JP2012159463A - 感圧センサ体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上に少なくとも一対の電極を設けた電極基板と、圧力を受けたときの電極基板との接触面積の変化により電気抵抗値が変化する感圧導電性部材と、少なくとも前記感圧導電性部材の圧力印加面を被覆する絶縁性被覆部材と、前記電極にそれぞれ導通している配線部とを、少なくとも有する感圧センサ体において、前記絶縁性被覆部材が、粘着剤層と、ヤング率1.7GPa以上6.5GPa以下、かつ厚み10μm以上100μm以下の可撓性フィルムとを少なくとも有し、前記粘着剤層が前記電極基板に貼付けられることによって前記感圧導電性部材が前記電極基板上に固定されていることを特徴とする感圧センサ体。
【選択図】図1
Description
本発明に係る感圧センサ体は、少なくとも感圧導電性部材の圧力印加面を被覆する絶縁性被覆部材を有している。絶縁性被覆部材を設ける第1の目的は、様々な圧力の形態による感圧特性のばらつきを抑制し、安定化させることである。感圧センサ体に外部より圧力を加えたとき、前記可撓性フィルムを介して、感圧導電性部材に圧力が伝わる。接触面積変化型の感圧導電性部材を使用する場合、安定した感圧特性を得るためには、感圧導電性部材がある一定圧力を受けたときの感圧導電性部材と電極基板との接触状態が一定となるようにすることが重要である。本発明のように一定の剛性を有する絶縁性被覆部材とともに圧力を伝えることで、様々な圧力の形態、すなわち押し子の形状や加える圧力の角度等が用途に応じて変化しても、感圧導電性部材の全面に圧力を分散させて安定した接触面積が確保できるので、圧力の形態に左右されない安定した感圧特性を得ることができる。
絶縁性被覆部材は、粘着剤層と、ヤング率1.7GPa以上6.5GPa以下、かつ厚み10μm以上100μm以下の可撓性フィルムとを少なくとも有している。ヤング率が3.0GPa以上4.0GPa以下であると本発明の効果をより好ましく得ることができる。ヤング率が1.7GPaに満たない場合、圧力を印加したとき、感圧導電性部材全体への圧力分散が不十分となって、感圧特性のばらつきが生じ、保護に対する耐久性も低下する。一方、ヤング率が6.5GPaを超えた場合、その剛性により、貼り付け時の撓んだ形状が維持できずに元の略平板状に戻ろうとする。そのため、使用時に絶縁性被覆部材が電極基板から剥離するおそれがある。あるいは剥離しなくても、感圧導電性部材を電極基板面に常時押付けるように力が働くので、無荷重時での接触面積が大きくなり、感圧センサ体の感度を示す電気抵抗値の変化幅を大きく損ねてしまう。
絶縁性被覆部材は、粘着剤層と、可撓性フィルムとを少なくとも有している。粘着剤層は、例えば可撓性フィルムの少なくとも片面に設けられる。絶縁性被覆部材は、粘着剤層を有することから、上述の効果に加えて、電極基板上に感圧導電性部材を固定する粘着テープとしても機能する。本発明で使用される感圧導電性部材は電極との接触面積の変化により感圧特性を発現するものであるので、電極上への感圧導電性部材の固定は必須である。電極基板と感圧導電性部材の相対位置関係がずれなければ、どのような貼付け方でもよい。但し、本発明の目的である、様々な圧力の形態による感圧特性のばらつき抑制や感圧導電性部材の保護を達成するためには、少なくとも感圧導電性部材の圧力印加面が絶縁性被覆部材で被覆されている必要がある。
感圧導電性部材としては、絶縁性エラストマーシートに導電材を含有する導電塗膜層が積層されたものを使用することができる。例えば、絶縁性エラストマーシートとしてゴム弾性体を用い、その表面に導電塗料を塗布して使用される。塗布層は電気抵抗値の調整や表面性状等、所望の特性に合わせるために、1層であっても2層以上であってもよい。厚みとしては、絶縁性エラストマーシート100〜1000μmに対し、塗布層10〜50μmで塗布される。塗布層が10μm以上であれば、絶縁性エラストマーシートからの染み出しをブロックすることができ、当接部材である電極部の汚染を防止することができる。導電塗料の樹脂成分としては、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン−エチレン−ブチレン−オレフィン共重合体(SEBC)及びオレフィン−エチレン・ブチレン・オレフィン共重合体(CEBC)等を挙げることができる。これらの樹脂は1種または2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、絶縁性エラストマーシートの基材樹脂は架橋系のものでもよく、このための硬化剤としては、例えば、イソシアネート化合物、アミン化合物を適宜配合することができる。
感圧導電性部材に配合される導電材としては、特に制限されることなく、従来公知のものが使用できる。例えば、導電性カーボン、グラファイト、黒鉛粒子、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄粉及び金属酸化物である導電性酸化錫や導電性酸化チタン等が使用できる。これらは1種または2種以上を組み合わせて用いてもよい。配合量としては、ベースとなるゴムあるいは樹脂100質量部に対し、2〜200質量部、好ましくは5〜100質量部の範囲である。また、ゴムあるいは樹脂と導電材の他に、その他成分を配合することも可能であり、例えば、有機弾性フィラー、無機酸化物フィラーなどが挙げられる。有機弾性フィラーとしては、シリコーン系、ウレタン系などのエラストマーやアクリル系、スチレン系、ポリアミド系など樹脂からなる球状粒子が挙げられる。無機酸化物フィラーとしては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、などが挙げられる。
電極基板としては公知の電極基板が使用できる。例えばガラスエポキシ基板等の絶縁性基板に銅箔等をプリントしてパターンを形成したものでも良いし、フレキシブルプリント基板のようにポリアミド等の絶縁性フィルムを銅箔等の導体を組み合わせたものでも良い。また、感圧センサの小型化や柔軟化のために、ポリアミドやポリエチレンテレフタレート(PET)絶縁性フィルム上に銀やカーボンブラックを含む導電性ペーストを任意のパターンでスクリーン印刷したものを使用しても良い。
配線部としては公知の配線形式のものが使用できる。例えば上記のように導電部分のパターンをプリントした基板において、所望の箇所からリード線を引き出す方法がある。また、基板として絶縁性フィルムを用いる場合では、電極部のパターンを設ける際に、配線部となる導電経路も同時にプリントしたものを使用することもできる。
<1.感圧導電性部材の作成>
表1に示す材料を準備した。3L加圧型ニーダー(D3−10:株式会社モリヤマ製)を用い、まずローター回転数30rpmで、原料ゴムのみを1分間素練りし、次いで酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、カーボンブラックを投入して10分間混練りした。ニーダー容量に対する材料の充填量は65体積%とした。得られたゴム組成物を室温(25℃)で1時間冷ました後、更に、オープンロール機(12インチテスト用ロール機:関西ロール(株)製)を用い、TETD、MBTSおよび硫黄を添加して混練した。フロントロール15rpm、バックロール18rpmで、適宜切返しながら15分間混練した後、ロール間隙0.6mmにて薄通した後、縦10mm、横10mmのサイズに裁断することにより基材となるゴム組成物の未加硫物を得た。次に、この未加硫物を予め170℃に加熱した縦10mm、横10mm、深さ0.5mmの金型内に充填し、170℃、100kgfにて15分間プレス加硫を行い、ゴム弾性体を得た。
可撓性フィルムとして、ポリイミドフィルム(東レ・デュポン株式会社製、カプトン100H/V、ヤング率3.4GPa、厚み25μm)を使用した。このフィルムの片面にアクリル系粘着剤(東洋インキ化学社製、オリバインBPS−5127)をグラビアロール方式で塗布して塗膜を形成し、これを乾燥して、厚み15μmの粘着剤層を有する絶縁性被覆部材を得た。
上記感圧導電性部材(縦10mm、横10mm)を図5で示す櫛歯状の試験用電極(外寸:縦15mm、横15mm、電極部サイズ:縦10mm、横10mm)上に配置した。次いで上記絶縁性被覆部材を縦15mm、横15mmのサイズに裁断し、図1および図2に示すように電極に貼り付けることによって、感圧導電性部材が電極上に固定された感圧センサ体を得た。
得られた感圧センサ体は、23℃、60%RHの環境に24時間以上放置した後に評価を行なった。測定は図6に示す感圧特性評価装置を用い、固定された感圧センサ体の上部から直径3mmの円柱状押し圧子で荷重をかけた。その際に感圧センサ体に5Vの電圧を印加し、感圧センサ体に直列につないだ内部抵抗1kΩにかかる電圧から感圧センサ体の電気抵抗値を算出した。
図7に示す1〜5の箇所に上記感圧特性評価装置を用いてそれぞれ100kPaの荷重をかけ、そのときの感圧センサ体の電気抵抗値のばらつきから評価した。各測定箇所1、2、3、4、及び5における感圧センサ体の電気抵抗値をR1、R2、R3、R4、及びR5、それぞれの対数値をlogR1、logR2、logR3、logR4、及びlogR5として、以下の基準にしたがってランク付けした。
上記の感圧特性評価装置を用いて、図7に示す1〜5の箇所に対して0kPa〜500kPaの範囲で荷重をかけ、0kPa時に示された感圧センサ体の抵抗値の平均値と500kPa時に示された感圧センサ体の抵抗値の平均値の差をセンサ感度とし、以下の基準にしたがってランク付けした。
可撓性フィルムとして表4に示すフィルムを用いて実施例1と同様にして粘着剤層を設けた絶縁性被覆部材を作製したこと以外は、実施例1と同様にして感圧センサ体を作製し評価した。評価結果を表5に示す。
2 電極
3 感圧導電性部材
4 絶縁性被覆部材
4a 可撓性フィルム
4b 粘着剤層
5 配線部
6 荷重測定器
7 円柱状押し圧子
8 感圧センサ体
9 電圧測定器
10 1kΩ内部抵抗体
11 電圧印加装置
Claims (5)
- 基板上に少なくとも一対の電極を設けた電極基板と、圧力を受けたときの電極基板との接触面積の変化により電気抵抗値が変化する感圧導電性部材と、少なくとも前記感圧導電性部材の圧力印加面を被覆する絶縁性被覆部材と、前記電極にそれぞれ導通している配線部とを、少なくとも有する感圧センサ体において、前記絶縁性被覆部材が、粘着剤層と、ヤング率1.7GPa以上6.5GPa以下、かつ厚み10μm以上100μm以下の可撓性フィルムとを少なくとも有し、前記粘着剤層が前記電極基板に貼付けられることによって前記感圧導電性部材が前記電極基板上に固定されていることを特徴とする感圧センサ体。
- 前記可撓性フィルムは、ヤング率が3.0GPa以上4.0GPa以下、かつ厚みが25μm以上75μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の感圧センサ体。
- 前記粘着剤層の粘着剤がアクリル系粘着剤であることを特徴とする請求項1または2に記載の感圧センサ体。
- 前記感圧導電性部材が、絶縁性エラストマーシートに導電材を含有する導電塗膜層が積層されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの一項に記載の感圧センサ体。
- 前記感圧導電性部材が導電材を含有する導電性エラストマーであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの一項に記載の感圧センサ体。
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