JP2003302294A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】ケーブル状圧電センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】芯電極と、前記芯電極の周囲に配設された圧電体と、前記圧電体の周囲に配設された外側電極とを備えたケーブル状の圧電センサにおいて、前記圧電センサの少なくとも一方の端部で前記芯電極と前記外側電極とに前記圧電センサの外径以下の大きさのインピーダンス変換手段を接続した端末部とを備え、前記端末部は、圧電センサの端部を固定するとともにインピーダンス変換手段を配設した細幅状の基板を備えたケーブル状圧電センサ。
【請求項２】熱収縮チューブを抵抗体の周囲に配置した請求項１記載のケーブル状圧電センサ。
【請求項３】端末部は、圧電センサの端部及びインピーダンス変換手段を被覆する被覆部を有した請求項１または２記載のケーブル状圧電センサ。
【請求項４】端末部が、外側電極と導通した導電体により覆われた請求項１〜３のいずれか１項記載のケーブル状圧電センサ。
【請求項５】インピーダンス変換手段が接続された圧電センサの端部と反対側の端部で芯電極と外側電極の間に抵抗体を接続した請求項１〜４のいずれか１項記載のケーブル状圧電センサ。
【請求項６】抵抗体は外側電極と導通した導電体により覆われた請求項５記載のケーブル状圧電センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はケーブル状圧電センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ケーブル状圧電センサは、図６に示すように、ケーブル状圧電センサ１からの出力信号を処理する評価回路２にケーブル状圧電センサ１を接続して使用していた。評価回路２はインピーダンス変換部やフィルタ部、増幅部、判定部等を有する。そして、ケーブル状圧電センサ１は感度を損なわないよう柔軟性のある弾性体３に配設して使用していた。具体的用途としては、例えば、自動車の窓枠に配設し、パワーウィンドウの挟み込み防止用のセンサとして使用したり、移動体の周囲に配設して衝突検知用のセンサとして使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来のケーブル状圧電センサでは、評価回路２の形状がケーブル状圧電センサ１の外径に対して大きいため、製品の運送や窓枠等への実装の際に邪魔になったり、評価回路２を何かに引っかけて損傷したりするといった取り扱い上の課題があった。
【０００４】
また、実装上の制約からケーブル状圧電センサ１を評価回路２ごと弾性体３に配設したい場合があるが、前記従来のケーブル状圧電センサでは、評価回路２の形状が大きいため、評価回路２が弾性体３に配設できないといった実装上の課題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、取り扱いやすく、かつ、容易に実装可能なケーブル状圧電センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、本発明のケーブル状圧電センサは、圧電センサの少なくとも一方の端部で芯電極と外側電極とに前記圧電センサの外径以下の大きさのインピーダンス変換手段を接続した端末部とを備えたもので、端末部の外径を圧電センサの外径と同じ以下に出来る為、取り扱いやすく、かつ、弾性体等へも容易に実装可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、圧電センサの少なくとも一方の端部で芯電極と外側電極とに前記圧電センサの外径以下の大きさのインピーダンス変換手段を接続した端末部とを備え、端末部は、圧電センサの端部を固定するとともにインピーダンス変換手段を配設した細幅状の基板を備えたもので、端末部の外径を圧電センサの外径と同じ以下に出来る為、取り扱いやすく、かつ、弾性体等へも容易に実装可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、熱収縮チューブを抵抗体の周囲に配置したのケーブル状圧電センサである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の端末部が、圧電センサの端部及びインピーダンス変換手段を被覆する被覆部を有したもので、端末部の保護が可能となる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の端末部が、外側電極と導通した導電体により覆われたもので、端末部への電気的ノイズの影響を防止することが出来る。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のケーブル状圧電センサにおいて、インピーダンス変換手段が接続された圧電センサの端部と反対側の端部で芯電極と外側電極の間に抵抗体を接続したもので、前記抵抗体にバイアス電圧を印加することにより前記ケーブル状圧電センサの断線やショートを検出することができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の抵抗体が外側電極と導通した導電体により覆われたもので、抵抗体への電気的ノイズの影響を防止することが出来る。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１〜５を用いて説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例におけるケーブル状圧電センサの外観図である。図１において、４は、内部にインピーダンス変換部５が配設された端末部、６は内部に抵抗体７が配設された端部、８は３芯のリード線である。
【００１５】
図２に端末部４の構成と端末部４の加工手順を示す。図２に示すように、端末部４は、内部電極を形成する可撓性の芯電極９の表面に可撓性複合圧電体層１０を形成し、この可撓性複合圧電体層１０の表面を被覆し外側電極を形成する導電性テープ１１と、更にその周囲に保護被覆層１２を成形し構成される。
【００１６】
芯電極９としてコイル状金属線や金属細線を束ねた線などが用いることができ、本実施例では外径０．３ｍｍのステンレス撚り線を使用している。
【００１７】
可撓性複合圧電体層１０としてエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、クロロプレン樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂などの高分子母材に、チタン酸ジルコン酸鉛などのセラミック圧電体粉末を添加した複合圧電体や、ＰＶＤＦなどの高分子圧電体が用いられ、本実施例では外径１．７ｍｍに被覆成形している。
【００１８】
導電性テープ１１として銅箔、アルミニウム箔、アルミを蒸着したＰＥＴフィルムなどが用いられ本実施例では巾３ｍｍのＡｌ−ＰＥＴ−Ａｌ３層ラミネートフィルムを螺旋状に巻いている。保護被覆層７として塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリウレタンなどが用いられ本実施例では塩化ビニルを外径２．５ｍｍに被覆成形している。
【００１９】
端末部４は、ケーブル状圧電センサの端部を固定するとともにインピーダンス変換部５を配設した細幅状の基板１３を備えている。導電性テープ１１は基板１３のグランド（図示せず）と導通している。具体的には、導電性テープ１１とグランドとが図２のＰ位置でクリップ部材やカシメ部材により圧着されて導通を図っている。芯線９は例えばハンダ付けにより基板１３上に接続される。
【００２０】
端末部４は、ケーブル状圧電センサの端部及びインピーダンス変換部５を被覆する被覆部１４を有している。被覆部１４は例えば熱収縮チューブで構成され、図２に示すように、基板１３を挿入した後に加熱して収縮、固定される。そして、その上をさらに外側電極１１と導通した導電体１５により覆われる。導電体１５は金属テープ等を使えば良いが、望ましくは導電性のある熱収縮チューブを使用する。外側電極１１と導電体１５との導通は、例えばＱ位置で導電体１５の上からカシメ部材を用いてカシメにより行うが、他の構成で導通を図っても良い。
【００２１】
図３に端部６の構成と端部の加工手順を示す。図３に示すように、抵抗体７の長軸方向を芯電極９と同軸方向に合わせ、圧電センサに近い側のリード線１６ａを芯電極９に接続し、反対側でリード線１６ｂを折り返して導電性テープ１１に接続する。これにより、保護被覆層１２の外径よりも小さくなりかつリード線１６ａと芯電極９の電気的露出部が少なくなるように抵抗体７が配置されている。抵抗体７は外径が保護被覆層１１よりも小さければチップ抵抗、リード線付き抵抗等どれでも良く、本実施例ではリード線が一体となっている１／４Ｗリード線付き被膜抵抗を用いている。
【００２２】
リード線１６ａと芯電極９の接続は溶接、ろう接、カシメなどが用いられ、リード線１６ｂと導電性テープ１１の接続は溶接、ろう接、カシメなどが用いられることにより電気的に接続される。リード線１６ｂの表面にはリード線１６ａとの短絡を防ぐために絶縁被覆１７を形成している。絶縁被覆１７には塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリウレタンなどが用いられる。絶縁被覆１７はリード線１６ａの側に成形しても良い。
【００２３】
最後に抵抗体７を保護するために熱収縮チューブ１８を周囲に配置する。熱収縮チューブ１８は絶縁体ならばエポキシ、シリコン、ホットメルトなどで代用しても良い。
【００２４】
図４にインピーダンス変換手段５の回路を示す。図中、Ｐｓは圧電センサ、Ｒ１は断線検出用の抵抗体７で圧電センサの電極間に接続されている。Ｒ１は他の抵抗Ｒ２を介して電源Ｖｄと接続されている。Ｒ３、Ｒ４は圧電センサからの信号導出用の抵抗、Ｑ１はインピーダンス変換用のＦＥＴである。
【００２５】
断線検知用の抵抗Ｒ１は、例えば誤って刃物でケーブル状圧電センサを切断してしまったような場合に断線検出を行うために、信号処理回路と接続するのと反対側の先端部に取付けられている。そして、信号処理回路でＲ１、Ｒ２、Ｒ３とＶｄで形成される電圧値Ｖ１をモニタすることにより断線検出を行う。
【００２６】
インピーダンス変換手段５からの出力信号はリード線８により外部評価回路に入力され、そこで増幅や濾波、判定等の処理が行われる。すなわち、インピーダンス変換手段５により圧電センサからの信号が低インピーダンスに変換されるので、リード線８から導出される信号は強電界によるノイズの影響を受けにくくなり、リード線８により任意の場所に出力信号を導出することが出来る。
【００２７】
上記構成により、ケーブル状圧電センサの端部で芯電極９と外側電極１１とに前記圧電センサの外径以下の大きさのインピーダンス変換手段５を接続した端末部４とを備えたので、端末部４の外径をケーブル状圧電センサの外径と同じ以下に出来る為、邪魔になったり引っ掛けて損傷するといったことがなく取り扱いやすい。また、弾性体等へ圧電センサを配設する際には端末部４ごと弾性体に配設でき、容易に実装可能となる。
【００２８】
また、端末部４が、ケーブル状圧電センサの端部を固定するとともにインピーダンス変換手段５を配設した細幅状の基板１３を備えたもので、端末部４の強度的な保持が可能となり、信頼性が向上する。
【００２９】
また、端末部４が、圧電センサの端部及びインピーダンス変換手段５を被覆する被覆部１５を有したもので、端末部４の保護が可能となる。
【００３０】
また、端末部４が、外側電極１１と導通した導電体１５により覆われたもので、端末部４への電気的ノイズの影響を防止することが出来る。
【００３１】
また、ケーブル状圧電センサにおいて、インピーダンス変換手段５が接続された圧電センサの端部と反対側の端部で芯電極９と外側電極１１の間に抵抗体７を接続したもので、抵抗体７にバイアス電圧を印加することによりケーブル状圧電センサの断線やショートを検出することができる。
【００３２】
尚、抵抗体５を外側電極１１と導通した導電体により覆ってもよく、抵抗体５への電気的ノイズの影響を防止することが出来る。
【００３３】
また、上記実施例では、基板１３にインピーダンス変換手段５を配設した構成であったが、用途に応じ、また、実装上の制約が許せば、インピーダンス変換手段５からの出力信号を増幅する増幅部やフィルタ部、判定部等も基板１３上に配設した構成としてもよく、電気的ノイズの影響をさらに受けにくくすることができ、信頼性が向上する。
【００３４】
また、図５に示すように、熱収縮チューブからなる被覆部１４に基板１３を挿入して被覆部１４を加熱し、熱収縮チューブを収縮させて固定した後、リード線８の貫通孔２０を有した金属性のキャップ部２１で端末部４を覆う構成としてもよく、端末部４の強度が向上する。
【００３５】
尚、この構成の場合、Ｒのように複合圧電体層１０に巻かれた導電性テープ１１を一部剥がして保護被覆層１２の端部に巻きつけ、キャップ部２１をケーブル状圧電センサの端部Ｒにはめ込んだ際に、Ｒの位置で導電性テープ１１とキャップ部２１とが接触することにより導通を図っている。Ｒ位置でキャップ部２１にカシメを行ってさらに導通の信頼性を向上する構成としてもよい。
【００３６】
また、リード線８を少なくとも２芯のシールド線としてもよい。この場合、シールド線のシールドと基板１３のグランド及び外側電極としての導電性テープ１１とは導通させる。この構成により、電気的ノイズの影響をさらに受けにくくすることが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のケーブル状圧電センサによれば、圧電センサの少なくとも一方の端部で芯電極と外側電極とに前記圧電センサの外径以下の大きさのインピーダンス変換手段を接続した端末部とを備えたもので、端末部の外径を圧電センサの外径と同じ以下に出来る為、取り扱いやすく、かつ、弾性体等へも容易に実装可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるケーブル状圧電センサの構成を示す外観図
【図２】同実施例における端末部の構成を示す外観斜視図
【図３】同実施例における端部の構成を示す外観斜視図
【図４】同実施例におけるインピーダンス変換手段の回路図
【図５】他の実施例における端末部の構成を示す外観斜視図
【図６】従来のケーブル状圧電センサの構成を示す外観図
【符号の説明】
４ 端末部
５ インピーダンス変換手段
６ 端部
７ 抵抗体
９ 芯電極
１０ 可撓性複合圧電体層（圧電体）
１１ 導電性テープ（外側電極）
１４ 被覆部
１５ 導電体