JPH0552637A - 重量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で低コストで、しかも高精度で重量の測
定を行なうことのできる重量センサを提供する。 【構成】 被測定物１５を加振する第２の圧電素子１４
と、加振によって発生する被測定物１５からの反力を検
知する第１の圧電素子１２との間に、加振方向に対して
直角の方向に発生する収縮歪を吸収する板部材１３を設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体の重量を測定する重
量センサに係り、特に圧電素子を用いて高精度に重量測
定を行なうことのできる重量センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の重量を測定する従来の重量センサ
としては、例えば図５に示すようにばねのたわみを利用
したものが知られている。この重量センサは、図示しな
い被測定物を支持する支持台１と、一端が装置本体側に
固定され他端が支持台１の下部に連結された複数本のば
ね部材２と、支持台１が受けた荷重で変位したばね部材
２の変位量を測定する検出部３とからなっている。そし
て検出部３は支持台１の下端に固定されたコイル４と、
基台５に固定されコイル４の外周を囲む電磁石６とから
構成される渦電流式のものが多く用いられていた。

【０００３】上記構成の重量センサは、ばね部材２の変
位量が被測定物の荷重に比例することを利用したもので
あり、ばね部材２の変位量はコイル４と電磁石６との相
対位置の変化を、コイル４に誘起される電流値の変動で
検出することにより測定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成された従来の重量センサの構成によると、構
成要素が多いため形状が大きくなったり、製造コストが
高くなるという問題があった。特に家庭用電子レンヂな
どで用いられる重量センサは小型化、低コスト化が要求
されるので、上記構成の重量センサは不適当であった。

【０００５】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、小型で低コストで、しかも高精度で重量の測
定を行なうことのできる重量センサを提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の重量セ
ンサは、被測定物を加振する第１の圧電素子と、加振に
よって発生する被測定物からの反力を検知する第２の圧
電素子と、第１の圧電素子と第２の圧電素子との間に設
けられ、第１の圧電素子の加振方向に対し直角の方向に
発生する圧電歪を吸収する歪吸収手段とを具備したこと
を特徴とする。

【０００７】請求項２に記載の重量センサは、歪吸収手
段は板部材であることを特徴とする。

【０００８】請求項３に記載の重量センサは、歪吸収手
段は第１の圧電素子との接合部の面積が小さい部材であ
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１の構成の重量センサにおいては、第１
の圧電素子によって被測定物を一定の周期で加振し、こ
の加振によって発生する被測定物からの反力を第２の圧
電素子によって検知する。このとき第１の圧電素子の加
振方向に対して直角の方向に発生する圧電歪は歪吸収手
段により吸収されるので、この圧電歪は第２の圧電素子
には伝搬されず、第２の圧電素子は被測定物からの反力
による歪のみに比例する電圧を出力する。この結果被測
定物の重量を高精度で測定することができる。

【００１０】また歪吸収手段は請求項２に記載されたよ
うに板部材で構成してもよい。

【００１１】さらに請求項３の構成の重量センサにおい
ては、加振方向に直角の方向の圧電歪はほとんど第２の
圧電素子に伝搬されない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の重量センサの一実施例を図面
を参照して説明する。

【００１３】図１に本発明の一実施例の構成を示す。図
１において、基台１１上には第１の圧電素子１２が支持
されており、第１の圧電素子１２上には例えば板厚約５
mmのアルミニウム板で形成された歪吸収手段である板部
材１３を介して、同心上に第２の圧電素子１４が固定さ
れている。また第２の圧電素子１４上には被測定物１５
を搭載する支持台１６が取り付けられている。そして第
２の圧電素子１４は図示しない駆動手段によって正弦波
状に加振され、第１の圧電素子１２には第２の圧電素子
１４によって加振された被測定物１５の反力による出力
電圧を検出する図示しない検出手段が設けられている。

【００１４】次に本実施例の作用を説明する。図１に示
す重量センサにおいて、板部材１３が少なく１対の圧電
素子１２、１４が直接接合されている場合は、図２に示
すように加振用の第２の圧電素子１４の加振方向をｄ₁
とし、加振方向ｄ₁ に対して直角の方向をｄ₂ とすると
き、第２の圧電素子１４をｄ₁ 方向に加振すると同時に
第２の圧電素子１４にはｄ₂ 方向に収縮歪が発生する。
この収縮歪が接合面を介して第１の圧電素子１２に伝搬
し、被測定物１５が支持台１６上に搭載されていないと
きでも第２の圧電素子１２はこの収縮歪を検知する。こ
の結果図３を破線で示すように、無負荷のときに検出用
の第１の圧電素子１２から電圧Ｖ₁ が出力が発生する。
この電圧Ｖ₁ は負荷の増大とともに収縮歪を打ち消す方
向に反力が加わるので減少し、電圧０Ｖから再び出力が
増大する。従って出力特性が非線形となって高精度の反
力検出が困難であった。

【００１５】本実施例の構成によれば、第２の圧電素子
１４で発生する矢印ｄ₂ 方向の収縮歪は板部材１３によ
り吸収され、第１の圧電素子１２には伝搬されない。実
験によれば板厚５mmのアルミニウム板で構成された板部
材１３を両圧電素子１２、１４間に挾持固定することに
より、十分ｄ₂ 方向の収縮歪は吸収される。この結果第
１の圧電素子１２には被測定物１５が加振されたときの
反力による歪のみが発生するので、この歪に比例した電
圧を出力する。この電圧出力を検出することにより被測
定物１５の重量Ｗを高精度で測定できる。すなわち図３
に実線で示すように、検出電圧Ｖは重量Ｗに比例した線
形特性が保たれる。

【００１６】本実施例によれば、重量センサが２個の圧
電素子１２、１４で構成されており、構造が簡単で小型
軽量となり、コストを低減することができる。しかも両
圧電素子１２、１３間に板部材１３を設けて収縮歪を吸
収するようにしたので、被測定物１５の高精度の重量測
定が可能となる。

【００１７】また、歪吸収部材としては板部材１３の代
りに図４に示すように球状部材２１を用いてもよい。本
実施例によれば、圧電素子１２、１４は球状部材２１を
介して点接触をしているので、接合部面積が極端に小さ
くなり、収縮歪の伝搬をほとんどゼロにすることができ
る。

【００１８】なお、上記実施例で示した重量センサの構
成は一例を示したものであり、本発明の主旨を逸脱しな
い範囲で他の構成であってもよく、例えば加振用の第２
の圧電素子１４を検出用の第１の圧電素子１２の下にし
てもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の重量セン
サは、２個の圧電素子で構成し、１個の圧電素子で被測
定物を加振し、その反力を他の１個の圧電素子から電圧
出力として求めるようにしたので、構成が簡単となり小
型化、軽量化が可能となり、コストの低減を図ることが
できる。また両圧電素子間に歪吸収手段を設けたので、
加振時の収縮歪を吸収することができ、被測定物の重量
測定を高精度で行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の重量センサの一実施例の構成を示す説
明図

【図２】図１の加振用圧電素子の加振時の歪発生方向を
示す説明図

【図３】被測定物の重量と検出電圧との関係を示す線図

【図４】本発明の他の実施例の構成を示す説明図

【図５】従来の重量センサの一例の構成を示す説明図

【符号の説明】

１２ 第１の圧電素子 １３ 板部材（歪吸収手段） １４ 第２の圧電素子 １５ 被測定物 ２１ 球状部材（歪吸収部材）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を加振する第１の圧電素子と、
   加振によって発生する前記被測定物からの反力を検知す
   る第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子と第２の圧電
   素子との間に設けられ、前記第１の圧電素子の加振方向
   に対し直角の方向に発生する圧電歪を吸収する歪吸収手
   段とを具備したことを特徴とする重量センサ。
2. 【請求項２】 歪吸収手段は板部材であることを特徴と
   する請求項１記載の重量センサ。
3. 【請求項３】 歪吸収手段は第１の圧電素子との接合部
   の面積が小さい部材であることを特徴とする請求項１記
   載の重量センサ。