JPH07270219A - 静電容量式の電子秤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な機構で、秤量を大きくして測定精度を
高くする。 【構成】 電子秤は、平行に配設された上下の板バネ１
を介して、上下に相対的に平行移動できるように平行に
配設された固定電極板４及び可動電極板５と、板バネ１
に連結されている受皿３と、固定電極板４及び可動電極
板５の静電容量を重量に変換する演算回路７と、演算回
路７で演算された重量の表示手段８とを備える。固定電
極板４及び可動電極板５が板バネ１に対して傾斜して配
設され、固定電極板４及び可動電極板５の板バネ１に対
する傾斜方向が、受皿３に被測定物６を載せた状態で板
バネ１が弾性変形する方向である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の重量を静電
容量に変換して測定する静電容量式の電子秤に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電容量式の電子秤は、ピエゾ効果を利
用した高価な重量センサーを必要としない。また、板バ
ネを変形させて被測定物の重量を測定するので、ピエゾ
効果の重量センサーに比較して耐衝撃性に優れる特長が
ある。

【０００３】静電容量式の電子秤は、例えば特公平１−
３１１２８号公報に記載されている。この公報に記載さ
れる電子秤は、図３と図４に示す構造をしている。これ
等の図に示す電子秤は、対向して平行に配設した板バネ
１でロバーバルの機構を構成する。上下の板バネ１は両
端を台座２に固定して、板バネ１が互いに平行移動する
ロバーバルの機構を構成している。図において右の台座
２には受皿３を連結している。受皿３に被測定物６が載
せられると、板バネ１が弾性変形して右の台座２が降下
するようになっている。

【０００４】左右の台座２には固定電極板４と可動電極
板５とを連結している。固定電極板４と可動電極板５
は、台座２の上下変位によって間隔を変化させる。受皿
３に被測定物を載せないときは、図３に示すように、固
定電極板４と可動電極板５とが互いに接近する。受皿３
に被測定物６を載せると、図４に示すように、可動電極
板５を固定した台座２が降下し、固定電極板４と可動電
極板５の間隔が広くなる。間隔が広くなると固定電極板
４と可動電極板５で構成されるコンデンサーの静電容量
が変化するので、静電容量を検出して、台座２の降下量
を検出できる。台座２の降下量は被測定物６の重量を検
出するパラメーターである。したがって、固定電極板４
と可動電極板５の静電容量を検出して、被測定物６の重
量が検出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３と図４に示す電子
秤は、ピエゾ素子のような高価なセンサーを使用しない
簡単な機構で、被測定物６の重量を検出できる特長があ
る。とくに、この構造の電子秤は、軽い被測定物６の重
量を正確に測定できる優れた特長がある。固定電極板４
と可動電極板５の静電容量が、両電極板の間隔に反比例
するので、軽い被測定物６を載せたときに、静電容量の
変化率を大きくできるからである。

【０００６】しかしながら、この構造の電子秤は、図４
に示すように、重い被測定物６を載せると、固定電極板
４が板バネ１に接触してしまう欠点がある。固定電極板
４が板バネ１に接触すると、被測定物６の重量を正確に
測定できなくなる。このため、この構造の電子秤は、板
バネ１の変位量が少なく、計測できる被測定物６の重量
範囲、すなわち秤量を大きくすることができない欠点が
ある。この欠点は、板バネの間隔を狭くして全体を薄く
設計すればするほど顕著になる。このために、計測でき
る範囲を広くしようとすると、板バネの間隔を広くする
必要があって全体が厚くなり、計測範囲を広くし、しか
もコンパクトな機構にできない欠点がある。

【０００７】さらに、板バネの最大変位量が少ないこと
は、秤量に対する静電容量の変化が小さくなって、測定
精度を高くすることが難しい。たとえば、最大変位量が
２ｍｍで秤量が１ｋｇである秤と、最大変位量が３ｍｍ
である秤量１ｋｇの秤とを比較すると、最大変位量が３
ｍｍである秤は、最大変位量が２ｍｍである秤に比較し
て、同一変位に対する重量が１．５倍となり、測定精度
を約１．５倍も高精度にできる。電子秤にとって、測定
精度をいかに高くできるかは極めて大切なことである。

【０００８】本発明は、このことを実現すると共に、従
来の欠点を解決することを目的に開発されたもので、本
発明の重要な目的は、極めて簡単な機構で、秤量を大き
くできると共に、測定精度を高くすることができる静電
容量式の電子秤を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の静電容量式の電
子秤は、前述の目的を達成するために下記の構成を備え
る。電子秤は、被測定物６を載せるとその重量で間隔が
変化して静電容量の変化をきたす固定電極板４及び可動
電極板５と、被測定物６を載せて可動電極板５を移動さ
せる受皿３と、固定電極板４及び可動電極板５の静電容
量を重量に変換する演算回路７と、演算回路７で演算さ
れた重量の表示手段８とを備える。固定電極板４及び可
動電極板５は、互いに対向して配設されると共に、平行
の姿勢で相対移動できるように、平行に配設された上下
の板バネ１を介して、対向する平行な姿勢に配設されて
いる。

【００１０】受皿３に被測定物６が載せられると、被測
定物６の重量で板バネ１が弾性変形される。板バネ１の
変形は、固定電極板４及び可動電極板５の間隔を変化さ
せる。固定電極板４及び可動電極板５の間隔は静電容量
を決定するパラメーターであるから、間隔の変化は静電
容量を変化させる。演算回路７は、固定電極板４及び可
動電極板５間の静電容量から被測定物６の重量を演算す
る。演算された重量は表示手段８に表示される。

【００１１】さらに、本発明の電子秤は、固定電極板４
及び可動電極板５の可動範囲を広くするために、固定電
極板４及び可動電極板５を板バネ１に対して傾斜させる
独得の構成を備える。固定電極板４及び可動電極板５の
板バネ１に対する傾斜方向は、受皿３に重い被測定物６
を載せたときに板バネ１が固定電極板４に接触するのを
防止するために、被測定物６で板バネ１が弾性変形され
る方向としている。

【００１２】

【作用】本発明の静電容量式の電子秤は、被測定物６の
重量を静電容量の変化に変換して測定する。被測定物６
の重量を静電容量に変換するために、固定電極板４及び
可動電極板５を備える。固定電極板４及び可動電極板５
は、板バネ１を介して互いに平行に対向する姿勢で配設
され、受皿３に被測定物６を載せて板バネ１が弾性変形
すると、その間隔が変化する。被測定物６が載せられる
と静電容量が小さくなり、軽い被測定物６を載せると静
電容量が大きくなる。即ち、固定電極板４及び可動電極
板５の静電容量は、その間隔に反比例する。

【００１３】その状態を図１と図２に示す。図１は被測
定物を載せない状態、図２は被測定物６を載せた状態を
示す。被測定物６を載せない状態で、固定電極板４及び
可動電極板５は互いに接近する。被測定物６を載せると
可動電極板５が降下して、固定電極板４との間隔が広く
なる。固定電極板４及び可動電極板５の間隔は、被測定
物６の重量のパラメーターである。固定電極板４及び可
動電極板５の間隔をｔ、対向面積をＳとするとき、静電
容量Ｃは下記の式で表される。ただし、この式において
εは空気の誘電率である。

【００１４】Ｃ＝εＳ／ｔ この式で示すように、静電容量は固定電極板４及び可動
電極板５の間隔のパラメーターであるから、静電容量は
被測定物６の重量のパラメーターとなる。したがって、
静電容量を検出して被測定物６の重量を演算できる。

【００１５】従来の静電容量式の電子秤の基本構成を、
図３と図４に示す。この図に示す電子秤は、図３に示す
ように、板バネ１と、固定電極板４及び可動電極板５を
互いに平行に配設している。この構造の電子秤は、受皿
３に重い被測定物６を載せて板バネ１を大きく弾性変形
させると、板バネ１が固定電極板４の先端に接触してし
まう。このため、可動電極板５の固定電極板４に対する
移動範囲を大きくすることが難しい。

【００１６】本発明の電子秤は、受皿３に重い被測定物
６を載せると、図２に示すように板バネ１が弾性変形す
る。板バネ１がこの姿勢に変形しても、固定電極板４が
傾斜して配設されているので、固定電極板４が板バネ１
に接触するのを防止できる。すなわち、板バネ１が変形
できる範囲を大きくできる。このことは、電子秤の測定
範囲を大きくできる。また、測定範囲を同じにすると、
測定精度を高くできる。最大重量に対する固定電極板４
及び可動電極板５の変位を大きくできるからである。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための静電容量式の電子秤を例示するもの
であって、本発明は電子秤を下記のものに特定しない。

【００１８】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００１９】図５と図６に示す静電容量式の電子秤は、
本体ケース９の凹部に上下に移動できるように配設され
た被測定物６の受皿３と、この受皿３の被測定物６で弾
性変形される板バネ１と、板バネ１の間に配設された固
定電極板４及び可動電極板５と、固定電極板４及び可動
電極板５の静電容量から被測定物６の重量を演算する演
算回路７と、この演算回路７の演算結果を表示する表示
手段８とを備える。

【００２０】本体ケース９は上ケース９Ａと下ケース９
Ｂとからなる。上ケース９Ａは、図５に示すように受皿
３を配設する凹部がある。凹部に配設される受皿３は、
本体ケース９との間に隙間があり、本体ケース９に接触
していない状態で上下に移動できるように配設されてい
る。受皿３は平面状で、上に被測定物６を載せることが
できる大きさに設計されている。受皿３の中心部分は、
板バネ１が変形すると上下に移動する右側の台座２に連
結されている。

【００２１】板バネ１は上下に離された２枚の金属板
で、２枚の板バネ１は、互いに平行に対向して配設され
ている。図６の電子秤は、弾性金属板を右側でＵ曲し
て、上下に離された２枚の板バネ１としている。この図
の板バネ１は、左右両側を台座２に固定して、互いに水
平に配設されている。図の電子秤は、右側の台座２を受
皿３に、左側の台座２を固定部を介して下ケース９Ｂに
固定している。上下２枚の板バネ１と、この板バネ１を
固定する両側の台座２とでロバーバルの機構を構成して
いる。したがって、受皿３に被測定物６が載せられる
と、板バネ１は図２に示すように互いに平行の姿勢を保
持して弾性変形する。

【００２２】図６の断面図に示す電子秤は、板バネ１の
水平を簡単に調整できる構造をしている。板バネ１の傾
斜角を調整するために、１枚の金属板をＵ曲して左端を
左の台座２の上下面に固定し、Ｕ曲部を右の台座２に挟
着して固定している。板バネ１の右側Ｕ曲部を挟着して
固定する右の台座２は、内側挟着片２Ａと台座本体２Ｂ
とを備える。内側挟着片２Ａは、Ｕ曲された板バネ１の
内側に密着される凸部がある。台座本体２Ｂは、Ｕ曲さ
れた板バネ１の外側に沿うＵ溝がある。台座本体２Ｂの
Ｕ溝と、内側挟着片２Ａの凸部とで板バネ１のＵ曲部を
挟着して、板バネ１の右側を台座２に固定している。板
バネ１を固定するために、台座本体２Ｂに止ネジ１０を
貫通させてねじ込んでいる。止ネジ１０は、台座本体２
Ｂを貫通し、先端で板バネ１の表面を押圧して固定す
る。この構造の台座２は、止ネジ１０を緩め、右の台座
２を上下にずらせて板バネ１の水平を調整できる。板バ
ネ１の水平を正確に調整した後、止ネジ１０を締め込ん
で板バネ１を右の台座２に固定する。板バネ１を固定し
た後、板バネ１と台座本体２Ｂとを接着材で固定して、
より完全に固定することもできる。接着材で固定した板
バネ１は、接着材を除去し、止ネジ１０を緩めて固定さ
れた板バネ１の水平を再調整することもできる。

【００２３】固定電極板４及び可動電極板５は、所定の
面積を有する金属板である。固定電極板４及び可動電極
板５は、絶縁部材１１を介して台座２に固定されて、板
バネ１の間に配設される。固定電極板４及び可動電極板
５は接触しないが、互いに接近して平行に配設されてい
る。固定電極板４は左の台座２の取付部の上面に固定さ
れ、可動電極板５は右の台座２の取付部の下面に固定さ
れている。固定電極板４及び可動電極板５は、図１と図
６とに示すように、板バネ１に対して傾斜して配設され
ている。板バネ１は水平に配設されているので、固定電
極板４及び可動電極板５は水平面に対して傾斜して配設
されている。固定電極板４及び可動電極板５を傾斜させ
るのは、受皿３に重い被測定物６を載せて板バネ１を大
きく変位させたときに、板バネ１が固定電極板４に接触
するのを防止するためである。したがって、固定電極板
４及び可動電極板５の傾斜方向は、図２に示すように、
受皿３に被測定物６を載せた状態で板バネ１が弾性変形
する方向である。

【００２４】固定電極板４及び可動電極板５の傾斜角
（α）は、受皿３に被測定物６を載せない状態で、固定
電極板４及び可動電極板５が板バネ１に接触せず、板バ
ネ１を大きく変形させた状態で、固定電極板４の先端が
板バネ１に接触するのを効果的に防止できる角度に調整
される。傾斜角が小さ過ぎると、受皿３に重い被測定物
６を載せて板バネ１を変形させたときに、固定電極板４
が板バネ１の下面に接触し易くなる。反対に傾斜角が大
き過ぎると、固定電極板４及び可動電極板５を台座２の
取付部に固定する部分が板バネ１の内面に接触し易くな
る。したがって、固定電極板４及び可動電極板５の傾斜
角は、先端と固定部分とが板バネ１の内面に接触し難い
最適な角度に調整される。傾斜角は、板バネ１の間隔
と、固定電極板４及び可動電極板５の長さ（Ｌ）を考慮
して最適値に調整される。傾斜角は、たとえば、１〜５
度の範囲に設定される。

【００２５】演算回路７は、固定電極板４及び可動電極
板５で構成されるコンデンサの静電容量から被測定物６
の重量を演算する。固定電極板４及び可動電極板５の静
電容量を検出するために、演算回路７は発振回路を内蔵
する。発振回路の発振周波数を決定するコンデンサー
に、固定電極板４及び可動電極板５で構成される可変コ
ンデンサーを使用する。このことを実現するために、固
定電極板４及び可動電極板５はリード線（図示せず）を
介して、演算回路７の発振回路に接続される。

【００２６】受皿３に被測定物６が載せられて板バネ１
が弾性変形すると、固定電極板４及び可動電極板５の間
隔が広くなって、可変コンデンサーの静電容量が小さく
なる。静電容量が小さくなると、演算回路７の発振回路
の発振周波数が高くなる。演算回路７は発振周波数を検
出して、可変コンデンサーの静電容量を検出し、静電容
量から重量を演算する。

【００２７】表示手段８は、演算回路７で演算した被測
定物６の重量を表示する。図７に示す表示手段８は、上
ケース９Ａの表面にデジタル値で被測定物６の重量を表
示する。

【００２８】

【発明の効果】本発明の静電容量式の電子秤は、従来の
電子秤に比較して下記の優れた特長がある。 板バネの変位量を大きくして秤量を大きくできる。
それは、本発明の電子秤が、互いに平行に配設されてい
る固定電極板及び可動電極板を、板バネの変形方向に傾
斜させているからである。傾斜する固定電極板及び可動
電極板は、受皿に重い被測定物を載せて板バネを大きく
変形させたときに、固定電極板の先端が板バネに接触す
るのを防止できる。このため、本発明の電子秤は、板バ
ネの変位量を大きくして、計測できる最大重量である秤
量を大きくできる特長がある。とくに、本発明の電子秤
は、固定電極板及び可動電極板を傾斜して配設するとい
う極めて簡単な構造で、秤量を大きくできる優れた特長
を実現する。

【００２９】 板バネの変位量を大きくして計測精度
を高くできる特長がある。板バネの変位量の大きい電子
秤は、秤量に対する板バネの変位を大きくできる。板バ
ネの変位が大きいと、固定電極板及び可動電極板で構成
されるコンデンサーの静電容量の変化も大きく、従って
測定精度を高くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の電子秤であって受皿に被測定
物を載せない状態を示す概略断面図

【図２】本発明の実施例の電子秤であって受皿に被測定
物を載せた状態を示す概略断面図

【図３】従来の電子秤であって受皿に被測定物を載せな
い状態を示す概略断面図

【図４】従来の電子秤であって受皿に被測定物を載せた
状態を示す概略断面図

【図５】本発明の実施例の電子秤の側面図

【図６】図５に示す電子秤の断面図

【図７】図５に示す電子秤の平面図

【符号の説明】

１…板バネ ２…台座 ２Ａ…内側挟着片 ２Ｂ…台
座本体 ３…受皿 ４…固定電極板 ５…可動電極板 ６…被測定物 ７…演算回路 ８…表示手段 ９…本体ケース ９Ａ…上ケース ９Ｂ…下
ケース １０…止ネジ １１…絶縁部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行に配設された上下の板バネ
   (1)を介して、上下に相対的に平行移動できるように対
   向して平行に配設された固定電極板(4)及び可動電極板
   (5)と、板バネ(1)に連結されている受皿(3)と、前記の
   固定電極板(4)及び可動電極板(5)の静電容量を重量に変
   換する演算回路(7)と、演算回路(7)で演算された重量の
   表示手段(8)とを備え、受皿(3)に載せられた被測定物
   (6)の重量で板バネ(1)が弾性変形されて固定電極板(4)
   及び可動電極板(5)の間隔が変化し、固定電極板(4)及び
   可動電極板(5)の静電容量の変化から被測定物(6)の重量
   を演算回路(7)で演算して表示手段(8)で表示するように
   構成された電子秤において、 固定電極板(4)及び可動電極板(5)が板バネ(1)に対して
   傾斜して配設されると共に、固定電極板(4)及び可動電
   極板(5)の板バネ(1)に対する傾斜方向が、受皿(3)に被
   測定物(6)を載せた状態で板バネ(1)が弾性変形する方向
   であることを特徴とする静電容量式の電子秤。