(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
質量センサと該質量センサを内蔵するケースの間に介装され、前記質量センサを前記ケースに押圧保持しつつ一定以上の皿荷重がかかった場合には前記質量センサを前記ケースから離間させて荷重から開放する弾性部材と、
前記質量センサと前記ケースの間に立設されたガイド部材と、
前記質量センサまたは前記ケースに設けられた、前記ガイド部材と係合するガイド受け座と、
を有し、
前記ガイド部材は誘導部を有し、前記誘導部は、頂部に平面部と、前記平面部の下方に垂直部と、前記平面部と前記垂直部の間に裾広がりのテーパー部を備え、
前記ガイド受け座は前記誘導部を誘導する凹空間を有し、前記凹空間は、前記平面部と接触する底面部と、前記テーパー部を滑らせる傾斜部と、前記垂直部と接触する鉛直よりもやや裾広がりに形成された略垂直部と、を備えることを特徴とする過荷重防止機構。
前記ガイド部材は、前記誘導部と、前記質量センサまたは前記ケースとの接合部と、前記誘導部と前記接合部をつなぐ中継部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の過荷重防止機構。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のフローティング構造による過荷重防止機構は、計量皿の上方向、さらに横方向からも加わる全方向の過荷重から質量センサを保護することのできる優れた機構と言える。しかし、一度大きくフローティングして過荷重から質量センサを開放した後に、質量センサを如何に元の初期位置に正確に戻すかが大きな問題となっている。質量センサが初期位置とは異なる箇所や状態で戻れば、計量皿の傾きによる傾斜誤差を生じるし、バネ部材の事前荷重の変化に起因するセンサ歪の変化から、四隅誤差の拡大や戻り誤差の発生を招くこととなり、計量器としての基本性能が悪化してしまう。
【0006】
本発明の目的は、質量センサをフローティングにより保護する構造を有し、かつ、質量センサの戻り位置の再現性を確保した過荷重防止機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記目的を達成するために、本発明に係る過荷重防止機構は、質量センサと該質量センサを内蔵するケースの間に介装され、前記質量センサを前記ケースに押圧保持しつつ一定以上の皿荷重がかかった場合には前記質量センサを前記ケースから離間させて荷重から開放する弾性部材と、前記質量センサと前記ケースの間に立設されたガイド部材と、前記質量センサまたは前記ケースに設けられた前記ガイド部材と係合するガイド受け座と、を有する。
【0008】
上記態様において、前記ガイド部材は誘導部を有し、前記誘導部は、頂部に平面部と、前記平面部の下方に垂直部と、を備えるのも好ましい。
【0009】
上記態様において、前記誘導部は、前記平面部と前記垂直部の間に、裾広がりのテーパー部を備えるのも好ましい。
【0010】
上記態様において、前記ガイド受け座は前記誘導部を誘導する凹空間を有し、前記凹空間は、前記平面部と接触する底面部と、前記テーパー部を滑らせる傾斜部と、前記垂直部と接触する略垂直部と、を備えるのも好ましい。
【0011】
上記態様において、前記ガイド部材は、前記誘導部と、前記質量センサまたは前記ケースとの接合部と、前記誘導部と前記接合部をつなぐ中継部と、を備えるのも好ましい。
【0012】
上記態様において、前記中継部には、二面幅が形成されるのも好ましい。
【0013】
上記態様において、前記ガイド部材と前記ガイド受け座の少なくとも一方は、断熱性を有する材料で形成されるのも好ましい。
【0014】
上記態様において、前記ガイド部材は前記質量センサから立設し、前記ガイド受け座は前記ケースに設けられるのも好ましい。
【発明の効果】
【0015】
本発明の過荷重防止機構によれば、質量センサをフローティングにより全方向の過荷重から保護しつつ、質量センサの戻り位置の再現性を確保することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき説明する。
【0017】
(第1の実施形態)
(全体構成)
図1は第1の実施形態に係る過荷重防止機構を説明するための秤1の断面図、
図2は本過荷重防止機構を説明するための質量センサ12の上方斜視図である。
【0018】
図に示した例は、本発明を電磁平衡式の電子秤1に適用した場合であり、電子秤1は、質量センサ12と、この質量センサ12を収容するケース10とを有している。なお、本発明の実施は、このような電磁平衡式の質量センサ12に限り適用されるものではなく、例えば、歪みゲージ式の質量センサ等に対しても適用される。
【0019】
ケース10は、アルミダイカスト、または炭素繊維を含有したABS樹脂等の合成樹脂により形成され、周縁が相互に嵌合される上ケース14と下ケース16とを備えている。ケース10内には、空間18が隔成され、この空間18内に質量センサ12が設置されている。
【0020】
質量センサ12は、略直方体状であり、ロバーバル機構2と、電磁平衡式センサのセンサ本体3と、を有する。
【0021】
ロバーバル機構2は、秤量物の荷重を受ける柱状の浮き枠21と、ケース10に固定される固定部22と、浮き枠21と固定部22との間に上下に平行に配置された平板状の上副桿23aと下副桿23bを有している。浮き枠21と固定部22は対向配置され、上副桿23aと下副桿23bによって連結されている。これら浮き枠21、固定部22、上副桿23aと下副桿23bは、アルミダイカスト、アルミニウムの押し出し材、アルミニウムの鍛造等により成形された一体の金属ブロックからフライスマシン等の切削により形成されている。
【0022】
固定部22には、ロバーバル機構2の構造内空間に張り出す荷重伝達部29が形成されている。荷重伝達部29は、浮き枠21に対し、上吊りバンド、一次ビーム体および支点バンドを介して連結されている。浮き枠21に作用する荷重は、荷重伝達部29の側面にネジ止めされた二次ビーム体28を介してセンサ本体3に伝達される。センサ本体3は、枠体26を介してロバーバル機構2に保持されている。
【0023】
浮き枠21の上面には、計量皿6を支持するための皿受け部210がネジ固定されている(
図2は皿受け部210の記載を省略している)。皿受け部210は、計量皿6の中心位置に形成された皿ボス6´を係合するための皿孔211を有しており、皿孔211は荷重伝達部29の上方に位置するよう形成されている。荷重伝達部29には、皿孔211の近傍箇所に、後述するガイド部材30を取り付けるためのガイド部材受け孔5が設けられている(
図1参照)。
【0024】
質量センサ12の支持構造は、本形態の場合、以下のように構成されている。質量センサ12は、その固定部22と上ケース14の下面との間にバネ部材24(弾性部材)を介装することにより、下ケース16の上面から質量センサ12の下端面が所定の距離だけ上方に離間するようにして浮上支持されている。
【0025】
バネ部材24は、本体部24aと、本体部24aの両端に対向する一対の第1および第2可動片24b,24cを有する側面がU字形に形成された板バネであって、所定幅の板状金属板の両端側を略90° 対向するように折曲することで形成されている。バネ部材24は、上方側の一方の第1可動片24bが、上ケース14の下面に一体に垂設されたバネ固定部14aにネジ固定され、下方側の他方の第2可動片24cが、質量センサ12の固定部22の下面にネジ固定されている。
【0026】
図3はバネ部材24を介して質量センサ12を取付ける際の説明図であり、
図1に示すバネ部材24の断面図を拡大したものである。バネ部材24で質量センサ12を支持する際には、一方の可動片24bを、
図3に点線で示すように、予め他方の可動片24c側に近接するように折り曲げて弾性変形させておき、質量センサ12を支持した際に、オフセット荷重が加わるようにして取り付けを行う。すなわち、
図3に点線で示すように、第1可動片24bを、予め第2可動片24c側に近接するように折り曲げておいて、第1可動片24bをバネ固定部14aの平坦な面にネジで固設すると、第2可動片24cが予め折り曲げた量に対応して、上方側に移動した状態になる。この際の押圧付勢力(事前荷重)は、バネ部材24のオフセット荷重によって調整することができ、このオフセット荷重は、秤の秤量可能な最大値に、所定の安全率αを加算した荷重に設定することができる。なお、事前荷重を発生させるためのバネ部材24の形状はこれに限らず、第2可動片24cを折曲した構成としてもよいし、概略クランク状とした板バネを下ケース16とセンサ固定部22の下面との間に介装する構成であってもよい。第2可動片24cが上方に移動すると、これに伴って質量センサ12が上方に移動する。
【0027】
(ガイド部材)
図4は本過荷重防止機構を説明するためのガイド部材30を示す図である。
図4のうち、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は(a)の矢印c方向から見た図、(d)は(a)の矢印d方向から見た図である。
【0028】
質量センサ12からは、質量センサ12と上ケース14の間に、ガイド部材30が立設される。ガイド部材30は、誘導部31と、接合部32と、中継部33と、を有する。ガイド部材30は、全体としては円柱状で、誘導部31は真円で形成されている。
【0029】
誘導部31は、その頂部に水平な平面部31a、平面部31aの下方全周に角の無いR形状またはC面取りがなされた裾広がりの傾斜面からなるテーパー部31b、テーパー部31bの下方全周に平面部31aに対し鉛直な垂直面からなる垂直部31cを有する。
【0030】
接合部32は、ガイド部材30を質量センサ12に取り付けるための部位であり、ネジ状に形成され、質量センサ12の荷重伝達部29に形成されたガイド部材受け孔5に挿着可能である。また、質量センサ12へのガイド部材30の取付は、圧入や接合、接着により実現することもできる。
【0031】
中継部33は、誘導部31と接合部32をつなぐ部位であり、その側面の下方域に二面幅34が形成されている。これにより、上副桿23aと荷重伝達部29の間の空間にスパナ等の治具を通し、中継部33の二面幅34を挟持位置として回動させることができるため、容易にガイド部材受け孔5に取り付けることができるため、ガイド部材30を質量センサ12に取り付ける際に好適に機能する。
【0032】
(ガイド受け座)
上ケース14の下面には、ガイド部材30の取り付け位置上方に、ガイド受け座15が形成されている。
図5はガイド受け座15を示す図であって、
図1の要部拡大図である。
【0033】
ガイド受け座15は、上ケース14の下面から延出する垂下壁15bにより形成されている。垂下壁15bは、ガイド部材30の誘導部31を全周包囲可能な有底の凹空間15cを形成している。ガイド受け座15は、凹空間15cに誘導部31を誘導する。
図5では、ガイド部材30が凹空間15cに宙遊している状態を示している。
【0034】
凹空間15cは、ガイド部材30の誘導部31の形状を略反転させた形状で形成されているが、凹空間15cの天井となる底面部15dは水平平面で形成され、底面部15dの下方全周にはガイド部材30のテーパー部31bと概略一致する傾斜面を有する傾斜部15eが形成され、傾斜部15eの下方全周には、鉛直よりもやや裾広がりに形成された円錐台状の空間を形成する略垂直部15fが形成されている。
【0035】
(動作と効果)
次に、以上の構成からなる本態様の過荷重防止機構による動作と効果について説明する。
【0036】
通常時、質量センサ12は、バネ部材24による一定の事前荷重により保持されて、質量センサ12から上方に立設するガイド部材30が上ケース14のガイド受け座15に対し押圧されている。ここで、計量皿6上または計量皿6の横方向から上記の事前荷重よりも大きな力(過荷重)が加わった際には、バネ部材24の付勢力に打ち勝って、質量センサ12が上ケース14から下方に離間して空間18に宙遊し、質量センサ12は過荷重から開放される。このフローティングにより、質量センサ12を全方向の過荷重から保護することができる。このとき、ガイド部材30の誘導部31もガイド受け座15の凹空間15cに宙遊する。
【0037】
質量センサ12が上ケース14から離間すると、その結果、過荷重はバネ部材24に加わり、バネ部材24が弾性変形することにより、これが吸収される。そして、過荷重が除去されると、バネ部材24の復元力により、質量センサ12が上方に移動する。このとき、ガイド受け座15の凹空間15cに宙遊していたガイド部材30は、誘導部31のテーパー部31bおよび/または垂直部31cがガイド受け座15の略垂直部15fにより上方へ誘導される。結果、瞬時に誘導部31の平面部31aとガイド受け座15の底面部15dが水平に当接するため、質量センサ12の垂直方向(高さ方向)の位置が確定し、誘導部31の垂直部31cの外周がガイド受け座15の略垂直部15fの内周に全周で当接するため、質量センサ12の水平方向の位置が確定する。このため、質量センサ12を、フローディングしても確実かつ正確に初期位置に戻すことができる。
【0038】
ここで、質量センサ12の水平方向の位置を確定させるためには、ガイド受け座15の略垂直部15fは鉛直面で形成されるべきである。一方、本形態は、過荷重が加わった際には、ガイド部材30は下方向に開放される必要がある。過荷重は垂直方向に限定されず、斜め方向、極端には水平方向の全方向に及ぶ。このため、ガイド受け座15の略垂直部15fは、ガイド部材30の軸中心から外周側へ広がる傾斜面を有するべきである。
【0039】
このように、水平方向の位置決めと過荷重時の開放は相反する要求を有するので、これらの双方を好適に機能させるために、略垂直部15fは円錐台状の空間を作ることが好ましく、その傾斜角度は水平から45°以上90°以下が好ましい。より好ましくは、水平方向の位置確定は垂直部31cの上方部と略垂直部15fの上方部の全周方向の線接触で実現可能である点と、水平成分を有する過荷重から誘導部31を好適に開放させるためには略垂直部15fの下方部にスペースを確保したほうがよい点から、略垂直部15fの角度は水平から45°以上80°以下が好ましい。
【0040】
さらには、略垂直部15fの傾斜は、バネ部材24との位置関係を考慮して以下とするのが好ましい。
図1の位置関係であれば、計量皿6に過荷重が加わった場合、質量センサ12はバネ部材24とケース14との取り付け部付近の角(
図1の符号F)を中心とした回転運動となり、略垂直部15fは、
図5の符号15f−1側(バネ部材24側)が誘導部31(垂直面31c)の位置決め部となるため、その傾斜角度は水平から60°以上90°以下が好ましく、特に90°に近いほうが好適である。一方、略垂直部15fの符号15f−2側(バネ部材24の反対側)は、誘導部31(テーパー面31b、垂直面31c)がかじらないよう、その傾斜角度は水平から45°以上80°以下が好ましく、特にバネ部材24の回転運動に対して接線方向に近い角度が好適である。但し、テーパー面31b、垂直面31cの形状に応じた変更は考えられる。
【0041】
また、誘導部31は、上記の過荷重時の開放を良好とするために、テーパー部31bを備えている。テーパー部31bは、過荷重時に誘導部31がガイド受け座15から滑り出すために設けられており、垂直部31cがガイド受け座15の略垂直部15fと干渉するのを防ぐためには必要となる。テーパー部31bの角度は水平から30°〜60°が好ましく、より好ましくは全方向からの過荷重を好適に感知する点から水平から45°とするのが好ましい。
【0042】
また、本形態のガイド部材30は、計量皿6の中心位置(皿ボス6´の位置)近傍に立設するように構成されている。すなわち、ガイド部材30およびガイド受け座15によるセンサの位置決め機構が、バネ部材24の質量センサ固定部から皿中心までを結ぶ線上に形成されているので、計量皿6の戻り位置をよりずれにくくすることができる。
【0043】
(材質)
ここで、本発明における、ガイド部材30とガイド受け座15の材質について好ましい形態を説明する。本発明では、過荷重防止機構が動作状態のときは、ガイド部材30とガイド受け座15が質量センサ12と上ケース14の当接部となり、ガイド部材30とガイド受け座15には繰り返し過荷重を受けることが想定される。かつ、過荷重防止機構が非動作状態のときは、ガイド部材30とガイド受け座15を介して質量センサ12は上ケース14に当接しているので、ケース10の周囲の温度変化がガイド部材30とガイド受け座15を介して質量センサ12に伝達するおそれがある。
【0044】
前提として、質量センサ12には、軽さと剛性および加工性のバランスから一般的にアルミニウム材が使用される。アルミニウムは、熱伝導率が高く(断熱性が低く)、金属材料としては溶着や磨耗が起きやすい性質が知られている。そこで、ガイド部材30とガイド受け座15の少なくとも一方は、質量センサ12と溶着し難く、かつ断熱性の高い材料で形成するのが好ましい。ガイド部材30とガイド受け座15は、摩擦・磨耗を減らし溶着し難い材料の組み合わせが好適であり、例えば、ステンレスとアルミニウム、アルミニウムと亜鉛、強化プラスチックと金属等で構成する。
【0045】
本形態では、合成樹脂製の上ケース14にアルミニウム製のガイド受け座15をインサート成形または取付固定し、ガイド部材30をステンレス鋼の一体構造により形成し、質量センサ12に取り付けるのが好ましい。この他には、アルミニウム製の上ケース14でガイド受け座15を一体成形し、ガイド部材30はステンレス鋼または炭素繊維入り樹脂などで形成するのもよい。
【0046】
これにより、本形態では、過荷重防止機構が動作状態のときは、荷重受け方向から順にガイド受け座15、ガイド部材30、質量センサ12が並ぶうちガイド受け座15で衝撃が吸収されて、質量センサ12の破損を回避することができる。また、ステンレス鋼製のガイド部材30によりガイド受け座15(上ケース14)と質量センサ12が断熱されるため、質量センサ12の温度誤差発生を防ぐことができる。
【0047】
(第2の実施形態)
図6は第2の実施形態に係る過荷重防止機構を説明するための秤の簡略断面図である。この形態では、ガイド受け座が質量センサ12側に設けられ、ガイド部材がケース14側から立設している点が第1の実施形態と異なる。第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。
【0048】
この形態では、ガイド部材30と同様の誘導部31、接合部32、中継部33を有するガイド部材300が、上記形態とは上下逆となって、上ケース14から下方に立設されている。また、ガイド受け座15と同様の凹空間15cを有するガイド受け座150が、質量センサ12の荷重伝達部29に形成されている。
【0049】
このように、ガイド受け座150を質量センサ12側に配置してもよい。この形態であっても、ガイド部材300はガイド受け座150に誘導されて、質量センサ12の垂直方向および水平方向の位置が確定する。このため、質量センサ12を、フローディングしても確実かつ正確に初期位置に戻すことができる。
【0050】
この他の形態においても、上記形態と同様に、ガイド部材300とガイド受け座150は異種材料の組み合わせで形成するのが好ましい。
【0051】
本形態では、ガイド部材300は、上ケース14と同一樹脂により一体成形してもよいが、好ましくはガイド受け座150<質量センサ12の硬度順を有する樹脂或いは金属により別体として形成し、上ケース14に取り付ける構成とするのがよい。一方、ガイド受け座150は、質量センサ12と同材で形成してもよいが、好ましくは質量センサ12とは別体として形成し、より好ましくは、高強度と断熱性、および耐摩耗性を備えるステンレス鋼により形成するのがよい。これにより、ガイド部材300に衝撃が加わっても、ガイド部材300は磨耗に強い構造とすることができる。また、ガイド受け座150により断熱されるため、表面積の多い皿からの外気温変化による質量センサ12の温度誤差発生を防ぐことができる。なお、ガイド部材300も断熱性を備えるように形成してもよい。
【0052】
図7はガイド部材30(300)の変形例を示す図であり、特に誘導部31の形状バリエーションの一例を示している。
図7の(a)に示すように、誘導部31の形状は楕円などの円形であってもよい。または、
図7の(b)に示すように、誘導部31の形状は角部をラウンドさせた四角形などの多角形としてもよい。ただし、本発明が全方向の過荷重から質量センサ12を保護する機構であるため、この変形例においても、テーパー部31bおよび垂直部31cは、
図4に示すものと同様に全周方向に形成される必要がある。
【0053】
なお、第1の実施形態において、ガイド受け座15が上ケース14に直接設けられる形態に代えて、外ケース10内に別の内部ケースや固定部材等を設けて、これらにガイド受け座15を形成する形態は、本発明の範囲に含まれるものとする。第2の実施形態におけるガイド部材300を形成する形態についても同様である。
【0054】
以上、本発明の過荷重防止機構について、好適な実施の形態および変形例を述べたが、これらは本発明の一例であり、各形態および各変形を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。