JP2009192286A

JP2009192286A - 荷重変換用音叉振動装置

Info

Publication number: JP2009192286A
Application number: JP2008031487A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kimura; 三男木村
Original assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Current assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】非接触で配置した電磁コイルを用いて、荷重を正確に測定する
【解決手段】音叉振動子１０の２枚の平行に配置した振動片１１ａ、１１ｂの上下両端は、結合部１２ａ、１２ｂにより結合されている。結合部１２ｂの両側面には、信号検出用の圧電素子１４ａ、１４ｂが貼り付けられている。振動片１１ａ、１１ｂには励磁部１５ａ、１５ｂが一体に形成され、その両側に電磁コイル１６ａ、１６ｂが配置され電流を断続的に流すと、励磁部１５ａ、１５ｂに対し磁力を作用させて吸引、解除を繰り返し、振動片１１ａ、１１ｂに対し振動を与える。振動片１１ａ、１１ｂの振動は、圧電素子１４ａ、１４ｂにより検出されて、検出信号の一部は電磁コイル１６ａ、１６ｂに帰還される。荷重測定端１３ａ、１３ｂ間に荷重が作用すると、振動片１１ａ、１１ｂによる振動数が変化し、新たな周波数で平衡するので、この振動数により荷重測定が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、構成が簡素となる荷重変換用音叉振動装置に関するものである。

従来の荷重変換用音叉振動子は、振動体に２枚の圧電素子（ＰＺＴ）を貼り付け、一方の圧電素子により駆動を行い、他方の圧電素子により振動を検出している。

図５は特許文献１による荷重変換器の一部を構成する従来の荷重変換用音叉振動子１の一例を示し、中心軸に対称かつ平行した２枚の振動片１ａ、１ｂの両端を、コ字形結合部２ａ、２ｂにより結合している。一方の結合部２ｂの両側面に、第１、第２の圧電素子３ａ、３ｂをそれぞれ取り付け、第１の圧電素子３ａの出力を増幅器４に接続し、第１の圧電素子３ａの出力を励振検出信号とし、その一部を第２の圧電素子３ｂによる振動片１ａ、１ｂの励振用に加えている。

なお、圧電素子は２個を１組として、信号検出用の圧電素子を結合部２ａの両側に、励振用の圧電素子を結合部２ｂの両側に取り付ける場合もある。

このような構成において、増幅器４の利得や周波数特性を適切に選択することにより、音叉振動子１の荷重測定端５ａ、５ｂを介して軸方向に測定すべき荷重Ｆが加えられると、その発振振動数が変化することから、この振動数を周波数カウンタ６で読み取って、加えられた荷重Ｆを知ることができる。

特開昭６０―８６４２７号公報

しかしながら製造に際しては、上述の圧電素子３ａ、３ｂを音叉振動子１に固定する必要がある。しかし、熟練を要する圧電素子３ａ、３ｂの接着工程が必然となり、また圧電素子３ａ、３ｂの接着不良により音叉振動子１の十分な振動が妨げられることがある。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、圧電素子に代替して、非接触で配置し得る電磁コイルを用いて、荷重を正確に測定する荷重変換用音叉振動装置を提供することにある。

上述の目的を達成するための本発明に係る荷重変換用音叉振動装置は、２枚の平行に配置した振動片の両端をそれぞれ結合部により結合した音叉振動子において、一方の結合部に信号検出用の圧電素子を貼り付け、前記振動片の中間部の近傍に電磁コイルを配置し、該電磁コイルにより前記振動片を励振することを特徴とする。

また、本発明に係る荷重変換用音叉振動装置は、２枚の平行に配置した振動片の両端をそれぞれ結合部により結合した音叉振動子において、一方の結合部に励振用の圧電素子を貼り付け、前記振動片の中間部の近傍に電磁コイルを配置し、該電磁コイルにより前記振動片の振動を検出することを特徴とする。

更に、本発明に係る荷重変換用音叉振動装置は、２枚の平行に配置した振動片の両端をそれぞれ結合部により結合した音叉振動子において、前記振動片の中間部に励振用の第１の電磁コイルを配置し、前記振動片の中間部の他の近傍に第２の電磁コイルを配置し、前記第１の電磁コイルにより前記振動片を励振し、前記第２の電磁コイルにより前記振動片の振動を検出することを特徴とする。

本発明に係る荷重変換用音叉振動装置によれば、電磁コイルにより非接触で振動片を励磁し、又は非接触で振動片の振動を検出するので、製造が容易となると共に正確な測定ができる。

本発明を図１〜図４に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

実施例１において図１に示すように、音叉振動子１０の２枚の平行に配置した振動片１１ａ、１１ｂの上下両端は、コ字型の結合部１２ａ、１２ｂにより結合されている。結合部１２ａ、１２ｂはそれぞれ荷重測定端１３ａ、１３ｂに接続され、音叉振動子１０はこれらの荷重測定端１３ａ、１３ｂ間に作用する荷重を測定するようにされている。

一方の結合部１２ｂの両側面には、信号検出用の圧電素子１４ａ、１４ｂがそれぞれ貼り付けられている。これらの圧電素子１４ａ、１４ｂの貼付位置は、振動片１１ａ、１１ｂと結合部１２ｂのそれぞれの境界部付近とされ、振動片１１ａ、１１ｂの振動を効率良く検知できる個所とされている。

振動片１１ａ、１１ｂの中心部には、ブロック状の励磁部１５ａ、１５ｂが一体に形成され、その両側に電磁コイル１６ａ、１６ｂが配置されている。なお、この励磁部１５ａ、１５ｂは音叉振動子１０の校正に際して、やすり等で削り取ることにより、平衡を調整するための調整おもりとしても用いられる。

圧電素子１４ａ、１４ｂの出力は、加算器１７、増幅器１８を経て周波数カウンタ１９に接続されている。また、増幅器１８の出力の一部は駆動回路２０に接続され、駆動回路２０の出力は電磁コイル１６ａ、１６ｂに接続されている。

励振時には、電磁コイル１６ａ、１６ｂに駆動回路２０から電流を断続的又は正逆交互に流すと、電磁コイル１６ａ、１６ｂは振動片１１ａ、１１ｂの励磁部１５ａ、１５ｂに対し、間欠的に磁力を作用させて吸引、解除を繰り返し、振動片１１ａ、１１ｂに対し振動を与える。この振動片１１ａ、１１ｂの振動は、圧電素子１４ａ、１４ｂにより検出されて加算器１７、増幅器１８を経て検出信号とされ、更にこの検出信号の一部は励振用の電磁コイル１６ａ、１６ｂに帰還される。

音叉振動子１０においては、背景技術で説明したように荷重測定端１３ａ、１３ｂ間に荷重が作用すると、振動片１１ａ、１１ｂによる振動数が変化し、新たな周波数で平衡するので、この振動数をカウンタ１９で計数することにより荷重測定が可能となる。

また、電磁コイル１６ａ、１６ｂは振動片１１ａ、１１ｂの両側に配置したが、図２に示すように振動片１１ａ、１１ｂの間に、１個の電磁コイル１６ｃを配置しても、同様に励振を行うことができる。

図３は実施例２の構成図を示し、結合部１２ｂに取り付けた圧電素子１４ｃ、１４ｄにより励振を行い、振動の検出は振動片１１ａ、１１ｂの両側に配置された電磁コイル１６ｄ、１６ｅにより検出されている。電磁コイル１６ｄ、１６ｅの検出出力は加算器２１、増幅器２２を経て周波数カウンタ２３に接続され、増幅器２２の出力の一部は圧電素子１４ｃ、１４ｄに接続されている。

振動片１１ａ、１１ｂの励振は圧電素子１４ｃ、１４ｄによりなされ、振動片１１ａ、１１ｂの振動は、電磁コイル１６ｄ、１６ｅによりうず電流を利用して励磁部１５ａ、１５ｂの位置を検出し、加算器２１、増幅器２２を介して周波数カウンタ２３により振動数が得られる。この検出信号の出力の一部は圧電素子１４ｃ、１４ｄに帰還されている。

なお、振動検出用の２個の電磁コイル１６ｄ、１６ｅの代りに、振動検出用として図２に示すように１個の電磁コイル１６ｃを振動片１１ａ、１１ｂの間に設けることもできる。

図４は実施例３の構成図を示し、励振用、振動検出用は共に電磁コイルとされ、励振用は振動片１１ａ、１１ｂの両側に配置された電磁コイル１６ｆ、１６ｇにより、信号検出用は振動片１１ａ、１１ｂの間に配置された電磁コイル１６ｈによりなされている。電磁コイル１６ｈの出力は増幅器３１を介して周波数カウンタ３２に接続され、増幅器３１の出力の一部は駆動回路３３に接続されている。

この実施例３においては、各電磁コイル１６ｆ、１６ｇ、１６ｈは実施例１、２で説明した励振用、信号検出用の役割を果し、圧電素子は不要となる。なお、これらの励振用、信号検出用は逆の配置であってもよい。

実施例１の構成図である。変形例の構成図である。実施例２の構成図である。実施例３の構成図である。従来例の構成図である。

符号の説明

１０音叉振動子
１１ａ、１１ｂ振動片
１２ａ、１２ｂ結合部
１３ａ、１３ｂ荷重測定端
１４ａ〜１４ｄ圧電素子
１５ａ、１５ｂ励磁部
１６ａ〜１６ｈ電磁コイル
１７、２１、３１加算器
１８、２２、３１増幅器
１９、２３、３２周波数カウンタ
２０、３３駆動回路

Claims

２枚の平行に配置した振動片の両端をそれぞれ結合部により結合した音叉振動子において、一方の結合部に信号検出用の圧電素子を貼り付け、前記振動片の中間部の近傍に電磁コイルを配置し、該電磁コイルにより前記振動片を励振することを特徴とする荷重変換用音叉振動装置。
２枚の平行に配置した振動片の両端をそれぞれ結合部により結合した音叉振動子において、一方の結合部に励振用の圧電素子を貼り付け、前記振動片の中間部の近傍に電磁コイルを配置し、該電磁コイルにより前記振動片の振動を検出することを特徴とする荷重変換用音叉振動装置。
２枚の平行に配置した振動片の両端をそれぞれ結合部により結合した音叉振動子において、前記振動片の中間部に励振用の第１の電磁コイルを配置し、前記振動片の中間部の他の近傍に第２の電磁コイルを配置し、前記第１の電磁コイルにより前記振動片を励振し、前記第２の電磁コイルにより前記振動片の振動を検出することを特徴とする荷重変換用音叉振動装置。
前記振動片の中間部に励磁部を一体に設け、該励磁部に対し励振を行い、又は該励磁部の振動を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の荷重変換用音叉振動装置。
前記検出した振動信号の一部を励振用信号に帰還することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の荷重変換用音叉振動装置。