(57)【要約】【課題】周囲環境の温度変化による圧電素子の破損を防止したガラス破壊センサを提供する。【解決手段】ガラス板Ｇに両面粘着シートによって取り付けられる成形品のハウジング１内に固定されてガラス板Ｇの振動を電圧信号に変換する円板状の圧電素子２を備えて、警報閾値よりも圧電素子２の出力信号の振幅が大きければ警報を出力するもので、圧電素子２はハウジング１にショア−硬度Ａ＝４０以下の接着剤３で貼り付けられる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物において室内外を仕切るガラス板に取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに接着剤で固定されて前記ガラス板の振動を電圧信号に変換する圧電素子と、警報閾値よりも前記圧電素子の出力信号の振幅が大きければ警報を出力する報知手段とを備え、前記接着剤は、硬化後の硬度がショア−硬度Ａで４０以下であることを特徴とするガラス破壊センサ。
【請求項２】
建物において室内外を仕切るガラス板に取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに接着剤で固定されて前記ガラス板の振動を電圧信号に変換する圧電素子と、警報閾値よりも前記圧電素子の出力信号の振幅が大きければ警報を出力する報知手段とを備え、前記ハウジングは、前記圧電素子の接着面を囲むように前記圧電素子の周囲に立設した壁を有することを特徴とするガラス破壊センサ。
【請求項３】
前記ハウジングは、前記圧電素子が接着される箇所に、前記圧電素子を載置して予め定めた接着剤層の厚みに相当する同一高さの複数の凸部を備え、前記複数の凸部は、載置される前記圧電素子が前記ハウジングに対する平行度を維持できる箇所に各々配置されることを特徴とする請求項１または２記載のガラス破壊センサ。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記圧電素子が接着される箇所に、前記圧電素子の接着面の周縁部を載置する台部と、前記台部の内側に形成されて予め定めた接着剤層の厚みに相当する一定深さの凹部とを備え、前記台部は、載置された前記圧電素子が前記ハウジングに対する平行度を維持できる形状に形成されることを特徴とする請求項１または２記載のガラス破壊センサ。
【請求項５】
前記圧電素子は、接着面と該接着面に対向する面とに各々電極を設け、外面の少なくとも一部を前記電極の対向方向に段差を設けた階段形状としたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のガラス破壊センサ。
【請求項６】
前記圧電素子は、接着面と該接着面に対向する面とに各々電極を設け、前記電極間の絶縁距離は前記電極の対向方向の厚みの少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のガラス破壊センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内外を仕切るガラス板に取り付けられガラス板の破壊を検知するガラス破壊センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、窓ガラスやガラス扉など室内外を仕切るガラス板に取り付けられ、室内に侵入しようとする者（以下、侵入者）がガラス板を破壊したときにこれを検知して音や光によって報知する防犯用のガラス破壊センサが提供されている。この種のガラス破壊センサは、振動検知手段としてガラス板の振動を電圧信号に変換する圧電素子を用いて、警報閾値よりも圧電素子の出力信号の振幅が大きければ警報を出力するもので、一般に図２、図３に示すようにガラス破壊センサの外郭を形成してガラス板に取り付けられるハウジング１が成形品である場合、円板状の圧電素子２をハウジング１に接着剤３で貼り付けていた。
【０００３】
また、圧電素子２をハウジング１に接着剤３を使って固定する場合図１８に示すように、接着剤３の塗布量と硬化時に圧電素子２に加える荷重とを管理することで接着剤層の厚みを管理していた。
【０００４】
あるいは、ハウジングの接着面に凹部を設けて、凹部の深さに応じた接着剤層を形成したり、ハウジングの接着面に凸部を設けて、凸部の高さに応じた接着剤層を形成したりして、接着剤層の厚みを管理していた。（例えば、特許文献１参照。）
さらに圧電素子２は図２に示すように、ハウジング１との接着面（裏面）と、接着面に対向する面（表面）とに各々電極２１を形成しており、非金属のハウジング１に接着する場合は、ハウジング１に接着する裏面の電極２１からの信号を取り出すために圧電素子２の裏側の電極２１から側面へ延長され圧電素子２の表面側に引き出す折り返し電極２２の電極パターンを形成している。表面の電極２１及び折り返し電極２２は各々、電線５を介して回路部と電気的に接続されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−６１２７６号公報（２頁左欄第２４行〜第２７行、２頁右欄第１９行〜第４８行、図１〜図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のガラス破壊センサでは接着剤３として硬度の高いエポキシ系接着剤等を用いており、圧電素子２を成形品のハウジング１に貼り付けると、図１９に示すように、周囲環境の温度変化によりハウジング１が図中破線のように変形し、その歪み（例えば接着面に対して垂直なＹ１，Ｙ２方向）が接着剤３を介して圧電素子２に伝わり、ハウジング１と接着剤３及び圧電素子２との線膨張係数の違いにより圧電素子２がハウジング１の変形に追従できずに破損するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、周囲環境の温度変化による圧電素子の破損を防止したガラス破壊センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、建物において室内外を仕切るガラス板に取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに接着剤で固定されて前記ガラス板の振動を電圧信号に変換する圧電素子と、警報閾値よりも前記圧電素子の出力信号の振幅が大きければ警報を出力する報知手段とを備え、前記接着剤は、硬化後の硬度がショア−硬度Ａで４０以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、建物において室内外を仕切るガラス板に取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに接着剤で固定されて前記ガラス板の振動を電圧信号に変換する圧電素子と、警報閾値よりも前記圧電素子の出力信号の振幅が大きければ警報を出力する報知手段とを備え、前記ハウジングは、前記圧電素子の接着面を囲むように前記圧電素子の周囲に立設した壁を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記ハウジングは、前記圧電素子が接着される箇所に、前記圧電素子を載置して予め定めた接着剤層の厚みに相当する同一高さの複数の凸部を備え、前記複数の凸部は、載置される前記圧電素子が前記ハウジングに対する平行度を維持できる箇所に各々配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１または２において、前記ハウジングは、前記圧電素子が接着される箇所に、前記圧電素子の接着面の周縁部を載置する台部と、前記台部の内側に形成されて予め定めた接着剤層の厚みに相当する一定深さの凹部とを備え、前記台部は、載置された前記圧電素子が前記ハウジングに対する平行度を維持できる形状に形成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記圧電素子は、接着面と該接着面に対向する面とに各々電極を設け、外面の少なくとも一部を前記電極の対向方向に段差を設けた階段形状としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記圧電素子は、接着面と該接着面に対向する面とに各々電極を設け、前記電極間の絶縁距離は前記電極の対向方向の厚みの少なくとも一部を含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態のガラス破壊センサは図１（ａ）に示すように、ガラス板Ｇに両面粘着シートによって取り付けられる成形品のハウジング１内に固定されてガラス板Ｇの振動を電圧信号に変換する円板状の圧電素子２を備えて、警報閾値よりも圧電素子２の出力信号の振幅が大きければ警報を出力するもので、その回路部の構成は図１（ｂ）に示すように、圧電素子２に並列接続された抵抗Ｒ１と、圧電素子２の出力信号のうちガラス板Ｇの破壊に関わる周波数が通過しノイズが除去される程度にカットオフ周波数が設定されたハイパスフィルタ回路Ｓ１と、ハイパスフィルタ回路Ｓ１の出力と警報閾値電圧Ｖｔｈとを比較する比較判断部Ｓ２と、比較判断部Ｓ２の判断結果が、警報閾値電圧Ｖｔｈよりもハイパスフィルタ回路Ｓ１の出力が大きければ警報を発する警報出力部Ｓ３とから構成される。
【００１６】
圧電素子２は図２、図３に示すようにハウジング１に接着剤３で貼り付けられ、従来例と同様に表面の電極２１及び折り返し電極２２は各々、電線５を介して図１（ｂ）に示す回路部と電気的に接続されている。
【００１７】
本実施形態では、接着剤３にショア−硬度Ａ＝４０以下のもの、例えばシリコン系接着剤を用いている点が従来例と異なる。
【００１８】
次に、この圧電素子２を硬度の各々異なる接着剤３で成形品のハウジング１に貼りつけたサンプルについて、周囲環境の温度変化に対して圧電素子２の破損の有無を確認するために、熱衝撃試験により破損状況の有無の確認を行った。サンプルとして、接着剤３ａ：ショア−硬度Ｄ＝８９（ショア−硬度Ａ＝９０以上）、接着剤３ｂ：ショア−硬度Ｄ＝７５（ショア−硬度Ａ＝９０以上）、接着剤３ｃ：ショア−硬度Ｄ＝４０（ショア−硬度Ａ＝９０）、接着剤３ｄ：ショア−硬度Ａ＝４０の４種類を用意した。尚、試験条件は使用温度範囲に対し低温側高温側ともに２５℃拡張した−４０℃〜８０℃で、５０サイクルという厳しい条件とした。
【００１９】
熱衝撃試験の結果は図４に示すように、接着剤３ａ，３ｂを用いたサンプルは、圧電素子２が厚み方向で２つに分断され、接着剤３ｃを用いたサンプルは、サンプルの一部が破損、あるいは電極部分の剥離による感度劣化を起こしていた。しかし、接着剤３ｄを用いたサンプルは破損、感度劣化共なかった。したがって本実施形態では接着剤３にショア−硬度Ａ＝４０以下のものを用いることで、ハウジング１と圧電素子２との間で接着剤３が各々の線膨張係数の違いによる伸縮を吸収する形となって、圧電素子２の破損をなくすことができる。
【００２０】
（実施形態２）
本実施形態のガラス破壊センサの基本構成は実施形態１と略同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。図５、図６は本実施形態のハウジング１と円板状の圧電素子２との接着部分を示しており、ハウジング１は圧電素子２の接着面を囲むように圧電素子２の外周に沿って立設した円環状の壁１０を一体成形している。圧電素子２はこの一体成形した壁１０の内側でハウジング１に接着剤３で貼り付けられているので、周囲環境の温度変化によりハウジング１が図６中破線のように変形しようとしても壁１０の剛性によって接着面の変形（そり）を抑えることができ、接着面に平行なＸ１，Ｘ２方向に働く伸縮力も大幅に削減されている。
【００２１】
したがって、圧電素子２の接着面の変形は少なく、圧電素子２に歪みが伝わらないために硬度の高い接着剤３を使用しても圧電素子２の破損はない。尚、図５、図６の壁１０の平面形状は円となっているが、圧電素子を囲むことのできる形状であれば、その他の形状、例えば矩形であっても対応は可能である。
【００２２】
（実施形態３）
図７（ａ），（ｂ）は、本実施形態のハウジング１と円板状の圧電素子２との接着部分を示し、他の構成は実施形態１または２と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態のハウジング１の圧電素子２を接着する部分には、円形の凹部１２を形成し、凹部１２の底面上にその高さが予め定めた接着剤層の厚みＴ１と一致する凸部１１ａ〜１１ｃを３ヶ所配置する。凸部１１ａ〜１１ｃは、その各中心が圧電素子２の円形の接着面の中心位置に対して１２０°間隔となるように同心円上に配置され、圧電素子２はこの凸部１１ａ〜１１ｃに載置されてハウジング１に対する平行度を保っている。
【００２３】
ここで従来、図１８のように圧電素子２をハウジング１に接着剤３を使って固定する場合、硬化後の接着剤層厚みの管理が難しくセンサの振動検出感度にバラツキがあるという問題があった。しかし、本実施形態のように圧電素子２の接着部分に接着剤３を塗布し、圧電素子２を凸部１１ａ〜１１ｃ上に置いて接着剤３を硬化させると、接着剤層の厚みＴ１は凸部１１ａ〜１１ｃの高さで決まるため振動の伝達経路の厚み（接着剤層の厚みＴ１）が一定となり、センサの振動検出感度のバラツキは小さくなり、一定の範囲内に収まる。
【００２４】
また、凸部１１ａ〜１１ｃの代わりに図８に示す円環状の凸部１３や、図９に示す互いに平行に配置された１対の直線状の凸部１４ａ，１４ｂであってもよく、接着剤層の厚みＴ１及び圧電素子２のハウジング１に対する平行度を保つことできるものであればよい。
【００２５】
（実施形態４）
図１０（ａ），（ｂ）は、本実施形態のハウジング１と円板状の圧電素子２との接着部分を示し、他の構成は実施形態１または２と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態のハウジング１の圧電素子２を接着する部分には、円形の凹部１２を形成し、凹部１２よりその径が小さく、その深さが予め定めた接着剤層の厚みＴ１と一致する円形の凹部１５を凹部１２の底面に形成する。圧電素子２はその接着面の周縁部を凹部１２の円周部（台部）上に載置されてハウジング１に対する平行度を保っている。
【００２６】
ここで従来、図１８のように圧電素子２をハウジング１に接着剤３を使って固定する場合、硬化後の接着剤層厚みの管理が難しくセンサの振動検出感度にバラツキがあるという問題があった。しかし、本実施形態のように圧電素子２の接着部分に接着剤３を塗布し、圧電素子２を凹部１２の円周部上に置いて接着剤３を硬化させると、接着剤層の厚みＴ１は凹部１５の深さで決まるため振動の伝達経路の厚み（接着剤層の厚みＴ１）が一定となり、センサの振動検出感度のバラツキは小さくなり、一定の範囲内に収まる。
【００２７】
また、凹部１５の形状は四角等、接着剤層の厚みＴ１及び圧電素子２のハウジング１に対する平行度を保つことできる形状であればよい。
【００２８】
（実施形態５）
図１１、図１２は、本実施形態の圧電素子２を示し、他の構成は実施形態１乃至４いずれかと同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態の圧電素子２は、径の異なる円板状の素子部２ａ，２ｂの一方の側端部同士を一致させて重ねた２段構成となっており、径が小さい素子部２ａの裏面は、非金属のハウジング１との接着面であると共に電極２１を全面に形成している。また素子部２ｂの表面にも素子部２ａと同径に形成されたもう一方の電極２１が形成される。ここで、圧電素子２の表裏面の各電極２１の径は、検出周波数での感度を確保するために検出周波数で決まる径Ｒ１となる。
【００２９】
そして素子部２ａの裏面の電極２１から素子部２ａの側面、素子部２ｂの裏面及び側面にまで延長した延長電極２３が形成されており、素子部２ｂの裏面の延長電極２３に予め電線を半田付けしておいてからハウジング１に貼り付け、回路部に配線する。素子部２ｂの表面に形成されたもう一方の電極２１も回路部に配線される。
【００３０】
ここで従来、図２のように折り返し電極２２の電極パターンの圧電素子２を製造する場合、セラミックを分極する際に２つの電極間同士の絶縁距離を確保するために圧電素子２の厚み相当の距離を開ける必要があるため、両面全面電極パターンに比べ感度が低いという問題があった。
【００３１】
しかし本実施形態では、圧電素子２の厚み方向は階段状に形成されているので、表裏面の各電極２１間の絶縁距離Ｚ１は十分に確保できると同時に、検出周波数で決まる電極２１の径Ｒ１の部分すべてが分極処理されるため、従来の折り返し電極パターンに比べて感度は向上する。なお、素子部２ｂ側面の延長電極２３は無くてもよい。
【００３２】
また図１３、図１４に示すように、径の異なる円板状の素子部２ａ，２ｂの中心同士を一致させて重ねた２段構成としても同様の効果を得ることができる。図１３、図１４では素子部２ｂ側面には延長電極２３はなく、表裏面の各電極２１間の絶縁距離Ｚ２となり、素子部２ｂ側面の延長電極２３がある場合の絶縁距離Ｚ１に比べて素子部２ｂの厚み分だけ絶縁距離を大きくとることができる。
【００３３】
さらに本実施形態では圧電素子２の厚み方向の形状を階段状にしてあるが、図１５に示すように素子部２ｂの側面を、表面に近付くにしたがって径が小さくなるスロープ状に形成しても問題は無い。
【００３４】
（実施形態６）
図１６、図１７は、本実施形態の圧電素子２を示し、他の構成は実施形態１乃至４いずれかと同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態の圧電素子２は、同一径の円板状の素子部２ｄ，２ｆの間に素子部２ｅ，２ｆより径の大きい円板状の素子部２ｅを挟んだ３段構成となっており、素子部２ｄの表面及び素子部２ｆの裏面は電極２１を全面に形成しており、素子部２ｆの裏面を非金属のハウジング１との接着面としている。ここで、圧電素子２の表裏面の各電極２１の径は、検出周波数での感度を確保するために検出周波数で決まる径Ｒ１となる。
【００３５】
そして素子部２ｄの表面の電極２１から素子部２ｄの側面、素子部２ｅの表面にまで延長した延長電極２３、及び素子部２ｆの裏面の電極２１から素子部２ｆの側面、素子部２ｅの裏面にまで延長した延長電極２３が各々形成されており、素子部２ｆの裏面の延長電極２３に予め電線を半田付けしておいてからハウジング１に貼り付け、回路部に配線する。素子部２ｂの表面に形成されたもう一方の電極２１も回路部に配線される。
【００３６】
本実施形態では、素子部２ｅの厚みを表裏面の各電極２１間の絶縁距離Ｚ３としており、絶縁距離は十分に確保できると同時に、検出周波数で決まる電極２１の径Ｒ１の部分すべてが分極処理されるため、従来の折り返し電極パターンに比べて感度は向上する。さらに、実施形態５に比べて構造体の対称性を確保してあるため、スプリアスも抑えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、建物において室内外を仕切るガラス板に取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに接着剤で固定されて前記ガラス板の振動を電圧信号に変換する圧電素子と、警報閾値よりも前記圧電素子の出力信号の振幅が大きければ警報を出力する報知手段とを備え、前記接着剤は、硬化後の硬度がショア−硬度Ａで４０以下であるので、ハウジングと圧電素子との間で接着剤が各々の線膨張係数の違いによる伸縮を吸収し、周囲環境の温度変化による圧電素子の破損を防止することができるという効果がある。
【００３８】
請求項２の発明は、建物において室内外を仕切るガラス板に取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに接着剤で固定されて前記ガラス板の振動を電圧信号に変換する圧電素子と、警報閾値よりも前記圧電素子の出力信号の振幅が大きければ警報を出力する報知手段とを備え、前記ハウジングは、前記圧電素子の接着面を囲むように前記圧電素子の周囲に立設した壁を有するので、周囲環境の温度変化による圧電素子の接着面の変形は少なく、圧電素子の破損を防止することができるという効果がある。
【００３９】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記ハウジングは、前記圧電素子が接着される箇所に、前記圧電素子を載置して予め定めた接着剤層の厚みに相当する同一高さの複数の凸部を備え、前記複数の凸部は、載置される前記圧電素子が前記ハウジングに対する平行度を維持できる箇所に各々配置されるので、ハウジングの寸法管理によって接着剤層の厚みを一定とすることで、センサの振動検出感度のバラツキを小さくして一定の範囲内に収めることができるという効果がある。
【００４０】
請求項４の発明は、請求項１または２において、前記ハウジングは、前記圧電素子が接着される箇所に、前記圧電素子の接着面の周縁部を載置する台部と、前記台部の内側に形成されて予め定めた接着剤層の厚みに相当する一定深さの凹部とを備え、前記台部は、載置された前記圧電素子が前記ハウジングに対する平行度を維持できる形状に形成されるので、ハウジングの寸法管理によって接着剤層の厚みを一定とすることで、センサの振動検出感度のバラツキを小さくして一定の範囲内に収めることができるという効果がある。
【００４１】
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記圧電素子は、接着面と該接着面に対向する面とに各々電極を設け、外面の少なくとも一部を前記電極の対向方向に段差を設けた階段形状としたので、圧電素子の感度を低下させることなく容易に電極を取り出すことができるという効果がある。
【００４２】
請求項６の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記圧電素子は、接着面と該接着面に対向する面とに各々電極を設け、前記電極間の絶縁距離は前記電極の対向方向の厚みの少なくとも一部を含むので、圧電素子の感度を低下させることなく電極間の絶縁距離をとることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施形態１のガラス破壊センサを示す外観構成図である。
（ｂ）同上の回路構成図である
【図２】同上の圧電素子近傍の斜視図である。
【図３】同上の圧電素子近傍の側面図である。
【図４】同上の各種接着剤に対する熱衝撃試験の結果を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２の圧電素子近傍の斜視図である。
【図６】同上のハウジングの変形を示す側面断面図である。
【図７】（ａ）本発明の実施形態３の第１の圧電素子近傍の表面図である。
（ｂ）同上の第１の圧電素子近傍の側面断面図である。
【図８】同上の第２の圧電素子近傍の表面図である。
【図９】同上の第３の圧電素子近傍の表面図である。
【図１０】（ａ）本発明の実施形態４の圧電素子近傍の表面図である。
（ｂ）同上の圧電素子近傍の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態５の第１の圧電素子の構成を示す図である。
【図１２】同上の第１の圧電素子の斜視図である。
【図１３】同上の第２の圧電素子の構成を示す図である。
【図１４】同上の第２の圧電素子の斜視図である。
【図１５】同上の第３の圧電素子の斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態６の圧電素子の構成を示す図である。
【図１７】同上の圧電素子の斜視図である。
【図１８】従来例の圧電素子とハウジングとの接着を示す図である。
【図１９】同上のハウジングの変形を示す側面図である。
【符号の説明】
１      ハウジング
２      圧電素子
３      接着剤
Ｇ      ガラス
Ｓ１    ハイパスフィルタ回路
Ｓ２    比較判断部
Ｓ３    警報出力部
Ｖｔｈ  警報閾値電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004206616.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2004206616.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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