CN102159927A - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供压力传感器，该压力传感器能够以好的生产率层叠感压墨层和电极，容易利用载荷控制感压墨层和电极的接触，利用载荷的感压墨层与电极间的电阻值的再现性好，能够高精度地测定压力。在基材膜(31)上使一对电极(16a、16b)和电特性根据按压力而变化的感压墨层(30)并列排列而形成的压力传感器(40)中，基材膜(31)的形成有感压墨层(30)的部分以使感压墨层(30)和一对电极(16a、16b)接触的方式向内侧折弯，从而制作压力传感器(40)。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及用于测定施加于面的外力中与该面垂直的方向成分的压力分布的压力传感器。

背景技术

现有技术中，作为测定施加于某面的外力的压力分布的压力传感器，例如能够举出专利文献1所记载的压力传感器。如图1所示，该压力传感器采用层叠两块膜，在上层配置有上部电极，在下层有配置下部电极，在两者之间配置有感压墨层的结构。

当对上侧的膜施加压力时，仅被施加压力的部分在上下方向上成为导通状态。因此，以仅在与该部分对应的下部电极得到输出，而进行压力分布的检测的方式构成。例如，通过将该压力传感器设置在车辆用座椅的内部，能够判断乘客是否坐于该座椅，并且能够根据压力分布判断乘客的体格。

即，专利文献1公开的压力传感器，在被施加压力时，两电极隔着感压墨层接触，并且根据与施加于感压墨层的压力对应的电阻值的变动测定压力。

此外，本申请人提出了在下部膜上设置一对电极，以形成在上部膜的感压导电层墨覆盖该一对电极的结构的压力传感器。在该压力传感器中，在下部膜上设置有一对电极，在通常的时候，设置在上部膜的感压导电层墨覆盖电极，因此不需要配置用于空气层的空间。由此，能够根据电极设置形状形成任意形状的传感器。而且，通过将一对电极形成为框状，将压力传感器的中央部分形成为透明，能够在该透明部分配置触摸面板等。

专利文献1：日本特开2002-48658号公报

但是，即使是上述结构的压力传感器，为了得到中央部分的高透明性(光线透过率)，需要至少将上部膜或下部膜中的任意一方形成为中空的框状。但是，中空的框状的膜容易褶皱，难以定位，因此存在层叠操作复杂且生产率低的问题。

此外，如果中空的框状的膜由于长年的使用而导致膜老化，则产生膜下垂等问题，难以利用载荷控制感压墨层与电极的接触。因此，利用载荷的感压墨与电极间的电阻值的再现性低，难以高精度地测定压力。

发明内容

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种压力传感器，其能够解决膜下垂的问题，能够以良好的生产率进行感压墨层和电极的层叠，能够容易地利用载荷控制感压墨层与电极的接触，并且利用载荷的感压墨与电极间的电阻值的再现性好，能够高精度地测定压力。

本发明为了解决上述技术问题，提供以下结构的压力传感器。

本发明的压力传感器的第一特征结构是，在基材上使一对电极和电特性根据按压力而变化的感压墨层并联而形成的压力传感器中，上述基材的形成有上述感压墨层的部分以使上述感压墨层和上述一对电极接触的方式向内侧折弯。

第二特征结构是，上述基材的形成有上述感压墨层的部分，以相对于上述基材的形成有上述一对电极的部分凸状突出的方式形成，其根部向内侧折弯。

第三特征结构是，在上述根部形成使得容易向内侧折弯的半切断或虚线状的穿孔。

第四特征结构是，在上述根部的两侧上形成有防止折弯至内侧时向外侧突出的切口。

根据本发明的压力传感器的第一特征结构，不使用前面所述的中空的框状的膜，而仅使用一块基材膜形成电极和感压墨层。由此具有下述效果：不会产生膜下垂的问题，容易利用载荷控制感压墨层和电极的接触，利用载荷的感压墨层与电极间的电阻值的再现性好，能够高精度地测定压力。

根据第二特征结构，均以相同方式折弯，因此感压墨层和电极的位置关系必然被决定，定位变得容易。结果，具有能够以良好地生产率层叠感压墨层和电极的效果。

根据第三特征结构，折弯容易，因此感压墨层和电极的定位更为准确。结果，具有能够以更好的生产率层叠感压墨层和电极的效果。

根据第四特征结构，折弯线的部分设定在内侧，因此具有即使在折弯时发生膨胀，制品的外形形状也不会出现问题的效果。

附图说明

图1中(1)是表示本发明的压力传感器的实施方式的概要结构的截面图，(2)是(1)中所示的A部分的放大图；

图2中(1)是表示折弯基材膜之前的状态的概要结构的底面图，(2)是表示(1)中所示的基材膜的变形例的底面图；

图3中(1)是图2(2)中所示的B部分的放大图，(2)是表示(1)中所示的根部的第一变形例的图，(3)是表示(1)中所示的根部的第二变形例的图；以及

图4是表示电极的变形例的图。

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的压力传感器的实施方式。

如图1(1)所示，压力传感器40组装于便携式电话机、智能手机、PDA、自动导航系统装置、数字照相机、数字摄像机、游戏机等电子设备中。此处以携式电话机1为例进行说明。

便携式电话机1包括：合成树脂制造的壳体2；设置于壳体2的具有液晶或有机EL等显示部的显示装置3；设置在显示装置3上的压力传感器40；以及设置在压力传感器40上的保护面板4。保护面板4和压力传感器40，以壳体2的上表面与保护面板4的上表面大致一致的方式层叠收纳在配合显示装置3的设置位置而形成的壳体2的凹部。

保护面板4在俯视图中为矩形形状。保护面板4的上表面包括：透明的显示窗部8，其能够从外部观察显示装置3的显示部，并且与该显示部对应形成；以及装饰部9，其能够隐藏内部，形成在显示窗部8的周缘。对于保护面板4而言能够选择使用以下两种，具有基于对保护面板4的触摸操作，检测作为该操作位置的X-Y坐标的所谓的触摸输入功能的保护面板，和不具有该触摸输入功能的保护面板。在具有触摸输入功能的保护面板中，能够选择电阻膜方式、静电电容方式和电磁感应方式等。

如图2(1)所示，压力传感器40包括：基材膜31，其具有在俯视图中为矩形形状的部分和从矩形的四边的各个边突出的梯形形状的部分；一对电极16a、16b，其沿着基材膜31的矩形形状部分的周缘形成为环状；以及感压墨层30，其以与一对电极16a、16b并列排列的方式形成在基材膜31的梯形形状部分。感压墨层30是通过被按压而电特性变化的层。以图2(1)的双点划线所示的折弯线50作为轴，梯形形状部分以使一对电极16a、16b和感压墨层30接触的方式向内侧折弯。

如图1(1)所示，在基材膜31的梯形形状部分被折弯的状态下，压力传感器40安装于壳体2。此时，在保护面板4的装饰部9的下表面与壳体2的支承部2a之间，感压墨层30和一对电极16a、16b以相互相接的方式配置。利用这样配置的压力传感器40，能够进行对保护面板4的按压操作的检测(Z坐标的检测)，保护面板4具有感压功能。

形成有感压墨层30的梯形形状部分以相对于形成有一对电极16a、16b的矩形形状部分向外侧凸状地突出的方式形成。因此，容易沿着作为其根部的折弯线向内侧折弯，能够容易地使感压墨层30和一对电极16a、16b接触。

此外，形成有感压墨层30的基材膜31的梯形形状部分形成为，在如图2(1)所示那样折弯时不会重合的形状。通过这样形成，在对保护面板4进行按压操作时，针对保护面板4的压力施加于感压墨层30与按压操作位置无关，感压墨层30导通。由此，能够稳定且更准确地检测针对保护面板4的按压操作。

只要保护面板4的刚性高不会挠曲，则即使按压操作位置有一些不同，也能够稳定且更准确地检测按压操作。在这样的情况下，如图2(2)所示，优选将感压墨层30形成为，在形成有一对电极16a、16b的基材膜31的矩形形状部分的四角部，以长方形形状或梯形形状凸状突出。这是因为，这样形成的话，感压墨层30的面积变小，压力集中施加，感压灵敏度提高。此外，这是因为折弯操作也容易进行，感压墨也可以较少。另外，凸状突出的形状并不限定于图2(1)和(2)的例子。

如图3(1)所示，在基材膜31的凸状突出而形成的根部分28上，也可以沿着折弯线50，形成为了使得容易向内侧折弯的半切断或虚线状的穿孔。这是因为，折弯位置能够正确且容易地被设定，因此感压墨层30和电极16a、16b的定位更为准确。半切断意味着以不完全切断的程度切割基材膜31。此外，虚线状的穿孔为线状孔眼等的形状，意味着贯通基材膜31的多个切割部分和非贯通部分相连接的切割。半切断或虚线状的穿孔的设置，可以在感压墨层30的形成前，也可以在形成后。

为了形成半切断，可以使用汤姆逊法、激光法、模切法等。即，如果是汤姆逊法，则在压力机上固定汤姆逊刀具，将膜设置在规定位置之后，通过加压进行切入。在为激光法、模切法等时，使激光或模具扫描进行切割的部分而进行连续的切入。此外，为了形成虚线状的穿孔，可以使用汤姆逊法、激光法等。即，使用具有锯齿形状的刀具前端的汤姆逊刀具进行加压即可。此外，在激光法中，激光扫描进行切割的部分，间歇性地照射激光而进行处理。

如图3(2)和(3)所示，在基材膜31的凸状突出而形成的根部28上，也可以形成用于防止折弯至内侧时延伸到外部的切口29。此处所说的切口是指，通过上述加压等加工得到的基材膜31的V字形状或四边形状等的凹部。作为切口29的形状，能够举出图3(2)和(3)那样的形状，但并不限定于此。尺寸优选是在0.5mm到数mm左右的范围，这是对基材的外观不造成影响的程度。

感压墨层30是电阻值根据按压力的大小而变化的模拟型。作为感压墨层30的材料，能够使用一种以上的金属、其它的导电性或半导体的元素和氧化物、或者导电性或半导体的有机或无机聚合物。更详细地说，是钛、钽、锆、钒、铌、铪、铝、硅、锡、铬、钼、钨、铅、锰、铍、铁、钴、镍、铂、钯、锇、铱、铼、锝、铑、钌、金、银、镉、铜、锌、锗、砷、锑、铋、硼、钪、以及镧系和锕系的金属中的一种以上，以及适当的至少一种以上的导电性剂。导电性的填充剂可以为非氧化状态中的基本要素。此外，也可以为导电性材料的粉体、粒、纤维。优选是直径0.04～0.2μm的球状。另外，分散量配合压力灵敏度适当地进行调节即可。

感压墨层30的粘合剂，使用玻璃化温度(Tg)在高于室温的温度区域的树脂。作为材质的例子，有氯乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂、丙烯酸树脂、聚氨脂树脂、聚酯树脂、环氧树脂、氯化聚烯烃、硝化纤维素树脂、乙基纤维素树脂、聚酰胺树脂、光固化性树脂等。

感压墨层30的形成例如能够使用丝网印刷、辊涂机法(roll coater method)、滴涂器法等，直接形成在保护面板4的背面周缘部。另外，将感压墨层30通过丝网印刷、胶版印刷、凹版印刷、凸版印刷等通常的印刷方法形成在基材膜31上，将该形成有感压墨层30的基材膜31贴附在保护面板4的背面的方法，能够选择适于辊对辊(R to R)等量产的印刷方法，基于该点优选。另外，在形成有感压墨层30的基材膜31覆盖保护面板4的整个背面的情况下，在贴附后安装保护面板4的线缆。

作为形成感压墨层30并贴附于保护面板4的背面的基材膜31，能够使用聚碳酸酯系、聚酰胺系、聚醚硐系等工程塑料、丙烯酸系、聚对苯二甲酸乙酯系、聚对苯二甲酸丁二醇酯系等的树脂膜等。

感压墨层30的膜厚为1～200μm。当膜厚超过200μm时，不能够形成印刷层，而且难以应用于移动设备那样的要求厚度较薄的制品。此外，当膜厚低于1μm时，感压墨层30的压力检测特性产生偏差。

如图1(2)所示，在从各电极16a、16b延伸出来的FPC等引线17的端部上，设置有与在壳体2的内部设置的控制部20连接的连接器18。即，向保护面板4的输入载荷，经由引线17和连接器18传递至控制部20。当向保护面板4的输入载荷为阈值以上时，控制部20判定为进行了保护面板4的按压操作。具体地说，当经由连接器18传递来的一对电极16a、16b间的电阻值为规定的阈值以下时，控制部20判断为进行了保护面板4的按压操作。如图4所示，作为一对电极16a、16b的变形例，举出梳齿电极。

实施例1

(感压墨层、电极形成)

在由100μm厚的聚碳酸酯膜形成的基材膜31上，利用银膏使用丝网印刷法形成一对梳齿电极16a、16b。利用在其周围将直径0.04～0.2μm的球状的钛粉体分散在氯乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂中的感压墨层，使用丝网印刷法形成感压墨层30。

(基材膜的冲压)

对形成有上述感压墨层30和电极16a、16b的基材膜31，使用汤姆逊法进行冲裁成形，使得如图2(1)所示，以形成有一对电极16a、16b的基材膜31的矩形形状部分的四边作为下底的梯形突出出来。在进行该冲裁时，沿着折弯线50的线状孔眼状的虚线状穿孔和图3(2)或(3)所示的切口29同时形成。

(基材膜的折弯)

以虚线状穿孔作为折线，将形成有感压墨层30的梯形形状部分向内侧折弯，将上述冲裁后的基材膜31，以感压墨层30和电极16a、16b接触的方式层叠，并牢固地固定。将以该感压墨层30和电极16a、16b接触的方式折弯后的基材膜31贴附在保护面板4的背面。

(保护面板的评价结果)

(1)压力检测评价

测定对具有以上述结构得到的感压墨层30的带触摸输入功能的保护面板4的表面，以尖端为R0.8的聚甲醛笔按压时得到的感压墨层30的电阻值的变化。在该测定中能够得到，根据0～2N(约200gf)间的笔输入载荷的增大，感压墨层30的电阻值逐渐下降的结果，能够确认能够以电阻值的变化检测笔输入载荷。

(2)高温环境下的耐久性评价

将具有以上述结构得到感压墨层30的带触摸输入功能的保护面板4放置在85℃的高温环境下16小时之后，进行压力检测的动作确认。结果，在放置在高温环境下之后，基本观察不到F-R特性的变化。

以上，在以上述结构得到的保护面板4中，在对保护面板4的表面进行按压操作的情况下，对保护面板4的压力施加于感压墨层30，分散在层中的导电性材料相连接，感压墨层30和电极16a、16b导通。而且，当更强力按压保护面板4时，感压墨层30的变形变大，导电性材料的连接部分增大，电阻值变小。

即，该保护面板4具有作为可变式的压力传感器40的功能，该压力传感器40检测与对保护面板4的按压力的变化对应的电阻值的变化，能够检测触摸操作力或笔的笔压等。由此，在将该保护面板4例如应用于具有摄影功能的电子设备的情况下，能够用作根据对它的按压力的大小而使变焦速度变化的变焦开关或使快门速度变化的快门开关。此外，在应用于具有描绘功能的电子设备的情况下，能够用作根据对保护面板4的按压力的大小而使浓淡变化的笔压识别传感器。而且，该保护面板4即使在高温环境下使用，插入安装在保护面板4与壳体2的支承部2a之间的感压墨层30也不会膨胀。结果，不会产生灵敏度变低，与电极接触不良等问题。

实施例2

如图2(2)所示，在一对电极16a、16b的形成部分的四角部，以长方形或梯形状地凸状突出的方式构成基材膜31的感压墨层30的形成部分，除此之外与实施例1同样。结果与实施例1同样。

产业上的可利用性

能够应用于测定施加于面的外力中与该面垂直的方向成分的压力分布的压力传感器。

附图标记说明

1便携式电话机；2壳体；3显示装置；4保护面板；8显示窗部；9装饰部；16a、16b电极；17引线；18连接器；20控制部；28根部；29切口；30感压墨层；31基材膜；40压力传感器；50折弯线

Claims (4)

1.一种压力传感器，其通过在基材上使一对电极和电特性根据按压力而变化的感压墨层并列排列而形成，所述压力传感器的特征在于，

所述基材的形成有所述感压墨层的部分以使所述感压墨层和所述一对电极接触的方式向内侧折弯。

2.如权利要求1所述的压力传感器，其中，

所述基材的形成有所述感压墨层的部分，以相对于所述基材的形成有所述一对电极的部分凸状突出的方式形成，其根部向内侧折弯。

3.如权利要求2所述的压力传感器，其中，

在所述根部形成使得容易向内侧折弯的半切断或虚线状的穿孔。

4.如权利要求2或3所述的压力传感器，其中，

在所述根部的两端上形成有防止折弯至内侧时向外侧突出的切口。

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