JP2001021422A - 静電容量型荷重センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極体間の対向間隔を狭くしてその検出感度
を高めた小型で簡易な構造の静電容量型荷重センサを提
供する。 【解決手段】 第１および第２の電極体１１,１２の少
なくとも一方に、その周縁部を折り曲げ加工する等して
所定高さの段部１２ｂを設け、これらの電極体の間に形
成される第３の電極体１３の収納空間の間隙を簡易にし
て精度良く規定することで第３の電極体を挟む絶縁体を
薄くし、また金属スペーサを不要として構造の簡素化を
図る。また第３の電極体の周縁部に脚部をなす支持部１
３ａを設け、これらの支持部の表裏面に設けた絶縁体を
第２の電極体の縁部に係合させて位置決めすると共に、
絶縁体を介して第１および第２の電極体間に挟み込むこ
とで、その組み立ての容易化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型で荷重検出感
度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
には微小な間隙を隔てて対向配置される２枚の円盤状の
金属板からなる一対の電極体（第１および第２の電極
体）により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電極体間の距離変化、ひい
ては一対の電極体により形成されるコンデンサの静電容
量の変化から上記荷重を計測する如く機能する。また最
近では、例えば図３および図４にその分解斜視図と断面
図とをそれぞれ示すように、第１および第２の電極体
１,２間に第３の電極体３を配置し、この第３の電極体
３との間にそれぞれコンデンサを形成してその検出感度
の向上を図ることも行われている。

【０００３】即ち、図３および図４に示す静電容量型荷
重センサの第１および第２の電極体１,２は、例えば正
方形状の板体からなり、また第３の電極体３は円盤状の
板体からなる。この第３の電極体３は、その周縁部を円
環状の絶縁スペーサ４,５にて挟み込まれ、その周囲に
配置される金属スペーサ６と共に前記第１および第２の
電極体１,２間に挟み込まれることで、電極体１,２とそ
れぞれ絶縁されて該電極体１,２間に平行に配置され
る。尚、電極体１,２は、例えばその四隅をリベット７
にてかしめることで一体化される。また図中８,９は、
第１および第２の電極体１,２の表面中心部に溶接され
た加圧体である。

【０００４】ちなみに前記第１〜第３の電極体１,２,３
は、鉄やステンレス鋼等の金属材からなり、また絶縁ス
ペーサ４,５は、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）等の絶縁性の高いエンジニアリングプラスチ
ックからなる。また金属スペーサ６は、第１および第２
の電極体１,２間の対向間隔を正確に規定し、また第１
および第２の電極体１,２間に加わる過大な荷重による
絶縁スペーサ４,５の破損を防止する役割を担う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の静電
容量型荷重センサにおける検出精度を高めるには、一対
の電極板１,２に加わる押圧力（荷重）に対する静電容
量の変化を大きくすれば良い。しかし荷重に対する電極
板１,２の撓み量を大きくした場合、例えばその撓みが
弾性限界を越えて塑性変形が生じ、それ以降の測定に支
障を来すことになる。またその撓みによって第３の電極
体３と接触し、その絶縁が損なわれる虞があるので撓み
量を大きくするには限度がある。また一対の電極間の対
向面積を広く設定することも考えられるが、荷重センサ
が大型化することが否めない。

【０００６】これに対して電極１,２,３間の対向間隔ｄ
を狭くすることが考えられる。しかしながら第３の電極
板３の周縁部に装着される絶縁スペーサ４,５の厚みを
薄くしようとしても製造上の限界がある。また仮に絶縁
スペーサ４,５の厚みを十分に薄くしたとしても、これ
に対応して薄く形成される金属スペーサ６との位置合わ
せ等、静電容量型荷重センサを組み立てる上で精密な作
業を必要とし、その組み立て精度が問題となり易い。こ
の為、電極１,２,３間の対向間隔ｄを狭くして検出感度
を高めるにも問題があった。

【０００７】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、特に電極体間の対向間隔を狭く
してその検出感度を高めた小型で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。

【０００８】

【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
を隔てて平行に設けられる第１および第２の電極体と、
これらの電極体とそれぞれ絶縁されて各電極体の間に平
行に設けられる第３の電極体とを備えたものであって、
特に前記第１および第２の電極体の少なくとも一方に、
その周縁部を折り曲げ加工する等して所定高さの段部を
設け、この段部にて第１および第２の電極体を互いに接
合することで第１および第２の電極体の間に前記第３の
電極体を収納する空間を形成することを特徴としてい
る。

【０００９】即ち、本発明に係る静電容量型荷重センサ
は、第１および第２の電極体の少なくとも一方に、その
周縁部を折り曲げ加工する等して所定高さの段部を設け
ることで、第１および第２の電極体の間に形成されて第
３の電極体を収納する空間の間隙を簡易にして精度良く
規定し、またこの空間内に絶縁体を介して配置される第
３の電極体の配置位置を規定するようにしたことを特徴
としている。そして金属スペーサを不要として構造の簡
素化を図ると共に、その組み立ての容易化を図りなが
ら、電極間の対向配置される間隙を狭くしたことを特徴
としている。

【００１０】また本発明は請求項２に記載するように第
３の電極体の周縁部に略等間隔に複数の支持部を設け、
これらの支持部の表裏面にそれぞれ設けた、例えばフィ
ルム状の薄い絶縁体を介して該第３の電極体を前記第１
および第２の電極体間に挟持することを特徴としてい
る。更に請求項３に記載するように前記各支持部を、一
方向に折り曲げられて脚部をなす構造とし、これらの各
支持部（脚部）を、その裏面に設けた絶縁体を介して第
１または第２の電極体の縁部に係合させることで第３の
電極体を位置決めして、前記第１および第２の電極体の
間に組み込むことを特徴としている。

【００１１】

【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
全体構造を示す分解斜視図であり、図２はその要部の断
面構造を示す図である。この静電容量型荷重センサは、
正方形状の第１および第２の電極体１１,１２と、これ
らの電極体１１,１２間に配置される円盤状の第３の電
極体１３とを主体として構成される。これらの各電極体
１１,１２,１３は、それぞれ所定の厚みの鉄やステンレ
ス鋼等の金属材からなる。

【００１２】第３の電極体１３は、第１および第２の電
極体１１,１２の一辺の長さよりも若干小径の直径を有
するもので、その周縁部には略等角度間隔に、具体的に
は前記電極体１１,１２の各辺に対応させて４つの支持
部１３ａが９０°間隔に突出形成されている。特にこれ
らの各支持部１３ａは、一方向に略直角をなして折曲さ
れて脚部を形成している。そしてこれらの各支持部１３
ａの表裏面には、その先端部を除いてフィルム状の絶縁
体１４,１５がそれぞれ貼付されている。

【００１３】一方、第１の電極体１１は、平板体として
実現される。これに対して第２の電極体１２は、その辺
部中央に第３の電極体１３の支持部１３ａが嵌め込まれ
る凹状の切欠き１２ａを有している。また第２の電極体
１２の四隅は、該第２の電極体１２の主面と平行に形成
された所定の高さの略三角形状の段部１２ｂをなして折
曲加工されている。これらの各段部１２ｂは、第２の電
極体１２をプレス加工する等して形成されるもので前記
第１の電極体１１との接合部をなし、また第１および第
２の電極体１１,１２間に前記第３の電極体１３を収容
するための所定の間隙の空間を形成する役割を担う。ち
なみに段部１２ｂの高さは、前記第３の電極体１３の厚
みに、支持部１３ａの表裏面にそれぞれ貼付される絶縁
体１４,１５の厚みを加えた高さとして設定される。
尚、第１および第２の電極体１１,１２の各中央部に
は、丸棒状の加圧体１６,１７が溶接等によってそれぞ
れ取り付けられる。

【００１４】このような第１〜第３の電極体１１,１２,
１３からなる静電容量型荷重センサの組み立ては、前記
各段部１２ｂにより囲まれる第２の電極体１２の主面上
に第３の電極体１３を位置付け、該第３の電極体１３の
各支持部（脚部）１３ａを第２の電極体１２の切欠き１
２ａにそれぞれ嵌め込む。そして各支持部（脚部）１３
ａの裏面に貼付された絶縁体１５を介して各支持部（脚
部）１３ａを切欠き１２ａの縁部に係合させることで、
第２の電極体１２に対して第３の電極体１３の装着位置
を位置決めする。この状態で第３の電極体１３の上から
第１の電極体１１を覆い被せ、第１および第２の電極体
１１,１２の各隅部に設けられた穴部１１ａ,１２ｃにリ
ベット１８を挿通させ、これらのリベット１８をかしめ
ることでこれらを一体化する。

【００１５】かくしてこのようにして組み立てられる静
電容量型荷重センサによれば、図２にその組み立て構造
を示すように、第３の電極体１３はその支持部１３ａの
表裏面に貼付された絶縁体１４,１５を介して第１およ
び第２の電極体１１,１２に対してそれぞれ絶縁され
て、これらの電極体１１,１２間に挟持される。そして
第３の電極体１３は、上記各絶縁体１４,１５の厚みに
より第１および第２の電極体１１,１２との対向間隙が
規定される。また第３の電極体１３は、前述した支持部
１３ａと切欠き１２ａの縁部との係合により位置決めさ
れているので、面方向にずれることはない。従って簡単
な組み立て作業だけで、第１〜第３の電極体１１,１２,
１３を互いに高精度に位置決めすることができ、所要の
性能を発揮させることができる。

【００１６】また前述したように第１および第２の電極
体１１,１２の対向間隙は、段部１２ｂの高さにより高
精度に設定することができる。更には電極体１１,１２
の間に配置される第３の電極体１３の前記第１および第
２の電極体１１,１２にそれぞれ対する対向間隙は、支
持部１３ａの表裏面にそれぞれ貼付された絶縁体１４,
１５の厚みにて高精度に規定されるので、例えば絶縁体
１４,１５を絶縁性の接着剤を印刷することで、或いは
絶縁性フィルムを貼付することで形成すればその厚みを
十分に薄くすることができる。従って電極間間隔ｄを十
分に狭くした高感度な静電容量型荷重センサを実現する
ことができる。

【００１７】更に前述した構造によれば、従来の金属ス
ペーサが不要であり、その部品点数の削減を図ることが
できる上、段部１２ｂにて絶縁体１４,１５の破損を防
止することができる。しかも金属スペーサの内側に穿た
れた空間部に第３の電極体を嵌め込む必要がないので、
その組み立て作業性の大幅な向上を図ることができる。
更には脚部をなす支持部１３ａをそのまま第３の電極体
１３のリード体として用い、第１および第２の電極体１
１,１２を接合一体化して該電極体１１,１２のリード体
として用いるリベット１８と共に、例えばプリント回路
基板との接続部をなすようにすることで、その電気的接
続の簡易化を図り得る等の効果も奏せられる。

【００１８】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。例えば第１〜第３の電極体１１,１２,
１３の厚みや絶縁体１４,１５の厚み等は、計測対象と
する荷重に応じて設定すれば良いものである。また第１
の電極体１１の四隅にも段部を設け、この段部と第２の
電極体１２に設けた段部１２ｂとを互いに接合させるよ
うに構成することも可能である。この場合、各段部の高
さを、第１および第２の電極体１１,１２間の対向間隙
の１／２に設定しておけば、第１および第２の電極体１
１,１２の部品としての共通化を図ることが可能とな
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可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、対
向配置される第１および第２の電極体の一方にその対向
間隔を規定する段部を設け、この段部によって形成され
る第１および第２の電極体間の間隙をなす空間部に第３
の電極体を配置するので、絶縁スペーサを用いて電極体
間の間隙を調整する必要がなく、従って第３の電極体の
周縁部に設ける絶縁体を十分に薄くして各電極体間の間
隙を狭く設定することができる。しかもその構造の簡素
化を図ると共に、その組み立ての容易化を図り、高感度
な静電容量型荷重センサを実現することができる。

【００２０】また第３の電極体の周縁部に設けた支持部
を折り曲げて脚部とし、これらの脚部を絶縁体を介して
第１または第２の電極体の縁部に係合させてその位置決
めを行うので、その組み立て構造の大幅な簡易化を図り
得る等の実用上多大なる効果が奏せられる。

【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
サの全体的な概略構成を示す分解斜視図。

【図２】図１に示す静電容量型荷重センサの組み立て構
造を示す要部断面図。

【図３】従来の静電容量型荷重センサの全体的な概略構
成を示す分解斜視図。

【図４】図３に示す静電容量型荷重センサの組み立て構
造を示す要部断面図。

【符号の説明】

１１ 第１の電極体 １２ 第２の電極体 １２ａ 凹状の切欠き １２ｂ 段部 １３ 第３の電極体 １３ａ 支持部（脚部） １４,１５ 絶縁体 １６,１７ 加圧体 １８ リベット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の間隔を隔てて平行に設けられる第
   １および第２の電極体と、これらの電極体とそれぞれ絶
   縁されて各電極体の間に平行に設けられる第３の電極体
   とを備え、 前記第１および第２の電極体の少なくとも一方は、その
   周縁部に所定高さの段部を備え、これらの段部にて互い
   に接合されて第１および第２の電極体の間に前記第３の
   電極体を収納する空間を形成してなることを特徴とする
   静電容量型荷重センサ。
2. 【請求項２】 前記第３の電極体は、その周縁部に略等
   間隔に複数の支持部を備え、これらの支持部の表裏面に
   それぞれ設けられた絶縁体を介して前記第１および第２
   の電極体間に挟持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。
3. 【請求項３】 前記支持部は、一方向に折り曲げられて
   脚部をなし、その裏面に設けられた絶縁体を介して第１
   または第２の電極体の縁部に係合して位置決めされて前
   記第１および第２の電極体の間に組み込まれることを特
   徴とする請求項２に記載の静電容量型荷重センサ。