JPH09196750A - 圧電型振動センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造時に荷重体のずれが生じにくく、このこ
とから、この圧電型振動センサ装置の他軸感度が大きく
なったり、短絡が発生する等の不良を生じにくく、高精
度の要求にも耐える圧電型振動センサ装置を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 収納体２に設けられた凹所６の底部５
に、圧電体２６と荷重体１０とを接着してなる圧電型振
動センサ１２の圧電体２６側を接着し、信号処理回路基
盤１４をこの収納体２の凹所６の開口部にかけわたし、
この開口部側で収納覆体４を前記収納体２と嵌合して一
体化してなる圧電型振動センサ装置において、前記荷重
体１０の圧電体接着面１１と、前記収納体２に設けられ
た凹所６の底部５のうち、いずれか一方または両方に、
凹部を形成し、これら凹部において、前記圧電体２６を
位置決めし、固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電型振動センサ
をパッケージ内に収容してなる圧電型振動センサ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、この種の圧電型振動センサ
装置として、先の特願平７−２７８０９３号に記載のも
のを出願している。図３は、係る先行出願の圧電型振動
センサ装置の構造を示すものである。

【０００３】この圧電型振動センサ装置のパッケージ１
は、導電性材料よりなる収納体２と収納覆体４より構成
されている。以下、パッケージ１の収納体２側を下部、
収納覆体４側を上部として、この例の圧電型振動センサ
装置の構造について、以下に説明する。

【０００４】上記収納体２には凹所６が設けられてお
り、この凹所６の底部５には、圧電体２６と、導電性材
料からなる荷重体１０とを、導電性接着層（図示せず）
を介して接着して形成された圧電型振動センサ１２の圧
電体側が接着されている。この凹所６の開口部の周縁部
によって、信号処理回路基盤１４が支持されており、こ
の信号処理回路基盤１４を覆うようにして、収納覆体４
が、上述の収納体２の凹所６の開口部側で嵌合されてい
る。収納覆体上部２２に設けられたケーブル取り出し口
２５には、ケーブル２４が固定されている。

【０００５】上述の圧電型振動センサ１２の荷重体１０
上部からは、出力リード線１６が引き出され、この出力
リード線１６は、前記信号処理回路基盤１４に接続され
ている。また、前記信号処理回路基盤１４とケーブル２
４とは、電源線２０によって接続されている。

【０００６】上述のような構造の圧電型振動センサ装置
は、その収納体２の底部が被測定体に接着あるいは、ネ
ジ止め等の方法によって固定されている。すなわち、こ
の被測定体が振動すると、荷重体１０が慣性重量として
働き、この荷重体１０の下部に接着された圧電体２６に
伸張・圧縮歪みが加わる。この際、この圧電体２６の上
面と下面に、導電性接着層（図示せず）を介して接着さ
れた荷重体１０と収納体２とが電極として働き、これら
の間に上述の伸張・圧縮歪みに応じた電位差が生じるの
である。この電位差（電圧）は、荷重体１０上部より引
き出された出力リード線１６によって、信号処理回路基
盤１４に伝送され、この信号処理回路基盤１４上で処理
され、振動信号として、電源線２０を経由して、ケーブ
ル２４に出力される。

【０００７】このように、上述の圧電型振動センサ装置
は、圧電体２６と導電性材料からなる荷重体１０とが、
導電性接着層を介して接着された圧電型振動センサ１２
の圧電体２６側が、導電性材料からなる収納体２に設け
られた凹所６の底部５に、導電性接着層を介して接着さ
れたものであるので、この荷重体１０と収納体２とを電
極として利用することができ、その構造を単純化でき
る。このため以下のような効果が得られる。

【０００８】すなわち、高い共振周波数を得ること可能
となるため、測定可能周波数域が広域化する。また、製
造が簡単であるので、製造コストの低減を図ることがで
き、さらに、製品の個体間の共振特性のばらつきを少な
くすることができる。また、圧電体２６の上面と下面
に、導電性接着層を介して、それぞれ収納体２と荷重体
１０とを接着したものであるので、低域カットオフ周波
数を低くすることができ、さらにその測定可能周波数域
を広域化することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
圧電型振動センサ装置においては、製造時に上述の荷重
体１０と圧電体２６との接着位置や、前記圧電体２６と
前記収納体２との接着位置がずれることがあり、この結
果、特に前記収納体２に設けられた凹所６内における前
記荷重体１０の配置位置がずれ、この圧電型振動センサ
装置の他軸感度が大きくなったり、また、前記荷重体１
０と前記収納体２とが導電性材料からなることから、こ
の圧電型振動センサ装置の使用中にこれらの短絡が発生
する場合がわずかではあるが存在するという問題があっ
た。上述の他軸感度の増大は、特に高精度であることが
要求される場合には好ましくない。

【００１０】本発明は前記事情を艦みてなされたもの
で、上述のような構造を基本とする圧電型振動センサ装
置において、その製造時に荷重体１０のずれが生じにく
く、このことから、この圧電型振動センサ装置の他軸感
度が大きくなったり、この圧電型振動センサの使用中に
前記荷重体１０と前記収納体２の短絡が発生する等の不
良を生じにくく、高精度の要求にも耐える圧電型振動セ
ンサ装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【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、上述のような構造の圧電型振動セン
サ装置を基本とし、荷重体の圧電体接着面と、収納体に
設けられた凹所の底部のうち、いずれか一方または両方
に凹部を形成し、これら凹部において、前記圧電体を位
置決めし、固定することを前記課題の解決手段とした。
また、上記凹部の形状を浅皿状とし、これらの凹部の底
部の直径を、前記圧電体の上面または下面のそれぞれの
外周部上の１点からこの外周部上の他の１点を結ぶ直線
の最大距離の１．０〜１．１倍とし、これらの凹部の開
口部の直径を、前記底部の直径の１．０３倍以上とする
こともできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１、図２は、本発明の圧電型振
動センサ装置の一例の構造を示すものである。この圧電
型振動センサ装置の特徴は、荷重体１０の圧電体接着面
１１と、収納体２に設けられた凹所６の底部５とに、そ
れぞれ浅皿状の凹部１３と凹部３が形成され、これら凹
部１３、凹部３に、圧電体２６の上面と下面が接着され
ている点である。すなわち、これら凹部１３、凹部３に
よって前記圧電体２６が位置決めされ、固定されている
のである。

【００１３】また、前記圧電体２６が、前記凹部１３、
凹部３におさめられた場合、これら凹部１３、凹部３が
浅皿状であるので、隙間２７、２７が存在することにな
る。したがって、前記圧電体２６を接着するのに用いら
れる導電性接着剤が、接着の際にこれら凹部１３、凹部
３からあふれたりしないようになっており、このため、
この導電性接着剤があふれて、前記圧電体２６の側面に
接触し、この圧電型振動センサ装置が不良となるような
ことがない。

【００１４】上述の凹部１３または凹部３の底部の直径
ｄ１は、前記圧電体２６の上面または下面のそれぞれの
外周部上の１点から前記外周部上の他の１点を結ぶ最大
距離、すなわち対角距離ａの１．０〜１．１倍とするこ
とが好ましい。１．１倍よりも大きいと、圧電体２６を
正しく位置決めし、固定することができない。

【００１５】前記凹部１３または凹部３の開口部の直径
ｄ２は、前記ｄ１の１．０３倍以上とすることが好まし
く、さらに好ましくは１．０３〜１．５倍とする。１．
０３倍未満であると、前記圧電体圧電体２６をこれら凹
部１３、凹部３に接着する際に、導電性接着剤があふれ
やすくなる場合があり、１．５倍を越えると、装置が大
型化する場合がある。これら凹部１３または凹部３の深
さｂは、この圧電型振動センサ装置を使用している際に
も前記荷重体１０と前記収納体２が接触しないように設
定する。これらの凹部１３と凹部３は、上述の条件を満
たすものであれば、全く同様のものでなくてもよい。

【００１６】上述の凹部１３と凹部３は、どちらか一方
だけ設けてもよい。ただし、前記収納体２に設けられた
凹所６内における前記荷重体１０の配置位置をより安定
にするためには、両方設けた方が好ましい。また、これ
ら凹部１３と凹部３は、前記圧電体２６を位置決めし、
固定することができればよく、特にその形状を限定する
ことはないが、この圧電体２６を接着する際に用いられ
る導電性接着剤があふれにくいように、その開口部にむ
かって広がるような形状のものであると望ましい。一般
に圧電体２６としては角形のものが用いられるので、こ
れら凹部３と凹部１３は、上述のような浅皿状であると
好ましい。

【００１７】また、上述の収納体２に設けられた凹所６
の深さＤは、上述の圧電型振動センサ１２の凹所６内の
高さＨより、１〜７mm大きいことが望ましい。１mm未満
であると、出力リード線１６の半田付け等の固定が難し
く、上述の荷重体１０上部から、この荷重体１０と収納
体２の間に生じた電位差（電圧）を出力することが困難
となる。また、７mmを越えても、大きな問題はないが、
装置自体が大きくなるので、通常は好ましくない。この
範囲になるように、ＨとＤを設定すれば、出力リード線
１６の剛性により、上述の荷重体１０の慣性運動が制限
されることはない。

【００１８】つぎに、この例の圧電型振動センサ装置の
製造方法の例について説明する。まず、圧電体２６の上
面に導電性接着剤を塗布し、導電性接着層（図示せず）
を介して、荷重体１０の圧電体接着面１１に設けられた
凹部１３に接着し、圧電型振動センサ１２とする。この
圧電型振動センサ１２の圧電体２６側に導電性接着剤を
塗布し、収納体２に設けられた凹所６の底部５に設けら
れた凹部３におさめ、導電性接着層（図示せず）を介し
て接着する。

【００１９】つぎに、この圧電型振動センサ１２を構成
する荷重体１０上部に、出力リード線１６の片端をはん
だ付けで固定し、もう一方の端を信号処理回路基盤１４
に接続する。この信号処理回路基盤１４を、収納体２に
設けられた凹所６の開口部の周縁部に、エポキシ系接着
剤を介して接着する。つぎに、この信号処理回路基盤１
４とケーブル２４とを、電源線２０によって接続する。
最後に、収納覆体４を、上述の信号処理回路基盤１４を
覆うようにして、収納体２の開口部方向で嵌合し、収納
覆体上部２２に設けられたケーブル取り出し口２５に、
上述のケーブル２４を固定し、圧電型振動センサ装置と
する。

【００２０】上述の製造方法の例においては、圧電体２
６と荷重体１０とを接着した後、この圧電体２６と収納
体２とを接着していることになるが、これらの接着を同
時に行うこともできる。すなわち、前記圧電体２６の両
面に導電性接着剤を塗布し、この両面に、それぞれ、導
電性接着層（図示せず）を介して、荷重体１０の圧電体
接着面１１に設けられた凹部１３と、前記収納体２の底
部５に設けられた凹部３とを、同時に接着する。

【００２１】パッケージ１を構成する収納体２と収納覆
体４に用いられる材料としては、導電性を有するもので
あれば、特に限定することはないが、例えば、ステンレ
ス、カーボン繊維強化プラスティック等を用いることが
できる。また、その熱伝導率は、０．４cal/cm/s/K以下
であり、かつ、この収納体２の肉厚は２〜６mmである
と、検知部の温度に対する、周囲の温度変化の影響を小
さくすることができるので、好ましい。圧電体２６とし
ては、ポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材料や、チ
タン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴ）等のセラミックス圧
電材料等を用いることができる。荷重体１０としては、
その目的によって、真鍮、ステンレス、銅等の導電性材
料からなる任意の質量のものを用いることができる。

【００２２】導電性接着層（図示せず）を形成する導電
性接着剤は、その体積抵抗率が１×１０³Ω・ｃｍ以下
であると好ましい。また、その弾性率が１×１０⁶〜１
×１０⁹Paであることが好ましい。１×１０⁶Pa未満であ
ると、この導電性接着層（図示せず）が柔らかすぎて、
高い共振周波数を得ることが困難になり、測定可能周波
数が狭域化する場合があり、１×１０⁹Paを越えると、
収納体２との熱膨張率係数の違いから、温度が変化した
場合に、圧電体２６に熱歪みが生じやすく、センサ出力
の温度特性が悪くなる。具体的には、エポキシ系接着
剤、アクリル系接着剤、ポリイミド系接着剤等を用いる
ことができる。また、この導電性接着層（図示せず）の
厚みは、５〜１００μmであることが望ましい。５μm未
満であると十分に接着できず、１００μmを越えると、
高い共振周波数を得ることが困難になる。

【００２３】出力リード線１６は、はんだ付け等の公知
の方法によって、荷重体１０の上部と接着することがで
きる。ケーブル２４は、コネクタ等を使って公知の方法
により、ケーブル取り出し口２５に固定し、また、公知
の方法によって、電源線２０をこのケーブル２４に接続
すればよい。

【００２４】このように、上述の圧電型振動センサ装置
においては、上述の荷重体１０の圧電体接着面１１に設
けられた凹部１３と、上述の収納体２に形成された凹所
６の底部５に設けられた凹部３において、圧電体２６
が、正しく位置決めされて固定されるようになっている
ので、凹所６内の荷重体１０の配置位置のずれが生じに
くく、このため、他軸感度が大きくなったりする問題
や、この圧電型振動センサ装置の使用中における前記荷
重体１０と前記収納体２との短絡等は発生しにくいよう
になっているものである。またこれら凹部１３、凹部３
の形状は浅皿状であるので、前記圧電体２６の接着の際
に、導電性接着剤があふれたりしないようになってお
り、この導電性接着剤があふれて、前記圧電体の側面に
接触して、この圧電型振動センサ装置が不良となること
がないものである。

【００２５】また、上述のように前記荷重体１０と前記
圧電体２６とを接着して圧電型振動センサ１２とする場
合と、前記圧電型振動センサ１２の圧電体２６側を前記
収納体２に接着する際の位置決め、固定が容易であるの
で、製造時の操作がやりやすくなる。このため、前記圧
電体２６の両面に導電性接着剤を塗布して、この圧電体
２６に、前記荷重体１０と前記収納体２とを一括して同
時に接着することもでき、製造工程の短縮化を図ること
ができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。 （実施例）図１に示した構造の圧電型振動センサ装置を
上述のようにして作成した。圧電体２６として、一辺が
５mmの正方形で、その対角距離ａは７．１mm、厚みが２
mmのＰＺＴ板を用いた。この圧電体２６の上面に、導電
性接着剤として、体積抵抗率１０^ー1Ω・ｃｍ、弾性率１
×１０⁸Paであるエポキシ系接着剤を塗布して、質量１
ｇの真鍮製の荷重体１０の圧電体接着面１１に設けられ
た、その底部の直径ｄ１が７．１mm、開口部の直径ｄ２
が７．５mm、深さｂが０．５mmである凹部１３におさめ
て接着して、圧電型振動センサ１２を作成した。上述の
底部の直径ｄ１は前記対角距離ａの１．０倍で、前記開
口部の直径ｄ２は前記底部の直径ｄ１の１．０６倍であ
った。このとき、形成された導電性接着層（図示せず）
の厚さは約２０μmであった。

【００２７】このようにして作成した圧電型振動センサ
１２の圧電体２６側を、熱伝導率０．０４cal/cm/s/Kで
あるステンレス鋼からなる収納体２の凹所６の底部５に
設けられた上述の凹部１３と同様の形状と大きさである
凹部３に、導電性接着剤として、体積抵抗率１０^ー1Ω・
ｃｍ、弾性率１×１０⁸Paであるエポキシ系接着剤を塗
布して接着した。このとき形成された導電性接着層（図
示せず）の厚さは約２０μmであった。上述の収納体２
の肉厚は４mmであった。

【００２８】この圧電型振動センサ１２を構成する荷重
体１０上部に、出力リード線１６の片端をはんだ付けで
固定し、もう一方の端を信号処理回路基盤１４に接続し
た。この信号処理回路基盤１４を、上述の収納体２に設
けられた凹所６の開口部の周縁部に、エポキシ系接着剤
を介して接着した。つぎに、この信号処理回路基盤１４
とケーブル２４とを、電源線２０によって接続した。最
後に、上述の収納体２と同様の材料によって形成され、
その肉厚が１mmである収納覆体４を、上述の信号処理回
路基盤１４を覆うようにして、収納体２の開口部方向で
嵌合し、さらに、収納覆体上部２２に設けられたケーブ
ル取り出し口２５に、上述のケーブル２４を固定した。

【００２９】（比較例）図３に示した構造の圧電型振動
センサ装置を作成した。比較例の圧電型振動センサ装置
と、上述の実施例の圧電型振動センサ装置において異な
るところは、荷重体１０の圧電体接着面１１と収納体２
の凹所６の底部５のいずれにも、凹部が設けられていな
い点である。

【００３０】上述のようにして、実施例と比較例の圧電
型振動センサ装置を、それぞれ５０台作成し、それらの
周波数特性を測定し、他軸感度（５０台の平均値）とそ
れぞれ５０台中の不良率を評価した。この結果を表１に
示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１より、本発明に係る実施例の圧電型振
動センサ装置は、比較例の圧電型振動センサ装置と比較
して、他軸感度と不良率が低くなっていることがわか
る。

【００３３】

【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、荷重体の圧電体接着面と、収納体に設
けられた凹所の底部のうち、どちらか一方または両方に
凹部が形成され、これらの凹部によって圧電体が位置決
め、固定されたものであるので、前記凹所内の荷重体の
配置位置のずれが生じにくく、このため、他軸感度が大
きくなったりする問題や、この圧電型振動センサ装置の
使用中に前記荷重体と前記収納体との短絡等は発生しに
くいようになっているものである。また、上述の凹部
は、この圧電型振動センサ装置の製造時に、導電性接着
剤があふれたりしないような形状になっているので、こ
の導電性接着剤があふれて、前記圧電体の側面に接触
し、この圧電型振動センサ装置が不良となることがない
ものである。

【００３４】また、上述のように前記荷重体と前記圧電
体とを接着して圧電型振動センサとする場合と、前記圧
電型振動センサの圧電体側を前記収納体に接着する際の
位置決め、固定が容易であるので、製造操作がやりやす
くなる。このため、前記圧電体の両面に導電性接着剤を
塗布して、この圧電体と、前記荷重体と前記収納体との
接着を一括して同時に行うこともでき、製造操作が簡便
になる。

【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例の構造
を示すものである。

【図２】 本発明における圧電型振動センサを圧電体側
から見た状態を示したものである。

【図３】 先行発明記載の圧電型振動センサ装置の構造
の一例を示すものである。

【符号の説明】

２・・・収納体、３・・・凹部、５・・・底部、６・・
・凹所、１０・・・荷重体、１１・・・圧電体接着面、
１３・・・凹部、２６・・・圧電体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 収納体に設けられた凹所の底部に、荷重
   体と圧電体とを接着してなる圧電型振動センサの圧電体
   側が接着され、 信号処理回路基盤が、前記収納体の開口部で支持され、 前記信号回路基盤を覆うように収納覆体と収納体とが一
   体化されてなる圧電型振動センサ装置であって、 前記荷重体の圧電体接着面と、前記収納体に設けられた
   凹所の底部のうち、いずれか一方または両方に、凹部が
   形成され、これら凹部において、前記圧電体を位置決
   め、固定した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、凹部は浅皿状であり、これらの凹部の底部の直
   径は、前記圧電体の上面または下面のそれぞれの外周部
   上の１点から前記外周部上の他の１点を結ぶ直線の最大
   距離の１．０〜１．１倍であり、これらの凹部の開口部
   の直径は、前記底部の直径の１．０３倍以上であること
   を特徴とする圧電型振動センサ装置。