CN1846121A - 振动传感器 - Google Patents

Abstract

提供既可避免灵敏度降低、又可防止振动膜电极的破损、并且可良好地进行组装作业的振动传感器。是具有固定电极(1)和振动膜电极(3)、且可将固定电极(1)与振动膜电极(3)之间的静电电容的变化作为振动信号而输出的振动传感器，所述振动膜电极(3)在与固定电极(1)对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体(2)、且周围被固定支承着，以与振动膜电极(3)的膜面隔开间隔的状态沿着膜面方向突出的突出部(2a)，局部地形成在锤体(2)的端部上，并且设有限制部件(4)，该限制部件(4)与沿着振动膜电极(3)的膜面方向进行位移的锤体(2)的突出部(2a)抵接而可限制锤体(2)的位移。

Description

振动传感器

技术领域

本发明涉及振动传感器，该振动传感器具有固定电极和振动膜电极，可以将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号输出，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，且周围被固定支承着。

背景技术

上述振动传感器是可用于例如计步器的驻极体电容话筒型(ECM型)的振动传感器，以往，为了检测步行时的摆动等低频的振动，将薄的圆柱状等的锤体粘贴在振动膜电极上，并且，为了使锤体的动作良好、且使灵敏度良好，在板状锤体的端部与将振动膜电极的周围固定的振动膜环之间、和锤体与配置在锤体背部上的电路基板之间等处设有比较大的间隙(参照例如专利文献1、专利文献2)。

专利文献1：特开昭59-79700号公报

专利文献2：特开平10-9944号公报

但是，在以往，如上所述，由于在锤体的端部与振动膜环之间、和锤体与电路基板之间等处有比较大的间隙，因此，在掉落下来时受到过大的冲击，锤体大幅度动作时，很大的力施加在振动膜电极上而可能会使其破损。特别是若锤体端部的角部为尖形，则将锤体粘贴在振动膜电极上时，锤体端部的角部与振动膜电极接触而容易使其损伤，另外，在施加冲击时，因应力集中，容易产生振动膜电极的破损。

另一方面，虽然通过将锤体的重量增大，使惯性力增大，可以提高传感器的灵敏度，但如果例如只增大圆柱状锤体的直径，则虽然重量增加，而由于振动膜电极的外侧的可动部分宽度减少，因此，对灵敏度的提高是不利的。另外，若将圆柱状锤体的高度增高，则重量增加，但在这种情况下，由于在掉落下来等时的冲击造成的力矩也增加，因此，振动电极容易产生破损。

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况作成的，其目的在于提供一种可避免灵敏度降低、且防止振动膜电极的破损、同时可良好地进行组装作业的振动传感器。

为了达到上述目的，本发明的振动传感器的第一个特征构成在于，是具有固定电极和振动膜电极、且可将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号输出的振动传感器，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，并且周围被固定支承着，在上述锤体的端部上，局部地形成有以与上述振动膜电极的膜面隔开间隔的状态沿着膜面方向突出的突出部，并且设有限制部件，该限制部件与沿着上述振动膜电极的膜面方向位移的上述锤体的上述突出部抵接而可限制上述锤体的位移。

即，锤体受到掉落下等造成的冲击而沿振动膜电极的膜面方向位移时，由于形成于锤体端部的突出部与限制部件抵接而可限制锤体的大幅度位移，因此，可以防止因锤体沿膜面方向的位移而使振动膜电极破损。

另一方面，由于上述突出部以与振动膜电极的膜面隔开间隔的状态沿着膜面方向突出，可以在附设有锤体端部的位置与周围侧的固定位置之间确保振动膜电极的可动部分，因此，不会妨碍因检测对象的振动而沿着垂直于振动膜电极的膜面方向的方向动作的锤体的动作，可避免灵敏度的降低。另外，通过上述突出部的形成部分来增加锤体的重量，相应地使灵敏度也提高。

并且，由于上述突出部局部地形成在锤体的端部上，不是形成在整个端部上，因此，未形成有突出部的锤体端部与限制部件之间产生间隙，上述锤体动作时，空气通过该间隙进出，使锤体的动作顺利地进行，可避免灵敏度的降低。

同时，由于在锤体的端部上局部地形成有上述突出部，因此，在将锤体附设在振动膜电极上时，可以在将夹具等插入未形成有上述突出部的锤体的端部与限制部件之间的间隙内而保持锤体的状态下，将锤体对位在振动膜电极上。而与之相对，在突出部形成在锤体的整个端部上的情况下，难以在保持上述锤体的状态下对位。

因此，能提供一种可避免灵敏度降低且防止振动膜电极的破损、同时可良好地进行组装作业的振动传感器。

本发明的振动传感器的第二个特征构成在于，是具有固定电极和振动膜电极、且可将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号输出的振动传感器，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，并且周围被固定支承着，与沿着上述振动膜电极的膜面方向位移的上述锤体的端部抵接而可限制上述锤体的位移的限制部件，以与上述振动膜电极的膜面隔开间隔的状态相对于上述锤体的端部局部地设置。

即，锤体受到因掉落下来等造成的冲击而沿着振动膜电极的膜面方向位移时，由于锤体的端部与限制部件抵接，可限制锤体的大幅度位移，因此，可防止因锤体沿膜面方向的位移而使振动膜电极破损。

另一方面，由于将上述限制部件以与振动膜电极的膜面隔开间隔的状态进行设置，可以在附设有锤体的端部的位置与周围侧的固定位置之间确保振动膜电极的可动部分，因此，不会妨碍因检测对象的振动而沿着垂直于振动膜电极的膜面方向的方向动作的锤体的动作，可以避免灵敏度的降低。

并且，由于上述限制部件相对于锤体的端部局部地设置，而不是相对于整个端部设置，因此，在未设置限制部件的锤体端部与限制部件之间产生间隙，在上述锤体动作时，空气通过该间隙进出，这样，锤体顺利地动作，可避免灵敏度的降低。

同时，由于上述限制部件相对于锤体的端部局部地设置，因此，将锤体附设在振动膜电极上时，可以在将夹具等插入上述锤体的端部与限制部件之间的间隙内而保持锤体的状态下，将锤体对位在振动膜电极上。而与之相对，在限制部件相对于锤体的整个端部形成的情况下，难以在保持上述锤体的状态下进行对位。

因此，能提供可避免灵敏度降低、同时防止振动膜电极破损、并且可良好地进行组装作业的振动传感器。

本发明的振动传感器的第三个特征构成在于，在上述第一或第二特征构成的基础上，其设有第2限制部件，该第2限制部件与沿着垂直于上述振动膜电极的膜面方向的方向位移的上述锤体的表面抵接而可限制上述锤体的位移。

即，锤体受到因掉落下来等造成的冲击而沿着垂直于振动膜电极的膜面方向的方向进行过大的位移时，锤体的表面抵接在第2限制部件上而限制锤体的位移，可防止因锤体沿着垂直于膜面方向的方向的过大位移而造成的振动膜电极的破损。

因此，可提供这样的振动传感器的优选的实施方式，即，可防止因锤体沿着膜面方向的位移、和沿着垂直于膜面方向的方向的位移而造成的振动膜电极的破损。

本发明的振动传感器的第四个特征构成在于，在上述第三特征构成的基础上，其具有安装有上述振动信号的输出电路的电路基板，上述电路基板或搭载在上述电路基板上的电子器件兼用作上述第2限制部件。

即，将电路基板设在传感器内，该电路基板安装有将固定电极与振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号进行输出的输出电路，在这种情况下，该电路基板自身或搭载在电路基板上的电子器件兼用作第2限制部件，因此，不需要设置专用的第2限制部件，使构成简化。

因此，可提供这样的振动传感器的优选的实施方式，即通过简化的构成，可防止因锤体沿着垂直于膜面方向的方向的位移而造成的振动膜电极的破损。

本发明的振动传感器的第五个特征构成在于，是具有固定电极和振动膜电极、且可将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号输出的振动传感器，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，并且周围被固定支承着，与上述振动膜电极相接的上述锤体的角部，形成为相对于上述振动膜电极的膜面成钝角的截面形状。

即，锤体受到因掉落下来等造成的冲击而产生位移时，与振动膜电极相接的锤体端部的角部推压振动膜电极，但由于该角部形成为相对于振动膜电极的膜面成钝角的截面形状，因此，锤体端部的角部圆滑地与振动膜电极的膜面接触，不会在振动膜电极的一部分上产生应力集中，可以避免振动膜电极的破损。这时，在附设有锤体端部的位置与周围侧的固定位置之间确保了振动膜电极的可动部分，因此，不会妨碍因检测对象的振动而动作的锤体的动作，灵敏度不会降低。

因此，可以提供既能避免灵敏度降低、又能防止振动膜电极破损的振动传感器。

本发明的振动传感器的第六个特征构成在于，是具有固定电极和振动膜电极、且可将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号进行输出的振动传感器，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，并且周围被固定支承着，上述振动膜电极在附设有上述锤体的内侧部分与被固定支承的外侧部分之间具有波纹板状部。

即，锤体受到因掉落下来等造成的冲击而发生位移时，由于形成于附设有锤体的内侧部分与被固定支承的外侧部分之间的振动膜电极上的波纹板状部，在振动膜电极的膜面方向上伸缩，或者在垂直于振动膜电极的膜面方向的方向上摆动，吸收因上述冲击造成的锤体的过大的位移，因此，在振动膜电极上不会产生应力集中，可以避免振动膜电极的破损。同时，由于通过上述波纹板状部可确保振动膜电极的可动部分，因此，使得因检测对象的振动而产生动作的锤体的动作良好地进行，还具有提高灵敏度的效果。

因此，可以提供既能避免灵敏度降低，又能防止振动膜电极的破损的振动传感器。

附图说明

图1是表示实施方式1的振动传感器的构造的剖面图。

图2是表示实施方式1的振动传感器的构造的俯视图和剖面图。

图3是表示实施方式2的振动传感器的构造的剖面图。

图4是表示实施方式2的振动传感器的变形构造的剖面图。

图5是表示实施方式2的振动传感器的振动信号的输出电路的简要电路图。

图6是表示实施方式2的振动传感器的变形构造的剖面图。

图7是表示实施方式3的振动传感器的构造的剖面图。

图8是表示实施方式4的振动传感器的构造的剖面图。

图9是表示实施方式4的振动传感器的构造的俯视图和剖面图。

图10是表示其它实施方式的振动传感器的构造的剖面图。

附图标记的说明

1    固定电极

2      锤体

2a     突出部

2b     角部

3      振动膜电极

3a     波纹板状部

4      限制部件

8      电路基板

8a     电子器件

11a    限制部件

KB     第2限制部件

具体实施方式

根据附图，对本发明的振动传感器的实施方式进行说明。

实施方式1

如图1所示，实施方式1的振动传感器是具有固定电极1和振动膜电极3、且可将固定电极1和振动膜电极3之间的静电电容的变化作为振动信号输出的振动传感器，所述振动膜电极3在与固定电极1对置的一侧的相反侧的膜面上附设有薄的圆柱状的锤体2且周围被固定支承着，在锤体2的端部上，局部地形成有以与振动膜电极3的膜面隔开间隔的状态沿着膜面方向突出的突出部2a，并且邻近锤体2的端部设置有作为限制部件的振动膜环4，该振动膜环4与沿着振动膜电极3的膜面方向位移的锤体2的突出部2a抵接而可限制锤体2的位移。

上述固定电极1是由在内表面上形成有驻极体层5的截面呈コ字形的壳10的底部部分构成的，将环状的树脂制间隔件6、上述振动膜电极3、上述振动膜环4、电极环7依次重叠在该壳10的底部上后，将锤体2插入振动膜环4的内侧空间内且粘贴在振动膜电极3上，最后，用安装有振动信号的输出电路的电路基板8作盖，固定在壳10上，成为组装振动传感器的构造。在该构造中，振动膜电极3是通过间隔件6和振动膜环4夹住周围部分而被固定支承的。另外，上述壳10、振动膜环4及电极环7是金属制造的。

上述振动膜电极3是在例如膜厚为2μm左右的高分子树脂膜材料的一面(在图1中为下面)上形成蒸镀了Ni、Al、Ti等金属的电极层而构成的，通过该电极层导通到上述振动膜环4。

在上述锤体2的端部上局部地形成有突出部2a，具体地说形成为3个爪状部或形成为凸缘状部，其中，3个爪状部如图2(a)所示，俯视时设在圆柱状锤体2的端部的120度旋转对称的位置上，凸缘状部如图2(b)所示，俯视时设在圆柱状锤体2的端部的全周中除了在板面方向上对置的2处缺口部分p以外的部分上。因此，在将镊子等夹具接触到未设有上述爪状或凸缘状的突出部2a的锤体2的端部处而捏住锤体2的状态下，可以将锤体2插入上述振动膜环4的内侧空间中进行定位，且将锤体2粘贴在振动膜电极3上。

另外，如图1所示，与上述振动膜电极3相接的上述锤体2的角部2b，形成为相对于振动膜电极3的膜面成钝角的截面形状。在图中，表示将角部2b形成为角度缓慢地变化的曲线状(下垂)的例子，但除此以外，也可以将角部2b形成为倒角形状。

实施方式2

实施方式2的振动传感器与实施方式1的不同之点在于具有这样的构造，即，除了限制锤体2沿着振动膜电极3的膜面方向的位移以外，还限制锤体2向与振动膜电极3的膜面方向垂直的方向的位移。

即，如图3所示，设有作为第2限制部件KB的限制环9，该限制环9与沿着垂直于振动膜电极3的膜面方向的方向位移的锤体2的表面2c抵接，可限制锤体2的位移。在此，将限制环9以夹在上述振动膜环4与上述电极环7之间的状态进行设置，在其中央形成有开口部。因此，由于空气通过该限制环9的开口部可顺利地出入，可以使振动膜电极3位移时的粘性阻力(stiffness)减小，获得较大的振幅。

图4和图6表示实施方式2的振动传感器的变形构造。

在图4中，将搭载在安装有上述振动信号的输出电路的电路基板8上的电子器件8a兼用作上述第2限制部件KB。作为电子器件有片状电阻器和片状电容器等无源元件、晶体管和FET(场效应晶体管)等有源元件、IC(集成电路)等。图5是表示上述振动信号的输出电路的简要电路图，为了抑制振动传感器中的消耗电流，在电路基板8上只安装了片状电阻器8a。另外，用FET和运算放大器IC等构成的放大器电路部分81与振动传感器分开设置。这样，将放大器电路部分81与振动传感器分开设置时，由于在电路基板8上只安装有片状电阻器8a，形成有宽大的空间，因此，具有振动膜电极3位移时的背室容量增加、传感器灵敏度提高的效果。

在图6中，上述电路基板8兼用作上述第2限制部件KB。另外，在图6中，在电路基板8上形成有开口部，这是为了使振动膜电极3位移时的粘性阻力(stiffness)减小。在这种情况下，必须安装在电路基板8上的电子器件设在电路基板8的不与锤体2对置的一侧的面上即可。

实施方式3

实施方式3的振动传感器与实施方式1的不同之点在于，振动膜电极3的可动部分形成为吸收冲击的形状。

即，如图7所示，上述振动膜电极3在附设有上述锤体2的内侧部分与被固定支承的外侧部分之间具有波纹板状部(corrugation)3a。另外，波纹板状部3a在与固定电极1相反的一侧(在图中为下侧)形成为凸状，且收于振动膜电极3与上述突出部2a之间，以在振动时不与固定电极1的驻极体层5碰触。通过上述波纹板状部3a可以吸收施加在振动膜电极3上的冲击，并且可以提高振动膜电极3的可动性能。进而，在不使振动膜电极3的可动性能降低的情况下，也可以将振动膜电极3的膜厚增厚(例如，将2μm厚的膜厚增厚为4μm～12μm厚)，在这种情况下，防止膜的破损的效果提高。

实施方式4

实施方式4的振动传感器，限制锤体2的沿着振动膜电极3的膜面方向的位移的构造与实施方式1不同。

即，如图8所示，与沿着上述振动膜电极3的膜面方向位移的上述锤体2的端部抵接而可限制上述锤体2的位移的限制部件11a，以与振动膜电极3的膜面隔开间隔的状态、相对于锤体2的端部局部地设置。在此，如图9(a)(b)所示，限制部件11a与实施方式1的一样，由形成于振动膜环11的内周侧的爪状部或凸缘状部构成。

其它实施方式

下面，对本发明的振动传感器的其它实施方式进行说明。

在上述实施方式中，利用壳10的内壁构成固定电极1，但也可以这样构成，即，如图10所示，与壳10分开地设置固定电极12，通过金属环13使该固定电极12抵接支承在壳10上，并且在面对振动膜电极3的一侧形成有驻极体层5。另外，在图10(a)中，设有限制环9，作为限制锤体2在与振动膜电极3的膜面方向垂直的方向上的位移的第2限制部件KB，在图10(b)中，电路基板8兼用作第2限制部件KB，构成为使高度降低了的低高度的薄型部件。

工业实用性

本发明可用于检测振动的振动传感器、检测加速度的加速度传感器、组装有这些传感器的振动检测装置、加速度检测装置、计步器等。

Claims (6)

1.一种振动传感器，是具有固定电极和振动膜电极、且可将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号输出的振动传感器，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，并且周围被固定支承着，

在上述锤体的端部上，局部地形成有以与上述振动膜电极的膜面隔开间隔的状态沿着膜面方向突出的突出部，并且设有限制部件，该限制部件与沿着上述振动膜电极的膜面方向位移的上述锤体的上述突出部抵接而可限制上述锤体的位移。

2.一种振动传感器，是具有固定电极和振动膜电极、且可将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号输出的振动传感器，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，并且周围被固定支承着，

与沿着上述振动膜电极的膜面方向位移的上述锤体的端部抵接而可限制上述锤体的位移的限制部件，以与上述振动膜电极的膜面隔开间隔的状态相对于上述锤体的端部局部地设置。

3.根据权利要求1或2所述的振动传感器，其设有第2限制部件，该第2限制部件与沿着垂直于上述振动膜电极的膜面方向的方向位移的上述锤体的表面抵接而可限制上述锤体的位移。

4.根据权利要求3所述的振动传感器，其具有安装有上述振动信号的输出电路的电路基板，上述电路基板或搭载在上述电路基板上的电子器件兼用作上述第2限制部件。

5.一种振动传感器，是具有固定电极和振动膜电极、且可将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号输出的振动传感器，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，并且周围被固定支承着，

与上述振动膜电极相接的上述锤体的角部，形成为相对于上述振动膜电极的膜面成钝角的截面形状。

6.一种振动传感器，是具有固定电极和振动膜电极、且可将上述固定电极与上述振动膜电极之间的静电电容的变化作为振动信号输出的振动传感器，所述振动膜电极在与上述固定电极对置的一侧的相反侧的膜面上附设有锤体，并且周围被固定支承着，

上述振动膜电极在附设有上述锤体的内侧部分与被固定支承的外侧部分之间具有波纹板状部。

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