JPH0718986Y2 - 高感度静電容量式荷重検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は，荷重が回転している状態でその重量を電気的
に検出する静電容量式荷重検出装置に係る。この静電容
量式荷重検出装置は、被調理物を回転させるターンテー
ブルを有する電子レンジ等に用いることに適している。

〈従来の技術〉 第７図に従来の静電容量式荷重検出装置の１実施例を示
す。平行運動金具11′が，固定支持金具13′により，外
枠フレーム12′に接続されてロバーバル機構を構成して
いる，平行運動金具11′は，その一部分が荷重うけ金具
７′を構成している。荷重うけ金具は下側にコの字型形
状をしており，その両側側面部に保護用板バネ６′が取
付けられている。

′は，センサユニット部であり，第８図に示す如く絶
縁性固定基板２′，ギャップ形成用積層部４′絶縁性可
動基板２″，加圧棒５′，保持金具10′にて構成されて
おり，保護用板バネ６′を介して，荷重が加圧棒に加え
られている。

絶縁性固定基板，及び絶縁性可動基板の平面部分には電
極部分３′がもうけられ，互に対抗する形にてギャップ
形成用積層部によって両基板が固定されて空気コンデン
サーを形成している。

ここで従来の荷重検出装置には下記のような問題点が有
る。

1.絶縁性可動基板は，通常アルミナ基板が用いられセラ
ミックス材料のため，機械的衝撃に対して弱く破損等の
発生する危険性が高いという問題点がある。

2.従来機械的衝撃に対してセンサユニットを保護するた
めに機械的なストッパ機構をもうける必要があり，部品
点数の追加，あるいは設計，組立てが容易でなくコスト
高となっていた。第８図の例ではストッパー機能をもた
せるため金具７′と板バネ６′が部品として追加されて
いる。

3.従来用いているロバーバル機構部分は部品点数も多く
又形状が大型化し又組立て精度も必要であり，従って機
構部分全体のコスト高となっていた。

4.センサ部の絶縁性可動基板のアルミナ基板は，ヤング
率が40000kg/mm²と高く，従って荷重に対する変位置が
少である通常0.6mm板厚にて２μm/1kg当りという欠点が
あり，ギャップ形成用積層部の厚みを，機能上許しうる
最少値約50μｍまで低下させたとしても感度即ち容量に
対する変化容量ΔC/Cは５％前後にとどまっている。

5.センサ部の絶縁性可動基板のヤング率の温度係数は通
常アルミナ基板において約−100ppm/℃前後であり，従
ってセンサ部分全体の温度係数を大となるという欠点が
あった。

〈考案の目的〉 本考案は上述した従来の静電容量式荷重検出装置の欠点
を除去し，感度が高く，温度特性が良好で機械的な衝撃
に強く，しかも機構部分の部品点数を大巾に削減しうる
静電容量式荷重検出装置を提供することを目的とする。

〈考案の構成〉 本考案の高感度静電容量式荷重検出装置の構成は，一方
の面に電極部分とギャップ形成用積層部が形成された絶
縁性固定基板と金属材料よりなる可動基板とが，絶縁性
フレームの内側に配置されて空気コンデンサを形成し，
前記絶縁性フレームは，台座の基部に，キャップによっ
て固定されており，キャップの中心部分には，加圧棒が
組込まれており，前記加圧棒の下端は，可動基板に密着
しており，加圧棒の上端は，シャフト受けバネに密着し
ており，シャフト受けバネの上には駆動モーターのシャ
フトが置かれ，シャフト受けバネを仲介して，加圧棒の
軸方向と，モーターシャフトの軸方向とをほぼ合わせた
構成としている。

〈実施例〉 第１図に本考案による高感度静電容量式荷重検出装置の
１実施例を，第２図にその分解斜視図を示す。

はセンサ部分であり，センサ受板9,絶縁性固定基板1,
一枚の平坦な金属板よりなる可動基板2,加圧棒3,フレー
ム4,キャップ５により構成されているセンサ部分は，
キャップ５のつめ部分52,53,54,55により台座10の底部1
00に上記つめを折りまげる等の手段によって固定されて
いる。台座10は側面を折りまげたコの字形の形状をして
おり，その側面部に切りかき部101,102がもうけられ，
前記切りかき部にシャフト受けバネ６の両端部が組込ま
れている。ここで、本考案による高感度静電容量式荷重
検出装置が、例えば、前述のごとく電子レンジのターン
テーブル上の被調理物の重量を計るのに用いられる場合
には、その回転軸駆動モーター７が取付板８によって台
座10に対して固定される。そして、回転軸駆動モーター
７からは、シャフト71が上下に延びている。シャフト71
は、所定の小さなストロークだけ、上下動可能である。
さらに、シャフト71の下端は、シャフト受けバネ６上の
ほぼ中央部分に接触可能に配され、シャフト受けバネ６
を挟んで加圧棒３の上端と対向している。

シャフト71は，その軸の長さ方向にクリアランス（約２
〜3mm）をもっており，被測定荷重は，シャフト71か
ら，シャフト受けバネ６を介して，加圧棒３に伝達さ
れ，可動基板２を変形させて，可動基板２と絶縁性固定
基板１の電極部12との間の静電容量を増加させる。Ｃ−
Ｆコンバータ回路110では前記静電容量の変化分＋ΔＣ
を発振周波数の変化分−−Δｆとして出力し，（第３図
の静電容量対荷重特性参照）発振周波数の変化として，
荷重を検出する。（第４図参照） ここでのセンサ部分について，くわしく説明する。絶
縁性固定基板１はセンサ受板9,と共に角形の筒状を呈す
るフレーム４の中に挿着されている。絶縁性固定基板１
は，通常アルミナ基板が用いられ，その平面上に，印刷
等の手段によりリング状のギャップ形成用積層部11,及
び電極部分12がもうけられている。

フレーム４の内側形状は正方形であり内寸法はＤ＋ΔＤ
に設定されΔＤが，絶縁性固定基板1,センサ受板９との
クリアランスであり（絶縁性固定基板1,及びセンサ受板
９は正方形で外形寸法はＤに設定している。）ΔＤは通
常0.1〜0.2mmに設定されている。

一方金属材料よりなる可動基板２は，その外径をＤφに
設定しており上記フレーム４の中に装着され，絶縁性固
定基板１のギャップ形成用積層部11の上に接着をせずに
重ねられ即ち、可動基板２は絶縁性固定基板１と共に、
筒状を呈するフレーム４の筒内に、筒内面に対して微小
な間隙ΔＤをおいて配置されており、クリアランスΔＤ
を残して水平方向の変位が規制された状態にある。

ここで本考案では、可動基板２として，通常のバネ材料
であるステンレス板バネあるいはリング青銅板バネ（ヤ
ング率の温時−300ppm/℃前後）及びヤング率の温度特
性が特に少である±10ppm/℃以下の恒弾性合金板を用い
る。

ここで本考案では，特に従来の荷重検出装置よりも感度
（容量の変化率）ΔC/Cを上昇させ，しかも低価格を実
現することを主目的に，特に，下記の点が従来の荷重検
出装置にはない特徴的な改善点となっている。

（イ）可動基板として従来の絶縁性可動基板から一枚の
平坦な金属板へと改善した事により，従来問題となって
いた絶縁性可動基板の機械的な衝撃によるワレ等の問題
点が解決し，従って，従来行なわれていたような機械的
なストッパー機構を考慮する必要がなく，その分のスト
ッパー用の部品が不要となる。しかも，板面に凹凸形状
を持たないため，外形を切り出す加工のみで容易に得ら
れる。

（ロ）荷重印加機構として，測定荷重が駆動モーター７
のシャフト71に伝達されてシャフト受けバネ６を介して
直接加工棒に加わり，金属材料よりなる可動基板２を変
形させる機構としており，従来のローバーバル機構のよ
うな平行運動金具，固定支持金具，を用いた機構よりも
非常に簡略化された機構であり上記のストッパー機構
の除去と相まってさらに部品点数が削減される。

（ハ）可動基板として金属材料を用いた事により従来の
絶縁性可動基板よりヤング率を約1/2とし（従来の絶縁
性可動基板のヤング率アルミナ基板の場合ヤング率は40
000kg/mm²，一方本考案での金属材料は，ステンレス材
等ではヤング率は19000kg/mm²）従って材料自体として
約２倍の感度ΔC/Cを可能とした。さらに構造上，従来
は，絶縁性可動基板と絶縁性固定基板とを完全に封止部
材にて両者を接着固定しているのに対し，本考案の場合
は，金属材料よりなる可動基板２が絶縁性固定基板１の
ギャップ形成用積層部11の上に接着することなく密着さ
れており，可動基板２は，ギャップ形成用積層部11を支
点として，自由に変位できるようになっており，従って
同一荷重に対する可動基板の変位量は，同一寸法，材質
の前提にて本考案の場合は，従来の場合の約2.5倍の変
位量が得られる。

従って上記材料自体のヤング率の差を加えると，本考案
の場合は約２×2.5倍の感度（ΔC/C）が得られる。

（ニ）さらに本考案では，可動基板２の金属材料とし
て，ヤング率の温度特性が特に少さい（±10ppm/℃以下
の）恒弾性合金を用いた場合には，上記（ハ）で説明し
た構造上の効果により（可動基板と，固定基板とが接着
されていないので両者の間のバイメタル効果が発生しな
い事）荷重検出装置のセンサ部材としての温度特性は，
ほぼ，恒弾性合金のヤング率の温度特性のレベルとなり
明らかに従来の，絶縁性可動基板を用いた場合のセンサ
部分の温度特性（−100ppm/℃前後）より１ケタ改善さ
れる。

ここで本考案では，荷重印加機構について，測定荷重を
安定に，可動基板２に伝達するために下記の点が工夫さ
れている すなわち従来のロバーバル機構が，平行運動金具，固定
支持金具の作用により，測定荷重を垂直方向に加圧棒に
加える機能を有しているのに対し，本考案は，特に，駆
動モータシャフト71の先端形状，及び加圧棒３の上端部
と下端部の形状の工夫により，シャフト71からの測定荷
重を安定に垂直方向に保つ事を実現し，従来のロバーバ
ル機構と同レベルの荷重安定性を得ている。即ち第５図
に示すごとく本考案では，シャフト71のシャフト受けバ
ネと密着する部分を平坦形状とし，かつ，加圧棒の上端
形状，下端形状をともに平坦形状としている。

このようにすることによりシャフト71の先端部分の安定
性が保たれ，安定した荷重特性が得られる。一方第６図
のごとく，例えば加圧棒の上端をＲ付き形状とすると，
シャフト71の先端部分は，シャフト受けバネを介して加
圧棒３′の上端Ｒ形状にそって軸の角度ズレθを引き起
す事となる。

〈考案の効果〉 以上本考案によれば従来の荷重検出装置よりも，感度が
高く，温度特性が良好で，しかも機構部分の部品点数を
大巾に削減して小形化された低価格とした高感度静電容
量式荷重検出装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による高感度静電容量式荷重検出装置の
１実施例を，第２図にその分解斜視図を，また第３図は
センサ部の静電容量対荷重特性，第４図は荷重検出装置
としての出力周波数対荷重特性，第５図，第６図はシャ
フト，加圧棒の形状を説明する図，第７図は従来の静電
容量式荷重検出装置を示す図，第８図は第７図での前面
図，第９図は，第７図のセンサ部分の分解斜視図であ
る。 ，′…センサ部分,1…絶縁性固定基板,11…ギャッ
プ形成用積層部,12…電極部,2…金属可動基板,3…加圧
棒,4…絶縁性フレーム,5…ギャップ,51…小穴,52,53,5
4,55…つめ部分,6…シャフト受けバネ,7…駆動モータ,7
1…シャフト,72…軸受け,8…取付板,9…センサ受板,10
…台座,101,102…切りかき部,110…回路基板,13′…平
形運動金具,14′…ピン,11′…平行運動金具,12′…固
定支持金具,10′…センサーカバー,9′…センサ支持金
具,8′…シャフト,7′…荷重受け金具,6′…保護用板バ
ネ,5′…加圧棒,4′…ギャップ形成用積層部,3′…電極
部,2′…絶縁性固定基板,2″…絶縁性可動基板。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状を呈する絶縁性フレーム４の筒内に、
   筒内面に対して微小な間隙をおいて、上面に環状のギャ
   ップ形成用積層部11を持つ絶縁性固定基板１と恒弾性合
   金板から成る可動基板２とが接着することなく重ねて配
   置され、前記絶縁性フレーム４は、加圧棒３がその軸方
   向に可動にセットされたキャップ５によって台座10の上
   に固定され、前記加圧棒３は、前記可動基板２の中心軸
   と同軸に配され、板状のシャフト受けバネ６が、前記加
   圧棒３の上に接触可能に配され、前記台座10に対して固
   定される回転軸駆動モーター７から前記可動基板２の中
   心軸と同軸にかつ上下に延び、さらに所定のストローク
   だけ上下動可能なシャフト71の下端が、前記シャフト受
   けバネ６上に接触可能であり、前記シャフト71の上端か
   ら軸方向に印加される荷重が前記シャフト受けバネ６お
   よび前記加圧棒３を経て前記可動基板２に伝達して前記
   可動基板２が撓むことにともなって変化する前記絶縁性
   固定基板１と前記可動基板２との間の静電容量をＣ−Ｆ
   コンバータ回路110によって周波数に変換し、前記荷重
   として検出する高感度静電容量式荷重検出装置であっ
   て、前記シャフト71の下端は、前記シャフト受けバネ６
   の板面に対して平坦面を呈し、前記加圧棒３は、その上
   端が前記シャフト受けバネ６の板面に対して平坦面を呈
   すると共に、下端が前記可動基板２の板面に対して平坦
   面を呈することを特徴とする高感度静電容量式荷重検出
   装置。
2. 【請求項２】前記シャフト受けバネ６は、その支点が前
   記台座10の側面部分の打ち抜き部分に設けられているこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の高
   感度静電容量式荷重検出装置。