JPS62130321A - 圧力検知器 - 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〕 この発明は、圧力センナや圧力スイッチとして利用でき
る圧力検知器に関するものである。

〔従来の技術〕

第１１．１２図は、例えば実開昭６０−３９５２３号公
報に示された従来の圧力検知器としての導電ゴムスイッ
チである０図中１は導電ゴムシートまたは櫛目電極、２
は相互に適宜の間隔を有する少なくとも３個の絶縁性突
起３を突設した他の導電ゴムシートであり、両導電ゴム
シート１．２は無圧状態では接触しないように絶縁性突
起３を介して積層されている。４は少なくとも１個の先
細状の弾性突起５が上記の絶縁性突起３に重ならない位
置に設けられたゴムや合成樹脂からなる可撓性シートで
あり、導電ゴムシート２の上に重ね合わせである。６．
７は電極、８は電源、９は電流計である。

このように構成された積層構造の複合導電ゴムスイッチ
１０は、可撓性シート４に圧力が加えられていない時、
隔離された電極６，７間の抵抗は無限大であり、全く電
流が流れない、可撓性シート４に圧力が加わると鎖線で
示したように導電ゴムシート２かわん曲して導電ゴムシ
ー）１に接触し、電極６，７の間で直列抵抗回路が形成
され電流が流れる。この電流イ＾は可撓性シート４を押
圧する圧力により変化する接触部の抵抗に応じて変化す
るから、この電流を測定することにより加えられた圧力
の大きさを知ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

外圧力により変形して固定電極に接触する接触子が導電
ゴムシートであり、該導電ゴムシートは前記固定電極と
無圧状態では接触しない様に絶縁性突起を介して絶縁隔
離されている。このため。

（イ）低圧力での圧力検出が出来なかったり、（ロ）導
電ゴムシートの永久歪により電極との間隔が経時的に変
化するため圧力の検出バラツキが大息かったり、（ハ）
圧力の変化に対する抵抗値の変化が直線的でないため、
演算回路等による補正を必要とする堂どの不具合があり
、かなり大ざっばな荷重の検出（例えば、自動車の通過
台数検出）には使用出来ても、正確さを要する荷重の検
出（例えば、物体の重量測定）には使用することが出来
ないという問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たものであり、正確なしかも再現性の高い圧力検出器を
提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するこの発明は、少なくとも１対の電
極を有して印刷等の手段により形成された抵抗回路基板
と、導電性弾性材からなり、前記抵抗回路基板と常時接
触を保つと共に、無加圧状態から加圧状態に及びその接
触面積が漸次変化して、電気的に並列の可変抵抗回路を
形成するブロック接触子とを備えたことを特徴とする圧
力検知器である。

〔作用〕

この発明における抵抗回路基板は、印刷等の手段により
必要な抵抗値に予め調整容易で、しかも必要に応じて任
意のパターンを自在に形成できる。一方、導電性弾性材
からなるブロック接触子は、抵抗回路のパターンに応じ
て１点接触、線接触、面接触等の各タイプを形成できる
。それらの接触子は抵抗回路基板に無圧状態で接触して
おり、零からの圧力検出が可能である。また、抵抗回路
で初期値設定をするから、安定した圧力検出能力がある
。しかも、抵抗値の変化は接触子と抵抗回路との接触部
分だけで計測され、各々の形状を最適に定めることで直
線的な圧力／抵抗値特性が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づき説明する。第
１図は圧力検出器の縦断側面図であり。

図中１１は少なくとも１対の電極Ｅ、、Ｅ２を有して、
印刷等の手段により所定の回路パターンが形成されてい
る抵抗回路基板、１２はこの抵抗回路基板１１と常に弾
性的に接触すると共に、無加圧状態から加圧状態に及び
、その接触面積が変化するブロック接触子、１３は抵抗
回路基板１１にブロック接触子１２を安定して接触させ
るべく。

外力を正確にその接触子１２に伝えるためのプランジャ
、１４は以上の各構成部品１１〜１３を収容するケース
である。

更に詳述すると、抵抗回路基板１１は、電気絶縁性の樹
脂材料よりなる基板１１ａの表面に、銅などからなる電
極Ｅ＋　、Ｅ２　　（必要に応じて金等のメッキを施す
）を形成し、その電極Ｅ、、Ｅ２間は導電性インクを用
いた印刷回路１５で連かれている。第２図〜第４図はこ
のようにして形成された印刷抵抗回路パターンを例示し
たものであり、第２図のものは、１対の電極８１〜２２
間を、均一な寸法の１本の線状パターンを有する印刷回
路１５で連結している。第３図のものは、１対の電極８
１〜２２間を中央部で最も狭く、電極に近づくにつれ線
幅が広がる不均一パターンを有する印刷回路１５で連結
している。第４図のものは、電極Ｅ１〜Ｅ２が２対あり
、それぞれに第２図のものと同様、均一幅の１木の線状
パターンを有する印刷回路１５で連結され、並列に形成
された印刷回路１５．１５間は絶縁されている。

ブロー２り状の接触子１２は、ゴム等の高分子弾性材料
に、カーボンブラック等の導電性付与剤を添加して得ら
れる公知の導電性弾性材から成形加工される。その形状
は、抵抗回路基板１１との接触部において、無加圧時は
点接触（又は線接触）であり、加圧力の増大に伴い、接
触部面積が増大する形状が好ましい、第５，６図はその
形状の一例を示すものであり、第５図のものは円筒胴部
１２ａと傾創角αの円錐状頭部１２ｂを有する中実構造
に、一方第６図のものは上記と同様の外形に対し肉厚（
ｄ）となるように凹部１２ｃを形成した構造に成形され
ている。このような接触子１２の比抵抗は、印刷抵抗回
路１１の電極Ｅｌ、Ｅ２間抵抗に比抵抗、遥かに小さい
ものが好ましい。

プランジャ１３は、合成樹脂等の絶縁材料から成り、一
端には接触子１２を取り付ける凹み１３ａがあり、他端
に外圧力を加える突起部１３ｂがある。１３ｃは接触子
１２が加圧変形した際の逃げとなる凹部である。プラン
ジャ１３はケース１４から突出させた突起部１３ｂが押
圧されると。

ケース１４の内壁に案内されて摺動し、接触子１２を加
圧する。

上記のブロック接触子１２と抵抗回路基板１１の各パタ
ーンとの組み合わせ方により、種々の圧力／抵抗特性が
得られる。すなわち、第２図に示される抵抗回路パター
ン（以下、「Ａパターン」という）及び第３図に示され
る抵抗回路パターン（以下、「Ｂパターン」という）に
ブロック接触子１２を組み合わせる場合は、いずれも各
パターンの印刷回路１５の中心部０にブロック接触子１
２の円錐頂点１２Ｐｔ−接触させるように組み込む。こ
のようにした場合の圧力検知器の初期抵抗は、印刷抵抗
回路自体の抵抗Ｒｏ（パターンの電極間抵抗）となり、
線幅、線長等を２１節することで、予め正確、な値に制
御することが容易である。

この初期状態からプランジャ１３を介して圧力による荷
重が増加していくと、印刷回路１５と接触子１２の先端
１２Ｆとの接触面積が増加していき、互いに接触した部
分が電気的に並列回路を構成して、電極間抵抗が減少し
ていくことになる。

いま、印刷抵抗回路の初期抵抗をＲｏ、荷重Ｆ時の抵抗
をＲとし、この時の接触子１２と印刷回路１５との接触
径をり１回路の電極間距離をＬ、接触子１２の体積固有
抵抗値をσすると、で表わされる。

ここに接触径りは荷重Ｆと比例関係にあるため、荷重増
加に伴ない端子間抵抗が減少することになる。荷重変化
ΔＦの時、接触径がΔＤだけ変化したとすると、端子間
抵抗の変化ΔＲは。

となる、従って、ΔＤが増加であれがΔＲは減少し、Δ
Ｄが減少であればΔＲは増加する。

また、ＲＯがσに対して非常に大きい場合はが容易とな
る。

これに対して、ブロック接触子１２を、第４図に示され
る抵抗回路パターン（以下「Ｃパターン」という）に組
み合わせる場合は、接触子１２の円錐頂点１２ＰをＣパ
ターンの中間にある中心点０ａｕｔに接触させるように
組み込む、このようにすると、ある圧力状態以上で接触
子１２かつぶれて両印刷回路１５．１５間を連結したと
き始めて導通可使であり、スイッチを兼ねた圧力検知が
行える。

次に各種の実験例に基づいて作用を説明する。

〈実験例１〉 導？ｌｔ性シリコーンゴムＫＥ−３６０ＩＵ　（信越化
学製）を用いて、外径φ１２ｍ５傾斜角α＝２０度の接
触子（第５図）を加工し、線幅Ｗ＝０．５重量電極間Ｌ
　＝　１２ｍ層のＡパターンを有する抵抗回路基板と接
触させたところ、無加圧時に１２にΩであった電極間抵
抗値が、加圧ＩＫｇで８にΩまで徐々に減少する良好な
圧力応答性が得られた（第７図、線２０参照）。

〈実験例２〉 中央部線幅Ｗ　Ｈ−０，５ｍｍで電極に近づくにつれて
線幅が広がり電極部に於ける線幅Ｗ２が８■層、電極間
距離りが１２■■のＢパターンの抵抗回路基板を、接触
子（第５図）と接触させたところ、無加圧時に５にΩで
あった電極間抵抗値が加圧ＩＫｇでＩＫΩまでほぼ直線
的に抵抗値変化をする非常に良好な圧力応答性が得られ
た（第７図、線２１参照）。

（実験例３〉 線幅Ｗ−０，５１ｍ’ｉｌｔ極間距離Ｌ１２−脂の抵抗
回路を２水平行に４鳳■の間隔で形成したＣパターンの
抵抗回路基板に、接触子（第５図）を接触させたところ
、無加圧時に閉回路で１２にΩ開回路で無限大であった
電極間抵抗値が１Ｋｇの加圧で、８．５にΩまで徐々に
減少する良好な圧力応答性が得られた（第７図、線２２
参照）。

この場合、　０．２Ｋｇの加圧までは閉回路の場合には
電極抵抗値の変化が見られず、開回路の場合には無限大
抵抗値のままであり、　　０．２Ｋｇ付近の加圧力で開
回路の場合に電極間抵抗値が閉回路の場合と合致する様
になり、スイッチとしての挙動を併せ持った圧力検出器
が得られた。

〈実験例４〉 導電性シリコーンゴム５ＲＸ−５３９ＵＦ（トーレシリ
コーン製）を用いて外径φ１２ｍｍ、傾斜角α＝１５度
で凹部１２ｃを有する接触子（第６図）を成形し、実験
例２で用いたＢパターンの抵抗回路基板（第３図）との
接触加圧を行ない、肉厚ｄのちがいによる電極間抵抗の
圧力応答性に及ぼす影響を調べた。第８図は、ｄの厚さ
が■４■■、■３ｍ層、■２層層、■１＋＋ｖ＋の場合
に於ける加圧力と接触面積の関係を示すグラフであり、
圧力増加に伴ない接触面積が増加し、肉厚が薄くなる程
圧力に対する接触面積の増加率が高いことがわかる。

第９図は、ｄの厚さが変ることにより電極間抵抗値の圧
力応答性の変化を表わしたグラフである。これによると
、接触子の肉厚ｄが圧力応答性に大きく関与し、圧力の
範囲に応じて寸法形状を変える必要があり、第８図、第
９図を対比することにより、接触子が圧力に応じて変形
し接触面積の変化となり、電極間抵抗を変化させている
事が分かる。

なお、接触子１２に予めスプリングを介して１Ｋｇの荷
重を加え変形させた状態で抵抗回路基板ｌｌに接触させ
ておき、外圧力を加えると前記スプリングによる荷重が
減少するように構成した圧力検知器（図示せず）によれ
ば、外圧力が１Ｋｇ以上になると、電極間抵抗値が徐々
に増加する特性が得られた（第１０図参照）。

〔発明の効果〕

以上説明できたように、この発明によれば。

（イ）接触子が抵抗回路基板に無圧状態で接触している
ため、圧力の検出はＯから可能であり、−（ロ）抵抗回
路によって初期値設定をするため、安定した圧力検出能
力がある。また、（ハ）抵抗値の変化は接触子と抵抗回
路の接触部分だけで計測され、圧力検出範囲の要求に応
じて接触子の形状と抵抗回路の形状を決めることによっ
て、圧力変化に対応して抵抗値変化を直線的にすること
が可能である。この様な改良によってこの発明は。

従来成し得なかった正確な圧力を検出することを可能に
し従来の一般的な圧力センサである金属センサや半導体
センサより安価で実用的な圧力検出器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る一実施例の縦断側面図、第２図
、第３図、第４図はそれぞれこの発明の抵抗回路パター
ンの例を示す平面図、第５図。 第６図はそれぞれこの発明の接触子の例を示す半断面側
面図、第７図〜第１０図はこの発明に係る実験データの
グラフで、第７図は抵抗回路パターン別の荷重（圧力）
／抵抗特性図、第８図は接触子肉厚（ｄ）をパラメータ
とする荷重／接触面積特性図、第９図は同じく肉厚（ｄ
）をパラメータとする荷重／抵抗特性図、第１０図は他
の構成による荷重／抵抗特性図、第１１図は従来の圧力
検知器の一例を示す平面図、第１２図は第１１図の双−
■断面図である。 図中、Ｅ、、Ｅ２は電極、１１は抵抗回路基板、１２は
（ブロック）接触子である。 第１図 第２図　　　　　第３図 第４図 第５図 第６図 第７図　　　　　第８図 第１１図 第１２図 手続補正書 昭和６１年　２月　５日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第２６９５４４号 ２、発明の名称 圧力検知器 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 氏　名　　　　東京都千代田区麹町２丁目７番地名　称
　　　　　興國ゴム工業株式会社代表者　　　江野　友
來 ４、代理人 住　所　　　　東京都港区新橋３丁目３番１４号田村町
ビルディング ５゜補正命令の日付　　自　　　全 図」の各欄） ７、補正の内容 （１）明細書の第６頁第３行の「寸法」を「幅」に訂正
する。 （２）同書第１０頁第３行のｒ３１３０ＩＪをｌ’３６
０１Ｊに訂正する。 （３）同書第１３頁第３行の「説明て」を「説明して」
に訂正する。 （４）図面の第８図を別紙の通り訂正する。 （５）図面の第１１図を別紙の通り訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも１対の電極を有して印刷等の手段により形
   成された抵抗回路基板と、導電性弾性材からなり、前記
   抵抗回路基板と常時接触を保つと共に、無加圧状態から
   加圧状態に及びその接触面積が漸次変化して、電気的に
   並列の可変抵抗回路を形成するブロック接触子とを備え
   たことを特徴とする圧力検知器。