特開 2023-31624 振動センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023031624

(43)【公開日】2023-03-09

(54)【発明の名称】振動センサ

(51)【国際特許分類】

   G01H 11/08 20060101AFI20230302BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20230302BHJP

【ＦＩ】

G01H11/08

G01N29/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021137234

(22)【出願日】2021-08-25

(71)【出願人】

【識別番号】000201478

【氏名又は名称】前田建設工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000222668

【氏名又は名称】東洋建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】弁理士法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】國見 敬

(72)【発明者】

【氏名】井▲崎▼ 透

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大典

(72)【発明者】

【氏名】西井 朋也

(72)【発明者】

【氏名】岸本 豪太

【テーマコード（参考）】

2G047

2G064

【Ｆターム（参考）】

2G047AA09

2G047AB04

2G047BA03

2G047BB04

2G047BC09

2G047CA01

2G047EA15

2G047GA01

2G047GB23

2G064BA07

2G064BA08

2G064BA21

2G064BD18

2G064BD62

2G064DD23

(57)【要約】

【課題】エネルギー不足や感度不足を抑制しつつ、振動センサを小型化する。
【解決手段】振動センサ１０は、対象物へ当接される先端部１４を有する振動伝達子１２と、電気信号を印加する又は取り出すための配線２８に接続された圧電振動板１８と、振動伝達子１２及び圧電振動板１８を内部に収容すると共に、先端部１４が突出する突出孔３６を有するケース体３２とを含み、振動伝達子１２と圧電振動板１８とが電気的及び物理的に接続され、振動伝達子１２がグランド電位に設定されている。このため、振動伝達子１２と圧電振動板１８との間で振動を直接的に伝達しながらも、対象物へ当接される振動伝達子１２に起因するノイズを大幅に低減することができる。これにより、必要なＳ／Ｎ比などを確保することができるため、エネルギー不足や感度不足を抑制しつつ、振動センサ１０の小型化に寄与することが可能となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物へ振動を加える又は前記対象物から振動を受けるための振動センサであって、
前記対象物へ当接される先端部を有する振動伝達子と、
電気信号を印加する又は取り出すための配線に接続された圧電振動板と、
前記振動伝達子及び前記圧電振動板を内部に収容すると共に、前記先端部が突出する突出孔を有するケース体と、を含み、
前記振動伝達子と前記圧電振動板とが電気的及び物理的に接続され、前記振動伝達子がグランド電位に設定されていることを特徴とする振動センサ。

【請求項2】

前記振動伝達子及び前記圧電振動板は、前記ケース体の内部において、前記先端部の突出方向と平行な方向に摺動可能に収容されると共に、前記突出方向へとスプリングによって付勢されていることを特徴とする請求項１記載の振動センサ。

【請求項3】

前記振動伝達子及び前記圧電振動板と、前記ケース体の内部の摺動面との間に、第１ダンパ部材が介在していることを特徴とする請求項２記載の振動センサ。

【請求項4】

前記突出孔の、前記ケース体の内部側の縁部と、前記振動伝達子との間に、第２ダンパ部材が配置されていることを特徴とする請求項２又は３記載の振動センサ。

【請求項5】

前記圧電振動板を２枚含み、該２枚の圧電振動板が、金属電極板を挟んで、向かい合わせで電気的及び物理的に接続され、
前記配線を介して前記２枚の圧電振動板へ電気信号が印加され、前記振動伝達子を介して前記対象物へ振動を加える加振センサとして使用されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の振動センサ。

【請求項6】

前記圧電振動板を１枚含み、
前記振動伝達子を介して前記対象物から振動を受けて、前記配線を介して前記１枚の圧電振動板から電気信号が取り出される受振センサとして使用されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の振動センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物へ振動を加える又は対象物から振動を受けるための振動センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、様々な用途で用いられる種々のセンサには、常に小型化が求められている。例えば、タイルの剥離検知装置などに用いられる、振動を発生又は受けるための圧電振動板を利用した振動センサもその１つであり、効率よく検査を行うために装置への多点設置が求められる結果、振動センサの小型化が必須となっている。なお、特許文献１には、圧電振動板の小型化に関する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－３５７０８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述したような振動センサを小型化するためには、従来のものよりも面積が小さい圧電振動板を使用する必要がある。しかしながら、圧電振動板の面積が小さくなると、振動を発生する用途においてはエネルギー不足、振動を受ける用途においては感度不足となる虞があり、これらについての対策が求められる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギー不足や感度不足を抑制しつつ、振動センサを小型化することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

【0006】

（１）対象物へ振動を加える又は前記対象物から振動を受けるための振動センサであって、前記対象物へ当接される先端部を有する振動伝達子と、電気信号を印加する又は取り出すための配線に接続された圧電振動板と、前記振動伝達子及び前記圧電振動板を内部に収容すると共に、前記先端部が突出する突出孔を有するケース体と、を含み、前記振動伝達子と前記圧電振動板とが電気的及び物理的に接続され、前記振動伝達子がグランド電位に設定されている振動センサ（請求項１）。

【0007】

本項に記載の振動センサは、対象物へ振動を加える、或いは対象物から振動を受けるためのものであり、振動伝達子、圧電振動板、及びケース体を含んでいる。振動伝達子は、振動の出力先又は入力元である対象物へ当接される先端部を有しており、その先端部を介して、対象物へ振動を伝達する、或いは対象物からの振動を取り込むものである。圧電振動板は、電気信号を印加する又は取り出すための配線に接続されており、配線から印加された電気信号から振動を発生、或いは、振動を電気信号へ変換して配線へ送信するものである。ケース体は、振動伝達子及び圧電振動板を内部に収容するものであって、このとき、ケース体に形成された突出孔から振動伝達子の先端部が突出する態様で、振動伝達子及び圧電振動板を収容する。

【0008】

また、振動伝達子と圧電振動板とは、電気的及び物理的に接続されており、物理的に接続されていることで、振動伝達子と圧電振動板との間で振動が直接的に伝達される。すなわち、対象物へ振動を加える用途の際は、配線から印加された電気信号から圧電振動板により振動が発生され、その発生された振動が圧電振動板から振動伝達子へと直接的に伝達され、更に振動伝達子から対象物へと振動が伝達されるものである。これに対し、対象物から振動を受ける用途の際は、対象物からの振動が振動伝達子を介して取り込まれ、その振動が振動伝達子から圧電振動板へと直接的に伝達され、更に伝達された振動が圧電振動板により電気信号へ変換されて配線へ送信されるものである。

【0009】

更に、振動伝達子と圧電振動板とが電気的に接続され、振動伝達子がグランド電位に設定されている。すなわち、振動伝達子は、圧電振動板の２つの電極のうちの一方の電極と電気的に接続され、その一方の電極に配線を介してグランド電位が付加されるものである。このようにして、振動伝達子がグランド電位に設定されることにより、対象物へ当接される振動伝達子に起因するノイズが大幅に低減される。これにより、取り込んだ振動から圧電振動板により変換した電気信号のレベルが小さいといった、圧電振動板が小さくなった場合に想定される事象が発生しても、上述したノイズ対策により必要なＳ／Ｎ比などが確保されるため、エネルギー不足や感度不足が抑制されつつ、振動センサの小型化に寄与するものとなる。

【0010】

（２）上記（１）項において、前記振動伝達子及び前記圧電振動板は、前記ケース体の内部において、前記先端部の突出方向と平行な方向に摺動可能に収容されると共に、前記突出方向へとスプリングによって付勢されている振動センサ（請求項２）。
本項に記載の振動センサは、ケース体の内部に収容される振動伝達子と圧電振動板とが、振動伝達子の先端部がケース体の突出孔から突出する方向と平行な方向に摺動可能に収容されたものである。更に、振動伝達子及び圧電振動板は、摺動可能な一方の方向である、振動伝達子の先端部の突出方向へとスプリングによって付勢されている。このため、振動伝達子の先端部が対象物へ当接されると、振動伝達子及びそれに接続された圧電振動板は、ケース体の内部で先端部の突出方向と反対方向へ僅かに摺動されつつ、対象物の方向へとスプリングによって付勢された状態になる。これにより、対象物に凹凸などがあっても、振動伝達子の先端部が対象物に対して確実に接触するものとなり、また、複数の振動センサが対象物へ同時に当接されるような場合であっても、全ての振動センサへの荷重が略均等の状態で対象物へ接触するものとなる。

【0011】

（３）上記（２）項において、前記振動伝達子及び前記圧電振動板と、前記ケース体の内部の摺動面との間に、第１ダンパ部材が介在している振動センサ（請求項３）。
本項に記載の振動センサは、ケース体の内部に摺動可能に収容される振動伝達子及び圧電振動板と、ケース体の内部の摺動面との間に、第１ダンパ部材が介在しているものである。これにより、対象物へ振動を加える用途の際は、圧電振動板により発生させた振動が、ケース体の摺動面を介してケース体へ伝わることが抑制され、対象物から振動を受ける用途の際は、外因によるケース体の振動が、ケース体の摺動面を介して圧電振動板へ伝わることが抑制されるものとなる。ここで、例えばタイルの剥離検知装置などでは、対象物へ振動を加える振動センサと対象物から振動を受ける振動センサとが、ベース部材に同時に固定されて使用される。本項に記載の振動センサは、そのような用途に使用されても、上述のような第１ダンパ部材が介在しているため、振動を加える振動センサの圧電振動板により発生させた振動が、その振動センサのケース体やベース部材を介して、振動を受ける振動センサへと伝わることが防止され、振動の干渉による誤検知が防止されるものである。

【0012】

（４）上記（２）（３）項において、前記突出孔の、前記ケース体の内部側の縁部と、前記振動伝達子との間に、第２ダンパ部材が配置されている振動センサ（請求項４）。
本項に記載の振動センサは、ケース体に設けられた突出孔の、ケース体の内部側の縁部と、振動伝達子との間に、第２ダンパ部材が配置されたものである。すなわち、振動伝達子は、その先端部がケース体の突出孔から突出する方向へとスプリングにより付勢されているため、上述した突出孔の縁部へと押し付けられるものであり、振動伝達子の先端部が対象物へ当接された状態であっても、部分的に突出孔の縁部へ接触している場合がある。そこで、上述したような位置に第２ダンパ部材が配置されていることで、突出孔の縁部を介して、圧電振動板により発生させた振動がケース体へ伝わることや、外因によるケース体の振動が圧電振動板へ伝わることが抑制されるものとなる。このため、上記（３）項に記載したような２つの用途に同時に使用される場合であっても、振動を加える振動センサの圧電振動板により発生させた振動が、その振動センサのケース体やベース部材を介して、振動を受ける振動センサへと伝わることが防止され、振動の干渉による誤検知が防止されるものである。

【0013】

（５）上記（１）から（４）項において、前記圧電振動板を２枚含み、該２枚の圧電振動板が、金属電極板を挟んで、向かい合わせで電気的及び物理的に接続され、前記配線を介して前記２枚の圧電振動板へ電気信号が印加され、前記振動伝達子を介して前記対象物へ振動を加える加振センサとして使用される振動センサ（請求項５）。
本項に記載の振動センサは、対象物へ振動を加える加振センサとして使用されるものであって、圧電振動板を２枚含んでいる。そして、それら２枚の圧電振動板が、金属電極板を挟んで、向かい合わせで電気的及び物理的に接続されている。このため、２枚の圧電振動板のうちの一方に対して、物理的及び電気的に振動伝達子が接続され、更にもう一方の圧電振動板が電気的に接続され、それらの接続先が、グランド電位が付加される各圧電振動板の電極になっている。

【0014】

また、２枚の圧電振動板に挟まれる金属電極板は、圧電振動板の２つの電極のうち、グランド電位が付加される電極と異なる電極の役割を果たすものとなり、グランド電位と対となる電位が配線を介して付加される。このため、金属電極板を挟んで向かい合わせで接続された２枚の圧電振動板は、配線を介して電気信号が印加されると、双方が同時に振動することになり、圧電振動板が１枚の場合と比較して、発生する振動が増大されるものである。これにより、圧電振動板が小さくなっても、２枚の圧電振動板によりエネルギーが増大された振動が発生するため、圧電振動板が小さくなった場合に懸念されるエネルギー不足が抑制され、振動センサの小型化に対応するものとなる。更に、加振センサへ印加する電気信号として、パワーアンプなどで増幅された電気信号を使用することとすれば、加振センサが小型化されても、対象物へ加える振動として必要十分な大きさの振動が発生されるものである。

【0015】

（６）上記（１）から（４）項において、前記圧電振動板を１枚含み、前記振動伝達子を介して前記対象物から振動を受けて、前記配線を介して前記１枚の圧電振動板から電気信号が取り出される振動センサ（請求項６）。
本項に記載の振動センサは、受振センサとして使用されるものであって、圧電振動板を１枚含んでいる。このため、振動伝達子を介して対象物から受けた振動が、振動伝達子と物理的に接続された１枚の圧電振動板へ伝達され、その伝達された振動から圧電振動板により変換された電気信号が、配線を介して取り出されるものである。そして、取り出された電気信号が、例えばチャージアンプなどによって増幅されることとすれば、受振センサが小型化されても、上記（１）項に記載したようなノイズ対策と相まって、解析のために必要十分な大きさの電気信号が得られるため、圧電振動板が小さくなった場合に懸念される感度不足が解消されものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明は上記のような構成であるため、エネルギー不足や感度不足を抑制しつつ、振動センサを小型化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】加振センサとして使用される、本発明の実施の形態に係る振動センサの構造の一例を示すイメージ構造図である。

【図2】図１の加振センサの圧電振動板近傍の拡大図である。

【図3】加振センサの圧電振動板の電気的接続を示すイメージ図である。

【図4】受振センサとして使用される、本発明の実施の形態に係る振動センサの構造の一例を示すイメージ構造図である。

【図5】図４の受振センサの圧電振動板近傍の拡大図である。

【図6】受振センサの圧電振動板の電気的接続を示すイメージ図である。

【図7】本発明の実施の形態に係る振動センサが利用された、タイル剥離検知器の構成の一例を概略的に示すブロック図である。

【図8】図７のタイル剥離検知器の加振センサ及び受振センサの配置例を示す平面図及びイメージ断面図である。

【図9】図７のタイル剥離検知器の振動入力部から入力するパルス波の例を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面に基づき説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略することとし、また、図面の全体にわたって、同一部分若しくは対応する部分は、同一の符号で示している。
図１～図６は、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０の構造を示している。まず、図１に示されている振動センサ１０は、対象物へ振動を加える加振センサ１０Ａとして使用されるものであって、後述するベース部６２へネジ止めなどで固定された状態で図示されている。なお、ここでは、振動を加える対象物を、これに限定されるものではないが、図７に示されたタイルＴとして説明するものとする。図１（ａ）は加振センサ１０Ａの平面図、図１（ｂ）は加振センサ１０Ａを側方から視て一部を破断したイメージ断面図である。図示のように、加振センサ１０Ａは、振動伝達子１２、圧電振動板１８、ケース体３２、摺動部材５０、スプリング５２、第１ダンパ部材５４、及び第２ダンパ部材５６を含んでいる。

【0019】

ケース体３２は、加振センサ１０Ａの他の構成要素の大部分を収容するものであって、円筒状の壁部４０の両開口端に、平面視円形の蓋部３４及び底部４４がネジ止めなどで接続された構成を有しており、それらで囲まれた収容空間が内部に形成されている。また、蓋部３４には振動伝達子１２用の突出孔３６が、底部４４には後述する配線２８用などの貫通孔（図示略）が、それぞれ形成されている。ケース体３２は、例えば各種の樹脂などで形成され、特に取り付け先のベース部６２との間に介在する底部４４は、例えばゴムなどの弾性を有する材料で形成されることで、振動センサ１０とベース部６２との間の振動の伝達を抑制するダンパ部材（第３ダンパ部材）４４として機能するようになっている。なお、振動センサ１０をベース部６２へ固定するための取付ネジを、ベース部６２及びケース体３２の底部４４へのみ挿通させることで、底部４４により取付ネジをフローティングしてもよい。また、これに限定されるものではないが、ケース体３２の外径は、例えば２４ｍｍ程度である。

【0020】

振動伝達子１２は、図２にも図示されているように、先端が丸みを帯びた円錐状の先端部１４、先端部１４の下端に接続された円柱部１５、及び円柱部１５の下端に接続されて円柱部１５より径が大きい円板部１６を有し、円板部１６を貫通して円柱部１５まで延びる円柱状の内部空間が形成されている。加振センサ１０Ａの振動伝達子１２は、その先端部１４がタイルＴへ当接された状態で、後述するように圧電振動板１８により発生された振動をタイルＴへ伝達するものである。更に、振動伝達子１２は、上記のような形状であることで、圧電振動板１８とタイルＴとの音響インピーダンスを整合する役割も果たしている。振動伝達子１２は、例えば導電性を有する金属などの材料で形成される。

【0021】

また、振動伝達子１２は、ケース体３２の内部において、後述するようにスプリング５２によって図１（ｂ）における上方へと付勢されており、その円柱部１５の一部及び先端部１４が、ケース体３２の蓋部３４に設けられた突出孔３６から、ケース体３２の外部へと突出している。すなわち、突出孔３６は、円柱部１５の外径より大きく、且つ、円板部１６の外径よりも小さい内径を有している。このような状態で、円板部１６の上面と蓋部３４の突出孔３６の縁部３６ａとの間には、第２ダンパ部材５６が介在している。第２ダンパ部材５６は、本実施形態では円板部１６側に取り付けられて円柱部１５が挿通された環状のものであり、振動伝達子１２と共に図１（ｂ）における上下方向へ移動するようになっている。第２ダンパ部材５６は、例えばゴムなどの弾性を有する材料で形成されており、振動伝達子１２と蓋部３４（ケース体３２）との間の振動の伝達を抑制するようになっている。

【0022】

圧電振動板１８は、ここでは加振用圧電振動板１８とも呼称し、図２に示すように、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂが、金属電極板２４を挟んで接続された構成を有している。すなわち、図３も参照して、本実施形態において、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂは、各々がセラミック板２０と金属板２２とを有し、双方のセラミック板２０側が向かい合わせで、金属電極板２４に対して電気的及び物理的に接続されている。また、圧電振動板１８ａの金属板２２と圧電振動板１８ｂの金属板２２とが、接続部２５を介して電気的に接続されている。なお、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂの各々には、コスト低減の観点から市販の圧電振動板を使用することが望ましく、また、これに限定されるものではないが、圧電振動板１８ａ、１８ｂの外径は１２ｍｍ程度である。

【0023】

そして、２本の配線２８が、金属電極板２４と一方の金属板２２（本実施形態では圧電振動板１８ｂの金属板２２）とに半田付けなどで接続されることで、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂのセラミック板２０側と金属板２２側とに、対となる２つの電位（図３では「＋」「－」と図示）が付加されるようになっている。このとき、金属板２２側には、グランド電位が付加される。また、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂのうち、図中上方に位置する圧電振動板１８ａの金属板２２には、例えばペースト半田やエポキシ系接着剤などにより、振動伝達子１２の円板部１６が電気的及び物理的に接続されている。このため、振動伝達子１２には、一方の配線２８及び金属板２２を介して、グランド電位が付加されるようになっている。

【0024】

図１及び図２を参照して、加振用圧電振動板１８の図中下側（圧電振動板１８ｂ側）には、第１ダンパ部材５４が配置されている。本実施形態の第１ダンパ部材５４は、図２に示すように、紙面と直交する方向に２つ割りにされた第１部材５４ａと、円筒状の第２部材５４ｂとで構成されている。第２部材５４ｂの下方には、円環状のシム５７が配置されている。そして、図２に図示された、振動伝達子１２、第２ダンパ部材５６、加振用圧電振動板１８、第１ダンパ部材５４、及びシム５７は、図１に示すように、第１ダンパ部材５４及びシム５７がカップ状の摺動部材５０に収容されることで、摺動部材５０を介して、ケース体３２の内部を摺動面４０ａに沿って図中上下方向に摺動可能になっている。

【0025】

また、摺動部材５０とケース体３２の底部４４との間において、スプリング５２は、図２に図示された部材を摺動部材５０と共に、図中上方向へと付勢するように設置されている。このため、通常状態において、振動伝達子１２は、第２ダンパ部材５６を挟んでケース体３２の蓋部３４へと押し付けられている。また、上述したような位置に配置された第１ダンパ部材５４は、例えばゴムなどの弾性を有する材料で形成されることで、圧電振動板１８と摺動部材５０との間、換言すれば圧電振動板１８とケース体３２との間の、振動の伝達を抑制するようになっている。

【0026】

上記のような構成の加振センサ１０Ａは、振動伝達子１２の先端部１４がタイルＴへ当接された状態で、配線２８を介して圧電振動板１８に振動発生用の電気信号が印加されると、圧電振動板１８により振動が発生される。すると、発生した振動が、圧電振動板１８に物理的に接続された振動伝達子１２を介してタイルＴへと伝達され、タイルＴへ振動が加えられるものである。ここで、図１及び図２を参照して、圧電振動板１８へ接続される配線２８は、例えば、圧電振動板１８から、２つ割りの第１部材５４ａの割れ目、円筒状の第２部材５４ｂの中心孔、円環状のシム５７の中心孔、摺動部材５０に設けられた貫通孔、及び底部４４に設けられた貫通孔などを通って、ケース体３２の内部から外部へとルーティングされる。

【0027】

次に、図４～図６に図示された、対象物（タイルＴ）から振動を受ける受振センサ１０Ｂとして使用される、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０について説明する。しかしながら、受振センサ１０Ｂは、図１～図３に示した加振センサ１０Ａと、圧電振動板１８の構成のみが異なるものである。このため、ここでは圧電振動板１８に関する点について説明することとし、加振センサ１０Ａと同様の構成部分については説明を省略する。
受振センサ１０Ｂの圧電振動板１８は、ここでは受振用圧電振動板１８とも呼称し、図５及び図６に示すように、１枚の圧電振動板１８で構成されている。そして、２本の配線２８が、その１枚の圧電振動板１８のセラミック板２０側と金属板２２側とに半田付けなどで接続されることで、それらに対となる２つの電位（図６では「＋」「－」と図示）が付加されるようになっている。このとき、金属板２２側には、グランド電位が付加される。

【0028】

また、受振用圧電振動板１８の金属板２２には、例えば銀ペーストとエポキシ系接着剤又は導電性接着剤などにより、振動伝達子１２の円板部１６が電気的及び物理的に接続されている。このため、振動伝達子１２には、一方の配線２８及び金属板２２を介して、グランド電位が付加される。受振用圧電振動板１８の図中下側には、第１ダンパ部材５４とシム５７とが配置されている。このような構成の受振センサ１０Ｂは、振動伝達子１２の先端部１４がタイルＴへ当接された状態で、タイルＴが振動していると、その振動が振動伝達子１２へ伝わり、更に振動伝達子１２と物理的に接続された圧電振動板１８へと伝達される。すると、伝達された振動が、圧電振動板１８によって電気信号へと変換され、それが受振電気信号として配線２８を介して取り出されるものである。

【0029】

続いて、図７は、上述したような本発明の実施の形態に係る振動センサ１０を使用した、タイル剥離検知器６０の構成を概略的に示している。図示のように、タイル剥離検知器６０は、建築物に利用されているタイルＴの剥離を検知するものであり、振動入力部６６、複数の振動センサ１０、及び解析部７４を含んでいる。複数の振動センサ１０は、本実施形態では、１つの加振センサ１０Ａと、６つの受振センサ１０Ｂとを含んでいる。加振センサ１０Ａは、図１～図３に関連して説明したように、振動伝達子１２が対象物としてのタイルＴへ当接された状態で、タイルＴへ振動を加えるためのものであり、受振センサ１０Ｂは、図４～図６に関連して説明したように、振動伝達子１２が対象物としてのタイルＴへ当接された状態で、タイルＴから振動を受けるためのものである。

【0030】

上述した複数の振動センサ１０は、例えば図８に示すような位置関係で、板状のベース部６２に固定される。すなわち、図８（ｂ）で確認できるように、１つの加振センサ１０Ａが、平面視で長方形をなすベース部６２の中央近傍に固定され、その加振センサ１０Ａを囲うようにして、６つの受振センサ１０Ｂが配置されている。より詳しくは、１つ加振センサ１０Ａ及び６つの受振センサ１０Ｂが、略等間隔で加振センサ１０Ａを中心とした千鳥格子状に配置されている。このような配置は、図８（ｂ）に二点鎖線で示されているような大きさ及び形状のタイルＴに適合されたものであり、これに限定されるものではないが、そのタイルＴの大きさは例えば９５ｍｍ×４５ｍｍである。これに対応するベース部６２の大きさの例として、図８（ｂ）に示される横幅Ｗが約１３０ｍｍ、縦幅Ｄが約９５ｍｍである。

【0031】

また、加振センサ１０Ａ及び受振センサ１０Ｂの各々は、第３ダンパ部材（ケース体３２の底部）４４を介して、ネジ止めなどによってベース部６２へ固定されている。ベース部６２には、その複数の振動センサ１０が取り付けられた面とは反対側の面の両端部に、コの字状の２つの把持部材８６が取り付けられている。なお、図８（ａ）には、図８（ｂ）における上下方向の中心近傍でのイメージ断面を示し、図８（ｃ）には、図８（ｂ）における左右方向の中心近傍でのイメージ断面を示しているが、各振動センサ１０の内部の図示は省略している。

【0032】

図７に戻り、振動入力部６６は、加振センサ１０Ａへ振動発生用の電気信号を印加するためのものであって、本実施形態では、信号発生器６８及びパワーアンプ７０を含んでいる。信号発生器６８は、振動発生用の電気信号を発生するものであり、本実施形態ではそのような電気信号として、例えば図９に示すような正弦半波（ハーフサイン波）９０の単発のパルス波を繰り返し発生する。これらに限定されるものではないが、正弦半波９０は、例えば周波数が１４ｋＨｚ、出力電圧が１０Ｖｐ－ｐ、デューティサイクルが８０ｍｓである。また、パワーアンプ７０は、信号発生器６８により発生させた電気信号を増幅させるものであって、例えば信号発生器６８で１０Ｖｐ－ｐの電気信号が発生された場合、それを５０Ｖｐ－ｐ～１００Ｖｐ－ｐ程度まで増幅させる。そして、このように増幅された振動発生用の電気信号が、配線２８などを介して加振センサ１０Ａへと印加される。信号発生器６８及びパワーアンプ７０には、任意の信号発生装置及びパワーアンプを使用してよい。

【0033】

解析部７４は、受振センサ１０Ｂの各々から配線２８などを介して受ける電気信号を解析するためのものであって、本実施形態では、チャージアンプ７６、ＡＤ変換器７８、ＦＦＴ解析部８０、及び表示部８２を含んでいる。チャージアンプ７６は、受振センサ１０Ｂから受ける受振電気信号を増幅させるものであって、解析に必要な電圧まで受振電気信号を増幅させる。このとき、ハイパスフィルタを用いて、生活振動などの低い周波数成分を除去するようにしてもよい。また、受振センサ１０Ｂからチャージアンプ７６までの経路やチャージアンプ７６には、可能な限りのノイズ対策を施すことが好ましい。チャージアンプ７６には、多チャンネルの任意のチャージアンプを使用してよい。

【0034】

ＡＤ変換器７８は、チャージアンプ７６によって増幅された受振電気信号を、アナログ信号からデジタル信号へと変換するものであり、後述するＦＦＴ解析に必要なサンプリングレート及び分解能で変換を行う。例えば、信号発生器６８で周波数１４ｋＨｚの正弦半波９０を発生させていた場合は、４０ｋＨｚ程度でサンプリングを行い、分解能は１６ｂｉｔ程度でよい。また、ＡＤ変換器７８は、複数の受振センサ１０Ｂからの受振電気信号がチャージアンプ７６によって増幅された各々の信号をＡＤ変換するため、上記のような性能を有する多チャンネルの任意のＡＤ変換装置が使用される。

【0035】

ＦＦＴ解析部８０は、ＡＤ変換器７８によってデジタル信号へと変換された受振電気信号をＦＦＴ解析するものであって、例えばＦＦＴ解析を行うソフトウェアがインストールされた任意のコンピュータで構成される。ＦＦＴ解析では、ＡＤ変換器７８からのデジタル信号を高速フーリエ変換により周波数成分に分解し、その結果のピーク周波数及びピーク電圧から、タイルＴの剥離状況を推察する。また、ＦＦＴ解析部８０は、複数の受振センサ１０Ｂからの受振電気信号を個別でＦＦＴ解析し、各受振センサ１０Ｂと加振センサ１０Ａとの位置関係を使用して、タイルＴで剥離が発生している部分を推定する。このとき、剥離が発生していると推定された位置や度合いなどに応じて、タイルＴが健全に接着されているか否かを判定してもよい。表示部８２は、ＦＦＴ解析部８０での解析結果などを表示するものであって、任意のディスプレイ装置が使用される。

【0036】

上記のような構成のタイル剥離検知器６０は、使用時に、図８に示されたようにベース部６２に固定された複数の振動センサ１０が、例えば図８（ｂ）に二点鎖線で示された位置を目安にしてタイルＴへと押し付けられ、全ての振動センサ１０の振動伝達子１２がタイルＴへ当接される。この状態で、振動入力部６６の信号発生器６８から図９に示すような正弦半波９０が発生され、それがパワーアンプ７０によって増幅されて、加振センサ１０Ａへ印加される。加振センサ１０は、印加された電気信号から振動を発生させ、それをタイルＴへと加える。すると、タイルＴの剥離が発生していない部分では、タイルＴの接着先へも振動が伝搬するため、振動エネルギーが小さくなってタイルＴ内を伝搬し、タイルＴの剥離が発生している部分では、タイルＴの接着先へ伝搬する振動が小さいため、振動エネルギーの損失が少ない状態でタイルＴ内を伝搬する。このようにしてタイルＴ内を伝搬した振動が、各受振センサ１０Ｂによって受けられ、それが電気信号へ変換されて解析部７４へ送られる。解析部７４では、チャージアンプ７６によって複数の振動センサ１０からの電気信号が増幅され、それがＡＤ変換器７８によってデジタル信号へと変換された後、ＦＦＴ解析部８０によってＦＦＴ解析され、タイルＴ剥離の推定などが行われる。

【0037】

ここで、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０は、図１～図６の構成に限定されるものではなく、振動を加える又は受ける対象物や状況などに応じて、図１～図６に示した構成要素の一部が削除、変更、ないし適宜追加された構成であってもよい。すなわち、振動センサ１０は、対象物がタイルＴ以外のものであってもよく、例えば建築物などに使用されている様々な部材へ振動を加える、又は振動を受ける用途で使用されてよい。また、振動伝達子１２、ケース体３２、摺動部材５０、及び各ダンパ部材４４、５４、５６の形状や大きさなどは、振動センサ１０の用途や目的などに合わせて、任意に設定してよい。

【0038】

一方、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０を使用するタイル剥離検知器６０の構成も、図７の構成に限定されるものではなく、検査対象のタイルＴや状況などに応じて、図７に示した構成要素の一部が削除、変更、ないし適宜追加された構成であってもよい。例えば、複数の振動センサ１０は、加振センサ１０Ａ及び受振センサ１０Ｂの数量や位置関係が、タイルＴの大きさなどに応じて変更されてもよく、一例として、図８（ｂ）の例における加振センサ１０Ａと受振センサ１０Ｂとの数量及び位置が入れ替わってもよい。また、加振センサ１０Ａ又は受振センサ１０Ｂを囲うようにして、４つや８つの受振センサ１０Ｂ又は加振センサ１０Ａが配置されてもよく、加振センサ１０Ａと受振センサ１０Ｂとの双方が複数含まれていてもよい。

【0039】

更に、加振センサ１０Ａの配線２８の接続先と、受振センサ１０Ｂの配線２８の接続先とを入れ替えることで、加振センサ１０Ａと受振センサ１０Ｂとの位置を物理的に交換することなく、振動を加える又は受ける役割のみを入れ替えてもよい。また、振動入力部６６から加振センサ１０Ａへ入力する電気信号は、図９に示したような正弦半波９０に限定されるものではなく、他の形状の単発のパルス波やスウィープ波を入力してもよい。加えて、例えば、図８に示したような１枚のタイルＴに使用するための構成を、図７の他の必要な構成要素も含めて複数セット用意し、それらを検査対象のタイルＴの配列に合わせた位置関係で組み合わせて、複数枚のタイルＴを同時に検査するようにしてもよい。

【0040】

さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０は、対象物（例えば図７のタイルＴ）へ振動を加える、或いは対象物から振動を受けるためのものであり、図１及び図４に示すように、振動伝達子１２、圧電振動板１８、及びケース体３２を含んでいる。振動伝達子１２は、振動の出力先又は入力元である対象物へ当接される先端部１４を有しており、その先端部１４を介して、対象物へ振動を伝達する、或いは対象物からの振動を取り込むものである。圧電振動板１８は、電気信号を印加する又は取り出すための配線２８に接続されており、配線２８から印加された電気信号から振動を発生、或いは、振動を電気信号へ変換して配線２８へ送信するものである。ケース体３２は、振動伝達子１２及び圧電振動板１８を内部に収容するものであって、このとき、ケース体３２に形成された突出孔３６から振動伝達子１２の先端部１４が突出する態様で、振動伝達子１２及び圧電振動板１８を収容する。

【0041】

また、振動伝達子１２と圧電振動板１８とは、電気的及び物理的に接続されており、物理的に接続されていることで、振動伝達子１２と圧電振動板１８との間で振動が直接的に伝達される。すなわち、対象物へ振動を加える用途の際は、配線２８から印加された電気信号から圧電振動板１８により振動が発生され、その発生された振動が圧電振動板１８から振動伝達子１２へと直接的に伝達され、更に振動伝達子１２から対象物へと振動が伝達されるものである。これに対し、対象物から振動を受ける用途の際は、対象物からの振動が振動伝達子１２を介して取り込まれ、その振動が振動伝達子１２から圧電振動板１８へと直接的に伝達され、更に伝達された振動が圧電振動板１８により電気信号へ変換されて配線２８へ送信されるものである。

【0042】

更に、振動伝達子１２と圧電振動板１８とが電気的に接続され、振動伝達子１２がグランド電位に設定されている。すなわち、振動伝達子１２は、図３及び図６に示すように、圧電振動板１８の２つの電極のうちの一方の電極と電気的に接続され、その一方の電極に配線２８を介してグランド電位が付加されるものである。このようにして、振動伝達子１２がグランド電位に設定されることにより、対象物へ当接される振動伝達子１２に起因するノイズを大幅に低減することができる。これにより、取り込んだ振動から圧電振動板１８により変換した電気信号のレベルが小さいといった、圧電振動板１８が小さくなった場合に想定される事象が発生しても、上述したノイズ対策により必要なＳ／Ｎ比などを確保することができるため、エネルギー不足や感度不足を抑制しつつ、振動センサ１０の小型化に寄与することが可能となる。

【0043】

また、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０は、図１及び図４に示すように、ケース体３２の内部に収容される振動伝達子１２と圧電振動板１８とが、振動伝達子１２の先端部１４がケース体３２の突出孔３６から突出する方向と平行な方向（図中上下方向）に摺動可能に収容されたものである。更に、振動伝達子１２及び圧電振動板１８は、摺動可能な一方の方向である、振動伝達子１２の先端部１４の突出方向（図中上方向）へとスプリング５２によって付勢されている。このため、振動伝達子１２の先端部１４が対象物へ当接されると、振動伝達子１２及びそれに接続された圧電振動板１８は、ケース体３２の内部で先端部１４の突出方向と反対方向（図中下方向）へ僅かに摺動されつつ、対象物の方向へとスプリング５２によって付勢された状態になる。これにより、対象物に凹凸などがあっても、振動伝達子１２の先端部１４を対象物に対して確実に接触させることができ、また、複数の振動センサ１０が対象物へ同時に当接されるような場合であっても、全ての振動センサ１０への荷重を略均等にした状態で対象物へ接触させることができる。

【0044】

更に、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０は、ケース体３２の内部に摺動可能に収容される振動伝達子１２及び圧電振動板１８と、ケース体３２の内部の摺動面４０ａとの間に、第１ダンパ部材５４が介在しているものである。図示の例では、振動伝達子１２及び圧電振動板１８と摺動部材５０との間に、第１ダンパ部材５４が介在している。これにより、対象物へ振動を加える用途の際は、圧電振動板１８により発生させた振動が、ケース体３２の摺動面４０ａを介してケース体３２へ伝わることを抑制することができ、対象物から振動を受ける用途の際は、外因によるケース体３２の振動が、ケース体３２の摺動面４０ａを介して圧電振動板１８へ伝わることを抑制することができる。

【0045】

ここで、例えばタイル剥離検知器６０（図７及び図８参照）などでは、対象物へ振動を加える加振センサ１０Ａと対象物から振動を受ける受振センサ１０Ｂとが、ベース部６２に同時に固定されて使用される。本発明の実施の形態に係る振動センサ１０は、そのような用途に使用されても、上述のような第１ダンパ部材５４が介在しているため、加振センサ１０Ａの圧電振動板１８により発生させた振動が、加振センサ１０Ａのケース体３２やベース部６２を介して、受振センサ１０Ｂへと伝わることを防止することができ、振動の干渉による誤検知を防止することが可能となる。

【0046】

また、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０は、ケース体３２に設けられた突出孔３６の、ケース体３２の内部側の縁部３６ａと、振動伝達子１２との間に、第２ダンパ部材５６が配置されたものである。すなわち、振動伝達子１２は、その先端部１４がケース体３２の突出孔３６から突出する方向へとスプリング５２により付勢されているため、上述した突出孔３６の縁部３６ａへと押し付けられるものであり、振動伝達子１２の先端部１４が対象物へ当接された状態であっても、部分的に突出孔３６の縁部３６ａへ接触している場合がある。そこで、上述したような位置に第２ダンパ部材５６が配置されていることで、突出孔３６の縁部３６ａを介して、圧電振動板１８により発生させた振動がケース体３２へ伝わることや、外因によるケース体３２の振動が圧電振動板１８へ伝わることを抑制することができる。このため、タイル剥離検知器６０におけるような２つの用途に同時に使用される場合であっても、振動を加える加振センサ１０Ａの圧電振動板１８により発生させた振動が、その加振センサ１０Ａのケース体３２やベース部６２を介して、振動を受ける受振センサ１０Ｂへと伝わることを防止することができ、振動の干渉による誤検知を防止することができる。

【0047】

加えて、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０は、図１～図３に示すような、対象物へ振動を加える加振センサ１０Ａとして使用される場合に、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂを含んでいる。そして、それら２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂが、金属電極板２４を挟んで、向かい合わせで電気的及び物理的に接続されている。このため、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂのうちの一方の圧電振動板１８ａに対して、物理的及び電気的に振動伝達子１２が接続され、更にもう一方の圧電振動板１８ｂが電気的に接続され、それらの接続先が、グランド電位が付加される各圧電振動板１８の電極になっている。また、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂに挟まれる金属電極板２４は、圧電振動板１８の２つの電極のうち、グランド電位が付加される電極と異なる電極の役割を果たすものとなり、グランド電位と対となる電位が配線２８を介して付加される。

【0048】

このため、金属電極板２４を挟んで向かい合わせで接続された２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂは、配線２８を介して電気信号が印加されると、双方が同時に振動することになり、圧電振動板１８が１枚の場合と比較して、発生する振動を増大させることができる。これにより、圧電振動板１８が小さくなっても、２枚の圧電振動板１８ａ、１８ｂによりエネルギーを増大させた振動が発生するため、圧電振動板１８が小さくなった場合に懸念されるエネルギー不足を抑制することができ、振動センサ１０の小型化に対応することが可能となる。更に、加振センサ１０Ａへ印加する電気信号として、パワーアンプ７０（図７参照）などで増幅させた電気信号を使用することとすれば、加振センサ１０Ａが小型化されても、対象物へ加える振動として必要十分な大きさの振動を発生させることが可能となる。

【0049】

また、本発明の実施の形態に係る振動センサ１０は、図４～図６に示すような、受振センサ１０Ｂとして使用される場合に、１枚の圧電振動板１８を含んでいる。このため、振動伝達子１２を介して対象物から受けた振動が、振動伝達子１２と物理的に接続された１枚の圧電振動板１８へ伝達され、その伝達された振動から圧電振動板１８により変換された電気信号が、配線２８を介して取り出されるものである。そして、取り出された電気信号を、例えばチャージアンプ７６（図７参照）などによって増幅させることとすれば、受振センサ１０Ｂが小型化されても、振動伝達子１２にグランド電位を付加するノイズ対策と相まって、解析のために必要十分な大きさの電気信号を得ることができるため、圧電振動板１８が小さくなった場合に懸念される感度不足を解消することが可能となる。

【符号の説明】

【0050】

１０：振動センサ、１０Ａ：加振センサ、１０Ｂ：受振センサ、１２：振動伝達子、１４：先端部、１８（１８ａ、１８ｂ）：圧電振動板、２４：金属電極板、２８：配線、３２：ケース体、３６：突出孔、３６ａ：縁部、４０ａ：摺動面、５２：スプリング、５４：第１ダンパ部材、５６：第２ダンパ部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】