(57)【要約】【課題】加熱に強く帯電処理が不要で、加えられた力を発電によって検知するケーブルを提供する。【解決手段】芯線と、摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、芯線を被覆する第１の絶縁層と、Ｎを２以上の自然数とし、ｎ＝１，…，Ｎ−１とし、第ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、第ｎの絶縁層を被覆する第ｎ＋１の絶縁層と、第Ｎの絶縁層を被覆する編組と、編組を被覆する外皮を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯線と、
摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、前記芯線を被覆する第１の絶縁層と、
Ｎを２以上の自然数とし、ｎ＝１，…，Ｎ−１とし、第ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、前記第ｎの絶縁層を被覆する第ｎ＋１の絶縁層と、
第Ｎの絶縁層を被覆する編組と、
前記編組を被覆する外皮を含む
ケーブル。
【請求項２】
第１の芯線と、
摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、前記第１の芯線を被覆する第１の絶縁層と、
Ｎを２以上の自然数とし、ｎ＝１，…，Ｎ−１とし、第ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、前記第ｎの絶縁層を被覆する第ｎ＋１の絶縁層と、
第Ｎの絶縁層を被覆する第１の編組と、
前記第１の編組を被覆する第１の外皮を含む第１のケーブルと、
第２の芯線と、
前記第２の芯線を被覆する第Ｎ＋１の絶縁層と、
前記第Ｎ＋１の絶縁層を被覆する第２の編組と、
前記第２の編組を被覆する第２の外皮を含む第２のケーブルを含み、
前記第２の芯線は、検出側、末端側ともに、前記第２の編組と短絡されている
２芯ケーブル。
【請求項３】
第１の芯線と、
摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、前記第１の芯線を被覆する第１の絶縁層を含む第１のケーブルと、
第２の芯線を含む第２のケーブルと、
前記第１の絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、前記第1のケーブルおよび前記第２のケーブルを被覆する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層を被覆する編組を含み、
前記第２の芯線は、検出側、末端側ともに、前記編組と短絡されている
２芯ケーブル。
【請求項４】
第１の芯線と、
摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、前記第１の芯線を被覆する第１の絶縁層と、
Ｎを２以上の自然数とし、ｎ＝１，…，Ｎ−１とし、第ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、前記第ｎの絶縁層を被覆する第ｎ＋１の絶縁層を含む第１のケーブルと、
第２の芯線を含む第２のケーブルと、
第Ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、前記第1のケーブルおよび前記第２のケーブルを被覆する第Ｎ＋１の絶縁層と、
前記第Ｎ＋１の絶縁層を被覆する編組を含み、
前記第２の芯線は、検出側、末端側ともに、前記編組と短絡されている
２芯ケーブル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のケーブルであって、
前記絶縁層の外側面および内側面に凹凸を設けた
ケーブル。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のケーブルであって、
奇数番目の絶縁層がテフロンであって、
偶数番目の絶縁層がナイロンである
ケーブル。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載のケーブルであって、
奇数番目の絶縁層がナイロンであって、
偶数番目の絶縁層がテフロンである
ケーブル。
【請求項８】
請求項１から５のいずれかに記載のケーブルであって、
奇数番目の絶縁層がポリエチレンであって、
偶数番目の絶縁層がナイロンである
ケーブル。
【請求項９】
請求項１から５のいずれかに記載のケーブルであって、
奇数番目の絶縁層がナイロンであって、
偶数番目の絶縁層がポリエチレンである
ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブル、２芯ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動発電体の従来技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１の振動発電体は、エレクトレット誘電体と電極を対向させて配置してなり、エレクトレット誘電体と電極間の距離が変化することを特徴とする。エレクトレット誘電体と電極の間に絶縁層を入れることで、両者が直接接触することがなくなり、両者の電荷移動を抑制する。
【０００３】
特許文献１の段落［００７３］には、「…絶縁体層同士が繰り返し接触、剥離、または摩擦による帯電現象を利用…」した場合、「…初期には発電が行われないか、発電出力が小さい問題がある…」と開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の振動発電体は、エレクトレット誘電体を用いるので、加熱するとエレクトレット電荷がなくなり動作しなくなるという問題があった。また、特許文献１の振動発電体は、帯電処理にコストがかかることが問題であった。
【０００６】
そこで本発明では、加熱に強く帯電処理が不要で、加えられた力を発電によって検知するケーブル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】
【０００７】
本発明のケーブルは、芯線と、摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、芯線を被覆する第１の絶縁層と、Ｎを２以上の自然数とし、ｎ＝１，…，Ｎ−１とし、第ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、第ｎの絶縁層を被覆する第ｎ＋１の絶縁層と、第Ｎの絶縁層を被覆する編組と、編組を被覆する外皮を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のケーブルは、加熱に強く帯電処理が不要で、加えられた力を発電によって検知する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１のケーブルの断面図。
【図２】時刻０においてケーブルに力を加えた場合の出力電圧の推移を示すグラフであって、（Ａ）は絶縁層が一層のケーブルの出力電圧の推移を示すグラフ、（Ｂ）は、実施例１のケーブルの出力電圧の推移を示すグラフ。
【図３】摩擦帯電列を表す図。
【図４】ケーブルに外力が加えられた時のケーブル内の帯電状況を示す図であって、（Ａ）は、実施例１のケーブルの帯電状況を示す図、（Ｂ）は、エレクトレット層を設けたケーブルの帯電状況を示す図。
【図５】実施例２のケーブルの断面図。
【図６】変形例３のケーブルの断面図。
【図７】ケーブルを１芯とした場合と２芯とした場合のノイズ低減効果を比較するグラフであって、（Ａ）は、ケーブルを１芯とした場合のノイズ量の時間変化を表すグラフ、（Ｂ）は、ケーブルを２芯とした場合のノイズ量の時間変化を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、図１を参照して実施例１のケーブルの構造を説明する。同図に示すように本実施例のケーブル１は、芯線１１と、第１の絶縁層１２−１と、第２の絶縁層１２−２と、編組１３と、外皮１４を含む構造である。
【００１２】
第１の絶縁層１２−１は、摩擦帯電列（図３）における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、芯線１１を被覆する。第２の絶縁層１２−２は、第１の絶縁層１２−１が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、第１の絶縁層１２−１を被覆する。編組１３は、第２の絶縁層１２−２を被覆し、外皮１４は、編組１３を被覆する。
【００１３】
図２（Ａ）に示すように、絶縁層を一層のみとしたケーブルにおいて、時刻０においてケーブルに力を加えた場合、出力電圧にはほとんど変化が見られない。一方、図２（Ｂ）に示すように、極性が相反する二層の絶縁層を有するケーブルにおいて、時刻０においてケーブルに力を加えた場合、時刻０近傍において出力電圧が大きく変動する。
【００１４】
本実施例のケーブル１において、導体（芯線１１）に接続した端子と編組１３に接続した端子の２つの端子間で電圧を出力すれば好適である。このとき、２つの端子がＦＥＴ等のインピーダンス変換回路に接続され、ハイインピーダンスである感圧センサがインピーダンス変換された状態で外部回路に接続されれば好適である。導体（芯線１１）と編組１３とＦＥＴ等のインピーダンス変換回路との接続部分は電磁ノイズを拾いやすいため、この部分をシールドすれば好適である。
【００１５】
ケーブルに外力が加えられた（ケーブルが曲げられた）際に、絶縁層同士が良好に擦りあわされるようにするため、絶縁層の外側面および内側面に凹凸を設ければさらに好適である。本実施例のケーブル１は、第１の絶縁層１２−１の外側面が第２の絶縁層１２−２の内側面に接触する構造であるため、第１の絶縁層１２−１の外側面、第２の絶縁層１２−２の内側面にそれぞれ凹凸を設ければ好適となる。
【００１６】
また、第１の絶縁層１２−１と第２の絶縁層１２−２の材料を摩擦帯電率の関係を考慮して適切に選択することで帯電による出力電圧を大きくすることができ、ケーブル変形の検出精度を向上させることができる。例えば、第１の絶縁層１２−１の材料を、負の極性を有するテフロン(登録商標)とし、第２の絶縁層１２−２の材料を、正の極性を有するナイロンとすることにより、ケーブル変形の検出精度を高くすることができる。材料を入れ替え、例えば、第１の絶縁層１２−１の材料をナイロンとし、第２の絶縁層１２−２の材料をテフロンとしても同様である。また例えば、第１の絶縁層１２−１の材料を、負の極性を有するポリエチレンとし、第２の絶縁層１２−２の材料を、正の極性を有するナイロンとすることにより、ケーブル変形の検出精度を高くすることができる。材料を入れ替え、例えば、第１の絶縁層１２−１の材料をナイロンとし、第２の絶縁層１２−２の材料をポリエチレンとしても同様である。
【００１７】
第１の絶縁層１２−１にフッ素樹脂（テフロン）を用いれば、芯線１１と第２の絶縁層１２−２が剥離しやすい構造とすることができる。また外側の電極に編組１３を用いることにより、第２の絶縁層１２−２と編組１３とが剥離しやすくなる。
【００１８】
なお、内側の第１の絶縁層１２−１に融点の高い材料、外側の第２の絶縁層１２−２に融点の低い材料をそれぞれ使用することで、絶縁層を押出成形により成形できる。
【００１９】
以下、図４を参照して本実施例のケーブル１内部の帯電状況と、本実施例のケーブル１の第１の絶縁層をエレクトレット層に置き換えたケーブル内部の帯電状況を比較する。一般に、エレクトレット層と絶縁層の帯電極性は同じであることが望ましいとされているため、同図（Ｂ）に示した例において、両者の極性を負（−）とした。
【００２０】
同図（Ａ）に示すように、本実施例のケーブル１は外力が加わった際にＡ〜Ｃ界面において、発生電荷の極性が揃う傾向にある（同図における表を参照、なおカッコを付した符号は弱い帯電を表す）。一方、同図（Ｂ）に示すように、第１の絶縁層をエレクトレット層に置き換えたケーブルは、外力が加わった際に内電極側は界面Ａ＋界面Ｂ（−）界面Ｃ（−）となるのに対し、外電極側は、界面Ａ（−）界面Ｂ（＋）界面Ｃ＋となる。このため、発生した電荷同士が相殺され、出力電圧が弱くなる要因となる。
【００２１】
＜変形例１＞
以下、実施例１のケーブルの変形例として、絶縁層を３層以上設けた場合について説明する。Ｎを３以上の自然数とし、第１の絶縁層、第２の絶縁層、…、第Ｎの絶縁層を積層したケーブルを考える。本変形例のケーブルは、実施例１と同様に、摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、芯線を被覆する第１の絶縁層を含む。また、ｎ＝１，…，Ｎ−１とし、第ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、第ｎの絶縁層を被覆する第ｎ＋１の絶縁層を含む。例えばｎ＝１の場合、第１の絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、第１の絶縁層を被覆する第２の絶縁層を表し、ｎ＝２の場合、第２の絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、第２の絶縁層を被覆する第３の絶縁層を表す。さらに本変形例のケーブルは、第Ｎの絶縁層を被覆する編組、編組を被覆する外皮を含む。Ｎ＝３の場合、絶縁層は全部で三層となり、第３の絶縁層が編組により被覆される。Ｎ＝５の場合、絶縁層は全部で五層となり、第５の絶縁層が編組により被覆される。
【００２２】
実施例１と同様に、各絶縁層の外側面および内側面に凹凸を設けることにより、ケーブルに外力が加えられた際に、絶縁層同士が良好に擦りあわされ、好適となる。
【００２３】
また、例えば、奇数番目の絶縁層の材料をテフロンとし、偶数番目の絶縁層の材料をナイロンとすることにより、ケーブル変形の検出精度を高くすることができる。材料を入れ替え、例えば、奇数番目の絶縁層の材料をナイロンとし、偶数番目の絶縁層の材料をテフロンとしても同様である。
【００２４】
また、例えば、奇数番目の絶縁層の材料をポリエチレンとし、偶数番目の絶縁層の材料をナイロンとすることにより、ケーブル変形の検出精度を高くすることができる。材料を入れ替え、例えば、奇数番目の絶縁層の材料をナイロンとし、偶数番目の絶縁層の材料をポリエチレンとしても同様である。
【実施例２】
【００２５】
以下、実施例２の２芯ケーブルについて説明する。図５に示すように、本実施例の２芯ケーブル２は、実施例１のケーブル１と、ケーブル１とは異なる構造のケーブル３を含む２芯構造のケーブルである。同図に示すように本実施例のケーブル３は、芯線３１と、絶縁層３２と、編組３３と、外皮３４を含む構造である。
【００２６】
絶縁層３２は、芯線３１を被覆する。編組３３は、絶縁層３２を被覆する。外皮３４は、編組３３を被覆する。ケーブル３の芯線３１については、検出側、末端側ともに、編組３３とショートさせる。これにより、ケーブル３内にループが生まれ、電磁ノイズを低減することができる。
【００２７】
実施例１と同様に、ケーブル１の第１の絶縁層１２−１は、摩擦帯電列（図３）における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有する。第２の絶縁層１２−２は、第１の絶縁層１２−１が有する極性と相反する極性に偏った性質を有する。例えば、第１の絶縁層１２−１の材料を、負の極性を有するフッ素系材料とし、第２の絶縁層１２−２の材料を、正の極性を有するナイロン系材料とすることにより、ケーブル変形の検出精度を高くすることができる。
【００２８】
第１の絶縁層１２−１にフッ素樹脂（テフロン）を用いれば、芯線１１と第２の絶縁層１２−２が剥離しやすい構造とすることができる。また外側の電極に編組１３を用いることにより、第２の絶縁層１２−２と編組１３とが剥離しやすくなる。
【００２９】
なお、内側の第１の絶縁層１２−１に融点の高い材料、外側の第２の絶縁層１２−２に融点の低い材料をそれぞれ使用することで、絶縁層を押出成形により成形できる。
【００３０】
実施例１と同様に、各絶縁層の外側面および内側面に凹凸を設けることにより、ケーブルに外力が加えられた際に、絶縁層同士が良好に擦りあわされ、好適となる。
【００３１】
＜変形例２＞
変形例１と同様に、実施例２のケーブル１の絶縁層を３層以上とし、Ｎを３以上の自然数とし、第１の絶縁層、第２の絶縁層、…、第Ｎの絶縁層を積層したケーブルとしてもよい。芯線、絶縁層、編組、外皮、ケーブルがそれぞれ２種類以上登場するため、これらを説明する順にナンバリングすれば以下のように表現できる。
【００３２】
第１のケーブルは、Ｎを３以上の自然数とし、ｎ＝１，…，Ｎ−１とし、第１の芯線と、第１の絶縁層と、第ｎ＋１の絶縁層と、第１の編組と、第１の外皮を含む。
【００３３】
第１の絶縁層は、摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、第１の芯線を被覆する。第ｎ＋１の絶縁層は、第ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、第ｎの絶縁層を被覆する。第１の編組は、第Ｎの絶縁層を被覆する。第１の外皮は、第１の編組を被覆する。
【００３４】
第２のケーブルは、第２の芯線と、第Ｎ＋１の絶縁層と、第２の編組と、第２の外皮を含み、第Ｎ＋１の絶縁層は、第２の芯線を被覆し、第２の編組は、第Ｎ＋１の絶縁層を被覆し、第２の外皮は、第２の編組を被覆する。第２の芯線は、検出側、末端側ともに、第２の編組と短絡されている。
【００３５】
実施例１と同様に、各絶縁層の外側面および内側面に凹凸を設けることにより、ケーブルに外力が加えられた際に、絶縁層同士が良好に擦りあわされ、好適となる。
【００３６】
また、例えば、奇数番目の絶縁層の材料を例えばテフロンやポリエチレンとし、偶数番目の絶縁層の材料をナイロンとすることにより、ケーブル変形の検出精度を高くすることができる。材料を入れ替え、例えば、奇数番目の絶縁層の材料をナイロンとし、偶数番目の絶縁層の材料をテフロンやポリエチレンとしても同様である。
【００３７】
＜変形例３＞
以下、図６を参照して、実施例２の２芯ケーブル２の構造を簡略化した変形例３の２芯ケーブルについて説明する。同図に示すように、本変形例の２芯ケーブル２Ａは、ケーブル１Ａと、ケーブル３Ａを含む２芯構造のケーブルである。同図に示すようにケーブル１Ａは、芯線１１と、第１の絶縁層１２−１を含み、ケーブル３Ａは、芯線３１を含み、ケーブル１Ａとケーブル３Ａは、第２の絶縁層１２−２で被覆される。第２の絶縁層１２−２は、編組１３で被覆され、編組１３は、２芯ケーブル２Ａの外皮により被覆される。
【００３８】
＜変形例４＞
変形例２と同様に、変形例３のケーブル１Ａの絶縁層を２層以上とし、Ｎを２以上の自然数とし、第１の絶縁層、…、第Ｎの絶縁層を積層したケーブルとしてもよい。芯線、絶縁層、ケーブルがそれぞれ２種類以上登場するため、これらを説明する順にナンバリングすれば以下のように表現できる。
【００３９】
第１のケーブルは、Ｎを２以上の自然数とし、ｎ＝１，…，Ｎ−１とし、第１の芯線と、第１の絶縁層と、第ｎ＋１の絶縁層を含む。
【００４０】
第１の絶縁層は、摩擦帯電列における正極性、または負極性の何れかに偏った性質を有し、第１の芯線を被覆する。第ｎ＋１の絶縁層は、第ｎの絶縁層が有する極性と相反する極性に偏った性質を有し、第ｎの絶縁層を被覆する。
【００４１】
第２のケーブルは、第２の芯線を含む。第Ｎ＋１の絶縁層は、第1のケーブルおよび第２のケーブルを被覆し、編組は、第Ｎ＋１の絶縁層を被覆する。第２の芯線は、検出側、末端側ともに、編組と短絡されている。
【００４２】
上記と同様に、各絶縁層の外側面および内側面に凹凸を設けることにより、ケーブルに外力が加えられた際に、絶縁層同士が良好に擦りあわされ、好適となる。
【００４３】
また、例えば、奇数番目の絶縁層の材料を例えばテフロンやポリエチレンとし、偶数番目の絶縁層の材料をナイロンとすることにより、ケーブル変形の検出精度を高くすることができる。材料を入れ替え、例えば、奇数番目の絶縁層の材料をナイロンとし、偶数番目の絶縁層の材料をテフロンやポリエチレンとしても同様である。
【００４４】
＜２芯ケーブルのノイズ低減効果＞
図７（Ａ）に示すように、実施例１（変形例１）に示した１芯構造のケーブルの場合、電磁ノイズは約３００ｍＶｐｐとなる。一方、図７（Ｂ）に示すように、実施例２（変形例２、３、４）に示した２芯構造のケーブルの場合、電磁ノイズは約１００ｍＶｐｐとなる。従って、ケーブル３（３Ａ）による、電磁ノイズ低減効果により、電磁ノイズが約１／３程度に低減されていることが分かる。
【００４５】
実施例および変形例のケーブルによれば、摩擦帯電の原理を応用し、ケーブルに外力が加えられたこと、ケーブルが曲げられたことを高精度に検知することができる。実施例および変形例のケーブルは、加熱によっても帯電のメカニズムが損なわれず、事前の帯電処理も不要である。
【００４６】
特許文献１の振動発電体は、エレクトレット誘電体を用いているため、エレクトレット誘電体と外部電極の距離が変化することにより発電するメカニズムであり、曲げなどによってもエレクトレット誘電体と外部電極の距離が変化しない場合には、うまく機能しない恐れがある。一方、実施例および変形例のケーブルによれば、外力や曲げにより絶縁層同士が剥離、摩擦を起こせば発電するため、わずかな変形であっても高精度に検出することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１    ケーブル
１Ａ    ケーブル
１１    芯線
１２−１    第１の絶縁層
１２−２    第２の絶縁層
１３    編組
１４    外皮
２    ２芯ケーブル
２Ａ    ２芯ケーブル
３    ケーブル
３Ａ    ケーブル
３１    芯線
３２    絶縁層
３３    編組
３４    外皮
【図１】
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【図２】
2020004696.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020004696.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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