WO2006028222A1 - ケーブル状圧電素子を用いた振動検知センサ及び感圧スイッチ - Google Patents

Abstract

　本発明の課題は、正確な振動の検出、測定を要する種々の機器、分野に応用可能な振動検出センサを提供することである。 　振動検知センサ（１００）は、基板（２）と、当該基板（２）に、少なくともその一端において直接接続されたケーブル状圧電素子（１）とを備える。ケーブル状圧電素子（１）は、その径方向に沿って、芯電極（３）と、その周囲に配置された圧電体（５）と、その周囲に配置された外側電極（７）と、その周囲に配置された被覆層（９）とを備える。

Description

明 細 書

ケーブル状圧電素子を用いた振動検知センサ及び感圧スィッチ 技術分野

[0001] 本発明は、ケーブル状圧電素子を用いた振動検知センサ及び感圧スィッチに関す る。

背景技術

[0002] 従来、地震の検出をするための感震器等、感圧センサとして、種々のものが知られ ている。これらの振動検知機において、所定の圧電体を用いるものが知られている。

[0003] 例えば、特許文献 1は、プリント基板に揺動可能に立設した圧電素子を有する感振 センサを開示している。

[0004] 上述の圧電素子は、外部力 震動が加わると変形し、その外周面に取り付けられた 二つの電極間に生じた電圧の工程に基づいて震度を算出するものである。

[0005] また、従来、種々の用途に用いられるスィッチとして、例えば図 51に示すマイクロス イッチが知られている（例えば特許文献 2参照)。

このマイクロスィッチ 1001は、レバー 1002に押し圧が作用すると、レバー 1002が 押しボタン 1003位置に到達し、このときのレバー 1002による押しボタン 3の押し圧が 該押しボタン 1003を可動させるに十分な押し圧であれば、可動端子 1004が接点 1

005に接触してスィッチが ONされるものである。

[0006] また、従来、地震の検出をするための感震器や、電気器具等に用いられる感圧素 子として、種々のものが知られている。これらの振動検知機に、所定の圧電体を用い るものが知られている。

[0007] 例えば、特許文献 3は同軸圧電体を渦巻き状に配設し、一端を固定し、他端に振 動検知体を設けた感震器が開示している。

[0008] また、特許文献 4は、内側電極の外側に同心状に圧電体からなる感圧体を設け、そ の外側を金属箔、外側電極、絶縁材で被覆した感圧素子を開示している。

[0009] 上述の圧電体は、外部の物体より伸縮，屈曲等の力が印加されると変形し、所定の 電圧を発生するものである（圧電効果)。特にこの圧電体は、物体の力の印加に伴う 加速度を検出し、加速度に応じた出力を発生する。このような性質を利用し、圧電体 は感震器や、感圧素子等の所定の応力、圧力を検出するセンサや、検出に応じてォ ン ·オフを行うスィッチに利用されて 、る。

[0010] このような既存の圧電体を用いた感圧素子は弾性を有し、所望の形状に変形した 上で、所定の場所に固定配置することが可能である。固定に際しては、接着剤、糸、 弾性体、榭脂等を用いて機械的に素子を被配置部に固定する方法が用いられる。

[0011] 特許文献 1 :特開 2001— 108516号公報

特許文献 2：特開 2000 - 215751号公報

特許文献 3：特開平 11 064096号公報

特許文献 4:特開平 11— 160169号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] し力しながら、上述の感振センサでは、プリント基板上に圧電素子が立設またはプリ ント基板力も圧電素子が吊り下げられている。この構成下においては、センサの取り 付け方向の自由度が規制されてしまう。また、所定の高さを持っため、当該高さに対 応した空間を確保することが必要となる。更に、水平方向の振動検知の精度に問題 があると考えられる。

[0013] また、上記特許文献 2に記載のマイクロスイッチにおいては、可動端子 1004が接 点 1005に接触するためには、レバー 1002および押しボタン 1003を押すための十 分な押し圧とレバー 1002の十分な押しストローク Sが必要であり、レバー 1002およ び押しボタン 1003の押し圧が微小であったり、レバー 1002の押しストローク Sが短い とスィッチが ONされないことになる。

[0014] また、感圧素子自体が弾性を有するため、たとえ素子を所望形状に変形した上で 固定しても、依然として元の形状に回復しょうとする性質 (残存形状回復性)を素子は 保っている。そのため、所定の力を外部力も素子に印加した際、力の印加による変形 力も生ずる出力（正しい出力）のみならず、形状回復性により生ずる出力も生じ得る。 この形状回復性により生ずる出力は、変形態様、固定方法によって種々の値をとるた め、固定配置された素子の出力が、安定的に得られないという問題があった。 [0015] 本発明は、取り付けの自由度を確保しつつ、精度の高い振動検知を可能とする振 動検知センサを提供することにある。

[0016] また、本発明は前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、押し圧 の強弱や押しストローク長に関係なぐ印加される押し圧の加速度に応じた信号を出 力することができる感圧スィッチを提供することにある。

[0017] また、本発明は、所望の形状を達成しつつ、安定した出力を得ることのできる、ケー ブル状圧電素子及びそれを用いた振動検知センサを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0018] 本発明の振動検知センサは、基板と、当該基板に、少なくともその一端において直 接接続されたケーブル状圧電素子とを備える。そして、当該ケーブル状圧電素子は その径方向に沿って、芯電極と、当該芯電極の周囲に配置された圧電体と、当該圧 電体の周囲に配置された外側電極と、当該外側電極の周囲に配置された被覆層と を備える。

[0019] ケーブル状圧電素子は曲げ部を有するように形成され、また、その少なくとも一部 に重りを固定してもよい。

[0020] ケーブル状圧電素子を、基板の主平面と実質的に平行な面内において略円形とな るよう曲げ、基板に対する固定端とは逆側の開放端に固定された重りを設けてもよい [0021] また、ケーブル状圧電素子を、その両端部が互いに略並行に配置して基板に接続 し、当該両端部の中間部を略円形に形成してもよい。

[0022] また、ケーブル状圧電素子をコイル状に形成し、基板から略垂直に延設することが できる。一方、ケーブル状圧電素子を基板から離れるにつれコイル径が拡大するよう

、コイル状に形成し、基板から延設させてもよい。

[0023] 一方、基板内に通孔を形成し、ケーブル状圧電素子を当該通孔内において、基板 の主平面と実質的に平行になるよう基板に接続し、基板への固定端とは逆側の開放 端に重りを固定してもよい。または、ケーブル状素子を略 U字形状に曲げ、その両端 にお 、て基板に固定してもよ 、。

[0024] 基板及びケーブル状圧電素子を所定の筐体に収納するようにしてもよ!ヽ。

[0025] また、基板の下面からケーブル状圧電素子が吊り下げられて下方向に延びるよう、 ケーブル状圧電素子を基板に接続してもよ ヽ。

[0026] ケーブル状圧電素子に、形状保持特性を持たせることができる。圧電体は榭脂と圧 電性セラミックス力も構成することができる。

[0027] 本発明の振動検知センサは、感震器、流量計測器、電動カート、電動車椅子など に用いることができる。

[0028] また、本発明は、圧電セラミック粉末および榭脂系材料によって形成されたピエゾ 素子構造を有する圧電ケーブルを備えた感圧スィッチであって、前記圧電ケーブル の少なくとも一部を支持面力 突出させると共に、該突出部分を湾曲させて湾曲部と し、かつ、前記圧電ケーブルの基端部に制御回路を接続したことを特徴とする。

[0029] また、本発明は、前記圧電ケーブルの前記湾曲部と前記支持面との間に隙間を設 けたことを特徴とする。

[0030] また、本発明は、前記圧電ケーブルの前記湾曲部を同一曲率で湾曲させたことを 特徴とする。

[0031] また、本発明は、前記圧電ケーブルの先端部を固定する固定手段を備えたことを 特徴とする。

[0032] また、本発明のケーブル状圧電素子は、その径方向に沿って、芯電極と、当該芯 電極の周囲に配置された圧電体と、当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、当 該外側電極の周囲に配置された被覆層とを少なくとも備え、かつケーブル状圧電素 子そのものが形状保持特性を有するものである。

[0033] また、本発明のケーブル状圧電素子は、その径方向に沿って、芯電極と、当該芯 電極の周囲に配置された圧電体と、当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、当 該外側電極の周囲に配置された被覆層とを備える。更に、この径方向における外側 電極と被覆層の間に配置され、ケーブル状圧電素子を所定形状に保持する形状保 持部材を備える。

[0034] 形状保持部材を、板ばね又はコイルばねのうち少なくともいずれかによつて構成す ることがでさる。

[0035] また、本発明のケーブル状圧電素子は、その径方向に沿って、芯電極と、当該芯 電極の周囲に配置された圧電体と、当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、当 該外側電極の周囲に配置された被覆層とを備える。そして芯電極が、ケーブル状圧 電素子を所定形状に保持する形状保持特性を備える。芯電極は、形状記憶合金より 構成することができる。

[0036] また、本発明のケーブル状圧電素子は、その径方向に沿って、芯電極と、当該芯 電極の周囲に配置された圧電体と、当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、当 該外側電極の周囲に配置された被覆層とを備える。そして被覆層が、ケーブル状圧 電素子を所定形状に保持する形状保持特性を備える。被覆層は、熱収縮チューブよ り構成することがでさる。

[0037] 上述のケーブル状圧電素子にぉ 、て、圧電体は、榭脂と圧電性セラミックス力も構 成することができる。また、所定形状は、コイル形状、円形状、弧形状、波型形状、渦 巻き型形状等であってよい。

[0038] また、上述のケーブル状圧電素子と、当該圧電素子の出力信号を検出する制御回 路とを組み合わせ、振動検知センサを製造することができる。

[0039] 更に上述のケーブル状圧電素子を用いて、防犯フェンスまたはナースコールスイツ チを製造することができる。

発明の効果

[0040] 本発明の振動検知センサは、種々の形状を採用し得る所定のケーブル状圧電素 子を用いるため、取り付け方向、取り付け場所、取り付け空間等にとらわれず、自由 度の高い取り付け方法を確保することができる。従って、センサを用いた機器の設計 自由度も増すこととなる。更に、本発明の振動検知センサによれば、予め振動方向を 緻密に特定することなしに、精度の高い検知を行うことが可能となる。

[0041] また、本発明によれば、支持面力も突出した圧電ケーブルの少なくとも一部を湾曲 させているので、機械的に圧電体のたわみ量が増える構成となり、湾曲部に応力を 印加することで、押し圧の強弱や押しストローク長に応じて押し圧が弱くても、ストロー クが短くても、印加される押し圧を高感度で検出して該押し圧の加速度に応じた信号 を出力することができる。

[0042] また、圧電ケーブルの湾曲部と支持面との間に隙間を設けることで、圧電ケーブル の押圧時の変位量を大きくすることができ、検出範囲を広くとることができる。 更に、圧電ケーブルの湾曲部を同一曲率で湾曲させることで、湾曲部の全域にお いて均一に感度を上げることができる。

[0043] また、本発明によれば、所望の形状を安定的に確保しながら、安定した出力を得る ことのできる、ケーブル状圧電素子及びそれを用いた振動検知センサ、ケーブル状 圧電素子を用いたその他の製品を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0044] [図 1]ケーブル状圧電素子で、形状保持部材としてコイルばねを用いた例の図

[図 2]ケーブル状圧電素子で、形状保持部材として板ばねを用いた例の図

[図 3]ケーブル状圧電素子で、芯電極及び Z又は被覆層に形状保持特性を持たせ た例の図

[図 4]ケーブル状圧電素子を用いた振動検知センサシステムの概要図

[図 5]本発明の実施の形態 1の振動検知センサを示す図

[図 6]本発明の実施の形態 2の振動検知センサを示す図

[図 7]本発明の実施の形態 3の振動検知センサを示す図

[図 8]本発明の実施の形態 4の振動検知センサを示す図

[図 9]本発明の実施の形態 5の振動検知センサを示す図

[図 10]本発明の実施の形態 6の振動検知センサを示す図

[図 11]本発明の実施の形態 7の振動検知センサを示す図

[図 12]本発明の実施の形態 8の振動検知センサを示す図

[図 13]本発明の実施の形態 9の振動検知センサを示す図

[図 14]本発明の実施の形態 10の振動検知センサを示す図

[図 15]本発明の実施の形態 11の振動検知センサを示す図

[図 16]本発明の実施の形態 12の振動検知センサを示す図

[図 17]本発明の実施の形態 13の振動検知センサを示す図

[図 18]本発明の振動検知センサを流量測定器に応用した例を示す図

[図 19]本発明の振動検知センサを電動カートに応用した例を示す図

[図 20]ケーブル状圧電素子に端部処理を施した例を示す図

[図 21]ケーブル状圧電素子を支持するホルダーを基板上に設けた種々の例を示す 図

[図 22]ケーブル状圧電素子と基板を接続する方法を示す図

[図 23]ケーブル状圧電素子と基板を接続する他の方法を示す図

[図 24]ケーブル状圧電素子に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図

圆 25]本発明の第 14実施形態である感圧スィッチを示す断面図である。

[図 26]図 25の感圧スィッチの斜視図である。

[図 27]圧電ケーブルを説明するための斜視図である。

圆 28]ピエゾ素子構造を説明するための断面斜視図である。

圆 29]感圧スィッチに加わる荷重と信号出力特性を示す線図である。

圆 30]本発明の感圧スィッチの変形例を示す断面図である。

[図 31]図 30の感圧スィッチの斜視図である。

圆 32]本発明の感圧スィッチの変形例を示す断面図である。

圆 33]本発明の感圧スィッチの変形例を示す断面図である。

圆 34]本発明の感圧スィッチの変形例を示す断面図である。

圆 35]本発明の感圧スィッチの変形例を示す断面図である。

圆 36]本発明の感圧スィッチの変形例を示す断面図である。

[図 37]図 36の感圧スィッチの斜視図である。

圆 38]本発明の感圧スィッチの変形例を示す斜視図である。

圆 39]本発明の感圧スィッチの変形例を示す断面図である。

圆 40]本発明の感圧スィッチの変形例を示す要部側面図である。

[図 41]本発明のケーブル状圧電素子で、形状保持部材としてコイルばねを用いた例 の図

[図 42]本発明のケーブル状圧電素子で、形状保持部材として板ばねを用いた例の 図

[図 43]本発明のケーブル状圧電素子で、芯電極及び Z又は被覆層に形状保持特性 を持たせた例の図

[図 44]本発明のケーブル状圧電素子を種々の形状に変形した上で、振動検知セン サに用いた例の図を示し、（a)はコイル形状の例、（b)は円形状の例、（c)は弧形状 の例、（d)は波型形状の例、（e)は渦巻き型形状の例

[図 45]本発明のケーブル状圧電素子を用いた振動検知センサシステムの概要図 [図 46]本発明のケーブル状圧電素子を、防犯フェンスの最上部に適用した例の図 [図 47]本発明のケーブル状圧電素子を、防犯フェンスの装飾部に適用した例の図 [図 48]本発明のケーブル状圧電素子を、ナースコ一ルスイッチに適用した例の図 [図 49]本発明のケーブル状圧電素子を、ナースコールスィッチに適用した他の例の 図

[図 50]ケーブル状圧電素子に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図

[図 51]マイクロスイッチの一例を示す模式図である。

符号の説明

1 ケーブル状圧電素子

2 基板

3 芯電極

4 重り

5 複合圧電体層

7 外側電極

9 被覆層

11 コィノレばね

13 板ばね

15 制御回路

100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180,

190, 200, 210, 220 振動検知センサ

1010 感圧スィッチ

1012 支持面

1013 湾曲咅

1014 制御回路

1016 隙間

1020 圧電ケーブル 1023 ピエゾ素子構造

1025 圧電セラミック粉末

1026 榭脂系材料

2001 ケーブル状圧電素子

2003 、 ^極

2005 複合圧電体層

2007 外側電極

2009 被覆層

2011 =3ィルばね

2013 板ばね

2015 制御回路

2017 振動検知センサ

2019 防犯フェンス

2021 防犯フェンス

2027 ナースコールスィッチ

発明を実施するための最良の形態

[0046] 以下、本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。実施の形態 の説明において、同一構成並びに作用効果を奏するところには同一符号を付し、重 複した説明を行わないものとする。

[0047] (実施の形態 1)

本発明の振動検知センサの実施の形態の一例を図 5に示す。本実施形態における 振動検知センサ 100は、基板 2と当該基板 2上に配置されたケーブル状圧電素子 1 より構成される。基板 2に、ケーブル状圧電素子 1は、少なくともその一端（固定端）に おいて直接接続され、他の一端 (開放端)は開放されている。

[0048] 振動検知センサ 100は、感震器その他振動を検知するためのセンサとして使用さ れる。本実施形態においては、ケーブル状圧電素子 1は直線状であり、基板 2から略 垂直に延設されている。

[0049] ケーブル状圧電素子 1は、図 1に示す構造を有する。径方向の中心に芯電極（中 心電極） 3と、この芯電極 3の周囲に、圧電体を構成する、圧電セラミックスであるピエ ゾ素子材料 (複合圧電体層） 5を被覆し、さらに複合圧電体層 5の周囲に外側電極 7 を配設し、さらに外側電極 7の周囲に形状保持特性を有するコイルばね 11を配設し 、最外周を PVC (塩ィ匕ビュル榭脂)等の被覆層 9で被覆して形成したものである。こ のケーブル状圧電素子 1はコイルばね 11のため優れた形状保持特性を有し、変形 時の変形加速度に応じた出力信号を発生する。圧電セラミックスとしては、例えば、 チタン酸鉛、又はチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体やニオブ酸ナトリウム等の非鉛系 圧電セラミック焼結粉体を用いる。本実施形態のケーブル状圧電素子 1は、圧電ケー ブルとしてはフレキシブル性があるので、どんな形状にも成形できる。そして、このケ 一ブルに形状保持特性をももたせたので、多様な形状に成形保持することが可能と なる。ただし、特に実施の形態 1の様にケーブル状圧電素子 1を直線状のまま用いる 場合、形状保持特性は重要ではないため、コイルばね 11は必須のものではない。

[0050] 上記ケーブル状圧電素子 1は、使用温度が 120°Cまで可能な出願人独自開発の 耐熱性を有する榭脂系材料を複合圧電体層 5に用いており、従来の代表的な高分 子ピエゾ素子材料 (一軸延伸ポリ弗化ビ-リデン)やピエゾ素子材料 (クロ口プレンと 圧電セラッミック粉末のピエゾ素子材料)の最高使用温度である 90°Cより高 、温度域 (120°C以下)で使用できる。そして、複合圧電体層 5がフレキシブル性を有する榭脂 と圧電性セラミックから構成され、また、コイル状金属中心電極及びフィルム状外側電 極から成るフレキシブル電極を用いて構成しており、通常のビニールコード並みのフ レキシブル性を有して!/、る。

[0051] 複合圧電体層 5は、榭脂系材料と、 10 IX m以下の圧電性セラミック粉末の複合体と から構成され、振動検出特性はセラミックにより、またフレキシブル性は榭脂によりそ れぞれ実現している。本複合圧電体層 5は榭脂系材料として塩素系ポリエチレンを 用い、高耐熱性 (120°C)と容易に形成できる柔軟性を実現すると共に架橋する必要 のな 、簡素な製造工程を可能とするものである。

[0052] このようにして得られたケーブル状圧電素子 1は、複合圧電体層 5を成形したままで は、圧電性能を有しないので、複合圧電体層 5に数 kV/mmの直流高電圧を印加す ることにより、複合圧電体層 5に圧電性能を付与する処理 (分極処理)を行うことが必 要である。複合圧電体層 5にクラックなどの微少な欠陥が内在する場合、その欠陥部 で放電して両電極間が短絡し易くなるので、充分な分極電圧が印加できなくなるが、 本発明では一定長さの複合圧電体層 5に密着できる補助電極を用いた独自の分極 工程を確立することにより、欠陥を検出'回避して分極を安定ィ匕でき、これにより数 10 m以上の長尺化も可能になる。

[0053] また、ケーブル状圧電素子 1においては、芯電極 3にコイル状金属中心電極を、外 側電極 7にフィルム状電極（アルミニウム ポリエチレンテレフタレート アルミニウム の三層ラミネートフィルム）を用い、これにより複合圧電体層 5と電極の密着性を確保 すると共に、外部リード線の接続が容易にでき、フレキシブルなケーブル状実装構成 が可能になる。

[0054] 芯電極 3は、銅 銀合金コイル、外側電極 7はアルミニウム ポリエチレンテレフタ レート一アルミニウム力も成る三層ラミネートフィルム、複合圧電体層 5はポリエチレン 系榭脂 +圧電性セラミック粉末、外皮は熱可塑性プラスチック、これにより、比誘電率 は 55、電荷発生量は 10— 13C (クーロン) / gf、最高使用温度は 120°Cとなる。

[0055] さらに、本発明のケーブル状圧電素子 1においては、コイルばね 11が、外側電極 7 の外側に巻きつけられている。コイルばね 11は、ケーブル状圧電素子 1の径方向に おける外側電極 7と被覆層 9の間に配置されている。このコイルばね 11は、ケーブル 状圧電素子 1を所定形状に保持する形状保持部材を構成する。

[0056] コイルばね 11の素材としては、以下の線材を用いることができる力 これらの線材に は限定されない。

WC (80C) (硬鋼線）； SWPA, SWPB (ピアノ線）；

SWOSM— B (シリマン）； SWOSC— V (クロシリ）；

SUS304-WPB, SUS316— WPA (ステンレス）；

BsW (黄銅線）； PBW (リン青銅）

[0057] 以上のケーブル状圧電素子 1は、一例として以下の工程により製造される。最初に 塩素化ポリエチレンシートと 40〜70体積⁰ /₀の圧電セラミックス（ここでは、チタン酸ジ ルコン酸鉛)粉未がロール法によりシート状に均一に混合される。このシートを細かく ペレット状に切断した後、これらのペレットは芯電極 3と共に、連続的に押し出されて 複合圧電体層（分極処理前のピエゾ素子材料) 5を形成する。そして、補助電極をこ の複合圧電体層の外周に接触させて前記補助電極と芯電極 3との間に高電圧を印 加させて分極処理を行う。それから、外側電極 7が複合圧電体層の周囲に巻き付け られる。更にコイルばね 11が外側電極 7の周囲に巻き付けられた後、外側電極 7、コ ィルばね 11を取り卷 、て被覆層 9も連続的に押し出される。このようにして製造され たケーブル状圧電素子 1は、図 5のような直線状態でも使用できるが、図 7等に示さ れたような種々の形状にカ卩ェされる場合に特に好適である。

[0058] 上記塩素化ポリエチレンに圧電セラミックス粉体を添加するとき、前もって、圧電セ ラミックス粉体をチタン'カップリング剤の溶液に浸漬 '乾燥することが好まし 、。この 処理により、圧電セラミックス粉体表面が、チタン'カップリング剤に含まれる親水基と 疎水基で覆われる。親水基は、圧電セラッミタス粉体同士の凝集を防止し、また、疎 水基は塩素化ポリエチレンと圧電セラミックス粉体との濡れ性を増加する。この結果、 圧電セラミックス粉体は、塩素化ポリエチレン中に均一に、最大 70体積％までに多量 に添加することができる。上記チタン'カップリング剤溶液中の浸漬に代えて、塩素化 ポリエチレンと圧電セラミックス粉体のロール時にチタン.カップリング剤を添加するこ とにより、上記と同じ効果の得られることが見出された。この処理は、特別にチタン'力 ップリング剤溶液中の浸漬処理を必要としない点で優れている。このように、塩素化 ポリエチレンは、圧電セラミックス粉体を混合する際のバインダー榭脂としての役割も 担っている。

[0059] 本実施形態の場合、芯電極 3には、銅系金属による単線導線を使用している。また 、外側電極 7には、高分子層の上にアルミ金属膜の接着された帯状電極を用い、こ れをピエゾ素子材料 5の周囲に巻き付けた構成としている。そして、高分子層として は、ポリエチレン.テレフタレート（PET)を用い、この上にアルミ薄膜を接着した電極 は、商業的にも量産されて、安価であるので、外側電極 7として好ましい。この電極を 外部の制御回路等に接続する際には、例えば、加締めや、ハトメにより接続すること ができる。また、外側電極 7のアルミ薄膜の周りに金属単線コイルや金属編線を制御 回路等の接続用に半田付けする構成としてもよぐ半田付けが可能となるので、作業 の効率ィ匕が図れる。なお、ケーブル状圧電素子 1を外部環境の電気的雑音力 シー ルドするために、外側電極 7は部分的に重なるようにして複合圧電体層の周囲に巻き 付けることが好ましい。

[0060] 被覆層 9としては、前述の塩ィ匕ビニル榭脂よりも断熱性及び防水性に優れたゴム材 料を使用することもできる。このゴム材料とは、接触する物品の押圧力で複合圧電体 層 5が変形し易いように、複合圧電体層 5よりも柔軟性及び可撓性の高いものが良い 。車載部品として耐熱性、耐寒性を考慮して選定し、具体的には、— 30°C〜85°Cで 可撓性の低下が少ないものを選定することが好ましい。このようなゴム材料として、例 えば、エチレンプロピレンゴム（EPDM)、クロロプレンゴム（CR)、ブチノレゴム（IIR)、 シリコンゴム（Si)、熱可塑性エラストマ一等を用いればよい。以上のような構成により 、ケーブル状圧電素子 1の最小曲率は、半径 5mmまで可能になり、また、塩化ビ- ルと比較して、更に優れた断熱性及び防水性を確保することができる。

[0061] 上記のように、ケーブル状圧電素子 1の複合圧電体が塩素化ポリエチレンの有する 可撓性と圧電セラミックスの有する高温耐久性とを併せ持つので、圧電体としてポリフ ッ化ビ二リデンを用いた従来の圧電センサのような高温での感度低下がなぐ高温耐 久性がよ!/、上、 EPDMのようなゴムのように成形時に加硫工程が不要なので生産効 率がよ!、と!/、う利点が得られる。

[0062] 図 2はケーブル状圧電素子 1の変形例であり、この例では、図 1のコイルばね 11に 代えて、板ばね 13が外側電極 7に隣接して配置されている。従って、板ばね 11は、 ケーブル状圧電素子 1の径方向における外側電極 7と被覆層 9の間に配置されてい る。この板ばね 13は、ケーブル状圧電素子 1を所定形状に保持する形状保持部材を 構成し、コイルばね 11と同等の効果を奏する。

[0063] 板ばね 13の素材としては、例えば以下の板ばねを用いることができる力 これらの 板ばねには限定されない。

SK5 (—般的な板パネ）；

SUS301 -CSP3/4H, SUS304-CSP3/4H (ステンレス）

[0064] 図 3はケーブル状圧電素子 1の変形例であり、この例では、図 1、図 2のコイルばね 11、板ばね 13の如き独立した形状保持部材は設けられていない代わりに、形状保 持特性を有する芯電極 3a及び Z又は被覆層 9aが用いられている。芯電極 3a及び Z又は被覆層 9aは、コイルばね 11、板ばね 13と同等の効果を奏する。

[0065] 特に板ばね 13の如き単純な部材の場合、応力印加による変形と、保持されていた 形状への回復時の変形が、ある程度一定の状況になるので、出力が安定して得られ る。更に、次回の応力印加時に形状が回復していれば、再現性のある出力が得られ る。

[0066] 本例において、芯電極 3aは例えば形状記憶合金によって構成することができる。

変形を加えても、ある一定温度以上に加熱すれば元の形に戻る合金を形状記憶合 金といい、合金の温度を上げていって、低温側の結晶構造と高温側の結晶構造が入 れ替わる際に形状も元に戻る。その時の温度は (変態点）は、通常 20°C〜100°Cの 間である。材質は、ニッケルとチタンの合金を用いることができる力 金属の種類は特 に限定されない。

[0067] また、本例において、被覆層 9aは例えば熱収縮チューブによって構成することがで きる。熱収縮チューブの素材としてポリオレフイン、硬質収縮性塩ィ匕ビニールを用い ることができるが、特に限定はされない。

[0068] 芯電極 3a及び被覆層 9aのうち、 V、ずれに形状保持特性を持たせても良ぐまた、 双方に形状保持特性を持たせてもよ ヽ。

[0069] 図 4に示すように、ケーブル状圧電素子 1の出力信号から、振動の有無を検出する 制御回路 15には、振動をユーザーに知らせるブザー 51と、このブザー 51の動作を 制御するブザー制御部 53が装備されて、振動検知センサシステムを構成する。制御 回路 15は、一般的に図 4の基板 2上にパターユングによって形成されている。

[0070] 制御回路 15は、ケーブル状圧電素子 1の断線を検出する際に使用する分圧用抵 抗体 55、ケーブル状圧電素子 1からの出力信号から所定の周波数成分のみを通過 させる濾波部 57、濾波部 57からの出力信号に基づきケーブル状圧電素子 1への物 体の接触を判定する判定部 59、断線検出用抵抗体 33と分圧用抵抗体 55により形 成される電圧値からケーブル状圧電素子 1の芯電極 3と外側電極 7の断線異常を判 定する異常判定部 61を備えている。また、芯電極 3と外側電極 7を制御回路 15に接 続し、ケーブル状圧電素子 1からの出力信号を制御回路 15に入力する信号入力部 63と、判定部 59からの判定信号を出力する信号出力部 65とは、隣接して制御回路 17内に配設してある。信号出力部 65には、制御回路 15への電源ラインとグランドラ インも接続されている。さらに、制御回路 15は、信号入力部 63と信号出力部 65との 間に設けられ高周波信号をバイノスするコンデンサ等のバイパス部 67を有している 。また、制御回路 15を通じて電力を供給する電源 73が設けられている。ブザー制御 部 53、電源 73は、コネクタ 39により、制御回路 15の信号出力部 65に接続されてい る。

[0071] 制御回路 15は、外来の電気的ノイズを除去するためシールド部材で全体を覆って 電気的にシールドしてある。また、外側電極 7は制御回路 15のシールド部材と導通し 、ケーブル状圧電素子 1も電気的にシールドされている。なお、上記回路の入出力部 に貫通コンデンサや EMIフィルタ等を付カ卩して強電界対策を行っても良い。

[0072] 基板 2には通常のプリント基板などを用いることができ、特に限定はされない。また、 基板 2とケーブル状圧電素子 1の接続方法も特に限定はされない。基板 2には種々 の汎用のプリント基板などを用いることができる。

[0073] 図 24は、ケーブル状圧電素子 1に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図である 。出願人がケーブル状圧電素子 1の荷重とセンサ出力の関係を実験した結果、ケー ブル状圧電素子 1に (a)のような曲げ荷重を加えたとき、センサ出力が (b)のような現 象になることを突きとめた。

[0074] (1)すなわち、時刻 tOではケーブル状圧電素子 1に荷重が加わっていないときは、セ ンサ出力は 2 (V)を示している。（2)時刻 tlでケーブル状圧電素子 1に一定方向に 曲げ荷重をカ卩えると、加わった瞬間からセンサ出力は 4 (V)に増加したあと直ぐに反 転して 0 (V)になり、その後再び 2 (V)に戻る。（3)そのあと、曲げたままにしていても センサ出力は 2 (V)を示したままである。（4)時刻 t3でケーブル状圧電素子 1を元の 状態に戻すと、その瞬間からセンサ出力は 0. 8 (V)に減少したあと、直ぐに反転して 2. 2 (V)になり、その後再び 2 (V)に戻る。

[0075] また、同じ条件下で、上記（2)の実験のとき、曲げ方向を (2)の実験のときの曲げ方 向に対して 180度逆方向に曲げたら、センサ出力は 0 (V)に減少したあと直ぐに反転 して 4 (V)になり、その後再び 2 (V)に戻った。

[0076] さらに、同じ条件下で、上記（2)の実験のとき、速く曲げたら、（2)の実験のときと比 ベてセンサ出力が大きくなり、ゆっくり曲げたらセンサ出力は小さくなつた。

[0077] この曲げ方向に対して 180度逆方向に曲げても同じ結果が生じた。すなわち、速く 曲げたら大きく振れ、ゆっくり曲げたら少ししか振れな力つた。この結果、 1本のケー ブル状圧電素子 1で前後の曲げ方向と曲げ加速度が分かるので、ケーブル状圧電 素子 1を用いることによりとアナログ入力装置が得られることとなる。

[0078] (実施の形態 2)

図 6に示された本実施形態の振動検知センサ 110においては、図 5の構成にカロえ、 ケーブル状圧電素子 1の最上端部に重り 4が固定されている。この構成により、ケー ブル状圧電素子 1の振動に対する感度を向上させることができる。重り 4は、例えば 任意の榭脂材料により得ることができ、熱でケーブル状圧電素子 1に固定することが できる。また、ケーブル状圧電素子 1は、一般的に所定の端部処理がなされる。この 端部処理は、断線検知抵抗（図 4の断線検出用抵抗体 33に相当）を所定のモールド 榭脂により封止することにより得てもよい。図 20はこのような端部処理の例を示す。芯 電極 3aに所定の抵抗体 10がワイヤ 16によって接続され、芯電極 3、抵抗体 10が、 他の熱収縮チューブ 21により被覆されている。ただしワイヤ 16の端部 23は熱収縮チ ユーブ 21から露出している。さらに、モールド榭脂 12により端部、とりわけ熱収縮チュ ーブ 21の周囲からケーブルにかけての部分が封止されている。このモールド榭脂 12 は導電榭脂材料より構成されており、ワイヤ 16の端部 23と外側電極 7を電気的に導 通させる役割を果たす。モールド榭脂 12が導電性をもたないものであれば、熱収縮 チューブ 21の周囲を導電テープなどで被覆しつつ、ワイヤ 16の端部 23と外側電極 7を導通させてもよい。

[0079] (実施の形態 3)

図 7に示された本実施形態の振動検知センサ 120においては、ケーブル状圧電素 子 1が、全体的に U字形状に曲げられ、その両端が基板 2に接続固定されている。ケ 一ブル状圧電素子 1は少なくともその一箇所にぉ 、て曲げ部を有する。曲げ部では 圧電体に所定の張力が力かった状態となっており、振動検知感度が向上する。また 、曲げ部を構成することで、省スペースで圧電体の長さを確保できる。圧電体が長い ほど、振動検知による圧電体の全体の歪み量が増え、起電力も増大し、信号出力が 向上する。本実施形態では曲げ部は U字形状であり、いわゆる湾曲形状であるが、 後述する「屈曲」の概念をも含む。

[0080] 図 21には、曲げ部としての屈曲部を設けたケーブル状圧電素子 1を基板 2上に設 けた種々の例を示す。図示の例ではホルダー 14力 ケーブル状圧電素子 1に密着さ れ、当該素子を支持した状態で、基板 2上に取り付けられている。このホルダー 14は 、ケーブル状圧電素子 1の形状保持に寄与し、圧電素子 1が基板 2から延びた状態 を維持する。この場合、ケーブル状圧電素子 1自体に形状保持特性をもたせる必要 は必ずしもない。

[0081] 図 21 (a)、図 21 (b)の例では、ケーブル状圧電素子 1とホルダー 14各々に互いに 対応した屈曲部が設けられている。図 21 (a)では鈍角であり、図 21 (b)では直角で ある。図 21 (c)の例では、ホルダー 14に屈曲部が設けられておらず、ケーブル状圧 電素子 1が直角に屈曲されている。 図 21 (d)の例では、ケーブル状圧電素子 1に屈 曲部が設けられておらず、ホルダー 14が屈曲されている。この屈曲角度に対応した 所定角度をもって、ケーブル状圧電素子 1が基板 2上に保持されている。

[0082] 図 1から図 3のような圧電素子と異なる従来の圧電素子は、形状保持特性を有さず、 それ自体が弾性を有するため、たとえ素子を所望形状に変形した上で固定しても、 依然として元の形状に回復しょうとする性質 (残存形状回復性)を素子は保っている。 そのため、所定の力を外部から素子に印加した際、力の印加による変形力 生ずる 出力（正しい出力）のみならず、形状回復性により生ずる出力も生じ得る。この形状回 復性により生ずる出力は、変形態様、固定方法によって種々の値をとるため、固定配 置された素子の出力が、安定的に得られないという問題があった。

[0083] 一方、本実施形態のケーブル状圧電素子 1中のコイルばね 11は、一度所定形状 に加工された後は、当該形状を保持する形状保持特性を有する。従って、ケーブル 状圧電素子 1自体が形状保持特性を有することとなる。すなわち、ケーブル状圧電 素子 1を図 7のような U字形状に変形しても、依然として元の形状に回復しょうとする 性質 (残存形状回復性）は実質的にゼロとなる。従って、所定の力を外部から素子に 印カロした際、形状回復性により生ずる出力はゼロ、または実質的にゼロとなる。言い 換えると、印加された力のみによる正しい出力が安定的に得られるようになる。ここで 「実質的にゼロ」とは実用上問題ないレベルで正しい出力が得られる程度に、残存形 状回復性により生ずる出力がごくわずかであることをいう。

[0084] (実施の形態 4)

図 8に示された本実施形態の振動検知センサ 130においては、図 7の構成にカロえ、 ケーブル状圧電素子 1の曲がり部分、とくに曲がり部分の頂点部分に重り 4が固定さ れている。この構成により、ケーブル状圧電素子 1の振動に対する感度を向上させる ことができる。

[0085] (実施の形態 5)

図 9に示された本実施形態の振動検知センサ 140においては、 U字形状のケープ ル状圧電素子 1の基板 2への固定端とは逆側の開放端に重り 4が固定されている。そ して、振動印加時には、ケーブル状圧電素子 1の変形に伴い、重り 4が基板 2に貫通 形成された通孔 2a中を振動するよう、ケーブル状圧電素子 1の曲率が全体に渡って 調整され、通孔 2aの位置も調整されている。この構成により、ケーブル状圧電素子 1 の振動に対する感度を向上させることができる。

[0086] (実施の形態 6)

図 10に示された本実施形態の振動検知センサ 150においては、ケーブル状圧電 素子 1の基板 2に対する固定端とは逆側の開放端に重り 4が固定されている。そして 、ケーブル状圧電素子 1は、基板 2の主平面と実質的に平行な面内において、略円 形となるよう曲げられている。この構成においても、ケーブル状圧電素子 1の振動に 対する感度を向上させることができる。

[0087] (実施の形態 7)

図 11に示された本実施形態の振動検知センサ 160においては、ケーブル状圧電 素子は、 1)基板 2に固定され、互いに略並行に配置された略並行端部 lb, lbと、 2) 両端部 lbの間に存在し、実質的に円形に形成された中央円形部 laを備える。

[0088] (実施の形態 8)

図 12に示された本実施形態の振動検知センサ 170においては、ケーブル状圧電 素子 1はコイル状に形成され、基板 2から略垂直に延設されている。この構成におい ても、ケーブル状圧電素子 1の振動に対する感度を向上させることができる。 [0089] (実施の形態 9)

図 13に示された本実施形態の振動検知センサ 180においては、ケーブル状圧電 素子 1はコイル状に形成され、基板 2から離れるにつれコイル径が拡大されている。 そして、基板 2への固定端とは逆側の開放端に重り 4が固定されている。この構成に おいても、ケーブル状圧電素子 1の振動に対する感度を向上させることができる。

[0090] (実施の形態 10)

図 14に示された本実施形態の振動検知センサ 190においては、基板 2に略矩形 状の通孔 2bが形成され、通孔 2b内で振動可能なように、ケーブル状圧電素子 1が基 板 2に固定されている。ケーブル状圧電素子 1は、基板 2の主平面と実質的に平行に なるよう、通孔 2b内において延設されている。そして、基板 2への固定端とは逆側の 開放端に重り 4が固定されている。この構成においても、ケーブル状圧電素子 1の振 動に対する感度を向上させることができる。

[0091] (実施の形態 11)

図 15に示された本実施形態の振動検知センサ 200においては、図 14と同様、基 板 2に略矩形状の通孔 2bが形成され、通孔 2b内で振動可能なように、ケーブル状圧 電素子 1が基板 2に固定されている。ケーブル状圧電素子 1は、基板 2の主平面と実 質的に平行になるよう、通孔 2b内において延設されている。そして、ケーブル状圧電 素子 1は略 U字形状に曲げられ、その両端において基板 2に固定されている。

[0092] (実施の形態 12)

図 16に示された本実施形態の振動検知センサ 210は、図 7の振動検知センサ 120 力 筐体 195内に収納されて形成されている。ケーブル状圧電素子 1は変形可能な ため、筐体 195は小型のものでも良い。また筐体の 3次元軸方向の壁に沿って圧電 素子 1を取り付けると、より厳密な 3次元各方向の振動を検知することが可能となる。 また、筐体をシールドケースで構成することで、センサへのノイズをキャンセルすること ができる。他の総ての振動検知センサも筐体内に配置することができる。

[0093] (実施の形態 13)

図 17に示された本実施形態の振動検知センサ 220においては、基板 2から下方向 に図 8のケーブル状圧電素子 1が吊り下げられて、基板 2に固定されている。従って、 図 8の振動検知センサ 130が、上下さかさまにひっくり返された形態を有する。他の 振動検知センサも同様に、上下反対の状態で使用することができる。

[0094] (応用例）

図 18は、本発明の振動検知センサを流量計測器に利用した例を示す。本実施形 態では、図 5の振動検知センサ 100が流路 230内に配置されている。水等の媒体の 流れ Aがケーブル状圧電素子 1に衝突し、その度合いから流量を測定することができ る。

[0095] 一方、図 19は、本発明の振動検知センサを電動カートに利用した例を示す。本実 施形態では、電動カート 240の下部の空間 245内に、上述のいずれかの振動検知 センサが配置されている。乗員が電動カート 240に触れたり、載ったりしたときに生ず る振動を振動検知センサは検知し、電動カート 240のメイン電源のオン ·オフを行う。

[0096] また、走行中に生ずる振動に連動して、車体のライトや運転モニタの如きカートの 各種照明をオン'オフするように制御してもよい。これによりバッテリの消耗を減らして 省電力を達成し、消し忘れを防止することも可能となる。また、振動が検知されなくて も、所定時間 (例えば一時停止中など）はオンの状態で保持したり、待機状態とする ことで、一時停止の場合、再度走行しても即座に対応できる。

[0097] 人体がカートに乗ろうとする際に生ずる振動、例えばノヽンドルをさわるとか、シートに 腰掛ける等の行動に伴って、生ずる振動の生起を検出して各種照明をオンするよう な構成としても良ぐ利便性を更〖こ向上させることもできる。

[0098] 以上述べた流量計測器、電動カートは応用の例示にすぎず、その他、振動、圧力 、応力を検知する製品、電動車椅子などに本発明の振動検知センサが適用できるこ とは言うまでもない。

[0099] 図 22は、ケーブル状圧電素子 1を基板 2に取り付ける方法の例を示したものである 。取り付け金具 18は、図 22 (a)に示すように、上側かしめ部 18a、下側かしめ部 18b 、底部 18cを有し、図 22 (b)に示すように、基板 2上に底部 18cを介して配置される。 そして図 22 (c)に示すように、上側力しめ部 18aにより、被覆層 9がかしめられ、下側 力しめ部 18bにより外側電極 7がかしめられる。これにより、ケーブル状圧電素子 1が 、基板 2上に固定される。 [0100] 図 23は、ケーブル状圧電素子 1を基板 2に取り付ける方法の他の例を示したもので ある。アンテナ用取り付けコネクタ 20が、図 23 (a)に示すように、ケーブル状圧電素 子 1の先端に取り付けられ、図 22 (b)に示すように、ケーブル状圧電素子 1が、基板 2 上に固定される。すなわち、アンテナの取り付け部品として用いられる一般的なコネク タを流用することも可能である。アンテナ用取り付けコネクタ 20を金属にて構成した 場合、外側電極 7とは接触するが、芯電極 3とは接触しない。

[0101] 本発明の振動検知センサにおいては、種々の形状を採用し得る所定のケーブル状 圧電素子を採用している。従って、高い振動検知精度を確保しつつ、それ自体設計 の自由度を確保しつつ、小型化も可能な振動検知センサが提供される。この振動検 知センサは、取り付け方向、取り付け場所、取り付け空間等の制約を受けず、自由度 の高い取り付け方法を達成し得る。また、センサを用いた機器の設計自由度も増すこ ととなる。更に、本発明の振動検知センサによれば、予め振動方向を特定することな ぐ任意の取り付け状態においても、取り付け精度の高い検知を行うことが可能となる

[0102] (実施の形態 14)

本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図 25は本発明の第 14 実施形態である感圧スィッチを示す断面図、図 26は図 25の感圧スィッチの斜視図、 図 27は圧電ケーブルを説明するための斜視図、図 28はピエゾ素子構造を説明する ための断面斜視図、図 29〜図 237は本発明の他の実施形態である感圧スィッチを 示す図である。

[0103] まず、図 27および図 28を参照して、本発明の第 14実施形態である感圧スィッチに 用いられる圧電ケーブルにつ 、て説明する。

この圧電ケーブル 1020は、図 27に示すように、中心電極としての芯線 1021の周 囲にピエゾ素子材料 1023が被覆され、ピエゾ素子材料 1023の周囲に外側電極 10 22が卷回され、外側電極 1022の周囲に PVC (塩化ビニル榭脂）等の熱可塑性榭脂 カゝらなる外皮 1024が被覆されており、優れた可撓性を有して、変形時の変形加速度 に応じた出力信号を発生する。

[0104] 芯線 1021は、銅—銀合金等のコイル状金属中心電極とされている。また、ピエゾ 素子材料 1023は、図 28に示すように、榭脂系材料 1026と 10 m以下の圧電性セ ラミック粉末 1025との複合体とされており、振動検出特性は圧電性セラミック粉末 10 25により、フレキシブル変形性は榭脂系材料 1026によりそれぞれ実現される。

[0105] ピエゾ素子材料 1023の榭脂系材料 1026としては、例えば塩素系ポリエチレン等 を例示することができ、これにより、従来の代表的な高分子ピエゾ素子材料 (一軸延 伸ポリ弗化ビ-リデン)やピエゾ素子材料 (クロ口プレンと圧電セラミック粉末のピエゾ 素子材料)の最高使用温度である 90°Cより高 、温度域（ 120°C以下)での使用を可 能とすると共に、容易に形成できる柔軟性を実現し、かつ、架橋する必要のない簡素 な製造工程を可能にして 、る。

[0106] また、ピエゾ素子材料 1023の圧電セラミックス粉末 1025としては、例えばチタン酸 鉛、またはチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体やニオブ酸ナトリウム等の非鉛系圧電 セラミック焼結粉末を例示することができる。

[0107] 外側電極 1022には、フィルム状電極（アルミニウム一ポリエチレンテレフタレート一 アルミニウムの三層ラミネートフィルム）が用いられており、これにより、ピエゾ素子材 料 1023と外側電極 1022との密着性を確保している。

[0108] このようにして得られた圧電ケーブル 1020は、例えば、比誘電率は 55、電荷発生 量は 10— 13C (クーロン) Zgf、最高使用温度は 120°Cとされているが、ピエゾ素子 材料 1023を成形したままでは、圧電性能を有しないので、ピエゾ素子材料 1023に 数 kVZmmの直流高電圧を印加することにより、ピエゾ素子材料 1023に圧電性能 を付与する処理 (分極処理)を行うことが必要である。

[0109] ピエゾ素子材料 1023にクラック等の微少な欠陥が内在する場合、その欠陥部で放 電して両電極間が短絡し易くなるので、充分な分極電圧が印加できなくなる力 この 実施形態では、一定長さのピエゾ素子材料 1023に密着できる補助電極を用いた分 極工程を確立することにより、欠陥を検出'回避して分極を安定ィ匕しており、これによ り、数 10m以上の長尺化も可能にしている。

[0110] ここで、図 25および図 26を参照して、本発明の第 14実施形態である感圧スィッチ 1010は、圧電ケーブル 1020の少なくとも一部を直方体状のセンサボックス 1011の 上面の支持面 1012から突出させると共に、該突出部分を湾曲させて湾曲部 1013と し、かつ、圧電ケーブル 1020の基端部に制御回路 1014を接続している。

このように支持面 1012から突出した圧電ケーブル 1020の少なくとも一部を湾曲さ せることにより、湾曲部 1013の内周側の圧電セラミック粉末 1025の粒子間の間隔を 密にして起電力を発生し易くして 、る。

[0111] センサボックス 1011の上板 1011aには 2つのケーブル揷通穴 1015がセンサボック ス 1011の長手方向（図 25中、左右方向）に互いに離間して形成されており、圧電ケ 一ブル 1020はセンサボックス 1011内力も一方のケーブル揷通穴 1015を揷通して 支持面 1012の上方位置で該支持面 1012との間に隙間 1016を持たせた状態で同 一曲率で湾曲して湾曲部 1013を形成し、その先端部が他方のケーブル挿通穴 101 5に挿入されている。

他方のケーブル揷通穴 1015に挿入された圧電ケーブル 1020の先端部は、ボルト や接着剤あるいはセンサボックス 1011内に充填されたジエル等の固定手段によって 固定される。

[0112] また、圧電ケーブル 1020の基端部は、センサボックス 1011の側部に形成されたケ 一ブル揷通穴 1017を揷通してセンサボックス 1011外に導出されて制御回路 1014 に接続され、該制御回路 1014にはケーブル 1018が接続されている。制御回路 101 4では、アナログ信号を増幅して出力するか、増幅後に AZD変換部でデジタル変換 してデジタル信号を出力するようにしてもよぐあるいはフィルタ処理部等でデジタル 信号力も所定の周波数域を抽出して出力するようにしてもょ 、。

制御回路 1014に接続されたケーブル 1018は、電源供給用と検出信号の出力用 で、その先端に取り付けられたコネクタ（図示せず)を介して電源やコンピュータ等の 端末に接続される。

[0113] 以上のような感圧スィッチ 10は、例えば図 25および図 26中、矢印の方向、すなわ ちセンサボックス 1011の支持面 1012に向かって湾曲部 1013を変形させるような力 を圧電ケーブル 1020に加えることにより、圧電ケーブル 1020の変形時の変形加速 度に応じた出力信号を発生する。

[0114] 図 29はこの感圧スィッチ 1010に加わる荷重と出力信号特性を示す線図である。出 願人が感圧スィッチ 1010の荷重と出力信号の関係を実験した結果、感圧スィッチ 1 010に (a)のような曲げ荷重をカ卩えたとき、出力信号が（b)のような現象になることを 突きとめた。（1)すなわち、時刻 tOでは感圧スィッチ 1010に荷重が加わっていないと きは、出力信号は 2 (V)を示している。

(2)時刻 tlで感圧スィッチ 1010に一定方向に曲げ荷重を加えると、加わった瞬間か ら出力信号は 4 (V)に増加したあと直ぐに反転して 0 (V)になり、その後再び 2 (V)に 戻る。

(3)そのあと、曲げたままにしていても出力信号は 2 (V)を示したままである。

(4)時刻 t3で感圧スィッチ 1010を元の状態に戻すと、その瞬間から出力信号は 0. 8 (V)に減少したあと、直ぐに反転して 2. 2 (V)になり、その後再び 2 (V)に戻る。

[0115] また、同じ条件下で、上記（2)の実験のとき、曲げ方向を (2)の実験のときの曲げ方 向に対して 180度逆方向に曲げたら、出力信号は 0 (V)に減少したあと直ぐに反転し て 4 (V)になり、その後再び 2 (V)に戻った。

[0116] さらに、同じ条件下で、上記（2)の実験のとき、速く曲げたら、（2)の実験のときと比 ベて出力信号が大きくなり、ゆっくり曲げたら出力信号は小さくなつた。

[0117] この曲げ方向に対して 180度逆方向に曲げても同じ結果が生じた。すなわち、速く 曲げたら大きく振れ、ゆっくり曲げたら少ししか振れな力つた。

[0118] この信号は矩形波での出力ではなぐ感圧スィッチ 1010に対して荷重を加えたとき

、あるいは荷重を抜いたときに荷重の加わり方 (速度、ストローク)や荷重をカ卩える個 所の材質等に応じた波形でアナログ出力する。

従って、この感圧スィッチ 1010は、用途に応じて、湾曲部 1013の大きさや湾曲率

、材質等を適宜選択することにより、出力信号の特性を容易に選択できる。

[0119] このようにこの実施形態では、支持面 1012から突出した圧電ケーブル 1020の少 なくとも一部を湾曲させているので、機械的に圧電体のたわみ量が増える構成となり

、湾曲部 1013に応力を印加することで、押し圧の強弱や押しストローク長に応じて押 し圧が弱くても、ストロークが短くても、印加される押し圧を高感度で検出して該押し 圧の加速度に応じた信号を出力することができる。

[0120] 特に、この感圧スィッチ 1010は、圧電体を撓ませるために最低限の荷重ストローク は必要であるが、微小な橈み (変位)でも信号を出力するため、使用者が触れただけ であると錯覚する程度の極めて小さなストロークでも信号を出力する。

従って、この感圧スィッチ 1010は、あた力もタツチスィッチとして用いることができる

[0121] また、この感圧スィッチ 1010は、出力信号を制御回路 1014により増幅するので、 回路構成を変更することによりスィッチ感度を変更できる。

その上、感圧スィッチ 1010は機械的な接点を持たないので、従来のマイクロスイツ チに比較して、高度な耐水性、耐久性、信頼性が得られる。

[0122] そして、圧電ケーブル 1020は、湾曲部 1013の内周側の圧電セラミック粉末 1025 の粒子間の間隔が密となって起電力が発生しやすくなり、これにより、押し圧の強弱 や押しストローク長に関係なぐ印加される押し圧を高感度で検出して該押し圧の加 速度に応じた信号を出力することができる。

[0123] また、圧電ケーブル 1020の湾曲部 1013と支持面 1012との間に隙間 1016を設け ているので、圧電ケーブル 1020の押圧時の変位量を大きくすることができ、検出範 囲を広くとることができる。

更に、圧電ケーブル 1020の湾曲部 1013を同一曲率で湾曲させているので、湾曲 部 1013の全域において均一に感度を上げることができる。

[0124] なお、本発明の感圧スィッチは、上記実施形態に限定されるものでなぐ適宜な変 形，改良等が可能である。

例えば、上記実施形態では、制御回路 1014をセンサボックス 1011外に配置した 感圧スィッチ 1010を例示した力 これに代えて、図 30および図 31に示すように、制 御回路 1014をセンサボックス 1011内に配置した感圧スィッチ 1030とすることもでき る。

[0125] また、上記実施形態では、センサボックス 1011の支持面 1012から突出した圧電ケ 一ブル 1020の湾曲部 1013を露出させた場合を例示した力 これに代えて、図 32に 示すように、センサボックス 1011の上部にゴム等の弹性材力もなる蓋部 1041を被せ て、蓋部 1041の内面中央部に設けた凸部 1042で湾曲部 1013の頂き部を押圧可 能にした感圧スィッチ 1040としてもよぐ更に、蓋部 1041に代えて、図 33示すように 、圧電ケーブル 1020の湾曲部 1013をゴム等の弹性材力もなる被覆材 1051で隙間 1016を残した状態で均一肉厚で円弧状に覆うようにした感圧スィッチ 1050としても よぐまた、図 34に示すように、圧電ケーブル 1020の湾曲部 1013をゴム等の弹性材 力 なる被覆材 1061で隙間 1016を残した状態で平坦に覆うようにした感圧スィッチ 1060としてもよ!/ヽ。

[0126] 更に、上記実施形態では、センサボックス 1011の支持面 1012と湾曲部 1013との 間に隙間 1016を設けた場合を例示したが、これに限定されず、例えば図 35に示す ように、湾曲部 1013を有する限りにおいて圧電ケーブル 1020の支持面 1012から の突出部分を支持面 1012に接触させるようにした感圧スィッチ 1070としてもよい。こ の例では、圧電ケーブル 1020の湾曲部 1013をゴム等の弹性材力もなる被覆材 10 71で平坦に覆うようにして 、る。

[0127] 更に、上記実施形態では、センサボックス 1011の支持面 1012に一力所の湾曲部 1013を突出形成した場合を例示した力 これに限定されず、図 36および図 37に示 すように、圧電ケーブル 1020を波状に湾曲させて 2箇所以上の湾曲部 1013 (図で は 2箇所)を支持面 1012に突出形成した感圧スィッチ 1080としてもよぐあるいは図 38に示すように、圧電ケーブル 1020をコイル状に湾曲卷回して 2箇所以上の湾曲 部 1013 (図では 4箇所)を支持面 1012に突出形成した感圧スィッチ 1090としてもよ い。

[0128] また、図 32の感圧スィッチ 1040はセンサボックス 1011の上部に被せた蓋部 1041 がゴム等の弹性材であったが、図 39に示す感圧スィッチ 1100のように、硬質の蓋部 1101を採用してもよい。蓋部 1101は、その一端がセンサボックス 1011の上部にヒ ンジ 1102を介して連結されており、荷重が加えられていない状態では、自重により 湾曲部 1013上に載置されている。

この感圧スィッチ 1100は、加えられた荷重がセンサボックス 1011に対してヒンジ 1 102を中心として回動する蓋部 1101を介して湾曲部 1013に伝達され、信号を出力 する。加えられた荷重が解除されると、湾曲部 1013が初期形状に復帰しょうとする弾 性により蓋部 1101が押し上げられ、初期位置に復帰する。

[0129] さらに、図 40に示す感圧スィッチ 1110のように、湾曲部 1013とセンサボックス 101 1の支持面 1012との間に例えばジエル等の弾性体 1111を充填してもよ！/、。 これによれば湾曲部 1013の湾曲形状を維持できるとともに、過度な衝撃から湾曲 部 1013を保護できる。

[0130] なお、湾曲部 1013に対する荷重の加え方は支持面 1012に向力 方向だけでなく 、湾曲部 1013の湾曲中心力も放射線に沿った方向や、あるいは湾曲軸線に対して 平行または交差する方向（図 25および図 26中、奥行方向）でもよぐ要するに圧電ケ 一ブル 1020を初期状態力も変形可能であれば荷重方向は任意である。

[0131] その他、前述した各実施形態において例示した圧電セラミック粉末、榭脂系材料、 ピエゾ素子構造、圧電ケーブル、支持面、湾曲部分、制御回路、隙間、固定手段等 の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所等は本発明を達成できるものであれば任 意であり、限定されない。

[0132] (実施の形態 15)

本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明 において、同一構成並びに作用効果を奏するところには同一符号を付し、重複した 説明を行わないものとする。

[0133] 本発明のケーブル状圧電素子 2001は、図 41に示す構造を有する。径方向の中 心に芯電極（中心電極） 2003と、この芯電極 2003の周囲に、圧電体を構成する、圧 電セラミックスであるピエゾ素子材料 (複合圧電体層） 2005を被覆し、さらに複合圧 電体層 2005の周囲に外側電極 2007を配設し、さらに外側電極 2007の周囲に形 状保持特性を有するコイルばね 2011を配設し、最外周を PVC (塩化ビニル榭脂)等 の被覆層 2009で被覆して形成したものである。圧電セラミックスとしては、例えば、チ タン酸鉛、又はチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体やニオブ酸ナトリウム等の非鉛系圧 電セラミック焼結粉体を用いる。本発明のケーブル状圧電素子 2001は、圧電ケープ ルとしてはフレキシブル性があるので、どんな形状にも成形できる。そして、このケー ブルに形状保持特性をももたせたので、多様な形状に成形保持することが可能とな る。

[0134] 上記ケーブル状圧電素子 2001は、使用温度が 120°Cまで可能な出願人独自開 発の耐熱性を有する榭脂系材料を複合圧電体層 2005に用いており、従来の代表 的な高分子ピエゾ素子材料 (一軸延伸ポリ弗化ビ-リデン)やピエゾ素子材料 (クロ口 プレンと圧電セラッミック粉末のピエゾ素子材料)の最高使用温度である 90°Cより高 い温度域 (120°C以下)で使用できる。そして、複合圧電体層 2005がフレキシブル性 を有する榭脂と圧電性セラミックから構成され、また、コイル状金属中心電極及びフィ ルム状外側電極カゝら成るフレキシブル電極を用いて構成しており、通常のビニールコ ード並みのフレキシブル性を有して!/、る。

[0135] 複合圧電体層 2005は、榭脂系材料と、 10 μ m以下の圧電性セラミック粉末の複合 体とから構成され、振動検出特性はセラミックにより、またフレキシブル性は榭脂によ りそれぞれ実現している。本複合圧電体層 2005は榭脂系材料として塩素系ポリェチ レンを用い、高耐熱性（120°C)と容易に形成できる柔軟性を実現すると共に架橋す る必要のな 、簡素な製造工程を可能とするものである。

[0136] このようにして得られたケーブル状圧電素子 2001は、複合圧電体層 2005を成形 したままでは、圧電性能を有しないので、複合圧電体層 2005に数 kV/mmの直流高 電圧を印加することにより、複合圧電体層 2005に圧電性能を付与する処理 (分極処 理)を行うことが必要である。複合圧電体層 2005にクラックなどの微少な欠陥が内在 する場合、その欠陥部で放電して両電極間が短絡し易くなるので、充分な分極電圧 が印加できなくなるが、本発明では一定長さの複合圧電体層 2005に密着できる補 助電極を用いた独自の分極工程を確立することにより、欠陥を検出'回避して分極を 安定化でき、これにより数 10m以上の長尺化も可能になる。

[0137] また、ケーブル状圧電素子 2001においては、芯電極 2003にコイル状金属中心電 極を、外側電極 2007にフィルム状電極（アルミニウム ポリエチレンテレフタレート アルミニウムの三層ラミネートフィルム）を用い、これにより複合圧電体層 2005と電極 の密着性を確保すると共に、外部リード線の接続が容易にでき、フレキシブルなケー ブル状実装構成が可能になる。

[0138] 芯電極 2003は、銅—銀合金コイル、外側電極 2007はアルミニウム ポリエチレン テレフタレート アルミニウムから成る三層ラミネートフィルム、複合圧電体層 2005は ポリエチレン系榭脂 +圧電性セラミック粉末、外皮は熱可塑性プラスチック、これによ り、比誘電率は 55、電荷発生量は 10— 13C (クーロン) / gf、最高使用温度は 120°C となる。 [0139] さらに、本発明のケーブル状圧電素子 2001においては、コイルばね 2011力 外 側電極 2007の外側に巻きつけられている。コイルばね 2011は、ケーブル状圧電素 子 2001の径方向における外側電極 2007と被覆層 2009の間に配置されている。こ のコイルばね 2011は、ケーブル状圧電素子 2001を所定形状に保持する形状保持 部材を構成する。

[0140] コイルばね 2011の素材としては、以下の線材を用いることができる力 これらの線 材には限定されない。

WC (80C) (硬鋼線）； SWPA, SWPB (ピアノ線）；

SWOSM— B (シリマン）； SWOSC— V (クロシリ）；

SUS304-WPB, SUS316— WPA (ステンレス）；

BsW (黄銅線）； PBW (リン青銅）

[0141] 以上のケーブル状圧電素子 2001は、一例として以下の工程により製造される。最 初に塩素化ポリエチレンシートと 40〜70体積⁰ /₀の圧電セラミックス（ここでは、チタン 酸ジルコン酸鈴)粉未がロール法によりシート状に均一に混合される。このシートを細 力べペレット状に切断した後、これらのペレットは芯電極 2003と共に、連続的に押し 出されて複合圧電体層（分極処理前のピエゾ素子材料) 2005を形成する。そして、 補助電極をこの複合圧電体層の外周に接触させて前記補助電極と芯電極 2003との 間に高電圧を印加させて分極処理を行う。それから、外側電極 2007が複合圧電体 層の周囲に巻き付けられる。更にコイルばね 2011が外側電極 2007の周囲に巻き付 けられた後、外側電極 2007、コイルばね 2011を取り巻いて被覆層 2009も連続的に 押し出される。このようにして製造されたケーブル状圧電素子 2001は、例えば図 44 に示されたような、種々の形状に加工され使用される。

[0142] コイルばね 2011は、一度所定形状に加工された後は、当該形状を保持するいわ ゆる形状保持特性を有する。従って、ケーブル状圧電素子 2001自体が形状保持特 性を有することとなる。すなわち、ケーブル状圧電素子 2001を所望形状に変形して も、依然として元の形状に回復しょうとする性質 (残存形状回復性)は実質的にゼロと なる。従って、所定の力を外部力も素子に印カロした際、形状回復性により生ずる出力 はゼロ、または実質的にゼロとなる。言い換えると、印加された力のみによる正しい出 力が安定的に得られるようになる。ここで「実質的にゼロ」とは実用上問題ないレベル で正しい出力が得られる程度に、残存形状回復性により生ずる出力がごくわずかで あることをいう。

[0143] 上記塩素化ポリエチレンに圧電セラミックス粉体を添加するとき、前もって、圧電セ ラミックス粉体をチタン'カップリング剤の溶液に浸漬 '乾燥することが好まし 、。この 処理により、圧電セラミックス粉体表面が、チタン'カップリング剤に含まれる親水基と 疎水基で覆われる。親水基は、圧電セラッミタス粉体同士の凝集を防止し、また、疎 水基は塩素化ポリエチレンと圧電セラミックス粉体との濡れ性を増加する。この結果、 圧電セラミックス粉体は、塩素化ポリエチレン中に均一に、最大 70体積％までに多量 に添加することができる。上記チタン'カップリング剤溶液中の浸漬に代えて、塩素化 ポリエチレンと圧電セラミックス粉体のロール時にチタン.カップリング剤を添加するこ とにより、上記と同じ効果の得られることが見出された。この処理は、特別にチタン'力 ップリング剤溶液中の浸漬処理を必要としない点で優れている。このように、塩素化 ポリエチレンは、圧電セラミックス粉体を混合する際のバインダー榭脂としての役割も 担っている。

[0144] 本実施形態の場合、芯電極 2003には、銅系金属による単線導線を使用している。

また、外側電極 2007には、高分子層の上にアルミ金属膜の接着された帯状電極を 用い、これをピエゾ素子材料 2005の周囲に巻き付けた構成としている。そして、高分 子層としては、ポリエチレン'テレフタレート (PET)を用い、この上にアルミ薄膜を接 着した電極は、商業的にも量産されて、安価であるので、外側電極 7として好ましい。 この電極を外部の制御回路等に接続する際には、例えば、加締めや、ハトメにより接 続することができる。また、外側電極 2007のアルミ薄膜の周りに金属単線コイルや金 属編線を制御回路等の接続用に半田付けする構成としてもよぐ半田付けが可能と なるので、作業の効率ィ匕が図れる。なお、ケーブル状圧電素子 2001を外部環境の 電気的雑音力もシールドするために、外側電極 2007は部分的に重なるようにして複 合圧電体層の周囲に巻き付けることが好ましい。

[0145] 被覆層 2009としては、前述の塩ィ匕ビニル榭脂よりも断熱性及び防水性に優れたゴ ム材料を使用することもできる。このゴム材料とは、接触する物品の押圧力で複合圧 電体層 2005が変形し易いように、複合圧電体層 2005よりも柔軟性及び可撓性の高 いものが良い。車載部品として耐熱性、耐寒性を考慮して選定し、具体的には、 3 0°C〜85°Cで可撓性の低下が少な 、ものを選定することが好まし 、。このようなゴム 材料として、例えば、エチレンプロピレンゴム（EPDM)、クロロプレンゴム（CR)、ブチ ルゴム (IIR)、シリコンゴム（Si)、熱可塑性エラストマ一等を用いればよい。以上のよう な構成により、ケーブル状圧電素子 2001の最小曲率は、半径 5mmまで可能になり 、また、塩ィ匕ビニルと比較して、更に優れた断熱性及び防水性を確保することができ る。

[0146] 上記のように、ケーブル状圧電素子 2001の複合圧電体が塩素化ポリエチレンの有 する可撓性と圧電セラミックスの有する高温耐久性とを併せ持つので、圧電体として ポリフッ化ビニリデンを用いた従来の圧電センサのような高温での感度低下がなぐ 高温耐久性がょ 、上、 EPDMのようなゴムのように成形時に加硫工程が不要なので 生産効率がょ 、と 、う利点が得られる。

[0147] 図 42はケーブル状圧電素子 2001の変形例であり、この例では、図 41のコイルば ね 2011に代えて、板ばね 2013が外側電極 2007に隣接して配置されている。従つ て、板ばね 2011は、ケーブル状圧電素子 2001の径方向における外側電極 2007と 被覆層 2009の間に配置されている。この板ばね 2013は、ケーブル状圧電素子 200 1を所定形状に保持する形状保持部材を構成し、コイルばね 2011と同等の効果を 奏する。

[0148] 板ばね 2013の素材としては、例えば以下の板ばねを用いることができる力 これら の板ばねには限定されない。

SK5 (—般的な板パネ）；

SUS301 -CSP3/4H, SUS304-CSP3/4H (ステンレス）

[0149] 図 43はケーブル状圧電素子 2001の変形例であり、この例では、図 41、図 42のコ ィルばね 2011、板ばね 2013の如き独立した形状保持部材は設けられて ヽな ヽ代 わりに、形状保持特性を有する芯電極 2003a及び Z又は被覆層 2009aが用いられ ている。芯電極 2003a及び Z又は被覆層 2009aは、コイルばね 2011、板ばね 201 3と同等の効果を奏する。 [0150] 特に板ばね 2013の如き単純な部材の場合、応力印加による変形と、保持されてい た形状への回復時の変形が、ある程度一定の状況になるので、出力が安定して得ら れる。更に、次回の応力印加時に形状が回復していれば、再現性のある出力が得ら れる。

[0151] 本例において、芯電極 2003aは例えば形状記憶合金によって構成することができ る。変形を加えても、ある一定温度以上に加熱すれば元の形に戻る合金を形状記憶 合金といい、合金の温度を上げていって、低温側の結晶構造と高温側の結晶構造が 入れ替わる際に形状も元に戻る。その時の温度は (変態点）は、通常 20°C〜100°C の間である。材質は、ニッケルとチタンの合金を用いることができる力 金属の種類は 特に限定されない。

[0152] また、本例において、被覆層 2009aは例えば熱収縮チューブによって構成すること ができる。熱収縮チューブの素材としてポリオレフイン、硬質収縮性塩ィ匕ビニールを 用いることができる力 特に限定はされない。

[0153] 芯電極 2003a及び被覆層 2009aのうち、いずれに形状保持特性を持たせても良く 、また、双方に形状保持特性を持たせてもよい。

[0154] 図 44は、上述したケーブル状圧電素子 2001の形状保持特性を利用し、ケーブル 状圧電素子を種々の形状に変形した例を示す。変形保持されたケーブル状圧電素 子 2001は、所定の制御回路 2015に接続され、振動検知センサ 2017を構成する。 図 45 (a)はコイル形状の例、図 45 (b)は円形状の例、図 45 (c)は弧形状の例、図 45 (d)は波型形状の例、図 45 (e)は渦巻き型形状の例を各々示す。もちろん形状は図 示のものに限られず、種々の他の形状を採用することができる。

[0155] 図 45に示すように、ケーブル状圧電素子 2001の出力信号から、物体の接触の有 無を検出する制御回路 2015には、物体の接触をユーザーに知らせるブザー 2051 と、このブザー 2051の動作を制御するブザー制御部 2053が装備されて、振動検知 センサシステムを構成する。

[0156] 制御回路 2015は、ケーブル状圧電素子 2001の断線を検出する際に使用する分 圧用抵抗体 2055、ケーブル状圧電素子 2001からの出力信号力も所定の周波数成 分のみを通過させる濾波部 2057、濾波部 2057からの出力信号に基づきケーブル 状 'BR〉ゥ電素子 2001への物体の接触を判定する判定部 2059、断線検出用抵抗 体 2033と分圧用抵抗体 2055により形成される電圧値力もケーブル状圧電素子 200 1の芯電極 2003と外側電極 2007の断線異常を判定する異常判定部 2061を備え ている。また、芯電極 2003と外側電極 2007を制御回路 2015に接続し、ケーブル状 圧電素子 2001からの出力信号を制御回路 2015に入力する信号入力部 2063と、 判定部 2059からの判定信号を出力する信号出力部 2065とは、隣接して制御回路 2 017内に配設してある。信号出力部 2065には、制御回路 2015への電源ラインとグ ランドラインも接続されている。さらに、制御回路 2015は、信号入力部 2063と信号 出力部 2065との間に設けられ高周波信号をバイパスするコンデンサ等のバイパス部 2067を有している。また、制御回路 2015を通じて電力を供給する電源 2073が設け られて!ヽる。ブザー ff¾御咅 2053、電源 2073ίま、コネクタ 2039【こより、 ff¾御回路 201 5の信号出力部 2065に接続されている。

[0157] 制御回路 2015は、外来の電気的ノイズを除去するためシールド部材で全体を覆つ て電気的にシールドしてある。また、外側電極 2007は制御回路 2015のシールド部 材と導通し、ケーブル状圧電素子 2001も電気的にシールドされている。なお、上記 回路の入出力部に貫通コンデンサや EMIフィルタ等を付加して強電界対策を行って も良い。

[0158] 図 50は、ケーブル状圧電素子 2001に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図で ある。出願人がケーブル状圧電素子 2001の荷重とセンサ出力の関係を実験した結 果、ケーブル状圧電素子 2001に（a)のような曲げ荷重を加えたとき、センサ出力が（ b)のような現象になることを突きとめた。

[0159] (1)すなわち、時刻 tOではケーブル状圧電素子 2001に荷重が加わっていないとき は、センサ出力は 2 (V)を示している。（2)時刻 tlでケーブル状圧電素子 2001に一 定方向に曲げ荷重をカ卩えると、加わった瞬間からセンサ出力は 4 (V)に増加したあと 直ぐに反転して 0 (V)になり、その後再び 2 (V)に戻る。（3)そのあと、曲げたままにし て 、てもセンサ出力は 2 (V)を示したままである。（4)時刻 t3でケーブル状圧電素子 2001を元の状態に戻すと、その瞬間からセンサ出力は 0. 8 (V)に減少したあと、直 ぐに反転して 2. 2 (V)になり、その後再び 2 (V)に戻る。 [0160] また、同じ条件下で、上記（2)の実験のとき、曲げ方向を (2)の実験のときの曲げ方 向に対して 180度逆方向に曲げたら、センサ出力は O (V)に減少したあと直ぐに反転 して 4 (V)になり、その後再び 2 (V)に戻った。

[0161] さらに、同じ条件下で、上記（2)の実験のとき、速く曲げたら、（2)の実験のときと比 ベてセンサ出力が大きくなり、ゆっくり曲げたらセンサ出力は小さくなつた。

[0162] この曲げ方向に対して 180度逆方向に曲げても同じ結果が生じた。すなわち、速く 曲げたら大きく振れ、ゆっくり曲げたら少ししか振れな力つた。この結果、 1本のケー ブル状圧電素子 2001で前後の曲げ方向と曲げ加速度が分力るので、ケーブル状 圧電素子 2001を用いることによりとアナログ入力装置が得られることとなる。

[0163] 図 46は、本発明のケーブル状圧電素子 2001、振動検知センサ 2017を防犯フエ ンス 2019に用いた例を示す。本例においては、ケーブル状圧電素子 2001を防犯フ エンス 2019をの最上部に張り渡している。侵入者がケーブル状圧電素子 2001に触 れることで、振動が検知され、ユーザーに侵入者ありの警報がブザー 2051により発 せられる。

[0164] 図 47は、本発明のケーブル状圧電素子 2001、振動検知センサ 2017を防犯フエ ンス 2021に用いた例を示す。本例においては、ケーブル状圧電素子 2001を防犯フ エンス 2021の最上部における装飾部に利用している。すなわち、ケーブル状圧電素 子 2001を曲線部 2023と直線部 2025からなる所定形状に加工し、そのまま装飾部 として用いる。侵入者が装飾部に触れることで、振動が検知され、ユーザーに侵入者 ありの警報がブザー 2051により発せられる。

[0165] 本実施形態では、所定形状に加工されても正確な振動の検知が可能なケーブル 状圧電素子 2001を、防犯フェンス 2021を構成する構成部品に適用している。防犯 フェンス 2021そのものを構成する部品と、センサ部分を共通の部品を用いて製造す ることができるため、製造工程の簡素化を図ることができる。

[0166] 図 46、 47のような防犯フェンスにケーブル状圧電素子 2001を適用する場合、鳥等 の接触振動等に起因する不要な信号を除去する必要がある。そこで、図 45の濾波 部 2057に、ケーブル状圧電素子 2001の出力信号力も不要な信号を除去し、人間 の接触による押圧によりケーブル状圧電素子 2001が変形する際にケーブル状圧電 素子 2001の出力信号に現れる特有な周波数成分のみを抽出するような濾波特性を 持たせればよい。濾波特性の決定には、人体接触に伴う振動特性を解析して最適化 すればよい。

[0167] また、ケーブル状圧電素子を所定形状に保持する部材又は要素には、所定の剛性 を有するものを用いるのが望ましい。これにより、人間が力をカ卩えることで形状が破壊 される力 鳥や自然現象による振動や衝撃等では形状が破壊されない。これにより、 信号出力に差を設けることができ、侵入者とそれ以外の事象を判別することが可能と なり、防犯精度が向上することが期待できる。

[0168] 図 48は、本発明のケーブル状圧電素子 2001をナースコールスィッチ 2027に用い た例を示す。ケーブル状圧電素子 2001が渦巻き型等の所定形状に加工され、スィ ツチ本体 2029内に収容されている。緊急時において、患者がスィッチ本体 2029を 軽く握るだけでコールセンターへ異常を知らせる信号を送信でき、信頼性の高 ヽナ 一スコールスィッチが提供され得る。

[0169] また、患者によっては握ることができな 、、また、ボタン押しができな 、こともあるた め、このような事情に対応してスィッチ形状を自在に形成することが可能である。例え ば、図 49 (a)の如き平板状の本体 2029にケーブル状圧電素子 2001を埋め込むこ とができる。この場合患者はスィッチ 2027をたたくだけで、容易に信号を送信するこ とが可能となる。また、図 49 (b)の如きチューブ状の本体 2029にケーブル状圧電素 子 2001を埋め込むこともできる。この場合患者はスィッチ 2027を握るだけで、容易 に信号を送信することが可能となる。また、図 49 (c)の如き台座 2030状に配置したス ティック状の本体 2029にケーブル状圧電素子 2001を埋め込むこともできる。この場 合患者はスィッチ 2027をたたぐ揺らすなどすることで容易に信号を送信することが 可能となる。

[0170] 以上述べた防犯フェンス、ナースコールスィッチは応用の例示にすぎず、その他、 振動、圧力、応力を検知する製品に本発明のケーブル状圧電素子が適用できること は言うまでもない。

[0171] 上述の実施形態では、ケーブル状圧電素子 2001を所定形状に保持するため、コ ィルばね 2011又は板ばね 2013を設けた励、または、芯電極 2003及び/又は被覆 層 2009に形状保持特性を持たせた例を示したが、ケーブル状を呈する圧電素子に おいて、所定形状の保持特性をもつもの総てが、本発明に含まれ得る。

[0172] 本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された 事項に限定されず、特許請求の範囲及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づ いて、当業者がその変更 ·応用することも本発明の予定するところであり、保護を求め る範囲に含まれる。

[0173] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲 を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら かである。

本出願は、 2004年 9月 10日出願の日本特許出願 ·出願番号 2004-263973、 2004年 9 月 10日出願の日本特許出願'出願番号 2004-263974、 2004年 9月 10日出願の日本 特許出願 ·出願番号 2004-264179に基づくものであり、その内容はここに参照として 取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0174] 以上のように、本発明の振動検知センサは、正確な振動の検出、測定を要する種 々の機器、分野に応用することが可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、

当該基板に、少なくともその一端において直接接続されたケーブル状圧電素子と を備える振動検知センサであって、

当該ケーブル状圧電素子はその径方向に沿って、

芯電極と、

当該芯電極の周囲に配置された圧電体と、

当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、

当該外側電極の周囲に配置された被覆層とを備える、振動検知センサ。

[2] 請求項 1記載の振動検知センサであって、

前記ケーブル状圧電素子は曲げ部を有する、振動検知センサ。

[3] 請求項 1又は 2記載の振動検知センサであって、

前記ケーブル状圧電素子の少なくとも一部に重りが固定された、振動検知センサ。

[4] 請求項 1記載の振動検知センサであって、

前記ケーブル状圧電素子は、

前記基板の主平面と実質的に平行な面内において略円形となるよう曲げられ、前 記基板に対する固定端とは逆側の開放端に固定された重りを有する、振動検知セン サ。

[5] 請求項 1記載の振動検知センサであって、

前記ケーブル状圧電素子は、

その両端部が互いに略並行に配置された状態で、前記基板に接続され、前記両端 部の中間部が略円形に形成された、振動検知センサ。

[6] 請求項 1記載の振動検知センサであって、

前記ケーブル状圧電素子はコイル状に形成され、前記基板から略垂直に延設され ている、振動検知センサ。

[7] 請求項 1記載の振動検知センサであって、

前記ケーブル状圧電素子はコイル状に形成されて前記基板から延設され、前記基 板から離れるにつれコイル径が拡大されている、振動検知センサ。

[8] 請求項 1記載の振動検知センサであって、

前記基板内に通孔が形成され、前記ケーブル状圧電素子が当該通孔内において 、前記基板の主平面と実質的に平行になるよう前記基板に接続され、前記基板への 固定端とは逆側の開放端に重りが固定されている、振動検知センサ。

[9] 請求項 1記載の振動検知センサであって、

前記基板内に通孔が形成され、前記ケーブル状圧電素子が当該通孔内において 、前記基板の主平面と実質的に平行になるよう前記基板に接続され、略 U字形状に 曲げられ、その両端において基板に固定されている、振動検知センサ。

[10] 請求項 1な!、し 9の 、ずれか 1項記載の振動検知センサであって、

前記基板及び前記ケーブル状圧電素子を収納する筐体を更に備える、振動検知 センサ。

[11] 請求項 1ないし 9のいずれか 1項記載の振動検知センサであって、

前記基板の下面力 前記ケーブル状圧電素子が吊り下げられて下方向に延びるよ う、前記ケーブル状圧電素子が前記基板に接続されている、振動検知センサ。

[12] 請求項 1記載の振動検知センサであって、

前記ケーブル状圧電素子が、形状保持特性を有する、振動検知センサ。

[13] 請求項 1ないし 12のいずれか 1項記載の振動検知センサであって、

前記圧電体が樹脂と圧電性セラミックス力も構成された、振動検知センサ。

[14] 圧電セラミック粉末および榭脂系材料によって形成されたピエゾ素子構造を有する 圧電ケーブルを備えた感圧スィッチであって、

前記圧電ケーブルの少なくとも一部を支持面力 突出させると共に、該突出部分を 湾曲させて湾曲部とし、かつ、前記圧電ケーブルの基端部に制御回路を接続したこ とを特徴とする感圧スィッチ。

[15] 前記圧電ケーブルの湾曲部と前記支持面との間に隙間を設けたことを特徴とする 請求項 14に記載した感圧スィッチ。

[16] 前記圧電ケーブルの湾曲部を同一曲率で湾曲させたことを特徴とする請求項 14ま たは 15に記載した感圧スィッチ。

[17] 前記圧電ケーブルの先端部を固定する固定手段を備えたことを特徴とする請求項 14〜 17の!、ずれか一項に記載した感圧スィッチ。

[18] ケーブル状圧電素子であって、当該ケーブル状圧電素子の径方向に沿って、 芯電極と、

当該芯電極の周囲に配置された圧電体と、

当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、

当該外側電極の周囲に配置された被覆層とを少なくとも備え、かつ形状保持特性 を有する、ケーブル状圧電素子。

[19] ケーブル状圧電素子であって、当該ケーブル状圧電素子の径方向に沿って、 芯電極と、

当該芯電極の周囲に配置された圧電体と、

当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、

当該外側電極の周囲に配置された被覆層と、を備えるケーブル状圧電素子であり 前記径方向における前記外側電極と前記被覆層の間に配置され、当該ケーブル 状圧電素子を所定形状に保持する形状保持部材を備える、ケーブル状圧電素子。

[20] 請求項 19に記載のケーブル状圧電素子であって、

前記形状保持部材が板ばね又はコイルばねのうち少なくともいずれか一つである、 ケーブル状圧電素子。

[21] ケーブル状圧電素子であって、当該ケーブル状圧電素子の径方向に沿って、 芯電極と、

当該芯電極の周囲に配置された圧電体と、

当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、

当該外側電極の周囲に配置された被覆層と、を備えるケーブル状圧電素子であり 前記芯電極が、当該ケーブル状圧電素子を所定形状に保持する形状保持特性を 備える、ケーブル状圧電素子。

[22] 請求項 21に記載のケーブル状圧電素子であって、

前記芯電極が形状記憶合金より構成された、ケーブル状圧電素子。

[23] ケーブル状圧電素子であって、当該ケーブル状圧電素子の径方向に沿って、 芯電極と、

当該芯電極の周囲に配置された圧電体と、

当該圧電体の周囲に配置された外側電極と、

当該外側電極の周囲に配置された被覆層と、を備えるケーブル状圧電素子であり 前記被覆層が、当該ケーブル状圧電素子を所定形状に保持する形状保持特性を 備える、ケーブル状圧電素子。

[24] 請求項 23に記載のケーブル状圧電素子であって、

前記被覆層が熱収縮チューブより構成された、ケーブル状圧電素子。

[25] 請求項 19ないし 24のいずれ力 1項に記載されたケーブル状圧電素子であって、 前記圧電体が樹脂と圧電性セラミックスから構成された、ケーブル状圧電素子。

[26] 請求項 19ないし 25のいずれ力 1項に記載されたケーブル状圧電素子であって、 前記所定形状が、コイル形状、円形状、弧形状、波型形状、渦巻き型形状のうち少 なくとも一つである、ケーブル状圧電素子。

[27] 請求項 18ないし 26のいずれか 1項に記載されたケーブル状圧電素子と、

当該ケーブル状圧電素子の出力信号を検出する制御回路と、を備える振動検知セ ンサ。

[28] 請求項 18ないし 26のいずれか 1項に記載されたケーブル状圧電素子を用いた、 防犯フェンス。

[29] 請求項 18ないし 26のいずれか 1項に記載されたケーブル状圧電素子を用いた、 ナースコーノレスィッチ _n