JP3833422B2 - 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 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、かつ自己診断機能を有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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、実用化されている振動センサには、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、特に低周波数帯域で、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、振動板３と、振動板３と所定の間隔で離隔する金属背極５と、を備えている。振動板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、振動板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板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、振動板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板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】
また、振動変換器の信頼性を向上させるために、簡単な構成で自己診断機能を実現させることが望まれる。
【０００８】
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、自己診断機能付きの高信頼性型の振動変換器および、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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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第１の電極面と、その反対側の第２の電極面と、を有する振動部と、この振動部を前記第１および第２の電極面と実質的に垂直な方向に振動可能に支持する支持部と、を含む金属振動板と、前記第１の電極の電極面と前記振動板の第１の電極面との間に介在する第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第２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電極面を有する第２の電極と、この第２の電極の電極面と前記振動板の第２の電極面との間に介在する第２のエレクトレット膜と、前記第１および第２の電極、前記金属振動板の振動部、および前記第１および第２のエレクトレット膜を収容する凹部と、前記振動板の支持部を遊貫する開口部と、を有する金属ケースと、前記金属ケースの凹部内で、前記第１の電極と、前記振動板と、前記第２の電極と、が互いに絶縁されるように保持する絶縁保持手段と、前記第１および第２の電極とそれぞれ電気的に接続される第１および第２の端子と、電気インピーダンス変換手段と、を備え、前記第１の電極と、前記第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第１の電極面と、が第１のコンデンサを形成し、前記第２の電極と、前記第２のエレクトレット膜と、前記振動板の第２の電極面と、が第２のコンデンサを形成し、前記第１および第２のコンデンサの一方が、前記端子を介して前記電気インピーダンス変換手段と電気的に接続され、前記第１および第２コンデンサの他方が、前記端子を介して電圧印加手段と電気的に接続されたことを特徴とする。
【００１０】
各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。各エレクトレット膜を一対の電極の間に介在させることによって、２つのコンデンサが形成される。一対の電極のうちの一方を振動板上に形成されている。このようにして形成された各コンデンサは、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。一方のコンデンサの出力は電気インピーダンス変換手段を介して外部に取り出され、他方のコンデンサは、電圧印加手段に接続され、電圧を印加することにより容量変化を生じさせて、振動板を振動させる。前記電気インピーダンス変換手段は、電解効果トランジスタを含む。
【００１１】
この構成によれば、一つの振動体の両面に電極面を設けることにより、各電極面に所定の間隔で離隔して対向する固定電極をそれぞれ設け、各固定電極と、振動体の電極面との間にエレクトレット膜を介在させることにより、２つのコンデンサを有する振動変換器が簡単に構成でき、一方のコンデンサに電圧を印加して振動させ、他方のコンデンサで振動を検出させることが可能となり、自己診断機能を有する振動変換器が提供される。
【００１２】
このように、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、自己診断機能付きの高信頼性型の振動変換器を得ることができる。
【００１３】
前記第１および第２の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それぞれ前記第１および第２の電極の電極面上に固着し、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ってもよい。エレクトレット材は、熱融着などにより固着できる。
【００１４】
また、前記第１および第２の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それぞれ前記振動板の第１および第２の電極面上に固着し、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ってもよい。エレクトレット材は、熱融着などにより固着できる。
【００１５】
さらに、前記第１の電極が、前記電極面と反対側の導通面を有する板状の形状を有し、前記金属ケースが、前記第１の電極の導通面と当接し電気的に接続される底面を有し、前記第１の端子が、前記金属ケースに設けられ、前記第２の端子が、前記第２の電極に設けられてもよい。
【００１６】
あるいは、前記金属ケースが、前記第１の電極が形成された底面を有し、前記第１の端子が、前記金属ケースに設けられ、前記第２の端子が、前記第２の電極に設けられてもよい。
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するために、加速度センサが、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。
【００１８】
この構成によれば、一つの振動体の両面に電極面を設けることにより、各電極面に所定の間隔で離隔して対向する固定電極をそれぞれ設け、各固定電極と、振動体の電極面との間にエレクトレット膜を介在させることにより、２つのコンデンサを有する振動変換器が簡単に構成でき、一方のコンデンサに電圧を印加して振動させ、他方のコンデンサで振動を検出させることが可能となり、自己診断機能を有する振動変換器を備えた加速度センサが提供される。
【００１９】
このように、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、自己診断機能付きの高信頼性型の加速度センサを得ることができる。
【００２０】
さらに、前記振動変換器と、前記インピーダンス変換手段と、を収容するハウジングを備えてもよく、これにより振動変換器の耐ノイズ性を高めることができ、高性能な加速度センサが提供される。
【００２１】
【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第１の電極面と、その反対側の第２の電極面と、を有する振動部と、この振動部を前記第１および第２の電極面と実質的に垂直な方向に振動可能に支持する支持部と、を含む金属振動板と、前記第１の電極の電極面と前記振動板の第１の電極面との間に介在する第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第２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電極面を有する第２の電極と、この第２の電極の電極面と前記振動板の第２の電極面との間に介在する第２のエレクトレット膜と、前記第１および第２の電極、前記金属振動板の振動部、および前記第１および第２のエレクトレット膜を収容する凹部と、前記振動板の支持部を遊貫する開口部と、を有する金属ケースと、前記金属ケースの凹部内で、前記第１の電極と、前記振動板と、前記第２の電極と、が互いに絶縁されるように保持する絶縁保持手段と、前記第１および第２の電極とそれぞれ電気的に接続される第１および第２の端子と、電気インピーダンス変換手段と、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。
【００２２】
この振動変換器において、前記第１の電極と、前記第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第１の電極面と、が第１のコンデンサを形成し、前記第２の電極と、前記第２のエレクトレット膜と、前記振動板の第２の電極面と、が第２のコンデンサを形成し、前記第１および第２のコンデンサの一方が、前記端子を介して前記電気インピーダンス変換手段と電気的に接続され、前記第１および第２コンデンサの他方が、前記端子を介して電圧印加手段と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。
【００２３】
各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。各エレクトレット膜を一対の電極の間に介在させることによって、２つのコンデンサが形成される。一対の電極のうちの一方を振動板上に形成されている。このようにして形成された各コンデンサは、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。一方のコンデンサの出力は電気インピーダンス変換手段を介して外部に取り出され、他方のコンデンサは、電圧印加手段に接続され、電圧を印加することにより容量変化を生じさせて、振動板を振動させる。前記電気インピーダンス変換手段は、電解効果トランジスタを含む
【００２４】
この構成によれば、２つのコンデンサを有する振動変換器が簡単に構成でき、一方のコンデンサに電圧を印加して振動させ、他方のコンデンサで振動を検出させることも可能となり、自己診断機能を有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が提供される。
【００２５】
このように、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、自己診断機能付きの高信頼性型の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得ることができる。
【００２６】
さらに、前記振動変換器と、前記インピーダンス変換手段と、を収容するハウジングを備えてもよく、これにより振動変換器の耐ノイズ性を高めることができ、高性能な加速度センサが提供される。
【００２７】
【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６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。
【００２８】
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、第１の金属固定電極２１と、金属振動板２３と、第２の金属固定電極２５と、を備えている。
【００２９】
第１の金属固定電極２１は、電極面２１ａと、電極面２１ａと反対側の導通面２１ｂを有する板状の形状を有し、この電極面２１ａ上に第１のエレクトレット層２７が形成されている。
【００３０】
第２の金属固定電極２５は、電極面２５ａと、電極面２５ａと反対側の導通面２５ｂを有する板状の形状を有し、この電極面２５ａ上に第２のエレクトレット層２９が形成されている。また、第２の金属固定電極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。
【００３１】
金属振動板２３は、第１の金属固定電極２１の電極面２１ａと所定の間隔ｄ１で実質的に平行に離隔して対向する第１の電極面２３ａと、第２の金属固定電極２５の電極面２５ａと所定の間隔ｄ２で実質的に平行に離隔して対向する第２の電極面２３ｂと、を有する振動部２３ｃと、この振動部２３ｃを第１および第２の電極面２３ａおよび２３ｂと実質的に垂直な方向に振動可能に支持する支持部２３ｄと、を含む。
【００３２】
第１のエレクトレット層２７は第１の金属固定電極２１の電極面２１ａと振動板２３の第１の電極面２３ａの間に介在すればよく、また、第２のエレクトレット層２９も第２の金属固定電極２５の電極面２５ａと振動板２３の第２の電極面２３ｂの間に介在すればよい。
【００３３】
第１および第２エレクトレット層２７および２９は、例えば、高分子フィルムからなるエレクトレット材をそれぞれ第１および第２の固定電極２１および２５の電極面２１ａおよび２５ａ上に熱融着などにより固着し、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。各エレクトレット層２７および２９は、振動板２３に対面する側が負極になるように分極している。
【００３４】
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、各エレクトレット層２７および２９は、ＳｉＯ2からなるエレクトレット材を使用して形成されてもよい。
【００３５】
図２に、本実施例の振動変換器２０の上記部品の分解斜視図を示す。図１および２に示されるように、第１のエレクトレット膜２７が形成された第１の固定電極２１の電極面２１ａと、振動体２３の第１の電極面２３ａの間には、厚さｄ１を有し、各電極面の周縁部で支持する絶縁部材からなる第１のスペーサ３１が設けられ、これにより、第１の固定電極２１の電極面２１ａと、振動体２３の第１の電極面２３ａの間に所定の間隔ｄ１が形成される。さらに、第２のエレクトレット膜２９が形成された第２の固定電極２５の電極面２５ａと、振動体２３の第２の電極面２３ｂの間には、厚さｄ２を有し、各電極面の周縁部で支持する絶縁部材からなる第２のスペーサ３３が設けられ、第２の固定電極２５の電極面２５ａと、振動体２３の第２の電極面２３ｂの間に所定の間隔ｄ２が形成される。第１および第２のスペーサ３１および３３の厚さｄ１およびｄ２は、数１０μｍである。
【００３６】
図２に示されるように、本実施例の振動板２３は、２つの振動部２３ｃを有する音叉形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば、円形でもよく、種々の形状が考えられる。
【００３７】
再び図１に戻り、振動変換器２０は、第１および第２の固定電極２１および２５と、金属振動板２３の振動部２３ｃと、を収容する凹部３５ａと、振動板２３の支持部２３ｄを遊貫する開口部３５ｂと、底面部３５ｃと、上端開口部３５ｄに形成されたカシメ部３５ｅと、を有する金属ケース３５と、振動板２３と第２の固定電極２５が金属ケース３５と電気的に絶縁されるように、金属ケース３５の凹部３５ａ内に、第１および第２の固定電極２１および２５と、振動板２３とを保持する絶縁保持部材からなる絶縁体３７と、をさらに備えている。
【００３８】
さらに、本実施例の振動変換器２０は、金属ケース３５に設けられた第１の端子４１と、第２の固定電極２５に設けられた第２の端子４２と、振動板２３の支持部２３ｄに設けられた第３の端子４３と、を備えている。金属ケース３５の底面部３５ｃが、第１の固定電極２１の導通面２１ｂと当接し電気的に接続されており、これにより、第１の端子４１は、金属ケース３５を介して第１の固定電極２１と電気的に接続される。
【００３９】
図３は、本実施例の振動変換器２０の斜視図である。第１の固定電極２１が金属ケース３５の底面３５ｃに当接するように金属ケース３５内に挿入され、第１のスペーサ３１、振動板２３、第２のスペーサ３３、第２の固定電極２５の順に、絶縁体３７で金属ケース３５の凹部３５ａの内面と絶縁するように収容され、これらの部品はカシメ部３５ｅで固定される。
【００４０】
図４は、図１に示された本実施例の振動変換器２０を備えた加速度センサの等価的電気回路図例である。同図に示されるように、第１の固定電極２１と振動板２３の第１の電極面２３ａが、第１の一対の電極として作用し、これらが誘電体である第１のエレクトレット層２７とともに第１のコンデンサＣ１を形成し、一方、第２の固定電極２５と振動板２３の第２の電極面２３ｂが、第２の一対の電極として作用し、これらが誘電体である第２のエレクトレット層２９とともに第２のコンデンサＣ２を形成する。第１のコンデンサＣ１は第１の端子４１を介して電気インピーダンス変換手段４５と電気的に接続され、第２のコンデンサは第２の端子４２を介して図示されない電圧印加手段と電気的に接続される。
【００４１】
電気インピーダンス変換手段４５は、電解効果トランジスタ（以後、「ＦＥＴ」と呼ぶ）からなる。ＦＥＴ４５は、第１のコンデンサＣ１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の各コンデンサは、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、ＦＥＴ４５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。
【００４２】
また、第２のコンデンサＣ２は、インピーダンス変換をするためのトランス等介して電圧印加手段に電気的に接続するようにしてもよい。しかし、振動板２３の共振点の周波数を利用することにより、大きな出力を得ることが可能となるので、インピーダンス変換手段は必ずしも必要ではない。
【００４３】
尚、本実施例のＦＥＴ４５は、ソースフォロワ方式（三線式）で使用しており、これにより周波数特性を極低帯域まで安定して得ることが可能となる。他の実施例において、ソース接地方式（二線式）を使用してもよい。
【００４４】
振動変換器２０の振動板２３は、第３の端子４３を介してアースされている。第１のコンデンサＣ１は、第１の端子４１を介してＦＥＴ４５の端子Ｇと電気的に接続され、ＦＥＴ４５の端子Ｄに電源が供給され、ＦＥＴ４５の端子Ｓは、負荷抵抗ＲｓおよびカップリングコンデンサＣｃと電気的に接続され、カップリングコンデンサＣｃから出力が取り出される。先にも述べたように、第２のコンデンサＣ２は第２の端子４２を介して電圧印加手段と電気的に接続され、電圧が入力される。
【００４５】
以下、本実施例の振動変換器２０の作用を説明する。
【００４６】
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、金属振動板２３が振動する。このとき、振動板２３の質量をｍとし、外部振動を加速度Ｇとすると、この振動板２３にはＦ＝ｍ×Ｇの力が働き、この力Ｆにより、第１のコンデンサ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ＦＥＴ４５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。
【００４７】
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と金属振動板２３の呈する等価的有効面積、第１の固定電極２１と金属振動板２３の等価ギャップ、浮遊容量、ＦＥＴ４５の利得等によって左右される。
【００４８】
図５は、上述の振動変換器２０を備えた本発明に係る加速度センサの断面図である。同図に示されるように、加速度センサ５０は、本実施例の振動変換器２０とともに、抵抗、コンデンサなどの電子回路部品５１を、回路基板５３上に載置し、回路基板５３を支持プレート５５に固定し、ハウジング５７内に振動変換器２０および電子回路部品５１が収容されるように、ハウジング５７と支持プレート５５を固定している。振動変換器２０および電子回路部品５１間の配線は、ワイヤリング５２あるいは、回路基板５３上に形成された図示されない導電路によって電気的に接続され、さらに回路基板５３と支持プレート５５を貫通している端子ピン５９を介して外部と電気的に接続されるようになっている。
【００４９】
このように構成された加速度センサ５０は、図６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。
【００５０】
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、自己診断機能付きの高信頼型の加速度センサを提供することができる。
【００５１】
【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７を用いて説明する。
【００５２】
図７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６０は、図１に示された第１実施例の振動変換器２０から第１の固定電極２１が削除された以外は同じ構成となっている。すなわち、金属ケース３５の少なくとも底面３５ｃを含む内面を直接、高分子フィルムで被覆し、エレクトレット化して第１のエレクトレット層６７を形成したものである。本実施例においては、金属ケース３５の底面３５ｃが、第１の固定電極２１を兼ねることになる。
【００５３】
このように構成された第２実施例の振動変換器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。
【００５４】
【第３実施例】
図８に本発明に係る振動変換器の第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の第１および第２のエレクトレット層２７および２９を、第１および第２の固定電極２１および２５の電極面２１ａおよび２５ａ上ではなく、振動板２３の両面２３ａおよび２３ｂ上に形成したものである。すなわち、振動板２３の両面２３ａおよび２３ｂ上にエレクトレット材を融着し、エレクトレット化して第１および第２のエレクトレット層７７および７９が形成される。エレクトレット材は、高分子フィルムやＳｉＯ2などである。
【００５５】
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。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、一つの振動体の両面に電極面を設けることにより、各電極面に所定の間隔で離隔して対向する固定電極をそれぞれ設け、各固定電極と、振動体の電極面との間にエレクトレット膜を介在させることにより、２つのコンデンサを有する振動変換器が簡単に構成でき、一方のコンデンサに電圧を印加して振動させ、他方のコンデンサで振動を検出させることが可能となり、自己診断機能を有する高信頼型の振動変換器および、この振動変換器を備えた加速度センサが提供される。
【００５７】
このように、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、自己診断機能付きの高信頼性型の振動変換器および、この振動変換器を備えた加速度センサを得ることができる。
【００５８】
さらに、前記振動変換器と、前記インピーダンス変換手段と、を収容するハウジングを備えているので、振動変換器の耐ノイズ性を高めることができ、高性能な加速度センサが提供される。
【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内の部品の分解斜視図である。
【図３】図１に示された振動変換器の斜視図である。
【図４】図１に示された振動変換器を備えた加速度センサの等価的電気回路図である。
【図５】図４に示された加速度センサの断面図である。
【図６】図４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７】本発明に係る振動変換器を備えた加速度センサの第２実施例の断面図である。
【図８】本発明に係る振動変換器を備えた加速度センサの第３実施例の断面図である。
【図９】一般的な振動センサの周波数特性を説明するための図である。
【図１０】従来の振動センサの断面図である。
【符号の説明】
２０、６０、７０ 振動変換器
３５ 金属ケース
２１ 第１の金属固定電極（第１の電極）
２３ 金属振動板
２５ 第２の金属固定電極（第２の電極）
２７、６７、７７ 第１のエレクトレット層（第１のエレクトレット膜）
２９、７９ 第２のエレクトレット層（第２のエレクトレット膜）
３１、３３ スペーサ
３７ 絶縁体（絶縁保持手段）
４１ 第１の端子
４２ 第２の端子
４５ ＦＥＴ（電気インピーダンス変換手段）
５０ 加速度センサ
５１ 電子回路部品
５７ ハウジング
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、かつ自己診断機能を有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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、実用化されている振動センサには、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、特に低周波数帯域で、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、振動板３と、振動板３と所定の間隔で離隔する金属背極５と、を備えている。振動板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、振動板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板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、振動板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板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】
また、振動変換器の信頼性を向上させるために、簡単な構成で自己診断機能を実現させることが望まれる。
【０００８】
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、自己診断機能付きの高信頼性型の振動変換器および、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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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第１の電極面と、その反対側の第２の電極面と、を有する振動部と、この振動部を前記第１および第２の電極面と実質的に垂直な方向に振動可能に支持する支持部と、を含む金属振動板と、前記第１の電極の電極面と前記振動板の第１の電極面との間に介在する第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第２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電極面を有する第２の電極と、この第２の電極の電極面と前記振動板の第２の電極面との間に介在する第２のエレクトレット膜と、前記第１および第２の電極、前記金属振動板の振動部、および前記第１および第２のエレクトレット膜を収容する凹部と、前記振動板の支持部を遊貫する開口部と、を有する金属ケースと、前記金属ケースの凹部内で、前記第１の電極と、前記振動板と、前記第２の電極と、が互いに絶縁されるように保持する絶縁保持手段と、前記第１および第２の電極とそれぞれ電気的に接続される第１および第２の端子と、電気インピーダンス変換手段と、を備え、前記第１の電極と、前記第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第１の電極面と、が第１のコンデンサを形成し、前記第２の電極と、前記第２のエレクトレット膜と、前記振動板の第２の電極面と、が第２のコンデンサを形成し、前記第１および第２のコンデンサの一方が、前記端子を介して前記電気インピーダンス変換手段と電気的に接続され、前記第１および第２コンデンサの他方が、前記端子を介して電圧印加手段と電気的に接続されたことを特徴とする。
【００１０】
各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。各エレクトレット膜を一対の電極の間に介在させることによって、２つのコンデンサが形成される。一対の電極のうちの一方を振動板上に形成されている。このようにして形成された各コンデンサは、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。一方のコンデンサの出力は電気インピーダンス変換手段を介して外部に取り出され、他方のコンデンサは、電圧印加手段に接続され、電圧を印加することにより容量変化を生じさせて、振動板を振動させる。前記電気インピーダンス変換手段は、電解効果トランジスタを含む。
【００１１】
この構成によれば、一つの振動体の両面に電極面を設けることにより、各電極面に所定の間隔で離隔して対向する固定電極をそれぞれ設け、各固定電極と、振動体の電極面との間にエレクトレット膜を介在させることにより、２つのコンデンサを有する振動変換器が簡単に構成でき、一方のコンデンサに電圧を印加して振動させ、他方のコンデンサで振動を検出させることが可能となり、自己診断機能を有する振動変換器が提供される。
【００１２】
このように、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、自己診断機能付きの高信頼性型の振動変換器を得ることができる。
【００１３】
前記第１および第２の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それぞれ前記第１および第２の電極の電極面上に固着し、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ってもよい。エレクトレット材は、熱融着などにより固着できる。
【００１４】
また、前記第１および第２の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それぞれ前記振動板の第１および第２の電極面上に固着し、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ってもよい。エレクトレット材は、熱融着などにより固着できる。
【００１５】
さらに、前記第１の電極が、前記電極面と反対側の導通面を有する板状の形状を有し、前記金属ケースが、前記第１の電極の導通面と当接し電気的に接続される底面を有し、前記第１の端子が、前記金属ケースに設けられ、前記第２の端子が、前記第２の電極に設けられてもよい。
【００１６】
あるいは、前記金属ケースが、前記第１の電極が形成された底面を有し、前記第１の端子が、前記金属ケースに設けられ、前記第２の端子が、前記第２の電極に設けられてもよい。
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するために、加速度センサが、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。
【００１８】
この構成によれば、一つの振動体の両面に電極面を設けることにより、各電極面に所定の間隔で離隔して対向する固定電極をそれぞれ設け、各固定電極と、振動体の電極面との間にエレクトレット膜を介在させることにより、２つのコンデンサを有する振動変換器が簡単に構成でき、一方のコンデンサに電圧を印加して振動させ、他方のコンデンサで振動を検出させることが可能となり、自己診断機能を有する振動変換器を備えた加速度センサが提供される。
【００１９】
このように、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、自己診断機能付きの高信頼性型の加速度センサを得ることができる。
【００２０】
さらに、前記振動変換器と、前記インピーダンス変換手段と、を収容するハウジングを備えてもよく、これにより振動変換器の耐ノイズ性を高めることができ、高性能な加速度センサが提供される。
【００２１】
【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第１の電極面と、その反対側の第２の電極面と、を有する振動部と、この振動部を前記第１および第２の電極面と実質的に垂直な方向に振動可能に支持する支持部と、を含む金属振動板と、前記第１の電極の電極面と前記振動板の第１の電極面との間に介在する第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第２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電極面を有する第２の電極と、この第２の電極の電極面と前記振動板の第２の電極面との間に介在する第２のエレクトレット膜と、前記第１および第２の電極、前記金属振動板の振動部、および前記第１および第２のエレクトレット膜を収容する凹部と、前記振動板の支持部を遊貫する開口部と、を有する金属ケースと、前記金属ケースの凹部内で、前記第１の電極と、前記振動板と、前記第２の電極と、が互いに絶縁されるように保持する絶縁保持手段と、前記第１および第２の電極とそれぞれ電気的に接続される第１および第２の端子と、電気インピーダンス変換手段と、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。
【００２２】
この振動変換器において、前記第１の電極と、前記第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第１の電極面と、が第１のコンデンサを形成し、前記第２の電極と、前記第２のエレクトレット膜と、前記振動板の第２の電極面と、が第２のコンデンサを形成し、前記第１および第２のコンデンサの一方が、前記端子を介して前記電気インピーダンス変換手段と電気的に接続され、前記第１および第２コンデンサの他方が、前記端子を介して電圧印加手段と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。
【００２３】
各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。各エレクトレット膜を一対の電極の間に介在させることによって、２つのコンデンサが形成される。一対の電極のうちの一方を振動板上に形成されている。このようにして形成された各コンデンサは、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。一方のコンデンサの出力は電気インピーダンス変換手段を介して外部に取り出され、他方のコンデンサは、電圧印加手段に接続され、電圧を印加することにより容量変化を生じさせて、振動板を振動させる。前記電気インピーダンス変換手段は、電解効果トランジスタを含む
【００２４】
この構成によれば、２つのコンデンサを有する振動変換器が簡単に構成でき、一方のコンデンサに電圧を印加して振動させ、他方のコンデンサで振動を検出させることも可能となり、自己診断機能を有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が提供される。
【００２５】
このように、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、自己診断機能付きの高信頼性型の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得ることができる。
【００２６】
さらに、前記振動変換器と、前記インピーダンス変換手段と、を収容するハウジングを備えてもよく、これにより振動変換器の耐ノイズ性を高めることができ、高性能な加速度センサが提供される。
【００２７】
【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６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。
【００２８】
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、第１の金属固定電極２１と、金属振動板２３と、第２の金属固定電極２５と、を備えている。
【００２９】
第１の金属固定電極２１は、電極面２１ａと、電極面２１ａと反対側の導通面２１ｂを有する板状の形状を有し、この電極面２１ａ上に第１のエレクトレット層２７が形成されている。
【００３０】
第２の金属固定電極２５は、電極面２５ａと、電極面２５ａと反対側の導通面２５ｂを有する板状の形状を有し、この電極面２５ａ上に第２のエレクトレット層２９が形成されている。また、第２の金属固定電極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。
【００３１】
金属振動板２３は、第１の金属固定電極２１の電極面２１ａと所定の間隔ｄ１で実質的に平行に離隔して対向する第１の電極面２３ａと、第２の金属固定電極２５の電極面２５ａと所定の間隔ｄ２で実質的に平行に離隔して対向する第２の電極面２３ｂと、を有する振動部２３ｃと、この振動部２３ｃを第１および第２の電極面２３ａおよび２３ｂと実質的に垂直な方向に振動可能に支持する支持部２３ｄと、を含む。
【００３２】
第１のエレクトレット層２７は第１の金属固定電極２１の電極面２１ａと振動板２３の第１の電極面２３ａの間に介在すればよく、また、第２のエレクトレット層２９も第２の金属固定電極２５の電極面２５ａと振動板２３の第２の電極面２３ｂの間に介在すればよい。
【００３３】
第１および第２エレクトレット層２７および２９は、例えば、高分子フィルムからなるエレクトレット材をそれぞれ第１および第２の固定電極２１および２５の電極面２１ａおよび２５ａ上に熱融着などにより固着し、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。各エレクトレット層２７および２９は、振動板２３に対面する側が負極になるように分極している。
【００３４】
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、各エレクトレット層２７および２９は、ＳｉＯ2からなるエレクトレット材を使用して形成されてもよい。
【００３５】
図２に、本実施例の振動変換器２０の上記部品の分解斜視図を示す。図１および２に示されるように、第１のエレクトレット膜２７が形成された第１の固定電極２１の電極面２１ａと、振動体２３の第１の電極面２３ａの間には、厚さｄ１を有し、各電極面の周縁部で支持する絶縁部材からなる第１のスペーサ３１が設けられ、これにより、第１の固定電極２１の電極面２１ａと、振動体２３の第１の電極面２３ａの間に所定の間隔ｄ１が形成される。さらに、第２のエレクトレット膜２９が形成された第２の固定電極２５の電極面２５ａと、振動体２３の第２の電極面２３ｂの間には、厚さｄ２を有し、各電極面の周縁部で支持する絶縁部材からなる第２のスペーサ３３が設けられ、第２の固定電極２５の電極面２５ａと、振動体２３の第２の電極面２３ｂの間に所定の間隔ｄ２が形成される。第１および第２のスペーサ３１および３３の厚さｄ１およびｄ２は、数１０μｍである。
【００３６】
図２に示されるように、本実施例の振動板２３は、２つの振動部２３ｃを有する音叉形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば、円形でもよく、種々の形状が考えられる。
【００３７】
再び図１に戻り、振動変換器２０は、第１および第２の固定電極２１および２５と、金属振動板２３の振動部２３ｃと、を収容する凹部３５ａと、振動板２３の支持部２３ｄを遊貫する開口部３５ｂと、底面部３５ｃと、上端開口部３５ｄに形成されたカシメ部３５ｅと、を有する金属ケース３５と、振動板２３と第２の固定電極２５が金属ケース３５と電気的に絶縁されるように、金属ケース３５の凹部３５ａ内に、第１および第２の固定電極２１および２５と、振動板２３とを保持する絶縁保持部材からなる絶縁体３７と、をさらに備えている。
【００３８】
さらに、本実施例の振動変換器２０は、金属ケース３５に設けられた第１の端子４１と、第２の固定電極２５に設けられた第２の端子４２と、振動板２３の支持部２３ｄに設けられた第３の端子４３と、を備えている。金属ケース３５の底面部３５ｃが、第１の固定電極２１の導通面２１ｂと当接し電気的に接続されており、これにより、第１の端子４１は、金属ケース３５を介して第１の固定電極２１と電気的に接続される。
【００３９】
図３は、本実施例の振動変換器２０の斜視図である。第１の固定電極２１が金属ケース３５の底面３５ｃに当接するように金属ケース３５内に挿入され、第１のスペーサ３１、振動板２３、第２のスペーサ３３、第２の固定電極２５の順に、絶縁体３７で金属ケース３５の凹部３５ａの内面と絶縁するように収容され、これらの部品はカシメ部３５ｅで固定される。
【００４０】
図４は、図１に示された本実施例の振動変換器２０を備えた加速度センサの等価的電気回路図例である。同図に示されるように、第１の固定電極２１と振動板２３の第１の電極面２３ａが、第１の一対の電極として作用し、これらが誘電体である第１のエレクトレット層２７とともに第１のコンデンサＣ１を形成し、一方、第２の固定電極２５と振動板２３の第２の電極面２３ｂが、第２の一対の電極として作用し、これらが誘電体である第２のエレクトレット層２９とともに第２のコンデンサＣ２を形成する。第１のコンデンサＣ１は第１の端子４１を介して電気インピーダンス変換手段４５と電気的に接続され、第２のコンデンサは第２の端子４２を介して図示されない電圧印加手段と電気的に接続される。
【００４１】
電気インピーダンス変換手段４５は、電解効果トランジスタ（以後、「ＦＥＴ」と呼ぶ）からなる。ＦＥＴ４５は、第１のコンデンサＣ１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の各コンデンサは、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、ＦＥＴ４５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。
【００４２】
また、第２のコンデンサＣ２は、インピーダンス変換をするためのトランス等介して電圧印加手段に電気的に接続するようにしてもよい。しかし、振動板２３の共振点の周波数を利用することにより、大きな出力を得ることが可能となるので、インピーダンス変換手段は必ずしも必要ではない。
【００４３】
尚、本実施例のＦＥＴ４５は、ソースフォロワ方式（三線式）で使用しており、これにより周波数特性を極低帯域まで安定して得ることが可能となる。他の実施例において、ソース接地方式（二線式）を使用してもよい。
【００４４】
振動変換器２０の振動板２３は、第３の端子４３を介してアースされている。第１のコンデンサＣ１は、第１の端子４１を介してＦＥＴ４５の端子Ｇと電気的に接続され、ＦＥＴ４５の端子Ｄに電源が供給され、ＦＥＴ４５の端子Ｓは、負荷抵抗ＲｓおよびカップリングコンデンサＣｃと電気的に接続され、カップリングコンデンサＣｃから出力が取り出される。先にも述べたように、第２のコンデンサＣ２は第２の端子４２を介して電圧印加手段と電気的に接続され、電圧が入力される。
【００４５】
以下、本実施例の振動変換器２０の作用を説明する。
【００４６】
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、金属振動板２３が振動する。このとき、振動板２３の質量をｍとし、外部振動を加速度Ｇとすると、この振動板２３にはＦ＝ｍ×Ｇの力が働き、この力Ｆにより、第１のコンデンサ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ＦＥＴ４５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。
【００４７】
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と金属振動板２３の呈する等価的有効面積、第１の固定電極２１と金属振動板２３の等価ギャップ、浮遊容量、ＦＥＴ４５の利得等によって左右される。
【００４８】
図５は、上述の振動変換器２０を備えた本発明に係る加速度センサの断面図である。同図に示されるように、加速度センサ５０は、本実施例の振動変換器２０とともに、抵抗、コンデンサなどの電子回路部品５１を、回路基板５３上に載置し、回路基板５３を支持プレート５５に固定し、ハウジング５７内に振動変換器２０および電子回路部品５１が収容されるように、ハウジング５７と支持プレート５５を固定している。振動変換器２０および電子回路部品５１間の配線は、ワイヤリング５２あるいは、回路基板５３上に形成された図示されない導電路によって電気的に接続され、さらに回路基板５３と支持プレート５５を貫通している端子ピン５９を介して外部と電気的に接続されるようになっている。
【００４９】
このように構成された加速度センサ５０は、図６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。
【００５０】
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、自己診断機能付きの高信頼型の加速度センサを提供することができる。
【００５１】
【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７を用いて説明する。
【００５２】
図７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６０は、図１に示された第１実施例の振動変換器２０から第１の固定電極２１が削除された以外は同じ構成となっている。すなわち、金属ケース３５の少なくとも底面３５ｃを含む内面を直接、高分子フィルムで被覆し、エレクトレット化して第１のエレクトレット層６７を形成したものである。本実施例においては、金属ケース３５の底面３５ｃが、第１の固定電極２１を兼ねることになる。
【００５３】
このように構成された第２実施例の振動変換器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。
【００５４】
【第３実施例】
図８に本発明に係る振動変換器の第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の第１および第２のエレクトレット層２７および２９を、第１および第２の固定電極２１および２５の電極面２１ａおよび２５ａ上ではなく、振動板２３の両面２３ａおよび２３ｂ上に形成したものである。すなわち、振動板２３の両面２３ａおよび２３ｂ上にエレクトレット材を融着し、エレクトレット化して第１および第２のエレクトレット層７７および７９が形成される。エレクトレット材は、高分子フィルムやＳｉＯ2などである。
【００５５】
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。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、一つの振動体の両面に電極面を設けることにより、各電極面に所定の間隔で離隔して対向する固定電極をそれぞれ設け、各固定電極と、振動体の電極面との間にエレクトレット膜を介在させることにより、２つのコンデンサを有する振動変換器が簡単に構成でき、一方のコンデンサに電圧を印加して振動させ、他方のコンデンサで振動を検出させることが可能となり、自己診断機能を有する高信頼型の振動変換器および、この振動変換器を備えた加速度センサが提供される。
【００５７】
このように、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、自己診断機能付きの高信頼性型の振動変換器および、この振動変換器を備えた加速度センサを得ることができる。
【００５８】
さらに、前記振動変換器と、前記インピーダンス変換手段と、を収容するハウジングを備えているので、振動変換器の耐ノイズ性を高めることができ、高性能な加速度センサが提供される。
【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内の部品の分解斜視図である。
【図３】図１に示された振動変換器の斜視図である。
【図４】図１に示された振動変換器を備えた加速度センサの等価的電気回路図である。
【図５】図４に示された加速度センサの断面図である。
【図６】図４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７】本発明に係る振動変換器を備えた加速度センサの第２実施例の断面図である。
【図８】本発明に係る振動変換器を備えた加速度センサの第３実施例の断面図である。
【図９】一般的な振動センサの周波数特性を説明するための図である。
【図１０】従来の振動センサの断面図である。
【符号の説明】
２０、６０、７０ 振動変換器
３５ 金属ケース
２１ 第１の金属固定電極（第１の電極）
２３ 金属振動板
２５ 第２の金属固定電極（第２の電極）
２７、６７、７７ 第１のエレクトレット層（第１のエレクトレット膜）
２９、７９ 第２のエレクトレット層（第２のエレクトレット膜）
３１、３３ スペーサ
３７ 絶縁体（絶縁保持手段）
４１ 第１の端子
４２ 第２の端子
４５ ＦＥＴ（電気インピーダンス変換手段）
５０ 加速度センサ
５１ 電子回路部品
５７ ハウジング
Claims (2)
- 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第１の電極面と、その反対側の第２の電極面と、を有する振動部と、この振動部を前記第１および第２の電極面と実質的に垂直な方向に振動可能に支持する支持部と、を含む金属振動板と、
前記第１の電極の電極面と前記振動板の第１の電極面との間に介在する第１のエレクトレット膜と、
前記振動板の第２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電極面を有する第２の電極と、
この第２の電極の電極面と前記振動板の第２の電極面との間に介在する第２のエレクトレット膜と、
前記第１および第２の電極、前記金属振動板の振動部、および前記第１および第２のエレクトレット膜を収容する凹部と、前記振動板の支持部を遊貫する開口部と、を有する金属ケースと、
前記金属ケースの凹部内で、前記第１の電極と、前記振動板と、前記第２の電極と、が互いに絶縁されるように保持する絶縁保持手段と、
前記第１および第２の電極とそれぞれ電気的に接続される第１および第２の端子と、
電気インピーダンス変換手段と、を備え、
前記第１の電極と、前記第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第１の電極面と、が第１のコンデンサを形成し、
前記第２の電極と、前記第２のエレクトレット膜と、前記振動板の第２の電極面と、が第２のコンデンサを形成し、
前記第１および第２のコンデンサの一方が、前記端子を介して前記電気インピーダンス変換手段と電気的に接続され、前記第１および第２コンデンサの他方が、前記端子を介して電圧印加手段と電気的に接続され、
前記第１の電極が、前記電極面と反対側の導通面を有する板状の形状を有し、
前記金属ケースが、前記第１の電極の導通面と当接し電気的に接続される底面を有し、
前記第１の端子が、前記金属ケースに設けられ、
前記第２の端子が、前記第２の電極に設けられたことを特徴とする振動変換器。 - 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第１の電極面と、その反対側の第２の電極面と、を有する振動部と、この振動部を前記第１および第２の電極面と実質的に垂直な方向に振動可能に支持する支持部と、を含む金属振動板と、
前記第１の電極の電極面と前記振動板の第１の電極面との間に介在する第１のエレクトレット膜と、
前記振動板の第２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電極面を有する第２の電極と、
この第２の電極の電極面と前記振動板の第２の電極面との間に介在する第２のエレクトレット膜と、
前記第１および第２の電極、前記金属振動板の振動部、および前記第１および第２のエレクトレット膜を収容する凹部と、前記振動板の支持部を遊貫する開口部と、を有する金属ケースと、
前記金属ケースの凹部内で、前記第１の電極と、前記振動板と、前記第２の電極と、が互いに絶縁されるように保持する絶縁保持手段と、
前記第１および第２の電極とそれぞれ電気的に接続される第１および第２の端子と、
電気インピーダンス変換手段と、を備え、
前記第１の電極と、前記第１のエレクトレット膜と、前記振動板の第１の電極面と、が第１のコンデンサを形成し、
前記第２の電極と、前記第２のエレクトレット膜と、前記振動板の第２の電極面と、が第２のコンデンサを形成し、
前記第１および第２のコンデンサの一方が、前記端子を介して前記電気インピーダンス変換手段と電気的に接続され、前記第１および第２コンデンサの他方が、前記端子を介して電圧印加手段と電気的に接続され、
前記金属ケースが、前記第１の電極が形成された底面を有し、
前記第１の端子が、前記金属ケースに設けられ、
前記第２の端子が、前記第２の電極に設けられたことを特徴とする振動変換器。
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