JP2019056565A - 振動検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる方向に作用する振動を切り分けて検出することが可能な振動検出器を提供する。【解決手段】振動検出器１は、複数の振動センサ部１２〜１８と、各振動センサ部１２〜１８の厚み方向の一方の面に配置された錘４０と、各振動センサ部１２〜１８からのセンサ出力に基づいて、機器ＴＤの振動に関する情報の検出処理を行う制御部５０と、を備える。各振動センサ部１２〜１８それぞれは、フィルム状のピエゾ素子１２１およびピエゾ素子１２１の厚み方向の両面に配置されたフィルム状の一対の電極１２２、１２３を含んで構成されている。制御部５０は、各振動センサ部１２〜１８それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて厚み方向の振動成分を検出し、各振動センサ部１２〜１８のセンサ出力の出力分布に基づいて厚み方向に直交する面内の少なくとも一方向の振動成分を検出する構成になっている。【選択図】図２

Description

本開示は、振動を検出する振動検出器に関する。

従来、振動検出器として、高分子圧電素子を有し、当該高分子圧電素子からの出力に基づいて振動に関する情報を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２９４７３０号公報

しかしながら、特許文献１には、振動検出器にて検出する振動成分の方向等について何ら記載されておらず、異なる方向に作用する振動成分を切り分けて検出することができないと考えられる。

異なる方向に作用する振動成分を切り分けて検出するためには、センサ素子を３次元的に配置する構成とすることが考えられるが、この場合、振動検出器の構造が複雑することで、搭載性の悪化やコスト増加が避けられない。

本開示は上記点に鑑みて、簡易な構造で異なる方向に作用する振動を切り分けて検出することが可能な振動検出器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、振動が生ずる機器（ＴＤ）を検出対象とする振動検出器を対象としている。上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
フィルム状のピエゾ素子（１２１）およびピエゾ素子の厚み方向の両面に配置されたフィルム状の一対の電極（１２２、１２３）を含む複数の振動センサ部（１２、１４、１６、１８）と、
複数の振動センサ部の厚み方向の一方の面に配置された錘（４０）と、
複数の振動センサ部からのセンサ出力に基づいて、機器の振動に関する情報の検出処理を行う検出処理部（５０）と、を備える。

複数の振動センサ部は、機器における所定の設置面（ＩＳ）に対して互いに隣り合うように配置されている。そして、検出処理部は、複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて厚み方向の振動成分を検出し、複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて厚み方向に直交する面内の少なくとも一方向の振動成分を検出する構成になっている。

本開示の振動検出器では、各振動センサ部の厚み方向に機器が振動すると、当該機器の振動にともなって錘も各振動センサ部の厚み方向に振動する。この際、各振動センサ部には、錘の振動による荷重が略均等に作用する。このため、機器の振動のうち、各振動センサ部からのセンサ出力の合算値に基づいて、機器の振動のうち各振動センサ部の厚み方向の振動成分を検出することができる。

また、本開示の振動検出器では、各振動センサ部の面方向に機器が振動すると、当該機器の振動にともなって錘も各振動センサ部の面方向に振動する。この際、各振動センサ部には、錘の振動による荷重が不均等に作用する。そして、各振動センサ部に作用する荷重は、機器の振動方向に応じて変化する。このため、各振動センサ部からのセンサ出力の出力分布に基づいて、機器の振動のうち各振動センサ部の面方向の振動成分を検出することができる。

特に、本開示の振動検出器では、厚みの薄い振動センサ部を機器の設置面に対して隣り合うように配置するだけでよいので、簡易な構造で異なる方向に作用する振動を切り分けて検出可能である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態の振動検出器の概略構成を示す模式図である。 第１実施形態の振動検出器の検出部の模式的な平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 振動の検出対象となる機器がＺ軸方向に振動した際の各振動センサ部に作用する荷重を説明するための説明図である。 振動の検出対象となる機器がＺ軸方向に振動した際の各振動センサ部に作用する荷重を説明するための説明図である。 振動の検出対象となる機器が振動した際の振動成分の検出手法を説明するための説明図である。 振動の検出対象となる機器がＸ軸方向に振動した際の各振動センサ部に作用する荷重を説明するための説明図である。 第１実施形態の変形例となる振動検出器の概略構成を示す模式図である。 第２実施形態の振動検出器の検出部の模式的な平面図である。 第３実施形態の振動検出器の検出部の模式的な平面図である。 第４実施形態の振動検出器の検出部の模式的な平面図である。 第５実施形態の振動検出器の検出部の模式的な平面図である。 第５実施形態の振動検出器の概略構成を示す模式図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。本実施形態の振動検出器１は、振動が生ずる機器ＴＤを検出対象とし、当該機器ＴＤに生ずる振動を検出するものである。図１に示すように、振動検出器１は、機器ＴＤにおける平坦な設置面ＩＳに設置される。なお、振動検出器１は、機器ＴＤの設置面ＩＳから剥がれないように、接着剤等によって接合されている。

振動検出器１は、検出部１０、錘４０、および制御部５０を備えている。振動検出器１を構成する検出部１０および錘４０は、互いに接着材等によって接合されている。

検出部１０は、機器ＴＤの設置面ＩＳに対して接合されている。検出部１０は、表面１０１と裏面１０２とを有する板状の基板１００で構成されている。検出部１０には、複数の振動センサ部１２、１４、１６、１８が設けられている。

複数の振動センサ部１２、１４、１６、１８は、検出部１０を構成する基板１００の厚み方向に作用する荷重に起因して圧電効果による起電力が発生するようになっている。本実施形態では、検出部１０の厚み方向をＺ軸方向と定義する。また、本実施形態では、Ｚ軸方向に直交する面内における一方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の双方に直交する他方向をＹ軸方向と定義する。

図２に示すように、検出部１０には、複数の振動センサ部１２、１４、１６、１８が互いに隣り合うようにマトリックス状に配置されている。換言すれば、設置面ＩＳには、複数の振動センサ部１２、１４、１６、１８が互いに隣り合うように設置されている。なお、図２では、検出部１０において振動センサ部１２、１４、１６、１８として機能する部位をドット柄のハッチングを付している。また、図２では、説明の便宜上、後述する基板１００の表側保護部材１２０の図示を省略している。

具体的には、本実施形態の検出部１０には、第１〜第４振動センサ部１２、１４、１６、１８が、マトリックス状（すなわち、２行２列）に並ぶように、互いに適宜の間隔をあけて配置されている。

検出部１０には、第１振動センサ部１２と第３振動センサ部１６とがＸ軸方向に沿って並ぶと共に、第２振動センサ部１４と第４振動センサ部１８とがＸ軸方向に沿って並ぶように、各振動センサ部１２、１４、１６、１８が配置されている。

また、検出部１０には、第１振動センサ部１２と第２振動センサ部１４とがＹ軸方向に沿って並ぶと共に、第３振動センサ部１６と第４振動センサ部１８とがＹ軸方向に沿って並ぶように、各振動センサ部１２、１４、１６、１８が配置されている。

このように、本実施形態の検出部１０は、複数の振動センサ部１２、１４、１６、１８のうち一部の振動センサ部が、他の振動センサ部の一部とＸ軸方向およびＹ軸方向に重なり合うように配置されている。例えば、第１振動センサ部１２は、Ｙ軸方向において第２振動センサ部１４と重なり合い、且つ、Ｘ軸方向において第３振動センサ部１６と重なり合うように配置されている。

本実施形態の各振動センサ部１２、１４、１６、１８は、それぞれ略正方形状となっている。そして、検出部１０における各振動センサ部１２、１４、１６、１８が占める領域の形状も略正方形状となっている。

また、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれは、電気的に独立している。各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれは、基板１００に形成された配線パターン１０１ａおよび端子１０１ｂに接続されている。なお、各振動センサ部１２、１４、１６、１８の具体的な構造については後述する。

図１に戻り、錘４０は、機器ＴＤの振動に追従して検出部１０の各振動センサ部１２、１４、１６、１８に荷重を作用させるものである。錘４０は、検出部１０における各振動センサ部１２、１４、１６、１８が占める領域全体を覆うことが可能な大きさを有している。錘４０は、検出部１０における機器ＴＤに接する面の反対面となる表面１０１側に配置されている。錘４０は、検出部１０に対して接着剤等によって接合されている。

制御部５０は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれのセンサ出力に基づいて、機器ＴＤの振動に関する情報の検出処理を行う検出処理部である。制御部５０は、プロセッサ、メモリを有する周知のマイクロコンピュータ、およびその周辺回路にて構成される。なお、制御部５０のメモリは、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。

制御部５０は、センサ配線５１を介して各振動センサ部１２、１４、１６、１８の端子１０１ｂに接続されている。これにより、制御部５０は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれのセンサ出力が入力される構成となっている。

制御部５０は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれのセンサ出力に基づいて、機器ＴＤの振動を検出する検出処理を行う。図示しないが、制御部５０は、その出力側に機器ＴＤの振動に関する情報を表示する表示装置が接続されている。制御部５０は、表示装置に対して、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれのセンサ出力に基づいて検出した機器ＴＤの振動に関する情報を出力する構成となっている。

次に、検出部１０の具体的な構造について、図３を参照して説明する。検出部１０は、１つの基板１００に対して、同様の構造を有する各振動センサ部１２、１４、１６、１８が形成されている。各振動センサ部１２、１４、１６、１８は、圧電性高分子フィルムで構成されている。なお、各振動センサ部１２、１４、１６、１８は、それぞれの内部構造が同様であるため、以下では、第１振動センサ部１２の構造について説明し、第２〜第４振動センサ部１４、１６、１８の構造についての説明を省略する。

第１振動センサ部１２は、図３に示すように、フィルム状のピエゾ素子１２１、ピエゾ素子１２１の厚み方向の両面に配置されたフィルム状の一対の電極１２２、１２３、各電極１２２、１２３の外側を覆う表側保護部材１２０および裏側保護部材１３０を有する。

ピエゾ素子１２１は、圧電効果により振動や圧力を電圧に変換して出力する素子である。本実施形態のピエゾ素子１２１は、ポリフッ化ビニリデン（すなわち、ＰＶＤＦ）を含む可撓性を有する圧電素子で構成されている。

ここで、ピエゾ素子１２１としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（すなわち、ＰＺＴ）を含むセラミックを主体とする圧電素子等も採用可能であるが、薄型化や耐久性等を考慮すると、上述の高分子材料を主体とする圧電素子を採用することが望ましい。

一対の電極１２２、１２３は、ピエゾ素子１２１を双方の面から挟み込むように配置されている。一対の電極１２２、１２３は、銅や銀等の導電性を有する金属皮膜によって形成されている。図示しないが一対の電極１２２、１２３には、配線パターン１０１ａが接続されている。

表側保護部材１２０および裏側保護部材１３０は、一対の電極１２２、１２３をピエゾ素子１２１に当接していない側から覆う保護部材である。表側保護部材１２０および裏側保護部材１３０は、合成樹脂材料等によって可撓性を有するフィルム状に形成され、それぞれ電極１２２、１２３に接合されている。

また、本実施形態の各振動センサ部１２、１４、１６、１８を構成する電極１２２、１２３は、共通の表側保護部材１２０および裏側保護部材１３０によって覆われている。すなわち、表側保護部材１２０および裏側保護部材１３０は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれに設けられているわけではなく、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれを保護する共通の保護部材となっている。これにより、各振動センサ部１２、１４、１６、１８は、共通の保護部材によって覆われることで互いの配置が規定される。

次に、機器ＴＤが振動した際の各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力、および制御部５０における振動の検出手法等について、図４〜図７を参照して説明する。

図４、図５に示すように、機器ＴＤがＺ軸方向に振動すると、機器ＴＤの振動に伴って錘４０が振動し、錘４０の荷重によって各振動センサ部１２、１４、１６、１８に引張荷重および圧縮荷重が交互に作用する。

具体的には、錘４０がＺ軸方向の一方側に変位する際には、図４に示すように、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれに引張荷重が作用する。また、錘４０がＺ軸方向の他方側に変位する際には、図５に示すように、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれに圧縮荷重が作用する。

したがって、機器ＴＤがＺ軸方向に振動すると、各振動センサ部１２、１４、１６、１８には、Ｚ軸方向に作用する荷重によって圧電効果による起電力が発生する。この際、各振動センサ部１２、１４、１６、１８に生ずる起電力は同極性となる。すなわち、各振動センサ部１２、１４、１６、１８は、それぞれ同極性の起電力をセンサ出力として制御部５０に出力する。

これにより、機器ＴＤがＺ軸方向に振動すると、制御部５０には、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれから同極性の起電力がセンサ出力として入力される。このため、制御部５０では、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力の合算値をＺ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。制御部５０は、Ｚ軸方向の振動成分Ｆｚについて、例えば、図６や以下に示す数式Ｆ１により検出する。

Ｆｚ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４ …Ｆ１
但し、上述の数式Ｆ１では、第１振動センサ部１２のセンサ出力を第１出力Ｖ１とし、第２振動センサ部１４のセンサ出力を第２出力Ｖ２としている。また、上述の数式Ｆ１では、第３振動センサ部１６のセンサ出力を第３出力Ｖ３とし、第４振動センサ部１８のセンサ出力を第４出力Ｖ４としている。これらのことは、後述する数式Ｆ２、Ｆ３においても同様である。

続いて、図７に示すように、機器ＴＤがＸ軸方向に振動すると、機器ＴＤの振動に伴って錘４０が振動する。この際、錘４０がＸ軸方向の一方側に変位すると、検出部１０は、錘４０の荷重によってＸ軸方向の一方側に圧縮荷重が作用し、Ｘ軸方向の他方側に引張荷重が作用する。また、錘４０がＸ軸方向の他方側に変位すると、検出部１０は、錘４０の荷重によってＸ軸方向の一方側に引張荷重が作用し、Ｘ軸方向の他方側に圧縮荷重が作用する。

したがって、機器ＴＤがＸ軸方向に振動すると、各振動センサ部１２、１４、１６、１８には、圧電効果による起電力が発生する。この際、第１振動センサ部１２および第２振動センサ部１４に生ずる起電力と、第３振動センサ部１６および第４振動センサ部１８に生ずる起電力とが、逆極性となる。すなわち、第１振動センサ部１２および第２振動センサ部１４は、第３振動センサ部１６および第４振動センサ部１８のセンサ出力とは逆極性となるセンサ出力を制御部５０に出力する。

これにより、機器ＴＤがＸ軸方向に振動すると、制御部５０には、第１振動センサ部１２および第２振動センサ部１４、並びに、第３振動センサ部１６および第４振動センサ部１８から逆極性の起電力がセンサ出力として入力される。すなわち、制御部５０には、機器ＴＤがＸ軸方向に振動すると、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力が、機器ＴＤがＺ軸方向に振動する場合とは異なる出力分布となって入力される。

このため、制御部５０では、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力の出力分布に基づいて、Ｘ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。制御部５０は、Ｘ軸方向の振動成分Ｆｘについて、例えば、図６や以下に示す数式Ｆ２により検出する。

Ｆｘ＝（Ｖ１＋Ｖ２）−（Ｖ３＋Ｖ４） …Ｆ２
続いて、機器ＴＤがＹ軸方向に振動すると、機器ＴＤの振動に伴って錘４０が振動する。この際、錘４０がＹ軸方向の一方側に変位すると、検出部１０は、錘４０の荷重によってＹ軸方向の一方側に圧縮荷重が作用し、Ｙ軸方向の他方側に引張荷重が作用する。また、錘４０がＹ軸方向の他方側に変位すると、検出部１０は、錘４０の荷重によってＹ軸方向の一方側に引張荷重が作用し、Ｙ軸方向の他方側に圧縮荷重が作用する。

したがって、機器ＴＤがＹ軸方向に振動すると、各振動センサ部１２、１４、１６、１８には、圧電効果による起電力が発生する。この際、第１振動センサ部１２および第３振動センサ部１６に生ずる起電力と、第２振動センサ部１４および第４振動センサ部１８に生ずる起電力とが、逆極性となる。すなわち、第１振動センサ部１２および第３振動センサ部１６は、第２振動センサ部１４および第４振動センサ部１８のセンサ出力とは逆極性となるセンサ出力を制御部５０に出力する。

これにより、機器ＴＤがＹ軸方向に振動すると、制御部５０には、第１振動センサ部１２および第３振動センサ部１６、並びに、第２振動センサ部１４および第４振動センサ部１８から逆極性の起電力がセンサ出力として入力される。すなわち、制御部５０には、機器ＴＤがＹ軸方向に振動すると、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力が、機器ＴＤがＺ軸方向やＸ軸方向に振動する場合とは異なる出力分布となって入力される。

このため、制御部５０では、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力の出力分布に基づいて、Ｙ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。制御部５０は、Ｘ軸方向の振動成分Ｆｘについて、例えば、図６や以下に示す数式Ｆ３により検出する。

Ｆｙ＝（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４） …Ｆ３
次に、本実施形態の制御部５０が実行する機器ＴＤの振動の検出処理の概要について説明する。制御部５０は、まず、各振動センサ部１２、１４、１６、１８からのセンサ出力を読み込む。そして、制御部５０は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８からのセンサ出力に基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向の振動成分を検出する。

本実施形態の制御部５０は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力の合算値に基づいて、Ｚ軸方向の振動成分を検出する。また、制御部５０は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力の出力分布に基づいて、Ｘ軸方向の振動成分およびＹ軸方向の振動成分を検出する。

続いて、制御部５０は、３軸方向の振動成分を機器ＴＤの振動に関する情報として表示装置に出力する。これにより、機器ＴＤの振動に関する情報が表示装置を介してユーザに提供される。なお、制御部５０は、３軸方向の振動成分から算出した機器ＴＤの振動の方向、大きさ、加速度等を演算によって算出し、その算出結果を表示装置に出力する構成となっていてもよい。

以上説明した振動検出器１は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれのセンサ出力の合算値およびセンサ出力の出力分布に基づいて、異なる方向に作用する機器ＴＤの振動を同時に検出することができる。具体的には、本実施形態の振動検出器１は、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚといった３軸方向の振動成分を検出することができるので、機器ＴＤに作用する様々な振動を検出することができる。

特に、本実施形態の振動検出器１は、厚みの薄い振動センサ部１２、１４、１６、１８を機器ＴＤの設置面ＩＳに対して隣り合うように配置するだけでよいので、簡易な構造で異なる方向に作用する振動を切り分けて検出可能である。

また、本実施形態の振動検出器１は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８を構成する電極１２２、１２３が表側保護部材１２０および裏側保護部材１３０といった共通の保護部材で覆われている。これによると、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれの位置関係を製造時に精度よく設定することが可能となる。この結果、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力の校正が実施し易くなるので、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力に基づく振動検出の精度の向上を図ることができる。

ここで、本実施形態の振動検出器１は、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のピエゾ素子１２１が可撓性を有する圧電素子で構成され、他の部材もフィルム状に構成されているので、全体として可撓性を有している。このため、振動検出器１は、平坦な設置面ＩＳだけでなく、多少の凹凸のある設置面ＩＳに対しても適用可能となっている。

なお、本実施形態では、制御部５０において、各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力の加減算によって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の振動成分を検出する例について説明したが、これに限定されない。

制御部５０は、例えば、予め各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力とＸ軸方向およびＹ軸方向の振動成分とを規定した制御マップを参照して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の振動成分を検出する構成となっていてもよい。なお、制御マップは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に機器ＴＤが振動した際の各振動センサ部１２、１４、１６、１８のセンサ出力やセンサ出力の極性を測定することで作成可能である。この制御マップは、制御部５０が適宜参照可能なようにデータとしてメモリに記憶しておけばよい。

（第１実施形態の変形例）
上述の各実施形態では、検出部１０の表面に、各振動センサ部１２、１４、１６、１８が占める領域全体を覆うことが可能な大きさを有する錘４０が配置される例について説明したが、これに限定されない。錘４０は、図８に示すように、例えば、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれの間に対応する部位に切欠部４１が設けられていてもよい。但し、錘４０は、独立した複数の部材で構成されていると、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれのセンサ出力特性が変化してしまうため、単一の部材で構成されていることが望ましい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図９を参照して説明する。本実施形態では、検出部１０に、２つの振動センサ部１２Ａ、１４Ａが設けられている例について説明する。なお、図９では、説明の便宜上、基板１００の表側保護部材１２０の図示を省略している。

図９に示すように、本実施形態の検出部１０には、同様の内部構造を有する第１振動センサ部１２Ａおよび第２振動センサ部１４Ａが、互いに適宜の間隔をあけて配置されている。具体的には、検出部１０には、第１振動センサ部１２Ａおよび第２振動センサ部１４ＡがＹ軸方向に沿って並ぶように配置されている。

本実施形態の各振動センサ部１２Ａ、１４Ａは、それぞれ略長方形状となっている。そして、検出部１０における各振動センサ部１２Ａ、１４Ａが占める領域の形状が略正方形状となっている。

本実施形態の検出部１０では、機器ＴＤがＺ軸方向に振動すると、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａに生ずる起電力が同極性となる。すなわち、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａは、それぞれ同極性の起電力をセンサ出力として制御部５０に出力する。このため、制御部５０では、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａのセンサ出力の合算値をＺ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。

また、本実施形態の検出部１０では、機器ＴＤがＹ軸方向に振動すると、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａに生ずる起電力が逆極性となる。すなわち、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａは、それぞれ逆極性の起電力をセンサ出力として制御部５０に出力する。このため、制御部５０では、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａのセンサ出力の出力分布に基づいて、Ｙ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。

なお、本実施形態の検出部１０では、機器ＴＤがＸ軸方向に振動しても、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａに殆ど起電力が発生しない。このため、制御部５０では、Ｘ軸方向の振動成分を検出することができない。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の振動検出器１によれば、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａの厚み方向であるＺ軸方向、および厚み方向に直交する面内のＹ軸方向といった異なる方向に作用する機器ＴＤの振動を同時に検出することが可能となる。

ここで、本実施形態では、第１振動センサ部１２Ａおよび第２振動センサ部１４ＡがＹ軸方向に沿って並ぶように配置されている例について説明したが、これに限定されない。検出部１０は、例えば、第１振動センサ部１２Ａおよび第２振動センサ部１４ＡがＸ軸方向に沿って並ぶように配置された構成となっていてもよい。これによると、各振動センサ部１２Ａ、１４Ａの厚み方向であるＺ軸方向、および厚み方向に直交する面内のＸ軸方向といった異なる方向に作用する機器ＴＤの振動を同時に検出することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１０を参照して説明する。本実施形態では、検出部１０における４つの振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂが占める領域の形状が略円形状となっている例について説明する。なお、図１０では、説明の便宜上、基板１００の表側保護部材１２０の図示を省略している。

図１０に示すように、本実施形態の検出部１０には、同様の内部構造を有する各振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂが、マトリックス状（すなわち、２行２列）に並ぶように、互いに適宜の間隔をあけて配置されている。

具体的には、各振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂは、第１振動センサ部１２Ｂと第３振動センサ部１６ＢとがＸ軸方向に沿って並ぶと共に、第２振動センサ部１４Ｂと第４振動センサ部１８ＢとがＸ軸方向に沿って並ぶように配置されている。

また、各振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂは、第１振動センサ部１２Ｂと第２振動センサ部１４ＢとがＹ軸方向に沿って並ぶと共に、第３振動センサ部１６と第４振動センサ部１８とがＹ軸方向に沿って並ぶように配置されている。

本実施形態の各振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂは、それぞれ扇形状となっている。具体的には、各振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂは、それぞれ半円をさらに半分に分割した形状となっている。そして、各振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂは、検出部１０における各振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂが占める領域の形状が略円形状となるように配置されている。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の振動検出器１は、第１実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。すなわち、本実施形態の如く、検出部１０における４つの振動センサ部１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂが占める領域の形状が略円形状となっている構成においても、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚといった３軸方向の振動成分を同時に検出することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１１を参照して説明する。本実施形態では、検出部１０に、３つの振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃが設けられている例について説明する。なお、図１１では、説明の便宜上、基板１００の表側保護部材１２０の図示を省略している。

図１１に示すように、本実施形態の検出部１０には、同様の内部構造を有する第１〜第３振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃが、互いに適宜の間隔をあけて配置されている。本実施形態の各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃは、それぞれ扇形状となっている。具体的には、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃは、円を略均等に３分割した形状となっている。そして、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃは、検出部１０における各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃが占める領域の形状が略円形状となるように配置されている。

各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃは、第１振動センサ部１２Ｃが第２振動センサ部１４Ｃおよび第３振動センサ部１６ＣそれぞれとＸ軸方向に沿って並ぶように配置されている。また、第２振動センサ部１４Ｃおよび第３振動センサ部１６Ｃは、Ｙ軸方向に沿って並ぶように配置されている。なお、第２振動センサ部１４Ｃと第３振動センサ部１６Ｃとの隙間がＸ軸方向に沿って延びている。

本実施形態の検出部１０では、機器ＴＤがＺ方向に振動すると、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃに生ずる起電力が同極性となる。すなわち、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃは、それぞれ同極性の起電力をセンサ出力として制御部５０に出力する。このため、制御部５０では、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃのセンサ出力の合算値をＺ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。

また、本実施形態の検出部１０では、機器ＴＤがＸ軸方向やＹ軸方向に振動すると、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃに起電力が発生する。この際、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃに生ずる起電力の極性は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対する各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃの配置に依存する。

このため、制御部５０では、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃのセンサ出力に対して予め定めた係数を乗算し、その乗算結果に基づいて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の振動成分を検出する。なお、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃのセンサ出力における係数は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に機器ＴＤが振動した際の各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃのセンサ出力やセンサ出力の極性を測定し、その測定結果に基づいて設定すればよい。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の振動検出器１は、第１実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。すなわち、本実施形態の如く、検出部１０における３つの振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃが占める領域の形状が略円形状となっている構成においても、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚといった３軸方向の振動成分を同時に検出することができる。

ここで、本実施形態では、第２振動センサ部１４Ｃおよび第３振動センサ部１６ＣがＹ軸方向に並ぶように配置されている例について説明したが、これに限定されない。検出部１０は、例えば、第２振動センサ部１４Ｃおよび第３振動センサ部１６ＣがＸ軸方向に並ぶように配置されていてもよい。また、検出部１０は、例えば、第１振動センサ部１２Ｃと第２振動センサ部１４Ｃまたは第３振動センサ部１６ＣとがＸ軸方向またはＹ軸方向に並ぶように配置された構成となっていてもよい。

また、本実施形態では、制御部５０において、各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃのセンサ出力に対して予め定めた係数を乗算し、その乗算結果に基づいて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の振動成分を検出する例について説明したが、これに限定されない。

制御部５０は、例えば、予め各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃのセンサ出力とＸ軸方向およびＹ軸方向の振動成分とを規定した制御マップを参照して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の振動成分を検出する構成となっていてもよい。なお、制御マップは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に機器ＴＤが振動した際の各振動センサ部１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃのセンサ出力やセンサ出力の極性を測定することで作成可能である。この制御マップは、制御部５０が適宜参照可能なようにデータとしてメモリに記憶しておけばよい。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図１２、図１３を参照して説明する。本実施形態では、振動検出器１が、４つの検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを有している例について説明する。なお、図１８では、説明の便宜上、基板１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄの表側保護部材１２０の図示を省略している。

図１２、図１３に示すように、各検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、４つに分割された基板１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄで構成されている。各検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄそれぞれには、単一の振動センサ部１２、１４、１６、１８が設けられている。なお、各検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれは同様に構成されている。

本実施形態の振動検出器１は、内部構造が第１実施形態と同様に構成された各振動センサ部１２、１４、１６、１８が、異なる基板１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄの内部に構成されている点が、第１実施形態と相違している。そして、本実施形態の振動検出器１では、各振動センサ部１２、１４、１６、１８を構成する電極１２２、１２３が異なる保護部材で覆われている。また、本実施形態の錘４０は、上述した第１実施形態の変形例と同様に、各振動センサ部１２、１４、１６、１８それぞれの間に対応する部位に切欠部４１が設けられている。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の振動検出器１は、第１実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。すなわち、本実施形態の如く、４つに分割された基板１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄに各振動センサ部１２、１４、１６、１８が設けられた構成においても、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚといった３軸方向の振動成分を同時に検出することができる。

ここで、本実施形態では、錘４０に対して切欠部４１を設ける例について説明したが、これに限定されない。錘４０は、例えば、切欠部４１が設けられていない構成となっていてもよい。

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の各実施形態では、制御部５０が異なる方向の振動成分を機器ＴＤの振動に関する情報として表示装置に出力する例について説明したが、これに限定されない。制御部５０は、例えば、機器ＴＤを制御する機器側制御装置に対して、異なる方向の振動成分を機器ＴＤの振動に関する情報として出力する構成となっていてもよい。

上述の各実施形態では、振動検出部１０の表面に直に錘４０が配置される例について説明したが、これに限定されない。振動検出器１は、例えば、振動検出部１０と錘４０との間に、振動検出部１０を保護するためにゴム等を介在させる構成になっていてもよい。

但し、振動検出部１０と錘４０との間にゴム等を介在させる場合、ゴム内部の粘性抵抗による焦電効果が生ずることで、振動検出部１０における振動検出精度が低下することが懸念される。このため、振動検出器１は、振動検出部１０と錘４０との間にゴム等を介在させない構成になっていることが望ましい。

上述の各実施形態では、各振動センサ部１２、１４、１６、１８に対して、ピエゾ素子１２１として、ポリフッ化ビニリデンを主体とする圧電素子を採用する例について説明したが、これに限定されない。ピエゾ素子１２１は、振動を電圧に変換して出力可能な素子であれば、上述の素子以外のものが採用されていてもよい。

上述の各実施形態では、２〜４つの振動センサ部が設けられた振動検出器１について説明したが、これに限定されない。振動検出器１は、５つ以上の振動センサ部が設けられた構成となっていてもよい。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、振動検出器は、ピエゾ素子を含む複数の振動センサ部が、機器における所定の設置面に対して互いに隣り合うように配置されている。そして、振動検出器は、複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて厚み方向の振動成分を検出し、複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて厚み方向に直交する面内の少なくとも一方向の振動成分を検出する構成になっている。

第２の観点によれば、振動検出器は、設置面に３つ以上の振動センサ部が隣り合うように配置されている。そして、検出処理部は、複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて厚み方向の振動成分を検出する構成になっている。さらに、検出処理部は、複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて一方向の振動成分、並びに、厚み方向および一方向の双方に直交する他方向の振動成分を検出する構成になっている。

これによると、機器の振動を互いに直交する３軸方向の振動成分に切り分けて検出することができるので、例えば、各々検出した振動成分から機器の振動の方向や大きさ等を把握することも可能になる。

第３の観点によれば、振動検出器は、複数の振動センサ部のうち一部の振動センサ部が、複数の振動センサ部のうち一部の振動センサ部を除く他の振動センサ部の一部と一方向および他方向に重なり合うように配置されている。これによると、機器の振動を面方向において互いに直交する２軸方向の振動成分に切り分けて検出し易くなる。

第４の観点によれば、振動検出器は、ピエゾ素子がポリフッ化ビニリデンを含む可撓性を有する圧電素子で構成されている。これによると、仮に、機器の設置面に段差等がある場合であっても、各振動センサ部を機器に設置し易くなるといった利点がある。

第５の観点によれば、振動検出器は、複数の振動センサ部が、電気絶縁性を有する保護部材を有している。そして、複数の振動センサ部を構成する電極は、共通の保護部材によって覆われている。このように、各振動センサ部を構成する電極が共通の保護部材に覆われている構成では、製造時に各振動センサ部の位置が保護部材によって規定されるので、使用時における各振動センサ部の位置ズレ等を抑えることができる。このため、各振動センサ部のセンサ出力に基づく振動検出の精度の向上を図ることができる。

１２ 第１振動センサ部
１２１ ピエゾ素子
１２２、１２３ 一対の電極
１４ 第２振動センサ部
１６ 第３振動センサ部
１８ 第４振動センサ部
４０ 錘
５０ 制御部（検出処理部）
ＴＤ 機器
ＩＳ 設置面

Claims (5)

1. 振動が生ずる機器（ＴＤ）を検出対象とする振動検出器であって、
   フィルム状のピエゾ素子（１２１）および前記ピエゾ素子の厚み方向の両面に配置されたフィルム状の一対の電極（１２２、１２３）を含む複数の振動センサ部（１２、１４、１６、１８）と、
   前記複数の振動センサ部の前記厚み方向の一方の面に配置された錘（４０）と、
   前記複数の振動センサ部からのセンサ出力に基づいて、前記機器の振動に関する情報の検出処理を行う検出処理部（５０）と、を備え、
   前記複数の振動センサ部は、前記機器における所定の設置面（ＩＳ）に対して互いに隣り合うように配置されており、
   前記検出処理部は、前記複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて前記厚み方向の振動成分を検出し、前記複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて前記厚み方向に直交する面内の少なくとも一方向の振動成分を検出する構成になっている振動検出器。
2. 前記設置面には、３つ以上の前記振動センサ部が隣り合うように配置されており、
   前記検出処理部は、前記複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて前記厚み方向の振動成分を検出し、前記複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて前記一方向の振動成分、並びに、前記厚み方向および前記一方向の双方に直交する他方向の振動成分を検出する構成になっている請求項１に記載の振動検出器。
3. 前記複数の振動センサ部のうち一部の振動センサ部は、前記複数の振動センサ部のうち前記一部の振動センサ部を除く他の振動センサ部の一部と前記一方向および前記他方向に重なり合うように配置されている請求項２に記載の振動検出器。
4. 前記ピエゾ素子は、ポリフッ化ビニリデンを含む可撓性を有する圧電素子で構成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の振動検出器。
5. 前記複数の振動センサ部は、電気絶縁性を有する保護部材（１２０、１３０）を有しており、
   前記複数の振動センサ部を構成する前記電極は、共通の前記保護部材によって覆われている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の振動検出器。

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