JP5448090B2 - 計量室を有する秤量装置 - Google Patents

Description

本発明は計量室を有し、かつ微量な質量の計測が可能な秤量装置に係り、特に計量室の扉を開閉する際に計量室に於ける空気の対流の発生を防止するよう構成した秤量装置に関する。

質量の計測、特に微量の質量を計測する際には、比較的大きな質量を計測する場合には殆どその影響が無視される振動、風圧、温度、湿度、静電気、気圧、磁気、重力加速度等が計測誤差を生じる誤差要因（外乱）として計測値に影響することが知られている。特に最小表示が０．１ｍｇ（１円玉の重量のほぼ１０，０００分の１の重量）以下の計量が可能な電磁平衡式秤量装置（通称「分析用天秤」）等の微量計測が可能な装置にあっては上記外乱は計測における無視できない大きな誤差要因であり、何らかの手段で計測値の算出においてこの誤差要因を排除する必要がある。

ここで、上記誤差要因のうち気圧、温度、湿度、重力加速度はその変化が天体の動きや気象変化に伴って発生するものであり、その変化は比較的緩やかで、かつその影響は体積バランス、重量バランス等に対するものが支配的である。このためこれらの変化による秤量装置の性能に於ける影響は、長時間にわたるゼロ点のドリフトとして現れる。従って、この問題は、長時間にわたって同一試料を連続測定する場合以外には、計量前のゼロ点操作により解消することができる。

また振動、静電気、磁気の誤差要因は、除振、免振、除電機構を設けたり、磁気の発生源を遠ざけたり磁気シールドを実施する等、要因を積極的に排除、除去する方法が確立している。また、このように物理的な方法で要因を排除する外に、外乱要因に対応して測定値を補正するソフト的方法も確立している。

上述の誤差要因に対して、風圧や空気の流動は突発的でかつ微量を計測できる秤量装置においては急激な変化として影響する場合が多く、このため測定誤差解消のためのソフト的な補正処理は事実上不可能である。従って質量を測定する秤量機構部に対する風圧や空気の流動による影響をできるだけ少なくする風防機構がいろいろと提案されている。

質量測定における誤差要因としての空気の変動としては、人が風として感知できるレベルから、事実上感知不能な微量な変動レベルの空気の流動まである。このうち特に空気の流動は不安定で、かつ風圧に比べると長時間持続するものが多い。しかし、秤量装置外部における空気の流動、例えばエアコンによる冷暖房用空気の流動、空気清浄機の吐出空気の流動等はこれらの装置を停止したり、或いは秤量装置をこれらの装置から遠ざける等の方法によりある程度対処可能である。

一方、図３（Ａ）に示されるように秤量装置自体においても、内部の電子基板等から発生する熱により計量室５０内において、この電子基板等で温められた空気（以下「暖空気」とする）Ａ１が計量室上部に上昇し、かつ計量室５０の上部から順次下部に向かって暖空気Ａ１の滞留層Ａ1 ´が形成される。またこの過渡状態では計量室周囲の相対的な低温空気に冷やされて下降気流が発生する。滞留層Ａ１´の容積の増加により計量室５０内の空気の温度分布は徐々に均一化するため、秤量内部の対流はこれに対応して減少することになる。

このように計量室内部における空気の流動が安定して試料の計測値に影響を与えないような状態になっていたとしても、計量室の扉を開けた時に下記のように計量室内部に比較的強い対流が発生することがある。

計量室５０の温度が装置外部よりも上昇していると、その温度差が極めて僅かであっても、計量室を開閉するときに比較的大きな空気の流動が生じる。即ち図３（Ａ）の計量室５０の扉５０Ａを開けて試料を秤量皿５１に載置しようとする場合、計量室５０内部の温度が計量室５０の外部よりも僅かに高い場合であっても、図３（Ｂ）の如く、計量室５０の上部に滞留していた滞留層Ａ１´の空気は計量室５０の外壁に沿って空気Ａ２として流出し、かつこの空気Ａ２の流出に対応して計量室外部から空気Ａ３が計量室５０内に流入する。この結果計量室５０内には計量室５０を密閉していたときとは異なる微小な対流が発生し、試料の計量値の信頼性が低下したり或いは計測そのものが不可能となってしまうことがある。

因にこの空気の流動（対流）による計量誤差は大きな場合には数十ｍｇに達することが確認されている。この値は最小表示が０．１ｍｇの秤量装置では数十ｄｉｇとなり、１μｇの秤量装置では１０００ｄｉｇに相当し、計測誤差の大きな要因となっている。
なお、図示の場合は計量室５０の正面に向かって右側の扉５０Ａを開けた場合の状態を示しているが、通常計量室５０には扉５０Ａに対向する位置に別の扉５０Ｂも形成されているのが一般的であり、この場合扉５０Ｂを開けた時も当然上記と同じ事態が発生する。

上述のように空気の変動、特に空気の流動（対流）により短時間で発生する計量誤差の影響をソフト的に処理することは極めて困難であるため、電子天秤等の微量を計測する装置を提供する者を中心として、計量機構に対する空気流動の影響を物理的に低減する風防機構がいろいろと提案されているが、何れも一長一短がある。
以下は風防構造が提案されている特許文献を示す。
実開昭６２−１８４４３６ 特許第２８２２６７１

上記特許文献は何れも計量室内に更に小型の計量室を形成して二重計量室構造とし、この小型の計量室内で計量するよう構成したものである。つまり計量室を二重構造としかつ秤量皿はこの内部の小型の計量室に配置され、試料はこの内部の計量室内で計量されるよう構成されている。これら二つの特許文献に記載される技術は試料の計量に直接関わる計量室の体積を可能な限り小容量化すれば、小容量の空間においては空気の対流等も比較的早く解消されると言う知見を共通の前提として構成されている。

上記特許文献のうち特許文献１の考案は計量室内に、秤量皿を覆うように小型の風防を配置することにより上記技術目的を達成するように構成している。この考案は構成が単純であるため比較的安価に提供できるが、人手により風防の設置・除去を行うため、この設置・除去作業において人体の体温による空気の流動及び計量室構成部材の温度上昇による対流が発生する可能性がある。

一方特許文献２記載の発明は、計量室の内部に更に小型計量室を形成し、かつこの小型計量室の扉の開閉を自動化することにより人手による扉開閉に伴う空気の流動の発生を極力防止するよう構成されている。この発明では上記考案に比較してより一層の空気流動の低減が期待されるが、反面自動扉開閉機構を構成する必要上、装置全体が複雑高価になることは否めない。またこれらの開閉機構を構成するモーター等、エネルギーを消費するアクチュエーターが発する熱、振動等を除去する手段が別途必要となる可能性がある。

また両特許文献共に、試料の計量を行う空間を小さくすることより、空気の流動を短時間で収束させるという共通の技術目的を有しており、この技術目的を達成するためには前記試料の計測を行う空間を極力小容量にする必要があり、結果的に長尺の試料の計測が不可能になるなど、試料の計測や、試料計測時の操作性が良好でないという共通の問題点がある。

本発明は上記従来の構成の問題点に鑑みてなされたものである。
即ち、本発明は計量室の扉部分の上部の一部を覆うように扉の開閉方向に沿って垂下された懸垂壁が構成され、扉を開いた際に計量室上部に滞留していた暖空気が一気に計量室外部に流出するのを防止し、これにより計量室内部に暖空気の流出による対流の発生を極力防止するよう構成した計量室の構成に係り、要すれば計量室を仕切板で上下に仕切って計量室の容積を操作性を損なわない程度に低減し、かつ、この仕切板の端縁部に前記懸垂壁を取り付け、仕切られた計量室上部空間部は例えば除電室等、別の目的に利用可能に構成
した装置である。

計量室の上部空間に懸垂壁が形成されていることにより、計量室の扉を開けても、計量室の上部空間に滞留している暖空気が一気に外部に流出することはなく、かつ暖空気層の下端部が懸垂壁の下端縁よりも上部にあるときは暖空気の層が流出することはほとんど無いため暖空気の流出による計量室内の空気の対流の発生が極力抑えられ、試料の計測が迅速かつ正確に行える。

また、計量室内を仕切板で上下に仕切ることにより、計量室空間の容積を操作性を損なわない程度で減縮することによって対流が発生しても、その対流を早めに収束させることができると共に、計量室の上部の空間を除電室等別の用途に利用することができる。

更に、本発明は懸垂壁を形成することで、その技術目的を達成することができるため、その構成は比較的単純であって安価に提供できると共に、既に使用している電子秤の計量室に対しても懸垂壁を後付けすることで本発明の目的を達成することも可能である。

以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に説明する。
図１において、矢印１は本発明の実施対象であって、電子秤の一種としての電磁平衡式の電子天秤を示す。この電子天秤の基本構成は、装置前部に計量皿２が配置された計量用空間５が形成され、かつ計量用空間５の後部には荷重伝達機構や電子回路が配置された機構室３が形成された構成となっている。

符号４は仕切板である。この仕切板４は上記電子天秤の基本構成において計量用空間５として形成される空間を上下に仕切るように配置され、この仕切板４により当該空間を上部の空間６と、この空間６の下部に形成される計量室用空間（以下単に「計量室」とする）７に区間形成される。なお仕切板４としては予め形成されている計量用空間５を仕切るだけの目的であればその材質は問わないが、後述するように上部の空間６を特定の目的に使用する場合にはその使用目的に合った材料で形成される必要がある。例えば上部の空間６を除電室として利用する場合には当該仕切版４は導電性を付加した板状部材、例えば透明ガラス等が好適である。

仕切板４は当該計量用空間５内に固定的に配置することも可能であるが、メンテナンスの利便性及びフラスコに入った試料等、大きな風袋の試料を計測する場合は、必要とされる計量精度も低下することが多いことを考慮すれば着脱式に構成することが望ましい。符号８ａ、８ｂは仕切板４を取り付けるための支持材であり、計量用空間５の後壁と当該計量用空間の前壁（通常は計量室内部を視認できるようガラス板で形成）との間に掛け渡した部材であり、前記仕切板４はこの支持材８ａ、８ｂに差し渡し配置され、計量用空間５を上部空間６と計量室７とに仕切るよう構成されている。

図示の構成ではこれら支持材８ａ、８ｂは計量用空間５のほぼ中間の高さでかつ計量用空間５を開閉するためのスライド型扉（以下単に「扉」とする）１０ａ、１０ｂの近傍においてそれぞれ配置固定されている。但し、仕切壁４の配置高さはあくまでも計量室７としての操作性及び、対流発生の防止との兼ね合いで決定されれば良く、仕切板４の配置高さを高めて計量室７の操作性を向上させたり、逆に高さを低めて計量室７内の対流の低減を主目的にする等、適宜配置高さを決定すればよい。

次に符号９ａ、９ｂは支持材４により垂下された懸垂壁であって、支持材８ａ
、８ｂに支持されることにより、計量室７の上部において、扉１０ａ、１０ｂに近接し、かつこの扉１０ａ、１０ｂの開閉方向に位置するよう配置されている。なお、これら懸垂壁９ａ、９ｂが支持材８Ａ、８ｂに支持されることにより、これら懸垂壁９ａ、９ｂが仕切板４を支持する梁としての機能も有することになる。

また、この懸垂壁９ａ、９ｂの上下方向の幅は、例えば仕切版４が比較的低い位置に配置されている場合には狭く、また仕切壁４の位置が高い場合には符号９ａ´、９ｂ´で示すように幅を広く設定すれば、計量室７の操作性と、対流の抑制との両立が可能である。

図２は上記構成の計量室の扉１０ａを開けた場合の計量室７内の空気の流動を模式的に示している。計量室７において計量室床面から暖空気が上昇している場合、仕切板４により計量室７の容積は小さくなっているため、計量室７内は比較的短時間で温度分布がほぼ均一となって、空気の対流が抑制される。この状態で扉１０ａを開けた場合、計量室７の内外で温度差があると、計量室７の上部から外部に暖空気が流出するが、懸垂壁９ａにより仕切板４の下部に滞留した暖空気の空気層の多くが計量室７の外部に流出せず、このため計量室７の内部では扉１０ａを開けても大きな空気の流動（対流）は発生せず、かつある程度流動が発生しても計量室７の内部空間の容積は仕切板４により限定されているため、短時間で流動が収束する。

次に上部の空間６の利用方法について具体例を示す。
図１の構成ではこの空間６を除電室として利用する例を示している。
除電室の後壁６Ａには直流型イオン発生手段として複数の放電針（図示の場合は符号１１Ａ、１１Ｂで示す）が配置されている。例えば放電針１１Ａは（＋）、１１Ｂは（−）として空間６を除電用の空間とする。なお、図示しないが機構室３内にこれら放電針にイオン発生用の高電圧を印加するための除電器が配置されている。

次に上記の除電室６を有する電子天秤の使用状態について説明する。
先ず試料の計測に先立って、湿度を検知し、検知した湿度に対応して除電の要否を決定する。この湿度は計量室７の近傍に湿度センサを配置しこの湿度センサで検知した湿度を例えば表示パネルＰに表示する等の方法が好適である。表示方法は各種考えられるが例えば除電の必要性が高い湿度４０％以下の場合には湿度の数字を赤で表示し、４０％から８０％の間で、念の為除電した方が良い場合には湿度の数字を黄色で示し、８０％以上で除電の必要がない場合は湿度の数字を青で示す等が考えられる。

以上の構成において、試料の除電が必要と判断された場合については、扉１０ａ或いは１０ｂを開け、試料を先ず除電室たる上部空間６内に配置する。この場合上部空間６の下に位置する計量室７内の暖空気が外部に流出する可能性があるが、懸垂壁９ａにより暖空気の流出は少量に止まり、計量室７に空気の対流が発生しても強いものとはならず、短時間で収束する。除電した試料は再度扉１０ａ開けて下部の計量室７の秤量皿２に載置されて重量が計測される。この場合も懸垂壁９ａがあるため計量室７内で対流が発生しても小規模でありかつ短時間で収束する。

上記の構成のように除電室がある電子秤では、上述のように扉の開閉回数が多くなるため、計量室における対流の発生による影響が、除電機能を持たない電子秤よりも重量計測時における大きな誤差要因となる可能性があるが、懸垂壁９ａ、９ｂが形成されることにより扉の開閉回数に比較して対流の発生を極力抑えることができる。

次に、仕切板４を熱伝導性の高い材料により形成し、計量室７で発生した暖空気の熱をこの仕切板４を介して上部の空間６内に伝熱し、空間６内に暖空気の滞留層を形成する。
このように空間６内に暖空気層を滞留させるように構成すれば、この空間６内の暖空気層が飽和するまでは一定時間下部の計量室７における温度分布をほぼ均一化することができ、扉開閉時の計量室からの空気の流出を極僅かに抑えることが可能となり、この結果計量室７内の対流の発生も極力抑止することが可能となる。なお仕切板４に微小な孔を多数開口させることにより上部空間６に暖空気の滞留層を形成することが可能である。

以上の構成は何れも下部の計量室７と上部の空間６とが同じ扉１０ａ、１０ｂにより開閉されるよう構成されている。これに対して構造はやや複雑となるが上部空間６と下部の計量室７とにそれぞれ個別に扉を形成すれば、一方の空間の開閉を行う際に不必要に他方の空間を開閉する必要がなくなるため、懸垂壁の設置と相まって計量室７の対流の発生をより効果的に防止することができる。

仕切板を支持する部材の設置位置を上下方向において変更可能に予め構成しておけば、電子秤の分解能に対応して、例えば高性能の電子秤では仕切壁の設置高さを低くして計量室空間の容積を低減することにより対流発生の防止を主目的とし、反対に比較的最小目盛りの大きい装置では対流の影響が相対的に少ないので、使用勝手を優先して仕切壁の設置高さを高くする等、適宜仕切壁の配置高さを選択設定できる構成を提供することも可能である。

本発明に係る電子秤であって、上部空間を除電室として形成した構成を有する電子秤の一部破断斜視図である。 図１に示す電子秤の計量室内の空気の流動状態を示す概念図である。 従来の計量室における空気の流動状態を示す概念図であって、（Ａ）は扉が閉状態の空気の流動状態を、（Ｂ）は扉を開とした時の空気の流動状態を示す図である。

１ 電子秤
２ 秤量皿
３ 機構室
４ 仕切板
５ 計量用空間
６ 上部空間（除電室）
７ 計量室
８ａ、８ｂ 支持材
９ａ、９ｂ 懸垂壁
１０ａ、１０ｂ （スライド型）扉
１１ａ、１１ｂ 放電針

Claims (4)

1. 秤量皿が内部に配置された開閉可能な計量用空間を有する電子秤において、前記計量用空間は仕切板によって上下の空間に仕切られ、下部の空間が計量室として構成され、前記計量室の上部でかつ計量室の扉に近接し、かつ鉛直方向において一定の幅を有する板状の懸垂壁が当該扉の開閉方向に沿って配置され、前記仕切板の側縁のうち扉に近接する側縁において計量室側に垂下されて固定されていることを特徴とする計量室を有する電子秤。
2. 前記仕切板により形成された上部空間は除電室として構成されていることを特徴とする請求項１記載の計量室を有する電子秤。
3. 前記仕切板により形成された上部空間は暖空気の滞留空間として構成されていることを特徴とする請求項１記載の計量室を有する電子秤。
4. 前記仕切板により形成された上部空間と、下部の計量室の各々に対し独立して開閉する扉を個別に設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の計量室を有する電子秤。

Images