JP2014126373A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力検出装置の提供。
【解決手段】本発明の圧力検出装置は、絶縁底層、フレキシブル絶縁上層、及び少なくとも一つのスペーサを備え、該絶縁底層の表面に底層導電部材を設ける。該フレキシブル絶縁上層の該絶縁底層に隣接する側の表面に上層導電部材を設け、該上層導電部材は該底層導電部材に対応する位置に設置する。該スペーサは該絶縁底層と該フレキシブル絶縁上層の間に設置し、該絶縁底層と該フレキシブル絶縁上層を隔離して圧力の大きさの違いが該上層導電部材と該底層導電部材の接触面積に影響を与える。これにより抵抗値の変化を有し得て、抵抗値の変化により受ける圧力の大きさを知ることができる。本発明は圧電抵抗素子を使用せずに圧力検出の作用を達成でき、且つ有効にコストを削減できる長所を有する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は検出装置に係り、圧力検出装置に関する。

圧力検出材料の検出能力及び検出解析度を強化するため、圧電材料が応用され、大幅に圧力検出の感度が向上した。異なる使用表面に適応するためフレキシブル電子装置の応用も発展し、フレキシブル電子装置の現在、既知の技術範囲は広く、プラスチック電子装置、印刷電子装置、有機電子装置やポリマー電子装置等の新規技術がある。

フレキシブル電子装置の構造信頼度を増加するため、たとえば特許文献１の「FLEXIBLE ELECTRONICS FOR PRESSURE DEVICE AND FABRICATION METHOD THREOF」にはフレキシブル電子装置の圧力検出構造が記載され、異なる薄膜上に設置された装置の誤接触を防止し、並びに装置構造の全体コストを有効に削減している。しかしフレキシブル電子材料は折り曲げる時、出力電気信号が不安定となりやすく、測定誤差が大きくなるため検出表示の正確性に疑念がある。

上述の問題を避けるためには材料の選択は非常に重要となるが、圧力検出装置に応用されるフレキシブル電子材料の選択範囲は狭いため、相対的に材料コストも高くなる。

米国特許公告第７９８０１４４号明細書

本発明の主要な目的は周知の圧力検出装置の有する、材料選択範囲が狭く、高コストである問題を解決することにある。

請求項１の発明は、少なくとも一つの第１電力伝送線４１と少なくとも一つの第２電力伝送線４２とにそれぞれ接続した圧力検出装置において、絶縁底層１０であって、その表面に少なくとも一つの、該第１電力伝送線４１と電気的に接続した底層導電部材１１、１１ａを設置した上記絶縁底層１０と、該絶縁底層１０側に設置したフレキシブル絶縁上層２０であって、その該絶縁底層１０に対向する側の表面に、該第２電力伝送線４２と電気的に接続した少なくとも一つの上層導電部材２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備え、且つ該上層導電部材２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃが該底層導電部材１１、１１ａに対向する位置に設置した上記フレキシブル絶縁上層２０と、少なくとも一つのスペーサ３０、３０ａであって、該絶縁底層１０と該フレキシブル絶縁上層２０の間に設置し、且つ該底層導電部材１１、１１ａ及び該上層導電部材２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃとは接触しない、上記スペーサ３０、３０ａと、を包含することを特徴とする、圧力検出装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の圧力検出装置において、該フレキシブル絶縁上層２０は、該上層導電部材２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃよりも高い柔軟性を持つことを特徴とする、圧力検出装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の圧力検出装置において、該絶縁底層１０は凸部１２を備え、該底層導電部材１１ａは該凸部１２の形状に順応するように該凸部１２表面に付着することを特徴とする、圧力検出装置としている。
請求項４の発明は、請求項３記載の圧力検出装置において、該凸部１２の形状は三角形とし、且つ該三角形の一つの頂点は該フレキシブル絶縁上層２０の方向に向いていることを特徴とする、圧力検出装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の圧力検出装置において、該上層導電部材２１ａは複数個設け、該第２電力伝送線４２は該上層導電部材２１ａに対応して、複数個をそれぞれ独立して設置することを特徴とする、圧力検出装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の圧力検出装置において、該上層導電部材２１ａと該フレキシブル絶縁上層２０の間に、さらに高導電部材２２を設け、該第２電力伝送線４２は該高導電部材２２を介して該上層導電部材２１と電気的に接続し、該上層導電部材２１の抵抗値は該高導電部材２２の抵抗値より大きいことを特徴とする、圧力検出装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の圧力検出装置において、該底層導電部材１１、１１ａと該絶縁底層１０の間に、さらに底層高導電部材１３を設け、該第１電力伝送線４１は該底層高導電部材１３を介して該底層導電部材１１、１１ａに電気的に接続し、該底層導電部材１１、１１ａの抵抗値は、該底層高導電部材１３の抵抗値より大きいことを特徴とする、圧力検出装置としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の圧力検出装置において、該底層導電部材１１及び該上層導電部材２１はそれぞれ複数個を設け、複数の該底層導電部材１１及び複数の該上層導電部材２１はそれぞれ対向するように配列してマトリックス構造を形成することを特徴とする、圧力検出装置としている。

本発明は感度の高いフレキシブル圧電材料を使用する必要がないため材料コストを下げることができ、且つ弾性材料と導電材料とを分けて使用できるため材料選択の自由度があり、使用条件に合わせて適宜弾性係数の異なる材料を選択できる。

本発明の第１実施例の構造表示図である。 本発明の第１実施例の動作表示図である。 本発明の第２実施例の構造表示図である。 本発明の第２実施例の動作表示図一である。 本発明の第２実施例の動作表示図二である。 本発明の第３実施例の構造表示図である。 本発明の第４実施例の構造表示図である。 本発明の第４実施例の動作表示図一である。 本発明の第４実施例の動作表示図二である。 本発明の第５実施例の構造表示図である。 本発明の第６実施例の構造表示図である。 本発明の好ましい実施例のマトリックス配列平面表示図である。

本発明は圧力検出装置を提供する。それはそれぞれ少なくとも一つの第１電力伝送線及び少なくとも一つの第２電力伝送線に接続し、該圧力検出装置は、絶縁底層、フレキシブル絶縁上層及び少なくとも一つのスペーサを包含する。

該絶縁底層の表面には少なくとも一つの、該第１電力伝送線と電気的に接続された底層導電部材を設置する。

該フレキシブル絶縁上層は、該絶縁底層に対向するように設置し、並びに該絶縁底層に対向する側の表面に、該第２電力伝送線と電気的に接続された少なくとも一つの上層導電部材を備え、且つ該上層導電部材は、該底層導電部材に対向する位置に設置する。

該スペーサは該絶縁底層と該フレキシブル絶縁上層の間に設置し、且つ該底層導電部材及び該上層導電部材とは接触しない。これにより、該絶縁底層と該フレキシブル絶縁上層とを隔離し、圧力の大きさの違いが該上層導電部材と該底層導電部材の接触面積に影響を与え、該接触面積の大小により、該上層導電部材と該底層高導電部材の間の抵抗値に接触面積と反比例する変化が現れる。これにより抵抗値の変化によりその受ける圧力の大きさを知ることができる。

上記説明による本発明はアナログ式の圧力検出装置であり、直接接触面積の形成する抵抗の大きさの変化により圧力位置と大きさを知ることができる。

このほか、本発明はさらにデジタル式の圧力検出装置を開示する。それは絶縁底層、フレキシブル絶縁上層及び少なくとも一つのスペーサを包含する。

該絶縁底層の表面には底層導電部材を設置し、該フレキシブル絶縁上層は該絶縁底層に対向するように設置し、並びに該絶縁底層に対向する側の表面に複数の上層導電部材を備え、且つ該上層導電部材は該底層導電部材に対向するように設置する。

複数の該スペーサは、該絶縁底層と該フレキシブル絶縁上層の間に設置する。これにより該絶縁底層と該フレキシブル絶縁上層を隔離する。

以上の説明から明確なように、本発明は二種類の圧力検出装置を開示する。それらはアナログ式とデジタル式であり、アナログ式の圧力検出装置は該上層導電部材と該底層導電部材の接触面積の大きさにより抵抗値が変化し、これにより受ける圧力の大きさを判断する。

デジタル式の圧力検出装置は、複数の該上層導電部材の設置を利用し、圧力が掛かったとき、複数の該上層導電部材と該底層導電部材の接触個数により、受ける圧力の大きさを判断する。

本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的をより詳細に説明するため、以下に具体的実施例を挙げ、並びに図面を組み合わせて説明する。

図１Ａ及び図１Ｂに示すのはそれぞれ本発明の第１実施例の構造表示図及び動作表示図である。

図示のように、それはアナログ式の圧力検出装置であり、該圧力検出装置はそれぞれ第１電力伝送線４１と第２電力伝送線４２に接続する。

該圧力検出装置は、絶縁底層１０、フレキシブル絶縁上層２０及び少なくとも一つのスペーサ３０を備える。

該絶縁底層１０の表面には、該第１電力伝送線４１と電気的に接続された底層導電部材１１を設置し、該フレキシブル絶縁上層２０は該絶縁底層１０に対向するように設置する。並びに該絶縁底層１０に対向する側の表面には、該第２電力伝送線４２に電気的に接続された上層導電部材２１を備え、且つ該上層導電部材２１は、該底層導電部材１１に対向する位置に設置する。

該スペーサ３０、３０ａは該絶縁底層１０と該フレキシブル絶縁上層２０の間に設置し、且つ該底層導電部材１１及び該上層導電部材２１と接触しない。これにより該絶縁底層１０と該フレキシブル絶縁上層２０を隔離し、圧力の大きさの違いが該上層導電部材２１と該底層導電部材１１の接触面積に影響を与える。

図１Ｂに示すように、圧力で押し下げられる時、接触面積の大小変化により、該上層導電部材２１と該底層導電部材１１の間の抵抗値は接触面積と反比例する変化が現れる。これにより抵抗値の変化により受ける圧力の大きさを知ることができる。

本実施例中、該フレキシブル絶縁上層２０は該上層導電部材２１よりも高い柔軟性を持つ。これにより該上層導電部材２１の材料コストを下げることができる。

たとえば、該上層導電部材２１の材料は導電インク、導電性高分子材料、酸化インジウム錫(ＩＴＯ)、異方性導電膜(Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ，ＡＣＦ)材料或いはそれらの組合せとされ得る。

図２Ａから図２Ｃに示すのはそれぞれ本発明の第２実施例の構造表示図、動作表示図一及び動作表示図二である。

図示のように、該絶縁底層１０は凸部１２を備え、該凸部１２は該底層導電部材１１ａの該フレキシブル絶縁上層２０から離れた側に設置され、且つ該底層導電部材１１ａは該凸部１２の形状に順応して付着させる。

本実施例中、複数の該スペーサ３０ａは弾性材料で形成し、且つ該凸部１２の形状は三角形とする。且つ三角形の一つの頂点は該フレキシブル絶縁上層２０の方向に向けられ、図２Ｂに示すように圧力で押し下げられるとき、該上層導電部材２１はまず三角形上端に位置する該底層導電部材１１ａに接触する。このときの接触面積は比較的小さく、これにより測定される抵抗は比較的高い。

図２Ｃのように圧力がさらに大きくなると、該上層導電部材２１は押下げの力により該底層導電部材１１ａと比較的大きな面積で接触し、測定される抵抗は比較的小さくなる。これにより圧力検出装置の判断基準とする。

図３に示すのは本発明の第３実施例の構造表示図である。
そのうち、該フレキシブル絶縁上層２０はさらに、該上層導電部材２１と該フレキシブル絶縁上層２０の間に設置された高導電部材２２を備えている。該第２電力伝送線４２は該高導電部材２２を介して該上層導電部材２１に電気的に接続され、且つ該上層導電部材２１の抵抗値は該高導電部材２２の抵抗値より大きい。

詳細を説明すると、該上層導電部材２１と該高導電部材２２の抵抗の比の値は１０より大きい。すなわち該上層導電部材２１の抵抗値は比較的高く、これにより該底層導電部材１１の接触面積の大きさがその抵抗値表現に大きな影響を与える。

つまり該上層導電部材２１の抵抗値が大きいとき、該底層導電部材１１の接触面積が大きくなるほど、総抵抗値は小さくなる。反対に上層導電部材２１と該底層導電部材１１の接触面積が小さくなるほど、総抵抗値は大きくなる。ただし、もし該上層導電部材２１と該第２電力伝送線４２が直接接続されれば、該上層導電部材２１の各点位置はその材料自身の抵抗が大きいため、異なる電圧表面を有し得る。該高導電部材２２の設置により、該第１電力伝送線４１の電圧が該高導電部材２２に均一に分布し、それにより該高導電部材２２に接続された該上層導電部材２１の任意の位置がいずれも同じ電圧を有し、電圧不平均により形成される誤差問題を減少する。

同様に、該絶縁底層１０と該底層導電部材１１ａの間に底層高導電部材１３を設置し、並びに該第１電力伝送線４１が該底層高導電部材１３に電気的に接続されることにより該第１電力伝送線４１が、該底層導電部材１１ａに伝達する電力の電圧の不均一が形成する誤差を減少する。

また、説明が必要となる部分に以下がある。該高導電部材２２は該上層導電部材２１と該フレキシブル絶縁上層２０の間に設置しても、該底層導電部材１１と該絶縁底層１０の間に設置してもよく、最も好ましい実施方式は、該高導電部材２２が、該底層導電部材１１と該絶縁底層１０の間、及び該上層導電部材２１と該フレキシブル絶縁上層２０の間にそれぞれ設置し、該底層導電部材１１及び該上層導電部材２１の表面上任意の位置で、いずれも同じ電圧が得られるようにする。これにより抵抗で発生する電圧降下の問題を回避する。

図４Ａから図４Ｃに示すのは本発明の第４実施例の構造表示図、動作表示図一、及び動作表示図二である。

図示すように、本発明はさらにデジタル式の圧力検出装置を開示する。それは絶縁底層１０、フレキシブル絶縁上層２０及び少なくとも一つのスペーサ３０を備えている。

該絶縁底層１０の表面には、一つの底層導電部材１１を設置し、該フレキシブル絶縁上層２０は該絶縁底層１０に対向するように設置する。該フレキシブル絶縁上層２０の該絶縁底層１０に対向する側の表面に、複数の上層導電部材２１ａを備える。複数の該上層導電部材２１ａは該底層導電部材１１に対向する位置に設置する。

該スペーサ３０は該絶縁底層１０と該フレキシブル絶縁上層２０の間に設置する。これにより該絶縁底層１０と該フレキシブル絶縁上層２０を隔離する。

図４Ｂに示すように、圧力で押し下げられたとき、深く押し下げられた上層導電部材２１は、まず、該底層導電部材１１に接触して導通状態となる。圧力が大きくなるにつれ、図４Ｃに示すように、複数の上層導電部材２１ａが該底層導電部材１１に接触して導通し、上層導電部材２１ａの導通数量が検出されることで、受圧面積及び受ける圧力の大きさが推算される。

図５に示すのは上述のデジタル方式による検出のほか、該上層導電部材２１ｂは同心円導電片２１１と複数の同心環導電片２１２を包含する方式で配列され得る。押下げの圧力が比較的小さいとき、同心円導電片２１１がまず導通し、押下げの圧力が大きくなると、同心環導電片２１２が接触導通を開始する。これにより導通させるための圧力の大きさを確実に知ることができる。

図６に示す本発明の上層導電部材２１ｃは、複数の六角導電片２１３を包含し、並びにそのうち一つの六角導電片２１３は中心に設置し、その他の六角導電片２１３は中心を囲むように配列する。さらに外向きに拡散して多層の導電構造を形成し、同心設置の方式を利用して押下げ圧力を検出する。

ここで述べておくべきこととして、本発明は上層導電部材２１ｂ、２１ｃを例として説明しているが、実際にはこの設計は該絶縁底層１０に形成してもよく、ただフレキシブル絶縁上層２０に設置することに限定されない、ということがある。

図７を図１と併せて参照されたい。アナログ式、デジタル式の圧力検出装置に関わらず、該底層導電部材１１及び該上層導電部材２１は、それぞれ複数個を設ける。該絶縁底層１０は該底層導電部材１１に対応して複数個設け、且つ複数のスペーサ３０は４周に設置して圧力を平衡とし、複数の該底層導電部材１１及び複数の該上層導電部材２１はそれぞれ対応配列してマトリックス構造を形成する。これにより広範囲で圧力形状の検出を実行できる。

まとめると、アナログ式の圧力検出装置において、該上層導電部材２１、２１ａと該底層導電部材１１の接触面積の大きさにより抵抗の変化を有し、これにより受ける圧力の大きさを判断する。

デジタル式の圧力検出装置においては、複数の該上層導電部材２１、２１ａの設置を利用し、圧力で押し下げられるとき、複数の該上層導電部材２１、２１ａと該底層導電部材１１の接触個数を判断し、受ける圧力の大きさを知ることができる。

上述の構造の設置により、本発明は感度の高いフレキシブル圧電材料を使用する必要がなく、材料コストを下げることができる。且つ弾性材料と導電材料とを分けて使用できるため材料選択の自由度があり、使用条件に合わせて、適宜弾性係数の異なる材料を選択できる。以上のことから本発明は極めて進歩性を有し、特許の要件に符合するものと考える。

以上述べたことは本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。

４１ 第１電力伝送線
４２ 第２電力伝送線
１０ 絶縁底層
１１、１１ａ 底層導電部材
２０ フレキシブル絶縁上層
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 上層導電部材
３０、３０ａ スペーサ
１２ 凸部
２２ 高導電部材
１３ 底層高導電部材
２１１ 同心円導電片
２１２ 同心環導電片
２１３ 六角導電片

Claims (8)

1. 少なくとも一つの第１電力伝送線４１と少なくとも一つの第２電力伝送線４２とにそれぞれ接続された圧力検出装置において、絶縁底層１０であって、その表面に少なくとも一つの、該第１電力伝送線４１に電気的に接続した底層導電部材１１、１１ａを設置した上記絶縁底層１０と、該絶縁底層１０の側に設置したフレキシブル絶縁上層２０であって、その該絶縁底層１０に対向する側の表面に、該第２電力伝送線４２に電気的に接続した少なくとも一つの上層導電部材２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備え、且つ該上層導電部材２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃが該底層導電部材１１、１１ａに対向する位置に設置した、上記フレキシブル絶縁上層２０と、少なくとも一つのスペーサ３０、３０ａであって、該絶縁底層１０と該フレキシブル絶縁上層２０の間に設置し、且つ該底層導電部材１１、１１ａ及び該上層導電部材２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃに接触しない上記スペーサ３０、３０ａと、を包含することを特徴とする、圧力検出装置。
2. 請求項１記載の圧力検出装置において、該フレキシブル絶縁上層２０は、該上層導電部材２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃよりも高い柔軟性を持つことを特徴とする、圧力検出装置。
3. 請求項１記載の圧力検出装置において、該絶縁底層１０は凸部１２を備え、該底層導電部材１１ａは該凸部１２の形状に順応するように該凸部１２表面に付着することを特徴とする、圧力検出装置。
4. 請求項３記載の圧力検出装置において、該凸部１２の形状は三角形とし、且つ該三角形の一つの頂点は該フレキシブル絶縁上層２０の方向に向いていることを特徴とする、圧力検出装置。
5. 請求項１記載の圧力検出装置において、該上層導電部材２１ａは複数個を設け、該第２電力伝送線４２は該上層導電部材２１ａに対応して、複数個をそれぞれ独立して設置することを特徴とする、圧力検出装置。
6. 請求項１記載の圧力検出装置において、該上層導電部材２１ａと該フレキシブル絶縁上層２０の間に、さらに高導電部材２２を設け、該第２電力伝送線４２は該高導電部材２２を介して該上層導電部材２１と電気的に接続し、該上層導電部材２１の抵抗値は該高導電部材２２の抵抗値より大きいことを特徴とする、圧力検出装置。
7. 請求項１記載の圧力検出装置において、該底層導電部材１１、１１ａと該絶縁底層１０の間には、さらに底層高導電部材１３を設け、該第１電力伝送線４１は該底層高導電部材１３を介して該底層導電部材１１、１１ａに電気的に接続し、該底層導電部材１１、１１ａの抵抗値は、該底層高導電部材１３の抵抗値より大きいことを特徴とする、圧力検出装置。
8. 請求項１記載の圧力検出装置において、該底層導電部材１１及び該上層導電部材２１はそれぞれ複数個を設け、複数の該底層導電部材１１及び複数の該上層導電部材２１はそれぞれ対向するように配列してマトリックス構造を形成することを特徴とする、圧力検出装置。

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