JP4112883B2 - Acceleration sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は加速度センサに関し、特に心音マイクロホンとして好適に使用可能な加速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、たとえば、心疾患や呼吸器系等の診断においては、聴診器等による直接聴診が広く行われている。直接聴診は簡便な診断方法として有用である反面、以下のような問題がある。
【0003】
1)医師の個人差が反映されるため、客観性及び定量性に欠ける。
2)心音の記録ができないため、過去の状態と比較したり、他の分析に供することができない。
3)心音の主要な成分は30〜800Hzと低い周波数帯に存在するが、ヒトの聴覚特性上低周波領域の判別は難しく、特に数10Hzの領域で心音成分を聞き分けるのは困難である。
このような問題に対処するため、心音を検出し、例えば心音図として記録することが従来行われている。
【0004】
心音の検出、記録を行う心音計は、主に、心音を検出するための心音マイクロホン、心音マイクマイクロホンが出力する信号を増幅する増幅器、記録する周波数成分の選択や、雑音成分を除去するフィルタ、心音波形を記録する記録装置等を有してなる。
【0005】
心音マイクロホンは被験者の胸部に取り付けられ、心拍動に伴う胸壁の機械的振動を電気信号に変換するものであり、変換方式としては可動コイル型、圧電型、静電型が知られており、また出力としては変位、速度、加速度等が得られる。
【0006】
従来、心音マイクロホンとしては、圧電素子を用い、加速度を電気信号に変換して出力する構成を有する圧電型加速度センサが広く用いられている。具体的には、密閉されたケース内に、圧電素子から構成され、錘が取り付けられた振動膜を支持した構成を有する。このような構成の心音マイクロホンに振動が伝わると、錘は慣性の法則によりその場に止まろうとするため、圧電素子に力が加わる。この力によって圧電素子が発生する電圧は、錘の慣性力、すなわち入力された振動の大きさに比例するため、電圧の大きさから加速度を検出することが可能である。
【0007】
心音マイクロホンは胸壁に伝播する心音という微小な振動を検出するため、高い感度を有する必要がある。上述の心音マイクロホンの感度を上げるには、振動膜に取り付ける錘を重くすればよい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、重い錘はサイズが大きく、また圧電素子からなる振動膜に対する負荷も大きくなるため、衝撃に弱く、1m程度の高さから落下しても破損してしまう。また、大きな錘を用いるため、心音マイクロホンの大型化を招いていた。心音マイクロホンは人体の胸部という弾性体上に装着して用いるため、心音マイクロホンが重いと心音の高音成分が減衰されてしまう。さらに、大型化によって、被験者の肋間に装着することが困難になる。
【0009】
また、振動膜をケース内に支持するホルダやリングは、通常ケース側面全体に密着した形状を有しており、本来検出すべき、振動膜に垂直な方向の振動だけでなく、側面から入力される外来ノイズ等の影響を受けやすかった。
【0010】
一方、加速度センサには、例えば特開平5−232136号公報に開示されるように、密閉されたケース中に微小間隔を持って配置した振動膜と電極板とでコンデンサを形成し、このコンデンサの容量変化による電圧変化から加速度を検出する静電型の加速度センサが知られている。
【0011】
静電型の加速度センサは、振動膜から直接電圧を検出する必要がないため、振動膜に錘をつける必要が無く、重量、大きさの点で圧電型加速度センサより優れている。
【0012】
しかしながら、静電型加速度センサにおいても、依然として振動膜や電極板をケース内に支持するホルダがケース内側面にほぼ全面に渡って密接した構成を有するため、振動膜に垂直方向な、検出すべき振動の他に、ケース側面等から入力される外来ノイズ等の影響を受けやすかった。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、小型軽量で堅牢であるとともに、外来ノイズの影響を低減可能な加速度センサを提供することにある。
【0014】
この目的を達成するため、本発明による加速度センサは、振動膜と、この振動膜と所定の間隔をもって対向配置された背極と、振動膜の背極に対向しない面に取り付けられた錘とを有し、振動膜及び背極の間に存在する気体によってコンデンサを形成し、振動膜の振動によるコンデンサの容量変化に基づいて振動膜に対する加速度を検出する加速度センサにおいて、振動膜及び背極を保持する略円筒形の内部ケースであって、振動膜側の最外面に穴を有するとともに、背極側の最外面に、穴を有するリアプレートを保持する内部ケースと、内部ケースを収納する気密性の樹脂製外部ケースとを有し、外部ケースが、内部ケースを外部ケース内面と間隔をもたせて支持する支持手段を有し、支持手段が、外部ケースの内側底面及び内側面に一体形成されたリブ又は突起であり、リブ又は突起の断面形状が、外部ケースの内面から先端に向かうほど細くなる形状を有し、振動膜及び背極には穴が設けられるとともに、錘が振動膜に設けられた穴に対応した穴を有し、錘に設けられた穴及びリアプレートの穴を覆う、通気性を有する音響抵抗部材を有することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明による加速度センサの構成例を示す分解斜視図、図2は図1のA−Aにおける垂直断面図である。
【0016】
図2からわかるように、本実施形態に係る加速度センサ100は、樹脂製の下ケース1及び上ケース17からなる、気密性を有する外部ケース内に、内部ケースとしてのユニットケース2に保持されたセンサ本体20が支持される構成を有している。後述するように、センサ本体20を筐体内面と離して支持することにより、密閉されたセンサ上下での通気が可能となり、センサの感度損失を低減可能である上、不要な振動の検出をも低減可能である。
【0017】
図1及び、センサ本体20の垂直断面図である図3を参照して、本実施形態に係る加速度センサの構成について更に詳細に説明する。
【0018】
センサ本体は略円筒形状を有する金属製ユニットケース2内に各部品3〜16を積層し、ユニットケース2の上下面を構成する鍔部21及び22によって部品をケース内に保持した構成を有している。ユニットケース2内の最上面(使用時には最下面となるが、図に合わせて説明する。以下他の構成要素についても同様)にはフロントリング3が設けられ、後述する調整用錘5とユニットケース2の顎部21内面とのスペーサの役目を果たしている。
【0019】
振動膜7は、例えば金属蒸着された樹脂薄膜から構成され、その周囲を振動膜リング8に固定されることで所定の張力を有している。また、振動膜7の中央には、通気用の穴71が設けられている。振動膜7表面には、中心を共通とするリング状の錘6が取り付けられ、必要に応じてさらに錘6の上にやはりリング状の調整用錘5が設けられる。調整用錘5はセンサ感度や共振点の調整用錘であり、錘6に比べて十分軽量である。調整用錘5は不要の場合もあれば、複数枚用いる場合もある。
【0020】
後述するように、錘5の形状は、振動膜7と背極10との距離を一定に保持したり、振動膜7と背極10との吸着を防止する上で大きな意味を持つ。
【0021】
調整用音響抵抗4は錘6(及び調整用錘5)の穴を覆うように取り付けられた通気性を有する膜であり、リアプレート16の穴16aに設けられているもう一方の調整用音響抵抗(図1では見えないが、図2及び図3に図示)とともに、センサを通過する空気に対する流体抵抗として機能する。
【0022】
調整用音響抵抗4により、センサの感度、振動膜の共振点、共振の鋭さ等の微調整を行うことが可能である。調整用音響抵抗4は例えば不織布から構成できる。
【0023】
リング状のスペーサ9は、その厚みにより振動膜7と後述の背極10とを所定距離離間させるとともに、これらを絶縁するために設けられる。従って、振動膜7と背極10は、スペーサ9による距離に等しい厚みを有する空気の層を誘電体とするコンデンサを形成する。スペーサ9の厚みは数10μm程度である。
【0024】
背極10は圧電膜を圧着した金属板から構成され、通気用の穴10aが本実施形態では4箇所に設けられている。
【0025】
背極10はコンタクトプレート11とともにインシュレータ12に周囲を保持される。コンタクトプレート11はプリント配線基板(PC板)13上に実装される各種回路、特にインピーダンス調整用のFET14と背極10とを電気的に導通させるための導体である。
【0026】
PC板13にはインピーダンス調整用のFET14他、センサ出力を生成するための電気回路素子(図示せず)が実装される。PC板13にも通気用の穴13aが設けられる。
【0027】
固定リング15はPC板13上の回路部品がリアプレート16に接触しないように設けられるスペーサである。リアプレート16はセンサ本体20の底面を構成する。リアプレート16にはPC板13上の回路から出力信号を取り出すためのケーブル(図示せず)を引き出すための穴と、一対の通気用の穴16aがそれぞれ設けられる。また、上述のように、リアプレート16には通気用の穴16aを覆うように調整用音響抵抗4が設けられる。
【0028】
このような構成を有するセンサ本体20は、さらに上ケース17及び下ケース1から構成されるケースに収納、密閉されて加速度センサを構成する。本実施形態に係る加速度センサは、センサ本体20をケース内面に設けた突起もしくはリブの頂点により支持することで、センサ本体20とケース内面の接触面積が少なくなり、ケースに加わる外来ノイズが直接センサ本体に及ぼす影響を大きく減少することが可能である。
【0029】
例えば、本実施形態において、センサ本体20は下ケース1の内側底面に設けられたリング状のリブ1aと、下ケース1の内側面に設けたリング状のリブ1bによってケース内に支持される。これらリブ1a,1bはケースが樹脂製である場合には一体成形すればよいし、ケース内面に設けた溝にリブ1a、1bをはめ込む等してもよい。リブの断面形状は任意であるが、センサ本体20との接触面積を減らすため、図4に示すように先端に向かうほど細くなる形状が好ましい。
【0030】
また、全周に渡って支持する必要は必ずしも無く、センサ本体20をがたつき無く支持可能であれば、複数の突起によりセンサ本体を支持しても良い。この場合、センサ側面では3点以上、ユニットケース2の顎部21では2点以上を支持することが好ましい。
【0031】
また、センサ本体20を支持するリブ又は突起の位置は必ずしも図2や図4で示した位置である必要はなく、センサ本体20をケース内面から離して支持可能で、かつセンサの動作に支障を与えない位置であれば任意の位置で支持することが可能である。
【0032】
センサ本体20を支持するリブ又は突起の高さは任意に設定可能であるが、高すぎるとセンサ全体の大型化を招き、低すぎるとセンサ本体20の周囲に存在する空気層による外来ノイズの緩衝効果が低下するため、センサが所望のサイズを満たす範囲内でなるべく高いリブ又は突起を設けることが好ましい。
【0033】
本実施形態に係る加速度センサは、センサ本体20を構成するリアプレート16、PC板13、背極10、振動膜7、錘6、調整用錘5にそれぞれ穴が設けられており、さらにこれら部品のうち最も外側に位置する調整用錘5とリアプレート16の穴を覆うように取り付けられた調整用音響抵抗4も通気性を有するため、センサ本体20内部を空気が通過可能である。さらに、センサ本体20がケース内面から離れて支持されるため、ケース内部に支持された状態でセンサ本体20の上下面も空気が行き来可能である。従って、空気の粘性抵抗による感度低下を抑制できる。
【0034】
このような構成の加速度センサにおいて、ユニットケース2及びFET14を介して振動膜7と背極10に所定の電圧を印加すると、振動膜7と背極10の対向面に電荷が蓄積し、コンデンサを形成する。この状態でケースが振動すると、センサ本体20に振動が伝達する。センサ本体20は振動するが、振動膜7に取り付けられた錘6(及び調整用錘5)は慣性によって元の位置に留まろうとする。その結果、振動膜7が振動し、背極10との距離が変化することにより、振動膜7、背極10及びその間の空気層から構成されるコンデンサの容量が変化する。コンデンサの容量変化は振動膜7と背極10間の電圧値の変化として観測され、この電圧値からセンサ本体20に加わった加速度を検知することが可能である。
【0035】
次に、振動膜7に取り付ける錘5の形状について説明する。上述の通り、振動膜7と背極10との距離は数10μmと非常に狭い。しかも、動作中は振動膜7と背極10の対向面には反対極性を有する電荷が現れるため、振動膜7と背極10を引き合う力が発生する。
【0036】
振動膜7はその周囲を固定されているため、その中心へ向かうほど可動量が大きい。しかも、感度を上げるために錘を取り付ける場合、少ない錘で大きい効果を得ようと中心につける傾向が大きい。そのため、中心部と周辺部の移動量の差がさらに増大し、振動時に振動膜7の中心部が背極10により接近するようになる。その結果、場合によっては振動膜7の中心部付近と背極10とが吸着し、センサとしての機能を果たさなくなる虞がある。
【0037】
本発明はこのような状況に鑑み、振動膜7に取り付ける錘6の形状を改良することによって、振動膜7と背極10との吸着を防止し、かつ安定したセンサ出力の取得を可能にした。
【0038】
すなわち、本発明に係る加速度センサにおいて、振動膜7に取り付けられる錘6は、その取り付け面積ができるだけ大きくなるように構成されている。これは、換言すれば同じ重さの錘であれば、薄く、かつ外径が大きくなるように構成することである。この様な形状の錘を振動膜に取り付けることにより、小さい取り付け面積の錘を用いた場合(図5(a))と比較して振動膜の平面性をより広範囲で保つことが可能になる(図5(b))。
【0039】
この結果、振動膜と背極との距離が広範囲に渡って均等になるため、中心部の吸着を防止することが可能になるほか、振動による振動膜と背極との距離変動がやはり広範囲に発生することになるため、振動による容量の変化をより高精度に得ることが可能になる。
【0040】
本実施形態においては、錘6の外径を大きくするため、中心部をくりぬいたリング形状としている。また、通気用の穴を錘6が取り付けられない振動膜7の中心部に設けることによって、形状面でも中心部の吸着を防止している。
【0041】
なお、本技術分野に属する当業者には明らかであろうが、錘6の形状を定めるに当たり、単純にその外径を大きく採ればよいというわけではない。すなわち、錘が薄くなりすぎ、剛性不足で振動膜の平面性を保てなくなったり、リング形状の場合に外径は大きくてもリングが細すぎると振動膜中心部の平面性が得られない。また、振動膜を取り付ける振動膜リングの内径と錘6の外径との差が小さすぎると、振動膜が動きにくくなる。従って、(1)振動膜の振動を妨げず、(2)振動膜中央部の平面性が維持可能、な範囲で、振動膜との取り付け面積が大きくなるように錘の形状を決定することになる。なお、本明細書において「取り付け面積」とは、実質的に錘によって振動膜の平面性が保たれる面積を意味し、その面積全体が振動膜と固着されることを必要としない。
【0042】
錘の形状による特性の変化についてさらに説明する。図2の構成を有する加速度センサであって、図6に示すように、外径14.5mm、内径12.5mmのステンレス製振動膜リングに、中心に直径1mmの穴を設けた振動膜(厚さ4μm、PPS製、表面に金を蒸着)を接着剤によって取り付け、FEPのエレクトレットフィルムを圧着した黄銅製背極と50μm間隔で配置した加速度センサを用い、同じ重さ(0.7g)で形状の異なる錘を取り付けて入出力特性を測定した。
【0043】
中心に直径1mmの穴が設けられた円板状で、直径6mm、8mm、10mmの3種類の錘を用いた。錘と振動膜とは穴の位置が対応するように、穴の開いていない振動膜に錘を接着剤で取り付け、その後振動膜と錘を貫通する直径1mmの穴を設けた。一定の加速度(0.98m/S2)を加えた場合の、周波数20〜1kHzにおける入出力特性を図7に示す。図7から明らかなように、同じ重さの錘であっても、外径が大きい錘を用いた方がより大きな出力が得られていることが分かる。これは振動膜の広い範囲で平面性が保たれており、振動による容量変化が構成で検出可能なことに起因するものと考えられる。また、何れの場合も振動膜と背極との吸着は見られなかった。
【0044】
このように、本実施形態によれば、軽量かつ堅牢で耐久性に優れ、また外来ノイズの影響を抑制しつつ高感度の加速度検出を実現する、心音等微弱な振動の検出に適した加速度センサが実現される。
【0045】
【他の実施形態】
上述の実施形態においては、ケース内の雰囲気が空気である場合を説明したが、不活性ガス等他の気体(単成分ガス、混合ガスいずれも可能)を充填することも可能である。
【0046】
また、上述の実施形態では振動膜に取り付ける錘の形状がリング状もしくは円板状である場合についてのみ説明したが、必ずしも真円である必要はない。また、錘の数についても1つに限定される物ではなく、振動膜の平面性が広範囲に保たれ、かつ振動の妨げにならなければ、複数の錘を振動膜上に配置してもよい。
【0047】
また、錘の形状を改良することによる吸着防止効果及び感度上昇効果は、必ずしも通気用の穴が設けられた振動膜を有する加速度センサに限って得られるものではなく、また静電型以外の、例えば圧電型の加速度センサに対しても有効である。
【0048】
また、振動膜と背極との吸着をより防止するため、図8に示すように、錘6の振動膜7への取り付け面側に微小なリブ又は突起を設けることも可能である。このような構成とすることで、振動膜7と背極10との接触があった場合でもその接触面積が低減され、振動膜7と背極10とが離れやすくなる。この場合、錘6に設けるリブや突起の形状は頂点が尖りすぎていると振動膜を破損する虞があるため、丸みを帯びた形状とすることが好ましい。また、高さについても振動の妨げにならないように設定する。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の加速度センサによれば、加速度センサ本体をケース内面と隙間をあけて保持することにより、加速度センサの上下面での通気が可能となり、より感度の良い加速度センサが実現できるほか、加速度センサ本体とケース内面との隙間に存在する空気により、不要な外来ノイズが加速度センサに与える影響を緩和することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る加速度センサの構成例を示す分解斜視図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図1のセンサ本体部20の垂直断面図である。
【図4】下ケース1の、センサ本体20を支持するリブ構造例を示す部分斜視図である。
【図5】錘の形状による振動膜の動きの相違を説明する図である。
【図6】実験に用いた振動膜及び錘のパラメータを説明する図である。
【図7】錘の形状を変化させた場合の出力特性を示す図である。
【図8】本発明の他の実施形態に係る加速度センサの錘の形状を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an acceleration sensor, and more particularly to an acceleration sensor that can be suitably used as a heart sound microphone.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, in a diagnosis of a heart disease or a respiratory system, direct auscultation using a stethoscope or the like has been widely performed. Direct auscultation is useful as a simple diagnostic method, but has the following problems.
[0003]
1) Since individual differences of doctors are reflected, objectivity and quantitativeness are lacking.
2) Since heart sounds cannot be recorded, it cannot be compared with past states or used for other analyses.
3) Although the main component of heart sound exists in a low frequency band of 30 to 800 Hz, it is difficult to distinguish the low frequency region due to human auditory characteristics, and it is particularly difficult to distinguish the heart sound component in the region of several tens of Hz.
In order to cope with such a problem, heart sounds are detected and recorded as, for example, a heart sound diagram.
[0004]
Heart sound detectors that detect and record heart sounds are mainly heart sound microphones for detecting heart sounds, amplifiers that amplify signals output by heart sound microphone microphones, selection of frequency components to be recorded, filters to remove noise components, It has a recording device or the like for recording a heart sound waveform.
[0005]
The heart sound microphone is attached to the subject's chest and converts the mechanical vibration of the chest wall accompanying heartbeat into an electrical signal. Moving coil type, piezoelectric type, electrostatic type are known as conversion methods, and As output, displacement, speed, acceleration, etc. are obtained.
[0006]
Conventionally, as a heart sound microphone, a piezoelectric acceleration sensor having a configuration in which a piezoelectric element is used and acceleration is converted into an electrical signal and output is widely used. Specifically, it has a configuration in which a vibrating membrane, which includes a piezoelectric element and has a weight attached thereto, is supported in a sealed case. When vibration is transmitted to the heart sound microphone having such a configuration, the weight tries to stop in place by the law of inertia, and thus a force is applied to the piezoelectric element. Since the voltage generated by the piezoelectric element by this force is proportional to the inertial force of the weight, that is, the magnitude of the input vibration, the acceleration can be detected from the magnitude of the voltage.
[0007]
The heart sound microphone needs to have high sensitivity in order to detect minute vibrations such as heart sounds propagating to the chest wall. In order to increase the sensitivity of the above-mentioned heart sound microphone, the weight attached to the diaphragm should be made heavy.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the heavy weight is large in size and also has a large load on the vibration film made of a piezoelectric element. Therefore, the heavy weight is vulnerable to impact and is damaged even when dropped from a height of about 1 m. In addition, the use of a large weight has led to an increase in the size of the heart sound microphone. Since the heart sound microphone is used by being mounted on an elastic body called a human chest, if the heart sound microphone is heavy, the treble component of the heart sound is attenuated. Furthermore, the increase in size makes it difficult to wear the subject's claw.
[0009]
In addition, the holder or ring that supports the diaphragm in the case usually has a shape that is in close contact with the entire side of the case, and is input from the side as well as the vibration in the direction perpendicular to the diaphragm that should be detected. It was easily affected by external noise.
[0010]
On the other hand, in an acceleration sensor, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-232136, a capacitor is formed by a vibrating membrane and an electrode plate arranged with a minute interval in a sealed case. 2. Description of the Related Art An electrostatic acceleration sensor that detects acceleration from a voltage change caused by a capacitance change is known.
[0011]
Since the electrostatic acceleration sensor does not need to directly detect a voltage from the diaphragm, it is not necessary to attach a weight to the diaphragm, and is superior to the piezoelectric acceleration sensor in terms of weight and size.
[0012]
However, even in the electrostatic acceleration sensor, the holder for supporting the vibrating membrane and the electrode plate in the case still has a structure that is in close contact with the inner side surface of the case, and therefore should be detected in a direction perpendicular to the vibrating membrane. In addition to vibration, it was easily affected by external noise input from the side of the case.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an acceleration sensor that is small, light and robust and can reduce the influence of external noise.
[0014]
In order to achieve this object, an acceleration sensor according to the present invention includes a vibrating membrane, a back pole disposed opposite to the vibrating membrane at a predetermined interval, and a weight attached to a surface of the vibrating membrane that does not face the back pole. A capacitor is formed by the gas existing between the diaphragm and the back electrode, and the diaphragm and back electrode are held in an acceleration sensor that detects the acceleration against the diaphragm based on the capacitance change of the capacitor due to vibration of the diaphragm A substantially cylindrical inner case having a hole on the outermost surface on the diaphragm side, an inner case for holding a rear plate having a hole on the outermost surface on the back pole side, and an airtightness for housing the inner case of and a resin outer case, the outer case has a support means for supporting the inner case by remembering outer case inner surface and spacing, the support means, integral to the inner bottom surface and inner surface of the outer case A made ribs or protrusions, the cross-sectional shape of ribs or protrusions, have a narrowing shape increases toward the tip from the inner surface of the outer case, with holes are provided on the vibrating membrane and the backplate, the weight is vibration film has a hole corresponding to the hole provided in the cover a hole provided holes and the rear plate to the weight, characterized in that it have the acoustic resistance member having air permeability.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration example of an acceleration sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a vertical sectional view taken along line AA in FIG.
[0016]
As can be seen from FIG. 2, the
[0017]
With reference to FIG. 1 and FIG. 3 which is a vertical sectional view of the
[0018]
The sensor body has a configuration in which the
[0019]
The vibration film 7 is made of, for example, a resin thin film deposited with metal, and has a predetermined tension by being fixed to the
[0020]
As will be described later, the shape of the
[0021]
The adjustment acoustic resistor 4 is a breathable film attached so as to cover the hole of the weight 6 (and the adjustment weight 5), and is the other adjustment acoustic resistor provided in the
[0022]
The adjustment acoustic resistor 4 can finely adjust the sensitivity of the sensor, the resonance point of the vibrating membrane, the sharpness of resonance, and the like. The acoustic resistance 4 for adjustment can be comprised from a nonwoven fabric, for example.
[0023]
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
An electric circuit element (not shown) for generating a sensor output is mounted on the
[0027]
The fixing
[0028]
The
[0029]
For example, in the present embodiment, the
[0030]
Further, it is not always necessary to support the entire circumference, and the sensor body may be supported by a plurality of protrusions as long as the
[0031]
Further, the position of the rib or protrusion for supporting the sensor
[0032]
The height of the ribs or projections supporting the
[0033]
In the acceleration sensor according to the present embodiment, the
[0034]
In the acceleration sensor having such a configuration, when a predetermined voltage is applied to the vibrating membrane 7 and the
[0035]
Next, the shape of the
[0036]
Since the periphery of the vibration film 7 is fixed, the movable amount increases toward the center. Moreover, when a weight is attached to increase the sensitivity, there is a tendency to be centered to obtain a large effect with a small number of weights. Therefore, the difference in the amount of movement between the central portion and the peripheral portion further increases, and the central portion of the vibrating membrane 7 comes closer to the
[0037]
In view of such a situation, the present invention has improved the shape of the weight 6 attached to the diaphragm 7 to prevent the diaphragm 7 from adsorbing to the
[0038]
That is, in the acceleration sensor according to the present invention, the weight 6 attached to the vibrating membrane 7 is configured so that the attachment area thereof is as large as possible. In other words, if the weight has the same weight, it is configured to be thin and have a large outer diameter. By attaching the weight having such a shape to the diaphragm, the planarity of the diaphragm can be maintained in a wider range as compared with the case of using a weight with a small mounting area (FIG. 5A) ( FIG. 5B).
[0039]
As a result, the distance between the vibrating membrane and the back pole is uniform over a wide range, so that it is possible to prevent the center portion from being attracted and the variation in the distance between the vibrating membrane and the back pole due to vibration is also wide. Therefore, it is possible to obtain a change in capacitance due to vibration with higher accuracy.
[0040]
In the present embodiment, in order to increase the outer diameter of the weight 6, a ring shape having a hollow center portion is formed. Further, by providing a ventilation hole in the central portion of the vibration film 7 to which the weight 6 cannot be attached, the central portion is prevented from being adsorbed even on the shape surface.
[0041]
As will be apparent to those skilled in the art, in determining the shape of the weight 6, it is not necessary to simply increase the outer diameter. In other words, the weight becomes too thin and the planarity of the diaphragm cannot be maintained due to insufficient rigidity. In the case of a ring shape, even if the outer diameter is large, if the ring is too thin, the planarity at the center of the diaphragm cannot be obtained. Further, if the difference between the inner diameter of the diaphragm ring to which the diaphragm is attached and the outer diameter of the weight 6 is too small, the diaphragm is difficult to move. Therefore, (1) the shape of the weight is determined so as to increase the mounting area with the vibrating membrane within a range that does not hinder the vibration of the vibrating membrane and (2) the flatness of the central portion of the vibrating membrane can be maintained. Become. In the present specification, the “attachment area” means an area where the planarity of the diaphragm is substantially maintained by the weight, and the entire area does not need to be fixed to the diaphragm.
[0042]
The change in characteristics due to the shape of the weight will be further described. The acceleration sensor having the configuration of FIG. 2 is a vibration membrane (thickness) in which a hole having a diameter of 1 mm is provided in the center in a stainless steel vibration membrane ring having an outer diameter of 14.5 mm and an inner diameter of 12.5 mm, as shown in FIG. 4μm, made of PPS, gold deposited on the surface) attached with adhesive, using brass back electrode with FEP electret film crimped and acceleration sensor arranged at 50μm interval, shape with the same weight (0.7g) I / O characteristics were measured by attaching different weights.
[0043]
Three types of weights having a diameter of 6 mm, 8 mm, and 10 mm were used in the shape of a disk with a hole having a diameter of 1 mm in the center. The weight and the vibration film were attached to the vibration film with no holes so that the positions of the holes correspond to each other with an adhesive, and then a hole with a diameter of 1 mm penetrating the vibration film and the weight was provided. FIG. 7 shows input / output characteristics at a frequency of 20 to 1 kHz when a constant acceleration (0.98 m / S 2 ) is applied. As can be seen from FIG. 7, even when the weights have the same weight, a larger output is obtained by using the weight having a large outer diameter. This is considered to be due to the fact that the planarity is maintained over a wide range of the vibration film, and the capacitance change due to vibration can be detected by the configuration. In any case, adsorption between the vibrating membrane and the back electrode was not observed.
[0044]
As described above, according to this embodiment, the acceleration sensor is suitable for detecting weak vibrations such as heart sounds, which is lightweight, robust and excellent in durability, and realizes highly sensitive acceleration detection while suppressing the influence of external noise. Is realized.
[0045]
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, the case where the atmosphere in the case is air has been described. However, other gases such as an inert gas (both single component gas and mixed gas are possible) can be filled.
[0046]
In the above-described embodiment, only the case where the shape of the weight attached to the diaphragm is a ring shape or a disk shape has been described, but it is not necessarily a perfect circle. Further, the number of weights is not limited to one, and a plurality of weights may be arranged on the vibration film as long as the flatness of the vibration film is maintained in a wide range and does not hinder vibration. .
[0047]
Further, the adsorption prevention effect and the sensitivity increase effect by improving the shape of the weight are not necessarily obtained only for the acceleration sensor having the vibration film provided with the vent hole, and other than the electrostatic type, For example, it is also effective for a piezoelectric acceleration sensor.
[0048]
In order to further prevent the vibration film and the back electrode from being attracted, it is also possible to provide minute ribs or protrusions on the attachment surface side of the weight 6 to the vibration film 7 as shown in FIG. With such a configuration, even when there is contact between the vibrating membrane 7 and the
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the acceleration sensor of the present invention, by holding the acceleration sensor body with a gap from the inner surface of the case, ventilation can be performed on the upper and lower surfaces of the acceleration sensor. In addition to this, it is possible to mitigate the influence of unnecessary external noise on the acceleration sensor due to the air present in the gap between the acceleration sensor main body and the case inner surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration example of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 3 is a vertical sectional view of the sensor
4 is a partial perspective view showing an example of a rib structure of the
FIG. 5 is a diagram for explaining a difference in the movement of the diaphragm depending on the shape of the weight.
FIG. 6 is a diagram for explaining parameters of a vibrating membrane and a weight used in the experiment.
FIG. 7 is a diagram showing output characteristics when the shape of a weight is changed.
FIG. 8 is a diagram showing the shape of a weight of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
Claims (4)
前記振動膜及び前記背極を保持する略円筒形の内部ケースであって、前記振動膜側の最外面に穴を有するとともに、前記背極側の最外面に、穴を有するリアプレートを保持する内部ケースと、
前記内部ケースを収納する気密性の樹脂製外部ケースとを有し、
前記外部ケースが、前記内部ケースを前記外部ケース内面と間隔をもたせて支持する支持手段を有し、
前記支持手段が、前記外部ケースの内側底面及び内側面に一体形成されたリブ又は突起であり、前記リブ又は突起の断面形状が、前記外部ケースの内面から先端に向かうほど細くなる形状を有し、
前記振動膜及び前記背極には穴が設けられるとともに、前記錘が前記振動膜に設けられた穴に対応した穴を有し、
前記錘に設けられた穴及び前記リアプレートの穴を覆う、通気性を有する音響抵抗部材を有することを特徴とする加速度センサ。A vibration membrane; a back pole disposed opposite to the vibration membrane at a predetermined interval; and a weight attached to a surface of the vibration membrane that does not face the back pole, between the vibration membrane and the back pole. In an acceleration sensor that forms a capacitor with the gas present in and detects an acceleration with respect to the diaphragm based on a change in capacitance of the capacitor due to vibration of the diaphragm,
A substantially cylindrical inner case for holding the vibrating membrane and the back electrode, having a hole in the outermost surface on the vibrating membrane side and holding a rear plate having a hole in the outermost surface on the back pole side An inner case ,
An airtight resin outer case for housing the inner case;
The outer case has support means for supporting the inner case with a space from the inner surface of the outer case;
The support means is a rib or a protrusion integrally formed on the inner bottom surface and the inner side surface of the outer case , and the cross-sectional shape of the rib or the protrusion has a shape that becomes narrower from the inner surface to the tip of the outer case. ,
The vibration membrane and the back electrode are provided with holes, and the weight has a hole corresponding to the hole provided in the vibration membrane,
Covering the hole in the provided hole and said rear plate to said mass, an acceleration sensor, characterized by chromatic acoustic resistance member having air permeability.
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