JP5496713B2 - 計量装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子秤などの計量装置に関する。

計量装置、例えば、電子秤は、電子天秤、体重計、キッチンスケールなどに利用されており、コンセントのない場所でも使用できるように、駆動用の電源として電池を内蔵したポータブル型の電子秤も製品化されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３２２５５６号公報

かかる電子秤では、ある程度の時間が経過すると電池を新しい電池と交換しなければならず、使用済みの電池は廃棄することになる。

このため、電池交換の時期を可及的に延ばして電池交換の頻度を少なくすることが望まれる。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、駆動用の主電源を、少なくとも補助できる補助電源を確保して省エネルギーを図った計量装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、次のように構成している。

（１）本発明の計量装置は、載置部に載せられる被計量物を計量する計量装置であって、前記載置部への前記被計量物の載せ降ろしに伴う荷重の変化を受けて発電する圧電素子を具備し、前記圧電素子の発電電力を、当該計量装置の駆動用の主電源を補助するための駆動用電力として使用し、前記圧電素子が、前記載置部の下面側の荷重を受ける部分、および、当該計量装置を支持する脚部の少なくともいずれか一方に配設されるものである。

載置部は、被計量物が載置される台や皿であるのが好ましい。

圧電素子は、載置部に被計量物を載せるときの荷重の変化および載置部から被計量物を降ろすときの荷重の変化を受けるものであればよく、圧電素子を設ける位置や個数は特に限定されない。

圧電素子が受ける荷重の変化は、瞬間的な荷重の変化であるのが好ましい。

圧電素子の発電電力は、駆動用電力の少なくとも一部として使用できればよい。

本発明の計量装置によると、載置部へ被計量物を載せる、載置部から被計量物を降ろすという計量の際の動作に伴う瞬間的な荷重の変化である衝撃を受けて、圧電素子が発電し、圧電素子の発電電力を当該計量装置の駆動用の主電源を補助するための電力に使用するので、省エネルギーを図ることができ、例えば、前記駆動電源として電池を内蔵する計量装置では、電池の交換時期を延ばして交換回数を減らすことができ、その分、ランニングコストを抑えることができると共に、廃棄する電池を減らすことができ、環境に優しいものとなる。
そして、本発明の計量装置によると、載置部の下面側の荷重を受ける部分や計量装置を支持する脚部に配設された複数の圧電素子によって、計量皿への被計量物の載せ降ろしの際の荷重の変化を受けて発電することができる。

（２）本発明の計量装置の好ましい実施態様では、前記圧電素子は、衝撃吸収用の緩衝体に内蔵され、前記緩衝体は、前記載置部の下面側に、直接、接触して前記載置部からの荷重を受ける。

この実施態様によると、前記圧電素子は、前記載置部への被計量物の載せ降ろしの際の荷重の変化による前記緩衝体の変形して発電することができる。

（３）上記（２）の実施態様では、前記載置部の荷重を検出する荷重検出部と、該荷重検出部の検出出力を処理して前記被計量物の計量値を演算する演算処理部と、該演算処理部で演算される被計量物の前記計量値を表示する表示部とを具備し、前記複数の圧電素子の発電電力を、前記荷重検出部、前記演算処理部、および、前記表示部の少なくともいずれかの一つの駆動用電力として使用してもよい。

この実施態様によると、複数の圧電素子による発電電力を、ロードセルなどの荷重検出部、演算処理部を構成する電子回路、液晶などの表示部の駆動用電力として使用することができる。

（４）本発明の計量装置の別の実施態様では、前記圧電素子の交流出力を整流する整流回路と、該整流回路の出力を蓄積する充電回路とを含む補助電源部を具備し、該補助電源部の電力を、前記駆動用電力として使用するものである。

この実施態様によると、圧電素子からの交流出力を、ダイオードブリッジなどの整流回路で整流し、コンデンサなどの充電回路で充電し、補助電源として使用することができる。

（５）上記（４）の実施態様では、前記載置部の下面側の荷重を受ける部分に配設される前記圧電素子の発電電力を、前記整流回路に対して非接触で給電する非接触給電手段を具備してもよい。

載置部の下面側に配設される圧電素子は、被計量物の載せ降ろしによって変位する可動側であるのに対して、圧電素子の交流出力を整流する整流回路は、固定側であり、両者間をリード線等で接続すると、計量に影響がでる虞があるが、この実施態様によると、圧電素子から整流回路に対して非接触で給電するので、リード線などの接続線が不要となり、計量に影響することがない。

このように、本発明によれば、被計量物を計量する際の載置部へ被計量物の載せ降ろしに伴う瞬間的な荷重の変化を受けて圧電素子で発電し、その発電電力を駆動用電力に使用するので、省エネルギーを図ることができ、例えば、駆動電源として電池を内蔵する計量装置では、電池の交換時期を延ばして交換回数を減らすことができ、その分、ランニングコストを抑えることができると共に、廃棄する電池を減らすことができ、環境に優しいものとなる。

図１は本発明の実施形態にかかる電子秤の斜視図である。 図２はその概略断面図である。 図３は図２の緩衝体の断面図である。 図４は補助電源部の構成図である。 図５は他の実施形態にかかる電子秤の概略断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る計量装置としての電子秤の斜視図であり、図２は、その概略断面図である。

この実施形態の電子秤１は、樹脂製の本体ケース２と、被計量物を載置する矩形の計量皿３とを備えている。本体ケース２には、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などからなる表示部４および操作ボタン５などが設けられており、オペレータが操作ボタン５を操作した後、計量皿３の上に被計量物を載置すると、該被計量物の重量が表示部４に表示される。

図２に示すように、計量皿３は、下面側の４隅に設けられた衝撃吸収用の緩衝体６を介して皿受体７上に配置され、この皿受体７は、その中央の軸部７ａを介してロードセル８の可動部８ａに連結されている。ロードセル８の固定部８ｂは、ロードセル取付部９によって本体ケース２内の底面に固定されている。したがって、計量皿３に載置された被計量物の荷重は、緩衝体６及び皿受体７を介してロードセル８の可動部８ａに負荷される。

本体ケース２内には、後述のはかり回路（図示せず）が内蔵されており、このはかり回路は、ロードセル８からのアナログ信号が入力されるアナログ回路、このアナログ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、及び、Ａ／Ｄコンバータからのデジルタ信号を演算処理して重量を演算する演算回路等を備えており、演算された重量が、上述のように表示部４に表示される。

また、本体ケース２内には、主電源となる図示しない乾電池が収納され、上記はかり回路や表示部４に駆動用の電力を供給する。

本体ケース２の底面の４隅には、当該電子秤１を支持する水平調節可能な脚部１０が備えられ、各脚部１０は、軸部１２と衝撃吸収用の緩衝体１４とを有している。

この実施形態の電子秤１では、計量皿３の下面側の緩衝体６及び脚部１０の緩衝体１４には、後述のように圧電素子がそれぞれ内蔵されており、被計量物が計量皿３に載せ下ろしされる際の急激な荷重の変化である衝撃を受けて発電し、緩衝体６及び脚部１０の各圧電素子からの発電電力を、各一対のリード線２０，２１をそれぞれ介して補助電源部１１に供給するようにしている。

計量皿３の下面側に配置される緩衝体６は、ゴムなどから構成され、この緩衝体６には、図３（ａ）に示すように、中空部に、円周が支持された状態で、例えば圧電バイモルフからなる圧電素子１３が内蔵されている。なお、圧電素子１３は、バイモルフ型に限らず、モノモルフ型や積層型などであってもよい。緩衝体６は、上側に膨出して計量皿３の下面に当接する膨出部６ａと、下側の中空部へ突出して圧電素子１３の上面に当接する当接部６ｂとを備えている。計量皿３に被計量物が載せられると、緩衝体６の膨出部６ａが計量皿３によって下方に押圧され、これに伴って当接部６ｂが圧電素子１３の上面を押圧して圧電素子１３を凹状に変位させて起電力を生じる一方、被計量物が計量皿３から降ろされると、計量皿３による緩衝体６の膨出部６ａへの押圧が解除され、これに伴って当接部６ｂによる圧電素子１３の上面への押圧が解除され、圧電素子１３が元の状態へ変位して起電力を生じる。

各圧電素子１３の表裏面の各電極は、図２に示される上述の一対のリード線２０を介して補助電源部１１に接続されている。このとき、４個の圧電素子１３の表面側の電極が、一対のリード線２０の一方に共通に接続され、裏面側の電極が、一対のリード線２０の他方に共通に接続される。

このリード線２０の内、補助電源部１１側の部分２０ａは、計量に影響を与えないように余裕を持たせた長さとして弛ませている。このリード線２０としては、例えば、エナメル線などの細い線を使用しているが、送電ロスを減らすために太めの線を使用してもよい。このリード線２０の太さや硬さは、計量に影響を与えないように選択される。なお、リード線２０の途中までは送電ロスを減らすために太めの線とし、補助電源部１１側の部分２０ａは計量に影響を与えないようにエナメル線などの細い線としてもよい。

本体ケース２の底面側の脚部１０の緩衝体１４は、ゴムなどから構成され、この緩衝体１４には、図３（ｂ）に示すように、中空部に、円周が支持された状態で、例えば圧電バイモルフからなる圧電素子１５が内蔵されている。緩衝体１４は、電子秤１の設置面側である下側に膨出する膨出部１４ａと、上側の中空部へ突出して圧電素子１４の下面に当接する当接部１４ｂとを備えている。計量皿３に被計量物が載せられると、緩衝体１４の膨出部１４ａが設置面によって上方に押圧され、これに伴って当接部１４ｂが圧電素子１５の下面を押圧して圧電素子１５を凸状に変位させて起電力を生じる一方、被計量物が計量皿３から降ろされると、設置面による緩衝体１４の膨出部１４ａへの押圧が解除され、これに伴って当接部１４ｂによる圧電素子１５の下面への押圧が解除され、圧電素子１５が元の状態へ変位して起電力を生じる。

各圧電素子１５の表裏面の各電極は、図１に示される上述の一対のリード線２１を介して補助電源部１１に接続されている。４個の圧電素子１５の表面側の電極が、一対のリード線２１の一方に共通に接続され、裏面側の電極が、一対のリード線２１の他方に共通に接続される。

これら圧電素子１３，１５は、計量皿３への被計量物の載せ降ろしに伴う荷重の急激な変化である衝撃を受けて電圧を発生し、該圧電素子１３，１５にそれぞれ取り付けたリード線２０，２１間で電気として取り出すようにしている。

圧電素子１３，１５からの発電電力が供給される補助電源部１１は、図４に示すように、圧電素子１３および圧電素子１５からの交流入力を整流するダイオードブリッジなどからなる整流回路１６と、この整流回路１６の整流出力によって充電されるコンデンサなどからなる充電回路１７と、この充電回路１７からの出力電圧を一定電圧にするツェナーダイオードなどからなる定電圧回路１８とを備えている。

この補助電源部１１の定電圧回路１８の出力が、はかり回路１９に補助電源として供給される。

このように計量の際に行われる計量皿３への被計量物の載せ降ろしに伴う瞬間的な荷重の変化である衝撃を受けて複数の圧電素子１３，１５で発電し、その発電電力を補助電源として使用するので、省エネルギーを図ることができ、主電源である乾電池の交換時期を延ばして交換回数を減らすことができ、その分、ランニングコストを抑えることができると共に、廃棄する乾電池を減らすことができる。

また、圧電素子１３，１５は、僅かの変位で発電することができるので、薄型化を図ることができる。

図５は、本発明の他の実施形態の概略断面図であり、上述の図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態の電子秤１ａは、上述の実施の形態と同様に、計量皿３の下面側の４箇所の緩衝体６及び４つの脚部１０の緩衝体１４には、圧電素子１３，１５がそれぞれ内蔵されている。

この実施形態では、緩衝体６に内蔵されている圧電素子１３は、一対のリード線２０を介して給電用コイル２２に接続され、補助電源部１１の整流回路１６は、受電用コイル２３に接続されている。給電用コイル２２と受電用コイル２３とによって非接触給電手段が構成されている。ロードセル８の可動部８ａの変位は、僅かであるので、給電用コイル２２と受電用コイル２３との間の間隔を極めて小さくすることができる。

かかる構成によって、緩衝体６に内蔵されている圧電素子１３で発電した電力を、給電用コイル２２と受電用コイル２３との間における電磁誘導を利用して非接触で補助電源部１１の整流回路１６に給電するようにしている。その他の構成は、上述の実施形態と同様である。

この実施形態によると、被計量物の載せ降ろしによって変位する可動側である緩衝体６の圧電素子１３と、本体ケース２に固定された固定側である補助電源部１１とを、上述の実施形態のようにリード線２０ａによって接続する必要がなく、また、圧電素子１３を内蔵した緩衝体６、リード線２０及び給電用コイル２２等の重量は、上述の零点調整によってその影響をなくすことができるので、計量に影響を及ぼすことがない。

この実施形態では、給電用及び受電用のコイル２２，２３を用いて非接触給電手段を構成したけれども、コイルに限らず、フォトインタラプタなどを用いて非接触給電手段を構成してもよい。

上述の実施形態では、荷重を検出するセンサとしてロードセル８を用いたけれども、ロードセルに限らす、静電容量式、電磁平衡式、音叉式、弦振動式等の他の荷重センサを用いてもよい。

圧電素子１３，１５の配置位置や個数は、上述の実施形態に限るものではなく任意であり、例えば、脚部１０を大きくして各脚部１０に配置する圧電素子の個数を増やしてもよい。

本発明の計量装置は、載置部への被計量物の載せ降ろしが行われるものであれば、卓上式の電子秤に限らず、例えば、デジタル台秤（プラットホーム式）、トラックスケール、軸重計、手動式組合せ秤などの他の計量装置に適用してもよい。

上述の実施形態では、ロードセル８によって荷重を検出したけれども、本発明の他の実施形態として、ロードセル８を省略し、例えば、圧電素子１３の出力電圧に基づいて、被計量物の重量を演算するようにしてもよい。

本発明は、電子秤などの各種の計量装置に有用である。

１，１ａ 電子秤
３ 計量皿
６，１４ 緩衝体
７ 皿受体
８ ロードセル
１０ 脚部
１１ 補助電源部
１３，１５ 圧電素子
２２ 給電用コイル
２３ 受電用コイル

Claims (5)

1. 載置部に載せられる被計量物を計量する計量装置であって、
   前記載置部への前記被計量物の載せ降ろしに伴う荷重の変化を受けて発電する圧電素子を具備し、前記圧電素子の発電電力を、当該計量装置の駆動用の主電源を補助するための駆動用電力として使用し、前記圧電素子が、前記載置部の下面側の荷重を受ける部分、及び、当該計量装置を支持する脚部の少なくともいずれか一方に配設される、ことを特徴とする計量装置。
2. 前記圧電素子は、衝撃吸収用の緩衝体に内蔵され、前記緩衝体は、前記載置部の下面側に、直接、接触して前記載置部からの荷重を受ける請求項１に記載の計量装置。
3. 前記載置部の荷重を検出する荷重検出部と、該荷重検出部の検出出力を処理して前記被計量物の計量値を演算する演算処理部と、該演算処理部で演算される前記被計量物の前記計量値を表示する表示部とを具備し、
   前記圧電素子の発電電力を、前記荷重検出部、前記演算処理部、および、前記表示部の少なくともいずれかの一つの駆動用電力として使用する請求項１または２に記載の計量装置。
4. 前記圧電素子の交流出力を整流する整流回路と、該整流回路の出力を蓄積する充電回路とを含む補助電源部を具備し、該補助電源部の電力を、前記駆動用電力として使用する請求項１ないし３のいずれかに記載の計量装置。
5. 前記載置部の下面側の荷重を受ける部分に配設される前記圧電素子の発電電力を、前記整流回路に対して非接触で給電する非接触給電手段を具備する請求項４に記載の計量装置。

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