計量装置及びそれを備えた切断装置
【課題】被測定物の密度が不明な場合でも所望の重量に対応する切断箇所を容易に求めることができるとともに、小型化により製造コストの削減を図ることが可能な計量装置及びそれを備えた切断装置を提供する。
【解決手段】計量装置１ａは、重量センサー２ａを介して上面３ａに水槽４が載置される基台３と、基台３に立設されるネジ棹５，５と、ネジ棹５，５を回転可能に支持する支柱６，６と、チェーンベルト７を介してネジ棹５，５を回転駆動するモーター８と、ネジ棹５の回転量を検出するロータリーエンコーダからなる位置センサー２ｂと、支柱６，６の上部を固定するヨーク９と、ネジ棹５，５にナット部１０，１０を介して水平に設置されるクロスヘッド１１と、クロスヘッド１１に自在継手１２を介して取り付けられるチャック部１３を備えている。
【解決手段】計量装置１ａは、重量センサー２ａを介して上面３ａに水槽４が載置される基台３と、基台３に立設されるネジ棹５，５と、ネジ棹５，５を回転可能に支持する支柱６，６と、チェーンベルト７を介してネジ棹５，５を回転駆動するモーター８と、ネジ棹５の回転量を検出するロータリーエンコーダからなる位置センサー２ｂと、支柱６，６の上部を固定するヨーク９と、ネジ棹５，５にナット部１０，１０を介して水平に設置されるクロスヘッド１１と、クロスヘッド１１に自在継手１２を介して取り付けられるチャック部１３を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状野菜等を切断する際に用いられる計量装置及びそれを備えた切断装置に係り、特に、被測定物について所望の重量毎の切断を可能とする計量装置及びそれを備えた切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然薯やゴボウなどの棒状野菜は、収穫後、所定の長さに切断される。このとき、切断対象物の断面積が一定でないと、切断する長さを同じにしても重量までそろえることはできない。そこで、このような課題を解決するべく、従来、断面積が不ぞろいの棒状野菜を所望の重量ごとに切断する技術について、様々な研究や開発が行われている。そして、それに関して既に幾つかの発明や考案が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「棒状野菜類の定量こま切れ機」という名称で、ごぼうなどの棒状野菜類について一定重量ごとの切断を可能とする装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、断面がＶ字をなし，横方向に架設される樋状のごぼう支持案内体と、このごぼう支持案内体に平行に架設されたレールに抜け止めされた状態で移動自在に係合されるスライダーと、下端がごぼう支持案内体の内側に適合するＶ字状に形成され上記スライダーに腕片を介して垂直に突設するように吊持される当て体を有するものである。そして、ごぼう支持案内体の先端に，ピストン装置により進退自在にカッターを取り付け、ピストン装置のピストンロッドにごぼう押え体を上下動可能に連結するとともに、ごぼう押え体の下降位置に基づいてごぼうの太さを検知するセンサーと、レール，スライダー，当て体，カッター及びごぼう押え体の動作を制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００４】
このような構造のこま切れ機においては、ごぼう支持案内体の内部にごぼうを設置した後、スライダーを作動させると、当て体によりごぼうが前方へ送り出される。そして、ごぼうの先端がごぼう押え体の真下に来たとき、ごぼう押え体を下降させ、このごぼう押え体によりごぼうを固定する。次に、制御装置がセンサーによって検知されたごぼうの太さに基づいて予め決められた重量となるような長さを演算し、この長さ分だけごぼうの先端がごぼう支持案内体の先端から突出するようにスライダーを作動させ，ごぼうを送り出す。その後、カッターを作動させて、ごぼうを切断する。以下、この工程を繰り返すことにより、ごぼうがこま切れにされる。すなわち、本発明によれば、所定の重量ごとにごぼうをこま切れすることができる。その際、切断作業を始めから終わりまで一貫して行うことができるため、作業性に差が生じない。
【０００５】
特許文献２には、「魚肉計量切断装置」という名称で、魚肉を所望の重量ごとに無駄なく、かつ正確に切断することを可能とする装置に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、底部が連結され，水平な基台上に設けられて内部に水が満たされた魚肉挿入用水槽及び浮力測定用水槽と、上部に浮力測定用ロードセルを有し，基台に立設される柱と、浮力測定用ロードセルに連結され，浮力測定用水槽内に設置される浮き子と、魚肉挿入用水槽の水中に挿入された部分の魚肉の重量を，浮力測定用ロードセルが感知した浮力から算出する計量装置と、魚肉挿入用水槽の水の中へ魚肉を徐々に挿入可能に保持する腕を備えるものである。そして、水面下の魚肉の重量と腕の位置が記憶される魚肉挿入装置と、腕の移動方向に沿って魚肉を所望の位置で切断可能にカッターが取り付けられたことを特徴としている。
【０００６】
このような構造によれば、浮力測定用ロードセルが感知した浮力に基づいて水面下の魚肉の重量が算出されるため、切断された部分が所望の重量となるような魚肉の切断箇所が自動的に決定されるという作用を有する。これにより、従来、手作業で行っていた魚肉の切断を正確に効率良く行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１７３０３５号公報
【特許文献２】特開平６−４６７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の従来技術である特許文献１に開示された発明においては、被測定物が正確な円柱形でない場合、センサーによってごぼう押え体の下降位置からごぼうの太さが検知される際に誤差が生じるため、予め決められた重量となるような長さを正確に算出することができないという課題があった。また、本発明では、太さと長さから求められる体積を重量に変換する演算において被測定物の密度を使用する構成となっているため、密度が不明なものには適用できないという課題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示された発明においては、魚肉挿入用水槽と浮力測定用水槽を設けなければならず、装置が複雑な構造になってしまう。また、浮き子が連結された浮力測定用ロードセルを支持するための柱を、魚肉を保持する腕を有する魚肉挿入装置とは別個に設ける必要があるため、装置の構造が大掛かりなものとなる。従って、製造コストが高くなるという課題があった。なお、明細書や図面には浮力測定用水槽を設けない例が記載されている。しかし、このような構造であっても魚肉の横に浮き子を設置するスペースを設けなければならないため、水槽を小型化することは困難である。さらに、検出された浮力から求められた魚肉の水中に浸漬された部分の体積に基づいて、その重量を演算する構成となっているため、密度が不明な魚肉に対しては適用できないという課題があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の事情に対処してなされたものであり、被測定物の密度が不明な場合でも所望の重量に対応する切断箇所を求めて、その箇所で正確に切断することができるとともに、小型化により製造コストの削減を図ることが可能な計量装置及びそれを備えた切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、被測定物を保持する保持部と、この保持部を昇降自在に支持する支持部と、被測定物の浸漬に伴って液位が上昇するように，上方に空間が形成された状態で液体が貯留される液槽と、この液槽の重量を検出する重量センサーと、支持部を駆動して被測定物を液槽内へ浸漬可能に保持部を昇降させる駆動手段と、保持部の高さを検出する位置センサーと、この位置センサーの検出値に基づいて被測定物の液面下の長さを算出するとともに，液槽の重量変化から求められる被測定物に対する浮力に基づいて被測定物の液面下の重量を算出する演算部と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
このような構造によれば、被測定物が保持部によって保持された状態で、駆動手段を作動させて支持部を下降させると、保持部とともに被測定物が下降する。そして、被測定物が液槽内に貯留された液体に浸漬されると、被測定物に対する浮力が発生する。また、この状態で支持部を上昇させると、被測定物が保持部とともに上昇する。そして、被測定物の一部が液体から引き上げられると、被測定物の液面下の体積が小さくなるため、浮力も小さくなる。なお、被測定物に作用する浮力は液槽の底面に対しても同様に作用する。従って、本発明の計量装置においては、支持部を昇降させることで被測定物の液面下の体積が変化し、それに応じて変化する浮力の大きさが重量センサーによって検出されるという作用を有する。また、保持部によって保持せずに被測定物のみを液槽内に沈めた場合、被測定物の全重量が重量センサーによって検出され、同時に被測定物の全体積が算出されるという作用を有する。これにより、被測定物の密度が算出される。さらに、被測定物に作用する浮力は、被測定物の液面下の部分の体積と，液体の密度と、重力加速度の積で表わされることから、本発明の計量装置においては、重量センサーによって検出される浮力の大きさに基づいて、被測定物の液面下の体積が算出されるとともに、この体積に被測定物の密度を乗じることにより、被測定物の液面下の重量が算出されるという作用を有する。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の計量装置において、重量センサーは、液槽の重量の代わりにあるいは加えて被測定物の重量を検出可能に保持部に取り付けられることを特徴とするものである。
このような構造の計量装置においては、請求項１記載の発明の作用に加えて、被測定物の液面下の体積に応じて変化する浮力の大きさが保持部に取り付けられた重量センサーによって検出されるという作用を有する。また、被測定物の全重量が重量センサーによって検出されるという作用を有する。さらに、液槽の重量に加えて被測定物の重量が重量センサーによって検出される場合には、演算部による演算精度が高まるという作用を有する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の計量装置において、重量センサー及び位置センサーの検出結果と，演算部による演算結果が保存されるメモリを備えたことを特徴とするものである。
このような構造の計量装置においては、液槽や被測定物の重量及び保持部の現在位置とともに、被測定物の液面下の重量に関するデータが他の装置で利用可能になるという作用を有する。
【００１５】
請求項４に記載の発明である切断装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の計量装置と、被測定物が設置されるガイド溝が長手方向に沿って上面に設けられたガイド部と、このガイド部の長手方向へ前進してガイド溝内の被測定物を押動可能に設置されるガイド体と、このガイド体を駆動してガイド部の長手方向へ前進又は後退させるガイド体駆動部と、ガイド体の上方に昇降自在に設置されて被測定物を上方から押圧して固定する固定具と、この固定具を駆動して昇降させる固定具駆動部と、ガイド体から露出した被測定物の一部を切断可能に設置されるカッターと、このカッターを駆動してガイド体の長手方向に対して垂直に移動させるカッター駆動部と、ガイド体駆動部の動作を制御するガイド体制御部と、被測定物の切断長さの設定値が入力される入力部と、を備え、ガイド体制御部は、この入力部の設定値に従ってガイド体を被測定物の切断長さ分だけ前進させ、設定値は、計量装置の演算部によって算出される被測定物の液面下の長さと重量の関係に基づいて決定されることを特徴とするものである。
このような構造の切断装置においては、ガイド溝内に設置される被測定物の端部をカッターによる切断可能個所に一致させ、固定具による被測定物の固定を解除した状態で本装置を作動させると、被測定物はその切断予定個所が上記カッターの切断可能個所に一致するまでガイド体によって押動され、切断予定個所がカッターで切断されるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に記載の計量装置によれば、被測定物の密度が不明な場合でも、長手方向に垂直な所望の断面から端部までの部分の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を求めることが可能である。従って、被測定物を所望の重量ごとに切断する際に，その切断個所を正確に求めることができる。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の計量装置は、請求項１に記載の発明の効果に加えて、重量センサーの取り付けや取り外しを容易に行うことができるという効果を奏する。また、請求項１に記載の発明のように重量センサーの上面に水槽を載置する必要がないため、水槽の底面や重量センサーの形状を任意に選択できる。さらに、被測定物の重量に応じて適切な重量センサーを選択できるため、材料費を抑えて製造コストの削減を図ることが可能である。さらに、液槽の重量変化に加えて被測定物の重量が重量センサーによって検出される場合には、演算部による演算精度が高まるため、被測定物を所望の重量ごとに切断する際に，その切断個所を正確に求めることができるという請求項１記載の発明の効果がより一層発揮される。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の計量装置によれば、請求項１又は請求項２に記載された発明の効果に加えて、メモリに保存されたデータを切断装置等に直接入力できるという効果を奏する。これにより、被測定物の切断作業の精度と効率が向上する。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の切断装置によれば、被測定物の密度が不明な場合であっても所望の重量ごとに正確に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る計量装置の実施例１の正面図であり、（ｂ）はその計量装置を構成する制御部の動作を説明するためのブロック図である。
【図２】実施例１の計量装置の正面図の部分拡大図である。
【図３】実施例１の計量装置の操作手順を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）及び（ｂ）はいずれも図１（ａ）の部分拡大図である。
【図５】（ａ）はクロスヘッドの現在位置と自然薯の水面下の部分の重量との関係を示した図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態に係る切断装置の実施例の正面図及び側面図である。
【図６】実施例１の計量装置の正面図の部分拡大図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態に係る計量装置の実施例２の正面図であり、（ｂ）はその計量装置を構成する制御部の動作を説明するためのブロック図である。
【図８】実施例２の計量装置の操作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の計量装置及びそれを備えた切断装置は断面積が一定でない棒状体の切断に際して用いられるものである。以下、そのような形状の被切断物として自然薯を例にとって、本発明の構造及びその作用や効果について具体的に説明する。
【実施例１】
【００２２】
本実施例の計量装置及びそれを備えた切断装置について図１乃至図６を用いて説明する（特に、請求項１，３，４に対応）。なお、図１（ａ）では、図１（ｂ）に示す演算部、制御部、メモリ及び信号線や電源ケーブルの図示を省略している。
図１（ａ）に示すように、計量装置１ａは、重量センサー２ａを介して上面３ａに水槽４が載置される基台３と、基台３に立設されるネジ棹５，５と、ネジ棹５，５を回転可能に支持する支柱６，６と、チェーンベルト７を介してネジ棹５，５を回転駆動するモーター８と、ネジ棹５の回転量を検出するロータリーエンコーダからなる位置センサー２ｂと、支柱６，６の上部を固定するヨーク９と、ネジ棹５，５にナット部１０，１０を介して水平に設置されるクロスヘッド１１と、クロスヘッド１１に自在継手１２を介して取り付けられるチャック部１３を備えている。
【００２３】
計量装置１ａにおいて、モーター８を作動させると、その駆動力がチェーンベルト７によってネジ棹５，５に伝達されるため、ネジ棹５，５は同期して回転する。その結果、チャック部１３が取り付けられたクロスヘッド１１がネジ棹５，５の軸心方向に移動（昇降）する。すなわち、ネジ棹５，５と、ナット部１０，１０と、クロスヘッド１１はチャック部１３を昇降自在に支持する支持部を構成し、チェーンベルト７とモーター８は、支持部を駆動してチャック部１３を昇降させる駆動手段を構成している。従って、図１（ａ）に示すように、チャック部１３によって自然薯１４が保持された状態でモーター８を作動させると、自然薯１４はクロスヘッド１１の昇降に伴って上下方向に移動し、水槽４に満たされた水１５に浸漬され、あるいは水槽４の水１５から引き上げられる。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、メモリ１６、演算部１７及びモーター８は制御部１８によって動作を制御されている。そして、重量センサー２ａの検出値Ａと，ネジ棹５の回転量を表す位置センサー２ｂの検出値Ｂは演算部１７に送られる。演算部１７は制御部１８の指令信号１８ａに従って、検出値Ａ，Ｂからクロスヘッド１１の現在位置ＢＨ及び自然薯１４の水面下の重量Ｗを算出する。なお、検出値Ａは、後述するように自然薯１４の水面下の体積に比例して変化する。
【００２５】
検出値Ａ，Ｂ、クロスヘッド１１の現在位置ＢＨ、自然薯１４の水面下の重量Ｗはメモリ１６に送られる。そして、メモリ１６は制御部１８の指令信号１８ｂに従って、これらのデータを時系列的に保存する。なお、自然薯１４の水面下の部分の重量Ｗはクロスヘッド１１の現在位置ＢＨと関連付けられた状態で保存される。
ここで、クロスヘッド１１の移動量はネジ棹５の回転量によって決まり、ネジ棹５はモーター８によって回転駆動されている。また、モーター８の動作は制御部１８から送られる指令信号１８ｃによって制御されている。すなわち、計量装置１ａでは、制御部８を介してクロスヘッド１１の移動量を調整できる構造となっている。
【００２６】
水槽４の水１５に浸漬された部分の自然薯１４の体積と、重量センサー２ａによって検出される重量との関係について、図２を用いて説明する。
図２は図１（ａ）を部分的に拡大した図である。なお、図中の破線は自然薯１４を浸漬させる前の水面１５ａを示している。また、基台３、ネジ棹５、支柱６、チェーンベルト７、モーター８、ヨーク９、ナット部１０、クロスヘッド１１及び自在継手１２については図示を省略し、図１に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２７】
図２に示すように、チャック部１３に保持された状態の自然薯１４を水槽４の水１５へ浸漬させた場合、自然薯１４は水１５から浮力を受ける。水１５に浸漬している部分の自然薯１４の体積をＶ（ｃｍ３）、水１５の密度をρ（ｇ／ｃｍ３）、重力加速度をｇ（ｃｍ／ｓ２）とおくと、この浮力はρＶｇ（ｇｆ）となる。従って、自然薯１４全体の重量をＷ０（ｇｆ）とおくと、チャック部１３の保持力Ｆ（ｇｆ）は次の式（１）で表わされる。
【数１】
【００２８】
なお、浮力ρＶｇは重量センサー２ａに対しても同様に作用するため、水槽４と水１５の合計重量をＷＴ（ｇｆ）とおくと、重量センサー２ａの検出値Ａは次の式（２）で表わされる。
【数２】
【００２９】
一方、水１５に浸漬している部分の自然薯１４の重量Ｗ（ｇｆ）は、自然薯１４の密度をρｙ（ｇ／ｃｍ３）とおくと、ρｙＶｇとなる。これに式（２）から求めたＶを代入すると、水面下の部分の自然薯１４の重量Ｗは次の式（３）で表わされる。
【数３】
【００３０】
次に、計量装置１ａの動作について、図３及び図４を用いて説明する。
図３は計量装置１ａの操作手順を示すフローチャートであり、図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ水槽４の水１５に自然薯１４のみを完全に浸漬させた場合及びチャック部１３の上下方向の位置を調節して自然薯１４の下端１４ａを水槽４の水面１５ａに略一致させた状態を示しており、これらの図はいずれも図２に対応している。従って、図２に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。また、図４（ａ）の破線は水槽４の水１５に自然薯１４を浸漬させる前の水面１５ａを示している。
【００３１】
図３に示すように、まず、ステップＳ１において、自然薯１４を水１５に浸漬させる前に重量センサー２ａの検出値Ａを読み取り、ステップＳ２において、自然薯１４のみを水１５に完全に浸漬させた状態で重量センサー２ａの検出値Ａを読み取る。これは、図２においてチャック部１３の保持力Ｆが無い状態に相当する。従って、自然薯１４の全体積及び全重量をそれぞれＶ０（ｃｍ３），Ｗ０（ｇｆ）とおくと、図４（ａ）に示すように自然薯１４には浮力ρＶ０ｇが作用し、重量センサー２ａにはＷＴに加えてＷ０が作用する。ここで、ステップＳ１，Ｓ２における重量センサー２ａの検出値をそれぞれＡ１，Ａ２とおくと、これらは次の式（４）及び式（５）で表わされる。
【数４】
【数５】
【００３２】
ステップＳ３では、自然薯１４をチャック部１３で保持した状態で、自然薯１４の全体が水１５に完全に浸漬されるまでクロスヘッド１１を下降させる。このときの重量センサー２ａの検出値をＡ３とおくと、式（２）から検出値Ａ３について次の式（６）が成り立つことがわかる。なお、水１５に浸漬させた部分のチャック部１３の体積の影響は無視できるものとする。
【数６】
【００３３】
式（４）〜式（６）を変形すると、自然薯１４の密度ρｙは次の式（７）で表わされ、水面下の部分の自然薯１４の重量Ｗを表す式（３）は式（８）のように変形できる。すなわち、自然薯１４をチャック部１３ごと水１５に浸漬させた際のチャック部１３に対する浮力の影響を無視できる場合には、式（７）及び式（８）に基づいて、自然薯１４の密度及び水面下の自然薯１４の重量Ｗがそれぞれ容易に算出される。
【数７】
【数８】
【００３４】
ステップＳ４では、自然薯１４の全体が水１５の外に出るまでクロスヘッド１１を所定の速度で上昇させる。このとき、重量センサー２ａの検出値Ａと式（８）から、水面下の部分の自然薯１４の重量Ｗが演算部１７によって逐次算出され、前述したようにクロスヘッド１１の現在位置ＢＨとともにメモリ１６に保存される。ステップＳ５では、図４（ｂ）に示すように、自然薯１４の全体が水１５の外に出て、下端１４ａが水面１５ａに一致した時点でクロスヘッド１１の上昇動作を停止する。なお、上述の自然薯１４を水１５に浸漬させた状態におけるクロスヘッド１１の現在位置ＢＨは、図４（ｂ）に示した状態におけるクロスヘッド１１の位置を基準とし、その位置からクロスヘッド１１を下降させた距離を表している（図２参照）。すなわち、ＢＨの値は、下端１４ａが水面１５ａに一致した時点から自然薯１４が下降した距離を表している。
【００３５】
既に述べたように、メモリ１６に保存されたクロスヘッド１１の現在位置ＢＨと、それに対応する自然薯１４の水面下の重量Ｗは、メモリ１６に保存されている。これらのデータをメモリ１６から読み出して、横軸にＢＨをとり、縦軸にＷをとってプロットすると、例えば、図５（ａ）のようなグラフが得られる。なお、自然薯１４は長手方向が上下方向に一致するように、チャック部１３によって保持されているため、水面１５ａは自然薯１４の長手方向に垂直となっている。従って、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位が僅かであり，その影響を無視できる場合には、水１５に浸漬された状態の自然薯１４に対し、水面１５ａを切断面と考えることができる。この場合、ＢＨの値は自然薯１４の長手方向に垂直な切断面から下端１４ａまでの長さを表し、自然薯１４の水面下の重量Ｗは自然薯１４が切断される部分の重量を表すことになる。
【００３６】
ＢＨとＷの関係が図５（ａ）で示される場合、自然薯１４を下端１４ａから４０ｃｍ、７１ｃｍ、１２０ｃｍの個所で切断すると、切断された部分の各重量はいずれも４００ｇとなる。このように、計量装置１ａによれば、自然薯１４を切断する際に、その密度が不明であっても切断された部分の各重量が等しくなるような切断個所を容易に求めることができる。なお、切断された個所の各重量が所定の範囲内となるように予め規定されている場合があるが、そのときには次のようにして、切断された余りが最も少なくなるような切断方法を選択することができる。例えば、切断された個所の各重量が５００〜６００ｇの範囲内となるように規定されており、自然薯１４の全体重量が１３００ｇである場合には、５００ｇごとに２回切断すると３００ｇ余るのに対し、６００ｇごとに２回切断すると１００ｇしか余らないことから、後者の切断方法を選択すれば良い。また、自然薯１４の全体重量が１６００ｇの場合には、５００ｇごとに３回切断すると１００ｇしか余らないのに対し、６００ｇごとに２回切断すると４００ｇも余ってしまうことから、前者の切断方法を選択すれば良い。このように、計量装置１ａによれば、切断個所とその個所で切断された場合の重量の関係に基づいて、切断された余りが最も少なくなるような切断個所と切断回数を選択することができる。従って、自然薯１４を所望の重量ごとに効率良く切断することが可能である。
【００３７】
次に、自然薯１４を切断する装置について説明する。
図５（ｂ）及び図５（ｃ）はそれぞれ自然薯１４の切断装置１９の正面図及び側面図である。なお、図１に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、切断装置１９は、自然薯１４が設置される断面Ｖ字状のガイド溝２０ａが長手方向に設けられるとともに，この長手方向に直交するスリット２０ｂが形成された長尺状のガイド部２０と、ガイド溝２０ａに沿って自然薯１４を押動可能に設置されるガイド体２１と、自然薯１４がガイド溝２０ａ内で摺動しないように上方から押圧して固定する固定具２２と、スリット２０ｂ内を上下に移動し，自然薯１４のスリット２０ｂに架け渡された個所を切断自在に設置されるカッター２３と、ガイド体２１を駆動してガイド溝２０ａ内を長手方向に沿って前進又は後退させる駆動部２４ａと、固定具２２を駆動して上下方向に移動させる駆動部２４ｂと、カッター２３を駆動して上下方向に移動させる駆動部２４ｃと、駆動部２４ａ〜２４ｃの動作を制御する制御部２５と、制御部２５に対してガイド体２１の移動距離を指示する入力部２６を備えている。
【００３８】
このような構造によれば、スリット２０ｂの個所に下端１４ａが位置するように自然薯１４がガイド溝２０ａに設置された状態で切断装置１９を作動させると、まず、ガイド体２１は制御部２５からの指令信号２５ａを受けた駆動部２４ａによって駆動され、前進する。その結果、自然薯１４はガイド体２１によって押動され、入力部２６から入力されたガイド体２１の移動距離に対応する長さだけ、下端１４ａがスリット２０ｂから前方へ突出する。次に、制御部２５からの指令信号２５ｂを受けて固定具２２が下降し、自然薯１４を上方から押圧して固定する。その後、制御部２５の指令信号２５ｃを受けて下降するカッター２３により、自然薯１４がスリット２０ｂの位置で切断される。このように、切断装置１９によれば、被測定物を所望の重量ごとに正確に切断することができる。
【００３９】
切断装置１９は、入力部２６に加えて、ガイド体２１の移動距離を示す複数のデータを保存可能なメモリを備え、このメモリから読み出されたデータが入力部２６に順次入力される構造とすることもできる。このような構造によれば、計量装置１ａによって求められた自然薯１４の切断個所に関するデータを切断装置１９のメモリに保存することで、自然薯１４を所望の重量ごとに、必要な回数分連続して切断することが可能となる。これにより、自然薯１４の切断作業の精度と効率が向上する。なお、計量装置１ａのメモリ１６を切断装置１９のメモリとして兼用する構造としても良い。また、切断装置１９のガイド部２０に設けられるガイド溝２０ａの断面はＶ字状に限らず、Ｕ字状などであっても良い。さらに、固定具２２の駆動部２４ｂやカッター２３の駆動部２４ｃは必ずしも制御部２５によって、その動作を制御される構成とする必要はない。例えば、ガイド体２１の駆動部２４ａのみが制御部２５によって動作を制御される構成とすることもできる。
【００４０】
以上の説明では、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位の影響を無視できる場合を想定していたが、水面１５ａの上記影響を無視できない場合には、「水面１５ａから水面１５ｂまでの高さｈ（図２参照）」を求める必要がある。本実施例では円筒状の側壁を有する水槽４を用いているため、内部に貯留された水１５の所望の高さにおける水平断面は円形をなし、水槽４の底面の形状と常に一致する。従って、自然薯１４の水面下の部分の体積を水槽４の底面積で除することにより、「水面１５ａから水面１５ｂまでの高さｈ」が容易に算出される。このとき、水面１５ｂから自然薯１４の下端１４ａまでの部分の長さは、図２に示すようにＢＨにｈを加えたものとなる。すなわち、計量装置１ａによれば、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位の影響を無視できない場合でも、長手方向に垂直な所望の断面から下端１４ａまでの部分の自然薯１４の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を正確に求めることが可能である。
【００４１】
さらに、自然薯１４とともに水槽１４の水１５に浸漬されるチャック部１３の影響を無視できない場合について、図６を用いて説明する。なお、図６は図２に対応するものであるため、図２に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
図６に示すように、チャック部１３の一部が自然薯１４とともに水槽４の水１５へ浸漬されている場合、チャック部１３も自然薯１４と同様に水１５から浮力を受ける。チャック部１３の水面下の体積をＶＣ（ｃｍ３）とおくと、この浮力はρＶＣｇと表わされるため、式（２）において右辺に体積ＶＣに対する浮力ρＶＣｇが加わることになり、重量センサー２ａの検出値Ａは次の式（９）で表わされる。同様に、式（６）における重量センサー２ａの検出値Ａ３は式（１０）で表わされる。なお、式（１０）では、自然薯１４の全体を水１５に浸漬させた際のチャック部１３の水面下の部分の体積をＶＣＴとしている。
【数９】
【数１０】
【００４２】
また、水面下の体積がＶＣ又はＶＣＴとそれぞれ等しくなるように、チャック部１３のみを水１５に浸漬させた場合の重量センサー２ａの検出値ＡＣ，ＡＣ３は、それぞれ次の式（１１）及び式（１２）で表わされる。
【数１１】
【数１２】
【００４３】
式（４）、式（５）、式（１０）及び式（１２）を変形すると、自然薯１４の密度ρｙは式（７）の代わりに式（１３）で表わされる。そして、式（９）、式（１１）及び式（１３）を変形すると、自然薯１４の水面下の重量Ｗは、式（８）の代わりに式（１４）で表わされる。すなわち、チャック部１３を水１５に浸漬させた深さと、式（１１）及び式（１２）で表わされる重量センサー２ａの検出値ＡＣ，ＡＣ３の関係を予め求めておけば、自然薯１４とともに水槽１４の水１５に浸漬されるチャック部１３の影響を無視できない場合であっても、式（１３）及び式（１４）に基づいて、自然薯１４の密度ρｙ及び水面下の自然薯１４の重量Ｗがそれぞれ容易に算出される。
【数１３】
【数１４】
【００４４】
以上説明したように、本発明の計量装置によれば、水槽内にセンサー等を設置する必要がないため、水槽を簡単な形状とすることができる。この場合、自然薯の浸漬に伴う水面の変位量の計算が容易であるため、長手方向に垂直な所望の断面から端部までの部分の自然薯の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を正確に求めることが可能である。これにより、自然薯を切断する際に、所望の重量に対応する切断個所を容易に求めることができる。なお、大型の水槽を用いれば、自然薯を浸漬した場合でも水面が僅かしか変位しないため、その影響をある程度無視することが可能である。しかし、この場合には、装置の製造コストが高くなってしまう。これに対し、本発明の計量装置によれば、小型の水槽を用いることが可能であり、水面の位置を検出するセンサーを別個に設置する必要もないことから、安価に製造することができる。
【００４５】
なお、本発明の計量装置は本実施例に示したものに限定されるものではない。例えば、水が貯留された水槽の代わりに、水以外の液体が貯留された液槽を用いて、この液体に自然薯を浸漬させる構造であっても良い。また、自在継手は、チャック部で自然薯を保持する場合に自然薯の長手方向が上下方向（チャック部の移動方向）に略一致するように、自然薯の姿勢を修正する機能を有するが、自然薯の比重が１に略等しいか、１よりも小さく、自然薯を水に浸漬させる際にチャック部で保持する代わりに，下方へ押し込む必要がある場合には、上記機能が発揮されないおそれがある。従って、このような場合には自在継手を設置しない構造としても良い。さらに、本実施例では自然薯を保持するためにチャック部を用いているが、自然薯の保持部はこのような構造に限定されるものではない。例えば、保持部は自然薯にピンを突き刺して保持するような構造であっても良い。また、内部に貯留された水の所望の高さにおける水平断面が一様な形状となるのであれば、水槽は必ずしも側壁が円筒状をなすような形状でなくとも良い。
【実施例２】
【００４６】
本実施例の計量装置について図７及び図８を用いて説明する（特に、請求項２に対応）。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）は図１（ａ）及び図１（ｂ）にそれぞれ対応する。また、図１乃至図５に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７（ａ）に示すように、本実施例の計量装置１ｂは実施例１の計量装置１ａにおいて、重量センサー２ａの代わりに、チャック部１３の保持力Ｆ（以下、検出値Ｆという。）を検出する重量センサー２ｃを備えたことを特徴とする。なお、重量センサー２ｃは引張力だけでなく、圧縮力も測定可能な構造となっている。また、図７（ｂ）に示すように、重量センサー２ｃの検出値Ｆは演算部１７に送られた後、演算部１７において、検出値Ｆ，Ｂからクロスヘッド１１の現在位置ＢＨ及び、水面下にある自然薯１４の重量Ｗが算出される。そして、検出値Ｆ，Ｂ、クロスヘッド１１の現在位置ＢＨ、自然薯１４の水面下の部分の重量Ｗは、メモリ１６に時系列的に保存される。なお、自然薯１４の水面下の部分の重量Ｗはクロスヘッド１１の現在位置ＢＨと関連付けられた状態で保存される。
【００４７】
チャック部１３に保持された状態で自然薯１４を水槽４の水１５へ浸漬させた場合、重量センサー２ｃの検出値Ｆは前述の式（１）で表わされる。従って、水面下の自然薯１４の重量Ｗは次の式（１５）で表わされる。
【数１５】
【００４８】
次に、計量装置１ｂの動作について、図８を用いて説明する。なお、図８は計量装置１ｂの操作手順を示すフローチャートであり、図３に対応している。
図８に示すように、まず、ステップＳ１において、自然薯１４をチャック部１３で保持し、水１５に浸漬させない状態で重量センサー２ｃの検出値Ｆを読み取る。次に、ステップＳ２において、自然薯１４をチャック部１３で保持した後、自然薯１４の全体が水１５の中に浸漬されるまでクロスヘッド１１を下降させる。なお、チャック部１３の体積の影響を無視できる場合、ステップＳ１，Ｓ２における重量センサー２ｃの検出値をＦ１，Ｆ２とおくと、Ｆ１，Ｆ２はそれぞれ次の式（１６）及び式（１７）で表わされる。
【数１６】
【数１７】
【００４９】
式（１６）及び式（１７）より、自然薯１４の密度ρｙは式（１８）で表わされるため、式（１５）は式（１９）のように変形できる。すなわち、自然薯１４をチャック部１３ごと水１５に浸漬させた際のチャック部１３に対する浮力の影響を無視できる場合には、式（１８）及び式（１９）に基づいて、自然薯１４の密度及び水面下の自然薯１４の重量Ｗがそれぞれ容易に算出される。
【数１８】
【数１９】
【００５０】
ステップＳ３では、自然薯１４の全体が水１５の外に出るまでクロスヘッド１１を所定の速度で上昇させる。このとき、重量センサー２ｃの検出値Ｆ及び式（１７）から、水面下の自然薯１４の重量Ｗが演算部１７によって逐次算出され、クロスヘッド１１の現在位置ＢＨとともにメモリ１６に保存される。ステップＳ４では、図４（ｂ）に示した場合と同様に、自然薯１４の全体が水１５の外に出て、下端１４ａが水面１５ａに一致した時点でクロスヘッド１１の上昇動作を停止する。そして、このときのクロスヘッド１１の現在位置ＢＨがメモリ１６に保存される。従って、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位が僅かであり、その影響を無視できる場合には、本実施例の計量装置１ｂにおいても実施例１の計量装置１ａと同様に、密度が不明な自然薯１４について、長手方向に垂直な所望の断面から下端１４ａまでの部分の自然薯１４の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を求めることが可能である。
【００５１】
なお、本実施例の計量装置１ｂにおいては、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位の影響を無視できないときでも、実施例１の場合と同様に、自然薯１４の水面下の体積を水槽４の底面積で除することにより、「水面１５ａから水面１５ｂまでの高さｈ（図２参照）」が容易に算出される。すなわち、計量装置１ｂによれば、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位の影響を無視できない場合でも、長手方向に垂直な所望の断面から下端１４ａまでの部分の自然薯１４の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を正確に求めることが可能である。
【００５２】
次に、自然薯１４とともに水槽４の水１５に浸漬されるチャック部１３の影響を無視できない場合について説明する。まず、前述のチャック部１３の体積ＶＣＴ（ｃｍ３）に相当する重量に対する重量センサー２ｃの検出値をＦ０とすると、式（１６）及び式（１７）はそれぞれ式（２０）及び式（２１）で表わされる。
【数２０】
【数２１】
【００５３】
また、水面下の体積がＶＣ又はＶＣＴとそれぞれ等しくなるように、チャック部１３のみを水１５の中に浸漬させた場合の重量センサー２ｃの検出値ＦＣ，ＦＣ２は、それぞれ次の式（２２）及び式（２３）で表わされる。
【数２２】
【数２３】
【００５４】
式（２０）、（２１）及び式（２３）より、自然薯１４の密度ρｙは、式（１８）の代わりに式（２４）で表わされ、式（１）は式（２５）で表わされる。従って、式（２２），（２４）及び式（２５）より、水面下の自然薯１４の重量Ｗは、式（１９）の代わりに式（２６）で表わされる。すなわち、チャック部１３を水１５に浸漬させた深さと、式（２２）及び式（２３）で表わされる重量センサー２ｃの検出値ＦＣ，ＦＣ２の関係を予め求めておけば、自然薯１４とともに水槽１４の水１５に浸漬されるチャック部１３の影響を無視できない場合あっても、式（２４）及び式（２６）に基づいて、自然薯１４の密度ρｙ及び水面下の自然薯１４の重量Ｗがそれぞれ容易に算出される。
【数２４】
【数２５】
【数２６】
【００５５】
上記構造の計量装置１ｂにおいては、自然薯１４自体の重量とともに，自然薯１４の水面下の体積に応じて変化する浮力の大きさがチャック部１３に設置された重量センサー２ｃによって検出されるという作用を有する。そして、重量センサー２ｃの検出値Ｆ及び位置センサー２ｂの検出値Ｂから演算部１７によってクロスヘッド１１の現在位置ＢＨ及び自然薯１４の水面下の重量Ｗが算出され、メモリ１６に保存される構成となっているため、実施例１の計量装置１ａと同様に、これらのデータに基づいて、長手方向に垂直な所望の断面から下端１４ａまでの部分の自然薯１４の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を正確に求めることが可能である。また、重量センサー２ｃのチャック部１３に対する取り付けや取り外しが容易である。さらに、実施例１の計量装置１ａのように重量センサー２ａの上面に水槽４を載置する必要がないため、水槽４の下面や重量センサー２ｃの形状を任意に選択することができる。加えて、重量センサー２ｃは自然薯１４の重量に応じて種類を選択できるため、材料費を抑えて製造コストの削減を図ることが可能である。
【００５６】
なお、図２及び図６においてチャック部１３による保持力Ｆを上向きに示しているが、既に述べたように、自然薯１４を水１５に浸漬させる途中で保持力Ｆの向きが反転して下向きになる場合がある。しかし、保持力Ｆが下向きの場合は、式（１）でＦを負の値とすれば良い。また、重量センサー２ｃは引張力と圧縮力のいずれも測定可能な構成であるため、保持力Ｆの作用する向きが途中で反転した場合でも重量センサー２ｃにより保持力Ｆが正確に検出される。すなわち、本実施例の計量装置１ｂにおいては、保持力Ｆの作用する向きが上向きと下向きのいずれであっても、上述の作用・効果が同様に発揮される。さらに、計量装置１ｂは、重量センサー２ｃに加えて実施例１で説明した重量センサー２ａを備えた構造とすることもできる。この場合、自然薯１４の水面下の長さとその重量が演算部１７により２種類の方法で算出されるため、演算精度が高まるという作用を有する。これにより、自然薯１４を切断する際に，その切断個所を正確に求めることができるという効果がより一層発揮される。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の請求項１乃至請求項４に記載された発明は、自然薯等の棒状野菜に限らず、各種の棒状体を所望の重量ごとに切断する場合に適用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ，１ｂ…計量装置 ２ａ，２ｃ…重量センサー ２ｂ…位置センサー ３…基台 ３ａ…上面 ４…水槽 ５…ネジ棹 ６…支柱 ７…チェーンベルト ８…モーター ９…ヨーク １０…ナット部 １１…クロスヘッド １２…自在継手 １３…チャック部 １４…自然薯 １４ａ…下端 １５…水 １５ａ，１５ｂ…水面 １６…メモリ １７…演算部 １８…制御部 １８ａ〜１８ｃ…指令信号 １９…切断装置 ２０…ガイド部 ２０ａ…ガイド溝 ２０ｂ…スリット ２１…ガイド体 ２２…固定具 ２３…カッター ２４ａ〜２４ｃ…駆動部 ２５…制御部 ２５ａ〜２５ｃ…指令信号 ２６…入力部 Ａ，Ｂ…検出値 ＢＨ…現在位置 Ｆ…検出値（保持力） Ｗ…重量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状野菜等を切断する際に用いられる計量装置及びそれを備えた切断装置に係り、特に、被測定物について所望の重量毎の切断を可能とする計量装置及びそれを備えた切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然薯やゴボウなどの棒状野菜は、収穫後、所定の長さに切断される。このとき、切断対象物の断面積が一定でないと、切断する長さを同じにしても重量までそろえることはできない。そこで、このような課題を解決するべく、従来、断面積が不ぞろいの棒状野菜を所望の重量ごとに切断する技術について、様々な研究や開発が行われている。そして、それに関して既に幾つかの発明や考案が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「棒状野菜類の定量こま切れ機」という名称で、ごぼうなどの棒状野菜類について一定重量ごとの切断を可能とする装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、断面がＶ字をなし，横方向に架設される樋状のごぼう支持案内体と、このごぼう支持案内体に平行に架設されたレールに抜け止めされた状態で移動自在に係合されるスライダーと、下端がごぼう支持案内体の内側に適合するＶ字状に形成され上記スライダーに腕片を介して垂直に突設するように吊持される当て体を有するものである。そして、ごぼう支持案内体の先端に，ピストン装置により進退自在にカッターを取り付け、ピストン装置のピストンロッドにごぼう押え体を上下動可能に連結するとともに、ごぼう押え体の下降位置に基づいてごぼうの太さを検知するセンサーと、レール，スライダー，当て体，カッター及びごぼう押え体の動作を制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００４】
このような構造のこま切れ機においては、ごぼう支持案内体の内部にごぼうを設置した後、スライダーを作動させると、当て体によりごぼうが前方へ送り出される。そして、ごぼうの先端がごぼう押え体の真下に来たとき、ごぼう押え体を下降させ、このごぼう押え体によりごぼうを固定する。次に、制御装置がセンサーによって検知されたごぼうの太さに基づいて予め決められた重量となるような長さを演算し、この長さ分だけごぼうの先端がごぼう支持案内体の先端から突出するようにスライダーを作動させ，ごぼうを送り出す。その後、カッターを作動させて、ごぼうを切断する。以下、この工程を繰り返すことにより、ごぼうがこま切れにされる。すなわち、本発明によれば、所定の重量ごとにごぼうをこま切れすることができる。その際、切断作業を始めから終わりまで一貫して行うことができるため、作業性に差が生じない。
【０００５】
特許文献２には、「魚肉計量切断装置」という名称で、魚肉を所望の重量ごとに無駄なく、かつ正確に切断することを可能とする装置に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、底部が連結され，水平な基台上に設けられて内部に水が満たされた魚肉挿入用水槽及び浮力測定用水槽と、上部に浮力測定用ロードセルを有し，基台に立設される柱と、浮力測定用ロードセルに連結され，浮力測定用水槽内に設置される浮き子と、魚肉挿入用水槽の水中に挿入された部分の魚肉の重量を，浮力測定用ロードセルが感知した浮力から算出する計量装置と、魚肉挿入用水槽の水の中へ魚肉を徐々に挿入可能に保持する腕を備えるものである。そして、水面下の魚肉の重量と腕の位置が記憶される魚肉挿入装置と、腕の移動方向に沿って魚肉を所望の位置で切断可能にカッターが取り付けられたことを特徴としている。
【０００６】
このような構造によれば、浮力測定用ロードセルが感知した浮力に基づいて水面下の魚肉の重量が算出されるため、切断された部分が所望の重量となるような魚肉の切断箇所が自動的に決定されるという作用を有する。これにより、従来、手作業で行っていた魚肉の切断を正確に効率良く行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１７３０３５号公報
【特許文献２】特開平６−４６７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の従来技術である特許文献１に開示された発明においては、被測定物が正確な円柱形でない場合、センサーによってごぼう押え体の下降位置からごぼうの太さが検知される際に誤差が生じるため、予め決められた重量となるような長さを正確に算出することができないという課題があった。また、本発明では、太さと長さから求められる体積を重量に変換する演算において被測定物の密度を使用する構成となっているため、密度が不明なものには適用できないという課題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示された発明においては、魚肉挿入用水槽と浮力測定用水槽を設けなければならず、装置が複雑な構造になってしまう。また、浮き子が連結された浮力測定用ロードセルを支持するための柱を、魚肉を保持する腕を有する魚肉挿入装置とは別個に設ける必要があるため、装置の構造が大掛かりなものとなる。従って、製造コストが高くなるという課題があった。なお、明細書や図面には浮力測定用水槽を設けない例が記載されている。しかし、このような構造であっても魚肉の横に浮き子を設置するスペースを設けなければならないため、水槽を小型化することは困難である。さらに、検出された浮力から求められた魚肉の水中に浸漬された部分の体積に基づいて、その重量を演算する構成となっているため、密度が不明な魚肉に対しては適用できないという課題があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の事情に対処してなされたものであり、被測定物の密度が不明な場合でも所望の重量に対応する切断箇所を求めて、その箇所で正確に切断することができるとともに、小型化により製造コストの削減を図ることが可能な計量装置及びそれを備えた切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、被測定物を保持する保持部と、この保持部を昇降自在に支持する支持部と、被測定物の浸漬に伴って液位が上昇するように，上方に空間が形成された状態で液体が貯留される液槽と、この液槽の重量を検出する重量センサーと、支持部を駆動して被測定物を液槽内へ浸漬可能に保持部を昇降させる駆動手段と、保持部の高さを検出する位置センサーと、この位置センサーの検出値に基づいて被測定物の液面下の長さを算出するとともに，液槽の重量変化から求められる被測定物に対する浮力に基づいて被測定物の液面下の重量を算出する演算部と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
このような構造によれば、被測定物が保持部によって保持された状態で、駆動手段を作動させて支持部を下降させると、保持部とともに被測定物が下降する。そして、被測定物が液槽内に貯留された液体に浸漬されると、被測定物に対する浮力が発生する。また、この状態で支持部を上昇させると、被測定物が保持部とともに上昇する。そして、被測定物の一部が液体から引き上げられると、被測定物の液面下の体積が小さくなるため、浮力も小さくなる。なお、被測定物に作用する浮力は液槽の底面に対しても同様に作用する。従って、本発明の計量装置においては、支持部を昇降させることで被測定物の液面下の体積が変化し、それに応じて変化する浮力の大きさが重量センサーによって検出されるという作用を有する。また、保持部によって保持せずに被測定物のみを液槽内に沈めた場合、被測定物の全重量が重量センサーによって検出され、同時に被測定物の全体積が算出されるという作用を有する。これにより、被測定物の密度が算出される。さらに、被測定物に作用する浮力は、被測定物の液面下の部分の体積と，液体の密度と、重力加速度の積で表わされることから、本発明の計量装置においては、重量センサーによって検出される浮力の大きさに基づいて、被測定物の液面下の体積が算出されるとともに、この体積に被測定物の密度を乗じることにより、被測定物の液面下の重量が算出されるという作用を有する。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の計量装置において、重量センサーは、液槽の重量の代わりにあるいは加えて被測定物の重量を検出可能に保持部に取り付けられることを特徴とするものである。
このような構造の計量装置においては、請求項１記載の発明の作用に加えて、被測定物の液面下の体積に応じて変化する浮力の大きさが保持部に取り付けられた重量センサーによって検出されるという作用を有する。また、被測定物の全重量が重量センサーによって検出されるという作用を有する。さらに、液槽の重量に加えて被測定物の重量が重量センサーによって検出される場合には、演算部による演算精度が高まるという作用を有する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の計量装置において、重量センサー及び位置センサーの検出結果と，演算部による演算結果が保存されるメモリを備えたことを特徴とするものである。
このような構造の計量装置においては、液槽や被測定物の重量及び保持部の現在位置とともに、被測定物の液面下の重量に関するデータが他の装置で利用可能になるという作用を有する。
【００１５】
請求項４に記載の発明である切断装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の計量装置と、被測定物が設置されるガイド溝が長手方向に沿って上面に設けられたガイド部と、このガイド部の長手方向へ前進してガイド溝内の被測定物を押動可能に設置されるガイド体と、このガイド体を駆動してガイド部の長手方向へ前進又は後退させるガイド体駆動部と、ガイド体の上方に昇降自在に設置されて被測定物を上方から押圧して固定する固定具と、この固定具を駆動して昇降させる固定具駆動部と、ガイド体から露出した被測定物の一部を切断可能に設置されるカッターと、このカッターを駆動してガイド体の長手方向に対して垂直に移動させるカッター駆動部と、ガイド体駆動部の動作を制御するガイド体制御部と、被測定物の切断長さの設定値が入力される入力部と、を備え、ガイド体制御部は、この入力部の設定値に従ってガイド体を被測定物の切断長さ分だけ前進させ、設定値は、計量装置の演算部によって算出される被測定物の液面下の長さと重量の関係に基づいて決定されることを特徴とするものである。
このような構造の切断装置においては、ガイド溝内に設置される被測定物の端部をカッターによる切断可能個所に一致させ、固定具による被測定物の固定を解除した状態で本装置を作動させると、被測定物はその切断予定個所が上記カッターの切断可能個所に一致するまでガイド体によって押動され、切断予定個所がカッターで切断されるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に記載の計量装置によれば、被測定物の密度が不明な場合でも、長手方向に垂直な所望の断面から端部までの部分の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を求めることが可能である。従って、被測定物を所望の重量ごとに切断する際に，その切断個所を正確に求めることができる。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の計量装置は、請求項１に記載の発明の効果に加えて、重量センサーの取り付けや取り外しを容易に行うことができるという効果を奏する。また、請求項１に記載の発明のように重量センサーの上面に水槽を載置する必要がないため、水槽の底面や重量センサーの形状を任意に選択できる。さらに、被測定物の重量に応じて適切な重量センサーを選択できるため、材料費を抑えて製造コストの削減を図ることが可能である。さらに、液槽の重量変化に加えて被測定物の重量が重量センサーによって検出される場合には、演算部による演算精度が高まるため、被測定物を所望の重量ごとに切断する際に，その切断個所を正確に求めることができるという請求項１記載の発明の効果がより一層発揮される。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の計量装置によれば、請求項１又は請求項２に記載された発明の効果に加えて、メモリに保存されたデータを切断装置等に直接入力できるという効果を奏する。これにより、被測定物の切断作業の精度と効率が向上する。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の切断装置によれば、被測定物の密度が不明な場合であっても所望の重量ごとに正確に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る計量装置の実施例１の正面図であり、（ｂ）はその計量装置を構成する制御部の動作を説明するためのブロック図である。
【図２】実施例１の計量装置の正面図の部分拡大図である。
【図３】実施例１の計量装置の操作手順を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）及び（ｂ）はいずれも図１（ａ）の部分拡大図である。
【図５】（ａ）はクロスヘッドの現在位置と自然薯の水面下の部分の重量との関係を示した図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態に係る切断装置の実施例の正面図及び側面図である。
【図６】実施例１の計量装置の正面図の部分拡大図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態に係る計量装置の実施例２の正面図であり、（ｂ）はその計量装置を構成する制御部の動作を説明するためのブロック図である。
【図８】実施例２の計量装置の操作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の計量装置及びそれを備えた切断装置は断面積が一定でない棒状体の切断に際して用いられるものである。以下、そのような形状の被切断物として自然薯を例にとって、本発明の構造及びその作用や効果について具体的に説明する。
【実施例１】
【００２２】
本実施例の計量装置及びそれを備えた切断装置について図１乃至図６を用いて説明する（特に、請求項１，３，４に対応）。なお、図１（ａ）では、図１（ｂ）に示す演算部、制御部、メモリ及び信号線や電源ケーブルの図示を省略している。
図１（ａ）に示すように、計量装置１ａは、重量センサー２ａを介して上面３ａに水槽４が載置される基台３と、基台３に立設されるネジ棹５，５と、ネジ棹５，５を回転可能に支持する支柱６，６と、チェーンベルト７を介してネジ棹５，５を回転駆動するモーター８と、ネジ棹５の回転量を検出するロータリーエンコーダからなる位置センサー２ｂと、支柱６，６の上部を固定するヨーク９と、ネジ棹５，５にナット部１０，１０を介して水平に設置されるクロスヘッド１１と、クロスヘッド１１に自在継手１２を介して取り付けられるチャック部１３を備えている。
【００２３】
計量装置１ａにおいて、モーター８を作動させると、その駆動力がチェーンベルト７によってネジ棹５，５に伝達されるため、ネジ棹５，５は同期して回転する。その結果、チャック部１３が取り付けられたクロスヘッド１１がネジ棹５，５の軸心方向に移動（昇降）する。すなわち、ネジ棹５，５と、ナット部１０，１０と、クロスヘッド１１はチャック部１３を昇降自在に支持する支持部を構成し、チェーンベルト７とモーター８は、支持部を駆動してチャック部１３を昇降させる駆動手段を構成している。従って、図１（ａ）に示すように、チャック部１３によって自然薯１４が保持された状態でモーター８を作動させると、自然薯１４はクロスヘッド１１の昇降に伴って上下方向に移動し、水槽４に満たされた水１５に浸漬され、あるいは水槽４の水１５から引き上げられる。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、メモリ１６、演算部１７及びモーター８は制御部１８によって動作を制御されている。そして、重量センサー２ａの検出値Ａと，ネジ棹５の回転量を表す位置センサー２ｂの検出値Ｂは演算部１７に送られる。演算部１７は制御部１８の指令信号１８ａに従って、検出値Ａ，Ｂからクロスヘッド１１の現在位置ＢＨ及び自然薯１４の水面下の重量Ｗを算出する。なお、検出値Ａは、後述するように自然薯１４の水面下の体積に比例して変化する。
【００２５】
検出値Ａ，Ｂ、クロスヘッド１１の現在位置ＢＨ、自然薯１４の水面下の重量Ｗはメモリ１６に送られる。そして、メモリ１６は制御部１８の指令信号１８ｂに従って、これらのデータを時系列的に保存する。なお、自然薯１４の水面下の部分の重量Ｗはクロスヘッド１１の現在位置ＢＨと関連付けられた状態で保存される。
ここで、クロスヘッド１１の移動量はネジ棹５の回転量によって決まり、ネジ棹５はモーター８によって回転駆動されている。また、モーター８の動作は制御部１８から送られる指令信号１８ｃによって制御されている。すなわち、計量装置１ａでは、制御部８を介してクロスヘッド１１の移動量を調整できる構造となっている。
【００２６】
水槽４の水１５に浸漬された部分の自然薯１４の体積と、重量センサー２ａによって検出される重量との関係について、図２を用いて説明する。
図２は図１（ａ）を部分的に拡大した図である。なお、図中の破線は自然薯１４を浸漬させる前の水面１５ａを示している。また、基台３、ネジ棹５、支柱６、チェーンベルト７、モーター８、ヨーク９、ナット部１０、クロスヘッド１１及び自在継手１２については図示を省略し、図１に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２７】
図２に示すように、チャック部１３に保持された状態の自然薯１４を水槽４の水１５へ浸漬させた場合、自然薯１４は水１５から浮力を受ける。水１５に浸漬している部分の自然薯１４の体積をＶ（ｃｍ３）、水１５の密度をρ（ｇ／ｃｍ３）、重力加速度をｇ（ｃｍ／ｓ２）とおくと、この浮力はρＶｇ（ｇｆ）となる。従って、自然薯１４全体の重量をＷ０（ｇｆ）とおくと、チャック部１３の保持力Ｆ（ｇｆ）は次の式（１）で表わされる。
【数１】
【００２８】
なお、浮力ρＶｇは重量センサー２ａに対しても同様に作用するため、水槽４と水１５の合計重量をＷＴ（ｇｆ）とおくと、重量センサー２ａの検出値Ａは次の式（２）で表わされる。
【数２】
【００２９】
一方、水１５に浸漬している部分の自然薯１４の重量Ｗ（ｇｆ）は、自然薯１４の密度をρｙ（ｇ／ｃｍ３）とおくと、ρｙＶｇとなる。これに式（２）から求めたＶを代入すると、水面下の部分の自然薯１４の重量Ｗは次の式（３）で表わされる。
【数３】
【００３０】
次に、計量装置１ａの動作について、図３及び図４を用いて説明する。
図３は計量装置１ａの操作手順を示すフローチャートであり、図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ水槽４の水１５に自然薯１４のみを完全に浸漬させた場合及びチャック部１３の上下方向の位置を調節して自然薯１４の下端１４ａを水槽４の水面１５ａに略一致させた状態を示しており、これらの図はいずれも図２に対応している。従って、図２に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。また、図４（ａ）の破線は水槽４の水１５に自然薯１４を浸漬させる前の水面１５ａを示している。
【００３１】
図３に示すように、まず、ステップＳ１において、自然薯１４を水１５に浸漬させる前に重量センサー２ａの検出値Ａを読み取り、ステップＳ２において、自然薯１４のみを水１５に完全に浸漬させた状態で重量センサー２ａの検出値Ａを読み取る。これは、図２においてチャック部１３の保持力Ｆが無い状態に相当する。従って、自然薯１４の全体積及び全重量をそれぞれＶ０（ｃｍ３），Ｗ０（ｇｆ）とおくと、図４（ａ）に示すように自然薯１４には浮力ρＶ０ｇが作用し、重量センサー２ａにはＷＴに加えてＷ０が作用する。ここで、ステップＳ１，Ｓ２における重量センサー２ａの検出値をそれぞれＡ１，Ａ２とおくと、これらは次の式（４）及び式（５）で表わされる。
【数４】
【数５】
【００３２】
ステップＳ３では、自然薯１４をチャック部１３で保持した状態で、自然薯１４の全体が水１５に完全に浸漬されるまでクロスヘッド１１を下降させる。このときの重量センサー２ａの検出値をＡ３とおくと、式（２）から検出値Ａ３について次の式（６）が成り立つことがわかる。なお、水１５に浸漬させた部分のチャック部１３の体積の影響は無視できるものとする。
【数６】
【００３３】
式（４）〜式（６）を変形すると、自然薯１４の密度ρｙは次の式（７）で表わされ、水面下の部分の自然薯１４の重量Ｗを表す式（３）は式（８）のように変形できる。すなわち、自然薯１４をチャック部１３ごと水１５に浸漬させた際のチャック部１３に対する浮力の影響を無視できる場合には、式（７）及び式（８）に基づいて、自然薯１４の密度及び水面下の自然薯１４の重量Ｗがそれぞれ容易に算出される。
【数７】
【数８】
【００３４】
ステップＳ４では、自然薯１４の全体が水１５の外に出るまでクロスヘッド１１を所定の速度で上昇させる。このとき、重量センサー２ａの検出値Ａと式（８）から、水面下の部分の自然薯１４の重量Ｗが演算部１７によって逐次算出され、前述したようにクロスヘッド１１の現在位置ＢＨとともにメモリ１６に保存される。ステップＳ５では、図４（ｂ）に示すように、自然薯１４の全体が水１５の外に出て、下端１４ａが水面１５ａに一致した時点でクロスヘッド１１の上昇動作を停止する。なお、上述の自然薯１４を水１５に浸漬させた状態におけるクロスヘッド１１の現在位置ＢＨは、図４（ｂ）に示した状態におけるクロスヘッド１１の位置を基準とし、その位置からクロスヘッド１１を下降させた距離を表している（図２参照）。すなわち、ＢＨの値は、下端１４ａが水面１５ａに一致した時点から自然薯１４が下降した距離を表している。
【００３５】
既に述べたように、メモリ１６に保存されたクロスヘッド１１の現在位置ＢＨと、それに対応する自然薯１４の水面下の重量Ｗは、メモリ１６に保存されている。これらのデータをメモリ１６から読み出して、横軸にＢＨをとり、縦軸にＷをとってプロットすると、例えば、図５（ａ）のようなグラフが得られる。なお、自然薯１４は長手方向が上下方向に一致するように、チャック部１３によって保持されているため、水面１５ａは自然薯１４の長手方向に垂直となっている。従って、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位が僅かであり，その影響を無視できる場合には、水１５に浸漬された状態の自然薯１４に対し、水面１５ａを切断面と考えることができる。この場合、ＢＨの値は自然薯１４の長手方向に垂直な切断面から下端１４ａまでの長さを表し、自然薯１４の水面下の重量Ｗは自然薯１４が切断される部分の重量を表すことになる。
【００３６】
ＢＨとＷの関係が図５（ａ）で示される場合、自然薯１４を下端１４ａから４０ｃｍ、７１ｃｍ、１２０ｃｍの個所で切断すると、切断された部分の各重量はいずれも４００ｇとなる。このように、計量装置１ａによれば、自然薯１４を切断する際に、その密度が不明であっても切断された部分の各重量が等しくなるような切断個所を容易に求めることができる。なお、切断された個所の各重量が所定の範囲内となるように予め規定されている場合があるが、そのときには次のようにして、切断された余りが最も少なくなるような切断方法を選択することができる。例えば、切断された個所の各重量が５００〜６００ｇの範囲内となるように規定されており、自然薯１４の全体重量が１３００ｇである場合には、５００ｇごとに２回切断すると３００ｇ余るのに対し、６００ｇごとに２回切断すると１００ｇしか余らないことから、後者の切断方法を選択すれば良い。また、自然薯１４の全体重量が１６００ｇの場合には、５００ｇごとに３回切断すると１００ｇしか余らないのに対し、６００ｇごとに２回切断すると４００ｇも余ってしまうことから、前者の切断方法を選択すれば良い。このように、計量装置１ａによれば、切断個所とその個所で切断された場合の重量の関係に基づいて、切断された余りが最も少なくなるような切断個所と切断回数を選択することができる。従って、自然薯１４を所望の重量ごとに効率良く切断することが可能である。
【００３７】
次に、自然薯１４を切断する装置について説明する。
図５（ｂ）及び図５（ｃ）はそれぞれ自然薯１４の切断装置１９の正面図及び側面図である。なお、図１に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、切断装置１９は、自然薯１４が設置される断面Ｖ字状のガイド溝２０ａが長手方向に設けられるとともに，この長手方向に直交するスリット２０ｂが形成された長尺状のガイド部２０と、ガイド溝２０ａに沿って自然薯１４を押動可能に設置されるガイド体２１と、自然薯１４がガイド溝２０ａ内で摺動しないように上方から押圧して固定する固定具２２と、スリット２０ｂ内を上下に移動し，自然薯１４のスリット２０ｂに架け渡された個所を切断自在に設置されるカッター２３と、ガイド体２１を駆動してガイド溝２０ａ内を長手方向に沿って前進又は後退させる駆動部２４ａと、固定具２２を駆動して上下方向に移動させる駆動部２４ｂと、カッター２３を駆動して上下方向に移動させる駆動部２４ｃと、駆動部２４ａ〜２４ｃの動作を制御する制御部２５と、制御部２５に対してガイド体２１の移動距離を指示する入力部２６を備えている。
【００３８】
このような構造によれば、スリット２０ｂの個所に下端１４ａが位置するように自然薯１４がガイド溝２０ａに設置された状態で切断装置１９を作動させると、まず、ガイド体２１は制御部２５からの指令信号２５ａを受けた駆動部２４ａによって駆動され、前進する。その結果、自然薯１４はガイド体２１によって押動され、入力部２６から入力されたガイド体２１の移動距離に対応する長さだけ、下端１４ａがスリット２０ｂから前方へ突出する。次に、制御部２５からの指令信号２５ｂを受けて固定具２２が下降し、自然薯１４を上方から押圧して固定する。その後、制御部２５の指令信号２５ｃを受けて下降するカッター２３により、自然薯１４がスリット２０ｂの位置で切断される。このように、切断装置１９によれば、被測定物を所望の重量ごとに正確に切断することができる。
【００３９】
切断装置１９は、入力部２６に加えて、ガイド体２１の移動距離を示す複数のデータを保存可能なメモリを備え、このメモリから読み出されたデータが入力部２６に順次入力される構造とすることもできる。このような構造によれば、計量装置１ａによって求められた自然薯１４の切断個所に関するデータを切断装置１９のメモリに保存することで、自然薯１４を所望の重量ごとに、必要な回数分連続して切断することが可能となる。これにより、自然薯１４の切断作業の精度と効率が向上する。なお、計量装置１ａのメモリ１６を切断装置１９のメモリとして兼用する構造としても良い。また、切断装置１９のガイド部２０に設けられるガイド溝２０ａの断面はＶ字状に限らず、Ｕ字状などであっても良い。さらに、固定具２２の駆動部２４ｂやカッター２３の駆動部２４ｃは必ずしも制御部２５によって、その動作を制御される構成とする必要はない。例えば、ガイド体２１の駆動部２４ａのみが制御部２５によって動作を制御される構成とすることもできる。
【００４０】
以上の説明では、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位の影響を無視できる場合を想定していたが、水面１５ａの上記影響を無視できない場合には、「水面１５ａから水面１５ｂまでの高さｈ（図２参照）」を求める必要がある。本実施例では円筒状の側壁を有する水槽４を用いているため、内部に貯留された水１５の所望の高さにおける水平断面は円形をなし、水槽４の底面の形状と常に一致する。従って、自然薯１４の水面下の部分の体積を水槽４の底面積で除することにより、「水面１５ａから水面１５ｂまでの高さｈ」が容易に算出される。このとき、水面１５ｂから自然薯１４の下端１４ａまでの部分の長さは、図２に示すようにＢＨにｈを加えたものとなる。すなわち、計量装置１ａによれば、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位の影響を無視できない場合でも、長手方向に垂直な所望の断面から下端１４ａまでの部分の自然薯１４の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を正確に求めることが可能である。
【００４１】
さらに、自然薯１４とともに水槽１４の水１５に浸漬されるチャック部１３の影響を無視できない場合について、図６を用いて説明する。なお、図６は図２に対応するものであるため、図２に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
図６に示すように、チャック部１３の一部が自然薯１４とともに水槽４の水１５へ浸漬されている場合、チャック部１３も自然薯１４と同様に水１５から浮力を受ける。チャック部１３の水面下の体積をＶＣ（ｃｍ３）とおくと、この浮力はρＶＣｇと表わされるため、式（２）において右辺に体積ＶＣに対する浮力ρＶＣｇが加わることになり、重量センサー２ａの検出値Ａは次の式（９）で表わされる。同様に、式（６）における重量センサー２ａの検出値Ａ３は式（１０）で表わされる。なお、式（１０）では、自然薯１４の全体を水１５に浸漬させた際のチャック部１３の水面下の部分の体積をＶＣＴとしている。
【数９】
【数１０】
【００４２】
また、水面下の体積がＶＣ又はＶＣＴとそれぞれ等しくなるように、チャック部１３のみを水１５に浸漬させた場合の重量センサー２ａの検出値ＡＣ，ＡＣ３は、それぞれ次の式（１１）及び式（１２）で表わされる。
【数１１】
【数１２】
【００４３】
式（４）、式（５）、式（１０）及び式（１２）を変形すると、自然薯１４の密度ρｙは式（７）の代わりに式（１３）で表わされる。そして、式（９）、式（１１）及び式（１３）を変形すると、自然薯１４の水面下の重量Ｗは、式（８）の代わりに式（１４）で表わされる。すなわち、チャック部１３を水１５に浸漬させた深さと、式（１１）及び式（１２）で表わされる重量センサー２ａの検出値ＡＣ，ＡＣ３の関係を予め求めておけば、自然薯１４とともに水槽１４の水１５に浸漬されるチャック部１３の影響を無視できない場合であっても、式（１３）及び式（１４）に基づいて、自然薯１４の密度ρｙ及び水面下の自然薯１４の重量Ｗがそれぞれ容易に算出される。
【数１３】
【数１４】
【００４４】
以上説明したように、本発明の計量装置によれば、水槽内にセンサー等を設置する必要がないため、水槽を簡単な形状とすることができる。この場合、自然薯の浸漬に伴う水面の変位量の計算が容易であるため、長手方向に垂直な所望の断面から端部までの部分の自然薯の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を正確に求めることが可能である。これにより、自然薯を切断する際に、所望の重量に対応する切断個所を容易に求めることができる。なお、大型の水槽を用いれば、自然薯を浸漬した場合でも水面が僅かしか変位しないため、その影響をある程度無視することが可能である。しかし、この場合には、装置の製造コストが高くなってしまう。これに対し、本発明の計量装置によれば、小型の水槽を用いることが可能であり、水面の位置を検出するセンサーを別個に設置する必要もないことから、安価に製造することができる。
【００４５】
なお、本発明の計量装置は本実施例に示したものに限定されるものではない。例えば、水が貯留された水槽の代わりに、水以外の液体が貯留された液槽を用いて、この液体に自然薯を浸漬させる構造であっても良い。また、自在継手は、チャック部で自然薯を保持する場合に自然薯の長手方向が上下方向（チャック部の移動方向）に略一致するように、自然薯の姿勢を修正する機能を有するが、自然薯の比重が１に略等しいか、１よりも小さく、自然薯を水に浸漬させる際にチャック部で保持する代わりに，下方へ押し込む必要がある場合には、上記機能が発揮されないおそれがある。従って、このような場合には自在継手を設置しない構造としても良い。さらに、本実施例では自然薯を保持するためにチャック部を用いているが、自然薯の保持部はこのような構造に限定されるものではない。例えば、保持部は自然薯にピンを突き刺して保持するような構造であっても良い。また、内部に貯留された水の所望の高さにおける水平断面が一様な形状となるのであれば、水槽は必ずしも側壁が円筒状をなすような形状でなくとも良い。
【実施例２】
【００４６】
本実施例の計量装置について図７及び図８を用いて説明する（特に、請求項２に対応）。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）は図１（ａ）及び図１（ｂ）にそれぞれ対応する。また、図１乃至図５に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７（ａ）に示すように、本実施例の計量装置１ｂは実施例１の計量装置１ａにおいて、重量センサー２ａの代わりに、チャック部１３の保持力Ｆ（以下、検出値Ｆという。）を検出する重量センサー２ｃを備えたことを特徴とする。なお、重量センサー２ｃは引張力だけでなく、圧縮力も測定可能な構造となっている。また、図７（ｂ）に示すように、重量センサー２ｃの検出値Ｆは演算部１７に送られた後、演算部１７において、検出値Ｆ，Ｂからクロスヘッド１１の現在位置ＢＨ及び、水面下にある自然薯１４の重量Ｗが算出される。そして、検出値Ｆ，Ｂ、クロスヘッド１１の現在位置ＢＨ、自然薯１４の水面下の部分の重量Ｗは、メモリ１６に時系列的に保存される。なお、自然薯１４の水面下の部分の重量Ｗはクロスヘッド１１の現在位置ＢＨと関連付けられた状態で保存される。
【００４７】
チャック部１３に保持された状態で自然薯１４を水槽４の水１５へ浸漬させた場合、重量センサー２ｃの検出値Ｆは前述の式（１）で表わされる。従って、水面下の自然薯１４の重量Ｗは次の式（１５）で表わされる。
【数１５】
【００４８】
次に、計量装置１ｂの動作について、図８を用いて説明する。なお、図８は計量装置１ｂの操作手順を示すフローチャートであり、図３に対応している。
図８に示すように、まず、ステップＳ１において、自然薯１４をチャック部１３で保持し、水１５に浸漬させない状態で重量センサー２ｃの検出値Ｆを読み取る。次に、ステップＳ２において、自然薯１４をチャック部１３で保持した後、自然薯１４の全体が水１５の中に浸漬されるまでクロスヘッド１１を下降させる。なお、チャック部１３の体積の影響を無視できる場合、ステップＳ１，Ｓ２における重量センサー２ｃの検出値をＦ１，Ｆ２とおくと、Ｆ１，Ｆ２はそれぞれ次の式（１６）及び式（１７）で表わされる。
【数１６】
【数１７】
【００４９】
式（１６）及び式（１７）より、自然薯１４の密度ρｙは式（１８）で表わされるため、式（１５）は式（１９）のように変形できる。すなわち、自然薯１４をチャック部１３ごと水１５に浸漬させた際のチャック部１３に対する浮力の影響を無視できる場合には、式（１８）及び式（１９）に基づいて、自然薯１４の密度及び水面下の自然薯１４の重量Ｗがそれぞれ容易に算出される。
【数１８】
【数１９】
【００５０】
ステップＳ３では、自然薯１４の全体が水１５の外に出るまでクロスヘッド１１を所定の速度で上昇させる。このとき、重量センサー２ｃの検出値Ｆ及び式（１７）から、水面下の自然薯１４の重量Ｗが演算部１７によって逐次算出され、クロスヘッド１１の現在位置ＢＨとともにメモリ１６に保存される。ステップＳ４では、図４（ｂ）に示した場合と同様に、自然薯１４の全体が水１５の外に出て、下端１４ａが水面１５ａに一致した時点でクロスヘッド１１の上昇動作を停止する。そして、このときのクロスヘッド１１の現在位置ＢＨがメモリ１６に保存される。従って、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位が僅かであり、その影響を無視できる場合には、本実施例の計量装置１ｂにおいても実施例１の計量装置１ａと同様に、密度が不明な自然薯１４について、長手方向に垂直な所望の断面から下端１４ａまでの部分の自然薯１４の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を求めることが可能である。
【００５１】
なお、本実施例の計量装置１ｂにおいては、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位の影響を無視できないときでも、実施例１の場合と同様に、自然薯１４の水面下の体積を水槽４の底面積で除することにより、「水面１５ａから水面１５ｂまでの高さｈ（図２参照）」が容易に算出される。すなわち、計量装置１ｂによれば、自然薯１４の浸漬に伴う水面１５ａの変位の影響を無視できない場合でも、長手方向に垂直な所望の断面から下端１４ａまでの部分の自然薯１４の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を正確に求めることが可能である。
【００５２】
次に、自然薯１４とともに水槽４の水１５に浸漬されるチャック部１３の影響を無視できない場合について説明する。まず、前述のチャック部１３の体積ＶＣＴ（ｃｍ３）に相当する重量に対する重量センサー２ｃの検出値をＦ０とすると、式（１６）及び式（１７）はそれぞれ式（２０）及び式（２１）で表わされる。
【数２０】
【数２１】
【００５３】
また、水面下の体積がＶＣ又はＶＣＴとそれぞれ等しくなるように、チャック部１３のみを水１５の中に浸漬させた場合の重量センサー２ｃの検出値ＦＣ，ＦＣ２は、それぞれ次の式（２２）及び式（２３）で表わされる。
【数２２】
【数２３】
【００５４】
式（２０）、（２１）及び式（２３）より、自然薯１４の密度ρｙは、式（１８）の代わりに式（２４）で表わされ、式（１）は式（２５）で表わされる。従って、式（２２），（２４）及び式（２５）より、水面下の自然薯１４の重量Ｗは、式（１９）の代わりに式（２６）で表わされる。すなわち、チャック部１３を水１５に浸漬させた深さと、式（２２）及び式（２３）で表わされる重量センサー２ｃの検出値ＦＣ，ＦＣ２の関係を予め求めておけば、自然薯１４とともに水槽１４の水１５に浸漬されるチャック部１３の影響を無視できない場合あっても、式（２４）及び式（２６）に基づいて、自然薯１４の密度ρｙ及び水面下の自然薯１４の重量Ｗがそれぞれ容易に算出される。
【数２４】
【数２５】
【数２６】
【００５５】
上記構造の計量装置１ｂにおいては、自然薯１４自体の重量とともに，自然薯１４の水面下の体積に応じて変化する浮力の大きさがチャック部１３に設置された重量センサー２ｃによって検出されるという作用を有する。そして、重量センサー２ｃの検出値Ｆ及び位置センサー２ｂの検出値Ｂから演算部１７によってクロスヘッド１１の現在位置ＢＨ及び自然薯１４の水面下の重量Ｗが算出され、メモリ１６に保存される構成となっているため、実施例１の計量装置１ａと同様に、これらのデータに基づいて、長手方向に垂直な所望の断面から下端１４ａまでの部分の自然薯１４の重量と、その部分の長手方向に沿った長さとの関係を正確に求めることが可能である。また、重量センサー２ｃのチャック部１３に対する取り付けや取り外しが容易である。さらに、実施例１の計量装置１ａのように重量センサー２ａの上面に水槽４を載置する必要がないため、水槽４の下面や重量センサー２ｃの形状を任意に選択することができる。加えて、重量センサー２ｃは自然薯１４の重量に応じて種類を選択できるため、材料費を抑えて製造コストの削減を図ることが可能である。
【００５６】
なお、図２及び図６においてチャック部１３による保持力Ｆを上向きに示しているが、既に述べたように、自然薯１４を水１５に浸漬させる途中で保持力Ｆの向きが反転して下向きになる場合がある。しかし、保持力Ｆが下向きの場合は、式（１）でＦを負の値とすれば良い。また、重量センサー２ｃは引張力と圧縮力のいずれも測定可能な構成であるため、保持力Ｆの作用する向きが途中で反転した場合でも重量センサー２ｃにより保持力Ｆが正確に検出される。すなわち、本実施例の計量装置１ｂにおいては、保持力Ｆの作用する向きが上向きと下向きのいずれであっても、上述の作用・効果が同様に発揮される。さらに、計量装置１ｂは、重量センサー２ｃに加えて実施例１で説明した重量センサー２ａを備えた構造とすることもできる。この場合、自然薯１４の水面下の長さとその重量が演算部１７により２種類の方法で算出されるため、演算精度が高まるという作用を有する。これにより、自然薯１４を切断する際に，その切断個所を正確に求めることができるという効果がより一層発揮される。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の請求項１乃至請求項４に記載された発明は、自然薯等の棒状野菜に限らず、各種の棒状体を所望の重量ごとに切断する場合に適用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ，１ｂ…計量装置 ２ａ，２ｃ…重量センサー ２ｂ…位置センサー ３…基台 ３ａ…上面 ４…水槽 ５…ネジ棹 ６…支柱 ７…チェーンベルト ８…モーター ９…ヨーク １０…ナット部 １１…クロスヘッド １２…自在継手 １３…チャック部 １４…自然薯 １４ａ…下端 １５…水 １５ａ，１５ｂ…水面 １６…メモリ １７…演算部 １８…制御部 １８ａ〜１８ｃ…指令信号 １９…切断装置 ２０…ガイド部 ２０ａ…ガイド溝 ２０ｂ…スリット ２１…ガイド体 ２２…固定具 ２３…カッター ２４ａ〜２４ｃ…駆動部 ２５…制御部 ２５ａ〜２５ｃ…指令信号 ２６…入力部 Ａ，Ｂ…検出値 ＢＨ…現在位置 Ｆ…検出値（保持力） Ｗ…重量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を保持する保持部と、
この保持部を昇降自在に支持する支持部と、
前記被測定物の浸漬に伴って液位が上昇するように，上方に空間が形成された状態で液体が貯留される液槽と、
この液槽の重量を検出する重量センサーと、
前記支持部を駆動して前記被測定物を前記液槽内へ浸漬可能に前記保持部を昇降させる駆動手段と、
前記保持部の高さを検出する位置センサーと、
この位置センサーの検出値に基づいて前記被測定物の液面下の長さを算出するとともに，前記液槽の重量変化から求められる前記被測定物に対する浮力に基づいて前記被測定物の液面下の重量を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とする計量装置。
【請求項２】
前記重量センサーは、前記液槽の重量の代わりにあるいは加えて前記被測定物の重量を検出可能に前記保持部に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の計量装置。
【請求項３】
前記重量センサー及び前記位置センサーの検出結果と，前記演算部による演算結果が保存されるメモリを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の計量装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の計量装置と、
前記被測定物が設置されるガイド溝が長手方向に沿って上面に設けられたガイド部と、
このガイド部の長手方向へ前進して前記ガイド溝内の前記被測定物を押動可能に設置されるガイド体と、
このガイド体を駆動して前記ガイド部の長手方向へ前進又は後退させるガイド体駆動部と、
前記ガイド体の上方に昇降自在に設置されて前記被測定物を上方から押圧して固定する固定具と、
この固定具を駆動して昇降させる固定具駆動部と、
前記ガイド体から露出した前記被測定物の一部を切断可能に設置されるカッターと、
このカッターを駆動して前記ガイド体の長手方向に対して垂直に移動させるカッター駆動部と、
前記ガイド体駆動部の動作を制御するガイド体制御部と、
前記被測定物の切断長さの設定値が入力される入力部と、
を備え、
前記ガイド体制御部は、この入力部の設定値に従って前記ガイド体を前記被測定物の切断長さ分だけ前進させ、
前記設定値は、前記計量装置の前記演算部によって算出される前記被測定物の液面下の長さと重量の関係に基づいて決定されることを特徴とする切断装置。
【請求項１】
被測定物を保持する保持部と、
この保持部を昇降自在に支持する支持部と、
前記被測定物の浸漬に伴って液位が上昇するように，上方に空間が形成された状態で液体が貯留される液槽と、
この液槽の重量を検出する重量センサーと、
前記支持部を駆動して前記被測定物を前記液槽内へ浸漬可能に前記保持部を昇降させる駆動手段と、
前記保持部の高さを検出する位置センサーと、
この位置センサーの検出値に基づいて前記被測定物の液面下の長さを算出するとともに，前記液槽の重量変化から求められる前記被測定物に対する浮力に基づいて前記被測定物の液面下の重量を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とする計量装置。
【請求項２】
前記重量センサーは、前記液槽の重量の代わりにあるいは加えて前記被測定物の重量を検出可能に前記保持部に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の計量装置。
【請求項３】
前記重量センサー及び前記位置センサーの検出結果と，前記演算部による演算結果が保存されるメモリを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の計量装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の計量装置と、
前記被測定物が設置されるガイド溝が長手方向に沿って上面に設けられたガイド部と、
このガイド部の長手方向へ前進して前記ガイド溝内の前記被測定物を押動可能に設置されるガイド体と、
このガイド体を駆動して前記ガイド部の長手方向へ前進又は後退させるガイド体駆動部と、
前記ガイド体の上方に昇降自在に設置されて前記被測定物を上方から押圧して固定する固定具と、
この固定具を駆動して昇降させる固定具駆動部と、
前記ガイド体から露出した前記被測定物の一部を切断可能に設置されるカッターと、
このカッターを駆動して前記ガイド体の長手方向に対して垂直に移動させるカッター駆動部と、
前記ガイド体駆動部の動作を制御するガイド体制御部と、
前記被測定物の切断長さの設定値が入力される入力部と、
を備え、
前記ガイド体制御部は、この入力部の設定値に従って前記ガイド体を前記被測定物の切断長さ分だけ前進させ、
前記設定値は、前記計量装置の前記演算部によって算出される前記被測定物の液面下の長さと重量の関係に基づいて決定されることを特徴とする切断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３０６０（Ｐ２０１３−３０６０Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６７８９（Ｐ２０１１−１３６７８９）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００１５４７７２）株式会社宝計機製作所 (10)
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００１５４７７２）株式会社宝計機製作所 (10)
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