよう量平衡レバー１８は、後部を除去したゴ
ンドラ舟形をしており、その後部寄り中央にコイ
ル保持体１９が固定され、コイル保持体１９はコ
イル２０がうめこまれ、永久磁石７の下部に固定
された継鉄８′とブロツク１０との間に設けられ
た環状隙間にこれらのいずれとも接触しないよう
に空隙を保ち、近接させて保持されている。

平衡レバー１８は、それに固定されたクロスビ
ーム２１の両端部と、ヨーク８およびブロツク１
０に固定された左右の支持台２２とを連結する板
ばね２３によつて支持台２２から吊下げられてい
る。そして吊下げられた平衡レバー１８を水平位
に保つために、バランスウエイト２４，２５が平
衡レバー１８の先端近くに左右に張り出した腕部
に調整自在に取付けられるとともに、その後端部
下面にカウンターウエイト２６が固定されてい
る。

水平位を保持するように吊下げられた平衡レバ
ー１８の先端部は、可動柱２の貫通穴２７をとお
され、板ばね２８を介して可動柱２と連結されて
いる。したがつてひよう量平衡レバー１８は、板
ばね２８を介してその先端に作用する試料の目方
（荷重）と、コイル保持体１９を介して作用する
コイル２０に発生する電磁力とが、板ばね２３を
支点として釣合うことによつて水平位に保持され
る。そしてこの場合における前記電磁力を発生さ
せるコイル２０の電流値を計測，換算することに
よつて試料のひよう量を行うことができるように
されている。なおバランスウエイト２４，２５の
調整は板ばね２８を介して作用する上皿１，支持
軸２′，および可動柱２それぞれの自重をも含め
て行われ、いわゆるゼロ点調整がなされることは
いうまでもない。

板ばね２３は、ナイフエツジ形支点と同様の働
きをさせるため、たわみ抵抗を小さくしてあり、
たとえばその中間の１mm程度の長さの部分は約
0.06mmと薄く圧延されたものがつかわれている。

平衡レバー１８の水平位の保持に対しては、た
とえば第２図に示す方法がとられている。すなわ
ち、平衡レバー１８の後端面に発光ダイオードＬ
を取付け、それに対向する固定部材にスリツトＳ
と、それに隣接して上下に１対の受光素子Ｒとを
それぞれ取付け、発光ダイオードＬからスリツト
Ｓをとおり受光素子Ｒにそれぞれ到達する光束に
よつて一対の受光素子Ｒからそれぞれ出される信
号を増幅し、比較し、その差を０とするようコイ
ル２０の電流の強さを制御するフイードバツク回
路を設けることによつてなされている。

さて、コイル２０にｉなる電流が永久磁石７の
磁力線を直角に切る方向に流されると、コイル保
持体１９の中心には下向きの力Ｆが生じる。そし
てこの力Ｆ＝Bilである。ここにＦはニユートン
（Ｎ），Ｂは磁界の強さでウエーバ（Wb），ｉはア
ンペア（Ａ），ｌはコイル２０の全長（ｍ）であ
る。

したがつて、Ｂ，ｌがそれぞれ一定値のときは
ｉを計測することによつてＦが求められる。この
ときに平衡レバー１８が釣合状態にあるものとす
ると、支点すなわち板ばね２３に対する一定のレ
バー比から試料の目方Ｗをひよう量することがで
きる。ただし磁界の強さ（Ｂ）は、永久磁石２０
の温度が上昇すると減少する特性を有することか
ら、Ｔ字形部材３，ヨーク８にあけられた穴から
永久磁石２０の中心に設けられた貫通穴に熱電対
をセツトし、それによつて永久磁石２０の温度を
計測し、アナログ的に磁界の強さ（Ｂ）の減少に
対して補正を行うようにされている。

このように第１図に示した電磁力天びんのひよ
う量機構においては、上皿１にのせる試料の偏在
から生ずる偏置誤差を除去するとともに、永久磁
石７の磁界の温度変化に対する補正を行うなど、
ひよう量精度を高める手段が構じられているので
あるが、それに拘らず長時間にわたつて試料のひ
よう量を実施する場合には、同一の試料のひよう
量値が相異することがある。

それはコイル２０に測定時に流される電流ｉに
よつてΣｋｉ／ｉ＝１〜ｎi²RΔｔなる量のジユール熱
が生 じ、そのかなりの熱量がコイル保持体１９を介し
て平衡レバー１８に熱伝導によつてはこばれ、平
衡レバー１８に温度勾配を生じ、支点をなす板ば
ね２３の左右のレバーの長さに変化をきたすこと
による。ただし、ｋは定数、Δｔは測定毎の通電
時間、Ｒはコイル２０の抵抗値である。この間に
生ずる変化を第３図に示す断面一様な平衡レバー
１８′についてのべる。当初温度勾配がなく、均
一な温度状態のときの支点から荷重点までの長さ
をl₁、支点から力点までの長さをl₂とし、これら
の両部分が前記のように温度勾配を生じ、l₂の部
分の平均温度が、l₁の部分のそれと比べてΔＴの
温度差を生じるにいたつたとする。そして当初荷
重点にはＷ、力点にはＦの力がそれぞれ作用し
て、平衡レバー１８′が水平位を保ちバランスし
ていたものとすると、明らかにWl₁＝Fl₂であ
る。ところでΔＴだけの温度差が前記のように生
じても、平衡レバー１８′がバランス状態におか
れるようにされる場合には、Wl₁＝F′l₂（１＋α
ΔＴ）となる。ただし、αは線膨脹係数とする。
したがつて前記両式からΔＦ＝F′−Ｆ＝−
αΔＴ／１＋αΔＴＷ・ｌ_１／ｌ_２となり、作用力がΔ
Ｆだけ減少す ることによつて釣合いがとられていることとな
る。したがつてレバー比（l₂／l₁）をそのまゝにし
て、試料のひよう量値を換算表示する場合には明
らかに微小量の減少をきたす結果となる。またこ
の場合支点におけるモーメントは０とならず、予
め調整したゼロ点に狂いを生ずる。このバランス
の狂いを生ずる支点におけるモーメントの大きさ
ΔＭは、当初の均一温度状態における平衡レバー
１８′の単位長さ当りの重量をwoとすると、ΔＭ
＝1/2l₂ ²αΔTwoである。

この考案は第１図に示したような従来の電磁力
天びんにおいては前記したとおり、長時間ひよう
量をひきつづいて行う場合にゼロ点とレバーの長
さの微小変動によつてひよう量表示値に誤差を生
ずるという欠点を解消し、つねに正確な測定を安
定して行いうるようにした電磁力天びんを提供す
るためになされたものであつて、試料の目方（荷
重）が作用するひよう量平衡レバーに、その支点
に対し前記荷重点とは反対側に磁界中におかれた
コイルを取付け、それに直流電流を流すことによ
つて発生する電磁力を利用して前記平衡レバーの
釣合をとるようにし、前記釣合状態における電流
値から試料のひよう量値を換算表示する電磁力天
びんにおいて、前記コイルの発熱によるレバー比
の変化を補償するに足る発熱素子を前記平衡レバ
ーの荷重点もしくは荷重点と支点との間に取付け
てなる電磁力天びんにかかるものである。

以下、この考案にかかる実施例について図面を
参照しながら説明する。第４図はこの考案にかか
る電磁力天びんのひよう量機構の側断面図であ
る。第４図において、第１図の斜視図に示されて
いる構成部材と同一の部材についてはそれぞれ同
じ番号を付してあり、その説明は省略する。３０
は平衡レバー１８の先端部、すなわち荷重点と支
点との間（l₁）の部分に取付けた発熱素子たとえ
ば抵抗発熱体である。抵抗発熱体３０はコイル２
０と直列に接続されている。なお発光ダイオード
Ｌ，スリツトＳ，受光素子Ｒなどについてはすで
に説明した従来の機構のものと同一であるので説
明は省略する。

この機構においても試料のひよう量をある程度
の時間継続した場合には、前記したようにコイル
２０にはΣｋｉ／ｉ＝１〜ｎi²RΔｔ＝H₁の熱量が発生
する。

この間に抵抗発熱体３０にはΣｋｉ／ｉ＝１〜ｎi²rΔ
ｔ＝H₂ の熱量が発生する。ただしｒは抵抗発熱体３０の
抵抗値である。そして前記H₁のかなりの熱量が
コイル保持体１９を介して熱伝導によつて平衡レ
バー１８にはこばれ、同時に前記H₂のほとんど
の熱量が平衡レバー１８に付与される。

このようにして平衡レバー１８の温度が測定開
始時より上昇し、ある温度勾配を示すようになる
が、平衡レバー１８の（l₁）の部分と、（l₂）の部分
とにおけるそれぞれの平均温度上昇が同一になる
ように、抵抗発熱体３０の抵抗値ｒを実験的に決
定する。

このように決定した抵抗値ｒを有する抵抗発熱
体３０を所定箇所に取付けることによつて、
（l₁）の部分の平均温度上昇と、（l₂）の部分の平均
温度上昇とを一致させることができる。したがつ
てこの機構においては前記したΔＴの温度差が０
になることから、支点におけるモーメントは０と
なり、ゼロ点が狂うことはなく、また前記した電
磁力ΔＦの減少もおこらず、正確な測定を安定し
て行うことができる。

以上の説明によつて明らかなように、この考案
にかかる電磁力天びんにおいては磁界中におかれ
たコイルに試料のひよう量毎になされる通電によ
つて発生するジユール熱による平衡レバーの温度
勾配に対して、積極的に対処し、支点の両側にお
ける平均温度上昇を一致させるようにしてあるこ
とから、長時間連続してひよう量を行う場合にも
正確な測定を安定して行うことができる。

また従来の機構においては、コイルに流す電流
を抑えることによつて発熱量を少くし、平衡レバ
ーの温度勾配が大きくならないようにするために
一定のひよう量容量に対してレバー比を大きくせ
ざるをえず、小形化がはばまれていたが、この電
磁力天びんにおいてはコイルに比較的大きい電流
を流すことができることから、さらに小形化を
すゝめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁力天びんのひよう量機構の
主要部を示す斜視図、第２図は従来のひよう量機
構の平衡レバーの水平位保持回路図、第３図は平
衡レバーの説明図、第４図はこの考案にかかる電
磁力天びんのひよう量機構の主要部の側断面図で
ある。 １……上皿、７……永久磁石、１８……ひよう
量平衡レバー、２０……コイル、３０………発熱
素子（抵抗発熱体）Ｆ……電磁力、Ｌ……発光ダ
イオード、Ｓ……スクリーン、Ｒ……受光素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 試料の目方（荷重）が作用するひよう量平衡レ
   バーに、その支点に対し前記荷重点とは反対側に
   磁界中におかれたコイルを取付け、それに直流電
   流を流すことによつて発生する電磁力を利用して
   前記平衡レバーの釣合をとるようにし、前記釣合
   状態における電流値から試料のひよう量値を換算
   表示する電磁力天びんにおいて、前記コイルの発
   熱によるレバー比の変化を補償するに足る発熱素
   子を前記平衡レバーの荷重点もしくは荷重点と支
   点との間に取付けてなる電磁力天びん。