JPS5821532A - 振動式力変換器 - Google Patents
振動式力変換器Info
- Publication number
- JPS5821532A JPS5821532A JP12049181A JP12049181A JPS5821532A JP S5821532 A JPS5821532 A JP S5821532A JP 12049181 A JP12049181 A JP 12049181A JP 12049181 A JP12049181 A JP 12049181A JP S5821532 A JPS5821532 A JP S5821532A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating
- length
- force
- flexure
- pair
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/10—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
- G01L1/106—Constructional details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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。
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、与えられる力（圧縮力、引張力）を周波数信
号に変換する振動式力変換−に関するものである。更に
詳しくは、本発明は、本願発明者らが先に特原昭５ｉｎ
−４１８９９号で提案した力変換器を改良し、製作が容
品で、変換感度の高い振動式力変換ＩＨＣ関するもので
ある。
号に変換する振動式力変換−に関するものである。更に
詳しくは、本発明は、本願発明者らが先に特原昭５ｉｎ
−４１８９９号で提案した力変換器を改良し、製作が容
品で、変換感度の高い振動式力変換ＩＨＣ関するもので
ある。
本発明に係る麦換器は、中心軸に対して対称となるよう
に平行ｋＥ置される一対の摂動片と、この一対の振動片
の端部なそれぞれ結合する結合片と、この結合片と取付
部（固定部）とを連結するフレクシャ部とからなり、こ
のフレクシャ部を断面円形状とするとともに、このフレ
クシャ部の長さを振動片の固有振動周波数の波長λに対
して、嫌ばλ／２に相当した支持をするこ・とを特徴と
するものである。
に平行ｋＥ置される一対の摂動片と、この一対の振動片
の端部なそれぞれ結合する結合片と、この結合片と取付
部（固定部）とを連結するフレクシャ部とからなり、こ
のフレクシャ部を断面円形状とするとともに、このフレ
クシャ部の長さを振動片の固有振動周波数の波長λに対
して、嫌ばλ／２に相当した支持をするこ・とを特徴と
するものである。
第１図は本発明の一実施例な示す構成説明図で、（４）
は正面図、伸）４薫側面図、（Ｃ）は斜視図である。
は正面図、伸）４薫側面図、（Ｃ）は斜視図である。
これらの図′において、１は摂動体を代表して示し、と
の摂動体は、中心軸Ｃｌｋ対し【対称で、かつ互いに平
行な一対の板状緩動片Ｈ，１２と、この一対の板状損動
片１１，１２のそれぞれの端部な結合させる結合片１ｉ
１．１４とをもっている。この例では、−偶の角柱体か
らこれらを削り出して形成した場合を示すもので、長手
方向に沿って設けた切削透孔１５によって中心に対して
対称で、かつ平行な一対の摂動片１１．１２を形成し、
また、透孔１５０両端残部Ｋ“よって結合片１３．１４
を形成している。
の摂動体は、中心軸Ｃｌｋ対し【対称で、かつ互いに平
行な一対の板状緩動片Ｈ，１２と、この一対の板状損動
片１１，１２のそれぞれの端部な結合させる結合片１ｉ
１．１４とをもっている。この例では、−偶の角柱体か
らこれらを削り出して形成した場合を示すもので、長手
方向に沿って設けた切削透孔１５によって中心に対して
対称で、かつ平行な一対の摂動片１１．１２を形成し、
また、透孔１５０両端残部Ｋ“よって結合片１３．１４
を形成している。
ここで、一対の振動片１１，１２間の距離ｄは、１．５
−以上とすることが望ましい。
−以上とすることが望ましい。
２１．３１は一端がそれぞれ結合片１ｉＳ、１４ＴＫ接
続されたフレクシャで、これには断面円形状のものが使
用される。４．５は取付部（固室部）で、ここでは円柱
収めものが使用されており、フレクシャ２１、３１の他
端が接続され、フレクシャ２１．５１を介して一対の振
動片１１．１２に対して検出すべき力８が与えられてい
る。ここで、フレクシャ２１．３１において、その長さ
く連結片１３．１４と、取付部４゜５の接続点間）ｌは
、特に、振動片の振動周波数の波長λに対して、はばλ
／４に和尚した長さに選定しである。
続されたフレクシャで、これには断面円形状のものが使
用される。４．５は取付部（固室部）で、ここでは円柱
収めものが使用されており、フレクシャ２１、３１の他
端が接続され、フレクシャ２１．５１を介して一対の振
動片１１．１２に対して検出すべき力８が与えられてい
る。ここで、フレクシャ２１．３１において、その長さ
く連結片１３．１４と、取付部４゜５の接続点間）ｌは
、特に、振動片の振動周波数の波長λに対して、はばλ
／４に和尚した長さに選定しである。
６は摂動片１１に取付けた励損手段、７は振動片１２に
取付けた振動検出手段で、これらは増巾器８、摂動体１
とともに発振回路を形成している。励撰手段６、振動検
出手段７としては、例えば圧電素子を用いることができ
る。９は振動体１を含んで形成された発振回路の発振周
波数を測定する周波数ＩＩＩ％！器を示している。
取付けた振動検出手段で、これらは増巾器８、摂動体１
とともに発振回路を形成している。励撰手段６、振動検
出手段７としては、例えば圧電素子を用いることができ
る。９は振動体１を含んで形成された発振回路の発振周
波数を測定する周波数ＩＩＩ％！器を示している。
このよ５に構゛成される力検出器において、変換すべき
力８が、図示するようｋＷ付部４，５を介して振動体１
に軸力として与えられ、しかもとの力８が変化するもの
とすれば、振動体１の共振周波数ｔは、（１）式で表わ
される。
力８が、図示するようｋＷ付部４，５を介して振動体１
に軸力として与えられ、しかもとの力８が変化するもの
とすれば、振動体１の共振周波数ｔは、（１）式で表わ
される。
Ｌ！
ただし、１〉絢・■・８ とする。
ここで、Ｌ：摂動片１１．１２の長さ
１ニ一動片１１．１２の縦弾性係数
１′−振動方向に直角な主軸に関する断面２次峰−メン
ト ｔ：重力加速度 β：振動片の書度 ム：ＩＩ動片の断面積 ８：軸力（変換すべき力、圧縮力な正 とする） Ｋ＋＋ ｋ ’ １１動体の支持条件と振動モードで決
まる定数 （１）式から明らかな通り、振動体１の共振周波数は、
変換すべき力Ｓに対応して変化し、発振回路の発振周波
数も変化することとなる。したがって、この発振周波数
ｆを周波数測定器９で測定すれば、振動体１に与えられ
る軸力８の値を知ることができる。
ト ｔ：重力加速度 β：振動片の書度 ム：ＩＩ動片の断面積 ８：軸力（変換すべき力、圧縮力な正 とする） Ｋ＋＋ ｋ ’ １１動体の支持条件と振動モードで決
まる定数 （１）式から明らかな通り、振動体１の共振周波数は、
変換すべき力Ｓに対応して変化し、発振回路の発振周波
数も変化することとなる。したがって、この発振周波数
ｆを周波数測定器９で測定すれば、振動体１に与えられ
る軸力８の値を知ることができる。
第２図は、第１図に示す振動体の基本構造である。この
ような基本構造において、一対の摂動片Ｉｔ、 １２を
、いま中心軸Ｃｊ ｋ対して対称に振動する対称振動モ
ードとすれば、一対の振動片１１．１２は、お互いに、
第２図に示すように逆方向に振動することとなり、振動
片１１と結合片１！ｌ （１４）との接続点および振動
片１２と結合片１ｉＳ （１４）との接続点において、
それぞれ発生する反力Ｒ１，Ｒ２＃よびモーメントＭ１
１Ｍ！は互いに逆方向で大きさが等しく、Ｒ１■−”ｔ
＊ Ｍｌｍ−染となる。このため結合片１！１（１４）
において、互いｋＲｔと勧１Ｍ１と鳩が打消し合い、振
動体１の取付部４，５への接続点では、力が全く発生し
なくなる。したがって、振動体１側から取付部ａｓｓｌ
ｌＫｉｌ動エネルギーが漏れるとい５こともない。この
ような作用効果は、左右の振動片ｎ、１２を完全に対称
につくりた場合において可能であるが、それは実際には
困難である。それ故に儀かであるが、振動エネルギーが
外部Ｋｍれる。
ような基本構造において、一対の摂動片Ｉｔ、 １２を
、いま中心軸Ｃｊ ｋ対して対称に振動する対称振動モ
ードとすれば、一対の振動片１１．１２は、お互いに、
第２図に示すように逆方向に振動することとなり、振動
片１１と結合片１！ｌ （１４）との接続点および振動
片１２と結合片１ｉＳ （１４）との接続点において、
それぞれ発生する反力Ｒ１，Ｒ２＃よびモーメントＭ１
１Ｍ！は互いに逆方向で大きさが等しく、Ｒ１■−”ｔ
＊ Ｍｌｍ−染となる。このため結合片１！１（１４）
において、互いｋＲｔと勧１Ｍ１と鳩が打消し合い、振
動体１の取付部４，５への接続点では、力が全く発生し
なくなる。したがって、振動体１側から取付部ａｓｓｌ
ｌＫｉｌ動エネルギーが漏れるとい５こともない。この
ような作用効果は、左右の振動片ｎ、１２を完全に対称
につくりた場合において可能であるが、それは実際には
困難である。それ故に儀かであるが、振動エネルギーが
外部Ｋｍれる。
このエネルギーを外部に漏れないようにするために、フ
レクシャーの形状および長さを選択するととが重要とな
る。
レクシャーの形状および長さを選択するととが重要とな
る。
本発明におい【は、フレクシャ２１．３１を断面円形状
とするとともに、その長さｌをＪ／４付近に選定した点
にも、ひとつの特徴があり、次にその効果について説明
する。
とするとともに、その長さｌをＪ／４付近に選定した点
にも、ひとつの特徴があり、次にその効果について説明
する。
第Ｂ１１１は、７Ｌ／クシャ２１，５１の断面形状を円
形とし、その長さｊを種々変えた場合の、共振抵抗（Ｑ
ｋ逆比例する）を示したものである。この結λ 果カラ、ｚ＝、（１＊ｏ、ｓ） の範１１に：１１５
ｍすると、共振抵抗が小さくなり、ｑが高くなることが
分った。
形とし、その長さｊを種々変えた場合の、共振抵抗（Ｑ
ｋ逆比例する）を示したものである。この結λ 果カラ、ｚ＝、（１＊ｏ、ｓ） の範１１に：１１５
ｍすると、共振抵抗が小さくなり、ｑが高くなることが
分った。
ここで、振動体１の固有援動数参と、７レクシャ２１，
３１の長さｊは、（２）式で示すことができる。
３１の長さｊは、（２）式で示すことができる。
ただし、Ｒ＝Ｔ−
α：定数
第１表は、第１図に示す構造の装置において、軸力Ｓが
零の場合のフレクシャの長さｌに対するＱ値を示したも
のである。
零の場合のフレクシャの長さｌに対するＱ値を示したも
のである。
第１表
ただし、ｔｏ ” ４ （最適長さ）Ｑ６中ＴのＱ
なお、フレクシャ２１．３１の断面形状を円形としたこ
とによって、加工が容Ｊｌできるという利点もある。
とによって、加工が容Ｊｌできるという利点もある。
以上のことから、フレクシャ２１．３１の長さｌは共振
摂動体１の固有振動数の波長λに対して、はぼλ／４に
和尚する長さに選定すればＱ値を向上させ、変換感度を
陶土させることが可能となる。ただし、本発明に係る力
変換器においては、与えられる軸力８によって振動体１
の固有振動数が変化する。それ故に１軸力Ｓを引張力で
与える場合は、長さｌをλ／４よりも短かく、軸力８を
圧縮力で与える場合は、長さ４をλ／４よりも長く選定
することが望ましい。
摂動体１の固有振動数の波長λに対して、はぼλ／４に
和尚する長さに選定すればＱ値を向上させ、変換感度を
陶土させることが可能となる。ただし、本発明に係る力
変換器においては、与えられる軸力８によって振動体１
の固有振動数が変化する。それ故に１軸力Ｓを引張力で
与える場合は、長さｌをλ／４よりも短かく、軸力８を
圧縮力で与える場合は、長さ４をλ／４よりも長く選定
することが望ましい。
第４図は、振動体１を空気中で摂動させた場合であって
、振動片１１．１２間の間隔ｄと振動４＃１のｑ値を調
べた実験結果の一例である。この実験結果から、間隔ｄ
は１．５ ｍ１ｍ以上とするのがよいことがわかった。
、振動片１１．１２間の間隔ｄと振動４＃１のｑ値を調
べた実験結果の一例である。この実験結果から、間隔ｄ
は１．５ ｍ１ｍ以上とするのがよいことがわかった。
なお、上記の実施例において、励振手段６および振動検
出手段ニアを蒸着やスパッタリング等により、薄膜圧電
素子とじ【、各振動片の所定部分に直接形成してもよい
。この場合、よ１ノ高Ｘ、−Ｑの摂動体となるとともに
、生産性を高めることもできる。また、振動体の材料と
し−Ｃ−４家、水晶等の圧電材を用いてもよく、この場
合、振動体に電極な被着することによりて、簡単に励振
手段及び振動検出手段を構成することができる。
出手段ニアを蒸着やスパッタリング等により、薄膜圧電
素子とじ【、各振動片の所定部分に直接形成してもよい
。この場合、よ１ノ高Ｘ、−Ｑの摂動体となるとともに
、生産性を高めることもできる。また、振動体の材料と
し−Ｃ−４家、水晶等の圧電材を用いてもよく、この場
合、振動体に電極な被着することによりて、簡単に励振
手段及び振動検出手段を構成することができる。
また、上記の実施例では、角柱材料力１ら所定の形状の
振動片、支持部、７レククヤ等を１ＩＩＩＩり出して一
体成形する例を説明したが、個々に構成された部品を組
合せるようにしてもよ〜１゜以上説明したように、本発
明によれ＋ｔ、製作力を容易であって、変換感度の高〜
振動式力変換器カー実現できる。
振動片、支持部、７レククヤ等を１ＩＩＩＩり出して一
体成形する例を説明したが、個々に構成された部品を組
合せるようにしてもよ〜１゜以上説明したように、本発
明によれ＋ｔ、製作力を容易であって、変換感度の高〜
振動式力変換器カー実現できる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図で囚は正面
図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）％家斜視図、第２図昏ｉ第
１図に示す振動体の基本構成図、第５図裔ｉ７レクシヤ
の長さと共振抵抗との関係を示す線図、第４図は振動片
、１１．１２間の間隔ｄと振動体１のＱとの関係を示す
線図である。 尼２図 篇３図 Ｍ４図 １λ →１
図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）％家斜視図、第２図昏ｉ第
１図に示す振動体の基本構成図、第５図裔ｉ７レクシヤ
の長さと共振抵抗との関係を示す線図、第４図は振動片
、１１．１２間の間隔ｄと振動体１のＱとの関係を示す
線図である。 尼２図 篇３図 Ｍ４図 １λ →１
Claims (2)
- （１） 中心軸に対して対称となるように平行に配置
される一対の振動片と、この一対の振動片の端部なそれ
ぞれ結合する結合片と、この結合片と取付部とを連結す
るフレクシャ部とからなり、前記フレクシャ部を断面円
形状とするとともに、このフレクシャ部の長さ！を前記
振動片の固有振動数の波長λに対して、ｔ ｙ ７ （
１±０．５）の範囲に選定したことを特徴とする振動式
力変換器。 - （２） 一対の振動片の相互間間隔ｄを１．６−以上
とした特許請求の範囲第１項記載の摂動式力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12049181A JPS5821532A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 振動式力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12049181A JPS5821532A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 振動式力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5821532A true JPS5821532A (ja) | 1983-02-08 |
| JPS6112217B2 JPS6112217B2 (ja) | 1986-04-07 |
Family
ID=14787498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12049181A Granted JPS5821532A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 振動式力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5821532A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62108849U (ja) * | 1985-12-26 | 1987-07-11 | ||
| US4914963A (en) * | 1987-11-05 | 1990-04-10 | Esselte Moreau S.A. | Double tuning fork type laminated force transducer, manufacturing method therefor and application thereof in a load cell |
-
1981
- 1981-07-31 JP JP12049181A patent/JPS5821532A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62108849U (ja) * | 1985-12-26 | 1987-07-11 | ||
| JPH04301Y2 (ja) * | 1985-12-26 | 1992-01-07 | ||
| US4914963A (en) * | 1987-11-05 | 1990-04-10 | Esselte Moreau S.A. | Double tuning fork type laminated force transducer, manufacturing method therefor and application thereof in a load cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6112217B2 (ja) | 1986-04-07 |
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