【手続補正書】
【提出日】平成19年7月3日(2007.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  圧電センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】  可撓性を有する圧電体層が可撓性を有する電極に挟まれた構成からなる感圧体において、前記圧電体層が高分子材料を母材に、あらかじめ混合する前に前記圧電体層の厚みの１／１０以下になるように粒度を分級した圧電セラミック粉体を分散させて成形させたものを１次成形体とし、さらに前記１次成形体を所定のセンサ形状に２次成形すること特徴とする圧電センサ。
【請求項２】  可撓性を有する圧電体層が可撓性を有する電極に挟まれた構成からなる感圧体において、前記圧電体層の高分子材料と圧電セラミック粉体を混合する際にせん断力の加わる装置を用いて分散させたものを１次成形体とし、さらに前記１次成形体を所定のセンサ形状に２次成形することを特徴とする圧電センサ。
【請求項３】  センサがケーブル状であり中心に内側電極とその周りに圧電体層を有し、さらにその周りに外側電極が配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電センサ。
【請求項４】  中心に配置された内側電極が高分子材料と導電性材料を混合した可撓性電極であることを特徴とする請求項３記載の圧電センサ。
【請求項５】  中心に配置された内側電極が高分子材料と導電性材料でできた繊維を複数撚り集めた撚り線であることを特徴とする請求項３記載の圧電センサ。
【請求項６】  外側電極が高分子材料と導電性材料を混合した可撓性電極であることを特徴とする請求項３、４又は５記載の圧電センサ。
【請求項７】  内側電極、圧電体層及び外側電極それぞれを形成する高分子材料が耐熱性を有する高分子材料であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電センサ。
【請求項８】  高分子材料に圧電セラミック粉体を混入したシート状圧電体層と、前記シート状圧電体層の両面に密着して配置されたシート状の可撓性を有する電極からなることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力、張力等の応力を受けて歪みを生じたときに電圧を発生する圧電センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、ある程度の粒径の圧電セラミックを高分子材料に混合した後、混練して所定のセンサに成形することによって圧電体層を得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法で圧電センサを製造した場合、特に長尺のケーブル状では、大きい圧電セラミックの粒子が圧電体層に存在し、分極処理を行う際にその部分でショートしてしまい十分な圧電性能を得られなくなってしまうものであった。また、シート状の圧電体層を形成する場合においても、圧電体層のシートの所々に大きい粒径の圧電セラミックが存在すると分極処理を行う際にその部分に集中して電流が流れるためスパークし、電極間をショートさせてしまい十分な圧電性能を得ることができなくするものであった。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧電体層に圧電セラミックの大きい粒子がなく歩留まりがよく安定して分極処理が行え十分な圧電性能が得られる圧電センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明の圧電センサは、圧電体層を形成する前に、圧電セラミック粒子を分級し、高分子材料とあらかじめ混練する工程を有する。
【０００６】
また、混練する際にせん断力の加わる装置を用いてあらかじめセラミック粒子と高分子材料を混練する。このような工程を経ることによって、圧電体層い圧電セラミックの粒径の大きなものはなくなり、分極処理も安定し信頼性が高く量産性に優れた圧電センサを実現することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、圧電体層が高分子材料を母材に、あらかじめ混合する前に圧電体層の厚みの１／１０以下になるように粒度を分級した圧電セラミック粉体を分散させて成形することを１次成形しと、さらにこの１次成形体を所定のセンサ形状に２次成形することによって、圧電体層に大きい圧電セラミックの粒径のものがなくなり分極処理中に圧電体層でのスパークがなくなり安定した十分な圧電性能を有する圧電センサを提供することができる。
【０００８】
本発明の請求項２記載の発明は、圧電体層の高分子材料と圧電セラミック粉体を混合する際にせん断力の加わる装置を用いて分散させたものを１次成形体とし、さらにこの１次成形体を所定のセンサ形状に２次成形させることによって、圧電体層に大きい圧電セラミックの粒径のものがなくなり分極処理中に圧電体層でのスパークがなくさらに、圧電セラミックと高分子材料が十分混練されより均一に圧電セラミックが高分子材料に分散しており分極処理が十分に行えることによって、生産性のよく圧電性能がよい圧電センサを提供することが可能となる。
【０００９】
本発明の請求項３記載の発明は、圧電センサの形状をケーブル状とすることで、連続性のよい（生産効率がよい）センサを得ることができるものである。
【００１０】
本発明の請求項４記載の発明は、ケーブル状の圧電センサの内部電極が高分子材料と導電性材料できた可撓性電極とすることによって、内部電極の周りに配置する圧電体層との密着性がよく容量、抵抗値を小さくできる圧電センサを得ることが可能となる。
【００１１】
本発明の請求項５記載の発明は、中心に配置された内側電極が高分子材料と導電性材料でできた繊維を複数撚り集めた撚り線とすることによって、その周りに配置される圧電体層はより接触しやすくなりまた、複数の撚り線とすることにより圧電センサの強度を向上することができるものである。
【００１２】
本発明の請求項６記載の発明は、ケーブル状センサの外側電極が高分子材料と導電性材料を混合した可撓性電極とすることによって、圧電体層との密着性がよく、圧電性能のよい圧電センサを得ることができる。
【００１３】
さらに、内側電極、圧電体層、外側電極を成型機で同時に成形することができ量産性の向上もはかることができる。
【００１４】
本発明の請求項７記載の発明は、内側電極、圧電体層、外側電極それぞれを形成する高分子材料が耐熱性を有する高分子材料とすることによって、耐熱性に優れた圧電センサを得ることが可能となる。
【００１５】
本発明の請求項８記載の発明は、高分子材料に圧電セラミック粉体を混入したシート状（平板状）圧電体層と、前記シート状圧電体層の両面に密着して配置されたシート状の可撓性を有する電極とすることによって、シート状の大面積のあるいは、自由に種々の大きさに加工できる圧電センサを得ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の圧電センサの圧電体層の工程を示すブロック図である。圧電セラミック粉末２として、例えば、チタン酸鉛系セラミックス（ＰＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム系セラミックス（ＢＴ）等のいずれかは、遠心分級機、篩い分級機、ターボ分級機等により分級処理３することによって、圧電体層の１／１０以下の粒径になるように分級され、熱可塑性ポリイミド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＥＰＤＭ、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の樹脂やエラストマーの１種類あるいは複数で構成される高分子材料１と混練されて、１次成形体４を得る。得られた１次成形体は、所定のセンサ形状にするために２次成形を行い２次成形体５を形成するものである。この２次形成体が圧電センサの圧電体層となる。
【００１８】
（実施例２）
次に、別の方法として図２に示した別の工程を示すブロック図を用いて説明する。高分子材料１と圧電セラミック粉末２は、エクストルーダー、２軸の混練押し出し装置等でのせん断力が加わる機器の混練機６によって混練され、混練されたものを成形して１次成形体４が得られる。得られた１次成形体４は、所定のセンサ形状にするために２次成形を行い２次成形体を得るものである。この２次形成体が圧電センサの圧電体層となる。
【００１９】
（実施例３）
また、上記のようにして得られた圧電体層を用いたものとして、図３に示すようなケーブル状圧電センサについて説明する。センサーの中心に圧電体の信号を取り出す内側電極７が形成される。その周りに圧電体層８が配置され、さらに高周波のノイズをカットするためのシールドをかねた外側電極９が設けられている。
【００２０】
最外層には、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高分子材料で被覆された外皮１０が備えられているものである。
【００２１】
中心に、配置された内側電極７が、熱可塑性ポリイミド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＥＰＤＭ、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の樹脂やエラストマーの１種類あるいは複数で構成される高分子材料と金属粉、カーボン粉末等の導電性材料を混練した電極とする。さらに、外側電極９の内側電極７と同じような高分子材料と導電性材料でできた電極とすることにより、内側電極７、圧電体層８、外側電極９を一体成形することができるものである。
【００２２】
また、内側電極７、圧電体層８、外側電極９を構成する高分子材料が、熱可塑性ポリイミド、ＥＰＤＭ、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の耐熱性のものにすることによって、センサの耐熱性の向上がはかれる。
【００２３】
さらに、電極を構成する導電性材料として、カーボンブラック（例えば、ケッッチェン・ブラック・インターナショナル株式会社製の導電性カーボンブラック「ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ」）を１０ｗｔ％程度添加することで体積抵抗値の小さい電極とすることができる。本発明では、添加量は１０ｗｔ％としたが、高分子材料の種類や求める性能によって、添加量は決めればよい。
【００２４】
（実施例４）
また、上記のようにして得られた圧電体層を用いた別のものとして、図４に示すようなシート状圧電センサについて説明する。
【００２５】
圧電体層８の上に内部電極１３を設置し、さらに絶縁シート１２を配置し、これらをシールド電極１１ａ、１１ｂによって上下から挟み込んで構成されている。シールド電極１１ａ、１１ｂはヒートシール等により電気的に接続されている。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、圧電体層が高分子材料を母材に、あらかじめ混合する前に圧電体層の厚みの１／１０以下になるように粒度を分級した圧電セラミック粉体を分散させて成形させたものを１次成形体しと、さらに１次成形体を所定のセンサ形状に２次成形することによって、圧電体層に大きい圧電セラミックの粒径のものがなくなり分極処理中に圧電体層でのスパークがなくなり安定した十分な圧電性能を有する圧電センサを提供することができる。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、圧電体層の高分子材料と圧電セラミック粉体を混合する際にせん断力の加わる装置を用いて分散させたものを１次成形体とし、さらに１次成形体を所定のセンサ形状に２次成形することによって、圧電体層に大きい圧電セラミックの粒径のものがなくなり分極処理中に圧電体層でのスパークがなくさらに、圧電セラミックと高分子材料が十分混練されより均一に圧電セラミックが高分子材料に分散しており分極処理が十分に行えることによって、生産性のよく圧電性能がよい圧電センサができる。
【００２８】
請求項３記載の発明によれば、センサがケーブル状であり中心に内側電極とその周りに圧電体層を有し、さらにその周りに外側電極が配置されたことでセンサの生産性が連続的に長尺の（生産効率がよい）センサを得ることができる。
【００２９】
請求項４記載の発明によれば、中心に配置される内側電極を高分子材料と導電性材料を混合した可撓性電極とすることによって、電極と圧電体層との密着性がよく容量、抵抗値を小さくできる圧電センサを得ることできるものである。
【００３０】
請求項５記載の発明によれば、内側電極が高分子材料と導電性材料でできた繊維を複数撚り集めた撚り線とすることで、電極と圧電体層はより接触しやすくなりまた、複数の撚り線とすることにより圧電センサの強度を向上することができる。
【００３１】
請求項６記載の発明によれば、外側電極が高分子材料と導電性材料を混合した可撓性電極とすることによって、圧電体層と電極との密着性がよく、圧電性能のよい（感度がよい）圧電センサを得ることができる。
【００３２】
請求項７記載の発明によれば、内側電極、圧電体層、外側電極それぞれを形成する高分子材料が耐熱性を有する高分子材料とすることによって、耐熱性に優れた圧電センサとすることができる。
【００３３】
請求項８記載の発明によれば、高分子材料に圧電セラミック粉体を混入したシート状（平板状）圧電体層と、前記シート状圧電体層の両面に密着して配置されたシート状の可撓性を有する電極とするシート状センサとすることで、シート状で大面積の自由に種々の大きさに加工できる圧電センサとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１の圧電センサにおける圧電体層の工程を示すブロック図
【図２】
本発明の別の実施例２の圧電センサにおける圧電体層の工程を示すブロック図
【図３】
本発明の実施例３の圧電センサにおけるケーブル状圧電センサの構成図
【図４】
本発明の実施例４の圧電センサにおけるシート状圧電センサの構成図
【符号の説明】
１  高分子材料
２  圧電セラミック粉末
３  分級処理
４  １次成形体
５  ２次成形体
６  混練機
７  内側電極
８  圧電体層
９  外側電極
１０  外皮
１１ａ、１１ｂ  シールド電極
１２  絶縁シート
１３  内部電極