特許 6794045 電磁平衡式重量センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6794045

(24)【登録日】2020年11月13日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】電磁平衡式重量センサ

(51)【国際特許分類】

   G01G 7/04 20060101AFI20201119BHJP

   G01G 21/24 20060101ALI20201119BHJP

   G01G 23/48 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   G01G7/04

   G01G21/24 A

   G01G23/48

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-6014(P2017-6014)

(22)【出願日】2017年1月17日

(65)【公開番号】特開2018-115917(P2018-115917A)

(43)【公開日】2018年7月26日

【審査請求日】2019年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000208444

【氏名又は名称】大和製衡株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 祐介

(72)【発明者】

【氏名】大塚 晃嗣

(72)【発明者】

【氏名】西羅 涼

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特公平４−７９４０４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実開昭５０−４７４６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実公平３−３４６６０（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１６１３８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国登録特許第１０−０４９２６５９（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｇ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロバーバル機構の変位を検出する変位検出部と、
静磁場を発生する磁気回路中に前記ロバーバル機構の変位に連動して変位するコイルを設けてなり、前記変位検出部で検出される変位が０に近づくように前記コイルに電流が流される電磁力発生装置と、
を備え、
前記変位検出部は、
前記ロバーバル機構の変位に連動して変位する光通過路と、
発光素子と、
前記発光素子から出射されて前記光通過路を通過した光が入射される受光素子と、
一端が前記発光素子に接続され、前記発光素子から出射される光を伝搬して他端から前記光通過路へ出射する発光側光ファイバ、および、一端が前記受光素子に接続され、前記発光素子から出射され前記光通過路を通過した光を他端から入射して伝搬し、前記受光素子へ入射させる受光側光ファイバのいずれか一方または両方と、
前記受光素子に入射する光量に基づいて前記ロバーバル機構の変位を求める変位算出部とを有しており、
前記ロバーバル機構の内側に設けられ、前記ロバーバル機構の上下方向の変位を増幅するてこ機構と、
前記ロバーバル機構の内側に設けられ、前記てこ機構に接続されて下方向へ延びるアーム本体部、及び前記アーム本体部の下端部から水平方向に延びるアーム先端部を有するアーム部と、
をさらに備え、
前記電磁力発生装置は、前記ロバーバル機構の内側にかつ前記てこ機構の下方に配置され、
前記アーム先端部は、前記電磁力発生装置の下方に配置され、かつ前記光通過路が設けられた、
電磁平衡式重量センサ。

【請求項2】

前記光通過路は、前記アーム先端部に前記アーム先端部が変位する方向と交わる方向に貫通して設けられた貫通穴であり、
前記受光側光ファイバ及び前記受光素子がそれぞれ２つずつ対応して設けられ、
２つの前記受光側光ファイバは、前記アーム先端部が変位する方向に並んで互いに隣接配置され、
前記変位算出部は、２つの前記受光素子に入射する光量の差に基づいて前記アーム先端部に現れる変位を求めるよう構成された、
請求項１に記載の電磁平衡式重量センサ。

【請求項3】

前記変位検出部で検出される変位が０または略０となるときの前記コイルに流れる電流値に基づいて前記ロバーバル機構に負荷される荷重の大きさを算出する荷重算出部と、
前記ロバーバル機構の周囲温度または前記ロバーバル機構自体の温度を測定する温度センサとをさらに備え、
前記荷重算出部は、
前記温度センサによる測定温度に基づいて、前記荷重の大きさを補正するよう構成された、
請求項１または２に記載の電磁平衡式重量センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁平衡式重量センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電子天秤等の計量装置において電磁平衡式重量センサを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この電磁平衡式重量センサでは、弾性体で構成されるロバーバル機構と、ロバーバル機構の可動部の変位に連動して変位するレバーと、レバーの変位を検出する変位検出手段と、レバーを平衡状態（変位が０）に復帰させる電磁力発生装置（コイル及び磁石等）などを有しているものがある。ここで、電磁力発生装置は、静磁場を発生する磁気回路中にコイルが設けられており、このコイルがレバーとともに変位するようにレバーに取り付けられいる。そして、ロバーバル機構の可動部に荷重が負荷されたときに、レバーの変位が０となるように電磁力発生装置のコイルに電流を流し、レバーの変位が０となったときの電流値に基づいて荷重の大きさ（被計量物の質量値）を算出するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４０３５７２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のような電磁平衡式重量センサにおいて、レバーの変位を検出する変位検出手段としては、レバーの近傍に配置された発光素子及び受光素子を用いて構成されている。このような発光素子及び受光素子は発熱するので、その熱が電磁力発生装置の磁界に影響を及ぼすと計量誤差の要因となり、計量精度に悪影響を及ぼす。

【0006】

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、計量精度の向上を図ることができる電磁平衡式重量センサを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明のある態様に係る電磁平衡式重量センサは、ロバーバル機構の変位を検出する変位検出部と、静磁場を発生する磁気回路中に前記ロバーバル機構の変位に連動して変位するコイルを設けてなり、前記変位検出部で検出される変位が０に近づくように前記コイルに電流が流される電磁力発生装置と、を備え、前記変位検出部は、前記ロバーバル機構の変位に連動して変位する光通過路と、発光素子と、前記発光素子から出射されて前記光通過路を通過した光が入射される受光素子と、一端が前記発光素子に接続され、前記発光素子から出射される光を伝搬して他端から前記光通過路へ出射する発光側光ファイバ、および、一端が前記受光素子に接続され、前記発光素子から出射され前記光通過路を通過した光を他端から入射して伝搬し、前記受光素子へ入射させる受光側光ファイバのいずれか一方または両方と、前記受光素子に入射する光量に基づいて前記ロバーバル機構の変位を求める変位算出部とを有している。

【0008】

この構成によれば、発光側光ファイバ及び受光側光ファイバのいずれか一方または両方を用いることにより、発光素子または受光素子、あるいはその両方を電磁力発生装置から遠ざけて配置することができる。よって、発光素子や受光素子の発熱による電磁力発生装置の磁界への影響を排除し、上記発熱に起因する計量誤差を抑制し、計量精度の向上を図ることができる。

【0009】

前記ロバーバル機構の変位が先端部分に現れる変位部材をさらに備え、前記光通過路は、前記変位部材の前記先端部分に前記先端部分が変位する方向と交わる方向に貫通して設けられた貫通穴であり、前記受光側光ファイバ及び前記受光素子がそれぞれ２つずつ対応して設けられ、２つの前記受光側光ファイバは、前記変位部材の前記先端部分が変位する方向に並んで互いに隣接配置され、前記変位算出部は、２つの前記受光素子に入射する光量の差に基づいて前記先端部分に現れる変位を求めるよう構成されていてもよい。

【0010】

この構成によれば、受光側光ファイバ及び受光素子を２つずつ設けることにより、各々の受光素子に入射する光量の差に基づいて変位部材の先端部分に現れる変位を求めることができ、また、変位方向も容易に判定できるので、コイルに流す電流値及び電流の方向を求めるのが容易になる。

【0011】

前記変位検出部で検出される変位が０または略０となるときの前記コイルに流れる電流値に基づいて前記ロバーバル機構に負荷される荷重の大きさを算出する荷重算出部と、前記ロバーバル機構の周囲温度または前記ロバーバル機構自体の温度を測定する温度センサとをさらに備え、前記荷重算出部は、前記温度センサによる測定温度に基づいて、前記荷重の大きさを補正するよう構成されていてもよい。

【0012】

この構成によれば、温度センサによる測定温度に基づいて、荷重の大きさを補正することにより、ロバーバル機構等の温度特性に起因する計量誤差を抑制することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、以上に説明した構成を有し、計量精度の向上を図ることができる電磁平衡式重量センサを提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施形態の一例の電磁平衡式重量センサの正面図である。

【図2】図２（Ａ）は、図１の電磁平衡式重量センサの斜視図であり、図２（Ｂ）は、同電磁平衡式重量センサの変位検出部及びその近傍部分の拡大斜視図であり、図２（Ｃ）は、同電磁平衡式重量センサの変位検出部及びその近傍部分を上方から視た模式平面図である。

【図3】図３（Ａ）は、電磁力発生装置の概略断面図であり、図３（Ｂ）は、電磁力発生装置の外観斜視図であり、図３（Ｃ）は、電磁力発生装置のヨークの蓋を外した状態を示す図である。

【図4】図４（Ａ）は、他の例の電磁力発生装置の斜視図であり、図４（Ｂ）は、他の例の電磁力発生装置の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

【0016】

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態の一例の電磁平衡式重量センサの正面図である。図２（Ａ）は、図１の電磁平衡式重量センサの斜視図であり、図２（Ｂ）は、同電磁平衡式重量センサの変位検出部及びその近傍部分の拡大斜視図であり、図２（Ｃ）は、同電磁平衡式重量センサの変位検出部及びその近傍部分を上方から視た模式平面図である。

【0017】

この電磁平衡式重量センサＡは、電子天秤等の計量装置Ｂに用いられ、後述のロバーバル機構を構成する固定部１１が、静止部材（例えば計量装置Ｂのベース部Ｂ１に固定された取付部Ｂ２）にボルト等によって固定され、可動部１２が、例えば皿等の被計量物載置部Ｂ４を支持している取付部Ｂ３にボルト等によって固定される。例えば、被計量物載置部Ｂ４に被計量物が載せられることにより、可動部１２に荷重が負荷される。

【0018】

電磁平衡式重量センサＡは、機構体１と、変位検出部２と、電磁力発生装置３と、ストッパ機構４と、制御器５とを備えている。

【0019】

制御器５は、機構体１から離れた計量装置Ｂの内部（例えばベース部Ｂ１）に設置されており、例えば、マイクロコントローラ等を有して構成され、計量装置Ｂ全体の制御を行う。この制御器５は、変位検出部２の発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ、２２ｂと接続されており、発光素子２１ａを駆動（発光）制御するとともに受光素子２２ａ、２２ｂの各々から受光する光量に対応する電流を入力する。また、制御器５は、電磁力発生装置３のコイル３７と接続されており、コイル３７に電流を流す。また、制御器５は、被計量物載置部Ｂ４に載置された被計量物の質量値等を表示する計量装置Ｂの表示部（図示せず）と接続されており、同表示部を制御する。

【0020】

機構体１は、ロバーバル機構１Ｒと、変位増幅機構１Ａ（てこ機構１Ｌ及びアーム部１Ｂ）とを備えている。

【0021】

ロバーバル機構１Ｒは、静止固定される固定部１１と、この固定部１１と水平方向に離れて平行に配置され荷重が負荷される可動部１２と、固定部１１と可動部１２とを連結し互いに平行に配置された上下のビーム部１３、１４とを備えている。固定部１１と可動部１２とは、その上部同士が薄肉部１３ａ、１３ｂを介して上側ビーム部１３によって連結され、その下部同士が薄肉部１４ａ、１４ｂを介して下側ビーム部１４によって連結されている。このようなロバーバル機構１Ｒでは、周知のように、可動部１２に荷重が負荷されると、可動部１２はその姿勢（固定部１１と平行な状態）を維持したまま固定部１１に対して下方（上下方向）に変位するようになっている。そして、ロバーバル機構１Ｒは、その上下方向の長さが、固定部１１と可動部１２とが離間する方向（ビーム部１３、１４の長手方向）の長さよりも長く、図１に示すように正面から見て略矩形の上下方向に長い縦長形状になっている。

【0022】

そして、機構体１には、可動部１２の上下方向の変位を増幅するために、ロバーバル機構１Ｒの内側に、てこ機構１Ｌ及びアーム部（変位部材）１Ｂを有する変位増幅機構１Ａを備えている。

【0023】

変位増幅機構１Ａ、特に、てこ機構１Ｌを形成するために、機構体１には、固定部１１から内側に突出した突出部１１ａ，１１ｂと、可動部１２から内側に突出した突出部１２ａとが設けられている。そして、てこ機構１Ｌを構成するために、水平方向に延びた第１，第２てこ部１６，１８と、上下方向に延びた連結部１５，１７とが設けられ、アーム部１Ｂを構成するためのアーム部構成部材１９が設けられている。

【0024】

てこ機構１Ｌは、第１てこ部１６及び第２てこ部１８を有している。第１てこ部１６の一端は、両端に狭窄部１５ａ、１５ｂが形成された連結部１５によって可動部１２側の突出部１２ａに連結されており、上記一端よりやや固定部１１側の部分がてこの支点となる狭窄部ｆ１を介して固定部１１側の突出部１１ａに連結されている。これにより、第１てこ部１６は、狭窄部ｆ１を介して固定部１１に対して揺動可能に接続されるとともに、一端が連結部１５を介して可動部１２に接続され、他端に可動部１２の上下方向の変位が増幅されて現れるようになっている。

【0025】

そして、第２てこ部１８が第１てこ部１６の下方に配置されている。第２てこ部１８の固定部１１寄りの部分は、両端に狭窄部１７ａ、１７ｂが形成された連結部１７によって第１てこ部１６の他端の下部に連結されており、さらに固定部１１寄りの部分がてこの支点となる狭窄部ｆ２を介して固定部１１側の突出部１１ｂに連結されている。これにより、第２てこ部１８は、狭窄部ｆ２を介して固定部１１に対して揺動可能に接続されるとともに、一端が連結部１７を介して第１てこ部１６の他端に接続され、他端に第１てこ部１６の他端の上下方向の変位が増幅されて現れるようになっている。

【0026】

そして、第２てこ部１８の可動部１２寄りの部分には、下方向へ延びるアーム部構成部材１９がボルトで接続されている。アーム部構成部材１９は、第２てこ部１８に取り付けられて第２てこ部１８と平行で可動部１２側へ延びるてこ取付部１９ｘと、てこ取付部１９ｘの可動部１２側の端部から下方向へ延びるアーム本体部１９ｖと、アーム本体部１９ｖの下端部から固定部１１の方向へ向かう水平方向に延びるアーム先端部１９ｈとを有している。

【0027】

このアーム部構成部材１９によって、てこ機構１Ｌで増幅された可動部１２の上下方向の変位を略水平方向の変位へ変換し、かつ増幅するアーム部１Ｂが構成される。機構体１の中でアーム部構成部材１９以外の部分は、単一部品で構成されており、図２（Ａ）の矢印ｅ方向の幅（厚み）は、同一である。

【0028】

なお、アーム部構成部材１９のてこ取付部１９ｘが第２てこ部１８に含まれ、アーム本体部１９ｖとアーム先端部１９ｈとで、アーム部１Ｂが構成されると考えてもよい。

【0029】

また、本例では、機構体１の中でアーム部構成部材１９のみを別部品として構成しているが、アーム部構成部材１９を含む機構体１全体を単一部品として構成するようにしてもよい。機構体１は、例えばアルミ合金で作製される。

【0030】

前述のように、可動部１２に荷重が負荷されると、可動部１２が下方向へ変位する。これによって、連結部１５及び第１てこ部１６の一端が、矢印ａで示すように下方向へ変位し（厳密には円弧状に変位する）、第１てこ部１６の他端及び連結部１７が、矢印ｂで示すように、上方向へ大きく変位する（厳密には円弧状に変位する）。すると、第２てこ部１８の可動部１２寄りの部分が、矢印ｃで示すように上方向へより大きく変位し（厳密には円弧状に変位する）、アーム部構成部材１９は、矢印ｄで示すように、第２てこ部１８の支点となる狭窄部ｆ２を中心に回動し、可動部１２側へ振れる。このとき、アーム部１Ｂによって、第２てこ部１８の可動部１２寄りの部分に現れる変位が、変位方向が９０度変更され、かつ増幅されてアーム先端部１９ｈに現れ、アーム先端部１９ｈは略水平方向へ変位する。なお、変位方向を示す矢印ａ〜ｄは、大きく図示されているが、実際の変位は、微小である。

【0031】

そして、アーム先端部１９ｈの変位が変位検出部２によって検出されると、変位が０に近づくように、電磁力発生装置３のコイル３７に電流が流れるようになっている。

【0032】

変位検出部２は、図１及び図２に示すように、例えば、発光部２１と、受光部２２と、発光側光ファイバ２３と、受光側光ファイバ２４，２５と、アーム先端部１９ｈに設けられた光通過穴（光通過路）１９ａと、変位算出部（制御器５の機能）とを有している。光通過穴１９ａはアーム先端部１９ｈとともに、ロバーバル機構１Ｒの変位（可動部１２の変位）に連動して変位する。そして、変位検出部２は、アーム先端部１９ｈの変位を検出することでロバーバル機構１Ｒの変位を検出するようになっている。

【0033】

発光部２１は、例えば、ＬＥＤ等からなる１つの発光素子２１ａを有して構成され、受光部２２は、例えば、発光ダイオード等からなる２つの受光素子２２ａ、２２ｂを有して構成されている。発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ、２２ｂは、これらによる発熱が電磁力発生装置３の磁界に影響を及ぼさないように、少なくとも、電磁力発生装置３から離れた場所に取り付けられている。

【0034】

本実施例では、変位検出箇所であるアーム先端部１９ｈは、電磁力発生装置３の近隣にあるので、発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ、２２ｂは、アーム先端部１９ｈと電磁力発生装置３の両方から離れた位置に設けている。具体的には、これらは、制御器５の基板またはその近傍のベース部Ｂ１等に取り付けられる。あるいは、固定部１１の上端付近に取り付けられてもよい。

【0035】

発光側光ファイバ２３は、その入射端２３ａが発光部２１の発光素子２１ａに接続されている。また、２つの受光側光ファイバ２４，２５は、それぞれの出射端２４ｂ，２５ｂが受光素子２２ａ、２２ｂの各々に接続されている。そして、発光側光ファイバ２３の出射端２３ｂの端面と、２つの受光側光ファイバ２４，２５の入射端２４ａ，２５ａの端面とが、アーム先端部１９ｈの光通過穴１９ａを挟んで対向するように配置した状態となるように、発光側光ファイバ２３の出射端２３ｂ側部分と受光側光ファイバ２４，２５の入射端２４ａ，２５ａ側部分とが、取付部材６の適宜の箇所に取り付けられて固定されている。なお、取付部材６はボルトで固定部１１に固定されている。

【0036】

アーム先端部１９ｈの光通過穴１９ａは、アーム先端部１９ｈが変位する方向と交わる（例えば直交する）方向に貫通して設けられた小さな貫通穴である。そして、２つの受光側光ファイバ２４，２５の入射端２４ａ，２５ａの端面は、アーム先端部１９ｈが変位する方向に並んで互いに隣接して配置されている。

【0037】

発光部２１の発光素子２１ａからの出射光は、発光側光ファイバ２３を伝搬して、さらに光通過穴１９ａを通過し、さらに受光側光ファイバ２４，２５を伝搬した光が受光部２２の２つの受光素子２２ａ、２２ｂで受光され、各受光素子２２ａ、２２ｂで受光した光量に応じた信号（以下、「受光信号」という）が制御器５に入力される。

【0038】

また、取付部材６には、ストッパ機構４を構成するための棒状（円柱状）のストッパ部材４ａが固定されている。そして、アーム先端部１９ｈには、アーム先端部１９ｈが変位する方向と交わる（例えば直交する）方向に貫通し、ストッパ部材４ａの径よりも若干大きな径の貫通穴１９ｂが設けられている。この貫通穴１９ｂの内面（壁面）と隙間を有して貫通穴１９ｂにストッパ部材４ａが挿通されている。このアーム先端部１９ｈの貫通穴１９ｂとストッパ部材４ａとによってストッパ機構４が構成されている。このストッパ機構４により、アーム先端部１９ｈの変位量が貫通穴１９ｂの内面とストッパ部材４ａとの間の隙間以下に規制されることにより、可動部１２に過大な荷重が負荷されること（過負荷）等により生じる機構体１の変形等の損傷を防止できる。特に、厚みが薄く大きな力が加わる部分、例えば、てこ機構１Ｌの支点となる狭窄部ｆ１，ｆ２等の過負荷等による変形等の損傷を防止できる。なお、貫通穴１９ｂの内面とストッパ部材４ａとの間隔（隙間の大きさ）は、ＣＡＥ等を用いてこ機構１Ｌの支点となる狭窄部ｆ１，ｆ２等にかかる力を適切に抑制することができる間隔となるように設定することができる。

【0039】

ストッパ機構４を、ロバーバル機構１Ｒの変位（可動部１２の変位）に対してより大きな変位が生じる変位増幅機構１Ａの先端部分のアーム先端部１９ｈに設けることにより、ストッパ機構４を構成する貫通穴１９ｂの内面とストッパ部材４ａとの間隔を大きくとることができ、ストッパ機構４の製作が容易となる。また、ストッパ機構４は、貫通穴１９ｂにストッパ部材４ａが挿通されているので、正逆方向の変位に対してストッパ機能が働く。

【0040】

次に電磁力発生装置３について、さらに図３も参照して説明する。図３（Ａ）は、電磁力発生装置３の概略断面図であり、図３（Ｂ）は、電磁力発生装置３の外観斜視図であり、図３（Ｃ）は、電磁力発生装置３のヨークの蓋３６を外した状態を示す図である。

【0041】

電磁力発生装置３は、静磁場を形成する磁気回路３１と、磁気回路３１中に配置されるコイル（フォースコイル）３７とを備えている。

【0042】

コイル３７は、アーム本体部１９ｖの中央部から先端（下端）寄り部分の所定位置にコイル取付金具３８を介して取り付けられている。コイル取付金具３８はねじ３９でアーム本体部１９ｖに固定されている。

【0043】

磁気回路３１は、例えば、２つの磁石（永久磁石）３２，３３とポールピース３４とヨーク３５とヨークの蓋３６とで構成されている。ヨーク３５は、一端が開口された有底円筒状の底部分が固定部１１に固定されている。ヨークの蓋３６は、ヨーク３５と同一の鉄等の金属で形成され、ヨーク３５の開口側に固定されている。

【0044】

ヨーク３５の内底には、磁石３２、ポールピース３４、磁石３３がこの順に積み上げられて固定されている。そして、ヨークの蓋３６には、それぞれコイル取付金具３８を挿通するための貫通穴３６ｈが２つ設けられている。また、ヨークの蓋３６は、２つの半円板部３６ａ、３６ｂに分割されて構成されており、コイル３７をヨーク３５の内部に配置してから蓋３６（３６ａ、３６ｂ）を閉じることができる。

【0045】

この計量装置Ｂでは、被計量物が被計量物載置部Ｂ４に載せられることにより可動部１２に荷重が負荷されると、可動部１２が下方向へ変位し、このときのアーム先端部１９ｈの変位が変位検出部２によって検出される。この際、制御器５は、予め発光素子２１ａを駆動しており、常時、２つの受光素子２２ａ、２２ｂで受光される光量の差（受光信号の差）に基づいてアーム先端部１９ｈの変位（変位方向及び変位量）を求める（制御器５の変位算出部としての機能）。

【0046】

そして、コイル３７の逆方向への動きにより可動部１２の荷重と釣り合いがとれる電磁力を生み出すために、２つの受光素子２２ａ、２２ｂで受光される光量が等しくなるように（アーム先端部１９ｈの変位が０に近づくように）、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）によってコイル３７に電流を流す。そして、制御器５は、上記光量が概ね等しくなったとき（変位が０に近づいたとき、または０になったとき）にコイル３７を流れる電流値を、電流質量換算式を用いて被計量物の質量値（負荷荷重の大きさ）に換算する（制御器５の荷重算出部としての機能）。そして、その質量値を、計量装置Ｂの表示部（図示せず）へ出力して表示させる。なお、制御器５には、コイル３７に流した電流値を質量値に換算するための換算式である上述の電流質量換算式が予め記憶されているが、コイル３７を流れる電流を抵抗器で電圧の形で取り出し、取り出した電圧を重量に換算してもよい。

【0047】

本実施形態の電磁平衡式重量センサＡは、変位検出部２に発光側光ファイバ２３及び受光側光ファイバ２４、２５を用い、変位検出箇所であるアーム先端部１９ｈの光通過穴１９ａへ、発光側光ファイバ２３を介して発光素子２１ａからの光を出射し、光通過穴１９ａを通過した光を受光側光ファイバ２４、２５を介して受光素子２２ａ、２２ｂで受光するようにしているので、発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ、２２ｂを電磁力発生装置３から遠ざけて配置することができる。よって、発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ、２２ｂの発熱による電磁力発生装置３の磁界への影響を排除し、上記発熱に起因する計量誤差を抑制し、計量精度の向上を図ることができる。

【0048】

また、本実施形態では、受光側光ファイバ２４、２５及び受光素子２２ａ、２２ｂを２つずつ設けることにより、各々の受光素子２２ａ、２２ｂに入射する光量の差に基づいて変位増幅機構１Ａの先端部分（アーム先端部１９ｈ）に現れる変位を求めることができ、また、変位方向も容易に判定できるので、コイル３７に流す電流値及び電流の方向を求めるのが容易になる。本実施形態では、受光側光ファイバ２４に接続された受光素子２２ａで受光する光量が、受光側光ファイバ２５に接続された受光素子２２ｂで受光する光量よりも大きくなった場合には、アーム先端部１９ｈの変位方向が可動部１２へ近づく方向であり、逆の場合には、アーム先端部１９ｈの変位方向が可動部１２から遠ざかる方向である。

【0049】

なお、２つの受光側光ファイバ２４、２５及び受光素子２２ａ、２２ｂに代えて、１つの受光側光ファイバ及び受光素子を設けるようにしてもよい。この場合、例えば、１つの受光側光ファイバの入射端の端面を、アーム先端部１９ｈを挟んで発光側光ファイバ２３の出射端２３ｂの端面と真向かいに対向させて配置する。そして、アーム先端部１９ｈに、光通過穴１９ａに代えて、アーム先端部１９ｈが変位する方向（可動部１２へ近づく方向であるかその逆方向であるか）に応じて、受光側光ファイバを伝搬して受光素子に受光される光量が増減するように、光通過路が設けられるようにしてもよい。

【0050】

例えば、光通過路として、アーム先端部１９ｈに、その変位する方向に長い矩形の貫通穴を設ける。そして、アーム先端部１９ｈの変位が０のときには、光通過路の矩形の略半分の領域を発光側光ファイバ２３の出射される光が通過し、可動部１２へ近づく方向に変位するときには、光通過路も変位することで、光通過路内で光が通過する領域が増加（または減少）し、可動部１２へ近づく方向に変位するときには、光通過路も変位することで、光通過路内で光が通過する領域が減少（または増加）するように、光通過路を設けるようにすればよい。

【0051】

また、ロバーバル機構１Ｒを含む機構体１は、その構成部材（弾性体）が温度によって特性が変化する。そのため、ロバーバル機構１Ｒの周囲温度またはロバーバル機構１Ｒ自体の温度を測定する温度センサ（例えばサーミスタ等）を設け、この測定温度に基づいて、制御器５が、コイル３７の電流値に基づいて算出した被計量物の質量値を補正するようにしてもよい。例えば、予め定められた温度補正用の演算式を用いて補正された質量値を算出するようにしてもよい。このように補正することで、ロバーバル機構１Ｒ等の温度特性に起因する計量誤差を抑制することができる。

【0052】

また、本実施形態では、変位増幅機構１Ａをてこ機構１Ｌとアーム部１Ｂとで構成し、アーム部１Ｂがてこ機構１Ｌから下方へ延びるように設けられ、電磁力発生装置３のコイル３７がアーム部１Ｂに連動して変位するよう構成されているので、てこ機構１Ｌの下方にアーム部１Ｂ及び電磁力発生装置３が配置された上下方向に長い構成にでき、占有面積（設置面積）を小さくすることができ、設置スペースが小さい計量装置にも使用することができる。

【0053】

また、本実施形態では、てこ機構１Ｌを、２つのてこ部１６，１８を有する構成としたが、１つ以上のてこ部を有していればよい。例えば、てこ機構１Ｌとして、１つのてこ部１６のみを有し、このてこ部１６にアーム部１Ｂが接続された構成でもよい。てこ機構１Ｌを、２つのてこ部１６，１８を有する構成とした方が、１つのてこ部１６のみの場合に比べて、変位の検出精度を高めることができるとともに、変位を０に近づけるためのコイル３７に流す電流を小さくすることができる。

【0054】

また、ロバーバル機構１Ｒが上下方向に長い縦長形状であるので、例えば被計量物が被計量物載置部Ｂ４の一端部に偏って載せられること等によって、可動部１２に偏荷重が負荷されたときのねじれ耐性を向上することができる。

【0055】

なお、本実施形態では、ロバーバル機構１Ｒを縦長形状とし、ロバーバル機構１Ｒの内側に、変位増幅機構１Ａ（てこ機構１Ｌ及びアーム部１Ｂ）等を設けたが、この構成に限られず、変位増幅機構１Ａの全部または一部がロバーバル機構１Ｒの外側にあってもよい。例えば、ロバーバル機構１Ｒを横長形状とし、ロバーバル機構１Ｒの下側ビーム部１４の下方に、変位増幅機構１Ａ、変位検出部２、電磁力発生装置３及びストッパ機構４等を設けた構成としてもよい。

【0056】

また、変位増幅機構１Ａは、下方に延びるアーム部１Ｂの代わりに、てこ機構１Ｌの先端部分を水平方向に延ばした延伸部分を設けた構成としてもよい。この場合、延伸部分に対して電磁力発生装置３を設け、延伸部分の先端部分の変位を検出するように変位検出部２を設け、延伸部分の先端部分に対してストッパ機構４を設けるようにすればよい。

【0057】

また、電磁力発生装置３は、他の構成でもよく、例えば、１つの磁石を用いて磁気回路を構成するようにしてもよい。図４（Ａ）は、他の例の電磁力発生装置３Ａの斜視図であり、図４（Ｂ）は、他の例の電磁力発生装置３Ａの側面図である。図４において、図３と対応する部分には、同一符号を付して説明を省略する。この電磁力発生装置３Ａは、先述の電磁力発生装置３から磁石３３とヨークの蓋３６とを除いた構成である。この場合、磁気回路は、磁石３２とポールピース３４とヨーク３５とで構成されている。

【0058】

本実施形態における電磁平衡式重量センサＡは、上述の計量装置Ｂのようなデジタル式の上皿秤等の計量装置に使用することができる他、例えば、複数の計量ホッパを有する組合せ秤の各計量ホッパ等にも使用することができる。例えば、計量ホッパの場合、被計量物を一時保持して排出するホッパがロバーバル機構１Ｒの可動部１２に連結支持された構成となる。

【0059】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明は、計量精度の向上を図ることができる電磁平衡式重量センサ等として有用である。

【符号の説明】

【0061】

１Ｒ ロバーバル機構
１Ａ 変位増幅機構
１Ｌ てこ機構
１Ｂ アーム部
２ 変位検出部
３，３Ａ 電磁力発生装置
４ ストッパ機構
４ａ ストッパ部材
５ 制御器
１１ 固定部
１２ 可動部
１３，１４ ビーム部
１５，１７ 連結部
１６ 第１てこ部
１８ 第２てこ部
１９ アーム部構成部材
１９ｖ アーム本体部
１９ｈ アーム先端部
１９ａ 光通過穴
１９ｂ 貫通穴
２１ａ 発光素子
２２ａ，２２ｂ 受光素子
２３ 発光側光ファイバ
２４，２５ 受光側光ファイバ
３１ 磁気回路
３７ コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】