JP6197794B2 - 振動センサユニット - Google Patents
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Description
本発明の第1の振動センサユニットは、
開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記絶縁体は平板状に形成されている。
本発明の第2の振動センサユニットは、
開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記仕切部は、
前記アンテナに対して斜めに対向する第1面と、
前記アンテナに対して斜めに対向し、且つ、前記第1面に対して交差する第2面と、を有する。
本発明の第3の振動センサユニットは、
開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記筐体は、
前記アンテナを内部に有する第1筐体と、
前記振動センサ及び前記制御部を内部に有する第2筐体と、
を含み、
前記第1筐体には、前記開口が形成されているとともに前記絶縁体が設けられ、
前記第1筐体と前記第2筐体とは、相互に着脱可能であり、
前記第1筐体と前記第2筐体とは、各々に形成された外部接続端子を介して相互に電気的に接続可能である。
本発明の第4の振動センサユニットは、
開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記絶縁体に取り付けられた無線回路基板を有し、
前記アンテナは前記無線回路基板に設けられている。
本発明の第5の振動センサユニットは、
開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記筐体の内部空間に樹脂が充填されている。
本発明の第6の振動センサユニットは、
開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記仕切部において前記アンテナと対向する面とは反対側の面に電波吸収体が形成されている。
本発明の第7の振動センサユニットは、
開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記仕切部において前記アンテナと対向する面とは反対側の面にリブが形成されている。
本発明の第8の振動センサユニットは、
開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
当該振動センサユニットは、前記筐体の底部が、当該振動センサユニットが設置される設置対象面に取り付けられるように構成され、
前記絶縁体は平板状に形成され、且つ、前記筐体の底面に対して傾斜して配置されている。
図1は第1の実施形態に係る振動センサユニット100の模式的な正面断面図である。
更に、アンテナ30は、マイクロストリップアンテナ等の、指向性利得が大きいアンテナであっても良い。ただし、この場合、絶縁体20の方向にメインローブが向くようにアンテナ30を形成することが望ましい。
アンテナ30から出力される電波の周波数は、使用者が免許不要で使える特定小電力向けの400MHz帯、又は900MHz帯が望ましい。
仕切部40は、導体からなるため、アンテナ30から出力される所望の周波数の電波に対して反射板として機能する。仕切部40は、当該仕切部40にて反射した電波の指向性が絶縁体20の方向を向くように配置されている。仕切部40は、アンテナ30から所定の距離dに配置されている。この距離dについては後述する。
本実施形態の場合、仕切部40は、例えば、絶縁体20に対して平行に対向している。また、仕切部40は、筐体10の横断面(平断面)を実質的に閉塞するように(例えば後述する貫通穴40aの形成領域を除く領域を閉塞するように)、筐体10内に配置されていることが好ましい。
よって、振動の検出精度が高く、長期防水性及び外部衝撃に対する堅牢性に優れた振動センサユニットを得ることができる。
なお、振動センサ50により微小な振動も確実に検出できるのと同じ理由から、振動発電器を振動センサユニット100に搭載した場合、高い電気変換効率が得られるため、高い発電効率を実現できる。
更に、導体からなる仕切部40は、第1領域5aと第2領域5bとを相互に電磁的に遮蔽する電磁シールドとしても機能する。このため、制御部60から発せられる電磁波が無線回路基板70及びアンテナ30に作用して無線回路基板70及びアンテナ30の誤動作を誘引してしまうことを抑制できる。同時に、無線回路基板70及びアンテナ30から発せられる電磁波が制御部60に作用して制御部60の誤動作を誘引してしまうことも抑制できる。
図2は第2の実施形態に係る振動センサユニット200の模式的な正面断面図である。図3は振動センサユニット200の模式的な平面図である。図4は振動センサユニット200のアンテナ30の放射指向性の例を示す模式図であり、このうち(a)は平面図、(b)は側面図である。
図5は第3の実施形態に係る振動センサユニット300の模式的な正面断面図である。
筐体10の内部を樹脂310で充填することにより、第2の実施形態に比べて、波長短縮効果により、距離dが短くなるため、振動センサユニット200の低背高化を図ることができるとともに、筐体10が中空構造とならないため、筐体10の剛性も向上する。
図6は第4の実施形態に係る振動センサユニット400の模式的な正面断面図である。
第1部分41の下面には外部接続端子421が、第2部分42の上面には外部接続端子422が、それぞれ設けられている。外部接続端子421は、第1部分41に形成された貫通穴40aを通して、被覆線7等により無線回路基板70に対して電気的に接続されている。同様に、外部接続端子422は、第2部分42に形成された貫通穴40aを通して、被覆線7等により制御部60に対して電気的に接続されている。すなわち、第1筐体411と第2筐体412とは、各々に形成された外部接続端子421、422を介して相互に電気的に接続可能である。
筐体10は、アンテナ30及び無線回路基板70を内部に有する第1筐体411と、振動センサ50及び制御部60を内部に有する第2筐体412と、を含み、第1筐体411と第2筐体412とは、相互に着脱可能である。よって、第1筐体411を共用にして、第2筐体412のみを交換することなどが可能となる。よって、例えば、振動センサ50又は制御部60が故障した場合に、第2筐体412のみを交換することが可能である。また、例えば、第2筐体412として焦電センサを有するものを別途作製した場合、その第2筐体412に容易に交換することができる。また、第2筐体412内に電池80を配置した構造とすることにより、電池80が消耗した場合に、第2筐体412のみを交換することも可能である。
図7は第5の実施形態に係る振動センサユニット500の模式的な正面断面図である。
仕切部40がコーナリフレクタ形状をなしているので、仕切部40により反射する電波の、絶縁体20の方向への指向性が高い。よって、振動センサユニット500からの電波の放射効率を良好にすることができる。
図8は距離dとアンテナ30の絶対利得との関係の例を示す図である。このうち図8(a)は仕切部40の反射面(アンテナ30側を向く面)が平面である場合の関係を示し、図8(b)は仕切部40の反射面(アンテナ30側を向く面)がコーナリフレクタ形状をなしている場合の関係を示す。図8(b)において、実線で示される曲線は、第1面45と第2面46とのなす角度θが60度の場合の関係を示し、点線で示される曲線は、角度θが90度の場合の関係を示す。波長λは、アンテナ30から出力される基本共振周波数の波長である。
図9は第6の実施形態に係る振動センサユニット600の模式図であり、このうち図9(a)は正面断面図、図9(b)は仕切部40に設けられた電波吸収体610の下面図である。
図10は第7の実施形態に係る振動センサユニット700の模式図であり、このうち図10(a)は正面断面図、図10(b)は仕切部40の下面図である。
図11は第8の実施形態に係る振動センサユニット800の模式図であり、このうち図11(a)は正面断面図、図11(b)は図11の矢印A方向に振動センサユニット800を見た図である。
なお、本実施形態の場合、筐体10は、例えば円筒状となっており、絶縁体20は、その円筒形状の軸心に対しても傾斜している。
本実施形態の場合も、絶縁体20に無線回路基板70及びアンテナ30が固定されている。
このため、アンテナ30が仕切部40に対して傾斜(例えば45度傾斜)して配置されている。
図12は第9の実施形態に係る振動センサユニット900の模式図であり、このうち図12(a)は正面断面図、図12(b)は平面図である。
第1筐体411には、開口11が形成されているとともに、開口11を閉塞するように絶縁体20が設けられている。なお、絶縁体20は、第8の実施形態と同様に、ボルト9aにより筐体10(第1筐体411)に対して固定されている。
第1筐体411の内部空間である第1領域5aは、密閉空間となっている。一方、第2筐体412の内部空間である第2領域5bも、密閉空間となっている。
実施例として図2で示される構成の振動センサユニット200を作製した。10mm厚みのアルミ材を用いて外径90φ×高さ90mm、距離dを60mmとする金属製の筐体10をダイキャストにより作製した。無線回路基板70と絶縁体20とをテープ等で相互に張り合わせ、無線回路基板70における部品実装面が仕切部40の方向を向くように配置した。また、無線回路基板70に955MHzで共振する75.6mm×1.0mmの線状λ/4モノポールアンテナを形成し、RFICおよびその周辺回路を無線回路基板70に設置した。このとき距離dは1/5波長である。更に、電源回路およびMCUを搭載した制御部60と電池80を筐体10内に配置し、圧電セラミックスを用いた外径15mm、厚み5mmの振動センサ50を筐体10の底部12に固定し底部12を溶接により筐体本体に接着し、筐体10を密閉した。また、仕切部40には貫通穴40aが設けられており、無線回路基板70と制御部60とを被覆線で結線した。
1. 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有する振動センサユニット。
2. 前記絶縁体は平板状に形成されている1.に記載の振動センサユニット。
3. 前記仕切部は平板状に形成され、
前記仕切部と前記アンテナとが互いに平行に配置されている1.又は2.に記載の振動センサユニット。
4. 前記仕切部は、
前記アンテナに対して斜めに対向する第1面と、
前記アンテナに対して斜めに対向し、且つ、前記第1面に対して交差する第2面と、
を有する1.又は2.に記載の振動センサユニット。
5. 前記筐体は、
前記アンテナを内部に有する第1筐体と、
前記振動センサ及び前記制御部を内部に有する第2筐体と、
を含み、
前記第1筐体には、前記開口が形成されているとともに前記絶縁体が設けられ、
前記第1筐体と前記第2筐体とは、相互に着脱可能である1.乃至4.の何れか一つに記載の振動センサユニット。
6. 前記第1筐体と前記第2筐体とは、各々に形成された外部接続端子を介して相互に電気的に接続可能である5.に記載の振動センサユニット。
7. 前記第2筐体内に配置された電池を更に有する5.又は6.に記載の振動センサユニット。
8. 前記絶縁体に取り付けられた無線回路基板を有し、
前記アンテナは前記無線回路基板に設けられている1.乃至7.の何れか一つに記載の振動センサユニット。
9. 前記絶縁体と離間して前記筐体内に配置された無線回路基板を有し、
前記アンテナは前記無線回路基板に設けられている1.乃至7.の何れか一つに記載の振動センサユニット。
10. 前記筐体の内部空間に樹脂が充填されている1.乃至9.の何れか一つに記載の振動センサユニット。
11. 前記仕切部において前記アンテナと対向する面とは反対側の面に電波吸収体が形成されている1.乃至10.の何れか一つに記載の振動センサユニット。
12. 前記仕切部において前記アンテナと対向する面とは反対側の面にリブが形成されている1.乃至11.の何れか一つに記載の振動センサユニット。
13. 当該振動センサユニットは、前記筐体の底部が、当該振動センサユニットが設置される設置対象面に取り付けられるように構成され、
前記絶縁体は平板状に形成され、且つ、前記筐体の底面に対して傾斜して配置されている1.乃至12.の何れか一つに記載の振動センサユニット。
14. 前記筐体は、
前記アンテナを内部に有する第1筐体と、
前記振動センサ及び前記制御部を内部に有する第2筐体と、
を含み、
前記第1筐体には、前記開口が形成されているとともに前記絶縁体が設けられ、
当該振動センサユニットは、前記第2筐体の底面が設置対象面に取り付けられるように構成され、
前記絶縁体は、前記第2筐体の底面に対して傾斜して配置され、
前記第1筐体と前記第2筐体とは、前記第2筐体の底面に対して直交する回転軸周りに相互に回転可能である13.に記載の振動センサユニット。
Claims (11)
- 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記絶縁体は平板状に形成されている振動センサユニット。 - 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記仕切部は、
前記アンテナに対して斜めに対向する第1面と、
前記アンテナに対して斜めに対向し、且つ、前記第1面に対して交差する第2面と、
を有する振動センサユニット。 - 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記筐体は、
前記アンテナを内部に有する第1筐体と、
前記振動センサ及び前記制御部を内部に有する第2筐体と、
を含み、
前記第1筐体には、前記開口が形成されているとともに前記絶縁体が設けられ、
前記第1筐体と前記第2筐体とは、相互に着脱可能であり、
前記第1筐体と前記第2筐体とは、各々に形成された外部接続端子を介して相互に電気的に接続可能である振動センサユニット。 - 前記第2筐体内に配置された電池を更に有する請求項3に記載の振動センサユニット。
- 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記絶縁体に取り付けられた無線回路基板を有し、
前記アンテナは前記無線回路基板に設けられている振動センサユニット。 - 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記筐体の内部空間に樹脂が充填されている振動センサユニット。 - 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記仕切部において前記アンテナと対向する面とは反対側の面に電波吸収体が形成されている振動センサユニット。 - 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
前記仕切部において前記アンテナと対向する面とは反対側の面にリブが形成されている振動センサユニット。 - 開口が形成された金属製の筐体と、
前記開口を閉塞する絶縁体と、
前記絶縁体と前記筐体とにより囲まれた閉塞空間内に配置されたアンテナと、
前記閉塞空間内において前記アンテナを基準として前記絶縁体とは反対側に配置された振動センサ及び制御部と、
前記閉塞空間において前記アンテナが配置された第1領域と、前記振動センサ及び前記制御部が配置された第2領域と、を互いに仕切る導体からなる仕切部と、
を有し、
当該振動センサユニットは、前記筐体の底部が、当該振動センサユニットが設置される設置対象面に取り付けられるように構成され、
前記絶縁体は平板状に形成され、且つ、前記筐体の底面に対して傾斜して配置されている振動センサユニット。 - 前記筐体は、
前記アンテナを内部に有する第1筐体と、
前記振動センサ及び前記制御部を内部に有する第2筐体と、
を含み、
前記第1筐体には、前記開口が形成されているとともに前記絶縁体が設けられ、
当該振動センサユニットは、前記第2筐体の底面が設置対象面に取り付けられるように構成され、
前記絶縁体は、前記第2筐体の底面に対して傾斜して配置され、
前記第1筐体と前記第2筐体とは、前記第2筐体の底面に対して直交する回転軸周りに相互に回転可能である請求項9に記載の振動センサユニット。 - 前記絶縁体と離間して前記筐体内に配置された無線回路基板を有し、
前記アンテナは前記無線回路基板に設けられている請求項1乃至10の何れか一項に記載の振動センサユニット。
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