JPH10260090A - 膜構造物用歪みセンサー - Google Patents
膜構造物用歪みセンサーInfo
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- JPH10260090A JPH10260090A JP9064212A JP6421297A JPH10260090A JP H10260090 A JPH10260090 A JP H10260090A JP 9064212 A JP9064212 A JP 9064212A JP 6421297 A JP6421297 A JP 6421297A JP H10260090 A JPH10260090 A JP H10260090A
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- piezoelectric
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 膜構造物の歪みを検出し、変位、応力、振動
などを測定することができる水熱合成法による圧電結晶
膜を用いた膜構造物用歪みセンサーを提供することを目
的とする。 【解決手段】 基板上に設けられたチタン金属面上に水
熱合成法により圧電結晶膜が形成されており、さらに前
記圧電結晶膜上に電極が付与されている膜構造物用歪み
センサーに関する。
などを測定することができる水熱合成法による圧電結晶
膜を用いた膜構造物用歪みセンサーを提供することを目
的とする。 【解決手段】 基板上に設けられたチタン金属面上に水
熱合成法により圧電結晶膜が形成されており、さらに前
記圧電結晶膜上に電極が付与されている膜構造物用歪み
センサーに関する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、膜構造物の歪みを
検出し、変位、応力、振動などを測定することができる
水熱合成法による圧電結晶膜を用いた膜構造物用歪みセ
ンサーに関する。
検出し、変位、応力、振動などを測定することができる
水熱合成法による圧電結晶膜を用いた膜構造物用歪みセ
ンサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】膜構造物の歪みを検出し、変位、応力、
振動などを測定する方法としては従来からチタン酸ジル
コン酸鉛系などの圧電材料を用いたセンサー、抵抗変化
型の歪み計、レーザーを利用した変位計などが使用され
ている。
振動などを測定する方法としては従来からチタン酸ジル
コン酸鉛系などの圧電材料を用いたセンサー、抵抗変化
型の歪み計、レーザーを利用した変位計などが使用され
ている。
【０００３】例えばチタン酸ジルコン酸鉛系等の厚さ５
０μｍ程度のセラミック板からなる圧電体素子を使用し
た場合、セラミックス板は分極処理された後、電極とし
てニッケル−クロム、銅、銀等が蒸着され、該電極は測
定回路に接続されて圧電センサーが構成されている。し
かしながら、セラミックスは加工性、形状に制限があ
り、また、薄いセラミック板は壊れ易いなど信頼性にも
難点がある。さらに、センサーの歪み限度が小さく、ヤ
ング率の小さく、形状変化が大きな構造物の歪み測定に
は問題がある。セラミックス以外の圧電材料としてはＬ
ｉＴａＯ3 、水晶等の単結晶やポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＦ２）等の高分子材料の強誘電体が知られてい
る。単結晶は、単結晶特有の完全性、均一性という大き
な長所を持ち、圧電特性の再現性、信頼性に優れている
という利点があるが、量産性が悪く、製造コストが高い
という問題点がある。また、セラミックと同様にセンサ
ーの歪み限度が小さく、ヤング率の小さく、形状変化が
大きな構造物の歪み測定には問題がある。また、高分子
材料の場合シート状の大面積ものが容易に量産できるな
ど製造コストが安いという利点があるが、圧電性能が劣
るという問題点がある。従って、特に大きな構造物の大
きな歪みを精度良く測定するためには、面積や自由度の
大きな、また、歪み限度の大きなセンサーが必要とされ
ている。
０μｍ程度のセラミック板からなる圧電体素子を使用し
た場合、セラミックス板は分極処理された後、電極とし
てニッケル−クロム、銅、銀等が蒸着され、該電極は測
定回路に接続されて圧電センサーが構成されている。し
かしながら、セラミックスは加工性、形状に制限があ
り、また、薄いセラミック板は壊れ易いなど信頼性にも
難点がある。さらに、センサーの歪み限度が小さく、ヤ
ング率の小さく、形状変化が大きな構造物の歪み測定に
は問題がある。セラミックス以外の圧電材料としてはＬ
ｉＴａＯ3 、水晶等の単結晶やポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＦ２）等の高分子材料の強誘電体が知られてい
る。単結晶は、単結晶特有の完全性、均一性という大き
な長所を持ち、圧電特性の再現性、信頼性に優れている
という利点があるが、量産性が悪く、製造コストが高い
という問題点がある。また、セラミックと同様にセンサ
ーの歪み限度が小さく、ヤング率の小さく、形状変化が
大きな構造物の歪み測定には問題がある。また、高分子
材料の場合シート状の大面積ものが容易に量産できるな
ど製造コストが安いという利点があるが、圧電性能が劣
るという問題点がある。従って、特に大きな構造物の大
きな歪みを精度良く測定するためには、面積や自由度の
大きな、また、歪み限度の大きなセンサーが必要とされ
ている。
【０００４】一方、圧電体以外の歪み検出に用いられて
いる抵抗変化型の歪み計は応答速度が悪く、高速変位へ
の追随性が悪いという問題点があり、さらに検出面積が
小さい。また、歪みの方向を検知するためには３枚のセ
ンサーを同一箇所で用いなければならないなどの煩雑さ
が問題となる。
いる抵抗変化型の歪み計は応答速度が悪く、高速変位へ
の追随性が悪いという問題点があり、さらに検出面積が
小さい。また、歪みの方向を検知するためには３枚のセ
ンサーを同一箇所で用いなければならないなどの煩雑さ
が問題となる。
【０００５】さらに、レーザーを用いた光ファイバー歪
み計では、構造物との接着性が不安定なことや光ファイ
バーの被覆を除去して用いることから、強度が低下して
脆くなり、破断などの可能性があり、歪みの検知が不安
定になる。また、レーザーの発生装置、受光装置など設
備が多数必要になる。
み計では、構造物との接着性が不安定なことや光ファイ
バーの被覆を除去して用いることから、強度が低下して
脆くなり、破断などの可能性があり、歪みの検知が不安
定になる。また、レーザーの発生装置、受光装置など設
備が多数必要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決するものであって、チタン金属面に形成された圧電結
晶膜を用いて、広い範囲に渡って歪みを検出し、変位、
応力、振動などを測定しようとする応答速度の速い、検
知面積の大きな歪み検出素子に関するものである。
決するものであって、チタン金属面に形成された圧電結
晶膜を用いて、広い範囲に渡って歪みを検出し、変位、
応力、振動などを測定しようとする応答速度の速い、検
知面積の大きな歪み検出素子に関するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に設け
られたチタン金属面上に水熱合成法により圧電結晶膜が
形成されており、さらに前記圧電結晶膜上に電極が付与
されていることを特徴とする膜構造物用歪みセンサーに
関する。
られたチタン金属面上に水熱合成法により圧電結晶膜が
形成されており、さらに前記圧電結晶膜上に電極が付与
されていることを特徴とする膜構造物用歪みセンサーに
関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】基板として用いる材料としては、
チタン金属自身を使用することができるほか、チタンコ
ーティングされた金属や合金板、表面を酸化処理した金
属板、シリコンやガラス、樹脂基板または絶縁体基板等
を挙げることができる。金属板としてはチタンの他に、
ニッケル、銅、ステンレス、鉄・ニッケル合金、チタン
・ニッケル合金などを用いることができる。また、樹脂
基板としては、ポリイミドやポリフェニレンサルファイ
ドなどの耐熱性の樹脂基板が好ましい。
チタン金属自身を使用することができるほか、チタンコ
ーティングされた金属や合金板、表面を酸化処理した金
属板、シリコンやガラス、樹脂基板または絶縁体基板等
を挙げることができる。金属板としてはチタンの他に、
ニッケル、銅、ステンレス、鉄・ニッケル合金、チタン
・ニッケル合金などを用いることができる。また、樹脂
基板としては、ポリイミドやポリフェニレンサルファイ
ドなどの耐熱性の樹脂基板が好ましい。
【０００９】基板上にチタン金属面を形成する方法とし
ては、通常のスパッタリング法や蒸着法を採用すること
ができる。また、チタン金属箔やチタン金属板を基板と
する場合には、そのまま水熱合成法により圧電結晶膜を
形成することができる。
ては、通常のスパッタリング法や蒸着法を採用すること
ができる。また、チタン金属箔やチタン金属板を基板と
する場合には、そのまま水熱合成法により圧電結晶膜を
形成することができる。
【００１０】水熱合成法によって形成される圧電結晶膜
としては、チタン酸ジルコン酸鉛系膜、ニオブ酸マグネ
シウム鉛系膜などの水熱合成法を適用して得られる圧電
結晶膜を挙げることができる。
としては、チタン酸ジルコン酸鉛系膜、ニオブ酸マグネ
シウム鉛系膜などの水熱合成法を適用して得られる圧電
結晶膜を挙げることができる。
【００１１】本発明において、基板上のチタン金属面に
１〜３０μｍの厚さの圧電結晶膜を水熱合成法により形
成した場合には、面積や形状の自由度の大きな高感度の
圧電結晶膜を得ることができる。圧電結晶膜の膜厚が過
度に薄いと絶縁性が損なわれ、十分な出力が得られな
い。また、過度に厚いと可撓性が失われ、大きな歪みに
対応できず、マイクロクラックが発生して出力が小さく
なる。本発明において、基板に金属箔を用いた場合、セ
ンサーとしての歪み限度が大きく、５％以上の歪みにも
対応できるので好ましい。
１〜３０μｍの厚さの圧電結晶膜を水熱合成法により形
成した場合には、面積や形状の自由度の大きな高感度の
圧電結晶膜を得ることができる。圧電結晶膜の膜厚が過
度に薄いと絶縁性が損なわれ、十分な出力が得られな
い。また、過度に厚いと可撓性が失われ、大きな歪みに
対応できず、マイクロクラックが発生して出力が小さく
なる。本発明において、基板に金属箔を用いた場合、セ
ンサーとしての歪み限度が大きく、５％以上の歪みにも
対応できるので好ましい。
【００１２】本発明の圧電結晶膜の好適な製造方法とし
ては、例えば特開平０５−０５８６３４号公報、特開平
０７−０９２０２５号公報等に記載されているような水
熱合成法を採用することができる。本発明の圧電膜の好
適な製造例として、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電結晶
膜を基板上のチタン金属面に形成する方法について詳述
する。基板として、チタン金属あるいはチタンをコーテ
ィングした基板を選択し、前記基板上に水熱合成によっ
て圧電結晶膜を形成する。また、圧電結晶膜を水熱合成
法により形成する際に使用される鉛、ジルコニウム、チ
タン等の構成元素を含有する原料化合物としては、塩化
物、オキシ塩化物、硝酸塩、水酸化物、酸化物等が好ま
しい。
ては、例えば特開平０５−０５８６３４号公報、特開平
０７−０９２０２５号公報等に記載されているような水
熱合成法を採用することができる。本発明の圧電膜の好
適な製造例として、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電結晶
膜を基板上のチタン金属面に形成する方法について詳述
する。基板として、チタン金属あるいはチタンをコーテ
ィングした基板を選択し、前記基板上に水熱合成によっ
て圧電結晶膜を形成する。また、圧電結晶膜を水熱合成
法により形成する際に使用される鉛、ジルコニウム、チ
タン等の構成元素を含有する原料化合物としては、塩化
物、オキシ塩化物、硝酸塩、水酸化物、酸化物等が好ま
しい。
【００１３】まずPb(NO3)2水溶液50mmol/l〜500mmol/l
、ZrOCl2水溶液20mmol/l〜500mmol/l 、TiCl4 水溶液
0.002mmol/l 〜50mmol/lおよびKOH 水溶液0.1mol/l〜8.
0mol/lの混合溶液中に、前記基板を任意の場所に設置固
定し、レイノルズ数が2000以下の状態、すなわち乱流に
ならない状態で、150 〜190 ℃の温度で、0.25〜24時間
水熱による表面処理を行ない、 Pb(Zrx Ti1-x )O3 （た
だし、０≦ｘ≦１である。）からなる結晶核を形成す
る。次に結晶を成長させるため、Pb(NO3)2水溶液50mmol
/l〜500mmol/l 、ZrOCl2水溶液1.0mmol/l 〜500mmol/l
、TiCl4 水溶液10mmol/l〜500mmol/l およびKOH 水溶
液0.2mol/l〜8.0mol/lの混合溶液中に、前記配向性の結
晶核が形成された基板を入れて100 〜140 ℃、1 〜96時
間水熱処理を行なう。これにより基板上に圧電結晶膜が
形成される。水熱処理における加熱方法は油浴や電気炉
等による。その後一般的な洗浄を行なう。例えば、純水
中で超音波洗浄を行ない、ついで酢酸水溶液中で超音波
洗浄を行ない、さらに純水中で超音波洗浄を行ない、10
0 〜120℃で12時間程度乾燥させる。こうして形成され
た圧電結晶膜の組成は、 Pb(Zrx Ti1-x )O3 （ただし、
０≦ｘ≦１である。）からなっている。得られた圧電結
晶膜の結晶状態はＸ線回折等により確認される。
、ZrOCl2水溶液20mmol/l〜500mmol/l 、TiCl4 水溶液
0.002mmol/l 〜50mmol/lおよびKOH 水溶液0.1mol/l〜8.
0mol/lの混合溶液中に、前記基板を任意の場所に設置固
定し、レイノルズ数が2000以下の状態、すなわち乱流に
ならない状態で、150 〜190 ℃の温度で、0.25〜24時間
水熱による表面処理を行ない、 Pb(Zrx Ti1-x )O3 （た
だし、０≦ｘ≦１である。）からなる結晶核を形成す
る。次に結晶を成長させるため、Pb(NO3)2水溶液50mmol
/l〜500mmol/l 、ZrOCl2水溶液1.0mmol/l 〜500mmol/l
、TiCl4 水溶液10mmol/l〜500mmol/l およびKOH 水溶
液0.2mol/l〜8.0mol/lの混合溶液中に、前記配向性の結
晶核が形成された基板を入れて100 〜140 ℃、1 〜96時
間水熱処理を行なう。これにより基板上に圧電結晶膜が
形成される。水熱処理における加熱方法は油浴や電気炉
等による。その後一般的な洗浄を行なう。例えば、純水
中で超音波洗浄を行ない、ついで酢酸水溶液中で超音波
洗浄を行ない、さらに純水中で超音波洗浄を行ない、10
0 〜120℃で12時間程度乾燥させる。こうして形成され
た圧電結晶膜の組成は、 Pb(Zrx Ti1-x )O3 （ただし、
０≦ｘ≦１である。）からなっている。得られた圧電結
晶膜の結晶状態はＸ線回折等により確認される。
【００１４】本発明で得られる誘電体結晶膜を素子化す
る場合に使用される電極としては、特に限定されないが
コストや量産性を考慮し、最適なものが選定される。例
えば、スパッタリング法によるNi、蒸着法によるAl、無
電解メッキ法によるNi、焼き付けタイプのAg等が用いら
れる。なお、基板に樹脂を用いる場合には、高温に加熱
できないので焼付けタイプのAgは好ましくない。電極は
一枚の圧電結晶膜に上述の方法で形成され、メタルマス
ク、エッチングなどの従来知られている方法によりパタ
ーニングが可能である。
る場合に使用される電極としては、特に限定されないが
コストや量産性を考慮し、最適なものが選定される。例
えば、スパッタリング法によるNi、蒸着法によるAl、無
電解メッキ法によるNi、焼き付けタイプのAg等が用いら
れる。なお、基板に樹脂を用いる場合には、高温に加熱
できないので焼付けタイプのAgは好ましくない。電極は
一枚の圧電結晶膜に上述の方法で形成され、メタルマス
ク、エッチングなどの従来知られている方法によりパタ
ーニングが可能である。
【００１５】基板の材質、形状、また、圧電膜の厚み、
形状が目的に添って最適化が可能であり、さらに、電極
形状を最適化することにより歪みの検知を効果的に行う
ことができる。圧電素子としては、圧電バイモルフ素子
や圧電ユニモルフ素子を使用することができる。また、
圧電素子としては、１枚の基板からなる圧電素子を使用
することができ、さらに複数枚の圧電素子を積層した構
成として使用することもできる。このようにして得られ
た歪みセンサーは、膜構造物に埋め込まれ、または貼り
付けられて膜構造物の歪みを検出することができる。
形状が目的に添って最適化が可能であり、さらに、電極
形状を最適化することにより歪みの検知を効果的に行う
ことができる。圧電素子としては、圧電バイモルフ素子
や圧電ユニモルフ素子を使用することができる。また、
圧電素子としては、１枚の基板からなる圧電素子を使用
することができ、さらに複数枚の圧電素子を積層した構
成として使用することもできる。このようにして得られ
た歪みセンサーは、膜構造物に埋め込まれ、または貼り
付けられて膜構造物の歪みを検出することができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の具体的実
施例を説明する。 実施例１ 図１は本発明の一実施例を示す圧電センサーの検出部分
である圧電バイモルフ素子の斜視図である。また、図２
は前記圧電バイモルフ素子のＡ−Ａ面での断面図であ
る。図中、１は薄いチタン基板であり、２はその金属基
板上に水熱合成法で形成したチタン酸ジルコン酸鉛系の
圧電結晶膜である。３は圧電膜上に形成された信号検出
用の電極である。図１に示すような圧電結晶膜を以下の
様な方法により製造した。
施例を説明する。 実施例１ 図１は本発明の一実施例を示す圧電センサーの検出部分
である圧電バイモルフ素子の斜視図である。また、図２
は前記圧電バイモルフ素子のＡ−Ａ面での断面図であ
る。図中、１は薄いチタン基板であり、２はその金属基
板上に水熱合成法で形成したチタン酸ジルコン酸鉛系の
圧電結晶膜である。３は圧電膜上に形成された信号検出
用の電極である。図１に示すような圧電結晶膜を以下の
様な方法により製造した。
【００１７】まずPb(NO3)2水溶液200mmol/l 、ZrOCl2水
溶液100mmol/l 、TiCl4 水溶液2.0mmol/l およびKOH 水
溶液2.1mol/lの混合溶液（溶液合計量640ml ）中に、Ti
基板を設置固定し、180 ℃、12時間水熱による表面処理
を行なった。このようにして得られた Pb(Zrx Ti1-x )O
3 結晶を次に結晶を成長させるため、該基板をPb(NO3)2
水溶液94mmol/l、ZrOCl2水溶液38mmol/l、TiCl4 水溶液
37mmol/lおよびKOH 水溶液3.8mol/lの混合溶液（溶液合
計量640ml ）中に設置固定し、130 ℃、48時間水熱処理
を行なって Pb(Zrx Ti1-x )O3 （ただし、x=0.52であ
る。）の膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄３
分間×２回、1mol/l酢酸水溶液中で超音波洗浄３分間×
２回、さらに純水中で超音波洗浄３分間×２回を行な
い、100 ℃で12時間乾燥させた。このようにして得られ
た圧電結晶膜上に金電極を蒸着法で形成した。
溶液100mmol/l 、TiCl4 水溶液2.0mmol/l およびKOH 水
溶液2.1mol/lの混合溶液（溶液合計量640ml ）中に、Ti
基板を設置固定し、180 ℃、12時間水熱による表面処理
を行なった。このようにして得られた Pb(Zrx Ti1-x )O
3 結晶を次に結晶を成長させるため、該基板をPb(NO3)2
水溶液94mmol/l、ZrOCl2水溶液38mmol/l、TiCl4 水溶液
37mmol/lおよびKOH 水溶液3.8mol/lの混合溶液（溶液合
計量640ml ）中に設置固定し、130 ℃、48時間水熱処理
を行なって Pb(Zrx Ti1-x )O3 （ただし、x=0.52であ
る。）の膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄３
分間×２回、1mol/l酢酸水溶液中で超音波洗浄３分間×
２回、さらに純水中で超音波洗浄３分間×２回を行な
い、100 ℃で12時間乾燥させた。このようにして得られ
た圧電結晶膜上に金電極を蒸着法で形成した。
【００１８】このようにして得られた Pb(Zrx Ti1-x )O
3 （ただし、x=0.52である。）からなる圧電素子は、長
さ50mm、幅30mmのバイモルフ素子の構成で分極処理施す
ことなく、電圧を印加したところ変位し、分極方向が揃
っていることが電気的にも確認された。この膜の誘電率
は約1000、誘電損失は約0.03であった。図３および図４
に膜構造物の歪み試験に用いた装置の上面図およびその
断面図を示す。東京ドーム等の膜構造物に実際に使用さ
れているテフロンコートされたポリエステル繊維の織物
膜１１を、加振装置１６を備えた円形の治具１４に固定
し、前記圧電バイモルフ素子からなる歪みセンサー１２
を貼り付けた。なお、貼り付ける場合には表面のテフロ
ンコートを溶剤などで除去してから接着した。また、比
較のために市販の抵抗変化型歪み計１３を同様に貼り付
けた。
3 （ただし、x=0.52である。）からなる圧電素子は、長
さ50mm、幅30mmのバイモルフ素子の構成で分極処理施す
ことなく、電圧を印加したところ変位し、分極方向が揃
っていることが電気的にも確認された。この膜の誘電率
は約1000、誘電損失は約0.03であった。図３および図４
に膜構造物の歪み試験に用いた装置の上面図およびその
断面図を示す。東京ドーム等の膜構造物に実際に使用さ
れているテフロンコートされたポリエステル繊維の織物
膜１１を、加振装置１６を備えた円形の治具１４に固定
し、前記圧電バイモルフ素子からなる歪みセンサー１２
を貼り付けた。なお、貼り付ける場合には表面のテフロ
ンコートを溶剤などで除去してから接着した。また、比
較のために市販の抵抗変化型歪み計１３を同様に貼り付
けた。
【００１９】加振装置を用いてランダムな振動を加えた
場合、及び瞬間的な衝撃を加えた場合の本発明による圧
電バイモルフ素子からなる歪みセンサー１２、および市
販の抵抗変化型歪み計１３からの出力を図５、および図
６に示した。図５の上段は本発明の歪みセンサー１２に
よる歪み検出状況、下段は抵抗変化型歪み計１３による
歪み検出状況を示す。また、図６中、太線は本発明の歪
みセンサー１２による振動検出状況、細線は抵抗変化型
歪み計１３による振動検出状況を示す。いずれも本発明
の歪みセンサー１２の方が膜構造物の歪みを忠実に検出
しており、抵抗変化型歪み計１３よりも敏感である。
場合、及び瞬間的な衝撃を加えた場合の本発明による圧
電バイモルフ素子からなる歪みセンサー１２、および市
販の抵抗変化型歪み計１３からの出力を図５、および図
６に示した。図５の上段は本発明の歪みセンサー１２に
よる歪み検出状況、下段は抵抗変化型歪み計１３による
歪み検出状況を示す。また、図６中、太線は本発明の歪
みセンサー１２による振動検出状況、細線は抵抗変化型
歪み計１３による振動検出状況を示す。いずれも本発明
の歪みセンサー１２の方が膜構造物の歪みを忠実に検出
しており、抵抗変化型歪み計１３よりも敏感である。
【００２０】実施例２ 円形のニッケル金属箔上にチタン金属をトラック状にス
パッタリング法により製膜し、該チタン金属面上に実施
例１と同様な方法で水熱合成法により、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系の圧電結晶膜を成長させた。このようにして得
られた圧電結晶膜上に金電極を９０度ずつ間隔を離して
蒸着法で形成した。図７および図８に歪みセンサーの斜
視図およびその断面図を示す。図中、２１はニッケル箔
基板、２２はスパッターされたチタン金属、２３は圧電
結晶膜、２４は金蒸着電極、２５は共通電極取り出しコ
ード、２６は信号取り出しコードを示す。
パッタリング法により製膜し、該チタン金属面上に実施
例１と同様な方法で水熱合成法により、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系の圧電結晶膜を成長させた。このようにして得
られた圧電結晶膜上に金電極を９０度ずつ間隔を離して
蒸着法で形成した。図７および図８に歪みセンサーの斜
視図およびその断面図を示す。図中、２１はニッケル箔
基板、２２はスパッターされたチタン金属、２３は圧電
結晶膜、２４は金蒸着電極、２５は共通電極取り出しコ
ード、２６は信号取り出しコードを示す。
【００２１】実施例１と同様に加振装置を備えた円形の
治具に固定し、該圧電バイモルフ素子からなる歪みセン
サー３１をテフロンコートされたポリエステル繊維の織
物膜１１の中央に貼り付けた。歪み試験に用いた装置の
上面図を図９に示す。加振装置を用いて振動を加えるこ
とによりそれぞれの電極部分からの歪み情報が得られ、
これらを解析することにより膜構造全体の変形状態を検
知することができる。
治具に固定し、該圧電バイモルフ素子からなる歪みセン
サー３１をテフロンコートされたポリエステル繊維の織
物膜１１の中央に貼り付けた。歪み試験に用いた装置の
上面図を図９に示す。加振装置を用いて振動を加えるこ
とによりそれぞれの電極部分からの歪み情報が得られ、
これらを解析することにより膜構造全体の変形状態を検
知することができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明は基板の表面に水熱合成法により
圧電結晶膜を形成した圧電素子であり、分極処理工程な
しに圧電素子を形成することができる。さらに膜厚も従
来のセラミックスと比較して薄くでき、東京ドーム等の
膜構造物に実際に使用されているテフロンコートされた
ポリエステル繊維の織物膜のように大きな歪みの可能性
のある膜構造物の変形を検知することができる。また、
基板材料、形状の自由度が大きく、電極の形状などを最
適化することにより、広範囲の歪み情報を応答性良く得
ることができる。
圧電結晶膜を形成した圧電素子であり、分極処理工程な
しに圧電素子を形成することができる。さらに膜厚も従
来のセラミックスと比較して薄くでき、東京ドーム等の
膜構造物に実際に使用されているテフロンコートされた
ポリエステル繊維の織物膜のように大きな歪みの可能性
のある膜構造物の変形を検知することができる。また、
基板材料、形状の自由度が大きく、電極の形状などを最
適化することにより、広範囲の歪み情報を応答性良く得
ることができる。
【図１】本発明の一実施例の歪みセンサーを示す斜視図
である。
である。
【図２】本発明の一実施例の歪みセンサーを示す縦断面
図である。
図である。
【図３】本発明の一実施例の膜構造物の歪み試験に用い
た装置の上面図である。
た装置の上面図である。
【図４】本発明の一実施例の膜構造物の歪み試験に用い
た装置の断面図である。
た装置の断面図である。
【図５】膜構造物の歪み検出状況を示す図である。
【図６】膜構造物の振動検出状況を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例の歪みセンサーを示す斜視
図である。
図である。
【図８】本発明の他の実施例の歪みセンサーを示す断面
図である。
図である。
【図９】本発明の他の実施例の膜構造物の歪み試験に用
いた装置を示す上面図である。
いた装置を示す上面図である。
１：基板 ２：圧電結晶膜 ３：電極 １１：テフロンコートされたポリエステル繊維の織物膜 １２：圧電バイモルフ素子からなる歪みセンサー １３：抵抗変化型歪み計 １４：織物膜の固定用治具 １５：信号取り出し用コード １６：加振装置 ２１：ニッケル箔基板 ２２：スパッターされたチタン金属 ２３：圧電結晶膜 ２４：金蒸着電極 ２５：共通電極取り出しコード ２６：信号取り出しコード ３１：実施例２の歪みセンサー
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に設けられたチタン金属面上に水
熱合成法により圧電結晶膜が形成されており、さらに前
記圧電結晶膜上に電極が付与されていることを特徴とす
る膜構造物用歪みセンサー。 - 【請求項２】 前記圧電結晶膜の厚みが１〜３０μｍで
あることを特徴とする請求項１記載の膜構造物用歪みセ
ンサー。 - 【請求項３】 前記圧電結晶膜上に付与された電極が検
知すべき歪みの方向に従ってパターニングがなされてい
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膜
構造物用歪みセンサー。 - 【請求項４】 前記歪みセンサーが膜構造物に埋め込ま
れ又は貼り付けられて膜構造物の歪みを検出するように
してなることを特徴とする請求項１、請求項２または請
求項３に記載の膜構造物用歪みセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9064212A JPH10260090A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 膜構造物用歪みセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9064212A JPH10260090A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 膜構造物用歪みセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260090A true JPH10260090A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13251563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9064212A Pending JPH10260090A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 膜構造物用歪みセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10260090A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002055116A (ja) * | 2000-08-10 | 2002-02-20 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | フレキシブル高感度セラミックスセンサー |
| JP2007163230A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | タイヤ空気圧センサおよびタイヤ空気圧監視装置 |
| JP2008082773A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 歪みセンサ |
-
1997
- 1997-03-18 JP JP9064212A patent/JPH10260090A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002055116A (ja) * | 2000-08-10 | 2002-02-20 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | フレキシブル高感度セラミックスセンサー |
| JP2007163230A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | タイヤ空気圧センサおよびタイヤ空気圧監視装置 |
| JP2008082773A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 歪みセンサ |
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