JPH0565806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

(イ) 産業上の利用分野 本発明は、両端に節を有する弦の固有振動数
が、弦に加えられた張力の関数であることを利用
した力、圧力、重量等の検出器に関する。 (ロ) 従来技術 上述の如き振動弦を利用した力検出器は既に公
知で、実用化されている。しかし、その実用化さ
れている製品は、1/5001/20000程度の比較的低精
度のものにすぎない。 この種の検出器においては、一般に、振動弦の
材質によつては、あるいは両端の取付方法が適切
でないと、弦の振動数が力を加えた直後には安定
せず、比較的長時間（３〜30分間）に互つて変化
する。これは、検出値のクリープ、ヒステリシス
及びゼロ点ドリフトという好ましくない現象を生
じ、高精度な検出器の実現を阻害する要因となつ
ている。 (ハ) 目的 本発明は上記に鑑みてなされたもので、振動弦
を最適な材質にすることにより、クリープ、ヒス
テリシス及びゼロ点ドリフト等が極めて少なく、
しかも耐食性、耐久性に優れた高精度の振動式力
検出器の提供を目的としている。 (ニ) 構成 本発明の特徴とするところは、振動弦を白金を
主成分としてニツケルを含有する合金で形成した
ことにある。 (ホ) 実施例 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明
する。 第１図は一般的かつ代表的な振動式力検出器の
構成図で、これに本発明を適用した場合について
述べる。また、第２図は第１図の要部側面図であ
る。 振動弦１は固定部２と可動部３とによつて両端
を把持され、磁石４の磁界中に配置されている。
振動弦１が振動すると、フレミングの法則に基づ
く起電力が発生し、これを増巾器５等からなる発
振回路６を用いて振動弦１に帰還すると、振動弦
１の長さや質量と張架方向に作用している力の関
係により決定する固有の振動数ｆで発振する。可
動部３に未知の力Ｆを作用させてこの振動数ｆを
計測すれば、その力Ｆを知ることができる。以上
は振動式力検出器の公知技術であつて、これ以上
の説明は省略する。なお、磁石４を使用する代わ
りに、PZT等の圧電素子を振動弦１の所定箇所
に貼着して振動させることもできる。 本発明実施例では、この振動弦１を、白金92.5
％、ニツケル7.5％からなる合金で形成している。 以上の本発明実施例と、これと同一の構成で振
動弦の材質のみ一般的なばね用ステンレスで形成
した従来の振動式力検出器との比較結果を第３図
に示す。この第３図は、横軸に時間、縦軸に振動
弦１の周波数を採つたグラフで、振動弦１に所定
の予荷重を加えた状態から、一定の力を加えたと
きの振動弦１の発振周波数の時間的推移を示して
いる。このグラフより明らかなように、ばね用ス
テンレスを用いた従来の検出器では、力を加えた
直後は発振周波数は安定せず、時間経過とともに
定常値に近づくという顕著なクリープ現象を示
し、また、その力を除去したときにも元の発振周
波数に戻りにくいヒステリシス現象も示してい
る。これに対し、白金−ニツケル合金を用いた本
発明実施例では、力を加えた直後から定常値に極
めて近い発振周波数を呈し、更に力を除去したと
きは速やかに元の発振周波数に戻る。 振動弦の材質の相違による上述のクリープ現象
を定量的に示す為に、同一の条件下で振動弦の材
質のみを変化させて、荷重負荷直後の発振周波数

【表】 とその５分後の発振周波数との差Δfを、５分後
の発振周波数fwで除した値（以下、クリープ量
という）を表に示す。 これより明らかなように、白金−ニツケル合金
を振動弦に用いた本発明実施例では、他の材質を
用いた場合と比してクリープ量が顕著に小さい。
なお、白金を主成分としてニツケルの含有率を変
化させても、少くともニツケル含有率５〜15％の
範囲において同様の効果を奏する。 以上の実施例では振動弦を１本の弦で構成した
場合について述べたが、他に以下に示すような変
形例が考えられ、これらについても白金−ニツケ
ル合金の弦を用いることによつて同様にクリー
プ、ヒステリシス及びゼロ点ドリフト等の好まし
くない現象を極めて小さくすることができる。 第４図の例は、固定部２と可動部３の間に振動
弦１１ａと１１ｂを張架して、それぞれ逆位相で
振動させた場合で、この場合振動弦の振動によつ
て固定部２等に作用するモーメント等が打消しあ
つて誤差を少なくすることができる。 第５図は、固定部２および２′と可動部３′との
間にそれぞれ振動弦１２ａおよび１２ｂを張架
し、可動部３′に力Ｆを加えることによつて振動
弦１２ａと１２ｂに逆向きの力が作用し、これら
の発振周波数の差からＦを検出するよう構成した
例である。第６図の如く構成しても振動弦１３ａ
と１３ｂには力Ｆの負荷によつて互いに逆向きの
力が作用する。これらの場合、力Ｆの相違による
出力の相違が大きくなり、分解能を向上させるこ
とができる。 第７図に示す例は、振動弦１４の両端部をその
振動方向に対して他部よりも厚く形成して、固定
部２１および可動部３１としたもので、この場合
振動弦１４の把持方法としては好ましく、精度が
向上する。ただし、製造コストが高くなるという
欠点も有している。 更に、第８図は音叉形とも呼ばれる例で、２本
の振動弦１５ａ，１５ｂを削り出し等の方法で一
体的に形成したものである。これは大ひよう量化
と高精度化に対して効果的である。なお、以上の
例に加えて、振動分離重りや振動吸収ばね部等を
設ける等の公知技術の併用により、更に性能向上
を計ることができるのは云うまでもない。 以上説明した本発明の振動式力検出器は、力測
定、圧力測定、加速度測定、重力計、電子天び
ん、およびばねを組合せてそのばねのたわみ量を
力に変換することによる変位検出器等、種々の計
測器に用いることができる。 (ヘ) 効果 以上の説明より明らかなように、本発明によれ
ば、弦に作用する力が変化したときに発振周波数
がすみやかに定常値に到達するので、クリープ、
ヒステリシス及びドリフト等が現象が生じず、極
めて高精度な振動式力検出器を得ることができ
る。表１に示した実験結果によると、10万分の１
以下の精度を持つ検出器が実現できるデータを得
ている。 また、振動弦が白金を主成分とした貴金属合金
であるため、耐食性がよく、長期関安定して使用
することができる。更に、ニツケル含有率５〜15
％の範囲において引張強度が100Kg／mm²以上と高
く、耐久性がよい。このため、大きな応力を加え
て使用でき、振動数の変化範囲を広く利用するこ
とができる。すなわち、基準荷重時の振動数に対
して、最大荷重時の振動数変化率を100％程度に
まで上げることができる。ちなみに従来装置では
20〜30％である。このことは、同じ力の変化に対
して振動数変化を大きくすることができるという
ことで、従来に比して分解能と精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な実施例の構成図、第
２図はその要部側面図、第３図は本発明実施例の
特性図、第４図、第５図、第６図、第７図および
第８図はそれぞれ本発明の他の実施例の要部構成
図である。 １，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３
ａ，１３ｂ，１４，１５ａ，１５ｂ……振動弦、
２，２′，２１……固定部、３，３′，３１……可
動部、４……磁石、５……増巾器、６……発振回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端が把持された弦の固有振動数を計測する
   ことにより、当該弦の張架方向に作用する力を検
   出する装置において、上記弦を白金を主成分とし
   てニツケルを含有する合金で形成したことを特徴
   とする振動式力検出器。 ２ 上記弦が単一弦であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の振動式力検出器。 ３ 上記弦を２本の平行な弦で構成し、互いに逆
   位相で振動するよう構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の振動式力検出器。 ４ 上記弦を２本の平行な弦で構成し、検出すべ
   き力をこれら２本の弦に対して互いに逆方向に作
   用せしめ、これら弦の固有振動数の差によつて上
   記力を検出するよう構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の振動式力検出器。 ５ 上記弦の両端部が振動方向に対して他部より
   も厚く形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項、第２項、第３項又は第４項記載の
   振動式力検出器。