JPH0641870B2 - 重量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明の重量検出装置は、物の重量を計測する秤の分
野、あるいは物の重量を検出しその重量情報を利用して
機能や性能を向上させる目的の重量検出機能応用機器に
関するものである。たとえば重量情報を有効に利用する
ものとして電子レンジがある。電子レンジでは食品の重
量を計測しそれに応じた最適の加熱時間、加熱出力、加
熱パターン等を自動決定して調理性能を向上させるとい
う応用がなされている。

従来の技術 重量を検出して、加熱を制御する重量検出機能を備えた
電子レンジはすでに公知である。電子レンジの場合、一
般の秤のように計測器としての扱いは期待できない。し
たがって、過大荷重、や衝撃荷重などについては非常に
過酷な条件となり、それに備えた機械的強度を設計上確
保する必要がある。第３図は電子レンジへの搭載の一例
として考案された従来の重量検出装置である。（特願昭
６２−５９３８２号）図において１は食品およびその載
置受け皿を支持しモーター４によって回転駆動する支持
回転軸で軸受け１７，１８によって適度のクリアランス
をもって鉛直方向に移動自在に支持されている。支持回
転軸１のスラスト方向に伝達される被測定物の荷重は荷
重伝達手段２によってダイアフラム７に一定加圧面積で
伝達される。３は荷重伝達手段２が支持回転軸１と直接
接触し摩耗するのを避けるための板ばねであり伝達量を
減衰させないように微弱な弾性をもっている。第４図に
荷重検出手段１６の断面図、第５図はその構成図を示
す。７はアルミナ焼結体でできたダイアフラム、６はア
ルミナ焼結体でできた基板でありそれぞれはガラスシー
ル９によって結合され数十ミクロンという微小ギャップ
で対向している。それぞれのアルミナ板の対向する表面
には金，白金等の貴金属からなる電極５が印刷、焼成さ
れコンデンサーを形成している。重量の検出原理は、荷
重伝達手段２で伝達された荷重によって、ダイアフラム
７がたわみギャップに依存して静電容量が変化するもの
である。静電容量はリード線１１によって外部回路にと
りだし、信号処理，演算を施して重量を計算する。さら
に荷重検出手段１６を載置するためのセンサーベッド６
の構造は載置台側から基板８に荷重が加わり特性が変化
するのを防ぐためガラスシール９より内部の感圧部をく
りぬいている。これにより、ダイアフラム７側からの荷
重だけを正確に検出することができる。第３図に戻り、
センサーベッド６はセンサー取り付け金具１０の上に載
置されさらにセンサー全体を電気的にシールドするため
センサーカバー１９で覆っている。

発明が解決しようとする問題点 ところが、このような重量検出装置においては過大荷重
あるいは衝撃荷重が荷重検出手段１６に加わった場合、
ダイアフラム７がたわみ、基板８に当たる。しかし基板
８はセンサーベッド６の構造上うけがなく無制限にたわ
み破壊に到ってしまうという問題があった。アルミナの
ダイアフラムの破壊たわみ量はせいぜい数十ミクロンで
あり、これを制限するためセンサーベッドのくりぬき部
分の深さを数十ミクロンに加工することは極めて困難で
あった。たとえば、センサーベッド６を板金で構成した
場合、段押しの精度はせいぜい百ミクロンオーダーであ
り数十ミクロンは到底不可能である。

本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、
簡単な構成でダイアフラム、および基板の変移を制限し
過大荷重や衝撃荷重に対しても破壊しない優れた重量検
出装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 本発明の重量検出装置は、所定間隔で対向するアルミナ
の焼結体からなる基板と、ダイアフラムと、対向する面
に形成された容量電極と、基板とダイアフラムを容量電
極の外周部で結合するガラスシールとからなる静電容量
型圧力センサーと、この静電容量型圧力センサーに点荷
重を伝達する荷重伝達手段と、この静電容量型圧力セン
サーを載置する平板のセンサー載置部と、この静電容量
型圧力センサーと平板のセンサー載置台の間にはさみこ
む薄膜スペーサーとからなるものである。

作用 基板の感圧部分を避けてセンサー載置部と基板の間には
さまれた薄膜スペーサーによって、感圧部の下に微小な
空隙ができる。したがって基板側から荷重がセンサーに
加わることがなく、正確にダイアフラム側のみから荷重
伝達手段を通じて被測定物の荷重が加わり、特性のバラ
ツキもなく再現性も非常に優れている。しかも、過大な
荷重や衝撃が加えられた場合、薄膜を使用しているため
基板が異常にたわもうとしても、薄膜を介してすぐ下に
位置するセンサー載置部がそれを簡単に阻止するためセ
ンサー基板が破壊することはなく耐衝撃も著しく向上す
る。

実施例 以下、本発明の重量検出装置を図面を参照して説明す
る。第２図において１は被測定物、およびその載置台を
支持する支持回転軸、４は支持回転軸を回転駆動するモ
ーターで電源周期に同期する同期モーターであり、歯車
１２，１３という複数の歯車を用いて低速度、高トルク
化をはかっている。支持回転軸１は軸受け１７，１８に
よって適度のクリアランスをもって鉛直方向に移動自在
に保持されている。１５は軸止めピンで支持回転軸１の
脱落を防止している。３は支持回転軸をうける板バネで
あり、荷重伝達手段２が回転駆動する支持回転軸１と直
接接触し摩耗するのを防ぐものでダイアフラム７より充
分小さい弾性とし、秤量特性に対しては無視できるもの
とする。２は荷重伝達手段で支持回転軸１からの荷重を
荷重検出手段１６に伝達するためのもので、ダイアフラ
ム７との接触面積で規定される点荷重を伝達する機能を
もっている。２０は荷重検出手段１６を載置するセンサ
ー載置部２０であり、２１はセンサー載置部２０と荷重
検出手段１６の間にはさまれるアルミ箔で作られた１５
μｍの膜厚の薄膜スペーサー２１である。１０はセンサ
ー載置部２０をマウントするセンサー取り付け金具１０
である。１９は荷重検出手段を電気的にシールドするた
めのセンサーカバーである荷重検出手段１６の静電容量
はリード線１１によって外部回路に取り出される。支持
回転軸１は軸受けＡ１７，軸受けＢ１８によって鉛直方
向に保持され荷重は鉛直方向に伝達されるが、軸と軸受
け部のクリアランスのため実際には支持回転軸１は傾き
被測定物の載置位置による誤差が発生する。また、その
他にも軸受けＡ１７，軸受けＢ１８と支持回転軸１の摩
擦等の荷重伝達損失があるため、モーター４で支持回転
軸１を回転駆動しながら一定期間荷重検出手段１６から
の出力を積分平均してより正確な重量を検出する。理想
的にはちょうど支持回転軸１が一回転する期間積分平均
することが望ましい。第１図は荷重伝達手段２を介した
荷重がダイヤフラム７と基板８をたわませる様子であ
る。上下２つの電極５が互いに接触するまでダイアフラ
ム７のみがたわむが、接触後は基板８もセンサー載置部
２０に接触するまでたわみ続ける。これ以降はいくら荷
重がかかろうとも剛体であるセンサー載置部２０が荷重
を支持するため、ダイアフラム７及び基板８が異常にた
わんで破壊することがなくなる。ただし、これまでのた
わみによる応力がダイアフラム７及び基板８の弾性限界
を越えないことが必要条件である。そのたわみ量を決定
するのが薄膜スペーサー２１の膜厚である。ここで大切
なのは薄膜の材質ではなく膜厚であるため、市販されて
いるアルミ箔でも１５μｍという安定した厚さを持って
いる限り、充分条件を満足し得ることが確かめられた。
このようにすれば、第２図に示すように、荷重検出手段
１６を薄膜スペーサー２１を介してセンサー載置部２０
に載置した際薄膜スペーサー２１の膜厚に相当するきわ
めて微小な１５μｍ程度のギャップが基板８の感圧部の
下にできるため、重量測定時には基板８側から圧力が加
わるということは全く発生せず、極めて正確に被測定物
からの荷重のみを測定できる。また、過大荷重，衝撃荷
重が加わっても、基板８およびダイアフラム７のたわみ
量は薄膜スペーサー２１の厚みで規制されるためたわみ
すぎて破壊するという従来の問題は全く発生しなくな
り、機械的強度は著しく向上する。

発明の効果 以上のように本発明の重量検出装置は、表面に容量電極
を持つ２枚のアルミナ焼結体からなるダイアフラムを微
小ギャップで対向させてなる静電容量型圧力センサーを
用い、かつ、センサーとセンサー載置部の間に所定の膜
厚を持ちセンサー感圧部に接触しない形状の薄膜スペー
サーをはさみこむものである。したがってセンサー載置
部とセンサーの載置側の基板の間に薄膜スペーサーの厚
み分の極めて微小な空隙ができるため、秤量中のセンサ
ー基板載置側からの圧力は全くなく、正確に被測定物の
重量が上のダイアフラムに印加され、精度，特性のバラ
ツキ，再現性は著しく向上する。特に本発明は、電子レ
ンジへのアプリケーションで代表されるような過酷な機
械的使用条件にも充分耐え、しかも優れた秤量特性をも
備えることができ、簡単な構造で耐衝撃性にも優れた実
用上極めて有利な重量検出装置を供給するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における重量検出装置にもち
いる静電容量型圧力センサーの断面図、第２図は同装置
の断面図、第３図は従来の重量検出装置の断面図、第４
図は同装置の圧力センサーの断面図、第５図は同装置要
部の分解斜視図である。 ２……荷重伝達手段、５……電極、７……ダイアフラ
ム、８……基板、９……ガラスシール、１０……センサ
ー取り付け金具、１４……表面コート、１６……荷重検
出手段、２０……センサー載置部、２１……薄膜スペー
サー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミナの焼結体からなる基板と、アルミ
   ナ焼結体の薄板からなり前記基板と所定間隔で対向する
   ダイアフラムと、前記基板と前記ダイアフラムの対向す
   る表面に形成された容量電極と、前記容量電極の外周部
   で前記ダイアフラムと前記基板とを結合するガラススペ
   ーサとを有するとともに前記ダイアフラム表面の圧力に
   よって静電容量が変化する静電容量検出型の圧力センサ
   ーと、前記圧力センサーを載置するセンサー載置部と、
   前記ダイアフラムの前記電極中心付近に載置され前記圧
   力センサーに外部から荷重を伝達する荷重伝達手段とを
   設け、前記圧力センサーは所定の膜厚を有する薄膜スペ
   ーサーを介して前記センサー載置部に載置され、前記セ
   ンサー載置部と前記圧力センサーの感圧部に間隙を形成
   した重量検出装置。