JP3153360B2 - 衝撃検知センサ - Google Patents

衝撃検知センサ

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JP3153360B2
JP3153360B2 JP30612892A JP30612892A JP3153360B2 JP 3153360 B2 JP3153360 B2 JP 3153360B2 JP 30612892 A JP30612892 A JP 30612892A JP 30612892 A JP30612892 A JP 30612892A JP 3153360 B2 JP3153360 B2 JP 3153360B2
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祐司 佐藤
昌彦 岡田
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、砲弾や誘導弾等の飛翔
体が着弾時に受ける衝撃力を検知する衝撃検知センサに
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、圧電素子を利用した衝撃検知セン
サは、自動車などにおける衝撃加速度、振動などの計測
及び検知の目的で広く使用されている。従来提供されて
いる衝撃検知センサ(加速度センサ)には、図5に示す
圧縮型、図6に示すシェア型、図7に示すベンディング
型などがあり、それぞれの基本構造と特長は次のとおり
である。
【0003】(圧縮型)リング形の2枚の圧電素子1を
電極を挟んで逆極性に配置し、更にその上に重錘2を置
き、全体をケース3の底部4上にネジ止めしたもの。こ
れは圧縮歪を利用して検知するもので、機械的強度が強
く、衝撃計測などに適している。
【0004】(シェア型)リング形の圧電素子1をケー
ス3の底部4のポール5に固定し、更に該圧電素子1の
外周に重錘2を固定したもの。これは剪断歪を利用して
検知するもので、温度変化によるバラツキが少ない。
【0005】(ベンディング型)ケース3のポール5に
固定された円形板6上にリング形の圧電素子1を置き、
また該円形板6の外周に重錘2を固定したもの。これは
横歪を利用して検知するもので、低周波数帯域で比較的
高感度である。
【0006】図8は特開昭56−7065号公報に開示
された圧電型加速度センサの具体例である。図におい
て、1は圧電素子、2は重錘、3はケース、7はネジ、
8はリード線、9は電極板、10は被測定物への取付ネ
ジ部である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来提供され
ている上記のものでは、いずれも次のような問題点があ
った。 一般に数G〜数千Gの低加速度レベルにおいて使用
されるため、その構造は必ずしも堅牢とはいえず、砲弾
が鋼板に衝突したときのような高いレベルの衝撃の場合
や、正面方向以外の高い衝撃の場合、圧電素子自体の破
損という問題がある。例えば、圧縮型の場合、圧電素子
上部の重錘の重量を1gとしたとき、20万Gの衝撃が
加わると重錘は200Kgの力で圧電素子を押すことに
なる。
【0008】 上記3種のいずれの場合も衝撃検知セ
ンサのケース(ハウジング)を被測定物にネジ止めする
ようになっており、大きい衝撃が横方向から加わった場
合に、ネジの根本より破壊されることがある。 圧電素子と接触する電極板から半田付けなどにより
リード線を外部へと導出し、該リード線がハウジング内
で空中に浮いた状態になっているため、大きい衝撃が加
わると切断してしまうことがある。
【0009】本発明の目的は、従来におけるこのような
問題を克服し、砲弾等の飛翔体の着弾時における大衝撃
や、大きな横方向成分を有する衝撃であっても、圧電素
子の破損及び電気接続系の切断を防止でき、しかも小型
でかつ全体として堅牢な内蔵構造にできる衝撃検知セン
サを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による衝撃検知セ
ンサは、その実施例である図2に基づいて説明すると、
飛翔体頭部13に設けられた穴14の中に、その内周面
の肩部17に外周面の段部15のみを係合させ該穴14
の内周面との間に間隙19を形成して配置されたハウジ
ング12と、上記段部15を上記肩部17に押し付けて
ハウジングを固定するナット18と、ハウジング12内
に配置された圧電素子20と、該圧電素子20と接着さ
れしかもその出力を取り出すためのリード端子22を一
体に設けた重錘21と、この重錘21を静加圧する蓋2
6と、これら圧電素子20及び重錘21を被覆するため
ハウジング12内に充填された絶縁樹脂封止剤30とで
構成される。
【0011】
【作用】圧電素子20は、飛翔体の穴14内に設置され
たハウジング12内に設置され、しかも該穴14の内周
面との間に充填された絶縁樹脂封止剤30で被覆保護さ
れた状態となるため、軸方向はもちろん横方向の耐衝撃
性も高い。また、圧電素子20の出力を取り出すリード
端子22は、圧電素子20と同様に被覆保護された重錘
21と一体になっているため、電気接続系の耐衝撃性も
高い。更に、ハウジング12は、その段部15のみを穴
14の肩部17に押し付けているだけで飛翔体との接触
面積が極く少ないため、着弾時における横方向成分の衝
撃によって生ずる電気的なノイズを極く少なくできる。
【0012】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面に従い詳細に
説明する。図1に示すように、本発明による衝撃検知セ
ンサ11は、その外殻であるカップ状のハウジング12
を含めて、全体が飛翔体頭部13に設けられた穴14内
に収納固定されている。図2にその構造を拡大して示
す。
【0013】ハウジング12の外周面には段部15が形
成され、また穴14の内周面には、雌ネジ部16及びそ
の更に内方に肩部17が形成されている。ハウジング1
2は、雌ネジ部16に螺合させたリングナット18で押
して段部15のみを肩部17に係合させて固定され、そ
れ以外の部分は穴13の内周面との間に間隙19を形成
している。
【0014】衝撃検知センサ11のハウジング12をこ
のように固定したのは、次のような理由による。飛翔体
においては、鋼板などに衝突したときの貫徹力は、軸方
向成分の衝撃の大小によって左右されるため、軸方向成
分のみの検出が非常に重要である。ところが、飛翔体は
正面から衝突するとは限らず、横方向の衝撃も大きい。
そこで、ハウジング12を穴14内に入れ、しかもハウ
ジング12の固定に当たりその段部15のみを穴14の
肩部17に係合させれば、ハウジング12を被測定物に
直接接触させずに、しかも外部から受ける横方向の振動
の伝播を極力少なくすることができる。また、ハウジン
グ12内の圧電素子20を、振動伝播部(段部15と肩
部17との係合部分)から離れた位置に置くことがで
き、横方向衝撃による圧電素子20へのノイズを極力少
なくできる。
【0015】圧電素子20はハウジング12の底部12
a上の中央に設置され、該圧電素子20の外周面とハウ
ジング12の内周面とは離れている。圧電素子20は、
セラミック、例えばチタン酸ジルコン酸鉛などから構成
された1枚の円板形で、軸方向に分極されている。そし
て、その両側の平面にそれぞれ銀などの薄膜が形成され
ており、そのうちの一方の薄膜は、導電性を有するハウ
ジング12の内底面に導電性接着剤などで固着され、他
方の薄膜には、導電性を有する円板状の重錘21が同じ
く導電性接着剤で固着されている。この重錘21の外周
面もハウジング12の内周面から離れている。重錘21
の中央にはピン状のリード端子22が一体に突設されて
いる。なお、このリード端子22は、ピン状に限られる
ものでなく、リード線の如きものでも良い。
【0016】ここで、圧電素子20を1枚ものとしたの
は、次のような理由による。通常の加速度センサの場合
はノイズを考慮して2枚ものになっているが、飛翔体の
場合には、軸方向衝撃で得られる圧電素子の出力はノイ
ズに比べて格段に大きく、1枚ものでも所期の検知精度
を挙げられること、及び圧電素子自体による荷重を2枚
ものよりも小さくできるためである。また、形状を円板
形としたのは、リング状に比べ機械的強度を高めること
ができるからである。因に、圧電素子20の直径は約3
mm、重錘21の重量は例えば約0.05gである。
【0017】ハウジング12の開口部23の内周面に
は、雌ネジ24が設けられている。そして、その開口部
23に、雄ネジ25を有する断面凹状の金属製蓋26が
ハウジング12の開口面より数mm奥までねじ込まれてい
る。この蓋26の中央には、重錘21のリード端子22
を間隙を形成して貫通突出させる孔27が設けられてい
る。この孔27は、重錘21を圧電素子20に接着する
際の位置決めを容易にする。蓋26は、絶縁樹脂膜28
を介して重錘21を静加圧している。該絶縁樹脂膜28
には、高い衝撃圧に基づく圧電素子20の高い出力電圧
に対して十分に耐え得るように、例えばポリエステルフ
ィルム等の絶縁性の良好な材質のものを選ぶことが望ま
しい。
【0018】ハウジング12の開口面と蓋26の端面と
の間に形成された空間、及び蓋26の凹部26a内には
絶縁樹脂接着剤29が充填されている。この充填によ
り、ハウジング12の内部がシールされるとともに、蓋
26をねじ込んだ後の圧電素子20、重錘21及びリー
ド端子22の固定が確実なものとなる。その結果、蓋2
6をハウジング12に締め付け固定した際の初期設定
値、例えば締め付けトルクに依存する圧電素子20の出
力感度などのバラツキや経時変化などを防止でき、更に
繰り返される衝撃に対するネジの緩みを防ぐなどの効果
がある。
【0019】圧電素子20は上記のように固定されてい
ても、正面以外の高い衝撃に対しては比較的容易に移動
することが考えられ、その移動が破損につながる恐れが
ある。そこで、圧電素子20及び重錘21の外周面とハ
ウジング12の内周面との間の間隙には、絶縁樹脂封止
剤30を充填してこれら圧電素子20及び重錘21を被
覆し、横方向に移動しないようにしてある。絶縁樹脂封
止剤30は、ハウジング12の底部12aに小さい孔を
設けておき、ここから注射器などで注入する。この絶縁
樹脂封止剤30としては、好ましくはその熱膨張率が圧
電素子20及び周辺の金属物の熱膨張率に近い材質を選
択するのが良い。
【0020】このような構造の衝撃検知センサ11の組
み立ては、例えば次のような順序で行う。 (1) ハウジング12内に圧電素子20を設置する。 (2) 圧電素子20上に重錘21を置き、その上に絶縁
樹脂膜28を置く。 (3) 蓋26の孔27にリード端子22を挿通させて蓋
26をハウジング12内にねじ込む。このとき、ある一
定の力で重錘21及び圧電素子20を蓋26で押さえる
ようにその締め付けを調整することにより、圧電素子2
0の出力電圧初期値のバラツキを少なくすることができ
る。 (4) 蓋26の上部の空間に絶縁樹脂接着剤29を充填
する。 (5) ハウジング12の底部12aの孔から絶縁樹脂封
止剤30を注入する。 (6) 以上(1)〜(4)でハウジング12内の組み立てを終
えてから、該ハウジング12を飛翔体頭部13の穴14
内に入れ、リングナット18で締め付け固定する。
【0021】上記のように飛翔体頭部13内に組み込ん
だ衝撃検知センサ11は、図3及び図4に示すようにそ
のリード端子22を制御回路部31のソケット32に差
し込み、またグランド側をハウジング12から飛翔体頭
部13を通じて制御回路部31に接続することによっ
て、圧電素子20の出力電圧が制御回路部31へ入力さ
れる。
【0022】以上のように衝撃検知センサ11を内蔵し
た飛翔体が鋼板又は土壌に着弾すると、その衝撃により
重錘21が慣性力で圧電素子20を圧縮する。その圧縮
された圧電素子20は、飛翔体が受けた衝撃力に比例し
た出力電圧を発生し、リード端子22を介して制御回路
部31に入力する。
【0023】
【発明の効果】本発明の衝撃検知センサによれば、次の
ような効果がある。 圧電素子は、飛翔体の穴内に設置されたハウジング
内に設置され、しかも該穴の内周面との間に充填された
絶縁樹脂封止剤で被覆保護されているため、軸方向はも
ちろん横方向の耐衝撃性も高い。 圧電素子の出力を取り出すリード端子は、圧電素子
と同様に被覆保護された重錘と一体になっているため、
電気接続系の耐衝撃性も高い。 ハウジングは、その段部のみを穴の肩部に押し付け
ているだけで飛翔体との接触面積が極く少ないため、着
弾時における横方向成分の衝撃によって生ずる電気的な
ノイズを極く少なくできる。
【0024】請求項2によれば、リード端子を重錘に突
設し、該リード端子を蓋に設けられた孔を通じて突出さ
せたので、重錘の位置決めを容易に行える。
【0025】請求項3によれば、蓋と重錘との間に絶縁
樹脂を介在させたので、圧電素子の高い出力電圧に対す
る絶縁性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による衝撃検知センサとそれを組み込ん
だ飛翔体頭部の断面図である。
【図2】同衝撃検知センサの拡大断面図である。
【図3】飛翔体の全体の概要構成図である。
【図4】衝撃検知センサのリード端子と制御回路部との
接続構成を示す斜視図である。
【図5】従来の圧縮型加速度センサの基本構造図であ
る。
【図6】従来のシェア型加速度センサの基本構造図であ
る。
【図7】従来のベンディング型加速度センサの基本構造
図である。
【図8】従来の圧縮型加速度センサの具体例の断面図で
ある。
【符号の説明】
11 衝撃検知センサ 12 ハウジング 13 飛翔体頭部 14 穴 15 段部 17 肩部 18 リングナット 19 間隙 20 圧電素子 21 重錘 22 リード端子 26 蓋 27 孔 28 絶縁樹脂膜 30 絶縁樹脂封止剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 尊文 愛知県名古屋市東区泉二丁目28番24号 リコーエレメックス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−311173(JP,A) 特開 昭63−254399(JP,A) 特開 平5−322497(JP,A) 実開 昭57−14054(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/00 G01P 15/09 F42C 11/02 G01L 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 飛翔体頭部に設けられた穴の中に、その
    内周面の肩部に外周面の段部のみを係合させ該穴の内周
    面との間に間隙を形成して配置されたハウジングと、上
    記段部を上記肩部に押し付けてハウジングを固定するナ
    ットと、上記ハウジング内に配置された圧電素子と、該
    圧電素子と接着されしかもその出力を取り出すためのリ
    ード端子を一体に設けた重錘と、この重錘を静加圧する
    蓋と、これら圧電素子及び重錘を被覆するため上記ハウ
    ジング内に充填された絶縁樹脂封止剤とから構成され
    た、衝撃検知センサ。
  2. 【請求項2】 前記リード端子を前記重錘に突設し、前
    記蓋に設けられた孔を通じて突出させたことを特徴とす
    る、請求項1に記載の衝撃検知センサ。
  3. 【請求項3】 前記蓋と前記重錘との間に絶縁樹脂を介
    在させたことを特徴とする、請求項2に記載の衝撃検知
    センサ。
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