JP2000298070A - 静電容量型荷重センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期に亘る動作信頼性（計測精度）を十分に
確保し得る簡易な構造の密閉型の静電容量型荷重センサ
を提供する。 【解決手段】 所定の間隔を隔てて対向配置されてコン
デンサを形成する一対の電極板１,２を内部に液密に封
入する密閉容器（上部ケース５と下部ケース６）の各電
極板との対向領域を該電極板に対する加圧部５ｂ,６ｂ
とし、この加圧部の表面に装着される押圧体７,８と電
極板との間に加圧部を挟み込んだ構造とする。そして押
圧体の表面中央部に突設した受圧部７ａ,８ｂに加わる
荷重を加圧部の全域に分散させて伝達して電極体に荷重
を加える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の電極板から
なるコンデンサを密閉容器に封入した構造の静電容量型
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、ステン
レス鋼等からなる円盤状の一対の電極板の周縁部をスペ
ーサを介して支持し、所定の間隔を隔てて平行に対向配
置してコンデンサを形成した構造をなす。そして一対の
電極板間に加えられる荷重による該電極板の弾性変形に
伴う対向間距離の変化を、その静電容量の変化として検
出することで上記荷重を計測する如く機能する。

【０００３】ところで高湿度環境下や水濡れが想定され
る環境下で用いられるこの種の静電容量型荷重センサ
は、例えば図２に示すように合成樹脂製の密閉容器内に
液密に封入した構造として実現される。即ち、円盤状の
一対の電極板１,２は、その外周縁部を円環状のスペー
サ３を介して支持され、所定の間隔（空隙）を隔てて対
向配置されてコンデンサをなす。このコンデンサは、検
出回路部をなすプリント回路基板４と共に、上部ケース
５および下部ケース６からなる扁平な密閉容器内に水密
に封入される。尚、上部ケース５および下部ケース６
は、絶縁性の高いプラスチック素材、例えばＰＯＭ（ポ
リオキシメチレン），ＰＩ（ポリイミド），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
チックからなり、超音波溶接等によって相互に水密に接
合一体化される。

【０００４】しかして上部ケース５および下部ケース６
の前記各電極板１,２にそれぞれ対向する領域（上下の
受圧面）の内側面中央部には、各電極板１,２の中心を
押圧する為の加圧部５ａ,６ａが突設形成されている。
そしてラム１０,１１等により外部から荷重Ｐ,Ｑを受け
たとき、上記受圧面の内側への弾性変形に伴って前記加
圧部５ａ,６ａを介して一対の電極板１,２の中央部に荷
重Ｐ,Ｑを加え、該電極板１,２をそれぞれ弾性変形させ
るものとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでエンジニアリ
ングプラスチックからなる上部ケース５および下部ケー
ス６に、その素材固有の圧縮強度よりも大きな荷重Ｐ,
Ｑが加わった場合、受圧面の内側面中央部に突設形成さ
れた加圧部５ａ,５ａが潰れて正常な荷重計測ができな
くなる虞がある。また加圧部１ａ,２ａが潰れることの
ない程度の大きさの荷重Ｐ,Ｑが加わる場合であって
も、材料固有のクリープ限界値を越える荷重が長時間に
亘って加わると、加圧部１ａ,２ａが徐々にクリープ変
形するので、その計測精度が大きく損なわれることにな
る。ちなみに上述したエンジニアリングプラスチックの
圧縮強度やクリープ限界値は、電極板１,２をなすステ
ンレス鋼等の金属に比較して大幅に小さい。この為、長
期に亘る動作信頼性（計測信頼性）に問題が生じること
が否めない。

【０００６】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、長期に亘る動作信頼性（計測精
度）を十分に確保し得る簡易な構造の静電容量型荷重セ
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、所定の間隔
を隔てて平行に対向配置された一対の電極板からなるコ
ンデンサを、エンジニアリングプラスチック等からなる
密閉容器の内部に液密に封入した構造のものであって、
該密閉容器の前記各電極板との対向領域であって該電極
板に対する加圧部をなす部位の表面に、該加圧部を介し
て前記電極板に荷重を作用させる押圧体を装着したこと
特徴としている。

【０００８】好ましくは前記密閉容器の加圧部を、その
内側面を前記電極板の表面全域に亘って当接する加圧面
とした構造とすると共に、この加圧部の表面に装着され
る前記押圧体を、その表面中央部に突設された受圧部を
有し、該受圧部に加わる荷重を前記加圧部の全域に分散
させて伝達する金属体として実現し、押圧体の中央部に
荷重を確実に受けるような構成としても良い。尚、押圧
体に加えられる荷重の位置が、その中心位置に規定され
るような場合にあっては、上記受圧部を設けなくても十
分に機能する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
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はこの実施形態に係る静電容量型荷重センサの
概略構成を示す断面図であり、図２に示した従来構造の
静電容量型荷重センサと同一部分には同一符号を付して
示してある。この静電容量型荷重センサが特徴とすると
ころは、スペーサ３を介して所定の間隔（空隙）を隔て
て対向配置された円盤状の一対の電極板１,２からなる
コンデンサを、その内部に液密に封入する密閉容器をな
す上部ケース５および下部ケース６が下記のように構成
されている点にある。

【００１０】即ち、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン），Ｐ
Ｉ（ポリイミド），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からなる上部ケ
ース５および下部ケース６は、互いに接合一体化され
て、その内部に上記コンデンサを液密に収納する密閉容
器をなす。尚、この実施形態においては、コンデンサの
検出回路部をなすプリント回路基板４も上記密閉容器内
に同時に収容されるが、このプリント回路基板４を密閉
容器内に組み込むことなく、コンデンサだけを収容して
静電容量型荷重センサを実現することも勿論可能であ
る。

【００１１】しかして密閉容器をなす上部ケース５およ
び下部ケース６は、その内部に収納した電極板１,２に
それぞれ対向する領域の内側面を、電極板１,２の表面
全域に亘って当接する加圧面とし、且つその外側面（ケ
ース表面）に電極板１,２と略同形状の凹部を形成した
肉薄の加圧部５ｂ,６ｂを有している。そしてこれらの
加圧部５ｂ,６ｂの上記各凹部に、電極板１,２と略同径
の円盤状の押圧体７,８をそれぞれ装着するものとなっ
ている。これらの押圧体７,８はステンレス鋼等の圧縮
強度およびクリープ限界値の高い金属体からなり、その
表面中央部にラム１０,１１等により外部から加えられ
る荷重Ｐ,Ｑを受ける受圧部７ａ,８ａをそれぞれ突設形
成した構造を有している。そして受圧部７ａ,８ａに加
えられた荷重Ｐ,Ｑを押圧体７,８の全域に分散させて前
記加圧部５ｂ,６ｂをそれぞれ押圧する役割を担う。
尚、押圧体７,８は、例えば接着剤を用いる等して上記
加圧部５ｂ,６ｂの各凹部にそれぞれ接合一体化され
る。

【００１２】かくしてこのような構造の静電容量型荷重
センサによれば、上部ケース５および下部ケース６にそ
れぞれ設けられた加圧部５ｂ,６ｂは、金属体からなる
電極板１,２と該電極板１,２と略同径の金属体からなる
押圧体７,８との間にそれぞれ挟まれることになる。そ
して受圧部７ａ,８ａに荷重Ｐ,Ｑを受ける押圧体７,８
は、その荷重Ｐ,Ｑを分散させて撓みながら加圧部５ｂ,
６ｂの全域を押圧することになる。この結果、加圧部５
ｂ,６ｂはその全域で荷重Ｐ,Ｑを受けて上記押圧体７,
８と一体に撓みを生じて電極板１,２に押圧荷重を加え
ることになり、電極板１,２の撓みに伴う対向間距離の
変化から上記荷重Ｐ,Ｑを計測することが可能となる。

【００１３】特にこのように上部ケース５および下部ケ
ース６の加圧部５ｂ,６ｂを電極板１,２と押圧体７,８
とによりそれぞれ挟み込んだ構造によれば、加圧部５
ｂ,６ｂに加わる単位面積当たりの圧力が押圧体７,８に
よる圧力の分散により低減されるので、加圧部５ｂ,６
ｂ（ケース５,ケース６）の素材である前述したエンジ
ニアリングプラスチック等の圧縮強度やクリープ限界値
よりも容易に低くすることができる。しかもラム１１,
１２から直接荷重Ｐ,Ｑを受ける押圧体７,８（受圧部７
ａ,８ａ）は、前述したように圧縮強度やクリープ限界
値の大きいステンレス鋼等の金属体からなるので、その
潰れやクリープ変形等の不具合を招くことがない。この
結果、上部ケース５および下部ケース６や押圧体７,８
の機械的変形を防止して、常に安定に高精度な荷重計測
が可能となる。

【００１４】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１,２の径や厚みは、計
測対象とする荷重Ｐ,Ｑの大きさや、その計測感度等に
応じて定めれば良いものである。また密閉容器内への電
極板１,２の収納保持構造やスペーサ３による支持構造
等も、その仕様に応じて種々変形可能であり、ケース
５,６の形成素材等についても特に限定されない。また
３枚の電極板を所定の間隙を隔てて平行配置して２つの
コンデンサを形成した構造の静電容量型荷重センサにも
同様に適用可能である。

【００１５】また実施形態においては、押圧体７,８の
表面中央部に受圧部７ａ,８ａを突設形成したが、例え
ばラム１１,１２の先端が先細り形状をなし、押圧体７,
８の表面中央位置のみに荷重Ｐ,Ｑを加え得るようなも
のであれば、上記受圧部７ａ,８ａを格別に設ける必要
もない。この場合であってもその中央位置にのみ荷重
Ｐ,Ｑが加えられ、押圧体７,８をなす金属材の剛性を以
てその荷重Ｐ,Ｑが分散されて上部ケース５および下部
ケース６の加圧部５ｂ,６ｂに伝達されるので、前述し
た実施形態と同様な効果が奏せられる。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。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、所
定の間隔を隔てて対向配置された一対の電極板を内部に
液密に封入する密閉容器の加圧部を、その表面に装着さ
れる金属性の押圧体と電極板との間に挟み込んだ構造と
し、押圧体に加えられる荷重を分散させて加圧部に加え
るようにしているので、押圧体および加圧部の潰れやク
リープ変形を効果的に防ぐことができ、長期に亘る安定
した荷重計測を高精度に行い得る簡易な構成の静電容量
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】本発明の一実施形態に係る静電容量型荷重セン
サの概略構成を示す断面図。

【図２】従来一般的な液密構造の静電容量型荷重センサ
の概略構成を示す断面図。

【符号の説明】

１,２ 電極板 ３ スペーサ ４ プリント回路基板 ５ 上部ケース（密閉容器） ６ 下部ケース（密閉容器） ５ａ,６ａ 加圧部（突起） ５ｂ,６ｂ 加圧部（加圧面） ７,８ 押圧体 ７ａ,８ａ 受圧部（突起）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本 貴行 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 佐々木 勝敏 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 山崎 広行 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 森本 英夫 奈良県大和郡山市池沢町172 ニッタ株式 会社奈良工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隔を隔てて平行に対向配置され
   てコンデンサを形成する一対の電極板と、 これらの一対の電極板からなるコンデンサをその内部に
   液密に封入してなり、各電極板との対向領域を該電極板
   に対する加圧部とした密閉容器と、 この密閉容器における上記加圧部の表面に装着されて該
   加圧部を介して前記電極板に荷重を作用させる押圧体と
   を具備したことを特徴とする静電容量型荷重センサ。