JP2009121950A

JP2009121950A - 音叉振動式荷重センサ

Info

Publication number: JP2009121950A
Application number: JP2007296271A
Authority: JP
Inventors: Kohei Okamoto; 光平岡本
Original assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Current assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-06-04

Abstract

【課題】直線性や再現性に優れた測定値を得ると共に耐久性を向上させる。
【解決手段】荷重受部２０が測定すべき荷重を受けると、その荷重が引張片１９及びてこ部１３を介して音叉振動子１７に作用し、音叉振動子１７にはてこ比により減少した引張荷重が加わる。増幅器の利得や周波数特性を適宜に選択すると、振動片２３ａ、２３ｂが音叉振動子１７に加わった荷重に対応した固有周波数によって対称的に振動するので、この振動を増幅器に入力すると、周波数カウンタにより荷重値が得られる。
このとき、引張片１９の弯曲部２２が伸長し、図１においててこ部１３、引張片１９の変形を１００倍程度の大きさに拡大して図示すると、一点鎖線で示すように変形する。しかし、てこ部１３の力点１５の位置は殆ど変位することはないので、音叉振動子１７から安定した出力が得られ、高精度の測定が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷重受部に受けた荷重を一体に形成した音叉振動子を介して検出する音叉振動式荷重センサに関するものである。

従来のこの種の音叉振動式荷重センサには、例えば本出願人の出願による特許文献１に開示されているような同一金属部材から成る荷重変換機構が使用されている。

例えばこの種の荷重変換機構では、図３に示すように、基部１にはてこ部２が支点３を介して支持されており、てこ部２の力点４と基部１の固定部５との間に２枚の板から成る音叉振動子６が配置され、てこ部２の荷重点７には荷重を受ける荷重受部８が引張片９を介して接続されている。

特開２００２−１３１１４８号公報

上述の荷重変換機構においては、荷重受部８に加わる荷重の大きさに拘らず、音叉振動子６から安定した出力の周波数を得るためには、音叉振動子６とこれを固定する力点４の位置が不変であることが望ましい。

しかし、てこ部２の変形等を誇張して図示すれば、荷重受部８に荷重がかかると、てこ部が一点鎖線のように傾斜し、力点４の位置がＡからＢに変わってしまうので、音叉振動子６の直線性等の出力特性に大きな影響を与え、測定精度が悪化する。また、音叉振動子６が変位すると、この音叉振動子６に接続している給電線に応力が発生し不具合が生ずる。

更に、てこ部２が傾斜すると、てこ比を決める引張片９のてこ部２との接続部分の荷重点７が変形し応力が発生する。この応力は荷重変換機構による測定値の直線性や再現性に悪影響を及ぼす上に、耐久性の問題が生ずることもある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、直線性や再現性に優れた測定値を得ることができる音叉振動式荷重センサを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る音叉振動式荷重センサは、基部に支点を介して接続したてこ部と、該てこ部の力点と前記基部の固定部との間に接続した音叉振動子と、前記てこ部の荷重点に引張片を介して接続した荷重受部とを板状の金属部材から形成した音叉振動式荷重センサにおいて、前記引張片は前記荷重受部に加わる荷重に応じて伸長可能としたことを特徴とする。

以上説明したように本発明に係る音叉振動式荷重センサは、引張片を伸長可能としたことにより、音叉振動子の取付位置が大きく変化することなく、音叉振動子の直線性や再現性に優れた測定値を得ることができる上に、耐久性を向上させることができる。

また、引張片が隣以上に伸長しないようにストッパを設けると、引張片に金属疲労等が発生することがない。

本発明を図１、図２に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は音叉振動式荷重センサの正面図であり、この荷重センサは同一金属部材を刳り抜くなどして加工されている。基部１１には、フレーム等に固定するための取付孔１２が形成されており、基部１１の上部にはてこ部１３が支点１４を介して接続されている。てこ部１３の力点１５と基部１１の固定部１６との間に音叉振動子１７が接続され、てこ部１３の荷重点１８には薄板状の引張片１９を介して荷重受部２０が接続されている。

この荷重受部２０には、測定すべき荷重を受けるためのロバーバル機構の荷重受部等の図示しない部材が掛けられる孔２１が設けられ、この孔２１の下部は荷重が作用する荷重作用点２１ａとされている。そして引張片１９には、薄肉状の複数個の弯曲部２２が伸長部として連続的に形成されている。

音叉振動子１７は軸線に対称かつ平行な２枚の長片状の振動片２３ａ、２３ｂと、これらの振動片２３ａ、２３ｂの上下の両端部同士をそれぞれ結合する略コ字状の結合部２４ａ、２４ｂと、これらの結合部２４ａ、２４ｂを軸線上でそれぞれ支持する薄板状の支持片２５ａ、２５ｂとから構成されている。上方の支持片２５ａは力点１５に接続され、下方の支持片２５ｂは固定部１６に接続されている。また、音叉振動子１７の例えば下方の結合部２４ｂの両側面に圧電素子２６ａ、２６ｂが持続振動発生用、振動検出用として、それぞれ取り付けられている。

図２は音叉振動式荷重センサに回路基板を取り付けた状態の斜視図であり、基部１１と重なるようにスペーサ３１を介して回路基板３２が付設されており、この回路基板３２上に増幅器、周波数カウンタ等の回路部品が搭載されている。圧電素子２６ａ、２６ｂは増幅器の入力部と出力部がそれぞれ図示しないリード線により接続され、一方の圧電素子２６ａは振動用とされ、他方の圧電素子２６ｂはピックアップ用とされている。

また、過度の荷重が加わることにより引張片１９が許容量以上に延伸し、金属疲労等の障害が発生することを阻止するために、過度の伸長を制限するストッパが設けられている。このストッパは荷重受部２０が所定位置よりも低下しないように機械的に制止するものであり、例えば図１の点線で示すように、ストッパ２７を基部１１と一体に形成することもできるが、音叉振動式荷重センサを取り付けるフレーム時にボルト形状のストッパ部材を固定してもよい。なお、無負荷時の荷重受部２０とストッパの上下方向の間隔は例えば１ｍｍ以下である。

荷重受部２０が測定すべき荷重を受けると、その荷重が引張片１９及びてこ部１３を介して音叉振動子１７に作用し、音叉振動子１７にはてこ比により減少した引張荷重が加わる。増幅器の利得や周波数特性を適宜に選択すると、振動片２３ａ、２３ｂが音叉振動子１７に加わった荷重に対応した固有周波数によって対称的に振動するので、この振動を増幅器に入力すると、周波数カウンタにより荷重値が得られる。

このとき、荷重により引張片１９の弯曲部２２が伸長し、図１においててこ部１３、引張片１９の変形を１００倍程度の大きさに拡大して図示すると、これらは一点鎖線で示すように変形するが、てこ部１３の力点１５の位置は従来例の図３と比較しても殆ど変位することはない。なお、引張片１９の伸長部位は弯曲部２２に限ることなく、他の形状であってもよい。

このように、本発明では荷重が加わっても、音叉振動子１７の取付位置は殆ど変位することがないので、音叉振動子１７からは安定した出力が得られ、高精度の測定が可能となる。

実施例の音叉振動式荷重センサの正面図である。回路基板を取り付けた状態の斜視図である。従来例の正面図である。

符号の説明

１１基部
１３てこ部
１４支点
１５力点
１７音叉振動子
１８荷重点
１９引張片
２０荷重受部
２２弯曲部

Claims

基部に支点を介して接続したてこ部と、該てこ部の力点と前記基部の固定部との間に接続した音叉振動子と、前記てこ部の荷重点に引張片を介して接続した荷重受部とを板状の金属部材から形成した音叉振動式荷重センサにおいて、前記引張片は前記荷重受部に加わる荷重に応じて伸長可能としたことを特徴とする音叉振動式荷重センサ。
前記引張片には薄板状の弯曲部を連続して形成した伸長部を有することを特徴とする請求項１に記載の音叉振動式荷重センサ。
前記引張片の伸長を制限するストッパを設けたことを特徴とする請求項１に記載の音叉振動式荷重センサ。
該ストッパは前記荷重受部の過度の低下を制止することを特徴とする請求項３に記載の音叉振動式荷重センサ。