JPH0542353Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、重量を検出する静電容量式荷重セン
サに関する。

＜従来の技術＞ 第４図に従来の静電容量式荷重センサの１例を
示す。図において１０１は絶縁性固定基板であ
り、１０２が荷重を受けて変形を起す絶縁性可動
基板であり、両者の中央部分には第５図の分解斜
視図に示すごとく、円板状の電極部分１０３，１
０３′が形成され、リード線取り出し口１０６を
通して端子接続部分１０７に電気的に接続されて
いる。

絶縁性固定基板１０１、可動基板１０２は、通
常アルミナ基板が用いられ、所定の空隙50μ程度
にて、封止部材１０４により固定されている固定
基板１０１の封止部材１０４と電極部１０３との
間に空気通りぬけ用の小孔１０５、がもうけられ
ている。

絶縁性可動基板１０２の上に荷重Ｆが加わると
１０２の変形し電極１０３，１０３′間の間隔が
初期の間隔d₀からd₁へと少となり従つて電極１０
３，１０３′間の電気容量が増加の方向へ変化し
この容量の変化ΔCを検出回路（CFコンバータ等
を利用する。）にて周波数の変化として取り出し
ている。

（電気容量 Ｃ＝e₀Ｓ／ｄ Ｓは電極面積、ｄは電 極間距離、e₀は空気の誘電率） ここで可動基板１０１は材質としてアルミナ等
のセラミックス材であるため機械的な衝撃および
熱衝撃に弱いという欠点を持ち、従つて可動基板
の板厚を通常0.6mm以上として強度を確保する必
要があり、このため板厚を厚くする程、加重Ｆに
対する変位が少なくなり、（通常１Kg荷重にて変
位2μm程度）容量変化分をベースとした感度は通
常４乃至５％／１Kg当りであり感度が不足であ
る。一方可動基板の材質のヤング率の温度特性
は、上記荷重センサ全体の温度特性に大きく影響
するが、通常可動基板としてアルミナ基板を用い
た場合、そのヤング率の温度特性は±20ppm／℃
程度有り、従つて荷重センサ部分の温特0ppm／
℃とする事が困難であつた。

又、固定基板１０１に小穴１０５を形成する事
は、製造工程上工数がかかり、荷重センサのコス
トを高くする主要な要因となつていた。

＜考案の目的＞ 本考案は従来の荷重センサの欠点を改善した機
械的な衝撃に強く、しかも従来よりも感度が高
く、温度特性が良好な静電容量式荷重センサを廉
價に提供することを目的とする。

＜考案の構成＞ 本考案は基板上に電極パターンを形成した絶縁
性固定基板の上に、封止部材によつて恒弾性合金
よりなる可動基板が所定の間隔にて対抗して設置
され、上記絶縁性固定基板の電極パターンはその
中央部分は中央部の電極材質が除去されて固定基
板の下地が露出しており、又、上記封止部材は、
上記電極パターンから外側へ延びたリード線取り
出しパターン部分と重ならないよう、その一部分
がカツトされた構成を有するものである。

＜作用＞ 荷重により上下電極間の静電容量を変化せし
め、これを電気量として検出し荷重を測定する。

＜考案の説明＞ 第１図に本考案による静電容量式荷重センサの
１実施例を第２図に第１図の分解斜視図を示す。

１は絶縁性固定基板であり、その上に電極パタ
ーン３が形成され、封止部材４によつて、恒弾性
合金よりなる可動基板２が対抗して設置され上記
可動基板２と電極パターン３とが空隙l₀の間隔
（荷重Ｆは零の状態）をもつて空気コンデンサが
形成されている。

電極パターン３からはリード線とり出しパター
ン３１が外側へ延び、電極端子部５へ電気的に接
続されている。電極パターン３、リード線とり出
しパターン３１はその材質は通常厚みの薄いA_u
等が印刷処理されて使用され、電極端子部５は外
部リード線とのハンダづけ処理対応のため通常
Ag−Pd等が印刷されている。

電極パターン３は第２図のごとく中央部を中空
としたドーナツ形状となつており、中空部１１
は、絶縁性基板１の下地面が露出している。

上記中空部１１の効果は、後述するごとく、可
動基板２が最大荷重F_MAXを受けて固定基板１上
に接触しても、可動基板２と電極パターン３とが
電気的に接触しないようにする効果をもつてい
る。

第１図の空気コンデンサの電気容量はＣ＝ε
Ｓ／ｌでありεは空気の誘電率、ｌは可動電極２と 電極パターン３間の対抗距離Ｓはドーナツ状電極
パターン３の面積とリード線とり出しパターン３
の面積の合計である。

荷重Ｆが零の初期状態ではｌ＝l₀であり、一方
荷重Ｆが加わると可動電極が変形し第１図中点線
で示すようにその中央部と電極部３の平面間距離
はl₁となり、全体として電気容量は増加する方向
になる。

上記荷重Ｆが加わつた時の電気容量の温度特性
は、主として可動基板２に用いた金属材料のヤン
グ率の温度係数に大きく依存する。

本考案第１図にて可動基板２の材質としてFe
−Ni−Cr系の恒弾性合金を用いている。恒弾性
合金のヤング率の温度特性は第３図に示すごとく
最適な熱処理温度（第３図の場合610℃）にてほ
ぼ数ppm／℃以下となつている。従つて従来の第
４図の絶縁性可動基板（アルミナ）の場合の±
20ppm／℃のヤング率の温特に対して明らかにヤ
ング率の温特が改善されており、荷重センサとし
て、従来よりも温度特性の改善が実現できる。

又、可動基板２が本考案では恒弾性金属による
金属材料を用いているため、従来の絶縁性可動基
板（アルミナ板）を用いた場合に比べて下記改善
効果がある。

(イ) 機械的な衝撃、及び熱衝撃に対して可動基板
が大巾に強くなり、従来よりも信頼性が向上す
る (ロ) 従来の絶縁性可動基板の場合は、機械的な破
損をさけるため板厚を0.6mm以下より薄くする
事は困難で従つて、荷重Ｆに対する変位は高々
2μm／１Kg当りであつたが、本考案では可動基
板が金属材料であるため従来の絶縁性基板のよ
うな破損の心配はなく、従つて板厚を0.6mm以
下の0.3mm程度まで低下でき、従つて荷重Ｆに
対する変位も従来の２〜５倍程度に改善でき荷
重センサとしての感度を大巾に高くできる なお、前記のごとく感度を高くした状態では荷
重Ｆが、ある値以上とすると、上記可動基板２の
中央部分が絶縁性固定基板１と機械的に接触する
可能性があるが本考案ではこの場合でも可動基板
２と電極パターン３との電気的接触をさせないよ
うに、電極パターン３をドーナツ状として中空部
分をもうけて、絶縁性固定基板の下地面を露出さ
せ（第２図中１１）て後段の処理回路（Ｃ−Ｆコ
ンバータ）に電気的な影響を与えないようにして
いる。

次に封止部材４について説明する。第２図に示
すごとくシール部材４は、電極パターン３円周部
分外側を囲む形にてリング形状であり、リード線
取り出しパターン３１と重なる部分に相当する個
所がカットされた形状となつている。

封止部材４は通常スクリーン印刷等の手段によ
つて絶縁性固定基板１の上に形成され、その材質
は低融点ガラス、無機系接着剤、有機系接着剤等
が用いられる。印刷後可動基板２が封止部材４の
上に配置され、所定間隔となるよう接着処理され
る。

従来は第５図のごとく封止部材がリング形状と
なつており、従つて温度変化時点の内部の空気の
通り口用の小孔１０５が必要であつたが、本考案
ではシール部材のリング形状の一部分をカツトし
ているため、このカツト部分が空気の通り口用の
通過口としての機能をもつている。従つて本考案
では従来のごとく絶縁基板上での小孔を必要とせ
ず従つて絶縁基板１のコストが従来の絶縁基板に
比べて廉價となる。

＜考案の効果＞ 以上本考案によれば従来よりも機械的な衝撃に
強く、しかも感度が高く、温度特性を改善したコ
ストの安い静電容量式荷重センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による１実施例を示す側面図、
第２図は、第１図の分解斜視図であり、第３図は
恒弾性合金のヤング率の温特を示す図であり、第
４図は従来例の側面図、第５図は、第４図の分解
斜視図である。 １，１０１……絶縁性固定基板、２……恒弾性
合金よりなる可動基板、１０２……絶縁性可動基
板、３，１０３，１０３′……電極パターン、３
１，１０６，１０６′……リード線とり出しパタ
ーン、５，１０７，１０７′……電極端子部、４，
１０４……封止部材、１０５……小孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 絶縁性固定基板の一方の内側領域に電極部分が
   形成され前記電極部分より前記絶縁性固定基板の
   外側へ向かつてリード線取り出しパターンが形成
   され、一方、恒弾性合金よりなる可動基板が、所
   定の厚みを保ち、かつ、前記電極部の外側をリン
   グ形状に取りまいて、その一部がカツトされた形
   状をもつ封止部材によつて前記絶縁性固定基板の
   面に対向して設置され 前記絶縁性固定基板の電極部分はその中央部分
   の電極材質が除去されていて、絶縁性固定基板の
   下地面に露出していることを特徴とする静電容量
   式加重センサ。