JPH0933558A

JPH0933558A - 衝撃センサ

Info

Publication number: JPH0933558A
Application number: JP7203813A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 村武中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-07
Also published as: EP0754952B1; US6053045A; DE69608617T2; EP0754952A2; DE69608617D1; EP0754952A3

Abstract

(57)【要約】【課題】１つで全ての方向の衝撃を検知することがで
きる無指向性の衝撃センサを得る。【解決手段】円板状の基板１２の一方主面に、圧電素
子１４を形成する。基板１２の中心線状に、連結糸２２
を用いて重り２０を固定する。連結糸２２は、たとえば
金属，ナイロン，テフロンなどの糸で形成される。連結
糸２２は、柔軟性を有し、引張り力に対して伸びたりし
ないが、圧縮に対して弛むように形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は衝撃センサに関
し、特にたとえば、自動車事故が発生したときなどにそ
の衝撃を検知するための衝撃センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば種々の加速度センサなど
が、衝撃センサとして用いられている。これらの加速度
センサを衝撃センサとして用いる場合としては、たとえ
ば自動車事故が発生したときに、自動車に加わる衝撃を
検知することが考えられる。そして、自動車に加わる衝
撃を検知してドアロックを解除すれば、自動車内に閉じ
込められた人を救助することが容易となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加速度センサなどは指向性があり、１つの向きの衝撃し
か検知することができない。そのため、全ての向きの衝
撃を検知しようとすれば、直交する３つの軸方向に、そ
れぞれ加速度センサを配置しなければならない。したが
って、３つの加速度センサを用いて無指向性の衝撃セン
サを作製すると、大型化するとともに、製造コストが高
くなり、また衝撃センサの取り付けに方向性があるなど
の問題があった。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、１
つだけで全ての方向の衝撃を検知することができる無指
向性の衝撃センサを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、基板と、基
板の変形を検出するための検出手段と、基板の中央部と
基板の中心線上に固定される連結手段と、前記連結手段
のほぼ中央部に配置される重りを含む、衝撃センサであ
る。この衝撃センサにおいて、連結手段は柔軟性を有す
る線状材であることが望ましい。また、連結手段とし
て、剛性を有する棒状材を用いてもよい。この場合、棒
状材には、スプリング性が与えられることが望ましい。
検出手段としては、たとえば圧電素子を用いることがで
きる。また、検出手段としては、強誘電薄膜，抵抗薄
膜，磁性薄膜などを用いた検出素子を使用することがで
きる。さらに、基板を圧電体で形成し、かつ検出手段と
して基板に発生する電荷を検出するための電極を基板の
面上に形成してもよい。また、基板の形状としては、回
転対称形に形成されることが望ましい。その中で、最も
好ましい基板の形状は円板状である。

【０００６】重りに衝撃が加わると、その衝撃がどの方
向であっても、連結手段を介して基板の中央部に力が加
わる。この力によって基板が変形し、基板の変形に対応
して、検出手段から信号が出力される。この検出手段と
して圧電素子を用いた場合、基板の変形に応じて圧電素
子に電荷が発生する。したがって、圧電素子に発生する
電圧を測定することによって、衝撃を検知することがで
きる。また、圧電素子を励振しておけば、基板の変形に
応じてその共振周波数やインピーダンスが変化する。し
たがって、共振周波数やインピーダンスの変化を測定す
れば、衝撃を検知することができる。このように、電圧
や共振周波数やインピーダンスの変化を測定するために
は、基板自体を圧電体で形成し、その面上に電極を形成
したものを用いてもよい。さらに、検出手段として強誘
電薄膜を用いた検出素子を使用した場合、基板の変形に
よってその静電容量が変化する。したがって、検出素子
の静電容量を測定することによって、衝撃を検知するこ
とができる。同様に、抵抗薄膜を用いた検出素子を使用
した場合、検出素子の抵抗変化を測定することによっ
て、衝撃を検知することができる。また、磁性薄膜を用
いた検出素子を使用した場合、検出素子の磁性インダク
タンスの変化を測定することによって、衝撃を検知する
ことができる。

【０００７】基板と重りとを連結するために、柔軟性を
有する線状材を用いることにより、線状材に平行する方
向の衝撃に対して、重りの変位を十分に基板に伝えるこ
とができる。つまり、全方向の衝撃に対して、重りの自
由度がほぼ等しくなる。したがって、全方向の衝撃に対
して、衝撃センサの感度をほぼ等しくすることができ
る。また、連結手段として、剛性を有する棒状材を用い
てもよい。この場合、棒状材の中間部をコイル状などに
形成することにより、棒状材にスプリング性が与えられ
る。このような連結手段を用いても、棒状材の平行する
方向の衝撃に対して、重りの変位が抑えられない。さら
に、基板の形状としては、回転対称形に形成することに
より、基板の端部の複数箇所を支持したときに、基板の
中央部から支持部までの距離を等しくすることができ
る。そのため、基板の中央部に力が加わったとき、基板
の変形を最大にすることができる。このような基板の形
状としては、中心点から端部までの距離が全て等しい円
板状が最適である。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、全ての方向の衝撃を
検知することができる無指向性の衝撃センサを得ること
ができる。しかも、基板の形状を回転対称形にしたり、
連結手段に柔軟性を与えることによって、感度が良好
で、全ての方向の衝撃に対してほぼ等しい感度を有する
衝撃センサを得ることができる。

【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の衝撃センサの一
例を示す斜視図であり、図２はその断面図である。衝撃
センサ１０は、たとえば円板状の基板１２を含む。基板
１２は、たとえば薄い金属板で形成される。基板１２の
一方面上には、検出手段としての圧電素子１４が形成さ
れる。圧電素子１４は、円板状の圧電体層１６を含み、
圧電体層１６の両面に電極１８ａ，１８ｂが形成され
る。圧電体層１６の材料としては、たとえば圧電セラミ
ックなどが用いられる。そして、一方の電極１８ｂが、
基板１２に接着される。この衝撃センサ１０の例では、
圧電素子１４の直径は、基板１２の直径より小さくなる
ように形成されている。

【００１１】基板１２の他方主面側には、重り２０が配
置される。重り２０は、連結手段としての連結糸２２に
よって基板１２に連結される。連結糸２２は、たとえば
金属，ナイロン，テフロンなどの糸で形成される。重り
２０の一端が連結糸２２によって基板１２の中央部に連
結され、さらに重り２０の他端が連結糸２２によってケ
ースなどに固定される。このとき、重り２０は、基板１
２の中心線方向に配置される。つまり、連結糸２２は、
基板１２の他方面の中央部から、基板１２に直交する方
向に延びるように取り付けられる。連結糸２２は、柔軟
性を有し、引張り力に対して伸びたりしないが、圧縮に
対して弛むように形成される。

【００１２】衝撃センサ１０は、図３に示すように、た
とえば円柱状のケース３０に収納される。ケース３０
は、内部ケース３２および外部ケース３４を含む。内部
ケース３２は円柱状に形成され、内部に空洞部３６が形
成される。この内部ケース３２の外径は、基板１２の直
径とほぼ同じとなるように形成される。また、外部ケー
ス３４は、内部ケース３２の外径とほぼ等しい内径を有
する円柱状に形成される。また、外部ケース３４の内側
には段差部３８が形成され、段差部３８の内側は内部ケ
ース３２の内径とほぼ等しい内径となるように形成され
る。これらの段差部３８の内側および内部ケース３２の
内径は、圧電素子１４の直径より大きくなるように形成
される。

【００１３】衝撃センサ１０をケース３０内に収納する
には、内部ケース３２上に基板１２が載置される。この
状態で、外部ケース３４を被せることによって、基板１
２が内部ケース３２と外部ケース３４とで挟まれ、基板
１２は固定される。このとき、外部ケース３４に段差部
３８が形成されていることによって、基板１２の変位の
ための空間が確保される。さらに、連結糸２２は、内部
ケース３２の底部の中央部に固定される。

【００１４】この衝撃センサ１０に、基板１２に平行な
方向の衝撃が加わると、図４に示すように、重り２０が
基板１２に平行する方向に変位する。そのため、基板１
２の中央部が引っ張られ、基板１２に撓みが生じる。こ
の撓みによって、基板１２に接着された圧電素子１４も
変形し、この変形に応じて電荷が発生する。したがっ
て、圧電素子１４の出力電圧を測定することによって、
衝撃センサ１０に衝撃が加わったことが検知される。

【００１５】また、図５に示すように、基板１２に直交
する方向に衝撃が加わった場合でも、基板１２に力が加
わる。このとき、連結糸２２に柔軟性が与えられている
ため、連結糸２２に平行する方向に力が加わっても、連
結糸２２によって重り２０の変位が抑えられない。した
がって、重り２０は基板１２に直交する方向に自由に変
位可能であり、基板１２に力を伝えることができる。

【００１６】このように、衝撃センサ１０にどの方向か
ら衝撃が加わっても、基板１２を同じように変形させる
ことができる。また、連結糸２２に柔軟性を与えること
により、重りの自由度が全ての方向でほぼ同じとなる。
そのため、全ての方向の同じ程度の大きさの衝撃に対し
て、基板の変形量をほぼ同じにすることができる。した
がって、全ての方向の衝撃に対して、衝撃センサ１０の
感度がほぼ一定となるようにすることができる。

【００１７】このように、この発明の衝撃センサ１０
は、全ての方向の衝撃を検知できる無指向性のセンサで
あり、しかも全ての方向の衝撃に対してほぼ一定の感度
を有するセンサである。したがって、この衝撃センサ１
０を自動車などに搭載すれば、自動車事故などの衝撃を
検知することができる。そして、衝撃を検知することに
よって、ドアロックを解除すれば、自動車内に閉じ込め
られた人の救出が容易となる。

【００１８】なお、衝撃を検出するための手段として
は、圧電素子１４を発振させ、その共振周波数やインピ
ーダンスを測定してもよい。この場合、衝撃が加わるこ
とによって基板１２が変形すると、圧電素子１４も変形
し、共振周波数やインピーダンスが変化する。したがっ
て、圧電素子１４の出力信号を測定すれば、その共振周
波数やインピーダンスの変化から衝撃を検知することが
できる。このような電圧や共振周波数やインピーダンス
の変化を測定するためには、図６に示すように、基板１
２自体を圧電体材料で形成してもよい。そして、基板１
２の両面に、電極４０ａ，４０ｂが形成される。このよ
うな衝撃センサ１０を用いても、基板１２の変形によ
り、出力電圧や共振周波数が変化し、衝撃を検知するこ
とができる。

【００１９】また、図７に示すように、強誘電薄膜４２
の両面に電極４４ａ，４４ｂを形成した検出素子４６を
用いてもよい。この検出素子４６では、基板１２が変形
することにより、検出素子４６の静電容量が変化する。
したがって、検出素子４６の静電容量を測定することに
より、衝撃を検知することができる。また、強誘電薄膜
４２に代えて、抵抗薄膜や磁性薄膜をもちいてもよい。
このような検出素子を使用すれば、基板１２が変形する
ことにより、抵抗や磁性インダクタンスが変化する。し
たがって、これらの検出素子の抵抗や磁性インダクタン
スの変化を測定することにより、衝撃を検知することが
できる。

【００２０】また、図８に示すように、連結手段として
は、たとえば剛性を有する金属材料などで連結棒２４を
形成してもよい。この場合、連結棒２４の中間部にコイ
ル状部２６などが形成され、連結棒２４にスプリング性
が与えられる。このように、連結棒２４にスプリング性
を与えることによって、連結棒２４に平行する方向の衝
撃による重り２０の変位が抑えられない。したがって、
全ての方向の衝撃に対して、衝撃センサ１０の感度がほ
ぼ一定となるようにすることができる。

【００２１】さらに、基板１２の形状としては、正３角
形や正４角形など、正多角形状に形成してもよい。この
場合、正多角形の頂点となる部分を支持すれば、基板１
２の中央部から支持部までの距離を等しくすることがで
きる。このように、基板１２の中央部と支持部との距離
を等しくすれば、衝撃に対する基板１２の変形量を最大
にすることができる。したがって、衝撃センサ１０の感
度を良好にすることができる。このような効果を得るた
めには、基板１２を回転対称形にすればよい。たとえ
ば、図９に示すように、基板１２は、等角度で３つの方
向に延びるような形状であってもよい。もちろん、基板
１２の中央部と端部との距離が全て等しい円板状である
ことが、基板１２の形状としては最適である。

【００２２】また、衝撃によって基板１２が変形しやす
いように、基板１２に複数の孔を形成してもよい。ま
た、円板状の基板１２の内側に、たとえば渦巻状の孔を
形成すれば、小さい衝撃でも基板１２が大きく変形し、
大きい出力信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の衝撃センサの一例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示す衝撃センサの断面図である。

【図３】図１に示す衝撃センサをケースに収納した状態
を示す図解図である。

【図４】図１に示す衝撃センサにおいて、基板に平行な
衝撃が加わったときの状態を示す図解図である。

【図５】図１に示す衝撃センサにおいて、基板に直交す
る衝撃が加わったときの状態を示す図解図である。

【図６】この発明の衝撃センサの他の例を示す断面図で
ある。

【図７】この発明の衝撃センサのさらに他の例を示す断
面図である。

【図８】この発明の衝撃センサの別の例を示す斜視図で
ある。

【図９】この発明の衝撃センサに用いられる基板の変形
例を示す平面図である。

【符号の説明】

１０衝撃センサ１２基板１４圧電素子２０重り２２連結糸２４コイル状部４２強誘電薄膜４６検出素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板、前記基板の変形を検出するための検出手段、前記基板の中央部と前記基板の中心線上に固定される連
結手段、および前記連結手段のほぼ中央部に配置される
重りを含む、衝撃センサ。
【請求項２】前記連結手段は柔軟性を有する線状材で
ある、請求項１に記載の衝撃センサ。
【請求項３】前記連結手段は剛性を有する棒状材であ
り、前記棒状材にスプリング性が与えられた、請求項１
に記載の衝撃センサ。
【請求項４】前記検出手段は圧電素子である、請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の衝撃センサ。
【請求項５】前記検出手段は強誘電薄膜を用いた検出
素子である、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の衝撃センサ。
【請求項６】前記検出手段は抵抗薄膜を用いた検出素
子である、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の
衝撃センサ。
【請求項７】前記検出手段は磁性薄膜を用いた検出素
子である、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の
衝撃センサ。
【請求項８】前記基板は圧電体で形成され、かつ前記
検出手段として前記基板に発生する電荷を検出するため
の電極が前記基板の面上に形成された、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の衝撃センサ。
【請求項９】前記基板は回転対称形に形成される、請
求項１ないし請求項８のいずれかに記載の衝撃センサ。
【請求項１０】前記基板は円板状に形成される、請求
項９に記載の衝撃センサ。