JPH06201451A - 圧電型振動センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｓ／Ｎ比の著しい向上を図った圧電型振動セ
ンサ装置を提供する。 【構成】 圧電体の両面に設けられた接着層を介して電
極が固定された検知部に荷重体が取り付けられてなる圧
電型振動センサと、前記検知部に固定されてなる信号処
理回路基板とがパッケージ内に収納されてなる圧電型振
動センサ装置において、パッケージが収納体とこの収納
体開口上部を覆う収納覆体とから構成されかつ前記収納
体及び収納覆体が導電性物質から構成されて、収納体に
設けられた凹部には前記圧電型振動センサが収納され、
圧電型振動センサに固定されてなる信号処理回路基板を
介して信号処理回路基板上部に導電層が設けられ信号処
理回路基板及び導電層を覆う収納覆体が収納体と一体化
してなることを特徴とする。 【効果】 Ｓ／Ｎ比の著しい向上を図ることができ、耐
ノイズ性の著しい向上を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体を用いて構成さ
れる圧電型振動センサをパッケージ内に収納してなる圧
電型振動センサ装置に関し、特に耐ノイズ性の向上を図
っ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】従来より圧電体を用いて構成される圧電
型振動センサとして各種のものが開発されている。例え
ば、センサの構造としては圧縮型、せん段型、ビーム
型、膜型などがある。また、圧電体の材料としてセラミ
ック系、プラスチック系、あるいはこれらの混合系を用
いたものがある。そして、このような圧電型振動センサ
の量産性を改善すべく、その大量生産方式として、圧電
体の両面に接着剤を塗布し、各々の電極を固着させ、使
用用途によっては前記電極と圧電体間に支持板を解した
後、これをダイシングソーなどの切断手段によってチッ
プ状に切断することにより検知部を一括大量する等、そ
の量産性に優れた圧電型振動センサの開発が進んでい
る。しかし、上記のような圧電型のセンサは、インピー
タンスが高いために、電気的ノイズを受け易い。このた
め、従来ではセンサを電磁波シールド性のパッケージ内
に収納した圧電型振動センサ装置が構成されていた。

【０００３】上記圧電型振動センサ装置の一例を図３に
示す。図中符号１は圧電型振動センサである。この圧電
型振動センサ１は、円柱状で、台座２、検知部３、およ
び荷重体４からなるものである。検知部３は、膜状圧電
体５の両面を電極（図示略）で挟み、さらに、この両面
を支持板６で挟んで、固着してなるものである。そし
て、この圧電型振動センサ１は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７内に収納、固定さ
れている。

【０００４】中空パッケージ７は、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７の内方に突出する
環状のセンサ取り付け部８が一体に設けられている。ま
た、中空パッケージ７の基部には円板状の取り付け部９
が一体に取り付けられており、この取り付け部９で圧電
型振動センサ装置を被測定物に固定するようになってい
る。また、中空パッケージ７のセンサ取り付け部８に
は、圧電型振動センサ１の台座２の周辺部のみが掛け渡
すようにして乗せられ、ネジ止め等の適宜の固定手段に
よって固定される。これにより、圧電型振動センサ１が
中空パッケージ７内で浮かせた状態で収納、固定され、
台座２の下面側には空隙が形成さてれいる。

【０００５】また、圧電型振動センサ１の台座２の下面
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
ータンス変換回路や増幅回路などを含む電気回路を搭載
した信号処理回路基板１７が取り付けられている。さら
に、この信号処理回路基板１７の電気回路を搭載した面
には検知部３からの電気的出力を温度保証用素子（図示
せず）が搭載されている。中空パッケージ７の下部に取
り付けられたコネクタのレセプタクル１１に接続ケーブ
ル１２を接続したプラグ１３を挿入すると、圧電型振動
センサ１は電源線１４、１５によって電力が供給される
とともに、前記電源線１４、１５によって信号を外部に
出力する。

【０００６】そして、このような圧電型振動センサ１で
は、膜状圧電体５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。このような圧電型センサ
１では、中空パッケージ７の取り付け部９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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成から
なる圧電型振動センサ装置１０は、電気的ノイズの受け
易い環境で使用されることが多く、かつその測定振動レ
ベルが非常に低いために、上記のように圧電型振動セン
サ１を電磁波シールド性のパッケージ７等に収納すると
いった手段によるシールド効果のみでは、Ｓ／Ｎ比（信
号体雑音の比率）が不足するといった問題を有してい
た。

【０００８】そこで、本発明は上記事情に鑑みてなさた
れたもので、Ｓ／Ｎ比の著しい向上を図った圧電型振動
センサ装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における圧電型振
動センサ装置は、上記課題を解決するために、圧電体の
両面に設けられた接着層を介して電極が固定された検知
部に、荷重体が取り付けられてなる圧電型振動センサ
と、前記圧電型振動センサの検知部に固定されてなる信
号処理回路基板とが、パッケージ内に収納されてなる圧
電型振動センサ装置において、前記パッケージが収納体
とこの収納体開口上部を覆う収納覆体とから構成され、
前記収納体及び収納覆体が導電性物質から構成されて、
前記収納体に設けられた凹部には前記圧電型振動センサ
が収納され、前記圧電型振動センサに固定されてなる信
号処理回路基板を介して、前記信号処理回路基板上部に
導電層が設けられ、前記信号処理回路基板及び導電層を
覆う収納覆体が、前記収納体と一体化してなることを特
徴とするものである。

【００１０】

【作用】上記構成からなる本発明の圧電型振動センサ装
置は、導電性を有するパッケージの収納体の凹部に、圧
電型振動センサが収納され、前記圧電型振動センサの検
知部に固定された信号処理回路基板を介して導電層が設
けられ、前記信号処理回路基板と導電層を覆う収納覆体
が前記収納体と一体化されてなる構成であって、前記圧
電型振動センサの検知部は、前記信号処理回路基板上部
に設けられた導電層と導電性を有する物質からなる収納
覆体によって、等価的に２重にシールドされるため、Ｓ
／Ｎ比の著しい向上を図ることができ、耐ノイズ性の著
しい向上を実現することができる。

【００１１】そして、本発明の圧電型振動センサ装置
は、従来の圧電型振動センサ装置に比較して、重心が低
くなるので耐衝撃性が向上し、クロストークの低減を図
ることができる。さらに、本発明の圧電型振動センサ装
置において、ケーブル取り出し口を前記パッケージの収
納覆体に設けた場合には、前記圧電型振動センサの検知
部を前記信号処理回路基板上に設けた導電層と前記収納
覆体によって２重にカバーできるために、耐水性及び耐
油性に対する信頼性の向上を図ることができる。

【００１２】

【実施例】そこで、本発明における圧電型振動センサ装
置の一実施例について、図面を参照しつつ以下に説明す
る。図１に示すように、本実施例の圧電型振動センサ装
置は、収納体２１ａと収納覆体２１ｂからなる導電性を
有するパッケージ２１の前記収納体２１ａに形成された
凹部２２に、圧電型振動センサ２３が収納され、前記収
納体２１ａの開口周縁部２４において、前記圧電型振動
センサ２３が固定された信号処理回路基板２５が支持さ
れ、前記信号処理回路基板２５上部に導電層２６が設け
られて、前記信号処理回路基板２５及び導電層２６を覆
う収納覆体２１ｂが、前記収納体２１ａ開口上部で嵌合
された構成からなっている。なお、前記信号回路基板２
５上の導電層２６は、図１に示すように前記収納覆体２
１ｂと電気的に接続されていることが好ましい。

【００１３】そして、前記収納覆体２１ｂの上部には、
ケーブル取り出し口２７が設けられこのケーブル取り出
し口２７にはコネクタが取り付けられて、前記コネクタ
のレセプタクル２８より引出された電源線２９・・・
は、前記導電層２６に設けられた導通孔２６ａ・・・を
通って、前記信号処理回路基板２５と接続されている。
よって、前記レセプタクル２８に接続ケープル３０が接
続されたプラグ３１を挿入することにより、上記構成か
らなる圧電型の振動センサ２３は、電源線２９・・・に
よって電力が供給されるとともに、前記電源線２９・・
・によって信号が外部に出力される。なお、本実施例１
においては、上記ケープルの取り出し口２７は収納覆体
２１ｂの上部に設けられているが、使用用途により前記
収納覆体２１ｂの上部に限らず側部等に設けても他の機
能に影響を与えることはない。

【００１４】上記圧電型振動センサ２３は、圧電体３２
の両面に接着層（図示せず）を介して電極（図示せず）
が固着され、前記電極両面に接着層を介して支持板３
３、３４がももうけられた検知部３５と、前記検知部３
５に積層された荷重体３６とから構成されており、前記
圧電型振動センサ２３は、検知部３５に設けられた荷重
体３６と反対面に取り付けられた信号処理回路基板２５
によって固定されている。そして、前記信号回路基板２
５の電気回路を搭載した面には検知部３５からの出力を
温度保証する温度補償用素子３７が設けられている。な
お、使用用途によっては、前記圧電型振動センサ２３は
上記構成からなる検知部３５の表裏両面の支持板を設け
ないこともある。

【００１５】そして、上記信号処理回路基板２５上に設
けられた導電層２６の構成物質は、ハンダ層やＡｇペー
ストが好ましく、前記導電層２６は体積固有抵抗が、５
Ω・ｃｍ以下の収納覆体２１ｂと電気的に接続されてい
る。前記収納覆体２１ｂは、その体積固有抵抗が５Ω・
ｃｍ以下であれば、素材を選ばすプラスチックでも金属
でも使用できる。

【００１６】従って、上記構成からなる本実施例の圧電
型振動センサ装置２０は、その検知部３５が、信号処理
回路基板２５上面に設けられた導電層２６と導電性を有
するパッケージ２１の収納覆体２１ａとによって等価的
に２重にシールドされるために、Ｓ／Ｎ比の著しい向上
を図ることが可能である。そしてまた、上記構成からな
る本実施例の圧電型振動センサ装置２０は、図３に示す
従来の圧電型振動センサ装置１０に比較して、その重心
が低くなるので、耐衝撃性が向上しクロストークの低減
を図ることができる。さらに、上記圧電型振動センサ装
置２０は、そのケーブル取り出し口２７をパッケージ２
１の収納覆体２１ｂに設けることにより、前記圧電型振
動センサ２３の検知部３５が前記導電層２６と収納覆体
２１ｂによって２重にシールされることとなり、耐水性
や耐油性の向上を図ることができる。

【００１７】そして、上記のような圧電型振動センサ装
置２０は、圧電体３２の電極が形成された面に直交し荷
重体３６の中心を通る軸が振動の感知軸Ｇ’となってい
る。よって、上記のような圧電型振動センサ装置２０で
は、パッケージ２１の収納体２１ａの底部３８に被測定
物を取り付けることにより、被測定物の感知軸Ｇ’方向
の振動変化を測定することができる。また、被測定物を
収納覆体上面３９に取り付ける場合には、ケーブル取り
出し口２７を前記収納覆体２１ｂの上面以外に設ける必
要がある。

【００１８】そこで、上記構成からなる本実施例の圧電
型振動センサ装置の製造例について、以下に説明する。 （製造例）本製造例においては、５ｍｍ角、０．５ｍｍ
厚のＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）からなる圧電板３
２の両面にエポキシ樹脂からなる接着剤が塗布され、こ
れを介して１ｍｍ厚の銅箔が設けられ、これを電極とし
て、さらに、この両電極表面に、さらにエポキシ樹脂か
らなる接着剤が塗布されて、これを介して１ｍｍ厚のガ
ラスエポキシ板からなる支持板３３、３４が接着され
て、圧電型振動センサ２３の検知部３５が構成されてい
る。

【００１９】そして、前記検知部３５の両面には、上記
接着剤と同様の材料からなる接着剤が塗布され、これを
介して、その一方には、あらかじめ表面にインピータン
ス変換回路及び増幅回路が設けられた０．５ｍｍ厚のセ
ラミック基板からなる信号処理回路基板２５が設けら
れ、前記検知部３５が固定されて、さらに前記検知部３
５の他方面には、重さ１ｇのしんちゅう製の荷重体３６
が接着されている。そして、前記検知部３５及び荷重体
３６からなる圧電型振動センサ２３は、ステンレス製の
パッケージ２１の収納体２１ａに形成された凹部２２に
収納されて、前記検知部３５を固定する信号処理回路基
板２５が収納体２１ａの開口周縁部２４に支持されるよ
うに設置され、前記信号回路基板２５上部には、銀ペー
ストからなる導電層２６が設けられている。そして、前
記信号処理基板２５と導電層２６とを覆うように、ステ
ンレス性の収納覆体２１ｂが設けられて、前記収納覆体
２１ｂは収納体２１ａ開口上部と嵌合されて一体化した
構成からなっている。

【００２０】そして、前記収納覆体２１ｂの上部には、
ケーブル取り出し口２７が設けられこのケーブル取り出
し口２７にはコネクタが取り付けられて、前記コネクタ
のレセプタクル２８より引出された電源線２９・・・
は、前記導電層２６に設けられた導通孔２６ａ・・・を
通って前記信号処理回路基板２５と接続されている。よ
って、前記レセプタクル２８に接続ケープル３０が接続
されたプラグ３１を挿入することにより、上記構成から
なる圧電型振動センサ２３は、電源線２９・・・によっ
て電力が供給されるとともに、前記電源線２９・・・に
よって信号が外部に出力される。

【００２１】そして、上記構成からなる圧電型振動セン
サ装置２０は、上記圧電体３２の電極が設けられた面に
直交し、荷重体３６の中心を通る軸が振動の感知軸Ｇ’
となっている。よって、上記製造例の圧電型振動センサ
装置２０においては、被測定物を前記収納体２１ａの底
部３８に取り付けることにより、被測定物の振動変化を
検知することができるものである。

【００２２】そして、上記製造例の圧電型振動センサ装
置２０を用いて、そのＳ／Ｎ比の精度を測定すべく以下
のような試験を行なった。 （試験例）本試験例においては、上記製造例の圧電型振
動センサ装置２０と、そのＳ／Ｎ比の精度を比較するた
めに、以下に示す比較例１及び比較例２の圧電型振動セ
ンサ装置を用いて、同様な条件下でＳ／Ｎ比の測定試験
を行なった。比較例１の圧電型振動センサ装置は、上記
製造例の圧電型振動センサ装置２０における信号処理回
路基板２５上の導電層２６を設けない構成からなるもの
で、前記導電層２６が形成されていない以外は、各部の
構成材料においても上記製造例と全く同様のものから構
成されている。比較例２の圧電型振動センサ装置は、図
２に示すように、上記製造例と同様の導電性を有するパ
ッケージ２１の収納体２１ａ開口周縁部２４に、上記製
造例の圧電型振動センサ装置２０と同様の構成からなる
圧電型振動センサ２３を固定した信号処理回路基板２６
が載置され、前記圧電型振動センサ２３及び信号処理回
路基板２６を覆うように設けられた上記製造例と同様な
収納覆体２１ｂを設けた構成からなるものである。

【００２３】以上構成からなる製造例及び比較例１そし
て比較例２の各々の圧電型振動センサ装置を同一環境条
件のもとで、２５Ｈｚ、１ｇで加振した時の信号比
（Ｓ）を測定するとともに、センサから３０ｃｍにある
距離で出力０．７５ｋＷのモーターを運転した時のノイ
ズレベル（Ｎ）を測定して、その結果より、Ｓ／Ｎ比を
計算して表１に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、本発明における
製造例の圧電型振動センサ装置２０は、そのＳ／Ｎ比を
著しく向上させることができるものである。

【００２６】

【発明の効果】上記構成からなる本発明の圧電型振動セ
ンサ装置は、導電性を有するパッケージの収納体の凹部
に、圧電型振動センサが収納され、前記圧電型振動セン
サの検知部に固定された信号処理回路基板を介して導電
層が設けられ、前記信号処理回路基板と導電層を覆う収
納覆体が前記収納体と一体化されてなる構成であって、
前記圧電型振動センサの検知部は、前記信号処理回路基
板上部に設けられた導電層と導電性を有する物質からな
る収納覆体によって、等価的に２重にシールドされるた
め、Ｓ／Ｎ比の著しい向上を図ることができ、耐ノイズ
性の著しい向上を実現することができる。

【００２７】さらに、本発明の圧電型振動センサ装置
は、振動を測定するための装置に限らず、圧電型加速度
センサ装置、あるいは圧電型圧力センサ装置などの圧電
体を用いて構成された装置にも適用でき、同様の効果を
奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における実施例及び製造例の圧電型振
動センサの概略構成図である。

【図２】 本試験例において用いた比較例２の圧電型振
動センサの概略構成図である。

【図３】 従来の圧電型振動センサの概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１、２３…圧電型振動センサ ２…台座 ３、３５…検
知部 ４…荷重体 ５…膜状圧電体 ６、３３、３４…支持板 ７、２１…
パッケージ １０、２０…圧電型振動センサ装置 １
７、２５…信号処理回路基板 ２１ａ…収納体 ２１ｂ…収納覆体 ２２…凹部 ２４…開口周縁部 ２
６…導電層 ３２…圧電体 Ｇ、Ｇ’…感知軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体の両面に設けられた接着層を介し
   て電極が固定された検知部に、荷重体が取り付けられて
   なる圧電型振動センサと、前記圧電型振動センサの検知
   部に固定されてなる信号処理回路基板とが、パッケージ
   内に収納されてなる圧電型振動センサ装置において、 前記パッケージが収納体とこの収納体開口上部を覆う収
   納覆体とから構成され、前記収納体及び収納覆体が導電
   性物質から構成されて、前記収納体に設けられた凹部に
   は前記圧電型振動センサが収納され、前記圧電型振動セ
   ンサに固定されてなる信号処理回路基板を介して、前記
   信号処理回路基板上部に導電層が設けられ、前記信号処
   理回路基板及び導電層を覆う収納覆体が、前記収納体と
   一体化してなることを特徴とする圧電型振動センサ装
   置。