(57)【要約】【課題】平衡ビームの経時的位置変化および外部振動の影響を低減した電子天びんを提供する。【解決手段】  支点２１をはさんで皿上荷重Ｗと電磁力発生器２４からの電磁力Ｆを平衡ビーム２３に加えてバランスをとり、電磁力Ｆの発生に要した電流量を測定して計量物１２の重量を計量する電磁力平衡方式の電子天びんにおいて、前記平衡ビーム２３の長手方向（Ｘ軸）およびこれと直交する水平方向（Ｙ軸）での移動を制御するための電磁力を加える電磁力発生器２５、２６と、これらをＰＩＤ制御するためのＰＩＤ制御器と、前記平衡ビーム２３のＸ、Ｙ軸および重力方向の３方向変位を検出する３軸方向位置検出器２７とを備えている。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石の磁界中に置かれたコイルに電流を流すことによって発生する電磁力と計量物の荷重とを支点をはさんで平衡ビームに作用させ、荷重と平衡した電磁力を発生するコイルに流れる電流から荷重を求める電子天びんにおいて、前記平衡ビームの長手方向またはそれと直交する水平方向、あるいはその両方向における特定の位置を一定に保持する位置制御機構を設けたことを特徴とする電子天びん。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支点をはさんで平衡ビームに加わる荷重と電磁力とのバランスをとって荷重の計量を行なう電磁力平衡式の電子天びん、特に支点間距離の短い電子天びんや高精度の電子天びんに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁力平衡式の電子天びんにおいては、一般に、計量皿に係合する平衡ビームに電磁力発生器により発生した電磁力を作用させるように構成するとともに、平衡ビームの変位を位置（変位）センサで検出し、その基点位置からの変位検出結果が０となるように電磁力発生器のコイルに供給する電流量をサーボ機構によって制御することにより、計量皿に作用する荷重に抗して平衡ビームを平衡させると同時に、その平衡させるに要した電流量から計量皿に作用する荷重の大きさ、つまり重量計量値（以後計量値と略称する）を算出するように構成されている。
【０００３】
ここで、平衡ビームの平衡位置、つまり位置センサによる変位検出結果が０となる平衡ビームの姿勢は、外乱振動に伴う平衡ビームの振れに起因する計量値の変動が、平衡ビームの平衡点に相当する値の両側で対称となることが好ましいことから、一般には水平となるように設定される。
すなわち、平衡ビームは支点を中心として回動自在に支承され、その支点からそれぞれ固有の距離だけ離れた位置に、垂直（重力）方向に作用する被測定荷重の負荷点と、同じく垂直方向に作用する電磁力の作用点が設けられるのであるが、平衡ビームの姿勢が水平から逸脱すればするほど、これらの力によって支点を中心として平衡ビームに作用するトルクが小さくなる。
【０００４】
平衡ビームが水平な姿勢で平衡状態となるように設定されていると、平衡ビームは水平な姿勢を中心として振れるため、平衡ビームが振れている状態でコイルに流れる電流は平衡点に相当する電流量を中心に対称的に変動し、その平均値は平衡点に相当する電流量に一致する。
以上のことから、平衡ビームが水平な姿勢で平衡状態となるように設定することにより、外乱振動の大きな環境下においても正確な計量値を表示することができる。このため、従来の電子天びんにおいては、平衡ビームが水平な状態で変位検出結果が０となるように位置センサを組み込んでいる。
【特許文献１】特開平１０−１０４０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電子天びんは、上記のように構成されているが、電子天びんの輸送や経時変化あるいは外部の振動により重力方向以外の方向に電子天びんの平衡ビームが変位してしまうことがあった。このようなことが起ると、電子天びんの感度や直線性が調整時とは変わってしまいそれに伴い精度の低下を来たしたり、また外部の振動により高速・高安定の測定ができないことがあった。特に支点間距離が短い電子天びんや高感度の電子天びんではその影響が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、輸送や経時変化によって平衡ビームの位置が重力方向以外には変位しない電子天びんを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の電子天びんは、永久磁石の磁界中に置かれたコイルに電流を流すことによって発生する電磁力と計量物の荷重とを支点をはさんで平衡ビームに作用させ、荷重と平衡した電磁力を発生するコイルに流れる電流から荷重を求める電子天びんにおいて、前記平衡ビームの長手方向またはそれと直交する水平方向、あるいはその両方向における特定の位置を一定に保持する位置制御機構を設けている。
本発明の電子天びんは、上記のように構成されているので、平衡ビームの変位による感度変化や直線性変化や外部の振動による平衡ビームの揺れを小さくすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電子天びんは、平衡ビームの長手方向あるいはそれと直交する水平位置を一定に保持する位置制御機構を設けたので、平衡ビームの長手方向あるいはそれと直交する水平方向での変位による感度変化を防ぐとともに直線性変化を防ぐことができる。また、外部の振動により電子天びんの平衡ビームの揺れを強制的に小さくすることができるので、高速・高安定の電子天びんが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、実施例により本発明の電子天びんを詳細に説明する。図１は、本発明による電子天びんの構成を示す一部断面構成図（Ａ）とそのＡ−Ａ断面図（Ｂ）、図２は、実施例に係わる荷重平衡機構２（図１）を制御する制御部３および計量値を表示する表示部４を示すブロック図である。
【００１０】
本電子天びんは、図１および図２に示すように計量皿１１に載置された計量物１２の皿上荷重Ｗを垂直荷重として伝達する荷重伝達機構１と、この荷重伝達機構１を介して伝達された前記皿上荷重Ｗに後述する電磁力Ｆをバランスさせるための荷重平衡機構２およびその荷重平衡機構２を制御する制御部３と、前記電磁力Ｆを生じるコイル電流Ｉを入力とし、これを演算処理して前記計量物１２の計量値を表示する表示部４から構成されている。
【００１１】
前記荷重伝達機構１は、図１（Ａ）に示すように一定間隔を開けて薄肉部１３を形成した２本の梁１４、１５を上下平行にしてそれぞれの一端側を可動柱１６の上下位置に連結するとともに、他の一端側をそれぞれ固定してロバーバル機構を形成している。これにより、可動柱１６に皿上荷重Ｗが加わると可動柱１６は垂直方向に移動し、皿上荷重Ｗは垂直方向に上方から伝達される。
【００１２】
また、前記荷重平衡機構２は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すようなバネ部材２１ａ、２１ｂで支承する支点２１を設け、その一端側を連結部材２２で可動柱１６に連結した平衡ビーム２３と、前記可動柱１６を介してこの平衡ビーム２３に加えられる前記皿上荷重Ｗと平衡を取るための重力方向（Ｚ軸方向）に電磁力Ｆを発生する電磁力発生器２４と、前記平衡ビーム２３の長手方向（Ｘ軸方向）の位置を制御するための電磁力を発生する電磁力発生器２５と、前記平衡ビーム２３の長手方向と直交する水平方向（Ｙ軸方向）の位置を制御するための電磁力発生器２６と、前記平衡ビーム２３の３軸方向の変位を検出する３軸方向位置検出器２７から構成されている。
【００１３】
前記電磁力発生器２４は永久磁石２４ａとヨーク２４ｂを組み合わせた磁場発生装置２４ｃとその磁界中に配置されているフォースコイル２４ｄから構成され、磁場発生装置２４ｃは電子天びんの筐体（図示省略）に固定され、前記フォースコイル２４ｄは前記平衡ビーム２３に吊設されている。また、前記電磁力発生器２５、２６は前記電磁力発生器２４より小形で同機能のもので、フォースコイル２５ｄ、２６ｄがそれぞれ前記平衡ビーム２３の先端側と側面側に固着され、磁場発生装置２５ｃ、２６ｃが筐体に固定されている。
【００１４】
前記平衡ビーム２３の位置は、重力方向に対しては水平位置に、Ｘ、Ｙ軸方向に対しては初期調整位置になるように、図２のブロック図に示す前記３軸方向位置検出器２７、制御部３及び前記電磁力発生器２４、２５、２６からなる位置調整機構によって常に制御される。前記３軸方向位置検出器２７は、前記平衡ビーム２３に固定されその動きとともに移動する可動体２８と、筐体に固定され前記可動体２８の位置を検出する検出器２９から構成され、前記可動体２８には例えば磁性体が、そして検出器２９にはこの磁性体のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置に対応して変化する磁界の変化を位置信号として検出できる３個の磁気センサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃが用いられる。
【００１５】
図１、図２に示すように、前記皿上荷重Ｗと電磁力Ｆの回転モーメントのバランスにより生じる前記平衡ビーム２３の重力方向の変位は、前記検出器２９の磁気センサ２９ａにより検出され、その検出信号はＰＩＤ制御器３１内で設定値（図示省略）と比較されその偏差信号はＰＩＤ動作を付加したコイル電流Ｉに変換される。このコイル電流Ｉは前記電磁力発生器２４のフォースコイル２４ｄおよびこれと直列に接続された抵抗器３２に供給され、前記皿上荷重Ｗと電磁力Ｆの回転モーメントがバランスした状態で前記平衡ビーム２３が水平位置をとるように制御される。
【００１６】
前記平衡ビーム２３の支点２１から皿上荷重Ｗ及び電磁力Ｆの作用点までの距離をそれぞれＬ１、Ｌ２、フォースコイル２４ｄの長さをＬ、磁界密度をＢ、比例定数をＫとすると、皿上荷重Ｗは、次式（１）に示されるようにコイル電流Ｉに比例する。
Ｗ＝ＫＢＬ（Ｌ２／Ｌ１）Ｉ    （１）
【００１７】
前記表示部４は、図２に示すように前記抵抗器３２と、この抵抗器３２に流れるコイル電流Ｉによって発生する電圧をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器３３と、変換されたディジタル値のバラツキを平滑化するディジタルフィルタ３４と、平滑化されたディジタル値を演算処理して計量値に変換し、この計量値を液晶などの表示画面に表示する演算処理部３５から構成され、（１）式により演算された皿上荷重Ｗが表示される。
【００１８】
また、前記平衡ビーム２３のＸ軸方向の位置は、前記磁気センサ２９ｂにより検出され、その検出信号はＰＩＤ制御器３６内で設定値と比較されその偏差信号に比例したＰＩＤ動作付きコイル電流Ｉ１に変換される。このコイル電流Ｉ１は前記電磁力発生器２５のフォースコイル２５ｄに供給され、前記平衡ビーム２３がＸ軸方向に変位しないように制御される。
【００１９】
そして、前記平衡ビーム２３のＹ軸方向の位置は、前記磁気センサ２９ｃにより検出され、その検出信号はＰＩＤ制御器３７で設定値と比較されその偏差信号に比例したＰＩＤ動作付きコイル電流Ｉ２に変換される。このコイル電流Ｉ２は前記電磁力発生器２６のフォースコイル２６ｄに供給され、前記平衡ビーム２３がＹ軸方向に変位しないように制御される。
【００２０】
上記の構成および動作により、前記平衡ビーム２３のＸ軸、Ｙ軸方向の変位は一定に保たれるので、前記平衡ビーム２３は初期調整時の位置状態が維持され、皿上荷重Ｗと電磁力Ｆの回転モーメントのバランスが正確にとられるとともに、Ｘ、Ｙ軸方向の外部振動も強制的に初期調整時の位置状態に引き戻されるので、前記平衡ビーム２３の振動も抑制され、計量値のばらつきが大幅に減少する。
【００２１】
本発明の電子天びんは、上記のように構成されており、平衡ビーム２３に電磁力発生器２５、２６からの電磁力をＸ軸、Ｙ軸方向の両方またはいずれか一方に加えて初期調整時からの変位を無くすことにより、経時変化や外部振動の影響を除去して皿上荷重Ｗと重力方向に加えられる電磁力Ｆが正確にバランスさせるようにしたことを特徴とするものであり、実施例に示したような構成に限定されるものではない。例えば前記３軸方向位置検出器２７を例えば一方向変位を検出する光電式位置センサに変えて３軸方向の位置を個別に検出するようにしてもよい。
この光電式位置センサ３０は、図３に示すようにスリット３０ｂが矢印方向にＸだけ変位すると、光源３０ａから受光素子３０ｃ、３０ｄに入射する光線は点線で示す光線３０ｅから実線で示す光線３０ｆに移動し、前記受光素子３０ｃ、３０ｄの出力電気信号の差がスリット３０ｂの変位に比例するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、支点をはさんで平衡ビームに加わる荷重と電磁力とのバランスをとって荷重の計量を行なう電磁力平衡式の電子天びん、特に支点間距離の短い電子天びんや高精度の電子天びんに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例による電子天びんの構成を示す一部断面構成図（Ａ）およびＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。
【図２】実施例に係る平衡ビームの制御部３とその周辺の関連部を示すブロック図である
【図３】実施例に係る光電式位置センサ３０の動作説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  荷重伝達機構
１１  計量皿
１２  計量物
１３  薄肉部
１４  梁
１５  梁
１６  可動柱
２  荷重平衡機構
２１  支点
２１ａ  バネ部材
２１ｂ  バネ部材
２２  連結部材
２３  平衡ビーム
２４  電磁力発生器
２４ａ  永久磁石
２４ｂ  ヨーク
２４ｃ  磁場発生装置
２４ｄ  フォースコイル
２５  電磁力発生器
２５ｃ  磁場発生装置
２５ｄ  フォースコイル
２６  電磁力発生器
２６ｃ  磁場発生装置
２６ｄ  フォースコイル
２７  ３軸方向位置検出器
２８  可動体
２９  検出器
２９ａ  磁気センサ
２９ｂ  磁気センサ
２９ｃ  磁気センサ
３  制御部
３０  光電式位置センサ
３１  ＰＩＤ制御器
３２  抵抗器
３３  Ａ／Ｄ変換器
３４  ディジタルフィルタ
３５  演算処理部
３６  ＰＩＤ制御器
３７  ＰＩＤ制御器
Ｆ  電磁力
Ｉ  コイル電流
Ｉ１  コイル電流
Ｉ２  コイル電流
Ｗ  皿上荷重
【図１】
2006162302.tif 000003
【図２】
2006162302.tif 000004
【図３】
2006162302.tif 000005