JPS60127434A - 振動式力検出器 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、両端に節を有する弦の固有振動数が、弦に加
えられた張力の関数であることを利用した力、圧力１重
量等の検出器に関する。

（ロ）従来技術 上述の如き振動弦を利用した力検出器は既に公知で、実
用化されている。しかし、その実用化されている製品は
、１１５０００〜１／２００００程度の比較的低精度の
ものにすぎない。

この種の検出器においては、一般に、振動弦の材質によ
っては、あるいは両端の取付方法が適切でないと、弦の
振動数が力を加えた直後には安定せず、比較的長時間（
３〜３０分間）に互って変化する。これは、検出値のク
リープ、ヒステリシス及びゼロ点ドリフトという好まし
くない現象を生じ、高精度な検出器の実現を阻害する要
因となっている。

（ハ）目的 本発明は上記に鑑みてなされたもので、振動弦を最適な
材質にすることにより、クリープ、ヒステリシス及びゼ
ロ点ドリフト等が極めて少なく、しかも耐食性、耐久性
に優れた高精度の振動式力検出器の提供を目的としてい
る。

に）構成 本発明の特徴とするところは、振動弦を白金を主成分と
してニッケルを含有する合金で形成したことにある。

（ホ）実施例 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第１図は一般的かつ代表的な振動式力検出器の構成図で
、これに本発明を適用した場合について述べる。また、
第２図は第１図の要部側面図である。

振動弦１は固定部２と可動部３とによって両端を把持さ
れ、磁石４の磁界中に配置されている。

振動弦１が振動すると、フレミングの法則に基づく起電
力が発生し、これを増巾器５等からなる発振回路６を用
いて振動弦１に帰還すると、振動弦１の長さや質量と張
架方向に作用している力の関係により決定する固有の振
動数ｆで発振する。可動部３に未知の力Ｆを作用させて
この振動数ｆを計測すれば、その力Ｆを知ることができ
る。以上は振動式力検出器の公知技術であって、これ以
上の説明は省略する。なお、磁石４を使用する代わりに
、ＰＺＴ等の圧電素子を振動弦１の所定箇所に貼着して
振動させることもできる。

本発明実施例では、この振動弦１を、白金９２．５％、
ニッケル７．５％からなる合金で形成している。

以上の本発明実施例と、これと同一の構成で振動弦の材
質のみ一般的なばね用ステンレスで形成した従来の振動
式力検出器との比較結果を第３図に示す。この第３図は
、横軸に時間、縦軸に振動弦１の周波数を採ったグラフ
で、振動弦１に所定の予荷重を加えた状態から、一定の
力を加えたときの振動弦１の発振周波数の時間的推移を
示している。このグラフより明らかなように、ばね用ス
テンレスを用いた従来の検出器では、力を加えた直後は
発振周波数は安定せず、時間経過とともに定常値に近づ
くという顕著なりリープ現象を示し、また、その力を除
去したときにも元の発振周波数に戻りにくいヒステリシ
ス現象も示している。これに対し、白金−ニッケル合金
を用いた本発明実施例では、力を加えた直後から定常値
に極めて近い発振周波数を呈し、更に力を除去したとき
は速やかに元の発振周波数に戻る。

振動弦の材質の相違による上述のクリープ現象を定量的
に示す為に、同一の条件下で振動弦の材質のみを変化さ
せて、荷重負荷直後の発振周波数（表） とその５分後の発振周波数との差Δｆを、５分後の発振
周波数ｆｗで除した値（以下、クリープ量という）を表
に示す。

これより明らかなように、白金−ニッケル合金を振動弦
に用いた本発明実施例では、他の材質を用いた場合と比
してクリープ量が顕著に小さい。

なお、白金を主成分としてニッケルの含有率を変化させ
ても、少くともニッケル含有率５〜１５％の範囲におい
て同様の効果を奏する。

以上の実施例では振動弦を１杢の弦で構成した場合につ
いて述べたが、他に以下に示すような変形例が考えられ
、これらについても白金−二・ノケル合金の弦を用いる
ことによって同様にクリープ。

ヒステリシス及びゼロ点ドリフト等の好ましくない現象
を極めて小さくすることができる。

第４図の例は、固定部２と可動部３の間に振動弦１１ａ
とｌｌｂを張架して、それぞれ逆位相で振動させな場合
で、この場合振動弦の振動によって固定部２等に作用す
るモーメント等が打消しあって誤差を少なくすることが
できる。

第５図は、固定部２および２′と可動部３′との間にそ
れぞれ振動弦１２ａおよび１２ｂを張架し、可動部３′
に力Ｆを加えることによって振動弦１２ａと１２ｂに逆
向きの力が作用し、これらの発振周波数の差からＦを検
出するよう構成した例である。第６図の如く構成しても
振動弦１３ａと１３ｂには力Ｆの負荷によって互いに逆
向きの力が作用する。これらの場合、力Ｆの相違による
出力の相違が大きくなり、分解能を向上させることがで
きる。

第７図に示す例は、振動弦１４０両端部をその振動方向
に対して他部よりも厚く形成して、固定部２Ｉおよび可
動部３１としたもので、この場合振動弦１４の把持方法
としては好ましく、精度が向上する。ただし、製造コス
トが高くなるという欠点も有している。

更に、第８図は音叉形とも呼ばれる例で、２本の振動弦
１５ａ、１５ｂを削り出し等の方法で一体的に形成した
ものである。これは大ひよう量化と高精度化に対して効
果的である。なお、以上の例に加えて、振動分％１１重
りや振動吸収ばね部等を設ける等の公知技術の併用によ
り、更に性能向上を計ることができるのは云うまでもな
い。

以上説明した本発明の振動式力検出器は、力測定、圧力
測定、加速度測定２重力計、電子天びん。

およびばねを組合せてそのばねのたわみ量を力に変換す
ることによる変位検出器等、種々の計測器に用いること
ができる。

（へ）効果 以上の説明より明らかなように、本発明によれば、弦に
作用する力が変化したときに発振周波数がすみやかに定
常値に到達するので、クリープ。

ヒステリシス及びドリフト等の現象が生じず、極めて高
精度な振動式力検出器を得ることができる。

表１に示した実験結果によると、１０万分の１以下の精
度を持つ検出器が実現できるデータを得ている。

また、振動弦が白金を主成分とした貴金属合金であるた
め、耐食性がよ（、長期間安定して使用することができ
る。更に、ニッケル含有率５〜Ｉ５％の範囲において引
張強度が１００ｋｇ／ｍｍ２以上と高く、耐久性がよい
。このため、大きな応力を加えて使用でき、振動数の変
化範囲を広く利用することができる。すなわち、基準荷
重時の振動数に対して、最大荷重時の振動数変化率を１
００％程度にまで上げることができる。ちなみに従来装
置では２０〜３０％である。このことは、同じ力の変化
に対して振動数変化を大きくすることができるというこ
とで、従来に比して分解能と精度を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な実施例の構成図、第２図はそ
の要部側面図、第３図は本発明実施例の特性図、第４図
、第５図、第６図、第７図および第８図はそれぞれ本発
明の他の実施例の要部構成図である。 １、ｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ。 １３ｂ、１４．１５ａ、１５ｂ−一振動弦２．２’、２
１−・固定部 ３．３・、３１−・・可動部 ４−・磁石　５−　項中器 ６−発振回路 特許出願人　株式会社島津製作所 代理人　弁理士西１）新 第１図 一第２図 第す図 第７図 第８図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端が把持された弦の固有振動数を計測すること
   により、当該弦の張架方向に作用する力を検出する装置
   において、上記弦を白金を主成分としてニッケルを含有
   する合金で形成したことを特徴とする振動式力検出器。
2. （２）上記弦が単−弦であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の振動式力検出器。
3. （３）上記弦を２本の平行な弦で構成し、互いに逆位相
   で振動するよう構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の振動式力検出器。
4. （４）上記弦を２本の平行な弦で構成し、検出すべき力
   をこれら２本の弦に対して互いに逆方向に作用せしめ、
   これら弦の固有振動数の差によって上記力を検出するよ
   う構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の振動式力検出器。
5. （５）上記弦の両端部が振動方向に対して他部よりも厚
   く形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項又は第４項記載の振動式力検出器。