JP2009198496A - 圧電振動型力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 圧電体と規制部材との摩擦力によって振動を規制するため、振動方向と同じ方向から直接振動を規制した時に比べて、力の検出範囲を広げることができる。
従来のように圧電体と外部制御回路とを電気的に接続するために直接リード線を半田付けしたものでは、圧電体に付着した半田によって、振動を規制してしまい検出範囲を狭める。そこで、圧電体と規制部材の導通部は固定せず接触により電気的導通が保たれている状態にすることで力の検出範囲を広げることができる。
【選択図】 図1
Description
外部から力を受けることで弾性変形して圧電体に力を伝える規制部材を圧電体の振動に対して摺動可能に当接し、規制部材に加えた力によって生じる摩擦力に応じて変化する圧電体のインピーダンスから加えた力を検出することを特徴とする力検出方法である。
前記圧電体の表面に設けられた一対の駆動電極と、
外部から力を受けることで弾性変形して圧電体に力を伝える規制部材と、
を有する圧電振動型力センサであって、
前記規制部材は、前記駆動電極が設けられた圧電体に対して摺動可能に保持されており、
前記電圧を印加して圧電体を振動させた状態で、規制部材を介して該圧電体に加わった力によって生じた摩擦力に応じて変化する圧電体のインピーダンスを検出することで加えられた力を検出する圧電振動型力センサである。
本発明は圧電体と規制部材との摩擦によって振動を規制するため、従来のように振動方向と同じ方向から直接振動を規制した時に比べて、力の検出範囲を広げることができる。
直径5.0mm、厚み9.8mmの円柱型の圧電体を用いて、振動方向を直接規制する場合(従来技術)と、摩擦を利用して振動方向に対して垂直な方向から力を印加した場合(本発明)との比較結果を図5に示す。ここで、圧電体には規制する位置に駆動電極を設け、交流電圧を与えている。1次の共振周波数は145kHzとなり、振動モードは縦効果となった。また、規制部材には厚み1mmのウレタンゴムを用いた。
図8は圧電体から外部制御回路とを電気的に接続するための電極の影響を検討した結果である。圧電体には、円板素子(直径2mm、厚み0.5mm)、円環素子(直径2mm、内径1mm、厚み0.5mm)を用いた。荷重を20gf印加したときの出力電圧を示している。半田ありは圧電体に直接リード線を半田付けして取り付け、半田なしは規制部材の表面にアルミ箔を設けて接触により電気的導通が保つ状態にした。
2 規制部材
3 信号取り出し電極
4 駆動電極
5 力センサ
6 インピーダンス
7 可変周波数発信器
Claims (5)
- 時間的に変化する電圧を印加することで特定の方向に振動させた圧電体に対して、
外部から力を受けることで弾性変形して圧電体に力を伝える規制部材を圧電体の振動に対して摺動可能に当接し、規制部材に加えた力によって前記圧電体との間に生じる摩擦力に応じて変化する前記圧電体のインピーダンスから加えた力を検出することを特徴とする力検出方法。 - 前記規制部材は、圧電体の振動方向に対して略平行であることを特徴とする請求項1記載の力検出方法。
- 時間的に変化する電圧を印加することで特定の方向に振動する圧電体と、
前記圧電体の表面に設けられた一対の駆動電極と、
外部から力を受けることで弾性変形して圧電体に力を伝える規制部材と、
を有する圧電振動型力センサであって、
前記規制部材は、前記駆動電極が設けられた圧電体に対して摺動可能に保持されており、
前記電圧を印加して圧電体を振動させた状態で、規制部材を介して該圧電体に加わった力によって生じた摩擦力に応じて変化する圧電体のインピーダンスを検出することで加えられた力を検出する圧電振動型力センサ。 - 前記規制部材は、駆動電極が設けられた圧電体の振動方向に対して略平行であることを特徴とする請求項3記載の圧電振動型力センサ。
- 前記規制部材は、駆動電極との接触面に引き出し電極が設けられたことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の圧電振動型力センサ。
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