JP2008175570A

JP2008175570A - 感圧メンブレンセンサ

Info

Publication number: JP2008175570A
Application number: JP2007007121A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kawahira; 哲也川平; Akinobu Ono; 朗伸小野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】製造管理の手間を増やすことなく、荷重範囲が広く抵抗値変化が滑らかな曲線を持つ感圧メンブレンセンサを提供する。
【解決手段】可撓性のある２枚の樹脂シートのそれぞれ片面に電極を形成し、同じく可撓性のある樹脂で電極同士が隙間を空けて向かい合うように固定した感圧メンブレンセンサであって、一方の電極の抵抗値を他方の電極より低くし、抵抗値の低い方の電極面に凹凸構造を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は圧力や加重に対応して抵抗値の変化する感圧メンブレンセンサに関し、さらに詳しくはダイナミックレンジを広くした前記感圧メンブレンセンサの製造ばらつきを低減させる構造に関するものである。

感圧メンブレンセンサは２枚の回路基板に形成された抵抗値の高い電極と低い電極に対してスペーサーシートを用いて隙間を空けて向かい合わせに固定した構造となっており（図示せず）、電極に対して垂直方向から圧力や荷重をかけると基板が変形して電極同士が接触、接触面積に応じて抵抗値が変化し圧力の大小を感知する仕組みとなっている。

従って感圧メンブレンセンサでは図５の曲線ｃで示す荷重−抵抗値変化の曲線のような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である。

しかし実際には、図５の曲線ａのように抵抗値変化が急峻すぎるため測定可能な荷重範囲を広く取れないことや図５の曲線ｂにあるように抵抗値変化が滑らかな曲線にならないという課題があった。

そこで図６（ａ）、（ｂ）のように抵抗値の高い電極９内に可撓性のある樹脂ビーズ４を混入し、電極面に凹凸を設けることで圧力の増加に対する接触面積の増加を抑制することで、抵抗値の変化を抑制し図５の曲線ｃの荷重範囲が広く抵抗値変化が滑らかな荷重−抵抗値変化曲線を持つ感圧メンブレンセンサを提供することができた。図６（ａ）は前記感圧メンブレンセンサの断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
フジクラ技報１０１号体格検知着座センサ特開２００２−１５８１０３

しかしながら、前記電極面に凹凸を設けることで電極の厚さがばらついてしまうため、面内の抵抗値の分布もばらつき、ひいては荷重−抵抗値変化曲線もばらついてしまうため製造管理に大変な手間を要するようになってしまった。

本発明は、製造管理の手間を増やすことなく、荷重範囲が広く抵抗値変化が滑らかな曲線を持つ感圧メンブレンセンサを提供することを目的としている。

上述の課題を解決するため、本発明の感圧メンブレンセンサは、一方の電極の抵抗値を他方の電極より低くし、抵抗値の低い方の電極面に凹凸を設けた構造を特徴としている。

本発明の感圧メンブレンセンサであって、前記電極面に凹凸構造を設けた抵抗値の低い電極10は電極全体を弾性のある樹脂ビーズが添加された体積固有抵抗値の低い材料で覆うことで形成し、前記他方の抵抗値の高い電極9は電極全体を体積固有抵抗値の高い材料で覆うことで形成したことを特徴としている。

前記体積固有抵抗値の低い電極10の抵抗値は体積固有抵抗値の高い電極9の抵抗値の１／５以下であることを特徴としている。

本発明の感圧メンブレンセンサの電極は環形または円形をしていることが好ましい。

前記樹脂ビーズは平均粒径が１０〜２５μｍの範囲にあり、抵抗値の低い材料に体積比で１０〜３０％添加されていることが好ましい。

前記体積固有抵抗値の低い材料はカーボンインクであることを特徴としている。

前記体積固有抵抗値の高い材料は導電粒子と樹脂のバインダからなることを特徴としている。

本発明によれば、荷重範囲が広く抵抗値変化が滑らかな荷重−抵抗値変化曲線を持つ感圧メンブレンセンサを製造管理に手間を掛けることなく提供することができる。

以下、本発明にかかる感圧メンブレンセンサの実施形態の例を、図面を参照しつつ説明する。

図１は本実施形態にかかる感圧メンブレンセンサの断面図である。感圧メンブレンセンサは上下の回路基板１、８に電極２、７を形成する。電極２は円形の銀電極で、電極を覆うように樹脂ビーズ４が添加されたカーボンインク３を塗布し凹凸のある体積抵抗値の低い電極10を形成する。このとき前記樹脂ビーズは平均粒径が２μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２５μｍ以下であり、有機弾性フィラーまたは無機酸化物フィラーであることが望ましい。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が使用できる。前記樹脂ビーズはカーボンインクに対し体積比で１０〜３０％添加されたとき良好な荷重−抵抗曲線を得ることができる。

電極７は環形の銀電極で、電極を覆うように導電粒子が添加された樹脂バインダを塗布し、体積抵抗値の高い電極９を形成する。導電粒子としては、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、カーボン系粒子などの使用が可能である。これを樹脂バインダに添加することで適当な抵抗値を得ることができる。樹脂バインダとしては、シリコーンゴム系、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などの使用できるが、ポリエステル樹脂、なかでも共重合ポリエステル樹脂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ましい。またバインダとしては架橋系のものでも良く、このため硬化剤としては例えばイソシアネート化合物、アミン化合物が配合される。

抵抗値の低い電極の抵抗値は、抵抗値の高い電極の１／５以下であることが求められる。これにより前記樹脂ビーズで生じる厚みばらつきによる前記抵抗値の低い電極の抵抗値のばらつきは抵抗値の高い電極の抵抗値に比較して無視できるほど小さいものであり、抵抗値の面内ばらつきを考慮する必要が無くなるため製造管理を容易にすることができる。

上記２つの電極を組み込んだ感圧メンブレンセンサにおける上部回路基板１及び下部回路基板８としては、ポリエチレンテレフタレート、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上に加工して使用される。

上記回路基板１、８に形成される電極２、７及びその他の回路（図示せず）はスクリーン印刷、蒸着、メッキ、エッチング等の周知の方法により形成される。

また、上記カーボンインクや上記樹脂バインダは溶剤に溶解し塗布・乾燥して形成するのが好ましい。また上記実施例のようにあらかじめ形成した電極上に塗布するだけでなく、基板上に直接塗布して電極そのものを形成しても良い。

図３は、上記実施形態の別の例を示しており、環形電極に代わり円形電極７を使用している。このような形態とすることで圧力変化に伴う抵抗値の変化が大きくなり高感度感圧メンブレンセンサとして使用できる。

感圧メンブレンセンサは実施形態にあるように、回路基板１、８を円形、電極９、１０を円形もしくは環形とし、スペーサーシートを前記基板の間にはさんで電極を向かい合わせに空間を空けて固定する構造が望ましいが、特に前記構造に制限されるものではなく、前記基板は矩形等別の形状でも良く、圧力に対して的確に変形できるのであれば厚みや大きさにも制限は無い。また電極も基板に形成でき、圧力に対し的確に変形できるのであれば厚みや大きさ、形状について何ら制限はされない。さらに対向する電極同士の大きさや形状が同じである必要も無い。さらにスペーサーシートも前記電極間に隙間を空けて基板を固定し、圧力に対応できるのであれば形状、大きさに何ら制限は無い。

本発明の感圧メンブレンセンサにおける実施形態の断面図である。本発明の感圧メンブレンセンサの荷重−抵抗値変化曲線である。本発明の感圧メンブレンセンサにおける第２の実施形態の断面図である。本発明の感圧メンブレンセンサにおける第２の実施形態の荷重−抵抗値変化曲線である。従来の感圧メンブレンセンサの荷重−抵抗値変化曲線である。（ａ）は従来の感圧メンブレンセンサにおける実施形態の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１，８回路基板
２円形電極
３カーボンインク
４樹脂ビーズ
５スペーサーシート
６導電粒子が添加された樹脂バインダ
７環形電極
９抵抗値の高い電極
１０抵抗値の低い電極

Claims

可撓性のある２枚の樹脂シートのそれぞれ片面に電極を形成し、同じく可撓性のある樹脂で電極同士が隙間を空けて向かい合うように固定した感圧メンブレンセンサであって、
一方の電極の抵抗値を他方の電極より低くし、抵抗値の低い方の電極面に凹凸構造を設けたことを特徴とする感圧メンブレンセンサ。
請求項１記載の感圧メンブレンセンサであって、
前記電極面に凹凸構造を設けた抵抗値の低い電極は電極全体を弾性のある樹脂ビーズが添加された体積固有抵抗値の低い材料で覆うことで形成し、前記他方の抵抗値の高い電極は電極全体を体積固有抵抗値の高い材料で覆うことで形成したことを特徴とする感圧メンブレンセンサ。
請求項２に記載の感圧メンブレンセンサであって、
前記体積固有抵抗値の低い電極の抵抗値は、前記体積固有抵抗値の高い電極の抵抗値の１／５以下であることを特徴とする感圧メンブレンセンサ。
請求項１または請求項２に記載の感圧メンブレンセンサであって、
それぞれの前記電極は、環形または円形をしていることを特徴とする感圧メンブレンセンサ。
請求項２に記載の感圧メンブレンセンサであって、
前記樹脂ビーズは、平均粒径が１０〜２５μmの範囲にあり、前記体積固有抵抗値の低い材料に体積比で１０〜３０％の割合で添加されていることを特徴とする感圧メンブレンセンサ。
請求項２に記載の感圧メンブレンセンサであって、
前記体積固有抵抗値の低い材料は、カーボンインクであることを特徴とする感圧メンブレンセンサ。
請求項２に記載の感圧メンブレンセンサであって、
体積固有抵抗値の高い材料は、導電粒子と樹脂のバインダからなることを特徴とする感圧メンブレンセンサ。