JP2001201392A - 静電容量式重量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浮遊容量の発生によるオフセット値や荷重感
度の変動を抑えることのできる静電容量式重量検出装置
を提供する。 【解決手段】 電気的に接地された固定用金属フレーム
と、固定用金属フレームに接合のプリント基板に装着さ
れた固定電極との間に所定の静電容量を有するコンデン
サ１１を挿入したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子レンジやオー
ブンレンジ等に用いられている静電容量式重量検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の静電容量式重量検出装置の
構成を示す底面図、図５は静電容量式重量検出装置の断
面図、図６は静電容量式重量検出装置の原理を説明する
ための回路図である。図において、１はターンテーブル
１０が設けられた加熱室（図示せず）の下方に配置され
た固定用金属フレーム、２は固定用金属フレーム１の下
面に接合されたプリント基板、３はプリント基板２に装
着された固定電極、４はステンレス製の可動電極で、四
方が支持部４ａに設けられた細い梁部４ｂにより支持さ
れて固定電極３と対向している。この固定電極３と可動
電極４とで可変コンデンサ５が形成されている。なお、
固定電極３と可動電極４の外形の寸法は同一である。

【０００３】６はターンテーブル１０の下面中央部に設
けられた荷重伝達用のロッドで、固定用金属フレーム
１、プリント基板２及び固定電極３をそれぞれ貫通して
可動電極４の片面に接触している。７はプリント基板２
に装着された発振回路部で、図６に示すように直列接続
された３つのCMOSインバータ７ａとそのインバータ７ａ
に並列に接続された抵抗Ｒとから構成され、前記可変コ
ンデンサ５とでＣＲ発振回路８が構成されている。

【０００４】固定電極３と可動電極４とで形成される可
変コンデンサ５はセンサ部９を構成し、一方の固定電極
３は、引き出された導体パターン３ａとプリント基板２
上の配線パターン（図示せず）とを介して発振回路部７
に接続され、他方の可動電極４は、支持部４ａとプリン
ト基板２上の配線パターンとを結ぶ接続片１２を通じて
発振回路部７に接続されている（図４参照）。なお、固
定電極３から引き出された導体パターン３ａの点線部分
は絶縁部材によって可動電極４側の支持部４ａと絶縁さ
れている。

【０００５】前記のように構成された従来の静電容量式
重量検出装置における重量検出の原理は以下の通りであ
る。ターンテーブル１０に被加熱物を載せて荷重Ｆを加
えると、ロッド６がＺ方向に下降して可動電極４を押圧
し、固定電極３との空隙を変化させる。この時、固定電
極３と可動電極４とで形成される可変コンデンサ５の静
電容量が変化し、この静電容量の変化に応じて発振回路
部７の発振周波数が変化する。この結果、その変化した
発振周波数に基づいて荷重Ｆ、即ち被加熱物の重量が後
段の回路（図示せず）によって測定される。

【０００６】次に、前述した従来の静電容量式重量検出
装置において、固定用金属フレームが電気的に接地され
ているときの静電容量式重量検出装置を図７及び図８に
基づいて説明する。図７は従来の静電容量式重量検出装
置のセンサ部の等価回路図、図８は静電容量式重量検出
装置の回路図である。

【０００７】固定用金属フレーム１が接地された静電容
量式重量検出装置においては、プリント基板２に装着さ
れた固定電極３と固定用金属フレーム１との間、及び可
動電極４と固定用金属フレーム１との間にそれぞれ浮遊
容量が発生する。その固定電極３側の浮遊容量をＣ１、
可動電極４側の浮遊容量をＣ２、可変コンデンサ５の静
電容量をＣｓとした場合、センサ部９は図７に示すよう
な等価回路となるので、静電容量式重量検出装置の回路
は図８に示すような構成となり、その時の出力Ｖout の
発振周波数ｆは下記の（１）式で表される。

【０００８】 １／ｆ＝２（C1＋Cs）log_ε｛（C1＋3Cs） ／（C1＋Cs）｝…（１） 但し、Ｃ１はＣ２との合成容量を示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の静電容
量式重量検出装置では、図８に示すように荷重に応じて
静電容量Ｃｓが変化する可変コンデンサ５の以外に、不
必要な浮遊容量Ｃ１，Ｃ２が存在するので、特に（１）
式に含まれる浮遊容量Ｃ１が環境変化（温度、湿度等）
や計時変化に応じて可変し、これに伴って発振回路部７
の発振周波数も変化してその周波数のオフセット値及び
荷重感度が変動する。このような変動が生じた場合、タ
ーンテーブル１０上の被加熱物の重量測定に誤差が生じ
てしまい、信頼性が損なわれるという課題があった。

【００１０】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、浮遊容量の発生によるオフセット値や荷
重感度の変動を抑えることのできる静電容量式重量検出
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る静電容量式
重量検出装置は、電気的に接地された固定用金属フレー
ムと、該固定用金属フレームに接合されたプリント基板
と、該プリント基板に装着された固定電極と、該固定電
極と所定の空隙を有して設けられた可動電極と、前記固
定電極と可動電極との空隙の寸法変化に応じて可変する
静電容量に基づいて周波数を発振する発振回路部とを備
え、前記固定用金属フレームと固定電極との間に所定の
静電容量を有するコンデンサを挿入したことを要旨とす
るものである。

【００１２】また本発明の静電容量式重量検出装置は、
前記コンデンサの静電容量に応じて発振回路部の抵抗を
可変することを要旨とするものである。

【００１３】さらに本発明の静電容量式重量検出装置
を、前記コンデンサの静電容量の値は、前記固定電極側
と可動電極側に発生する浮遊容量の５倍以上にしたこと
を要旨とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
静電容量式重量検出装置の回路図であり、なお、図４乃
至図８で説明した従来例と同一又は相当部分には同じ符
号を付し説明を省略する。本実施の形態の静電容量式重
量検出装置は、浮遊容量Ｃ１に並列にコンデンサ１１を
接続、即ち、固定用金属フレーム１と固定電極３との間
に所定の静電容量Ｃｃを有するコンデンサ１１を挿入し
て、浮遊容量Ｃ１の変動による発振周波数の影響を少な
くなるようにしたものである。

【００１５】このように構成された静電容量式重量検出
装置において、発振周波数のオフセット値及び感度の変
動をそれぞれ説明する。下記の表１は、浮遊容量Ｃ１が
それぞれ１０ｐＦ、１１ｐＦのときに、コンデンサ１１
の静電容量Ｃｃをそれそれ０から３００ｐＦまで変化さ
せた場合の発振周波数のオフセット値と、浮遊容量Ｃ１
が何らかの原因で１ｐＦ変化した場合のオフセット値の
変動量を浮遊容量Ｃ１が変化する前の感度（規定荷重当
たりの可変コンデンサの静電容量Ｃｓの変化に伴って発
生する周波数の変化量）で割った値（％）とを示す。

【００１６】なお、オフセット値は、前述した式（１）
を用いて算出したものであり、この時に使用した各定数
値は、Ｒ＝６８０ＫΩ、Ｃｓ＝２０ｐＦ、規定荷重当た
りのＣｓの値変化△Ｃｓ＝−３ｐＦで、式中のＣ１は合
成容量としてコンデンサ１１の静電容量Ｃｃと浮遊容量
Ｃ２が含まれている。

【００１７】

【表１】

【００１８】図２は表１の右欄に示す値（オフセット変
動量／感度（％））をコンデンサ１１の静電容量Ｃｃに
応じてプロットしたもので、この図からも明らかなよう
にコンデンサ１１を挿入したときと挿入しないときと比
べ、オフセット変動量が大きく減少し、しかも、コンデ
ンサ１１の静電容量Ｃｃが浮遊容量Ｃ１の５倍以上にな
るほど顕著になっていることが判る。

【００１９】また、下記の表２は、前記と同様に浮遊容
量Ｃ１がそれぞれ１０ｐＦ、１１ｐＦのときに、コンデ
ンサ１１の静電容量Ｃｃをそれぞれ０から３００ｐＦま
で変化させた場合の感度（規定荷重当たり）と、感度変
動（％）とを示す。なお、浮遊容量Ｃ１が１０ｐＦと１
１ｐＦのときの感度は前記（１）式を用いて算出したも
のである。

【００２０】

【表２】

【００２１】図３は表２の右欄に示す感度変動（％）を
コンデンサ１１の静電容量Ｃｃに応じてプロットしたも
ので、この図からも明らかなように感度変動に関しても
コンデンサ１１を挿入することで大きく低減させること
ができ、しかも、前記と同様にコンデンサ１１の静電容
量Ｃｃが浮遊容量Ｃ１の５倍以上になるほど顕著になっ
ていることが判る。

【００２２】なお、コンデンサ１１を固定用金属フレー
ム１と固定電極３との間に挿入することによって、表２
に示すように規定荷重当たりの感度が若干減少するが、
この減少は抵抗Ｒの値をコンデンサ１１の静電容量Ｃｃ
に応じて減少させ、コンデンサ１１の挿入前のオフセッ
ト発振周波数を維持するように設定することで解消され
る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、固定用金
属フレームと固定電極との間に所定の静電容量を有する
コンデンサを挿入するようにしたので、環境変化や経時
変化に依存する浮遊容量による発振周波数のオフセット
値の変動や感度変動を大きく低減させることができると
いう効果がある。

【００２４】また、コンデンサの静電容量に応じて発振
回路部の抵抗を可変するようにしたので、規定荷重当た
りの感度の変動量を大きく減少させることができるとい
う効果がある。

【００２５】さらに、コンデンサの静電容量の値を固定
電極側と可動電極側に発生する浮遊容量の５倍以上にし
ているので、環境変化や経時変化に依存する浮遊容量に
よる発振周波数のオフセット値の変動や感度変動を大き
く低減するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る静電容量式重量検
出装置の回路図である。

【図２】 実施の形態におけるオフセット変動量の一例
を示す図である。

【図３】 実施の形態における感度変動量の一例を示す
図である。

【図４】 従来の静電容量式重量検出装置の構成を示す
底面図である。

【図５】 静電容量式重量検出装置の断面図である。

【図６】 静電容量式重量検出装置の原理を説明するた
めの回路図である。

【図７】 従来の静電容量式重量検出装置のセンサ部の
等価回路図である。

【図８】 従来の静電容量式重量検出装置の回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 固定用金属フレーム、２ プリント基板、３ 固定
電極、３ａ 導体パターン、４ 可動電極、４ａ 支持
部、４ｂ 梁部、５ 可変コンデンサ、６ ロッド、７
発振回路部、７ａ CMOSインバータ、８ ＣＲ発振回
路、９ センサ部、１０ ターンテーブル、１１ コン
デンサ、１２ 接続片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大久保 直也 埼玉県大里郡花園町大字小前田1728番地１ 三菱電機ホーム機器株式会社内 (72)発明者 福田 興司 埼玉県大里郡花園町大字小前田1728番地１ 三菱電機ホーム機器株式会社内 Ｆターム(参考） 3L086 CB03 DA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的に接地された固定用金属フレーム
   と、該固定用金属フレームに接合されたプリント基板
   と、該プリント基板に装着された固定電極と、該固定電
   極と所定の空隙を有して設けられた可動電極と、前記固
   定電極と可動電極との空隙の寸法変化に応じて可変する
   静電容量に基づいて周波数を発振するＣＲ発振回路とを
   備え、 前記固定用金属フレームと固定電極との間に所定の静電
   容量を有するコンデンサを挿入したことを特徴とする静
   電容量式重量検出装置。
2. 【請求項２】 前記コンデンサの静電容量に応じてＣＲ
   発振回路の抵抗を可変することを特徴とする請求項１記
   載の静電容量式重量検出装置。
3. 【請求項３】 前記コンデンサの静電容量の値を、前記
   固定電極側と可動電極側に発生する浮遊容量の５倍以上
   にしたことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載
   の静電容量式重量検出装置。