JPH095010A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 適用範囲が広く、かつ、省電力可能で低コス
トのものにする。 【構成】 並設された複数の圧電フィルムセンサ１から
なるフィルムセンサ群１００と、被位置検出物Ｂの移動
に追随して移動する位置検出杆４とが備えられ、上記位
置検出杆４はその先端部に先細りの当接子４１を有し、
上記被位置検出物Ｂの移動に応じて上記当接子４１が上
記フィルムセンサ群１００中の各圧電フィルムセンサ１
の先端縁部を順次はじくように位置検出杆４とフィルム
センサ群１００との間の相対位置が設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電フィルムを利用し
た位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、位置検出装置として、リミットス
イッチを利用したもの、光電スイッチを利用したもの、
磁気スイッチを利用したもの等が知られている。

【０００３】上記リミットスイッチを利用した位置検出
装置は、被位置検出物の移動軌跡の近傍にリミットスイ
ッチを配設しておき、被位置検出物の移動による機械的
な接触でリミットスイッチを動作させるようにしたもの
である。リミットスイッチの動作は所定の電気回路を介
して表示手段に出力され、これによって被位置検出物の
位置を知ることができるようになっている。

【０００４】また、上記光電スイッチを利用した位置検
出装置は、発光部と受光部とからなる光電スイッチを、
その光路が被位置検出物の移動軌跡に交差するように配
設しておき、被位置検出物の移動によって上記光路が遮
断された状態で位置を検出するようにしたものである。
上記光路の遮断は所定の電気回路を介して表示手段に出
力されるようになっている。

【０００５】また、上記磁気スイッチを利用した位置検
出装置は、被位置検出物に磁性体からなる検出体を設け
ておくとともに、この被位置検出物の移動軌跡に磁界を
形成させておき、被位置検出物の移動による磁界の変化
で位置を検出するようにしたものである。上記磁界の変
化は、所定の電気回路で検出され、この検出結果が表示
手段に出力されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記リミッ
トスイッチ方式の位置検出装置は、機械的な動作による
接点の開閉によって位置検出のための信号が得られるよ
うになっているため、構造的に強靱性に難点があり、耐
用期間が短いという問題点を有している。また、検出の
ためには、常時電流を流しておかなければならず省電力
を図り得ないばかりか、例えば液中では用いることがで
きない等使用環境にも制約があり、適用範囲が狭いとい
う問題点を有している。

【０００７】また、上記光電スイッチ方式の位置検出装
置にあっては、光電スイッチの発光部または受光部への
異物の付着による光路の遮断や、受光部への迷光の入光
によって誤動作することがあるなど信頼性の点で問題点
を有している。この問題点を回避しようとすれば、常に
発光部および受光部を清浄にするための面倒な清拭作業
を行わなければならないという問題点を有している。ま
た、発光のために常に電流を流さなければならず、省電
力を図れないという問題点を有している。

【０００８】さらに、上記磁気スイッチを利用した位置
検出装置にあっては、接点ＯＮを検出するために電流を
常時流しておかなければならず、上記同様に省電力を図
れないという問題点を有している。

【０００９】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、適用範囲が広く、かつ、省
電力可能で低コストの位置検出装置を提供することを目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
位置検出装置は、可撓性を有する複数の圧電フィルムセ
ンサが所定ピッチで積層されているフィルムセンサ群
と、被位置検出物の移動に追随して上記積層方向に平行
に移動し、上記フィルムセンサ群の各圧電フィルムセン
サに順番に当接する位置検出杆と、各圧電フィルムセン
サの出力端に接続され、起電力により点灯する表示素子
列とからなることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の請求項２記載の位置検出装置は、
請求項１記載の位置検出装置において、上記位置検出杆
はその先端部に先細りの当接子を有し、上記被位置検出
物の移動に応じて上記当接子が上記フィルムセンサ群中
の各圧電フィルムセンサの先端縁部を順次はじくように
位置検出杆とフィルムセンサ群との間の相対位置が設定
されていることを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】上記請求項１記載の位置検出装置によれば、被
位置検出物が移動すると、これに追随して位置検出杆が
移動し、これによって位置検出杆の一部がフィルムセン
サ群中の各圧電フィルムセンサに順次接触する。そし
て、位置検出杆の接触した圧電フィルムセンサには起電
力が生じるため、この起電力を検出することによって位
置検出杆がいずれの位置にある圧電フィルムセンサに接
触したかを判別することが可能になり、これによって被
位置検出物の位置が検出される。検出された被位置検出
物の位置は、表示素子列に表示される。

【００１３】上記請求項２記載の位置検出装置によれ
ば、被位置検出物の移動によって位置検出杆が移動する
と、この位置検出杆の先端に設けられた先細りの当接子
がフィルムセンサ群中の各圧電フィルムセンサの先端縁
部を順次はじくことになるため、はじかれた圧電フィル
ムセンサは起電力を発生する。

【００１４】

【実施例】まず、本発明に適用される圧電フィルムセン
サについて説明する。図１は、圧電フィルムセンサの一
例を示す一部切欠き拡大斜視図であり、図２は、図１の
Ａ−Ａ線断面図である。なお、これらの図において、厚
み寸法は実際よりも誇張して示している。圧電フィルム
センサ１は、フィルム状圧電素子１１と、このフィルム
状圧電素子１１と同一形状を有し、その表裏面に積層さ
れる平面状電極１２と、平面状電極１２を介してフィル
ム状圧電素子１１をサンドイッチ状でかつ一体に挟持す
る表裏一対の保護フィルム１３（第１フィルム１３１お
よび第２フィルム１３２）とを備えた積層構造を有して
いる。かかる積層構造のセンサ本体１０は、可撓性およ
び弾力性を有しており、厚み方向に向かう外力が加えら
れると撓み、外力が取り除かれると元に復元する。

【００１５】上記平面状電極１２は、本実施例において
は、フィルム状圧電素子１１の表裏にアルミニウム等の
金属が蒸着された第１電極１２１と、第２電極１２２と
によって形成されている。

【００１６】上記第１電極１２１および第２電極１２２
にはセンサ本体１０の基端側に向かって互いに接触しな
いように延設された第１引出部１２１ａおよび第２引出
部１２２ａが延設されている。これらの引出部１２１
ａ，１２２ａは、第１フィルム１３１および第２フィル
ム１３２の間に挟持され、保護されている。

【００１７】上記センサ本体１０は、平面寸法が数ｃｍ
×数ｃｍに設定されているのに対して、厚み寸法は百数
１０μｍ（フィルム状圧電素子１１の厚みは数μｍ〜数
１０μｍ、各電極１２１，１２２の厚みは数μｍ〜１０
数μｍ、各フィルム１３１，１３２の厚みは１００μｍ
前後）と薄く、これによってセンサ本体１０は可撓性に
富んだものになっている。

【００１８】上記センサ本体１０には、第１端子１４お
よび第２端子１５が設けられている。これらの端子１
４，１５は、基端側に複数の係止爪１６を有しており、
これらの係止爪１６を、センサ本体１０の表面から各引
出部１２１ａ，１２２ａに貫通させ、裏面でかしめるこ
とによって第１および第２端子１４，１５がセンサ本体
１０に固定されるとともに、各引出部１２１ａ，１２２
ａと各端子１４，１５とが通電可能状態にされている。
これらの端子１４，１５はリード線を介して所定の表示
素子に接続されている。

【００１９】上記フィルム状圧電素子１１は、フッ化ビ
ニル重合体からなるビエゾ（圧電）フィルム材によって
形成されている。上記フッ化ビニル重合体は、フッ化ビ
ニル（Ｃ₂Ｈ₂＝ＣＨＦ等）やフッ化ビニリデン（Ｃ₂Ｈ₂
＝ＣＦ₂）等のフッ素系有機化合物の重合体であり、本
実施例においては、優れた圧電性能を有するフッ化ビニ
リデン樹脂（ＰＶＤＦ）が採用されている。

【００２０】本実施例のフィルム状圧電素子は、溶融状
態のＰＶＤＦを押出し成形することによって製造され
る。そして上記押出し成形に際し、成形機から導出され
た所定厚みのＰＶＤＦフィルムを所定方向にのみ延伸す
る一軸延伸処理が施され、これによってＰＶＤＦフィル
ムを構成している結晶の方向が一方向に揃えられる。つ
いでこの結晶方向の揃えられたＰＶＤＦフィルムに対し
て電界を印加して分極させた後、上記原反を所定サイズ
に裁断することによって上記フィルム状圧電素子１１が
得られる。

【００２１】このようにして製造されたフィルム状圧電
素子１１は、優れたビエゾ（圧電）性能を有しており、
このフィルム状圧電素子１１に瞬間的な物理的変形を与
えると、結晶内で電気的な分極構造が歪むことにより物
理的変形の大きさに比例した起電力が発生する。

【００２２】従って、図１および図２に示す圧電フィル
ムセンサ１に白抜き矢印で示す方向に瞬間的に撓みを与
えると、これによってフィルム状圧電素子１１内に起電
力が発生するため、第１端子１４および第２端子１５を
所定の表示素子に接続することによって圧電フィルムセ
ンサ１の瞬間的な撓みが検出されることになる。

【００２３】図３は、圧電フィルムセンサの起電力の一
例を示す波形図である。この図は、上記圧電フィルムセ
ンサ１の基端側を所定位置に固定し、先端側を指で軽く
はじくことによって生じた起電力を増幅しない状態で測
定し、横軸に時間（ｓｅｃ）を、縦軸に電圧値（Ｖ）を
目盛設定したグラフ用紙上にプロットしたものである。
このグラフから判るように、圧電フィルムセンサ１を指
で軽くはじいた略４０ｍｓｅｃ間に略１８Ｖの起電力が
発生していることが確認された。

【００２４】そして、本発明の位置検出装置は、上記の
ような圧電フィルムセンサ１の性質を利用するものであ
る。図４は、本発明に係る位置検出装置の第１実施例を
示す側面断面視の説明図である。この図に示すように、
位置検出装置２は、内部に装着室３１を有する箱形のケ
ーシング３、このケーシング３の装着室３１内に装着さ
れる複数の圧電フィルムセンサ１、およびこれらの圧電
フィルムセンサ１をはじく位置検出杆４を有している。
上記位置検出杆４の基端側は被位置検出物Ｂに接続され
ている。

【００２５】上記ケーシング３の天井部には横長の嵌装
孔３２が穿設されており、この嵌装孔３２に、複数の圧
電フィルムセンサ１を積層することによって形成された
フィルムセンサ群１００が先端側から嵌装されている。
上記フィルムセンサ群１００の下端部と装着室３１の底
面との間には上記位置検出杆４が左右方向に移動し得る
隙間が形成されている。

【００２６】上記フィルムセンサ群１００の各圧電フィ
ルムセンサ１間には、端子１４，１５に対応する位置に
絶縁膜１７が介在され、これによって隣合う圧電フィル
ムセンサ１の対向する端子１４（または端子１５）間の
短絡が防止されるようになっている。

【００２７】また、ケーシング３の右側壁の上部には外
部から上記嵌装孔３２に向かう水平ネジ孔３３が螺設さ
れており、この水平ネジ孔３３の左端部に押圧部材３４
が摺動自在に嵌入されている。上記水平ネジ孔３３の右
端部からは押圧ボルト３５が螺着され、上記フィルムセ
ンサ群１００が各圧電フィルムセンサ１の下端位置を揃
えた状態で嵌装孔３２に嵌装された後に押圧ボルト３５
を締結することによって押圧部材３４が左に移動し、フ
ィルムセンサ群１００の基端部が嵌装孔３２の左縁部と
押圧部材３４とによって押圧挟持され、これによって各
圧電フィルムセンサ１が等ピッチでケーシング３の嵌装
孔３２に装着された状態になる。

【００２８】また、ケーシング３の右側壁の下部には、
圧電フィルムセンサ１の列方向に平行に貫装孔３６が穿
設されており、この貫装孔３６に摺動自在に位置検出杆
４が貫装されている。この位置検出杆４の基端部には被
位置検出物Ｂが固定されており、この被位置検出物Ｂの
移動に応じて位置検出杆４も移動し、その先端部が装着
室３１内で水平動するようになっている。

【００２９】かかる位置検出杆４の先端部には、フィル
ムセンサ群１００の下端部の各圧電フィルムセンサ１に
上端部が当接する先細りの当接子４１が設けられてい
る。この当接子４１は、位置検出杆４が水平方向に移動
することによって、その上端部が圧電フィルムセンサ１
をはじき得るように両者間のオーバーラップ寸法が設定
されている。従って、位置検出杆４が水平移動すると、
当接子４１が順次圧電フィルムセンサ１をはじいてい
き、これによって並設された圧電フィルムセンサ１に順
次起電力が生じるようになっている。

【００３０】一方、各圧電フィルムセンサ１の第１およ
び第２端子１４，１５は、リード線を介して保持回路Ｓ
に接続され、その出力側で列状のＬＥＤや放電管等から
なる各表示素子Ｓ１に一対一に対応して接続されてい
る。上記保持回路Ｓは、圧電フィルムセンサ１からの起
電力をトリガとして入力されると、この圧電フィルムセ
ンサ１に対応した表示素子Ｓ１へ出力電流を供給保持す
るものである。

【００３１】上記第１実施例の構成によれば、被位置検
出物Ｂが水平移動すると、これに応じて位置検出杆４も
移動し、装着室３１内の当接子４１も移動するため、こ
の当接子４１の移動によってフィルムセンサ群１００の
圧電フィルムセンサ１が順次はじかれ、これによって上
記フィルム状圧電素子１１に起電力が発生し、この起電
力は保持回路Ｓに入力され、これによってその圧電フィ
ルムセンサ１に対応した表示素子Ｓ１への電流の供給が
維持されるため、目視確認等で被位置検出物の位置を確
認することができる。

【００３２】図５は、本発明に係る位置検出装置の第２
実施例を示す側面視の説明図である。この実施例に係る
位置検出装置２ａは、貯留されている液体の液面を検出
する、いわゆる液面検出装置に関するものであるが、被
検出物は液体に限らず、粉体や汚泥等フロート部を被検
出物に応じたものにすることによって同様の目的が達せ
られるものである。この位置検出装置２ａは、支持プレ
ートＰに立設された支持板５、この支持板５に取り付け
られた複数の圧電フィルムセンサ１ａ、および液面に浮
上したフロート６を有する。

【００３３】上記支持板５には、上下方向に等ピッチで
圧電フィルムセンサ１ａを貫入する複数の貫入孔５１が
穿設されており、これらの貫入孔５１のそれぞれに先端
側が揃った状態で突出するように圧電フィルムセンサ１
ａを差し込むことによって支持板５に所定個数の圧電フ
ィルムセンサ１ａが装着されるようになっている。

【００３４】上記フロート６は、液面に浮上する比重を
持つフロート本体６１と、このフロート本体６１の上面
部に立設された液位検出杆６２とから構成されている。
一方、上記支持プレートＰの適所には、上下方向に貫通
した貫装孔Ｐ１が穿設され、この貫装孔Ｐ１に上記液位
検出杆６２が貫入されている。そして、液位検出杆６２
の上部は上記上下方向に並設された圧電フィルムセンサ
１ａに対向するように位置設定されている。

【００３５】かかる液位検出杆６２の上端部には、圧電
フィルムセンサ１ａの方向に向けて突出した先細りの当
接子６３が設けられている。この当接子６３は、液位検
出杆６２の上下動に応じて圧電フィルムセンサ１ａの先
端部をはじくようにオーバーラップ寸法が設定されてい
る。

【００３６】また、圧電フィルムセンサ１ａの端子１
４，１５に接続されたリード線はコネクタ７を介して保
持回路Ｓに接続可能になっており、上記コネクタ７と保
持回路Ｓとが接続された状態で当接子６３がはじいた圧
電フィルムセンサ１ａからの起電力が保持回路Ｓに入力
されるようになっている。そして保持回路Ｓにおいて起
電力を発した圧電フィルムセンサ１ａに対応した表示素
子Ｓ１への電流の供給が保持される。

【００３７】なお、本第２実施例においては、上記支持
板５は単に圧電フィルムセンサ１ａを支持するための目
的で支持プレートＰに立設されているが、この支持板５
に保持回路Ｓを設けてもよい。こうすることによって、
保持回路Ｓのための空間を別途確保する必要がなくな
り、位置検出装置２ａをコンパクトにする上で有効であ
る。

【００３８】また、上記の実施例においては、圧電フィ
ルムセンサ１は、一のセンサ１の表面と他のセンサ１の
裏面とが互いに対向するように並設されてフィルムセン
サ群１００が形成されているが、これに代えて同一平面
上に平置きで並設するようにし、位置検出杆の端部が上
記平置き状態のフィルムセンサ群の上を若干の押圧状態
で移動するようにしてもよい。こうすることによって、
位置検出杆の端部が押圧した圧電フィルムセンサから起
電力が発生し、これによって位置検出が行われる。

【００３９】また、被位置検出物が所定の軸心まわりに
回転する回転体によって形成され、その回転量を検出す
ることが望まれるような場合には、被位置検出物の回転
軌跡に沿って環状に圧電フィルムセンサ１を配設する一
方、被位置検出物の回転中心回りに被位置検出物と共回
りする位置検出杆を設け、この位置検出杆の先端部が上
記環状に配設された圧電フィルムセンサ１の先端部と相
互に干渉し合うようにしておけばよい。こうすることに
よって、被位置検出物の回転に同伴して位置検出杆も回
転し、この位置検出杆の回転によってその先端部が順次
圧電フィルムセンサ１の先端部をはじくため、はじかれ
た圧電フィルムセンサ１に起電力が発生し、これによっ
て回転量が検出される。

【００４０】本発明の位置検出装置によれば、従来のリ
ミットスイッチ、光電スイッチあるいは磁気スイッチを
適用した位置検出装置に比較して、検出部材（本実施例
では圧電フィルムセンサ１，１ａ）が極めて安価である
ため、その分、コストを安価にすることが可能になる。

【００４１】また、圧電フィルムセンサ１，１ａは、柔
軟性、耐衝撃性、耐腐食性、作動性に優れ、しかも汚れ
の付着によっても検出精度の低下が生じないため、長期
間に亘ってメンテナンスフリーで確実な位置検出の用を
果たすことが可能であり、メンテナンスコストの低減に
寄与し得る。

【００４２】さらに、圧電フィルムセンサ１，１ａは、
厚みが非常に小さいため、それらをほとんど隙間のない
状態で積層することによって位置の検出ピッチを小さく
することが可能になり、精度のよい位置検出が実現す
る。

【００４３】上記の実施例では、フィルム状圧電素子１
１からの起電力は、保持回路Ｓを介して表示素子Ｓ１に
出力されるようにしているが、上記起電力を保持回路Ｓ
を介さずに直接表示素子Ｓ１に出力するようにしてもよ
い。

【００４４】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の位置検出装置
は、可撓性を有する複数の圧電フィルムセンサが並設さ
れているフィルムセンサ群と、被位置検出物の移動に追
随し、その移動に応じて上記フィルムセンサ群の各圧電
フィルムセンサに順番に当接する位置検出杆と、各圧電
フィルムセンサの出力端に接続され、起電力により点灯
する表示素子列とからなるものであるため、各圧電フィ
ルムセンサと表示素子列の各表示素子とを一対一の対応
で接続することが可能になり、従って、フィルムセンサ
群と表示素子列との間に複雑な回路構成を介在させる必
要はなくなり、回路部の簡素化を達成することが可能に
なるとともに、既存の位置検出対象装置への適用も容易
になり、適用範囲を拡大させる上で好都合である。

【００４５】また、圧電フィルムセンサは、位置検出の
ための外部からの電力供給は不要であり、省電力を図る
上で有効である。

【００４６】本発明の請求項２記載の位置検出装置によ
れば、位置検出杆の先端部に先細りの当接子が備えら
れ、被位置検出物の移動に応じて上記当接子が各圧電フ
ィルムセンサの先端縁部を順次はじくように構成されて
いるため、はじかれた圧電フィルムセンサからは大きな
起電力が得られる。従って、誤検出を防止する上で有効
であるとともに、上記起電力の検出のために検出回路中
に増幅手段等を設ける必要はなく、回路部の簡素化上好
都合である。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電フィルムセンサの一例を示す一部切欠き拡
大斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】圧電フィルムセンサの起電力の一例を示す波形
図である。

【図４】本発明に係る位置検出装置の第１実施例を示す
側面断面視の説明図である。

【図５】本発明に係る位置検出装置の第２実施例を示す
側面視の説明図である。

【符号の説明】

１，１ａ 圧電フィルムセンサ １０ センサ本体 １００ フィルムセンサ群 １１ フィルム状圧電素子 １２ 平面状電極 １２１ 第１電極 １２２ 第２電極 １３ 保護フィルム １３１ 第１フィルム １３２ 第２フィルム １４ 第１端子 １５ 第２端子 １６ 係止爪 １７ 絶縁膜 ２，２ａ 位置検出装置 ３ ケーシング ３１ 装着室 ３２ 嵌装孔 ３３ 水平ネジ孔 ３４ 押圧部材 ３５ 押圧ボルト ３６ 貫装孔 ４ 位置検出杆 ４１ 当接子 ５ 支持板 ５１ 貫入孔 ６ フロート ６１ フロート本体 ６２ 液位検出杆 ６３ 当接子 ７ コネクタ Ｂ 被位置検出物 Ｐ 支持プレート Ｓ 保持回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 秀一 大阪府八尾市北亀井町２丁目７番15号 シ ルバー株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性を有する複数の圧電フィルムセン
   サが所定ピッチで積層されているフィルムセンサ群と、
   被位置検出物の移動に追随して上記積層方向に平行に移
   動し、上記フィルムセンサ群の各圧電フィルムセンサに
   順番に当接する位置検出杆と、各圧電フィルムセンサの
   出力端に接続され、起電力により点灯する表示素子列と
   からなることを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 上記位置検出杆はその先端部に先細りの
   当接子を有し、上記被位置検出物の移動に応じて上記当
   接子が上記フィルムセンサ群中の各圧電フィルムセンサ
   の先端縁部を順次はじくように位置検出杆とフィルムセ
   ンサ群との間の相対位置が設定されていることを特徴と
   する請求項１記載の位置検出装置。