JPH0431640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ピエゾ電気（圧電）型圧力波変換装
置およびその製造方法に関するものである。

本発明による装置は、相互に間隔を以つて配置
され且つ中央記録センターに各々が接続された一
般的に多数の地震波受信器からなる受信装置を用
いて行う地震予知観測分野で特に利用されるもの
である。このような地震の研究では地中に向けて
音波を発信し、地中の様々な界面によつて反射さ
れたり屈折されたりした信号をこの受信装置によ
つて採取するものである。すなわち伝播された音
波をピツクアゾプして電気信号に変換し、採取さ
れた信号を記録したり適宜処理することによつて
地層の構造を把握して地震の予知に役立てる訳で
ある。このような技術は公知であるため本明細書
では詳細には言及しない。

［従来技術］ さて在来の受信装置は、直列あるいは並列に、
場合によつては直列と並列を併用して連結された
複数の変換器（ピツクアツプ）を用いているが、
これは受信される音波が小さいために電圧と電荷
の感度をそれぞれより良くするためである。然し
乍ら、海底地震を予知するべく観測を行うに当つ
てはこれらの変換器を観測船から海中に降下させ
るため、防火ケースやフリユートと呼ばれる地震
管の内部に納めなければならない。

従来より普通に用いられている変換器は、ピエ
ゾ電気（圧電）タイプのものであるが、このタイ
プのものはピエゾ電気材料で作成した比較的寸法
の小さな複数のデイスクによつて構成されてい
る。各デイスクは一対の電極に接続されていて、
音波を透過する単一または複数の面を有するケー
スに納められている。かかる変換器は、例えばフ
ランス特許第1556971号並びにその追加特許第
95668号と第96556号明細書に開示されている。

一方、フランス特許第2145099号によつて少な
くとも１本の帯状増感エレメントからなる変換器
装置（ピツクアツプ）も公知なものである。この
帯状エレメントは、ピエゾ電気材で作成された可
撓性のテープであつて、テープの両面には２つの
電極が配されており、単独では非常に微小な電圧
であるため全体的に感度を高める目的で通常は複
数の増感エレメントを直列に接続して配線してあ
る。また構造上の利点から、その２個の電極と組
合わされた第１の帯状エレメントを絶縁性の中空
シリンダにらせん状に巻き付けて地震波の交換器
を製造している。しかして巻回された第１の増感
エレメントの上からは絶縁性の柔らかいテープが
重ね合わされ、更に第２の帯状増感エレメントが
反対の回転方向で矢張りらせん状に巻装される。
そして、これら２つの帯状増感エレメントの電極
とそれぞれ接触状態にあるリングが、直列の相互
配線を形成するべく導線によつて接線されるもの
である。

然し乍ら、前述したような従来の変換器構造に
は以下に掲げる如き欠点がある。すなわち帯状の
２つの増感エレメントが有する電極を電気的に接
続するためには、一般的に支持体の端部において
導電性のリングを介してこれを行つていた。この
ような構造の場合、電極を構成する電導性フイル
ムの抵抗は無視することができないため、例えば
２つの帯状増感エレメントを並列に組合わせて用
いるに当つては、電極の長さは変換器の通過周波
帯を限定することに関与してくる。

その他、増感エレメントを一層巻装した後に他
の一層を巻装する場合には、二層目を巻装するに
先立つて、対応する電極と接触位置に置かれるよ
うに、交換器の各セクシヨンの各端部に集電リン
グを製造工程のステツプ毎に正確に位置設定しな
ければならないため、実際に工業生産するには不
利益が生ずるものである。

［発明の目的］ しかるに本発明による変換装置とその製造方法
は、叙上の不都合を解消することを目的とするも
のである。

［発明の構成］ そのため本発明に従つた変換装置は、少なくと
も２つの増感エレメントを有し、これらは帯状体
であつてピエゾ電気（圧電）特性を呈する合成プ
ラスチツク材料でなり、帯状体の双方に配された
２個の電極が組合わされ、また前記２つの増感エ
レメントは支持体に重ね合わされ且つこれらは２
つの交叉するらせん状の巻回として配置されるも
のを対象としている。

そして前記交換装置は、音波を透過する可撓性
の帯状電導エレメントを、内側に巻装した前記増
感エレメントの全ての辺縁を被覆するように重ね
合わせて巻き付け、前記帯状の電導エレメント
は、これが被覆する前記増感エレメントの外側の
電極と、この電導エレメントの上から重ねて巻装
される別の前記増感エレメントの内側の電極との
間のコンタクトを形成することを特徴としてい
る。

この変換装置は、前記２つの増感エレメントに
組合わされた電極と電気的接触する集電構造体を
少なくとも１個有してなることが好ましい。前記
集電構造体は、例えばパイプ状の前記支持体に巻
き付けられる帯状の第１の電導性テープと、この
テープよりも幅の狭い第２の電導性テープを少な
くとも１個有していると共に、前記２つの電導性
テープは相互に重ね合わされ且つ絶縁層によつて
それぞれが離間され、内側の増感エレメントは最
も幅の広い電導性テープと接触する構成のもので
ある。

このような構造に鑑み、２つの電極を電気的に
接触させることによつて並列に接続された２つの
増感エレメントからなる変換装置が完成されるの
である。２つの巻装の間に介在する薄い電導性の
テープは、音波を透過する特性を有しているた
め、殆ど無視することができる減衰を以つて測定
すべき圧力を伝達する訳である。また前記パイプ
状の支持体は２つの増感エレメントの電極とは僅
かな部分でしか接触していないため、パイプ状支
持体の例えば物理的な変形やたわみが前記２つの
増感エレメントに伝達され、これらの変形から生
ずるノイズ電圧の補償を容易ならしめる。更に、
前記電導性テープによつて電極は前記２つの増感
エレメントに対して完全に接触状態を保つため、
接続による電気抵抗を少なくし、結果的に電気的
な信頼度を改善するのである。

一方、各増感エレメントの電極はピエゾ電気基
板と同一の幅を呈しているため、２つの巻装の交
叉するらせん箇所で短絡が発生しやすくなる。こ
のような現象を防止するべく、内側の増感エレメ
ントの辺縁を被覆する電導性のテープが用いられ
るのである。

同様に本発明の対象である方法は、以下によつ
て限定される交換装置の製造に係るものである。
この方法は下記の工程すなわち、 (イ) 各々がパイプ状の支持体に巻き付けられた第
１の帯状電導体としての環状部材と、前記第１
の帯状電導体に重ね合わせて巻装され且つ絶縁
層によつてこの電導体からは離間された第２の
帯状電導体としての隣接しているが、別個にな
つている２個の金属リングから構成され、前記
環状部材の両端部分は前記２個の金属リングに
よつて覆われていない構造の集電構造体を一定
の間隔を以つて装着した長尺のパイプ状支持体
を用いること、 (ロ) 前記パイプ状支持体の全長に亘つて、前記第
１の増感エレメントと電導テープと第２の増感
エレメントを順次巻き付けること、 (ハ) 巻装された前記パイプ状支持体を隣接した前
記２個の電導性金属リングの間で分割するこ
と、 (ニ) 内側の増感エレメントと組合わされた電極
を、前記第１の導電性テープと第２の導電性テ
ープとそれぞれ電気的に接触状態にするよう
に、各セクシヨンの端部にて巻装を切断するこ
と、 (ホ) 電導性材料でなる保持リングを前記第１の電
導性テープと、第２の電導性テープと、外側の
増感エレメントの電極の周囲に嵌合させるこ
と、 からなることを特徴としている。

本発明に従つた方法は、予め集電構造体を装備
した長尺のパイプ状支持体から、多数の変換器を
大量生産することを容易にすると同時に、その品
質も極めて優れたものを得ることが可能である。

本発明による装置および方法のその他の特徴並
びに長所は、添付図面に示される２つの実施例に
沿つた以下の説明により明らかになるのであろう
が、これらの実施例にのみ本発明が限定される訳
ではないことを付言しておく。

［実施例］ 第１図に示される変換器装置は、地中に穿孔し
ながら進んでいるのに充分な剛性と共に、たわみ
に対しても適合する充分な可撓性を有するプラス
チク材料で作成した中空パイプの支持体１からな
つている。このような支持体は、変換器が地震管
（フリユート）の内部に配置される海底地震予知
調査に用いられる装置においては不可欠であり、
その他の分野でも有用なものとして採用されてい
る。交換器装置は観測船のドラムに巻き上げられ
ており、調査を行うに際しては目的の海域まで観
測船を航行させた後、この変換器装置をドラムか
ら巻き解きながら海底に投錨するような形で沈め
ていく。このようにして船上より変換器装置を海
底に向けて潜水させていく作業に当つては、様々
な応力が装置に及ぼされるので非常に慎重な操作
が必要となつてくる。例えば地震管に一定の浮力
を持たせるために、管内部には炭化水素を充填す
ることが一般的に行われている。従つて支持体１
のプラスチツク材料は、前述した２つの特性に加
えて炭化水素にも耐久性を呈するものが選択され
る。

図面に明示されるようにパイプ状の支持体１の
図面には、電極となる２枚の金属フイルムを両面
に被覆したピエゾ電気プラスチツク材料でなる帯
状の増感電池エレメント２が一方向に沿つてらせ
ん状に巻き付けられている。この増感電池エレメ
ント２はそれ自体公知のものであつて、らせんの
ピツチは巻いた帯状のものが重なり合つてしまわ
ないように、帯幅よりも広くなつている。

前記増感エレメント２の上から更に、例えば銅
で作られた薄い帯状の電導エレメント３が同一方
向に沿つて巻き付けられる。この帯状電導エレメ
ント３は図面からも明らかなとおり、殆ど〓間な
くきつちりと支持体１に巻き付けられるが、特に
前記増感エレメント２の辺縁部を覆うように巻装
される。

しかして全体的に巻き付けられた電導エレメン
ト３の上から最後に、第２の増感エレメント４が
らせん状に巻き付けられる。この第２の増感エレ
メント４のらせんピツチは矢張り図面からも明白
なとおり、パイプ状の支持体１は最初に巻回され
た増感エレメント２のものと同一ピツチである
が、らせんの方向が逆になつている。このような
層構造によつて、巻き付け方向が逆な２つの巻装
増感エレメントの交叉点で発生しがちな短絡が防
止され、上述した如く２つの増感エレメントの電
極間を電気的に且つ機械的に相互紹合されること
が容易に達成される。

一連の変換器装置を完成するためには長尺なパ
イプ状の支持体（数メートルから数10メートルあ
るいはそれ以上）を用いればよい訳であるが、そ
の場合には第２図に示すような集電構造体５を一
定間隔（例えば1mおきに）配置する。この集電
構造体５は、金属の環状部材６とこの部材の上か
ら嵌合された同様な金属リング７から構成されて
いる。これら２層の金属部品の間には８にて示さ
れる絶縁層が介在されると共に、２個の金属リン
グ７はそれぞれ別個のものとして分離されてい
る。前記環状部材６の幅は、その両端部９が露出
されるようなものを選ばなければならない。

さて上述した長尺な変換器装置を製作するに
は、在来の巻線機械を用いて先ずパイプ状の支持
体全長に亘つて増感エレメント２を巻き付け、次
に同一方向に電導エレメント３を巻装した後、そ
の上から第２の増感エレメント４を巻着させる。
そして各集電構造体５が取付けられるべき箇所
（あるいは所望する長さに従つてこれら集電構造
体の間の一定箇所）に基づいてパイプ状の支持体
を分割する。切断に際しては前記金属リング７の
中間にある分割面１５に沿つて行う。しかして第
３図および第４図に詳細が示される如く、電気的
なコンタクトを完成しながら巻線を短くすること
ができる訳である。

第３図に示される実施例によれば、第１の増感
エレメント２はその最後の一巻の下層にある電極
が、前述した金属の環状部材６（第２図参照）の
むき出しになつた部分である両端部９に接触状態
となる。絶縁層１０がその上から巻装され、前記
電導エレメント３はその最後の一巻が金属リング
７と接触するように切断される。更に別の絶縁層
１１がこの電導エレメント３の露出した部分に巻
装されるため、前記絶縁層１０と１１とでサンド
イツチ状態に保持される構成になる。そこで第２
の増感エレメント４をその最後の一巻が前記絶縁
層１１に貼付くような状態でこの増感エレメント
４を切断する。

３個の金属製保持リングが巻装された各エレメ
ントないし絶縁層を固定し、これらの間で電気的
接続または絶縁を保証している。その１個は保持
リング１２であつて、これは前記環状部材６と接
触状態に嵌合されている。もう１個は保持リング
１３であり、電導エレメントを金属リング７に対
して押当てている。残る１個の保持リング１４で
あつて、これは第２の増感エレメント４を前記絶
縁層１０および１１の箇所で固定するべく締め付
けているものである。

配線に際しては前記３個の保持リング１２，１
３，１４に導線がハンダ付けされるものである。
回路の構成に従つて、前述した２個の増感エレメ
ント２と４を並列に配線する場合には保持リング
１２と１４を直接接続してもよく、また保持リン
グ１２と１３の間から発生する電圧と、保持リン
グ１３と１４の間から発生する電圧の差を適宜検
出して計測しない場合には、個々の保持リングを
独自に接続する必要があろう。このようにして検
出された２つの電圧は、増感段を通過し、付加さ
れる前に濾波段（図示せず）に送られる。

以上説明した実施例においては、２つの増感エ
レメントは同一方向の垂直面に沿つて分断され、
第２の保持リング１３にまで延在しているのは電
導エレメント３である。しかるに第４図に示す実
施例では、前記電導エレメント３は絶縁層１０の
近傍で中断しており、第２の増感エレメント４が
延在して、その最後の一巻が第２の金属リング７
と接触している。ここでは電導エレメント３から
保持リング１４に電荷を移送するのは、前記第２
の増感エレメント４の内側に形成した電極なので
ある。

第４図に示された第２の実施例は、端子部分の
厚みをより薄くすることができるというメリツト
がある。前記２つの増感エレメントの長さを同一
に保ちながら、パイプ状支持体の可撓性に起因す
る優れた空電圧補償を得るために、第２の増感エ
レメント４を変換器装置の他端に対称的に短絡さ
せる。

同一の集電構造体５に取付けられた２つの金属
リング７の中間にある分割面１５が通過する中間
のスペースには増感エレメントが巻付けられてい
ないため、変換器をその支持体（例えば地震管の
内側）に装着するには、このスペースの位置でパ
イプ状の支持体の周りに締め付けられる金物（図
示せず）によつて行われる。

以上、図面に示した２つの実施例につき説明し
たが、巻装を完了した後にパイプ状の支持体を抜
き取ることができるように、２本の増感エレメン
ト２，４を接合するらせんとして支持体に巻き付
け、その辺縁同志を固着させるようにすることも
本発明の枠から逸脱しない一実施例として考えら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つた装置のパイプ状支持体
とこれに巻装される種々のエレメントを示す正面
図、第２図は増感エレメントと電導性テープを巻
装する以前に２つの集電構造体を装備したパイプ
状支持体の一部を示す部分断面図、第３図は集電
構造体の部分におけるパイプ状支持体と種々の巻
装間の接触状態を詳細に示す拡大断面図、第４図
は装置の他の実施例を第３図と同様に示した拡大
断面図である。 １…パイプ状支持体、２，４…増感エレメン
ト、３…導電エレメント、５…集電構造体、６…
電導性環状部材、７…金属リング、８，１０，１
１…絶縁層、１２，１３，１４…保持リング、１
５…分割面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２つの増感エレメント２，４を有
   し、これらは帯状であつてピエゾ電気特性を呈す
   る合成プラスチツク材料でなり、帯状体の双方に
   配された２個の電極が組合わされ、また前記２つ
   の増感エレメントは支持体１に重ね合わされ且つ
   これらは２つの交叉するらせん状の巻回として配
   置される連続構造のピエゾ電気型圧力波変換装置
   において、音波を透過する可撓性の帯状電導エレ
   メント３を、内側に巻装した前記増感エレメント
   ２の全ての辺縁を被覆するように重ね合わせて巻
   き付け、前記帯状の電導エレメント３は、これが
   被覆する前記増感エレメント２の外側の電極と、
   この電導エレメント３の上から重ねて巻装される
   前記増感エレメント４の内側の電極との間のコン
   タクトを形成することを特徴とする装置。 ２ 前記２つの増感エレメントに組合わされた電
   極と電気的接触する集電構造体５を少なくとも１
   個有してなることを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項に記載の装置。 ３ 前記集電構造体５は、パイプ状の前記支持体
   １に巻き付けられる帯状の第１の電導性環状部材
   ６と、この部材よりも幅の狭い第２の電導性金属
   リング７を少なくとも１個有していると共に、前
   記２つの導電性帯状体は相互に重ね合わされ且つ
   絶縁層８によつてそれぞれが離間され、内側の増
   感エレメント２は最も幅の広い電導性の帯状体と
   接触することを特徴とする前記特許請求の範囲第
   ２項に記載の装置。 ４ 前記帯状の電導エレメント３は、幅の狭い前
   記金属リング７と接触するようになるまで前記第
   １の増感エレメント２の上から重ねて巻き付けら
   れ、前記２つの増感エレメントは、パイプ状の支
   持体を横切る同一の分割面によつて中断され且つ
   最も幅の広い電導性環状部材６の被覆されない部
   分において絶縁層１０を介して互いに重ね合わさ
   れ、各集電構造体は同様に電導性材料でなる３個
   の保持リング１２，１３，１４を有し且つ環状部
   材６、金属リング７および外側の増感エレメント
   の電極とそれぞれ接触することを特徴とする前記
   特許請求の範囲第３項に記載の装置。 ５ 内側に巻装される前記増感エレメント２と外
   側に巻装される前記増感エレメント４は、それぞ
   れ内側の電導性環状部材６と幅の狭い外側の金属
   リング７と接触し、前記電導エレメント３は、前
   記電導性環状部材６の一端近傍で中断され、各集
   電構造体は同様に電導性材料でなる３個の保持リ
   ング１２，１３，１４を有し且つ環状部材６、金
   属リング７および外側の増感エレメント４の電極
   とそれぞれ接触することを特徴とする前記特許請
   求の範囲第３項に記載の装置。 ６ 少なくとも２つの増感エレメント２，４を有
   し、これらは帯状であつてピエゾ電気特性を呈す
   る合成プラスチツク材料でなり、帯状体の双方に
   配された２個の電極が組合わされ、また前記２つ
   の増感エレメントは支持体に重ね合わされ且つこ
   れらは２つの交叉するらせん状の巻回として配置
   される連続構造のピエゾ電気型圧力波変換装置を
   製造する方法において、下記の工程すなわち、 (イ) 各々がパイプ状の支持体に巻き付けられた第
   １の帯状電導体としての環状部材６と、第２の
   帯状電導体としての隣接した２個の金属リング
   ７から構成され、前記環状部材６の両端部分は
   前記２個の金属リング７によつて覆われていな
   い構造の集電構造体５を一定の間隔を以つて装
   着した長尺のパイプ状支持体１を用いること、 (ロ) 前記パイプ状支持体の全長に亘つて、前記第
   １の増感エレメント２と電導エレメント３と第
   ２の増感エレメント４を順次巻き付けること、 (ハ) 巻装された前記パイプ状支持体１を隣接した
   前記２個の電導性金属リングの間で分割するこ
   と。 (ニ) 前記第１の増感エレメント２と組合わされた
   電極を、電導性の前記環状部材６と金属リング
   ７とそれぞれ電気的に接触状態にするように、
   各セクシヨンの端部にて巻装を切断すること、 (ホ) 電導性材料でなる保持リング１２，１３，１
   ４を前記環状部材６と金属リング７と外側の増
   感エレメント４の電極の周囲に嵌合させるこ
   と、 からなることを特徴とする方法。 ７ 前記電導エレメント３が前記金属リング７と
   接触するようになると共に、前記２つの増感エレ
   メント２，４が同一の長さに分割され且つ導電性
   の前記環状部材６と保持リング１４とそれぞれ接
   触状態を保つように、この電導エレメントを切断
   することを特徴とする前記特許請求の範囲第６項
   に記載の方法。 ８ 前記２つの増感エレメント２，４が前記環状
   部材６と金属リング７とそれぞれ電気的に接触す
   るようになると共に、前記電導エレメント３が電
   導性の帯状体である前記環状部材６の側縁部近傍
   で分割されるように、これら２つの増感エレメン
   トを切断することを特徴とする前記特許請求の範
   囲第６項に記載の方法。