JP4178681B2

JP4178681B2 - 上皿はかり

Info

Publication number: JP4178681B2
Application number: JP24636099A
Authority: JP
Inventors: 晟河本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: JP2001074539A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は上皿はかりに関し、更に詳しくは、ロバーバル機構と、荷重伝達用ののレバー機構を備えた上皿はかりに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上皿はかり又は上皿天びんにおいては、一般に、図４、及び図５に示すように、ロバーバル機構（パラレルガイドとも称される）１０を介して試料皿２０を支承することにより、試料皿２０が水平を保ったまま上下に変位するように規制し、これによって試料皿２０に対する試料の偏置に伴う誤差、いわゆる偏置誤差（四隅誤差とも言う）が生じないように考慮されている。
【０００３】
ロバーバル機構１０は、両端部分にヒンジ部となる可撓部１１ａ，１１ｂおよび１２ａ，１２ｂを備えた互いに平行な上下２本の梁１１および１２を介して可動柱１３を固定柱１４に連結した構造を持ち、試料皿２０は可動柱１３に支承される。試料皿２０に作用する荷重は、可動柱１３に連結されたレバー３０を介してロードセルないしは電磁力発生機構等の荷重感応部４０に伝達される。
【０００４】
レバー３０は、通常、弾性支点３１によって支持されるとともに、その一端側の力点３２が連結片５０を介して可動柱１３に連結される一方、他端側が荷重感応部４０に連結され、試料皿２０に負荷された被測定荷重を数分の一から百数十分の一のレバー比のもとに縮小して荷重感応部４０に伝達する。ここで、レバー３０の力点３２は前後回転方向（レバー３０の長手方向への移動、図５において矢印Ｒで示す。以下同）に可撓性を有しているとともに、連結片５０と可動柱１３との連結部についても、前後回転方向に可撓の連結用弾性支点５１が介在しており、この連結用弾性支点５１と可撓性の力点３２によって、試料皿２０に荷重が作用することによる、可動柱１３の前後方向への僅かな変位と、レバー３０の傾斜に起因する力点３２の前後方向への僅かな変位を吸収することが図られている。
【０００５】
ところで、このようなロバーバル機構１０においては、一般に、上下２本の梁１１と１２の平行度が重要であり、これらの上下の梁１１と１２が正確に平行になっている条件下で、はじめて試料皿２０上の荷重の偏置誤差が解消される。すなわち、図４（Ａ）に示す寸法ＨとＨ′が一致するように厳密に調整しなければ偏り偏置誤差が生じる。この調整は、特に精密な電磁力平衡型の電子天びん等においてはμｍオーダー以下の精度が必要となる等、ＨとＨ′の寸法を測定することで実行し得る程度のものではなく、実際の調整作業では、試料皿２０上に載せた荷重を移動させつつ、各位置で計量値が変化しないように平行度の微調整を行う。
【０００６】
ところが、近年のはかりの小型化、薄型化の要求により、従来よりもレバー比を大きくして小さなメカニズムで大きな荷重を測定する必要が生じているが、単純に従来品のレバー比を大きくして装置の小型化を図った場合、偏置誤差が大きく発生しやすくなって仕様を満足できなくなる。
【０００７】
すなわち、レバー比を大きくして、レバー３０の弾性支点３１と力点３２との間の距離、Ｌ１を１ｍｍ程度以下に短くした場合、荷重の大きさによって特に前後方向（水平方向）への偏置誤差が大きく変わり易く、上述のような調整機構を用いて、ある荷重に対する偏置誤差を厳密に調整しても、別の荷重では偏置誤差が生じてしまい、はかりとして実用できなくなってしまう。
【０００８】
そこで、レバー比を大きくして小型化および薄型化しても、従来のように荷重の大きさによる偏置誤差の変化が少なくなるよう、例えば、先に出願した特願平７−２５７８０１号のように、上下の梁１１，１２のうち、連結用弾性支点５１に近い側の下側梁１２の剛性が、他側の梁１１の剛性に比して大であるように、例えば、下側梁１２の厚さを大きくしている。それにより、偏置により可動柱が傾いても可動柱の回転中心Ｋが連結用弾性支点５１の近傍となるので、連結用弾性支点５１の位置が、レバー前後方向（水平方向）へ移動する距離が少なくなり、高精度の測定が行える。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、梁自身の伸縮圧縮を抑制しようと、梁を厚くすると、その一方で、梁の曲げ剛性が増加するので、梁が曲がることで荷重の測定が行えるロバーバル機構を備えた上皿はかりにとっては、測定感度を低下させる要因となった。
【００１０】
本発明の目的は、このような課題を解決して、測定感度を低下させることなく、偏置誤差を抑制できる上皿はかりを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記したような課題を解決するため、本発明は、両端部に可撓部を備えた互いに平行な上下２本の略同一の厚さの梁部材を介して可動柱が固定柱に連結されてなるロバーバル機構の、その可動柱に試料皿が支承されるとともに、その可動柱が、弾性支点を有するレバー機構の力点に対し、前記上下の梁部材の間に位置する連結用弾性支点を介して連結され、そのレバー機構によって前記試料皿上の荷重が荷重感応部に伝達される上皿はかりにおいて、前記連結用弾性支点を中心として前記上下梁までの距離の比をＡ：Ｂとしたとき、上下梁の本数の比をＢ： A となるように前記梁部材と略同一の厚さの梁部材を更に設けて剛性を高められており、前記試料皿に偏置荷重が加わっても、可動柱の回転中心が前記連結用弾性支点にほぼ一致し、前記連結用弾性支点が前後方向（水平方向）に移動することが抑制されるとともに、梁部材の曲げ剛性の増加は最小限であり、梁部材の曲げによって行われる測定については、その感度の低下が抑制される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の構成を電磁力平衡型天びんに適用した実施の形態の機構図である。ロバーバル機構１０の基本的構造は、図４あるいは図５に示した従来のものと同等であり、両端部にそれぞれ可撓部１１ａ，１１ｂ、および１２ａ，１２ｂを備えた上側梁部１１および下側梁部１２により、可動柱１３と固定柱１４を連結した構造を持ち、可動柱１３には試料皿２０が支承される。上側梁部は１本の梁１１、下側梁部１２は、２本の梁１２Ａ，１２Ｂから構成されており、これら梁の厚みは略同一である。
【００１３】
また、従来と同様に、この可動柱１３に作用する荷重は、弾性支点３１によって支持されたレバー３０を介して荷重感応部である電磁力発生装置４０に伝達される。すなわち、レバー３０の一端に設けられた力点３２が、連結片５０によって連結用弾性支点５１を介して可動柱１３に連結され、レバー３０には支点３１を挟んで反対側に電磁力発生装置４０のフォースコイル４２が固着される。電磁力発生装置４０は、永久磁石４１ａを主体とする磁気回路４１が作る静磁場中に、レバー３０に固着されたフォースコイル４２を可動に配設したものであり、レバー３０の変位はその他端部に形成されたスリット３３の位置を検知する変位センサ３４によって検出され、その変位検出結果が常に零となるようにフォースコイル４２に流れる電流が制御される。そして、その電流の大きさから試料皿２０上の荷重が検出される。
【００１４】
連結用弾性支点５１の高さ方向位置は、ロバーバル機構１０の上下の梁のうちの下側梁部１２により近く、上側梁部１１と連結用弾性支点５１との上下方向寸法をＡ、下側梁部１２と連結用弾性支点５１との上下方向寸法をＢとしたとき、Ａ＞Ｂである。
【００１５】
そして、上記したように、上側梁部１１は１本の梁１１で構成されているのに対し、下側梁部１２には２本の梁１２Ａ，１２Ｂが設けられ、特に本実施例では、これら梁は略同一の厚さのものが使用されているので、梁の本数が多い下側梁部１２の剛性は、上側梁部１１に対して高くなっている。
【００１６】
具体的には、水平方向に圧縮剛性を２倍にアップしようと、１本の梁の厚みを２倍にすると、曲げ剛性は、断面二次モーメントＩ＝ｂｔ^３／１２（ｔ：厚さ、ｂ：幅）に比例するので、２^３＝８倍となる。それに対し、同じ梁を２本使用して圧縮剛性を２倍にアップすると、曲げ剛性の方は、単純に２倍になるだけで、曲げ剛性の上昇は１本の梁の厚みを２倍する場合に比べて抑制され、ロバーバル機構の上下の梁部１１，１２が曲がることで測定が可能な上皿はかりの感度低下は抑制されることになる。
【００１７】
そして、図２において、連結用弾性支持点５１を中心として上下梁までの距離の比をＡ：Ｂとしたとき、この比Ａ：Ｂに対し、梁の伸縮比δ_１：δ_２を等しくすると、偏置による可動柱の回転中心Ｋは、連結用弾性支持点５１と一致し、連結用弾性支持点５１の移動がほぼ無くなる。
【００１８】
本実施例では、連結用弾性支持点５１を中心としてＡ：Ｂ＝２：１であり、偏置による可動柱の回転中心Ｋを連結用弾性支持点５１と一致させるためには、δ_１：δ_２＝２：１にする必要があり、下側梁部１２の剛性は、上側梁部１１の剛性の２倍とする必要があるので、本実施例では、下側梁部１２に２本の梁を設けている。なお、Ａ：Ｂ＝３：１とした場合、下側梁部１２の剛性は、上側梁部１１の３倍とする必要があるので、下側梁部１２には３本の梁を設けることになる。
【００１９】
なお、上側梁部１１においても、複数の梁で構成することも可能で、その場合、下側梁部１２は、上側梁部１１よりも多い本数の梁で構成する必要がある。
【００２０】
また、本実施例においては、上側梁部１１及び下側梁部１２を構成する個々の梁の厚さは略同一（剛性が略同一）であるが、必要に応じて、互いに異なった厚さの梁を組み合わせて使用してもよい。例えば、下側梁部１２おいて、上側梁部１１の３倍の剛性効果を出したい場合、１．５倍厚さの梁を２本を使用したり、２倍厚さの梁を１本と原厚さの梁を１本とを組み合わせて使用することが可能で、それぞれ、曲げ剛性は、（１．５^３）×２＝６．７５倍、２^３＋１＝９倍となり、１本の梁の厚さを３倍したときの曲げ剛性が３^３＝２７倍となるのに対し、曲げ剛性の上昇が抑制できる。ただし、原厚さの梁を３本使用した場合は、曲げ剛性は３倍と最も抑制することが可能であるが、ロバーバル機構の高さ方向の制限で梁の本数が増やせない場合や、その他種々の条件により、上記したように異なった厚さの梁の組み合わせで梁部が構成される。
【００２１】
ところで、図３は、本実施例の変形例として、ワンピース方式のロバーバル機構に、本発明を適用した例である。荷重側（可動側）１０１は固定側１０２に対し、上側梁部１０３と下側梁部１０４によって支持されているが、下側梁部１０４は、上側梁部１０３のロバーバル１０５と同寸法の２枚のロバーバル１０５で形成されていて、上記した図１の電子天びんにおけるロバーバル機構と同等の効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、ロバーバル機構の上下の梁部のうち、可動柱とレバーの力点を繋ぐ連結用弾性支点に近い側の梁の本数を、他側の梁の本数より多く設けることで、下側の梁部の剛性を大きくすることで、測定感度の低下に影響を与える曲げ剛性の相乗的な増加を伴うことなく、連結用弾性支点の前後方向への移動を少なくすることが可能となり、偏置荷重による測定誤差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁力平衡型の電子天びんに適用した実施の形態を示す機構図。
【図２】図１の機構に偏置荷重を負荷したときの作用説明図。
【図３】ワンピース方式のロバーバル機構への適用を示した図。
【図４】従来の、ロバーバル機構とレバーを有する上皿はかり又は天びんの一般的な構成を示す図。
【図５】図４に示した上皿はかり又は天びんの機構図、及び偏置荷重を負荷したときの作用説明図。
【符号の説明】
１１上側梁部
１２下側梁部
１２Ａ，１２Ｂ梁
２０試料皿
５１連結用弾性支点

Claims

両端部に可撓部を備えた互いに平行な上下２本の略同一の厚さの梁部材を介して可動柱が固定柱に連結されてなるロバーバル機構の、その可動柱に試料皿が支承されるとともに、その可動柱が、弾性支点を有するレバー機構の力点に対し、前記上下の梁部材の間に位置する連結用弾性支点を介して連結され、そのレバー機構によって前記試料皿上の荷重が荷重感応部に伝達される上皿はかりにおいて、前記連結用弾性支点を中心として上下梁までの距離の比をＡ：Ｂとしたとき、上下梁の本数の比がＢ：Aとなるように前記梁部材と略同一の厚さの梁部材を更に設けることで、該梁部の剛性を高めたことを特徴とする上皿はかり。