JPS6327199A - 連続構造のピエゾ電気型圧力波変換装置およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ピエゾ電気（圧電）型圧力波変換装置および
その製造方法に関するものである。

本発明による装置は、相互に間隔を以って配置され且つ
中央記録センターに各々が接続された一般的に多数の地
震波受信器からなる受信装置を用いて行う地震予知観測
分野で特に利用されるものである。このような地震の研
究では地中に向けて音波を発信し、地中の様々な界面に
よって反射されたり屈折されたりした信号をこの受信装
置によって採取するものである。すなわち伝播された音
波をピックアップして電気信号に変換し、採取された信
号を記録したり適宜処理することによって地居の構造を
把握して地震の予知に役立てる訳である。このような技
術は公知であるため本明細書では詳細には言及しない。

［従来技術］ さて在来の受信装置は、直列あるいは並列に、場合によ
っては直列と並列を併用して連結された複数の変換器（
ピックアップ）を用いているが、これは受信される音波
が小さいために電圧と電荷の感度をそれぞれより良くす
るためである。然し乍ら、海底地震を予知するべく観測
を行うに当ってはこれらの変換器を観７Ｉｎｔ船から海
中に降下させるため、防火ケースやフリュートと呼ばれ
る地震管の内部に納めなければならない。

従来より普通に用いられている変換器は、ピエゾ電気（
圧電）タイプのものであるが、このタイプのものはピエ
ゾ電気ｔｔｉ；ｔて作成した比較的寸法の小さな？ｆｉ
Ｇのディスクによって構成されている。各ディスクは一
対の電極に接続されていて、音波を透過する単一または
複数の面を釘するケースに納められている。かかる変換
器は、例えばフランス特許第１，５５０，９７１号並び
にその追加特許第９５，８８８号と第９８，５５８号明
細書に開示されている。

一方、フランス特許第２，１４５，０９９号によって少
なくとも１本の帯状増感エレメントからなる変換器装置
（ピックアップ）も公知なものである。この帯状エレメ
ントは、ピエゾ電気材で作成された可撓性のテープてあ
って、テープの両面には２つの電極が配されており、単
独では非常に微小な電圧であるため全体的に感度を高め
る目的で通常は複数の増感エレメントを直列に接続して
配線しである。また構造上の利点から、その２個の電極
と組合わされた第１の帯状エレメントを絶縁性の中空シ
リンダにらせん状に巻き付けて地震波の交換器を製造し
ている。しかして巻回された第１の増感エレメントの上
からは絶縁性の柔らかいテープが重ね合わされ、更に第
２の帯状増感エレメントが反対の回転方向で矢張りらせ
ん状に巻装される。そして、これら２つの帯状増感エレ
メントの電極とそれぞれ接触状態にあるリングが、直列
の相互配線を形成するべく導線によって接線されるもの
である。

然し乍ら、前述したような従来の変換Ｄ　ｈ（ｌ、造に
は以下に掲げる如き欠点がある。すなわち帯状の２つの
増感エレメントが有する電極を電気的に接続するために
は、一般的に支持体の端部において電導性のリングを介
してこれを行っていた。このような構造の場合、電極を
１１“、７成する電導性フィルムの抵抗は無ｍすること
ができないため、例えば２つの帯状増感エレメントを並
列に組合わせて用いるに当っては、？ｌｉの長さは変換
器の通過周波帯を限定することに関与してくる。

その他、増感エレメントを一層巻装した後に他の一層を
巻装する場合には、二層目を巻装するに先立って、対応
する電極と接触位置に置かれるように、交換器の各セク
ションの各端部に集電リングを製造工程のステップ毎に
正確に位置設定しなければならないため、実際に工業生
産するには不利益が生ずるものである。

［発明の目的］ しかるに本発明による変換装置とその製造方法は、斜上
の不都合を解消することを目的とするものである。

［発明の構成］ そのため本発明に従った変換装置は、少なくとも２つの
増感エレメントを有し、これらは帯状体であってピエゾ
電気（圧電）特性を呈する合成プラスチック月１′４で
なり、帯状体の双方に配された２個の１ヒ極が組合わさ
れ、また前記２つの増感エレメントは支持体に重ね合わ
され且つこれらは２つの交叉するらせん状の巻回として
配置されるものを対象としている。

そして前記交換装置は、音波を透過する可撓性の帯状電
導エレメントを、内側に巻装した前記増感エレメントの
全ての辺縁を被覆するように重ね合わせて巻き付け、前
記帯状の電導エレメントは、これが被覆する前記増感エ
レメントの外側の電極と、この電導エレメントの上から
重ねて巻装される別の前記増感エレメントの内側の電極
との間のコンタクトを形成することを特徴としている。

この変換装置は、前記２つの増感エレメントに組合わさ
れた電極と電気的接触する集電構造体を少なくとも１個
何してなることが好ましい。

前記集電構造体は、例えばパイプ状の前記支持体に巻き
付けられる帯状の第１の電導性テープと、このテープよ
りも幅の狭い第２の電導性テープを少なくとも１個有し
ていると共に、前記２つの電導性テープは相互に重ね合
わされ且つ絶縁層によってそれぞれが離間され、内側の
増感エレメントは最も幅の広い電導性テープと接触する
（１１Ｓ成のものである。

このような構造に鑑み、２つの電極を電気的に接触させ
ることによって並列に接続された２つの増感エレメント
からなる変換装置が完成されるのである。２つの巻装の
間に介在する薄い電導性のテープは、音波を透過する特
性を有しているため、殆ど無視することができる減衰を
以って測定すべき圧力を伝達する訳である。また前記パ
イプ状の支持体は２つの増感エレメントの電極とは作か
な部分でしか接触していないため、パイプ状支持体の例
えば物理的な変形やたわみが前記２つの増感エレメント
に伝達され、これらの変形から生ずるノイズ電圧の浦償
を容易ならしめる。更に、前記電導性テープによって電
極は前記２つの増感エレメントに対して完全に接触状態
を保つため、接続による電気抵抗を少なくし、結果的に
電気的な信頼度を改善するのである。

一方、各増感エレメントの電極はピエゾ電気基板と同一
の幅を呈しているため、２つの巻装の交叉するらせん箇
所で短絡が発生しやすくなる。このような現象を防止す
るべく、内側の増・　　感エレメントの辺縁を被覆する
電導性のテープが用いられるのである。

同様に本発明の対象である方法は、以下によって限定さ
れる交換装置の製造に係るものである。この方法は下記
の工程すなわち、 （イ）各々がパイプ状の支持体に巻き付けられた第１の
帯状電導体としての環状部材と、前記第１の帯状電導体
に重ね合わせて巻装され且つ絶縁層によってこの電導体
からは離間された第２の帯状電導体としての隣接してい
るが別個になっている２個の金属リングから＄７．７成
され、前記環状部材の両端部分は前記２個の金属リング
によって覆われていない構造の集電構造体を一定の間隔
を以って装着した長尺のパイプ状支持体を用いること、 （ロ）前記パイプ状支持体の全長に亘って、前記第１の
増感エレメントと電導テープと第２の増感エレメントを
順次巻き付けること、（ハ）巻装された前記パイプ状支
持体を隣接した前記２個の導電性金属リングの間で分割
すること、 （ニ）内側の増感エレメントと組合わされた電極を、前
記第１の導電性テープと第２の導電性テープとそれぞれ
電気的に接触状態にするように、各セクションの端部に
て巻装を切断すること、 （ホ）電導性材料でなる保持リングを前記第１の電導性
テープと、第２の電導性テープと、外側の増感エレメン
トの電極の周囲に嵌合させること、 からなることを特徴としている。

本発明に従った方法は、予め集電１１１１造体を装備し
た長尺のパイプ状支持体から、多数の変換器を大量生産
することを容易にすると同時に、その品質も極めて優れ
たものを得ることが可１ｊヒである。

本発明による装置および方法のその他の特徴並びに長所
は、添付図面に示される２つの実施例に沿った以下の説
明により明らかになるであろうが、これらの実施例にの
み本発明が限定される訳ではないことを付言しておく。

［実施例］ 第１図に示される変換器装置は、地中に穿孔しながら進
んでいくのに充分な剛性と共に、たわみに対しても適合
する充分な可撓性を有するプラスチック材料で作成した
中空パイプの支持体１からなっている。このような支持
体は、変換器が地震管（フリュート）の内部に配置され
る海底地震予知調査に用いられる装置においては不可欠
であり、その他の分野でも有用なものとして採用されて
いる。交換器装置は観測船のドラムに巻き上げられてお
り、調査を行うに際しては目的の海域まで観測船を航行
させた後、この変換器装置をドラムから巻き解きながら
海底に投錨するような形で沈めていく。このようにして
船上より変換器装置を海底に向けて潜水させていく作業
に当っては、様々な応力が装置に及ぼされるので非常に
慎重な操作が必要となってくる。例えば地震管に一定の
浮力を持たせるために、管内部には炭化水素を充填する
ことが一般的に行われている。従って支持体１のプラス
チック材料は、前述した２つの特性に加えて炭化水素に
も耐久性を呈するものが選択される。

図面に明示されるようにバイブ状の支持体１の図面には
、電極となる２枚の金属フィルムを両面に被覆したピエ
ゾ電気プラスチック材料でなる帯状の増感電池エレメン
ト２が一方向に沿ってらせん状に巻き付けられている。

この増感電池エレメント２はそれ自体公知のものであっ
て、らせんのピッチは巻いた帯状のものが重なり合って
しまわないように、帯幅よりも広くなっている。

前記増感エレメント２の上から更に、例えば銅で作られ
た薄い帯状の電導エレメント３が同一方向に沿って巻き
付けられる。この帯状電導エレメント３は図面からも明
らかなとおり、殆ど隙間なくきっちりと支持体１に巻き
付けられるが、特に前記増感エレメント２の辺縁部を覆
うように巻装される。

しかして全体的に巻き付けられた電導エレメント３の上
から最後に、第２の増感エレメント４がらせん状に巻き
付けられる。この第２の増感エレメント４のらせんピッ
チは矢張り図面からも明白なとおり、バイブ状の支持体
１に最初に巻回された増感エレメント２のものと同一ピ
ッチであるが、らせんの方向が逆になっている。

このような層構造によって、巻き付は方向が逆な２つの
巻装増感エレメントの交叉点で発生しかちな短絡が防止
され、上述した如く２つの増感エレメントの電極間を電
気的に且つ機械的に相互紹合されることが容易に達成さ
れる。

一連の変換器装置を完成するためには長尺なパイプ状の
支持体（数メートルから数１０メートルあるいはそれ以
上）を用いればよい訳であるが、その場合には第２図に
示すような集電構造体５を一定間隔（例えば１ｍおきに
）配置する。

この集電構造体５は、金属の環状部材６とこの部材の上
から１茨合された同様な金属リング７がら構成されてい
る。これら２層の金属部品の間には８にて示される絶縁
層が介在されると共に、２個の金属リング７はそれぞれ
別個のものとして分離されている。前記環状部材６の幅
は、その両端部９が露出されるようなものを選ばなけれ
ばならない。

さて上述した長尺な変換器装置を製作するには、在来の
巻線機械を用いて先ずバイブ状の支持体全長に亘って増
感エレメント２を巻き付け、次に同一方向に電導エレメ
ント３を巻装した後、その上から第２の増感エレメント
４を巻着させる。そして各集電構造体５が取付けられる
べき箇所（あるいは所望する長さに従ってこれら集電（
、構造体の間の一定箇所）に基づいてバイブ状の支持体
を分割する。切断に際しては前記金属リング７の中間に
ある分割面１５に沿って行う。

しかして第３図および第４図に詳細が示される如く、電
気的なコンタクトを完成しながら巻線を短くすることが
できる訳である。

第３図に示される実施例によれば、第１の増感エレメン
ト２はその最後の一巻の下層にある電極が、前述した金
属の環状部材６（第２図番口α）のむき出しになった部
分である両端部９に接触状態となる。絶縁層１０がその
上から巻装され、前記雷導エレメント３はその最後の一
巻が金属リング７と接触するように切断される。更に別
の絶縁層１１がこの主導エレメント３の露出した部分に
巻装されるため、前記絶縁層１０と１１とでサンドイッ
チ状態に保持される構成になる。

そこで第２の増感エレメント４をその最後の一巻が前記
絶縁層１１に貼付くような状態でこの増感エレメント４
を切断する。

３個の金属製保持リングが巻装された各エレメントない
し絶縁層を固定し、これらの間で電気的接続または絶縁
を保証している。その１個は保持リング１２であって、
これは前記環状部材６と接触状態に嵌合されている。も
う１個は保持リング１３であり、電導エレメント３を金
属リング７に対して押当てている。残る１個は保持リン
グ１４であって、これは第２の増感エレメント４を前記
絶縁層１０および１１の箇所で固定するべく締め付けて
いるものである。

配線に際しては前記３個の保持リング１２、１３゜１４
に導線がハンダ付けされるものである。回路の構成に従
って、前述した２個の増感エレメント２と４を並列に配
線する場合には保持リング１２と１４を直接接続しても
よく、また保持リング１２と１３の間から発生する電圧
と、保持リング１３と１４の間から発生する電圧の差を
適宜検出して計測したい場合には、個々の保持リングを
独自に接続する必要があろう。このようにして検出され
た２つの電圧は、増幅段を通過し、付加される前に濾波
段（図示せず）に送られる。

以上説明した実施例においては、２つの増感エレメント
は同一方向の垂直面に沿って分断され、第２の保持リン
グ１３にまで延在しているのは電導エレメント３である
。しかるに第４図に示す実施例では、前記雷導エレメン
ト３は絶縁層１０の近傍で中断しており、第２の増感エ
レメント４が延在して、その最後の一巻が第２の金属リ
ング７と接触している。ここでは電導エレメント３から
保持リング１４に電荷を移送するのは、前記第２の増感
エレメント４の内側に形成した電極なのである。

第４図に示された第２の実施例は、端子部分の厚みをよ
り薄くすることができるというメリットがある。前記２
つの増感エレメントの長さを同一に保ちながら、パイプ
状支持体の可撓性に起因する優れた空電用補償を得るた
めに、第２の増感゛エレメント４を変換器装置の他端に
対称的に短絡させる。

同一の集電ｔ１■造体５に取付けられた２つの金属リン
グ７の中間にある分割面１５か通過する中間のスペース
には増感エレメントが巻付けられていないため、変換２
：；をその支持体（例えば地震管の内側）に装着するに
は、このスペースの位置でパイプ状の支持体の周りに締
め付けられる金物（図示せず）によって行われる。

以上、図面に示した２つの実施例につき説明したが、巻
装を完了した後にバイブ状の支持体を抜き取ることがで
きるように、２本の増感エレメント２、４を接合するら
せんとして支持体に巻き付け、その辺縁同志を固着させ
るようにすることも本発明の枠から逸脱しない一実施例
として考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った装置のパイプ状支持体とこれに
巻装される種々のエレメントを示す正面図、第２図は増
感エレメントと電導性テープを巻装する以前に２つの集
電構造体を装備したパイプ状支持体の一部を示す部分断
面図、第３図は集電構造体の部分におけるパイプ状支持
体と種々の巻装間の接触状態を詳細に示す拡大断面図、
第４図は装置の他の実施列を第３図と同様に示した拡大
断面図である。 １　・パイプ状支持体、２，４・・・増感エレメント、
３・・導電エレメント、５・・・集電構造体、６・・・
電導性環状部材、７・・・金属リング８、　ｔｏ、　１
１・・・絶縁層、１２、１３．１４・・保持リング、１
５・・分割面。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２つの増感エレメント（２、４）を有
   し、これらは帯状であってピエゾ電気特性を呈する合成
   プラスチック材料でなり、帯状体の双方に配された２個
   の電極が組合わされ、また前記２つの増感エレメントは
   支持体（１）に重ね合わされ且つこれらは２つの交叉す
   るらせん状の巻回として配置される連続構造のピエゾ電
   気型圧力波変換装置において、音波を透過する可撓性の
   帯状電導エレメント（３）を、内側に巻装した前記増感
   エレメント（２）の全ての辺縁を被覆するように重ね合
   わせて巻き付け、前記帯状の電導エレメント（３）は、
   これが被覆する前記増感エレメント（２）の外側の電極
   と、この電導エレメント（３）の上から重ねて巻装され
   る前記増感エレメント（４）の内側の電極との間のコン
   タクトを形成することを特徴とする装置。
2. （２）前記２つの増感エレメントに組合わされた電極と
   電気的接触する集電構造体（５）を少なくとも１個有し
   てなることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。
3. （３）前記集電構造体（５）は、パイプ状の前記支持体
   （１）に巻き付けられる帯状の第１の電導性環状部材（
   ６）と、この部材よりも幅の狭い第２の電導性金属リン
   グ（７）を少なくとも１個有していると共に、前記２つ
   の導電性帯状体は相互に重ね合わされ且つ絶縁層（８）
   によってそれぞれが離間され、内側の増感エレメント（
   ２）は最も幅の広い電導性の帯状体と接触することを特
   徴とする前記特許請求の範囲第２項に記載の装置。
4. （４）前記帯状の電導エレメント（３）は、幅の狭い前
   記金属リング（７）と接触するようになるまで前記第１
   の増感エレメント（２）の上から重ねて巻き付けられ、
   前記２つの増感エレメントは、パイプ状の支持体を横切
   る同一の分割面によって中断され且つ最も幅の広い電導
   性環状部材（６）の被覆されない部分において絶縁層（
   １０）を介して互いに重ね合わされ、各集電構造体は同
   様に電導性材料でなる３個の保持リング（１２、１３、
   １４）を有し且つ環状部材（６）、金属リング（７）お
   よび外側の増感エレメントの電極とそれぞれ接触するこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第３項に記載の装置
   。
5. （５）内側に巻装される前記増感エレメント（２）と外
   側に巻装される前記増感エレメント（４）は、それぞれ
   内側の電導性環状部材（６）と幅の狭い外側の金属リン
   グ（７）と接触し、前記電導エレメント（３）は、前記
   電導性環状部材（６）の一端近傍で中断され、各集電構
   造体は同様に電導性材料でなる３個の保持リング（１２
   、１３、１４）を有し且つ環状部材（６）、金属リング
   （７）および外側の増感エレメント（４）の電極とそれ
   ぞれ接触することを特徴とする前記特許請求の範囲第３
   項に記載の装置。
6. （６）少なくとも２つの増感エレメント（２、４）を有
   し、これらは帯状であってピエゾ電気特性を呈する合成
   プラスチック材料でなり、帯状体の双方に配された２個
   の電極が組合わされ、また前記２つの増感エレメントは
   支持体に重ね合わされ且つこれらは２つの交叉するらせ
   ん状の巻回として配置される連続構造のピエゾ電気型圧
   力波変換装置を製造する方法において、下記の工程すな
   わち、 （イ）各々がパイプ状の支持体に巻き付けられた第１の
   帯状電導体としての環状部材（６）と、第２の帯状電導
   体としての隣接した２個の金属リング（７）から構成さ
   れ、前記環状部材（６）の両端部分は前記２個の金属リ
   ング（７）によって覆われていない構造の集電構造体（
   ５）を一定の間隔を以って装着した長尺のパイプ状支持
   体（１）を用いること、 （ロ）前記パイプ状支持体の全長に亘って、前記第１の
   増感エレメント（２）と電導エレメント（３）と第２の
   増感エレメント（４）を順次巻き付けること、 （ハ）巻装された前記パイプ状支持体（１）を隣接した
   前記２個の電導性金属リングの間で分割すること。 （ニ）前記第１の増感エレメント（２）と組合わされた
   電極を、電導性の前記環状部材（６）と金属リング（７
   ）とそれぞれ電気的に接触状態にするように、各セクシ
   ョンの端部にて巻装を切断すること、 （ホ）電導性材料でなる保持リング（１２、１３、１４
   ）を前記環状部材（６）と金属リング（７）と外側の増
   感エレメント（４）の電極の周囲に嵌合させること、 からなることを特徴とする方法。
7. （７）前記電導エレメント（３）が前記金属リング（７
   ）と接触するようになると共に、前記２つの増感エレメ
   ント（２、４）が同一の長さに分割され且つ導電性の前
   記環状部材（６）と保持リング（１４）とそれぞれ接触
   状態を保つように、この電導エレメントを切断すること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第６項に記載の方法。
8. （８）前記２つの増感エレメント（２、４）が前記環状
   部材（６）と金属リング（７）とそれぞれ電気的に接触
   するようになると共に、前記電導エレメント（３）が電
   導性の帯状体である前記環状部材（６）の側縁部近傍で
   分割されるように、これら２つの増感エレメントを切断
   することを特徴とする前記特許請求の範囲第６項に記載
   の方法。