JPS5856422B2

JPS5856422B2 - 力変換機構

Info

Publication number: JPS5856422B2
Application number: JP53041599A
Authority: JP
Inventors: 敏嗣植田; 扶佐夫幸坂
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1983-12-14
Also published as: JPS54133390A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は力を周波数に変換する機構に関するものである
。

第１図は、従来より一般に用いられている力を周波数に
変換する機構の一実施例の原理的構成説明図である。

図において、１は両端を固定された断面一様な棒、２は
、たとえば筐体等のベースである。

今、棒１の両固定端にそれぞれ軸力Ｓが加わるものとす
ると、軸力Ｓと棒の横方向の振動周波数ｆとの間にはｌ
＞Ｋｚｇｒ％の場合（１）式に示すような関係がある。

共振周波数ωは２πｆで表わされるので、棒ｌの共振周
波数のを測定すれば、対応する軸力Ｓを測定することが
できる。

このようなトランスデユーサにおいて、高精度の測定を
実現するための条件としては以下の条件が満足されなげ
ればならない。

（１）周波数ｆの安定性が良い。

つまり、振動子（＝俸ｌ）のＱが高い。

（１１）単位応力当りの周波数変化率Δｆ／σが大きい
。

即ち、このようなトランスデユーサの良好塵Ｇは次のよ
うな式で表わすことができる。

而して、第１図の構成のものにおいて、俸ｌを共振させ
、その共振周波数ωを測定すれば、加えられた軸力Ｓを
知ることができるが、第２図に示す如＜、陣が振動して
いる場合に、ベース２との固定端部には反力Ｒ，モモ−
ン）Ｍが発生し、この力はベース部が理想的な固定端で
ない場合損失となり消費され、俸ｌのＱの低下の原因と
なる。

本発明は上記の問題点を解決したものである。

本発明の目的は簡単な構成により、振動エネルギー損失
の少く、効率のよい力変換機構を提供するにある。

第３図は本発明の一実施例の構成説明図で、Ａは正面図
、Ｂは側面図である。

図において、１は振動子本体で、振動部１１、結合部１
２と支持部１３よりなる。

振動部１１は中心軸Ａ−Ａに対称に平行して設けられ、
２個の板ビーム状をなしている。

結合部１２はその両端が振動部１１のそれぞれの一端と
結合しているもので、振動部１１と結合部１２とにより
口の字形に構威され全体が一つの振動子として構威され
ている支持部１３は振動子本体１の取付げられるベース
２、たとえば筐体等から振動子本体１を振動的に絶縁す
ると共に、振動子本体１をベース２に固定する場合の取
付は誤差にもとすく、中心軸のずれによる誤差の発生を
防止するようにしたもので、互に直角をなす板状の７レ
クシヤ１３１゜１３２よりなり、結合部１２とベース２
とを連結している。

３，４は第３図に示すごとく、結合部１２の側面にそれ
ぞれ取付けられた圧電素子で、この場合は、圧電素子３
は励振素子として用いられ、外部に設けられた増幅器５
に接続されている。

また圧電素子４は振動のピックアップ素子として用いら
れ、その出力は増幅器５に帰還されるもので、振動子本
体１と、圧電素子３，４と、増幅器５とにより、第４図
に示すように発振回路Ｂが構成されている。

６は周波数測定器である。以上の構成において、第３図
に示す如く、被測定軸力Ｓが矢印方向に振動子本体１に
加えられた場合に、軸力Ｓが変化すると、前述（１）式
に示す如く振動子本体１の共振周波数は変化し、これに
対応して、発振回路Ｂの発振周波数も変化する。

したがって、発振回路Ｂの発振周波数を周波数測定器６
により測定すれば振動子本体１に加えられた軸力Ｓの値
を知ることができる。

この場合、第５図に示す如く、２個の振動部１１、結合
部１２が中心軸Ａ−Ａに対称に振動する振動モードの場
合、振動子本体１０ベース２への固定端部には振動部１
１と結合部１２との接続点において発生する反力Ｒ、モ
ーノ）Ｍが互に逆方向で大きさが等しいため結合部１２
において互に打消し合い、振動子の振動に伴う力が外部
に全く発生せず、支持が理想的な状態でない場合でも、
振動子本体１から外部にエネルギーが消費されることが
ない。

この結果、Ｑの高い（良好塵Ｇの値の大きい）振動子本
体を得ることができる。

第６図は本発明の他の実施例の要部構成説明図で、Ａは
正面図、Ｂは側面図である。

本実施例においては、中心軸Ａ−Ａに対称にフレクシャ
１３２をはさんで、結合部１２に一面を固定されたアイ
ソレーションマス１４を４個設けたものである。

この結果、発生する反力Ｒ１モーメン）Ｍをより小さく
することができ、その小さな反力が互に打消されること
になるので、振動子本体１のヘース２への支持点に、力
がより確実に発生しないものが得られる。

なお、前述の実施例においては、圧電素子３゜４は結合
部１２の側面に取付けられていると説明したが、第７図
Ａに示すごとく、振動部１１に取付げられてもよいこと
は勿論である。

但し、結合部１２の側面附近が、より良好なＱが得られ
る。

圧電素子の固着位置とＱとの関係を第７図Ｂに示す。

なお、圧電素子３．４として蒸着あるいはスパッタリン
グ等により、薄膜形圧電素子を振動子本体１の側面に直
接形成するようにすれば、圧電素子を接着する等の場合
に比して、更に高いＱを得ることができるとともに、本
体側面に直接形成するので、生産性のよいものが得られ
る。

また、振動子本体１を磁性材で構威し、コイルにより振
動子のドライブ及びピックアップを行う電磁的方法を用
いれば、ドライブ及びピックアップ素子としてのコイル
が振動子本体１に非接触にできるのでより特性のよいも
のが得られる。

また、振動子本体１を圧電材料、たとえば水晶等で直接
構成し、圧電素子に電極を蒸着等で取付け、振動子を構
成すれば、更に、構成は簡単となり、而も特性は良好で
、出力インピーダンスの低いものが得られる。

この場合、水晶のカット及び電極の配置は振動部１１が
屈曲振動するように選択すればよい。

また、前述の実施例においては、振動部１１は板ビーム
状をなしていると説明したが、これにかぎることはなく
、丸棒状でもよく、要するに、対向する振動部が対称構
造のものであればよい。

また、フレクシャ１３１，１３２のいずれかが、なくて
もよいことは勿論である。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成によ
り、振動エネルギー損失の少く、効率のよい力変換機構
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知のカー周波数変換機構の一実施例の原
理的構成説明図、第２図は第１図の動作説明図、第３図
は本発明の一実施例の構成説明図で、Ａは正面図、Ｂは
側面図、第４図は発振回路の構成説明図、第５図は第３
図の動作説明図、第６図は本発明の他の実施例の構成説
明図で、Ａは正面図、Ｂは側面図、第７図Ａ、Ｂは圧
電素子の固着位置とＱとの関係を示す説明図である。１・・・・・・振動子本体、１１・・・・・・振動部、
１２・・・・・・結合部、１３・・・・・・支持部、１
４・・・・・・アイソレーションマス、２・・・・・・
ベース、３，４・・・・・・圧電素子、５・・・・・・
増幅器、６・・・・・・周波数測定器、Ａ・・・・・・
中心軸。

Claims

【特許請求の範囲】１中心軸に対称に平行して設けられ変換すべき人力軸
力が軸方向に実質的に加えられる長軸状の振動部と該振
動部のそれぞれの一端を結合する結合部とよりなる振動
子本体、該振動子本体を共振させる励振手段および前記
振動子本体の振動を検出する検出手段を具備してなる力
変換機構。２励振手段、検出手段の素子として圧電素子を用い、
かつ該圧電素子を振動子本体の結合部に設けたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の力変換機構。３圧電素子として薄膜蒸着圧電素子を用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の力変換機構。４振動子本体を磁性材で構成し、励振手段、検出手段
の素子としてコイルを用いたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の力変換機構。５振動子本体を圧電材と電極で構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の力変換機構。