JPH0814995A - 電子天びん - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な環境下での通常に使用に際しての応答
性、安定性を損なうことなく、悪環境下や動的試料の測
定に際しても、従来に比してより安定した制御を行うこ
とのできる電子天びんを提供する。 【構成】 天びんの可動部に導電性部材２０を固着し、
その導電性部材２０を天びん可動部の変位により当該部
材２０が移動する方向と直交する方向の磁界中に配置す
るとともに、その磁界中で導電性部材２０が移動するこ
とにより生ずる揺動電流の大きさを変化させ得る回路手
段２２を設け、制動力可変のメカ式の電磁ダンパーを形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁力平衡型の電子天び
んに関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁力平衡型の電子天びんでは、一般
に、被測定荷重の負荷によって変位するレバー等の可動
部にコイル（フォースコイル）を固着するとともに、そ
のコイルを静磁界中に配置し、そこに電流を流すことに
よって発生する電磁力を被測定荷重と対抗させ、両者が
釣り合うようにコイルに流れる電流を制御し、釣り合い
状態でのコイル電流から被測定荷重の大きさを求める。

【０００３】コイルに流れる電流は、可動部の変位を変
位センサによって検出し、その検出結果に応じた電流が
コイルに流れるようにフィードバック制御される。すな
わち、可動部の変位が０を維持するようなサーボ機構に
よって、コイル電流が制御される。

【０００４】このようなサーボ機構を有する電子天びん
においては、通常、変位センサの出力はＰＩＤ制御回路
によってＰＩＤ（比例、積分および微分）演算された
後、電流信号としてコイルにフィードバックされ、各演
算の定数等を適宜に設定することにより、系の応答性と
安定性が得られるように考慮されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＰＩＤ制御
回路を用いた制御では、前記したように各演算定数等を
最適に設定することによって、良好な環境下における通
常の使用時においては設計通りの所望の応答性と安定性
を得ることができるが、系の応答性と安定性は本来的に
相反する性能であって、通常の使用状態を想定してＰＩ
Ｄ制御回路の各定数を設定している関係上、従来、例え
ば振動の大きな環境下で使用したり、動的試料、例えば
動物等の体重測定を行うような場合等においては、見か
け上安定性に欠け、計量表示値が激しく変動してしま
う。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、良好な環境下での通常の使用状態での応答性およ
び安定性を損なうことなく、振動のある悪環境下や動物
等の測定を行う場合にも、従来の電子天びんに比してよ
り安定した制御を行うことができ、このような場合にも
計量表示値を変動も抑制することのできる電子天びんの
提供を目的としている。

【０００７】

【課題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、実施例図面である図１を参照しつつ説明す
ると、本発明の電子天びんは、被測定荷重Ｗの負荷によ
り変位する可動部（レバー２等）にコイル５を固着し、
そのコイル５を静磁界中に配置してそこに電流を流すこ
とにより発生する電磁力を被測定荷重Ｗに対抗させ、こ
れら両者が釣り合った状態でコイル５に流れる電流から
被測定荷重Ｗの大きさを求める天びんにおいて、可動部
に固着された導電性部材２０と、可動部の変位による導
電性部材２０の移動方向に直交する方向の磁界を発生す
る磁界発生手段（例えば磁気回路６）と、その磁界中で
導電性部材２０が移動することにより生ずる誘導電流の
大きさを変化させ得る回路手段（例えば可変抵抗２２）
を備えていることによって特徴づけられる。

【０００８】ここで、磁界発生手段は、図１のように電
子天びんが本来的に有している電磁力発生装置の磁気回
路６と兼用させる場合のほか、これとは別に設けること
ができる。

【０００９】また、図３に例示するように、導電性部材
２０としてボビンレスコイル２００を使用することがで
き、この場合、このボビンレスコイル２００を電磁力発
生用のコイル５と同じ静磁界（磁場空間Ｍ）中に同軸状
に巻回することが望ましい。

【００１０】

【作用】本発明は、ＰＩＤ制御回路により電気的に系の
応答性並びに安定性を得るのに加えて、メカ式の電磁ダ
ンパーを設け、かつ、そのダンパーの制動力を可変とす
ることにより、より安定した制御を得ようとするもので
ある。

【００１１】すなわち、磁界中で導電性部材２０が移動
することにより、その導電性部材２０には誘導電流が流
れるが、その電流の向きは、その移動を阻止する向きの
電磁力が発生する向きとなる。つまり、この導電性部材
２０は磁界発生手段６による磁界と共同して電磁ダンパ
ーを構成し、ＰＩＤ制御回路による電気的な微分動作を
補強する機能を持つ。

【００１２】そして、この導電性部材２０に生ずる誘導
電流の大きさを変化させると、電磁ダンパーの効きが変
化することになり、導電性部材２０、磁界発生手段６、
および回路手段２２は全体として制動力可変の電磁ダン
パーを構成することになる。

【００１３】良好な環境下における通常の使用に際して
は、回路手段２２によって導電性部材２０に流れる誘導
電流を遮断し、もしくは小さくすることによって、従来
の電子天びんと同等の応答性および安定性を得るととも
に、振動の大きな環境下での使用等に際しては、回路手
段２２によって導電性部材２０に流れる誘導電流を大き
くすることにより、電磁ダンパーによる制動力を大きく
すれば、そのような使用に際しても系の安定性が得られ
る。

【００１４】導電性部材２０としてボビンレスコイル２
００を用い、かつ、そのボビンレスコイル２００を電磁
力発生用のコイル５が置かれる静磁界（磁場空間Ｍ）中
に同軸状に巻回配置すれば、機構的には実質的にボビン
レスコイル２００を追加するだけでよく、コスト面で最
も有利となる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明実施例の機構図と電気回路構成
のブロック図とを併記して示す構成図（Ａ）およびその
Ａ−Ａ断面図（Ｂ）である。

【００１６】支点１を中心として回動自在のレバー２の
一端部に、被測定荷重Ｗを負荷するための皿３が設けら
れている。また、支点１を挟んでレバー２の反対側に
は、支持部材４を介して、鉛直軸を中心として円筒状に
巻回されたコイル５が固着されている。そして、このコ
イル５は磁気回路６によって形成される静磁界中に置か
れている。

【００１７】磁気回路６は、図示のようにＳ極およびＮ
極が上下に位置するように配置された永久磁石６１と、
有底筒状でその底面に永久磁石６１の下端面を固着した
ヨーク６２、および永久磁石６１の上端面に固着された
円柱ないしは円盤状のポールピース６３等によって構成
され、ヨーク６２の内周面とポールピース６３の外周面
との間の円筒状の空隙に静磁場を形成している。前記し
たコイル５は、その円筒状の磁場空間Ｍ内に磁場の方向
に直交するように巻回された状態で配置され、これらに
よって以下に示すように平衡電磁力の発生装置を構成し
ている。

【００１８】レバー２の先端部には変位センサ７が配設
されており、この変位センサ７によってレバー２の変位
が検出される。変位センサ７の出力はアンプ８を介して
ＰＩＤ制御回路９に導入され、このＰＩＤ制御回路９に
よってレバー２の変位検出結果がＰＩＤ演算された後、
電流に変換されてコイル５に流される。磁界中のコイル
５に電流が流れることにより電磁力が発生し、その電磁
力はコイル５を介してレバー２に伝達される。この構成
により、コイル５には、被測定荷重Ｗと電磁力とが釣り
合ってレバー２の変位が０となるような電流が流れるこ
とになり、その電流は被測定荷重Ｗと比例した大きさと
なる。

【００１９】コイル５に流れる電流は、測定抵抗１０に
よって電圧信号に変換された後、Ａ−Ｄ変換器１１によ
ってデジタル化され、荷重データとしてマイクロコンピ
ュータ１２に採り込まれる。マイクロコンピュータ１２
では、この荷重データと、磁気回路６による磁界の強
さ、コイル５の巻き数並びに長さ、およびレバー２のレ
バー比等の装置定数とから、被測定荷重Ｗの大きさを算
出し、計量値として表示器１３に表示する。

【００２０】さて、レバー２に設けられた支持部材４に
は、コイル５と同軸上に円筒形の導電性部材２０が固着
されており、この導電性部材２０はコイル５とともに磁
場空間Ｍ内に挿入されている。この導電性部材２０に
は、その円筒形の母線に沿って上端から下端に至るスリ
ット２１が形成されており、このスリット２１によって
導電性部材２０はその円筒形のループが切断されてい
る。そして、このスリット２１によって切断された導電
性部材２０のループ両端は、可変抵抗２２によって相互
に接続されている。この可変抵抗２２は、その抵抗値を
実質的に０（ループの導通状態）から∞（ループの絶縁
状態）にまで変更することができる。

【００２１】以上の本発明実施例において、レバー２を
含む可動部が変位すると、導電性部材２０は磁場空間Ｍ
内で磁場の方向に直交する方向に移動する。この移動に
より、導電性部材２０のループが繋がっていれば、その
ループに誘導電流が流れる。この誘導電流の向きは、導
電性部材２０の移動を阻止するような電磁力が発生する
向きとなり、メカ式の電磁ダンパーを構成して可動部に
対して制動力を作用させることになる。

【００２２】可変抵抗２２の抵抗値を∞とした状態で
は、導電性部材２０には誘導電流は流れず、従って可動
部にはメカ式の電磁ダンパーによる制動力は働かない。
一方、可変抵抗２２の抵抗値を０とした状態では、導電
性部材２０には大きな誘導電流が流れ、可動部の変位時
にメカ式の電磁ダンパーによる大きな制動力が働く。た
だし、この場合、系の応答性は低下する。結局、可変抵
抗２２の抵抗値と系の応答性および安定性との関係は図
２に示す通りとなる。

【００２３】従って本発明実施例を振動等の外乱のない
良好な環境下で通常に使用する場合には、可変抵抗２２
の抵抗値を∞または相当に大きな値とすることにより、
系にはＰＩＤ制御回路９の主として微分要素による電気
的な制動力が作用するだけとなり、従来の通常の電子天
びんと同等の応答性および安定性のもとに系が制御され
ることになる。

【００２４】これに対し、振動の大きな環境下での使用
や、動物の体重測定等の動的試料の測定に際しては、可
変抵抗２２の抵抗値を０または相当に小さな値とする。
これにより、系にはＰＩＤ制御回路９による電気的な制
動力に加えて、メカ式の電磁ダンパーによる大きな制動
力が作用することになり、応答性は低下するものの大き
な安定性が得られ、計量表示値の変動が抑制される。

【００２５】ここで、以上の実施例では、導電性部材２
０をコイル５とは別に設けたが、この導電性部材２０を
コイル５の巻き枠と共用させてもよい。すなわち、コイ
ル５の巻き枠を導電性材料によって形成するとともに、
その巻き枠に上記と同様なスリット２１を刻み、可変抵
抗２２を介在させてもよい。この場合、磁場空間Ｍを形
成する筒状の空隙の幅を特に広げることなく、従来の通
常の電子天びんと同等とすることができるという利点が
ある。

【００２６】次に、本発明の他の実施例について述べ
る。図３はその機構図と要部の電気回路構成のブロック
図とを併記して示す構成図である。なお、図３では、図
１におけるものと同等の部材については同じ符号を付し
て示し、以下の説明においてはこれらの部材についての
詳細な説明は省略する。

【００２７】この例における特徴は、先の例に示したス
リット２１を有する円筒形の導電性部材２０に代えて、
ボビンレスコイル２００を用いた点にある。そして、こ
の電磁ダンパ用のボビンレスコイル２００を、電磁力発
生用のコイル５、つまりフォースコイル５と同軸状に巻
回して、これらを先の例と同様の磁気回路６が作る磁場
空間Ｍ中に配置している。また、電磁ダンパ用のボビン
レスコイル２００の両端は、先の例と同様に可変抵抗２
２を介して互いに接続されている。

【００２８】この例においては、フォースコイル５につ
いてもボビンレスコイルとし、２つのボビンレスコイル
を二重巻きにして支持部材４を介してレバー２に固着
し、円筒状の磁場空間Ｍ中に配置している。

【００２９】この図３の実施例においても、レバー２を
含む可動部の変位時にボビンレスコイル２００が磁場空
間Ｍ内で磁場の方向に直交する方向に移動し、このボビ
ンレスコイル２００の両端が相互に繋がっていれば、こ
のボビンレスコイル２００の移動を阻止するような電磁
力が発生する向きに誘導電流が流れ、可動部に対して制
動力を作用させることができる。この制動力は、可変抵
抗２２の抵抗値を０としたときに最大となるとともに、
可変抵抗２２の抵抗値を∞とした状態では、ボビンレス
コイル２００には誘導電流は流れずに制動力は働かず、
可変抵抗２２の抵抗値と系の応答性および安定性との関
係は、先の例と同様に図２に示す通りとなる。

【００３０】そして、この実施例において特に注目すべ
き点は、平衡電磁力発生用と電磁ダンパ用の各コイル５
および２００を、それぞれボビンレスとして二重巻きに
して磁場空間Ｍ内に配置している点にあり、これによ
り、機構的には、特殊な部品を製造することなく、通常
の電子天びんに単にコイルを追加して巻回するだけでよ
く、極めて安価に振動のある環境下等においても安定し
た測定を行うことのできる電子天びんを得ることが可能
となる。

【００３１】なお、以上の各実施例では、スリット２１
を介して導電性部材２０の両端を可変抵抗２２を介して
接続し、あるいは、ボビンレスコイル２００の両端を可
変抵抗２２を介して接続し、その抵抗値を０〜∞まで連
続的に変化させ得るようにしたが、可変抵抗２２に代え
て、導電性部材２０またはボビンレスコイル２００のル
ープを導通／非導通に切り換えるスイッチを設けてもよ
い。

【００３２】また、以上の各実施例では、電子天びんが
本来的に有している平衡電磁力の発生装置の磁気回路６
が作る磁界中に、導電性部材２０ないしはボビンレスコ
イル２００を配置し、メカ式の電磁ダンパー用の磁界と
平衡電磁力発生用の磁界とを兼用させた例を示したが、
本発明はこれに限定されることなく、平衡電磁力発生用
の磁気回路６とは別に、メカ式電磁ダンパー専用の磁気
回路を任意の位置に設けるとともに、レバー２にはその
磁気回路中に先の例と同様な導電性部材ないしはコイル
が配置されるよう、専用の支持部材を装着してもよい。

【００３３】また、本発明の実施の態様として、以上の
ような導電性部材２０のスリット２１、あるいはボビン
レスコイル２００の両端を短絡させる可変抵抗２２また
はスイッチを自動的に操作して、系の応答が過渡状態に
あるときにはメカ式の電磁ダンパーを効かさず、定常状
態となった時点でその電磁ダンパーを効かすような構成
を採用することができる。この場合、図４に要部回路構
成のブロック図を例示するように、変位センサ７の出力
をコンパレータ２３に導入し、変位検出出力が０を中心
としてあらかじめ設定された範囲を越えている状態、つ
まり過渡状態でスイッチング要素２４を開いて（あるい
は可変抵抗の抵抗値を∞近傍にして）、電磁ダンパーを
効かさず、変位検出出力が上記範囲内に収まっている状
態ではスイッチング要素２４を閉じて（あるいは可変抵
抗の抵抗値を０近傍にして）、電磁ダンパーを効かすよ
うにする。この構成によると、被測定荷重Ｗを皿３上に
載せたときの計量表示値の応答が素早くなり、計量表示
値の変動が収まってきた後には極めて安定した表示を行
うことが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電磁力平衡型の天びんの可動部に導電性部材を固着し、
その導電性部材を、可動部の変位による当該導電性部材
の移動方向に直交する方向の磁界中に配置してメカ式の
電磁ダンパーを構成するとともに、この磁界中で導電性
部材が移動することにより生ずる誘導電流を制御する回
路手段を設けることにより、その電磁ダンパーの制動力
を変化させ得るように構成しているから、必要に応じて
電磁ダンパーの制動力を大きくして使用することによっ
て、振動の大きな環境下での使用や、動的試料の測定等
に際しても安定した制御を行うことが可能となり、ＰＩ
Ｄ制御回路による系の電気的な制御のみに頼る従来の電
子天びんに比して、より柔軟で幅の広い使用が可能とな
る。

【００３５】また、導電性部材としてボビンレスコイル
を採用するとともに、これを電磁力発生用のコイルとと
もに同軸状に巻回して、電磁力発生用の静磁界中に配置
すれば、上記した作用効果を極めて低コストのもとに達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の機構図と電気回路構成のブロッ
ク図とを併記して示す構成図（Ａ）およびそのＡ−Ａ断
面図（Ｂ）

【図２】本発明実施例の可変抵抗２２の抵抗値と系の応
答性および安定性との関係を示すグラフ

【図３】本発明の他の実施例の機構図と要部の電気回路
構成のブロック図とを併記して示す構成図（Ａ）および
そのＢ−Ｂ断面図（Ｂ）

【図４】本発明の更に他の実施例の要部回路構成のブロ
ック図

【符号の説明】

１ 支点 ２ レバー ３ 皿 ４ 支持部材 ５ コイル ６ 磁気回路 ６１ 永久磁石 ６２ ヨーク ６３ ポールピース ７ 変位センサ ９ ＰＩＤ制御回路 １２ マイクロコンピュータ ２０ 導電性部材 ２１ スリット ２２ 可変抵抗 Ｍ 磁場空間 ２００ ボビンレスコイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定荷重の負荷により変位する可動部
   にコイルを固着するとともに、そのコイルを静磁界中に
   配置して、コイルに電流を流すことによって発生する電
   磁力を被測定荷重に対抗させ、これらの釣り合い状態で
   上記コイルに流れる電流から被測定荷重の大きさを求め
   る天びんにおいて、上記可動部に固着された導電性部材
   と、上記可動部の変位による上記導電性部材の移動方向
   に直交する方向の磁界を発生する磁界発生手段と、その
   磁界中で上記導電性部材が移動することにより生ずる誘
   導電流を制御する回路手段を備えていることを特徴とす
   る電子天びん。
2. 【請求項２】 上記導電性部材がボビンレスコイルであ
   り、そのボビンレスコイルが、上記被測定荷重に対向さ
   せるべき電磁力を発生するためのコイルと同軸状に上記
   静磁界中に巻回されていることを特徴とする請求項１に
   記載の電子天びん。