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JP2000214004A - ケ―ブル状圧力センサ - Google Patents

ケ―ブル状圧力センサ

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Publication number
JP2000214004A
JP2000214004A JP1560999A JP1560999A JP2000214004A JP 2000214004 A JP2000214004 A JP 2000214004A JP 1560999 A JP1560999 A JP 1560999A JP 1560999 A JP1560999 A JP 1560999A JP 2000214004 A JP2000214004 A JP 2000214004A
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JP
Japan
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pressure
flexible
pressure sensor
cable
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1560999A
Other languages
English (en)
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JP2000214004A5 (ja
Inventor
Masahiko Ito
雅彦 伊藤
Takeshi Nagai
彪 長井
Hiroyuki Ogino
弘之 荻野
Yuko Fujii
優子 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP1560999A priority Critical patent/JP2000214004A/ja
Publication of JP2000214004A publication Critical patent/JP2000214004A/ja
Publication of JP2000214004A5 publication Critical patent/JP2000214004A5/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のケ−ブル状圧力センサは、圧電粉体に
セラミック粉体を用いていたので、誘起電圧が低いとい
う課題があった。 【解決手段】 本発明は、芯電極7の外周に同心状に非
圧電性高分子と圧電性高分子を混練した感圧体組成物で
ある可撓性感圧体8を設け、前記感圧体の外周の表面に
接触するように可撓性外側電極9を設けて、前記可撓性
感圧体8および前記可撓性外側電極9の外周に絶縁外被
10を被覆して構成したケ−ブル状圧力センサである。
従って、圧力負荷に対して誘起電圧の高い可撓性を有す
る圧力センサを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可橈性感圧センサ
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の圧力を検知
するセンサは、特開昭62−230071号公報に開示
されているようなものがある。その構成について、図4
を参照にしながら説明する。図4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−ブから成る外被
6を被覆して成るケ−ブル状圧力センサである。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。上記記載のケ−ブル状圧
力センサの一部分あるいは、全体に圧力が負荷付加され
たとき、圧力センサが歪むため、芯電極3と可撓性外電
極5の間に電位差が生じる。この電位差を検出して圧力
センサに加えられる圧力や振動の有無を検知している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
感圧ケ−ブル状圧力センサは、感圧体に合成ゴムや合成
樹脂中にチタン酸鉛等のセラミック圧電粉体を配合した
複合圧電体が用いられるが、この複合圧電体の誘電率が
高い為に、圧力負荷に対して発生する電位差が小さいた
め正確に圧力検知ができないという課題があった。
【0004】また、感圧体として圧電性高分子であるポ
リフッ化ビニリデン樹脂や2フッ化3フッ化ポリエチレ
ン共重合体樹脂(2F−3F樹脂)のみを溶融させ芯線
電極上にチュ−ビング被覆形成後、固化させてケ−ブル
状にする感圧素子があるが、上記樹脂で感圧体を形成す
る場合、圧電性を得るために上記圧電性高分子に高電圧
を印加して分極処理をしなければならず、高度な配向状
態とするための配向処理が困難であるという課題があっ
た。また、芯電極線上に上記圧電性高分子のフィルムを
巻き付ける場合には、フィルムの強度がないために巻き
付けるときに切れてしまうという製造上の課題があっ
た。
【0005】
【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、芯電極の外周に非圧電性高分子と圧電性高
分子を混合した感圧体を設け、前記感圧体に接触するよ
うに外側電極を設け、外側電極の外周に導電性編組と前
記導電性編組を絶縁性外被で被覆する。
【0006】本発明によれば、誘電率の低い材料の圧電
性高分子を効果的に芯電極の外周に設けることができる
ので、ケ−ブル状圧力センサとして正確に圧力検知する
ことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明は、可撓性ケーブル状圧力
センサとして、可撓性感圧層に対向した一対の電極間電
位が圧力に対して瞬時に鋭敏に変化するため、圧力を検
知することができる。
【0008】本発明の請求項1に記載のケ−ブル状圧力
センサは、内側電極である芯電極の外周に同心状に感圧
機能層として感圧体を設け、前記感圧体の外周の表面に
接触するように可撓性外側電極を設け、その外周に絶縁
性外被で被覆して構成したケ−ブル状圧力センサであ
る。この構成は、可撓性を維持できるだけでなく、長尺
ケ−ブル状に加工して後に、任意の長さのケ−ブルに切
り取りすることができる。
【0009】本発明の請求項2記載のケ−ブル状圧力セ
ンサは、感圧体が非圧電性高分子と、圧電性高分子粉末
を混合した感圧組成物で構成される。非圧電性高分子
は、有機高分子であり、ポリエチレン、ポリウレタンエ
ラストマ−、可塑化された塩化ビニル等が挙げられる。
これは、圧電性高分子粉末と混合してもその感圧体とし
ての機械強度を保持できる。
【0010】圧電性高分子はポリフッ化ビニリデン、2
フッ化3フッ化ポリエチレン共重合体、2フッ化6フッ
化ポリエチレン共重合体が挙げられる。
【0011】本発明の請求項3記載のケ−ブル状圧力セ
ンサは、非圧電高分子が、ポリウレタン型熱可塑性エラ
ストマ−、塩素化ポリエチレン、ポリウレタン系エラス
トマ−から選ばれた少なくとも一種である。ここに記載
された非圧電性高分子は、圧電性高分子の粉体と混合し
ても、非圧電高分子の機械的強度が損なわれない。
【0012】本発明の請求項4記載のケ−ブル状圧力セ
ンサは、圧電性高分子粉末が、2フッ化3フッ化ポリエ
チレン共重合体からなるは、圧電性高分子粉末が、2フ
ッ化3フッ化ポリエチレン共重合体から構成されてい
る。誘電率が高く、粉体で入手できる。
【0013】本発明の請求項5記載のケ−ブル状圧力セ
ンサは、可撓性外側電極の周囲を導電性編組を設け、絶
縁性外被で被覆した構成である。ケ−ブル状圧力センサ
に荷重が負荷された時に芯電極と可撓性外側電極間に発
生する電位差を検出することにより、外部環境からのノ
イズを防止できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
【0015】(実施例1)図1は本発明における実施例
1のケ−ブル状圧力センサの要部断面図である。
【0016】図1において、7は芯電極であり、芯電極
7の外周に可撓性感圧体8を形成した後、可撓性感圧体
8表面に接触するように可撓性外側電極9が巻き付けら
れPている。そして、可撓性感圧体8と可撓性外側電極
9の外周に絶縁外被10を形成している。
【0017】可撓性を有するケ−ブル状圧力センサで
は、ケ−ブル全体としての可撓性確保のために、可撓性
を有する芯電極7、可撓性圧電体8や可撓性外電極9で
構成される。
【0018】内側電極としての芯電極7は、従来例で示
した構成やニッケルメッキ銅線等金属導体の撚線からな
る。可撓性感圧体8は非圧電性高分子と圧電高分子粉末
を混合した感圧組成物である。非圧電高分子材料には、
有機高分子材料として、ポリウレタンポリウレタン型熱
可塑性エラストマ−、塩素化ポリエチレン、ポリウレタ
ン系エラストマ−から選ばれる。ここでは、塩素化ポリ
エチレンを用いた。また、圧電性高分子材料にはポリフ
ッ化ビニリデン、2フッ化3フッ化ポリエチレン共重合
体、2フッ化3フッ化エチレン共重合体の粉末、2フッ化
6フッ化エチレン共重合体粉末等が用いられるが、ここ
では、ポリフッ化ビニリデン樹脂粉体を用いた。選択し
た塩素化ポリエチレンとポリフッ化ビニリデン樹脂粉体
(以降PVDF粉体と称す)とを熱ロ−ルで十分混練し
た感圧組成物をコニカルスクリュ−2軸押出し装置で芯
電極7の外周にチュ−ビング成型して、可撓性感圧体8
を形成する。可撓性外側電極9は、金属層として、アル
ミニウム層、銅層、ニッケル層等があるが、これらの中
でもアルミニウム層が優れている。アルミニウム層は、
銅層に比べ熱的に酸化され難く、また、ニッケル層に比
べ柔らかいので機械的インピ−ダンスが小さいからであ
る。この可撓性外側電極9は可撓性感圧体8の機械的イ
ンピ−ダンスを小さくするために、できるだけ薄い方が
好ましい。入手の容易性や価格の点を考慮すると10μ
m以下が好ましい。そして、可撓性感圧体8や可撓性外
側電極9全体を保護するなどのために、絶縁外被10を
チュ−ビング加工で形成する。その材料としては、塩化
ビニル、ウレタン樹脂等が挙げられるがここでは、塩化
ビニル樹脂で外被10を形成した。外被10を形成した
後、芯電極7と可撓性外側電極9の間に直流電圧を印加
する分極工程を実施した後、ケ−ブル状感圧素子として
完成する。
【0019】はじめに、可撓性感圧体8の性能を測定す
るために、感圧体組成物の厚みを0.4mmのシ−ト状
に加工し、大きさ20mm角に加工した。そして図2に
示すような装置を作成し、発生電圧を測定した。図2で
は、感圧体組成物シ−ト11を大きさ20mm角、板厚
み0.8mmのSUS緩衝板12と板厚5mmのSUS
板13で挟持させて、重さ1.991g、直径10mm
アルミナ球の高さを変えて落下させ、オシロスコ−プに
より、落下した時に発生する起電圧を測定した。この時
比較として、感圧体組成物の構成を塩素化ポリエチレン
とセラミック圧電粉体のチタン酸鉛を混練した組成物と
比較した。感圧組成物シ−ト両面にAgぺ−スト電極を
形成して分極を行った。なお、分極条件は20KV/m
m、1h、である。
【0020】図2の結果から、塩素化ポリエチレンにP
VDF樹脂粉体を混合した感圧組成物シ−トが塩素化ポ
リエチレンにチタン酸鉛を混合した感圧組成物シ−トよ
りも約5倍の発生電圧の高さを示した。これは、PVD
F樹脂粉体の誘電率がチタン酸鉛の誘電率よりもはるか
に小さいため感圧体組成物シ−トの容量が小さくなり、
結果としてPVDF樹脂粉体を混練した感圧体シ−トの
発生電圧が大きくなるためである。
【0021】このPVDF樹脂粉体と塩素化ポリエチレ
ンを混合した圧電組成物を用いた可撓性感圧体8をチュ
−ビングしたケ−ブル状圧力センサが合成ゴム中に無機
セラミック圧電粉体を用いた複合圧電体よりも、チュ−
ビング厚みが同じであるならば、圧力負荷に対して発生
する電圧が大きくなるのは当然である。
【0022】(実施例2)図3は、本発明実施例2のケ
−ブル状圧力センサ構成を示す断面図である。図1で
は、可撓性外側電極9が可撓性感圧体8の表面に巻き付
けられた構成である。しかし、図1の構成では、芯電極
7と可撓性外側電極9間で圧力負荷に対する誘起電圧を
検出するとき外部ノイズを拾い易い。可撓性外側電極9
が芯電極7の周囲を完全に覆っていないからである。こ
のような場合、図3に示すように、可撓性外電極9の周
囲を導電性編組11で被覆することが望ましい。芯電極
7と可撓性外側電極9間から誘起電圧を検出するとき、
可撓性外側電極と導電性編組11を短絡して、ア−ス電
位に保持することにより外部ノイズを遮断することがで
きる。
【0023】そして、実施例1での図1、実施例2での
図3に示すように絶縁外被10は、可撓性感圧体8の保
護、ならびにケ−ブル状圧力センサの外部環境に直接接
触させないためにも必要である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
にかかるケ−ブル状圧力センサは、内側電極である芯電
極の外周に同心状に感圧機能層として感圧体を設け、前
記感圧体の外周の表面に接触するように可撓性外側電極
を設け、その外周に絶縁性外被で被覆して構成したケ−
ブル状圧力センサであるので、可撓性を維持できるだけ
でなく、長尺ケ−ブル状に加工して後に、任意の長さの
ケ−ブルに切り取りすることができる。
【0025】本発明の請求項2かかるケ−ブル状圧力セ
ンサは、感圧体が非圧電性高分子と、圧電性高分子粉末
を混合した感圧組成物で構成されるので、誘電率の高い
圧電性高分子粉末を有機材料に混練することができ、無
機セラミック圧電粉体よりも高い誘起電圧を発生する感
圧体を形成することができる。。
【0026】本発明の請求項3にかかるケ−ブル状圧力
センサは、非圧電高分子が、ポリウレタン型熱可塑性エ
ラストマ−、塩素化ポリエチレン、ポリウレタン系エラ
ストマ−から選ばれた少なくとも一種であるので、圧電
性高分子の粉体と混合しても、非圧電高分子である有機
材料の機械的強度が損なわれない。
【0027】本発明の請求項4にかかるケ−ブル状圧力
センサは、圧電性高分子粉末が、ポリフッ化ビニリデ
ン、2フッ化3フッ化ポリエチレン共重合体からなるの
で、誘電率が高く、粉体で入手することができる。
【0028】本発明の請求項5記載にかかるケ−ブル状
圧力センサは、可撓性外側電極の周囲を導電性編組を設
け、絶縁性外被で被覆した構成であるので、ケ−ブル状
圧力センサに荷重が負荷された時に芯電極と可撓性外側
電極間に発生する電位差を検出する時に、外部環境から
のノイズを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の要部断面図
【図2】本発明の実施例1のシート状感圧体組成物の発
生電圧比較図
【図3】本発明の実施例2の要部断面図
【図4】従来の要部断面図
【符号の説明】
7 芯電極 8 可撓性感圧体 9 可撓性外側電極 10 絶縁外被 11 導電性編組線
フロントページの続き (72)発明者 荻野 弘之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤井 優子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC11 DD09 DD11 EE25 FF38 GG11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内側電極である芯電極と、芯電極の外周に
    同心状に感圧機能層として可撓性感圧体を設け、前記感
    圧体の外周の表面に接触するように可撓性外側電極を設
    けて、前記可撓性感圧体および前記可撓性外側電極の外
    周に絶縁外被を被覆して構成したケ−ブル状圧力セン
    サ。
  2. 【請求項2】可撓性感圧体が非圧電性高分子と、圧電性
    高分子粉末を混合した感圧組成物で構成されるである請
    求項1記載のケ−ブル状圧力センサ。
  3. 【請求項3】非圧電高分子が、ポリウレタン型熱可塑性
    エラストマ−、塩素化ポリエチレン、ポリウレタン系エ
    ラストマ−から選ばれた少なくとも一種である請求項1
    および2記載のケ−ブル状圧力センサ。
  4. 【請求項4】圧電性高分子粉末が、ポリフッ化ビニリデ
    ン、2フッ化3フッ化エチレン共重合体からなる請求項
    1および2記載のケ−ブル状圧力センサ。
  5. 【請求項5】可撓性外側電極の周囲に導電性編組を設
    け、その外周を絶縁外被で被覆した請求項1記載のケ−
    ブル状圧力センサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004112611A1 (ja) * 2003-06-20 2004-12-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 就寝装置及び在床状態検出方法
JP2017078582A (ja) * 2015-10-19 2017-04-27 ホシデン株式会社 圧電性ケーブル及びその製造方法

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