JPS5994028A - 接触面圧力分布検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体と固体あるいは固体と粘１体の接触面の圧
力分布を検出する接触回圧力分布検出器であって、特に
車両用内燃機関や補機等の複雑な形状を有する密封用ガ
スケット部等の血圧分布を検出する接触面圧力分布検出
器に関するものである。

圧力検出器としては従来ひずみゲージ式圧力検出器等の
単一圧力検出器や感圧紙が知られているが、単一圧力検
出器を接触面圧力分布の検出に用いる場合には検出器を
多数便用する必要がある上に、圧力の集中を避けるため
に接触面内に埋め込ま々ければならず、手間を要し、か
つコストも高い。さらに、検出器を埋め込むことにより
接触面の弾性率が変化するから接触圧を正確に検出でき
ない。

感圧紙では上記のような問題はないが、圧力の大きさを
色の濃淡の差で表示するものであるから、圧力の定量的
な把握が困難であり、しかも最大圧力を示すのみで、圧
力の経時変化は測定不可能である。

本発明はト記従来の圧力検出器の問題点に鑑み、接触面
圧力分布を正確に測定できるとともに、その経時変化の
測定も可能で、かつ製作および取扱い容易な接触面圧力
分布検出器を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の接触面圧力分布検出器は挟圧するこ
とにより両面間に電圧を生じる圧電体シートを使用し、
圧電体シートの対向する両面に電極を設け、これら電極
の少なくとも一方は複数に分割するとともに、上記各電
極には上記発生電圧を圧電体シート外へ取り出すリード
線を接続し、さらに圧電体シート全体をシート面に平行
な表面を形成するように絶縁物でコーティングした構造
を有する。

以下、本発明を図示の実施例により説明する。

第１図、第２図は本発明の第１の実施例な示すもので、
第１図は圧力分布検出器１の平面図、第２図は検出器ｌ
を固体の接触面間に挿置した状縣を示す図である。１１
は高分子圧電体シートで、ポリビニリデンシアノイドあ
るいはポリビニリデンフロライド（ポリフッ化ビニリデ
ン）等を使用する。圧電体シート１１の形状は圧力を検
出すべき接触■の形状に応じて煎択し、本実施例ではほ
ぼ正方形状としである。圧電体シート１１の上田１には
蒸着によりほぼ等間隔に分布する正方形状のアルミｍＷ
圧取出用電極（以下、上面電極という）１２が多数形成
しである。

上記上面電極１２のＩ！！ｌｃ！置および形状は測定対
象に応じて選ぶ。

圧電体シート１１には各辺に沿ってアルミ製の端子用ｖ
Ｉｔ極１４が同じく蒸着により形成しである。電極１４
は上記上面電極１２と対応して同数形成してあり、各電
極１２．１４間はアルミ製リード線１５にて接続しであ
る。このリード線１５の面積は上面電極１２に比して充
分小さくしておく。リード線１５は電極１２．１４とと
もに蒸着により同時形成する。また上記各軍ｆＭ１４に
は圧電体シー）１１外へ延びる銅製のリード線１６の一
端が接続しである。

一方、圧電体シート１１の下面には一面に電極１３（以
下、下面？！極という）が蒸渚形成してあり、上記上面
電極１２と対向せしめて共通のアース側電極としである
。下面電極１３には同じく銅製のリード線１’７の一端
が接続しである。

このように、″Ｋｌ舅１２．１３．１４およびリード線
１５を形成した圧電体シー）１１は全体を絶縁性樹脂１
日でコーティングする。この時コーティング而が圧電体
シート１１のシート面と平行になるように一様にコーテ
ィングする。

以上のように構成した圧力分布検出器１を第２図の如く
測定対象部材Ａ、Ｂ間に挿置する。

この時、端子用電極１４に電圧力！生じないように、電
極１４の形成部は部材Ａ、Ｂ間に位置せしめなしように
する。両部材Ａ、Ｂを圧接すると、圧電体シート１１は
印加された圧力に応じてシート１１の各部が厚さ方向に
ひずみ、このひずみ麓に比例した電圧が各電極１２に現
オフれる。この時、リード線１５にも電圧カニ現われる
が、リード線１５の面積は小さくしである≠λら、出力
の誤差は小さく抑えられる。

第３図に上記倣触面圧力分布検出Ｍｌ　ｌの出カイＷ号
処理Ｖ７．テムを例示する。図中２はスキャナで、圧力
分布検出器１の各端イー用電極１４（第１図参照）とリ
ード線１６にて接続されている。３は高人力インピーダ
ンスの増幅“、４はＡ／Ｄコンバータ、５は第１インタ
ーフェース回路、６は演算回路、７は第２インターフェ
ース回路、８はＤ／Ａコンノ（−タ、９はＣＲＴディス
プレイ装置である。

上記スキャナ２は演算回路６より第１インターフェース
回路５を介して出力されるスキャン信号５ａに従って端
子用型１ｔＭｘ４を順次選択し増幅器３に接続する。こ
れＫより、接触圧力に応じて各上面ｗＬ極に現われた電
圧は順次増幅器３に入力される。この増幅器３は高入力
インビーダンヌであるから、上面電極１２からの電流の
流入がほとんどなく、ｍ極１２に生じた電荷は失なわれ
ない。したがって、圧力を取り去れば新たに生じる逆極
性の電荷により上記電荷は全て相殺されて残留電圧を生
じない。

Ａ／Ｄコンバータ４は増幅器３で増幅された電圧信号を
デジタル値に変換し、変換終了時に信号４ａを究する。

そして、この信号４ａのタイミングで出力データは演算
回路６に入力される。

第４図に演算回路６における信号処理フローチャートを
示す。

以下、フローチャートにしたがって圧力分布検出器１の
出力信号の処理手順を説明する。なお、検出器ｌの電極
１２．１４（第１図参照）はそれぞれｎ個あるものとす
る。

ステップ６１でカウント用変数１を０にし、ステップ６
２にてヌキャン信号５ａを発してカウント値０に対応し
た１番目の端子用電極１４を選択する。

ステップ６３でＦｉ、Ａ／Ｄ変換器４からの変換終了信
号４ａ（第３図参照）の有無を判断し、信号４ａが有れ
ば、ステップ６４にて選択された電極１４からの電圧デ
ータＫを読み込み、対応するメモリＡ　（ｉ）に記憶す
る。−同時にカウント用寂数１−Ｋｌを加える。

ステップ６５ではカウント変数１の値がｎがどうか、す
なわち、ｎ番目の電極１４まで各発生電圧データＫを読
み込んだがどうかを判定し、Ｎｏであればステップ６６
にて次番の電極１４を選択する。

ｎ個の電極１４の全てＫついて電圧値の読み込みが終了
した場合にはステップ６７にてｌＩＦ目からｎ番目のす
べての電圧値に対して定数Ｚを乗じて圧力値Ｆ（１）を
算出する。

そして、ステップ６８にて上記算出した圧力値Ｆ　（ｉ
）と、これに対応するｉｌｉ：［１４すなわち上面電極
１２の位置信号をディスプレイ装置９に出力し、装置９
七に高さ方向を圧力値として３次元座標表示する。

このようにして、圧力検出器１で測定した接触向の各部
位の圧力はディスプレイ９上に即座に表示され、正確に
！！Ｘ触面の圧力分布を知ることができるとともに、各
種条件下での圧力分布の経時変化をも知ることができ、
これによシ、ガスケット部における洩れの発生し易い部
位禁確認して、ガスケットの形状あるいは締め付はポル
トの位置等を正確に決定することができる。

本発明の圧力検出器は高分子圧電体シートを用いたから
、接触面の凹凸になじみ、取り扱いが容易であるととも
に、正確な圧力分布測定が可能である。

またリード線１５は電極１２．１４とともにパターン化
して蒸着するようにしたので、製作工程が簡略化できる
。

かくの如く、上記実施例の圧力検出器は高分子圧電体シ
ートの両面に電極を形成し、一方の面の電極を複数に分
割したもので、接触面の圧力分布とその経時変化を正確
に測定でき、しかも製作および取扱いが容易である。

第５図は本発明の第２の実施例を示すもので、高分子圧
電体シート１１の上面電極１２にはそれぞれシート１１
外に延びる各リード線１６の一端が直接接続しである。

上記リード線１６は圧電体シート１１に触れないように
、コーティングされた絶縁性樹脂１８内を配線しである
。

これによっても、第１の実施例と同様の効果を生じる上
に、第１の実施例におけるリード線１５による嫂差電圧
が除去される。

第６図は本発明の第３の実施例を７１りずもので、高分
子圧ｉｊ体フシ−１１の下面電極１３を上面％　極１２
と対応せしめて分割するとともに、下面に端子用″電極
２０を新たに設け、”電極１３．２０間をリード線１９
で結んである。電ｔ’Ｍ２゜には外部に延びるリード線
１７が接続しである。

そして、上記各一対の電極１２．１３聞に生じた電圧を
差動アンプに入力すれば、第１の実施例に比してノイズ
及びドリフトを除去する上で有利である。

第７図は本発明の第４の実施例を示すもので、第３の実
施例における上下面電極１２．１３にそれぞれシート１
１外に延びる各リード線１６．１７の一端が直接接続さ
れ、各リード線１６．１７は圧電体シート１１に触れな
いように、コーティングされた絶縁性ｍ脂１Ｂ内を配線
しである。これにより、第３の実施例における効果に加
えて、さらに、リード線１５．１９による誤差電圧も除
去される。

なお、上記実施例では圧電体シートとして高分子単体の
シートを使用したが、例えばポリフッ化ビニリデンとチ
タン酸ジルコン鉛を混合した、いわゆる高分子複合動圧
電体シートを使用しても艮い。

また、電極およびリード線の形成方法は蒸着に限らず、
箔状金属を導電性接着剤で１はりつける方法でも良い。

さらに、複数形成する電圧取出用電極の形状は異ならし
めても良く、この場合には第４図に示すフローチャート
において、電圧を圧力に換算する定数Ｚの値を各電極毎
に変えて補正する。

以上の如く、本発明の接触面圧力分布検出器は圧電体Ｖ
−）の両面に電極を形成するとともに、少なくとも一方
の電極を複数に分割することにより、物体の接触面の圧
力分布を簡単かつ正確に測定することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図は圧力検出器の全体平面図、第２図は圧力検
出器を接触面間に挿置した全体＠【６１図、第３図は出
力信号処理システムのブロック図、第４図は龜演算回路
の信号処理フローチャートであり、第５図ないし第７図
は本発明の第２ないし第４の実施例を示す検出器の全体
断面図である。 １・・・・・・接触面圧力分布検出器 １１・・・・・・圧電体シート １２．１３，１４．２０・・・・・・電極１５．１６．
ｌ’７．１９・・・・・・リード線１８・・・・・・絶
縁性樹脂 代理人　弁理士　伊　藤求　馬 第１図 １日 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）厚さ方向に作用する圧縮圧力に比例して厚さ方向
   に電圧を発生する圧電体シートの対向する両面に電極を
   設け、上記電極の少なくとも一方は複数に分割するとと
   もに、各電極には発生電圧を圧゛醒体シート外へ取り出
   すリード線を接続し、上記圧電体シートは全体を絶縁物
   でコーティングして、上記コーテイング面を圧電体シー
   ト而と平行に形成したことを特徴とする接触面圧力分布
   検出器。
2. （２）上記１ｆ極は一方の面のみを複数に分割形成した
   特許請求の範囲第１項記載の接触面圧力分布検出器。
3. （３）上記″電極は両面を複数に分Ｉ１１形成し、圧電
   体シートを介して両面の電極が対をなすようにした特許
   請求の範囲第１項記載の接触面圧力分布検出器。
4. （４）上記リード線は圧電体シートに密着配線した特許
   請求の範囲第１項記載の接触面圧力分布検出器。
5. （５）　　上記リード線は圧電体シートと隔離して配線
   した特許請求の範囲第１項記載の接触面圧力分布検出器
   。