JP5663358B2 - 圧力検知用ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、外部からの圧力を検知するための圧力検知用ケーブルに関する。

外部からの圧力を検知するための線状のセンサとしては、特許文献１に記載されたコードスイッチや、特許文献２に記載された圧力検知スイッチが従来技術として知られている。図１に特許文献１のコードスイッチの構造を示す。特許文献１には、「コードスイッチ１は電極線２、２、断面中空絶縁体３および空隙４からなっている。電極線２、２は、所定の間隔を保ちながら復元性ゴム又は復元性プラスチックからなる中空絶縁体３の内面に沿って長手方向に螺旋状に配置されている。中空絶縁体３は、電極線２、２を電気的に接触しない状態で螺旋状に保持固定すると共に、外力により容易に変形し、外力がなくなれば直ちに復元するものである。」と記載されている。図２に特許文献２に記載された圧力検知スイッチの構造を示す。特許文献２には、圧力検知スイッチ５１は、「可撓性を有する導体により管状に形成される外側電極５２の内側に、可撓性を有する導体により線状に形成される内側電極５３を配置する。外側電極５２と内側電極５３との間に絶縁体により螺旋状に形成されたスペーサ部材５４を３本配置し、これらのスペーサ部材５４により外側電極５２と内側電極５３との間に隙間を形成する。内側電極５３の軸心に内側導線５５を当該内側電極５３と電気的に接触させて配置し、外側電極５２の内部に内側導線５５に対して対応するスペーサ部材５４とは反対側に位置するように螺旋状の外側導線５６を当該外側電極５２と電気的に接触させた状態で配置する。」と記載されている。

特許第３７０７７９６号明細書 特開２００８−２１６４２号公報

しかしながら、特許文献１のコードスイッチはコードの中心に空間があるため、製造しにくいと考えられる。例えば、中心となる長尺部材の周りにコードスイッチを形成し、その後長尺部材を抜くという製造方法が考えられる。しかし、この方法では製造できるコードスイッチの長さは、長尺部材を抜くことができる長さに制限される。また、特許文献１のコードスイッチでは、コードの直径を変更するためには断面中空絶縁体３の厚みを変更するか、空隙４の大きさを変更する必要がある。しかし、断面中空絶縁体３の厚みや空隙４の大きさを変更すれば、心線同士が接触する圧力を材質の硬さで調整せざるを得ない。したがって、検知したい圧力とコードの太さの両方を、求められる値に設計しにくい。

特許文献２の圧力検知スイッチは、圧力が加わった位置が外側導線５６の近傍であれば内側導線５５と外側導線５６との距離は短くなるが、外側導線５６から離れた位置（外側導線５６同士の間）であればば内側導線５５と外側導線５６との距離は長くなる。また、外側電極５２と内側電極５３は導電性ゴムで形成されているので、銅などに比べると抵抗値が大きい。したがって、同じ圧力であっても圧力が加わった位置によって内側導線５５と外側導線５６との間の抵抗値が大きく変動する。つまり、抵抗値を検知しても漠然と圧力が加わっていることが分かるだけであり、どの程度の圧力が加わっているのかは分からない。よって、特許文献２の圧力検知スイッチは、所定値以上の圧力が加わったことを検知する用途には適していない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、製造しやすく、求められる圧力検知の精度に応じて設計しやすい構造の圧力検知用ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の圧力検知用ケーブルは、中心セパレータ、複数の心線、周囲セパレータ、周囲導電層を備える。中心セパレータは、絶縁体で形成された長尺の形状である。心線は、線状導体であり、中心セパレータに沿って互いに接触しないように配置される。なお、「線状導体」とは、導電性材料で被覆されていてもよい。周囲セパレータは、線状の絶縁体であって、複数の心線全体の外側に配置される。周囲導電層は、少なくとも内側の表面が導電性を有する筒状の弾性体であって、周囲セパレータの外側に配置される。そして、圧力が加わっていないときには複数の心線のすべてと周囲導電層との間に隙間が形成される。周囲導電層は、加わった圧力に応じて変形し、複数の心線のうちの２心以上と接触できる。

本発明の圧力検知用ケーブルによれば、ケーブルの中心部分に中心セパレータがあるので、中心セパレータを中心（基準）にして製造でき、製造後に取り除く必要のある部材はない。したがって、製造しやすい。また、求められる圧力検知の精度に応じて、複数の心線の配置を適宜設計できる。

従来のコードスイッチの構造を示す図。 従来の圧力検知スイッチの構造を示す図。 実施例１の圧力検知用ケーブルの構造を示す図。 中心セパレータ１１０の図３（Ａ）のＡ−Ａ線での断面を示す図。 圧力検知用ケーブル１００を用いた圧力検知の方法を示す図。 圧力検知用ケーブル１００に圧力が加わり、心線１２０−２と心線１２０−３とが周囲導電層１４０と接触した状態を示す図。 変形例１の圧力検知用ケーブルの構造を示す図。 圧力検知用ケーブル２００に圧力が加わり、心線１２０−２と心線１２０−３とが周囲導電層１４０と接触した状態を示す図。 変形例２の圧力検知用ケーブルの構造を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図３に実施例１の圧力検知用ケーブルの構造を示す。図３（Ａ）は圧力検知用ケーブルの側面図であって、外被の一部を除去した状態を示している。図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線での圧力が加わっていないときの断面を示す図である。圧力検知用ケーブル１００は、中心セパレータ１１０、４心の心線１２０−１〜４、周囲セパレータ１３０、周囲導電層１４０、外被１５０を備える。

図４は中心セパレータ１１０の図３（Ａ）のＡ−Ａ線での断面を示す図である。中心セパレータ１１０は、絶縁体で形成された長尺の形状であり、４個の窪み１１１−１〜４を備えている。また、窪み１１１−１〜４の位置は、らせん状となっている。

心線１２０−ｎ（ただし、ｎは１以上４以下の整数）は、導電性材料１２２−ｎで線状導体１２１−１を被覆した構成であり、中心セパレータ１１０に沿って互いに接触しないように配置される。この例では、心線１２０−ｎは窪み１１１−ｎの位置に配置され、窪み１１１−ｎに沿うようにらせん状になっている。また、線状導体１２１−ｎは、複数の導体（例えば、銅または銅の合金など）を撚り合せて形成されている。導電性材料１２２−ｎは、導電性樹脂を加圧被覆して形成すればよい。なお、錆びなどによって線状導体１２１−ｎの導電性が劣化するおそれがなければ、導電性材料１２２−ｎはなくてもよい。

周囲セパレータ１３０は、線状の絶縁体であって、複数の心線全体の外側にらせん状に巻きつけられる。例えば、周囲セパレータ１３０は、抗張力繊維１３１の周りを復元性ゴムまたはプラスチックの被覆１３２で覆った構造とすればよい。なお、図３では、周囲セパレータ１３０は１つであるが、必要に応じて２つ以上配置してもよい。

周囲導電層１４０は、少なくとも内側の表面が導電性を有する筒状の弾性体であって、周囲セパレータの外側に配置される。周囲導電層１４０は、圧力が加わっていないときは断面円形であり、加わった圧力に応じて変形し、前記複数の心線のうちの２心以上と接触できる。例えば、周囲導電層１４０は導電性樹脂で形成すればよい。外被１５０は周囲導電層１４０の外側に配置され、圧力検知用ケーブル１００全体を保護する。また、外被１５０も加わった圧力に応じて変形する。外被１５０は、例えば復元性ゴムまたはプラスチックで形成すればよい。さらに、外被１５０は、周囲導電層１４０と一体（もしくは周囲導電層１４０の一部）でもよい。

図５は、圧力検知用ケーブル１００を用いた圧力検知の方法を示す図である。図５（Ａ）の例では、圧力検知用ケーブル１００の一端で、抵抗測定器９００を心線１２０−１と心線１２０−２に接続する。そして、圧力検知用ケーブル１００の他端で、心線１２０−１と心線１２０−３とを導線１２５−１で電気的に接続し、心線１２０−２と心線１２０−４とを導線１２５−２で電気的に接続する。また、図５（Ｂ）の例では、圧力検知用ケーブル１００の一端で、抵抗測定器９００を心線１２０−１と心線１２０−２に接続する。そして、同じ一端で、心線１２０−１と心線１２０−３とを導線１２５−３で電気的に接続し、心線１２０−２と心線１２０−４とを導線１２５−４で電気的に接続する。図５（Ｃ）の例では、圧力検知用ケーブル１００の一端で、抵抗測定器９００を心線１２０−１と心線１２０−２に接続する。そして、圧力検知用ケーブル１００の他端で、心線１２０−１と心線１２０−３とを導線１２５−１で電気的に接続し、心線１２０−２と心線１２０−４とを導線１２５−２で電気的に接続する。また、抵抗測定器９００と同じ一端で、心線１２０−１と心線１２０−３とを導線１２５−３で電気的に接続し、心線１２０−２と心線１２０−４とを導線１２５−４で電気的に接続する。このように配線することで、心線１２０−１と心線１２０−３とが電気的に接続され、心線１２０−２と心線１２０−４とが電気的に接続され、心線１２０−１，３（第１心線群）と心線１２０−２，４（第２心線群）との間の抵抗を測定できる。なお、心線同士の接続や抵抗測定器への接続は、圧力検知用ケーブル１００の途中の外被１５０と周囲導電層１４０を除去して行ってもよい。

このように、複数の心線１２０−１〜４を、第１心線群（例えば心線１２０−１，３）と第２心線群（例えば心線１２０−２，４）とに分け、第１心線群に属する心線同士を電気的に接続し、第２心線群に属する心線同士を電気的に接続し、第１心線群と第２心線群との間の抵抗を測定すればよい。図５の例では、すべての隣り合う心線同士が異なる心線群に属すように第１心線群と第２心線群とに分けた。このように分ければ、圧力が加わった位置に関係なく、心線群が異なる２つの心線が周囲導電層１４０に接触する可能性が高くなる。しかし、この分け方に限定する必要はない。３心以上の心線が周囲導電層１４０と接触するような強い圧力が加わったことを検知できればよい場合であれば、他の分け方でも圧力を検知できる。

図６は、圧力検知用ケーブル１００に圧力が加わり、心線１２０−２と心線１２０−３とが周囲導電層１４０と接触した状態を示している。圧力検知用ケーブル１００に圧力が加わっていないときには、図３に示すように心線１２０−１〜４のすべてと周囲導電層１４０との間に隙間が形成される。このときには、抵抗測定器９００で測定している抵抗値は非常に大きい値を示す。そして、あらかじめ定めた圧力が加わったときには、心線１２０−１〜４のうち少なくとも２心以上が周囲導電層１４０と接触する。図６の例では、心線１２０−２と心線１２０−３とが周囲導電層１４０に接触している。このように２つの心線１２０−２，３が周囲導電層１４０に接触すると、抵抗測定器９００で測定している抵抗値が小さくなる。

なお、測定される抵抗値は、心線１２０−２と周囲導電層１４０との接触点と心線１２０−３と周囲導電層１４０との接触点との距離、および接触点での接触面積に依存する。しかし、中心セパレータの窪みを円周方向に等間隔に配置し、隣接する心線同士を異なる心線群に分ければ、心線同士の間隔が均一なので接触点同士の距離についてはいつも同じとなり、圧力が加わる位置に抵抗値が依存しにくくなる。また、ここまでの精度が必要ないときであれば、心線の分け方を変えることも可能である。このように、実施例１の圧力検知用ケーブルは、求められる圧力検知の精度に応じて設計しやすい構造である。さらに、実施例１の圧力検知用ケーブル１００は、中心部分に中心セパレータ１１０があるので、中心セパレータ１１０を中心（基準）にして製造でき、製造後に取り除く部材はない。したがって、製造しやすい。

［変形例１］
図７に心線の数を６心とした場合の圧力検知用ケーブルの構造を示す。図７（Ａ）は中心セパレータの断面図であり、図７（Ｂ）は圧力が加わっていないときの圧力検知用ケーブルの断面図である。図８は、圧力検知用ケーブル２００に圧力が加わり、心線１２０−２と心線１２０−３とが周囲導電層１４０と接触した状態を示している。圧力検知用ケーブル２００は、中心セパレータ２１０、６心の心線１２０−１〜６、周囲セパレータ１３０、周囲導電層１４０、外被１５０を備える。

中心セパレータ２１０は、絶縁体で形成された長尺の形状であり、６個の窪み２１１−１〜６を備えている。また、窪み２１１−１〜６の位置は、らせん状となっている。心線１２０−ｎ（ただし、ｎは１以上６以下の整数）は、導電性材料１２２−ｎで被覆された線状導体１２１−１であり、中心セパレータ１１０に沿って互いに接触しないように配置される。この例では、心線１２０−ｎは窪み２１１−ｎの位置に配置され、窪み２１１−ｎに沿うようにらせん状になっている。周囲セパレータ１３０、周囲導電層１４０、外被１５０は、実施例１と同じである。

心線の接続方法は、実施例１と同じように、例えば隣り合う心線同士が同じ心線群に属さないように第１心線群（例えば、心線１２０−１，３，５）と第２心線群（心線１２０−２，４，６）とに分ける。そして、第１心線群に属する心線同士を電気的に接続し、第２心線群に属する心線同士を電気的に接続し、第１心線群のいずれかの心線と第２心線群のいずれかの心線の間の抵抗を測定すればよい。

このように、心線の数が２Ｎ（Ｎは整数）であれば、すべての隣り合う心線同士が異なる心線群に属すように第１心線群と第２心線群とに分けることができるので、圧力が加わる位置に抵抗値が依存しにくい構造にできる。したがって、変形例１の圧力検知用ケーブルも実施例１と同様の効果が得られる（心線の数を変更しても同じ効果が得られる。）。

よって、圧力検知用ケーブルに求められる直径が大きいときであれば、中心セパレータの直径を大きくすると共に心線数を多くして隣接する心線同士の間隔を狭く保ち、求められる直径が小さいときは中心セパレータを小さくすると共に心線数を少なくすればよい。したがって、検知したい圧力は外被１５０と周囲導電層１４０の材質や厚み、周囲セパレータ１３０の太さで調整し、圧力検知用ケーブルの大きさ（直径）は中心セパレータの大きさと心線の数で調整すればよいので、用途に応じて設計しやすい。

［変形例２］
図９に心線の数を５心とした場合の圧力検知用ケーブルの構造を示す。圧力検知用ケーブル３００は、中心セパレータ２１０、５心の心線１２０−１〜３，５，６、周囲セパレータ１３０、周囲導電層１４０、外被１５０を備える。圧力検知用ケーブル３００は、心線１２０−４がない点のみが圧力検知用ケーブル２００と異なる。心線１２０−４がないので、窪み２１１−４の位置に圧力が加わった場合には感度が悪くなるとともに、抵抗値が、圧力が加わる位置に依存してしまう。したがって、圧力検知用ケーブル３００は、圧力検知用ケーブル２００に比べ性能としては劣る。しかし、３心以上の心線が周囲導電層１４０と接触するような強い圧力が加わったことを検知する場合であれば、用途に応じた性能は発揮できる。

１００、２００、３００ 圧力検知用ケーブル
１１０、２１０ 中心セパレータ
１２０ 心線 １２１ 線状導体
１２２ 導電性材料 １２５ 導線
１３０ 周囲セパレータ １３１ 抗張力繊維
１３２ 被覆 １４０ 周囲導電層
１５０ 外被 ９００ 抵抗測定器

Claims (3)

1. 外部からの圧力を検知するための圧力検知用ケーブルであって、
   絶縁体で形成された長尺であって、当該圧力検知用ケーブルの中心部分に配置されるセパレータである中心セパレータと、
   線状導体を有し、前記中心セパレータに沿って互いに接触しないように配置された複数の心線と、
   線状の絶縁体であって、前記複数の心線全体の外側に配置された周囲セパレータと、
   少なくとも内側の表面が導電性を有する筒状の弾性体であって、前記周囲セパレータの外側に配置された周囲導電層と、
   を備え、
   前記中心セパレータは、長手方向に２Ｎ個の窪みを有し、
   前記心線は２Ｎ心であって、前記窪みに１心ずつ配置され、
   前記複数の心線を、隣り合う心線同士が異なる心線群に属すように第１心線群と第２心線群とに分け、
   前記第１心線群に属する心線同士を電気的に接続し、
   前記第２心線群に属する心線同士を電気的に接続しており、
   Ｎは、２以上の整数であって隣り合う心線同士の間隔を所定の間隔に保つように定められ、
   圧力が加わっていないときには前記複数の心線のすべてと前記周囲導電層との間に隙間が形成され、
   前記周囲導電層は、加わった圧力に応じて変形し、前記複数の心線のうちの２心以上と接触できる圧力検知用ケーブル。
2. 請求項１記載の圧力検知用ケーブルであって、
   Ｎは、３以上である
   ことを特徴とする圧力検知用ケーブル。
3. 請求項１または２記載の圧力検知用ケーブルであって、
   前記線状導体は、導電性材料で被覆されている
   ことを特徴とする圧力検知用ケーブル。

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