JP3805577B2

JP3805577B2 - 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: JP3805577B2
Application number: JP25975599A
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: JP2001083005A

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９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１０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９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変換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、前記ケースの取付部と機械的に固定されるとともに電気的に接続され、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回路基板を前記ケース内に保持する導電性の平板と、前記電気インピーダンス変換器と電気的に接続され、前記平板を介して外部と電気信号を入出力する端子ピンと、この端子ピンを前記平板と絶縁する絶縁体と、を備えたことを特徴とする。
【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、必要な電気回路を搭載した回路基板をさらにケース内に収容し、平板で押さえ、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。
【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着できる。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、上述の振動変換器において、前記平板が開口部を有し、前記振動体変換器が、前記電気インピーダンス変換器が載置された前記回路基板の前記平面とは反対側の平面の、前記平板の開口部に対応する位置に設置される前記振動変換器の動作を調節する調節手段をさらに備えてもよい。この構成によれば、組立後にアンプゲインおよび周波数特性などの調節が、振動変換器の外部から可能であるので、信頼性の高い振動変換器を提供することが可能となる。
【００１４】
請求項６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５の何れかに記載の振動変換器を備え、この振動変換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。
【００１５】
この構成によれば、請求項１乃至５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。
【００１６】
【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、前記ケースの取付部と機械的に固定されるとともに電気的に接続され、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回路基板を前記ケース内に保持する導電性の平板と、前記電気インピーダンス変換器と電気的に接続され、前記平板を介して外部と電気信号を入出力する端子ピンと、この端子ピンを前記平板と絶縁する絶縁体と、を含む振動を電気信号に変換する振動変換器を備えており、この振動変換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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、必要な電気回路を搭載した回路基板をさらにケース内に収容し、平板で押さえ、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
また、上述の加速度センサにおいて、前記平板が開口部を有し、前記振動変換器が、前記電気インピーダンス変換器が載置された前記回路基板の前記平面とは反対側の平面の、前記平板の開口部に対応する位置に設置される前記振動変換器の動作を調節する調節手段をさらに備えてもよい。この構成によれば、組立後にアンプゲインおよび周波数特性などの調節が、振動変換器の外部から可能であるので、信頼性の高い加速度センサを提供することが可能となる。
【００２２】
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。
【００２３】
【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４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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、回路基板３５と金属振動体２７との間に介在する金属リング３９と、をさらに備えている。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
固定電極２５と、スペーサ２９と、振動体２７と、金属リング３９と、回路基板３５と、はケース２１内に絶縁体３１を介して収容され、ケース２１の取付部２１ｂと固定される端部を有する金属平板３７が、これらの部品を押さえている。ケース２１と金属平板３７は、スポット溶接またはレーザ溶接などにより固定される。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。
【００３４】
このようにして、固定電極２５は、エレクトレット層２３が形成されていない他方の平面２５ｂにおいてケース２１の天面２１ａに当接し、金属ケース２１と電気的に接続され、一方、振動体２７は金属ケース２１と絶縁体３１により絶縁されるとともに、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。
【００３５】
回路基板３５は、ＦＥＴ３３の出力端子と電気的に接続される端子ピン４１ａおよび４１ｂを有し、金属平板３７に形成された２つの貫通孔３７ａを介して、それぞれ振動変換器２０の外部に取り出されるように構成されている。貫通孔３７ａには、絶縁材料からなるポッティング材３８などが充填される。これは、出力端子ピン４１ａおよび４１ｂを金属平板３７から絶縁保持するとともに、振動変換器２０内部への湿度などに対する信頼性を向上するためのものである。
【００３６】
また、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。他の実施例として、金属平板は、樹脂などからなり、その表面にメッキまたは金属蒸着を施して、平板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。
【００３７】
図３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、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、一方、固定電極２５は、ケース２１および金属平板３７を介してアースされている。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。それぞれ出力端子ピン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。
【００３８】
以下、本実施例の振動変換器２０の作用を説明する。
【００３９】
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３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。
【００４０】
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。
【００４１】
このように構成された振動変換器２０は、図４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。
【００４２】
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。
【００４３】
【第２実施例】
図５に本発明にかかる加速度センサの振動変換器の第２実施例の断面図を示す。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２０から固定電極２５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振動変換器５０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。また、図５の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。
【００４４】
【第３実施例】
図６に本発明にかかる振動変換器の第３実施例の断面図を示す。特に、第３実施例の振動変換器６０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、第３実施例の振動変換器６０は、図１に示された第１実施例の振動変換器２０の固定電極２５と、振動体２７の配置を逆転させた構成となっている。第３実施例の振動変換器６０は、第１実施例の振動変換器２０の金属ケース２１の替りに、天面６１ａの略中央部に音孔部６１ｃを有する金属ケース６１と、第１実施例の固定電極２５の替りに複数の貫通孔６５ｃを有する固定電極６５と、第１実施例の金属振動体２７の替りに導電性膜からなる振動体６７と、を備えている。固定電極６５の貫通孔６５ｃは、センサ内の通気のためのものである。さらに、第３実施例の振動変換器６０は、第１実施例の振動変換器２０の構成に加えて、振動体６７とケース６１の天面６１ａの間に介在する導電性材料からなるリング６３を備えている。
【００４５】
本実施例の振動体６７は、振動体６７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。振動体６７は、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振動変換器６０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。
【００４６】
【第４実施例】
図７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７０は、図１に示された第１実施例の振動変換器２０のエレクトレット層２３を、固定電極２５上ではなく、振動体２７上に形成した点が異なる以外は同じ構成となっている。すなわち、振動体２７の一方の平面２７ａを高分子フィルムで被覆し、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。
【００４７】
【第５実施例】
図８に本発明にかかる加速度センサの振動変換器の第５実施例の断面図を示す。同図に示されるように、第５実施例の振動変換器８０は、図１に示された第１実施例の振動変換器２０の金属平板３７の替りに、その中央部に中心孔８１ａが形成された金属平板８１と、第１実施例の振動変換器２０の回路基板３５の替りに、平面８３ａおよび８３ｂを有し、その中央部に中心孔８３ｃが形成された回路基板８３と、その回路基板８３の平面８３ｂ上に載置され取付られたアンプゲインおよび周波数特性などを調節するための電子回路部品８５と、を備えている以外は第１実施例の振動変換器２０と同じ構成である。回路基板８３の中心孔８３ｃは、回路基板８３の一方の平面８３ａからその反対側の他方の平面８３ｂへ配線を取り出すためのものであり、組立後に、この中心孔８３ｃは絶縁材料８６により密封される。また、金属平板８１の中心孔８１ａも、組立後に、ポッティング材８７などが封入される。
【００４８】
このように構成された振動変換器８０によれば、組立後にアンプゲインおよび周波数特性などの調節が、振動変換器８０の外部から可能であるので、信頼性の高い加速度センサを提供することが可能となる。
【００４９】
また、本実施例の別の態様として、回路基板８３の一方の平面８３ａ上には、基本構成部品のみを搭載し、回路基板８３の他方の平面８３ｂ上には、特別な仕様に応じた電子回路部品を搭載するように構成すれば、多岐にわたる仕様に対応する加速度センサを量産させる際、基本構成部品を標準化して生産し、その後、種々の仕様に対応する部分のみ、外部から追加することにより、追加部のみの製造および試験を行えば良いことになり、好都合である。このように構成された振動変換器８０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。
【００５０】
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加速度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。
【００５１】
【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、必要な電気回路を搭載した回路基板をさらにケース内に収容し、平板で押さえ、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。
【００５２】
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。
【００５３】
また、上述の振動変換器は、前記平板が開口部を有し、前記電気インピーダンス変換器が載置された前記回路基板の前記平面とは反対側の平面の、前記平板の開口部に対応する位置に設置される前記振動変換器の動作を調節する調節手段をさらに備えているので、組立後にアンプゲインおよび周波数特性などの調節が、振動変換器の外部から可能であるので、信頼性の高い振動変換器を提供することが可能となる。
【００５４】
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等価的電気回路図である。
【図４】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５】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６】本発明に係る振動変換器の第３実施例の断面図である。
【図７】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８】本発明に係る加速度センサに含まれる振動変換器の第５実施例の断面図である。
【図９】一般的な音・振動センサの周波数特性図である。
【図１０】従来の音・振動センサの断面図である。
【符号の説明】
２０、５０、６０、７０、８０振動変換器
２１、６１金属ケース（ケース）
２１ｂ、６１ｂ取付部
２３エレクトレット層（エレクトレット膜）
２５、６５固定電極（第１の電極）
２７、６７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、８３回路基板
３７、８１金属平板（平板）
３９金属リング
４１ａ、４１ｂ端子ピン
４３電子回路部品
８５電子回路部品（調節手段）

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、
前記ケースの取付部と機械的に固定されるとともに電気的に接続され、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回路基板を前記ケース内に保持する導電性の平板と、
前記電気インピーダンス変換器と電気的に接続され、前記平板を介して外部と電気信号を入出力する端子ピンと、
この端子ピンを前記平板と絶縁する絶縁体と、を備え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。
前記平板が、開口部を有し、
前記振動変換器が、前記電気インピーダンス変換器が載置された前記回路基板の前記平面とは反対側の平面の、前記平板の開口部に対応する位置に設置される前記振動変換器の動作を調節する調節手段をさらに備え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３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４に記載の振動変換器。
請求項１乃至５の何れかに記載の振動変換器を備え、この振動変換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。