(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃を検知するための光ファイバと、該光ファイバの一端に接続された光源と、上記光ファイバの他端に接続された受光機と、上記光ファイバの長手方向に沿って設けられ、その光ファイバに付与された荷重を支持するための荷重集中板と、上記光ファイバ及び上記荷重集中板を被覆するモールド材とを備えた衝撃検知光ファイバセンサにおいて、
上記荷重集中板が、上記光ファイバの長手方向に沿って形成された板体と、該板体の長手方向に所定間隔を隔てて形成された複数の孔と、それら孔間に形成された接続部とを備え、
該接続部は、上記光ファイバの軸方向から見て底部及び２つの側部からなる略凹状に形成されたくぼみ部を有し、
該くぼみ部は、上記光ファイバを配置しモールドした際に、上記光ファイバと上記くぼみ部の側部との間に上記モールド材が介在するように、上記光ファイバの直径より幅広に形成されることを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサ。
【請求項２】
上記荷重集中板は、上記板体をプレス加工することで、上記孔、上記接続部及び上記くぼみ部を形成してなる請求項１記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃を検知するための衝撃検知光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
衝撃検知センサは、自動車等の車両に備えられ、他の車両や障害物等との衝突時の衝撃を検知（センシング）するためのものである。
【０００３】
衝撃検知センサとしては、圧力センサ、加速度センサ或いはひずみゲージを備え、それらセンサにより測定された圧力、加速度或いはひずみの変化を観測することで衝撃を検知する電気式のものが一般に知られている。また、ガラス（石英等）やプラスチックからなる光ファイバを備え、その光ファイバを伝搬する光の透過光量の変化を観測することで衝撃を検知する光ファイバ式のものも一般に知られている。この種の光ファイバ式の衝撃検知センサは、特許文献１にも記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５３１８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来の衝撃検知センサのうち電気式のものでは、衝撃を検出するセンサや、そのセンサにより検出した電気信号が電気ノイズ・電磁ノイズの影響を受け易く、検出したい電気信号と電気ノイズ・電磁ノイズとの識別が困難となることがあるという問題があった。また、電気信号は伝送損失が大きいといった問題があった。
【０００６】
そこで本出願人らは、これら課題を解決すべく、電気ノイズ・電磁ノイズの影響を受けにくく、且つ、伝送損失の小さい光ファイバを用いた衝撃検知光ファイバセンサを先に提案した（特願２００４−２６１２３２）。
【０００７】
図７に示すように、衝撃検知光ファイバセンサ７０は、衝撃を検知するための光ファイバ７１と、光ファイバ７１の一端に接続された光源（図示せず）と、光ファイバ７１の他端に接続された受光機（図示せず）と、光ファイバ７１の長手方向に沿って設けられ、光ファイバ７１に付与された荷重を支持するための荷重集中板７２とを備えている。光ファイバ７１と荷重集中板７２とはモールド材７３により被覆されて一体化されており、これら光ファイバ７１、荷重集中板７２及びモールド材７３がセンサ部７４を構成している。
【０００８】
荷重集中板７２の片面（図７中の上側）には、光ファイバ７１の長手方向に沿って所定間隔を隔てて複数の突起７５が形成されている。各突起７５の高さは全て等しく、光ファイバ７１と各突起７５とが当接するようになっている。
【０００９】
他の車両や障害物等との衝突によってセンサ部７４に衝撃荷重が加わると、光ファイバ７１が荷重集中板７２の突起７５側に押しつけられて曲がったり圧縮される。そうなると、光ファイバ７１に衝撃に応じた曲げ損失及び圧縮損失が発生するので、それら損失量から衝撃の有無、大きさを検知することができる。光ファイバ７１の損失量は、光ファイバ７１を伝搬する光の透過光量の変化を観測することで測定できる。
【００１０】
しかしながら、図７で示した衝撃検知光ファイバセンサ７０では、衝撃の印加方向によって検出感度にバラツキが発生するという問題があった。即ち、衝撃がセンサ部７４の正面（図７（ｂ）中の上側）に対して傾斜して加わると、光ファイバ７１が荷重集中板７２の横方向（幅方向）にわずかにずれて、衝撃がセンサ部７４の正面から真直に加わった場合に比べて、光ファイバ７１を荷重集中板７２の突起７５側に押しつける力が小さくなってしまう。従って、衝撃印加方向によっては光ファイバ７１に作用する曲げや圧縮が不十分となって所定の変形が得られず、衝撃が過小に評価されるおそれがあった。
【００１１】
ところで、上記の荷重集中板７２を製造する場合には、突起７５を形成するのに十分な厚さを有する鋼材を、ワイヤカット放電加工等により山形状に切削していた。例えば、ワイヤカット放電加工では、厚さ５ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼材を上記の荷重集中板７２に加工する場合、一時間程度の時間を要した。また、ワイヤカット放電加工では、長さが１ｍ以上の大型の鋼材であると、設備上加工が出来ないという制約があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、衝撃印加方向のズレによる検出感度のバラツキを抑制することができる衝撃検知光ファイバセンサを提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、荷重集中板の加工時間を短縮することができる衝撃検知光ファイバセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、衝撃を検知するための光ファイバと、該光ファイバの一端に接続された光源と、上記光ファイバの他端に接続された受光機と、上記光ファイバの長手方向に沿って設けられ、その光ファイバに付与された荷重を支持するための荷重集中板と、上記光ファイバ及び上記荷重集中板を被覆するモールド材とを備えた衝撃検知光ファイバセンサにおいて、上記荷重集中板が、上記光ファイバの長手方向に沿って形成された板体と、該板体の長手方向に所定間隔を隔てて形成された複数の孔と、それら孔間に形成された接続部とを備え、該接続部は、上記光ファイバの軸方向から見て底部及び２つの側部からなる略凹状に形成されたくぼみ部を有し、該くぼみ部は、上記光ファイバを配置しモールドした際に、上記光ファイバと上記くぼみ部の側部との間に上記モールド材が介在するように、上記光ファイバの直径より幅広に形成されることを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサである。
【００１５】
請求項２の発明は、上記荷重集中板は、上記板体をプレス加工することで、上記孔、上記接続部及び上記くぼみ部を形成してなる請求項１記載の衝撃検知光ファイバセンサである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、衝撃印加方向のズレによる検出感度のバラツキを抑制することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
本実施形態の衝撃検知光ファイバセンサは、自動車等の車両に備えられ、他の車両や障害物等との衝突時の衝撃の有無、大きさを検知するためのものである。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る衝撃検知光ファイバセンサの斜視図である。図２はセンサ部を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線矢視断面図であり、（ｃ）は図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線矢視断面図であり、（ｄ）は図２（ａ）のＩＩｄ−ＩＩｄ線矢視断面図である。図３は荷重集中板を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線矢視断面図であり、（ｃ）は図３（ａ）のＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線矢視断面図であり、（ｄ）は図３（ａ）のＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ線矢視断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の衝撃検知光ファイバセンサ１は、衝撃を検知するためのプラスチック光ファイバ２（以下ＰＯＦという）を有するセンサ部３と、ＰＯＦ２の一端に接続された半導体レーザ等の光源（図示せず）と、ＰＯＦ２の他端に接続されたフォトダイオード等の受光機（図示せず）とを備えて主に構成されている。本実施形態では、ＰＯＦ２として耐熱性を有する耐熱性プラスチック光ファイバ（以下ＨＰＯＦという）を用いた。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態のＨＰＯＦ２は、光を伝搬するための断面略円形状のコア部４と、コア部４の外周に被覆させて設けられた断面略円形状のクラッド部５とから構成されている。クラッド部５は、コア部４に対して同心上に設けられる。コア部４としては、耐熱性に優れた合成樹脂（例えば、アクリル樹脂、架橋アクリル樹脂（熱硬化アクリル樹脂）、或いは、シリコーン樹脂）を用いることができる。クラッド部５としては、コア部４よりも屈折率が低く、且つ、耐熱性、耐水性及び機械的特性に優れた合成樹脂（例えば、ふっ化エチレンプロピレン樹脂等のふっ素系樹脂）を用いることができる。
【００２３】
センサ部３は、ＨＰＯＦ２の長手方向に沿って延出させて設けられ、ＨＰＯＦ２に付与された荷重を支持するための荷重集中板（荷重伝達板）１０と、ＨＰＯＦ２及び荷重集中板１０を被覆して、これらを一体化するモールド材１１とを有している。荷重集中板１０としては、鉄（例えば、冷間圧延鋼板）、硬質性のプラスチック、真ちゅう或いはステンレス鋼等のＨＰＯＦ２よりも硬い材料を用いることができる。また、モールド材１１としては、ＨＰＯＦ２よりも軟らかく、可撓性を有する合成樹脂（例えば、シリコーンゴム等）を用いることができる。
【００２４】
図３に示すように、荷重集中板１０には、ＨＰＯＦ２に付与される衝撃荷重を支持すべく、ＨＰＯＦ２の長手方向に沿って所定間隔を隔てて設けられ、ＨＰＯＦ２に当接する複数の突起１２が形成される。
【００２５】
本実施形態の荷重集中板１０は、ＨＰＯＦ２の長手方向に沿って延出させて設けられる板体１３と、板体１３の長手方向に所定間隔を隔てて形成された複数の略Ｉ字状の孔１４と、それら隣接する孔１４間に形成される接続部１５とを有している。接続部１５は、ＨＰＯＦ２の軸方向から見て略凹状に形成されたくぼみ部１６を有している（図３（ｂ）参照）。くぼみ部１６の両端には、板体１３の長手方向に延出する突出部１７が設けられている。これらくぼみ部１６及び突出部１７が上記の突起１２を構成している。
【００２６】
本実施形態では、くぼみ部１６の底部１６ａは、ＨＰＯＦ２を保持すべく側面視平面状に形成されている（図３（ｄ）参照）。また、突出部１７は、ＨＰＯＦ２が曲げられた際にそのＨＰＯＦ２が切断されるのを防止すべく、側面視Ｒ形状に形成されている（図３（ｄ）参照）。また、くぼみ部１６及び突出部１７はＨＰＯＦ２の直径（すなわち、クラッド部５の直径）より幅広に形成される（図２（ｂ）参照）。
【００２７】
図１及び図２に示すように、ＨＰＯＦ２が荷重集中板１０のくぼみ部１６の底部１６ａに配置され、それらＨＰＯＦ２及び荷重集中板１０がモールド材１１により被覆されて一体化される。これにより、ＨＰＯＦ２の外周はモールド材１１により覆われて、ＨＰＯＦ２とくぼみ部１６の側部１６ｂとの間にはモールド材１１が介在されるようになる（図２（ｂ）参照）。ここで、荷重集中板１０（板体１３）の厚さは、ＨＰＯＦ２が配置される部分（つまり、くぼみ部１６の底部１６ａ）が他の部分よりも薄くなるように形成されることが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、荷重集中板１０を製造する際に、プレス加工を用いた。
【００２９】
まず、平板（図４（ａ）の符号２０参照）に、長手方向に所定間隔を隔てて複数の略Ｉ字状の孔１４をプレス加工（打ち抜き）にて形成する。これにより、隣接する孔１４間に接続部１５が形成されると共に、接続部１５の両端に突出部１７が形成される。次に、突出部１７の上面をプレス加工（つぶし）にて曲面状に加工する。
【００３０】
その後、図４（ａ）に示すように、突出部１７の曲面が上側となるように平板２０を凹型の金型２１に乗せ、図４（ｂ）に示すように、その凹型の金型２１の上方から凸型の金型２２により平板２０をプレスして、接続部１５を下方に凸となるよう折り曲げてくぼみ部１６を形成する。これにより、図３で示した荷重集中板１０を得ることができる。
【００３１】
本実施形態では、衝撃検知光ファイバセンサ１を製造すべく荷重集中板１０をモールド材１１により被覆する際に、押出し工法を用いた。
【００３２】
この押出し工法は、荷重集中板１０を押出し機（図示せず）の挿入口から差し込んで、生ゴム（モールド材１１）で覆われた荷重集中板１０を押出し機の排出口側へと押し出すようにするものである。本実施形態では、押出し工法を行う際、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製の心棒（図示せず）を荷重集中板１０のＨＰＯＦ２が配置される部分（すなわち、くぼみ部１６）に配置し、それら荷重集中板１０及び心棒を押出し機の挿入口側から差し込んで排出口側へと押し出すようにした。
【００３３】
全長にわたって荷重集中板１０を生ゴム（モールド材１１）により被覆したら、それらを架橋して、生ゴム（モールド材１１）を硬化させる。そして、生ゴム（モールド材１１）の硬化後に心棒をモールド材１１から引き抜き、引き抜いた心棒に代えてＨＰＯＦ２をモールド材１１に挿入する。ＨＰＯＦ２をモールド材１１に挿入する際には、心棒を引き抜いたことで形成されるモールド材１１の穴に圧縮空気を送り込みその穴を拡大させる。モールド材１１の穴への圧縮空気の送り込みは、ＨＰＯＦ２挿入側からであっても良く、ＨＰＯＦ２挿入側と反対側からであっても良い。
【００３４】
モールド材１１に挿入したＨＰＯＦ２の位置を決めて圧縮空気の送り込みを終了すると、モールド材１１の穴が収縮してＨＰＯＦ２とモールド材１１とが密着する。これにより、図１及び図２で示した衝撃検知光ファイバセンサ１を得ることができる。なお、ＨＰＯＦ２をモールド材１１の穴に挿入したとき、仮にＨＰＯＦ２とモールド材１１との間に隙間ができたとしても、衝撃検知光ファイバセンサ１を所定位置に組み付ける際、センサ固定時の挟み込み圧力でＨＰＯＦ２とモールド材１１との隙間はなくなる。
【００３５】
本実施形態の衝撃検知光ファイバセンサ１は、そのセンサ部３を車両の前方のバンパー部に設置することで、車両の前方からの衝撃を検知することができる。センサ部３の組み付け位置は、バンパーの表面、バンパーの裏側（すなわち、バンパーとショックアブソーバ（緩衝材）との間）、ショックアブソーバへの埋め込み、もしくは、ショックアブソーバとバンパーリーンフォースとの間等、車両の中で衝撃が加わったときに荷重が伝達するルート上であれば良い。また、センサ部３を車両のバンパーの表面に近い位置に設置する場合には、センサ部３を車両の上方及び下方にそれぞれ設置すれば、衝突対象物の重心の高低が判別できるため、より効率よく衝突対象物を判別することが可能となる。
【００３６】
また、車両の後方や側方からの衝撃を検知する際には、センサ部３を車両の後方や側面に配置すれば良い。
【００３７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３８】
光源より出力された光は、ＨＰＯＦ２を介して受光機に入射される。受光機により検出された透過光量（光強度）は、信号線（図示せず）により電気信号としてセンサ外部へ送信される。
【００３９】
他の車両や障害物等との衝突によってセンサ部３に衝撃荷重が加わると、ＨＰＯＦ２が、図５に示すように荷重集中板１０の突起１２間で曲げられたり、図６に示すように突起１２に押しつけられて圧縮される。そうなると、ＨＰＯＦ２に衝撃に応じた曲げ損失（マイクロベンド損失）或いは圧縮損失が発生し、それら曲げ損失或いは圧縮損失に応じてＨＰＯＦ２を伝搬する光の透過光量に変化が生じる。一方、衝撃印加から時間が経過すると、モールド材１１の弾性力によりＨＰＯＦ２の形状が復元されるため、衝撃検知光ファイバセンサ１を繰返し使用することが可能である。
【００４０】
本実施形態では、荷重集中板１０が、ＨＰＯＦ２の長手方向に沿って形成された板体１３と、板体１３の長手方向に所定間隔を隔てて形成された複数の孔１４と、それら孔１４間に形成された接続部１５とを備え、その接続部１５がＨＰＯＦ２の軸方向から見て略凹状に形成されたくぼみ部１６を有し、そのくぼみ部１６にＨＰＯＦ２を配置するようにしている。そのため、衝撃がセンサ部３の正面（図２（ｂ）中の上側）に対して図６中の矢印で示すように傾斜して加わった際には、ＨＰＯＦ２がくぼみ部１６の側部１６ｂ側へと押しつけられるものの、ＨＰＯＦ２とくぼみ部１６の側部１６ｂとの間に介在するモールド材１１の弾性力により、くぼみ部１６の側部１６ｂとは反対側へ押し戻されるため、衝撃印加時のＨＰＯＦ２の横方向（幅方向）へのズレが低減される。さらにＨＰＯＦ２が、くぼみ部１６の側部１６ｂとの間に介在するモールド材１１を介して、くぼみ部１６の側部１６ｂから反力を得て変形されるので、衝撃が傾斜して加わった際の衝撃も検知することが可能である。したがって、衝撃印加方向のズレによる検出感度のバラツキを抑制することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態では、荷重集中板１０の孔１４、接続部１５及びくぼみ部１６を、平板２０をプレス加工することで形成するようにしたため、それら孔１４、接続部１５及びくぼみ部１６をワイヤカット放電加工等により形成するのに比べて、荷重集中板１０の加工時間を短縮することができる。例えば、厚さ１ｍｍ、長さ２００ｍｍの平板２０をプレス加工（打ち抜き）して孔１４を形成する場合、十秒程度で加工が終了する。またプレス加工では、長さが１ｍ以上の大型の平板２０であっても、比較的容易に加工することが可能である。
【００４２】
また、本実施形態では、ＨＰＯＦ２とくぼみ部１６の側部１６ｂとの間にモールド材１１が介在されるため、そのモールド材１１が緩衝材となり、ＨＰＯＦ２がくぼみ部１６の側部１６ｂに直接当接されるのに比べてＨＰＯＦ２が切断されにくくなるという利点がある。
【００４３】
本発明は以上説明した実施形態には限定はされない。
【００４４】
例えば、ＨＰＯＦ２のコア部４及びクラッド部５の断面形状は上述の実施形態には限定はされない。例えば、コア部４及びクラッド部５が断面矩形状や断面楕円形状等の他の形状に形成されていても良い。
【００４５】
また、上述の実施形態では光ファイバ２としてプラスチック光ファイバを用いたが、光ファイバ２としてガラス光ファイバを用いることも可能である。しかしながら、ガラスの特性上、ガラス光ファイバは曲げや圧縮により機械的強度劣化を起こし易く、衝撃印加時にガラス光ファイバが切断されるおそれがある。そのため、光ファイバ２としては、本実施形態のように機械的強度低下が起こりにくいプラスチック光ファイバを用いることが望ましい。
【００４６】
また、上述の実施形態では荷重集中板１０の孔１４、接続部１５及びくぼみ部１６を、平板２０をプレス加工することで形成するものとしたが、荷重集中板１０の孔１４、接続部１５及びくぼみ部１６をモールドにより形成しても良い。
【００４７】
また、上述の実施形態の衝撃検知光ファイバセンサ１のセンサ部３を車両のドア閉じ込め部に設置すれば、ドアの開閉を検知することが可能となる。
【００４８】
さらには、上述の実施形態の衝撃検知光ファイバセンサ１は荷重センサであるため、そのセンサ部３を道路に埋設すれば通過車両の車軸重量を計測することが可能となる。その際、センサ部３を橋脚部等に埋設して重量を計測できるようにすれば、橋を通過する車両の総重量を計測することが可能となり、橋の劣化等の類推も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る衝撃検知光ファイバセンサの斜視図である。
【図２】センサ部を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線矢視断面図であり、（ｃ）は図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線矢視断面図であり、（ｄ）は図２（ａ）のＩＩｄ−ＩＩｄ線矢視断面図である。
【図３】荷重集中板を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線矢視断面図であり、（ｃ）は図３（ａ）のＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線矢視断面図であり、（ｄ）は図３（ａ）のＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ線矢視断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は荷重集中板の製造方法を示す概略図である。
【図５】光ファイバが衝撃印加により曲げられた状態を示す、センサ部の側面断面図である。
【図６】光ファイバが衝撃印加により圧縮された状態を示す、センサ部の正面断面図である。
【図７】本出願人らが先に提案した衝撃検知光ファイバセンサを示し、（ａ）は側面断面図であり、（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線矢視断面図であり、（ｃ）は図７（ａ）のＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  衝撃検知光ファイバセンサ
２  光ファイバ（ＰＯＦ、ＨＰＯＦ）
１０  荷重集中板
１１  モールド材
１３  板体
１４  孔
１５  接続部
１６  くぼみ部
【図１】
0004791782.tif 000002
【図２】
0004791782.tif 000003
【図３】
0004791782.tif 000004
【図４】
0004791782.tif 000005
【図５】
0004791782.tif 000006
【図６】
0004791782.tif 000007
【図７】
0004791782.tif 000008