DE112018001935T5 - Kapazitiver kopplungssensor und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

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insulating layer
capacitive coupling
layer
coupling sensor
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Shigeaki Takamatsu
Ryo Minoshima
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Sumitomo Riko Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Riko Co Ltd
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Abstract

Ein kapazitiver Kopplungssensor (1) weist auf: eine Erfassungselektrodenschicht (10), welche eine Kapazität zwischen der Erfassungselektrodenschicht und einem zu erfassenden Objekt erzeugt; eine Abschirmelektrodenschicht (11); und eine Isolierschicht (12), welche zwischen der Erfassungselektrodenschicht (10) und der Abschirmelektrodenschicht (11) angeordnet ist. Die Isolierschicht (12) weist ein thermoplastisches Elastomer auf und die Isolierschicht (12) weist eine Wärmeleitfähigkeit von 0,3 W/m·K oder mehr sowie einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10Ω·cm oder mehr auf. Wenn die Erfassungselektrodenschicht (10) und die Abschirmelektrodenschicht (11) aus leitfähigen Geweben hergestellt werden, wird das leitfähige Gewebe für die Erfassungselektrodenschicht (10) auf einer Vorderfläche der Isolierschicht (12) platziert und das leitfähige Gewebe für die Abschirmelektrodenschicht (11) wird auf einer Rückfläche der Isolierschicht (12) platziert, um ein Laminat zu bilden. Das Laminat wird in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung unter Erhitzen gepresst, um die Isolierschicht (12) mit den leitfähigen Geweben zu verschmelzen, sodass der kapazitive Kopplungssensor (1) hergestellt wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Kopplungssensor, welcher in einem Lenkrad, Innenraumteilen oder dergleichen eines Fahrzeugs angeordnet ist und eine Nähe, einen Kontakt oder dergleichen eines Menschen erfassen kann.
  • STAND DER TECHNIK
  • In Fahrzeugen wie etwa Kraftfahrzeugen sind verschiedene Sensoren verbaut, welche einen Zustand eines Insassen erfassen. Zum Beispiel offenbaren die Patentdokumente 1 und 2 Kontaktsensoren, welche auf einem Kranzabschnitt (Griff) eines Lenkrads angeordnet sind. Der Kontaktsensor weist eine Abschirmschicht und eine Sensorschicht auf und erfasst auf Grundlage einer Veränderung einer zwischen dem Insassen und der Sensorschicht erzeugten Kapazität, ob ein Fahrer das Lenkrad berührt hat. In kalten Regionen wird der Kranzabschnitt im Winter kalt. Ein Lenkrad, in welchem eine Heizeinrichtung in einem Kranzabschnitt verbaut ist, um die Schwierigkeit beim Fahren und die durch die Kälte verursachte Unannehmlichkeit zu mindern, ist bekannt. In den in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebenen Lenkrädern ist die Heizeinrichtung unter dem (auf einer Kernseite des) Kontaktsensor(s) angeordnet.
  • Dokumente zum Stand der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2017-87883 ( JP 2017-087883 A )
    • Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2014-190856 ( JP 2014-190856 A )
    • Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 61-196859 ( JP 61-196859 A )
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • 6 zeigt eine radiale Schnittansicht eines herkömmlichen Lenkrads, welches mit einem Kontaktsensor und einer Heizeinrichtung versehen ist. Wie in 6 dargestellt weist das Lenkrad 9 einen Kern 20, eine Heizschicht 30, einen Kontaktsensor 90 und eine Polsterung 40 auf. Das Lenkrad 9 weist eine Schichtstruktur auf, in welcher eine Vielzahl von Schichten von dem Kern 20 aus radial nach außen gestapelt sind. Die Heizeinrichtung 30 bedeckt eine Außenumfangsfläche des Kerns 20. Der Kontaktsensor 90 bedeckt eine Außenumfangsfläche der Heizschicht 30. Die Polsterung 40 bedeckt eine Außenumfangsfläche des Kontaktsensors 90. Der Fahrer berührt die Polsterung 40.
  • Der Kontaktsensor 90 weist eine Erfassungselektrodenschicht 91, eine Abschirmelektrodenschicht 92 und eine Isolierschicht 93 auf. Die Erfassungselektrodenschicht 91 ist auf der Seite der Polsterung 40 angeordnet und eine Kapazität wird zwischen der Erfassungselektrodenschicht 91 und der der Hand des Fahrers (einem zu erfassenden Objekt) erzeugt. Die Abschirmelektrodenschicht 92 ist auf der Seite der Heizschicht 30 angeordnet und blockiert ein Rauschen von der Heizschicht 30. Die Isolierschicht 93 ist zwischen der Erfassungselektrodenschicht 91 und der Abschirmelektrodenschicht 92 angeordnet. Eine Haftschicht 94 ist zwischen der Erfassungselektrodenschicht 91 und der Isolierschicht 93 angeordnet. Eine Haftschicht 95 ist zwischen der Abschirmelektrodenschicht 92 und der Isolierschicht 93 angeordnet. Jede der Haftschichten 94 und 95 verbindet zwei dazu benachbarte Schichten. Analog dazu ist eine Haftschicht 31 zwischen der Heizschicht 30 und der Abschirmelektrodenschicht 92 angeordnet. Die Haftschicht 31 verbindet die Heizschicht 30 und die Abschirmelektrodenschicht 92. Eine Haftschicht 41 ist zwischen der Polsterung 40 und der Erfassungselektrodenschicht 91 angeordnet. Die Haftschicht 41 verbindet die Polsterung 40 und die Erfassungselektrodenschicht 91.
  • Um die Tastempfindung zu verbessern, wenn der Fahrer das Lenkrad 9 greift, wird für die Isolierschicht 93 ein geschäumtes Harz wie etwa Polyethylenschaum verwendet. Die Wärmeleitfähigkeit des geschäumten Harzes ist jedoch so gering wie ungefähr 0,04 W/m·K. Des Weiteren ist auch die Wärmeleitfähigkeit der Haftschichten 31, 41, 94, 95 zum Verbinden der zu laminierenden Schichten gering. Somit erfordert es selbst dann eine gewisse Zeit, bis die Wärme an die Polsterung 40 übertragen wird, wenn das Lenkrad mit der Heizschicht 30 beheizt wird, und ein Fahrer kann eine Wärme nicht schnell spüren. Da die Schichten mit einem Haftmittel verbunden werden, ist darüber hinaus ein Prozess zum Aufbringen des Haftmittels erforderlich und die Anzahl an Herstellungsprozessen erhöht sich dementsprechend, wodurch die Kosten steigen.
  • Die Erfindung erfolgte im Hinblick auf derartige Umstände und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kapazitiven Kopplungssensor mit einer guten Tastempfindung und einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die aus dem Stand der Technik bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, welches eine Herstellung eines kapazitiven Kopplungssensors bei niedrigen Kosten ermöglicht.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • (1) Um die oben geschilderten Probleme zu lösen, ist ein kapazitiver Kopplungssensor gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: eine Erfassungselektrodenschicht, welche eine Kapazität zwischen der Erfassungselektrodenschicht und einem zu erfassenden Objekt erzeugt; eine Abschirmelektrodenschicht; und eine Isolierschicht, welche zwischen der Erfassungselektrodenschicht und der Abschirmelektrodenschicht angeordnet ist, wobei die Isolierschicht ein thermoplastisches Elastomer aufweist und die Isolierschicht eine Wärmeleitfähigkeit von 0,3 W/m·K oder mehr sowie einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 1012 Ω · cm oder mehr aufweist.
  • (2) Um die oben geschilderten Probleme zu lösen, ist das Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Kopplungssensors der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors, bei welchem die Erfassungselektrodenschicht und die Abschirmelektrodenschicht aus leitfähigen Geweben hergestellt werden und zumindest ein Teil der leitfähigen Gewebe in die Isolierschicht eingebettet wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen Stapelschritt des Platzierens des leitfähigen Gewebes, welches als die Erfassungselektrodenschicht dient, auf einer Vorderfläche der Isolierschicht und des Platzierens des leitfähigen Gewebes, welches als die Abschirmelektrodenschicht dient, auf einer Rückfläche der Isolierschicht, um ein Laminat zu bilden; und einen Verschmelzungsschritt des Verschmelzens der Isolierschicht mit den leitfähigen Geweben durch Pressen des Laminats in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung unter Erhitzen.
  • Wirkungen der Erfindung
  • (1) In dem kapazitiven Kopplungssensor der Erfindung wird ein thermoplastisches Elastomer für die Isolierschicht verwendet. Thermoplastische Elastomere sind flexibel. Daher ist es selbst dann unwahrscheinlich, dass die Tastempfindung abnimmt, wenn der Sensor in einem Element angeordnet ist, welches Menschen berühren. Des Weiteren ist der spezifische Volumenwiderstand der Isolierschicht hoch. Daher kann die Isolierung zwischen der Erfassungselektrodenschicht und der Abschirmelektrodenschicht in ausreichende Maße gewährleistet werden, was die Wahrscheinlichkeit senkt, dass die Sensorfunktion unterbunden wird. Ferner ist die Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht höher als die aus dem Stand der Technik. Daher ist die Wärmeleitfähigkeit des Sensors höher als die aus dem Stand der Technik. Daher kann die Wärme der Heizschicht schnell an die Polsterung übertragen werden und die für ein Aufwärmen des Lenkrads erforderliche Zeit kann verkürzt werden, wenn der kapazitive Kopplungssensor zum Beispiel auswärts von der Heizschicht in dem Lenkrad angeordnet ist.
  • Die Isolierschicht weist ein thermoplastisches Elastomer auf. Wenn die zu stapelnden Elektrodenschichten aus leitfähigem Gummi hergestellt sind, ist es daher möglich, die Elektrodenschichten und die Isolierschicht unter Verwendung des Haftmittels des thermoplastischen Elastomers und des leitfähigen Gummis zu befestigen, ohne ein Haftmittel zu verwenden. Des Weiteren wird das thermoplastische Elastomer durch Erhitzen erweicht. Wenn die zu stapelnden Elektrodenschichten zum Beispiel aus leitfähigen Geweben mit einigen Lücken hergestellt sind, ist es daher möglich, die Elektrodenschichten und die Isolierschicht durch Verbinden der Elektrodenschichten und der Isolierschicht durch Thermokompressionsbonden zu befestigen, ohne ein Haftmittel zu verwenden, und die erweichte Isolierschicht zu veranlassen, in die Lücken der Elektrodenschichten einzutreten. Wie oben beschrieben ist es mit dem kapazitiven Kopplungssensor der Erfindung nicht notwendig, ein Haftmittel zur Befestigung der Schichten zu verwenden. Daher kann der Herstellungsprozess reduziert werden, wodurch die Kosten gesenkt werden.
  • Patentdokument 3 beschriebt eine Ausgestaltung, in welcher ein aus einem Thermistor mit positiver Kennlinie bestehender Heizkörper in einem Lenkrad angeordnet ist und die Außenseite des Heizkörpers mit einer Wärmeableitungsschicht bedeckt ist, welche aus einem Kunstharz mit einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist. Die in Patentdokument 3 beschriebene Wärmeableitungsschicht ist jedoch kein Element, welches einen Sensor darstellt. Daher wird die Wärmeableitungsschicht durch Vermischen eines leitfähigen Metallfüllstoffs mit einem Kunstharz gebildet und ist somit wärmeleitfähig. Somit kann die Wärmeableitungsschicht nicht als Isolierschicht eines kapazitiven Kopplungssensors verwendet werden. Ferner wird in Patentdokument 3 kein thermoplastisches Elastomer als Material der Wärmeableitungsschicht erwähnt.
  • (2) Bei dem Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors der Erfindung werden der erfindungsgemäße kapazitive Kopplungssensor, in welchem die Erfassungselektrodenschicht und die Abschirmelektrodenschicht aus leitfähigen Geweben ausgebildet sind, hergestellt. Das in der Isolierschicht enthaltene thermoplastische Elastomer wird durch Erhitzen erweicht. Das leitfähige Gewebe weist einige Lücken zwischen den Fasern auf. Daher werden die leitfähigen Gewebe mit der erweichten Isolierschicht imprägniert und zumindest ein Teil der leitfähigen Gewebe wird in die Isolierschicht eingebettet, wenn die leitfähigen Gewebe auf der Isolierschicht platziert und durch Thermokompressionsbonden verbunden werden. Somit können die Isolierschicht und die leitfähigen Gewebe (Erfassungselektrodenschicht und Abschirmelektrodenschicht) befestigt werden, ohne ein Haftmittel zu verwenden. Das Herstellungsverfahren der Erfindung erleichtert eine Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors der Erfindung, bei welcher zumindest ein Teil des leitfähigen Gewebes, welches als die Erfassungselektrodenschicht dient, und zumindest ein Teil des leitfähigen Gewebes, welches als die Abschirmelektrodenschicht dient, in die Isolierschicht eingebettet werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Vorderansicht eines Lenkrads, in welchem ein kapazitiver Kopplungssensor gemäß einer ersten Ausführungsform angeordnet ist.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht bei Betrachtung entlang der Linie II-II in 1.
    • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Schichtstruktur des Lenkrads.
    • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Schichtstruktur eines Lenkrads, in welchem ein kapazitiver Kopplungssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform angeordnet ist.
    • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Schichtstruktur eines Lenkrads, in welchen ein kapazitiver Kopplungssensor gemäß einer dritten Ausführungsform angeordnet ist.
    • 6 ist eine radiale Querschnittsansicht eines Lenkrads aus dem Stand der Technik.
  • MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen eines kapazitiven Kopplungssensors und ein Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors gemäß der Erfindung beschrieben.
  • <Erste Ausführungsform>
  • [Ausgestaltung]
  • Zuerst wird die Ausgestaltung des kapazitiven Kopplungssensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 1 zeigt eine Vorderansicht eines Lenkrads, in welchem der kapazitive Kopplungssensor der vorliegenden Ausführungsform angeordnet ist. 2 zeigt eine Querschnittsansicht bei Betrachtung entlang der Linie II-II aus 1. 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung zur Erläuterung einer Schichtstruktur des Lenkrads.
  • Wie in 1 dargestellt weist ein Lenkrad 8 einen Kranzabschnitt 80 und einen Verbindungsabschnitt 81 auf. Der Kranzabschnitt 80 weist eine Ringform auf und wird von einem Fahrer gegriffen. Der Verbindungsabschnitt 81 verbindet den Kranzabschnitt 80 und eine Lenkwelle (nicht abgebildet). Wie in 1 durch gepunktete Linien dargestellt ist ein kapazitiver Kopplungssensor 1 in dem Kranzabschnitt 80 angeordnet.
  • Wie in den 2 und 3 dargestellt weist der Kranzabschnitt 80 einen Kern 20, eine Heizschicht 30, den kapazitiven Kopplungssensor 1 und eine Polsterung 40 auf.
  • Der Kern 20 ist ein aus Metall hergestellter Vollstab und weist eine Ringform auf. Der Kern 20 ist über den Verbindungsabschnitt 81 mit der Lenkwelle verbunden.
  • Die Heizschicht 30 ist aus Vliesstoff hergestellt, in welchem Heizdrähte angeordnet sind. Die Heizschicht 30 bedeckt eine Außenumfangsfläche des Kerns 20. Die Heizschicht 30 beheizt den Kranzabschnitt 80, wenn der Heizdraht durch Bestromung Wärme erzeugt. Eine Haftschicht 31 ist zwischen der Heizschicht 30 und dem kapazitiven Kopplungssensor 1 angeordnet. Die Haftschicht 31 verbindet die Heizschicht 30 und den kapazitiven Kopplungssensor 1 (insbesondere eine an anderer Stelle beschriebene Abschirmelektrodenschicht 11).
  • Der kapazitive Kopplungssensor 1 weist eine flexible Folienform auf. Der kapazitive Kopplungssensor 1 ist (einmal) um den Kern 20 gewickelt, wobei die Heizschicht 30 dazwischen angeordnet ist. Der kapazitive Kopplungssensor 1 bedeckt eine Außenumfangsfläche der Heizschicht 30. Der kapazitive Kopplungssensor 1 weist eine Erfassungselektrodenschicht 10, die Abschirmelektrodenschicht 11 und eine Isolierschicht 12 auf.
  • Die Erfassungselektrodenschicht 10 ist aus einem leitfähigen Gewebe hergestellt. Ein spezifischer Volumenwiderstand der Erfassungselektrodenschicht 10 liegt in der Größenordnung von 10-2 Ω·cm. Die Erfassungselektrodenschicht 10 ist auf der Seite der Polsterung 40 angeordnet und eine Kapazität wird zwischen der Erfassungselektrodenschicht 10 und der Hand des Fahrers (einem zu erfassenden Objekt) erzeugt. Fast die gesamte Erfassungselektrodenschicht 10 ist wie in den 2 und 3 durch gepunktete Linien dargestellt in die Isolierschicht 12 eingebettet. Die Abschirmelektrodenschicht 11 ist aus demselben leitfähigen Gewebe wie die Erfassungselektrodenschicht 10 hergestellt. Die Abschirmelektrodenschicht 11 ist auf der Seite der Heizschicht 30 angeordnet. Die Abschirmelektrodenschicht 11 ist geerdet und blockiert ein Rauschen von der Heizschicht 30. Fast die gesamte Abschirmelektrodenschicht 11 ist wie in den 2 und 3 durch gepunktete Linien dargestellt in die Isolierschicht 12 eingebettet.
  • Die Isolierschicht 12 ist zwischen der Erfassungselektrodenschicht 10 und der Abschirmelektrodenschicht 11 angeordnet. Die Isolierschicht 12 weist ein Elastomer auf Styrolbasis, ein Elastomer auf Olefinbasis und Magnesiumoxidpartikel auf. Eine Wärmeleitfähigkeit der Magnesiumoxidpartikel beträgt 45 W/m·K. Die Magnesiumoxidpartikel sind in der Konzeption des anorganischen Füllstoffs in der Erfindung inbegriffen. Eine Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht 12 beträgt 0,5 W/m·K und ein spezifischer Volumenwiderstand der Isolierschicht 12 beträgt 1 × 1013 Ω·cm. Eine Durometer-Härte vom Typ A der Isolierschicht 12 beträgt 56.
  • Die Polsterung 40 ist aus Harz hergestellt und bedeckt eine Außenumfangsfläche des kapazitiven Kopplungssensors 1. Eine Haftschicht 41 ist zwischen der Polsterung 40 und dem kapazitiven Kopplungssensor 1 angeordnet. Die Haftschicht 41 verbindet die Polsterung 40 und den kapazitiven Kopplungssensor 1 (insbesondere die Erfassungselektrodenschicht 10).
  • [Herstellungsverfahren]
  • Nun wird ein Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zuerst wird das leitfähige Gewebe für die Erfassungselektrodenschicht 10 auf einer Vorderfläche der Isolierschicht 12 platziert und das leitfähige Gewebe für die Abschirmelektrodenschicht 11 wird auf einer Rückfläche der Isolierschicht 12 platziert, um ein Laminat zu bilden (Stapelschritt). Anschließend wird das Laminat einer Heißpressung unterzogen. Somit wird das leitfähige Gewebe mit der erweichten Isolierschicht 12 imprägniert und die Isolierschicht 12 wird mit den leitfähigen Geweben verschmolzen (Verschmelzungsschritt). Gleichzeitig wird das leitfähige Gewebe (die Erfassungselektrodenschicht 10 und die Abschirmelektrodenschicht 11) in die Isolierschicht 12 eingebettet. Somit wird der kapazitive Kopplungssensor 1 hergestellt.
  • Der hergestellte kapazitive Kopplungssensor 1 wird mit der Abschirmelektrodenschicht 11 auf der Innenseite so angeordnet, dass er eine Außenumfangsfläche der Heizschicht 30 bedeckt, welche um den Kern 20 gewickelt ist. Ein Haftmittel wird auf eine Vorderfläche der Heizschicht 30 aufgebracht. Somit werden die Heizschicht 30 und die Abschirmelektrodenschicht 11 verbunden. Dann wird die Polsterung 40 so angeordnet, dass sie die Erfassungselektrodenschicht 10 bedeckt. Ein Haftmittel wird auf eine Rückfläche der Polsterung 40 aufgebracht. Dementsprechend werden die Polsterung 40 und die Erfassungselektrodenschicht 10 verbunden. Somit wird der Kranzabschnitt 80 des Lenkrads 8 hergestellt.
  • [Betrieb des kapazitiven Kopplungssensors]
  • Nun wird der Betrieb des kapazitiven Kopplungssensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenn die (elektrisch leitfähige und durch den menschlichen Körper geerdete) Hand des Fahrers der Polsterung 40 nahe kommt, wird eine Kapazität zwischen der Erfassungselektrodenschicht 10 und der Hand erzeugt. Eine Erfassungsschaltung (nicht abgebildet) ist mit der Erfassungselektrodenschicht 10 elektrisch verbunden. Die Erfassungselektrodenschicht 10 berechnet ein Maß an Veränderung einer Kapazität zwischen dem Zustand, in dem die Hand der Polsterung 40 nicht nahe ist, und dem Zustand, in dem die Hand der Polsterung 40 nahe ist, und stellt auf Grundlage des berechneten Werts fest, ob der Fahrer das Lenkrad 8 berührt hat.
  • [Funktionsweisen und Wirkungen]
  • Nun werden Funktionsweisen und Wirkungen des kapazitiven Kopplungssensors der vorliegenden Ausführungsform und des Verfahrens zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors beschrieben. In dem kapazitiven Kopplungssensor 1 werden flexible thermoplastische Elastomere (Elastomer auf Styrolbasis und Elastomer auf Olefinbasis) für die Isolierschicht 12 verwendet. Die Erfassungselektrodenschicht 10 und die Abschirmelektrodenschicht 11 sind jeweils aus einem flexiblen leitfähigen Gewebe hergestellt. Daher ist der kapazitive Kopplungssensor 1 in seiner Gesamtheit flexibel und die Tastempfindung des Kranzabschnitts 80 ist gut. Darüber hinaus ist der spezifische Volumenwiderstand der Isolierschicht 12 hoch. Somit kann die Isolierung zwischen der Erfassungselektrodenschicht 10 und der Abschirmelektrodenschicht 11 in ausreichendem Maße gewährleistet werden und es ist weniger wahrscheinlich, dass die Sensorfunktion unterbunden wird. Darüber hinaus ist die Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht 12 im Vergleich zu Isolierschichten aus dem Stand der Technik hoch. Des Weiteren ist keine Haftschicht zwischen der Isolierschicht 20 und der Erfassungselektrodenschicht 10 sowie zwischen der Isolierschicht 20 und der Abschirmelektrodenschicht 11 vorhanden. Somit ist die Wärmeleitfähigkeit des kapazitiven Kopplungssensors 1 höher als die aus dem Stand der Technik. Daher kann die Wärme von der Heizschicht 30 schnell an die Polsterung 40 übertragen werden und eine Temperaturanstiegszeit des Kranzabschnitts 80 kann verkürzt werden. Folglich kann der Fahrer selbst beim Fahren im Winter oder in einer kalten Region schnell Wärme spüren, wodurch die Schwierigkeit und Unannehmlichkeit beim Fahren gemindert werden.
  • In dem kapazitiven Kopplungssensor 1 werden thermoplastische Elastomere für die Isolierschicht 12 verwendet. Daher können die Erfassungselektrodenschicht 10 und die Abschirmelektrodenschicht 11 unter Verwendung der Erweichung der thermoplastischen Elastomere aufgrund des Erhitzens an der Isolierschicht 12 befestigt werden, ohne ein Haftmittel zu verwenden. Sowohl die Erfassungselektrodenschicht 10 als auch die Abschirmelektrodenschicht 11 sind aus einem leitfähigen Gewebe hergestellt. Somit werden gemäß dem Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors der vorliegenden Ausführungsform zwei leitfähige Gewebe durch Heißpressen mit der Isolierschicht 12 imprägniert, wobei die Isolierschicht 12 zwischen den leitfähigen Geweben sandwichartig angeordnet ist, sodass die Erfassungselektrodenschicht 10 und die Abschirmelektrodenschicht 11 an der Isolierschicht 12 befestigt werden können. Folglich wird ein Schritt des Aufbringens eines Haftmittels, welcher herkömmlicherweise erforderlich war, überflüssig und die Anzahl an Herstellungsschritten wird verringert, sodass die Kosten dementsprechend gesenkt werden können.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Der Unterschied zwischen dem kapazitiven Kopplungssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform und dem kapazitiven Kopplungssensor gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Erfassungselektrodenschicht eher aus leitfähigem Gummi als aus dem leitfähigen Gewebe hergestellt ist. Der Unterschied zwischen dem Herstellungsverfahren des kapazitiven Kopplungssensors der vorliegenden Ausführungsform und dem Herstellungsverfahren des kapazitiven Kopplungssensors der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Erfassungselektrodenschicht durch Druck auf die Isolierschicht getrennt von der Abschirmelektrodenschicht verbunden wird, was hierbei hauptsächlich beschrieben wird.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Schichtstruktur des Lenkrads, in welchem der kapazitive Kopplungssensor der vorliegenden Ausführungsform angeordnet ist. 4 entspricht 3 und Teile in 4, welche dieselben wie die in 3 sind, sind durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Wie in 4 dargestellt weist der Kranzabschnitt 80 den Kern 20, die Heizschicht 30, den kapazitiven Kopplungssensor 1 und die Polsterung 40 auf. Der kapazitive Kopplungssensor 1 weist die Erfassungselektrodenschicht 13, die Abschirmelektrodenschicht 11 und die Isolierschicht 12 auf. Die Erfassungselektrodenschicht 13 ist aus leitfähigem Gummi mit einem Elastomer und einem leitfähigen Material hergestellt. Der spezifische Volumenwiderstand der Erfassungselektrodenschicht 13 liegt in der Größenordnung von 10-2 Ω·cm. Die Erfassungselektrodenschicht 13 ist an der Vorderfläche (einer Fläche auf der radialen Außenseite) der Isolierschicht 12 befestigt.
  • Der kapazitive Kopplungssensor 1 wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird ein leitfähiges Gewebe für die Abschirmelektrodenschicht 11 auf der Rückfläche der Isolierschicht 12 platziert und einer Heißpressung unterzogen. Folglich wird das leitfähige Gewebe mit der erweichten Isolierschicht 12 imprägniert und die Isolierschicht 12 wird mit dem leitfähigen Gewebe verschmolzen. Gleichzeitig wird das leitfähige Gewebe (die Abschirmelektrodenschicht) wie durch eine gepunktete Linie in 4 dargestellt in die Isolierschicht 12 eingebettet. Anschließend wird leitfähiges Gummi für die Erfassungselektrodenschicht 13 auf der Vorderfläche der Isolierschicht 12 platziert und gepresst. Folglich sind die Erfassungselektrodenschicht 13 und die Isolierschicht 12 aufgrund der Haftbarkeit des in der Isolierschicht 12 enthaltenen thermoplastischen Elastomers und des leitfähigen Gummis befestigt.
  • Der kapazitive Kopplungssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors stellen in Bezug auf die Teile mit denselben Ausgestaltungen ähnliche Funktionsweisen und Wirkungen wie diejenigen bereit, welche durch den kapazitiven Kopplungssensor und das Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors gemäß der ersten Ausführungsform bereitgestellt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Erfassungselektrodenschicht 13 aus leitfähigem Gummi hergestellt. Somit wird die Erfassungselektrodenschicht 13 und daher der kapazitive Kopplungssensor 1 in seiner Gesamtheit flexibler, sodass die Tastempfindung des Kranzabschnitt 80 verbessert wird. Darüber hinaus wird beim Befestigen der Erfassungselektrodenschicht 13 und der Isolierschicht 12 die Haftbarkeit des in der Isolierschicht 12 enthaltenen thermoplastischen Elastomers und des leitfähigen Gummis genutzt. Daher ist es nicht notwendig, die Erfassungselektrodenschicht 13 und die Isolierschicht 12 zu erhitzen (selbstverständlich ist kein Haftmittel notwendig).
  • <Dritte Ausführungsform>
  • Ein kapazitiver Kopplungssensor der vorliegenden Ausführungsform ist derselbe wie der kapazitive Kopplungssensor der ersten Ausführungsform. Ein Kranzabschnitt des Lenkrads gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich jedoch dahingehend von dem Kranzabschnitt gemäß der ersten Ausführungsform, dass keine Haftschicht zwischen dem kapazitiven Kopplungssensor und der Heizschicht angeordnet ist, was hierbei hauptsächlich beschrieben wird.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Schichtstruktur des Lenkrads, in welchem der kapazitive Kopplungssensor der vorliegenden Ausführungsform angeordnet ist. 5 entspricht 3 und Teile in 5, welche dieselben wie die in 3 sind, sind durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Wie in 5 dargestellt weist der Kranzabschnitt 80 den Kern 20, die Heizschicht 30, den kapazitiven Kopplungssensor 1 und die Polsterung 40 auf. Der kapazitive Kopplungssensor 1 weist die Erfassungselektrodenschicht 13, die Abschirmelektrodenschicht 11 und die Isolierschicht 12 auf. Fast die gesamte Abschirmelektrodenschicht 11 ist wie durch eine gepunktete Linie in 5 dargestellt in die Isolierschicht 12 eingebettet. Das heißt, die Abschirmelektrodenschicht 11 ist mit der Isolierschicht 12 imprägniert. Ferner ist auch ein Oberflächenschichtabschnitt der Heizschicht 30 wie durch eine Wellenlinie in 5 dargestellt mit der Isolierschicht 12 imprägniert. Somit ist der kapazitive Kopplungssensor 1 an der Heizschicht 30 befestigt. Zwischen dem kapazitiven Kopplungssensor 1 und der Heizschicht 30 ist keine Haftschicht angeordnet.
  • Der Kranzabschnitt 80 der vorliegenden Ausführungsform wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird ein leitfähiges Gewebe für die Erfassungselektrodenschicht 10 auf der Vorderfläche der Isolierschicht 12 platziert und ein leitfähiges Gewebe für die Abschirmelektrodenschicht 11 sowie ein Vliesstoff für die Heizschicht 30 werden in dieser Reihenfolge auf der Rückfläche der Isolierschicht 12 gestapelt, um ein Laminat zu bilden. Anschließend wird das Laminat einer Heißpressung unterzogen. Somit werden die leitfähigen Gewebe und der Vliesstoff mit der erweichten Isolierschicht 12 imprägniert und die Isolierschicht 12 wird mit den leitfähigen Geweben und dem Vliesstoff verschmolzen. Gleichzeitig werden die leitfähigen Gewebe (die Erfassungselektrodenschicht 10 und die Abschirmelektrodenschicht 11) in die Isolierschicht 12 eingebettet. Folglich sind die Heizschicht 30 und der kapazitive Kopplungssensor 1 befestigt. Dann wird die Heizschicht 30, an welcher der kapazitive Kopplungssensor 1 befestigt ist, um die Außenumfangsfläche des Kerns 20 gewickelt. Zuletzt wird die Polsterung 40 angeordnet, um die Erfassungselektrodenschicht 10 zu bedecken. Ein Haftmittel wird auf eine Rückfläche der Polsterung 40 aufgebracht. Dementsprechend werden die Polsterung 40 und die Erfassungselektrodenschicht 10 verbunden. Somit wird der Kranzabschnitt 80 des Lenkrads 8 hergestellt.
  • Die vorliegende Ausführungsform stellt in Bezug auf die Teile mit denselben Ausgestaltungen ähnliche Funktionsweisen und Wirkungen wie diejenigen bereit, welche durch die erste Ausführungsform bereitgestellt sind. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nicht nur die Erfassungselektrodenschicht 10 und die Abschirmelektrodenschicht 11, welche den kapazitiven Kopplungssensor 1 darstellen, sondern auch die Heizschicht 30 unter Verwendung der durch Erhitzen hervorgerufenen Erweichung des in der Isolierschicht 12 enthaltenen thermoplastischen Elastomers zusammen befestigt. Die Erfassungselektrodenschicht 10 und die Abschirmelektrodenschicht 11 sind aus leitfähigen Geweben hergestellt und die Heizschicht 30 ist aus einem Vliesstoff hergestellt. Das heißt, die Erfassungselektrodenschicht 10, die Abschirmelektrodenschicht 11 und die Heizschicht 30 sind allesamt aus einem folienartigen Gewebeelement hergestellt. Daher können die Gewebeelemente durch Stapeln der Gewebeelemente auf der Isolierschicht 12 und Durchführen einer Heißpressung mit der Isolierschicht 12 imprägniert werden und die Schichten können aneinander befestigt werden, ohne ein Haftmittel zu verwenden. Somit kann der Schritt des Aufbringens eines Haftmittels eliminiert werden, wodurch die Kosten gesenkt werden.
  • <Weitere Ausführungsformen>
  • Die Ausführungsformen des kapazitiven Kopplungssensors und des Verfahrens zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors gemäß der Erfindung wurden im Vorangehenden beschrieben. Ausführungsformen sind jedoch nicht konkret auf die oben Beschriebenen beschränkt. Die Erfindung kann mit verschiedensten Modifikationen und Änderungen implementiert werden, welche durch einen Fachmann verwirklicht werden können.
  • [Isolierschicht]
  • Das für die Isolierschicht verwendete thermoplastische Elastomer ist nicht konkret beschränkt. Das thermoplastische Elastomer kann aus Elastomeren wie etwa Elastomeren auf Styrolbasis, Olefinbasis, Vinylchloridbasis, Urethanbasis, Esterbasis und Amidbasis zweckentsprechend ausgewählt werden. Die thermoplastischen Elastomere können allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden. Beispiele für das thermoplastische Elastomer auf Styrolbasis sind u.a. SBS, SEBS und SEPS. Beispiele für das Elastomer auf Olefinbasis sind u.a. EEA, EMA und EMMA sowie ein Copolymer von Ethylen und α-Olefin (Ethylen-Octen-Copolymer).
  • Die Isolierschicht kann Gummi enthalten, welches nicht thermoplastische Elastomere oder Harz ist. Wenn die Isolierschicht zum Beispiel Gummi wie etwa Ethylen-Propylen-Gummi (EPM, EPDM) enthält, wird die Flexibilität der Isolierschicht erhöht. Im Hinblick auf die Erhöhung der Flexibilität der Isolierschicht kann die Isolierschicht eine Flexibilität verleihende Komponente wie etwa einen Weichmacher enthalten.
  • Die Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht beträgt 0,3 W/m·K oder mehr. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt vorzugsweise 0,4 W/m·K oder mehr und ferner bevorzugt 0,5 W/m·K oder mehr. Im Hinblick auf die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht weist die Isolierschicht vorzugsweise einen anorganischen Füllstoff mit einer verhältnismäßig hohen Wärmeleitfähigkeit und einer Isoliereigenschaft auf. Die Wärmeleitfähigkeit des zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht verwendeten anorganischen Füllstoffs beträgt vorzugsweise 20 W/m·K oder mehr. Beispiele für den anorganischen Füllstoff mit einer verhältnismäßig hohen Wärmeleitfähigkeit sind u.a. Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Siliziumkarbid.
  • Ferner weist die Isolierschicht im Hinblick darauf, der Isolierschicht Flammhemmung zu verleihen, einen anorganischen Füllstoff auf, welcher ein Flammschutzmittel ist und eine Isoliereigenschaft aufweist. Beispiele des anorganischen Füllstoffs, welcher die Isolierschicht enthält, umfassen Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid und Bornitrid.
  • Es ist wünschenswert, dass die Isolierschicht flexibel ist, um die Tastempfindung des Sensors zu verbessern. Zum Beispiel beträgt die Durometer-Härte vom Typ A der Isolierschicht vorzugsweise 35 oder mehr und weniger als 90. Bei der Härte von 90 der mehr ist es schwer, die Isolierschicht zu berühren, wodurch die Tastempfindung abnimmt. Bei der Härte von weniger als 35 hingegen ist die Isolierschicht zu weich für eine Handhabung, sodass die Praxistauglichkeit wie etwa die Montierbarkeit gering ist. Ferner beträgt die Zugfestigkeit der Isolierschicht im Hinblick auf die Montierbarkeit und Beständigkeit vorzugsweise 0,1 MPa oder mehr und ferner bevorzugt 2,0 MPa oder mehr. Die Bruchdehnung der Isolierschicht beträgt vorzugweise 100% oder mehr und ferner bevorzugt 500% oder mehr.
  • Im Hinblick auf die Gewährleistung der Isolierung zwischen der Erfassungselektrodenschicht und der Abschirmelektrodenschicht sowie die Erhaltung der Sensorfunktion beträgt der spezifische Volumenwiderstand der Isolierschicht 1 × 1012 Ω·cm oder mehr. Der spezifische Volumenwiderstand beträgt vorzugsweise 1 × 1013 Ω·cm oder mehr. Die Isolierschicht ist zwischen der Erfassungselektrodenschicht und der Abschirmelektrodenschicht angeordnet. Die Isolierschicht muss lediglich zwischen den zwei Elektrodenschichten angeordnet sein und die Elektrodenschichten können mit der Isolierschicht imprägniert sein oder können nicht mit der Isolierschicht imprägniert sein und lediglich mit der Isolierschicht in Kontakt stehen.
  • Wenn die Isolierschicht durch Extrusion gebildet wird, kann ein plattenartiger Füllstoff enthalten sein, um die Fließfähigkeit eines Materials wie etwa eines thermoplastischen Elastomers zu erhöhen. Als der plattenartige Füllstoff kann ein Metall mit einer ausgeprägten Isoliereigenschaft verwendet werden, wie etwa Talk oder Bornitrid.
  • [Erfassungselektrodenschicht]
  • Die Erfassungselektrodenschicht ist wünschenswerterweise leitfähig und flexibel. Der spezifische Volumenwiderstand der Erfassungselektrodenschicht beträgt vorzugsweise weniger als 10 Ω·cm. Der spezifische Volumenwiderstand beträgt vorzugsweise 1 Ω·cm oder weniger. Die Erfassungselektrodenschicht kann aus leitfähigem Gummi oder einem leitfähigen Gewebe gebildet sein.
  • Das leitfähige Gummi weist ein Elastomer und ein leitfähiges Material auf. Als das Elastomer kann eines oder mehrere, welche aus vernetztem Gummi wie etwa Acrylgummi, Silikongummi, Urethangummi, Harnstoff-Gummi, Fluorgummi, Nitrilgummi und hydriertem Nitrilgummi ausgewählt sind, sowie thermoplastische Elastomere verwendet werden. Das leitfähige Material kann zweckentsprechend aus Metallpartikeln aus Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Rhodium, Palladium, Chrom, Titan, Platin, Eisen und Legierungen davon, usw., Metalloxidpartikeln aus Zinkoxid, Titanoxid, usw., Metallkarbidpartikeln aus Titankarbonat, usw., Metallnanodrähten aus Silber, Gold, Kupfer, Platin, Nickel, usw., leitfähigen Kohlenstoffmaterialien wie etwa Kienruß, Kohlenstoffnanoröhren, Graphit, Dünnschicht-Graphit, Graphen, usw. ausgewählt werden. Das leitfähige Gummi kann ein Vernetzungsmittel, einen Vernetzungsbeschleuniger, ein Dispergiermittel, ein Verstärkungsmaterial, einen Weichmacher, ein Alterungsschutzmittel, ein Färbemittel und dergleichen enthalten.
  • Als das leitfähige Gewebe können ein aus leitfähigen Fasern hergestellter Webstoff, Vliesstoff oder dergleichen verwendet werden. Beispiele für leitfähige Fasern sind u.a. eine Polyesterfaser wie etwa Polyethylenterephthalat (PET), welches mit Kupfer, Nickel oder dergleichen mit hoher Leitfähigkeit plattiert ist.
  • [Abschirmelektrodenschicht]
  • Die Abschirmelektrodenschicht weist im Hinblick auf die Abschirmung der Erfassungselektrodenschicht von Rauschen wünschenswerterweise eine hohe Leitfähigkeit auf. Der spezifische Volumenwiderstand der Abschirmelektrodenschicht beträgt vorzugsweise weniger als 1 × 10-1 Ω·cm. Das Material der Abschirmelektrodenschicht kann dasselbe wie das der Erfassungselektrodenschicht sein oder sich davon unterscheiden. Um sowohl eine hohe Leitfähigkeit als auch eine hohe Flexibilität zu erzielen, ist es erstrebenswert, dass die Abschirmelektrodenschicht aus dem oben erwähnten leitfähigen Gewebe gebildet ist.
  • [Herstellungsverfahren]
  • Um die Erfassungselektrodenschicht und die Abschirmelektrodenschicht an der Isolierschicht zu befestigen, kann wenn nötig während eines Erhitzens Druck ausgeübt werden, wobei die Erfassungselektrodenschicht und/oder die Abschirmelektrodenschicht auf der Isolierschicht platziert sind. Alternativ kann die Isolierschicht in der Dickenrichtung in zwei geteilt werden, um eine erste Isolierschicht und eine zweite Isolierschicht vorzubereiten. Dann kann die Erfassungselektrodenschicht an der ersten Isolierschicht befestigt werden und die Abschirmelektrodenschicht kann an der zweiten Isolierschicht befestigt werden, wonach die erste Isolierschicht und die zweite Isolierschicht durch Druck gestapelt und miteinander verbunden werden.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden der kapazitive Kopplungssensor sowie die Polsterung und die Heizschicht (Gegenelemente), welche darauf gestapelt sind, mit einem Haftmittel verbunden. Die Art des Haftmittels ist nicht konkret beschränkt. Beispiele für das Haftmittel sind u.a. ein Acrylhaftmittel. Alternativ kann das thermoplastische Harz mit einer Durometer-Härte vom Typ A von weniger als 35 und Haftvermögen sowie einer Wärmeleitfähigkeit von 0,3 W/m·K oder mehr durch Haftung angeordnet und befestigt werden.
  • [Verwendung]
  • Beispiele für das durch den kapazitiven Kopplungssensor gemäß der Erfindung zu erfassende Objekt sind u.a. eine menschliche Hand. Der kapazitive Kopplungssensor gemäß der Erfindung ist vorzugsweise an Innenraumteilen wie etwa Türverkleidungen, Armlehnen, Konsolenkästen, Armaturenbrettern, Kopfstützen und Sitzen sowie dem Lenkrad des Fahrzeugs angeordnet sein, um eine Nähe und einen Kontakt eines Menschen zu erfassen. Wenn der kapazitive Kopplungssensor gemäß der Erfindung wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen in dem Lenkrad angeordnet ist, muss die Heizeinrichtung nicht zwangsläufig in dem Kranzabschnitt angeordnet sein.
  • Beispiele
  • Nun wird die Erfindung anhand von Beispielen konkreter beschrieben.
  • <Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors>
  • [Beispiel 1]
  • Zuerst wurden zu 100 Massenteilen von thermoplastischem Elastomer auf Styrolbasis (SEBS) („Toughtec (eingetragenes Markenzeichen) H1221“, hergestellt von Asahi Kasei Corporation) und 50 Massenteilen von thermoplastischem Elastomer auf Olefinbasis („ENGAGE (eingetragenes Markenzeichen) XLT 8677“, hergestellt von Dow Chemical Japan Limited) 200 Massenteile Magnesiumoxidpulver („RF-50SC“, hergestellt von Übe Materials Industries, Ltd., Wärmeleitfähigkeit: 45 W/m·K) als anorganischer Füllstoff hinzugegeben und dann vermengt und unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders zur Mischungsherstellung („TEX (eingetragenes Markenzeichen) 25αIII“, hergestellt von Japan Steel Works, Ltd.) bei einer Temperatur von 200°C geknetet, um eine Verbindung in Form von Pellets herzustellen. Anschließend wurde die Verbindung einer T-Düsen-Extrusionsverarbeitung unter Verwendung eines Einschneckenextruders („UT-25“, hergestellt von Research Laboratory of Plastics Technology, Co., Ltd.) unterzogen, um eine Elastomerfolie mit einer Breite von 150 mm und einer Dicke von 1 mm herzustellen. Im Anschluss daran wurde die Elastomerfolie in ein Stück mit einer vorbestimmten Länge geschnitten und wurde zwischen zwei leitfähigen Geweben („Sui-10-511M“, hergestellt von Seiren Co., Ltd.) sandwichartig angeordnet, um ein Laminat vorzubereiten. Dann wurde das Laminat einer Heißpressung unter Verwendung einer Pressformmaschine (150-Tonnen-Pressmaschine, hergestellt von Sanyu Industries Co., Ltd.) unterzogen, um die leitfähigen Gewebe auf beiden Seiten der Elastomerfolie in der Dickenrichtung zu verschmelzen. Somit wurde ein kapazitiver Kopplungssensor (im Folgenden schlicht als „Sensor“ bezeichnet) hergestellt, welcher aus einem leitfähigen Gewebe (Erfassungselektrodenschicht) / einer Elastomerfolie (Isolierschicht) / einem leitfähigen Gewebe (Abschirmelektrodenschicht) zusammengesetzt ist. In dem hergestellten Sensor wurden die leitfähigen Gewebe fast vollständig in die Elastomerfolie eingebettet.
  • [Beispiel 2]
  • Ein Sensor aus Beispiel 2 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge an thermoplastischem Elastomer auf Styrolbasis auf 50 Massenteile geändert wurde und die Menge an thermoplastischem Elastomer auf Olefinbasis auf 100 Massenteile geändert wurde.
  • [Beispiel 3]
  • Ein Sensor aus Beispiel 3 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass 50 Massenteile Polyethylen von geringer Dichte (LDPE, „EXCELLEN (eingetragenes Markenzeichen) GH030“, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.) anstelle des thermoplastischen Elastomers auf Olefinbasis verwendet wurde.
  • [Beispiel 4]
  • Ein Sensor aus Beispiel 2 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge an Magnesiumoxidpulver auf 300 Massenteile geändert wurde.
  • [Beispiel 5]
  • Ein Sensor aus Beispiel 5 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme dass die Menge an Magnesiumoxidpulver auf 150 Massenteile geändert wurde und 150 Massenteile Magnesiumhydroxidpulver („KISUMA (eingetragenes Markenzeichen) 5“, hergestellt von Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) als flammhemmender anorganischer Füllstoff dazu hinzugegeben wurde, um eine Verbindung herzustellen.
  • [Beispiel 6]
  • Ein Sensor aus Beispiel 6 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass zusätzlich zu dem Magnesiumoxidpulver 150 Massenteile Magnesiumhydroxidpulver (dasselbe wie oben) als flammhemmender anorganischer Füllstoff hinzugegeben wurde, um eine Verbindung herzustellen.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Ein Sensor aus Vergleichsbeispiel 1 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Magnesiumoxidpulver zu 150 Massenteilen Polyethylen von geringer Dichte (dasselbe wie oben) hinzugegeben wurde, um eine Verbindung herzustellen, ohne ein thermoplastisches Elastomer auf Styrolbasis und ein thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis zu verwenden. Auch in dem Sensor aus Vergleichsbeispiel 1 wurde das leitfähige Gewebe fast vollständig in die Elastomerfolie eingebettet.
  • [Vergleichsbeispiel 2]
  • Ein Sensor aus Vergleichsbeispiel 2 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Magnesiumoxidpulver nicht verwendet wurde.
  • [Vergleichsbeispiel 3]
  • Ein Sensor aus Vergleichsbeispiel 3 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass 15 Massenteile Kienruß („#3030B“, hergestellt von Mitsubishi Chemical Corporation) anstelle des Magnesiumoxidpulvers verwendet wurde.
  • <Messung physikalischer Eigenschaften der Isolierschicht>
  • Die Durometer-Härte vom Typ A, die Wärmeleitfähigkeit, der spezifische Volumenwiderstand, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung jeder Elastomerfolie (im Folgenden als „Isolierschicht“ bezeichnet), welche jeden der Sensoren aus Beispielen und Vergleichsbeispielen darstellt, wurden gemessen. Das Messverfahren ist das Folgende.
  • [Durometer-Härte vom Typ A]
  • Unter Verwendung eines Härtetesters („ASKER P1-type A“, hergestellt von Kobunshi Keiki Co., Ltd.) gemäß JIS K6253-3: 2012 wurde die Durometer-Härte vom Typ A durch Stapeln von drei 1 mm dicken Isolierschichten gemessen. Als die Durometer-Härte vom Typ A wurde ein Momentanwert unmittelbar nach dem Kontakt zwischen der Nadel und der Isolierschicht übernommen.
  • [Wärmeleitfähigkeit]
  • Die Wärmeleitfähigkeit wurde unter Verwendung von „HC-110“, hergestellt von Eko Instruments, gemäß dem Wärmeflussmessverfahren aus JIS A 1412-2: 1999 gemessen.
  • [Spezifischer Volumenwiderstand]
  • Der spezifische Volumenwiderstand wurde unter Verwendung von „High Voltage Source Measure Unit 237“, hergestellt von Keithley Instruments, gemäß dem Parallelanschlusselektrodenverfahren aus K 6271-2: 2015 gemessen. Die angelegte Spannung betrug 100 V.
  • [Zugfestigkeit und Bruchdehnung]
  • Die in JIS K6251: 2017 vorgeschriebene Zugprüfung wurde durchgeführt, um die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung zu messen. Die Bruchdehnung ist dieselbe wie die in JIS K6251: 2017 beschriebene Reißdehnung (EB). Die Zugprüfung wurde unter Verwendung eines hantelförmigen Prüfstücks Nr. 5 bei einer Abziehrate von 100 mm/min durchgeführt.
  • Tabelle 1 zeigt die Komponenten jeder Isolierschicht und die Messergebnisse der physikalischen Eigenschaften davon in einer Zusammenfassung. [Tabelle 1]
    Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Vergleichsbeispiel 3
    Thermoplastisches Elastomer auf Styrolbasis 100 50 100 100 100 100 - 100 100
    auf Olefinbasis 50 100 - 50 50 50 - 50 50
    Anorganischer Füllstoff Magnesiumoxid 200 200 200 300 150 200 200 - -
    Magnesiumhydroxid - - - - 150 150 - - -
    Andere Polyethylen von geringer Dichte - - 50 - - - 150 - -
    Kienruß - - - - - - - - 15
    Bewertungsergebnisse Durometer-Härte vom Typ A 67 56 65 76 79 83 90 55 57
    Wärmeleitfähigkeit [W/m·K] 0.49 0.50 0.50 0.75 0.52 0.65 0.50 0.02 0.02
    Spez. Volumenwiderstand [Ω ·cm] 1 × 1013 1 × 1013 1 × 1013 1 × 1013 1 × 1014 1 × 1014 1 × 1013 1 × 1013 1 × 104
    Zugfestigkeit [MPa] 2.7 2.8 5.1 2.5 2.9 2.6 25.0 3.0 2.6
    Bruchdehnung [%] 1020 800 680 980 640 400 400 1080 960
  • Wie in Tabelle 1 dargestellt betragen die Wärmeleitfähigkeiten und die spezifischen Volumenwiderstände der Isolierschichten, welche die Sensoren aus den Beispielen 1 bis 6 darstellen, jeweils 0,3 W/m·K oder mehr und 1 × 1012 Ω·cm oder mehr. Das heißt, die Isolierschichten, welche die Sensoren aus den Beispielen 1 bis 6 darstellen, entsprechen den in der Erfindung definierten Isolierschichten. Ferner betragen die Durometer-Härten vom Typ A und die Zugfestigkeiten der Isolierschichten, welche die Sensoren aus den Beispielen 1 bis 6 darstellen, jeweils weniger als 90 und 2,0 MPa oder mehr. Daher sind die Isolierschichten flexibel und bezüglich ihrer Montierbarkeit und Beständigkeit hervorragend. Von diesen weisen die Isolierschichten aus den Beispielen 1 bis 5 jeweils eine Bruchdehnung von 500% oder mehr auf und sind bezüglich ihrer Dehnungseigenschaften hervorragend. Die Isolierschicht aus Beispiel 6 enthält jedoch eine hohe Menge an anorganischem Füllstoff und weist daher eine geringere Bruchdehnung als die aus den Beispielen 1 bis 5 auf. Indes weist jede der Isolierschichten aus den Beispielen 6 und 7, welche Magnesiumhydroxidpulver als den anorganischen Füllstoff enthalten, einen höheren spezifischen Volumenwiderstand als die der Isolierschichten aus anderen Beispielen auf, welche kein Magnesiumhydroxidpulver enthalten.
  • Die Isolierschicht, welche den Sensor aus Vergleichsbeispiel 1 darstellt, enthält hingegen kein thermoplastisches Elastomer. Daher betragen die Durometer-Häre vom Typ A und die Bruchdehnung der Isolierschicht jeweils 90 und 400%. Somit ist ersichtlich, dass die Isolierschicht eine mangelhafte Flexibilität aufweist. Darüber hinaus enthält die Isolierschicht, welche den Sensor aus Vergleichsbeispiel 2 darstellt, nicht den anorganischen Füllstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Daher ist die Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht gering. Ferner enthält die Isolierschicht, welche den Sensor aus Vergleichsbeispiel 3 darstellt, eher Kienruß, welcher leitfähig ist, als das anorganische Füllmaterial mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Somit versteht sich, dass der spezifische Volumenwiderstand der Isolierschicht gering ist, welche nicht für den kapazitiven Kopplungssensor der Erfindung geeignet ist.
  • Wie oben beschrieben hat sich bestätigt, dass die Isolierschicht gemäß der Erfindung einen kapazitiven Kopplungssensor darstellen kann, welcher eine hervorragende Tastempfindung und eine hohe Wärmeleitfähigkeit bereitstellt.
  • <Flammhemmungsbewertung der Isolierschicht>
  • Die Flammhemmung jeder Isolierschicht, welche jeden der Sensoren aus den Beispielen und den Vergleichsbeispielen darstellt, wurde gemessen. Die Flammhemmungsbewertung wurde auf Grundlage des US-Bundessicherheitsstandards für Kraftfahrzeuge (United States Federal Motor-Vehicle Safety Standard) „FMVSS No. 302“ (ISO 3795, JIS D 1201) vorgenommen, welcher eine Entflammbarkeitsprüfung für Innenraummaterialen von Automobilen ist. Bei der Entflammbarkeitsprüfung wird die Brenngeschwindigkeit eines Prüfstücks gemessen, nachdem das Prüfstück an einer U-förmigen Aufspannvorrichtung befestigt wird und eine Flamme eines Brenners mit einem Ende des Prüfstücks in Kontakt gebracht wird. Die Brenngeschwindigkeit wird in einem 254 mm großen Brennbereich zwischen einer Messmarkierung A und einer Messmarkierung B durch Festlegen der Messmarkierung A auf 38 mm von dem Ende, welches mit der Flamme in Kontakt zu bringen ist, und Festlegen der Messmarkierung B auf 292 mm von diesem Ende aus gemessen. Dann wird bestimmt, ob eine Isolierschicht eine der drei folgenden Anforderungen erfüllt, um den Standard zu erfüllen.
    1. 1. Das Prüfstück entzündet sich nicht oder die Brennung stoppt vor der Messmarkierung A.
    2. 2. Die Brennung stoppt innerhalb einer Brennstrecke von 51 mm und innerhalb von 60 Sekunden.
    3. 3. Die Brenngeschwindigkeit beträgt 102 mm/min oder weniger.
    Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Entflammbarkeitsprüfung. [Tabelle 2]
    Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Vergleichsbeispiel 3
    Thermoplastisches Elastomer auf Styrolbasis 100 50 100 100 100 100 - 100 100
    auf Olefinbasis 50 100 - 50 50 50 - 50 50
    Anorganischer Füllstoff Magnesiumoxid 200 200 200 300 150 200 200 - -
    Magnesiumhydroxid - - - - 150 150 - - -
    Andere Polyethylen von geringer Dichte - - 50 - - - 150 - -
    Industrieruß - - - - - - - - 15
    Entflammbarkeitsbewertungsergebnisse (FMVSS-Standard Nr. 302) Nicht erfüllt Nicht erfüllt Nicht erfüllt Nicht erfüllt Erfüllt Erfüllt Nicht erfüllt Nicht erfüllt Nicht erfüllt
  • Wie in Tabelle 2 dargestellt erfüllen die Isolierschichten aus den Beispielen 5 und 6 den Standard, welche Magnesiumhydroxidpulver als den anorganischen Füllstoff enthalten, doch die Isolierschichten aus den anderen Beispielen und Vergleichsbeispielen, welche kein Magnesiumhydroxidpulver enthalten, erfüllen den Standard nicht. Aus dem Vorangehenden wurde bestätigt, dass eine Isolierschicht, welche einen flammhemmenden anorganischen Füllstoff enthält, einen kapazitiven Kopplungssensor darstellen kann, welcher eine hervorragende Tastempfindung, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Flammhemmung aufweist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1: kapazitiver Kopplungssensor, 8: Lenkrad, 10: Erfassungselektrodenschicht, 11: Abschirmelektrodenschicht, 12: Isolierschicht, 13: Erfassungselektrodenschicht, 20: Kern, 30: Heizschicht, 31: Haftschicht, 40: Polsterung, 41: Haftschicht, 80: Kranzabschnitt 81: Verbindungsabschnitt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2017087883 A [0002]
    • JP 2014190856 [0002]
    • JP 2014190856 A [0002]
    • JP 61196859 A [0002]

Claims (13)

  1. Kapazitiver Kopplungssensor, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: eine Erfassungselektrodenschicht, welche eine Kapazität zwischen der Erfassungselektrodenschicht und einem zu erfassenden Objekt erzeugt; eine Abschirmelektrodenschicht; und eine Isolierschicht, welche zwischen der Erfassungselektrodenschicht und der Abschirmelektrodenschicht angeordnet ist, wobei die Isolierschicht ein thermoplastisches Elastomer aufweist, und die Isolierschicht eine Wärmeleitfähigkeit von 0,3 W/m·K oder mehr und einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 1012 Ω·cm oder mehr aufweist.
  2. Kapazitiver Kopplungssensor nach Anspruch 1, wobei die Isolierschicht einen anorganischen Füllstoff aufweist.
  3. Kapazitiver Kopplungssensor nach Anspruch 2, wobei eine Wärmeleitfähigkeit des anorganischen Füllstoffs 20 W/m·K oder mehr beträgt.
  4. Kapazitiver Kopplungssensor nach Anspruch 2, wobei der anorganische Füllstoff flammhemmend ist.
  5. Kapazitiver Kopplungssensor nach Anspruch 4, wobei der anorganische Füllstoff Magnesiumhydroxid ist.
  6. Kapazitiver Kopplungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Durometer-Härte vom Typ A der Isolierschicht 35 oder mehr und weniger als 90 beträgt.
  7. Kapazitiver Kopplungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das thermoplastische Elastomer eines oder mehrere ausgewählt aus einem Elastomer auf Styrolbasis und einem Elastomer auf Olefinbasis ist.
  8. Kapazitiver Kopplungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Erfassungselektrodenschicht aus leitfähigem Gummi oder einem leitfähigen Gewebe hergestellt ist.
  9. Kapazitiver Kopplungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abschirmelektrodenschicht aus einem leitfähigen Gewebe hergestellt ist.
  10. Kapazitiver Kopplungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Erfassungselektrodenschicht und die Abschirmelektrodenschicht aus leitfähigen Geweben hergestellt sind, und zumindest ein Teil der leitfähigen Gewebe in die Isolierschicht eingebettet ist.
  11. Kapazitiver Kopplungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welcher in einem Lenkrad angeordnet ist.
  12. Kapazitiver Kopplungssensor nach Anspruch 11, wobei das Lenkrad eine Heizschicht aufweist, und die Abschirmelektrodenschicht auf einer Seite der Heizschicht angeordnet ist.
  13. Verfahren zur Herstellung des kapazitiven Kopplungssensors nach Anspruch 10, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst: einen Stapelschritt des Platzierens des leitfähigen Gewebes, welches als die Erfassungselektrodenschicht dient, auf einer Vorderfläche der Isolierschicht und des Platzierens des leitfähigen Gewebes, welches als die Abschirmelektrodenschicht dient, auf einer Rückfläche der Isolierschicht, um ein Laminat zu bilden; und einen Verschmelzungsschritt des Verschmelzens der Isolierschicht mit den leitfähigen Geweben durch Pressen des Laminats in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung unter Erhitzen.
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