(57)【要約】【課題】静電容量式荷重センサにおいて、装置の高精度化と装置製造のコストダウンを同時に達成する。【解決手段】ロバーバル機構９の固定部９ａ側には電極・回路部材１が導電性取付部材１０を介して取り付けられている。一方可動部９ｂ側には可動電極１２がやはり導電性取付部材１１を介して取り付けられている。電極・回路部材１には前記可動電極板１２と対向する電極板と、この電極板に電気的に接続する静電容量−荷重変換回路とが形成されている。この構成により、電気的接続を行う線材に起因する浮遊容量による測定精度の低下を防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向位置する一対の電極板のうち一方の電極板が固定されかつ他方の電極板は負荷された荷重に対応して変位することによる静電容量の変化を静電容量−荷重変換回路で荷重の計測値に変換するものにおいて、対向位置する一対の電極板のうち一方の電極板はロバーバル機構の固定部に形成され、かつ他方の電極板はロバーバル機構の可動部側に形成されることにより、ロバーバル機構を介して負荷された荷重に対応して可動部側の電極板が変位するよう構成し、前記二つの電極板のうち一方の電極板と秤量装置に必要な電子回路のうち少なくとも静電容量−荷重変換回路とが一体の部材として形成された電極・回路部材として構成され、この電極・回路部材が前記ロバーバル機構の固定部又は可動部に取り付けられていることを特徴とする静電容量式荷重センサ。
【請求項２】
前記電極・回路部材の一面に対して電極板と電子回路とが形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量式荷重センサ。
【請求項３】
電極・回路部材の一方の面に電極板が形成され、かつ他方の面に電子回路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量式荷重センサ。
【請求項４】
電極・回路部材は、電極板が形成された第１の面と、この第１の面に対して所定の角度で接続する第２の面とから構成され、電子回路はこの第２の面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量式荷重センサ。
【請求項５】
電極・回路部材の電極板の一部が基板から突出位置するよう構成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の静電容量式荷重センサ。
【請求項６】
前記電極・回路部材はロバーバル機構の固定部側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の静電容量式荷重センサ。
【請求項７】
前記電極・回路部材の電子回路はロバーバル機構と電気的に接続し、かつ電極・回路部材に設けられた電極板に対向する他の電極板も当該ロバーバル機構に対して電気的に接続することにより荷重センサがロバーバル機構の一部として構成されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量式荷重センサ。
【請求項８】
ロバーバル機構は、上部副桿構成部材、下部副桿構成部材、、ロバーバル機構のうち荷重の負荷により変位する側のブロック部材と、ロバーバル機構全体を固定する側のブロック部材とにより組み立てられ、上下の副桿構成部材の一部には電極板として、或いは電極板と電気的に接続する電極板取り付け部として機能する部分が形成され、当該電極板に対して電極板形成部が対向位置するよう電極・回路部材が取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の静電容量式荷重センサ。
【請求項９】
下部副桿構成部材のうち可動部側に電極板として又は電極板と電気的に接続する電極板取り付け部として機能する部分が形成され、かつ同下部副桿構成部材の固定部側に電極・回路部材が取り付けられていることを特徴とする請求項８記載の電極・回路部材を用いた静電容量式荷重センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電容量式荷重センサに係り、特に電子回路のうち少なくとも負荷された荷重に対応する静電容量の変化から荷重を算出する回路と電極板とを一体として構成した部材を用いた静電容量式荷重センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０及び図１１は従来の静電容量式秤の構成を示す。
ロバーバル機構５１の固定部５２には絶縁材５４を介して電極板（固定電極板）５３が設けられ、可動部５５にはやはり絶縁材５６を介して可動電極板５７が上記固定電極板５３に平行するよう配置されている。また、固定電極板５３及び可動電極板５７は、静電容量の変化を荷重に変換する回路を有する回路基板５８に対して線材５９ａ及び５９ｂを以て接続している。
【０００３】
この構成において、固定電極板５３と可動電極板５７はコンデンサとして構成されている。秤量皿５０に負荷された秤量物の荷重Ｗはロバーバル機構５１の可動部５５に伝達され、当該可動部５５に取り付けられた可動電極板５７を下方に平行移動させる。これにより上下に位置する固定電極板５３と可動電極板５７の間隙ｄが変化する。コンデンサ容量はこの間隙ｄに逆比例することを用いて上記基板５８に設けられた回路によりこのコンデンサ容量の変化を負荷された荷重Ｗに変換し、表示部６０に表示する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
静電容量式の秤量装置では静電容量はその容量に対応する周波数に容易に変換できるため、直流式の増幅器やＡＤ変換を必要とせずに荷重の測定が可能であるため、演算回路も単純なもので済み、全体として秤量装置を安価に提供できるという利点がある。
【０００５】
上記利点を有する反面、下記の様な問題点も有しており、特にこの問題点を解決しないと、高精度の静電容量式秤量装置を提供することは実質的には極めて困難である。
【０００６】
先ず、図１０に示すにように、電極板５３、５７の配置部と静電容量を荷重に変換する回路を有する回路基板５８の取り付け場所が異なる。このため、
（ａ）それぞれの取り付け作業が必要となる。
（ｂ）回路と電極板５３、５７とを電気的に接続するため、はんだ付け等の線材５９ａ、５９ｂの取り付け作業を必要とする。
線材５９ａ、５９ｂを必要とすることにより更に次のうよな、秤の性能を左右する問題が生じる。
【０００７】
即ち、
（ｃ）線材の結合不良や、線材の配置が不安定で固定が十分でないと線材に浮遊容量が発生し、この浮遊容量により回路部における荷重の演算が不正確となったり、極端な場合には測定不能となる。即ち、線材の長さや固定位置の相違により、浮遊容量そのものにもばらつきが生じるので、荷重の負荷に対応して変化する静電容量の変化を、予め許容された誤差の範囲で測定するためには線材の長さ、線材固定位置の調整、はんだ付けの均一性等、微妙な調整が要求される。またこのような微妙な調整が行われても、経時的にその調整状態が変化し測定結果の信頼性が低下する虞がある。
【０００８】
静電容量式荷重センサは、例えば実開平１−１７３６４３号、特開平４−３０３７１５号をはじめとしてかなりの数の発明、考案が提案されているが、これら各発明、考案においても各電極板と基板部とが別部品として構成され、両者が線材を介して電気的に接続されている点に相違はなく、従って線材を用いることよる上記問題点は解消されないままとなっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑み構成されたものであり、各電極板と、各電極板の静電容量から荷重を演算する回路との間を接続する線材を全廃可能に、或いは少なくともその線材の設置本数を低減することが可能な静電容量式センサの構成部材及を形成し、かつこの部材を用いることを特徴とする静電容量式センサである。
【００１０】
即ち、本発明は、静電容量式センサにおいて、平行に配置された電極板のうち、秤量装置の電子回路の中で、少なくとも静電容量を荷重に関する電気信号に変換する回路と一方の電極板とを同一の基板に設けることにより電極板と当該回路とを一体的な部材として構成し、かつ当該電極板と回路とを導電パターンで電気的に接続するよう構成した部材を形成し、この部材をロバーバル機構に組み込むことにより構成した静電容量式荷重センサであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の態様】
固定電極板と可動電極板とを平行に配置し、この二つの電極板のうち一方の電極板を所定の基板と一体化して形成する。この基板には、電子回路のうち少なくとも両電極板間の静電容量の変化を荷重に関する電気信号に変換する発振回路（以下、実施例も含めて「静電容量−荷重変換回路」とする）が形成され、かつこの静電容量−荷重変換回路と電極板とはこの基板の導電パターンと電気的に接続されている。以下実施例も含めて電極板と回路が一体となった基板を「電極・回路部材」とする。
【００１２】
例えばロバーバル機構のうち、可動部側には従来と同じ構成の電極板が設けられている。一方、当該電極・回路部材に設けられた電極板と前記固定部側に設けられた電極板とが対向しかつ平行に位置するよう、電極・回路部材が当該ロバーバル機構の固定部側に設けられている。
【００１３】
ロバーバル機構の可動部に設けられた電極板（可動電極板）は絶縁部材を介さずロバーバル機構に取り付けられることによりロバーバル機構と電気的に接続（アース）している構成の場合には、このロバーバル機構を介して電極・回路部材内の回路と前記可動電極板とが電気的に接続される。これにより、可動電極板側の電位をゼロとし、かつ電極・回路部材の電極板に一定電位を与えることにより両電極板に電位差を設ける。この設定であれば、電極・回路部材は勿論、可動電極板側にも線材の接続は全く不要となり、線材を設けたことよる前記問題点をほぼ完全に解消することができる。但し、この場合、可動電極板側の電位はゼロで変化しないため、静電容量−荷重変換回路としてはＣＲ発振回路（マルチバイブレータ）は使用できないので、ＬＣ発振回路（コルピッツ発振回路）を用いることになる。
【００１４】
また可動電極板をロバーバル機構から電気的に絶縁する場合には、可動電極板と電極・回路部材内の前記静電容量−荷重変換回路とは線材で電気的に接続する必要が生じる。しかし、取り付けられる線材は一本であるため、この線材の有する浮遊容量の影響は受けるが、二本の線材の浮遊容量のばらつきによる影響は避けることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参考に説明する。
図１および図２は本発明の構成を概念的に示している。符号１は電極・回路部材であって、図２（Ａ）の如く基板１ａに対して電極板２、電子回路として静電容量−荷重変換回路３が形成されている。なお電極板２及び静電容量−荷重変換回路３は通電部４を介して電気的に接続している。符号５ａ、５ｂは後述するロバーバル機構に対して電極・回路部材１を取り付けるための取付部であって、図示の構成では両取付部のうち、取付部５ａは通電部６により静電容量−荷重変換回路３と電気的に接続している。同（Ｂ）は（Ａ）に示す構成の変形例である。この例では、電極板２は基板１ａから突出して配置され、電極板取り付け部５ｃにより基板１ａ側に固定された構成となっている。この構成の場合、電極板２は別部品として基板１ａに対して取り付ける必要があるため、取り付け部５ｃには、例えば導電パターンのあるビス穴が形成され、同基板１ａと電極板２とはこのビス穴を通して導電性接続部品により基板１ａに取り付けられる。
【００１６】
７は、荷重測定装置として必要な他の演算及び制御を行う回路であって、例えば静電容量−荷重変換回路３から出力された計量値信号を、表示部８に数字として出力したり、或いは風袋引き等秤量装置としての各種設定を行う回路である。なお、図示の構成において、静電容量−荷重変換回路３のみでなく、符号７で示す他の回路も含めて秤量装置としての回路の全てを基板１ａに形成するよう構成することも可能である。
【００１７】
図１は図２に示す電極・回路部材１を設けた静電容量式センサの全体構成を示す。符号９は一体型に形成されたロバーバル機構であって、９ａは当該ロバーバル機構の固定部側を、９ｂは可動部側を示している。
【００１８】
符号１０は取付部材であって、この取付部材１０のうち、電極・回路部材１の導電性取付部５ａに接続する取付部材１０は導電性を有する取付部材であって、この導電性の取付部材１０により電極・回路部材１は電極板２がロバーバル機構側に対向する状態で当該ロバーバル機構９に固定されると共に、当該電極・回路部材１の静電容量−荷重変換回路３はこのロバーバル機構９に対して電気的に接続される。
【００１９】
１２は前記電極・回路部材１の電極板２に対して平行で、かつ電極板２に対向位置するよう配置された電極板であって、ロバーバル機構９の可動部９ｂ側に対して導電性取付部材１１により取り付けられている。従って当該電極板１２はロバーバル機構９を介して前記電極・回路部材１の静電容量−荷重変換回路３と電気的に接続することになる。また上記の構成では電極・回路部材１がロバーバル機構の固定部９ｂに取り付けられることにより電極板２が固定電極板として、また前記電極板１２は当該ロバーバル機構９の可動部９ｂ側に取付られることにより可動電極板として機能することになる。
【００２０】
但し、上記の構成は本発明において必須の構成ではなく、ロバーバル機構９の可動部９ｂ側に電極・回路部材１を取り付け、かつ電極板１２を固定部９ａ側に取り付けることにより電極板２を可動電極板とし、かつ前記電極板１２を固定電極板とするよう構成することも可能である。
【００２１】
なお、以上の構成において、静電容量−荷重変換回路３以外の他の回路７を図２の如く電極・回路部材１以外の部分に配置する場合には、この静電容量−荷重変換回路３と前記回路７とは線材を用いて結線する必要があるが、この線材は静電容量−荷重変換回路３から出力される計量値信号を出力するためのものであり、電極板から当該静電容量−荷重変換回路３に対して静電容量の変化を出力するものではないので、上記結線を行っても線材の浮遊容量による測定精度の低下は生じない。また前記回路７を電極・回路部材１に組み込んだ場合でも、表示部に対する出力等のため線材による結線が必要であるが、この場合も同様の理由により測定精度低下の問題は生じない。
【００２２】
次に、電極板１２は前述のとおり導電性取り付け部材１１及びロバーバル機構を介して電極・回路部材１の静電容量−荷重変換回路３と電気的に接続している。
【００２３】
図３は上述の電極・回路部材１を、図８に示すロバーバル機構の固定部５２側に設けた状態を具体的に示している。電極板２及び静電容量−荷重変換回路３を有する電極・回路部材１は符号１Ａの状態から１８０度反転させて（符号１Ｂ）、これら電極板２及び静電容量−荷重変換回路３が下向きになり、ロバーバル機構の可動部５５に対向位置する状態で前記固定部５２に固定され（符号１Ｃ）、当該電極板２は固定電極板として機能する。一方可動部５５には可動電極板として電極板１２が取り付けられ、全体として静電容量センサが構成され、静電容量−荷重変換回路３の計量信号はコード１３を介して他の回路に出力される。
【００２４】
図４及び図５は本発明の第２の実施例を示す。
図示の構成は本願出願人が特願２００２−３１９２７０号として別途提案中の組立型ロバーバル機構に対して上記電極・回路部材１を用いた構成を示している
【００２５】
この組立型ロバーバル機構は、上部副桿構成部材１４、下部副桿構成部材１５、これら上下の副桿構成部材１４、１５の間に介在配置されるブロック部材３３、３４から構成されている。１６は下部副桿構成部材１５の一部を成す電極板取付部であって、この電極板取付部１６に対して電極１７が下部副桿構成部材１５に対して電気的に接続している（図５参照）。なお、この構成の他に、特別に電極板を取り付けず、この電極板取付部１６自体を電極板として利用することも可能である。図示の構成では前記ブロック部材３３側をロバーバル機構の可動側とすることにより、この電極板取付部１６の電極板１７が可動電極板として機能するよう構成されている。
【００２６】
次に下部電極板１５の固定ブロック３４の取付側には電極・回路部材取付座１８ａ、１８ｂが設けられ、図６に示す電極・回路部材１９が電極板２０の形成面を前記可動電極板１７に対向位置させるようにして前記電極・回路部材取付座１８ａ、１８ｂに差し渡し固定されている。
【００２７】
電極・回路部材１９の構成及びその取付状態をより詳しく説明すると、図６において静電容量−荷重変換回路２１は通電部２２を介して電極板２０に対し電気的に接続している。符号２４ａ、２４ｂ、２４ｃはビス穴であって、前記下部副桿構成部材の電極・回路部材取付座１８ａ及び１８ｂのビス穴２５ａ、２５ｂ、２５ｃにそれぞれ対応する位置に開口形成されてる。
【００２８】
電極・回路部材１９のビス穴のうち少なくとも一つは下部副桿構成部材１５と電気的に接続するよう電気的な導通部（導電部３６））が形成されかつこの導電部２６と前記静電容量−荷重変換回路２１とは通電部２３を介して電気的に接続している。この構成により、組立型ロバーバル機構を介して前記可動電極板１７と、静電容量−荷重変換回路２１とは電気的に接続する。電極・回路部材１９の電極板２０と、可動電極板１７とにより負荷された荷重Ｗに対応する静電容量を、静電容量−荷重変換回路２１において計測する。
【００２９】
図７は図６に示す電極・回路部材の変形例を示す。この例では電極板２０は電極・回路部材１９から一部外部に展出して構成されている。静電容量式荷重センサの構成によっては電極・回路部材１９の取付位置の制約等により、このように電極板２０を電極・回路部材１９の外部に展出した方が便利な場合も生じる。
【００３０】
図８は電極・回路部材の更に別の構成例を示す。
符号２７は電極・回路部材であって、同部材を構成する基板の一方の面に電極板２８が形成され、かつこの電極板２８の形成面の裏面に静電容量−荷重変換回路２９等の電気回路が形成されている構成を示す。因みに電極・回路部材２７の表裏にそれぞれ形成された電極板２８と回路２９とは当然のことながら電気的に接続されている。なお、図は電極板と回路との配置状態を概念的に示しており、電極・回路部材２７取付用のビス穴及びビス穴を介した通電部等は示されていない。
【００３１】
図９の構成は、電極・回路部材３０が平面３０ａと３０ｂとの二つから形成されており、一方の平面３０ａに電極板３１が、また他方の平面３０ｂに静電容量−荷重変換回路等の電子回路３２が形成された構成となっている。この構成では電極板配置空間と回路配置空間とが平面３０ｂにより仕切られた別空間となるため、電極板配置部における回路３２からの発熱の影響を大幅に低減することができる。なお、ビス穴等当該電極・回路部材の取付部は前記構成と同様図示されてはいない。
【００３２】
【発明の効果】
以上本発明を具体的に説明したように、静電容量式荷重センサにおいて、対向位置する電極板のうち一方の電極板と、静電容量−荷重変換回路若しくはこの回路を含む電子回路を電極・回路部材として一体的に形成し、かつ電極・回路部材をロバーバル機構に組み込むよう構成されているので、電極板と静電容量−荷重変換回路とを接続する線材が不要となり、当該線材の浮遊容量による荷重測定精度の低下を防止することが可能となると共に、荷重伝達機構であるロバーバル機構が荷重測定機構としても作用するため秤量装置全体の部品点数も減少させることが可能となる。
【００３３】
また、従来この浮遊容量を最小限に抑えるため、線材の取り付けには細心の注意と熟練を要していたが、本発明の構成では一体部品である電極・回路部材を所定のロバーバル機構に取り付けるだけで高精度の静電容量式荷重センサの製造が可能となり、センサの高精度化を実現しながら前記した部品点数の低減及び組立工数の減少等により生産性の向上及びコストダウンも同時に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す静電容量式荷重センサの側面図である。
【図２】（Ａ）は図１に示す静電容量式荷重センサに取り付けられている電極・回路部材の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の構成の変形例を示す電極・回路部材の平面図である。
【図３】電極・回路部材の取り付け状態を示す斜視図である。
【図４】組立式ロバーバル機構の分割斜視図であって、当該組立式ロバーバル機構に対する電極・回路部材の取り付け状態を示す図である。
【図５】図４に示す組立式ロバーバル機構の断面図である。
【図６】図４及び図５に示す組立式ロバーバル機構に取り付けられる電極・回路部材の平面図である。
【図７】電極板の一部が基板から一部突出した構成き電極・回路部材の斜視図である。
【図８】電極・回路部材の別の構成例を示す電極・回路部材の斜視図である。
【図９】電極・回路部材の更に別の構成例を示す電極・回路部材の斜視図である。
【図１０】静電容量式荷重センサの従来構成を示す当該センサの側面図てある。
【図１１】図１０に示す静電容量式荷重センサにおける電極板の取り付け状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  電極・回路部材
２  （電極・回路部材側の）電極板
３  静電容量−荷重変換回路
４、６  通電部
９  ロバーバル機構
９ａ  （ロバーバル機構の）固定部
９ｂ  （ロバーバル機構の）可動部
１０、１１  導電性取付部材
１２  電極板
１４  上部副桿構成部材
１５  下部副桿構成部材
１６  電極板取付部
１７  電極板
１８ａ、１８ｂ  電極・回路部材取付座
１９  電極・回路部材
２０  電極板
２１  静電容量−荷重変換回路
２６  導電部
２７  電極・回路部材
２８  電極板
２９  電子回路（静電容量−荷重変換回路）
３０  電極・回路部材
３０ａ  電極・回路部材の第１の面
３０ｂ  電極・回路部材の第２の面
３１  電極板
３２  電子回路（静電容量−荷重変換回路）
３３  ブロック部材（可動側）
３４  ブロック部材（固定側）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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