JPS63145931A - 荷重検出器 - Google Patents

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、荷重検出器、特に弾性表面波共振器を用いた
荷重検出器に関する。

（従来の技術） 秤用の荷重検出器には種々の形式の発振器が用いられて
いるが、例えば、特開昭５０−１０２２４５号公報によ
れば、弾性表面波を利用して未知の外力の大きさを測定
する遅延線型弾性表面波発振器に関する発明が開示され
ている。この発振器は、基本的には、第４図に示すよう
に一端を固定した圧電体の薄膜基板ｌ（ピエゾ基板）の
表面にくし形の電極２ａ、２ｂを互い違いに配置してな
る発信用変換器２と、同じくくシ形の電極３ａ。

３ｂを互い違いに配置してなる受信用変換器３とを所定
の距離立を隔てて設けると共に、角変換器２．３におけ
る一方の電極２ａ、３ａ間に増幅器４を接続し、且つ他
方の電極２ｂ、３ｂを夫々グランディングすることによ
り、発信用変換器２から基板表面１ａを経て受信用変換
器３に至る表面波の伝播経路工と、受信用変換器３から
増幅器４を介して発信用変換器２に戻る帰還経路■とか
らなる発振回路を構成したものである。

この発振回路の発振周波数ｆ。は、上記表面波の波長や
伝播経路Ｉの距ｓｆＬ、或いは該経路■における表面波
の伝播速度Ｖ等の関数となるのであるが、基板ｌの自由
端に例えば図示の如き方向の外力Ｆが印加されると、該
基板１が鎖線で示すように撓むことに伴って上記距離文
や速度Ｖが変化し、そのため発振周波数がｆ。＋Δｆ０
に変化するのである。その場合に、この周波数の変化量
Δｆｏは基板１の撓み量、換言すれば外力Ｆの大きさに
対応するので、この周波数変化量Δｆ０を検出すること
によって外力Ｆの大きさが測定されるのである。

このような遅延線型弾性表面波発振器を秤用の荷重検出
器として用いる場合には、次のように構成される。

即ち、第５図に示すように、両端の固定剛体部５ａと可
動剛体部５ｂとの間に平行に２本のビーム５ｃ　、５ｄ
を設け、且つ両ビーム５ｃ　、５ｄの夫々に２箇所ずつ
、合計４箇所に肉厚を薄くした可撓部５１〜５４を設け
てなる中空平行四辺形状の起歪体５を用い、該起歪体５
の各可撓部５１〜５４の薄肉部中心線０１〜Ｃ４に中心
が一致するように４個のくし型電極６１〜６４を配設す
る。

これらのくし型電極６１〜６４は、夫々、上記のように
基板１′上に発信用変換器２′と受信用変換器３′とを
所定の距離を隔てて配置した構成である。この荷重検出
器７においては、起歪体５の固定剛体部５ａを固定した
状態で可動剛体部５ｂに例えば図示のような外力Ｆを作
用させた時、上方のビーム５ｃにおける固定剛体部５ａ
側の可撓部５１と下方のビーム５ｄにおける可動剛体部
５ｂ側の可撓部５４とが伸張し、他の２箇所の可撓部５
２．５３が圧縮されるように変形し、これに伴って各可
撓部５１〜５４における弾性表面波発振器６□〜６４の
発振周波数が変化する。そして、該周波数が増加する２
個の発振器の出力、及び減少する２個の発振器の出力の
うち、夫々同一ビームに対応する増加値より減少値をミ
キサー回路にて減算し、得られた２つの差値を加算する
ことにより、全体として上記外力Ｆに対応する大きな出
力をもつ荷重検出回路が構成される。

（発明が解決しようとする問題点） 従来、この種の荷重検出回路に用いられる弾性表面波発
振器は、一対の発信用および受信用変換器２．３が所定
の距ａｔを隔てて配置されて、青変換器２．３間を表面
波が伝播するのにある程度の時間を要すると共に、この
伝播時間が外力の状態に応じて変化する、遅延線型発振
器として構成されるため、表面波伝播経路に塵埃や異物
が付着すると、出力の安定性が劣化するという問題があ
った。また、基板を起歪体の薄肉部の中心線に合致した
位置に設けているため、外力に対して直線性のある出力
が得られないという問題があった。さらに、基板の線膨
張率の差異により、発振周波数に誤差が生じるという問
題も生じていた。

そこで１本発明の目的は、このような従来技術の問題点
が解消された弾性表面波共振器を用いた荷重検出器を提
供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の荷重検出器は、例えば平行四辺形状に形成され
た起歪体と、この起歪体の上下何れかのビームの両端部
に形成された薄肉部表面に薄膜生成プロセスにより形成
された２個の弾性表面波共振器とを有し、前記弾性表面
波共振器の一方を入力信号源とし、他方を基準信号源と
してそれぞれコンピュータに入力して、両者の信号の差
分により起歪体に印加された外力をデジタル量で検出す
るようにしたものである。又、この場合の起歪体は、平
行四辺形状でなくても良く、例えば、第４図に示すよう
な一枚のビーム体とすることもできる。

（作用） 本発明の荷重検出器においては、薄膜生成ブロセスによ
り形成された２個の弾性表面波共振器からの信号の差分
により、直接デジタル量で起歪体に印加された外力を検
出している。

（実施例） 以下、図により本発明の一実施例について説明する。

第１図は、弾性表面波共振器を構成する起歪体を示す斜
視図である。この起歪体５は、一方端部が固定されると
ともに、他方端部に印加される外力に応じて歪みを生じ
るもので、その上下ビームの各両端部には薄肉部が形成
され、一方ビーム例えば上部ビームの各薄肉部に、薄膜
生成プロセスで形成された弾性表面波共振器Ａ、、Ａ２
が取付けられている。この弾性表面波共振器Ａ、、Ａ２
の中心Ｃ８は、起歪体５の薄肉部中心Ｃｃよりビームの
軸線方向で外側に偏位した位置に配置されることによっ
て、外力に応答する歪量が直線性を有する領域から出力
信号をとりだすようにしている。

上記弾性表面波共振器Ａｔ、Ａ２は、いずれも第２図に
示すように、対向配置された一対のくし型電極ａと、こ
れをはさんでその前後に配置された反射器すとにより構
成される。これらくし型電極ａ、反射器すは、基板上で
エツチング加工により薄膜形成される。

上記起歪体５に外力が加えられると、くし型電極ａの電
極間隔が変化するので、電極間隔に応じた共振周波数の
変化により外力、即ち荷重を検出するものである。

つまり、起歪体５のビームに弾性表面波共振器Ａ、、Ａ
２を取付けた上記実施例においては、起歪体５に外力が
加えられると、一方の共振器Ａ１のくし型電極ａの間隔
は増加し、他方共振器Ａ２のくし型電極ａの間隔は減少
する。このため共振器Ａ　１　　＊　Ａ　２の共振周波
数をｆ。とすると、一方の共振器Ａ里の共振周波数はｆ
。−Δｆに、他方の共振器Ａ２の共振周波数はｆ。＋Δ
ｆに変化する。したがって、両方の共振器Ａ、、Ａ２の
共振周波数を減算することにより、荷重に対応する出力
信号が得られることになる。

第３図は、上記出力信号を処理して荷重を検出する検出
回路の一例を示す回路構成図である。

一方の弾性表面波共振器Ａ１を入力側発振回路Ｂ１に設
け、他方を基準側発振回路Ｂ２に設け、分周器ｓ、、ｓ
２を介してこれら発振回路Ｂ１　。

Ｂ２の周波数信号をコンピュータｄに入力してその差分
を演算することにより、デジタル値として荷重を検出し
ている。

上記各発振回路Ｂは、ＡＴカットの水晶振動子と同様に
作用する弾性表面波共振器のくし型電極ａの各端子間に
、抵抗ｒ、高速ＣＭＯＳインバータｉｌを接続し、くし
型電極ａとアース間にはコンデンサｑｌ、（１２を接続
して入力信号側の発振回路Ｂ１が構成される。

発振回路Ｂｌの信号はインバータ１２を通して、共振周
波数ｆ。−Δｆとして分周器Ｓ１に入力される０分局器
Ｓ１はカウンタとして動作して、その出力信号がコンピ
ュータｄのゲート端子に入力される。発振回路Ｂ１同様
に構成される基準側共振回路Ｂ２は、共振周波数ｆ。＋
Δｆの出力信号が分周器Ｓ２に入力され、該分周器Ｓ２
の出力信号はコンピュータｄに入力される。コンピュー
タｄでは１両者の共振周波数の差信号（−２Δｆ）より
、印加された荷重をデジタル値として算出する。

このようなりｉ性表面波共振器を用いた検出回路は、そ
れぞれ共振周波数を分周器ｓｌ　、Ｂ２を通してコンピ
ュータｄに入力して共振器Ａｌ　、Ａ２の線膨張率の差
異に起因する共振周波数のズレをキャンセルするように
しているから、正確に荷重を検出することができる。

以上１本発明の主旨をその特定された実施例について説
明したが、既に述べたところに基づく本発明についての
変形あるいは修正は、種々に可能であることが明らかで
ある。

（発明の効果） 以−ヒ説明したように、本発明は、弾性表面波共振器を
薄膜で形成して起歪体に蒸着しており、デジタル値で共
振周波数が得られるので、アナログ−デジタル変換器が
不要となり製造コストが安くなる、また、弾性表面波素
子を遅延線としてではなく共振器として使用するので出
力の安定性が劣化することがなく、しかもこの弾性表面
波共振器を、起歪体の薄肉部の中心線よりも軸線方向に
ずれた位置に配置しているので、外力が印加されたとき
の出力応答の直線性が良好になり且つ、四隅誤差が生じ
なくなり、検出精度を高めることができる。

さらに、起歪体表面の歪を生ずる所定の２箇所に弾性表
面波共振器を二個取付け、一方を入力用として、また、
他方を基準用としてそれぞれ分周器を介してコンピュー
タに入力し、両者の差分により荷重を検出しているので
、弾性表面波共振器の線膨張率の差異に起因する誤差を
キャンセルして、正確に荷重が判定できる等種々の効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１弾性表面波共振器を装着した起歪体を示す斜
視図、第２図は、弾性表面波共振器の電極配置の一例を
示す図、第３図は、荷重検出回路の一例を示す回路構成
図、第４図は、従来の外力の大きさを測定する遅延線型
弾性表面波発振器の原理を説明する図、第５図は、従来
の遅延線型弾性表面波発振器を秤用の荷重検出器として
用いた起歪体の一例を示す斜視図である。 Ａ、、Ａ２・・・弾性表面波共振器、Ｂ、、Ｂ２・・・
発振回路、ａ・・・くし型電極、ｂ・・・反射器、ｄ・
・・コンピュータ、ｓ、、ｓ２・・・分周器。 特許出願人　　株式会社　石田衡器製作所代　　理　　
人　　　弁理士　　　辻　　　　　　　　實第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷重に比例した歪量を生じる起歪体と、この起歪
   体表面の歪を生じる所定の２箇所に形成された２個の弾
   性表面波共振器とを有し、前記弾性表面波共振器の一方
   を入力源とし、他方を基準信号源として、両者の信号の
   差分により起歪体に印加された外力をデジタル量で検出
   するようにしたことを特徴とする荷重検出器。
2. （２）上記起歪体が、上下に平行なビームの両端部を互
   いに連結してなるものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の荷重検出器。
3. （３）上記弾性表面波共振器が、一方のビームの両端部
   に形成された薄肉部表面に、それぞれ形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の荷重検
   出器。
4. （４）上記弾性表面波共振器が、薄膜生成プロセスによ
   り形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項又は第（３）項記載の荷重検出器。