JP2000258261A - 静電容量型荷重センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな荷重に耐え得る強固な構造を有し、長
期に亘って信頼性の高い計測精度を維持し得る静電容量
型荷重センサを提供する。 【解決手段】 電極板をなす複数の金属板１１,１２間
の周縁部にスペーサ１３を介装した構造を有し、特にス
ペーサとしてアルミ合金や鉄、鉄合金等の導電体を用
い、前記金属板またはスペーサの一方またはその双方の
表面に前記金属板間を絶縁する絶縁層１１ｂ,１２ｂ,１
３ｂを、例えば陽極酸化処理により化成皮膜として形成
されるアルミナ、或いは燐酸化処理により形成される燐
酸化皮膜として設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば１００ｋｇ
以上の大きな荷重に耐え得る強固な構造の計測信頼性の
高い静電容量型荷重センサに関する。

【０００２】

【関連する背景技術】静電容量型荷重センサは、基本的
には図５に示すように微小な間隙を隔てて対向配置され
て一対の電極板をなす２枚の円盤状の金属板１,２と、
これらの金属板１,２の周縁部に介装されて該金属板１,
２間を絶縁する円環状のスペーサ３とからなり、前記２
枚の金属板１,２にてコンデンサを形成した構造をな
す。そして荷重を受けて撓みを生じる前記金属板１,２
間の距離変化を、金属板（電極板）１,２にそれぞれ接
続されたリード線４,５を介して、その静電容量の変化
として捉える如く機能する。

【０００３】尚、スペーサ３は、金属板１,２間に介装
されるスペーサ本体３ａと、前記各金属板１,２をそれ
ぞれ挟み込んで上記スペーサ本体３ａに接合一体化され
るカバー体３ｂ,３ｃとからなる。ちなみにこの種のス
ペーサ３は、通常、絶縁性の高いプラスチックを素材と
し、前記スペーサ本体３ａはＰＯＭ（ポリオキシメチレ
ン），ＰＩ（ポリイソプレン），ＰＥＮ（ポリエチレン
ナフタレート）等のエンジニアリングプラスチックを用
いて、またカバー体３ｂ,３ｃはＰＯＭやポリアセター
ル等のエンジニアリングプラスチックを用いて製作され
る。そしてこれらのスペーサ本体３ａおよびカバー体３
ｂ,３ｃは、前記各金属板１,２をそれぞれ挟み込んだ
後、超音波加工やプレス加工等により接合一体化され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近、上述し
た構造の静電容量型荷重センサを、車両における着座セ
ンサとして用いることが種々試みられている。例えば車
両における着座シートの脚部に静電容量型荷重センサを
取り付けることで、運転者の着座姿勢に拘わることな
く、その着座を確実に検出するようにしている。この場
合、荷重センサとしては、例えば着座シートの重量と体
重とを加えた１００ｋｇ以上の大きな荷重を検出するこ
とが必要となる。

【０００５】しかしながらこのような大きな荷重を検出
する荷重センサにおいては、金属板１,２に加わる荷重
を前記スペーサ３にて受け止めることが必要であり、ス
ペーサ３に相当の負担が掛かることが否めない。しかも
着座センサとして車両に組み込まれる荷重センサにあっ
ては、長時間に亘って荷重が加えられたままの状態とな
ることが多く、更にはその設置環境である車室内が相当
高温化することもある。この為、前述した如くプラスチ
ックを素材とするスペーサ３が次第に変形して潰れを生
じ、前記金属板（電極板）１,２間の距離が変化し易い
と言う不具合がある。このようなスペーサ３の変形は、
静電容量型荷重センサにより計測される荷重の大きな計
測誤差の要因となる。

【０００６】ちなみにスペーサ３の素材としてガラスや
セラミック等の変形し難い堅いものを用いることも検討
されているが、逆に脆い性質を有するので、衝撃荷重を
うけた際、破損する虞が大きいと言う問題がある。本発
明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目
的は、例えば１００ｋｇ以上の大きな荷重に耐え得る強
固な構造を有し、長期に亘って信頼性の高い計測精度を
維持することのできる静電容量型荷重センサを提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る静電容量型荷重センサは、電極板をな
す複数の金属板間の周縁部にスペーサを介装して上記複
数の金属板を平行に対峙させてコンデンサを形成してな
るものであって、特に上記スペーサとしてアルミ合金や
鉄、鉄合金等の導電体を用い、前記金属板またはスペー
サの一方またはその双方の表面に前記金属板間を絶縁す
る絶縁層を、例えば陽極酸化処理により化成皮膜として
形成されるアルミナ、或いは燐酸化処理により形成され
る燐酸化皮膜として設けることを特徴としている。

【０００８】また前記スペーサを、互いに離間して前記
金属板間の周縁部に介装される複数の導電体部品とし、
これらの導電体部品を前記複数の金属板にそれぞれ択一
的に電気的接続して電極リードとして機能させることを
特徴としている。即ち、本発明は電極板をなす金属板と
同程度の剛性（硬さ）を有するニッケルや鉄等の導電体
をスペーサとして用い、前記金属板またはスペーサの一
方またはその双方の表面にアルミナや燐酸化皮膜等の絶
縁性の化成皮膜からなる絶縁層を形成することで前記導
電性のスペーサを介する前記金属板間の電気的接触を阻
止し、複数の金属板間を絶縁することでコンデンサとし
て機能させるようにしたことを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態に係る静電容量型荷重センサについて説明する。
図１は第１の実施形態に係る静電容量型荷重センサの構
造を示す分解斜視図である。図中１１,１２はアルミ合
金や鉄、鉄合金等の金属板からなる円盤状の一対の電極
板であり、１３はアルミ合金や鉄、鉄合金等の導電性の
金属板からなる円環状（リング状）のスペーサである。
しかして前記一対の電極板１１,１２はスペーサ１３を
介して重ね合わせられ、その周縁部にそれぞれ穿たれた
取り付け孔１１ａ,１２ａ,１３ａに挿通される金属性の
リベット１４にてその上下面から締結されて、図２にそ
の断面構造を示すように一体に固定化されるようになっ
ている。

【００１０】尚、リベット１４は、頭部１４ａを有する
釘状の軸部１４ｂと、この軸部１４ｂに嵌め込まれて前
記頭部１４ａとの間に前述した如くスペーサ１３を間に
して重ね合わせられた一対の電極板１１,１２を挟み込
んで固定する固定リング１４ｃとからなる。またこのリ
ベット１４は、後述するように前記各電極板１１,１２
の電極リードとしても用いられるもので、前記固定リン
グ１４ｃを挿通して突出する軸部１４ｂの先端を、セン
サ回路等が実装されるプリント基板（図示せず）との接
続固定部としている。

【００１１】しかして前記スペーサ１３の、前記取り付
け孔１３ａの内壁面を含む表面には絶縁層１３ｂが形成
されている。ちなみにスペーサ１３がアルミ合金からな
る場合には、その表面を陽極酸化処理することで前記絶
縁層１３ｂはアルミナの化成皮膜として形成される。ま
たスペーサ１３が鉄や鉄合金からなる場合には、その表
面を燐酸化処理することで前記絶縁層１３ｂは燐酸化皮
膜として形成される。即ち、その素材の性質に応じた表
面処理を施すことで、スペーサ１３の素材表面に絶縁性
の化成皮膜からなる絶縁層１３ｂが形成されている。

【００１２】また前記電極板１１,１２の表面の周縁部
にも前記スペーサ１３の形状に合わせて円環状に絶縁層
１１ｂ,１２ｂがそれぞれ形成されている。これらの絶
縁層１１ｂ,１２ｂも、前記各取り付け孔１１ａ,１２ａ
の内壁面を含んで設けられる。しかし各電極板１１,１
２における１つの取り付け孔１１ａ,１２ａの周囲表面
とその内壁面については、前述した如く電極リードとし
て用いられるリベット１４との電気的接続を実現するべ
く、前記絶縁層１１ｂ,１２ｂを部分的に除去し、その
素材表面が露出されている。前記電極板１１,１２は、
上述した如く素材表面を露出させた取り付け孔１１ａ,
１２ａが互いに重なり合うことのない位置となるよう
に、例えば直径方向に離反するように位置決めされて前
記スペーサ１３を介して重ね合わせられる。

【００１３】かくして上述した如き絶縁層１１ｂ,１２
ｂ,１３ｂをその表面に形成した電極板１１,１２をスペ
ーサ１３を介して重ね合わせ、取り付け孔１１ａ,１２
ａ,１３ａに挿通されたリベット１４により接合一体化
した構造の静電型荷重センサによれば、スペーサ１３が
導電性の金属を素材とすると雖も、その表面に絶縁層１
３ｂが形成されているので電極板１１,１２との絶縁性
を確保することができ、電極板１１,１２間を絶縁して
該電極板１１,１２をコンデンサとして機能させること
ができる。

【００１４】また前記リベット１４は、基本的には前記
電極板１１,１２およびスペーサ１３と絶縁層１１ｂ,１
２ｂ,１３ｂを介して絶縁されているので、このリベッ
ト１４により前記電極板１１,１２間を絶縁が阻害され
ることがない。また前記電極板１１の素材表面を露出さ
せた取り付け孔１１ａを挿通させて設けられたリベット
１４は、上記素材表面を露出させた取り付け孔１１ａの
内壁面およびその表面に接触して該電極板１１に電気的
に接続され、該電極板１１の電極リードとして機能す
る。また前記電極板１２の素材表面を露出させた取り付
け孔１２ａを挿通させて設けられたリベット１４は、上
記素材表面を露出させた取り付け孔１２ａの内壁面およ
びその表面に接触して該電極板１２に電気的に接続さ
れ、該電極板１２の電極リードとして機能する。従って
これらのリベット１４,１４を介して前記一対の電極板
１１,１２を、プリント基板等に簡易に外部接続するこ
とができる。

【００１５】しかして上述した如き構成の静電型荷重セ
ンサによれば、スペーサ１３が電極板１１,１２と同等
なニッケル合金や鉄、或いは鉄合金を素材としたもので
あるから非常に堅牢であり、１００ｋｇ以上の大きな荷
重が長期間に亘って加えられるような環境で使用される
場合であっても、また高温環境に晒されるような場合で
あっも変形する虞が殆どない。しかもガラスやセラミッ
クのように脆くもないので、不本意な衝撃荷重にも十分
に耐えることができ、静圧下における電極板１１,１２
間の距離を安定に維持することができる。この結果、長
期に亘って、その計測精度を安定に維持することが可能
となる。

【００１６】ところで本発明に係る静電型荷重センサ
は、例えば図３に示すような構造として実現することも
できる。この第２の実施形態について説明すると、２枚
の電極板１１,１２については先の実施形態と同様に実
現され、その表面には前述したように絶縁層１１ｂ,１
２ｂがそれぞれ設けられる。これに対してスペーサ１３
は、図４にその平面形状を示すように、互いに離反して
電極板１１,１２の周縁部に沿って配置されるＣ字状を
なす一対の導電体部品１５,１５として実現される。但
し、この導電体部品１５,１５（スペーサ１３）の表面
には前述したような絶縁層１３ｂは設けられない。そし
てこれらの導電体部品１５,１５と前記電極板１１,１２
との絶縁は、基本的には前記各電極板１１,１２の表面
に設けられた絶縁層１１ｂ,１２ｂにより確保される
が、前記電極板１１は素材表面を露出させた取り付け孔
１１ａ部分にて一方の導電体部品１５の表面に接触して
電気的接続され、また前記電極板１２は素材表面を露出
させた取り付け孔１２ａ部分にて他方の導電体部品１５
の表面に接触して電気的接続されている。

【００１７】しかして上述した一対の導電体部品１５,
１５（スペーサ１３）を介して重ね合わせられた電極板
１１,１２は、その取り付け孔１１ａ,１２ａ,１３ａを
挿通させた、エンジニアリングプラスチックからなる絶
縁性のリベット１６にて、その上下面を挟み込まれて接
合一体化されている。従って電極板１１,１２は、リベ
ット１６を介して電気的に接続されることはなく、その
間の絶縁性は前記絶縁層１１ｂ,１２ｂにて確保され
る。

【００１８】かくしてこのように構成された静電型荷重
センサであっても、一対の電極板１１,１２は、該電極
板１１,１２と同等なニッケル合金や鉄、或いは鉄合金
を素材とするスペーサ１３（導電体部品１５,１５）を
介して重ね合わせられた構造であるので、大きな荷重が
長期間に亘って加わるような環境で使用されたとして
も、スペーサ１３（導電体部品１５,１５）の変形を招
来することがなく、電極１１,１２間の距離を一定に保
つことができる。またこれらの電極板１１,１２とスペ
ーサ１３とを接合一体化するリベット１６がエンジニア
リングプラスチックからなる絶縁性の素材からなると雖
も、これらのリベット１６に直接荷重が係ることがな
く、リベット１６はこれらを接合一体化する役割を果た
すに過ぎないので、リベット１６が変形する虞は殆どな
く、仮にリベット１６に変形が生じたとしても、その影
響が電極板１１,１２間の静電容量特性に悪影響を及ぼ
す虞はない。

【００１９】また前記導電体部品１５,１５は互いに離
反し、一対の電極板１１,１２の表面に各別に接触して
各電極板１１,１２の電極リードとして機能するので、
この構造であっても先の実施形態のものと同様に外部回
路との電気的接続を容易になし得る等の効果が奏せられ
る。尚、本発明は上述した実施形態に限定されるもので
はない。例えば電極板１１,１２の大きさ（径）やその
板厚、更にはその対向距離は、計測対象とする荷重の大
きさや、要求される計測感度等に応じて定めれば良いも
のである。また第２の実施形態において、導電体部品１
５,１５の形状に対応させて各電極板１１,１２にそれぞ
れ導電膜１１ｂ,１２ｂを形成し、リベット１６との絶
縁を確保するようにすれば、該リベット１６として導電
性の金属を用いることも勿論可能である。また３枚以上
の導電板を互いに所定の距離を隔てて多層構造化したコ
ンデンサを形成する場合にも同様に適用可能である。ま
た前記電極板間に、適宜、誘電体を介装することも可能
である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極板をなす複数の金属板間の周縁部に介装されて上記各
金属板を平行に対峙させるスペーサを、電極板と同等な
アルミ合金や鉄、鉄合金等の導電体を素材として形成
し、前記電極板またはスペーサの一方またはその双方の
表面に前記電極板間を絶縁する絶縁層を形成した構造な
ので、長期に亘って大きな荷重が加えられるような場合
であっても、スペーサの変形を防いでその計測精度を安
定に確保することのできる簡易な構造の静電型荷重セン
サを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る静電容量型荷重
センサの構造を示す分解斜視図。

【図２】図１に示す静電容量型荷重センサの組み立て構
造を示す断面図。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る静電容量型荷重
センサの構造を示す断面図。

【図４】図３に示す静電容量型荷重センサにおけるスペ
ーサ（導電体部品）の平面形状を示す図。

【図５】従来の静電型荷重センサの一般的構造を示す断
面図。

【符号の説明】

１１ 電極板（金属板） １２ 電極板（金属板） １３ スペーサ（金属板） １４ リベット １５ 導電体部品（スペーサ） １６ リベット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板からなる複数の電極板と、これら
   の電極板間の周縁部に介装されて前記電極板を平行に対
   峙させる導電体からなるスペーサと、前記電極板または
   スペーサの一方またはその双方の表面に形成されて前記
   電極板間を絶縁する絶縁層とを具備したことを特徴とす
   る静電容量型荷重センサ。
2. 【請求項２】 前記スペーサは、互いに離間して前記電
   極板間の周縁部に介装される複数の導電体部品からな
   り、前記複数の電極板に択一的に電気的接続されること
   を特徴とする請求項１に記載の静電容量型荷重センサ。