(57)【要約】【課題】音叉振動子を備え、小型化・細形化した形状を有する荷重検出センサーを提供する。【解決手段】一体構造の音叉振動子３０とロバーバル機構（４１、６１、５１、６２）とを備え、荷重検出センサーの固定部４０に固定される部材の固定部固定位置４３、及び、可動部５０に固定される部材の可動部固定位置５３が、音叉振動子３０の中心線の延長方向にある。この荷重検出センサーは、固定部側延伸部４１と可動部側延伸部５１とが、音叉振動子３０を間に挟み、音叉振動子３０の中心線に平行しており、小型で細長い外形を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの素材から一体的に形成された音叉振動子及びロバーバル機構を備える荷重検出センサーであって、
前記音叉振動子は、平行する二枚の板状振動片と、前記二枚の板状振動片の両端部同士を結合する二つの結合部と、を備え、
前記ロバーバル機構は、前記荷重検出センサーの固定部から延びる固定部側延伸部の少なくとも一部と、前記荷重検出センサーの可動部から延びる可動部側延伸部の少なくとも一部とが、それらを連結する二つの連結部により平行四辺形を形成するように結合されて構成され、
前記固定部側延伸部は、前記音叉振動子の前記結合部の一方を直接支持するために、前記可動部側延伸部の側に突出する固定部側突出部を備え、
前記可動部側延伸部は、前記音叉振動子の前記結合部の他方を直接又はてこ部を介して支持するために、前記固定部側延伸部の側に突出する可動部側突出部を備え、
前記結合部の一方が前記固定部側突出部に支持され、前記結合部の他方が前記可動部側突出部又はてこ部に支持された前記音叉振動子の中心線の方向が、前記固定部側延伸部及び可動部側延伸部と平行しており、
前記荷重検出センサーの固定部に固定される部材の固定部固定位置、及び、前記荷重検出センサーの可動部に固定される部材の可動部固定位置が、前記音叉振動子の中心線の延長方向にあることを特徴とする荷重検出センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重検出センサーであって、前記固定部側突出部及び可動部側突出部が、前記二つの連結部の間にあることを特徴とする荷重検出センサー。
【請求項３】
請求項１に記載の荷重検出センサーであって、前記固定部側突出部及び可動部側突出部が、前記二つの連結部の外側にあることを特徴とする荷重検出センサー。
【請求項４】
請求項１に記載の荷重検出センサーであって、前記音叉振動子の前記結合部の他方が、前記てこ部の作用点に結合され、前記固定部側延伸部から前記可動部側延伸部の方向に突出する第２の固定部側突出部が前記てこ部の支点を支持し、前記可動部側突出部が前記てこ部の力点に結合されることを特徴とする荷重検出センサー。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の荷重検出センサーであって、前記音叉振動子の中心線の延長方向にある前記可動部固定位置と前記固定部固定位置とが前記音叉振動子の同じ側にあり、前記可動部が、前記可動部固定位置に固定された部材により前記音叉振動子の方向にプッシュされることを特徴とする荷重検出センサー。
【請求項６】
請求項１に記載の荷重検出センサーであって、前記音叉振動子の中心線の延長方向にある前記可動部固定位置と前記固定部固定位置とが前記音叉振動子の異なる側にあり、前記可動部が、前記可動部固定位置に固定された部材により前記音叉振動子から離れる方向にプルされることを特徴とする荷重検出センサー。
【請求項７】
請求項１に記載の荷重検出センサーであって、前記音叉振動子の中心線の延長方向にある前記可動部固定位置が前記音叉振動子の両側にあり、前記可動部の前記音叉振動子の方向へのプッシュ、及び、前記可動部の前記音叉振動子から離れる方向へのプルが可能であることを特徴とする荷重検出センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉振動子を備える荷重検出センサーに関し、形状のコンパクト化を可能にしたものである。
【背景技術】
【０００２】
音叉振動子に引張り力又は圧縮荷重を加えると固有振動数が変化する。出願人は、この現象を利用した荷重検出センサーの開発を従来から進めている。
下記特許文献１では、音叉振動子と、偏心荷重の影響を排除するためのロバーバル機構とを同一金属部材で一体的に形成した荷重検出センサーを提案している。
このセンサーは、図９に示すように、平行する二枚の板状振動片１ａ、１ｂ、及び、それらの両端部同士を結合する二つの結合部２ａ、２ｂから成る音叉振動子１と、音叉振動子１の一端に力を作用する“てこ”１０と、てこ１０を支点１３で支え、且つ、音叉振動子１の他端を支持する基部１１と、荷重Ｆを受けて、てこ１０の力点１４に伝える可動部１６と、ロバーバル機構の構成部材である長辺部材２６及び二つの連結部材２４、２５とを備えており、それらが同一金属部材で一体的に形成されている。
ロバーバル機構は、長辺部材２６と、それに平行する基部１１の部分と、それらを連結する連結部材２４、２５とで構成され、それらによりロバーバル機構の平行四辺形が形成される。
【０００３】
音叉振動子１の板状振動片１ａ、１ｂには圧電素子４ａ、４ｂを取付け、一方の圧電素子４ａには、周波数を音叉振動子１の固有周波数に設定した励起用信号を加え、他方の圧電素子４ｂをピックアップ用として動作させる。
このセンサーの可動部１６に荷重Ｆが加わると、てこ１０により増幅された力が音叉振動子１の一端に作用する。そのため、圧電素子４ｂで検知される信号の周波数は、励起用信号の周波数からずれる。圧電素子４ｂで検知された信号の周波数に基づいて荷重Ｆが算出される。
このセンサーでは、可動部１６にＸ方向の分力を含む斜めの荷重Ｆ’が加わった場合でも、Ｘ方向の分力の影響がロバーバル機構の作用で音叉振動子１に及ばない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−４９０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
荷重検出センサーは、秤だけでなく、荷重を介して物理量を計測する各種の測定装置や試験装置に利用されている。キーボードのタッチ力の測定や、絆創膏の剥離力の試験、プルトップ缶の開栓力の測定、繊維の破断力試験、フィルムの張力試験など、多方面で荷重検出センサーを利用することができる。
こうした測定装置や試験装置での利用を拡げるためには、荷重検出センサーの形状のコンパクト化が求められる。片手で操作できる小型の測定器や、鉛筆を持つ要領で操作できるペンシル形状の測定器を実現するには、それに組み込む荷重検出センサーの小型化・細形化が欠かせない。
【０００６】
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、音叉振動子を備え、小型化・細形化した形状を有する荷重検出センサーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一つの素材から一体的に形成された音叉振動子及びロバーバル機構を備える荷重検出センサーであって、音叉振動子は、平行する二枚の板状振動片と、二枚の板状振動片の両端部同士を結合する二つの結合部と、を備え、ロバーバル機構は、荷重検出センサーの固定部から延びる固定部側延伸部の少なくとも一部と、荷重検出センサーの可動部から延びる可動部側延伸部の少なくとも一部とが、それらを連結する二つの連結部により平行四辺形を形成するように結合されて構成され、固定部側延伸部は、音叉振動子の結合部の一方を直接支持するために、可動部側延伸部の側に突出する固定部側突出部を備え、可動部側延伸部は、音叉振動子の結合部の他方を直接又はてこ部を介して支持するために、固定部側延伸部の側に突出する可動部側突出部を備え、結合部の一方が固定部側突出部に支持され、結合部の他方が可動部側突出部又はてこ部に支持された音叉振動子の中心線の方向が、固定部側延伸部及び可動部側延伸部と平行しており、荷重検出センサーの固定部に固定される部材の固定部固定位置、及び、荷重検出センサーの可動部に固定される部材の可動部固定位置が、音叉振動子の中心線の延長方向にあることを特徴とする。
この荷重検出センサーでは、固定部側延伸部（又は固定部側延伸部の延長線）と可動部側延伸部とが、音叉振動子を間に挟み、音叉振動子の中心線に平行しており、小型で細長い外形を有している。
【０００８】
また、本発明の荷重検出センサーでは、固定部側突出部及び可動部側突出部が、二つの連結部の間にあっても、二つの連結部の外側に在っても良い。
【０００９】
また、本発明の荷重検出センサーでは、音叉振動子の結合部の他方を、てこ部の作用点に結合し、固定部側延伸部から可動部側延伸部の方向に突出する第２の固定部側突出部でてこ部の支点を支持し、可動部側突出部をてこ部の力点に結合するようにしても良い。
こうすることで、可動部に加わる力をてこ部で増幅して音叉振動子に作用させることができる。
【００１０】
また、本発明の荷重検出センサーでは、音叉振動子の中心線の延長方向にある可動部固定位置と固定部固定位置とを音叉振動子の同じ側に設けることで、可動部が、可動部固定位置に固定された部材により音叉振動子の方向にプッシュされるプッシュ型の荷重検出センサーとすることができる。
【００１１】
また、本発明の荷重検出センサーでは、音叉振動子の中心線の延長方向にある可動部固定位置と固定部固定位置とを音叉振動子の異なる側に設けることで、可動部が、可動部固定位置に固定された部材により音叉振動子から離れる方向にプルされるプル型の荷重検出センサーとすることができる。
【００１２】
また、本発明の荷重検出センサーでは、音叉振動子の中心線の延長方向にある可動部固定位置を音叉振動子の両側に設け、可動部の音叉振動子の方向へのプッシュと、可動部の音叉振動子から離れる方向へのプルとが可能な荷重検出センサーとすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の荷重検出センサーは、小型で細長い外形を有しており、各種の小型測定器に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る荷重検出センサーを示す図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る荷重検出センサーを示す図
【図３】本発明の第３の実施形態に係る荷重検出センサーを示す図
【図４】本発明の第４の実施形態に係る荷重検出センサーを示す図
【図５】本発明の第５の実施形態に係る荷重検出センサーを示す図
【図６】本発明の第６の実施形態に係る荷重検出センサーを示す図
【図７】本発明の荷重検出センサーを用いた秤を示す模式図
【図８】本発明の荷重検出センサーを用いた押込み試験装置を示す模式図
【図９】従来の荷重検出センサーを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る荷重検出センサーを示している。
このセンサーは、平行する二枚の板状振動片３１とその両端部同士を結合する二つの結合部３２、３３とを備える音叉振動子３０（なお、圧電素子の記載は省略している。以下、同様である。）と、センサーの固定部４０と、センサーの可動部５０とを有し、固定部４０は、基部（不図示）に固定される固定部固定位置４３が設けられた部分から延伸する固定部側延伸部４１と、固定部側延伸部４１から突出する固定部側突出部４２とを有し、可動部５０は、可動部５０に力を加える部材（不図示）が結合される、可動部固定位置５３が設けられた部分から延伸する可動部側延伸部５１と、可動部側延伸部５１から突出する可動部側突出部５２とを有している。
【００１６】
固定部側突出部４２は、可動部側延伸部５１の方向に突出し、可動部側突出部５２は固定部側延伸部４１の方向に突出している。
音叉振動子３０の結合部３２は固定部側突出部４２に支持され、結合部３３は可動部側突出部５２に支持されている。
また、このセンサーは、固定部側延伸部４１及び可動部側延伸部５１とともにロバーバル機構の平行四辺形を構成する二つの連結部６１、６２を有している。
音叉振動子３０は、二つの連結部６１、６２の間に位置している。
【００１７】
このセンサーの音叉振動子３０の中心線は、固定部側延伸部４１及び可動部側延伸部５１に平行し、固定部固定位置４３は、音叉振動子３０の中心線の延長方向にある。また、可動部５０の可動部固定位置５３が設けられた部分は、固定部４０のさらに外側にあって、可動部固定位置５３も、固定部固定位置４３と同様に、音叉振動子３０の中心線の延長方向にある。
このように、固定部固定位置４３と可動部固定位置５３とが音叉振動子３０の同一方向にあるセンサーは、可動部５０が音叉振動子３０の方向にプッシュされるプッシュ型である。
【００１８】
可動部５０がプッシュされると、音叉振動子３０が引き伸ばされる方向に変位し、音叉振動子３０の固有振動数が変化する。
このセンサーは、可動部５０に音叉振動子３０の中心線に交差する方向の分力を持つ力が加わっても、固定部側延伸部４１、連結部６１、可動部側延伸部５１及び連結部６２から成るロバーバル機構を備えているため、その分力による音叉振動子３０の影響が回避できる。
【００１９】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る荷重検出センサーを示している。
このセンサーは、可動部固定位置５４を備える可動部５０の部分が、音叉振動子３０の反対側に配置されている点で第１の実施形態（図１）と相違する。可動部固定位置５４は、音叉振動子３０の中心線の延長方向にある。
このように、固定部固定位置４３と可動部固定位置５４とが音叉振動子３０の異なる方向にあるセンサーは、可動部５０が音叉振動子３０から離れる方向にプルされるプル型である。
可動部５０がプルされると、音叉振動子３０が引き伸ばされる方向に変位し、音叉振動子３０の固有振動数が変化する。
【００２０】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る荷重検出センサーを示している。
このセンサーは、可動部固定位置５３、５４を備える可動部５０の部分が、音叉振動子３０の両側に配置されている点で第１の実施形態（図１）と相違する。
このセンサーは、プッシュ型及びプル型のいずれにおいても使用することができる。プッシュ型として使用するときは、可動部固定位置５３の側をプッシュする。また、プル型として使用するときは、可動部固定位置５４の側をプルする。いずれの場合も音叉振動子３０が引き伸ばされる方向に変位し、音叉振動子３０の固有振動数が変化する。
【００２１】
（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係る荷重検出センサーを示している。
このセンサーは、てこ部７０を有し、可動部５０に加えられた力が、てこ部７０で増幅されて音叉振動子３０に作用する。
固定部側延伸部４１は、音叉振動子３０の結合部３３を支持する固定部側突出部４２の他に、てこ部７０の支点７２を支える第２の固定部側突出部４４を備えている。
可動部側突出部５２は、てこ部７０の力点７３に結合され、てこ部７０の作用点には音叉振動子３０の結合部３２が結合される。
このセンサーでは、可動部５０にプッシュする力が作用すると、その力がてこ部７０で増幅されて、音叉振動子３０の結合部３２に作用し、音叉振動子３０が引き伸ばされる方向に変位して、音叉振動子３０の固有振動数が変化する。
【００２２】
（第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態に係る荷重検出センサーを示している。
このセンサーでは、音叉振動子３０が二つの連結部６１、６２の外側に位置している。第１の実施形態（図１）に比べて連結部６２の位置が固定部４０に近いため、固定部側延伸部４１の長さが、第１の実施形態に比べて短い。その他の構成は第１の実施形態と変わりがない。
このセンサーでは、可動部５０がプッシュされると、音叉振動子３０が引き伸ばされる方向に変位し、音叉振動子３０の固有振動数が変化する。
このとき、可動部５０に音叉振動子３０の中心線に交差する方向の分力を持つ力が加わったとしても、固定部側延伸部４１、連結部６１、可動部側延伸部５１の一部及び連結部６２から成るロバーバル機構が、その分力による音叉振動子３０の影響を防止する。
【００２３】
（第６の実施形態）
図６は、第６の実施形態に係る荷重検出センサーを示している。
このセンサーは、音叉振動子３０に過大な力が作用するのを防止するストッパー機構８０を一体的に備えている。
このストッパー機構８０は、可動部側延伸部５１から固定部側延伸部４１の方向に突出して可動部５０と共に音叉振動子３０の中心線の方向に変位する変位部８１と、固定部側延伸部４１から可動部側延伸部５１の方向に突出して変位部８１の変位を制限するストッパー部８２とから成る。
このストッパー機構８０では、可動部５０に過大な荷重が加わったり、可動部５０に過大な逆荷重が加わったりしたとき、変位部８１がストッパー部８２に当接して可動部５０の動きが規制される。そのため、過大な力による音叉振動子３０の千切れや座屈が回避できる。
【００２４】
図７は、本発明の荷重検出センサーを用いた秤を模式的に示している。本発明の荷重検出センサーを用いることで細形形状の秤を得ることができる。
また、図８は、本発明の荷重検出センサーを用いた押込み試験装置を模式的に示している。この装置は、ケーシング９１を把持して圧子９２を試料９３に押し込み、その押込み荷重を荷重検出センサー９４で検出する。検出データは制御回路９５で処理されて、試料９３の柔らかさが算出される。
このように、本発明の荷重検出センサーは幅広い利用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の荷重検出センサーは、細長い小型形状を有しており、各種の測定器や試験機に組み込んで利用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
３０  音叉振動子
３１  板状振動片
３２  結合部
３３  結合部
４０  固定部
４１  固定部側延伸部
４２  固定部側突出部
４３  固定部固定位置
４４  第２の固定部側突出部
５０  可動部
５１  可動部側延伸部
５２  可動部側突出部
５３  可動部固定位置
５４  可動部固定位置
６１  連結部
６２  連結部
７０  てこ部
７１  作用点
７２  支点
７３  力点
８０  ストッパー機構
８１  変位部
８２  ストッパー部
９１  ケーシング
９２  圧子
９３  試料
９４  荷重検出センサー
９５  制御回路
【図１】
2018128438.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018128438.tif 000011