KR20200012936A - 진동 센서 및 압전 소자 - Google Patents

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KR20200012936A
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다카시 가네무라
츠요시 세키타니
다카후미 우에무라
슈스케 요시모토
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다이낑 고오교 가부시키가이샤
고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸
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Abstract

출력의 주파수 의존성이 작은 진동 센서를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은, 지지체 (2) 와, 지지체 (2) 에 변형 가능하게 형성된 유기 압전체 (3) 와, 유기 압전체 (3) 상에 형성되고, 유기 압전체 (3) 가 변형에 의해 발생한 전기 신호를 취출하기 위한 전극 (4) 을 구비하고, 유기 압전체 (3) 는, 불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성되는, 진동 센서 (1) 를 제공한다.

Description

진동 센서 및 압전 소자
본 발명은, 압전체를 사용한 진동 센서, 및 진동 센서용의 압전 소자에 관한 것이다.
고체 구조물 등의 측정 대상물을 평가하는 방법으로서, 측정 대상물에 진동 센서를 고정시키고, 진동 센서가 검지한 진동의 주파수 및 가속도에 기초하여, 측정 대상물을 평가하는 방법이 있다. 진동의 주파수 및 가속도를 검지 가능한 진동 센서로서, 압전체를 사용한 진동 센서가 있다 (예를 들어, 특허문헌 1). 그러한 진동 센서는, 압전형 진동 센서라고 불리고, 압전체가 변형됨으로써 발생한 전기 신호에 기초하여, 진동을 검지할 수 있다.
일본 공개실용신안공보 소52-140374호
측정 대상물은 여러 가지 주파수의 진동을 발한다. 따라서, 진동 센서를 사용하여 측정 대상물을 정확하게 평가하기 위해서는, 진동 센서의 출력의 주파수 의존성이 작은 것, 즉, 진동의 가속도가 일정한 경우, 주파수가 변화해도 진동 센서가 발생하는 전기 신호의 출력의 변화가 작은 것이 요구된다.
본 발명은, 출력의 주파수 의존성이 작은 진동 센서를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 진동 센서용의 압전체로서 유기 압전체를 사용함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 다음의 양태를 포함한다.
항 1.
지지체와,
상기 지지체에 변형 가능하게 형성된 유기 압전체와,
상기 유기 압전체 상에 형성되고, 상기 유기 압전체가 변형에 의해 발생한 전기 신호를 취출하기 위한 전극을 구비하고,
상기 유기 압전체는, 불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성되는, 진동 센서.
항 2.
상기 유기 압전체가, 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체인, 항 1 에 기재된 진동 센서.
항 3.
상기 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체에 있어서의 (불화비닐리덴에서 유래하는 반복 단위)/(테트라플루오로에틸렌에서 유래하는 반복 단위) 의 몰비가 30/70 ∼ 95/5 의 범위 내인, 항 2 에 기재된 진동 센서.
항 4.
진동 센서용인 압전 소자로서,
불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성되는 압전체를 함유하는 압전 소자.
항 5.
상기 압전체가, 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체인, 항 4 에 기재된 압전 소자.
항 6.
상기 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체에 있어서의 (불화비닐리덴에서 유래하는 반복 단위)/(테트라플루오로에틸렌에서 유래하는 반복 단위) 의 몰비가 30/70 ∼ 95/5 의 범위 내인, 항 5 에 기재된 압전 소자.
항 7.
측정 주파수 레인지가 1 ㎐ ∼ 1 ㎒ 인 진동 센서용인, 항 4 ∼ 6 중 어느 한 항에 기재된 압전 소자.
항 8.
상기 주파수 레인지가 1 ㎐ ∼ 10 ㎑ 인, 항 7 에 기재된 압전 소자.
항 9.
상기 주파수 레인지가 10 ㎐ ∼ 2 ㎑ 인, 항 8 에 기재된 압전 소자.
본 발명에 의하면, 출력의 주파수 의존성이 작은 진동 센서를 제공할 수 있다.
도 1(a) ∼ (c) 는 각각, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 진동 센서의 평면도, A-A 단면도 및 B-B 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시예에 있어서 사용한 각 압전체의, 측정 전압의 주파수 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 본 발명의 실시예에 있어서의 주파수 응답 시험의 측정 결과 1 을 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 본 발명의 실시예에 있어서의 주파수 응답 시험의 측정 결과 1 을 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 본 발명의 실시예에 있어서의 주파수 응답 시험의 측정 결과 2 를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 본 발명의 실시예에 있어서의 주파수 응답 시험의 측정 결과 2 를 나타내는 그래프이다.
용어
본 명세서 중의 기호 및 약호는, 특별히 한정이 없는 한, 본 명세서의 문맥에 따라, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상적으로 사용되는 의미로 해석된다.
본 명세서 중, 어구 「함유하는」은, 어구 「로 본질적으로 이루어진다」, 및 어구 「로 이루어진다」를 포함하는 것을 의도하여 사용된다.
진동 센서
본 발명의 진동 센서는,
지지체와,
상기 지지체 상에 변형 가능하게 형성된 유기 압전체와,
상기 압전체 상에 형성되고, 상기 유기 압전체가 변형에 의해 발생한 전기 신호를 취출하기 위한 전극을 구비하고,
상기 유기 압전체는, 불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성된다.
이하, 본 발명의 진동 센서의 일 실시형태에 대해 설명한다.
도 1(a) 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 진동 센서 (1) 의 평면도이고, 도 1(b) 는, 진동 센서 (1) 의 A-A 단면도이고, 도 1(c) 는, 진동 센서 (1) 의 B-B 단면도이다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 진동 센서 (1) 는, 지지체 (2) 와, 지지체 (2) 에 변형 가능하게 형성된 유기 압전체 (3) 와, 유기 압전체 (3) 에 형성되고, 유기 압전체 (3) 가 변형에 의해 발생한 전기 신호를 취출하기 위한 전극 (4) 을 주로 구비하고 있다.
지지체 (2) 는, 상부재 (2a) 와 하부재 (2b) 로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 지지체 (2) 는, 부재 (2a, 2b) 로 구성되어 있지만, 하부재 (2b) 만으로 구성되어도 된다. 지지체 (2) 의 재질은, 진동에 의해 변형되지 않을 정도의 강성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 하부재 (2b) 에 금속 재료를 사용하여 접지되는 형태로 되어 있어도 된다.
유기 압전체 (3) 는, 지지체 (2) 에 형성되어 있다. 「지지체 (2) 에 형성되어 있다」란, 지지체 (2) 에 직접 접촉하여, 또는, 지지체 (2) 에 직접적으로는 비접촉으로 (예 : 접착제층을 개재하여) 지지체 (2) 에 유지되어 있는 것을 의미할 수 있다. 본 실시형태에서는, 유기 압전체 (3) 는, 막상으로 형성되어 있고, 상부재 (2a) 와 하부재 (2b) 의 오목부 전체를 덮도록 고정되어 있다. 이로써, 진동 센서 (1) 에 진동이 가해지면, 유기 압전체 (3) 가 변형되어, 유기 압전체 (3) 가 전기 신호를 발생시킨다. 도 1(a) 에서는, 유기 압전체 (3) 에 의해 덮인 오목부가 파선으로 나타나 있다.
유기 압전체 (3) 의 형상은, 막상일 필요는 없고, 진동 센서 (1) 에 진동이 가해지는 것에 의해 변형 가능한 형상이면 된다. 유기 압전체 (3) 를 지지체 (2) 에 장착하는 양태도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 접착제에 의해 유기 압전체 (3) 를 지지체 (2) 에 고정시킬 수 있다.
유기 압전체 (3) 의 두께는, 통상적으로 0.5 ㎛ ∼ 2 ㎜ 의 범위 내, 바람직하게는 3 ㎛ ∼ 500 ㎛ 의 범위 내, 보다 바람직하게는 6 ㎛ ∼ 50 ㎛ 의 범위 내, 보다 더 바람직하게는 10 ㎛ ∼ 40 ㎛ 의 범위 내이다.
유기 압전체 (3) 는, 단층이어도 되고, 또는 복수의 막상 압전체를 적층한 적층체여도 된다. 이 경우, 적층체를 구성하는 층의 수는 특별히 한정되지 않는다.
이 각 층을 구성하는 막상 압전체의 조성은, 서로 동일해도 되고, 또는 서로 상이해도 된다. 또, 이 각 층을 구성하는 막상 압전체의 두께는, 서로 동일해도 되고, 또는 서로 상이해도 된다.
또, 이 각 층을 구성하는 막상 압전체의 분극 방향은 서로 동일해도 되고, 또는 서로 상이해도 된다.
또, 적층체는 시트상이어도 되고, 롤상이어도 된다.
각 층을 구성하는 막상 압전체끼리는, 점착 시트, 또는 접착제 등의 접착 수단에 의해 접착해도 되고, 열 압착해도 된다.
유기 압전체 (3) 의 조성에 대해서는 후술한다.
전극 (4) 은, 도전성의 금속막으로 구성할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 전극 (4) 은, 유기 압전체 (3) 의 표면에 형성된 상부 전극 (41) 과, 유기 압전체 (3) 의 이면에 형성된 하부 전극 (42) 을 구비하고 있다.
상부 전극 (41) 은, 유기 압전체 (3) 의 변형 가능 부분에 형성된 원형부와, 상기 원형부로부터 밖으로 연장되는 인출부 (41a) 를 구비하고 있다. 도 1(a) 및 (b) 에 나타내는 바와 같이, 인출부 (41a) 는, 유기 압전체 (3) 의 표면 상을 도면 중 우측 방향으로 연장되어 있다. 인출부 (41a) 의 단부에는 리드선 (R1) 의 일단이 접속되어 있다.
마찬가지로, 하부 전극 (42) 은, 유기 압전체 (3) 의 변형 가능 부분에 형성된 원형부와, 상기 원형부로부터 밖으로 연장되는 인출부 (42a) 를 구비하고 있다. 도 1(a) 및 (c) 에 나타내는 바와 같이, 인출부 (42a) 는, 유기 압전체 (3) 의 이면과 지지체 (2) 사이를 도면 중 우측 방향으로 연장되어 있다. 인출부 (42a) 의 단부에는 리드선 (R2) 의 일단이 접속되어 있다.
리드선 (R1) 의 타단 및 리드선 (R2) 의 타단은, 예를 들어 동축 커넥터 등의 커넥터를 통하여, 진동 센서 (1) 를 외부 장치에 접속하기 위한 케이블을 접속할 수 있다.
유기 압전체 (3) 가 변형되어 기전력을 발생시키면, 상부 전극 (41) 과 하부 전극 (42) 사이에 전위차가 발생한다. 이로써, 인출부 (41a, 42a) 및 리드선 (R1, R2) 을 통하여, 상기 전위차에 따른 전압의 전기 신호를 취출할 수 있다.
또한, 전극 (4) 의 구성은, 유기 압전체 (3) 가 발생한 전기 신호를 취출하는 것이 가능한 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 본 실시형태에서는, 유기 압전체 (3) 의 양면에 전극 (41, 42) 을 형성하고 있지만, 유기 압전체 (3) 의 편면에만 전극을 형성해도 된다. 예를 들어, 유기 압전체 (3) 의 표면에만 전극을 형성한 경우, 유기 압전체 (3) 의 이면의 전위를 고정시키는 것이 바람직하다.
또, 유기 압전체 (3) 에는, 특허문헌 1 에 개시되어 있는 바와 같은 추 (중추) 는 형성되어 있지 않다.
진동 센서 (1) 는, 유기 압전체 (3) 의 변형 가능한 부분이 어느 정도의 장력을 가지고 상부재 (2a) 와 하부재 (2b) 의 오목부에 장착된 양팔보형의 진동 센서이지만, 본 발명은, 외팔보 (캔틸레버) 형이나 원환형 등의 모든 구조의 진동 센서에 적용할 수 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 평06-026807호나 일본 공개특허공보 평09-133691호에 개시된 외팔보형의 진동 센서에 있어서, 진동 검지하는 압전체로서 본 실시형태에 관련된 유기 압전체 (3) 를 사용해도 된다.
압전 소자
상기 본 발명의 진동 센서가 구비하는 유기 압전체는, 압전 소자로서 기능할 수 있다.
이것으로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명은, 진동 센서용인 압전 소자로서, 불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성되는 압전체를 함유하는 압전 소자도 또한 제공한다.
압전 소자의 형태 및 두께는, 진동 센서에 대한 유기 압전체에 관한 기재로부터 이해되는 것과 동일할 수 있다.
본 명세서 중, 유기 압전체는, 바람직하게 폴리머로 구성된다 (또는, 폴리머로 본질적으로 이루어진다).
상기 유기 압전체는, 바람직하게 수지 필름 등일 수 있다.
상기 유기 압전체는, 수지 필름에 통상적으로 사용되는 첨가제를 함유해도 된다.
본 명세서 중, 유기 압전체가, 어떠한 폴리머로 구성되는 것의 의미는, 상기 유기 압전체가, 상기 폴리머에 의해서만 그 고체 구조 (예 : 자립 필름의 구조) 가 유지될 수 있는 양으로, 상기 폴리머를 함유하는 것을 포함한다.
유기 압전체의 바람직한 예로는, 불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성되는 유기 압전체를 들 수 있다.
본 명세서 중, 유기 압전체는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 압전 처리 (예 : 코로나 처리, 연신 처리) 를 실시한 것에 의해, 압전성을 가지고 있어도 된다.
상기 「불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체」에 있어서의 「이것과 공중합 가능한 모노머」의 예로는,
트리플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 및 불화비닐 등의 함불소 모노머를 들 수 있다.
상기 「이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머」또는 그 중의 1 종은, 바람직하게는 테트라플루오로에틸렌이다.
상기 「불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성되는 압전체」의 구체예로는,
불화비닐리덴/트리플루오로에틸렌계 공중합체 압전체, 및
불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체를 들 수 있다.
그 중에서도, 그 바람직한 예로는, 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체를 들 수 있다.
상기 「불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체」는, 본 발명에 관한 성질이 현저하게 저해되지 않는 한에 있어서, 불화비닐리덴 및 테트라플루오로에틸렌 이외의 모노머에서 유래하는 반복 단위를 함유해도 된다.
상기 「불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체」를 구성하는 「불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체」는, 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 공중합체를 포함한다.
마찬가지로, 상기 「불화비닐리덴/트리플루오로에틸렌계 공중합체 압전체」는, 본 발명에 관한 성질이 현저하게 저해되지 않는 한에 있어서, 불화비닐리덴 및 트리플루오로에틸렌 이외의 모노머에서 유래하는 반복 단위를 함유해도 된다.
상기 「불화비닐리덴/트리플루오로에틸렌계 공중합체 압전체」를 구성하는 「불화비닐리덴/트리플루오로에틸렌계 공중합체」는, 불화비닐리덴/트리플루오로에틸렌 공중합체를 포함한다.
상기 「(1) 불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체」는, 불화비닐리덴에서 유래하는 반복 단위를 바람직하게는 30 몰％ 이상 (바람직하게는 60 몰％ 이상, 보다 바람직하게는 70 몰％ 이상) 함유한다.
상기 「불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체」(및 상기 「불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 공중합체」) 에 있어서의 (불화비닐리덴에서 유래하는 반복 단위)/(테트라플루오로에틸렌에서 유래하는 반복 단위) 의 몰비는,
본 발명에 관해서, 압전성의 높이의 면에서는,
바람직하게는 30/70 ∼ 95/5 의 범위 내,
보다 바람직하게는 40/60 ∼ 95/5 의 범위 내,
더욱 바람직하게는 50/50 ∼ 95/5 의 범위 내,
보다 더욱 바람직하게는 60/40 ∼ 95/5 의 범위 내,
특히 바람직하게는 70/30 ∼ 90/10 의 범위 내, 및
보다 특히 바람직하게는 70/30 ∼ 85/15 의 범위 내이다.
상기 「불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체」(및 상기 「불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 공중합체」) 에 있어서의 (불화비닐리덴에서 유래하는 반복 단위)/(테트라플루오로에틸렌에서 유래하는 반복 단위) 의 몰비는,
본 발명에 관해서, 내열성의 높이의 면에서는,
바람직하게는 30/70 ∼ 95/5 의 범위 내,
보다 바람직하게는 30/70 ∼ 90/10 의 범위 내,
더욱 바람직하게는 30/70 ∼ 85/15 의 범위 내, 및
보다 더욱 바람직하게는 40/60 ∼ 70/30 의 범위 내이다.
당해 기재 범위에 기초하여, 적절히 상기 몰비를 설정함으로써, 높은 압전성, 및 높은 내열성을 양립시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 「불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체」는, 본 발명에 관한 성질이 현저하게 저해되지 않는 한에 있어서, 불화비닐리덴 및 테트라플루오로에틸렌 이외의 모노머에서 유래하는 반복 단위를 함유해도 된다. 통상적으로, 이와 같은 반복 단위의 함유율은, 10 몰％ 이하이다. 이와 같은 모노머는, 불화비닐리덴 모노머, 테트라플루오로에틸렌 모노머와 공중합 가능한 것인 한 한정되지 않지만, 그 예로는,
(1) 플루오로 모노머 (예, 비닐플루오리드 (VF), 트리플루오로에틸렌 (TrFE), 헥사플루오로프로펜 (HFP), 1-클로로-1-플루오로-에틸렌 (1,1-CFE), 1-클로로-2-플루오로-에틸렌 (1,2-CFE), 1-클로로-2,2-디플루오로에틸렌 (CDFE), 클로로트리플루오로에틸렌 (CTFE), 트리플루오로비닐 모노머, 1,1,2-트리플루오로부텐-4-브로모-1-부텐, 1,1,2-트리플루오로부텐-4-실란-1-부텐, 퍼플루오로알킬비닐에테르, 퍼플루오로메틸비닐에테르 (PMVE), 퍼플루오로프로필비닐에테르 (PPVE), 퍼플루오로아크릴레이트, 2,2,2-트리플루오로에틸아크릴레이트, 2-(퍼플루오로헥실)에틸아크릴레이트), 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-트리데카플루오로옥타-1-엔 (C6 올레핀) ; 그리고
(2) 탄화수소계 모노머 (예, 에틸렌, 프로필렌, 무수 말레산, 비닐에테르, 비닐에스테르, 알릴글리시딜에테르, 아크릴산계 모노머, 메타크릴산계 모노머, 아세트산비닐을 들 수 있다.
본 발명에 관해서는, 출력의 크기 면에서, 상기 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 유기 압전체의 이하의 방법으로 측정한 내부 헤이즈값 (inner haze) 은, 0.5 ％ 이상, 바람직하게는 3 ％ 이상, 보다 바람직하게는 15 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 40 ％ 이상, 보다 더욱 바람직하게는 50 ％ 이상이다.
전체 헤이즈값은, ASTM D1003 에 준거하여, 헤이즈 미터 NDH7000SP (제품명) (닛폰 전색 공업 주식회사 제조) 또는 그 동등품을 사용한 헤이즈 (HAZE, 탁도) 시험에 의해 얻어진다. 내부 헤이즈값 (inner haze) 은, 헤이즈 미터 NDH7000SP (제품명) (닛폰 전색 공업 주식회사 제조) 를 사용하여 측정한다. 구체적으로는, 먼저 유리제 셀 속에 물을 넣어 레퍼런스를 측정한 후, 그 물 안에 유기 압전체를 넣어 헤이즈값을 측정하고, 레퍼런스와 뺌으로써 얻어진다. 후술하는 실시예에 있어서도 동일하다.
본 발명에 관해서는, 출력의 크기 면에서, 상기 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 유기 압전체의 압전 정수 (定數) d33 은, ―1 ∼ ―40 pC/N 의 범위 내, 바람직하게는 ―3 ∼ ―40 pC/N 의 범위 내, 보다 바람직하게는 ―10 ∼ ―40 pC/N 의 범위 내, 보다 더 바람직하게는 ―15 ∼ ―40 pC/N 의 범위 내이다.
상기 유기 압전체는, 원하는 바에 따라, 본 발명의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한에 있어서, 상기 중합체 이외에, 첨가물을 함유해도 된다.
상기 첨가물의 예는, 티탄산바륨 (BaTiO3), 티탄산납 (PbTiO3), 티탄산지르콘산납 (Pb(Zr,Ti)O3), 추가로 Pb(Zr,Ti)O3 에 소량의 La 를 첨가하여 얻어지는 티탄산지르콘산란탄납 ((Pb,La)(Zr,Ti)O3) 등의 무기 세라믹 압전체를 포함한다.
상기 유기 압전체는, 상업적으로 입수 가능하거나, 또는 공지된 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
진동 센서가 발생하는 전기 신호는, 1 ㎐ ∼ 1 ㎒ 인 것이 바람직하고, 1 ㎐ ∼ 10 ㎑ 인 것이 보다 바람직하고, 1 ㎐ ∼ 5 ㎑ 인 것이 더욱 바람직하며, 10 ㎐ ∼ 2 ㎑ 인 것이 보다 더 바람직하다.
후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 유기 압전체 (3) 로서 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 공중합체를 사용한 진동 센서 (1) (이후에 기재하는 실시예의 진동 센서 C ∼ F) 는, 10 ㎐ ∼ 2 ㎑ 의 주파수 영역에 있어서, 출력의 주파수 의존성이 작다. 또, 유기 압전체 (3) 로서 폴리불화비닐리덴 압전체를 사용한 진동 센서 (1) (이후에 기재하는 실시예의 진동 센서 A) 는, 10 ㎐ ∼ 2 ㎑ 의 주파수 영역에 있어서, 가진 레벨의 변화에 대한 출력 직선성이 양호하다. 그 때문에, 특히 10 ㎐ ∼ 2 ㎑ 의 주파수를 발하는 평가 대상물을 정확하게 평가할 수 있다.
또, 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 공중합체는, 폴리불화비닐리덴에 비하여,
·압전체의 출력의 주파수 의존성이 작다
·용매에 녹기 쉬워 도포하기 쉽다
·압전체의 막 두께를 제어하기 쉽다
·면내 압전성에 이방성이 없다
·도공시의 조건에서 결정화도나 막 두께를 컨트롤할 수 있기 때문에, 압전성을 제어하기 쉽다
·연신하지 않아도 압전성을 갖는다
·내열성이 양호하다
·내부식성이 양호하다
·내환경성이 양호하기 때문에 압전성의 시간 경과적 변화가 적다
라는 이점을 갖는다.
또, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 내부 헤이즈값이 큰 유기 압전체를 사용한 진동 센서는, 내부 헤이즈값이 작은 유기 압전체를 사용한 진동 센서보다 출력이 커진다. 그 때문에, 유기 압전체 (3) 의 내부 헤이즈값은 큰 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서, 여러 가지의 변경이 가능하다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
진동 센서의 제조
본 실시예에서는, 도 1 에 나타내는 진동 센서와 거의 동일한 구성의 진동 센서를 사용하였다. 진동 센서는, 이하의 순서로 제조하였다.
1. 양면에 보호 필름이 첩부된 막상의 유기 압전체 (3) 를 준비하고, 소정의 크기로 잘라내었다. 구체적으로는, 유기 압전체 (3) 로서, 표 1 에 나타내는 샘플 A ∼ F 를 준비하였다
Figure pct00001
또한, 샘플 C ∼ F 에 있어서의 (불화비닐리덴에서 유래하는 반복 단위)/(테트라플루오로에틸렌에서 유래하는 반복 단위) 의 몰비는, 모두 80/20 이었다.
2. 유기 압전체 (3) 로부터 보호 필름을 벗기고, 전극 (41) 및 하부 전극 (42) 으로서, 한 변 25 ㎜ 의 정방 형상의 알루미늄막의 패턴을, 약 100 ㎚ 의 두께로 유기 압전체 (3) 의 양면에 증착하였다.
3. 아크릴판으로 형성한 두께 3 ㎜ 의 지지체 (2) (상부재 (2a) 와 하부재 (2b)) 를 준비하였다. 유기 압전체 (3) 에 의해 덮이는 상부재 (2a) 와 하부재 (2b) 의 오목부의 사이즈 및 형상은, 직경이 30 ㎜ 인 원형이었다.
4. 동축 커넥터를 준비하고, 커넥터에 2 개의 리드선 (R1, R2) 을 납땜하였다.
이상의 순서에 의해, 유기 압전체 (3) 로서 샘플 A ∼ F 를 각각 구비한 6 개의 진동 센서 (이하, 진동 센서 A ∼ F 라고 칭하기도 한다) 를 제조하였다.
진동 센서에 대한 진동 부여
상기의 요령으로 제조한 진동 센서 (1) 의 주파수 의존성 및 출력 직선성을 확인하기 위해, 가진기 (IMV 사 제조 형식 : i240) 를 사용하여 진동 센서 (1) 에 진동을 부여하였다. 구체적으로는, 진동 센서 (1) 를 한 변 140 ㎜ 의 정방 형상의 알루미늄판에 에폭시계 접착제로 고정시키고, 알루미늄판을 볼트로 가진기에 고정시켰다. 또한, 동축 케이블을 사용하여 진동 센서를 오실로스코프에 접속하였다.
주파수 응답 시험
출력의 주파수 의존성을 확인하기 위한 주파수 응답 시험에서는, 진동의 가속도 (가진 레벨) 를 1.0 m/s2 로 설정하고, 주파수를 10 ㎐, 50 ㎐, 100 ㎐, 500 ㎐, 1000 ㎐ 및 2000 ㎐ 의 6 단계에서 전환하면서 가진기를 구동시켜, 진동 센서 (1) 의 출력 (μV) 을 측정하였다. 이 측정을, 상기의 6 개의 진동 센서 A ∼ F 의 각각에 대해 실시하였다.
또한, 실제로 측정되는 전기 신호의 전압은, 컷오프의 영향에 의한 주파수 의존성이 있다. 구체적으로는, 주파수가 작을수록 측정 전압이 낮아지고, 주파수가 클수록 측정 전압이 높아지는 경향이 있다. 이 경향은, 전극이나 케이블의 저항, 오실로스코프의 저항 및 오실로스코프가 내장하는 앰프의 특성에 의해 변화되기 때문에, 미리 진동 센서 A ∼ F 의 주파수 의존성을 측정하였다. 유기 압전체로부터 발생하는 전압이 1 V 라고 가정했을 때의, 진동 센서 A ∼ F 의 측정 전압의 주파수 의존성의 측정 결과를 도 2 및 표 2 에 나타낸다.
Figure pct00002
주파수 응답 시험에서는, 진동 센서 A ∼ F 가 발생하는 전기 신호의 측정값을, 도 2 에 나타내는 주파수 의존성에 기초하여 보정하였다. 또한, 본 실시예에서는, 전기 신호의 실제의 측정값을 「측정 결과 1」로 하고, 측정 결과 1 을 주파수 의존성에 기초하여 보정한 값을 「측정 결과 2」로 하였다.
결과
주파수 응답 시험에 있어서의 측정 결과 1 을, 표 3, 그리고 도 3(a) ∼ (c) 및 도 4(a) ∼ (c) 의 그래프에 나타낸다.
Figure pct00003
주파수 응답 시험에 있어서의 측정 결과 2 를, 표 4, 그리고 도 5(a) ∼ (c) 및 도 6(a) ∼ (c) 의 그래프에 나타낸다.
Figure pct00004
또, 측정 결과 2 의 평균 출력 (μV) 및 출력폭 (최대 출력과 최소 출력의 차) 을 표 5 에 나타낸다.
Figure pct00005
측정 결과 2 로부터, 진동 센서 A ∼ F 는 모두, 100 ∼ 2000 ㎐ 의 주파수 영역에 있어서 출력의 변화가 적고, 주파수 의존성이 작다. 이로써, 유기 압전체로서 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴/트리플루오로에틸렌 공중합체 또는 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 공중합체를 사용함으로써, 저주파 ∼ 고주파수 영역에 있어서, 양호한 주파수 의존성이 얻어지는 것이 확인되었다.
또한, 진동 센서 C ∼ F 는, 10 ㎐ 의 초저주파에 있어서의 출력이, 50 ∼ 2000 ㎐ 의 주파수 영역에 있어서의 출력과 거의 동일하다. 따라서, 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 공중합체를 사용함으로써, 초저주파 ∼ 고주파수 영역에 있어서, 양호한 주파수 의존성이 얻어지는 것이 확인되었다.
또, 진동 센서 B ∼ D 및 F 는, 100 ∼ 2000 ㎐ 에 있어서의 출력이 진동 센서 A 보다 크다. 즉, 유기 압전체로서 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 공중합체 또는 불화비닐리덴/트리플루오로에틸렌 공중합체를 사용하는 편이, 고주파수 영역에 있어서 큰 출력이 얻어지는 것이 확인되었다.
또, 진동 센서 D 의 출력은, 모든 주파수에 있어서 진동 센서 C 보다 크다. 이것은, 유기 압전체의 내부 헤이즈값이 클수록, 압전 정수 d33 의 절대값이 커지기 때문이다.
1 : 진동 센서
2 : 지지체
2a : 상부재
2b : 하부재
3 : 유기 압전체
4 : 전극
41 : 상부 전극
41a : 인출부
42 : 하부 전극
42a : 인출부

Claims (9)

  1. 지지체와,
    상기 지지체에 변형 가능하게 형성된 유기 압전체와,
    상기 유기 압전체 상에 형성되고, 상기 유기 압전체가 변형에 의해 발생한 전기 신호를 취출하기 위한 전극을 구비하고,
    상기 유기 압전체는, 불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성되는, 진동 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 압전체가, 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체인, 진동 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체에 있어서의 (불화비닐리덴에서 유래하는 반복 단위)/(테트라플루오로에틸렌에서 유래하는 반복 단위) 의 몰비가 30/70 ∼ 95/5 의 범위 내인, 진동 센서.
  4. 진동 센서용인 압전 소자로서,
    불화비닐리덴과, 이것과 공중합 가능한 1 종 이상의 모노머의 공중합체로 구성되는 압전체를 함유하는, 압전 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압전체가, 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체인, 압전 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 불화비닐리덴/테트라플루오로에틸렌계 공중합체 압전체에 있어서의 (불화비닐리덴에서 유래하는 반복 단위)/(테트라플루오로에틸렌에서 유래하는 반복 단위) 의 몰비가 30/70 ∼ 95/5 의 범위 내인, 압전 소자.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 주파수 레인지가 1 ㎐ ∼ 1 ㎒ 인 진동 센서용인, 압전 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주파수 레인지가 1 ㎐ ∼ 10 ㎑ 인, 압전 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주파수 레인지가 10 ㎐ ∼ 2 ㎑ 인, 압전 소자.
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