JP2697887B2 - 表面弾性波を利用した外力センサ - Google Patents

表面弾性波を利用した外力センサ

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JP2697887B2
JP2697887B2 JP1050541A JP5054189A JP2697887B2 JP 2697887 B2 JP2697887 B2 JP 2697887B2 JP 1050541 A JP1050541 A JP 1050541A JP 5054189 A JP5054189 A JP 5054189A JP 2697887 B2 JP2697887 B2 JP 2697887B2
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良平 茂木
洋 岡嶋
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、表面弾性波を利用した外力センサに関す
る。
[従来の技術] 従来の表面弾性波を利用した外力センサとしては、例
えば第6図に示すようなものがある。
すなわち、ビーム1が、ねじで支持部8に片持ち梁状
に取付けられている。ビーム1では、それぞれ表裏1対
の送信電極3と受信電極4と増幅器5とが、1対の発振
器を構成する。ビーム1に外力2が作用すると、ビーム
1の表面に歪が発生する。
一方、送信電極3が、表面弾性波を送信する。外力2
による歪は、ビーム1での表面弾性波の伝搬時間を変化
させる。受信電極4が、その表面弾性波を受信する。増
幅器5が、受信電極4の受信信号を増幅して、送信電極
3にフィードバックする。表面弾性波の伝搬時間の変化
により、発振器の発振周波数が変化する。
ミキサー6が、表裏一対の発振器の発振周波数を信号
処理して、差周波数成分を出力する。ゼロクロスコンパ
レータ7が、この出力を、矩形出力として取り出す。
このような表面弾性波を利用した外力センサは、ビー
ム1の先端部に表面弾性波吸収剤7を備えている。表面
弾性波吸収剤7は、ビーム1の表面弾性波の伝搬経路上
に不要の反射波が入らないように、ビーム1の表面上の
表面弾性波の反射する箇所に、吐出器によって吐付さ
れ、加熱硬化によって取付けられるものである。
また、他の従来技術の表面弾性波を利用した外力セン
サでは、外力を効率よく歪に変換するために、ビーム1
の先端部におもりが取付けられる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来の表面弾性波を利用し
た外力センサでは、ビームへのおもりの取付けや支持部
へのビームの取付けと、ビームへの表面弾性波吸収剤の
取付けが、別工程であるため、製造工程が多く、製造費
が嵩んでいた。
また、表面弾性波吸収剤が流動性を有するため、表面
弾性波吸収剤を、ビームの表面上の一定位置に、一定量
で取付けることが困難であった。
表面弾性波吸収剤は、一定位置に一定量で取付けられ
ない場合、製品ごとに、吸収効果のバラツキを生じさ
せ、反射波のレベルを変動させ、ビームの表面弾性波の
伝搬時間を変動させてしまう。そして、これは、量産さ
れるセンサの性能に対して、信頼性を低下させるという
問題点があった。
そこで、ビームの表面上の一定位置に、一定量の表面
弾性波吸収剤を取り付けることが要求されるが、それに
はかなりの熟練と時間とを要するという問題点があっ
た。
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着
目してなされたもので、製造工程が少なく、製造が容易
な表面弾性波を利用した外力センサを提供することを目
的としている。
また、本発明は、製品ごとに、表面弾性波吸収剤の吸
収効果が一定で、センサの性能に対する信頼性が高い表
面弾性波を利用した外力センサを提供することを目的と
している。
[課題を解決するための手段] かかる目的を達成するため、 本発明は、表面弾性波を利用した外力センサにおい
て、 支持部より保持された、外力を歪に変換するビーム
と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信
するための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の受信電極と、 を具備し、 接着性を有する表面弾性波吸収剤を用いて、前記ビー
ムに前記支持部を接着したことを特徴とする。
また、本発明は、表面弾性波を利用した外力センサに
おいて、 支持部により保持された、外力を歪に変換するビーム
と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信
するための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の受信電極と、 前記ビームに設けられたおもりと、 を具備し、 接着性を有する表面弾性波吸収剤を用いて、前記ビー
ムに前記おもりおよび/または前記支持部を接着したこ
とを特徴とする。
本発明は、表面弾性波を利用した外力センサにおい
て、 基端側が保持され、先端が自由端の、外力を歪に変換
するビームと、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信
するための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の受信電極と、 を具備し、 接着性を有する表面弾性波吸収剤を用いて、前記ビー
ムの前記先端側におもりを接着したことを特徴とするも
のであってもよい。
また、本発明は、表面弾性波を利用した外力センサに
おいて、 基端側が支持部により保持され、先端が自由端の、外
力を歪に変換するビームと、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信
するための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の受信電極と、 を具備し、 接着性を有する表面弾性波吸収剤を用いて、前記ビー
ムの前記基端側に前記支持部を接着したことを特徴とす
るものであってもよい。
また、本発明は、表面弾性波を利用した外力センサに
おいて、 基端側が支持部により保持され、先端が自由端の、外
力を歪に変換するビームと、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信
するための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の受信電極と、 を具備し、 接着性を有する表面弾性波吸収剤を用いて、前記ビー
ムの前記基端側に前記支持部を接着し、かつ前記先端側
におもりを接着したことを特徴とするものであってもよ
い。
また、本発明は、表面弾性波を利用した外力センサに
おいて、 両端が保持された、外力を歪に変換するビームと、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の受信電極と、 を具備し、 前記ビームの前記両端の間に、接着性を有する表面弾
性波吸収剤を用いて、おもりを接着したことを特徴とす
るものであってもよい。
また、本発明は、表面弾性波を利用した外力センサに
おいて、 両端が支持部により保持された、外力を歪に変換する
ビームと、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信
するための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の受信電極と、 を具備し、 前記ビームの前記両端の少なくとも一方に、接着性を
有する表面弾性波吸収剤を用いて、支持部を接着したこ
とを特徴とするものであってもよい。ビームの両端の少
なくとも一方とは、表面弾性波吸収剤を用いて両端に接
着する場合を含むものである。
また、本発明は、表面弾性波を利用した外力センサに
おいて、 両端が支持部により保持された、外力を歪に変換する
ビームと、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信
するための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信
するための一対の受信電極と、 を具備し、 接着性を有する表面弾性波吸収剤を用いて、前記ビー
ムの前記両端の間におもりを接着し、かつ前記両端の少
なくとも一方に支持部を接着したことを特徴とするもの
であってもよい。
ビームは、水晶などの圧電材料から成っている。
また、表面弾性波吸収剤には、たとえば、エポキシ系
樹脂に銀のフィラーを混ぜたものが用いられる。しかし
ながら、接着性を有し、かつ表面弾性波を吸収する効果
を有するものであればいかなる材料から成ってもよい。
おもりはビームに接着される位置に液溜り部を有して
もよい。
支持部はビームに接着される位置に液溜り部を有して
もよい。
おもりはビームを間に挟む2個のおもりから成り、液
溜り部は、2個のおもりの、送信電極側または受信電極
側のビームに面する位置に設けられた面取り部から成っ
てもよい。
支持部はビームを間に挟む2個の支持部から成り、液
溜り部は、2個の支持部の、受信電極側または送信電極
側のビームに面する位置に設けられた面取り部から成っ
てもよい。
一対の受信電極および一対の送信電極は、受信信号を
増幅して送信電極にフィードバックするための一対の増
幅器に接続されて一対の発振器を構成し、一対の発振器
は、該一対の発振器の発振周波数を信号処理して差周波
数成分を出力するためのミキサーに接続されていてもよ
い。
おもりまたは支持部は、ビーム上の表面弾性波の反射
する箇所に設けられる。
おもりおよび支持部は、1個または2個以上の複数個
から成っていてもよい。
おもりおよび支持部のビームへの取付けには、表面弾
性波吸収剤の接着力と併用して、ねじによる取付けが用
いられてもよい。
送信電極と受信電極との位置は、ビーム上で互いに逆
位置にあってもよい。すなわち、支持部、受信電極、送
信電極、おもりの順でビーム上に設けられてもよく、ま
た、支持部、送信電極、受信電極、おもりの順で設けら
れてもよい。
本発明の表面弾性波を利用した外力センサは、例え
ば、圧力センサ、加速度センサ、力センサ、重力センサ
として用いられる。
[作用] 表面弾性波吸収剤が、ビームにおもりおよび/または
支持部を取り付けると同時に、ビームの表面弾性波の伝
搬経路上に不要の反射波が入るのを防止する。
おもりおよび/または支持部が、接着されると同時
に、表面弾性波吸収剤を、ビームの表面上の一定位置
に、一定量で保持する。一定位置に、一定量で保持され
る表面弾性波吸収剤は、製品ごとの、吸収効果を一定に
し、センサの性能に対する信頼性を高めことができるも
のである。
[実施例] 以下、図面に基づき本発明の各種実施例を説明する。
なお、各種実施例につき同種の部位には同一符号を付し
重複した説明を省略する。
第1図は本発明の第1実施例の表面弾性波を利用した
外力センサの構成の概略を示す側面図を示している。
第1図に示すように、圧電材料から成る長板状のビー
ム11が、基端部の表裏両面を2個の直方体状の支持部18
に挟まれ、片持ち梁状に接着されている。接着には、接
着性の表面弾性波吸収剤17が用いられる。
支持部18では、ビーム11に面する先端位置の角部が断
面三角形状に面取られて、支持部18の先端部とビーム11
との間には、間隙が設けられる。この面取り部の間隙
が、液溜り部21を形成する。なお、支持部18は、基部
(図示せず)に固定されている。
支持部18のビーム11に取付けられる面および液溜り部
21内には、表面弾性波吸収剤17が、支持部18をビーム11
に接着しかつ表面弾性波の伝搬経路状に不要の反射波が
入るのを防止するため、所定の量だけ付着される。
また、ビーム11は、先端部の両面を2個の直方体状の
おもり19に挟まれ、接着されている。おもり19は、外力
を効率よく歪に変換するためのものである。接着には、
支持部18と同様に、接着性の表面弾性波吸収剤17が用い
られる。おもり19では、ビーム11に面する基端位置の角
部が断面三角形状に面取られて、おもり19の基端部とビ
ーム11との間には、間隙が設けられる。この面取り部の
間隙が、液溜り部22を形成する。
おもり19のビーム11に取付けられる面および液溜り部
22内には、表面弾性波吸収剤17が、おもり19をビーム11
に接着しかつ表面弾性波の伝搬経路上に不要の反射波が
入るのを防止するため、所定の量だけ付着される。
支持部18とおもり19との間のビーム11の両面には、ビ
ーム11を挟んで対向する位置に1対の送信電極13が設け
られている。送信電極13は、表面弾性波を送信するため
のものである。
送信電極13と支持部18との間のビーム11の両面には、
ビーム11を挟んで対向する位置に1対の受信電極14が設
けられている。受信電極14は、表面弾性波を受信するた
めのものである。
各受信電極14は、それぞれ対応する増幅器15に接続さ
れ、各増幅器15は、それぞれ対応する送信電極13および
オシレータ出力バッファアンプ23に接続されている。オ
シレータ出力バッファアンプ23は、ミキサー16に接続さ
れている。
増幅器15は、受信信号を増幅し、対応する送信電極13
にフィードバックするためのものである。
1対の送信電極13と受信電極14と増幅器15とは、表裏
1対の発振器を構成している。
この発振器は、+5Vの外部電源に接続されており、ス
イッチをオンにしたとき、発振するものである。
オシレータ出力バッファアンプ23は、表裏1対の発振
器がミキサー16の負荷変動の影響を受けることなく、独
立の安定した発振をするのを可能にするためのものであ
る。
第4図は、ミキサー16の具体的構成を示す回路図であ
る。ミキサー16は、オシレータ出力バッファアンプ23側
からゼロクロス検出用コンパレーター24側へ順に接続さ
れた、コンデンサ29、バイアス用抵抗25、検波ダイオー
ド26、ダイオード負荷27、ローパスフィルタ28から成っ
ている。
ミキサー16は、表裏1対の発振器の異なる発振周波数
を加算して、その中から和の周波数と差の周波数とを取
り出し、さらに、その中からローパスフィルタ28により
和成分を取り除き、差周波数成分のみを取り出し、出力
するものである。
ミキサー16は、ゼロクロス検出用コンパレーター24に
接続されている。ゼロクロス検出用コンパレーター24
は、ミキサー16からの差周波数成分を入力して、矩形出
力を得るものである。
次に作用を説明する。
表面弾性波吸収剤17が、ビーム11の先端部におもり19
を取り付けると同時に、表面弾性波を吸収し、ビーム11
の表面弾性波の伝搬経路上に不要の反射波が入るのを防
止する。
また、同様に、表面弾性波吸収剤17は、ビーム11の基
端部に支持部18を取り付けると同時に、表面弾性波を吸
収し、ビーム11の表面弾性波の伝搬経路上に不要の反射
波が入るのを防止する。
ビーム11の先端部に接着されるおもり19およびビーム
11の基端部に接着される支持部18、特に、液溜り部22お
よび液溜り部21が、接着と同時に、表面弾性波吸収剤17
を、ビーム11の表面上の一定位置に、一定量で保持す
る。一定位置に、一定量で保持される表面弾性波吸収剤
17は、製品ごとの、吸収効果を一定にし、センサの性能
に対する信頼性を高めることができるものである。
第2図は本発明の第2実施例を示している。
本実施例では、おもり19の液溜り部22の断面形状をほ
ぼ半円形状に構成したものである。
なお、第2図で示すおもり19の液溜り部22の形状は、
支持部18の液溜り部21の形状であってもよい。
第3図は本発明の第3実施例を示している。
本実施例では、支持部18のビーム11に面する先端位置
の角部が円筒面状に面取られて、液溜り部21を形成した
ものである。
なお、第3図で示す支持部18の液溜り部21の形状は、
おもり19の液溜り部22の形状であってもよい。
支持部18の液溜り部21の形状またはおもり19の液溜り
部22の形状は、接着材の量および、加工の容易さに応じ
て、いかなる形状をとってもよい。
第5図は本発明の第4実施例を示している。
本実施例では、ビーム11が、両端部の表裏両面を2個
の直方体状の支持部18,32に挟まれて両端で保持され、
おもり19が、ビーム11の中央部に接着されたものであ
る。
支持部32は、液溜り部21を有さず、また、表面弾性波
吸収剤17を用いて接着されていなくともよい。なお、支
持部18,23は、基部(図示せず)に固定されている。
[発明の効果] 本発明に係る表面弾性波を利用した外力センサによれ
ば、ビームにおもりおよび/または支持部を取り付ける
と同時に、表面弾性波吸収剤を取り付けることができる
ので、製造工程を減らすことができ、製造が容易とな
る。
また、おもりおよび/または支持部が、接着されると
同時に、表面弾性波吸収剤を、ビームの表面上の一定位
置に、一定量で確実に保持するので、製品ごとに、表面
弾性波吸収剤の吸収効果が一定となり、センサの性能に
対する信頼性を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は本発明の各種実施例を示しており、
第1図は本発明の第1実施例の表面弾性波を利用した外
力センサの構成の概略を示す側面図、第2図は第2実施
例の表面弾性波を利用した外力センサの要部の構成を示
す側面図、第3図は第3実施例の要部の構成を示す側面
図、第4図はミキサーの具体的構成を示す回路図、第5
図は第4実施例の要部の構成を示す側面図、第6図は従
来例の表面弾性波を利用した外力センサの構成の概略を
示す側面図である。 11……ビーム、12……外力 13……送信電極、14……受信電極 15……増幅器、16……ミキサー 17……表面弾性波吸収剤、18……支持部 19……おもり、21……液溜り部 22……液溜り部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−44246(JP,A) 特開 昭57−133329(JP,A) 特開 平1−269311(JP,A) 特開 昭53−81281(JP,A) 特開 昭61−234324(JP,A) 実開 昭62−103321(JP,U)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面弾性波を利用した外力センサにおい
    て、 支持部により保持された、外力を歪みに変換するビーム
    と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信す
    るための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信す
    るための一対の受信電極と、 を具備し、 接着性を有する表面弾性波吸収剤を用いて、前記ビーム
    に前記支持部が接着され、 前記支持部は、前記ビームに接着される位置に、前記表
    面弾性波吸収剤を保持するための液溜り部を有すること
    を特徴とする表面弾性波を利用した外力センサ。
  2. 【請求項2】表面弾性波を利用した外力センサにおい
    て、 支持部により保持された、外力を歪みに変換するビーム
    と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を送信す
    るための一対の送信電極と、 前記ビームの両面上に設けられた、表面弾性波を受信す
    るための一対の受信電極と、 前記ビームに設けられたおもりと、 を具備し、 接着性を有する表面弾性波吸収剤を用いて、前記ビーム
    に前記おもりおよび/または前記支持部が接着され、 前記接着されたおもりおよび/または支持部は、前記ビ
    ームに接着される位置に、前記表面弾性波吸収剤を保持
    するための液溜り部を有することを特徴とする表面弾性
    波を利用した外力センサ。
  3. 【請求項3】前記おもりは前記ビームを間に挟む2個の
    おもりから成り、前記液溜り部は、前記2個のおもり
    の、前記送信電極側または前記受信電極側の前記ビーム
    に面する位置に設けられた面取り部から成ることを特徴
    とする請求項2記載の表面弾性波を利用した外力セン
    サ。
  4. 【請求項4】前記支持部は前記ビームを間に挟む2個の
    支持部から成り、前記液溜り部は、前記2個の支持部
    の、前記受信電極側または前記送信電極側の前記ビーム
    に面する位置に設けられた面取り部から成ることを特徴
    とする請求項1または2記載の表面弾性波を利用した外
    力センサ。
  5. 【請求項5】前記一対の受信電極および前記一対の前記
    送信電極は、受信信号を増幅して前記送信電極にフィー
    ドバックするための一対の増幅器に接続されて一対の発
    信器を構成し、前記一対の発信器は、該一対の発信器の
    発振周波数を信号処理して差周波数成分を出力するため
    のミキサーに接続されていることを、特徴とする請求項
    1,2,3または4記載の表面弾性波を利用した外力セン
    サ。
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