JP2010048749A - Vibration sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】 長期間にわたって振動を検知することが可能な振動センサ装置を提供する。
【解決手段】 絶縁基体1の内部に設けられた対向する1組の面が正方形状である直方体状の空間2内に、絶縁性の液体が充填されて、空間2の振動に応じて空間2内を移動可能な、対向する1組の面にそれぞれ対向する1組の面が正方形状である直方体状の誘電体ブロック3が収容されているとともに、空間2の対向する1組の面にそれぞれ、1辺の長さが誘電体ブロック3の1辺の長さと同じで、外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロック3の1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域Sを除いて、容量電極4が形成されている振動センサ装置9である。空間2の振動に応じた誘電体ブロック3の移動に伴い容量電極4,4間の静電容量が変化するため、容量電極4等の磨耗等を抑制しながら振動の検知が可能である。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration sensor device capable of detecting vibration over a long period of time.
SOLUTION: A rectangular parallelepiped space 2 in which a pair of opposing surfaces provided in an insulating base 1 are square is filled with an insulating liquid, and the space 2 is subjected to vibration of the space 2. A rectangular parallelepiped dielectric block 3 having a square shape that is opposed to each of the opposing set of surfaces that can move inside is housed, and each of the opposing set of surfaces of the space 2 The length of one side is the same as the length of one side of the dielectric block 3, and the distance in plan view between the outer side and the end of the surface of the space 2 is smaller than the length of one side of the dielectric block 3. This is a vibration sensor device 9 in which the capacitive electrode 4 is formed except for the square-shaped region S having dimensions. Since the capacitance between the capacitive electrodes 4 and 4 changes with the movement of the dielectric block 3 according to the vibration of the space 2, the vibration can be detected while suppressing the wear of the capacitive electrode 4 and the like.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ポンプやコンプレッサ等の各種機器の作動あるいは異常に伴う振動や、人の運動に伴う振動等の振動を検知する振動センサ装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration sensor device that detects vibrations associated with operation or abnormality of various devices such as pumps and compressors, and vibrations associated with human movements.
従来、ポンプやコンプレッサ等の各種機器の作動あるいは異常に伴う振動や、人の運動に伴う振動等の振動を検知するための振動センサ装置として、導電性球体や電極板等の、振動に応じて移動や変位が可能な可動体と、その可動体の動きを検知するための、可動体による導通の有無や静電容量の変化を検知可能な電極とを備えるものが知られている(例えば、特許文献1,2を参照。)。
Conventionally, as a vibration sensor device for detecting vibrations due to the operation or abnormality of various devices such as pumps and compressors, vibrations due to human movement, etc., depending on the vibration of conductive spheres, electrode plates, etc. A device including a movable body capable of moving and displacing, and an electrode capable of detecting the presence or absence of conduction by the movable body and a change in capacitance for detecting the movement of the movable body is known (for example, (See
このような振動センサ装置は、例えば、可動体として導電性球体を備えるとともに、電極として可動体を間に配して平行に配設された櫛歯状の第1電極と第2電極を備えている。そして、振動に応じて導電性球体が第1電極と第2電極との間を移動することにより第1電極と第2電極との間が導通された状態と導通されていない状態とを繰り返し、この導通の変化を検知することにより振動が検知される。 Such a vibration sensor device includes, for example, a conductive sphere as a movable body, and includes a comb-shaped first electrode and a second electrode disposed in parallel with the movable body interposed therebetween as an electrode. Yes. And by repeating the conductive sphere between the first electrode and the second electrode in response to vibration, the state where the first electrode and the second electrode are conductive is repeated and the state where the conductive sphere is not conductive is repeated. By detecting this change in conduction, vibration is detected.
また、静電容量の変化により振動を検知する振動センサ装置の場合であれば、例えば、振動に応じて変位(たわみ等)可能な可動電極と、この可動電極と対向する固定電極とを備えている。そして、振動に応じて可動電極がたわんで可動電極と固定電極との間の距離が変化して両者間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を検知することにより振動が検知される。
しかしながら、従来の振動センサ装置においては、導電性球体等の可動体と電極との直接の接触が繰り返されることから、電極や導電性球体に磨耗や破損等の不具合を生じやすいという問題点がある。また、可動電極がたわみ等の変位(変形)を繰り返すことから、変位部分等を起点にした亀裂等を生じやすいという問題点がある。 However, in the conventional vibration sensor device, since the direct contact between the movable body such as the conductive sphere and the electrode is repeated, there is a problem that the electrode and the conductive sphere are likely to suffer from problems such as wear and damage. . Further, since the movable electrode repeats displacement (deformation) such as deflection, there is a problem that a crack or the like starting from the displaced portion is likely to occur.
特に、振動が激しく、導電性球体の移動や可動電極等の変位の速度や回数,変位量等が大きいような場合には、前述したような不具合がより発生しやすくなる。 In particular, when the vibration is intense and the speed of the displacement of the conductive sphere or the displacement of the movable electrode, the number of times, the amount of displacement, etc. are large, the above-described problems are more likely to occur.
本発明はこのような従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、長期間にわたって安定して振動を検知することが可能な、信頼性の高い振動センサ装置を提供することにある。 The present invention has been completed in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable vibration sensor device that can stably detect vibration over a long period of time. It is in.
本発明の振動センサ装置は、絶縁基体の内部に設けられた対向する1組の面が正方形状である直方体状の空間内に、絶縁性の液体が充填されて、前記空間の振動に応じて前記空間内を移動可能な、前記対向する1組の面にそれぞれ対向する1組の面が正方形状である直方体状の誘電体ブロックが収容されているとともに、前記空間の前記対向する1組の面にそれぞれ、1辺の長さが前記誘電体ブロックの1辺の長さと同じ正方形状で、外辺と前記空間の面の端との間の平面視した距離が前記誘電体ブロックの1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域を除いて、容量電極が形成されていることを特徴とするものである。 According to the vibration sensor device of the present invention, an insulating liquid is filled in a rectangular parallelepiped space in which a pair of opposing surfaces provided in an insulating base is a square shape, and the vibration sensor device responds to the vibration of the space. A rectangular parallelepiped-shaped dielectric block having a square shape that is movable in the space and facing each of the opposing set of surfaces is accommodated, and the opposing set of the space Each of the surfaces has a square shape in which the length of one side is the same as the length of one side of the dielectric block, and the distance in plan view between the outer side and the end of the surface of the space is one side of the dielectric block The capacitor electrode is formed except for a square region having a dimension smaller than the length of the capacitor.
また、本発明の振動センサ装置は、上記構成において、前記誘電体ブロックの比誘電率が、前記絶縁基体のうち前記容量電極と前記空間との間に位置する部位の比誘電率および前記液体の比誘電率よりも大きいことを特徴とするものである。 In the vibration sensor device according to the aspect of the invention, in the above configuration, the dielectric block has a relative dielectric constant of a portion of the insulating base located between the capacitive electrode and the space and the liquid. It is characterized by being larger than the relative dielectric constant.
また、本発明の振動センサ装置は、上記構成において、前記空間および前記誘電体ブロックがそれぞれ立方体状であり、前記空間の前記対向する1組の面とは異なる対向する2組の面の少なくとも一方にもそれぞれ、1辺の長さが前記誘電体ブロックの1辺の長さと同じ正方形状で、外辺と前記空間の面の端との間の平面視した距離が前記誘電体ブロックの1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域を除いて、容量電極が形成されていることを特徴とするものである。 In the vibration sensor device according to the aspect of the invention, in the configuration described above, the space and the dielectric block are each in a cubic shape, and at least one of two opposing surfaces different from the opposing surface of the space. In addition, the length of one side is the same square as the length of one side of the dielectric block, and the distance in plan view between the outer side and the end of the surface of the space is one side of the dielectric block. The capacitor electrode is formed except for a square region having a dimension smaller than the length of the capacitor.
本発明の振動センサ装置によれば、上記構成を備えることから、空間の振動に応じて空間内を移動する誘電体ブロックの位置に応じて、空間の対向する1組の面にそれぞれ、1辺の長さが誘電体ブロックの1辺の長さと同じ正方形状で、外辺と空間の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロックの1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域を除いて形成された容量電極間に介在する誘電体ブロックの範囲が変化し、これに応じて容量電極間の静電容量が変化する。また、空間が振動していないときには、誘電体ブロックは、その密度と液体の密度との差に応じて空間内のいずれかの場所で静止しているので、容量電極間の静電容量は変化しない。そのため、この静電容量の変化の有無を検知することにより、振動の有無を検知することができる。 According to the vibration sensor device of the present invention, since the above-described configuration is provided, one side is provided on each of a pair of faces of the space according to the position of the dielectric block that moves in the space according to the vibration of the space. A square whose length is the same as the length of one side of the dielectric block and whose distance in plan view between the outer side and the edge of the space is smaller than the length of one side of the dielectric block The range of the dielectric block interposed between the capacitive electrodes formed excluding the shaped region changes, and the capacitance between the capacitive electrodes changes accordingly. In addition, when the space is not vibrating, the dielectric block is stationary at some point in the space according to the difference between the density and the density of the liquid, so that the capacitance between the capacitive electrodes changes. do not do. Therefore, the presence or absence of vibration can be detected by detecting the presence or absence of this change in capacitance.
また、本発明の振動センサ装置によれば、誘電体ブロックが容量電極と直接接触することはなく、また誘電体ブロック自体にたわみ等の変形が生じることもない。そのため、誘電体ブロックや容量電極に磨耗や亀裂等の不具合を生じることが効果的に抑制され、長期間にわたって安定して振動を検知することが可能な、信頼性の高い振動センサ装置を提供することができる。 Further, according to the vibration sensor device of the present invention, the dielectric block is not in direct contact with the capacitor electrode, and deformation such as deflection does not occur in the dielectric block itself. Therefore, it is possible to provide a highly reliable vibration sensor device capable of effectively suppressing the occurrence of defects such as wear and cracks in the dielectric block and the capacitor electrode and capable of detecting vibration stably over a long period of time. be able to.
なお、本発明の振動センサ装置における空間,誘電体ブロックおよび容量電極は、誘電体ブロックの移動に応じて容量電極間の静電容量を確実に変化させるために上記構成を備えている。 Note that the space, the dielectric block, and the capacitive electrode in the vibration sensor device of the present invention have the above-described configuration in order to reliably change the capacitance between the capacitive electrodes in accordance with the movement of the dielectric block.
すなわち、例えば、対向する1組の面の正方形状の領域同士の間の全域に、これと対向する面が同じ寸法の正方形状である誘電体ブロックが介在しているとき(容量電極間に誘電体ブロックが介在しないとき)に容量電極間に生じる静電容量が最小になる。そして、この状態から誘電体ブロックが移動すれば、容量電極間に介在する誘電体ブロックの範囲が増加して、容量電極間に生じる静電容量が漸次大きくなる。また、容量電極側から見て空間の角部分に正方形状の誘電体ブロックが位置しているときに、容量電極間に介在する誘電体ブロックの範囲が最大であり、容量電極間に生じる静電容量が最大になる。そして、この状態から誘電体ブロックが移動すれば、容量電極が形成されていない正方形状の領域同士の間に介在する誘電体ブロックの範囲が増加(容量電極間に介在する誘電体ブロックの範囲が減少)して、容量電極間に生じる静電容量が漸次小さくなる。また、正方形状の領域の1つの外辺に沿って正方形状の誘電体ブロックが移動するときには、外辺と空間の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロックの1辺の長さよりも小さい寸法である、空間の対向する1組の面のそれぞれが備える正方形状の領域同士の間に誘電体ブロックが、この長さの差に応じた長方形(正方形を含む)状の範囲で介在し、この範囲に応じて、容量電極間に生じる静電容量が減少する。また、この介在する範囲は、誘電体ブロックの移動に応じて漸次変化する。このように、空間の振動に伴う誘電体ブロックの移動に応じて容量電極間の静電容量が変化するため、静電容量の変化の有無により空間の振動の有無を検知することができる。 That is, for example, when a dielectric block having a square shape with the same size as the opposing surface is interposed in the entire area between the square regions of a pair of opposing surfaces (dielectric between the capacitor electrodes). The capacitance generated between the capacitive electrodes (when no body block is present) is minimized. If the dielectric block moves from this state, the range of the dielectric block interposed between the capacitive electrodes increases, and the capacitance generated between the capacitive electrodes gradually increases. In addition, when the square dielectric block is located at the corner of the space when viewed from the capacitive electrode side, the range of the dielectric block interposed between the capacitive electrodes is the maximum, and electrostatic capacitance generated between the capacitive electrodes Capacity is maximized. If the dielectric block is moved from this state, the range of the dielectric block interposed between the square regions where the capacitor electrodes are not formed increases (the range of the dielectric block interposed between the capacitor electrodes is increased). The capacitance generated between the capacitive electrodes gradually decreases. When the square dielectric block moves along one outer side of the square region, the distance in plan view between the outer side and the end of the surface of the space is the length of one side of the dielectric block. The dielectric block is in a rectangular (including square) range corresponding to the difference in length between the square regions provided in each of the pair of opposing surfaces of the space having a dimension smaller than Depending on this range, the capacitance generated between the capacitive electrodes decreases. Further, the intervening range gradually changes according to the movement of the dielectric block. Thus, since the capacitance between the capacitive electrodes changes according to the movement of the dielectric block accompanying the vibration of the space, the presence or absence of the vibration of the space can be detected based on the presence or absence of the change of the capacitance.
また、本発明の振動センサ装置は、上記構成において、誘電体ブロックの比誘電率が、絶縁基体のうち容量電極と空間との間に位置する部位の比誘電率および液体の比誘電率よりも大きい場合には、誘電体ブロックが容量電極の間に介在したときの静電容量の変化をより効果的に大きくすることができる。そのため、容量電極間の静電容量の変化、つまり誘電体ブロックの移動の有無をより確実に検知することが可能な振動センサ装置とすることができる。 In the vibration sensor device of the present invention, in the configuration described above, the relative permittivity of the dielectric block is higher than the relative permittivity of the portion located between the capacitive electrode and the space in the insulating base and the relative permittivity of the liquid. If it is large, the change in capacitance when the dielectric block is interposed between the capacitance electrodes can be increased more effectively. Therefore, it is possible to provide a vibration sensor device that can more reliably detect the change in capacitance between the capacitance electrodes, that is, the presence or absence of the movement of the dielectric block.
また、本発明の振動センサ装置は、空間および誘電体ブロックがそれぞれ立方体状であり、空間の対向する1組の面とは異なる対向する2組の面の少なくとも一方にもそれぞれ、1辺の長さが誘電体ブロックの1辺の長さと同じで、外辺と空間の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロックの1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域を除いて容量電極が形成されている場合には、対向する1組の面のそれぞれに対して異なる2組の面はいずれも直交するため、その2組の面のうち少なくとも一方に形成された容量電極の間の静電容量の変化を検知することにより、空間の1組の面に直交する方向の振動を検知することもできる。 Further, in the vibration sensor device of the present invention, the space and the dielectric block are each in the shape of a cube, and the length of one side is also set on at least one of two opposing surfaces different from the opposing surface of the space. Is a square-shaped region having the same length as one side of the dielectric block, and the distance in plan view between the outer side and the end of the surface of the space is smaller than the length of one side of the dielectric block. In the case where a capacitive electrode is formed, since two different sets of surfaces are orthogonal to each of the opposing set of surfaces, the capacitance formed on at least one of the two sets of surfaces. By detecting a change in the capacitance between the electrodes, it is also possible to detect vibration in a direction orthogonal to a pair of surfaces in the space.
この場合、空間が立方体状であり、空間を構成する各面が同じ正方形状であり、同様の正方形状の領域を除いてそれぞれに容量電極が形成されているので、空間の対向する1組の面とは異なる対向する2組の面の少なくとも一方に形成された容量電極においても、前述した1組の面に形成された容量電極の場合と同様に、振動に応じた誘電体ブロックの移動を検知することができる。 In this case, the space has a cubic shape, and each surface constituting the space has the same square shape, and the capacitive electrodes are formed on each of them except for a similar square region. In the capacitive electrode formed on at least one of the two sets of opposed surfaces different from the surface, the movement of the dielectric block in response to the vibration is performed as in the case of the capacitive electrode formed on the one set of surfaces described above. Can be detected.
したがって、この場合には、長期にわたって、いわゆる前後左右および上下の互いに直交する3方向で有効に空間の振動を検知することが可能な振動センサ装置を提供することができる。 Therefore, in this case, it is possible to provide a vibration sensor device that can effectively detect vibrations in space in three directions that are so-called front and rear, right and left, and top and bottom, which are orthogonal to each other over a long period of time.
本発明の振動センサ装置について、添付の図面を参照しつつ説明する。 The vibration sensor device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1(a)および(b)は、それぞれ本発明の振動センサ装置の実施の形態の一例を示す側面図および上面図(ともに透視図)であり、図2は図1に示す振動センサ装置9の斜視図(透視図)である。図1および図2において、1は絶縁基体、2は空間、3は誘電体ブロック、4は容量電極である。絶縁基体1の内部に設けられた空間2内に、絶縁性の液体(図示せず)が充填されるとともに誘電体ブロック3が収容され、空間2の対向する正方形状の1組の面にそれぞれ、正方形状の領域Sを除いて容量電極4が形成されて本発明の振動センサ装置9が基本的に構成されている。なお、図2においては、見やすくするために絶縁基体1を省略している。
FIGS. 1A and 1B are a side view and a top view (both are perspective views) showing an example of an embodiment of the vibration sensor device of the present invention, respectively, and FIG. 2 is a
この振動センサ装置9は、例えばポンプやコンプレッサ,エンジン等の可動部分を有する機器に搭載され、可動部分(例えばポンプのモータ)の可動状態や異常振動等を検知する検知器として用いられる。また、振動センサ装置9は、人の歩行等の運動に伴う振動を検知する計測器の部品等にも用いられる。
The
この振動センサ装置9は、振動センサ装置9が搭載された機器の振動による空間2の振動に応じて空間2内を誘電体ブロック3が移動することにより、容量電極4,4間に介在する誘電体ブロック3の面積(容量電極4側から見た面積)が変化し、この変化に応じて容量電極4,4の間の静電容量が変化することを利用して、振動の有無を検知するものである。
The
すなわち、この振動センサ装置9によれば、空間2内を移動する誘電体ブロック3の位置に応じて、空間2の対向する1組の面にそれぞれ、1辺の長さが誘電体ブロック3の1辺の長さと同じ正方形状で、外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロック3の1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域を除いて形成された容量電極4,4間に介在する誘電体ブロック3の範囲が変化し、これに応じて容量電極4,4間の静電容量が変化する。また、空間2が振動していないときには、誘電体ブロック3は、その密度と液体の密度との差に応じて空間2内のいずれかの場所で静止しているので、容量電極4,4間の静電容量は変化しない。そのため、この容量電極4,4間の静電容量の変化の有無を検知することにより、振動の有無を検知することができる。
That is, according to the
なお、図1および図2に示す例では、容量電極4を、空間2の対向する1組の正方形状の面よりも外側に、絶縁基体1の対向する1組の面の外縁まで延長して形成しているが、容量電極4は、絶縁基体1のうち、空間2を間にして対向し合う部分のみに形成されていてもよい。また、容量電極4は、絶縁基体1を構成する部材の中に(空間2および外部に露出しないように)形成されていてもよい。
In the example shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
また、この振動センサ装置9によれば、誘電体ブロック3が容量電極4と直接接触することはなく、また誘電体ブロック3自体にたわみ等の変形が生じることもない。そのため、誘電体ブロック3や容量電極4に磨耗や亀裂等の不具合を生じることは効果的に抑制され、長期間にわたって安定して振動を検知することが可能な、信頼性の高い振動センサ装置9を提供することができる。
Further, according to the
この場合、液体がいわゆる緩衝材として機能することもできるため、誘電体ブロック3が、空間2を構成する絶縁基体1の内面にぶつかって破損するようなことを抑制する上でも効果がある。
In this case, since the liquid can also function as a so-called cushioning material, the
なお、空間2が振動していないとき、誘電体ブロック3は、その密度が液体の密度よりも大きい場合には空間2内の下端部分で静止し、小さい場合には空間2の上端部分で静止する。また、誘電体ブロック3の密度が液体の密度と同じである場合には、誘電体ブロック3は空間2内の任意の場所で静止する。
When the
この誘電体ブロック3の密度と液体の密度との差は、例えば、振動センサ装置9の用途や生産性,コスト等を考慮して任意に設定すればよい。振動センサ装置9が、人の歩行に伴う振動を検知する用途等の、振動に伴う大きな加速度が主として上下方向に生じる用途に使用される場合であれば、誘電体ブロック3の密度を液体の密度よりも大きくしておけばよい。この場合、下方向に大きな加速度が生じたときには誘電体ブロック3が慣性力により空間2の上部に移動することとなるので、下方向に誘電体ブロック3の移動するスペースが十分に確保され、次に上方向に大きな加速度が生じたときに誘電体ブロック3の移動に応じた容量電極4,4間の静電容量の変化による振動の検知がより確実に行なわれる。
The difference between the density of the
なお、誘電体ブロック3の密度と液体の密度との差が大きくなり過ぎると、密度差に起因する浮力や重力の影響が大きくなって振動の検知が難しくなる可能性があるため、この密度差は約5g/cm3程度以下に設定しておくことが好ましい。
Note that if the difference between the density of the
絶縁基体1は、対向する1組の面が正方形状である空間2を内部に設けることが可能な形状および寸法で形成されている。このような絶縁基体1としては、例えば空間2と同様の形状で外形寸法が大きい直方体状や立方体状、またはこれらの形状において上面や下面等の外面が湾曲したり一部に凹凸が設けられたりした形状が挙げられる。また、絶縁基体1は、内部に空間2を設けることができる寸法であれば、球状や楕円球状等の、空間2とは異なる形状(外形)のものでもよい。図1および図2に示す例においては、絶縁基体1は空間2よりも若干外形寸法が大きな直方体状に形成されている。
The insulating
空間2は、液体が充填されるため、この液体の充填が可能で、液体の漏れ等の不具合を生じないような構造を備えている必要がある。
Since the
このような空間2が設けられた絶縁基体1としては、例えば、上面に凹部を有する直方体状の下部絶縁体(符号なし)と、凹部を塞ぐようにして下部絶縁体の上面に接合される平板状の上部絶縁体(符号なし)とからなるものが挙げられる。
As the insulating
また、絶縁基体1は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体,ムライト質焼結体,窒化アルミニウム質焼結体,炭化珪素質焼結体,窒化珪素質焼結体等のセラミック材料や、エポキシ樹脂,ポリイミド樹脂,アクリル樹脂等の樹脂材料、セラミック材料等の無機材料と樹脂材料との複合材料等の電気絶縁性の材料により作製することができる。
The insulating
絶縁基体1は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウム質焼結体からなる下部絶縁体および上部絶縁体を接合することにより製作することができる。この場合の製作方法は、例えば以下の通りである。
For example, if the insulating
まず、酸化アルミニウムの粉末を主成分とし、酸化ケイ素や酸化カルシウム等を添加してなる原料粉末を、有機溶剤,バインダとともにシート状に加工して複数のセラミックグリーンシートを作製するとともに、一部のセラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施して枠状のグリーンシートとし、その後、打ち抜き加工を施していないセラミックグリーンシートの上に枠状のグリーンシートを積層するとともに、その積層体を焼成することにより下部絶縁体を作製する。次に、前述したものと同様の平板状のセラミックグリーンシートを必要に応じて複数積層した後、焼成することにより、上部絶縁体を作製する。そして、凹部内に液体を充填した後、下部絶縁体の上面に上部絶縁体を、ろう付けや接着等の接合手段で接合することにより、液体が充填された空間2が内部に設けられた絶縁基体1が製作される。
First, a raw material powder composed mainly of aluminum oxide powder and added with silicon oxide or calcium oxide is processed into a sheet shape with an organic solvent and a binder to produce a plurality of ceramic green sheets. A ceramic green sheet is punched into a frame-shaped green sheet, and then the frame-shaped green sheet is laminated on the ceramic green sheet that has not been punched, and the laminate is fired to insulate the bottom. Create a body. Next, a plurality of flat ceramic green sheets similar to those described above are laminated as necessary, and then fired to produce an upper insulator. Then, after filling the recess with the liquid, the upper insulator is joined to the upper surface of the lower insulator by a joining means such as brazing or bonding, so that the
また、絶縁基体1は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂材料からなる場合であれば、これらの樹脂材料の未硬化物を、金型を用いて所定の下部絶縁体や上部絶縁体の形状に成型し、硬化させることにより下部絶縁体や上部絶縁体を作製し、これらを樹脂接着剤等の接合手段で接合することにより製作することができる。
Further, if the insulating
空間2に充填される液体は、絶縁性で、後述する誘電体ブロック3と密度が同じであるものや異なるものが用いられる。このような液体は、例えば絶縁基体1に対する腐食作用を有していないものや、誘電体ブロック3の移動を妨げないような粘度の低いものであることが好ましく、このような特性を有するものから、誘電体ブロック3の密度に応じて適宜選定すればよい。なお、後述するように、先に特性等を考慮して液体を選定してから、誘電体ブロック3の密度を液体の密度に合わせて調整するようにしてもよい。
The liquid filled in the
このような液体としては、例えば純水や、n−ヘキサン,シクロヘキサン,n−ヘプタン等の炭化水素系溶剤や、ヨウ化メチル等を用いることができる。純水は、水道水等の水にイオン交換法や逆浸透膜法等の処理を施すことにより作製されるものであり、絶縁基体1への充填等の際に塩類等の導電性の不純物が混入しないように注意する必要がある。
As such a liquid, for example, pure water, hydrocarbon solvents such as n-hexane, cyclohexane, n-heptane, methyl iodide, or the like can be used. Pure water is produced by subjecting water such as tap water to a treatment such as an ion exchange method or a reverse osmosis membrane method. When the insulating
空間2は、誘電体ブロック3を収容して、この誘電体ブロック3を、空間2の振動に応じて移動させるためのものである。
The
また、誘電体ブロック3は、空間2内を移動することにより、空間2の1組の面にそれぞれ、1辺の長さが前記誘電体ブロック3の1辺の長さと同じ正方形状で、外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロック3の1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域Sを除いて形成された1組の容量電極4,4の間の静電容量を変化させるためのものである。
In addition, the
また、空間2の対向し合う正方形状の1組の面にそれぞれ形成された容量電極4,4は、空間2の振動に応じた誘電体ブロック3の移動を静電容量の変化により検知し、空間2の振動を検知するためのものである。1組の容量電極4,4は、互いに平行な1組の面に形成されて、いわゆる平行平板コンデンサを構成している。
また、正方形状の領域Sは、容量電極4,4間の静電容量を、誘電体ブロック3の移動に応じて変化させるためのものである。すなわち、正方形状の領域Sは、空間2の1組の正方形状の面のそれぞれに、同様の寸法および位置で設けられているので、互いに対向している。そして、この正方形状の領域S同士が対向する部分に位置する誘電体ブロック3の範囲に応じて、容量電極4,4間に介在する誘電体ブロック3の範囲が変化し、これに応じて容量電極4,4間の誘電率が変化し、静電容量が変化する。
The square region S is for changing the capacitance between the
このような空間2の振動の検知における誤作動(例えば、振動しているのに振動していないと判定されるような場合)を抑制するために、空間2は、対向する1組の面が正方形状である直方体状であり、誘電体ブロック3は、空間2の対向する1組の面にそれぞれ対向する1組の面が正方形状である直方体状であり、容量電極4は、空間2の対向する1組の面にそれぞれ、1辺の長さが誘電体ブロック3の1辺の長さと同じ正方形状で、外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロック3の1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域Sを除いて形成されている。
In order to suppress such a malfunction in the detection of vibration in the space 2 (for example, when it is determined that the vibration is vibrating but not vibrating), the
すなわち、例えば、図3(a)に示すように、対向する正方形状の領域S同士の間の全域に、これと対向する面が同じ寸法の正方形状である誘電体ブロック3が介在しているとき(容量電極4,4間に誘電体ブロック3が介在していないとき)に容量電極4,4間に生じる静電容量が最小になり、この状態から誘電体ブロック3が移動すれば、容量電極4,4間に介在する誘電体ブロック3の範囲が増加して、容量電極4,4間に生じる静電容量が漸次大きくなる。また、例えば図3(b)に示すように、容量電極4側から見て空間2の角部分に正方形状の誘電体ブロック3が位置しているときに、容量電極4,4間に介在する誘電体ブロック3の範囲が最大であり、容量電極4,4間に生じる静電容量が最大になる。そして、この状態から誘電体ブロック3が移動すれば、容量電極4が形成されていない正方形状の領域S同士の間に介在する誘電体ブロック3の範囲が増加(容量電極4,4間に介在する誘電体ブロック3の範囲が減少)して、容量電極4,4間に生じる静電容量が漸次小さくなる。また、例えば図3(c)に示すように、正方形状の領域の1つの外辺に沿って矢印の方向に正方形状の誘電体ブロック3が移動するときには、外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロック3の1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域S同士の間に誘電体ブロック3が、この長さの差に応じた長方形(正方形を含む)状の範囲(符号なし)で介在し、この範囲の分、容量電極4,4間に生じる静電容量が減少する。また、この介在する範囲は、誘電体ブロック3の移動に応じて漸次変化(増減)する。
That is, for example, as shown in FIG. 3 (a), the
したがって、空間2の振動に応じた誘電体ブロック3の移動により容量電極4,4間の静電容量が変化して振動の有無を検知することができる。なお、図3(a)〜(c)は、それぞれ、図1および図2に示す振動センサ装置9の作動状況の一例を示す側面図(透視図)である。図3において図1および図2と同様の部位には同様の符号を付している。また、図3においては、容量電極4について、絶縁基体1のうち、空間2の対向する1組の正方形状の面に相当する部分のみに形成した例を示している。
Therefore, the capacitance between the
なお、正方形状の領域Sの外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離は、誘電体ブロック3の1辺の長さに対してわずかに小さい程度に設定すればよい。例えば、平面視で誘電体ブロック3が、1辺の長さが0.5〜2cm程度の正方形状の場合であれば、正方形状の領域Sの外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離は、それよりも0.1〜0.2cm程度小さい寸法に設定すればよい。この程度の寸法としておけば、空間2において誘電体ブロック3の移動し得るスペースが十分に確保されるため、空間2の振動に伴う誘電体ブロック3の移動が容易であり、この移動による容量電極4,4間の静電容量の変化の検知、つまり振動の検知が容易である。
The distance in plan view between the outer side of the square region S and the end of the surface of the
なお、直方体状の空間2は、例えば図4(a)に示すように、正方形状の1組の面同士の間の長さSWが、誘電体ブロック3の正方形状の面の1辺の長さBLよりも短いような直方体状である場合には、誘電体ブロック3が空間2内で回転することを抑制することができる。この場合には、誘電体ブロック3の、正方形状の領域S同士の間に位置する範囲を変化させて、振動に伴う容量電極4,4間の静電容量の変化をより確実に検知することができる。また、図4(a)に示す例において、空間2の正方形状の1組の面同士の間の距離SWを、誘電体ブロック3の1組の正方形状の面同士の間の距離BWにより近い寸法にして、誘電体ブロック3の回転をより効果的に抑制するようにすることもできる。
In addition, as shown in FIG. 4A, for example, the
これに対して、例えば図4(b)に示すように、空間2の正方形状の1組の面同士の間の長さSWが、誘電体ブロック3の正方形状の面の1辺の長さBLよりも長い場合には、空間2内で誘電体ブロック3が回転する場合がある。このような場合に、例えば、誘電体ブロック3の正方形状の1組の面同士の間の長さBWが正方形状の領域Sの外辺と空間2の正方形状の面の端との間の平面視した距離よりも短ければ、誘電体ブロック3が正方形状の領域S同士の間を外れて、全体が容量電極4,4間に介在した状態で移動する可能性がある。そのため、空間2の振動に伴う誘電体ブロック3の移動を、容量電極4,4間の静電容量の変化として確実に検知することが難しくなる。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 4B, the length SW between a pair of square surfaces of the
このような場合でも、誘電体ブロック3を、例えば図4(c)に示すように、立方体状や立方体に近い直方体状のように、正方形状の1組の面の間の長さBWが、正方形状の面の1辺の長さBLと同程度の寸法であれば、誘電体ブロック3について、正方形状の領域S同士の間に介在する範囲の変化をより確実にして空間2内を移動させることができる。これは、空間2の正方形状の面の端と正方形状の領域Sの外辺との間の距離が、誘電体ブロック3の正方形状の面の1辺の長さBLよりも小さい寸法とされていることによる。
Even in such a case, as shown in FIG. 4C, for example, the
このように、空間2は、誘電体ブロック3の不要な回転を抑制する上では、正方形状の1組の面同士の間の長さSWが、誘電体ブロック3の正方形状の面の1辺の長さBLよりも短いような直方体状であることが好ましい。また、空間2の1組の正方形状の面同士の間の距離SWが誘電体ブロック3の正方形状の面の1辺の長さBLよりも長い場合に、誘電体ブロック3は、移動に応じた容量電極4,4間に介在する範囲の変化をより確実とするために、立方体状またはそれに近い寸法の直方体状であることが好ましい。
Thus, in order to suppress unnecessary rotation of the
なお、図4(a)および(c)は、それぞれ図1および図2に示す振動センサ装置9を上面視したときの一例(変形例)を示す上面図(透視図)であり、(b)は(a)に対する比較例である振動センサ装置9bの上面図(透視図)である。図4(a)〜(c)において図1および図2と同様の部位には同様の符号を付している。
4 (a) and 4 (c) are top views (perspective views) showing an example (modified example) when the
また、誘電体ブロック3は、例えば、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウム,チタン酸マグネシウムまたはこれらの混合系材料等のセラミック材料や、エポキシ樹脂,スチロ−ル樹脂,ポリプロピレン樹脂,ポリフェニレンスルフィド樹脂等の樹脂材料等の比誘電率の高い材料からなる。これらの樹脂材料の比誘電率は約3〜5(20℃)程度であり、チタン酸バリウムの比誘電率は約500以上(20℃)である。誘電体ブロック3は、容量電極4,4間の静電容量を効果的に変化させる上では、比誘電率が約500以上のチタン酸バリウムまたはその混合系等の誘電体材料からなることが好ましい。
The
直方体状の誘電体ブロック3は、例えば、チタン酸バリウムの粉末を有機溶剤,バインダとともにシート状に加工して複数のセラミックグリーンシートを作製し、所定の四角板状に切断するとともに積層して直方体状とした後、焼成することにより作製することができる。
The rectangular parallelepiped
この場合、誘電体ブロック3は、例えば、液体と密度が異なる材料で形成することや、中空状に形成すること等の手段で密度を調整することができる。
In this case, the density of the
例えば、液体として純水(密度が約1g/cm3)を用いた場合であれば、チタン酸バリウム(密度が約6g/cm3)等の、純水よりも密度が大きなセラミック材料を用いて誘電体ブロック3を作製すれば、誘電体ブロック3の密度を液体の密度よりも大きくすることができる。また、純水よりも密度が小さい樹脂材料(例えば、密度が約0.9g/cm3のポリプロピレン樹脂)を用いれば、誘電体ブロック3の密度を液体の密度よりも小さくすることができる。
For example, when pure water (density is about 1 g / cm 3 ) is used as the liquid, a ceramic material having a density higher than that of pure water, such as barium titanate (density is about 6 g / cm 3 ), is used. If the
また、セラミック材料で誘電体ブロック3を作製する場合でも、誘電体ブロック3の内部を中空状とすれば、液体と同程度の密度に調整することもできる。
Even when the
例えば、チタン酸バリウムからなる、1辺の長さが1cmの立方体で、中空状に形成して内部に空気を充填した誘電体ブロック3の場合であれば、以下のようにすればよい。すなわち、誘電体ブロック3の中空状の部分の体積をxcm3とすれば、空気の密度が約1.2×10−3g/cm3であることから、(1.2×10−3×x+(1−x)×6)/1=1であり、x≒0.83(cm3)、つまり、内部の中空状の部分の体積が約0.83cmであるような、1辺の長さが1cmの立方体状に誘電体ブロック3を作製すれば、誘電体ブロック3と液体とが同じ密度になる。
For example, in the case of the
なお、チタン酸バリウムからなら誘電体ブロック3を中空状に形成するには、例えば、積層するときに中間層となるセラミックグリーンシートの中央部分を打ち抜いて枠状としておくこと等の方法を用いることができる。また、誘電体ブロック3は、表面に凹部を有するチタン酸バリウムの積層体(焼成されたもの)(図示せず)を2個、凹部同士が対向するように接合して作製することもできる。
In order to form the
また、容量電極4は、タングステンやモリブデン,マンガン,銅,銀,パラジウム,金,白金等の金属材料で形成されている。このような金属材料からなる容量電極4は、例えばメタライズ層やめっき層,蒸着層,金属箔等の形態で絶縁基体1に被着されて、空間2の対向する正方形状の1組の面にそれぞれ、正方形状の領域Sを除いて形成されている。
The
この容量電極4は、例えばタングステンのメタライズ層からなる場合であれば、絶縁基体1(下部絶縁体)となるセラミックグリーンシートの積層体の外側面に所定の容量電極4のパターンで印刷しておいて、その積層体と同時焼成することにより形成することができる。
If the
また、容量電極4は、銅の金属箔およびめっき層からなる場合であれば、樹脂材料を硬化してなる下部絶縁体の外側面や内側面(凹部を構成する面)に金属箔を接着するとともにエッチング加工して所定の容量電極4のパターンに形成し、その表面に銅めっき層を無電解めっき法等の手段で被着させることにより形成することができる。
Further, if the
このような振動センサ装置9は、例えば以下のようにして製作することができる。
Such a
まず、下部絶縁体と上部絶縁体とからなる絶縁基体1を容量電極4とともに作製する。次に、下部絶縁体の凹部内に誘電体ブロック3を入れるとともに、凹部の上端まで純水等の液体を入れ、その後、上部絶縁体を下部絶縁体の上面に樹脂接着剤を介して接合することにより振動センサ装置9が製作される。
First, the insulating
また、上部絶縁体または下部絶縁体にあらかじめ貫通孔(図示せず)を設けておいて、凹部内に誘電体ブロック3のみを入れた状態で上下の絶縁体を樹脂接着剤やガラス等を介した接合やろう付け,溶接等の接合方法で接合し、その後、貫通孔をガラスやセラミック材料等で塞ぐようにしてもよい。
Also, a through hole (not shown) is provided in advance in the upper insulator or the lower insulator, and the upper and lower insulators are put through resin adhesive, glass or the like with only the
製作された振動センサ装置9は、前述したような各種の機器や計測器等に搭載され、機械の異常振動や人の歩行等の動きを静電容量の変化の有無により検知する。検知された振動は、例えば静電容量が変化していること示す電気信号として機器や計測器を構成する電気回路に伝送される。振動センサ装置9は、このような電気信号の伝送を容易に行なうための配線導体(図示せず)等の導体が絶縁基体1の内部や外表面等に形成されていてもよい。
The manufactured
また、この振動センサ装置9は、上記構成において、誘電体ブロック3の比誘電率が、絶縁基体1のうち容量電極4と空間2との間に位置する部位の比誘電率および液体の比誘電率よりも大きい場合には、誘電体ブロック3が容量電極4,4間に介在したときの静電容量の変化をより効果的に大きくすることができる。そのため、容量電極4,4間の静電容量の変化、つまり誘電体ブロック3の移動の有無をより確実に検知することが可能な振動センサ装置9とすることができる。
Further, in the
例えば、液体として純水(比誘電率が約80)を用いた場合であれば、誘電体ブロック3は、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウム等のセラミック材料(比誘電率が約500以上)で形成するようにすればよい。
For example, when pure water (relative permittivity is about 80) is used as the liquid, the
また、この振動センサ装置9は、例えば図5に示すように、空間2および誘電体ブロック3がそれぞれ立方体状であり、空間2の対向する1組の面とは異なる対向する2組の面の少なくとも一方にもそれぞれ、1辺の長さが誘電体ブロック3の1辺の長さと同じ正方形状で、外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離が誘電体ブロック3の1辺の長さよりも小さい寸法である正方形状の領域Saを除いて容量電極4aが形成されている場合には、1組の面に対して異なる2組の面はいずれも直交するため、その少なくとも一方に形成された容量電極4a,4a間の静電容量の変化を検知することにより、空間2の1組の面に直交する方向Bの振動を検知することもできる。なお、図5は本発明の振動センサ装置9の実施の形態の他の例を示す斜視図(透視図)である。図5において、図1および図2と同様の部位には同様の符号を付している。また、見やすくするために、誘電体ブロック3を空間2の外側に出した状態で示している。
Further, for example, as shown in FIG. 5, the
この場合、空間2が立方体状であり、空間2を構成する各面が同じ正方形状であるので、空間2の対向する1組の面とは異なる対向する2組の面の少なくとも一方に形成された容量電極4a,4aにおいても、前述した1組の面に形成された容量電極4,4の場合と同様に、振動に応じた誘電体ブロック3の移動を検知することができる。
In this case, since the
したがって、この場合には、いわゆる前後左右および上下の互いに直交する3方向で有効に空間2の振動を検知することが可能な、より精度の高い振動センサ装置9を提供することができる。
Therefore, in this case, it is possible to provide a
また、誘電体ブロック3が立方体状であり、その1辺の長さが、正方形状の領域S(Sa)の外辺と空間2の面の端との間の平面視した距離よりも長いため、例えば誘電体ブロック3が空間2内で回転したとしても誘電体ブロック3を容量電極4,4(4a,4a)間に介在させることができるため、静電容量の変化による振動の検知がより確実な振動センサ装置9とすることができる。
Further, the
なお、本発明の振動センサ装置は、上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変更は可能である。 The vibration sensor device of the present invention is not limited to the example of the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention.
例えば、誘電体ブロック3は、その角(稜)部分を円弧状に面取りして欠けや磨耗をより効果的に抑制するようにしてもよい。また、容量電極4は、絶縁基体1の内部に形成するようにしたり、露出表面をニッケルや金等のめっき層で被覆したりすることにより酸化腐食等をより効果的に抑制するようにしてもよい。
For example, the
1・・・・・絶縁基体
2・・・・・空間
3・・・・・誘電体ブロック
4,4a・・容量電極
S,Sa・・正方形状の領域
9,9b・・振動センサ装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008215179A JP2010048749A (en) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Vibration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008215179A JP2010048749A (en) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Vibration sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010048749A true JP2010048749A (en) | 2010-03-04 |
Family
ID=42065937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008215179A Pending JP2010048749A (en) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Vibration sensor |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2010048749A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107209053A (en) * | 2015-02-03 | 2017-09-26 | 霍尼韦尔国际公司 | Piezoelectric-type ultrasonic detector |
-
2008
- 2008-08-25 JP JP2008215179A patent/JP2010048749A/en active Pending
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| CN107209053A (en) * | 2015-02-03 | 2017-09-26 | 霍尼韦尔国际公司 | Piezoelectric-type ultrasonic detector |
| CN107209053B (en) * | 2015-02-03 | 2021-01-08 | 霍尼韦尔国际公司 | Piezoelectric ultrasonic detector |
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