JPH04152244A

JPH04152244A - 硬さ検出器

Info

Publication number: JPH04152244A
Application number: JP27871490A
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を
備えた硬さ検出器に関する。詳しくは、硬さセンサをケ
ース等の支持体に固定するための構造に関するものであ
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
６図に示す。この硬さセンサ１は、発振子２と振動検出
子３とからなっている。発振子２は、圧電セラミックス
等からなる圧電基板４の両主面に上面電極５と下面電極
６を形成された厚み長さ振動モード（振動による変位方
向な両矢印で示す。〕の圧電素子７の先端面に略三角形
板状をしたベークライトや樹脂、金属製などの振動板８
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３は、厚み長さ振動モード（振動によ
る変位方向な両矢印で示す。）を有する圧電セラミック
ス等の圧電基板９の両主面にそれぞれ上面電極１０と下
面電極１１を形成したものである。この振動検出子３は
、発振子２と変位方向（あるいは各圧電基板４，９の分
極方向）を一致させるようにして発振子２の上面に載置
され、下面電極１１を発振子２の上面電極５と電気的に
導通させるようにして発振子２の上面に接着剤等で固定
されている。

次に、この硬さセンサ１を動作させるための回路ブロッ
ク図を第７図に示す。発振子２の上面電極５（及び振動
検出子の下面電極１１）は接地されており、振動検圧子
３の上面電極１０は増幅器１２の入力端子１３に接続さ
れ、増幅器１２の出力端子１４は発振子２の下面電極６
に接続されており、発振子２と振動検出子３と増幅器１
２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２の上面及び下面電極５，８を介して圧電素子７
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７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７の上面に固着されている振動検
出子３も変位を起こし、振動検出子３の圧電効果によっ
てその上面及び下面電極１０．１１間に電圧が誘起され
る。この誘起電圧は増幅器１２で増幅された後、再び発
振子２に同相でフィードバックされ、これによって発振
子２が持続的に振動を始め、自動発振が成立する。

このようにして自励発振している発振子２の振動板８の
先端を硬さを検出しようとする被検出物体１５に接触さ
せると、被検出物体１５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１２の出力端子１４には、周波数カウント回路１８
、周波数差−電圧変換回路１７及び表示器１８が接続さ
れている。しかして、上記のように被検出物体１５に接
触することによって発振周波数を変化させられた自励発
振は、振動検出子３で検出され、増幅器１２で増幅され
た後、周波数カウント回路１６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１
７は、被検出物体１５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１５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１８へ出力し、表示器１８に
表示させている。

［発明が解決しようとする課題］上記のような硬さセンサを用いて被検出物体の硬さを測
定しようとすれば、硬さセンサを保持し、振動板の先端
を被検出物体の表面に接触させた状態で硬さセンサを固
定する必要がある。

しかしながら、発振子の全体をしっかりと支持させれば
、その支持力が振動負荷となるため、発振子もしくは圧
電素子の自励発振が抑制される。

これに対し、自励発振を妨げないように不安定な支持方
法を採れば、発振子を被検出物体の表面に接触させた時
、硬さセンサが動かないよう固定するのが困難である。

それにも拘らず、硬さセンサの支持ないし固定方法につ
いては、これまで特に考慮を払われていなかった。

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、発振子の自励発振を抑
制することなく、しかも強固に発振子を固定することが
できる硬さ検出器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明に係る第一の硬さ検出器は、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硬さセンサを
備えた硬さ検出器であって、前記硬さセンサを振動の節
の部分のみで固定することによって硬さセンサを支持体
に支持させたことを特徴としている。

また、本発明に係る第二の硬さ検出器は、圧電素子な有
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な検出する硬さセ
ンサを備えた硬さ検出器であって、前記硬さセンサと支
持体との間に弾性材料を充填することによって硬さセン
サを支持体内に支持させたこ・とを特徴としている。

［作用］第一の硬さ検出器にあっては、振幅の極めて小さな振動
の節の部分のみで硬さセンサを固定しているので、硬さ
センサを固定することによって硬さセンサの自励発振が
抑制されることがない。

また、第二の硬さ検出器にあっては、支持体と硬さセン
サとの間に弾性材料を充填することによって硬さセンサ
を固定しているので、硬さセンサの表面には弾性材料が
接触しているだけであり、硬さセンサの微少弾性振動が
ダンピングされず、硬さセンサの自励発振が抑制されな
い。

したがって、本発明によれば、発振子の自励発振を抑制
することなく硬さセンサを支持体に強固に固定させるこ
とができ、検出信号の再現性を良好にすることがでとる
。

さらに、第二の硬さ検圧器にあっては、硬さセンサを弾
性材料によって包んでいるので、衝撃等から硬さセンサ
を保護することができる。

［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図及び第２図に本発明の一実施例の硬さ検出器１９
を示す。この硬さ検出器１９は、支持体であるケース２
ｏ内に、硬さセンサ１を収納状態で固定したものである
。ケース２０は、一端が開口した円筒状や角筒状等の筒
形をしており、この開口からケース２０内に硬さセンサ
１を納入し、硬さセンサ１の先端部（すなわち、振動板
８の先端部）のみをケース２０から突出させである。あ
るいは、縦割りに２分割されたケース２０間に硬さセン
サ１を挟み込んで２分割されたケース２０を一体に接着
ないし溶接してもよい。ケース２０内面の中央部には、
水平な支持台２１が設けられており、支持台２１と対向
してケース２０にはネジ２２を貫通させてあり、ネジ２
２を締め付けて支持台２１とネジ２２の先端との間に硬
さセンサ１を強固に挟持している。

硬さセンサ１は、例えば第６図の従来例の硬さセンサと
同様な構造を有するものであり、第３図に破線で示すよ
うに、圧電素子７の中心部に振動の節２３＠０−持ち、
両端部に腹２４を持った振動モードで自励発振する。し
たがって、硬さセンサ１は、圧電素子７の中心部の節２
３の位置でケース２０内面の支持台２１とネジ２２との
間に挟まれて固定されている。なお、この実施例では、
圧電素子７の中心部で圧電素子７と振動検出子３とを支
持台２１とネジ２２の間に挟み込んでいるので、圧電素
子７と振動検出子３を接着していなくても差し支えない
。

しかして、圧電素子７の振動の節２３の位置で硬さセン
サ１を固定しているので、支持台２１やネジ２２によっ
て発振子２の自励発振が抑圧されることがなく、発振子
２の自励振動を抑制することなく硬さセンサ１をケース
２０内に強固に固定することかでと、被検出物体１５に
もしっかりと接触させることができる。

第４図は、本発明の別な実施例を示す断面図である。こ
の硬さ検出器２５は、一端開口した筒形のケース２０内
に硬さセンサ１を納入し、硬さセンサ１とケーク２０内
面との間にシリコンゴムや発泡ポリウレタン樹脂、柔軟
なエポキシ樹脂等の弾性材料２Ｇを充填し、硬さセンサ
１を弾性材料２６で包み込むようにしてケース２０内に
固定したものである。

しかして、硬さセンサ１は、直接ケース２０に固定され
ることなく、弾性材料２θを介して固定されているので
、発振子２の自励発振を抑制することなく硬さセンサ１
をケース２０内に固定することができる。また、ケース
２０から突出している振動板８の先端部を被検出物体１
５にしっがつと接触させる時にも支障がない。さらに、
硬さセンサ１は、弾性材料２６によって包まれているの
で、硬さセンサ１が弾性材料２６によって保護され、硬
さ検出器２５に落下等による衝撃を与えても破損しにく
り、硬さ検出器２５の１Ｉｉｉ＃衝撃性が向上する。ま
た、硬さセンサ１とケース２０の間にシリコンゴムや独
立気泡発泡体のウレタン樹等の弾性材料２６を充填して
あれば、硬さセンサｌの部分に水が浸入して硬さセンサ
１が濡れることがなく、硬さ検出器２５の防水性が向上
する。

また、硬さセンサｌの振動板８の部分では、第５図に示
すように振動板８の略中央部で振動の節２７（−点鎖線
で示す。）が生じるので、振動の境界条件が不連続的に
変化するケース２０の端部２８（あるいは、弾性材料２
６の界面）を振動板８の節２７の箇所に位置させると、
より一層発振子２の自励発振が抑制されにくくなる。

［発明の効果］本発明の第−及び第二の硬さ検出器によれば、発振子の
自励発振を抑制することなく硬さセンサを支持体に強固
に固定させることができるので、硬さセンサを被検出物
体に確実に接触させることかでき、検出信号の再現性な
良好にすることができる。

さらに、第二の硬さ検出器にあっては、硬さセンサを弾
性材料によって包んでいるので、衝撃等から硬さセンサ
を保護することができ、硬さ検出器の耐衝撃性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同上
の外観斜視図、第３図は同上の硬さセンサの振動モード
を示す説明図、第４図は本発明の別な実施例を示す断面
図、第５図は同上の振動板における振動の節の位置を示
す一部破断した斜視図、第６図は従来例の硬さセンサを
示す斜視図、第７図は硬さセンサの回路ブロック図であ
る。１・・・硬さセンサ２・・・発振子７・・・圧電素子２０・・・ケース２１・・・支持台２２・・・ネジ２３・・・振動の節２６・・・弾性材料特許出願人　　オムロン株式会社代理人　弁理士　中　野　雅　房第２図２６・・・弾性材料箒５図

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
さを検出する硬さセンサを備えた硬さ検出器であって、前記硬さセンサを振動の節の部分のみで固定することに
よって硬さセンサを支持体に支持させたことを特徴とす
る硬さ検出器。
（２）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
さを検出する硬さセンサを備えた硬さ検出器であって、前記硬さセンサと支持体との間に弾性材料を充填するこ
とによって硬さセンサを支持体内に支持させたことを特
徴とする硬さ検出器。