JP4732840B2

JP4732840B2 - 衝撃検知光ファイバセンサ、応力集中板及びその製造方法

Info

Publication number: JP4732840B2
Application number: JP2005258042A
Authority: JP
Inventors: 智則柴田; 久佐藤; 陽二小林; 康之菱田; 重徳小林; 明鈴木; 浩幸高橋; 竜太郎家中
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: JP2007071649A

Description

本発明は、光ファイバを湾曲（変形）させるための応力集中板の形状に工夫を図った衝撃検知光ファイバセンサ、応力集中板及びその製造方法に関する。

衝撃検知光ファイバセンサは、例えば自動車などの車両に備えられ、他の車両や障害物などの測定対象物による衝撃を、光ファイバの湾曲による光量損失などから検知するものである。この光ファイバセンサには、光ファイバを衝撃などの荷重により湾曲させるための応力集中板が備えられる。応力集中板は、光ファイバセンサに加わった衝撃などの荷重による応力を光ファイバに伝達して集中し、光ファイバを湾曲し易くする。

従来、応力集中板としては、細長い板状に形成され、その長手方向に波形の複数個の突起を有する波付板を使用している。この波付板は、その長手方向に光ファイバが配置され、波形の複数個の突起による凹凸で光ファイバを湾曲させる構造になっている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特表２００２−５３１８１２号公報

しかしながら、金属の波付板の場合、波形に加工するための時間がかかった。例えばワイヤカット放電加工では、厚さ５ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼材を波付板に加工する場合、１時間の加工時間を要した。

また、ワイヤカット放電加工では鋼材の長さが１ｍ以上の大型になると、設備上、加工ができないという制約があった。

そこで、本発明の一の目的は、センシング感度が良好な衝撃検知光ファイバセンサを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、短時間で加工可能な応力集中板及びその製造方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、プレス加工またはモールド成型により、細長のファイバ支持体を形成すると共に、そのファイバ支持体に長手方向に沿って複数個の穴を形成して応力集中板を形成し、その応力集中板の長手方向に光ファイバを配置した後、これらをモールド部材でモールドした衝撃検知光ファイバセンサにおいて、
上記応力集中板は、上記穴間に位置するブリッジ部に、穴の内側に向かって突出する突起をそれぞれ設け、各突起にＲ状部を設けてなる衝撃検知光ファイバセンサである。

請求項２の発明は、各ブリッジ部に、各突起を盛り上げた盛り上げ部を形成した衝撃検知光ファイバセンサである。

請求項３の発明は、穴間に位置するブリッジ部に、凸部と凹部を設けた衝撃検知光ファイバセンサである。

請求項４の発明は、細長の板材で構成され、長手方向に複数個の穴を有し、プレス加工またはモールド成型によって形成される応力集中板において、
上記穴間に位置するブリッジ部に、穴の内側に向かって突出する突起をそれぞれ設け、各突起にＲ状部を設けてなる応力集中板である。

請求項５の発明は、各ブリッジ部に、上記各突起を盛り上げた盛り上げ部を形成した応力集中板である。

請求項６の発明は、穴間に位置するブリッジ部に、凸部と凹部を設けた応力集中板である。

請求項７の発明は、細長の板材で構成され、長手方向に複数個の穴を有する応力集中板の製造方法において、
板材にプレス加工を施して、上記穴を形成すると共に板材の長手方向両端部及び各穴間に位置するブリッジ部に、穴の内側に向かって突出する突起をそれぞれ形成し、
各突起の、上記板材の一面側に面取り加工を施し、Ｒ状部を形成する応力集中板の製造方法である。

請求項８の発明は、細長の板材で構成され、長手方向に複数個の穴を有する応力集中板の製造方法において、
モールド成型加工により、上記穴を有する板材を形成し、板材の長手方向両端部及び各穴間に位置するブリッジ部に、穴の内側に向かって突出する突起をそれぞれ形成し、かつ、各突起の、上記板材の一面側に、Ｒ状部を形成する応力集中板の製造方法である。

本発明によれば、加工に時間を費やしていた従来の応力集中板として使われる波付板の代わりに、形状を変更した応力集中板を用いることにより、応力集中板を短時間で加工できる。これにより、衝撃検知光ファイバセンサを短時間で組み立てることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は応力集中板の一例を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の応力集中板を使用した本発明の好適な第１の実施形態を示す衝撃検知光ファイバセンサの横断面図である。

図１（ａ）に示すように、応力集中板１は、プレス加工またはモールド成型により、細長のファイバ支持体（板材）２を形成すると共に、そのファイバ支持体２に長手方向に沿って所定間隔で矩形（長方形）をなす複数個の穴（孔）３を形成して穴空き形状に作製したものである。各穴３間及びファイバ支持体２の長手方向両端部にはブリッジ部１２が形成される。

各ブリッジ部１２は、穴３の内側（中心部）に向かって突出する突起５を有する。各突起５は、ファイバ支持体２の一面側（図１（ａ）中では上面側）に滑らかなＲ状部４を有する。各Ｒ状部４は面取り加工などによって形成される。これら各突起５のＲ状部４により、応力集中板１上に配置される光ファイバの損傷を防止する。

応力集中板１は、例えば、硬質性のプラスチックなどのモールド材、または黄銅（ＢＳ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属で形成される。応力集中板１をモールド材で形成する場合、モールド材（溶融樹脂）をモールド成型することで、図１（ａ）に示した穴３、突起５、及びＲ状部４を有するモールド体を成形することができる。応力集中板１を金属で形成する場合には、金属板（板材）にプレス加工を施すことで、図１（ａ）に示した穴３を打ち抜き形成することができる。

図１（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る衝撃検知光ファイバセンサ１０は、図１（ａ）の応力集中板１の長手方向となる各穴３上に光ファイバ６を配置した後、これら応力集中板１と光ファイバ６とをモールド部材７でモールドして作製したものである。

光ファイバ６としては、プラスチックファイバ（ＰＯＦ）や耐熱性プラスチックファイバ（ＨＰＯＦ）を使用するとよい。モールド部材７は、合成樹脂や合成ゴムからなる。

第１の実施形態の作用を説明する。

図２に示すように、センサ１０が外力により衝撃などの荷重Ｓを（図２ではセンサ１０の上方から下向きに）受けると、光ファイバ６が応力集中板１の穴３部分に凹み、光ファイバ６が湾曲する。センサ１０は、測定対象物による衝撃を光ファイバ６の湾曲による光量損失などから検知する。

センサ１０では、加工に時間を費やしていた従来の応力集中板として使われる波付板の代わりに、プレス加工またはモールド成型により、形状を穴空き形状に変更した応力集中板１を用いているため、応力集中板１を短時間で加工できる。特に、プレス加工の場合は加工も容易である。これにより、センサ１０を短時間で組み立てることができ、センサ１０の生産性が向上する。

例えば、プレス加工により、厚さ１ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼板を穴空けして応力集中板１を作製する場合、１０秒で加工が終了する。

ここで、センサ１０が荷重Ｓを受けた時の、光ファイバ６の湾曲に関係するモールド部材７に働く力方向を図３に示す。

図３に示すように、センサ１０では荷重Ｓを受けた時に光ファイバ６を湾曲させようとすると、光ファイバ６によって押されたモールド部材７に応力ｆ１，ｆ２，ｆ３が働くが、モールド部材７は応力集中板１と受け側面３１に拘束され、逃げ場がなくなり、光ファイバ６を押し戻そうとする反力ｆ４，ｆ５，ｆ６が働く。その結果、光ファイバ６がやや湾曲しづらい。

そこで、以下の第２、３の実施形態において、光ファイバ６がさらに湾曲し易い構造の応力集中板と衝撃検知光ファイバセンサを説明する。

第２の実施形態を説明する。

図４（ａ）に示すように、応力集中板４１は、図１（ａ）の応力集中板１に対し、プレス加工により、ファイバ支持体２の幅方向の中央部が凸となるように曲げ加工を施し、各突起５が盛り上がった盛り上げ部４２をそれぞれ形成して作製したものである。また、モールド成型により応力集中板４１を作製してもよい。

図４（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る衝撃検知光ファイバセンサ４０は、図４（ａ）の応力集中板４１の長手方向に延びる光ファイバ６を各盛り上げ部４２上に配置した後、これら応力集中板４１と光ファイバ６とをモールド部材７でモールドして作製したものである。

図５に示すように、センサ４０では荷重Ｓを受けた時、光ファイバ６によって押されたモールド部材７に応力ｆ７，ｆ８が働くが、モールド部材７は応力集中板４１に拘束されず、図３と同じ荷重Ｓを受けても、モールド部材７の逃げ場を作っていることにより、モールド部材７の反力が小さい。このため、センサ４０は、図１（ｂ）のセンサ１０に比べると、光ファイバ６がさらに湾曲し易くなり、センサ４０の感度が上がる。センサ４０のその他の作用効果はセンサ１０と同じである。

第３の実施形態を説明する。

図６（ａ）に示すように、応力集中板６１は、プレス加工またはモールド成型により、細長のファイバ支持体２を形成すると共に、そのファイバ支持体２の長手方向に凹部６２と凸部６３を交互に形成して波形形状に作製したものである。

応力集中板６１をモールド材で形成する場合、モールド材をモールド成型することで、図６（ａ）に示した波形形状にモールドすることができる。応力集中板６１を金属で形成する場合には、金属板をプレス加工することで、図６（ａ）に示した波形形状に曲げることができる。

図６（ｂ）に示すように、第３の実施形態に係る衝撃検知光ファイバセンサ６０は、図６（ａ）の応力集中板６１の長手方向となる各凸部６３上に光ファイバ６を配置した後、これら応力集中板６１と光ファイバ６とをモールド部材７でモールドして作製したものである。

第３の実施形態の作用を説明する。

図７に示すように、センサ６０が外力により衝撃などの荷重Ｓを（図６ではセンサ６０の上方から下向きに）受けると、光ファイバ６が応力集中板６１の凹部６２に凹み、光ファイバ６が湾曲する。センサ６０は、測定対象物による衝撃を光ファイバ６の湾曲による光量損失などから検知する。

センサ６０では、加工に時間を費やしていた従来の応力集中板として使われる波付板の代わりに、プレス加工またはモールド成型により、形状を波形形状に変更した応力集中板６１を用いているため、応力集中板６１を短時間で加工できる。特に、プレス加工の場合は加工も容易である。これにより、センサ６０を短時間で組み立てることができ、センサ６０の生産性が向上する。

また、図８に示すように、センサ６０では荷重Ｓを受けた時、光ファイバ６によって押されたモールド部材７に応力ｆ９，ｆ１０が働くが、モールド部材７は応力集中板６１に拘束されず、図３と同じ荷重Ｓを受けても、モールド部材７の逃げ場があるので、モールド部材７の反力が小さい。このため、センサ６０は、図１（ｂ）のセンサ１０に比べると、光ファイバ６がさらに湾曲し易くなり、センサ６０の感度が上がる。

応力集中板の変形例として、図９に示すような応力集中板９１を用いてもよい。応力集中板９１は、図４（ａ）に示した応力集中板４１と基本的な構造は同じであるが、各ブリッジ部１２におけるファイバ支持体２の長手方向中央部に、凹部９６を設けた点が異なる。つまり、各ブリッジ部１２は、ファイバ支持体２の長手方向に沿って、盛り上げ部４２、凹部９６、盛り上げ部４２を有する。ここで、凹部９６の面高さは、ファイバ支持体２の面よりも高い（又は低い）、或いは面一のいずれであってもよい。

この応力集中板９１は、図４に示した応力集中板４１と比べて光ファイバ６の曲部が２倍に増え、かつその曲率が小さくなることにより、更なる出力の大幅な向上が期待される。

上記の実施形態では、光ファイバの長手方向の片側に１枚の応力集中板を添えた例で説明したが、光ファイバの長手方向の両側に、同じ形状の応力集中板を２枚組み合わせて添えてもよいし、異なる形状の応力集中板を２枚組み合わせて添えてもよい。この場合、光ファイバがさらに湾曲し易くなり、衝撃検知光ファイバセンサの感度がさらに上がる。

具体的には、図１０（ａ）に示すように、図１（ａ）に示した応力集中板１を２枚組み合わせた衝撃検知光ファイバセンサ１００（同種組み合わせ）が挙げられる。この時、一方の応力集中板１のブリッジ部１２の位置に他方の応力集中板１の穴３が位置するように配置する。

また、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、図１（ａ）に示した応力集中板１と図４（ａ）に示した応力集中板４１を組み合わせた衝撃検知光ファイバセンサ１１０（異種組み合わせ）が挙げられる。この時、一方の応力集中板４１の盛り上げ部４２の位置に他方の応力集中板１の穴３が位置するように配置する。

さらに、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示した応力集中板４１を２枚組み合わせた衝撃検知光ファイバセンサ１２０（同種組み合わせ）が挙げられる。この時、一方の応力集中板４１の盛り上げ部４２の位置に他方の応力集中板４１の穴３が位置するように配置する。

また、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、図６（ａ）に示した応力集中板６１を２枚組み合わせた衝撃検知光ファイバセンサ１３０（同種組み合わせ）が挙げられる。この時、一方の応力集中板６１の隆起部６３の位置に他方の応力集中板６１の平面部６２が位置するように配置する。

このように、２枚の応力集中板で光ファイバ６を挟んだ構造の衝撃検知光ファイバセンサ１００，１１０，１２０，１３０は、１枚の応力集中板を用いた衝撃検知光ファイバセンサ１０，４０，６０と比べて、衝撃の荷重によって光ファイバ６がさらに湾曲し易くなり、延いてはセンシング感度がさらに向上する。

また、応力集中板を２枚組み合わせる場合、１枚の応力集中板は衝撃検知光ファイバセンサ内のモールド部材７に埋め込まず、その外側に配置するとよい。これは、衝撃検知光ファイバセンサに厚みの制限がある場合、有効である。

図１（ａ）は応力集中板の一例を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の応力集中板を使用した本発明の好適な第１の実施形態を示す衝撃検知光ファイバセンサの横断面図である。図１（ｂ）の光ファイバセンサが荷重を受けた時の、光ファイバの湾曲を示す縦断面図である。図１（ｂ）の光ファイバセンサが荷重を受けた時の、光ファイバの湾曲に関係するモールド部材に働く力の方向を見る横断面図である。図４（ａ）は応力集中板の一例を示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）の応力集中板を使用した本発明の第２の実施形態を示す衝撃検知光ファイバセンサの横断面図である。図４（ｂ）の光ファイバセンサが荷重を受けた時の、光ファイバの湾曲に関係するモールド部材に働く力の方向を見る横断面図である。図６（ａ）は応力集中板の一例を示す斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）の応力集中板を使用した本発明の第３の実施形態を示す衝撃検知光ファイバセンサの横断面図である。図６（ｂ）の光ファイバセンサが荷重を受けた時の、光ファイバの湾曲を示す縦断面図である。図６（ｂ）の光ファイバセンサが荷重を受けた時の、光ファイバの湾曲に関係するモールド部材に働く力の方向を見る横断面図である。応力集中板の変形例を示す斜視図である。衝撃検知光ファイバセンサの第１変形例を示す断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の１０ａ−１０ａ線断面図である。衝撃検知光ファイバセンサの第２変形例を示す断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の１１ａ−１１ａ線断面図である。衝撃検知光ファイバセンサの第３変形例を示す断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の１２ａ−１２ａ線断面図である。衝撃検知光ファイバセンサの第４変形例を示す断面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の１３ａ−１３ａ線断面図である。

符号の説明

１応力集中板
２ファイバ支持体
３穴
６光ファイバ
７モールド部材
１０衝撃検知光ファイバセンサ

Claims

プレス加工またはモールド成型により、細長のファイバ支持体を形成すると共に、そのファイバ支持体に長手方向に沿って複数個の穴を形成して応力集中板を形成し、その応力集中板の長手方向に光ファイバを配置した後、これらをモールド部材でモールドした衝撃検知光ファイバセンサにおいて、
上記応力集中板は、上記穴間に位置するブリッジ部に、穴の内側に向かって突出する突起をそれぞれ設け、各突起にＲ状部を設けてなることを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサ。
上記各ブリッジ部に、上記各突起を盛り上げた盛り上げ部を形成した請求項１記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
上記穴間に位置するブリッジ部に、凸部と凹部を設けた請求項１又は２記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
細長の板材で構成され、長手方向に複数個の穴を有し、プレス加工またはモールド成型によって形成される応力集中板において、
上記穴間に位置するブリッジ部に、穴の内側に向かって突出する突起をそれぞれ設け、各突起にＲ状部を設けてなることを特徴とする応力集中板。
上記各ブリッジ部に、上記各突起を盛り上げた盛り上げ部を形成した請求項４記載の応力集中板。
上記穴間に位置するブリッジ部に、凸部と凹部を設けた請求項４又は５記載の応力集中板。
細長の板材で構成され、長手方向に複数個の穴を有する応力集中板の製造方法において、
板材にプレス加工を施して、上記穴を形成すると共に板材の長手方向両端部及び各穴間に位置するブリッジ部に、穴の内側に向かって突出する突起をそれぞれ形成し、
各突起の、上記板材の一面側に面取り加工を施し、Ｒ状部を形成することを特徴とする応力集中板の製造方法。
細長の板材で構成され、長手方向に複数個の穴を有する応力集中板の製造方法において、
モールド成型加工により、上記穴を有する板材を形成し、板材の長手方向両端部及び各穴間に位置するブリッジ部に、穴の内側に向かって突出する突起をそれぞれ形成し、かつ、各突起の、上記板材の一面側に、Ｒ状部を形成することを特徴とする応力集中板の製造方法。