JPH02179430A - 動的力を検出するためのトランスジューサ及び、該トランスジューサを含み、計測及び／又は制御する装置及び方法 - 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】

この発明は、二つの機械的部品の対向する面間の動的（
ダイナミック）な力を検出するためのトランスジューサ
、及び該トランスジューサを用いてこのような力を測定
及び／又は制御する、方法及び装置に関する。

【従来の技術】

種々の技術分野の中で、そのうちの一つの例えば工作機
械の分野においては、強固に結合されるべき、二つの構
成あるいは機械的な部品間の連続的あるいは衝撃的な力
を測定するが必要である。 材料を加工する間に工作機械が及ぼす力は、工作機械の
疲労の増大に伴い大きくなる。工作機械に加えられる力
をモとりすることは、工作機械の能率に対する重要な指
標となり、工作機械の耐用期間の経過に伴う交換を可能
にする。このことが、工作機械が破壊し、この破壊に伴
い加工される材料片を損傷させるといったことを極小に
する。加工される材料片が高価であればあるほど、この
ことがより重要となる。自動化された機械装置におけろ
工作機械の疲労を制御することし又、重要であり、疲労
しきった工作機械を取り替えることにより、品質及び生
産性を維持できる。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、多くの場合、一般の独立したロードセルを使
用してこの種のα（定を行うことは不可能であり、その
理由は、固定的なサイズの対象物に導入しようとすれば
、機構の機械的動作変えるか、あるいはその機能方法を
変えなければならないからである。例えば、もし、ロー
ドセルを導入したことによりミル機械のヘッドが変更さ
れたとき、加工動作を遂行するのに必要である機械的な
強固な結合を維持するこができない。 それ故、この発明の第１の目的は、機械的部品の二つの
対向する面間に、機械的動作及び機能方法の双方の構成
を変えることなく、挿入できるトランスジューサを提供
することである。

【課題を解決するための手段］ この発明によれば、この目的は、少なくとも部分的に圧
電材料で作られた、少なくとも１枚の比較的に薄い要素
を本質的に含み、この要素は、上記の対向する面間にガ
スケットとして挟むことができ、そして、上記対向する
面間の動的な変化の結果、各々が上記対向する面に対応
する、二つの対向する面間に電位差を生じ、そして、こ
の要素には、前記電位差に対応する電気的信号を用いる
ための外部回路に前記対向する面を接続する、−対のリ
ード手段を備えた、トランスジューサによって達成され
る。 ここでいう動的な力とは、例えば１００秒に一回、ある
いは１／１００秒のサイクル（０、０１ｌ−１２）で生
じるような、静止状態に近い動的な力を含む。 外部の回路は、上述した電位差に対応する電気信号を用
いる。 この発明に基づいて作られたトランスジューサは、例え
ば一般のガスケットに対する取り替え品として、構造物
における二つの機械的部品の間に挿入され、構造を変化
することを必要としない。 好ましくは、圧電素子の材料は、ポリビニリデンフロラ
イド−２（ＰＶＦ２）、あるいは圧電素子の一方が共重
合体のような重合材料である。圧電の重合材料は、壊れ
ずかつ、シート状のものであり、そして、可撓性で比較
的に曲がりやすいものである。これらの特性は、通常は
平らであるが、平面の欠陥及び／又は表面に粗さ有する
ような面間のガスケットとして用いるのに適した材料と
なる。その理由は、ガスケットが重合材料で構成される
と、これらの欠点を補い、二つの対向する表面が不連続
の箇所を結合するより、むしろガス炉・ソトを覆うこと
で、二つの対向する面を均等に結合する。 その可撓性の性質故に、圧電性の重合ガスケットを、平
坦でない二つの表面間に挟むことができる。例えば、ガ
スケットを、軸のベアリングとこれに係合するハウジン
グの間に挟むことができる。 しかしながら、圧電素子の形状を平坦ではなく、例えば
タイル形状にすることも可能である。 電気の観点から見れば、圧Ｔ８．ｘＡ子は、キャパシタ
にたとえろことができ、圧電素子自身に生じる電荷は、
際立った直線性でらって該圧電素子に印加された圧力に
比例する。圧電トランスジューサは、動的な力が加えら
れたときのみ信号を出力する。このことは、圧電ガスケ
ットが予め静止した力が印加した測定装置として用いら
れるので有利な点となる。例えば、ガスケットを工作機
械のヘッド収納部と工具ホルダーとの間のごとく、強固
に結合している二つの機械的部品の間に挟むことができ
る。この場合、圧電トランスジューサが変動する数グラ
ムの動的な負荷さえら測定するのに要求される感度を失
わないように、二つの部品が相互に結合される。このよ
うな測定を、収縮による計測のロードセルを用いて行う
のは可能ではない。 もし、収縮計測のロードセルを、２００Ｋｇの結合力で
もって二つの部品の間に挟んだとき、もはや数グラムの
ような負荷を測定することはできなしかしながら、圧電
トランスジューサは、動的な力あるいは圧力変化の結果
としてのみ信号を出力できるので、この信号を利用する
には、ある技術が必要となる。 この発明は又、圧電素子を含む装置及びこれに関連する
外部回路に関する。 装置は、圧電素子のよって注入される（衝撃的な力の信
号に比例する）電気信号のピークを取るようにしてもよ
く、あるいは、二つの対向する機械的部品の表面間の時
系列的な衝撃力に順に対応して時間経過を示す信号の包
絡線に対応する信号を採用してもよい。 更に、この発明は、対向する機械的部品の表面間に、動
的なピーク力あるいは繰り返しの動的力が所定のしきい
値を超過したときを決定するために圧電素子を使用する
方法に関する。 この発明は、添付した図面と共に以下の詳細な記述を読
むことによってより理解されるであろう。 尚、ここで記したものは一例であって限定するらのでは
ない。 【実施例】 第１図ないし第４図は、それぞれ異なった形状に構成さ
れた４個のトランスジューサを示し、各々がこの発明の
一実施例を示している。各々のトランスジューサは、比
較的に薄く、かつ可撓性のあるシートを含む。 第１図のトランスジューサは、帯状あるいは板状に形成
されている。第２図のトランスジューサは、円板に形成
されている。第３図のトランスジューサは、平坦でリン
グ状の形状を有する。第１図ないし第３図のトランスジ
ューサは、該トランスジューサの全体もしくは一部に、
第５図及び第６図に示したような構成を有する。 第４図は、平坦でリング状の形状をなすガスケットであ
る。この第４図のトランスジューサは、ガスケット１０
の構成において第３図のトランスジューサと異なり、こ
のガスケット１０は、９０°の各位置角の４つの箇所に
圧電索子１２が設けられており、その各々が第５図ある
いは第６図図示のものと同じ構成を有する。第４図図示
のようなトランスジューサの好ましい使用は後で説明す
る。 第５図は、例えば第１図ないし第３図図示の実施例のよ
うな種々の形状に形成できるトランスジューサ、もしく
は、第４図のトランスジューサの領域１２の一つの構造
を含むことのできるトランスジューサ、の構造を示す縦
断面図である。 この第５図のトランスジューサは、基本的な素子として
、好ましくは、ポリビニリデンフロライド−２（１’Ｖ
Ｆ２）のような重合材料による圧電材料、もしくはその
共重合体の一つよりなる、薄い介在層（圧？１Ｂ）１４
を含む。層■４は、外側の導電層１６及び１８からなる
積層構造の中間層を形成する。層１６及び１８は、圧電
層１４のそれぞれの面に設けられる。この層１６及び１
８は、例えば圧電層！４に接着されるスチールシートの
ような金属のシートを含むことができる。これとは別に
、層１６及び！８は、層１４を金属化することによって
得てもよい。もし、金属シートが接着されたとき、使用
される接着剤は必ずしし電気的に導電性である必要はな
い。その理由は、圧電層１４は、キャパシタの誘電体と
等価であり、導電層１６及び１８は、キャパシタの導体
と等価であるためである。 圧ｆｆ１５１４が矢印Ｆの向きの成分を有する力あるい
は圧力の変化を受けたとき、対向する二つの面間に電位
差が生じる。電気リード線２０及び２２は、例えば半田
の手段でもって導電材料の１６及びｔ８の各々の層に個
々に接続される。リード線２０及び２２は、上述した対
向する而を、上述した電位差に比例する電気信号を用い
る回路に接続する。このような回路の例は第１２図ない
し第１５図に示されている。 ある適用例に対しては、圧７ＴＪ１４及び導’Ｍ４Ｉ６
及び１８のみを含むトランスジューサで十分である。し
かし、圧電装置からの負荷に対する変換は、キャパシタ
の場合のごとく、回路上にある問題点があり、問題点の
一つは、装置が高インピーダンスであり、それ故、電気
的ノイズを拾い易いということである。電気的ノイズに
対する影響の受は易さは、この発明によるトランスジュ
ーサが個々に企てられる応用において、より大きく拡大
される。例えば、工作機械に使用されるトランスジュー
サは、該工作機械に流れる大きい交流電流による磁界及
び重量のある電気モータが近くに存在することに起因し
て生じるノイズに特に影響を受易い。それ故、利用され
ない信号を作る電気ノイズを避けるために、第５図に示
したように、トランスジューサがシールドされる。 第５図を参照すると、隔離層２４及び外側の導電材料層
２６の手段によってシールドが行なわれている。隔離層
２４は、屓１８と層２６との間に配される。隔離Ｆ！２
４は、マイラ、カプトン、Ｐ■Ｃ，テフロン及び非圧電
ＰＶＣを含むいずれの誘電体重合フィルム材料であって
もよい。層２４は、好ましくは、特定の応用に対ずろ必
要性に合致するよう選択される。 第５図に示された層は、全体にわたり、およそ０　、３
１１１ｍの厚さを育し、外側の層２６は、外側の屓Ｉ６
と同じ性質及び材料である。シールドの目的のために、
外側の導電層１６及び２６は、電気的に相互接続される
。Ｆｆ！ｒ　Ｉ　６及び２６が金属シートを含むならば
、これらの屓は、好ましくは相互の半田付け２８の手段
によって接続される。外側の金属（導体）層１６及び２
６は、工作機械に用いられたときは、例えば、二つの対
向する金属表面の間を包囲するために用いられ、これに
より接地される。この場合、介在する導電性材料の層１
８からなる内部のコーティングによりノイズ信号が除去
されるのでこの層１８は、電気の観点から見れば、有効
的なシールドを与える。 第６図は、内部にインピーダンス整合回路を備えた、こ
の発明のトランスジューサの一実施例を示しており、こ
の回路は、同時に信号処理を実行する。トランスジュー
サのインピーダンス整合、つまり、トランスジューサの
インピーダンスを下げることは、環境下における電気的
ノイズに対する影響を最小にする別の方法である。イン
ピーダンスの整合を、信号源にできる限り近い箇所で行
うのが有利となる。 第６図の部品で第５図におけろ部品に対応するものには
同じ番号が付されている。石の形状を何するマイクロ回
路３０は、外側の層１６に設けられている（第１図ない
し第４図ら同様）。マイクロ回路３０は、インピーダン
スの整合を行う。電気リード線２０及び２２は、層１４
及び１８を回路３０の入力部に接続する。ギガオームの
入力インピーダンスは、マイクロ回路３０によっておよ
そ数オームのインピーダンスに低められる。このように
、出力導体３２を介して利用できる回路に送給される信
号は、生じたいかなる電磁ノイズに対してもかなりに影
響を受けにくくなる。導体３２は、又、マイクロ回路３
０への電流給電の必要性を示している。別の実施例では
、マイクロ回路３０は、３層のみからなるトランスジュ
ーサに使用してもよい。この実施例では、マイクロ回路
３０は、導体層１６に接近して配され、電気リード線２
０及び２２によって圧電層１４及び第２の導電層１８に
接続される。 一つの実施例では、第７Ａ図を参照すると、マイクロ回
路３０は、電界効果トランジスタ（ＦＥ′Ｉ′）を有し
、このＦ　Ｅ　１’は、トランスジューサで生じた信号
を同時に前置き増幅（１１ｉ処理）し、かつ、信号自身
のインピーダンスの整合を行う。トランスジューサの層
１８は、ｋＴましくは、電気リード線２２によってＦＥ
Ｔのゲート端子に電気的に接続される。トランスジュー
サの層１４は、リード線２０によって接地される。Ｆ　
Ｅ　Ｔのドレイノ端子は、出力電気信号を出力し、そし
て好ましくは、抵抗Ｒｄを介して電圧源■に接続されろ
。Ｆ　Ｅ　Ｔのソース端子は、好ましくは第２の抵抗Ｒ
ｓを介して接地される。抵抗Ｒｄ及びＩｔｓの抵抗値は
、所望の増幅率を得るために随色に選ばれろ。しし、イ
ンピーダンスの整合のみ（つまり増幅なし）を希望する
ならは、ＦＥＴのソース端子は抵抗を介さず接地される
。 第７Ｂ図に示したマイクロ回路３０の別の実施例は、例
えば、はぼ０．０１Ｌｌｚ近傍の周波数で起きる静止状
態に近い動的力をモニタするために使用される。マイク
ロ回路３０のこの実施例では、好ましくは電気リード線
２２は、トランスジューサを抵抗Ｒ２を介して演算増幅
Ｃ３４の負入力端子に接続する。演算増幅器３４の正入
力端子は好ましくは、抵抗Ｒ３を介して接地される。フ
ィードバックループは、演算増幅器３４の出力端子と負
入力端子との間に形成される。このフィードバックルー
プは、キャパシタＣ１と並列に接続された抵抗Ｒ１を含
む。抵抗１１１．Ｒ２及びＲ３及びキャパシタＣｔの値
は、回路の増幅率に依存するが、好ましくは、抵抗ＲＩ
Ｊｔ２及びＲ３は、それぞれ１０１１オーム、４７オー
ム及び１０目である。 第８図及び第９図は、この発明による圧電ガスケット（
第３図図示）の適用例を示す。ミル機械あるいはドリル
機械の、縦軸シャフトを有するヘッド３９の底部には固
定用フランジ３８が設けられる。ボルト締め付は用フラ
ンジ４２を備えた６軸ホルダー４０は、固定用フランジ
３８でもってヘッド３９に結合される。一つのドリル用
のきり刃を有する突出ミル４４は、６軸ホルダー４０の
心棒あるいはチャック４６に装着される。 固定フランジ３８とボルト締め付は用７ランジとの間に
挟まれる通常のリング状のガスケットは、この発明によ
る圧電ガスケット４１に取り替えられろ。らしガスケッ
ト４１にマイクロ回路３０を備えているならば、マイク
ロ回路３０が損傷しないように、はんのわずかたけ機械
の変形が必要となり、ガスケット４１のマイクロ回路３
０のスペースのために固定用フランジ３８に小さい切り
込み４８が設けられる。第８図及び第９図のガスケット
４１は、フランジ３８及び４２のそれぞれの対向する面
５０及び５２間に生じる軸方向（第９図の矢印Ｆ）の動
的力に感知する。 別の実施例では、第８図及び第９図のようなミル機械あ
るいはドリル機械のガスケット４１は、第４図に示した
ようなガスケットを用いろことができる。この場合、圧
電素子１２の領域は、軸方向の動的力のみでなく、側方
の動的力及び個々の向きを検知できる。 第１０図は、例えば工作機械の回転軸５４によりて与え
られる半径方向の動的力“Ｒ“を検知する圧電トランス
ジューサの適用例を示している。内部に回転軸５４か貫
通する立設の機構５６が示されている。ブッシング５８
が回転軸５４と機構５６との間に設けられ、このブッシ
ング５８は、機構５６の円筒状ハウジング６０内に挿入
される。 この発明によるトランスジューサ６２は、ブッシング５
８とハウジング６０との間に配される。 トランスジューサ６２は、第１図及び第２図のような板
状もしくは帯状のものを含むことができ、理由としては
、それらの可撓性故に、湾曲した形状やタイル形状にす
ることができるためである。 トランスジューサ６２は、両方向の矢印Ｒの向きの半径
方向の動的力を検出できるように設けられる。 第１ｆ図は、ドリルあるいはミル動作−において、典型
的な動的力Ｆの時間経過を示している。最初の期間ｔ１
では、工具の初期動作に基づく初期ピーク力が生じてい
る。これに続く期間ｔ、では、力Ｆは比較的一定であり
、パワーがうまく伝達している期間である。この発明に
基づくトランスジューサは、期間ｔ１の期間に作用した
ピーク力、及び期間ｔ、に作用した比較的一定の力を検
出するのに適している。 第１２図は、トランスジューサに作用するピーク力もし
くは、より一般的な衝撃力を検出するための装置を示し
ている。この装置は、シールドされた圧電トランジスタ
７０、フロントエンド増幅器７！、ゲインをプログラム
できる増幅器７２、及び前記増幅器７２の出力を人力と
するしきい値比較器７４を備える。７６は、比較器７４
に対するしきい値を示している。増幅器７２のゲインを
選択可能としたことにより１．より多くの信号レベルの
“読み”が可能となる。 圧電トランスジューサ７０によって人力された電気的ピ
ーク信号は増幅器７２で増幅された後、比較器７４によ
って所定のしきいｖｉ７６と比較され、比較器７４の出
力部７８に、計測信号及び／又は制御信号が出力される
。この最後の信号は、工作機械を停止させるための警報
指示あるいは池の目的のために供給使用される。 第１２図の回路は、加工片の一端を連続的に加工処理す
る旋盤のような工作機械の場合に特に有用である。この
場合、工作機械が加工片を加工する開始時の処理に生じ
るピーク力が、工作機械の重大な疲労を示す。 第１３図は、第１１図の期間ｔ、にある信号を用いる装
置を示している。この信号は、ドリルの刃やミル装置の
カッターのような工作機械で種々の端面を加工したとき
の典型的な信号である。加工片の処理の期間、力のピー
クは、加工片に対する工具刃の可動の周期に呼応する周
期に生じるものである。第１３図（及び第１４図及び第
１５図）の装置は、工作機械の稼動期間に重要な信号を
得るために、繰り返される衝撃力を正確に検出する。 第１３図の回路において、圧電トランスジューサ８０の
出力は、ゲインが選択できる増幅器８２（第１２図の増
幅器７２に類似）の入力部に印加される。増幅器８２の
以降には、第２図の初期の期間１＋のピーク信号を除去
するローパスフィルタ８２が接続される。このピーク信
号は、加工片に対する刃が作用する開始時に対応する。 このピーク信号は、しきい値回路を不適当にトリップさ
せるので好ましくない。別の実施例では、刃と加工片と
の衝突を検知して刃の損傷を検出するために、ローパス
フィルタをバイパスずろことができろ。 この回路がその目的に使用されたとき、回路の応答時間
が重要なパラメータとなる。刃及び加工片への損傷を避
けるためには、高速の応答が必要となる。 ローパスフィルタ８４の以脩には、包絡線検出器（いわ
ゆるピークからピークの検出器）８６が続く。包絡線検
出器８６は、増幅器８２による増幅に基づき、トランス
ジューサ８０から、第１１図の期間ｔ、の間に入力され
る繰り返しの動的力の信号のみを受は取る。これらの信
号から、検出器８６は、繰り返し信号の包絡線に呼応す
る包絡線の信号を発生する。包絡線検出器８６は又、工
作機械の構造物の機械的振動によって生じろノイズから
再生する機能を有している。フィルタを通した包絡線信
号は、次に決定手順に基づき処理され、そして、この後
、アナログのしきい値比較器８８の入力部に印加される
。比較器８８のしきい値入力は、番号９０によって示さ
れる。もし、包絡線信号が所定のアナログのしきい値９
０を超過したとき、計測信号及び／又は制御信号が、比
較器８８の出力部９２に出ツノされる。出力部９２の信
号は、第１２図の回路に関して述べたと同じ目的のため
に利用される。 第１４図は、第１３図の変形例を示している。 図中の素子８０，８２．８４及び８６は、第１３図にお
ける同じ番号のものと同等のらのである。包絡線検出器
８６の以降には、アナログ／デジタル変換器９４が接続
される。変換器９４は、バッファ９６の手段によってデ
ジタルデータを、矢印９８によって示したように、例え
ば記憶装置のようなデータ処理システムに直接に転送す
る。好ましくは、決定論理回路も又、変換器９４に接続
される。 デジタルしきい値比較器１００は、第１３図の比較器８
８と同じ機能を有し、その機能を実行する。 矢印１０２は、バッファ１０４の手段を介して比較器１
００の人力部に入力されるしきい値を示す。 バッファ回路１０６は、比較器＋００の出力部にあり、
このバッファ１０６を通して（デジタル化された）包絡
線信号が出力１０８として送出される。出力１０８は、
第１２図の回路に関して述べたと同じ目的のために用い
られる計測信号及び／又は制御信号である。 第１５図は、第１４図の回路の変形例を示している。同
−及び同等の素子は同一の番号８０．８２．８４．８６
及び９４を付している。トランスジューサ８０のような
圧電トランスジューサは、信号の連続的なドリフトの現
象にしばしば直面する。 そこで、（第１１図の期間ｔ、の）加工の間における連
続的な力成分の情報を保持するために、このような現象
を補償するのが望ましい。 マイクロプロセッサ＋１０は、信号のドリフトを補償す
る。このマイクロプロセッサ１１０は、破線の領域の回
路１１２で示される信号処理シーケンスの一部である。 このシーケンスは、マイクロプロセッサ１１０とは別に
、論理回路＋１４及びデジタル／アナログ変換器１２０
を含む。回路１１２は、システムの停止時の期間及び、
マイクロプロセッサ１１０によって制御される所定の時
間間隔てらって、変換器９４によってデジタル化された
、不動作の位置にあるシステムのゼロ−比較信号の傾斜
あるいはドリフトを読み込む。この信号傾斜は、補間法
により一旦認識されると、ドリフトを補償する信号に変
換される。一方、システムの動作時、トランスジューサ
８０よりのデジタル化された、補償信号は連続的に取り
込まれ、このようにしてドリフトの影響が補償される。 ンステ１２の機能時及びオフ位置の状聾は、バッファ回
路＋１６の手段による信号１１Ｂによってマイクロプロ
セッサ１１０に取り込まれる。 ドリフトの傾斜は、温度のごとく、予知できず、連続的
にモニタが必要となる、制御できないパラメータに依存
しているので、上述した補ｆｒｔは、時間間隔にむしろ
接近したときに行なイつれ、論理回路！！４は、システ
ムの停止時の間の所定の時間間隔で傾斜の値を調べ、補
償値を更新する。 この発明の実施例では、マイクロブ［１セツザ１１０に
よって入力されるデジタル信号は、変換器１２０によっ
てアナログ信号に転換され、そして第１３図の回路のご
とく、しきい値比較器１２２に供給される。比較器１２
２の出力信号は、第１２図、第１３図及び第１４図に関
して述べたと同じ目的のために用いられる。 上記の実施例は、この発明の主な点を単に述べたもので
あり、当業者にとってはこの発明の範囲及び主旨からそ
れることなく、種々の変形例の実施が可能であるという
ことが理解されるであろう。 【発明の効果］ 以上説明したように、この発明によるトランスジューサ
は、可撓性の薄片状の圧電材料にて構成したので、例え
ば機械的部品の対向する面間に、該機械構成を変えるこ
となく、ガスケットとして挟むことができ、各種の動的
な力を検出できる。 又、このトランスジューサを用いた装置にれば、動的な
ピーク力及び繰り返しの力が所定値を超過したかの検出
を可能としたので、この装置を工作機械に適用すること
により、加工状況を検知でき、工作機械を非常停止させ
たり、刃の交換時を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、この発明に係わる圧電ガスケッ
トの４つの型を示す斜視図、第５図は、第１図ないし第
４図の装置を示す、拡大比率を変えた拡大断面図、第６
図は、この発明の別の実施例を示す拡大断面図、第７図
Ａ及び第７図Ｂは、この発明に係わる前置増幅回路の一
実施例を示す回路図、第８図は、ドリルヘッドに装着さ
れる第３図図示のガスケット及び、該ガスケットによっ
て導かれる信号を処理するための装置を示す斜視図、第
９図は、第８図図示のドリルヘッドの軸方向における部
分断面図、第１０図は、この発明による圧電ガスケット
を用いた、円形の軸ベアリングを示す横断面図、第１１
図は、ミル機械あるいはドリル機械のような機械的な処
理における動的力の時間的な変化特性を示すグラフ、第
１２図は、この発明による圧電トランスジューサを含み
、衝撃力の信号を検出するために使用される装置の回路
図、第１３図ないし第１５図は、この発明による圧電ト
ランスジユーサを含み、繰り返しの動的力を検出するた
めに使几ｌされる装置の一実施例を示ずブ（１ツク図で
ある。 ＩＯ・・・ガスケット、１２・・・圧電素子、１４・・
・圧電層、１６．１８・・・導電層、２０．２２・・・
電気リード線、２４・・・隔離層、２６・・・導電材料
層、２８・・・半田付け、３０・・・マイクロ回路、３
２・・・出力導体、３４・・・演算増幅器、４１・・・
ガスケット、６２．７０．８０・・・トランスジューサ
、７１．８２・・・増幅器、７２・・・演算増幅器、７
４・・・ｌ器、８４・・・ローパスフィルタ、８６・・
・包絡線検出器、８８　比較器、９４・・・Ａ／Ｄ変換
器、」００・・・比較器、１１０・・・比較器、＋１４
・・・論理回路、１２０・・・Ｄ／Ａ変換器、１２２・
・・比較器。 ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７Ｂ ＦＩＧ、９ ＦＩＧ、８ ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、１１

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）機械的部品の二つの対向する面（５０．５２）間
   の動的力を検出するトランスジューサであって、 少なくとも部分的に圧電材料で作られた、少なくとも１
   枚の比較的に薄い要素（３４）を本質的に含み、この要
   素（３４）は、上記の対向する面（５０、５２）間にガ
   スケットとして挟むことができ、そして、上記対向する
   面（５０、５２）間の動的な変化の結果、各々が上記対
   向する面（５０、５２）に対応する、二つの対向する面
   間に電位差を生じ、そして、この要素（３４）には、前
   記電位差に対応する電気的信号を用いるための外部回路
   に前記対向する面（５０、５２）を接続する、一対のリ
   ード手段（２０、２２）を備えたことを特徴とするトラ
   ンスジューサ。
2. （２）圧電材料は、重合材料である請求項１記載のトラ
   ンスジューサ。
3. （３）重合材料は、ポリビニリデン　フロライド−２（
   ＰＶＦ２）もしくはその共重合体である請求項２記載の
   トランスジューサ。
4. （４）圧電素子は、積層構成における介在層（１４）で
   あり、導電材料にてなる一対の層（１６、１８）の相対
   する面間に介在する請求項１ないし３のいずれかに記載
   のトランスジューサ。
5. （５）圧電素子は、積層構成の一部であり、該積層構成
   は、第１の外層、導電材料層（１６）、上記圧電素子（
   １４）、介在する第２の導電材料層（１８）、絶縁層（
   ２４）及び導電材料による外層（２６）を順に含み、前
   記二つの層（１６、２６）は、リード手段の一方（２０
   ）に接続されるとともに遮蔽の目的のために、相互が電
   気的に接続され、前記第２の層（１８）は、一対の他の
   リード手段（２２）に接続される、請求項１ないし３の
   いずれかに記載のトランスジューサ。
6. （６）ガスケットは、信号処理及び／又はインピーダン
   ス整合の目的のための、層形状を有すマイクロ回路（３
   ０）を含み、該マイクロ回路（３０）の一端が前記リー
   ド手段（２０、２２）に接続され、他端が、該マイクロ
   回路（３０）を励起するとともに上記外部回路に接続す
   るための導体（３２）に接続される請求項１ないし５の
   いずれかに記載のトランスジューサ。
7. （７）ガスケットは、比較的に可撓性の薄片よりなる請
   求項２ないし６項のいずれかに記載のトランスジューサ
   。
8. （８）計測及び／又は制御の目的のために、機械的部品
   （３９、４０）の二つの対向する面（５０、５１）間の
   個々の衝撃的な力を検出する装置であって、 請求項１ないし７のいずれかの少なくとも一つのトラン
   スジューサ（７０）と、前記トランスジューサ（７０）
   で生じたピーク信号が供給される、外部の計測及び／又
   は制御回路とを含み、前記信号は、個々の衝撃的な力に
   対応していることを特徴とする装置。
9. （９）トランスジューサ（７０）と該トランスジューサ
   に対応する外部回路との間に挿入され、ピーク信号が所
   定のしきい値を超過したときに外部回路に計測及び／又
   は制御信号を供給する比較器（７４）を更に含む請求項
   ８記載の装置。
10. （１０）計測及び／又は制御のために、機械的部品（３
    ６、４０）の二つの対向する面（５０、５２）間の繰り
    返し衝撃力を決定するための装置であって、請求項１な
    いし７のいずれかの少なくとも一つのトランスジューサ
    （８０）と、トランスジューサ（８０）で生じた繰り返
    しの信号が供給され、繰り返しの信号の包絡線に対応す
    る包絡線信号を発生する、包絡線検出器（８６）と、前
    記包絡線検出器（８０）に対応し、包絡線信号が供給さ
    れる、外部の計測及び／又は制御回路を備えたことを特
    徴とする装置。
11. （１１）個々の過渡的な衝撃力及び生じ得る振動ノイズ
    を排除するために、トランスジューサ（８０）と包絡線
    検出器（８４）との間に挿入されたローパスフィルタ（
    ８４）を更に含む請求項１０記載の装置。
12. （１２）包絡線信号が所定のしきい値を超過したとき、
    計測及び／制御信号を後段の回路に供給するために、包
    絡線検出器（８６）と、該包絡線検出器（８６）に対応
    する外部回路との間に挿入されるしきい値比較器（８８
    、１００、１２２）を更に含む請求項１１記載の装置。
13. （１３）包絡線信号のドリフトを検出し補償するための
    手段（１１２）を含む請求項１０ないし１２のいずれか
    に記載の装置。
14. （１４）ドリフト検出手段及び補償手段は、衝撃力を含
    まない期間における背景の信号を採取し、そしてこの信
    号から補間処理を施して、衝撃力の存在する期間の包絡
    線信号から引き出したドリフト補償信号を作成する、サ
    ンプリング手段（１１４）を含む請求項１３記載の装置
    。
15. （１５）トランスジューサの使用による、機械的部品（
    ３６、４０）の二つの対向する面（５０、５１）間の動
    的なピーク力が、所定のしきい値を超過したときを決定
    するための方法であって、 請求項１ないし７のいずれかのトランスジューサを、上
    記対向する面（５０、５１）間に接触して挿入し； 前記トランスジューサで生じた電気信号を増幅し； 前記増幅された電気信号所定の基準しきい値信号と比較
    し； そして、前記電気信号が前記基準しきい値信号を超過し
    たとき、動的ピーク力に対応する出力信号を発生させる
    ； ステップよりなることを特徴とする決定方法。
16. （１６）機械的部品（３６、４０）の二つの対向する面
    （５０、５１）間の繰り返しの動的力が所定のしきい値
    を超過したときを決定するための方法であって、 前記繰り返しの動的力に応答して繰り返しの電気信号を
    発生できるように、請求項１ないし７のいずれかに記載
    のトランスジューサを前記対向する面（５０、５１）間
    に接触して挿入し； 前記トランスジューサで生じた電気信号を増幅し； 増幅された電気信号をローパスフィルタにて処理し； ローパスフィルタの処理後の前記繰り返しの電気信号に
    対応する包絡線信号を発生させ； 前記包絡線信号を所定の基準しきい値信号と比較し； そして、前記包絡線信号が前記所定の基準しきい値信号
    を超過したとき、出力信号を発生させる；ステップより
    なることを特徴とする決定方法。
17. （１７）前記包絡線信号を比較するステップと、出力信
    号を発生させるステップは更に、 前記包絡線信号をデジタル信号に変換し； 信号のドリフトを補償するために、前記デジタル信号に
    ゼロ−比較補償信号を印加し； 補償されたデジタル信号を補償されたアナログ信号に変
    換し； 前記補償されたアナログ信号を所定の基準しきい値信号
    と比較し； そして、前記補償されたアナログ信号が前記基準しきい
    値信号を超過したとき、出力信号を発生させる； ステップを含む請求項２２記載の決定方法。