JP2020134445A - 圧電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】第１導体と第２導体との間に圧電体を用いた圧電センサに関して、安価な圧電センサを提供する。【解決手段】第１導体と第２導体との間に圧電体２１が設けられた長尺状の圧電素子２０を備え、第１導体が、圧電体２１のおもて面２１ａに、圧電体２１の幅方向両端それぞれから幅方向中心側に間隔をあけて設けられたおもて面導電層２２であり、第２導体が、圧電体２１の裏面２１ｂに、圧電体２１の幅方向両端それぞれから幅方向中心側に間隔をあけて設けられた裏面導電層２３である。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電体を用いた圧電センサに関する。

内部導体と、その内部導体の外周面に接触した圧電体と、その圧電体の外周面に接触した外部導体とからなる圧電センサが知られている（例えば、特許文献１等参照）。この圧電センサは、外部から荷重が加わることで圧電体が変形し、内部導体と外部導体との間に電圧が誘起されるという特性を有している。この特性を利用して、圧力を検知するための圧力センサや振動を検知するための振動センサとして圧電センサを利用することが検討されている。特許文献１に記載された圧電センサは、圧電体の内側に、内部導体になる金属細線が配置され、圧電体の外側に高分子フィルムの両面に金属層を形成した導体フィルムが配置されている。この導体フィルムは、圧電体の外周面に、螺旋状に巻き付けられている。導体フィルムに形成された金属層は、外部導体として機能する。この特許文献１に記載された圧電センサは、外部ノイズの影響を受けやすい。この外部ノイズ対策として、アースまたはグラウンドに接続したシールドフィルムを、導体フィルムの外側に、導体フィルムと同様の方法で巻き付けていくことが考えられる。シールドフィルムを設けることで、外部ノイズを遮断することができる。

特開２０００−２４１２６１号公報

特許文献１に記載の圧電センサは、長尺の圧電センサから必要な長さ分を切り出して作製することが考えられる。しかしながら、圧電センサを切断した時に、内部導体や外部導体がダレたりバリが生じる虞がある。ダレやバリによって内部導体と外部導体とが接触した圧電センサは不良品になってしまうため歩留まりが悪く、結果として圧電センサが高価になってしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑み、安価な圧電センサを提供することを目的とする。

上記目的を解決する本発明の圧電センサは、第１導体と第２導体との間に帯状の圧電体が設けられた長尺状の圧電素子を備え、
前記第１導体が、前記圧電体のおもて面に、該圧電体の幅方向両端それぞれから該幅方向中心側に間隔をあけて設けられたおもて面導電層であり、
前記第２導体が、前記圧電体の裏面に、該圧電体の幅方向両端それぞれから該幅方向中心側に間隔をあけて設けられた裏面導電層であることを特徴とする。

本発明の圧電センサによれば、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまうことを抑制できる。その結果、歩留まりが高まり、安価に圧電センサを作製できる。

また、本発明の圧電センサにおいて、前記圧電素子の周囲を覆うシールド体を備え、
前記シールド体が、前記圧電素子の長手方向に沿って延在し、前記圧電素子を挟み込んだ帯状のものであってもよい。

この圧電センサによれば、帯状のシールド体で圧電素子を挟み込むだけでシールド機能を有する圧電センサを作製することができる。その結果、安価に圧電センサを作製できる。

本発明によれば、安価な圧電センサを提供することができる。

本発明の圧電センサの一実施形態を示す断面図である。 図１に示した圧電センサの端部のうち、回路に接続された側の端部と回路を示す図である。 図１に示した圧電センサの端部のうち、回路に接続されていない側の端部に、絶縁性の端部被覆および導電性を有する端部被覆を施した一例を示す図である。 図１に示した圧電センサの作製手順を示した断面図である。 圧電センサの第１変形例を示す、図１と同様の断面図である。 図５に示した第１変形例の圧電センサにおける、回路に接続された側の端部と回路を示す図である。 図５示した第１変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。

圧電センサの第２変形例を示す、図１と同様の断面図である。 図８に示した第２変形例の圧電センサにおける、回路に接続された側の端部と回路を示す図である。 図８示した第２変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。

圧電センサの第３変形例を示す、図１と同様の断面図である。ある。 図１１示した第３変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。 圧電センサの第４変形例を示す、図１と同様の断面図である。 図１３示した第４変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。

圧電センサの第５変形例を示す、図１と同様の断面図である。 図１５に示した第５変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。 圧電センサの第６変形例を示す、図１と同様の断面図である。 図１７に示した第６変形例の圧電センサの端部のうち、回路に接続されていない側の端部に、絶縁性の端部被覆および導電性を有する端部被覆を施した一例を示す図である。 図１７に示した第６変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。 圧電センサの第７変形例を示す、図１と同様の断面図である。 これまで説明した圧電センサをシーツに取り付けた例を示す図である。 図２１に示した圧電センサにおける端部の処理を示す図である。 シーツへの圧電センサの取り付け方法を変更した例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本本発明の圧電センサの一実施形態を示す断面図である。

図１に示すように、圧電センサ１は、圧電素子２０と、シールド体３０と、シース４０とを有する帯状のセンサである。図１には、圧電センサ１を切断した切断面が示されている。なお、本実施形態の説明に用いる図面では、各部材の厚みを誇張して示している。圧電素子２０は、圧電体２１と、おもて面導電層２２と、裏面導電層２３とから構成されている。圧電素子２０は、帯状の長尺な素子である。この圧電体２１は、圧電センサ１における最も内側に配置されている。以下、圧電素子２０の長手方向を単に長手方向と称し、圧電素子２０の厚み方向（図１では上下方向）を単に厚み方向と称し、長手方向と厚み方向それぞれに直交する方向を幅方向と称する。なお、圧電センサ１と圧電素子２０は、厚み方向、長手方向、および幅方向が全て一致している。

圧電体２１は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）をフィルム状に成形した後、そのフィルム状のＰＶＤＦを長尺の帯状に切断したものである。なお、フィルム状の圧電体２１を切断してから、その切断した圧電体２１におもて面導電層２２および裏面導電層２３を付着させてもよく、切断前のフィルム状の圧電体２１におもて面導電層２２および裏面導電層２３を付着させてから、おもて面導電層２２および裏面導電層２３が付着した圧電体２１を切断してもよい。ＰＶＤＦは、圧電効果が発生する軽量の高分子材料であり、これに圧力を加えると電圧が発生し、電圧を加えると歪が発生する特性を備えている。圧電体２１には分極処理が施されており、圧電体２１に変形が生じたときにおもて面導電層２２と、裏面導電層２３の間に電圧が誘起される。圧電体２１を構成する圧電材料としては、ＰＶＤＦの他に、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があげられる。

圧電体２１の厚みは、０．０２ｍｍ以上０．１２ｍ以下であることが好ましい。圧電体２１の厚さは、厚ければ厚いほど検出感度が良好になるが、圧電体２１の厚さが厚すぎると圧電素子２０、ひいては圧電センサ１が硬くなりすぎてしまい柔軟性に欠けてしまうといった欠点もある。また、圧電体２１の幅は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。

おもて面導電層２２は、圧電体２１の一方の面に成膜された層である。以下、この一方の面をおもて面２１ａと称する。このおもて面導電層２２は、第１導体の一例に相当する。おもて面導電層２２は、蒸着によって銅をおもて面２１ａに付着させることで形成されている。ただし、導電性を有する材料であれば、アルミニウム、スズなどの他の金属材料や導電性樹脂を用いてもよい。また、これらの材料をおもて面２１ａに付着させる方法として、スパッタ、電子ビーム堆積法（ＥＢＤ）、ケミカルベーパーデポジション（ＣＶＤ）、塗布、無電解メッキ、導電接着剤による接着等の他の方法を用いてもよい。図１に示すように、おもて面導電層２２の幅は、圧電体２１の幅よりも少し小さい幅に形成されているので、おもて面２１ａの幅方向両端部は露出している。露出している部分の幅は、圧電体２１の厚み以上の幅にすることが好ましい。圧電素子２０を作製する際に、フィルム状の圧電体２１におもて面導電層２２を成膜し、その後に圧電体２１とおもて面導電層２２を切断して帯状の圧電素子２０を得ることが考えられる。その切断時に、おもて面導電層２２の幅方向端部がダレたりバリが生じることがある。圧電体２１の厚みによっては、ダレた部分またはバリが裏面導電層２３に達して、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまう虞がある。露出している部分の幅を、圧電体２１の厚み以上の幅にすることで、導通してしまうことを抑制できる。また、おもて面導電層２２の厚みが厚いと、大きなバリが形成されることがあるので、露出した部分の幅は、おもて面導電層２２の厚さ以上の幅にすることが好ましい。

裏面導電層２３は、圧電体２１の他方の面に成膜された層である。以下、この他方の面を裏面２１ｂと称する。この裏面導電層２３は、第２導体の一例に相当する。圧電体２１は、おもて面導電層２２と裏面導電層２３の間に挟まれている。裏面導電層２３も、蒸着によって銅を裏面に付着させることで形成されている。ただし、おもて面導電層２２と同様に、他の材料を用いてもよく、これらの材料を蒸着以外の方法で裏面２１ｂに付着させてもよい。また、裏面導電層２３とおもて面導電層２２は、同じ材料で構成されていてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。図１に示すように、裏面導電層２３の幅は、圧電体２１の幅よりも少し小さい幅に形成されているので、裏面２１ｂの両端部は露出している。露出している部分の幅は、圧電体２１の厚み以上の幅にすることが好ましい。圧電素子２０を作製する際に、フィルム状の圧電体２１に裏面導電層２３を成膜し、その後に圧電体２１と裏面導電層２３を切断して帯状の圧電素子２０を得ることが考えられる。その切断時に、裏面導電層２３の幅方向端部がダレたりバリが生じることがある。圧電体２１の厚みによっては、ダレた部分またはバリがおもて面導電層２２に達して、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまう虞がある。露出している部分の幅を、圧電体２１の厚み以上の幅にすることで、導通してしまうことを抑制できる。また、裏面導電層２３の厚みが厚いと、大きなバリが形成されることがあるので、露出した部分の幅は、裏面導電層２３の厚さ以上の幅にすることが好ましい。

以上説明した、おもて面導電層２２の幅および裏面導電層２３の幅に着目してまとめると、
第１導体と第２導体との間に帯状の圧電体が設けられた長尺状の圧電素子を備え、
前記第１導体が、前記圧電体のおもて面に、該圧電体の幅方向両端それぞれから該幅方向中心側に間隔をあけて設けられたおもて面導電層であり、
前記第２導体が、前記圧電体の裏面に、該圧電体の幅方向両端それぞれから該幅方向中心側に間隔をあけて設けられた裏面導電層であることを特徴とする圧電センサである。

シールド体３０は、圧電素子２０の長手方向に沿って延在し、圧電素子２０を挟み込んだ帯状のものである。図１に示すシールド体３０は、第１シールド体３２と、第２シールド体３４とから構成されている。第１シールド体３２は、絶縁性の第１絶縁フィルム３２１の片面全体に、導電性を有する第１シールド層３２２が成膜された帯状のものである。なお、図１および後述する図４では第１シールド層３２２の断面を示すハッチングは省略している。第１絶縁フィルム３２１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のフィルムである。ただし、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、フッ素樹脂（ＰＦＡ）などの他の樹脂フィルムを用いてもよい。第１シールド層３２２は、蒸着によって銅を第１絶縁フィルム３２１に付着させることで形成された層である。ただし、アルミニウム等の他の材料を用いてもよい。また、スパッタ、ＥＢＤ、ＣＶＤ、塗布、浸漬（ドブ付け）、無電解メッキ、接着剤による接着等の他の方法を用いて第１絶縁フィルム３２１に付着させてもよい。第１シールド体３２は、圧電素子２０のおもて面導電層２２よりも外側（図１における上側）に配置されている。第１絶縁フィルム３２１とおもて面導電層２２は接触している。第１シールド層３２２は、第１絶縁フィルム３２１を間に挟むことで、おもて面導電層２２とは非接触で、おもて面導電層２２を覆っている。

第２シールド体３４は、絶縁性の第２絶縁フィルム３４１の片面に、導電性を有する第２シールド層３４２が成膜された帯状のものである。なお、図１および後述する図４では第２シールド層３４２の断面を示すハッチングは省略している。第２シールド体３４は、第１シールド体３２と同一の構成を有する。ただし、絶縁性のフィルムと導電性を有する層とが組み合わされたものであれば、第２シールド体３４を構成する材料と第１シールド体３２を構成する材料とを異なるものにしてもよい。第２シールド体３４は、裏面導電層２３よりも外側（図１における下側）に配置されている。第２絶縁フィルム３４１と裏面導電層２３は接触している。第２シールド層３４２は、第２絶縁フィルム３４１を間に挟むことで、裏面導電層２３とは非接触で、裏面導電層２３を覆っている。

第１シールド体３２の幅方向の両端部と、第２シールド体３４の幅方向の両端部は、連結されている。すなわち、第１絶縁フィルム３２１と第２絶縁フィルム３４１は、幅方向の両端部が接着剤で貼り合わされている。従って、圧電素子２０は、シールド体３０によって周囲を覆われている。なお、熱圧着や超音波接着などを用いて、第１シールド体３２の幅方向の両端部と第２シールド体３４の幅方向の両端部とを貼り付けてもよい。第１シールド層３２２の両端部と第２シールド層３４２の両端部の間には、第１絶縁フィルム３２１と接着剤と第２絶縁フィルム３４１の厚み分の隙間が生じている。圧電センサ１を、振動を測定する振動センサとして使用する場合、この隙間は、測定したい振動の波長のうち、最短の波長に対して１／４以下にすることが望ましい。こうすることで、測定したい波長と同じ波長を有する外部ノイズが、第１シールド層３２２と第２シールド層３４２の両端部に形成されている隙間から侵入することを防止できる。

シース４０は、耐摩耗性、耐薬品性、防錆性を高めるためにシールド体３０の外周を覆っている。シース４０は、第１シース４１と第２シース４２とから構成されている。図１では、各部材が分かるように、第１シース４１と第１シールド体３２の間に若干の隙間が存在しているように示されているが、実際には第１シース４１と第１シールド体３２は接触して配置されている。同様に、第２シース４２と第２シールド体３４も接触して配置されている。すなわち、圧電素子２０を内包したシールド体３０は、第１シース４１と第２シース４２によって挟み込まれている。

第１シース４１および第２シース４２は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製のフィルムである。ただし、第１シース４１および第２シース４２として、ＰＥＴフィルム、４フッ化・６フッ化プロピレン フッ素樹脂（ＦＥＰ）フィルム、ＰＦＡフィルムなど、他の絶縁材質のフィルムを用いてもよい。また、第１シース４１の材質と第２シース４２の材質を異ならせてもよい。第１シース４１および第２シース４２は、幅方向の両端部が接着剤で貼り合わされている。これにより、圧電素子２０およびシールド体３０は、シース４０によって周囲を覆われている。なお、熱圧着や超音波接着などにより、第１シース４１の幅方向の両端部を第２シース４２の幅方向の両端部に貼り付けてもよい。また、シース４０は、単層または複層のチューブ状のものを用いてもよい。さらに、シース４０は、浸漬（ドブ付け）、吹き付け塗装、ハケ塗り、塗布装置などによってシールド体３０の周囲に塗布されたものであってもよい。

図２は、図１に示した圧電センサの端部のうち、回路に接続された側の端部と回路を示す図である。

図２に示すように、おもて面導電層２２と裏面導電層２３は、回路の一例である差動増幅器９０に接続されている。また、第１シールド層３２２および第２シールド層３４２は接地されている。なお、本実施形態における「接地されている」という用語には、アースに接続されている場合の他、グラウンドに接続されている場合を含む。差動増幅器９０は、おもて面導電層２２と裏面導電層２３との電位差を増幅して出力するものである。差動増幅器９０が出力した信号は不図示のＡ／Ｄ変換器やＣＰＵ等によって処理される。なお、差動増幅器９０やＣＰＵ等の回路は、外部ノイズの影響を避けるため、接地された導電性の筐体の中に収納されていることが好ましい。差動増幅器９０には電源電圧Ｖｄｄとして１０Ｖが供給されている。また、裏面導電層２３には、電源電圧Ｖｄｄの半分の電圧（５Ｖ）が基準電圧として印加されている。本実施形態では、電源電圧として１０Ｖを用い、基準電圧として５Ｖを用いているので、正負電源を用いなくても信号を得ることができる。

上述の圧電センサ１に対して振動等の外力が加えられると、圧電素子２０が変形し、その圧電効果によっておもて面導電層２２と裏面導電層２３の電位差が変動する。この電位差が差動増幅器９０によって増幅されて出力される。すなわち圧電センサ１は、振動等の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。また、上述の圧電センサ１は、おもて面導電層２２と裏面導電層２３は、接地されたシールド体３０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。

また、圧電センサ１は、回路に接続されていない側の端部で、おもて面導電層２２、裏面導電層２３、シールド体３０が露出していると、これらが互いに接触して振動等の外力に基づく信号が正確に得られなくなる虞がある。このため、おもて面導電層２２、裏面導電層２３、およびシールド体３０は確実に絶縁状態しておくことが好ましい。また、おもて面導電層２２および裏面導電層２３の一部に、シールド体３０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も、おもて面導電層２２および裏面導電層２３をシールドしておくことが好ましい。

図３は、図１に示した圧電センサの端部のうち、回路に接続されていない側の端部に、絶縁性の端部被覆および導電性を有する端部被覆を施した一例を示す図である。この端部には、２つの絶縁性の端部被覆と、導電性を有する１つの端部被覆が施されている。図３では、各端部被覆を理解しやすいように、各端部被覆が施される様子を図３（ａ）から（ｄ）まで段階的に示している。

図３（ａ）には、端部被覆が施されておらず、圧電素子２０およびシールド体３０が露出した端部が示されている。図３（ｂ）には、図３（ａ）に示す、圧電素子２０の端部が、絶縁性の第１端部被覆９１で覆われた様子が示されている。この例では、圧電体２１、おもて面導電層２２および裏面導電層２３は、第１端部被覆９１で覆われることで、第１シールド層３２２および第２シールド層３４２と接触してしまうことが防止されている。

図３（ｃ）には、図３（ｂ）で示す状態から、第１端部被覆９１ごとシールド体３０の端部までが導電性を有する第２端部被覆９２で覆われた様子が示されている。第１シールド層３２２と第２端部被覆９２、第２シールド層３４２と第２端部被覆９２それぞれは接触している。従って、第１シールド層３２２の電位、第２シールド層３４２の電位、および第２端部被覆９２の電位は全て同じになる。この第２端部被覆９２により、回路に接続されていない側の端部にある、おもて面導電層２２および裏面導電層２３は、外部ノイズの影響を受けにくくなる。

図３（ｄ）には、図３（ｃ）で示す状態から、第２端部被覆９２ごとシース４０の端部までが絶縁性の第３端部被覆９３で覆われた様子が示されている。圧電素子２０の端部、シールド体３０の端部、第１端部被覆９１、および第２端部被覆９２が設けられた端部を第３端部被覆９３によって物理的に保護することができる。なお、この第３端部被覆９３を熱収縮（あるいは熱融着）する大きめの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シールド体３０、シース４０、および第２端部被覆９２に密着させてもよい。

第１端部被覆９１および第３端部被覆９３の材質は、絶縁性のもの（例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、等）であればよい。また、第２端部被覆９２の材質は、導電性のもの（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、第１端部被覆９１、第２端部被覆９２、および第３端部被覆９３の形状は、フィルム状、メッシュ状、円柱状などを用いてもよく、その形状が限定されるものではない。さらに、上述した第１端部被覆９１、第２端部被覆９２、および第３端部被覆９３のうちの、１つまたは２つを省略してもよい。加えて、例えば、圧電素子２０とシールド体３０の端面が同一平面状に形成されている場合には、その端面を絶縁性の部材で覆い、その外側を第１シールドおよび第２シールド層３４２のうち少なくとも一方に接するように導電性を有する部材で覆い、さらにその部材の外側に絶縁性の被覆を設けてもよい。また、圧電素子２０を、シールド体３０よりも少し短くし、第１絶縁フィルム３２１または第２絶縁フィルム３４１を内側にして圧電素子２０の端面をシールド体３０で包み、その外側に絶縁性の部材を設けてもよい。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。

続いて、圧電センサ１の作製手順について説明する。

図４は、図１に示した圧電センサの作製手順を示した断面図である。

図４（ａ）に示すように、先ず、帯状の圧電体２１のおもて面２１ａにおもて面導電層２２を成膜し、裏面２１ｂに裏面導電層２３を成膜した圧電素子２０を用意する。また、図４（ｂ）に示すように、第１絶縁フィルム３２１の一方の面に、第１シールド層３２２が成膜された第１シールド体３２と、第２絶縁フィルム３４１の一方の面に、第２シールド層３４２が成膜された第２シールド体３４を用意する。なお、本実施形態の第１シールド体３２と第２シールド体３４は同一のものであるので、倍の大きさのシールド体を用意し、長手方向に沿って半分に切断して第１シールド体３２および第２シールド体３４を作製してもよい。

次に、図４（ｃ）に示すように、第２シールド層３４２を下側にした状態の第２シールド体３４の上に圧電素子２０を載せ、その圧電素子２０の上に、第１絶縁フィルム３２１を下側にした状態で第１シールド体３２を載せる。そして、第１絶縁フィルム３２１の幅方向の端部と第２絶縁フィルム３４１の幅方向の端部を接着剤で貼り合わせていく。なお、第２絶縁フィルム３４１の上面全体と、第１絶縁フィルム３２１の下面全体に接着剤を塗布した後、第２シールド体３４の上に圧電素子２０を載せ、さらにその上に第１シールド体３２を載せて、第１絶縁フィルム３２１の幅方向の端部と第２絶縁フィルム３４１の幅方向の端部を貼り合わせてもよい。また、貼り合わせ方法としてロールツーロール方式を用いてもよく、その場合には、圧電素子２０と第１シールド体３２と第２シールド体３４を同時に貼り合わせてもよい。

そして、図４（ｄ）に示すように、第１シース４１と第２シース４２を用意する。最後に、図４（ｅ）に示すように、第１シース４１と第２シース４２の間に、圧電素子２０を内包したシールド体３０を挟み込んで、第１シース４１の幅方向の端部と第２シース４２の幅方向の端部を接着剤で貼り合わせる。なお、第１シース４１の片面全体と第２シース４２の片面全体に接着剤を塗布した後、接着剤を塗布した面を上面にした第２シース４２の上に圧電素子２０内包したシールド体３０を載せて、接着剤を塗布した面を下面にした第１シース４１をそのシールド体３０の上に載せて、第１シース４１の幅方向の端部と第２シース４２の幅方向の端部を貼り合わせても良い。また、圧電素子２０内包したシールド体３０と第１シース４１と第２シース４２の貼り合わせにロールツーロール方式を用いてもよい。その場合には、圧電素子２０と第１シールド体３２と第２シールド体３４を同時に貼り合わせてもよい。以上により、圧電センサ１を得ることができる。

この実施形態では、帯状のシールド体３０で帯状の圧電素子２０を挟み込み、その外周を帯状のシース４０で挟み込むだけでシールド機能を有する圧電センサ１を作製することができる。従って、安価に圧電センサ１を作製することができる。

続いて、本実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、これまで説明した構成要素の名称と同じ構成要素の名称には、これまで用いた符号と同じ符号を付すことがあり、重複する説明は省略することがある。

図５は、圧電センサの第１変形例を示す、図１と同様の断面図である。なお、図５では第１シールド層３２２および第２シールド層３４２の断面を示すハッチングは省略している。

第１変形例は、裏側絶縁フィルム２４が設けられている点と、裏面導電層２３が、圧電体２１に対して幅方向にずれた位置に配置されている点とが図１に示した例と異なる。図５に示すように、この第１変形例では、圧電素子２０は、圧電体２１と、おもて面導電層２２と、裏面導電層２３と、裏側絶縁フィルム２４とから構成されている。裏側絶縁フィルム２４は、ＰＥＴ製のフィルムである。ただし、ＰＥ、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＦＡなどの他の樹脂フィルムを用いてもよい。裏面導電層２３は、蒸着によって銅を裏側絶縁フィルム２４の一方の面に付着させることで形成された層である。ただし、アルミニウム等の他の材料を用いてもよい。また、スパッタ、ＥＢＤ、ＣＶＤ、塗布、無電解メッキ、接着剤による接着等の他の方法を用いて裏側絶縁フィルム２４に付着させてもよい。裏面導電層２３と裏側絶縁フィルム２４は、圧電体２１に貼り付けられている。具体的には、裏面導電層２３は、導電性接着剤によって圧電体２１に貼り付けられている。これにより、裏面導電層２３と圧電体２１は電気的に接続されている。なお、第１シールド体３２の幅方向の端部と第２シールド体３４の幅方向の端部を貼り合わせることによって、裏面導電層２３と圧電体２１を互いに押し付けて、裏面導電層２３と圧電体２１を密着させてもよい。また、裏面導電層２３と圧電体２１とを導電性の樹脂で接続してもよい。

裏面導電層２３は、裏側絶縁フィルム２４とともに圧電体２１とは幅方向にずれた状態で圧電体２１に貼り付けられている。従って、裏面導電層２３は、圧電体２１の幅方向の一端２１ｃから幅方向に間隔をあけて裏面２１ｂに接している。換言すれば、圧電体２１の裏面２１ｂは、幅方向の一端２１ｃから幅方向に所定間隔分だけ、裏面導電層２３および裏側絶縁フィルム２４に覆われていない部分があり、その部分は露出している。裏面導電層２３を成膜する際に、裏面導電層２３の幅方向端部にバリが生じる場合がある。裏面導電層２３の幅方向端部と圧電体２１の幅方向端部を一致させた状態で、裏面導電層２３を圧電体２１に貼り付けると、裏面導電層２３の幅方向端部にバリが生じている場合には、そのバリがおもて面導電層２２に達し、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまう虞がある。また、裏面導電層２３と圧電体２１を貼り付けるための導電性接着剤がおもて面導電層２２に達してしまい、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまう虞もある。これに対し、裏面導電層２３と圧電体２１とを幅方向にずれた状態にすることで、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまうことを防止できる。

また、裏面導電層２３および裏側絶縁フィルム２４を、圧電体２１とは幅方向にずれた状態にすることで、裏面導電層２３の他端側部分および裏側絶縁フィルム２４の他端側部分は、圧電体２１における幅方向の他端２１ｄから幅方向に突出している。これにより、裏面導電層２３のうち突出している部分は、圧電体２１に覆われておらず露出している。

図６は、図５に示した第１変形例の圧電センサにおける、回路に接続された側の端部と回路を示す図である。

図６に示すように、裏面導電層２３は、上述の突出している部分（露出している部分）に、外部配線が接続されている。裏面導電層２３は、圧電体２１と裏側絶縁フィルム２４によって覆われているので、裏面導電層２３に外部配線を接続するためには、裏面導電層２３の端部を覆っている圧電体２１を、裏面導電層２３からひき剥がす必要が生じる。第１変形例の圧電センサ１では、裏面導電層２３が、圧電体２１における幅方向の他端２１ｄから幅方向に突出して露出している部分を有するので、圧電体２１を剥がさなくても裏面導電層２３に外部配線を接続することができる。なお、回路に接続されていない側の端部は、その端部における、上述の突出している部分を切り取った上で、圧電素子２０の端部を図３に示した第１端部被覆９１で覆えばよい。

図７は、図５示した第１変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。なお、図７では第１シールド層３２２および第２シールド層３４２の断面を示すハッチングは省略している。

図７（ａ）に示すように、先ず、帯状の圧電体２１のおもて面２１ａにおもて面導電層２２を成膜したものと、裏側絶縁フィルム２４の一方の面に裏面導電層２３を成膜したものを用意する。そして、図７（ｂ）に示すように、導電性接着剤を用いて、裏面導電層２３を圧電体２１の裏面２１ｂに幅方向にずらして貼り合わせる。なお、貼り合わせ方法としてロールツーロール方式を用いてもよい。以上により、圧電素子２０が作製される。以降は、図４に示した作製手順と同様に、図７（ｃ）に示すように、第１シールド体３２および第２シールド体３４を用意し、図７（ｄ）に示すように第１シールド体３２と第２シールド体３４の間に圧電素子２０を挟み込む。そして、図７（ｅ）に示すように、第１シース４１と第２シース４２を用意して、図７（ｆ）に示すように、第１シース４１と第２シース４２の間に、圧電素子２０内包したシールド体３０を挟み込むことで、第１変形例の圧電センサ１を得ることができる。

図８は、圧電センサの第２変形例を示す、図１と同様の断面図である。なお、図８では、第１シールド層３２２、第２シールド層３４２、およびシースシールド４４の断面を示すハッチングは省略している。

第２変形例の説明では、主に第１変形例との違いについて説明し、第１変形例と重複する説明は省略することがある。第２変形例は、おもて側絶縁フィルム２５が設けられている点、おもて面導電層２２が圧電体２１に対して幅方向にずれた状態で配置されている点、シース４０がチューブ状である点、およびシース４０にシースシールド４４が設けられている点が第１変形例とは異なる。

図８に示すように、第２変形例では、圧電素子２０は、圧電体２１と、おもて面導電層２２と、裏面導電層２３と、裏側絶縁フィルム２４と、おもて側絶縁フィルム２５から構成されている。おもて面導電層２２は、蒸着によって銅をおもて側絶縁フィルム２５の一方の面に付着させることで形成された層である。ただし、アルミニウム等の他の材料を用いてもよい。また、スパッタ、ＥＢＤ、ＣＶＤ、塗布、無電解メッキ、接着剤による接着等の他の方法を用いて裏側絶縁フィルム２４に付着させてもよい。裏面導電層２３は、おもて面導電層２２と同じ材質および方法で裏側絶縁フィルム２４の一方の面に形成された層である。なお、おもて面導電層２２と裏面導電層２３は、異なる材料で構成されていてもよく、異なる方法で形成されたものであってもよい。

おもて側絶縁フィルム２５は、第１変形例の裏側絶縁フィルム２４と同じＰＥＴ製のフィルムである。ただし、ＰＥ、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＦＡなどの他の樹脂フィルムを用いてもよい。また、裏側絶縁フィルム２４とおもて側絶縁フィルム２５とを異なる材質のものにしてもよい。

おもて面導電層２２は、おもて側絶縁フィルム２５とともに圧電体２１に貼り付けられている。具体的には、おもて面導電層２２が圧電体２１に導電性接着剤により貼り付けられている。これにより、おもて面導電層２２と圧電体２１は電気的に接続されている。なお、第１シールド体３２の幅方向の端部と第２シールド体３４の幅方向の端部を貼り合わせることによって、おもて面導電層２２と圧電体２１を互いに押し付けて、おもて面導電層２２と圧電体２１を密着させてもよい。また、裏面導電層２３と圧電体２１とを導電性の樹脂で接続してもよい。

おもて面導電層２２およびおもて側絶縁フィルム２５は、圧電体２１とは幅方向にずれた状態で圧電体２１に貼り付けられている。従って、おもて面導電層２２は、圧電体２１の幅方向の他端２１ｄから幅方向に間隔をあけておもて面２１ａに接している。換言すれば、圧電体２１のおもて面２１ａは、幅方向の他端２１ｄから幅方向に所定間隔分だけ、おもて面導電層２２およびおもて側絶縁フィルム２５に覆われていない部分があり、その部分は露出している。おもて面導電層２２を成膜する際に、おもて面導電層２２の幅方向端部にバリが生じる場合がある。おもて面導電層２２の幅方向端部と圧電体２１の幅方向端部を一致させた状態で、おもて面導電層２２と圧電体２１とを貼り付けると、おもて面導電層２２の幅方向端部にバリが生じている場合には、そのバリが裏面導電層２３に達して、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまう虞がある。また、おもて面導電層２２と圧電体２１を貼り付けるための導電性接着剤が裏面導電層２３に達してしまい、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまう虞もある。これに対し、おもて面導電層２２と圧電体２１とを幅方向にずれた状態にすることで、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまうことを防止できる。

また、おもて面導電層２２およびおもて側絶縁フィルム２５を、圧電体２１とは幅方向にずれた状態にすることで、おもて面導電層２２の一端側部分およびおもて側絶縁フィルム２５の一端側部分は、圧電体２１における幅方向の一端２１ｃから幅方向に突出している。これにより、裏面導電層２３のうち、突出している部分は、圧電体２１に覆われておらず露出している。

シース４０は、チューブ状の外皮４３とシースシールド４４とから構成されている。この第２変形例におけるシース４０は、外部被覆の一例に相当し、シースシールド４４は、導電膜の一例に相当する。外皮４３は、ＰＶＣ製のチューブである。ただし、外皮４３として、ＰＥ、ＰＥＴ、ＦＥＰ、ＰＦＡなど、他の絶縁材質のチューブを用いてもよい。シースシールド４４は、外皮４３の内側に配置されたすずめっき銅製のシールド編線である。なお、シースシールド４４として、真鍮など他の材質の編線などを用いてもよい。シース４０にシースシールド４４を設けることで、圧電素子２０およびシールド体３０を物理的に保護できるだけでなく、第１シールド層３２２および第２シールド層３４２とあわせて２重のシールド効果を得ることができる。

図９は、図８に示した第２変形例の圧電センサにおける、回路に接続された側の端部と回路を示す図である。

図９に示すように、おもて面導電層２２は、上述の突出している部分（露出している部分）に、外部配線が接続されている。図５に示したおもて面導電層２２は、圧電体２１とおもて側絶縁フィルム２５によって覆われているので、おもて面導電層２２に外部配線を接続するためには、おもて面導電層２２の端部を覆っている圧電体２１を、おもて面導電層２２からひき剥がす必要が生じる。これに対し、第２変形例の圧電センサ１では、おもて面導電層２２が、圧電体２１における幅方向の一端２１ｃよりも一端２１ｃ側に突出して露出している部分を有するので、圧電体２１をひき剥がさなくてもおもて面導電層２２に外部配線を接続することができる。なお、回路に接続されていない側の端部は、その端部においける、上述の突出している部分を切り取った上で、圧電素子２０の端部を図３に示した第１端部被覆９１で覆えばよい。

図１０は、図８示した第２変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。なお、図１０では、第１シールド層３２２、第２シールド層３４２、およびシースシールド４４の断面を示すハッチングは省略している。

図１０（ａ）に示すように、先ず、帯状の圧電体２１と、裏側絶縁フィルム２４の一方の面に裏面導電層２３を成膜したものと、おもて側絶縁フィルム２５の一方の面におもて面導電層２２を成膜したものを用意する。そして、図１０（ｂ）に示すように、導電性接着剤を用いて、圧電体２１のおもて面２１ａにおもて面導電層２２を幅方向にずらして貼り付ける。また、圧電体２１の裏面２１ｂに裏面導電層２３を幅方向にずらして貼り合わせる。なお、貼り合わせ方法としてロールツーロール方式を用いてもよい。その場合には、帯状の圧電体２１と、裏側絶縁フィルム２４の一方の面に裏面導電層２３を成膜したものと、おもて側絶縁フィルム２５の一方の面におもて面導電層２２を成膜したものとを同時に貼り合わせてもよい。以上により、圧電素子２０が作製される。

次に、図１０（ｃ）に示すように、第１絶縁フィルム３２１の一方の面に、第１シールド層３２２が成膜された第１シールド体３２と、第２絶縁フィルム３４１の一方の面に、第２シールド層３４２が成膜された第２シールド体３４を用意する。そして、図１０（ｄ）に示すように、第２シールド層３４２を下側にした状態で第２シールド体３４の上に圧電素子２０を載せ、その圧電素子２０の上に、第１絶縁フィルム３２１を下側にした状態で第１シールド体３２を載せる。そして、第１絶縁フィルム３２１の幅方向の端部と第２絶縁フィルム３４１の幅方向の端部を接着剤で貼り合わせていく。

そして、図１０（ｅ）に示すように、チューブ状の外皮４３とシースシールド４４とから構成されたチューブ状のシース４０を用意する。最後に、図１０（ｆ）に示すように、シース４０の中に、図１０（ｄ）で作製したシールド体３０に覆われた圧電素子２０を挿入する。以上により、第２変形例の圧電センサ１を得ることができる。なお、外皮４３に熱収縮性のチューブを用い、圧電素子２０を内包するシールド体３０をシース４０内に挿入した後に、外皮４３に熱を加えて収縮させ、シールド体３０とシースシールド４４とを密着させてもよい。また、シールド体３０とシースシールド４４の間に接着剤を充填してもよい。

図１１は、圧電センサの第３変形例を示す、図１と同様の断面図である。なお、図１１では、第１シールド層３２２および第２シールド層３４２の断面を示すハッチングは省略している。

第３変形例の説明では、主に第２変形例との違いについて説明し、第２変形例と重複する説明は省略することがある。第３変形例は、裏側絶縁フィルム２４とおもて側絶縁フィルム２５の構造と、第１シールド層３２２が第１絶縁フィルム３２１の内側に配置されている点と、第２シールド層３４２が第２絶縁フィルム３４１の内側に配置されている点と、シース４０にシースシールド４４が設けられていない点が第２変形例とは異なる。

図１１に示すように、裏面導電層２３は、裏側絶縁フィルム２４の幅方向の中央部分にのみ成膜されている。従って、裏側絶縁フィルム２４の幅方向の両端部分には裏面導電層２３が成膜されていない。この第３変形例における裏側絶縁フィルム２４は、第２絶縁体の一例に相当する。逆に言えば、裏側絶縁フィルム２４の幅方向の両端は、裏面導電層２３に対して幅方向に突出している。同様に、おもて面導電層２２は、おもて側絶縁フィルム２５の幅方向の中央部分にのみ成膜されている。この第３変形例におけるおもて側絶縁フィルム２５は、第１絶縁体の一例に相当する。従って、おもて側絶縁フィルム２５の幅方向の両端部分にはおもて面導電層２２が成膜されていない。逆に言えば、おもて側絶縁フィルム２５の幅方向の両端は、おもて面導電層２２に対して幅方向に突出している。

裏側絶縁フィルム２４とおもて側絶縁フィルム２５は、おもて面導電層２２と裏面導電層２３が成膜されていない両端部分が熱圧着されることで接着されている。なお、裏側絶縁フィルム２４とおもて側絶縁フィルム２５の両端部は、超音波接着で連結してもよく、接着剤を用いて貼り合わせてもよい。裏側絶縁フィルム２４とおもて側絶縁フィルム２５の幅方向の両端部を接着することで、おもて面導電層２２は圧電体２１のおもて面２１ａに押し付けられた状態になり、裏面導電層２３は圧電体２１の裏面２１ｂに押し付けられた状態になる。このため、第３変形例では、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とを導電性接着剤で圧電体２１に貼り付けなくてもおもて面導電層２２と裏面導電層２３を圧電体２１と電気的に接続することができる。導電性接着剤を省略することで、導電性接着剤の費用や製造コストを低減することができる。ただし、おもて面導電層２２と裏面導電層２３を、導電性接着剤を用いておもて面導電層２２と裏面導電層２３とを圧電体２１に貼り付けてもよい。導電性接着剤で貼り付けることで、おもて面導電層２２および裏面導電層２３を、長手方向の全長に渡って確実に圧電体２１に電気的に接続させることができる。また、おもて面導電層２２と裏面導電層２３が圧電体２１に対してずれ動いてしまうことを確実に防止できる。なお、裏側絶縁フィルム２４とおもて側絶縁フィルム２５の材質として、上述したものの他、シース４０と同様のＰＶＣやＦＥＰを用いてもよい。

第１シールド層３２２は、第１絶縁フィルム３２１の内側に配置されている。また、第２シールド層３４２は第２絶縁フィルム３４１の内側に配置されている。第１絶縁フィルム３２１の幅方向の両端と第２絶縁フィルム３４１の両端は、熱圧着で互いに押し付けられることで、第１シールド層３２２および第２シールド層３４２よりもほんの少し幅方向外側にはみ出して、そのはみ出した部分で接着されている。熱圧着を採用することで、接着剤を用いなくても第１絶縁フィルム３２１と第２絶縁フィルム３４１の両端部を接着できるので接着剤の費用が不要になる上に、確実な接着が可能になる。また、第１シールド層３２２の幅方向の両端部と第２シールド層３４２の幅方向の両端部は、その両端部で接触している。したがって、第１シールド層３２２と前記第２シールド層３４２とは電気的に接続されている。これにより、シールド効果がより高まる。また、第１シールド層３２２と第２シールド層３４２の間に隙間が生じないので、波長が極短い外部ノイズであっても、第１シールド層３２２と第２シールド層３４２の隙間を通って圧電素子２０に到達してしまうことがない。

なお、おもて面導電層２２と第１シールド層３２２の間には、おもて側絶縁フィルム２５が配置されているので、第１絶縁フィルム３２１の内側に第１シールド層３２２を配置しても、おもて面導電層２２と第１シールド層３２２が接触していまうことはない。また、裏面導電層２３と第２シールド層３４２の間には、裏側絶縁フィルム２４が配置されているので、第２絶縁フィルム３４１の内側に第２シールド層３４２を配置しても、裏面導電層２３と第２シールド層３４２が接触していまうことはない。

シース４０は、チューブ状の外皮４３のみで構成されている。ただし、シースシールド４４を設けてもよい。また、図１に示した帯状の第１シース４１と帯状の第２シース４２によって、圧電素子２０を内包したシールド体３０を挟み込み、第１シース４１と第２シース４２の両端部を貼り合わせた構成にしてもよい。なお、第１絶縁フィルム３２１と第２絶縁フィルム３４１として耐摩耗性、耐薬品性、防錆性が高いものを採用し、シース４０を省略してもよい。

図１２は、図１１示した第３変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。なお、図１２では、第１シールド層３２２および第２シールド層３４２の断面を示すハッチングは省略している。

図１２（ａ）に示すように、先ず、帯状の圧電体２１と、裏側絶縁フィルム２４の一方の面における幅方向中央部分に裏面導電層２３を成膜したものと、おもて側絶縁フィルム２５の一方の面における幅方向中央部分におもて面導電層２２を成膜したものを用意する。なお、図１２（ａ）に示すように、裏面導電層２３は、裏側絶縁フィルム２４の幅方向方の一方にやや片寄せられた位置に成膜されている。同様におもて面導電層２２は、おもて側絶縁フィルム２５の幅方向方の他方にやや片寄せられた位置に成膜されている。そして、図１２（ｂ）に示すように、おもて面導電層２２と圧電体２１のおもて面２１ａとが幅方向にずれた位置になるように、裏側絶縁フィルム２４の上面に形成された裏面導電層２３の上に圧電体２１を載せる。また、おもて面導電層２２と圧電体２１の裏面２１ｂとが幅方向にずれた位置になるように、おもて側絶縁フィルム２５の下面に形成されたおもて面導電層２２を、その圧電体２１の上に載せる。そして、裏側絶縁フィルム２４とおもて側絶縁フィルム２５の両端部を接着剤で貼り合わせる。以上により、圧電素子２０が作製される。

次に、図１２（ｃ）に示すように、第１絶縁フィルム３２１の一方の面に、第１シールド層３２２が成膜された第１シールド体３２と、第２絶縁フィルム３４１の一方の面に、第２シールド層３４２が成膜された第２シールド体３４を用意する。そして、図１２（ｄ）に示すように、第２シールド層３４２を上側にした状態で第２シールド体３４の上に圧電素子２０を載せ、その圧電素子２０の上に、第１絶縁フィルム３２１を上側にした状態で第１シールド体３２を載せる。そして、第１絶縁フィルム３２１の幅方向の端部と第２絶縁フィルム３４１の幅方向の端部を熱圧着することで、第１絶縁フィルム３２１の幅方向の端部と第２絶縁フィルム３４１の幅方向の端部のうち、第１シールド層３２２および第２シールド層３４２よりも幅方向外側にはみ出した部分を接着する。

最後に、図１２（ｅ）に示すように、チューブ状のシース４０を用意し、図１２（ｆ）に示すように、シース４０の中に、図１２（ｄ）で作製した、圧電素子２０を内包したシールド体３０を挿入する。以上により、第３変形例の圧電センサ１を得ることができる。なお、外皮４３に熱収縮性のチューブを用い、シールド体３０に覆われた圧電素子２０をシース４０内に挿入した後に、シース４０に熱を加えて収縮させ、シールド体３０とシース４０とを密着させてもよい。また、シールド体３０とシース４０の間に接着剤を充填してもよい。

図１３は、圧電センサの第４変形例を示す、図１と同様の断面図である。なお、図１３では、第１シールド層３２２、第２シールド層３４２、第１シースシールド４４１、および第２シースシールド４４２の断面を示すハッチングは省略している。

第４変形例の説明では、主に第３変形例との違いについて説明し、第３変形例と重複する説明は省略することがある。第４変形例は、シース４０の構造が第３変形例とは異なる。

図１３に示すように、第４変形例のシース４０は、帯状の第１外皮４３１と帯状の第２外皮４３２と第１シースシールド４４１と第２シースシールド４４２とから構成されている。この第４変形例におけるシース４０は、外部被覆の一例に相当し、第１シースシールド４４１と第２シースシールド４４２は、導電膜の一例に相当する。第１外皮４３１および第２外皮４３２は、ＰＶＣ製のフィルムである。ただし、ＰＥ、ＰＥＴ、ＦＥＰ、ＰＦＡなど、他の絶縁材質のフィルムを用いてもよい。

第１シースシールド４４１は、蒸着によって銅を第１外皮４３１の内側面に付着させることで形成された層である。ただし、第１シースシールド４４１は、第１外皮４３１の幅方向の両端部には形成されていない。なお、第１シースシールド４４１は、アルミニウム等の他の材料で形成されていてもよい。また、スパッタ、ＥＢＤ、ＣＶＤ、塗布、浸漬、無電解メッキ、接着剤による接着等の他の方法を用いて第１外皮４３１に付着させてもよい。第２シースシールド４４２も、同様に蒸着によって銅を第２外皮４３２の内側面に付着させることで形成された層である。第２シースシールド４４２も、第２外皮４３２の幅方向の両端部には形成されていない。なお、第２シースシールド４４２は、アルミニウム等の他の材料で形成されていてもよい。また、スパッタ、ＥＢＤ、ＣＶＤ、塗布、浸漬、無電解メッキ、接着剤による接着等の他の方法を用いて第２外皮４３２に付着させてもよい。

第１外皮４３１と第２外皮４３２は、第１シースシールド４４１と第２シースシールド４４２が形成されていない幅方向両端部が熱圧着されることで接着されている。なお、第１外皮４３１と第２外皮４３２の両端部を超音波接着で連結してもよく、接着剤を用いて貼り合わせてもよい。第１外皮４３１と第２外皮４３２の幅方向両端部が接着されることで、第１シースシールド４４１と第２シースシールド４４２は、幅方向端部どうしが接触している。この第４変形例では、シース４０に第１シースシールド４４１と第２シースシールド４４２を設けることで、圧電素子２０およびシールド体３０を物理的に保護できるだけでなく、第１シールド層３２２と第２シールド層３４２とあわせて２重のシールド効果を得ることができる。

図１４は、図１３示した第４変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。なお、図１３では、第１シールド層３２２、第２シールド層３４２、第１シースシールド４４１、および第２シースシールド４４２の断面を示すハッチングは省略している。

図１４（ａ）から図１４（ｄ）に示す、圧電素子２０の作製手順およびシールド体３０によりその圧電素子２０を被覆する手順は、第３変形例と同様である。シールド体３０に被覆された圧電素子２０を作製したら、図１４（ｅ）に示すように、第１外皮４３１の一方の面のうち、幅方向両端部以外に、第１シースシールド４４１が成膜されたものと、第２外皮４３２の一方の面のうち、幅方向両端部以外に、第２シースシールド４４２が成膜されたものを用意する。そして、図１４（ｆ）に示すように、第２外皮４３２を下側、第２シースシールド４４２を上側にしたものの上に、圧電素子２０を内包したシールド体３０を載せる。その後、そのシールド体３０に被覆された圧電素子２０の上に、第１シースシールド４４１を下側、第１外皮４３１を上側にしたものを載せる。最後に、第１外皮４３１と第２外皮４３２の、第１シースシールド４４１と第２シースシールド４４２が形成されていない幅方向両端部を熱圧着する。以上により、第４変形例の圧電センサ１を得ることができる。

図１５は、圧電センサの第５変形例を示す、図１と同様の断面図である。なお、図１５ではシールド層３１２の断面を示すハッチングは省略している。

第５変形例の説明では、主に図１に示した圧電センサ１との違いについて説明し、重複する説明は省略することがある。第５変形例は、シールド体３０とシース４０の構造が図１に示した圧電センサ１とは異なる。図１５に示すように、第５変形例のシールド体３０は、絶縁性の絶縁フィルム３１１の片面全体に、導電性を有するシールド層３１２が成膜された帯状のものである。このシールド体３０は、図１に示した第１シールド体３２または第２シールド体３４に対して約倍の幅を有する。シールド体３０は、幅方向の中央で長手方向に沿って折り曲げられ、圧電素子２０を挟み込んだ状態で、幅方向の端部どうしが接着剤で貼り合わされている。なお、熱圧着や超音波接着などでシールド体３０の幅方向の端部を貼り合わせてもよい。

第５変形例のシース４０は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製のフィルムである。ただし、このシース４０として、ＰＥＴフィルム、ＦＥＰフィルム、ＰＦＡフィルムなど、他の絶縁材質のフィルムを用いてもよい。シース４０は、図１に示した第１シース４１または第２シース４２に対して約倍の幅を有する。シース４０は、幅方向の中央で長手方向に沿って折り曲げられ、圧電素子２０を内包したシールド体３０を挟み込んだ状態で、幅方向の端部どうしが接着剤で貼り合わされている。なお、熱圧着や超音波接着などでシース４０の幅方向の端部を貼り合わせてもよい。

図１６は、図１５に示した第５変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。なお、図１６では、シールド層３１２の断面を示すハッチングは省略している。

図１６（ａ）に示すように、先ず、おもて面導電層２２と裏面導電層２３が成膜された圧電素子２０を用意する。また、図１６（ｂ）に示すように、絶縁性の絶縁フィルム３１１の片面全体に、導電性を有するシールド層３１２が成膜されたシールド体３０を用意する。次に、図１６（ｃ）に示すように、絶縁フィルム３１１を内側にした状態で圧電素子２０をシールド体３０で挟み込み、絶縁フィルム３１１の幅方向の端部を接着剤で貼り合わせる。なお、貼り合わせ方法としてロールツーロール方式を用いてもよい。ロールツーロール方式を用いる場合には、圧電素子２０を挟み込んで絶縁フィルム３１１を折りたたむ折りたたみ機構を、ロールとロールの間に設ければよい。

最後に、図１６（ｄ）に示すように、シース４０を用意し、図１６（ｅ）に示すように、圧電素子２０を内包したシールド体３０をシース４０で挟み込んで、シース４０の幅方向の端部を貼り合わせる。以上により、第５変形例の圧電センサ１を得ることができる。

この第５変形例では、シールド体３０とシース４０をそれぞれ１枚用意するだけで圧電センサ１を得ることができるので、部品点数を減らせるとともに、貼り合わせ部分が少なくてすむので圧電センサ１の作製が簡便になる。従って、圧電センサ１を安価に作製できる。

図１７は、圧電センサの第６変形例を示す、図１と同様の断面図である。なお、図１６では第１シールド層３２２および第２シールド層３４２の断面を示すハッチングは省略している。

第６変形例の説明では、主に図１に示した圧電センサ１との違いについて説明し、重複する説明は省略することがある。第６変形例は、シールド体３０が３層で構成されている点とシース４０が省略されている点が図１に示した圧電センサ１とは異なる。図１６に示すように、第６変形例の第１シールド体３２は、絶縁性の第１絶縁フィルム３２１と導電性の第１シールド層３２２と絶縁性の第３絶縁フィルム３２３とから構成されている。第１絶縁フィルムは、圧電素子２０側になる内側に設けられ、圧電素子２０のおもて面導電層２２に接触している。第１シールド層３２２は、内側に配置された第１絶縁フィルム３２１と外側に配置された第３絶縁フィルム３２３で挟み込まれている。第３絶縁フィルム３２３は、ＰＶＣ製のフィルムである。ただし、ＦＥＰフィルム、ＰＦＡフィルムなど、他の絶縁材質のフィルムを用いてもよい。この第３絶縁フィルム３２３は、第１絶縁フィルム３２１よりも厚い。第３絶縁フィルムによって、圧電素子２０、第１絶縁フィルム３２１、および第１シールド層３２２は物理的に保護されている。すなわち、第３絶縁フィルム３２３は、図１に示す第１シース４１と同様に、圧電センサ１の、耐摩耗性、耐薬品性、防錆性を高めている。

第２シールド体３４は、絶縁性の第２絶縁フィルム３４１と導電性の第２シールド層３４２と絶縁性の第４絶縁フィルム３４３とから構成されている。第２絶縁フィルム３４１は、圧電素子２０側になる内側に設けられ、圧電素子２０の裏面導電層２３に接触している。第２シールド層３４２は、内側に配置された第２絶縁フィルム３４１と外側に配置された第４絶縁フィルム３４３で挟み込まれている。第４絶縁フィルム３４３は、第３絶縁フィルム３２３と同じ材質のフィルムである。ただし、第４絶縁フィルム３４３と第３絶縁フィルム３２３とを異なる材質のものにしてもよい。第４絶縁フィルム３４３は、第２絶縁フィルム３４１よりも厚い。第４絶縁フィルムによって、圧電素子２０、第２絶縁フィルム３４１、および第２シールド層３４２は物理的に保護されている。すなわち、第４絶縁フィルム３４３は、図１に示す第２シース４２と同様に、圧電センサ１の、耐摩耗性、耐薬品性、防錆性を高めている。

第１シールド体３２の幅方向の両端部と、第２シールド体３４の幅方向の両端部は、接着剤で連結されている。すなわち、第１絶縁フィルム３２１と第２絶縁フィルム３４１は、幅方向の両端部が貼り合わされている。なお、熱圧着や超音波接着などで第１シールド体３２の幅方向の両端部を第２シールド体３４の幅方向の両端部に貼り付けてもよい。

図１８は、図１７に示した第６変形例の圧電センサの端部のうち、回路に接続されていない側の端部に、絶縁性の端部被覆および導電性を有する端部被覆を施した一例を示す図である。この端部には、２つの絶縁性の端部被覆と、導電性を有する１つの端部被覆が施されている。図１８では、各端部被覆が施される様子を図１８（ａ）から（ｄ）まで段階的に示している。

図１８（ａ）には、端部被覆が施されておらず、圧電素子２０およびシールド体３０が露出した圧電センサ１の端部が示されている。図１８（ｂ）には、図１８（ａ）に示した圧電素子２０の端部が、絶縁性の第１端部被覆９１で覆われた様子が示されている。この例では、圧電素子２０が第１端部被覆９１で覆われることで、圧電体２１、おもて面導電層２２および裏面導電層２３は、第１シールド層３２２および第２シールド層３４２から電気的に絶縁される。

図１８（ｃ）には、図１８（ｂ）で示す状態から、第１端部被覆９１ごと導電性を有する第２端部被覆９２で覆われた様子が示されている。第２端部被覆９２の、図１８（ｂ）における左端面は、シールド体３０の端面に導電性接着剤で貼り付けられている。これにより、第１シールド層３２２と第２端部被覆９２、第２シールド層３４２と第２端部被覆９２それぞれは電気的に連結されている。従って、第１シールド層３２２の電位、第２シールド層３４２の電位、および第２端部被覆９２の電位は全て同じになる。この第２端部被覆９２により、回路に接続されていない側の端部にある、おもて面導電層２２および裏面導電層２３は、外部ノイズの影響を受けにくくなる。

図１８（ｄ）には、図１８（ｃ）で示す状態から、第２端部被覆９２ごとシールド体３０の端部までが絶縁性の第３端部被覆９３で覆われた様子が示されている。シールド体３０の端面および第２端部被覆９２を第３端部被覆９３によって物理的に保護することができる。なお、この第３端部被覆９３を熱収縮（あるいは熱融着）する大きめの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第２端部被覆９２に密着させてもよい。

図１９は、図１７に示した第６変形例の圧電センサの作製手順を示した断面図である。なお、図１９では、第１シールド層３２２、第２シールド層３４２の断面を示すハッチングは省略している。

図１９（ａ）に示すように、先ず、おもて面導電層２２と裏面導電層２３が成膜された圧電素子２０を用意する。また、図１９（ｂ）に示すように、第１シールド層３２２が第１絶縁フィルム３２１と第３絶縁フィルム３２３で挟み込まれた第１シールド体３２、および第２シールド層３４２が第２絶縁フィルム３４１と第４絶縁フィルム３４３で挟み込まれた第２シールド体３４を用意する。

次に、図１９（ｃ）に示すように、第１絶縁フィルム３２１と第２絶縁フィルム３４１を内側にした状態で圧電素子２０を第１シールド体３２および第２シールド体３４で挟み込み、第１シールド体３２および第２シールド体３４の幅方向の端部を接着剤で貼り合わせる。以上により、第６変形例の圧電センサ１を得ることができる。

この第６変形例では、シース４０（図１参照）を用意する必要がないので、部品点数を減らせるとともに、貼り合わせ部分も少なくてすむので圧電センサ１の作製が簡便になる。従って、圧電センサ１を安価に作製できる。

図２０は、圧電センサの第７変形例を示す、図１と同様の断面図である。なお、図２０では第１シールド層３２２および第２シールド層３４２の断面を示すハッチングは省略している。

第７変形例の説明では、主に図１に示した圧電センサ１との違いについて説明し、重複する説明は省略することがある。第７変形例は、圧電素子２０の構造が図１に示した圧電センサ１とは異なる。図２０に示すように、第７変形例の圧電素子２０は、内側に配置されたおもて面導電層２２と、おもて面導電層２２の外側に配置された圧電体２１と、圧電体２１の外側に配置された裏面導電層２３とから構成されている。おもて面導電層２２は銅箔で形成されている。おもて面導電層２２は、導電性を有していれば銅以外の材質のものを用いてもよい。また、おもて面導電層２２として、樹脂製のフィルムの両面に導電性の金属膜を形成したものを用いてもよい。おもて面導電層２２は、圧電体２１の幅方向端面よりも幅方向に突出した部分を有する。この突出した部分を有することで、外部配線の接続が容易になる。つまり、その突出した部分に外部配線が接続される。

裏面導電層２３は、圧電体２１の外側面に蒸着によって銅を付着させることで形成された層である。ただし、裏面導電層２３は、導電性のものであれば銅以外の材料を用いたものであってもよい。また、裏面導電層２３は、蒸着以外の方法で圧電体２１の外側面に付着させてもよい。裏面導電層２３の幅は、圧電体２１の幅よりも狭いため、圧電体２１外側面の両端部には露出した部分が形成されている。これは、裏面導電層２３の幅方向端部がダレたり幅方向端部にバリが生じた場合でも、おもて面導電層２２と裏面導電層２３とが導通してしまわないようにするためである。

第７変形例の圧電素子２０の作製に際しては、先ず帯状の圧電体２１の外側面に裏面導電層２３が形成されたものを裏面導電層２３が下側になるように置く。次に、その裏面導電層２３付きの圧電体２１の上におもて面導電層２２を載せ、裏面導電層２３付きの圧電体２１を長手方向に沿って折り曲げて、おもて面導電層２２を挟み込む。以上により第７変形例の圧電素子２０が作製できる。なお、圧電体２１の上におもて面導電層２２を載せる前に、圧電体２１の内周面に導電性接着剤を塗布してもよい。

以上、図２０を用いて説明した圧電センサは、
第１導体と第２導体との間に圧電体が設けられた圧電素子（図２０に示す圧電素子２０）を備えた圧電センサであって、
前記第１導体が、内側に配置された帯状のもの（図２０に示すおもて面導電層２２）であり、
前記圧電体が、前記第１導体のおもて面と裏面それぞれに接触するように前記長手方向に沿って折り曲げられたもの（図２０に示す圧電体２１）であり、
前記第２導体が、前記圧電体よりも外側に配置されたもの（図２０に示す裏面導電層２３）であることを特徴とする。

また、
前記第２導体が、前記圧電体の、前記第１導体に接触した接触面とは反対側の外周面の少なくとも一部（図２０に示す裏面導電層２３の幅は、圧電体２１の幅よりも狭いため、圧電体２１外側面の両端部には露出した部分が形成されている）に設けられたものであることが好ましい。なお、前記第２導体が、前記圧電体の、前記第１導体に接触した接触面とは反対側の外周面の全部に設けられたものであってもよい。

図２１は、これまで説明した圧電センサをシーツに取り付けた例を示す図である。

図２１には、圧電センサ１、シーツ５１、マットレス５２、固定糸５３、フレキシブル配線シート６１、回路基板６２が示されている。なお、ここでは図１に示した圧電センサ１を例にして説明するが、変形例の圧電センサ１を用いてもよい。シーツ５１、フレキシブル配線シート６１、および回路基板６２は、マットレス５２の上に載置されている。このシーツ５１の、マットレス５２側になる裏面には、圧電センサ１が縦横それぞれに間隔をあけて網目状に延在するように取り付けられている。圧電センサ１はシーツ５１の全域に同じほぼ間隔で配置されている。圧電センサ１は、縦に延びた圧電センサ１と横に延びた圧電センサ１が交差する全交点において、固定糸５３によってシーツ５１に縫い付けられている。なお、圧電センサ１の交点のうちのいくつかのみを縫い付けてもよい。

フレキシブル配線シート６１には、圧電センサ１の端部のうち、回路に接続された側の端部が接続されている。圧電センサ１とフレキシブル配線シート６１の接続構造については後述する。フレキシブル配線シート６１は、回路基板６２に接続されている。回路基板６２には、差動増幅器９０（図２参照）や不図示のＣＰＵ等が搭載されている。振動等の外力が圧電センサ１に加わることによって生じた信号は、フレキシブル配線シート６１を介して回路基板６２に送られる。

シーツ５１の裏面に、圧電センサ１を配置することで、圧電センサ１は非侵襲性の心拍または／および呼吸センサとして機能する。また、高齢者や病人の、存在確認用や動作確認用の見守りセンサとしても機能する。しかも、圧電センサ１は柔軟性が高いため、寝ている人が痛い思いをすることがない。圧電センサ１をシーツ５１の裏面に配置することで、患者や要介護者の離床警報だけでなく、呼吸（無呼吸）、寝返り、および排泄等の自動監視や、寝返り補助ベッドなどの自動制御への応用が可能である。

図２２は、図２１に示した圧電センサにおける端部の処理を示す図である。図２２では、各端部処理を理解しやすいように、各端部が被覆される様子を図２２（ａ）から（ｃ）まで段階的に示している。

まず、図２２（ａ）に示すように、端部処理がされる前における圧電センサ１と、フレキシブル配線シート６１と、圧電センサ１の、回路に接続されていない側の端部を被覆する端部被覆シート９５を用意する。図２２（ａ）では、圧電センサ１は、おもて面導電層２２を図２２における紙面手前側にして、フレキシブル配線シート６１と端部被覆シート９５の間に置かれている。おもて面導電層２２には、接続配線２９がハンダ付けされている。

フレキシブル配線シート６１には、複数の圧電センサ１が接続される。フレキシブル配線シート６１は、接続された複数の圧電センサ１からの信号を回路基板６２（図２１参照）に送信するものである。このフレキシブル配線シート６１には、複数のシート配線６１１と、複数の第１被接続部６１２と、複数の第２被接続部６１３と、複数の第３被接続部６１４とが形成されている。また、フレキシブル配線シート６１には、折り曲げ線６１５が表示されている。図１２（ａ）では折り曲げ線６１５が一点鎖線で示されている。複数のシート配線６１１それぞれの一端は、各第１被接続部６１２および各第２被接続部６１３に繋がっている。また、複数のシート配線６１１それぞれの他端は回路基板６２（図２１参照）に接続されている。フレキシブル配線シート６１は、ポリイミドやポリエステルなどの樹脂製のフィルムの間に銅で形成された導体箔が挟み込まれたものである。この導体箔の大部分は、フレキシブル配線シート６１のグラウンドとして作用する。なお、フレキシブル配線シート６１として、複数の導体箔の間に絶縁性のフィルムを挟んだ積層構造をしたものを用いてもよい。また、導体箔は、銅以外の導電体を有するものを用いてもよい。さらに、樹脂製のフィルムは、絶縁性であれば他の材質のものを用いてもよい。複数の第３被接続部６１４それぞれは、フレキシブル配線シート６１のグラウンドに接続されている。

端部被覆シート９５は、フレキシブル配線シート６１と同様に、絶縁性のフィルムの間に銅で形成された導体箔が挟み込まれたシートである。この導体箔は、端部被覆シート９５のグラウンドとして作用する。端部被覆シート９５には、複数の第４被接続部９５１および複数の第５被接続部９５３が形成されている。この複数の第４被接続部９５１および複数の第５被接続部９５３それぞれは、端部被覆シート９５のグラウンドに接続されている。また、端部被覆シート９５には、折り曲げ線９５２が表示されている。図１２（ａ）では折り曲げ線６１５が一点鎖線で示されている。

次に、図２２（ｂ）に示すように、圧電センサ１の端部のうち、回路に接続された側の端部における第２シールド体３４（図１参照）を第３被接続部６１４にハンダで接合する。また、裏面導電層２３（図１参照）を第１被接続部６１２にハンダで接合する。さらに、おもて面導電層２２から延びた接続配線２９を第２被接続部６１３にハンダで接合する。そして、圧電センサ１の端部のうち、回路に接続されていない側の端部における第２シールド体３４（図１参照）を第４被接続部９５１にハンダで接合する。また、第５被接続部９５３には導電性のペーストまたは導電接着剤を塗布しておく。

最後に、フレキシブル配線シート６１の、図２２（ｂ）における紙面手前側の面に接着剤を塗布し、図２２（ｃ）に示すように、折り曲げ線６１５に沿って折り曲げて、圧電センサ１の端部のうち、回路に接続された側の端部をフレキシブル配線シート６１で挟み込む。また、端部被覆シート９５の、図２２（ｂ）における手前側の面に接着剤を塗布する。ただし、第５被接続部９５３には、接着剤を塗布しないようにする。そして、図２２（ｃ）に示すように、折り曲げ線９５２に沿って折り曲げて、圧電センサ１の端部のうち、回路に接続されていない側の端部を端部被覆シート９５で挟み込む。端部被覆シート９５を折り曲げることで、第５被接続部９５３が第１シールド体３２（図１参照）の上に重なり、第５被接続部９５３と第１シールド体３２が電気的に接続される。なお、フレキシブル配線シート６１および端部被覆シート９５を折り曲げる際に、シーツ５１（図２１参照）もフレキシブル配線シート６１および端部被覆シート９５の間に挟み込んでいる。こうすることで、シーツ５１の各辺をフレキシブル配線シート６１および端部被覆シート９５に固定することができる。

この圧電センサ１の端部の処理では、複数の圧電センサ１を、１つのフレキシブル配線シート６１で回路基板６２に接続できる。その上、複数の圧電センサ１の端部を、１つの端部被覆シート９５で覆うことができるので、処理が簡便になる。従って、圧電センサ１を安価に作製できる。

図２３は、シーツへの圧電センサの取り付け方法を変更した例を示す図である。

図２３には、圧電センサ１とシーツ５１の一部が示されている。この例では、圧電センサ１がシーツ５１に縫い込まれている点が図２１に示した例とは異なる。図２３に示す圧電センサ１は、縦横それぞれに間隔をあけてシーツ５１になみ縫いされている。図２３では、縦７本、横７本の圧電センサ１がなみ縫いされた様子が示されている。なお、図２３では、横方向に延在する圧電センサ１は灰色で示されており、縦方向に延在する圧電センサ１は黒色で示されている。この例では、横方向に延在する圧電センサ１がシーツ５１の裏側を通っている部分では、縦方向に延在する圧電センサ１がシーツ５１のおもて側を通っており、縦方向に延在する圧電センサ１がシーツ５１の裏側を通っている部分では、横方向に延在する圧電センサ１がシーツ５１のおもて側を通っている。従って、縦方向に延在する圧電センサ１と横方向に延在する圧電センサ１の交点では、縦方向に延在する圧電センサ１と横方向に延在する圧電センサ１の間にシーツ５１が介在し、それらの圧電センサ１が直接接触しないようになっている。

本発明は上述の実施形態や変形例に限られることなく特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形を行うことができる。例えば、本実施形態では、帯状の圧電素子２０を例にして説明したが、圧電素子２０は、内部導体と圧電体と外部導体とからなる線状のものであってもよい。また、シーツ５１に圧電センサ１を配置する例を用いて説明したが、圧電センサ１を枕カバーに縫い付けてもよい。さらには、圧電センサ１は、足裏応力センサとして歩行バランスの監視に利用することもでき、車いすの座面に圧電センサ１を敷けば座圧バランスの監視などへの応用も可能になる。また、工作機械やロボット、農業機械、車、家電などに圧電センサ１を配置し、消耗部品の劣化や故障等を事前予測するための振動測定に用いてもよい。

また、帯状に形成された圧電センサ１は、圧電センサ１を捩じって使用してもよい。捩じることで圧電センサ１のおもて面と裏面が、長手方向に沿って交互に切り替わっていく。換言すれば、圧電センサ１の厚さ方向が、長手方向に沿って変化していく。帯状の圧電センサ１は、幅方向と厚さ方向とで圧電センサ１の変形しやすさが異なってしまうが、捩じることで圧電センサ１の変形しやすさを均一化することができる。また、圧電センサ１が長手方向に伸縮しやすくなるので、圧電センサ１を稼働部等に配置しやすくなる。なお、圧電センサ１を単独で捩じってもよいが、線材に圧電センサ１を撚り合わせつつ捩じってもよい。線材を用いる場合、圧電センサ１の伸縮を妨げないように、線材は伸縮性のあるものであることが好ましい。

ここで説明した圧電センサは、
第１導体と第２導体との間に圧電体が設けられた圧電素子を備えた帯状の圧電センサであって、
おもて面と裏面が、この圧電センサの延在する長手方向に沿って交互に切り替わるように捩じられた状態で配置されたことを特徴とする圧電センサである。

以上説明した実施形態や変形例によれば、安価な圧電センサを提供することが可能になる。

なお、以上説明した実施形態や各変形例の記載それぞれにのみ含まれている構成要件であっても、その構成要件を、他の実施形態や他の変形例に適用してもよい。

１ 圧電センサ
２０ 圧電素子
２１ 圧電体
２２ おもて面導電層
２３ 裏面導電層
３０ シールド体
３２２ 第１シールド層
３４２ 第２シールド層

Claims (2)

1. 第１導体と第２導体との間に帯状の圧電体が設けられた長尺状の圧電素子を備え、
   前記第１導体が、前記圧電体のおもて面に、該圧電体の幅方向両端それぞれから該幅方向中心側に間隔をあけて設けられたおもて面導電層であり、
   前記第２導体が、前記圧電体の裏面に、該圧電体の幅方向両端それぞれから該幅方向中心側に間隔をあけて設けられた裏面導電層であることを特徴とする圧電センサ。
2. 前記圧電素子の周囲を覆うシールド体を備え、
   前記シールド体が、前記圧電素子の長手方向に沿って延在し、前記圧電素子を挟み込んだ帯状のものであることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ。