JP2002158103A - 膜状感圧抵抗体および感圧センサ - Google Patents
膜状感圧抵抗体および感圧センサInfo
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- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01C10/00—Adjustable resistors
- H01C10/10—Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force
- H01C10/106—Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force on resistive material dispersed in an elastic material
Abstract
(57)【要約】
【課題】測定可能な荷重範囲を広くとれ、抵抗−荷重特
性が滑らかな曲線を示し、品質が安定し、耐環境性や打
鍵耐久性に優れた膜状感圧抵抗体およびこれを用いる感
圧センサを提供する。 【解決手段】膜状感圧抵抗体は、カーボンブラックなど
の導電粒子と、平均粒径２〜５０μｍ、好ましくは１３
〜２０μｍの球状弾性粒子と、ポリエステル樹脂などの
バインダからなり、平均表面粗さが０．１μｍ以上３μ
ｍ以下でありかつ表面凹凸周期のピークが１０μｍ以上
１，０００μｍ以下であると共に、弾性率が８００ＭＰ
ａ以上８，０００ＭＰａ以下である。
性が滑らかな曲線を示し、品質が安定し、耐環境性や打
鍵耐久性に優れた膜状感圧抵抗体およびこれを用いる感
圧センサを提供する。 【解決手段】膜状感圧抵抗体は、カーボンブラックなど
の導電粒子と、平均粒径２〜５０μｍ、好ましくは１３
〜２０μｍの球状弾性粒子と、ポリエステル樹脂などの
バインダからなり、平均表面粗さが０．１μｍ以上３μ
ｍ以下でありかつ表面凹凸周期のピークが１０μｍ以上
１，０００μｍ以下であると共に、弾性率が８００ＭＰ
ａ以上８，０００ＭＰａ以下である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力や荷重に応じ
て抵抗値が変化する膜状感圧抵抗体およびこの抵抗体を
用いた感圧センサに関するものである。
て抵抗値が変化する膜状感圧抵抗体およびこの抵抗体を
用いた感圧センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の感圧センサとしては、例えば図１
（ａ）〜図１（ｃ）に示す構造のものが知られている。
図１（ａ）は三つの電極を用いる感圧センサの内部構造
を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示した
感圧センサにおける上部回路基板に形成された電極およ
び配線のパターンを示す平面図であり、図１（ｃ）は図
１（ａ）に示した感圧センサにおける下部回路基板に形
成された電極のパターンを示す平面図である。
（ａ）〜図１（ｃ）に示す構造のものが知られている。
図１（ａ）は三つの電極を用いる感圧センサの内部構造
を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示した
感圧センサにおける上部回路基板に形成された電極およ
び配線のパターンを示す平面図であり、図１（ｃ）は図
１（ａ）に示した感圧センサにおける下部回路基板に形
成された電極のパターンを示す平面図である。
【０００３】この例の上部回路基板１には、図１（ｂ）
に示すように櫛歯状の電極２とこの電極２を外部装置
（図示せず）に接続するための配線部３が形成されると
共に、上記電極２と同一面上に形成されているが電極２
とは絶縁されている櫛歯状の電極４とこの電極４を外部
装置（図示せず）に接続するための配線部５が形成され
ている。また、下部回路基板６上には、図１（ｃ）に示
すように、円盤状の電極７が形成されている。上部回路
基板１と下部回路基板６とはスペーサシート８を挟んで
粘着層９により固定されており、上部回路基板１の電極
２および電極４と下部回路基板６の電極７との間にはス
ペーサシート８の厚さに相当する隙間が形成されてい
る。
に示すように櫛歯状の電極２とこの電極２を外部装置
（図示せず）に接続するための配線部３が形成されると
共に、上記電極２と同一面上に形成されているが電極２
とは絶縁されている櫛歯状の電極４とこの電極４を外部
装置（図示せず）に接続するための配線部５が形成され
ている。また、下部回路基板６上には、図１（ｃ）に示
すように、円盤状の電極７が形成されている。上部回路
基板１と下部回路基板６とはスペーサシート８を挟んで
粘着層９により固定されており、上部回路基板１の電極
２および電極４と下部回路基板６の電極７との間にはス
ペーサシート８の厚さに相当する隙間が形成されてい
る。
【０００４】このような積層構造体を感圧センサとして
機能させるためには、上記三つの電極２、電極４および
電極７のうち少なくとも一つの電極、さらにはその電極
の少なくとも一部が膜状感圧抵抗体である必要がある。
機能させるためには、上記三つの電極２、電極４および
電極７のうち少なくとも一つの電極、さらにはその電極
の少なくとも一部が膜状感圧抵抗体である必要がある。
【０００５】このような構成の感圧センサでは、上部回
路基板１側から荷重を加えると、上部回路基板１の一部
が変形して上部回路基板１の電極２および電極４が下部
回路基板６の電極７に接触するため、電極２と電極４は
電極７を介して導通状態となる。さらに荷重を増すと、
電極間の接触面積が増大して導通抵抗が低下する。
路基板１側から荷重を加えると、上部回路基板１の一部
が変形して上部回路基板１の電極２および電極４が下部
回路基板６の電極７に接触するため、電極２と電極４は
電極７を介して導通状態となる。さらに荷重を増すと、
電極間の接触面積が増大して導通抵抗が低下する。
【０００６】他の感圧センサとしては、例えば図２
（ａ）〜図２（ｃ）に示す構造のものが知られている。
図２（ａ）は対向する２の電極を用いる感圧センサの内
部構造を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に
示した感圧センサにおける上部回路基板に形成された電
極および配線のパターンを示す平面図であり、図２
（ｃ）は図２（ａ）に示した感圧センサにおける下部回
路基板に形成された電極のパターンを示す平面図であ
る。
（ａ）〜図２（ｃ）に示す構造のものが知られている。
図２（ａ）は対向する２の電極を用いる感圧センサの内
部構造を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に
示した感圧センサにおける上部回路基板に形成された電
極および配線のパターンを示す平面図であり、図２
（ｃ）は図２（ａ）に示した感圧センサにおける下部回
路基板に形成された電極のパターンを示す平面図であ
る。
【０００７】この例の下部回路基板６の円盤状の電極７
には外部装置（図示せず）の配線部１０が接続されてい
る。他方、上部回路基板１には下部回路基板６の電極７
と対向する位置に円盤状の電極１１が形成され、この電
極１１には外部装置（図示せず）の配線部１２が接続さ
れている。
には外部装置（図示せず）の配線部１０が接続されてい
る。他方、上部回路基板１には下部回路基板６の電極７
と対向する位置に円盤状の電極１１が形成され、この電
極１１には外部装置（図示せず）の配線部１２が接続さ
れている。
【０００８】このタイプの感圧センサでは、上部回路基
板１側から荷重を加えると、上部回路基板１の一部が変
形して上部回路基板１の電極１１が下部回路基板６の電
極７に接触するため、電極１１と電極７とが導通状態と
なる。さらに荷重を増すと、両電極間の接触面積が増大
して導通抵抗が低下する。
板１側から荷重を加えると、上部回路基板１の一部が変
形して上部回路基板１の電極１１が下部回路基板６の電
極７に接触するため、電極１１と電極７とが導通状態と
なる。さらに荷重を増すと、両電極間の接触面積が増大
して導通抵抗が低下する。
【０００９】上述のような感圧センサの特性は、導通抵
抗の変化が膜状感圧抵抗体と対向電極との接触抵抗の変
化に起因していると考えられることから（特公平２−４
９０２９号公報）、感圧センサとしては、荷重を徐々に
大きくしてゆくと、導通抵抗も徐々に低下する特性、即
ち図３に示す曲線のように荷重の変化に応じて導通抵抗
が緩やかに変化する特性を有するのが理想的である。
抗の変化が膜状感圧抵抗体と対向電極との接触抵抗の変
化に起因していると考えられることから（特公平２−４
９０２９号公報）、感圧センサとしては、荷重を徐々に
大きくしてゆくと、導通抵抗も徐々に低下する特性、即
ち図３に示す曲線のように荷重の変化に応じて導通抵抗
が緩やかに変化する特性を有するのが理想的である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
実用化されている感圧センサにおいては、図４に示す曲
線ａのように荷重による抵抗変化が急峻になりすぎるた
め、スイッチとしてしか機能せず、接触初期の低荷重域
での検知が困難となり、測定可能な荷重範囲を広くとれ
ないという課題があった。
実用化されている感圧センサにおいては、図４に示す曲
線ａのように荷重による抵抗変化が急峻になりすぎるた
め、スイッチとしてしか機能せず、接触初期の低荷重域
での検知が困難となり、測定可能な荷重範囲を広くとれ
ないという課題があった。
【００１１】また、従来の感圧センサでは、図４に示す
曲線ｂのように抵抗−荷重特性が滑らかな曲線になら
ず、段差が生じ、その段差部分では実質的に測定不能に
なってしまうという課題もあった。
曲線ｂのように抵抗−荷重特性が滑らかな曲線になら
ず、段差が生じ、その段差部分では実質的に測定不能に
なってしまうという課題もあった。
【００１２】さらに、従来の感圧センサでは、製品個体
差にバラツキがあり、動作信頼性に欠けるという課題も
あった。また、従来の感圧センサでは、耐環境性や打鍵
耐久性に劣るという課題もあった。
差にバラツキがあり、動作信頼性に欠けるという課題も
あった。また、従来の感圧センサでは、耐環境性や打鍵
耐久性に劣るという課題もあった。
【００１３】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、測定可能な荷重範囲を広くとれ、
抵抗−荷重特性が滑らかな曲線を示し、品質が安定し、
耐環境性や打鍵耐久性に優れた膜状感圧抵抗体およびこ
れを用いる感圧センサを提供することを目的とするもの
である。
めになされたもので、測定可能な荷重範囲を広くとれ、
抵抗−荷重特性が滑らかな曲線を示し、品質が安定し、
耐環境性や打鍵耐久性に優れた膜状感圧抵抗体およびこ
れを用いる感圧センサを提供することを目的とするもの
である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１に係る膜状感圧抵抗体は、平均表面粗さが
０．１μｍ以上３μｍ以下でありかつ表面凹凸周期のピ
ークが１０μｍ以上１，０００μｍ以下であると共に、
弾性率が８００ＭＰａ以上８，０００ＭＰａ以下である
ことを特徴とするものである。
め、請求項１に係る膜状感圧抵抗体は、平均表面粗さが
０．１μｍ以上３μｍ以下でありかつ表面凹凸周期のピ
ークが１０μｍ以上１，０００μｍ以下であると共に、
弾性率が８００ＭＰａ以上８，０００ＭＰａ以下である
ことを特徴とするものである。
【００１５】請求項２に係る膜状感圧抵抗体は、導電粒
子とバインダと平均粒径が２μｍ以上５０μｍ以下であ
る球状の弾性粒子とを含むことを特徴とするものであ
る。請求項３に係る膜状感圧抵抗体は、前記弾性粒子を
有機弾性フィラーとしたことを特徴とするものである。
請求項４に係る膜状感圧抵抗体は、前記弾性粒子の平均
粒径が１３〜２０μｍであることを特徴とするものであ
る。
子とバインダと平均粒径が２μｍ以上５０μｍ以下であ
る球状の弾性粒子とを含むことを特徴とするものであ
る。請求項３に係る膜状感圧抵抗体は、前記弾性粒子を
有機弾性フィラーとしたことを特徴とするものである。
請求項４に係る膜状感圧抵抗体は、前記弾性粒子の平均
粒径が１３〜２０μｍであることを特徴とするものであ
る。
【００１６】請求項５に係る膜状感圧抵抗体は、前記導
電粒子をグラファイトもしくはカーボンブラックとした
ことを特徴とするものである。請求項６に係る膜状感圧
抵抗体は、前記バインダの少なくとも一部にポリエステ
ル樹脂を含むことを特徴とするものである。
電粒子をグラファイトもしくはカーボンブラックとした
ことを特徴とするものである。請求項６に係る膜状感圧
抵抗体は、前記バインダの少なくとも一部にポリエステ
ル樹脂を含むことを特徴とするものである。
【００１７】請求項７に係る膜状感圧抵抗体は、平均粒
径１３〜２０μｍの弾性粒子が体積比で１０〜１６％含
まれていることを特徴とするものである。
径１３〜２０μｍの弾性粒子が体積比で１０〜１６％含
まれていることを特徴とするものである。
【００１８】請求項８に係る感圧センサは、少なくとも
２の電極を無荷重時に離間させ、荷重印加時に前記電極
間を導通させると共に、荷重の増加に伴い導通抵抗が低
下する感圧センサにおいて、前記電極の少なくとも一方
のうち少なくとも一部を上記いずれかの膜状感圧抵抗体
で形成したことを特徴とするものである。
２の電極を無荷重時に離間させ、荷重印加時に前記電極
間を導通させると共に、荷重の増加に伴い導通抵抗が低
下する感圧センサにおいて、前記電極の少なくとも一方
のうち少なくとも一部を上記いずれかの膜状感圧抵抗体
で形成したことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の膜状感圧抵抗体は、基材上に形成され、荷重に
応じて抵抗値が変化する膜状感圧抵抗体であって、その
膜状感圧抵抗体を平均表面粗さが０．１μｍ以上３μｍ
以下であり、かつ表面凹凸周期のピークが１０μｍ以上
１，０００μｍ以下であると共に、弾性率が８００ＭＰ
ａ以上８，０００ＭＰａ以下としたものである。ここ
で、表面凹凸周期とは、表面粗さをフーリエ変換した場
合にピーク強度を示す周期をいう。
本発明の膜状感圧抵抗体は、基材上に形成され、荷重に
応じて抵抗値が変化する膜状感圧抵抗体であって、その
膜状感圧抵抗体を平均表面粗さが０．１μｍ以上３μｍ
以下であり、かつ表面凹凸周期のピークが１０μｍ以上
１，０００μｍ以下であると共に、弾性率が８００ＭＰ
ａ以上８，０００ＭＰａ以下としたものである。ここ
で、表面凹凸周期とは、表面粗さをフーリエ変換した場
合にピーク強度を示す周期をいう。
【００２０】平均表面粗さが０．１μｍ未満である場合
には、膜状感圧抵抗体が対向電極と接触する際に、低い
荷重が印加された場合でも両者が面で接触し、ひいては
接触抵抗が低くなるため、図４で示した曲線ａのよう
に、接触初期の低荷重域での曲線の傾きが急峻となり、
測定可能な荷重範囲を広くとれない。逆に、平均表面粗
さが３μｍを超える場合には、膜状感圧抵抗体が対向電
極と接触する際に、接触状態が不均一になるため、抵抗
−荷重特性が滑らかな曲線にならず、図４で示した曲線
ｂのように、段差が生じてしまう。従って、平均表面粗
さは０．１μｍ以上３μｍ以下の範囲、好ましくは０．
２μｍ以上３μｍ以下の範囲とされる。
には、膜状感圧抵抗体が対向電極と接触する際に、低い
荷重が印加された場合でも両者が面で接触し、ひいては
接触抵抗が低くなるため、図４で示した曲線ａのよう
に、接触初期の低荷重域での曲線の傾きが急峻となり、
測定可能な荷重範囲を広くとれない。逆に、平均表面粗
さが３μｍを超える場合には、膜状感圧抵抗体が対向電
極と接触する際に、接触状態が不均一になるため、抵抗
−荷重特性が滑らかな曲線にならず、図４で示した曲線
ｂのように、段差が生じてしまう。従って、平均表面粗
さは０．１μｍ以上３μｍ以下の範囲、好ましくは０．
２μｍ以上３μｍ以下の範囲とされる。
【００２１】表面凹凸周期が１０μｍ未満である場合に
は、膜状感圧抵抗体が対向電極と接触する際に、低い荷
重が印加された場合でも両者が面で接触し、ひいては接
触抵抗が低くなるため、図４で示した曲線ａのように、
接触初期の低荷重域での曲線の傾きが急峻となり、測定
可能な荷重範囲を広くとれない。逆に、表面凹凸周期が
１，０００μｍを超える場合には、上述と同様に抵抗−
荷重特性に段差が生じたり、接触初期の低荷重域での曲
線の傾きが急峻となり、測定可能な荷重範囲を広くとれ
ない。従って、表面凹凸周期は１０μｍ以上１，０００
μｍ以下の範囲、好ましくは２０μｍ以上５００μｍ以
下の範囲とされる。
は、膜状感圧抵抗体が対向電極と接触する際に、低い荷
重が印加された場合でも両者が面で接触し、ひいては接
触抵抗が低くなるため、図４で示した曲線ａのように、
接触初期の低荷重域での曲線の傾きが急峻となり、測定
可能な荷重範囲を広くとれない。逆に、表面凹凸周期が
１，０００μｍを超える場合には、上述と同様に抵抗−
荷重特性に段差が生じたり、接触初期の低荷重域での曲
線の傾きが急峻となり、測定可能な荷重範囲を広くとれ
ない。従って、表面凹凸周期は１０μｍ以上１，０００
μｍ以下の範囲、好ましくは２０μｍ以上５００μｍ以
下の範囲とされる。
【００２２】弾性率が８００ＭＰａ未満である場合に
は、良好な抵抗−荷重特性を得ることができる反面、耐
熱性、耐湿性および打鍵耐久性などが悪化してしまう。
逆に、弾性率が８，０００ＭＰａを超える場合には、膜
状感圧抵抗体が対向電極と接触する際に、接触状態が不
均一になるため、抵抗−荷重特性が滑らかな曲線になら
ず、図４で示した曲線ｂのように、段差が生じてしま
う。従って、弾性率は８００ＭＰａ以上８，０００ＭＰ
ａ以下の範囲、好ましくは１，０００ＭＰａ以上８，０
００ＭＰａ以下の範囲とされる。
は、良好な抵抗−荷重特性を得ることができる反面、耐
熱性、耐湿性および打鍵耐久性などが悪化してしまう。
逆に、弾性率が８，０００ＭＰａを超える場合には、膜
状感圧抵抗体が対向電極と接触する際に、接触状態が不
均一になるため、抵抗−荷重特性が滑らかな曲線になら
ず、図４で示した曲線ｂのように、段差が生じてしま
う。従って、弾性率は８００ＭＰａ以上８，０００ＭＰ
ａ以下の範囲、好ましくは１，０００ＭＰａ以上８，０
００ＭＰａ以下の範囲とされる。
【００２３】このような構成の膜状感圧抵抗体は導電粒
子と弾性粒子とバインダとを含むものである。導電粒子
としては、例えば金属粒子、インジュウムドープ酸化ス
ズなどの半導体粒子およびカーボン系粒子などの使用が
可能であるが、このカーボン系粒子としてはグラファイ
トもしくはカーボンブラックを好適に使用できる。樹脂
１００重量部に対する導電粒子の配合量は２〜２００重
量部、好ましくは５〜１００重量部の範囲とされる。こ
の範囲での配合により、適度な塗膜の比抵抗が得られ、
荷重による抵抗値の変化が現れ易くなるという効果を得
ることができる。
子と弾性粒子とバインダとを含むものである。導電粒子
としては、例えば金属粒子、インジュウムドープ酸化ス
ズなどの半導体粒子およびカーボン系粒子などの使用が
可能であるが、このカーボン系粒子としてはグラファイ
トもしくはカーボンブラックを好適に使用できる。樹脂
１００重量部に対する導電粒子の配合量は２〜２００重
量部、好ましくは５〜１００重量部の範囲とされる。こ
の範囲での配合により、適度な塗膜の比抵抗が得られ、
荷重による抵抗値の変化が現れ易くなるという効果を得
ることができる。
【００２４】弾性粒子としては、平均粒径が２μｍ以上
５０μｍ以下、好ましくは１３μｍ以上２０μｍ以下の
実質的に球体である有機弾性フィラーまたは無機酸化物
フィラーなどの使用が可能であり、有機弾性フィラーと
してはシリコーン系、アクリル系、スチレン系、ウレタ
ン系などのポリマーやナイロン６、ナイロン１１、ナイ
ロン１２などからなる球状粒子を特に好適に使用でき
る。樹脂１００重量部に対する弾性粒子の配合量は２〜
２００重量部、好ましくは５〜１００重量部の範囲とさ
れる。この範囲での配合により、感圧センサに用いられ
る膜状感圧抵抗体にとって必要とされる表面粗さ、表面
凹凸周期および弾性率を得ることができる。
５０μｍ以下、好ましくは１３μｍ以上２０μｍ以下の
実質的に球体である有機弾性フィラーまたは無機酸化物
フィラーなどの使用が可能であり、有機弾性フィラーと
してはシリコーン系、アクリル系、スチレン系、ウレタ
ン系などのポリマーやナイロン６、ナイロン１１、ナイ
ロン１２などからなる球状粒子を特に好適に使用でき
る。樹脂１００重量部に対する弾性粒子の配合量は２〜
２００重量部、好ましくは５〜１００重量部の範囲とさ
れる。この範囲での配合により、感圧センサに用いられ
る膜状感圧抵抗体にとって必要とされる表面粗さ、表面
凹凸周期および弾性率を得ることができる。
【００２５】バインダとしては、例えばシリコーンゴム
系、ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂、ポリエステル樹脂などの使用が可能であるが、少な
くともポリエステル樹脂、なかでも共重合ポリエステル
樹脂を含むバインダが基材となる回路基板との接着性を
向上させる点で好適に使用される。また、バインダとし
て架橋系のものでも良く、このための硬化剤としては例
えばイソシアネート化合物、アミン化合物が適宜配合さ
れる。
系、ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂、ポリエステル樹脂などの使用が可能であるが、少な
くともポリエステル樹脂、なかでも共重合ポリエステル
樹脂を含むバインダが基材となる回路基板との接着性を
向上させる点で好適に使用される。また、バインダとし
て架橋系のものでも良く、このための硬化剤としては例
えばイソシアネート化合物、アミン化合物が適宜配合さ
れる。
【００２６】特に、弾性粒子として、平均粒径１３〜２
０μｍのものを用い、膜状感圧抵抗体中の弾性粒子の存
在量が体積比で１０〜１６％となるようにした膜状感圧
抵抗体が、抵抗−荷重特性が良好になり、低荷重領域で
の抵抗値の変化がなだらかになって、実質的な測定範囲
が拡大される。また、同時に抵抗−荷重特性のばらつき
が小さくなる。
０μｍのものを用い、膜状感圧抵抗体中の弾性粒子の存
在量が体積比で１０〜１６％となるようにした膜状感圧
抵抗体が、抵抗−荷重特性が良好になり、低荷重領域で
の抵抗値の変化がなだらかになって、実質的な測定範囲
が拡大される。また、同時に抵抗−荷重特性のばらつき
が小さくなる。
【００２７】以上のように、この例の膜状感圧抵抗体
は、十分な平均表面粗さ、表面凹凸周期のピークおよび
弾性率を有するものであるので、接触初期の低荷重域に
おける荷重変化に対しても接触面積が緩やかに変化する
ものとなる。
は、十分な平均表面粗さ、表面凹凸周期のピークおよび
弾性率を有するものであるので、接触初期の低荷重域に
おける荷重変化に対しても接触面積が緩やかに変化する
ものとなる。
【００２８】この膜状感圧抵抗体は、例えば図１（ａ）
〜図１（ｃ）および図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した従
来から知られている感圧センサの少なくとも電極の一部
に好適に使用可能である。
〜図１（ｃ）および図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した従
来から知られている感圧センサの少なくとも電極の一部
に好適に使用可能である。
【００２９】この膜状感圧抵抗体を組み込んだ感圧セン
サにおける上部回路基板１および下部回路基板６として
は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポ
リエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルイミド、ポリイミドなどの材料をフィ
ルム状に加工して使用されるが、感圧センサに要求され
る耐熱性等の使用条件に応じて適宜選択される。
サにおける上部回路基板１および下部回路基板６として
は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポ
リエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルイミド、ポリイミドなどの材料をフィ
ルム状に加工して使用されるが、感圧センサに要求され
る耐熱性等の使用条件に応じて適宜選択される。
【００３０】上部回路基板１および下部回路基板６に形
成される電極のうち上述の膜状感圧抵抗体以外の部分
は、スクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法、金
属箔のエッチング法などの周知の方法により形成される
が、コスト上も有利な方法として、銀、カーボンインキ
等の導電性材料を印刷、乾燥する一般的な方法により形
成される。
成される電極のうち上述の膜状感圧抵抗体以外の部分
は、スクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法、金
属箔のエッチング法などの周知の方法により形成される
が、コスト上も有利な方法として、銀、カーボンインキ
等の導電性材料を印刷、乾燥する一般的な方法により形
成される。
【００３１】また、膜状感圧抵抗体についても、上述し
た導電粒子、バインダ、弾性粒子などの主要成分を溶剤
に溶解し、分散して得たインキ状組成物を印刷、乾燥し
て形成されるのが好ましい。この膜状感圧抵抗体は、勿
論、上部回路基板１および下部回路基板６上に直接形成
して電極全体を構成してもよく、あるいは各電極２、４
および７上に形成して各電極構造の一部を構成してもよ
い。
た導電粒子、バインダ、弾性粒子などの主要成分を溶剤
に溶解し、分散して得たインキ状組成物を印刷、乾燥し
て形成されるのが好ましい。この膜状感圧抵抗体は、勿
論、上部回路基板１および下部回路基板６上に直接形成
して電極全体を構成してもよく、あるいは各電極２、４
および７上に形成して各電極構造の一部を構成してもよ
い。
【００３２】以上のように、上述の膜状感圧抵抗体を組
み込んだ感圧センサでは、接触初期の低荷重域における
荷重変化に対しても導通抵抗が緩やかに変化するものと
なり、測定可能な範囲を広げることができる。また、こ
の感圧センサでは、抵抗−荷重特性に段差を生じること
がないため、測定可能な範囲の全域で測定が可能とな
る。
み込んだ感圧センサでは、接触初期の低荷重域における
荷重変化に対しても導通抵抗が緩やかに変化するものと
なり、測定可能な範囲を広げることができる。また、こ
の感圧センサでは、抵抗−荷重特性に段差を生じること
がないため、測定可能な範囲の全域で測定が可能とな
る。
【００３３】さらに、この感圧センサでは、センサ間の
個体差を小さくでき、耐環境性、打鍵耐久性に優れたも
のとなる。従って、この感圧センサは、例えば椅子に座
った人の体重を検知するセンサ、あるいは楽器や電子機
器の入力用センサ等に好適に使用されるものとなる。
個体差を小さくでき、耐環境性、打鍵耐久性に優れたも
のとなる。従って、この感圧センサは、例えば椅子に座
った人の体重を検知するセンサ、あるいは楽器や電子機
器の入力用センサ等に好適に使用されるものとなる。
【００３４】（実施例１〜６および比較例１〜６）図２
（ａ）〜図２（ｃ）に示したような接点構造を有し、１
６接点からなる感圧センサを次の手順で作製した。
（ａ）〜図２（ｃ）に示したような接点構造を有し、１
６接点からなる感圧センサを次の手順で作製した。
【００３５】まず、上部回路基板１として厚さ１００μ
ｍのＰＥＴフィルムを用意し、このフィルム（基板１）
上に銀インキを印刷し、乾燥して電極１１および配線部
１２を得た。次に、下部回路基板６として同じく厚さ１
００μｍのＰＥＴフィルムを用意し、図５（ａ）および
図５（ｂ）に示すように、このフィルム（基板６）上に
銀インキを印刷し、乾燥して円環状の銀回路１３を形成
し、この銀回路１３上および銀回路１３で囲まれる基板
６上に膜状感圧抵抗体１４を形成した。この膜状感圧抵
抗体１４は表１に示す材料を適宜溶剤に溶解し、分散さ
せたインキを印刷し、乾燥して形成したものである。
ｍのＰＥＴフィルムを用意し、このフィルム（基板１）
上に銀インキを印刷し、乾燥して電極１１および配線部
１２を得た。次に、下部回路基板６として同じく厚さ１
００μｍのＰＥＴフィルムを用意し、図５（ａ）および
図５（ｂ）に示すように、このフィルム（基板６）上に
銀インキを印刷し、乾燥して円環状の銀回路１３を形成
し、この銀回路１３上および銀回路１３で囲まれる基板
６上に膜状感圧抵抗体１４を形成した。この膜状感圧抵
抗体１４は表１に示す材料を適宜溶剤に溶解し、分散さ
せたインキを印刷し、乾燥して形成したものである。
【００３６】
【表１】
【００３７】次に、スペーサシート８として、両面に粘
着層９が形成された総厚約１００μｍのＰＥＴフィルム
を用意し、この両面に上部回路基板１および下部回路基
板６を貼り合わせて図２（ａ）に示した積層構造を得
た。なお、スペーサシート８の開口径は１２ｍｍであっ
た。
着層９が形成された総厚約１００μｍのＰＥＴフィルム
を用意し、この両面に上部回路基板１および下部回路基
板６を貼り合わせて図２（ａ）に示した積層構造を得
た。なお、スペーサシート８の開口径は１２ｍｍであっ
た。
【００３８】各膜状感圧抵抗体（実施例１〜６および比
較例１〜６）について表面粗さ、表面凹凸周期、微小硬
度計により測定した弾性率等の物性を測定し、表２に示
した。さらに、実施例１〜４および比較例１〜６の各膜
状感圧抵抗体を組み込んだ感圧センサをそれぞれ作製
し、各センサに厚さ１０ｍｍ、直径２０ｍｍのシリコー
ンゴムを介して荷重を加え、端子間の導通抵抗と荷重と
の関係を測定し、実施例１〜４のうち、その代表例を図
６に曲線で示した。また、実施例１〜４および比較例１
〜６に係る１６接点からなる感圧センサを１０枚作製
し、全１６０接点について次の（１）〜（３）の特性を
評価し、その結果を同じく表２に示した。
較例１〜６）について表面粗さ、表面凹凸周期、微小硬
度計により測定した弾性率等の物性を測定し、表２に示
した。さらに、実施例１〜４および比較例１〜６の各膜
状感圧抵抗体を組み込んだ感圧センサをそれぞれ作製
し、各センサに厚さ１０ｍｍ、直径２０ｍｍのシリコー
ンゴムを介して荷重を加え、端子間の導通抵抗と荷重と
の関係を測定し、実施例１〜４のうち、その代表例を図
６に曲線で示した。また、実施例１〜４および比較例１
〜６に係る１６接点からなる感圧センサを１０枚作製
し、全１６０接点について次の（１）〜（３）の特性を
評価し、その結果を同じく表２に示した。
【００３９】（１）感圧抵抗特性：単位面積当たりの荷
重（面圧）２０ｋＰａ時の抵抗値で規格化した抵抗値Ｒ
／Ｒ（２０ｋＰａ）が２０であるときの荷重値Ｐ（２
０）と、抵抗値Ｒ／Ｒ（２０ｋＰａ）が１０であるとき
の荷重値Ｐ（１０）との差Ｐ（１０）−Ｐ（２０）を評
価した。この差Ｐ（１０）−Ｐ（２０）が大きいほど感
圧センサの測定可能な範囲が広いことを示すものであ
る。なお、表２中のＣＶ値は標準偏差を平均値で除した
ものであり、バラツキを示すものである。
重（面圧）２０ｋＰａ時の抵抗値で規格化した抵抗値Ｒ
／Ｒ（２０ｋＰａ）が２０であるときの荷重値Ｐ（２
０）と、抵抗値Ｒ／Ｒ（２０ｋＰａ）が１０であるとき
の荷重値Ｐ（１０）との差Ｐ（１０）−Ｐ（２０）を評
価した。この差Ｐ（１０）−Ｐ（２０）が大きいほど感
圧センサの測定可能な範囲が広いことを示すものであ
る。なお、表２中のＣＶ値は標準偏差を平均値で除した
ものであり、バラツキを示すものである。
【００４０】（２）耐湿熱性：６０℃で相対湿度９５％
ＲＨの条件下に２４０時間放置した後のＰ（２０）の変
化率（％）を測定した。
ＲＨの条件下に２４０時間放置した後のＰ（２０）の変
化率（％）を測定した。
【００４１】（３）打鍵耐久性：接点を直径１０ｍｍの
球状シリコーンゴムを用い、荷重１０Ｎで２０万回打鍵
した後のＰ（２０）の変化率（％）を測定した。
球状シリコーンゴムを用い、荷重１０Ｎで２０万回打鍵
した後のＰ（２０）の変化率（％）を測定した。
【００４２】
【表２】
【００４３】表２から明らかなように、実施例１〜６に
係る感圧センサは、感圧抵抗特性、耐湿熱性および打鍵
耐久性のいずれの物性についても、比較例１〜６に係る
感圧センサよりも優れていることが分かる。特に、比較
例２，３および６に係る感圧センサでは、図４の曲線ｂ
で示したように抵抗−荷重特性に段差が現れるものがあ
った。
係る感圧センサは、感圧抵抗特性、耐湿熱性および打鍵
耐久性のいずれの物性についても、比較例１〜６に係る
感圧センサよりも優れていることが分かる。特に、比較
例２，３および６に係る感圧センサでは、図４の曲線ｂ
で示したように抵抗−荷重特性に段差が現れるものがあ
った。
【００４４】（実施例７〜１２）表３に示す平均粒径と
存在量のナイロン１２からなる弾性粒子を用いて、膜状
感圧抵抗体を作成した。バインダーとしてはポリエステ
ル樹脂を使用し、導電粒子にはカーボンブラックを用
い、その存在量はすべて体積比で１７．５％とした。弾
性粒子の存在量は、いずれも膜状感圧抵抗体中の体積比
で示した。得られた膜状感圧抵抗体について、先の実施
例と同様の特性を測定した。結果を表３に示す。
存在量のナイロン１２からなる弾性粒子を用いて、膜状
感圧抵抗体を作成した。バインダーとしてはポリエステ
ル樹脂を使用し、導電粒子にはカーボンブラックを用
い、その存在量はすべて体積比で１７．５％とした。弾
性粒子の存在量は、いずれも膜状感圧抵抗体中の体積比
で示した。得られた膜状感圧抵抗体について、先の実施
例と同様の特性を測定した。結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】表３から明らかなように、弾性粒子とし
て、平均粒径１３〜２０μｍのナイロン１２からなるも
のを使用し、これを膜状感圧抵抗体中に体積比で１０〜
１６％存在させたものは、抵抗−荷重特性がさらに良好
になることがわかる。
て、平均粒径１３〜２０μｍのナイロン１２からなるも
のを使用し、これを膜状感圧抵抗体中に体積比で１０〜
１６％存在させたものは、抵抗−荷重特性がさらに良好
になることがわかる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る膜状
感圧抵抗体は、十分な平均表面粗さ、表面凹凸周期のピ
ークおよび弾性率を有するものであるので、接触初期の
低荷重域における荷重変化に対しても接触面積が緩やか
に変化するものとなる。
感圧抵抗体は、十分な平均表面粗さ、表面凹凸周期のピ
ークおよび弾性率を有するものであるので、接触初期の
低荷重域における荷重変化に対しても接触面積が緩やか
に変化するものとなる。
【００４８】本発明に係る膜状感圧抵抗体は、導電粒子
と、バインダと、平均粒径が２μｍ以上５０μｍ以下、
好ましくは１３μｍ以上２０μｍ以下である球状の弾性
粒子とを含むものであるので、適度な塗膜の比抵抗が得
られ、荷重による抵抗値の変化が現れ易くなるという効
果を奏するものである。
と、バインダと、平均粒径が２μｍ以上５０μｍ以下、
好ましくは１３μｍ以上２０μｍ以下である球状の弾性
粒子とを含むものであるので、適度な塗膜の比抵抗が得
られ、荷重による抵抗値の変化が現れ易くなるという効
果を奏するものである。
【００４９】本発明に係る膜状感圧抵抗体は、弾性粒子
を有機弾性フィラーとしたことにより、感圧センサに用
いられる膜状感圧抵抗体にとって必要とされる表面粗
さ、表面凹凸周期および弾性率を得ることができる。
を有機弾性フィラーとしたことにより、感圧センサに用
いられる膜状感圧抵抗体にとって必要とされる表面粗
さ、表面凹凸周期および弾性率を得ることができる。
【００５０】本発明に係る膜状感圧抵抗体は、導電粒子
をグラファイトもしくはカーボンブラックとしたことに
より、適度な塗膜の比抵抗が得られ、荷重による抵抗値
の変化が現れ易くなるという効果を得ることができる。
をグラファイトもしくはカーボンブラックとしたことに
より、適度な塗膜の比抵抗が得られ、荷重による抵抗値
の変化が現れ易くなるという効果を得ることができる。
【００５１】本発明に係る膜状感圧抵抗体は、バインダ
の少なくとも一部にポリエステル樹脂を含めたことによ
り、回路基板に対する接着性を向上させることができ
る。
の少なくとも一部にポリエステル樹脂を含めたことによ
り、回路基板に対する接着性を向上させることができ
る。
【００５２】本発明に係る膜状感圧抵抗体は、平均粒径
１３〜２０μｍの球状の弾性粒子を体積比で１０〜１６
％含むようにしたので、特に低荷重領域での抵抗値の測
定範囲が広がるものとなる。
１３〜２０μｍの球状の弾性粒子を体積比で１０〜１６
％含むようにしたので、特に低荷重領域での抵抗値の測
定範囲が広がるものとなる。
【００５３】さらに、本発明に係る感圧センサは、接触
初期の低荷重域における荷重変化に対しても導通抵抗が
緩やかに変化するものとなり、測定可能な範囲を広げる
ことができる。また、この感圧センサでは、抵抗−荷重
特性に段差を生じることがないため、測定可能な範囲の
全域で測定が可能となる。
初期の低荷重域における荷重変化に対しても導通抵抗が
緩やかに変化するものとなり、測定可能な範囲を広げる
ことができる。また、この感圧センサでは、抵抗−荷重
特性に段差を生じることがないため、測定可能な範囲の
全域で測定が可能となる。
【００５４】さらに、この感圧センサでは、センサ間の
個体差を小さくでき、耐環境性、打鍵耐久性に優れたも
のとなる。従って、この感圧センサは、例えば椅子に座
った人の体重を検知するセンサ、あるいは楽器や電子機
器の入力用センサ等に好適に使用されるものとなる。
個体差を小さくでき、耐環境性、打鍵耐久性に優れたも
のとなる。従って、この感圧センサは、例えば椅子に座
った人の体重を検知するセンサ、あるいは楽器や電子機
器の入力用センサ等に好適に使用されるものとなる。
【図１】（ａ）は三つの電極を用いる感圧センサの内部
構造を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した感圧
センサにおける上部回路基板に形成された電極および配
線のパターンを示す平面図であり、（ｃ）は（ａ）に示
した感圧センサにおける下部回路基板に形成された電極
のパターンを示す平面図である。
構造を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した感圧
センサにおける上部回路基板に形成された電極および配
線のパターンを示す平面図であり、（ｃ）は（ａ）に示
した感圧センサにおける下部回路基板に形成された電極
のパターンを示す平面図である。
【図２】（ａ）は対向するニつの電極を用いる感圧セン
サの内部構造を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示
した感圧センサにおける上部回路基板に形成された電極
および配線のパターンを示す平面図であり、（ｃ）は
（ａ）に示した感圧センサにおける下部回路基板に形成
された電極のパターンを示す平面図である。
サの内部構造を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示
した感圧センサにおける上部回路基板に形成された電極
および配線のパターンを示す平面図であり、（ｃ）は
（ａ）に示した感圧センサにおける下部回路基板に形成
された電極のパターンを示す平面図である。
【図３】感圧センサの理想的な抵抗−荷重特性を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図４】従来の感圧センサの抵抗−荷重特性を示すグラ
フである。
フである。
【図５】（ａ）は膜状感圧抵抗体の電極上への搭載例を
示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線で切断し
て示す断面図である。
示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線で切断し
て示す断面図である。
【図６】本発明に係る感圧センサの抵抗−荷重特性を示
すグラフである。
すグラフである。
２，４，７，１１…電極、１４…膜状感圧抵抗体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 敏文 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 石井 崇裕 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 落合 俊夫 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 小浜 信行 埼玉県北葛飾郡鷲宮町桜田五丁目13番１号 藤倉化成株式会社開発研究所内 (72)発明者 百武 信忠 埼玉県北葛飾郡鷲宮町桜田五丁目13番１号 藤倉化成株式会社開発研究所内 Ｆターム(参考） 5E030 BA04 BA29
Claims (8)
- 【請求項１】 平均表面粗さが０．１μｍ以上３μｍ以
下でありかつ表面凹凸周期のピークが１０μｍ以上１，
０００μｍ以下であると共に、弾性率が８００ＭＰａ以
上８，０００ＭＰａ以下であることを特徴とする膜状感
圧抵抗体。 - 【請求項２】 導電粒子と、バインダと、平均粒径が２
μｍ以上５０μｍ以下である球状の弾性粒子とを含むこ
とを特徴とする請求項１記載の膜状感圧抵抗体。 - 【請求項３】 前記弾性粒子は有機弾性フィラーである
ことを特徴とする請求項２記載の膜状感圧抵抗体。 - 【請求項４】 前記弾性粒子の平均粒径が１３〜２０μ
ｍであることを特徴とする請求項２記載の膜状感圧抵抗
体。 - 【請求項５】 前記導電粒子はグラファイトもしくはカ
ーボンブラックであることを特徴とする請求項２記載の
膜状感圧抵抗体。 - 【請求項６】 前記バインダの少なくとも一部にポリエ
ステル樹脂を含むことを特徴とする請求項２記載の膜状
感圧抵抗体。 - 【請求項７】 平均粒径１３〜２０μｍの球状の弾性粒
子が体積比で１０〜１６％含まれていることを特徴とす
る請求項２記載の膜状感圧抵抗体。 - 【請求項８】 少なくとも２の電極を無荷重時に離間さ
せ、荷重印加時に前記電極間を導通させると共に、荷重
の増加に伴い導通抵抗が低下する感圧センサにおいて、
前記電極の少なくとも一方のうち少なくとも一部を請求
項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の膜状感圧抵
抗体で形成したことを特徴とする感圧センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001224809A JP3980300B2 (ja) | 2000-09-07 | 2001-07-25 | 膜状感圧抵抗体および感圧センサ |
| EP01402281A EP1187146A3 (en) | 2000-09-07 | 2001-09-03 | Film pressure sensitive resistor and pressure sensitive sensor |
| DE60143719T DE60143719D1 (de) | 2000-09-07 | 2001-09-03 | Druckempfindliche Widerstandsfolie und druckempfindlicher Sensor |
| EP06025890A EP1775738B1 (en) | 2000-09-07 | 2001-09-03 | Film pressure sensitive resistor and pressure sensitive sensor |
| US09/946,662 US6388556B1 (en) | 2000-09-07 | 2001-09-05 | Film pressure sensitive resistor and pressure sensitive sensor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000272131 | 2000-09-07 | ||
| JP2000-272131 | 2000-09-07 | ||
| JP2001224809A JP3980300B2 (ja) | 2000-09-07 | 2001-07-25 | 膜状感圧抵抗体および感圧センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002158103A true JP2002158103A (ja) | 2002-05-31 |
| JP3980300B2 JP3980300B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=26599476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001224809A Expired - Lifetime JP3980300B2 (ja) | 2000-09-07 | 2001-07-25 | 膜状感圧抵抗体および感圧センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6388556B1 (ja) |
| EP (2) | EP1187146A3 (ja) |
| JP (1) | JP3980300B2 (ja) |
| DE (1) | DE60143719D1 (ja) |
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| WO2016103350A1 (ja) | 2014-12-24 | 2016-06-30 | 日本メクトロン株式会社 | 感圧素子および圧力センサ |
| WO2016113867A1 (ja) | 2015-01-14 | 2016-07-21 | 日本メクトロン株式会社 | 感圧素子、圧力センサ、および感圧素子製造方法 |
| US10359326B2 (en) | 2015-09-24 | 2019-07-23 | Nippon Mektron, Ltd. | Pressure sensor capable of suppressing dispersion in the initial load of pressure |
| JP2020071072A (ja) * | 2018-10-29 | 2020-05-07 | セイコーエプソン株式会社 | 感圧センサーおよびハンド |
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| TWI467601B (zh) * | 2009-08-31 | 2015-01-01 | Universal Cement Corp | 微形變壓阻材料及其製作方法 |
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| US8587422B2 (en) | 2010-03-31 | 2013-11-19 | Tk Holdings, Inc. | Occupant sensing system |
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