(57)【要約】【課題】芯電極と外側電極間に高電圧を印加して分極を行うと微少な欠陥があった場合、可撓性感圧体の全てが分極できない。また分極電極の通路に可撓性感圧体を載置して分極した場合、特性ばらつきが生じる。【解決手段】芯電極１１に周設された可撓性感圧体１２を通す通路１４と、可撓性感圧体１２の全周で接触するように通路１４内に設けられた複数の導電性粒子１３と、芯電極１１と導電性粒１３に接続された電圧印加手段１７と、可撓性感圧体を加熱する加熱手段１５と、可撓性感圧体１２を導電性粒子１３に接触しながら移動させる移動手段１６を設けることによって、可撓性感圧体１２に均一に導電性粒子１３を接触させることができるので全周囲から均一に満遍なく分極することが可能となる。このため、特性ばらつきのない安定した特性を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯電極に周設された可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体を通す通路と、前記可撓性感圧体の全周で接触するように通路内に設けられた複数の導電性粒子と、前記芯電極と前記導電性粒子に接続された電圧印加手段と、前記可撓性感圧体を加熱する加熱手段と、前記可撓性感圧体を前記導電性粒子に接触しながら移動させる移動手段とを設けた圧力センサの分極装置。
【請求項２】
通路は導電性材料で構成した請求項１に記載の圧力センサの分極装置。
【請求項３】
電圧印加手段は芯電極と通路に接続する構成とした請求項２に記載の圧力センサの分極装置。
【請求項４】
導電性粒子の玉鎖の直径は、少なくとも可撓性感圧体の直径より小さい径で構成した請求項１または３に記載の圧力センサの分極装置。
【請求項５】
導電性粒子が通路外へ移動することを抑制する移動抑制部材を通路に設ける構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力センサの分極装置。
【請求項６】
電圧印加手段による電圧印加中に可撓性感圧体が導電性粒子に接触しながら少なくとも１回転するように回転させることを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧力センサの分極装置。
【請求項７】
導電性粒子が設けられた通路を空隙を介して複数設け、可撓性感圧体が連続して導電性粒子と接触するように設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧力センサの分極装置。
【請求項８】
芯電極に可撓性感圧体を周設するステップと、前記可撓性感圧体を分極する導電性粒子と前記芯電極に接続された電圧印加手段により電圧を印加するステップと、分極中に前記可撓性感圧体を加熱するステップとからなる圧力センサの分極方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力センサの分極装置および分極方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の圧力センサは図４に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。図４示すように、芯電極１の周囲に可撓性感圧体２を配置し、その周囲に外側電極３と外皮４を順次被覆して構成されている。可撓性感圧体２としては合成ゴムや合成樹脂の中にチタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛のセラミック圧電体粉末を添加した複合体が用いられ、外側電極３は可撓性感圧体２の表面に銀系ゴム塗料などの導電塗料を塗着したものが用いられている。上記ケーブル状圧力センサの一部あるいは全面に圧力が印加されたとき、その部分の圧力センサが歪む結果、芯電極１と外側電極３の間に電圧が誘起され、この誘起電圧を利用して圧力を検出している。
【０００３】
分極方法は、芯電極１と外側電極３の間に高電圧を印加して、可撓性感圧体２を分極している（例えば非特許文献１参照）。また図５示すように、可撓性感圧体２をブロック状導電性粒子５の通路に配設させ、ブロック状導電性粒子５と芯電極１間に電圧を印加させることにより、ブロック状導電性粒子５に配設された部分の可撓性感圧体２を分極している（例えば特許文献２参照）。この分極により、セラミック粒子の自発分極の方向が電界方向に揃うので、可撓性感圧体２に圧電性が付与される。
【特許文献１】特開昭６２−２３００７１号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０６３３号公報
【非特許文献１】「圧電セラミック粉末と合成ゴムとから成る圧電複合材料」紛体と工業、２２巻、１号、１９９０年Ｐ５０・５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の圧力センサの分極方法では、芯電極１と外側電極３の間に高電圧を印加したときに、可撓性感圧体２中に微小なクラックや空孔などの欠陥が存在すると、その欠陥部で微小放電が生じる。この微小放電により、可撓性感圧体２の構成材料が熱的に蒸発、飛散して芯電極１と外側電極３間が短絡し、芯電極１と外側電極３間に高電圧を印加できなくなるので可撓性感圧体２を分極できないという課題を有していた。また、ブロック状導電性粒子５に可撓性感圧体２を配設し、可撓性感圧体２を移動手段７によって移動させながら分極する場合においては、可撓性感圧体２はケーブル状をなしているので、ブロック状導電性粒子５に接する部分と接さない部分が生じてしまい、分極の度合に差が生じ、特性ばらつきが発生するという課題があった。さらに、ブロック状導電性粒子５を加熱手段６によって加熱することによって、可撓性感圧体２を加熱する場合においても、可撓性感圧体２には加熱される部分とされない部分が存在し、温度分布が生じることによる、特性ばらつきが発生するという課題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、欠陥部が存在しても全体の可撓性感圧体が分極できなくなることを防ぐ。さらに、複数の玉鎖で構成された導電性粒子を可撓性感圧体の全周で接触するように構成にすることで、均一に満遍なく分極し、特性ばらつきのない安定した特性を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の圧力センサの分極装置は、芯電極に周設された可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体を通す通路と、前記可撓性感圧体の全周で接触す
るように通路内に設けられた複数の導電性粒子と、前記芯電極と前記導電性粒子に接続された電圧印加手段と、前記可撓性感圧体を加熱する加熱手段と、前記可撓性感圧体を前記導電性粒子に接触しながら移動させる移動手段を設けることによって、可撓性感圧体に均一に導電性粒子を接触させることができるので全周囲から均一に満遍なく分極することが可能となる。このため、分極できていない部分がなく、特性ばらつきのない安定した特性を得ることができる。また、導電性粒子は可撓性感圧体と点接触で接するので、可撓性感圧体の全周囲を導電体で密着するよりも、可撓性感圧体との接触抵抗を低減した状態で導電性粒子と接触しながら移動をさせることができる。このため、生産性が向上するとともに、接触抵抗によって生じる可撓性感圧体の傷を防ぐこともできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の圧力センサの分極装置は、欠陥部が存在しても長尺状のケーブル全体の可撓性感圧体が分極できなくなることを防ぐことができる。さらに、複数の導電性粒子を可撓性感圧体の全周で接触するように構成にすることで、均一に満遍なく分極し、特性ばらつきのない安定した特性を得ることができる。また、可撓性感圧体の全周囲を分極電極で密着するよりも、可撓性感圧体との接触抵抗を低減した状態で通路中の移動をさせることができるので、生産性が向上するとともに、接触抵抗によって生じる可撓性感圧体の傷などを防ぐこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、電極に周設された可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体を通す通路と、前記可撓性感圧体の全周で接触するように通路内に設けられた複数の導電性粒子と、前記芯電極と前記導電性粒子に接続された電圧印加手段と、前記可撓性感圧体を加熱する加熱手段と、前記可撓性感圧体を前記導電性粒子に接触しながら移動させる移動手段を設けることによって、可撓性感圧体に均一に導電性粒子を接触させることができるので全周囲から均一に満遍なく分極することが可能となる。このため、分極できていない部分がなく、特性ばらつきのない安定した特性を得ることができる。また、導電性粒子は可撓性感圧体と点接触で接するので、接触抵抗が低減でき、可撓性感圧体への傷つきを防ぐこともできる。
【０００９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、通路を導電性材料で構成することによって、可撓性感圧体と通路間に高電圧を印加することができるので、万が一導電性粒子が無い箇所が発生したとしても、可撓性感圧体を分極することが可能となり、装置自身の信頼性を向上することができる。
【００１０】
第３の発明は、特に、第２の発明において、電圧印加手段を芯電極と通路に接続する構成にすることによって、導電性粒子に電圧印加手段を接続した場合と同様に効果が得られる。さらに通路に電圧印加手段を接続する方が導電性粒子にリード線を固定するよりも容易であるため、装置の構成が簡単であるとともに、リード線を接続した導電性粒子が可撓性感圧体の移動とともに、所定の位置からずれたことによる電圧供給の不安定性も改善することができる。
【００１１】
第４の発明は、特に、第１〜３の発明において、導電性粒子の直径は、少なくとも可撓性感圧体の直径より小さい径で構成することによって、可撓性感圧体と導電性粒子との接触面積を多くすることができるため、全周囲から均一に満遍なく分極することが可能となる。このため、分極できていない部分がなく、特性ばらつきのない安定した特性を得ることができる。
【００１２】
第５の発明は、特に、第１〜４の発明において、導電性粒子が通路外へ移動することを抑制する移動抑制部材を通路に設ける構成ことによって、導電性粒子の移動を簡単な構成
で特性できるとともに、高電圧が印加された導電性粒子が装置外へ移動することを防ぐことができるので安全性を向上することができる  第６の発明は、特に、第１〜５の発明において、電圧印加手段による電圧印加中に可撓性感圧体が導電性粒子に接触しながら少なくとも１回転するように回転させることによって、可撓性感圧体と導電性粒子とが接触しない箇所があっても、可撓性感圧体を回転することで満遍なく導電性粒子と接触することができるので均一な分極を行うことが可能となる。このため、分極できていない部分がなく、特性ばらつきのない安定した特性を得ることができる。
【００１３】
第７の発明は、特に、第１〜６の発明において、導電性粒子が設けられた通路を空隙を介して複数設けることによって、可撓性感圧体に欠陥部が存在すると、欠陥部を一部に含む一連の可撓性感圧体の分極はできなくなっていたものが、導電性粒子を設けた複数の通路を断続して設けることで、一定の長さで分極がし得なかった部分があったとしても、分極出来なかった部分を最小単位にとどめて、再度分極することが可能となる。よって、一連の可撓性感圧体の外側電極を形成する前に、微小な欠陥が一定長さ範囲内に存在することを検知することができ、これを加工して圧電センサとして製造する際の歩留まりを向上することができる。
【００１４】
第８の発明は、芯電極に可撓性感圧体を周設するステップと、前記可撓性感圧体を分極する導電性粒子と前記芯電極に接続された電圧印加手段により電圧を印加するステップと、分極中に前記可撓性感圧体を加熱するステップとからなる圧力センサの分極方法である。そしてこの分極方法により、電圧印加がケーブルの全周囲に印加されるので、均質な分極特性を有するケーブル状圧力センサを製造することができる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるケーブル状圧力センサの分極装置の構成を示す外観斜視図である。
【００１７】
図１においてケーブル状圧力センサは芯電極１１に周設された可撓性感圧体１２が形成される。芯電極１１として、コイル状金属線や金属細線を束ねた線などが用いられる。可撓性感圧体１２として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、クロロプレン樹脂、塩素化ポリエチレン、シリコン樹脂等の高分子母材に、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料を複合化した高分子材料が用いられる。この可撓性感圧体１２は、複数の導電性粒子１３に全周で接触するように配設される。導電性粒子１３として、鉄、ステンレス、銅、黄銅、アルミニウム等を用いる。本実施の形態において、導電性粒子１３はφ１．０のアルミニウムを用い、可撓性感圧体１２を通す通路１４内に可撓性感圧体１２の全周に接するように設ける構成とした。本実施例において通路１４路を導電性材料であるアルミニウムで構成した。導電性粒子で構成することによって、可撓性感圧体１２と通路１４間に高電圧を印加することができるので、万が一導電性粒子が無い箇所が発生したとしても、可撓性感圧体を分極することが可能となり、装置の信頼性を向上することができる。
【００１８】
さらに、導電性粒子１３を加熱するために通路１４の下部に加熱手段１５を設けた。可撓性感圧体１２を加熱しながら導電性粒子１３によって分極することで、効率良く分極を行うことができる。さらに、可撓性感圧体１２を移動させる移動手段１６として回転ドラムを使用した。この移動手段１６によって可撓性感圧体１２が巻き取られて、導電性粒子１３に接しながら移動させることが可能になる。移動手段１６である回転ドラムの回転スピードを変化させることによって、可撓性感圧体１２が導電性粒子１３に接触する時間、言い換えれば分極時間を容易に調整することが可能となる。また、移動手段１６を設ける
ことによって、自動化することができるため、歩留まりを向上することができる。
【００１９】
本構成にすることによって、可撓性感圧体１２の全周囲を導電性粒子１３で接触しながら分極することができるので、可撓性感圧体１２の全周囲から均一に満遍なく分極することが可能となるため、分極できていない部分がなく、特性ばらつきのない安定した特性を得ることができる。また、可撓性感圧体１２の全周囲を導電性粒子１３で密着するよりも、可撓性感圧体１２との接触抵抗を低減した状態で導電性粒子１３と接触しながら移動をさせることができるので、生産性が向上するとともに、接触抵抗によって生じる可撓性感圧体の傷を防ぐこともできる。
【００２０】
また、電圧印加手段１７の電気接続は、導電性粒子１３が設けられた導電性の材料で構成した通路１４と芯電極１１に接続される。導電性粒子１３と通路１４は同電位であるので、導電性粒子１３に電圧印加手段１７を接続した場合と同様の効果が得られる。さらに通路１４に電圧印加手段１７を接続する方が導電性粒子１４に電圧印加手段１７を固定するよりも容易であるため、装置の構成が簡単であるとともに、電気接続した導電性粒子が可撓性感圧体の移動とともに、所定の位置からずれたことによる電圧供給の不安定性も改善することができる。このように接続して、電圧印加手段１７により、芯電極１１と導電体１３間に高電圧が印加されるので、可撓性感圧体１２が分極される。
【００２１】
本実施の形態において印加電圧は５ｋＶ／ｍｍで分極を行った。可撓性感圧体１２の中に微少な欠陥が含まれ、その部分が導電性粒子１３に配設されているとき、欠陥部で生じる微少な放電により導電性粒子１３と芯電極１１間に高電流が流れ、短絡するために分極できなくなるが、欠陥部が導電性粒子１３から脱離し、導電性粒子１３に配設されている可撓性感圧体１２中に欠陥がなければ、導電性粒子１３と芯電極１１間の絶縁性は再び回復するので、分極が可能となる。このように本発明の分極装置によれば、欠陥を含む部分が導電性粒子１３に配設されているときのみ、分極はできないがそれ以外の場合は分極可能となる。従って、欠陥の存在により可撓性感圧体１２が全体にわたって分極できなくなることはない。また、本実施の形態１において、可撓性感圧体１２の芯電極１１をアース電位にして、芯電極１１と導電性粒子１３の間に直流電圧を印加した。このように接続することで、人体に危険な直流高電圧部分を導電性粒子１３に限定でき、人体への安全を確保できる。
【００２２】
図５示す従来の分極装置では、ブロック状導電性粒子５に接さない部分と接する部分の各々に振動を印加し、その時に発生する電圧を測定した結果、ブロック状導電性粒子５に接さない部分と接する部分とでは出力電圧に約１．６倍もの差を生じた。しかし、本発明の分極装置を使用し、可撓性感圧体１２の同軸方向に対して９０°角度を変えた４方向で加振した結果、最も出力電圧が高かったものと小さかったものの比は１．１４倍以下に抑えられた。よって、電圧印加手段１７による電圧印加中に可撓性感圧体１２が複数の導電性粒子１３によって、可撓性感圧体１２の全周から満遍なく周囲から電圧を印加でき、均一な分極を実現することができる。
【００２３】
また、本実施例において導電性粒子１３であるアルミニウム球の直径をφ１．０で構成したが、この径は小さいほど可撓性感圧体１２と点あるいは面接触接触するため、より効率よく高電圧を印加することができるため分極の効率が向上する。特に導電性粒子の直径は可撓性感圧体１２の直径よりも小さいほうが可撓性感圧体に接触する箇所が多くなるので望ましい。また、電圧印加手段１７による電圧印加中に可撓性感圧体１２が導電性粒子１３に接触しながら少なくとも１回転するように回転させることによって、可撓性感圧体１２と導電性粒子１３とが接触しない箇所を低減でき、満遍なく導電性粒子と接触させることでより均一な分極を行うことが可能となる。可撓性感圧体１２の同軸方向に対して９０°角度を変えた４方向で加振した結果、最も出力電圧が高かったものと小さかったもの
比は１．０４倍以下に抑えることができた。
【００２４】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるケーブル状圧力センサの外観斜視図である。図２において実施の形態１と異なるところは、導電性粒子１３が通路１４外へ移動することを抑制する移動抑制部材１８を設ける構成にしている点である。本実施例において移動抑制部材１８にブラシを使用した。ブラシは可撓性感圧体１２を傷つけないよう柔らかい繊維状の物を使用し、通路１４の両端に設置した。本構成にすることによって、可撓性感圧体１２の移動と共に動く導電性粒子１３が通路１４外に出ていくのを簡単に抑制することができるとともに、高電圧が印加された導電性粒子１３が装置外へ移動することを防ぐことができるので安全性を向上することができる。
【００２５】
また、移動抑制部材１８としてブラシ以外の構成では、通路１４の両端にエアーノズルを設け、通路１４内方向にエアーを噴射することによっても導電性粒子１３の移動を抑制することができる。さらにエアーを使用した場合は可撓性感圧体１２の表面を傷つける恐れがないためセンサの信頼性を向上することができる。
【００２６】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３におけるケーブル状圧力センサの外観斜視図である。図３において実施の形態１と異なるところは、通路１４内に設けられた複数の導電性粒子１３を空隙を介して複数設け、可撓性感圧体１２が連続して導電性粒子１３と接触するように構成している点である。なお、実施の形態１および２と同一部材は同じ符号を付けている。本実施の形態において電圧印加手段１７の出力は、芯電極１１と複数個設けた導電性の通路１４に電圧印加手段１７の出力を並列接続している。こうすることで、各々の通路１４内に設けられた導電性粒子１３に効率良く電圧印加手段１７の出力が印加されることとなる。
【００２７】
例えば、導電性粒子１３が設けられた通路１４の長さを２ｍで構成した場合、可撓性感圧体１２の欠陥箇所の前後２ｍ（計４ｍ）は分極時間が所定時間より短い、もしくは分極できていない不良箇所となる。しかし、導電性粒子１３が設けられた０．５ｍの通路を４個設けた場合では、欠陥箇所の前後０．５ｍ（計１ｍ）が不良箇所となり、不良箇所を１／４に低減できるため歩留まりを向上することができる。
【００２８】
また、導電性粒子１３が設けられた通路１４を複数設け、各々の通路１４と芯電極１１間に印加される電圧あるいは電流値を測定することによって、どの通路１４内に欠陥箇所があるかを検知することができ、可撓性感圧体１２の欠陥箇所の判定にも寄与できる。
【００２９】
また、通路１４の長さ、連続個数を、移動手段１６による移動速度とともに調整して、分極時間の調節を行うことが可能であり、可撓性圧電体１２の使用目的に合致する条件での分極条件を選択できるように構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかる圧力センサの分極装置およびその分極方法は、欠陥部が存在しても全体の可撓性感圧体が分極できなくなることを防ぐとともに、可撓性感圧体が複数の導電性粒子を可撓性感圧体の全周で接触するように構成にすることで、均一に満遍なく分極し、特性ばらつきのない安定した特性を得ることができるので、圧電体等の分極装置に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における分極装置の構成を示す外観斜視図
【図２】本発明の実施の形態２における分極装置の構成を示す外観斜視図
【図３】本発明の実施の形態３における分極装置の構成を示す外観斜視図
【図４】従来の圧電ケーブルセンサの構成を示す外観見取り図
【図５】従来の圧電ケーブルセンサの構成を示す外観見取り図
【符号の説明】
【００３２】
１１  芯電極
１２  可撓性感圧体
１３  導電性粒子
１４  通路
１５  加熱手段
１６  移動手段
１７  直流電圧発生手段
１８  移動抑制部材
【図４】
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【図１】
2008153263.tif 000004
【図２】
2008153263.tif 000005
【図３】
2008153263.tif 000006
【図５】
2008153263.tif 000007