JP2000214006A - ケ―ブル状圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のケ−ブル状圧力センサは、外電極の形
成に塗装法などの複雑な製造工程を要すると共に大きな
荷重が印加されたとき芯電極と外電極が短絡し易いとい
う課題があった。 【解決手段】 可撓性外側電極９が可撓性支持体８とそ
の表面に形成された金属層７で構成され、前記金属層７
が前記可撓性感圧体４の表面に巻き付けられて成るケ−
ブル状圧力センサである。従って、塗装法などのように
複雑な製造工程を必要としない。また、可撓性感圧体４
が大きな荷重により押しつぶされても、金属層７と可撓
性支持体８を積層した可撓性外側電極９を巻き付けてい
る方が金属層７のみの場合より、付加荷重に対しても強
度が強く断線して電極の破損がしにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はケ−ブル圧力センサ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のケ−ブル状圧力センサは
以下のようなものであった。従来例として特開昭６２−
２３００７１号公報に示されているようなものがある。
これは図５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−ブから成る外皮６を被覆して成るケ−ブ
ル状圧力センサが開示されている。可撓性感圧体４とし
て、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る。また、
可撓性外電極５として、アルミニウム箔や塗装法による
銀系導電性塗膜が用いられる。

【０００３】上記ケ−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と外電極５間に電圧が誘起される。
上記圧力センサは、この誘起電圧を利用して圧力を検出
している。

【０００４】類似のケ−ブル状圧力センサが特開平３−
２５９５７７号公報にも開示されている。この公報で
は、可撓性感圧体４として、ポリエチレン、ポリプロピ
レンや塩化ビニルなどの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開示されてい
る。可撓性外電極５として、無電解メッキ法によるニッ
ケル膜や銅膜、および蒸着法によるアルミニウム膜や銀
膜が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ケ−ブル状圧力センサでは、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巻
き付けるとき充分な張力で巻き付けることができないと
いう課題を有していた。充分な張力で巻き付けると、ア
ルミニウム箔は切断され易く、また、低い張力でまきつ
けると、アルミニウム箔は可撓性感圧体４に密着しな
い。

【０００６】また、可撓性外側電極５として、塗装法、
メッキ法、蒸着法による金属膜を用いた場合、可撓性感
圧体４に密着し易いという利点はあるが、製造工程が複
雑になる、１０ｍ以上の長いケ−ブル状圧力センサの製
造に不適であるという課題を有していた。

【０００７】また、可撓性感圧体４として、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るので、ケ−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が押しつぶされて、芯電極３と可撓性外
側電極５が接触し、その結果両者が短絡し易いという課
題も有していた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、芯電極と、前記芯電極の周囲に配置され
た可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の表面に配置され
た可撓性外側電極とから成り、前記可撓性外側電極が可
撓性支持体とその表面に形成された金属層で構成され、
前記金属層が前記可撓性感圧体の表面に巻き付けられて
成るケ−ブル状圧力センサである。

【０００９】上記発明によれば、可撓性外側電極が可撓
性支持体とその表面に形成された金属層で構成されてい
るので、可撓性感圧体の表面に充分な張力で可撓性外側
電極を巻き付けることができる。従って、塗装法などの
ように複雑な製造工程を必要としない。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかるケ−ブ
ル状圧力センサは、内側電極としての芯電極と、前記芯
電極の周囲に配置された可撓性感圧体と、前記芯電極の
周囲に配置された可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の
表面に配置された可撓性外側電極とから成り、前記可撓
性外側電極が可撓性支持体とその表面に形成された金属
層で構成され、前記金属層が前記可撓性感圧体の表面に
巻き付けられて成るケ−ブル状圧力センサである。可撓
性外側電極が可撓性支持体とその表面に形成された金属
層で構成されている。可撓性支持体は充分な張力に耐え
るので、可撓性感圧体の表面に充分な張力で可撓性外側
電極を巻き付けることができる。従って、塗装法などの
ように複雑な製造工程を必要としない。

【００１１】本発明の請求項２にかかるケ−ブル状圧力
センサは、可撓性支持体が高分子フィルムで構成され
る。高分子フィルムとして、ポリエチレン、ポリエチレ
ンテレフタレ−ト、ポリカ−ボネイト、ポリスチレンな
ど多くの種類のフィルムが様々な用途に供せられてい
る。これら高分子フィルムの機械的インピ−ダンスは、
可撓性感圧体のそれに比べ小さいので、ケ−ブル状圧力
センサ全体の機械的インピ−ダンスを低く保持できる。
従って、同圧力センサに圧力が印加されたとき、容易に
変形する。また、市販されているので容易に入手できる
と共に低価格である。

【００１２】本発明の請求項３にかかるケ−ブル状圧力
センサは、可撓性支持体がポリエチレンテレフタレ−ト
フィルムで形成されている。種々の高分子フィルムの中
でも、ポリエチレンテレフタレ−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−ブル
状圧力センサが実現できる。

【００１３】本発明の請求項４にかかるケ−ブル状圧力
センサは、金属層がアルミニウムで構成されている。高
分子フィルムで構成された可撓性支持体表面にアルミニ
ウム層が形成されているので、その機械的インピ−ダン
スは、可撓性感圧体のそれに比べ小さい。従って、ケ−
ブル状圧力センサ全体の機械的インピ−ダンスを低く保
持できるので、同圧力センサに圧力が印加されたとき、
容易に変形する。また、高分子フィルム上に金属層を形
成した可撓性外側電極も市販されているので容易に入手
できると共に低価格である。

【００１４】本発明の請求項５にかかるケ−ブル状圧力
センサは、可撓性外側電極の金属層がが可撓性感圧体の
表面に巻き付けられるとき、前記金属層同志が部分的に
積層された構成である。可撓性感圧体上に巻きつけられ
た可撓性外側電極同志が、部分的に積層されて巻き付け
られているので、可撓性感圧体全体は金属層で覆われ
る。従って、金属層をア−ス電位にして、芯電極と可撓
性外側電極間から誘起電圧を検出することにより外部空
間からのノイズを遮断できる。

【００１５】本発明の請求項６にかかるケ−ブル状圧力
センサは、可撓性外側電極の金属層がが前記可撓性感圧
体の表面に巻き付けられるとき、前記金属層同志が積層
せず、距離を置いて巻き付けられた構成である。可撓性
感圧体上に巻きつけられた可撓性外側電極同志が積層し
ないので、ケ−ブル状圧力センサ全体の機械的インピ−
ダンスを低く保持できる。従って、同圧力センサに圧力
が印加されたとき、容易に変形する。

【００１６】本発明の請求項７にかかるケ−ブル状圧力
センサは、可撓性外側電極が積層せず、距離を置いて巻
き付けられると共に、更に、導電性編組で被覆された構
成である。

【００１７】ケ−ブル状圧力センサ全体の機械的インピ
−ダンスを低く保持できると共に、更に、金属層をア−
ス電位にして、芯電極と可撓性外側電極間から誘起電圧
を検出することにより外部空間からのノイズを遮断でき
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００１９】（実施例１）図１は本発明である実施例１
のケ−ブル状圧力センサの見取図である。

【００２０】芯電極３の周囲に可撓性感圧体４を形成し
た後、可撓性支持体８とその一方の表面に形成された金
属層７から成る可撓性外側電極９が可撓性感圧体４の周
囲に巻き付けられる。このとき、金属層７が可撓性感圧
体４の表面と接触するように巻き付けられる。

【００２１】芯電極３として、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４として、ゴムや樹脂の中にチタン
酸鉛、チタン酸鉛ジルコ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る。

【００２２】可撓性外側電極９は、可撓性支持体８の一
方の表面に金属層７を形成して構成される。可撓性支持
体８として、高分子フィルムが優れている。高分子フィ
ルムは、芯電極３の周囲に可撓性感圧体４を形成した構
成物の機械的インピ−ダンスに比べ小さな機械的インピ
−ダンスを有するので、可撓性感圧体４に巻き付けられ
ても全体の機械的インピ−ダンスを増加させない。従っ
て、外部からの圧力に応じて、容易に変形するからであ
る。高分子フィルムの厚さは、できるだけ薄い方がその
機械的インピ−ダンスも小さ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
ムは、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリプロピレン、
ポリスチレン、塩化ビニ−ル、ナイロン、ポリエチレ
ン、トリアセテ−トなど種々の材料で構成されるが、こ
れらの中でもポリエチレンテレフタレ−トは高耐熱性
（最高使用温度１５０℃）を有する点で優れている。

【００２３】また、金属層７として、アルミニウム層、
銅層、ニッケル層などがあるが、これらの中でもアルミ
ニウム層が優れている。アルミニウム層は、銅層に比べ
熱的に酸化され難く、また、ニッケル層に比べ柔らかい
ので機械的インピ−ダンスが小さいからである。高分子
フィルムである可撓性支持体８の一方の表面にアルミニ
ウムなどの金属層７を形成するには、両者を接着剤で接
合して形成してもよいし、また、スパッタ法や蒸着法で
形成してもよい。金属層７の厚さも、高分子フィルムと
同様、できるだけ薄い方が好ましいが、入手の容易性や
価格の点を考慮すると１０μｍ以下が好ましい。可撓性
支持体８の一方の表面に金属層７を形成して構成した可
撓性外側電極９は市販されており、本発明のケ−ブル状
圧力センサでは、この可撓性外側電極９を可撓性感圧体
４に巻き付けているので、従来の外電極５に比べ、塗装
法、メッキ法や蒸着法などの複雑な製造工程を特に必要
としない。

【００２４】また、可撓性を有するケ−ブル状圧力セン
サでは、ケ−ブル全体としての可撓性確保のために、可
撓性を有する芯電極３、可撓性感圧体４や可撓性外側電
極９で構成される。前述したように、可撓性感圧体４と
して、ゴムや樹脂の中にチタン酸鉛、チタン酸鉛ジルコ
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
用いられる。ゴムや樹脂は機械的インピ−ダンスが小さ
く、外部から圧力が印加されたとき、容易に変形する。
この変形を通じてゴムや樹脂の中に添加された圧電体粉
末に応力が印可される結果、芯電極３と金属層７間に電
圧が誘起されるので、圧力が検出できる。このようにゴ
ムや樹脂は可撓性を実現する上で不可欠である。

【００２５】図１に示したように、可撓性支持体８と金
属層７である可撓性外側電極９のうち金属層７であるア
ルミニウム層側を可撓性感圧体４の表面に接して巻き付
けたセンサ（センサＡ）とアルミニウム層である金属層
７のみを可撓性感圧体４の表面に接して巻き付けたセン
サ（センサＢ）をそれぞれ作成し、室温で両者に荷重を
徐々に増加して印加し、芯電極３と金属層７間が短絡す
るときの荷重を測定した。

【００２６】アルミニウム層は１０μｍ、可撓性支持体
８である高分子フイルムはポリエチレンテレフタレ−ト
１０μｍを用いた。また、このときのケーブル状圧力セ
ンサにポリエチレン系樹脂である塩素化ポリエチレンに
チタン酸ジルコン酸鉛系粉末を添加した可撓性感圧体４
を用いた。

【００２７】そして、両者とも外径は約２φｍｍとし
た。その結果、センサＡの短絡荷重は約１２０ｋｇｆ、
センサＢは、荷重を付加していくと約１０ｋｇｆで、金
属層７で用いたアルミニウム層が断線してしまった。

【００２８】このことはセンサＡが、可撓性外側電極９
として金属層７と可撓性支持体８を積層しているため
に、センサＢの場合の金属層７のみの可撓性電極の場合
よりも強度が増したためで、大きな付加荷重を印加して
も可撓性外側電極９が破損してしまうことはない。この
ように、本発明のケ−ブル状圧力センサによれば、従来
に大きな付加荷重をかけられるケーブル状圧力センサを
得ることができる。

【００２９】図２は、本発明における実施例１のケーブ
ル状圧力センサ長尺方向の切断面を示す断面図である。
可撓性外側電極９が可撓性感圧体４の表面に巻き付けら
れるとき、可撓性外側電極９は部分的に積層部１０を有
した構成である。

【００３０】この構成では、芯電極３と金属層７間で誘
起電圧を検出するとき、金属層７をア−ス電位にするこ
とにより外部ノイズを遮断できる利点がある。なお、こ
の構成では、積層部１０の長さはできるだけ短いほうが
好ましい。ケ−ブル状圧力センサが外部圧力により変形
するとき、積層部１０もまた変形するので、このとき積
層部１０での変形抵抗が小さくなり、変形し易いからで
ある。

【００３１】（実施例２）図３は、本発明の実施例２の
圧力センサ構成を示す断面図である。可撓性外側電極９
が可撓性感圧体４の表面に巻き付けられるとき、可撓性
外側電極９は自身で積層せず、距離を置いて巻き付けら
れた構成である。図２に示した積層部１０が存在せず、
また、可撓性外側電極９は距離を置いて巻き付けられる
ので、これらの分の変形抵抗が小さくなる利点がある。
しかし、本構成では、芯電極３と金属層７間で誘起電圧
を検出するとき外部ノイズを拾い易い。金属層７が芯電
極３の周囲を完全に覆っていないからである。このよう
な場合、図４に示すように、可撓性外側電極９の周囲を
導電性編組１１で被覆することが望ましい。芯電極３と
金属層７間から誘起電圧を検出するとき、金属層７と導
電性編組１１を短絡して、ア−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。

【００３２】なお、上記実施例では、図５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、外被
として、熱収縮チュ−ブ以外にも塩化ビニ−ルやウレタ
ン樹脂などを用いてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
かかるケ−ブル状圧力センサは、芯電極と、前記芯電極
の周囲に配置された可撓性感圧体と、前記芯電極の周囲
に配置された可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の表面
に配置された可撓性外側電極とから成り、前記可撓性外
側電極が可撓性支持体とその表面に形成された金属層で
構成され、前記金属層が前記可撓性感圧体の表面に巻き
付けられて成るので、塗装法などのように複雑な製造工
程を必要としない。また、このケーブル状圧力センサは
可撓性外側電極が可撓性支持体と金属層が積層している
ので、金属層のみで構成されている可撓性外電極よりも
付加加重に対して大きな強度を持ち、可撓性外側電極の
断線を防止することができる。

【００３４】また、本発明の請求項２にかかるケ−ブル
状圧力センサは、可撓性支持体が小さな機械的インピ−
ダンスを有する高分子フィルムで構成されるので、ケ−
ブル状圧力センサ全体の機械的インピ−ダンスを低く保
持できる。従って、同圧力センサに圧力が印加されたと
き、容易に変形する。また、市販されているので容易に
入手できると共に低価格である。

【００３５】また、本発明の請求項３にかかるケ−ブル
状圧力センサは、可撓性支持体が高耐熱性ポリエチレン
テレフタレ−トフィルムで形成されているので、耐熱性
に優れたケ−ブル状圧力センサが実現できる。

【００３６】また、本発明の請求項４にかかるケ−ブル
状圧力センサは、金属層がアルミニウムで構成されてい
るので、ケ−ブル状圧力センサ全体の機械的インピ−ダ
ンスを低く保持できる。従って、同圧力センサに圧力が
印加されたとき、容易に変形する。また、銅層に比べ耐
酸化性に優れ、ニッケル層に比べ小さい機械的インピ−
ダンスである。また、高分子フィルム上に金属層を形成
した可撓性外側電極も市販されているので容易に入手で
きると共に低価格である。

【００３７】また、本発明の請求項５にかかるケ−ブル
状圧力センサは、可撓性外側電極の金属層が可撓性感圧
体の表面に巻き付けられるとき、前記可撓性外側電極同
志が部分的に積層された構成であるので、可撓性感圧体
全体は金属層で覆われる。従って、金属層をア−ス電位
にして、芯電極と可撓性外側電極間から誘起電圧を検出
することにより外部空間からのノイズを遮断できる。

【００３８】また、本発明の請求項６にかかるケ−ブル
状圧力センサは、可撓性外側電極の金属層が前記可撓性
感圧体の表面に巻き付けられるとき、前記可撓性外側電
極同志が積層せず、距離を置いて巻き付けられた構成で
あるので、ケ−ブル状圧力センサ全体の機械的インピ−
ダンスを低く保持できる。従って、同圧力センサに圧力
が印加されたとき、容易に変形する。

【００３９】本発明の請求項７にかかるケ−ブル状圧力
センサは、可撓性外側電極同志が積層せず、距離を置い
て巻き付けられると共に、更に、導電性編組で被覆され
た構成であるので、ケ−ブル状圧力センサ全体の機械的
インピ−ダンスを低く保持できると共に、更に、金属層
をア−ス電位にして、芯電極と可撓性外側電極間から誘
起電圧を検出することにより外部空間からのノイズを遮
断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるケ−ブル状圧力セン
サの斜視図

【図２】同センサの長尺方向の断面図

【図３】本発明の実施例２におけるケ−ブル状圧力セン
サの断面図

【図４】本発明の他の実施例におけるケ−ブル状圧力セ
ンサの断面図

【図５】従来のケ−ブル状圧力センサの斜視図

【符号の説明】

３ 芯電極 ４ 可撓性感圧体 ５ 可撓性外電極 ７ 可撓性支持体 ８ 金属層 ９ 可撓性外側電極 １０ 可撓性外側電極の積層部 １１ 導電性編組

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 弘之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤井 優子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB19 CC01 DD09 DD11 EE23 FF07 FF43 GG11

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内側電極である芯電極と、前記芯電極の周
   囲に配置された可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の表
   面に配置された可撓性外側電極とから成り、前記可撓性
   外側電極が可撓性支持体とその表面に形成された金属層
   で構成され、前記金属層が前記可撓性感圧体の表面に巻
   き付けられて成るケ−ブル状圧力センサ。
2. 【請求項２】可撓性支持体が高分子フィルムである請求
   項１記載のケ−ブル状圧力センサ。
3. 【請求項３】可撓性支持体がポリエチレンテレフタレ−
   トフィルムである請求項２記載のケ−ブル状圧力セン
   サ。
4. 【請求項４】金属層がアルミニウムで構成された請求項
   １記載のケ−ブル状圧力センサ。
5. 【請求項５】金属層が可撓性感圧体の表面に巻き付けら
   れるとき、前記金属層同志が部分的に積層された請求項
   １記載のケ−ブル状圧力センサ。
6. 【請求項６】金属層が可撓性感圧体の表面に巻き付けら
   れるとき、前記金属層同志が部分的に積層されず、距離
   を置いて巻き付けられた請求項１記載のケ−ブル状圧力
   センサ。
7. 【請求項７】可撓性外側電極の周囲を導電性編組で被覆
   した請求項６記載のケ−ブル状圧力センサ。