JPH0634454A - 圧電型振動センサ装置とその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電型振動センサ装置の計測周波数特性を損
なうことなく、その生産性を高め、製造経費を低減す
る。 【構成】 圧電体を用いてなる圧電型振動センサ２０と
信号処理回路を有する回路基板３０をパッケージ内に収
容してなる圧電型振動センサ装置であって、回路基板３
０の信号処理回路とケーブル５０がコネクタ４０で接続
され、接続されたコネクタ４０が、前記パッケージと一
体化されている。

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装置に
関するものであり、特に計測周波数特性を損なうことな
く生産性を高め、製造経費を低減する圧電型振動センサ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電型振動センサは基本的に、膜状圧電
体とこの両面に接着された電極板からなる圧電素子の一
方の面が絶縁シートを介して被測定物体に剛に取り付け
られた台座に接着され、圧電素子の他方の面が絶縁シー
トを介して、慣性質量として作用する荷重体に接着され
て構成されている。このような圧電型振動センサは、特
にその台座が被測定物体の振動と同一の振動を起こすよ
うに取り付けられている必要があり、その取り付けが不
安定であったり、測定すべき振動周波数帯域内にピーク
性の共振周波数を持っていたりすると、被測定物体の振
動を正しく測定することができないということになる。

【０００３】一方、圧電型振動センサ装置は、圧電型振
動センサの他に、これが発生する電気振動を処理して所
望の電気信号に変換する信号処理回路を内蔵している。
そしてこの装置を被測定物体に取り付けるに当たって
は、その電気信号を表示装置など他の装置に伝達するた
めの信号ケーブル、及び装置の電源としての電源ケーブ
ルを何等かの手段で接続する必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の圧電型振動セン
サ装置では、上記のような装置とケーブルの接続手段に
問題があった。即ち、通常のコネクタを使用すると、こ
のコネクタ部分が、測定すべき振動周波数帯域内に、い
わゆるビビリといわれるようなピーク性の共振周波数
（以下「異常共振」という）を持っていて、測定値を攪
乱するノイズ源となり、計測可能な振動周波数帯域が著
しく狭められる。このような異常共振を回避する手段と
して従来は二つの手段がとられていた。その一つは、き
わめて強固なコネクタを使用する方法であり、これによ
ってコネクタによる異常共振を計測周波数帯域外に排除
しようとするものである。しかしこの方法は、そのよう
な強固なコネクタが高価であるから余分な経費がかか
る。他の手段は、圧電型振動センサ装置に内蔵されてい
る信号処理回路の基板に直接、ケーブルの導体をハンダ
付けによって接続する、いわゆる直出しの方法である。
この方法ではコネクタを使用しないから異常共振は起き
ないが、基板へケーブルをハンダ付けする工程は、多く
の場合手作業となるから生産性が悪く、このためにやは
り経費が嵩む。

【０００５】従って本発明の目的は、高価なコネクタの
使用や手作業による接続の手段によらず、センサの計測
周波数特性を損なうことなく生産性を高め、製造経費を
低減することができる圧電型振動センサ装置とその製法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題は、圧電
体を用いてなる圧電型振動センサ及び信号処理回路をパ
ッケージ内に収容してなる圧電型振動センサ装置であっ
て、信号処理回路とケーブルがコネクタで接続され、接
続されたコネクタが、前記パッケージと一体化されてい
る圧電型振動センサ装置を提供することによって解決で
きる。上記の圧電型振動センサ装置において、コネクタ
の一方の端子が信号処理回路の基板に直接接続されてお
り、他方の端子がケーブルに接続されていることが好ま
しい。上記の圧電型振動センサ装置は、信号処理回路に
接続されたコネクタの一方の端子と、ケーブルに接続さ
れた前記コネクタの他方の端子を接続し、次いでこのコ
ネクタをパッケージと一体化成形して製造することがで
きる。

【０００７】このように本発明の圧電型振動センサ装置
では、コネクタの一方の端子が信号処理回路に接続され
ており、他方の端子がケーブルに接続されている。そし
て、この双方の端子を接続することによって信号処理回
路とケーブルが電気的に結合される。このコネクタは、
双方の端子が接続された状態で圧電型振動センサと信号
処理回路が収容されているパッケージ内に固定され、一
体化成形されているので、この部分で異常共振が発生す
ることはない。

【０００８】つぎに本発明を具体的に図面を用いて説明
する。図１は本発明の圧電型振動センサ装置の一実施例
を部分的に示している。図１において、この圧電型振動
センサ装置はパッケージベース１０と、図示しないパッ
ケージキャップから構成されるパッケージを有してい
る。このパッケージの内部に、圧電型振動センサ２０、
回路基板３０、及びコネクタ４０が収納され、コネクタ
４０からパッケージを貫通してケーブル５０が引き出さ
れている。

【０００９】パッケージベース１０は高剛性の台座であ
って、被測定物体（図示せず）に密に取り付けられる装
着面１１と、例えばビス孔のような装着手段１２を有し
ている。このパッケージベース１０は、装着面１１と反
対側の面上に、一体に成形されたコネクタ収納部１３を
有している。このコネクタ収納部１３は、内部にコネク
タ４０が収納され固定されるようになっている収納室１
４を有し、その収納室の周囲の壁部１５は基板固定台に
なっていて、この基板固定台の基板固定面１６には回路
基板３０の周縁部が密に取り付けられるようになってい
る。また、壁部１５の一部にはケーブル５０を貫通させ
るためのケーブル溝１７が設けられている。基板固定面
１６には、回路基板３０の周縁部が密に取り付けられて
いる。この回路基板３０には、圧電型振動センサ２０が
発する電気信号を入力する入力端子と、これを出力信号
に変換する信号処理回路と、その出力端子と、電源端子
が設けられている。

【００１０】この回路基板３０には、圧電型振動センサ
２０が密に取り付けられている。この圧電型振動センサ
２０はセンサチップ２１と荷重体２２及び配線からな
る。センサチップ２１は、膜状圧電体の両面に膜状導電
体が電極として設けられ、さらにその両面に高剛性の非
導電性シートが積層されたものから構成されている。こ
の非導電性シートの一方は回路基板３０に密に取り付け
られている。他方の非導電性シートには、慣性質量とし
て作用する金属製の荷重体２２が取り付けられている。
膜状圧電体、膜状導電体、非導電性シート、及び荷重体
２２からなる積層体は、これを貫通する振動感知軸に対
して平行線対称となる形状に成形されている。センサチ
ップ２１の電極からはリード線が引き出されて、回路基
板３０に設けられた入力端子に接続されている。

【００１１】回路基板３０に設けられた出力端子はコネ
クタ４０の回路側端子４１と接続されている。この出力
端子と回路側端子４１とは、リード線を介して接続する
こともできるが、直接に接続されていることが好まし
い。それによって、異常共振がさらに抑制されると共
に、製造工数が削減されるからである。コネクタ４０の
他方の端子はケーブル５０の導体と接続され、ケーブル
端子４２を形成している。コネクタ４０は、双方の端子
が電気的に結合した状態で収納室１４内に収納され、外
部からの振動によって異常共振を起こさないように固定
されている。コネクタ４０の各端子は、振動を受けても
電気的な安定性と耐久性を維持できるものであれば、ど
のような形状のものであってもよい。通常はピン状また
は舌状に突出した端子と、それを挟んで押圧するように
付勢されているリセプタクル端子からなるものが使用さ
れる。

【００１２】ケーブル５０は信号出力及び給電のための
導体を有していて、その導体はパッケージの内部でそれ
ぞれケーブル端子４２に接続されている。圧電型振動セ
ンサ装置は、パッケージキャップ（図示せず）を有して
いる。このパッケージキャップは、壁部１５の外周に取
り付けられ、圧電型振動センサ２０と接触しないように
これを覆い、これがパッケージベース１０と一体化され
てパッケージを形成している。

【００１３】次にこの圧電型振動センサ装置の動作を説
明する。圧電型振動センサ装置の装着面１１が装着手段
１２によって被測定物体に剛に装着される。被測定物体
に振動が起きると、この振動はパッケージベースの壁部
１５に伝えられ、この基板固定面１６から回路基板３０
を経由してセンサチップ２１を振動させる。このとき荷
重体２２は慣性質量として作用して振動に抵抗するか
ら、センサチップ２１の膜状圧電体は圧電型振動センサ
２０の振動感知軸に平行な振動成分に関して圧力変化を
受け、その変化に対応した電圧振動を発生する。ここに
発生した電圧振動はリード線を経由して回路基板３０の
入力端子から信号処理回路に入力され、ここで電気的処
理を受けて出力信号に変換され、出力端子からコネクタ
４０の回路側端子４１及びケーブル端子４２を経由し、
ケーブル５０から表示装置などの図示しない信号処理装
置に送られる。このとき、コネクタ４０はその全体がパ
ッケージ内部の収納室１４に収納され、固定されている
ので、被測定物体の振動によって異常共振を起こすこと
がない。

【００１４】つぎに、この圧電型振動センサ装置の製法
の一実施例について説明する。予めケーブル５０の端末
にケーブル端子４２をハンダ付けなどによって接続した
端子付きケーブルを用意する。一方、予め圧電型振動セ
ンサ２０と回路基板３０とコネクタの回路側端子４１を
接続固定したアセンブリを用意する。次いで、このアセ
ンブリの回路側端子４１に上記端子付きケーブルのケー
ブル端子４２を接続し、この接続されたコネクタをパッ
ケージベースの収納室１４に収納し固定すると共に、ケ
ーブル溝１７にケーブル５０を挿入してこれを外部に引
き出し、また回路基板３０の周辺部を基板固定面１６に
エポキシ樹脂接着剤などを用いて接着する。次にこの組
立物にパッケージキャップを装着して製造は終了する。

【００１５】以上説明したものは本発明の圧電型振動セ
ンサ装置及びその製法の好ましい実施例ではあるが、本
発明は上記の態様及び製法に限定されるものではない。
例えば別の実施例では、回路基板３０が、これに垂直に
取り付けられたピンまたは舌状導体を回路側端子４１と
して有している。一方、パッケージベースには、上記の
回路側端子４１と係合する位置に、リセプタクル端子が
ケーブル端子４２として、パッケージベース成形時に埋
め込まれて配設されている。この場合は、回路側端子４
１をパッケージベース側のリセプタクル端子（ケーブル
端子）４２に挿入すれば、コネクタの接続と同時にアセ
ンブリとパッケージベースの接合が完了し、コネクタは
パッケージと一体化される。このような実施例は製造工
程の自動化が容易な点で好ましいものである。また別の
実施例として、コネクタ４０を収納した後で収納室１４
の空隙をエポキシ樹脂などで充填封止することもでき
る。これによってパッケージとコネクタの一体化はさら
に強化されるから、異常共振はさらに低減し、耐久性も
向上することになる。

【００１６】

【実施例】次に本発明の実施例についてさらに詳しく説
明する。 （実施例１）図１で説明したような圧電型振動センサ装
置を作製した。膜状圧電体として１１０μｍ厚、５ｍｍ
平方のポリフッ化ビニリデン膜を用い、この両面に３０
μ厚、５ｍｍ平方の銅箔を接着し、さらにその両面に
１．５ｍｍ厚、５ｍｍ平方のガラスエポキシ樹脂板を接
着したものをセンサチップ２１とした。センサチップ２
１のガラスエポキシ樹脂面の一方を、予め信号処理回路
とコネクタの回路側端子４１が設けられている回路基板
３０に密に接着し、上記銅箔からリード線を引き出して
信号処理回路の入力端子に接続した。他方のガラスエポ
キシ樹脂面にはしんちゅう製の荷重体２２を接着した。
ケーブル５０の端末にコネクタ４０のケーブル端子４２
を接続し、このケーブル端子４２を上記回路基板３０に
設けられた回路側端子４１と接続した。この接続によっ
て形成されたコネクタ４０を、パッケージベース１０に
設けられた収納室１４に収納固定し、ケーブル溝１７か
らケーブル５０を引き出し、同時に回路基板３０の周辺
部をエポキシ樹脂接着剤を用いてパッケージベース１０
の基板固定面１６に接着した。最後にパッケージキャッ
プをパッケージベース１０に装着してこの実施例の圧電
型振動センサ装置を完成した。

【００１７】（比較例１）圧電型振動センサ装置のコネ
クタ部が外部に露出しており、パッケージと一体化され
ていないものを作製し、比較例１とした。 （比較例２）コネクタを使用せず、圧電型振動センサ装
置の回路基板に直接ケーブルをハンダ付けによって接続
し、パッケージからケーブルを直出ししたものを作製
し、比較例２とした。

【００１８】実施例１、及び比較例１及び２について、
異常共振に妨げられずに計測可能な振動周波数帯域を測
定した。その結果を比較例２の値を１．０とする比較値
として表１に示す。また、これらを製造する場合の製品
１個当り製造工数を、比較例２を１．０として比較し
た。その結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】以上の結果から、本発明の圧電型振動セン
サ装置が広帯域の振動計測能力を有し、かつ製造工数が
低減されていることは明かである。

【００２１】

【発明の効果】本発明の圧電型振動センサ装置は、圧電
体を用いてなる圧電型振動センサ及び信号処理回路をパ
ッケージ内に収容してなる圧電型振動センサ装置であっ
て、信号処理回路とケーブルがコネクタで接続され、接
続されたコネクタが、前記パッケージと一体化されてい
るものであるので、圧電型振動センサ装置の計測周波数
特性を損なうことなく生産性を高め、製造経費を低減す
ることができる、という効果がある。

【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部分を示す
概略図である。

【符号の説明】

１０…パッケージベース、１３…コネクタ収納部、２０
…圧電型振動センサ、３０…回路基板、４０…コネク
タ、４１…回路側端子、４２…ケーブル端子、５０…ケ
ーブル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体を用いてなる圧電型振動センサ及
   び信号処理回路をパッケージ内に収容してなる圧電型振
   動センサ装置であって、信号処理回路とケーブルがコネ
   クタで接続され、接続されたコネクタが、前記パッケー
   ジと一体化されていることを特徴とする圧電型振動セン
   サ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧電型振動センサ装置に
   おいて、コネクタの一方の端子が信号処理回路の基板に
   直接接続されており、他方の端子がケーブルに接続され
   ていることを特徴とする圧電型振動センサ装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の圧電型振動センサ装置を
   製造するに際して、コネクタの一方の端子を信号処理回
   路に接続し、他方の端子をケーブルに接続し、次いで双
   方の端子を接続し、かつこのコネクタをパッケージと一
   体化成形することを特徴とする圧電型振動センサ装置の
   製法。