JP3566730B2 - 電極 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、導電電極と、この電極と接触させる電解液との間における接触を大面積化するとともに良好に接続するための技術に関する。例えば、電解液は塩水または淡水のいずれかの形態で存在し得る。そのような電極は水を電解液として使用すると、目的物を測定するために、またはアンテナ構造の一部として使用され得る。この場合接触が大面積であると、電場の非常に小さな変化を測定することができるため、この電極は水流等を測定するために使用され得る。
発明の背景
水中の電場の変化を探知するために、亜鉛、グラファイト、銀／塩化銀などからなる異種の電極の対が従来より使用されてきた。それらは全て長所と短所を有していた。すなわち、銀／塩化銀型電極は高感度であるが高コストであり、亜鉛電極は低コストであるが、機械的または電気的に不安定であり、グラファイト電極は所定の設計条件に従って無駄なく製造するのは困難である。大きな活性領域を得るには大きな形而的寸法を必要とし、またグラファイト電極に接続したものでは、再利用性は僅かな化学的または形態学的変化で影響を受ける。即ち、従来技術には、大きな問題があった。
発明の課題
本発明の目的は、所望の導体に接続される炭素繊維から成るバンドル（束）を基本とする電極、およびこの電極の製造方法を確立することによって上記課題を解決することにある。本発明の更なる目的は、従来から使用されている水中電極よりも遙に優れた性能特性を有する水中電極を提供することにある。さらに、本発明の目的は、水中測定を主目的とするアンテナを提供することである。
発明の要約
本発明の電極は、炭素繊維の房またはバンドルを備えるものであり、この炭素繊維のバンドルは繊維表面が洗浄されていて周囲の水と良好に電気的に接触する。さらに、この炭素繊維のバンドルは一端部において集められていて電気的導体に接続される。
このようにして製造された電極は、同種（同様の）の電極と組み合わせると一対の電極を構成して、水中で良好なアンテナ特性を示す。さらに、それは比較的容易に製造できる。全ての繊維軸方向に均一な化学構造を有する炭素繊維によって電極を作製したことにより、再生可能な電極が得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の装置の製造工程図である。
図２は本発明の装置の更なる製造工程図である。
図３は図１の断面図である。
図４は本発明の第１実施例である。
図５は本発明の第２実施例である
図６は本発明のアンテナである。
発明の詳細な説明
本発明の電極は、炭素繊維のバンドルを巻いて炭素繊維スケイン（かせ）２を形成し、次にこの炭素繊維スケイン２は接続領域で集めて炭素繊維を束ねて接続スタッド５を形成し、次に、接続スタッド５に集められた全ての炭素繊維の末端表面６が現れるようにこの接続スタッド５を処理し、その後、この炭素繊維をその末端表面６でシグナル導体８に接続することによって作製される。
図１に示すように、本発明の電極は、一般に6,000本の炭素繊維から成るバンドル状の炭素繊維１を、約1/2m（50cm）の間隔をもった２つのエンドポール３、４のまわりに約50回巻き付けてスケイン２を形成する。炭素繊維の数、回転数および間隔を上記のように選択すると、シグナル導通ケーブルに接続するための炭素繊維末端を約600,000個有する電極が作製される。この場合、電解液との接触面積は少なくとも3m²である。
繊維からなる長尺状のスケイン２は慎重にほどかれて、その中央を収縮ホース（フレキシブルパイプ）片等で固定する。収縮ホース片の中央部を切断した後に、ホースで集結された２つの炭素繊維バンドルの末端を減圧下でエポキシプラスチック中に埋設することによって、図２に示すように接続スタッド５が形成され、硬化後に切断部分を研摩機で磨く。図３に示すように、炭素繊維の全ての末端表面６に研摩表面が現れるまで、接続スタッド５を研摩する。図４に示すように、上記の炭素繊維の末端表面上に金属コーティングを行って接続プレート７を形成し、これをシグナル導通ケーブル８に接続する。この接続を行った後に、この接続部分をエポキシプラスチック中に埋設することによって保護カバー９を設けて、水の影響から接触表面を保護する。その後、この工程において繊維が受けたエポキシコーティングを繊維表面から洗浄除去する。このコーティングは一般に繊維の濡れ性およびエポキシマトリックスへの結び付け特性を改善するために適用されるものであり、それは絶縁性の層を形成する。洗浄工程を通じて、繊維、ひいては電極は、電気化学的適用に適するように構成される。この洗浄は、通常の方法に従って、異なる溶媒、例えばアセトン、アルコールおよび水で順番に実施される。製造プロセスにおける異なる工程の間に、個体も種々の局面において経験的に得られたセット値と異ならないことを検査して、製造プロセスにおける他の個体が、電気絶縁性や長さなどに関して可能な限り同等となっていることが確認される。
図４に示すように、多数の繊維末端が水中に突き出ているようなブラシ状が望ましい場合には、ループ状の炭素繊維の房10を切断して開くことによって製造プロセスを終了する。一方、図５に示すように、炭素繊維がループ状のままであると、両端部に取り付けることができ、これによって取付配置に関係なく同様に水中で利用できる。機械的に固定するための搭載イヤー（耳）11で、繊維周辺での透水性流水保護（water permeable flow protection）をもたせて最終的に組み立てることは最も簡単な方法で実施され、その後、個体、即ちそれぞれの電極に対して、最終テストおよび検査が実験室において実施される。
可能な他の製造方法としては、まず炭素繊維スケイン２の中央部において埋め込むことによって接続スタッド５を形成し、その後、この接続スタッド５を二分してそれぞれの二分した表面である炭素繊維末端表面６を上述の方法に従ってシグナル導体８に接続する。その後、接続部分を埋設して、上述の方法に従ってその繊維を洗浄する。
本発明では、不活性種からなる大きな活性領域を有する電極を、外部形而的寸法が小さく、非常に高い再利用性と機械的耐久性を持たせて、単純化した製造技術を目的とする新規な方法で組み立てることができる。図６に示すように、２つの電極を組み合わせると、実現可能で経済的なアンテナ12が形成されて、水中の電場の変化を探知することができる。
考えられる利用としては、地質学的Ｅフィールド（geological E−field）の科学的測定、シーヒーブ（sea−heave、波の高さ）や水流の測定、船舶の航行の探知や測定、もしくは水槽間や潜水夫間における限定範囲の音声メッセージの信号変換が挙げられる。

Claims (9)

1. 電解液との接触表面が多数の炭素繊維（１）からなり、前記炭素繊維（１）の２つの端部の少なくとも一方が集められて前記炭素繊維の末端表面（６）でシグナル導体（８）に電気的に接続されていることを特徴とする電極。
2. 前記炭素繊維はその両末端が集められてシグナル導体（８）に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電極。
3. 炭素繊維のバンドルを巻いて炭素繊維スケイン（２）を形成し、次に前記炭素繊維スケイン（２）を接続領域で集めて束ねて接続スタッド（５）を形成し、次に前記スタッド（５）に集められた全ての炭素繊維の末端表面（６）が現れるように前記接続スタッド（５）を処理し、最後に前記炭素繊維の末端表面（６）をシグナル導体（８）に接続することを特徴とする電極の製造方法。
4. 前記接続スタッド（５）は前記接続領域における前記炭素繊維スケイン（２）を埋設することによって形成し、その後に前記接続スタッド（５）を二分して、二分したそれぞれの表面である前記炭素繊維の末端表面（６）が前記シグナル導体（８）に接続されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記炭素繊維スケイン（２）は前記接続領域で切断されて、得られた末端片は埋設され、前記埋設によって形成された前記接続スタット（５）を研摩して前記炭素繊維の前記末端表面（６）の全てが前記研摩表面に現れることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 前記シグナル導体（８）は、前記炭素繊維の末端表面（６）に形成された金属コーティング（７）を介して、前記炭素繊維の末端表面（６）に接続されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記接続スタッド（５）、前記炭素繊維の末端表面（６）、前記金属コーティング（７）および前記シグナル導体（８）の一部は高分子物質中に埋設されることによって、保護カバー（９）が形成されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記電極の前記製造のために使用される前記炭素繊維は、最終的に複数種の溶媒を使用して前記繊維の表面から洗浄除去されるエポキシコーティングを有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 少なくとも１個の電極を配設したアンテナであって、各電極が、それと電解液との接触表面を多数の炭素繊維（１）から構成したものからなり、前記炭素繊維の２端部のうちの少なくとも一端が集められて、前記一端の末端表面（６）でシグナル導体（８）に電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ。

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