JPH071194B2

JPH071194B2 - 重量検出装置

Info

Publication number: JPH071194B2
Application number: JP62174100A
Authority: JP
Inventors: 誠三原; 正信井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-07-13
Filing date: 1987-07-13
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPS6416937A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、物の重量を計測する秤に関する分野、あるい
は、物の重量を検出し、その重量情報を利用して機能や
性能を向上させるため目的の重量検出機能応用機器に関
するものである。例えば、重量情報を有効に利用するも
のとして加熱調理機器があり、加熱室内の食品の重量を
自動的に計測しそれに応じた最適の加熱時間，加熱出
力，加熱パターン等を自動決定し、調理性能を向上させ
るという応用がなされている。

従来の技術食品の重量を検出して、加熱を制御する重量検出機能を
備えた加熱調理器はすでに公知であり、とりわけ電子レ
ンジにおいては自動解凍等で代表される調理の自動化の
分野で広く応用されている。従来の一般的な重量検出装
置は、ロバーバル機構と称する荷重伝達機構を備えてい
る。ロバーバル機構とは広く秤の基本構成に使われる平
行四辺形機構で秤の荷受け台の傾きを防止し載置位置に
よる誤差（荷受け皿上の載置位置によって生じる誤差、
以後位置誤差と表現する。）をなくすために使用されて
きた。しかし、昨今の市場における部品の小型軽量化ま
た低コスト化への要望に応えるべく前述したロバーバル
機構を省略化した重量検出装置が考案されるに到ってい
る。（特願昭62−59382号）第６図に従来のロバーバル
機構を省略化した重量検出装置を備えた電子レンジの要
部断面図を示す。支持回転軸５によって伝達された食品
の荷重は両端を固定した板バネ２を加圧して荷重伝達手
段３に伝達される。この板バネ２はモーター４の回転摺
動による荷重伝達手段３の摩耗，振動によるノイズを軽
減するための機構である。

発明が解決しようとする問題点ところが、このような構成の重量検出装置においては、
支持回転軸５は軸受け6,7によって鉛直方向に保持され
ており荷重は支持回転軸５のスラスト方向に伝達される
が、軸と軸受けの間のクリアランスによる支持回転軸５
の傾きによって生じる荷重の伝達損失は避けられない。
第７図は支持軸５の傾きによる荷重の伝達の変化を示す
説明図である。測定中、支持回転軸５の傾きはケースバ
イケースで様々に変化し、第７図（ａ）に示すように鉛
直方向に正確に荷重Ｆ（実矢線）が伝達される場合もあ
れば、第７図（ｂ）に示すように支持回転軸５が傾き、
荷重伝達手段３と板バネ２との接点がＡ点にずれ荷重の
伝達成分がFcosα（点矢線）と減衰してしまう場合もあ
る。このように、支持回転軸５の状態は逐次変化してい
ると考えられる。第８図はモーター回転中の荷重検出手
段16の出力の瞬時値を示す。このように、回転位置によ
って重量は大きく変化しどのタイミングでデータを検出
するかによって測定値は大きくばらつく。したがって、
より正確なデータを獲得するためには重量検出装置から
の出力を一定期間積分して平均化する必要がある。この
脈動が大きくなると正確なデータを測定するため長時間
の積分が必要になってきて測定時間は長引く。ロバーバ
ル機構を備えた重量検出装置においては瞬時に測定が可
能で使用者への調理時間の表示も即座に行えたのに対し
て使い勝手は著しく悪くなる。逆に使い勝手を重視し
て、短時間の測定を行えばそれだけ誤差は大きくなり、
調理性能上不都合が生じてくる。

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、簡単な構造で支持回転軸と軸受けのクリアランスに
よって生じる荷重伝達誤差を軽減し高精度の重量検出装
置を提供するものである。

問題点を解決するための手段本発明の重量検出装置は、被測定物を載置する載置台
と、荷重を検出する荷重検出手段と、載置台を支持して
支持方向に所定量の移動が自在な支持回転軸と、支持回
転軸を回転駆動する回転駆動手段と、支持回転軸を支え
支持回転軸のスラスト方向に弾性力をもって移動自在な
弾性体と、その弾性体を支え、支持回転軸，載置台，被
測定物の荷重を、荷重検出手段に伝達するための荷重伝
達手段とを備える重量検出装置において、荷重伝達手段
の弾性体と接触する部分を平面形状としたものである。

作用本発明の重量検出装置は、荷重伝達手段と弾性体との接
触部分の形状が平面になっているため、支持回転軸のク
リアランスによって回転中に弾性体と支持回転軸との接
点がずれ弾性体が荷重伝達手段を加圧する点が移動して
も、正確に荷重伝達手段を鉛直方向に加圧することにな
り荷重はロスなく荷重検出手段に伝達される。これによ
り、回転中の検出重量の脈動幅は著しく低減されるた
め、データの平均化に要する積分時間も短縮でき、短時
間で正確な重量が検出することができる。なお、支持回
転軸の弾性体と接触する端面についてはより先鋭にし
て、接点のずれがあまり設計中心から移動しないような
構成にすることが望ましい。

実施例以下、本発明の重量検出装置を図面を参照して説明す
る。第２図は本発明の重量検出装置を搭載した重量検出
機能付電子レンジの外観斜視図である。本体８の前面に
は開閉自在の扉体９が軸支えされ、操作パネル10上には
調理の種類の選択および調理時間の設定等を行うキー入
力部11および使用者が動作状態をモニター、あるいは対
話するための表示管12が具備されている。第３図は重量
検出機能付電子レンジのシステムブロック図である。な
お、13は加熱室、14は食品、15は食品を載置するための
載置台で、モーターによって回転駆動され電波分布によ
る加熱むらを改善している。16は荷重検出手段であり食
品14の荷重を受け電気信号に変換する。18はマイクロコ
ンピューター17とのインターフェイス回路で、マイクロ
コンピューター17が検出可能な電気信号に変換する。マ
イクロコンピューター17はその信号から所定の演算を行
って重量を求める。19は高周波電力を加熱室13内に供給
するマグネトロン、20はそのマグネトロン19をドライブ
するためのマグネトロン駆動用高圧発生回路、21は商用
電源、22はマグネトロン19への電力供給を入切するため
のリレーアクチュエーターである。

そこで使用者がキー入力部11から調理メニューを選択し
マイクロコンピューター17が食品の重量を検出し、さら
にその重量情報から所定の演算を行い調理時間，調理プ
ロセス，加熱パターンというようなものも自動的に決定
する。重量検出装置は電子レンジではこのようなアプリ
ケーションがなされており、現在では非常に一般的な機
能となっている。

第１図に本発明の一実施例の重量検出装置の要部断面図
を示す。４は載置台15を回転させるためのモーター、５
はその支持回転軸で載置台14を支え、軸受け６と軸支え
７によって鉛直方向に支持されている。また、それぞれ
の接触部分については適度のクリアランスをもたせ、ま
た場合によっては潤滑油などを塗布して摩耗性，摺動性
を向上させてある。モーター４は永久磁石とコイルとか
らなる同期モーターで、電源の周期に同期して回転す
る。さらに歯車23,24というような複数の歯車を用い低
速度，高トルク化をはかっている。また、支持回転軸５
には貫通孔を設け軸止めピン25を差し込むことによって
脱落を防止している。載置台15および食品14の荷重Ｗは
支持回転軸５を通じて軸のスラスト方向に伝達される。
この荷重Ｗは両端を固定された板バネ２を介して荷重検
出手段16の上に載せられた荷重伝達手段３に伝えられ
る。これは荷重伝達手段３が支持回転軸５の摺動によっ
て摩耗するのを防ぐためのものであり、荷重検出手段16
の特性に影響を与えない程度の微弱な弾性を持った板バ
ネである。荷重検出手段16の構成図を第４図に示す。26
はアルミナのセラミックのダイアフラム、28はダイアフ
ラム26,27の表面に印刷された金の電極で数ミクロンの
薄膜となっている。29はガラスシールで数十ミクロンの
微小ギャップをもって、二枚のダイアフラム26,27を対
向させ電気的にはコンデンサーを形成している。ここ
で、ダイアフラム26に荷重が印加されるとダイアフラム
26はたわみ、電極間ギャップは狭まるため静電容量が変
化する。一般に平行平板電極の場合の静電容量Ｃの理論
式は、電極面積をＳ、電極間ギャップをｄ、電極間誘電
率をεとするととなるから、この場合もほぼ同等の構成であり、荷重が
加わると電極間ギャップｄが小さくなり静電容量Ｃが大
きくなる特性となる。荷重伝達手段３はダイアフラム26
の上に載置されており、ダイアフラム26との接触面積で
規定される一定加圧面積の点荷重を荷重検出手段３に伝
達する機能をもっている。荷重検出手段16の静電容量は
リード線30によってインターフェイス回路18に導かれ
る。インターフェイス回路18は無安定マルチバイブレー
ターで構成しており、静電容量に依存して周波数が変化
する。マイクロコンピューター17はインターフェイス回
路18からのパルス数を一定時間カウントすることによっ
て周波数を検出して、さらに所定の演算（たとえば、周
波数と重量の関係をべき級数近似で表した換算式による
計算など）を行って重量を求める。

このように、本重量検出装置の場合、ロバーバル機構を
省略化しているため、構造的には非常にコンパクトとな
っているが、位置誤差については不利な構造となってい
る。第１図に示すように、軸受け26,27によって鉛直方
向に回転軸５が保持されているというものの軸受け26,2
7と支持回転軸５のクリアランスのため支持回転軸５は
傾き、荷重伝達手段３を加圧するポイントは回転中や、
食品を載置した場所によって逐次変化する。しかし、本
発明の重量検出装置においては荷重伝達手段３の板バネ
２と接触する部分の構造を平面に加工してあるため、加
圧するポイントが移動しても常に重量伝達手段３には鉛
直方向に力が加わり伝達時のロスが発生しない構造とな
っている。第８図は荷重伝達手段３の構造による測定の
違いを示す。第８図（ａ）は荷重伝達手段が球状の場
合、第８図（ｂ）は荷重伝達手段が平面状の場合で、著
しく振幅が縮小している。いまデータを平均化するため
瞬時データを積分平均する場合を考察する。簡単なモデ
ルとして周波数の瞬時値を第５図に示すように中心周波
数_０、振幅Ａ、角速度（モーターの速度）ωの正弦波
とする。初期時刻t₀、積分時間t₁とした時積分平均した
周波数は、となり、真値_０からの誤差は振幅Ａに比例して、積分
時間t₁に反比例する。したがって、振幅を小さくするこ
とによって誤差は減少することがわかる。第８図に示す
ように、波形が少々歪んだとしても、同様に変動幅を小
さくすることは、測定精度を向上させるうえで非常に有
利である。また、ある程度の誤差を許容すれば積分平均
時間すなわち、測定に要する時間も短縮することができ
る。具体的なこの積分平均操作については、インターフ
ェイス回路18から出力されるパルスの数を積分時間カウ
ントしてそのカウント数を積分時間で除することによっ
て簡単に実現できる。

発明の効果以上のように本発明の重量検出装置は、荷重伝達手段の
弾性体との接触部分の構造が平面となっており、支持回
転軸と軸受け部のクリアランスによって支持回転軸が傾
いた場合でも、荷重伝達手段には鉛直方向に正確に荷重
が伝達される。したがって、測定値の回転中の変動幅が
著しく小さくなることから、平均化に要する積分時間も
短かくてすみ従来以上に速やかに重量を検出することが
できる。現在の電子レンジに用いられているモーターの
回転周期は10〜12秒と極めて長いためこの積分時間を短
縮することは使い勝手を向上させるためには非常に有利
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における重量検出装置の要部
拡大断面図、第２図は同本体斜視図、第３図は同システ
ムのブロック図、第４図は同荷重検出手段の分解斜視
図、第５図は積分平均の原理説明図、第６図は従来の重
量検出装置の要部拡大断面図、第７図は同支持回転軸の
傾きによる荷重伝達損失の動作説明図、第８図は荷重伝
達手段の構造差による出力の違いを示す出力波形図であ
る。２……板バネ、３……荷重伝達手段、４……モーター、
５……支持回転軸、15……載置台、16……荷重検出手
段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物を載置するための載置台と、荷重
を受けその荷重に対応した電気的物理量を出力する荷重
検出手段と、前記載置台を支持し、支持方向に所定の変
位をもつ回転可能な支持回転軸と、前記支持回転軸を回
転駆動するための回転駆動手段と、前記支持回転軸を受
けその支持方向に変位する弾性体と、前記弾性体を受け
前記荷重検出手段に荷重を伝達する荷重伝達手段とを備
え、前記荷重伝達手段は前記弾性体との接触部分が平面
となる構成とした重量検出装置。