JP3746670B2 - 音叉振動式荷重センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重受部に受けた荷重を音叉振動子を介して検出する音叉振動式荷重センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の音叉振動式荷重センサには、例えば本出願人による特公平３−４９０５９号公報に開示されているような同一金属部材から成る荷重変換機構が使用されている。図３に示すように、この荷重変換機構の基部１の一部にはてこ部２の支点２ａが支持されており、てこ部２の力点２ｂと基部１の固定部との間には音叉振動子３が配置され、てこ部２の荷重点２ｃには荷重Ｆを受ける荷重受部４が引張片５を介して接続されている。引張片５の形状は、てこ部２の荷重点２ｃと荷重受部４の荷重作用点４ａを結ぶ鉛直線に対して左右対称とされているように、その鉛直線に沿って一様とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の荷重変換機構は、荷重Ｆとは別の妨害的な外力の影響を除去して良好な測定精度を得ることができるという利点を有している反面で、引張片５の形状がてこ部２の荷重点２ｃと荷重受部４の荷重作用点４ａを結ぶ鉛直線に対して左右対称、かつこの鉛直線に沿って一様となっているので、荷重受部４が荷重Ｆを受けた際に、図４に示すようにてこ部２が傾斜すると、引張片５のてこ比を決めるてこ部２との接続部分５ａが変形し、荷重作用点４ａが荷重点２ｃを通る鉛直線からずれた位置に至るために引張片５に応力が発生する。この応力は、荷重変換機構による測定値の直線性や再現性に悪影響を及ぼす上に、耐久性にも問題を及ぼすことがある。
【０００４】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、直線性や再現性に優れた測定値を得ることができると共に耐久性を向上させ得る音叉振動式荷重センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る音叉振動式荷重センサは、基部の一部に接続したてこ部と、該てこ部の力点と前記基部の固定部との間に接続した音叉振動子と、前記てこ部の荷重点に薄板状の引張片を介して接続した荷重受部とを板状の同一金属部材から形成して成る音叉振動式荷重センサにおいて、前記てこ部の荷重点に前記てこ部と平行に前記引張片の一部である第２の部分を連結し、前記てこ部の荷重点と前記荷重受部の荷重作用点とを結ぶ鉛直線に対して前記引張片に左右非対称部分を形成し、前記荷重受部に荷重が加わると、前記てこ部と第２の部分の相対的位置関係を維持すると共に、前記引張片の左右非対称部分はその一部を変形して、前記荷重受部の荷重作用点が前記てこ部の荷重点を通る鉛直線上の位置に復元するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明を図１、図２に図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は実施の形態の正面図であり、この実施の形態に係る音叉振動式荷重センサは、圧電素子１１ａ、１１ｂ、増幅器１２、周波数カウンタ１３及びこれらを接続するリード線を除いて同一金属部材から一体に加工されている。基部１４には例えば２つの取付孔１４ａ、１４ｂが形成されており、基部１４の上部にはてこ部１５が支点１５ａの薄肉部１６を介して支持されている。てこ部１５の力点１５ｂには音叉振動子１７が接続され、てこ部１５の荷重点１５ｃには薄板状の引張片１８を介して荷重受部１９が接続されている。この荷重受部１９には測定すべき荷重Ｆを受けるための図示しない部材が掛けられる孔１９ａが設けられ、この孔１９ａの下部は荷重Ｆが作用する荷重作用点１９ｂとされている。
【０００７】
音叉振動子１７は軸線に対称かつ平行な２枚の長片状の振動片２１ａ、２１ｂと、これらの振動片２１ａ、２１ｂの上下の両端部同士をそれぞれ結合する略コ字状の結合部２２ａ、２２ｂと、これらの結合部２２ａ、２２ｂを軸線上でそれぞれ支持する薄板状の支持片２３ａ、２３ｂとから構成されている。上方の支持片２３ａはてこ部１５の力点１５ｂに接続され、下方の支持片２３ｂは基部１４の突部１４ｃに接続されている。
【０００８】
なお、上述の圧電素子１１ａ、１１ｂは持続振動発生用とされ、音叉振動子１７の例えば下方の結合部２２ｂの両側面にそれぞれ取り付けられている。圧電素子１１ａ、１１ｂには上述の増幅器１２の入力部と出力部がそれぞれ接続され、一方の圧電素子１１ａは振動用とされ、他方の圧電素子１１ｂはピックアップ用とされている。そして、増幅器１２には上述の周波数カウンタ１３が接続され、増幅器１２の利得や周波数特性を適切に選択すると振動片２１ａ、２１ｂが音叉振動子１７に加わった荷重に対応した固有周波数で対称的に振動するので、周波数カウンタ１３によって荷重値の表示が可能とされている。
【０００９】
ここで、引張片１８の形状は、てこ部１５の荷重点１５ｃと荷重受部１９の荷重作用点１９ｂとを結ぶ鉛直線Ａに対して左右非対称とされていると共に、鉛直線Ａに沿って変形されている。即ち、引張片１８にはてこ部１５の荷重点１５ｃから下方に直線状に延在する第１の部分３１と、この第１の部分３１の下端から直交する両方向に延在する第２の部分３２と、この第２の部分３２の例えば外側の一端から厚肉で弯曲しながら下方に延在する第３の部分３３と、この第３の部分３３の下端から鉛直線Ａの方向に斜めに延在する第４の部分３４と、この第４の部分３４の下端から下方に直線状に延在する第５の部分３５とが設けられ、この第５の部分３５の下端に上述の荷重受部１９が接続されている。第１の部分３１と第５の部分３５は鉛直線Ａ上に配置され、第２の部分３２の上面とてこ部１５の下面との間には間隔ｄが与えられている。
【００１０】
荷重受部１９が測定すべき荷重Ｆを受けると、その荷重Ｆが引張片１８及びてこ部１５を介して音叉振動子１７に作用し、音叉振動子１７に引張荷重Ｆが加わる。これにより、音叉振動子１７の振動片２１ａ、２１ｂが引張荷重Ｆに対応する固有振動数で対称的に振動し、それらの振動が増幅器１２に入力し、周波数カウンタ１３が荷重値を表示する。
【００１１】
このとき図２に示すように、てこ部１５は荷重Ｆにより右下がりに傾斜する。また、この荷重Ｆにより引張片１８の第２の部分３２に右回りの回転モーメントが加わり、第２の部分３２は右下がりに傾く。この第２の部分３２の傾斜角は引張片１８の形状によって調整することが可能であり、てこ部１５の右下がりの傾斜角と概ね一致させることができる。この条件下では、てこ部１５の下面と引張片１８の第２の部分３２の上面は平行になり、この間隔ｄ、てこ部１５、引張片１８の第１の部分３１及び第２の部分３２の相対位置を変化させることがない。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る音叉振動式荷重センサは、引張片の形状をてこ部の荷重点と荷重受部の荷重作用点とを結ぶ直線に対して左右非対称としたので、てこ部が傾斜してもてこ部と引張片のてこ部側との相対位置を変形させることがなく、そこに不要な応力を発生させることがない。従って、直線性や再現性に優れた測定値を得ることができる上に、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の正面図である。
【図２】てこ部と引張片の作用説明図である。
【図３】従来例の部分正面図である。
【図４】従来例のてこ部と引張片の作用説明図である。
【符号の説明】
１４ 基部
１５ てこ部
１５ａ 支点
１５ｂ 力点
１５ｃ 荷重点
１７ 音叉振動子
１８ 引張片
１９ 荷重受部
１９ａ 孔
１９ｂ 荷重作用点
３１ 第１の部分
３２ 第２の部分
３３ 第３の部分
３４ 第４の部分
３５ 第５の部分

Claims (2)

1. 基部の一部に接続したてこ部と、該てこ部の力点と前記基部の固定部との間に接続した音叉振動子と、前記てこ部の荷重点に薄板状の引張片を介して接続した荷重受部とを板状の同一金属部材から形成して成る音叉振動式荷重センサにおいて、前記てこ部の荷重点に前記てこ部と平行に前記引張片の一部である第２の部分を連結し、前記てこ部の荷重点と前記荷重受部の荷重作用点とを結ぶ鉛直線に対して前記引張片に左右非対称部分を形成し、前記荷重受部に荷重が加わると、前記てこ部と第２の部分の相対的位置関係を維持すると共に、前記引張片の左右非対称部分はその一部を変形して、前記荷重受部の荷重作用点が前記てこ部の荷重点を通る鉛直線上の位置に復元するようにしたことを特徴とする音叉振動式荷重センサ。
2. 前記引張片の一部に前記第２の部分の外側の一端から厚肉で弯曲しながら下方に延在する第３の部分を設け、該第３の部分は前記第２の部分に加わる回転モーメントにより変形を行うことを特徴とする請求項１に記載の音叉振動式荷重センサ。

Images