JPH04152243A

JPH04152243A - 硬さセンサ

Info

Publication number: JPH04152243A
Application number: JP27871390A
Authority: JP
Inventors: Hidenobu Umeda; 秀信梅田; Yoshiyuki Morita; 善之森田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1992-05-26

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、圧電素子の自励発振を利用した硬さセンサに
関し、物体表面の硬さを検出するためのものである。

［背景技術］圧電素子の自励発振を利用した硬さセンサの従来例を第
５図に示す。この硬さセンサ３１は、発振子３２と振動
検出子３３とからなっている。発振子３２は、圧電セラ
ミックス等からなる圧電基板３４の両主面に上面電極３
５と下面電極３６を形成された厚み長さ振動モード（振
動による変位方向を両矢印で示す。）の圧電素子３７の
先端面一に略三角形板状をしたベークライトや樹脂、金
属製などの振動板３８の後端面を接着剤によって接着し
たものである。一方、振動検出子３３は、厚み長さ振動
モード（振動による変位方向を両矢印で示す。）を有す
る圧電セラミックス等の圧電基板３９の両主面にそれぞ
れ上面電極４０と下面電極４１を形成したものである。

この振動検出子３３は、発振子３２と変位方向（あるい
は各圧電基板３４．３９の分極方向）を一致させるよう
にして発振子３２の上面に載置され、下面電極４１を発
振子３２の上面電極３５と電気的に導通させるようにし
て発振子３２の上面に接着剤で固定されている。

次に、この硬さセンサ３１を動作させるための回路ブロ
ック図を第６図に示す。発振子３２の上面電極３５（及
び振動検出子３３の下面電極４１）は接地されており、
振動検出子３３の上面電極４０は増幅器４２の入力端子
４３に接続され、増幅器４２の出力端子４４は発振子３
２の下面電極３６に接続されており、発振子３２と振動
検出子３３と増幅器４２とによって自励発振回路が構成
されている。従って、発振子３２の上面及び下面電極３
５．３６を介して圧電素子３７にトリガー電圧のような
スタート信号を印加すると、圧電素子３７は逆圧電効果
によって微少変位する。この微少変位によって圧電素子
３７の上面に固着されている振動検出子３３も変位な起
こし、振動検出子３３の圧電効果によってその上面及び
下面電極４０．４１間に電圧が誘起される。この誘起電
圧は増幅器４２で増幅された後、再び発振子３２に同相
でフィードバックされ、これによって発振子３２が持続
的に振動を始め、自励発振が成立する。

このようにして自励発振している発振子３２の振動板３
８の先端を硬さを検出しようとする被検出物体４５に接
触させると、被検出物体４５の硬さに応じてその発振周
波数が変化する。この発振周波数の変化を検出するため
、増幅器４２の出力端子４４には、周波数カウント回路
４６、周波数差−電圧変換回路４７及び表示器４８が接
続されている。しかして、上記のように被検出物体４５
に接触することによって発振周波数が変化した自励発振
は、振動検出子３３で検出され、増幅器４２で増幅され
た後、周波数カウント回路４６によってその発振周波数
をカウントされる。ついで、周波数差−電圧変換回路４
７は、被検出物体４５に接触していない時の発振周波数
のカウント値と被検出物体４５に接触した時の発振周波
数のカウント値との差を電圧出力に変換して計量化し、
これを硬度値として表示器４８へ出力し、表示器４８に
表示させている。

［発明が解決しようとする課題］圧電素子を利用した従来の硬さセンサにあっては、発振
子を自励発振させるため振動検出子を発振子の上面に接
着していたので、振動検出子の接着位置や接着剤の付着
量のバラツキ等の影響を受け、硬さセンサの特性にバラ
ツキが発生しており、硬さセンサの品質や信頼性の点で
問題となっていた。

また、発振子の上に振動検出子を接着しているので、組
み立てにも手間が掛かつていた。

本発明は、斜上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、振動検出子を用いるこ
となく発振子を自励発振させるようにし、硬さセンサの
特性な安定化させることにある。

［課題を解決するための手段］本発明の硬さセンサは、圧電素子を有する発振子な自励
発振させ、該発振子を被検出物体に接触させたとぎに物
体の硬さに応じて変化する発振周波数を検出することに
より当該物体の硬さを検出するセンサであって、圧電基
板の一方主面に共通電極を設け、該基板の他方主面に互
いに分離させて励振用電極と振動検出用電極を設けて前
記発振子の圧電素子部分を構成したことを特徴としてい
る。

［作用］本発明の硬さセンサにあっては、振動検出用電極によっ
て圧電素子の振動を検出し、これを再び励振用電極にフ
ィードバックさせて圧電素子を励振させることにより発
振子に自励発振を生じさせることかできる。また、発振
子を被検出物体に接触させた時の自励発振の発振周波数
の変化は、振動検出用電極の出力によって検知すること
ができ、これから物体の硬さを測定することができる。

したがって、本発明の硬さセンサによれば、従来例のよ
うに発振子の上に振動検出子を接着する必要がなくなり
、特性の不安定化の゛原因な排除することができる。し
かも、圧電素子の励振用電極や振動検出用電極は、蒸着
やスパッタ等の方法や電極ペーストの印刷及び焼付等の
方法によって精度良く形成することができるので、電極
位置のバラツキも非常に小さくでき、硬さセンサの特性
のバラツキを軽減させることかでと、特性の安定性を向
上させることができる。

また、振動検出子を発振子の上面に接着させる必要がな
くなったので、発振子の製造工程が極めて簡単になり、
製造コストを安価にできる。さらに、発振子の寸法も薄
く小さくなり、硬さセンサをコンパクト化できる。

［実施例］以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図、第２図及び第３図に本発明の一実施例を示す。

この硬さセンサは、第１図及び第２図に示すような構造
の発振子１を第６図と同様な回路構成によって駆動し、
被検出物体４５の硬さを検出するものである。

発振子１は、自励発振を行う圧電素子２と被検出物体４
５に直接接触させられる振動板３とから構成されている
。このうち圧電素子２は、分極処理を施された圧電セラ
ミックス等の圧電基板４の両生面に、蒸着やスパッタ、
電極ペーストの印刷及び焼付等の方法によって電極を設
けたものである。すなわち、圧電基板４の下主面のほぼ
全体には、第２図に示すように共通電極５が設けられて
おり、圧電基板４の上型面の中央部には、第１図に示す
ように振動検出用電極６が設けられ、該上土面の振動検
出用電極６の周囲には振動検出用電極６と分離させて励
振用電極７が設けられている。

また、振動板３は、被検出物体４５に接触させるための
先端が鋭角状をした略三角形板状に形成されており、接
着剤等によって基端面を圧電素子２の端面に固着されて
いる。

しかして、この硬さセンサも、従来例の硬さセンサと同
様、増幅器４２を用いて自動発振させられ、さらに第６
図に示したような回路によって被検出物体４５の硬さを
表示器４８へ出力する。すなわち、この硬さセンサでは
、第３図に示すように、共通電極５を接地させておき、
振動検出用電極６を増幅器４２の入力端子４３に接続さ
れ、励振用電極７を増幅器４２の出力端子４４に接続さ
れ、発振子１と増幅器４２によって自動発振回路が構成
される。しかして、励振用電極７にトリガー電圧等のス
タート信号を印加すると、圧電素子２の励振用電極７を
設けられた部分に変位が生じ、この変位は振動検出用電
極６によって検出され、増幅器４２で増幅された後、同
相で励振用電極７にフィードバックされ、発振子１が自
励発振する。

この自励発振の発振周波数は、既に述べたように、振動
板３を被検出物体４５に接触させた時に物体の硬さに応
じて変化するので、増幅器４２の出力を周波数カウント
回路４６及び周波数差−電圧変換回路４７で処理した後
、硬度値として表示器４８に表示される。

このように本発明の硬さセンサにあっては、枚の圧電基
板４に励振用電極７と振動検出用電極６とを分割して設
けであるので、従来例のように発振子の上面に振動検出
子を接着する必要がなく、振動検出子の接着位置のバラ
ツキや接着剤の付着量のバラツキ等による特性のバラツ
キを解消することができる。つまり、励振用電極７や振
動検出用電極６は、蒸着法や電極ペーストの印刷等によ
って圧電基板４の表面に形成することがでとるので、同
時に形成することができるうえ、高い精度で設けること
ができる。また、接着剤も必要としない。このため、各
電極６，７の位置のバラツキも極めて小さくでき、発振
子１の品質及び特性を安定させることができる。

また、発振子の上に振動検出子を接着する必要がないの
で、発振子の製造が簡略化され、構造も簡単になってコ
ストが安価になる。さらに、厚みも従来例のほぼ１／２
に薄くなる。

第４図に示すものは、本発明の別な実施例の発振子９で
ある。この実施例では、圧電基板４の上型面のコーナ部
もしくは端部に振動検出用電極ｌＯを設け、該基板４の
上型面の振動検出用電極１０を設けた部分以外の領域に
振動検出用電極１０と分離させて励振用電極１１を設け
て圧電素子１２が構成され、圧電素子１２の端面に振動
板３を接着して発振子９が構成されている。なお、圧電
基板４の下主面のほぼ全面には共通電極５が設けられて
いる。　圧電基板４に励起される厚み長さモードの振動
は、中央部が節となり、端部が腹となっているので、こ
の実施例では圧電基板４の振動の腹の部分に振動検出用
電極１０が設けられている。したがって、この実施例で
は、振動検出用電極１０から出力される検出信号の電圧
が大きくなり、振動検出用電極１０からのケーブルの引
き出しも容易になる。

［発明の効果コ本発明によれば、発振子の上に振動検出子を接着する必
要がなくなったので、硬さセンサの特性のバラツキを軽
減させることができ、検出特性及び品質の安定性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す上面側からの斜視図、
第２図は同上の下面側からの斜視図、第３図は同上の自
励発振を説明する説明図、第４図は本発明の別な実施例
を示す上面側からの斜視図、第５図は従来例の硬さセン
サを示す斜視図、第６図は硬さセンサの回路ブロック図
である。１．９・・・発振子２．１２・・・圧電素子４・・・圧電基板５・・・共通電極８．１０・・・振動検出用電極７．１１・・・励振用電極特許出願人　　オムロン株式会社代理人　弁理士　中　野　雅　房第２図５・・・共通電極

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電素子を有する発振子を自励発振させ、該発振
子を被検出物体に接触させたときに物体の硬さに応じて
変化する発振周波数を検出することにより当該物体の硬
さを検出するセンサであって、圧電基板の一方主面に共
通電極を設け、該基板の他方主面に互いに分離させて励
振用電極と振動検出用電極を設けて前記発振子の圧電素
子部分を構成したことを特徴とする硬さセンサ。