JPH086275Y2 - 静電容量式荷重センサ - Google Patents
静電容量式荷重センサInfo
- Publication number
- JPH086275Y2 JPH086275Y2 JP1987192020U JP19202087U JPH086275Y2 JP H086275 Y2 JPH086275 Y2 JP H086275Y2 JP 1987192020 U JP1987192020 U JP 1987192020U JP 19202087 U JP19202087 U JP 19202087U JP H086275 Y2 JPH086275 Y2 JP H086275Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- movable electrode
- fixed substrate
- fixed
- movable
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- Expired - Lifetime
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
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。
する。
［従来の技術］ 第６図，第７図に従来の静電容量式荷重センサの１例
を示す。101,102は何れも絶縁性基板であり、101が固定
基板、102が荷重を受けて変形を起す可動基板であり、
両者の平面内には、電極部分103,103′が形成されて第
６図に示すごとく両電極が対向して配置され空気コンデ
ンサを形成している。104は上下両基板を封止する封止
部材であり基板101,102間の空隙を所定の値40〜50μ程
度に固定保持しており、同時に気密シールを行なってい
る。106,106′は上下の電極取り出し口であり端子部分1
07,107′と電極部103,103′を電気的に接続している。1
05は中空穴であり、空気コンデンサ内部の空気の通りぬ
け用としてもうけられている。
を示す。101,102は何れも絶縁性基板であり、101が固定
基板、102が荷重を受けて変形を起す可動基板であり、
両者の平面内には、電極部分103,103′が形成されて第
６図に示すごとく両電極が対向して配置され空気コンデ
ンサを形成している。104は上下両基板を封止する封止
部材であり基板101,102間の空隙を所定の値40〜50μ程
度に固定保持しており、同時に気密シールを行なってい
る。106,106′は上下の電極取り出し口であり端子部分1
07,107′と電極部103,103′を電気的に接続している。1
05は中空穴であり、空気コンデンサ内部の空気の通りぬ
け用としてもうけられている。
第６図に示す荷重センサに於て上下電極間の電気容量
ＣはＣ＝ε０×（S/d）で表わされる。ここでＳは電極
部103,103′の面積であり、ｄは電極間距離、ε０は空
気の誘電率である。荷重Ｆ＝０の初期状態ではｄ＝d0で
あり、荷重Ｆが加わると中空穴105を介して空気コンデ
ンサ内部の空気が吐出されて絶縁性可動基板102が変形
し、従ってｄ＝d1となり、d1＜d0のため電気容量が増加
する方向に変化し、この容量の変化ΔＣを所定の検出回
路（Ｃ−Ｆコンバータ回路等）にて出力周波数の変化分
Δｆとしてとり出している。
ＣはＣ＝ε０×（S/d）で表わされる。ここでＳは電極
部103,103′の面積であり、ｄは電極間距離、ε０は空
気の誘電率である。荷重Ｆ＝０の初期状態ではｄ＝d0で
あり、荷重Ｆが加わると中空穴105を介して空気コンデ
ンサ内部の空気が吐出されて絶縁性可動基板102が変形
し、従ってｄ＝d1となり、d1＜d0のため電気容量が増加
する方向に変化し、この容量の変化ΔＣを所定の検出回
路（Ｃ−Ｆコンバータ回路等）にて出力周波数の変化分
Δｆとしてとり出している。
［考案が解決しようとする問題点］ ここで従来の静電容量式荷重センサには下記欠点があ
り、これを以下に列記する。
り、これを以下に列記する。
（１）絶縁性可動基板102は通常アルミナ基板が用いら
れるがセラミックス材料であるため機械的な衝撃、熱的
な衝撃によりワレやすいという欠点がある。
れるがセラミックス材料であるため機械的な衝撃、熱的
な衝撃によりワレやすいという欠点がある。
（２）絶縁性可動基板102のヤング率の温度特性は通常
アルミナの場合−100ppm/℃前後であり、荷重センサの
温度特性に対して大きく影響していた。
アルミナの場合−100ppm/℃前後であり、荷重センサの
温度特性に対して大きく影響していた。
（３）絶縁性可動基板102は、通常セラミックスのため
ヤング率が大であり荷重Ｆに対して、たわみ量が小さく
（通常1kg荷重に対して２μｍ程度の変位）単位荷重
（例えば1kg中心）での荷重Ｆに対する容量Ｃの変化分
が高々数％程度にとどまっており感度が悪いという欠点
があった。
ヤング率が大であり荷重Ｆに対して、たわみ量が小さく
（通常1kg荷重に対して２μｍ程度の変位）単位荷重
（例えば1kg中心）での荷重Ｆに対する容量Ｃの変化分
が高々数％程度にとどまっており感度が悪いという欠点
があった。
本考案は、機械的な衝撃に強く、感度が高く、温度特
性の良好であり、信頼性が高く、かつ、固定電極と可動
電極との間の気密が確実である静電容量式荷重センサを
提供することを目的とする。
性の良好であり、信頼性が高く、かつ、固定電極と可動
電極との間の気密が確実である静電容量式荷重センサを
提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本考案によれば、絶縁材よりなる固定基板上に形成さ
れた固定電極と、これに対向して所定の間隔を保って配
置された可動電極とを具備した静電容量式荷重センサに
おいて、前記固定電極の所定の位置から前記固定基板の
裏面までにスルーホールを貫通せしめ、このスルーホー
ルの側壁を導電体で被覆し、前記固定基板の裏面に前記
導電体に接続され前記固定基板の裏面の端部に延びてい
る電極取出部を形成し、前記可動電極は恒弾性合金より
なり、前記可動電極の前記固定電極と対向する部分には
凹部が形成され、この凹部の底面が前記可動電極から前
記所定の間隔だけ離れた状態で、かつ、前記凹部の側面
も前記可動電極から離れた状態に、前記可動電極が前記
固定基板上に配置され、前記可動電極の外側を所定の間
隔をおいて囲むように前記固定基板に凸部を形成し、か
つ、前記固定基板上における前記可動電極の外側周縁部
と前記凸部との間隙に気密シール用のグリースを充填し
てなることを特徴とする静電容量式荷重センサが得られ
る。
れた固定電極と、これに対向して所定の間隔を保って配
置された可動電極とを具備した静電容量式荷重センサに
おいて、前記固定電極の所定の位置から前記固定基板の
裏面までにスルーホールを貫通せしめ、このスルーホー
ルの側壁を導電体で被覆し、前記固定基板の裏面に前記
導電体に接続され前記固定基板の裏面の端部に延びてい
る電極取出部を形成し、前記可動電極は恒弾性合金より
なり、前記可動電極の前記固定電極と対向する部分には
凹部が形成され、この凹部の底面が前記可動電極から前
記所定の間隔だけ離れた状態で、かつ、前記凹部の側面
も前記可動電極から離れた状態に、前記可動電極が前記
固定基板上に配置され、前記可動電極の外側を所定の間
隔をおいて囲むように前記固定基板に凸部を形成し、か
つ、前記固定基板上における前記可動電極の外側周縁部
と前記凸部との間隙に気密シール用のグリースを充填し
てなることを特徴とする静電容量式荷重センサが得られ
る。
［作用］ 固定電極と可動電極とによってコンデンサを形成し、
可動電極にかかる荷重により前記コンデンサの容量を変
化させこれを電気的に測定して荷重を測定する。可動電
極に凹部（段差部）を設け可動電極の周縁部と固定基板
との密着を良好にすると共に可動電極の弾性度を調整す
る。更に、可動電極の外側を所定の間隔をおいて囲むよ
うに固定基板に凸部を形成し、かつ、固定基板上におけ
る可動電極の外側周縁部と凸部との間隙に気密シール用
のグリースを充填することによって、静電容量式荷重セ
ンサの空気連絡口として必要なスルーホール以外の固定
電極と可動電極との間の気密を確実にする。
可動電極にかかる荷重により前記コンデンサの容量を変
化させこれを電気的に測定して荷重を測定する。可動電
極に凹部（段差部）を設け可動電極の周縁部と固定基板
との密着を良好にすると共に可動電極の弾性度を調整す
る。更に、可動電極の外側を所定の間隔をおいて囲むよ
うに固定基板に凸部を形成し、かつ、固定基板上におけ
る可動電極の外側周縁部と凸部との間隙に気密シール用
のグリースを充填することによって、静電容量式荷重セ
ンサの空気連絡口として必要なスルーホール以外の固定
電極と可動電極との間の気密を確実にする。
［実施例］ 次に本考案の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
まず、第３図及び第４図を参照して、本考案のより良
き理解のために、本考案の基となった静電容量式荷重セ
ンサを説明する。
き理解のために、本考案の基となった静電容量式荷重セ
ンサを説明する。
第３図に本考案の基となった静電容量式荷重センサの
側面図を、第４図に第３図の分解斜視図を示す。
側面図を、第４図に第３図の分解斜視図を示す。
１は絶縁性固定基板であり、一方の面に円形の電極部
３が形成され、前記電極部の円周近傍に固定基板を貫通
するスルーホール部４がもうけられ、スルーホール部４
の円周部分に電極材が形成されており基板１の下側面に
形成された電極取出部31と電気的に接続されている。電
極取出部31は端子部32に接続している。
３が形成され、前記電極部の円周近傍に固定基板を貫通
するスルーホール部４がもうけられ、スルーホール部４
の円周部分に電極材が形成されており基板１の下側面に
形成された電極取出部31と電気的に接続されている。電
極取出部31は端子部32に接続している。
絶縁性固定基板１の上側には恒弾性合金よりなる可動
電極２が配置され、上記可動電極２の内側にはｈの段差
を有する段差加工部分（即ち、凹部）21が加工されてお
り、上記可動電極２と電極部３との間にて空気コンデン
サを形成している。
電極２が配置され、上記可動電極２の内側にはｈの段差
を有する段差加工部分（即ち、凹部）21が加工されてお
り、上記可動電極２と電極部３との間にて空気コンデン
サを形成している。
ここで可動電極２に使用されている恒弾性合金は、F
e,Ni,Cr,Ti系のエリンバー材であり、段差高さｈは通常
100μ乃至150μ程度に設定され、従来例第７図でのシー
ル部材104のスペーサーとしての作用を前記可動基板２
の円周部分22が兼ねる事となる。
e,Ni,Cr,Ti系のエリンバー材であり、段差高さｈは通常
100μ乃至150μ程度に設定され、従来例第７図でのシー
ル部材104のスペーサーとしての作用を前記可動基板２
の円周部分22が兼ねる事となる。
可動電極２の円周部分22は、直接絶縁性固定基板１の
面上に密着されておりシール材５により周囲部分にて接
着、固定及び気密シールを行なっている。シール材とし
てはガラス、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等が用いられ
る。
面上に密着されておりシール材５により周囲部分にて接
着、固定及び気密シールを行なっている。シール材とし
てはガラス、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等が用いられ
る。
ここで電極部３にスルーホール部４がもうけられて、
固定基板１の下側へ導体部分を貫通させているため、上
記電極部３の同一面上での外側部分には全く導体部分が
ないため、可動基板２の円周部分22と固定基板１の面と
を密着させても電気的な絶縁は確保されている。
固定基板１の下側へ導体部分を貫通させているため、上
記電極部３の同一面上での外側部分には全く導体部分が
ないため、可動基板２の円周部分22と固定基板１の面と
を密着させても電気的な絶縁は確保されている。
可動電極２の段差部分（凹部）21の加工方法として
は、切削加工、放電加工、プレス加工等が用いられる。
第５図に可動電極２に用いられる恒弾性合金のヤング率
の温度特性の１例を示す。熱処理温度により、ヤング率
の温度係数を負の値から正の値へ移行させる事が可能で
あり、従って、ヤング率の温度係数をほぼ0ppm/℃とす
る事ができる（第５図中の例では610℃近辺）。従来の
例では絶縁性可動基板102のヤング率の温度係数はアル
ミナの場合、−100ppm/℃前後であり、従って第５図の
可動電極２の方が明らかにヤング率の温度特性は改善さ
れており、従って従来よりも温度特性のすぐれた荷重セ
ンサを提供することができる。
は、切削加工、放電加工、プレス加工等が用いられる。
第５図に可動電極２に用いられる恒弾性合金のヤング率
の温度特性の１例を示す。熱処理温度により、ヤング率
の温度係数を負の値から正の値へ移行させる事が可能で
あり、従って、ヤング率の温度係数をほぼ0ppm/℃とす
る事ができる（第５図中の例では610℃近辺）。従来の
例では絶縁性可動基板102のヤング率の温度係数はアル
ミナの場合、−100ppm/℃前後であり、従って第５図の
可動電極２の方が明らかにヤング率の温度特性は改善さ
れており、従って従来よりも温度特性のすぐれた荷重セ
ンサを提供することができる。
又、可動電極２は金属材料としたので、従来の絶縁性
可動基板102で問題となっていた機械的な衝撃、熱的衝
撃による破損の点に関しては、明らかに有利であり、又
板厚を薄くして、荷重による変位量を従来の絶縁性可動
基板よりも２〜３倍大とする事ができ、従って荷重に対
する感度を従来より大きくすることができる。
可動基板102で問題となっていた機械的な衝撃、熱的衝
撃による破損の点に関しては、明らかに有利であり、又
板厚を薄くして、荷重による変位量を従来の絶縁性可動
基板よりも２〜３倍大とする事ができ、従って荷重に対
する感度を従来より大きくすることができる。
なお、絶縁性固定基板１のスルーホール部４について
は、円周部分に導電体を形成後中空穴41を残しており、
空気コンデンサを形成している内部の空気と外部の空気
との連結口（これは、第６図を参照して説明した中空穴
105の機能と同じく、静電容量式荷重センサの電極間距
離ｄ（第６図）を荷重Ｆに応じて変化させるために必要
である）。
は、円周部分に導電体を形成後中空穴41を残しており、
空気コンデンサを形成している内部の空気と外部の空気
との連結口（これは、第６図を参照して説明した中空穴
105の機能と同じく、静電容量式荷重センサの電極間距
離ｄ（第６図）を荷重Ｆに応じて変化させるために必要
である）。
次に第１図及び第２図を参照して本考案による静電容
量式荷重センサの一実施例について説明する。
量式荷重センサの一実施例について説明する。
第１図に本考案による静電容量式荷重センサの一実施
例を、第２図にその斜視図を示す。第１図及び第２図に
示した本考案の一実施例は、以下の点以外は、第３図〜
第５図を用いて説明した本考案の基となった静電容量式
荷重センサと実質的に同じである。
例を、第２図にその斜視図を示す。第１図及び第２図に
示した本考案の一実施例は、以下の点以外は、第３図〜
第５図を用いて説明した本考案の基となった静電容量式
荷重センサと実質的に同じである。
絶縁性固定基板1aは先の第４図の１と同様に電極部3a
とスルホール部分4a及び電極取出口31aを有しており、
さらに、周囲部に凸部分７がもうけられている。この凸
部分は、その外径は恒弾性合金よりなる可動基板2aの外
径に対し所定の機械的なクリアランスΔｘを加えた寸法
としており、材質はガラス等であり、スクリーン印刷に
より、電極部3aの形成と同一工程にて行なわれる。可動
基板2aは、凸部分内におさめられた形にて固定基板1aの
表面に密着され、上記凸部分７と可動基板2aとの間隔に
グリース８が塗布されており、可動基板2aの固定基板1a
平面上への機械的なズレを可能とさせながら気密シール
を確保している。
とスルホール部分4a及び電極取出口31aを有しており、
さらに、周囲部に凸部分７がもうけられている。この凸
部分は、その外径は恒弾性合金よりなる可動基板2aの外
径に対し所定の機械的なクリアランスΔｘを加えた寸法
としており、材質はガラス等であり、スクリーン印刷に
より、電極部3aの形成と同一工程にて行なわれる。可動
基板2aは、凸部分内におさめられた形にて固定基板1aの
表面に密着され、上記凸部分７と可動基板2aとの間隔に
グリース８が塗布されており、可動基板2aの固定基板1a
平面上への機械的なズレを可能とさせながら気密シール
を確保している。
このようにする事により、可動基板と固定基板との熱
膨張差によるストレスの影響を緩和することができる。
膨張差によるストレスの影響を緩和することができる。
なお、第１図の可動基板2aの段差部分（凹部）21aの
加工方法は切削あるいは放電加工によるものである。
（段差部分と反対面は平坦となっている） ［考案の効果］ 本考案によれば可動電極とその周縁部（固定基板と接
する部分）とは厚い金属板より一体に構成されているの
で構造簡単で機械的な衝撃に強く且つ凹部（段差部）を
設けて可動部分の厚みを調整できるため荷重基準を任意
に調整できる利点がある。また、本考案では、静電容量
式荷重センサの空気連絡口として必要なスルーホール部
（第１図の4a）以外の固定電極と可動電極との間の気密
が確実となり、これにより信頼性の高い静電容量式荷重
センサが得られる。
加工方法は切削あるいは放電加工によるものである。
（段差部分と反対面は平坦となっている） ［考案の効果］ 本考案によれば可動電極とその周縁部（固定基板と接
する部分）とは厚い金属板より一体に構成されているの
で構造簡単で機械的な衝撃に強く且つ凹部（段差部）を
設けて可動部分の厚みを調整できるため荷重基準を任意
に調整できる利点がある。また、本考案では、静電容量
式荷重センサの空気連絡口として必要なスルーホール部
（第１図の4a）以外の固定電極と可動電極との間の気密
が確実となり、これにより信頼性の高い静電容量式荷重
センサが得られる。
第１図は本考案による静電容量式荷重センサの一実施例
を示す側面図、第２図は第１図の斜視図、第３図は本考
案の基となった静電容量式荷重センサの側面図、第４図
は第３図の分解斜視図、第５図は第１図および第３図の
静電容量式荷重センサの可動電極として用いる恒弾性合
金の特性図、第６図は従来例を示す側面図、第７図は第
６図の分解斜視図である。 1,1a,101……絶縁性固定基板、2,2a……可動基板（恒弾
性合金）、102……絶縁性可動基板、3,3a,103,103′…
…電極部、31,31a,106,106′……電極取出部、32,107,1
07′……端子部、4,4a……スルーホール部、41……中空
穴、5,104……シール部材、105……中空穴、７……凸部
分、８……グリース、21,21a……段差部分（凹部）、2
2,22a……円周部分。
を示す側面図、第２図は第１図の斜視図、第３図は本考
案の基となった静電容量式荷重センサの側面図、第４図
は第３図の分解斜視図、第５図は第１図および第３図の
静電容量式荷重センサの可動電極として用いる恒弾性合
金の特性図、第６図は従来例を示す側面図、第７図は第
６図の分解斜視図である。 1,1a,101……絶縁性固定基板、2,2a……可動基板（恒弾
性合金）、102……絶縁性可動基板、3,3a,103,103′…
…電極部、31,31a,106,106′……電極取出部、32,107,1
07′……端子部、4,4a……スルーホール部、41……中空
穴、5,104……シール部材、105……中空穴、７……凸部
分、８……グリース、21,21a……段差部分（凹部）、2
2,22a……円周部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 武田 光之 神奈川県川崎市高津区野川3623番地 東北 金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−54331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−233863（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−272623（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】絶縁材よりなる固定基板上に形成された固
定電極と、これに対向して所定の間隔を保って配置され
た可動電極とを具備した静電容量式荷重センサにおい
て、前記固定電極の所定の位置から前記固定基板の裏面
までにスルーホールを貫通せしめ、このスルーホールの
側壁を導電体で被覆し、前記固定基板の裏面に前記導電
体に接続され前記固定基板の裏面の端部に延びている電
極取出部を形成し、前記可動電極は恒弾性合金よりな
り、前記可動電極の前記固定電極と対向する部分には凹
部が形成され、この凹部の底面が前記可動電極から前記
所定の間隔だけ離れた状態で、かつ、前記凹部の側面も
前記可動電極から離れた状態に、前記可動電極が前記固
定基板上に配置され、前記可動電極の外側を所定の間隔
をおいて囲むように前記固定基板に凸部を形成し、か
つ、前記固定基板上における前記可動電極の外側周縁部
と前記凸部との間隙に気密シール用のグリースを充填し
てなることを特徴とする静電容量式荷重センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987192020U JPH086275Y2 (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | 静電容量式荷重センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987192020U JPH086275Y2 (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | 静電容量式荷重センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0197229U JPH0197229U (ja) | 1989-06-28 |
| JPH086275Y2 true JPH086275Y2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=31482898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987192020U Expired - Lifetime JPH086275Y2 (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | 静電容量式荷重センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH086275Y2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5525373B2 (ja) * | 1972-02-04 | 1980-07-05 | ||
| DE2938205A1 (de) * | 1979-09-21 | 1981-04-09 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Kapazitiver druckgeber und auswerteeinrichtung hierfuer |
| JPS60233863A (ja) * | 1984-05-04 | 1985-11-20 | Fuji Electric Co Ltd | 静電容量式圧力センサ |
| JPS61272623A (ja) * | 1985-05-29 | 1986-12-02 | Fuji Electric Co Ltd | 静電容量式圧力センサ |
-
1987
- 1987-12-19 JP JP1987192020U patent/JPH086275Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0197229U (ja) | 1989-06-28 |
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