JP6324803B2 - 感圧センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また電極を有する基板が圧電フィルムに固定されていないため、加圧入力による振動が基板や圧電フィルムを通じて容易に伝播され、加圧入力された位置だけでなくその周囲の電極でも大きな電圧が発生して、入力位置の検出感度、すなわち解像度が低くなることも判明した。
そこで、本発明者らは、感圧センサの高い感度を維持しつつ、感度のバラツキを低減し、解像度を向上させるためには、電極以外の部分において電極と圧電フィルムとの相対位置を保持し、振動の伝播を抑えて加圧入力位置以外での発生電圧を抑制することが有効であると考え、かかる手段を検討して本発明を完成した。
前記電圧を取り出すための電極が複数配設されている第1及び第2の電極付き基板を備え、
前記第1及び第2の電極付き基板で、前記圧電フィルムを挟持することにより、前記第1の電極付き基板が受けた力により発生した電圧を検出する感圧センサであって、
前記第1の電極付き基板上に配設された電極間に、隣接する電極が受けた加圧入力に伴って発生する振動を吸収する振動吸収体が配設されている。
そして、前記振動吸収体とこの振動吸収体に隣接する電極との間に、空隙が設けられている。あるいは前記振動吸収体は、台座とこの台座上に設けられた振動吸収本体とから構成されている。
前記電圧を取り出すための電極が複数配設されている第1及び第2の電極付き基板を備え、
前記第1及び第2の電極付き基板で、前記圧電フィルムを挟持することにより、前記第1の電極付き基板が受けた力により発生した電圧を検出する感圧センサであって、
前記第1の電極付き基板上に配設された電極間に、隣接する電極が受けた加圧入力に伴って発生する振動を吸収する振動吸収体が配設されている。
電極間に配設された振動吸収体が、加圧入力により発生する振動が周囲に伝播することを抑制し、入力位置に対応する電極以外の位置で発生する電圧を低減することができる。
前記第1の電極付き基板と圧電フィルムとが振動吸収体により固着されることで、第1の電極付き基板と圧電フィルムとの間隔や接触状態のバラツキを小さくできるとともに、加圧入力により発生する第1の電極付き基板の振動に起因して電極-圧電フィルム間距離が変化することによるバラツキを抑制できる。特に、この効果は、加圧入力時の圧電フィルムの歪みが大きく、電極-圧電フィルム間距離が変化しやすい多孔型圧電フィルムで有効である。電極と圧電フィルムとの距離の変化によっても電圧が発生するため、電極付き基板と圧電フィルムとを固着することで、電極-圧電フィルム間距離の変化に基づく発生電圧のバラツキを抑制できる。さらに、電極付き基板と圧電フィルムとを固着し、両者が離間することを抑制することで、固着しない場合に比べて基板やフィルム面内の振動の伝播を抑制できるというメリットもある。
振動吸収体と電極との間に空隙(空気層)を設けることで、振動吸収体と空気層との境界部で弾性波が絶縁されることから、加圧入力により発生する振動が周囲の電極に伝播することを抑制できる。また前記空隙は、振動吸収体の設置位置のクリアランスとしての役割を有するので、振動吸収体の設置がずれた場合でも電極を覆うような不良品の発生を防止でき、歩留りが向上する。
台座を設けることで、電極と電極の間の狭い凹部に振動吸収体を設置することを回避できるため、形成方法の幅が広がる。また、振動吸収本体の厚みを薄くすることで、印刷等による形成を可能にする。すなわち、使用できる振動吸収体の種類、振動吸収体の形成方法の汎用性が広がる。
電極と台座を同じ導電性材料で構成することにより、電極形成時に台座も形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
スクリーン印刷により、電極間間隙という微細な部分に、高精度で振動吸収体を配置することが可能となる。スクリーン印刷は原理的に凹部への印刷は不得手であるが、台座を設けることにより容易に高精度な印刷が可能となる。振動吸収本体は、電極付き基板と圧電フィルムとを固着する接着剤としての役割を果たすことが望ましく、スクリーン印刷は他の汎用印刷法に比べて厚膜の印刷が可能であることから、印刷であっても、所定の厚みを有する振動吸収本体を形成することができるので、信頼性の高い接着が可能となる。
基板がプラスチックフィルムであることにより、可撓性を有する感圧センサを得ることができる。
電極と台座を1つの工程で作製することができるので、製造の簡便化が図られるとともに、振動吸収本体の厚みを薄くできるので、印刷により振動吸収本体を形成することができる。
本発明の第1実施形態に係る感圧センサ10について、図3に基づいて説明する。
図3Aは、感圧センサ10の厚み方向断面図であり、図3Bは、図3Aの感圧センサ10のP−P’で切断した断面を電極が配設している方向からみた図である。
また、振動吸収体15の厚みは(t+40)μm以下であることが好ましい。振動吸収体15が分厚くなりすぎると、振動吸収体15に基づき、電極-圧電フィルム間距離のバラツキが大きくなる原因となるためである。
同一の基板に配設される電極間の距離が2mm以下の場合、印刷により振動吸収体を形成することが好ましい。フィルム幅2mm以下の接着フィルムでは剛性が不足して変形しやすくなるため、位置精度よく積層することが困難となるためである。
同一基板に配設される電極間距離が0.2mm以下の場合、接着フィルムを全面に積層、もしくは液状接着性物質を全面に塗工、乾燥した後に、感光材料の積層と露光現像により必要部分を残す方法により振動吸収体を形成することが好ましい。当該方法であれば、高精度に配設位置を調節することができる。
尚、振動吸収体を接着剤で構成する場合、振動吸収体により基板と圧電フィルムが固定されるので、周縁部における圧電フィルムと電極付き基材フィルムとの接合は、必須ではない。
本発明の第2実施形態に係る感圧センサについて、図5及び図6に基づいて説明する。第2実施形態の感圧センサ20では、振動吸収体として、台座と振動吸収本体との組み合わせを用いており、さらに電極の一部が台座を兼ねている。
振動吸収本体を接着剤で構成する場合、台座上に、接着剤を塗布又は印刷することにより振動吸収本体を配設することができる。この場合、接着剤の厚みは2μm以上100μm以下とすることが好ましく、より好ましくは5μm以上50μm以下、更に好ましくは7μm以上30μm以下である。厚みが薄すぎると、強い接着力が得られず、また繰り返しの応力、振動の負荷、ヒートサイクル等の環境負荷に対する接着信頼性が低下するためである。また厚過ぎると、厚みがばらついたり、滲みが発生し易くなり精度良い印刷が困難になるためである。
振動吸収体として、台座及び振動吸収本体との組み合わせを使用し、さらに前記台座として、電極を構成する導電性材料と同じ導電性材料で構成される感圧センサは、以下の製造方法により好ましく製造することができる。
前記振動吸収本体を前記台座上に印刷して前記振動吸収体を形成する工程;及び
前記振動吸収体及び前記電極が形成された基板を、前記圧電フィルムに当接する工程
を含む。
形成される電極パタ―ン及び台座は、第1実施形態で示すようなマトリックス状の電極と電極間間隙に連続的に形成される台座であってもよいし、マトリックス状に配列された電極と電極間間隙に台座が点在するように形成してもよい。また、第2実施形態で示すように、帯状電極と、電極間間隙に台座が点在するように形成してもよい。また、第2実施形態のように電極の一部が台座を兼ねていてもよい。
厚さ25μmのポリイミド樹脂に厚さ18μmの銅箔を積層したCCL(Copper Clad Laminate)の銅箔をエッチングして、図7に示すように、一辺(L)3mmの正方形の電極32を間隔(d)2mmでマトリックス状に配置するとともに、一辺(la)1mmの正方形の台座37a及び一辺(lb)1.5mmの正方形の台座37b、並びに図示しない細配線及び外部端子を形成した。このとき、電極32は、細配線により外部端子と電気的に接続されている。さらに、台座37a,37b上に、接着剤をスクリーン印刷により印刷して、厚み15μmの振動吸収本体38a(Φa=0.8mm),38b(Φb=1.2mm)を形成した。振動吸収体35aは台座37aと振動吸収本体38aとから、振動吸収本体35bは台座37bと振動吸収本体38bとから構成される。
アクリル樹脂(新中村工業製「バナレジンGH−7190」): 100質量部,
エポキシ樹脂(DIC社「EPICLON−N740」): 34.0質量部,
シリカ微粉末(日本アエロジル社「AEROSILRX300」): 3.8質量部,
消泡剤(ビックケミージャパン社「BYK−54」): 2.0質量部,
酸無水物(日本理化社「リカシッドMH−700」): 30.1質量部,
イミダゾール(四国化成社「2E4MZ」): 3.8質量部,
ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート: 140質量部。
振動吸収体を形成しなかった以外は実施例と同様にして感圧センサを作製した。
上記で作製した実施例及び比較例の感圧センサを測定サンプルとして、圧電フィルムの両面に形成された電極対に配線された外部端子を電気的に接続し、図9に示すように、重さ0.3gの鉄球を20cmの高さから電極Dの位置に向けて自由落下させた。落下により発生した電圧を、各電極位置A〜Gにて測定した。各測定サンプルにおける電極位置と発生電圧の関係を示すグラフを図10に示す。なお鉄球落下により発生する電圧の「最大値-最小値」をその測定での測定値とし、鉄球落下による測定を5回行い、平均値を電極の発生電圧値とした。図10中、実施例サンプルの結果は実線で示し、比較例サンプルの結果は破線で示す。
図9に示すように、実施例及び比較例の測定サンプルをセットし、電極位置A,D,Fそれぞれについて、鉄球を自由落下させたときの発生電圧の波形をオシロスコープにより測定した。結果を図11に示す。
1,11,21 圧電フィルム
2,12,12’,32 電極
3 基板
13,23 第1基板
13’,23’ 第2基板
4 接着剤
14,24 第1の電極付き基板
14’,24’ 第2の電極付き基板
15,15’,25,25’,35a,35b 振動吸収体
16,16’,26 空隙
22,22’ 帯状電極
27,27’,37a,37b 台座
28a,28b,28a’,28b’,38a,38b 振動吸収本体
19,29 接合部
Claims (8)
- 加圧入力を電圧に変換する圧電フィルム;並びに
前記電圧を取り出すための電極が複数配設されている第1及び第2の電極付き基板を備え、
前記第1及び第2の電極付き基板で、前記圧電フィルムを挟持することにより、前記第1の電極付き基板が受けた力により発生した電圧を検出する感圧センサであって、
前記第1の電極付き基板上に配設された電極間に、隣接する電極が受けた加圧入力に伴って発生する振動を吸収する振動吸収体が配設されており、
前記振動吸収体とこの振動吸収体に隣接する電極との間に、空隙が設けられている感圧センサ。 - 加圧入力を電圧に変換する圧電フィルム;並びに
前記電圧を取り出すための電極が複数配設されている第1及び第2の電極付き基板を備え、
前記第1及び第2の電極付き基板で、前記圧電フィルムを挟持することにより、前記第1の電極付き基板が受けた力により発生した電圧を検出する感圧センサであって、
前記第1の電極付き基板上に配設された電極間に、隣接する電極が受けた加圧入力に伴って発生する振動を吸収する振動吸収体が配設されており、
前記振動吸収体は、台座とこの台座上に設けられた振動吸収本体とから構成されている感圧センサ。 - 前記振動吸収体は、台座とこの台座上に設けられた振動吸収本体とから構成されている請求項1に記載の感圧センサ。
- 前記台座は、前記電極を構成する導電性材料と同じ導電性材料で構成されている請求項2又は請求項3に記載の感圧センサ。
- 前記振動吸収体により、前記第1の電極付き基板と前記圧電フィルムとが固着されている請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の感圧センサ。
- 前記振動吸収本体は、スクリーン印刷により形成されたものである請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の感圧センサ。
- 前記第1及び第2の電極付き基板を構成する各基板は、プラスチックフィルムである請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の感圧センサ。
- 基板上に積層された導電性材料の一部を除去することにより、電極及び台座を形成する工程;
振動吸収本体を前記台座上に印刷して振動吸収体を形成する工程;並びに
前記振動吸収体及び前記電極が形成された基板を、圧電フィルムに当接する工程
を含む、感圧センサの製造方法。
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