(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体と、前記球体の周囲の３次元の全方向に設けた高分子圧電体からなる圧電部材と、前記圧電部材の外周に設けた圧電部材保持手段と、前記圧電部材の内壁と電気的に接続した第１電極と、前記圧電部材の外壁と電気的に接続した第２電極とを設け、前記球体が振動すると前記第１電極と第２電極の間に圧電効果により１つの電気出力として発生する感震装置。
【請求項２】
導電体で構成された球体および圧電部材保持手段と、圧電部材の内壁全面に設けた第１電極と、圧電部材の外壁全面に設けた第２電極とを備えた請求項１記載の感震装置。
【請求項３】
第２電極に所定の基準電圧を供給する電圧供給手段を備えた請求項１記載の感震装置。
【請求項４】
球体と、前記球体の周囲の３次元の全方向に設けたセラミック圧電体からなる圧電部材と、前記圧電部材の外周に設けた圧電部材保持手段と、前記圧電部材の内壁と電気的に接続した第１電極と、前記圧電部材の外壁と電気的に接続した第２電極とを設け、前記球体が振動すると前記第１電極と第２電極の間に圧電効果により１つの電気出力として発生する感震装置。
【請求項５】
球体と圧電部材の間、または圧電部材と圧電部材保持手段の間に振動制御物体を設けた請求項１または４記載の感震装置。
【請求項６】
球体と圧電部材と圧電部材保持手段とは、複数に分割できる請求項１から５のいずれか１項記載の感震装置。
【請求項７】
振動制御物体は、高周波数の振動を除去する緩衝体である請求項５記載の感震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスメーターなどに設置され地震の振動を検知する感震装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の感震装置は、特開平３−２９５４２１号公報のようなものが知られていた。以下、その構成について図７を参照しながら説明する。
【０００３】
図７に示すように、互いに直交する圧電プラスチックフィルム１、２と、圧電プラスチックフィルム１、２の起電圧信号をそれぞれ２乗する２乗回路３、４と、２乗回路３、４の信号を加算する加算回路５と、前記加算回路５の信号を開平する開平回路６と、開平回路の信号をインピーダンス変換するＭＯＳＦＥＴ７とで構成した。ここで、８は出力端子である。
【０００４】
上記構成において、直交する圧電プラスチックフィルム１、２の起電圧信号Ｖａ、Ｖｂは、ある方向θの振動Ｆに対して、出力信号Ｖａ＝Ｋ・Ｆ・ｃｏｓ（θ）、Ｖｂ＝Ｋ・Ｆ・ｓｉｎ（θ）となる。そして、これらの信号を２乗加算して開平することで、
【０００５】
【数１】
0003680514.tif 000002
【０００６】
を検出することができる。ここで、Ｋは比例定数である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術では、２方向の圧電プラスチックフィルムの出力電圧を検出するために、２乗回路が２個必要であり複雑になるという課題があった。そして、２乗回路では、電圧値が２乗されるために非常に幅広い電圧範囲の回路構成が必要で電池などの限られた電源の電圧範囲で構成するには非常に困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、球体と、前記球体の周囲の３次元の全方向に設けた高分子圧電体からなる圧電部材と、前記圧電部材の外周に設けた圧電部材保持手段と、前記圧電部材の内壁と電気的に接続した第１電極と、前記圧電部材の外壁と電気的に接続した第２電極とを設け、前記球体が振動すると前記第１電極と第２電極の間に圧電効果により１つの電気出力として発生する構成とした。
【０００９】
上記発明によれば、高分子圧電体によって球体の動きを弾力的に受け止めることができ、球体が３次元のどの方向に振動しても高分子圧電体が均等に変形するので、３次元の全方向に対して均一な感度を有することができるとともに、どの方向の振動においても１つの電気出力が検出できるのでシンプルな構成で、かつ低消費電力とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、球体と、前記球体の周囲の３次元の全方向に設けた高分子圧電体からなる圧電部材と、前記圧電部材の外周に設けた圧電部材保持手段と、前記圧電部材の内壁と電気的に接続した第１電極と、前記圧電部材の外壁と電気的に接続した第２電極とを設け、前記球体が振動すると前記第１電極と第２電極の間に圧電効果により１つの電気出力としてを発生する構成とした。そして、高分子圧電体によって球体の動きを弾力的に受け止めることができ、球体が３次元のどの方向に振動しても高分子圧電体が均等に変形するので、３次元の全方向に対して均一な感度を有することができるとともに、どの方向の振動においても１つの電気出力が検出できるのでシンプルな構成で、かつ低消費電力とすることができる。
【００１１】
また、導電体で構成された球体および圧電部材保持手段と、圧電部材の内壁全面に設けた第１電極と、圧電部材の外壁全面に設けた第２電極とを備えた構成とした。そして、球体と圧電部材保持手段を導電体とし、かつ電極を全面に設けているためどの方向に球体が振れても球体と接触して電気出力を出力することができる。
【００１２】
また、第２電極に所定の基準電圧を供給する電圧供給手段を備えた構成とした。そして、第１電極の外部にある第２電極を所定電圧でシールドすることでノイズの影響を受け難い構成とすることができる。
【００１３】
また、球体と、前記球体の周囲の３次元の全方向に設けたセラミック圧電体からなる圧電部材と、前記圧電部材の外周に設けた圧電部材保持手段と、前記圧電部材の内壁と電気的に接続した第１電極と、前記圧電部材の外壁と電気的に接続した第２電極とを設け、前記球体が振動すると前記第１電極と第２電極の間に圧電効果により１つの電気出力として発生する構成とした。そして、球体の周囲に設けた硬いセラミック圧電体によって、高周波数まで３次元の全方向に均一な感度を有することができ、どの方向の振動においても１つの電気出力が検出できるのでシンプルな構成とすることができる。
【００１４】
また、球体と圧電部材の間、または圧電部材と圧電部材保持手段の振動間に振動制御物体を設けた。そして、振動制御物体によって球体の動きを大きくして衝撃力を増して圧電による電気出力を増すことができる。
【００１５】
また、球体と圧電部材と圧電部材保持手段とは複数に分割できる構成とした。そして、複数に分割することができるので、分割した状態で製造でき、製造性を容易とすることができる。
【００１６】
また、振動制御物体は、高周波数の振動を除去する緩衝体とした構成により、地震のように低周波数の振動を検出することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の感震装置の構成図である。図１において、９は球体、１０は球体９の周囲に設けた高分子圧電体からなる圧電部材、１１は圧電部材１０の外周に設けた圧電部材保持手段、１２は圧電部材１０の内壁と電気的に接続した第１電極、１３は圧電部材１０の外壁と電気的に接続した第２電極とを設け、第１電極１２と第２電極１３の間に圧電部材１０の圧電効果による電気出力を発生する構成とした。そして、球体９および圧電部材保持手段１１は導電体で構成され、圧電部材１０の内壁全面に設けた第１電極１２と、圧電部材の外壁全面に設けた第２電極１３と、球体９と電気的に接続し圧電部材１０と第２電極１３の一部を貫通して外部に導出された第１電気線１４と、圧電部材保持手段１１と電気的に接続した第２電気線１５とを備えた。ここで、１６は基板、１７は圧電保持手段を固定する固定部である。
【００１９】
また、図２に示すように電気出力を得る電気回路は、圧電部材１０の第１電極１２を抵抗Ｒ１を介してオペアンプ１８に接続する。また、第２電極１３は電圧供給手段としての電池１９と接続する。ここで、Ｒ２、Ｒ３は抵抗である。
【００２０】
次に動作、作用について図３を用いて説明する。図３に示すように、振動を受けると球体９は、その振動方向に力を受け、圧電部材１０の一部２０を変形させる。圧電部材が変形すると、圧電効果によって起電力を生じる。その起電力を圧電部材に設けた第１電極と導電体で構成した球体と第１電気線、および第２電極と導電体で構成した圧電部材保持手段と第２電気線から検出する。このような構成にすることで、水平方向、垂直方向、上下方向などどの方向の振動が発生しても、その方向に球体が振動するので、圧電部材を変形せしめ起電力を発生させる。この起電力をオペアンプの電気回路で処理することで振動に応じた電気信号を検出することができる。
【００２１】
このように、圧電部材が高分子圧電体のため、高分子圧電体によって球体の動きを弾力的に受け止めることができ、球体が３次元のどの方向に振動しても高分子圧電体が均等に変形するので、３次元の全方向に対して均一な感度を有することができるとともに、どの方向の振動においても１つの電気出力が検出できるのでシンプルな構成で、かつ１回路分の少ない消費電力とすることができる。そして、球体と圧電部材保持手段を導電体とし、かつ電極を全面に設けているためどの方向に球体が振れても球体と接触して電気出力を出力することができる。これは、ガスメータなどに設置する感震装置で、どの方向であるかは関係なく３次元方向のベクトル合成された振動レベルが検知できれば良い場合に有効である。また、１つの出力信号を電気処理すれば良いことも、電池を利用したガスメータ用の感震器では非常に重要なことである。
【００２２】
さらに、感震装置が傾いて設置された場合でも、球体であるために傾き補正なしに計測することができる。すなわち、どの方向に傾いていても球体が振動によって受ける力は一様であり、かつ圧電部材を変形する量も傾きには関係ないからである。また、第１電極の外部にある第２電極を所定電圧でシールドすることで、ノイズの影響を受け難い構成とすることができる。これは、圧電部材の微弱信号をマイコンなどで処理できる電圧レベルに増幅するするには、非常に倍率の高い増幅器が必要である。高倍率にする場合は、外乱ノイズも同時に増幅してしまうので、このようにシールド構造とすることで、外乱ノイズの進入を防止して、振動の信号のみを検出することができる。
【００２３】
なお、球体９と圧電部材１０の間には、液体、または空隙を設けて、球体の振動を大きくさせて圧電効果による起電力を大きくすることも可能である。
【００２４】
なお、振動制御物体として、球体９と圧電部材との間に空隙を設けることで球体９の運動が活発になり、圧電部材への衝撃力を増すことができる。その結果、圧電部材からの電気出力を増加して感度の高い感震装置とすることができる。
【００２５】
（実施例２）
図４は本発明の実施例２の感震装置を示す構成図である。実施例１と異なる点は、球体２１と、球体２１の周囲に設けたセラミック圧電体からなる圧電部材２２と、圧電部材２２の外周に設けた圧電部材保持手段２３と、圧電部材２２の内壁と電気的に接続した第１電極２４と、圧電部材の外壁と電気的に接続した第２電極２５とを設け、第１電極２４と第２電極２５の間に圧電効果による電気出力を発生する構成としたことにある。そして、球体２１と圧電部材２２の間、または圧電部材２２と圧電部材保持手段２３の間に振動制御物体としての緩衝体２６を設けたことである。
【００２６】
次に動作、作用について同じく図４を用いて説明する。図４に示すように、振動を受けると球体２１は、その振動方向に力を受け、緩衝体２６もその力を受ける。緩衝体２６が受けた力は圧電部材２２伝わり圧電部材を変形させる。圧電部材が変形すると、圧電効果によって起電力を生じる。その起電力を実施例１と同様に検出する。このような構成にすることで、セラミック圧電体のように硬く高周波数まで感応する圧電部材であっても、緩衝材の働きによって高周波数の部分は除去することができる。当然、実施例１と同様に水平方向、垂直方向、上下方向などどの方向の振動が発生しても、その方向に球体が振動し緩衝体を介して圧電部材を変形せしめ起電力を発生させ、オペアンプの電気回路で処理することで振動に応じた電気信号を検出することができる。
【００２７】
このように、球体の周囲に設けた硬いセラミック圧電体によって、高周波数まで３次元の全方向に均一な感度を有することができるが、地震のように低周波数の振動を検出する場合は、高周波数を除去して検出することが望ましいので、本実施例のように緩衝体を用いることとした。そして、実施例１と同様に、圧電部材が１つの素子でできているので、どの方向の振動においても１つの電気出力が検出できる。よって、電気回路も１回路で構成することができるのでシンプルな構成で、かつ消費電流も１回路分で少ない消費電流とすることができる。
【００２８】
そして、球体のため傾いて設置された場合でも、補正なしに計測することができる。さらに、第１電極の外部にある第２電極を所定電圧でシールドすることでノイズの影響を受け難い構成とすることができる。
【００２９】
なお、図５に示すように、球体の変わりに液体２７を注入して構成しても同様の効果が得られる。この時は、液体の粘性によって振動がやわらげられるので緩衝体は不要である。また、液体の流動性によって、圧電部材に均等に力を加えることできるので、３次元のどの方向の振動に対しても、同じ感度で検出することができる。
【００３０】
また、振動制御物体を緩衝体として説明したが、緩衝体の代わりに空隙を設けることで、球体９の運動が活発に行われることになり、球体の衝撃力が増し出力電圧の高い感震装置とすることができる。
【００３１】
（実施例３）
図６は本発明の実施例３の感震装置を示す構成図である。実施例１と異なる点は、球体と、高分子圧電体で構成された圧電部材と、圧電部材保持手段とは、複数に分割できる構成としたことにある。ここで、２８と２９は球体を２分割した半球体、３０と３１は２分割した圧電部材、３２と３３は２分割した圧電部材保持手段である。ここで、電極は、２分割しても図６のように組み立てたときには互いに導電体のため通電しているので実施例１と同様に１対とした。
【００３２】
次に動作、作用について説明する。２分割したものを図６のように組み立ててしまえば、動作は実施例１と同様である。また、分割して製造することは、半球状のものを１方向からのプレス機械などで容易に製造することができる。
【００３３】
このように、複数に分割することができるので、容易に製造でき、かつ球体と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の感震装置によれば、次の効果が得られる。
【００３５】
球体の周囲の３次元の全方向に設けた高分子圧電体からなる圧電部材と、圧電部材の外周に設けた圧電部材保持手段を設け、圧電効果による電気出力を発生する構成とすることで、高分子圧電体によって球体の動きを弾力的に受け止めることができ、球体が３次元のどの方向に振動しても高分子圧電体が均等に変形するので、３次元の全方向に対して均一な感度を有することができるとともに、どの方向の振動においても１つの電気出力が検出できるのでシンプルな構成で、かつ低消費電力とすることができる。
【００３６】
また、球体の周囲の３次元の全方向に設けたセラミック圧電体からなる圧電部材と、圧電部材の外周に設けた圧電部材保持手段を設け、圧電効果による電気出力を発生する構成とすることで、球体の周囲に設けた硬いセラミック圧電体によって、高周波数まで３次元の全方向に均一な感度を有することができ、どの方向の振動においても１つの電気出力が検出できるのでシンプルな構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の感震装置の側断面図
【図２】  同感震装置の信号検出を示す電気回路図
【図３】  同感震装置の動作を示す側断面図
【図４】  本発明の実施例２の感震装置の側断面図
【図５】  同感震装置の他の実施例を示す側断面図
【図６】  本発明の実施例３を示す感震装置の側断面図
【図７】  従来の感震装置を示すブロック構成図
【符号の説明】
９、２１  球体
１０、２２  圧電部材
１１、２３  圧電部材保持手段
１２、２４  第１電極
１３、２５  第２電極
１４  第１電気線
１５  第２電気線
１９  電池（電圧供給手段）
２６  緩衝体
２７  液体
２８、２９  半球体
３０、３１  圧電部材
３２、３３  圧電部材保持手段
【図１】
0003680514.tif 000003
【図２】
0003680514.tif 000004
【図３】
0003680514.tif 000005
【図４】
0003680514.tif 000006
【図５】
0003680514.tif 000007
【図６】
0003680514.tif 000008
【図７】
0003680514.tif 000009