JP7010169B2

JP7010169B2 - 除電装置及び電子天秤

Info

Publication number: JP7010169B2
Application number: JP2018145948A
Authority: JP
Inventors: 淳史飯塚
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2038-08-02
Also published as: JP2020020713A

Description

本発明は、正イオン及び負イオンを放出する放電部を備えた除電装置、及び、これを備えた電子天秤に関するものである。

電子天秤には、測定対象物が載置される秤量皿と、秤量皿に載置されている測定対象物の質量を測定する計量部とが備えられている。計量部において測定される測定対象物の質量は、静電気の影響により変動するため、除電装置を用いて測定対象物から静電気を除去することが好ましい（例えば、下記特許文献１参照）。

除電装置としては、ＡＣ方式及びＤＣ方式の２種類が知られている。ＡＣ方式の除電装置では、１本の電極（放電針）に交流電圧が印加されることにより、その電極から正イオン及び負イオンが等量放出される。一方、ＤＣ方式の除電装置では、正電極及び負電極にそれぞれ直流電圧が印加されることにより、正電極から正イオンが放出され、負電極から負イオンが放出される。

ＤＣ方式の除電装置を用いた場合、正電極又は負電極のいずれか一方が劣化した場合などに、各電極から放出されるイオンの量にばらつきが生じ、イオンバランスが悪くなるという問題がある。そのため、より精度の高い測定が求められる電子天秤においては、ＤＣ方式ではなく、ＡＣ方式の除電装置を用いることが好ましい。

特開２０１６－１７０１７６号公報

ＡＣ方式の除電装置では、１本の電極から正イオン及び負イオンが放出されるため、正イオン及び負イオンが放出された直後に互いに結合しやすい。そのため、正イオン及び負イオンが遠くまで届きにくく、除電範囲が狭いという問題がある。

そこで、１本の電極に印加する交流電圧の周波数を下げれば、正イオン及び負イオンを遠くまで届きやすくすることができるため、除電範囲を広げることができる。しかしながら、この場合には、イオンバランスの変動が大きくなるため、計量部で測定される測定対象物の質量にばらつきが生じるという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、除電範囲が広く、かつ、イオンバランスの変動が小さい除電装置及び電子天秤を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る除電装置は、放電部と、設定受付部と、除電時間決定部と、除電制御部とを備える。前記放電部は、正イオン及び負イオンを放出する。前記設定受付部は、除電時間の設定を受け付ける。前記除電時間決定部は、設定された除電時間に対して所定の比率に基づく演算を行うことにより、第１周波数で前記放電部に正電圧及び負電圧を交互に印加する第１除電時間、及び、前記第１周波数よりも高い第２周波数で前記放電部に正電圧及び負電圧を交互に印加する第２除電時間を決定する。前記除電制御部は、前記第１除電時間の間、前記放電部に正電圧及び負電圧を前記第１周波数で交互に印加した後、前記第２除電時間の間、前記放電部に正電圧及び負電圧を前記第２周波数で交互に印加することにより、前記放電部から正イオン及び負イオンを放出させる。

このような構成によれば、比較的低い第１周波数で放電部に正電圧及び負電圧を交互に印加する第１除電時間の間は、正イオン及び負イオンを遠くまで届きやすくすることができるため、除電範囲を広げることができる。また、その後に比較的高い第２周波数で放電部に正電圧及び負電圧を交互に印加する第２除電時間の間は、イオンバランスの変動を小さくすることができる。これにより、第１除電時間の間に短時間で広範囲に除電を行った後、第２除電時間の間はイオンバランスの変動を抑えて除電を行うことができるため、短時間で安定した除電を行うことが可能である。

（２）本発明に係る電子天秤は、前記除電装置と、前記除電装置から正イオン及び負イオンが放出される秤量室が形成された本体と、前記秤量室に設けられ、測定対象物が載置される秤量皿とを備える。

このような構成によれば、除電範囲が広く、かつ、イオンバランスの変動が小さい除電装置を用いて、秤量皿に載置されている測定対象物の除電を行い、その測定対象物の質量を測定することができる。これにより、測定対象物の質量をより高い精度で測定することができる。

本発明によれば、第１除電時間の間は、除電範囲を広げることができ、その後の第２除電時間の間は、イオンバランスの変動を小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係る電子天秤の構成例を示したブロック図である。放電部に印加する電圧と放電部から放出されるイオンとの関係について説明するための図であり、比較的高い周波数で電圧を印加した場合を示している。放電部に印加する電圧と放電部から放出されるイオンとの関係について説明するための図であり、比較的低い周波数で電圧を印加した場合を示している。従来の除電の際の放電部に印加する電圧の制御について説明するための図である。従来の除電により測定対象物の静電気が除去される際の測定対象物の表面電位の経時的変化を示した図である。本実施形態における除電の際の放電部に印加する電圧の制御について説明するための図である。本実施形態における除電により測定対象物の静電気が除去される際の測定対象物の表面電位の経時的変化を示した図である。測定対象物の質量を測定する際の制御部による制御の一例を示したフローチャートである。

１．電子天秤の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る電子天秤の構成例を示したブロック図である。この電子天秤は、測定対象物Ｗの質量を測定するためのものであり、秤量皿１、荷重検出部２、放電部３、操作部４、表示部５及び制御部６などを備えている。

秤量皿１には、その上面に測定対象物Ｗが載置される。本実施形態に係る電子天秤においては、粉体からなる試料の他、各種の測定対象物Ｗを秤量皿１に載置して質量を測定することができる。秤量皿１の周囲は、例えば開閉可能な風防ケース（図示せず）により覆われており、当該風防ケース内に秤量室８が形成されている。

荷重検出部２は、秤量室８に設けられた秤量皿１に載置されている測定対象物Ｗの荷重を検出する。秤量皿１が測定対象物Ｗから受ける荷重を荷重検出部２で検出することにより、その荷重に基づいて測定対象物Ｗの質量を測定することができる。この荷重検出部２における荷重の検出方式としては、電磁式又はロードセル式などを例示することができる。

荷重検出部２が電磁式である場合には、例えば、マグネット及びコイルなどが荷重検出部２に備えられている。この場合、秤量皿１に載置される測定対象物Ｗの荷重と釣り合うように、コイルに電流を流して電磁力を作用させることにより、その際の電流量に基づいて測定対象物Ｗの荷重を検出することができる。

荷重検出部２がロードセル式である場合には、例えばアルミなどにより形成された起歪体が荷重検出部２に備えられている。この場合、秤量皿１に測定対象物Ｗが載置されることにより起歪体が撓み、その撓み量が歪みゲージなどを用いて電気信号として検出されることにより、当該電気信号に基づいて測定対象物Ｗの荷重を検出することができる。ただし、荷重検出部２は、電磁式又はロードセル式に限らず、音叉式などの他の検出方式で荷重を検出するような構成であってもよい。

放電部３は、秤量室８内に正イオン及び負イオンを放出することにより、秤量皿１に載置されている測定対象物Ｗの静電気を除去する。放電部３は、ＡＣ方式の除電器（イオナイザー）により構成されており、１本の電極（放電針）３１を備えている。この電極３１に交流電圧が印加されることにより、正イオン及び負イオンが電極３１から等量放出される。放電部３から放出される正イオン及び負イオンにより、秤量皿１上の測定対象物Ｗの静電気を非接触で中和して除去することができる。

操作部４は、例えば複数のキーにより構成されている。ユーザは、操作部４を操作することにより、各種設定操作を行うことができる。表示部５は、例えば液晶表示器により構成されている。表示部５には、測定対象物Ｗの質量の測定結果など、各種情報が表示される。

制御部６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成である。制御部６には、荷重検出部２、放電部３、操作部４及び表示部５などの各部が電気的に接続されている。制御部６は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、設定受付部６１、除電時間決定部６２、除電制御部６３及び表示処理部６４などとして機能する。

設定受付部６１は、操作部４の操作により入力された設定情報を受け付ける。例えば、ユーザが操作部４を操作することにより、放電部３から正イオン及び負イオンを放出して除電を行う時間（除電時間）が設定された場合には、その除電時間の設定が設定受付部６１により受け付けられる。

除電時間決定部６２は、設定受付部６１により受け付けられた除電時間の設定に基づいて、第１除電時間及び第２除電時間を決定する。すなわち、設定された除電時間は、除電時間決定部６２により２つの除電時間（第１除電時間及び第２除電時間）に分けられる。除電時間決定部６２は、設定された除電時間に対して予め定められた所定の比率を乗算することにより、第１除電時間及び第２除電時間を算出する。ただし、除電時間決定部６２は、設定された除電時間に対して所定の比率に基づく演算を行うような構成であれば、乗算以外の演算により第１除電時間及び第２除電時間を算出してもよい。また、上記比率は任意に設定変更できてもよい。

除電制御部６３は、放電部３の電極３１に印加する電圧を制御することにより、放電部３から正イオン及び負イオンを放出させる。除電制御部６３は、第１除電時間と第２除電時間とで異なる態様により電極３１への印加電圧を制御する。これにより、設定された除電時間中の第１除電時間と第２除電時間とで、放電部３から放出される正イオン及び負イオンを変化させることができる。

表示処理部６４は、表示部５に対する表示を制御する。具体的には、表示処理部６４は、荷重検出部２の検出信号に基づいて、測定対象物Ｗの質量の測定結果を表示部５に表示させる。また、表示処理部６４は、除電制御部６３による制御に応じて表示部５に対する表示を行うこともできる。

本実施形態における放電部３及び制御部６などは、測定対象物Ｗの静電気を除去するための除電装置を構成している。当該除電装置は、電子天秤の本体９に備えられており、本体９内に形成された秤量室８内に除電装置から正イオン及び負イオンが放出される。本体９は、上述した風防ケースを含む筐体により構成されている。

２．放電部の制御
放電部３の電極３１に印加される電圧は、所定の周波数で正電圧及び負電圧に交互に切り替えられる。すなわち、測定対象物Ｗの静電気を除去する際、除電制御部６３は、所定の周波数で放電部３に正電圧及び負電圧を交互に印加するよう制御を行う。除電制御部６３は、上記周波数を変化させて電圧を印加することも可能である。

図２Ａ及び図２Ｂは、放電部３に印加する電圧と放電部３から放出されるイオンとの関係について説明するための図である。図２Ａは、比較的高い周波数で電圧を印加した場合を示しており、図２Ｂは、比較的低い周波数で電圧を印加した場合を示している。

図２Ａに示すように、比較的高い周波数で正電圧及び負電圧を交互に印加した場合には、比較的短い周期Ｔの間に放電部３から正イオン及び負イオンが放出される。この周期Ｔは、正イオンが放出される期間Ｔ／２と、負イオンが放出される期間Ｔ／２とに分けられる。本実施形態のようなＡＣ方式の除電装置では、１本の電極３１から正イオン及び負イオンが放出されるため、短い期間Ｔ／２で正イオン及び負イオンを切り替えて放出させると、正イオン及び負イオンが放出された直後に互いに結合しやすい。この場合、正イオン及び負イオンが遠くまで届きにくく、除電範囲が狭くなる。

図２Ｂに示すように、比較的低い周波数で正電圧及び負電圧を交互に印加した場合には、比較的長い周期Ｔ´の間に放電部３から正イオン及び負イオンが放出される。この周期Ｔ´は、正イオンが放出される期間Ｔ´／２と、負イオンが放出される期間Ｔ´／２とに分けられ、各期間において図２Ａの場合よりも多くの正イオン及び負イオンが放出される。このように、正イオン及び負イオンがそれぞれ放出される期間Ｔ´／２が長ければ、正イオン及び負イオンが放出された直後に互いに結合しにくくなるため、正イオン及び負イオンを遠くまで届きやすくすることができ、除電範囲を広げることができる。

３．従来の除電
図３は、従来の除電の際の放電部３に印加する電圧の制御について説明するための図である。図４は、従来の除電により測定対象物Ｗの静電気が除去される際の測定対象物Ｗの表面電位の経時的変化を示した図である。

従来の除電の際には、図３に示すように、放電部３に印加する電圧が正電圧及び負電圧に一定周期で交互に切り替えられる。印加される正電圧及び負電圧の絶対値は同一であり、例えば正電圧が８ｋＶ、負電圧が－８ｋＶである。

この場合、正イオン及び負イオンが放出された直後に互いに結合しやすく、正イオン及び負イオンが遠くまで届きにくい。そのため、図４に示すように、測定対象物Ｗの表面電位が十分に下がるまで比較的長い時間Ａがかかる。そして、測定対象物Ｗの表面電位が十分に下がった後も継続して正イオン及び負イオンが交互に放出されるため、イオンバランスの変動が生じ、時間Ａの経過後は測定対象物Ｗの表面電位が正電位及び負電位に周期的に変化する。

４．本実施形態における除電
図５は、本実施形態における除電の際の放電部３に印加する電圧の制御について説明するための図である。図６は、本実施形態における除電により測定対象物Ｗの静電気が除去される際の測定対象物Ｗの表面電位の経時的変化を示した図である。

本実施形態における除電の時間は、図５に示すように、比較的低い周波数（第１周波数）で放電部３に正電圧及び負電圧を交互に印加する時間（第１除電時間Ｔ１）と、比較的高い周波数（第２周波数）で放電部３に正電圧及び負電圧を交互に印加する時間（第２除電時間Ｔ２）とに分けられる。第１周波数は、図３に示す従来の除電の際の周波数よりも低く（例えば周期が２倍）、第２周波数は、図３に示す従来の除電の際の周波数よりも高い（例えば周期が１／３）。第１除電時間Ｔ１及び第２除電時間Ｔ２において、印加される正電圧及び負電圧の絶対値は同一であり、例えば正電圧が８ｋＶ、負電圧が－８ｋＶである。

第１周波数は、例えば５０～５００Ｈｚである。第２周波数は、例えば１００～１０００Ｈｚである。ただし、第１周波数及び第２周波数は、上記値に限られるものではない。

第１除電時間Ｔ１及び第２除電時間Ｔ２は、除電時間決定部６２により決定される。例えば、設定受付部６１により設定を受け付けた除電時間が５ｓｅｃであった場合、この除電時間に対して所定の比率に基づく演算が行われることにより、第１除電時間Ｔ１が４ｓｅｃ、第２除電時間Ｔ２が１ｓｅｃと決定される。この例では、第１除電時間Ｔ１の方が第２除電時間Ｔ２よりも長いが、これに限らず、第２除電時間Ｔ２の方が第１除電時間Ｔ１よりも長くてもよい。

本実施形態では、第１除電時間Ｔ１の間、放電部３に正電圧及び負電圧が第１周波数で交互に印加された後、第２除電時間Ｔ２の間、放電部３に正電圧及び負電圧が第１周波数よりも高い第２周波数で交互に印加される。これにより、設定された除電時間（Ｔ１＋Ｔ２）の間、放電部３から正イオン及び負イオンが放出される。

この場合、比較的低い第１周波数で放電部３に正電圧及び負電圧を交互に印加する第１除電時間Ｔ１の間は、正イオン及び負イオンが放出された直後に互いに結合しにくく、正イオン及び負イオンが遠くまで届きやすい。そのため、図６に示すように、比較的短い時間Ｂで測定対象物Ｗの表面電位を十分に下げることができる。

また、その後に比較的高い第２周波数で放電部３に正電圧及び負電圧を交互に印加する第２除電時間Ｔ２の間は、イオンバランスの変動を従来の除電（図４参照）よりも小さくすることができる。これにより、第１除電時間Ｔ１の間に短時間で広範囲に除電を行った後、第２除電時間Ｔ２の間はイオンバランスの変動を抑えて除電を行うことができるため、短時間で安定した除電を行うことが可能である。その結果、測定対象物Ｗの質量をより高い精度で測定することができる。

５．測定時の制御
図７は、測定対象物Ｗの質量を測定する際の制御部６による制御の一例を示したフローチャートである。ユーザは、測定対象物Ｗを秤量皿１に載置した後、操作部４を操作することにより除電時間の設定を行う。そして、除電時間が設定された場合には（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、その除電時間に対して所定の比率に基づく演算が行われることにより、第１除電時間Ｔ１及び第２除電時間Ｔ２が決定される（ステップＳ１０２）。

第１除電時間Ｔ１及び第２除電時間Ｔ２が決定された後、ユーザが操作部４を操作することにより除電が開始されると（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、除電中である旨が表示部５に表示されるとともに（ステップＳ１０４）、放電部３に対する制御が行われることにより除電が開始される（ステップＳ１０５）。除電中も測定対象物Ｗの質量の測定は行われているが、除電中は測定結果が表示部５に表示されないようになっている。

その後、設定された除電時間（第１除電時間Ｔ１及び第２除電時間Ｔ２）が経過すると（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、放電部３に対する制御が終了し、測定対象物Ｗの質量の測定結果が表示部５に表示される（ステップＳ１０７）。このとき、除電中である旨の表示は表示部５から消去される。

６．変形例
上記実施形態では、本発明に係る除電装置が電子天秤に適用される場合について説明した。しかし、このような構成に限らず、本発明に係る除電装置は電子天秤以外の機器にも適用可能である。また、本発明に係る除電装置は、機器に組み込まれた構成に限らず、単品の除電装置として構成されてもよい。

１秤量皿
２荷重検出部
３放電部
４操作部
５表示部
６制御部
８秤量室
９本体
３１電極
６１設定受付部
６２除電時間決定部
６３除電制御部
６４表示処理部
Ｔ１第１除電時間
Ｔ２第２除電時間

Claims

正イオン及び負イオンを放出する放電部と、
除電時間の設定を受け付ける設定受付部と、
設定された除電時間に対して所定の比率に基づく演算を行うことにより、第１周波数で前記放電部に正電圧及び負電圧を交互に印加する第１除電時間、及び、前記第１周波数よりも高い第２周波数で前記放電部に正電圧及び負電圧を交互に印加する第２除電時間を決定する除電時間決定部と、
前記第１除電時間の間、前記放電部に正電圧及び負電圧を前記第１周波数で交互に印加した後、前記第２除電時間の間、前記放電部に正電圧及び負電圧を前記第２周波数で交互に印加することにより、前記放電部から正イオン及び負イオンを放出させる除電制御部とを備えることを特徴とする除電装置。
請求項１に記載の除電装置と、
前記除電装置から正イオン及び負イオンが放出される秤量室が形成された本体と、
前記秤量室に設けられ、測定対象物が載置される秤量皿とを備えることを特徴とする電子天秤。