KR19980025971A - 충격방향 감지센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작동의 방향성을 제거하여 다방향의 충격을 감지할 뿐 아니라 충격의 방향도 인식할 수 있는 충격방향 감지 센서를 제공한다.

그 충격방향 감지 센서는 절연성 재질로 된 밀폐형 구조의 케이싱(10); 상기 케이싱(10)의 내주면 상에 일정한 절연체(18a)를 유지하며 장착되고, 소정의 전기저항을 지니는 도전성 재질의 저항체(18); 상기 케이싱(10) 내부에 베어링(16)을 개재하여 회전 가능하게 장착되는 로터축(14); 상기 로터축(14)에 고정되고, 상기 저항체(18)와 일정한 간격을 유지하는 로터(11); 상기 로터(11)의 외주면에서 대향하는 위치에 각각 고정되고, 상기 저항체(18)와 항시 접촉되는 접점판(13); 상기 로터(11)의 회전 중심에서 이격된 지점에 설치되는 편심추(12); 그리고 일단 및 타단이 각각 케이싱(10) 및 로터(11)에 연결되고, 그 사이에서 탄성력을 작용하는 스파이럴 구조의 판스프링(15)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 작동의 방향성이 제거되고 다방향의 충격으로 작동하여 그 충격방향을 인식할 수 있는 효과가 있다.

Description

충격방향 감지센서

본 발명은 충격 감지센서에 관한 것으로서, 특히 각종 기계장치에서 다방향의 충격에 따른 감속도에 용이하게 작동되어 소정의 신호를 발생하기 위해 판스스링을 적용한 회전구조로 하여 충격 작용방향을 판단할 수 있는 충격방향 감지 센서에 관한 것이다.

일반적으로, 충격량의 기계적인 검출에는 소정의 질량을 지닌 질량체 및 소정의 탄성력을 지닌 스프링을 조합한 스프링-질량 센서가 사용되고 있는데, 외부의 충격량이 센서에 전달되면 스프링의 전방에 설치되는 질량체가 감속도 운동을 시작하여 그 상대적 위치의 변화가 발생된다.

이러한 상대 위치의 변화는 충격에 따른 감속도의 크기에 비례하는 소정의 전기적 물리량(예컨대 저항치)으로 변환되어 각종 기계장치의 제어회로에 보내지거나, 임계충격에서 입력측 및 출력측의 회로를 연결시킨다.

예를 들어 자동차의 에어백 시스템에 사용되는 기계식 또는 반도체식 충격센서는 자동차 충돌에 따른 감속도를 검출하여 ECU(electrical control unit)에 입력하고, ECU는 그 입력을 이용하여 에어백을 전개하는 상황인지를 판단한다.

한편, 충격의 기계적인 검출수단으로 사용되는 스프링-질량 방식의 센서는 실리콘 기판상에 피에조 저항·앰프·필터 등을 하나의 회로로 집적시킨 반도체식 센서에 비해 노이즈에 의한 영향을 받지 않는 장점이 있다.

그러나, 이러한 스프링-질량 방식의 기계적인 센서는 코일스프링에 의한 직선운동을 이용하므로, 좌우측 방향(운동방향과 직각)으로 충격이 가해지면 충격량의 정확한 판단이 곤란한 단점이 있다.

또, 좌우측 방향(운동방향과 직각)으로 충격이 가해지면 좌측 또는 우측 중에서 어느 방향으로 부터의 충격인지 판단하기 어렵다.

또, 코일 스프링은 진동이 유발되기 쉬우므로 그다지 높은 정밀도를 보장하기 어려울 뿐 아니라 댐핑 오일을 사용하여 진동을 댐핑하는 별도의 장치구성을 필요로 하는 단점이 있다.

또, 코일스프링은 충격센서의 생산과정으로부터 사용과정에 이르기까지 비교적 약한 충격에도 항상 진동에 의한 영향을 받고, 스프링특성 변형이 용이하여 불량발생이 높은 결점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 스프링-질량 방식을 기본적인 시스템으로 하는 기계식 충격센서에 있어서 작동의 방향성을 제거하여 다방향의 충격을 감지할 뿐 아니라 충격의 방향도 인식할 수 있는 충격방향 감지 센서를 제공한다.

또, 충격 감지외에 진동에 의한 영향을 적게 받아 비교적 안정적인 충격 검출이 가능하도록 한다.

도면은 본 발명의 한 실시예를 나타낸 것으로서,

도1은 센서의 내부를 부분단면으로 나타내는 구조도,

도2는 도1의 작동 상태를 나타내는 평면도,

도3은 도1 및 도2의 신호처리를 위한 배선을 나타내는 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 케이싱11 : 로터

12 : 편심추13 : 접점스위치

14 : 로터축15 : 판스프링

16 : 베어링17 : 지지볼트

18 : 저항체18a : 절연체

21 : 저항측정기22 : 변환기

La, Lb, Lc : 리드선

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 스프링-질량 방식을 기본적인 시스템으로 하는 기계식 충격센서에 있어서: 절연성 재질로 된 밀폐형 구조의 케이싱(10); 상기 케이싱(10)의 내주면 상에 일정한 절연체(18a)를 유지하며 장착되고, 소정의 전기저항을 지니는 도전성 재질의 저항체(18); 상기 케이싱(10) 내부에 베어링(16)을 개재하여 회전 가능하게 장착되는 로터축(14); 상기 로터축(14)에 고정되고, 상기 저항체(18)와 일정한 간격을 유지하는 로터(11); 상기 로터(11)의 외주면에서 대향하는 위치에 각각 고정되고, 상기 저항체(18)와 항시 접촉되는 접점판(13); 상기 로터(11)의 회전 중심에서 이격된 지점에 설치되는 편심추(12); 그리고 일단 및 타단이 각각 케이싱(10) 및 로터(11)에 연결되고, 그 사이에서 탄성력을 작용하는 스파이럴 구조의 판스프링(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격방향 감지 센서를 제공한다.

이때, 상기 로터(11)는 알루미늄 등 밀도가 낮은 금속을 사용하고, 상기 편심추(12)는 이보다 밀도가 높은 금속을 사용한다.

또, 상기 접점판(13)은 양단부의 고정홀에서 지지볼트(17)로 고정하되, 한 쪽의 고정홀은 장공(長孔)으로 형성한다.

또, 상기 편심추(12)는 상기 접점판(13)들이 형성하는 절연체(18a) 방향으로 설치되어, 좌우측의 충격에 감응하면서 각각의 저항체(18)의 일단에 연결되는 리드선(La)(Lb)에서 저항치가 변화한다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.

도1은 센서의 내부를 부분단면으로 나타내는 구조도가 도시된다.

본 발명은 스프링-질량 방식을 기본적인 시스템으로 하는 기계식 충격센서에서, 다방향의 충격에 감응하도록 절연성 재질로 된 밀폐형의 케이싱(10) 내부에 회전부를 설치하는 구조로 한다. 케이싱(10)은 회전부를 장착하기 용이하도록 일면에 장탈착가능한 커버(도시 생략)를 형성한다.

회전부는 로터(11)·편심추(12)·로터축(14)·접점판(13) 등으로 구성되고, 저항체(18) 등의 고정부에 대해 상대운동을 한다.

상기 케이싱(10)의 내주면 상에 일정한 절연체(18a)를 유지하며 저항체(18)를 장착한다. 저항체(18)는 소정의 전기저항을 지니는 도전성 재질로서, 절연체(18a)에 의해 전기적으로 양분되는 구조이다. 저항체(18)의 내면은 미끄럼접촉이 일어나는 부분이므로 그 표면을 매끄럽게 형성한다.

상기 케이싱(10) 내부에 베어링(16)을 개재하여 로터축(14)을 회전 가능하게 장착한다. 베어링(16)은 상하로 레이디얼 방식을 적용하거나, 한 쪽은 레이디얼 방식 다른쪽은 스러스트 방식을 적용한다.

본 발명의 경우 로터(11)를 포함한 회전부의 중량이 크지 않으므로 상하로 레이디얼 방식을 적용하는 것도 무관하나, 레이디얼 방식을 적용할 경우 로터축(14)에는 단을 형성하여 로터축(14)이 축방향으로 요동하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 로터축(14)에는 로터(11)가 케이싱(10)과 일정한 간격을 유지하고 고정되고, 로터(11)의 외주면에는 한 쌍의 접점판(13)이 접합된다. 접점판(13)은 도시에서 나타낸 바와 같이 저항체(18)와 접촉한다.

상기 로터(11)의 회전 중심에서 이격된 지점에는 편심추(12)가 설치된다. 편심추(12)는 로터(11)에 작용되는 충격력으로 로터(11)의 회전이 용이하도록 로터(11)의 무게중심을 편심시킨다.

따라서, 상기 로터(11)는 알루미늄 등 밀도가 낮은 금속을 사용하고, 상기 편심추(12)는 이보다 밀도가 높은 금속을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 케이싱(10) 및 로터(11) 사이에는 판스프링(15)의 일단 및 타단이 연결된다. 판스프링(15)는 스파이럴 구조로 되고, 케이싱(10) 및 로터(11) 사이에 탄성력을 작용하여 로터(11)가 소정치 이상의 충격을 받기 전까지는 로터(11)가 회전되는 것을 방지한다.

한편, 종래의 코일스프링은 충격센서의 생산과정으로 부터 자동차 등에 장착되는 사용과정에 이르기까지 발생할 수 있는 비교적 약한 충격에도 항상 진동에 의한 영향을 받아 스프링력이 열화되지만, 판스프링은 이러한 진동의 영향을 적게 받는다.

도2는 도1의 작동 상태를 나타내는 평면도가 도시된다.

편심추(12)는 도시에는 없으나 나사식으로 형성하여 로터(11)에 장탈착 가능하도록 한다. 이러한 편심추(12)는 다른 부품과 간섭되지 않도록 하기 위해 머리없는 잠금나사 형식을 택한다.

상기 편심추(12)는 상기 접점판(13)들이 형성하는 절연체(18a) 방향으로 설치하여, 좌우측의 충격에 감응하면서 각각의 저항체(18)의 일단에 연결되는 리드선(La)(Lb)에서 저항치가 변화하도록 한다.

접점판(13)은 양단부의 고정홀에서 지지볼트(17)로 고정하되, 한 쪽의 고정홀은 장공(長孔)으로 형성한다. 장공(長孔)은 도1에서 명확히 나타난 바와 같이 접점판(13)을 구속하지 않으므로, 주위 온도 변화 등에 의해 접점판(13)에 작용하는 가압력이 변화되어도 저항체(18)와의 미끄럼운동 저항력은 일정하게 유지된다.

로터축(14)에 연결되는 리드선(Lc)은 각 저항체(18)의 일단과 연결되는 각각의 리드선(La)(Lb)과 전기적으로 연결된 상태이다. 즉, 로터축(14)의 일단에서 로터(11)를 지나 저항체(18)로 통전되는데, 접점판(13)의 회전 위치에 따라 각 리드선(La)(Lb)에서의 저항치가 변화한다.

접점판(13)이 각 리드선(La)(Lb)으로 부터 멀어질수록 저항체(18)의 도전 길이가 늘어나므로 저항치가 증가하고, 접점판(13)이 각 리드선(La)(Lb)으로 부터 가까워질수록 저항체(18)의 도전 길이가 줄어드므로 저항치가 감소한다.

예컨대, 절연체(18a)를 전방으로(편심추(12)는 후방으로) 둔 상태에서, 우측으로 충격력을 받으면 편심추(12)의 관성력이 반작용으로 작용하여 로터(11)가 반시계방향으로 회전하면서 Lc-La 간 저항값 및 Lc-Lb 간 저항값이 증가한다.

반면 좌측으로 충격력을 받으면 로터(11)가 시계방향으로 회전하면서 Lc-Lb간 저항값 및 Lc-Lb 간 저항값이 감소한다.

소정의 전기저항을 지니는 도전성 재질의 저항체(18)는 이러한 위치 변화에 대응하여 비례적인 출력을 나타내기 용이한 저항값으로 선정한다.

전술한 바와 같이 종래의 충격센서는 스프링-질량 방식의 기계적인 센서로서 코일 스프링에 의한 직선운동을 이용하므로 운동방향과 직각으로 충격이 가해지면 작동의 신뢰도가 저하되나, 본 발명에서는 편심추(12)의 회전운동을 이용하므로 그러한 문제점이 해소된다.

이때, 판스프링(15)의 스프링력 및 편심추(12)의 질량을 적절히 조절하면 스위치의 작동조건을 달리할 수 있고, 사용 용도에 맞는 다방향 감지 충격센서가 실현될 수 있다.

예컨대, 자동차 에어백 장치에 사용하는 경우에 있어서 에어백을 작동하는 감속도치를 17g(g는 중력 가속도)이라 하면, 이 값에 이를 때 로터(11)가 일방향으로 이동을 계속하면서 양쪽의 접점판(13)이 저항체(18) 상에서 접촉하는 위치를 변경할 수 있도록 하는 스프링력-질량을 선정한다.

도3은 도1 및 도2의 신호처리를 위한 배선을 나타내는 블럭도가 도시된다.

출력은 변환기(22)의 입력측으로 연결한다.

저항측정기(21)에서 Lc-La 간 저항값 및 Lc-Lb 간 저항값이 증가하는지 감소하는지를 판단하면 충격의 방향을 인식할 수 있고, 그 저항값의 크기를 변환기(22)에서 소정의 디지털값으로 변환하면 마이컴제어도 가능하다.

따라서, 본 발명이 자동차에 에어백 시스템에 사용되는 경우 어느 방향에서나 자동차 충돌에 따른 감속도에 감응하여 마이컴 제어되는 ECU(electrical control unit)(도시 생략)에 입력하고, ECU는 그 입력을 이용하여 충돌이 일어난 방향의 에어백을 더욱 신속히 전개하는 등 다양한 동작 플로우를 진행할 수 있다.

또, 마이컴 제어에 의해 충격량에 관한 데이터를 디스플레이 상에 표시할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 다방향 감지 충격센서는 스프링-질량 방식을 기본적인 시스템으로 하는 기계식 충격센서에서 판스프링에 의한 회전방식을 채용함으로써, 작동의 방향성이 제거되고 다방향의 충격으로 작동하여 그 충격 방향을 인식할 수 있는 효과가 있다.

또, 판스프링 구조로 함으로써 진동에 의한 영향을 받지 않아 작동 신뢰성을 보장하고 충격 작동의 정밀도를 제고하는 효과가 있다.

본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (4)

1. 스프링-질량 방식을 기본적인 시스템으로 하는 기계식 충격센서에 있어서:

   절연성 재질로 된 밀폐형 구조의 케이싱(10);

   상기 케이싱(10)의 내주면 상에 일정한 절연체(18a)를 유지하며 장착되고, 소정의 전기저항을 지니는 도전성 재질의 저항체(18);

   상기 케이싱(10) 내부에 베어링(16)을 개재하여 회전 가능하게 장착되는 로터축(14);

   상기 로터축(14)에 고정되고, 상기 저항체(18)와 일정한 간격을 유지하는 로터(11);

   상기 로터(11)의 외주면에서 대향하는 위치에 각각 고정되고, 상기 저항체(18)와 항시 접촉되는 접점판(13);

   상기 로터(11)의 회전 중심에서 이격된 지점에 설치되는 편심추(12); 그리고 일단 및 타단이 각각 케이싱(10) 및 로터(11)에 연결되고, 그 사이에서 탄성력을 작용하는 스파이럴 구조의 판스프링(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격방향 감지 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 로터(11)는 알루미늄 등 밀도가 낮은 금속을 사용하고, 상기 편심추(12)는 이보다 밀도가 높은 금속을 사용하는 것을 특징으로 하는 충격방향 감지 센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 접점판(13)은 양단부의 고정홀에서 지지볼트(17)로 고정하되, 한 쪽의 고정홀은 장공(長孔)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 충격방향 감지센서.
4. 제1항에 있어서, 상기 편심추(12)는 상기 접점판(13)들이 형성하는 절연체(18a) 방향으로 설치되어, 좌우측의 충격에 감응하면서 각각의 저항체(18)의 일단에 연결되는 리드선(La)(Lb)에서 저항치가 변화하는 것을 특징으로 하는 충격방향 감지 센서.