台秤
【課題】重量物の計量精度が高い台秤を提供する。
【解決手段】計量皿が複数の重量センサユニットで支えられた台秤であって、重量センサユニットの計量皿に当接する箇所に、回転可能な複数のボール１４１が円周上に保持されたボールユニット１４２と、ボールユニット１４２を間に挟んで相対移動が可能な上板１４３及び下板１４４とを備える分力緩衝装置１４０が配置され、下板１４４が重量センサユニット側に固定される。上板１４３は円錐台状の頂部を備えるボス１５０を有し、ボスと被覆部の内側に設けられた擂鉢状凹部とが係合して、上板１４３に対する計量皿の位置が規制される。計量皿の撓みに起因する測定誤差を効果的に除くことができ、高い精度での計量が可能である。
【解決手段】計量皿が複数の重量センサユニットで支えられた台秤であって、重量センサユニットの計量皿に当接する箇所に、回転可能な複数のボール１４１が円周上に保持されたボールユニット１４２と、ボールユニット１４２を間に挟んで相対移動が可能な上板１４３及び下板１４４とを備える分力緩衝装置１４０が配置され、下板１４４が重量センサユニット側に固定される。上板１４３は円錐台状の頂部を備えるボス１５０を有し、ボスと被覆部の内側に設けられた擂鉢状凹部とが係合して、上板１４３に対する計量皿の位置が規制される。計量皿の撓みに起因する測定誤差を効果的に除くことができ、高い精度での計量が可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の重量センサで支えられた計量皿の上に被計量物を載せて計量する台秤に関し、重量物を高い精度で計量できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、本発明者等が以前に開発した台秤が開示されている。
この台秤は、図１２に示すように、平坦な計量皿（不図示）を支える上側フレーム１０と、二本の並行する基礎フレーム２０、２０と、基礎フレーム２０、２０間に掛け渡された重量センサユニット３０とを備えている。図１３に示すように、重量センサユニット３０のセンサケース３３内には、音叉振動子４１と、加えられた荷重を縮小して音叉振動子４１に伝えるブロック体４２とを備える重量センサ４０が収納されており、ブロック体４２の内部には、ブロックを削り込んでロバーバル機構や梃子機構が形成されている。
【０００３】
ブロック体４２の固定側は、ボルト４３でセンサケース３３の底部に固定され、ブロック体４２の可動側にはボルト３７を通じて被計量物の荷重が伝達される。ボルト３７の先端は、上側フレーム１０を支える上面支持部材３１（図１２）と機械的に結合されており、上側フレーム１０に加わる荷重が、上側フレーム１０に接触する二つの重量センサユニット３０の上面支持部材３１に伝わり、上面支持部材３１から、上面支持部材３１を支えているボルト３７に伝わり、ボルト３７に加わる荷重によって重量センサ４０のブロック体４２の可動側が変位し、その変位に応じた信号が音叉振動子４１から出力される。
【０００４】
また、上面支持部材３１の上側フレーム１０を支える面には、検出精度の低下を防ぐための分力緩衝装置３２が設置されている。
重量物を計量皿に載せると、その重みで上側フレーム１０が撓み、そのため、重量センサ４０に水平方向の応力が作用する。この水平方向の力は、垂直方向の荷重を検出する重量センサ４０にとって誤差となり、検出精度を低下させる。こうした誤差を減らすため、分力緩衝装置３２は、上側フレーム１０の撓みに起因する水平方向の応力を逃がし、重量センサ４０に水平方向の応力が及ばないようにしている。
【０００５】
この分力緩衝装置３２は、図１４に示すように、二枚の平板６１、６２と、その間に挟持された、複数の針状ころ６４を有する直動ニードルベアリング６３を備えており、この直動ニードルベアリング６３により平板６１と平板６２との相対的な直線運動が可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１１／００１８７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
薬液原料等の重量物を計量する生産現場では、台秤に対して、より重いものが高精度に計量できる性能や、重いものでも載せ易い計量皿の低床化を求める声が強い。
こうした要請に応えて、例えば、秤量３００ｋｇ、分解能３０万分の１の台秤を製造する場合には、重量物を載せたときの計量皿の撓みや、計量皿に加わる衝撃などが高精細な重量センサに悪影響を及ぼさないように、構造上の細心の配慮が必要になる。
【０００８】
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、重量物の高精度の計量が可能な台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】
【０００９】
本発明は、計量皿が複数の重量センサユニットで支えられた台秤であって、重量センサユニットの計量皿に当接する箇所に、回転可能な複数のボールが円周上に保持されたボールユニットと、このボールユニットを間に挟んで相対移動が可能な上板及び下板とを備える分力緩衝装置が配置され、分力緩衝装置の下板が、重量センサユニットの側に固定され、分力緩衝装置の上板は、計量皿の側に円錐台状の頂部を備えるボスを有し、このボスと計量皿の内側に設けられた擂鉢状の凹部とが係合して、上板に対する計量皿の位置が規制されることを特徴とする。
台秤に重量物を載せると、計量皿に、縦方向、横方向及び対角線方向などの撓みが発生するが、この台秤では、分力緩衝装置のボールユニットが、いずれの方向の撓みによる水平方向の応力をも逃がすことができるため、高精度の計量が可能になる。また、計量皿と重量センサユニットとの位置関係は、分力緩衝装置の上板に設けられたボスと計量皿の内側に設けられた擂鉢状凹部との係合によって自動的に調整される。
【００１０】
また、本発明の台秤では、計量皿が、被計量物を載置する載置面と、この載置面の両側で重量センサユニットを覆う被覆部とを有し、載置面が被覆部の頂面よりも低く設定され、分力緩衝装置の上板のボスが、被覆部の内側に設けられた擂鉢状の凹部と係合するように構成することができる。
この台秤は、計量皿として、重量センサユニットを覆う被覆部よりも被計量物の載置面を一段低くした低床化構造を採用しているため、被計量物が載せ易い。この構造では、重量物を載せる際の計量皿の安定性が確保できるように、少なくとも４個の重量センサユニットを矩形位置に配置して計量皿を支える必要があり、重量物を載せた計量皿には、縦方向、横方向及び対角線方向の撓みが発生するが、分力緩衝装置のボールユニットは、いずれの方向の撓みによる水平方向の応力をも逃がすことができる。
【００１１】
また、本発明の台秤は、計量皿が、平坦な上面を有するものであっても良い。
本発明は、平らな計量皿を有する標準的な台秤にも適用できる。
【００１２】
また、本発明の台秤では、分力緩衝装置の下板は、深さがボールユニットの厚さより浅い、ボールユニットを収容するための凹部と、この凹部から外れた位置に設けられたネジ孔とを具備し、ボスが立設された上板は、下板のネジ孔に対向する位置に設けられた長孔を具備し、凹部に収容されたボールユニットを間に挟んで対向する下板と上板とが、上板の長孔に遊嵌されて下板のネジ孔に螺合された有頭ネジにより、相対移動可能な状態で結合されている。
このように、分力緩衝装置は、分力緩衝機能と計量皿支持機能とを併せ持つ形でユニット化されているため、台秤の組立て工数が削減できる。
【００１３】
また、本発明の台秤では、計量皿の内側に、擂鉢状凹部を有する受部材が固定される。
計量皿に固定した受部材と分力緩衝装置の上板のボスとが係合して、分力緩衝装置の上板に対する計量皿の位置が規制される
【００１４】
また、本発明の台秤では、擂鉢状凹部の底面の面積が、ボスの頂面の面積より広く、擂鉢状凹部の傾斜面の傾斜角度が、ボスの円錐面の傾斜角度に対応している。
このように擂鉢状凹部及びボスの形状を設定することで、台秤に計量皿をセットする際の位置決めが容易になる。また、計量皿に側面から衝撃が加わったときには、計量皿がボスの上方に滑り上がり、それにより重量センサに加わる衝撃を減じることができる。
【００１５】
また、本発明の台秤では、擂鉢状凹部の傾斜面の傾斜角度を（３０−１）°以上、（３０＋１）°以下にすることが望ましい。
擂鉢状凹部の傾斜角度を３０°を中心に±１°の範囲内に設定すると、計量皿の安定的な位置決めが可能であるとともに、計量皿の側面に加わる衝撃が大きい場合に、上方への滑り上がりで、重量センサに加わる衝撃を効果的に減じることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の台秤は、計量皿の撓みに起因する測定誤差を効果的に除くことができるため、重量物を測定する場合でも、高い精度の計量が可能である。
また、分力緩衝機能と計量皿支持機能とを併せ持つ分力緩衝装置を用いているため、台秤の組立てが容易であり、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る台秤の斜視図
【図２】図１の台秤の分解斜視図
【図３】図１の台秤に使われている重量センサユニットの斜視図
【図４】図３の重量センサユニットの平面図及び側面図
【図５】図３の重量センサユニットに固定された分力緩衝ユニットの斜視図
【図６】図５の分力緩衝ユニットの分解斜視図
【図７】図５の分力緩衝ユニットの平面図及び側面図
【図８】図５の分力緩衝ユニット及び受部材の断面図
【図９】計量皿に固定された受部材を示す図
【図１０】図９の受部材に形成された擂鉢状凹部の傾斜角度を示す図
【図１１】本発明の台秤及び従来の台秤の特性を示す図
【図１２】従来の台秤を示す図
【図１３】従来の台秤に用いられている重量センサユニットの分解斜視図
【図１４】従来の台秤に用いられている分力緩衝ユニットを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態として、計量皿の載置面が他の部分より一段低く設定された低床台秤について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る低床台秤の全体形状を示し、図２は、その分解斜視図を示している。
この台秤の計量皿１００は、被計量物を載置する載置面１０１と、載置面１０１の両側で重量センサユニット１２０を覆うボックス状の被覆部１０２とを有し、載置面１０１が被覆部１０２の頂面よりも一段低くなるように載置面１０１と被覆部１０２とが一体化されている。なお、一枚の板を成形して載置面１０１と被覆部１０２とを備える計量皿１００を構成しても良い。
【００１９】
例えば、重い被計量物を計量する場合、被計量物を載せた台車を、載置面１０１に導くように設置されたスロープを通って載置面１０１上に移動し、そのときの計量値から台車分を引き去ることで被計量物の重量を算出することができる。
また、被覆部１０２の側面には、計量皿１００をセットしたり、取り外したりするときに使用する把手１０３が固定されている。また、載置面１０１の裏側には、図９に示すように、補強桟１０４が裏打ちされている。
台秤のベースは、重量センサユニット１２０を固定する一対の取付けフレーム１３０と、取付けフレーム１３０間を接続する一対の接続フレーム１３１とから成る。
重量センサユニット１２０は、一本の取付けフレーム１３０に二つずつ取付けられており、合計４個の重量センサユニット１２０が矩形状を成す位置に固定されている。
【００２０】
図３は重量センサユニット１２０の斜視図を示し、その上面図を図４（ａ）に、側面図を図４（ｂ）、図４（ｃ）に示している。
重量センサユニット１２０のセンサケース１２１には、特許文献１に記載されたものと同様の重量センサが収容されている。センサケース１２１の開口は蓋板１２２で閉じられているが、計量皿１００に加わる荷重を重量センサの可動部に伝達する４本のボルト１２３は、蓋板１２２を貫いてセンサケース１２１の外に導出されている。
このボルト１２３は、固定板１２４と機械的に結合されており、また、固定板１２４には、分力緩衝ユニット１４０が固定されている。
【００２１】
図５は分力緩衝ユニット１４０の斜視図を示し、その分解斜視図を図６に、上面図を図７（ａ）に、側面図を図７（ｂ）、図７（ｃ）に示している。また、分力緩衝ユニット１４０の一部断面図を図８に示す。
この分力緩衝ユニット１４０は、転動可能な複数のボール１４１をリテーナで円周上に保持したボールユニット１４２と、ボールユニット１４２の上側に配置された上板１４３と、ボールユニット１４２の下側に配置された下板１４４と、ボールユニット１４２を間に挟んで上板１４３及び下板１４４が相対移動できるように結合する鍋頭ネジなどの有頭ネジ１４５とを有している。
【００２２】
また、下板１４４は、ボールユニット１４２を収容するための凹部１４６と、この凹部１４６内でボールユニット１４２の位置を規制する規制部材１４７と、凹部１４６の外側を囲む外壁部材１４８とを有している。凹部１４６の深さは、ボールユニット１４２の厚さ（ボール１４１の直径）よりも浅くなるように（ここでは、ボール１４１の直径の１／２以下に）設定されている。また、下板１４４の凹部１４６の底から外壁部材１４８の頂面までの寸法は、ボール１４１の直径の寸法より僅かに短くなるように設定されている。
下板１４４は、さらに、凹部１４６から外れた位置（外壁部材１４８の外側）に、ネジ孔を備えた筒状部１４９を有している。このネジ孔は、下板１４４の裏面にまで達しており、このネジ孔に有頭ネジ１４５の軸部が螺合される。
【００２３】
また、上板１４３は、ボールユニット１４２に接する面の反対面に、円錐台状の頂部を備えたボス１５０を有している。このボス１５０は、軸心位置がボールユニット１４２の中心と略一致するように、上板１４３に立設されている。
上板１４３は、さらに、筒状部１４９に対応する位置に長孔１５１を有している。長孔１５１の長手方向に直交する幅は、有頭ネジ１４５の軸部の直径よりも広く、有頭ネジ１４５の頭部の直径よりも狭くなるように設定されている。
【００２４】
この分力緩衝ユニット１４０は、ボールユニット１４２を下板１４４の凹部１４６内に位置決めし、その上から、ボス１５０を立設した上板１４３を重ね、有頭ネジ１４５の軸部を、上板１４３の長孔１５１を通して、下板１４４の筒状部１４９のネジ孔に螺合することでユニット化されている。
この分力緩衝ユニット１４０では、有頭ネジ１４５の軸部が上板１４３の長孔１５１に遊嵌し、また、図８に示すように、ボールユニット１４２のボール１４１が下板１４４の凹部１４６の底面と上板１４３とに接しているため、上板１４３と下板１４４との水平方向の相対移動が全ての方向において許容される。
【００２５】
また、外壁部材１４８は、分力緩衝ユニット１４０に組み込まれたボールユニット１４２に塵埃等が付着するのを防いでいる。
また、有頭ネジ１４５の頭部が長孔１５１の幅よりも大きい直径を有しているため、有頭ネジ１４５の軸部を下板１４４のネジ孔に螺合すれば、上板１４３は上方に脱出できず、ユニット化した状態が維持される。
また、下板１４４を貫通した有頭ネジ１４５の軸部の先端を重量センサユニット１２０の固定板１２４に螺合すれば、分力緩衝ユニット１４０を重量センサユニット１２０に簡単に結合することができる。
【００２６】
図９は、計量皿１００の被覆部１０２の内側に在って、分力緩衝ユニット１４０のボス１５０と係合する受部材１５２を示している。図９（ａ）には、被覆部１０２に固定された受部材１５２を示し、その一部拡大図を図９（ｂ）に示し、受部材１５２の平面図を図９（ｃ）に示している。また、図８には、ボス１５０及び受部材１５２の断面図を示している。
受部材１５２は、分力緩衝ユニット１４０のボス１５０が係合する擂鉢状凹部１５３を有している。この擂鉢状凹部１５３の底面の面積は、ボス１５０の頂面の面積よりも広く設定されている。例えば、擂鉢状凹部１５３の底面の直径を１２ｍｍ、ボス１５０の頂面の直径を８ｍｍとしている。また、擂鉢状凹部１５３の傾斜面の傾斜角度は、ボス１５０の円錐面の傾斜角度と同じ角度に設定している。この傾斜角度は、後述するように３０°を中心に±１°の範囲内に設定することが望ましい。
この受部材１５２は、重量センサユニット１２０の固定板１２４に固定された分力緩衝ユニット１４０のボス１５０の位置に対応付けて、計量皿１００の被覆部１０２の内側に装着される。
【００２７】
この低床台秤は、分力緩衝ユニット１４０を組み付けた重量センサユニット１２０を、一対の接続フレーム１３１で接続した二本の取付けフレーム１３０の各々に二つずつ固定し、その上に、受部材１５２を装着した計量皿１００を載せて組み立てる。
この低床台秤では、受部材１５２を装着した計量皿１００を重量センサユニット１２０の上にセットしたとき、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の底面位置がボス１５０の頂面位置から外れていると、擂鉢状凹部１５３の傾斜面とボス１５０の円錐面とが当接して、受部材１５２は、計量皿１００の自重でボス１５０の円錐面に沿って下方に移動する。その結果、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の底面位置は、ボス１５０の頂面位置に自動的に一致することになる。
【００２８】
また、隣接する重量センサユニット１２０のボス１５０間の距離と、計量皿１００に装着された受部材１５２間の距離とが多少違っていても、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の底面面積がボス１５０の頂面面積より大きく設定されているため、この距離の誤差を吸収して、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の底面をボス１５０の頂面に合わせることができる。
【００２９】
また、計量皿１００の被覆部１０２の側面に被計量物を載せた台車が当たるなどして、計量皿１００に横方向の衝撃が加わった場合は、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の傾斜面がボス１５０の円錐面に沿って上方に移動し、計量皿１００がボス１５０の上方に滑り上がる。そのため、重量センサが受ける衝撃を減じることができる。
このとき、擂鉢状凹部１５３の傾斜面の傾斜角度が大き過ぎると、計量皿１００の上方への滑り上がりが果たせず、衝撃が軽減できない。一方、擂鉢状凹部１５３の傾斜面の傾斜角度が小さ過ぎると、僅かな衝撃でボス１５０と受部材１５２との係合が外れ、計量皿１００を安定的に保持することができない。
【００３０】
この傾斜角度は、図１０に示すように、３０°を中心として±１°の範囲内に設定することが望ましい。傾斜角度を３０°にした場合、計量皿１００の重量を６０ｋｇ、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３とボス１５０との摩擦係数を０．５とすると、側面からの衝撃が５０ｋｇｆ以上の時に、計量皿１００が滑り上がって衝撃を逃すことができる。その結果、重量センサに掛かる側面の力は、最大２５ｋｇｆに軽減される。
【００３１】
また、この低床台秤では、計量皿１００の載置面１０１に被計量物を載せたときに、縦方向、横方向、対角線方向など、種々の方向の撓みが計量皿１００に発生したとしても、ボールユニット１４２を内蔵する分力緩衝ユニット１４０が、いずれの方向の撓みによる水平方向の応力をも逃がすことができるため、重量センサで高精度の計量が可能になる。
【００３２】
図１１は、直動ニードルベアリングを用いた従来の分力緩衝ユニットを組み込んだ台秤と、ボールユニット１４２を用いた本発明の分力緩衝ユニット１４０を組み込んだ台秤との特性を示している。ここでは、３００ｋｇの荷重を１０回に渡って測定し、１０回のスパン誤差を比較している。図１１（ａ）はボールユニットの場合の特性を示し、図１１（ｂ）は直動ニードルベアリングの場合の特性を示している。直動ニードルベアリングを用いた場合は、繰り返し性が悪く、標準偏差が１０．４ｇと大きい。一方、ボールユニットを用いた場合は、標準偏差が１．３ｇであり、繰り返し性が大幅に改善されている。
【００３３】
また、この低床台秤では、奥行きが長い計量皿１００を、矩形状に配置した４個の重量センサユニット１２０で支えているため、重い被計量物を台車などで載置面１０１に載せるときでも、計量皿１００が安定した状態を保つことができる。
また、この低床台秤では、計量皿１００の被覆部１０２がボックス状の構造を有し、機械的強度が強いため、この被覆部１０２に固定した受部材１５２と重量センサユニット１２０側のボス１５０とを係合させるだけで、計量皿１００を支えることができる。
なお、ここでは、４個の重量センサユニットを配置する場合について説明したが、組み込む重量センサユニットの数は、４個より多くても良い。
また、ここでは、計量皿の載置面が他の部分より一段低くなった低床台秤について説明したが、本発明は、平坦な計量皿を備える標準的な台秤にも適用可能である。
また、本発明では、計量皿を除くベース部分（分力緩衝ユニットを備える重量センサユニットと、その保持フレーム）を共通にし、計量皿の部分だけを低床用または標準型に変更して、低床台秤及び標準台秤を得ることも可能である。この場合、部品の共通化により低床台秤及び標準台秤の製造コストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の台秤は、重量物を高い精度で計量できるため、重量物の計量を必要とする製造工場や、物流施設、輸送施設などで幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１００ 計量皿
１０１ 載置面
１０２ 被覆部
１０３ 把手
１０４ 補強桟
１２０ 重量センサユニット
１２１ センサケース
１２２ 蓋板
１２３ ボルト
１２４ 固定板
１３０ 取付けフレーム
１３１ 接続フレーム
１４０ 分力緩衝ユニット
１４１ ボール
１４２ ボールユニット
１４３ 上板
１４４ 下板
１４５ 有頭ネジ
１４６ 凹部
１４７ 規制部材
１４８ 外壁部材
１４９ 筒状部
１５０ ボス
１５１ 長孔
１５２ 受部材
１５３ 擂鉢状凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の重量センサで支えられた計量皿の上に被計量物を載せて計量する台秤に関し、重量物を高い精度で計量できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、本発明者等が以前に開発した台秤が開示されている。
この台秤は、図１２に示すように、平坦な計量皿（不図示）を支える上側フレーム１０と、二本の並行する基礎フレーム２０、２０と、基礎フレーム２０、２０間に掛け渡された重量センサユニット３０とを備えている。図１３に示すように、重量センサユニット３０のセンサケース３３内には、音叉振動子４１と、加えられた荷重を縮小して音叉振動子４１に伝えるブロック体４２とを備える重量センサ４０が収納されており、ブロック体４２の内部には、ブロックを削り込んでロバーバル機構や梃子機構が形成されている。
【０００３】
ブロック体４２の固定側は、ボルト４３でセンサケース３３の底部に固定され、ブロック体４２の可動側にはボルト３７を通じて被計量物の荷重が伝達される。ボルト３７の先端は、上側フレーム１０を支える上面支持部材３１（図１２）と機械的に結合されており、上側フレーム１０に加わる荷重が、上側フレーム１０に接触する二つの重量センサユニット３０の上面支持部材３１に伝わり、上面支持部材３１から、上面支持部材３１を支えているボルト３７に伝わり、ボルト３７に加わる荷重によって重量センサ４０のブロック体４２の可動側が変位し、その変位に応じた信号が音叉振動子４１から出力される。
【０００４】
また、上面支持部材３１の上側フレーム１０を支える面には、検出精度の低下を防ぐための分力緩衝装置３２が設置されている。
重量物を計量皿に載せると、その重みで上側フレーム１０が撓み、そのため、重量センサ４０に水平方向の応力が作用する。この水平方向の力は、垂直方向の荷重を検出する重量センサ４０にとって誤差となり、検出精度を低下させる。こうした誤差を減らすため、分力緩衝装置３２は、上側フレーム１０の撓みに起因する水平方向の応力を逃がし、重量センサ４０に水平方向の応力が及ばないようにしている。
【０００５】
この分力緩衝装置３２は、図１４に示すように、二枚の平板６１、６２と、その間に挟持された、複数の針状ころ６４を有する直動ニードルベアリング６３を備えており、この直動ニードルベアリング６３により平板６１と平板６２との相対的な直線運動が可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１１／００１８７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
薬液原料等の重量物を計量する生産現場では、台秤に対して、より重いものが高精度に計量できる性能や、重いものでも載せ易い計量皿の低床化を求める声が強い。
こうした要請に応えて、例えば、秤量３００ｋｇ、分解能３０万分の１の台秤を製造する場合には、重量物を載せたときの計量皿の撓みや、計量皿に加わる衝撃などが高精細な重量センサに悪影響を及ぼさないように、構造上の細心の配慮が必要になる。
【０００８】
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、重量物の高精度の計量が可能な台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】
【０００９】
本発明は、計量皿が複数の重量センサユニットで支えられた台秤であって、重量センサユニットの計量皿に当接する箇所に、回転可能な複数のボールが円周上に保持されたボールユニットと、このボールユニットを間に挟んで相対移動が可能な上板及び下板とを備える分力緩衝装置が配置され、分力緩衝装置の下板が、重量センサユニットの側に固定され、分力緩衝装置の上板は、計量皿の側に円錐台状の頂部を備えるボスを有し、このボスと計量皿の内側に設けられた擂鉢状の凹部とが係合して、上板に対する計量皿の位置が規制されることを特徴とする。
台秤に重量物を載せると、計量皿に、縦方向、横方向及び対角線方向などの撓みが発生するが、この台秤では、分力緩衝装置のボールユニットが、いずれの方向の撓みによる水平方向の応力をも逃がすことができるため、高精度の計量が可能になる。また、計量皿と重量センサユニットとの位置関係は、分力緩衝装置の上板に設けられたボスと計量皿の内側に設けられた擂鉢状凹部との係合によって自動的に調整される。
【００１０】
また、本発明の台秤では、計量皿が、被計量物を載置する載置面と、この載置面の両側で重量センサユニットを覆う被覆部とを有し、載置面が被覆部の頂面よりも低く設定され、分力緩衝装置の上板のボスが、被覆部の内側に設けられた擂鉢状の凹部と係合するように構成することができる。
この台秤は、計量皿として、重量センサユニットを覆う被覆部よりも被計量物の載置面を一段低くした低床化構造を採用しているため、被計量物が載せ易い。この構造では、重量物を載せる際の計量皿の安定性が確保できるように、少なくとも４個の重量センサユニットを矩形位置に配置して計量皿を支える必要があり、重量物を載せた計量皿には、縦方向、横方向及び対角線方向の撓みが発生するが、分力緩衝装置のボールユニットは、いずれの方向の撓みによる水平方向の応力をも逃がすことができる。
【００１１】
また、本発明の台秤は、計量皿が、平坦な上面を有するものであっても良い。
本発明は、平らな計量皿を有する標準的な台秤にも適用できる。
【００１２】
また、本発明の台秤では、分力緩衝装置の下板は、深さがボールユニットの厚さより浅い、ボールユニットを収容するための凹部と、この凹部から外れた位置に設けられたネジ孔とを具備し、ボスが立設された上板は、下板のネジ孔に対向する位置に設けられた長孔を具備し、凹部に収容されたボールユニットを間に挟んで対向する下板と上板とが、上板の長孔に遊嵌されて下板のネジ孔に螺合された有頭ネジにより、相対移動可能な状態で結合されている。
このように、分力緩衝装置は、分力緩衝機能と計量皿支持機能とを併せ持つ形でユニット化されているため、台秤の組立て工数が削減できる。
【００１３】
また、本発明の台秤では、計量皿の内側に、擂鉢状凹部を有する受部材が固定される。
計量皿に固定した受部材と分力緩衝装置の上板のボスとが係合して、分力緩衝装置の上板に対する計量皿の位置が規制される
【００１４】
また、本発明の台秤では、擂鉢状凹部の底面の面積が、ボスの頂面の面積より広く、擂鉢状凹部の傾斜面の傾斜角度が、ボスの円錐面の傾斜角度に対応している。
このように擂鉢状凹部及びボスの形状を設定することで、台秤に計量皿をセットする際の位置決めが容易になる。また、計量皿に側面から衝撃が加わったときには、計量皿がボスの上方に滑り上がり、それにより重量センサに加わる衝撃を減じることができる。
【００１５】
また、本発明の台秤では、擂鉢状凹部の傾斜面の傾斜角度を（３０−１）°以上、（３０＋１）°以下にすることが望ましい。
擂鉢状凹部の傾斜角度を３０°を中心に±１°の範囲内に設定すると、計量皿の安定的な位置決めが可能であるとともに、計量皿の側面に加わる衝撃が大きい場合に、上方への滑り上がりで、重量センサに加わる衝撃を効果的に減じることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の台秤は、計量皿の撓みに起因する測定誤差を効果的に除くことができるため、重量物を測定する場合でも、高い精度の計量が可能である。
また、分力緩衝機能と計量皿支持機能とを併せ持つ分力緩衝装置を用いているため、台秤の組立てが容易であり、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る台秤の斜視図
【図２】図１の台秤の分解斜視図
【図３】図１の台秤に使われている重量センサユニットの斜視図
【図４】図３の重量センサユニットの平面図及び側面図
【図５】図３の重量センサユニットに固定された分力緩衝ユニットの斜視図
【図６】図５の分力緩衝ユニットの分解斜視図
【図７】図５の分力緩衝ユニットの平面図及び側面図
【図８】図５の分力緩衝ユニット及び受部材の断面図
【図９】計量皿に固定された受部材を示す図
【図１０】図９の受部材に形成された擂鉢状凹部の傾斜角度を示す図
【図１１】本発明の台秤及び従来の台秤の特性を示す図
【図１２】従来の台秤を示す図
【図１３】従来の台秤に用いられている重量センサユニットの分解斜視図
【図１４】従来の台秤に用いられている分力緩衝ユニットを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態として、計量皿の載置面が他の部分より一段低く設定された低床台秤について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る低床台秤の全体形状を示し、図２は、その分解斜視図を示している。
この台秤の計量皿１００は、被計量物を載置する載置面１０１と、載置面１０１の両側で重量センサユニット１２０を覆うボックス状の被覆部１０２とを有し、載置面１０１が被覆部１０２の頂面よりも一段低くなるように載置面１０１と被覆部１０２とが一体化されている。なお、一枚の板を成形して載置面１０１と被覆部１０２とを備える計量皿１００を構成しても良い。
【００１９】
例えば、重い被計量物を計量する場合、被計量物を載せた台車を、載置面１０１に導くように設置されたスロープを通って載置面１０１上に移動し、そのときの計量値から台車分を引き去ることで被計量物の重量を算出することができる。
また、被覆部１０２の側面には、計量皿１００をセットしたり、取り外したりするときに使用する把手１０３が固定されている。また、載置面１０１の裏側には、図９に示すように、補強桟１０４が裏打ちされている。
台秤のベースは、重量センサユニット１２０を固定する一対の取付けフレーム１３０と、取付けフレーム１３０間を接続する一対の接続フレーム１３１とから成る。
重量センサユニット１２０は、一本の取付けフレーム１３０に二つずつ取付けられており、合計４個の重量センサユニット１２０が矩形状を成す位置に固定されている。
【００２０】
図３は重量センサユニット１２０の斜視図を示し、その上面図を図４（ａ）に、側面図を図４（ｂ）、図４（ｃ）に示している。
重量センサユニット１２０のセンサケース１２１には、特許文献１に記載されたものと同様の重量センサが収容されている。センサケース１２１の開口は蓋板１２２で閉じられているが、計量皿１００に加わる荷重を重量センサの可動部に伝達する４本のボルト１２３は、蓋板１２２を貫いてセンサケース１２１の外に導出されている。
このボルト１２３は、固定板１２４と機械的に結合されており、また、固定板１２４には、分力緩衝ユニット１４０が固定されている。
【００２１】
図５は分力緩衝ユニット１４０の斜視図を示し、その分解斜視図を図６に、上面図を図７（ａ）に、側面図を図７（ｂ）、図７（ｃ）に示している。また、分力緩衝ユニット１４０の一部断面図を図８に示す。
この分力緩衝ユニット１４０は、転動可能な複数のボール１４１をリテーナで円周上に保持したボールユニット１４２と、ボールユニット１４２の上側に配置された上板１４３と、ボールユニット１４２の下側に配置された下板１４４と、ボールユニット１４２を間に挟んで上板１４３及び下板１４４が相対移動できるように結合する鍋頭ネジなどの有頭ネジ１４５とを有している。
【００２２】
また、下板１４４は、ボールユニット１４２を収容するための凹部１４６と、この凹部１４６内でボールユニット１４２の位置を規制する規制部材１４７と、凹部１４６の外側を囲む外壁部材１４８とを有している。凹部１４６の深さは、ボールユニット１４２の厚さ（ボール１４１の直径）よりも浅くなるように（ここでは、ボール１４１の直径の１／２以下に）設定されている。また、下板１４４の凹部１４６の底から外壁部材１４８の頂面までの寸法は、ボール１４１の直径の寸法より僅かに短くなるように設定されている。
下板１４４は、さらに、凹部１４６から外れた位置（外壁部材１４８の外側）に、ネジ孔を備えた筒状部１４９を有している。このネジ孔は、下板１４４の裏面にまで達しており、このネジ孔に有頭ネジ１４５の軸部が螺合される。
【００２３】
また、上板１４３は、ボールユニット１４２に接する面の反対面に、円錐台状の頂部を備えたボス１５０を有している。このボス１５０は、軸心位置がボールユニット１４２の中心と略一致するように、上板１４３に立設されている。
上板１４３は、さらに、筒状部１４９に対応する位置に長孔１５１を有している。長孔１５１の長手方向に直交する幅は、有頭ネジ１４５の軸部の直径よりも広く、有頭ネジ１４５の頭部の直径よりも狭くなるように設定されている。
【００２４】
この分力緩衝ユニット１４０は、ボールユニット１４２を下板１４４の凹部１４６内に位置決めし、その上から、ボス１５０を立設した上板１４３を重ね、有頭ネジ１４５の軸部を、上板１４３の長孔１５１を通して、下板１４４の筒状部１４９のネジ孔に螺合することでユニット化されている。
この分力緩衝ユニット１４０では、有頭ネジ１４５の軸部が上板１４３の長孔１５１に遊嵌し、また、図８に示すように、ボールユニット１４２のボール１４１が下板１４４の凹部１４６の底面と上板１４３とに接しているため、上板１４３と下板１４４との水平方向の相対移動が全ての方向において許容される。
【００２５】
また、外壁部材１４８は、分力緩衝ユニット１４０に組み込まれたボールユニット１４２に塵埃等が付着するのを防いでいる。
また、有頭ネジ１４５の頭部が長孔１５１の幅よりも大きい直径を有しているため、有頭ネジ１４５の軸部を下板１４４のネジ孔に螺合すれば、上板１４３は上方に脱出できず、ユニット化した状態が維持される。
また、下板１４４を貫通した有頭ネジ１４５の軸部の先端を重量センサユニット１２０の固定板１２４に螺合すれば、分力緩衝ユニット１４０を重量センサユニット１２０に簡単に結合することができる。
【００２６】
図９は、計量皿１００の被覆部１０２の内側に在って、分力緩衝ユニット１４０のボス１５０と係合する受部材１５２を示している。図９（ａ）には、被覆部１０２に固定された受部材１５２を示し、その一部拡大図を図９（ｂ）に示し、受部材１５２の平面図を図９（ｃ）に示している。また、図８には、ボス１５０及び受部材１５２の断面図を示している。
受部材１５２は、分力緩衝ユニット１４０のボス１５０が係合する擂鉢状凹部１５３を有している。この擂鉢状凹部１５３の底面の面積は、ボス１５０の頂面の面積よりも広く設定されている。例えば、擂鉢状凹部１５３の底面の直径を１２ｍｍ、ボス１５０の頂面の直径を８ｍｍとしている。また、擂鉢状凹部１５３の傾斜面の傾斜角度は、ボス１５０の円錐面の傾斜角度と同じ角度に設定している。この傾斜角度は、後述するように３０°を中心に±１°の範囲内に設定することが望ましい。
この受部材１５２は、重量センサユニット１２０の固定板１２４に固定された分力緩衝ユニット１４０のボス１５０の位置に対応付けて、計量皿１００の被覆部１０２の内側に装着される。
【００２７】
この低床台秤は、分力緩衝ユニット１４０を組み付けた重量センサユニット１２０を、一対の接続フレーム１３１で接続した二本の取付けフレーム１３０の各々に二つずつ固定し、その上に、受部材１５２を装着した計量皿１００を載せて組み立てる。
この低床台秤では、受部材１５２を装着した計量皿１００を重量センサユニット１２０の上にセットしたとき、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の底面位置がボス１５０の頂面位置から外れていると、擂鉢状凹部１５３の傾斜面とボス１５０の円錐面とが当接して、受部材１５２は、計量皿１００の自重でボス１５０の円錐面に沿って下方に移動する。その結果、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の底面位置は、ボス１５０の頂面位置に自動的に一致することになる。
【００２８】
また、隣接する重量センサユニット１２０のボス１５０間の距離と、計量皿１００に装着された受部材１５２間の距離とが多少違っていても、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の底面面積がボス１５０の頂面面積より大きく設定されているため、この距離の誤差を吸収して、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の底面をボス１５０の頂面に合わせることができる。
【００２９】
また、計量皿１００の被覆部１０２の側面に被計量物を載せた台車が当たるなどして、計量皿１００に横方向の衝撃が加わった場合は、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３の傾斜面がボス１５０の円錐面に沿って上方に移動し、計量皿１００がボス１５０の上方に滑り上がる。そのため、重量センサが受ける衝撃を減じることができる。
このとき、擂鉢状凹部１５３の傾斜面の傾斜角度が大き過ぎると、計量皿１００の上方への滑り上がりが果たせず、衝撃が軽減できない。一方、擂鉢状凹部１５３の傾斜面の傾斜角度が小さ過ぎると、僅かな衝撃でボス１５０と受部材１５２との係合が外れ、計量皿１００を安定的に保持することができない。
【００３０】
この傾斜角度は、図１０に示すように、３０°を中心として±１°の範囲内に設定することが望ましい。傾斜角度を３０°にした場合、計量皿１００の重量を６０ｋｇ、受部材１５２の擂鉢状凹部１５３とボス１５０との摩擦係数を０．５とすると、側面からの衝撃が５０ｋｇｆ以上の時に、計量皿１００が滑り上がって衝撃を逃すことができる。その結果、重量センサに掛かる側面の力は、最大２５ｋｇｆに軽減される。
【００３１】
また、この低床台秤では、計量皿１００の載置面１０１に被計量物を載せたときに、縦方向、横方向、対角線方向など、種々の方向の撓みが計量皿１００に発生したとしても、ボールユニット１４２を内蔵する分力緩衝ユニット１４０が、いずれの方向の撓みによる水平方向の応力をも逃がすことができるため、重量センサで高精度の計量が可能になる。
【００３２】
図１１は、直動ニードルベアリングを用いた従来の分力緩衝ユニットを組み込んだ台秤と、ボールユニット１４２を用いた本発明の分力緩衝ユニット１４０を組み込んだ台秤との特性を示している。ここでは、３００ｋｇの荷重を１０回に渡って測定し、１０回のスパン誤差を比較している。図１１（ａ）はボールユニットの場合の特性を示し、図１１（ｂ）は直動ニードルベアリングの場合の特性を示している。直動ニードルベアリングを用いた場合は、繰り返し性が悪く、標準偏差が１０．４ｇと大きい。一方、ボールユニットを用いた場合は、標準偏差が１．３ｇであり、繰り返し性が大幅に改善されている。
【００３３】
また、この低床台秤では、奥行きが長い計量皿１００を、矩形状に配置した４個の重量センサユニット１２０で支えているため、重い被計量物を台車などで載置面１０１に載せるときでも、計量皿１００が安定した状態を保つことができる。
また、この低床台秤では、計量皿１００の被覆部１０２がボックス状の構造を有し、機械的強度が強いため、この被覆部１０２に固定した受部材１５２と重量センサユニット１２０側のボス１５０とを係合させるだけで、計量皿１００を支えることができる。
なお、ここでは、４個の重量センサユニットを配置する場合について説明したが、組み込む重量センサユニットの数は、４個より多くても良い。
また、ここでは、計量皿の載置面が他の部分より一段低くなった低床台秤について説明したが、本発明は、平坦な計量皿を備える標準的な台秤にも適用可能である。
また、本発明では、計量皿を除くベース部分（分力緩衝ユニットを備える重量センサユニットと、その保持フレーム）を共通にし、計量皿の部分だけを低床用または標準型に変更して、低床台秤及び標準台秤を得ることも可能である。この場合、部品の共通化により低床台秤及び標準台秤の製造コストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の台秤は、重量物を高い精度で計量できるため、重量物の計量を必要とする製造工場や、物流施設、輸送施設などで幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１００ 計量皿
１０１ 載置面
１０２ 被覆部
１０３ 把手
１０４ 補強桟
１２０ 重量センサユニット
１２１ センサケース
１２２ 蓋板
１２３ ボルト
１２４ 固定板
１３０ 取付けフレーム
１３１ 接続フレーム
１４０ 分力緩衝ユニット
１４１ ボール
１４２ ボールユニット
１４３ 上板
１４４ 下板
１４５ 有頭ネジ
１４６ 凹部
１４７ 規制部材
１４８ 外壁部材
１４９ 筒状部
１５０ ボス
１５１ 長孔
１５２ 受部材
１５３ 擂鉢状凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量皿が複数の重量センサユニットで支えられた台秤であって、
前記重量センサユニットの前記計量皿に当接する箇所に、回転可能な複数のボールが円周上に保持されたボールユニットと、該ボールユニットを間に挟んで相対移動が可能な上板及び下板とを備える分力緩衝装置が配置され、
前記分力緩衝装置の下板が、前記重量センサユニットの側に固定され、
前記分力緩衝装置の上板は、前記計量皿の側に円錐台状の頂部を備えるボスを有し、前記ボスと前記計量皿の内側に設けられた擂鉢状の凹部とが係合して、前記上板に対する前記計量皿の位置が規制されることを特徴とする台秤。
【請求項２】
請求項１に記載の台秤であって、前記計量皿が、被計量物を載置する載置面と、該載置面の両側で重量センサユニットを覆う被覆部とを有し、前記載置面が前記被覆部の頂面よりも低く設定され、
前記分力緩衝装置の上板の前記ボスが、前記被覆部の内側に設けられた擂鉢状の凹部と係合することを特徴とする台秤。
【請求項３】
請求項１に記載の台秤であって、前記計量皿が、平坦な上面を有することを特徴とする台秤。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の台秤であって、前記分力緩衝装置の前記下板は、深さが前記ボールユニットの厚さより浅い、前記ボールユニットを収容するための凹部と、前記凹部から外れた位置に設けられたネジ孔とを具備し、前記ボスが立設された前記上板は、前記下板の前記ネジ孔に対向する位置に設けられた長孔を具備し、前記凹部に収容された前記ボールユニットを間に挟んで対向する前記下板と前記上板とが、前記長孔に遊嵌されて前記ネジ孔に螺合された有頭ネジにより、相対移動可能な状態で結合されていることを特徴とする台秤。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の台秤であって、前記計量皿の内側に、前記擂鉢状凹部を有する受部材が固定されていることを特徴とする台秤。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の台秤であって、前記擂鉢状凹部の底面の面積が、前記ボスの頂面の面積より広く、前記擂鉢状凹部の傾斜面の傾斜角度が、前記ボスの円錐面の傾斜角度に対応していることを特徴とする台秤。
【請求項７】
請求項６に記載の台秤であって、前記擂鉢状凹部の傾斜面の傾斜角度が（３０−１）°以上、（３０＋１）°以下であることを特徴とする台秤。
【請求項１】
計量皿が複数の重量センサユニットで支えられた台秤であって、
前記重量センサユニットの前記計量皿に当接する箇所に、回転可能な複数のボールが円周上に保持されたボールユニットと、該ボールユニットを間に挟んで相対移動が可能な上板及び下板とを備える分力緩衝装置が配置され、
前記分力緩衝装置の下板が、前記重量センサユニットの側に固定され、
前記分力緩衝装置の上板は、前記計量皿の側に円錐台状の頂部を備えるボスを有し、前記ボスと前記計量皿の内側に設けられた擂鉢状の凹部とが係合して、前記上板に対する前記計量皿の位置が規制されることを特徴とする台秤。
【請求項２】
請求項１に記載の台秤であって、前記計量皿が、被計量物を載置する載置面と、該載置面の両側で重量センサユニットを覆う被覆部とを有し、前記載置面が前記被覆部の頂面よりも低く設定され、
前記分力緩衝装置の上板の前記ボスが、前記被覆部の内側に設けられた擂鉢状の凹部と係合することを特徴とする台秤。
【請求項３】
請求項１に記載の台秤であって、前記計量皿が、平坦な上面を有することを特徴とする台秤。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の台秤であって、前記分力緩衝装置の前記下板は、深さが前記ボールユニットの厚さより浅い、前記ボールユニットを収容するための凹部と、前記凹部から外れた位置に設けられたネジ孔とを具備し、前記ボスが立設された前記上板は、前記下板の前記ネジ孔に対向する位置に設けられた長孔を具備し、前記凹部に収容された前記ボールユニットを間に挟んで対向する前記下板と前記上板とが、前記長孔に遊嵌されて前記ネジ孔に螺合された有頭ネジにより、相対移動可能な状態で結合されていることを特徴とする台秤。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の台秤であって、前記計量皿の内側に、前記擂鉢状凹部を有する受部材が固定されていることを特徴とする台秤。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の台秤であって、前記擂鉢状凹部の底面の面積が、前記ボスの頂面の面積より広く、前記擂鉢状凹部の傾斜面の傾斜角度が、前記ボスの円錐面の傾斜角度に対応していることを特徴とする台秤。
【請求項７】
請求項６に記載の台秤であって、前記擂鉢状凹部の傾斜面の傾斜角度が（３０−１）°以上、（３０＋１）°以下であることを特徴とする台秤。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１１４８５（Ｐ２０１３−１１４８５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３３７３（Ｐ２０１１−１４３３７３）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（３９００４１３４６）新光電子株式会社 (38)
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（３９００４１３４６）新光電子株式会社 (38)
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