(57)【要約】【課題】ノイズを抑制し、小型化可能な圧電型センサを提供する。【解決手段】圧電型センサは、圧電素子を有し、圧電素子が感知した物理量を電荷として検出可能な検出部、検出部を収容する筐体、圧電素子に接続されている芯線２１、筐体に接続されているアース線２２、芯線２１とアース線２２とを絶縁する誘電体２３および誘電体２３を覆っているジャケット２６を備える。また、圧電型センサは、アース線２２および誘電体２３を固定する接着材２５備える。これにより、アース線２２および誘電体２３の間で摩擦が生じず、静電気が発生しない。静電気が発生しないため、芯線２１に伝達されるノイズが抑制される。また、接着材２５でアース線２２および誘電体２３が固定されているため、圧電型センサの大きさに影響を与えない。したがって、圧電型センサを小型化することができる。【選択図】図２
2017125730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子（１１）を有し、前記圧電素子が感知した物理量を電荷として検出可能な検出部（１４）と、
前記検出部を収容する筐体（１３）と、
前記圧電素子に接続されている芯線（２１）と、
前記筐体に接続されているアース線（２２）と、
前記芯線と前記アース線とを絶縁する誘電体（２３）と、
前記誘電体を覆っているジャケット（２６）と、
前記アース線と前記誘電体とを固定する接着材（２５）と、
を備える圧電型センサ。
【請求項２】
前記接着材は、硬化後のショア硬さがＤ２０以上である請求項１に記載の圧電型センサ。
【請求項３】
前記接着材は、前記筐体側の前記ジャケットの一端（３１）から前記筐体側の反対側の前記ジャケットの他端（３２）に沿って設けられ、
前記接着剤が設けられる距離（Ｌｓ）は、前記一端から前記筐体の最大長さ（Ｌ）の２倍以上である請求項１または２に記載の圧電型センサ。
【請求項４】
前記接着材は、前記誘電体をらせん状に巻回する前記アース線同士の間に設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサや超音波センサ等に用いられる圧電素子を備える圧電型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を用いて構成される圧電型センサは、加速度センサまたは超音波センサに用いられる。特許文献１の構成のような圧電型センサは、筐体が導電体で形成され、筐体に取り付けられるコネクタにシールド線を接続して、信号を取り出している。
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−２０１４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電型センサのシールド線は、一般に、導体部である芯線とアース接続されるアース線とを絶縁している誘電体およびアース線の間で振動等によって摩擦が生じる。生じた摩擦によって、静電気が誘電体の外面に発生し、分極によって芯線に静電気による電荷が伝達する。芯線に静電気が伝達されることによって、ノイズが発生するという問題があった。
【０００５】
静電気によるノイズを発生させないため、特許文献１に記載のように、コネクタを設けて、誘電体およびアース線の間が摩擦しないように固定することが考えられる。しかしながら、コネクタを設けると、圧電型センサの体格が大きくなることによって、搭載スペースが確保できないという問題が生じる虞がある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ノイズを抑制し、小型化可能な圧電型センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、加速度センサや超音波センサ等に用いられる圧電型センサである。
圧電型センサは、検出部（１４）、筐体（１３）、芯線（２１）、アース線（２２）、誘電体（２３）、ジャケット（２６）および接着材（２５）を備える。
検出部は、圧電素子（１１）を有し、圧電素子が感知した物理量を電荷として検出可能である。
筐体は、検出部を収容する。
芯線は、圧電素子に接続されており、アース線は、筐体に接続されている。
誘電体は、芯線とアース線とを絶縁する。
ジャケットは、誘電体を覆っている。
接着材は、アース線と誘電体とを固定する。
【０００８】
アース線と誘電体とを固定する接着材を備えることによって、アース線と誘電体とが振動等によって摩擦が生じない。摩擦が生じないため、静電気が発生せず芯線に伝達されるノイズが抑制される。また、接着材は、コネクタを設けるときのように、圧電型センサの大きさに影響を与えない。したがって、圧電型センサを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による圧電型センサの構成図。
【図２】本発明の第１実施形態によるシールド線の斜視図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】図２のＩＶ部拡大図。
【図５】周波数とノイズとの関係を示す特性図。
【図６】接着材が硬化後のショア硬度とケーブル曲げ量との関係を示す特性図。
【図７】接着材が含浸されるシールド線の距離とケーブル曲げ量との関係を示す特性図。
【図８】本発明の第２実施形態によるシールド線の斜視図。
【図９】その他実施形態による圧電型センサの構成図。
【図１０】比較例による圧電型センサのノイズ発生の模式図。
【図１１】比較例による圧電型センサのノイズ発生の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態による圧電型センサ１を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明する。また「本実施形態」という場合、第１および第２実施形態を包括する。これらの実施形態の圧電型センサは、例えば、加速度センサに用いられる
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、圧電型センサ１は、検出部１４、筐体１３、シールド線２、接着材２５および電子制御ユニット２０を備える。
検出部１４は、圧電素子１１を有し、圧電素子１１が感知した物理量を電荷として検出可能である。
【００１２】
圧電素子１１は、例えば、チタン酸バリウムを含むセラミックスまたはチタン酸ジルコン酸鉛を含むセラミックスで形成されている。圧電素子１１は、慣性力Ｆを受けるとき、圧電素子１１の表面に電荷が発生する。発生する電荷量Ｑは、例えば、以下式（１）のように、圧電素子１１の組成によって一定で、慣性力Ｆに比例する。
【００１３】
また、以下式（２）のように、慣性力Ｆは、ニュートンの第２法則で表され、加速度ａに比例する。したがって、以下式（３）のように、電荷量Ｑは加速度ａに比例するため、検出部１４は、圧電素子１１を用いて、物理量の加速度ａを電荷として検出する。
【００１４】
Ｑ＝δ×Ｆ                ・・・（１）                                    
Ｆ＝Ｍ・ａ                ・・・（２）                                    
Ｑ＝δ×Ｍ×ａ            ・・・（３）                                    
ここで、δは圧電定数を表す。Ｍは圧電素子１１の質量を表す。圧電定数δおよび質量Ｍは、圧電素子１１の組成に依存する。
【００１５】
筐体１３は、直方体形状で、内部に空間が形成され、検出部１４を収容する。筐体１３は、接続口１５を有する。
接続口１５は、シールド線２と検出部１４とが接続可能なように形成され、筐体１３の外側の外孔２８および筐体１３の内側の内孔２９を含む。外孔２８は、径が内孔２９よりも大きくなるように形成されている。
【００１６】
図２に示すように、シールド線２は、芯線２１、アース線２２、誘電体２３およびジャケット２６を有する。
芯線２１は、例えば、銅線で形成されている。また、芯線２１は、複数の電線が束ねられて構成され、誘電体２３で覆われている。さらに、芯線２１は、外孔２８および内孔２９を介して筐体１３に引き込まれており、エナメル線１２によって圧電素子１１と接続されている。図２では、芯線２１は電線が束ねられた状態で、束ねられた１本の芯線２１として記載している。また、図２は部分図で、シールド線２の内部がわかるように記載している。
【００１７】
アース線２２は、芯線２１と同様に、イオン化傾向が比較的小さい銅線で複数形成されており、誘電体２３を巻回している。筐体１３の内部に形成される注入穴１６に外孔２８を介して引き込まれており、接着材２５によって筐体１３と接着されている。
誘電体２３は、円筒状で芯線２１およびアース線２２の間に形成され、両者の間を絶縁する。誘電体２３は、外孔２８を介して内孔２９まで筐体１３の内部に引き込まれている。
【００１８】
ジャケット２６は、筐体１３側の一端３１から筐体１３の反対側の他端３２まで誘電体２３および後述の接着材２５を覆っている。ジャケット２６は、例えば、スチレンブタジエンゴムまたは天然ゴム等の熱硬化性樹脂が用いられる。また、ジャケット２６は、金属製にしてもよい。
【００１９】
接着材２５は、アース線２２と誘電体２３とを固定し、ジャケット２６の一端３１からジャケット２６の他端３２に沿って、注入穴１６から接着剤が含浸されて形成されている。接着材２５は、注入穴１６から外孔２８を経由して、毛細管現象によってシールド線２内部に含浸されている。図中、接着材２５は、わかりやすくなるように、誇張して記載している。
【００２０】
シールド線２の反対側に位置する筐体１３の一端面１７からシールド線２側に位置する筐体１３の他端面１８までの距離を筐体長さＬとする。筐体長さＬは、筐体１３の最大長さである。また、一端３１から他端３２にかけて接着材２５が含浸されている距離を含浸距離Ｌｓとする。
【００２１】
接着材２５は、含浸距離Ｌｓが筐体長さＬの２倍以上となるように、すなわち、Ｌｓ≧２Ｌ  となるように接着剤が含浸されている。
また、図３に示すように、接着材２５によって誘電体２３をらせん状に巻回するアース線２２同士が接着材２５によって固定されている。アース線２２は円筒状に巻回してもよい。
【００２２】
接着材２５は、例えば、エポキシ樹脂やシアノアクリル樹脂の接着剤が用いられる。また、接着材２５は、硬化後のショア硬度がＤ２０である。ショア硬度は、例えば、ＪＩＳ＿Ｋ＿６２５３に準拠した測定で算出される。接着材の硬化前の粘度は、２．０Ｐａ・ｓ以下に調整されている。
【００２３】
接着材２５の粘度は、ＪＩＳ＿Ｚ＿８８０３に準拠した円錐−平板型回転粘度計を用いた測定で算出される。粘度の測定は、例えば、温度が２５℃に保たれた接着材２５を恒温槽内に入れて測定される。接着材２５の温度測定は、０．１℃以下の分解能を持つ温度計によって測定される。
【００２４】
電子制御ユニット２０は、ジャケット２６の他端３２側において、シールド線２に接続されており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータおよび入出力ポート等からなるマイコンによって構成されており、図中は、「ＥＣＵ」と表す。検出部１４が検出したアナログ信号が芯線２１を経由して電子制御ユニット２０に伝達され、電子制御ユニット２０のＡ／Ｄコンバータによってデジタル信号に変換される。
【００２５】
（作用）
圧電型センサ１の作用について説明する。
圧電型センサ１に衝突や振動等によって力を受けるとき、検出部１４は、圧電素子１１が衝突や振動に応じた加速度ａを電荷量Ｑとして検出する。検出された電荷量Ｑは、シールド線２の芯線２１を介して電子制御ユニット２０に伝達され、電子制御ユニット２０が信号処理を行う。
【００２６】
図１０、１１に示すように、従来では、衝突や振動によって力を受けるとき、アース線８２および誘電体８３の間で生じる摩擦によって誘電体８３はマイナスの電荷をもつ静電気が発生する。発生した静電気が分極によって芯線８４に伝達し、ノイズが発生するという問題があった。
【００２７】
また、静電気によってノイズが発生しないために、コネクタを設けて、誘電体およびアース線の間が摩擦しないように固定することがあった。しかしながら、コネクタを設けることによって、圧電型センサが大きくなってしまい、搭載スペースが確保できないといった問題が生じる虞があった。
【００２８】
（効果）
［１］そこで、本実施形態では、接着材２５によって、アース線２２および誘電体２３の間が固定されている。
図４に示すように、固定されるアース線２２および誘電体２３は摩擦が生じないため、静電気が発生しない。静電気によって生じる電荷が発生しないため、ノイズが抑制される。また、接着材２５はシールド線２内部に含浸されているため、コネクタを設けるときと比較して、圧電型センサ１の大きさに影響を与えない。圧電型センサ１の大きさに影響を与えないため、圧電型センサ１を小型化することができる。
【００２９】
図５は、特定の周波数を有する振動を圧電型センサ１に与えたときの静電気によって発生するノイズとの関係を示す周波数応答図である。また図４の横軸は対数軸を示す。振動は、例えば、正弦波で表され、振動がもつ周波数の単位はＨｚである。
【００３０】
ノイズは、例えば、振動が与えられるとき、静電気の発生による電荷量であるノイズ電荷量Ｑｎを加速度ａで除算して算出される。ノイズ電荷量Ｑｎを加速度ａで除算することによって、ノイズが正規化されている。正規化されたノイズの単位は、例えば、ｐＣ／（ｍ／ｓ2）である。ｐは、１０-12倍である「ピコ」を表し、Ｃは「クーロン」を表す。また、ｍは「メートル」、ｓは「秒」を表す。比較例として接着材２５を含浸していない圧電型センサを用いて比較すると、接着材２５が含浸されている圧電型センサ１のノイズが抑制されている。
【００３１】
［２］接着材２５の硬化後のショア硬度をＤ２０にすることによって、シールド線２の断線を防ぐことができる。
図６は、接着材２５の硬化後のショア硬度とシールド線２の曲げ量との関係を示す特性図である。曲げ量は一定の負荷をシールド線２に与えたときの曲げたわみである。ショア硬度が大きいほど、硬化後の接着材２５が硬いため、曲げ量は小さくなる。本実施形態で適用される圧電型センサ１のシールド線２の曲げ量に関する特性に基づいて検討すると、接着材２５の硬化後のショア硬度をＤ２０以上にすることによって、シールド線２の曲げ量が許容値以下となる。ショア硬度をＤ２０以上にすることによって、シールド線２が折れることを防ぎ、シールド線２の断線を防ぐことができる。
【００３２】
［３］接続口１５から筐体長さＬの２倍の距離まで、シールド線２内部に接着材２５が含浸されていることによって、シールド線２が折れることを防ぎ、シールド線２の断線を防ぐことができる。
図７は、含浸距離Ｌｓとシールド線２の曲げ量との関係を示す特性図である。シールド線２に接着材が含浸される距離が大きくなるほど、接着材２５によってシールド線２の硬度が高くなり、シールド線２の曲げ量が小さくなる。含浸距離Ｌｓが筐体長さＬの２倍以上になるとき、シールド線２の曲げ量が許容値以下となる。したがって、シールド線２の断線を防ぐためには、含浸距離Ｌｓが筐体長さＬの２倍以上である。
【００３３】
［４］円筒形状に巻回するアース線２２同士が接着材２５によって固定されていることによって、振動によってアース線２２同士の摩擦を生じない。アース線２２同士の摩擦による静電気が発生しないため、ノイズを抑制する効果を高めることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
第２実施形態の構成では、ジャケットおよび接着材の形態を除き、第１実施形態の構成と同様である。
ジャケット４６は、熱可塑性樹脂で形成されている。熱可塑性樹脂は、例えば、塩化ビニルやポリアミドが用いられる。
【００３５】
図８に示すように、接着材４５は、熱により溶融させたジャケット４６で形成されている。ジャケット４６は熱可塑性樹脂であるため、加熱すると軟化し、外力を加えると塑性変形を起こす。ジャケット４６が塑性変形を起こし、毛細管現象によって、アース線２２および誘電体２３の間に含浸される。接着材４５によって、アース線２２および誘電体２３は固定される。第２実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００３６】
（その他実施形態）
（ｉ）本発明の圧電型センサは、加速度センサに限らず、超音波センサまたは力センサに用いてもよい。
（ｉｉ）図９のように、複数のシールド線２を、筐体１３に接続してもよい。また、シールド線２が筐体１３から外れないように、ジャケット２６の外周と筐体１３の他端面１８を接着材５５で固定してもよい。第１実施形態と同様の効果を奏する。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１１  ・・・圧電素子、
１３  ・・・筐体、
１４  ・・・検出部、
２  ・・・シールド線、
２１  ・・・芯線、
２２  ・・・アース線、
２３  ・・・誘電体、
２５  ・・・接着材、
２６  ・・・ジャケット。
【図１】
2017125730.tif 000003
【図２】
2017125730.tif 000004
【図３】
2017125730.tif 000005
【図４】
2017125730.tif 000006
【図５】
2017125730.tif 000007
【図６】
2017125730.tif 000008
【図７】
2017125730.tif 000009
【図８】
2017125730.tif 000010
【図９】
2017125730.tif 000011
【図１０】
2017125730.tif 000012
【図１１】
2017125730.tif 000013