JP2008224334A - 感圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】生産管理の手間を増やすことなしに、圧力−抵抗値変化曲線が広い範囲でなだらかに変化する感圧センサを提供する。
【解決手段】上部電極シートに抵抗値の低い上部電極を形成し、且つ下部電極シート上に抵抗値の高い下部電極を形成すると共に、中央に穴部を有するスペーサを介して前記２つの電極シートを重ね合わせ、電極同士が所定の隙間を空けて向かい合うように構成した感圧センサにおいて、少なくとも一方の電極シート上の電極を、その電極の中心位置を中心として他方の電極シート側に隆起させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部から加えられた圧力に対応して抵抗値が変化する感圧センサに関するもので、詳しくは、車載シートに設置されて乗員の体格を検知するための車載用圧力検知センサに関する。

従来のこの種の感圧センサは、２枚の電極シート上に抵抗値の低い電極と抵抗値の高い電極（抵抗電極）とをそれぞれ形成し、２枚の電極シートを中央に穴部を有するスペーサを介して重ね合わせ、電極同士が所定の隙間を空けて向かい合う構造となっている。

このような感圧センサに対して垂直方向から圧力をかけると、電極シートが変形して電極同士が接触し、２つの電極は導通状態となる。この状態でさらに圧力を増すと、電極同士の接触面積が増大して導通抵抗が低くなる。また、圧力を減らすと、接触面積が減少して導通抵抗が高くなる。このように、感圧センサは、抵抗値の変化によって圧力の大きさを感知するようにしたものである。

図１１は、上記構造の感圧センサにおける圧力−抵抗値変化曲線を示す説明図である。感圧センサとしては、圧力を徐々に増してゆくと、導通抵抗（以下、抵抗という）も徐々に低くなるような特性、すなわち図１１の曲線ｃに示すように、圧力の変化に応じて抵抗が緩やかに変化する特性をもつものが理想と考えられている。しかしながら実際には、図１１の曲線ａに示すように抵抗値変化が急峻すぎて測定圧力範囲を広くとれないことや、図１１の曲線ｂに示すように抵抗値変化が滑らかな曲線にならないことが課題となっている。

このため従来は、上記抵抗電極の抵抗値を高くすることによって、接触初期に抵抗値が急激に下がらないようにしていた。しかし、抵抗値を高くすると電極面での抵抗値のばらつきが生じやすくなるため、生産管理に多大な手間を要することになる。

なお、この種の感圧センサの構造に関する従来技術として、上部電極シートに抵抗値の低い電極として銀とカーボンとを二層に形成し、対向する下部電極シートに抵抗値の高い電極として抵抗電極の外周部にリング状の銀電極を形成した体格検知着座センサが知られている（非特許文献１参照）。
フジクラ技報１０１号「体格検知着座センサ」

図１２は、従来例の感圧センサにおける圧力−抵抗値変化曲線を示す説明図である。図１２において、曲線ａはスペーサの穴径を１２ｍｍ、曲線ｂはスペーサの穴径を１０ｍｍとした場合の特性を示している。ただし、スペーサの穴部は丸穴で、穴径以外は同一構成としている。図１２に示すように、スペーサの穴径を大きくした場合の曲線ａでは、穴部を介して向かい合う電極シートの変形抵抗が小さくなるため、上下電極は低圧域で接触を開始し（図中、破線内が接触開始点）、以後、圧力増に伴って電極同士の接触面積は曲線ｂよりも早く増大する。このため、曲線の傾きは大きくなり、１５ｋＰａ前後で抵抗の変化は飽和してしまい、これ以上は圧力が増加しても抵抗値はほとんど変化しなくなる。一方、スペーサの穴径を小さくした場合の曲線ｂでは、穴部を介して向かい合う電極シートの変形抵抗が大きいため、接触開始点の圧力は曲線ａよりも高くなり、以後、圧力増に伴って接触面積は２０ｋＰａまでなだらかな傾きとなる。

一般に、車載用圧力検知センサの圧力−抵抗値変化曲線としては、接触開始点の圧力が３〜５ｋＰａで、そこから２０ｋＰａまでなだらかに変化するものが望ましいとされている。しかしながら、図１２に示すように、従来の感圧センサでは、スペーサの穴径を大きくすると、接触開始点の圧力は低くなるが、加圧初期に抵抗変化が飽和してしまい、圧力−抵抗値変化曲線がなだらかに変化しなくなる。また、スペーサの穴径を小さくすると、圧力−抵抗値変化曲線はなだらかに変化することになるが、接触開始点の圧力は高くなってしまう。

ここではスペーサの穴径と圧力−抵抗値変化曲線との関係について説明したが、電極シートやスペーサの厚みを変えても同様の関係となる。すなわち、これらの厚みを薄くした場合は接触開始点の圧力は低くなり、圧力−抵抗値変化曲線はなだらかに変化しなくなる。また、これらの厚みを厚くした場合は、圧力−抵抗値変化曲線はなだらかに変化することになるが、接触開始点の圧力は高くなってしまう。

また、上述したように、抵抗電極の抵抗値を高くした場合は、電極面での抵抗値のばらつきが生じやすくなり、生産管理に多大な手間を要することになる。

本発明の目的は、生産管理の手間を増やすことなく、圧力−抵抗値変化曲線が広い範囲でなだらかに変化する感圧センサを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係わる感圧センサは、第１電極シート上に第１電極を形成し、且つ第２電極シート上に前記第１電極よりも抵抗値の高い第２電極を形成すると共に、中央に穴部を有するスペーサを介して前記２つの電極シートを重ね合わせ、前記電極同士が所定の隙間を空けて向かい合うように構成した感圧センサにおいて、少なくとも一方の電極シート上の電極を、その電極の中心位置を中心として他方の電極シート側に隆起させたことを特徴とする。

上記構成による感圧センサにおいて、少なくとも一方の電極シートと、この電極シート上に形成した電極との間に絶縁部材を設け、この絶縁部材を他方の電極シート側に隆起させるようにしてもよい。

また、前記電極の隆起させた部分の大きさは、前記スペーサの穴径の２／３以下とすることが望ましい。

また、前記電極の隆起させた部分の厚みは、前記スペーサの厚みの５〜３０％とすることが望ましい。

さらに、前記電極の隆起させた部分を、その電極の中心位置を中心としてレンズ形とすることが望ましい。

上記構成によれば、一方の電極シート上に形成された電極が隆起しているため、他方の電極シート上に形成された電極と低い圧力で接触することになり、接触開始点の圧力を低くすることができる。そして接触開始以後は、圧力増に伴って徐々に接触面積が増加するため、センサの変形抵抗はなだらかに減少することになる。また、抵抗値の高い電極の抵抗値を通常よりも高くする必要がないため、電極面での抵抗値のばらつきを生じにくく、生産管理の手間を増やすことがない。したがって、本発明に係わる感圧センサでは、生産管理の手間を増やすことなく、圧力−抵抗値変化曲線が広い範囲でなだらかに変化する理想的な特性を得ることができる。

以下、本発明に係わる感圧センサの実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。

まず、抵抗値の低い上部電極を隆起させた実施形態について説明する。図１は、実施形態１に係わる感圧センサの概略断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。本実施形態に係わる感圧センサ１０は、抵抗値の低い電極である上部電極１３が形成された上部電極シート１１と、抵抗値の高い電極である下部電極１４が形成された下部電極シート１２と、中央に穴部１５ａを有するスペーサ１５とで構成されている。そして、上部電極シート１１と下部電極シート１２は、スペーサ１５を介して重ね合わせられ、電極同士が所定の隙間を空けて向かい合うように組み立てられている。

上下の電極シートには、耐熱、耐機械特性を備えたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などを使用することができる。また、スペーサ１５にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などを使用することができる。

上部電極１３は、平面視で円形となる上部銀電極１６と、同じく平面視で円形となるカーボン電極１７とから構成されている。カーボン電極１７は上部銀電極１６の保護用電極である。

本実施形態では、上部銀電極１６を、その中心位置を中心として下部電極シート１２側に隆起させることにより、カーボン電極１７を含めた上部電極１３を電極の中心位置を中心としてレンズ形に隆起させている。

なお、上部電極１３の隆起させた部分の高さは、スペーサ１５の厚みの５〜３０％の範囲とすることが望ましい。また、上部電極１３の隆起させた部分の平面的な大きさは、スペーサ１５の穴部１５ａの穴径の２／３以下とすることが望ましい。

他方、下部電極１４は、リング形の下部銀電極１８と、抵抗電極１９とから構成されている。抵抗電極１９は、下部銀電極１８を覆うように塗布された樹脂材料により形成されている。

上述した電極１３、１４は、スクリーン印刷、蒸着、メッキ、エッチング等の周知の手法により形成することができる。このうち、隆起させた上部銀電極１６は、ディスペンサ若しくは複数回の印刷処理により形成することができる。

次に、本実施形態に係わる感圧センサ１０の作用について説明する。図３は、本実施形態に係わる感圧センサの圧力−抵抗値変化曲線を示す説明図である。ここでは、比較のため図１２と同じ従来例の特性を曲線ａ、曲線ｂで示し、本実施形態に係わる感圧センサの圧力−抵抗値変化曲線を曲線ｃで示している。なお、本実施形態に係わる感圧センサ１０では、スペーサの穴径を１０ｍｍとし、それ以外は従来例と同一構成としている。

先に説明したように、従来の感圧センサでは、スペーサの穴径を大きくすると、接触開始点の圧力は低くなるが、加圧初期に抵抗変化が飽和してしまうため、測定圧力範囲は狭くなる（曲線ａ参照）。また、スペーサの穴径を小さくすると、測定圧力範囲は広くなるものの、接触開始点の圧力は高くなってしまう（曲線ｂ参照）。これに対して本実施形態に係わる感圧センサ１０では、上部電極１３が隆起しているため、上下の電極は圧力がかかり始めた直後、すなわち低圧域で接触することになる。また接触開始以後は、隆起した上部電極１３と下部電極１４との接触面積が徐々に増大するため、圧力増に伴って曲線ｃに示す接触面積は２０ｋＰａまでなだらかな傾きとなる。

したがって、本実施形態に係わる感圧センサ１０では、曲線ｃに示すように、接触開始点の圧力が低く、圧力−抵抗値変化曲線が広い範囲でなだらかに変化する理想的な特性を得ることができる。また、下部電極１４の抵抗値を通常よりも高くする必要がないため、電極面での抵抗値のばらつきを生じにくく、生産管理の手間を増やすことがない。さらに、隆起した電極の高さを適宜に設定することにより、接触開始点の圧力を所望のレベルに調整することができるという効果がある。

また、本実施形態に係わる感圧センサ１０では、上部電極１３の隆起させた部分を、その電極の中心位置を中心としてレンズ形としたので、圧力の増減にほぼ比例して接触面積も増減するようになる。このため、圧力−抵抗値変化曲線をよりなだらかに変化する曲線とすることができる。

次に、本発明に係わる感圧センサの他の実施形態について説明する。ここでは、実施形態１（又は他の実施形態）と同等部分を同一符合で示すものとする。

図４は、実施形態２に係わる感圧センサの概略断面図である。本実施形態に係わる感圧センサ１０Ａでは、上部銀電極２１を円板形としている。そして、カーボン電極２２を、その中心位置を中心として下部電極シート１２側に隆起させることにより、上部電極２３を電極の中心位置を中心としてレンズ形に隆起させている。

本実施形態のように、上部銀電極２１を円板形とし、カーボン電極２２を隆起させるように構成した場合でも、実施形態１と同じ効果を得ることができる。

図５は、実施形態３に係わる感圧センサの概略断面図である。本実施形態に係わる感圧センサ１０Ｂでは、上部電極シート１１と上部銀電極２４との間に絶縁部材２５を形成している。そして、この絶縁部材２５を、その中心位置を中心として下部電極シート１２側に隆起させることにより、上部電極２７を電極の中心位置を中心としてレンズ形に隆起させている。絶縁部材２５としては、ポリエステル樹脂などを使用することができる。また、隆起した絶縁部材２５は、ディスペンサ若しくは複数回の印刷処理により形成することができる。或いは、レンズ形に成形した絶縁部材２５を上部電極シート１１の表面に配置するようにしてもよい。

本実施形態のように、上部電極シート１１と上部銀電極２４との間に設けた絶縁部材２５を隆起させるように構成した場合でも、実施形態１と同じ効果を得ることができる。また、本実施形態のように、絶縁部材２５により上部電極２７を隆起させるようにした場合は、上部銀電極２４又はカーボン電極２６を隆起させるようにした場合に比べ、材料コストや製造コストを削減することができる。

図６は、実施形態４に係わる感圧センサの概略断面図である。上記実施形態１〜３では、リング形の下部銀電極１８を設けた例について示したが、本実施形態に係わる感圧センサ１０Ｃでは、円板形の下部銀電極２８を設け、この下部銀電極２８を覆うように抵抗電極２９を形成することにより、下部電極３１全体を平坦形状としている。なお図６において、上部電極１３の構成は実施形態１と同じである。

本実施形態のように、隆起させた上部電極１３に対して、下部電極３１を平坦形状な構成とした場合でも、実施形態１と同じ効果を得ることができる。

次に、抵抗値の高い下部電極を隆起させた実施形態について説明する。図７は、実施形態５に係わる感圧センサの概略断面図である。本実施形態に係わる感圧センサ１０Ｄでは、上部銀電極３２を円板形とし、この上部銀電極３２を覆うようにカーボン電極３３を形成することにより、上部電極３４を平坦形状としている。一方、抵抗電極３７を、その中心位置を中心として上部電極シート１１側に隆起させることにより、下部電極３６を電極の中心位置を中心としてレンズ形に隆起させている。

本実施形態のように、下部電極３６を隆起させるように構成した場合でも、実施形態１と同じ効果を得ることができる。

図８は、実施形態６に係わる感圧センサの概略断面図である。本実施形態に係わる感圧センサ１０Ｅでは、下部電極シート１２と抵抗電極３８との間に絶縁部材３９を形成している。そして、この絶縁部材３９を、その中心位置を中心として上部電極シート１１側に隆起させることにより、下部電極４１を電極の中心位置を中心としてレンズ形に隆起させている。絶縁部材３９としては、ポリエステル樹脂などを使用することができ、実施形態３と同様の手法により形成することができる。

本実施形態のように、下部電極シート１２と抵抗電極３８との間に設けた絶縁部材３９を隆起させるように構成した場合でも、実施形態１と同じ効果を得ることができる。

図９は、実施形態７に係わる感圧センサの概略断面図である。上記実施形態５、６では、リング形の下部銀電極１８を設けた例について示したが、本実施形態に係わる感圧センサ１０Ｆでは、円板形の下部銀電極４２を設けている。そして、この下部銀電極４２を覆うように抵抗電極４３を、その中心位置を中心として上部電極シート１１側に隆起させることにより、下部電極４４を電極の中心位置を中心としてレンズ形に隆起させている。

本実施形態のように、下部銀電極４２を円板形とし、抵抗電極４３を隆起させるように構成した場合でも、実施形態１と同じ効果を得ることができる。

次に、上部電極と下部電極の両方を隆起させた実施形態について説明する。図１０は、実施形態８に係わる感圧センサの概略断面図である。本実施形態に係わる感圧センサ１０Ｇは、上部銀電極１６を、その中心位置を中心として下部電極シート１２側に隆起させることにより、カーボン電極１７を含めた上部電極１３を電極の中心位置を中心としてレンズ形に隆起させている。この上部電極１３の構成は実施形態１と同じである。

他方、下部電極３６は、抵抗電極３７を、その中心位置を中心として上部電極シート１１側に隆起させることにより、下部電極３６を電極の中心位置を中心としてレンズ形に隆起させている。この下部電極３６の構成は実施形態５と同じである。

本実施形態のように、上部電極１３と下部電極３６をそれぞれ隆起させるように構成した場合においても、実施形態１と同じ効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、上部電極１３を実施形態１の構成とし、下部電極３６を実施形態５の構成とした例について示したが、上下電極については、上記各実施形態に示した電極の構成を適宜に組み合わせることができる。そして、その場合も実施形態１と同じ効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、図２に示すように、センサの形状を平面視で四角形としているが、円形であってもよい。

さらに、上記実施形態において、「上部」、「下部」は電極シートや電極を区別するために便宜的に記載したもので、各実施形態に示した感圧センサは上下方向を逆にしても使用することができる。すなわち、各実施形態に示した感圧センサは、上部側から圧力が加わる場合だけでなく、下部側から圧力が加わる場合でもセンサとして機能させることができる。

実施形態１に係わる感圧センサの概略断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 実施形態１に係わる感圧センサの圧力−抵抗値変化曲線を示す説明図。 実施形態２に係わる感圧センサの概略断面図。 実施形態３に係わる感圧センサの概略断面図。 実施形態４に係わる感圧センサの概略断面図。 実施形態５に係わる感圧センサの概略断面図。 実施形態６に係わる感圧センサの概略断面図。 実施形態７に係わる感圧センサの概略断面図。 実施形態８に係わる感圧センサの概略断面図。 従来構造の感圧センサにおける圧力−抵抗値変化曲線を示す説明図。 従来例の感圧センサにおける圧力−抵抗値変化曲線を示す説明図。

符号の説明

１０、１０Ａ〜１０Ｇ…感圧センサ
１１…上部電極シート（第１電極シート）
１２…下部電極シート（第２電極シート）
１３、２３、２７、３４…上部電極（第１電極）
１４、３１、３６、４１…下部電極（第２電極）
１５…スペーサ
１５ａ…穴部
１６、２１、２４、３２…上部銀電極
１７、２２、２６、３３…カーボン電極
１８、２８、４２、４４…下部銀電極
１９、２９、３７、３８、４３…抵抗電極
２５、３９…絶縁部材

Claims (5)

1. 第１電極シート上に第１電極を形成し、且つ第２電極シート上に前記第１電極よりも抵抗値の高い第２電極を形成すると共に、中央に穴部を有するスペーサを介して前記２つの電極シートを重ね合わせ、前記電極同士が所定の隙間を空けて向かい合うように構成した感圧センサにおいて、
   少なくとも一方の電極シート上の電極を、その電極の中心位置を中心として他方の電極シート側に隆起させたことを特徴とする感圧センサ。
2. 請求項１に記載の感圧センサにおいて、
   少なくとも一方の電極シートと、この電極シート上に形成した電極との間に絶縁部材を設け、この絶縁部材を他方の電極シート側に隆起させたことを特徴とする感圧センサ。
3. 請求項１又は２に記載の感圧センサにおいて、
   前記電極の隆起させた部分の大きさは、前記スペーサの穴径の２／３以下であることを特徴とする感圧センサ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の感圧センサにおいて、
   前記電極の隆起させた部分の厚みは、前記スペーサの厚みの５〜３０％であることを特徴とする感圧センサ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の感圧センサにおいて、
   前記電極の隆起させた部分はを、その電極の中心位置を中心としてレンズ形としたことを特徴とする感圧センサ。

Images