(57)【要約】【課題】外部ノイズの影響を受けにくいセンサ電線およびこれを用いたセンサ回路を提供する。【解決手段】圧電材料で覆われた第一の内部導体と、前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されている、ことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されている、
ことを特徴とするセンサ電線。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ電線であって、
前記第二の内部導体は、前記圧電材料の外周を覆うものである、
ことを特徴とするセンサ電線。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサ電線であって、
前記第二の内部導体は、前記第一の内部導体とは異なる芯を構成するものであり、
前記第一の内部導体と前記第二の内部導体がより合わされた状態になっている、
ことを特徴とするセンサ電線。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ電線であって、
前記第一の内部導体を複数備え、
前記第一の内部導体のうちの一つが、他の一つと前記圧電材料が異なる、または前記圧電材料の厚さが異なるものである、
ことを特徴とするセンサ電線。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ電線であって、
前記センサ電線は、外周を覆うシースが設けられたものであり、
前記センサ電線の一方の端部において、前記第一の内部導体および前記第二の内部導体の端部の外側が、前記外部シールド導体または前記外部シールド導体と同じ電位の導体に囲まれた状態となっており、
さらに前記一方の端部は、前記シースの端部までをカバー部材で覆われたものである、
ことを特徴とするセンサ電線。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサ電線と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第一の差動増幅器と、を備え、
前記外部シールド導体がグランドに接続されたものである、
ことを特徴とするセンサ回路。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサ回路であって、
前記外部シールド導体とグランドとの接続を解除し、前記第一の差動増幅器の入力端のいずれか一方が前記外部シールド導体に接続された状態に切り替える切替回路を有する、
ことを特徴とするセンサ回路。
【請求項８】
請求項６に記載のセンサ回路であって、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体のいずれか一方と前記外部シールド導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第二の差動増幅器と、
を備えたことを特徴とするセンサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電性の素材を用いたセンサ電線およびこれを用いたセンサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電性素材を用いたセンサ電線が知られている（例えば、特許文献１等参照）。このセンサ電線は、力による変形が生じると、内部導体と外部導体との間に電圧が誘起される。この特性を利用して触覚センサや振動センサ等に利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５１６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のセンサ電線は、外部ノイズの影響を受けやすいため、センサとしての信頼性が低下する場合がある。【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、外部ノイズの影響を受けにくいセンサ電線およびこれを用いたセンサ回路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】
【０００６】
上記目的を解決する本発明の一態様であるセンサ電線は、
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されている、
ことを特徴とする。【０００７】
このセンサ電線によれば、外部シールド導体の内側へのノイズの侵入を防ぐとともに、第一の内部導体と第二の内部導体の電位差を用いることで、外力による誘起電圧を検出する際の外部ノイズの影響を抑えることができる。【０００８】
ここで、上記記載のセンサ電線は、
前記第二の内部導体が、前記圧電材料の外周を覆うものであってもよい。【０００９】
なお、例えば第二の内部導体がメッシュ状である場合のように、圧電材料を覆う第二の内部導体に隙間があってもよい。すなわちここでいう覆うとは、圧電材料の外周面を完全に覆うものに限らず、その範囲内に隙間があってもよい。【００１０】
また、上記記載のセンサ電線は、
前記第二の内部導体が、前記第一の内部導体とは異なる芯を構成するものであり、
前記第一の内部導体と前記第二の内部導体がより合わされた状態になっているものであってもよい。【００１１】
このセンサ電線によれば、外部ノイズによって生じる第一の内部導体と第二の内部導体
の電位の変動を抑え、外力による誘起電圧を検出する際の外部ノイズの影響を抑えることができる。【００１２】
また、上記記載のセンサ電線は、
前記第一の内部導体を複数備え、
前記第一の内部導体のうちの一つが、他の一つと前記圧電材料が異なる、または前記圧電材料の厚さが異なるものであってもよい。【００１３】
このセンサ電線によれば、外力による誘起電圧をより大きくしたり、ダイナミックレンジを大きくしたりすることができる。【００１４】
また、上記記載のセンサ電線は、
前記センサ電線が、外周を覆うシースが設けられたものであり、
前記センサ電線の一方の端部において、前記第一の内部導体および前記第二の内部導体の端部の外側が、前記外部シールド導体または前記外部シールド導体と同じ電位の導体に囲まれた状態となっており、
さらに前記一方の端部が、前記シースの端部までをカバー部材で覆われたものであってもよい。【００１５】
このセンサ電線によれば、外部との接続に用いられない側の端部においてノイズの影響を受けにくくすることができる。【００１６】
上記目的を解決する本発明の一態様のセンサ回路は、
上記記載のセンサ電線と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第一の差動増幅器と、を備え、
前記外部シールド導体がグランドに接続されたものである、
ことを特徴とする。【００１７】
このセンサ回路によれば、外部シールド導体によって内側へのノイズの侵入を防ぐとともに、差動増幅器によって第一の内部導体と第二の内部導体の電位差を増幅して出力することで外部ノイズの影響を抑えつつ、外力に応じた電圧が出力されるセンサとして使用することができる。【００１８】
また、上記記載のセンサ回路は、
前記外部シールド導体とグランドとの接続を解除し、前記第一の差動増幅器の入力端のいずれか一方が前記外部シールド導体に接続された状態に切り替える切替回路を有するものであってもよい。【００１９】
このセンサ回路によれば、センサ電線に外力が加えられない状態においてセンサ回路を有効に活用することができる場合がある。【００２０】
また、上記記載のセンサ回路は、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体のいずれか一方と前記外部シールド導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第二の差動増幅器と、を備えたものであってもよい。【００２１】
このセンサ回路によれば、第二の差動増幅器の出力によって外部ノイズの影響の度合いが判別でき、第一の差動増幅器からの信号が外力に応じたものであるかを判断することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、外部ノイズの影響を受けにくいセンサ電線およびこれを用いたセンサ回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は、本発明の第一実施形態のセンサ電線１０の構造を示す断面図であり、（Ｂ）は、センサ電線１０の第一の内部導体１０１の構造を示す断面図である。
【図２】第一の絶縁被覆１０４の巻き付け方の一例を示す図である。
【図３】図１に示すセンサ電線１０を用いたセンサ回路２０を示す図である。
【図４】センサ電線１０の端部のうち回路に接続されていない側の端部について、絶縁部材および導体部材を施した一例を示す図である。
【図５】第一の絶縁被覆１０４で覆われた第一の内部導体１０１を二つ設けたセンサ電線１１の構造を示す断面図である。
【図６】図５に示すセンサ電線１１を用いたセンサ回路の一例を示す図である。
【図７】図５に示すセンサ電線１１を用いたセンサ回路の一例を示す図である。
【図８】第一の内部導体１０１を覆う第一の絶縁被覆１０４、およびさらにその外側を覆う第二の内部導体１０２の組み合わせを二つ設けたセンサ電線１２の構造を示す断面図である。
【図９】図８に示すセンサ電線１２を用いたセンサ回路の一例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、本発明の第二実施形態のセンサ電線１３の構造を示す断面図であり、（Ｂ）は、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２をより合わせた状態を示す図である。
【図１１】図１０に示すセンサ電線１３を用いたセンサ回路２４を示す図である。
【図１２】センサ電線１３の端部のうち回路に接続されていない側の端部について、絶縁部材および導体部材を施した一例を示す図である。
【図１３】第二実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１４】図１３に示すセンサ電線１４を用いたセンサ回路２５を示す図である。
【図１５】第二実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１６】図１５に示すセンサ電線１５を用いたセンサ回路の一例を示す図である。
【図１７】第二実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１８】図１７に示すセンサ電線１６を用いたセンサ回路の一例を示す図である。
【図１９】図１７に示すセンサ電線１６を用いたセンサ回路の一例を示す図である。
【図２０】第二実施形態の変形例を示す断面図である。
【図２１】図２０に示すセンサ電線１７を用いたセンサ回路２９を示す図である。
【図２２】図３に示すセンサ回路２０の一部にスイッチ３０１を加えたセンサ回路３０を示す図である。
【図２３】図１１に示すセンサ回路２４の一部にスイッチ３０１を加えたセンサ回路３１を示す図である。
【図２４】図３に示すセンサ回路２０に対し、外部シールド導体１０３と第二の内部導体１０２との電位差を増幅して出力する差動増幅器１５１を加えたセンサ回路３２を示す図である。
【図２５】図１１に示すセンサ回路２４に対し、外部シールド導体２０３と第二の内部導体２０２との電位差を増幅して出力する差動増幅器２５１を加えたセンサ回路３３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明のセンサ電線は、電線の形状をしたセンサである。以下このセンサ電線の実施形態について説明する。
【００２５】
［第一実施形態のセンサ電線］
図１（Ａ）は、本発明の第一実施形態のセンサ電線１０の構造を示す断面図である。センサ電線１０は、中心に設けられた第一の内部導体１０１と、その外側に設けられた第二の内部導体１０２と、さらにその外側に設けられた外部シールド導体１０３を有する。このうち第一の内部導体１０１と第二の内部導体１０２との間には第一の絶縁被覆１０４が設けられている。すなわち、第一の内部導体１０１は第一の絶縁被覆１０４で覆われており、これによって第二の内部導体１０２や外部シールド導体１０３と絶縁されている。また、第二の内部導体１０２と外部シールド導体１０３との間には第二の絶縁被覆１０５が設けられている。すなわち、第二の内部導体１０２は第二の絶縁被覆１０５で覆われており、これによって外部シールド導体１０３と絶縁されている。さらに外部シールド導体１０３の外側にはシース１３０が設けられている。
【００２６】
図１（Ａ）では、第一の内部導体１０１が直交する斜めの線によるハッチングで示されており、第二の内部導体１０２および外部シールド導体１０３が水平線によるハッチングで示されている。また、第一の絶縁被覆１０４が右下がりの線によるハッチングで示されており、第二の絶縁被覆１０５が左下がりの線によるハッチングで示されている。
【００２７】
第一の内部導体１０１は、図１（Ｂ）に示すように７本の導体線１０００をより合わせたものである。また、図示は省略するが、図１（Ｂ）に示す導体線１０００も、それぞれがより細い７本の導体線（本実施形態では太さ１０μｍ）をより合わせて構成されている。すなわち、第一の内部導体１０１は、４９本の導体線を２段階に分けてより合わせて構成されたものである。
【００２８】
第一の内部導体１０１の構成については、本実施形態の構成に限られるものではなく、より合わせる段数が異なってもよいし、より合わせる導体線の数が異なってもよく、また、より合わせる導体線の太さが異なってもよい。より合わせる際には、異なる方向に捩じった導体線を組み合わせてもよいし、より合わせる段階に応じて捩じる方向を異ならせてもよい。さらに、１本の導体線で第一の内部導体１０１を構成してもよい。また、本実施形態ではこれらの導体線は銅製であるが、素材については特に限定されるものではなく、例えばステンレス、タングステン、チタン、マグネシウム、あるいはこれらの合金であってもよく、素材の異なる複数種類の導体線を組み合わせてもよい。
【００２９】
第二の内部導体１０２および外部シールド導体１０３は、いずれもアルミフィルムと銅のメッシュの組み合わせで構成されているが、これらの導体についてはこの構成に限定されるものではない。従って例えば、金属製のフィルムや、金属製のメッシュ、さらには金属線をらせん状に巻き付けたもの、またはその組み合わせであってもよい。また、第二の内部導体１０２および外部シールド導体１０３の構成や素材は同じである必要はなく、異なっていてもよい。また例えば、外部シールド導体１０３が、金属製のメッシュの層と、金属箔を付けたＰＥＴフィルムの層との二層構造のように、複数の層を有するものであってもよい。
【００３０】
第一の絶縁被覆１０４は、圧電材料であるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムを用いて構成されたものであり、図２に示すように第一の内部導体１０１に螺旋状に巻き付けられたものである。なお、第一の絶縁被覆１０４は分極処理が施されたことにより圧電性を有するものである。
【００３１】
なお、図２では、第一の絶縁被覆１０４を二枚の圧電性フィルムで構成した例が示されているが、圧電性フィルムを用いる場合の数はこれに限定されるものではなく、例えば一枚であってもよいし複数であってもよい。なお、第一の内部導体１０１に圧電性フィルムを巻き付ける場合には隙間が生じないようにし、第一の内部導体１０１対してノイズの影響が生じにくくなるようにすることが好ましい。このため本実施形態の第一の絶縁被覆１０４では、図２に示すように二枚の帯状の圧電性フィルムを１８０度ずらしながら同じ方向に巻き付けることで、第一の内部導体１０１を中心にして圧電性フィルムに係る張力を均等にし、フィルムの偏りによって隙間が生じることを防止している。また、図１（Ａ）に示すように第一の内部導体１０１を導体線１０００をより合わせて構成した場合には、第一の内部導体１０１のより方向と同じ方向に圧電性フィルムを巻き付けてもよいし、逆方向に巻き付けてもよい。この方向によっては、センサ電線１０の柔軟性を変えることができる場合がある。
【００３２】
なお、本実施形態ではＰＶＤＦを用いているが、第一の絶縁被覆１０４が圧電性を有する材料で構成されていればよく、例えば、トリフルオロエチレン（ＴｒＥＦ）や、ＰＶＤＦとＴｒＥＦの混晶材料や、ポリ乳酸、ポリ尿酸、ポリアミノ酸等の双極子モーメントをもつ高分子材料を用いてもよい。また、第一の絶縁被覆１０４についてはＰＶＤＦフィルムのような圧電材料のフィルムを用いる構成に限られるものではなく、圧電材料を塗布する構成であってもよい。このような方式としては、浸漬（ドブ付け）塗装であってもよいしスプレー等による吹き付け塗装であってもよいし含浸塗装であってもよいしハケ塗りであってもよいし、コーター等による塗布装置による塗布であってもよい。
【００３３】
第二の絶縁被覆１０５は、絶縁体の樹脂（例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等）による被覆であり、第一の絶縁被覆１０４とは異なり圧電性を有しないものである。
【００３４】
次に、上記説明したセンサ電線１０の使用例について図３を用いて説明する。図３は、図１に示すセンサ電線１０を用いたセンサ回路２０を示す図である。このセンサ回路２０では、第一の内部導体１０１と第二の内部導体１０２が差動増幅器１５０に接続されており、外部シールド導体１０３がグランドに接続されている。差動増幅器１５０は、第一の内部導体１０１と第二の内部導体１０２との電位差を増幅して出力する。
【００３５】
上記のセンサ回路２０においてセンサ電線１０に対して外力が加えられると、圧電性を有する第一の絶縁被覆１０４が変形し、その圧電効果によって第一の内部導体１０１と第二の内部導体１０２の電位差が変動する。この電位差が差動増幅器１５０によって増幅されて出力される。すなわちセンサ回路２０は、センサ電線１０にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能を有する。
【００３６】
また上記のセンサ回路２０においては、外力に基づく信号に対する外部ノイズの影響を抑えるように構成されている。まず、第一の内部導体１０１と第二の内部導体１０２は、グランドに接続された外部シールド導体１０３によって囲まれており、外部ノイズによって電位が変動しにくくなるように構成されている。さらに、外部ノイズが外部シールド導体１０３を通過してしまっても、内側にある第一の内部導体１０１および第二の内部導体１０２の双方がこのノイズによる影響を受け、これらの内部導体同士で同様の電位の変動が生じる。上記センサ回路２０では、第一の内部導体１０１と第二の内部導体１０２の電位差を増幅することで、外部ノイズの影響による電位の変動分を相殺するように構成されている。
【００３７】
上記説明したようにセンサ回路２０では、センサ電線１０に対して外力が加えられた際に第一の内部導体１０１および第二の内部導体１０２の電位差が生じる一方、外部ノイズの影響による第一の内部導体１０１および第二の内部導体１０２の電位差についてはこれを抑えることができる。この構成により、外部ノイズの影響を抑えつつ、外力に基づく信号を得ることができる。
【００３８】
なお、外部シールド導体１０３の接地の状況によってはグランド電位が変動する場合があるが、上記説明したセンサ回路２０ではグランドとの電位差ではなく第一の内部導体１０１と第二の内部導体１０２との電位差を用いているため、グランド電位の変動による影響を抑えることができる。
【００３９】
なお、センサ電線１０を使用する際には、回路に接続されていない側の端部で第一の内部導体１０１、第二の内部導体１０２、外部シールド導体１０３が露出していると、これらが互いに接触して外力に基づく信号が正確に得られなくなる場合がある。このため、回路に接続されていない側の端部においては、第一の内部導体１０１、第二の内部導体１０２、外部シールド導体１０３の絶縁を確実にしておくことが好ましい。また、回路に接続されていない側の端部で第一の内部導体１０１および第二の内部導体１０２が外部シールド導体１０３に覆われていない部分があると、そこから外部ノイズの影響を受ける場合がある。このため、回路に接続されていない側の端部においては、第一の内部導体１０１および第二の内部導体１０２を確実にシールドしておくことが好ましい。
【００４０】
図４は、センサ電線１０の端部のうち回路に接続されていない側の端部について、絶縁部材および導体部材を施した一例を示す図である。この図では、端部に対して絶縁部材１７１、１７３、導体部材１７２、１７４、カバー部材１７５が適用されているが、各段階が理解しやすいよう、図４（Ａ）から（Ｆ）までが段階的に示されている。
【００４１】
図４（Ａ）では、第一の内部導体１０１、第二の内部導体１０２、外部シールド導体１０３が露出した端部が示されている。図４（Ｂ）には、図４（Ａ）で示す第一の内部導体１０１ごと第一の絶縁被覆１０４までが絶縁部材１７１で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材１７１が第一の絶縁被覆１０４まで覆われており、第一の内部導体１０１を露出させずに他の導体から確実に絶縁した状態とすることができる。
【００４２】
図４（Ｃ）には、図４（Ｂ）で示す状態から、絶縁部材１７１ごと第二の内部導体１０２までが導体部材１７２で覆われた様子が示されている。この例では、第二の内部導体１０２と導体部材１７２の電位は同じになる。この導体部材１７２により、第一の内部導体１０１が外部ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００４３】
図４（Ｄ）には、図４（Ｃ）で示す状態から、導体部材１７２ごと第二の絶縁被覆１０５までが絶縁部材１７３で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材１７３が第二の絶縁被覆１０５まで覆われており、第二の内部導体１０２を露出させずに他の導体から確実に絶縁した状態とすることができる。
【００４４】
図４（Ｅ）には、図４（Ｄ）で示す状態から、絶縁部材１７３ごと外部シールド導体１０３までが導体部材１７４で覆われた様子が示されている。この例では、外部シールド導体１０３と導体部材１７４の電位は同じになる。この導体部材１７４により、第一の内部導体１０１および第二の内部導体１０２がシールドされ、外部ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００４５】
図４（Ｆ）には、図４（Ｅ）で示す状態から、導体部材１７４ごとシース１３０までがカバー部材１７５（シース１３０と同様の素材）で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材１７１、１７３および導体部材１７２、１７４が設けられた端部を保護することができる。なお、このカバー部材１７５を熱収縮（あるいは熱融着）する素材で構成しておき、端部を覆った状態で加熱することで密着させてもよい。
【００４６】
なお、上記の例で説明した絶縁部材１７１、１７３は、絶縁体の素材（例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等）であればよい。また、導体部材１７２、１７４は導電性の素材（例えば、アルミ、銅、錫、あるいは複数材料による合金、等）であればよい。また、導体部材１７２、１７４の形状についても、フィルム状やメッシュ状の他、筒状の棒端子を用いてもよく、その形状が限定されるものではない。
【００４７】
なお、上記の例で説明した絶縁部材１７１、１７３、導体部材１７２、１７４、カバー部材１７５は、カバー部材１７５だけを用いたり、導体部材１７２を除いたりする、といったように、全て適用しなくともよい。また、上記の例に限らず、例えば、シース１３０を除く端部が平面である場合には、このシース１３０を除く端部を絶縁部材で覆い、その上を外部シールド導体１０３と接するように導体部材で覆い、さらにカバー部材を設ける、といった構成であってもよい。また、第一の内部導体１０１、第一の絶縁被覆１０４、第二の内部導体１０２、第二の絶縁被覆１０５までを、外部シールド導体１０３よりも短く切断し、これらを絶縁した上で外部シールド導体１０３で包み、さらにカバー部材を設ける、といった構成であってもよい。すなわち、導体同士の絶縁およびシールドをより確実にする構成であればよく、その構成が限定されるものではない。
【００４８】
［第一実施形態の変形例１］
図１で説明したセンサ電線１０は、第一の絶縁被覆１０４で覆われた第一の内部導体１０１が一つの構成であったが、第一の絶縁被覆１０４で覆われた第一の内部導体１０１を複数設けた構成としてもよい。図５は、第一の絶縁被覆１０４で覆われた第一の内部導体１０１を二つ設けたセンサ電線１１の構造を示す断面図である。このセンサ電線１１では、第一の内部導体１０１Ａ、１０１Ｂによって複数（ここでは二つ）の芯が構成されており、これらの芯のそれぞれから外力に基づく信号が出力される。この断面図において第一の絶縁被覆１０４Ａ、１０４Ｂと第二の内部導体１０２との間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、第一の絶縁被覆１０４で覆われた第一の内部導体１０１を複数設けるにあたっては、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよい。さらに、例えば第一の絶縁被覆１０４Ａ、１０４Ｂの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといったように、外力に対する電位の変動（センサ感度）が第一の内部導体１０１のそれぞれで異なるように構成してもよい。また、第二の内部導体１０２については図１のセンサ電線１０と同様の構成としてもよいし、導電性の素材による介在物を用いた構成としてもよい。
【００４９】
図６および図７は、図５に示すセンサ電線１１を用いたセンサ回路の一例を示す図である。図６に示すセンサ回路２１では、複数の第一の内部導体１０１Ａ、１０１Ｂの出力を合わせて増幅する構成を採用しており、外力に対する感度を高めることができる。一方図７に示すセンサ回路２２では、複数の第一の内部導体１０１Ａ、１０１Ｂのそれぞれに対し、第二の内部導体１０２との電位差を増幅して複数の信号を出力する構成となっている。外力に対する電位の変動（センサ感度）が第一の内部導体１０１Ａ、１０１Ｂのそれぞれで異なる場合に図７のセンサ回路２２の構成を採用した場合、外力に合わせて適切な信号を用いることができ、ダイナミックレンジを大きくとることができる。
【００５０】
［第一実施形態の変形例２］
図５で説明したセンサ電線１１は、第一の絶縁被覆１０４で覆われた第一の内部導体１０１が複数設けられており、これらが一つの第二の内部導体１０２で一緒に覆われた構成となっているが、この第二の内部導体１０２が、第一の絶縁被覆１０４で覆われた第一の内部導体１０１のそれぞれに対して設けられたものであってもよい。図８は、第一の内部導体１０１を覆う第一の絶縁被覆１０４、およびさらにその外側を覆う第二の内部導体１０２の組み合わせを二つ設けたセンサ電線１２の構造を示す断面図である。このセンサ電線１２では、第一の内部導体１０１Ａ、１０１Ｂによって複数の芯が構成されており、これらの芯のそれぞれから外力に基づく信号が出力される。なお、第一の絶縁被覆１０４で覆われた第一の内部導体１０１を複数設けるにあたり、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成とすることや、例えば第一の絶縁被覆１０４Ａ、１０４Ｂの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといった点については図５のセンサ電線１１と同様である。さらに、このセンサ電線１２を用いたセンサ回路を構成する際には、図６のセンサ回路２１のように複数の第一の内部導体１０１Ａ、１０１Ｂの出力を合わせて、第二の内部導体１０２（１０２Ａ、１０２Ｂのいずれか、または双方）との電位差を増幅する構成としてもよいし、図７のセンサ回路２２のように複数の第一の内部導体１０１Ａ、１０１Ｂのそれぞれに対し、第二の内部導体１０２（１０２Ａ、１０２Ｂのいずれか、または双方）との電位差を増幅して複数の信号を出力する構成としてもよい。
【００５１】
図９は、図８に示すセンサ電線１２を用いたセンサ回路の一例を示す図である。センサ電線１２では、第一の内部導体１０１Ａと第二の内部導体１０２Ａが一方の芯に属し、第一の内部導体１０１Ｂと第二の内部導体１０２Ｂがもう一方の芯に属する構成となっている。ここで、これらの芯に設けられた第一の絶縁被覆１０４Ａ、１０４Ｂは、製造の際に厚さにばらつきが生じる場合があり、その結果部位によって外力に応じた電位の変化量が他の部位と比較して異なる場合がある。そこで図９に示すセンサ回路２３では、同じ芯に属する内部導体同士の電位差ではなく、異なる芯に属する内部導体同士の電位差を増幅する構成を採用している。具体的には、第一の内部導体１０１Ａと第二の内部導体１０２Ｂの電位差と、第一の内部導体１０１Ｂと第二の内部導体１０２Ａの電位差をそれぞれ増幅し、さらにこれらの出力間の電位差を増幅する構成を採用している。この構成では、外力に応じた電位の変化量にばらつきが生じても、出力を平均化して安定させることができる。
【００５２】
［第二実施形態のセンサ電線］
図１０（Ａ）は、本発明の第二実施形態のセンサ電線１３の構造を示す断面図である。
【００５３】
センサ電線１３は、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２を有し、これらを覆う第二の絶縁被覆２０５と、さらにこの外側に設けられた外部シールド導体２０３を有する。第一の内部導体２０１、第二の内部導体２０２、および外部シールド導体２０３は互いに絶縁されている。さらに外部シールド導体２０３の外側にはシース２３０が設けられている。この断面図においては第一の絶縁被覆２０４、第二の内部導体２０２、および第二の絶縁被覆２０５の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。上記説明した第一実施形態では、第二の内部導体１０２によって第一の内部導体１０１とは異なる芯が構成されていないのに対し、この第二実施形態では、第二の内部導体２０２によって第一の内部導体２０１とは異なる芯が構成されている点が異なる。また、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２は、図１０（Ｂ）に示すように外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成となっている。
【００５４】
図１０では、第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２が直交する斜めの線によるハッチングで示されており、外部シールド導体２０３が水平線によるハッチングで示されている。また、第一の絶縁被覆２０４が右下がりの線によるハッチングで示されており、第二の絶縁被覆２０５が左下がりの線によるハッチングで示されている。
【００５５】
第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２は、第一実施形態における第一の内部導体１０１と同様の構成のものであり、素材については第一実施形態における第一の内部導体１０１と同様のものを採用することができる。なお、第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２の構成や素材は同じである必要はなく、異なるものであってもよい。
【００５６】
外部シールド導体２０３は、アルミフィルムと銅のメッシュの組み合わせで構成されているが、この構成に限定されるものではない。従って例えば、金属製のフィルムや、金属製のメッシュ、さらには金属線をらせん状に巻き付けたもの、またはその組み合わせであってもよい。また例えば、外部シールド導体２０３が、金属製のメッシュの層と、金属箔を付けたＰＥＴフィルムの層との二層構造のように、複数の層を有するものであってもよい。
【００５７】
第一の絶縁被覆２０４は、第一実施形態における第一の絶縁被覆１０４と同様に圧電材料であるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムを用いて構成されたものであり、図２に示す第一実施形態の第一の絶縁被覆１０４と同様に第一の内部導体２０１に螺旋状に巻き付けられたものである。この第一の絶縁被覆２０４は分極処理が施されたことにより圧電性を有するものである。第一の絶縁被覆２０４の素材や構成については第一実施形態における第一の絶縁被覆１０４と同様のものを採用することができる。
【００５８】
第二の絶縁被覆２０５は、絶縁体の樹脂（例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等）による被覆であり、第一の絶縁被覆２０４とは異なり圧電性を有しないものである。
【００５９】
次に、図１０に示すセンサ電線１３の使用例について図１１を用いて説明する。図１１は、図１０に示すセンサ電線１３を用いたセンサ回路２４を示す図である。このセンサ回路２４では、第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２が差動増幅器２５０に接続されており、外部シールド導体２０３がグランドに接続されている。差動増幅器２５０は、第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２との電位差を増幅して出力する。
【００６０】
上記のセンサ回路２４においてセンサ電線１３に対して外力が加えられると、圧電性を有する第一の絶縁被覆２０４が変形し、その圧電効果によって第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２の間の電位が変動する。この電位差が差動増幅器２５０によって増幅されて出力される。すなわちセンサ回路２４は、センサ電線１３にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能を有する。
【００６１】
また上記のセンサ回路２４においては、外力に基づく信号に対する外部ノイズの影響を抑えるように構成されている。まず、第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２は、グランドに接続された外部シールド導体２０３によって囲まれており、外部ノイズによって電位が変動しにくくなるように構成されている。さらに、外部ノイズが外部シールド導体２０３を通過してしまっても、内側にある第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２の双方がこのノイズによる影響を受け、これらの内部導体同士で同様の電位の変動が生じる。上記センサ回路２４では、第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２の電位差を増幅することで、外部ノイズの影響による電位の変動分を相殺するように構成されている。
【００６２】
上記説明したようにセンサ回路２４では、センサ電線１３に対して外力が加えられた際に第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２の電位差が生じる一方、外部ノイズの影響による第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２の電位差についてはこれを抑えることができる。この構成により、外部ノイズの影響を抑えつつ、外力に基づく信号を得ることができる。
【００６３】
なお、外部シールド導体２０３の接地の状況によってはグランド電位が変動する場合があるが、上記説明したセンサ回路２４ではグランドとの電位差ではなく第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２との電位差を用いているため、グランド電位の変動による影響を抑えることができる。
【００６４】
なお、センサ電線１３を使用する際には、回路に接続されていない側の端部で第一の内部導体２０１、第二の内部導体２０２、外部シールド導体２０３が露出していると、これらが互いに接触して外力に基づく信号が正確に得られなくなる場合がある。このため、回路に接続されていない側の端部においては、第一の内部導体２０１、第二の内部導体２０２、外部シールド導体２０３の絶縁を確実にしておくことが好ましい。また、回路に接続されていない側の端部で第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２が外部シールド導体２０３に覆われていない部分があると、そこから外部ノイズの影響を受ける場合がある。このため、回路に接続されていない側の端部においては、第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２を確実にシールドしておくことが好ましい。
【００６５】
図１２は、センサ電線１０の端部のうち回路に接続されていない側の端部について、絶縁部材および導体部材を施した一例を示す図である。この図では、端部に対して絶縁部材２７１、２７３、導体部材２７４、カバー部材２７５が適用されているが、各段階が理解しやすいよう、図１２（Ａ）から（Ｅ）までが段階的に示されている。
【００６６】
図１２（Ａ）では、第一の内部導体２０１、第二の内部導体２０２、外部シールド導体２０３が露出した端部が示されている。図１２（Ｂ）には、図１２（Ａ）で示す第一の内部導体２０１ごと第一の絶縁被覆２０４までが絶縁部材２７１で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材２７１が第一の絶縁被覆２０４まで覆われており、第一の内部導体２０１を露出させずに他の導体から確実に絶縁した状態とすることができる。
【００６７】
図１２（Ｃ）には、図１２（Ｂ）で示す状態から、絶縁部材２７１および第二の内部導体２０２ごと第二の絶縁被覆２０５までが絶縁部材２７３で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材２７３が第二の絶縁被覆２０５まで覆われており、第二の内部導体２０２を露出させずに他の導体から確実に絶縁した状態とすることができる。
【００６８】
図１２（Ｄ）には、図１２（Ｃ）で示す状態から、絶縁部材２７３ごと外部シールド導体２０３までが導体部材２７４で覆われた様子が示されている。この例では、外部シールド導体２０３と導体部材２７４の電位は同じになる。この導体部材２７４により、第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２がシールドされ、外部ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００６９】
図１２（Ｅ）には、図１２（Ｄ）で示す状態から、導体部材２７４ごとシース２３０までがカバー部材２７５（シース２３０と同様の素材）で覆われた様子が示されている。この例では、絶縁部材２７１、２７３および導体部材２７４が設けられた端部を保護することができる。なお、このカバー部材２７５を熱収縮（あるいは熱融着）する素材で構成しておき、端部を覆った状態で加熱することで密着させてもよい。
【００７０】
なお、上記の例で説明した絶縁部材２７１、２７３は、絶縁体の素材（例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等）であればよい。また、導体部材２７４は導電性の素材（例えば、アルミ、銅、錫、あるいは複数材料による合金、等）であればよい。また、導体部材２７４の形状についても、フィルム状やメッシュ状の他、筒状の棒端子を用いてもよく、その形状が限定されるものではない。
【００７１】
なお、上記の例で説明した絶縁部材２７１、２７３、導体部材２７４、カバー部材２７５は、カバー部材２７５だけを用いたり、導体部材２７２だけを他の導体から絶縁する絶縁部材を用いたりする、といったように、同じ構成である必要はない。また、上記の例に限らず、例えば、シース２３０を除く端部が平面状である場合には、このシース２３０を除く端部を絶縁部材で覆い、その上を外部シールド導体２０３と接するように導体部材で覆い、さらにカバー部材を設ける、といった構成であってもよい。また、第一の内部導体２０１、第一の絶縁被覆２０４、第二の内部導体２０２、第二の絶縁被覆２０５までを、外部シールド導体２０３よりも短く切断し、これらを絶縁した上で外部シールド導体２０３で包み、さらにカバー部材を設ける、といった構成であってもよい。すなわち、導体同士の絶縁およびシールドをより確実にする構成であればよく、その構成が限定されるものではない。
【００７２】
［第二実施形態の変形例１］
図１０で説明したセンサ電線１３は、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２を、第二の絶縁被覆２０５で覆う構成を採用しているが、この構成に限らず、例えば、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１と、第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２のそれぞれが設け、さらにこれらの外側を外部シールド導体２０３で覆う構成としてもよい。図１３は、この構成を採用したセンサ電線１４の構造を示す断面図である。このセンサ電線１４は、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１および第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２を有し、さらにこれらの外側に設けられた外部シールド導体２０３を有する。第一の内部導体２０１、第二の内部導体２０２、および外部シールド導体２０３は互いに絶縁されている。さらに外部シールド導体２０３の外側にはシース２３０が設けられている。なお、図１０のセンサ電線１３とは、第二の絶縁被覆２０５が設けられた位置が異なっている。この断面図においては第一の絶縁被覆２０４、第二の絶縁被覆２０５、および外部シールド導体２０３の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、図１０のセンサ電線１３では、外部ノイズの影響を抑えるために第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２をより合わせているが、このセンサ電線１４では、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１および第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２をより合わせた構成となっている。
【００７３】
また、第二の絶縁被覆２０５は、第一の絶縁被覆２０４と同じ素材、構成の被覆であって、圧電性を有しないものを採用している。すなわち、第二の絶縁被覆２０５は、第一の絶縁被覆２０４とは圧電性の有無が異なるものである。なお、第一の絶縁被覆２０４と同じ素材に限らず、例えば絶縁体の樹脂（例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等）のような第一の絶縁被覆２０４と異なる素材を用いてもよい。
【００７４】
図１４は、図１３に示すセンサ電線１４を用いたセンサ回路２５を示す図である。このセンサ回路２５は、第二の絶縁被覆２０５の位置以外は図１１に示すセンサ回路２４と同じ構成である。上記のセンサ回路２５においてセンサ電線１４に対して外力が加えられると、圧電性を有する第一の絶縁被覆２０４が変形し、その圧電効果によって第一の内部導体２０１の電位が変動する。一方、第二の絶縁被覆２０５は圧電性を有しないため、第二の内部導体２０２においては外力に応じた電位の変動が生じない。結果として、センサ電線１４に対して外力が加えられると第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２の電位差が変動し、この電位差が差動増幅器２５０によって増幅されて出力される。すなわちセンサ回路２５は、センサ電線１４にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能を有する。
【００７５】
また上記のセンサ回路２５においては、外力に基づく信号に対する外部ノイズの影響を抑えるように構成されている。まず、第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２は、グランドに接続された外部シールド導体２０３によって囲まれており、外部ノイズによって電位が変動しにくくなるように構成されている。さらに、外部ノイズが外部シールド導体２０３を通過してしまっても、内側にある第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２の双方がこのノイズによる影響を受け、これらの内部導体同士で同様の電位の変動が生じる。上記センサ回路２５では、第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２の電位差を増幅することで、外部ノイズの影響による電位の変動分を相殺するように構成されている。なお、外部ノイズの影響による電位の変動分をより効果的に相殺するにあたっては、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１と第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２の長さや太さ、静電容量（絶縁被覆の誘電率および厚さ）、インピーダンス、シールドのされ具合等、電気的・物理的な条件が揃っていることが好ましい。
【００７６】
上記説明したようにセンサ回路２５では、センサ電線１４に対して外力が加えられた際に第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２の電位差が生じる一方、外部ノイズの影響による第一の内部導体２０１および第二の内部導体２０２の電位差についてはこれを抑えることができる。この構成により、外部ノイズの影響を抑えつつ、外力に基づく信号を得ることができる。
【００７７】
なお、外部シールド導体２０３の接地の状況によってはグランド電位が変動する場合があるが、上記説明したセンサ回路２５ではグランドとの電位差ではなく第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２との電位差を用いているため、グランド電位の変動による影響を抑えることができる。
【００７８】
［第二実施形態の変形例２］
図１３で説明したセンサ電線１４は、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１、および第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２の双方が、外部シールド導体２０３によって仕切られた一つの空間内に収められた構成となっている。しかし、センサ電線の構成はこれに限られるものではなく、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１、および第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２が、それぞれ外部シールド導体２０３によって仕切られた別々の空間内に収められた構成であってもよい。図１５に示すセンサ電線１５はこのような構成の一例であり、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１、および第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２が、それぞれ別の外部シールド導体２０３Ａ、２０３Ｂに覆われた構成となっている。なお、外部シールド導体２０３Ａおよび第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１と、外部シールド導体２０３Ｂおよび第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２については、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよい。
【００７９】
図１６は、図１５に示すセンサ電線１５を用いたセンサ回路の一例を示す図である。図１６のセンサ回路２６では、二つの外部シールド導体２０３Ａ、２０３Ｂがそれぞれグランドに接続されていること以外は図１４に示すセンサ回路２５と同じ構成であり、図１４に示すセンサ回路２５と同様の効果を奏する。なお、図１５に示すセンサ電線１５では、二つの外部シールド導体２０３Ａ、２０３Ｂが接しているためいずれかをグランドに接続した構成としてもよい。また、二つの外部シールド導体２０３Ａ、２０３Ｂが絶縁された構成としてもよく、この場合には図１６に示すようにいずれの外部シールド導体２０３もグランドに接続した構成とすればよい。
【００８０】
［第二実施形態の変形例３］
図１０で説明したセンサ電線１３や図１３で説明したセンサ電線１４は、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１が一つの構成であったが、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１を複数設けた構成としてもよい。図１７はこのような構成の一例であって、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１を二つ設けたセンサ電線１６の構造を示す断面図である。このセンサ電線１６では、第一の内部導体２０１Ａ、２０１Ｂのそれぞれから外力に基づく信号が出力される。この断面図においては第一の絶縁被覆２０４Ａ、２０４Ｂ、第二の絶縁被覆２０５、および外部シールド導体２０３の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。なお、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１を複数設けるにあたっては、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよく、第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２とより合わせた構成としてもよい。さらに、例えば第一の絶縁被覆２０４Ａ、２０４Ｂの厚さを異ならせる、あるいは素材を異ならせるといったように、外力に対する電位の変動（センサ感度）が第一の内部導体２０１のそれぞれで異なるように構成してもよい。また、図１７に示すセンサ電線１６では、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１、および第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２がすべて外部シールド導体２０３によって仕切られた一つの空間に収められた構成となっているが、図１５の例で説明したように、それぞれ外部シールド導体２０３によって仕切られた別の空間に分けて収められた構成であってもよい。
【００８１】
図１８および図１９は、図１７に示すセンサ電線１６を用いたセンサ回路の一例を示す図である。図１８に示すセンサ回路２７では、複数の第一の内部導体２０１Ａ、２０１Ｂの出力を合わせて増幅する構成を採用しており、外力に対する感度を高めることができる。一方図１９に示すセンサ回路２８では、複数の第一の内部導体２０１Ａ、２０１Ｂのそれぞれに対し、第二の内部導体１０２との電位差を増幅して複数の信号を出力する構成となっている。外力に対する電位の変動（センサ感度）が第一の内部導体２０１Ａ、２０１Ｂのそれぞれで異なる場合に図１９のセンサ回路２８の構成を採用した場合、外力に合わせて適切な信号を用いることができ、ダイナミックレンジを大きくとることができる。
【００８２】
［第二実施形態の変形例４］
図１３のセンサ電線１４の説明において、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１と第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２の長さや太さ、静電容量、インピーダンス、シールドのされ具合等、電気的・物理的な条件が揃っていることが好ましい点について述べたが、このような電気的・物理的な条件を揃えた組を採用する場合、その数は一つに限られるものではなく、複数設けてもよい。この場合、外力に対して生じる第一の内部導体２０１の電位の変動（センサ感度）が、各組において同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８３】
図２０に示すセンサ電線１７は、第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２の組を二つ設けた例を示す断面図である。この図２０では左側と上側にそれぞれ第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１が配置され、右側と下側にそれぞれ第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２が配置されている。二つある第一の内部導体２０１は、これらを覆う第一の絶縁被覆２０４の厚さがそれぞれ異なっている。具体的には、図２０の左側に位置している第一の絶縁被覆２０４Ａよりも、上側に位置している第一の絶縁被覆２０４Ｂの方がより厚くなっている。これにより、上側に位置している第一の内部導体２０１Ｂの方が、左側に位置している第一の内部導体２０１Ａよりも、外力に対して生じる電位の変動（センサ感度）が高くなっている。この断面図においては第一の絶縁被覆２０４Ａ、２０４Ｂ、第二の絶縁被覆２０５Ａ、２０５Ｂ、および外部シールド導体２０３の間に隙間があるが、この隙間には介在物が充填されている。
【００８４】
なお、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１および第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２を複数設けるにあたっては、外部ノイズの影響を抑えるためにこれらをより合わせた構成としてもよい。このとき例えば、後述する第一の組および第二の組のそれぞれをより合わせた後でさらにこれらをより合わせる、といったように、段階的により合わせてもよく、より合わせ方が限定されるものではない。また、図２０に示すセンサ電線１７では、第一の絶縁被覆２０４で覆われた第一の内部導体２０１、および第二の絶縁被覆２０５で覆われた第二の内部導体２０２がすべて外部シールド導体２０３によって仕切られた一つの空間に収められた構成となっているが、図１５の例で説明したように、それぞれ外部シールド導体２０３によって仕切られた別の空間に分けて収められた構成であってもよい。
【００８５】
二つある第二の内部導体２０２のうち、右側にある第二の内部導体２０２Ａは、左側にある第一の内部導体２０１Ａにおける外部ノイズの影響を相殺するために設けられたものである。第一の内部導体２０１Ａと第二の内部導体２０２Ａは同じ構成のものである。また、第一の絶縁被覆２０４Ａと第二の絶縁被覆２０５Ａは、第一の絶縁被覆２０４Ａが圧電性を有している（分極処理が施されている）のに対し、第二の絶縁被覆２０５Ａは圧電性を有しない（分極処理が施されていない）点が異なるが、その素材や厚さは同じ構成のものである。すなわち、第一の絶縁被覆２０４Ａで覆われた第一の内部導体２０１Ａと、第二の絶縁被覆２０５Ａで覆われた第二の内部導体２０２Ａは、圧電性の有無を除き、電気的・物理的な条件を揃えたものである。なお以下の説明では、これらの第一の絶縁被覆２０４Ａで覆われた第一の内部導体２０１Ａと、第二の絶縁被覆２０５Ａで覆われた第二の内部導体２０２Ａの組を第一の組と称する。
【００８６】
二つある第二の内部導体２０２のうち、下側にある第二の内部導体２０２Ｂは、上側にある第一の内部導体２０１Ｂにおける外部ノイズの影響を相殺するために設けられたものである。第一の内部導体２０１Ｂと第二の内部導体２０２Ｂは同じ構成のものである。また、第一の絶縁被覆２０４Ｂと第二の絶縁被覆２０５Ｂは、第一の絶縁被覆２０４Ｂが圧電性を有している（分極処理が施されている）のに対し、第二の絶縁被覆２０５Ｂは圧電性を有しない（分極処理が施されていない）点が異なるが、その素材や厚さは同じ構成のものである。すなわち、第一の絶縁被覆２０４Ｂで覆われた第一の内部導体２０１Ｂと、第二の絶縁被覆２０５Ｂで覆われた第二の内部導体２０２Ｂは、圧電性の有無を除き、電気的・物理的な条件を揃えたものである。なお以下の説明では、これらの第一の絶縁被覆２０４Ｂで覆われた第一の内部導体２０１Ｂと、第二の絶縁被覆２０５Ｂで覆われた第二の内部導体２０２Ｂの組を第二の組と称する。
【００８７】
図２１は、図２０に示すセンサ電線１７を用いたセンサ回路２９を示す図である。このセンサ回路２９では、第一の組の第一の内部導体２０１Ａおよび第二の内部導体２０２Ａが差動増幅器２５０に接続され、第二の組の第一の内部導体２０１Ｂおよび第二の内部導体２０２Ｂが差動増幅器２５０に接続され、外部シールド導体２０３がグランドに接続されている。差動増幅器２５０は、第一の組と第二の組のそれぞれにおいて、第一の内部導体２０１と第二の内部導体２０２との電位差を増幅して出力する。このセンサ回路２９では、外力に合わせて適切な信号を用いることができ、ダイナミックレンジを大きくとることができる。
【００８８】
［ノイズセンサとしての構成１］
上記説明した第一実施形態と第二実施形態、およびこれらの変形例のセンサ回路２０〜２９は、センサ電線に外力が加えられない状態では、有効に活用することができない。例えば、これらのセンサ回路をベッドや枕に適用して就寝中の患者の状態をモニターする、といった用途を考えた場合、患者がベッドから離れている間はセンサ電線に外力が加えられないため、有効に利用することができない。そこで上記のセンサ回路における差動増幅器への接続を切り替えてノイズセンサとして使用できるようにすることで、利用できる機会を増やすことができる。上記の例では、ベッドに患者が接近した際には外部ノイズが検出されることから、ベッド周辺における動きのデータとして利用することができる。以下、この構成について説明する。
【００８９】
上記説明した第一実施形態と第二実施形態、およびこれらの変形例のセンサ回路２０〜２９では、いずれも第一の内部導体１０１、２０１と第二の内部導体１０２、２０２が差動増幅器１５０、２５０に入力され、外部シールド導体１０３、２０３がグランドに接続されている（図３、５、６、８、１０、１２、１４、１６、１７、１９）。外部シールド導体１０３、２０３は、第一の内部導体１０１、２０１と第二の内部導体１０２、２０２を囲んでおり、これらの導体の中では最も外部ノイズの影響を受ける。そこで、これらのセンサ回路２０〜２９において、差動増幅器１５０、２５０への入力のいずれか一方を外部シールド導体１０３、２０３に切り替えることで、差動増幅器１５０、２５０の出力に外部ノイズを反映させることができ、ノイズセンサとして使用することができる。このとき、差動増幅器１５０、２５０へのもう一方の入力についてはそのままであってもよいし、グランドに接続してもよい。
【００９０】
図２２に示すセンサ回路３０は上記説明した構成の一例であり、図３に示すセンサ回路２０の一部にスイッチ３０１を加えたものである。このスイッチ３０１が初期状態である場合（図２２に示す状態）では、図３に示すセンサ回路２０と同じ構成となっているが、スイッチ３０１が切り替えられると、第一の内部導体１０１にかわって外部シールド導体１０３が差動増幅器１５０に接続され、ノイズセンサとして使用することができる。
【００９１】
また、図２３に示すセンサ回路３１は上記説明した構成の一例であり、図１１に示すセンサ回路２４の一部にスイッチ３０１を加えたものである。このスイッチ３０１が初期状態である場合（図２３に示す状態）では、図１１に示すセンサ回路２４と同じ構成となっているが、スイッチ３０１が切り替えられると、第一の内部導体２０１にかわって外部シールド導体２０３が差動増幅器２５０に接続され、ノイズセンサとして使用することができる。
【００９２】
なお、上記図２２、２１のスイッチ３０１については、例えばタイマを用いてスイッチ３０１の状態を切り替えることでセンサ機能が切り替えられるようにしてもよい。また、マイコン等を用いて、所望の条件に応じてスイッチ３０１が切り替えられるようにしてもよい。
【００９３】
［ノイズセンサとしての構成２］
図２２のセンサ回路３０および図２３のセンサ回路３１では、センサ電線にかかる外力に基づく信号を出力するセンサとしての機能と、ノイズに起因する信号を出力するセンサとしての機能をスイッチ３０１を用いて切り替える構成について説明した。このうち前者の機能は、第一の内部導体１０１、２０１と第二の内部導体１０２、２０２の電位差を差動増幅器１５０、２５０によって増幅することで実現することができる。また、後者の機能については、第一の内部導体１０１、２０１と第二の内部導体１０２、２０２のいずれか一方と、外部シールド導体１０３、２０３との電位差を差動増幅器１５０、２５０によって増幅することで実現することができる。ここで、これらの機能を切り替えずに、双方の機能を有するように構成してもよい。
【００９４】
図２４に示すセンサ回路３２は上記説明した構成の一例であり、図３に示すセンサ回路２０に対し、外部シールド導体１０３と第二の内部導体１０２との電位差を増幅して出力する差動増幅器１５１を加えたものである。このセンサ回路３２では、外力に応じた信号と、ノイズに応じた信号の双方を同時に利用することができる。
【００９５】
また、図２５に示すセンサ回路３３は上記説明した構成の一例であり、図１１に示すセンサ回路２４に対し、外部シールド導体２０３と第二の内部導体２０２との電位差を増幅して出力する差動増幅器２５１を加えたものである。このセンサ回路３３では、外力に応じた信号と、ノイズに応じた信号の双方を同時に利用することができる。
【００９６】
例えば、図３に示すセンサ回路２０や図１１に示すセンサ回路２４では、外力に応じた信号が外部ノイズによる影響を受けた場合に、その信号が外力によるものなのか、それとも外部ノイズによるものなのか判断できない場合がある。図２４に示すセンサ回路３２や図２５に示すセンサ回路３３では、別途追加した差動増幅器１５１、２５１の出力によって外部ノイズの影響の度合いが判別でき、信号が外力に応じたものであるかを判断することができる。
【００９７】
［その他］
上記説明したセンサ電線およびセンサ回路の構成は一例であり、処理の内容が同じであればよく、その構成について限定されるものではない。例えば、上記のセンサ電線の実施形態では内部導体同士をより合わせることについて説明したが、より合わせる対象が三つ以上ある場合には、例えば三つ編みのように編み込みによってより合わせてもよい。また、センサ電線の導体をメッシュ状に構成する場合、その孔の大きさによっては、内側にノイズが侵入し易くなる問題がある。この場合、その孔の大きさが、問題とするノイズの波長の半分以下となるように構成することで、ノイズが侵入しにくくすることができる。また、上記のセンサ回路の実施形態において、差動増幅器を複数用いずに一の差動増幅器を共有する構成としてもよいし、ノッチフィルタ等を適宜設けてもよい。また、上記のセンサ回路の実施形態では、センサ電線の端部の一方側に差動増幅器を接続する構成について説明したが、センサ電線の両端側ともに同じ差動増幅器に接続する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７  センサ電線
１０１、２０１  第一の内部導体
１０２、２０２  第二の内部導体
１０３、２０３  外部シールド導体
１０４、２０４  第一の絶縁被覆
１０５、２０５  第二の絶縁被覆
１３０、２３０  シース
１７１、１７３、２７１、２７３  絶縁部材
１７２、１７４、２７４  導電部材
１７５、２７５  カバー部材
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９  センサ回路
３０、３１、３２、３３  センサ回路
１５０、１５１、２５０、２５１  差動増幅器
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年10月8日(2021.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されており、
前記第二の内部導体は、前記第一の内部導体とは異なる芯を構成するものであり、
前記第一の内部導体と前記第二の内部導体がより合わされた状態になっている、
ことを特徴とするセンサ電線。
【請求項２】
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備えたセンサ電線であって、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されており、
前記センサ電線は、外周を覆うシースが設けられたものであり、
前記センサ電線の一方の端部において、前記第一の内部導体および前記第二の内部導体の端部の外側が、前記外部シールド導体または前記外部シールド導体と同じ電位の導体に囲まれた状態となっており、
さらに前記一方の端部は、前記シースの端部までをカバー部材で覆われたものである、
ことを特徴とするセンサ電線。
【請求項３】
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されており、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第一の差動増幅器と、を備え、
前記外部シールド導体がグランドに接続されたものであり、
前記外部シールド導体とグランドとの接続を解除し、前記第一の差動増幅器の入力端のいずれか一方が前記外部シールド導体に接続された状態に切り替える切替回路を有する、
ことを特徴とするセンサ電線。
【請求項４】
圧電材料で覆われた第一の内部導体と、
前記圧電材料の外側に設けられた第二の内部導体と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体を囲む外部シールド導体と、を備え、
前記第一の内部導体、前記第二の内部導体、および前記外部シールド導体の間には絶縁体が配置されており、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第一の差動増幅器と、
前記第一の内部導体および前記第二の内部導体のいずれか一方と前記外部シールド導体がそれぞれ異なる入力端に接続され、これらの入力端の電位差を増幅して出力する第二の差動増幅器と、を備え、
前記外部シールド導体がグランドに接続されたものである、
ことを特徴とするセンサ電線。
【国際調査報告】
2020089965.tif 000028
2020089965.tif 000029
2020089965.tif 000030