高感度・高屈曲センサケーブル
【課題】従来のセンサケーブルは、ケーブルに印加される外力が、圧電体の長手方向に対して平行方向で印加されるため、圧電効果は低く、出力される電圧はどうしても低くなってしまうという欠点があった。更に、ケーブル中心導体上に高価な圧電体を均一に巻き付けるために使用量は増加し、ケーブル価格が高価格になってしまった。また、従来のケーブルは、屈曲性や柔軟性が劣るため、可動部への適用が難しかった。
【解決手段】中心導体上に絶縁層を形成した絶縁心線の周りに、導体上に圧電体を巻き付け、または被覆することにより形成された圧電素線を巻き付けて形成し、更に、その周りに外被を形成することにより、圧電体に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果を発生させることで、出力と屈曲性の向上がはかれるだけでなく、圧電体の薄膜化により低価格化を可能にする高感度・高屈曲センサケーブルである。
【解決手段】中心導体上に絶縁層を形成した絶縁心線の周りに、導体上に圧電体を巻き付け、または被覆することにより形成された圧電素線を巻き付けて形成し、更に、その周りに外被を形成することにより、圧電体に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果を発生させることで、出力と屈曲性の向上がはかれるだけでなく、圧電体の薄膜化により低価格化を可能にする高感度・高屈曲センサケーブルである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてセキュリティ用センサ、工業用センサ等に使用され、防犯用ドアセンサ、防犯用窓開閉・破壊センサ、フェンス上に配置することによる侵入検知システム、工業用装置の故障診断用センサ、大型建造物の振動検出・振動制御用センサ等の分野に最適で、特に、ケーブル形状であり、長距離の範囲にわたる検知、ロボット等の可動部への適用による故障検知等において、容易に障害を検出することができるだけでなく、圧電体の薄膜化が可能になるので、出力と屈曲性の向上と低価格化を可能にする高感度・高屈曲センサケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のケーブルは、図２（イ）に示すように、同軸ケーブルの中心導体と外部導体間に圧電体（圧力が印加されると電圧を発生する材料で、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の高分子圧電体やチタン酸鉛やジルコン酸鉛等のセラミックスからなる圧電性セラミックス等をいう。）を入れた構造であり、高い電圧出力を得るためには圧電体を導体に複数重ねて多層化した構造である。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３０８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、図２（ロ）に示すように、ケーブルに印加される外力が、圧電体の長手方向に対して平行方向に印加されるため、圧電効果は低く、出力される電圧はどうしても低くなってしまうという欠点があった。更に、ケーブル中心導体上に高価な圧電体を均一に巻き付けるために使用量は増加し、ケーブル価格が高価格で特殊な用途でしか使用できなかった。また、従来のケーブルは、屈曲性や柔軟性が劣るため、可動部への適用が難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決する為に、鋭意検討した結果、
中心導体上に絶縁層を形成した絶縁心線の周りに、導体上に圧電体を巻き付け、または被覆することにより形成された圧電素線を巻き付けて形成し、更に、その周りに外被を形成することにより、圧電体に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果が得られ、出力と屈曲性の向上をはかった高感度・高屈曲センサケーブルである。
【発明の効果】
【０００６】
以上説明のように、本発明の高感度・高屈曲センサケーブルによれば、
１．圧電体への外力印加方向が、長手方向に対して直角方向になり、より大きな圧電効果が得られ、出力の向上をはかった高感度センサケーブルが得られる。
２．圧電体自体は、柔軟性に劣るが、導体に圧電体を巻き付けた圧電素線とすることで、ケーブル自体の屈曲性が高く、ロボット等への適用が可能となる。
３．従来のケーブルに直接設ける場合に比べて、本発明は、圧電体の使用量が、少なくて済み、ケーブルの低コスト化が可能であり、幅広い分野への適用が可能となる。
という優れた効果があるので、その工業的価値は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の高感度・高屈曲センサケーブルの実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【０００８】
始めに、本発明の高感度・高屈曲センサケーブル１は、図１（イ）に示すように、中心導体２Ａ上に絶縁層３を形成した絶縁心線４の周りに、導体２Ｂ上に圧電体６を巻き付け、または被覆することにより形成された圧電素線５を巻き付けて形成し、更に、その周りに外被７を形成することにより、圧電体６に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果が得られ、出力と屈曲性の向上をはかった高感度・高屈曲センサケーブル構造である。ここで、中心導体は、代表的な軟銅線を使用した。絶縁層３には、代表的なＰＰやＰＥを使用した。また、図１（ロ）に示すように、圧電素線５は、導体２Ｂの上に圧電体６を巻き付けても、被覆しても構わない。この構造のケーブルは、ケーブルの曲げ方向に対して、柔軟性が得られる構造となる。ここで、導体２Ｂとしては、軟銅線を使用し、丸形導体や丸形導体を複数本撚り合わせた撚り線導体や角形導体や平形導体等を使用した。圧電体としては、高分子圧電体のポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用したが、圧電セラミックスのＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）でも構わない。また、外被としては、ＰＶＣやＰＥ等を使用した。 このような構造であるので、図１（ハ）に示すように、圧電体に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果が得られ、出力と屈曲性の向上をはかった高感度・高屈曲センサケーブルが得られる。本発明の場合、圧電素線５を隙間なく密に巻く必要はない。なぜならば、例えば、図１（イ）に示すように、前方からみて、２本の圧電素線（Ａ、Ｃ）の間に外力が加わった場合でも、後方の圧電素線（Ｂ）によって感知される。外力の度合いが大きい場合には、前方の２本の圧電素線（Ａ、Ｃ）でも感知することが可能になる。また、本発明の高感度・高屈曲センサケーブルの構成体の代表例一覧表を下記の表１に示す。
【０００９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００１０】
これまで、本発明の高感度・高屈曲センサケーブルは、同軸ケーブル構造に圧電素線を巻き付ける方法による例を示しているが、その巻き付けの間隔や圧電素線の導体寸法を変えた場合も設計上本発明の範囲内であることはいうまでもない。尚、これ以外の各種の変形例を含むものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（イ）は、本発明の高感度・高屈曲センサケーブル１の斜視図である。（ロ）は、本発明の圧電素線５の拡大断面図である。（ハ）は、本発明の圧電体６の拡大斜視図で、圧電体の長手方向と外力印加方向の関係を示す説明図である。
【図２】（イ）は、従来のセンサケーブル１′の断面図である。（ロ）は、従来の圧電体６′の拡大斜視図で、圧電体の長手方向と外力印加方向の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１２】
１ 本発明の高感度・高屈曲センサケーブル
２Ａ 中心導体
２Ｂ 導体
３ 絶縁層
４ 絶縁心線
５ 圧電素線
６ 圧電体
７ 外 被
１′ 従来のセンサケーブル
２Ａ′中心導体
２Ｂ′第１外部導体
２Ｃ′第２外部導体
６Ａ′第１圧電体
６Ｂ′第２圧電体
７ ′ 外 被
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてセキュリティ用センサ、工業用センサ等に使用され、防犯用ドアセンサ、防犯用窓開閉・破壊センサ、フェンス上に配置することによる侵入検知システム、工業用装置の故障診断用センサ、大型建造物の振動検出・振動制御用センサ等の分野に最適で、特に、ケーブル形状であり、長距離の範囲にわたる検知、ロボット等の可動部への適用による故障検知等において、容易に障害を検出することができるだけでなく、圧電体の薄膜化が可能になるので、出力と屈曲性の向上と低価格化を可能にする高感度・高屈曲センサケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のケーブルは、図２（イ）に示すように、同軸ケーブルの中心導体と外部導体間に圧電体（圧力が印加されると電圧を発生する材料で、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の高分子圧電体やチタン酸鉛やジルコン酸鉛等のセラミックスからなる圧電性セラミックス等をいう。）を入れた構造であり、高い電圧出力を得るためには圧電体を導体に複数重ねて多層化した構造である。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３０８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、図２（ロ）に示すように、ケーブルに印加される外力が、圧電体の長手方向に対して平行方向に印加されるため、圧電効果は低く、出力される電圧はどうしても低くなってしまうという欠点があった。更に、ケーブル中心導体上に高価な圧電体を均一に巻き付けるために使用量は増加し、ケーブル価格が高価格で特殊な用途でしか使用できなかった。また、従来のケーブルは、屈曲性や柔軟性が劣るため、可動部への適用が難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決する為に、鋭意検討した結果、
中心導体上に絶縁層を形成した絶縁心線の周りに、導体上に圧電体を巻き付け、または被覆することにより形成された圧電素線を巻き付けて形成し、更に、その周りに外被を形成することにより、圧電体に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果が得られ、出力と屈曲性の向上をはかった高感度・高屈曲センサケーブルである。
【発明の効果】
【０００６】
以上説明のように、本発明の高感度・高屈曲センサケーブルによれば、
１．圧電体への外力印加方向が、長手方向に対して直角方向になり、より大きな圧電効果が得られ、出力の向上をはかった高感度センサケーブルが得られる。
２．圧電体自体は、柔軟性に劣るが、導体に圧電体を巻き付けた圧電素線とすることで、ケーブル自体の屈曲性が高く、ロボット等への適用が可能となる。
３．従来のケーブルに直接設ける場合に比べて、本発明は、圧電体の使用量が、少なくて済み、ケーブルの低コスト化が可能であり、幅広い分野への適用が可能となる。
という優れた効果があるので、その工業的価値は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の高感度・高屈曲センサケーブルの実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【０００８】
始めに、本発明の高感度・高屈曲センサケーブル１は、図１（イ）に示すように、中心導体２Ａ上に絶縁層３を形成した絶縁心線４の周りに、導体２Ｂ上に圧電体６を巻き付け、または被覆することにより形成された圧電素線５を巻き付けて形成し、更に、その周りに外被７を形成することにより、圧電体６に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果が得られ、出力と屈曲性の向上をはかった高感度・高屈曲センサケーブル構造である。ここで、中心導体は、代表的な軟銅線を使用した。絶縁層３には、代表的なＰＰやＰＥを使用した。また、図１（ロ）に示すように、圧電素線５は、導体２Ｂの上に圧電体６を巻き付けても、被覆しても構わない。この構造のケーブルは、ケーブルの曲げ方向に対して、柔軟性が得られる構造となる。ここで、導体２Ｂとしては、軟銅線を使用し、丸形導体や丸形導体を複数本撚り合わせた撚り線導体や角形導体や平形導体等を使用した。圧電体としては、高分子圧電体のポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用したが、圧電セラミックスのＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）でも構わない。また、外被としては、ＰＶＣやＰＥ等を使用した。 このような構造であるので、図１（ハ）に示すように、圧電体に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果が得られ、出力と屈曲性の向上をはかった高感度・高屈曲センサケーブルが得られる。本発明の場合、圧電素線５を隙間なく密に巻く必要はない。なぜならば、例えば、図１（イ）に示すように、前方からみて、２本の圧電素線（Ａ、Ｃ）の間に外力が加わった場合でも、後方の圧電素線（Ｂ）によって感知される。外力の度合いが大きい場合には、前方の２本の圧電素線（Ａ、Ｃ）でも感知することが可能になる。また、本発明の高感度・高屈曲センサケーブルの構成体の代表例一覧表を下記の表１に示す。
【０００９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００１０】
これまで、本発明の高感度・高屈曲センサケーブルは、同軸ケーブル構造に圧電素線を巻き付ける方法による例を示しているが、その巻き付けの間隔や圧電素線の導体寸法を変えた場合も設計上本発明の範囲内であることはいうまでもない。尚、これ以外の各種の変形例を含むものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（イ）は、本発明の高感度・高屈曲センサケーブル１の斜視図である。（ロ）は、本発明の圧電素線５の拡大断面図である。（ハ）は、本発明の圧電体６の拡大斜視図で、圧電体の長手方向と外力印加方向の関係を示す説明図である。
【図２】（イ）は、従来のセンサケーブル１′の断面図である。（ロ）は、従来の圧電体６′の拡大斜視図で、圧電体の長手方向と外力印加方向の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１２】
１ 本発明の高感度・高屈曲センサケーブル
２Ａ 中心導体
２Ｂ 導体
３ 絶縁層
４ 絶縁心線
５ 圧電素線
６ 圧電体
７ 外 被
１′ 従来のセンサケーブル
２Ａ′中心導体
２Ｂ′第１外部導体
２Ｃ′第２外部導体
６Ａ′第１圧電体
６Ｂ′第２圧電体
７ ′ 外 被
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心導体上に絶縁層を形成した絶縁心線の周りに、導体上に圧電体を巻き付け、または被覆することにより形成された圧電素線を巻き付けて形成し、更に、その周りに外被を形成することにより、圧電体に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果が得られ、出力と屈曲性の向上をはかったことを特徴とする高感度・高屈曲センサケーブル。
【請求項１】
中心導体上に絶縁層を形成した絶縁心線の周りに、導体上に圧電体を巻き付け、または被覆することにより形成された圧電素線を巻き付けて形成し、更に、その周りに外被を形成することにより、圧電体に印加された外力が、圧電体の長手方向に対して直角方向に印加されてより大きな圧電効果が得られ、出力と屈曲性の向上をはかったことを特徴とする高感度・高屈曲センサケーブル。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−９８０６２（Ｐ２００６−９８０６２Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８０８５２（Ｐ２００４−２８０８５２）
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（３９０００２５９８）沖電線株式会社 (45)
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（３９０００２５９８）沖電線株式会社 (45)
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