DE2240286A1 - Pressure sensitive resistor - with resistance formed by moulding conducting particles coated with elastic resin - Google Patents
Pressure sensitive resistor - with resistance formed by moulding conducting particles coated with elastic resinInfo
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Abstract
Description
Druckempfindliches Widerstandselement und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein druckempfindliches Widerstandselement sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Pressure sensitive resistive element and process for its manufacture The invention relates to a pressure-sensitive resistance element and a method for its manufacture.
Bekannte druckempfindliche Widerstandselemente, die eine Elastizität zum Umwandeln mechanischer Spannung in ein elektrisches Signal aufweisen, bestehen aus einem leitenden Gummi, das so hergestellt wird, daß Gummi mit pulverförmigem natürlichem oder künstlichem Graphit gemischt und dann zur Herstellung des leitenden Gummis einem Formen unter Vulkanisierung unterworfen wird. Known pressure-sensitive resistance elements that have elasticity for converting mechanical tension into an electrical signal of a conductive rubber, which is made so that rubber with powdery natural or artificial graphite mixed and then used to make the conductive Rubber is subjected to vulcanization molding.
Ein solches leitendes Gummi hat sich jedoch durch eine geringe relative Widerstandsänderung in bezug zur mechanischen Spannung und durch starke Hysterese als nachteilig erwiesen. However, such a conductive rubber has a low relative Change in resistance in relation to mechanical tension and due to strong hysteresis proved disadvantageous.
Das beispielsweise aus einer Mischung mit 20 Gew.-% Graphit bestehende leitende Gummi weist eine relative Widerstandsänderung von lediglich 1,5 auf, selbst wenn eine mechanische Spannung von 4 kg/cm² aufgebracht wird, wobei die relative Widerstandsänderung hier als das Verhältnis des Widerstandswerts ohne Spannung in bezug zum Widerstandswert mit Spannungsbeaufschlagung zu verstehen ist.That for example consists of a mixture with 20 wt .-% graphite conductive rubber exhibits a relative change in resistance of merely 1.5 even when a stress of 4 kg / cm² is applied, where the relative change in resistance here as the ratio of the resistance value without Voltage is to be understood in relation to the resistance value with application of voltage.
Ferner war es bisher auch schwer, eine gleichmäßige Verteilung der leitenden Teilchen im Gummi zu erzielen, wodurch man unstabile druckempfindliche Widerstandselemente erhält. Furthermore, it has been difficult to achieve an even distribution of the conductive particles in the rubber, making it unstable pressure-sensitive Receives resistance elements.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein druckempfindliches Widerstandselement zu schaffen, das eine große relative Widerstandsänderung in bezug zu einer an ihm angreifenden mechanischen Spannung und eine geringe Hysterese aufweist. It is an object of the invention to provide a pressure sensitive resistance element to create that a large relative change in resistance with respect to one at it attacking mechanical stress and a low hysteresis.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung des obigen druckempfindlichen Widerstandselements. Another object of the invention is to provide one Method of manufacturing the above pressure-sensitive resistance element.
Ein druckempfindliches Widerstandselement gemäß der Erfindung besteht aus einem Widerstand, der durch Wärmeformen leitender Teilchen in zusammengeballtem Zustand hergestellt ist, wobei die Oberfläche jedes Teilchens mit einem elastischen Polymerharz überzogen ist, und aus Metallelektroden, die am Widerstand haftend befestigt sind. There is a pressure sensitive resistance element according to the invention from a resistance created by thermoforming conductive particles into agglomerated State is established, the surface of each particle with an elastic Polymer resin coated, and made of metal electrodes that are adhered to the resistor are.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigqn Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen druckempfinifinhen Widerstandselements, Fig. 2 eine die Beziehung zwischen Widerstand und aufgebrachter Last bei einem erfindungsgemäßen druckempfindlichen Widerstandselement veranschaulichende Kennlinie, Fig. 3 eine Hysterese-Kurve von Strom zu Last bei einer bestimmten, an ein erfindungsgemäßes druckempfindliches Widerstandselement gelegten elektrischen Spannung, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen druckempfindlichen Widerstands elements, teilweise im Schnitt, mit das Element abdeckenden isolierenden Bändern, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Widerstandselements teilweise im Schnitt, mit einer Abdeckung aus elastischem ItunststoffS Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines auf einer in Abhängigkeit von einer Zugkraft biegsamen elastischen Platte befestigten druckempfindlichen Widerstandselements gemäß der Erfindung und Fig. 7 eine die Beziehung zwischen Widerstand und Zugbelastung bei dem in Fig. 6 dargestellten Widerstandselement veranschaulichende Kennlinie. Further details, advantages and features of the invention result from the following description. In the drawing, the invention is for example Fig. 1 shows a perspective view of a device according to the invention pressure sensitive resistance elements, Fig. 2 shows the relationship between resistance and applied load in a pressure-sensitive according to the invention Characteristic curve illustrating resistance element, FIG. 3 a hysteresis curve of Current to load at a given pressure sensitive to a pressure sensitive according to the invention Resistance element applied electrical voltage, Fig. 4 is a perspective view of a pressure-sensitive resistance element according to the invention, partly in section, with insulating tapes covering the element, FIG. 5 is a perspective view of the resistance element according to the invention partially in section, with a cover made of elastic plasticS Fig. 6 is a perspective view of a pressure-sensitive attached to a flexible elastic plate depending on a tensile force Resistance elements according to the invention and FIG. 7 shows the relationship between resistance and tensile loading in the resistive element shown in FIG. 6, illustrative Curve.
Durch die Erfindung soll ein druck-empfindliches Widerstandselement mit hoher Empfindlichkeit und guter Stabilität sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung geschaffen werden, bei dem leitende Teilchen mit einen härtbaren elastischen Po lymerharz überzogen und dann einen WYärneformen unterworfe werden. Bei einer Durchführungsform des Verfahrens werden die leitenden Teilchen zu einem Gemisclì mit dem elastischen Polymerharz verknetet und dann bis zu einem halbausgehärteten Zustand erhitzt, woraufhin man durch Pulverisieren der halbharten Teilchen die mit dem Polymerhaz überzogenen leitenden Teilchen herstellt. Die so überzogenen leitenden Teilchen werden zusammengebacken und durch erneute Wärmebehandlung geformt, wodurch ein druckempfindlicher Widerstand hergestellt wird, der eine geringe Hysterese mit gleichmäßiger Struktur und eine relativ große Widerstandsänderung in bezug zur aufgebrachten mechanischen Spannung aufweist. The invention is intended to provide a pressure-sensitive resistance element with high sensitivity and good stability and a method for its production can be created in which conductive particles have a curable elastic po coated with polymer resin and then subjected to thermal molding will. In one embodiment of the method, the conductive particles become one Gemisclì kneaded with the elastic polymer resin and then until a semi-cured Condition heated, whereupon by pulverizing the semi-hard particles the with produces conductive particles coated with polymer resin. The so exaggerated leaders Particles are baked together and shaped by re-heat treatment, thereby creating a pressure-sensitive resistor is made which has a low hysteresis uniform structure and a relatively large change in resistance in relation to the applied has mechanical tension.
Daraufhin werden Metallelektroden durch Aufdampfen oder durch Klebemittel daran befestigt, wodurch man ein druckempfindliches Widerstandselement erhält. Then metal electrodes are deposited by vapor deposition or by adhesive attached thereto, thereby obtaining a pressure-sensitive resistance element.
Das Aufbringen der mechanischen Spannung auf das so hergestellte druckempfindliche Widerstands element verursacht eine Veränderung der Kontaktflächen und des Kontaktdrucks zwischen den leitenden Teilchen, durch die der Widerstandswert verändert wird. The application of the mechanical tension to the so produced Pressure-sensitive resistance element causes a change in the contact areas and the contact pressure between the conductive particles through which the resistance value is changed.
Ferner ist aufgrund der Elastizität des als Bindemittel zwischen den leitenden Teilchen dienenden Polymerharzes eine las ische gleichmäßige erförmung zu erzielen. Furthermore, due to the elasticity of the binder between Polymer resin serving the conductive particles has a laser-like uniform shape to achieve.
Die leitenden Teilchen bestehen beispielsweise aus kohlehaltigen pulvern einer Korngröße von 100 bis 600 mesh, die durch Karbonisieren oder Graphitieren eines aus Phenol- oder Furanharzen ausgewählten wärmehärtenden Harzes hergestellt sind. Die kugelförmigen Teilchen, die im allgemeinen als glasartige Kohle bezeicimet werden, sind aufgrund (1.) der großen relativen Änderung des Kontaktwiderstands, (2.) der guten Widerstandsfähigkeit gegen Hitzestöße, wie bei einem Funken oder einer Bogenentladung, (3.) der hohen mechanischen Festigkeit, (4.) der isotropen Natur in bezug auf elektrischen Widerstand und (5.) der weitgehend kugeligen Form im Vergleich zu gewöhnlichem natürlichem Graphit oder künstlichem Graphit besonders als leitende Teilchen geeignet. Demnach ist die glasartige Kohle für die Verwendung als leitende Teilchen geeignet, aus denen ein druckempfindlicher Widerstand mit einer großen relativen Widerstandsänderung und guter Stabilität hergestellt wird. The conductive particles consist, for example, of carbonaceous ones powders with a grain size of 100 to 600 mesh, which are produced by carbonizing or graphitizing a thermosetting resin selected from phenolic or furan resins are. The spherical particles, generally referred to as vitreous coal are due to (1.) the large relative Change in contact resistance, (2.) good resistance to heat shocks, such as a spark or an arc discharge, (3.) the high mechanical strength, (4.) the isotropic Nature in relation to electrical resistance and (5.) the largely spherical shape especially compared to ordinary natural graphite or artificial graphite suitable as conductive particles. Accordingly, the vitreous charcoal is for use Suitable as conductive particles that make up a pressure-sensitive resistor with a large relative change in resistance and good stability is established.
Andererseits wird hitze- und chemikalienbeständiges Siliziumharz vorzugsweise als Polymerharz verwendet. On the other hand, there is heat and chemical resistant silicon resin preferably used as a polymer resin.
Das Mischverhältnis zwischen den leitenden Teilchen und dem Polymerharz kann vom Gesichtspunkt der relativen Widerstands änderung und der Stabilität in einem Gewichtsverhältnis von 3 : 7 bis 7 : 3 gewählt werden. The mixing ratio between the conductive particles and the polymer resin can from the point of view of relative resistance change and stability in a weight ratio of 3: 7 to 7: 3 can be selected.
Die Befestigung der Elektroden am Widerstand ist von großer Wichtigkeit. Ein gutes Ergebnis kann erzielt werden, wenn die Elektroden mit Hilfe eines leitenden Klebemittels am elastischen druckempfindlichen Widerstand befestigt werden. The attachment of the electrodes to the resistor is very important. A good result can be achieved if the electrodes are made with the help of a conductive Adhesive to be attached to the elastic pressure-sensitive resistor.
Herkömmlicherweise werden die Elektroden mit einem wärmehärtendeg leitenden Klebemittel oder durch ein Metallaufdampf- bzw. Metall beschichtungsverfahren am Widerstand angebracht.Conventionally, the electrodes are coated with a thermosetting deg conductive adhesive or by a metal vapor deposition or metal coating process attached to the resistor.
Bei einer solchen Art der Befestigung treten jedoch Probleme auf; beispielsweise treten unmittelbar nach wiederholte Aufbringen mechanischer Spannung wegen des großen Unterschieds zwischen dem Youngschen Modul der Elektrode und dem des Klebemittels aufgrund der Elastizität des druckempfindlichen Widerstands ein Springen oder Abblättern an den Elektroden auf, woraus sich ein unstabiler Kontaktwiderstand zwischen dem elastischen druckempfindlichen Widerstand und der Elektrode ergibt, wodurch man ein unstabiles druckempfindliches Widerstandselement erhält. However, problems arise with such a type of attachment; for example, occur immediately after repeated application of mechanical tension because of the large difference between the Young's modulus of the electrode and the of the adhesive due to the elasticity of the pressure-sensitive resistor a Cracking or peeling on the electrodes, resulting in unstable contact resistance between the elastic pressure-sensitive resistor and the electrode, whereby an unstable pressure-sensitive resistance element is obtained.
Andererseits bietet ein leitendes druckempfindliches Klebemittel, in dem der druckempfindliche Klebstoff mit einem leitenden Pulver, z.B. Silberpulver, zu einem Gemisch verknetet ist, eine stabile Kennlinie und verhindert ein Abblättern der Elektrode vom druckempfindlichen Widerstand, da sie die gleiche Elastizität wie der druckempfindliche Widerstand hat. On the other hand, a conductive pressure-sensitive adhesive in which the pressure-sensitive adhesive is coated with a conductive powder, e.g. silver powder, is kneaded into a mixture, has a stable characteristic and prevents flaking the electrode from the pressure-sensitive resistor, as they have the same elasticity like the pressure sensitive resistor has.
Fig. 1 zeigt den Aufbau des oben erwähnten druckempfindlichen Widerstandselements, bei dem eine druckempfindliche Widerstandsschicht 3 in Sandwichart zwischen Metallelektroden 1 und 2 angeordnet ist, die jeweils mit einem leitenden druckempfindlichen Klebemittel 5 bzw. 6 an der entsprechenden druckempfindlichen Widerstandsschicht befestigt sind. Der Widerstandswert des druckempfindlichen Widerstandselements ändert sich bei Aufbringen der mechanischen Spannung in Richtung des Pfeils A. Fig. 1 shows the structure of the above-mentioned pressure-sensitive resistance element, in which a pressure-sensitive resistive layer 3 sandwiched between metal electrodes 1 and 2, each with a conductive pressure sensitive adhesive 5 and 6 are attached to the corresponding pressure-sensitive resistive layer. The resistance value of the pressure-sensitive resistance element changes when it is applied the mechanical tension in the direction of arrow A.
Fig. 2 zeigt ein Widerstand/Last-Diagramm des erfindungsgemäßen druckempfindlichen Widerstandselements. Fig. 2 shows a resistance / load diagram of the pressure sensitive according to the invention Resistance elements.
Bei dieser Ausführungsform werden die glasartigen kohlehaltigen Teilchen mit einer Korngröße von 250 bis 300 mesh, die aus einem graphitierten und karbonisierten wärmehärtenden Harz hergestellt sind, in einem Gewichtsverhältnis von 50 : 50 mit einem Siliziumharz gemischt und dann erhitzt, wodurch man halbausgehärtete Teilchen erhält. Durch Pulverisieren der so hergestellten Teilchen werden die mit dem Polymerharz überzogenen kohlehaltigen Teilchen hergestellt, die wieder zusammengeballt werden, um den Formvorgang unter Druck bei einer geeigneten Temperatur durchführen zu können, wodurch man den druckempfindlichen Widerstand erhält. Daraufhin kann dadurch, daß man den druckempfindlichen Widerstand unter Verwendung des durch Mischen eines druckempfindlichen Klebemittels aus Silizium mit Silberpulver hergestellten leitenden druckempfindlichen Klebemittels auf beiden Seiten mit Kupferelektroden versieht, das vollständige druckempfindliche Widerstandselement hergestellt werden. In this embodiment, the vitreous carbonaceous particles with a grain size of 250 to 300 mesh, which consists of a graphitized and carbonized thermosetting resin are made in a weight ratio of 50:50 with a silicon resin mixed and then heated, thereby forming semi-cured particles receives. By pulverizing the particles thus prepared, those with the polymer resin overdone carbonaceous particles are produced that are clumped back together to perform the molding process under pressure at a suitable temperature to be able to, whereby one obtains the pressure sensitive resistor. Then can by making the pressure sensitive resistor using the by mixing a pressure-sensitive adhesive made of silicon with silver powder conductive pressure sensitive adhesive on both sides with copper electrodes provides the complete pressure-sensitive resistance element to be produced.
Ein Lasttest wurde mit einem Muster des so hergestellten druckempfindlichen Widerstands mit einem Außendurchmesser von 5 mm und einer Dicke von 0,8 mm und mit daran befestigten Kupferelektroden durchgeführt. Das Ergebnis ist in Fig. 2 und in der folgenden Tabelle 1 veranschaulicht, die eine große relative Widerstandsänderung und zwar 1,2 x 107 offenbart. A load test was carried out on a sample of the pressure-sensitive Resistor with an outer diameter of 5 mm and a thickness of 0.8 mm and with attached copper electrodes. The result is in Figs. 2 and in the following table 1 illustrates that a large relative change in resistance namely 1.2 x 107 revealed.
Tabelle 1
Vorzugsweise kann das oben beschriebene druckempfindliche Element wegen seiner ungenügenden mechanischen Festigkeit zum mechanischen Schutz mit einer isolierenden Hülle bedeckt werden; andererseits kann es auch zur Erhöhung der Feuchtigkeitsfestigkeit bzw. der mechanischen Festigkeit über seinen ganzen Umfang mit einem elastischen Polymerharz bedeckt werden. Preferably, the above-described pressure-sensitive element can because of its insufficient mechanical strength for mechanical protection with a insulating sheath to be covered; On the other hand, it can also increase moisture resistance or the mechanical strength over its entire circumference with an elastic one Polymer resin are covered.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des druckempfindlichen Elements, bei der das Element 7 durch Epoxy-Klebebänder 8 und 9 überdeckt ist, die in einer Glasröhre eingeschlossen sind, wobei an den Elektroden Anschlüsse 10 und 11 beispielsweise in der Technik der gedruckten Schaltung befestigt werden. Fig. 4 shows another embodiment of the pressure sensitive element, in which the element 7 is covered by epoxy tapes 8 and 9, which in a Glass tubes are included, with connections 10 and 11 to the electrodes, for example be fixed in the technique of the printed circuit.
Fig. 5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des druckenlfindlichen Widerstandselements, bei der ein druckempfindlicher Widerstand 12 mit Elektroden 13 und 14 versehen und rundherum mit einem Siliziumharz Xedeckt ist. Fig. 5 shows yet another embodiment of the printable Resistance element in which a pressure-sensitive resistor 12 with electrodes 13 and 14 and is covered all around with a silicon resin.
Das gemäß der Erfindung hergestellte druckempfindliche iderstandselement neigt dazu, durch Aufbringen einer Zugbelastung brüchig zu werden. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird der auf beiden Seiten mit Elektroden 17 bzw. 18 versehene druckempfindliche Widerstand 16, wie in Fig. 6 dargestellt, mit einem Klebemittel auf einer biegsamen elastischen Platte 19 befestigt. Infolgedessen kann durch Aufbringen der Zugspannung auf die elastisohe Platte 19 in Richtung B-B' die Zugbelastung indirekt auf den druckempfindlichen Widerstand 16 aufgebracht werden. Auf diese Weise wird der Schutz eines mechanisch zerbrechlichen druckempfindlichen Miderstands ermöglicht und es wird außerdem=! die Möglichkeit geschaffen, durch entsprechende Wahl des Materials für die elastische Platte die Zuglast/Widerstands-Kennlinie beliebig zu verändern. The pressure sensitive resistance element made according to the invention tends to become brittle when a tensile load is applied. To this disadvantage to eliminate, the pressure-sensitive provided on both sides with electrodes 17 and 18, respectively Resistor 16, as shown in Fig. 6, with an adhesive on a pliable elastic plate 19 attached. As a result, by applying the tensile stress on the elastic plate 19 in the direction B-B 'the tensile load indirectly can be applied to the pressure-sensitive resistor 16. That way will the protection of a mechanically fragile pressure-sensitive mid-resistance and it will also =! created the possibility by appropriate choice of the Material for the elastic plate the tensile load / resistance curve arbitrarily change.
Fig. 7 zeigt die Widerstand/Zuglast-Kennlinie eines druckempfindlichen Widerstandselements mit dem in Fig. 6 dargestellten Aufbau. Fig. 7 shows the resistance / tensile load characteristic of a pressure-sensitive Resistance elements having the structure shown in FIG.
Bei dieser Ausführungsform werden kohlehaltige Teilchen einer Korngröße von 25Q bis 300 mesh, die durch Karbonisieren und Graphitieren eines wärmehärtenden Harzes hergestellt sind, mit einem Siliziumharz in einem Gewichtsverhältnis von 60 : 40 gemischt und dann bis zu einem halbausgehärteten Zustand erhitzt, um durch Pulverisieren der halbausgehärteten Teilchen die kohlehaltigen, mit Harz überzogenen Teilchen herzustellen. In this embodiment, carbonaceous particles become one grain size from 25Q to 300 mesh obtained by carbonizing and graphitizing a thermosetting Resin are made with a silicon resin in a weight ratio of 60:40 mixed and then heated to a semi-hardened state to pass through Pulverizing the semi-hardened particles the carbonaceous resin-coated ones To manufacture particles.
Daraufhin werden diese Teilchen wieder zusammengeballt und dann einem Formvorgang unter Druck bei geeigneter Temperatur unterworfen, wodurch man einen druckempfindlichen Widerstand mit einem Außendurchmesser von 5 mm und einer Dicke von0, 8 mm erhält. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird der druckempfindliche Widerstand dann an seinen beiden Enden mit einem leitenden druckempfindlichen Klebemittel mit Elektroden 17 und 18 versehe und auf eine 0,5 mm dicke elastische Platte 19 aus liairgummi a geklebt, um das vollständige druckempfindliche Widerstandselement fertigzustellen. Dieses Element zeigt bei Aufbringen der Zuglast eine hochstabile Widerstand/Zuglast-Kennlinie, wie aus Fig. 7 ersichtlich.Then these particles are clumped together again and then one Subjected molding process under pressure at a suitable temperature, whereby one pressure sensitive resistor with an outer diameter of 5 mm and a thickness of 0.8 mm. As shown in Fig. 6, the pressure sensitive resistor becomes then with a conductive pressure sensitive adhesive at both ends Electrodes 17 and 18 provide and on a 0.5 mm thick elastic plate 19 from Liairgummi a glued to complete the complete pressure sensitive resistor element. When the tensile load is applied, this element shows a highly stable resistance / tensile load characteristic curve, as can be seen from FIG.
Claims (8)
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Publications (1)
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