JPH0635934B2 - 感震装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a)産業上の利用分野 この発明は、地震による振動を感知して信号を出力する
感震装置に関し、特に地震発生時にガス流路を遮断する
ガスメータ等に装着される感震装置に関する。

(b)従来の技術 地震発生後の二次災害を防止するため、地震による振動
を検出する感震装置を備え、この感震装置が振動を検出
した際にガス流路を遮断するようにした家庭用のガスメ
ータがある。このようなガスメータに用いられる感震装
置として、実開昭61-48325号公報に開示された感震装置
では、円錐状内底面を有する筐体内に鋼球を備え、筐体
の振動による鋼球の移動を凹球面および押圧板を介して
伝達し、スイッチ機構の接点を開閉するように感震スイ
ッチ部を構成し、この感震スイッチ部を吊下軸を介して
液封室内に揺動自在に支承している。この構成により取
付時の誤差等による傾斜を矯正するようにしている。

(c)発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の感震装置では鋼球の動作をス
イッチの開閉機構の接点に伝達する構成であるため、伝
達機構等の複雑な構造が必要となり、コストの上昇を招
くとともに、衝撃によって破損を生じ易い問題があっ
た。また、円錐状内底面における鋼球の移動によって振
動を検出するため製造後に設定感度を調整することが困
難で、また製品の歩留りが悪くなる問題があった。更
に、感震スイッチ部以外にも複雑な形状の液封室を必要
とし、これによっても部品点数の増加によるコストアッ
プを生じ、また寸法形状の大型化によりプリント基板上
に実装することができない問題があった。

この発明の目的は、地震の振動による流動体の移動を圧
電プラスチックフィルムに伝達し、この圧電プラスチッ
クフィルムに圧電現象によって生じる電圧を検出するこ
とにより地震の振動を感知し、簡略な構造により部品点
数を削減して装置の小型化を図り、プリント基板に実装
できるとともに、コストダウンを実現でき、更に耐衝撃
性に優れ、且つ設定感度の調整を容易に行うことができ
る感震装置を提供することにある。

(d)課題を解決するための手段 この発明は、上端を固定し下端を自由端とするとともに
水平面において互いに直角をなす２枚の圧電プラスチッ
クフィルムと、この２枚の圧電プラスチックフィルムの
それぞれの下端が浸漬される流動物と、２枚の圧電プラ
スチックフィルムのそれぞれに生じた電圧を２乗して加
算した値を開平して出力する電圧出力手段と、を設けた
ことを特徴とする。

(e)作用 この発明の感震装置においては、地震によって発生した
振動により流動物が移動する。この流動物には上端を固
定した圧電プラスチックフィルムの下端が浸漬されてお
り、流動物の移動により圧電プラスチックフィルムの下
端が上端に対して変位する。この変位によって圧電プラ
スチックフィルムが変形を生じ、圧電現象による電圧が
発生する。従って、この圧電プラスチックフィルムに生
じた電圧を検出することにより地震の発生を感知でき
る。

２枚の圧電プラスチックフィルムは水平面において互い
に直角をなすように備えられており、地震により水平面
のどの方向に振動が伝播しても、流動物を介して少なく
とも一方の圧電プラスチックフィルムに変形を生じ、地
震発生時には必ず圧電現象による電圧を生じる。

一般に、圧電プラスチックフィルムに圧電現象により生
じる電圧は、圧電プラスチックフィルムに作用する外力
に比例する。第１図に示すように、感震装置に任意の角
度θで外力（地震による振動）Ｆが作用した時、２枚の
圧電プラスチックフィルムａ，ｂのそれぞれには、 Ｖａ＝ＫＦａ＝ＫＦcos θ Ｖｂ＝ＫＦｂ＝ＫＦsin θ の電圧を生じる。（但し、上記式においてＫは比例定数
である。）電圧出力手段はそれぞれの圧電プラスチック
フィルムに生じた電圧を２乗して加算した値を開平して
出力するから、電圧出力手段の出力Ｖｓは、 となり、感震装置に作用する力Ｆ、すなわち振動加速度
に比例した値を取る。従って電圧出力手段からは常に振
動の大きさに応じた電圧が出力される。

(f)実施例 第２図は、この発明の実施例である感震装置の構成を示
す断面図、また第３図は同感震装置の組立図である。

筐体１の内部には液体２が貯留されている。この液体２
は本発明の流動物であり、シリコンオイル等を用いるこ
とができる。また、筐体１の内側上面には圧電プラスチ
ックフィルム３ａ，３ｂの上端が固定されている。この
圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂの下端部は液体２
の液面下に浸漬されている。筐体１の上面を構成する蓋
体４の内側面には隣接する側面と互いに直角をなす４側
面を有する取付部５が形成されている。また、圧電プラ
スチックフィルム３ａ，３ｂは可撓性を有する樹脂フィ
ルム７に貼付されている。この樹脂フィルム７は上部に
巻着部が形成されており、この巻着部を取付部５の外周
面に巻き着けて蓋体４に固定する。また、蓋体４の上面
には内部に貫通する孔部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが設け
られている。この孔部６ａ，６ｂ，６ｃｐ６ｄのそれぞ
れから圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂの両面に接
続された導電線が外部に延出する。

樹脂フィルム７が取付部５に巻着されたとき、圧電プラ
スチックフィルム３ａ，３ｂが取付部５の互いに隣接す
る２側面の下方に位置する。このため、筐体１の内部に
おいて２枚の圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂは水
平面において互いに直角をなすように取り着けられる。
地震による振動が筐体１に伝播すると、第４図に示すよ
うに筐体１の内部において液体２の液面が揺動する。こ
の液体２の液面の揺動により圧電プラスチックフィルム
３ａ，３ｂの少なくとも一方の下端部が上端部に対して
変位し、圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂに変形を
生じる。圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂはこの変
形により圧電現象による電圧を発生し、この起電圧が図
外の導電線により後述する電圧出力回路に導かれる。

第５図は、上記感震装置に設けられる電圧出力回路の一
例を示す図である。

圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂの起電圧Ｖａ，Ｖ
ｂは２乗回路１２ａ，１２ｂのそれぞれの導かれる。こ
の２乗回路１２ａ，１２ｂの出力は加算回路１３におい
て加算され、さらに開平回路14に導かれる。このようし
て２枚の圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂのそれぞ
れにおいて生じた起電圧Ｖａ，Ｖｂのそれぞれの２乗値
を加算して開平した値がＭＯＳＦＥＴ１５に与えられ
る。圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂは高インピー
ダンスであるため、その電圧値は雑音等の影響を受け易
い。そこで、ＭＯＳＦＥＴ１５によりインピーダンス変
換した電圧をソース端子１６において取り出す。この電
圧出力回路１１においてコンデンサＣの容量はＭＯＳＥ
Ｔ１５のオン／オフ時間を決定する要因となり、また抵
抗Ｒ１，Ｒ２はＭＯＳＦＥＴ１５のスレッショルド電圧
を決定する。

以上の構成によりこの実施例によれば、地震の振動が筺
体１に伝播して液体２の液面が揺動すると、圧電プラス
チックフィルム３ａ，３ｂの少なくとも一方に変形によ
る起電圧が生じ、この起電圧が電圧出力回路１１から出
力される。この電圧出力回路１１から出力された電圧信
号を図外の制御装置に印加して遮断弁を駆動することに
より、地震発生時にガス流路を遮断することができる。

また、圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂは水平面に
おいて互いに直角をなすように設けられており、地震に
よる振動が水平面の何れの方向に対して伝播したとして
も圧電プラスチックフィルム３ａ，３ｂに変形を生じ、
地震の発生を必ず検出することができる。

さらに、電圧出力回路１１において２枚の圧電プラスチ
ックフィルム３ａ，３ｂの起電圧のそれぞれを２乗した
のち加算した値を開平するようにしているため、電圧出
力回路１１の出力電圧から角度成分を除外することがで
き、筐体１に対する振動の作用方向に関わらず、常に筐
体１に伝播振動の大きさ、すなわち振動加速度に比例し
た電圧を取り出すことができる。

この点に関する実験結果を第６図（Ａ）〜（Ｆ）に示
す。同図は第７図（Ａ）〜（Ｆ）のそれぞれに示す方向
に同一の大きさの振動Ｆ（この例では３００ｇａｌ）を
作用させた場合における圧電プラスチックフィルム３
ａ，３ｂに現れる電圧を検出したものである。第６図
（Ａ）〜（Ｆ）のそれぞれにおいて圧電プラスチックフ
ィルム３ａ，３ｂに現れた電圧Ｖａ，Ｖｂを第１式に代
入すると、出力電圧Ｖｓとしてそれぞれ、１４１mV，１
４６mV，１４４mV，１４４mV，１４３mV，１３８mVを得
る。このように第７図（Ａ）〜（Ｆ）の各方向に振動Ｆ
が作用した場合における出力電圧Ｖｓは、平均値１４２
mVに対して±３％以内の誤差内に収まっており、振動の
作用方向に関わらず略一定の出力電圧を得ることができ
るといえる。

なお、本実施例では筐体内に貯留される流動物として液
体を用いたが、粉体や粒体などの他の流動物を用いるこ
ともできる。また、第５図に示した電圧出力回路は一例
であり、他のインピーダンス変換回路を用いることもで
きる。さらに、取付部５は、第３図に示した形状に限る
ものではなく、少なくとも圧電プラスチックフィルム３
ａ，３ｂの固定される２面が互いに直角を成すものであ
れば良い。

(g)発明の効果 この発明によれば、地震により発生した振動を流動物を
介して２枚の圧電プラスチックフィルムに伝達し、２枚
の圧電プラスチックフィルムの少なくとも一方に圧電現
象により生じる電圧を検出することにより、伝達機構な
どの構造物を必要としない極めて簡単な構成で、且つ正
確に地震を検出することができる。これによってコスト
ダウンを実現できるとともに、装置の小型化を図り、基
盤上への実装に対処できる。また、生活振動などの外乱
を流動物によって吸収でき、微弱な振動による誤検出を
防止できる利点がある。さらに、流動物は装置の傾きに
対して水平面を維持しようとするため、取付時に多少の
角度誤差を生じても地震による振動を正確に検出するこ
とができる。加えて、２枚の圧電プラスチックフィルム
は水平面において互いに直角をなすように設けられてい
るため、水平面の如何なる方向に振動が作用した場合に
もこれを検出することができる。また、電圧出力回路で
は２枚の圧電プラスチックフィルムのそれぞれにおいて
発生した起電圧を２乗したのち加算した値を開平するた
め、電圧出力回路の出力電圧から角度成分を除去するこ
とができ、水平面の何れの方向に振動が作用した場合に
も常に振動の大きさ（振動加速度）と一定の関係で与え
られる電圧を出力することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の作用を示す図、第２図はこの発明の
実施例である感震装置の構成を示す断面図、第３図は同
感震装置の組立図、第４図は同感震装置に振動が作用し
た際の状態を示す断面図、第５図は同感震装置に備えら
れる電圧出力回路を示す図、第６図（Ａ）〜（Ｆ）およ
び第７図（Ａ）〜（Ｆ）は同感震装置の効果を示す図で
あり、第６図（Ａ）〜（Ｆ）は第７図（Ａ）〜（Ｆ）に
示す方向に振動が作用した場合における圧電プラスチッ
クフィルムに現れた電圧を示している。 １……筐体、 ２……液体（流動物）、 ３……圧電プラスチックフィルム、 １１……電圧出力回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−261833（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−94177（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上端を固定し下端を自由端とするとともに
   水平面において互いに直角をなす２枚の圧電プラスチッ
   クフィルムと、この２枚の圧電プラスチックフィルムの
   それぞれの下端が浸漬される流動物と、２枚の圧電プラ
   スチックフィルムのそれぞれに生じた電圧を２乗して加
   算した値を開平して出力する電圧出力手段と、を設けた
   ことを特徴とする感震装置。