JPWO2011001875A1

JPWO2011001875A1 - 台秤及び荷重検出ユニット

Info

Publication number: JPWO2011001875A1
Application number: JP2011520875A
Authority: JP
Inventors: 直也篠崎; 進一郎石田; 和文内藤
Original assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Current assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: JP5575128B2; EP2450680A4; PL2450680T3; EP2450680B1; WO2011001875A1; US8853568B2; CN202631091U; EP2450680A1; US20120080241A1

Abstract

（課題）高精度の台秤を提供する。（解決手段）被計量物を複数の荷重検出部で支えて計量する台秤であって、荷重検出部が、加えられた荷重を縮小して音叉振動子４１に伝えるブロック体４２に音叉振動子４１が結合された荷重センサ４０と、音叉振動子の信号をデジタル信号に変換する回路が搭載された基板と、荷重センサ及び基板を収容するセンサケース３３とを備え、センサケース３３が、ロストワックス法で鋳造されたステンレスにより構成され、並行する基礎フレーム２０に直接結合されて、基礎フレーム間の間隔を維持する。センサケースが、十分な機械的強度を有しており、基礎フレーム用の構造体として兼用できるため、部品点数が削減され、また、載荷台の低床化を図ることができる。

Description

本発明は、台秤と、その台秤の荷重検出に用いる荷重検出ユニットに関し、高精度での計量を実現するものである。

電子秤の主な方式には、歪みゲージを用いるロードセル方式、音叉を使用する音叉振動方式、電磁石及び電磁コイルを用いる電磁力平衡方式が存在する。
ロードセル方式は、荷重による歪みゲージの変形量から荷重を測定する。音叉振動方式は、下記特許文献１に記載されているように、音叉の振動数が音叉の両端に加わる荷重の大きさに比例して変化することを利用して荷重測定を行う。また、電磁力平衡方式は、荷重により平衡状態が崩れた機械的バランス機構を、電磁コイルに電流を流して平衡状態に戻し、そのときの電流の大きさから荷重の大きさを求める。
秤の精度は、ロードセル方式より音叉振動方式や電磁力平衡方式の方が高く、一方、秤の製造コストは、機構が複雑な電磁力平衡方式が最も高く、構造が簡単なロードセル方式が最も低コストである。
現在、秤量（測定範囲）が３００ｋｇに及ぶ台秤の多くは、ロードセル方式を採用している。

特開２００２−１３１１４８号公報

しかし、生産現場では、例えば、ドラム缶入りの薬液原料等を計量する場合のように、重量物の重さを高い精度で測定する必要性が増えており、台秤の高精度化が求められている。
台秤の精度向上は、単に、精度が高い計量方式を採用するだけでは実現できない。精度の低下要因となる温度変化や、水分、塵埃等に対する対策が必要であり、また、重量物に耐えられる機械的強度の確保が必要になる。
また、重量物を台秤の載荷台に載せたり降ろしたりする作業をし易くするため、台秤の低床化も必要である。

本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、高精度の台秤を提供し、また、その台秤を構成できる荷重検出ユニットを提供することを目的としている。

本発明は、被計量物を１または複数の荷重検出部で支えて計量する台秤であって、前記荷重検出部が、加えられた荷重を縮小して音叉振動子に伝えるブロック体に前記音叉振動子が結合された荷重センサと、前記音叉振動子の信号をデジタル信号に変換する回路が搭載された基板と、前記荷重センサ及び基板を収容するセンサケースとを備え、前記センサケースが、ロストワックス法で鋳造されたステンレスにより構成され、並行する基礎フレームに直接結合されて、前記基礎フレーム間の間隔を維持することを特徴とする。
ロストワックス法で鋳造されたステンレス製のセンサケースは、十分な機械的強度を有しており、基礎フレーム用の構造体として兼用できる。そのため、部品点数が削減され、また、載荷台の低床化を図ることができる。また、十分な機械的強度を備える荷重センサのブロック体は、加わる荷重が大きくても、縮小化への動作を安定して行うことができる。

また、本発明の台秤は、前記センサケースが、前記荷重センサを収容する荷重センサ収容室と、前記基板を収容する基板収容室と、前記荷重センサ収容室及び基板収容室間の空気の流通を妨げる隔壁とを有しており、前記荷重センサ収容室の通気は、前記荷重センサ収容室の底部に設けられた通気孔を通じてのみ行われる。
隔壁は、基板から発生する熱のために荷重センサの精度が低下するのを防止する。通気孔は、計量時の荷重センサ収容室内の気圧変動に起因する計測精度の低下を防いでいる。

また、本発明の台秤では、前記通気孔を、前記センサケースの外部から多孔質膜に不織布を重ねたフィルタで塞ぎ、前記フィルタの外面を、前記フィルタの交換時に待避可能な板で抑えており、前記板の周囲から前記フィルタに進入した外気は、前記通気孔を経て前記荷重センサ収容室に入り、前記荷重センサ収容室の空気は、逆のルートで外に出ることができる。
多孔質膜は水の浸入を防ぎ、不織布は、多孔質膜の汚れや外圧による破損を防いでいる。また、板は、フィルタが尖ったもので突き破られる事故を防いでいる。

また、本発明の台秤では、前記荷重センサのブロック体が、当該ブロック体の固定側に設けられた貫通孔にボルトが挿通されて前記荷重センサ収容室の底部に固定され、当該ブロック体の可動側に結合されたボルトから荷重を受けて変位する構造を有し、前記荷重センサが、固定側の前記荷重センサ収容室への固定構造及び可動側の前記ボルトとの結合構造が同一のロードセルと交換することができる。
音叉振動子を用いる荷重センサは、外部振動の無い環境では高精度を発揮するが、外部振動の多い環境では精度が低下する。一方、ロードセルは、精度が低いものの、外部振動が有る環境でも精度は変わらない。この台秤は、顧客の使用環境に応じて、音叉振動子を用いる荷重センサとロードセルとを切り替えることができる。

また、本発明は、被計量物を計量する台秤で用いる荷重検出ユニットであって、加えられた荷重を縮小して音叉振動子に伝えるブロック体に前記音叉振動子が結合された荷重センサと、前記音叉振動子の信号をデジタル信号に変換する回路が搭載された基板と、前記荷重センサ及び基板を収容するセンサケースとを備え、前記センサケースは、ロストワックス法で鋳造されたステンレスにより構成され、前記荷重センサを収容する荷重センサ収容室と、前記基板を収容する基板収容室と、前記荷重センサ収容室及び基板収容室間の空気の流通を妨げる隔壁とを有し、前記荷重センサ収容室の通気が、前記荷重センサ収容室の底部に設けられた通気孔を通じてのみ可能であることを特徴とする。
この荷重検出ユニットの複数個を入手したユーザは、その上に載荷台を配置して台秤を構成することができる。

また、本発明の荷重検出ユニットは、前記通気孔を、前記センサケースの外部から多孔質膜に不織布を重ねたフィルタで塞ぎ、前記フィルタの外面を、前記フィルタの交換時に待避可能な板で抑えており、前記板の周囲から前記フィルタに進入した外気は、前記通気孔を経て前記荷重センサ収容室に入り、前記荷重センサ収容室の空気は、逆のルートで外に出ることができる。

本発明により高精度の台秤が実現できる。この台秤は、少ない部品点数で構成でき、製造工程数の低減が可能であるため、コストを引き下げることができる。また、載荷台の低床化が可能であり、台秤を使い易いものとすることができる。
また、本発明の荷重検出ユニットは、ユニット単体として流通させることが可能であり、それを購入したユーザは、複数の荷重検出ユニットを並べて配置した上に載荷台を載せて、所望の台秤を構成することができる。

本発明の実施形態に係る台秤の分解斜視図本発明の実施形態に係る台秤の斜視図本発明の実施形態に係る台秤の側面図本発明の実施形態に係る荷重検出ユニットの斜視図本発明の実施形態に係る荷重検出ユニットの分解斜視図本発明の実施形態に係るセンサケースの斜視図本発明の実施形態に係るセンサケースの別方向から見た斜視図本発明の実施形態に係るセンサケースの平面図本発明の実施形態に係る台秤の一部の分解斜視図本発明の実施形態に係るセンサケースの通気孔の断面図本発明の実施形態に係るセンサケースの通気孔の斜視図本発明の実施形態に係るセンサケースの通気孔の平面図本発明の実施形態に係る台秤の一部の構成を示す斜視図本発明の実施形態に係る荷重センサの斜視図本発明の実施形態に係る荷重センサのセンサケースに収容された状態を示す図本発明の実施形態に係る荷重センサをロードセルと代替可能にするための説明図載荷台（計量皿）の大きさによって荷重検出ユニットの数や配置を変えた本発明の実施形態に係る秤を示す図

本発明の実施形態に係る台秤は、図１の分解斜視図に示すように、載荷台（不図示）を支える上側フレーム１０と、二本の並行する基礎フレーム２０、２０と、基礎フレーム２０、２０間に掛け渡された荷重検出ユニット３０とを備えている。図２は、これらが組み合わされた状態を示し、図３（ａ）は、図２の台秤の長辺方向における側面図、図３（ｂ）は、短辺方向における側面図を示している。
図４は、荷重検出ユニット３０を単独で示している。図５は、その分解斜視図である。この荷重検出ユニット３０は、上側フレーム１０を支える上面支持部材３１と、後述する荷重センサ及び基板を収納したセンサケース３３とを有している。

センサケース３３は、ロストワックス法により型を形成し、そこに溶融したステンレスを流し込んで鋳造されており、図６に示すように、略直方体の箱形状に成形されている。図７は、センサケース３３を別の角度から見た斜視図であり、図８は、センサケース３３の平面図である。

このセンサケース３３は、荷重センサを収容する荷重センサ収容室３３１と、基板を収容する基板収容室３３２と、荷重センサ収容室３３１及び基板収容室３３２の間を仕切る隔壁３３３とを有している。荷重センサ収容室３３１は、上方に開口を有し、開口端には、パッキンが嵌め込まれる溝３３８が形成されている。基板収容室３３２は、図６に示すように、箱形状の長手方向の端面側に開口を有し、開口端には、パッキンが嵌め込まれる溝３３９が形成されている。

荷重センサ収容室３３１及び基板収容室３３２間の隔壁３３３は、図７に示すように、基板上の回路と荷重センサとを接続する電線が通される空隙３３４を有している。この空隙３３４は、より断熱が必要な場合に、電線を通した状態で密封し、基板から発生する熱で温められた基板収容室３３２の空気が、空隙３３４を通じて荷重センサ収容室３３１に流入しないようにすることもできる。
なお、隔壁３３３を構成するステンレスの熱伝導率は、アルミニウムなどに比べて極めて小さい。そのため、隔壁３３３を介して基板収容室３３２から荷重センサ収容室３３１に伝導する熱量は僅かである。
荷重センサ収容室３３１の開口は、荷重センサ収容室３３１に荷重センサが収容された後、蓋体３５（図５、図９）で封鎖され、基板収容室３３２の開口は、基板収容室３３２に基板が収容された後、端子が露出した端子板３２２で封鎖される。

また、荷重センサ収容室３３１の底部には、図８に示すように、通気孔３３５が形成されている。この通気孔３３５が設けられた位置のセンサケース３３の外側には、図１０、図１１に示すように、凹部３４０が形成され、多孔質膜３４３に不織布３４４を重ねたフィルタが、通気孔３３５を塞ぐように凹部３４０に配置されている。また、このフィルタの外面と距離を置いて、凹部３４０の外形に相似で凹部３４０よりも面積が小さい略長方形の板金３４５が配置されている。この板金３４５には、図１１、図１２に示すように、対角線上に二つの孔が設けられており、一方の孔には位置決めピン３４１が係合し、他方の孔には、板金３４５をセンサケース３３に固定するための螺子３４２が挿通され、センサケース３３に螺合される。
螺子３４２を外して板金３４５を取り外せば、フィルタを交換することができる。

フィルタを構成する多孔質膜３４３はフッ素樹脂などで形成されており、水の浸入を防止する。不織布３４４は、多孔質膜３４３の汚れや外圧による破損を防いでいる。また、板金３４５は、フィルタが尖ったもので破られる事故から守っている。
荷重センサ収容室３３１の開口は、蓋体３５で封鎖され、通気孔３３５もフィルタ及び板金３４５で塞がれるが、この板金３４５と凹部３４０との間には隙間があるため、外気は、板金３４５の周囲からフィルタに進入し、通気孔３３５を経て荷重センサ収容室３３１に入ることができる。このとき、外気に含まれた水分や塵埃は、フィルタで除かれる。また、荷重センサ収容室３３１の空気は、逆のルートで外に出ることができる。
この通気孔３３５は、後述するダイヤフラム５１（図９）の計量時の動きにより、荷重センサ収容室３３１の気圧が過圧や負圧になることを防いでいる。

また、図８に示すように、センサケース３３には、基礎フレーム２０に固定するための螺子孔３３７が一体的に形成される。このセンサケース３３は、剛性が高いため、基礎フレーム２０、２０の間隔を保つ構造材として使用することが可能である。この螺子孔３３７で基礎フレーム２０に固定されたセンサケース３３を図９、図１３に示している。

荷重センサ収容室３３１に収容される荷重センサは、図１４に示すように、音叉振動子４１と、加えられた荷重を縮小して音叉振動子４１に伝えるブロック体４２とから成る。この荷重センサ４０のブロック体４２はアルミ合金で作られており、ブロックの両側から削り込まれて、ロバーバル機構や梃子機構がブロック内部に形成されている。
ブロック体４２の固定側には、ブロック体４２を貫通する４個のボルト孔４２１が形成されており、このボルト孔４２１に挿通されたボルト４３（図９）がセンサケース３３の荷重センサ収容室３３１の底部に設けられた螺子孔３３６（図８）に螺合されて、荷重センサ４０は荷重センサ収容室３３１に固定される。
図１５に、荷重センサ４０が荷重センサ収容室３３１に収容された状態を示している。

一方、ブロック体４２の可動側には、ボルト３７（図９）を螺合する螺子孔４２２が形成されている。ブロック体４２には、このボルト３７を通じて被計量物の荷重が伝達される。
このボルト３７は、図５に示すように、上面支持部材３１の下面側に取り付ける取付部材３１２に固定される。この取付部材３１２は、上面支持部材３１の上面側に配置された取付部材３１１と螺子３１４で固定され、上面支持部材３１に結合される。そのため、ボルト３７は、上面支持部材３１と機械的に結合され、上面支持部材３１の動きを伝える。ボルト３７の頭部は、図４に示すように、取付部材３１１の楕円孔３１３の中に現れている。
この図５の構造により、現場でのメンテナンス時に、図５の下側部分だけを交換することが可能になる。

ボルト３７の先端は、図９に示すように、蓋体３５に設けられている孔３５１を通過して最終的にブロック体４２の螺子孔４２２に結合されるが、蓋体３５の孔３５１とボルト３７との間に隙間があると、水分や埃を含む空気が、その隙間から荷重センサ収容室３３１に流入し、測定精度が低下する。そのため、孔３５１の隙間をダイヤフラム５１で塞ぐ封鎖機構が設けられている。
この機構は、ダイヤフラム５１と、ダイヤフラム５１の内円の周縁を二枚の円板で挟持する挟持板５３と、ダイヤフラム５１の外縁を蓋体３５の裏面に固定する取付板５２とから成り、挟持板５３には、図１５に示すように、ボルト３７が密に嵌合される孔５３１と、二枚の円板を結合するための螺子５３２とが設けられている。
挟持板５３は、螺子５３２を外し、二枚の円板でダイヤフラム５１の内円の周縁を挟持した状態で再び螺子５３２を締め付ければダイヤフラム５１に結合される。このダイヤフラム５１の外縁を取付板５２で蓋体３５の裏面に固定し、挟持板５３の孔５３１にボルト３７を挿通して、その先端をブロック体４２の螺子孔４２２に固定し、蓋体３５で荷重センサ収容室３３１の開口を密封すれば封鎖機構が完成する。
封鎖機構が完成した後は、センサケース３３の外表面が耐食性に優れたステンレス製であるため、センサケース３３の内部は、水分や埃から安全に保たれる。
図９に示す封鎖機構は、センサケース３３の蓋体３５を止むを得ず開ける場合でも、ダイヤフラム５１には触れないので、封鎖性能に影響しない利点がある。

こうした構成を持つ台秤では、上側フレーム１０に加わる荷重が、上側フレーム１０に接触する二つの荷重検出ユニット３０の上面支持部材３１に伝わり、上面支持部材３１から、上面支持部材３１を支えているボルト３７に伝わり、ボルト３７に加わる荷重によって荷重センサ４０のブロック体４２の可動側が変位し、その変位に応じた信号が音叉振動子４１から出力される。この信号は、基板収容室３３２に収容された基板の回路でデジタル信号に変換されて出力され、二つの荷重検出ユニット３０から出力されたデジタル信号が加算されて、被計量物の荷重が表示器（不図示）に表示される。

なお、上側フレーム１０から荷重検出ユニット３０の上面支持部材３１に作用する力に水平方向の分力が含まれると、検出精度が低下することが知られており、この台秤では、それを回避するため、図１に示すように、上側フレーム１０と上面支持部材３１との間に分力緩衝装置３２を介在させて、水平方向の分力を逃がしている。
また、図１、図３等に示すように、荷重検出ユニット３０のセンサケース３３は、基礎フレーム２０に取付部材２１、２２を取り付けて、この取付部材２１、２２に固定するようにしている。また、この取付部材２１、２２には、載荷台の高さや水平を調節するアジャスタ２２２や、上側フレーム１０のストッパ片１０１と共働して上側フレーム１０の移動範囲を制限するストッパピン２２１を取り付けている。

このように、この台秤は、荷重検出ユニット３０のセンサケース３３を基礎フレーム用の構造体に兼用している。従来の装置では、基礎フレームを矩形状に配置し、その基礎フレームの上に荷重検出部を設けているため、載荷台の位置が高くなるが、この台秤では、荷重検出ユニット３０のセンサケース３３を基礎フレームとしているため、載荷台の低床化が可能である。また、部品点数や製造工数が削減できるため、コストの低減が期待できる。
また、センサケース３３や荷重センサのブロック体４２の機械的強度が高いため、高い秤量に対しても、高い精度を安定的に維持することができる。
また、この台秤は、水分や塵埃、温度などの対策を講じているため、高精度を保つことができる。

なお、図４に示す荷重検出ユニット３０は、基礎フレーム２０や上側フレーム１０と結合せずに、図４の状態でユーザに提供することも可能である。ユーザは、例えば、この荷重検出ユニット３０を二つ取得して水平面上に並行に配置し、その上に平板を載せるなどして、作業現場に合った形態の台秤を構成することができる。

また、図１６（ａ）に示すように、荷重センサ４０のブロック体４２の長さ（Ｌ６）及び高さ（Ｌ７）、ボルト孔４２１の位置、間隔及び大きさ、並びに、螺子孔４２２の位置、間隔及び大きさが、図１６（ｂ）に示すように、ロードセル８０の長さ（Ｌ６）及び高さ（Ｌ７）、ボルト孔８１の位置、間隔及び大きさ、並びに、螺子孔８２の位置、間隔及び大きさと等しくなるように設定すれば、この荷重検出ユニット３０の荷重センサとして、図１４に示す音叉振動子４１を備えた荷重センサ４０を用いることも、歪みゲージを備えたロードセル８０を用いることも可能になる。
このように、荷重検出ユニット３０に装着する荷重センサを選択可能にすることで、外部振動の無い環境で使われる場合は、音叉振動子を備えた荷重センサを選択し、外部振動が有る環境で使われる場合は、歪みゲージを備えたロードセルを選択する、というように、顧客の使用環境に応じて荷重センサを切り替えることが可能になる。
なお、ここでは、並行する基礎フレームの間に２個のセンサケースを配置する例を示したが、３個以上のセンサケースで基礎フレーム間の間隔を維持するようにしても良い。また、２個のセンサケースを直線的に繋げたもの複数本用いて基礎フレーム間の間隔を維持するようにしても良い。
また、図１７に示すように、載荷台（計量皿）８３の大きさによって、荷重検出ユニット３０の数や配置を変えるようにしても良い。

本発明の台秤及び荷重検出ユニットは、高精度の計量が可能であり、工場の生産現場を始めとして、流通分野、医療分野、教育・研究分野、農業・漁業分野、家庭など、重量物の計量が行われている各分野において、広く用いることができる。

１０上側フレーム
２０基礎フレーム
２１取付部材
２２取付部材
３０荷重検出ユニット
３１上面支持部材
３２分力緩衝装置
３３センサケース
３５蓋体
３７ボルト
４１音叉振動子
４２ブロック体
４３ボルト
５１ダイヤフラム
５２取付板
５３挟持板
８０ロードセル
８１ボルト孔
８２螺子孔
１０１ストッパ片
２２１ストッパピン
２２２アジャスタ
３１１取付部材
３１２取付部材
３１３楕円形孔
３１４螺子
３３１荷重センサ収容室
３３２基板収容室
３３３隔壁
３３４空隙
３３５通気孔
３３６螺子孔
３３７螺子孔
３３９パッキン溝
３４０凹部
３４１ピン
３４２螺子
３４３多孔質膜
３４４不織布
３４５板金
３５１孔
４２１ボルト孔
４２２螺子孔
５３１孔
５３２螺子

Claims

被計量物を１または複数の荷重検出部で支えて計量する台秤であって、
前記荷重検出部が、
加えられた荷重を縮小して音叉振動子に伝えるブロック体に前記音叉振動子が結合された荷重センサと、
前記音叉振動子の信号をデジタル信号に変換する回路が搭載された基板と、
前記荷重センサ及び基板を収容するセンサケースと、
を備え、
前記センサケースが、ロストワックス法で鋳造されたステンレスにより構成され、並行する基礎フレームに直接結合されて、前記基礎フレーム間の間隔を維持することを特徴とする台秤。
請求項１に記載の台秤であって、前記センサケースが、前記荷重センサを収容する荷重センサ収容室と、前記基板を収容する基板収容室と、前記荷重センサ収容室及び基板収容室間の空気の流通を妨げる隔壁とを有し、前記荷重センサ収容室の通気が、前記荷重センサ収容室の底部に設けられた通気孔を通じてのみ可能であることを特徴とする台秤。
請求項２に記載の台秤であって、前記通気孔が、前記センサケースの外部から、多孔質膜に不織布を重ねたフィルタで塞がれるとともに、前記フィルタの外面が、前記フィルタの交換時に待避可能な板で抑えられており、前記板の周囲から前記フィルタに進入した外気が前記通気孔を経て前記荷重センサ収容室に入ることができ、前記荷重センサ収容室の空気が、逆のルートで外に出ることができることを特徴とする台秤。
請求項１から３のいずれか１つに記載の台秤であって、前記荷重センサのブロック体は、当該ブロック体の固定側に設けられた貫通孔にボルトが挿通されて前記荷重センサ収容室の底部に固定され、当該ブロック体の可動側に結合されたボルトから荷重を受けて変位する構造を有し、前記荷重センサが、固定側の前記荷重センサ収容室への固定構造及び可動側の前記ボルトとの結合構造が同一のロードセルと交換可能であることを特徴とする台秤。
被計量物を計量する台秤で用いる荷重検出ユニットであって、
加えられた荷重を縮小して音叉振動子に伝えるブロック体に前記音叉振動子が結合された荷重センサと、
前記音叉振動子の信号をデジタル信号に変換する回路が搭載された基板と、
前記荷重センサ及び基板を収容するセンサケースと、
を備え、
前記センサケースは、ロストワックス法で鋳造されたステンレスにより構成され、前記荷重センサを収容する荷重センサ収容室と、前記基板を収容する基板収容室と、前記荷重センサ収容室及び基板収容室間の空気の流通を妨げる隔壁とを有し、前記荷重センサ収容室の通気が、前記荷重センサ収容室の底部に設けられた通気孔を通じてのみ可能であることを特徴とする荷重検出ユニット。
請求項５に記載の荷重検出ユニットであって、前記通気孔が、前記センサケースの外部から、多孔質膜に不織布を重ねたフィルタで塞がれるとともに、前記フィルタの外面が、前記フィルタの交換時に待避可能な板で抑えられており、前記板の周囲から前記フィルタに進入した外気が前記通気孔を経て前記荷重センサ収容室に入ることができ、前記荷重センサ収容室の空気が、逆のルートで外に出ることができることを特徴とする荷重検出ユニット。