(57)【要約】【課題】本発明は、押圧部材に過大な押圧力が加わっても、無負荷状態での振動子の固有振動数が変動してしまうということのない、測定精度の向上した歪センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】第１の振動子２５および第２の振動子２６における駆動部２７に電圧を印加して第１の振動子２５および第２の振動子２６を振動駆動させるとともに、荷重による第１の振動子２５および第２の振動子２６の固有振動数の変動を検出部２８から出力信号として検出することにより、応力伝達部材３４を介して両持梁２２に作用する応力を測定する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と検出部とを有する振動子を設けた両持梁と、一端が前記両持梁の両端と接続された円筒形状の応力伝達部材と、この応力伝達部材の他端と接続された押圧部材とを備え、前記振動子における駆動部に電圧を印加して振動子を振動駆動させるとともに、荷重による振動子の固有振動数の変動を検出部から出力信号として検出することにより、応力伝達部材を介して両持梁に作用する応力を測定するようにした歪センサ。
【請求項２】
駆動部および検出部を、下部電極、圧電層および上部電極の積層構造とした請求項１記載の歪センサ。
【請求項３】
押圧部材に外方に突出するように鍔部を設けるとともに、この鍔部の下側を支持する支持部材を設ける構成とした請求項１記載の歪センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に荷重を付加することによって発生する歪を検出する歪センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の歪センサは、図７に示すような構成を有していた。
【０００３】
図７は従来の歪センサの上面図である。
【０００４】
図７において、１は第１の振動子で、この第１の振動子１は一対の音叉２を向かいあうように構成されている。３は第２の振動子で、この第２の振動子３は一対の音叉４を向かいあうように構成されている。５は応力伝達部材で、この応力伝達部材５は、前記第１の振動子１と第２の振動子３との間を接続しており、第２の振動子３から第１の振動子１に向かって応力を伝達している。６は支持部材で、この支持部材６は前記第１の振動子１における一端と接続されている。７は押圧部材で、この押圧部材７は前記第２の振動子３における一端と接続されている。
【０００５】
以上のように構成された従来の歪センサについて、次にその動作を説明する。
【０００６】
押圧部材７にＹ軸方向の押圧力が作用すると、第１の振動子１および第２の振動子３に圧縮力が加わる。そして、第１の振動子１および第２の振動子３の固有振動数ｆａは減少する。したがって、第１の振動子１および第２の振動子３の固有振動数ｆａを測定することにより、押圧部材７に加わる押圧力を検出することができるものであった。
【０００７】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−８００６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成においては、押圧部材７からの押圧力が第２の振動子３および第１の振動子１に直接に作用しているため、過大な押圧力が第１の振動子１および第２の振動子３に加わると、第１の振動子１および第２の振動子３に残留応力が発生することとなり、これにより、無負荷状態での第１の振動子１および第２の振動子３の固有振動数が変動するため、押圧力を精度良く測定できなくなってしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、押圧部材に過大な押圧力が加わっても、無負荷状態での振動子の固有振動数が変動してしまうということのない、測定精度の向上した歪センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、駆動部と検出部とを有する振動子を設けた両持梁と、一端が前記両持梁の両端と接続された円筒形状の応力伝達部材と、この応力伝達部材の他端と接続された押圧部材とを備え、前記振動子における駆動部に電圧を印加して振動子を振動駆動させるとともに、荷重による振動子の固有振動数の変動を検出部から出力信号として検出することにより、応力伝達部材を介して両持梁に作用する応力を測定するようにしたもので、この構成によれば、応力伝達部材を介して両持梁に作用する応力を測定するようにしたため、押圧部材からの押圧力が振動子に直接に作用することがなくなり、これにより、振動子に残留応力が発生しないから、無負荷状態での振動子の固有振動数が変動しないこととなり、その結果、押圧力を精度良く測定できるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、駆動部および検出部を、下部電極、圧電層および上部電極の積層構造としたもので、この構成によれば、駆動部および検出部を、下部電極、圧電層および上部電極の積層構造としたため、小さなスペースで、駆動部および検出部を形成できるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、押圧部材に外方に突出するように鍔部を設けるとともに、この鍔部の下側を支持する支持部材を設けたもので、この構成によれば、押圧部材に外方に突出するように鍔部を設けるとともに、この鍔部の下側を支持する支持部材を設けたため、押圧部材に加わる押圧力を、鍔部を介して支持部材が吸収することとなり、その結果、押圧部材からの押圧力が振動子に直接に作用しないから、無負荷状態での振動子の固有振動数が変動しなくなり、さらに、押圧力を精度良く測定できるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の歪センサは、駆動部と検出部とを有する振動子を設けた両持梁と、一端が前記両持梁の両端と接続された円筒形状の応力伝達部材と、この応力伝達部材の他端と接続された押圧部材とを備え、前記振動子における駆動部に電圧を印加して振動子を振動駆動させるとともに、荷重による振動子の固有振動数の変動を検出部から出力信号として検出することにより、応力伝達部材を介して両持梁に作用する応力を測定するようにしたもので、この構成によれば、応力伝達部材を介して両持梁に作用する応力を測定するようにしたため、押圧部材からの押圧力が振動子に直接に作用することがなくなり、これにより、振動子に残留応力が発生しないから、無負荷状態での振動子の固有振動数が変動しないこととなり、その結果、押圧力を精度良く測定できる歪センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態における歪センサの分解斜視図
【図２】同歪センサの側断面図
【図３】同歪センサの上断面図
【図４】同歪センサの両持梁における機能部の平面図
【図５】同歪センサが動作する状態を示す側断面図
【図６】同歪センサにおける第１の振動子および第２の振動子の固有振動数が変化する状態を示す図
【図７】従来の歪センサの上面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態における歪センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態における歪センサの分解斜視図、図２は同歪センサの側断面図、図３は同歪センサの上断面図、図４は同歪センサの両持梁における機能部の平面図である。
【００１９】
図１〜図４において、２１は歪検出素子で、この歪検出素子２１は両持梁２２と、この両持梁２２の両端を接続する輪状の接続部２３とにより構成されている。また歪検出素子２１における両持梁２２の上面には、機能部２４を設けており、この機能部２４には、第１の振動子２５およびこの第１の振動子２５と直行するように設けられた第２の振動子２６とを設けている。そして、前記歪検出素子２１における第１の振動子２５および第２の振動子２６の各々には、両端側に、Ｐｔからなる下部電極（図示せず）、ＰＺＴからなる圧電層（図示せず）およびＡｕからなる上部電極（図示せず）を積層して構成された、一対の駆動部２７を設けている。そしてまた、前記一対の駆動部２７の間には、Ｐｔからなる下部電極（図示せず）、ＰＺＴからなる圧電層（図示せず）およびＡｕからなる上部電極（図示せず）を積層して構成された検出部２８を設けている。なお、駆動部２７および検出部２８はそれぞれＰｔからなる下部電極（図示せず）、ＰＺＴからなる圧電層（図示せず）およびＡｕからなる上部電極（図示せず）を積層して構成されている。
【００２０】
そして、駆動部２７および検出部２８を、下部電極（図示せず）、圧電層（図示せず）および上部電極（図示せず）の積層構造としたため、小さなスペースで、駆動部２７および検出部２８を形成できるという作用効果を有するものである。
【００２１】
２９は駆動電極で、この駆動電極２９は配線パターン３０を介して、前記第１の振動子２５および第２の振動子２６における駆動部２７の上部電極（図示せず）と電気的に接続されている。３１はＧＮＤ表出電極で、このＧＮＤ表出電極３１は前記第１の振動子２５および第２の振動子２６における駆動部２７の下部電極（図示せず）および検出部２８の下部電極（図示せず）と一体に構成されており、機能部２４の全体にわたって設けられている。そして、前述のＧＮＤ表出電極３１は、機能部２４の全体にわたって設けられた絶縁層３２の一部を切り欠いて構成されている。３３は検出電極で、この検出電極３３は前記第１の振動子２５および第２の振動子２６における検出部２８の上部電極（図示せず）と電気的に接続されている。３４は円筒形状の例えばＳＵＳ４３０からなる応力伝達部材で、この応力伝達部材３４は、下端を前記歪検出素子２１における接続部２３および両持梁２２における両端と固着されている。３５は例えばＳＵＳ４３０からなる押圧部材で、この押圧部材３５は、外方へ突出するように設けた円形薄板形状の鍔部３６と、円柱形状の押圧部３７とを設けており、鍔部３６の下面を前記応力伝達部材３４における上端に固着している。３８は例えばＳＵＳ４３０からなる支持部材で、この支持部材３８は前記鍔部３６の下面外端と上面が固着されている円筒形状の支持部３９と、この支持部３９を上面に設けた板状の取付部４０とを設けており、この取付部４０の外端に一対の取付孔４１を設けている。
【００２２】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における歪センサについて、次にその組立方法について説明する。
【００２３】
まず、ＳＯＩ基板（図示せず）の上面に、順番にＰｔからなる下部電極（図示せず）、ＰＺＴ薄膜（図示せず）、Ａｕからなる上部電極（図示せず）を形成する。
【００２４】
次に、上部電極（図示せず）をエッチングして、機能部２４の上面に、駆動部２７、検出部２８、配線パターン３０、駆動電極２９、検出電極３３を形成する。
【００２５】
次に、ＰＺＴ薄膜（図示せず）をエッチングして、下部電極（図示せず）の一部を露出させ、機能部２４を形成する。
【００２６】
次に、円板形状の歪検出素子２１から半円形状の部材を打ち抜くことにより歪検出素子２１の中央に両持梁２２を形成した後、この両持梁２２に機能部２４を貼付する。
【００２７】
次に、押圧部材３５に例えば、ヘッダー加工等の深絞り加工をすることにより、円筒形状の応力伝達部材３４および薄板円盤形状の鍔部３６を形成する。
【００２８】
次に、前記押圧部材３５における応力伝達部材３４の下面に、歪検出素子２１における接続部２３を固着する。
【００２９】
次に、板状の支持部材３８をプレス加工することにより、一対の取付孔４１を形成した後、深絞り加工することにより、支持部材３８に支持部３９を形成する。
【００３０】
最後に、前記支持部材３８における支持部３９の上面に、押圧部材３５における鍔部３６の外周側下面を固着する。
【００３１】
以上のようにして構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における歪センサについて、次に、その動作を説明する。
【００３２】
まず、支持部材３８における取付孔４１にボルト（図示せず）を挿通した後、ナット（図示せず）をボルト（図示せず）に螺合することにより、歪センサを被検出体（図示せず）に取着する。
【００３３】
そして、第１の振動子２５における駆動部２７に、第１の振動子２５の固有振動数ｆａと略同一の周波数の交流電圧を印加するとともに、第２の振動子２６における駆動部２７に、第２の振動子２６の固有振動数ｆｂと略同一の周波数の交流電圧を印加する。そうすると、第１の振動子２５は固有振動数ｆａで弦振動し、一方、第２の振動子２６は固有振動数ｆｂで弦振動する。この状態において、第１の振動子２５における検出部２８からの出力信号を処理すると、振動数ｆａが検出され、同様に、第２の振動子２６における検出部２８からは振動数ｆｂが検出される。そして、図５に示すように、押圧部材３５における押圧部３７に上方より、押圧力が作用すると、押圧部材３５における鍔部３６と、支持部材３８における支持部３９との接合箇所が接点となり、鍔部３６が撓んで、歪検出素子２１における両持梁２２に引張力が加わる。そして、図６に示すように、機能部２４における第１の振動子２５の固有振動数ｆａは減少し、一方、第２の振動子２６の固有振動数ｆｂは増加する。したがって、第１の振動子２５および第２の振動子２６の双方の検出部２８からの出力信号を処理することにより、周波数の変化量として、押圧部材３５における押圧部３７に加わる押圧力を検出することができるものである。
【００３４】
また、同様に、押圧部材３５における押圧部３７に上方に引張力が作用すると、押圧部材３５における鍔部３６と、支持部材３８における支持部３９との接合箇所が接点となり、鍔部３６が撓んで、歪検出素子２１における両持梁２２に引張力が加わる。そして、機能部２４における第１の振動子２５の固有振動数ｆａは増加し、一方、第２の振動子２６の固有振動数ｆｂは減少する。したがって、第１の振動子２５および第２の振動子２６の双方の検出部２８からの出力信号を処理することにより、周波数の変化量として、押圧部材３５における押圧部３７に加わる引張力を検出することができるものである。
【００３５】
ここで、押圧部材３５に過大な引張力が加わる場合を考えると、本発明の一実施の形態における歪センサにおいては、応力伝達部材３４を介して両持梁２２に作用する応力を測定するようにしたため、押圧部材３５からの押圧力が第１の振動子２５および第２の振動子２６に直接に作用することがなくなり、これにより、第１の振動子２５および第２の振動子２６に残留応力が発生しないから、無負荷状態での第１の振動子２５および第２の振動子２６の固有振動数が変動しないこととなり、その結果、押圧力を精度良く測定できるという作用効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかる歪センサは、押圧部材に過大な押圧力が加わっても、無負荷状態での振動子の固有振動数が変動してしまうということのない、信頼性の向上した歪センサを提供することができるという効果を有し、自動車等のシート重量を検出する用途に適用できるものである。
【符号の説明】
【００３７】
２２  両持梁
２５  第１の振動子
２６  第２の振動子
２７  駆動部
２８  検出部
３４  応力伝達部材
３５  押圧部材
３６  鍔部
３８  支持部材
【図１】
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【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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