JP2018152736A - Sensor unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサーユニットに関する。 The present invention relates to a sensor unit.
シート状の圧電素子を備え、音響機器等に取り付けられて音や振動を検出する歪みセンサーが知られている。この歪みセンサーは、前記圧電素子が、圧電膜とこの圧電膜の両面に配設される一対の電極を有する。この歪みセンサーは、圧電膜が音波や振動によって変形し圧電効果によって電荷を生じ、この電荷を一対の電極が電圧信号として取り出し可能に構成されている。 A strain sensor that includes a sheet-like piezoelectric element and is attached to an acoustic device or the like to detect sound or vibration is known. In this strain sensor, the piezoelectric element has a piezoelectric film and a pair of electrodes disposed on both sides of the piezoelectric film. This strain sensor is configured such that a piezoelectric film is deformed by sound waves or vibrations to generate electric charges by a piezoelectric effect, and the electric charges can be taken out as a voltage signal by a pair of electrodes.
このような歪みセンサーは、圧電素子が外部ノイズを拾うことを防止するため、圧電素子の両面側にシールド層が設けられることが多い(特開平8−75575号公報参照)。この歪みセンサーは、シールド層が保護層を介して一対の電極の外面全面に固定されている。 In such a strain sensor, in order to prevent the piezoelectric element from picking up external noise, shield layers are often provided on both sides of the piezoelectric element (see JP-A-8-75575). In this strain sensor, the shield layer is fixed to the entire outer surfaces of the pair of electrodes via the protective layer.
しかしながら、前記従来の歪みセンサーは、シールド層が一対の電極の外面全面に固定されているため、シールド層が圧電膜の共振に影響を及ぼすおそれがある。特に、音波を検出する歪みセンサーにあっては、シールド層が一対の電極の外面全面に固定されていると圧電膜の変形が阻害されやすく、センサーの特性に影響を与えやすい。 However, in the conventional strain sensor, since the shield layer is fixed to the entire outer surfaces of the pair of electrodes, the shield layer may affect the resonance of the piezoelectric film. In particular, in a strain sensor that detects sound waves, if the shield layer is fixed to the entire outer surfaces of a pair of electrodes, deformation of the piezoelectric film is likely to be hindered, and the characteristics of the sensor are likely to be affected.
また今日においては、歪みセンサーを曲げた状態で取り扱うこともあり、この場合シールド層が一対の電極の外面全面に固定されていると、シールド層と電極の接着面、又は電極と圧電膜との接着面が意図せず剥離することがある。特に、電極と圧電膜との接着面が剥離すると、ノイズが混入するおそれに加え、センサーとしての機能が失われるおそれもある。 In addition, today, the strain sensor may be handled in a bent state. In this case, if the shield layer is fixed to the entire outer surface of the pair of electrodes, the shield layer and the adhesive surface of the electrode or the electrode and the piezoelectric film The adhesive surface may peel off unintentionally. In particular, if the adhesive surface between the electrode and the piezoelectric film is peeled off, noise may be mixed and the sensor function may be lost.
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、検出精度に優れるセンサーユニットを提供することを課題とする。 This invention is made | formed based on such a situation, and makes it a subject to provide the sensor unit excellent in detection accuracy.
前記課題を解決するためになされた本発明は、シート状の圧電素子と、前記圧電素子の厚さ方向両側に配設され、この圧電素子に部分的に固定される一対のシート状のシールド部とを備えるセンサーユニットである。 The present invention, which has been made to solve the above problems, includes a sheet-like piezoelectric element and a pair of sheet-like shield portions that are disposed on both sides of the piezoelectric element in the thickness direction and are partially fixed to the piezoelectric element. It is a sensor unit provided with.
前記圧電素子の平面視両側に、前記一対のシールド部を離間した状態で保持するスペーサを有するとよい。 It is preferable that spacers are provided on both sides of the piezoelectric element in plan view to hold the pair of shield portions in a separated state.
前記圧電素子と一対のシールド部との間に空間を有するとよい。 A space may be provided between the piezoelectric element and the pair of shield portions.
前記圧電素子が厚さ方向一方側に積層されるシグナル電極を備え、このシグナル電極側に配設される前記シールド部が、絶縁層及びこの絶縁層の内面側に積層され、前記シグナル電極と電気的に接続される導電層を有するとよい。 The piezoelectric element includes a signal electrode laminated on one side in the thickness direction, and the shield portion disposed on the signal electrode side is laminated on the inner side of the insulating layer and the insulating layer, It is preferable to have conductive layers that are connected to each other.
前記圧電素子の検出領域が前記一対のシールド部と固定されていないことが好ましい。 It is preferable that the detection area of the piezoelectric element is not fixed to the pair of shield portions.
当該センサーユニットは、一対のシールド部が圧電素子に部分的に固定されており、これらのシールド部が圧電素子に全面的に固定されていないので、一対のシールド部が圧電素子の共振に及ぼす影響を低減することができる。そのため、当該センサーユニットは検出精度に優れる。 In the sensor unit, the pair of shield portions are partially fixed to the piezoelectric element, and since these shield portions are not completely fixed to the piezoelectric element, the effect of the pair of shield portions on the resonance of the piezoelectric element. Can be reduced. Therefore, the sensor unit is excellent in detection accuracy.
なお、本発明において、シールド部が「圧電素子に部分的に固定される」とは、シールド部が圧電素子に直接部分的に固定される場合の他、例えばリード線を介してシールド部が圧電素子に間接的に部分的に固定される場合も含む。「圧電素子の検出領域」とは、音又は振動を検出するために設けられた圧電素子のシート面内において区画される一定の領域をいい、例えば圧電素子の平面視において一対の電極と重なり合う領域であって、リード線との接続領域を除く領域をいう。 In the present invention, the shield part is “partially fixed to the piezoelectric element” means that the shield part is piezoelectric, for example, via a lead wire, in addition to the case where the shield part is directly fixed to the piezoelectric element. This includes cases where the element is indirectly fixed to the element. “Piezoelectric element detection area” refers to a certain area partitioned in the sheet surface of a piezoelectric element provided for detecting sound or vibration, for example, an area overlapping a pair of electrodes in plan view of the piezoelectric element. The area excluding the connection area with the lead wire.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[第一実施形態]
<センサーユニット>
図1のセンサーユニット1は、シート状の圧電素子2と、圧電素子2の厚さ方向両側に配設される一対のシート状のシールド部3a,3bとを備える。圧電素子2は、圧電膜11と、圧電膜11の一方側の面に積層される第1電極12と、圧電膜11の他方側(第1電極12が積層される側と反対側)の面に積層される第2電極13とを有する。一対のシールド部3a,3bは、絶縁層14a,14bと、絶縁層14a,14bの外面側(圧電素子2が配設される側と反対側)に積層されるシールド層15とを有する。また、当該センサーユニット1は、第1電極12に接続され、外部に電気信号を出力する第1リード線16aと、第2電極13に接続され、外部に電気信号を出力する第2リード線16bとを有する。第1リード線16a及び第2リード線16bは、第1電極12及び第2電極13と接続される側と反対側の端部が外部の検出回路(不図示)に電気的に接続されている。当該センサーユニット1は、例えば音響機器等に取り付けられて用いられ、音や振動を検出する歪みセンサーとして構成されている。
[First embodiment]
<Sensor unit>
The
(圧電素子)
圧電素子2は可撓性を有する。圧電素子2は、圧電膜11が厚さ方向に入射する音波又は振動によって変形可能に構成されており、これにより音又は振動を検出可能に構成されている。圧電素子2は、音又は振動を検出するための検出領域Xを有する。詳細には、圧電素子2は、図2に示すように、平面視矩形状の検出領域Xと、検出領域Xの平面視における長手方向の両外側に形成され、一対の電極12,13及び一対のリード線16a,16bが接続される一対の接続領域(第1接続領域Y1及び第2接続領域Y2)とを有する。圧電素子2は、この接続領域Y1,Y2において第1リード線16a及び第2リード線16bを介してシールド部3a,3bと部分的に固定されている。つまり、当該センサーユニット1は、検出領域Xが一対のシールド部3a,3bと固定されていない。当該センサーユニット1は、検出領域Xが一対のシールド部3a,3bと固定されていないので、一対のシールド部3a,3bが検出領域Xの変形に及ぼす影響を容易かつ確実に取り除くことができ、その結果音又は振動の検出精度を著しく高めることができる。
(Piezoelectric element)
The
圧電膜11は、音波や振動によって変形可能に構成されている。圧電膜11の具体的構成としては、音波や振動によって撓み変形するものや圧縮変形するもの等、公知の構成のものを採用可能である。圧電膜11は、厚さ方向に荷重を付加した場合に正(プラス)に帯電する側が第1電極12側に配置され、負(マイナス)に帯電する側が第2電極13側に配置されている。圧電膜11は、第1接続領域Y1及び第2接続領域Y2が長手方向両端部を構成する帯状に形成されている。圧電膜11の平均厚さとしては、例えば30μm以上150μm以下とすることができる。圧電膜11の長手方向平均長さとしては、例えば20mm以上100mm以下とすることができる。圧電膜11の短手方向の平均長さとしては、例えば10mm以上80mm以下とすることができる。
The
第1電極12及び第2電極13は、圧電膜11の厚さ方向両面の略全面に積層されている。第1電極12及び第2電極13は、金属等の導電性を有する材料を主成分として形成される。なお、「主成分」とは、最も含有量の多い成分をいい、例えば含有量が50質量%以上の成分をいう。
The
第1電極12はシグナル電極を構成し、第2電極13はグランド電極を構成している。当該センサーユニット1は、圧電膜11の変形により電荷を生じる。当該センサーユニット1は、第2電極13を基準電位として第1電極12の電位を測定することで音や振動を検出可能に構成されている。
The
(シールド部)
一対のシールド部3a,3bは、それぞれ圧電素子2に部分的に固定される。詳細には一対のシールド部3a,3bは、圧電素子2の平面方向(厚さ方向と平行な方向)の移動を規制するよう第1リード線16a及び第2リード線16bを介して圧電素子2に部分的に固定される。圧電素子2の一対のシールド部3a,3bと固定されていない領域は、他の部材と接着されない非接着領域である。一対のシールド部3a,3bは可撓性を有する。一対のシールド部3a,3bは、シールド層15及びこのシールド層15の内面に直接積層される絶縁層14a,14bの2層構造体であり、絶縁層14a,14bの内面が圧電素子2に部分的に固定されている。一対のシールド部3a,3bと第1リード線16a及び第2リード線16bとは公知の接着剤等によって固定されている。
(Shield part)
The pair of
圧電素子11及び一対のシールド部3a,3bの固定部Rの平均幅の下限としては、1mmが好ましく、2mmがより好ましい。一方、固定部Rの平均幅の上限としては、5mmが好ましく、3mmがより好ましい。前記平均幅が前記下限より小さいと、固定部Rの接着強度が不十分となるおそれがある。逆に、前記平均幅が前記上限を超えると、固定部Rが不要に大きくなり、検出領域Xを十分に大きくし難くなるおそれがある。
The lower limit of the average width of the fixed portion R of the
平面視における圧電素子2の面積に対する固定部Rの面積の比の上限としては、0.3が好ましく、0.2がより好ましく、0.1がさらに好ましい。前記比が前記上限を超えると、固定部Rが不要に大きくなり、固定部Rの圧電素子11の変形に及ぼす影響が大きくなるおそれがある。一方、前記比の下限としては、一対のシールド部3a,3b及び圧電素子11の位置ずれを防止できる限り特に限定されるものではなく、例えば0.01とすることができる。
The upper limit of the ratio of the area of the fixed portion R to the area of the
シールド部3a,3bは、平面視で検出領域Xの全領域を被覆するよう配設されている。このように、シールド部3a,3bが平面視で検出領域Xの全領域を被覆することで外部ノイズの影響を容易かつ確実に取り除くことができる。
The
絶縁層14a,14bは、シールド部3a,3bの最内層を構成する。絶縁層14a,14bは可撓性を有する。絶縁層14a,14bは合成樹脂を主成分として形成されている。前記合成樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、アクリル樹脂等が挙げられる。中でも、電気的特性、機械的特性、コスト等の点からポリエチレンテレフタレートが好ましい。
The insulating
絶縁層14a,14bの平均厚さの下限としては、0.1μmが好ましく、1μmがより好ましい。一方、絶縁層14a,14bの平均厚さの上限としては、500μmが好ましく、100μmがより好ましい。絶縁層14a,14bの平均厚さが前記下限に満たないと、絶縁層14a,14bの強度が不十分となるおそれがある。逆に、絶縁層14a,14bの平均厚さが前記上限を超えると、シールド部3a,3bが不要に厚くなったり、シールド部3a,3bの可撓性が不十分となるおそれがある。
The lower limit of the average thickness of the insulating
シールド層15は導電性を有する。シールド層15は、シールド部3a,3bの最外層を構成する。一対のシールド部3a,3bを構成するシールド層15は、1枚のフィルム部材から構成される。具体的には、シールド層15は、帯状のフィルム部材によって形成されており、このフィルム部材の長手方向中央部を折り返した状態で、折り返し部Zによって区分される一方側の領域の内面に一方の絶縁層14aが積層され、他方側の領域の内面に他方の絶縁層14bが積層されている。また、シールド層15は、折り返し部Zの内面に第2リード線16bが当接している。シールド層15及び第2リード線16bは、半田、導電性接着剤等によって接着されている。これにより、シールド層15は、第2リード線16bと電気的に接続されている。シールド層15は、接地して用いられ、外部ノイズの影響を低減する。なお、本実施形態においては、一方の絶縁層14a及び他方の絶縁層14bは別部材として形成されているが、シールド層15の内面に一対の絶縁層14a,14bを兼ねる1枚の絶縁層が積層されていてもよい。
The
シールド層15は金属を主成分として形成される。前記金属としては、例えば銀、銅、金、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。シールド層15は、例えば前記金属を主成分とする金属箔によって形成される。また、一対のシールド部3a,3bは、例えばこの金属箔に一対の絶縁層14a,14bの形成材料を含む塗工液を塗布して乾燥することで、この金属箔に一対の絶縁層14a,14bを積層することで形成される。シールド層15の平均厚さの下限としては、0.01μmが好ましく、0.1μmがより好ましい。一方、シールド層15の平均厚さの上限としては、500μmが好ましく、100μmがより好ましい。前記平均厚さが前記下限より小さいと、シールド層15が意図せず断裂するおそれがある。逆に、前記平均厚さが前記上限を超えると、シールド部3a,3bが不要に厚くなったり、シールド部3a,3bの可撓性が不十分となるおそれがある。
The
圧電素子2と一対のシールド部3a,3bとは密着していてもよいが、圧電素子2と一対のシールド部3a,3bとの間に空間を有することが好ましい。当該センサーユニット1は、圧電素子2と一対のシールド部3a,3bとの間に空間を有することによって、一対のシールド部3a,3bが圧電膜11の変形に及ぼす影響をより抑えることができる。
The
検出領域Xの平面面積に対する検出領域Xの表面における圧電素子11及び一対のシールド部3a,3bが密着していない空間面積の比の下限としては、0.5が好ましく、0.7がより好ましく、0.9がさらに好ましい。前記比が前記下限以上であることで、一対のシールド部3a,3bが圧電膜11の変形に及ぼす影響をより的確に抑えやすい。一方、前記比の上限としては、特に限定されるものではなく、1.0とすることができる。
The lower limit of the ratio of the space area where the
一対のシールド部3a,3bは厚さ方向に貫通する複数の貫通孔(不図示)を有していてもよい。当該センサーユニット1は、圧電素子2と一対のシールド部3a,3bとの間に空間を有する場合、この空間に存在する空気の熱膨張によって一対のシールド部3a,3bが外側に膨れるおそれや、前記空気の冷却によって一対のシールド部3a,3bが圧電素子2と密着するおそれがある。特に、当該センサーユニット1は、一対のシールド部3a,3bと圧電素子2とが密着すると、音や振動の検出精度が低下するおそれがある。これに対し、当該センサーユニット1は、一対のシールド部3a,3bを厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有することによって、前記空気の熱膨張や冷却に起因する一対のシールド部3a,3bの膨れや圧電素子2との密着を抑制することでき、使用環境によらず音や振動の検出精度を高めることができる。
The pair of
一対のシールド部3a,3bが複数の貫通孔を有する場合、これらの貫通孔は平面視で検出領域Xと重ならない領域に形成されていることが好ましい。このように、複数の貫通孔が検出領域Xと重ならない領域に形成されていることで、これらの貫通孔に起因してシールド効果が低くなることを容易かつ確実に防止することができる。前記複数の貫通孔の平均径としては、例えば100μm以上5mm以下とすることができる。前記平均径が前記下限に満たないと、一対のシールド部3a,3bの膨れや圧電素子2との密着を十分に抑制することができないおそれがある。逆に、前記平均径が前記上限を超えると、複数の貫通孔が圧電膜11の変形に影響を及ぼすおそれがある。
When the pair of
(リード線)
第1リード線16a及び第2リード線16bは、例えば導電性を有する線状の導体によって形成される。第1リード線16aは、検出回路と接続される側と反対側の端部が二股に分岐しており、この分岐部が第1接続領域Y1及び第2接続領域Y2で第1電極12の外面に固定されている。これにより、第1リード線16aは、第1電極12と電気的に接続されている。また、第2リード線16bは、検出回路と接続される側と反対側の端部が二股に分岐しており、この分岐部が第1接続領域Y1及び第2接続領域Y2で第2電極13の外面に固定されている。これにより、第2リード線16bは、第2電極13と電気的に接続されている。
(Lead)
The
<利点>
当該センサーユニット1は、一対のシールド部3a,3bが圧電素子2に部分的に固定されており、一対のシールド部3a,3bが圧電素子2に全面的に固定されていないので、一対のシールド部3a,3bが圧電素子の共振に及ぼす影響を低減することができる。そのため、当該センサーユニット1は検出精度に優れる。当該センサーユニット1は、音や振動を高精度で検出するのに優れており、特に音の検出精度を効果的に高めることができる。
<Advantages>
In the
[第二実施形態]
<センサーユニット>
図3のセンサーユニット21は、シート状の圧電素子25と、圧電素子25の厚さ方向両側に配設される一対のシート状のシールド部3a,3bとを備える。圧電素子25は一対のシールド部3a,3bと部分的に固定されている。圧電素子25は、圧電膜26と、圧電膜26の一方側の面に積層される第1電極27と、圧電膜26の他方側の面に積層される第2電極28とを有する。一対のシールド部3a,3bは、絶縁層14a,14bと、絶縁層14a,14bの外面側に積層されるシールド層15とを有する。また、当該センサーユニット21は、第1電極27に接続され、外部に電気信号を出力する第1リード線29aと、第2電極28に接続され、外部に電気信号を出力する第2リード線29bとを有する。さらに、当該センサーユニット21は、圧電素子25の平面視両側に、一対のシールド部3a,3bを離間した状態で保持するスペーサ22a,22bを有する。当該センサーユニット21は、例えば音響機器等に取り付けられて用いられ、音や振動を検出する歪みセンサーとして構成されている。当該センサーユニット21における一対のシールド部3a,3bについては、図1のセンサーユニット1と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
<Sensor unit>
The
(圧電素子)
圧電素子25は可撓性を有する。圧電素子25は、圧電膜26が厚さ方向に入射する音波又は振動によって変形可能に構成されており、これにより音又は振動を検出可能に構成されている。圧電素子25は、音又は振動を検出するための検出領域Xを有する。詳細には、圧電素子25は、図4に示すように、平面視矩形状の検出領域Xと、検出領域Xから平面視外側に突出し、第1リード線29aと接続される第1接続領域Y1と、検出領域Xから平面視外側に突出し、第2リード線29bと接続される第2接続領域Y2とを有する。第1接続領域Y1及び第2接続領域Y2は反対方向に突出している。圧電素子25は、形状が相違する以外は図1の圧電素子2と同様に構成することができる。
(Piezoelectric element)
The
(リード線)
第1リード線29a及び第2リード線29bは、例えば導電性を有する線状の導体によって形成される。第1リード線29aは、第1接続領域Y1において第1電極27の外面に積層され、これにより第1電極27と電気的に接続されている。また、第2リード線29bは、第2接続領域Y2において第2電極28の外面に積層され、これにより第2電極28と電気的に接続されている。
(Lead)
The
(スペーサ)
スペーサ22a,22bは、平面視で圧電素子25を囲むように配設されている。スペーサ22a,22bは、それぞれ一対のシールド部3a,3bの内面と平行に配設される一対の支持面を有する。スペーサ22a,22bは、図4に示すように、平面視で第1リード線29a及び第2リード線29bと重なり合わない領域で、支持面を一対のシールド部3a,3bの内面に全面的に当接した状態で配設されている。これにより、スペーサ22a,22bは、少なくとも圧電素子25の平面視両側において一対のシールド部3a,3bを離間した状態で保持しており、特に本実施形態では圧電素子25の周囲の略全領域において一対のシールド部3a,3bを離間した状態で保持している。
(Spacer)
The
スペーサ22a,22bの高さは、圧電素子25の最大厚さ以上であることが好ましく、圧電素子25及び一対のリード線29a,29bの合計厚さと等しいことがより好ましい。スペーサ22a,22bの高さが圧電素子25及び一対のリード線29a,29bの合計厚さと等しいことによって、圧電素子25を一対のシールド部3a,3bと部分的に固定しつつ、スペーサ22a,22bの支持面を一対のシールド部3a,3bの内面に当接した状態で保持しやすい。なお、「スペーサの高さが圧電素子及び一対のリード線の合計厚さと等しい」とは、スペーサの高さと圧電素子及び一対のリード線の合計厚さとの差の絶対値が500μm以下であることをいい、好ましくは100μm以下であることをいい、より好ましくは50μm以下であることをいう。
The height of the
スペーサ22a,22bの材質としては、特に限定されるものではないが、一対のシールド部3a,3bの間のスペースを確保する樹脂製の絶縁体のものであるとよい。スペーサ22a,22bは、一対のシールド部3a,3bの固定に寄与するよう粘着性を有していてもよい。また、スペーサ22a,22bは、導電性を有する金属からなるものでもよい。スペーサ22a,22bが導電性を有する場合、シールド効果を高めることができる。特に当該センサーユニット21は、スペーサ22a,22bが平面視で圧電素子25を囲むように配設されているので、スペーサ22a,22bによって圧電素子25の平面方向外側領域を封止することができ、これにより外部ノイズが圧電素子25側に侵入することをより確実に防止することができる。
The material of the
一対のシールド部3a,3bは、図4に示すように、接続領域Y1,Y2において一対のリード線29a,29bを介して圧電素子25に部分的に固定されている。また、平面視で第1リード線29a及び第2リード線29bと重なり合わない領域において、一対のシールド部3a,3bの内面は、圧電素子25の周囲を囲むようにスペーサ22a,22bによって支持されている。これにより、圧電素子25の検出領域Xは一対のシールド部3a,3bと固定されていない。またこれにより、圧電素子25と一対のシールド部3a,3bとの間には空間を有する。詳細には検出領域Xの表面の全領域と一対のシールド部3a,3bの内面との間に空気層が形成されている。換言すると、当該センサーユニット21は、検出領域Xの平面面積に対する検出領域Xの表面における圧電素子25及び一対のシールド部3a,3bが密着していない空間面積の比が1である。これにより、当該センサーユニット21は、一対のシールド部3a,3bが検出領域Xの変形に及ぼす影響を的確に取り除くことができる。
As shown in FIG. 4, the pair of
圧電素子25及び一対のシールド部3a,3bは、接続領域Y1,Y2において点状に固定されている。圧電素子25及び一対のシールド部3a,3bの固定部Rの平均径の下限としては、1mmが好ましく、2mmがより好ましい。一方、固定部Rの平均径の上限としては、5mmが好ましく、3mmがより好ましい。前記平均径が前記下限より小さいと、固定部Rの接着強度が不十分となるおそれがある。逆に、前記平均径が前記上限を超えると、固定部Rの圧電素子25の変形に及ぼす影響が大きくなるおそれがある。なお、「平均径」とは、等面積の真円に換算した径をいう。また、「固定部の平均径」とは、固定部の平面視における平均径をいう。
The
<利点>
当該センサーユニット21は、圧電素子25の平面視両側に、一対のシールド部3a,3bを離間した状態で保持するスペーサ22a,22bを有するので、一対のシールド部3a,3bが圧電素子25、特に圧電素子25の検出領域Xの変形に及ぼす影響の低減効果を高めやすい。
<Advantages>
Since the
[第三実施形態]
<センサーユニット>
図5のセンサーユニット31は、シート状の圧電素子25と、圧電素子25の厚さ方向両側に配設される一対のシート状のシールド部33a,33bとを備える。圧電素子25は一対のシールド部33a,33bと部分的に固定されている。圧電素子25は、圧電膜26と、圧電膜26の一方側の面に積層される第1電極27と、圧電膜26の他方側の面に積層される第2電極28とを有する。第1電極27はシグナル電極を構成し、第2電極28はグランド電極を構成する。つまり、圧電素子25は、厚さ方向一方側に積層されるシグナル電極と、厚さ方向他方側に配設されるグランド電極とを有する。一方のシールド部33a(圧電素子25の第1電極27側に配設されるシールド部)は、絶縁層14aと、絶縁層14aの外面側に積層されるシールド層15と、絶縁層14aの内面側に積層される導電層34とを有する。他方のシールド部33b(圧電素子25の第2電極28側に配設されるシールド部)は、絶縁層14bと、絶縁層14bの外面側に積層されるシールド層15とを有する。また、当該センサーユニット31は、第1電極27に接続され、外部に電気信号を出力する第1リード線29aと、第2電極28に接続され、外部に電気信号を出力する第2リード線29bとを有する。さらに、当該センサーユニット31は、圧電素子25の平面視両側に、一対のシールド部33a,33bを離間した状態で保持するスペーサ22a,22bを有する。当該センサーユニット31は、例えば音響機器等に取り付けられて用いられ、音や振動を検出する歪みセンサーとして構成されている。当該センサーユニット31は、前記シグナル電極側に配設される一方のシールド部33aが、絶縁層14aの内面側に積層される導電層34を有する以外、図3のセンサーユニット21と同様の構成を有する。そのため、以下では一方のシールド部33aについてのみ説明する。
[Third embodiment]
<Sensor unit>
The
(シールド部)
前述のように、一方のシールド部33aは、絶縁層14aと、絶縁層14aの外面側に積層されるシールド層15と、絶縁層14aの内面側に積層される導電層34とを有する。一方のシールド部33aは、絶縁層14a、シールド層15及び導電層34の3層構造体である。一方のシールド部33aは可撓性を有する。シールド部33aの絶縁層14a及びシールド層15の具体的構成としては、図1のセンサーユニット1と同様とすることができる。
(Shield part)
As described above, one
(導電層)
導電層34は、一方のシールド部33aの最内層を構成する。導電層34は導電性を有する。また、導体層34は、シールド層15と絶縁状態で保持されている。導電層34は、第1電極27(シグナル電極)と電気的に接続されている。導電層34は、検出領域Xの表面側の全領域を被覆するよう配設されることが好ましく、圧電膜26の表面側の全領域を被覆するよう配設されることがより好ましい。導電層34と検出領域Xとの間には空気層が形成されていることが好ましい。また、この空気層は、検出領域Xの表面の全面に亘って形成されていることがより好ましい。
(Conductive layer)
The
導電層34は、例えば金属又は金属化合物を主成分として形成される。前記金属としては、例えば銀、銅、金、ニッケル、アルミニウム、カーボン等が挙げられる。また、前記金属化合物としては、例えばITO等が挙げられる。導電層34は、金属印刷又は金属蒸着によって絶縁層14aの内面に積層されてもよく、絶縁層14aの内面に金属箔を接着することで積層されてもよい。導電層34の平均厚さの下限としては、0.01μmが好ましく、0.1μmがより好ましい。一方、導電層34の平均厚さの上限としては、500μmが好ましく、100μmがより好ましい。前記平均厚さが前記下限より小さいと、導電層34の強度が不十分となるおそれがある。逆に、前記平均厚さが前記上限を超えると、シールド部33aが不要に厚くなったり、シールド部33aの可撓性が不十分となるおそれがある。なお、当該センサーユニット31は、導電層34と第1リード線29aとが、半田、導電性接着剤等によって接着されることで導電層34及び第1電極27が電気的に接続されてもよく、第1リード線29aが導電層34の端部から連続して導電層34と一体的に形成されることで導電層34及び第1電極27が電気的に接続されてもよい。
The
<利点>
当該センサーユニット31は、第1電極27側に配設されるシールド部33aが、絶縁層14a及び絶縁層14aの内面側に積層され、第1電極27と電気的に接続される導電層34を有するので、導電層34及び第1電極27を同電位に保つことができ、これにより第1電極27及び導電層34間における静電容量の発生を抑制することができる。従って、当該センサーユニット31は、この静電容量が音や振動の検出に与える影響を抑制することができ、音や振動の検出精度をより高めることができる。
<Advantages>
In the
[その他の実施形態]
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
[Other Embodiments]
The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the invention. Should.
例えば、前記スペーサは圧電素子の平面視両側のみに配設されていてもよい。 For example, the spacer may be disposed only on both sides of the piezoelectric element in plan view.
前記圧電素子は必ずしもリード線を介して一対のシールド部に固定される必要はなく、例えば電極の外面(つまり前記検出領域の外面)がシールド部に直接固定されてもよい。また、前記圧電素子がリード線を介して一対のシールド部に固定される場合であっても、具体的な固定方法は前述の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、図6に示すように、当該センサーユニット41は、第2電極42の外側に配設されるシールド部43bが導電性を有するシールド層45と、シールド層45の内面に積層される絶縁層44bと、導電性を有し、絶縁層44bを厚さ方向に貫通する導電部44cとを有し、第2リード線46bがこの導電部44cを介してシールド層45と電気的に接続されてもよい。
The piezoelectric element is not necessarily fixed to the pair of shield portions via lead wires, and for example, the outer surface of the electrode (that is, the outer surface of the detection region) may be directly fixed to the shield portion. Further, even when the piezoelectric element is fixed to the pair of shield portions via lead wires, the specific fixing method is not limited to the configuration of the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 6, the
前記圧電素子の平面形状は、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設計可能である。また、前述の各実施形態の構成は適宜組み合わせることが可能であり、例えば図3及び図5のセンサーユニット21,31においてスペーサ22a,22bを有しない構成を採用することも可能であり、図1及び図6のセンサーユニット1,41においてスペーサを用いることも可能である。
The planar shape of the piezoelectric element is not particularly limited, and can be appropriately designed depending on the application. Further, the configurations of the above-described embodiments can be combined as appropriate. For example, the
前述の実施形態では、シールド層が帯状のフィルム部材の長手方向中央部を折り返すことで形成される構成について説明した。この点に関し、例えば図7に示すように、シールド層55は、圧電素子の両面側に配設される一対の帯状のフィルム部材55aと、この一対のフィルム部材55aの長手方向一方側端部同士を接続する導電部材55bとによって形成されてもよい。また、一対のフィルム部材55a及び導電部材55bの接続方法は特に限定されるものではなく、例えば導電性テープを用いて接続してもよく、ネジを用いて接続してもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the shield layer is formed by folding the longitudinal center portion of the belt-shaped film member has been described. In this regard, for example, as shown in FIG. 7, the
当該センサーユニットは、前述のように圧電素子及び一対のシールド部が部分的に固定されることで、一対のシールド部が圧電素子の共振に及ぼす影響を低減することができる。一方、当該センサーユニットは、必要に応じてシールド部の外面に錘を積層してもよい。具体的には、当該センサーユニットは、第1電極側に配設されるシールド部の外面に合成樹脂を主成分とするシート状の錘を積層してもよい。当該センサーユニットは、例えば第2電極側に配設されるシールド部の外面を弦楽器の響板に取り付けて用いる場合、第1電極側に配設されるシールド部の外面に錘を積層することで、圧電素子及び響板の間に空気層が形成されることを防止することができ、これにより響板の振動を圧電素子に伝わりやすくすることができる。また、当該センサーユニットは、圧電素子の第2電極の外面とこの第2電極側に配設されるシールド部の内面とのみを密着させることも可能であり、かかる構成によっても響板の振動を圧電素子に伝わりやすくすることが可能である。 In the sensor unit, the piezoelectric element and the pair of shield portions are partially fixed as described above, so that the influence of the pair of shield portions on the resonance of the piezoelectric element can be reduced. On the other hand, the sensor unit may be stacked with a weight on the outer surface of the shield part as necessary. Specifically, in the sensor unit, a sheet-like weight having a synthetic resin as a main component may be laminated on the outer surface of the shield portion disposed on the first electrode side. For example, when the sensor unit is used by attaching the outer surface of the shield part disposed on the second electrode side to the sound board of the stringed instrument, the sensor unit is configured by stacking a weight on the outer surface of the shield part disposed on the first electrode side. In addition, it is possible to prevent an air layer from being formed between the piezoelectric element and the soundboard, thereby making it easier to transmit the vibration of the soundboard to the piezoelectric element. In addition, the sensor unit can closely contact only the outer surface of the second electrode of the piezoelectric element and the inner surface of the shield portion disposed on the second electrode side. It is possible to facilitate transmission to the piezoelectric element.
当該センサーユニットは、例えば弦楽器の響板等に取り付けられる楽器用ピックアップとして用いることができる他、バウンダリーマイクロホンや、建築物、機械、輸送機等の異音や騒音を検出するための装置等、楽器以外の部材に用いることも可能である。 The sensor unit can be used as a pickup for a musical instrument attached to a sound board of a stringed instrument, for example, a boundary microphone, a device for detecting abnormal noise or noise of a building, a machine, a transport aircraft, etc. It can also be used for members other than musical instruments.
以上説明したように、本発明のセンサーユニットは、音や振動の検出精度に優れるので、弦楽器等の楽器用ピックアップとして用いられるのに適している。 As described above, the sensor unit of the present invention is suitable for being used as a pick-up for musical instruments such as stringed instruments because of its excellent sound and vibration detection accuracy.
1,21,31,41 センサーユニット
2,25 圧電素子
3a,3b,33a,33b,43b シールド部
11,26 圧電膜
12,27 第1電極
13,28,42 第2電極
14a,14b,44b 絶縁層
15,45,55 シールド層
16a,29a 第1リード線
16b,29b,46b 第2リード線
22a,22b スペーサ
34 導電層
44c 導電部
55a フィルム部材
55b 導電部材
R 固定部
X 検出領域
Y1 第1接続領域
Y2 第2接続領域
Z 折り返し部
1, 21, 31, 41
Claims (5)
前記圧電素子の厚さ方向両側に配設され、この圧電素子に部分的に固定される一対のシート状のシールド部と
を備えるセンサーユニット。 A sheet-like piezoelectric element;
A sensor unit comprising: a pair of sheet-like shield portions disposed on both sides in the thickness direction of the piezoelectric element and partially fixed to the piezoelectric element.
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