JPH01121729A - 力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は物の重量を計量する秤に関するものであシ、４
？に計量した重量情報を用いて、装置の機能や性能を向
上させるために用いられる力検出装置に関する。

〔従来の技術〕

最近では色々な電子機器にマイコンが搭載され、物の重
量を計量する秤においても９重量を電気的信号に変換す
るための力検出装置が使用されている。マイコンへの信
号の取り込みを容易にするためには、力検出装置の出力
は力に対応した周波数で出力されることが望ましい。

第６図〜第８図は従来の力検出装置の説明図であり、第
６図において、静電容量型力センサユニット１は弾性を
有する絶縁体からなる２枚の平板２に電極４と電気端子
５を印刷し、この平板２をスペーサ３を介して貼り合わ
せて構成したものである。

第７図はセンナユニット１への荷重伝達機構で、６　！
Ｄ、　、測定物の荷重はシャフト６から荷重受金具７に
伝達され、保護用板バネ８を介して加圧ポイン゛□ト９
にかかる。加圧ポイント９はセンサユニット１の上側の
平板２にかかり、上側の平板２が変形して上下の電極４
の間隔が変化し。

゛センサユニット１の静電容量の変化として力を検検出
することがで、きる。

第８図はセンサユニット１の静電容量の変化を発振周波
数に変換する発振回路であシ９重量の変化を発振周波数
の変化として検出することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上水した従来の力検出装置においては、力の変化によ
り静電容量が変化し、静電容量の変化によシ発振周波数
が変化する。第８図の発振回路から分かるように１発振
周波数はセンサユニット１の静電容量だけでなく９発振
回路を構成する抵抗や増幅回路の増幅度によって決定さ
れる。したがって、広い温度範囲で力の変化を精度良く
検出するためには、センサユニット１の平板２の材質と
して９弾性率の温度変化の小さい材料を用いる必要があ
るうえに９発振回路を構成する抵抗や増幅回路として温
度変化率の小さい部品を使用するか、あるいは温度によ
る変化をキャンセルするだめの補償回路を付加する必要
がある。

本発明の目的は以上水した従来の力検出装置の問題点を
解消し、構造が簡単で、特別に温度変化率の小さい部品
を使用することなく、さらに温度補償回路も不要な力検
出装置を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明を説明する前に、エネルギーとじ込め型振動子に
ついて図面を用いて説明する。エネルギーとじ込め型振
動子とは、一般に単純な形状を有する振動体の一部分に
振動のエネルギーが集中し、そこからはずれたほとんど
振動しない部分の寸法や、力学的条件によって影響を受
けないような特殊な振動モードの振動子である。

第４図はエネルギーとじ込め型振動子の代表例であるＦ
Ｍラジオに使用されている中心周波数１０．７　ＭＨｚ
のセラミックフィルタの構造例であシ、厚さ約０．２　
ｔｐｍ　、辺長６■の正方形圧電板ｌＯの中央部に直径
的１．５　ｔｌＩＨの駆動電極としての円形電極１１が
対向して形成され、上面の円形電極は中央から分割され
、各々からそれぞれ、入力電極１２．出力電極１３が引
き出されている。また下面の円形電極からアース電極１
４が引き出されて３端子型セラミツクフイルタを構成し
ている。

第４図に示したエネルギーとじ込め型セラミックフィル
タにおいては、前述したように振動のエネルギーが駆動
電極の部分に集中しているため、リード端子の接続を振
動にほとんど影響を与えることがない基板の端部で半田
付けで行なうことが可能となシ９％性のばらつきの少な
い、信頼性の高いフィルタが得られる。

第５図は特開昭５６−１３４８１７号公報に開示されて
いる他のタイプのエネルギーとじ込め型振動子の例であ
シ、厚さ方向に分極された圧電磁器矩形板１５の長さ方
向の中央部を除いた部分にほぼ全面にわたって電極を施
して周辺電極１６゜１６′および１７．１７’とし９表
裏対向する周辺電極を短絡し中央部には周辺電極よ９幅
の狭い一対以上のストリップ状の駆動電極１８．１９を
表裏対向して形成し１表裏両面の駆動電極を各々異なる
側の周辺電極に接続し、その周辺電極の各々をリード引
き出し端子としている。

第５図に示した振動子においては、振動のエネルギーは
中央の駆動電極部に集中しているため９両端部を機械的
に固定しても振動にはほとんど影響を与えない。

第４図および第５図に示したようなエネルギーとじ込め
型振動子においては、前述したように振動による歪や応
力の発生していない部分を固定することは振動にほとん
ど影響を与えない。

しかし、固定部分に引張シカ、圧縮力あるいはたわみ力
を加えて、その結果として振動子部分に応力を発生させ
ると、振動子の共振周波数は応力に応じて変化する。

本発明による力検出装置は、この特性を利用して為され
たものであり、圧電材料からなる薄板の一部に駆動電極
が形成されたエネルギーとじ込め型振動子を帰還回路の
一部として自励発振回路を構成し、前記エネルギーとじ
込め型振動子の駆動電極以外の部分に力を加えることに
より、前記エネルギーとじ込め型振動子の駆動電極部分
に応力を発生させ、前記エネルギーとじ込め型振動子の
共振周波数の変化に伴う前記自励発振回路の発振周波数
の変化量から加えた力の大きさを求めることを特徴とし
ている。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について図面を用いて詳しく説明す
る。

第１図は本発明の力検出装置の荷重伝達機構であり、第
５図に示したエネルギーとじ込め型幅縦振動子加の一方
の端部を支持台２１に固定し。

他方の端部に加圧ポイント９を介して荷重がかかるよう
に構成されている。測定物の荷重はシャフト６から荷重
受金具７に伝達され、保護用バネ８を介して加圧ポイン
ト９にかかる。加圧ポイント９を介してエネルギーとじ
込め型振動子加に力が加わると、振動子銀に圧縮応力が
発生し、その結果振動子の共振周波数が変化する。

第２図は本発明の力検出装置の自励発振回路の回路例で
あり、増幅器ｎの出力を９図示したようにπ型回路の直
列腕に前記エネルギーとじ込め型振動子題を組み込んだ
帰還回路を介して入力に帰還させている。第２図におい
て、抵抗Ｒ１およびＲ７の値を増幅器四の入・出力イン
ピーダンスに比べて十分小さい値に選ぶと前記π型回路
は定電圧回路となり、π型回路の出力は振動子加のアド
ミタンスに比例する。したがって、第２図の自励発振回
路の発振周波数は振動子加の共振周波数で発振すること
になる。このとき自励発振回路の発振周波数は振動子の
共振のＱが大きいため、はとんど振動子の共振周波数に
よって定まり、増幅回路の増幅度や抵抗値のばらつきの
影響は非常に小さい。

第３図は厚さ０．５　ｍ　＋幅２．０　ｍ　＋長さ１０
ｍのエネルギーとじ込め型幅縦振動子を用いて力検出装
置を構成した時の、荷重と発振周波数の関係の測定例で
ある。第３図から分かるように９発振周波数は荷重にほ
ぼ比例して低下しており。

発振周波数の変化から荷重の変化を求めることができる
。

以上の説明では、エネルギーとじ込め型振動子として幅
縦振動子を用い、長さ方向に圧縮荷重を加えた場合につ
いて説明したが、振動子として他のタイプのエネルギー
とじ込め型振動子を用い、力の加え方についても、引っ
張シカあるいはたわみ力を加えてもほぼ同じ効果が得ら
れることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上示したように本発明によれば、荷重が加わったとき
の発振周波数の変化は、エネルギーとじ込め型振動子の
共振周波数の変化によるものがその大部分である。一般
にこのような振動子に用いる圧電セラミックスの共振周
波数の温度係数は、数１Ｏｐｐｒｒ４／℃である。　し
たがって。

発振回路を構成する抵抗や増幅回路としては特別に温度
変化率の小さい部品を使用しないでも。

広い温度範囲で力の変化を精度良く検出することができ
、製造コストおよび精度の両面から非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による力検出装置の荷重伝達
機構の構成を示す断面図、第２図は本発明の一実施例に
よる力検出装置の自励発振回路の構成を示す回路図、第
３図は本発明の力検出装置の荷重−発振周波数変化量の
特性の一例を示す図、第４図は本発明に用いられるエネ
ルギーとじ込め型振動子の一構造例を示す斜視図、第５
図は本発明に用いちれるエネルギーとじ込め型振動子の
他の構造例を示す図、第６図は従来の力検出装置の力セ
ンサユニットの概略構造を示す図、第７図は従来の力検
出装置の荷重伝達機構の構成を示す断面図、第８図は従
来の力検出装置の自励発振回路の構成を示す回路図であ
る。 ６・・・シャフト、７・・・荷重受金具、８・・・保護
用板バネ、９・・・加圧ポイント、１０・・・圧電板、
１１・・・円形電極（駆動電極）、１２．１３・・・入
・出力電極。 １４・・・アース電極、１５・・・圧電磁器矩形板、１
６．１６’１７．１７’・・・周辺電極、１８．１９・
・・ストリップ状の駆動電極、２０・・・エネルギーと
じ込め型振動子、２１・・・支持台＋　ＲＩ　＋　Ｒ２
・・・抵抗、２２・・・増幅回路。 第１図 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電材料からなる薄板の一部に駆動電極が形成さ
   れたエネルギーとじ込め型振動子を帰還回路の一部とし
   て自励発振回路を構成し、前記エネルギーとじ込め型振
   動子の駆動電極以外の部分に力を加えることにより、前
   記エネルギーとじ込め型振動子の駆動電極部分に応力を
   発生させ、前記エネルギーとじ込め型振動子の共振周波
   数の変化に伴う自励発振回路の発振周波数の変化量から
   、加えた力の大きさを求めることを特徴とする力検出装
   置。
2. （２）前記エネルギーとじ込め型振動子として、矩形圧
   電板の幅振動を利用した振動子を用いた特許請求の範囲
   第１項に記載の力検出装置。