JP2007292575A - Pressure detection element - Google Patents

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卓 橋田
Yu Fukuda
祐 福田
Yuko Fujii
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem, wherein the response voltage when pressure is applied from the outside drops results in the deterioration of accuracy in pressure detection in the conventional flexible pressure detection element, since flexible pressure sensing element will harden, especially at low temperatures. <P>SOLUTION: An electrode 12, having flexibility and provided with a flexibility enhanced part 15 inside, is formed outside a flexible pressure sensing element 11. Since the flexible electrode 12 easily sinks downward due to this, when pressure Po is applied downward from the outside, the flexible pressure sensing element 11 is deflected significantly downward. In this way by accelerating deflection mode at deformation and increasing the size of the deflection area the response voltage can be restrained from lowering, especially at low temperatures. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は可撓性感圧体を用い、外部から加わる圧力を検出する圧力検出素子に関するものである。   The present invention relates to a pressure detection element that uses a flexible pressure-sensitive body and detects pressure applied from the outside.

従来、この種の圧力検出素子には図17に示すようなものがある。図17に断面図を示すように、可撓性感圧体1の上下に電極2が形成され、表面を保護層3が覆う層状の構造を有している。図17に示す圧力検出素子では、可撓性感圧体1内の残留分極の方向は示していないが、通常、電極2の間に高電圧を印加して分極を形成するために、電極2の面の垂直方向に残留分極が形成されている。   Conventionally, there is such a pressure detection element as shown in FIG. As shown in the cross-sectional view of FIG. 17, the electrode 2 is formed on the upper and lower sides of the flexible pressure-sensitive body 1, and the protective layer 3 covers the surface. In the pressure detection element shown in FIG. 17, the direction of remanent polarization in the flexible pressure-sensitive body 1 is not shown. Usually, in order to form a polarization by applying a high voltage between the electrodes 2, Residual polarization is formed in the direction perpendicular to the surface.

上記の可撓性感圧体1として、合成ゴムや合成樹脂の中にチタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックス粉末を添加した複合体が用いられる。電極2は、可撓性感圧体1に、銅、アルミニウム、金等の金属箔が接着剤等により接着されるか、上記の金属が蒸着されて構成される。   As the flexible pressure-sensitive body 1, a composite in which a piezoelectric ceramic powder such as lead titanate or lead zirconate titanate is added to synthetic rubber or synthetic resin is used. The electrode 2 is configured by bonding a metal foil such as copper, aluminum, or gold to the flexible pressure-sensitive body 1 with an adhesive or the like, or depositing the above metal.

上記の圧力検出素子に外部から動的圧力が加えられると、可撓性感圧体1に加速度を伴う歪みが発生し、同時に圧電効果により電圧が発生する。この電圧を二つの電極2を介して応答電圧として測定することで動的圧力が検出される。   When a dynamic pressure is applied to the pressure detection element from the outside, the flexible pressure-sensitive body 1 is distorted with acceleration, and at the same time, a voltage is generated due to the piezoelectric effect. A dynamic pressure is detected by measuring this voltage as a response voltage via the two electrodes 2.

また、従来知られている圧力検出素子として図18(a)、(b)(例えば、特許文献1参照)に示すようなケーブル状のものもある。図18(a)はケーブルの長手方向の断面を、図18(b)は図18(a)のA-A線位置での断面を示している。具体的には、中心に内部電極4、その周りに可撓性感圧体1、さらにその外部に外部電極5、最後に保護層3が順に形成されている。図18(a)、(b)では、可撓性感圧体1内の残留分極の方向は示していないが、通常、内部電極4と外部電極5の間に高電圧を印加して分極を形成するために、内部電極4から外部電極5へ放射状に残留分極が形成される。   Moreover, there exists a cable-shaped thing as shown in FIG. 18 (a), (b) (for example, refer patent document 1) as a conventionally known pressure detection element. 18A shows a cross section in the longitudinal direction of the cable, and FIG. 18B shows a cross section taken along the line AA in FIG. 18A. Specifically, the inner electrode 4 is formed at the center, the flexible pressure-sensitive body 1 is formed around the inner electrode 4, the outer electrode 5 is formed outside the inner electrode 4, and the protective layer 3 is finally formed. 18 (a) and 18 (b) do not show the direction of remanent polarization in the flexible pressure-sensitive body 1, but normally a high voltage is applied between the internal electrode 4 and the external electrode 5 to form polarization. Therefore, residual polarization is radially formed from the internal electrode 4 to the external electrode 5.

図18(a)、(b)の可撓性感圧体1には、図17の層状の可撓性感圧体と同様の複合体が用いられる。内部電極4は、金属等の導電体を線状とした線状導電材が用いられる。また、外部電極5は可撓性感圧体1の表面に銀系ゴム塗料などの導電塗料を塗着したものが用いられている。圧力の検知は、シート状の可撓性感圧体を用いた圧力検出素子と同様に、動的圧力の印加による加速度を伴う可撓性感圧体1の歪に起因して発生する応答電圧を測定することにより行われる。   For the flexible pressure-sensitive body 1 in FIGS. 18A and 18B, a composite similar to the layered flexible pressure-sensitive body in FIG. 17 is used. For the internal electrode 4, a linear conductive material in which a conductor such as metal is linear is used. Further, the external electrode 5 is formed by applying a conductive paint such as a silver-based rubber paint on the surface of the flexible pressure-sensitive body 1. The pressure is detected by measuring the response voltage generated due to the distortion of the flexible pressure-sensitive body 1 accompanied by the acceleration due to the application of dynamic pressure, as in the case of the pressure detection element using the sheet-like flexible pressure-sensitive body. Is done.

ここで、上記で使用した動的圧力と、さらに静的圧力に関して、その定義を説明する。動的圧力は、この動的圧力に対応する応力とは釣り合っていない圧力であり、結果的に動的圧力が印加された物体に加速度を生じさせる。   Here, the definition regarding the dynamic pressure used above and also a static pressure is demonstrated. The dynamic pressure is a pressure that is not balanced with a stress corresponding to the dynamic pressure, and as a result, an acceleration is generated in an object to which the dynamic pressure is applied.

これに対し、静的圧力は、この静的圧力に対応する応力と完全に釣り合っている圧力で、結果的に静的圧力の印加された物体に加速度を生じさせない圧力である。このため、静的圧力は、上記の可撓性感圧体を利用する方法では検出されない。これ以下で用いる圧力は、特に断らない限り、可撓性感圧体を利用した圧力検出素子で検出可能な、上記の動的圧力を意味するものとする。
特開昭62−230071号公報
On the other hand, the static pressure is a pressure that perfectly balances the stress corresponding to the static pressure, and as a result does not cause acceleration in an object to which the static pressure is applied. For this reason, static pressure is not detected by the method using the flexible pressure sensitive body. Unless otherwise specified, the pressure used below means the above dynamic pressure that can be detected by a pressure detecting element using a flexible pressure sensitive body.
JP-A-62-230071

しかしながら、前記従来の圧力検出素子は外部からの圧力により発生する応答電圧の温度依存性が大きく、特に低温で前記電圧が低下し、圧力検出の精度が低下するという課題を有していた。   However, the conventional pressure detecting element has a large temperature dependency of a response voltage generated by an external pressure, and has a problem that the voltage is lowered particularly at a low temperature and pressure detection accuracy is lowered.

前記従来の課題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、外部からの圧力印加により発生する応答電圧の温度依存性を低減し、圧力検出の精度低下を回避する圧力検出素子を提供することにある。   In view of the above-described conventional problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a pressure detection element that reduces the temperature dependence of the response voltage generated by external pressure application and avoids a decrease in pressure detection accuracy. It is in.

上記課題を解決するために、本発明の圧力検出素子は、残留分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の信号を取り出す複数の電極とを備え、前記電極は撓性増大部を有する構成としたものである。これにより、電極が撓性増大部を有することで、可撓性感圧体は外部から圧力を印加された際に、柔軟性を付与された電極の変形のために、大きく撓むことになる。   In order to solve the above-described problems, a pressure detection element of the present invention includes a flexible pressure-sensitive body having remanent polarization and a plurality of electrodes for extracting signals from the flexible pressure-sensitive body, and the electrodes have increased flexibility. It is set as the structure which has a part. Thereby, when an electrode has a flexibility increase part, when a pressure is applied from the outside, a flexible pressure sensitive body will bend greatly because of a deformation | transformation of the electrode to which the softness | flexibility was provided.

このように可撓性感圧体において撓みモードの変形が増大することにより歪が生じる部分が大きくなり、応答電圧が大きくなる。このため、特に可撓性感圧体が硬くなり圧縮モードによる歪が小さくなる低温において、応答電圧の低下が抑制され、圧力検出の精度低下が抑制される。   As described above, in the flexible pressure-sensitive body, when the deformation in the bending mode is increased, a portion where distortion occurs is increased, and the response voltage is increased. For this reason, especially at a low temperature at which the flexible pressure-sensitive body is hard and distortion caused by the compression mode is small, a decrease in response voltage is suppressed, and a decrease in pressure detection accuracy is suppressed.

また、本発明の圧力検出素子は、外部からの圧力が印加される方向の電極の部分の弾性率を、圧力が加わらない方向の電極の部分よりも大きくしたものである。   In the pressure detection element of the present invention, the elastic modulus of the electrode portion in the direction in which external pressure is applied is made larger than that of the electrode portion in the direction in which no pressure is applied.

これにより、外部からの圧力が印加される方向の電極の部分の弾性率が、圧力が加わらない方向の電極の部分の弾性率よりも大きいために、外部から圧力が印加された場合に、圧縮モードの変形が起こり難くなり、反対に撓みモードの変形が起こり易くなる。特に、低温では、可撓性感圧体が硬くなり圧縮モードの変形による歪が抑制されるが、撓みモードの変形は、硬くなることで撓み幅が増大するため、対応する応答電圧が大きくなり、全体の応答電圧の低下が抑制され、圧力検出の精度低下が抑制される。   As a result, the elastic modulus of the electrode portion in the direction in which external pressure is applied is larger than the elastic modulus of the electrode portion in the direction in which no pressure is applied. Mode deformation is unlikely to occur, and conversely, deformation of the bending mode is likely to occur. In particular, at a low temperature, the flexible pressure-sensitive body becomes hard and distortion due to deformation in the compression mode is suppressed, but the deformation in the bending mode increases because the bending width increases by becoming hard, so the corresponding response voltage increases. A decrease in overall response voltage is suppressed, and a decrease in pressure detection accuracy is suppressed.

本発明の圧力検出素子は、温度変化の大きい環境でも、応答電圧の変化、特に低温での低下が抑制され、圧力検出を精度良く行うことが可能となる。 In the pressure detection element of the present invention, even in an environment with a large temperature change, a change in response voltage, particularly a decrease at a low temperature is suppressed, and pressure detection can be performed with high accuracy.

第1の発明の圧力検出素子は、残留分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の信号を取り出す複数の電極とを備え、前記電極は撓性増大部を有する構成としたものである。   A pressure detection element according to a first aspect of the present invention includes a flexible pressure-sensitive body having remanent polarization and a plurality of electrodes that extract signals from the flexible pressure-sensitive body, and the electrodes have a flexibility increasing portion. Is.

これにより、電極は撓性増大部により柔軟性に富むため、外部から圧力が印加された場合に、撓みモードの変形が増大し、歪の生じる部分の変形が大きくなることで、応答電圧が大きくなる。特に、可撓性感圧体が硬くなり圧縮モードの変形による歪が小さくなる低温において、応答電圧の低下が抑制され、圧力検出の精度低下が抑制される。   As a result, since the electrode is more flexible due to the flexibility increasing portion, when the pressure is applied from the outside, the deformation in the bending mode increases and the deformation of the portion where the distortion occurs increases, thereby increasing the response voltage. Become. In particular, at a low temperature at which the flexible pressure-sensitive body becomes hard and distortion due to deformation in the compression mode becomes small, a decrease in response voltage is suppressed, and a decrease in pressure detection accuracy is suppressed.

第2の発明は、第1の発明において、撓性増大部を発泡体で構成したもので、発泡体で形成された撓性増大部を有する電極は優れた柔軟性が実現され、圧力検出素子へ外部から圧力が印加された場合に可撓性感圧体が撓む程度が大きくなる。従って、撓みモードの変形が促進されるため、特に低温での応答電圧の低下が抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能になる。   According to a second invention, in the first invention, the flexibility increasing portion is made of a foam, and the electrode having the flexibility increasing portion formed of the foam achieves excellent flexibility, and the pressure detection element When pressure is applied from the outside, the degree to which the flexible pressure sensitive body bends increases. Therefore, since the deformation in the bending mode is promoted, a decrease in the response voltage especially at a low temperature is suppressed, and the pressure can be detected with high accuracy even when the environmental temperature changes.

第3の発明は、第1または第2の発明において、撓性増大部を可撓性感圧体の外力が加わる側と反対側の電極に形成したもので、撓性増大部は外力が加わる側と反対側の電極、例えば下側に位置する下部の電極に形成されているので、外部からの圧力により通常は圧縮される場合でも、外力が加わる側と反対側である下部の電極の柔軟性が高いために可撓性感圧体の下部への撓みモードの変形が優先的に進行する。   According to a third invention, in the first or second invention, the flexibility increasing portion is formed on the electrode opposite to the side to which the external force of the flexible pressure sensitive body is applied, and the flexibility increasing portion is the side to which the external force is applied. The electrode on the opposite side, for example, the lower electrode located on the lower side, so that the flexibility of the lower electrode on the opposite side to the side to which external force is applied even when compressed by external pressure Therefore, deformation of the bending mode toward the lower portion of the flexible pressure sensitive body preferentially proceeds.

従って、低温での応答電圧の低下がより抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能になる。   Accordingly, a decrease in response voltage at a low temperature is further suppressed, and highly accurate pressure detection is possible even when the environmental temperature changes.

第4の発明は、残留分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の信号を取り出す複数の電極とを備え、前記電極は外部からの圧力が加わる方向の部分、例えば垂直方向の部分の弾性率を、外部からの圧力が加わらない方向の部分、例えば水平方向の部分よりも大きくした圧力検出素子である。   A fourth invention includes a flexible pressure-sensitive body having remanent polarization and a plurality of electrodes for extracting signals from the flexible pressure-sensitive body, and the electrodes are portions in a direction in which external pressure is applied, for example, in the vertical direction This is a pressure detection element in which the elastic modulus of this part is larger than that of a part in a direction where no external pressure is applied, for example, a part in the horizontal direction.

これにより、垂直方向の電極の部分の弾性率が、水平方向の電極の部分の弾性率よりも大きいことにより、外部から圧力が垂直方向に印加された場合に、垂直方向の圧縮モードの変形が抑制され、撓みモードの変形が主となるため、低温での応答電圧の低下がより抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能になる。   As a result, the elastic modulus of the vertical electrode portion is larger than the elastic modulus of the horizontal electrode portion, so that when the external pressure is applied in the vertical direction, the vertical compression mode is deformed. Since the deformation is mainly suppressed and the deformation in the bending mode is mainly performed, the decrease in the response voltage at a low temperature is further suppressed, and the pressure can be detected with high accuracy even when the environmental temperature changes.

第5の発明は、第4の発明において、電極の外部からの圧力が加わる方向の部分、例えば垂直方向の部分の厚みを、外部からの圧力が加わらない方向の部分、例えば水平方向の部分より薄くしたものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the thickness of the portion in the direction in which the pressure from the outside of the electrode is applied, for example, the vertical portion is set to be larger than the portion in the direction in which no pressure from the outside is applied, for example, the horizontal portion. Thinned.

これにより、電極はその垂直方向の部分の厚みを、水平方向の部分の厚みより薄くすることにより、外部から圧力が垂直方向に印加された場合に、垂直方向の圧縮モードの変形が抑制され、撓みモードの変形が主となるため、低温での応答電圧の低下がより抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能になる。   Thereby, by making the thickness of the vertical part of the electrode thinner than the thickness of the horizontal part, when pressure is applied from the outside in the vertical direction, deformation of the compression mode in the vertical direction is suppressed, Since deformation in the bending mode is mainly performed, a decrease in response voltage at a low temperature is further suppressed, and high-precision pressure detection is possible even when the environmental temperature changes.

第6の発明は、第4または第5の発明において、電極は外力が加わる方向の部分、例えば垂直方向の部分に圧縮抑制部を有する圧力検出素子としたので、電極は垂直方向に形成された部分に圧縮抑制部を有することにより、垂直方向の圧縮モードの変形が抑制され、撓みモードの変形が主となり、低温での応答電圧の低下がより抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能になる。   According to a sixth invention, in the fourth or fifth invention, since the electrode is a pressure detection element having a compression suppressing portion in a portion in the direction in which an external force is applied, for example, a vertical portion, the electrode is formed in the vertical direction. By having a compression suppression part in the part, deformation of the compression mode in the vertical direction is suppressed, deformation of the bending mode is mainly performed, a decrease in response voltage at low temperatures is further suppressed, and even if the environmental temperature changes, the accuracy can be improved. High pressure detection is possible.

第7の発明は、残留分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の信号を取り出す複数の電極とを備え、前記可撓性感圧体は外力が加わる方向の部分、例えば垂直方向の部分の弾性率を、外力が加わらない方向の部分、例えば水平方向の部分よりも大きくした圧力検出素子である。   A seventh invention includes a flexible pressure-sensitive body having remanent polarization and a plurality of electrodes for extracting signals of the flexible pressure-sensitive body, and the flexible pressure-sensitive body is a portion in a direction in which an external force is applied, for example, vertical This is a pressure detecting element in which the elastic modulus of the directional portion is larger than that of a portion where no external force is applied, eg, a horizontal portion.

これにより、可撓性感圧体は垂直方向の部分の弾性率が、水平方向の部分よりも大きいことにより、外部から圧力が垂直方向に印加された場合に、垂直方向の圧縮モードの変形が抑制され、撓みモードの変形が主となるため、低温での応答電圧の低下がより抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能になる。   As a result, the elastic part of the flexible pressure sensor has a higher modulus of elasticity in the vertical direction than in the horizontal direction, so that deformation of the compression mode in the vertical direction is suppressed when pressure is applied from the outside in the vertical direction. Since the deformation is mainly in the bending mode, the decrease in the response voltage at a low temperature is further suppressed, and the pressure can be detected with high accuracy even when the environmental temperature changes.

第8の発明は、第7の発明において、可撓性感圧体の外力が加わる方向の部分、例えば垂直方向の部分の厚みを、外力が加わらない方向の部分、例えば水平方向の部分より薄くした圧力検出素子である。   In an eighth aspect based on the seventh aspect, the thickness of the flexible pressure sensitive body in the direction in which the external force is applied, for example, the vertical portion is made thinner than the portion in the direction in which no external force is applied, for example, the horizontal portion. It is a pressure detection element.

これにより、可撓性感圧体はその垂直方向の部分の厚みを、水平方向の部分の厚みより
薄くすることにより、外部から圧力が垂直方向に印加された場合に、垂直方向の圧縮モードの変形が抑制され、撓みモードの変形が主となるため、低温での応答電圧の低下がより抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能になる。
As a result, the thickness of the vertical portion of the flexible pressure sensitive body is made thinner than the thickness of the horizontal portion, so that when the pressure is applied from the outside in the vertical direction, the deformation of the vertical compression mode is changed. Is suppressed, and the decrease in the response voltage at a low temperature is further suppressed, and the pressure can be detected with high accuracy even when the environmental temperature changes.

第9の発明は、第1から第8のいずれか1つの発明において、電極は撓み幅拡大部を有するもので、撓み幅拡大部を有する電極は、外部から圧力が垂直方向に印加された場合に、撓み幅拡大部により電極全体が引っ張られることで撓み幅が広くなり、より撓みモードの変形が促進される。従って、低温での応答電圧の低下がより抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能となる。   According to a ninth invention, in any one of the first to eighth inventions, the electrode has a bending width expanding portion, and the electrode having the bending width expanding portion is applied when pressure is applied from the outside in the vertical direction. In addition, the entire width of the electrode is pulled by the bending width expanding portion, so that the bending width is widened and the deformation in the bending mode is further promoted. Accordingly, a decrease in response voltage at a low temperature is further suppressed, and highly accurate pressure detection is possible even when the environmental temperature changes.

第10の発明は、第1から第9のいずれか1つの発明において、可撓性感圧体は、撓み幅拡大部を有するもので、撓み幅拡大部を有する可撓性感圧体は、外部から圧力が、例えば垂直方向に印加された場合に撓み幅拡大部により可撓性感圧体が引っ張られることで可撓性感圧体の撓み幅が広くなり、より撓みモードの変形が促進される。従って、低温での応答電圧の低下がより抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能になる。   According to a tenth aspect of the invention, in any one of the first to ninth aspects, the flexible pressure-sensitive body has a bending width expanding portion, and the flexible pressure-sensitive body having the bending width expanding portion is externally provided. When the pressure is applied, for example, in the vertical direction, the flexible pressure-sensitive body is pulled by the flexible width-expanding portion, so that the flexible pressure-sensitive body is widened and the deformation of the flexible mode is further promoted. Accordingly, a decrease in response voltage at a low temperature is further suppressed, and highly accurate pressure detection is possible even when the environmental temperature changes.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、本実施の形態の説明において、同一構成で同一作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。
(実施の形態1)
具体的な実施の形態の説明に入る前に、本発明に至った実験結果について図1(a)、(b)を用いて説明する。図1(a)は、圧力検出素子の下部に剛体を置き、上部から圧子で圧力を加える様子を示した断面図で、図1(b)は、圧力検出素子の下部にスポンジを置き、上部から圧子で圧力を加える様子を示した断面図である。また、図1(c)は、図1(a)と図1(b)に対応する応答電圧の温度依存性を定性的に示したもので、その際の主要な変形モードを記載したものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Further, in the description of the present embodiment, parts having the same configuration and the same operational effects are denoted by the same reference numerals, and redundant description will not be given.
(Embodiment 1)
Prior to the description of the specific embodiment, the experimental results that led to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a cross-sectional view showing a state in which a rigid body is placed under the pressure detection element and pressure is applied with an indenter from above, and FIG. 1B is a top view of a sponge placed under the pressure detection element. It is sectional drawing which showed a mode that pressure was applied with an indenter. FIG. 1C qualitatively shows the temperature dependence of the response voltage corresponding to FIG. 1A and FIG. 1B, and describes the main deformation modes at that time. is there.

図1(a)では、圧力検出素子14は、剛体の上に置かれているために、ほとんど撓むことはなく、圧縮モードの変形により可撓性感圧体11に歪が生じる。これに対し、図1(b)では、圧力検出素子14の下には、スポンジが置かれているため、可撓性感圧体11はスポンジ中に大きく沈み込み、中心部に生じる圧縮モードの変形の歪に加えて、より広い範囲に撓みモードの変形による歪が生じる。   In FIG. 1A, since the pressure detection element 14 is placed on a rigid body, the pressure detection element 14 hardly bends, and distortion occurs in the flexible pressure-sensitive body 11 due to deformation in the compression mode. On the other hand, in FIG. 1B, since the sponge is placed under the pressure detection element 14, the flexible pressure sensitive body 11 sinks greatly in the sponge, and the deformation of the compression mode generated in the center portion is performed. In addition to this distortion, distortion due to deformation of the bending mode occurs in a wider range.

図1(a)に対応する応答電圧Vは、図1(c)に示す(a)圧縮モードのように低温で大きく低下する。これは、低温で可撓性感圧体11が硬くなり、圧縮モードの変形による歪が可撓性感圧体11に生じ難くなるためと考えられる。これに対し、発明者らは、図1(b)の場合には、図1(c)に示す(b)圧縮+撓みモードのように低温での応答電圧Vの低下が抑制されることを見出した。図中、11は可撓性感圧体、12は電極で、変形による歪で可撓性感圧体11が発生する応答電圧を取り出す。13は外部の保護層である。   The response voltage V corresponding to FIG. 1A greatly decreases at a low temperature as in the compression mode (a) shown in FIG. This is presumably because the flexible pressure-sensitive body 11 becomes hard at low temperatures, and distortion due to deformation in the compression mode hardly occurs in the flexible pressure-sensitive body 11. In contrast, in the case of FIG. 1B, the inventors have shown that the decrease in the response voltage V at low temperatures is suppressed as in (b) compression + deflection mode shown in FIG. 1C. I found it. In the figure, 11 is a flexible pressure-sensitive body, 12 is an electrode, and a response voltage generated by the flexible pressure-sensitive body 11 due to deformation due to deformation is taken out. Reference numeral 13 denotes an external protective layer.

これは、低温で可撓性感圧体11が硬くなると、圧縮モードの変形による歪は抑制されるものの、逆に撓みモードの変形による歪は、可撓性感圧体11が硬くなることで、撓み変形により歪む領域が増加し、応答電圧が高くなるためと考えられる。従って、圧縮モードの変形を抑制して、撓みモードの変形を促進することで、低温における可撓性感圧体11の硬化による応答電圧の低下を抑制することができる。これが、本発明の主たる意義である。   This is because, when the flexible pressure-sensitive body 11 becomes hard at low temperatures, distortion due to deformation in the compression mode is suppressed, but conversely, distortion due to deformation in the bending mode causes bending due to the flexible pressure-sensitive body 11 becoming hard. This is presumably because the region distorted by deformation increases and the response voltage increases. Therefore, by suppressing the deformation in the compression mode and promoting the deformation in the bending mode, it is possible to suppress a decrease in the response voltage due to the curing of the flexible pressure sensitive body 11 at a low temperature. This is the main significance of the present invention.

以下では、上記の意義に従って、本発明の具体的な構成を導いて行く。(1)撓みモードの変形を促進する構成、(2)圧縮モードの変形を抑制する構成とに分けて説明するが、本実施の形態では、(1)撓みモードの変形を促進する構成に関して説明を行う。   In the following, a specific configuration of the present invention will be derived according to the above significance. The description will be divided into (1) a configuration that promotes deformation in the bending mode and (2) a configuration that suppresses deformation in the compression mode. In this embodiment, (1) a configuration that promotes deformation in the bending mode will be described. I do.

図2(a)、(b)は、可撓性感圧体11と電極12の断面により、撓みモードの変形の促進を説明した図で、図2(a)では、撓みの量を、撓み幅L1と、下方への撓み深さL2とで示してある。撓みモードの変形促進のパターンは二通り考えられる。一つは図2(a)から図2(b)への変化で表されるように、撓み幅L1がL1+αに広がる場合である。もう一つは、図2(a)から図2(c)への変化で表されるように、下方への撓み深さL2からL2+βに増加する場合である。   2 (a) and 2 (b) are diagrams illustrating the promotion of deformation in the bending mode by the cross section of the flexible pressure sensitive body 11 and the electrode 12, and in FIG. 2 (a), the amount of bending is expressed as the bending width. L1 and a downward bending depth L2 are shown. There are two patterns of deformation promotion in the bending mode. One is a case where the deflection width L1 is expanded to L1 + α as represented by the change from FIG. 2A to FIG. The other is a case where the downward deflection depth L2 increases to L2 + β as represented by the change from FIG. 2 (a) to FIG. 2 (c).

本実施の形態では、上記二つ場合のうち、後者の場合を実現する構成に関して、図3(a)、(b)から図5(a)、(b)を用いて説明を行う。まず、図3(a)、(b)を用いて本実施の形態の構成を説明する。図3(a)、(b)は、本実施の形態の層状構造を有した所定長さの線状の圧力検出素子14の断面図で、図3(a)は長手方向の断面、図3(b)は図3(a)のB-B線位置での断面を表している。   In the present embodiment, a configuration that realizes the latter of the two cases will be described with reference to FIGS. 3A and 3B to FIGS. 5A and 5B. First, the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views of a linear pressure detecting element 14 having a predetermined length having the layered structure of the present embodiment. FIG. 3A is a cross-sectional view in the longitudinal direction. (B) represents the cross section in the BB line position of Fig.3 (a).

可撓性感圧体11は、上下から電極12で挟まれ、電極12は外部の保護層13で保護され、外部からの圧力Poが印加されて圧力検出素子14の可撓性感圧体11の変形による歪で生じる信号を応答電圧として取り出すものである。そして、外部からの圧力Poが印加される方向の部分である垂直方向の上下の電極12は、内部に長手方向の全体に沿って細幅の柔軟性を有する撓性増大部15が埋設して形成されている。   The flexible pressure sensitive body 11 is sandwiched between electrodes 12 from above and below, the electrode 12 is protected by an external protective layer 13, and the deformation of the flexible pressure sensitive body 11 of the pressure detecting element 14 is applied by applying an external pressure Po. A signal generated by distortion due to the above is taken out as a response voltage. The upper and lower electrodes 12 in the vertical direction, which is the portion in the direction in which the pressure Po from the outside is applied, are embedded with a flexible increase portion 15 having a narrow flexibility along the entire longitudinal direction. Is formed.

このように圧力検出素子14の上下の電極12は、柔軟な撓性増大部15が形成されているために、変形し易くなる。そして、電極12の変形し易さにより可撓性感圧体11も、外部からの圧力Poが印加された場合に、図2(c)に示したように、下方(外部からの圧力Poの印加方向とは逆の向き)へ撓みL2が増加し、撓みモードの変形が促進される。   As described above, the upper and lower electrodes 12 of the pressure detecting element 14 are easily deformed because the flexible increased flexibility portion 15 is formed. The flexible pressure-sensitive body 11 can also be applied downward (applying pressure Po from the outside) as shown in FIG. 2C when the pressure Po from the outside is applied due to the ease of deformation of the electrode 12. The bending L2 increases in the direction opposite to the direction), and the deformation in the bending mode is promoted.

従って、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、撓みモードの変形の割合が増加するために、応答電圧の低下が抑制される効果が得られ、図1(c)における圧縮+撓みモード(b)で示すのと同じように応答電圧の低下が抑制される効果が得られる。   Therefore, even when the flexible pressure-sensitive body 11 is cured at a low temperature, the rate of deformation in the bending mode is increased, so that an effect of suppressing a decrease in response voltage is obtained, and compression + deflection in FIG. As in the case of mode (b), an effect of suppressing a decrease in response voltage is obtained.

このような圧力検出素子は、使用する環境温度が変化しても、高い精度で圧力の検出が可能であるため、特に温度変化の大きい屋外あるいは屋外に近い環境で使用されるアプリケーションに好適に用いられる。例えば、特にセキュリティ用途に、バルコニーやフェンス等の家屋の外部に設置して、侵入者を検知する用途に適している。また、自動車のドアや建物のドアへの人やものの挟みこみ検知の用途等にも好適に用いられる。   Such a pressure detection element can detect pressure with high accuracy even when the ambient temperature used changes, so it is particularly suitable for applications that are used outdoors or in environments close to the outdoors where the temperature changes greatly. It is done. For example, it is particularly suitable for security purposes, such as installation outside a house such as a balcony or fence to detect intruders. Further, it is also suitably used for the purpose of detecting the pinching of a person or an object into an automobile door or a building door.

尚、以下に本実施の形態における圧力検出素子の別構成に関して説明するが、同じ構成で同じ作用効果を奏するところには、同じ符号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。   In the following, another configuration of the pressure detection element according to the present embodiment will be described. However, where the same configuration and the same effect are obtained, the same reference numerals are assigned and detailed description is omitted, and only different portions are described. To do.

次に、図4(a)、(b)を用いて本実施の形態における圧力検出素子の異なる別構成に関して説明する。図4(a)、(b)は、本実施の形態の別構成で、層状構造を有する所定長さの線状の圧力検出素子の断面図で、図4(a)が長手方向の断面、図4(b)が図4(a)のC-C線位置での断面を表している。図3(a)、(b)に示す圧力検出素子14と同様に電極12は、内部に長手方向の全体に沿って細幅の柔軟性を有する撓性増大部15が埋設して形成されているが、異なるのは外部からの圧力Poが印加される側とは反対側の部分である下部の電極12にのみ、撓性増大部15が形成されていることであ
る。
Next, a different configuration of the pressure detection element in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). 4 (a) and 4 (b) are cross-sectional views of a linear pressure sensing element having a predetermined length and having a layered structure in another configuration of the present embodiment, and FIG. 4 (a) is a cross-section in the longitudinal direction. FIG. 4B shows a cross section taken along the line CC in FIG. Similar to the pressure detection element 14 shown in FIGS. 3A and 3B, the electrode 12 is formed by embedding a flexible increase portion 15 having a narrow flexibility along the entire longitudinal direction. However, the difference is that the flexibility increasing portion 15 is formed only on the lower electrode 12 which is the portion opposite to the side to which the external pressure Po is applied.

尚、本明細書中の下部、上部は、外部からの圧力が加わる方向を上部、反対方向を下部と定義することとする。   In the present specification, the lower part and the upper part define the direction in which external pressure is applied as the upper part and the opposite direction as the lower part.

このように下部の電極12にのみ柔軟な撓性増大部15が形成されていることにより、図2(b)に示したように撓み幅L1を広げることができる。これは、上部にも柔軟な撓性増大部15が形成されている場合は、外部からの圧力Poが印加された部分である上部の電極12が選択的に歪み、それに接する加撓性感圧体11に選択的に力が加わるが、上部に撓性増大部15が形成されず上部の電極12が比較的硬くなる場合には、上部の電極12のより広い部分が歪み、それに対応する広い領域の可撓性感圧体11に力が加わり下部へ撓むためである。その結果、図3(a)に示す圧力検出素子と同じように低温での応答電圧の低下が抑制される効果が得られる。   As described above, since the flexible increased flexibility portion 15 is formed only on the lower electrode 12, the bending width L1 can be increased as shown in FIG. This is because, when the flexible increaseable portion 15 is formed also on the upper portion, the upper electrode 12 which is a portion to which the external pressure Po is applied is selectively distorted, and the flexible pressure sensitive body is in contact therewith. 11, force is applied selectively, but when the increased flexibility portion 15 is not formed on the upper portion and the upper electrode 12 becomes relatively hard, a wider portion of the upper electrode 12 is distorted, and a corresponding wide region This is because a force is applied to the flexible pressure-sensitive body 11 to bend downward. As a result, an effect of suppressing a decrease in response voltage at a low temperature can be obtained as in the pressure detecting element shown in FIG.

図5(a)、(b)は、本実施の形態におけるケーブル状の圧力検出素子の断面図で、図5(a)が長手方向の断面、図5(b)が図5(a)のD-D線位置での断面を表している。図3(a)、(b)に示す圧力検出素子14と同様に電極と一体化された撓性増大部15が形成されているが、異なるのは電極が、可撓性感圧体11の中心に位置する内部電極16と、可撓性感圧体11の外周に設けた外部電極17として形成され、ケーブル状の構造を有しており、その外部電極17の外周全体に撓性増大部15が形成されている点である。   5 (a) and 5 (b) are cross-sectional views of the cable-shaped pressure detection element in the present embodiment, in which FIG. 5 (a) is a longitudinal cross section, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view of FIG. 5 (a). The cross section in the DD line position is represented. 3A and 3B, the flexibility increasing portion 15 integrated with the electrode is formed in the same manner as the pressure detecting element 14 shown in FIGS. 3A and 3B, except that the electrode is the center of the flexible pressure-sensitive body 11. Is formed as an external electrode 17 provided on the outer periphery of the flexible pressure-sensitive body 11 and has a cable-like structure, and the flexibility increasing portion 15 is formed on the entire outer periphery of the external electrode 17. It is a point that is formed.

外部電極17は、撓性増大部15が形成されることで図3(a)、(b)に示す圧力検出素子14と同様に外部からの圧力Poが印加された場合に撓み幅L1(図2(b)参照)モードの変形が促進される。従って、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、応答電圧の低下が抑制される効果が得られる。   The external electrode 17 has a bending width L1 (see FIG. 3) when an external pressure Po is applied in the same manner as the pressure detection element 14 shown in FIGS. 2 (b)) mode deformation is promoted. Therefore, even when the flexible pressure sensitive body 11 is cured at a low temperature, an effect of suppressing a decrease in response voltage can be obtained.

さらに、ケーブル状の構成を有することで、連続的な押し出し工程による製造が可能であるため、より製造が容易となる効果が得られる。また、ケーブル状で中心対称な構造を有しているため、残留分極は中心から放射状に形成される。このため、どの方向からの圧力印加に対しても等方的な検出が可能である。従って、圧力検出素子が配設時に回転したり捻れたりした場合でも、応答電圧に変化が生じ難い。この結果、配設の自由度が高くなり、圧力印加の有無の安定した判定、および安定した場所座標判定が可能となる効果が得られる。   Furthermore, since it can be manufactured by a continuous extrusion process by having a cable-like configuration, an effect of facilitating the manufacture can be obtained. Further, since the cable has a centrally symmetric structure, the remanent polarization is formed radially from the center. For this reason, isotropic detection is possible with respect to pressure application from any direction. Therefore, even when the pressure detecting element is rotated or twisted at the time of installation, the response voltage hardly changes. As a result, the degree of freedom of arrangement is increased, and the effect of enabling stable determination of whether or not pressure is applied and stable location coordinate determination can be obtained.

本発明の圧力検出素子における撓性増大部15は、保護層13、可撓性感圧体11、内部電極16、外部電極17よりも弾性率の小さい材質で成されており、このため外部からの圧力Poが印加された場合に、加撓性感圧体11を大きく下部へ撓ませることが可能となる。具体的には、以下で述べる保護層13と同じ熱可塑性エラストマー、加硫ゴム等の材質で弾性率の小さいものが好適に用いられる。   The flexibility increasing portion 15 in the pressure detecting element of the present invention is made of a material having a smaller elastic modulus than that of the protective layer 13, the flexible pressure sensitive body 11, the internal electrode 16, and the external electrode 17. When the pressure Po is applied, the flexible pressure-sensitive body 11 can be largely bent downward. Specifically, the same material as the protective layer 13 described below, such as thermoplastic elastomer and vulcanized rubber, having a low elastic modulus is preferably used.

また、撓性増大部15には、より弾性率が小さい構造として、その内部に空気を有する空洞で構成したり、多数の微細な発泡体からなるものが好適に用いられる。特に、前記発泡体は、一様な構造となるため、どの方向からの圧力印加に対しても等方的な検出が可能となるため好ましい。
本実施の形態の圧力検出素子は、それぞれ層状構造を有する形態、ケーブル状の構造を有する形態を例に説明したが、一方の形態で効果があるものは他方の形態でも効果があり、特に図示した形態に限定されるものではない。
但し、以下の実施の形態も含めて多くは、ケーブル状の圧力検出素子に関して記載している。これは、既に述べたように、下記の効果が得られるためである。
In addition, as the flexible increase portion 15, a structure having a smaller elastic modulus, which is constituted by a cavity having air inside thereof, or made of a large number of fine foams is preferably used. In particular, since the foam has a uniform structure, isotropic detection is possible even when pressure is applied from any direction.
The pressure detecting element of the present embodiment has been described by taking the form having a layered structure and the form having a cable-like structure as an example, but what is effective in one form is also effective in the other form, particularly illustrated. It is not limited to the form.
However, many of them including the following embodiments are described with respect to a cable-shaped pressure detection element. This is because the following effects can be obtained as already described.

圧力検出素子は、ケーブル状であれば圧力検出素子を連続的な押し出し工程で製造が可能であるため、より製造が容易となる効果が得られる。また、同軸のケーブル状としているため、芯となる内部電極と可撓性感圧体の周囲に外部電極を構成して中心対称な構造を有しており、残留分極は中心から放射状に形成される。このため、どの方向からの圧力印加に対しても等方的な検出が可能である。   Since the pressure detection element can be manufactured by a continuous extrusion process if the pressure detection element is in the form of a cable, an effect of facilitating manufacture can be obtained. Also, since it is in the form of a coaxial cable, the external electrode is formed around the core internal electrode and the flexible pressure sensitive body to have a centrally symmetric structure, and the residual polarization is formed radially from the center. . For this reason, isotropic detection is possible with respect to pressure application from any direction.

従って、圧力検出素子が配設時に回転したり、捻れたりした場合でも、応答電圧に変化が生じ難い。この結果、配設の自由度が高くなり、圧力印加の有無の安定した判定が可能となる効果が得られる。   Therefore, even if the pressure detection element rotates or twists during installation, the response voltage hardly changes. As a result, there is an effect that the degree of freedom of arrangement is increased and stable determination of the presence or absence of pressure application is possible.

以下に本実施の形態の可撓性感圧体で用いられる材料に関して説明する。 可撓性感圧体11は、合成ゴムや合成樹脂の中に圧電セラミックス粉末が分散されて構成される。合成ゴムや合成樹脂としては、塩化ビニル等の熱可塑性樹脂、塩素化ポリエチレン等の熱可塑性エラストマー、EPDM等の加硫ゴム等が用いられる。また、圧電セラミックスとしては、チタン酸鉛、ジルコン鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマス・ナトリウム、チタン酸ビスマス・ナトリウム−チタン酸バリウム、ニオブ酸アルカリ等のペロブスカイト構造を有する化合物、ビスマス層状構造を有する化合物、タングステンブロンズ構造を有する化合物等圧電性を発現するセラミック材料が用いられる。   The materials used in the flexible pressure sensitive body of the present embodiment will be described below. The flexible pressure sensitive body 11 is configured by dispersing piezoelectric ceramic powder in synthetic rubber or synthetic resin. As the synthetic rubber or synthetic resin, a thermoplastic resin such as vinyl chloride, a thermoplastic elastomer such as chlorinated polyethylene, a vulcanized rubber such as EPDM, or the like is used. Piezoelectric ceramics include compounds having a perovskite structure such as lead titanate, lead zirconate, lead zirconate titanate, barium titanate, bismuth / sodium titanate, bismuth / sodium titanate-barium titanate, and alkali niobate. Ceramic materials that exhibit piezoelectricity such as a compound having a bismuth layer structure and a compound having a tungsten bronze structure are used.

保護層13は、可撓性感圧体11に用いられる熱可塑性エラストマー、加硫ゴムの少なくとも一種が用いられる。   As the protective layer 13, at least one of a thermoplastic elastomer and a vulcanized rubber used for the flexible pressure-sensitive body 11 is used.

撓性増大部15としては、既に述べたように保護層13、可撓性感圧体11に含まれる熱可塑性エラストマー、加硫ゴムと同様の材料で弾性率の小さいものが用いられる。例えば、同じ材料の発泡体や、同じ材料で空洞を有した構造のものが好適に用いられ、既に述べたように、特に前記の発泡体が好適に用いられる。   As the flexibility increasing portion 15, the protective layer 13, the thermoplastic elastomer contained in the flexible pressure sensitive body 11, and the same material as the vulcanized rubber having a low elastic modulus are used. For example, a foam of the same material or a structure having a cavity made of the same material is preferably used, and as described above, the above-mentioned foam is particularly preferably used.

電極12、外部電極16としては、C、Pt、Au、Pd、Ag、Cu、Al、Ni、ステンレス等の線材あるいは線材を圧延して平たいテープ状にしたもの等が用いられる。あるいは前記テープ状の高分子フィルムに前記金属線材あるいは線材をテープ状にしたものをラミネートしたものを用いれば、より可撓性の高い外部電極が得られる。また、金属細線を単独で編んで可撓性感圧体11を覆った電極も使用することができる。あるいは、上記金属を蒸着、スパッタ等により薄膜として形成したものも用いられる。   As the electrode 12 and the external electrode 16, a wire material such as C, Pt, Au, Pd, Ag, Cu, Al, Ni, stainless steel or the like rolled into a flat tape shape or the like is used. Alternatively, if the tape-like polymer film laminated with the metal wire or the tape-like wire is used, a more flexible external electrode can be obtained. Moreover, the electrode which covered the flexible pressure-sensitive body 11 by knitting a metal fine wire independently can also be used. Or what formed the said metal as a thin film by vapor deposition, sputtering, etc. is used.

撓性増大部15は、電極12や外部電極16の一部として形成される図3(a)、(b)、図4(a)、(b)、図5(a)、(b)に示す圧力検出素子のような場合には、撓性増大部15は、電極12や外部電極16の本体と接着されて一体化される場合がある。例えば、金属を圧延してテープ状にしたものや、このテープ状のものとテープ状の高分子と接着したものが、さらに、撓性増大部15と接着されたものが用いられる。また、金属を圧延してテープ状にしたものを直接、撓性増大部15と接着する場合もある。   The flexibility increasing portion 15 is formed as a part of the electrode 12 or the external electrode 16 in FIGS. 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, and 5B. In the case of the pressure detection element shown, the flexibility increasing portion 15 may be bonded and integrated with the main body of the electrode 12 or the external electrode 16 in some cases. For example, a material obtained by rolling a metal into a tape shape, a tape-shaped material bonded to a tape-shaped polymer, or a material bonded to the flexibility increasing portion 15 is used. Further, there is a case in which a metal rolled into a tape shape is directly bonded to the flexibility increasing portion 15.

内部電極16としては、外部電極17で用いられる単数、複数の金属細線、ポリエステル等の繊維に前記金属線を巻いたもの等が用いられる。   As the internal electrode 16, a single or a plurality of fine metal wires used for the external electrode 17, a fiber such as polyester wound around the metal wire, or the like is used.

また、可撓性感圧体11、保護層13、電極12、内部電極16、外部電極17に関しては、以下の実施の形態でも同様のものが適用可能である。   Further, regarding the flexible pressure-sensitive body 11, the protective layer 13, the electrode 12, the internal electrode 16, and the external electrode 17, the same can be applied to the following embodiments.

次に、特に上記のケーブル状の圧力検出素子の製造方法に関して、一般的な例を説明する。まず、圧電セラミックス粉末と、合成ゴムや合成樹脂としての熱可塑性エラストマー
とを、混練して複合体とする。次に、押し出し機を用いて、この複合体を内部電極16と共に押し出すことにより、内部電極16を中心にして、周囲に上記の複合体よりなる可撓性感圧体11が形成されたケーブルを得る。さらにケーブルの周囲を覆う分極用電極を用意し、この電極とケーブル中の内部電極16との間に電圧を印加することにより、内部電極から放射状に電界を形成し、対応する向きのセラミックスの圧電体中に分極を形成する。
Next, a general example will be described particularly regarding the method for manufacturing the cable-shaped pressure detection element. First, a piezoelectric ceramic powder and a thermoplastic elastomer as a synthetic rubber or a synthetic resin are kneaded to form a composite. Next, by extruding this composite together with the internal electrode 16 using an extruder, a cable having the flexible pressure-sensitive body 11 made of the above composite formed around the internal electrode 16 is obtained. . Further, a polarization electrode covering the periphery of the cable is prepared, and by applying a voltage between this electrode and the internal electrode 16 in the cable, an electric field is formed radially from the internal electrode, and a piezoelectric ceramic having a corresponding orientation is formed. Forms polarization in the body.

さらに、分極用電極を取り外した後、上記ケーブルの周りにテープ状の金属線材、テープ状金属、あるいはテープ状金属とテープ状高分子とが接着されたテープを巻き付けることにより、外部電極17を形成する。次に、この外部電極17が形成されたケーブルを中心にして、押し出し機により、合成ゴムや合成樹脂等を押し出し、ケーブルの保護層13を形成することで圧力検出素子14が得られる。また、分極は、外部電極17が形成された後に、外部電極17と内部電極16との間に電圧を印加することでも可能である。また、保護層13は接着により形成される場合もある。   Further, after removing the electrode for polarization, the external electrode 17 is formed by winding a tape-shaped metal wire, a tape-shaped metal, or a tape in which the tape-shaped metal and the tape-shaped polymer are bonded around the cable. To do. Next, the pressure detection element 14 is obtained by extruding synthetic rubber, synthetic resin or the like with an extruder to form the protective layer 13 of the cable around the cable on which the external electrode 17 is formed. Polarization can also be performed by applying a voltage between the external electrode 17 and the internal electrode 16 after the external electrode 17 is formed. Moreover, the protective layer 13 may be formed by adhesion.

また、本発明の圧力検出素子における可撓性感圧体中の圧電セラミックスとしては、廃棄時の処理を考えると、鉛を含まないものが好ましい。例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマス・ナトリウム、チタン酸ビスマス・ナトリウム−チタン酸バリウム、ニオブ酸アルカリ等が好適に用いられる。さらに、セキュリティ用途等屋外で用いられる場合や、トイレ、風呂、台所等水を使用する環境では、上記圧電セラミックス粉体が撥水処理されて、水分の侵入が抑制されることがさらに好ましい。これは、上記のアルカリ金属を含む、圧電セラミックスは、水分を吸収し易く、そのことにより性能も変動し易くなるためである。   The piezoelectric ceramic in the flexible pressure sensitive element in the pressure detecting element of the present invention is preferably one that does not contain lead in view of disposal processing. For example, barium titanate, bismuth / sodium titanate, bismuth / sodium titanate-barium titanate, alkali niobate, etc. are preferably used. Furthermore, when used outdoors, such as for security purposes, or in environments using water such as toilets, baths, and kitchens, it is more preferable that the piezoelectric ceramic powder is subjected to a water repellent treatment to prevent moisture from entering. This is because the piezoelectric ceramic containing the above alkali metal easily absorbs moisture, and the performance easily fluctuates accordingly.

尚、本実施の形態で記載した材料、工法は以下の実施の形態でも好適に適用できる。   Note that the materials and methods described in this embodiment can also be suitably applied to the following embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態2では、実施の形態1と同じ構成で、同じ作用効果を奏するところに同じ符号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。既に説明したように、圧縮モードの変形を抑制して、撓みモードの変形を促進することで、低温における可撓性感圧体11の硬化による応答電圧の低下を抑制することが、本発明の主たる思想である。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the same configurations as those of the first embodiment are provided with the same reference numerals and the detailed description is omitted, and only different portions will be described. As described above, the main feature of the present invention is to suppress the decrease in the response voltage due to the curing of the flexible pressure-sensitive body 11 at a low temperature by suppressing the deformation in the compression mode and promoting the deformation in the bending mode. It is an idea.

実施の形態1では、主として撓みモードの変形を促進する構成(図2(c)に対応する撓み深さの増大する構成)に関して説明したが、本実施の形態では、主として圧縮モードの変形を抑制することにより、相対的に撓みモードの幅の拡大による変形を促進させる構成に関して図8(a)、(b)から図12(a)、(b)を用いて説明する。圧縮モードの変形を抑制することにより、図1(c)の圧縮+撓みモードに対応する応答電圧Vの低温での低下がさらに抑制され、低温での圧力検出の精度がさらに高くなる効果が得られる。   In the first embodiment, the configuration that mainly promotes the deformation in the bending mode (the configuration in which the bending depth corresponding to FIG. 2C increases) has been described, but in the present embodiment, the deformation in the compression mode is mainly suppressed. By doing so, a configuration that relatively promotes deformation by expanding the width of the bending mode will be described with reference to FIGS. 8A and 12B to FIGS. By suppressing the deformation in the compression mode, a decrease in the response voltage V corresponding to the compression + deflection mode in FIG. 1C at a low temperature is further suppressed, and the effect of further increasing the accuracy of pressure detection at a low temperature is obtained. It is done.

尚、以下の説明で用いる垂直、水平方向は、外部からの力Poが加わる方向に平行な方向を垂直方向、直行する方向を水平方向として定義して用いることとする。   The vertical and horizontal directions used in the following description are defined by defining the direction parallel to the direction in which the external force Po is applied as the vertical direction and the orthogonal direction as the horizontal direction.

圧縮モードによる変形の抑制のための具体的な構成として保護層は、その弾性率を、垂直方向(外部からの力Poが加わる方向と平行な方向)の部分が、水平方向(外部からの力Poが加わる方向と直行する方向)の部分よりも大きくなる構成がある。垂直方向での保護層の弾性率が大きくなることで、垂直方向に対応する圧縮モードの変形が抑制される。   As a specific configuration for suppressing deformation due to the compression mode, the protective layer has its elastic modulus in the vertical direction (direction parallel to the direction in which external force Po is applied) in the horizontal direction (external force). There is a configuration that becomes larger than a portion in a direction in which Po is applied and a direction perpendicular to the direction in which Po is applied. By increasing the elastic modulus of the protective layer in the vertical direction, deformation of the compression mode corresponding to the vertical direction is suppressed.

本実施の形態では、この構成に関して説明する。また、ここで定義される弾性率については、以下で説明を行う。   In the present embodiment, this configuration will be described. The elastic modulus defined here will be described below.

ここでは特に注目すべき、電極と可撓性感圧体の弾性率に関して図6(a)、(b)および図7(a)、(b)を用いて説明する。また、電極の弾性率としては、可撓性感圧体11の外周全体に設けられ、可撓性感圧体11の撓みへの影響が大きい、外部電極17を中心に説明する。   Here, the elastic modulus of the electrode and the flexible pressure sensitive body, which should be particularly noted, will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b) and FIGS. 7 (a) and 7 (b). Further, the elastic modulus of the electrode will be described focusing on the external electrode 17 that is provided on the entire outer periphery of the flexible pressure sensitive body 11 and has a great influence on the bending of the flexible pressure sensitive body 11.

まず図6(a)、(b)は、ケーブル状の圧力検出素子14から、内部電極16、保護層13、可撓性感圧体11を除き、外部電極17のみとしたものに、外部から力FSを加えた場合の、歪みを断面形状の変化として表したものである。図6(a)では、垂直方向の歪みを、図6(b)では水平方向の歪みを表している。   First, FIGS. 6A and 6B show that only the external electrode 17 except the internal electrode 16, the protective layer 13, and the flexible pressure sensitive body 11 is removed from the cable-shaped pressure detection element 14, and the external force is applied. The distortion when FS is added is expressed as a change in cross-sectional shape. 6A shows the distortion in the vertical direction, and FIG. 6B shows the distortion in the horizontal direction.

具体的には、垂直方向に関しては、図6(a)に示したように、弾性率測定のため外部から力Fsの加わる方向である垂直方向の部分である上部、下部の部分の歪みをxvとすると、垂直方向の外部電極17の部分の弾性率はFs/xvで定義される。同様に、水平方向の外部電極17の部分の弾性率は、外部からの力Fsに対して水平方向の部分の歪みをxhとして、Fs/xhで定義される。一例として、外部電極17の材質が均一な場合を考えれば、図6(a)、(b)のように外部電極17の側部の厚みが、外部電極17の上下部の厚みより厚い場合、垂直方向の部分の弾性率の方が、水平方向の部分の弾性率よりも大きくなり、外部電極17は、水平方向に比べ、垂直(圧縮)方向には歪み難くなり、相対的に撓みモードの幅の拡大による変形を促進させる。   Specifically, with respect to the vertical direction, as shown in FIG. 6 (a), the distortion of the upper and lower portions, which are vertical portions that are the directions in which the force Fs is applied from the outside, is measured for elastic modulus measurement. Then, the elastic modulus of the portion of the external electrode 17 in the vertical direction is defined by Fs / xv. Similarly, the elastic modulus of the portion of the external electrode 17 in the horizontal direction is defined as Fs / xh, where xh is the distortion of the portion in the horizontal direction with respect to the external force Fs. As an example, if the material of the external electrode 17 is uniform, the thickness of the side portion of the external electrode 17 is thicker than the thickness of the upper and lower portions of the external electrode 17 as shown in FIGS. The elastic modulus of the vertical portion is larger than the elastic modulus of the horizontal portion, and the external electrode 17 is less likely to be distorted in the vertical (compressed) direction than the horizontal direction, and is relatively in a bending mode. Promotes deformation due to widening.

次に図7(a)、(b)は、ケーブル状の圧力検出素子14から、内部電極16、保護層13、外部電極17を除き、可撓性感圧体11のみとしたものに、弾性率測定のため外部から力FSを加えた場合の、歪みを断面の変化として表したものである。図7(a)では、垂直方向の歪みを、図7(b)では水平方向の歪みを表している。   Next, FIGS. 7A and 7B show the elastic modulus of the cable-like pressure detecting element 14 except for the internal electrode 16, the protective layer 13, and the external electrode 17, and only the flexible pressure-sensitive body 11. The strain when the force FS is applied from the outside for measurement is expressed as a change in cross section. FIG. 7A shows distortion in the vertical direction, and FIG. 7B shows distortion in the horizontal direction.

図6(a)、(b)の圧力検出素子14と同様に、可撓性感圧体11の外部から力FSの加わる方向である垂直方向の部分である上部、下部の弾性率はFs/xv、可撓性感圧体11の外部から力FSの加わらない方向である水平方向の部分である左右の側部の弾性率は、Fs/xhで定義される。また、図6(a)、(b)の圧力検出素子14と同じく、外部電極17の材質が均一な場合を考えれば、図7(a)、(b)のように可撓性感圧体11の側部の厚みが、上下部の厚みより厚い場合、垂直方向の部分である可撓性感圧体11の上部、下部の弾性率Fs/xvの方が、水平方向の部分である左右の側部の弾性率Fs/xhよりも大きくなり、可撓性感圧体11は、水平方向に比べ、垂直(圧縮)方向には歪み難くなり、相対的に撓みモードの幅拡大による変形を促進させる。   Similar to the pressure detection element 14 of FIGS. 6A and 6B, the elastic modulus of the upper and lower portions, which are vertical portions, which are the directions in which the force FS is applied from the outside of the flexible pressure-sensitive body 11, is Fs / xv. The elastic modulus of the left and right side portions, which are horizontal portions in which the force FS is not applied from the outside of the flexible pressure-sensitive body 11, is defined by Fs / xh. Similarly to the pressure detecting element 14 in FIGS. 6A and 6B, considering the case where the material of the external electrode 17 is uniform, the flexible pressure sensitive body 11 as shown in FIGS. 7A and 7B. When the thickness of the side portion is larger than the thickness of the upper and lower portions, the elastic modulus Fs / xv of the upper portion and the lower portion of the flexible pressure-sensitive body 11 that is the vertical portion is the horizontal portion. The elastic modulus 11 is greater than the elastic modulus Fs / xh of the portion, and the flexible pressure-sensitive body 11 is less likely to be distorted in the vertical (compression) direction than in the horizontal direction, and relatively promotes deformation by expanding the width of the bending mode.

まず、本実施の形態の外部電極17の具体的な構成に関して、図8(a)、(b)を用いて、上記の弾性率が実現される例について説明する。図8(a)、(b)はケーブル状の圧力検出素子14の断面図で、図8(a)は長手方向の断面、 図8(b)は図8(a)のE-E線位置での断面を表している。   First, regarding a specific configuration of the external electrode 17 of the present embodiment, an example in which the above elastic modulus is realized will be described with reference to FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views of the cable-shaped pressure detection element 14, FIG. 8A is a cross-sectional view in the longitudinal direction, and FIG. 8B is a position along the line EE in FIG. 8A. The cross section at is shown.

この構成の特徴である外部電極17は、水平方向の部分である左右の側部の外部電極17の厚みが、垂直方向の部分である上部、下部の外部電極17よりも厚い点である。このことにより、垂直方向の部分の外部電極17の弾性率が、水平方向の部分の外部電極17の弾性率よりも大きくなり、垂直方向の圧縮が抑制される。   The external electrode 17 that is a feature of this configuration is that the left and right side external electrodes 17 that are horizontal portions are thicker than the upper and lower external electrodes 17 that are vertical portions. As a result, the elastic modulus of the external electrode 17 in the vertical portion is larger than the elastic modulus of the external electrode 17 in the horizontal portion, and vertical compression is suppressed.

このように、外部電極17は水平方向の部分の弾性率は小さいため、水平方向における圧力検出素子のケーブル長手方向の変形に対応する撓みモードの変形は抑制される。こう
して、圧縮モードの変形が抑制され、相対的に撓みモードの幅の拡大による変形を促進させ、撓みモードの変形が主となる構成が実現される。従って、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、応答電圧の低下が抑制される効果が得られる。
As described above, since the elastic modulus of the external electrode 17 in the horizontal direction is small, deformation of the bending mode corresponding to deformation of the pressure detection element in the cable longitudinal direction in the horizontal direction is suppressed. In this way, the deformation in the compression mode is suppressed, the deformation by relatively widening the width of the bending mode is relatively promoted, and a configuration in which the deformation in the bending mode is mainly realized. Therefore, even when the flexible pressure sensitive body 11 is cured at a low temperature, an effect of suppressing a decrease in response voltage can be obtained.

この場合の外部電極としては、例えば、金属やカーボン等の導電体を分散させたエラストマー等が、垂直、水平方向の部分の厚みを調整することが容易であるため、好適に用いることができる。   As the external electrode in this case, for example, an elastomer in which a conductor such as metal or carbon is dispersed can be suitably used because it is easy to adjust the thickness of the vertical and horizontal portions.

次に、本実施の形態の別構成に関して、図9(a)、(b)を用いて、可撓性感圧体11に関して、上記の弾性率が実現される例について説明する。図9(a)、(b)はケーブル状の圧力検出素子14の断面図で、図9(a)は長手方向の断面、図9(b)は図9(a)のF-F線位置での断面を表している。この構成の特徴である可撓性感圧体11は、外部からの力Poの加わらない方向の部分である水平方向となる左右の側部の可撓性感圧体11の厚みが、外部からの力Poの加わる方向の部分である垂直方向の上部、下部の可撓性感圧体11よりも厚い点である。   Next, regarding another configuration of the present embodiment, an example in which the above elastic modulus is realized with respect to the flexible pressure-sensitive body 11 will be described with reference to FIGS. 9A and 9B. 9 (a) and 9 (b) are cross-sectional views of the cable-shaped pressure detecting element 14, FIG. 9 (a) is a longitudinal cross section, and FIG. 9 (b) is the position of the FF line in FIG. 9 (a). The cross section at is shown. The flexible pressure-sensitive body 11 which is a feature of this configuration is that the thickness of the flexible pressure-sensitive body 11 on the left and right sides in the horizontal direction, which is a portion in the direction in which the external force Po is not applied, is the force from the outside. The point is thicker than the upper and lower flexible pressure-sensitive bodies 11 in the vertical direction, which is a portion in the direction of addition of Po.

このため図8(a)、(b)の圧力検出素子14と同様に、圧縮モードの変形が抑制され、相対的に撓みモードの幅の拡大による変形を促進させ、撓みモードの変形が主となる構成が実現される。従って、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、応答電圧の低下が抑制される効果が得られる。   For this reason, similarly to the pressure detection element 14 in FIGS. 8A and 8B, deformation in the compression mode is suppressed, and the deformation due to the expansion of the width of the bending mode is relatively promoted. Is realized. Therefore, even when the flexible pressure sensitive body 11 is cured at a low temperature, an effect of suppressing a decrease in response voltage can be obtained.

図6(a)、(b)、図7(a)、(b)で定義される電極、可撓性感圧体の弾性率を変えるには、電極、可撓性感圧体の厚みを変える以外にも、電極、可撓性感圧体の一部に圧縮モードの変形を抑制する領域を設けることもできる。この場合に関して、図10(a)、(b)、図11(a)、(b)、図12(a)、(b)を用いて説明を行う。   To change the elastic modulus of the electrode and flexible pressure sensitive body defined in FIGS. 6 (a), 6 (b), 7 (a) and 7 (b), the thickness of the electrode and flexible pressure sensitive body must be changed. In addition, a region for suppressing deformation in the compression mode can be provided in a part of the electrode and the flexible pressure-sensitive body. This case will be described with reference to FIGS. 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, and 12B.

引き続き、本実施の形態の圧力検出素子の別構成に関して、図10(a)、(b)を用いて説明する。図10(a)、(b)は四角形状のケーブル状の圧力検出素子14の断面図で、図10(a)は長手方向の断面、 図10(b)は図10(a)のG-G線位置での断面を表している。外部電極17は、その厚みを、上部、下部、左右の側部で同じにしてあるが、外部電極17の左右の側部には、圧縮抑制部18が埋設して設けられている点が特徴である。   Next, another configuration of the pressure detection element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b) are cross-sectional views of the rectangular cable-shaped pressure sensing element 14, FIG. 10 (a) is a longitudinal cross-section, and FIG. 10 (b) is a cross-sectional view of G− in FIG. A cross-section at the G-line position is shown. The thickness of the external electrode 17 is the same in the upper, lower, and left and right side portions, but the compression suppressing portion 18 is embedded in the left and right side portions of the external electrode 17. It is.

圧縮抑制部18は、外部電極17よりも、弾性率の高いもの(大きい)が用いられる。こうすることで、外部電極17と圧縮抑制部18とを併せた図6(a)、(b)、図7(a)、(b)で定義される弾性率を、外部からの力Poの加わる方向の部分である垂直方向において、外部からの力Poの加わらない方向の部分である水平方向よりも高くすることが可能となる。   As the compression suppressing portion 18, one having a higher elastic modulus (larger) than that of the external electrode 17 is used. By doing so, the elastic modulus defined in FIGS. 6A, 6B, 7A, and 7B in which the external electrode 17 and the compression suppressing portion 18 are combined is set to the force Po from the outside. It is possible to make the height in the vertical direction, which is a portion in the applied direction, higher than in the horizontal direction, which is a portion in the direction in which the external force Po is not applied.

この結果、圧縮モードの変形が抑制され、撓みモードの変形が増大される構成が実現される。従って、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、応答電圧の低下が抑制される効果が得られる。  As a result, a configuration in which the deformation in the compression mode is suppressed and the deformation in the bending mode is increased is realized. Therefore, even when the flexible pressure sensitive body 11 is cured at a low temperature, an effect of suppressing a decrease in response voltage can be obtained.

さらに、本実施の形態の圧力検出素子の別構成に関して、図11(a)、(b)を用いて説明する。図11(a)、(b)は擬ケーブル状の四角形状の圧力検出素子14の断面図で、図11(a)は長手方向の断面、 図11(b)は図11(a)のH-H線位置での断面を表している。本実施の形態の可撓性感圧体11は、その中に長手方向に沿い二つの電極12が対をなして形成され、この電極12間に圧縮抑制部18が形成されていることである。そして、圧力検出素子14は、外部からの圧力Poが外周の保護層13の上下方向(垂直方向)から印加された場合の応答電圧Vは、前記二つの電極12の間に発生する
電圧として検出される。
Further, another configuration of the pressure detection element of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 11 (a) and 11 (b) are cross-sectional views of the pseudo-cable-shaped quadrilateral pressure detection element 14, FIG. 11 (a) is a longitudinal cross section, and FIG. 11 (b) is a cross-sectional view of H in FIG. 11 (a). The cross section at the position of line -H is shown. The flexible pressure-sensitive body 11 of the present embodiment is that two electrodes 12 are formed in pairs along the longitudinal direction, and a compression suppressing portion 18 is formed between the electrodes 12. The pressure detection element 14 detects the response voltage V when the external pressure Po is applied from the vertical direction (vertical direction) of the outer protective layer 13 as a voltage generated between the two electrodes 12. Is done.

このように外部からの圧力Poが加わる方向に沿い可撓性感圧体11の中に、圧力Poが加わる方向の上部、下部に電極12を位置させた楕円形状の圧縮抑制部18が形成されているため、圧縮モードの変形は抑制され、相対的に撓みモードの幅の拡大による変形が優先的に進行する効果が実現される。従って、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、応答電圧の低下が抑制される効果が得られる。   In this way, the elliptical compression suppressing portion 18 is formed in the flexible pressure-sensitive body 11 along the direction in which the external pressure Po is applied, with the electrode 12 positioned on the upper and lower sides in the direction in which the pressure Po is applied. Therefore, the deformation in the compression mode is suppressed, and the effect of preferentially proceeding with the deformation due to the expansion of the width of the bending mode is realized. Therefore, even when the flexible pressure sensitive body 11 is cured at a low temperature, an effect of suppressing a decrease in response voltage can be obtained.

この構成の場合、電極12の周りに、可撓性感圧体11と保護層13を各1回ずつ押し出して形成すれば圧力検出素子14が得られるため、従来のケーブル状の圧力検出素子に比べて、外部電極17の形成工程がなくなり、より製造が容易となる効果が得られる。   In the case of this configuration, the pressure sensing element 14 can be obtained by forming the flexible pressure sensitive body 11 and the protective layer 13 around the electrode 12 by one extrusion each time. Therefore, compared with the conventional cable-shaped pressure sensing element. Thus, the step of forming the external electrode 17 is eliminated, and an effect of facilitating manufacturing can be obtained.

また、外部からの電磁ノイズを低減するためには、保護層13として、導電性を有したエラストマーを使用することが好ましい。そのために、金属、カーボン等の導電性のフィラーが添加されたエラストマーが用いられる。   In order to reduce electromagnetic noise from the outside, it is preferable to use a conductive elastomer as the protective layer 13. Therefore, an elastomer to which a conductive filler such as metal or carbon is added is used.

さらに、本実施の形態の圧力検出素子の別構成に関して、図12(a)、(b)を用いて説明する。図12(a)、(b)はケーブル状の四角形状の圧力検出素子14の断面図で、図12(a)は長手方向の断面、 図12(b)は図12(a)のI-I線位置での断面を表している。特徴となる可撓性感圧体11は、その厚みを、外部からの圧力Poが加わる方向の部分である上部、下部、外部からの圧力Poが加わらない方向の部分である左右の側部で同じにしているが、可撓性感圧体11の左右の側部の中には、圧縮抑制部18が設けられている点である。   Furthermore, another configuration of the pressure detection element of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 12 (a) and 12 (b) are cross-sectional views of the cable-shaped quadrilateral pressure detection element 14, FIG. 12 (a) is a cross-sectional view in the longitudinal direction, and FIG. 12 (b) is a cross-sectional view of FIG. A cross section at the I-line position is shown. The characteristic flexible pressure-sensitive body 11 has the same thickness at the upper and lower portions that are portions where the external pressure Po is applied, and the left and right side portions that are portions where the external pressure Po is not applied. However, the compression suppressing portion 18 is provided in the left and right side portions of the flexible pressure-sensitive body 11.

圧縮抑制部18には、既に述べたように、可撓性感圧体11よりも、材料としての弾性率が高い(大きい)ものが用いられるため、可撓性感圧体11と圧縮抑制部18とを併せた、図6(a)、(b)、図7(a)、(b)で定義される弾性率を、外部からの圧力Poが加わる方向の部分である垂直方向において、外部からの圧力Poが加わらない方向の部分である水平方向よりも高く調整することが可能となる。   As described above, since the material having a higher elastic modulus (larger) than the flexible pressure sensing body 11 is used for the compression restraining portion 18, the flexible pressure sensing body 11, the compression restraining portion 18, and the like. 6 (a), (b), FIG. 7 (a), and (b), the elastic modulus in the vertical direction, which is the portion in the direction in which the external pressure Po is applied, from the outside. It is possible to adjust higher than the horizontal direction, which is a portion in the direction where the pressure Po is not applied.

尚、本実施の形態の圧縮抑制層18を構成する材料は、具体的としては、熱可塑性エラストマーや架橋ゴム等の中で、可撓性感圧体11に用いられているものよりも弾性率が高いものが好適に用いられる他、上下方向に撓む弾性を有していれば一般的な樹脂や、金属も用いることができる。   In addition, the material which comprises the compression suppression layer 18 of this Embodiment specifically has an elastic modulus compared with what is used for the flexible pressure sensitive body 11 in thermoplastic elastomer, crosslinked rubber, etc. Higher materials are preferably used, and general resins and metals can be used as long as they have elasticity to bend in the vertical direction.

(実施の形態3)
次に実施の形態3について説明する。本実施の形態では実施の形態1、2と同じ構成で同じ作用効果を奏するところには、同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, the same configurations and effects as those of the first and second embodiments are provided with the same reference numerals, the description thereof is omitted, and only different portions will be described.

既に説明したように、本発明は、(1)撓みモードの変形を促進する構成、(2)圧縮モードの変形を抑制する構成とからなる。圧縮モードの変形を抑制して、撓みモードの変形を促進する構成により、低温における可撓性感圧体11の硬化による応答電圧の低下を抑制し、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出を可能にすることが、本発明の意義である。   As described above, the present invention includes (1) a configuration that promotes deformation in the bending mode, and (2) a configuration that suppresses deformation in the compression mode. By suppressing the deformation in the compression mode and promoting the deformation in the bending mode, a decrease in the response voltage due to the curing of the flexible pressure-sensitive body 11 at a low temperature is suppressed, and high-precision pressure detection is possible even when the environmental temperature changes. It is the significance of the present invention to make this possible.

既に、実施の形態1で、主として(1)撓みモードの変形を促進する構成(図2の(c)に対応する撓み深さの増大する構成)に関して述べ、実施の形態2では、主として(2)圧縮モードの変形を抑制する構成(図2(b)に対応する撓み幅の拡大による変形)に関して説明した。   The first embodiment has already described mainly (1) a configuration that promotes deformation in the bending mode (a configuration in which the bending depth corresponding to (c) in FIG. 2 increases). In the second embodiment, mainly (2 ) The configuration for suppressing the deformation in the compression mode (deformation by expanding the bending width corresponding to FIG. 2B) has been described.

本実施の形態では、(1)撓みモードの変形を促進する構成のうち、図2(b)に対応する撓み幅を増加させるために、撓み幅拡大部を有する構成に関して図13(a)、(b)から図16(a)、(b)を用いて説明する。   In this embodiment, (1) among the configurations that promote the deformation in the bending mode, in order to increase the bending width corresponding to FIG. 2B, FIG. This will be described with reference to FIGS. 16 (a) and 16 (b).

図13(a)、(b)は、ケーブル状の圧力検出素子14の断面図で、図13(a)は長手方向の断面、図13(b)は図13(a)のJ-J線位置での断面を表している。特徴である内部電極16は、外部からの圧力Poが加わる方向に沿い楕円形状に形成され、その内部に外部からの圧力Poが加わる方向に沿い楕円形状の撓み幅拡大部19が埋設して形成されている点である。図中、外部電極17は円形、保護層13は四角形状である。   13 (a) and 13 (b) are cross-sectional views of the cable-shaped pressure detecting element 14, FIG. 13 (a) is a cross section in the longitudinal direction, and FIG. 13 (b) is a line JJ in FIG. 13 (a). A cross-section at the position is shown. The characteristic internal electrode 16 is formed in an elliptical shape along the direction in which pressure Po from the outside is applied, and is formed by embedding an ellipse-shaped bending width expanding portion 19 in the direction in which pressure Po from the outside is applied inside. It is a point that has been. In the drawing, the external electrode 17 has a circular shape, and the protective layer 13 has a rectangular shape.

撓み幅拡大部19は、可撓性感圧体11よりも弾性率が高い材料で形成され、図13(b)で分かるように、垂直方向(外部からの圧力Poの加わる方向に平行な方向)に細長い構成を有している。このため、外部からの圧力Poが印加された場合に、内部電極16の外部からの圧力Poが加わる方向の部分である上部、下部全体が、撓み幅拡大部19により長手方向に引っ張ぱられて撓もうとするため、図2(b)に示したように撓み幅が増大する効果が得られる。   The bending width expanding portion 19 is formed of a material having a higher elastic modulus than that of the flexible pressure-sensitive body 11, and, as can be seen in FIG. 13B, in the vertical direction (direction parallel to the direction in which the external pressure Po is applied). Has an elongated configuration. For this reason, when an external pressure Po is applied, the entire upper and lower portions, which are portions of the internal electrode 16 in the direction in which the external pressure Po is applied, are pulled in the longitudinal direction by the bending width expanding portion 19 and bent. As a result, as shown in FIG. 2B, the effect of increasing the deflection width can be obtained.

こうして、撓みモードの変形が促進されることで、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、応答電圧の低下が抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能となる効果が得られる。   Thus, by promoting deformation in the bending mode, even when the flexible pressure sensitive body 11 is cured at a low temperature, a decrease in response voltage is suppressed, and a highly accurate pressure detection is possible even when the environmental temperature changes. The effect becomes.

図14(a)、(b)は、本実施の形態における別構成のケーブル状の圧力検出素子14の断面図で、図14(a)は長手方向の断面、図14(b)は図14(a)のK-K線位置での断面を表している。特徴である内部電極16は、外部からの圧力Poが加わる方向に沿って上部と下部に分離した部分の間を、撓み幅拡大部19で一体に接続して形成されている点である。   14A and 14B are cross-sectional views of another configuration of the cable-shaped pressure detection element 14 according to the present embodiment. FIG. 14A is a cross-sectional view in the longitudinal direction, and FIG. The cross section in the KK line position of (a) is represented. The characteristic internal electrode 16 is that it is formed by integrally connecting a portion separated into an upper part and a lower part along the direction in which the pressure Po from the outside is applied, by a bending width expanding part 19.

そして、内部電極16は、上部、下部に位置する二つの内部電極16が形成されるだけでも、その両方が可撓性感圧体11を長手方向に広い領域で引っ張るために、外部からの圧力Poが印加された場合に、可撓性感圧体11が広い領域で撓むようになる。   And even if the internal electrode 16 is formed only with the two internal electrodes 16 positioned at the upper part and the lower part, both of them pull the flexible pressure-sensitive body 11 in a wide region in the longitudinal direction. When is applied, the flexible pressure-sensitive body 11 bends in a wide area.

さらに、撓み幅拡大部19は、上部、下部に位置する両方の内部電極16の位置関係も固定しているために、上部の内部電極16が撓むと、下部の内部電極16も撓み幅拡大部を介して引っ張られることで、さらに全体が一様に撓む効果が得られ、結果として圧力検出素子14の撓み幅が広くなる。このように、撓みモードの変形が促進されることで、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、応答電圧の低下が抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能となる効果が得られる。   Further, since the positional relationship between the internal electrodes 16 located at the upper part and the lower part is also fixed in the bending width expanding part 19, when the upper internal electrode 16 is bent, the lower internal electrode 16 is also bent by the bending width expanding part. As a result, it is possible to obtain an effect that the whole is further bent uniformly. As a result, the bending width of the pressure detecting element 14 is widened. As described above, by promoting the deformation in the bending mode, even when the flexible pressure-sensitive body 11 is cured at a low temperature, a decrease in the response voltage is suppressed, and highly accurate pressure detection is possible even when the environmental temperature changes. A possible effect is obtained.

尚、図14(a)、(b)に示す圧力検出素子のような場合、撓み幅拡大部19は、例えば、樹脂性のシートで形成され二つの内部電極16と接着して形成されるが、可撓性感圧体11よりも伸び縮みし難く、ケーブルの長手方向の弾性率が高い材料であれば一般的な樹脂材料を用いることができる。特に、薄くて良く撓むが、伸び縮みはし難い樹脂板、あるいは金属板等が特に好適に用いられるが、特に材質は限定されない。薄い金属板を用いる場合、二つの内部電極16と同電位となる一体化された内部電極として構成することも可能である。   In the case of the pressure detection element shown in FIGS. 14A and 14B, the bending width expanding portion 19 is formed of, for example, a resinous sheet and bonded to the two internal electrodes 16. A general resin material can be used as long as it is harder to expand and contract than the flexible pressure-sensitive body 11 and has a high elastic modulus in the longitudinal direction of the cable. In particular, a resin plate or a metal plate that is thin and bends well but hardly stretches or contracts is particularly preferably used, but the material is not particularly limited. When a thin metal plate is used, it can be configured as an integrated internal electrode having the same potential as the two internal electrodes 16.

図15(a)、(b)は、本実施の形態における別構成のケーブル状の圧力検出素子14の断面図で、図15(a)は長手方向の断面、図15(b)は図15(a)のL-L線位置での断面を表している。特徴である撓み幅拡大部19は、細い線状に形成され、可撓
性感圧体11の外部から圧力Poが印加される側の部分に、そ長手方向に沿い、かつ外部電極に17に比較的に近い位置に埋設して形成されている点である。
FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views of another configuration of the cable-shaped pressure detecting element 14 according to the present embodiment. FIG. 15A is a cross-sectional view in the longitudinal direction, and FIG. The cross section in the LL line position of (a) is represented. The characteristic bending width expanding portion 19 is formed in a thin line shape, is along the longitudinal direction of the portion to which the pressure Po is applied from the outside of the flexible pressure-sensitive body 11, and is compared with 17 on the external electrode. It is a point that is buried and formed at a position close to the ground.

撓み幅拡大部19は、可撓性感圧体11よりも長手方向の弾性率が大きい材料で構成される。このため、外部からの圧力Poが印加された場合に、可撓性感圧体11全体が、長手方向に弾性率の高い撓み幅拡大部19により、長手方向に引っ張られて撓もうとするようになり、図2(b)に示したように撓み幅が増大する効果が得られる。   The bending width expanding portion 19 is made of a material having a larger elastic modulus in the longitudinal direction than the flexible pressure sensitive body 11. For this reason, when the pressure Po from the outside is applied, the entire flexible pressure-sensitive body 11 tries to bend by being pulled in the longitudinal direction by the bending width expanding portion 19 having a high elastic modulus in the longitudinal direction. Thus, as shown in FIG. 2B, the effect of increasing the deflection width is obtained.

このようにして、圧力検出素子14は撓みモードの変形が促進されることで、低温で可撓性感圧体11が硬化した場合でも、応答電圧の低下が抑制され、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能となる効果が得られる。   In this way, the pressure detection element 14 is promoted to bend in the bending mode, so that even when the flexible pressure-sensitive body 11 is cured at a low temperature, a decrease in the response voltage is suppressed and the environmental temperature changes. An effect of enabling highly accurate pressure detection is obtained.

また、撓み幅拡大部19は、滑りなく可撓性感圧体11に固定されていることが好ましい。上記固定には接着剤を用いることも可能であるが、可撓性感圧体11と撓み幅拡大部19の接着側の界面は、より強く接着されるように、凹凸を有して、それらが相互に侵入している構造が好ましい。また、上記固定は、可撓性感圧体11と撓み幅拡大部19とが、ともに熱可塑性樹脂を含んで形成されている場合には、融着により行うこともできる。   Moreover, it is preferable that the bending width expansion part 19 is fixed to the flexible pressure-sensitive body 11 without slipping. An adhesive may be used for the fixing, but the interface on the bonding side of the flexible pressure-sensitive body 11 and the bending width expanding portion 19 has irregularities so that they are more strongly bonded. Structures that penetrate each other are preferred. In addition, the fixing can be performed by fusion when the flexible pressure-sensitive body 11 and the bending width expanding portion 19 are both formed of thermoplastic resin.

また、撓み幅拡大部19に用いられる材料としては、可撓性感圧体11よりも伸び縮みし難く、ケーブル状の長手方向の弾性率が高い材料が用いられる。特に、薄くて良く撓むが、伸び縮みはし難い樹脂板、繊維、繊維束あるいは金属板、金属線等が特に好適に用いられる。   Moreover, as a material used for the bending width expansion part 19, the material which is hard to expand and contract than the flexible pressure-sensitive body 11 and has a high elastic modulus in the longitudinal direction of the cable shape is used. In particular, a resin plate, fiber, fiber bundle, metal plate, metal wire, or the like that is thin and bends well but hardly stretches or contracts is particularly preferably used.

図16(a)から(d)は、上記した可撓性感圧体11中に形成される撓み幅拡大部19の構造を示したものである。既に説明したように、撓み幅拡大部19は、可撓性感圧体11を、その長手方向に引っ張って広い範囲にわたって撓ませるものであるため、可撓性感圧体11中で滑ることなく、しっかりと可撓性感圧体11と固定されていることが重要である。   FIGS. 16A to 16D show the structure of the bending width expanding portion 19 formed in the flexible pressure-sensitive body 11 described above. As already described, the bending width expanding portion 19 is a member that pulls the flexible pressure-sensitive body 11 in the longitudinal direction to bend over a wide range, so that the flexible pressure-sensitive body 11 does not slip in the flexible pressure-sensitive body 11 and firmly It is important that the flexible pressure sensitive body 11 is fixed.

そのために、図16(a)から(d)に示したように、撓み幅拡大部19は、凹凸の大きい構造を有することが好ましい。具体的には、図16(a)のように、多くの凸部19aを有しているもの、図16(b)のように多くの凹部19bを有しているものが好ましい。また、図16(c)のように主軸19cに線状物を巻き付けて線状凸部19dを形成したもの、また図16(d)に示したように、複数の線を縒って縒り線構造とし、表面に多数の縞状の凸部19eを形成する構造が好ましい。   Therefore, as shown in FIGS. 16A to 16D, it is preferable that the bending width expanding portion 19 has a structure with large unevenness. Specifically, those having many convex portions 19a as shown in FIG. 16 (a) and those having many concave portions 19b as shown in FIG. 16 (b) are preferable. Also, a linear object 19d is formed by winding a linear object around the main shaft 19c as shown in FIG. 16 (c), or a plurality of lines are wound around as shown in FIG. 16 (d). A structure in which a large number of striped convex portions 19e are formed on the surface is preferable.

また、材質は線材として撓む性質を有していれば特に限定されず、金属、樹脂、カーボン等で形成することが可能である。   The material is not particularly limited as long as it has a property of bending as a wire, and can be formed of metal, resin, carbon, or the like.

また、金属細線で編まれた面状の撓み幅拡大部を可撓性感圧体11中に形成しても優れた撓み幅拡大の効果が得られる。   Further, even if a planar bending width expanding portion knitted with a fine metal wire is formed in the flexible pressure-sensitive body 11, an excellent effect of expanding the bending width can be obtained.

なお、図14(a)、図15(a)に示す撓み幅拡大部19の構成は、実施の形態1および2の発明の圧力検出素子にも適用できることはもちろんである。   It should be noted that the configuration of the bending width expanding portion 19 shown in FIGS. 14A and 15A can be applied to the pressure detection elements of the first and second embodiments.

以上のように本発明の圧力検出素子は、使用する環境温度が変化しても、高い精度で圧力の検出が可能であるため、特に屋外あるいは屋外に近い環境で使用されるアプリケーションに好適に用いられる。例えば、特にセキュリティ用途に、バルコニーやフェンス等の家屋の外部に設置して、侵入者を検知する用途に適している。また、自動車や建物のドア
への人やものの挟みこみ検知や、自動車のドアハンドルに設置して、ドアハンドルに触れるだけでドアの施錠を解除するためにドアハンドルへの接触を検知する用途等に適している。
As described above, since the pressure detection element of the present invention can detect pressure with high accuracy even when the environmental temperature to be used changes, it is particularly suitable for applications that are used outdoors or in environments close to the outdoors. It is done. For example, it is particularly suitable for security purposes, such as installation outside a house such as a balcony or fence to detect intruders. In addition, it is used to detect the trapping of people or objects in the doors of automobiles and buildings, or to detect contact with the door handle to unlock the door simply by touching the door handle. Suitable for

(a)圧力検出素子を剛体上に置き、上部から圧子により圧力を加えた場合の断面図(b)同圧力検出素子をスポンジ上に置き、上部から圧子により圧力を加えた場合の断面図(c)図1(a)(b)に示す圧力検出素子に対応する応答電圧の温度特性を定性的に表した図(A) Cross-sectional view when the pressure detection element is placed on a rigid body and pressure is applied from above with an indenter (b) Cross-sectional view when the pressure detection element is placed on a sponge and pressure is applied from above with an indenter ( c) Qualitative representation of the temperature characteristics of the response voltage corresponding to the pressure sensing element shown in FIGS. (a)圧力検出素子の可撓性感圧体と電極の撓みモードの変形の様子を表した断面図(b)同可撓性感圧体と電極の撓み幅が広がる撓みモードの変形の促進を表した断面図(c)同可撓性感圧体と電極の撓み深さが深くなる撓みモードの変形の促進を表した断面図(A) Cross-sectional view showing a state of deformation of the flexible pressure-sensitive body of the pressure detecting element and the electrode. (B) Expressing promotion of deformation of the flexible mode in which the bending width of the flexible pressure-sensitive body and the electrode widens. Sectional view (c) Sectional view showing acceleration of deformation in bending mode in which bending depth of flexible pressure-sensitive body and electrode is increased (a)本発明の実施の形態1における圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図3(a)のB−B線位置の断面図(A) Cross-sectional view in the longitudinal direction of the pressure detection element in the first embodiment of the present invention (b) Cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3 (a) (a)本発明の実施の形態1における別構成の圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図4(a)のC−C線位置の断面図(A) Longitudinal sectional view of a pressure detecting element of another configuration according to Embodiment 1 of the present invention (b) Cross sectional view taken along line CC in FIG. 4 (a) (a)本発明の実施の形態1における圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図5(a)D−D線位置の断面図(A) Longitudinal sectional view of pressure detecting element in Embodiment 1 of the present invention (b) FIG. 5 (a) Cross sectional view taken along the line DD (a)本発明の実施の形態2における圧力検出素子の外部電極の垂直方向の弾性率を説明した図(b)同圧力検出素子の外部電極の水平方向の弾性率を説明した図(A) The figure explaining the elastic modulus of the external electrode of the pressure detection element in the second embodiment of the present invention in the vertical direction (b) The figure explaining the elastic modulus of the external electrode of the pressure detection element in the horizontal direction (a)本発明の実施の形態2の圧力検出素子の可撓性感圧体の垂直方向の弾性率を説明した図(b)同圧力検出素子の水平方向の弾性率を説明した図(A) The figure explaining the elastic modulus of the vertical direction of the flexible pressure sensing element of the pressure detection element of Embodiment 2 of this invention (b) The figure explaining the elastic modulus of the horizontal direction of the pressure detection element (a)本発明の実施の形態2における圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図8(a)のE−E線位置の断面図(A) Cross-sectional view in the longitudinal direction of the pressure detection element in Embodiment 2 of the present invention (b) Cross-sectional view taken along the line EE in FIG. 8 (a) (a)本発明の実施の形態2における別構成の圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図9(a)のF−F線位置の断面図(A) Longitudinal sectional view of a pressure detecting element of another configuration according to Embodiment 2 of the present invention (b) Cross sectional view taken along line FF in FIG. 9 (a) (a)本発明の実施の形態2における圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図10(a)のG−G線位置の断面図(A) Longitudinal sectional view of the pressure detection element according to the second embodiment of the present invention (b) Cross sectional view taken along line GG in FIG. 10 (a) (a)本発明の実施の形態2における別構成の圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図11(a)のH−H線位置の断面図(A) Longitudinal sectional view of a pressure detecting element of another configuration according to Embodiment 2 of the present invention (b) Cross sectional view taken along line HH in FIG. 11 (a) (a)本発明の実施の形態2における別構成の圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図12(a)のI−I線位置の断面図(A) Longitudinal sectional view of a pressure detecting element of another configuration according to Embodiment 2 of the present invention (b) Cross sectional view taken along line II in FIG. 12 (a) (a)本発明の実施の形態3における圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図13(a)のJ−J線位置の断面図(A) Cross-sectional view in the longitudinal direction of the pressure detecting element in Embodiment 3 of the present invention (b) Cross-sectional view taken along line JJ in FIG. 13 (a) (a)本発明の実施の形態3における別構成の圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図14(a)のK−K線位置の断面図(A) Cross-sectional view in the longitudinal direction of a pressure detecting element having another configuration according to Embodiment 3 of the present invention (b) Cross-sectional view taken along the line KK in FIG. 14 (a) (a)本発明の実施の形態3における別構成の圧力検出素子の長手方向の断面図(b)図15(a)のL−L線位置の断面図(A) Cross-sectional view in the longitudinal direction of a pressure detecting element having another configuration according to Embodiment 3 of the present invention (b) Cross-sectional view taken along line LL in FIG. 15 (a) (a)、(b)、(c)、(d)本発明の実施の形態3における図15(a)に示す撓み幅拡大部の構造を表した模式図(A), (b), (c), (d) The schematic diagram showing the structure of the bending width expansion part shown to Fig.15 (a) in Embodiment 3 of this invention. 従来の層状の圧力検出素子の断面図Sectional view of a conventional layered pressure sensor (a)従来のケーブル状の圧力検出素子における長手方向の断面図(b)図18(a)のA−A線位置の断面図(A) Cross-sectional view in the longitudinal direction of a conventional cable-shaped pressure detecting element (b) Cross-sectional view taken along line AA in FIG. 18 (a)

符号の説明Explanation of symbols

11 可撓性感圧体
12 電極
13 保護層
14 圧力検出素子
15 撓性増大部
16 内部電極
17 外部電極
18 圧縮抑制部
19 撓み幅拡大部
11 Flexible pressure sensitive body
12 electrodes
13 Protective layer
14 Pressure sensing element
15 Flexibility increase part 16 Internal electrode 17 External electrode
18 Compression suppression unit
19 Deflection width expansion part

Claims (10)

残留分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の信号を取り出す複数の電極とを備え、前記電極は撓性増大部を有する圧力検出素子。 A pressure detection element comprising: a flexible pressure sensitive body having remanent polarization; and a plurality of electrodes for extracting signals from the flexible pressure sensitive body, wherein the electrodes have a flexibility increasing portion. 撓性増大部は、発泡体からなる請求項1に記載の圧力検出素子。 The pressure detecting element according to claim 1, wherein the flexibility increasing portion is made of a foam. 撓性増大部は、可撓性感圧体の外力が加わる側と反対側の電極に形成してなる請求項1または2に記載の圧力検出素子。 The pressure detecting element according to claim 1, wherein the flexibility increasing portion is formed on an electrode on a side opposite to a side to which an external force of the flexible pressure sensitive body is applied. 残留分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の信号を取り出す複数の電極とを備え、前記電極は外力が加わる方向の部分の弾性率を、外力が加わらない方向の部分よりも大きくしてなる圧力検出素子。 A flexible pressure-sensitive body having remanent polarization; and a plurality of electrodes for extracting signals from the flexible pressure-sensitive body, wherein the electrode has an elastic modulus in a direction in which an external force is applied to a portion in a direction in which no external force is applied The pressure sensing element is made larger. 電極は、外力が加わる方向の部分の厚みを、外力が加わらない方向の部分の厚みより薄くしてなる請求項4に記載の圧力検出素子。 The pressure detection element according to claim 4, wherein the electrode has a thickness in a direction in which an external force is applied thinner than a thickness in a direction in which no external force is applied. 電極は、外力が加わる方向の部分に圧縮抑制部を有する請求項4または5に記載の圧力検出素子。 The pressure detection element according to claim 4, wherein the electrode has a compression suppressing portion in a portion in a direction in which an external force is applied. 残留分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の信号を取り出す複数の電極とを備え、前記可撓性感圧体は、外力が加わる方向の部分の弾性率を、外力が加わらない方向の部分よりも大きくしてなる圧力検出素子。 A flexible pressure-sensitive body having remanent polarization; and a plurality of electrodes for extracting signals from the flexible pressure-sensitive body. The flexible pressure-sensitive body applies an external force to an elastic modulus in a direction in which an external force is applied. A pressure sensing element that is larger than the non-directional part. 可撓性感圧体は、外力が加わる方向の部分の厚みを、外力が加わらない方向の部分より薄くしてなる請求項7に記載の圧力検出素子。 The pressure detection element according to claim 7, wherein the flexible pressure-sensitive body has a thickness in a direction in which an external force is applied thinner than that in a direction in which no external force is applied. 電極は、撓み幅拡大部を有する請求項1から8のいずれか1項に記載の圧力検出素子。 The pressure detection element according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrode has a bending width expanding portion. 可撓性感圧体は、撓み幅拡大部を有する請求項1から9のいずれか1項に記載の圧力検出素子。 The pressure detection element according to any one of claims 1 to 9, wherein the flexible pressure-sensitive body has a bending width expanding portion.
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