(57)【要約】      （修正有）【課題】配管や回転系部品などの振動体表面に簡易に設置することができ、おもりを使用しなくても、振動体の振動状態を検知可能な振動センサーを提供すること。【解決手段】振動体５に固定される振動伝達体３と、圧電素子層２と振動吸収層１との積層体である振動検出積層体とを備え、前記振動体の振動が、前記圧電素子層の一方の面において、前記振動吸収層により抑制され、圧電素子層の他方の面において、振動伝達体により伝達されるように、前記振動検出積層体を有し、前記振動検出積層体の一方の面が振動体または振動伝達体に接しており、該積層体の他方の面が振動伝達体に接しており、該積層体のこれら２つの面以外の面は振動伝達体に接していない、振動体の振動を検知する振動センサー１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体に固定される振動伝達体と、
圧電素子層と振動吸収層との積層体である振動検出積層体とを備え、
前記振動体の振動が、前記圧電素子層の一方の面において、前記振動吸収層により抑制され、圧電素子層の他方の面において、振動伝達体により伝達されるように、前記振動検出積層体を有し、
前記振動検出積層体の一方の面が振動体または振動伝達体に接しており、該積層体の他方の面が振動伝達体に接しており、該積層体のこれら２つの面以外の面は振動伝達体に接していない、
振動体の振動を検知する振動センサー。
【請求項２】
前記振動吸収層の振動伝達率が１以下である、請求項１に記載の振動センサー。
【請求項３】
前記振動吸収層が、ゲルからなる層、天然ゴムからなる層、合成ゴムからなる層、エラストマーからなる層、樹脂発泡体、繊維材料からなる織布または不織布、のいずれかを含む、請求項１または２に記載の振動センサー。
【請求項４】
前記圧電素子層が多孔質樹脂シートを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動センサー。
【請求項５】
前記圧電素子層が、ファイバーからなる不織布または織布を含み、
該ファイバーは、分子および結晶構造に起因する双極子を持たないポリマー製である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動センサー。
【請求項６】
前記ポリマーがポリテトラフルオロエチレンである、請求項５に記載の振動センサー。
【請求項７】
前記振動伝達体に接する部分の振動体表面の材質の音響インピーダンス（Ｚ１）と、前記振動伝達体の材質の音響インピーダンス（Ｚ２）との比Ｚ１／Ｚ２が０．２〜５．０の範囲にある、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動センサー。
【請求項８】
前記振動検出積層体のうち、振動吸収層が振動体に接する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動センサー。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動センサーを、振動体表面に設置することにより振動体の振動を検知する、振動測定方法。
【請求項１０】
振動体に固定して使用される振動伝達体と、
圧電素子と、
振動吸収体とを含み、
前記振動体の振動が、前記圧電素子の一方の面において、前記振動吸収体により抑制され、圧電素子の他方の面において、振動伝達体により伝達されるように、前記圧電素子と振動吸収体とが配置されて使用され、
前記圧電素子の一方の面が前記振動吸収体に接しており、該圧電素子の他方の面が前記振動体または振動伝達体に接しており、
前記振動吸収体の一方の面が前記圧電素子に接しており、該振動吸収体の他方の面が振動体または振動伝達体に接しており（但し、前記圧電素子と振動吸収体の前記他方の面が同時に振動体に接することはない）、
前記圧電素子および振動吸収体それぞれの前記２つの面以外の面は振動伝達体に接しないように前記圧電素子と振動吸収体とが配置されて使用される、
振動センサー作製用キット。
【請求項１１】
請求項１０に記載の振動センサー作製用キットから得られる振動センサーを、振動体表面に設置することにより振動体の振動を検知する、振動測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動センサー、振動測定方法および振動センサー作製用キットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、配管や回転系部品などの振動が生じ得る部分の振動を測定することが行われている。このような振動を測定する方法として、計測が比較的簡単であり、経年変化が少ないこと等の点から、圧電素子を含む振動センサーが用いられている。
【０００３】
前記振動センサーとしては、水晶の単結晶やチタン酸バリウムなどの圧電素子と、おもり等とを含む振動センサーが開発されており、具体的には、該圧電素子に圧縮力がかかることにより振動を測定する圧縮型の振動センサーと、該圧電素子にせん断力がかかることにより振動を測定するせん断型の振動センサーとが開発されている。
【０００４】
また、特許文献１には、高分子圧電性フィルムに、重錘を結合した膜振動センサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−０１２５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記振動センサーでは、該センサーに含まれるおもりの振動によって、圧電素子に圧縮力やせん断力が付与され、振動が検知される。
しかしながら、これらのセンサーではおもりが必要となるため、センサーの質量が重くなってしまい、また、センサーサイズが大型化してしまうという問題点があった。
センサーの質量が重くなると、センサーの質量が振動体に付加され、振動体の固有振動数が小さくなることによって、振動体本来の振動情報が得られない傾向にあり、また、センサーサイズが大型化すると、狭隘部等の所望の場所にセンサーを設置ができない等の問題があった。
【０００７】
また、前記おもりを用いず、圧電素子の一方の面を振動体に接触させ、もう一方の面を地面等の非振動体に接触させることで、圧電素子に電荷を生じさせ、振動を検知する振動センサーも考えられているが、このような振動センサーでは、設置可能な場所が限定されてしまい、また、センサーサイズが大型化してしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明の一実施形態では、配管や回転系部品などの振動体表面に簡易に設置することができ、おもりを使用しなくても、振動体の振動状態を検知可能な振動センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような状況のもと、本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定構造の振動センサーによれば、前記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の構成例は以下の通りである。
【００１０】
［１］  振動体に固定される振動伝達体と、
圧電素子層と振動吸収層との積層体である振動検出積層体とを備え、
前記振動体の振動が、前記圧電素子層の一方の面において、前記振動吸収層により抑制され、圧電素子層の他方の面において、振動伝達体により伝達されるように、前記振動検出積層体を有する、
振動体の振動を検知する振動センサー。
【００１１】
［２］  前記振動吸収層の振動伝達率が１以下である、［１］に記載の振動センサー。
［３］  前記振動吸収層が、ゲルからなる層、天然ゴムからなる層、合成ゴムからなる層、エラストマーからなる層、樹脂発泡体、繊維材料からなる織布または不織布、のいずれかを含む、［１］または［２］に記載の振動センサー。
【００１２】
［４］  前記圧電素子層が多孔質樹脂シートを含む、[１]〜［３］のいずれかに記載の振動センサー。
［５］  前記圧電素子層が、ファイバーからなる不織布または織布を含み、
該ファイバーは、分子および結晶構造に起因する双極子を持たないポリマー製である、［１］〜［４］のいずれかに記載の振動センサー。
［６］  前記ポリマーがポリテトラフルオロエチレンである、［５］に記載の振動センサー。
【００１３】
［７］  前記振動伝達体に接する部分の振動体表面の材質の音響インピーダンス（Ｚ１）と、前記振動伝達体の材質の音響インピーダンス（Ｚ２）との比Ｚ１／Ｚ２が０．２〜５．０の範囲にある、［１］〜［６］のいずれかに記載の振動センサー。
【００１４】
［８］  前記振動検出積層体のうち、振動吸収層が振動体に接する、［１］〜［７］のいずれかに記載の振動センサー。
【００１５】
［９］  ［１］〜［８］のいずれかに記載の振動センサーを、振動体表面に設置することにより振動体の振動を検知する、振動測定方法。
【００１６】
［１０］  振動体に固定して使用される振動伝達体と、
圧電素子と、
振動吸収体とを含み、
前記振動体の振動が、前記圧電素子の一方の面において、前記振動吸収体により抑制され、圧電素子の他方の面において、振動伝達体により伝達されるように、前記圧電素子と振動吸収体とが配置されて使用される、
振動センサー作製用キット。
【００１７】
［１１］  ［１０］に記載の振動センサー作製用キットから得られる振動センサーを、振動体表面に設置することにより振動体の振動を検知する、振動測定方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、配管や回転系部品などの振動体表面に簡易に設置することができ、おもりを使用しなくても、振動体の振動状態を容易に検知することができる。
特に、本発明の一実施形態によれば、取付・取扱い性が簡単であり、軽量・小型化が可能であり、狭隘部等の所望の場所、特に、振動体表面が曲面等であっても容易に設置が可能であり、容易に振動体の振動を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である振動センサーの断面概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態である振動センサーの断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
≪振動センサー≫
以下、本発明の一実施形態である振動センサーを、その一実施形態の断面概略図である図１に基づいて説明する。
本発明の一実施形態である振動センサー１０は、振動体５の振動を検知する振動センサーであり、振動体５に固定される振動伝達体３と、圧電素子層２と振動吸収層１との積層体である振動検出積層体とを備え、前記振動体５の振動が、前記圧電素子層２の一方の面において、前記振動吸収層１により抑制され、圧電素子層２の他方の面において、振動伝達体３により伝達されるように、前記振動検出積層体を有する振動センサーである。
本発明の一実施形態では、従来用いていたおもりや非振動体（例：地面）との接触の代わりに、圧電素子層の一方の面を、前記振動吸収層によって振動体の振動を抑制し、他方の面を、振動伝達体によって振動体の振動を伝達することで、圧電素子層に圧縮力やせん断力を付与することができるため、圧電素子層には振動体の振動により電荷が生じ、この電荷量を計測することで、振動の有無、振動の大きさ等を検知することができる。
このような本発明の一実施形態である振動センサーによれば、取付・取扱い性が簡単であり、軽量・小型化が可能であり、狭隘部等の所望の場所、特に、振動体表面が曲面等であっても容易に設置が可能であり、振動体自体の寸法変形（例：配管の径変化）が起こらない場合であっても、容易に振動を検知することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態である振動センサーは、振動伝達体と、振動検出積層体とを有すれば特に制限されず、従来公知の層、部材等を含んでもよい。該部材としては、圧電素子層に発生した電荷を伝送する電荷伝送手段や、該電荷伝送手段により伝送された電荷を増幅して電圧信号を出力する増幅器等が挙げられる。
【００２２】
本発明の一実施形態である振動センサーは、振動体表面の一部に取り付けられて使用される。振動体が例えば、配管である場合、その外周を覆うように、本発明の一実施形態である振動センサーを巻き付けて使用してもよい。また、本発明の一実施形態である振動センサーは、振動検出積層体を振動伝達体に収容した後、得られるセンサーを振動体に取り付けてもよいし、振動検出積層体を振動体に取り付けた後、該振動検出積層体を覆うように振動伝達体を振動体に取り付けてもよいし、例えば、振動吸収体を振動体に取り付けた後、その上に圧電素子層を取り付け、次いで、得られる振動検出積層体を覆うように振動伝達体を振動体に取り付けてもよい。
【００２３】
＜振動検出積層体＞
本発明の一実施形態である振動センサーは、圧電素子層と振動吸収層との積層体である振動検出積層体を有する。
前記振動検出積層体は、振動体の振動が、前記圧電素子層の一方の面において、前記振動吸収層により抑制され、圧電素子層の他方の面において、振動伝達体により伝達されるように配置されれば特に制限されず、図１のように、振動体５側に振動吸収層１が配置され、該振動吸収層１と振動伝達体３との間に圧電素子層２が配置されてもよく、図２のように、振動体５側に振動伝達体３を介して圧電素子層２が配置され、該圧電素子層２の振動体５側とは反対側に振動吸収層１が配置されてもよい。また、前記振動検出積層体は、前記振動伝達体と振動体との間に形成される収容空間や前記振動伝達体が内部に収容空間を有する場合の該収容空間に配置されてもよい。振動検知能が高く、振動体表面が曲面であったり、さらに、複雑な構造を有していたとしても、該振動体表面に追従した任意の形状の振動センサーを製造することができ、振動体に対して、特に工夫をすることなく、巻き付けや貼り付け等の簡易な方法で本発明の一実施形態である振動センサーを設置することが可能であり、振動体表面の法線と圧電素子層の分極軸の向き（圧電定数ｄ３３に対応する向き）とが略一致した状態で本発明の一実施形態である振動センサーを設置することが容易となる等の点から、振動体５側に振動吸収層１が配置され、該振動吸収層１と振動伝達体３との間に圧電素子層２が配置されていることが好ましい。また、振動体への設置の簡便性および振動体表面への設置時に振動検出積層体の破損などを防ぐ等の点から、前記振動検出積層体は、前記振動伝達体内部の収容空間に配置されていることが好ましい。
【００２４】
前記振動検出積層体は、圧電素子と、振動吸収体とを含めは特に制限されず、接着層などの従来公知の層を含んでもよい。
本発明の一実施形態である振動センサーは、振動体の振動が、前記圧電素子層の一方の面において、前記振動吸収層により抑制され、圧電素子層の他方の面において、振動伝達体により伝達されるように、振動検出積層体を有することを特徴とするため、振動体の振動が、前記圧電素子層の一方の面に確実に伝達される必要がある。このため、圧電素子層が図１のように振動伝達体側に存在する場合には、圧電素子層と振動伝達体とが常に接した状態、例えば、接着層などで接着された状態にあることが好ましく、圧電素子層が振動体側に存在する場合には、圧電素子層と振動体とが振動伝達体を間に有し、常に接した状態、例えば、接着層などで接着された状態にあることが好ましく、さらには、圧電素子層と振動吸収層とも常に接した状態、例えば、接着層などで接着された状態にあることが好ましい。
【００２５】
また、前記振動検出積層体は、図１に示すように、該積層体の一方の面が振動体５に（接着層等を介して）接しており、該積層体の振動体５に接する側とは反対側の面が振動伝達体３に（接着層等を介して）接していることが好ましく、該積層体のこれら２つの面以外の面は振動伝達体３に接していないことが、より正確に振動体５の振動を検知できる等の点から好ましい。
【００２６】
〈振動吸収層〉
前記振動吸収層としては、振動体の振動を一部または全部吸収できる層であれば特に制限されず、振動の伝達を遮蔽できる層であることが好ましく、防振材料からなる層が好ましい。
【００２７】
前記振動吸収層の振動伝達率は、より振動検知能の高い振動センサーが得られる等の点から、好ましくは１以下であり、より好ましくは０．５以下である。
前記振動伝達率は、振動体の振動を加速度センサーにより直接測定した場合の出力電圧をＶ0とし、振動体と加速度センサーとの間に振動吸収層を介して測定した場合の出力電圧をＶとするとき、Ｖ／Ｖ0で算出される値である。
【００２８】
また、前記振動吸収層のＪＩＳ  Ｋ  ７２４４−１に準拠して測定される損失係数は、より振動検知能の高い振動センサーが得られる等の点から、好ましくは０．２以上であり、より好ましくは０．３以上である。
【００２９】
前記振動吸収層としては、具体的には、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系等のゲルからなる層；天然ゴムからなる層；ブチルゴムやシリコーンゴム等の合成ゴムからなる層；エラストマーからなる層；ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート等を発泡させた樹脂発泡体；合成繊維、半合成繊維、再生繊維、天然繊維等の繊維材料からなる織布または不織布等が挙げられ、これらの中でも、より振動検知能の高い振動センサーが得られる等の点から、ゲルからなる層が好ましく、特に、高温（１００℃以上程度）の振動体の振動を測定対象とする場合には、シリコーン系ゲルが好ましい。
なお、前記振動吸収層は、ゲルからなる層、天然ゴムからなる層、合成ゴムからなる層、エラストマーからなる層、樹脂発泡体、繊維材料からなる織布または不織布等を２種以上含む層であってもよい。
【００３０】
前記振動吸収層の厚みは、所望の用途に応じ適宜選択すればよく、振動体の振動を一部でも吸収できる厚みであれば特に制限されないが、好ましくは０．０１〜１０ｍｍ、軽量・小型の振動センサーが得られる等の点から、より好ましくは０．１〜２ｍｍである。
【００３１】
〈圧電素子層〉
前記圧電素子層としては、圧電素子を含めば特に制限されず、従来公知の層を含んでいてもよく、具体的には、圧電素子の両側に、電極層、表面平滑化層、保護層、絶縁層、接着層等が存在していている積層体が挙げられる。
【００３２】
前記圧電素子層の形状および大きさは、振動体の振動を検知できれば特に制限されないが、図１のように圧電素子層２が振動伝達体３に接するように配置する場合、より感度良く振動体の振動を検知することができる等の点から、該圧電素子層２の振動伝達体３に接する側の面は、振動体５表面と略平行になるようにすることが好ましい。
【００３３】
前記圧電素子層としては、圧電性樹脂からなるシート、多孔質樹脂シートなどの有機圧電層であってもよく、水晶、チタン酸バリウム、チタンジルコン酸鉛等の無機圧電材料からなる層であってもよく、また、モノモルフ、バイモルフおよび積層型のいずれであってもよい。
【００３４】
前記圧電素子層は、圧電素子の厚さ方向の振動を検知することで振動検知能により優れる振動センサーが得られる等の点から、圧電定数ｄ３３が、好ましくは２０×１０-12Ｃ／Ｎ以上であり、より好ましくは１００×１０-12Ｃ／Ｎ以上であり、さらに好ましくは２００×１０-12Ｃ／Ｎ以上である材料からなる圧電素子層であることが望ましい。
【００３５】
前記圧電素子層としては、多孔質樹脂シートが好ましく、多孔質樹脂シートを用いることで、微小振動への電荷応答性が高く、振動検知能が高く、高温環境においても電荷を保持できるため、振動検知能に優れ、可撓性が大きく、耐衝撃性に優れ、軽量である振動センサーを得ることができる。
【００３６】
さらに、前記多孔質樹脂シートを用いると、薄膜化や大面積化等の任意の形状への成形性が容易であり、振動体表面が曲面であったり、さらに、複雑な構造を有していたとしても、該振動体表面に追従した任意の形状の振動センサーを製造することができる。このため、前記多孔質樹脂シートを用いると、振動体に対して、特に工夫をすることなく、巻き付けや貼り付け等の簡易な方法で本発明の一実施形態である振動センサーを設置することが可能であり、振動体表面の法線と圧電素子層の分極軸の向きとが略一致した状態で本発明の一実施形態である振動センサーを設置することが容易となる。
【００３７】
前記多孔質樹脂シートとしては、電荷を保持し得る有機系材料からなるシートであることが好ましい。このような有機系材料からなる多孔質樹脂シートとしては、例えば、ファイバーからなる不織布または織布、有機重合体からなるシート状の発泡体、有機重合体からなる延伸多孔質膜、マトリックス樹脂と電荷誘起性中空粒子（中空粒子の表面の少なくとも一部に導電性物質が付着している粒子）とを含む多孔質樹脂シート、有機重合体中に分散させた相分離化剤を、超臨界二酸化炭素などの抽出剤を用いて除去し、空孔を形成する方法によって形成されるシートが挙げられる。
これらの中でも、耐久性、長期に変形性能が維持できる等の点から、ポリマー製のファイバーからなる不織布または織布が好ましい。
【００３８】
前記多孔質樹脂シートには、電荷保持量が高く、圧電特性に優れる圧電素子層が得られる等の点から、本発明の効果を損なわない範囲で１種または２種以上の無機フィラーが含まれていてもよい。該無機フィラーとしては、高い圧電率を有するシートが得られる等の点から、ポリマーより高い誘電率を有するフィラーが好ましく、例えば、比誘電率εが１０〜１００００の無機フィラーが好ましい。無機フィラーの具体例としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ニッケル、酸化スズなどが挙げられる。
【００３９】
前記多孔質樹脂シートの厚さは、用いる用途に応じて適宜選択すればよいが、通常１０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは５０μｍ〜５００μｍである。
【００４０】
前記多孔質樹脂シートの空孔率は、電荷保持性の高い圧電素子層が得られる等の点から、好ましくは６０％以上、より好ましくは７５％以上、さらに好ましくは８０〜９９％である。空孔率は以下の方法により算出することができる。
（樹脂の真密度−多孔質樹脂シートの見掛けの密度）×１００／樹脂の真密度
なお、見掛けの密度は、多孔質樹脂シートの重量および見掛けの体積を用いて算出される値を用いる。
【００４１】
前記ファイバーを構成するポリマーとしては、体積抵抗率が１．０×１０13Ω・ｃｍ以上であるポリマーが挙げられ、例えば、ポリアミド系樹脂（６−ナイロン、６，６−ナイロンなど）、芳香族ポリアミド系樹脂（アラミドなど）、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタラートなど）、ポリアクリロニトリル、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなど）、イミド系樹脂（ポリイミド、ポリアミドイミド、ビスマレイミドなど）などが挙げられる。
【００４２】
これらの中でも、耐熱性、耐候性に優れる等の点から、分子および結晶構造に起因する双極子を持たないポリマーであることが好ましい。このようなポリマーとしては、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン樹脂など）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンエレフタラートなど）、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂等の非フッ素系樹脂、および、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素系樹脂などが挙げられる。
【００４３】
これらの中でも、耐熱性および耐候性等の観点から、連続使用可能温度が高く、ガラス転移点を振動センサーの使用温度域に持たないポリマーであることが好ましい。連続使用可能温度は、ＵＬ７４６Ｂ（ＵＬ規格）に記載の連続使用温度試験により測定でき、５０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましく、２００℃以上であることがさらに好ましい。また、耐湿性の観点から、撥水性を示すポリマーであることが好ましい。
これらの特性を有するポリマーとしては、例えばポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂が好ましく、特に、高温（１００℃以上程度）の振動体の振動を測定対象とする場合であっても圧電特性が低下することなく振動を検知することができる振動センサーが得られる等の点から、フッ素系樹脂がより好ましく、ＰＴＦＥが特に好ましい。
【００４４】
特に、前記ポリマーとして、ＰＴＦＥを用いる場合には、耐熱性、振動検知能および耐久性にバランスよく優れる振動センサーを得ることができ、該振動センサーは、高温／高圧環境下でも、性能や構造を維持できるため、高温振動体検査用の振動センサーとして好適に使用することができる。
【００４５】
前記ファイバーは、平均繊維径が好ましくは０．０５〜５０μｍ、より好ましくは０．１〜２０μｍ、さらに好ましくは０．３〜５μｍである。平均繊維径が前記範囲内にある場合には、高い柔軟性を示す不織布または織布を形成でき、繊維表面積が大きくなることで電荷を保持する十分な空間を形成でき、薄い不織布または織布を形成した場合でも繊維の分布均一性を高くすることができる点で好ましい。
【００４６】
前記ファイバーの平均繊維径は、ファイバーを形成する条件を適宜選択することで調整することができるが、例えば、電界紡糸法により製造する場合には、電界紡糸の際に湿度を下げる、ノズル径を小さくする、印加電圧を大きくする、あるいは電圧密度を大きくすることにより、得られるファイバーの平均繊維径を小さくできる傾向にある。
【００４７】
なお、前記平均繊維径は、測定対象となるファイバー（群）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察（倍率：１００００倍）し、得られたＳＥＭ画像から無作為に２０本のファイバーを選び、これらの各ファイバーの繊維径（長径）を測定し、この測定結果に基づいて算出される平均値である。
【００４８】
前記ファイバーの、下記式で算出される繊維径変動係数は、好ましくは０．７以下、より好ましくは０．０１〜０．５である。繊維径変動係数が前記範囲内にあると、ファイバーは繊維径が均一となり、該ファイバーを用いて得られる不織布または織布はより高い空孔率を有するため、また、電荷保持性の高い多孔質樹脂シートが得られるため好ましい。
繊維径変動係数＝標準偏差／平均繊維径
（なお、「標準偏差」とは、前記２０本のファイバーの繊維径の標準偏差である。）
【００４９】
前記ファイバーの繊維長は、好ましくは０．１〜１０００ｍｍ、より好ましくは０．５〜１００ｍｍ、さらに好ましくは１〜５０ｍｍである。
【００５０】
前記ファイバーは、例えば、電界紡糸法、溶融紡糸法、溶融電界紡糸法、スパンボンド法（メルトブロー法）、湿式法、スパンレース法により製造されるが、特に電界紡糸法により得られるファイバーは繊維径が小さく、このようなファイバーより形成される不織布または織布は、空孔率が高くかつ高比表面積であるため、高い圧電性を有する多孔質樹脂シートを得ることができる。
【００５１】
［電界紡糸法］
電界紡糸法を用いてポリマー製のファイバーを形成する際には、例えば、前記ポリマーおよび必要に応じて溶媒を含む紡糸液が用いられる。
【００５２】
前記紡糸液中に含まれるポリマーの割合は、例えば５〜１００重量％、好ましくは５〜８０重量％、より好ましくは１０〜７０重量％である。
前記ポリマーは、１種単独で用いてもよく、２種以上を用いてもよい。
【００５３】
前記溶媒としては、前記ポリマーを溶解または分散し得るものであれば特に限定されず、例えば、水、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、メチルピロリドン、キシレン、アセトン、クロロホルム、エチルベンゼン、シクロヘキサン、ベンゼン、スルホラン、メタノール、エタノール、フェノール、ピリジン、プロピレンカーボネート、アセトニトリル、トリクロロエタン、ヘキサフルオロイソプロパノール、ジエチルエーテルが挙げられる。これらの溶媒は、１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせた混合溶媒を用いてもよい。
前記溶媒は、紡糸液中に例えば０〜９０重量％、好ましくは１０〜９０重量％、より好ましくは２０〜８０重量％含まれる。
【００５４】
前記紡糸液は、さらに、前記ポリマー以外の、無機フィラー、界面活性剤、分散剤、電荷調整剤、機能性粒子、接着剤、粘度調整剤、繊維形成剤等の添加剤を含んでいてもよい。これらの添加剤は、１種単独で用いてもよく、２種以上を用いてもよい。
前記紡糸液において、前記ポリマーの前記溶媒への溶解度が低い場合（例えば、ポリマーがＰＴＦＥであり、溶媒が水である場合）、紡糸時にポリマーを繊維形状に保持させる等の点から、１種または２種以上の繊維形成剤を含むことが好ましい。
【００５５】
前記繊維形成剤としては、溶媒に対し高い溶解度を有するポリマーであることが好ましく、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、デキストラン、アルギン酸、キトサン、でんぷん、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、セルロース、ポリビニルアルコールが挙げられる。
前記繊維形成剤を使用する場合の使用量は、溶媒の粘度、溶媒への溶解度にもよるが、紡糸液中に例えば０．１〜１５重量％、好ましくは１〜１０重量％である。
【００５６】
前記紡糸液は、前記ポリマー、溶媒および必要に応じて添加剤を従来公知の方法で混合することにより製造できる。
【００５７】
前記ポリマーがＰＴＦＥである場合、前記紡糸液の好ましい例としては、以下の紡糸液（１）が挙げられる。
紡糸液（１）：ＰＴＦＥを３０〜７０重量％、好ましくは３５〜６０重量％含み、繊維形成剤を０．１〜１０重量％、好ましくは１〜７重量％含み、合計が１００重量％となるよう溶媒を含む紡糸液
【００５８】
電界紡糸を行う際の印加電圧は、好ましくは１〜１００ｋＶ、より好ましくは５〜５０ｋＶ、さらに好ましくは１０〜４０ｋＶである。
【００５９】
電界紡糸に用いられる紡糸ノズルの先端径（外径）は、好ましくは０．１〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．２〜１．６ｍｍである。
【００６０】
より具体的には、例えば前記紡糸液（１）を用いる場合であれば、前記印加電圧は、好ましくは１０〜５０ｋＶ、より好ましくは１０〜４０ｋＶであり、前記の紡糸ノズルの先端径（外径）は、好ましくは０．３〜１．６ｍｍである。
【００６１】
［不織布または織布の製造方法］
前記ファイバーを用いて不織布を形成するには、具体的には、例えば、電界紡糸法を用いて、前記ファイバーを製造する工程、および前記ファイバーをシート状に集積して不織布を形成する工程を同時に行ってもよいし、前記ファイバーを製造する工程を行った後に、湿式法等により前記ファイバーをシート状に集積して不織布を形成する工程を行ってもよい。
【００６２】
前記湿式法により不織布を形成する方法としては、例えば、前記ファイバーを含有する水分散液を用い、例えばメッシュ上に前記ファイバーを堆積（集積）させてシート状に成形（抄紙）する方法が挙げられる。
【００６３】
この湿式法におけるファイバーの使用量は、前記水分散液全量に対して、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．１〜５重量％である。ファイバーをこの範囲内で使用すれば、ファイバーを堆積させる工程で水を効率よく活用することができ、また、ファイバーの分散状態がよくなり、均一な湿式不織布を得ることができる。
【００６４】
前記水分散液には、分散状態を良好にするためにカチオン系、アニオン系、ノニオン系等の界面活性剤などからなる分散剤や油剤、また、泡の発生を抑制する消泡剤等をそれぞれ１種または２種以上添加してもよい。
【００６５】
前記ファイバーを用いて織布を形成するには、前記ファイバーを製造する工程、および得られたファイバーをシート状に製織して織布を形成する工程を含む方法で製造できる。
ファイバーをシート状に製織する方法としては、従来公知の製織方法を用いることができ、ウォータージェットルーム、エアージェットルーム、レピアルームなどの方法が挙げられる。
【００６６】
前記ポリマーがＰＴＦＥである場合、不織布または織布を形成した後に、加熱処理を行うことが好ましい。該加熱処理は、得られた不織布または織布を、通常２００〜３９０℃、３０〜３００分の条件で熱処理することで行われる。この加熱処理により、不織布または織布に残留している前記溶媒および繊維形成剤などを除去することができる。
【００６７】
前記不織布の製造方法として、ＰＴＦＥからなるファイバーを電界紡糸法により製造する工程を含む場合を例に挙げて具体的に説明する。ＰＴＦＥファイバーからなる不織布の製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができ、例えば、特表２０１２−５１５８５０号公報に記載された以下の方法が挙げられる。
ＰＴＦＥ、繊維形成剤および溶媒を含み、少なくとも５０，０００ｃＰの粘度を有する紡糸液を提供するステップと；
紡糸液をノズルより紡糸し静電的牽引力によりファイバー化するステップと；
前記ファイバーをコレクター（例：巻き取りスプール）の上に集め、前駆体を形成するステップと；
前記前駆体を焼成して前記溶媒および前記繊維形成剤を除去することでＰＴＦＥファイバーからなる不織布を形成するステップとを含む方法
【００６８】
前記不織布および織布の目付は、好ましくは１００ｇ／ｍ2以下、より好ましくは０．１〜５０ｇ／ｍ2、さらに好ましくは０．１〜２０ｇ／ｍ2である。
前記目付は、紡糸時間を長くする、紡糸ノズル数を増やすなどにより、増大する傾向にある。
【００６９】
前記不織布および織布は、前記ファイバーをシート状に集積または製織したものであるが、このような不織布および織布は、単層から構成されるもの、材質や繊維径の異なる２層以上から構成されるものの何れでもよい。
【００７０】
［分極処理］
前記多孔質樹脂シートは、分極処理されたものであることが好ましい。分極処理を施すことによって、該シートに電荷を注入することができる。注入された電荷は、多孔質樹脂シート内に存在する空孔内に集中して分極を誘起させる。内部分極したシートは、シート厚さ方向に圧縮荷重を印加することによって、シート表裏面を通して電荷を取り出すことが可能となる。すなわち、外部負荷（電気回路）に対して電荷移動が生じて起電力が得られる。
【００７１】
前記分極処理の方法としては、従来公知の方法を用いることができ、特に制限されないが、例えば、直流電圧印加処理や交流電圧印加処理等の電圧印加処理、およびコロナ放電処理が挙げられる。
【００７２】
例えば、コロナ放電処理は、市販の高電圧電源と電極からなる装置を使用して行うことができる。
放電条件は、用いる多孔質樹脂シートの材料および厚さに応じて適宜選択すればよいが、例えば多孔質樹脂シートがＰＴＦＥからなる多孔質樹脂シートである場合は、好ましい条件として、高電圧電源の電圧が−０．１〜−１００ｋＶ、より好ましくは−１〜−２０ｋＶ、電流が０．１〜１００ｍＡ、より好ましくは１〜８０ｍＡ、電極間距離が０．１〜１００ｃｍ、より好ましくは１〜１０ｃｍ、印加電圧が０．０１〜１０．０ＭＶ／ｍ、より好ましくは０．５〜２．０ＭＶ／ｍである条件が挙げられる。
【００７３】
前記分極処理は、多孔質樹脂シート単体を分極処理してもよいが、前記圧電素子層として、多孔質樹脂シートと、絶縁層等の前記従来公知の層との積層体を用いる場合には、該積層体を形成した後、例えば、絶縁層を積層した後、分極処理をすることが好ましい。
これは、多孔質樹脂シートに積層される層が、分極処理により多孔質樹脂シートに保持された電荷が外部環境と電気的に接続して減衰するのを防止する役割を果たすため、より高感度の振動センサーを得ることができると考えられること、また、多孔質樹脂シートと該多孔質樹脂シートに積層される層との間に電荷を保持し得る新たな界面を形成できる傾向にあるため、得られる振動センサーにおける多孔質樹脂シートの圧電率が向上すると考えられることによる。
【００７４】
＜振動伝達体＞
前記振動伝達体は、振動体に固定して使用され、大きさ、形状等は特に制限されない。前記振動伝達体は、振動体に固定される部分である振動体固定部と、図１のように、前記振動検出積層体を収容する収容空間を振動体との間に有する形状、または、図２のように、前記振動検出積層体を収容する収容空間を内部に有する形状であることが好ましい。図１のように圧電素子層２が振動伝達体３に接するように配置する場合、より感度良く振動体の振動を検知することができる等の点から、該振動伝達体３の圧電素子層２に接する側の面は、振動体５表面と略平行になるようにすることが好ましい。
前記振動伝達体は、振動体に固定して使用されるため、振動体表面に本発明の一実施形態である振動センサーを固定するための締結体としての機能も有する。
【００７５】
前記振動伝達体の材質としては、振動体からの振動を、なるべく減衰させることなく、圧電素子層の一方の面に伝達できる材質であれば限定されないが、振動体からの振動を効率よく圧電素子層の一方の面に伝達できる等の点から、振動伝達体に接する部分の振動体表面の材質の音響インピーダンス（Ｚ１）と、振動伝達体の材質の音響インピーダンス（Ｚ２）との比Ｚ１／Ｚ２が、好ましくは０．２〜５．０、より好ましくは０．４〜３．０、さらに好ましくは０．７〜１．３の範囲にあるような材質が望ましい。
前記音響インピーダンスＺは、アルキメデス法によって算出される密度ρと、透過法によって測定される内部透過音速ｖから、Ｚ＝ρ×ｖの式で求められる。
【００７６】
前記振動伝達体の材質としては、例えば、アルミニウム（Ｚ＝１７×１０6ｋｇ／ｍ2ｓ）、ＳＵＳ３０４（Ｚ＝４５×１０6ｋｇ／ｍ2ｓ）、アクリル樹脂（Ｚ＝３．２×１０6ｋｇ／ｍ2ｓ）などを用いることができるが、通常、振動減衰の小さい剛性の高い材質であることが好ましく、振動伝達体に接する部分の振動体表面と同じ材質であることがより好ましい。
なお、振動体からの振動を効率よく振動検出積層体の一方の面に伝達する等の点から、振動体表面と振動伝達体との間にインピーダンスマッチング層を介在させてもよい。
【００７７】
前記振動伝達体を振動体に固定する方法としては、特に制限されず、従来公知の方法、例えば、接着力や（電）磁気力により固定する方法、締結具により固定する方法が挙げられ、必要にこれらの方法を組み合わせてもよい。
【００７８】
＜振動体＞
本発明の一実施形態である振動センサーによれば、取付・取扱い性が簡単であり、軽量・小型化が可能であるため、狭隘部等の所望の場所、特に、振動体表面が曲面等であっても容易に設置が可能である。このため、本発明の一実施形態である振動センサーが検知する対象である振動体としては特に制限されず、振動体自体の寸法変形（例：配管の径変化）が起こらない振動体であっても、容易に振動を検知することができる。
【００７９】
前記振動体としては、例えば、配管、地盤、建物、車両、船舶、航空機、回転系部品等を含む機械が挙げられる。
前記配管としては、例えば、水道配管、ガス配管、石化プラント配管、熱交換器配管、燃料配管、油空圧配管、薬液配管、食品プラント配管等が挙げられる。このような配管に本発明の一実施形態である振動センサーを用いることで、該センサーは、配管内流体の漏洩等の異常を検出する異常検出器としての役割も有する。
また、前記回転系部品としては、例えば、ポンプ、圧縮機、モーター、エンジン、ベアリング、タービン、車輪等が挙げられる。このような部品に本発明の一実施形態である振動センサーを用いることで、該センサーは、回転系部品の異常を検出する異常検出器としての役割も有する。
【００８０】
前記振動体表面の材質は、前記配管や部品等の表面の材質であり、例えば、金属、セラミックス、高分子（ゴム、樹脂）が挙げられる。
【００８１】
本発明の一実施形態である振動センサーによれば、取付・取扱い性が簡単であり、振動体表面が曲面等であっても容易に設置が可能であるため、振動体表面の形状により、その使用場所が特に制限されることはないが、該表面形状としては、例えば、平面、曲面（円筒面、球面）、凹凸面が挙げられる。
【００８２】
≪振動センサー作製用キット≫
本発明の一実施形態である振動センサー作製用キットは、振動体に固定して使用される振動伝達体と、圧電素子と、振動吸収体とを含み、
前記振動体の振動が、前記圧電素子の一方の面において、前記振動吸収体により抑制され、圧電素子の他方の面において、振動伝達体により伝達されるように、前記圧電素子と振動吸収体とが、好ましくは、前記圧電素子と振動吸収体との積層体が配置されて使用される、キットである。
このキットにより、前記本発明の一実施形態である振動センサーが作成される。つまり、該キットにおける振動伝達体は、本発明の一実施形態である振動センサーにおける振動伝達体に相当し、該キットにおける圧電素子は、本発明の一実施形態である振動センサーにおける圧電素子層に相当し、該キットにおける振動吸収体は、本発明の一実施形態である振動センサーにおける振動吸収層に相当する。
【００８３】
≪振動測定方法≫
本発明の一実施形態である振動測定方法は、本発明の一実施形態である振動センサー（振動センサー作製用キットから得られる振動センサーを含む）を、振動体表面に設置することにより振動体の振動を検知する。具体的には、振動の有無、振動の大きさ等を検知することができる。
前記設置としては、設置された振動センサー付振動体の構造が、前記関係を満たすように設置すれば特に制限されず、前述の振動伝達体を固定する方法と同様の方法等で設置すればよい。
【図１】
2020165986.tif 000003
【図２】
2020165986.tif 000004