JP3826106B2 - 計重センサ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁歪部材を用いて被測定物の荷重や圧力を検知するようにした計重センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物の荷重や圧力を検知する計重センサとして、圧電素子式、静電容量式などの計重センサが広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５に示される従来公知の計重センサ１は、ステージ２上の軸受３を介して鉛直方向に支持され、且つ、モータ４によって回転駆動される回転軸５と、この回転軸５の上部に取り付けられた秤量皿７とによって主に構成されている。
【０００４】
この計重センサ１は、前記秤量皿７に載置される被測定物６の荷重を、前記軸受３の下部に設けられた計重検知部８によって検知するようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−５０２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来公知の計重センサ１では、被測定物６の荷重を軸受３を介して計重検知部８に伝達しているため、軸受３の機械的雑音の影響を受けやすく、被測定物６の荷重を高い精度で検知することが困難であった。特に、被測定物６が秤量皿７の中心からずれて載置されたような場合には、その構造上、水平方向に発生する荷重の影響を受けやすく、計重誤差が大きくなってしまうといった問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、簡易な構造でありながら、同時に、被測定物の荷重や圧力を、短時間、且つ、高感度、高精度で検知することができる計重センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、研究の結果、被測定物を支持する回転軸を、軸方向に第１、第２の２つの回転軸とし、両者の間に磁歪部材を設けることにより、被測定物の荷重や圧力を、短時間、且つ、高感度、高精度で検知することができる計重センサを見出した。
【０００９】
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。
【００１０】
（１）ステージの鉛直方向に回転可能に支持された第１回転軸と、この第１回転軸に、磁歪部材を介して軸方向に、且つ、同軸的に接続され、被測定物を回転可能に支持する第２回転軸と、前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を検出する検出手段とを有してなり、前記被測定物の荷重や圧力を、前記磁歪部材の伸縮による前記透磁率又は残留磁化量の変化として検知する計重センサであって、前記検出手段は、前記磁歪部材を囲むように、且つ、前記第１及び第２回転軸と非接触な状態で配置されたピックアップコイルを含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記ピックアップコイルのインダクタンス変化として検出するようにされており、更に、前記第１回転軸と前記ステージとの間に、互いの磁極の向きが対向するような状態で配置された一対のラジアル磁石を設け、これによって前記第１回転軸を回転可能に支持したことを特徴とする計重センサ。
【００１３】
（２）前記第１回転軸と前記第２回転軸とをスプライン結合したことを特徴とする前記（１）に記載の計重センサ。
【００１４】
（３）前記磁歪部材を、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材によって構成したことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の計重センサ。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の例を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、本発明の実施形態の例に係る計重センサ１０は、図において下側のステージ１２上に鉛直方向に配置された第１回転軸１４と、この第１回転軸１４と超磁歪部材１６を介して軸方向、且つ、同軸的に接続された第２回転軸１８と、この第２回転軸１８の上部に設けられ、被測定物２０を載置可能な秤量皿２２と、この秤量皿２２を第１、第２回転軸１４、１８を介して回転駆動するモータ２４及び減速機構２６と、超磁歪部材１６の外周を囲むように、且つ、第１、第２回転軸１４、１８と非接触な状態で配置されたピックアップコイル（検出手段）２８とによって構成されている。
【００１７】
ステージ１２上に鉛直方向に配置された第１回転軸１４は、その下端においてステージ１２に設けられた軸受３０によって回転可能に支持されている。又、この第１回転軸１４の軸方向途中位置には、減速機構２６のギヤ２６Ｂが取り付けられている。このギヤ２６Ｂは、モータ２４のモータ軸に取り付けられたピニオン２６Ａと噛合しており、第１回転軸１４は、モータ２４の回転駆動によって、図中Ｒ１方向に回転可能な構造となっている。
【００１８】
又、図２の部分拡大図に示されるように、この第１回転軸１４の上端は、円筒形状の内周に形成されたスプライン溝１４Ａとされている。一方、第２回転軸１８の下端は、第１回転軸１４に形成されたスプライン溝１４Ａと嵌合するスプライン筒１８Ａとされている。スプライン溝１４Ａの内側の中空部１４Ｂと、スプライン筒１８Ａの内側の中空部１８Ｂとは、軸方向に連続され、ここに超磁歪部材１６が収容されている。
【００１９】
このように、第１回転軸１４と第２回転軸１８は、超磁歪部材１６を上下方向から挟むようにしてスプライン結合されていると共に、その軸方向には超磁歪部材１６の軸方向の伸縮を許容する隙間１７が確保されている。又、第２回転軸１８のスプライン筒１８Ａの径方向内周面と、超磁歪部材１６の径方向外周面との間には、所定の隙間が確保されており、超磁歪部材１６の径方向の伸縮を阻害しないように構成されている。
【００２０】
この第１、第２回転軸１４、１８の間に挟まれるように配置された超磁歪部材１６は、超磁歪素子を材料として用いている。なお、「超磁歪素子」とは、希土類元素および／または特定の遷移金属などを主成分（例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など）とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、この超磁歪素子は、外部応力を受けて変形すると大きな磁化率の変化を生じる特性を有している。前記ピックアップコイル２８は、このような超磁歪部材１６の変形（伸縮）によって生じる透磁率又は残留磁化量の変化を、該ピックアップコイル２８のインダクタンスの変化として検出可能である。
【００２１】
次に、計重センサ１０の作用について説明する。
【００２２】
計重センサ１０の秤量皿２２に被測定物２０の荷重や圧力が加えられると、第１、第２回転軸１４、１８の間に配置されている超磁歪部材１６に軸方向の荷重が加えられる。そして、この荷重によって、超磁歪部材１８は半径方向に伸長すると共に、軸方向に収縮することになる。その結果、ピックアップコイル２８の内側空間に占める超磁歪部材１６の容積が変化すると共に、この超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化量が変化する。従って、この透磁率または残留磁化率の変化をピックアップコイル２８のインダクタンス値の変化として検出することで、被測定物２０の荷重や圧力を検知することができる。
【００２３】
本発明の実施形態の例に係る計重センサ１０によれば、被測定物２０の荷重や圧力を、計重誤差の要因となる軸受等を介すことなく超磁歪部材１６に作用させることができるため、従来は検知が困難であった荷重や圧力の微小な変化を検知でき、被測定物２０の荷重や圧力を高感度、高精度で検知できる。しかも、超磁歪部材１６は、外部応力に対する応答の速い超磁歪素子を材料としているため、荷重や圧力を短時間で検知することができる。
【００２４】
又、計重センサ１０は、第１、第２回転軸１４、１８と非接触な状態で配置されたピックアップコイル（検出手段）２８を備えているため、検出手段が計重誤差の要因となることが無く、更に高精度の検知をすることができる。なお、上記実施形態の例においては、超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化量の変化を、ピックアップコイル２８のインダクタンス変化として検出したが、本発明はこれに限定されるものではなく、超磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な、他の検出手段を適用してもよい。
【００２５】
又、本発明に係る計重センサは、上記実施形態の例に係る計重センサ１０における構造や形状等に限定されるものではなく、ステージの鉛直方向に回転可能に支持された第１回転軸と、この第１回転軸に、磁歪部材を介して軸方向、且つ、同軸的に接続され、被測定物を回転可能に支持する第２回転軸と、磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を検出する検出手段とを有したものであればよい。
【００２６】
従って、例えば、図３に示される計重センサ４０のように、第１回転軸１４とステージ１２との間に、互いの磁極の向きが対向するような状態で配置された一対のラジアル磁石４２、４４を設け、これによって第１回転軸１４を回転可能に支持してもよい。この場合、被測定物２０を一対のラジアル磁石４２、４４の磁気反発力によって支持することができるため、軸受等による機械的雑音を除去することができ、被測定物の荷重や圧力を更に高精度で検知することができる。又、図４に示される計重センサ５０のように、前記第１回転軸１４は、ベース５２に固定されたステージ１２に吊り下げた状態で支持されていてもよい。
【００２７】
上記実施形態の例においては、計重センサ１０を超磁歪部材１６によって構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁歪素子からなる磁歪部材を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の計重センサは、簡易な構造でありながら、同時に、被測定物の荷重や圧力を、短時間、且つ、高感度、高精度で検知することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の例に係る計重センサを模式的に示した図
【図２】図１における超磁歪部材周辺の部分拡大図（Ａ）、及びそのIIＢ−IIＢ線に沿う断面図（Ｂ）
【図３】本発明の実施形態の他の例に係る計重センサを模式的に示した図
【図４】本発明の実施形態の更に他の例に係る計重センサを模式的に示した図
【図５】従来の計重センサを模式的に示した図
【符号の説明】
１、１０、４０、５０…計重センサ
２、１２…ステージ
３、３０…軸受
４、２４…モータ
５…回転軸
６、２０…被測定物
７、２２…秤量皿
８…計重検知部
１４…第１回転軸
１６…超磁歪部材
１８…第２回転軸
２６Ａ…減速機構
２６Ａ…ピニオン
２６Ｂ…ギヤ
２８…ピックアップコイル
４２、４４…磁石
５２…ベース

Claims (3)

  1. ステージの鉛直方向に回転可能に支持された第１回転軸と、この第１回転軸に、磁歪部材を介して軸方向に、且つ、同軸的に接続され、被測定物を回転可能に支持する第２回転軸と、前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を検出する検出手段とを有してなり、前記被測定物の荷重や圧力を、前記磁歪部材の伸縮による前記透磁率又は残留磁化量の変化として検知する計重センサであって、
    前記検出手段は、前記磁歪部材を囲むように、且つ、前記第１及び第２回転軸と非接触な状態で配置されたピックアップコイルを含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記ピックアップコイルのインダクタンス変化として検出するようにされており、
    更に、前記第１回転軸と前記ステージとの間に、互いの磁極の向きが対向するような状態で配置された一対のラジアル磁石を設け、これによって前記第１回転軸を回転可能に支持したことを特徴とする計重センサ。
  2. 請求項１において、
    前記第１回転軸と前記第２回転軸とをスプライン結合したことを特徴とする計重センサ。
  3. 請求項１又は２において、
    前記磁歪部材を、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材によって構成したことを特徴とする計重センサ。
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