JPH06249721A

JPH06249721A - 圧電型振動センサ装置

Info

Publication number: JPH06249721A
Application number: JP5040310A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kunimura; 智國村; Katsuhiko Takahashi; 克彦高橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1993-03-01
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】周波数特性が良好であるとともに、周囲温度
の変化によって感度が低下しない温度特性が良好な圧電
型振動センサを提供する。【構成】膜状圧電体８を支持板１０、１０で挟んで形
成された検知部２の一方の面２ａに荷重体３を固着する
とともに、検知部２の他方の面２ｂを、その面積が検知
部２の他方の面２ｂより大きい回路基板４上に固着し、
検知部２および荷重体３を上面５ａの中心部に凹部６が
形成された台座５の凹部６に収納するとともに、回路基
板４を台座５の上面５ａで支持してなる圧電型振動セン
サ装置において、回路基板４が台座５の上面５ａに接着
剤２０により固着されている。

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、特に周波数特性が良好であるとともに、温度特
性が良好な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２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２に従って以下に説
明する。図２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２と、この検知部２に
固着されて慣性質量体として作用する荷重体３と、検知
部２の電気的出力を取り出す電気回路を搭載した回路基
板４と、これら検知部２、荷重体３、回路基板４を支持
する台座５とから概略構成されている。検知部２は、図
２に示すように、一方の面２ａに荷重体３が固着される
とともに、他方の面２ｂにその面積が該面２ｂより大き
い回路基板４が固着されている。これら検知部２および
荷重体３は、台座５の上面５ａに形成された凹部６に収
納されるとともに、回路基板４が台座５の上面５ａ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７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。

【０００３】上記センサ１において、検知部２は、図３
に示すように、膜状圧電体８の両面に銅箔などの電極と
なる金属薄板９、９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１０、１０を接
着一体化したものである。検知部２内の各層の間は、エ
ポキシ系接着剤などの誘電性接着剤１１により接着され
るとともに、面２ａが荷重体３と、面２ｂが回路基板４
と、それぞれ誘電性接着剤１１により接着されている。

【０００４】台座５には、図２に示すように、下部に底
壁部５ｂが形成され、この底壁部５ｂに中空パッケージ
７の端部７ｂが当接して固定されている。そして、この
底壁部５ｂを含む下面５ｃが被測定物に固定されるよう
になっている。

【０００５】また、回路基板４には、図２に示すよう
に、出力リード線１２、１２、およびこの回路基板４に
作動用の電力を供給する電源線１３、１３が接続され、
これら出力リード線１２、１２および電源線１３、１３
は、中空パッケージ７の上面壁７ａに取り付けられたコ
ネクタのレセプタクル１４の端子に接続されている。こ
のレセプタクル１４には、接続ケーブル１５を接続した
プラグ１６が挿入されている。

【０００６】上記のセンサ１では、図１に示すように、
膜状圧電体８の膜面に直交し、荷重体３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５の下面
５ｃ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】

【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、台座５の上面５ａに
支持された回路基板４が固定されていないため、測定時
に回路基板４が振動し易く、圧電型振動センサ装置の周
波数特性が低下するという問題がある。また、中空パッ
ケージ７と回路基板４とは異材質であって熱膨張係数が
異なるため、圧電型振動センサ装置の周囲部の温度が変
化した場合、回路基板４に歪が生じて検知部２の運動モ
ードを変化させ、測定感度が低下するという問題があ
る。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、
周波数特性が良好であるとともに、周囲温度の変化によ
って感度が低下しない温度特性が良好な圧電型振動セン
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】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なる圧電型振動センサ装置におい
て、前記回路基板が、前記台座の上面に接着剤により固
着されている。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
記接着剤は、弾性率が１×１０⁵Ｐａ〜１×１０⁷Ｐａで
ある。

【０００９】

【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、
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、回路基板が台座の上面に接着剤により固着
されている。そのため、回路基板が台座に固定されて振
動しない。請求項２記載の圧電型振動センサ装置は、接
着剤の弾性率が１×１０⁵Ｐａ〜１×１０⁷Ｐａである。
そのため、周囲の温度変化に伴って回路基板に歪が生じ
た場合にはその歪が接着剤に吸収されるが、測定する振
動は接着剤に吸収されない。

【００１０】

【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２の圧電型振動センサ装置と同一の
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２と、この検知部２に固着されて慣性質量体として作
用する荷重体３と、検知部２の電気的出力を取り出す電
気回路を搭載した回路基板４と、これら検知部２、荷重
体３、回路基板４を支持する台座５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
２は一方の面２ａに荷重体３が固着されるとともに、他
方の面２ｂに回路基板４が固着され、これら検知部２お
よび荷重体３は、台座５の上面５ａに形成された凹部６
に収納されている。また、回路基板４は台座５の上面５
ａに、弾性率が１×１０⁵Ｐａ〜１×１０⁷Ｐａ程度の誘
電性接着剤２０で固着されている。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７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。

【００１１】検知部２は、図３に示すように、膜状圧電
体８の両面に銅箔などの電極となる金属薄板９、９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１０、１０を接着一体化したものであ
る。検知部２内の各層の間は、エポキシ系接着剤などの
誘電性接着剤１１により接着されるとともに、面２ａが
荷重体３と、面２ｂが回路基板４と、それぞれ誘電性接
着剤１１により接着されている。

【００１２】台座５は、図１に示すように、全体形状が
円柱の上面５ａに円柱形状の凹部６が形成されるととも
に、下部に底壁部５ｂが形成されたものである。この凹
部６の体積は、凹部６を含む台座５全体の体積の２０％
以下の割合であることが好ましい。凹部６には、図１に
示すように、検知部２および荷重体３が収納されるよう
になっているが、これら検知部２および荷重体３は台座
５の内壁面５ｄに接することなく、僅かに空間部が形成
されている。台座５の底壁部５ｂには、図１に示すよう
に、中空パッケージ７の端部７ｂが当接して固定され、
この底壁部５ｂを含む下面５ｃが被測定物に固定される
ようになっている。

【００１３】また、回路基板４には、図１に示すよう
に、出力リード線１２、１２、およびこの回路基板４に
作動用の電力を供給する電源線１３、１３が接続され、
これら出力リード線１２、１２および電源線１３、１３
は、中空パッケージ７の上面壁７ａに取り付けられたコ
ネクタのレセプタクル１４の端子に接続されている。こ
のレセプタクル１４には、接続ケーブル１５を接続した
プラグ１６が挿入されている。

【００１４】上記のセンサ１では、図１に示すように、
膜状圧電体８の膜面に直交し、荷重体３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５の下面
５ｃ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。

【００１５】膜状圧電体８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。

【００１６】台座５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２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。

【００１７】荷重体３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７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。

【００１８】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
前記のエポキシ系接着剤で接着し、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。そして、直径が２３ｍ
ｍ、高さが１１ｍｍのステンレス製の台座の上面に、直
径が８ｍｍ、深さが８ｍｍの円柱形状の凹部を形成し、
この凹部に前記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に、表１に示すように
弾性率がそれぞれ、２×１０⁵Ｐａ、５×１０⁶Ｐａ、９
×１０⁶Ｐａである３種類の接着剤によりそれぞれ接着
した。このようにして３種類のセンサを形成し、これら
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３種類作製した。これら３種類の圧電型振動センサ装
置について、以下の実験１〜３を行った。２００Ｈｚ、
１ｇの振動を圧電型振動センサ装置に加えるとともに、
周囲の温度を−２０℃から＋１００℃まで変化させたと
きの圧電型振動センサ装置の感度を測定した。表１に測
定した感度の最大変化幅を示すが、この場合、２５℃の
ときの感度を１として規格化し、この感度の最大変化幅
の大小を温度特性の評価基準とした。また、１００Ｈｚ
〜５ｋＨｚの間において加速度を１ｇとして、圧電型振
動センサ装置の感度変化を測定した。表１にこの結果を
示すが、この場合、１００Ｈｚ、１ｇでの感度を１とし
て±１０％の変動幅を越えたときの周波数を測定し、こ
れを周波数特性の評価基準とした。

【００１９】なお、比較実験１〜３として、セラミック
基板を台座の上面に接着する接着剤の弾性率を表１に示
すように、５×１０⁴Ｐａ、３×１０⁷Ｐａ、２×１０⁸
Ｐａの３種類とする以外は、上記実験１〜３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、同様に温度特性および周波数特性について
調べた。表１にその結果を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１の結果より、接着剤の弾性率が１×１
０⁵Ｐａ〜１×１０⁷Ｐａの範囲である実験１〜３では、
温度特性、周波数特性ともに良好であることがわかる。
また、比較実験１は弾性率が１×１０⁵Ｐａ以下の場合
であり、この圧電型振動センサ装置では、セラミック基
板と台座との間の接着剤が振動を吸収するダンパの作用
を有するため、周波数特性が低下する。比較実験２、３
は弾性率が１×１０⁷Ｐａ以上の場合であり、この圧電
型振動センサ装置では、セラミック基板と台座との間の
接着剤がバッファとしての働きが弱く、温度特性が低下
する。

【００２２】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、検知部２および荷重体３が台座５の凹
部６に収納され、回路基板４が台座５の上面５ａに、弾
性率が１×１０⁵Ｐａ〜１×１０⁷Ｐａである誘電性接着
剤２０により固着されている。従って、回路基板４が振
動することなく、周囲の温度変化によって回路基板４に
歪が生じた場合には、この接着剤２０がバッファとして
作用して歪を吸収するため、良好な周波数特性および温
度特性が得られる。また、圧電型振動センサ装置に衝撃
が加わった場合には、回路基板４と台座５の上面５ａと
の間の接着剤２０が衝撃を吸収して検知部２の破壊を防
止する。

【００２３】

【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
知部の他方の面を回路基板上に固着し、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、回路基板が台座の上面に接着剤によ
り固着されている。そのため、測定時に回路基板が振動
することなく良好な周波数特性が得られるとともに、圧
電型振動センサ装置に衝撃が加わった場合には、回路基
板と台座上面との間の接着剤が衝撃を吸収して検知部の
破壊を防止する。請求項２記載の圧電型振動センサ装置
は、前記接着剤の弾性率が１×１０⁵Ｐａ〜１×１０⁷Ｐ
ａである。そのため、周囲の温度変化による回路基板の
歪が接着剤に十分吸収されるとともに振動が吸収されな
いので、温度特性および周波数特性が良好である。

【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】従来の圧電型振動センサ装置の断面図である。

【図３】図１及び図２の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…検知部、３…荷重体、４…回路基板、５…台座、５
ａ…台座の上面、６…凹部、８…膜状圧電体、１０…支
持板、２０…接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【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圧電
型振動センサ装置において、前記回路基板が、前記台座の上面に接着剤により固着さ
れていることを特徴とする圧電型振動センサ装置。
【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、前記接着剤は、弾性率が１×１０⁵Ｐａ〜１×
１０⁷Ｐａであることを特徴とする圧電型振動センサ装
置。