專利名稱：使用晶體振子的荷重傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用晶體振子測(cè)量荷重的荷重傳感器，特別涉及能盡可能減少晶體振子產(chǎn)生的厚度平滑振動(dòng)的振動(dòng)能量向外部漏損的荷重傳感器。
背景技術(shù)：
作為用于電子秤等的荷重傳感器，應(yīng)變儀式測(cè)力傳感器得到普遍使用。但近年隨著電子測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展，開發(fā)出比應(yīng)變儀式測(cè)力傳感器精度更高的荷重傳感器。作為這樣的荷重傳感器，象音叉式，弦振動(dòng)式，陀螺式等各式各樣的產(chǎn)品都已達(dá)到實(shí)用化水平。
因此，使用晶體振子的振動(dòng)式的荷重傳感器作為這樣的高精度的荷重傳感器被提了出來。這種荷重傳感器，對(duì)于通過激勵(lì)裝置產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的AT切割的板狀的晶片，當(dāng)其板面上平行地加力時(shí)，就利用晶片的振動(dòng)頻率隨著其所加的力變化而變化的現(xiàn)象。晶體振子受溫度的依存性少，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定頻率的起振，而且還有成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此，靠利用晶體振子可以獲得比音叉式，弦振動(dòng)式，陀螺式等荷重傳感器精度更高而且成本低的荷重傳感器。
圖8表示使用晶體振子的以往的荷重傳感器主要部分的立體圖，在圖8中，長(zhǎng)板狀的晶體振子300是在長(zhǎng)度方向產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的晶片，電極301，301分別設(shè)置在晶體振子300的兩面，這些電極301，301與按照著晶體振子300的振動(dòng)頻率起振的振蕩電路(未圖示)相連接。
如圖8所示，在支持晶體振子300的支持體302，302的端部，形成經(jīng)過板幅方向全體部分、從剖面看呈長(zhǎng)方形的槽，通過把晶體振子300兩端部分別嵌入這些槽里，支持體302，302把晶體振子300夾持在板厚方向上。
在這樣構(gòu)成的荷重傳感器中，當(dāng)壓縮方向的荷重W經(jīng)過支持體302，302被加到晶體振子300上時(shí)，晶體振子300的振動(dòng)頻率跟隨該荷重W而變化。從而，通過檢測(cè)振動(dòng)頻率的變化進(jìn)行荷重W的測(cè)量。
還有，在晶體振子的兩端部與形成在支持體302，302端部的槽用粘結(jié)劑粘著的情況也是有的。在這種場(chǎng)合，即使支持體302，302在相互背離的方向上發(fā)生變位，因?yàn)榫w振子300不脫落，所以還能測(cè)量拉伸方向的荷重。

發(fā)明內(nèi)容
但是，如上所述，當(dāng)晶體振子300的兩端部被支持在支持體302，302上時(shí)，因?yàn)榫w振子300產(chǎn)生的、向長(zhǎng)度方向的厚度平滑振動(dòng)被抑制，造成振動(dòng)能量的損失。因而有作為振子的Q(quality factor)值降低的問題。
還有，由于晶體振子300的厚度平滑振動(dòng)向支持體302，302側(cè)傳遞，使周邊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生共振，所以有無法進(jìn)行高精度測(cè)量的問題。
本發(fā)明鑒于前述問題，其目的是提供一種使用晶體振子的荷重傳感器，它通過支持晶體振子，對(duì)晶體振子的厚度平滑振動(dòng)不作抑制卻能減少傳向支持體的振動(dòng)，使晶體振子的Q值提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。
為解決上述課題，與本發(fā)明相關(guān)的使用晶體振子的荷重傳感器，包括長(zhǎng)板狀的晶體振子，以及分別用來支持該晶體振子長(zhǎng)度方向兩端部的支持體，根據(jù)經(jīng)該支持體作用于上述晶體振子的荷重產(chǎn)生的上述晶體振子的振動(dòng)頻率的變化，測(cè)定上述荷重，具有在上述晶體振子中央部向其長(zhǎng)度方向產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的激勵(lì)裝置，在上述中央部與上述兩端部之間分別設(shè)有厚度小于上述中央部厚度的中間部。
采用本發(fā)明，則因晶體振子的中央部與兩端部之間的中間部的厚度小于中央部的厚度，所以即使在晶體振子的中央部靠激勵(lì)裝置產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的場(chǎng)合，該振動(dòng)也難以傳遞到兩端部。這樣，可使傳向支持其兩端部的支持體側(cè)的振動(dòng)減少。因此，能抑制周邊機(jī)構(gòu)發(fā)生共振那樣的事情發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)比以往更高精度的測(cè)量。
此外，在上述發(fā)明中，通過以上述晶體振子厚度方向的中央位置為基準(zhǔn)形成對(duì)稱的槽也可構(gòu)成上述中央部，在晶體振子產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的場(chǎng)合，其兩面變位最大，而晶體振子的厚度方向的中央位置不會(huì)變位，所以通過以其中央位置為基準(zhǔn)形成對(duì)稱的槽，變位最大的地方是自由的，這樣，由于可減少晶體振子的振動(dòng)能量的損失量，從而可比以往提高振子的Q值。
此外，與本發(fā)明相關(guān)的使用晶體振子的荷重傳感器，包括產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的平板狀的晶體振子、以及用來支持該晶體振子的支持體，根據(jù)通過該支持體作用于上述晶體振子的荷重產(chǎn)生的上述晶體振子的振動(dòng)頻率的變化，測(cè)定上述荷重。
上述晶體振子由于該晶體振子對(duì)向的端面受到上述支持體從上述晶體振子的外方向的壓迫而被夾持，上述端面在構(gòu)成上應(yīng)使之與上述支持體接觸的面積盡可能小。
采用本發(fā)明，則晶體振子對(duì)向的端面的構(gòu)成，能使與壓接該端面的支持體接觸的面積盡可能小，所以就能盡量減少晶體振子產(chǎn)生的厚度平滑振動(dòng)向支持體的傳遞，從而可抑制周邊機(jī)構(gòu)發(fā)生共振那樣的事情，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)比以往更高精度的測(cè)量。此外，在本發(fā)明場(chǎng)合，晶體振子的加工也比前述的發(fā)明更容易。
還有，在上述發(fā)明中，上述端面可做成園弧狀，由此能減小晶體振子端面與壓接該端面的支持體接觸的面積，同時(shí)在晶體振子產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的場(chǎng)合可以使變位較大的地方處于自由。


圖1表示用于與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的晶體振子的立體圖。
圖2表示與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器立體圖。
圖3表示使用與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的電子秤的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖4表示用于圖3所示電子秤的晶體振子及支持體的構(gòu)成的詳細(xì)的立體圖。
圖5表示使用與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的電子秤的結(jié)構(gòu)一例的功能方框圖。
圖6表示使用與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的電子秤的結(jié)構(gòu)一例的功能方框圖。
圖7表示使用與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2相關(guān)的晶體振子的荷重傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖8表示使用晶體振子的以往的荷重傳感器主要部分結(jié)構(gòu)的立體圖。
符號(hào)說明1晶體振子1a中央部1b端部
1c中間部2激勵(lì)用電極3支持體10電子秤11承受盤12固定柱13可動(dòng)柱14梁15杠桿16開口21振蕩電路22計(jì)數(shù)器23轉(zhuǎn)換部24輸出部具體實(shí)施形態(tài)以下，就本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)參照附圖加以說明。
(實(shí)施形態(tài)1)圖1表示應(yīng)用于與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器中的晶體振子的立體圖，在圖1(a)～(c)中，長(zhǎng)板狀的晶體振子1是能在該晶體振子1長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的AT切割的晶片。
在這種晶體振子1的兩面的中央部，分別設(shè)置有激勵(lì)用電極2，2，當(dāng)電信號(hào)經(jīng)過這些激勵(lì)用電極2，2被送往晶體振子1的中央部1a時(shí)，該中央部1a向該晶體振子1的長(zhǎng)度方向產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)。此外，這些激勵(lì)用電極2，2與后述的振蕩電路相連接。
如圖1(a)所示，在晶體振子1的中央部1a與兩端部1b，1b之間的中間部1c，1c，從剖面看呈溝狀的、板幅方向的槽被分別設(shè)置在兩面，這些槽是以晶體振子1的厚度方向的中央位置為基準(zhǔn)對(duì)稱設(shè)置，采用照相蝕刻等眾所周知的蝕刻技術(shù)形成的。
由于象這樣在中間部1c，1c形成槽，中間部1c，1c的厚度小于中央部1a的厚度，因此，即使中央部1a產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)時(shí)，它的振動(dòng)也難以傳遞到兩端部1b，1b。
還有，如上面所述，由于以晶體振子1的厚度方向的中央位置為基準(zhǔn)對(duì)稱地形成槽，在產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)場(chǎng)合變位大的板面部分處在自由位置，因此，能夠使厚度平滑振動(dòng)不被抑制，減少振動(dòng)能量的損失量。
如上所述，在圖1(a)所示的晶體振子1的中間部1c，1c形成有剖面看上去呈溝狀的、板幅方向的槽，但這些槽的形狀不作限定，如果是以晶體振子1的厚度方向的中央位置為基準(zhǔn)對(duì)稱地形成，那么無論怎樣的形狀都行。因此，例如圖1(b)所示，剖面看上去呈半園形也可，還有如圖1(c)所示那樣，剖面看上去呈梯形也可。
圖2表示與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的立體圖，如圖中箭頭所示，圖2(a)和圖2(b)分別展示出只可測(cè)量壓縮方向的荷重W和壓縮及拉伸的荷重W都可測(cè)量的荷重傳感器。此外，在圖2中，展示出使用圖1(c)所示的晶體振子1的荷重傳感器，當(dāng)然，使用圖1(a)，(b)所示的晶體振子1也是可以的。
在圖2(a)中，在支持體3，3的端部，形成有經(jīng)過板幅方向全體部分、從剖面看呈長(zhǎng)方形的槽，在這些槽中分別嵌入晶體振子1的兩端部1b，1b，以支持晶體振子1，由于有這樣的支持，如箭頭所示，就可進(jìn)行測(cè)量從支持體3，3側(cè)所加的壓縮方向的荷重W。
一方面，在圖2(b)中，在支持體3，3的端部同樣形成經(jīng)過板幅方向全體部分的槽，該槽的形狀適合用來嵌入晶體振子1的兩端部1b，1b以及形成于中間部1c，1 c的兩面的槽的一部分。而且，在這槽內(nèi)，通過分別嵌入兩端部1b，1b及形成于中間部1c，1c的槽的一部分來支持晶體振子1。就這樣，由于不僅嵌入兩端部1b，1b，而且使槽的一部分也一起嵌入上述槽內(nèi)，因此，在支持體3，3背離的方向上即使出現(xiàn)變位時(shí)晶體振子1也不會(huì)脫落。因此，如箭頭所示，不象以往那樣配合，也能不僅測(cè)量壓縮方向的荷重W，而且能測(cè)量拉伸方向的荷重W。
如上述那樣，振蕩電路21連接在激勵(lì)用電極2，2上，這個(gè)振蕩電路21按照晶體振子1中央部的厚度平滑振動(dòng)的振動(dòng)頻率起振，此時(shí)，經(jīng)支持體3，3加上荷重W時(shí)，由于中央部1a的振動(dòng)頻率變化，振蕩電路21的振蕩頻率也隨之變化。
圖3表示使用與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)相關(guān)的荷重傳感器的電子秤的側(cè)面圖，圖4是詳細(xì)地展示用于該電子秤的晶體振子1及支持體3，3的構(gòu)成的立體圖。如圖3所示，電子秤10在構(gòu)成上使用所謂的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)來支持用來加荷重W的承受盤11，這種聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)由以下部分組成固定在底座b上的固定柱12，支持上述承受盤11的可動(dòng)柱13，與該固定柱12和可動(dòng)柱13連接、相互平行地配置的上下兩根粱14，14。
杠桿15，15分別從固定柱12的上部和可動(dòng)柱13的下部向內(nèi)側(cè)伸出，在這杠桿15，15的前端分別安裝有支持晶體振子1的支持體3，3。
此外，在梁14，14上合適的位置上下分別形成半園形的凹口，該處材料厚度薄，因此，當(dāng)荷重W導(dǎo)致可動(dòng)柱13向下方變位時(shí)，梁14，14就與此變位相應(yīng)地向下方彎曲，通過調(diào)整該彎曲量可使梁14，14保持平行。
在這樣構(gòu)成的電子秤10中，把荷重W加到承受盤11上時(shí)，可動(dòng)柱13與該荷重W相應(yīng)地向下變位，與該變位相應(yīng)，設(shè)置在可動(dòng)柱13側(cè)的杠桿15也向下變位，但設(shè)置在固定柱12側(cè)的杠桿15保持靜止，并不變位。這樣，與荷重W相對(duì)應(yīng)的張力就作用到晶體振子1上。
如圖4所示，用于電子秤10的晶體振子1參照?qǐng)D2(b)如上述那樣被支持在支持體3，3上，該支持體3，3分別與杠桿15，15連接。在該連接部形成開口16，16。由于設(shè)置開口16，16，使承受盤11上即使加上偏向的荷重，也能減低其影響。
圖5表示電子秤10構(gòu)成的功能方框圖，如上所述，振蕩電路21是按照晶體振子1的厚度平滑振動(dòng)的固有振動(dòng)頻率起振的，而計(jì)數(shù)器22是對(duì)規(guī)定時(shí)間內(nèi)振蕩電路21的振蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)。此外，計(jì)數(shù)器22扣除承受盤11上加的荷重W為0時(shí)振蕩電路21的振蕩頻率后進(jìn)行計(jì)數(shù)。這樣就可以只針對(duì)荷重W引起的變化部分進(jìn)行計(jì)數(shù)。
轉(zhuǎn)換部23把22送來的計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換成重量數(shù)值，此時(shí)，轉(zhuǎn)換部23通過將重力加速度及各種比例系數(shù)相乘等使演算所得結(jié)果與承受盤11上放置砝碼時(shí)的重量數(shù)值成為同一數(shù)值。
輸出部24由液晶顯示器或打印機(jī)等構(gòu)成，它將轉(zhuǎn)換部23輸出的重量數(shù)值進(jìn)行顯示或打印。
不過，在這樣構(gòu)成電子秤10時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生荷重W的測(cè)量不能在實(shí)時(shí)內(nèi)完成，以及分辨率不能成為實(shí)用大小等問題，因此，最好采用如圖6所示的構(gòu)成。
在圖6中，晶體振子100是能夠以高于晶體振子1約100倍的頻率振動(dòng)的晶片，它設(shè)置在當(dāng)承受盤11上加上荷重W時(shí)也不受荷重W影響的適宜場(chǎng)所。在該晶體振子100的兩面的中央部，與晶體振子1時(shí)同樣地設(shè)置激勵(lì)用電極200，200。這些激勵(lì)用電極200，200與振蕩電路41連接，該振蕩電路41就按照晶體振子100的固有振動(dòng)頻率起振的。
第1計(jì)數(shù)器31對(duì)振蕩電路21的振蕩頻率的整數(shù)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，包括第2計(jì)數(shù)器42的門電路(未畫出)根據(jù)這個(gè)計(jì)數(shù)的整數(shù)周期進(jìn)行開閉。
第2計(jì)數(shù)器42對(duì)上述門電路打開期間振蕩電路41的振蕩周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，此時(shí)，荷重W越大，即振蕩電路21的振蕩頻率越高，門電路打開的時(shí)間就越縮短。為此，第2計(jì)數(shù)器42的計(jì)數(shù)值與荷重W的大小成反比例。此外，第2計(jì)數(shù)器42與前面所述計(jì)數(shù)器22一樣，要扣除荷重W為0時(shí)計(jì)數(shù)的振蕩電路41的振蕩頻率后進(jìn)行計(jì)數(shù)。
第1轉(zhuǎn)換部43計(jì)算出由第2計(jì)數(shù)器42計(jì)數(shù)的周期的倒數(shù)即頻率，而第2轉(zhuǎn)換部44與前述轉(zhuǎn)換部23同樣地進(jìn)行把頻率轉(zhuǎn)換成重量數(shù)值的處理。所得結(jié)果的重量數(shù)值經(jīng)輸出部45進(jìn)行顯示或打印。
這樣，由于構(gòu)成上除晶體振子1以外還備有晶體振子100，就能在實(shí)時(shí)內(nèi)獲得高分辨率的重量數(shù)值。
(實(shí)施形態(tài)2)圖7是表示與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2相關(guān)的使用晶體振子的荷重傳感器構(gòu)成的立體圖，在圖7(a)中，晶體振子4是矩形的AT切割的晶片。其一端及與它對(duì)向的另一端的端面由于各自從外面被正方體形的支持體6，6壓接而被夾持。在這里，該端面可用銼刀等加工成從剖面看呈圓弧狀。此外，它的其他構(gòu)成與實(shí)施形態(tài)1的場(chǎng)合相同，帶同一符號(hào)，所以就不說了。
借助于把端面做成園弧狀，所以與該端面是平面的場(chǎng)合相比，它與支持體6，6接觸的面積就小，這樣一來，晶體振子4產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)時(shí)，可以減少振動(dòng)向支持體6，6側(cè)的傳遞，所以，就能抑制周邊機(jī)構(gòu)發(fā)生共振之類的事情。此外，由于產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)時(shí)變位較大的地方是自由的，所以能實(shí)現(xiàn)高Q值。
此外，圖7(b)所示的晶體振子7是圓形的AT切割的晶片，該晶體振子7為了形成對(duì)向的端面，端部要沿著與厚度平滑振動(dòng)的振動(dòng)方向垂直的適當(dāng)?shù)?根平行線進(jìn)行切割。這樣形成的端面與前述的場(chǎng)合一樣被加工成園弧狀。因此能得到與前述場(chǎng)合同樣的效果。
由于圓形的晶片流通面廣，所以用這樣的晶片可以方便而低成本地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的荷重傳感器。
與這樣構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2相關(guān)的荷重傳感器與實(shí)施形態(tài)1的場(chǎng)合相同，可適用于電子秤。
如上面詳細(xì)敘述的那樣，對(duì)于本發(fā)明的使用晶體振子的荷重傳感器，通過設(shè)置將規(guī)定的槽形成于晶體振子中央部與兩端部之間的中間部，以及盡可能減小與平板狀的晶體振子對(duì)向的端面和支持體接觸的面積，即使在上述中央部產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的場(chǎng)合，也能不抑制它的振動(dòng)、封閉振動(dòng)能量、實(shí)現(xiàn)高Q值。
權(quán)利要求
1.一種使用晶體振子的荷重傳感器，包括長(zhǎng)板狀的晶體振子，以及分別用來支持該晶體振子長(zhǎng)度方向兩端部的支持體，根據(jù)通過該支持體作用于所述晶體振子的荷重所產(chǎn)生的所述晶體振子的振動(dòng)頻率的變化，測(cè)定所述荷重，其特征在于，具有在所述晶體振子中央部向其長(zhǎng)度方向產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的激勵(lì)裝置，在所述中央部與所述兩端部之間，分別設(shè)有厚度小于所述中央部厚度的中間部。
2.如權(quán)利要求1所述的使用晶體振子的荷重傳感器，其特征在于，所述中間部，以所述晶體振子的厚度方向的中央位置為基準(zhǔn)，形成對(duì)稱的槽。
3.一種使用晶體振子的荷重傳感器，包括產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)的平板狀的晶體振子，以及用來支持該晶體振子的支持體，根據(jù)通過該支持體作用于所述晶體振子的荷重產(chǎn)生的所述晶體振子的振動(dòng)頻率的變化，測(cè)定所述荷重，其特征在于，所述晶體振子由于該晶體振子對(duì)向的端面受到所述支持體從所述晶體振子的外方向來的壓迫而被夾住，并構(gòu)成所述端面使得與所述支持體相接的面積盡可能小。
4.如權(quán)利要求3所述的使用晶體振子的荷重傳感器，其特征在于，所述端面是園弧狀。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種使用晶體振子的荷重傳感器。在長(zhǎng)板狀的AT切割的晶體振子1的兩面的中央部，分別設(shè)置有激勵(lì)用電極2，2，經(jīng)激勵(lì)用電極2，2把電信號(hào)送到晶體振子1的中央部1a時(shí)，該中央部1a向晶體振子1的長(zhǎng)度方向產(chǎn)生厚度平滑振動(dòng)，此外然后，在晶體振子1的中央部1a與兩端部1b，1b之間的中間部1c，1c上在兩面分別形成從剖面看呈溝形、半圓形，或梯形的板幅方向的槽。這些槽以晶體振子1的厚度方向的中央位置為基準(zhǔn)對(duì)稱地用蝕刻法形成。本發(fā)明提供使用晶體振子的荷重傳感器，這種晶體振子的Q值高、并能抑制振動(dòng)能量損失。
文檔編號(hào)G01G3/13GK1391089SQ0212432
公開日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月11日
發(fā)明者山中正美, 安達(dá)元之, 千葉亞紀(jì)雄, 小野公三 申請(qǐng)人:大和制衡株式會(huì)社, 日本電波工業(yè)株式會(huì)社