(57)【要約】      （修正有）【課題】  設計、製作時の自由度の改善、集積度の向上と小型化の達成。【解決手段】  センサ１０は、秤量皿上の偏置誤差を調整するロバーバル機構１２を備え、機構１２は、浮き枠部１６と、固定部１８と、一対の上，下副桿２０，２２とからなる個別の４部材から構成されている。副桿２０，２２は、長方形平板状の対向する短辺側に設けられた浮き枠部１６と固定部１８の挿入用貫通部２０ｂ，２２ｂ、２０ｃ，２２ｃと、長手方向の両端側に設けられた薄肉部２０ｅ，２２ｅとを備え、貫通部２０ｂ，２２ｂ、２０ｃ，２２ｃ内に浮き枠部１６と固定部１８とが相互に対するように垂設状態で挿入して、副桿２０，２２の長手方向の端部を浮き枠部１６および固定部１８の側方でこれらに固定し、一対の副桿２０，２２が上下方向に間隔を隔てて、相互に平行になるように配置して、４部材で内部に空間部を有する概略直方体形状になっている。【選択図】  図１
2008003031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
秤量皿上の偏置誤差を調整するロバーバル機構を備え、前記ロバーバル機構が、浮き枠部と固定部および一対の副桿とで構成される計量器用質量センサにおいて、
前記浮き枠部と固定部および一対の副桿とを個別部材で形成するとともに、
前記副桿は、長方形平板状の対向する短辺側に設けられた前記浮き枠部と固定部の挿入用貫通部と、長手方向の両端側に設けられた薄肉部とを備え、
前記貫通部内に前記浮き枠部と固定部とが相互に対するように垂設状態で挿入して、前記副桿の長手方向の端部を前記浮き枠部および固定部の側方でこれらに固定し、前記一対の副桿が上下方向に間隔を隔てて、相互に平行になるように配置して、前記４部材で内部に空間部を有する概略直方体形状としたことを特徴とする計量器用質量センサ。
【請求項２】
前記薄肉部は、前記ロバーバル機構に垂直変位を与えるものであって、前記副桿に少なくとも２箇所設けられ、
前記薄肉部と皿上荷重を受承する前記浮き枠部とを、前記ロバーバル機構の側面からみて近接ないしは隣接させることを特徴とする請求項１記載の計量器用質量センサ。
【請求項３】
前記浮き枠部と固定部は、それぞれの上端部が上方の前記副桿の上面から上方に突出するように配置することを特徴とする請求項１または２記載の計量器用質量センサ。
【請求項４】
前記ロバーバル機構は、上下方向の高さ調整を可逆的に可能とする四隅調整機構を備え、
前記四隅調整機構は、前記固定部の一端から前記副桿の背面側に添うようにして、前記浮き枠部側に延設され、前記直方体の内部空間に設けられたアーム部と、
前記アーム部の基端に設けられた薄肉部と、
前記アーム部を貫通するようにして螺着される四隅調整ネジと、
前記アーム部の下面と側に介装され、前記四隅調整ネジが内部に挿通される四隅バネとを備え、
前記四隅調整ネジを、前記直方体の上方から回転することにより、前記四隅バネの不勢力に抗して、前記アーム部を上下移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の計量器用質量センサ。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、計量器用質量センサに関し、特に、ロバーバル機構を備えた計量器用質量センサにおいて、小型化と計量精度を同時に改善する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
質量を測定する計量器においては、例えば、１ｋｇの質量を１ｍｇまで測定できる感度を持たせるなど、その分解能が、百万分の１に達する製品が汎用機器として存在している。
【０００３】
過去にはこのような高分解能、高感度な天びんについては、十分な大きさを確保し、それなりの価格にて取引されていた。しかし、時代の要請から天びんも小形化が進み、現在では高分解能となる分析天びんでも質量センサ部を秤量室背後に設置した方式から、通常、トップローダーと呼ばれ質量センサから見ると、直上に計量皿を載せた構造が増加している。
【０００４】
トップローダー方式を含め天びんでは、皿上の四隅誤差を解消する為のロバーバル機構を有している。ロバーバル機構は、皿に加わる質量を荷重として受ける荷重部受け部（通称、浮き枠部と呼ばれている）と、四隅荷重により浮き枠部が受けるモーメント荷重を相殺し、浮き枠部に垂直荷重のみの変位を与えるための薄肉可動部を端面に２または３，４個所備えた、上下一対の板状部材（通称、副桿と呼ばれている）および、浮き枠部の受けた荷重を荷重検出用センサ部に伝達する吊りバンドなどが固定され、また、浮き枠部と、上下副桿を介して接続され、質量センサをケースに固定するための部材として機能する固定部（通称、フレームと呼ばれている）により構成される。
【０００５】
これらの部材には、高分解能を維持するための剛性と、また、質量検出の感度を上げるための軽量化という相反した設計要求があり、この矛盾した設計内容が、小形化・高精度化を阻害する要因となっている。
【０００６】
このような問題点の中で、特に高精度化を達成する為に、支点、吊りバンド、ロバーバル機構および天びんのサオ（通称、ビームと呼ばれている）などを一体のブロックから切削加工で形成したり、また、１対のブロックを放電加工の１種であるワイヤーカット加工にて連続的に切出す加工方法にて形成する提案がなされている。
【０００７】
しかし、上記加工方法でのセンサ構造部の形成では、一体形のブロックの１方向のみからしか加工を加えられず、各部材を３次元立体的に組み込むことが不可能となり、各部材の設計上の最適位置への配置が困難となる問題があった。
【０００８】
また、加工方法は、放電加工の１種となるワイヤーカット加工や、切削加工の１種となる高速フライスマシーンに限定され、いずれも長時間を必要とする加工となり、同時に加工機械が制限された結果、非常に高価なユニットとなる問題がある。
【０００９】
また、市場では、例えば、皿上過荷重によるセンサ部の破壊時に、全ユニット交換が必要になり、特に、ワイヤーカット加工では、加工方法の制限から、構成部材間の隙間が、ワイヤーの外径φ０．３ｍｍ程度と小さなくなり、悪環境での使用時には、粉塵などの侵入により短時間で故障が発生し、製品寿命が短くなる。
修理時には、センサ部の全交換が必要になるなど、ユーザーの負担が大きくなると言う問題があった。
【００１０】
一方、設計技術的には、限定されたセンサ寸法内で、ロバーバル機構の幅、奥行き、高さの３次元寸法を可能な限り大きく設計できれば、剛性が高くとれ、ロバーバル機構として優れた結果が得られが、このことに関しても、一体成形に関しては、ロバーバル構造の性能を決定する副桿が、フレームと浮き枠の内側に配置されると言う問題があった。
【００１１】
上記問題点の解決の為、旧来の全部品を個別の部材に分離した方式と、上記全部品を一体化した方式の中間的方式が、特許文献１に開示されている。しかしながら、この特許文献に開示されている方式には、以下に説明する課題があった。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−２８３８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
すなわち、特許文献１に開示されている技術では、各部材の最適位置への設定に関しては、立体空間の設計自由度に限界があり、最適設計には、十分に対応することができないという問題があった。
【００１４】
また、特許文献１に開示されている技術では、対向配置される固定部と浮き枠部との対向する面間に副桿が一体に配置され、これらが一列状に配置されているので、連なった長手方向の自由度が制限され、例えば、副桿に設けられている薄肉部間のピッチが大きく取れないことから、ロバーバル構造の剛性が不十分になり、天びんとしての機能が十分に発揮できないという問題もあった。  本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ロバーバル機構を構成する部材の最適位置への設定が可能になり、かつ、設計、製作時の自由度が改善され、集積度の向上と小型化が達成される計量器用質量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、秤量皿上の偏置誤差を調整するロバーバル機構を備え、前記ロバーバル機構が、浮き枠部と固定部および一対の副桿とで構成される計量器用質量センサにおいて、前記浮き枠部と固定部および一対の副桿とを個別部材で形成するとともに、前記副桿は、長方形平板状の対向する短辺側に設けられた前記浮き枠部と固定部の挿入用貫通部と、長手方向の両端側に設けられた薄肉部とを備え、前記貫通部内に前記浮き枠部と固定部とが相互に対するように垂設状態で挿入して、前記副桿の長手方向の端部を前記浮き枠部および固定部の側方でこれらに固定し、前記一対の副桿が上下方向に間隔を隔てて、相互に平行になるように配置して、前記４部材で内部に空間部を有する概略直方体形状とした。
【００１６】
このように構成した計量器用質量センサによれば、ロバーバル機構を構成する４部材、すなわち、浮き枠部と固定部および一対の副桿とが個別部材で形成されているので、自由度の制限が殆どなくなり、これらを最適位置に設定することができる。
【００１７】
また、この場合、本発明では、副桿は、長方形平板状の対向する短辺側に設けられた浮き枠部と固定部の挿入用貫通部と、長手方向の両端側に設けられた薄肉部とを備え、貫通部内に浮き枠部と固定部とが相互に対するように垂設状態で挿入して、副桿の長手方向の端部を浮き枠部および固定部の側方でこれらに固定し、一対の副桿が上下方向に間隔を隔てて、相互に平行になるように配置して、４部材で内部に空間部を有する概略直方体形状とするので、長手方向の自由度が増し、副桿の長さも大きく取れることになる。
【００１８】
副桿の長さが大きくなると、薄肉部間のピッチを十分確保することが可能になり、これにより副桿の機能として、皿上四隅誤差を解消するロバーバル剛性を維持し、同時に副桿薄肉部の柔軟性による計量値への感度干渉を減らすことができる。
【００１９】
前記薄肉部は、前記ロバーバル機構に垂直変位を与えるものであって、前記副桿に少なくとも２箇所設けられ、前記薄肉部と皿上荷重を受承する前記浮き枠部とを、前記ロバーバル機構の側面からみて近接ないしは隣接させることができる。
【００２０】
この構成によれば、皿中心と薄肉部とが近接ないしは隣接するので、ロバーバル機構による偏置荷重の保証点が皿中心となり、この結果、浮き枠部の四隅荷重による変位が小さくなり、計量誤差を低減させることができる。
【００２１】
前記浮き枠部と固定部は、それぞれの上端部が上方の前記副桿の上面から上方に突出するように配置することができる。
【００２２】
この構成によれば、上下方向の自由度が増す。
【００２３】
前記ロバーバル機構は、上下方向の高さ調整を可逆的に可能とする四隅調整機構を備え、前記四隅調整機構は、前記固定部の一端から前記副桿の背面側に添うようにして、前記浮き枠部側に延設され、前記直方体の内部空間に設けられたアーム部と、前記アーム部の基端に設けられた薄肉部と、前記アーム部を貫通するようにして螺着される四隅調整ネジと、前記アーム部の下面と側に介装され、前記四隅調整ネジが内部に挿通される四隅バネとを備え、前記四隅調整ネジを、前記直方体の上方から回転することにより、前記四隅バネの不勢力に抗して、前記アーム部を上下移動させることをができる。
【００２４】
この構成によれば、直方体内の空間部を有効に活用することができる。  
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかる計量器用質量センサによれば、ロバーバル機構を構成する部材の最適位置への設定が可能になり、かつ、設計、製作時の自由度が改善され、質量センサ部品の集積度の向上とセンサ全体の小型化が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図６は、本発明にかかる質量センサの一実施例を示している。これらの図に示した実施例は、本発明を電磁平衡式の質量センサに適用した場合を例示している。
【００２７】
これらの図に示した計量器用質量センサ１０は、秤量皿上の偏置誤差を調整するロバーバル機構１２と、当該ロバーバル機構１２の上下方向の高さ調整を可逆的に可能とする四隅調整機構１４とを備えている。
【００２８】
ロバーバル機構１２は、荷重受け部となる浮き枠部１６と、ケースなどに固定される固定部１８と、一対の上，下副桿２０，２２とからなる個別の４部材から構成されており、これらの各構成部材を組み付けた形態は、図１に示すように、概略直方体形状になっている。なお、この直方体形状の内部には、所定の空間部２３が形成され、この空間部２３内には、四隅調整機構１４や後述する伝達部材２９などが収納されている。
【００２９】
浮き枠部１６は、固定部１８と対向配置されるものであって、図３の分解斜視図に示すように、角柱状に形成された本体１６ａを有し、その上端面に図示省略の秤量皿の連結部材が固定され、本体１６ａの後端面には、上下方向に間隔を置いて一対の突起１６ｂが突設されている。
【００３０】
各突起１６ｂには、上，下副桿２０，２２の左端側が固定され、この固定状態では、図５ないしは図６に示すように、本体１６ａの上端側が、上副桿２０の上面よりも上方に突出するようになっている。
【００３１】
固定部１８は、概略平板状に形成された本体ブロック１８ａを有している。本体ブロック１８ａは、一端側に配置され、上下方向に突出する角筒状の固定用取付部１８ｂを有している。この取付部１８ｂは、質量センサ１０をケースなどの構造部材に固定する際に用いられるものであって、上端には固定用ネジの螺着孔が設けられている。
【００３２】
取付部１８ｂの両側には、ロバーバル機構１２の上，下副桿２０，２２の一端側を支持する上，下支持部１８ｃ，１８ｄが設けられている。上支持部１８ｃに上副桿２０を取付固定した際には、図５ないしは図６に示すように、固定用取付部１８ｂの上端が、上副桿２０の上面から上方に突出するようになっている。
【００３３】
上，下支持部１８ｃ，１８ｄは、本実施例の場合、取付部１８ａの両側に一対ずつ配置されていて、合計４箇所設けられている。上方側の一対の上支持部１８ｃは、取付部１８ｂの両側に隣接した位置あって、取付部１８ｂの上端面よりも一段低く形成されている。
【００３４】
各支持部１８ｃ，１８ｄは、ロバーバル機構部１２の後述する副桿２０，２２の端部が固定されるものであって、各支持部１８ｃ，１８ｄには、副桿２０，２２の固定用ネジの螺着ネジ孔が設けられている。
【００３５】
本実施例の場合、上方側の上支持部１８ｃは、ネジ孔が中心に穿設された正方形状の板状体から構成され、四隅調整機構１４の後述するアーム部１４ａの上面側に一体に配置されている。  
【００３６】
上，下副桿２０，２２は、本実施例の場合、同一形状に形成されていて、概略長方形の平板状に形成され本体部２０ａ，２２ａを有している。各本体部２０ａ，２２ａの四隅には、取付け用の貫通孔が穿設されると共に、一端側に浮き枠１６の挿通用角形貫通孔２０ｂ，２２ｂが穿設され、他端側には、固定部１８の挿通用貫通凹部２０ｃ，２２ｃが設けられている。なお、上副桿２０に設けられた２個の貫通円孔２０ｄは、後述する四隅調整ネジ１４ｄの挿通用の孔である。
【００３７】
また、各副桿２０，２２の本体部２０ａ，２２ａの両端側には、それぞれ４箇の薄肉部２０ｅ，２２ｅが設けられており、本実施例の場合には、各薄肉部２０ｅ，２２ｅは、本体部２０ａ，２２ａの長手方向の端縁近傍に配置されている。
【００３８】
浮き枠１６側の薄肉部２０ｅ，２２ｅは、副桿２０，２２の取付け状態において、図５に示すような位置関係になっている。すなわち、質量センサ１０のロバーバル機構１２を側面から見た場合に、薄肉部２０ｅ，２２の中心は、浮き枠１６の荷重受承点（本体１６ａの中心）とほぼ一致する程度に近接ないしは隣接している。
【００３９】
このように構成すると、皿中心と薄肉部２０ｅ，２２ｅとが、可及的ないしは極近い距離で近接ないしは隣接するので、ロバーバル機構１２に対する偏置荷重による変位小さくなり、計量誤差を低減させることができる。
【００４０】
一方、四隅調整機構１４は、図５，６に断面を示すように、固定部１８の一端から、上副桿２０の背面側に添うようにして、浮き枠部１６側に向けて、一体に延設されたアーム部１４ａと、アーム部１４ａを支持する基部１４ｂと、アーム部１４ａの基端側に設けられた薄肉部１４ｃとを有し、アーム部１４ａは、基部１４ｂにより片持ち梁状に支持されている。
【００４１】
アーム部１４ａには、これを貫通するようにして螺着される四隅調整ネジ１４ｄが設けられ、アーム部１４ａの下面と本体ブロック１８ａの上面との間には、四隅調整ネジ１４ｄ介装されており、四隅調整ネジ１４ｄの外周には、四隅バネ１４ｅが装着されている。
【００４２】
本実施例の場合、基部１４ｂは、本体ブロック１８ａの端部に一体に設けられており、一対のアーム部１４ａが相互に平行になるように構成され、同一構成の上記四隅調整機構１４が、空間部２３内にあって、本体ブロック１８ａの上方に一対配置されている。
【００４３】
アーム部１４ａは、本実施例の場合、下方に向けて段状に低くなるように形成され、最下段の位置に、四隅調整ネジ１４ｄが螺着されている。このような構成において、四隅調整ネジ１４ｄを四隅バネ１４ｅの不勢力に抗して、回転させることにより、各アーム部１４ａを上下移動させることができる。
【００４４】
この場合、アーム部１４ａ上には、上支持部１８ｃが一体に設けられていて、この上支持部１８ｃに、ロバーバル機構１２の一部を構成する上副桿２０の端部が固定されている。
【００４５】
従って、アーム部１４ａを四隅調整ネジ１４ｄの回転により、上下方向に移動させると、これに伴って、ロバーバル機構１２の上副桿２０の端部側が上下方向に移動し、これにより秤量皿の四隅調整が可逆的に可能になる。
【００４６】
このときに、本実施例の場合には、アーム部１４ａは、上副桿２０の下面側に延設され、上副桿２０に四隅調整ネジ１４ｄの挿通可能な貫通孔２０ｃを設け、四隅調整ネジ１４ｄの上端が、直方体の上面を形成する上副桿２０の上方に露出しているので、四隅調整ネジ１４ｄの回転操作が上方から容易に行われるようになっている。
【００４７】
なお、図中に符号２６で示した部材は、質量センサ本体２４を保持する枠体であり、同号２８は、質量センサ本体２４に荷重を伝達するレバーであり、同２９は、レバー２４に荷重を伝達する荷重伝達部材である。荷重伝達部材２９は、下吊りバンド３０を介して、浮き枠部１６に連結され、一対の上吊りバンド３１を介して、固定部１８の本体ブロック１８ａに連結されている。
【００４８】
このような吊りバンド３０，３１および荷重伝達部材２９は、四隅調整機構１４と共に、浮き枠１６，固定部１８、上，下副桿２０，２２の４部材で構成した直方体内の空間部２３に配置され、空間部２３を有効に活用している。
【００４９】
また、レバー２８は、概略平板状に形成され、直方体の一方の外側面に沿うようにして、揺動自在に配置され、上下方向の荷重のみを質量センサ本体２４に伝達する。
【００５０】
以上の構成に加えて、本実施例の質量センサ１０は、固定部１８の固定用取付部１８ｂと上支持部１８ｃとの間に、双方の剛性干渉を防止するスリット溝４０をそれぞれ設けている。なお、本実施例では、スリット溝４０は、固定用取付部１８ｂと上支持部１８ｃとの間に設けた場合を例示しているが、例えば、四隅調整機構１４を質量センサ１０の下方側に設ける場合には、固定用取付部１８ｂと下支持部１８ｄとの間に配置することや、これらの双方に配置することも可能である。
【００５１】
本実施例の場合、スリット溝４０は、固定用取付部１８ｂの側面に沿うとともに、四隅調整機構１４のアーム部１４ａの側面に沿って一直線状に延設され、その深さは、アーム部１４ａの上下方向の幅にほぼ等しくなっている。
【００５２】
このようなスリット溝４０を設けると、以下の作用効果が得られる。すなわち、ケースの構造部材などに接続・固定され、最も高い剛性が要求される固定用取付部１８ｂは、スリット溝４０の形成により、本体ブロック１８ａの上方側に突出した部分の四周が、周囲から離間して切離された状態になっている。
【００５３】
このため、スリット溝４０により、固定取付部１８ｂと四隅調整機構１４との剛性干渉がなくなり、固定取付部１８ｂと四隅調整機構１４とを近接配置することができ、これにより小型化を達成することができる。
【００５４】
また、スリット溝４０により剛性が隔離され、高分解性能を背景としたミクロンレベルでの微妙な四隅調整と、荷重による固定取付部１８ｂの変形歪みとが分離可能となる。このことにより、センサの幅方向の圧縮が可能になり、小型化が達成される。
【００５５】
さらに、剛性をスリット溝４０により隔絶することにより、センサを調整治具から外して、ケースなどの構造部材に再固定しても、固定面の加工精度、固定強度による取付け歪みの影響が排除され、生産性の改善、市場へのセンサ単体での供給が可能になる。
【００５６】
さて、以上のように構成した計量器用質量センサ１０によれば、ロバーバル機構１２を構成する４部材、すなわち、浮き枠部１６と固定部１８および一対の副桿２０，２２とが個別部材で形成されているので、自由度の制限が殆どなくなり、これらを最適位置に設定することができる。
【００５７】
また、この場合、本実施例では、副桿２０，２２は、長方形平板状の対向する短辺側に設けられた浮き枠部１６と固定部１８の挿入用貫通部２０ｂ，２２ｂ、２０ｃ，２２ｃと、長手方向の両端側に設けられた薄肉部２０ｅ，２２ｅとを備え、貫通部２０ｂ，２２ｂ、２０ｃ，２２ｃ内に浮き枠部１６と固定部１８とが相互に対するように垂設状態で挿入して、副桿２０，２２の長手方向の端部を浮き枠部１６および固定部１８の側方でこれらに固定し、一対の副桿２０，２２が上下方向に間隔を隔てて、相互に平行になるように配置して、４部材で内部に空間部を有する概略直方体形状とするので、長手方向の自由度が増し、副桿２０，２２の長さも大きく取れることになる。
【００５８】
副桿２０，２２の長さが大きくなると、薄肉部２０ｅ，２２ｅ間のピッチを十分確保することが可能になり、これにより副桿２０，２２の剛性も十分に確保することができる。
【００５９】
さらに、本実施例では、浮き枠部１６と固定部１８は、それぞれの上端部が上方の副桿２０の上面から上方に突出するように配置されているので、上下方向の自由度が増す。
【００６０】
なお、上記実施例では、本発明を電磁平衡式の質量センサに適用した場合を例示したが、本発明の実施はこれに限定されることはなく、例えば、ロバーバル機構を備えていれば他の型式の質量センサに用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明にかかる計量器用質量センサによれば、設計、製作時の自由度が改善され、集積度の向上と小型化が達成されるので、計量器の分野で技術を有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明にかかる計量器用質量センサの一実施例を示す外観斜視図である。
【図２】図１の背面図である。
【図３】図１に示した質量センサの分解説明図である。
【図４】図１の平面図である。
【図５】図１の要部断面説明図である。
【図６】図１の断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０        質量センサ
１２        ロバーバル機構
１４        四隅調整機構
１６        浮き枠部
１８        固定部
１８ａ      本体ブロック
１８ｂ      固定用取付部
１８ｃ      上支持部
１８ｄ      下支持部
２０        上副桿
２２        下副桿
２０ｂ，２２ｂ    角形貫通孔
２０ｃ，２２ｃ    貫通凹部
２０ｅ，２２ｅ    薄肉部
【図１】
2008003031.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008003031.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008003031.tif 000007
【図６】
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