JP3805576B2

JP3805576B2 - 振動変換器およびこの振動変換器を備えた加速度センサ

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Publication number: JP3805576B2
Application number: JP25975499A
Authority: JP
Inventors: 啓之馬場
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2019-09-14
Also published as: JP2001083004A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音または振動を電気信号に変換する振動変換器および、この振動変換器を備えた加速度センサに関し、特に、広い周波数帯域にわたって安定した出力が得られる振動変換器および、この振動変換器を備えた加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、実用化されている音・振動センサには、電磁型、圧電型、半導体型等種々の方式により音・振動を電気信号に変換して検出するものが知られている。このような音・振動センサのうち、オーディオ回路用マイクロホンに適したものとして、コンデンサ型のものが一般的に普及している。この従来のコンデンサ型マイクロホンは、図１３に示されるように、広い範囲にわたって平坦な周波数特性を有する。
【０００３】
このコンデンサ型マイクロホンの一例として、エレクトレット化した高分子フィルムを使用したエレクトレットコンデンサ型マイクロホン１０を図１４に示す。同図に示されるように、従来のエレクトレットコンデンサ型マイクロホン１０は、振動体３と、振動体３と所定の間隔で離隔する金属背極５と、を備えている。振動体３と背極５は、絶縁体７により互いに絶縁保持され、金属ケース１内に収容される。背極５の一方の平面５ａ上には、高分子フィルムが固着され、エレクトレット化されたエレクトレット膜９が形成される。このエレクトレット膜９は、振動体３側が負極になるように分極している。
【０００４】
このようにエレクトレット膜９を挟んで、所定の間隔を隔てて配置された振動体３と背極５が、コンデンサを形成する。従来のマイクロホン１０は、振動体３が振動すると、このコンデンサの容量が変化するので、この容量変化を検出することにより、振動を検出することができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の音・振動センサ１０においては、その周波数特性が、低周波帯域においては、広い範囲にわたって平坦であり、安定した出力が得られるが、図１３に示されるように高周波帯域においては、安定した出力が得られないといった問題点があった。これは、加速度センサなどの、特定の周波数帯域で安定した出力が求められる場合、不都合である。
【０００６】
また、金属ケース１内に所定の間隔を隔てて配置される振動体３と背極５や、絶縁体７の組立作業をより簡単に、より正確に行えることが望まれる。さらに、従来のマイクロホン１０を加速度センサなどに含まれる振動検出器として応用できるようにするために、金属ケース１の気密性を高め、金属ケース１内にノイズなどが侵入しないよう構成できることが望まれる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、比較的構造が簡単であり、低価格で、広域にわたり安定した周波数特性が得られる高い性能を有する優れた振動変換器および、この振動変換器を備えた加速度センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するために、振動を電気信号に変換する振動変換器が、電極面を有する第１の電極と、この第１の電極の電極面と所定の間隔で実質的に平行に離隔して対向する平面を有し、この平面と実質的に垂直な方向に振動可能な振動体と、この振動体の前記平面上に形成された第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に介在するエレクトレット膜と、を含むコンデンサと、天面と、下端外周部につば状の取付部と、導電性の内部表面と、を有する筒状のケースと、所定の導電路が設けられた平面を有する回路基板と、この回路基板の平面上に載置され、前記第１および第２の電極のうちの一方の電極と前記導電路を介して電気的に接続された電気インピーダンス変換器と、前記一方の電極を前記ケースの前記内部表面と絶縁するとともに、他方の電極を前記ケースの前記内部表面と電気的に接続するように、前記コンデンサを前記ケース内に保持する絶縁体と、を備え、前記回路基板が、前記電気インピーダンス変換器を前記ケース内に収容するように、前記ケースの取付部と機械的に固定されるとともに前記導電路を介して電気的に接続されたことを特徴とする振動変換器を提供する。
【０００９】
エレクトレット膜は、持続性のある電気分極特性を有し、良好な誘電体として作用する。このエレクトレット膜を一対の電極（第１および第２の電極）の間に介在させ、コンデンサを形成する。一対の電極のうちの一方を振動体上に形成する。このようにして形成されたコンデンサは、振動に応じて容量変化を生じる。この容量変化を検出することにより振動を検出するものである。出力は電気インピーダンス変換器を介して外部に取り出される。
【００１０】
この構成によれば、下端外周部につば状の取付部を有するケース内に、エレクトレット膜を挟んで所定の間隔で離隔して対向する一対の電極を配置し、一対の電極の一方をケース内部と電気的に接続し、一対の電極の他方をケースと絶縁するように保持する絶縁体をさらに設け、必要な電気回路をケース内側に向けて搭載した回路基板で押さえ、その端部でケースの取付部と固定しているので、比較的簡単な構成で、安価な、広域にわたり安定した周波数特性が得られる高い性能を有する優れた振動変換器を得ることができる。
【００１１】
前記振動体は、導電性の薄膜あるいは、金属振動板からなるのが好ましい。この構成によれば、一対の電極のうち一方の電極を振動体と一体とすることができ、より構成が簡略化される。前記回路基板と前記ケースの取付部とが、スポット溶接、レーザ溶接などにより機械的に固定されるとともに電気的に接続されるのが好ましい。この構成によれば、簡単な構造で、確実にケースと回路基板を固定することができ、ケース内部の気密性を高めることができる。
【００１２】
前記エレクトレット膜は、高分子フィルム、あるいはＳｉＯ₂からなるエレクトレット材を前記第１および第２の電極の何れか一方の平面上に固着し、エレクトレット化して形成されたエレクトレット層であるのが好ましい。エレクトレット材は熱融着などにより固定できる。前記電気インピーダンス変換器は、電解効果トランジスタを含む。前記ケースは、天面に形成された音孔を有してもよい。
【００１３】
また、前記回路基板が、前記平面と反対側の他方の平面と、前記平面と前記他方の平面を貫く貫通孔と、前記他方の平面に形成された導電路と、を有し、前記平面の導電路と、前記他方の平面の導電路が、前記貫通孔を介して電気的に接続されてもよい。これにより、振動変換器の出力を簡単な構成で取り出すことが可能となる。
【００１４】
さらに、前記回路基板が、前記他方の平面の導電路と電気的に接続された電気信号出力部を有してもよい。電気信号出力部は、例えば、回路基板の端部に形成された突出部に、溝を形成し、他方の平面の導電路を溝まで延在させることにより形成することができる。このようにして形成された電気信号出力部で、半田付けなどにより電気的に接続するとともに、機械的に固定することが可能となり、簡単な構成で実装性が改善され、信頼性を向上できる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、上記課題を解決するために、加速度センサが、請求項１乃至６の何れかに記載の振動変換器を備え、この振動検出器からの電気信号に基づいて加速度を検出することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、請求項１乃至６に記載の振動変換器と同様な作用効果を有する加速度センサが提供される。すなわち比較的簡単な構成で、安価な、広域にわたり安定した周波数特性が得られる高い性能を有する優れた加速度センサを得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る加速度センサは、電極面を有する第１の電極と、この第１の電極の電極面と所定の間隔で実質的に平行に離隔して対向する平面を有し、この平面と実質的に垂直な方向に振動可能な振動体と、この振動体の前記平面上に形成された第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に介在するエレクトレット膜と、を含むコンデンサと、天面と、下端外周部につば状の取付部と、導電性の内部表面と、を有する筒状のケースと、所定の導電路が設けられた平面を有する回路基板と、この回路基板の平面上に載置され、前記第１および第２の電極のうちの一方の電極と前記導電路を介して電気的に接続された電気インピーダンス変換器と、前記一方の電極を前記ケースの前記内部表面と絶縁するとともに、他方の電極を前記ケースの前記内部表面と電気的に接続するように、前記コンデンサを前記ケース内に保持する絶縁体と、を含む振動を電気信号に変換する振動変換器を備えている。この振動変換器の前記回路基板が、前記電気インピーダンス変換器を前記ケース内に収容するように、前記ケースの取付部と機械的に固定されるとともに前記導電路を介して電気的に接続される。本発明に係る加速度センサは、この振動検出器からの電気信号に基づいて加速度を検出するものである。
【００１８】
エレクトレット膜は、持続性のある電気分極特性を有し、良好な誘電体として作用する。このエレクトレット膜を一対の電極の間に介在させ、コンデンサを形成する。一対の電極のうちの一方を振動体上に形成する。このようにして形成されたコンデンサは、振動に応じて容量変化を生じる。この容量変化を検出することにより振動を検出するものである。出力は電気インピーダンス変換器を介して外部に取り出される。
【００１９】
この構成によれば、下端外周部につば状の取付部を有するケース内に、エレクトレット膜を挟んで所定の間隔で離隔して対向する一対の電極を配置し、一対の電極の一方をケース内部と電気的に接続し、一対の電極の他方をケースと絶縁するように保持する絶縁体をさらに設け、必要な電気回路をケース内側に向けて搭載した回路基板で押さえ、その端部でケースの取付部と固定しているので、比較的簡単な構成で、安価な、広域にわたり安定した周波数特性が得られる高い性能を有する優れた加速度センサを得ることができる。
【００２０】
前記振動体は、金属振動板からなるのが好ましい。この構成によれば、一対の電極のうち一方の電極を振動体と一体とすることができ、より構成が簡略化される。前記回路基板と前記ケースの取付部とが、スポット溶接、レーザ溶接などにより機械的に固定されるとともに電気的に接続されるのが好ましい。この構成によれば、簡単な構造で、確実にケースと回路基板を固定することができ、ケース内部の気密性を高めることができる。
【００２１】
前記エレクトレット膜は、高分子フィルム、あるいはＳｉＯ₂からなるエレクトレット材を前記第１および第２の電極の何れか一方の平面上に固着し、エレクトレット化して形成されたエレクトレット層であるのが好ましい。エレクトレット材は熱融着などにより固定できる。前記電気インピーダンス変換器は、電解効果トランジスタを含む。
【００２２】
また、前記回路基板が、前記平面と反対側の他方の平面と、前記平面と前記他方の平面を貫く貫通孔と、前記他方の平面に形成された導電路と、を有し、前記平面の導電路と、前記他方の平面の導電路が、前記貫通孔を介して電気的に接続されてもよい。これにより、振動変換器の出力を簡単な構成で取り出すことが可能となる。
【００２３】
さらに、前記回路基板が、前記他方の平面の導電路と電気的に接続された電気信号出力部を有してもよい。電気信号出力部は、例えば、回路基板の端部に形成された突出部に、溝を形成し、他方の平面の導電路を溝まで延在させることにより形成することができる。このようにして形成された電気信号出力部で、半田付けなどにより電気的に接続するとともに、機械的に固定することが可能となり、簡単な構成で実装性が改善され、信頼性を向上できる。
【００２４】
あるいは、別の態様として、金属ケースの天面に音孔を設け、振動体を導電性の薄膜で構成することにより、上述の実施の態様と同様な作用効果を有する音・振動センサを得ることができる。
【００２５】
【第１実施例】
以下、本発明に係る加速度センサの振動変換器の第１実施例について、図１乃至５を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素は同じ参照記号および符号を用いて示してある。
【００２６】
図１は、本発明に係る加速度センサの第１実施例の振動変換器２０の断面図である。振動変換器２０は、加速度センサが受ける振動を電気信号に変換し、出力するものである。同図に示されるように、振動変換器２０は、電極面２５ａを有する円盤状の金属板からなる固定電極２５と、固定電極２５の電極面２５ａと所定の間隔ｄで実質的に平行に離隔して対向する平面２７ａを有し、平面２７ａと実質的に垂直な方向に振動可能な円盤状の金属板からなる振動体２７と、固定電極２５の電極面２５ａ上に形成されたエレクトレット層２３と、固定電極２５と金属振動体２７の間に介在する、所定の厚さｄを有するリング状の絶縁部材からなるスペーサ２９と、を備えている。
【００２７】
本実施例では、固定電極２５の電極面２５ａ上に、エレクトレット層２３が形成されているが、他の実施例において、振動体２７の一方の平面２７ａ上に形成してもよい。すなわち、固定電極２５および振動体２７の間にエレクトレット膜が介在していれば良い。固定電極２５は、複数の貫通孔２５ｃを有する。この貫通孔２５ｃは、センサ内部の通気のための孔である。
【００２８】
エレクトレット層２３は、高分子フィルムからなるエレクトレット材を固定電極２５の電極面２５ａ上に熱融着により固着し、エレクトレット化して形成される。このようにエレクトレット化された高分子フィルムは、持続性のある電気分極特性を有し、良好な誘電体として作用する。エレクトレット層２３は、振動体２７側が負極になるように分極している。本実施例の振動変換器２０は、固定電極２５と振動体２７が、一対の電極として作用し、これらが誘電体であるエレクトレット層２３とともにコンデンサを形成する。
【００２９】
エレクトレット材としての高分子フィルムは、ポリエステルフィルムが好ましく、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）フィルムなどがある。他の実施例において、エレクトレット層２３は、ＳｉＯ₂からなるエレクトレット材を固定電極２５に熱融着により固着し、エレクトレット化して形成されてもよい。スペーサ２９の厚さｄは数１０μｍである。
【００３０】
また、他の実施例として、振動体は、絶縁材料からなり、その表面にメッキまたは金属蒸着を施して、振動体の表面に導電性を有するようにしたものであっても良い。図２に本実施例の振動体２７の上面図を示すが、これに限定されるものではなく、種々の形状が考えられる。図２に示されるように、振動体２７は、所定の厚さの円盤形状を有し、所定の面積を有する振動部２７ｂと、振動部２７ｂを振動可能に支持する支持部２７ｃと、支持部２７ｃと一体となって振動部２７ｂを支持するとともに、装置へ取付けを可能にするリング状の取付部２７ｄと、から構成される。他の実施例として、振動部２７ｂは、矩形であってよい。また、振動体２７は、導電性材料で形成された薄膜振動体であってもよい。
【００３１】
図１に戻り、本実施例の振動変換器２０は、天面２１ａと、下端外周部につば状の取付部２１ｂと、を有する筒状の金属ケース２１と、図示されない所定の導電路が設けられた平面３５ａを有する回路基板３５と、この回路基板３５の平面３５ａ上に載置された電気インピーダンス変換器３３と、振動板２７と金属ケース２１の天面２１ａとの間に介在する第１の金属リング３８と、回路基板３５と固定電極２５との間に介在する第２の金属リング３９と、をさらに備えている。
【００３２】
他の実施例として、ケースは、樹脂などからなり、その内部表面にメッキまたは金属蒸着を施して、ケースの内部表面に導電性を有するようにしたものであっても良い。
【００３３】
電気インピーダンス変換器３３は、電解効果トランジスタ（以後、「ＦＥＴ」と呼ぶ）からなる。ＦＥＴ３３は、コンデンサの出力のインピーダンス変換をするためのものである。本実施例の振動変換器２０の固定電極２５と振動体２７が形成するコンデンサは、空気容量のため、その容量が数１０ｐＦ程度と小さい。従って高インピーダンスとなるので、インピーダンス変換が必要となる。理論的には、コンデンサの場合、ω＝０（ω＝２πｆ）まで出力が得られるが、実質的には、ＦＥＴ３３の入力インピーダンスの大小によりその限界が決定される。
【００３４】
尚、本実施例のＦＥＴ３３は、ソース接地方式（二線式）で使用しているが、性能的により安定しているソースフォロワ方式（三線式）などでもよいことは言うまでもない。
【００３５】
固定電極２５と、スペーサ２９と、振動体２７と、第１および第２金属リング３８および３９と、ＦＥＴ３３と、をケース２１内に絶縁体３１を介して収容し、ケース２１の取付部２１ｂと固定される端部を有する回路基板３５によりこれらの部品を押さえている。ケース２１の取付部２１ｂを回路基板３５にスポット溶接またはレーザ溶接などにより固定する。ケース２１の内部には、窒素などが封入されて密閉されてもよい。
【００３６】
このようにして、振動体２７は金属ケース２１の天面２１ａと第１の金属リング３８を介して電気的に接続され、一方、固定電極２５は金属ケース２１と絶縁されるとともに、エレクトレット層２３が形成されていない他方の平面２５ｂにおいて、第２の金属リング３９および導電路を介して回路基板３５上のＦＥＴ３３と電気的に接続される。
【００３７】
回路基板３５には、その他に抵抗、コンデンサなどの電気部品４３が搭載されている。回路基板３５は、２つの貫通孔３５ｃおよび３５ｄを有する。これらの貫通孔３５ｃおよび３５ｄは、回路基板３５の一方の平面３５ａからその反対側の他方の平面３５ｂへ配線を取り出すためのものであり、組立後に、この貫通孔３５ｃおよび３５ｄは密封される。
【００３８】
図３は、図１に示された本実施例の振動変換器２０の底面図である。同図に示されるように、回路基板３５の他方の平面３５ｂには、図中、斜線部で示される導電路４１ａおよび４１ｂが形成されている。回路基板３５の他方の平面３５ｂ上の導電路４１ａおよび４１ｂは、それぞれ回路基板３５の貫通孔３５ｃおよび３５ｄを介して、回路基板３５の一方の平面３５ａ上の電子回路部品４３と電気的に接続される。このように、振動変換器２０の出力を簡単な構成で外部へ取り出すことが可能となる。
【００３９】
図４は、図１に示された本実施例の振動変換器２０の等価的電気回路図例である。同図に示されるように、金属固定電極２５の表面にはエレクトレット層２３により陰イオンが存在する。Ｃ₁は金属振動体２７と金属固定電極２５の間に形成されるコンデンサを示している。Ｒは負荷抵抗、Ｃ₂はカップリングコンデンサを示している。振動体２７は、第１の金属リング３８を介してケース２１および回路基板３５を介してアースされている。固定電極２５は、第２の金属リング３９を介してＦＥＴ３３の入力端子３３ａと電気的に接続され、ＦＥＴ３３の出力端子３３ｂは、負荷抵抗ＲおよびカップリングコンデンサＣ₂に電気的に接続される。それぞれ導電路４１ａおよび４１ｂを介して、出力が取り出されるようになっている。
【００４０】
以下、本実施例の振動変換器２０の作用を説明する。
【００４１】
本実施例において、加速度センサが外部より振動を受けると、金属振動体２７が図４の矢印Ｄ方向、すなわち、振動体２７の平面に実質的に垂直な方向に振動する。このとき、振動体２７の質量をｍとし、外部振動を加速度Ｇとすると、この振動体２７にはＦ＝ｍ×Ｇの力が働き、この力Ｆにより、コンデンサＣ₁は振動変化分だけ容量変化ΔＣを生じる。即ち、コンデンサの容量はＣ₁＝Ｃ₁±ΔＣとなる。この容量変化ΔＣは電圧変化ΔＶとして得ることができ、この電圧変化ΔＶはＦＥＴ３３により電気インピーダンス変換され電気信号として取り出される。
【００４２】
本実施例の振動変換器２０の周波数特性の平坦部の感度は、金属固定電極２５と金属振動体２７の呈する等価的有効面積、金属固定電極２５と金属振動体２７の等価ギャップ、浮遊容量、ＦＥＴ３３の利得等によって左右される。
【００４３】
このように構成された振動変換器２０は、図５に示されるような周波数特性を有する。すなわち、共振点ｆ₀付近では、高いＱ値を有し、中および低周波数領域では平坦な特性を示す。このように低周波数帯域の平坦部のみでなく、高周波数帯域においても、特定の周波数（共振点ｆ₀）における振動検出が可能となり、広域にわたり安定した周波数特性を有する振動変換器が提供される。従って、本実施例の振動変換器２０は、加速度センサにおいても、その使用目的により、平坦部または共振点ｆ₀近傍の振動出力を選択して使用することが可能となる。
【００４４】
本実施例によれば、比較的構造が簡単で、製造コストが低く、量産でき、高性能な優れた加速度センサの振動変換器を提供することができる。
【００４５】
【第２実施例】
次に、本発明に係る加速度センサの振動変換器の第２実施例について、図６乃至９を用いて説明する。
【００４６】
図６は、第２実施例の振動変換器の断面図を示している。同図に示されるように、第２実施例の振動変換器５０は、図１に示された第１実施例の振動変換器２と同じ構成に加えて、回路基板５５を備えている。このように、第２実施例の振動変換器５０は、２つの回路基板３５および５５を多層構造として構成したものである。
【００４７】
回路基板５５は、回路基板３５の他方の平面３５ｂと対面する一方の平面５５ａと、その反対側の他方の平面５５ｂを有する。さらに、回路基板５５には、２つの貫通孔５５ｃおよび５５ｄが形成されている。これらの貫通孔５５ｃおよび５５ｄは、回路基板３５の貫通孔３５ｃおよび３５ｄからの配線をそれぞれ回路基板５５の他方の平面５５ｂまで導くためのものである。このようにして、振動変換器５０の出力は、振動変換器５０の外部へと導くことができる。
【００４８】
図７は、図６に示された第２実施例の振動変換器５０の底面図を示している。同図に示されるように、回路基板５５の他方の平面５５ｂには、図中、斜線部で示される導電路５７ａおよび５７ｂが形成されている。回路基板５５の他方の平面５５ｂ上の導電路５７ａは、回路基板５５の貫通孔５５ｄおよび回路基板３５の貫通孔３５ｄを介して、回路基板３５の一方の平面３５ａ上の電子回路部品４３と電気的に接続される。回路基板５５の他方の平面５５ｂ上の導電路５７ｂは、回路基板５５の貫通孔５５ｃおよび回路基板３５の貫通孔３５ｃを介して、回路基板３５の一方の平面３５ａ上の電子回路部品４３と電気的に接続される。
【００４９】
さらに、回路基板５５は、導電路５７ａおよび５７ｂを含む端部に、溝５９ａおよび５９ｂがそれぞれ形成されている。この溝５９ａおよび５９ｂは、回路基板５５に貫通孔を開けた後に、その貫通孔の略中心で切り落とすようにして形成することができる。図８は、本実施例の振動変換器５０の溝５９ａおよび５９ｂの部分拡大斜視図であり、図９は、本実施例の振動変換器５０の上面図である。図８および９に示されるように、この溝５９ａおよび５９ｂの表面には、導電路５７ａおよび５７ｂから延在して形成された導電層６１ａおよび６１ｂがそれぞれ形成されている。
【００５０】
このように構成された第２実施例の振動変換器５０によれば、溝５９ａおよび５９ｂにおいて、半田付けなどによる装置への固定が可能となり、簡単な構成で実装性を改善し信頼性を向上することができ、また、第１実施例の振動変換器２０と同様な作用効果が得られる。
【００５１】
【第３実施例】
図１０に本発明にかかる加速度センサの振動変換器の第３実施例の断面図を示す。同図に示されるように、第３実施例の振動変換器７０は、図１に示された第１実施例の振動変換器２０の構成における、固定電極２５と振動体２７の配置を逆転させた構成とし、さらに、第１実施例の振動変換器２０の第１の金属リング３８を削除している。また、第３実施例の振動変換器７０は、第１実施例の振動変換器２０の固定電極２５に替えて、固定電極７５を備えている。
【００５２】
このように構成された第３実施例の振動変換器７０においても、第１実施例の振動変換器２０と同様な作用効果が得られる。
【００５３】
また、他の実施例として、第３実施例のエレクトレット層２３を、固定電極７５上ではなく、振動体２７の一方の平面２７ａ上に形成するようにしても良い。
【００５４】
【第４実施例】
図１１に本発明にかかる加速度センサの振動変換器の第４実施例の断面図を示す。同図に示されるように、第４実施例の振動変換器８０は、図１０に示された第３実施例の振動変換器７０から固定電極７５が削除された以外は同じ構成となっている。すなわち、少なくとも金属ケース２１の天面２１ａを覆うように、高分子フィルムで直接被覆し、エレクトレット化してエレクトレット層２３を形成したものである。このように構成された第４実施例の振動変換器８０においても、第３実施例の振動変換器７０と同様な作用効果が得られる。また、図１１に示されるように、エレクトレット層２３は、金属ケース２１の内面全域を覆うように形成されてもよく、このようにすれば絶縁体３１は省略することもできる。
【００５５】
また、他の実施例として、第４実施例のエレクトレット層２３を、金属ケース２１の天面２１ａ上ではなく、振動体２７の一方の平面２７ａ上に形成するようにしても良い。この場合、絶縁体３１は必要となる。
【００５６】
【第５実施例】
図１２に本発明にかかる振動変換器の第５実施例の断面図を示す。特に、第５実施例の振動変換器９０は、音を検出する音センサに適している。同図に示されるように、この第５実施例の振動変換器９０は、図１に示された第１実施例の振動変換器２０の構成の金属ケース２１の替りに、天面９１ａの略中央部に音孔部９１ｃを有する金属ケース９１と、第１実施例の金属振動体２７の替りに導電性の膜状の振動体９７と、を備えている。
【００５７】
本実施例の振動体９７は、振動体９７の等価面積をＳとすると、微弱な音圧Ｐによる、力Ｆ＝Ｐ×Ｓを検出することになる。従って、図１２に示されるように、薄膜などによる構成が好適である。このように構成された第５実施例の振動変換器９０においても、第１実施例の振動変換器２０と同様な作用効果が得られる。
【００５８】
尚、第１乃至５実施例において、コンデンサを分割させ２つのコンデンサを有する振動変換器とすることにより、一方のコンデンサに電圧を印加させて、振動体を振動させ、この振動によって生じた電圧変化を他方のコンデンサで検出して取り出すことにより、自己診断機能を有した音または振動センサを構成することが可能である。この場合も、上述の実施例と同様な作用効果が得られる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、下端外周部につば状の取付部を有するケース内に、エレクトレット膜を挟んで所定の間隔で離隔して対向する一対の電極を配置し、一対の電極の一方をケース内部と電気的に接続し、一対の電極の他方をケースと絶縁するように保持する絶縁体をさらに設け、必要な電気回路をケース内部に向けて搭載した回路基板で押さえ、その端部でケースの取付部と固定しているので、比較的簡単な構成で、安価な、広域にわたり安定した周波数特性が得られる高い性能を有する優れた加速度センサを得ることができる。
【００６０】
また、振動体は金属振動板からなるので、一対の電極のうち一方の電極を振動体と一体とすることができ、より構成が簡略化される。さらに、前記平板と前記ケースの取付部とが、スポット溶接、レーザ溶接などにより機械的に固定されるとともに電気的に接続されるので、簡単な構造で、確実にケースと平板を固定することができ、ケース内部の気密性を高めることができる。
【００６１】
また、前記回路基板が、前記平面と反対側の他方の平面と、前記平面と前記他方の平面を貫く貫通孔と、前記他方の平面に形成された導電路と、を有し、前記平面の導電路と、前記他方の平面の導電路が、前記貫通孔を介して電気的に接続されるので、振動変換器の出力を簡単な構成で取り出すことが可能となる。
【００６２】
さらに、前記回路基板が、前記他方の平面の導電路と電気的に接続された電気信号出力部を有するので、電気信号出力部で、半田付けなどにより電気的に接続するとともに、機械的に固定することが可能となり、簡単な構成で実装性が改善され、信頼性を向上できる。
【００６３】
さらに本発明によれば、金属ケースの天面に音孔を設け、振動体を導電性の薄膜で構成することにより、上記の発明と同様な作用効果を有する音センサに適した振動変換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加速度センサに含まれる振動変換器の第１実施例の断面図である。
【図２】図１に示された振動変換器の振動体の上面図である。
【図３】図１に示された振動変換器の底面図である。
【図４】図１に示された振動変換器の等価的電気回路図である。
【図５】図１に示された加速度センサの振動変換器の周波数特性図である。
【図６】本発明に係る加速度センサに含まれる振動変換器の第２実施例の断面図である。
【図７】図６に示された振動変換器の底面図である。
【図８】図６に示された振動変換器の部分拡大斜視図である。
【図９】図６に示された振動変換器の上面図である。
【図１０】本発明に係る加速度センサに含まれる振動変換器の第３実施例の断面図である。
【図１１】本発明に係る加速度センサに含まれる振動変換器の第４実施例の断面図である。
【図１２】本発明に係る振動変換器の第５実施例の断面図である。
【図１３】一般的な音・振動センサの周波数特性を説明するための図である。
【図１４】従来の音・振動センサの断面図である。
【符号の説明】
２０、５０、７０、８０、９０振動変換器
２１、９１金属ケース（ケース）
２１ｂ、９１ｂ取付部
９１ｃ音孔
２３エレクトレット層（エレクトレット膜）
２５、７５固定電極（第１の電極）
２７、９７振動体（振動体、第２の電極）
２９スペーサ
３１絶縁体
３３ＦＥＴ（電気インピーダンス変換器）
３５、５５回路基板
３８、３９金属リング
４１ａ、４１ｂ、５７ａ、５７ｂ導電路
４３電子回路部品

Claims

振動を電気信号に変換する振動変換器であって、
電極面を有する第１の電極と、この第１の電極の電極面と所定の間隔で実質的に平行に離隔して対向する平面を有し、この平面と実質的に垂直な方向に振動可能な振動体と、この振動体の前記平面上に形成された第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に介在するエレクトレット膜と、を含むコンデンサと、
天面と、下端外周部につば状の取付部と、導電性の内部表面と、を有する筒状のケースと、
所定の導電路が設けられた平面を有する回路基板と、
この回路基板の平面上に載置され、前記第１および第２の電極のうちの一方の電極と前記導電路を介して電気的に接続された電気インピーダンス変換器と、
前記一方の電極を前記ケースの前記内部表面と絶縁するとともに、他方の電極を前記ケースの前記内部表面と電気的に接続するように、前記コンデンサを前記ケース内に保持する絶縁体と、を備え、
前記回路基板が、前記電気インピーダンス変換器を前記ケース内に収容するように、前記ケースの取付部と機械的に固定されるとともに前記導電路を介して電気的に接続されたことを特徴とする振動変換器。
前記エレクトレット膜が、高分子フィルムからなるエレクトレット材を前記第１および第２の電極の何れか一方の平面上に固着し、エレクトレット化して形成されたエレクトレット層であることを特徴とする請求項１に記載の振動変換器。
前記回路基板が、
前記平面と反対側の他方の平面と、
前記平面と前記他方の平面を貫く貫通孔と、
前記他方の平面に形成された導電路と、を有し、
前記平面の導電路と、前記他方の平面の導電路が、前記貫通孔を介して電気的に接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載の振動変換器。
前記回路基板が、
前記他方の平面の導電路と電気的に接続された電気信号出力部を有することを特徴とする請求項３に記載の振動変換器。
前記振動体が、導電性の薄膜からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の振動変換器。
前記ケースが、天面に形成された音孔を有することを特徴とする請求項５に記載の振動変換器。
請求項１乃至６の何れかに記載の振動変換器を備え、この振動検出器からの電気信号に基づいて加速度を検出することを特徴とする加速度センサ。