JP3656462B2

JP3656462B2 - ケーブル状圧力センサおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3656462B2
Application number: JP16189899A
Authority: JP
Inventors: 彪長井; 雅彦伊藤; 優子藤井; 弘之荻野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2019-06-09
Also published as: JP2000346720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はケーブル状圧力センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のケーブル状圧力センサは以下のようなものであった。
【０００３】
特開昭６２−２３００７１号公報では、図３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の周囲に可撓性圧電体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ーブから成る外皮６を被覆して成るケーブル状圧力センサが開示されている。可撓性圧電体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。
【０００４】
上記ケー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。
【０００５】
類似のケー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、可撓性圧電体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。
【０００６】
また可撓性圧電体４として、ゴムとカーボン粉末とから構成された導電体も実用に供されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のケー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、可撓性圧電体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圧電体４に密着しない。
【０００８】
また可撓性外電極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、可撓性圧電体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り、１０ｍ以上の長いケー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。
【０００９】
また可撓性外電極５として、樹脂と導電性粉末から成る導電体を用いた場合、可撓性圧電体４と異なる材料であるので、両者の密着に劣るという課題を有していた。
【００１０】
【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複合圧電体と、前記可撓性複合圧電体の表面に配置された可撓性外電極とから成り、前記可撓性複合圧電体が樹脂とセラミック圧電体粉末から成り、且つ、前記可撓性外電極が樹脂と導電性粉末からケーブル状圧力センサを構成したものである。
【００１１】
上記発明によれば、樹脂および導電性粉末から可撓性外電極が構成されているので、可撓性複合圧電体との密着性に優れる。また可撓性複合圧電体と同じ製造方法で可撓性外電極を形成できるので、製造工程が簡素化されると共にアルミニウム箔を巻き付ける工程も不要になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかるケーブル状圧力センサは、芯電極と、芯電極の周囲に配置された可撓性複合圧電体と、可撓性複合圧電体の表面に配置された可撓性外電極とから成り、可撓性複合圧電体が樹脂とセラミック圧電体粉末から成り、且つ、可撓性外電極が樹脂と導電性粉末から構成されたものである。そして、可撓性外電極は可撓性複合圧電体の構成要素の樹脂と同じ樹脂及び導電性粉末から構成したものである。
【００１３】
そして、樹脂および導電性粉末から可撓性外電極が構成されているので、可撓性複合圧電体との密着性に優れる。また可撓性複合圧電体と同じ製造方法で可撓性外電極を形成できるので、製造工程が簡素化されると共に、アルミニウム箔を巻き付ける工程も不要になる。また、可撓性複合圧電体の構成要素の一つである樹脂と同じ樹脂および導電性粉末から可撓性外電極が構成されているので、可撓性複合圧電体との密着性に優れる。また可撓性複合圧電体と同じ製造方法で可撓性外電極を形成できるので、製造工程が簡素化されると共に、アルミニウム箔を巻き付ける工程も不要になる。
【００１４】
本発明の請求項２にかかるケーブル状圧力センサは、請求項１記載の発明に加えて、導電性粉末を銀粉末で構成したものである。
【００１５】
導電性粉末としては、金粉末、銀粉末、銀ーパラジウム粉末などの貴金属系粉末が、導電性厚膜用として多量に工業的に利用されている点で優れている。これらの貴金属系粉末の中でも銀粉末は比較的低価格である。また銀の比抵抗は他の金属と比べても小さいので、樹脂と銀粉末から成る可撓性外電極の抵抗を小さくできる。
【００１６】
本発明の請求項３にかかるケーブル状圧力センサは、請求項１記載の発明に加えて、導電性粉末をカーボン粉末で構成したものである。
【００１７】
貴金属系粉末以外にも導電性粉末として、カーボン粉末がある。金属に比べ、その比抵抗は一桁以上大きいので、樹脂とカーボン粉末から成る可撓性外電極の抵抗は、樹脂と貴金属粉末から成る可撓性外電極のそれに比べ、大きくなるが、低価格である点で優れている。
【００１８】
本発明の請求項４にかかるケーブル状圧力センサは、請求項３記載の発明に加えて、可撓性外電極の周囲を導電性編組で被覆した構成としたものである。
【００１９】
樹脂とカーボン粉末で構成した可撓性外電極の比抵抗は大きいので、例えば、１０ｍ以上の長いケーブル状圧力センサにこの可撓性外電極を形成した場合、可撓性外電極の電極抵抗が無視できない場合が生じる。このような場合、可撓性外電極の周囲を導電性編組で被覆することにより、実質的に電極抵抗を低減できる。
【００２０】
本発明の請求項５にかかるケーブル状圧力センサでは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明に加えて、樹脂を塩素化ポリエチレンで構成したものである。
【００２１】
そして可撓性圧電体は、塩素化ポリエチレンとセラミック圧電体粉末とで構成されるので、１２０℃の高耐熱性を有する。また可撓性外電極も塩素化ポリエチレンと導電性粉末で構成されるので、可撓性複合圧電体との密着性に優れると共に１２０℃の高耐熱性を有する。
【００２２】
本発明の請求項６にかかるケーブル状圧力センサの製造方法は、芯電極の周囲に、樹脂とセラミック圧電体粉末から成る可撓性複合圧電体を同軸状に形成した後、樹脂と導電性粉末の混合物を樹脂の軟化温度で前記可撓性複合圧電体の周囲に同軸状に押出して、可撓性外電極を形成するものである。そして、可撓性外電極は可撓性複合圧電体の構成要素の樹脂と同じ樹脂及び導電性粉末から構成したものである。
【００２３】
可撓性複合圧電体と可撓性外電極は、共に同軸状に押出す製造方法で形成できるので、可撓性外電極を形成するための巻付け工程や蒸着工程などの特別なプロセスを必要としなくなり、製造工程が簡素になる。また可撓性外電極を樹脂の軟化温度で押出すことにより、部分的に融解した樹脂を介して可撓性外電極は可撓性複合圧電体に密着して形成できる。また、可撓性複合圧電体の構成要素の一つである樹脂と同じ樹脂および導電性粉末から可撓性外電極が構成されているので、可撓性複合圧電体との密着性に優れる。また可撓性複合圧電体と同じ製造方法で可撓性外電極を形成できるので、製造工程が簡素化されると共に、アルミニウム箔を巻き付ける工程も不要になる。
【００２４】
本発明の請求項７にかかるケーブル状圧力センサの製造方法は、請求項６記載の可撓性外電極は樹脂として塩素化ポリエチレンを用い、１２０℃〜１８０℃で可撓性複合圧電体の周囲に同軸状に押出してを形成するものである。
【００２５】
そして樹脂として塩素化ポリエチレンを用いているので、高耐熱性を付与できる。
【００２６】
【実施例】
以下、本本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるケーブル状圧力センサの斜視図である。尚、従来例と同一のものは同一番号を付与して、詳細な説明を省略する。
【００２８】
芯電極３の周囲に可撓性複合圧電体７を形成した後、可撓性外電極５が可撓性複合圧電体７の周囲に形成される。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。可撓性複合圧電体７は、樹脂とチタン酸鉛、チタン酸鉛ジルコン酸鉛などのセラミック圧電体粉末から構成された混合物である。また可撓性外電極５は、可撓性複合圧電体７で用いられる樹脂と同じ樹脂と導電性粉末から構成された混合物である。この樹脂として、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂あるいはクロロプレン・ゴムなどが用いられる。
【００２９】
可撓性複合圧電体７は、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の樹脂成分を含み、また可撓性外電極５も５０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％の樹脂成分を含む。更に、可撓性複合圧電体７で用いられる樹脂と可撓性外電極５で用いられる樹脂は、同じ樹脂を用いているので、この樹脂の軟化する温度領域で両者を接触させることにより、両者を優れた密着性で容易に接続できる。
【００３０】
また後述するように、可撓性複合圧電体７も可撓性外電極５も所定の温度で押出し法により形成できる。従って、可撓性外電極５を形成するために、巻付け工程、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ので、製造工程が簡単になる。
【００３１】
可撓性外電極５に用いられる導電性粉末として、金粉末、銀粉末、銀ーパラジウム粉末などの貴金属系粉末は、導電性厚膜用として多量に工業的に利用されている点で優れている。これらの貴金属系粉末の中でも銀粉末は比較的低価格である。また銀の比抵抗は他の金属と比べても小さいので、樹脂と銀粉末から成る可撓性外電極５の抵抗を小さくできる。例えば、エポキシ樹脂に６０ｗｔ％〜８０ｗｔ％程度添加することにより、比抵抗値が１０^−４〜１０^−５Ω・ｃｍの低抵抗の可撓性外電極５が得られる。
【００３２】
また可撓性外電極５に用いられる他の導電性粉末としては、カーボン粉末がある。
【００３３】
上記貴金属系に比べ、その比抵抗は一桁以上大きいので、樹脂とカーボン粉末から成る可撓性外電極５の抵抗は、樹脂とカーボン粉末から成る可撓性外電極５のそれに比べ、大きくなるが、低価格である点で優れている。例えば、エポキシ樹脂に〜２０ｗｔ％程度添加した可撓性外電極５の比抵抗値は〜１０^−２Ω・ｃｍであり、上記貴金属系を添加した可撓性外電極５の比抵抗値に比べ二桁以上大きい。可撓性複合圧電体７は電気的絶縁体でもあるので、ケーブル状圧力センサの長さが短い場合、例えば１０ｍ以下の場合、カーボンを添加した可撓性外電極５の比抵抗が大きくても問題にならない。
【００３４】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２におけるケーブル状圧力センサの斜視図である。尚、従来例または実施例１と同一のものは同一番号を付与して、詳細な説明を省略する。
【００３５】
可撓性複合圧電体７が電気的絶縁体であっても、ケーブル状圧力センサの芯電極３と可撓性外電極５間の抵抗は、その長さに逆比例して小さくなる。他方、可撓性外電極５の両端の抵抗は、その長さに比例して大きくなる。従って、樹脂とカーボン粉末から成る可撓性外電極５を用いて長いケーブル状圧力センサを形成した場合、例えば長さ５０ｍ程度で、可撓性外電極５の両端の抵抗値が１００ｋΩ以上になり、電極として不適になる場合がある。このような場合、図２に示すように、可撓性外電極５の周囲を導電性編組８で被覆することが好ましい。
【００３６】
導電性編組８としては、金属線編組が用いられる。この導電性編組８は多くの接触点を介して可撓性外電極５と電気的に接触している。従って、可撓性外電極５の抵抗が高くても、その周囲に導電性編組８が被覆され、この導電性編組８は多くの接触点を介して可撓性外電極５と電気的に接触しているので、ケーブル状圧力センサの両端間の抵抗は、ほぼ導電性編組８の低い抵抗に近くなる。このことは、両端間の抵抗が高い可撓性外電極５を可撓性複合圧電体７に密着して形成しても、可撓性外電極５の周囲に導電性編組８を被覆することにより、可撓性複合圧電体７に対する可撓性外電極５の優れた密着性を保持したままで、実質的に電極抵抗を低くできることを示す。
【００３７】
またこの可撓性外電極５にリード線を接続するとき、可撓性外電極５にリード線をハンダ付けできない。しかし、導電性編組８にリード線をハンダ付けすることが容易である点でもこの構成は好ましい。
【００３８】
なお、可撓性複合圧電体７の周囲に直接的に導電性編組８を被覆することもできるが、可撓性複合圧電体７に対する導電性編組８の接触面積が小さくなるので、可撓性複合圧電体７の分極が不充分になる点で好ましくない。
【００３９】
可撓性複合圧電体７を構成する樹脂として、前述したように、従来種々の樹脂が用いられ、その形成過程で樹脂は架橋され、可撓性複合圧電体７の耐熱性（約８０℃）を得ている。他方、樹脂として塩素化ポリエチレンを用いてケーブル状圧力センサを構成した場合、架橋しなくても約１２０℃の高耐熱性が得られる。
【００４０】
この詳細な理由は不明であるが、塩素化ポリエチレンはゴムとしての性質を有し、可撓性に優れる。この性質は酸化により劣化するが、ケーブル状圧力センサ構成の場合、可撓性外電極５や外皮が酸素を遮断するので、酸化による劣化を防止できる。また塩素化ポリエチレンは熱的に約１２０℃まで安定である。従って、上記の高耐熱性が得られる。
【００４１】
本発明のケーブル状圧力センサを製造する場合、芯電極３の周囲に、樹脂とセラミック圧電体粉末から成る可撓性複合圧電体７を同軸状に形成した後、樹脂と導電性粉末の混合物を樹脂の軟化温度で可撓性複合圧電体７の周囲に同軸状に押出して、可撓性外電極５を形成する方法が望ましい。可撓性複合圧電体７と可撓性外電極５は、共に同軸状に押出す製造方法で形成できる。従って、可撓性外電極５を形成するために巻付け工程や蒸着工程などの特別なプロセスを必要としないので、製造工程が簡素になる。
【００４２】
また樹脂の分子量や分子構造は単一でなく、ある程度分布しているので、一定の温度で融解せず、ある温度範囲にわたり部分的に融解する。この温度範囲で樹脂は軟化する。可撓性複合圧電体７を構成する樹脂と可撓性外電極５を構成する樹脂は同じであるので、両者の樹脂は軟化温度で部分的に融解している。この結果、可撓性複合圧電体７と可撓性外電極５は融解した樹脂を介して密着する。樹脂として、塩素化ポリエチレンを用いた場合、この軟化温度は１２０℃〜１８０℃であり、可撓性複合圧電体７の周囲に同軸状に押出すことにより、可撓性複合圧電体７と可撓性外電極５は優れた密着性を示すと共に、樹脂として塩素化ポリエチレンを用いているので、可撓性複合圧電体７にも可撓性外電極５にも高耐熱性を付与できる。
【００４３】
なお、上記実施例では図３に示した従来例の外皮６について特に触れていないが、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。
【００４４】
また外皮６として、熱収縮チューブ以外にも塩化ビニールやウレタン樹脂などを用いても、もちろんよいものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるケーブル状圧力センサは、可撓性複合圧電体が樹脂とセラミック圧電体粉末から成り、且つ、可撓性外電極が樹脂および導電性粉末から構成されているので、可撓性複合圧電体との密着性に優れる。
【００４６】
また可撓性複合圧電体と同じ製造方法で可撓性外電極を形成できるので、製造工程が簡素化できると共にアルミニウム箔を巻き付ける工程も不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるケーブル状圧力センサの斜視図
【図２】本発明の実施例２におけるケーブル状圧力センサの斜視図
【図３】従来のケーブル状圧力センサの斜視図
【符号の説明】
３芯電極
５可撓性外電極
７可撓性複合圧電体
８導電性編祖

Claims

芯電極と、前記芯電極の周囲に配置された可撓性複合圧電体と、前記可撓性複合圧電体の表面に配置された可撓性外電極とから成り、前記可撓性複合圧電体が樹脂とセラミック圧電体粉末から成り、且つ、前記可撓性外電極が樹脂と導電性粉末から成り、前記可撓性外電極は可撓性複合圧電体の構成要素の樹脂と同じ樹脂及び導電性粉末から構成したケーブル状圧力センサ。
導電性粉末が銀粉末である請求項１記載のケーブル状圧力センサ。
導電性粉末がカーボン粉末である請求項１記載のケーブル状圧力センサ。
可撓性外電極の周囲を導電性編組で被覆した請求項３記載のケーブル状圧力センサ。
樹脂が塩素化ポリエチレンである請求項１乃至４いずれか１項に記載のケーブル状圧力センサ。
芯電極の周囲に、樹脂とセラミック圧電体粉末から成る可撓性複合圧電体を同軸状に形成した後、樹脂と導電性粉末の混合物を樹脂の軟化温度で前記可撓性複合圧電体の周囲に同軸状に押出して、可撓性外電極を形成し、前記可撓性外電極は可撓性複合圧電体の構成要素の樹脂と同じ樹脂及び導電性粉末から構成したことを特徴とするケーブル状圧力センサの製造方法。
請求項６記載の可撓性外電極は、樹脂として塩素化ポリエチレンを用い、１２０℃〜１８０℃で可撓性複合圧電体の周囲に同軸状に押出して形成するケーブル状圧力センサの製造方法。