JPS60133320A - 荷重検出器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、秤等に用いられる荷重検出器、特に弾性表面
波を利用して荷重を検出するようにした荷重検出器に関
する。

（従　来　技　術） 例えば、特開昭５０−１０２２４５号公報によれば、弾
性表面波（表面音波）を利用して未知の外力の大きさを
測定する弾性表面波発振器（表面音波発振器）に関する
発明がＩｍ示されている。この発振器は、基本的には、
第１図に示すように一端を固定した圧電体の基板１（ピ
エゾ基板）の表面にくし形の電極２ａ、２ｂを互い違い
に配置してなる発信用変換器２と、同じククシ形の電極
３ａ、３ｂを互い違いに配置してなる受信用変換器３と
を所定の距離１を隔てて段りると共に、両変換器２，３
における一方の電極２ａ、３ａ問に増幅器４を接続し、
且つ他方の電極２ｂ、３ｂを夫々グランディングするこ
とにより、発信用変換器２から基板表面１ａを経て受信
用変換器３に至る表面波の伝播経路Ｉと、受信用変換器
３から増幅器４を介して発信用変換器２に戻る帰還経路
■とからなる発振回路を構成したものである。

この発振回路の発振周波数Ｔｏは、上記表面波の波長や
伝播経路■の距離１、或いは該経路Ｉにおける表面波の
伝播速度Ｖ等の関数となるのであるが、基板１の自由端
に例えば図示の如き方向の外力Ｆが印加されると、該基
板１が鎖線で示すように撓むことに伴って上記距離１や
速度Ｖが変化し、そのため発振周波数がｒｏ＋Δ［０に
変化するのである。その場合に、この周波数の変化量Δ
［０は基板１の撓み量、換言１れば外力Ｆの大きさに対
応するので、この周波数変化量Δｆｏを検出することに
よって外力Ｆの大きさが測定されるのである。

然して、上記のような弾性表面波発振器は伴用等の荷重
検出器に応用することができ、その場合、荷重検出器と
しては次のように構成されるのが一般的である。

即ち、第２図に示すように、両端の固定剛体部５ａと可
動剛体部５ｂとの間に平行に２本のビーム５ｃ、５ｄを
設け、且つ両ビーム５ｃ、５ｄの夫々に２箇所づつ、合
計４箇所に肉厚を薄クシた可撓部５１〜５４を設けてな
る中空四角形状の起歪体５を用い、該起歪体５における
上記各可撓部５１〜５４の表面に４個の弾性表面波発振
器６１〜６４を配設する。これらの発振器６１〜６４は
、夫々、上記のように基板１′上に発信用変換器２′と
受信用変換器３′とを所定の距離を隔てて配置した構成
である。この荷重検出器７においては、起歪体５の固定
剛体部５ａを固定した状態で可動剛体部５ｂに例えば図
示のような外力「を作用させ゛た時、上方のビーム５Ｇ
における固定剛体部５ａ側の可撓部５１と下方のビーム
５ｄにおける可動剛体部５ｂ側の可撓部５４とが伸張し
、他の２箇所の可撓部５２．５３が圧縮されるように変
形し、これに伴りて各可撓部５１〜５４における弾性表
面波発振器６１〜６４の発振周波数が変化する。そして
、該周波数が増加する２個の発振器の出力、及び減少す
る２個の発振器の出力のうら、夫々同一ビームに対応す
る増加値より減少値をミキザー回路にて減算し、得られ
た２つの差値を加算することにより、全体として上記外
力Ｆに対応づる大きな出力が得られる。

然るに上記のような弾性表面波発揚器ないし荷重検出器
には次のような欠点がある。

先ず、弾性表面波発振器単体としては、第１図に示すよ
うに一対の発信用及び受信用変換器２゜３が所定の距離
１を隔てて配置されて、両度換器２．３問を表面波が伝
播するのにあるＰｉ！Ｉ良の時間を要すると共に、この
伝播時間が外力の状態に応じて変化する方式、即ち遅延
線型発振器であるため、表面波伝播経路に対する塵埃、
異物（水分を含む）、傷等の外界の影響があると、出力
の短期安定性に問題が生じる。

また、荷重検出器としては、上記出力の短期安定性の問
題に加えて、起歪体に対する各弾性表面波発振器の配設
位置の精度に関づる問題と、該発振器に対づるシール構
造をどのように構成Ｊ”るかの問題がある。つまり、第
２図に示！ＩＪ、うに各弾性表面波発振器６１〜６４は
起歪体５におｔブる可撓部５１〜５４に夫々配置される
のであるが該可撓部５１〜５４における荷重に対づる表
面の伸縮量は位置によって大幅に変化するため、発振器
６１〜６４の配設位置が正規の位置に対して少しでもず
れると所要の出ノ］　ｆｆｉ得られないことになるので
ある。また、発振器６１〜６４及び伝播経路は外気中の
水分や湿気或いはほこり等により影響を受け易いのでこ
れらから保［る必要があるが、第２図に示すように起歪
体５の表面に発振器６１〜６４を設けた構造では該発振
器６１〜６４を保護するためのシールが困難となる。

（発　明　の　目　的） 本発明は弾性表面波発振器を用いた荷重検出器における
上記のような問題を解消し、出力の短期安定性に優れて
いると共に、弾性表面波発振器の配設位置に自由度があ
って製造上有利であり、しかも発振器を容易にシールす
ることができ、従って特に伴用等として適した荷重検出
器を実現Ｊ−ることを目的とする。

（発　明　の　構　成） 即ち、本発明に係る荷重検出器は、自由端に荷重が印加
される片持ち状の起歪体に上記荷重により剪断変形が生
じるようにされた剪断変形部を設けると共に、該剪断変
形部に発信用変換器と受信用変換器とでなる弾性表面波
発振器を２個１組として、両光振器が荷重方向に対して
大々４５゛をなし且つ互いに直交する向きに少なくと６
１組以上配設する。上記発信用変換器及び受信用変換器
は、夫々一対の電極を所定の間隙を段【ノで配貨したも
ので、その間隙に対応する波長の表面波が光信用変換器
と受信用変換器との聞で伝播し、その波長に応じた周波
数の出力が弾性表面波発振器の出力として得られるが、
この発振器を２個１組として起歪体における剪断変形部
に上記のように配置すれば、荷重の印加時に一方の発振
器にＪ３いては各変換器における電極間隔が増加し、他
方の発振器においては該間隔が減少することにより、両
光振器の発振周波数が互いに逆方向に変化する方式、即
ち共振型発振器となり、従って、両光振器の発振周波数
を減算すれば荷重に対応づる出力が得られる。その場合
に、上記のように各変換器における電極間隔の変化を検
出するので両変換器間の距離を近接させることができ、
これにより短期安定性に優れた弾性表面波発振器ないし
荷重検出器が得られることになる。

また、起歪体に設けた剪断変形部においては、位置のず
れに対する歪量の変化が小さいので弾性表面波発振器の
配設位置の自由度が増大することになり、また１組の発
振器により逆方向に変化する歪を夫々検出Ｊるので温度
変化の影響を受１プることが少ない。

更に、上記剪断変形部は、例えば第３図に示すように従
来形状の起歪体の中空部に剪断変形部材を架設すること
により形成されるので、該起歪体の両側面を例えばシリ
コーンゴム板で覆う等により、弾性表面波発振器を容易
にシールＪることができるようになる。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例について説明づる。

第３図に示１°ように、荷重検出器１０の本体となる起
歪体１１は、一端の固定剛体部１２と他端の可動剛体部
１３との間に上下に平行に２本のビーム１４．１５を設
けて中空四角形状とされていると共に、該起歪体１１に
おける中空部には両端を上記画調体部１２．１３の内面
に固着された板状の剪断変形部材１６が架設されている
。そして、起歪体１１における上下のビーム１４．１５
には夫々２個所づつ半円状の切欠きによって肉厚が薄く
された可撓部１７・・・１７が設（プられ、可動剛体部
１３に荷重Ｆが作用した時に上記各可撓部１７・・・１
７が屈曲して、荷重Ｆの大ぎさに応じて該可動剛体部１
３が鎖線で示すように下方に変位するようになっている
。また、上記剪断変形部４Ａ１６の中央部は上下方向の
幅が狭くされた剪断変形部材８とされ、起歪体１１の可
動剛体部１３が上記のように下方に変位した時に、該剪
断変形部１８が第４図に示すように略正方形の状態から
平行四辺形の状態に剪断変形するようになっている。こ
の時、該剪断変形部１８にお番）る２木の対角線×−ｘ
　、　ｙ−ｙのうち一方の対角線ｘ−ｘ　１．ｔｘ　−
ｘ′に縮み、他方の対角線ｙ−ｙはｙ−ｙ’に伸びる。

然して、この剪断変形部１８の両面には、第５図に示づ
ように上記対角線ｘ　−ｘ　、　ｙ−ｙの方向１−　Ｑ
　＃ｆｌ　１ｆｆｉ　７７％　１１１１１　枡ｍ　ｉｆ
ｉ　幼ｎ　ｊＷ　具１Ｑ　９ｎ　Ｈ−１−ｈ設けられて
いる。これらの発振器１９．２０は、各々、一対のくし
形電極２１ａ、２１ｂを所定の間隙ａ・・・ａを隔てて
組合せてなる発信用変換器２１と、同じく一対のくし形
電極２２ａ、２２ｂを所定の間隙ａ・・・ａを隔てて組
合Ｕてなる受信用変換器２２とを、上記対角線×−×及
びｙ−ｙの方向に沿って比較的狭い間隔すを隔てて配置
すると共に、両度換器２１．２２における一方の電極２
１８．２２８問に増幅器（図示往ず）を接続し、且つ他
方の電極２１ｂ、２２ｂを夫々グランディングした構成
とされている。そして、両弾性表面波発振器１９．２０
の出力を減算して全体としての出力を得るように電気回
路が構成されている。

ここで、図示の実施例では、剪断変形部１８が圧電体で
形成されているが、該変形部１８を通常の金属で形成す
ると共に、該変形部１８の両面に例えば原品、セラミッ
ク、酸化亜鉛等でなる圧電体薄膜又は薄板を設け、その
上に弾性表面波発振器１９．２０を形成するようにして
もよい。

上記の構成によれば、起歪体１１の可動剛体部１３に荷
重Ｆが作用した時、該剛体部１３が下方に変位すること
に伴って剪断変形部祠１Ｇの中央部の剪断変形部１８が
第４図に鎖線で承りように変形する。そのため、該剪断
変形部１８の両面におＧプる２個の弾性表面波発振器１
９．２０のうち、対角線×−×に沿って設ジノられた弾
性表１４１波発振器１９においては発信用及び受信用変
換器２１゜２２の間の間隔すと、両度換器２１．２２に
４３ける電！ｆＡ２１ａ　、２Ｉｂ問及び電極２２ａ、
２２ｂ間の各間隙ａ・・・ａが減少し、また対角線ｙ−
ｙに沿って設けられた弾性表面波発振器２ｏにおいては
変換器２１．２２間の間隔すと、電極２１ａ。

２１ｂ及び２２８．２２ｂ間の間隙ａ・・・ａが増加す
ることになる。これにより、両弾性表面波発振器１９．
２０における発信用及び受信用変換器２１．２２間を伝
播する表面波の波長が一方【よ減少し且つ他方は増大し
、これに伴って両光振器１９゜２０の発振周波数が互い
に逆方向に変化して、その差が荷重検出器１０の出力と
して得られる。、ぞの場合に、上記各電極２１８．２１
１＋及び２２ａ。

２２ｂ間の間隙ａ・・・ａの変化が上記荷重Ｆに対応す
るので、該荷ＩＦの大きざに応じた出力が得られること
になる。

尚、上記両光振器１９．２０にお１ノる発信用及び受信
用変換器２１．２２間の間隔わが狭いので、両度換器２
１．２２問を伝播する表面波の伝播時間が短く、外界の
影響も少なくなるため短期的に安定することになる。ま
た、発振周波数が反対に変化する２個の弾性表面波発振
器１９．２０の発振周波数差を全体としての出力とする
ので、該出力が温度変化による剪断変形部１８の膨張等
によって影響されることがない。更に、この荷重検出器
１Ｏにおいては、弾性表面波発振器１９．２０が剪断変
形部１８の剪断変形による歪を検出づる構成であるが、
該剪断変形部１８は印加された荷重に対して広い範囲で
略一様に歪むので、上記発振器１９．２０の出力がその
配設位置の多少のずれによっては殆ど影響されず、従っ
て配設位置の自由度が増大することになる。

然して、この荷重検出器１０が秤に用いられる場合は、
第６図に示すように起歪体１１にｄ３４ノる固定剛体部
１２がブラケット２３を介して秤ケース２４に固定され
、且つ可動剛体部１３に固首されたブラケット２５上に
ｉｔ　ｆｆｌ　１１１１２６が取イーＩ【ノられる。こ
のような構成によると、上記ｎｌ　ｈｌ　１１１１２６
上に載置された被計量物の重量が上記ブラク−ツト２５
を介して起歪体１１の可動剛体部１３に作用し、該被計
量物の重量が弾性表面波発振器１９．２０により上記の
ようにして測定される。ところで、このような構成によ
ると、起歪体１１の両側面１１ａ、１１ａが間数され、
且つ剪ｒ６１変形部１８ないし弾性表面波発振器１９．
２０が該起歪体１１の中空部内に設置Ｊられているがら
、図示のように起歪体１１の側面１１ａ、１１ａに大々
シリコーンゴム等の弾性係数の小さい祠料でなる板材２
７゜２７を接着剤等を用いて貼着すれば、該発振器１９
．２０を外部から完全にシールすることができ、該発振
器１９．２０が水分や湿気或いはほこり等から保護され
ることになる。

尚、以上の実施例は、剪断変形部１８の両面に２個１組
の弾性表面波発振器１９．２０を夫々設けたものである
が、第７図に実線で示ずＪ：うに剪断変形５ｓｉｓ’の
一方の面にのみ２個１組の弾性表面波発振器１９’　、
２０’　をＷＪ重力方向対して４５°で互いに直交づる
向きに配設づれば、片面配置のため製造工程を減じてコ
ストを下げることができる。一方、応用例として同図に
鎖線で示すように更に他方の面にも２個１組の弾性表面
波発振器１９″、２０″を同様の向ぎに配設して、両組
の出力を加算することにより精度をより向上させること
もできる。

また、第８図に示す実施例は、荷重検出器３Ｏにおける
起歪体３１を円柱状の固定剛体部３２と同じく円柱状の
可動剛体部３３とを剪断変形部材３６により連結した構
成としたもので、この実施例においても上記剪断変形部
材３６の中央部に設（）られた剪断変形部３８に１組の
弾性表面波発振器３９．４０が所定の向きに配設されて
いる。従って、この実施例においても、可動剛体部３３
に作用する荷重［の大きさが前記実施例と同様にして検
出されるが、この実施例では上記剪断変形部３８ないし
弾性表面波発振器３９．４０が円柱状の両側体部３２．
３３に跨って装着されたベローズ４７によってシールさ
れるようになっている。

（発　明　の　効　果） 以上のように本発明によれば、弾性表面波発振器を利用
した荷重検出器として、荷重に対する出力の短期安定性
に優れていると共に、上記弾性表面波発振器の配設位置
に自由度があって製造が容易であり、また濃度補償され
た出力が１！７られる荷重検出器が実現される。更に本
発明に係る荷重検出器は上記弾性表面波発振器を保護す
るためのシールが容易であり、且つ剪断変形より伺ｍを
検出しているので四隅誤差を除去しており、もって伴用
等として最適の荷重検出器が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は弾性表面波発振器の原理を示Ｊ斜視図、第２図
は従来の弾性表面波式荷１１ｉ検出器を示づ斜視図、第
３図は本発明荷重検出器の実施例を示す斜視図、第４図
は該実施例における剪断変形部の変形状態を示す説明図
、第５図は該実施例の要部拡大正面図、第６図は該荷重
検出器を秤に適用した状態の縦断正面図、第７図は弾性
表面波発振器の他の配設例を示す要部拡大正面図、第８
図は本発明荷重検出器の他の実施例を示す斜視図である
。 １０．３０・・・荷重検出器、１１．３１・・・起歪体
、１８．３８・・・剪断変形部、１９．２０゜１９’　
、２０’　、１９″、２０″、３９．４０・・・弾性表
面波発振器、２１．２２・・・変換器。 出願人　株式会社石田衡器製作所 第１図 第２図 第３図 １０−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　自由端に荷重が印加される片持ら状の起歪体に
   上記荷重により剪断変形を生じるようにされた剪断変形
   部を設ける一方、一対の電極を所定の間隙を設けて配設
   してなる発信用変換器と同様の構成の受信用変換器とで
   弾性表面波発振器を構成し、この弾性表面波発振器を２
   個１組として、再発振器が荷重方向に対して夫々４５：
   をなし且つ互いに直交するように、上記起歪体の剪断変
   形部に少なくとも１組以上ｒＩＱ＆ノたことを特徴とす
   る荷重検出器。