JPH05203661A - 圧電型振動センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 台座２上に膜状圧電体３ａおよび荷重体４を
積層してなる圧電型振動センサ１を中空パッケージ５内
に収めてなる圧電型振動センサ装置において、上記中空
パッケージ５の材質を、発泡プラスチックとし、かつ該
発泡プラスチックの空隙率を体積比で２０〜５０％とす
る。 【効果】 センサ装置周囲の温度が急激に変化した場合
でも、検知部の温度変化を軽減することができ、焦電ノ
イズを十分低減することが可能である。さらにパッケー
ジを軽量化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセンサを中空パッケージ
内に収めてなる圧電型振動センサ装置に関し、特に焦電
効果によるノイズ（以下、焦電ノイズと略記する）を低
減できる圧電型振動センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電型振動センサ装置の例とし
て、図１に示すようなものがある。図１において符号１
は圧電型振動センサを示す。この圧電型振動センサ装置
は、圧電型振動センサ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５内に収容してなるもの
である。圧電型振動センサ１は、台座２上に、膜状圧電
体３ａを円板状の支持板３ｂ，３ｂで挟んでなる検知部
３、および荷重体４を積層して形成されている。

【０００３】そして、中空パッケージ５の長手方向のほ
ぼ中央よりやや下側には、中空パッケージ５の内方に突
出する環状のセンサ取付部６が一体に設けられている。
このセンサ取付部６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、ネジどめなどの適宜
の固定手段によって固定されるようになっている。この
ようにしてセンサ１は中空パッケージ５内に浮かせた状
態で収容、固定され、台座２の下面側には空隙が形成さ
れる。また、中空パッケージ５の基部には円板状の取付
板部７が一体に取り付けられており、圧電型振動センサ
装置はこの取付部７で被測定物に固定されるようになっ
ている。

【０００４】さらに、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ダンス
交換回路や増幅回路などを含む電気回路を搭載した処理
回路８が取り付けられている。また、この処理回路８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
温度補償する温度補償用素子（図示せず）が搭載されて
いる。この処理回路８からの出力リード線９，９および
この処理回路８に作動用の電力を供給する電源線１０，
１０が、中空パッケージ５の下部に取り付けられたコネ
クタのレセプタクル１１に接続され、このレセプタクル
１１に接続ケーブル１２を接続したプラグ１３を挿入す
ることにより、センサ装置に電力を供給するとともに、
信号を外部に出力できるようになっている。

【０００５】このようなセンサ１では、膜状圧電体３ａ
の膜面に直交し、荷重体４の中心を通る軸が感知軸Ｇと
なっている。そして、中空パッケージ５の取付板７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
向の振動を検知することができるようになっている。こ
こで、センサ１の出力は検知部３上に積層された荷重体
４の重量に比例するので、圧電型振動センサ１を使用す
る際には、荷重体４の重量を調節することによってセン
サ１の出力を調整する方法が行われる。このため、圧電
型振動センサ装置を製造する際には、中空パッケージ５
を適宜の位置で２分割して得られる、センサ取付部６を
有するベースパッケージ５ａと、これに接合される上部
パッケージ５ｂとで構成し、まず、圧電型振動センサ１
をベースパッケージ５ａのセンサ取付部６に固定し、出
力調整を行った後、上部パッケージ５ｂをベースパッケ
ージ５ａに固着接合して、圧電型振動センサ装置とする
ことが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に圧電型振動セン
サでは、焦電ノイズが大きな問題となる。焦電ノイズ
は、検知部温度が急激に変化したときに、圧電体に発生
する出力である。一般に焦電ノイズは低周波数成分を多
く含むので、低周波振動を計測する場合には、特に大き
な障壁になる。この焦電ノイズを低減するために、上記
圧電型振動センサ装置では、中空パッケージ内に検知部
を収納し、圧電型振動センサ装置周囲の温度が急激に変
化しても、検知部は緩やかな温度変化となるように工夫
されている。

【０００７】一方で、焦電ノイズと並んで大きな課題と
なる、共振の防止および電気的ノイズの遮蔽のために
は、上記圧電型振動センサ装置の中空パッケージとし
て、カーボンファイバ強化プラスチックなどの材質の中
空パッケージを用いることが好ましい。しかしながらカ
ーボンファイバ強化プラスチックは導電性を有するため
に、熱伝導度も高く、焦電ノイズを消去するための中空
パッケージとしては不十分であった。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、共振を防止しながら、かつ焦電ノイズを十分低減で
きる中空パッケージを提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の中空パッケージ
は、その材質を発泡プラスチックとし、かつ該発泡プラ
スチックの空隙率を体積比で２０〜５０％とすることを
前記課題の解決手段とした。

【００１０】

【作用】発泡プラスチックは、熱伝導度が低く、このよ
うな熱伝導度の低い材質の中空パッケージを使用するこ
とにより、センサ装置周囲の温度が急激に変化した場合
でも、検知部温度の温度変化を軽減することができるの
で、焦電ノイズを低減できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を、図１に示した一実施例に基
づき、詳しく説明する。なお上記従来例と共通する部分
には、同一符号を付して説明を簡略化する。本実施例の
装置と従来のものとの相違点は、中空パッケージ５の材
料として発泡プラスチックを用いた点である。この発泡
プラスチックとしては、発泡ポリエステル樹脂、発泡Ａ
ＢＳ樹脂、発泡エポキシ樹脂、発泡ポリスルフォン樹
脂、発泡ＰＰＯ樹脂、発泡ＰＰＳ樹脂などの、比較的剛
性の大きい樹脂からなるものが好ましい。この発泡プラ
スチックの空隙率は、体積比で２０〜５０％であること
が好ましい。

【００１２】また一般に、プラスチックは、発泡化する
とその剛性が低下するので、共振点の低下という問題が
生じる。従って共振防止のために、発泡プラスチックと
しては、ガラス繊維、カーボン繊維などの強化繊維を分
散せしめたカーボン繊維強化ポリブチレンテレフタレー
ト樹脂などの、剛性の高いカーボンファイバ強化プラス
チックなどが好ましい。

【００１３】（実施例１）一辺が５mmの正方形で、厚さ
が１００μｍのポリフッ化ビニリデンからなる膜状圧電
体の両面に、一辺が５mmの正方形で、厚さが５０μｍの
銅箔からなる電極をエポキシ系接着剤で接着し、さらに
一辺が５mmの正方形で、厚さが１．５mm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。一方、一
辺が１２mmの正方形で、厚さが０．８mmのアルミナから
なる基板の両面に、インピーダンス変換回路および増幅
回路などの処理回路を形成して回路基板を作製した。こ
の回路基板上に上記検知部を接着し、検知部上に重さ１
ｇの真ちゅうからなる荷重体を接着した。また回路基板
の検知部側であって、検知部の近傍に温度補償用素子を
設けて、圧電型振動センサを作製した。

【００１４】厚さ１．５mm、空隙率２０％のカーボンフ
ァイバ強化発泡ポリブチレンテレフタレート樹脂を用い
て、図１に示すような中空パッケージのベースパッケー
ジおよび上部パッケージをそれぞれ作製した。ここで、
中空パッケージの平面形状は正方形とし、その一辺は内
寸で１２mmとした。ベースパッケージに上記で得られた
圧電型振動センサをセットし、上部パッケージを接着し
た。

【００１５】このセンサから１０cm離れた場所から、こ
のセンサ装置に８０℃の熱風を５秒間当て、このときの
焦電出力を調べた。その結果を表１に示す。表１におい
て、空隙率は、中空パッケージの材料となるカーボンフ
ァイバ強化発泡ポリブチレンテレフタレート樹脂の空隙
率を示した。また焦電出力は、８０Ｈｚ、１ｇの振動を
加えた場合の出力を１としたときの相対値を示した。

【００１６】（実施例２）空隙率３０％のカーボンファ
イバ強化発泡ポリブチレンテレフタレート樹脂を材料と
して、中空パッケージを作成した。その他は実施例１と
同様に行なった。その結果を併せて表１に示す。 （実施例３）空隙率５０％のカーボンファイバ強化発泡
ポリブチレンテレフタレート樹脂を材料として、中空パ
ッケージを作成した。その他は実施例１と同様に行なっ
た。その結果を併せて表１に示す。

【００１７】（比較例１）発泡体でないカーボンファイ
バ強化ポリブチレンテレフタレート樹脂を材料として、
中空パッケージを作成した。その他は実施例１と同様に
行なった。その結果を併せて表１に示す。 （比較例２）空隙率１０％のカーボンファイバ強化発泡
ポリブチレンテレフタレート樹脂を材料として、中空パ
ッケージを作成した。その他は実施例１と同様に行なっ
た。その結果を併せて表１に示す。 （比較例３）空隙率６０％のカーボンファイバ強化発泡
ポリブチレンテレフタレート樹脂を材料として、中空パ
ッケージを作成した。その他は実施例１と同様に行なっ
た。その結果を併せて表１に示す。

【表１】

【００１８】表１で示したように、中空パッケージに用
いるカーボンファイバ強化発泡ポリブチレンテレフタレ
ート樹脂の空隙率が、２０〜５０％の範囲では、発泡体
でないカーボンファイバ強化ポリブチレンテレフタレー
ト樹脂、および空隙率が１０％ないし６０％のカーボン
ファイバ強化発泡ポリブチレンテレフタレート樹脂を用
いた場合に比べ、焦電出力を低く抑えることができ、共
振周波数が低下することもない。

【００１９】

【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、中空パッケージの材質を、発泡プラスチ
ックとし、かつ該発泡プラスチックの空隙率を体積比で
２０〜５０％とするものである。このような中空パッケ
ージを用いると、センサ装置周囲の温度が急激に変化し
た場合でも、検知部の温度変化を軽減することができ
る。したがって、焦電ノイズを十分低減することが可能
である。さらにパッケージを軽量化することができる。

【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お
よび従来の圧電型振動センサ装置の例を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１…圧電型振動センサ、２…台座、３…検知部、３ａ…
膜状圧電体 ４…荷重体、５…中空パッケージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 隆之 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台座上に膜状圧電体および荷重体を積層
   してなる圧電型振動センサを中空パッケージ内に収めて
   なる圧電型振動センサ装置において、上記中空パッケー
   ジの材質を、発泡プラスチックとし、かつ該発泡プラス
   チックの空隙率を体積比で２０〜５０％としたことを特
   徴とする圧電型振動センサ装置。