JPH063397B2 - 重量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、物の重量を計量する秤に関するものである。
そのほか、物の重量を検出し、その重量情報を有効に活
用し、機能や性能を向上させるための手段としての重量
検出装置に関するものである。たとえば重量情報を有効
に活用するものとして加熱調理器があり、加熱室内の食
品の重量を検出しそれに最適な出力で加熱することで調
理性能の向上が実現出来る。そういった重量検出装置に
関するものである。

従来の技術 従来の例えば第６図に示す秤りでは測定物を皿１８に載
置し、その荷重を荷重支え金具２６で平行運動側平行保
持スペーサ２５に連結している。又平行運動側平行保持
スペーサ２５は上下に平行状態に固定された板バネ２３
を介して固定側平行保持スペーサ２４に連結されてい
る。固定側平行保持スペーサ２４は支持金具２７を介し
て土台２９に固定されている。そして２枚の板金電極２
８はそれぞれ平行運動側平行保持スペーサ２５および固
定側平行保持スペーサ２４に取り付けられている。

測定物を皿１８に載置すると、その荷重により板バネ２
３が変形し、平行運動側平行保持スペーサ２５に取り付
けられた部分が下に変位する。それにより２枚の板金電
極２８の間隔が変化し、板金電極間の静電容量が変化す
る。この静電容量の変化を検出して重量を測定する。

発明が解決しようとする問題点 ところがこのような板金電極間の静電容量の変化を検出
する重量検出装置においては、次のような問題がある。

まず１つは板金電極間は空気であり、その湿度によって
空気の誘電率が変化する。そのため板金電極間の静電容
量が変化し、正確な重量検知ができない。又加熱調理器
などに搭載された場合は、台所に設置されたり、食品等
から水蒸気が発生するため、湿度の変化が大きくなり正
確な重量検出がさらに困難となる。

また２つ目は、板金電極にほこり等が付着し、それが湿
気が帯びることにより板金電極間の静電容量が変化し、
正確な測定が不可能となる。

もう１つは板金電極は、面積が約５０mm×５０mmから１
００mm×１００mmの大きさで、電極間隔が５〜１０mmで
あり、大形なものである。これは荷重による電極間隔の
変化が２〜３mm程度であり、これを静電容量の変化とし
て検出可能にするには電極面積を大きくする必要がある
ためである。面積が大きく、電極間の変位量が大きいた
め、電極間を外部から遮断して湿度の影響をなくすため
の手段が困難である。このように従来の方式では湿度や
ほこり等に対する処理が困難なため、正確な重量検出が
非常に困難であるという問題があった。

本発明はこのような従来の問題点を解消するものであ
り、湿度やほこりの付着による測定精度への影響をなく
し、正確な重量測定を実現することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記目的を達するため、本発明の重量検出装置は荷重の
検出部を小形にしかつ荷重による変位が小さく外部の湿
度等の影響を受けない感圧センサで構成し、正確な重量
検出をしようとするものである。そして感圧センサの構
成は、２枚の弾性を有する絶縁体からなる平板と、この
平板を平行にかつ一定間隙にスペーサで貼り合わせ、平
板の各対向面に電極を設ける。そして被測定物の荷重を
片方の平板に加え、もう片方の平板には力がかからない
状態でこの感圧センサを支持する。荷重のかかった平板
は、荷重により撓み変形を生じ、２枚の電極間隔の変化
にともなう静電容量の変化が生じる。この静電容量の変
化を検出して、重量を検知する構成である。

作 用 感圧センサを構成する２枚の平板の弾性定数は一般に同
一ではない。したがって両面に力が加わると、２枚の合
成した変形が生じ、静電容量変化も不安定となり正確な
重量検知が困難となる。従って片方の平板のみに荷重を
加え、もう一方の平板には力が加わらない様に支持する
事で、安定した変形が生じ、正確な重量検知が可能にな
るという効果を有するものである。又、上下の平板を同
じ平板により構成する事が出来、コストも安くできると
いう効果もある。

実 施 例 以下、本発明の一実施例について図面に基づき説明す
る。

第２図に示すように、感圧センサ１の構成は絶縁体でか
つ弾性を有する上下２枚の平板２ａ，２ｂに電極３を印
刷し、この平板２ａ，２ｂをスペーサ４を介して貼り合
わせたものである。この平板２ａ，２ｂの材質としては
弾性を有する絶縁体としてセラミック等がある。

又、従来の板金電極の大きさは５０mm×５０mm〜１００
mm×１００mmで電極間隔も５〜１０mm程度の大きなもの
であった。しかし本発明のものは平板２が３０mm×３０
mmで電極間隔は５０〜６０μｍとなり、平板２ａ，２ｂ
の板厚を０．５mmで構成すると、感圧センサ１の厚さは
１．０５〜１．１mmの非常に小さなものにできる。そし
て電気的な特性としての静電容量やその荷重に対する変
化率も従来と同様のものが得られる。

その理由は、２枚の平板２ａ，２ｂの電極間隔を５０〜
６０μｍのせまい間隔で貼り合わすためで、現在の表示
素子としての液晶等のガラスの貼り合わす技術と同等に
容易に実現出来る。従って電極間隔が小さいため、従来
と同様の静電容量を得るには電極面積は小さくできる。
また平板２ａ，２ｂを板厚ｔ０．５のアルミナセラミッ
クで構成した場合に、変位として１kg当りの荷重に対し
１０μｍで非常に小さい。しかし荷重による変位が小さ
くとも、電極間隔が小さいため、静電容量の変化率は大
きく、従来と同等以上になる。

以上の様に、従来の板バネ２３と板金電極２８とに匹敵
する機能を上記感圧センサ１が置き代わり、さらに小形
でかつ変位が小さいため電極間隔を外部から容易に遮断
することができ、湿度変化やほこり等の影響を受けな
い。

そして、被測定物の荷重を半球形の加圧ポイント６を介
して上側の平板２ａに加える。また下側の平板２ｂはセ
ンサ台５により受けて支持する。このセンサ台５には穴
５ａをあけておき、下側の平板２ｂのスペーサ４に接し
ている部分の下側で支える。スペーサ４より内側を穴５
ａによりにげることによって下側の平板２ｂの変形部分
すなわち感圧可能な部分には力が加わらない様にする。
すなわちシャフト９にかかった荷重はストッパ金具８や
弾性体７を介して加圧ポイント６に伝達される。そして
加圧ポイント６の力は感圧センサ１を構成している上側
の平板２ａにかかる。上側の平板２ａはスペーサ４によ
り支えられているため、スペーサ４の内側の部分すなわ
ち感圧可能な部分に力がかかると平板２ａは弾性を有す
るため変形する。しかしスペーサ４に支えられた部分す
なわち、感圧可能な部分以外に力がかかってもスペーサ
４が支えているため変形はない。そしてこの荷重が下側
の平板２ｂのスペーサ４と接着している部分を介してセ
ンサ台５により支えられる。このセンサ台５には穴５ａ
が設けられているわけであるが穴５ａはスペーサ４より
内側の部分すなわち感圧可能な部分では支えないスペー
サ４の下で支えるためである。こうすることにより上側
の平板２ａのみが荷重に対して変形が生じ、下側の平板
２ｂの変形がなく従って安定した静電容量変化を得る事
がてきる。もし、センサ台５に穴５ａがなければ、すな
わち単なる平面状の形であれば、このセンサ台５と下側
の平板２ｂとは完全に同じ平面度であることはめったに
ない。センサ台５が上側にでも反っていれば、下側の平
板２ｂを押し上げて、下側の平板２ｂが変形するおそれ
がある。さらに万一センサ台５に異物があったり、セン
サ台５の表面に傷等による突起があった場合も同じ様に
下側の平板２が変形する。そして両側の平板２ａ，２ｂ
が変形した場合は、上下それぞれの弾性定数が異なった
り、また下側の平板２ｂが異物や反りなどに押さえられ
る位置もさまざきである。従って上下両側の平板２ａ，
２ｂの合成された複雑な静電容量変化が生じたり、不安
定な変化が生じる。こうなると正確な重量検出が困難と
なる。以上の様に正確な重量検出を行なうには、片側の
平板のみを加圧する事が重要である。又、上下の平板は
同じ板厚で構成する事ができ、上下の区別を必要とせず
組み込むことができ、コストも安くできる。

第１図は感圧センサ１への荷重伝達機構と、感圧センサ
１を受ける支持部の一実施例を示す。測定物の荷重はシ
ャフト９からストッパ金具８に伝達され、板バネで構成
される弾性体７を介して加圧ポイント６にかかる。加圧
ポイント６は感圧センサ１の上側の平板２ａにかかり、
上側の平板２ａのみが変形して上下の電極３の間隔が変
化する。この時下側の平板２ｂはセンサ台５により、感
圧面ではなく周囲のスペーサ４の下部で受けられてお
り、下側の平板２ｂの変形はない。この様に荷重に対し
て上側の平板２ａのみの安定した正確な変形が生じ、こ
れに対応した静電容量の変化として検出することができ
る。

過大荷重に対する保護については、所定の荷重がかかる
と弾性体７が変形し、ストッパ金具８全体が下へ変位す
る。そしてストッパ金具８の両側のつばがセンサ支持金
具１０に当たり、所定荷重を超える分はストッパ金具８
の両側のつばにかかり、所定荷重までは感圧センサ１に
かかり、感圧センサ１を保護する。

第３図は、測定物の荷重を支持し、第１図で示した様に
感圧センサ１へ荷重伝達する支持機構を示す部分遮断面
斜視図である。

実際の重量測定では、皿１８に載置されるのは中央とは
かぎらない。従って載置位置に無関係に荷重を感圧セン
サ１へ正確に集中して伝達する必要がある。これには秤
などで一般に利用されているロバーバル機構がある。こ
れの利点は載置位置に無関係に正確な重量検出が可能な
ことと、載置台が平行状態を保ちながら変位することで
ある。ロバーバル機構の構成は平行四辺形の４隅を可動
な状態でつなぎ、一辺を固定しその対向辺を平行運動可
能な状態とする。平行運動金具１１を平行運動可能な辺
とし、その対向辺の固定支持金具１２を固定辺とする。
そして２枚の平行保持金具１３を両者と４隅でピン１４
によりとめ、平行四辺形を構成する。そして平行運動金
具１１にシャフト９を取り付け、荷重が感圧センサ１に
伝達する構成とする。このようにロバーバル機構を用い
ることにより、載置位置に無関係に小さな感圧センサ１
に集中することができ正確な重量測定が可能となる。

第４図は、本発明の重量検出装置を加熱調理器に搭載し
た場合を示す側面断面図である。この様に加熱室２０の
底面に取り付けることにより、食品１９の重量を検出
し、それに対応してマグネトロン２２の出力を制御する
ものであり、湿度やほこりによる影響なしに正確に重量
測定でき、調理性能も向上する。

第５図は感圧センサ１の静電容量の変化を発振周波数に
変換する発振回路であり、重量変化を周波数の変化に変
換する回路である。この回路は従来の板金電極２８の静
電容量変化を検出するのと同じものである。

このように本実施例によれば、正確な重量検出が可能と
なる。

発明の効果 以上のように本発明の重量検出装置によれば次の効果を
得ることができる。

(1)感圧センサを安定した特性で使用する事が出来、正
確な重量測定ができる。

(2)感圧センサの上下２枚の平板を同一のもので構成す
る事が出来、コストが安い。

(3)感圧センサの上下２枚の平板を同一のもので構成す
る事が出来、感圧センサの感圧面の制約がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である重量検出装置の部分断
面図、第２図は同感圧センサの分解斜視図と加圧ポイン
トおよびセンサ台を示す分解斜視図、第３図は同感圧セ
ンサおよび荷重支持機構を示す部分断面斜視図、第４図
は加熱調理器への同搭載状態を示す側面断面図、第５図
は同発振回路を示す回路図、第６図は従来の秤の構造を
示す側面図である。 １……感圧センサ、２ａ……上側の平板、２ｂ……下側
の平板、３……電極、４……スペーサ、５……センサ
台、５ａ……穴、６……加圧ポイント、７……弾性体、
８……ストッパ金具、９……シャフト、１０……センサ
支持金具、１１……平行運動金具、１２……固定支持金
具、１３……平行保持金具、１４……ピン、１５……モ
ータ、１６……ギャ、１７……ターンテーブル、１８…
…皿、１９……食品、２０……加熱室、２１……ドア、
２２……マグネトロン、２３……板バネ、２４……固定
側平行保持スペーサ、２５……平行運動側平行保持スペ
ーサ、２６……荷重支え金具、２７……支持金具、２８
……板金電極、２９……土台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 修治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−97422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−103663（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加圧力を電気的信号に変換する２枚の平板
   からなる静電容量型の感圧センサと、前記感圧センサに
   よる電気的信号から重量を検出する重量検出回路と、被
   測定物の荷重を支持しその荷重を前記感圧センサに伝達
   する半球形の加圧ポイントと、前記感圧センサを支持す
   るセンサ台とを備え、前記センサ台は前記感圧センサの
   感圧可能な部分に対応する部分に穴を有する構成とした
   重量検出装置。
2. 【請求項２】感圧センサを２枚の弾性を有する絶縁体か
   らなる平板と、この平板を平行にかつ一定間隙で貼り合
   わすスペーサと、前記２枚の平板の各対向面に設けた電
   極とより構成し、加圧時における力を平板の撓み変形に
   よる電極間隔の距離の変化にともなう静電容量の変化と
   しての電気的信号に変換する構成とした特許請求の範囲
   第１項記載の重量検出装置。
3. 【請求項３】感圧センサの片側の平板に荷重を加え、も
   う一方の平板の変形の生じない部分をセンサ支持手段が
   支持する構成の特許請求の範囲第２項記載の重量検出装
   置。
4. 【請求項４】感圧センサの２枚の平板を同一の板厚で構
   成した特許請求の範囲第２項記載の重量検出装置。