JPS61274201A - 曲げ検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、構造物ミ機械設備その他に対して車両、荷
役装置、被搬送物などが接近し過ぎたこと、自動車の車
庫入れに際して車両が車庫の一方側に偏り過ぎたこと、
農業機械の作用部の、地面に対する高さが低過ぎること
などを検知するに用いて好適な曲げ検知装置に関し、セ
ンサーの弾性的な曲げ変形に基づき、曲げの発生、場合
によってはその曲がりの程度をも検知することができる
装置に関するものである。

（従来の技術） 従来のこの種の曲げ検知装置としては、たとえば、圧電
膜もしくは歪ゲージを金属薄板に取り付けてなるセンサ
ーを用いるものがあり、かかるセンサーでは、そこへの
外力の作用に起因するその弾性的な曲げ変形を検知する
ことにより曲がりを検知することができる。

ところが、圧電膜を平行な平板電極に取り付けてなるセ
ンサーは、それを屋外にて使用する場合には、水分の影
響を受けて信頼性が著しく低下する問題がある他、この
センサーでは、圧電膜それ自身がノイズを拾い易いこと
から、検出感度が低いという問題があり、かかる問題を
解決するために、そのセンサーを金網その他の金属導電
材料にてシールドした場合には、センサー自体の作動性
能が損われるという他の問題があった。

また、歪ゲージを取り付けた金属薄板もしくは弾性板か
らなる従来のセンサーは、歪ゲージが可撓性に乏しいた
め、センサーの剛性が高くなり過ぎる問題がある他、そ
の古ンサーが大きな変形を受けた場合に、歪ゲージが破
損する問題があり、さらには、その歪ゲージは、疲労耐
久性が低いという問題があった。

そこで、曲げ変形をうける弾性材料と、マイクロスイッ
チその他の可動接点スイッチとを対として用い、この可
動接点スイッチを、リード線を介して検知手段に接続す
る曲げ検知装置が提案されている。

この装置によれば、マイクロスイッチに当接した弾性材
料が、所定量以上の曲げ変形を受けた場合にのみ、マイ
クロスイッチを作動させることにより、ノイズによる影
響を受けることなく、シかも、剛性、破損および疲労耐
久性などに関する問題を生じることなく曲げを検知する
ことが可能になる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、かかる提案技術によれば、装置が大型に
なるとともに、その構造が複雑になり、またその設置の
ために比較的大きなスペースが必要になり、しかも、そ
の取り付けが面倒であるという問題がある他、その装置
は、弾性材料の所定量以上の曲げが行われたか否かは検
知し得ても、その曲がり量までは検知し得ない問題があ
り、さらにこの装置には、マイクロスイッチを用いるこ
とによる個有の問題、すなわち、耐水性および防塵性が
ほとんどなく、加えて接点の腐食が生じ易いという問題
があった。

この発明は、これらの従来技術および提案技術の有する
問題をことごとく解決したものであり、曲がりの有無の
みならず、その量をも検知することができるとともに、
簡単かつ小型にして十分なる耐水性および防塵性を発揮
することができ、しかも、すぐれた耐久性および可撓性
を有するノイズに影響されない曲げ検知装置を提供する
ものである。

（問題点を解決するための手段） この発明の曲げ検知装置は、たとえば膜状材料にて形成
することができる可撓性の圧電素子を隔てて一対の可撓
性電極を配置するとともに、両電極にリード線をそれぞ
れ接続し、これらの圧電素子、可撓性電極および電極へ
のリード線接続部を、好ましくは耐熱性を有する可撓性
絶縁層にて被覆し、さらに、この可撓性絶縁層を、これ
も好ましくは耐熱性および耐水性を有する導電性弾性外
皮にて被覆することによりセンサーを構成し、このセン
サーを保持部材によって片持ち支持するとともに、その
リード線を、センサーの曲がりを検知する検知手段に接
続してなる。

（作　用） この曲げ検知装置では、片持ち支持されたセンサーに外
力が作用してそれが弾性的に曲げ変形された場合には、
圧電素子もまた曲げ変形を受けてその曲がり部分に圧電
効果を生じ、このことによって発生される電圧は曲がり
の量に応じて変化するので、この電圧を、少なくともセ
ンサーの曲がり状態にて圧電素子と接触する可撓性電極
からリード線を経て直接的に、もしくはチャージングア
ンプ、マツチフグアンプなどの増幅手段を介して検知手
段へ導びくことにより、そこへ導びかれた電圧の大小に
よって、センサーへの所定量以上の曲がりの発生有無お
よびその曲がりの量を検知することができる。

なおここで、センサーへの外力が除去された場合には、
センサーは、主には導電性弾性外皮の弾性復元力によっ
て元位置へ復帰し、圧電素子の両面間に発生した電圧も
低下するので、このような電圧低下を検知することによ
り、センサーの曲がりの解除ひいては二物体の相対距離
の変化を検知することができる。

またこのセンサーは、その主要部分、とくには導電性弾
性外皮をゴム、プラスチックなどを主体とする材料にて
形成することにより、すぐれた耐水性および防塵性を有
効に発揮することができ、電極の酸化、絶縁不良などを
有効に防止することができる。しかもこのセンサーでは
、導電性弾性外皮が、高インピーダンス回路で問題とな
るノイズを、圧電素子に対して有利に遮へいするので、
十分高いセンサー感度をもたらすことができる。

さらにここでは、導電性外皮が弾性を有し、かつ、圧電
素子および電極がともに可撓性°、好ましくは弾性を有
することから、センサーの柔軟性が担保されてそれの大
きな曲げ変形を十分に許容するこきができるとともに、
繰り返し曲げに対して高い耐久性を発揮することができ
る。

（実施例） 以下にこの発明を図示例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例を示す斜視図であり、図中１
はセンサーを、２はセンサー１の保持部材をそれぞれ示
し、保持部材２によって片持ち支持されるセンサー１は
、そこに接続したリード線３゜３によって電源を内臓し
た検知手段４に接続される。

ここでセンサー１は、たとえば第２図に断面図で示すよ
うに、圧電素子の一例としての圧電膜５の対抗表面に、
可撓性電極６，６をそれぞれ接触させて配置するととも
に、これらのそれぞれの電極６．６にはんだ付けその他
によってリード線３．３を接続し、これらの圧電膜５、
電極６．６および電極６．６とリード線３．３の接続部
分を、好ましくは耐熱性を有する可撓性絶縁層７で密閉
被覆し、さらに、この可撓性絶縁層７を、これも好まし
くは耐熱性および耐水性を有する導電性弾性外皮８で被
覆することにて構成することができ、この例のこのセン
サー１は全体として偏平な棒状をなす。

ここにおいて、圧電膜５としては、各種の圧電材料およ
び圧電性複合材料中から所要に応じたものを適宜に選択
使用することができるが、それをたとえば、ポリフッ化
ビニリデン、フッ化ビニリデン−３フツ化工チレン共重
合体、セラミックス複合材料のプラスチック系の圧電材
料から成り、これをフィルム状に形成することにより構
成することができ、その場合圧電膜５に十分なる可撓性
、弾性を付与することができる。

また、圧電膜５の平面寸法と同一もしくはそれよりも幾
分小さい寸法とすることができる可撓性電極６は、導電
線の平編体、銅箔その他の金属箔などにて形成すること
ができ、好ましくはそれに、ニッケルメッキその他にて
防錆処理を施す。なお図示例では、このような可撓性電
極６，６を、圧電膜５の対抗表面に接触させて配置して
いるが、それらの電極６，６を圧電膜５から幾分離間さ
せて配置し、かかる離間状態を可撓性絶縁層７にて維持
することもできる。

そしてまた、可撓性、好ましくは弾性絶縁層７は、圧電
膜５およびリード線３を接続した電極６を、合成樹脂液
その他にディッピングすること、合成樹脂液その他をそ
こに塗布することなどにて形成することもできるが、そ
れらの液が、導電性を必要とする部分に、不要の絶縁層
を形成することを有効に防止するためには、それぞれの
電極表面に接触させて配置したポリエステルその他のプ
ラスチックフィルム７ａ、　？ａを、エラストマー系の
接着剤からなる封止剤７ｂで相互連結することにより、
圧電膜５、電極６，６およびそこへのリード線接続部を
密閉被覆することが好ましい。なおここで、可撓性絶縁
層７の形成にプラスチックフィルム７ａ、　？ａを用い
る場合には、それらの圧電膜側表面に、導電体を蒸着、
印刷などすることによって、プラスチックフィルム７ａ
と電極６とを一体化することもでき、このことにより、
センサー１の構造ならびにその製造を容易な°らしめる
ことができる。またこのような可撓性絶縁層７を耐熱性
材料にて形成した場合には、高温下における電極６゜６
と導電性弾性外皮８との不測の導通を有効に防止し得る
利益がある。

さらに、導電性弾性外皮８は、天然ゴムまたはシリコー
ンゴムのその他の合成ゴムを基材とする導電性エラスト
マーにて形成することができ、好ましくはこの導電性弾
性外皮８の体積固有抵抗を、１０Ω・Ｑｍ以下とする。

ここでこの弾性外皮８の寸法および形状は、センサー１
に作用する外力の大きさ、センサー１０所要長さなどに
応じて適当に選択することができる。

なおここで、可撓性絶縁層７および弾性外皮８を経て延
在するリード線３の外皮は、絶縁性の他、耐水性および
耐熱性を有する材料にて形成することが好ましい。

このようにして構成されるセンサー１の、機械設備その
他の感知面への取り付けを可能ならしめる保持部材２は
、たとえば嵌め込み、接着などによってセンサー１の一
端部に固定され、この例ではリード線３，３の貫通を許
容するこの保持部材２は、天然ゴム、合成ゴム、プラス
チック、金属などの一種類にてまたはそれらの二種以上
の複合材料にて形成することができる。また、この保持
部材２の形状は、感知面へのセンサーｌの十分堅固なる
取り付けを確実且つ容易にもたらし得る限りにおいて゛
所要に応じて適宜に選択することができる。

なおここで、この保持部材２を、前述した導電性弾性外
皮８と一体に構成することもでき、。そこからのリード
線３，３の取り出し位置は、これも所要に応じて適宜に
変更することができる。

さらに、リード線３，３によって、センサー１に直接的
にもしくは増幅手段を介して間接的に接続される検知手
段４は、センサー１の曲げ変形に起因する電極６，６間
の電圧変化を感知するとともに、その感知信号を有線も
しくは無線にて出力し得るものとし、かかる検知手段４
からの出力信号を特定の手段にて受信することにより、
センサー１の曲がり角度の計測、警報の発生、電気その
他の回路の作動などをもたらすことができる。

このような曲げ検知装置では、保持部材２を介して感知
面に取り付けたセンサー１が、たとえば自動車その他の
物体から外力を受けて曲げ変形された場合には、圧電膜
５０作用に基づいて発生された電圧が検知手段４にて感
知されるので、その大きさを計測した場合にはセンサー
１の曲がりの大きさ、いいかえれば外力の大きさを知る
ことができ、また感知された電圧が所定値以上であるか
否かを判別した場合には、センサー１の曲げ角度が所定
値を越えたか否かを知ることができる。

なおここにおけるセンサー１は、そこへ作用する外力が
取り除かれた場合には、主には導電性弾性外皮８の作用
によって元形状に弾性復帰され、このことにて、検知手
段４で感知される電圧が低下するので、この電圧低下を
検知することにより、二物体の十分なる離間、センサー
１の曲がりの不存在などを知ることができる。

従って、この装置によれば、主には導電性弾性外皮８の
作用下にてセンサー１の弾性的げを担保することができ
るので、センサー１の曲げ変形に対する疲労が少なく、
十分なる耐久性を発揮することができる。また、ここで
は、圧電膜５、電極６および絶縁層７がともに可撓性を
有するので、センサー１が大きな曲げ変形を受けてもそ
れらが破損されるおそれがない。

またここにおける弾性外皮８を、耐水性のすぐれた材料
にて形成した場合には、センサー１を水中に適用するこ
ともでき、それを耐熱材料にて形成した場合には、セン
サー１を高温下にて使用することもできる。そしてまた
、この弾性外皮８は導電性を有することから、それによ
ってノイズを遮へいしてセンサー感度を十分に高めるこ
とができる。

以上この発明を図示例に基づいて説明したが、圧電素子
はその曲げ変形のみならず、その表面と交差する方向の
圧力によっても電圧を発生するので、この装置を感圧セ
ンサーとして適用することもでき、またこの装置は、無
人搬送車のバンパー、コンベア輸送される荷物の荷乱れ
チェック、スポーツシューズの歩数カウント、物体の通
過量チェックなどの広範な各種用途に適用することがで
きる。

（発明の効果） 従って、この発明によれば、簡単かつ小型にして軽量な
曲げ検知装置をもたらすことができ、この装置は、大き
な曲げ変形に十分対応することができるとともに、すぐ
れた疲労耐久性を発揮することができ、しかも、弾性外
皮の導電性に基づき、ノイズの確実なる遮へいをもたら
すことができる。

またこの弾性外皮は、それ自身の物体によって、センサ
ーに有効なる防水、防塵および耐熱性を付与することが
でき乞。

加えてこの装置は、センサーへの曲げの発生の有無のみ
ならず、曲がりの程度をも検知することができ、さらに
は、それを感圧センサーとしても使用することができる
ので、それを極めて広範な用途に適用することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す斜視図、第２図はセン
サーを例示する断面図である。 ｌ・・・センサー　　　　　２・・・保持部材３・・・
リード線　　　　　４・・・検知手段５・・・圧電膜　
　　　　　６・・・可撓性電極７・・・可撓性絶縁層　
　　訃・・導電性弾性外皮第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、可撓性の圧電素子と、この圧電素子を隔てて配置し
   た一対の可撓性電極と、これら電極に接続したリード線
   と、圧電素子、可撓性電極およびこれらの電極へのリー
   ド線接続部を被覆する可撓性絶縁層と、この可撓性絶縁
   層をさらに被覆する導電性弾性外皮とからなるセンサー
   を、保持部材にて片持ち支持し、このセンサーのリード
   線を、センサーの曲がりを検知する検知手段に接続して
   なる曲げ検知装置。