JPH06249720A - 圧電型振動センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜状圧電体としてセラミック圧電体を使用し
た場合にも、周囲温度の変化によって発生する焦電ノイ
ズが低減された圧電型振動センサを提供する。 【構成】 膜状圧電体７を支持板９、９で挟んで形成さ
れた検知部３の一方の面３ａに、慣性質量部として作用
する剛体からなる荷重体４を固着するとともに、検知部
３の他方の面３ｂを、その面積が検知部３の他方の面３
ｂより大きい回路基板５上に固着し、検知部３および荷
重体４を、上面２ａの中心部に凹部２０が形成された台
座２の凹部２０に収納するとともに、回路基板５を台座
２の上面２ａで支持している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電型振動センサ装置
に係り、特に焦電効果によるノイズを低減した圧電型振
動センサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の圧電型振動センサ装置を示
すものであり、その構成について図４に従って以下に説
明する。図４において、符号１はセンサであり、センサ
１は、台座２、検知部３、および荷重体４がこの順に固
着され、台座２の下面に、検知部３からの電気的出力を
処理するための電気回路を搭載した回路基板５が取り付
けられている。このセンサ１を、プラスチックなどの材
料からなる中空筒状の中空パッケージ６内に収納して圧
電型振動センサ装置が形成されている。

【０００３】センサ１において、検知部３は、図５に示
すような構成とされている。図５において、検知部３
は、膜状圧電体７の両面に銅箔などの電極となる金属薄
板８、８を接着一体化して、この両面にガラスエポキシ
板などの剛体からなる支持板９、９を接着一体化したも
のである。そして、この検知部３の上に荷重体４が固着
されている。検知部３内の各層の間、および台座２、検
知部３、荷重体４のそれぞれの間は、エポキシ系接着剤
などの誘電性接着剤１０により接着されている。

【０００４】中空パッケージ６は、図４に示すように、
その長手方向のほぼ中央よりやや下側に中空パッケージ
６の内方に突出する環状のセンサ取り付け部１１が一体
に形成されている。中空パッケージ６のセンサ取り付け
部１１には、センサ１の台座２の周辺部のみが掛け渡す
ようにして載せられ、ネジ止めなどの適宜の固定手段に
よって固定されている。これによりセンサ１が中空パッ
ケージ６内で浮かせた状態で収容、固定され、台座２の
下面側には空間部が形成されるようになっている。ま
た、中空パッケージ６の基部には、図４に示すように、
円板状の取り付け部１２が一体に取り付けられており、
この取り付け部１２で被測定物に固定するようになって
いる。

【０００５】また、回路基板５には、図４に示すよう
に、出力リード線１３、１３、およびこの回路基板５に
作動用の電力を供給する電源線１４、１４が接続され、
これら出力リード線１３、１３および電源線１４、１４
は、中空パッケージ６の下部に取り付けられたコネクタ
のレセプタクル１５の端子に接続されている。このレセ
プタクル１５には、接続ケーブル１６を接続したプラグ
１７が挿入されている。

【０００６】このようなセンサ１では、図４に示すよう
に、膜状圧電体７の膜面に直交し、荷重体４の中心を通
る軸が振動の感知軸Ｇとなっている。そして、中空パッ
ケージ６の取り付け部１２を被測定物に取り付けること
により、被測定物の感知軸Ｇ方向の振動変化を検知する
ことができるようになっている。

【０００７】上記の圧電型振動センサ装置では、センサ
１が台座２の周辺部のみで固定されて、台座２の下方に
空間部が形成されているため、中空パッケージ６の外部
からの温度変化に伴う熱の流入出が僅かとなる。従っ
て、検知部３に伝わる熱が少なくなり、焦電効果による
出力、すなわち焦電ノイズが低減される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような圧電型振動センサ装置では、検知部３の膜状圧電
体７として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラ
ミック圧電体を使用した場合には、台座２の下方の空間
部による断熱効果が不十分であり、中空パッケージ６周
囲の温度変化に伴う焦電ノイズが発生してしまうという
問題がある。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、膜状圧電体としてセラミック圧電体を使用した
場合にも、周囲温度の変化によって発生する焦電ノイズ
が低減された圧電型振動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】前記の課題を解決するた
めの請求項１記載の圧電型振動センサ装置は、膜状圧電
体を支持板で挟んで形成された検知部の一方の面に、慣
性質量部として作用する剛体からなる荷重体を固着する
とともに、前記検知部の他方の面を、その面積が前記検
知部の他方の面より大きい回路基板上に固着し、前記検
知部および荷重体を、上面の中心部に凹部が形成された
台座の該凹部に収納するとともに、前記回路基板を前記
台座の上面で支持している。請求項２記載の圧電型振動
センサ装置は、請求項１記載の圧電型振動センサ装置に
おいて、前記凹部の体積が、該凹部体積を含む台座全体
の体積の２０％以下の割合である。

【００１０】

【作用】請求項１記載の圧電型振動センサ装置は、検知
部の一方の面に荷重体を固着するとともに、検知部の他
方の面を回路基板上に固着し、検知部および荷重体を台
座の凹部に収納するとともに回路基板を台座の上面で支
持している。そのため、外部から伝達される熱が台座に
よって吸収され、検知部に伝達されない。請求項２記載
の圧電型振動センサ装置は、凹部の体積が、凹部体積を
含む台座全体の体積の２０％以下の割合である。従っ
て、台座本体の体積が大きくなり、外部から伝達される
熱を多量に吸収することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による実施例を図面により説明
する。図１、図２は本発明の圧電型振動センサ装置の一
実施例を示す図であり、図４、図５の圧電型振動センサ
装置と同一構成要素には、同一符号を付した。図１にお
いて、符号１はセンサであり、このセンサ１は、振動を
検知する検知部３と、この検知部３に固着されて慣性質
量体として作用する荷重体４と、検知部３の電気的出力
を取り出す電気回路を搭載した回路基板５と、これら検
知部３、荷重体４、回路基板４を支持する台座２とから
概略構成されている。センサ１において、図１に示すよ
うに、検知部３は、一方の面３ａに荷重体４が固着され
るとともに、他方の面３ｂに回路基板５が固着され、検
知部３および荷重体４が、台座２の上面２ａに形成され
た凹部２０に収納されるとともに、回路基板５が台座２
の上面２ａで支持されている。そして、このセンサ１の
上方から、底面が開口した中空パッケージ６を被せて収
納し、圧電型振動センサ装置が形成されている。

【００１２】上記センサ１において、検知部３は、図２
に示すように、膜状圧電体７の両面に銅箔などの電極と
なる金属薄板８、８を接着一体化して、この両面にガラ
スエポキシ板などの剛体からなる支持板９、９を接着一
体化したものである。検知部３内の各層の間は、エポキ
シ系接着剤などの誘電性接着剤１０により接着されると
ともに、面３ａが荷重体４と、面３ｂが回路基板５と、
それぞれ誘電性接着剤１０により接着されている。

【００１３】台座２は、図３（ａ）に示すように、全体
形状が円柱の上面２ａに円柱形状の凹部２０が形成さ
れ、下部に底壁部２ｂが形成されたものである。図３
（ｂ）に斜線で示す凹部２０の体積は、凹部２０の体積
を含む台座２全体の体積の２０％以下の割合であること
が好ましい。そして、この凹部２０には、図１に示すよ
うに、検知部３および荷重体４が収納されるようになっ
ているが、これら検知部３および荷重体４は台座２の内
壁面２ｄに接することなく、僅かに空間部が形成されて
いる。台座２の底壁部２ｂには、図１に示すように、中
空パッケージ６の端部６ｂが当接して固定され、この底
壁部２ｂを含む下面２ｃが被測定物に固定されるように
なっている。

【００１４】回路基板５には、検知部３からの電気的出
力を処理するためのインピーダンス変換回路（図示略）
等が搭載され、図１に示すように、その平面積が検知部
３の面３ｂよりも大きく形成されている。

【００１５】また、回路基板５には、図１に示すよう
に、出力リード線１３、１３、およびこの回路基板５に
作動用の電力を供給する電源線１４、１４が接続され、
これら出力リード線１３、１３および電源線１４、１４
は、中空パッケージ６の上面壁６ａに取り付けられたコ
ネクタのレセプタクル１５の端子に接続されている。こ
のレセプタクル１５には、接続ケーブル１６を接続した
プラグ１７が挿入されている。

【００１６】上記のセンサ１では、図１に示すように、
膜状圧電体７の膜面に直交し、荷重体４の中心を通る軸
が振動の感知軸Ｇとなっている。そして、台座２の下面
２ｃを被測定物に取り付けることにより、被測定物の感
知軸Ｇ方向の振動変化を検知することができるようにな
っている。

【００１７】膜状圧電体７は、チタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰＴ）等のセラミック圧電体
や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、シアン化ビニ
リデン・酢酸ビニル共重合体、ナイロン７、ナイロン１
１等のプラスチック圧電体等を使用して形成できるが、
本実施例の場合、特にセラミック圧電体が好適である。

【００１８】台座２は、アルミブロック等の金属材料
や、プラスチック材料等、種々のものが使用できるが、
外部の温度変化が検知部３に伝達されないように、熱容
量が大きい材料で形成することが好ましい。また、被測
定物の振動を効率良く伝達するために、剛体であること
が好ましい。

【００１９】荷重体４は、所定の質量を有するものなら
ば、いかなる材質のものでも良いが、装置全体の小型化
を考慮すると、比重の大きな材料を選び、同じ質量でも
体積が小さくなるようにするのが好ましい。また、中空
パッケージ６は、外乱ノイズを防止するために、導電性
材料で形成することが好ましい。

【００２０】以下に、上記実施例の圧電型振動センサの
実験例を説明する。 実験１〜３ 一辺が５ｍｍの正方形で、厚さが０．５ｍｍのチタン酸
ジルコン酸塩からなる膜状圧電体の両面に、一辺が５ｍ
ｍの正方形で、厚さが３０μｍの銅箔からなる電極をエ
ポキシ系接着剤で接着して、さらに、一辺が５ｍｍの正
方形で、厚さが１ｍｍのガラスエポキシ板２枚で挟んで
固着し、検知部を作製した。この検知部の一方の面に、
一辺が１５ｍｍの正方形で厚さが０．８ｍｍのセラミッ
ク基板を接着するとともに、他方の面に重さ１ｇの真鍮
からなる荷重体を接着した。セラミック基板の検知部側
と反対側の面には、インピーダンス変換回路を設けて、
このインピーダンス変換回路と検知部の電極とを接続し
た。台座は、表１に示すように、ステンレス、アルミニ
ウム、カーボンフィラー入ナイロンの３種類の材料を使
用して形成するとともに、各材料についてそれぞれ、凹
部の体積が凹部を含む台座全体の体積の２０％、１０％
となるように凹部を形成した。このように台座を６種類
作製して、これら台座の凹部に検知部および荷重体を収
納するとともに、セラミック基板を台座の上面で支持し
てセンサとし、このセンサに中空パッケージを被せて圧
電型振動センサ装置を６種類作製した。これら６種類の
圧電型振動センサ装置について、以下の実験１〜６を行
った。圧電型振動センサ装置から１０ｃｍ離れた位置か
ら、この装置に８０℃の熱風を当て、このときの焦電出
力を調べた。表１はその結果であり、この場合、焦電出
力は、実際の出力ピーク値をセンサの感度で除した値で
ある。

【００２１】なお、比較実験１〜６として、台座の凹部
の体積が凹部を含む台座全体の体積のそれぞれ６０％、
３０％とする以外は、上記実験１〜６の圧電型振動セン
サ装置と同様にして作製した圧電型振動センサ装置につ
いて、同様に焦電出力を調べた。表１にその結果を示
す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示された結果から、台座２の材質が
どの場合であっても、凹部２０の体積が台座全体の２０
％以下であれば、焦電出力が小さいことがわかる。

【００２４】以上説明したように、本実施例の圧電型振
動センサ装置は、台座２の上面２ａに、その体積が台座
２全体の体積の２０％以下である凹部２０が形成され、
この凹部２０に、検知部３および荷重体４が収納された
構成である。従って、周囲の温度が変化しても、外部か
らの熱が台座に吸収されて検知部３に伝達されないた
め、検知部３の焦電出力が少なくなり、焦電ノイズが低
減される。また、凹部２０に検知部３が収納されている
ため、外部の湿気等の影響を受けにくく、測定感度が向
上する。なお、台座２の凹部２０の形状は、本実施例の
ように円柱形状に限られることなく、検知部３および荷
重体４が収納できる形状であれば、どのような形状であ
ってもよい。

【００２５】

【発明の効果】請求項１記載の圧電型振動センサ装置
は、検知部の一方の面に荷重体を固着するとともに、検
知部の他方の面を、該他方の面より面積が大きい回路基
板上に固着し、検知部および荷重体を台座の凹部に収納
するとともに、回路基板を台座の上面で支持している。
従って、圧電型振動センサ装置の周囲部の温度が変化し
ても、台座により外部の熱が吸収されて検知部に温度変
化が伝わらないので、膜状圧電体としてセラミック圧電
体を使用した場合にも、焦電ノイズが低減できる。ま
た、検知部が外部の湿気等の影響を受けにくく、測定感
度が高くなる。請求項２記載の圧電型振動センサ装置
は、請求項１記載の圧電型振動センサ装置において、凹
部の体積が凹部体積を含む台座全体の体積の２０％以下
の割合である。従って、熱量を吸収する台座本体の体積
が大きくなり、周囲部において温度変化が大きい場合に
も、焦電ノイズが発生しにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電型振動センサ装置の一実施例を示
す断面図である。

【図２】同圧電型振動センサ装置の要部断面図である。

【図３】同圧電型振動センサ装置の台座の断面図
（ａ）、台座凹部を示す断面図（ｂ）である。

【図４】従来の圧電型振動センサ装置の断面図である。

【図５】同圧電型振動センサ装置の要部断面図である。

【符号の説明】

２…台座、２ａ…台座の上面、３…検知部、４…荷重
体、５…回路基板、７…膜状圧電体、９…支持板、２０
…凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜状圧電体を支持板で挟んで形成された
   検知部の一方の面に、慣性質量部として作用する剛体か
   らなる荷重体を固着するとともに、前記検知部の他方の
   面を、その面積が前記検知部の他方の面より大きい回路
   基板上に固着し、 前記検知部および荷重体を、上面の中心部に凹部が形成
   された台座の該凹部に収納するとともに、前記回路基板
   を前記台座の上面で支持してなることを特徴とする圧電
   型振動センサ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧電型振動センサ装置に
   おいて、前記凹部の体積が、該凹部体積を含む台座全体
   の体積の２０％以下の割合であることを特徴とする圧電
   型振動センサ装置。