(57)【要約】【課題】荷重検出部をより効率的に構成可能とする容量式荷重検出装置を得る。【解決手段】荷重が載荷される上板１と、荷重検出部を保持する下板２と、上板１を保持して載荷された荷重量に応じて変位する荷重検出バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、上記上板１と下板２との間に配置され両者の間隔を複数の空間に分極する３枚の中間板４１、４２、４３とを有し、４極に分極されて構成される。分極された上下板１、２と中間板４１、４２，４３のそれぞれの極板間には、空間距離を均等に分割するための中間バネ５１、５２、５３、５４が配置される。上板１と複数の中間板と下板２の隣接するそれぞれの各板間により、荷重量を検出するための容量部が構成され、上板１へ載荷される荷重量に応じて荷重検出バネ３が変位する。この変位量は、複数の極板（１、５１、５２、５３、５４、２）間の変位量へ細分化され、各極板間の容量値のより大きな変化量として検出される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定の荷重が印加された該荷重値に応じて可動状態とされた上板と、
前記上板を保持する下板と、
前記上板と下板間に配置され前記荷重値に応じて該上板と下板間の間隔距離を変化させる荷重検出バネと、
前記上板と下板とにより形成される間隔内に収容されて配置され、該間隔を少なくとも２層に分割する中間板とを有して構成され、
前記上板と中間板と下板の何れかの板間により形成される間隔の前記上板と下板間の間隔距離の変化に基く容量の変化量により、前記荷重値を検出することを特徴とする容量式荷重検出装置。
【請求項２】
前記上板と中間板および該中間板と下板の夫々の間に、少なくとも１個の中間バネをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の容量式荷重検出装置。
【請求項３】
前記上板と下板を一方の極とし、且つ前記中間板を他方の極とし、前記２層の空間部により構成される容量を並列接続し、該容量の変化量により前記荷重値を検出可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載の容量式荷重検出装置。
【請求項４】
前記容量の大きさの変化に応じて発振周波数の変化する発振回路をさらに有し、前記空間部に基く容量の変化量に基く前記発振周波数に対応して前記荷重量を測定可能としたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の容量式荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量式荷重検出装置に関し、特に、上下の載荷板間に複数の極板を有する容量式荷重検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、容量式荷重検出装置は一般に、荷重の大きさを検出する装置・機器として構成される。良く知られた物として、たとえば、筒状に形成されたバネの変移量を機械的に測定する方式、起歪部と抵抗線式ひずみゲージとを用いたロードセル方式、変移量を容量として検出しブリッジ回路で電圧変化量として検出する方式等が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９９７２３号公報（特許第３２７３７６８号）
「荷重測定装置および荷重測定方法」
【０００４】
図４は、従来の容量式荷重検出装置の構成例を示しており、上記特許文献１の基本構成例を示す側面図である。本発明と技術分野の類似する上記の先願発明例１は、本願発明と同一発明者に成る発明である。本特許文献１では、上下の載荷板１０、３０の間に極板２０を有して構成され、極板１０、２０、３０のそれぞれが同様に載荷された負荷荷重を受け、極板１０、２０、３０のそれぞれの間にバネ６１、６２を設け、それぞれの対向する極板間で構成されるコンデンサを積層コンデンサの構造としている。故に、それぞれの極板間のバネ６１、６２は、各々がほぼ均等に載荷された負荷荷重を受ける。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先願発明の荷重検出装置の構成によれば、それぞれの極板間のバネが載荷された負荷荷重を受けるため、全てのバネが負荷荷重に対応した荷重容量を有する必要がある。それ故、個々のバネ全てが機械的に大きくなり、全体的な装置の高さが大きくなり、極板間の間隔を小さくすることが困難となる。
【０００６】
極板間の間隔が大きくなると、それによって構成される容量は小さくなる。絶対的な容量値が小さいと、間隔変位量により検出される容量値の変化量も付随的に小さくなる。この結果、負荷荷重に応じて変位した検出容量値が小さくなり、高精度での荷重検出が困難となる。
【０００７】
さらに、荷重検出装置の高さ寸法が大きくなり、薄型化、小型化、軽量化等が困難となる。また、荷重を受ける底面に対する荷重受け面の位置が高くなり、これに伴い荷重の重心位置が高くなり、負荷荷重の安定性が低下する。この安定性の低化は、結果的に測定精度の低下へ通じる。
【０００８】
構造的により高い強度の必要性は、機械的な強度の必要性へ通じ、一般的に、材料費、加工費、組立調整費等のコストアップ要因となる問題点を伴う。
【０００９】
本願発明は、上記先願発明の基本原理に関連し、さらに荷重検出部を効率的に構成し、測定精度の向上、構成の簡素化、薄型軽量化、等の性能を向上可能とする容量式荷重検出装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明の容量式荷重検出装置は、被測定の荷重が印加され該荷重量の大きさに応じて可動状態とされた上板と、上板を保持する下板と、上板と下板間に配置され荷重量の大きさに応じて該上板と下板間の間隔距離を変化させる荷重検出バネと、上板と下板とにより形成される間隔内に収容されて配置され、該間隔を少なくとも２層に分割する中間板とを有して構成され、上板と中間板と下板の何れかの板間により形成される間隔の上板と下板間の間隔距離の変化に基く容量の変化量により、印加される荷重量を検出することを特徴とする。
【００１１】
また、上記上板と中間板および該中間板と下板の夫々の間に少なくとも１個の中間バネをさらに有し、上板と下板を一方の極とし、且つ中間板を他方の極とし、２層の空間部により構成される容量を並列接続し、該容量の変化量により荷重量を検出可能とし、この容量の大きさの変化に応じて発振周波数の変化する発振回路をさらに有し、空間部に基く容量の変化量に基く発振周波数に対応して荷重量を測定可能とするとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による容量式荷重検出装置の実施の形態を詳細に説明する。図１、図２および図３を参照すると、本発明の容量式荷重検出装置の一実施形態が示されている。これらの図１は、上板を外した状態の上方から見た平面図である。図２は、図１に対応する側面図である。また、図３は、極板間の接続例を示す概念図である。
【００１３】
本実施形態の容量式荷重検出装置は、荷重が載荷される上板１と、荷重検出部を保持する下板２と、上板１を保持して載荷された荷重量に応じて変位する荷重検出バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、上記上板１と下板２との間に配置され両者の間隔を複数の空間に分極する３枚の中間板４１、４２、４３とを有して構成される。よって、上板１と下板２間は３枚の中間板４１、４２、４３により、４極に分極されて構成される。
【００１４】
上記の上板１と下板２との間には、上板１と下板２間において両者の間隔長変化に応じて、中間板４１、４２、４３の複数の極間間隔長を均等に変化させるための中間バネ５１、５２、５３、５４が、それぞれの中間板４１、４２、４３間、並びに上板１と中間板４１および下板２と中間板５３との間に設置される。なお、中間バネ５１、５２、５３、５４はそれぞれの中間板間に４個（例えば、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ）が１組として配置される。よって、中間バネの総数は、本実施例では（４個／１極）×４極＝１６の１６個が用いられる。
【００１５】
なお、荷重検出バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、中間バネ５１、５２、５３、５４とは、本実施形態では、無荷重時の自然長と定格負荷時の荷重時長とのバネの伸縮比率を大きく取るために、側面形状が台形の円錐バネを用いている。この円錐形状のバネを用いることにより、定格荷重時のバネの高さ長をより小さくすることができる。よって、隣接する極板間の間隔距離をより小さくすることができ、結果的に、無負荷時から荷重印加時への検出容量値の変化量をより大きく形成することができる。
【００１６】
上板１と複数の極板と下板の隣接するそれぞれの各板間により、荷重量を検出するための容量部が構成される。載荷板となる上板へ載荷される荷重量に応じて荷重検出バネが変位する。この変位量は、中間バネにより複数の極板間の変位量へ細分化され、各極板間の容量値の変化量として形成される。
【００１７】
本実施形態の容量式荷重検出装置の基本的な構成は、上記の各部により構築される。但し、実用的に用いる上で、不図示の付随的な構成部を有している。例えば、上板１・下板２・中間板４１、４２、４３の間の、位置ズレの発生を防止するため、測定の効率性を高めるため、荷重印加の均等性を高めるため、測定の安定性向上のため、繰り返し測定性を高めるため、等の目的において付随的な構成部を有している。
【００１８】
上記付随的な構成部の一つとして、不図示の連結板がある。本連結板は、上板１および下板２間の上下動を自在にし、かつ横移動の防止を図っている。この目的を持った連結板を上板１および下板２間の四方向へ取りつけることにより、上下のＺ軸方向への移動を自在とし、且つＸＹ軸方向への移動を規制している。本上板１と下板２間を連結する連結板の他に、極板間の電気的な接続を採るための接続部品がある。
【００１９】
各極版間の機械的な位置を確保するための構成例として、バネの上下の端部を上方または下方へ突き出す方策もある。より具体的には、例えば、上側の端を上方へ折り曲げ、下側の端を下方へ折り曲げる等である。また、各極版には、上記の折り曲げ部を採り込む孔を設けて、相互に機械的位置を確定させる。
【００２０】
上板１、下板２および中間板間を交互に連結し、構成される容量測定空間を並列接続とし、検出容量を増大化させ、測定容量の変化量を拡大化させ、測定の安定化と感度の向上化を図っている。これらの目的のために、中間板４１、４２、４３間の間隔長をより小さくし、対抗する面積の拡大化を図っている。
【００２１】
上記の目的において、中間板４１、４２、４３の角の構造を上下板間で非対称とし、隣接する極板間で重ならない部位を構成している。実施例における３枚の中間板４１、４２、４３は、加工構造は同一であるが上下非同一の形状とし、さらに、重ねる方向を裏表反転させ配置することにより、隣接する極板間で重ならない部位を構成している。本構成になる隣接する極板間で、重ならない部位を用いて交互の電気的な接続の容易化を図っている。
【００２２】
本実施形態の容量式荷重検出装置は、上板１と３枚の中間板４１、４２、４３と下板２とで４極構成の容量構成部が並列接続されて、１式の容量式の荷重検出器が形成されている。上板１、下板２、および第２の中間板４２のそれぞれが電気的に接続されてマイナス極とされる。また、第１中間板４１および第２中間板４３が相互に電気的に接続されてプラス極とされる。これらの図３に示すマイナス極（−）とプラス極（＋）とが不図示の発振回路へ接続されて、該発振回路から出力される発振周波数の変化値が、測定値として変換される。
【００２３】
載荷板となる上板１へ印加される荷重量に応じて各板により形成される容量値が並列的に変化する。また、上板１と下板２との間に中間板４１、４２、４３を設けて空間を細分化している。これにより、極板の面積の拡大化および極板間の距離の短縮化がされる。これらの隣接する極板間により構成される容量を、並列接続して発振回路へ接続する。
【００２４】
上記の構成によれば、極板間により構成される容量の構成数が増す。また、極板間の距離間隔が短縮化され、その結果として構成容量値が増大化される。構成容量をより大きくすることにより、検出される容量の変化量をより微細化することが可能なことを実験により得ている。これらの諸条件に基き、発振回路の発振周波数の安定化が図れると共に有効変化量が大きくなり、得られる検出信号が拡大化され、検出感度を高めることが可能となる。
【００２５】
さらに、上記実施形態では、上板の載荷板で受けた荷重を、４個の荷重検出バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより直接下板へ伝達している。この結果、上板１と下板２との間に配置され、極板となる中間板４１、４２、４３間を均等間隔長で保持する中間バネ５１、５２、５３は、荷重容量が小さくてよい。よって、全体的な構成がより簡素化され、よりコンパクト・薄型に形成することが可能となる。
【００２６】
なお、上記の実施形態の容量式荷重検出装置は、図１、図２および図３から知れる様に、中間板４１、４２、４３を、上下板１、２により形成されるスペース範囲内に収容して構成している。中間板４１、４２、４３を上下板１、２より小さくすると、形成される容量値は小さくなり、荷重検出感度の低下要因となる。しかしこの反面、荷重の重心位置の変動による４個の荷重検出バネ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの変位量の不同一による、検出容量値の変動値が小さくなることが確認されている。よって、上下板１、２の外形寸法に対し中間板４１、４２、４３をより小さくすることにより、測定値の変動量をより小さくすることが可能となる。
【００２７】
上記要件に基き構成される容量式荷重検出装置は、容量構成部の個数が増す。また、極板間の距離間隔が短縮化され、その結果として構成容量値が増大化される。この構成容量をより大きくすることにより、検出される容量の変化量を微細化することができる。これらの諸条件に基き、発振回路の発振周波数の安定化が図れると共に有効変化量が大きくなり、得られる検出信号が拡大化され、検出感度を高めることが可能となる。
【００２８】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の容量式荷重検出装置は、荷重量の大きさに応じて上板が上下可動状態とされ、荷重検出バネが荷重量の大きさに応じて上板と下板間の間隔長を変化させる。上板と下板の中間部に収容された少なくとも２個の空間部を構成する中間板を有し、形成される複数の空間部に基く容量値の変化量により、印加される荷重量を検出することを可能としている。本構成により、構成容量値が増大化され、検出される容量の変化量を微細化することができる。これらの諸条件に基き、発振回路の発振周波数の安定化が図れると共に有効変化量が大きくなり、得られる検出信号が拡大化され、検出感度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の容量式荷重検出装置の実施形態の構成例を示しており、上板を外した状態の上方から見た平面図である。
【図２】図１の平面図に対応した側面図である。
【図３】極板間の接続例を示す概念図である。
【図４】従来の容量式荷重検出装置の構成例を示す側面図である。
【符号の説明】
１  上板
２  下板
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  荷重検出バネ
４１、４２、４３  中間板
５１、５２、５３、５４  中間バネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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