(57)【要約】【課題】  永久磁石やケースの温度が上昇することを防止することで、計量値を正確に算出することができる電子天秤を提供する。【解決手段】  ケース２０の内部に固定された永久磁石６と、支点８により揺動可能に支持され、かつ、一端部に被計量物Ｗが載置される計量皿９が連結され、他端部に電磁力発生装置の可動電磁コイル７が連結され、ケース２０の内部に可動電磁コイル７を配置させるレバー４と、可動電磁コイル７に電流を流すことによって発生する電磁力と、被計量物による荷重とを平衡させ、この平衡のために要した電流値から計量値を算出する制御部３とを備える電子天秤１であって、ケース２０の内部に固定された固定電磁コイル１０を備え、制御部３は、固定電磁コイル１０に電流を流すことにより、可動電磁コイル７が発生させた磁界と逆向きで同じ大きさの磁界を形成させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースの内部に固定された永久磁石と、
支点により揺動可能に支持され、かつ、一端部に被計量物が載置される計量皿が連結され、他端部に電磁力発生装置の可動電磁コイルが連結され、前記ケースの内部に可動電磁コイルを配置させるレバーと、
前記可動電磁コイルに電流を流すことによって発生する電磁力と、前記被計量物による荷重とを平衡させ、この平衡のために要した電流値から計量値を算出する制御部とを備える電子天秤であって、
前記ケースの内部に固定された固定電磁コイルを備え、
前記制御部は、前記固定電磁コイルに電流を流すことにより、前記可動電磁コイルが発生させた磁界と逆向きで同じ大きさの磁界を形成させることを特徴とする電子天秤。
【請求項２】
前記ケースは、鉄の透磁率より高い高透磁率素材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子天秤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計量物による荷重と電磁力とを平衡させ、電磁力を発生させるために要した電流値を測定することにより荷重の計量を行う電子天秤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁力平衡方式の電子天秤では、支点を中心として傾動自在のレバーの一端側には被計量物を載置するための計量皿を係合させるとともに、レバーの他端側には電磁力発生装置による電磁力を作用させることにより、被計量物によるレバーの傾きを打ち消して釣り合わせる。そして、その電磁力を発生させるために要した電流値から計量値（被計量物による荷重）を算出している。
【０００３】
図５は、従来の電磁力平衡方式の電子天秤の一例の概略構成図である。電子天秤１０１は、支点８により揺動可能に支持されたレバー４と、レバー４の一端部に係合された計量皿９と、レバー４の他端部に固着された電磁力発生装置の可動電磁コイル７と、鉄ケース１２０内部に固定された永久磁石６と、レバー４の他端部の位置を検出するように天秤ベース（図示せず）に固定された光学的位置センサ５と、電子天秤１０１全体を制御する制御部１０３とを備える（例えば、特許文献１参照）。また、制御部１０３は、ＣＰＵ１０３ａとメモリ３ｄ、キー３ｃ、液晶表示画面３ｂ、コイル電流供給回路３ｅとを有する。
【０００４】
このような電子天秤１０１において、計量皿９に被計量物Ｗが載置されると、レバー４の一端部が下方に移動することに伴い、支点８を中心としてレバー４の他端部が上方に移動する。そして、光学的位置センサ５は、レバー４の他端部の変位を算出するための検出信号を制御部１０３のＣＰＵ１０３ａに出力する。ＣＰＵ１０３ａは、検出信号に基づいて、レバー４の他端部の変位を算出して、レバー４の他端部の変位が０になるように、可動電磁コイル７に供給する電流の大きさを決定してコイル電流供給回路３ｅを制御するとともに、レバー４の他端部の変位が０となる平衡状態において、可動電磁コイル７に流れる電流の大きさから計量皿９に載置された被計量物Ｗの荷重を求める。
【０００５】
ここで、図６は、電磁力発生装置の概略構成を示す分解斜視図である。また、図７は、図６に示す永久磁石６による磁束を説明するための断面図である。
円筒形状の鉄ケース本体部１２１の内部中央部の下面に、円柱形状の永久磁石６が貼り付けられている。そして、鉄ケース本体部１２１の内周面と永久磁石６の外周面との間に、円筒形状の可動電磁コイル７が収まっている。さらに、鉄ケース本体部１２１の上面には、略半円形状の鉄ケースフタ１２１ａと略半円形状の鉄ケースフタ１２１ｂとが取り付けられている。
【０００６】
永久磁石６は、第一永久磁石６ａと鉄製部材６ｃと第二永久磁石６ｂとが上から順番に積層されたものであり、第一永久磁石６ａと第二永久磁石６ｂとは、中央部にＮ極が向き端部にＳ極が向くように取り付けられており、磁界がＮ極から鉄ケース１２０と可動電磁コイル７とを介してＳ極の方向に通っている。よって、静磁場中で可動電磁コイル７にワイヤ７ａを介して流れるコイル電流Ｉが下向きのローレンツ力Ｆを受けて、レバー４の他端部を一定の位置となるように制御している。
【０００７】
ここで、Ｋを比例定数とすると、電磁力Ｆとコイル電流Ｉと磁束密度Ｂとコイル長さＬとは、下記式（１）に示す関係を有する。ただし磁束密度Ｂはコイルに対して一様であると想定する。
Ｆ＝Ｋ×Ｉ×Ｂ×Ｌ  ・・・（１）
また、レバー４の支点８から被計量物Ｗによる荷重の作用点までの距離をＬ１とし、レバー４の支点８から電磁力Ｆの作用点までの距離をＬ２とすると、レバー４の他端部を一定の位置となるように制御するためには、コイル電流Ｉは、下記式（２）に示す関係を有することが必要になる。
Ｉ＝Ｗ×（Ｌ１／Ｌ２）／（Ｋ×Ｂ×Ｌ）  ・・・（２）
【０００８】
ところで、電子天秤１０１では、永久磁石６が周囲温度ｔａの影響を受け、永久磁石６の温度ｔｍが上がると磁束密度Ｂ（ｔｍ）が減少する。その結果、被計量物Ｗによる荷重と釣り合わせるのに必要な電磁力Ｆを発生させるコイル電流Ｉが増加し、計量値がプラス方向にシフトする。例えば、永久磁石６の発生する磁束密度Ｂ（ｔｍ）の温度変化が、−０．０４％／℃であるとすると、温度Δｔｍが４０℃変化すると計量値が＋１．６％変化することになる。
【０００９】
このため、永久磁石６の近くに温度センサを配置し、温度補正回路を介して基準電圧源に負の温度係数を持たせることによって補正したり、温度センサの出力信号をＣＰＵ１０３ａに取り込んで、演算処理により温度ｔｍの影響を補正したりする等の手段が採られている。なお、演算処理により温度ｔｍの影響を補正する方法では、標準計量物Ｗ’を予め測定しておき、永久磁石６の発生する磁束密度Ｂ（ｔｍ）の温度変化に関する検量曲線を作成して制御部１０３のメモリ３ｄに記憶させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−３２２７号公報（第２−４頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、温度補正回路を介して基準電圧源に負の温度係数を持たせることによって補正する方法では、被計量物Ｗによる荷重に相当するコイル電流Ｉを基準抵抗体で単に電圧に変換し、それと比較される基準電圧源に温度係数を持たせるように細工しているので、回路構成が複雑となっていた。よって、部品点数の多さや高精度な部品が要求されるため、製造コストが高くなるという問題があった。
【００１２】
また、ＣＰＵ１０３ａの演算処理により温度ｔｍの影響を補正する方法では、温度センサの出力信号を所定レベルの電圧信号に変換する信号変換回路が必要になるため、回路構成が複雑で製造コストも高くなるという問題があった。また、検量曲線で補正ポイントが飛び飛びの値となるため、全ての重量において補正誤差が最小になるわけではなく、温度ドリフトが重量表示値のドリフトを引き起こしてしまうことがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本件発明者は、上記課題を解決するために、永久磁石６の温度ｔｍや鉄ケース１２０の温度ｔｃが上昇することを防止する方法について検討を行った。可動電磁コイル７には、レバー４の他端部が一定の位置となるように、コイル電流Ｉが流される。このとき、可動電磁コイル７に流れる電流値は、制御周波数でわずかながら変動する。これにより、可動電磁コイル７が発生させる磁界もわずかながら変動する。図８は、図６に示す可動電磁コイル７による磁束を説明するための断面図である。可動電磁コイル７による磁界が、鉄ケース１２０の内部の中央部（永久磁石６）で下から上へ向かい、鉄ケースフタ１２１ａ、１２１ｂで中央から周縁へ向かい、鉄ケース本体部１２１の側壁で上から下へ向かい、鉄ケース本体部１２１の底面で周縁から中央へ向かう方向に通っている。
【００１４】
よって、永久磁石６や鉄ケース１２０に過電流が流れ、鉄損によって永久磁石６の温度ｔｍが上昇することになる。この温度上昇Δｔｍによって永久磁石６の発生する磁束密度Ｂ（ｔｍ）が変化してしまう。
そこで、可動電磁コイル７が発生させた磁界と逆向きで同じ大きさの磁界を形成させる固定電磁コイルを設けることを見出した。これにより、可動電磁コイル７に流れる電流値が変動しても、可動電磁コイル７が発生させた磁界が、固定電磁コイルが発生させた磁界で打ち消されるため、永久磁石６や鉄ケース１２０に対して磁界変化による影響をなくすことができる。よって、永久磁石６や鉄ケース１２０に過電流が流れにくくなり、永久磁石６の温度ｔｍや鉄ケース１２０の温度ｔｃが上昇することを防止することができる。また、可動電磁コイル７と固定電磁コイルとの間には、反発力が働くため、位置ズレが顕著に現れるようになる。平衡状態において可動電磁コイル７に流れる電流値の変化が平衡を保つのに大きく影響するようになるので、重量表示値の直線性が改善される。
【００１５】
すなわち、本発明の電子天秤は、ケースの内部に固定された永久磁石と、支点により揺動可能に支持され、かつ、一端部に被計量物が載置される計量皿が連結され、他端部に電磁力発生装置の可動電磁コイルが連結され、前記ケースの内部に可動電磁コイルを配置させるレバーと、前記可動電磁コイルに電流を流すことによって発生する電磁力と、前記被計量物による荷重とを平衡させ、この平衡のために要した電流値から計量値を算出する制御部とを備える電子天秤であって、前記ケースの内部に固定された固定電磁コイルを備え、前記制御部は、前記固定電磁コイルに電流を流すことにより、前記可動電磁コイルが発生させた磁界と逆向きで同じ大きさの磁界を形成させるようにしている。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の電子天秤によれば、永久磁石の温度ｔｍやケースの温度ｔｃの上昇を防止することで、計量値を正確に算出することができる。また、可動電磁コイルと固定電磁コイルとの間には、反発力が働いて位置ズレが顕著に現れるので、重量表示値の直線性が改善される。
【００１７】
（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記ケースは、鉄の透磁率より高い高透磁率素材で形成されているようにしてもよい。
ここで、高透磁率素材としては、例えば、パーマロイ等が挙げられる。
本発明の電子天秤によれば、可動電磁コイルと永久磁石とを高透磁率素材で形成されたケースに収めているので、可動電磁コイルと永久磁石とで発生したほとんどの磁界はケースと可動電磁コイルとを通り、有効に作用し合うようになる。また、周囲に対しても磁界の漏れが少なくなり、近くの回路等に影響することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る電磁力平衡方式の電子天秤の一例の概略構成図。
【図２】電磁力発生装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図３】図２の永久磁石による磁束を説明する断面図。
【図４】図２の可動電磁コイルと固定電磁コイルとによる磁束を説明する断面図。
【図５】従来の電磁力平衡方式の電子天秤の一例の概略構成図。
【図６】電磁力発生装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図７】図６の永久磁石による磁束を説明する断面図。
【図８】図６の可動電磁コイルによる磁束を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２０】
図１は、本発明に係る電磁力平衡方式の電子天秤の一例の概略構成図である。なお、上述した電子天秤１０１と同様のものについては、同じ符号を付している。
電子天秤１は、支点８により揺動可能に支持されたレバー４と、レバー４の一端部に係合された計量皿９と、レバー４の他端部に固着された電磁力発生装置の可動電磁コイル７と、高透磁率素材ケース２０の内部に固定された永久磁石６と、高透磁率素材ケース２０の内部に固定された固定電磁コイル１０と、レバー４の他端部の位置を検出するように天秤ベース（図示せず）に固定された光学的位置センサ５と、電子天秤１全体を制御する制御部３とを備える。
【００２１】
ここで、図２は、電磁力発生装置の概略構成を示す分解斜視図である。また、図３は、図２に示す永久磁石６による磁束を説明するための断面図である。
円筒形状の高透磁率素材ケース本体部２１の内部中央部の下面に、円柱形状の永久磁石６が貼り付けられており、円柱形状の永久磁石６の外周面と所定の隙間を空けて、円筒形状の固定電磁コイル１０が高透磁率素材ケース本体部２１の下面に貼り付けられている。そして、高透磁率素材ケース本体部２１の内周面と固定電磁コイル１０の外周面との間に、円筒形状の可動電磁コイル７が収まっている。つまり、固定電磁コイル１０と可動電磁コイル７とが同軸上に配置されている。そして、固定電磁コイル１０と可動電磁コイル７とは、逆向きにコイルが巻かれている。さらに、高透磁率素材ケース本体部２１の上面には、略半円形状の高透磁率素材ケースフタ２１ａと略半円形状の高透磁率素材ケースフタ２１ｂとが取り付けられている。
【００２２】
永久磁石６は、第一永久磁石６ａと鉄製部材６ｃと第二永久磁石６ｂとが上から順番に積層されたものであり、第一永久磁石６ａと第二永久磁石６ｂとは、中央部にＮ極が向き端部にＳ極が向くように取り付けられており、磁界がＮ極から高透磁率素材ケース２０と固定電磁コイル１０と可動電磁コイル７とを介してＳ極の方向に通っている。よって、静磁場中で可動電磁コイル７にワイヤ７ａを介して流れるコイル電流Ｉが下向きのローレンツ力Ｆを受けて、レバー４の他端部を一定の位置となるように制御している。このとき、ほとんどの磁界は高透磁率素材ケース２０と可動電磁コイル７とを通り、有効に作用し合うようになっている。また、その静磁場中で固定電磁コイル１０にワイヤ１０ａを介してコイル電流Ｉ’が流れるようになっている。
【００２３】
ここで、図４は、図２に示す可動電磁コイル７と固定電磁コイル１０とによる磁束を説明するための断面図である。図４（ａ）は、可動電磁コイル７による磁束を説明するための断面図であり、一方、図４（ｂ）は、固定電磁コイル１０による磁束を説明するための断面図である。
可動電磁コイル７による磁界が高透磁率素材ケース２０の内部の中央部（永久磁石６）で下から上へ向かい、高透磁率素材ケースフタ２１ａ、２１ｂで中央から周縁へ向かい、高透磁率素材ケース本体部２１の側壁で上から下へ向かい、高透磁率素材ケース本体部２１の底面で周縁から中央へ向かう方向に通っている。一方、固定電磁コイル１０による磁界が高透磁率素材ケース２０の内部の中央部（永久磁石６）で上から下へ向かい、高透磁率素材ケース本体部２１の底面で中央から周縁へ向かい、高透磁率素材ケース本体部２１の側壁で下から上へ向かい、高透磁率素材ケースフタ２１ａ、２１ｂで周縁から中央へ向かう方向に通っている。すなわち、固定電磁コイル１０は、可動電磁コイル７が発生させた磁界と逆向きで同じ大きさの磁界を形成させることになる。
【００２４】
制御部３は、ＣＰＵ３ａとメモリ３ｄとキー３ｃと液晶表示画面３ｂとコイル電流供給回路３ｅ、３ｆとを有する。ＣＰＵ３ａは、光学的位置センサ５からの検出信号に基づいて、レバー４の他端部の変位を算出して、レバー４の他端部の変位が０になるように、可動電磁コイル７に供給する電流の大きさを決定してコイル電流供給回路３ｅを制御するとともに、固定電磁コイル１０に供給する電流の大きさを決定するコイル電流供給回路３ｆを制御する。なお、可動電磁コイル７と固定電磁コイル１０とを直列に接続すれば、コイル電流供給回路は１個で足りるため簡素化してもよいが、本発明に係る電子天秤１ではそれぞれ独立に制御する方法を取っている。よって、ＣＰＵ３ａは、可動電磁コイル７と固定電磁コイル１０との相互インダクタンスの影響を踏まえた電流制御を行っている。
【００２５】
そして、ＣＰＵ３ａは、レバー４の他端部の変位が０となる平衡状態において、可動電磁コイル７に流れる電流の大きさから計量皿９に載置された被計量物Ｗの荷重を求める制御を行う。なお、本発明に係る電子天秤１では、被計量物Ｗの荷重とコイル電流Ｉとは比例関係でなくなるので、標準計量物Ｗ’を予め測定しておき、永久磁石６の発生する磁束密度Ｂ（ｔｍ）の温度変化に関する検量曲線を作成してメモリ３ｄに記憶させている。
【００２６】
以上のように、電子天秤１によれば、永久磁石６の温度ｔｍや高透磁率素材ケース２０の温度ｔｃの上昇を防止することで、計量値を正確に算出することができる。また、可動電磁コイル７と固定電磁コイル１０との間には、反発力が働くため、電流値に応じて平衡状態からのズレが顕著に現れるので、重量表示値の直線性が改善される。
さらに、本発明の電子天秤１によれば、可動電磁コイル７と永久磁石６とを高透磁率素材ケース２０に収めているので、可動電磁コイル７と永久磁石６とで発生したほとんどの磁界は高透磁率素材ケース２０と可動電磁コイル７とを通り、有効に作用し合うようになる。また、周囲に対しても磁界の漏れが少なくなり、近くの回路等への影響を防止することができる。
【００２７】
＜他の実施形態＞
（１）上述した電子天秤１において、高透磁率素材ケース２０は、放熱しやすい形とすることが好ましい。また、可動電磁コイル７や固定電磁コイル１０と永久磁石６との間に、銅やアルミニウム等の非磁性金属製の壁を高透磁率素材ケース２０に接触するように設けることが好ましい。これにより、可動電磁コイル７や固定電磁コイル１０の銅損による発熱が、高透磁率素材ケース２０に逃げるので、永久磁石６に影響を与えないようにすることができる。さらに、鉄製部材６ｃと高透磁率素材ケース２０とを接続する非磁性金属を設けることで、高透磁率素材ケース２０に熱が逃げるようにしてもよい。
【００２８】
（２）上述した電子天秤１では、高透磁率素材ケース本体部２１の内周面と固定電磁コイル１０の外周面との間に、円筒形状の可動電磁コイル７が収まっている構成を示したが、永久磁石６の外周面と固定電磁コイル１０の内周面との間に、円筒形状の可動電磁コイルが収まっているような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、被計量物による荷重と電磁力とを平衡させ、電磁力を発生させるために要した電流値を測定することにより荷重の計量を行う電子天秤に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  電子天秤
３  制御部
４  レバー
６  永久磁石
７  可動電磁コイル
８  支点
９  計量皿
１０  固定電磁コイル
２０  ケース
【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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【図７】
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【図８】
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