JPS62168029A - Piezoelectric sensor - Google Patents
Piezoelectric sensorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は圧電素子を支持板に貼着したエレメントを用
いた圧電センサーに関するもので、より具体的にはセン
サーに印加される何重を測定する圧電センサーに関する
ものである。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) This invention relates to a piezoelectric sensor using an element in which a piezoelectric element is attached to a support plate, and more specifically, it measures the number of layers applied to the sensor. The invention relates to piezoelectric sensors.
（従来の技術）
従来、この種の圧電効果を利用して重量等の荷重を測定
するセンサーとしては、もっばら圧電素子を支持板に貼
着したエレメント単体を用い、圧電素子側から荷重を印
加し、そのときの圧電素子の撓みに応じて発生する電荷
０（電圧）を計測することによりその荷重（重０）を計
測するものである。(Prior art) Conventionally, sensors that measure loads such as weight using this type of piezoelectric effect have mostly used a single element with a piezoelectric element attached to a support plate, and applied the load from the piezoelectric element side. The load (weight 0) is measured by measuring the charge 0 (voltage) generated according to the deflection of the piezoelectric element at that time.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、圧電素子には荷重に対する耐力に限界が
あり、−室以上の荷重が印加されると圧電素子は割れて
しまうという問題があった。つまり、印加する荷重を徐
々に増加していくと、それにともなってエレメント（圧
電素子）の撓み借も徐々に増加し、圧電素子がある一定
以上撓むと破損してしまうのである。また、圧電素子の
耐力は、エレメントの厚みにより決定されるため、計測
対象物の重量に応じて種々の厚さを有するエレメントを
￥１造する必要があった。つまり、小重請測定用には厚
みの薄いエレメントを、大ｉｔ測定用には厚いエレメン
トをそれぞれ用意して使用する必要があり、同一エレメ
ントを使用できないため、製造作業・工程が煩雑で大は
生産にあわず、製造コストも増加してしまう等種々の問
題があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, the piezoelectric element has a limit in its resistance to load, and there is a problem in that the piezoelectric element will break if a load greater than - is applied. In other words, as the applied load is gradually increased, the deflection of the element (piezoelectric element) also gradually increases, and if the piezoelectric element is deflected beyond a certain level, it will be damaged. Further, since the yield strength of the piezoelectric element is determined by the thickness of the element, it is necessary to manufacture elements with various thicknesses depending on the weight of the object to be measured. In other words, it is necessary to prepare and use thin elements for small heavy contract measurements and thick elements for large IT measurements.Since the same elements cannot be used, the manufacturing work and process are complicated and There were various problems such as not being suitable for production and increasing manufacturing costs.
（発明の目的）
この発明は、上記した問題点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは簡単な構造により同一エレメン
トで測定できる重量の限度を拡大することができるとと
もに、一種類のエレメントによりあらゆる重母を測定で
きるようにすることにより、エレメントを量産可能とし
、コストダウンを図ることのできる圧電センサーを提供
するにある。(Object of the invention) This invention was made in view of the above problems, and
The purpose of this is to expand the limit of weight that can be measured with the same element with a simple structure, and by making it possible to measure all types of weight with one type of element, mass production of elements is possible and costs are reduced. The purpose of the present invention is to provide a piezoelectric sensor capable of measuring down.
（問題点を解決する手段）
上記した目的を達成するために、本発明に係る圧電セン
サーでは、圧電素子を第１の支持板に貼着したエレメン
トを用い、該圧電素子に荷重を加えたときに発生する電
荷の大きさにより該荷重を計測する圧電センサーにおい
て、該エレメントの該第１の支持板側に該圧電センサー
の計測範囲を拡大可能とするバネ性を有する第２の支持
板を挿入してなる。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above-mentioned object, the piezoelectric sensor according to the present invention uses an element in which a piezoelectric element is attached to a first support plate, and when a load is applied to the piezoelectric element, In a piezoelectric sensor that measures the load based on the magnitude of the electric charge generated in the element, a second support plate having spring properties that can expand the measurement range of the piezoelectric sensor is inserted on the first support plate side of the element. It will be done.
（作 用）
上記第２の支持板を挿入配置したエレメントにその圧電
素子側より荷重を印加すると、第２の支持板が抵抗板の
役割をはたし、そのときの圧電素子の撓みｍがエレメン
ト単独に同一荷重を印加したときの圧電素子の撓み沿よ
り少なくなる。すなわち、圧電素子が破損される撓み量
になるのにはより大きな荷重を必要することになる。従
って、エレメント単独のときより最大許容荷重（計測可
能範囲）が拡大される。(Function) When a load is applied from the piezoelectric element side to the element in which the second support plate is inserted, the second support plate acts as a resistance plate, and the deflection m of the piezoelectric element at that time is It is less along the deflection of the piezoelectric element when the same load is applied to the element alone. In other words, a larger load is required to deflect the piezoelectric element to the extent that it is damaged. Therefore, the maximum permissible load (measurable range) is expanded compared to when the element is used alone.
（実施例）
以下、本発明に係る圧電センサーの好適な実施例につい
て、添附図面を参照にして詳述する。(Embodiments) Hereinafter, preferred embodiments of the piezoelectric sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第１図はこの発明の第１実施例を示している。FIG. 1 shows a first embodiment of the invention.
同図に示すように、１０は第１の支持板であって本実施
例では金属板が使用されている。この第１の支持板１０
の上面には圧電素子１２が熱接着されており、エレメン
ト１４を構成している。本実施例では圧電素子として圧
電セラミクスを使用している。As shown in the figure, 10 is a first support plate, and in this embodiment, a metal plate is used. This first support plate 10
A piezoelectric element 12 is thermally bonded to the upper surface of the element 14. In this embodiment, piezoelectric ceramics are used as the piezoelectric element.
また、圧電素子１２の上面部と第１の支持板１０の上面
部には、それぞれリード線１５が取付けられており、圧
電素子１２から発生する電荷量（電圧）を例えば電圧計
等により測定可能としてなる。Furthermore, lead wires 15 are attached to the top surface of the piezoelectric element 12 and the top surface of the first support plate 10, respectively, so that the amount of charge (voltage) generated from the piezoelectric element 12 can be measured using, for example, a voltmeter. It becomes as.
本発明にあっては、エレメント１４の第１の支持板１ｏ
の下方に金属板からなる第２の支持板１６が着脱自在に
挿入配置されている。In the present invention, the first support plate 1o of the element 14
A second support plate 16 made of a metal plate is removably inserted below.
この第２の支持板１６は、バネ性を有し、好ましくは厚
さの異なる複数個の支持板を用意し、印加する荷重（測
定対家物の重量）にあわせて最適な厚さを有する第２の
支持板１６を挿入配置することである。This second support plate 16 has a spring property, and preferably has a plurality of support plates with different thicknesses, and has an optimal thickness according to the load to be applied (measurement vs. weight of household items). This is to insert and arrange the second support plate 16.
尚、本実施例では第１の支持板に金属板を用いたが本発
明はこれに限られることはなく、例えば非導電性の部材
でもいい。但し、その場合にはリード線１５は圧ＴＸ素
子１２の下面部に取付けることになる。また、第２の支
持板についても同様に、バネ性を有する部材であれば金
属板に限られることがないのはもちろんである。Although a metal plate is used as the first support plate in this embodiment, the present invention is not limited to this, and for example, a non-conductive member may be used. However, in that case, the lead wire 15 will be attached to the lower surface of the pressure TX element 12. Moreover, it goes without saying that the second support plate is not limited to a metal plate as long as it is a member having spring properties.
本発明に係る圧電センサーを用いて重りを測定するには
、例えば、第１図に示すように、所面略り字状の受は部
材１８−１８を使用し、この受は部材１８−１８間上に
エレメント１４及び第２の支持板１６の両端部が着脱自
在に載置されることである。このとき、エレメント１４
．第２の支持板１６の中央下方には空間部が形成されて
おり、エレメント１４へ荷ｆｆ１Ｗが印加されたとぎ、
その中央部が下方へ撓むことができるようになっている
。In order to measure a weight using the piezoelectric sensor according to the present invention, for example, as shown in FIG. Both ends of the element 14 and the second support plate 16 are removably placed between them. At this time, element 14
．． A space is formed below the center of the second support plate 16, and when a load ff1W is applied to the element 14,
Its central portion can be bent downward.
第２図は本発明に係る第１実施例における印加荷重−出
力特性を示すグラフである。図中特性工は圧電素子１２
（圧電セラミクス）の厚さが２００ ［μｍ、］ 、第
１の支持板１０の厚さが２００（μ７７Ｌ］からなるエ
レメント１４のみを用いたときのＦ［と出力電圧の関係
を示すものである。また、特性■は上記エレメント１４
に厚さ１００【μｍｌの第２の支持板１６を挿入したと
きの特性であり特性■は厚さ３００【μｍｌの第２の支
持板１６を挿入したときの特性である。FIG. 2 is a graph showing applied load-output characteristics in the first embodiment of the present invention. In the figure, the characteristics are piezoelectric element 12
This figure shows the relationship between F[ and output voltage when only the element 14 is used, in which the thickness of the piezoelectric ceramic (piezoelectric ceramics) is 200 μm, and the thickness of the first support plate 10 is 200 μm (μ77L). .Furthermore, characteristic ■ is the above element 14.
Characteristic (2) is the characteristic when the second support plate 16 with a thickness of 100 μml is inserted.
第２図を用いて本実施例の作用（原理）を説明すると、
まず、Ａ点からＢ点までは第２の支持板１６の挿入の有
無あるいは挿入する支持板の厚さにかかわらず荷重−出
力特性は一致している。これは後述するようにエレメン
ト１４が無荷重状態では凸状に湾曲しており第２の支持
板１６と密着していないからである。つまりＢ点より小
さな荷重しか印加されないとエレメント１４と第２の支
持板１６間にはギャップがありエレメント１４単独に荷
重が印加されているのと同じ状態にあるからである。そ
して、Ｂ点より大ぎな荷重が印加されるとエレメント１
４は下方へ撓むようになり第２の支持板１６の抵抗（影
響）をうけることになり、抵抗の大きいものすなわち、
第２の支持板１６の厚さの厚いものほど同一荷重を印加
したときの圧電素子の撓み母が小さくなり、発生電圧も
小さくなる。すなわち、最大印加荷重許容量が太きくな
る。The operation (principle) of this embodiment will be explained using Fig. 2.
First, from point A to point B, the load-output characteristics are the same regardless of whether or not the second support plate 16 is inserted or the thickness of the inserted support plate. This is because the element 14 is curved in a convex shape in the unloaded state and is not in close contact with the second support plate 16, as will be described later. In other words, if a smaller load than point B is applied, there will be a gap between the element 14 and the second support plate 16, and the state will be the same as if a load was applied to the element 14 alone. When a load larger than point B is applied, element 1
4 will be bent downward and will be subject to the resistance (influence) of the second support plate 16.
The thicker the second support plate 16, the smaller the deflection of the piezoelectric element when the same load is applied, and the smaller the generated voltage. That is, the maximum applied load tolerance becomes larger.
また、出力電圧が４ｖを超えると、特性の傾きが減少す
るが、これは圧電素子１２の撓み准が限界に近くなった
ためであり、さらに大きな荷重を印加すると圧電素子１
２は破損してしまう。Furthermore, when the output voltage exceeds 4V, the slope of the characteristic decreases, but this is because the deflection of the piezoelectric element 12 approaches its limit, and when a larger load is applied, the slope of the piezoelectric element 1
2 will be damaged.
第３図はこの発明に係る第２実施例を示す断面図である
。この実施例と第１実施例との相違についてのみ説明す
ると、第２実施例ではエレメント１４に対してバイアス
荷重ＢＷを常時印加しておくことである。FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the invention. The only difference between this embodiment and the first embodiment will be explained in that in the second embodiment, a bias load BW is constantly applied to the element 14.
つまり、第１の支持板１０との圧電素子１２との熱膨張
の相違から両者を熱接着する際の熱によりわずかながら
圧電素子１２側が凸となるように湾曲してしまうため、
第３図ａに示すようにエレメント１４は正常時（無荷重
時）でも必ず圧電素子１２側が凸となるように湾曲して
おり、第２の支持板１６との間にギャップＡｄが生じて
しまい、そのまま荷重Ｗを印加すると、第２図に示した
如く荷重−出力電圧特性がＢ点で折れ曲り直線性が得ら
れない。In other words, due to the difference in thermal expansion between the first support plate 10 and the piezoelectric element 12, the piezoelectric element 12 side is slightly curved in a convex manner due to the heat generated when the two are thermally bonded.
As shown in FIG. 3a, the element 14 is always curved so that the piezoelectric element 12 side is convex even under normal conditions (no load), and a gap Ad is created between the element 14 and the second support plate 16. If the load W is applied as is, the load-output voltage characteristic bends at point B, as shown in FIG. 2, and linearity cannot be obtained.
従って、適当なバイアス荷ｆｆ１ＢＷをエレメント１４
に対して常に印加することにより第３図すに示すように
バイアス荷ｆｆ１ＢＷによりエレメント１４を撓ませて
エレメント１４を水平にし、第２の支持板１６と密接さ
せ特性に直線性を得るのである。つまり、圧電素子に一
定の荷重を印加しっづ【プると発生電荷は素子内でリー
クされ出力電圧は例になり、また、圧電素子から発生す
る電荷辺は圧電素子がある状態から、加圧されて他の状
態に変化した際の変位量に相当するものであり、予め一
定の荷重を印加しておき圧電素子を一定遭だけ撓まして
おいて、その状態でさらに新たな荷重を印加すると、新
たな荷重に相当する電圧のみ圧電素子から発生されると
いうことを利用している。Therefore, an appropriate bias load ff1BW is applied to the element 14.
As shown in FIG. 3, by constantly applying a bias load ff1BW, the element 14 is deflected and the element 14 is made horizontal, brought into close contact with the second support plate 16, and linearity in characteristics is obtained. In other words, when a certain load is applied to a piezoelectric element, the generated charge leaks inside the element and the output voltage is as follows. Also, the electric charge generated from the piezoelectric element changes from the state where the piezoelectric element is present to the applied voltage. This corresponds to the amount of displacement when the piezoelectric element changes to another state due to pressure.If a certain load is applied in advance, the piezoelectric element is bent by a certain amount, and then a new load is applied in that state. , it takes advantage of the fact that only the voltage corresponding to the new load is generated from the piezoelectric element.
従って、上記のようにバイアス荷ｆｆ１ＢＷを常時ニレ
メン１〜１４に印加した状態で測定ずべき荷重Ｗをエレ
メント１４に印加すると（第３図）、荷車Ｗに相当する
電圧が圧電素子１２より発生するとともに第２の支持板
の影響を最初から受けることになる。すなわら、バイア
ス荷重ＢＷを常時エレメント１４へ印加することにより
荷重−出力電圧特性の出発点が′；ｊＳ２図中Ａ点から
Ｂ点へ移動される。つまり、第２図における縦軸及び横
軸が平行移動し、Ｂ点が両軸の原点になるのである。Therefore, when a load W to be measured is applied to the element 14 while the bias load ff1BW is constantly applied to the elements 1 to 14 as described above (FIG. 3), a voltage corresponding to the cart W is generated from the piezoelectric element 12. At the same time, the second support plate is influenced from the beginning. That is, by constantly applying the bias load BW to the element 14, the starting point of the load-output voltage characteristic is moved from point A to point B in the diagram ';jS2. In other words, the vertical and horizontal axes in FIG. 2 move in parallel, and point B becomes the origin of both axes.
また、このバイアス荷ｆｆ１ＢＷはエレメント１４が第
２の支持板に接触するまでに要する荷重であるのでエレ
メント１４により決定され、挿入する第２の金属板２０
にかかわらず一定値となる。従って、使用するエレメン
ト１４にあわせて予めバイアス荷重に相当する錘を用意
し、錘の上方より測定物を載せることによりｍｍを測定
することもできる。Moreover, this bias load ff1BW is the load required until the element 14 contacts the second support plate, so it is determined by the element 14, and the bias load ff1BW is determined by the element 14,
It remains a constant value regardless of the Therefore, it is also possible to measure mm by preparing a weight corresponding to the bias load in advance according to the element 14 to be used, and placing the object to be measured from above the weight.
尚、その他の構成は第１実施例と同様のため省略する。Note that the other configurations are the same as those of the first embodiment, and will therefore be omitted.
（発明の効果）
以上のように、本発明に係る荷重センサーにＪ：れば、
圧電素子を第１の支持板に貼着したエレメントの第１の
支持板側に第２の支持板を挿入したことによりエレメン
ト単独で測定可能な荷重より大きな荷重を印加すること
ができ、測定可能な範囲を拡大することができる。(Effect of the invention) As described above, if the load sensor according to the present invention has J:
By inserting the second support plate on the first support plate side of the element with the piezoelectric element attached to the first support plate, it is possible to apply a load larger than that which can be measured with the element alone, making it possible to measure the piezoelectric element. The range can be expanded.
また、エレメントに挿入する第２の支持板の厚さをかえ
るだけで同一のエレメントを用いつつ測定範囲を任意に
設定することができる。すなわち、測定対象の重石にあ
わせて種々のエレメントを製造する必要がなく同一のエ
レメントを製造すればいいので量産することができ、コ
ストダウンを図ることができる。Further, by simply changing the thickness of the second support plate inserted into the element, it is possible to arbitrarily set the measurement range while using the same element. That is, there is no need to manufacture various elements depending on the weight to be measured, and it is sufficient to manufacture the same element, so mass production can be achieved and costs can be reduced.
さらにエレメントの圧電素子の上方よりエレメントと第
２の支持板とを密接させるバイアス荷重を常時印加した
場合には、荷重−出力電圧特性の出発点が移動し、最初
から圧電素子が第２の支持板の影響を受けることができ
るので、直線性の有する特性のみ使用することができ、
容易に荷重を測定することができる等種々の作用効果を
奏する。Furthermore, if a bias load is constantly applied from above the piezoelectric element of the element to bring the element and the second support plate into close contact with each other, the starting point of the load-output voltage characteristic moves, and the piezoelectric element becomes attached to the second support plate from the beginning. Since it can be influenced by the plate, only the characteristics of linearity can be used.
It has various effects such as being able to easily measure the load.
第１図は本発明に係る圧電センサーの第１実施例を示す
断面図、第２図はその荷重−出力電圧特性を示ずグラフ
、第３図（ａ）〜（Ｃ）は第２実施例を示す断面図であ
る。
１０・・・第１の支持板 １２・・・圧電素子１４・
・・エレメント １５・・・リード線１６・・・第
２の支持板 １８・・・受は部材特許出願人
富士電気化学株式会社代 理 人 弁理
士 −色 健 輔第１図
第２区
Ａ 亜型ｐ１里 Ｗ （ｋｇ）
箪３図Fig. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the piezoelectric sensor according to the present invention, Fig. 2 is a graph showing its load-output voltage characteristics, and Figs. 3 (a) to (C) are a diagram showing the second embodiment. FIG. 10... First support plate 12... Piezoelectric element 14.
...Element 15...Lead wire 16...Second support plate 18...Base is member patent applicant
Fuji Electrochemical Co., Ltd. Representative Patent Attorney - Kensuke Iro Figure 1, Section 2 A Subtype p1 Ri W (kg) Figure 3
Claims (2)
用い、該圧電素子に荷重を加えたときに発生する電荷の
大きさにより該荷重を計測する圧電センサーにおいて、
該エレメントの該第１の支持板側に該圧電センサーの計
測範囲を拡大可能とするバネ性を有する第２の支持板を
挿入してなることを特徴とする圧電センサー。(1) A piezoelectric sensor that uses an element in which a piezoelectric element is attached to a first support plate and measures the load based on the magnitude of the electric charge generated when a load is applied to the piezoelectric element,
A piezoelectric sensor characterized in that a second support plate having spring properties is inserted on the first support plate side of the element to expand the measurement range of the piezoelectric sensor.
メントと上記第２の支持板とを密接させるバイアス荷重
を常時印加してなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の圧電センサー。(2) The piezoelectric sensor according to claim 1, wherein a bias load is constantly applied from above the piezoelectric element of the element to bring the element and the second support plate into close contact with each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP805486A JPS62168029A (en) | 1986-01-20 | 1986-01-20 | Piezoelectric sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP805486A JPS62168029A (en) | 1986-01-20 | 1986-01-20 | Piezoelectric sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62168029A true JPS62168029A (en) | 1987-07-24 |
Family
ID=11682616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP805486A Pending JPS62168029A (en) | 1986-01-20 | 1986-01-20 | Piezoelectric sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62168029A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011112459A (en) * | 2009-11-25 | 2011-06-09 | Seiko Epson Corp | Shear force detection element, tactile sensor, and gripping device |
| JP2011163945A (en) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Seiko Epson Corp | Stress sensing device, tactile sensor, and grasping apparatus |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5643523A (en) * | 1979-09-19 | 1981-04-22 | Ee & D:Kk | Preparation of load cell |
| JPS5757321B2 (en) * | 1974-05-22 | 1982-12-03 | Shuneru Kaaru |
-
1986
- 1986-01-20 JP JP805486A patent/JPS62168029A/en active Pending
Patent Citations (2)
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| JPS5757321B2 (en) * | 1974-05-22 | 1982-12-03 | Shuneru Kaaru | |
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