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Diese
Erfindung betrifft einen druckempfindlichen Sensor, welcher eine
druckempfindliche leitfähige Tinte
verwendet.
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In
den letzten Jahren wurde der Einsatz druckempfindlicher Sensoren
etwa auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge erwartet. Werden druckempfindliche
Sensoren in Fahrzeugen verwendet, ist eine Ausgangssignalstabilität in einer
Umgebung, in der Sensoren verwendet werden, mit Temperaturen in
einem großen
Bereich von –20 °C bis 85 °C und ferner
in einem noch größeren Bereich
von –40 °C bis 85 °C erforderlich.
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Ein
Beispiel für
ein Bindemittel für
eine druckempfindliche leitfähige
Tinte ist ein herkömmliches
Bindemittel, welches ein thermoplastisches Harz mit einer hohen
Härte (Polyesterharz,
Phenoxyharz und Ähnliches)
verwendet (etwa Europäische
Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr.:
EP1116754A2 ).
Obwohl eine gute Linearität
der Druckempfindlichkeit des Ausgangssignals erzielt wird, tritt
in diesem Fall das Problem auf, dass die Ausgangssignal-Stabilität bei hohen
Temperaturen (85 °C)
klein ist.
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Andererseits
wird eine hohe Temperatur-Ausgangssignalstabilität erzielt, wenn ein thermisch
stabiles Silicon-Elastomer mit einer Glasübergangstemperatur um –40 °C als Bindemittel
der druckempfindlichen, leitenden Tinte verwendet wird, aber es
tritt das Problem auf, dass die Linearität der Druckempfindlichkeit
des Ausgangssignals schwach ist.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen druckempfindlichen
Sensor mit einer verbesserten Ausgangssignalstabilität und -schwankung
in einem großen
Temperaturbereich von einem unteren Ende (–20 °C) zu einem oberen Ende (85 °C) und ferner
von einem weiter unteren Ende (–40 °C) zu einem oberen
Ende (85 °C)
sowie mit Linearität
der Druckempfindlichkeit des Ausgangssignals bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein druckempfindlicher Sensor bereitgestellt, welcher
Folgendes umfasst:
eine Folienbasis mit zwei, miteinander verbundenen
Folienelementen;
eine anwendungsseitige und eine empfangsseitige
Elektrode, die auf den entsprechenden Folienelementen einander gegenüberliegend
bereitgestellt sind;
leitfähige
Beschichtungen, die auf der anwendungsseitigen und auf der empfangsseitigen
Elektrode bereitgestellt sind, wobei die Beschichtung mit einer
druckempfindlichen Tinte, die leitfähigen Ruß enthält, bereitgestellt ist;
und
wobei sich der Widerstand zwischen der anwendungsseitigen Elektrode
und der empfangsseitigen Elektrode über eine Kontaktfläche zwischen
den leitfähigen
Beschichtungen auf den Elektroden (10, 20) ändert und
die
druckempfindliche leitfähige
Tinte ein Gemisch aus einer leitfähigen Tinte und einer isolierenden
Tinte ist, die aus Lacklösungen
hergestellt ist, welche unter Verwendung von Siliconelastomer-Basislösungen hergestellt
sind, und als Harz eine verbesserte Festigkeit und als Bindemittel
einen erhöhten
Dispersionseffekt des leitfähigen
Rußes
aufweist, der durch Hinzufügen
von 30 bis 70 Gewichtsteilen Siliciumdioxid zu 100 Gewichtsteilen
einer Siliconelastomerkomponente erhalten wird.
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Der
druckempfindliche Sensor gemäß der vorliegenden
Erfindung funktioniert wie folgt:
Im Allgemeinen ist eine Siliconelastomerkomponente,
welche eine Glasumwandlungstemperatur von etwa –40 °C hat, thermisch bei Temperaturen
im Bereich von – 20 °C bis 85°C stabil
und weist eine hohe Temperaturstabilität der Ausgangssignale auf.
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Ferner
erhöht
sich durch die Beigabe von 30 bis 70 Gewichtsteilen Siliziumdioxid
zu 100 Gewichtsteilen Siliconelastomerkomponente die Festigkeit
des Elastomers und die Siliconelastomerkomponente wird durch eine
Kraft allmählich
komprimiert und weist eine erhöhte
Linearität
der Druckempfindlichkeit der Ausgangssignale auf.
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Ferner
erhöht
die Beigabe von 30 bis 70 Gewichtsteilen Siliziumdioxid zu 100 Gewichtsteilen
Siliconelastomerkomponente den Dispersionseffekt des leitfähigen Rußes und
verringert somit die Schwankungen des Ausgangssignals.
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Mit
anderen Worten, der druckempfindliche Sensor der vorliegenden Erfindung
weist eine verbesserte Ausgangssignalstabilität und verringerte Ausgangssignalschwankungen
in einem großen
Bereich von einer unteren Temperatur (–20 °C) bis zu einer hohen Temperatur
(85 °C)
und ferner eine günstige
Linearität
der Druckempfindlichkeit des Ausgangssignals auf.
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In
dem druckempfindlichen Sensor der vorliegenden Erfindung hat das
Siliziumdioxid eine Primärteilchengröße von 7
bis 40 nm, der leitfähige
Ruß weist
eine Primärteilchengröße von 20
bis 40 nm auf und ist mit 3 bis 50 Gewichtsteilen in Bezug auf die
100 Gewichtsteile der Siliconelastomerkomponente enthalten.
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Die
Folienbasis des druckempfindlichen Sensors der vorliegenden Erfindung
kann ein Paar aus Folienbasiselementen aus Polyethylennaphthalat
sein, wobei eines der Elemente eine leitfähige Beschichtung hat, die
die anwendungsseitigen Elektroden abdeckt, während das andere Element eine
leitfähige
Beschichtung hat, welche die empfangsseitigen Elektroden abdeckt.
Die leitfähigen
Beschichtungen sind von einem Abstandsstück umgeben, so dass ein Zwischenraum
zwischen den leitfähigen
Beschichtungen erzielt werden kann, die einander in einem Nicht-Belastungszustand
gegenüberliegen.
Das Abstandsstück
kann entweder durch eine UV-Beschichtungsmittelschicht
und eine Klebstoffschicht oder durch einen Polyethylennaphthalatfilm
und einer Klebstoffschicht ausgebildet sein.
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Ferner
kann anstelle des Paars aus Folienbasiselementen des Polyethylennaphthalats
ein Paar Folienbasiselemente aus Polyimid verwendet werden. In diesem
Fall kann das Abstandsstück
mit einem Polyimidfilm und einer Klebstoffschicht ausgebildet sein.
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Der
druckempfindliche Sensor gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine verbesserte Ausgangssignalstabilität und eine
verringerte Schwankung bei Temperaturen in einem großen Bereich
von tiefen (–20 °C) zu hohen
(85 °C)
oder von tieferen (–40 °C) zu hohen
(85 °C)
und ferner eine günstige
Linearität
des Druckempfindlichkeit des Ausgangssignals auf.
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Praktische
Beispiele für
die Druckempfindlichkeit gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 ist
eine Draufsicht auf einen druckempfindlichen Sensor der Beispiele
1 bis 3 der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht zur Darstellung zweier Folien der Bestandteile,
welche den druckempfindlichen Sensor bilden.
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3 ist
eine Querschnittsansicht des druckempfindlichen Sensors.
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4 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung des Ergebnisses der Ermittlung
der Temperatureigenschaften des druckempfindlichen Sensors unter
Verwendung der druckempfindlichen leitfähigen Tinte von Beispiel 1.
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5 ist
ein Diagramm zur Darstellung des Ergebnisses der Ermittlung der
Temperatureigenschaften des druckempfindlichen Sensors unter Verwendung
der druckempfindlichen leitfähigen
Tinte des Vergleichsbeispiels 1.
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6 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ermittlung der Temperatureigenschaften
(Änderung
des Kehrwerts des Widerstandswerts) der druckempfindlichen Sensoren,
die jeweils die druckempfindliche leitfähige Tinte des Beispiels 1
und des Vergleichsbeispiels 1 verwenden.
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7 ist
ein Diagramm zur Darstellung des Ergebnisses der Ermittlung der
Linearität
der Druckempfindlichkeit der druckempfindlichen Sensoren, die jeweils
die druckempfindliche leitfähige
Tinte von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 verwenden.
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8 ist
eine explodierte, perspektivische Ansicht des druckempfindlichen
Sensors der Beispiele 4 bis 6 dieser Erfindung.
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9 ist
eine Querschnittsansicht des druckempfindlichen Teils und dessen
Nachbarschaft von Beispiel 4.
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10 ist
eine Querschnittsansicht des druckempfindlichen Teils und dessen
Nachbarschaft von Beispiel 5.
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11 ist
eine Querschnittsansicht des druckempfindlichen Teils und dessen
Nachbarschaft von Beispiel 6.
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12 ist
ein Diagramm zur Darstellung des Ergebnisses der Ermittlung der
druckempfindlichen Eigenschaften des druckempfindlichen Sensors
von Beispiel 4.
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13 ist
ein Diagramm zur Darstellung des Ergebnisses der Ermittlung der
Temperatureigenschaften des druckempfindlichen Sensors von Beispiel
4.
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14 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung des Ergebnisses der Ermittlung
der druckempfindlichen Eigenschaften des druckempfindlichen Sensors
von Beispiel 5.
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15 ist
ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Ermittlung der Temperatureigenschaften des
druckempfindlichen Sensors von Beispiel 5.
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16 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung des Ergebnisses der Ermittlung
der druckempfindlichen Eigenschaften des druckempfindlichen Sensors
von Beispiel 6.
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17 ist
ein Diagramm zur Darstellung des Ergebnisses der Temperatureigenschaften
des druckempfindlichen Sensors von Beispiel 6.
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Der
Grundaufbau des druckempfindlichen Sensors S, der in den Beispielen
1 bis 3 verwendet wird, ist wie folgt.
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Der
druckempfindliche Sensor S, dargestellt in den 1 bis 3,
ist ein Beispiel eines Mehrpunktsensors (ein Mehrpunkt-Zellenmuster).
Wie in den 1 und 2 zu sehen,
ist der Sensor S derart ausgebildet, dass ein Bestandteil 51 und
ein Bestandteil S2 miteinander verbunden sind. Wie in 2 deutlich
erkennbar, ist der Bestandteil S1 durch Drucken mit Silber von anwendungsseitigen
Elektroden 10, anwendungsseitigen Anschlüssen 11 und
Verbindungsdrähten 22 auf
einem Folienelement 1 und ferner durch die Beigabe von
druckempfindlicher Tinte 13 auf jeder der anwendungsseitigen
Elektroden 10 durch Drucken ausgebildet. Der Bestandteil
S2 ist durch Drucken mit Silber von empfangsseitigen Elektroden 20,
empfangsseitigen Anschlüssen 21 und
Verbindungsdrähten 22 auf
einem Folienelement 2 und ferner durch die Beigabe von
druckempfindlicher Tinte 23 auf jeder der empfangsseitigen
Elektroden 20 durch Drucken ausgebildet. Dann werden die
Folienelemente 1 und 2 miteinander mit einem Klebemittel
oder Ähnlichem
derart miteinander verbunden, dass die anwendungsseitigen Elektroden 10 und
die empfangsseitigen Elektroden 20 sich senkrecht kreuzen und
die druckempfindlichen leitfähigen
Tinten 13 und 23 einander gegenüberliegen.
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Der
druckempfindliche Sensor weist eine Dicke von etwa 0,1 mm auf und
ist in seiner Gesamtheit flexibel. In diesem Sensor sind weiters
die anwendungsseitigen Elektroden 10 als Zeilenelektroden
ausgebildet und die empfangsseitigen Elektroden 20 sind
als Spaltenelektroden ausgebildet.
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Hiernach
werden die beschriebenen Konstruktionen der Beispiele 1 bis 3 der
vorliegenden Erfindung und jene der Vergleichsbeispiele 1 und 2,
unter Verwendung der druckempfindlichen leitfähigen Tinte 13 und 23,
die Ergebnisse der Ausgangssignalstabilität (Irregularität) der druckempfindlichen
Sensoren in einem großen
Tempera turbereich von –20 °C bis 85 °C und die
Linearität
der Druckempfindlichkeit der Ausgangssignale gezeigt.
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Beispiel 1
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Eine
Lacklösung
A und eine Lacklösung
B wurden aus Zweiflüssigkeits-Siliconelastomer-Basislösungen vom
Härtungstyp
vorbereitet. Insbesondere die Lacklösung A wurde durch Auflösen von
100 Gewichtsteilen einer Basislösung
A (hergestellt von Jujo Chemical Co., Ltd., Markenname: JELCON-SRV-BR(A))
in 67 Gewichtsteile eines Lösungsmittels
(hergestellt von Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd., Markenname: Butycell
Acetate) durch Erhitzen auf 90 °C
vorbereitet. Die Lacklösung
B wurde durch Auflösen
von 100 Gewichtsteilen einer Basislösung B (hergestellt von Jujo
Chemical Co., Ltd., Markenname: JELCON-SRV-BR(A)) in 67 Gewichtsteile
eines ähnlichen
Lösungsmittels
(hergestellt von Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd., Markenname: Butycell Acetate)
durch Erhitzen auf 90 °C
vorbereitet.
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In
100 Gewichtsteile jeder der Lacklösungen A und B wurden 5 Gewichtsteile
leitfähigen
Rußes
(hergestellt von Lion Corp., Markenname: Keten Black EC600JD) und
0,05 Gewichtsteile eines Silankopplungsmittels gemischt (hergestellt
von Dow Corning Asia Corp., Markenname DC-Z6040) und damit vorgemischt, dann
mit einer Mischwalze ausreichend geknetet, um eine leitfähige Tintenlösung A und
eine leitfähige
Tintenlösung
B vorzubereiten.
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In
100 Gewichtsteile jeder Lacklösung
A und B wurden 15 Gewichtsteile von Siliziumdioxid (hergestellt von
Japan Aerosyl Co., Ltd., Markenname: Aerosyl R812) gemischt und
damit vorgemischt, anschließend
erfolgt das ausreichende Kneten mit einer Mischwalze, um eine isolierende
Tintenlösung
A und eine isolierende Tintenlösung
B vorzubereiten.
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Gleiche
Gewichtsteile der leitfähigen
Tintenlösung
A und der leitfähigen
Tintenlösung
B wurden zusammengemischt, um eine leitfähige Tintenmischlösung vorzubereiten
und gleiche Gewichtsteile der isolierenden Tintenlösung A und
der isolierenden Tin tenlösung
B wurden zusammengemischt, um eine isolierende Tintenmischlösung vorzubereiten.
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Die
leitfähige
Tintenmischlösung
und die isolierende Tintenmischlösung
wurden in einem benötigten Verhältnis miteinander
vermischt und verrührt,
um eine druckempfindliche leitfähige
Tinte vorzubereiten und die daraus resultierende Tinte wurde auf
das Elektrodenmuster auf der Folienbasis eines Polyethylennaphthalatfilms
aufgebracht.
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Die
foliengedruckte, druckempfindliche leitfähige Tinte wurde vier Minuten
lang mithilfe einer Kombination aus heißer Luft von 170 °C und eines
Ferninfrarotofens mit einer Oberflächentemperatur von 220 °C vorgehärtet und
zwei oder drei zusätzliche
Tintenschichten wurden durch Drucken hinzugefügt. Daraufhin wurde die Tinte
dann 8 Minuten lang durch eine Kombination aus heißer Luft
von 170 °C
und eines Ferninfrarotofens mit einer Oberflächentemperatur von 220 °C in derselben
Weise wie oben beschrieben ausgehärtet, um eine druckempfindliche
Sensorprobe zu erhalten.
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Das
durch Mischen und Wärmehärten der
leitfähigen
Tintenmischlösung
und der isolierenden Tintenmischlösung erhaltene Siliconelastomer
weist eine Glasumwandlungstemperatur von um die –40 °C auf. Dies gilt ebenfalls für die folgenden
Beispiele 2 und 3.
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Der
Inhalt des leitfähigen
Rußes
unterscheidet sich je nach Widerstandswert der druckempfindlichen leitfähigen Tinte.
In Bezug auf 100 Gewichtsteile der Siliconelastomerkomponente ist
ein Bereich von 3 bis 20 Gewichtsteilen eines leitfähigen Rußes von
Vorteil und ferner weist ein Bereich von 3 bis 10 Gewichtsteilen noch
mehr Vorteile auf. Es wurde ein leitfähiger Ruß mit einer Primärpartikelgröße von 30
nm verwendet, aber es können
auch jene mit einer Primärpartikelgröße von etwa
20 bis etwa 40 nm in ähnlicher
Weise verwendet werden.
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In
Bezug auf die 100 Gewichtsteile der Siliconelastomerkomponente ist
ein Bereich von 30 bis 70 Gewichtsteilen Siliziumdioxid vorzuziehen
und ein Bereich von 40 bis 60 Gewichtsteilen ist besonders bevorzugt. Siliziumdioxid
mit einer Primärpartikelgröße von etwa
7 nm wurde verwendet, aber es können
auch jene mit einer Primärpartikelgröße von etwa
7 bis etwa 40 nm verwendet werden.
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Beispiel 2
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Eine
Lacklösung
A und eine Lacklösung
B, die aus einer Zweiflüssigkeits-Siliconelastomer-Basislösung vom
Härtungstyp
hergestellt werden, wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel
1 vorbereitet.
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In
100 Gewichtsteile jeder Lacklösung
A und Lacklösung
B wurden 15 Gewichtsteile eines leitfähigen Rußes (hergestellt von Cabot
Speciality Chemicals Inc., Markenname: VALCANXC72-R) und 0,15 Gewichtsteile
eines Silankopplungsmittels (hergestellt von Dow Corning Asia Corp.,
Markenname: CD-26040) gemischt und damit vorgemischt, woraufhin
das ausreichende Kneten mithilfe einer Mischwalze erfolgte, um eine
leitfähige
Tintenlösung
A und eine leitfähige
Tintenlösung
B vorzubereiten.
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In
100 Gewichtsteile jeder Lacklösung
A und Lacklösung
B wurden 15 Gewichtsteile Siliziumdioxid (hergestellt von Japan
Aerosyl Co., Ltd., Markenname: Aerosyl R812) gemischt und damit
vorgemischt, gefolgt von dem ausreichenden Kneten durch eine Mischwalze,
um eine isolierende Tintenlösung
A und eine isolierende Tintenlösung
B vorzubereiten.
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Gleiche
Gewichtsteile der leitfähigen
Tintenlösung
A und der leitfähigen
Tintenlösung
B wurden gemeinsam vermischt, um eine leitfähige Tintenmischlösung vorzubereiten
und gleiche Gewichtsteile der isolierenden Tintenlösung A und
der isolierenden Tintenlösung
B wurden gemischt, um eine isolierende Tintenmischlösung vorzubereiten.
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Die
leitfähige
und die isolierende Tintenmischlösung
wurden zusammen in einem benötigten
Verhältnis
vermischt und verrührt,
um eine druckempfindliche leitfähige
Tinte vorzubereiten und die daraus entstandene Tinte wurde auf das
Elektrodenmuster auf der Folienbasis eines Polyethylennaphthalatfilms
aufgebracht.
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Die
foliengedruckte, druckempfindliche leitfähige Tinte wurde in derselben
Weise wie in Beispiel 1 gehärtet,
um eine druckempfindliche Sensorprobe zu erhalten.
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Der
Inhalt des leitfähigen
Rußes
unterscheidet sich je nach Widerstandswert der druckempfindlichen leitfähigen Tinte.
In Bezug auf die 100 Gewichtsteile der Siliconelastomerkomponente
ist ein Bereich von 5 bis 50 Gewichtsteilen des leitfähigen Rußes vorzuziehen
und ferner ist ein Bereich von 5 bis 20 Gewichtsteilen noch bevorzugter.
Leitfähiger
Ruß mit
einer Primärpartikelgröße von 30
nm wurde verwendet, aber einer solcher mit einer Primärpartikelgröße von etwa
20 bis 40 nm kann ebenfalls verwendet werden.
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In
Bezug auf die 100 Gewichtsteile der Siliconelastomerkomponente wird
ein Bereich von 30 bis 70 Gewichtsteilen des Siliziumdioxids bevorzugt
und ferner wird ein Bereich von 40 bis 60 Gewichtsteilen besonders
bevorzugt. Siliziumdioxid mit einer Primärpartikelgröße von 7 nm wurde verwendet,
es können
aber auch solche mit einer Primärpartikelgröße von etwa
7 nm bis etwa 40 nm verwendet werden.
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Beispiel 3
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Eine
Lacklösung
A und eine Lacklösung
B, welche aus einer Zweiflüssigkeits-Siliconelastomer-Basislösung vom
Härtungstyp
hergestellt werden, wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1
vorbereitet.
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In
die 100 Gewichtsteile jeder Lacklösung A und Lacklösung B wurden
10 Gewichtsteile eines Rußes (PRINTER
XE-2B BEADS) und 0,10 Gewichtsteile eines Silankopplungsmittels
(hergestellt von Dow Corning Asia Corp., Markenname: DC-Z6040) vermischt
und damit vorgemischt, gefolgt von dem ausreichenden Kneten durch
die Mischwalze, um eine leitfähige
Tintenlösung
A und eine leitfähige
Tintenlösung
B vorzubereiten.
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In
die 100 Gewichtsteile jeder Lacklösung A und jeder Lacklösung B wurden
15 Gewichtsteile Siliziumdioxid (hergestellt von Japan Aerosyl Co.,
Ltd., Markenname: Aerosyl R812) vermischt und damit vorgemischt,
woraufhin das ausreichende Kneten durch die Mischwalze erfolgte,
um eine isolierende Tintenlösung A
und eine isolierende Tintenlösung
B vorzubereiten.
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Gleiche
Gewichtsteile der leitfähigen
Tintenlösung
A und der leitfähigen
Tintenlösung
B wurden vermischt, um eine leitfähige Tintenmischlösung vorzubereiten
und gleiche Gewichtsteile der isolierenden Tintenlösung A und
der isolierenden Tintenlösung
B wurden miteinander vermischt, um eine isolierende Tintenmischlösung vorzubereiten.
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Die
leitfähige
und die isolierende Tintenmischlösung
wurden miteinander in einem benötigten
Verhältnis
vermischt und verrührt,
um eine druckempfindliche leitfähige
Tinte vorzubereiten und die daraus entstandene Tinte wurde auf das
Elektrodenmuster auf die Folienbasis eines Polyethylennaphthalatfilms
aufgebracht.
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Die
foliengedruckte, druckempfindliche leitfähige Tinte wurde in derselben
Weise wie in Beispiel 1 gehärtet,
um eine druckempfindliche Sensorprobe zu erhalten.
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Der
Inhalt des leitfähigen
Rußes
unterscheidet sich je nach Widerstandswert der druckempfindlichen leitfähigen Tinte
und in Bezug auf 100 Gewichtsteile der Siliconelastomerkomponente
wird ein Bereich von 3 bis 10 Gewichtsteilen des leitfähigen Rußes bevorzugt.
Leitfähiger
Ruß mit
einer Primärpartikelgröße von 30 nm
wurde verwendet, aber einer solcher mit einer Primärpartikelgröße von etwa
20 bis etwa 40 nm kann ebenfalls verwendet werden.
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In
Bezug auf 100 Gewichtsteile der Siliconelastomerkomponente ist ein
Bereich von 30 bis 70 Gewichtsteilen des Siliziumdioxids vorzuziehen
und besonders bevorzugt ist ein Bereich von 40 bis 60 Gewichtsteilen.
Siliziumdioxid mit einer Primärpartikelgröße von etwa
7 nm wurde verwendet, aber es können
auch solche mit einer Primärpartikelgröße von etwa
7 bis etwa 40 nm verwendet werden.
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(Vergleichsbeispiel 1)
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Zu
den 16,9 Gewichtsteilen eines pelletsförmigen Phenoxyharzes (hergestellt
von Toto Kasei Co., Ltd., Markenname: Phenototo YP-50S) wurden 2,8
Gewichtsteile des leitfähigen
Rußes
(hergestellt von Lion Corp., Markenname: Ketjen Black EC600JD) und
2,8 Gewichtsteile Siliziumdioxid (hergestellt von Japan Aerosyl
Co., Ltd., Markenname: Aerosyl R812) sowie 59,4 Gewichtsteile eines
Lösungsmittels
(hergestellt von Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd, Markenname: Buycell
Acetate) hinzugefügt
und damit vorgemischt, gefolgt vom ausreichenden Kneten mithilfe
einer Mischwalze.
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Zu
der zuvor erwähnten
Mischung wurden 18,1 Gewichtsteile eines Polyisocyanats vom TDI-Addukttyp
(hergestellt von Nippon Polyurethan Co., Ltd., Markenname: Coronate
L-70B) als Härtungsmittel
beigegeben und vollständig
umgerührt.
Diese geknetete Mischung wurde dann auf ein Elektrodenmuster auf
einer Folienbasis eines Polyethylennaphthalats mit einem Foliendrucker
gedruckt, 4 Minuten lang in einem Ofen bei 100 °C vorgehärtet und ferner weitere 4 Minuten
lang bei 145 °C
gehärtet,
um eine Probe eines druckempfindlichen Sensors zu erhalten.
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(Vergleichsbeispiel 2)
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Eine
Lacklösung
A und eine Lacklösung
B, welche aus Zweiflüssigkeits-Siliconelastomer-Basislösungen vom
Härtungstyp
hergestellt sind, wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet.
Unter Verwendung dieser Lacklösungen
A und B wurden eine leitfähige
Tintenlösung
A und eine leitfähige
Tintenlösung
B in derselben Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet.
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Die
Lacklösung
A und die Lacklösung
B wurde als isolierende Tintenlösung
A bzw. als isolierende Tintenlösung
B verwendet.
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Gleiche
Gewichtsteile der leitfähigen
Tintenlösung
A und der leitfähigen
Tintenlösung
B wurden gemischt, um eine leitfähige
Tintenmischlösung
vorzubereiten und gleiche Gewichtsteile der isolierenden Tintenlösung A und
der isolierenden Tintenlösung
B wurden vermischt, um eine isolierende Tintenmischlösung vorzubereiten.
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Eine
druckempfindliche leitfähige
Tinte wurde durch Verrühren
der 40 Gewichtsteile der leitfähigen
Tintenmischlösung
und der 60 Gewichtsteile der isolierenden Tintenmischlösung vorbereitet
und auf ein Elektrodenmuster auf einer Folienbasis eines Polyethylennaphthalatfilms
aufgebracht.
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Die
foliengedruckte, druckempfindliche leitfähige Tinte wurde in derselben
Art und Weise wie in Beispiel 1 gehärtet, um eine druckempfindliche
Sensorprobe zu erhalten.
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(Evaluierungstest der Temperatureigenschaften)
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Der
druckempfindliche Widerstandswert eines druckempfindlichen Sensors
mit einem Einzellenmuster (mit einem einzigen druckempfindlichen
Element) wurde bei Temperaturen von –20 °C und 85 °C bei einem Druck von 10, 14,
16, 20, 30 und 40 kPa gemessen, um die Veränderungen des Kehrwerts des
Widerstandswerts in Abhängigkeit
von Temperaturen zu ermitteln. Das Ergebnis von Beispiel 1 ist in 4 abgebildet
und jenes des Vergleichsbeispiels 1 ist in 5 dargestellt. 6 zeigt
einen Vergleich zwischen den Ergebnissen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel
1. Obwohl derselbe Test für
die Beispiele 2, 3 und das Vergleichsbeispiel 2 ausgeführt wurde,
sind hierin die Ergebnisse nicht in Diagrammen dargestellt.
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(Evaluierungstest der Linearität der Druckempfindlichkeit)
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Der
druckempfindliche Widerstandswert eines druckempfindlichen Sensors
mit einem Einzellenmuster (mit einem einzigen druckempfindlichen
Element) wurde bei Umgebungstemperatur (25 °C) unter einem Druck im Bereich
von 4,9 bis 98 kPa gemessen.
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Die
Linearität
wurde durch Erstellen einer graphischen Darstellung (7)
evaluiert, wobei die X-Achse den Druck darstellt und die Y-Achse
den Kehrwert des Widerstandswerts darstellt, und durch Annahme der linearen
Approximation das R-Fehlerquadrat
(R2) basierend auf der Regressionsanalysenberechnung
evaluiert. Obwohl derselbe Test auf die Beispiele 2, 3 und das Vergleichsbeispiel
1 angewendet wurde, stellen die Diagramme hierin die Ergebnisse
derselben nicht dar.
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(Evaluierungstest der Ausgangssignalabweichung)
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Zwanzig
Zeilenelektroden und zwanzig Spaltenelektroden wurden auf die jeweiligen
Folienbasen mit konstanten Teilung gedruckt und zwei Folienelemente
wurden miteinander derart verbunden, dass sich die Zeilen- und die
Spaltenelektroden einander senkrecht überkreuzten, um einen druckempfindlichen
Sensor mit einem T-20-x-20-Muster
zu erhalten, welcher als Berührungssensor
bekannt ist, wie in den 1 bis 3 zu sehen.
Das Ausgangssignal der Kreuzungspositionen auf den Zeilenelektroden,
an denen sich die Zeilen- und Spaltenelektroden kreuzten, wurde
bei einem Druck von 15 kPa gemessen.
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Der
durchschnittliche Ausgangssignalwert wurde von den Gesamtausgangssignalwerten
der Kreuzungspositionen auf den Zeilenelektroden berechnet, der
Variationskoeffizient wurde aus der Ausgangssignal-Standardabweichung
berechnet und die Ausgangssignalabweichung wurde evaluiert.
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(Gesamtevaluation)
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Aus
der oben dargestellten Tabelle 1 ist klar ersichtlich, dass der
druckempfindliche Sensor S unter Verwendung der druckempfindlichen
leitfähigen
Tinte von Beispiel 1 eine verbesserte Ausgangssignalstabilität sowie
eine Ausgangssignalirregularität
bei Temperaturen in einem Bereich von –20 °C bis zur hohen Temperatur von
85 °C aufweist
und ebenfalls einen bestimmenden Koeffizienten der Druckempfindlichkeitslinearität des Ausgangssignals
hat.
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Beispiel 4
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8 zeigt
eine explodierte perspektivische Ansicht eines druckempfindlichen
Sensors S' gemäß der vorliegenden
Erfindung, welcher ein Einzellenmuster hat, und dieser Sensor S' wird im Evaluierungstest
der Temperatureigenschaften und im Evaluierungstest der Linearität der Druckempfindlichkeit
verwendet. Der druckempfindliche Teil des Sensors S' ist in 9 dargestellt.
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Wie
in 8 zu sehen, wird dieser druckempfindliche Sensor
S' in einer Weise
ausgebildet, so dass ein Bestandteil S1' und ein Bestandteil S2' miteinander verbunden
sind und zwischen diesen ein Abstandsstück 3 ist.
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Der
Bestandteil S1' wurde
in einer Weise ausgebildet, dass, auf einem Folienbasiselement 1' des Polyethylennaphthalats,
die anwendungsseitigen Elektroden 10', die anwendungsseitigen Anschlüsse 11' und die Verbindungsdrähte 12' mit einer Silberpaste
(hergestellt von Acheson (Japan) Ltd., Markenname: Electrodag PF-836)
durch Drucken des Musters, gefolgt vom Härten für 4 Minuten unter Verwendung
sowohl von heißer Luft
von 170 °C
als auch eines Ferninfrarotofens mit einer Oberflächentemperatur
von 220 °C
aufgebracht wurden. Der Bestandteil S2' wurde auf ähnliche Weise mit empfangsseitigen
Elektroden 20',
empfangsseitigen Anschlüssen 21' und Verbindungsdrähten 12' ausgebildet.
Außerdem
wurden auf den anwendungsseitigen Elektroden 10' und den empfangsseitigen
Elektroden 20' die
druckempfindliche, durch Mischen und Verrühren einer leitfähigen Tintenmischlösung und
einer isolierenden Tintenmischlösung
in einem geeigneten Verhältnis vorbereitete
Tinte, auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet, durch Foliendrucken
aufgebracht und 4 Minuten lang unter Verwendung sowohl von heißer Luft
von 170 °C
als auch eines Ferninfrarotofens mit einer Oberflächentemperatur
von 220 °C
vorgehärtet.
Weitere 2 oder 3 Schichten der Tinte wurden gedruckt
und 8 Minuten lang bei ähnlichen
Temperaturen wie oben gehärtet.
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Wie
in 9 zu sehen, wurde das Abstandsstück 3 durch
Anlegen eines UV-Beschichtungsmittels (hergestellt
durch Acheson (Japan) Ltd., Markenname: isolierende Tinte vom UV-Härtungstyp
JE-1000G) auf die Folienbasiselemente 1' und 2' durch Foliendrucken und durch
Härten
des Mittels mit UV-Strahlung mit einer akkumulierten Lichtmenge
von 1000 mJ/cm2 ausgebildet, um die druckempfindliche
leitfähige
Tinte 13' und 23' zu umgeben,
welche wie ein druckempfindlicher Teil wirkt. Ferner wurde ein Klebemittel 31 (hergestellt
von Teikoku Printing Inks Mit freundlichen Grüßen. Co., Ltd., Markenname:
CAT-1300S) auf das gedruckte und gehärtete UV-Beschichtungsmittel
durch Foliendrucken hinzugegeben und 8 Minuten lang bei heißer Luft
von 120 °C
gehärtet.
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Hier
wurde eine Sensorprobe von Beispiel 4 durch Verbinden des Bestandteils
S1' mit dem Bestandteil S2' mithilfe der Klebemittel 31 und 31 erzielt.
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Beispiel 5
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Der
Sensor S' des Beispiels
5 weist im Grunde wie Sensor S' von
Beispiel 4 auf, außer,
dass das Abstandsstück
3 sich von jenem von Beispiel 4 unterscheidet, wie in 10 dargestellt.
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Das
Abstandsstück 3 von
Beispiel 5 wurde wie folgt ausgebildet. Ein Klebemittel 32 (hergestellt
von Teikoku Printing Inks Mfg. Co., Ltd., Markenname:CAT-1300S)
wurde auf die Folienbasiselemente 1' und 2' des Polyethylennaphthalats aufgebracht,
um die druckempfindliche leitfähige
Tinte 13' und 23' zu umgeben, welche
als druckempfindlicher Teil wirkt, wie in 10 dargestellt,
und 8 Minuten lang mit heißer
Luft von 120 °C
gehärtet.
Eine Polyethylennaphthalatfolie 33 mit einem Schnitt an
einer dem Teil mit der druckempfindlichen leitfähigen Tinte 13' und 23' entsprechenden
Position wurde zwischen den auf den Folienbasiselementen 1', 2' ausgebildeten
Klebemitteln 32 und 32 verbunden, wodurch eine
druckempfindliche Sensorprobe erhalten wurde.
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Beispiel 6
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Der
druckempfindliche Sensor S' von
Beispiel 6 weist im Grund dieselbe Struktur wie jener von Beispiel
4 auf, mit der Ausnahme, dass das Abstandsstück 3 sich von jenem
von Beispiel 4 unterscheidet, wie in 11 zu
sehen.
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Das
Abstandsstück
von Beispiel 6 wurde wie folgt ausgebildet. Ein Klebemittel 34 (hergestellt
von Teikoku Printing Inks Mfg. Co., Ltd., Markenname:CAT-13005)
wurde auf die Folienbasiselemente 1' und 2' des Polyimids aufgebracht, um
die druckempfindliche leitfähige
Tinte 13' und 23' zu umgeben,
welche als druckempfindlicher Teil agiert, wie in 11 dargestellt,
und 8 Minuten lang mit heißer
Luft von 120 °C
gehärtet. Eine
Polyimidfolie 35 mit einem Schnitt an einer dem Teil mit
der druckempfindlichen leitfähigen
Tinte 13' und 23' entsprechenden
Position wurde zwischen den auf den Folienbasiselementen 1', 2' ausgebildeten
Klebemitteln 34 und 34 verbunden, wodurch eine
druckempfindliche Sensorprobe erhalten wurde.
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(Evaluierungstest der Temperatureigenschaften)
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Der
druckempfindliche Widerstandswert des druckempfindlichen Sensors
S' wurde bei Temperaturen von –40 °C und 85 °C bei einem
Druck von 13, 20 und 40 kPa gemessen, um die Änderung des Kehrwerts des Widerstandswerts
durch Temperatur zu evaluieren. Die Ergebnisse der Beispiele 4,
5 und 6 sind in den Diagrammen der 13, 15 bzw. 17 dargestellt.
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(Evaluierungstest der Linearität der Druckempfindlichkeit)
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Der
druckempfindliche Widerstandswert des druckempfindlichen Sensors
S' wurde bei Umgebungstemperatur
(25 °C)
bei einem Druck im Bereich von 0 bis 100 kPa gemessen.
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Die
Linearität
wurde durch Erstellen einer graphischen Darstellung evaluiert, wobei
die X-Achse den Druck darstellt und die Y-Achse den Kehrwert des
Widerstandswerts darstellt. Durch lineare Approximation und Berechnung
des R-Fehlerquadrats (R2) basierend auf
der Regressionsanalysenberechnung wurde die Linearität evaluiert.
Die Ergebnisse der Beispiele 4, 5 bzw. 6 sind in den 12, 14 und 16 dargestellt.
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Zwanzig
Zeilenelektroden und zwanzig Spaltenelektroden wurden auf die jeweiligen
Folienbasen mit konstanter Teilung gedruckt und zwei Folienelemente
wurden miteinander derart verbunden, dass sich die Zeilen- und die
Spaltenelektroden einander senkrecht überkreuzten, um einen druckempfindlichen
Sensor mit einem T-20-x-20-Muster
zu erhalten, welcher als Berührungssensor
bekannt ist, wie in den 1 bis 3 zu sehen.
Das Ausgangssignal der Kreuzungspositionen auf den Zeilenelektroden,
an denen sich die Zeilen- und Spaltenelektroden kreuzten, wurde
bei einem Druck von 15 kPa gemessen.
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Der
durchschnittliche Ausgangssignalwert wurde von den Gesamtausgangssignalwerten
der Kreuzungspositionen auf den Zeilenelektroden berechnet und der
Variationskoeffizient wurde aus der Ausgangssignal-Standardabweichung
berechnet, um die Ausgangssignalabweichung zu evaluieren. (Gesamtevaluation) [Tabelle 2]
| | Beispiele |
| | 4 | 5 | 6 |
| Änderung
des Kehrwerts des Widerstands-Werts bei –20 °C – 85 °C (Durch-schnitt
jedes Messdrucks) | 1,42
x | 1,10
x | 1,04
x |
| Linearität der Druck-empfindlichkeit
(R2, Wert) | 0,94 | 0,94 | 0,95 |
| Ausgangssignalabweichung
(Variationskoef-fizient) | 0,24 | 0,24 | 0,23 |
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Aus
der oben dargestellten Tabelle 2 ist klar ersichtlich, dass der
druckempfindliche Sensor S' der
Beispiele 4, 5 oder 6, welcher über
die druckempfindliche leitfähige
Tinte von Beispiel 1 und das Abstandsstück 3 verfügt, eine verbesserte Ausgangssignalstabilität und eine
verringerte Ausgangssignalschwankung bei Temperaturen in einem Bereich
von –40 °C bis 85 °C aufweist
und ebenfalls einen bestimmenden Koeffizienten der Druckempfindlichkeitslinearität des Ausgangssignals
hat.
