JP4808946B2 - 静電容量式秤量装置の荷重計測機構 - Google Patents

Description

本発明は静電容量式秤量装置の荷重計測機構に関する。

図５及び図６は従来の静電容量式秤量装置の構成を示す。
ロバーバル機構５１の固定部５２には絶縁材５４を介して電極板（固定電極板）５３が設けられ、可動部５５にはやはり絶縁材５６を介して可動電極板５７が上記固定電極板５３に平行するよう配置されている。また、固定電極板５３及び可動電極板５７は、静電容量の変化を荷重に変換する回路を有する回路基板５８に対して線材５９ａ及び５９ｂを以て接続している。

この構成において、固定電極板５３と可動電極板５７はコンデンサとして構成されている。秤量皿５０に負荷された秤量物の荷重Ｗはロバーバル機構５１の可動部５５に伝達され、当該可動部５５に取り付けられた可動電極板５７を下方に平行移動させる。これにより上下に位置する固定電極板５３と可動電極板５７の間隙ｄが変化する。コンデンサ容量はこの間隙ｄに逆比例することを用いて上記基板５８に設けられた回路によりこのコンデンサ容量の変化を負荷された荷重Ｗに変換し、表示部６０に表示する。

静電容量式の秤量装置では静電容量はその容量に対応する周波数に容易に変換できるため、直流式の増幅器やＡＤ変換を必要とせずに荷重の測定が可能であり、演算回路も単純なもので済み、全体として秤量装置を安価に提供できるという利点がある。

ここで、前記構成のコンデンサとしての容量をＣとすると、この容量Ｃは電極板の間隙ｄに逆比例する外、間隙内物質（図の如く大気中に前記構成を配置した場合には空気）の誘電率ｅと電極板面積Ｓに比例し、下記式のように表すことができる。
Ｃ＝ｅ・Ｓ／ｄ つまり、上記式からコンデンサ容量Ｃは電極板面積Ｓに比例し、この電極板面積Ｓを大きくすればコンデンサ容量Ｃを大きくする事が可能となる。より具体的には電極板面積Ｓを大きくすれば間隙ｄの単位変位量当たりのコンデンサ電気出力が大きくなり、秤量装置としての感度を高めることができる。

この様な観点から上記した構成において、上下二枚の電極板の面積を増大することにより感度を向上させることが考えれるが、電極板の面積の増加は秤量装置のコンパクト化に逆行してコンゴデンサ全体の投影面積を増大させることになる。また電極板の投影面積の増加は、ロバーバル機構を配置しても荷重負荷時の電極板の変位における四隅誤差の解消が困難となり、電極板の投影面積の増加が直ちに秤量装置としての感度の向上に繋がらないという側面も有している。

本願発明に先行する技術として例えば下記特許文献に記載された発明があある。
特許３２７３７６８号公報 特願平１−２９２２１７号公報 実公平７−２５６３６号公報

このうち、特許文献１に記載の発明は、少なくとも３枚の電極板を配置する構成であって、後述する本願発明と一見共通する技術事項を含むように見えるが、各電極板の間にバネを設ける等秤量機構としてのコンデンサ全体の構成が複雑となり、本願の目的の一つである構造の簡素化には対応することができない。

また、特許文献２記載の構成は４枚の電極板が設けられた構成が示されており、電極板の投影面積を大きくせずにコンデンサの感度を向上させることが可能となると考えられるが、個々独立した各電極板をロバーバル機構内に組み込む構成となっているため、部品点数が増加すると共に、荷重計測機構部の組み立てにおいて各電極板の間隔の微調整等高度な注意力と熟練を要するものと考えられる。さらに、特許文献３は前記特許文献２に比較して組み立て等はかなり容易であると考えられるが、電極板は従来の上下２枚の構成であり、秤量装置として高い感度は期待できない。

本発明は上記従来技術の問題を解決すべく構成したものであって、その課題は、荷重計測部としてのコンデンサの投影面積を大きくすることなく秤量装置としての感度を向上させ、かつ機構の組み立ても容易に行うことができる静電容量式秤量装置の荷重計測機構部を得ることにある。

本発明は、コンデンサを構成すべき固定側の電極板部分及び可動電極板部分を、例えば側面形状が略「コ」の字を形成する上下２枚の電極板部となるようそれぞれ一体成形して電極板本体として構成し、固定側と可動側の電極板本体を、各本体の電極板部が荷重の負荷方向において重畳的かつ交互に位置するよう配置することにより、電極板部の面積をその投影面積に対して電極板部の形成枚数を乗じた面積とした静電容量式秤量装置の荷重計測機構であることを特徴とする。

各電極板本体には２枚以上の電極板部が一体的に設けられているため、電極板として機能する面積は電極板部の投影面積に対して電極板部の設置枚数を乗じた値となる。このため投影面積をそのままにすればコンデンサの容量が大きくなり、装置としての感度を向上させることが可能となり、また感度をそのままにしておけば電極板部の投影面積を小さくすることにより機構部のより一層のコンパクト化を図ることができる。

また電極板本体は電極板部の形成枚数に関わりなく、一体の部品として構成されるため、荷重計測機構部の部品点数は増加しない。また電極板部の一体的構成により、個々の電極板部の位置関係の微調整が不要となり、荷重計測機構部の組み立ては極めて容易であるにも係わらず高い感度を得ることが可能となる。

電極板本体を構成する金属板を略「コ」の字に屈曲することにより上下に電極板部を有する一体的な電極板本体を構成し、屈曲により上下の電極板部に介在位置する支持壁部をそれぞれ対向するように配置し、各電極板本体の電極板部が荷重の負荷方向に対して重畳的かつ交互に位置するようこの電極板本体をロバーバル機構内に配置する。

図１は本発明の基本的構成を示す。
まず図１（Ａ）は本発明の中心を成す電極板本体の構成及びその取り合わせ状態を示す。符号１及び２は電極板本体を示す。これら電極板本体１及び２は全く同じ構成であるが、以下電極板本体１を可動電極、電極板本体２を固定電極として説明する。

可動側の電極板本体１は一枚の略長方形の金属板を屈曲することにより上下方向にそれぞれ上部電極板部１Ａ及びその下部に上部電極板部１Ａとほぼ同一の投影形状及び面積の下部電極板部１Ｂが形成され、かつ両電極板部１Ａ、１Ｂの間に介在位置する垂直壁部としての支持壁部１Ｃが形成されることにより、この電極板本体１はその側面形状が略「コ」の字型に形成された一体的な部品として構成される。

固定側の電極板本体２も上記可動側電極板本体１と全く同様の構成となっている。即ち上部電極板部２Ａ、下部電極板部２Ｂ及びこれら上下電極板部２Ａ、２Ｂの間に介在位置する支持壁部２Ｃとから成り、側面形状が略「コ」の字形の一体的な部品として構成される。

両電極板本体１及び２は、上部電極板部２Ａ、１Ａ及び下部電極板部２Ｂ、１Ｂがそれぞれ間隙ｄ１、ｄ２をもって位置するよう支持壁部１Ｃ、２Ｃが対向位置するようにして向き合って配置される。なお、これら隙間ｄ１、ｄ２は両電極板本体１及び２が全く同一に構成されることによりｄ１＝ｄ２となる〔図（Ａ）参照〕。

（Ｂ）はこの電極板本体１及び２をロバーバル機構Ｒ内に組み込んだ状態を概念的に示している。即ち可動側電極板本体１はロバーバル機構Ｒの可動ブロック３に対して固定される。例えば電極板本体１の支持壁部１Ｃをネジなどの固定手段により固定することによりロバーバル機構Ｒに対する電極板本体１の取り付けは容易に行える。同様に固定側の電極板本体２の支持壁部２Ｃをロバーバル機構Ｒの固定ブロック４に固定することにより電極板本体２をロバーバル機構Ｒ内に固定する。因みに、可動ブロック３及び固定ブロック４の所定の位置に予めネジ穴を形成しておけば、電極板本体１及び２をネジ止めするだけで各電極板本体１及び２をロバーバル機構Ｒ内の所定の位置に正確に取り付けることができる。

上記のように構成することにより電極板本体１及び２により構成されるコンデンサは、電極板本体１及び２がそれぞれ同一面積かつ同一形状の電極板部を２ずつ枚有することにより電極板の面積Ｓは電極板部の投影面積のほぼ２倍の２Ｓとなり、従来型の上下２枚の電極板の構成に対してほぼ２倍のコンデンサ容量を得ることができ、秤量装置の感度を大幅に向上させることができる。

図２は本発明の別の構成を示す。
この構成では電極板本体１の上下の電極板部１Ａ及び１Ｂから等距離の位置に第３の電極板部１Ｄが形成され、その側面形状が略「ヨ」の字のとなるよう構成されている。同様に電極板本体２の電極板部２Ａ及び２Ｂから等距離の位置に第３の中間部電極板部２Ｄが形成され、これら電極板本体２及び３を組み合わせることにより上部電極板部２Ａ、１Ａの組、下部電極板部２Ｂ、２Ａの組に対して第３の中間電極板部２Ｄ、１Ｄの組が構成される。つまりこの構成では電極板の面積Ｓは電極板部の投影面積のほぼ３倍の３Ｓとすることが可能となる。

このようにして一つの電極板本体に対して形成する電極板部の数を増やすことにより電極板部の投影面積Ｓに対して実際に形成された電極板部の枚数ｎを乗じた値Ｓｎが電極板として機能する面積となる。

図３及び図４は上記構成を実機に装着する場合の構成例を示す。
符号５はロバーバル機構Ｒの可動ブロック、６は固定ブロック、符号７、８は可動ブロック５及び固定ブロック６と接続する上下の副桿である。９は図１の符号１に対応する可動側の電極板本体であり、１０は図１の符号２に対応する固定側の電極板本体であり、それぞれ上部電極板部９Ａ、１０Ａ、下部電極板部９Ｂ、１０Ｂを有している。これら電極板本体９及び１０はロバーバル機構Ｒのそれぞれのブロック５及び６に対してネジをもって固定されている。なお機構の構成上、可動ブロック５側のみネジ１１が図３の図面上に表れている。

符号１２は電極板本体９及び１０の空間部に配置された荷重計測用回路を有する基板である。また図４からも明らかなとおり電極板本体９及び１０はロバーバル機構Ｒ内にその投影面積が全て納まる程度の小型に形成することができる。

可動ブロック５には秤量皿１３の軸１３ａが挿通する軸挿通部５ａが形成されることにより秤量皿１３が可動ブロック５側に接続し、秤量皿１３に載置された秤量物の荷重Ｗにより、可動ブロック５及びこの可動ブロック５に取り付けられた電極板本体９の上下の電極板部９Ａ、９Ｂが固定側の電極板本体１０の上下の電極板部１０Ａ、１０Ｂから離間するよう変位し、この変位による静電容量の変化を基板１２に構成された回路により算出し、荷重Ｗを計測する。

電極板部の設置枚数を増加させることより電極板部の投影面積を増加させることなくコンデンサ容量を大幅に増加でき、このように投影面積の増加を抑制することによって電極板変位時の四隅誤差を極小化させることが可能であり、更に外部の外乱要因から計測部を防護する静電気シールドも必要最小限にとどめることが可能となる。この結果、従来は余り高い精度を要求されない民生品としての秤量装置に用いられていた静電容量式秤量装置を、より高い精度が要求される産業用の秤量装置として比較的安価に提供することも可能となる。

（Ａ）は電極板本体の構成及び位置関係を示す電極板本体の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）示す構成がロバーバル機構内に配置された状態を示す斜視図である。 別の構成の電極板本体を示す斜視図である。 本発明を実機に装着す場合の荷重計測機構の側面図である。 図３の構成の平面図である。 従来の構成の静電容量式秤量装置の構成図である。 図５の電極板部分の詳細図である。

符号の説明

１ 電極板本体（可動側）
１Ａ 上部電極板部
１Ｂ 下部電極板部
１Ｃ 支持壁部
１Ｄ 中間電極板部（第３の電極板部）
２ 電極板本体（固定側）
２Ａ 上部電極板部
２Ｂ 下部電極板部
２Ｃ 支持壁部
２Ｄ 中間電極板部（第３の電極板部）
３、５ （ロバーバル機構の）可動ブロック
４、６ （ロバーバル機構の）固定ブロック
７、８ 副桿
９ 電極板本体（可動側）
９Ａ 上部電極板部
９Ｂ 下部電極板部
１０ 電極板本体（可動側）
１０Ａ 上部電極板部
１０Ｂ 下部電極板部
１１ 電極板本体取付用ねじ
１２ 回路基板
１３ 秤量皿
Ｒ ロバーバル機構
Ｗ （秤量物の）荷重

Claims (2)

1. 固定電極板と、秤量物の荷重によりこの固定電極板に対して変位する可動電極板とを荷重の負荷方向に対して重畳的に配置し、固定電極板に対する可動電極板の変位量に対応する静電容量の変化により秤量物の荷重を測定する秤量装置において、固定電極板及び可動電極板は、一枚の金属板を側面形状が略「コ」の字形となるよう屈曲形成することにより構成された電極板本体の支持壁部を介して上下に平行に位置し、かつ当該電極板本体の一部である電極板部として各々構成され、一体形成された電極板本体の上下の電極板部が荷重の負荷方向に対して交互に位置するよう各電極板本体は支持壁部をロバーバル機構の固定ブロックと可動ブロックにそれぞれネジ止めされ、かつ支持壁部を挿通してこれら固定ブロックと可動ブロックに予め形成されたネジ穴にネジを螺合することにより各電極板本体はロバーバル機構内で適正な位置に自動的に固定され、これにより電極板本体は固定電極板本体と、ロバーバル機構の変形に対応して変位する可動電極板本体としてそれぞれ機能するよう構成したことを特徴とする静電容量式秤量装置の荷重計測機構。
2. 荷重の負荷方向に対して交互に位置する電極板部により形成された空間部に対して回路基板が各電極板部と平行に配置されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量式秤量装置の荷重計測機構。

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