(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天びんベースに固定されるフレームと、被測定荷重を負荷するための皿を支承する可動柱と、両端に可撓部を有し上記可動柱を上記フレームに連結する互いに平行な上下の梁と、上記フレームに固着された支点バネにより回動自在に支承されるとともに、一端が上記可動柱に連結され、かつ、他端部に電磁力発生装置のフォースコイルが固着された天びんビームと、上記フレームに固定されて上記ビームの回動変位を検出する変位センサを備え、上記上下の梁は、それぞれフレームに対して上記ビームの軸線の両側の当該フレームの左右両端部近傍の２箇所で固定された電子天びんにおいて、上記フレームには、上記変位センサの固定部の周囲で、かつ、当該フレームの天びんベースへの固定部側を除く位置に、スリットが形成されていることを特徴とする電子天びん。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子天びんに関し、更に詳しくは、ロバーバル機構を備えた電子天びんに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子天びんにおいては、一般に、図５に側面図（Ａ）および平面図（Ｂ）を例示するように、ロバーバル機構１０を介して試料皿２０を支承することにより、試料皿２０が水平を保ったまま上下に変位するように規制し、これによって試料皿２０に対する試料の偏置に伴う誤差、いわゆる偏置誤差（四隅誤差）が生じないように考慮されている。
【０００３】
ロバーバル機構１０は、両端部分にヒンジ部となる可撓部Ｅを備えた互いに平行な上下の梁１１および１２を介して、可動柱１３をフレーム１４に連結した構造を持ち、試料皿２０は可動柱１３に支承される。フレーム１４は天びんベース１５に対して固定され、上下の各梁１１，１２はそれぞれ、通常、図示のようにフレーム１４に対する固定側で分岐して、フレーム１４に対しては、下記のビーム３０の軸線を挟んで当該フレーム１４の左右両端部近傍の２箇所において固定される。
【０００４】
試料皿２０に作用する荷重は、一端が可動柱１３に連結されたビーム３０を介して電磁力発生装置４０のフォースコイル４１に伝達される。ビーム３０はフレーム１４に固着された支点バネ３１によってその回りを回動自在に支承されており、このビーム３０の回動変位は、フレーム１４に固定された変位センサ５０によって検出される。そして、その変位検出結果が常に０となるように、つまりビーム３０が常に水平の平衡状態を維持するように、電磁力発生装置４０のフォースコイル４１に流れる電流が制御され、その平衡状態においてフォースコイル４１に流れる電流の大きさから、試料皿２０に作用する荷重の大きさが求められるようになっている。
【０００５】
ここで、以上のようなロバーバル機構１０においては、一般に、上下の梁１１と１２の平行度が重要であり、これらの上下の梁１１と１２が正確に平行になっている条件下で、はじめて試料皿２０上の荷重の偏置誤差が解消される。すなわち、図５（Ａ）における寸法ＨとＨ′が一致するように厳密に調整しなければ偏置誤差が生じる。この調整は、ＨとＨ′の寸法を測定して両者を一致させることで実行し得る程度のものではなく、実際の調整作業では、試料皿２０上に載せた荷重を移動させつつ、各位置で計量値が変化しないように梁１１と１２の平行度の調整を行っている。
【０００６】
このようなロバーバル機構の平行度を調整するために、従来の電子天びんにおいては、図６に例示するように、他部に比して鉛直方向に撓みやすい可撓部ｅを介して一端がフレーム１４に固定され、他端が自由端となった調整用アーム６１を設け、その調整用アーム６１の自由端近傍には、フレーム１４にねじ込まれた調整ネジ６２の胴部を貫通させるとともに、この調整用アーム６１の固定端近傍には上下いずれかの梁（この例では上方の梁１１）の一端を固着し、調整ネジ６２の回動によって生じる上下方向への変位ＤをＬ２  ／Ｌ１  に縮小して梁１１の固定部位Ｆを微動させるようにした平行度調整機構６０が設けられることが多い。なお、調整用アーム６１の自由端近傍は、その下端面とフレーム１４との間に挿入された圧縮コイルバネ６３によって上方に付勢されている。そして、このような平行度調整機構６０は、図５に例示したように梁１１ないしは１２がフレーム１４に対してビーム３０を挟んでその左右両側の２箇所において固定される場合には、その梁１１または１２のフレーム１４への２箇所の固定部位Ｆのそれぞれに設けられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような平行度調整機構６０を設けて上下の梁１１と１２の平行度を調整しても、フレーム１４の剛性を高くしなければ、特に秤量近傍の大荷重を偏置させたときに誤差が生じるという問題がある。
【０００８】
従って、従来、大秤量の電子天びんでは、フレーム１４の剛性を極めて高くしなければ良好な偏置性能を得ることができず、この点が電子天びんの小型化および低価格化を阻害する大きな要因となっている。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、大秤量の電子天びんであっても、フレームの剛性を余り高くすることなく、比較的簡単でコンパクトな構造のもとに偏置誤差の生じにくい電子天びんの提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための構成を、実施の形態を表す図１，図２を参照しつつ説明すると、本発明の電子天びんは、天びんベース１５に固定されるフレーム１４と、被測定荷重を負荷するための皿２０を支承する可動柱１３と、両端に可撓部Ｅを有し可動柱１３をフレーム１４に連結する互いに平行な上下の梁を１１，１２と、フレーム１４に固着された支点バネ３１により回動自在に支承されるとともに、一端が可動柱１３に連結され、かつ、他端部に電磁力発生装置４０のフォースコイル４１が固着された天びんビーム３０と、フレーム１４に固定されてビーム３０の回動変位を検出する変位センサ５０を備え、上下の梁１１，１２はそれぞれフレーム１４に対してビーム３０の軸線の両側の当該フレーム１４の左右両端部近傍の２箇所で固定された電子天びんにおいて、フレーム１４には、変位センサ５０の固定部１４ｂの周囲で、かつ、当該フレーム１４の天びんベース１５への固定部１４ａ側を除く位置に、スリットＳが形成されていることによって特徴づけられる。
【００１１】
本発明は、フレーム１４の上記の位置に形成したスリットＳにより、偏置荷重によるフレーム１４の歪みが変位センサ５０の固定部１４ｂにまで及ぶことを防止し、これにより、フレーム１４の剛性を余り高くすることなく、大秤量の電子天びんでもその秤量範囲内の荷重の偏置時に誤差が発生することを防止しようとするものである。
【００１２】
ロバーバル機構１０の構成要素である上下の梁１１，１２が厳密に平行であっても、大荷重の偏置に際して偏置誤差が生じる原因は次の通りである。すなわち、試料皿２０に作用する荷重はロバーバル機構１０の梁１１，１２を介してフレーム１４に伝達されるが、その荷重が試料皿２０の中心から逸脱した位置に作用している場合、その荷重がフレーム１４を歪ませ、その歪みにより変位センサ５０が傾斜したりその位置が僅かにではあるが移動する。ここで、この種の電子天びんでは、前記したように、変位センサ５０によるビーム３０の変位検出値が０となる平衡状態を維持するように電磁力発生装置４０のフォースコイル４１に流れる電流が制御され、その平衡状態における電流値から計量値が求められるものであり、変位センサ５０が傾斜したり移動すると、ビーム３０の平衡位置が変化し、ひいては同じ皿上荷重であっても計量値が変化する。この種の電子天びんにおいては、一般に、その読み取り限度にもよるが、変位センサ５０によるビーム３０の変位検出結果の０．０１μｍ〜１μｍの変化に対し、計量表示値が１カウント変化する。従って、試料皿２０に対する大荷重の偏置によりフレーム１４が歪むことによって生じる変位センサ５０の僅かな傾斜や移動が、偏置誤差の原因となる。
【００１３】
前記した本発明の構成によれば、試料皿２０に対して偏置された荷重が梁１１，１２を介してフレーム１４に伝達されて、このフレーム１４を歪ませても、その歪みは、フレーム１４の天びんベース１５への固定部１４ａ側を除く変位センサ５０の固定部１４ｂの周囲に形成されたスリットＳによって、変位センサ５０の固定部１４ｂにまでは到らず、従って変位センサ５０が傾斜し、あるいは移動することがない。
【００１４】
ここで、本発明におけるスリットＳは、以上のように皿上荷重によるフレーム１４の歪みが変位センサ５０の固定部１４ｂにまで及ぶことを防止するためのものであり、本発明におけるスリットＳのこのような機能ないしは存在理由に鑑みると、本発明におけるスリットＳの形成位置は、変位センサ５０の固定部１４ｂの周囲で、かつ、フレーム１４のベース１５への固定部１４ａ側を除く位置を基本とするものであるが、フレーム１４上での変位センサ５０の固定部１４ｂが、図３に例示するようにフレーム１４の端部に接近している場合には、変位センサ５０の固定部１４ｂの両側に、フレーム１４の端部にまで達する２本のスリットＳを入れれば足り、本発明はこのような構成をも含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の天びんメカニズム部分を、試料皿２０を除去した状態で示す平面図で、図２は同じくその天びんメカニズム部分を、試料皿２０を装着した状態で示す側面図である。
【００１６】
ロバーバル機構１０は、従来と同様に、両端に可撓部Ｅを備えた上下の梁１１と１２によって、可動柱１３をフレーム１４に連結した構造を持ち、フレーム１４はその裏面側に設けられた固定部１４ａにおいて天びんベース１５に対して固定される。
【００１７】
ビーム３０は略十字形をしており、フレーム１４の一端部に固着された２つの支点バネ３１によって支承されているとともに、このビーム３０の一端部は力点バネ３２を介して可動柱１３に連結されている。力点バネ３２はビーム３０の軸線上に位置しており、２つの支点バネ３１は、ビーム３０の軸線を中心としてその左右両側に対称に設けられている。また、ビーム３０の他端部側には電磁力発生装置４０のフォースコイル４１が固着されており、このビーム３０の変位は、フレーム１４に形成されたセンサ固定部１４ｂに固定された変位センサ５０によって検出される。
【００１８】
電磁力発生装置４０は、フレーム１４に固定された磁気回路４２が作る静磁場中にフォースコイル４１を可動に配置したもので、そのコイル４１に電流が流れることにより発生する電磁力によって、試料皿２０に作用する荷重に抗してビーム３０の平衡状態が維持される。すなわち、変位センサ５０によるビーム３０の変位検出結果が０となるように、フォースコイル４１に流れる電流の大きさが制御され、その電流の大きさからその荷重の大きさ、つまり計量値が決定される。
【００１９】
ロバーバル機構１０の上下の梁１１，１２は互いに同等の形状をしており、それぞれ、ビーム３０の軸線を挟んでその両側の、フレーム１４の左右両端部分の２箇所においてフレーム１４に固定されている。また、その各梁１１，１２のうち、上側の梁１１のフレーム１４への固定部には、前記した図５に示したものと同等の平行度調整機構６０、すなわち、一端が可撓部ｅを介してフレーム１４に固定され、他端が自由端となった調整用アーム６１と、その調整用アーム６１の自由端近傍を胴部が貫通した状態でフレーム１４にねじ込まれた調整ネジ６２、および圧縮コイルバネ６３からなる平行度調整機構６０が設けられており、梁１１のフレーム１４への２箇所の固定部は、それぞれに対応する調整用アーム６１の固定端近傍の上面に設けられている。
【００２０】
さて、フレーム１４には、変位センサ５０の固定部１４ｂの周囲で、かつ、天びんベース１５へのフレーム１４の固定部１４ａ側を除いた合計３方向を囲むようなコ字形をしたスリットＳが形成されている。このコ字形のスリットＳは、この例においては電磁力発生装置４０の磁気回路４２の両側を通って天びんベース１５への固定部１４ｃの直前にまで及んでいる。
【００２１】
以上の本発明の実施の形態において、試料皿２０に荷重が作用したとき、その荷重は、梁１１，１２を介して、これらの梁１１，１２のフレーム１４への左右２箇所の固定部を通じてフレーム１４に伝達され、特にその荷重が試料皿２０に対して偏置されている場合には、その偏置方向に応じた向きにフレーム１４を歪ませる。しかし、この歪みは、スリットＳの存在によって変位センサ５０の固定部１４ｂにまでは到らず、図１においてｘ印を付した部分を歪ませるに止まる。従って以上の実施の形態によれば、偏置荷重によっては変位センサ５０が傾いたり位置が移動したりすることがなく、大荷重の偏置時にも計量値は変動しない。
【００２２】
また、以上の実施の形態のように、スリットＳを電磁力発生装置４０の磁気回路４２の固定部の両側にまで到らすことによって、偏置荷重によるフレーム１４の歪みが磁気回路４２の位置を変化させることをも防止することができ、偏置荷重に伴うスパン変動をも抑制することができる。
【００２３】
ここで、本発明におけるスリットＳは、上記のように梁１１，１２のフレーム１４への固定部を通じて皿上荷重がフレーム１４に伝達することによって生じるフレーム１４の歪が、変位センサ５０の姿勢ないしは位置に影響を与えることを防止するためのものであるから、図３に本発明の他の実施の形態の要部平面図を示すように、変位センサ５０の固定部１４ｄがフレーム１４の端部に位置している場合には、スリットＳの形成位置は、前記した実施の形態のように変位センサ５０の固定部１４ｂの３方向を囲む位置とする必要はなく、図３のように変位センサ５０の固定部１４ｂの両側に、フレーム１４の端部にまで達する２本のスリットＳ，Ｓを形成することにより、前記した実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。なお、このような２本のスリットＳ，Ｓを形成する場合でも、図３のように、これらのスリットＳ，Ｓを磁気回路４２の両側にまで到らせることにより、偏置荷重によるスパン変動を抑制することができて好ましい。
【００２４】
また、本発明におけるスリットＳは、その存在によってフレーム１４の歪みが変位センサ５０の固定部１４ｂにまで到ることを防止するためのものであるから、そのスリットＳは、図４にスリットＳに直交する方向に切断したフレーム１４の要部縦断面図を示すような各断面形状とすることができる。すなわち、同図（Ａ）に示すようにフレーム１４を上下方向に完全に貫通するもののほか、同図（Ｂ）ないしは（Ｃ）に例示するように、スリットＳの形成位置を介してその両側のフレーム１４が僅かに繋がっていてもよく、要はスリットＳによって実質的に歪みの伝播がセンサ固定部１４ｂにまで及ばない程度の深さのスリットであればよいことは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ロバーバル機構を備え電子天びんにおけるフレームに、その変位センサの固定部の周囲で、かつ、天びんベースへの固定部側を除いた位置にスリットを形成することにより、ロバーバル機構の各梁を通じてフレームに伝達される荷重によって生じるフレームの歪みが、変位センサの固定部にまで及んでこの変位センサを傾斜させたり変位させたりするこが防止される結果、比較的剛性の低いフレームを用いて、大荷重の偏置時にも計量値の変動がない電子天びんを得ることができ、大秤量で偏置性能に優れ、しかもコンパクトな電子天びんが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の天びんメカニズム部分を、試料皿２０を除去した状態で示す平面図
【図２】同じくその天びんメカニズム部分を、試料皿２０を装着した状態で示す側面図
【図３】本発明の他の実施の形態の天びんメカニズム部分の要部平面図
【図４】本発明の実施の形態におけるスリットＳが取り得る断面形状の説明図で、（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、スリットＳに直交する方向に切断して示すフレーム１４の要部縦断面図
【図５】ロバーバル機構を備えた電子天びんの一般的なメカニズムの構成を示す側面図（Ａ）とその平面図（Ｂ）
【図６】調整用アームを用いた公知のロバーバル機構の平行度調整機構の説明図
【符号の説明】
１０  ロバーバル機構
１１，１２  梁
１３  可動柱
１４  フレーム
１４ａ  天びんベースへの固定部
１４ｂ  センサ固定部
１５  天びんベース
２０  試料皿
３０  ビーム
３１  支点バネ
３２  力点バネ
４０  電磁力発生装置
４１  フォースコイル
４２  磁気回路
５０  変位センサ
６０  平行度調整機構
６１  調整用アーム
６２  調整ネジ
６３  圧縮コイルバネ
Ｓ  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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