(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧されることにより電位を生じる、第１の面と前記第１の面に対して表裏の関係にある第２の面を有する圧電体と；
前記圧電体の前記第１の面と対向するシグナル電極をその一方の面に有し、前記シグナル電極を有する面が前記圧電体の第１の面に貼接されるように配設された第１の基材と；
前記圧電体の前記第２の面と対向する第１のグランド電極をその一方の面に有し、前記第１のグランド電極を有する面が前記圧電体の第２の面に貼接されるように配設された第２の基材と；
一方の面が前記第１の基材のシグナル電極を有する面に貼接し、他方の面が前記第２の基材の前記第１のグランド電極を有する面に貼接され、前記圧電体が配設された部分以外に配設されたスペーサ部材と；を備え、
前記スペーサ部材は、可塑性を有する、
圧電センサ。
【請求項２】
前記スペーサ部材は、熱可塑性を有する、
請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項３】
前記スペーサ部材は、それ自体が接着材である、
請求項１または請求項２に記載の圧電センサ。
【請求項４】
前記圧電体の前記第１の面と前記第１の基材の前記シグナル電極を有する面を貼接し、更に、前記スペーサ部材の前記一方の面と前記第１の基材の前記シグナル電極を有する面を貼接する第１の接着材と；
前記圧電体の前記第２の面と前記第２の基材の前記グランド電極を有する面を貼接し、更に、前記スペーサ部材の前記他方の面と前記第２の基材の前記グランド電極を有する面を貼接する第２の接着材と；を備え、
前記スペーサ部材には、前記圧電体を収納する収納窓が形成されており、
前記第１の接着材または前記第２の接着材は、可塑性を有する、
請求項１または請求項２に記載の圧電センサ。
【請求項５】
前記スペーサ部材の前記一方の面、及び前記圧電体の前記第１の面の全体が、前記第１の接着材を介して、前記第１の基材の前記シグナル電極を有する面と貼接し、
前記スペーサ部材の前記他方の面、及び前記圧電体の前記第２の面の全体が、前記第２の接着材を介して、前記第２の基材の前記グランド電極を有する面と貼接する、
請求項４に記載の圧電センサ。
【請求項６】
前記第１の接着材は、前記圧電体の前記第１の面と前記第１の基材の前記シグナル電極を有する面を貼接する第１Ａの接着材と、前記スペーサ部材の前記収納窓に重なる収納窓を有する前記第１Ａの接着材とは別体の第１Ｂの接着材を含んで構成される、
請求項５に記載の圧電センサ。
【請求項７】
前記第２の接着材が導電性である、
請求項４又は請求項５に記載の圧電センサ。
【請求項８】
前記第１Ａの接着材が導電性である、
請求項６に記載の圧電センサ。
【請求項９】
前記第１の接着材、前記第２の接着材、又は、前記スペーサ部材が、組み立て環境において非タック性を有する、
請求項４乃至請求項８に記載の圧電センサ。
【請求項１０】
前記スペーサ部材の前記収納窓に収納される部材の厚さの合計が、前記スペーサ部材の厚さより厚い、
請求項４乃至請求項９に記載の圧電センサ。
【請求項１１】
前記第１の基材は、前記圧電体の前記第１の面と対向する面の裏面に第２のグランド電極を有する、
請求項１乃至請求項１０に記載の圧電センサ。
【請求項１２】
前記シグナル電極、前記グランド電極、又は、それらの配線ラインに保護膜を設けた、
請求項１乃至請求項１１に記載の圧電センサ。
【請求項１３】
前記圧電体の前記第１の面と前記第１の基材の前記シグナル電極を有する面を貼接する第１の接着材とを備え；
前記圧電体の前記第２の面と前記第２の基材の前記グランド電極を有する面を貼接する第２の接着材と；
前記スペーサ部材は、それ自身が接着性を有すると共に、前記圧電体を収納する収納窓が形成されている、  
請求項１または請求項２に記載の圧電センサ。
【請求項１４】
前記第１の接着材が前記圧電体の前記第１の面と同一の形状及び同一の面積であり、
又は、前記第２の接着材が前記圧電体の前記第２の面と同一の形状及び同一の面積であり、
前記圧電体と共に、前記第１の接着材、又は、第２の接着材が前記収納窓に収納される、
請求項１３に記載の圧電センサ。
【請求項１５】
前記第１の接着材、又は前記第２の接着材が導電性である、
請求項１３又は請求項１４に記載の圧電センサ。
【請求項１６】
前記第１の接着材、前記第２の接着材、又は、前記スペーサ部材が、組み立て環境において非タック性を有する、
請求項１３乃至請求項１５に記載の圧電センサ。
【請求項１７】
前記収納窓に収納される部材の厚さの合計が、前記スペーサ部材の厚さより厚い、
請求項１３乃至請求項１６に記載の圧電センサ。
【請求項１８】
前記第１の基材は、前記圧電体の前記第１の面と対向する面の裏面に第２のグランド電極を有する、
請求項１３乃至請求項１７に記載の圧電センサ。
【請求項１９】
前記シグナル電極、前記グランド電極、又は、それらの配線ラインに保護膜を設けた、
請求項１３乃至請求項１８に記載の圧電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電センサに関する。特に、圧電体として高分子圧電フィルムを用い、圧電体の一辺が数センチメートル程度の比較的大きな形状のものや、複数の圧電体を実装したものに好適で、高信頼、高効率な特性を実現できる圧電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電材料は、セラミック材料を用いた圧電体より、電圧出力係数が大きく、フィルム状にでき柔軟性に富み加工しやすいので、近年、音響センサや圧力センサをはじめとして広く用いられるようになっている（例えば、特許文献１）。また、最近では、車両等の大型物に装着される用途を中心に、従来のセンサに比べて大型のものや、圧力センサを多数実装して一体化し、圧力分布を計測できるようにしたものが要求されるようになっている。
【特許文献１】特開平７−１６０２６５号公報（図１、図２、段落００１２及び００１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図９に、このような圧電体センサの従来の例を図示する。図９（ａ）は、圧電体センサの断面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ’破断面を上から見た図である。尚、図９（ａ）は、図９（ｂ）のｂ−ｂ’破断面を示している。図９（ｂ）のように、複数の高分子圧電体５１１〜５１３が実装され、各々の部分に加えられる応力を各々検出するようになっている。図９（ａ）のように、フィルム状の高分子圧電体５１がシグナル電極５２とグランド電極５３によってサンドイッチ状に挟まれた構造であり、高分子圧電体５１とシグナル電極５２、グランド電極５３は、各々接着層５６，５７を用いて貼り合わされている。外力Ｔにより高分子圧電体５１で発生した電圧は電極配線ライン５９を介して外部に出力されるように構成されている。
【０００４】
従来、接着層５６，５７としては、製作の容易性より両面接着テープが用いられることが多かった。この時、図９（ａ）のように、圧電体と基材５４，５５の接着部分と、圧電体装着部分以外の基材５４と基材５５の接着部分の接着層の厚さはほぼ同一のものが用いられ、圧電体の縁端部分で空気層を含む未接着部分５８が残る。このような未接着部分５８は製造後、経時変化により拡大することがあった。特に、現在の高分子圧電体素子５１はフッ素系の高分子が多く、接着剤の種類も限定され、接着強度も比較的得られにくかったため、未接着部分５８が残ることが多く問題となっていた。また、圧電センサの用途によっては圧電センサを曲げて使用することもあり、未接着部分５８が圧電体部分の剥離の原因となり信頼性低下の一因となっていた。更に、両面テープなどに用いられる粘着剤は経年変化により弾性率が変化するため圧電センサの圧力感度の経年変化にも影響がある。このことも圧電センサの信頼性低下の要因の一つでもあった。
【０００５】
更に、図９（ｃ）に示すように、高分子圧電体５１の出力電圧Ｖｐｚは外部負荷ＲＬに対して、接着層５６，５７で形成される静電容量Ｃｓ１，Ｃｓ２が直列に接続され、更に、高分子圧電体５１が挿入された以外の部分（例えば、図の６０の部分）は電極配線ライン等とグランド電極が近づき、電気的には、外部負荷ＲＬに静電容量Ｃｐが並列に接続された形になる。このような場合、浮遊静電容量Ｃｓ１，Ｃｓ２、及びＣｐのため圧電体で発生した電圧は分圧されるので接着層の厚さが出力効率に影響する。図９（ａ）の従来の接着層を用いた場合では、Ｃｓ１，Ｃｓ２、及びＣｐを形成する誘電体としての接着層の厚さが同程度となる。この場合、接着層の厚さを薄くするとＣｓ１，Ｃｓ２の値が大きくなり、その部分の電圧低下への影響は小さくできるが、同時にＣｐの値も大きくなる。又、接着層の厚さを厚くすると、Ｃｐの値は小さくできるがＣｓ１，Ｃｓ２の値が小さくなる。即ち、ＣｐとＣｓ１，Ｃｓ２は出力電圧低下に関しては互いに相反する関係にあり検知出力を効率よく外部に出力できないという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は、上記従来の圧電センサの問題点を解決するもので、基材の貼り合わせ時の空気の混入を防止して高信頼な特性を実現し、配線ライン等の浮遊静電容量の影響を抑えて高感度な特性を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様としての圧電センサ、例えば、図１、図２、図１０、及び図１１に示すように、
加圧されることにより電位を生じる、第１の面ａ１と第１の面ａ１に対して表裏の関係にある第２の面ａ２を有する圧電体１と；
圧電体１の第１の面ａ１と対向するシグナル電極４をその一方の面ｇ１に有し、シグナル電極４を有する面ｇ１が圧電体１の第１の面ａ１に貼接されるように配設された第１の基材５と、圧電体１の第２の面ａ２と対向する第１のグランド電極７をその一方の面ｄ１に有し、第１のグランド電極７を有する面ｄ１が圧電体１の第２の面ａ２に貼接されるように配設された第２の基材８と、一方の面ｂ１が第１の基材５のシグナル電極４を有する面ｇ１に貼接し、他方の面ｂ２が第２の基材８の第１のグランド電極７を有する面ｄ１に貼接され、圧電体１が配設された部分以外（例えば、ｈ）に配設されたスペーサ部材６（６’）とを備える。
【０００８】
ここで、「電極を有する面」とは、図２（ａ）のｄ１のように、グランド電極７が第２の基材８に対して部分的に設けられている場合は、グランド電極７の部分及びグランド電極７が設けられていない面であって電極側の第２の基材８の面の双方を言う。
「貼接」とは、二つの部材が互いに貼り合わされていることをいい、その基材間に接着用の部材（接着材、接着剤）が挟まれている場合、二つの前記基材の何れかがそれ自身で接着性を有する場合、その面を接して当該部材が固定されている場合、も互いの関係は貼接されていると言う。
「対向する」とは、二つの面が略平行に置かれ、その面と垂直の方向から見たとき、これら二つの面（又は面上）の二つの形状が重なり合う状態を言う。尚、ここで、「重なり合う」とは、二つの形状のうち、一つの形状が他の形状より大きい場合を含む。また、一方が複数の形状からなる場合に他方の形状の一つが複数の形状をカバーする場合を含む。
【０００９】
このように構成すると、スペーサ部材６を別個に設けているので、その厚みを各々最適なものに選ぶことができ、例えば、図２のように、圧電体１と第１及び第２の基材５，８を貼接する接着材２，３の厚さを薄く、スペーサ部材６の厚さを厚くすることができるので、図９（ｃ）のＣｓ１、Ｃｓ２を大きく、Ｃｐを小さくすることができ、圧電体１で発生した電圧を効率良く外部に出力することができる。また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、図９（ｂ）のような未接着部分５８が生じないので高信頼な圧電センサを実現できる。
【００１０】
更に、前記目的を達成するため、本発明の第２の態様としての圧電センサは、本発明の第１の態様において、例えば、図１０及び図１１に示すように、圧電体１の第１の面１ａと第１の基材５のシグナル電極４を有する面ｇ１を貼接し、更に、スペーサ部材６’の一方の面ｂ１と第１の基材５のシグナル電極４を有する面ｇ１を貼接する、第１の接着材２’’と、圧電体１の第２の面ａ２と第２の基材８のグランド電極７を有する面ｄ１を貼接し、更に、スペーサ部材６’の他方の面ｂ２と第２の基材８のグランド電極７を有する面ｄ１を貼接する第２の接着材３とを備え、スペーサ部材６’には、圧電体１を収納する収納窓ｈが形成されている。
【００１１】
ここで、「接着材」は、その接着性により二つの部材を固定する定形な部材を言う。尚、本明細書では、「接着剤」は複数の部材を固定するための不定形の物質を言う。接着剤を一定の形状に成形したものは「接着材」である。尚、接着性の無い部材であっても表面に接着剤が塗布され他の部材と貼接されるものも本明細書では接着材である。
【００１２】
このように構成すると、圧電体１及びスペーサ部材６’が第１及び第２の接着材２，３で第１及び第２の基材５，８と貼接されるため、スペーサ部材６’として接着材以外の任意の絶縁体を使用することが出来る上、第１の接着材２’’、第２の接着材３’’の材質を、圧電体１、スペーサ部材６’、基材５，８に適した材質を使用することができるため材質の選択の余地が広がる。
【００１３】
また、前記第２の態様において、本発明の第３の態様としての圧電センサは、例えば、図１０及び図１１に示すように、スペーサ部材６’の一方の面ｂ１、及び圧電体１の第１の面ａ１の全体が、前記第１の接着材２’’を介して、第１の基材５のシグナル電極４を有する面ｇ１と貼接し、スペーサ部材６’の他方の面ｂ２、及び圧電体１の第２の面ａ２の全体が、第２の接着材３’’を介して、第２の基材８のグランド電極を有する面ｄ１と貼接されている。
【００１４】
このように構成すると、スペーサ部材６’及び圧電体１がその全面に渡って、一体の接着材２’’、３’’で固定されるため、圧電体１の温度等による収縮の影響を減少することが出来、高信頼な圧電センサを実現することができる。
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明の第４の態様としての圧電センサは、本発明の第３の態様において、例えば、図１３（図１２）に示すように、第１の接着材２’’（図１０参照）が、圧電体１の第１の面ａ１と第１の基材５のシグナル電極４を有する面ｇ１を貼接する第１Ａの接着材２’と、スペーサ部材６’の収納窓（ｈ１、ｈ２、ｈｎ）に重なる収納窓（ｈ１ａ、ｈ２ａ、ｈｎａ）を有する第１Ａの接着材２’とは別体の第１Ｂの接着材２’’’を含んで構成される。尚、図１３（図１２）には、第２の接着材３’’（図１０参照）として、第２の接着材３’’が第２Ａの接着材３’と第２Ｂの接着材３’’’を含む形態が示されているが、本態様ではこれに限定されない。
【００１６】
このように構成すると、スペーサ部材６’として接着材以外の任意の絶縁体を使用することが出来る上、接着材２’’’も任意の材質を使用することが出来るため材質の選択の余地が広がる。また、圧電体１の上下面ａ１に貼接される接着材２’を上記接着材２’’’と別個に選択することが出来るため、設計の自由度が向上する。
【００１７】
前記目的を達成するため、本発明の第５の態様としての圧電センサは、例えば、図１０、図１１に示すように、本発明の第２の態様において第２の接着材３’’を導電性としたものである。又、図１２、図１３に示すように、本発明の第３の態様において第２の接着材３’を導電性としたものである。
【００１８】
このように構成すると、図９（ｃ）で説明したＣｓ２が無限大になったことと等価となり、Ｃｓ２（更には、Ｃｐに起因する）圧電体１の出力の損失を低下することができる。尚、ここではグランド電極７側に貼接される接着材３’、３’’について説明したがシグナル電極４側の接着材２’を導電性とすると、Ｃｓ１を無限大とすることができ、同様の効果が得られる。但し、図１０のようにシグナル電極４側の接着材２’’が複数のシグナル電極４をカバーする場合は各電極を電気的に短絡することがあるので、このような構成は除外されることは明らかである。
【００１９】
前記目的を達成するため、本発明の第６の態様としての圧電センサは、本発明の第１の態様において、例えば、図１に示すように、圧電体１の第１の面ａ１と第１の基材５のシグナル電極４を有する面ｇ１を貼接する第１の接着材２とを備え、圧電体１の第２の面ａ２と第２の基材８のグランド電極７を有する面ｄ１を貼接する第２の接着材３と、スペーサ部材６は、それ自身が接着性を有すると共に、圧電体１を収納する収納窓ｈが形成されている。
【００２０】
このように構成すると、圧電体１が実装される部分以外の部分に大きな隙間が無いようにすることが出来、図９（ａ）のような未接着部分５８が生じないので、高信頼な圧電センサ１００を実現することができる。また、スペーサ部材６自身が接着材なので、スペーサ部材６と第１及び第２の基材５，８の貼接用に接着部材又は接着剤を必要とせず構造が簡単になる。
【００２１】
前記目的を達成するため、本発明の第７の態様としての圧電センサは、本発明の第６の態様において、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の接着材２が圧電体１の第１の面ａ１と同一の形状及び同一の面積であり、又は、第２の接着材３が圧電体１の第２の面ａ２と同一の形状及び同一の面積であり、圧電体１と共に、第１の接着材２、又は、第２の接着材３が収納窓ｈに収納されるように構成されるものである。
【００２２】
ここで、「同一の形状」、「同一の面積」とは、２つの形状が合同であることを言うが、厳密に合同でなく、互いに重なった関係である場合を含む。ここで、圧電体１の形状・大きさは、第１の接着材２又は第２の接着材３と略同じであり、各々の面の全部が互いに重なるようになっており、それらが合わされてスペーサ部材６の収納窓ｈの中に収納される。尚、収納されるのは第１又は第２の接着材２，３のいずれかであってもよいし、その両方であってもよい。従って、収納窓ｈの形状、面積、及び位置は、圧電体の形状、面積、位置に合わせて設ける。
【００２３】
このように構成すると、図２（ａ）に示すように、図２（ｂ）のｃ１とｃ２の間の境界部分のような第１の接着材２と第２の接着材３によって生じる段差がなくなるので、未接着部分の形成を防止でき、高信頼な圧電センサを実現することができる。
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の第８の態様としての圧電センサは、本発明の第６又は第７の態様において、例えば、図５に示すように、第１の接着材２、又は第２の接着材３が導電性であるものである。
【００２５】
このように構成すると、図９（ｃ）で説明したＣｓ１、又はＣｓ２の値が無限大になったことと等価となり、Ｃｓ１、Ｃｓ２（更には、Ｃｐ）に起因する圧電体１の出力の損失を低下することができる。
【００２６】
上記目的を達成するため、本発明の第９の態様としての圧電センサは、例えば、図１０に示すように、本発明の第２乃至第５の態様において、第１の接着材２’’、第２の接着材３’’、又はスペーサ部材６’が、組み立て環境において非タック性を有する。又、本発明の第６乃至第８の態様において、例えば、図５に示すように、第１の接着材２’、第２の接着材３’、又はスペース部材６が、組み立て環境において非タック性を有する。
【００２７】
ここで、「非タック性」とは、全く接着性が無いか、他の部材に貼り付かない程度にその接着度が低いことを言う。
【００２８】
このように構成すると、位置決め時に前記接着材が他の部材に貼り付くことがないので、圧電体１や接着材２（２’，２’’），３（３’，３’’），スペース部材６（６’）、基材５，８等の部材の位置決めを容易に実行することができる。
【００２９】
上記目的を達成するため、本発明の第１０の態様としての圧電センサは、本発明の第２乃至第９の態様において、例えば、図６に示すように、スペース部材６の収納窓ｈに収納される部材（圧電体１，第１の接着材２，第２の接着材３等）の厚さの合計が、スペース部材６の厚さより厚い。
ここで、厚さとは、各部材の貼り合わせ後の厚さであり、例えば、接着剤の硬化等による体積変化後の厚さである。
【００３０】
このように構成すると、図６のように、部材が収納された部分ｈの上方ｉに高さｊの凸部を形成することができる。このようなものに図のような外力Ｔを加えた場合、応力が凸部ｉに集中して感度の高い圧電センサを実現できる。また、図１の１１〜１ｎのように圧電センサを多素子化した場合に各圧電体１１〜１ｎ素子部分に加わる力を分離して計測することができ場所的な応力分布を計測するのに好適となる。
【００３１】
上記目的を達成するため、本発明の第１１の態様としての圧電センサは、本発明の第１乃至第１０の態様において、例えば、図３又は図４に示すように、更に、第１の基材５’が、圧電体１の第１の面ａ１と対向する面ｇ１の裏面ｇ２に第２のグランド電極１０を有する。
【００３２】
このように構成すると、圧電体１、シグナル電極４が二つのグランド電極７、１０で挟まれた構造となるので、電磁遮蔽効果が生じ外部雑音の影響を受けにくい特性を得ることができる。
【００３３】
上記目的を達成するため、本発明の第１２の態様としての圧電センサは、本発明の第１乃至第１１の態様において、例えば、図７、及び図８に示すように、シグナル電極４、グランド電極７、又は、それらの配線ライン１３に保護膜１１を設けたものである。
ここで保護膜１１は、第１の基材５’、及び第２の基材８の全面に設けてもよいし、部分的に設けてもよい。
【００３４】
圧電体１の出力インピーダンスは非常に高いので、その電極間に湿気が入ると電極間の絶縁抵抗が低下し、圧電体１に抵抗が並列に接続された形となり圧電体の出力が低下する。従って、第１２の態様のように構成すると、圧電センサ５００の側面ｋ’（図８参照）から侵入する湿気を防ぐことができ、絶縁抵抗の低下による感度低下を軽減出来る。又、シグナル電極４の配線ライン１３１〜１３ｎ間の絶縁抵抗の低下を防止することができ、各圧電体１１〜１ｎの出力の他の配線ライン１３１〜１３ｎへの漏洩を防ぐことができる。更に、シグナル配線ライン１３などの微細な配線が圧電体の高温環境での長期使用により伸縮変形し、配線ラインが断線することを防止することができ、高信頼な圧電センサを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において、互いに同一又は相当する部分には同一符号を付し，重複した説明は省略する。また、「５’」のように「ダッシュ」を付したものは、５の構成と大部分の構成は共通するが一部相違するものを含む意である。また、下付き数字は、同一の構成のものが複数ある場合個々を区別するものであるが、特に区別する必要が無いときは下付き文字を付けない場合がある。
【００３６】
[第１の実施の形態]
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態としての圧電センサ１００について説明する。図１は圧電センサ１００の組み立て構造図。図２は圧電センサ１００の長手方向に直交する面での断面図である。圧電センサ１００は、第１の面ａ１と第２の面ａ２を有する高分子圧電体としての板状の圧電体１と、圧電体１の第１の面ａ１に接して配置される板状の接着材２、第２の面ａ２に接して配置される板状の接着材３、シグナル電極４が圧電体１の第１の面ａ１に対向するようにその一方の面ｇ１に配設された第１の基材５、グランド電極７がその一方の面ｄ１に配設された第２の基材８、圧電体１（又は、更に第１及び第２の接着材２，３も含む）の配置される部分を除いて第１の基材５と第２の基材８の間の空間を充填するスペーサ部材６から成る。スペーサ部材６は熱可塑性を有することが望ましい。このようにして、圧電体１、第１の基材５、及び第２の基材８は、上下から適当な圧力をかけられ、第１の接着材２、第２の接着材３、及びスペーサ部材６により貼り合わされる。尚、圧電体１の検知電圧はシグナル電極４とグランド電極７の両端から出力される。
【００３７】
図１の圧電体１１〜１ｎのように圧電体を複数個実装して多素子化する場合は、検出したい外力の位置に対応した位置に応じて圧電体１１〜１ｎを配置する。シグナル電極４１〜４ｎは圧電体１の配置に対応して設けられる。各々のシグナル電極４１〜４ｎに配線ラインとして１３１〜１３ｎを設け、グランド電極７に電極引き出し用の配線ライン１４を設ける。
【００３８】
図２（ａ）は、圧電センサ１００が貼り合わされた後の図１の長手方向に直交する面を断面とする断面図である。図のように圧電体１の第１の面ａ１側にシグナル電極４が配置され、圧電体１とシグナル電極４の間に接着材２が挟み込まれている。シグナル電極４と第１の接着材２の形状・大きさは好ましくは第１の面ａ１と略同じであり、第１の面ａ１の直下に配置されている。圧電体１の第２の面ａ２側には、グランド電極７が配置され、それらの間には第２の接着材３が挟み込まれている。第２の接着材の形状・大きさは第２の面ａ２と略同じであり、第２の面の直上に配置される。グランド電極７はグランド電位を一定に保つために出来るだけ大きな面積である方がよい。従って、典型的には、グランド電極７は第２の面を出来るだけ広くカバーするようにした方がよく、第２の基材８の面の殆ど全部を占めるようにしてもよい。スペーサ部材６は第１の基材５と第２の基材８（圧電体１の直上以外の部分ではグランドの電極７を含む）の間に充填するように配置される。第１の接着材２、第２の接着材３、スペーサ部材６は可塑性を有し、加圧・加熱等の貼りあわせ工程により、それぞれ変形するので、図２（ａ）に示すように互いに多少の段差や隙間に入りこみ空気層や未接着部分が無くなるようになる。
尚、本実施の形態では、シグナル電極４と第１の接着材２の形状が略同じ場合について説明したが、その大きさは互いに異なっていてもよい。
【００３９】
図２（ｂ）は、第１の接着材２及び第２の接着材３の面積が圧電体１の第１の面ａ１又は第２の面ａ２より大きい場合の圧電センサ１００’の例について図示したものである。第１、第２の接着材２，３の面積を圧電体１の第１及び第２の面ａ１，ａ２の面積より大きくし、複数の圧電体１の固定を一つの接着材で行えば、部品点数の低減につながる。また、この時、第１又は第２接着材２，３を第１又は第２の基材５，８の全面に配置しても良い。この場合、図２（ａ）の場合と異なり、スペーサ部材６の収納窓ｈには第１及び第２の接着材２，３は収納されない。スペーサ部材６が第１の基材５と固定される部分は、図２（ｂ）のｃ１のように、直接貼接される部分と、ｃ２のように第１の接着材を介する部分がある。この場合、ｃ１とｃ２の間に段差が生じるが、スペーサ部材６の可塑性により空隙は生じない。尚、スペーサ部材６には、第１の接着材２及び／又は第２の接着材３を収納できる窪みを設けてもよい。このようにすれば、上記空隙を減らすことが出来る。
【００４０】
圧電体１は、フッ化ビニリデン系高分子、シアン化ビニリデン系共重合体等、特に限定されず、既知の高分子圧電体を用いることができる。高分子圧電体は、セラミック材料を用いた圧電体より、電圧出力係数が大きいので与えられた応力に対して生じる電位が大きく、また、柔軟性に富み加工し易い。更に軽量であり、薄く成形することが出来る。中でも、フッ化ビニリデン系高分子の一種であるポリフッ化ビニリデンＰＶＤＦ一軸延伸フィルムやフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体は好適に用いられる。圧電体の厚さは用途により異なるが典型的には４０μｍ〜２５０μｍ、好ましくは８０〜１２０μｍであり、その一辺の長さは数ｍｍから数十ｃｍの間で選択できる。尚、圧電体１として高分子圧電体以外の例えばセラミック圧電体を同様に使用できることは勿論である。
【００４１】
第１の基材５及び第２の基材８に各々形成されている、シグナル電極４及びグランド電極７は、導電ペースト印刷、エッチング等の公知の方法を用いて形成する。第１の基材５、第２の基材８は絶縁性のフィルムが用いられ、その材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、銅箔付きポリイミド（ＰＩ）等を用いることが出来る。対環境性などの面から防湿ＰＥＴなども用いることが出来る。銅箔付きポリイミドでは、主にエッチングにより電極を形成する。基材５、基材８に用いるフィルムの厚さは、５μｍ〜５００μｍ、好ましくは１０μｍ〜３００μｍ、さらに好ましくは３０μｍ〜２００μｍである。
【００４２】
第１及び第２の接着材２，３は、第１の基材５、第２の基材８の圧電体実装位置にスクリーン印刷により基材表面に選択的に塗布する方法や、熱可塑性接着剤を圧電体に塗布して形成することもできる。また、熱可塑性熱接着フィルムなどを予め圧電体の面に合う寸法に型抜きしておき、第１及び第２の接着材として使用することもできる。典型的には第１及び第２の接着材の厚さは、数十μｍである。尚、第１の接着材２と第２の接着材３の厚さを異ならせる実施の形態もある。
【００４３】
スペーサ部材６として、それ自体が接着材である部材、又は絶縁体を用いる。接着材の場合、絶縁性の熱可塑性熱接着フィルムや熱硬化性熱接着フィルムを用いる。また、熱可塑性接着剤をスクリーン印刷等の方法を用いて、圧電体が装着される部分を除いて選択的に塗布することにより接着性のあるスペーサ部材６を形成することもできる。また、接着材としてフィルム状のものを用いる場合は、上記圧電体装着部分について型抜き等の加工をし、型抜き後熱圧着することが出来る。スペーサ部材としてそれ自体に接着性のない材料を用いるときは基材５，８との接着のため別途接着剤が必要となる場合がある。
【００４４】
上記部材の位置合わせを行い、熱プレスや熱ラミネータ等で同時に熱圧着することにより、従来の両面接着テープを使って何層かの積層を一層ずつ貼り合わせする作業に比べて組み立て工程を簡素化することができる。この場合、第１〜第２の接着材、更に、接着性のあるスペーサ部材として、最終熱プレス等の前の位置合わせ時の環境（例えば、温度）で他の部材に粘着性を有さない非タック性接着材を用いると、意図しない貼り合わせを防止でき、部材の位置あわせが容易に実行でき、組み立ての工程を短時間に確実に行うことができる。その結果、組立・製造過程での電極のずれや気泡の混入、空隙の形成によるはがれなどの不具合を軽減することができる。このような接着材として、第１，第２の接着材２，３用としてポリエステル系ホットメルト樹脂接着剤、熱可塑性熱接着フィルム（ポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ＥＶＡ系、ポリエステル系）、熱硬化性熱接着フィルム（エポキシ系）等が、接着性のあるスペーサ部材６用として上記と同材料の熱接着フィルムが使用できる。
【００４５】
以上、非タック性接着材を用いる実施の形態について説明してきたが、勿論これに限定されるものではなく通常の接着材（或いは、接着剤）を用いてもよい。
【００４６】
次に、本実施の形態における具体的な圧電センサの製造方法の一例を図１を参照して説明する。まず、第１の基材５のシグナル電極４側の面を上にして固定し、シグナル電極４１〜４ｎの上に第１の接着材２１〜２ｎを置く。更にその上に圧電体１１〜１ｎ、更にその上に第２の接着材３１〜３ｎを置く。次に、スペーサ部材６の収納窓ｈが圧電体１及び第１、第２の接着材２、３を収納するように第３の接着材６を第１の基材５の上に置く。次に、第２の基材８をそのグランド電極７を下にして第３の接着材６及び第２の接着材３の上に置く。最後に、第２の基材８の上面から適当な圧力を加えると共に、全体に熱を加え、所定の時間この状態に置いて各部材を貼り合わせ固定する。尚、スペーサ部材６として接着性のない部材を用いる場合は、必要に応じて、その表面に接着剤を塗布する。
【００４７】
尚、第１又は第２の接着材２、３として図２（ｂ）のようにその一辺の長さが圧電体１の第１又は第２の面ａ１、ａ２の対応する一辺の長さより大きい場合は、上記収納窓ｈには第１、第２の接着材２、３は収納されない。また、接着材としてスクリーン印刷による場合は、前述した接着材を置く代わりに接着剤を印刷により所定に範囲に塗布する。
【００４８】
また、第１及び第２の接着材２，３は、予め圧電体１の第１及び第２の面ａ１，ａ２に貼付固定して置き、その後、第１の基材５上のシグナル電極４上に置いても良い。
【００４９】
[第２の実施の形態]
図３、及び図４に、第２の実施の形態における圧電センサ２００を示す。図３は、組み立て構造図であり、図４は、圧電センサ２００の断面図である。図３、図４は第１の基材５’がその裏面にグランド面１０を有する構成である点、保護膜材９が設けられている点を除いて図１と同じである。
【００５０】
図４に示すように、第１の基材５’には、シグナル電極４が配設された面ｇ１の裏面ｇ２に第２のグランド電極１０が更に配設されている。本実施の形態は圧電体を比較的大きな面積のグランド電極７，１０で挟むことにより外部からの雑音が混入しないようにしたものである。即ち、図１、図２で説明した第１の実施の形態の圧電センサでは、圧電体１がグランド電極で囲まれておらず、電気的には開放型回路になっている。この場合、外部から雑音が混入し、シグナル電極４とグランド電極７の間に雑音が誘起されることがある。本実施の形態は圧電体１、及びシグナル電極４を二つのグランド電極７，１０で挟んだ構造となっている。尚、第１及び第２のグランド電極の電位は圧電センサ２００内で、又は外部で電気的に短絡して同電位とする。ここで、第１の基材５’と第２の基材８の間の側面ｋが導電体で完全に覆われていないが、第１と第２のグランド電極間の距離ｔが狭ければ外部からの雑音は圧電体付近には殆ど侵入しない。実験的には、両方のグランド電極の外縁と圧電体１の外縁の距離ｓがｔの５倍以上あれば実用上雑音は問題とならない。
【００５１】
本実施の形態では、第１の実施の形態の図１、図２と異なり、保護膜材９が基材５’の面ｇ２に貼接されている。保護膜材９は、グランド電極１０の外的環境要因（傷、湿気など）からの保護を目的とするもので、接着層１５を介して基材５’に貼り合わされる。保護膜材９の材料として、具体的には、ポリエステル基材又はポリプロピレン基材付き粘着フィルム、ポリエステル基材付き熱接着フィルムなどが好適である。尚、保護膜材９は、必要に応じて配設されるもので本実施の形態に限定されず、後述するものを含む圧電センサ１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００に適用可能である。
【００５２】
本実施の形態の製造方法は図１に説明したものと保護膜材９の貼接工程を除いて略同じである。保護膜材９の接着工程については、はじめに第２の基材５’と保護膜材９を貼り合わせてから、更に、最初に固定した保護膜材９の上の第２の基材５の上にのせ、更にその上に全部の部材をのせて各部材の位置決めが終わった後に同時に熱プレス等の工程を加えてもよいし、保護膜材９をその他の部材の組立て終了後に貼り合わせてもよい。
【００５３】
[第３の実施の形態]
図５は、第３の実施の形態の圧電センサ３００の組み立て構造図を示したものである。本実施の形態は、第１及び第２の接着材２’３’が導電性の接着材を用いている点を除いて図１と同じである。第１及び第２の接着材２’３’として、例えば、スクリーン印刷で形成する異方性導電接着剤や 異方導電性接着フィルム、等方性導電接着剤や 等方導電性接着フィルム接着材を用いることができる。尚、導電性接着材の適用は第１の接着材と第２の接着材の一方であっても双方でもよい。
【００５４】
このように導電性接着材を用いることで、電極と圧電体との間は電気的に静電容量を介せずに接続されるので、図９（ｃ）で説明したような静電容量Ｃｓがない（Ｃｓが短絡された状態、又は、静電容量が無限大となったのと等価）ので、圧電体で発生した電圧が損失なく外部に出力される。また、このようにＣｓが問題とならないと、Ｃｐの値を大きくすることが出来、圧電センサの厚さを薄くすることができる。また、図３、図４のような二つのグランド電極を用いる構造でグランド電極の面積を大きくすることが出来、外部雑音の影響を抑圧することができる。
【００５５】
[第４の実施の形態]
図６は、第４の実施の形態の圧電センサ４００の断面図を示したものである。本実施の形態は、図１、図３、図５のスペーサ部材６の厚さが、スペーサ部材６の収納窓ｈに収納されるもの（図６では、シグナル電極４、第１の接着材２、圧電体１、及び第２の接着材３）の厚さの合計より薄くなるように設定したものである。このような寸法関係から、図６に示すように熱圧着組み立て後、第２の基材８の圧電体１収納側と反対の面に圧電体の厚さに対応して高さｊの凸部ｉが生じる。
【００５６】
このような凸部ｉがあると、例えば、図６のように上からＴなる外力が加えられた時、圧電センサ４００の全体に分散される圧力を圧電体１が実装された部分の直上の凸部ｉに集中させることが出来、高い検知出力を得る事が出来る。また、例えば図１の圧電体１１〜１ｎのように、複数の圧電体が実装されて圧力分布を計測するようにした場合、圧電体が実装された各々の位置での応力が他の部分と明確に分離され正確な計測が出来る。
【００５７】
尚、図６に示すような凸部ｉを圧電センサの片面のみ（図６では上部のみ）に形成するには、第１の基材５側に平坦な平面を持つものにセットし上から全面に等圧の力を加えて熱圧着作業を行えばよい。
【００５８】
[第５の実施の形態]
図７、図８は、第５の実施の形態の圧電センサ５００の組み立て構造図、及び断面図である。本実施の形態は、図８に示すようにシグナル電極の配線ライン１３上に保護膜１１を設けたものである。尚、図８では、保護膜１１は、シグナル電極４の部分を除いて設けられているが、電極上に設けることも出来る。この保護膜１１は、圧電センサ５００が高温多湿下での長期使用などの使用環境下で圧電センサ５００の側面ｋ’（図８参照）から湿気が侵入してシグナル電極４とグランド電極７間の絶縁抵抗が低下すること軽減し、絶縁抵抗の低下による感度低下や短絡等の不具合を防止するものである。これにより、圧電センサ５００の耐環境性を向上することができる。尚、ここでは、シグナル電極４側の一部の面に保護膜１１を設ける構成を示したが、第１の基材５’のシグナル電極４が配設された面の全面に形成することも可能であり、また、必要に応じてグランド電極７側にも設けることが出来ることは当然である。
【００５９】
図７は、本実施の形態の圧電センサの組立て構造及び製造方法を示したもので、第１の基材５’に絶縁性が高く、第１の基材５’および第３の接着材６と親和性の高い材料をスクリーン印刷やラミネートなどで形成して第１の基材５’上に貼付する工程を加えればよい。保護膜１１の材料としては、例えば、ポリエステル系防湿塗料、ポリウレタン系防湿塗料など、使用する基材と接着性の良い材料を選択する。
【００６０】
以上説明した複数の実施の形態は、個々で説明した構成の範囲に限定されるわけではなく、各々の実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
【００６１】
[第６の実施の形態]
図１０、図１１は、第６の実施の形態の圧電センサ６００の組み立て構造図、及び断面図である。本実施の形態は、図１０に示すようにスペーサ部材６’として接着性のない絶縁体を用い、第１の接着材２’’、及び第２の接着材３’’をスペーサ部材６’の両面に貼接すると共に、各々、第１の基材５、第２の基材８の全面に貼付するようにしたものである。尚、スペーサ部材６’には圧電体１が収納される収納窓ｈを有している。図１１に示すように、圧電体１、スペーサ部材６、及び基材５，８が、第１の接着材２’’、第２の接着材３’’で貼り合わされている。尚、本実施の形態では第２に接着材３’’に導電性の材質を使用することができるが、第１の接着材２’’については複数の圧電体１１〜１ｎが短絡するため導電性材質のものを使用しない。
【００６２】
このように、スペーサ部材６として適当な絶縁体を用いることが出来るので、機械的、電気的な特性を考慮して適切な材質の選択ができるようになる。更に、第１及び第２の接着材２’’，３’’の材質の選択の幅を広げることが出来る。また、圧電体１は温度による変形が大きく熱接着を行った場合に大きく収縮することがあり、このような場合、例えば図５のように圧電体１を導電性接着材着２’，３’で挟んだ場合、二つの接着材２’，３’の間の圧電体１の収縮によって生じた空隙部分で短絡が生じることが考えられるが、本実施の形態の圧電センサ６００ではこのような問題がない。更に、圧電体１の収縮によって電極１３を損傷させることも無い。
【００６３】
[第７の実施の形態]
図１２、図１３は、第７の実施の形態の圧電センサ７００の組み立て構造図、及び断面図である。本実施の形態は、図１３に示すように圧電体１と第１の基材５を第１Ａの接着材２’で貼接し、圧電体１と第２の基材８を第２Ａの接着材３’で貼接し、スペーサ部材６’と第１の基材５を第１Ｂの接着材２’’’で貼接し、スペーサ部材６’と第２の基材８を第２Ｂの接着材３’’’で貼接したものである。図１２に示すように、第１Ｂ及び第２Ｂの接着材２’’’，３’’’は、スペーサ６’の収納窓ｈに重なるように窓（ｈ１ａ〜ｈｎａ）、（ｈ１ｂ〜ｈｎｂ）が設けられている。本実施の形態は図１０で示した第６の実施の形態の第１の接着材２’’、第２の接着材３’’が、各々、２つの接着材２’、２’’’、及び、接着材３’、３’’’で構成されていると見なすことが出来る。また、図１２に示すようにスペーサ部材６’として、接着性の無い材質である絶縁体の一方の面ｂ１及び他方の面ｂ２に接着材２’’’及び接着材３’’’が貼接された三層構造体であり、その三層構造体のスペーサ部材６を貫通する収納窓ｈ（例えば、ｈ１ｂ、ｈ１、ｈ１ａ）を有するともみなせる。収納窓ｈには圧電体１及び第１及び第２の接着材２’，３’が収納される。
【００６４】
このように構成すると、スペーサ部材６として接着材以外の任意の絶縁体を使用することが出来る上、接着材２’’’、接着材３’’’も任意の材質を使用することがことが出来、その材質の選択の余地が広がる。また、圧電体１の上下面ａ１，ａ２に貼接される接着材２’，３’を上記接着材２’’’，３’’’と別個に選択することが出来るため、設計の自由度が広がり、例えば、導電性の接着材を用いることも可能となる。尚、異方性導電接着剤などを印刷方法などで電極を形成するときは、短絡を回避する為、あらかじめ圧電体１の端面から縁面を設けた形で電極形成することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる圧電センサの組立て構造図
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる圧電センサの断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる圧電センサの組立て構造図
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかる圧電センサの断面図
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかる圧電センサの組立て構造図
【図６】本発明の第４の実施の形態にかかる圧電センサの断面図
【図７】本発明の第５の実施の形態にかかる圧電センサの組立て構造図
【図８】本発明の第５の実施の形態にかかる圧電センサの断面図
【図９】従来の高分子圧電体を用いた圧電センサの構造図
【図１０】本発明の第６の実施の形態にかかる圧電センサの組立て構造図
【図１１】本発明の第６の実施の形態にかかる圧電センサの断面図
【図１２】本発明の第７の実施の形態にかかる圧電センサの組立て構造図
【図１３】本発明の第７の実施の形態にかかる圧電センサの断面図
【符号の説明】
【００６６】
１  圧電体
２  ２’２’’２’’’  第１の接着材
３  ３’３’’３’’’  第２の接着材
４  シグナル電極
５  ５’  第１の基材
６  ６’スペーサ部材
７  第１のグランド電極
８  第２の基材
９  保護膜材
１０  第２のグランド電極
１１  保護膜
１３  配線ライン（シグナル）
１４  配線ライン（グランド）
１５  接着層  
５１  高分子圧電体（従来技術）
５２  シグナル電極（従来技術）
５３  グランド電極（従来技術）
５４，５５  基材（従来技術）
５６，５７  接着層（従来技術）
５８  未接着部分（従来技術）
５９  電極配線ライン（従来技術）
１００，１００’，２００，３００，４００，５００，６００，７００  圧電センサ
ｈ  収納窓
ｉ  凸部（第２の基材）
ｋ，ｋ’  側面（圧電センサ）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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