振動傳感器的製作方法
2023-04-27 07:02:26
專利名稱：振動傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及靜電容型振動傳感器，特別是涉及可將固定電極和與上述固定電極相對地配置的振動電極之間的靜電容變化作為振動信號輸出的振動傳感器。
背景技術：
用於步數計、微型振動計、精密設備用振動傳感器、防相機抖動功能用振動傳感器等的靜電容型振動傳感器，以往用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚苯硫醚(PPS)等膜構成振動電極，同時為了獲得更大振幅的信號，在膜中央部設置了重物(例如，參照專利文獻1)。
另外，在其它傳統技術中提出了在板構件上設置狹縫，形成振動變位的振動膜部，同時在該振動膜部加設重物的振動傳感器(例如，參照專利文獻2)。還有，該振動傳感器的狹縫由環狀形成的狹縫和從中心點向外方放射狀的狹縫構成。
專利文獻1特開昭59-79700號公報專利文獻2特開平9-49856號公報發明的公開但是，在專利文獻1和專利文獻2中記載的振動傳感器採用振動電極上設置重物的結構，因此需要設置重物的空間，使振動傳感器的薄型化困難。另外，因該重物而在振動傳感器掉下時或從外部受強烈衝擊時，使振動電極變形或損壞等，存在得不到輸出信號或變小等缺點。
本發明鑑於上述問題構思而成，其目的在於實現檢出微小振動的靜電容型振動傳感器中，更加薄型且耐衝擊性優秀的振動傳感器。
為達成此目的，本發明的振動傳感器的特徵結構在於可將固定電極和與所述固定電極相對地配置的振動電極之間的靜電容變化作為振動信號輸出，其中，所述振動電極在同一板構件設置狹縫，並形成僅以自重而振動變位的中央側的振動膜部、位於周邊側的固定部以及連接所述振動膜部和所述固定部的彈性支持部。
依據本特徵結構，通過在振動電極上設置狹縫使形成的彈性支持部具有彈簧功能，並使中央側的振動膜部僅以自重而振動變位地構成，因此不設重物也能得到所需振幅。另外，由於來自外部的衝擊被彈簧結構的彈性支持部所吸收，也可提高耐衝擊性。特別是，對于振動電極圓周方向衝擊，振動電極的狹縫可起到緩衝材料的作用並可緩和衝擊。結果，不需要設置重物的空間，能夠得到更加薄型且耐衝擊性優秀的振動傳感器。
本發明的振動傳感器另一特徵結構在於所述板構件由不鏽鋼、鎢、Ti-Cu合金、Be-Cu合金中的任一種構成。
即，依據本特徵結構，取代傳統的PET或PPS而使用比重7.8的不鏽鋼(SUS304)或比重16的鎢等比重大且彎曲強度強的材料，僅用振動膜部的自重就可得到所需振幅，且能夠提高耐衝擊性。因而，通過本特徵結構，可得到良好的輸出信號，同時能得到耐衝擊性優秀的振動傳感器實用上的實施例。
還有，另一特徵結構在於所述板構件具有30μm到50μm的板厚。
依據本特徵結構，將板厚設成比傳統的振動電極(振動膜)膜厚(例如，3μm到4μm左右)厚，因此能提高板構件的彎曲強度、耐衝擊度。另外，即便不設重物，也能將振動膜部重量設成可得良好輸出信號的重量。
另外，另一特徵結構在於所述振動膜部形成為圓形，所述彈性支持部形成為其一端側與所述振動膜部連接且另一端側與所述固定部連接的圓弧狀細條，並沿著所述振動膜部外周等間隔配置多個。
即，通過本特徵結構，用圓弧狀細條構成可彈性變形的彈簧構件，因此能以簡單結構形成彈性支持部，可使振動電極的製作容易。
另外，將圓弧狀細條(彈簧構件)在振動膜部外周等間隔地配置，因此對彈性支持部均等加負荷，使振動膜部在平行狀態下變位，得到穩定的輸出。特別是，若採用配置3個細條的3點支持結構，則使振動膜部變位增大，並可增大傳感器輸出。
另一特徵結構在於所述彈性支持部形成為將所述振動膜部外周側一個部位和與該部位相鄰的所述固定部連接的梁狀體。
即，依據本特徵結構，將振動膜部作成1點支持(懸臂)結構，因此在振動膜部變位時使固定電極與振動膜部不會面接觸。特別是，在固定電極中與振動電極相對的面上形成了駐極體構件時，通過駐極體構件的電荷，振動膜部容易被駐極體構件吸附，但通過本特徵結構，能夠有效防止振動膜部吸附到駐極體構件。
附圖的簡單說明
圖1是表示本發明振動傳感器的一實施例的剖面圖。
圖2是表示一例本發明振動傳感器的振動電極的示意圖。
圖3是表示本發明的振動傳感器及周邊電路的布線圖。
圖4是一例本發明振動傳感器的諧振頻率及輸出電壓示圖。
圖5是表示本發明振動傳感器的振動電極變形例的示意圖。
圖6是表示本發明振動傳感器的振動電極變形例的示意圖。
(符號說明)1振動傳感器，2固定電極，3振動電極，4駐極體，5振動電極環，6襯墊，7殼體構件，8電路基板，9門環，10背極支撐體，11放大電路。
本發明的最佳實施方式以下，參照附圖就本發明的振動傳感器的實施方式進行說明。
首先，對本發明實施例1進行說明。
本發明的振動傳感器1如圖1及圖2所示，可將固定電極2和與固定電極2相對地配置的振動電極3之間的靜電容變化作為振動信號輸出，其中，振動電極3在同一板構件上設置狹縫3a，形成僅用自重來振動變位的中央側的振動膜部3b、位於周邊側的固定部3c及連接振動膜部3b和固定部3c的彈性支持部3d。然後，如圖3所示，在輸出側設置放大電路11作為運算放大器。另外，本發明可適用於前置型和後置型的任何一種。
前置型振動傳感器1如圖1(a)所示，固定電極2由在內面形成駐極體構件4的剖面為「冂」字型的殼體構件7底部部分來構成。還有，該殼體構件7底部依次重疊環狀襯墊6、振動電極3及振動電極環5之後，用電路基板8蓋住並用殼體構件7扣住，成為將振動傳感器組裝的結構。固定電極2經由殼體構件7連接到電路基板8，振動電極3經由振動電極環5連接到電路基板8。
後置型振動傳感器1如圖1(b)所示，在殼體構件7底部依次重疊振動電極環5、振動電極3、襯墊6、帶駐極體構件4的固定電極2、背極支撐體10及門環9之後，用電路基板8蓋住並用殼體構件7扣住，成為將振動傳感器組裝的結構。在該結構中，固定電極2通過由絕緣體構成的背極支撐體10挾持周圍部分並固定支持。固定電極2經由門環9連接到電路基板8。振動電極3經由振動電極環5及殼體構件7連接到電路基板8。
另外，為了提高耐衝擊度，將前置型、後置型的振動電極環5厚度均設為較薄，以助振動傳感器1的薄型化。另外，放大電路11可在電路基板8內置，也可不內置。
振動電極3例如由SUS304(不鏽鋼)構成，其板厚設定在30μm至50μm。另外，振動電極3在同一板構件設置狹縫，並形成振動膜部3b、固定部3c和彈性支持部3d，可用衝壓加工或蝕刻等方法簡單地製作。
振動膜部3b形成為圓形，其面積設定為可具有良好地檢測出振動並得到所需振幅的重量。彈性支持部3d形成為其一端側與振動膜部3b連接且另一端側與固定部3c連接的圓弧狀細條，沿著振動膜部3b外周以等間隔配置多個。本實施例中，特別採用將同一形狀的彈性支持部3d在振動膜部3b外周以等間隔配置3個3點支持結構，因此可增大振動膜部3b的變位並可增大傳感器輸出。另外，本實施例中考慮到振動傳感器1的穩定性等，形成3個彈性支持部3d，但該數量可為任意個。
這裡，本實施例的振動傳感器1從1.5m高度，以在框體上固定的狀態從6個方向進行各1次的落下實驗，確認了振動傳感器1特別是振動電極3未損壞的情況。另外，直徑設定為約φ4的振動電極3合適的膜厚為30μm，直徑設定為約φ6的振動電極3合適的膜厚為50μm。另外，直徑約φ4的振動電極3膜厚可設定為50μm，但輸出信號變小。
圖4中示出包括設定厚度30μm、直徑約φ4的振動電極3和設定厚度50μm、直徑約φ6的振動電極3這兩種振動電極3的振動傳感器1，在諧振頻率(Hz)和低頻振動(2.5Hz和1.75Hz)條件下的輸出電壓。這裡，放大電路11的放大級增益設定為16，電源電壓設定為3V。
接著，參照圖5，就本發明實施例2進行說明。
本實施例中將振動膜部3b形成為圓形，並形成連接振動膜部3b外周側一個部位和與該部位相鄰的固定部3c的梁狀體的彈性支持部3d。詳細地說，除去一部分而形成圓形狹縫3a，並且，形成在其兩端各自向內側直線上升的狹縫3a。本實施例中，在一處形成彈性支持部3d作為懸臂梁結構，因此振動膜部3b不會平行變位，可防止振動電極3吸附到駐極體構件4。
以下，參照圖6，就本發明實施例3進行說明。
本實施例中與實施例2同樣，將振動膜部3b形成為圓形，並形成連接振動膜部3b外周側一個部位和與該部位相鄰的固定部3c的梁狀體的彈性支持部3d。本實施例中除去一部分而形成圓形的狹縫3a。因此，簡化狹縫3a的形狀，可以更加簡單的結構實現本發明的振動傳感器1。
還有，上述實施例1至實施例3中，用SUS304(不鏽鋼)構成板構件，也可用鎢、Ti-u合金、Be-Cu合金等比重較大且彎曲強度較強的材料構成。
工業上的利用可能性可用於步數計、微型振動計、精密設備用振動傳感器、防相機抖動功能用的振動傳感器等。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.(補正後)一種振動傳感器，其特徵在於可將固定電極和與所述固定電極相對地配置的振動電極之間的靜電容變化作為振動信號輸出，其中，所述振動電極在同一板構件設置狹縫，並形成僅以自重而振動變位的中央側的振動膜部、位於周邊側的固定部以及連接所述振動膜部和所述固定部的彈性支持部；所述振動膜部形成為圓形，所述彈性支持部形成為其一端側與所述振動膜部連接且另一端側與所述固定部連接的圓弧狀細條，並沿著所述振動膜部外周等間隔配置多個。
2.(補正後)一種振動傳感器，其特徵在於可將固定電極和與所述固定電極相對地配置的振動電極之間的靜電容變化作為振動信號輸出，其中，所述振動電極在同一板構件設置狹縫，並形成僅以自重而振動變位的中央側的振動膜部、位於周邊側的固定部以及連接所述振動膜部和所述固定部的彈性支持部；所述彈性支持部形成為將所述振動膜部外周側一個部位和與該部位相鄰的所述固定部連接的梁狀體。
3.(補正後)如權利要求1或2所述的振動傳感器，其特徵在於所述板構件由不鏽鋼、鎢、Ti-Cu合金、Be-Cu合金中的任一種構成。
4.(補正後)如權利要求1或2所述的振動傳感器，其特徵在於所述板構件具有30μm到50μm的板厚。
5.(刪除)
權利要求
1.一種振動傳感器，其特徵在於可將固定電極和與所述固定電極相對地配置的振動電極之間的靜電容變化作為振動信號輸出，其中，所述振動電極在同一板構件設置狹縫，並形成僅以自重而振動變位的中央側的振動膜部、位於周邊側的固定部以及連接所述振動膜部和所述固定部的彈性支持部。
2.如權利要求1所述的振動傳感器，其特徵在於所述板構件由不鏽鋼、鎢、Ti-Cu合金、Be-Cu合金中的任一種構成。
3.如權利要求1所述的振動傳感器，其特徵在於所述板構件具有30μm到50μm的板厚。
4.如權利要求1所述的振動傳感器，其特徵在於所述振動膜部形成為圓形，所述彈性支持部形成為其一端側與所述振動膜部連接且另一端側與所述固定部連接的圓弧狀細條，並沿著所述振動膜部外周等間隔配置多個。
5.如權利要求1所述的振動傳感器，其特徵在於所述彈性支持部形成為將所述振動膜部外周側一個部位和與該部位相鄰的所述固定部連接的梁狀體。
全文摘要
可將固定電極和與固定電極相對地配置的振動電極3之間的靜電容變化作為振動信號輸出的振動傳感器中，振動電極3在同一板構件上設置狹縫3a，形成僅用自重來振動變位的中央側的振動膜部3b、位於周邊側的固定部3c及連接振動膜部3b和固定部3c的彈性支持部3d。
文檔編號G01P15/125GK1853090SQ200480027160
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月8日 優先權日2003年9月22日
發明者安田護, 杉森康雄 申請人:星電株式會社