JP3613212B2 - 同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置およびその分極方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
同軸状可撓性圧電体ケーブルは、図５に示すように、芯電極１の周囲に同軸状可撓性圧電体２を形成した圧電体チューブ３の外表面に外側電極４を形成し、更に、その周囲に保護被覆層５を形成して構成される。
【０００３】
可撓性圧電体ケーブルは一般的に、以下のようにして分極される。
【０００４】
文献１（圧電セラミック粉末と合成ゴムとから成る圧電複合材料、粉体と工業、２２巻、１号、５０−５６頁、１９９０）では、芯電極１と外側電極４の間に高電圧を印加して、同軸状可撓性圧電体２を分極することが示されている。このことは、ＵＳＰ４，５６８，８５１にも明示されている。分極により、セラミック粒子の自発分極の方向が電界方向に揃うので、同軸状可撓性圧電体２に圧電性が付与される。この点で、分極は重要な役割を担っている。
【０００５】
しかしながら，上記の方法では、芯電極１と外側電極４の間に高電圧を印加したとき、同軸状可撓性圧電体２の中に微少なクラックや空隙などの欠陥が存在する場合、その欠陥部で放電が生じ、芯電極１と外側電極４間が電気的に短絡する。その結果、芯電極１と外側電極４間に高電圧を印加できなくなるので、同軸状可撓性圧電体２（通常、数百ｍ以上の長さ）を分極できなくなる。また、芯電極１と外側電極４の間に高電圧を印加するまで、言い換えると、分極することを除いて、同軸状可撓性圧電体ケーブルとして完成するまで欠陥の存在を検出できないので、製造が不安定になり、歩留まりが低下する。
【０００６】
そのため、可撓性圧電体ケーブルは以下のような分極方法が考えられる。
【０００７】
図４に示すように、芯電極１の周囲に同軸状可撓性圧電体２を形成した圧電体チューブ３をブロック状導電体６に配設し、ブロック状導電体６と芯電極１に、リード線８とリード線８１を介して直流電圧発生手段９を接続して直流電圧を印加する分極装置が考えられる。このような分極装置によれば、同軸状可撓性圧電体２がブロック状導電体６に配設されているので、ブロック状導電体６は外側電極４として作用する。従って、前記ブロック状導電体６と芯電極１との間に直流電圧発生手段９により直流電圧を印加し、ブロック状導電体６に配設された部分の同軸状可撓性圧電体２を分極できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前記従来の方法では、後記のような課題があった。
【０００９】
ブロック状導電体６と芯電極１に直流電圧発生手段９により直流電圧を印加した場合、静電気力により同軸状可撓性圧電体２とブロック状導電体６はお互いに引き合う力が発生する。このため、圧電体チューブ３を移動させる場合、同軸状可撓性圧電体２とブロック状導電体６の間に摩擦力が発生し、圧電体チューブ３が移動できなくなる。また、移動できても大きな力を必要とする。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧電体チューブ３とブロック状導電体６の摩擦力を低減し、圧電体チューブ３を少ない力で移動できるようにした同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置と分極方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置は、ブロック状導電体の圧電体チューブ通路部に摩擦抵抗を軽減するため凹凸を設けたものである。この凹凸によって、圧電体チューブと圧電体チューブ通路部の摩擦力を低減し、圧電体チューブを少ない力で移動できるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の分極装置は、芯電極周囲に同軸状可撓性圧電体を形成した圧電体チューブ通路部が凹凸状である通路部を有するブロック状導電体と、ブロック状導電体と芯電極に接続された直流電圧発生手段とを備えた同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置である。圧電体チューブをブロック状導電体の通路部に配設することにより、ブロック状導電体は外側電極として作用する。従って、ブロック状導電体と芯電極の間に高電圧を印加することにより、ブロック状導電体の配設された部分の同軸状可撓性圧電体を分極できる。そして、ブロック状導電体の圧電体チューブ通路部は凹凸状にしている。圧電体チューブを移動する場合、この凹凸によって、圧電体チューブと圧電体チューブ通路部の摩擦力を低減できるので、圧電体チューブを少ない力で移動できる。
【００１３】
請求項２に記載の分極装置は、請求項１に記載の構成に加えて、ブロック状導電体にヒータを配設した構成である。ヒータによりブロック状導電体を加熱し、ブロック状導電体に配設された圧電体チューブに熱を加え、圧電体チューブの温度を制御できるので、必要な温度で同軸状可撓性圧電体を分極できる。
【００１４】
請求項３に記載の分極装置は、ブロック状導電体に金網を配設し、圧電体チューブの通路部を金網とした請求項１に記載の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置である。金網を用いて凹凸を形成することにより、圧電体チューブの配設表面を凹凸状に加工することなく、圧電体チューブと圧電体チューブ通路部の摩擦力を低減し、圧電体チューブを少ない力で移動できる。
【００１５】
請求項４に記載の分極装置は、ブロック状導電体に表面が凹凸状の溝を設け、圧電体チューブの配設を表面が凹凸状の溝とした請求項１〜２のいずれか１項に記載の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置である。ブロック状導電体を加熱した場合、ブロック状導電体の溝に配設された圧電体チューブは溝の底面と両壁面から加熱される。そのため、圧電体チューブはより均等に加熱されるので必要な温度で同軸状可撓性圧電体を分極できる。また、上部が解放されており、圧電体チューブを溝上部より簡単に配設できる。
【００１６】
請求項５に記載の分極装置は、ブロック状導電体に金網が配設された溝を設け、圧電体チューブの配設を金網が配設された溝とした請求項１〜２のいずれか１項に記載の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置である。圧電体チューブの配設を金網が配設された溝にすることにより、圧電体チューブと金網の接触が点状となる。そのため、圧電体チューブと圧電体チューブ配設面の摩擦力を低減し、圧電体チューブを少ない力で移動できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、圧電体チューブがブロック状導電体の通路部に配設され、圧電体チューブの芯線とブロック状導電体間に直流電圧を印加する分極方法である。従って、ブロック状導電体は外側電極として作用するので、ブロック状導電体と芯電極の間に高電圧を印加することにより、ブロック状導電体とブロック状導電体の通路部に配設された部分の同軸状可撓性圧電体を分極できる。ブロック状導電体の圧電体チューブ通路部は摩擦抵抗を軽減するため凹凸状にしている。この凹凸により、圧電体チューブと圧電体チューブ通路部の接触が点状になる。そのため、圧電体チューブと圧電体チューブ配設面の摩擦力を低減し、圧電体チューブを少ない力で移動できる。また、圧電体チューブの停止と移動時間、又は、移動速度を制御することにより必要な時間で同軸状可撓性圧電体を分極できる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の分極方法において、ヒータを配設した加熱ブロックによりブロック状導電体を加熱し、ブロック状導電体に配設された圧電体チューブに熱を加えながら、圧電体チューブの芯線とブロック状導電体間に直流電圧を印加する分極方法である。圧電体チューブの温度を制御できるので、必要な温度で同軸状可撓性圧電体を分極できる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１〜３を用いて説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における同軸状可撓性圧電体分極装置の構成を示す外観見取図である。芯電極１に対して同軸状可撓性圧電体２が形成される。この成形体を圧電体チューブ３と言う。芯電極１として、コイル状金属線や金属細線を束ねた線などが用いられる。可撓性圧電体２として、エポキシ樹脂，ウレタン樹脂，クロロプレン樹脂，塩素化ポリエチレン樹脂などの高分子母材に，チタン酸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圧電体やＰＶＤＦなどの高分子圧電体が用いられる。
【００２１】
ブロック状導電体６に設けられた圧電体チューブ通路部６１に圧電体チューブ３を配設し、移動手段（図示していない）により圧電体チューブ３を移動する。圧電体チューブ通路部６１は凹凸状にしている。ブロック状導電体６として、鉄、ステンレス、銅、黄銅、アルミニウム、黒鉛などの導電体を用いる。圧電体チューブ通路部６１の凹凸は切削加工、放電加工、鍛造加工などでおこなう。本実施例ではブロック状導電体６の材料として、容易に入手でき、加工の容易なアルミニウムを用いた。具体的には、外径２ミリメートルの圧電体チューブ３に対して、幅３０ミリメートル、高さ２０ミリメートル、長さ５０００ミリメートルとしている。圧電体チューブ通路部６１の凹凸は凹深さ０．５ｍｍ、凹幅１．５ｍｍ、凸幅１ｍｍとしている。つまり、凹と凸をピッチ２．５ｍｍで連続的に加工している。圧電体チューブ通路部６１の凹凸は圧電体チューブ３との接触面積を減らすことが目的であるので平目、アヤ目等のローレット目でもよい。移動手段（図示していない）としては、巻き取りドラムに圧電体チューブ３を巻き付け、巻き取りドラムを回転させて圧電体チューブ３を移動する。なお、図１では、ブロック状導電体６に配設された圧電体チューブ３の移動方向を矢印で示している。
【００２２】
同軸状可撓性圧電体２を分極するときの温度は、一般的に、同軸状可撓性圧電体２を使用する温度以上にする必要があり、同軸状可撓性圧電体２を必要な温度に保持しながら分極する。同軸状可撓性圧電体２は圧電体チューブ通路部６１の凹凸に接触しているので、ブロック状導電体６を加熱する事により、同軸状可撓性圧電体２を必要な温度に加熱できる。ブロック状導電体６を必要な温度に加熱するために、ヒータ７を配設した加熱ブロック７１を用い絶縁シート７２を介してブロック状導電体６を任意の温度に加熱する。本実施例において、絶縁シート７２として厚さ０．５ミリメートルのマイカを使用したが、ポリイミド、ポリ−テトラ−フルオロ−エチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴと略称される）、シリコーンゴムなどの電気絶縁材料を用いてもよい。
【００２３】
ブロック状導電体６とリード線８を電気的に接続し、リード線８は電気的に直流電圧発生手段９の正極または負極に接続する。また、芯電極１とリード線８１を電気的に接続し、リード線８１は直流電圧発生手段９の他の極に接続する。このように接続して、圧電体チューブ３を静止、または移動させながら、直流電圧発生手段９により芯電極１とブロック状導電体６との間に高電圧が印加し、同軸状可撓性圧電体２を分極する。分極時には、芯電極１とブロック状導電体６との間に５〜１０ｋＶ／ｍｍの高電圧が印加する。具体的には、圧電体チューブ３の温度は１２０℃、印加電圧は８ｋＶ／ｍｍで分極を行う。
【００２４】
圧電体チューブ通路部６１は摩擦抵抗を軽減するため凹凸状にしている。圧電体チューブ３は凹凸の凸のみと接触する。静電気力により同軸状可撓性圧電体２と圧電体チューブ通路部６１がお互いに引き合う力は凸の面積に比例する。そして、圧電体チューブ３を移動するときの摩擦力は同軸状可撓性圧電体２と圧電体チューブ通路部６１がお互いに引き合う力に比例する。つまり、この凹凸によって、圧電体チューブ３と圧電体チューブ通路部６１の摩擦力を低減でき、圧電体チューブ３を少ない力で移動できる。
【００２５】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２における同軸状可撓性圧電体分極装置の構成を示す外観見取図である。実施例２では、圧電体チューブ通路部を金網１０とした構成である。ブロック状導電体６の面上に設けた金網１０に圧電体チューブ３を配設し、移動手段（図示していない）により移動する。金網１０は表面が凹凸状になっている。金網１０を用いて凹凸を形成することにより、圧電体チューブ３の配設表面を凹凸状に加工することなく、圧電体チューブ３と圧電体チューブ通路部（実施例２では金網１０）の摩擦力を低減し、圧電体チューブ３を少ない力で移動できる。
【００２６】
金網１０として、鉄、ステンレス、銅、黄銅、アルミニウムなどの導電体を用いる。本実施例では金網１０の材料として、容易に入手でき、耐腐食性のあるステンレス鋼を用いた。具体的には、線径０．２ミリメートル、メッシュ５０のステンレス鋼の網を用いた。
【００２７】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３における同軸状可撓性圧電体分極装置の構成を示す外観見取図である。ブロック状導電体６に溝１１を設け、圧電体チューブ３の通路部を溝１１とし、溝１１の内面を凹凸状６２とした分極装置である。ブロック状導電体６を加熱し、ブロック状導電体６の溝１１に配設された圧電体チューブ３に熱を加えたとき、圧電体チューブ３は溝１１の底面と両壁面から加熱される。そのため、圧電体チューブ３はより均等に加熱されるので、必要な温度で同軸状可撓性圧電体２を分極できる。また、上部が解放されており、圧電体チューブ３を溝１１上部より簡単に配設できる。また、圧電体チューブ３の通路部である溝１１の内面は凹凸状６２なので、圧電体チューブ３は凹凸の凸のみと接触するため、圧電体チューブ３を少ない力で移動できる。
【００２８】
ブロック状導電体６として、鉄、ステンレス、銅、黄銅、アルミニウム、黒鉛などの導電体を用いる。溝１１の形は多角形状（三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等）、Ｕ字状など圧電体チューブ３が配設できる形状であれば形は問わない。溝１１の加工は切削、放電、押出加工などを用いる。凹凸状６２は、溝１１の内面を直接、切削、放電、プレス加工などを用いて形成する方法と、凹凸が成形された導電性の部材（金網、パンチングシート、凹凸形状が成形されたプレスシート等）を溝１１に配設する方法がある。
【００２９】
本実施例ではブロック状導電体６として、アルミニウムを用い、溝１１の形状は、簡単にエンドミル加工のできるようにＵ字状形状とし、Ｕ字状形状の内面、すなわち、凹凸状６２を形成するためにステンレス鋼の網を配設した。なお、図３では、ブロック状導電体６に配設された圧電体チューブ３の移動方向を矢印で示している。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１〜５に記載の発明によれば、ブロック状導電体の圧電体チューブ通路部に摩擦抵抗を軽減するため凹凸を設けているので、この凹凸によって、圧電体チューブと圧電体チューブ通路部の摩擦力を低減し、圧電体チューブを少ない力で移動できる。
【００３１】
また、本発明の請求項６〜７に記載の発明によれば、圧電体チューブと圧電体チューブ通路部の摩擦力を低減し、圧電体チューブを少ない力で移動できる。そのため、圧電体チューブを引っ張り移動させるとき、圧電体チューブが伸びたり、破断することが無くなり信頼性の高い分極方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における分極装置の構成を示す外観見取図
【図２】本発明の実施例２における分極装置の構成を示す外観見取図
【図３】本発明の実施例３における分極装置の構成を示す外観見取図
【図４】従来の同軸状可撓性圧電体ケーブルにおける分極装置の構成を示す外観見取図
【図５】従来の同軸状可撓性圧電体ケーブルにおける構成を示す外観斜視図
【符号の説明】
１ 芯電極
２ 同軸状可撓性圧電体
３ 圧電体チューブ
４ 外側電極
５ 保護被覆層
６ 導電体ブロック
６１ 圧電体チューブ通路部
６２ 凹凸状
７ ヒータ
７１ 加熱ブロック
７２ 絶縁シート
８１ リード線
８ リード線
９ 直流電圧発生手段
１０ 金網
１１ 溝

Claims (7)

1. 芯電極周囲に同軸状可撓性圧電体を形成した圧電体チューブの通路部が凹凸状であるブロック状導電体と、前記ブロック状導電体と前記芯電極に接続された直流電圧発生手段とを備えた同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置。
2. ブロック状導電体にヒータを備えた請求項１に記載の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置。
3. ブロック状導電体に金網を配設し、圧電体チューブの通路部を金網とした請求項１〜２のいずれか１項に記載の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置。
4. ブロック状導電体に凹凸が加工された溝を設け、圧電体チューブの通路部を凹凸が加工された溝とした請求項１〜２のいずれか１項に記載の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置。
5. ブロック状導電体に金網が配設された溝を設け、圧電体チューブの通路部を金網が配設された溝とした請求項１〜２のいずれか１項に記載の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極装置。
6. 芯電極周囲に同軸状可撓性圧電体を形成した圧電体チューブの通路部が凹凸状であるブロック状導電体に、圧電体チューブが前記通路部に配設され、前記ブロック状導電体と前記芯電極の間に直流電圧を印加する同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極方法。
7. ブロック状導電体にヒータを備えてブロック状導電体を加熱する請求項６に記載の同軸状可撓性圧電体ケーブルの分極方法。

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