JP6068958B2

JP6068958B2 - 光電位置センサを備え電磁力補正原理に基づいた秤量セル

Info

Publication number: JP6068958B2
Application number: JP2012261147A
Authority: JP
Inventors: アンドレアス・メッツガー; シュテファン・バルティスベルガー; ハンス−ルドルフ・ブルクハルト; クリストフ・ベガン; マルクス・ウスター
Original assignee: Mettler Toledo Schweiz GmbH
Current assignee: Mettler Toledo Schweiz GmbH
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: US20130161103A1; US9086315B2; EP2607866A1; PL2607866T3; CN103175595A; CN103175595B; EP2607866B1; JP2013134252A

Description

本発明は、電磁力補正原理に基づいた秤に関し、詳しくは、光電位置センサを用いた秤量セルに関する。

電磁力補正原理は、商業、産業、および研究で使用される多種多様な秤において、幅広い分野の用途がある。この原理の特に優れている点は、秤が極めて高い計測精度を実現することができることである。電磁力補正原理によって機能する化学天秤では、例えば、１００グラムの秤量負荷を、０．０１ミリグラムの計測分解、つまり、１０００万分の１の精度で計測することができる。

本発明の属する一般的な秤または秤量セルは、静止基台部と、基台部に対して誘導移動を許容するように基台部に拘束された負荷受け部とを有し、負荷受け部は秤量負荷の秤量力を受けるようになっている。静止基台部に備えられているのは、空隙を有する永久磁石システムである。補正電流が流れるコイルが、力伝達機構によって負荷受け部に接続されており、空隙内で誘導移動できる状態で吊るされている。光電位置センサは、それのセンサ信号が、天秤の互いに連結された可動部品のゼロ位置からの変位を表すものとなっており、その変位は、負荷を負荷受け部に置くことで発生する。光電位置センサは、一般的に、互いの間に隙間空間が設けられて基台部に備えられた発光部および受光部を有しており、また、上記の隙間内に延び入り、可動部品とともに変位移動するシャッター羽根をさらに有している。位置センサの信号は閉ループ制御器に送られ、閉ループ制御器はそれに応じて、シャッター羽根およびそのシャッター羽根に接続される秤の可動部品が、コイルと永久磁石との間に作用する電磁力によってそれらのゼロ位置に戻されるように補正電流を制御する。換言すれば、閉ループ制御の機能は、電磁補正力と秤量負荷との平衡を維持することである。電磁気学の法則によれば、コイル電流の大きさとその結果生じる力とは互いに比例し、そのため、負荷受け部に置かれた秤量負荷の重量は、コイル電流を測定することで決定することができる。

前述の記載で詳しく説明された範囲内において、本発明は光電位置センサに注力する。電磁補正秤の位置センサが満たすべき主な要件は、ゼロ点、つまり、センサ信号が正値と負値との間であるゼロ閾値を超えるときの静止した基台部に対するシャッター羽根の位置が、最も高い程度の正確性および再現性で維持される必要があることである。また、センサ信号とシャッター羽根の偏差との関係は、できる限り線形性があって再現性のあるものでなければならない。これらの要件は、具体的には、所定の範囲の温度および湿度内において満たされる。

米国特許第３，８０５，９０７号による光電位置センサでは、光源が発光ダイオードから成り、受光部が、異なる配置とされた２つのフォトトランジスタから構成されている。２つのフォトトランジスタは、秤の静止基台フレームに回転可能に備えられたキャリアディスクの面上で径方向に互いに相対して配置されている。キャリアディスクを回転させることで、感度、つまり、シャッター羽根の偏差に対するセンサ信号の大きさを調整することができる。しかしながら、この関係は絶対に線形とはならない。そのため、厳密にいえば、ゼロ点の隣接区域（ゼロ点での感度曲線の勾配として定義される）を除いては比例因子として表すことはできない。

米国特許第４，８２５，９６８号に記載される別の光電位置センサでは、位置センサの発光部および受光部が、永久磁石システムのカバー板にある中央切り欠きを挟んで互いに向き合うように配置されている。シャッター羽根は、この場合、補正コイルをも支える釣合梁に取り付けられ、細長い形状の開口を備えた光バリアであり、発光部と受光部との間で移動可能な光の入口として、上方に向かって切り欠き内へと達する。この配置において、ゼロ位置、つまり、センサ信号が正値と負値との間であるゼロ閾値を超える際のシャッター羽根の位置に対する基準は、秤の支持基台フレームではなく、磁石のカバー板である。秤の基台フレームと永久磁石との配置では熱膨張率が異なるため、秤による計測のためのゼロ点基準は、温度のゆっくりとした変化に影響される可能性がある。

実際の温度補正に先立つ製造工程の段階において、秤量セルは、一連の大きな温度スイング、つまり、感度およびゼロ点のヒステリシスループを安定させる目的、および、さらなる経時による影響を最小とする目的のための経時過程に曝される。ヒステリシスおよび経時の現象は、温度膨張が等しくない秤量セル構成部材同士の接続領域における微細な変位によって発生する可能性がある。

そのため、関連する構成部品および接続部の数を減らし、個々の構成部品の膨張特性を互いに一致させることで、上記の経時過程に必要な時間を短く、あるいは、全体的に抑えることが望ましい。

米国特許第３，８０５，９０７号米国特許第４，８２５，９６８号

したがって、本発明の目的は、電磁力補正原理に基づいた秤の位置センサを創作することであり、その位置センサは、所定の範囲の温度および湿度内において上記の主な要件を満たす上で既存の技術に勝るものである。第１の要件は、センサ信号が正値と負値との間であるゼロ閾値を超えるときの静止した基台部に対するシャッター羽根の位置を本明細書では意味するゼロ位置を維持する正確性および再現性に係わるものである。具体的には、本発明の目的を満たす解決策は、測定尺度のゼロ点の上記の温度ヒステリシスをできる限り小さくし、より多くの経時サイクルを行う必要性を排除するものでなければならない。さらに、センサ信号とシャッター羽根の偏差との関係は、できる限り線形性があって再現性のあるものでなければならない。さらなる目的は、製造過程によって課される技術的な条件を最適に満たす方法で発明の課題を解決することである。

この課題は、電磁力補正原理に基づいた、独立請求項１による光電位置センサを有する秤または秤量セルによって解決される。
本発明のさらなる実施形態および詳細は、従属請求項に記載される。

電磁力補正原理による秤量セルであって、
静止基台部と、
基台部に対して誘導移動を許容するように基台部に拘束された負荷受け部であって、秤量負荷の秤量力を受けるようになっている負荷受け部と、
静止基台部に備えられ、空隙を有する永久磁石システムと、
誘導移動できる状態で空隙内に吊るされた、秤が作動しているときに電気的補正電流を流すコイルと、
負荷受け部をコイルに接続する力伝達機構と、
センサ信号が、負荷を負荷受け部に置いた結果として発生するコイルのゼロ位置からの偏差を表すものである光電位置センサと、
前記センサ信号に応じて、コイルおよびそのコイルに接続される負荷受け部が、コイルと永久磁石との間に作用する電磁力によってそれらのゼロ位置に戻されるような方法で補正電流を制御する閉ループ制御器とを有している。

光電位置センサは、互いの間に隙間空間が設けられて基台部に備えられた発光部および受光部を有しており、さらに、コイルとともに移動し、発光部と受光部との間の自由な空間を通過する、光の入口としてのシャッター羽根を有している。

本発明によれば、発光部は、第１のキャリア要素に備えられ、第１のキャリア要素の２つの第１の締結位置の間の接続線上で中心に置かれ、第１のキャリア要素は、基台部に配置され、２つの第１の締結位置を介して堅固に取り付けられており、ならびに／または、受光部は、第２のキャリア要素に備えられ、前記第２のキャリア要素の２つの第２の締結位置の間の接続線上で中心に置かれ、第２のキャリア要素は、基台部に配置され、２つの第２の締結位置を介して堅固に取り付けられている。

本発明による秤量セルでは、発光部および／または受光部の各々は、対応するキャリア要素に直に取り付けられており、取付け位置の数が少ない場合には、上記の経時過程の範囲を減らす、つまり、経時サイクルの過程を短くすることに、ならびに、ゼロ点のヒステリシスを小さくし、秤量セルの感度を向上させることに最終的になっていくため、有利である。

発光部および／または受光部は、２つの締結位置の間の接続線上において中心位置に備えられてもよく、その接続線は、梃子の偏差の方向に直角の方向か、あるいは、梃子の偏差の方向に平行な方向とされてもよい。

好ましくは、発光部および受光部は、基台部の同じ側から設置することができるような方法で基台部に配置されている。
本発明の好ましい実施形態では、基台部および機械接続は、一体の均質物質の材料の塊から１つの部品で共に作られており、屈曲の支点は、薄い材料のブリッジ形状に形成されている。例えば、一体の構成では、シャッター羽根およびコイルを支える梃子が、直に材料が連続する状態で、基台部とともに吊り下がっている。周囲温度の変化によって生じる膨張または収縮は、全体が均質に形成された材料単体に全体で均一に行われることになるため、周囲室内温度が変化しても、基台部に直に取り付けられた発光部と受光部との間にある光梁の位置に対する梃子に取り付けられたシャッター羽根の位置に影響を与えることはない。

締結位置は、それぞれのキャリア要素の締結孔として構成されている。好ましくは、キャリア要素は、基台部の取付穴に押し込むことができてキャリア要素の締結孔に遊びが生じることなく挿通する溝付き打込みスタッドで基台部に取り付けられている。ねじによる接続と比較して、打込みスタッドでの取付けには、取付穴にねじ山を切る必要がないという有利性や、キャリア要素がねじの締め付けによって発生する可能性のある応力発生トルクを受けないという有利性がある。このことは、第１のキャリア要素および／または第２のキャリア要素が基台部に直に取り付けてある場合に、特に考慮される点である。

好ましくは、各キャリア要素の２つの締結孔の一方は、締結孔同士の距離と取付穴同士の距離との間で考えられ得る（所定の公差限界内の）不一致を許容するために、対応する２つの締結孔の接続線の方向に細長くされている。

発光部および受光部は、それぞれのキャリア要素への取付けに関して、いわゆる表面実装技術によるか、あるいは、チップオンボード技術によって行うように意図されている製品を選択するのが好ましい。

本発明の有利な実施形態では、第１の取付穴および第２の取付穴のすべては、基台部の同じ側から開口してアクセス可能となっており、すべての打込みスタッドは、取付穴に同じ方向から１回の作業手順で押し込むことができる。

好ましくは、発光ダイオードが発光部に対して選択され、差動フォトダイオードが受光部対して選択される。もちろん、発光ダイオードおよび差動フォトダイオードは、それぞれのスペクトル領域が互いに一致する必要がある。

キャリア要素は、線膨張の温度係数が、締結孔の少なくとも接続線の方向において、基台部の線膨張の温度係数に一致する材料から作られているのが好ましい。それにより、キャリア要素および基台部の熱膨張が異なることで発生する可能性のある材料応力は、回避することができる。温度係数が一致することによるさらなる成果として、温度膨張が等しくないことで発生し、秤の測定範囲のゼロ点の上記のヒステリシスおよび経時過程へとつながる可能性のある締結位置での微細な変位が回避される。

さらに、キャリア要素は、自らの寸法が水分の吸収によっても変化する可能があり、応力や微細な転位を同様に発生させる可能性がある。そのため、キャリア要素が吸湿膨張係数の小さい材料から作られている場合には、有利である。

発光ダイオードが作動しているとき、相当の量の熱を発生させる可能性がある。発光ダイオードおよび／または第１のキャリア要素の過熱を防ぐため、第１のキャリア要素は熱を基台部にできるだけ効率的に伝導させるように構成されるべきである。この要件は、例えば、アルミニウム板といった熱伝導層や、それを通じて発光ダイオードに電流が供給される導電性経路が配置された誘電絶縁層による積層として構成された回路基板の形態のキャリア要素によって満たされる。それ自体は熱伝導性の小さい樹脂材料またはセラミック材料から成るキャリア要素では、熱を伝導する能力は、背面側や、構成部品のある側の未使用の表面部分に銅の層を付与することで向上させることができる。

本発明による秤量セルは、以下において、図面で示した実施形態の例によってより詳細に説明されることとなる。例示された構成要素が、ある図面から他の図面において同一である限りにおいて、それらは同じ参照符号を用いて特定される。以下は各図面の簡単な説明である。

電磁力補正を備えた秤を概略的に示した図である。図２は、発光部、受光部、およびシャッター羽根を備えた光電位置センサを示す断面図である。

図２Ａは、シャッター羽根の側面図である。
表面実装部品として第１のキャリア要素に設置された発光ダイオードの態様の発光部を示した図である。チップオンボード部品として第２のキャリア要素に設置された差動フォトダイオードの態様の受光部を示した図である。図５は、キャリア要素が本発明によってどのように締結されているかを示す断面図である。

図５Ａは、キャリア要素が本発明によってどのように締結されているかを示す側面図である。
キャリア要素を本発明によって締結する代替の方法を示す図である。

電磁力補正および光電位置センサを備えた秤量セル１が、図１に概略的に示されている。直交座標系Ｘ、Ｙ、Ｚが参照のため付記されており、Ｘ軸およびＺ軸は、図１の図面上に位置しており、Ｙ軸は図面の裏側に向かう方向とされている。

この図面における秤量セル１の認識可能な構成要素には、静止基台部２と、基台部２に対して誘導移動できる状態で釣合梁９によって拘束され、秤量負荷４の秤量力を受けるようになっている負荷受け部３と、基台部２にしっかりと備えられたカップ状の永久磁石システム５（断面で表示）と、補正電流７を流すコイル８が移動可能に吊るされた磁石システム５の空隙６と、負荷受け部３とコイル８との間にあり、ここでは釣合梁９の態様とされた力伝達機械的結合とが含まれている。光電位置センサ（図１においてＹ軸方向からの視点で象徴的に示されており、図２においてＸ軸方向からの視点で詳細に例示されている）は、負荷受け部３に負荷４を置いた結果として発生する、コイルのゼロ位置からの偏差に相当するセンサ信号を発生させる。ゼロ位置は、図１において、矢印１０および矢印１２、１３の平衡した位置によって象徴的に示されている。一体的に基台部２に接続された矢印１２、１３は、空気の間隙（図２）を挟んで互いに向き合う、基台部２に堅固に備えられた発光部１２および受光部１３を表している。釣合梁９に一体的に接続された矢印１０は、細長い形状の開口１１（図２Ａ参照）を備えたシャッター羽根１０を表している。シャッター羽根１０は、双方向矢印１８で示されるように、間隙内で上下に移動し、それによって発光部１２から受光部１３に届く光の量が影響を受け、センサ信号１４が発生される。位置センサの信号１４は閉ループ制御器１５に送られ、閉ループ制御器１５はそれに応じて、コイル８と永久磁石５との間に結果的に作用する電磁力によって、釣合梁９とともにシャッター羽根１０、コイルおよび負荷受け部３を、電磁補正力が秤量負荷４と平衡するゼロ位置に戻すように補正電流７を制御する。電磁気学の法則によれば、補正力はコイル電流７に比例する。その結果、負荷受け部３に置かれた秤量負荷４の重量は、コイル電流７を測定することで決定することができる。

また、図２は、発光部１２が備えられた第１のキャリア要素１６、および、受光部１３が備えられた第２のキャリア要素１７が、直に、つまり、いずれの中間構成部品もなく基台部２の素材部分に取り付けられている本発明の概念を例示している。基台部２に隣接して空間的に接続することは、基台部２および力伝達機構９が、単一の均質物質の材料の塊から共に形成される一体構成の秤量セル１において特に有利であり、そられ基台部２および力伝達機構９では、梃子の支点と連結部材とが、薄い材料のブリッジ形状の屈曲の支点として実現されている。例えば、シャッター羽根１０を支える梃子９は、１つまたは複数の屈曲の支点を介して、直に材料が接続する状態で、基台部２とともに吊り下がっている。全体が均質に形成された材料単体が周囲温度の変化で均一に膨張または収縮するため、梃子９に取り付けられたシャッター羽根１０と、基台部２に直に取り付けられたキャリア要素１６および１７の各々にある発光部１２および受光部１３とでは、それらの互いに対する位置が、室内温度の変化に対してほとんど反応することなく維持される。

図３の例では、発光部の第１のキャリア要素１１６は、例えば、第１の締結孔１２０を備えた第１の回路基板として構成されている。図５の場合において以下に説明されるように、基台部２０２は、締結孔１２０に一致された取付穴２２０を有しており、第１のキャリア要素１１６は、適切な締結手段を用いて基台部２０２に取り付けることができる。図３に示すように、キャリア要素１１６の２つの締結孔１２０の一方は、締結孔１２０同士の距離と取付穴２２０同士の距離との間で考えられ得る（所定の公差限界内の）不一致を許容するために、２つの締結孔１２０の接続線の方向に細長くされている。

図３には、発光ダイオードまたはＬＥＤ部１１２の形態の発光部を備えた第１のキャリア要素１１６が示されている。本明細書に例示された構造の形態では、実際のＬＥＤ要素１３０は、反射体として構成された凹部１３２内で支持ブロック１３１に配置されている。ブロック形状のＬＥＤ部１１２の第１のキャリア要素１１６への取付けは、いわゆる表面実装技術に従って構成されている。表面実装技術は、当業者には公知であるため、さらなる詳細については取り上げない。

ブロック形状のＬＥＤ部１１２は、好ましくは、図３において破線による中心線として示されるように、接続線Ｖ１上の締結孔１２０間の中間点において、第１のキャリア要素１１６上に配置されるべきである。

図４に示すように、受光部の第２のキャリア要素１１７は、その構成が発光部の第１のキャリア要素と類似しており、例えば、図５に示される基台部２０２の対応する取付穴２２１に取り付けるための第２の締結孔１２１を備えた第２の回路基板の形態を有している。第１のキャリア要素１１６に類似するように、２つの第２の締結孔１２１の一方は、締結孔１２１同士の距離と取付穴２２１同士の距離との間で考えられ得る（所定の公差限界内の）不一致を許容するために、２つの締結孔１２１の接続線Ｖ２の方向に細長くされている。

第２のキャリア要素１１７に備えられた受光部は、薄いプレートレット、または、２つの光活性表面域１４１、１４２を備えたチップ１４０の形態とされた差動フォトダイオード１１３から成る。プレートレット形状の差動フォトダイオード１１３の第２のキャリア要素１１７への取付けは、いわゆるチップオンボード技術に従って構成されている。チップオンボード技術は、当業者には公知であるため、さらなる詳細については取り上げない。フォトダイオード１４０は、好ましくは、第２のキャリア要素１１７上で締結孔１２１間の中間点に配置され、差動フォトダイオード１４０の２つの光活性表面域１４１、１４２の間の細い分離片が、締結孔間の接続線Ｖ２に沿って中心に来るような向きとされるべきである。

図５は、Ｙ軸およびＺ軸に平行に拡がる平面における位置センサを通る中央断面を示し、図５Ａは、Ｘ／Ｚ座標面に平行に拡がる締結面２１０を向く視点からの位置センサを示す。キャリア要素１１６、１１７の基台部２０２への取付けは、好ましくは、溝付き打込みスタッド２０３、２０４、つまり、長さ方向に溝が付けられた軸を有する爪状の金属ピンを用いて実現され、その軸は、基台部２０２の取付穴２２０、２２１に押し込むことができ、締結孔１２０，１２１に遊びが生じることなく挿通する。溝付き打込みスタッドは、市販の製品であるため、本明細書ではさらなる説明はしない。図５および図５Ａに例示したキャリア要素１１６、１１７の配置は、締結面２１０、２１１が共に同じ方向（図５における左方向、および、図５Ａにおける手前側に向かう方向）を向いているため、打込みスタッド２０３、２０４で取り付ける場合に特に有利である。２つのキャリア要素１１６、１１７は、第１のキャリア要素１１６の締結孔１２０の接続線がＺ方向に向けられ、第２のキャリア要素１１７の締結孔１２１の接続線がＸ方向に向けられた状態で、キャリア要素１１６、１１７の中間点Ｃを通るＹ方向に延びる光軸周りに互いに交差するように回転されている。したがって、第１のキャリア要素１１６の溝付き打込みスタッド２０３は、締結面２１０の取付穴２２０に押し込んで挿入するように、直にアクセス可能となっている。第１のキャリア要素１１６の領域における基台部２０２の適切な形状とされた通路開口２２２によって、第２のキャリア要素１１７の溝付き打込みスタッド２０４を締結面２１１の対応する取付穴２２１に押し込むために、挿入工具を利用することができる。したがって、キャリア要素１１６、１１７を取り付けるための４つの溝付き打込みスタッド２０３、２０４を、取付穴に同じ方向から１回の作業工程で押し込むことができる。

図６には、溝付き打込みスタッドを同様に同じ側から取り付けることができる代替の配置が示されているが、キャリア要素３１６、３１７は、互いに交差する方向とはされていない。この代替の概念において、第１のキャリア要素３１６は第２のキャリア要素３１７よりも長くなっており、第１のキャリア要素３１６は、長さ方向において通路開口３２２を跨ぐようになっており、図６に点線の矢印で示すように、取付穴３２０に溝付き打込みスタッドで締結することができる。しかしながら、この配置の場合、第２のキャリア要素３１７は、通路開口３２２を通して視認可能な締結面３１１に先に取り付けられる必要があり、その後に、第１のキャリア要素３１６は、第２の作業工程において、図６において手前側に位置する締結面３１０に取り付けることができる。

溝付き打込みスタッドを用いた取付けについては、キャリア要素と基台部との堅固で劣化することのない接続を行うことができることにさらに注意しなければならない。温度の変化がある場合、キャリア要素と基台部とにおける異なる温度膨張量によって、不要な応力や、部分的に不可逆性の微細な転移や変形を発生させる可能性がある。そのため、キャリア要素は、線膨張の温度係数が、締結孔の少なくとも接続線の方向において、基台部の線膨張の温度係数に一致する材料から作られるべきである。

また、前述のように、キャリア要素は、同様に応力や転移へとつながり得る水分の吸収の結果として、変形する可能性もある。そのため、キャリア要素の材料は、吸湿膨張の係数ができるだけ小さくあるべきである。

キャリア要素用の材料を選択するとき、特に発光ダイオードが作動中に熱を発生させることも気に留めておく必要がある。発光ダイオードおよび第１のキャリア要素において過剰に熱が蓄積するのを防ぐために、キャリア要素の材料は、できるだけ優れた熱伝導性を有している必要がある。

この目的のため、アルミニウムの基台部を用いて行われた実験では、膨張の温度係数、吸湿膨張の係数、および、熱伝導性に関する上記の要件を、例えば、少なくとも１つのガラス繊維強化樹脂層と少なくとも１つのセラミック層とから成る、商標名ＲＯ４３５０としてＲｏｇｅｒｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ｗｗｗ．ｒｏｇｅｒｓｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ｃｏｍ）によって作られた材料で満たすことができることが示されている。この材料は、それ自体の熱伝導性が低く、背面側に銅を被覆し、場合によっては、構成部品のある側の未使用の表面部分にも銅を被覆することで、熱伝導性を著しく向上させることができる。優れた結果はまた、金属層、および、ＢｅｒｇｑｕｉｓｔＣｏｍｐａｎｙ（ｗｗｗ．ｂｅｒｇｑｕｉｓｔｃｏｍｐａｎｙ．ｃｏｍ）によってＢｅｒｇｑｕｉｓｔＴ−Ｃｌａｄの商標名で製造される誘導絶縁層から成るキャリア要素材料でも実現される。

［形態１］
電磁力補正原理に基づいた秤量セル（１）であって、
静止基台部（２；２０２）と、
誘導移動できる状態で前記基台部（２；２０２）に拘束され、秤量負荷（４）の秤量力を受けるようになっている負荷受け部（３）と、
前記基台部（２；２０２）に備えられ、空隙（６）を有する永久磁石システム（５）と、
誘導移動できる状態で前記空隙（６）内に吊るされた、秤量セル（１）が作動しているときに電気的な補正電流（７）を流すコイル（８）と、
前記負荷受け部（３）を前記コイル（８）に接続する力伝達機構と、
センサ信号（１４）が、前記負荷（４）を前記負荷受け部（３）に置いた結果として発生する前記コイル（８）のゼロ位置からの偏差を表すものである光電位置センサと、
前記センサ信号（１４）に応じて、前記コイル（８）およびそのコイルに接続される前記負荷受け部（３）が、前記コイル（８）と前記永久磁石（５）との間に作用する電磁力によってそれらのゼロ位置に戻されるような方法で前記補正電流（７）を制御する閉ループ制御器（１５）と
を有し、
前記光電位置センサは、互いの間に隙間空間が設けられて前記基台部（２；２０２）に備えられた発光部（１２）および受光部（１３）を有し、さらに、前記隙間空間を横断して前記コイルとともに移動するシャッター羽根（１０）を有しており、
前記発光部（１２）は、第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）に備えられ、前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）の２つの第１の締結位置の間の接続線（Ｖ１）上で中心に置かれ、前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）は、前記基台部（２、２０２）に配置され、前記２つの第１の締結位置を介して堅固に取り付けられていることを特徴とし、ならびに／または、前記受光部（１３）は、第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）に備えられ、前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）の２つの第２の締結位置の間の接続線（Ｖ２）上で中心に置かれ、前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は、前記基台部（２、２０２）に配置され、前記２つの第２の締結位置を介して堅固に取り付けられていることを特徴とする秤量セル。
［形態２］
前記発光部（１２）および／または前記受光部（１３）は、前記２つの締結位置の間の対応する前記接続線（Ｖ１、Ｖ２）において中心位置に備えられており、前記接続線は、梃子の偏差の方向に直角の方向とされていることを特徴とする形態１に記載の秤量セル。
［形態３］
前記発光部（１２）および／または前記受光部（１３）は、前記２つの締結位置の間の対応する前記接続線（Ｖ１、Ｖ２）において中心位置に備えられており、前記接続線は、前記梃子の偏差の方向に平行な方向とされていることを特徴とする形態１または２に記載の秤量セル。
［形態４］
前記発光部（１２）および前記受光部（１３）は、前記基台部（２、２０２）の同じ側から設置することができるような方法で前記基台部（２、２０２）に配置されていることを特徴とする形態１ないし３のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態５］
前記第１の締結位置および／または前記第２の締結位置は、それぞれ、前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）の第１の締結孔（１２０）として、ならびに、前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）の第２の締結孔（１２１）として構成されていることを特徴とし、前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）および／または前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は前記基台部（２、２０２）に直に取り付けられており、前記基台部（２、２０２）は、前記第１および第２の締結孔（１２０、１２１）にそれぞれ対応する第１および第２の取付穴（２２０、２２１、３２０）を有することを特徴とする形態１ないし４のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態６］
前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）および／または前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は、前記取付穴（２２０、２２１、３２０）に押し込むことができて前記締結孔（１２０、１２１）のそれぞれに遊びが生じることなく挿通する溝付き打込みスタッド（２０３、２０４）で前記基台部（２、２０２）に取り付けられていることを特徴とする形態５に記載の秤量セル。
［形態７］
前記第１の取付穴（２２０）は、第２の取付穴（２２１）と前記基台部（２、２０２）の同じ側から開口してアクセス可能となっており、すべての前記打込みスタッド（２０３、２０４）は、前記同じ側からそれぞれの取付穴（２２０、２２１、３２０）に押し込むことができることを特徴とする形態４および６に記載の秤量セル。
［形態８］
前記第１の締結孔（１２０）の一方は前記第１の締結孔（１２０）の前記接続線（Ｖ１）の方向に細長くされ、かつ、前記第２の締結孔（１２１）の一方は前記第２の締結孔（１２１）の前記接続線（Ｖ２）の方向に細長くされていることを特徴とする形態５ないし７のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態９］
前記第１のキャリア要素（１１６）への前記発光部（１２）の設置、および／または、前記第２のキャリア要素（１１７）への前記受光部（１３）の設置は、表面実装技術によって実現されることを特徴とする形態１ないし８のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態１０］
前記第１のキャリア要素（１１６）への前記発光部（１２）の設置、および／または、前記第２のキャリア要素（１１７）への前記受光部（１３）の設置は、チップオンボード技術によって実現されることを特徴とする形態１ないし８のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態１１］
前記発光部（１２）は発光ダイオード（１１２）を有し、ならびに／または、前記受光部（１３）は差動フォトダイオード（１１３）を有することを特徴とする形態１ないし１０のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態１２］
前記基台部（２、２０２）および機械接続（９）は、一体の均質物質の材料の塊から１つの部品で作られており、屈曲の支点は、薄い材料のブリッジ形状に形成されていることを特徴とする形態１ないし１１のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態１３］
前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）および／または前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は、線膨張の温度係数が、前記締結孔（１２０、１２１）の少なくとも前記接続線の方向において、前記基台部（２、２０２）の線膨張の温度係数に一致する材料から作られていることを特徴とする形態１ないし１２のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態１４］
前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）および／または前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は、吸湿膨張の係数が小さい材料から作られていることを特徴とする形態１ないし１３のいずれか一項に記載の秤量セル。
［形態１５］
前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）は、発光部（１２）によって発生される熱を排出して前記基台部（２、１０２）に伝導させるように構成されていることを特徴とする形態１ないし１４のいずれか一項に記載の秤量セル。

１秤量セル
２基台部
３負荷受け部
４負荷、秤量負荷
５永久磁石システム
６空隙
７補正電流、コイル電流
８コイル
９釣合梁
１０シャッター羽根
１１細長い形状の開口
１２発光部
１３受光部
１４センサ信号
１５閉ループ制御器
１６第１のキャリア要素
１７第２のキャリア要素
１８双方向矢印
１１２発光ダイオード、ＬＥＤ部
１１３差動フォトダイオード
１１６第１のキャリア要素
１１７第２のキャリア要素
１２０第１の締結孔
１２０第２の締結孔
１３０ＬＥＤ要素
１３１支持ブロック
１３２反射体
１４０薄いプレートレット、チップ
１４１光活性表面域
２０２基台部
２０３溝付き打込みスタッド
２０４溝付き打込みスタッド
２１０締結面
２１１締結面
２２０取付穴
２２１取付穴
２２２通路開口
３１０締結面
３１１締結面
３１６第１のキャリア要素
３１７第２のキャリア要素
３２０取付穴
３２２通路開口
Ｘ、Ｙ、Ｚ直交座標系
Ｖ１接続線
Ｖ２接続線
ＯＡ光軸

Claims

電磁力補正原理に基づいた秤量セル（１）であって、
静止基台部（２、２０２）と、
誘導移動できる状態で前記基台部（２、２０２）に拘束され、秤量負荷（４）の秤量力を受けるようになっている負荷受け部（３）と、
前記基台部（２、２０２）に備えられ、空隙（６）を有する永久磁石システム（５）と、
誘導移動できる状態で前記空隙（６）内に吊るされた、秤量セル（１）が作動しているときに電気的な補正電流（７）を流すコイル（８）と、
梃子を有し、前記負荷受け部（３）を前記コイル（８）に接続する力伝達機構（９）と、
センサ信号（１４）が、前記負荷（４）を前記負荷受け部（３）に置いた結果として発生する前記コイル（８）のゼロ位置からの偏差を表すものである光電位置センサと、
前記センサ信号（１４）に応じて、前記コイル（８）およびそのコイルに接続される前記負荷受け部（３）が、前記コイル（８）と前記永久磁石システム（５）との間に作用する電磁力によってそれらのゼロ位置に戻されるような方法で前記補正電流（７）を制御する閉ループ制御器（１５）と
を有し、
前記光電位置センサは、互いの間に隙間空間が設けられて前記基台部（２、２０２）に備えられた発光部（１２）および受光部（１３）を有し、さらに、前記隙間空間を横断して前記コイルとともに移動するシャッター羽根（１０）を有しており、
前記発光部（１２）は、第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）に備えられ、前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）は、前記基台部（２、２０２）に配置され、２つの第１の締結位置を介して前記基台部（２、２０２）に堅固に取り付けられており、前記発光部（１２）は、前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）の前記２つの第１の締結位置の間を結ぶ接続線（Ｖ１）上で前記２つの第１の締結位置の中心に置かれ、ならびに／または、
前記受光部（１３）は、第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）に備えられ、前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は、前記基台部（２、２０２）に配置され、２つの第２の締結位置を介して堅固に取り付けられており、前記受光部（１３）は、前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）の前記２つの第２の締結位置の間を結ぶ接続線（Ｖ２）上で前記２つの第２の締結位置の中心に置かれている、秤量セル。
前記発光部（１２）および／または前記受光部（１３）は、対応する前記接続線（Ｖ１、Ｖ２）において前記２つの締結位置の中心位置に備えられており、前記接続線は、前記梃子の偏差の方向に直角の方向とされていることを特徴とする請求項１に記載の秤量セル。
前記発光部（１２）および／または前記受光部（１３）は、対応する前記接続線（Ｖ１、Ｖ２）において前記２つの締結位置の中心位置に備えられており、前記接続線は、前記梃子の偏差の方向に平行な方向とされていることを特徴とする請求項１に記載の秤量セル。
前記発光部（１２）および前記受光部（１３）は、前記基台部（２、２０２）の同じ側から設置することができるような方法で前記基台部（２、２０２）に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記第１の締結位置および前記第２の締結位置は、それぞれ、前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）の第１の締結孔（１２０）として、ならびに、前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）の第２の締結孔（１２１）として構成されていることを特徴とし、前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）および前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は前記基台部（２、２０２）に直に取り付けられており、前記基台部（２、２０２）は、前記第１および第２の締結孔（１２０、１２１）にそれぞれ対応する第１および第２の取付穴（２２０、２２１、３２０）を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）および前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は、前記取付穴（２２０、２２１、３２０）に押し込むことができて前記締結孔（１２０、１２１）のそれぞれに遊びが生じることなく挿通する溝付き打込みスタッド（２０３、２０４）で前記基台部（２、２０２）に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の秤量セル。
前記第１の取付穴（２２０）は、第２の取付穴（２２１）と前記基台部（２、２０２）の同じ側から開口してアクセス可能となっており、すべての前記打込みスタッド（２０３、２０４）は、前記同じ側からそれぞれの取付穴（２２０、２２１、３２０）に押し込むことができることを特徴とする請求項６に記載の秤量セル。
前記第１の締結孔（１２０）の一方は前記第１の締結孔（１２０）の前記接続線（Ｖ１）の方向に細長くされ、かつ、前記第２の締結孔（１２１）の一方は前記第２の締結孔（１２１）の前記接続線（Ｖ２）の方向に細長くされていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記第１のキャリア要素（１１６）への前記発光部（１２）の設置、および／または、前記第２のキャリア要素（１１７）への前記受光部（１３）の設置は、表面実装技術によって実現されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記第１のキャリア要素（１１６）への前記発光部（１２）の設置、および／または、前記第２のキャリア要素（１１７）への前記受光部（１３）の設置は、チップオンボード技術によって実現されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記発光部（１２）は発光ダイオード（１１２）を有し、ならびに／または、前記受光部（１３）は差動フォトダイオード（１１３）を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記基台部（２、２０２）および前記力伝達機構（９）は、一体の均質物質の材料の塊から１つの部品で作られており、前記基台部（２、２０２）と前記力伝達機構（９）の連結部は、薄い材料のブリッジ形状に形成されており、前記連結部が屈曲の支点となり、前記力伝達機構（９）が梃子として機能することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）および／または前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は、線膨張の温度係数が、少なくとも前記接続線の方向において、前記基台部（２、２０２）の線膨張の温度係数に一致する材料から作られていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）および／または前記第２のキャリア要素（１７、１１７、３１７）は、吸湿膨張の係数が小さい材料から作られていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の秤量セル。
前記第１のキャリア要素（１６、１１６、３１６）は、発光部（１２）によって発生される熱を排出して前記基台部（２、１０２）に伝導させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の秤量セル。