(57)【要約】【課題】  本発明は、耐衝撃性に優れ、且つ、大きな出力信号を得ることができる振動センサを提供することを目的とする。【解決手段】  両方の面に重り７ａ、７ｂが付設されている振動電極３と、振動電極３の一方の面に対向して配置される第１固定電極２ａと、振動電極３の他方の面に対向して配置される第２固定電極２ｂとを備える振動センサ１に於いて、第１固定電極２ａと振動電極３との間の静電容量の変化によって得られる信号、及び、第２固定電極２ｂと振動電極３との間の静電容量の変化によって得られる信号に基づく振動信号を出力する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両方の面に重りが付設されている振動電極と、前記振動電極の一方の面に対向して配置される第１固定電極と、前記振動電極の他方の面に対向して配置される第２固定電極とを備え、
前記第１固定電極と前記振動電極との間の静電容量の変化によって得られる信号、及び、前記第２固定電極と前記振動電極との間の静電容量の変化によって得られる信号に基づく振動信号を出力する振動センサ。
【請求項２】
前記第１固定電極の前記振動電極と対向する面に第１エレクトレット部材が付設され、前記第２固定電極の前記振動電極と対向する面に、前記第１エレクトレット部材とは異極電位を有する第２エレクトレット部材が付設されている請求項１に記載の振動センサ。
【請求項３】
前記振動電極は、同一の板部材にスリットを設けて、中央側に位置し前記重りが付設されている振動膜部と、周辺側に位置する固定部と、前記振動膜部と前記固定部を連結する弾性支持部とに分割形成されている請求項１または２に記載の振動センサ。
【請求項４】
前記振動電極は、ステンレス、４２アロイ、Ｔｉ−Ｃｕ合金、Ｂｅ−Ｃｕ合金の何れかで構成される請求項１から３の何れか一項に記載の振動センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定電極とこれに対向配置された振動電極との間の静電容量の変化によって得られる信号に基づく振動信号を出力する静電容量型の振動センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
歩数計、微小振動計、精密機器用の振動センサ、カメラの手ぶれ防止機能用の振動センサ等に用いられる静電容量型の振動センサでは、固定電極に対向配置する振動電極を、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のフィルムで構成するとともに、より大きな振幅の信号を得るため、フィルムの固定電極と対向しない片方の面に重りを設けていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭５９−７９７００号公報
【特許文献２】特開平１０−９９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の振動センサでは、より大きな振幅の信号を得るために、振動電極に付設された重りの動きを良くして感度を良好にすべく、重りと振動電極リングとの間や重りと回路基板との間に比較的大きな隙間があったため、落下時等の過大な衝撃による重りの激しい動きで振動電極の破損事故が頻繁に起こるという欠点があった。
【０００４】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐衝撃性に優れ、且つ、大きな出力信号を得ることができる振動センサを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔特徴構成１〕
この目的を達成するための本発明に係る振動センサの第一特徴構成は、両方の面に重りが付設されている振動電極と、前記振動電極の一方の面に対向して配置される第１固定電極と、前記振動電極の他方の面に対向して配置される第２固定電極とを備え、前記第１固定電極と前記振動電極との間の静電容量の変化によって得られる信号、及び、前記第２固定電極と前記振動電極との間の静電容量の変化によって得られる信号に基づく振動信号を出力する点にある。
【０００６】
本特徴構成によれば、振動電極の両面に固定電極を対向配置して、各固定電極と振動電極との間の静電容量の変化によって得られる信号に基づく振動信号を得るので、振動電極の一方の面に対してのみ固定電極を対向配置する従来の振動センサに比べ、振動電極の同一の変位に対して高出力の振動信号を得ることができる。このため、固定電極との間の隙間を小さくして重りの動きを抑えることができ、また、両面に設けた重りによって、様々な方向の振動に対応して振動電極がバランスよく変位可能であるので、重りの激しい動きによる振動電極の破損事故等を効果的に防止することができる。その結果、耐衝撃性に優れ、且つ、大きな出力信号を得ることができる振動センサを得ることができる。
【０００７】
〔特徴構成２〕
同第二特徴構成は、前記第１固定電極の前記振動電極と対向する面に第１エレクトレット部材が付設され、前記第２固定電極の前記振動電極と対向する面に、前記第１エレクトレット部材とは異極電位を有する第２エレクトレット部材が付設されている点にある。
【０００８】
本特徴構成によれば、振動電極が変位したとき、振動電極には、第１エレクトレット部材と第２エレクトレット部材の夫々によって、同一方向に変化する２つの電圧信号が得られるので、その振動電極に得られる電圧信号を単に増幅して出力する等、振動信号の処理に係る回路構成を簡易にすることができる。
【０００９】
〔特徴構成３〕
同第三特徴構成は、前記振動電極は、同一の板部材にスリットを設けて、中央側に位置し前記重りが付設されている振動膜部と、周辺側に位置する固定部と、前記振動膜部と前記固定部を連結する弾性支持部とに分割形成されている点にある。
【００１０】
本特徴構成によれば、振動電極にスリットを設けて形成される弾性支持部は、バネ構造を持つので、充分な振幅を得ることができ、より大きな出力を得ることができる。特に、振動膜部と固定部を等間隔配置の３点で連結する３点支持構造にすると、バランスよく大きな出力が得られる。また、外部から加わる衝撃がバネ構造の弾性支持部に吸収されるので、振動電極が変形するのを効果的に防止し、耐衝撃性も向上させることができる。
【００１１】
〔特徴構成４〕
同第四特徴構成は、前記振動電極は、ステンレス、４２アロイ、Ｔｉ−Ｃｕ合金、Ｂｅ−Ｃｕ合金の何れかで構成される点にある。
【００１２】
即ち、本特徴構成によれば、従来のＰＥＴやＰＰＳなどの高分子に金属蒸着した振動膜に代えて、曲げ強度の強い材料を用いるので、落下時等の激しい揺れに対して、振動電極の破損を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る振動センサの実施形態を図面に基づいて説明する。
先ず、本発明の第一実施形態について説明する。本発明に係る振動センサ１は、図１に示すように、プッシュプル型の振動センサであり、両方の面に重り７ａ、７ｂが付設されている振動電極３と、振動電極３の一方の面に対向して配置される第１固定電極２ａと、振動電極３の他方の面に対向して配置される第２固定電極２ｂとを備え、第１固定電極２ａと振動電極３との間の静電容量の変化によって得られる信号、及び、第２固定電極２ｂと振動電極３との間の静電容量の変化によって得られる信号に基づく振動信号を出力するように構成されている。
【００１４】
ここで、振動電極３に対向配置される第１固定電極２ａ及び第２固定電極２ｂには夫々エレクトレット部材を付設するが、これらは異極電位を有するように構成してもよいし、同極電位を有するように構成してもよい。特に、異極電位を有するように構成する場合は、振動電極３には、振動電極３の同一の変位に対して、同一方向に変化する電圧信号が得られるので、振動信号を得るための特別な演算回路を必要せず、回路構成を簡易にすることができる。
【００１５】
本実施形態では、第１固定電極２ａの振動電極３と対向する面に第１エレクトレット部材４ａが付設され、第２固定電極２ｂの振動電極３と対向する面に、第１エレクトレット部材４ａとは異極電位を有する第２エレクトレット部材４ｂが付設されている。即ち、図３に示すように、第１エレクトレット部材４ａには＋の電位が与えられ、第２エレクトレット部材４ｂには−の電位が与えられており、互いに異極電位を有するように構成されている。更に、出力側には、振動電極３に得られる電圧信号を増幅する増幅回路１０としてオペアンプを備えている。
【００１６】
そして、振動電極３が変位するとき、振動電極３には、第１エレクトレット部材４ａと第２エレクトレット部材４ｂにより、振動電極３の同一の変位に対して同一方向に変化する電圧信号が得られ、従来の振動センサよりも高い出力（２倍）を得ることができる。詳細には、例えば、振動電極３が第１エレクトレット部材４ａの側に変位すると、第１エレクトレット部材４ａと振動電極３との間の静電容量の変化により＋の電圧信号が得られ、同様に、第２エレクトレット部材４ｂと振動電極３との間の静電容量の変化によっても＋の電圧信号が得られるので、振動電極３は、第１エレクトレット部材４ａと第２エレクトレット部材４ｂにより得られる電圧信号を加算した振動信号を得ることができる。
【００１７】
ここで、本実施形態では、第１エレクトレット部材４ａに＋の電位を与え、第２エレクトレット部材４ｂに−の電位を与える構成としていたが、第１エレクトレット部材４ａに−の電位を与え、第２エレクトレット部材４ｂに＋の電位を与える構成でもよい。
【００１８】
尚、第１エレクトレット部材４ａ及び第２エレクトレット部材４ｂが同極電位を有するように構成した場合には、夫々の電圧信号を加算した振動信号を得るために、一方の電圧信号に対する反転回路若しくは夫々の電圧信号に対応する差分回路、並びに、同期回路及び加算回路等を構成することにより、第１エレクトレット部材４ａ及び第２エレクトレット部材４ｂが異極電位を有するように構成した場合と同様に、振動信号を得ることができる。
【００１９】
本発明の振動センサ１は、第１固定電極２ａが、第１エレクトレット部材４ａが内面に形成された断面コの字型のケース部材８の底部部分によって構成され、このケース部材８の底部に、リング状のスペーサ６ａ、電極リング５ａ、振動電極３、電極リング５ｂ、スペーサ６ｂ、第２エレクトレット部材４ｂ、第２固定電極２ｂを順次重ねた後、信号処理用の回路基板９で蓋をしてケース部材８に止め付け、振動センサ１を組み立てる構造になっている。
【００２０】
第１固定電極２ａはケース部材８を介して回路基板９と接続され、振動電極３は電極リング５ａ及び電極リング５ｂを介して回路基板９と接続されている。
第２固定電極２ｂは、本実施形態では、その背部に配置されている信号処理用の回路基板９に第２固定電極２ｂを接続する接続部材と一体に形成されている。
【００２１】
振動電極３は、例えば、ステンレスで構成されている。また、振動電極３は、図２に示すように、同一の板部材にスリット３ａを設けて、中央側に位置し重り７ａ、７ｂが付設されている振動膜部３ｂと、周辺側に位置する固定部３ｃと、振動膜部３ｂと固定部３ｃを連結する弾性支持部３ｄとに分割形成されており、プレス加工やエッチング等により簡易に作成することができる。
本実施形態では、弾性支持部３ｄは、一端側が振動膜部３ｂに連接し且つ他端側が固定部３ｃに連接した円弧状の細幅体に形成されており、バネ構造を有する。また、同一形状の弾性支持部３ｄを振動膜部３ｂの外周に等間隔に３個配置する３点支持構造を取っているので、振動膜部３ｂの変位を大きくしてセンサ出力を大きくすることができる。
【００２２】
重り７ａ、７ｂは、例えば、ステンレスで構成され、振動電極３の両面の互いに対応する位置に、導電性接着剤又は溶接により振動電極３と接続（スポット接続）されている。これら双方の重り７ａ、７ｂと振動電極３とを一体化した部材の重心が、振動電極３を構成する膜面上に位置する。このため、振動電極３の周方向や斜め方向等、様々な方向に重り７ａ、７ｂが振動する場合でも、振動電極３が面外にねじれ変形することがなく、バランスよく変位可能となるので、静電容量の変化を正確に認識することができ、重り７ａ、７ｂの激しい動きによる振動電極３の破損事故等を効果的に防止することができる。
また、導電性接着剤を用いて重り７ａ、７ｂを固定する場合には、両方の重り７ａ、７ｂの外側表面を振動電極３として用いることができる。よって、振動電極３と双方の固定電極との間隔を小さくすることができ、振動電極３と双方の固定電極との距離設定が容易となる。
【００２３】
また、本実施形態では、重り７ａの高さは電極リング５ａの高さと同じに設定されている。このため、重り７ａと第１エレクトレット部材４ａとの間隔を確保するために、電極リング５ａと第１エレクトレット部材４ａとの間にスペーサ６ａを設置している。同様に、重り７ｂの高さは電極リング５ｂの中央側の高さと同じに設定されており、重り７ｂと第２エレクトレット部材４ｂとの間隔を取るために、電極リング５ｂの中央側と第２エレクトレット部材４ｂとの間にスペーサ６ｂを設置している。スペーサ６ａ及びスペーサ６ｂの高さは、２０μｍから３０μｍに設定されている。
【００２４】
尚、本実施形態では、振動電極３をステンレスで構成したが、耐疲労性を考慮して、４２アロイ、Ｔｉ−Ｃｕ合金、Ｂｅ−Ｃｕ合金の何れかを用いて構成してもよい。また、重り７ａ、７ｂは、より大きな振幅を得るために、タングステンや金等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る振動センサの一実施形態を示す断面図
【図２】本発明に係る振動センサの振動電極の一例を示す模式図
【図３】振動センサ及び周辺回路を表す配線図
【符号の説明】
【００２６】
１    振動センサ
２    固定電極
３    振動電極
４    エレクトレット部材
５    電極リング
６    スペーサ
７    重り
８    ケース部材
９    回路基板
１０  増幅回路
【図１】
2005098727.tif 000003
【図２】
2005098727.tif 000004
【図３】
2005098727.tif 000005