JP6066773B2 - 圧電センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電センサの製造方法に関する。

従来から、圧電シートを用いた圧力センサ、加速度センサ、アコースティック・エミッションセンサが医療施設や介護施設などにおいて用いられている。

特許文献１には、一方の電極層の両面に絶縁層を介して他方の電極層及びシールド層を夫々形成し、更にそれらの外側に保護層を形成した略矩形帯状の本体を具え、該本体にはコンタクトを２個設け、前記コンタクトは該コンタクト近傍の前記保護層を剥離して一方のコンタクトは前記一方の電極層に、他方のコンタクトは前記他方の電極層及び前記シールド層に夫々接続されることを特徴とする圧電式圧力センサが開示されている。

又、特許文献２には、高分子材料からなる圧電体と、前記圧電体の一方の側に配置され、第１の絶縁体にシグナル電極を担持した第１の電極担持部と、前記圧電体の他方の側に配置され、第２の絶縁体にグランド電極を担持した第２の電極担持部とを備え、前記第１の電極担持部と前記第２の電極担持部とは、重ね方向視において、前記シグナル電極と前記グランド電極とが重なるように配置してある圧電センサが開示されている。

しかしながら、上記圧電センサの製造時、圧電シートの両面にシグナル電極とグランド電極を積層一体化させるにあたって、シグナル電極及びグランド電極が互いに所望の位置関係となるように精度良く位置決めをする必要があり、圧電シートの両面にシグナル電極及びグランド電極を積層させる際の位置決めが難しいという問題点を有している。

特開平１０−３３２５０９号公報 特開２００８−１２２２１５号公報

本発明は、圧電シート上にグランド電極層及びシグナル電極を積層一体化させるにあたって、グランド電極層とシグナル電極と間の位置決めを容易にし、両者を所望の位置関係とした上で圧電シート上に容易に積層一体化することができる圧電センサの製造方法を提供する。

本発明の圧電センサの製造方法は、長尺状の圧電シートの一面に第一グランド電極層を積層一体化すると共に、上記圧電シートの他面にシグナル電極及び第二グランド電極層を互いに電気絶縁状態にて積層一体化して積層シートを製造する積層工程と、上記積層シートを切断する切断工程とを有し、上記第一グランド電極層は、長尺状の第一電気絶縁シートの片面に上記第一電気絶縁シートの長さ方向に長尺状に連続的に帯状に形成されていると共に、上記第二グランド電極層は、長尺状の第二電気絶縁シートの片面に上記第二電気絶縁シートの長さ方向に長尺状に連続的に帯状に形成されており、上記シグナル電極は、長尺状の第三電気絶縁シートの一面に、上記第三電気絶縁シートの長さ方向に所定間隔をおいて繰り返し形成されており、上記積層シートは、互いに隣接するシグナル電極の間において切断されることを特徴とする。

上記圧電センサの製造方法において、積層シートにおいて、シグナル電極は、第一グランド電極層及び第二グランド電極層の幅方向の端縁から突出した端子設置部を有していることを特徴とする。

上記圧電センサの製造方法において、積層工程は、圧電シートの一面に、第一グランド電極層を有する第一電気絶縁シートを上記第一グランド電極層が上記圧電シート側となった状態で積層一体化して積層圧電シートを製造する工程と、第二電気絶縁シートの第二グランド電極層上に、シグナル電極を有する第三電気絶縁シートを該第三電気絶縁シートが上記第二グランド電極層側となった状態で積層一体化して積層電極シートを製造する工程と、上記積層圧電シートの圧電シート上に、上記積層電極シートを上記シグナル電極が上記圧電シート側となった状態で積層一体化する工程とを有していることを特徴とする。

本発明の圧電センサの製造方法は、上述の如き構成を有していることから、第一、第二グランド電極層及びシグナル電極を圧電シート上に積層一体化させるにあたって、第一、第二グランド電極層と、シグナル電極との間の位置決めが容易であり、特別な制御や工程を経ることなく、圧電シート上に、第一、第二グランド電極層及びシグナル電極を積層一体化して容易に積層シートを製造することができ、この積層シートを所定位置において切断することによって圧電センサを容易に製造することができる。

第一又は第二グランド電極層が形成された第一電気絶縁シート又は第二電気絶縁シートを示した平面図である。 積層圧電シートを製造する要領を示した模式側面図である。 シグナル電極が形成された第三電気絶縁シートを示した平面図である。 積層電極シートを製造する要領を示した模式側面図である。 積層シートを製造する要領を示した模式側面図である。 積層シートを示した平面図である。 圧電シートを示した平面図である。 圧電シートを示した断面図である。 圧電シートを示した断面図である。

本発明の圧電センサの製造方法を図面を参照しつつ説明する。本発明の圧電センサの製造方法は、長尺状の圧電シートの一面に長尺状の第一グランド電極層を積層一体化すると共に、上記圧電シートの他面に長尺状のシグナル電極及び第二グランド電極層を互いに電気絶縁状態にて積層一体化して積層シートを製造する積層工程と、上記積層シートを切断する切断工程とを有している。

先ず、積層工程について説明する。積層工程においては、長尺状の圧電シート１の一面に長尺状の第一グランド電極層21を積層一体化すると共に、圧電シート１の他面に長尺状のシグナル電極41及び第二グランド電極層31を互いに電気絶縁状態にて積層一体化して積層シートＢを製造する。

長尺状の圧電シート１としては、外力が加えられることによって電荷を発生させることができる長尺状のシートであれば、特に限定されず、例えば、合成樹脂シート（合成樹脂発泡シート又は合成樹脂非発泡シート）に電荷を注入してなる圧電シートが挙げられる。

合成樹脂シートに電荷を注入する方法としては、特に限定されず、例えば、（１）合成樹脂シートを一対の平板電極で挟持し、帯電させたい表面に接触させている平板電極を高圧直流電源に接続すると共に他方の平板電極をアースし、合成樹脂シートに直流又はパルス状の高電圧を印加して合成樹脂に電荷を注入して合成樹脂シートの表面を帯電させる方法、（２）電子線、Ｘ線などの電離性放射線や紫外線を合成樹脂シートの表面に照射して、合成樹脂シートの近傍部の空気分子をイオン化することによって合成樹脂の表面に電荷を注入して合成樹脂シートの表面を帯電させる方法、（３）合成樹脂シートの一面に、アースされた平板電極を密着状態に重ね合わせ、合成樹脂シートの他面側に所定間隔を存して直流の高圧電源に電気的に接続された針状電極又はワイヤー電極を配設し、針状電極の先端又はワイヤー電極の表面近傍への電界集中によりコロナ放電を発生させ、空気分子をイオン化させて、針状電極又はワイヤー電極の極性により発生した空気イオンを反発させて合成樹脂の他面に電荷を注入して合成樹脂シートの表面を帯電させる方法などが挙げられる。

図１に示した通り、圧電シート１の一面に積層一体化されている長尺状の第一グランド電極層21は、長尺状の第一電気絶縁シート22の片面に一体的に形成されている。第一グランド電極層21は、第一電気絶縁シート22の幅方向の両端部を除いた部分に、第一電気絶縁シート22の長さ方向に連続し且つ一定幅を有する長尺帯状に形成されている。

なお、本発明で用いられる電気絶縁シート（第一〜第三電気絶縁シート）は、電気絶縁性を有しておれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリエチレンナフタレートシートなどのポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂などが挙げられる。

本発明において、グランド電極（第一グランド電極及び第二グランド電極）に用いられる材料としては、導電性を有し且つ十分な電磁シールド効果が得られれば、特に限定されなく、例えば、アルミニウム、鉄、銅、金、銀、ニッケルなどの金属材料や、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの導電性を有するカーボン材料などが挙げられ、加工が容易で且つ導電性が高いことから、アルミニウム、銅、カーボンブラックが好ましく、電磁シールド性の高いことから、アルミニウムがより好ましい。

本発明において、電気絶縁シート上に電極（グランド電極及びシグナル電極）を形成する方法としては、例えば、（１）電気絶縁シート上に、バインダー中に導電性微粒子を含有させてなる導電ペーストを塗布、乾燥させる方法、（２）電気絶縁シート上に、真空蒸着又はスパッタリングなどによって電極を形成する方法、（３）電気絶縁シート上に、銅フィルムなどの金属フィルムを積層一体化する方法などが挙げられる。

長尺状の圧電シート１の一面に、長尺状の第一グランド電極層21を積層一体化して連続的に長尺状の積層圧電シートＣを製造するには、図２に示したように、ロール状に巻回された長尺状の第一電気絶縁シート22を連続的に巻き出す。次に、第一電気絶縁シート22における第一グランド電極層21が形成されている面の全面に塗布ロール51を用いて接着剤を塗布した後、第一電気絶縁シート22を乾燥炉61内に通過させることによって接着剤を乾燥させる。

本発明で用いられる接着剤は、反応系・溶剤系・水系・ホットメルト系の接着剤から構成されており、圧電シート１の感度を維持する観点から、誘電率の低い接着剤が好ましい。

一方、ロール状に巻回された長尺状の圧電シート１を連続的に巻き出し、第一電気絶縁シート22の接着剤塗布面に圧電シート１を連続的に重ね合わせた後、第一電気絶縁シート22及び圧電シート１を一対の熱ロール間に通過させて、圧電シート１の一面に、第一電気絶縁シート22を第一グランド電極層21が圧電シート１側となった状態で接着剤層71を介して積層一体化して積層圧電シートＣを連続的に製造する。

次に、圧電シート１の他面に、シグナル電極41及び第二グランド電極層31を両者が互いに電気絶縁となった状態で積層一体化する要領を説明する。先ず、図１に示した通り、圧電シート１の他面に積層一体化される第二グランド電極層31は、長尺状の第二電気絶縁シート32の片面に一体的に形成されている。第二グランド電極層31は、第二電気絶縁シート32の幅方向の両端部を除いた部分に、第二電気絶縁シート32の長さ方向に連続し且つ一定幅を有する長尺帯状に形成されている。

又、図３に示した通り、圧電シート１の他面に積層一体化されるシグナル電極41は、長尺状の第三電気絶縁シート42の片面に一体的に形成されている。シグナル電極41は、第三電気絶縁シート42の幅方向の両端部を除いた部分に、第三電気絶縁シート42の長さ方向に所定間隔41aをおいて繰り返し形成されている。即ち、第三電気絶縁シート42の片面には、複数のシグナル電極41が所定間隔41aをおいて第三電気絶縁シート42の長さ方向に繰り返し形成されている。

シグナル電極に用いられる材料としては、導電性があれば、特に限定されず、例えば、アルミニウム、鉄、銅、金、銀、ニッケルなどの金属材料や、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの導電性を有するカーボン材料などが挙げられ、加工が容易で且つ導電性が高いことから、アルミニウム、銅、カーボンブラックが好ましい。

シグナル電極41は、シグナル電極本体411と、このシグナル電極本体411の外周縁から突出した状態で形成されている端子設置部412とを有している。シグナル電極本体411は全面的に、後述する積層シートＢにおいて、第一グランド電極層21と第二グランド電極層31とが重なり合った部分に存在している。端子設置部412は、積層シートＢにおいて、その一部又は全てが第一グランド電極層21及び第二グランド電極層31の幅方向の端縁から突出した状態で存在している。更に、シグナル電極本体411には、第一グランド電極層21（第一グランド電極）と第二グランド電極層31（第二グランド電極）とをシグナル電極41に対して電気的に絶縁した状態でピアス端子８を用いて電気的に接続するための接続凹部411aが形成されている。

第二電気絶縁シート32と第三電気絶縁シート42とを積層一体化して積層電極シートＤを連続的に製造するには、図４に示したように、ロール状に巻回された長尺状の第二電気絶縁シート32を連続的に巻き出す。次に、第二電気絶縁シート32における第二グランド電極層31が形成されている面の全面に塗布ロール52を用いて接着剤を塗布した後、第二電気絶縁シート32を乾燥炉62内に通過させることによって接着剤を乾燥させる。

一方、ロール状に巻回された長尺状の第三電気絶縁シート42を連続的に巻き出し、第二電気絶縁シート32の接着剤塗布面に第三電気絶縁シート42を連続的に重ね合わせた後、第二電気絶縁シート32及び第三電気絶縁シート42を一対の熱ロール間に通過させて、第二電気絶縁シート32の第二グランド電極層31の一面に、第三電気絶縁シート42を該第三電気絶縁シート42が第二グランド電極層31側となった状態で接着剤層72を介して積層一体化して積層電極シートＤを連続的に製造する。

上述のように、第二電気絶縁シート32と第三電気絶縁シート42とを積層一体化させるにあたって、第二電気絶縁シート32の片面に形成された第二グランド電極層31は、第二電気絶縁シート32の長さ方向に連続的に長尺帯状に形成されていることから、第三電気絶縁シート42のシグナル電極41を第二グランド電極層31上に重ね合わせた状態とするにあたって、シグナル電極41と第二グランド電極層31との間において電気絶縁シート32、42の長さ方向の位置合わせは不要である。

又、シグナル電極41と第二グランド電極層31との間における電気絶縁シート32、42の幅方向の位置合わせは、第二電気絶縁シート32の幅方向における第二グランド電極層31の形成位置と、第三電気絶縁シート42の幅方向におけるシグナル電極41の形成位置とを予め調整しておく。そうすることによって、第二電気絶縁シート32と第三電気絶縁シート42とを重ね合わせる際に、第二電気絶縁シート32と第三電気絶縁シート42とをその幅方向において位置合わせを行うことによって、第二グランド電極層31とシグナル電極41との幅方向の位置合わせを容易に行うことができる。

次に、積層圧電シートＣと積層電極シートＤとを積層一体化して積層シートＢを連続的に製造するには、図５に示したように、ロール状に巻回された長尺状の積層電極シートＤを連続的に巻き出す。次に、積層電極シートＤにおけるシグナル電極41が形成されている面の全面に塗布ロール53を用いて接着剤を塗布した後、積層電極シートＤを乾燥炉63内に通過させることによって接着剤を乾燥させる。

一方、ロール状に巻回された長尺状の積層圧電シートＣを連続的に巻き出し、積層電極シートＤの接着剤塗布面に積層圧電シートＣを連続的に重ね合わせた後、積層電極シートＤ及び積層圧電シートＣを一対の熱ロール間に通過させて、積層圧電シートＣの圧電シート１上の一面に、積層電極シートＤをシグナル電極41が圧電シート１側となった状態で接着剤層73を介して積層一体化して積層シートＢを連続的に製造する（図６参照）。

なお、第一グランド電極層21と、第二グランド電極層31及びシグナル電極41との電気絶縁シート22、32、42の幅方向の位置合わせは、第一電気絶縁シート22の幅方向における第一グランド電極層21の形成位置と、第二電気絶縁シート32及び第三電気絶縁シート42の幅方向における第二グランド電極層31及びシグナル電極41の形成位置とを予め調整しておく。そうすることによって、積層圧電シートＣと積層電極シートＤとを重ね合わせる際に、積層圧電シートＣと積層電極シートＤとをその幅方向において位置合わせを行うことによって、電気絶縁シート22、32、42の幅方向において、第一グランド電極層21と、第二グランド電極層31及びシグナル電極41との間の位置合わせを容易に行うことができる。

上述のようにして製造された積層シートＢを互いに隣接するシグナル電極41間において幅方向の全長に亘って切断することによって圧電センサＡを製造することができる（図７及び図８参照）。なお、所定長さに切断された第一グランド電極層21が第一グランド電極21aとなると共に、所定長さに切断された第二グランド電極層31が第二グランド電極31aとなる。

長尺状の圧電シート１の一面に第一グランド電極層21を積層一体化し、圧電シート１の他面にシグナル電極及び第二グランド電極層31を積層一体化するにあたって、第一グランド電極層21及び第二グランド電極層31は長尺帯状に形成されていることから、第一グランド電極層21及び第二グランド電極層31と、シグナル電極41とを位置合わせするにあたって、第一グランド電極層21及び第二グランド電極層31の長さ方向においては、第一グランド電極層21及び第二グランド電極層31と、シグナル電極41との位置合わせは必要なく、第一グランド電極層21及び第二グランド電極層31と、シグナル電極41との間の位置合わせは幅方向においてのみ行えばよい。そして、第一グランド電極層21及び第二グランド電極層31と、シグナル電極41との間の幅方向の位置合わせは、第一〜第三電気絶縁シート22、32、42上への第一グランド電極層21、第二グランド電極層31及びシグナル電極41の形成位置を予め調整し、第一〜第三電気絶縁シート22、32、42同士の幅方向の位置合わせを行えば足りる。よって、長尺状の圧電シート１に、第一グランド電極層21、シグナル電極41及び第二グランド電極層31を互いに所望の位置関係となるように容易に制御しつつ積層一体化させて積層シートＢを製造することができる。

得られた圧電センサＡのシグナル電極41に導電線91を電気的に接続するには、図９に示したように、第一グランド電極層21及び第二グランド電極層31の幅方向の端縁から突出している端子設置部412部分上に導電線91を重ね合わせた上でピアス端子８を圧電センサＡ及び導電線91に突き刺すことによって、シグナル電極41の端子設置部412と導電線91とをピアス端子８を介して電気的に接続すればよい。

又、圧電センサＡの第一グランド電極21a及び第二グランド電極31a同士もピアス端子８を用いて電気的に接続される共に第一グランド電極21a及び第二グランド電極31aに導電線92を電気的に接続する。具体的には、圧電センサＡ上において、シグナル電極41の接続凹部411aを圧電センサＡの厚み方向に投影した位置に導電線92を載置する。しかる後、圧電センサＡの接続凹部411aにおいて、圧電センサＡ及び導電線92にピアス端子８を突き刺すことによって、第一グランド電極21a及び第二グランド電極31aをピアス端子８を介して電気的に接続することができると共に、第一グランド電極21a及び第二グランド電極31aに導電線92をピアス端子８を介して電気的に接続することができる。シグナル電極41の接続凹部411aにおいて圧電センサＡにピアス端子８を突き刺しているので、ピアス端子８はシグナル電極41と電気的に絶縁しており、第一グランド電極21a及び第二グランド電極31aはシグナル電極41と電気的に絶縁した状態となっている。そして、第一、第二グランド電極21a、31aに電気的に接続させた導電線92を介してアースをとることによって第一、第二グランド電極21a、31aを基準電極として、シグナル電極41の電位を測定し、圧電センサＡに加わった圧力を検出することができる。

なお、上記では、積層シートＢを互いに隣接するシグナル電極41間において幅方向の全長に亘って切断して圧電センサＡを製造した後、この圧電センサＡにピアス端子８を用いて導電線91、92を接続させた場合を説明したが、圧電センサＡにピアス端子８を用いて導電線91、92を接続させた後、積層シートＢを互いに隣接するシグナル電極41間において幅方向の全長に亘って切断して圧電センサＡを製造してもよい。

又、上記では、第一電気絶縁シート22と圧電シート１とを積層一体化して積層圧電シートＣを製造すると共に、第二電気絶縁シート32と第三電気絶縁シート42とを積層一体化して積層電極シートＤを製造し、積層圧電シートＣと積層電極シートＤとを積層一体化して積層シートＢを製造した場合を説明したが、圧電シート１に、第一〜第三電気絶縁シート22、32、42を積層一体化させる要領はこれに限定されない。即ち、圧電シート１の一面に、第一電気絶縁シート22を積層一体化した後、圧電シートの他面に第三電気絶縁シート42を積層一体化し、更に、第三電気絶縁シート42上に第二電気絶縁シート32を積層一体化して積層シートＢを製造してもよい。

１ 圧電シート
８ ピアス端子
21 第一グランド電極層
21a 第一グランド電極
22 第一電気絶縁シート
31 第二グランド電極層
31a 第二グランド電極
32 第二電気絶縁シート
41 シグナル電極
42 第三電気絶縁シート
Ａ 圧電センサ
Ｂ 積層シート
Ｃ 積層圧電シート
Ｄ 積層電極シート

Claims (3)

1. 長尺状の圧電シートの一面に第一グランド電極層を積層一体化すると共に、上記圧電シートの他面にシグナル電極及び第二グランド電極層を互いに電気絶縁状態にて積層一体化して積層シートを製造する積層工程と、上記積層シートを切断する切断工程とを有し、上記第一グランド電極層は、長尺状の第一電気絶縁シートの片面に上記第一電気絶縁シートの長さ方向に長尺状に連続的に帯状に形成されていると共に、上記第二グランド電極層は、長尺状の第二電気絶縁シートの片面に上記第二電気絶縁シートの長さ方向に長尺状に連続的に帯状に形成されており、上記シグナル電極は、長尺状の第三電気絶縁シートの一面に、上記第三電気絶縁シートの長さ方向に所定間隔をおいて繰り返し形成されており、上記積層シートは、互いに隣接するシグナル電極の間において切断されることを特徴とする圧電センサの製造方法。
2. 積層シートにおいて、シグナル電極は、第一グランド電極層及び第二グランド電極層の幅方向の端縁から突出した端子設置部を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサの製造方法。
3. 積層工程は、圧電シートの一面に、第一グランド電極層を有する第一電気絶縁シートを上記第一グランド電極層が上記圧電シート側となった状態で積層一体化して積層圧電シートを製造する工程と、第二電気絶縁シートの第二グランド電極層上に、シグナル電極を有する第三電気絶縁シートを該第三電気絶縁シートが上記第二グランド電極層側となった状態で積層一体化して積層電極シートを製造する工程と、上記積層圧電シートの圧電シート上に、上記積層電極シートを上記シグナル電極が上記圧電シート側となった状態で積層一体化する工程とを有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電センサの製造方法。

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