JP2023133745A - AE sensor structure - Google Patents

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和弘 太田
Kazuhiro Ota
和貴 荒屋
Kazuki Araya
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Tamagawa Seiki Co Ltd
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Abstract

To provide an AE sensor that can prevent an adhesive or a sensor part from being damaged even under an environment with a significant change of temperatures while maintaining a sensor performance.SOLUTION: An AE sensor structure 10 includes: a sensor part 1 made of a piezoelectric crystal; a supporting board 2 to which the sensor part 1 is fixed; a case 3 to which the supporting board 2 is attached, the case being fixed to the outside; an adhesive part 4 for fixing the supporting board 2 and the case 3, the adhesive part 4 having a thick part 5 for holding an adhesion function and a thin part 6 for propagation of an AE wave. The adhesive part 4 has a cross section in the shape of a substantially protruding shape and has the thin part 6 on the outside and the thick part 5 on the inside.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はAEセンサ構造に係り、特に、共振型AEセンサにおける適用可能な温度範囲を拡大可能な技術に関するものである。 The present invention relates to an AE sensor structure, and particularly to a technique that can expand the applicable temperature range of a resonant AE sensor.

設備や構造体などの故障検知の手段として、それらから発生する弾性波(AE波)をモニタリングして異常検知する方法があり、AE波を検出するセンサとしてAEセンサがある。図6に示すようにAEセンサ910は主に、弾性波を検知するセンサ部91、外部へ固定する外装部品93、センサ部91と外装部品93を固定させる接着剤94で構成されている。なお、センサ部91は圧電素子で構成され、外装部品93はセラミックや金属などで構成されている。また、接着剤は94センサ部91と外装部品94を一体化させるため、硬い方が望ましい。 BACKGROUND ART As a means for detecting failures in equipment, structures, etc., there is a method of monitoring elastic waves (AE waves) generated from them to detect abnormalities, and an AE sensor is an example of a sensor for detecting AE waves. As shown in FIG. 6, the AE sensor 910 mainly includes a sensor section 91 that detects elastic waves, an exterior component 93 that is fixed to the outside, and an adhesive 94 that fixes the sensor section 91 and the exterior component 93. Note that the sensor section 91 is made of a piezoelectric element, and the exterior component 93 is made of ceramic, metal, or the like. Further, since the adhesive 94 integrates the sensor section 91 and the exterior component 94, it is desirable that the adhesive be hard.

AEセンサについては従来、特許出願等も多くなされている。たとえば後掲特許文献1には、マグネットホルダ使用不可能な非磁性体たる測定物を対象としたセンサ取付方法が記載されている。すなわち、センサ利用の測定にあたってセンサが突出可能に格納される保持部材の測定物への取付けを補助する板状部材を用いる方法であり、厚さ方向に貫通して突出し測定物に接触可能な穴を備え、かつ保持部材に対する引力方向の磁性を有する板状部材が開示されている。 Conventionally, many patent applications have been filed regarding AE sensors. For example, Patent Document 1 listed below describes a sensor mounting method for a non-magnetic measurement object for which a magnetic holder cannot be used. In other words, it is a method that uses a plate-like member that assists in attaching a holding member to the object to be measured, in which the sensor is housed so that it can protrude, when measuring using a sensor, and a hole that penetrates in the thickness direction and can protrude and come into contact with the object to be measured is used. Disclosed is a plate-like member which has magnetism in the direction of attraction to the holding member.

特開2006-250559号公報「センサ取付用補助部材及びセンサ取付方法」JP2006-250559A “Sensor mounting auxiliary member and sensor mounting method”

AEセンサの取付け、固定については従来、改善を要する点がある。たとえばセンサ部を構成する圧電素子がLN(リチウムナイオベート)やLT(リチウムタンタレート)であって、かつ外装部品がセラミックスである場合、それぞれの熱膨張係数に差があることから、温度変化が大きい環境等で使用するとセンサ部と外装部品を接着・固定させる接着剤や、比較的脆いセンサ部がダメージを受け、センサとしての機能を悪化させるという問題である。 Conventionally, there are some points that require improvement regarding the mounting and fixing of the AE sensor. For example, if the piezoelectric element that makes up the sensor section is made of LN (lithium niobate) or LT (lithium tantalate), and the exterior parts are made of ceramics, temperature changes will occur due to differences in their thermal expansion coefficients. The problem is that when used in a large environment, the adhesive that bonds and fixes the sensor part and exterior parts, and the relatively fragile sensor part, are damaged, deteriorating the function as a sensor.

その対応策としては、柔らかい接着剤を使用するか、または接着剤を厚くしてセンサ部と外装部品の熱膨張係数差による影響を緩和させることが考えられる。しかし、これらの方法では、センサ部と外装部品の一体化が損なわれ、AE波のセンサ部への伝搬が緩衝され、センサ性能が悪化してしまう。温度変化が大きい環境であっても、センサ性能を維持しつつ、接着剤やセンサ部のダメージを防止できる技術が求められている。 As a countermeasure, it is possible to use a soft adhesive or thicken the adhesive to alleviate the influence of the difference in thermal expansion coefficient between the sensor section and the exterior component. However, in these methods, the integration of the sensor section and the exterior parts is impaired, the propagation of AE waves to the sensor section is buffered, and the sensor performance deteriorates. There is a need for technology that can maintain sensor performance and prevent damage to adhesives and sensor parts even in environments with large temperature changes.

そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点を踏まえ、温度変化が大きい環境であっても、センサ性能を維持しつつ、接着剤やセンサ部のダメージを防止できる、温度変化による影響の少ないAEセンサを提供することである。換言すれば、適用可能な温度範囲を拡大可能なAEセンサを提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the problem of the conventional technology by providing a method that can prevent damage to the adhesive and sensor part while maintaining sensor performance even in an environment with large temperature changes. An object of the present invention is to provide an AE sensor that is less affected by In other words, the objective is to provide an AE sensor that can expand the applicable temperature range.

本願発明者は上記課題について検討した結果、センサ部固定用の支持台を新設することに想到した。すなわち、圧電結晶からなるセンサ部と、センサ部を固定する支持台と、センサ部が固定された支持台を取り付け、かつ外部へ固定するケースと、センサ部と支持台および支持台とケースを固定させる接着剤からなるAEセンサとすることである。そしてさらに、支持台の断面形状をコの字状とし、コの字状をなす凹部をケースに接着剤で固定させ、反対面にセンサ素子を取付けることとし、凹部内が接着剤で充填された構造とすることによって解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。 As a result of studying the above-mentioned problem, the inventor of the present application came up with the idea of newly installing a support base for fixing the sensor section. In other words, a sensor section made of a piezoelectric crystal, a support base for fixing the sensor section, a case to which the support base to which the sensor section is fixed are attached and fixed to the outside, and a case for fixing the sensor section to the support base and the support base to the case. The aim is to create an AE sensor made of adhesive. Furthermore, the cross-sectional shape of the support base was made into a U-shape, the U-shaped recess was fixed to the case with adhesive, and the sensor element was attached to the opposite side, and the inside of the recess was filled with adhesive. It was discovered that the problem could be solved by creating a structure, and based on this, the present invention was completed. That is, the invention claimed or at least disclosed in this application as a means for solving the above problems is as follows.

〔1〕 圧電結晶からなるセンサ部と、該センサ部が固定されている支持台と、該支持台が取り付けられるとともに自身は外部へと固定されるケースと、および該支持台とケースを固定させる接着剤部とからなることを特徴とする、AEセンサ構造。
〔2〕 圧電結晶からなるセンサ部と、該センサ部が固定されている支持台と、該支持台が取り付けられるとともに自身は外部へと固定されるケースと、および該支持台とケースを固定させる接着剤部とからなり、該接着剤部は、接着機能を保持するための肉厚部と、AE波伝播用の肉薄部とからなることを特徴とする、〔1〕に記載のAEセンサ構造。
〔3〕 前記接着剤部は断面形状が略凸字状であり、外側に前記肉薄部が、内側に肉厚部がそれぞれ位置することを特徴とする、〔2〕に記載のAEセンサ構造。
〔4〕 前記支持台は断面形状が略コの字状であり、その開口端を、前記接着剤部を挟んで前記ケース側に向けた姿勢で配置されていることを特徴とする、〔3〕に記載のAEセンサ構造。
〔5〕 前記支持台は断面形状が略H字状であり、その一開口端を、前記接着剤部を挟んで前記ケース側に向けた姿勢で配置されていることを特徴とする、〔3〕に記載のAEセンサ構造。
〔6〕 前記接着剤部と対向する支持台の面は平面であり、前記ケースには凹部が設けられており、該支持台は該接着剤部を挟んで該凹部に対向した姿勢で配置されていることを特徴とする、〔3〕に記載のAEセンサ構造。
[1] A sensor unit made of a piezoelectric crystal, a support base to which the sensor unit is fixed, a case to which the support base is attached and the case itself is fixed to the outside, and a case that fixes the support base and the case. An AE sensor structure comprising an adhesive part.
[2] A sensor unit made of a piezoelectric crystal, a support base to which the sensor unit is fixed, a case to which the support base is attached and the case itself is fixed to the outside, and a case that fixes the support base and the case. The AE sensor structure according to [1], characterized in that the adhesive part consists of a thick part for retaining the adhesive function and a thin part for propagating AE waves. .
[3] The AE sensor structure according to [2], wherein the adhesive portion has a substantially convex cross-sectional shape, and the thin wall portion is located on the outside and the thick wall portion is located on the inside.
[4] The support stand has a substantially U-shaped cross section, and is arranged with its open end facing toward the case side with the adhesive portion in between. AE sensor structure described in ].
[5] The support stand has a substantially H-shaped cross section, and is arranged with one open end thereof facing toward the case side with the adhesive portion sandwiched therebetween; [3] AE sensor structure described in ].
[6] The surface of the support base facing the adhesive portion is flat, the case is provided with a recess, and the support base is placed in a position opposite to the recess with the adhesive portion sandwiched therebetween. The AE sensor structure according to [3], characterized in that:

〔7〕 前記支持台は一または二以上の凹部を有する断面形状であり、該凹部の開口端を前記接着剤部を挟んで前記ケース側に向けた姿勢で配置されていることを特徴とする、〔2〕に記載のAEセンサ構造。
〔8〕 前記凹部の形状は三角形、矩形、または円弧形のいずれかであることを特徴とする、〔7〕に記載のAEセンサ構造。
〔9〕 前記肉厚部の最も厚い部位の厚さは肉薄部の5倍以上であることを特徴とする、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕、〔8〕のいずれかに記載のAEセンサ構造。
〔10〕 前記支持台は金属製であることを特徴とする、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕、〔8〕、〔9〕のいずれかに記載のAEセンサ構造。
〔11〕 前記支持台の熱膨張係数は前記センサ部の熱膨張係数の±30%以内、より望ましくは±10%以内であることを特徴とする、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕、〔8〕、〔9〕、〔10〕のいずれかに記載のAEセンサ構造。
[7] The support base has a cross-sectional shape having one or more recesses, and is arranged with the open end of the recess facing toward the case side with the adhesive portion in between. , the AE sensor structure described in [2].
[8] The AE sensor structure according to [7], wherein the shape of the recessed portion is triangular, rectangular, or arcuate.
[9] [2], [3], [4], [5], [6], [2], [2], [3], [4], [5], [6], [2], wherein the thickness of the thickest part of the thick part is five times or more that of the thin part. 7], the AE sensor structure according to any one of [8].
[10] Any of [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], and [9], wherein the support base is made of metal. AE sensor structure described in Crab.
[11] [2], [3], [4], wherein the coefficient of thermal expansion of the support base is within ±30% of the coefficient of thermal expansion of the sensor section, more preferably within ±10%. , [5], [6], [7], [8], [9], and [10].

本発明のAEセンサ構造は上述のように構成されるため、これらによれば、温度変化が大きい環境下で使用しても、センサ性能を維持しつつ、接着剤やセンサ部のダメージを防止することができる。すなわち本発明によれば、温度変化による影響の少ないAEセンサ、適用可能な温度範囲を拡大可能なAEセンサを提供することができる。 Since the AE sensor structure of the present invention is configured as described above, it is possible to maintain sensor performance and prevent damage to the adhesive and sensor part even when used in an environment with large temperature changes. be able to. That is, according to the present invention, it is possible to provide an AE sensor that is less affected by temperature changes and an AE sensor that can expand the applicable temperature range.

本発明AEセンサ構造の基本構成を示す断面図である。1 is a sectional view showing the basic configuration of an AE sensor structure of the present invention. 本発明AEセンサ構造の別の構成例(H型)を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing another configuration example (H type) of the AE sensor structure of the present invention. 本発明AEセンサ構造の別の構成例(凹部ケース型)を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing another configuration example (concave case type) of the AE sensor structure of the present invention. 本発明AEセンサ構造の支持台の別の構成例(複数凹部型)を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration example (multi-concave type) of the support base of the AE sensor structure of the present invention. 本発明AEセンサ構造の支持台の別の構成例(三角型、円弧型)を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration example (triangular type, arc type) of the support base of the AE sensor structure of the present invention. 従来のAEセンサにおける固定方式示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a fixing method in a conventional AE sensor.

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明AEセンサ構造の基本構成を示す断面図である。図示するように本AEセンサ構造10は、圧電結晶からなるセンサ部1と、センサ部1が固定されている支持台2と、支持台2が取り付けられるとともに自身は外部へと固定されるケース3と、および支持台2とケース3を固定させる接着剤部4とからなることを基本的な構成とする。さらに接着剤部4を、接着機能を保持するための肉厚部5と、AE波伝播用の肉薄部6とからなる構成とすることができる。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing the basic configuration of the AE sensor structure of the present invention. As shown in the figure, the present AE sensor structure 10 includes a sensor part 1 made of a piezoelectric crystal, a support base 2 to which the sensor part 1 is fixed, and a case 3 to which the support base 2 is attached and which is fixed to the outside. , and an adhesive part 4 for fixing the support base 2 and the case 3. Furthermore, the adhesive part 4 can be configured to include a thick part 5 for maintaining the adhesive function and a thin part 6 for propagating AE waves.

かかる構成により本AEセンサ構造10では、センサ部1がケース3固定用の接着剤部4と直接に接するのではなく、支持台2を介することになり、熱膨張係数の相違するセンサ部1とケース3とが接着剤を挟んで直接的に隣接することによる不具合を、緩和することができる。 With this configuration, in the present AE sensor structure 10, the sensor section 1 does not come into direct contact with the adhesive section 4 for fixing the case 3, but through the support stand 2, and the sensor section 1 and the sensor section 1, which have different coefficients of thermal expansion, Inconveniences caused by the case 3 being directly adjacent to the case 3 with the adhesive in between can be alleviated.

そして、肉厚部5・肉薄部6が形成された構成であることによって、接着剤部4の肉厚部5によって、支持台2とケース3とを固定させる接着機能が保持されるとともに、肉薄部6によってAE波伝播機能が担保され、それにより、支持台2上に固定されたセンサ部1によるAE検出機能が保証される。これにより本AEセンサ構造10は、温度変化が大きい環境下で使用しても、センサ性能を維持し、かつ、センサ部1と外装部品を接着・固定させる接着剤部4や、比較的脆いセンサ部1がダメージを受けてセンサとしての機能を悪化させるのを防止することができる。 Since the thick part 5 and the thin part 6 are formed, the thick part 5 of the adhesive part 4 maintains the adhesive function of fixing the support base 2 and the case 3. The AE wave propagation function is ensured by the section 6, thereby ensuring the AE detection function of the sensor section 1 fixed on the support base 2. As a result, the present AE sensor structure 10 maintains sensor performance even when used in an environment with large temperature changes, and has an adhesive part 4 that adheres and fixes the sensor part 1 and exterior parts, and a relatively fragile sensor. It is possible to prevent the portion 1 from being damaged and deteriorating its function as a sensor.

上述したように、センサ部を構成する圧電素子がLNやLTであって、かつ外装部品がセラミックスであるような場合には、それぞれの熱膨張係数に差が生じ、したがって温度変化による応力が生じる。その応力を支持台で吸収することにより、応力のセンサ側への影響を軽減するのだが、接着剤の厚みが十分でない場合には、支持台とケースの熱膨張係数差によよって支持台とケースを固定する接着剤がダメージを受けてしまうこととなる。 As mentioned above, when the piezoelectric element constituting the sensor section is LN or LT, and the exterior parts are made of ceramics, there will be a difference in their respective thermal expansion coefficients, and therefore stress will occur due to temperature changes. . By absorbing the stress with the support base, the effect of stress on the sensor side is reduced. However, if the adhesive is not thick enough, the difference in thermal expansion coefficient between the support base and the case may cause the difference between the support base and the case. The adhesive that secures the case will be damaged.

本発明AEセンサ構造10では、図示するようにたとえば支持台3をコの字形状として接着剤を充填することによって、接着剤部4を、肉厚部5と肉薄部6という異なる厚みを備えた構造とし、これにより、肉厚部5で接着機能を確保させる構造とした。接着剤の厚みを一律にした場合には、接着剤が緩衝材となってしまい、外部で発生するAE波をセンサへ伝搬する機能が弱くなってしまう。しかし本発明では肉薄部6がAE波伝播機能を果たすため、AE波の減衰は最小限に抑えることができる。 In the AE sensor structure 10 of the present invention, as shown in the figure, for example, the support base 3 is formed into a U-shape and filled with adhesive, so that the adhesive part 4 has different thicknesses, such as a thick part 5 and a thin part 6. This structure ensures the adhesive function in the thick portion 5. If the thickness of the adhesive is made uniform, the adhesive will act as a buffer material and the function of propagating externally generated AE waves to the sensor will be weakened. However, in the present invention, since the thin portion 6 performs the AE wave propagation function, the attenuation of the AE waves can be minimized.

図1に示すように本AEセンサ構造10の接着剤部4は、その断面形状が略凸字状であり、外側に肉薄部6が、内側に肉厚部5がそれぞれ位置する構成とすることができる。すなわち、中央部は接着剤が厚く充填され周辺部は薄くなっている構造の接着剤部4であり、換言すれば、肉厚部5が、ケース3と接する接着剤部4の領域内に包含される構造である。本構成において、接着機能の保持は中央部で、一方、AE波伝播機能は周辺部で、それぞれ担保される。なお、周辺部における支持台2と肉薄部6の熱膨張係数相違による応力は、支持台2の中央部で緩和できるため、影響は最小限に抑えることができる。 As shown in FIG. 1, the adhesive portion 4 of the present AE sensor structure 10 has a substantially convex cross-sectional shape, and has a thin wall portion 6 on the outside and a thick wall portion 5 on the inside. I can do it. That is, the adhesive part 4 has a structure in which the central part is filled with adhesive thickly and the peripheral part is filled with thinner adhesive.In other words, the thick part 5 is included in the area of the adhesive part 4 that contacts the case 3. This is the structure that will be used. In this configuration, the adhesion function is maintained at the center, while the AE wave propagation function is maintained at the periphery. Note that the stress due to the difference in coefficient of thermal expansion between the support base 2 and the thin wall portion 6 in the peripheral portion can be alleviated at the center of the support base 2, so that the influence can be minimized.

なお、本発明のセンサ部1を構成する圧電結晶の例としては、ニオブ酸リチウム(LN、リチウムナイオベート)、タンタル酸リチウム(LT、リチウムタンタレート)、ニオブ酸カリウム(KN)、水晶、PZTなどが挙げられる。 Examples of piezoelectric crystals constituting the sensor section 1 of the present invention include lithium niobate (LN, lithium niobate), lithium tantalate (LT, lithium tantalate), potassium niobate (KN), crystal, and PZT. Examples include.

接着剤部4を構成するための接着剤としては、従来公知の樹脂製接着剤等を適宜用いることができる。なお、支持台2―ケース3間の接着剤部4の他に、支持台2―センサ部1間も接着されるが、これらの接着剤は同一であっても、相違していても、どちらでもよいが、特にケース3側に用いる接着剤は、固化後の硬度がより大きいものが望ましい。 As the adhesive for constructing the adhesive part 4, a conventionally known resin adhesive or the like can be used as appropriate. In addition to the adhesive part 4 between the support stand 2 and the case 3, the support stand 2 and the sensor part 1 are also glued, but whether these adhesives are the same or different, there is no difference between them. However, it is desirable that the adhesive used particularly on the case 3 side has a higher hardness after solidification.

図1に示すように本AEセンサ構造10の支持台2は断面形状が略コの字状であり、その開口端を、接着剤部4を挟んで3ケース側に向けた姿勢で配置されている構成とすることができる(コの字型)。後述する通り、支持台の形状はこれに限定されないが、本図に示すものが最も簡素であり、製造上有利である。なお上述の通り、支持台2のコの字の両端の凸部とケース3との接着部の熱膨張係数による応力は、支持台2のコの字の凹部で緩和できるため、影響は最小限に押さえられる。 As shown in FIG. 1, the support stand 2 of the present AE sensor structure 10 has a substantially U-shaped cross section, and is arranged with its open end facing toward the case 3 with the adhesive part 4 in between. (U-shaped). As will be described later, the shape of the support is not limited to this, but the shape shown in this figure is the simplest and is advantageous in manufacturing. As mentioned above, the stress due to the coefficient of thermal expansion of the bond between the convex portions at both ends of the U-shape of the support base 2 and the case 3 can be alleviated by the U-shape concave portion of the support base 2, so the effect is minimal. be held down by

図2は、本発明AEセンサ構造の別の構成例(H型)を示す断面図である。図示するように本AEセンサ210は、支持台22の断面形状が略H字状であり、その一開口端を、接着剤部24を挟んでケース23側に向けた姿勢で配置されている構成とすることができる。すなわち、横転した略H状の断面においてケース23側の凹部27Cが、接着剤充填を受けて肉厚部25を形成し、その両端に肉薄部24が形成される。 FIG. 2 is a sectional view showing another configuration example (H type) of the AE sensor structure of the present invention. As shown in the figure, the present AE sensor 210 has a support base 22 having a substantially H-shaped cross section, and is arranged with one open end thereof facing toward the case 23 with the adhesive portion 24 in between. It can be done. That is, in the approximately H-shaped cross section of the overturned recess 27C on the case 23 side, the recess 27C is filled with adhesive to form a thick wall portion 25, and thin wall portions 24 are formed at both ends thereof.

この構成でも、図1に示したコの字型と同様に温度変化大環境下でのセンサ性能維持および接着剤やセンサ部のダメージ防止効果を得られる。一方、センサ21側の凹部27Sはセンサ21が設置される部位であるが、凹部27Sをセンサ21の寸法に合わせたサイズとすることにより、センサ21の固定を安定的なものとすることができ、また凹凸を減らせることで、形態の複雑化抑制を図ることができる。 With this configuration as well, it is possible to maintain the sensor performance in an environment with large temperature changes and to prevent damage to the adhesive and the sensor part, similar to the U-shape shown in FIG. On the other hand, the recess 27S on the sensor 21 side is the part where the sensor 21 is installed, and by making the recess 27S a size that matches the dimensions of the sensor 21, the sensor 21 can be stably fixed. Moreover, by reducing the unevenness, it is possible to suppress the complexity of the shape.

図3は、本発明AEセンサ構造の別の構成例(凹部ケース型)を示す断面図である。図示するように本AEセンサ構造310は、接着剤部34と対向する支持台32の面は平面であり、ケース33には凹部38が設けられており、該支持台32は該接着剤部34を挟んで該凹部38に対向した姿勢で配置されていることを、特徴的な構成とする。すなわち、図1、2に示した構成例とは異なり本構成のAEセンサ構造310では、支持台32は特に凹凸の無い平板状であって、ケース33の方に構造の特徴を有する。 FIG. 3 is a sectional view showing another configuration example (concave case type) of the AE sensor structure of the present invention. As shown in the figure, in the present AE sensor structure 310, the surface of the support base 32 facing the adhesive part 34 is flat, the case 33 is provided with a recessed part 38, and the support base 32 is connected to the adhesive part 34. The characteristic configuration is that the recess 38 is disposed facing the recess 38 with the recess 38 interposed therebetween. That is, unlike the configuration examples shown in FIGS. 1 and 2, in the AE sensor structure 310 of this configuration, the support base 32 has a flat plate shape with no irregularities, and the case 33 has a structural feature.

つまり、ケース33の方に、支持台32の固定用部位として凹部38が形成されている構成である。ケース33に設けられた凹部38が、接着剤充填を受けて肉厚部35を形成し、ケース33の面一上両端に肉薄部34が形成される。肉厚部35の形成される部位は図1、2の例とは異なるが、肉厚部と肉薄部により接着剤部が構成される点は同じである。 In other words, the case 33 has a recess 38 formed therein as a part for fixing the support base 32. A recess 38 provided in the case 33 is filled with adhesive to form a thick wall portion 35, and a thin wall portion 34 is formed at both ends of the case 33 on the same plane. Although the portion where the thick portion 35 is formed differs from the examples shown in FIGS. 1 and 2, the point that the adhesive portion is formed by the thick portion and the thin portion is the same.

本図の構成によっても、これまで述べた構成例と同様に、温度変化大環境下でのセンサ性能維持および接着剤やセンサ部のダメージ防止効果を得ることができる。また本構成は、センサ部31と接する支持台32の構造を変化させるよりもケース33の方に構造変化を付ける方が望ましい場合に、特に有利である。 With the configuration shown in this figure, it is possible to maintain the sensor performance in an environment with large temperature changes and to prevent damage to the adhesive and the sensor section, as in the configuration examples described above. Further, this configuration is particularly advantageous when it is more desirable to change the structure of the case 33 than to change the structure of the support base 32 in contact with the sensor section 31.

図4は、本発明AEセンサ構造の支持台の別の構成例(複数凹部型)を示す断面図である。図中の(1)に示すように本AEセンサ構造の支持台42は、一または二以上の凹部47a等を有する断面形状であり、凹部47a等の開口端を接着剤部を挟んでケース側に向けた姿勢で配置されていることを、特徴的な構成とする。(1)の例ではかかる凹部47a等は2箇所だが(47a、47b)、図中(2)に示す支持台52のように3箇所(57a、57b、57c)であっても、また4箇所以上であってもよい。 FIG. 4 is a sectional view showing another configuration example (multi-concave type) of the support base of the AE sensor structure of the present invention. As shown in (1) in the figure, the support base 42 of the present AE sensor structure has a cross-sectional shape having one or more recesses 47a, etc., and the open ends of the recesses 47a, etc. are placed on the side of the case with the adhesive section in between. Its characteristic configuration is that it is placed in an orientation facing toward the In the example (1), there are two such recesses 47a (47a, 47b), but there may be three recesses (57a, 57b, 57c) as in the case of the support base 52 shown in (2) in the figure, or there may be four recesses (47a, 47b). It may be more than that.

すなわち、支持台42等におけるケース側の凹部47a等が、接着剤充填を受けて肉厚部を形成し、その両端に肉薄部が形成される。そして、上述の各構成例と同様に、温度変化大環境下でのセンサ性能維持および接着剤やセンサ部のダメージ防止効果を得られる。さらに、本図のように支持台42等に凹部47a等を複数設ける構成では、接着剤の使用料を節減することができる。 That is, the recess 47a and the like on the case side of the support base 42 and the like are filled with adhesive to form a thick wall portion, and thin wall portions are formed at both ends thereof. As with each of the configuration examples described above, it is possible to maintain sensor performance in an environment with large temperature changes and to prevent damage to the adhesive and the sensor section. Furthermore, in the configuration in which a plurality of recesses 47a etc. are provided in the support base 42 etc. as shown in this figure, the cost of adhesive can be reduced.

図5は、本発明AEセンサ構造の支持台の別の構成例(三角型、円弧型)を示す断面図である。図示するように支持台62等の凹部67等の形状は、三角形(図中(1))、矩形(前出図4)、または円弧形(図5中(2))のいずれかとしてもよい。凹部は、これら以外の形状でも本発明の範囲内だが、製造工程やコストの点では、図1~5のいずれかに示した構成が有利である。 FIG. 5 is a sectional view showing another configuration example (triangular type, arc type) of the support base of the AE sensor structure of the present invention. As shown in the figure, the shape of the recess 67 etc. of the support base 62 etc. can be triangular ((1) in the figure), rectangular (previous figure 4), or arcuate ((2) in FIG. 5). good. Although other shapes of the recess are within the scope of the present invention, the configuration shown in any one of FIGS. 1 to 5 is advantageous in terms of manufacturing process and cost.

図5の例でも、支持台62等におけるケース側の凹部67等が、接着剤充填を受けて肉厚部を形成し、その両端に肉薄部が形成される。そして、上述の各構成例と同様に、温度変化大環境下でのセンサ性能維持および接着剤やセンサ部のダメージ防止効果を得られる。 In the example of FIG. 5 as well, the case-side recess 67 and the like in the support base 62 and the like are filled with adhesive to form a thick wall portion, and thin wall portions are formed at both ends thereof. As with each of the configuration examples described above, it is possible to maintain sensor performance in an environment with large temperature changes and to prevent damage to the adhesive and the sensor section.

なお、以上説明した各構成において本発明AEセンサ構造10等において、肉薄部6等の厚みは薄いほど好ましいが、支持台2等の最も薄い部位との比較では、より厚い方がよい。たとえば、肉厚部5の最も厚い部位の厚さを、肉薄部6の5倍以上とする構成とすることができる。 In addition, in each of the configurations described above, in the AE sensor structure 10 of the present invention, etc., it is preferable that the thickness of the thin portion 6 etc. be as thin as possible; however, in comparison with the thinnest portion such as the support base 2, it is better to be thicker. For example, the thickness of the thickest portion of the thick portion 5 may be five times or more that of the thin portion 6.

センサ部1等は、これに使用する材料やその結晶方位によって熱膨張係数が異なるため、支持台2等の材質はそれに合わせて、できるだけセンサ部1等に近い熱膨張係数を持つものを選択する。これまで説明した各AEセンサ構造10等において、その支持台2等の材質を、特に金属製とすることができる。たとえば、センサ部1等の材料がニオブ酸リチウム(XY面)の場合には、 ステンレス(SUS)、銅など、10~15ppm/℃程度の熱膨張係数のものが望ましい。 Since the coefficient of thermal expansion of the sensor part 1, etc. differs depending on the material used for it and its crystal orientation, the material of the support base 2, etc. should be selected accordingly, with a coefficient of thermal expansion as close to that of the sensor part 1, etc. as possible. . In each of the AE sensor structures 10 and the like described so far, the material of the support base 2 and the like can be particularly made of metal. For example, if the material of the sensor part 1 etc. is lithium niobate (XY plane), it is preferable to use stainless steel (SUS), copper, etc. with a thermal expansion coefficient of about 10 to 15 ppm/°C.

なおまた、以上説明した各構成において本発明AEセンサ構造10等において、支持台2等の熱膨張係数がセンサ部1等の熱膨張係数の±30%以内、より望ましくは±10%以内になるよう、仕様を設計することができる。 Furthermore, in each of the configurations described above, in the AE sensor structure 10 of the present invention, etc., the coefficient of thermal expansion of the support base 2, etc. is within ±30% of the coefficient of thermal expansion of the sensor portion 1, etc., and more preferably within ±10%. You can design the specifications accordingly.

以下は、本発明AEセンサ構造の試作例における各構成要素の材料条件であるが、本発明がこれに限定されるものではない。
・試作品AEセンサの材料条件
センサ部(素子):LN 熱膨張係数17ppm/℃
支持台:ステンレス(SUS304) 熱膨張係数18ppm/℃
接着剤:エポキシ樹脂
支持台および接着剤部の形状:図1に示したコの字型
肉薄部の厚み: ~20um
肉厚部の厚み:0.2mm~0.22mm
本試作品を試験したところ、上述した本発明所期の効果を十分に得られることが確認できた。
The following are material conditions for each component in a prototype example of the AE sensor structure of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
・Material conditions of prototype AE sensor Sensor part (element): LN Coefficient of thermal expansion 17 ppm/℃
Support stand: Stainless steel (SUS304) Thermal expansion coefficient 18ppm/℃
Adhesive: Epoxy resin Shape of support base and adhesive part: U-shape shown in Figure 1 Thickness of thin part: ~20um
Thickness of thick part: 0.2mm to 0.22mm
When this prototype was tested, it was confirmed that the above-mentioned effects intended by the present invention could be sufficiently obtained.

本発明のAEセンサ構造によれば、温度変化が大きい環境下で使用しても、センサ性能を維持しつつ、接着剤やセンサ部のダメージを防止することができる。したがって、AEセンサ製造分野、使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。 According to the AE sensor structure of the present invention, even when used in an environment with large temperature changes, it is possible to maintain sensor performance and prevent damage to the adhesive and the sensor section. Therefore, the present invention has high industrial applicability in the field of AE sensor manufacturing, use, and all related fields.

1、21、31…センサ部
2、22、32、42、52、62、72…支持台
3、23、33…ケース
4、24、34…接着剤部
5、25、35…肉厚部
6、26、36…肉薄部
10、210、310…AEセンサ構造
27C…支持体におけるケース側の凹部
27S…支持体におけるセンサ側の凹部
38…ケースにおける凹部
47a、47b、57a、57b、57c、67、77…支持台におけるケース側の凹部
(以下は従来技術に係る符号)
91…センサ部
93…外装部品
94…接着剤
910…AEセンサ
1, 21, 31...sensor part 2, 22, 32, 42, 52, 62, 72...support stand 3, 23, 33...case 4, 24, 34...adhesive part 5, 25, 35...thick part 6 , 26, 36...Thin wall portions 10, 210, 310...AE sensor structure 27C...Case side recess 27S in support body sensor side recess 38...Case recesses 47a, 47b, 57a, 57b, 57c, 67 , 77...Concavity on the case side of the support stand (the following symbols are related to the prior art)
91...Sensor part 93...Exterior component 94...Adhesive 910...AE sensor

Claims (11)

圧電結晶からなるセンサ部と、
該センサ部が固定されている支持台と、
該支持台が取り付けられるとともに自身は外部へと固定されるケースと、
および該支持台とケースを固定させる接着剤部とからなることを特徴とする、AEセンサ構造。
A sensor section made of piezoelectric crystal,
a support base to which the sensor unit is fixed;
a case to which the support base is attached and the case itself is fixed to the outside;
and an adhesive portion for fixing the support base and the case.
前記接着剤部は、接着機能を保持するための肉厚部と、AE波伝播用の肉薄部とからなることを特徴とする、請求項1に記載のAEセンサ構造。 2. The AE sensor structure according to claim 1, wherein the adhesive part includes a thick part for maintaining an adhesive function and a thin part for propagating AE waves. 前記接着剤部は断面形状が略凸字状であり、外側に前記肉薄部が、内側に肉厚部がそれぞれ位置することを特徴とする、請求項2に記載のAEセンサ構造。 3. The AE sensor structure according to claim 2, wherein the adhesive part has a substantially convex cross-sectional shape, and the thin part is located on the outside and the thick part is located on the inside. 前記支持台は断面形状が略コの字状であり、その開口端を、前記接着剤部を挟んで前記ケース側に向けた姿勢で配置されていることを特徴とする、請求項3に記載のAEセンサ構造。 4. The support base has a substantially U-shaped cross-section, and is disposed with its open end facing toward the case with the adhesive portion sandwiched therebetween. AE sensor structure. 前記支持台は断面形状が略H字状であり、その一開口端を、前記接着剤部を挟んで前記ケース側に向けた姿勢で配置されていることを特徴とする、請求項3に記載のAEセンサ構造。 4. The support base has a substantially H-shaped cross section, and is disposed with one open end thereof facing toward the case side with the adhesive portion interposed therebetween. AE sensor structure. 前記接着剤部と対向する支持台の面は平面であり、前記ケースには凹部が設けられており、該支持台は該接着剤部を挟んで該凹部に対向した姿勢で配置されていることを特徴とする、請求項3に記載のAEセンサ構造。 The surface of the support stand facing the adhesive part is flat, the case is provided with a recess, and the support stand is placed in a posture facing the recess with the adhesive part in between. The AE sensor structure according to claim 3, characterized in that: 前記支持台は一または二以上の凹部を有する断面形状であり、該凹部の開口端を前記接着剤部を挟んで前記ケース側に向けた姿勢で配置されていることを特徴とする、請求項2に記載のAEセンサ構造。 The support base has a cross-sectional shape having one or more recesses, and the open end of the recess is arranged with the open end facing toward the case side with the adhesive portion interposed therebetween. AE sensor structure according to 2. 前記凹部の形状は三角形、矩形、または円弧形のいずれかであることを特徴とする、請求項7に記載のAEセンサ構造。 8. The AE sensor structure according to claim 7, wherein the shape of the recess is any one of a triangle, a rectangle, and an arc shape. 前記肉厚部の最も厚い部位の厚さは肉薄部の5倍以上であることを特徴とする、請求項2、3、4、5、6、7、8のいずれかに記載のAEセンサ構造。 The AE sensor structure according to any one of claims 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8, wherein the thickness of the thickest portion of the thick portion is five times or more that of the thin portion. . 前記支持台は金属製であることを特徴とする、請求項2、3、4、5、6、7、8、9のいずれかに記載のAEセンサ構造。 The AE sensor structure according to any one of claims 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9, wherein the support base is made of metal. 前記支持台の熱膨張係数は前記センサ部の熱膨張係数の±30%以内、より望ましくは±10%以内であることを特徴とする、請求項2、3、4、5、6、7、8、9、10のいずれかに記載のAEセンサ構造。
Claims 2, 3, 4, 5, 6, 7, characterized in that the coefficient of thermal expansion of the support base is within ±30% of the coefficient of thermal expansion of the sensor section, more preferably within ±10%. AE sensor structure according to any one of 8, 9 and 10.
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