JP3619339B2

JP3619339B2 - Piezoelectric load sensor and load acting position detection method

Info

Publication number: JP3619339B2
Application number: JP29638096A
Authority: JP
Inventors: 祐輔平林; 正弘大田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: JPH10142084A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電式荷重センサおよびその圧電式荷重センサを用いる荷重作用位置検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，この種の荷重センサとしては，特開昭６２−２９７７３５号公報に開示された圧電型圧力分布センサが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来の荷重センサは，複数の圧電素子について，各圧電素子毎にその発生信号を検出するように構成されているので，複雑な信号処理機構を必要とし，また荷重が作用している圧電素子を検出するためには複数の圧電素子に応じた数だけ検出操作を行わなければならないので，その検出操作が煩雑になると共に検出速度も遅くなる，といった問題を生ずる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は，計測物理量を減少し得るようにして複雑な信号処理機構を必要とせずに荷重作用位置の検出およびその位置における荷重の検出を迅速に行うことが可能な，構造が簡単で，製造コストの安い前記荷重センサを提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するため本発明によれば，上部導電体と，下部導電体と，それら上，下部導電体間に位置する中間部導電体と，前記上，中間部導電体間に挟まれて並列する複数の上部圧電素子と，前記下，中間部導電体間に挟まれて並列する複数の下部圧電素子とを備え，前記複数の上部圧電素子においては，それらの圧電定数が並列方向一端部に存する圧電素子から並列方向他端部に存する圧電素子に向って漸減するように設定され，前記複数の下部圧電素子においては，それらの圧電定数が前記並列方向一端部に存する圧電素子から前記並列方向他端部に存する圧電素子に向って漸増するように設定されている圧電式荷重センサが提供される。
【０００６】
前記構成において，全部の上部圧電素子の静電容量の和をＣＵとし，また全部の下部圧電素子の静電容量の和をＣＬとして，例えば，並列方向一端部よりｎ番目の上，下部圧電素子に荷重Ｔが作用したとすると，ｎ番目の上部圧電素子が発生する電圧ＶＵ_ｎおよびｎ番目の下部圧電素子が発生する電圧ＶＬ_ｎは，上，下部圧電素子の圧電定数をそれぞれｄＵ_ｎ，ｄＬ_ｎとすると，次式のように表わされる。
【０００７】
ＶＵ_ｎ＝（ｄＵ_ｎ／ＣＵ）・Ｔ
ＶＬ_ｎ＝（ｄＬ_ｎ／ＣＬ）・Ｔ
∴ＶＵ_ｎ・（ＣＵ／ｄＵ_ｎ）＝ＶＬ_ｎ・（ＣＬ／ｄＬ_ｎ）
∴ＶＵ_ｎ／ＶＬ_ｎ＝（ＣＬ・ｄＵ_ｎ）／（ＣＵ・ｄＬ_ｎ）
この場合，ｄＵ_ｎは漸減する値であり，一方，ｄＬ_ｎは漸増する値であるから，ＶＵ_ｎ／ＶＬ_ｎは漸減する値となる。つまり，両電圧の比は，１つの上部圧電素子とそれと対向する１つの下部圧電素子とよりなる各組について異なる。したがって，圧電素子の特性として既得の値である圧電定数ｄＵ_ｎ，ｄＬ_ｎおよび静電容量の和ＣＵ，ＣＬより，理論電圧比ＶＵ_ｎ／ＶＬ_ｎを求めておけば，その理論電圧比ＶＵ_ｎ／ＶＬ_ｎと，両測定発生電圧からの算出電圧比ＶＵ_ｎ／ＶＬ_ｎとを比べることによりｎ番目の上部圧電素子の位置に荷重が作用していることを検出することができる。
【０００８】
一方，前記両式より，
Ｔ＝ＶＬ_ｎ・（ＣＬ／ｄＬ_ｎ）
Ｔ＝ＶＵ_ｎ・（ＣＵ／ｄＵ_ｎ）
であるから，これらの式に基づいて荷重Ｔを検出することができる。
【０００９】
このように前記圧電式荷重センサにおいては，荷重作用位置の検出およびその位置の荷重検出に当り，必要な計測物理量は，上，下部圧電素子が発生する両電圧ＶＵ_ｎおよびＶＬ_ｎの僅かに２つで足り，これにより複雑な信号処理機構を不要にし，また荷重作用位置検出等を迅速に行うことが可能である。また前記圧電式荷重センサは構造が簡単であって，製造コストも安価である。
【００１０】
本発明は荷重作用位置を迅速に，且つ精度良く検出することができる前記荷重位置検出方法を提供することを目的とする。
【００１１】
前記目的を達成するため本発明によれば，上部導電体と，下部導電体と，それら上，下部導電体間に位置する中間部導電体と，前記上，中間部導電体間に挟まれて並列する複数の上部圧電素子と，前記下，中間部導電体間に挟まれて並列する複数の下部圧電素子とを備え，前記複数の上部圧電素子においては，それらの圧電定数が並列方向一端部に存する圧電素子から並列方向他端部に存する圧電素子に向って漸減するように設定され，前記複数の下部圧電素子においては，それらの圧電定数が前記並列方向一端部に存する圧電素子から前記並列方向他端部に存する圧電素子に向って漸増するように設定されている圧電式荷重センサを用い，１つの前記上部圧電素子およびそれと対向する１つの前記下部圧電素子に荷重が作用したときにそれら上，下部圧電素子が発生する電圧の比に基づいて荷重作用位置を検出する荷重作用位置検出方法が提供される。
【００１２】
このような手段を採用すると，前記理論に基づいて荷重作用位置を迅速に，且つ精度良く検出することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示す圧電式荷重センサＳ_１は，上部導電体としての帯状をなす上部銅箔１と，下部導電体としての帯状をなす下部銅箔２と，それら上，下部銅箔１，２間に位置する中間部導電体としての帯状をなす中間部銅箔３と，上，中間部銅箔１，３間に挟まれて直線状に並列する複数，図１では第１〜第１２上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_１２と，下，中間部銅箔２，３間に挟まれて直線状に並列する複数，図１では第１〜第１２下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_１２とを備えている。
【００１４】
第１〜第１２上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_１２においては，それらの圧電定数が並列方向一端部，図１では左端部に存する第１２上部圧電素子ＭＵ_１２から他端部，図１では右端部に存する第１上部圧電素子ＭＵ_１に向って漸減するように設定されている。即ち，第１〜第１２上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_１２の圧電定数をそれぞれｄＵ_１〜ｄＵ_１２とすると，ｄＵ_１２＞ｄＵ_１１＞ｄＵ_１０＞……＞ｄＵ_３＞ｄＵ_２＞ｄＵ_１の関係が成立する。
【００１５】
一方，第１〜第１２下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_１２においては，それらの圧電定数が前記並列方向一端部，図１では左端部に存する第１下部圧電素子ＭＬ_１から前記並列方向他端部，図１では右端部に存する第１２下部圧電素子ＭＬ_１２に向って漸増するように設定されている。即ち，第１〜第１２下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_１２の圧電定数をそれぞれｄＬ_１〜ｄＬ_１２とすると，ｄＬ_１＜ｄＬ_２＜ｄＬ_３＜……＜ｄＬ_１０＜ｄＬ_１１＜ｄＬ_１２の関係が成立する。
【００１６】
上部，中間部および下部銅箔１，３，２にはそれぞれリード線４，５，６が接続される。
【００１７】
前記構成において，第１〜第１２上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_１２の静電容量の和をＣＵとし，また第１〜第１２下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_１２の静電容量の和をＣＬとして，例えば，相対向する第４上部圧電素子ＭＵ_４および第９下部圧電素子ＭＬ_９に荷重Ｔが作用したとすると，第４上部圧電素子ＭＵ_４が発生する電圧ＶＵ_４および第９下部圧電素子ＭＬ_９が発生する電圧ＶＬ_９は次式のように表わされる。
【００１８】
ＶＵ_４＝（ｄＵ_４／ＣＵ）・Ｔ……………………（１）
ＶＬ_９＝（ｄＬ_９／ＣＬ）・Ｔ……………………（２）
∴ＶＵ_４・（ＣＵ／ｄＵ_４）＝ＶＬ_９・（ＣＬ／ｄＬ_９）
∴ＶＵ_４／ＶＬ_９＝（ＣＬ・ｄＵ_４）／（ＣＵ・ｄＬ_９）……（３）
したがって，圧電素子の特性として既得の値である圧電定数ｄＵ_４，ｄＬ_９および静電容量の和ＣＵ，ＣＬより理論電圧比ＶＵ_４／ＶＬ_９を求めておけば，その理論電圧比ＶＵ_４／ＶＬ_９と，両測定発生電圧からの算出電圧比ＶＵ_４／ＶＬ_９とを比べることにより第４上部圧電素子ＭＵ_４の位置に荷重が作用していることを検出することができる。
【００１９】
また前記（１），（２）式より，
Ｔ＝ＶＬ_９・（ＣＬ／ｄＬ_９）……（４）
Ｔ＝ＶＵ_４・（ＣＵ／ｄＵ_４）……（５）
であるから，これら（４），（５）式に基づいて荷重Ｔを検出することができる。この場合，荷重Ｔの単位はＮ（ニュートン）であるから，ｋｇへの換算に当っては，荷重Ｔを重力加速度９．８ｍ／ｓ^２で除す。
【００２０】
実施例では，第１〜第１２下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_１２の並列様式が第１〜第１２上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_１２を水平面内で１８０°回転させたときの並列様式と同一である。
【００２１】
即ち，第１上部圧電素子ＭＵ_１と第１下部圧電素子ＭＬ_１，第２上部圧電素子ＭＵ_２と第２下部圧電素子ＭＬ_２，第３上部圧電素子ＭＵ_３と第３下部圧電素子ＭＬ_３……第１０上部圧電素子ＭＵ_１０と第１０下部圧電素子ＭＬ_１０，第１１上部圧電素子ＭＵ_１１と第１１下部圧電素子ＭＬ_１１，および第１２上部圧電素子ＭＵ_１２と第１２下部圧電素子ＭＬ_１２は，それぞれ同一の誘電特性を有する。
【００２２】
このように構成すると，圧電素子の種類をその全使用数の２分の１にすることができ，これにより圧電素子の生産性を良好にして，荷重センサＳ_１の生産コストを大幅に低減することが可能である。
【００２３】
また実施例では，１つ，例えば第４上部圧電素子ＭＵ_４およびその上部圧電素子ＭＵ_４に対向する第９下部圧電素子ＭＬ_９に一定荷重Ｔを作用させた状態において，それら上，下部圧電素子ＭＵ_４，ＭＬ_９が発生する両電圧ＶＵ_４，ＶＬ_９の和ＶＵ_４＋ＶＬ_９が，他の何れか１つ，例えば第８上部圧電素子ＭＵ_８およびその上部圧電素子ＭＵ_８に対向する第５下部圧電素子ＭＬ_５に前記一定荷重Ｔを作用させた状態において，それら上，下部圧電素子ＭＵ_８，ＭＬ_５が発生する両電圧ＶＵ_８，ＶＬ_５の和ＶＵ_８＋ＶＬ_５に等しい。
【００２４】
このように，ＶＵ_４＋ＶＬ_９＝ＶＵ_８＋ＶＬ_５を成立させるためには，
（ｄＵ_４／ＣＵ）＋（ｄＬ_９／ＣＬ）＝（ｄＵ_８／ＣＵ）＋（ｄＬ_５／ＣＬ）が必要であり，これは任意の相対向する上，下部圧電素子において成立することが必要であるから，
（ｄＵ_ｎ／ＣＵ）＋（ｄＬ_１３−ｎ／ＣＬ）＝Ａ（一定）（ｎ＝１〜１２）
でなければならない。
【００２５】
ここで，前記（１）式の左辺に前記（２）式の左辺を，また前記（１）式の右辺に前記（２）式の右辺をそれぞれ加えると，
ＶＵ_４＋ＶＬ_９＝（ｄＵ_４／ＣＵ）・Ｔ＋（ｄＬ_９／ＣＬ）・Ｔ
となる。したがって，
ＶＵ_４＋ＶＬ_９＝ＡＴ
∴Ｔ＝（ＶＵ_４＋ＶＬ_９）／Ａ……（６）
このように（ｄＵ_ｎ／ＣＵ）＋（ｄＬ_１３−ｎ／ＣＬ）＝Ａ（一定）（ｎ＝１〜１２）が成立するように，上，下部圧電素子（ＭＵ_１〜ＭＵ_１２，ＭＬ_１〜ＭＬ_１２）を構成すれば，荷重Ｔと両電圧の和（例えばＶＵ_４＋ＶＬ_９，またはＶＵ_８＋ＶＬ_５）との間には，任意の相対向する上，下部圧電素子について一定の比の比例関係が成立するので，荷重Ｔを容易に検出することができる。この場合，荷重Ｔの単位はＮ（ニュートン）であるから，ｋｇへの換算に当っては，荷重Ｔを重力加速度９．８ｍ／ｓ^２で除す。
【００２６】
圧電素子の構成材料にはＢａＴｉＯ_３，Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ_３，ＫＮｂＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３，Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ_３等のペロブスカイト型強誘電体，ＬｉＮｂＯ_３，ＬｉＴａＯ_３等のＬｉＮｂＯ_３型強誘電体，Ｋ_３Ｌｉ_２Ｎｂ_５Ｏ_１５，Ｂａ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_１５等のタングステンブロンズ型強誘電体，水晶（α−ＳｉＯ_２），ＺｎＯ，ベルリナイト（α−ＡｌＰＯ_４），ロッシェル塩，ＰＶＤＦ等の圧電性を有する材料が該当する。これらは，通常単独で用いられるが，複合して用いることも可能である。またこれらの材料（複合物を含む）と，ゴム弾性を有する材料またはポリマ等の低弾性率の材料とを複合して柔軟な圧電素子を得ることもできる。
〔実施例１〕
Ａ．圧電素子用原料粉末の製造
１．組成がＰｂ（Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８）Ｏ_３である第１原料粉末を以下に述べる方法で製造した。
【００２７】
（ａ）前記組成１／５モル中に含まれるＰｂのモル数とＰｂＯ中に含まれるＰｂのモル数とが同一となるように，ＰｂＯ粉末（林純薬工業社製）を秤量した。同様の方法でＺｒＯ_２粉末（守随彦太郎商店社製）およびＴｉＯ_２粉末（キシダ化学社製）をそれぞれ秤量した。これらの粉末に１００ｃｃのエチルアルコール（関東化学社製）を加え，樹脂製ポットにて１６時間混合し，次いで混合粉末を乾燥した。
【００２８】
（ｂ）混合粉末に，大気中，８５０℃，６時間の１次熱処理を施した。
【００２９】
（ｃ）１次熱処理後の粉末に１００ｃｃのエチルアルコール（関東化学社製）を加え，樹脂製ポットに１６時間粉砕混合し，次いで粉末を乾燥した。
【００３０】
（ｄ）乾燥後の粉末に，大気中，９５０℃，６時間の２次熱処理を施し，次いで前記（ｃ）工程と同様の工程を行って第１原料粉末を得た。
【００３１】
２．前記（ａ）〜（ｄ）工程と同様の各工程を順次行って，組成がＰｂ（Ｚｒ_０．５Ｔｉ_０．５）Ｏ_３である第２原料粉末および組成がＰｂ（Ｚｒ_０．４８Ｔｉ_０．５２）Ｏ_３である第３原料粉末を製造した。
【００３２】
Ｂ．圧電素子の製造
（ａ）第１原料粉末を内径１３ｍｍの押型内に入れ，成形圧力５００ｋｇｆ／ｃｍ^２にて複数の円盤状予備成形体を成形し，次いで各予備成形体に４０００ｋｇｆ／ｃｍ^２にてＣＩＰ処理を施すことにより成形体を得た。
【００３３】
（ｂ）各成形体をアルミナるつぼ内に入れ，大気中，１２００℃，１時間の熱処理を施して焼結体を得た。
【００３４】
（ｃ）各焼結体を平面研削加工により厚さ１．５ｍｍに仕上げた。
【００３５】
（ｄ）各焼結体の両平面にそれぞれスパッタリングにより金電極を付設し，次いで各全電極にリード線を接続した。
【００３６】
（ｅ）各焼結体に，室温にて３０分間に亘り６ｋＶ／ｍｍの静電場を印加する分極処理を施し，次いで各リード線を取外して複数の圧電素子を得た。
【００３７】
また第２，第３原料粉末を用い，前記同様の方法によって複数の圧電素子を製造した。
【００３８】
Ｃ．圧電式荷重センサの製造
（ａ）図２に示すように，ポリ塩化ビニル製シート９をアルミニウム板７上面に粘着シート８を介して貼付し，これを基台とした。
【００３９】
（ｂ）圧電素子と同一の直径を有する厚さ０．１ｍｍの３枚の下部銅箔１１をシート９上にそれぞれ粘着シート１０を介して所定の間隔で貼付した。また相隣る両下部銅箔１１を導線１２により接続して，これを下部導電体とした。
【００４０】
（ｃ）第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３を３枚の下部銅箔１１上にそれぞれ導電ペースト１３を介して貼付した。その際，第１下部圧電素子ＭＬ_１を図２で左端部に，また第３下部圧電素子ＭＬ_３を図２で右端部にそれぞれ位置させると共に第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３の分極方向を揃えて，それら圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３を配置した。
【００４１】
（ｄ）前記同様の３枚の中間部銅箔１４を第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３上にそれぞれ導電ペースト１３を介してを貼付した。また相隣る両中間部銅箔１４を導線１２により接続して，これを中間部導電体とした。
【００４２】
（ｅ）第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３を３枚の中間部銅箔１４上にそれぞれ導電ペースト１３を介して貼付した。その際，第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３が第３〜第１下部圧電素子ＭＬ_３〜ＭＬ_１とそれぞれ対向するように第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３を，それらの分極方向を揃えて配置した。
【００４３】
（ｆ）前記同様の３枚の上部銅箔１５を第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３上にそれぞれ導電ペースト１３を介して貼付した。また相隣る両上部銅箔１５を導線１２により接続して，これを上部導電体とした。
【００４４】
（ｇ）各上部銅箔１５を覆うように，それらの上にポリ塩化ビニル製シート１６を載せた。
【００４５】
（ｈ）外側に位置する１つの上部銅箔１５にリード線１７を接続し，そのリード線１７を上部電圧計Ｖ_Ｕの端子に接続した。また外側に位置する１つの下部銅箔１１にリード線１８を接続し，そのリード線１８を下部電圧計Ｖ_Ｌの端子に接続した。さらに外側に位置する１つの中間部銅箔１４にリード線１９を接続し，そのリード線１９を上，下部電圧計Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｌの両端子間の導線２０に接続した。
【００４６】
このようにして図３に示す圧電式荷重センサＳ_２を得た。この荷重センサＳ_２において，第１上部圧電素子ＭＵ_１および第１下部圧電素子ＭＬ_１は第１原料粉末を構成材料とし，また第２上部圧電素子ＭＵ_２及び第２下部圧電素子ＭＬ_２は第２原料粉末を構成材料とし，さらに第３上部圧電素子ＭＵ_３および第３下部圧電素子ＭＬ_３は第３原料粉末を構成材料とした。
【００４７】
第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３の圧電定数ｄＵ_１〜ｄＵ_３および第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３の圧電定数ｄＬ_１〜ｄＬ_３は表１の通りである。ここで圧電定数とは，圧電素子に分極方向に荷重を作用させた際に，その分極方向に発生する電圧から算出された値である。
【００４８】
【表１】

【００４９】
また第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３の静電容量の和ＣＵと，第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３の静電容量の和ＣＬは等しく，ＣＵ＝ＣＬ＝１．４３５ｎＦである。
【００５０】
したがって，第１上部，第３下部圧電素子ＭＵ_１，ＭＬ_３，第２上，下部圧電素子ＭＵ_２，ＭＬ_２および第３上部，第１下部圧電素子ＭＵ_３，ＭＬ_１の荷重作用位置Ｐ_１〜Ｐ_３における理論電圧比ＶＵ_１／ＶＬ_３，ＶＵ_２／ＶＬ_２，ＶＵ_３／ＶＬ_１は，前記（３）式を用いて下記のように算出することができる。
【００５１】

次に，第１上部圧電素子ＭＵ_１上の荷重作用位置Ｐ_１にそれぞれ２．００ｋｇ，３．４２ｋｇ，５．２８ｋｇおよび７．２８ｋｇの荷重を作用させ，各荷重毎に第１上部圧電素子ＭＵ_１の発生電圧ＶＵ_１および第３下部圧電素子ＭＬ_３の発生電圧ＶＬ_３を測定し，それらの測定値に基づいて両発生電圧の比ＶＵ_１／ＶＬ_３と，前記（４），（５）式による荷重Ｔ（４），Ｔ（５）と，両発生電圧の和ＶＵ_１＋ＶＬ_３と，前記（６）式による荷重Ｔ（６）を算出した。
【００５２】
前記同様の測定および算出を，第２，第３上部圧電素子ＭＵ_２，ＭＵ_３上の両荷重作用位置Ｐ_２，Ｐ_３に関しても行った。
【００５３】
表２はこれらの結果を示す。表２において，発生電圧ＶＵ_１，ＶＬ_３等の単位はｖｏｌｔ，荷重Ｔ（４），Ｔ（５）およびＴ（６）の単位はそれぞれｋｇである。
【００５４】
【表２】

【００５５】
前記理論電圧比と表２の測定値からの算出電圧比を比べると，表３のようになる。図４は表３をグラフ化したものである。
【００５６】
【表３】

【００５７】
表３，図４から明らかなように，各荷重作用位置Ｐ_１〜Ｐ_３において，理論電圧比と算出電圧比とがよく一致しており，したがって理論電圧比に基づき算出電圧比より荷重作用位置を検出することができる。
【００５８】
また前記実荷重と表２の算出荷重を比べると表４のようなる。図５は表４をグラフ化したものである。
【００５９】
【表４】

【００６０】
表４，図５から明らかなように，実荷重と算出荷重とがよく一致しており，したがって両発生電圧の和ＶＵ＋ＶＬより荷重を求めることができる。
〔実施例２〕
図６に示す圧電式荷重センサＳ_３は，実施例１の圧電式荷重センサＳ_２と略同一構造のものを圧電ユニットとした下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌと，上部圧電ユニット群Ｇ_Ｕとより構成される。
【００６１】
図７に明示するように，下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌは，複数，図示例では第１〜第３下部圧電ユニットＵＬ_１〜ＵＬ_３を有する。各下部圧電ユニットＵＬ_１〜ＵＬ_３は，３枚の上部銅箔１５とそれらを接続する２本の導線１２とよりなる上部導電体と，３枚の下部銅箔１１とそれらを接続する２本の導線１２とよりなる下部導電体と，各上，下部銅箔１５，１１間に挟まれて並列する第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３と，各上部銅箔１５の上側に在って並列する第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３とを備えている。
【００６２】
そして，表１に示したように，第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３においては，それらの圧電定数をそれぞれｄＵ_１〜ｄＵ_３とすると，ｄＵ_３＞ｄＵ_２＞ｄＵ_１の関係が成立している。
【００６３】
また第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３の圧電定数をそれぞれｄＬ_１〜ｄＬ_３とすると，ｄＬ_１＜ｄＬ_２＜ｄＬ_３の関係が成立している。
【００６４】
さらに，下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌにおいては，第１〜第３下部圧電ユニットＵＬ_１〜ＵＬ_３が，それらの上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３のうち最大圧電定数を有するもの，つまり第３上部圧電素子ＭＵ_３が相隣るように並列すると共に相隣る両導電体間，したがって両上部銅箔１５間および両下部銅箔１１間が導線２１を介して電気的に接続されている。
【００６５】
下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌの各下部圧電ユニットＵＬ_１〜ＵＬ_３上に中間部導電体が配置され，各中間部導電体は第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３上に重合された３枚の中間部銅箔１４とそれらを接続する導線１２とよりなる。相隣る両中間部導電体間，したがって両中間部銅箔１４が，電気的接続手段としての導線２２を介して接続されている。
【００６６】
上部圧電ユニット群Ｇ_Ｕは，複数，図示例では第１〜第３上部圧電ユニットＵＵ_１〜ＵＵ_３を有する。各上部圧電ユニットＵＵ_１〜ＵＵ_３は，３枚の上部銅箔１５とそれらを接続する２本の導線１２とよりなる上部導電体と，３枚の下部銅箔１１とそれらを接続する２本の導線１２とよりなる下部導電体と，各上，下部銅箔１５，１１間に挟まれて並列する第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３と，各下部銅箔１１の下側に在って並列する第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３とを備えている。
【００６７】
そして，表１に示したように，第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３においては，それらの圧電定数をそれぞれｄＵ_１〜ｄＵ_３とすると，ｄＵ_３＞ｄＵ_２＞ｄＵ_１の関係が成立している。
【００６８】
また第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３の圧電定数をそれぞれｄＬ_１〜ｄＬ_３とすると，ｄＬ_１＜ｄＬ_２＜ｄＬ_３の関係が成立している。
【００６９】
さらに，上部圧電ユニット群Ｇ_Ｕにおいては，第１〜第３上部圧電ユニットＵＵ_１〜ＵＵ_３が，それらの上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３のうち最大圧電定数を有するもの，つまり第３上部圧電素子ＭＵ_３が相隣るように並列すると共に相隣る両導電体間，したがって両上部銅箔１５間および両下部銅箔１１間が導線２１を介して電気的に接続されている。
【００７０】
上部圧電ユニット群Ｇ_Ｕは，各中間部導電体，したがって各中間部銅箔１４を介して下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌに重ね合せられている。この場合，第１〜第３上部圧電ユニットＵＵ_１〜ＵＵ_３の並列方向Ａと，第１〜第３下部圧電ユニットＵＬ_１〜ＵＬ_３の並列方向Ｂとは交差関係にある。
【００７１】
また上部圧電ユニット群Ｇ_Ｕの第１〜第３上部圧電ユニットＵＵ_１〜ＵＵ_３における上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３の並列様式は，下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌを水平面内で反時計方向に９０°回転させたときの第１〜第３下部圧電ユニットＵＬ_１〜ＵＬ_３における上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３の並列様式と同一である。
【００７２】
各上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３と，それと対向する銅箔１１，１４，１５とは前記同様に導電ペースト１３を介して貼付される。
【００７３】
図６に示すように，１つの角部に存する圧電素子積層体Ｌａにおいて，５枚の銅箔１１，１５，１４，１１，１５にそれぞれリード線２３〜２７が接続され，前記同様の手段で，相隣る両リード線２３，２４；２４，２５；２５，２６；２６，２７間にそれぞれ発生する電圧Ｖ１〜Ｖ４を測定し得るようになっている。
【００７４】
この場合，上部圧電ユニット群Ｇ_Ｕにおける上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３の静電容量の和Ｃ_４および下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３の静電容量の和Ｃ_３ならびに下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌにおける上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３の静電容量の和Ｃ_２および下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３の静電容量の和Ｃ_１はそれぞれ等しく，Ｃ_１＝Ｃ_２＝Ｃ_３＝Ｃ_４＝４．３ｎＦである。
【００７５】
上部圧電ユニット群Ｇ_Ｕにおける第１〜第３上部圧電ユニットＵＵ_１〜ＵＵ_３の並列方向Ａにｘ軸を，また下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌにおける第１〜第３下部圧電ユニットＵＬ_１〜ＵＬ_３の並列方向Ｂにｙ軸をそれぞれとって，各圧電素子積層体Ｌａの荷重作用位置Ｐをｘｙ座標で表わしたとき，各荷重作用位置Ｐｘｙにおける理論電圧比を前記（３）式を用いて算出すると表５のようになる。
【００７６】
【表５】

【００７７】
次に，荷重作用位置Ｐ_１１にそれぞれ１０ｋｇ，１５ｋｇおよび２０ｋｇの荷重を作用させ，各荷重毎に発生電圧Ｖ１〜Ｖ４を測定し，それらの測定値に基づいて両発生電圧の比Ｖ２／Ｖ１およびＶ４／Ｖ３と前記（６）式による荷重Ｔ（６）を算出した。前記同様の測定および算出を，荷重作用位置Ｐ_２１，Ｐ_３１，Ｐ_３２，Ｐ_３３の４箇所に関しても行った。表６はこれらの結果を示す。表６において，発生電圧Ｖ１〜Ｖ４の単位はｖｏｌｔ，荷重Ｔ（６）の単位はｋｇである。
【００７８】
【表６】

【００７９】
荷重作用位置Ｐ_１１；Ｐ_２１；Ｐ_３１〜Ｐ_３３，したがってｘ＝１；ｘ＝２；ｘ＝３について理論電圧比Ｖ２／Ｖ１と表６の測定値からの算出電圧比Ｖ２／Ｖ１を比べ，また荷重作用位置Ｐ_１１，Ｐ_２１，Ｐ_３１；Ｐ_３２；Ｐ_３３，したがってｙ＝１；ｙ＝２；ｙ＝３について理論電圧比Ｖ４／Ｖ３と表６の測定値からの算出電圧比Ｖ４／Ｖ３を比べると表７のようになる。
【００８０】
【表７】

【００８１】
表７から明らかなように，算出電圧比Ｖ２／Ｖ１によりｘ軸方向における荷重作用位置を検出することができ，また算出電圧比Ｖ４／Ｖ３によりｙ軸方向における荷重作用位置を検出することができる。つまり，この荷重センサＳ_３によれば２次元的に荷重作用位置を検出することが可能である。
【００８２】
また前記実荷重と表６の算出荷重Ｔ（６）を比べると表８のようになる。図８は表８をグラフ化したものである。
【００８３】
【表８】

【００８４】
表８，図８から明らかなように，実荷重と算出荷重とがよく一致しており，これにより荷重の検出を行うことが十分に可能であることが判る。
【００８５】
なお，上部圧電ユニット群Ｇ_Ｕにおける上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３と，下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌにおける上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３とは誘電特性を異にするものでもよい。
〔実施例３〕
この実施例では各種構造を有する圧電式荷重センサについて述べる。
＜例１＞
図９，１０に示す圧電式荷重センサＳ_４は下部圧電ユニットＵＬと上部圧電ユニットＵＵとより構成される。
【００８６】
下部圧電ユニットＵＬは上部導電体としての方形の上部銅箔１と，下部導電体としての方形の下部銅箔２と，それら上，下部銅箔１，２間に挟まれて並列する複数，図示例では直方体状第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３と，前記上部銅箔１の上側に在って下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３と同方向に並列する複数，図示例では直方体状第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３とを備えている。直方体状第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３においては，それらの圧電定数が並列方向一端部に存する直方体状第３上部圧電素子ＭＵ_３から並列方向他端部に存する直方体状第１上部圧電素子ＭＵ_１に向って漸減するように設定され，直方体状第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３においては，それらの圧電定数が前記並列方向一端部に存する直方体状第１下部圧電素子ＭＬ_１から前記並列方向他端部に存する直方体状第３下部圧電素子ＭＬ_３に向って漸増するように設定されている。下部圧電ユニットＵＬの上に中間部導電体としての方形の中間部銅箔３が配置される。
【００８７】
上部圧電ユニットＵＵは上部導電体としての方形の上部銅箔１と，下部導電体としての方形の下部銅箔２と，それら上，下部銅箔１，２間に挟まれて並列する複数，図示例では直方体状第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３と，前記下部銅箔２の下側に在って上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３と同方向に並列する複数，図示例では直方体状第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３とを備えている。直方体状第１〜第３上部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３においては，それらの圧電定数が並列方向一端部に存する直方体状第３上部圧電素子ＭＵ_３から並列方向他端部に存する直方体状第１上部圧電素子ＭＵ_１に向って漸減するように設定され，直方体状第１〜第３下部圧電素子ＭＬ_１〜ＭＬ_３においては，それらの圧電定数が前記並列方向一端部に存する直方体状第１下部圧電素子ＭＬ_１から前記並列方向他端部に存する直方体状第３下部圧電素子ＭＬ_３に向って漸増するように設定されている。
【００８８】
上部圧電ユニットＵＵは中間部銅箔３を介して下部圧電ユニットＵＬに重ね合せられている。この場合，上部圧電ユニットＵＵにおける上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３の並列方向と，下部圧電ユニットＵＬにおける上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３の並列方向とは交差関係にある。
【００８９】
また上部圧電ユニットＵＵにおける上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３の並列様式は，下部圧電ユニットＵＬを水平面内で反時計方向に９０°回転させたときの，その下部圧電ユニットＵＬにおける上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３の並列様式と同一である。
【００９０】
各上，下部圧電素子ＭＵ_１〜ＭＵ_３，ＭＬ_１〜ＭＬ_３と，それと対向する銅箔１〜３とは前記同様に導電ペースト１３を介して貼付される。
【００９１】
５枚の銅箔２，１，３，２，１にはそれぞれリード線２３〜２７が接続され，前記同様の手段で，相隣る両リード線２３，２４；２４，２５；２５，２６；２６，２７間にそれぞれ発生する電圧Ｖ１〜Ｖ４を測定し得るようになっている。
【００９２】
つまり，この圧電式荷重センサＳ_４は，図６，７に示した圧電式荷重センサＳ_３において，同一平面上に位置する３つの同種圧電素子を１つの直方体状圧電素子により置き換えた構造を有する。例えば，図７の下部圧電ユニット群Ｇ_Ｌにおける３つの第３上部圧電素子ＭＵ_３は，図１０の下部圧電ユニットＵＬにおける直方体状第３上部圧電素子ＭＵ_３に対応する。
＜例２＞
図１１に示す圧電式荷重センサＳ_５は，上部導電体としての帯状上部銅箔１と，下部導電体としての帯状下部銅箔２と，それら上，下部銅箔１，２間に位置する中間部導電体としての帯状中間部銅箔３と，上，中間部銅箔１，３間に挟まれた１つの直方体状上部圧電素子ＭＵと，下，中間部銅箔３，２間に挟まれた１つの直方体状下部圧電素子ＭＬとを備えている。上部圧電素子ＭＵは，その一端部側から他端部側に向って圧電定数が漸減するように構成され，下部圧電素子ＭＬは，前記一端部側から前記他端部側に向って圧電定数が漸増するように構成されている。
【００９３】
上，下部圧電素子ＭＵ，ＭＬと，それと対向する銅箔１〜３とは前記同様に導電ペースト１３を介して貼付される。
【００９４】
上部，中間部および下部銅箔１，３，２にはそれぞれリード線４，５，６が接続され，前記同様の手段で，相隣る両リード線４，５；５，６間にそれぞれ発生する電圧ＶＵ_ｎおよびＶＬ_ｎを測定し得るようになっている。
【００９５】
上，下部圧電素子ＭＵ，ＭＬはエラストマとそれに分散する圧電性粉末とよりなり，各領域ａ_１〜ａ_６，ｂ_１〜ｂ_６における圧電性粉末の分極密度または体積分率Ｖｆが第１領域ａ_１，ｂ_１；第２領域ａ_２，ｂ_２；……第５領域ａ_５，ｂ_５；第６領域ａ_６，ｂ_６の順に高くなっている。
＜例３＞
図１２，１３に示す圧電式荷重センサＳ_６は下部圧電ユニットＵＬと上部圧電ユニットＵＵとより構成される。
【００９６】
下部圧電ユニットＵＬは，上部導電体としての方形の上部銅箔１と，下部導電体としての方形の下部銅箔２と，それら上，下部銅箔１，２間に挟まれた１つの平板状下部圧電素子ＭＬと，前記上部銅箔１の上側に在る１つの平板状上部圧電素子ＭＵとを備えている。上部圧電素子ＭＵは，矢印ｃで示すように，その一端縁部側から他端縁部側に向って圧電定数が漸減するように構成される。下部圧電素子ＭＬは，上部圧電素子ＭＵの前記一端縁部側に対応する一端縁部側から，上部圧電素子ＭＵの前記他端縁部側に対応する他端縁部側に向って圧電定数が漸増するように構成されており，この例３では，矢印ｃで示すように，上部圧電素子ＭＵを水平面内で１８０°回転させたものと同一である。
【００９７】
下部圧電ユニットＵＬ上に中間部導電体としての方形の中間部銅箔３が配置される。
【００９８】
上部圧電ユニットＵＵは，上部導電体としての方形の上部銅箔１と，下部導電体としての方形の下部銅箔２と，それら上，下部導電体銅箔１，２間に挟まれた１つの平板状上部圧電素子ＭＵと，下部銅箔２の下側に在る１つの平板状下部圧電素子ＭＬとを備えている。上部圧電素子ＭＵは，矢印ｄで示すように，その一端縁部側から他端縁部側に向って圧電定数が漸減するように構成される。下部圧電素子ＭＬは，上部圧電素子ＭＵの前記一端縁部側に対応する一端縁部側から，上部圧電素子ＭＵの前記他端縁部側に対応する他端縁部側に向って圧電定数が漸増するように構成されており，この例３では，矢印ｄで示すように，上部圧電素子ＭＵを水平面内で１８０°回転させたものと同一である。
【００９９】
上部圧電ユニットＵＵは中間部銅箔３を介して下部圧電ユニットＵＬに重ね合せられている。
【０１００】
また上部圧電ユニットＵＵにおける圧電定数の漸減および漸増方向と，下部圧電ユニットＵＬにおける圧電定数の漸減および漸増方向とは交差関係にある。
【０１０１】
各上，下部圧電素子ＭＵ，ＭＬと，それと対向する銅箔１〜３とは前記同様に導電ペースト１３を介して貼付される。
【０１０２】
図示例では上部圧電ユニットＵＵの上，下部圧電素子ＭＵ，ＭＬは，下部圧電ユニットＵＬを水平面内で９０°回転させたものと同一である。
【０１０３】
図１２に示すように，５枚の銅箔２，１，３，２，１にそれぞれリード線２３〜２７が接続され，前記同様の手段で，相隣る両リード線２３，２４；２４，２５；２５，２６；２６，２７間にそれぞれ発生する電圧Ｖ１〜Ｖ４を測定し得るようになっている。
【０１０４】
上，下部圧電素子ＭＵ，ＭＬは前記同様にエラストマとそれに分散する圧電性粉末とよりなり，前記同様の方法で圧電定数の変化を付与されている。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１〜３および７記載の発明によれば，計測物理量を上，下部圧電素子が発生する両電圧の僅かに２つにして，複雑な信号処理機構を必要とせずに，荷重作用位置の検出およびその位置における荷重の検出を１次元的に，且つ迅速に行うことが可能な，構造が簡単で，製造コストの安い圧電式荷重センサを提供することができる。
【０１０６】
請求項４〜６，８〜１０記載の発明によれば，前記効果に加え，荷重作用位置の検出およびその位置における荷重の検出を２次元的に，且つ迅速に行うことが可能な圧電式荷重センサを提供することができる。
【０１０７】
請求項１１記載の発明によれば，荷重作用位置を１次元的に，且つ迅速に，且つ精度良く検出することができる荷重位置検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷重センサの原理を説明するための斜視図である。
【図２】荷重センサの第１実施例の製造方法説明図である。
【図３】荷重センサの第１実施例の斜視図である。
【図４】理論電圧比と算出電圧比との関係を示すグラフである。
【図５】実荷重と算出荷重Ｔ（４）〜Ｔ（６）との関係を示すグラフである。
【図６】荷重センサの第２実施例の斜視図である。
【図７】荷重センサの第２実施例の製造方法説明図である。
【図８】実荷重と算出荷重Ｔ（６）との関係を示すグラフである。
【図９】荷重センサの第３実施例の斜視図である。
【図１０】荷重センサの第３実施例の製造方法説明図である。
【図１１】荷重センサの第４実施例の斜視図である。
【図１２】荷重センサの第５実施例の斜視図である。
【図１３】荷重センサの第５実施例の製造方法説明図である。
【符号の説明】
１，１５上部銅箔（上部導電体）
２，１１下部銅箔（下部導電体）
３，１４中間部銅箔（中間部導電体）
１２導線（上，中，下部導電体）
２２銅線（電気的接続手段）
Ａ，Ｂ並列方向
Ｇ_Ｌ下部圧電ユニット群
Ｇ_Ｕ上部圧電ユニット群
ＭＵ，ＭＵ_１〜ＭＵ_１２上部圧電素子
ＭＬ，ＭＬ_１〜ＭＬ_１２下部圧電素子
Ｓ_１〜Ｓ_６荷重センサ
ＵＵ上部圧電ユニット
ＵＬ下部圧電ユニット
ＵＵ_１〜ＵＵ_３第１〜第３上部圧電ユニット
ＵＬ_１〜ＵＬ_３第１〜第３下部圧電ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric load sensor and a load acting position detection method using the piezoelectric load sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of load sensor, a piezoelectric pressure distribution sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-297735 is known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional load sensor is configured to detect a generated signal for each piezoelectric element for a plurality of piezoelectric elements, so that a complicated signal processing mechanism is required and a piezoelectric element on which a load is applied. In order to detect the elements, the number of detection operations corresponding to the plurality of piezoelectric elements must be performed, which causes a problem that the detection operation is complicated and the detection speed is slow.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention can reduce the measurement physical quantity and can quickly detect the load application position and the load at the position without requiring a complicated signal processing mechanism, and has a simple structure and can be manufactured. An object of the present invention is to provide the load sensor at a low cost.
[0005]
In order to achieve the above object, according to the present invention, an upper conductor, a lower conductor, an intermediate conductor located between the upper conductor and the lower conductor, and a sandwich between the upper and intermediate conductors. A plurality of upper piezoelectric elements arranged in parallel; and a plurality of lower piezoelectric elements arranged in parallel between the lower and intermediate conductors, wherein the piezoelectric constants of the plurality of upper piezoelectric elements have one end in the parallel direction. Is set so as to gradually decrease from the piezoelectric element existing in the other end portion in the parallel direction to the piezoelectric element existing in the parallel direction. A piezoelectric load sensor is provided which is set so as to gradually increase toward the piezoelectric element existing at the other end in the direction.
[0006]
In the above configuration, the sum of the capacitances of all the upper piezoelectric elements is CU, and the sum of the capacitances of all the lower piezoelectric elements is CL. For example, the nth upper and lower piezoelectric elements from one end in the parallel direction. If a load T acts on the voltage VU generated by the nth upper piezoelectric element, _n And the voltage VL generated by the nth lower piezoelectric element _n Are the piezoelectric constants of the upper and lower piezoelectric elements, respectively, dU _n , DL _n Then, it is expressed as
[0007]
VU _n = (DU _n / CU) ・ T
VL _n = (DL _n / CL) ・ T
∴ VU _n ・ (CU / dU _n ) = VL _n ・ (CL / dL _n )
∴ VU _n / VL _n = (CL · dU _n ) / (CU · dL _n )
In this case, dU _n Is a gradually decreasing value, while dL _n Is a gradually increasing value, so VU _n / VL _n Is a gradually decreasing value. That is, the ratio of the two voltages is different for each set of one upper piezoelectric element and one lower piezoelectric element facing it. Therefore, the piezoelectric constant dU which is an already obtained value as the characteristic of the piezoelectric element. _n , DL _n And the theoretical voltage ratio VU from the sum CU and CL of the capacitance. _n / VL _n , The theoretical voltage ratio VU _n / VL _n And the calculated voltage ratio VU from both measured and generated voltages _n / VL _n It is possible to detect that a load is acting on the position of the nth upper piezoelectric element.
[0008]
On the other hand, from the two equations
T = VL _n ・ (CL / dL _n )
T = VU _n ・ (CU / dU _n )
Therefore, the load T can be detected based on these equations.
[0009]
As described above, in the piezoelectric load sensor, when detecting the load application position and detecting the load at that position, the necessary measurement physical quantity is the voltage VU generated by the upper and lower piezoelectric elements. _n And VL _n As a result, it is possible to eliminate the need for a complicated signal processing mechanism and to quickly detect the load application position. The piezoelectric load sensor has a simple structure and is inexpensive to manufacture.
[0010]
An object of the present invention is to provide the load position detecting method capable of detecting a load acting position quickly and accurately.
[0011]
In order to achieve the above object, according to the present invention, an upper conductor, a lower conductor, an intermediate conductor located between the upper conductor and the lower conductor, and a sandwich between the upper and intermediate conductors. A plurality of upper piezoelectric elements arranged in parallel; and a plurality of lower piezoelectric elements arranged in parallel between the lower and intermediate conductors, wherein the piezoelectric constants of the plurality of upper piezoelectric elements have one end in the parallel direction. Is set so as to gradually decrease from the piezoelectric element existing in the other end portion in the parallel direction to the piezoelectric element existing in the parallel direction. When a load is applied to one upper piezoelectric element and one lower piezoelectric element facing the piezoelectric element, the piezoelectric load sensor is set so as to gradually increase toward the piezoelectric element existing at the other end of the direction. Moreover, the load acting position detecting method for detecting a load acting position based on a ratio of a voltage lower piezoelectric element occurs is provided.
[0012]
By adopting such means, it is possible to quickly and accurately detect the load application position based on the theory.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Piezoelectric load sensor S shown in FIG. ₁ Is an upper copper foil 1 having a strip shape as an upper conductor, a lower copper foil 2 having a strip shape as a lower conductor, and a strip shape as an intermediate conductor located between the

lower copper foils

1 and 2 above them. 1 and a plurality of the first and twelfth upper piezoelectric elements MU sandwiched between the upper and

intermediate copper foils

1 and 3 and arranged in a straight line. ₁ ~ MU ₁₂ And a plurality of lower and

middle copper foils

2 and 3 arranged in parallel in a straight line, in FIG. ₁ ~ ML ₁₂ And.
[0014]
1st to 12th upper piezoelectric element MU ₁ ~ MU ₁₂ , The twelfth upper piezoelectric element MU whose piezoelectric constants exist at one end in the parallel direction, that is, the left end in FIG. ₁₂ To the other end, in FIG. 1, the first upper piezoelectric element MU located at the right end. ₁ It is set so as to gradually decrease toward. That is, the first to twelfth upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₁₂ The piezoelectric constants of dU ₁ ~ DU ₁₂ Then, dU ₁₂ > DU ₁₁ > DU ₁₀ >……> dU ₃ > DU ₂ > DU ₁ The relationship is established.
[0015]
Meanwhile, the first to twelfth lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₁₂ In the first lower piezoelectric element ML whose piezoelectric constant is present at one end in the parallel direction, that is, the left end in FIG. ₁ To the other end in the parallel direction, in FIG. 1, the twelfth lower piezoelectric element ML located at the right end. ₁₂ It is set to gradually increase toward That is, the first to twelfth lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₁₂ The piezoelectric constants of dL ₁ ~ DL ₁₂ Then, dL ₁ <DL ₂ <DL ₃ <…… <dL ₁₀ <DL ₁₁ <DL ₁₂ The relationship is established.
[0016]

Lead wires

4, 5, and 6 are connected to the upper, middle, and lower copper foils 1, 3, and 2, respectively.
[0017]
In the above configuration, the first to twelfth upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₁₂ CU is the sum of the capacitances of the first to twelfth lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₁₂ For example, the fourth upper piezoelectric element MU facing each other is defined as CL. ₄ And the ninth lower piezoelectric element ML ₉ If a load T acts on the fourth upper piezoelectric element MU ₄ The voltage VU that generates ₄ And the ninth lower piezoelectric element ML ₉ Is a voltage VL ₉ Is expressed as:
[0018]
VU ₄ = (DU ₄ / CU) ・ T …………………… (1)
VL ₉ = (DL ₉ / CL) ・ T …………………… (2)
∴ VU ₄ ・ (CU / dU ₄ ) = VL ₉ ・ (CL / dL ₉ )
∴ VU ₄ / VL ₉ = (CL · dU ₄ ) / (CU · dL ₉ ) …… (3)
Therefore, the piezoelectric constant dU which is an already obtained value as the characteristic of the piezoelectric element. ₄ , DL ₉ And the theoretical voltage ratio VU from the sum CU and CL of the capacitance ₄ / VL ₉ , The theoretical voltage ratio VU ₄ / VL ₉ And the calculated voltage ratio VU from both measured and generated voltages ₄ / VL ₉ Is compared with the fourth upper piezoelectric element MU ₄ It is possible to detect that a load is acting on the position.
[0019]
From the above equations (1) and (2),
T = VL ₉ ・ (CL / dL ₉ ) …… (4)
T = VU ₄ ・ (CU / dU ₄ ) …… (5)
Therefore, the load T can be detected based on these equations (4) and (5). In this case, since the unit of the load T is N (Newton), when converting into kg, the load T is converted to the gravity acceleration of 9.8 m / s. ² Divide by.
[0020]
In the embodiment, the first to twelfth lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₁₂ Of the first to twelfth upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₁₂ Is the same as the parallel mode when the two are rotated 180 ° in the horizontal plane.
[0021]
That is, the first upper piezoelectric element MU ₁ And the first lower piezoelectric element ML ₁ , Second upper piezoelectric element MU ₂ And the second lower piezoelectric element ML ₂ , Third upper piezoelectric element MU ₃ And the third lower piezoelectric element ML ₃ ...... 10th upper piezoelectric element MU ₁₀ And the tenth lower piezoelectric element ML ₁₀ , Eleventh upper piezoelectric element MU ₁₁ And the eleventh lower piezoelectric element ML ₁₁ , And the twelfth upper piezoelectric element MU ₁₂ And the 12th lower piezoelectric element ML ₁₂ Each have the same dielectric properties.
[0022]
With this configuration, the number of types of piezoelectric elements can be reduced to one half of the total number used, thereby improving the productivity of the piezoelectric elements and the load sensor S. ₁ The production cost can be greatly reduced.
[0023]
In the embodiment, one, for example, the fourth upper piezoelectric element MU ₄ And its upper piezoelectric element MU ₄ 9th lower piezoelectric element ML facing ₉ In a state where a constant load T is applied to the lower piezoelectric element MU ₄ , ML ₉ Voltage VU that generates ₄ , VL ₉ Sum VU ₄ + VL ₉ Is one of the other, for example, the eighth upper piezoelectric element MU. ₈ And its upper piezoelectric element MU ₈ 5th lower piezoelectric element ML facing ₅ In the state where the constant load T is applied to the upper and lower piezoelectric elements MU ₈ , ML ₅ Voltage VU that generates ₈ , VL ₅ Sum VU ₈ + VL ₅ be equivalent to.
[0024]
Thus, VU ₄ + VL ₉ = VU ₈ + VL ₅ In order to establish
(DU ₄ / CU) + (dL ₉ / CL) = (dU ₈ / CU) + (dL ₅ / CL), which is necessary to be established at the lower piezoelectric element, as well as at any opposite.
(DU _n / CU) + (dL _13-n / CL) = A (constant) (n = 1-12)
Must.
[0025]
Here, when the left side of the expression (2) is added to the left side of the expression (1) and the right side of the expression (2) is added to the right side of the expression (1), respectively,
VU ₄ + VL ₉ = (DU ₄ / CU) · T + (dL ₉ / CL) ・ T
It becomes. Therefore,
VU ₄ + VL ₉ = AT
∴T = (VU ₄ + VL ₉ ) / A …… (6)
Like this (dU _n / CU) + (dL _13-n / CL) = A (constant) (n = 1 to 12) so that the upper and lower piezoelectric elements (MU) ₁ ~ MU ₁₂ , ML ₁ ~ ML ₁₂ ), The sum of the load T and both voltages (for example, VU ₄ + VL ₉ Or VU ₈ + VL ₅ )), A proportional relationship of a certain ratio is established for the lower piezoelectric element, and the load T can be easily detected. In this case, since the unit of the load T is N (Newton), when converting into kg, the load T is converted to the gravity acceleration of 9.8 m / s. ² Divide by.
[0026]
The constituent material of the piezoelectric element is BaTiO ₃ , Pb (ZrTi) O ₃ , KNbO ₃ , SrTiO ₃ , Pb (MgNb) O ₃ Perovskite ferroelectrics such as LiNbO ₃ , LiTaO ₃ LiNbO ₃ Type ferroelectric, K ₃ Li ₂ Nb ₅ O ₁₅ , Ba ₂ NaNb ₅ O ₁₅ Tungsten bronze type ferroelectrics such as quartz, α-SiO ₂ ), ZnO, berlinite (α-AlPO) ₄ ), Rochelle salt, PVDF, and other piezoelectric materials. These are usually used alone, but can also be used in combination. In addition, a flexible piezoelectric element can be obtained by combining these materials (including a composite) with a material having rubber elasticity or a low elastic modulus material such as a polymer.
[Example 1]
A. Production of raw material powder for piezoelectric elements
1. The composition is Pb (Zr _0.52 Ti _0.48 ) O ₃ The first raw material powder was produced by the method described below.
[0027]
(A) PbO powder (produced by Hayashi Junyaku Kogyo Co., Ltd.) was weighed so that the number of moles of Pb contained in 1/5 mole of the composition was the same as the number of moles of Pb contained in PbO. In the same way ZrO ₂ Powder (manufactured by Taro Mamoru Taro) and TiO ₂ Each powder (made by Kishida Chemical Co., Ltd.) was weighed. 100 cc of ethyl alcohol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added to these powders, mixed in a resin pot for 16 hours, and then the mixed powder was dried.
[0028]
(B) The mixed powder was subjected to a primary heat treatment at 850 ° C. for 6 hours in the air.
[0029]
(C) 100 cc of ethyl alcohol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added to the powder after the primary heat treatment, pulverized and mixed in a resin pot for 16 hours, and then the powder was dried.
[0030]
(D) The dried powder was subjected to a secondary heat treatment at 950 ° C. for 6 hours in the atmosphere, and then the same process as the process (c) was performed to obtain a first raw material powder.
[0031]
2. The same steps as the steps (a) to (d) are sequentially performed, so that the composition is Pb (Zr _0.5 Ti _0.5 ) O ₃ The second raw material powder and the composition are Pb (Zr _0.48 Ti _0.52 ) O ₃ A third raw material powder was produced.
[0032]
B. Production of piezoelectric elements
(A) The first raw material powder is put into a pressing die having an inner diameter of 13 mm and a molding pressure of 500 kgf / cm. ² To form a plurality of disk-shaped preforms, and then to each preform 400 kgf / cm ² A molded body was obtained by performing CIP treatment at.
[0033]
(B) Each molded body was put in an alumina crucible and heat treated at 1200 ° C. for 1 hour in the air to obtain a sintered body.
[0034]
(C) Each sintered body was finished to a thickness of 1.5 mm by surface grinding.
[0035]
(D) Gold electrodes were attached to both planes of each sintered body by sputtering, and then lead wires were connected to all the electrodes.
[0036]
(E) Each sintered body was subjected to a polarization treatment in which an electrostatic field of 6 kV / mm was applied for 30 minutes at room temperature, and then each lead wire was removed to obtain a plurality of piezoelectric elements.
[0037]
A plurality of piezoelectric elements were manufactured by the same method as described above using the second and third raw material powders.
[0038]
C. Manufacture of piezoelectric load sensors
(A) As shown in FIG. 2, a polyvinyl chloride sheet 9 was attached to the upper surface of the aluminum plate 7 via an adhesive sheet 8 and used as a base.
[0039]
(B) Three lower copper foils 11 each having the same diameter as the piezoelectric element and having a thickness of 0.1 mm were affixed to the sheet 9 via the adhesive sheet 10 at predetermined intervals. Further, adjacent lower copper foils 11 were connected by a conductive wire 12 to form a lower conductor.
[0040]
(C) 1st-3rd lower piezoelectric element ML ₁ ~ ML ₃ Were pasted on the three lower copper foils 11 via the conductive paste 13, respectively. At that time, the first lower piezoelectric element ML ₁ At the left end in FIG. 2 and the third lower piezoelectric element ML. ₃ Are positioned at the right end in FIG. 2 and the first to third lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₃ Align the polarization direction of the piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₃ Arranged.
[0041]
(D) Three intermediate copper foils 14 similar to the above are connected to the first to third lower piezoelectric elements ML. ₁ ~ ML ₃ Each was pasted via a conductive paste 13. Moreover, both the adjacent intermediate | middle part copper foils 14 were connected by the conducting wire 12, and this was made into the intermediate part conductor.
[0042]
(E) First to third upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ Were pasted on the three intermediate copper foils 14 via the conductive paste 13, respectively. At that time, the first to third upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ Are the third to first lower piezoelectric elements ML ₃ ~ ML ₁ To the first upper piezoelectric element MU so as to face each other. ₁ ~ MU ₃ Were arranged with their polarization directions aligned.
[0043]
(F) Three upper copper foils 15 similar to the above are connected to the first to third upper piezoelectric elements MU. ₁ ~ MU ₃ Each of them was pasted via a conductive paste 13. Further, the adjacent upper copper foils 15 were connected by the conducting wire 12 to form an upper conductor.
[0044]
(G) A sheet 16 made of polyvinyl chloride was placed thereon so as to cover each upper copper foil 15.
[0045]
(H) A lead wire 17 is connected to one upper copper foil 15 located outside, and the lead wire 17 is connected to the upper voltmeter V _U Connected to the terminal. A lead wire 18 is connected to one lower copper foil 11 located outside, and the lead wire 18 is connected to the lower voltmeter V _L Connected to the terminal. Further, a lead wire 19 is connected to one intermediate copper foil 14 located outside, and the lead wire 19 is connected to the upper and lower voltmeters V. _U , V _L The lead wire 20 was connected between the two terminals.
[0046]
In this way, the piezoelectric load sensor S shown in FIG. ₂ Got. This load sensor S ₂ , The first upper piezoelectric element MU ₁ And the first lower piezoelectric element ML ₁ Is composed of the first raw material powder and the second upper piezoelectric element MU. ₂ And the second lower piezoelectric element ML ₂ Is composed of the second raw material powder, and further the third upper piezoelectric element MU. ₃ And the third lower piezoelectric element ML ₃ Used the third raw material powder as a constituent material.
[0047]
First to third upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ Piezoelectric constant of dU ₁ ~ DU ₃ And the first to third lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₃ Piezoelectric constant dL ₁ ~ DL ₃ Is as shown in Table 1. Here, the piezoelectric constant is a value calculated from a voltage generated in the polarization direction when a load is applied to the piezoelectric element in the polarization direction.
[0048]
[Table 1]

[0049]
The first to third upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ CU of capacitances of the first and third lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₃ Are equal, and CU = CL = 1.435 nF.
[0050]
Accordingly, the first upper and third lower piezoelectric elements MU ₁ , ML ₃ , Second upper, lower piezoelectric element MU ₂ , ML ₂ And the third upper and first lower piezoelectric elements MU ₃ , ML ₁ Load application position P ₁ ~ P ₃ Theoretical voltage ratio VU ₁ / VL ₃ , VU ₂ / VL ₂ , VU ₃ / VL ₁ Can be calculated using Equation (3) as follows.
[0051]

Next, the first upper piezoelectric element MU ₁ Upper load application position P ₁ 2.00 kg, 3.42 kg, 5.28 kg and 7.28 kg are applied to the first upper piezoelectric element MU for each load. ₁ Generation voltage VU ₁ And the third lower piezoelectric element ML ₃ Generation voltage VL ₃ And the ratio VU of both generated voltages based on the measured values. ₁ / VL ₃ And loads T (4) and T (5) according to the equations (4) and (5), and the sum VU of both generated voltages ₁ + VL ₃ And the load T (6) by the said (6) formula was computed.
[0052]
The same measurement and calculation as described above are performed for the second and third upper piezoelectric elements MU. ₂ , MU ₃ Upper both load action position P ₂ , P ₃ Also went on.
[0053]
Table 2 shows these results. In Table 2, the generated voltage VU ₁ , VL ₃ The unit of volt, etc., and the units of load T (4), T (5) and T (6) are kg.
[0054]
[Table 2]

[0055]
Table 3 compares the theoretical voltage ratio and the voltage ratio calculated from the measured values in Table 2. FIG. 4 is a graph of Table 3.
[0056]
[Table 3]

[0057]
As is apparent from Table 3 and FIG. ₁ ~ P ₃ , The theoretical voltage ratio and the calculated voltage ratio are in good agreement, and therefore the load application position can be detected from the calculated voltage ratio based on the theoretical voltage ratio.
[0058]
Table 4 compares the actual load with the calculated load in Table 2. FIG. 5 is a graph of Table 4.
[0059]
[Table 4]

[0060]
As is clear from Table 4 and FIG. 5, the actual load and the calculated load are in good agreement, and therefore the load can be obtained from the sum VU + VL of both generated voltages.
[Example 2]
Piezoelectric load sensor S shown in FIG. ₃ Is the piezoelectric load sensor S of Example 1. ₂ Lower piezoelectric unit group G with piezoelectric units of substantially the same structure as _L And upper piezoelectric unit group G _U It is composed of.
[0061]
As clearly shown in FIG. 7, the lower piezoelectric unit group G _L Are a plurality of first to third lower piezoelectric units UL in the illustrated example. ₁ ~ UL ₃ Have Each lower piezoelectric unit UL ₁ ~ UL ₃ Is an upper conductor composed of three upper copper foils 15 and two conductive wires 12 connecting them, and a lower conductor composed of three lower copper foils 11 and two conductive wires 12 connecting them. And the first to third lower piezoelectric elements ML that are sandwiched between the upper and lower copper foils 15 and 11 in parallel. ₁ ~ ML ₃ And the first to third upper piezoelectric elements MU that are parallel to each other above the upper copper foil 15. ₁ ~ MU ₃ And.
[0062]
As shown in Table 1, the first to third upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ In, the piezoelectric constants for each are dU ₁ ~ DU ₃ Then, dU ₃ > DU ₂ > DU ₁ The relationship is established.
[0063]
The first to third lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₃ The piezoelectric constants of dL ₁ ~ DL ₃ Then, dL ₁ <DL ₂ <DL ₃ The relationship is established.
[0064]
Furthermore, the lower piezoelectric unit group G _L In the first to third lower piezoelectric units UL ₁ ~ UL ₃ Are those upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ Having the maximum piezoelectric constant, that is, the third upper piezoelectric element MU ₃ Are parallel to each other and are electrically connected to each other between adjacent conductors, that is, between the upper copper foils 15 and between the lower copper foils 11 via the conductive wires 21.
[0065]
Lower piezoelectric unit group G _L Each lower piezoelectric unit UL ₁ ~ UL ₃ An intermediate conductor is disposed on each of the first and third upper piezoelectric elements MU. ₁ ~ MU ₃ It consists of three intermediate | middle part copper foils 14 superposed | polymerized on and the conducting wire 12 which connects them. The adjacent intermediate conductors, and hence the intermediate copper foils 14 are connected to each other through a conductive wire 22 as an electrical connection means.
[0066]
Upper piezoelectric unit group G _U Are plural, in the illustrated example, the first to third upper piezoelectric units UU. ₁ ~ UU ₃ Have Each upper piezoelectric unit UU ₁ ~ UU ₃ Is an upper conductor composed of three upper copper foils 15 and two conductive wires 12 connecting them, and a lower conductor composed of three lower copper foils 11 and two conductive wires 12 connecting them. 1st to 3rd between the upper and lower copper foils 15 and 11 in parallel. Up Piezoelectric element MU ₁ ~ MU ₃ And the first to third lower piezoelectric elements ML which are parallel to each other below the lower copper foil 11 ₁ ~ ML ₃ And.
[0067]
As shown in Table 1, the first to third upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ In, the piezoelectric constants for each are dU ₁ ~ DU ₃ Then, dU ₃ > DU ₂ > DU ₁ The relationship is established.
[0068]
The first to third lower piezoelectric elements ML ₁ ~ ML ₃ The piezoelectric constants of dL ₁ ~ DL ₃ Then, dL ₁ <DL ₂ <DL ₃ The relationship is established.
[0069]
Furthermore, the upper piezoelectric unit group G _U In the first to third upper piezoelectric units UU ₁ ~ UU ₃ Are those upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ Having the maximum piezoelectric constant, that is, the third upper piezoelectric element MU ₃ Are arranged in parallel so that they are adjacent to each other and are electrically connected to each other between adjacent conductors, that is, between both upper copper foils 15 and between both lower copper foils 11 via a conductor 21.
[0070]
Upper piezoelectric unit group G _U Are connected to the lower piezoelectric unit group G via the intermediate conductors, and hence the intermediate copper foils 14 _L Is superimposed. In this case, the first to third upper piezoelectric units UU ₁ ~ UU ₃ Parallel direction A and the first to third lower piezoelectric units UL ₁ ~ UL ₃ Are in a cross relationship with the parallel direction B.
[0071]
Upper piezoelectric unit group G _U First to third upper piezoelectric units UU ₁ ~ UU ₃ Upper and lower piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ The parallel mode of the lower piezoelectric unit group G _L 1st to 3rd lower piezoelectric unit UL when it is rotated 90 ° counterclockwise in the horizontal plane ₁ ~ UL ₃ Upper and lower piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ Is the same as
[0072]
Each upper and lower piezoelectric element MU ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ The copper foils 11, 14, and 15 that are opposed to the copper foils 11, 15 are attached via the conductive paste 13 as described above.
[0073]
As shown in FIG. 6, in the piezoelectric element laminated body La existing at one corner, lead wires 23 to 27 are connected to five copper foils 11, 15, 14, 11, and 15, respectively, , Voltages V1 to V4 generated between the adjacent leads 23, 24; 24, 25; 25, 26; 26, 27, respectively, can be measured.
[0074]
In this case, the upper piezoelectric unit group G _U Upper piezoelectric element MU in ₁ ~ MU ₃ Sum of capacitance C ₄ And lower piezoelectric element ML ₁ ~ ML ₃ Sum of capacitance C ₃ And lower piezoelectric unit group G _L Upper piezoelectric element MU in ₁ ~ MU ₃ Sum of capacitance C ₂ And lower piezoelectric element ML ₁ ~ ML ₃ Sum of capacitance C ₁ Are equal and C ₁ = C ₂ = C ₃ = C ₄ = 4.3 nF.
[0075]
Upper piezoelectric unit group G _U The first to third upper piezoelectric units UU in ₁ ~ UU ₃ The x-axis in the parallel direction A and the lower piezoelectric unit group G _L 1st to 3rd lower piezoelectric unit UL in ₁ ~ UL ₃ When the y-axis is taken in the parallel direction B, and the load application position P of each piezoelectric element laminate La is expressed by the xy coordinates, the theoretical voltage ratio at each load application position Pxy is calculated using the above equation (3). Then, it becomes like Table 5.
[0076]
[Table 5]

[0077]
Next, the load application position P ₁₁ 10 kg, 15 kg and 20 kg, respectively, and the generated voltages V1 to V4 are measured for each load, and based on these measured values, the ratios V2 / V1 and V4 / V3 of the two generated voltages and (6) The load T (6) according to the equation was calculated. The same measurement and calculation as described above is performed with the load application position P ₂₁ , P ₃₁ , P ₃₂ , P ₃₃ This was also done for 4 locations. Table 6 shows these results. In Table 6, the unit of the generated voltages V1 to V4 is volt, and the unit of the load T (6) is kg.
[0078]
[Table 6]

[0079]
Load application position P ₁₁ ; P ₂₁ ; P ₃₁ ~ P ₃₃ Therefore, for x = 1; x = 2; x = 3, the theoretical voltage ratio V2 / V1 is compared with the calculated voltage ratio V2 / V1 from the measured values in Table 6, and the load application position P ₁₁ , P ₂₁ , P ₃₁ ; P ₃₂ ; P ₃₃ Thus, when y = 1; y = 2; y = 3, the theoretical voltage ratio V4 / V3 and the calculated voltage ratio V4 / V3 from the measured values in Table 6 are compared as shown in Table 7.
[0080]
[Table 7]

[0081]
As is apparent from Table 7, the load application position in the x-axis direction can be detected from the calculated voltage ratio V2 / V1, and the load application position in the y-axis direction can be detected from the calculated voltage ratio V4 / V3. . That is, this load sensor S ₃ According to this, it is possible to detect the load acting position two-dimensionally.
[0082]
Table 8 compares the actual load with the calculated load T (6) in Table 6. FIG. 8 is a graph of Table 8.
[0083]
[Table 8]

[0084]
As is apparent from Table 8 and FIG. 8, the actual load and the calculated load are in good agreement, and it can be seen that it is possible to detect the load sufficiently.
[0085]
Upper piezoelectric unit group G _U Upper and lower piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ And lower piezoelectric unit group G _L Upper and lower piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ May have different dielectric properties.
Example 3
In this embodiment, piezoelectric load sensors having various structures will be described.
<Example 1>
Piezoelectric load sensor S shown in FIGS. ₄ Is composed of a lower piezoelectric unit UL and an upper piezoelectric unit UU.
[0086]
The lower piezoelectric unit UL includes a rectangular upper copper foil 1 as an upper conductor, a rectangular lower copper foil 2 as a lower conductor, and a plurality of them arranged in parallel between the lower copper foils 1 and 2 above them. In the illustrated example, a rectangular parallelepiped first to third lower piezoelectric element ML. ₁ ~ ML ₃ And the lower piezoelectric element ML located above the upper copper foil 1 ₁ ~ ML ₃ A plurality of parallel first and third upper piezoelectric elements MU in the same direction as in FIG. ₁ ~ MU ₃ And. Rectangular parallelepiped first to third upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ , A rectangular parallelepiped third upper piezoelectric element MU whose piezoelectric constants exist at one end in the parallel direction. ₃ The rectangular parallelepiped first upper piezoelectric element MU located at the other end in the parallel direction from ₁ The first to third lower piezoelectric elements ML are set so as to gradually decrease toward ₁ ~ ML ₃ In the rectangular parallelepiped first lower piezoelectric element ML whose piezoelectric constant exists at one end in the parallel direction. ₁ A rectangular parallelepiped third lower piezoelectric element ML existing at the other end in the parallel direction ₃ It is set to gradually increase toward A rectangular intermediate copper foil 3 serving as an intermediate conductor is disposed on the lower piezoelectric unit UL.
[0087]
The upper piezoelectric unit UU includes a rectangular upper copper foil 1 serving as an upper conductor, a rectangular lower copper foil 2 serving as a lower conductor, and a plurality of the upper piezoelectric units UU sandwiched between the lower copper foils 1 and 2 in parallel. In the illustrated example, a rectangular parallelepiped first to third upper piezoelectric element MU. ₁ ~ MU ₃ And the upper piezoelectric element MU on the lower side of the lower copper foil 2 ₁ ~ MU ₃ The first to third lower piezoelectric elements ML are parallel to each other in the same direction as the rectangular parallelepiped in the illustrated example. ₁ ~ ML ₃ And. Rectangular parallelepiped first to third upper piezoelectric elements MU ₁ ~ MU ₃ , A rectangular parallelepiped third upper piezoelectric element MU whose piezoelectric constants exist at one end in the parallel direction. ₃ The rectangular parallelepiped first upper piezoelectric element MU located at the other end in the parallel direction from ₁ The first to third lower piezoelectric elements ML are set so as to gradually decrease toward ₁ ~ ML ₃ In the rectangular parallelepiped first lower piezoelectric element ML whose piezoelectric constant exists at one end in the parallel direction. ₁ A rectangular parallelepiped third lower piezoelectric element ML existing at the other end in the parallel direction ₃ It is set to gradually increase toward
[0088]
The upper piezoelectric unit UU is superimposed on the lower piezoelectric unit UL via the intermediate copper foil 3. In this case, the upper and lower piezoelectric elements MU in the upper piezoelectric unit UU. ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ Parallel direction and upper and lower piezoelectric elements MU in the lower piezoelectric unit UL ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ It is in a cross relationship with the parallel direction.
[0089]
The upper and lower piezoelectric elements MU in the upper piezoelectric unit UU ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ The parallel mode of the upper and lower piezoelectric elements MU in the lower piezoelectric unit UL when the lower piezoelectric unit UL is rotated 90 ° counterclockwise in the horizontal plane. ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ Is the same as
[0090]
Each upper and lower piezoelectric element MU ₁ ~ MU ₃ , ML ₁ ~ ML ₃ And the copper foils 1-3 which oppose it are affixed through the electrically conductive paste 13 similarly to the above.
[0091]
Lead wires 23 to 27 are connected to the five copper foils 2, 1, 3, 2 and 1, respectively, and the

adjacent lead wires

23, 24; 24, 25; 25, 26; The voltages V1 to V4 generated between 26 and 27 can be measured.
[0092]
That is, this piezoelectric load sensor S ₄ Is a piezoelectric load sensor S shown in FIGS. ₃ 1 has a structure in which three same-type piezoelectric elements located on the same plane are replaced by one rectangular parallelepiped piezoelectric element. For example, the lower piezoelectric unit group G in FIG. _L Three third upper piezoelectric elements MU in ₃ Is a rectangular parallelepiped third upper piezoelectric element MU in the lower piezoelectric unit UL of FIG. ₃ Corresponding to
<Example 2>
Piezoelectric load sensor S shown in FIG. ₅ Is a strip-shaped upper copper foil 1 as an upper conductor, a strip-shaped lower copper foil 2 as a lower conductor, and a strip-shaped intermediate copper foil as an intermediate conductor located between the lower copper foils 1 and 2 above them 3 and one rectangular parallelepiped upper piezoelectric element MU sandwiched between the upper and middle copper foils 1 and 3, and one rectangular parallelepiped lower piezoelectric element ML sandwiched between the lower and middle copper foils 3 and 2. It has. The upper piezoelectric element MU is configured such that the piezoelectric constant gradually decreases from one end side to the other end side, and the lower piezoelectric element ML has a piezoelectric constant from the one end side to the other end side. It is comprised so that it may increase gradually.
[0093]
The upper and lower piezoelectric elements MU and ML and the copper foils 1 to 3 facing the upper and lower piezoelectric elements MU and ML are pasted through the conductive paste 13 as described above.
[0094]

Lead wires

4, 5 and 6 are connected to the upper, middle and lower copper foils 1, 3 and 2, respectively, and are generated between the

adjacent lead wires

4, 5; Voltage VU _n And VL _n Can be measured.
[0095]
The upper and lower piezoelectric elements MU and ML are composed of an elastomer and piezoelectric powder dispersed therein, and each region a ₁ ~ A ₆ , B ₁ ~ B ₆ The polarization density or volume fraction Vf of the piezoelectric powder in the first region a ₁ , B ₁ ; 2nd area | region a ₂ , B ₂ ; 5th area a ₅ , B ₅ ; 6th area | region a ₆ , B ₆ It becomes higher in order.
<Example 3>
Piezoelectric load sensor S shown in FIGS. ₆ Is composed of a lower piezoelectric unit UL and an upper piezoelectric unit UU.
[0096]
The lower piezoelectric unit UL has a rectangular upper copper foil 1 as an upper conductor, a rectangular lower copper foil 2 as a lower conductor, and a single flat plate sandwiched between the lower copper foils 1 and 2 thereon. A lower piezoelectric element ML and one flat upper piezoelectric element MU located above the upper copper foil 1 are provided. The upper piezoelectric element MU is configured such that the piezoelectric constant gradually decreases from one end edge side toward the other end edge side as indicated by an arrow c. The lower piezoelectric element ML has a piezoelectric constant from one end edge side corresponding to the one end edge side of the upper piezoelectric element MU toward the other end edge side corresponding to the other end edge side of the upper piezoelectric element MU. In this example 3, as shown by the arrow c, the upper piezoelectric element MU is the same as that rotated 180 ° in the horizontal plane.
[0097]
A rectangular intermediate copper foil 3 as an intermediate conductor is disposed on the lower piezoelectric unit UL.
[0098]
The upper piezoelectric unit UU includes a rectangular upper copper foil 1 as an upper conductor, a rectangular lower copper foil 2 as a lower conductor, and a lower

conductor copper foil

1 and 2 sandwiched between them. A flat upper piezoelectric element MU and one flat lower piezoelectric element ML located below the lower copper foil 2 are provided. The upper piezoelectric element MU is configured such that the piezoelectric constant gradually decreases from one end edge side to the other end edge side as indicated by an arrow d. The lower piezoelectric element ML has a piezoelectric constant from one end edge side corresponding to the one end edge side of the upper piezoelectric element MU toward the other end edge side corresponding to the other end edge side of the upper piezoelectric element MU. In this example 3, as shown by an arrow d, the upper piezoelectric element MU is the same as that rotated 180 ° in the horizontal plane.
[0099]
The upper piezoelectric unit UU is superimposed on the lower piezoelectric unit UL via the intermediate copper foil 3.
[0100]
Further, the gradual decrease and increase direction of the piezoelectric constant in the upper piezoelectric unit UU and the gradual decrease and increase direction of the piezoelectric constant in the lower piezoelectric unit UL are in an intersecting relationship.
[0101]
The upper and lower piezoelectric elements MU and ML and the copper foils 1 to 3 facing the upper and lower piezoelectric elements MU and ML are pasted through the conductive paste 13 as described above.
[0102]
In the illustrated example, the upper and lower piezoelectric elements MU and ML on the upper piezoelectric unit UU are the same as those obtained by rotating the lower piezoelectric unit UL by 90 ° in the horizontal plane.
[0103]
As shown in FIG. 12, lead wires 23 to 27 are connected to five copper foils 2, 1, 3, 2, and 1, respectively, and the

adjacent lead wires

23, 24; The voltages V1 to V4 generated between 25; 25, 26; 26, 27 can be measured.
[0104]
The upper and lower piezoelectric elements MU and ML are made of an elastomer and a piezoelectric powder dispersed in the same as described above, and a change in piezoelectric constant is given by the same method as described above.
[0105]
【The invention's effect】
According to the first to third aspects of the present invention, the measurement physical quantity is increased to only two of the two voltages generated by the lower piezoelectric element, and the load application position is not required without requiring a complicated signal processing mechanism. It is possible to provide a piezoelectric load sensor having a simple structure and a low manufacturing cost, which can detect and detect a load at the position one-dimensionally and quickly.
[0106]
According to the inventions of claims 4 to 6 and 8 to 10, in addition to the above effect, a piezoelectric load capable of two-dimensionally and rapidly detecting the load acting position and the load at the position. A sensor can be provided.
[0107]
According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to provide a load position detecting method capable of detecting a load acting position one-dimensionally, quickly and accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view for explaining the principle of a load sensor.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing method of the first embodiment of the load sensor.
FIG. 3 is a perspective view of a first embodiment of a load sensor.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a theoretical voltage ratio and a calculated voltage ratio.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an actual load and calculated loads T (4) to T (6).
FIG. 6 is a perspective view of a second embodiment of the load sensor.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing method of the second embodiment of the load sensor.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between an actual load and a calculated load T (6).
FIG. 9 is a perspective view of a third embodiment of the load sensor.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a manufacturing method of the third embodiment of the load sensor.
FIG. 11 is a perspective view of a fourth embodiment of the load sensor.
FIG. 12 is a perspective view of a fifth embodiment of the load sensor.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a manufacturing method of the fifth embodiment of the load sensor.
[Explanation of symbols]
1,15 Upper copper foil (upper conductor)
2,11 Lower copper foil (lower conductor)
3,14 Intermediate copper foil (intermediate conductor)
12 Conductor (upper, middle, lower conductor)
22 Copper wire (electrical connection means)
A, B parallel direction
G _L Lower piezoelectric unit group
G _U Upper piezoelectric unit group
MU, MU ₁ ~ MU ₁₂ Upper piezoelectric element
ML, ML ₁ ~ ML ₁₂ Lower piezoelectric element
S ₁ ~ S ₆ Load sensor
UU Upper piezoelectric unit
UL Lower piezoelectric unit
UU ₁ ~ UU ₃ 1st to 3rd upper piezoelectric unit
UL ₁ ~ UL ₃ 1st to 3rd lower piezoelectric unit

Claims

The upper conductor (1; 12, 15), the lower conductor (2; 11, 12), and the intermediate portion located between them, the lower conductor (1; 12, 15) (2; 11, 12) conductors; and (3 12, 14), the upper, intermediate portion conductor (1; 12, 15) (3; 12, 14) a plurality of upper piezoelectric elements are parallel to sandwiched between _{_(MU} 1 _~MU ₁₂ ; _MU 1 ~MU ₃₎ and, the lower, middle portions conductor (2; 11, 12) (3; 12, 14) a plurality of lower piezoelectric element is parallel with sandwiched between _{_(ML 1} _~ML 12; ML _{1 to} ML ₃ ), and the plurality of upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₁₂ ; MU _{1 to} MU ₃ ) have a piezoelectric constant (MU ₁₂ ; MU ₃ ) whose piezoelectric constants exist at one end in the parallel direction. be gradually reduced toward the MU _1); piezoelectric elements that exist in parallel direction end portion _(MU 1 from) It is set to the plurality of lower piezoelectric _element; in _{_{(ML 1 ~ML 12 ML 1 ~ML}} 3), piezoelectric elements their piezoelectric constants resides in the parallel direction end portion; wherein the _(ML ₁ ML 1) A piezoelectric load sensor characterized by being set to gradually increase toward a piezoelectric element (ML ₁₂ ; ML ₃ ) existing at the other end in the parallel direction.

The parallel mode of the plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₁₂ ; ML _{1 to} ML ₃ ) rotates the plurality of upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₁₂ ; MU _{1 to} MU ₃ ) by 180 ° in a horizontal plane. The piezoelectric load sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric load sensor is the same as the parallel mode when it is made to move.

One of the upper piezoelectric element _{_{_{(MU 1 ~MU 12; MU 1}}} ~MU 3) and its upper piezoelectric _element; one of the lower piezoelectric element opposed to _{_{(MU 1 ~MU 12 MU 1 ~MU}} 3) (ML 12 ~ ML ₁ ; ML _{3 to} ML ₁ ) in a state where a constant load T is applied to the lower piezoelectric element (MU _{1 to} MU ₁₂ , ML _{12 to} ML ₁ ; MU _{1 to} MU ₃ , ML _{3 to} ML ₁ ). Is the sum of both voltages generated by any one of the other upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₁₂ ; MU _{1 to} MU ₃ ) and the upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₁₂ ; MU _{1 to} MU ₃ ). In the state where the constant load T is applied to one of the lower piezoelectric elements (ML _{12 to} ML ₁ ; ML _{3 to} ML ₁ ) opposed to the lower piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₁₂ , ML _{12 to} M 1). _3. The piezoelectric load sensor according to claim 1, wherein L ₁ is equal to a sum of both voltages generated by L ₁ ; MU _{1 to} MU ₃ , ML _{3 to} ML ₁ ).

The lower piezoelectric unit (UL _{1 to} UL ₃ ) is sandwiched between the upper conductor (12, 15), the lower conductor (11, 12), and the lower conductor (12, 15) (11, 12). And a plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ) arranged in parallel and a plurality of upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ) arranged in parallel above the upper conductor (15, 12). In the plurality of upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ), their piezoelectric constants are changed from the piezoelectric element (MU ₃ ) existing at one end in the parallel direction to the piezoelectric element (MU ₁ ) existing at the other end in the parallel direction. In the plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ), the piezoelectric constants of the plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ) are changed from the piezoelectric element (ML ₁ ) existing at one end in the parallel direction to the other end in the parallel direction. Suitable for existing piezoelectric elements (ML ₃ ) The plurality of lower piezoelectric units (UL _{1 to} UL ₃ ) having a maximum piezoelectric constant (MU ₃ ) among the upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ) are set. A lower piezoelectric unit group ( _GL ) in which the adjacent conductors (12, 15), (11, 12) are electrically connected in parallel with each other, and
A plurality of intermediate conductors (12, 14) disposed on the lower piezoelectric units (UL _{1 to} UL ₃ ) of the lower piezoelectric unit group (G _L );
Means (22) for electrically connecting adjacent intermediate conductors (12, 14);
The upper piezoelectric unit (UU _{1 to} UU ₃ ) is sandwiched between the upper conductor (12, 15), the lower conductor (11, 12), and the lower conductor (12, 15) (11, 12). A plurality of upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ) arranged in parallel with each other and a plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ) arranged in parallel below the lower conductor (11, 12). In the plurality of upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ), the piezoelectric constants thereof are changed from the piezoelectric element (MU ₃ ) existing at one end in the parallel direction to the piezoelectric element (MU ₁ ) existing at the other end in the parallel direction. In the plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ), the piezoelectric constants of the plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ) are changed from the piezoelectric element (ML ₁ ) at _one end in the parallel direction to the other end in the parallel direction. Suitable for piezoelectric elements (ML ₃ ) The upper piezoelectric units (UU _{1 to} UU ₃ ) having the maximum piezoelectric constant (MU ₃ ) among the upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ) are set. Are arranged in parallel so as to be adjacent to each other, and the adjacent conductors (12, 15), (11, 12) are electrically connected, and the intermediate conductors (12, 14) are used to connect the conductors. The upper piezoelectric unit group (G _U ) superimposed on the lower piezoelectric unit group (G _L ), the parallel direction (A) of the plurality of upper piezoelectric units (UU _{1 to} UU ₃ ), and the plurality of the piezoelectric units A piezoelectric load sensor characterized in that the parallel direction (B) of the lower piezoelectric units (UL _{1 to} UL ₃ ) is in an intersecting relationship.

In the upper piezoelectric unit ( _{U U} _{1 to} UU ₃ ) of the upper piezoelectric unit group (G _U ), the upper and lower piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ , ML _{1 to} ML ₃ ) are arranged in parallel. wherein on the group the lower piezoelectric unit when _{(G L)} and the rotated 90 ° in a horizontal plane _(UL 1 _~UL _3), parallel manner in the lower piezoelectric element _{_{_{(MU 1 ~MU 3, ML 1}}} ~ML 3) The piezoelectric load sensor according to claim 4, wherein

An upper conductor (1), a lower conductor (2), and a plurality of rectangular parallelepiped lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ) sandwiched between the upper conductor and the lower conductor (1, 2) in parallel; A plurality of rectangular parallelepiped upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ) which are above the upper conductor (1) and are arranged in parallel with the lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ). In the upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ), their piezoelectric constants gradually decrease from the piezoelectric element (MU ₃ ) existing at one end in the parallel direction toward the piezoelectric element (MU ₁ ) existing at the other end in the parallel direction. In the plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ), the piezoelectric constants of the piezoelectric elements (ML ₁ ) at the one end in the parallel direction are changed from the piezoelectric elements (ML ₁ ) at the _one end in the parallel direction. As it gradually increases toward (ML ₃ ) Set lower piezoelectric unit (UL),
An intermediate conductor (3) disposed on the lower piezoelectric unit (UL);
An upper conductor (1), a lower conductor (2), and a plurality of rectangular upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ) sandwiched between the upper conductor (1) and the lower conductor (1, 2) in parallel; A plurality of rectangular parallelepiped lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ) below the lower conductor (2) and arranged in parallel with the upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ), In the plurality of upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₃ ), their piezoelectric constants gradually decrease from the piezoelectric element (MU ₃ ) existing at one end in the parallel direction toward the piezoelectric element (MU ₁ ) existing at the other end in the parallel direction. In the plurality of lower piezoelectric elements (ML _{1 to} ML ₃ ), the piezoelectric constants of the piezoelectric elements (ML ₁ ) existing at one end in the parallel direction from the piezoelectric elements (ML ₁ ) existing at the other end in the parallel direction are set. As it gradually increases toward the element (ML ₃ ) The upper piezoelectric unit (UU) is set and overlapped with the lower piezoelectric unit (UL) via the intermediate conductor (3), and the upper and lower portions of the upper piezoelectric unit (UU) and a parallel direction of the piezoelectric element _{_{_{(MU 1 ~MU 3, ML 1}}} ~ML 3), on the in the lower piezoelectric unit (UL), the parallel direction of the lower piezoelectric element _{_{_{(MU 1 ~MU 3, ML 1}}} ~ML 3) And a piezoelectric load sensor, wherein

The upper conductor (1), the lower conductor (2), the intermediate conductor (3) located between them and the lower conductor (1, 2), and the upper and intermediate conductors (1, 3) One upper piezoelectric element (MU) sandwiched between, and one lower piezoelectric element (ML) sandwiched between the lower and middle conductors (2, 3), the upper piezoelectric element (MU) is configured such that the piezoelectric constant gradually decreases from one end side to the other end side, and the lower piezoelectric element (ML) is piezoelectric from the one end side to the other end side. A piezoelectric load sensor characterized in that the constant is gradually increased.

The upper conductor (1), the lower conductor (2), one flat lower piezoelectric element (ML) sandwiched between the upper conductor and the lower conductor (1, 2), and the upper conductor (1 ), And the upper piezoelectric element (MU) has a piezoelectric constant that gradually decreases from one end edge side to the other end edge side. The lower piezoelectric element (ML) is configured to correspond to the other end edge side of the upper piezoelectric element (MU) from one end edge side corresponding to the one end edge side of the upper piezoelectric element (MU). A lower piezoelectric unit (UL) configured such that the piezoelectric constant gradually increases toward the other end edge side,
An intermediate conductor (3) disposed on the lower piezoelectric unit (UL);
The upper conductor (1), the lower conductor (2), one flat upper piezoelectric element (MU) sandwiched between the upper conductor (1, 2) and the lower conductor (2) 1) a flat lower piezoelectric element (ML) on the lower side, and the upper piezoelectric element (MU) has a piezoelectric constant that gradually decreases from one end edge side to the other end edge side. The lower piezoelectric element (ML) is arranged from one end edge side corresponding to the one end edge side of the upper piezoelectric element (MU) to the other end edge side of the upper piezoelectric element (MU). The upper piezoelectric unit is configured such that the piezoelectric constant gradually increases toward the corresponding other end edge, and is superimposed on the lower piezoelectric unit (UL) via the intermediate conductor (3). UU), and gradually decreasing the piezoelectric constant in the upper piezoelectric unit (UU) and Piezoelectric load sensor and a decreasing and increasing direction of the piezoelectric constant in the increasing direction and the lower piezoelectric unit (UL), characterized in that the intersection relationship.

In the upper piezoelectric unit (UU), the lower piezoelectric element (ML) is the same as the upper piezoelectric element (MU) rotated by 180 ° in a horizontal plane, and in the lower piezoelectric unit (UL), The piezoelectric load sensor according to claim 8, wherein the lower piezoelectric element (ML) is the same as the upper piezoelectric element (MU) rotated 180 ° in a horizontal plane.

The upper and lower piezoelectric elements (MU, ML) of the upper piezoelectric unit (UU) are the same as those obtained by rotating the lower piezoelectric unit (UL) by 90 ° in a horizontal plane. Piezoelectric load sensor.

The upper conductor (1; 12, 15), the lower conductor (2; 11, 12), and the intermediate portion located between them, the lower conductor (1; 12, 15) (2; 11, 12) conductors; and (3 12, 14), the upper, intermediate portion conductor (1; 12, 15) (3; 12, 14) a plurality of upper piezoelectric elements are parallel to sandwiched between _{_(MU} 1 _~MU ₁₂ ; _MU 1 ~MU ₃₎ and, the lower, middle portions conductor (2; 11, 12) (3; 12, 14) a plurality of lower piezoelectric element is parallel with sandwiched between _{_(ML 1} _~ML 12; ML _{1 to} ML ₃ ), and the plurality of upper piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₁₂ ; MU _{1 to} MU ₃ ) have a piezoelectric constant (MU ₁₂ ; MU ₃ ) whose piezoelectric constants exist at one end in the parallel direction. be gradually reduced toward the MU _1); piezoelectric elements that exist in parallel direction end portion _(MU 1 from) It is set to the plurality of lower piezoelectric _element; in _{_{(ML 1 ~ML 12 ML 1 ~ML}} 3), piezoelectric elements their piezoelectric constants resides in the parallel direction end portion; wherein the _(ML ₁ ML 1) Using the piezoelectric load sensor (S ₁ ) set so as to gradually increase toward the piezoelectric element (ML ₁₂ ; ML ₃ ) existing at the other end in the parallel direction, one upper piezoelectric element (MU _{1 to} MU _12). MU _{1 to} MU ₃ ) and one of the lower piezoelectric elements (ML _{12 to} ML ₁ ; ML _{3 to} ML ₁ ) facing the lower piezoelectric elements (MU _{1 to} MU ₁₂ , ML _{12 to} ML ₁ ; MU _{1 to} MU ₃ , ML _{3 to} ML ₁ ), a load application position is detected based on a ratio of voltages generated.