JPH081400B2

JPH081400B2 - 重量センサ素子

Info

Publication number: JPH081400B2
Application number: JP1103814A
Authority: JP
Inventors: 謙三黄地; 彪長井; 誠三原; 茂樹植田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-04-24
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH02281113A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電子レンジなどの加熱調理器に用いられる
食品重量検知用の重量センサに用いられる重量センサ素
子、特に静電容量型重量センサ素子に関する。

従来の技術従来、この種の重量センサ素子は、例えば第12図
（ａ）もしくは（ｂ）に示すような構造になっていた。

即ち、同図（ａ）においては、一対のアルミナ平板1,
2,が、同図（ｂ）においては、アルミナ平板３と金属板
４とが、一定の間隔をあけて互いに平行になるようにエ
ポキシなどの有機接着層５で固着していた。アルミナ平
板1,2,3の内面に円形の電極6,7,8を設け、それぞれ電極
6,7間もしくは電極8,金属板４間でコンデンサを形成し
ていた。アルミナ平板１もしくは３上の中央部に砲弾型
の荷重点9,10を固定し、同荷重点に荷重を印加し、アル
ミナ平板１もしくは３をダイアフラムとして動作させ、
前記コンデンサの静電容量値から、荷重点に印加される
荷重を検知する重量センサ素子としていた。

尚、この時大気圧の変動によるダイアフラムの変形を
避けるために、ダイアフラム１もしくは３に貫通孔21も
しくは22を設けていた。

発明が解決しようとする課題しかし、このような構造のものでは、一対のアルミナ
平板1,2を、もしくはアルミナ平板３と金属板４とを一
定の間隔になるようにエポキシなどの有機接着層５で固
着できるように、有機接着層に粒径の揃った球状のフィ
ラーなどを混入して、シルクスクリーン法などにより塗
布して用いていた。このため、有機接着層の塗布量に過
不足があった場合、シール幅が狭くなったり、広くなっ
たりしていた。即ち、塗布量が不足した場合、シール高
さが含有するフィラーの粒径で規制されるため、シール
幅が狭くなったり、遂には上下平板を充分に接着できな
くなり、空間が発生した接着強度が低下したりしてい
た。また塗布量が多過ぎた場合、シール高さが規制され
ているため、有機接着層がにじみ出し、シール幅が非常
に広くなり、遂には内部の電極にかかる場合などもあ
り、結露などが発生しやすくなり、耐湿特性が悪くなっ
たりしていた。即ち、シール幅が狭くなったり、広くな
ったりすることは、センサ素子のダイアフラム径が実質
上、広くなったり、狭くなったりすることであるから、
センサ素子の感度（荷重に対する容量変化）も非常に大
きく変動することがあった。また、内部の電極上ににじ
んだ場合は、電極間の誘電率が空気から有機接着層へと
大幅に変化することを意味し、センサ素子の静電容量も
大幅に変化することになるなどの問題があった。

そこで、本発明は有機接着層の塗布量の過不足が発生
しても、シール幅の変動の少ない重量センサ素子を得る
ことを第１の目的としている。

第２の目的は、有機接着層の内部電極へのにじみを防
止することによる耐湿特性を向上した重量センサ素子を
得ることにある。第３の目的は、シール幅の変動を押
え、且つ、充分な接着強度のある重量センサ素子を得る
ことにある。

課題を解決するための手段第１および第２の目的を達成するために、本発明の重
量センサ素子は、一定の空間をあけて互いに平行に配置
された一対の板体からなり、かつ、その周辺部を、無機
接着層と、前記無機接着層と内径が同一で、かつ、幅の
狭い有機接着層との二層からなる構造とした。

また、第３の目的を達成するために、導電性板体の表
面を粗し、かつ、酸洗し、表面に不働態層を形成した構
成とした。

作用本発明の重量センサ素子は、一対の平板を、ガラス質
などからなる無機接着層と、エポキシなどからなる有機
接着層の二層から固着するため、従来のように有機接着
層だけで固着していた場合に比べ、シール幅の安定性は
大幅に向上する。即ち、エポキシなどの有機接着層は、
加熱硬化せしめる際に、表面張力などにより狭空間に引
き込まれる性質があるため、塗布量に過不足が発生して
も硬化する場合、予め設けられた無機接着層の部分近く
に拡張・収縮に留まる。

更に、予め設けられた無機接着層のシール幅が有機接
着層のシール幅よりも広ければ、加熱硬化後の有機接着
層のシール幅が前記無機接着層のシール幅よりも狭くな
っても拡がることがない。なお、この場合、前記無機接
着層と前記有機接着層との内径を同一に設定しておけ
ば、前記有機接着層が、前記無機接着層の内部に広がる
ことが無い。

また、有機接着層の塗布量が不足し、シール幅が狭く
なっても、有機接着層と接する平板の表面を粗したり、
あるいは表面が酸化性表面である場合には、表面を不働
態化することにより強固な接着力が得られる。

実施例以下、本発明の一実施例を添付図面により説明する。
第１図は、本発明による重量センサ素子の断面図であっ
て、11,12は一対の非導電性平板としての板厚0.635^t mm
のアルミナ平板、13,14は平板11,12を一定の間隔約50μ
ｍに保持し、平行に固着するためのガラス質などからな
る無機接着層と、エポキシなどからなる有機接着層とを
示す。15はダイアフラムとして動作するアルミナ平板11
の中央部に固定された荷重点を示す。16,17はアルミナ
平板11,12に設けられた互いに対面した電極を示し、コ
ンデンサを形成している。16′,17′はそれぞれの電極
の取り出しリード部分を示す。尚、接着層13,14の内径
はφ24,外径はφ28であった。接着層13,14の厚さは、そ
れぞれ平板11と12との間の平均間隔約50μｍの半分とし
た。23はアルミナ平板11に設けられた貫通孔を示す。

無機接着層13として、SiO₂,PbOなどを主成分とするガ
ラス質を用い、約50μｍの粒径を有するTiO₂系フィラー
を混入し、約700℃で焼成し形成した。なお、この場
合、無機接着層は、シルクスクリーンなどの印刷法で形
成した。また、無機接着層の印刷量に過不足が生じた場
合でも、ガラスなどの無機接着層は、乾燥処理後、焼成
処理するため、幅が広くなることはなかった。有機接着
層14として一般によく知られているビスフェノール型エ
ポキシレジンとヘキサヒドロ無水フタル酸を主成分と
し、粒径20μｍ程度のSiO₂系フィラーを含有したものを
用い、160℃で加熱硬化して形成した。

第２図に、接着層の拡大断面図を示す。第２図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は有機接着層の塗布量がそれぞ
れ、適性量14aの場合、50％増量14bした場合、50％減量
14cした場合の接着層の断面形状を示す。第３図に、第
２図（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応した従来の結果、適
性量5a、50％増量5b、50％減量5cの場合を、それぞれ示
す。第４図に有機接着層の塗布量の適性量に対する比
と、標準シール幅2mmの変化の様子を示す。実線18は本
発明の結果、点線19は従来の結果を示す。印刷法の場
合、通常塗布量は±40％程度変動するため、従来の重量
センサ素子では、シール幅が±0.8mm程度、即ち、1.2〜
2.8mm程度変動していた。本発明の場合は、同図より±
0.4mm程度、即ち、1.6〜2.4mmの変動となり、シール幅
の安定性が大幅に向上した。シール幅が変動するという
ことは、ダイアフラムとして動作する径が変動すること
を意味し、センサ素子としての感度が変動することをも
意味している。従って、本発明の重量センサ素子は、従
来のものに比べ、シール幅が大幅に安定し、更には素子
感度をも安定した。

更に、シール幅の安定性を改良した実施例を第５図に
示す。第５図は第２図と同様接着層の拡大断面図を示
す。同図において、31は無機接着層の幅を、約1.5倍に
したものを示す。従って、有機接着層の塗布量が適性量
の場合32a,適性量の50％の場合32b,50％減量の場合32c
をそれぞれ第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。同図
より明らかなように有機接着層32a,32b,32cの塗布量が
適性量の±50％変動しても、無機接着層31の内側への有
機接着層のにじみ出しは皆無となった。即ち、予め幅広
の無機接着層を設け、有機接着層の内径さえ合致させて
おきさえおけば、有機接着層の加熱硬化時の表面張力に
より、有機接着層の塗布厚が変動しても、内側へのにじ
み出しは皆無となった。従って、センサ素子のダイアフ
ラム径の接着層のにじみ出しによる変動は皆無となり、
センサ素子の感度は非常に安定なものになった。

更に、有機接着層の内側へのにじみ出しがなくなった
ため、電極部にかかることがなくなり、耐湿特性も向上
した。即ち、温度30℃一定で、相対湿度を30％から95％
へと変化させながら、センサ素子の特性を測定する耐湿
環境特性試験を実施すると、本発明による第５図に示す
有機接着層のにじみ出しのない素子は、その静電容量値
は殆んど変化しなかったが、従来のセンサ素子では相対
湿度70％以上で大幅に変化した。変化幅の大きいもの
は、有機接着層が内側ににじみ出し、殆んど電極部に接
するばかりであった。これは有機接着層と平板との界面
において、高湿度下において、結露などが発生しやすい
ものと考えられる。

更に、有機接着層の塗布量の変動に伴なう接着力の低
下に対し、平板の表面粗さを大きくし接着力の向上を図
った。即ち、前記荷重点15に衝撃荷重5kg×5cmを20回印
加し、その前後でのセンサ素子の感度変化を測定した。
素子100台測定した結果、実用上問題となる感度が５％
以上変化したものが20台発生した。素子20台の接着層幅
の最小幅を測定した所、第６図の結果を得た。同図よ
り、この原因は接着層幅の減少による接着力の低下によ
るものと考えられた。従って、平板の表面を粗し接着強
度を向上せしめた。第７図にアルミナ平板の表面粗度と
研磨砥粒の関係を示す。第８図に接着強度と研磨砥粒の
関係を示す。第７図の数字は研磨に用いた砥粒の番数を
示す。尚、１μｍダイアは、粒径１μｍのダイアペース
トによるバフ研磨の結果を示す。第８図横軸のa,b,c,d,
eは第７図のa,b,c,d,eに対応する。同図より接着強度が
表面粗度に大きく依存することがわかる。＃2000番で研
磨した平板を用いて、前記と同様の衝撃荷重の試験を実
施した所、５％以上の感度変化の発生は皆無となった。

第９図に本発明の他の実施例による重量センサ素子の
断面図を示す。同図において、11は内部に電極16,取り
出しリード部16′を有するアルミナ平板、34は426合金
からなる導電性基板、13は無機接着層、14は有機接着層
を示す。電極16と導電性基板34とでコンデンサを形成
し、荷重点15に印加される荷重により、アルミナ平板11
が弾性ダイアフラムとして動作し、静電容量型重量セン
サ素子として動作する。この種の重量センサ素子に対し
ても前記第２図、もしくは第５図に示したのと同様の効
果が得られた。第10図，第11図に導電性平板426合金の
表面粗度と接着強度との関係を示す。第10図（ａ）は42
6合金の未研磨の表面状態を、同図（ｂ）は＃600番の砥
粒で研磨した表面状態を、同図（ｃ）は希硝酸系の酸で
不働態化した表面状態を示す。第11図に、第10図
（ａ），（ｂ），（ｃ）に対応した有機接着層の接着強
度を示す。前述した衝撃荷重試験を実施した所、第10図
（ａ）の場合は、100台中35台が、５％以上の感度変化
を示し、実用上問題があったが、同図（ｂ），（ｃ）の
場合は、５％以上の変化を生じたものが皆無となった。

更に、導電性基板を不働態化処理することにより、高
温高湿放置（60℃,90％,500hr）による接着力の低下
も、非常に減少することをも確認した。なお、この場
合、前記導電性基板の表面上に、砥粒や研磨粉の残滓が
残った場合、接着強度が極端に低下することがあった。

しかし、前記不働態処理時に、酸洗することにより、
前記砥粒や研磨粉の残滓が、簡単に除去するこができ
た。研磨後、前記砥粒や研磨粉などの残滓を、直接洗浄
しても、前記導電性基板の表面に食い込んだりしている
ため、簡単には除去できなかった。これは、酸洗処理に
より、前記導電性基板の表面に食い込んだりしている前
記砥粒や研磨粉などの残滓が、腐食され、表面から遊離
するためと考えられる。従って、表面を粗したあとに、
表面を不働態化処理することは、酸洗処理を併せて実施
することに相当する。また、導電性表面を不働態化処理
することにより、高温高湿放置における、センサ素子の
特性も安定化した。すなわち、表面が不働態化処理され
ているため、高温高湿状態に放置されても、表面の酸化
状態進行することがなくなった。このため、静電容量な
どのセンサ素子の特性が安定化したと考えられる。

尚、前記本発明の実施例において、非導電性平板とし
てアルミナ平板を用いたが、弾性的特性に優れ、且つ、
薄く、良好な平面度の得られるものならば良く、例えば
強靭な特性を有するジルコニアなどの磁器板でも良い。
更に、平面度の得られやすい石英ガラス，硼珪酸ガラス
のなどガラス板でも良い。

また、導電性基板としてもステンレス，コバール,426
合金など弾性的性質に優れたものであれば良い。

更に、有機接着層として、前記実施例として、エポキ
シ系樹脂を用いたが、フェノール系，尿素系等の熱硬化
性樹脂でも良い。更に、本実施例において、接着層を無
機接着層と有機接着層との２層を用いたが、加熱硬化温
度の異なる接着層であれば、本発明の構成とその効果は
実現し得るものであることは明白である。

発明の効果以上のように本発明の重量センサ素子は、一対の平板
を前記無機接着層と、前記無機接着層と内径が同一で、
かつ、幅の狭い有機接着層との２層で接着するため、接
着層のにじみ出しがなくなり、接着幅の安定性を大幅に
向上することが出来た。

更に、用いる平板の表面を粗し、かつ、不働態化する
ことにより、接着力を向上し、かつ、センサ素子特性の
安定性を達成することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による重量センサ素子の断面
図、第２図，第３図，第５図は同重量センサ素子接着部
の拡大断面図、第４図，第６図は同重量センサ素子の特
性図、第７図，第10図は表面粗度を示す図、第８図，第
11図は接着強度を示す図、第９図は本発明の他の実施例
による重量センサ素子の断面図、第12図は従来の重量セ
ンサ素子の断面図である。 11,12……非導電性平板、13……無機接着層、14……有
機接着層、16,17……電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者植田茂樹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭64−23121（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−147310（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−214685（ＪＰ，Ａ) 実開平１−59838（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の非導電性の板体からなり、前記一対
の板体が、一定の空間をあけて互いに平行に配置され、
且つ、その周辺部を、無機接着層と、前記無機接着層と
内径が同一で、かつ、幅の狭い有機接着層との二層から
なる接着層で固定され、且つ、前記平行に配置された板
体の互いに向かい合う平面に、電極を備え静電容量を形
成するとともに、前記板体の少なくとも一方が重量に応
じ、弾性ダイアフラムとして動作してなる重量センサ素
子。
【請求項２】非導電性板体と導電性板体との一対の板体
からなり、前記一対の板対が、一定の空間をあけて互い
に平行に配置され、且つ、その周辺部を、無機接着層
と、前記無機接着層と内径が同一で、かつ、幅の狭い有
機接着層との二層からなる接着層で固定され、且つ、前
記平行に配置された非導電性板体の、導電性板体に向か
い合う平面に電極を備え、前記電極と、前記導電性板体
との間に静電容量を形成するとともに、前記板体の少な
くとも一方が重量に応じ、弾性ダイアフラムとして動作
してなるセンサ素子。
【請求項３】前記無機接着層が硝子層からなり、且つ、
有機接着層がエポキシ系樹脂層からなる特許請求の範囲
第（１）項または第（２）項記載の重量センサ素子。
【請求項４】前記非導電性板体が、アルミナ、ジルコニ
アなどの磁器、もしくは石英ガラス、硼珪酸ガラスなど
のガラスからなる特許請求の範囲第（１）項または第
（２）項記載の重量センサ素子。
【請求項５】前記導電性板体が、ステンレス、コバー
ル、426合金系金属からなる特許請求の範囲第（２）項
記載の重量センサ素子。
【請求項６】前記導電性板体の表面を粗し、かつ、酸洗
し、表面に不働態層を形成してなる特許請求の範囲第
（２）項記載の重量センサ素子。