CN106575698A - 压电元件以及弯曲检测传感器 - Google Patents
压电元件以及弯曲检测传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106575698A CN106575698A CN201580043966.6A CN201580043966A CN106575698A CN 106575698 A CN106575698 A CN 106575698A CN 201580043966 A CN201580043966 A CN 201580043966A CN 106575698 A CN106575698 A CN 106575698A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- mentioned
- reference potential
- piezoelectric element
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 19
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 31
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 14
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 10
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 4
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- 208000034530 PLAA-associated neurodevelopmental disease Diseases 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 Polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- NEIHULKJZQTQKJ-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Ag] Chemical compound [Cu].[Ag] NEIHULKJZQTQKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- SYSQUGFVNFXIIT-UHFFFAOYSA-N n-[4-(1,3-benzoxazol-2-yl)phenyl]-4-nitrobenzenesulfonamide Chemical class C1=CC([N+](=O)[O-])=CC=C1S(=O)(=O)NC1=CC=C(C=2OC3=CC=CC=C3N=2)C=C1 SYSQUGFVNFXIIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920006264 polyurethane film Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000005616 pyroelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1126—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6824—Arm or wrist
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6831—Straps, bands or harnesses
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/22—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in capacitance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/704—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/857—Macromolecular compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/877—Conductive materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0261—Strain gauges
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Physiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Biological Depolymerization Polymers (AREA)
Abstract
本发明涉及压电元件以及弯曲检测传感器,提供使静电电容增大化的、以电极夹持在一部分包含压电性树脂的薄膜的压电元件。压电部(23)通过在传感器元件(10)中利用信号电极(2)以及基准电位电极(5)夹持薄膜(3)来实现。电容器(24)通过利用信号电极(2)以及基准电位电极(4)夹持介电薄膜(1)来实现。电容器(24)与压电部(23)电并联连接。由此,传感器元件(10)与仅由压电部(23)构成的构成相比,能够使作为元件整体的静电电容增大化至静电电容CT(与CA+CB等值)。
Description
技术领域
本发明涉及以电极夹持在一部分包含压电性树脂的薄膜的压电元件。
背景技术
近年,已知有例如以电极夹持在一部分包含作为压电性树脂的聚偏氟乙烯的薄膜(以下,仅称为压电薄膜。)的压电元件。
例如,专利文献1公开了在电极的两主面配置由聚偏氟乙烯构成的压电薄膜,并且在最外层配置其它的两个电极,从而以电极夹持各压电薄膜而成的压电元件。
压电薄膜若在压电元件产生形变,例如产生向规定方向伸缩的形变,则使电荷产生。若在压电薄膜产生电荷,则在夹着压电薄膜的电极间产生电位差。因此,通过利用电压检测电路检测夹着压电薄膜的电极间的电位差,能够检测在压电元件产生了形变。以下,将夹着压电薄膜的电极间的电位差仅称为压电元件的电压。
专利文献1:日本特开平6-216422
压电性树脂与压电性陶瓷相比,压电薄膜的介电常数ε(F/m)比较小,所以静电电容较小。若单独地将专利文献1所记载的压电元件直接与电压检测电路连接,则产生以下的问题。
第一个是在压电元件产生的电压过大。若通过压电元件产生的电压过大,例如超过电压检测电路的驱动电压,则不容易精度良好地检测来自压电元件的输出电压。第二个是由于压电元件的静电电容较小,所以压电元件的电压被与电荷重叠的噪声较大地影响。第三个是由于压电元件的静电电容较小,所以时间常数较小,而电荷较快地从压电元件耗散。即,第三个问题是若电荷较早地从压电元件耗散,则在基于保持于压电元件的电荷,来检测压电元件的电压的电压检测电路中,能够检测电压的时间较短。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供使静电电容增大化的、以电极夹持在一部分包含压电性树脂的薄膜的压电元件。
本发明的压电元件在层叠方向依次配置第一基准电位电极、在一部分包含压电性树脂的薄膜、信号电极、具有绝缘性的介电薄膜、以及与上述第一基准电位电极电连接的第二基准电位电极,由于上述介电薄膜被上述第二基准电位电极以及上述信号电极夹持从而形成的静电电容比由于包含上述压电性树脂的薄膜被上述第一基准电位电极以及上述信号电极夹持从而形成的静电电容大。
在本发明的压电元件中,第一基准电位电极和第二基准电位电极与传感器部,或者,检测电路部电连接。从与第一基准电位电极以及信号电极电连接的电压检测电路,作为并列连接了以信号电极以及第一基准电位电极夹持薄膜的具有压电性的压电部、和以信号电极以及第二基准电位电极夹持介电薄膜的电容性元件的复合元件发挥电作用。
本发明的压电元件由于在具有压电性的压电部电并联连接静电电容比该压电部大的电容性元件,所以能够使作为整体的静电电容增大化。因此,本发明的压电元件在电压检测电路中,能够防止压电元件的电压过大而不能够进行检测、压电元件的电压被与电荷重叠的噪声较大地影响、能够检测压电元件的电压的时间变短的情况。
静电电容与电极间的介电常数ε(F/m)成正比例,并且与电极间的距离成反比例。因此,为了使静电电容增大化,例如,如以下那样构成压电元件。
上述介电薄膜的上述层叠方向的长度比上述薄膜的上述层叠方向的长度短,上述介电薄膜的介电常数比上述薄膜的介电常数高。
另外,期望上述信号电极由铜箔构成,上述第一基准电位电极以及上述第二基准电位电极分别由银膏、导电性无纺布等构成。
在对信号电极施加偏压的情况下,若由铜形成信号电极,则与银相比铜不容易离子化,所以能够防止信号电极的迁移。
另外,压电性树脂也可以是PVDF(聚偏氟乙烯)等铁电材料,上述压电性树脂也可以是聚乳酸。
聚乳酸与PVDF等铁电材料不同没有热电性。另外,在聚乳酸不需要极化(极化处理)这一点、以及具有透光性这一点也比PVDF优异。
另外,也可以是在使用聚乳酸作为薄膜的情况下,上述薄膜是在上述层叠方向重叠了第一薄膜和第二薄膜的多层薄膜,上述第一薄膜的延伸方向与上述第二薄膜的延伸方向相同,上述第一薄膜以及上述第二薄膜中一方的薄膜由L型聚乳酸构成,另一方的薄膜由D型聚乳酸构成的方式。
D型聚乳酸和L型聚乳酸处于镜像异构体的关系。在压电性起因于分子的螺旋结构的聚乳酸中,镜像异构体的PDLA和PLLA的电荷产生的方向(以下,称为电荷方向。)相反。其中,电荷方向是在由聚乳酸构成的薄膜中,从产生负的电荷的一个主面向产生正的电荷的另一个主面的方向。
这样,若电荷方向相互相反的第一薄膜以及第二薄膜重叠,则若压电元件向与层叠方向正交的方向伸缩,则在第一薄膜以及第二薄膜间电荷抵消。若压电元件向层叠方向弯曲,则第一薄膜以及第二薄膜的各电荷方向一致,各电荷相加。由此,压电元件仅在向层叠方向弯曲时,在信号电极以及第一基准电位电极间产生电位差。
上述的电荷方向并不限定于聚乳酸的组成,也根据薄膜的延伸方向变化。具体而言,也可以是上述薄膜是在上述层叠方向重叠了第一薄膜和第二薄膜的多层薄膜,上述第一薄膜的延伸方向与上述第二薄膜的延伸方向正交,上述第一薄膜以及上述第二薄膜分别由L型聚乳酸构成,或者,由D型聚乳酸构成的方式。
若延伸方向相互正交,则第一薄膜以及第二薄膜的聚乳酸的分子的取向方向相互正交,所以电荷方向相互相反。
另外,若具备仅在向层叠方向弯曲时使电荷产生的压电元件、和基于保持于上述压电元件的电荷检测该压电元件的电压的电路,则成为检测弯曲的弯曲检测传感器。弯曲检测传感器例如,能够作为佩戴于生物体的皮肤表面,并检测皮肤表面的法线方向的位移的生物体传感器使用。
本发明的压电元件通过由基准电位电极以及信号电极夹持介电薄膜来形成电容性元件,该电容性元件与压电部电并联连接,所以能够使元件整体的静电电容增大化。
附图说明
图1(A)是实施方式1所涉及的生物体传感器的立体图,图1(B)是用于说明生物体传感器的使用例的图。
图2是在纵深方向观察到的传感器元件的侧视图。
图3是表示生物体传感器的电路例的图。
图4是实施方式2所涉及的传感器元件的在纵深方向观察到的侧视图。
图5(A)是第一薄膜的俯视图,图5(B)是第二薄膜的俯视图。
图6(A)是皮肤的表面向宽度方向伸长时的在纵深方向观察到传感器元件的侧视图,图6(B)是皮肤的表面向高度方向隆起时的在纵深方向观察到的传感器元件的侧视图。
图7是实施方式2所涉及的传感器元件的在纵深方向观察到的侧视图。
图8是第二薄膜的俯视图。
符号说明:
1…介电薄膜,2…信号电极,3…薄膜,31、31B、32…薄膜,4、5…基准电位电极,6…连结部,10、10A、10B…传感器元件,20…检测部,21、22…信号线,23…压电部,24…电容器,25…运算放大器,26…电压检测器,30…带子,100…生物体传感器。
具体实施方式
使用图1(A)、图1(B)、以及图2对实施方式1所涉及的生物体传感器100进行说明。图1(A)是生物体传感器100的立体图,图1(B)是用于说明生物体传感器100的使用例的图。图2是在纵深方向观察到的传感器元件10的侧视图。
生物体传感器100例如安装于生物体的皮肤的表面,检测皮肤表面的位移。
如图1(A)所示,生物体传感器100具备传感器元件10以及检测部20。传感器元件10以及检测部20经由信号线21以及信号线22电连接。但是,检测部20也可以是不经由信号线,而与传感器元件10直接连结的结构。
传感器元件10是与宽度方向以及纵深方向相比高度方向较薄的薄膜状。
如图1(B)所示,生物体传感器100以传感器元件10的上表面(高度方向的面)或者下表面(与高度方向相反的方向的面)与生物体900的皮肤901的表面抵接的方式安装于生物体900。例如,通过以将传感器元件10夹在与皮肤901的表面之间的方式缠绕带子30而将传感器元件10安装于生物体900。
如图2所示,在传感器元件10中,依次在高度方向配置基准电位电极5、薄膜3、信号电极2、介电薄膜1、以及基准电位电极4。虽然在实际的传感器元件10在各电极与各薄膜之间存在粘合层,但省略各粘合层的图示。另外,虽然在实际的传感器元件10在最外层配置有将基准电位电极4以及基准电位电极5绝缘的绝缘材料,但省略这些绝缘材料的说明以及图示。
信号电极2例如是由铜(Cu)构成的薄膜。在信号电极2的宽度方向端部电连接有信号线22。
基准电位电极4以及基准电位电极5分别例如由银(Ag)构成。但是,作为基准电位电极4以及基准电位电极5的材料,能够使用铜(Cu)、铝(Al)、氧化铟锡(ITO)等。
基准电位电极4以及基准电位电极5在与宽度方向相反的方向的端部经由连结部6电连接。基准电位电极4、基准电位电极5、以及连结部6例如分别通过折弯涂覆了银膏的聚氨酯薄膜,来形成。在基准电位电极5的宽度方向端部电连接有信号线21。但是,基准电位电极4、基准电位电极5、以及连结部6并不限定于通过折弯涂覆了银膏的聚氨酯薄膜来形成,也可以通过折弯导电性无纺布来形成。
另外,基准电位电极4与基准电位电极5也可以是不经由连结部6,而利用检测部20的检测电路(参照图3)电连接的方式。但是,若利用连结部6将基准电位电极4与基准电位电极5电连接,则不需要另外设置将基准电位电极4与基准电位电极5电连接的信号线。由此,该信号线的连接不良不会产生。并且,具备连结部6的构成能够仅通过折弯涂覆了银膏的聚氨酯薄膜,而简单地将基准电位电极4与基准电位电极5电连接。
另外,通过在宽度方向上使连结部6的长度与信号电极2的长度相等,抑制了信号电极2从宽度方向的外侧受到噪声的影响。
传感器元件10的基准电位电极4侧或者基准电位电极5侧佩戴于皮肤901的表面。构成基准电位电极4以及基准电位电极5的银膏材料与铜箔相比杨氏模量较小,所以以相同的应力与铜箔相比产生较大的形变。传感器元件10将由容易形变的银膏构成的基准电位电极4以及基准电位电极5配置在最外层,并且将由不容易形变的铜箔构成的信号电极2配置在中央。由此,传感器元件10容易向高度方向弯曲,并且不容易向宽度方向以及纵深方向伸缩。
薄膜3由作为压电性树脂的聚乳酸构成。但是,薄膜3在一部分包含聚乳酸即可。例如,也可以使用合成了压电体和树脂的材质作为薄膜3。
薄膜3具有压电性,所以若产生形变则使其产生电荷。由于产生的电荷,在信号电极2以及基准电位电极5之间产生电位差(例如数十V)。
介电薄膜1具有绝缘性,使基准电位电极4与信号电极2绝缘。介电薄膜1例如,通过在PET(Polyethylene terephthalate:聚对苯二甲酸乙二醇酯)基材的两主面涂覆丙烯酸粘合剂而形成。但是,介电薄膜1是一个例子,也可以代替介电薄膜1而使用绝缘体薄膜。
如图2所示,介电薄膜1的厚度比薄膜3的厚度小。介电薄膜1的介电常数ε(F/m)比薄膜3的介电常数高。因此,形成在信号电极2以及基准电位电极4间的静电电容CA(F)比形成在信号电极2以及基准电位电极5间的静电电容CB(F)大。
但是,介电薄膜1也可以与薄膜3相比介电常数ε不高,也可以厚度不小。介电薄膜1的厚度以及介电常数ε只要形成在信号电极2以及基准电位电极4间的静电电容CA比形成在信号电极2以及基准电位电极5间的静电电容CB大,则适当地设定即可。
接下来,图3是表示生物体传感器100的电路例的图。在检测部20构成检测传感器元件10的信号电极2以及基准电位电极5间的电位差的电压检测电路。
如图3所示,电压检测电路具备压电部23、电容器24、运算放大器25、以及电压检测器26。
压电部23通过在传感器元件10中以信号电极2以及基准电位电极5夹持薄膜3来实现。压电部23通过基于分压电阻R1以及分压电阻R2的驱动电压VDD的分压,而被偏压。具体而言,基准电位电极5经由信号线21与分压电阻R1以及分压电阻R2的连接端电连接。信号电极2经由信号线22与运算放大器25的正输入端子电连接。
电容器24通过以信号电极2以及基准电位电极4夹持介电薄膜1来实现。电容器24通过基于分压电阻R1以及分压电阻R2的驱动电压VDD的分压,而被偏压。具体而言,基准电位电极4经由信号线21与分压电阻R1以及分压电阻R2的连接端电连接。
即,电容器24与压电部23电并联连接。由此,传感器元件10与仅由压电部23构成的构成相比,使作为元件整体的静电电容增大化至静电电容CT(与CA+CB等值)。
运算放大器25构成电压跟随电路。即,运算放大器25的负输入端子与运算放大器25的输出端子电连接。由此,运算放大器25在提高了从压电部23以及电容器24观察到的阻抗的状态下,从输出端子输出与输入到正输入端的电压相等的电压。此外,虽然未图示,但运算放大器25通过供给驱动电压VDD的电源来进行动作。
运算放大器25的输出端子与电压检测器26电连接。电压检测器26检测相对于接地电位的运算放大器25的输出端子的电位。
若压电部23产生电荷,则产生的电荷Q被压电部23以及电容器24保持。压电部23以及电容器24所保持的电荷Q使信号电极2以及基准电位电极4之间、以及信号电极2以及基准电位电极5之间产生电位差。相对于基准电位电极4的电位的信号电极2的电位Vdiff与传感器元件10整体的静电电容CT成反比例,并且与在压电部23产生的电荷Q的量成正比例。即,电位Vdiff根据以下的式子求出。
Vdiff=Q/(CA+CB)
传感器元件10即使在压电部23以及电容器24保持的电荷Q重叠噪声,也与仅由压电部23构成的构成相比使作为元件整体的静电电容CT增大化,所以能够抑制该噪声对电位差Vdiff的影响。
另外,传感器元件10的电位Vdiff由于作为传感器元件10整体的静电电容CT增大化,所以不会过于增大。
虽然在压电部23以及电容器24保持的电荷Q随着时间的经过而逐渐耗散,但该耗散由于与时间常数τ增大化后的静电电容CT成正比例,所以更慢。由此,生物体传感器100能够防止由于电荷从传感器元件10较快地耗散而能够由电压检测器26检测电压的时间变短的情况。
另外,传感器元件10与在元件外部除去电荷Q的噪声的情况相比,能够通过元件内部的电容器24有效地除去在元件附近产生的噪声。特别是,传感器元件10由于在元件内部除去噪声,而作为检测脉动那样的低频率(例如1Hz)的变动的构成较优选。
另外,构成信号电极2的铜与银相比不容易离子化,不容易使迁移产生。因此,传感器元件10即使信号电极2以与驱动电压VDD对应的电压被偏压,也能够抑制迁移所引起的信号电极2的劣化。
此外,薄膜3并不限定于聚乳酸,也可以是由聚偏氟乙烯(PVDF)构成的方式。但是,聚乳酸与聚偏氟乙烯等铁电聚合物不同,没有热电效应。因此,以聚乳酸为材料的薄膜3作为传递生物体的温度的传感器元件10的构成而优选。另外,由聚乳酸构成的薄膜3具有透光性,所以若以具有透光性的材料形成信号电极2以及基准电位电极5等其它的构成,则能够使传感器元件10整体透明,能够使皮肤901表面在佩戴了传感器元件10的状态下能够视觉确认。
另外,电压检测电路并不限定于图3所示的电路例,只要是基于在传感器元件10产生的电荷,检测电压的变化的电路则可以是任何电路。例如,电压检测电路也可以是具备与压电部23以及电容器24所保持的电荷的量对应地,漏极的输出电压上升的FET的电路(偏压型电容麦克所使用的电路等)。
接下来,使用图4、图5(A)、以及图5(B)对实施方式2所涉及的传感器元件10A进行说明。图4是传感器元件10A的在纵深方向观察到的侧视图。图5(A)是薄膜31(相当于第一薄膜。)的俯视图,图5(B)是薄膜32(相当于第二薄膜。)的俯视图。
传感器元件10A不利用在面方向(宽度方向以及纵深方向)的伸缩产生电荷,并且仅在向层叠方向弯曲时产生电荷。具体而言,传感器元件10A在薄膜3由双层的薄膜31以及薄膜32构成这一点与传感器元件10不同。
薄膜31以及薄膜32由组成相互不同的聚乳酸构成。薄膜31由D型聚乳酸(PDLA(Poly-D-Latic-Acid))构成,薄膜32由L型聚乳酸(PLLA(Poly-L-Latic-Acid))构成。
薄膜31以及薄膜32的聚乳酸的分子的取向方向相同。聚乳酸的分子的取向方向是延伸了薄膜的方向。具体而言,如图5(A)的空心箭头911所示,薄膜31向从宽度方向逆时针旋转45°的方向延伸。如图5(B)的空心箭头912所示,薄膜32向与薄膜31的延伸方向相同的方向延伸。
但是,宽度方向与薄膜31以及薄膜32的延伸方向大致为45°即可,例如即使在35°~55°的范围,也能够得到电荷产生效果。
PDLA以及PLLA处于镜像异构体的关系。因此,由于薄膜31以及薄膜32由相互镜像异构体的聚乳酸构成,并且聚乳酸的分子的取向方向相同,所以在产生了相同的形变时产生的电荷的极性的方向(以下,称为电荷方向。)相互相反。
准备由PDLA构成的薄膜31和由PLLA构成的薄膜32成为层状的部件例如使用共挤出工序。在共挤出工序中,为了使挤出的树脂成层状,重叠融解了PLLA的挤出机和融解了PDLA的挤出机,并同时在旋转的冷却鼓的圆周面挤出PLLA以及PDLA。由此,薄膜31以及薄膜32即使不经由粘合层也一体地形成,所以抑制厚度的增加。但是,薄膜31以及薄膜32并不限定于共挤出工序,也可以是经由粘合层粘合而成的方式。
使用图6(A)以及图6(B)对传感器元件10A的作用进行说明。图6(A)是皮肤901的表面向宽度方向伸长时的在纵深方向观察到的传感器元件10A的侧视图,图6(B)是皮肤901的表面向高度方向隆起时的在纵深方向观察到的传感器元件10A的侧视图。但是,在图6(A)以及图6(B)中,为了说明省略基准电位电极4以及基准电位电极5的图示。
如图6(A)所示,若皮肤901的表面向宽度方向伸长,则薄膜31以及薄膜32分别产生在宽度方向伸长的形变。在薄膜31产生的电荷由于薄膜31以及薄膜32的电荷方向相互相反,所以与在薄膜32产生的电荷抵消。
同样地,即使皮肤901的表面向宽度方向收缩,在薄膜31产生的电荷也被在薄膜32产生的电荷抵消。即使皮肤901的表面向纵深方向伸缩,在薄膜31产生的电荷也被在薄膜32产生的电荷抵消。
如图6(B)所示,若皮肤901的表面向高度方向隆起,则薄膜31相对于薄膜32产生伸长的形变。换句话说,薄膜32相对于薄膜31产生收缩的形变。即,薄膜31以及薄膜32产生伸长和收缩而反向的形变。在薄膜31产生的电荷由于薄膜31以及薄膜32的电荷方向相互相反,并且在薄膜31以及薄膜32产生相互反向的形变,所以与在薄膜32产生的电荷相加。这样一来,电压检测电路的电压检测器26检测到与在薄膜31以及薄膜32相加的电荷对应的电压。
即使在皮肤901的表面向与高度方向相反的方向下沉的情况下,在薄膜31产生的电荷也与在薄膜32产生的电荷相加。
传感器元件10A能够即使皮肤901的表面向面方向(宽度方向以及纵深方向)伸缩,在信号电极2以及基准电位电极4间也不容易产生电荷,并且仅在皮肤901的表面向高度方向隆起以及下沉时使信号电极2以及基准电位电极5间产生电荷。
此外,传感器元件10A也可以薄膜31以及薄膜32的配置相反。
传感器元件10A具备由于聚乳酸的组成不同,从而电荷方向相互相反的两个薄膜31以及薄膜32,但也可以如以下那样具备通过使聚乳酸的分子的取向方向不同,从而电荷方向相互相反的两个薄膜。
图7是实施方式3所涉及的传感器元件10B的在纵深方向观察到的侧视图。图8是薄膜31B的俯视图。
传感器元件10B在代替薄膜31而具备薄膜31B这一点,与传感器元件10不同。省略与传感器元件10重复的构成的说明。
薄膜31B由PLLA构成。如图8的空心箭头913所示,薄膜31B向从宽度方向顺时针旋转45°的方向延伸。由此,薄膜31B所包含的PLLA向从宽度方向顺时针旋转45°的方向取向。因此,薄膜31B以及薄膜32由于聚乳酸的分子的取向方向相互正交,并且由相同的组成构成,所以电荷方向相互相反。
此外,传感器元件10B虽然具备由PLLA构成的薄膜31B以及薄膜32,但也可以是具备两个由PDLA构成的薄膜,并以彼此的聚乳酸的分子的取向方向正交的方式配置这两个薄膜的方式。
Claims (7)
1.一种压电元件,其中,
在层叠方向上依次配置第一基准电位电极、在一部分包含压电性树脂的薄膜、信号电极、具有绝缘性的介电薄膜以及与上述第一基准电位电极电连接的第二基准电位电极,
通过由上述第二基准电位电极和上述信号电极夹持上述介电薄膜而形成的静电电容比通过由上述第一基准电位电极和上述信号电极夹持上述薄膜而形成的静电电容大。
2.根据权利要求1所述的压电元件,其中,
上述介电薄膜的上述层叠方向的长度比上述薄膜的上述层叠方向的长度短,
上述介电薄膜的介电常数比上述薄膜的介电常数高。
3.根据权利要求1或2所述的压电元件,其中,
上述信号电极由铜构成,
上述第一基准电位电极以及上述第二基准电位电极分别由银构成。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的压电元件,其中,
上述压电性树脂是聚乳酸。
5.根据权利要求4所述的压电元件,其中,
上述薄膜是在上述层叠方向重叠了第一薄膜和第二薄膜的多层薄膜,
上述第一薄膜的延伸方向与上述第二薄膜的延伸方向相同,
上述第一薄膜以及上述第二薄膜中的一个薄膜由L型聚乳酸构成,另一个薄膜由D型聚乳酸构成。
6.根据权利要求4所述的压电元件,其中,
上述薄膜是在上述层叠方向重叠了第一薄膜和第二薄膜的多层薄膜,
上述第一薄膜的延伸方向与上述第二薄膜的延伸方向正交,
上述第一薄膜以及上述第二薄膜分别由L型聚乳酸构成,或者由D型聚乳酸构成。
7.一种弯曲检测传感器,其中,具备:
权利要求5或6所述的压电元件;以及
检测电路,其基于保持于上述压电元件的电荷来检测上述压电元件的电压。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014165887 | 2014-08-18 | ||
JP2014-165887 | 2014-08-18 | ||
PCT/JP2015/071060 WO2016027614A1 (ja) | 2014-08-18 | 2015-07-24 | 圧電素子及び曲げ検出センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106575698A true CN106575698A (zh) | 2017-04-19 |
CN106575698B CN106575698B (zh) | 2020-05-01 |
Family
ID=55350560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201580043966.6A Active CN106575698B (zh) | 2014-08-18 | 2015-07-24 | 压电传感器以及弯曲检测传感器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10512421B2 (zh) |
JP (1) | JP6123944B2 (zh) |
CN (1) | CN106575698B (zh) |
WO (1) | WO2016027614A1 (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110319960A (zh) * | 2018-03-28 | 2019-10-11 | 精工爱普生株式会社 | 传感器元件、传感器器件、力检测装置以及机器人 |
CN110487168A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-22 | 清华大学深圳研究生院 | 单向弯曲敏感传感器及其制备方法 |
CN110494824A (zh) * | 2017-08-21 | 2019-11-22 | 株式会社村田制作所 | 按压传感器和电子设备 |
CN111473724A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-07-31 | 宁波走运科技有限公司 | 电容式柔性应变传感器及制备方法 |
CN111524715A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 华中科技大学 | 基于薄膜嵌套结构的工作电极及电化学压力传感器 |
CN111542264A (zh) * | 2017-12-15 | 2020-08-14 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 传感器装置及其制造方法以及车辆用座椅 |
CN112462592A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-09 | 维沃移动通信有限公司 | 电子设备和电子设备佩戴检测方法 |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105007993A (zh) * | 2012-11-14 | 2015-10-28 | 丹佛斯强力聚合公司 | 具有变换器能力的服装 |
US10215164B2 (en) * | 2015-12-07 | 2019-02-26 | Intel Corporation | Fabric-based piezoelectric energy harvesting |
US9886119B1 (en) * | 2016-08-02 | 2018-02-06 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Capacitive sensor |
JP7012243B2 (ja) * | 2017-02-14 | 2022-01-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 圧電デバイス |
JP7012242B2 (ja) * | 2017-02-14 | 2022-01-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 圧電デバイス |
JP6986694B2 (ja) * | 2017-02-14 | 2021-12-22 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 圧電デバイス |
JP2018159708A (ja) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 積水化学工業株式会社 | 荷重検出装置 |
US10751754B2 (en) * | 2017-07-31 | 2020-08-25 | Texas Instruments Incorporated | Micromachined ultrasound transducer |
US11835402B2 (en) | 2018-03-05 | 2023-12-05 | Sensor Holdings Limited | Soft electronic component with improved connection |
CN109620146B (zh) * | 2018-11-29 | 2020-06-09 | 华中科技大学 | 一种用于人体运动测量的柔性传感器及其应用 |
DE102018131760A1 (de) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | Hueck Folien Gmbh | Gewölbte Funktionsfolienstruktur und Verfahren zur Herstellung derselben |
CN111493817B (zh) * | 2019-01-31 | 2023-10-10 | 周冠谦 | 具延展性的柔性感测装置 |
KR102330897B1 (ko) * | 2020-08-06 | 2021-12-01 | 한국과학기술연구원 | 인장력 감지 장치 |
WO2022239434A1 (ja) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 株式会社村田製作所 | センサユニットおよびセンサユニット取付方法 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3093849B2 (ja) * | 1991-08-09 | 2000-10-03 | 呉羽化学工業株式会社 | 可撓性積層圧電素子 |
JP3339425B2 (ja) * | 1998-10-19 | 2002-10-28 | 株式会社村田製作所 | 加速度センサ及び加速度検出装置 |
JP2002185053A (ja) * | 2000-12-14 | 2002-06-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 可撓性圧電素子 |
JP2002315362A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-25 | Nec Tokin Corp | 発電用圧電素子 |
JP4197494B2 (ja) * | 2002-02-08 | 2008-12-17 | 日本碍子株式会社 | 多層型圧電素子、及びその製造方法 |
JP2004077255A (ja) * | 2002-08-15 | 2004-03-11 | Fujitsu Media Device Kk | 加速度センサ |
EP1511092B1 (en) * | 2003-08-29 | 2007-02-21 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Laminated structure, method of manufacturing the same and ultrasonic transducer array |
JP2005109573A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-21 | Kyocera Corp | 共振器および電子機器 |
JP2005121460A (ja) * | 2003-10-16 | 2005-05-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ブッシュ内応力測定装置 |
JP2007311481A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 積層型圧電変換子 |
JP5002402B2 (ja) * | 2007-10-03 | 2012-08-15 | 株式会社東芝 | 超音波探触子及び超音波診断装置 |
JP2011165846A (ja) * | 2010-02-09 | 2011-08-25 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | 有機圧電素子の製造方法、積層体および有機圧電素子 |
JP5656669B2 (ja) * | 2011-01-26 | 2015-01-21 | 帝人株式会社 | 積層フィルム |
KR20130016647A (ko) * | 2011-08-08 | 2013-02-18 | 삼성전기주식회사 | 초음파 센서 |
TWI530670B (zh) * | 2012-01-25 | 2016-04-21 | Murata Manufacturing Co | Displacement sensor |
JP2014127998A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Olympus Imaging Corp | 振動装置及びこれを備えた画像機器 |
JP5920303B2 (ja) * | 2013-09-25 | 2016-05-18 | 株式会社村田製作所 | 電子部品およびその製造方法 |
-
2015
- 2015-07-24 WO PCT/JP2015/071060 patent/WO2016027614A1/ja active Application Filing
- 2015-07-24 CN CN201580043966.6A patent/CN106575698B/zh active Active
- 2015-07-24 JP JP2016543876A patent/JP6123944B2/ja active Active
-
2017
- 2017-02-15 US US15/433,082 patent/US10512421B2/en active Active
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110494824A (zh) * | 2017-08-21 | 2019-11-22 | 株式会社村田制作所 | 按压传感器和电子设备 |
CN110494824B (zh) * | 2017-08-21 | 2024-01-16 | 株式会社村田制作所 | 按压传感器和电子设备 |
CN111542264A (zh) * | 2017-12-15 | 2020-08-14 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 传感器装置及其制造方法以及车辆用座椅 |
CN110319960A (zh) * | 2018-03-28 | 2019-10-11 | 精工爱普生株式会社 | 传感器元件、传感器器件、力检测装置以及机器人 |
CN110487168A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-22 | 清华大学深圳研究生院 | 单向弯曲敏感传感器及其制备方法 |
CN110487168B (zh) * | 2019-08-29 | 2024-03-01 | 清华大学深圳研究生院 | 单向弯曲敏感传感器及其制备方法 |
CN111524715A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 华中科技大学 | 基于薄膜嵌套结构的工作电极及电化学压力传感器 |
CN111524715B (zh) * | 2020-04-29 | 2021-04-06 | 华中科技大学 | 基于薄膜嵌套结构的工作电极及电化学压力传感器 |
CN111473724A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-07-31 | 宁波走运科技有限公司 | 电容式柔性应变传感器及制备方法 |
CN112462592A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-09 | 维沃移动通信有限公司 | 电子设备和电子设备佩戴检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6123944B2 (ja) | 2017-05-10 |
US20170156636A1 (en) | 2017-06-08 |
JPWO2016027614A1 (ja) | 2017-05-25 |
WO2016027614A1 (ja) | 2016-02-25 |
US10512421B2 (en) | 2019-12-24 |
CN106575698B (zh) | 2020-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106575698A (zh) | 压电元件以及弯曲检测传感器 | |
CN103492832B (zh) | 位移传感器、位移检测装置以及操作设备 | |
JP6206597B2 (ja) | 圧電フィルムの積層体、及び曲げ検出センサ | |
EP3041059B1 (en) | Multilayer actuator and display device comprising the same | |
US10801903B2 (en) | Pressure sensor having a plurality of sheet-like and laminated piezoelectric elements | |
JP5714235B2 (ja) | Pvdfを含む無添加・無延伸の圧電体および圧電センサ | |
CN107615030A (zh) | 压电膜传感器以及保持状态检测装置 | |
JP2015187561A (ja) | 圧力センサ | |
JP5694856B2 (ja) | 柔軟電極構造、および柔軟電極構造を有する電極を備えるトランスデューサ | |
US11417825B2 (en) | Piezoelectric laminate element, and load sensor and power supply using same | |
US11346728B2 (en) | Piezoelectric sensor | |
CN101238506A (zh) | 具有聚乙烯第三匹配层的宽带矩阵换能器 | |
CN105556267B (zh) | 按压检测传感器 | |
US10009026B2 (en) | Touch-sensitive sensor and method for producing such a sensor | |
US20230007400A1 (en) | Laminated piezoelectric element | |
CN110494824A (zh) | 按压传感器和电子设备 | |
KR20150129544A (ko) | 압전 고분자와 전극을 이용한 구동기 및 그 제조방법 | |
CN106537302A (zh) | 输入终端 | |
TW200715325A (en) | Feedthrough multilayer capacitor array | |
TW200735147A (en) | Multilayer feedthrough capacitor array | |
JP2015523672A5 (zh) | ||
JPWO2019078053A1 (ja) | 圧電デバイス及びその製造方法 | |
EP3469630A1 (en) | Electroactive polymer actuator device and driving method | |
JP2001291906A (ja) | 可撓性圧電素子 | |
KR102381748B1 (ko) | 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |