JP2020159775A - 音叉振動子を備える荷重センサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型の突上げストッパを備える音叉振動子付き荷重センサを提供する。【解決手段】荷重センサ基部１１と、荷重センサ基部に支点１５を介して接続する梃子部１４と、梃子部に接続された、被検体の荷重が作用する荷重作用部１３と、音叉振動子１２と、音叉振動子１２に対して圧縮力を加える方向の荷重作用部１３の動きを制限するストッパ部２０と、を備える。ストッパ部２０は、ピン２１と、ピンの周縁の一部を除く部分周縁に接触してピンを保持するピン受入部２２と、を有し、ピン受入部２２と接触しないピン２１の一部の周縁が、所定距離隔てて荷重作用部１３に対向するように構成されている。このストッパ部２０は多くの占有面積を必要としないため、音叉振動子付き荷重センサ１０を小型に構成できる。【選択図】図１

Description

本発明は、音叉振動子を備える荷重センサに関し、音叉振動子破損防止用のストッパの小型化を図るものである。

音叉振動子を備える荷重センサ（音叉振動子付き荷重センサ）は、例えば、下記特許文献１に記載されている。
この荷重センサは、図７に示すように、センサ基板１と、センサ基板１に支点５を介して接続する梃子部４と、梃子部４の一端とセンサ基板１との間に接続する音叉振動子２と、梃子部４の他端に接続して被検体の荷重を伝える荷重作用部３とを備えており、金属板をワイヤーカットで図示の形状に切り抜いて形成されている。
この荷重センサでは、荷重により荷重作用部３に下方向の力が作用すると、梃子部４を通じて音叉振動子２を上方に引っ張る力が音叉振動子２に加わる。そのため、音叉振動子２の発振周波数が変化し、その変化を検出することで荷重作用部３に作用した荷重が計測される。

しかし、荷重作用部３に何かが当たるなどして、荷重方向とは逆の力（突き上げ力）が荷重作用部３に作用すると、梃子部４を通じて音叉振動子２を圧縮する方向の力が音叉振動子２に加わり、その力が大きい場合には、音叉振動子２が破損（座屈）する。
従来の音叉振動子付き荷重センサでは、突き上げ力により荷重作用部３が約１００μｍ以上突き上げられると、音叉振動子２が破損する恐れがある。

こうした事態を防ぐため、音叉振動子付き荷重センサでは、荷重作用部３に対する突き上げ量を抑制するためのストッパ（突上げストッパ）が荷重作用部３の直上に設けられている。

図８は、従来の音叉振動子付き荷重センサ１０の突上げストッパ３１を示している。この荷重センサでは、ワイヤーカットでセンサ基板１１に切り込みを入れて点線で示す形状３０を形成し、これを荷重作用部１３の当接部１３１の真上の位置まで折り曲げて突上げストッパ３１としている。

突上げストッパは、計量中に荷重作用部１３と触れないように、荷重作用部３との間に隙間を設ける必要があるが、この隙間が大き過ぎると、突き上げ時に音叉振動子２の破損が防止できない。そのため、この隙間は、数１０μｍ〜１００μｍ程度でなければならない。
しかし、量産性を考慮すると、数１０μｍの隙間を細いワイヤで直接ワイヤーカット加工することは現実的でない。

そこで、図８の荷重センサ１０では、突上げストッパとなる点線形状３０をワイヤーカットで形成し、その後、点線形状３０を曲げ加工して、荷重作用部１３の当接部１３１との間隔が数１０μｍの突上げストッパ３１を形成している。

特開２００３−２２７７４３号公報

しかし、曲げ加工で形成した突上げストッパ３１は、荷重センサの多くのスペースを占有してしまうため、より小型な音叉振動子付き荷重センサを設計する際の障害となっていた。
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、小型の突上げストッパを備える音叉振動子付き荷重センサを提供することを目的としている。

本発明は、音叉振動子を備える荷重センサであって、荷重センサ基部と、荷重センサ基部に支点を介して接続する梃子部と、梃子部に接続された、被検体の荷重が作用する荷重作用部と、梃子部に、支点を間にして、荷重作用部とは反対の側に直接又は介在部材を介して接続された音叉振動子と、音叉振動子に対して圧縮力を加える方向の荷重作用部の動きを制限するストッパ部と、を備えている。そして、ストッパ部は、ピンと、ピンの周縁の一部を除く部分周縁に接触してピンを保持するピン受入部と、を有し、ピン受入部と接触しないピンの一部の周縁が、所定距離隔てて荷重作用部に対向するように構成されている。
このストッパ部は多くの占有面積を必要としないため、音叉振動子付き荷重センサを小型に構成できる。

また、本発明の音叉振動子付き荷重センサでは、ピンを、ピン受入部に圧入して固定している。

また、本発明の音叉振動子付き荷重センサでは、ピン受入部が、荷重センサ基部の縁部から切り込まれた切欠きを有し、この切欠きの凹部形状が、ピンの部分周縁の形状に対応している。

また、本発明の音叉振動子付き荷重センサでは、切欠きの一部を画成する荷重センサ基部の部分が弾性を備えることが望ましい。
そうすることで、ピンのピン受入部への圧入が容易になり、また、圧入されたピンが弾性力により確実に保持される。

また、本発明の音叉振動子付き荷重センサでは、ピンを、円柱の平行ピンにすることが望ましい。
ピンが円柱であれば、ピンの軸回りの回転によってピンと荷重作用部との距離が変化する恐れがない。

また、本発明の音叉振動子付き荷重センサでは、被検体の荷重が荷重作用部の下方に作用する場合は、ストッパ部を荷重作用部の直上に配置して荷重作用部の上方への動きを制限する。また、被検体の荷重が荷重作用部の上方に作用する場合は、ストッパ部を荷重作用部の直下に配置して荷重作用部の下方への動きを制限する。

本発明の音叉振動子付き荷重センサは、ストッパ部が多くの占有面積を必要としないため、小型に構成できる。

本発明の実施形態に係る音叉振動子付き荷重センサを示す斜視図 図１の音叉振動子付き荷重センサの平面図 ストッパ部にピンを固定する前の音叉振動子付き荷重センサを示す図 図３のピン受入部周辺の拡大図 ストッパ部にピンを固定したときのピン受入部の形状を示す拡大図 ピンが固定されたピン受入部周辺の拡大図 音叉振動子付き荷重センサを示す図 従来のストッパを備える音叉振動子付き荷重センサを示す図

図１の斜視図は、本発明の実施形態に係る音叉振動子付き荷重センサ１０を示している。図２は、その平面図である。
この荷重センサは、荷重センサ基部１１に支点１５を介して接続する梃子部１４と、被検体の荷重が下向きに作用する荷重作用部１３と、支点１５を間にして荷重作用部１３とは反対側で梃子部１４に接続する音叉振動子１２と、荷重作用部１３の突き上げ量を制限するストッパ部２０とを備えている。

ストッパ部２０は、図１及び図２に示す円柱状の平行ピン２１を、図３に示すピン受入部２２に圧入して構成されている。
ピン受入部２２は、図４に拡大して示すように、荷重センサ基部１１の縁部からワイヤーカットで切り込まれて形成された切欠きであり、その切欠きの奥部には、平行ピン２１の円周の凡そ３／４の長さの周縁（特許請求の範囲で言う“部分周縁”）の形状に対応する弧状部分２２１が形成されている。

また、弧状部分２２１への導入部を形成する荷重センサ基部１１の部分２２２は、弧状部分２２１への導入口を狭める方向の弾性を有している。
そのため、平行ピン２１をピン受入部２２に圧入するとき、平行ピン２１によって荷重センサ基部１１の部分２２２が押し広げられ、この部分２２２の弾性で平行ピン２１が確実にピン受入部２２で保持される。図５は、平行ピン２１を圧入したときのピン受入部２２の形状を、平行ピン２１を除いた状態で示している。

また、図６は、平行ピン２１が圧入されたピン受入部２２の状態を示している。このとき、平行ピン２１の円周の一部は、ピン受入部２２の弧状部分２２１から露出しており、この露出した部分が荷重作用部１３の当接部１３１と５０μｍの間隔で対向している。
そのため、荷重作用部１３に突き上げ力が作用しても、荷重作用部１３が５０μｍ上昇すると、平行ピン２１により上昇が抑えられ、その結果、音叉振動子１２の座屈が防止できる。

このストッパ部２０は、図８に示すストッパ３１に比べて極めて小さくできる。
また、平行ピン２１と荷重作用部１３の当接部１３１との間隔のばらつきが小さい。ワイヤーカットの加工誤差が２〜３μm以下であり、ピンの公差が３μｍ以下であるから、それらを加算しても、誤差は６μｍ以下である。
また、ピン受入部２２の形状は単純であるため、短時間でのワイヤーカット加工で製作することができる。

なお、ストッパ部２０で用いるピンは、円柱形以外の形状であっても良い。しかし、円柱形の場合は、荷重作用部１３の当接部１３１との間隔がピンの軸回りの回転角度に依存しないため、有利である。
また、これまで音叉振動子１２が梃子部１４に直接接続する場合について説明したが、音叉振動子１２は、二段目の梃子等の介在部材を介して梃子部１４に接続する構造であっても良い。
また、ここでは、荷重作用部１３の上方への突き上げ力が音叉振動子１２の座屈をもたらす場合の構造について説明したが、荷重により荷重作用部に上方への力が加わり、この力が音叉振動子に引っ張り力として作用するように構成された荷重センサでは、荷重作用部１３の下方への力が音叉振動子１２の座屈をもたらすから、この場合は、ストッパ部２０を荷重作用部１３の真下に配置する必要がある。

本発明の音叉振動子付き荷重センサは、小型に構成できるため、種々の計量器に組み込むことが可能であり、広い分野で利用することができる。

１０ 音叉振動子付き荷重センサ
１１ センサ基板
１２ 音叉振動子
１３ 荷重作用部
１４ 梃子部
１５ 支点
２０ ストッパ部
２１ 平行ピン
２２ ピン受入部
３０ 突上げストッパの曲げ加工前の形状
３１ 突上げストッパ
１３１ 当接部
２２１ 弧状部分
２２２ 弾性部

Claims (7)

1. 音叉振動子を備える荷重センサであって、
   荷重センサ基部と、
   前記荷重センサ基部に支点を介して接続する梃子部と、
   前記梃子部に接続された、被検体の荷重が作用する荷重作用部と、
   前記梃子部に、前記支点を間にして、前記荷重作用部とは反対の側に直接又は介在部材を介して接続された前記音叉振動子と、
   前記音叉振動子に対して圧縮力を加える方向の前記荷重作用部の動きを制限するストッパ部と、
   を備え、
   前記ストッパ部は、ピンと、前記ピンの周縁の一部を除く部分周縁に接触して前記ピンを保持するピン受入部と、を有し、
   前記ピン受入部と接触しない前記ピンの一部の周縁が、所定距離隔てて前記荷重作用部に対向する、
   荷重センサ。
2. 請求項１に記載の音叉振動子を備える荷重センサであって、
   前記ピンが、前記ピン受入部に圧入されて固定される、荷重センサ。
3. 請求項１又は２に記載の音叉振動子を備える荷重センサであって、
   前記ピン受入部は、前記荷重センサ基部の縁部から切り込まれた切欠きを有し、前記切欠きの凹部形状が、前記ピンの前記部分周縁の形状に対応している、荷重センサ。
4. 請求項３に記載の音叉振動子を備える荷重センサであって、
   前記切欠きの一部を画成する前記荷重センサ基部の部分が弾性を備える、荷重センサ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の音叉振動子を備える荷重センサであって、
   前記ピンが、円柱の平行ピンである、荷重センサ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の音叉振動子を備える荷重センサであって、
   前記ストッパ部が、前記荷重作用部の直上にあって、前記荷重作用部の上方への動きを制限する、荷重センサ。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の音叉振動子を備える荷重センサであって、
   前記ストッパ部が、前記荷重作用部の直下にあって、前記荷重作用部の下方への動きを制限する、荷重センサ。