(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重検出器への校正用分銅の負荷及び負荷解除の動力源として電動機を利用する電子天秤において、校正用分銅の負荷及び負荷解除に連動する分銅位置検出用の分銅位置センサーと前記電動機の回転速度制御用のモータ制御回路とを備え、分銅位置センサーからの信号によって前記モータ制御回路への入力電圧を制御させることにより、前記校正用分銅の荷重検出器への負荷及び負荷解除の動作速度を制御可能にしたことを特徴とする電子天秤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、校正用分銅を内蔵した電子天秤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子天秤はそのハウジング内に電磁力平衡方式等の荷重検出器を含む公知の荷重検出機構が配設されており、この荷重検出機構は試料皿を介して受感部材に作用する荷重を検出することができるよう構成されている。
通常、このような電子天秤では、長期間にわたり一定の精度を確保できるよう前記荷重検出機構内に校正用分銅（すなわち、内蔵校正用分銅）を備えており、別途天秤校正用の基準分銅等を用意する必要もなく、日常的な校正はこの内蔵の校正用分銅を用いて手軽に校正を行うことができ、質量測定に必要な精度の確保を図っている。
【０００３】
この場合、荷重検出機構を構成する校正用分銅の加除機構には、偏心カムやスライドカムなどが利用されている。例えば、図１は偏心カムによるレバー式分銅加除方式を開示しているが、この偏心カムの場合はテコの原理を応用して前記分銅をレバーで上下させるものである。また、スライドカムの場合は、１本の突き上げ用の上下移動棒により直接前記分銅を上下させる上下移動棒式分銅加除方式で、これらは公知の技術として広く知られている。
【０００４】
このような加除機構の中心的役割を果たす前記カムには、電動機などの動力源が連結されており、この電動機などがカムに回転力や前後動を与える外力として作用するが、回転や前後動により生じるカム周縁部の軌跡を利用することによって校正用分銅に上下動を与え、荷重検出器への同分銅の負荷及び負荷解除を行わせることができる方式を採っている。
また、このような加除機構の駆動源には、直流電動機（以下本文では、モータと呼称する）がよく用いられている。
【０００５】
一方、前記加除機構においては、校正用分銅の荷重検出器への加除の状態を、前記カムの周辺部に設けられた分銅位置の位置検出用センサによって知ることができ、その信号によって校正用分銅が荷重検出器へ負荷されているか或いは負荷解除の状態にあるかを判定することができ、さらにその判定結果によって、前記モータへの供給電圧のＯＮ／ＯＦＦ（回転のスタート−ストップ）を行って、荷重検出器への校正用分銅の加除を可能としている。
【０００６】
ところで、これら校正用分銅の加除機構における駆動源として、直巻形モータがよく用いられる。この直巻形モータの回路例とそのトルク及び回転数に関するモータ特性例は、図２及び図３に示すとおりである。すなわち、図２は、直巻形モータへの印加電圧（Ｖ）の供給回路を示す例であり、図中のダイオード（Ｄ）はモータ（Ｍ）保護や外部回路へのノイズ対策を兼ねたもので、いわゆるスパークキラーと称するものである。また、図３はモータ（Ｍ）に流れる電流（Ｉａ）とモータ（Ｍ）の回転数（Ｎ）との相関関係を、並びに、同電流（Ｉａ）とモータ（Ｍ）の発生トルク（Ｔ）との相関関係をそれぞれ示している。
【０００７】
このような特性を有するモータを一定速度で回転させる場合、従来技術では、校正用分銅の加除に要するトルクのうちの最大のトルクをあらかじめ求めておいて、図３のような特性表を利用して、そのトルク発生に必要なモータの印加電圧を決定し、モータの所望の回転速度を得るといった手法を採り、かつ、このようにして決定されたモータへの印加電圧において、加除分銅の位置からの信号により、この印加電圧のＯＮ／ＯＦＦを行って、校正用分銅の加除動作を行わせてきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、あらかじめ決定される校正用分銅の加除に要するトルクは、偏心カムによるレバー式分銅加除方式においては実際に校正用分銅を持ち上げる場合の、また、スライドカムによる上下移動棒式分銅加除方式においては実際に校正分銅を押上げて分銅押さえに押し付ける場合のトルクなどのように、校正用分銅の加除に伴う必要なトルクのうち最大のものである。
すなわち、これらは、荷重検出器への校正用分銅の負荷解除に伴うトルクは、負荷時のトルクに比し、はるかに大なものであることを意味している。
【０００９】
しかし、校正用分銅の加除に際して、モータに対するこのような負荷解除に要する大きなトルクを求めることは、特に校正用分銅の負荷時には不必要なものであることは既述のごとく明らかであり、かつ、不経済なものでもあった。
さらに、厄介なことには、校正用分銅の荷重検出器への負荷時のように、回転に要するトルクが少ししか要求されないときは、モータへの印加電圧がトルク最大の条件を満たす電圧であらかじめ決められているが故に、このモータの特性から回転速度の増大となって現れ、かつ、それに伴うモータの騒音や振動も大きくなってしまうという問題を有していた。
本発明は、前記のようなモータのカムに対する回転力や前後動などの駆動源としての機能において、不必要なパワーを極力排除し、かつ、不要な回転速度の上昇による騒音や振動の諸問題をも解消する電子天秤を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子天秤は、上記課題を解決するために、校正用分銅の負荷及び負荷解除に連動する分銅位置検出用の分銅位置センサーとモータの回転速度制御用のモータ制御回路とを備え、前記分銅位置センサーからの信号によって前記モータ制御回路への入力電圧を制御させることにより、前記モータの回転速度すなわち校正用分銅の荷重検出器への負荷及び負荷解除の動作速度を制御し、校正用分銅の負荷時や負荷解除時のそれぞれに必要なトルクと回転速度を必要な時にモータから供給できるようにしたものである。
【００１１】
【実施の形態】
本発明の構成を、以下図１及び図４に示す実施例に基づいて説明する。
電子天秤は、通常大別して機械要素系と電気要素系の二つのグループから成り立つものであるが、図１はそれらの主な構成要素類を具体的にブロック図化したシステム図であって、本発明による電子天秤の構成要部ブロック図をも意味するものである。
【００１２】
すなわち、機械要素系は、校正用分銅３を支点４ｂとレバー４ａでテコの原理を応用して加除する加除機構４、校正用分銅３の加除に必要な所定の運動をさせる駆動用のモータ９とモータ９に直結されたカム８、並びに、荷重検出器１０（ロードセンサとも称す）に垂設された分銅受け６、皿受け支柱５、皿受け２、試料皿１などから成る。
一方、電気要素系は、電磁力平衡方式等を利用した荷重検出器１０、この荷重検出器１０からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１、校正用分銅３の位置を検出する分銅位置センサ７、モータ９を駆動するドライバー回路１２、各種入出力信号を最適化するインタフェイス回路１３、各種入出力信号を演算処理するマイクロコンピュータ１４（ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成されている）などから成る。ただし、荷重検出器１０からのデジタル変換データや各種演算結果などを表示する表示器などは、省略してある。
【００１３】
以上の構成において、次に図１に基づいて具体的な動作を説明する。
荷重検出器１０は、試料皿１上に載せられた外部荷重または校正用分銅３が負荷されたとき、その荷重に対応する電気信号を発生して出力する。その出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１１を介してインターフェイス回路１３に取り込まれ、マイクロコンピュータ１４に入力される。
このマイクロコンピュータ１４は、各種演算やプログラムの実行及び各周辺機器をインターフェイス回路１３を介して制御するＣＰＵ、プログラムが書き込まれたＲＯＭ、前記荷重変換器１０からのデジタル変換データや各種演算結果などを記憶するエリアを備えた不揮発性ＲＡＭなどから構成されている。
【００１４】
また、校正用分銅３の加除機構４は、モータ９によって回動されるカム８、そのカム８の回動により支点４ｂを中心に変位されるレバー４ａなどから構成されている。
この校正用分銅３は、前記ＣＰＵの指令に基づきドライバー回路１２を介し、前記モータ９を駆動させて分銅受け６にすなわち荷重検出器１０に負荷あるいは負荷解除される。
このとき、カム８の近傍に配設された分銅位置センサ７は、カム８の回動に連動する校正用分銅３の位置すなわち校正用分銅３の荷重検出器１０への負荷状態を、電気信号としてインターフェイス回路１３を介しマイクロコンピュータ１４へ送信する。マイクロコンピュータ１４は、この位置の状態を信号より判断し、前記位置に応じてあらかじめ用意されている最適印加電圧を、モータ９に供給しモータ９を制御することができるよう構成されている。
【００１５】
なお、電子天秤の較正用分銅の加除に用いられる直巻直流電動機の回路例と同電動機の特性例は図２及び図３に示しているが、これらについては、上述のとりであり、詳細な説明は省略する。
【００１６】
また、本発明のモータ制御回路は図４に示すとおりで、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を採用したものである。校正用分銅の位置に対応した分銅位置センサ７からの信号に基づきマイクロコンピュータ１４のＣＰＵが出力するＰＷＭ方式によるパルス信号を用いて、モータ印加電圧基準値（Ｖｓ）をレギュレータ（Ｒｅ）を用いてＯＮ／ＯＦＦ制御し、モータ９への印加電圧（Ｖ）を０〜電圧基準値（Ｖｓ）の範囲で調節し、位置の状態によるモータ駆動における最適制御ができるよう構成されている。
したがって、モータ９を回動させて校正用分銅３を荷重検出器１０から負荷解除するときを、すなわち、モータ９に要求されるトルクが最大のときを、分銅位置センサ７からの信号で知ることができるので、そのタイミングに合わせてＰＷＭを変化させてモータ印加電圧（Ｖ）を最大まで上げて対応させ、また校正用分銅３の負荷時等の場合には、同じく分銅位置センサ７の信号により再度ＰＷＭを変化させてモータ印加電圧（Ｖ）を下げてモータ９を静にゆっくり回転させるようコントロールするのである。
なお、図４における抵抗ＲとコンデンサＣは、モータ９への印加電圧（Ｖ）の平滑回路を構成する素子である。また、図４では、前記の励磁コイル（Ｒｃ）やダイオード（Ｄ）は、省略されている。
【００１７】
本発明は、以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を生かした他の変形実施例をも包含するものである。
例えば、本発明では、モータ印加電圧（Ｖ）の電圧制御をＰＷＭ方式により行わせる構成例を開示してあるが、必ずしもこの方式による必要は無く、予め求めておいた制御対象トルクに合わせた複数の電圧を用意しておき、それらを分銅位置センサ７の信号すなわちカム８の位置によって選択し、モータ９のカム８位置ごとの最適制御を行なわせて、本発明と同様の作用を発揮させることができる。また、図１では、分銅位置センサ７として、接触形のマイクロスイッチを用いる方式が開示されているが、もちろん、光センサなどの非接触形の検知方式を採用することも本発明に包含される内容のものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明が提供する電子天秤は、分銅位置のセンサからの出力信号を利用することによって、負荷時であれ負荷解除時であれそれぞれに合ったトルクを発生させて、加除動作を行わせることができるように構成したもので、駆動源としてのモータの選択条件にも余裕を生じ、しかも経済的な観点にたってのモータそのものの選択条件にもより幅をもたせることが可能となった。また、前記のごとく、モータの回転に要するトルクが少ししか必要でないとき（校正用分銅の荷重検出器への負荷時）の回転速度の増大に伴うモータの騒音や振動現象も防止できる効果をも合わせて有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子天秤の構成要部ブロック図である。
【図２】本発明による電子天秤に用いた分銅加除用直巻直流電動機の回路例を示す。
【図３】本発明による電子天秤に用いた分銅加除用直巻直流電動機の特性例を示す。
【図４】本発明による電子天秤に用いたモータ制御回路ブロック図を示す。
【符号の説明】
１………試料皿                      Ｖ………モータ印加電圧
２………皿受け                      Ｉａ……電流
３………校正用分銅                  Ｍ………モータ
４………加除機構                    Ｄ………ダイオード
４ａ……レバー                      Ｒｃ……励磁コイル
４ｂ……支点                        Ｎ………回転数
５………皿受け支柱                  Ｔ………トルク
６………分銅受け                    Ｒ………抵抗
７………分銅位置センサ              Ｃ………コンデンサ
８………カム                        Ｒｅ……レギュレータ
９………モータ                      Ｖｓ……モータ印加電圧基準値
１０……荷重検出器
１１……Ａ／Ｄ変換器
１２……ドライバー回路
１３……インターフェイス回路
１４……マイクロコンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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