JPS5994890A - 可撓性トランスジユ−サ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は柔軟性の優れた膜状圧電体を被測定物に密着し
、その振動を直接電気信号に変換して検出するようにし
た可撓性トランスジューサに係り、特に１つのトランス
ジューサ内に複数個の検出部を設けた構造とし、被測定
物の目標とする振動位置を容易に見い出せるようにした
ことを特徴とする可撓性トランスジューサに関するもの
である。

振動検出手段としての圧電セラミックスを用いたトラン
スジューサは加速度ピックアップやアコースティック・
エミッションセンサとしてよく知られている。しかしこ
れら圧電セラミックスを用いたトランスジューサは素子
自体が硬くかつ脆いために金属ケース中に格納されて用
いられるのが一般的である。従って平面でないような被
測定物に対しては密着させるのが困難であり、特に加速
度ピックアップのように指向性を有する場合には感度の
低下を寸ねく欠点を有していた。

また被測定物が柔軟な材料によって被覆されている構造
体、例えば生体中の骨の振動を測定し骨の平常、異常を
判断しようとする場合には目標とする共振位置を外側か
ら目視によって判別することができないために測定上不
便さをまぬがれなかった。

本発明はこれらの欠点を取り除き、軽量で装着が容易か
つ位置探査能力に優れだ可撓性トランスジューサを実現
するために、検出部に柔軟性の優れた膜状圧電体を使用
することによシ曲面に対しても密着できるように改善す
ると共に、検出部を複数個の小さな検出部に分けること
によシ異なる位置における振動を同時に検出し目標とす
る検出位置を瞬時に見い出せるようにしだ可撓性トラン
スジューサを提供しようとするものである。

平面を有さない被測定物、にトランスジューサを密着さ
せるためにはトランスジューサ自身が可撓性を有するも
のであることが必要であり、圧電体として従来の硬い圧
電セラミックスに代えて近年開発の進んでいる柔軟性を
有する膜状圧電体が用いられる。膜状圧電体は柔軟性の
殴れたものであシ、トランスジューサのケースを介して
伝達された振動を感度よく検知し電気信号に変換できる
下記の如きものである。

すなわち膜状圧電体としては、ポリ弗化ビニル、ポリ弗
化ビニリデン（共重合体を含む）、ポリ（シアン化ビニ
リデン・酢酸ビニル）共重合体、ポリ！クリロニトリル
、ポリカーボネート等の延伸フィルムに分極処理を行う
ことによって得られる高分子圧電体、ジルコン・チタン
酸鉛系、チタン酸バリウム系等の強誘電性セラミックス
３０〜７ｏ容量チとポリアミド、ポリ弗化ビニリデン（
共重合体を含む）、ポリアセタール、エポキシ樹脂等の
合成樹脂７０〜３０容量チとを混合し成形して得られた
シートに分極処理を行うことによって得られる高分子複
合圧電体等を用いることができる。

膜状圧電体の両面には電極として金属が真空蒸着法、ス
パッタリング法、メッキ法等公知の方法によって設けら
れ、それ自体で検出部となる。従って両面にそれぞれ１
つの電極が設けられた膜状圧電体は１つの検出部を構成
し、まだ片面に共通の１個の電極を設け、他面に複数の
電極を設けるかもしくは両面に複数の電極を設けること
にょシ１つの膜状圧電体を用いて複数の検出部を構成す
ることもできる。更にあらかじめパターン電極を印刷や
接着等公知の方法によって設けたポリエステルフィルム
やポリイミドフィルムなどからなるフレキシブルボード
と膜状圧電体とを貼り合せることによって検出部を構成
することができる。

また、振動が振動部位からそれに対応する検出部に伝達
されるようにするために検出部が被測定物と接する側に
振動伝達用の小さな突起を設けるとよい。この突起を設
けた場合には、可撓性トランスジューサを例えば円柱状
の被測定物にゴムバンド等によって緊締すると、被測定
物のために突起は膜状圧電体の一部分に対して局部的な
変位を与えるので振動を高感度で検出することができる
と共に振動部位を正確に検知することができる。

従って、この突起は膜状圧電体の面積よシも小さく、か
つ多数個設けることがよυ効果的である。

また複雑な曲面を有する被測定物に対しても、その山と
山の間隔よりも狭く突起を並べることにより谷間部分の
振動を検出することが可能となる。

突起は被測定物の振動を膜状圧電体に伝達するものであ
り、平面を有さないような被測定物に対しても適格に検
出するためにその大きさ、間隔等に注意が払われる。ま
た、突起の重量が大きくなればその慣性モーメントによ
シ波形を乱すことになるので軽量であることが望まれる
。更に軟質材料を用いた場合には振動が緩和されるので
波形の周波数特性が変化し好ましくない。従って突起の
材料としてはこれらの条件を満足する軽量で硬質の拐料
が用いられ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リアセクール、ポリアミド等の硬質の熱可塑性樹脂や、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、もし
くは硬質のゴム等で作られる。突起の形状は円柱型、ド
ーム型、多角錐型などの形状をとシうる。

また突起は本体のケースの表面または裏面に別個に設け
られる他に、例えばポリ塩化ビニルなどの回線性材料を
用いて本体のケースと突起とを一体成形により設けるこ
ともできるし、検出部を構成する膜状圧電体と突起とを
一体に設けることも差しつかえない。突起は通常、検出
部の数と同じ数だけ検出部の位置に対応して設けられる
が、１つの検出部の位置に対応して複数の突起を設ける
ことにより更に複雑な面に対しても可撓性トランスジュ
ーサを密着させることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図（ＩＩＬ）は本発明による可撓性トランスジュー
サの第１実施例を示す概略斜視図で、１は柔軟性に優れ
た膜状圧電体からなる検出部を含む本体で、本体のケー
ス表面に複数の突起２を有し、検出した信号はケーブル
３によって増幅器（図示せず）に導びかれる。検出部を
構成する膜状圧電体はポリアセタール樹脂にアクリロニ
トリル・ブタジェンゴムを６０　／４０重量−の割合で
混合し、これにジルコン・チタン酸鉛の微粉末を５０１
５０容量チの組成比で混合し、これを厚さ側μｍのシー
ト状に成形した後、両面にアルミニウムを真空蒸着して
電極とし、高電界下で分極処理を行うことによって得ら
れ、圧電定数ｄ□＝２５Ｘ１０−”Ｃ／Ｎｔ弾性率１．
５　ＸＩＯ”　Ｎ／ｎ？であり、柔軟性Ｋｆれ、カッ賦
形性も有し、また異方性がないため取付方向の指定も要
し々いものである。

第１実施例では第１図（ｂ）に示すようにこのような膜
状圧電体からなる検出部を幅４Ｐ１長さ１５ｒ＋＋ｍを
１問間隔で３行３列合計９個配置している。

第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示した第１実施例の内部
の検出部を示す概略斜視図、第１図（ｃ）は同じく第１
図（ａ）に示した第１実施例の１−１　線断面図で、４
ａ、４ｂ、４ｃは３個の膜状圧電体、５ａ、５ｂ、５ｃ
及び５Ａ、５Ｂ、５Ｃはそれぞれ各膜状圧電体４ａ〜４
Ｃの両面に設けた電極であり、これらは３個の小さな検
出部９ａ〜９ｃを構成している。各検出部９ａ〜９ｃの
一方の（陽極側）電極５ａ〜５ｏにはそれぞれケーブル
３占呵が接続され、他方の（陰極側）電極（接地されて
いる）には共通のケーブル３ｄが接続されている。

各検出部９ａ〜９Ｃの検出信号は各ケーブル３ａ〜３Ｃ
よシ取出される。

膜状圧電体４ａ〜４Ｃの両面の電極５ａ〜５ｃ。

５Ａ〜５Ｃは膜状圧電体の製造に当ってあらかじめ設け
ておくか、もしくは分極後に公知の方法によって新たに
設けられる。絶縁材６は膜状圧電体４ａ〜４Ｃの陽極側
の電極５ａ〜５Ｃを絶縁するもので、ポリエチレンフィ
ルムや軟質ポリウレタン樹脂、可撓性エポキシ樹脂など
可撓性を有するものが用いられる。シールド層７は陽極
側の電極５ａ〜５Ｃを外来電気ノイズからシールドする
ためのもので、陰極側の電極５八〜５Ｃと電気的に接続
されている。ケース８は樹脂フィルムからなる可撓性の
外被であシ、電気的シールドをよシ確実にするためには
導電性軟質塩化ビニルや、導電性ポリプロピレンなどの
導電性樹脂フィルムが特に好ましい。

上記の構造を有する第１実施例の可撓性トランスジュー
サは、その突起２側を被測定物に密着させ、これをカフ
、バンド、その他の手段によって被測定物に緊締し、振
動を検出するものである。

第２図は第１図（ＩＬ）〜（Ｃ）に示した第１実施例の
可撓性トランスジューサを用いて振動検出を行う際の電
気回路の一例を示す接続図である。９ａ、９ｂ。

９Ｃは本発明による可撓性トランスジューサのケース内
の３個の検出部であり、これらの検出部９ａ〜９Ｃの検
出信号はそれぞれのプリアンプ１０１ａ　、　１０１ｂ
　　、１０１ｃおよび共通の回路切換器１０２を経て同
波数分析器１０３に送られる。ここで周波数分別され、
データ処理された後に陰極線管等を用いた表示装置１０
４により波形が表示される。

一方円波数分析器１０３の出力はピーク検出器１０５に
入力されてピーク周波数が検知され、カウンタ１０６に
表示される。なお、回路切換器１０２を用いずに各検出
部９ａ〜９Ｃの検出信号をそれぞれ別々に設けた周波数
分析器以後の回路に入力するようにしてもよい。

第３図は第１図（ａ）〜（ｅ）に示した第１実施例の可
撓性トランスジューサを生体の手首部にゴムバンドを用
いて装着し、肩部の加振によって得られる尺骨共振振動
を測定したもので、振幅の周波数依存性を示している。

検出部９ｂの出力からは鋭い共振信号が得られているの
に対し、検出部９ａ＋９０の出力より得られる信号は極
めて小さく、目標とする共振位置が正確に検出部９ｂ上
にあることが判る。

第４図は第２実施例の断面図である。多数の例えば９個
の突起２は導電性樹脂によって形成され、ケー２８はシ
ールド層７を兼ねた構造となっている。また膜状圧電体
及び陰極側の電極はそれぞれ共通の１個の膜状圧電体４
及び陰極側の電極５とし、陽極側の電極は複数個、例え
ば３個の陽極側の電極５ａ〜５Ｃとして３個の小さな検
出部９ａ〜９Ｃを構成している。

第５図は第３実施例の断面図である。多数の例えば９個
の突起２は高分子複合圧電体を用いることによって１つ
の膜状圧電体４と一体成形し、陽極側の電極を複数個、
例えば３個の陽極側の電極５ａ〜５ｃとして３個の小さ
な検出部９ａ〜９ｃを構成している。また、ケース８は
導電性樹脂を用いることにより共通の１個の陰極側の電
極５とシールド層７を兼ねている。

第６図（ａ）は第４実施例の概略斜視図、第６図（ｂ）
は第６図（ａ）に示した第４実施例の内部の検出部を示
す概略斜視図を示す。この第４実施例は１つの膜状圧電
体４の両面にそれぞれパターン電極５ａ。

５ｂ、５ｃ・・・・・・、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ・・・・・
・をマトリックス状に配置することによって分割された
複数個の小さな検出部９ａＡ−＋・・・・９ｃｇ、９ｂ
Ａ・・・・・・９ｂＥ。

・・・・・・、９ｅＡ・・・・・・９ｅＥを構成してい
る。これは工業的製造に際してより有利である。即ち、
１つの’ｐｈ膜状圧電体４の両側にそれぞれ互いに直交
する複数個の帯状のパターン電極５ａ〜５ｅ、５Ａ〜５
Ｅを設け、これを絶縁材６で絶縁してケース８内に収め
、各パターン電極の交点に対応するケース８の位置にそ
れぞれ突起２を配置することによって二次元的位置検出
の可能な可撓性トランスジューサを構成したものである
。

第７図は第６図（ａ）　、　（ｂ）に示した第４実施例
の可撓性トランスジューサを用いて各検出素子の出力信
号レベルを測定した結果を示す出力信号レベル図である
。可撓性トランスジューサのＸ軸、Ｙ軸方向の位置をそ
れぞれＸ、Ｙで、また出力信号レベルをＺで示し、各検
出部の出力信号レベルを三次元的にコンピュータを用い
てグラフィクス化したものである。第７図の例では検出
部９ｃＣより最高の検出信号レベルが得られトランスジ
ューサが振動部に正確に当てられていることを示してい
る。

検出信号の表示（どの検出部より信号が得られたか）は
各検出部に発光ダイオード、発光トランジスタ等の発光
素子を対応して配列し、発光素子の輝度で検知したり、
オシロスコープを用いてＺ軸を輝度変調しＸＹ表示させ
たシ、コンピュータを用いて色相表示あるいは立体表示
させたシして行う。

このようにして全検出部の出力信号レベルを検知してト
ランスジューサの位置を確認したり、場合によっては、
最も大きい出力信号レベルの検出部のみを選定し、この
検出部の出力信号によって被測定物の目標位置の振動を
測定することもできる。

本発明は上記実施例で示したように柔軟性を有する膜状
圧電体の両面に電極を設けてなる検出部を、膜状圧電体
及びその両面の電極を複数個に分割（第１図（Ｃ）参照
）するか、一方の面の電極は共通の１個とし、他面の電
極を複数個に分割（第４図、第５図参照）するか、ある
いは両面の電極をマトリックス状に複数個に分割（第６
図（ｂ）参照）して複数個の小さな検出部とし、各検出
部毎に出力信号レベルを検出し得るようにしたものであ
る。

以上詳細に説明したことから明らかなように、本発明に
よれば、柔軟性に優れた膜状圧電体の両面に電極を設け
てなる検出部を、複数個の小さな検出部に分け、各検出
部毎に出力信号レベルを検出し得るようにしたので、感
度・密着性・装着性に優れ、衝撃に強く、簡単な構造で
あり、しかも被測定物の目標位置の探査が容易で、目標
位置の振動を測定することができる振動検出用の可撓性
トランスジューサを提供することができる。特に各検出
部に対応して複数個の突起を設けた場合にはいかなる曲
面の被測定物でも目標位置の振動の測定を確実に高感度
で容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ＩＬ）は本発明可撓性トランスジューサの第１
実施例を示す概略斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）
に示した第１実施例の内部の検出部を示す概略斜視図、
第１図（Ｃ）は第１図（ａ）に示した第１実施例の１−
１線断面図、第２図は第１実施例の可撓性トランスジュ
ーサを用いて振動を測定する際に用いる電気回路の一例
を示す接続図、第３図は第１実施例の可撓性トランスジ
ューサによって測定した生体の尺骨共振の出力信号波形
図、第４図は第２実施例の断面図、第５図は第３実施例
の断面図、第６図（ａ）は第４実施例の概略斜視図、第
６図（ｂ）は第６図（ａ）に示した第４実施例の内部の
検出部を示した概略斜視図、第７図は第４実施例の可撓
性トランスジューサによって測定した出力信号レベル図
である。 １・・・・・・・・・本体、２・・・・・・・・・突起
、３．３ａ〜３ｄ・・・・・・・・・ケーブル、４，４
ａ〜４ｃ・・・・・・・・・膜状圧電体、５，５ａ〜５
ｅ、５Ａ〜５Ｅ・・・・・・・・・電極、６・・・・・
・・・・絶縁材、７・・・・・・・・・シールド層、計
重・・・・・ケース、９ａ〜９ｃ、９ａＡ……９ａＥ、
９ｂＡ・・・・・・９ｂＥ、・・・・・・、９ｅＡ・曲
・９ｅＥ・・・・・・・・・検出部。 代理人弁理士　　石　戸　　　元 箋ｊ戊 （Ｃ） 淳２し 筈３國 勿、ｑ廚 苓、５目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 柔軟性を有する膜状圧電体の両面に電極を設けてなる検
   出部を、複数個の小さな検出部に分け、各検出部毎に出
   力信号レベルを検知し得るようにした可撓性トランスジ
   ューサ。