JP2638714B2 - 高速動圧力の測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は動圧力の測定装置に関
し、特に高速の動圧力を測定する測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、比較的高い周波数の動圧力又は衝
撃力などを測定するための圧力測定装置には、水晶及び
セラミックタイプのピエゾ体が圧電素子として用いられ
てきた。ピエゾ体は表面に加えられる機械的力の大きさ
に比例した電位差を発生する物質であり、この電位差を
測定することにより表面に加えられた機械的力を求める
ことができる。

【０００３】振動数が高い動圧力に応答するためには、
圧力測定装置の共振周波数が高いことが必要とされる。
圧力測定装置の共振振動数は用いられるピエゾ体の物理
的共振周波数に依存しており、ピエゾ体の物理的共振周
波数はその薄さに応じて高くなる。このため圧力測定装
置の可測定周波数の範囲を拡大するためには、圧電素子
としてのピエゾ体を薄くすることが必要とされる。従来
セラミックタイプとしては強度上0.5−1.0ｍｍ程度の薄
さが最小とされ、この程度のセラミックタイプのピエゾ
体を用いることで圧力測定装置として 400−1000ｋHzの
共振周波数を実現していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の動圧力測
定装置には、次のような問題点があった。 （１）例えば衝撃力などの格別に高速の変化に忠実に応
答するためには、従来のセラミックタイプで実現されて
いたより高い共振周波数の圧力測定装置が必要となる。 （２）従来の測定装置は圧力に応答する電気出力が低い
ので、出力を増幅するために増幅装置が必要となる。

【０００５】本発明者はポリフッ化ビニリデン(ＰＶＤ
Ｆ)に注目した。ポリフッ化ビニリデンは圧電効果を示
す高分子で薄膜化が可能であり高い共振周波数を得るこ
とができるため、圧電素子として用いることが研究され
ており、厚さ９−500 μｍのものが市販されている。
又、その応答電気出力も従来のセラミックタイプより数
倍から数十倍高い。本発明者は、ポリフッ化ビニリデン
の薄膜を圧電素子として用い適当な受圧面及び出力引出
し線を設けることにより、動圧力測定一般に使用できる
測定装置を完成した。

【０００６】本発明の目的は、ポリフッ化ビニリデン薄
膜圧電素子からなる汎用の高速動圧力の測定装置を提供
するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１及び図２の実施例を
参照するに、本発明の高速動圧力の測定装置は、ポリフ
ッ化ビニリデン(PVDF)の薄膜２の両面に導電性ペイント
塗布により形成した対向電極部３及び該電極にそれぞれ
連なる２本の非対向リード部５並びに該２本のリード部
５にそれぞれ接触させPVDF薄膜２の表裏に巻付け且つ絶
縁保護被覆９によりPVDF薄膜２に固定した２本の引出し
導線７を有する変換素子１、該変換素子１を電気的に絶
縁して一体的に保持する支台10、並びに前記変換素子１
と前記支台10の連続表面を覆うポリイミド膜12を備えて
なるものである。

【０００８】導電性ペイント塗布による電極部３とリー
ド部５の形成を図３(Ａ)により説明する。薄膜２の両面
に導電性ペイントを塗り、電極部３では両面の導電性ペ
イント塗布部分3a、3bを対向させ、リード部５では両面
の導電性ペイント塗布部分5a、5bを対向させない。但し
導電性ペイント塗布は図示例に限定されるものではな
く、電極部３とリード部５が形成されるように薄膜２の
両面に塗布すれば足りる。

【０００９】支台10はポリフッ化ビニリデンの薄膜２を
有する変換素子１全体を機械的に確実に保持するものと
し、支台10の変換素子１を含む連続平面をポリイミド膜
12で覆う。但しポリイミド膜12は支台10全体を覆う必要
はなく、変換素子１を含む一定の連続平面を覆うもので
あれば足りる。

【００１０】好ましくは、支台10に変換素子１と同一形
状の陥入部10a を設け、変換素子１を陥入部10a に着座
させることにより支台10へ一体的に保持させる。

【００１１】導電性ペイントとしては、シルバーペイン
トを使用することができる。図２に引出し線７形成の一
例を示す。薄膜２及びリード部５の両面を貫通させて電
線を巻付け、電気的絶縁及び機械的衝撃からの保護のた
め絶縁保護被覆９により電線を両面から薄膜２及びリー
ド部５に固定する。好ましくは、図２(Ｂ)のようにリー
ド部５と電線の間に例えばシルバーペイントのような導
電性ペイント9aを塗布し、より良い導電性を確保する。

【００１２】本発明の変換素子１は薄膜であり、変換素
子１全体を電気的に絶縁し且つ機械的に強固に支台10へ
一体的に固定する必要がある。例えば支台10として絶縁
体であるエポキシ樹脂を用いることができるが、導電性
の場合には絶縁膜11等により変換素子１を絶縁する。図
示例の支台10は円形であるが、支台10は変換素子１全体
を一体的に保持するものであれば足り、その外形は円形
に限定されない。

【００１３】更に計測中に加えられる機械的衝撃に対し
ても、変換素子１を支台10と一体的に保持するため、支
台10の変換素子１を含む連続平面をポリイミド膜12で覆
う。本発明者は種々の保護膜材料に関する実験研究の結
果、保護材としても絶縁材としてもポリイミド膜が優れ
ていることを見出した。

【００１４】

【作用】本発明による高速動圧力の測定装置は、電極部
３及びリード部５を導電性ペイントによりポリフッ化ビ
ニリデン薄膜２に密着形成し、変換素子１を支台10に一
体的に保持し、更に引出し導線７をリード部５に巻付け
絶縁保護被覆９により固定しているので、任意の測定場
所へ容易に移動し設置することができ、しかも測定すべ
き広範囲に亘る機械的衝撃力に対しても構造を安定に維
持する。従ってポリイミド膜12に加えられる各種の高速
動圧力に薄膜２が忠実に応答して電極部３に高精度の電
気出力を発生する。電極部３に発生した電気出力は、電
極部３に確実に接続されたリード部５、及び引出し導線
７を経由してそのまま正確に外部回路へ伝えられる。

【００１５】こうして本発明の目的である、「ポリフッ
化ビニリデン薄膜圧電素子からなる汎用の高速動圧力の
測定装置の提供」が達成される。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を、図１(Ａ)及びその線Ｂ
−Ｂでの断面図である図１(Ｂ)に示す。厚さ 110μｍの
ポリフッ化ビニリデン薄膜２の両面にシルバーペイント
を塗布して電極部３及びリード部５を形成する。電極部
３の面積は任意の大きさで形成することができ、例えば
図３(Ｂ)のようにシルバーペイント塗布部分を選択する
ことにより一辺 0.2ｍｍ程度の微小な電極部３を比較的
容易に形成することができる。

【００１７】変換素子１全体を電気的に絶縁し、例えば
固い板状の支台10に保持させる。支台10と変換素子１と
の間に絶縁膜11を設ける場合は、例えば厚さ25μｍ程度
のカプトン(芳香族ポリイミドテープで du Pond社の商
品名)シートを用いることができる。但し支台10が絶縁
体である場合には必ずしも必要としない。支台10による
保持を確実なものにするため、例えば接着剤により変換
素子１を支台10に固定することができる。好ましくは、
支台10に設けた陥入部10a に変換素子１全体をはめ込
み、支台10と変換素子１の上面をそろえて固定する。変
換素子１全体を支台10に保持させた後、支台10の変換素
子１を含む連続平面をポリイミド膜12で覆う。図示例で
は厚さ70μｍのポリイミド膜12で二重に覆っている。ポ
リイミド膜12の厚さ及び枚数は図示例に限定されず、変
換素子１を計測中の機械的衝撃から保護できるものであ
れば足りる。

【００１８】引出し導線７を例えばオシロスコープに接
続し、動圧力に応答して電極部３で発生した電気出力を
観察し、計測することができる。圧力を測定するために
は電気出力と圧力との関係の較正データを予め用意し、
発生した電気信号を圧力に変換する。図１の実施例によ
れば、25ニュートン(Ｎ)程度の加圧に対し理論的には約
１ボルト(Ｖ)の電気出力を得ることが可能である。

【００１９】実施例では、厚さ 110μｍのポリフッ化ビ
ニリデン薄膜２を使用するが、更に薄いポリフッ化ビニ
リデン薄膜を使用することも可能であり、本発明者の試
算によれば９μｍの薄膜２を使用することにより理論的
には 100ＭHzまでもの高速の動圧力を測定することが可
能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明による高速動
圧力の測定装置は、変換素子としてポリフッ化ビニリデ
ンの薄膜を使用し導電性ペイント塗布による電極部を用
いるので、次の顕著な効果を奏する。

【００２１】（イ）格別に高速度の動圧力を測定するこ
とが可能であり、９μｍのポリフッ化ビニリデン薄膜を
使用することにより最高 100ＭHzまでもの速い動圧力を
測定できる。

【００２２】（ロ）圧力に応答する電気出力の変換率が
0.04Ｖ／Ｎ程度と大きいので、出力を増幅するための増
幅装置を必ずしも必要としない。

【００２３】（ハ）測定面積を一辺 0.2ｍｍ程度まで小
さくできるため、動圧力の分布等を詳しく測定すること
ができる。又プリント配線板や半導体素子の技術を利用
すれば、更に電極部面積を小さくすることも期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の説明図である。

【図２】リード部と引出し導線との結合の説明図であ
る。

【図３】導電性ペイント塗布による電極部及びリード部
形成の説明図である。

【符号の説明】

１ 変換素子 ２ ポリフッ化
ビニリデン薄膜 ３ 電極部 3a 表面電極部 3b 裏面電極部 ５ リード部 5a 表面リード部 5b 裏面リード
部 ７ 引出し導線 ９ 絶縁保護被
覆 9a 導電性ペイント 10 支台 10a 陥入部 11 絶縁膜 12 ポリイミド膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−179430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−35581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216236（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−14734（ＪＰ，Ａ) 特開 昭46−91993（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−7569（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−14813（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭56−24386（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−28588（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の薄膜の両
   面に導電性ペイント塗布により形成した対向電極部及び
   該電極にそれぞれ連なる２本の非対向リード部並びに該
   ２本の各リード部にそれぞれ接触させPVDF薄膜の表裏に
   巻付け且つ絶縁保護被覆によりPVDF薄膜に固定した２本
   の引出し導線を有する変換素子、該変換素子を電気的に
   絶縁して一体的に保持する支台、並びに前記変換素子と
   前記支台の連続表面を覆うポリイミド膜を備えてなる高
   速動圧力の測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１の測定装置において、前記支台
   に前記変換素子と同一形状の陥入部を設け、前記陥入部
   に着座させることにより前記変換素子を前記支台へ一体
   的に保持させてなる高速動圧力の測定装置。