(57)【要約】【課題】廃棄処理された場合に、酸性雨などの環境下に曝されても環境汚染することがないようにすること。【解決手段】有機高分子と鉛を含まないセラミック圧電体粒子からなる可撓性感圧体８が芯電極７に周設され、さらにこの可撓性感圧体８の周囲に金属層を形成した電気絶縁性の可撓性支持体からなる可撓性外側電極９を巻き付けてケーブル状圧力センサを構成している。これによって、可撓性感圧体８には鉛を含んでいないので廃棄処理された場合でも、酸性雨などの環境に曝されても鉛が溶出して環境を汚染することがなくなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側電極としての芯電極と、前記芯電極に周設された可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の表面に巻回される可撓性外側電極とから形成され、前記可撓性感圧体は少なくとも有機高分子と、Ａサイトがバリウム、ナトリウム、カリウム、ビスマス、リチウムの少なくとも１種を含み、Ｂサイトがチタン、ニオブ、ニッケルの少なくとも１種を含むペロブスカイト型構造を有するセラミック圧電体粒子とからなり、前記可撓性外側電極は電気絶縁性の可撓性支持体と、前記可撓性支持体の表面に設けられた金属層とからなるケーブル状圧力センサ。
【請求項２】
セラミック圧電体粒子は、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、ニッケルチタン酸ビスマスの少なくとも１種を含む請求項１記載のケーブル状圧力センサ。
【請求項３】
可撓性支持体は、可撓性感圧体に接触するように配設された請求項１または２記載のケーブル状圧力センサ。
【請求項４】
可撓性外側電極は、可撓性感圧体の表面に金属層の一部が重なり合った状態で巻回した請求項１、２または３記載のケーブル状圧力センサ。
【請求項５】
可撓性外側電極は、可撓性感圧体の表面に金属層が重ならない状態で巻回した請求項１、２または３記載のケーブル状圧力センサ。
【請求項６】
可撓性支持体は、高分子フィルムである請求項１〜５のいずれか１項に記載のケーブル状圧力センサ。
【請求項７】
高分子フィルムは、ポリエチレンテレフタレートフィルムである請求項６記載のケーブル状圧力センサ。
【請求項８】
可撓性外側電極の周囲を導電性編組で被覆した請求項１〜７のいずれか１項に記載のケーブル状圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はケーブル状圧力センサに関し、更に詳しくは、有機高分子と鉛を含まないセラミック圧電体粒子を感圧体とした可撓性を有するケーブル状圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のケーブル状圧力センサとしては、図６に示すようなものがある。図６に示すように、線状導電材１と導電ゴム２とから構成された芯電極３の周囲に可撓性感圧体４を配置し、その周囲に可撓性外電極５を配置し、さらにその周囲に熱収縮チューブから成る外皮６を被覆して構成されていた。可撓性感圧体４としては合成ゴムや合成樹脂の中にチタン酸鉛などのセラミック圧電体粉末を添加した複合体が用いられ、可撓性外電極５としてはアルミニウム箔とさらにこれを導電性編組で被覆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３と可撓性外電極５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（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−２３００７１号公報（２頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のケーブル状圧力センサは、これを搭載した製品が廃棄処理される際、製品から取り外されて細かく裁断され廃棄されることがある。廃棄されたケーブル状圧力センサは酸性雨などの環境にさらされることもあり、このような場合には可撓性感圧体４を構成している鉛を含むセラミック圧電粉末から鉛が溶出し、環境を汚染することが懸念される。
【０００５】
また、可撓性外電極５としてアルミニウム箔を用いた場合、アルミニウム箔は引っ張り強度が弱いので、可撓性感圧体４にアルミニウム箔を強い張力で巻き付けるとアルミニウム箔が切断され易く、また、弱い張力で巻き付けるとアルミニウム箔が可撓性感圧体４と十分に密着しないという課題を有していた。
【０００６】
また、合成ゴムや合成樹脂の中にチタン酸鉛などのセラミック圧電体粉末を添加した複合体からなる可撓性感圧体４に直接アルミニウム箔からなる可撓性外電極５を巻き付けた構成であるので、ケーブル状圧力センサの一部または全面に大きな荷重が印加された場合、可撓性感圧体４が押しつぶされ芯電極３と可撓性外側電極５が接触して短絡し易いという課題を有していた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のケーブル状圧力センサは、内側電極である芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された少なくとも有機高分子とＡサイトがバリウム、ナトリウム、カリウム、ビスマス、リチウムの少なくとも１種、Ｂサイトがチタン、ニオブ、ニッケルの少なくとも１種を含むペロブスカイト型構造を有するセラミック圧電体粒子とからなる可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の表面に巻き付けられる電気絶縁性の可撓性支持体と前記可撓性支持体の表面に形成された金属層からなる可撓性外側電極とで構成したものである。
【０００８】
本発明によれば、可撓性感圧体を鉛の含まないセラミック圧電体粒子で構成しているので、ケーブル状圧力センサが廃棄処理され酸性雨などの環境に曝されても鉛の溶出がなく、環境を汚染することがない。また、可撓性外側電極は可撓性支持体によって引っ張り強度を強くすることができるので、可撓性感圧体に強い張力で可撓性外側電極を巻き付けても可撓性外側電極が切断されることがなく、可撓性感圧体に密着できる十分な張力で巻き付けることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、芯電極の周囲に有機高分子とＡサイトがバリウム、ナトリウム、カリウム、ビスマス、リチウムの少なくとも１種、Ｂサイトがチタン、ニオブ、ニッケルの少なくとも１種を含むペロブスカイト型構造を有するセラミック圧電体粒子とからなる可撓性感圧体を配置し、さらに可撓性感圧体の表面に金属層を形成した電気絶縁性の可撓性支持体からなる可撓性外側電極を巻き付けた構成としている。
【００１０】
これによって、可撓性外側電極は張力が電気絶縁性の可撓性支持体により強くすることができるので切断することなく、可撓性感圧体の表面に十分な張力で巻き付けることができる。また、可撓性感圧体を構成するセラミック圧電体には鉛を含んでいないのでケーブル状圧力センサが廃棄処理され酸性雨などの環境に曝されても鉛の溶出がなく、環境を汚染することがない。
【００１１】
また、特にセラミック圧電体粒子がニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、ニッケルチタン酸ビスマスの少なくとも１種を含む構成とすることにより、従来の鉛を含む圧電体粒子よりも比誘電率が低いので圧電特性を発現させる分極処理電圧を低くすることができ、製法の作業性、安全性を向上させることができる。
【００１２】
また、可撓性外側電極を構成する電気絶縁性の可撓性支持体が可撓性感圧体に接触するように配置することにより、ケーブル状圧力センサの一部または全面に大きな荷重が印加され、可撓性感圧体が押しつぶされても芯電極と可撓性外側電極の短絡を防止することができる。
【００１３】
また、可撓性外側電極が可撓性感圧体の表面に金属層の一部が重なり合った状態で巻き付けることにより、可撓性感圧体の周囲全体を金属層で覆うことができるので金属層をアース電位にすることによって芯電極と可撓性外側電極間で発生する誘起電圧を検出することが可能となり、外部空間からのノイズを遮断することができる。
【００１４】
また、可撓性外側電極が可撓性感圧体の表面に金属層が重ならない状態で巻き付けることにより、ケーブル状圧力センサ全体の機械的インピーダンスを低く保持できるのでセンサに圧力が加わった際に容易に変形させることができ、低い印加圧力下でも検出することができる。
【００１５】
また、可撓性支持体を高分子フィルムで構成することにより、前述と同様、ケーブル状圧力センサ全体の機械的インピーダンスを低くすることができるのでセンサに圧力が加わった際に容易に変形させることができ、低い印加圧力下でも検出することができる。
【００１６】
さらに、高分子フィルムをポリエチレンテレフタレートフィルムで構成することにより、高分子フィルムの中でもポリエチレンテレフタレートフィルムは１５０℃の高耐熱性を有しているので耐熱性に優れたケーブル状圧力センサを実現することができる。
【００１７】
さらにまた、可撓性外側電極の周囲を導電性編組で被覆することにより、金属層をアース電位にして芯電極と可撓性外側電極間で発生する誘起電圧を検出することが可能となり、外部空間からのノイズを遮断することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるケーブル状圧力センサの正面図である。図１に示すように、ケーブル状圧力センサは芯電極７の周囲に可撓性感圧体８を形成し、さらに可撓性外側電極９が可撓性感圧体８の表面に重ならない状態で巻き付けられて構成されている。図２は可撓性感圧体８の内部構成を示す一部断面図であり、可撓性感圧体８は有機高分子１０の中に鉛を含まないセラミック圧電体粒子１１が分散した状態で構成されている。また、図３は可撓性外側電極９の構成を示す一部断面図であり、可撓性外側電極９は電気絶縁性の可撓性支持体１２の表面に形成された金属層１３から構成され、電気絶縁性の可撓性支持体１２が可撓性感圧体８に接触するように巻き付けられている。
【００２０】
芯電極３としては従来例で示した構成の芯電極や複数の金属細線だけから成る芯電極などが用いられる。可撓性感圧体８を構成する有機高分子としては塩素化ポリエチレンなどのゴムやシリコン樹脂などが用いられ、鉛を含まないセラミック圧電体粒子としてはＡサイトがバリウム、ナトリウム、カリウム、ビスマス、リチウムの少なくとも１種、Ｂサイトがチタン、ニオブ、ニッケルの少なくとも１種を含むペロブスカイト型構造を有するものが用いられ、特にニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、ニッケルチタン酸ビスマスの少なくとも１種を含む構ものがよい。
【００２１】
また、可撓性外側電極９を構成する電気絶縁性の可撓性支持体１１としてはポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニール、ナイロン、ポリエチレン、トリアセテートなどの高分子フィルムが用いられ、金属層１２の金属としてはアルミニウム、銅、ニッケルなどが用いられる。
【００２２】
以上のように構成されたケーブル状圧力センサについて、以下、その動作、作用を説明する。
【００２３】
まず、本発明のケーブル状圧力センサを搭載した製品が使用済みになると、ケーブル状圧力センサは製品から取り外されて細かく切断された後、廃棄処理されることが考えられる。廃棄処理されたケーブル状圧力センサは酸性雨などの厳しい環境に曝されることもあり、酸性雨によりケーブル状圧力センサの構成材料が溶出する可能性を有するが、可撓性感圧体８を構成するセラミック圧電体粒子１０には鉛を含まない材料を用いているので鉛の溶出がなく、環境を汚染することがない。
【００２４】
また、セラミック圧電体粒子１１として、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、ニッケルチタン酸ビスマスの少なくとも１種を含むものは従来の鉛を含む圧電体粒子よりも比誘電率が低いので圧電特性を発現させる分極処理電圧を低くすることができ、製法の作業性、安全性を向上させることができる。
【００２５】
また、可撓性外側電極９を構成する電気絶縁性の可撓性支持体１２を可撓性感圧体９に接触するように巻き付けている。ケーブル状圧力センサの一部または全面に大きな荷重が印加され、可撓性感圧体８が押しつぶされても電気絶縁性の可撓性支持体１２が存在することにより、芯電極７と可撓性外側電極９の短絡を防止することができる。
【００２６】
また、電気絶縁性の可撓性支持体１２として用いる高分子フィルムは、芯電極７と可撓性感圧体８の構成物の機械的インピーダンスに比べ、低い機械的インピーダンスを有するので可撓性感圧体８に巻き付けられてもセンサ全体の機械的インピーダンスを増加させない。したがって、外部からの圧力に応じて容易に変形させることが可能となり、低い印加圧力下でも荷重を検出することができる。また、高分子フィルムの厚さはできるだけ薄い方が機械的インピーダンスも低くなるので好ましいが、工業的に多く利用されている数十μｍ以下の厚さが入手の容易性や価格の点でも好ましい。また、高分子フィルムの中でも特にポリエチレンテレフタレートは最高使用温度が約１５０℃と他の高分子フィルムに比べ、耐熱性が高いので耐熱性に優れたケーブル状圧力センサを実現することができる。
【００２７】
また、金属層１３の材料としてはアルミニウム、銅、ニッケルが挙げられるが、これらの中でも特にアルミニウムは銅に比べ熱的に酸化され難く、またニッケルに比べ柔らかいので機械的インピーダンスが低いことから最も適しており、金属層１３の厚さも高分子フィルムと同様にできるだけ薄い方が好ましく、その点からも高分子フィルムにアルミニウムなどの金属を蒸着したものがよい。
【００２８】
また、金属層１３を形成した高分子フィルムからなる可撓性外側電極９は張力が高分子フィルムによって強くすることができるので可撓性感圧体８と密着をよくするために強い張力で巻いても可撓性外側電極９が切断されることがなく、可撓性感圧体の表面に十分な張力で巻き付けることができる。
【００２９】
また、可撓性外側電極９が可撓性感圧体８の表面に金属層１３が重ならない状態で巻き付けることにより、ケーブル状圧力センサ全体の機械的インピーダンスを低く保持できるのでセンサに圧力が加わった際に容易に変形させることができ、低い印加圧力下でも検出することができる。
【００３０】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２におけるケーブル状圧力センサの正面図である。図４において、１４が可撓性外側電極であり、実施例１と異なるところは可撓性外側電極１４の巻き付け構成にある。なお、実施例と同一部材は同じ符号を付けている。図４に示すように、可撓性感圧体８の表面に可撓性外側電極１４の一部が重なり合った状態で巻き付けられた構成としている。可撓性外側電極１４は実施例１の可撓性外側電極９と同一構成のものを用いている。
【００３１】
この構成によると、芯電極７と金属層１３間で発生する誘起電圧を検出するとき、金属層１３をアース電位にすることにより外部ノイズを遮断することができる。なお、ケーブル状圧力センサが外部圧力により変形する時、可撓性外側電極１４の重なり合った部分も変形するが、この部分も変形し易くするために、重なり合った部分の長さはできるだけ短いほうが好ましい。
【００３２】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３におけるケーブル状圧力センサの要部断面図である。図５において、１５が導電性編組であり、実施例１と異なるところはこの導電性編組１５を設けた点である。なお、実施例と同一部材は同じ符号を付けている。
【００３３】
図５に示すように、可撓性外側電極９が可撓性感圧体４の表面に巻き付けた後、可撓性外側電極９に接触するように導電性編組１５を被覆した構成としている。導電性編組１５がない場合、可撓性外側電極９を構成する金属層１３は芯電極７の周囲を完全に覆っていないため、芯電極７と可撓性外側電極９間で発生する誘起電圧を検出する時、外部ノイズを拾い易い。従って、可撓性外側電極９の周囲を導電性編組１１で被覆することにより、可撓性外側電極９の金属層１３と導電性編組１１が短絡させることができるのでこれをアース電位に保持することにより外部ノイズを遮断することができる。
【００３４】
なお、上記実施例では図６に示した従来例の外皮６について特に触れてないが、保護などの必要に応じて用いてもよいことは明らかである。また、外皮６の材料として熱収縮チューブ以外にも塩化ビニールやウレタン樹脂などを用いることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ケーブル状圧力センサが廃棄処理され酸性雨などの環境に曝されても鉛の溶出がなく、環境を汚染することがない。また、可撓性感圧体に強い張力で可撓性外側電極を巻き付けても可撓性外側電極が切断されることがなく、可撓性感圧体に密着できる十分な張力で巻き付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるケーブル状圧力センサの正面図
【図２】同センサにおける可撓性感圧体の内部構成を示す部分断面図
【図３】同センサにおける可撓性外側電極の構成を示す部分断面図
【図４】本発明の実施例２におけるケーブル状圧力センサの正面図
【図５】本発明の実施例３におけるケーブル状圧力センサの要部断面図
【図６】従来のケーブル状圧力センサの要部断面図
【符号の説明】
７  芯電極
８  可撓性感圧体
９、１４  可撓性外側電極
１０  有機高分子
１１  セラミック圧電体粒子
１２  絶縁性の可撓性支持体
１３  金属層
１５  導電性編組
【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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