(57)【要約】【課題】  主尺目盛および副尺目盛の重ね合わせを利用する目盛読取方法を用いたバネ式手秤において、両尺目盛読取の際の視差を除去する課題を解決して目盛読取を高精度化し、同時に秤の全長を短くする課題を解決する。【解決手段】  本発明は、主尺目盛と副尺目盛の重ね合わせによる前記各目盛の一方の目盛間隙の中心位置にある他方の目盛を検出読取るようにした目盛読取方式を用いたバネ式手秤であって、透明な材質の主尺目盛部材に設けられた主尺目盛面と副尺目盛面を接触摺動させることによって達成される。本発明により目盛読取の視差が除去され、高精度で、迅速且つ確実な読取りが出来る。また、主尺と副尺の相対移動距離を主尺目盛の１ないし数単位以内に限定することで、変形率を小さく抑えてもバネの長さが目盛部材の長さ以内におさまるバネ式手秤が実現出来る。【選択図】図２
2009103670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開口する外筒、この外筒内を摺動する懸垂部材、及び一方が前記の外筒に取付けられ他方が前記の懸垂部材に取付けられたバネから構成され、前記外筒の側面の軸方向に透明な材質の目盛部材に設けた主尺又は副尺の一方の目盛と、前記懸垂部材の側面の軸方向に前記目盛と重なり合うように他方の目盛を配することを特徴とするバネ式手秤。
【請求項２】
前記のバネの伸び又は縮みによる変位量を、前記の主尺目盛と前記の副尺目盛の重なりから、前記の各目盛の一方の目盛間隙の中心位置にある他方の目盛を検出して、読み取るようにしたことを特徴とする請求項１に記載のバネ式手秤。
【請求項３】
前記主尺目盛１単位を単位とし、ｎを３以上の整数として、前記主尺目盛及び副尺目盛の幅が１／２−１／ｎ単位、前記主尺目盛の間隙幅が１／２＋１／ｎ単位、前記副尺目盛間隙幅が１／２単位であることを特徴とする請求項２に記載のバネ式手秤。
【請求項４】
前記請求項３に記載の主尺及び副尺目盛において、前記主尺目盛と副尺目盛の重なり幅を略２分する線を堺に、その上部の主尺を１／２単位右にずらし、また前記上部の副尺を１／２−１／２ｎ単位右にずらしたことを特徴とする請求項３に記載のバネ式手秤。
【請求項５】
前記の副尺目盛の長さが懸垂部材の長さに略等しく、前記バネの伸び又は縮みによる変位量が主尺目盛の数単位内で使用することを特徴とする請求項２に記載のバネ式手秤。
【請求項６】
前記の懸垂部材の摺動方向の端部に重さ計測用のフックまたはクリップを取付けたことを特徴とする請求項１及び２に記載のバネ式手秤。
【請求項７】
前記の外筒の開口部にネジ結合する中心部に穴の開いた蓋と、この蓋の穴を貫通する突起とこの突起の周囲に環状凹部とを前記懸垂部材の摺動方向の端部に設け、前記のバネを前記の突起にネジ結合するナットと前記の蓋との間に装着したことを特徴とする請求項２に記載のバネ式手秤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は副尺を用いた目盛読取方式のバネ式手秤において、荷重読取の精度を高める技術及び秤の全長を短くする技術に関わる。従来の副尺を用いた目盛読取方式では、主尺目盛と副尺目盛を対向させ、その一致位置を読取る方式である。これに対し本発明の副尺を用いた目盛読取方式は、目盛幅と目盛間隙幅をほぼ等しくして、主尺目盛と副尺目盛の重ね合わせにより生じるモアレ縞を利用し、その一致位置を読取る方式である。
【背景技術】
【０００２】  従来、半導体素子の製造プロセスにおいて、リソグラフィーによって基板上に形成される合成パターンの重ね合わせずれ量を検出する方法として、基板上に形成した主尺パターンと副尺パターンの重ね合わせによって形成されるモアレ縞の粗密から、重ね合わせずれ量を検出する方法が知られている（特許文献１）。本発明は、この周知の方法をバネ式手秤に適用するための構成に関わる。【０００３】  このモアレ縞を利用する方法においては、主尺目盛と副尺目盛の一致位置が、主尺目盛間隙の中心位置にある副尺目盛の位置となる。また、その目盛はモアレ縞の最も密な部分に位置する。更に、副尺目盛間隙の中心位置にある主尺目盛を検出読取ることで、最小読取値が通常の場合に比べて半分に出来ることが知られている（特許文献１）。そしてこの方法を適用したノギスも知られている（特許文献２）。【０００４】  副尺を用いた目盛読取方法においては、ｎを２以上の整数として、（ｎ−１）主尺単位の長さをｎ等分した副尺を用いることにより、最小読取値が主尺単位の１／ｎまでの読取が可能である。このように副尺を用いる目盛読取方法により高い精度の読取が可能となるのは、主尺目盛と副尺目盛の一致位置の移動が、モアレの原理により副尺自身の移動のｎ倍に拡大されるためである。
【特許文献１】  特開平７−１２０２２１号
【特許文献２】  特開２００７−０９３５６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  バネ式手秤の課題の一つは、同じ秤量目量に対し、いかに秤本体の長さを短くするか、である。更に、長期にわたるバネの安定性も重要な課題となる。実際のバネ式手秤においては、バネの伸び率は１００％近くに設定されているため、高い性能のバネが要求されることから価格とのバランスが問題となる。目盛の読取に副尺を用いて高い読取精度を実現し、バネの伸び率、伸び量を小さく抑えることにより、全長の短いバネ式手秤が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  ここではまず従来方式のバネ式手秤を説明し、その問題点を明らかにする。図１はその断面を示す図で、外筒１、内筒２、バネ３の３つの主要部分から成る。外筒の天井部４には取っ手５、零点調節用ネジ６を介してバネの上端が取付けられる。内筒は外筒の中を上下に移動可能となっており、その中にはバネが入り、バネの下端は内筒の底部７に固定される。底部には更に計量用のフック８が鎖を介して取付けられる。【０００７】  外筒には上部から下部にわたり縦に溝９が掘られ、内筒上部に取付けられた突起１０が、バネの伸び縮みに応じて溝の中を上下に移動する。外筒の溝の縁には目盛１１が設けられており、上記突起に設けられた線の位置を目盛から読取ることで計量が行われる。秤の全長を短くするためにはバネの伸び率を大きく取る必要がある。弾性限界ぎりぎりの範囲で使用することになり、バネに対する負担が大きくなる。【０００８】  図２は本発明の一実施例を示す断面図である。その主要部は外筒１２、内筒１３、バネ１４の３つから成る。内筒は外筒の内面に接触摺動して軸方向に移動出来る。内筒天井には環状凹部を設け、その中心には四角柱の突起１５が伸びている。その突起が外筒上部にネジ結合された蓋１６の底部の四角い穴１７を通ることで、内筒の回転を抑える。前記蓋１６の筒状凹部１８にバネが配置され、底部を通り抜けた内筒の突起１５がバネを貫通する。突起の上部は円柱に加工されネジが切られており、ネジに取付けたナット１９がバネの上端に当たることで、バネが内筒を支える。【０００９】  内筒表面の一部には軸方向に副尺目盛２０を軸方向に配置する。また透明な材質の外筒の対向する内面には、主尺目盛２１が副尺目盛と重なるように配置され、視差の影響なく外部から両目盛を目視することが出来る。荷重によりバネが縮み内筒が降下する。その降下量を両目盛の重なりから読取る。前記内筒天井に環状凹部を設けることは内筒表面の副尺目盛を上に持ち上げることを可能にするため、秤の全長を短くする効果がある。【００１０】  外筒の最上部には上蓋が取付けられ、それには秤を吊下げるための紐を通す穴２２がある。外筒の最下部には中央に穴のある底蓋が取付けられる。内筒の下端には突起があり、底蓋の穴を通して外部に突き出る。その先端には計量用のフックを吊るすための穴２３がある。荷重が許容値を超えた場合には内筒の底部が底蓋に当たることでバネを保護する。【００１１】  内筒天上部の突起に取付けたナット１９を回して上下させることで荷重のゼロ点調節を行う。また、このナットをはずしてバネを交換すれば、最大荷重の異なる秤となる。【００１２】  図３は本発明の一実施例における主尺目盛と副尺目盛の状態を示す。主尺及び副尺の目盛幅が１／２−１／２５主尺単位、主尺間隙幅が１／２＋１／２５主尺単位、副尺間隙幅が１／２主尺単位の場合を示す。目盛が垂直に配置されているとして右側が主尺目盛、左側が副尺目盛で、中央部３２で両目盛が重なっている。主尺はその間隙が目盛の役割を果たしており、２６個の間隙のうち最初の２つ、０番目と１番目に零点の０と秤量１００ｇの１００が記されている。【００１３】  副尺は主尺の２４目盛単位の長さを２５等分してあり、各目盛には計量のｇ��に対応して０、４、８、・・・９２、９６、１００と記されている。副尺の目盛０が主尺の目盛間隙０の中心にあるときが零点に対応するが、図の状態では、副尺目盛が主尺単位の半分だけ降下しており、一つの主尺目盛が副尺目盛４８と５２の間隙の中心に位置している（図中矢印で示す）。これは計量が５０ｇ（４８と５２の中心値）であることを示す。この場合副尺目盛に挟まれた主尺目盛の両側の間隙幅がそれぞれ１／５０主尺単位となる。【００１４】  図４では副尺目盛５２が２つの主尺目盛の中心にあり（図中矢印で示す）、計量が５２ｇであることを示す。これは図３の場合から副尺が１／５０主尺単位下がった状態で、主尺目盛に挟まれた副尺目盛の両側の間隙幅はそれぞれ１／２５主尺単位となる。この例が示すように本発明の読取方式においては、通常の方式では最小読取値が主尺単位の１／２５となる副尺を用いるにも関わらず１／５０の読取が可能となる。このようにして秤量１００ｇ、目量２ｇのバネ式手秤が実現出来る。【００１５】  図３及び図４の例が示すように副尺目盛が１／５０主尺単位下がる毎に、２つの目盛の中心位置に来る目盛は主尺目盛と副尺目盛が交互に繰返す。同時にその両端の間隙幅も１／５０主尺単位と１／２５主尺単位を繰返す。しかしこの間隙幅が大きければ中心位置目盛の識別が容易となるため、常に副尺目盛が中心位置になり両端の間隙幅が１／２５主尺単位となる方式が望ましい。【００１６】  図５は本発明の態様を拡大して示す説明図である。図において目盛は矩形の枠で示されており、ハッチを施したものが主尺目盛、施していないものが副尺目盛である。目盛幅は主尺及び副尺ともに１／２−１／ｎ主尺単位、主尺目盛間隙幅は１／２＋１／ｎ主尺単位、副尺目盛間隙幅は１／２主尺単位、の場合を示す。図の上半分に注目すると、一致位置を一方の目盛間隙の中心位置にある他方の目盛から読取方式となっている（図３及び図４参照）。図において副尺目盛２４が二つの主尺目盛の中心に位置し、両側の間隙２５、２６がそれぞれ１／ｎ主尺単位となっている。これに対し下半分は主尺目盛を１／２主尺単位右にずらし、副尺目盛を１／２−１／２ｎ主尺単位右にずらしたもので、副尺目盛２４の下の主尺目盛が両副尺の中心に位置している。【００１７】  図６は図５の状態から副尺が１／２ｎ主尺単位右に移動した状態を示す。それは１／ｎ主尺単位の間隙２６が１／２ｎ主尺単位の間隙３１に変化し、１／２ｎ主尺単位の間隙２７が１／ｎ主尺単位の間隙２９に変化していることで示される。そして副尺目盛２８が二つの主尺目盛の中心に位置し、両側の間隙２９、３０がそれぞれ１／ｎ主尺単位となっている。以上の説明の通り、目盛の上下を順に調べることにより一致位置が常に二つの主尺目盛の中心に位置する副尺目盛となるような読取方式が実現出来ることがわかる。【００１８】  図７は本発明の一実施例の変形態様における主尺目盛と副尺目盛の状態を示す。目盛が垂直に配置されているとして図３における両尺の重なり部３２の中心線を対称軸として、左側を右側に複製し、その主尺目盛を１／２主尺単位、その副尺目盛を１／２−１／５０主尺単位、それぞれ下方に移動したもので、副尺目盛には２、６、１０、・・・９０、９４���９６と計量ｇ数が記されている。図の状態では、右側を調べることで、副尺目盛５０が主尺目盛の中心に位置していることがわかる（図中矢印で示す）。図３における２つの副尺目盛の中心にある主尺目盛を見出す場合に比べて、中心に位置する副尺目盛の両側の間隙が大きいため、中心位置にある目盛の識別が容易となる利点がある。【００１９】  図８では左側を調べることにより、図４の場合と同様に、副尺目盛５２が２つの主尺目盛の中心にあることがわかる（図中矢印で示す）。【００２０】  図９は本発明の一実施例の別の変形態様を示す図である。主要部分は、断面が矩形の外筒３３、同じく断面が矩形で外筒内を摺動する懸垂部材３４、及びバネ３５から成る。バネの下端は懸垂部材の上端に、その上端はローレットナット３６とネジ３７により外筒内の上下位置が調節可能な固定部材３８に固定される。ローレットナットは中心に穴のある外筒内の仕切り３９により外筒に固定される。副尺目盛４０は懸垂部材の表面に、主尺目盛は外筒の表面を構成する透明な板の内面に設けられる。外筒上端には取っ手取付け用の穴４２が、細くなった懸垂部材の下端部４４にはフックを吊るす穴４３がある。下端部４４は外筒下端部の狭められた筒先４５を通して外部に露出する。【００２１】  以上詳述したように、副尺を用いる目盛読取方法において、主尺および副尺の目盛幅と目盛間隙幅をほぼ等しくとり、両尺を重ね合わせることで一致位置を読取ることが出来る。主尺目盛と副尺目盛の一致位置は、副尺目盛が相隣り合う主尺目盛の中心に挟まれる位置となる。【００２２】  この際、挟まれた目盛の両側に等しい幅の間隙が出来るなど、一致位置読取の際の認識感度を高くする効果がある。更に、この一致位置は主尺と副尺の重ね合わせにより生じるモアレ縞の濃い部分の中央に位置するため、一致位置の絞込みが容易に行える。以上のような理由により、この方式を適用したバネ式手秤においては、迅速且つ確実な目盛読取が高精度で可能となる。【００２３】  更に、本発明による高精度な目盛読取方法を用いたバネ式手秤においては、主尺と副尺の相対移動距離を主尺目盛の１ないし数単位以内に限定することで、変形率を小さく抑えてもバネの長さを目盛板の長さ以内に抑えることが容易となる。また、本発明を構成する懸垂部材と外筒は、円筒、角筒など、いずれの形状の筒を用いてもよいこと、更に懸垂部材は円柱、角柱など、何れの形状の柱を用いてもよいことは勿論である。また上記説明では主尺目盛が外筒に、副尺目盛が懸垂部材に設けられるとしたが、逆の場合も同様の効果が得られることは明らかである。
【発明の効果】
【００２４】  主尺と副尺目盛の重ね合わせによる目盛読取方法をバネ式手秤に適用することで、従来方法に比べて目盛の読取を迅速且つ確実に行うと同時に最小読取値を半分にすることが出来る。これにより高精度で全長の短いバネ式手秤が実現出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】  副尺目盛板が、透明な主尺目盛面に接触摺動するようにして、主尺目盛板を通して目視出来る副尺目盛と主尺目盛の重なりから目盛の読取を行うバネ式手秤。主尺と副尺の相対移動距離を主尺目盛の１ないし数単位以内に限定することで、変形率を小さく抑えてもバネの長さが目盛板の長さ以内におさまるバネ式手秤。
【実施例】
【００２６】  主尺単位を３ｍｍとし、主尺の２４単位、即ち７２ｍｍを２５等分した副尺を用いる目盛読取方法において、主尺及び副尺目盛幅が１．３８ｍｍ、主尺目盛間隙幅が１．６２ｍｍ、副尺目盛間隙幅が１．５０ｍｍ（精度は何れも±０．００６ｍｍ）、とすることにより、主尺目盛の長さが７５ｍｍ、読取分解能５０分の１のバネ式手秤が実現出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来方式のバネ式手秤を示す断面図
【図２】本発明の一実施例を示す断面図
【図３】本発明の一実施例において荷重が５０ｇの場合の目盛を示す図
【図４】本発明の一実施例において荷重が５２ｇの場合の目盛を示す図
【図５】本発明の目盛の態様を拡大して示す説明図で、副尺を移動する前の様態を示す
【図６】図５から副尺を１／２ｎ主尺単位右に移動した後の目盛の態様を拡大して示す説明図
【図７】本発明の一実施例の変形態様において荷重が５０ｇの場合の目盛を示す図
【図８】本発明の一実施例の変形態様において荷重が５２ｇの場合の目盛を示す図
【図９】本発明の一実施例の別の変形態様を示す断面図
【符号の説明】
【００２８】  １  外筒
２  内筒
３  バネ
４  外筒の天井
５  取っ手
６  零点調節用ネジ
７  内筒の底部
８  フック
９  溝
１０  突起
１１  目盛
１２  外筒
１３  内筒
１４  バネ
１５  内筒天井部の突起
１６  外筒蓋
１７  外筒蓋底部の四角い穴
１８  外筒蓋の環状凹部
１９  ナット
２０  内筒外面の副尺目盛
２１  外筒内面の主尺目盛
２２  取っ手取付け穴
２３  フックを吊るす穴
２４  副尺移動前に主尺目盛間隙の中心にある副尺目盛
２５  副尺移動前の目盛２４の左側間隙
２６  副尺移動前の目盛２４の右側間隙
２７  副尺移動前の目盛２４の下にある主尺目盛の右側間隙
２８  副尺移動後に主尺目盛間隙の中心にある副尺目盛
２９  副尺移動後の目盛２８の右側間隙
３０  副尺移動後の目盛２９の左側間隙
３１  副尺移動後の目盛２８の上にある主尺目盛の左側間隙
３２  主尺と副尺目盛の重なり部分
３３  外筒
３４  懸垂部材
３５  バネ
３６  ローレットナット
３７  ネジ
３８  固定部材
３９  外筒仕切
４０  副尺目盛
４１  主尺目盛
４２  取っ手取付け用穴
４３  フックを吊るす穴
４４  懸垂部材下端部
４５  外筒下端の筒先
【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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