JPH01155225A - 二重音叉型積層力トランスジユーサ、その製造法及びロードセルにおけるその応用 - 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】 本発明は付与された縦方向力の振幅を表す固有周波数で
振動する二重音叉の形態のカドランスジューサ、この種
のトランスジューサの製造方法及び例えば秤量装置に用
いるためにロードセル内でのこのトランスジューサの応
用に関する。

二重音叉カドランスジューサは特に文献Ｕ　Ｓ　４゜２
９９、１２２（Ｙ、　Ｅ、　ｌ）及びＤＢ−３，４２３
，５０１（ＳｔｌｌＮＫＯＤＥＮＳＨＩ）から既に知ら
れている。これらのトランスジューサの顕著な利点は二
重音叉の分岐部は位相対向関係に振動するから、振動エ
ネルギ損失が制限されることである。これらのトランス
ジューサは励起装置及び周波数センサを備えている。こ
れらはロードセルへ嵌入できるが、特に圧カセンサヘ嵌
入することもできる。

Ｕ　Ｓ　Ａ、　２９９．１２２はこの種のトランスジュ
ーサを数個の部品として製造する可能性を指摘している
が、この文献及び先に述べたドイツ国の文献は一体的構
造のトランスジューサを記載している。

実際には現在周知のトランスジューサは低速でコスト高
のワイヤエレクトロエロージョン（ｗｉｒｅｅｌｅｃｔ
ｒｏ−ｅｒｏｓｉｏｎ）により固体から切り出される。

例えば、”ＥＬＩＮＶＡＲ’″ブロックのエレクトロ、
エローシコンは約２ｍｍ／ｍｉｎの速度で進行する。ま
た、切断ワイヤの経路は一般に複雑であり、コスト高で
ある。

これらのトランスジューサの固有周波数は付与された力
のみならず分岐部の長さにより変化するから、使用され
る材料は一般に無視できる程度の膨張係数を持つように
選択される。

本発明の目的はかかるトランスジューサの製造を高速に
、かつ経済的にすることである。

故に本発明は、端部で２個のカブプリング部材へ取り付
けた２個の等しい平行な分岐部を設けて力・ノブリング
部材へ縦方向に付与される力の振幅を表す固有周波数で
課せられた振動負荷に応答して曲げモードで位相対向関
係に振動するようにした二重音叉型力トランスジューサ
において、積層され、前記分岐部を形成する一定厚さの
２枚の等しい金属ばねから成り、前記分岐部よりも大き
い幅の端部を含みかつ同じ厚さの２個の金属スペーサに
より離間され、これらのスペーサおよびこれらのの端部
は前記カップリング部材内で取り付けられ、実質的に同
じ外部プロフィールを有することを特徴とするトランス
ジューサを提案する。

互いに組み合わせることができる好適実施例によれば、 一１板ばねの端部はこれらへ取り付けられかつ実質的に
同じ外部プロフィールを有する金属スチフナ及びアンカ
板により外部が境界付けられるニー、板ばね及びスペー
サは同じ厚みＥを有するスチフナ板、板ばね及びスペー
サは同じ厚みを有するニ ー、トランスジューサは同じ弾性材料から作られたシー
トから形成される； −、トランスジューサは接着剤で接合され又はリベット
止めされ又はリベット止めされ接着剤で接合されたシー
トから形成されるニ ー、弾性分岐部は幅が一定であるニ ー、弾性分岐部は最小幅の中央部域を通じて合体する非
一定幅の２つの対称半分体により各々形成され、同じ最
小幅の２つの部域によりカップリング部材へ結合される
ニ ー、半分体は最小幅（Ｉ）の３倍ないし５倍である最大
幅（Ｌ）を有するニ ー、弾性分岐部の半分体は鋸歯形フランクを有する。

本発明の有利な一実施例において、スペーサは固定端末
部域に終わる捩り腕により分岐部へ対向関係に延出せし
められる。これらの捩り腕の長さはトランスジューサの
分岐部の長さの少なくとも５０％であり、恐らくこの長
さの２００％に達し、或はこれを超える。減衰を最小な
らしめることにより、これらの腕はトランスジューサの
Ｑ　（ｑｕａｌ−ｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ）　（共振振幅
の７０％における共振ピークの幅に対する共振周波数の
比）を増すことができる。

実際にはこれらの腕の長さは好ましくは音叉の分岐部の
長さにせいぜい等しい。

又、本発明は、端部がカップリング部材により端部で接
合された２個の平行な等しい弾性分岐部を含む二重音叉
型力トランスジューサを製造する方法であって、前記分
岐部及び大きい幅の端部を含む一定厚みの２枚の等しい
金属板ばねを切り出し、前記端部と同じ一定厚みかつ実
質的に同じ外形の１対の不ペーサを切り出し、これらの
スペーサをこれらの板ばねの端間に配置しこれへ取り付
けて積層トランスジューサを得ることを特徴とする方法
を提案する。

互いに組み合わせることができる本発明の好適実施例に
よれば、 スペーサと実質的に同じ外部プロフィールを有するこれ
らの対の金属板を切り出し、スペーサへ及び板ばねの端
へ取り付けるニ ー、板ばね、■対のスペーサ及び複数対の板は総てが等
しい縦方向位置決めストリップへ脆いリンクにより接合
されるように切り出され、これらの縦方向ストリップは
重畳され、板ばね、ストリップ及び板を共に取り付けた
後に、脆いリンクが切断される。

応用として、本発明はベースと秤量台とへそれぞれ固定
される第１と第２の柱を組み入れたブロックを設け、柱
を２本の水平ビームを持つ４つの可撓性部域により結合
し、ビームの中央に２つの整合した穴を貫通させ、上下
両腕を第１と第２の柱に片持レバーの態様で装着し、カ
ドランスジューサを水平ビームの穴に垂直に挿入して片
持レバー腕の端へ結合した、ロードセルを提案する。こ
のトランスジューサは有利には、捩り補償腕を持つ型式
のものである（上記を参照）。

好適実施例によれば、トランスジューサは垂直柱及び水
平ビームに対して直角な軸線の回りに片持レバー腕の端
へ関節接続される。

本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以
下の記載から明らかになろう。

第１図、第２図は端部を２個のカップリング部材４．５
へ取り付けた２つの平行な等しい弾性分岐部２Ａ、２Ｂ
を含む二重音叉型力トランスジューサ１を示し、分岐部
は前記部材により一定の距離を置いて保持される。

第２図は励起信号Ｓを受信して分岐部２Ａ、２Ｂを振動
させる励起装置６を鎖線で示し、周波数センサ７はこれ
らの分岐部の振動の固有周波数ｆに応答する。この周波
数は縦方向力、例えばカップリング部材４．５間に付与
される牽引力（矢印Ｆ参照）の振幅を表す。

本発明によれば、トランスジューサ１はその長さに平行
に積層される。

第２図に示すように、トランスジューサは同じ厚さのス
ペーサ８．９により一定距離に保持された端３Ａ、３Ａ
’　、３Ｂ、３Ｂ’を持つ分岐部２Ａ、２Ｂを形成する
一定厚さの２枚の板ばねを含む。

分岐部よりも実質的に幅が広い板ばねの端は好ましくは
、スチフナおよびアンカ板１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１
３Ｂにより外部が境界付けられ、アンカ板の厚さＥは好
ましくは、板ばね１０．１１及びスペーサ８．９の厚さ
に等しいか又は大きい。

スペーサ８．９、板ばねの端３Ａ、３Ｂ、３Ａ’、３Ｂ
’及び板１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂは有利には、
同じ外部プロフィールを有する。

切欠１４は好ましくは、分岐部２Ａ、２Ｂの接合部の近
傍で板に形成され、分岐部２Ａ、２Ｂの各平面で励起装
置及びセンサ７の接着による固定を可能にする。

この種の積層トランスジューサは、スタンピング、マイ
クロスタンピング、レーザ切断、マイクロ蝕刻などの金
属板を切断する同じ種類の利点を持つ適当な周知の方法
を用いることにより製造できる。このようにして切り出
された構成要素は次いで重畳され、接着接合、及び／ま
たはリベット止め及び／またはスポット溶接により相互
に取り付けられて剛性カップリング部材を構成する。

スペーサ８．９、板１２Ａ、１２Ｂ及び板１３Ａ、１３
Ｂは有利には、対として切り出される。

第３図ないし第７図は切り出された構成要素１５．１６
．１７．１８．１９を示し、これらは重畳され、共に取
り付けられ、第１図のトランスジューサを構成するのに
用いられる。

これらの切り出された構成要素１５ないし１９は、板、
板ばね又はスペーサの各側で縦方向ストリップ２０．２
１を有し、これらのストリップは同じ幅、同じ長さを有
し、故に、厚さが同じであれば互いに等しく、板又はス
トリップを互いに連結し、板又はストリップ及び板ばね
の対を剛直化し、取扱い中の反りの恐れを減少する。又
、構成要素を重畳及び相互の取付は作業中に極めて正確
に位置決めすることを可能にする。

リベット穴２はこの場合、各構成要素に設けられ、同じ
相対配置を用いて縦方向ストリップ並びにスペーサ、板
及び板ばねの端に設けられる。これに代えて、又はこれ
に加えて、これらの部品は例えば“ＥＰＯＴＥＫ”型の
伝導性エポキシ接着剤を用いて接着される。

小横断面の脆いリンク２３は板、スペーサ及び板ばねを
連結するために設けられている。これらはリベット止め
後に切断されて縦方向ストリップを組み立てられたトラ
ンスジューサから分離スる。

第８図ないし第１０図は第３図ないし第７図の切り出さ
れた構成要素を拡大して示すが、その異なる点は第４図
、第６図においては分岐部２Ａ。

３Ｂが第１０図の三角形転移部域２５よりも小さい三角
形転移部域２４によりその端部で結合されることである
。

第１１図は分岐部２°Ａ又は２”　Ｂが一定幅でない構
成要素１６又は１８の他の実施例を示す。

この分岐部は最小厚みの中央部域２８を通じて結合する
２個の対称半分体２６．２７により形成される。これは
振動高調波を除去することを可能にする。

半分体２６．２７は中央部域２８と同じ最小幅の接続部
域２９．３０により端３Ａ、３Ｂへ接合されている。

これらの半分体の最大幅りと最小幅■との比はほぼ５：
１である。

半分体２６．２７は鋸歯形である。即ち、これらは等し
いセグメントを構成するセグメントラインでフランク（
ｆｌａｎｋｓ）により境界付けられている。

他の実施例（図示せず）では半分体のフランクは丸めら
れる。

第１２図は第１図のトランスジューサをロードセル３０
に用いた例を示す。

このロードセルはベース及び秤量台（図示せず）へそれ
ぞれ固定される２本の側方柱３２．３３を含むブロック
３１により形成される。これらの柱は同じ厚さの可撓性
部域３４ないし３７により連結される。

カドランスジューサ１は垂直に配置され、穴４０．４１
により水平なビーム３８．３９に挿入され、垂直柱３２
．３３へそれぞれ取り付けられた上下両片持ちレバー腕
４２．４３の端へ端４と５において結合される。

垂直柱３３へ下方へ付与される力Ｐはブロック３１の変
形の結果としてトランスジューサ内に牽引力を誘起する
。

カドランスジューサｌは有利には、大きいリベット穴２
２により横軸線４４．４５の回りに片持ちレバー腕４２
．４３へ端で関節接続され、その結果特に秤量台におけ
る負荷の位置が偏心していることに起因する干渉トルク
なしに純粋な力がトランスジューサへ付与される。

トランスジューサ１は好ましくは、熱膨張係数の低い材
料から作られる。これは、例えば、Ｎｉ４２゜Ｃｒ５．
　Ｔｉ２．５．　ＡＩｏ、　５．３ｉｏ、　５、残部鉄
の組成を持つ“ＤＵＲＩＮＶＡＬ−Ｃ”合金、あるいは
ニッケル４１ないし４３．５％（＋コバルト）、クロム
４．９ないし５．７５％、チタン２．２ないし２．７５
％、アルミ０．３ないし０．８％、及び残部鉄（不純物
は無視）を含む“ＩＩ−ｌｌ−５ＰＡ　９０２”合金で
ある。これは銅−ベリリウム又は青銅−ベリリウム合金
とし、この場合、熱膨張係数及び弾性率に起因するドリ
フトが補償される。

第１３図ないし第１８図は第１図、第３図ないし第７図
の変形例であり、この場合、トランスジューサ５１のス
ペーサ５８．５９は互いに整合しかつ固定端末部分５０
’　Ａ、５０’　Ｈに終わる捩り腕５０Ａ、５０Ｂへ対
向関係に延出せしめられる。

これらは例えば前記分岐部と同じ幅を有する。これらの
腕の長さは好ましくは分岐部の長さの５０％ないし２０
０％である。

これらの図において、切り出された部分６５ないし６９
は縦方向ストリップ７０と７１．７０゜と７１°、７０
”と７１”を備え、これらのストリップはこの場合互い
に等しくなく、図面に従って配置された穴７２を含む。

捩り腕５０Ａ、５０Ｂは二重音叉の分岐部のカップリン
グ部材５４．５５及びトランスジューサの固定端末部域
５ｏ′Ａ、５６°　Ｂの間の捩りを補償することができ
る。

例えば、ロードセル３０の腕４２．４３へ関節接続され
るのはこれらの捩り部域である。

上記説明は非限定例として述べたものであること、及び
本発明の範囲から逸脱することなく多数の変形例が可能
であることは勿論である。例えば、図示しない実施例で
は、トランスジューサの振動分岐部はその中央に調速様
重錘を組み入れ、又は最大長さを有することができる。

可撓性分岐部を含む板ばねは、端部を有し、その幅は分
岐部の幅の数倍とし、一方、分岐部のかかる幅はかかる
板ばねの厚さの数倍とする（比では好ましくは実質的に
４に等しい）。

積層トランスジューサを構成する材料は好ましくは非磁
性（例えば、ステンレス鋼またはベリリウム−銅合金）
である。

励起装置及び周波数センサは好ましくは圧電二形態型（
ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂｉａｏｒｐｈｏｕｓ　
ｔｙｐｅ）である。

これらは分岐部の根部と面一になりながら分岐部の端部
により完全に担持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカドランスジューサの正面図、第
２図はその縦断面図、第３図ないし第７図は重畳後に第
１図のカドランスジューサの製造に使用される５個の偏
平部材の正面図、第８図は第３図及び第７図の拡大図、
第９図は第５図の拡入園、第１０図は第４図及び第７図
の詳細拡大図、第１１図は第２実施例における第４図及
び第６図のものと同様の部材の拡大図、第１２図は第１
図のカドランスジューサを含むロードセルの斜面図、第
１３図ないし第１７図は重畳後に本発明による他のトラ
ンスジユーサの製造に使用される５個の偏平部材の正面
図、第１８図は他のトランスジユーサの正面図である。 ２Ａ、２Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、　、、分岐部、１Ｏ１１
１，、、板ばね、　４，５，５４，５５゜９．カップリ
ング部材、　８，９，５８，５９．。 、スペーサ、　　１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ。 １．金属板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、端部で２個のカップリング部材（４、５、５４、５
   ５）へ取り付けた２個の等しい平行な分岐部（２Ａ、２
   Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ）を設けてカップリング部材へ縦方
   向に付与される力Ｆの振幅を表す固有周波数で課せられ
   た振動負荷に応答して曲げモードで位相対向関係に振動
   するようにした二重音叉型力トランスジューサにおいて
   、積層され、前記分岐部を形成する一定厚さの２枚の等
   しい金属ばね（１０、１１）から成り、前記分岐部より
   も大きい幅の端部（３Ａ、３Ｂ、３’Ａ、３’Ｂ）を含
   みかつ同じ厚さの２個の金属スペーサ（８、９、５８、
   ５９）により離間され、これらのスペーサおよびこれら
   の端部は前記カップリング部材内で取り付けられ、実質
   的に同じ外部プロフィールを有することを特徴とするト
   ランスジューサ。 ２、板ばねの端部は、これらへ取り付けられかつ実質的
   に同じ外部プロフィールを有する金属スチフナ及びアン
   カ板（１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ）により外部が
   境界付けられたことを特徴とする請求項１記載のトラン
   スジューサ。 ３、板ばね（１０、１１）及びスペーサは同じ厚みＥを
   有することを特徴とする請求項１または２記載のトラン
   スジューサ。 ４、スチフナ板、板ばね及びスペーサは同じ厚みを有す
   ることを特徴とする請求項３記載のトランスジューサ ５、同じ弾性材料から作られたシート（１０、１１、８
   、９、１２Ａ−１２Ｂ、１３Ａ−１３Ｂ）から形成され
   たことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに
   記載のトランスジューサ。 ６、リベット止めされ及び／又は接着剤で接合されたシ
   ート（２２）から形成されることを特徴とする請求項１
   ないし５のいずれか１つに記載のトランスジューサ。 ７、弾性分岐部（２Ａ、２Ｂ）は幅が一定であることを
   特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のト
   ランスジューサ。 ８、弾性分岐部（２’Ａ、２’Ｂ）は最小幅の中央部域
   （２８）を通じて合体する非一定幅の２つの対称半分体
   （２６、２７）により各々形成され、同じ最小幅の２つ
   の部域（２９、３０）によりカップリング部材へ結合さ
   れたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つ
   に記載のトランスジューサ。 ９、半分体は最小幅（Ｉ）の３倍ないし５倍である最大
   幅（Ｌ）を有することを特徴とする請求項８記載のトラ
   ンスジューサ。 １０、弾性分岐部の半分体は鋸歯形フランクを有するこ
   とを特徴とする請求項８又は９記載のトランスジューサ
   。 １１、スペーサ（５８、５９）は固定端末部域（５０’
   Ａ、５０’Ｂ）に終わる捩り腕（５０Ａ、５０Ｂ）によ
   り分岐部へ対向関係に延出せしめられたことを特徴とす
   る請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のトランス
   ジューサ。 １２、前記腕（５０Ａ、５０Ｂ）の長さは分岐部（５２
   、５２Ｂ）の長さの５０％ないし２００％であることを
   特徴とする請求項１１記載のトランスジューサ。 １３、端部がカップリング部材（４、５）により端部で
   接合された２個の平行な等しい弾性分岐部（２Ａ、２Ｂ
   ）を含む二重音叉型力トランスジューサを製造する方法
   であって、前記分岐部及び大きい幅の端部（３Ａ、３Ｂ
   、３’Ａ、３’Ｂ）を含む一定厚みの２枚の等しい金属
   板ばね（１０及び１１）を切り出し、前記端部と同じ一
   定厚みかつ実質的に同じ外形の１対のスペーサ（８、９
   ）を切り出し、これらのスペーサをこれらの板ばねの端
   （３Ａ、３Ｂ、３’Ａ、３’Ｂ）間に配置しこれへ取り
   付けて積層トランスジューサを得ることを特徴とする方
   法。 １４、スペーサと実質的に同じ外部プロフィールを有す
   るこれらの対の金属板（１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３
   Ｂ）を切り出し、スペーサへ及び板ばねの端へ取り付け
   ることを特徴とする請求項１３記載の方法。