JPH0334660Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、未知質量と電磁力発生装置による電
磁力とを平衡させて、その平衡時における電磁力
から未知質量を測定する、電磁力平衡天びんに関
する。

〈従来の技術〉 第５図は、従来の電磁力平衡天びんの構成を示
す機構図である。平衡用ビーム部材６１（以下、
ビーム６１と称する）は板ばね６２で支持され、
その支持点を支点Ｃとして、一方の側に未知質量
ｍを負荷する負荷端Ａを設け、支点Ｃを挟んで他
方の側には電磁力発生装置６３が係合されてい
る。ビーム６１の支点Ｃを中心とする傾斜は、他
方の側の端部においてその垂直方向Ｖへの変位を
検出する変位検出機構６４によつて検出される。

変位検出機構６４は、ビーム６１に形成された
スリツト６４ａと、光源６４ｂ、およびスリツト
６４ａを通過した光源６４ｂからの光を受光する
フオトセンサ６４ｃからなり、また、電磁力発生
装置６３は、永久磁石６３ａと、ヨーク６３ｂ，
６３ｃで形成される静磁気回路中に、ビーム６１
に係合された可動のフオースコイル６３ｄからな
つている。そして、変位検出機構６４による変位
検出値が０となるよう、電磁力発生装置６３のフ
オースコイル６３ｄに流す電流を制御し、そのと
きの電流と、ビーム６１のレバー比から未知質量
ｍが測定される。

すなわち、板ばね６２による支点Ｃから負荷端
までの距離₁，支点Ｃからの電磁力の作用点ま
での距離₂としたとき、ビーム６１の平衡時に
おいて、 Ｆ＝₁／₂ｍ・ｇ…(1) （ｇは重力加速度） なる電磁力が発生しており、一方、電磁力発生装
置６３における発生電磁力はそのフオースコイル
６３ｄに流す電流と一意的な相関関係にあるか
ら、その電流から未知質量ｍを求めることがき
る。

〈考案が解決しようとする問題点〉 以上のような機構を有する電磁力平衡天びんに
おいて、第５図に示すように、ビーム６１の長手
方向に力f₁が作用したとき、あるいは負荷端に過
大な力f₂が作用したときには、支点Ｃは板ばね６
２により形成されたいわゆる弾性支点であるた
め、この弾性支点Ｃが微小量Δだけ水平方向に
シフトして、レバー比が₁／₂から（₁−Δ
）／（₂＋Δ）へと変化し、その結果、(1)
式に基づく未知質量ｍの算出に誤差が生ずること
になる。

具体的には、未知質量を高い精度で測定しよう
とするとき、誤つて皿上に物を落下させたり、軽
い衝撃を与えた場合でも、前述のようなレバー比
の変化が生じて測定誤差を生ずる虞れがあつて、
測定時に多大の注意と集中力が必要であつた。ま
た、比較的大きなひよう量を有する天びんでは、
通常、₁／₂を小さくしているが、このような
天びんにおいては重い試料の皿への載せ降ろしに
伴う衝撃で、第５図に示すΔの影響を受けやす
く、測定値の正確さを低下させる虞れがあつた。

本考案の目的は、前述のΔを実質的に生じさ
せることなく、常に一定のレバー比のもとに未知
質量の電磁力との平衡させることができ、もつ
て、₁／₂の極端に小さい天びんでも試料載せ
降ろし等による測定誤差を生ずることがなく、測
定値の信頼性，および，オペレータの疲労の軽減
と操作の容易さとを向上させた電磁力平衡天びん
を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための構成を、実施例図
面である第１図を参照しつつ説明すると、本考案
は、平衡用ビーム部材１の一側に未知質量ｍを負
荷し、弾性支点Ｃを挟んで他側には、電磁力発生
装置３による電磁力を作用させて、この平衡用ビ
ーム部材１がつりあう電磁力の大きさから、未知
質量ｍを測定する天びんにおいて、平衡用ビーム
部材１の長手方向への変位を検出する変位検出手
段５と、その変位検出値に基づいて上述の長手方
向への変位を無くすよう平衡用ビーム部材１に力
を作用させる力発生手段６を備えるとともに、こ
の力発生手段による力の作用線と同一線上に、平
衡用ビーム部材１を所定の弾性力で押圧する手段
８を設けたことによつて特徴付けられる。

〈作用〉 基本的には平衡用ビーム部材１の長手方向への
変位を検出して、その変位を無くするよう平衡用
ビーム部材１に力を作用させることにより、負荷
端Ａに水平方向の力が作用しても、その力による
平衡用ビーム部材１の変位が打消される結果、前
述したΔが発生することなく、平衡用ビーム部
材１のレバー比は常に一定に保持される。

このような制御において、平衡用ビーム部材１
に対して水平の外力が作用していない状態では、
力発生手段６の発生力は零の状態となり、水平力
が作用した時点でその向きと逆向きの力を発生す
る必要が生じ、ハンチング現象等が生じやすい。
これを無くして安定した制御を行うために設けら
れているのが平衡用ビーム部材１を所定の弾性力
で押圧する手段８である。すなわち、平衡用ビー
ム部材１に対して、力発生手段６による力の作用
線上に常時所定方向への弾性力を作用させておけ
ば、力発生手段６は常にその弾性力に抗して逆向
きの力を発生してビームの変位を零にしようと動
作しており、この状態でいずれの向きへの水平外
力が作用しても、発生力の向きを変化させる必要
がなく、ハンチング現象は生じずに安定した制御
が可能となる。

〈実施例〉 本考案の実施例を、以下、図面に基づいて説明
する。

第１図は本考案実施例の構成を示す機構図であ
る。

平衡用のビーム１、そのビーム１を支持して弾
性支点Ｃを形成する板ばね２，未知質量ｍに対抗
して電磁力を発生する、永久磁力３ａ，ヨーク３
ｂ，３ｃ，およびフオースコイル３ｄからなる電
磁力発生装置３，スリツト４ａ，光源４ｂおよび
フオトセンサ４ｃからなりビーム１の右端におい
てその垂直方向Ｖへの変位を検出する変位検出機
構４は、第５図に示した従来の機構と全く同様で
ある。

ビーム１の左端部には、スリツト５ａ，光源５
ｂおよびフオトセンサ５ｃからなり、ビーム１の
長手方向Ｈへの変位を検出する水平方向変位検出
機構５が設けられている。また、ビーム１の右端
部には、永久磁石６ａ，ヨーク６ｂ，６ｃ，フオ
ースコイル６ｄからなり、ビーム１の長手方向へ
の電磁力を発生する。水平方向電磁力発生装置６
のフオースコイル６ｄが固着されている。そし
て、ビーム１の左端には、水平方向電磁力発生装
置６に対向してその発生力の作用線上に、ビーム
１を所定の弾性力で常時押圧する圧縮コイルばね
８が設けられている。

水平方向変位検出機構５のフオトセンサ５ｃの
出力、すなわちビーム１のＨ方向への変位検出信
号は、PID制御器７に導入されて水平方向電磁力
発生装置６のフオースコイル６ｄに流れる電流の
大きさを決定し、これにより、フイードバツク制
御機構を構成してビーム１の長手方向への変位
は、圧縮コイルばね８による押圧力、および、水
平の外力が作用したときにはその外力に抗して、
常に０とにるよう制御されることになる。その結
果、前述したレバー比₁／₂は常に一定に保持
されることになる。

ここで、水平方向電磁力発生装置６は、平衡用
の電磁力発生装置３と同等のものでもよいが、実
際の天びんに組み込むに当つて、Ｖ方向に可動範
囲の広いものを採用することによつてその調整等
が容易になる。例えば第２図ａおよびｂにその平
面図および一部断面側面図を示すように、２個の
永久磁石２６ａ，２６ｂと、ヨ字形ヨーク２６ｃ
とで形成された静磁気回路内に、矩形に巻かれた
フオースコイル２６ｄを置くことによつて、上述
の条件を満足する水平方向電磁力発生装置を構成
することができる。

以上の実施例で特に注目すべき点は、第一に、
ビーム１に対して常時一定の向きの水平力を作用
させる圧縮コイルばね８が設けられている点であ
り、水平方向電磁力発生装置６は水平外力の有無
に拘らず、常時この圧縮コイルばね８の押圧力に
抗する向きに電磁力を発生していることになり、
その発生力が正負にわたることがなく、ハンチン
グを生じることなく安定した制御が可能となると
ともに、発生電磁力の極性がなくなるので安価な
制御装置を使用することができることになる。

第二に、ビーム１に作用する水平（長手方向）
の外力と、それに対抗する水平方向電磁力とが、
同一軸線上に作用する点であり、これにより、こ
れらの力でモーメントが発生する恐れがなくな
る。

なお、水平方向電磁力発生装置の配設位置とし
ては、第１図のように水平方向外力の作用線上に
設けることが好ましいことは上述した通りである
が、更には、弾性支点Ｃを形成する板ばねのビー
ムへの取付面と同一面上に水平方向電磁力が作用
するよう構成すれば、ビームのたわみや座屈等の
虞れもなく、より良好となる。第３図はその例を
示す外観斜視図である。この例では、２枚の板ば
ね４２，４２′によつてビーム４１を支持し、そ
の板ばね４２，４２′の取付面と同一平面上その
中間点に、水平方向電磁力発生装置４６による電
磁力が作用するよう構成している。これにより、
板ばね４２，４２′による支点の位置が直接的に
制御されることになり、最適の制御が可能とな
る。

また、以上の実施例では、ビームのＶ方向，Ｈ
方向それぞれの変位を、別個の変位検出機構で検
出した例を示したが、これらを一個の変位検出機
構としてまとめてみることができる。第４図はそ
の構成例を示す説明図である。この例では、ビー
ム５１に小孔５２を穿ち、光源５３からの光をそ
の小孔５２を介してフオトセンサ５４で受け、こ
のフオトセンサ５４には、Ｖ方向に連接する受光
素子５４ａ，５４ｂと、Ｈ方向に連接する受光素
子５４ｃ，５４ｄを設け、Ｖ方向およびＨ方向へ
のビーム５１の変位を独立的に検出し得るよう構
成している。

なお、第１図に示した実施例においては、水平
方向電磁力発生装置６の発生力の作用線上に圧縮
コイルばね８を設けたが、これを引張コイルばね
としてもよいことは勿論である。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案によれば、電磁力
平衡天びんの平衡用のビームの長手方向への変位
を検出して、その変位が０となるような力を発生
することにより、ビームのレバー比が常に一定に
保持されることになり、高精度測定中に誤つて試
料等を皿上に落下させたりしても、測定値に誤差
を生ずることがなく、測定値の信頼性が向上する
とともに、測定時におけるオペレータの負担を軽
減して、作業能率の向上をも達成することができ
る。また、比較的大質量の測定時においても、被
測定物の載せ降ろしの仕方にともなうレバー比の
変化により測定誤差が生ずることがなくなるの
で、同様に測定値の信頼性および作業能率の向上
を達成することができるとともに、被測定物の載
せ降ろしに特別な装置を必要としない。

しかも、以上のようなビームの水平方向の変位
制御は、この制御のための力の作用線上に、ビー
ムに所定の弾性力を作用させる手段を設けて常時
一定の向きの水平力を作用させた状態で行つてい
るので、水平方向の力発生手段を制御するに際し
てのハンチングが発生する恐れがなく、安定した
制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の構成を示す機構図、第
２図ａ，ｂはそれぞれの水平方向電磁力発生装置
の構成例を示す平面図および一部断面側面図、第
３図は本考案の他の実施例の要部外観斜視図、第
４図はＶ方向およびＨ方向の変位を同時に検出す
る検出機構の構成例を示す説明図、第５図は従来
の電磁力平衡天びんの構成を示す機構図である。 １，６１……ビーム、２，４２、４２′６２…
…板ばね、３，６３……電磁力発生装置、４，６
４……変位検出機構、５……水平方向変位検出機
構、６，４６……水平方向電磁力発生装置、７…
…PID制御器、８……圧縮コイルばね、ｃ……弾
性支点。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 平衡用ビーム部材の一側に未知質量を負荷
   し、弾性支点を挟んで他側には、電磁力発生装
   置による電磁力を作用させて、この平衡用ビー
   ム部材がつりあう電磁力の大きさから、未知質
   量を測定する天びんにおいて、上記平衡用ビー
   ム部材の長手方向への変位を検出する変位検出
   手段と、その変位検出値に基づいて上記長点方
   向への変位を無くすよう上記平衡用ビーム部材
   に力を作用させる力発生手段と、その力発生手
   段による力の作用線上に、上記平衡用ビーム部
   材を所定の弾性力で押圧する手段を備えたこと
   を特徴とする電磁力平衡天びん。 (2) 上記平衡用ビーム部材の弾性支点の配設位置
   と同一面上に、上記力発生手段による力の作用
   点を設けたことを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の電磁力平衡用天びん。