JPH0743205A

JPH0743205A - 圧電型振動センサ装置

Info

Publication number: JPH0743205A
Application number: JP19068193A
Authority: JP
Inventors: Takanori Narita; 孝紀成田; Satoshi Kunimura; 智國村; Katsuhiko Takahashi; 克彦高橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】感度が温度変化や湿度変化によって変動せ
ず、また感度のエージングが少ない圧電型振動センサ装
置を得る。【構成】圧電型振動センサ装置が、一方の面に振動検
知部２０を固着し、他方の面に回路素子部３０を搭載し
た回路基板１０を有し、この回路素子部３０が防水性樹
脂層４０で封止されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインピーダンス変換回路
などの回路素子が組み込まれた圧電型振動センサ装置に
かかわり、特に従来の同形式のものに比べ、温度・湿度
の変化による感度の変動が抑えられ、かつエージングが
微少である圧電型振動センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体の振動を測定する圧電型振動
センサとして、ポリフッ化ビニリデンなどの膜状圧電体
を電極膜で挟んだ圧電素子を用いたものが多用されてい
る。しかし、この圧電素子からの出力インピーダンス
は、そのままでは計数装置や表示装置などの通常の電気
回路の入力インピーダンスと合わないので、インピーダ
ンス変換回路などの回路素子部を搭載した回路基板を、
上記の圧電素子とともにパッケージ内に組み込んだ構造
の圧電型振動センサ装置が用いられるようになった。

【０００３】図３に、上記構造の圧電型振動センサ装置
の従来例を示す。図３において、この圧電型振動センサ
装置は、上記の圧電素子を用いた振動検知部２０と、そ
の電気的出力のインピーダンス変換などを行う回路素子
部３０とを搭載した回路基板１０と、この回路基板１０
を支持するとともに被測定物に固定される台座５０とを
有している。台座５０は、被測定物に固定される座面５
１とこれに平行な対向面５２とを有し、かつこの対向面
５２の中央部には、振動検知部２０を非接触的に収納す
る凹部５３が形成されている。この対向面５２には、回
路素子部３０を一方の面に搭載した回路基板１０が、他
方の面で、上記の凹部５３を覆って固着されている。こ
の面には、上記台座の凹部５３内に非接触的に延びる振
動検知部２０が、その被測定物側支持板２１の面２８で
固着されている。そして、この振動検知部２０の感知軸
Ｇは、台座の座面５１に垂直となるように構成されてい
る。

【０００４】この装置における振動検知部２０は、図２
に示すような構造になっている。すなわち、図２におい
て、振動検知部２０は、順次、回路基板１０に面２８で
固着された被測定物側支持板２１、被測定物側電極膜２
２、膜状圧電体２３、荷重体側電極膜２４、荷重体側支
持板２５、および慣性質量として作用する荷重体２６が
それぞれ平行に、エポキシ系接着剤などの誘電性接着剤
２７により積層、接着されて、膜状圧電体２３の面中央
を垂直に通る感知軸Ｇに関して全ての層が線対称をなす
ように形成されている。この振動検知部２０は、被測定
物の振動によって生ずる加速度に感応して両電極２２、
２４間に電位差を発生する。その感度は感知軸Ｇの方向
に対して最大となる。また、この支持板２１、２５は、
いずれも布−フェノール樹脂積層板、ガラス繊維−エポ
キシ積層板などの剛体から作られている。

【０００５】この振動検知部２０と回路基板１０と台座
５０とからなる構成物は、図３に示すように、台座５０
の側面に嵌合するパッケージ６０で被われている。この
パッケージ６０の端部６１は、台座の座面５１の周縁に
延びる縁部５４に当接して接着固定されている。そして
この縁部５４を含む座面５１が被測定物に固定されるよ
うになっている。固定されたとき、この圧電型振動セン
サ装置の感知軸Ｇは被測定物の取付け面に垂直になる。
また、このパッケージ６０内で、回路素子部３０から出
力リード線７１、電源線７２が引き出され、レセプタク
ル７３、プラグ７４によってパッケージ外の接続ケーブ
ル７５に接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の圧電型振動セン
サ装置は、測定時の温度変化、湿度変化によって測定感
度が著しく変化し、また測定開始直後には感度が不安定
で、安定化するのに時間がかかる、いわゆる「エージン
グ」を起こしやすいという問題があった。本発明は上記
の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は温度変
化や湿度変化によって感度が変動せず、かつエージング
が微少である圧電型振動センサ装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、回路基板
上の回路素子部を防水性樹脂層で封止することによって
解決できる。この際、振動検知部の支持板として、布−
フェノール樹脂積層板を用いると、感度の安定性がさら
に改善される。

【０００８】ここで、防水性樹脂とは、上記回路素子部
を封止し、かつ回路基板に接着する防水性かつ電気絶縁
性の樹脂であって、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいず
れであってもよい。熱可塑性樹脂の例としては、メタク
リル樹脂、ポリアミド樹脂など、また熱硬化性樹脂の例
としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などを
挙げることができる。これらの樹脂は無機または有機系
の各種充填材、酸化防止剤、可塑剤、架橋剤、輻射線遮
断剤、着色剤などを含んでいてもよい。防水性樹脂層
は、回路素子部が搭載された回路基板上に、この回路素
子部が完全に被われるように防水性樹脂を直接流し込
み、封入注型する方法やトランスファ成形、射出成形な
どによって行う方法がとられ、必要なら加熱して硬化せ
しめることによって形成することができる。この防水性
樹脂層の厚みは３〜１０ｍｍ程度が好ましいが、この厚
みは回路素子部の嵩高さに応じて変化する。要は、回路
素子部全体が防水性樹脂層によって水分の侵入を阻止で
きる程度に被われていればよい。

【０００９】従来の同形式の圧電型振動センサ装置が、
測定時の温度変化、湿度変化によって測定感度が変動
し、また測定開始直後に感度が不安定でエージングを起
こしやすいという問題は、明確ではないが、微量の水分
が回路基板上の電気回路に何らかの影響を及ぼすためと
考えられる。回路基板の回路素子部を防水性樹脂層で完
全に封止すれば、これらの問題が解消または軽減される
ことを見いだし本発明に至ったものである。また、振動
検知部の支持板は、一般には布−フェノール樹脂積層
板、ガラス繊維−エポキシ樹脂積層板などから作られる
剛体であるが、回路素子部を防水性樹脂層で封止する本
発明の圧電型振動センサ装置においては、特に布−フェ
ノール樹脂積層板を用いた場合、理由は不明であるが感
度の安定性がさらに改善されることがわかった。

【００１０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の圧電型振動センサ装置の一実施例
を示す断面図である。図１において、この圧電型振動セ
ンサ装置が図３に示した従来の圧電型振動センサ装置と
異なるところは、回路基板１０上の回路素子部３０を防
水性樹脂層４０で封止した点にある。したがって、従来
の装置と同一の構成部分には同一符号を付して、その説
明を省略する。この実施例において、防水性樹脂層４０
は石英粉添加エポキシ樹脂からなり、回路素子部３０を
完全に封止して回路基板１０上に厚み３ｍｍ以上となる
ように形成されている。出力リード線７１および電源線
７２は、防水性樹脂層４０に一部埋設して回路素子部３
０から引き出されている。また、振動検知部２０の支持
板（図２の符号２１、２５）としては、布−フェノール
樹脂積層板を用いた。

【００１１】次に、この圧電型振動センサ装置の作動に
ついて図１および図２を用いて説明する。図１におい
て、圧電型振動センサ装置が被測定物に固定され、この
被測定物に感知軸Ｇ方向の振動が発生すると、その振動
の加速度は、座面５１から逐次台座５０、回路基板１０
を経て振動検知部２０に伝達される。するとこの加速度
は図２において、面２８から被測定物側支持板２１に伝
達され、さらに被測定物側電極膜２２を経て膜状圧電体
２３を振動させる。ところが、荷重体２６は慣性質量と
してこの加速度に抵抗するから、膜状圧電体２３の荷重
体側は振動に抵抗し、その結果、膜状圧電体２３は振動
の振幅に対応した圧力を受けることになり、被測定物側
電極膜２２、荷重体側電極膜２４の間に、その圧力に対
応した電位差を発生する。この電位差（電圧）は、リー
ド線（図示せず）によって回路基板上の回路素子部３０
（図１）に伝送される。図１において、回路素子部３０
は、電源線７２から供給される電流によって作動して、
上記の電圧にインピーダンス整合などの処理を施し、振
動信号として出力リード線７１、レセプタクル７３、プ
ラグ７４を経由し、接続ケーブル７５に出力する。

【００１２】（比較例）図３に示した従来形の圧電型振
動センサ装置であって、回路素子部３０が防水性樹脂層
４０で封止されていないものを比較例とした。

【００１３】実施例および比較例の圧電型振動センサ装
置について、環境温度または環境湿度を変化させたとき
の感度の変動を測定した。温度変化に対応する感度変動
については、検体（実施例または比較例）に８０Ｈｚ、
１Ｇの振動を加えるとともに、環境温度を−３０℃から
＋１００℃まで変化させてその感度を測定し、２５℃に
おける感度を１とするときの感度の最大変動幅を±％で
表示した。湿度変化に対応する感度変動については、検
体に８０Ｈｚ、１Ｇの振動を加えるとともに、環境湿度
を０％から１００％まで変化させてその感度を測定し、
湿度０％における感度を１とするときの感度の変動幅を
％で表示した。上記の測定結果を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】以上の結果から、回路素子部３０が防水性
樹脂層４０で封止された実施例の圧電型振動センサ装置
は、封止されていない比較例にくらべ、温度および湿度
変化に対する感度変動が著しく少なくなっていることは
明かである。また、測定の過程で、実施例の圧電型振動
センサ装置は、エージング特性も改善されていることが
確認された。

【００１６】

【発明の効果】本発明の圧電型振動センサ装置は、回路
基板上の回路素子部が防水性樹脂層で封止されてなるも
のであるので、感度が温度変化や湿度変化によって変動
せず、感度ヒステリシスも減少し、また感度のエージン
グがきわめて小さくなる。このとき、振動検知部の支持
板が布−フェノール樹脂積層板からなるものであれば、
感度はさらに安定する。防水性樹脂層による封止はきわ
めて簡単に行うことができるので、従来の圧電型振動セ
ンサ装置の価格をあまり上昇させずに、性能を大幅に向
上させることができる。また、温度、湿度に対して耐性
が高いので、過酷な温度、湿度の環境下でも振動測定が
可能となり、従来の圧電型振動センサ装置が使用できな
かった分野にも適用でき、汎用性が高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図。

【図２】振動検知部の構造を示す断面図。

【図３】従来の圧電型振動センサ装置を示す断面図。

【符号の説明】

１０…回路基板、２０…振動検知部、３０…回路素子
部、４０…防水性樹脂層、５０…台座。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面に振動検知部を固着し、他方の
面に回路素子部を搭載した回路基板を有し、この回路素
子部が防水性樹脂層で封止されてなる圧電型振動センサ
装置。