KR20070050476A - 케이블 형상 압전소자를 이용한 진동검지 센서 및 압력감지스위치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 정확한 진동의 검출과 측정을 요하는 각종 기기와 각종 분야에 응용 가능한 진동검지 센서를 제공하는 것이다. 진동검지 센서(100)는 기판(2)과, 이 기판(2)에 적어도 일단에서 직접 접속되는 케이블 형상 압전소자(1)를 구비한다. 케이블 형상 압전소자(1)는 그 지름 방향을 따라, 중심 전극(3)과, 그 둘레에 배치되는 압전부재(5)와, 그 둘레에 배치되는 외부 전극(7), 및 그 둘레에 배치되는 피복층(9)을 구비한다.
진동검지 센서, 기판, 케이블 형상 압전소자, 중심 전극, 압전부재, 외부 전극, 피복층
Description
본 발명은 케이블 형상 압전소자를 이용한 진동검지 센서 및 압력감지 스위치에 관한 것이다.
지금까지 지진을 검출하기 위한 지진 감지기(seismoscope)나 압력감지 센서(pressure-sensitive sensor)로서 다양한 진동검지기가 알려져 있다. 이들 진동검지기에 있어서, 소정의 압전소자를 이용하는 것으로 이미 알려져 있다.
예를 들어, 일본국 특허공개번호 제2001-108516호의 공보는 요동 가능한 상태로 인쇄기판 상에 직립하게 설치되는 압전소자를 갖는 진동검지 센서를 개시하고 있다.
상술한 압전소자는 외부로부터 진동이 가해지면 변형되고, 그 외주면에 장착되는 두 개의 전극 간에 발생한 전압의 고저에 기초하여 진도(seismic intensity)를 산출하는 것이다.
또한, 종래 다양한 용도로 이용되고 있는 스위치로서, 예를 들어 도 51에 도시된 마이크로스위치(microswitch)가 알려져 있다(예를 들어, 일본국 특허공개번호 제2000-215751호의 공보 참조).
마이크로스위치(1001)의 레버(1002)에 누름 압력(pushing pressure)이 작용했을 때, 레버(1002)가 누름 버튼(1003)의 위치에 도달한다. 만약 레버(1002)에 의해 누름 버튼(1003)에 가해지는 누름 압력이 이 누름 버튼(1003)을 가동시키기에 충분하다면, 가동 단자(1004)가 접점(1005)과 접촉하여 스위치가 ON되도록 하는 것이다.
또한, 종래 지진을 검출하기 위한 지진 감지기나 전기 기구 등에 이용되는 압력감지 소자로서, 다양한 진동검지기가 알려져 있다. 이들 진동검지기에 있어서, 소정의 압전소자를 이용하는 진동검지기가 알려져 있다.
예를 들어, 일본국 특허공개번호 평11-064096호의 공보는 동축 압전소자가, 그 일단은 고정되고 그 타단은 진동 감지소자와 함께 제공되는 가운데, 소용돌이 형상으로 설치되는 지진 감지기를 개시하고 있다.
또한, 일본국 특허공개번호 평 11-160169호의 공보는, 압전소자로 이루어지는 압력감지체가 내부 전극의 외측에 동심으로 설치되고, 압력감지체의 외측이 금속박(metallic foil), 외부 전극 또는 절연재로 피복되는, 압력감지소자를 개시하고 있다.
외부의 물체로부터 신축, 굽힘 등의 힘을 받을 때, 상술한 압전소자는 소정의 전압이 발생하도록 변형된다(압전 효과). 특히, 이 압전소자는 물체의 힘의 작 용에 따른 가속도를 검출하고, 이 가속도에 따른 출력을 발생시킨다. 이와 같은 성질을 이용하여, 압전소자는 지진 감지기나, 압력감지소자와 같이 소정의 응력 또는 압력을 검출하기 위한 센서나, 검출 값에 따라 ON/OFF를 수행하는 스위치 용도로 이용되고 있다.
이와 같은 기존의 압전소자를 이용하는 압력감지소자는 탄성을 가지며, 원하는 형상으로 변형됨과 더불어 소정의 위치에 고정적으로 배치될 수 있다. 고정을 위해, 접착제, 끈(thread), 탄성체, 수지 등을 이용하여 소자를 피배치부(mount section)에 기계적으로 고정하는 방법이 이용된다.
그러나, 상술한 진동감지 센서에서, 압전소자가 인쇄기판 상에 직립하도록 설치되거나, 인쇄기판에 매달리게 된다. 이러한 구성으로 인해, 센서의 장착방향에 대한 자유도에 제한이 따르게 된다. 또한, 소정의 높이를 유지하기 위하여, 이 높이에 대응하는 공간이 확보되어야만 한다. 더군다나, 수평방향의 진동검지에 대한 정밀도에 문제가 있을 것으로 생각된다.
또한, 일본국 특허공개번호 제2000-215751호의 공보에 기재된 마이크로스위치에 있어서, 가동단자(1004)가 접점(1005)과 접촉하도록 하는 것에는 레버(1002) 및 누름 버튼(1003)을 누르기 위한 충분한 누름 압력과 레버(1002)를 누르는데 충분한 스트로크(S: stroke)를 필요로 한다. 레버(1002) 및 누름 버튼(1003)을 누르는데 사용되는 압력이 미소하거나, 레버(1002)를 누르는데 사용되는 스트로크(S)가 짧으면 스위치가 ON되지 않게 된다.
또한, 압력감지소자 자체가 탄성을 갖기 때문에, 가령 소자가 원하는 형상으로 변형됨과 더불어 고정되었을 때, 소자는 원래의 형상으로 회복하려는 성질(잔존 형상 회복성)을 여전히 지니고 있다. 그 때문에, 소정의 힘이 외부로부터 소자에 가해졌을 때, 힘의 작용에 의한 변형으로부터 생기는 출력(올바른 출력)뿐만 아니라, 형상 회복성에 의해 생기는 출력도 생길 수 있다. 이 형상 회복성에 의해 생기는 출력은 변형형상이나 고정방법에 따라 다양한 값을 취할 수 있고, 그 때문에 고정적으로 배치되는 소자의 출력을 안정적으로 얻을 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 장착의 자유도를 확보하면서 높은 정밀도의 진동검지를 가능하게 하는 진동검지 센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 누르는 압력의 강약이나 누르는 스트로크 길이에 관계없이, 작용하는 압력의 가속도에 따른 신호를 출력할 수 있는 압력감지 스위치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 원하는 형상을 달성하면서 안정된 출력을 얻을 수 있는 케이블 형상 압전소자, 및 이 케이블 형상 압전소자 이용하는 진동검지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 진동검지 센서는 기판과, 이 기판의 적어도 일단에 연속적으로 접속되는 케이블 형상 압전소자를 구비한다. 그리고, 이 케이블 형상 압전소자는, 그 지름 방향을 따라, 중심 전극(core electrode)과, 이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와, 이 압전부재 둘레에 배치되는 외부 전극, 및 이 외부 전극 둘레에 배치되는 피복층을 구비한다.
케이블 형상 압전소자는 만곡부(bend section)를 갖도록 형성되며, 또한 적어도 그 일부에 무게추가 고정될 수 있을 것이다.
케이블 형상 압전소자는, 기판의 주평면(main plane)에 실질적으로 평행한 평면 내에서 거의 원형이 되도록 만곡될 수 있고, 기판에 고정되는 그의 고정단 반대측의 그의 개방단에 고정되는 무게추를 구비할 수도 있다.
또한, 케이블 형상 압전소자는, 그 양단부가 서로 거의 평행하게 배치되도록 하는 가운데, 기판에 접속될 수 있으며, 양단부 사이의 중간부는 거의 원형으로 형성될 수 있다.
또한, 케이블 형상 압전소자는 코일 형상으로 형성될 수 있으며, 기판에 거의 수직으로 설치될 수 있다. 한편, 케이블 형상 압전소자는 코일 형상으로 형성될 수 있으며, 기판에서 멀어짐에 따라 코일의 지름이 확대되도록 기판으로부터 연장될 수도 있다.
한편, 통공이 기판에 형성될 수 있으며, 이 통공 내에서 케이블 형상 압전소자가 기판의 주평면과 실질적으로 평행하게 되도록 기판에 접속되고, 기판에 고정되는 케이블 형상 압전소자의 고정단 반대측의 케이블 형상 압전소자의 개방단에 무게추가 고정될 수도 있다. 선택적으로, 케이블 형상 소자가 거의 U자 형상으로 만곡되고, 이 케이블 형상 소자는 그 양단부를 통해 기판에 고정될 수도 있다.
기판 및 케이블 형상 압전소자는 소정의 케이스체에 수납될 수 있을 것이다.
또한, 케이블 형상 압전소자는, 케이블 형상 압전소자가 아래쪽으로 연장되도록 기판의 하면에 매달리게, 기판에 접속될 수도 있다.
케이블 형상 압전소자는 형상유지특성을 갖도록 할 수 있다. 압전부재는 수지 및 압전 세라믹을 포함할 수 있다.
본 발명의 진동검지 센서는 지진 감지기, 유량 계측기, 전동 카트(motor-driven buggy), 전동 휠체어 등의 용도로 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 압전 세라믹 분말 및 수지계 재료로 형성되는 압전소자 구조를 갖는 압전 케이블을 포함하는 압력감지 스위치에 관한 것이다. 상기 압전 케이블의 적어도 일부는 지지면으로부터 돌출하게 되고, 이 돌출 부분은 만곡부로 만곡되며, 또한 제어회로가 상기 압전 케이블의 기단부(base end portion)에 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압전 케이블의 상기 만곡부와 상기 지지면 사이에 틈(clearance)이 제공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압전 케이블의 상기 만곡부가 단일 곡률로 만곡되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 압전 케이블의 선단부(leading end portion)를 고정하기 위한 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 케이블 형상 압전소자는 형상유지특성을 가지며, 그 지름 방향을 따라, 적어도 중심 전극과, 이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와, 이 압전부재 둘레에 배치되는 외부 전극, 및 이 외부 전극 둘레에 배치되는 피복층을 포함한다.
또한, 본 발명의 케이블 형상 압전소자는, 그 지름 방향을 따라, 중심 전극과, 이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와, 이 압전부재 둘레에 배치되는 외부 전극과, 이 외부 전극 둘레에 배치되는 피복층을 구비한다. 또한, 케이블 형상 압전소자는, 그 지름 방향에서 외부 전극과 피복층 사이에 배치되고, 케이블 형상 압전소자를 소정 형상으로 유지하는 형상유지 부재를 더 구비한다.
형상유지 부재는 판 스프링 또는 코일 스프링 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 케이블 형상 압전소자는 그 지름 방향을 따라, 중심 전극과, 이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와, 이 압전부재 둘레에 배치되는 외부 전극과, 이 외부 전극 둘레에 배치되는 피복층을 구비한다. 그리고 중심 전극은 케이블 형상 압전소자를 소정 형상으로 유지하는 형상유지특성을 구비한다. 중심 전극은 형상기억합금으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 케이블 형상 압전소자는 그 지름 방향을 따라, 중심 전극과, 이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와, 이 압전부재 둘레에 배치되는 외부 전극과, 이 외부 전극 둘레에 배치되는 피복층을 구비한다. 그리고 피복층은 케이블 형상 압전소자를 소정 형상으로 유지하는 형상유지특성을 구비한다. 피복층은 열수축 튜브로 형성될 수 있다.
상술한 케이블 형상 압전소자에 있어서, 압전부재는 수지와 압전 세라믹으로 형성될 수 있다. 또한, 소정 형상은 코일 형상, 원 형상, 호(弧) 형상, 주름 형상 및 소용돌이 형상 중 적어도 하나 일 것이다.
또한, 상술한 케이블 형상 압전소자와, 이 케이블 형상 압전소자로부터의 출력신호를 검출하는 제어회로를 조합으로, 진동검지 센서가 제조될 수 있다.
또한, 상술한 케이블 형상 압전소자를 이용하여, 방범 펜스 또는 간호사 호출(nurse call) 스위치가 제조될 수 있다.
본 발명의 진동검지 센서는 다양한 형상을 채용할 수 있는 소정의 케이블 형상 압전소자를 이용한다. 그 때문에, 장착방향, 장착장소, 장착공간 등에 의해 제한되지 않고, 높은 자유도를 보이는 장착방법이 확보될 수 있다. 따라서, 센서를 이용하는 기기의 설계 자유도 또한 높일 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 진동검지 센서는, 미리 진동 방향을 치밀하게 특정하지 않고도, 고 정밀도 검지를 가능하게 한다.
또한 본 발명에 따르면, 지지면으로부터 돌출하는 압전 케이블의 적어도 일부분은 만곡된다. 따라서, 압전부재의 기계적인 변형의 양이 증가하게 된다. 만곡부에 응력이 작용함에 의해, 누르는 압력의 강약이나 누르는 스트로크 길이에 따라, 누르는 압력이 약하거나, 스트로크가 짧은 경우에도, 작용하게 되는 압력이 고감도로 검출될 수 있으며, 누르는 압력의 가속도에 따른 신호가 출력될 수 있다.
또한, 압전 케이블의 만곡부와 지지면 사이에 틈이 제공되고, 그로 인해 가압시에 도달되는 압전 케이블의 변위량이 커지도록 할 수 있다. 따라서, 넓은 검출 범위가 확보될 수 있다.
또한, 압전 케이블의 만곡부는 동일한 곡률로 만곡되고, 그로 인해 만곡부 전역에서 감도가 균일하게 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 원하는 형상을 안정적으로 확보할 수 있으면서도 안정적인 출력을 생성할 수 있는 케이블 형상 압전소자와, 이를 이용한 진동검지 센서, 및 케이블 형상 압전소자를 이용한 기타 제품이 제공될 수 있다.
도 1은 형상유지 부재로 코일 스프링을 이용한 케이블 형상 압전소자의 예를 도시한 도면.
도 2는 형상유지 부재로 판 스프링을 이용한 케이블 형상 압전소자의 예를 도시한 도면.
도 3은 중심 전극 및/또는 피복층이 형상유지특성을 갖도록 한 케이블 형상 압전소자의 예를 도시한 도면.
도 4는 케이블 형상 압전소자를 이용한 진동검지 센서 시스템을 도시한 개요도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제7실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 제8실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 제9실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 제10실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 제11실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 제12실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 제13실시예에 따른 진동검지 센서를 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 진동검지 센서를 유량 측정기에 응용한 예를 도시한 도면.
도 19는 본 발명의 진동검지 센서를 전동 카트에 응용한 예를 나타낸 도면.
도 20은 케이블 형상 압전소자가 단부 처리(end processing)되는 예를 도시한 도면.
도 21은 케이블 형상 압전소자를 지지하는 홀더가 기판 상에 설치되는 여러 예를 도시한 도면.
도 22는 기판에 케이블 형상 압전소자를 접속하는 방법을 도시한 도면.
도 23은 기판에 케이블 형상 압전소자를 접속하는 다른 방법을 도시한 도면.
도 24는 케이블 형상 압전소자에 가해지는 하중 및 센서출력 특성을 도시한 그래프.
도 25는 본 발명의 제14실시예에 따른 압력감지 스위치를 도시한 단면도.
도 26은 도 25의 압력감지 스위치를 도시한 사시도.
도 27은 압전 케이블을 도시한 사시도.
도 28은 압전소자 구조를 도시한 단면 사시도.
도 29는 압력감지 스위치에 가해지는 하중 및 신호출력 특성을 도시한 그래프.
도 30은 본 발명의 압력감지 스위치의 변형예를 도시한 단면도.
도 31은 도 30의 압력감지 스위치를 도시한 사시도.
도 32는 본 발명의 압력감지 스위치의 다른 변형예를 도시한 단면도.
도 33은 본 발명의 압력감지 스위치의 또 다른 변형예를 도시한 단면도.
도 34는 본 발명의 압력감지 스위치의 또 다른 변형예를 도시한 단면도.
도 35는 본 발명의 압력감지 스위치의 또 다른 변형예를 도시한 단면도.
도 36은 본 발명의 압력감지 스위치의 또 다른 변형예를 도시한 단면도.
도 37은 도 36의 압력감지 스위치를 도시한 사시도.
도 38은 본 발명의 압력감지 스위치의 변형예를 도시한 사시도.
도 39는 본 발명의 압력감지 스위치의 다른 변형예를 도시한 단면도.
도 40은 본 발명의 압력감지 스위치의 또 다른 변형예를 도시한 요부 측면도.
도 41은 형상유지 부재로 코일 스프링을 이용한 본 발명의 케이블 형상 압전소자의 예를 도시한 도면.
도 42는 형상유지 부재로 판 스프링을 이용한 본 발명의 케이블 형상 압전소자의 예를 도시한 도면.
도 43은 중심 전극 및/또는 피복층이 형상유지특성을 갖도록 한 본 발명의 케이블 형상 압전소자의 예를 도시한 도면.
도 44는 본 발명의 케이블 형상 압전소자가 각종 형상으로 변형된 후에, 진동검지 센서에 이용되는 예를 도시한 도면으로서,
도 44a는 코일 형상 압전소자의 예를 도시한 도면,
도 44b는 원 형상 압전소자의 예를 도시한 도면,
도 44c는 호 형상 압전소자의 예를 도시한 도면,
도 44d는 주름 압전소자의 예를 도시한 도면,
도 44e는 소용돌이 형상 압전소자의 예를 도시한 도면.
도 45는 본 발명의 케이블 형상 압전소자를 이용한 진동검지 센서 시스템을 도시한 개요도.
도 46은 본 발명의 케이블 형상 압전소자가 방범 펜스 최상부에 적용된 예를 도시한 도면.
도 47은 본 발명의 케이블 형상 압전소자가 방범 펜스의 장식부에 적용된 예를 도시한 도면.
도 48은 본 발명의 케이블 형상 압전소자가 간호사 호출 스위치에 적용된 예를 도시한 도면.
도 49는 본 발명의 케이블 형상 압전소자가 간호사 호출 스위치에 적용된 다른 예를 도시한 도면.
도 50은 케이블 형상 압전소자에 가해지는 하중과 센서출력 특성을 도시한 그래프.
도 51은 마이크로 스위치의 일 예를 도시한 모식도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 케이블 형상 압전소자
2: 기판
3: 중심 전극
4: 무게추
5: 복합 압전층
7: 외부 전극
9: 피복층
11: 코일 스프링
13: 판 스프링
15: 제어회로
100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220: 진동검지 센서
1010: 압력감지 스위치
1012: 지지면
1013: 만곡부
1014: 제어회로
1016: 틈
1020: 압전 케이블
1023: 압전소자 구조
1025: 압전 세라믹 분말
1026: 수지계 재료
2001: 케이블 형상 압전소자
2003: 중심 전극
2005: 복합 압전층
2007: 외부 전극
2009: 피복층
2011: 코일 스프링
2013: 판 스프링
2015: 제어회로
2017: 진동검지 센서
2019: 방범 펜스
2021: 방범 펜스
2027: 간호사 호출 스위치
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 실시예의 설명에 있어서, 동일 구성 및 작용 효과를 나타내는 것에는 동일 부호가 부여되며, 중복 설명 은 생략된다.
(제1실시예)
도 5는 본 발명에 따른 진동검지 센서의 실시예를 도시한다. 본 실시예의 진동검지 센서(100)는 기판(2)과 이 기판(2) 상에 배치되는 케이블 형상 압전소자(1)로 구성된다. 케이블 형상 압전소자(1)의 적어도 일단(고정단)은 기판(2)에 직접 접속되고, 그 다른 일단(개방단)은 개방된다.
진동검지 센서(100)는 지진 감지기 또는 기타 진동을 검지하기 위한 센서로 사용된다. 본 실시예에서, 케이블 형상 압전소자(1)는 직선 형상이며, 기판(2)에 거의 수직으로 연장되도록 놓인다.
케이블 형상 압전소자(1)는 도 1에 도시된 구조를 갖는다. 케이블 형상 압전소자(1)는 지름 방향의 중심에 배치되는 중심 전극(3)을 포함한다. 압전 세라믹으로 만들어지는 압전소자 재료(복합 압전층; 5)가 압전부재를 구성하도록 중심 전극(3) 둘레에 배치된다. 또한, 외부 전극(7)이 복합 압전층(5) 둘레에 배치되고, 형상유지특성을 갖는 코일 스프링(11)이 외부 전극(7) 둘레에 배치된다. 코일 스프링(9)의 최외각은 케이블 형상 압전소자(1)를 구성하도록 PVC(염화비닐 수지) 등과 같은 피복층(9)으로 덮이게 된다. 이 케이블 형상 압전소자(1)는 코일 스프링(11)에 기인하는 우수한 형상유지특성을 가지며, 변형시의 변형 가속도에 따른 출력신호를 발생시킨다. 예를 들어, 티탄산납, 또는 티탄산지르콘산납의 소결 분말이나, 니오브산나트륨 등의 비(非)납계 압전 세라믹 소결 분말이 압전 세라믹으로 사용된다. 본 실시예의 케이블 형상 압전소자(1)는 압전 케이블로서 가요성(flexible)이 있기 때문에, 어떤 형상으로도 성형될 수 있다. 그리고, 이 케이블은 형상유지특성을 갖기 때문에, 다양한 형상으로 성형되고 유지될 수 있다. 다만, 특히 제1실시예의 경우와 같이, 케이블 형상 압전소자(1)가 직선형상 그대로 이용될 때, 형상유지특성은 중요하지 않으므로, 코일 스프링(11)은 필수적인 것이 아니다.
상기 케이블 형상 압전소자(1)에 있어서, 본 출원인이 독자적으로 개발한, 120℃까지 사용가능한 내열성을 갖는 수지계 재료가 복합 압전층(5) 용도로 이용될 수 있다. 이 케이블 형상 압전소자(1)는, 종래의 대표적인 일축 연신 폴리불화비닐리덴(uniaxially-strethed polyvinyilidene fluoride)과 같은 고분자 압전소자 재료나, 클로로프렌(chloroprene)과 압전 세라믹 분말로 형성되는 압전소자 재료의 최고사용온도인, 90℃보다 높은 온도범위(120℃ 이하)에서 사용될 수 있다. 그리고, 복합 압전층(5)은 가요성을 갖는 수지와 압전 세라믹으로 구성되고, 코일 형상의 금속 중심 전극 및 필름 형상의 외부 전극으로 이루어지는 유연한 전극을 이용하여 구성되며, 따라서 통상의 비닐 코드 수준의 가요성을 갖는다.
복합 압전층(5)은 수지계 재료와 10㎛ 이하의 압전 세라믹 분말의 복합체를 이용하여 구성된다. 진동검출 특성은 세라믹에 의해, 가요성은 수지에 의해 각각 실현된다. 본 복합 압전층(5)은 수지계 재료로서 염소계 폴리에틸렌을 이용하여, 고내열성(120℃)과, 용이한 형성을 가능하게 하는 가요성, 및 가교(crosslinkage)를 필요로 하지 않는 간소한 제조 공정을 실현한다.
이와 같이 하여 얻어진 케이블 형상 압전소자(1)는, 복합 압전층(5)이 성형한 그대로 유지될 때, 압전 성능을 갖지 않는다. 따라서, 복합 압전층(5)에 수 kV/ ㎜의 직류 고전압을 인가함으로써 복합 압전층(5)에 압전 성능을 부여하는 처리(분극 처리)를 필요로 한다. 복합 압전층(5)에 크랙 등의 미소한 결함들이 내재하는 경우, 그 결함들 사이에서 방전이 발생하는 경향이 있어, 전극들이 단락(short-circuit)하기 쉬워진다. 그 때문에, 충분한 분극 전압이 복합 압전층(5)에 인가될 수 없다. 그렇지만, 본 발명에서는, 일정 길이의 복합 압전층(5)에 밀착될 수 있는 보조 전극을 이용하는 독자적인 분극 공정을 확립함으로써, 분극을 안정화할 수 있도록, 결함이 검출되고 회피된다. 이로 인해, 복합 압전층은 수십 m 이상으로 길게 만들어질 수도 있다.
또한, 케이블 형상 압전소자(1)에 있어서, 코일 형상의 금속 중심 전극이 중심 전극(3) 용도로 사용되고, 필름 형상의 전극(알루미늄-폴리에틸렌테레프탈레이트-알루미늄으로 구성되는 3층의 박판(laminate) 필름)이 외부 전극(7) 용도로 이용된다. 이로 인해 복합 압전층(5)과 전극 간의 밀착성을 확보함과 동시에, 외부 리드선(lead wire)의 접속을 용이하게 한다. 따라서, 휠 수 있는 케이블 형상의 장착구성(mount configuration)이 가능하게 된다.
중심 전극(3)은 구리-은 합금 코일로 형성되고, 외부 전극(7)은 알루미늄-폴리에틸렌테레프탈레이트-알루미늄으로 이루어지는 3층의 박판 필름으로 형성되며, 복합 압전층(5)은 폴리에틸렌계 수지와 압전 세라믹 분말로 형성된다. 복합 압전층(5)의 외부 피복은 열가소성 플라스틱으로 형성된다. 이로 인해, 55의 비유전율과, 10 내지 13 C(쿨롱)/gf 의 전하 발생량, 및 120℃의 최고사용온도가 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 케이블 형상 압전소자(1)에서, 코일 스프링(11)이 외부 전극(7)의 외측 둘레에 감긴다. 코일 스프링(11)은, 케이블 형상 압전소자(1)의 지름 방향에서, 외부 전극(7)과 피복층(9) 사이에 배치된다. 이 코일 스프링(11)은, 케이블 형상 압전소자(1)를 소정 형상으로 유지하는, 형상유지 부재를 구성한다.
코일 스프링(11)의 소재로 이하의 선재(wire)가 이용될 수 있지만, 소재가 이들 선재에 한정되는 것은 아니다.
WC(80C)(경강(硬鋼)선); SWPA, SWPB(피아노선);
SWOSM-B(실리콘-망간 강선); SWOSC-V(실리콘-크롬 강선);
SUS304-WPB, SUS316-WPA(스테인리스 강선);
BsW(황동선); PBW(인청동선)
이상의 케이블 형상 압전소자(1)는, 일 예로서, 이하의 공정에 의해 제조된다. 먼저 염소화 폴리에틸렌 시트와 40 내지 70 체적%의 압전 세라믹(이 실시예에서는 티탄산지르콘산납) 분말이 롤링법(rolling technique)에 의해 시트 형상으로 균일하게 혼합된다. 이 시트가 잘게 펠릿(pellet) 형상으로 절단된 다음, 이 펠릿들은, 복합 압전층(5: 분극 처리 전의 압전소자 재료)을 형성하도록, 중심 전극(3)과 함께 연속적으로 밀리게 된다. 그리고, 보조 전극이 복합 압전층의 외주에 접촉하게 되고, 상기 보조 전극과 중심 전극(3) 사이에 고전압이 인가되어, 분극 처리를 수행한다. 그 다음에, 외부 전극(7)이 복합 압전층 둘레에 감긴다. 또한 코일 스프링(11)이 외부 전극(7) 둘레에 감긴 후, 피복층(9)이 외부 전극(7)과 코일 스프링(11)을 둘러싸도록 연속적으로 밀어내어진다. 이와 같이 하여 제조되는 케이블 형상 압전소자(1)는 도 5에 도시한 바와 같은 직선 상태에서도 사용될 수 있지만, 도 7 등에 도시된 바와 같은 각종 형상으로 케이블 형상 압전소자가 가공되는 경우에 특히 적합하다.
압전 세라믹 분말이 상기 염소화 폴리에틸렌에 첨가될 때, 미리 압전 세라믹 분말을 티타늄 커플링제(couple agent)의 용액에 침적하고, 이와 같이 침적되는 압전 세라믹 분말을 건조하는 것이 바람직하다. 이 처리에 의해, 압전 세라믹 분말의 표면이, 티타늄 커플링제에 포함되는, 친수기(hydrophilic group) 및 소수기(hydrophobic group)로 덮인다. 친수기는 압전 세라믹 분말들의 응집을 방지하고, 또한 소수기는 염소화 폴리에틸렌과 압전 세라믹 분말의 젖음성(wettability)을 증가시킨다. 이 결과, 다량의 압전 세라믹 분말이 염소화 폴리에틸렌에 최대 70 체적%까지 균일하게 첨가될 수 있다. 압전 세라믹 분말의 상기 티탄 커플링제의 용액 속으로의 침적을 대신하여, 염소화 폴리에틸렌과 압전 세라믹 분말의 롤링시에 티탄 커플링제가 첨가될 때, 상기와 같은 효과가 얻어질 수 있음이 발견되었다. 이 처리는, 티타늄 커플링제 용액 속으로 압전 세라믹 분말을 침적하는 특별한 처리를 필요로 하지 않는 점에서, 우수하다. 이와 같이, 염소화 폴리에틸렌은 압전 세라믹 분말을 혼합할 때 사용되는 결합 수지(binder resin)로서의 역할도 담당하고 있다.
본 실시예의 경우, 구리계 금속으로 형성된 단선 도선이 중심 전극(3)으로 사용되고 있다. 또한, 고분자층 위에 알루미늄 금속막이 접착되어 형성되는, 띠형상(strip) 전극이 외부 전극(7)으로 이용되고, 이 외부 전극(7)이 압전소자 재료(5)의 둘레에 감긴 구성으로 되어 있다. 그리고, 폴리에틸렌 테레프탈레이 트(PET)가 고분자층으로 이용된다. PET 위에 알루미늄 박막이 접착된 전극은 상업적으로도 양산되고 저가이기 때문에, 이와 같은 전극이 외부 전극(7)으로서 바람직하다. 이 전극이 외부의 제어회로 등에 접속될 때, 전극은, 예를 들어 코킹(caulking)이나 아일릿(eyelet)에 의해, 접속될 수 있다. 또한, 외부 전극(7)의 알루미늄 박막의 둘레에 금속 단선 도선이나 금속 편조선(metal braided wire)을, 제어회로 등의 접속용으로, 납땜하는 구성이 채용될 수도 있다. 납땜이 가능하게 되기 때문에, 작업이 효율적으로 이루어질 수 있다. 또한, 케이블 형상 압전소자(1)를 외부 환경의 전기적 잡음으로부터 차폐하기 위하여, 외부 전극(7)은 부분적으로 서로 겹쳐지도록 복합 압전층의 둘레에 감기게 되는 것이 바람직하다.
상술한 염화 비닐 수지보다도 단열성 및 방수성이 우수한, 고무 재료가 피복층(9)으로 사용될 수도 있다. 복합 압전층(5)에 접촉하는 물품의 가압력에 의해 복합 압전층(5)이 쉽게 변형하도록 하기 위하여, 복합 압전층(5) 보다 유연성 및 가요성이 높은, 고무 재료가 바람직하다. 차량에 탑재되는 부품들은 내열성, 내한성을 고려하여 선정되고, 구체적으로 -30 내지 85℃에서 가요성(flexibility)의 저하가 적은 부품을 선정하는 것이 바람직하다. 이러한 고무 재료로서, 예를 들어, 에틸렌프로필렌-디엔-메칠렌 고무(EPDM), 클로로프렌 고무(CR), 부틸 고무(IIR), 실리콘 고무(Si), 열가소성 엘라스토머(elastomer) 등을 이용하는 것이 좋다. 이상과 같은 구성에 의해, 케이블 형상 압전소자(1)의 최소 곡률은 반경 5㎜까지 감소될 수 있다. 이 재료들은 또한, 염화 비닐과 비교하여, 더욱 우수한 단열성 및 방수성을 확보할 수 있다.
상기와 같이, 케이블 형상 압전소자(1)의 복합 압전부재가 염소화 폴리에틸렌이 갖는 가요성과 압전 세라믹이 갖는 높은 내열성을 함께 갖는다. 그 때문에, 압전부재로 폴리불화비닐리덴을 이용하는 종래의 압전 센서에서와 같이 고온에서 발생하는 감도 저하가 케이블 형상 압전소자(1)에 발생하지 않는다. 또한, 케이블 형상 압전소자(1)는, 내열성이 좋을 뿐만 아니라, EPDM과 같은 고무의 경우에서 성형시에 요구되는, 가황(vulcanization) 공정을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 생산 효율이 좋다는 이점을 얻을 수 있다.
도 2는 케이블 형상 압전소자(1)의 변형예를 도시한다. 이 예에서는, 도 1에 도시된 코일 스프링(11) 대신에, 판 스프링(13)이 외부 전극(7)에 인접하게 배치된다. 따라서, 판 스프링(13)은, 케이블 형상 압전소자(1)의 지름 방향에서, 외부 전극(7)과 피복층(9) 사이에 배치된다. 이 판 스프링(13)은 케이블 형상 압전소자(1)를 소정 형상으로 유지하는 형상유지 부재를 구성하며, 코일 스프링(11)과 동등한 효과를 발휘한다.
판 스프링(13)의 소재로, 예를 들어, 다음과 같은 판 스프링이 이용될 수 있다. 그렇지만, 소재가 이들 판 스프링에 한정되는 것은 아니다.
SK5(일반적인 판 스프링);
SUS301-CSP3/4H, SUS304-CSP3/4H(스테인리스 강)
도 3은 케이블 형상 압전소자(1)의 다른 변형예를 도시한다. 이 예에서, 도 1에 도시된 코일 스프링(11) 및 도 2에 도시된 판 스프링(13)과 같은 독립적인 형상유지 부재는 설치되지 않는다. 그 대신에, 형상유지특성을 갖는 중심 전극(3a) 및/또는 피복층(9a)이 이용된다. 중심 전극(3a) 및/또는 피복층(9a)은 코일 스프링(11) 및 판 스프링(13)과 동등한 효과를 발휘한다.
특히, 판 스프링(13)과 같이 단순한 부재의 경우, 응력 인가에 의한 변형과, 유지되고 있던 형상으로의 회복시의 변형이 어느 정도의 범위에서 일정하게 된다. 그 때문에, 안정된 출력이 얻어진다. 또한, 다음의 응력 인가에 의해 형상이 회복되었다면, 재현성 있는 출력이 얻어진다.
본 실시예에 있어서, 중심 전극(3a)은 예를 들어 형상기억합금으로 구성할 수 있다. 형상기억합금은 변형을 가해도 어느 일정 온도 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 되돌아오는 합금이다. 합금의 온도를 올려 저온측의 결정구조가 고온측의 결정구조로 교체될 때, 형상이 원래로 되돌아간다. 그때의 온도(변태점)는 통상 20 내지 100℃ 사이이다. 니켈과 티탄의 합금이 합금용 재료로 이용될 수 있다. 그러나, 금속의 종류에 특별한 제한은 없다.
또한, 본 실시예에 있어서, 피복층(9a)은 예를 들어 열수축(heat-shrinkable) 튜브로 구성될 수 있다. 열수축 튜브의 소재로서, 폴리올레핀 또는 경질 수축성 염화 비닐이 이용될 수 있다. 그러나, 재료에 특별한 제한은 없다.
중심 전극(3a) 및 피복층(9a) 중 어느 하나는 형상유지특성을 갖게 될 것이다. 선택적으로, 양쪽 모두가 형상유지특성을 갖게 될 수도 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 케이블 형상 압전소자(1)로부터의 출력신호에서 진동의 유무를 검출하는 제어회로(15)는 진동을 사용자에게 알리는 부저(51:beeper) 및 이 부저(51)의 동작을 제어하는 부저 제어부(53)와 함께 제공되 어, 진동검지 센서 시스템을 구성한다. 제어회로(15)는 일반적으로 도 4에 도시된 기판(2) 상에 패터닝(patterning)에 의해 형성된다.
제어회로(15)는 케이블 형상 압전소자(1)의 단선(breakage)을 검출할 때에 사용되는 분압용(voltage-dividing) 저항체(55), 케이블 형상 압전소자(1)로부터의 출력신호의 소정 주파수 성분만을 통과시키는 필터링부(57: filtering section), 필터링부(57)로부터의 출력신호에 기초하여 케이블 형상 압전소자(1)와 물체의 접촉을 판정하는 판정부(59), 단선 검출용 저항체(33)와 분압용 저항체(55)에 의해 결정되는 전압 값으로부터 케이블 형상 압전소자(1)의 중심 전극(3) 또는 외부 전극(7)의 단선 이상을 판정하는 이상 판정부(61: anomalous breakage)를 구비한다. 또한, 중심 전극(3)과 외부 전극(7)을 제어회로(15)에 접속시키고 케이블 형상 압전소자(1)로부터의 출력신호를 제어회로(15)에 입력하는 신호 입력부(63), 및 판정부(59)로부터의 판정신호를 출력하는 신호 출력부(65)가 서로 인접하게 제어회로(17) 내에 설치된다. 신호 출력부(65)는 접지선(ground line) 뿐만 아니라 제어회로(15)로의 전원선(power line)에도 접속된다. 또한, 제어회로(15)는, 신호 입력부(63)와 신호 출력부(65) 사이에 설치되어 고주파 신호를 바이패스시키는, 콘덴서 등과 같은 바이패스부(67: bypass section)를 갖는다. 또한, 제어회로(15)를 통하여 전력을 공급하는 전원(73)이 설치된다. 부저 제어부(53)와 전원(73)은 커넥터(39)에 의해 제어회로(15)의 신호 출력부(65)에 접속된다.
제어회로(15)는, 외부의 전기적 노이즈를 제거하기 위하여, 전체적으로 차폐부재(shield member)로 덮여, 전기적으로 차폐된다. 또한, 외부 전극(7)은 제어회 로(15)의 차폐부재와 전기전도 상태에 있고, 케이블 형상 압전소자(1)도 전기적으로 차폐된다. 또한, 상기 회로의 입출력부에는, 강한 전기장에 대한 대응책으로, 관통(feed-through) 콘덴서나 EMI 필터 등이 부가적으로 장착될 수도 있다.
통상의 인쇄기판 등이 기판(2)으로 이용될 수 있으나, 특별한 제한은 없다. 또한, 기판(2)과 케이블 형상 압전소자(1)의 접속 방법에도, 특별한 제한은 부과되지 않는다. 각종 범용의 인쇄기판 등이 기판(2)으로 이용될 수 있다.
도 24는 케이블 형상 압전소자(1)에 가해지는 하중과 센서 출력 특성을 도시하는 그래프이다. 본 출원인에 의해 수행된 케이블 형상 압전소자(1)의 하중과 센서 출력 사이의 상관관계에 대한 실험은, 케이블 형상 압전소자(1)에 도 24a에 도시한 바와 같은 굽힘 하중이 가해졌을 때, 센서 출력이 도 24b에 도시한 바와 같은 파형으로 나타나는, 현상을 보여준다.
1. 즉, 시각 t0 에서 케이블 형상 압전소자(1)에 하중이 가해지지 않을 때, 센서 출력은 2(V)를 나타내고 있다.
2. 시각 t1 에서 케이블 형상 압전소자(1)에 일정 방향으로 굽힘 하중이 가해졌을 때, 가해진 순간부터 센서 출력은 4(V)로 증가한 후 바로 반전하여 0(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아간다.
3. 그 후, 케이블 형상 압전소자(1)가 구부린 상태로 남아있어도 센서 출력은 계속해서 2(V)를 나타낸다.
4. 시각 t3 에서 케이블 형상 압전소자(1)가 원래의 상태로 회복되었을 때, 그 순간부터 센서 출력은 0.8(V)로 감소한 후, 바로 반전하여 2.2(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아간다.
또한, 상기 실험 2와 같은 조건 하에서 실험 2에서의 굽힘 방향과 반대방향으로 케이블 형상 압전소자(1)를 180도 구부렸을 때, 센서 출력은 0(V)으로 감소한 후 바로 반전하여 4(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아갔다.
또한, 상기 실험 2와 같은 조건 하에서 케이블 형상 압전소자(1)를 빠르게 구부렸을 때, 실험 2에서 보여주는 것과 비교하여 센서 출력이 커졌다. 케이블 형상 압전소자(1)를 천천히 구부렸을 때, 센서 출력은 작아졌다.
상기 굽힘 방향과 반대방향으로 케이블 형상 압전소자(1)를 180도 구부렸을 때에도, 같은 결과가 생겼다. 즉, 케이블 형상 압전소자(1)를 빠르게 구부렸을 때 크게 흔들렸고, 케이블 형상 압전소자(1)를 천천히 구부렸을 때 조금밖에 흔들리지 않았다. 이 결과, 한 개의 케이블 형상 압전소자(1)로 전후의 굽힘 방향과 굽힘 가속도가 확인된다. 따라서, 아날로그 입력 장치가 케이블 형상 압전소자(1)를 이용하여 얻어질 수 있다.
(제2실시예)
도 6에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(110)는, 도 5에 도시된 구성에 더하여, 케이블 형상 압전소자(1)의 최상단부에 고정되는 무게추(4)와 함께 제공된다. 이 구성에 의해, 케이블 형상 압전소자(1)의 진동에 대한 감도가 향상될 수 있다. 무게추(4)는 예를 들어 임의의 수지 재료로 형성될 수 있으며, 케이블 형상 압전소자(1)에 열로(thermally) 고정될 수 있다. 또한, 케이블 형상 압전소자(1)는 일반적으로 소정의 단부 처리(end processing)가 수행된다. 이 단부 처리는 단선 검지 저항(도 4에 도시된 단선 검출용 저항체(33)에 상당)을 소정의 성형(mold) 수지로 밀봉함으로써 달성될 수 있을 것이다. 도 20은 이러한 단부 처리의 예를 도시한다. 소정의 저항체(10)가 와이어(16)에 의해 중심 전극(3a)에 접속되고, 중심 전극(3) 및 저항체(10)응 다른 열수축 튜브(21)에 의해 피복된다. 단, 와이어(16)의 단부(23)는 열수축 튜브(21)로부터 노출된다. 또한, 단부, 특히 열수축 튜브(21)의 주위로부터 케이블에 걸친 부분이 몰드 수지(12)에 의해 밀봉된다. 이 몰드 수지(12)는 도전성 수지 재료로 구성되어 있어, 와이어(16)의 단부(23)를 외부 전극(7)과 전기적으로 접촉하도록 하는 역할을 한다. 몰드 수지(12)가 도전성(conductivity)을 갖지 않는다면, 열수축 튜브(21)의 주위가 도전성 테이프 등으로 피복되도록 하여, 와이어(16)의 단부(23)가 외부 전극(7)과 전기전도 상태에 놓이게 될 수도 있다.
(제3실시예)
도 7에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(120)에서는, 케이블 형상 압전소자(1)가 전체적으로 U자 형상으로 굽혀지고, 그 양단이 기판(2)에 고정적으로 접속된다. 케이블 형상 압전소자(1)는 자체의 적어도 한 지점에 굽힘부(bend)를 갖는다. 굽힘부에서는, 소정의 인장력이 압전부재에 걸린 상태로 되고, 그로 인해 진동검지 센서(120)의 진동검지 감도가 향상한다. 또한, 굽힘부를 구성함으로써, 압전부재의 길이가 작은 공간에서 확보될 수 있다. 압전부재가 길수록 진동검지에 의한 전체 압전부재의 휨이 양적으로 증가한다. 따라서 기전력도 증대되고, 출력신호도 향상된다. 본 실시예에서는, 굽힘부는 U자 형상, 소위 만곡 형상이지만, 후술하는 '굴곡(flexion)'의 개념도 포함한다.
도 21은 굽힘부로서의 굴곡부(flexural portion)를 갖는 케이블 형상 압전소자(1)가 기판(2) 상에 설치된 다양한 예를 도시한다. 도시한 실시예에서는, 홀더(14)가 케이블 형상 압전소자(1)와 밀착되어, 이 케이블 형상 압전소자를 지지하는 상태로, 기판(2) 상에 장착된다. 이 홀더(14)는 케이블 형상 압전소자(1)의 형상유지에 기여하고, 기판(2)으로부터 연장되는 상태로 압전소자(1)를 유지한다. 이 경우, 케이블 형상 압전소자(1) 자체에 형상유지특성을 반드시 갖게 할 필요는 없다.
도 21a 및 도 21b에 도시된 실시예에서는, 케이블 형상 압전소자(1)와 홀더(14)가 각각 서로 대응하는 굴곡부를 갖도록 제공된다. 도 21a에서는 굴곡부가 둔각이고, 도 21b에서는 굴곡부가 직각이다. 도 21c에 도시된 실시예에서는, 홀더(14)가 굴곡부를 갖지 않고, 케이블 형상 압전소자(1)는 직각으로 굽혀진다. 도 21d에 도시된 실시예에서는, 케이블 형상 압전소자(1)가 굴곡부를 갖지 않고, 홀더부(14)가 굽혀진다. 이 굴곡 각도에 대응하는 소정 각도로, 케이블 형상 압전소자(1)가 기판(2) 상에 유지된다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같은 압전소자와 다른 종래의 압전소자는 형상유지특성을 갖지 않고 그 자체가 탄성을 갖는다. 그 때문에, 가령 압전소자가 원하는 형상으로 변형한 후에 고정하여도, 여전히 원래의 형상으로 회복하려고 하는 성질(잔존 형상회복특성)을 압전소자는 지니고 있다. 그러므로, 소정의 힘이 외부로부터 압전소자에 작용하게 되었을 때, 힘의 작용에 의한 변형에서 생기는 출력(올바른 출력)뿐만 아니라, 형상회복특성에 의해 생기는 출력도 생길 수 있다. 이 형상회복특성에 의해 생기는 출력은 변형 형태나 고정 방법에 따라 여러 값을 취하기 때문에, 고정적으로 배치되는 압전소자의 출력을 안정적으로 얻을 수 없다는 문제가 있다.
한편, 본 실시예의 케이블 형상 압전소자(1)의 코일 스프링(11)은, 일단 소정의 형상으로 가공된 후에는, 이 형상을 유지하는 형상유지특성을 갖는다. 따라서, 케이블 형상 압전소자(1) 자체가 형상유지특성을 갖게 된다. 즉, 케이블 형상 압전소자(1)가 도 7에 도시한 바와 같은 U자 형상으로 변형되어도, 여전히 원래의 형상으로 회복하려고 하는 성질(잔존 형상회복특성)은 실질적으로 제로(zero)가 된다. 따라서, 소정의 힘이 외부로부터 압전소자에 작용했을 때, 형상회복특성에 의해 생기는 출력은 제로, 또는 실질적으로 제로가 된다. 다시 말하면, 단지 작용한 힘에 의한 올바른 출력이 안정적으로 얻어질 수 있다. 여기에서, '실질적으로 제로'라 함은, 올바른 출력이 실용적 측면의 문제없이 얻어질 정도로, 잔존 형상회복특성에 의해 생기는 출력이 아주 작다는 것을 말한다.
(제4실시예)
도 8에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(130)는, 도 7에 도시된 구성에 더하여, 케이블 형상 압전소자(1)의 굽힘부에, 특히 굽힘부의 정점 부분에 고정되는 무게추(4)를 갖는다. 이 구성에 의해, 케이블 형상 압전소자(1)의 진동에 대한 감도가 향상될 수 있다.
(제5실시예)
도 9에 도시된 본 실시예의 진동 감지 센서(140)에서는, U자 형상의 케이블 형상 압전소자(1)의, 기판(2)에 고정되는 고정단 반대측의, 개방단에 무게추(4)가 고정된다. 그리고, 진동 인가시의 케이블 형상 압전소자(1)의 변형에 수반하여, 무게추(4)가 기판(2)에 관통 형성되는 통공(2a) 내에서 진동하도록, 케이블 형상 압전소자(1) 전체에 걸쳐 곡률이 조정되고, 통공(2a)의 위치도 조정된다. 이 구성에 의해, 케이블 형상 압전소자(1)의 진동에 대한 감도가 향상될 수 있다.
(제6실시예)
도 10에 도시된 본 실시예의 진동 감지 센서(150)에서는, 케이블 형상 압전소자(1)의, 기판(2)에 고정되는 고정단 반대측의, 개방단에 무게추(4)가 고정된다. 그리고, 케이블 형상 압전소자(1)는 기판(2)의 주평면과 실질적으로 평행한 평면 내에서 거의 원형이 되도록 구부러져 있다. 이 구성에서도, 케이블 형상 압전소자(1)의 진동에 대한 감도가 향상될 수 있다.
(제7실시예)
도 11에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(160)에서는, 케이블 형상 압전소 자는 1) 기판(2)에 고정되어 서로 거의 나란하게 배치되는 단부(1b, 1b)와, 2) 양단부(1b) 사이에 위치하며 실질적으로 원형으로 형성되는 중앙 원형부(1a)를 구비한다.
(제8실시예)
도 12에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(170)에서는, 케이블 형상 압전소자(1)는 코일 형상으로 형성되고, 기판(2)으로부터 거의 수직으로 연장되도록 설치된다. 이 구성에 있어서도, 케이블 형상 압전소자(1)의 진동에 대한 감도가 향상될 수 있다.
(제9실시예)
도 13에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(180)에서는, 케이블 형상 압전소자(1)는 코일 형상으로 형성되고, 기판(2)으로부터 멀어짐에 따라 코일의 지름이 확대된다. 그리고, 케이블 형상 압전소자(1)의, 기판(2)에 고정되는 고정단 반대측의, 개방단에 무게추(4)가 고정된다. 이 구성에 있어서도, 케이블 형상 압전소자(1)의 진동에 대한 감도가 향상될 수 있다.
(제10실시예)
도 14에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(190)에서는, 기판(2)에 거의 직사각형 형상의 통공(2b)이 형성되고, 케이블 형상 압전소자(1)가 통공(2b) 내에서 진동 가능하도록 기판(2)에 고정된다. 케이블 형상 압전소자(1)는 기판(2)의 주평면과 실질적으로 평행하게 되도록 통공(2b) 내에서 연장되는 방법으로 설치된다. 그리고, 케이블 형상 압전소자(1)의, 기판(2)에 고정되는 고정단 반대측의, 개방단에 무게추(4)가 고정된다. 이 구성에 있어서도, 케이블 형상 압전소자(1)의 진동에 대한 감도가 향상될 수 있다.
(제11실시예)
도 15에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(200)에서는, 도 14에 도시된 실시예의 경우와 마찬가지로, 기판(2)에 거의 직사각형 형상의 통공(2b)이 형성되고, 케이블 형상 압전소자(1)가 통공(2b) 내에서 진동 가능하도록 기판(2)에 고정된다. 케이블 형상 압전소자(1)는 기판(2)의 주평면과 실질적으로 평행하게 되도록 통공(2b) 내에서 연장되는 방법으로 설치된다. 그리고, 케이블 형상 압전소자(1)는 거의 U자 형상으로 구부러져, 그 양단이 기판(2)에 고정된다.
(제12실시예)
도 16에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(210)는, 도 7에 도시된 진동검지 센서(120)를 케이스체(195) 내에 수납하여 형성된다. 케이블 형상 압전소자(1)는 변형 가능하기 때문에, 케이스체(195)는 소형이어도 무방하다. 또한 케이스체의 3차원 각 축 방향에서 벽들에 압전소자(1)를 장착하면, 보다 엄밀하게 3차원 각 방향의 진동이 검지될 수 있다. 또한, 케이스체를 차폐케이스(shield case)로 구성함 으로써, 센서로의 노이즈가 제거될 수 있다. 다른 모든 진동검지 센서들도 케이스체 내에 배치될 수 있다.
(제13실시예)
도 17에 도시된 본 실시예의 진동검지 센서(220)에서는, 도 8에 도시된 케이블 형상 압전소자(1)가 기판(2)으로부터 아래 방향으로 매달리도록 기판(2)에 고정된다. 따라서, 도 8에 도시된 진동검지 센서(130)가 상하 반대로 뒤집어진 형태를 갖는다. 다른 진동검지 센서들도 마찬가지로 상하 반대의 상태로 사용될 수 있다.
(응용예)
도 18은 본 발명의 진동검지 센서를 유량 계측기에 이용한 예를 도시한다. 본 실시예에서는, 도 5에 도시된 진동검지 센서(100)가 유로(230) 내에 배치된다. 물 등의 매체의 유동(A)이 케이블 형상 압전소자(1)에 충돌하여, 그 충돌정도로부터 유량이 측정될 수 있다.
한편, 도 19는 본 발명의 진동검지 센서를 전동 카트에 이용한 예를 도시한다. 본 실시예에서는, 전동 카트(240)의 하부의 공간(245) 내에 상술한 진동검지 센서 중 어느 하나가 배치된다. 운전자가 전동 카트(240)에 접촉하거나 탔을 때에 생기는 진동을 진동검지 센서가 검지하여, 전동 카트(240)의 주전원을 ON/OFF시킨다.
또한, 주행 중에 생기는 진동에 연동하여, 차체의 전조등이나 운전 모니터와 같은 카트의 각종 조명을 ON/OFF하도록 제어할 수도 있다. 이로 인해 배터리의 소모가 감소되어, 절전을 달성하고, 운전자가 전조등을 끄지 않은 채 두는 일도 방지할 수 있게 된다. 또한, 진동이 검지되지 않아도, 진동검지 센서가 소정 시간(예를 들면 일시 정지 중 등) 동안은 ON 상태나 대기 상태로 유지된다. 그 결과, 일시 정지의 경우에서, 다시 카트가 주행할 때 진동검지 센서가 바로 진동을 검지할 수 있다.
사람이 카트에 타려고 할 때 생기는 진동, 예를 들면 운전자가 핸들을 만지거나, 시트에 앉는 등의 행동에 의해 생기는 진동을 검출하여 각종 조명을 ON시키는 구성이 채용될 수도 있다. 따라서, 편리성을 더욱 향상시킬 수도 있다.
이상에서 설명한 유량 계측기와 전동 카트는 응용의 예시에 불과하다. 본 발명의 진동검지 센서가 전동 휠체어 뿐만 아니라, 진동, 압력, 응력을 검지하는 다른 제품에 적용될 수 있음은 말할 필요도 없다.
도 22는 케이블 형상 압전소자(1)를 기판(2)에 장착하는 방법의 예를 도시한다. 장착 금구(18: metal fixture)는, 도 22a에 도시된 바와 같이, 상측 코킹부(18a: upper caulking section), 하측 코킹부(18b: lower caulking section), 바저부(18c: bottom section)를 갖는다. 도 22b에 도시된 바와 같이, 장착 금구(18)는 기판(2) 상에 저부(18c)를 통하여 배치된다. 그리고 도 22(c)에 도시된 바와 같이, 상측 코킹부(18a)에 의해 피복층(9)이 코킹되고, 하측 코킹부(18b)에 의해 외부 전극(7)이 코킹된다. 이로 인해, 케이블 형상 압전소자(1)가 기판(2) 상에 고정된다.
도 23은 케이블 형상 압전소자(1)를 기판(2)에 장착하는 방법의 다른 예를 도시한다. 안테나용 장착 커넥터(20)가, 도 23a에 도시된 바와 같이, 케이블 형상 압전소자(1)의 선단에 장착된다. 도 22b에 도시된 바와 같이, 케이블 형상 압전소자(1)가 기판(2) 상에 고정된다. 즉, 안테나 장착용 부품으로 이용되는 일반적인 커넥터가 사용될 수도 있다. 안테나용 장착 커넥터(20)가 금속으로 구성되는 경우, 안테나용 장착 커넥터는 외부 전극(7)과는 접촉하지만 중심 전극(3)과는 접촉하지 않는다.
본 발명의 진동검지 센서는 각종 형상을 채용할 수 있는 소정의 케이블 형상 압전소자를 채용하고 있다. 따라서, 높은 진동검지 정밀도와 높은 설계자유도를 확보하면서, 소형화도 가능한 진동검지 센서가 제공된다. 이 진동검지 센서는 장착방향, 장착장소, 장착공간 등의 제약을 받지 않아, 높은 장착 자유도가 확보되는 장착 방법을 제공할 수 있다. 또한, 센서를 이용한 기기의 설계자유도를 높이게 된다. 또한, 본 발명의 진동검지 센서는 미리 진동 방향을 특정하는 일 없이, 임의의 장착 상태에서도 장착 정밀도가 높은 검지를 수행할 수 있도록 한다.
(제14실시예)
본 발명에 따른 제14실시예가 도면에 기초하여 상세하게 설명된다. 도 25는 본 발명의 제14실시예인 압력감지 스위치를 도시한 단면도이고, 도 26은 도 25에 도시된 압력감지 스위치를 도시한 사시도이며, 도 27은 압전 케이블을 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 28은 압전소자의 구조를 설명하기 위해 도시한 단면 사 시도이며, 도 29 내지 도 37은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력감지 스위치를 도시한 도면이다.
먼저, 도 27 및 도 28을 참조하여, 본 발명의 제14실시예인 압력감지 스위치용으로 이용되는 압전 케이블이 설명될 것이다.
이 압전 케이블(1020)은, 도 27에 도시된 바와 같이, 중심 전극으로서의 중심선(1021: core line) 둘레에 압전소자 재료(1023)가 피복되고, 압전소자 재료(1023)의 둘레에 외부 전극(1022)이 감기며, 외부 전극(1022)의 둘레에 PVC(염화비닐 수지) 등의 열가소성 수지로 이루어지는 외피(1024)가 피복되어 있으며, 우수한 가요성을 가지고, 변형시의 변형 가속도에 따른 출력신호를 발생시킨다.
중심선(1021)은 구리-은 합금 등으로 형성되는 코일 형상의 금속 중심 전극으로 되어 있다. 또한, 압전소자 재료(1023)는, 도 28에 나타내는 바와 같이, 수지계 재료(1026)와 10㎛ 이하의 압전 세라믹 분말(1025)로 구성되는 복합체로 되어 있다. 진동검출 특성은 압전 세라믹 분말(1025)에 의해, 가요성 있는 변형 특성은 수지계 재료(1026)에 의해 각각 실현된다.
압전소자 재료(1023)의 수지계 재료(1026)로는, 예를 들어 염소계 폴리에틸렌 등이 예시될 수 있다. 이로 인해, 압전소자 재료(1023)는, 종래의 대표적인 일축 연신 폴리불화비닐리덴과 같은 고분자 압전소자 재료나, 클로로프렌과 압전 세라믹 분말로 형성되는 압전소자 재료의 최고 사용 온도인, 90℃보다 높은 온도영역(120℃ 이하)에서 사용될 수 있다. 동시에, 용이하게 형성할 수 있는 유연성이 실현되고, 또한 가교할 필요가 없는 간소한 제조 공정이 가능하게 된다.
또한, 압전소자 재료(1023)의 압전 세라믹 분말(1025)로는, 예를 들어 티탄산납 또는 티탄산지르콘산납의 소결 분말이나, 니오브산나트륨 등의 비납계 압전 세라믹 소결 분말을 예시될 수 있다.
외부 전극(1022)으로는, 필름 형상 전극(알루미늄-폴리에틸렌테레프탈레이트-알루미늄으로 구성되는 3층의 박판 필름)이 이용된다. 이로 인해, 압전소자 재료(1023)와 외부 전극(1022)의 밀착성이 확보된다.
이와 같이 하여 얻어진 압전 케이블(1020)은, 예를 들어 55의 비유전율과, , 10 내지 13C(쿨롱)/gf의 전하 발생량, 및 120℃의 최고 사용 온도를 보이게 된다. 그렇지만, 압전소자 재료(1023)가 성형된 그대로인 상태에서는, 압전 성능을 갖지 않기 때문에, 압전소자 재료(1023)에 수 kV/mm의 직류 고전압을 인가함으로써, 압전소자 재료(1023)에 압전 성능을 부여하는 처리(분극 처리)가 수행되어야만 한다.
압전소자 재료(1023)에 크랙 등의 미소한 결함이 내재하는 경우, 그 결함부에서 방전이 발생하여, 양 전극간이 단락하기 쉬워지기 때문에, 충분한 분극 전압을 인가할 수 없게 된다. 그렇지만, 이 실시예에서는, 일정 길이의 압전소자 재료(1023)에 밀착할 수 있는 보조 전극을 이용하는 분극 공정이 확립되어, 결함을 검출하거나 회피하며, 분극을 안정화하고 있다. 이로 인해, 수십 m 이상으로 긴 압전소자 재료를 실현하는 것이 가능하게 된다.
도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 14인 압력감지 스위치(1010)는 압전 케이블(1020)을 포함한다. 압전 케이블(1020)의 적어도 일부는 직육면체 형상의 센서 박스(1011)의 상측 지지면(1012)에서 돌출하게 된다. 이 돌출 부분은 만곡부(1013)로 만곡되고, 또한 제어회로(1014)가 압전 케이블(1020)의 기단부에 접속된다.
이와 같이 지지면(1012)으로부터 돌출하는 압전 케이블(1020)의 적어도 일부가 만곡됨에 따라, 만곡부(1013) 내주측의 압전 세라믹 분말(1025)의 입자간 간격을 치밀하게 하여, 기전력을 발생시키기 쉽게 하고 있다.
센서 박스(1011)의 상판(1011a)에는 두 개의 케이블 삽입공(1015)이, 센서 박스(1011)의 길이 방향(도 25의 좌우 방향)으로 서로 떨어져 있도록, 형성된다. 압전 케이블(1020)은 센서 박스(1011)의 내부에서 일측 케이블 삽입공(1015)으로 삽입된다. 이렇게 삽입된 압전 케이블(1020)은 지지면(1012) 상부의 위치에서, 이 지지면(1012)과 굽힘부 사이에 틈(1016)을 갖게 한 상태에서, 만곡부(1013)를 형성하도록 동일 곡률로 만곡된다. 압전 케이블(1020)의 선단부는 타측 케이블 삽입공(1015)으로 삽입된다.
타측 케이블 삽입공(1015)에 삽입된 압전 케이블(1020)의 선단부는 볼트나 접착제 혹은 센서 박스(1011) 내에 충전되는 젤 등의 고정 수단에 의해 고정된다.
또한, 압전 케이블(1020)의 기단부는 센서 박스(1011)의 측부에 형성되는 케이블 삽입공(1017)으로 삽입되어 센서 박스(1011) 밖으로 도출되고, 제어회로(1014)에 접속된다. 이 제어회로(1014)는 케이블(1018)에 접속된다. 제어회로(1014)는 아날로그 신호를 증폭하고 증폭된 신호를 출력하거나, 증폭된 아날로그 신호를 A/D 변환부에서 디지털 변환하여 디지털 신호를 출력할 수도 있다. 혹은, 필터링부 등이 디지털 신호로부터 소정의 주파수대역을 추출하여 출력하도록 할 수 도 있다.
제어회로(1014)에 접속되는 케이블(1018)은 전원 공급용과 검출신호의 출력용이다. 케이블(1018)은 그 선단에 장착되는 커넥터(도시하지 않음)를 통하여 전원이나 컴퓨터 등의 단말기에 접속된다.
예를 들어 도 25 및 도 26의 화살표 방향으로, 즉 센서 박스(1011)의 지지면(1012)을 향해, 만곡부(1013)를 변형시키는, 힘이 압전 케이블(1020)에 가해짐에 따라, 이상과 같은 압력감지 스위치(10)는 압전 케이블(1020)의 변형시의 변형 가속도에 따른 출력신호를 발생시킨다.
도 29는 이 압력감지 스위치(1010)에 가해지는 하중과 출력신호 특성을 도시한 그래프이다. 출원인이 압력감지 스위치(1010)의 하중과 출력신호의 관계를 실험한 결과, 압력감지 스위치(1010)에 도 29a에 도시된 바와 같은 굽힘 하중이 가해졌을 때, 출력신호가 도 29b에 도시된 바와 같은 현상을 보인다는 것이 확인되었다.
1. 즉, 시각 t0 에서 압력감지 스위치(1010)에 하중이 가해지지 않았을 때,출력신호는 2(V)를 나타내고 있다.
2. 시각 t1 에서 압력감지 스위치(1010)에 일정 방향으로 굽힘 하중이 가해졌을 때, 가해진 순간부터 출력신호는 4(V)로 증가한 후 바로 반전하여 0(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아간다.
3. 그 후, 압력감지 스위치(1010)가 구부린 상태로 남아있어도 출력신호는 계속해서 2(V)를 나타낸다.
4. 시각 t3 에서 압력감지 스위치(1010)가 원래의 상태로 되돌렸을 때, 그 순간부터 출력신호는 0.8(V)로 감소한 후, 바로 반전하여 2.2(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아간다.
또한, 상기 실험 2와 같은 조건 하에서 실험 2에서의 굽힘 방향과 반대방향으로 압력감지 스위치(1010)를 180도 구부렸을 때, 출력신호는 0(V)으로 감소한 후 바로 반전하여 4(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아갔다.
또한, 상기 실험 2와 같은 조건 하에서 압력감지 스위치(1010)를 빠르게 구부렸을 때, 실험 2에서 보여주는 것과 비교하여 출력신호가 커졌다. 압력감지 스위치(1010)를 천천히 구부렸을 때, 출력신호는 작아졌다.
이 굽힘 방향과 반대방향으로 압력감지 스위치(1010)를 180도 역방향으로 구부렸을 때에도, 같은 결과가 생겼다. 즉, 압력감지 스위치(1010)를 빠르게 구부렸을 때 크게 흔들렸고, 압력감지 스위치(1010)을 천천히 구부렸을 때 조금밖에 흔들리지 않았다.
이 신호는 구형파(rectangular waveform) 형태의 출력이 아니며, 압력감지 스위치(1010)에 하중이 가해질 때 혹은 하중이 제거될 때에, 하중이 가해지는 방식(속도 및 스트로크)이나 하중이 가해지는 위치의 재질 등에 따른 파형의 아날로그 신호로 출력된다.
따라서, 이 압력감지 스위치(1010)는 용도에 따라, 만곡부(1013)의 크기나 곡률, 재질 등을 적절하게 선택함으로써, 출력신호의 특성을 용이하게 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이, 이 실시예에서는, 지지면(1012)으로부터 돌출하는 압전 케이블(1020)의 적어도 일부가 만곡되기 때문에, 압력감지 스위치는 압전소자의 기계적인 휨이 양적으로 증가하는 구조가 된다. 만곡부(1013)에 응력이 가해진 결과, 누르는 압력이 약하거나 누르는 압력의 스트로크가 짧은 경우에도, 누르는 압력의 강약과 누르는 압력의 스트로크 길이에 따라, 작용하는 압력이 고감도로 검출되어, 누르는 압력의 가속도에 따른 신호가 출력될 수 있다.
특히, 이 압력감지 스위치(1010)는 압전소자를 휘게 하기 위하여 최소한의 하중과 스트로크는 필요하다. 그렇지만, 미소한 휨(변위)으로도 신호가 출력된다. 사용자가 닿기만 했다고 착각할 정도의 극히 작은 스트로크라도 신호가 출력된다.
따라서, 이 압력감지 스위치(1010)는 터치 스위치(touch switch)로 이용될 수 있다.
또한, 출력신호가 제어회로(1014)에 의해 증폭되기 때문에, 이 압력감지 스위치(1010)는 회로 구성을 변경함으로써 스위치 감도를 변경할 수 있다.
또한, 압력감지 스위치(1010)는 기계적인 접점을 갖지 않기 때문에, 종래의 마이크로 스위치에 비교하여, 고도의 방수성, 내구성, 신뢰성을 얻을 수 있다.
그리고, 압전 케이블(1020)은, 만곡부(1013)의 내주 측의 압전 세라믹 분말(1015)의 입자 간 간격이 치밀하게 되어 기전력이 발생하기 쉬워지고, 이로 인해 누르는 압력의 강약이나 누르는 스트로크 길이에 관계없이, 작용하는 누르는 압력을 고감도로 검출하여 이 누르는 압력의 가속도에 따른 신호를 출력할 수 있다.
또한, 압전 케이블(1020)의 만곡부(1013)와 지지면(1012) 사이에 틈(1016)이 제공되기 때문에, 압전 케이블(1020)이 가압될 때의 변위량이 증가하게 될 수 있 어, 검출 범위를 넓게 할 수 있다.
또한, 압전 케이블(1020)의 만곡부(1013)는 단일 곡률로 만곡되기 때문에, 만곡부(1013)의 전체에 걸쳐 감도가 균일하게 향상된다.
또한, 본 발명의 압력감지 스위치는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 적절한 변경, 개량 등이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시예는 제어회로(1014)가 센서 박스(1011) 외부에 배치되는 압력감지 스위치(1010)를 예시하였다, 그러나, 이것 대신에, 도 30 및 도 31에 도시된 바와 같이, 제어회로(1014)가 센서 박스(1011) 내에 배치되는, 압력감지 스위치(1030)도 가능하다.
또한, 상기 실시예는 센서 박스(1011)의 지지면(1012)으로부터 돌출하는 압전 케이블(1020)의 만곡부(1013)가 노출되는 경우를 예시하였으나, 이것 대신에, 도 32에 도시된 바와 같이, 센서 박스(1011)의 상부에 고무 등의 탄성재료로 이루어지는 덮개부(1041)가 배치되고, 덮개부(1041)의 내면 중앙부에 제공되는 돌출부(1042)에 의해 만곡부(1013)의 정상부분이 가압될 수 있도록 한 압력감지 스위치(1040)가 도 가능하다. 또한, 덮개부(1041) 대신에, 도 33에 도시된 바와 같이, 압전 케이블(1020)의 만곡부(1013)가 고무 등의 탄성재료로 이루어지는 피복재(1051)로 덮여, 만곡부가 틈(1016)을 남긴 상태에서 균일 두께로 호 형상으로 덮이도록 한 압력감지 스위치(1050)도 가능하다. 또한, 도 34에 도시된 바와 같이, 압전 케이블(1020)의 만곡부(1013)가 고무 등의 탄성재료로 이루어지는 피복재(1061)로, 틈(1016)을 남긴 상태에서, 평탄하게 덮이도록 한 압력감지 스위 치(1060)도 가능하다.
또한, 상기 실시예는 센서 박스(1011)의 지지면(1012)과 만곡부(1013) 사이에 틈(1016)이 제공되는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 35에 도시된 바와 같이, 압전 케이블이 만곡부(1013)를 갖는 한, 압전 케이블(1020)의 지지면(1012)으로부터 돌출하는 부분이 지지면(1012)에 접촉하도록 한 압력감지 스위치(1070)도 가능하다. 이 예에서는, 압전 케이블(1020)의 만곡부(1013)가 고무 등의 탄성재료로 이루어지는 피복재(1071)로 평탄하게 덮이게 된다.
또한, 상기 실시예는 센서 박스(1011)의 지지면(1012) 상의 한 지점에서 만곡부(1013)가 돌출하도록 형성되는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 도 36 및 도 37에 도시된 바와 같이, 압전 케이블(1020)을 주름 형상으로 만곡시켜, 2 이상의 만곡부(1013)(도면에서는 2개)가 지지면(1012)으로부터 돌출하도록 형성되는 압력감지 스위치(1080)도 가능하다. 혹은, 도 38에 도시된 바와 같이, 압전 케이블(1020)이 코일 형상으로 만곡되고 감겨, 2 이상의 만곡부(1013)(도면에서는 4개)가 지지면(1012)으로부터 돌출하도록 형성되는 압력감지 스위치(1090)도 가능하다.
또한, 도 32에 도시된 압력감지 스위치(1040)에서는, 센서 박스(1011)의 상부에 배치되는 덮개부(1041)가 고무 등의 탄성재료였지만, 도 39에 도시된 압력감지 스위치(1100) 경우와 같이, 경질의 덮개부(1101)가 채용될 수도 있다. 덮개부(1101)의 일측 단부는 센서 박스(1011)의 상부에 힌지(1102)를 통하여 연결된다. 하중이 가해지지 않은 상태에서, 덮개부(1101)는 자중에 의해 만곡부(1013) 상에 배치된다.
이 압력감지 스위치(1100)에서, 가해진 하중이 센서 박스(1011)에 대하여 힌지(1102)를 중심으로 하여 회전하는 덮개부(1101)를 통하여 만곡부(1013)에 전달되어, 압력감지 스위치(1100)가 신호를 출력한다. 가해진 하중이 해제되면, 만곡부(1013)를 초기 형상으로 복귀하도록 하는 탄성에 의해, 덮개부(1101)가 밀어 올려져 초기 위치로 복귀한다.
또한, 도 40에 도시된 압력감지 스위치(1110)와 같이, 센서 박스(1011)의 지지면(1012)과 만곡부(1013) 사이의 공간이 예를 들어 젤(gel) 등의 탄성체(1111)로 충전될 수도 있다.
이에 따르면 만곡부(1013)의 만곡 형상이 유지될 수 있음과 동시에 과도한 충격으로부터 만곡부(1013)가 보호될 수 있다.
또한, 만곡부(1013)에 하중을 가하는 방법은 지지면(1012)을 향하는 방향뿐만 아니라, 만곡부(1013)의 만곡 중심으로부터의 방사방향이나, 혹은 만곡 축선(curved axis)과 평행 또는 교차하는 방향(도 25 및 도 26의 안쪽 방향)이라도 무방하다. 말하자면 압전 케이블(1020)이 초기 상태로부터 변형될 수 있다면, 하중 방향은 임의로 할 수 있다.
그 외에, 상술한 각 실시예에서 예시된, 압전 세라믹 분말, 수지계 재료, 압전소자의 구조, 압전 케이블, 지지면, 만곡부, 제어회로, 틈, 고정수단 등의 재질, 형상, 치수, 형태, 수, 배치 등은 본 발명을 달성할 수만 있으면 임의로 할 수 있 으며, 한정되지 않는다.
(제15실시예)
본 발명의 제15실시예가 이하에서 도면을 참조하여 설명될 것이다. 실시예의 설명에 있어서, 이상에서 설명된 것과 동일한 구성 및 작용 효과를 발휘하는 것들은 동일 부호가 부여되고 중복된 설명이 생략된다.
본 발명의 케이블 형상 압전소자(2001)는 도 41에 도시된 구조를 갖는다. 지름 방향의 중심에 중심 전극(2003)은, 압전부재를 구성하며 압전 세라믹으로 이루어지는, 압전소자 재료(복합 압전층; 2005)로 피복된다. 외부 전극(2007)이 복합 압전층(2005)의 둘레에 설치되고, 형상유지특성을 갖는 코일 스프링(2011)이 외부 전극(2007) 둘레에 설치된다. 코일 스프링(2011)의 최외주는 PVC(염화비닐 수지) 등의 피복층(2009)으로 피복된다. 압전 세라믹으로, 예를 들어, 티탄산납 또는 티탄산지르콘산납의 소결 분말이나, 니오브산나트륨 등의 비(非)납계 압전 세라믹 소결 분말이 이용된다.
본 발명의 케이블 형상 압전소자(2001)는 압전 케이블로서의 휠 수 있는 특성이 있기 때문에 어떤 형상으로도 성형될 수 있다. 그리고, 이 케이블은 형상유지특성이 부여되었기 때문에 다양한 형상으로 성형되고 유지될 수 있다.
상기 케이블 형상 압전소자(2001)에서, 120℃의 온도까지 사용될 수 있는 본 출원인에 의해 독자적으로 개발된 내열성을 갖는 수지계 재료가 복합 압전층(2005)에 이용되고 있다. 케이블 형상 압전소자(2001)는, 일축 연신 폴리불화비닐리덴과 같은 종래의 대표적인 고분자 압전소자 재료나, 클로로프렌과 압전 세라믹 분말로 형성되는 압전소자 재료의 최고사용온도, 예를 들어 90℃, 보다 높은 온도영역(120℃ 이하)에서 사용될 수 있다. 그리고, 복합 압전층(2005)은 가요성을 갖는 수지와 압전성 세라믹으로 구성되고, 또한 코일 형상의 금속 중심 전극과 필름 형상의 외부 전극으로 이루어지는 휠 수 있는 전극을 이용하여 구성되어 있어, 통상의 비닐 코드 수준의 가요성을 갖는다.
복합 압전층(2005)은 수지계 재료와 10㎛ 이하의 압전성 세라믹 분말의 복합체로 구성되며, 진동검출 특성은 세라믹에 의해, 그리고 가요성은 수지에 의해 각각 실현되고 있다. 본 복합 압전층(2005)은 수지계 재료로서 염소계 폴리에틸렌을 이용하여, 고내열성(120℃)과, 용이한 형성을 가능하게 하는 유연성 및 가교를 필요로 하지 않는 간소한 제조 공정을 실현할 수 있도록 한다.
이와 같이 하여 얻어진 케이블 형상 압전소자(2001)는 복합 압전층(2005)이 성형한 그대로 있는 상태에서 압전 성능을 갖지 않는다. 그 때문에, 복합 압전층(2005)에 수 kV/㎜의 직류 고전압을 인가하여, 복합 압전층(2005)에 압전 성능을 부여하도록 하는 처리(분극 처리)를 수행할 필요가 있다. 복합 압전층(2005)에 크랙 등의 미소한 결함이 내재하는 경우, 그 결함들 사이에서 방전이 발생하여, 양 전극이 단락하기 쉬워진다. 그 때문에, 충분한 분극 전압이 복합 압전층에 인가될 수 없게 되지만, 본 발명에서는 일정 길이의 복합 압전층(2005)에 밀착될 수 있는 보조 전극을 이용하는 독자적인 분극 공정을 확립한 결과, 결함이 검출되고 회피되며, 분극을 안정화할 수 있다. 이로 인해, 복합 압전층이 수십 m 이상의 긴 길이로 제조될 수 있도 있다.
또한, 케이블 형상 압전소자(2001)에 있어서, 코일 형상의 금속 중심 전극이 중심 전극(2003) 용도로 사용되고, 필름 형상의 전극(알루미늄-폴리에틸렌테레프탈레이트-알루미늄으로 구성되는 3층의 박판 필름)이 외부 전극(2007) 용도로 이용된다. 이로 인해 복합 압전층(2005)과 전극 간의 밀착성을 확보함과 동시에, 외부 리드선의 접속을 용이하게 한다. 따라서, 휠 수 있는 케이블 형상의 장착구성이 가능하게 된다.
중심 전극(2003)은 구리-은 합금 코일로 형성되고, 외부 전극(2007)은 알루미늄-폴리에틸렌테레프탈레이트-알루미늄으로 이루어지는 3층의 박판 필름으로 형성되며, 복합 압전층(2005)은 폴리에틸렌계 수지와 압전 세라믹 분말로 형성된다. 복합 압전층(2005)의 외부 피복은 열가소성 플라스틱으로 형성된다. 이로 인해, 55의 비유전율과, 10 내지 13 C(쿨롱)/gf 의 전하 발생량, 및 120℃의 최고사용온도가 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 케이블 형상 압전소자(2001)에서, 코일 스프링(2011)이 외부 전극(2007)의 외측 둘레에 감긴다. 코일 스프링(2011)은, 케이블 형상 압전소자(2001)의 지름 방향에서, 외부 전극(2007)과 피복층(2009) 사이에 배치된다. 이 코일 스프링(2011)은 케이블 형상 압전소자(2001)를 소정 형상으로 유지하는 형상유지 부재를 구성한다.
코일 스프링(2011)의 소재로 이하의 선재가 이용될 수 있지만, 소재가 이들 선재에 한정되는 것은 아니다.
WC(80C)(경강(硬鋼)선); SWPA, SWPB(피아노선);
SWOSM-B(실리콘-망간 강선); SWOSC-V(실리콘-크롬 강선);
SUS304-WPB, SUS316-WPA(스테인리스 강선);
BsW(황동선); PBW(인청동선)
이상의 케이블 형상 압전소자(2001)는, 일 예로서, 이하의 공정에 의해 제조된다. 먼저 염소화 폴리에틸렌 시트와 40 내지 70 체적%의 압전 세라믹(이 실시예에서는 티탄산지르콘산납) 분말이 롤링법에 의해 시트 형상으로 균일하게 혼합된다. 이 시트가 잘게 펠릿 형상으로 절단된 다음, 이 펠릿들은, 복합 압전층(2005: 분극 처리 전의 압전소자 재료)을 형성하도록, 중심 전극(2003)과 함께 연속적으로 밀리게 된다. 그리고, 보조 전극이 복합 압전층의 외주에 접촉하게 되고, 상기 보조 전극과 중심 전극(2003) 사이에 고전압이 인가되어, 분극 처리를 수행한다. 그 다음에, 외부 전극(2007)이 복합 압전층 둘레에 감긴다. 또한 코일 스프링(2011)이 외부 전극(2007) 둘레에 감긴 후, 피복층(2009)이 외부 전극(2007)과 코일 스프링(2011)을 둘러싸도록 연속적으로 밀어내어진다. 이와 같이 하여 제조된 케이블 형상 압전소자(2001)는 예를 들어 도 44에 도시된 바와 같은 각종 형상으로 가공되어 사용된다.
코일 스프링(2011)은, 일단 소정의 형상으로 가공된 후에는, 이 형상을 유지하는 형상유지특성을 갖는다. 따라서, 케이블 형상 압전소자(2001) 자체가 형상유지특성을 갖게 된다. 즉, 케이블 형상 압전소자(2001)가 원하는 형상으로 변형되어도, 여전히 원래의 형상으로 회복하려고 하는 성질(잔존 형상회복특성)은 실질적으 로 제로가 된다. 따라서, 소정의 힘이 외부로부터 압전소자에 작용했을 때, 형상회복특성에 의해 생기는 출력은 제로, 또는 실질적으로 제로가 된다. 다시 말하면, 단지 작용한 힘에 의한 올바른 출력이 안정적으로 얻어질 수 있다. 여기에서, '실질적으로 제로'라 함은, 올바른 출력이 실용적 측면의 문제없이 얻어질 정도로, 잔존 형상회복특성에 의해 생기는 출력이 아주 작다는 것을 말한다.
압전 세라믹 분말이 상기 염소화 폴리에틸렌에 첨가될 때, 미리 압전 세라믹 분말을 티타늄 커플링제의 용액에 침적하고, 이와 같이 침적되는 압전 세라믹 분말을 건조하는 것이 바람직하다. 이 처리에 의해, 압전 세라믹 분말의 표면이, 티타늄 커플링제에 포함되는, 친수기 및 소수기로 덮인다. 친수기는 압전 세라믹 분말들의 응집을 방지하고, 또한 소수기는 염소화 폴리에틸렌과 압전 세라믹 분말의 젖음성을 증가시킨다. 이 결과, 다량의 압전 세라믹 분말이 염소화 폴리에틸렌에 최대 70 체적%까지 균일하게 첨가될 수 있다. 압전 세라믹 분말의 상기 티탄 커플링제의 용액 속으로의 침적을 대신하여, 염소화 폴리에틸렌과 압전 세라믹 분말의 롤링시에 티탄 커플링제가 첨가될 때, 상기와 같은 효과가 얻어질 수 있음이 발견되었다. 이 처리는, 티타늄 커플링제 용액 속으로 압전 세라믹 분말을 침적하는 특별한 처리를 필요로 하지 않는 점에서, 우수하다. 이와 같이, 염소화 폴리에틸렌은 압전 세라믹 분말을 혼합할 때 사용되는 결합 수지로서의 역할도 담당하고 있다.
본 실시예의 경우, 구리계 금속으로 형성된 단선 도선이 중심 전극(2003)으로 사용되고 있다. 또한, 고분자층 위에 알루미늄 금속막이 접착되어 형성되는, 띠형상 전극이 외부 전극(2007)으로 이용되고, 이 외부 전극(2007)이 압전소자 재 료(2005)의 둘레에 감긴 구성으로 되어 있다. 그리고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 고분자층으로 이용된다. PET 위에 알루미늄 박막이 접착된 전극은 상업적으로도 양산되고 저가이기 때문에, 이와 같은 전극이 외부 전극(2007)으로서 바람직하다. 이 전극이 외부의 제어회로 등에 접속될 때, 전극은, 예를 들어 코킹이나 아일릿에 의해, 접속될 수 있다. 또한, 외부 전극(2007)의 알루미늄 박막의 둘레에 금속 단선 도선이나 금속 편조선을, 제어회로 등의 접속용으로, 납땜하는 구성이 채용될 수도 있다. 납땜이 가능하게 되기 때문에, 작업이 효율적으로 이루어질 수 있다. 또한, 케이블 형상 압전소자(2001)를 외부 환경의 전기적 잡음으로부터 차폐하기 위하여, 외부 전극(2007)은 부분적으로 서로 겹쳐지도록 복합 압전층의 둘레에 감기게 되는 것이 바람직하다.
상술한 염화 비닐 수지보다도 단열성 및 방수성이 우수한, 고무 재료가 피복층(2009)으로 사용될 수도 있다. 복합 압전층(2005)에 접촉하는 물품의 가압력에 의해 복합 압전층(2005)이 쉽게 변형하도록 하기 위하여, 복합 압전층(2005) 보다 유연성 및 가요성이 높은, 고무 재료가 바람직하다. 차량에 탑재되는 부품들은 내열성, 내한성을 고려하여 선정되고, 구체적으로 -30 내지 85℃에서 가요성의 저하가 적은 부품을 선정하는 것이 바람직하다. 이러한 고무 재료로서, 예를 들어, 에틸렌프로필렌-디엔-메칠렌 고무(EPDM), 클로로프렌 고무(CR), 이소부틸-이소프렌 고무(IIR), 실리콘 고무(Si), 열가소성 엘라스토머 등을 이용하는 것이 좋다. 이상과 같은 구성에 의해, 케이블 형상 압전소자(2001)의 최소 곡률은 반경 5㎜까지 감소될 수 있다. 이 재료들은 또한, 염화 비닐과 비교하여, 더욱 우수한 단열성 및 방수성을 확보할 수 있다.
상기와 같이, 케이블 형상 압전소자(2001)의 복합 압전부재는 염소화 폴리에틸렌이 갖는 가요성과 압전 세라믹이 갖는 높은 내열성을 함께 갖는다. 그 때문에, 압전부재로 폴리불화비닐리덴을 이용하는 종래의 압전 센서에서와 같이 고온에서 발생하는 감도 저하가 케이블 형상 압전소자(2001)에 발생하지 않는다. 또한, 케이블 형상 압전소자(2001)는, 내열성이 좋을 뿐만 아니라, EPDM과 같은 고무의 경우에서 성형시에 요구되는, 가황 공정을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 생산 효율이 좋다는 이점을 얻을 수 있다.
도 42는 케이블 형상 압전소자(2001)의 변형예를 도시한다. 이 예에서는, 도 41에 도시된 코일 스프링(2011) 대신에, 판 스프링(2013)이 외부 전극(2007)에 인접하게 배치된다. 따라서, 판 스프링(2013)은, 케이블 형상 압전소자(2001)의 지름 방향에서, 외부 전극(2007)과 피복층(2009) 사이에 배치된다. 이 판 스프링(2013)은 케이블 형상 압전소자(2001)를 소정 형상으로 유지하는 형상유지 부재를 구성하며, 코일 스프링(2011)과 동등한 효과를 발휘한다.
판 스프링(2013)의 소재로, 예를 들어, 다음과 같은 판 스프링이 이용될 수 있다. 그렇지만, 소재가 이들 판 스프링에 한정되는 것은 아니다.
SK5(일반적인 판 스프링);
SUS301-CSP3/4H, SUS304-CSP3/4H(스테인리스 강)
도 43은 케이블 형상 압전소자(2001)의 다른 변형예를 도시한다. 이 예에서, 도 41에 도시된 코일 스프링(2011) 및 도 42에 도시된 판 스프링(2013)과 같은 독 립적인 형상유지 부재는 설치되지 않는다. 그 대신에, 형상유지특성을 갖는 중심 전극(2003a) 및/또는 피복층(2009a)이 이용된다. 중심 전극(2003a) 및/또는 피복층(2009a)은 코일 스프링(2011) 및 판 스프링(2013)과 동등한 효과를 발휘한다.
특히, 판 스프링(2013)과 같이 단순한 부재의 경우, 응력 인가에 의한 변형과, 유지되고 있던 형상으로의 회복시의 변형이 어느 정도의 범위에서 일정하게 된다. 그 때문에, 안정된 출력이 얻어진다. 또한, 다음의 응력 인가에 의해 형상이 회복되었다면, 재현성 있는 출력이 얻어진다.
본 실시예에 있어서, 중심 전극(2003a)은 예를 들어 형상기억합금으로 구성할 수 있다. 형상기억합금은 변형을 가해도 어느 일정 온도 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 되돌아오는 합금이다. 합금의 온도를 올려 저온측의 결정구조가 고온측의 결정구조로 교체될 때, 형상이 원래로 되돌아간다. 그때의 온도(변태점)는 통상 20 내지 100℃ 사이이다. 니켈과 티탄의 합금이 합금용 재료로 이용될 수 있다. 그러나, 금속의 종류에 특별한 제한은 없다.
또한, 본 실시예에 있어서, 피복층(2009a)은 예를 들어 열수축 튜브로 구성될 수 있다. 열수축 튜브의 소재로서, 폴리올레핀 또는 경질 수축성 염화 비닐이 이용될 수 있다. 그러나, 재료에 특별한 제한은 없다.
중심 전극(2003a) 및 피복층(2009a) 중 어느 하나는 형상유지특성을 갖게 될 것이다. 선택적으로, 양쪽 모두가 형상유지특성을 갖게 될 수도 있다.
도 44는 상술한 케이블 형상 압전소자(2001)가 자체의 형상유지특성을 이용하여 다양한 형상으로 변형되는 변형예를 도시한다. 이와 같이 변형되어 유지되는 케이블 형상 압전소자(2001)는 소정의 제어회로(2015)에 접속되어 진동검지 센서(2017)를 구성한다. 도 44a는 코일 형상의 압전소자의 예, 도 44b는 원형 형상의 압전소자의 예, 도 44c는 호 형상의 압전소자의 예, 도 44d는 주름 형상의 압전소자의 예, 도 44e는 소용돌이 형상의 압전소자의 예를 각각 도시한다. 물론 형상은 도시된 예에 한정되는 것은 아니며, 여러 다른 형상이 채용될 수 있다.
도 45에 도시된 바와 같이, 케이블 형상 압전소자(2001)로부터의 출력신호에서 물체와의 접촉 유무를 검출하는 제어회로(2015)는 물체와의 접촉을 사용자에게 알리는 부저(2051) 및 이 부저(2051)의 동작을 제어하는 부저 제어부(2053)와 함께 제공되어, 진동검지 센서 시스템을 구성한다.
제어회로(2015)는 케이블 형상 압전소자(2001)의 단선을 검출할 때에 사용하는 분압용 저항체(2055), 케이블 형상 압전소자(2001)로부터의 출력신호로에서 소정의 주파수 성분만을 통과시키는 필터링부(2057), 필터링부(2057)로부터의 출력신호에 기초하여 케이블 형상 압전소자(2001)와 물체의 접촉을 판정하는 판정부(2059), 및 단선 검출용 저항체(2033)와 분압용 저항체(2055)에 의해 형성되는 전압 값으로부터 케이블 형상 압전소자(2001)의 중심 전극(2003)과 외부 전극(2007)의 단선 이상을 판정하는 이상 판정부(2061)를 구비하고 있다. 또한, 중심 전극(2003)과 외부 전극(2007)을 제어회로(2015)에 접속시켜, 케이블 형상 압전소자(2001)로부터의 출력신호를 제어회로(2015)에 입력하는 신호 입력부(2063)와, 판정부(2059)로부터의 판정신호를 출력하는 신호 출력부(2065)가 서로 인접하게 제어회로(2017) 내에 설치되어 있다. 신호 출력부(2065)는 접지선 뿐만 아니라 제어회 로(2015)로의 전원선에도 접속된다. 제어회로(2015)는 신호 입력부(2063)와 신호 출력부(2065) 사이에 설치되어 고주파 신호를 바이패스시키는 콘덴서 등의 바이패스부(2067)를 갖는다. 또한, 제어회로(2015)를 통하여 전력을 공급하는 전원(2073)이 설치된다. 부저 제어부(2053)와 전원(2073)은 커넥터(2039)에 의해 제어회로(2015)의 신호 출력부(2065)에 접속된다.
제어회로(2015)는, 외부의 전기적 노이즈를 제거하기 위하여, 전체적으로 차폐부재로 덮여, 전기적으로 차폐된다. 또한, 외부 전극(2007)은 제어회로(2015)의 차폐부재와 전기전도 상태에 있고, 케이블 형상 압전소자(2001)도 전기적으로 차폐된다. 또한, 상기 회로의 입출력부에는, 강한 전기장에 대한 대응책으로, 관통 콘덴서나 EMI 필터 등이 부가적으로 장착될 수도 있다.
도 50은 케이블 형상 압전소자(2001)에 가해지는 하중과 센서 출력 특성을 도시한 그래프이다. 본 출원인에 의해 수행된 케이블 형상 압전소자(2001)의 하중과 센서 출력 사이의 상관관계에 대한 실험은, 케이블 형상 압전소자(2001)에 도 50a에 도시한 바와 같은 굽힘 하중이 가해졌을 때, 센서 출력이 도 50b에 도시한 바와 같은 파형으로 나타나는, 현상을 보여준다.
1. 즉, 시각 t0 에서 케이블 형상 압전소자(2001)에 하중이 가해지지 않을 때, 센서 출력은 2(V)를 나타내고 있다.
2. 시각 t1 에서 케이블 형상 압전소자(2001)에 일정 방향으로 굽힘 하중이 가해졌을 때, 가해진 순간부터 센서 출력은 4(V)로 증가한 후 바로 반전하여 0(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아간다.
3. 그 후, 케이블 형상 압전소자(2001)가 구부러진 상태로 남아있어도 센서 출력은 계속해서 2(V)를 나타낸다.
4. 시각 t3 에서 케이블 형상 압전소자(2001)가 원래의 상태로 회복되었을 때, 그 순간부터 센서 출력은 0.8(V)로 감소한 후, 바로 반전하여 2.2(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아간다.
또한, 상기 실험 2와 같은 조건 하에서 실험 2에서의 굽힘 방향과 반대방향으로 케이블 형상 압전소자(2001)를 180도 구부렸을 때, 센서 출력은 0(V)으로 감소한 후 바로 반전하여 4(V)가 되고, 그 후 다시 2(V)로 되돌아갔다.
또한, 상기 실험 2와 같은 조건 하에서 케이블 형상 압전소자(2001)를 빠르게 구부렸을 때, 실험 2에서 보여주는 것과 비교하여 센서 출력이 커졌다. 케이블 형상 압전소자(2001)를 천천히 구부렸을 때, 센서 출력은 작아졌다.
상기 굽힘 방향과 반대방향으로 케이블 형상 압전소자(2001)를 180도 구부렸을 때에도, 같은 결과가 생겼다. 즉, 케이블 형상 압전소자(2001)를 빠르게 구부렸을 때 크게 흔들렸고, 케이블 형상 압전소자(2001)를 천천히 구부렸을 때 조금밖에 흔들리지 않았다. 이 결과, 한 개의 케이블 형상 압전소자(2001)로 전후의 굽힘 방향과 굽힘 가속도가 확인된다. 따라서, 아날로그 입력 장치가 케이블 형상 압전소자(2001)를 이용하여 얻어질 수 있다.
도 46은 본 발명의 케이블 형상 압전소자(2001)와 진동검지 센서(2017)가 방범 펜스(2019)에 이용된 예를 도시한다. 본 예에서는, 케이블 형상 압전소자(2001)가 방범 펜스(2019)의 최상부 전체에 걸쳐 설치된다. 침입자가 케이블 형상 압전소 자(2001)와 접촉함으로써, 진동이 검지되어, 사용자에게 침입자가 있음을 알리는 경보가 부저(2051)에 의해 발생된다.
도 47은 본 발명의 케이블 형상 압전소자(2001)와 진동검지 센서(2017)가 방범 펜스(2021)에 이용된 예를 도시한다. 본 예에서는, 케이블 형상 압전소자(2001)가 방범 펜스(2021) 최상부의 장식부(decoration section)로 이용되고 있다. 즉, 케이블 형상 압전소자(2001)가 곡선부(2023)와 직선부(2025)로 이루어지는 소정 형상으로 가공되어, 그 형상 그대로의 상태에서 장식부로 이용된다. 침입자가 장식부와 접촉함으로써, 진동이 검지되어, 사용자에게 침입자가 있음을 알리는 경보가 부저(2051)에 의해 발생된다.
본 실시예에서는, 소정 형상으로 가공되어도 정확하게 진동을 검지할 수 있는 케이블 형상 압전소자(2001)가, 방범 펜스(2021)를 구성하는 구성 부품으로 적용되고 있다. 방범 펜스(2021) 자체를 구성하는 부품과 센서 부분이 공통의 부품을 이용하여 제조될 수 있으며, 그 때문에, 제조 공정의 간소화를 도모할 수 있다.
도 46 및 도 47에 도시된 바와 같은 방범 펜스에 케이블 형상 압전소자(2001)가 적용될 경우, 새 등이 펜스와 접촉하여 발생하는 불필요한 신호가 제거되어야 할 것이다. 그런 점에서, 도 45에 도시된 필터링부(2057)가, 케이블 형상 압전소자(2001)가 인간의 접촉에 의해 발생한 가압력에 의해 변형되었을 때에 케이블 형상 압전소자(2001)의 출력신호에 나타나는 특유의 주파수 성분만을 추출할 뿐만 아니라, 케이블 형상 압전소자(2001)의 출력신호로부터 불필요한 신호를 제거하는 필터링 특성을 갖도록 제공되는 것이 바람직하다. 필터링 특성을 결정하기 위한 본질적으로 요구되는 것은, 인체가 압전소자와 접촉했을 때 수반되는 진동 특성을 해석하고, 이 진동 특성을 최적화하는 것이다.
또한, 케이블 형상 압전소자를 소정 형상으로 유지하는 부재 또는 요소로는 소정의 강성을 갖는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 인간이 케이블 형상 압전소자에 힘을 가했을 때 형상이 파괴되지만, 새나 자연 현상에 의한 진동이나 물리적 충격 등으로는 형상이 파괴되지 않는다. 이로 인해, 신호 출력에 차이가 발생하게 될 수 있어, 침입자와 그 이외의 사물과 현상을 서로 판별할 수 있게 된다. 따라서, 향상된 정밀도의 방범이 기대될 수 있다.
도 48은 본 발명의 케이블 형상 압전소자(2001)가 간호사 호출 스위치(2027)에 이용된 예를 도시한다. 케이블 형상 압전소자(2001)는 소용돌이 형상(vortex) 등의 소정 형상으로 가공되어, 스위치 본체(2029) 내에 수용된다. 긴급상황에 있어서, 환자가 스위치 본체(2029)를 가볍게 쥐는 것만으로 콜센터(call center)에 이상을 알리는 신호를 송신할 수 있어, 신뢰성이 높은 간호사 호출 스위치가 제공될 수 있다.
또한, 환자에 따라서는 스위치를 쥘 수 없거나, 버튼을 누를 수 없는 경우도 있을 수 있기 때문에, 스위치 형상은 이러한 사정에 대응하여 자유롭게 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 49a에 도시한 바와 같이 평판 형상의 본체(2029) 내부로 케이블 형상 압전소자(2001)가 묻힐 수 있다. 이 경우 환자는 스위치(2027)를 두드리는 것만으로 용이하게 신호를 송신할 수 있다. 또한, 도 49b에 도시한 바와 같이 튜브 형상의 본체(2029) 내부로 케이블 형상 압전소자(2001)가 묻힐 수도 있다. 이 경우 환자는 스위치(2027)를 가볍게 쥐는 것만으로 용이하게 신호를 송신할 수 있다. 또한, 도 49c에 도시한 바와 같이 장착체(2030) 상에 배치되는 스틱 형상의 본체(2029) 내부로 케이블 형상 압전소자(2001)가 묻힐 수도 있다. 이 경우 환자는 스위치(2027)를 두드리거나 흔들어서 용이하게 신호를 송신할 수 있다.
이상에서 설명한 방범 펜스, 간호사 호출 스위치는 응용의 예시에 불과하며, 그외에 진동, 압력, 응력을 검지하는 제품에 본 발명의 케이블 형상 압전소자가 적용될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
상술한 실시예들은 케이블 형상 압전소자(2001)를 소정 형상으로 유지하기 위하여, 코일 스프링(2011) 또는 판 스프링(2013)을 설치한 경우, 또는 중심 전극(2003) 및/또는 피복층(2009)에 형상유지특성을 갖도록 한 경우를 나타내었다. 그러나, 케이블 형상을 띠며 소정의 형상유지특성을 갖는 모든 압전소자가 본 발명에 포함될 수 있다.
비록 본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에서 설명된 사항에 한정되지 않으며, 특허청구범위, 명세서의 기재, 및 주지의 기술의 기술적 범위에 기초하여 당업자에 의해 이루어지게 될 변경이나 응용도 본 발명이 예정하는 것으로, 보호를 구하는 범위에 포함된다.
본 발명은 상세하게 그리고 특정의 실시예를 참조하여 설명되었으나, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있다는 것은 당업자에게 있어 자명하다.
본 발명은 2004년 9월 10일 출원된 일본 특허출원번호 제2004-263973호, 2004년 9월 10일 출원한 일본 특허출원번호 제2004-263974호, 2004년 9월 10일 출원한 일본 특허출원번호 제2004-264179에 기초한 것으로서, 그 내용은 모두 여기에 참조로서 포함된다.
이상과 같이 본 발명의 진동검지 센서는 진동의 정확한 검출과 측정을 요하는 각종 기기와 분야에 응용될 수 있다.
Claims (29)
- 기판과, 이 기판의 적어도 일단에 직접 접속되는 케이블 형상 압전소자를 구비하는 진동검지 센서로서,상기 케이블 형상 압전소자는 그 지름 방향을 따라, 중심 전극과, 이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와, 이 압전부재 둘레에 배치되는 외측 전극, 및 이 외측 전극 둘레에 배치되는 피복층을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 케이블 형상 압전소자는 만곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 케이블 형상 압전소자의 적어도 일부분에 무게추가 고정되는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 케이블 형상 압전소자는 상기 기판의 주평면과 실질적으로 평행한 평면 내에서 거의 원형이 되도록 만곡되고, 상기 기판에 고정되는 그 고정단 반대측의 그 개방단에 고정되는 무게추를 갖는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 케이블 형상 압전소자는 그 양단부가 서로 거의 나란하게 배치되는 상태로 상기 기판에 접속되고, 상기 양단부 사이에 중간부가 거의 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 케이블 형상 압전소자는 코일 형상으로 형성되고, 상기 기판에 거의 수직으로 연장되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 케이블 형상 압전소자는 코일 형상으로 형성되어 상기 기판에서 연장되도록 설치되고, 상기 기판에서 멀어짐에 따라 코일의 지름이 확대되는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 기판에 통공이 형성되고,상기 케이블 형상 압전소자가 이 통공 내에서 상기 기판의 주평면과 실질적으로 평행하게 되도록 상기 기판에 접속되며, 그리고상기 케이블 형상 압전소자의, 상기 기판에 고정되는 고정단 반대측의, 개방단에 무게추가 고정되는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 기판에 통공이 형성되고,상기 케이블 형상 압전소자는 이 통공 내에서 상기 기판의 주평면과 실질적으로 평행하게 되도록 상기 기판에 접속되며,상기 케이블 형상 압전소자는 거의 U자 형상으로 굽혀지고, 그리고상기 케이블 형상 압전소자는 그 양단에서 이 기판에 고정되는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판 및 상기 케이블 형상 압전소자를 수납하는 케이스체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,상기 케이블 형상 압전소자가 상기 기판의 하면에 매달려 아래쪽으로 연장되도록, 상기 케이블 형상 압전소자가 상기 기판에 접속되는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항에 있어서,상기 케이블 형상 압전소자는 형상유지특성을 갖는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 압전부재는 수지와 압전 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 압전 세라믹 분말 및 수지계 재료로 형성되는 압전소자 구조를 갖는 압전 케이블을 구비하는 압력감지 스위치로서,상기 압전 케이블의 적어도 일부분은 지지면으로부터 돌출하게 되고,이 돌출 부분은 만곡부로서 만곡되며, 그리고,상기 압전 케이블의 기단부에 제어회로가 접속되는 것을 특징으로 하는 압력감지 스위치.
- 제 14항에 있어서,상기 압전 케이블의 상기 만곡부와 상기 지지면 사이에 틈이 제공되는 것을 특징으로 하는 압력감지 스위치.
- 제 14항 또는 제 15항에 있어서,상기 압전 케이블의 상기 만곡부는 단일 곡률로 만곡되는 것을 특징으로 하는 압력감지 스위치.
- 제 14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,상기 압전 케이블의 선단부를 고정하는 고정수단을 더 구비하는 것을 특징으 로 하는 압력감지 스위치.
- 케이블 형상 압전소자로서,이 케이블 형상 압전소자의 지름 방향을 따라, 적어도중심 전극과;이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와;이 압전부재 둘레에 배치되는 외부 전극; 및이 외부 전극 둘레에 배치되는 피복층;을 구비하고,형상유지특성을 갖는 것을 특징으로 하는 케이블 형상 압전소자.
- 케이블 형상 압전소자로서,이 케이블 형상 압전소자의 지름 방향을 따라,중심 전극과;이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와;이 압전부재 둘레에 배치되는 외부 전극과;이 외부 전극 둘레에 배치되는 피복층;을 구비하고, 그리고상기 지름 방향에서 상기 외부 전극과 상기 피복층 사이에 배치되며, 이 케이블 형상 압전소자를 소정 형상으로 유지하는 형상유지 부재;를 구비하는 것을 특 징으로 하는 케이블 형상 압전소자.
- 제 19항에 있어서,상기 형상유지 부재는 판 스프링 또는 코일 스프링 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 케이블 형상 압전소자.
- 케이블 형상 압전소자로서,이 케이블 형상 압전소자의 지름 방향을 따라,중심 전극과;이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와;이 압전부재 둘레에 배치되는 외부 전극; 및이 외부 전극 둘레에 배치되는 피복층;을 구비하고,상기 중심 전극은 이 케이블 형상 압전소자를 소정 형상으로 유지하는 형상유지특성을 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 형상 압전소자.
- 제 21항에 있어서,상기 중심 전극은 형상기억합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 케이블 형 상 압전소자.
- 케이블 형상 압전소자로서,이 케이블 형상 압전소자의 지름 방향을 따라,중심 전극과;이 중심 전극 둘레에 배치되는 압전부재와;이 압전부재 주위에 배치되는 외부 전극; 및이 외부 전극 주위에 배치되는 피복층;을 구비하고,상기 피복층은 이 케이블 형상 압전소자를 소정 형상으로 유지하는 형상유지특성을 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 형상 압전소자.
- 제 23항에 있어서,상기 피복층은 열수축 튜브로 구성되는 것을 특징으로 하는 케이블 형상 압전소자.
- 제 19항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,상기 압전부재는 수지와 압전성 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 케 이블 형상 압전소자.
- 제 19항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,상기 소정 형상은 코일 형상, 원 형상, 호(弧) 형상, 주름 형상, 소용돌이 형상 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 케이블 형상 압전소자.
- 제 18항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 기재된 케이블 형상 압전소자; 및이 케이블 형상 압전소자로부터의 출력신호를 검출하는 제어회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동검지 센서.
- 제 18항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 기재된 케이블 형상 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방범 펜스.
- 제 18항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 기재된 케이블 형상 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 간호사 호출 스위치.
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| US6271621B1 (en) * | 1998-08-05 | 2001-08-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric pressure sensor |
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| JP4219051B2 (ja) * | 1999-06-09 | 2009-02-04 | アルプス電気株式会社 | キーボード装置 |
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| WO2001080327A1 (en) * | 2000-04-18 | 2001-10-25 | Pirelli Pneumatici S.P.A. | Piezoelectric generator for sensors inside vehicle tyres |
| US6526834B1 (en) * | 2000-08-23 | 2003-03-04 | Measurement Specialties, Incorporated | Piezoelectric sensor |
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| JP2004210124A (ja) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 感圧センサの取付構造及び開閉装置 |
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-
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