JPH05172624A - 圧電型振動センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化による変形が回路基板の感度に影響
を与え、変化するのを抑制する。 【構成】 基板３と、この基板の感知軸に垂直な測定面
に固定された感知部１１と、この感知部上に固着された
荷重体１２を有し、感知部は、圧電フィルム７の両面に
金属薄板８を接着一体化した膜状圧電体９と、この圧電
体の両面に固着された２枚の板状剛体よりなる支持板１
０からなる振動センサユニットを中空パッケージ２１の
間に納めた圧電型振動センサ装置１において、上記中空
パッケージの底部側に温度変化に伴って、パッケージに
発生する応力を集中させるパッケージの厚さの１０〜５
０％のノッチを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、膜状圧電体を用いた圧
電型振動センサ装置に関し、特に温度変化による感度の
変化を抑制したものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電型振動センサ装置に関して本発明者
等は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子
圧電体フィルムを圧縮することによって発生する電荷を
利用して、構造が簡単で、衝撃に強く、感度の異方性が
大きく、焦電出力の小さい圧電型振動センサ装置を提案
し、特願平１−１１３２５５号、同１−２５１４０５
号、同１−３８２７７号として特許出願している。

【０００３】図２は、このような振動センサ装置を例示
するものである。この振動センサ装置１は、圧電型振動
センサ２と、この圧電型振動センサからの出力をインピ
ーダンス変換するインピーダンス変換回路や出力増幅回
路などを搭載した回路基板３とからなる振動センサユニ
ット４をパッケージ５内に収容したものである。この振
動センサユニット４は、回路基板３の一方の面側に圧電
型振動センサ２を取り付け、他方の面側に回路６を配設
して構成されている。

【０００４】この圧電型振動センサ２は、図３に示すよ
うに、ＰＶＤＦなどの高分子フィルムからなる圧電体フ
ィルム７の両面に銅箔などの電極となる金属薄板８，８
を接着一体化した膜状圧電体９の両面に、ガラスエポキ
シ板などの剛体からなる支持板１０，１０を接着一体化
して感知部１１が形成され、この感知部１１の上に、荷
重体１２を載置して構成されている。この感知部１１内
の各層間の接着には、エポキシ系接着剤などの誘電性接
着剤が使用されている。図中符号１３，１４はその接着
層を示している。

【０００５】この圧電型振動センサは、このような構成
としたので、小型化が可能となり、製造も容易である
上、圧電体に高分子フィルムを用いているために、従来
問題となっていた圧電体（従来はセラミックス圧電体）
の脆性に起因する圧電体そのものの衝撃時の破損がない
などの数々の利点を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記圧
電型振動センサ装置（以下センサ装置という）は、パッ
ケージ５が被測定物に強固に固定され、その振動を測定
するのであるが、温度が変化すると、パッケージ５と被
測定物との熱膨張係数の違いから、パッケージ５が歪を
受けて変形し、これが感知部の運動モードを変化させる
ため、測定感度が変ってしまう。

【０００７】このような問題を解決するには、被測定物
とセンサの間に、熱膨張係数の違いによる歪を吸収する
柔らかいバッファ層を介在させればよいが、上記バッフ
ァ層は、同時に振動も吸収するダンパとして作用するの
で不適当である。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、被測定物とセンサ装置の間に熱膨張係数の違いに
よる歪は吸収するが、振動を吸収するダンパとしては作
用しない部分を有する圧電型振動センサ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電型振動セン
サ装置においては、基板と、この基板上に固定された感
知部と、この感知部上に固着され、慣性質量部として作
用する剛体からなる荷重体を有する振動センサユニット
を中空パッケージ内に納め、上記振動センサユニットの
基板のみを、中空パッケージに浮かして固定し、中空パ
ッケージの底部を被測定物に取付けるようにした圧電型
振動センサ装置において、上記中空パッケージの底部側
に温度変化に伴って、パッケージに発生する応力を集中
させるパッケージの厚さの１０〜５０％のノッチを設け
たことを問題解決の手段とした。

【００１０】

【作用】本発明は上記の構成となっているので、被測定
物とパッケージとの熱膨張係数の差があり温度変化によ
ってパッケージが被測定物によって変形させられても、
ノッチに変形が集中し、ノッチのセンサ装置側には変形
がほとんど伝達されない。

【００１１】以下本発明を詳しく説明する。図１は本発
明に係るセンサ装置の一実施例を示すもので、図２、図
３と同一部分には同一符号を付してその説明を簡略化す
る。

【００１２】図中２１は中空のパッケージで、下部パッ
ケージ２２とこれを覆って固着された上部パッケージで
ある。この下部パッケージの上縁には、振動センサユニ
ット４の基板３の周部のみが固着されている。この下部
パッケージの上記上縁と被測定物に取付けられる部分と
の間の下部パッケージには、ノッチ２４が形成されてい
る。

【００１３】このノッチ２４は、下部パッケージの外面
或いは内面のいずれに形成されていてもよく、その深さ
は、パッケージの厚さの１０〜５０％の範囲が適当であ
る。深さが厚さの１０％未満では歪の緩和効果が少な
く、５０％を越えるとパッケージの強度が低下し、正確
な測定が出来なくなる。

【００１４】次に実施例、比較例を示して本発明を具体
的に説明する。 （実施例，比較例）厚さ１００μｍ，５ｍｍ角のＰＶＤ
Ｆ圧電フィルムの両面に、厚さ３０μｍ，５ｍｍ角の銅
箔を接着し、さらにその両面に厚さ１．５ｍｍ、５ｍｍ
角のガラスエポキシ板を接着した。この一方の面に、重
さ１ｇのしんちゅう片を固着し、他方の面を、回路が両
面に形成されている径１０ｍｍの回路基板３に接着し、
電気的に接続し振動センサユニット４を形成した。

【００１５】この振動センサユニット４の回路基板３
を、外径１０ｍｍ、内径８ｍｍ、深さ４ｍｍの円筒状
で、円筒状の中間にノッチ２４が形成された下部パッケ
ージの上縁に接着し、上から上部パッケージ２３で覆い
固定し、センサ装置とした。上記下部、上部のパッケー
ジ２２，２３はカーボンファイバを分散させたポリブチ
レンテレフタレート（ＰＢＴ）をモールドしてつくられ
るので、所望の深さのノッチの成形は容易である。

【００１６】下部パッケージの厚さ（１ｍｍ）に対する
ノッチの深さの割合を種々変えた上記構成のセンサを用
い、２５℃における感度を１とした場合の−４０〜８０
℃の温度範囲の感度の変化を、８０Ｈｚ，１Ｇの振動を
加えて測定した。結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１より明らかなように、本発明のセンサ
では、温度による感度のドリフトが低減されることがわ
かる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電型振
動センサ装置は振動センサユニットの基板のみを、パッ
ケージによって支持し、この基板と被測定物との間のパ
ッケージにノッチを設けることにより、温度変化による
歪がこのノッチに集中し、回路基板に対する影響が避け
られる。また、パッケージはモールド成形されるので、
一定形状のノッチが設けられたパッケージの作製は容易
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る圧電型振動センサ装置の一実施
例を示す縦断面図である。

【図２】 従来の圧電型振動センサ装置の一例を示す側
面断面図である。

【図３】 従来の振動センサ装置の要部拡大図である。

【符号の説明】

１…振動センサ装置、２…圧電型振動センサ（セン
サ）、３…基板（回路基板）、４…振動センサユニッ
ト、５…パッケージ、６…回路、７…圧電体フィルム、
８…金属薄板、９…膜状圧電体、１０…支持板、１１…
感知部、１２…荷重体、１３，１４…接着層、２１…中
空パッケージ、２２…下部パッケージ、２３…上部パッ
ケージ、２４…ノッチ

フロントページの続き (72)発明者 今井 隆之 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、この基板上に固定された感知部
   と、この感知部上に固着され、慣性質量部として作用す
   る剛体からなる荷重体を有する振動センサユニットを中
   空パッケージ内に納め、上記振動センサユニットの基板
   のみを、中空パッケージに浮かして固定し、中空パッケ
   ージの底部を被測定物に取付けるようにした圧電型振動
   センサ装置において、 上記中空パッケージの底部側に温度変化に伴って、パッ
   ケージに発生する応力を集中させるパッケージの厚さの
   １０〜５０％のノッチを設けたことを特徴とする圧電型
   振動センサ装置。