JP3642289B2 - 同軸状可撓性圧電ケーブルの分極装置と分極方法 - 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】
同軸状可撓性圧電ケーブルは、図６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】
従来，可撓性圧電体ケーブルは以下のようにして分極されていた。
【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】
【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、次のような課題があった。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、その欠陥部で微少放電が生じる。この微少放電により、可撓性圧電体２の構成材料が熱的に蒸発、飛散して、芯電極１と外側電極４間が短絡する。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。
【０００６】
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。
【０００７】
【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を有するブロック状導電体と、前記圧電体チューブを移動させる移動手段と、前記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制御手段と、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を有し、前記圧電体チューブの通路は上部が開放された溝であって、前記圧電体チューブは前記溝に配設される分極装置を提供する。
【０００８】
上記発明によれば、同軸状可撓性圧電体がブロック状導電体に接触しているので、ブロック状導電体は外側電極４として作用する。従って、前記ブロック状導電体と芯電極間に直流電圧手段により直流電圧を印加することにより、ブロック状導電体に配設された部分の同軸状可撓性圧電体を分極できる。
【０００９】
また、制御手段により、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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の分極装置は、圧電体チューブをブロック状導電体の通路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通路とブロック状導電体の溝に配設された部分の同軸状可撓性圧電体（以下、被分極同軸状可撓性圧電体と言う）だけを分極できる。また、ブロック状導電体に設けられた通路が溝であるため、上部が解放されており、圧電体チューブを溝上部からより簡単に配設できる。
【００１１】
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制御手段を備えたので、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。
【００１２】
微少な欠陥を含む部分の同軸状可撓性圧電体が被分極同軸状可撓性圧電体になったとき、欠陥部での放電による芯電極と外側電極間の短絡により、導通手段と芯電極間に高電圧を印加できなくなる。しかし、この短絡部がブロック状導電体とブロック状導電体から離脱した後の被分極同軸状可撓性圧電体は、再び正常に分極できる。従って、欠陥部が存在しても、全体の同軸状可撓性圧電体が分極できなくなることは無い。また、このことは、微少な欠陥が、一定長さの被分極同軸状可撓性圧電体の部分に存在することを示すので、外側電極を形成する前に、微少な欠陥が一定長さ範囲内に存在することを検出できる。
【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、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る加熱手段を設けた構成である。そのため、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、上記記載の構成に加えて、圧電体チューブと直列に抵抗を設けた構成である。微少な欠陥を含む部分の同軸状可撓性圧電体が被分極同軸状可撓性圧電体になったとき、同軸状可撓性圧電体は印可される電圧が下がり分極出来なくなる。しかし、適切な抵抗により電流を制御できるため直流電圧発生手段に損傷を与えることが無い。また、同軸状可撓性圧電体の欠陥部がブロック状導電体から離脱した後の被分極同軸状可撓性圧電体は、再び正常に分極できる。従って、欠陥部が存在しても、全体の同軸状可撓性圧電体が分極できなくなることは無い。また、このことは、微少な欠陥が、一定長さの被分極同軸状可撓性圧電体の部分に存在することを示すので、外側電極を形成する前に、微少な欠陥が一定長さ範囲内に存在することを検出できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、圧電体チューブをブロック状導電体の通路に配設し、前記圧電体チューブが停止、又は、移動手段により移動させ、制御手段により前記圧電体チューブを停止と移動速度、または移動時間を制御し、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、ブロック状導電体の溝とブロック状導電体の通路に配設された部分の同軸状可撓性圧電体だけを分極できる。
【００１６】
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。また、本発明の方法によれば、圧電体チューブを連続的に分極できる。
【００１７】
請求項５に記載の分極方法は、上記記載の分極方法において、圧電体チューブの芯線をアース電位にして、芯線とブロック状導電体の間に直流電圧を印加する分極方法である。ブロック状導電体と芯電極の間に直流高電圧を印加したとき、人体に危険な直流高電圧部分をブロック状導電体に限定できるので、仕切り壁などにより人体への安全を容易に確保できる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、上記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、本本発明の実施例について図１〜５を用いて説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例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（以下では、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】
圧電体チューブ３は、溝６１を有するブロック状導電体６の溝６１に配設された後、移動手段（図示していない）により移動される。ブロック状導電体６として、鉄、ステンレス、銅、黄銅、アルミニウムなどの導電体を用いる。溝６１の形状はＵ字状、Ｖ字状、Ｔ字状など圧電体チューブ３の通路となる形状であれば形は問わない。溝６１の加工は切削、研削、放電、押出、鍛造、プレス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、溝６１の形状はエンドミルで容易に加工のできるＵ字状とした。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３ミリメートル、深さ６ミリメートルのＵ字状溝６１としている。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を移動させる。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、それが使用される温度以上である。このため、分極時同軸状可撓性圧電体２の温度を適切に保持するために、加熱手段を設けている。加熱手段として、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している。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ラート（ＰＥＴと略称される）、シリコーンゴムなどを用いてもよい。圧電体チューブ３はブロック状導電体６の溝６１に配設されることにより圧電体チューブ３の周囲から間接的に加熱される。そして、ヒータ７の出力を制御する事により圧電体チューブ３の温度を任意に保つことができるので、必要な温度で同軸状可撓性圧電体２を分極できる。
【００２３】
ブロック状導電体６は、リード線８ｂにより電気的に接続される。リード線８ａ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され、また、芯電極１はリード線８ａを介して電気的に直流電圧発生手段９の他の極に接続される。
【００２４】
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間に高電圧が印加されるので、同軸状可撓性圧電体２が分極される。分極時には、芯電極１とブロック状導電体６に５〜１０ｋV/mmの高電圧が印加される。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 で分極を行った。
【００２５】
同軸状可撓性圧電体２の中に微少な欠陥が含まれ、その部分がブロック状導電体６に配設されているとき、欠陥部で生じる微少な放電により、ブロック状導電体６と芯電極１間が短絡する。この結果、分極できなくなる。しかし、この欠陥部がブロック状導電体６から離脱し、そのときブロック状導電体６に配設されている同軸状可撓性圧電体２中に欠陥がなければ、ブロック状導電体６と芯電極１間の絶縁性は再び回復するので、分極が可能になる。このように、本発明の分極装置によれば、欠陥を含む部分がブロック状導電体６の溝６１に配設されているときのみ、分極ができないが、それ以外の場合は分極可能である。従って、欠陥の存在により、圧電体チューブ３が全体にわたり分極できなくなることは無い。
【００２６】
また、放電が生じた時点の同軸状可撓性圧電体２に欠陥が存在することは、明らかである。従って、外側電極４が形成される前に、欠陥が一定長さの圧電体チューブ３に存在することが検出できるので、圧電ケーブルとして完成した後、その欠陥部を容易に除去できる。これにより、製造を安定化できると共に、歩留まりも向上できる。
【００２７】
（実施例２）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第２の実施例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。圧電体チューブ３はブロック状導電体６の溝６１に配設されることにより圧電体チューブ３の周囲から間接的に加熱される。本実施例では、さらに溝６１の上部に蓋１０、１１，１２を設けることにより、溝６１の上部から熱が逃げるのを防止している。このことにより、圧電体チューブ３の温度をより適切に制御できるので、必要な温度で同軸状可撓性圧電体２を分極できる。蓋１０、１１，１２の材料は、金属、樹脂、ゴムなど所定の温度に耐えられるものであれば種類は問わない。また、蓋１０、１１，１２の形は、板状、凸状板、棒状など溝６１の上部を覆うことができるものであれば形の種類も問わない。図２（ａ）の蓋１０は板状であり、溝６１の上部に載せている。蓋１０は板状の材料を必要な長さに切断するだけなので、加工が簡単であり容易に入手できる。図２（ｂ）の蓋１１は一部が凸状の形をした板であり、蓋１１の凸部１１１を溝６１に填め込んでいる。蓋１１の凸状１１１部を溝６１に填め込むことにより蓋１１の位置を容易に決めることができる。図２（ｃ）の蓋１２は溝６１の幅よりも太い丸状の棒であり、溝６１の上部に載せている。蓋１２は溝６１の幅よりも太い棒状のものであれば形は問わない。例えば、蓋１２は三角形、四角形、五角形等、多角形の棒状のものが使用できる。蓋１２は棒状の材料を必要な長さに切断するだけなので、加工が簡単であり容易に入手できる。また、蓋１２は棒状で溝６１を覆うだけの太さなので、材料の量も少なくて済む。なお、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）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。
【００２８】
（実施例３）
図３は本発明の第３の実施例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。圧電体チューブ３はブロック状導電体６の孔６２に配設されることにより圧電体チューブ３の周囲から間接的に加熱される。本実施例では、圧電体チューブ３の通路が孔６２であるため、圧電体チューブ３は孔６２の壁面から均等に加熱される。このことにより、圧電体チューブ３の温度をより適切に制御できるので、必要な温度で同軸状可撓性圧電体２を分極できる。ブロック状導電体６として、鉄、ステンレス、銅、黄銅、アルミニウムなどの導電体が用いられる。孔６２の形は多角形状（三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等）、丸形状など圧電体チューブ３の通路となる形状であれば種類は問わない。孔６２の加工は切削、放電、押出加工などが用いられる。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、孔６２の形状は、簡単にドリル加工のできるように丸形状とした。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。
【００２９】
（実施例４）
図４は本発明の第４の実施例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。本実施例では、実施例１〜３の構成に加えて、圧電体チューブ３と直列に抵抗１３を設けた構成である。微少な欠陥を含む部分の同軸状可撓性圧電体２が被分極同軸状可撓性圧電体２になったとき、同軸状可撓性圧電体２に印可される電圧が下がり分極出来なくなる。しかし、抵抗１３により電流を制御できるため直流電圧発生手段に損傷を与えることが無く、また、同軸状可撓性圧電体２の欠陥部がブロック状導電体から離脱した後の被分極同軸状可撓性圧電体２は、再び正常に分極できる。従って、欠陥部が存在しても、全体の同軸状可撓性圧電体２が分極できなくなることは無い。また、このことは、微少な欠陥が、一定長さの被分極同軸状可撓性圧電体２の部分に存在することを示すので、外側電極４を形成する前に、微少な欠陥が一定長さ範囲内に存在することを検出できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の上記記載の発明によれば、ブロック状導電体に配設された可撓性圧電体の部分に微少な欠陥が含まれる場合、欠陥を含む一定長さの被分極可撓性圧電体は分極できないが、残りの圧電体チューブは分極できる。また、外側電極４を形成する前に、欠陥がその一定長さの被分極可撓性圧電体に存在することも検出できる。
【００３１】
また、本発明の方法によれば、圧電体チューブを連続的に分極できる。
【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】 （ａ）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
（ｂ）本発明の実施例２における分極装置の構成を示す他の外観見取図
（ｃ）本発明の実施例２における分極装置の構成を示す他の外観見取図
【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】 本発明の実施例４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素子の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
６ 導電体ブロック
７ ヒータ
８ａ リード線
８ｂ リード線
９ 直流電圧発生手段
１０ 覆い
１１ 覆い
１２ 覆い
１３ 抵抗
６１ 溝
７１ 加熱ブロック
７２ 絶縁シート
１１１ 凸部

Claims (6)

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を有するブロック状導電体と、前記圧電体チューブを移動させる移動手段と、前記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制御手段と、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を有し、前記圧電体チューブの通路は上部が開放された溝であって、前記圧電体チューブは前記溝に配設されることを特徴とした同軸状可撓性圧電ケーブルの分極装置。
2. ブロック状導電体を加熱する加熱手段を設け、圧電体チューブの周囲を加熱する請求項１に記載の同軸状可撓性圧電ケーブルの分極装置。
3. 圧電体チューブと直列に抵抗を設けた請求項１記載の同軸状可撓性圧電ケーブルの分極装置。
4. 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を、ブロック状導体が有する上部が開放された溝状の前記圧電体チューブの通路に移動または静止させると共に、制御手段により前記圧電体チューブの停止と移動時間、又は、移動速度を制御し、前記ブロック状導電体と前記芯電極の間に電圧を印加することを特徴とする同軸状可撓性圧電ケーブルの分極方法。
5. 圧電体チューブの芯線をアース電位にして、前記芯線と前記ブロック状導電体の間に直流電圧を印加する請求項４記載の同軸状可撓性圧電ケーブルの分極方法。
6. ブロック状導電体を加熱する加熱手段を設け、圧電体チューブの周囲を加熱する請求項４または５記載の同軸状可撓性圧電ケーブルの分極方法。

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