JP2009020032A - 圧力検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高湿下も感度が変化せず、圧力検出の精度を高めた圧力検出素子を提供することを目的とする。
【解決手段】外部からの圧力Ｐｏの圧力の印加を、圧力伝達部１を介して行う際に、撓み量調整部３により圧力検出部２に印加される力を調整することにより、吸湿時の応答電圧Ｖの低下を抑制する。撓み量調整部３がない従来の圧力検出素子では、吸湿により圧力検出部２の撓み領域が狭くなり応答電圧が低下するが、本発明の圧力検出素子では、吸湿により撓み量調整部の弾性率が低下することで、外部から圧力検出部に伝達される力が増加するために、上記の応答電圧の低下が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は外部からの圧力を検出する可撓性を有した圧力検出素子に関するものである。

従来、この種の圧力検出素子としては、例えば図１０に示すようなものがある。すなわち、可撓性感圧体１０１の上下に電極１０２が形成され、その表面を保護層１０３が覆う層状の構造のものである。

可撓性感圧体１０１としては、例えば導電ゴム等のように体積変化により抵抗が異なる材料から構成される。

図１０のように、外部から圧力Ｐ_０が圧力伝達部１０４を介して印加されると、可撓性感圧体１０１を含む圧力検出部１０５が弾性体１０６を下方へ圧縮しつつ撓む。この結果、可撓性感圧体１０１の体積が変化し電極１０２間の抵抗が変化する。

この抵抗変化を圧力印加に対応して生じる応答電流値の変化として測定することで圧力を検出する。

上記の導電ゴム等からなる可撓性感圧体１０１は、高湿環境では吸湿して抵抗が変化し、印加される圧力が同じであっても応答電流値が変化し、感度が変化することが知られている。

一方、この種の圧力検出素子として、圧電体を用いて圧力検出を行う圧力検出素子が知られている。

上述の図１０と場合と異なるのは、可撓性感圧体１０１が圧電体を含んで構成されている点である。可撓性感圧体１０１内の残留分極の方向は示していないが、通常、電極１０２の間に高電圧を印加して分極を形成するために、電極１０２の面の垂直方向に残留分極が形成される。

上記の圧力検出部１０５に外部から圧力が加えられると、その圧力検出部１０５が撓み、その結果、可撓性感圧体１０１にも撓みが発生し、同時にこの撓みに対応して圧電効果により電圧が発生する。この電圧を二つの電極１０２を介して応答電圧として測定する。

あるいは、流れる電流値を測定する場合もある。

上記の可撓性感圧体１０１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１０２は、可撓性感圧体１０１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。

他の形態の圧力検出部としては、図１１に示すようなケーブル状のものがある（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、中心に内部電極１０７、その周りに可撓性感圧体１０８、さらにその外部に、順に外部電極１０９、保護層１１０を位置させて圧力検出部１１１が構成されている
。

図１１では、可撓性感圧体１０８内の残留分極の方向は示していないが、通常、内部電極１０７と外部電極１０９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１０７から外部電極１０９へ放射状に残留分極が形成されている。

図１１の可撓性感圧体１０８には、層状の可撓性感圧体に用いられるものと同様の圧電体を含む複合体が用いられる。

内部電極１０７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１０９は可撓性感圧体１０８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、層状の可撓性感圧体を用いた圧力検出装置と同様に、圧力の印加による圧力検出部の撓みに起因して発生する応答電圧あるいは電流を測定することにより行われる。

また、上述の圧電体を含む可撓性感圧体を用いる圧力検出部は、高湿環境下では、保護層、可撓性感圧体の弾性率が低下することにより、撓む領域が狭域化する。このため、撓み量が増大するにも関わらず、応答電圧が低下し感度が低下することが知られている。

この応答電圧の低下を図１２を用いて説明する。

図１２は、図１１の圧力検出部１１１へ圧力伝達部１０４を介して外部から印加された力Ｐ_０が伝わる様子と、その際の圧力検出部１１１の変形のようすを模式的に示したものである。図１２（ａ）は乾燥状態での圧力検出部の変形の様子を示し、（ｂ）は吸湿状態での変形を表している。また、（ｃ）は各々の状態に対応する応答電圧の相対湿度依存性を、一定温度の条件で定性的に示したものである。

図１２（ａ）から（ｂ）になることにより、撓み領域：W0→W1＝W0-α、撓み量：T0→T1=T0+βとなり、撓み領域は減少し、撓み量は増加していることがわかる。

さらに、図１２（ｃ）より、相対湿度が高く［（ａ）→（ｂ）］なると、対応する応答電圧は低下することがわかる。

この理由は以下のように考えられる。相対湿度が高くなり圧力検出部の吸湿が進むことにより、可撓性感圧体１０８、保護層１１０を含む圧力検出部１１１の弾性率が低下する。この弾性率の低下により、圧力検出部１０５の撓み量は増加するが、長手方向には拘束力がなくなるため撓み領域は狭域化する。

ところで、応答電圧は、変形の量とその領域の掛け算で決まるため、この場合、撓み領域の増加よりも撓み領域の狭域化の効果が勝り、応答電圧が低下するものと考えられる。

一方、圧力検出部を用いる場合に、外部からの圧力が圧力検出部に印加されたときに、一定値以上の撓みが生じて素子に損傷が生じないようにするための機構を設けたものがある。

これを示したものが図１３である。

図１３はケーブル状の圧力検出部１１１を弾性体１１２の上に設置し、圧力検出部１１
１の側部に撓み量最大値規定部１１３部が設けられている。外部から圧力が印加された場合に、圧力検出部１１１が撓むが、撓み量最大値規定部１１３の存在により撓み量の最大値が決まるため、損傷に繋がる大きな撓みが圧力検出部１１１に生じない構造となっている。
特開昭６２−２３００７１号公報

しかしながら、前記従来の圧力検出素子では、外部からの圧力のために撓むことにより発生する応答電流、応答電圧が湿度依存性を有するものであった。特に高湿環境では、可撓性感圧体の弾性率が低下して、撓む領域が狭くなることで、前記の電流、電圧が変化し感度がしていた。この結果、圧力の検出を行う場合、高湿環境での精度が悪くなるという課題を有していた。あるいは湿度特性を補正するための特殊な回路、アルゴリズムが必要になるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、外部からの圧力印加に対する感度の湿度依存性を低減し、検出精度が高く、湿度特性を補正するための特殊な回路、アルゴリズムが不要となる圧力検出素子を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧力検出素子は、可撓性感圧体と可撓性感圧体を挟む複数の電極とを含んでなる圧力検出部と、前記圧力検出部に外部からの圧力を伝える圧力伝達部と、外部から圧力を印加された場合に前記圧力検出部に生じる撓み量を調整する撓み量調整部とを備え、その撓み量調整部の弾性率が高湿下で低下する構成を有する。

外部から印加された力は、撓み量調整部により低減されて、圧力検出部に作用する。このため、高湿雰囲気で、撓み量調整部の弾性率が低下することにより、より大きな力が圧力検出部に作用する。

この結果、保護層、可撓性感圧体を含む圧力検出部の撓み量が増加する。このような撓み量の増加と、吸湿による保護層、可撓性感圧体の軟化による圧力検出部の撓み領域の狭域化とが相殺する結果、吸湿時の応答電圧、電流の低下が抑制され、感度の低下が抑制される。

本発明の撓みを検出する可撓性を有した圧力検出素子により、湿度変化の大きい環境でも圧力検出を精度良く行え、高価な回路やアルゴリスムが不要となる効果が得られる。

第１の発明の圧力検出素子は、可撓性感圧体、および前記可撓性感圧体を挟む複数の電極とを含んでなる圧力検出部と、前記圧力検出部に外部からの圧力を伝える圧力伝達部と、外部から圧力を印加された場合に前記圧力検出部に生じる撓み量を調整する撓み量調整部とを備え、前記撓み量調整部の弾性率が、高湿下で低下する構成を有する。

したがって、撓み量調整部の弾性率が高湿下で低下し、外部から加えられた力が撓み量調整部により減ぜられる割合が減少するために、圧力検出部へ加えられる力は増加し、可撓性感圧体を含む圧力検出部の撓み量も増加する。

この撓み量の増加と、吸湿による撓み領域の狭域化とが相殺する結果、吸湿時の感度低
下が抑制される。こうして、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能なる。

第２の発明は、第１の発明において撓み量の最大値を規定する撓み量最大値規定部を備えたことを特徴としたものである。

撓み量最大値規定部を備えることにより、撓み量の上限が決められ、ある値以上の力が圧力検出部へ加わることがなくなる。

この結果、電極、可撓性感圧体への損傷が回避される。さらに、圧力検出部へ加えられる力の範囲が限定されるため、撓み量調整部により外部から印加される力の調整が格段に容易になる効果が得られる。

第３の発明は、第１の発明において、可撓性感圧体が残留分極を有し圧電性を示す構成を有する。

可撓性感圧体が残留分極を有し圧電性能を示すことにより、外部からの圧力により生じる変形により電極間に応答電圧が発生する。

高湿下では、撓み量調整部の弾性率が低下するため、圧力検出部に伝えられる外部からの力が増加する。

この力の増加により撓み量は増加するが、これと吸湿による可撓性感圧体を含む圧力検出部の軟化に伴う撓み領域の狭域化とが相殺する。

この結果、圧電性に起因し撓みの程度に依存する応答電圧の変動が抑制される。こうして、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出が可能なる。

第４の発明は、第１の発明において、撓み量調整部が空孔部を有するように構成されたものである。

空孔部を有することで、弾性率が小さくなるため変形が容易となり、外部から圧力が印加される力が微少である場合でも、撓み量調整部による力の調整が容易になり、高湿環境下での応答電圧の変化が抑制され、精度の高い圧力検出が可能となる。

第５の発明は、第１の発明において、撓み量調整部を形成する樹脂が吸湿性の樹脂で構成される。

撓み量調整部を形成する樹脂が吸湿性の樹脂であるため、高湿状態での吸湿が容易になり、より大きな弾性率の低下が生じる。

この弾性率の低下の結果生じる保護層への圧力伝達効率の上昇による撓み量増加と、吸湿による可撓性感圧体を含む圧力検出部の撓み領域の狭域化との効果の相殺が容易になることで、湿度上昇に伴う応答電圧変化による感度変化の抑制も容易となる。

この結果、環境温度が変化しても精度の高い圧力検出も容易となる。

第６の発明は、第１の発明において、少なくとも可撓性感圧体に含まれる樹脂と撓み量調整部圧力に含まれる樹脂が同じである構成を有する。

可撓性感圧体に含まれる樹脂と撓み量調整部に含まれる樹脂が同じであることにより、
可撓性感圧体の湿度特性と、撓み量調整部の弾性率の湿度特性は類似のものとなり、両者の相殺が容易に行われる。

また、温度によっても弾性率が変化し、圧力検出素子の応答電圧に温度依存性が生じるが、湿度の場合と同じ理由で温度依存性も小さくなる。この結果、環境温度、湿度が変化しても精度の高い圧力検出が容易となる。

第７の発明は、第１の発明において、可撓性感圧体に含まれ圧電特性を発現させる圧電体が、アルカリ金属を含む圧電セラミックスであるものである。

圧電体がアルカリ金属を含む圧電セラミックスであることで、高湿状態において吸湿することにより可撓性感圧体の撓み領域の域狭化の程度が大きくなり、応答電圧が減少して感度が低下する。

従って、本発明の構成により感度低下の抑制がより有効となり、環境湿度が変化しても検出精度の改善の効果が大となる。

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。尚、この実施の形態によって本発明が制限されるものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明の圧力検出素子の圧力検出部の典型的な構成に関して、図１、図２を用いて以下に二つの例を示す。

図１は、層状構造の圧力検出素子を示し、外部からの圧力Ｐ_０を圧力伝達部１で受け、圧力検出部２へ伝達するようにしている。

（ａ）では、圧力が印加されて圧力検出部２が下方へ撓んでいる状態を示している。このとき、（ｂ）でわかるように、圧力検出部２の両側には撓み量調整部３が設けられている。

このように、圧力検出部２が撓み量調整部３によって支えられるために、この圧力検出部２には、Ｐ_０よりも小さな力しか加えられない。

ここでは、図１（ｂ）に示したように、外部からの圧力Ｐ_０が印加されることで、撓み量調整部３が圧縮され、圧力検出部２に接触して力が印加されている状態を示している。但し、以下で説明するように、撓み量調整部３の高さは、外部からの圧力Ｐ_０が印加される前は、弾性体４と圧力検出部２を合わせた高さよりも高く、その結果、前記撓み量調整部３は圧力検出部２に接触しておらず、この場合は圧力検出部２に力は印加されない。

図２は、ケーブル状の圧力検出部２を示し、図１（ｂ）と同様に、その両側に撓み量調整部３が配置されている。

圧力伝達部１の高さは、圧力検出部２と弾性体４を合わせた高さよりも高いために、圧力伝達部１がさらに下方に移動して、ある長さ以上撓み量調整部３を圧縮しないと圧力検出部２に圧力を伝達することができないことがわかる。

図２のよう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、圧力検出部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、安定した圧力印加の検出が可能となる効果が得られる。

図１、図２に示した圧力検出部２は、形態に依らずほぼ同様の構成・作用を有し、圧電セラミックスを含んだ圧力検出素子からなる可撓性感圧体５を電極６で挟んで層状とするとともに、両側に保護層７を配備したものが図１の層状圧力検出部２であり、可撓性感圧体５の中心部と外周部に電極６を配備するとともに、外周電極６のさらに外側を保護層７で覆ったものが図２のケーブル状圧力検出部２である。

以下、圧力検出素子の作用を図３〜５により説明する。なお、可撓性感圧体５としては、導電ゴム等も用いることができるが、以下では、圧電セラミックスを含んだ圧力検出素子を例に説明する。

図３は、層状構造で線状の圧力検出部２に、外部から一定の圧力が印加された場合の変形の様子を示している。ただし、説明を簡単とするために、外部からの圧力Ｐ０、圧力伝達部１、保護層７、弾性体４は省略し、可撓性感圧体５と電極６のみの変形の様子を抽出して記載している。

具体的には、図３（ａ）は、従来のように撓み量調整部がない図１０の構成で、乾燥した状態に対応する撓み変形を示し、図３（ｂ）は、同様に従来の図１０の構成で、吸湿した状態に対応する撓み変形を示している。

一方、図３（ｃ）は、撓み量調整部を有する図１の構成で、乾燥した状態に対応する撓み変形を示し、図３（ｄ）は、同様に撓み量調整部を有する図１の構成で、吸湿した状態に対応する撓み変形を表している。

図３より、従来の圧力検出素子に対応する（ａ）、（ｂ）、本実施の形態の圧力検出素子に対応する（ｃ）、（ｄ）共に、吸湿することにより、撓み領域は狭くなり（ｗ０ａ＞ｗ１ａ、ｗ０ｃ＞ｗ１ｃ）、撓み量は増大（Ｔ１ａ＞Ｔ０ａ、Ｔ１ｃ＞Ｔ０ｃ）することがわかる。

さらに詳しく見ると、乾燥時には、撓み量調整部が存在することにより、の方が、撓み領域は狭く（ｗ０ａ＞ｗ０ｃ）、撓み量も小さく（Ｔ０ａ＞Ｔ０ｃ）なっている。

ところが、吸湿による変化率に注目すると、撓み領域の減少率［（ｗ０ｃ−ｗ１ｃ）／ｗ０ｃ＜（ｗ０ａ−ｗ１ａ）／ｗ０ａ］は、本実施の形態の方が小さく、撓み領域の狭域化が抑制されている。

一方、撓み量の増加率［（Ｔ１ｃ−Ｔ０ｃ）／Ｔ０ｃ＞（Ｔ１ａ−Ｔ０ａ）／Ｔ０ａ］は本実施の形態の方が大きく、撓み量の増加が促進されていることがわかる。

これに対応する、応答電圧Ｖの変化を図４に示した。図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の状態が、図４中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応する。

これより、従来の撓み量調整部を有しない場合は、相対湿度が上昇することにより、応答電圧の顕著な低下が生じていることがかる。

これに対し、本実施の形態の撓み量調整部を有する圧力検出素子では、相対湿度の上昇
に伴う応答電圧の低下が抑制される。

これは、撓み量調整部が設けられることにより、吸湿時に撓み量調整部の弾性率が低下し、外部からの圧力に抗していた、撓み量調整部の応力が減少して圧力検出部に印加される力が増大することによる。

この結果、撓み領域の減少率が抑制され、撓み量の増加が促進されるためであるが、以下、この作用に関して図５、図６を用いて詳しく説明する。

図５は、外部からの圧力Ｐ_０が印加され、圧力検出素子の圧力検出部に圧力伝達部が接触し、実際に力が加わり始めるまでの様子を示したものである。

（ａ）では、Ｐ_０が印加された圧力伝達部１が下降し始めているが、未だ、撓み量調整部３と接していない。

（ｂ）では、圧力伝達部１がさらに下降し、撓み量調整部３と接触してこれを圧縮し始めている。このとき、圧縮された各撓み量調整部３から上方に力ｆｃ１が生じるが、圧力検出部２には未だ圧力は印加されていない。

（ｃ）では、さらに圧力伝達部１が下降する結果、圧力検出部２に接触し、これを圧縮し始める。このとき、圧縮された各撓み量調整部３から上方に力ｆｃ２が生じている。

このように、撓み量調整部１３が圧縮されることにより、圧力伝達部１を上に押し上げる方向に応力Ｆｃが発生する。

この結果、圧力伝達部１が圧力検出部２に接触する時点での、圧力伝達部１から圧力検出部２に印加される力Ｆｓは、外部から印加される力Ｆoから撓み量調整部１に発生する上方向の応力２を差し引いた値となる（Ｆs＝Ｐ_０−２ｆｃ２）。

また、ｆｃ２は、撓み量調整部３の弾性率Ｅｃと、撓み量調整部の圧力伝達部に接する部分の断面積Ｓｃを乗じたものに、撓み量調整部の歪（（ｈｃ０−ｈｃ２）／ｈｃ０）を乗じたものとなる（ｆｃ２＝Ｅｃ×Ｓｃ×（ｈｃ０−ｈｃ２）／ｈｃ０）。

従って、圧力伝達部１から圧力検出部２に印加される力Ｆsは、撓み量調整部３の弾性率Ｅｃが小さい程大きくなる。

図６は、図５に対応する圧力検出素子に外部からの圧力Ｐ_０が印加された場合の、圧力検出部２に印加される力Ｆｓの相対湿度依存性（図６ａ）と、撓み量調整部の弾性率Ｅcの相対湿度依存性（図６ｂ）を示したものである。

図６（ｂ）より本実施の形態の撓み量調整部３の弾性率Ｅｃは、湿度ｗ１からｗ２へ相対湿度が上昇するに伴い低下する（Ｅｗ１→Ｅｗ２）。

この弾性率の低下により、上述の式［ｆｃ２＝Ｅｃ×Ｓｃ×（ｈｃ０−ｈｃ２）／ｈｃ０）に基づいて、圧力検出部に印加される力Ｆsは増加する（Ｆｓｗ１→Ｆｓｗ２）。

このように、圧力検出部に印加される力Ｆｓが増大するために、図３に示したように撓み領域の減少率が低減され、撓み量の増加率が大きくなる。この結果、応答電圧Ｖの低下が抑制される効果が得られる。

このような圧力検出素子は、使用する環境湿度が変化しても、高い精度で圧力の検出が可能であるため、特に湿度が変化し易い屋外あるいは屋外に近い環境で使用される移動体等の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の、ドアハンドルへの接触を検知する用途等に適している。

尚、以下で本実施の形態の別の構成に関して説明するが、同じ構成部については同じ作用効果を奏するものであり同じ符号を付して説明を省略した。従って、以下では、異なる部分についてのみ説明する。

撓み量調整部３、変形が容易で高湿下で弾性率が低下するものが用いられるが、金属やガラス、セラミックスのような弾性率の変化が小さな材料は用いられず、弾性率の変化が大きい一般的な樹脂材料が用いられる。

また、形態としては、変形が容易で、かつ吸湿が容易で弾性率の変化が大きくなる発泡体、特に連通の発泡体が好適に用いられる。さらに、内部に、大きな空洞部を有し変形しやすい樹脂成形体や、薄板状の樹脂成形体も用いられる。

また、撓み量調整部３に用いられる樹脂材料としては、上述したように吸湿性が高いものが、弾性率変化も大きいため好ましい。吸湿性の樹脂としては、エステル系、ナイロン系の他、塩素を有する樹脂、アミド基、水酸基、エーテル基を有する樹脂が好適に用いられる、特に、無機材料を大量に含んだ混練物の作製が容易な塩素化ポリエチレン、クロルスルホン化ポリエチレンが好ましい。また、変形後の回復力に優れた、ゴム材料も好適用いることができる。

また、圧力伝達部には、湿度、温度による弾性率の変化が小さい材料であれば特に制限なく用いられる。具体的には、金属が好ましいが、強度が確保されればセラミックス、ガラス材料も用いられる。また、樹脂材料でも空孔率が小さく厚みが確保され、実質的に剛体として振る舞うものであれば問題なく用いることができる。

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の例を既に説明したが、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。

以下、本実施の形態の圧力検出部で用いられる材料に関して図１、図２を参照しながら説明する。

可撓性感圧体５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。

保護層７は、可撓性感圧体５に用いられる合成ゴムや合成樹脂が用いられ、熱可塑性樹脂、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。

尚、保護層７は、電極、可撓性感圧体を保護するために形成されているが、外部から印加される力が弱い場合、電極に内部を保護する作用を有する場合は、特に必要ではない。

電極６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。

内部の電極６としては、外部の電極６で用いられる単数、複数の金属細線、複数の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。

また、可撓性感圧体５、保護層７、電極６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。

次に、特に上記のケーブル状の圧力検出部２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、この複合体を電極と共に押し出すことにより、内部電極６を形成し、これ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５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６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圧電体中に分極を形成する。

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ラミネートされたテープを巻き付けることにより、外部電極６を形成する。

次に、この外部電極６が形成されたケーブルを中心にして、押し出し機により、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴム等を押し出し、ケーブルの保護層７を形成することで圧力検出部２が得られる。また、分極は、外部の電極６が形成された後に、この外部の電極６と内部の電極６との間に電圧を印加することでも可能である。

また、圧力検出部２の可撓性感圧体５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。

尚、本実施の形態で記載した製造方法は以下の実施の形態でも好適に適用できる。

（実施の形態２）
実施の形態２の物理的な構成は図１および図２に示す実施の形態１と同じである。相違するところは、撓み量調整部３を構成する樹脂材料が、可撓性感圧体５を構成する樹脂材料と同じである点である。

樹脂材料は、一般的に吸湿すると弾性率が低下するが、温度によっても吸湿率が異なり、弾性率の低下の程度も異なる。

従って、可撓性感圧体５と撓み量調整部３とが異なる樹脂が用いられ、その吸湿率の温度依存性が異なる場合には、高湿時の応答電圧Ｖの吸湿による減少が、撓み量調整部を導入により抑制されるものの、上記の吸湿率の温度依存性の差の影響が残る場合がある。

この様な場合、撓み量調整部３を構成する樹脂材料が可撓性感圧体５を構成する樹脂材料と同じものであれば、吸湿に対しても同様な温度依存性を示すことから、広い温度範囲で応答電圧Ｖの吸湿による変化を抑制する効果が得られる。

尚、保護層の材料も可撓性感圧体を構成する材料と同じものを用いれば、さらに高湿時の応答電圧Ｖの変化が抑制される効果が大きくなるため好ましい。

これを定性的に説明したものが、図７である。図７（ａ）では、高湿雰囲気で温度が変化した場合の弾性率Ｅの変化を、可撓性感圧体と撓み量調整部に関して示している。

一方、図７（ｂ）では、同様に一定の高湿雰囲気で温度が変化した際の２種の圧力検出素子に関する応答電圧Ｖの変化を示している。

この２種の圧力検出素子は、図７の可撓性感圧体Ａと撓み調整部Ａとを用いた圧力検出素子ＡＡと、可撓性感圧体Ａと撓み量調整部Ｂとを用いた圧力検出素子ＡＢである。

ここで、撓み量調整部Ａは圧力検出部の可撓性感圧体中Ａと同じ樹脂を含んで構成されている。一方、撓み量調整部Ｂに含まれる樹脂は、圧力検出部の可撓性感圧体Ａに含まれると樹脂とは異なり、よりガラス点移転の高い樹脂材料で構成されている。

図７（ａ）より、撓み量調整部Ａの弾性率は、その大きさは異なるものの、同じ樹脂材料を含む可撓性感熱体と同じ温度Ｔａ１−Ｔａ２（ガラス転移転に相当する温度）で変化しており、可撓性感圧体と同様な温度依存性を有していると言える。

一方、撓み量調整部Ｂは、上記樹脂に比較してガラス転移点が高い樹脂材料から構成さ
れているため、可撓性感圧体Ａ、撓み量調整部Ａよりも、高い温度Ｔｂ１−Ｔｂ２（ガラス転移転に相当する温度）で弾性率の変化が進行する。

図７（ｂ）より、撓み量調整部Ａを用いた圧力検出素子ＡＡは、撓み量調整部Ｂを用いた圧力検出素子ＡＢに比較して応答電圧Ｖの温度変化が小さくなっていることがわかる。これは、以下の理由による。圧力検出素子ＡＡでは、圧力検出部の可撓性感圧体Ａと、撓み量調整部Ａとで含まれる樹脂が同じであるために、圧力検出部の撓み領域、撓み量（可撓性感圧体の弾性率に依存）と、圧力検出部に印加される力（撓み量調整部の弾性率に依存）とが、同じ温度で変化する。

このため、それらがより完全に相殺されやすいためである。これに対し、圧力検出素子ＡＢでは、可撓性感圧体の弾性率の変化する温度と、撓み量調整部の弾性率の変化する温度にズレが生じているため、これらの効果が完全には相殺されない。

尚、撓み量調整部を初めとして可撓性感圧体、圧力伝達部、保護層、電極の構成材料としては、実施の形態１で述べたものと同じものが用いられる。

（実施の形態３）
実施の形態３の物理的な構成は図８および図９に示す様に実施の形態１と類似している。実施の形態１との違いは、撓み量最大値規定部８を有することである。

図８は、図１の層状構造で線状の圧力検出部２を有する圧力検出素子に、撓み量最大値規定部８を新たに加えた構成であり、図９は、図２のケーブル状の圧力検出部２を有する圧力検出素子に、撓み量最大値規定部８を新たに加えた構成を表している。

撓み量最大値規定部８は、剛体で実質的に変形しないものであるため、これを導入することで、圧力伝達部１がある位置より下方へは移動しなくなる。このとことは、圧力検出部２の撓み量の上限が決められ、ある値以上の力が圧力検出部２へ加わることがなくなることを意味する。

この結果、電極、可撓性感圧体、保護層への損傷が回避される。さらに、圧力検出部２へ加えられる力の上限が決まり、圧力検出部２に印加される力の範囲が限定されるため、撓み量調整部３により圧力検出部２に印加される力を調整して、応答電圧Ｖの湿度変化を抑制することが格段に容易になる効果が得られる。

尚、撓み量最大値規定部には、実質的に剛体として振舞う材料であれば特に制限なく用いられる。具体的には、金属が好ましいが、強度が確保されればセラミックス、ガラス材料も用いられる。また、樹脂材料でも空孔率が小さく厚みが確保され、実質的に剛体として振舞うものであれば問題なく用いることができる。

また、各構成材料としては、実施の形態１で述べた可撓性感圧体、圧力伝達部、撓み量調整部、保護層の材料と同じものを用いることができる。

以上のように本発明の圧力検出素子は、使用する環境湿度が変化しても、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移動体等の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。

（ａ）は本発明の実施の形態を示す圧力検出素子の側断面図、（ｂ）は同（ａ）のＸ−Ｙ正断面図 （ａ）は本発明の実施の形態を示す圧力検出素子の側断面図、（ｂ）は同（ａ）のＸ−Ｙ正断面図 作用説明図 圧力検出素子の応答電圧の相対湿度依存性特性図 圧力検出素子に外部からの圧力が印加された場合の寸法と応力発生の変化を表した説明図 相対湿度依存性を表した特性図 温度依存性を表した特性図 （ａ）は本発明の他の実施の形態を示す圧力検出素子の側断面図、（ｂ）は同（ａ）のＸ−Ｙ正断面図 （ａ）は本発明の他の実施の形態を示す圧力検出素子の側断面図、（ｂ）は同（ａ）のＸ−Ｙ正断面図 （ａ）は従来の圧力検出素子の側断面図、（ｂ）は同（ａ）のＸ−Ｙ正断面図 （ａ）は他の従来の圧力検出素子の側断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ正断面図 従来の圧力検出素子の作用説明図 従来の圧力検出素子の圧力検出部の正断面図

符号の説明

１ 圧力伝達部
２ 圧力検出部
３ 撓み量調整部
５ 可撓性感圧体
６ 電極
７ 保護層
８ 撓み量最大値規定部

Claims (7)

1. 可撓性感圧体、および前記可撓性感圧体を挟む複数の電極とからなる圧力検出部と、前記圧力検出部に外部からの圧力を伝える圧力伝達部と、前記圧力検出部に生じる撓み量を調整する撓み量調整部とを備え、前記撓み量調整部の弾性率を高湿下で低下するように設定した圧力検出素子。
2. 撓み量の最大値を規定する撓み量最大値規定部を備えた請求項１に記載の圧力検出素子。
3. 可撓性感圧体が残留分極を有し圧電性をもつ請求項１記載の圧力検出素子。
4. 撓み量調整部は空孔部を有する請求項１記載の圧力検出素子。
5. 撓み量調整部を形成する樹脂が吸湿性の樹脂である請求項１記載の圧力検出素子。
6. 可撓性感圧体に含まれる樹脂と撓み量調整部に含まれる樹脂が同じ樹脂である請求項１記載の圧力検出素子。
7. 可撓性感圧体に含まれて圧電性を発現させる圧電体が、アルカリ金属を含む圧電セラミックスである請求項１記載の圧力検出素子。