JPH06249871A - 圧電型振動センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 圧電体１７の両面に電極１８ａ、１８ｂを固
着してなる検知部１２と、この検知部１２の表面に固着
された回路基板１３と、反対側の表面に固着された荷重
体１４と、これら検知部１２、回路基板１３および荷重
体１４を収容するパッケージ１５とを有し、前記パッケ
ージ１５が、上面に開口し内部に前記検知部１２と荷重
体１４とを収容する凹部２４を有しかつ上面に前記回路
基板１３を配するパッケージ台座２２と、前記回路基板
１３上面との間に間隙を隔ててパッケージ台座２２に被
せられるパッケージキャップ２３とからなり、かつパッ
ケージ台座２２およびパッケージキャップ２３が導電性
材料からなり、かつ回路基板１３とパッケージキャップ
２３との間の間隙に発泡材料１６が充填されてなる。 【効果】 異物の混入に対する耐性の向上を図った圧電
型振動センサを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電型振動センサに関
し、特に異物の混入に対する耐性の向上を図った圧電型
振動センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被測定物体の振動を測定する圧電
型振動センサとしては、片持ち梁型、ダイアグラム型、
圧縮型、せん断型等種々の形式のものが知られている
が、信頼性が高く、小型化が可能である圧縮型が多く使
用されている。この圧縮型の圧電型振動センサは、台
座、検知部および荷重体を順次積層した積層体からな
り、その台座の下面を被測定物に剛に取り付けて使用さ
れる。検知部は、圧電体の両面に電極を固着して構成さ
れる。この圧電型振動センサにあっては、被測定物に振
動が発生すると、その振動がセンサに伝達される。する
と、台座側は被測定物とともに振動するが、荷重体側に
は慣性力による遅れが生じる。したがって、圧電体に振
動加速度に比例した圧縮あるいは引っ張り応力が発生
し、その応力に比例した電荷あるいは電圧が、圧電体の
両面に発生する。よって、圧電体両面に配設された２枚
の電極からの電気出力を測定することによって、被測定
物の振動の大きさを検知することができるのである。

【０００３】このような圧縮型振動センサの用途は、工
場における回転体の異常振動の検知や、自動車の姿勢制
御等であり、センサは常時設置された状態にあり、高温
環境下や、あるいは金属粉など異物の多い劣悪環境下で
使用されることが多い。

【０００４】そのため、本願出願人らは、すでに、検知
部をパッケージ内に収容して耐環境性の向上を図った圧
縮型振動センサを提案した。図３は、この圧縮型振動セ
ンサ１の一例を示すもので、検知部２の検知軸に垂直な
表面に荷重体３が固着され、また反対側の表面には回路
基板４が固着されている。回路基板４表面には、インピ
ーダンス変換回路５が形成されており、このインピーダ
ンス変換回路５と検知部２の電極とが接続状態に配設さ
れている。また、パッケージ６は、嵌合方式によって密
閉されるパッケージ台座７とパッケージキャップ８とか
らなる。パッケージ台座７は、略ブロック型を有し、そ
の上部には、検知部２および荷重体３を収容する凹部９
が設けられている。また、回路基板４のインピーダンス
変換回路５には、低インピーダンス化された出力を取り
出すためのケーブル１０が接続され、パッケージキャッ
プ８を貫通して、外部へ延設されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構成の圧電型振動センサにあっては、パッケージ台座７
とパッケージキャップ８とを嵌合方式によって密閉する
ため、またケーブル１０をパッケージキャップ８を貫通
して外部まで延設するため、パッケージ台座７とパッケ
ージキャップ８との嵌合部や、ケーブル１０の出口に形
成される僅かな隙間から、周囲環境中の金属粉や水等の
異物が、パッケージ７内に混入し、前記回路基板４にま
で達し、インピーダンス変換回路５のショートの原因に
なるという問題があった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、異物の混入に対する耐性の向上を図った圧電
型振動センサを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、圧電体の両面に電極を固着してなる検
知部と、この検知部の検知軸に垂直な表面に固着された
回路基板と、検知部の反対側の表面に固着された荷重体
と、これら検知部、回路基板および荷重体を収容するパ
ッケージとを有し、前記パッケージが、上面に開口し内
部に前記検知部と荷重体とを収容する凹部を有しかつ上
面に前記回路基板を配するパッケージ台座と、前記回路
基板上面との間に間隙を隔ててパッケージ台座に被せら
れるパッケージキャップとからなり、かつパッケージ台
座およびパッケージキャップが導電性材料からなり、か
つ回路基板とパッケージキャップとの間の間隙に発泡材
料が充填されてなることを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の圧電型振動センサによれば、回路基板
とパッケージキャップとの間の間隙に発泡材料が充填さ
れているので、たとえパッケージ内部に金属粉や水等の
異物が混入したとしても、この異物が回路基板まで到達
することを阻止して、インピーダンス変換回路がショー
トするなどのトラブルを防止することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ
説明する。図１は、本実施例の圧縮型振動センサを示す
ものである。この圧縮型振動センサ１１は、検知部１２
と、この検知部１２の検知軸Ｇに垂直な表面に固着され
た回路基板１３と、検知部１２の反対側の表面に固着さ
れた荷重体１４と、これら検知部１２、回路基板１３お
よび荷重体１４を収容するパッケージ１５と、パッケー
ジ１内の間隙に充填された発泡材料１６とを主体とし
て、概略構成されている。

【００１０】検知部１２は、図２に示すように、無機圧
電体からなる圧電体１７と、この圧電体１７の両面に接
着層（図示略）を介して固着された電極１８ａ、１８ｂ
と、これら電極１８ａ、１８ｂの表面に固着された支持
板１９ａ、１９ｂとから、構成されている。圧電体１７
としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸
鉛（ＰＴ）、チタン酸バリウム（ＢＡＴ）等が使用さ
れ、電極１８ａ、１８ｂには、銅箔、すず箔等が用いら
れる。接着層の材料として使用される接着剤には、エポ
キシ系接着剤やアクリル樹脂系接着剤等が挙げられる。
支持板１９ａ、１９ｂには、板状の剛体が用いられ、具
体的にはガラスエポキシ板等が挙げられる。

【００１１】回路基板１３は、セラミック基板等からな
り、前記検知部１２に固着された側と反対側の表面に、
インピーダンス変換回路２０が設けられている。このイ
ンピーダンス変換回路２０は、検知部１２の２枚の電極
１８ａ、１８ｂと接続されている。また、このインピー
ダンス変換回路２０には、低インピーダンス化された出
力を外部に取り出すためのケーブル２１が接続され、そ
のケーブル２１は、後述のパッケージキャップ２３を貫
通して外部まで延設されている。

【００１２】荷重体１４は、慣性質量部として作用する
もので、その材料には、真ちゅう、その他の金属など比
較的比重の大きなものを用いることが望ましい。

【００１３】パッケージ１５は、互いに嵌合方式で密閉
されるパッケージ台座２２とパッケージキャップ２３の
２部材よりなる。パッケージ台座２２およびパッケージ
キャップ２３には、ともに導電性材料が用いられる。パ
ッケージ台座２２は、アルミ製、ステンレス鋼製等のブ
ロックよりなり、その上部には、上面に開口する凹部２
４が設けられている。その凹部２４内には、前記検知部
１２および荷重体１４が収容され、このパッケージ台座
２２の上面には、前記回路基板１３が当接状態に配され
ている。パッケージキャップ２３は、パッケージ台座２
２と同様、アルミ、ステンレス鋼等よりなる略有底筒状
のキャップである。このパッケージキャップ２３は、そ
の底部部分と前記回路基板１３との間に間隙を隔てた状
態に被せられ、その開口縁部において、パッケージ台座
２２と嵌合されるようになっている。また、このパッケ
ージキャップ２３の底部部分には、前記回路基板１３に
接続されたケーブル２１を外部へ引き出すための孔が明
けられている。

【００１４】発泡材料１６は、前記回路基板１３とパッ
ケージキャップ２３との間の間隙に充填されている。発
泡材料１６には、間隙を隙間なく充填できるもので、充
填前は液状あるいは半液状で、充填後に常温あるいは加
温状態で発泡構造に変化するタイプのものが望ましく、
例えば、常温で発泡する２液型のシリコン発泡体などが
好適に用いられる。この発泡材料１６の充填方法として
は、注射器等の注入器具によって、パッケージキャップ
２３のケーブル出口近傍より、２液混合直後のシリコン
発泡体等を所定量注入し、その後常温で所定時間静置す
ることにより発泡させる方法などを採用する。

【００１５】このように、本実施例における圧縮型振動
センサ１１は、回路基板１３とパッケージキャップ２３
との間の間隙に発泡材料１６が充填されているので、た
とえ、ケーブル出口付近や、パッケージ台座２２とパッ
ケージキャップ２３との嵌合部付近等の僅かな隙間か
ら、パッケージ１５内部に、金属粉（Ａｌ粉、Ｃｕ粉）
や水等の異物が混入したとしても、この異物が回路基板
１３まで到達することを阻止することができる。したが
って、この異物がインピーダンス変換回路２０のショー
トを引き起こすなどのトラブルを防止することができ
る。

【００１６】以下、具体的な実施例を示し、本発明の効
果を明らかにする。 （実施例１，２，３）圧電体として、５ｃｍ角、０.５
ｍｍ厚のＰＺＴ圧電板を用い、その両面にエポキシ系接
着剤で、同サイズ、３０μｍ厚の銅箔を接着し、さらに
その両面にエポキシ系接着剤で、５ｍｍ角、１ｍｍ厚の
ガラスエポキシ板を接着して、これを検知部とした。こ
の検知部を、１５ｍｍ角、０.８ｍｍ厚のセラミック基
板の表面の中央部に接着し、該セラミック基板の反対側
の表面に形成されたインピーダンス変換回路と前記電極
（銅箔）とを接続し、さらに検知部の上に、重量１ｇの
真ちゅう片を接着した。一方、上面中央部に径８ｍｍ
φ、深さ８ｍｍの大きさの凹部を有する径２３ｍｍφ、
高さ１１ｍｍのステンレス鋼製のブロックを、パッケー
ジ台座として用意した。このパッケージ台座の凹部内
に、前記検知部を収容した状態に、回路基板をパッケー
ジ台座上面に接着した。回路基板のインピーダンス変換
回路にケーブルを接続した後、パッケージキャップを被
せて、パッケージ台座とパッケージキャップとを嵌合密
閉し、圧縮型振動センサとした。パッケージキャップの
ケーブル出口近傍から、注射器により、２液混合直後の
シリコン系発泡体を注入し、その後常温で発泡させ、パ
ッケージ内部の間隙に充填させた。

【００１７】（比較例１，２，３）発泡体を注入しなか
った以外は、実施例と同様にして、圧縮型振動センサを
得た。

【００１８】（異物混入への耐性の評価）実施例１およ
び比較例１のセンサの周囲を、Ｃｕ粉で満たし、その状
態で５００Ｈｚ、１０ｇの振動を加え、センサが故障す
るまでの時間を測定した。実施例２および比較例２のセ
ンサは、周囲をＡｌ粉で満たし、また実施例３および比
較例３のセンサは、周囲を水で満たして、同様の測定を
行った。結果を、表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１より、パッケージ内の間隙に発泡材料
を充填した実施例のセンサにおいて、異物の混入に対す
る耐性が著しく向上していることが明らかとなった。

【００２１】

【発明の効果】異常説明したように、本発明の圧縮型振
動センサによれば、回路基板とパッケージキャップとの
間の間隙に発泡材料が充填されているので、たとえパッ
ケージ内部に金属粉や水等の異物が混入したとしても、
この異物が回路基板まで到達することを阻止して、イン
ピーダンス変換回路がショートするなどのトラブルを防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧縮型振動センサの一実施例を示す断
面図である。

【図２】同圧縮型振動センサにおける検知部を示す斜視
図である。

【図３】従来の圧縮型振動センサの一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１１ 圧縮型振動センサ １２ 検知部 １３ 回路基板 １４ 荷重体 １５ パッケージ １６ 発泡材料 １７ 圧電体 １８ａ、１８ｂ 電極 ２２ パッケージ台座 ２３ パッケージキャップ ２４ 凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体の両面に電極を固着してなる検知
   部と、この検知部の検知軸に垂直な表面に固着された回
   路基板と、検知部の反対側の表面に固着された荷重体
   と、これら検知部、回路基板および荷重体を収容するパ
   ッケージとを有し、 前記パッケージが、上面に開口し内部に前記検知部と荷
   重体とを収容する凹部を有しかつ上面に前記回路基板を
   配するパッケージ台座と、前記回路基板上面との間に間
   隙を隔ててパッケージ台座に被せられるパッケージキャ
   ップとからなり、かつパッケージ台座およびパッケージ
   キャップが導電性材料からなり、かつ回路基板とパッケ
   ージキャップとの間の間隙に発泡材料が充填されてなる
   ことを特徴とする圧電型振動センサ。