JP3593954B2 - 電子天びん - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロバーバル機構を備えた電子天びんに関する。なお、本発明においては、平衡機構を備えたいわゆる電子天びんのほか、平衡機構を持たずに各種荷重センサを備えたいわゆるはかりにも適用し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子天びんや電子はかりにおいては、被測定荷重を載せるための秤量皿の動きを規制すべく、秤量皿をロバーバル機構（パラレルガイドとも称される）で支持したものが多い。ロバーバル機構は、天びんメカニズムあるいははかりメカニズムのフレームに固定または一体化される固定柱に対し、互いに平行な上下２本の梁によって可動柱を支持した構造を持ち、各梁はその両端部がそれぞれ弾性支点を介して固定柱および可動柱に連結され、その可動柱に秤量皿が支承される。そして、秤量皿に作用する荷重は、可動柱を介して、あるいは更にレバーを介して電気的荷重検知部に伝達される。なお、電気的荷重検知部としては、電磁力平衡型の電子天びんにおいては変位センサ並びにそのセンサ出力を検出値としてフィードバック制御される電磁力発生装置が、また、弦振動式のはかりにおいては振動弦とその励振部、などがある。
【０００３】
上記したロバーバル機構としては、例えば実開昭６３−３５９２４号公報に開示されているように、固定柱、可動柱および上下の梁を互いに独立した部材として、これらを組み立てる構造のもののほか、例えば特開昭６３−２７７９３６号公報に開示されているように、一つの平板状の母材をくり抜いた一体構造のロバーバル機構が知られている。
【０００４】
以上のようなロバーバル機構は、秤量皿の転覆ないしは傾斜を防止すると同時に、秤量皿に対する偏置荷重に伴う誤差、つまり四隅誤差（偏置誤差）を解消する機能を有する。
【０００５】
ロバーバル機構の四隅誤差の解消機能は、上下の梁の平行度が厳密に調整されることによって、換言すれば上下の梁の両端部にそれぞれ設けられている弾性支点部の上下方向への間隔が互いに一致するように調整されることによって、はじめて有効となるものであって、通常、その平行度の精度は、許容される四隅誤差（天びん精度）により異なるが０．１μｍ〜１０μｍのオーダーであり、部品の加工精度によって平行度の精度を満足することは困難であり、組立後に実際に秤量皿上での荷重の載置位置を変化させながらの調整、いわゆる四隅誤差の調整作業を必要とする。
【０００６】
この四隅誤差の調整作業においては、秤量皿上での荷重位置を変化させつつ、ロバーバル機構の各梁の長手方向、つまり中心軸方向（以下、前後方向と称する）と、それに直交する方向（以下、左右方向と称する）の双方への偏置誤差を調整すべく、例えば一体構造のロバーバル機構等においては、上下の梁のそれぞれの両端部の弾性支点部の一部を、前後左右に該当する部分を削り取ったり、あるいは、例えば実開昭６３−３５９２４号公報に記載されているように、各弾性支点部の固定柱等に対する固定部位の位置等を微動させる調整機構を備えたものにあっては、該当する部分の調整機構を操作する。
【０００７】
ことろで、以上のようなロバーバル機構のうち、平板状母材をくり抜いた一体構造のものにおいては、左右方向への寸法が小さいためにこの方向への剛性が前後方向に比して低く、この左右方向への偏置誤差が生じやすい。そのため、このような一体構造のロバーバル機構は、大秤量化や大皿化に対応させることが困難であるという問題があった。
【０００８】
一方、組立型のロバーバル機構においても、偏置誤差の前後方向と左右方向の調整結果が、互いに他の方向への偏置誤差に影響を及ぼすこともあって、その調整作業が困難であるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明者は、以上の各問題を解決して、左右方向への剛性が弱いロバーバル機構を用いてもその方向への偏置誤差の発生を防止することができ、また、その四隅誤差の調整作業も従来に比して容易化することのできる電子天びんとして、可動柱に秤量皿を支承したロバーバル機構（第１のロバーバル機構）に対して平面視で直交する第２のロバーバル機構を設け、この第２のロバーバル機構の可動柱は第１のロバーバル機構の可動柱と一体化することにより、第１のロバーバル機構に当該第１のロバーバル機構の中心軸方向（前後方向）の偏置荷重を担わせる一方、第２のロバーバル機構に主として左右方向（第１のロバーバル機構の中心軸回りの捩れ方向）への偏置荷重を担わせることで、偏置荷重の前後および左右の各方向への調整を分離してその作業性を向上させると同時に、第１のロバーバル機構の左右方向への剛性の弱さをカバーできるようにした電子天びんを既に提案している。
【００１０】
また、以上の第２のロバーバル機構には、第１のロバーバル機構の中心軸方向への偏置荷重による第１のロバーバル機構の可動柱の傾き方向に柔となる撓み部、換言すれば、第１のロバーバル機構の梁の長手方向への可撓性を付与するための撓み部を設けることが望ましく、第１のロバーバル機構の中心軸方向への偏置荷重が作用して可動柱をその方向に傾斜させようとする力が働いたとき、その力を撓み部で吸収して、可動柱を実質的に共有する第２のロバーバル機構に影響が及ぶことを防止することができる。
【００１１】
更に、上記の提案の構成においては、第１のロバーバル機構を角パイプ内にその軸心方向に中心軸方向が沿うように収容し、第２のロバーバル機構はその角パイプの端面に装着した構成とすることにより、角パイプの捩じり剛性の高さを利用して、２つのロバーバル機構の固定柱相互の位置関係が被測定荷重等によって変動することがなくなり、高剛性でコンパクトかつ高性能の電子天びんを得ている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上の本発明者の提案により、第１のロバーバル機構と第２のロバーバル機構において、秤量皿に対する前後および左右双方への偏置誤差を実質的に独立して調整することが可能となり、また、これらと角パイプとの組み合わせにより高剛性化とコンパクト化を達成することができるのであるが、本発明者の更に詳しい調査により、以下の問題点が判明した。
【００１３】
すなわち、左右方向への偏置荷重が作用したとき、つまり第１のロバーバル機構の中心軸回りの捩れ方向への力が作用したとき、第２のロバーバル機構の存在により可動柱は剛となって効果があるものの、第１のロバーバル機構にも僅かながら撓みを及ぼし、その結果として、第２のロバーバル機構による偏置誤差と第１のロバーバル機構自体の同方向への偏置誤差が互いに干渉し、このことが完全な偏置誤差調整を行ううえでの阻害要因となることが判った。
【００１４】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、高剛性でコンパクトで、しかも上記した阻害要因をなくして、偏置誤差の調整を容易に高い精度で行うことのできる電子天びんの提供を目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の電子天びんは、互いに平行な上下２本の梁を介して可動柱に固定柱を支持した第１のロバーバル機構を備えるとともに、その可動柱に秤量皿を支承して、この秤量皿に作用する荷重をを可動柱を介して電気的荷重検知部に伝達する電子天びんにおいて、上記ロバーバル機構の各梁に対して略直交する方向に伸び、かつ、互いに平行な上下２本の梁を備えた第２のロバーバル機構を有し、この第２のロバーバル機構の可動柱は、上記第１のロバーバル機構の可動柱と一体化され、また、上記第１のロバーバル機構が角パイプ内にその中心軸方向に沿って収容され、かつ、第２のロバーバル機構はその角パイプの端部に装着されているとともに、上記第１のロバーバル機構には、当該第１のロバーバル機構の中心軸回りの捩れに弱く、かつ、中心軸方向への偏置荷重には剛である撓み部が形成され、上記第２のロバーバル機構には上記第１のロバーバル機構の中心軸方向への偏置荷重による当該第１のロバーバル機構の傾き方向に柔である撓み部が形成されていることによって特徴づけられる。
【００１６】
本発明は、第１のロバーバル機構に加えて、それに平面視で直交する第２のロバーバル機構を設け、両機構の可動柱を共用させることで前後および左右方向への偏置誤差の調整を独立的に行い、しかも角パイプの剛性を利用した高剛性・コンパクトなメカニズムを備えた、本発明者の提案に基づく電子天びんの偏置誤差の調整を、更に高精度化すべく前記した阻害要因を解消するものであり、第１のロバーバル機構に、その中心軸回りの捩れに弱く、かつ、中心軸方向への偏置荷重には剛である撓み部を形成することにより、第１のロバーバル機構の中心軸回りの捩れモーメントが生じる偏置荷重、つまり左右方向への偏置荷重が作用したとき、その荷重は第１のロバーバル機構に形成された撓み部により吸収されて当該第１のロバーバル機構を撓ませることがなく、よってその荷重が第１のロバーバル機構に影響を及ぼすことを防止することができる。
【００１７】
従って、本発明によると、第１のロバーバル機構の中心軸方向とそれに直交する方向、つまり前後方向と左右方向への偏置荷重を、第１および第２のロバーバル機構に、互いへの影響を殆どなくした状態で個別に担わせることが可能となり、高剛性・コンパクトな電子天びんでありながら、高精度の偏置誤差の調整を容易に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の断面図であり、図２はその秤量メカニズムの要部構成を取りだして示す斜視図である。
【００１９】
第１のロバーバル機構１は、固定柱１１と可動柱１２、およびこれらの間に介在する互いに平行な上下２本の水平梁１３ａ，１３ｂとからなり、各梁１３ａ，１３ｂには、それぞれの両端部近傍に弾性支点Ｅが形成されている。この第１のロバーバル機構１は、断面一様な１つの母材にくり抜きあるいはスリットを形成することによって得ている。また、この第１のロバーバル機構１を切り出した母材からは、レバー２とその支点２ａ，およびそのレバー２と可動柱１２を連結する連結部材３も同様のくり抜きないしはスリットを入れることによって一体的に切り出されている。
【００２０】
第１のロバーバル機構１の固定柱１１とレバー２との間には、例えば音叉式や弦振動式等からなる荷重センサ５が配置されており、可動柱１２に作用する荷重が連結部材３を介してレバー２を傾斜させる。そして、このレバー２の傾斜によってその荷重が荷重センサ５に伝達され、荷重センサ５からその荷重の大きさに比例した電気信号が発生するように構成されている。
【００２１】
この第１のロバーバル機構１は、角パイプ７内にその両者の中心軸方向（長手方向）が沿うように収容されており、その固定柱１１には上下２本の連結アーム１１ａ，１１ｂが一体形成され、その連結アーム１１ａ，１１ｂの先端部が、角パイプ７の一端側に固着された蓋体７１に対して連結固定されている。そして、その角パイプ７の他端側に第２のロバーバル機構６が装着されている。なお、角パイプ７の側面には、第１のロバーバル機構１の偏置誤差を調整すべくその弾性支点Ｅを削るためのヤスリの挿入用孔７２が形成されている。
【００２２】
第２のロバーバル機構６は、第１のロバーバル機構１と同様、平板状の１枚の母材にくり抜きあるいはスリットを入れることによって形成されたものであり、固定柱６１と可動柱６２、およびこれらの間に介在する互いに平行な上下２本の水平の梁６３ａ，６３ｂからなり、各梁６３ａ，６３ｂの両端部近傍にはそれぞれ弾性支点ｅが形成されている。また、固定柱６１は上下の梁６３ａ，６３ｂの更に上下外側を通って可動柱６２側に伸び、更にその先端どうしが繋がって全体としてロ字形をしている。そして、そのロ字形の固定柱６１が角パイプ７の一端面にねじ止めされている。この角パイプ７の一端面への装着状態において、第２のロバーバル機構６の各梁６３ａ，６３ｂは第１のロバーバル機構１の各梁１３ａ，１３ｂに対して直交しており、その状態で、第２のロバーバル機構６の可動柱６２が第１のロバーバル機構１の可動柱１２に対してねじ６４によって連結固定されている。また、この可動柱６２には、同じねじ６４によって、皿取り付け部材８１が固着され、その皿取り付け部材８１の上端に平板状の皿受け８２が固着され、その皿受け８２の上面に秤量皿９が支承されている。
【００２３】
以上の角パイプ７内に収容された第１のロバーバル機構１とその角パイプ７の端面に装着された第２のロバーバル機構６を主体とするユニットは、上面が開口した箱型のはかりケース１０１内に収容されてそこに固定される。第２のロバーバル機構６の可動柱６２に固着された皿受け取り付け部材８１は、その上端をはかりケース１０１の上面開口部から外部に臨ませており、平板状の皿受け８２および秤量皿９は、はかりケース１０１の外部上方に位置してこのはかりケース１０１の上面全体を覆っている。
【００２４】
さて、第１のロバーバル機構１の固定柱１１に一体形成されて蓋体７１に対して連結固定される上下の連結アーム１１ａ，１１ｂのうち、上側の連結アーム１１ａには、長手方向に所定の間隔を開けて２箇所の撓み部Ｔが形成されているとともに、第２のロバーバル機構６の上下の梁６３ａ，６３ｂにも、それぞれ長手方向に所定の間隔を開けて２箇所の撓み部ｔが形成されている。各撓み部Ｔ，ｔは、それぞれの部材に形成された薄肉部により構成されている。
【００２５】
以上の実施の形態によると、皿受け８２上に支承された秤量皿９の傾斜ないしは動作方向は、第１のロバーバル機構１と第２のロバーバル機構６の双方によって規制され、この秤量皿９に作用する偏置荷重が負荷されることによって生じる四隅誤差についても、第１のロバーバル機構１と第２のロバーバル機構６の双方の機能によって解消される。
【００２６】
すなわち、第１のロバーバル機構１は、梁１３ａ，１３ｂの長手方向には、角梁１３ａ，１３ｂ上の弾性支点Ｅ間のスパンが長いため、比較的容易に平行度の調整が可能で、その方向、つまり前後方向への偏置荷重に伴う誤差はその調整によって容易に解消できるが、それに直交する方向、すなわち梁１３ａ，１３ｂに直交する左右方向への偏置荷重に伴う誤差の解消は、同方向への寸法（厚さ）が大きくないが故に困難である。
【００２７】
一方、第２のロバーバル機構６は、第１のロバーバル機構１の梁１３ａ，１３ｂの長手方向への寸法（厚さ）が大きくないが故にその方向への偏置荷重に伴う誤差の解消は困難であるが、それに直交する方向、すなわち梁６３ａ，６３ｂの長手方向には、これらの梁６３ａ，６３ｂ上の弾性支点ｅ間のスパンが長いため、比較的容易に平行度の調整が可能で、その方向、つまり左右方向への偏置荷重に伴う誤差を容易に解消することができる。従って、第１のロバーバル機構１と第２のロバーバル機構６に対し、それぞれの梁１３ａ，１３ｂあるいは６３ａ，６３ｂの各長手方向への偏置荷重の調整のみを施すことによって、秤量皿９に対する偏置荷重の方向に応じてそれぞれ有効に機能し、全体として全ての方向への偏置荷重に対する誤差を解消することができる。
【００２８】
そして、第２のロバーバル機構６の各梁６３ａ，６３ｂに撓み部ｔを形成しているため、秤量皿９に対して前後方向への偏置荷重が作用することによって可動柱１２並びに可動柱６２が前後方向に傾斜しようとしたとき、梁６３ａ，６３ｂは各撓み部ｔにおいて撓み、これによって両ロバーバル機構１，６間でのこじれが生じず、第２のロバーバル機構６の不要な反力の発生を防止して偏置誤差の減少を図ることができる。
【００２９】
また、第１のロバーバル機構１の固定柱１１を蓋体７１を介して角パイプ７に連結固定する連結アーム１１ａ，１１ｂのうちの一方の連結アーム１１ａに撓み部Ｔを形成しているため、角パイプ７の捩れ方向への偏置荷重、つまり左右方向への偏置荷重が第１のロバーバル機構１に及ぼす影響を軽減することができる。
【００３０】
すなわち、左右方向への偏置荷重は、上述のように第２のロバーバル機構６によって角パイプ７に対する捩れトルクを支持することで、誤差の発生を防止するのであるが、僅かではあるがその捩れ方向への撓みの発生は避けられず、これが第１のロバーバル機構１に影響し、偏置誤差の残留要因となっていたが、その方向への偏置荷重の作用時に撓み部Ｔが撓むことによって、その影響が第１のロバーバル機構１に及ぶことを軽減して、偏置荷重を減少させることができる。
【００３１】
また、以上の実施の形態においては、第１および第２のロバーバル機構１および６が捩れ剛性の大きな角パイプ７内に収容されているため、角パイプ７を使わない場合に比して、コンパクトでありながら偏置誤差に強い精密秤量メカニズムを得ることができる。更に、秤量部を防塵、防水等の目的でシールする場合において、図１にＳで示すように、ゴムカバー等からなるシール部材を角パイプ７の一端面側に装着することでシールすることができ、気圧の変化や温度変化による空気の膨張に起因する内部圧力の変化、あるいは秤量室のドアの開閉等による圧力変化等によってシール部材Ｓに加わる力が、水平方向となるために測定力に影響しにくく、これらの外乱による測定値やゼロ点の変動が大幅に抑えられるという利点も有する。
【００３２】
なお、以上の実施の形態においては、第１のロバーバル機構１にその中心軸回りの捩れに弱く、かつ、中心軸方向への偏置荷重には剛である撓み部Ｔを、当該第１のロバーバル機構１の固定柱１１と蓋体７１とを連結する２本の連結アーム１１ａ，１１ｂの内の一方の連結アーム１１ａに形成したが、他方の連結アーム１１ｂにも設けてもよく、更には、撓み部Ｔを上下の梁１３ａ，１３ｂに設けたり、あるいは可動柱１２の荷重の作用点よりも固定柱１１側の位置等に設けることもでき、要は、可動柱１２を介して第１のロバーバル機構１に対する中心軸回りの捩れモーメントを吸収してその影響が当該第１のロバーバル機構１に及ばないようにできる位置であれば任意の位置に設けることができる。
【００３３】
また、以上の実施の形態においては、第１のロバーバル機構１および第２のロバーバル機構６としていずれも１枚の母材をくり抜きないしはスリットを形成した一体型のものを用いたが、本発明はこれに限定されることなく、固定柱と可動柱、およびこれらを連結する上下の梁を別部材で形成した組立型のものを用いても同等の作用効果を奏することができる。
【００３４】
更に、本発明は、その趣旨を変えない範囲で任意の変形が可能であり、例えば第１のロバーバル機構１の可動柱１２と荷重センサ５とを連結するレバーの数については上記した実施の形態のように１段に限定されることなく、複数段とすることができ、また、荷重センサ５の位置についても、先の実施の形態のように第１のロバーバル機構１の固定柱１１と可動柱１２の間とすることに限られるものではない。例えば図３に要部断面図を示すように、荷重センサ５を固定柱１１よりも蓋体７１側に配置するとともに、可動柱１２の変位をレバー２だけでなく追加のレバー２０をも介して荷重センサ５に伝達する等の変形が可能である。
【００３５】
更にまた、以上の実施の形態においては、メカニズムの平衡機構を持たないいわゆる電子はかりに本発明を適用した例を示したが、本発明はメカニズムの平衡機構を備えた電子天びんにも適用し得ることは前記した通りであり、例えば前記した実施の形態における荷重センサ５に代えて電磁力発生装置を配置するとともに、レバー２の傾斜を検出する変位センサを設け、その変位センサの出力によって電磁力発生装置の発生電磁力を制御してメカニズムを平衡させるサーボ機構を設けることにより、コンパクトで高剛性、かつ、偏置荷重の小さな高精度の電磁力平衡型の電子天びんを得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、秤量皿を支承する可動柱を備えた第１のロバーバル機構の各梁に対して直交する梁を有する第２のロバーバル機構を設け、その第２のロバーバル機構の可動柱を第１のロバーバル機構の可動柱に対して一体化し、秤量皿に対する前後および左右方向への偏置荷重に対し、２つのロバーバル機構がそれぞれの梁の長手方向分を受け持って誤差を解消することができる。しかも、第１のロバーバル機構には、その中心軸回りの捩じりに対して柔な撓み部を、また、第２のロバーバル機構には第１のロバーバル機構の中心軸方向の偏置荷重に対して柔な撓み部をそれぞれ形成しているので、第１のロバーバル機構には左右方向への偏置荷重による捩れの影響が及びにくく、また、第２のロバーバル機構は前後方向への偏置荷重による捩れの影響を受けにくくなり、前後方向と左右方向への偏置荷重を、互いへの影響を殆どなくした状態で個別に担わせることが可能となり、比較的簡単な作業によって各方向への偏置誤差を殆ど残留させることなく調整を行うことができる。
【００３７】
そして、本発明においては、第１のロバーバル機構を角パイプ内に互いの軸心方向が沿うように収容し、その角パイプの端面部に第２のロバーバル機構を設けているため、角パイプの捩じり剛性の高さを利用したコンパクトかつ高剛性の電子天びんで、しかも偏置誤差の小さな高精度の電子天びんを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の断面図である。
【図２】図１の実施の形態における秤量メカニズムの要部構成を取りだして示す斜視図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の要部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 第１のロバーバル機構
１１ 固定柱
１１ａ，１１ｂ 連結アーム
１２ 可動柱
１３ａ，１３ｂ 梁
２ レバー
３ 連結部材
５ 荷重センサ
６ 第２のロバーバル機構
６１ 固定柱
６２ 可動柱
６３ａ，６３ｂ 梁
７ 角パイプ
７１ 蓋体
８１ 皿受け取り付け部材
８２ 皿受け
９ 秤量皿
１０１ はかりケース
Ｅ，ｅ 弾性支点
Ｔ，ｔ 撓み部

Claims (1)

1. 互いに平行な上下２本の梁を介して可動柱に固定柱を支持した第１のロバーバル機構を備えるとともに、その可動柱に秤量皿を支承して、この秤量皿に作用する荷重をを可動柱を介して電気的荷重検知部に伝達する電子天びんにおいて、
   上記ロバーバル機構の各梁に対して略直交する方向に伸び、かつ、互いに平行な上下２本の梁を備えた第２のロバーバル機構を有し、この第２のロバーバル機構の可動柱は、上記第１のロバーバル機構の可動柱と一体化され、
   上記第１のロバーバル機構が角パイプ内にその中心軸方向に沿って収容され、かつ、第２のロバーバル機構はその角パイプの端部に装着されているとともに、
   上記第１のロバーバル機構には、当該第１のロバーバル機構の中心軸回りの捩れに弱く、かつ、中心軸方向への偏置荷重には剛である撓み部が形成され、
   上記第２のロバーバル機構には上記第１のロバーバル機構の中心軸方向への偏置荷重による当該第１のロバーバル機構の傾き方向に柔である撓み部が形成されていることを特徴とする電子天びん。

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