(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
秤の可動部と固定部との間を接続する平板状のダイアフラムであって、
前記可動部に固定される円環状の第一の厚肉部と、
前記固定部に固定される、前記第一の厚肉部と同心形状の第二の厚肉部と、
前記第一の厚肉部及び第二の厚肉部の間を繋ぐ薄肉部と、
を備え、
前記薄肉部が、前記第一の厚肉部及び第二の厚肉部と同心形状で、断面が波形状である波形部と、前記波形部の内側及び外側、または、内側若しくは外側の一方に位置し、断面が平坦である平坦部とから成り、
前記波形部には、半波の数が複数個の波形が形成され、
前記波形部の幅の中央位置を通る波形部中心円と、前記第一の厚肉部及び第二の厚肉部の間の中央位置を通る薄肉中心円との半径が異なっていることを特徴とする秤用ダイアフラム。
【請求項２】
請求項１に記載の秤用ダイアフラムであって、前記波形部に、全波の数が１個の波形が形成されていることを特徴とする秤用ダイアフラム。
【請求項３】
請求項1または２に記載の秤用ダイアフラムであって、前記波形部中心円の設定が可能な前記薄肉部の範囲を、半径方向の距離が等しい４以上の同心円の領域に分割し、前記第一の厚肉部または第二の厚肉部に最も近い前記領域に前記波形部中心円を設定することを特徴とする秤用ダイアフラム。
【請求項４】
請求項1または２に記載の秤用ダイアフラムであって、前記波形部中心円の設定が可能な前記薄肉部の範囲の中で、前記第一の厚肉部または第二の厚肉部に最も近い位置に前記波形部中心円が設定されていることを特徴とする秤用ダイアフラム。
【請求項５】
請求項1または２に記載の秤用ダイアフラムであって、前記第一の厚肉部が前記第二の厚肉部の内側にあり、前記波形部中心円の設定が可能な前記薄肉部の範囲の中で、前記第二の厚肉部に最も近い位置に前記波形部中心円が設定されていることを特徴とする秤用ダイアフラム。
【請求項６】
請求項1から５のいずれかに記載の秤用ダイアフラムが装着された秤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防水用の秤に使用するダイアフラムと、それを用いた秤に関し、特に、高精度の計量を可能にするものである。
【背景技術】
【０００２】
防水機能を備えた秤は、従来から、食品や水産物などを扱う分野で広く利用され、使用後に秤量皿の汚れを落とすためにホースで水を掛けるような使われ方がされている。
近年、水やホコリが機器に降り掛かり、あるいは、湿気が充満するような、秤にとって非常に過酷な環境の中で作業が行われる生産や流通の現場でも、高精度の計量の必要性が高まっており、それに応える防水構造の電子天秤の出現が求められている。
秤は、秤量皿に載せられた荷重によって可動する可動部を有している。そのため、従来の防水秤は、この可動部と固定部との間をダイアフラムで接続して、可動部の動きを許容しつつ、可動部と固定部との隙間から水やホコリが入らないように構成されている。
【０００３】
図１２は、下記特許文献１に記載されたダイアフラム１５を示している。このダイアフラム１５は、外周及び内周に厚肉部２５、２３を有し、この厚肉部の間の薄肉部２１にはリング状の波形が形成されている。
このダイアフラム１５は、外周の厚肉部２５が、装置本体のカバー５２に固定され、また、内周の厚肉部２３が、重量検出器の可動部１８の側に固定されて、カバー内への水分やホコリの浸入を防いでいる。
【特許文献１】特許第３８３６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、秤の可動部に固定されたダイアフラムは、可動部が秤量皿に載せた荷重によって変位するとき、その変位に伴って変形するため、可動部に対して反力を作用する。この反力は、可動部が荷重により変位する本来の変位量を減少させることになる。
ダイアフラムの反力の影響は、分解能が低い秤では無視できるが、ｍｇ単位の目量を有する精密な秤では、測定誤差の原因になる。
【０００５】
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、秤における高精度な測定を可能にする秤用ダイアフラムを提供し、また、それを用いた秤を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、秤の可動部と固定部との間を接続する平板状のダイアフラムであって、前記可動部に固定される円環状の第一の厚肉部と、前記固定部に固定される、前記第一の厚肉部と同心形状の第二の厚肉部と、前記第一の厚肉部及び第二の厚肉部の間を繋ぐ薄肉部と、を備え、前記薄肉部が、前記第一の厚肉部及び第二の厚肉部と同心形状で、断面が波形状である波形部と、前記波形部の内側及び外側、または、内側若しくは外側の一方に位置し、断面が平坦である平坦部とから成り、前記波形部には、半波の数が複数個の波形が形成され、前記波形部の幅の中央位置を通る波形部中心円と、前記第一の厚肉部及び第二の厚肉部の間の中央位置を通る薄肉中心円との半径が異なっていることを特徴としている。
このように、薄肉部の波形部中心円を薄肉中心円の位置からずらすことで、ダイアフラムの反力を低下させることができる。
【０００８】
また、本発明の秤用ダイアフラムでは、前記波形部に、全波の数が１個の波形を形成することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の秤用ダイアフラムでは、前記波形部中心円の設定が可能な前記薄肉部の範囲を、半径方向の距離が等しい４以上の同心円の領域に分割し、前記第一の厚肉部または第二の厚肉部に最も近い前記領域に前記波形部中心円を設定することが好ましい。
こうすることで、ダイアフラムの波形部の波形形状が非対称であっても、ダイアフラムの反力を確実に小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明の秤用ダイアフラムでは、前記波形部中心円の設定が可能な前記薄肉部の範囲の中で、前記第一の厚肉部または第二の厚肉部に最も近い位置に前記波形部中心円を設定することがさらに好ましい。
このように、ダイアフラムの波形部中心円を、薄肉中心円の位置からできるだけ離すことによって、ダイアフラムの反力は、より小さくなる。
【００１１】
また、本発明の秤用ダイアフラムでは、前記第一の厚肉部を前記第二の厚肉部の内側に設定し、前記波形部中心円の設定が可能な前記薄肉部の範囲の中で、前記第二の厚肉部に最も近い位置に前記波形部中心円を設定することが好ましい。
このように、波形部中心円をダイアフラムの外側に設定した方が、ダイアフラムの反力が小さくなる。
【００１２】
また、本発明の秤は、これらの秤用ダイアフラムを装着して構成される。
この秤は、ダイアフラムの反力による誤差が小さい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の秤用ダイアフラムは、反力が小さく、秤の高精度な測定を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の秤用ダイアフラムの実施形態について、図面を基に説明する。
図１は、波形部の中心位置（波形部中心円の位置）を違えた３種類のダイアフラムの断面図、図２は、ダイアフラムの斜視図とその断面図、図３は、測定に用いたダイアフラムの断面図、図４は、ダイアフラムの反力の測定方法を説明する図、図５及び図６は、測定結果を示す図、図７は、波形部の中心位置を決めるための説明図、また、図８は、他のダイアフラムの形状を示す断面図である。更に、図９は、このダイアフラムを組み込んだ防水秤の分解斜視図、図１０は、この防水秤の計量ブロックの斜視図、また、図１１は、この秤へのダイアフラムの取り付け構造を説明する図である。
【００１５】
このダイアフラムは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、シリコーンゴムで略円盤状に成形されており、その外周に厚肉部６１を、内周に厚肉部６２を有し、厚肉部６１及び厚肉部６２の間が薄肉部６３で繋がれている。
本発明の発明者等は、ダイアフラム６０の薄肉部６３に形成する波形部の中心位置（波形部中心円の位置）を変えることで、ダイアフラム６０の反力の大きさが変化することを見出した。
【００１６】
図２（ａ）（ｂ）のダイアフラムは、波形部６４に断面が略Ｓ字状の全波波形を一つだけ有している。ここでは、波形部６４を“Ｓ字部”と呼び、波形部６４の幅の中央位置を通る波形部中心円を“Ｓ字の中心”と呼ぶことにする。薄肉部６３は、Ｓ字部６４と、それに連なる平坦部６５、６６とから成る。
【００１７】
図１では、厚肉部６２からＳ字の中心までの距離をＬ１、厚肉部６１からＳ字の中心までの距離をＬ２として、Ｌ１＝Ｌ２の状態（即ち、厚肉部６１、６２間の中央位置を通る薄肉中心円と波形部中心円とが一致する状態）を図１（ａ）に、Ｌ１を最小化した状態を図１（ｂ）に、また、Ｌ２を最小化した状態を図１（ｃ）に示している。この場合、Ｓ字の中心位置を厚肉部６１及び厚肉部６２間の中央位置（薄肉中心円の位置）に設定した図１（ａ）の状態よりも、Ｓ字の中心位置を厚肉部６１及び厚肉部６２間の中央位置からずらして設定した図１（ｂ）及び図１（ｃ）の状態の方がダイアフラム６０の反力は小さくなる。
【００１８】
これは、次のような実験で確かめている。
図３は、この実験に用いたシリコーンゴムから成るダイアフラムの断面（ダイアフラムの半分の部分）を示している。Ｓ字部の幅は４ｍｍ、Ｓ字外側の曲率半径Ｒは１ｍｍ、また、薄肉部の厚さは約０．１ｍｍである。図３は、Ｓ字の中心位置を厚肉部６１及び厚肉部６２間の中央位置に設定した試料を図示しており、このときのＳ字部６４に連なる平坦部６５、６６の幅は、それぞれ２ｍｍである。
【００１９】
この平坦部６５、６６の幅の合計（４ｍｍ）は一定にして、平坦部６５の幅と平坦部６６の幅とを違えることにより、Ｓ字の中心位置を厚肉部６１及び厚肉部６２間の中央位置からずらした試料を複数作成した。
実験は、図４に示すように、各試料の厚肉部６１の上下面を完全に固定し、また、厚肉部６２の上下面をＸ方向に固定して、この厚肉部６２をＹ方向に−０．５ｍｍだけ強制変位させ、そのときのダイアフラムの反力を測定した。
【００２０】
図５のグラフは、その測定結果を示している。横軸は、Ｓ字の中心位置を表し、図３の状態（即ち、厚肉部６１及び厚肉部６２間の中央位置にＳ字の中心があるときの状態）でのＳ字の中心を基点（０）として、基点からＳ字の中心までの距離を、厚肉部６１側を＋、厚肉部６２側を−として表している。また、縦軸は、反力をｇ単位で表している。
図５を見ると、ダイアフラムの反力は、Ｓ字の中心が厚肉部６１及び厚肉部６２間の中央（即ち、薄肉部６３の中心）にあるよりも、薄肉部６３の端にある方が小さく、約１／２に低下していることが分かる。また、ダイアフラムの内側（変位する厚肉部６２の側）よりも外側（固定されている厚肉部６１の側）の方が小さくなることが分かる。
なお、図５では、ダイアフラムの反力が最大になるＳ字の中心位置が、基点から多少−側にずれているが、これはダイアフラムのＳ字形状が左右非対称のためと推測される。
【００２１】
また、図６は、Ｓ字の中心位置を違えた各試料での、Ｙ方向の変位の大きさと反力の大きさとの関係を示している。
図６中の点線で示す曲線は、Ｓ字の中心が薄肉部６３の中心（基点）にある場合の特性である。実線で示す曲線は、Ｓ字の中心が基点から−１．８ｍｍの位置にある場合の特性である。また、一点鎖線で示す曲線（３）は、Ｓ字の中心が基点から＋１．８ｍｍの位置にある場合の特性である。
図６の曲線を比較して明らかなように、Ｓ字の中心を薄肉部６３の中心からずらすことにより、ダイアフラムがＹ方向の変位を受けたときの反力を低減できる。
【００２２】
なお、前述するように、ダイアフラムの反力の最大箇所は、ダイアフラム製造時のＳ字形状の非対称性によって変わってくるが、Ｓ字の中心をできるだけ薄肉部６３の中心からずらすようにすれば、Ｓ字形状の多少の変形があっても、ダイアフラムの反力を確実に小さくすることができる。
例えば、図７（ａ）に示すように、厚肉部６１と厚肉部６２との間で、Ｓ字の中心が設定できる範囲をＤとするとき、ＤをＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に４等分し、厚肉部６１に最も近いＤ１、または厚肉部６２に最も近いＤ４の領域にＳ字の中心を設定するようにすれば、ダイアフラムのＳ字形状の変形の影響を受けずに、ダイアフラムの反力を小さくすることができる。
また、図７（ｂ）に示すように、Ｄの等分割数をさらに増やし、厚肉部６１または厚肉部６２に最も近い領域にＳ字の中心を設定するようにすれば、ダイアフラムの反力を、より確実に小さくすることができる。さらには、図７（ｃ）に示すように、Ｓ字中心の設定可能範囲Ｄの厚肉部６１または厚肉部６２に最も近い位置にＳ字の中心を設定することが好ましい。特に、Ｓ字の中心が、固定側の厚肉部６１に最も近づくように設定することが、より好ましい。
【００２３】
なお、このダイアフラムは、波形部６４の波形がＳ字以外の波形形状を有していても良い。図８（ａ）は、波形部６４に３つの半波から成る波形形状を有し、波形部６４の内側及び外側に平坦部６５、６６が連続し、波形部６４の中心（波形部中心円）位置６４１が厚肉部６１、６２間の中央位置からずれているダイアフラムを示している。また、図８（ｂ）は、波形部６４に４つの半波（即ち、２つの全波）から成る波形形状を有し、波形部６４の中心位置６４１が厚肉部６１、６２間の中央位置からずれているダイアフラムを示している。
波形部６４に含める半波の数は、さらに多くても良いし、１でも良い。
また、ダイアフラムの薄肉部の厚さは、秤の計量に支障が無い厚さであれば良い。
【００２４】
図９、図１０及び図１１は、このダイアフラムを装着した防水秤の構成を示している。
この秤は、ユニット化した計量ブロック４０を有しており、この計量ブロック４０の固定部に円環状部材４６を固定し、その上にパッキン４７を配置し、その上にダイアフラム４８の外周の厚肉部６１を載せ、さらに、その上に円環状の抑え板４９を重ねて、抑え板４９と円環状部材４６とをネジ３２で固定することにより、ダイアフラム４８の外周の厚肉部６１を秤の固定部に固定している。
一方、ダイアフラム４８の内周の厚肉部６２は、図１１（ａ）に示すように、荷重を受けて可動（変位）する荷重支承部材４４２と荷重受け部４４との間に挟んで、可動部である荷重受け部４４に固定している。
【００２５】
この防水秤は、ダイアフラム４８により、可動部が変位できる状態で、秤の可動部と固定部との間が密閉され、また、図１１（ｃ）に示すように、筐体１２１の開口１２２（図９）の周縁が、円環状部材４６の外側の部分に気密に結合される。このように、荷重受け部４４と円環状部材４６との間をダイアフラム４８で塞ぎ、さらに、筐体１２１の開口１２２の周縁と円環状部材４６との間を気密に結合することにより、筐体１２１の開口１２２からの水分やホコリの浸入が、完全に阻止される。
【００２６】
先に示すように、波形部の中心を薄肉部の中心からずらしたダイアフラムは、秤に組み込まれたとき、秤の可動部４４に及ぼす反力が小さい。そのため、このダイアフラムを装着した防水秤は、高精度な測定が可能である。
なお、ここで示したダイアフラムの素材、形状、寸法等は一例であって、本発明は、それに限定されるものでは無い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のダイアフラムは、水やホコリなどの浸入を防止する機能を必要とする各種秤に広く用いることができ、秤の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】波形部のＳ字の中心位置を違えた３種類のダイアフラムの断面図
【図２】ダイアフラムの斜視図（ａ）と、その断面図（ｂ）
【図３】測定に用いたダイアフラムの断面図
【図４】ダイアフラムの反力の測定方法を説明する図
【図５】Ｓ字の中心位置と反力との関係を示す図
【図６】強制変位と反力との関係を示す図
【図７】本発明の実施形態に係るダイアフラムのＳ字中心の設定位置を説明する図
【図８】本発明の実施形態に係るダイアフラムの他の形状を示す図
【図９】本発明の実施形態に係る秤の分解斜視図
【図１０】本発明の実施形態に係る秤の計量ブロックを示す図
【図１１】本発明の実施形態に係る秤でのダイアフラムの支持構造を示す図
【図１２】従来のダイアフラムを示す図
【符号の説明】
【００２９】
３２    ネジ
４０    計量ブロック
４４    荷重受け部
４６    円環状部材
４７    パッキン
４９    抑え板
６０    ダイアフラム
６１    厚肉部
６２    厚肉部
６３    薄肉部
６４    波形部（Ｓ字部）
６５    平坦部
６６    平坦部
１２１  筐体
１２２  開口
４４２  荷重支承部材
６４１  波形部中心
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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