JP2016121883A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力センサ3は、第1圧電シート9aと、第2圧電シート9bと、中間接着層53、第1接着層23と、第2接着層21と、を備えている。中間接着層53は、第1圧電シートと第2圧電シートとの間に配置されている。第1接着層23は、第2圧電シートの第1圧電シートと反対側に配置されている。第2接着層21は、シート部材と第1圧電シートとの間に配置されている。使用温度範囲内で、第1接着層23及び第2接着層21、並びに、中間接着層53の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。
【選択図】図1
Description
圧力センサが1枚の圧電シートからなるモノモルフの場合、圧電シートの両面に電荷検出電極が設けられ、圧電シートは接着剤によってガラスに貼り合わされている。
圧力センサが2枚の圧電シートからなるバイモルフの場合、2枚の圧電シートは接着剤によって互いに貼り合わされてバイモルフ構造を形成し、さらにバイモルフ構造が接着剤によってガラスに貼り合わされている。
シート部材は、圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有する。
第1圧電シートは、シート部材の第2面の中央部に配置されている。
第2圧電シートは、第1圧電シートのシート部材と反対側において、第1圧電シートに対向して配置されている。
第1検出電極は、第1圧電シートの第2圧電シートと反対側に配置されている。
第2検出電極は、第2圧電シートの第1圧電シートと反対側に配置されている。
中間層は、第1圧電シートと第2圧電シートとの間に配置されている。
第1層は、第2圧電シートの第1圧電シートと反対側に配置されている。
第2層は、シート部材と第1圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第1層及び第2層、並びに、中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。
上記抵抗が1GΩ以上であれば、圧電出力は押圧開始後に低い増加率で増えていく。したがって、圧電出力検出の精度が高い。
それに対して、抵抗が上記条件を満たさなければ、押圧開始直後(例えば1秒後)
と一定時間経過後(例えば5秒後)との違いが大きく、つまり、圧電出力検出の精度が低い。
シート部材は、圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有する。
第1圧電シートは、シート部材の第2面の中央部に配置されている。
第2圧電シートは、第1圧電シートのシート部材と反対側において、第1圧電シートに対向して配置されている。
第1検出電極は、第1圧電シートの第2圧電シートと反対側に配置されている。
第2検出電極は、第2圧電シートの第1圧電シートと反対側に配置されている。
中間層は、第1圧電シートと第2圧電シートとの間に配置されている。
第2層は、シート部材と第2圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第2層及び中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
シート部材は、圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有する。
第1圧電シートは、シート部材の第2面側に設けられている。
第2圧電シートは、第1圧電シートのシート部材と反対側において、第1圧電シートに対向して配置されている。
中間層は、第1圧電シートと第2圧電シートとの間に配置されている。
第1検出電極は、第2圧電シートの第1圧電シートと反対側の面に形成されている。
第2検出電極は、第1圧電シートのシート部材側の面に形成されている。
使用温度範囲内で、中間層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
シート部材は、圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有する。
第1圧電シートは、シート部材の第2面側に設けられている。
第2圧電シートは、第1圧電シートのシート部材と反対側において、第1圧電シートに対向して配置されている。
中間層は、第1圧電シートと第2圧電シートとの間に配置されている。
第1フィルム層は、第2圧電シートの第1圧電シートと反対側に配置されている。
第1検出電極は、第1フィルム層の第2圧電シート側の面に形成されている。
第2検出電極は、第1圧電シートのシート部材側の面に形成されている。
第1層は、第1フィルム層及び第1検出電極と第1圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第1層及び中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
シート部材は、圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有する。
圧電シートは、シート部材の第2面の中央部に配置されている。
第1検出電極は、圧電シートのシート部材側に配置されている。
第2検出電極は、圧電シートのシート部材と反対側に配置されている。
第1層は、圧電シートのシート部材と反対側に配置されている。
第2層は、シート部材と圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第1層及び第2層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
シート部材は、圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有する。
圧電シートは、シート部材の第2面の中央部に配置されている。
第1検出電極は、圧電シートのシート部材側に配置されている。
第2検出電極は、圧電シートのシート部材と反対側に配置されている。
第2層は、シート部材と圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第2層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
シート部材は、圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有する。
圧電シートは、シート部材の第2面側に設けられている。
第1フィルム層は、圧電シートのシート部材と反対側に配置されている。
第1検出電極は、第1フィルム層のシート部材側の面に形成されている。
第2検出電極は、圧電シートのシート部材側の面に形成されている。
第1層は、第1フィルム層及び第1検出電極と圧電シートとの間に配置されている。
使用温度範囲内で、第1層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。
この場合、上述したように、上記抵抗が上記の条件を満たせば、押圧力検出の精度が高くなる。
(1)圧力検出装置の概要
図1及び図2を用いて、本発明の第1実施形態としての圧力検出装置1を説明する。図1は、第1実施形態の圧力検出装置の概略構成図である。
圧力検出装置1は、指又はペンによって押された場合の押圧力(荷重)の大きさを測定するための装置である。具体的には、圧力検出装置1は、外部から加えられた圧力によって発生する2枚の圧電シート間の電位差に基づいて圧力を検出する。以下の説明では、使用時にユーザから見て手前側(図1の上側)を圧力検出装置1の「入力面側」といい、ユーザから見て奥側(図1の下側)を圧力検出装置1の「背面側」という。
圧力検出装置1に押圧を加える押圧手段としては、押圧を加えることができるものであれば、特に限定されない。押圧手段としては、例えば指やスタイラスベンなどを挙げることができる。
圧力センサ3は、主に、シート部材7と、第1圧電シート9aと、第2圧電シート9bと、第2検出電極13と、第1検出電極17と、中間接着層53(中間層の一例)と、第1接着層23(第1層の一例)と、第2接着層21(第2層の一例)と、を備えている。
圧力センサ3の基本動作として、シート部材7が押されると圧力センサ3がたわみ、第1圧電シート9a及び第2圧電シート9bには引張応力が加わるとともに、電荷が発生する。そして、第2検出電極13及び第1検出電極17がその電荷を検出することで、圧力センサ3に加えられた押圧力を検出できる。
圧力センサ3は、筐体41を有している。筐体41は、矩形枠状であり、合成樹脂や金属によって形成できる。圧力センサ3の他の構成は、筐体41内に収容されている。
さらに詳細には、筐体41は、入力面側に向かって矩形状に開口する凹部41aを有している。凹部41aは、段差を有するように形成されており、この段差部分が支持部41bとなっている。支持部41bは、凹部41aの形状に対応しており、つまり矩形枠状に形成されている。支持部41bは、後述するシート部材7の背面7bの縁部に対応しており、シート部材7に作用する圧力を支持するための構造である。凹部41aにおいて、支持部41bよりも入力面側の第1領域には後述のシート部材7が収納され、背面側の第2領域には後述する他の構成が収納されている。
より詳細には、圧力センサ3は、入力面側から背面側に向かって、シート部材7、第3接着層19、第2樹脂フィルム11、第2検出電極13、第2接着層21、第1圧電シート9a、中間接着層53、第2圧電シート9b、第1接着層23、第1検出電極17、第1樹脂フィルム15を有している。以下、各構成を説明する。なお、図1及び他の断面図は、説明の便宜のために、各層の位置及び厚みを適宜調整している。
シート部材7は、圧力が作用する入力面7a(第1面の一例)と、縁部が支持される背面7b(第2面の一例)とを有する。シート部材7は、シート状の部材であり、筐体41の支持部41b及び支持部41bで囲われた領域を覆うように配置される。背面7bの縁部は支持部41bに支持されるように固定されている。
なお、シート部材7の厚みは、例えば0.4mm〜1.0mmである。
第2樹脂フィルム11は、第3接着層19を介して、シート部材7の背面7bに固定されている。
第2樹脂フィルム11は、透明樹脂フィルムであって、例えば、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、又は、ポリカーボネート(PC)樹脂などで構成されている。
第3接着層19の材料は、例えば、アクリル系やシリコーン系、エポキシ系接着剤である。
第1圧電シート9aは、シート部材7の背面7bの中央部に配置されている。第2圧電シート9bは、第1圧電シート9aのシート部材7と反対側において、第1圧電シート9aに対向して配置されている。
第2接着層21は例えば透明光学接着剤が用いられる。そのような例としては、感圧接着剤(PSA)がある。第2接着層21の厚みは、5μm〜300μmである。
第2接着層21の材料は、例えば、アクリル系やシリコーン系、エポキシ系接着剤である。第2接着層21は、上記接着剤を接着後にUV硬化又は熱硬化によって硬化されることが好ましい。
前述したように、第1圧電シート9a及び第2圧電シート9bの間には、中間接着層53が配置されている。
中間接着層53は、例えば、第2接着層21と同じ材料からなる。
中間接着層53の厚みは、5μm以上である。より好ましくは、中間接着層53の厚みは、25〜100μmの範囲である。
第2検出電極13は、第1圧電シート9aの第2圧電シート9bと反対側に、つまり第1圧電シート9aの入力面側に配置されている。具体的には、第2検出電極13は、第2樹脂フィルム11の背面に形成されている。
第1検出電極17は、第2圧電シート9bの第1圧電シート9aと反対側、つまり第2圧電シート9bの背面側に配置されている。具体的には、第1検出電極17は、第1樹脂フィルム15の入力側面に形成されている。なお、検出電極を樹脂フィルムの表面に形成する方法としては、蒸着又はスクリーン印刷がある。
なお、第2検出電極13及び第1検出電極17の厚みは、それぞれ、例えば1nm〜30,000nmである。
さらに、導電性を有する材料として、バインダー中に、カーボンナノチューブ、金属粒子、金属ナノファイバーなどの導電材料が分散したものを用いてもよい。
第1樹脂フィルム15は、層構成の最下位位置に配置されている。第1樹脂フィルム15は、第1接着層23によって第2圧電シート9bに固定されている。第1樹脂フィルム15は、透明樹脂フィルムであって、例えば、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、又は、ポリカーボネート(PC)樹脂などで構成されている。
第1接着層23(第1層の一例)は、第2圧電シート9bの第1圧電シート9aと反対側に配置されている。第1接着層23は、例えば、第2接着層21及び中間接着層53と同じ材料からなる。
第1圧電シート9a及び第2圧電シート9bの材料は、強誘電体材料をシート状に成形したのちに厚み方向に分極させたシートを用いることができる。強誘電体材料としては、PVDFや、PVDFとTrFEやETFEなどの共重合体、PZTがある。第1圧電シート9aと第2圧電シート9bは互いに分極方向が上下逆になるように積層される。または、ポリ乳酸などの光学活性体を用いることもできる。例えば、第1圧電シート9aにPLLAを、第2圧電シート9bにPDLAをそれぞれ用いてもよい。
第1圧電シート9a及び第2圧電シート9bの材料の組み合わせは特に限定されない。ただし、両シートは同じ特性を有する材料が用いられることが好ましい。温度変化による熱応力と焦電効果によって生じる圧電シートからの不要な出力をキャンセルできるからである。
圧力センサ3に押圧を加えたとき、シート部材7は第1圧電シート9a及び第2圧電シート9bに比べて高い剛性を有しているため、第1圧電シート9aと第2圧電シート9bには引張応力が生じる。このとき、第1圧電シート9aには引張応力σuが生じ、第2圧電シート9bには引張応力σlが生じる。その結果、第1圧電シート9aと第2圧電シート9bの入力面側の面と背面側の面には、上記引張応力に応じた電荷がそれぞれ発生する。そして、発生した電荷によって、第1圧電シート9a及び第2圧電シート9bのそれぞれの入力面側と背面側の面との間には電位差が発生する。第1圧電シート9aの間で発生する電位差V1’は、第1圧電シート9a入力面側の電位と背面側の電位との差であり、電位差V1’は引張応力σuの大きさに比例している。第2圧電シート9bの間で発生する電位差V2’は、第2圧電シート9bの入力面側の電位と背面側の電位との差であり、電位差V2’は引張応力σlの大きさに比例している。
使用温度範囲内で、第1接着層23(第1層の一例)及び第2接着層21(第2層の一例)、並びに、中間接着層53(中間層の一例)の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である。なお、使用温度範囲とは、例えば、0℃〜40℃の範囲である。
圧力センサ3は、各層の上下面が容量結合してコンデンサを形成し、各層に対応するコンデンサが直列につながっていると見なすことができる。これを容量結合モデルと呼ぶことにする。
図2〜図8は、圧力センサ3内の圧電シートに発生する電位差によって生じる電荷が検出回路に移動する様子を容量結合モデルで説明した図である。
第2検出電極13と第1圧電シート9aとの間には、第2接着層21を挟んだコンデンサCp2が形成されている。第1圧電シート9aと第2圧電シート9bとの間には、中間接着層53を挟んだコンデンサCmが形成されている。第1検出電極17と第2圧電シート9bとの間には、第1接着層23を挟んだコンデンサCp1が形成されている。ただし、各接着層は微小な電流が流れるので、コンデンサに並列に抵抗が付いた回路としてモデル化できる。
また、検出回路5に接続されている電極は、概ね一定電位に保たれる。この電極を介して検出回路に流れ込む電荷の量を検出することで、圧力を測定している。今回は2つの電極が同じ電位に保たれている場合を説明するが、一定電位に保たれてさえいればよく、両者の電位が異なっていてもよい。
続いて、図4に示すように、電荷の一部が、第1接着層23、中間接着層53及び第2接着層21のコンデンサCp1、Cm及びCp2に配分され、検出回路5に流れ込む(ステップ1)。この移動は抵抗を流れず瞬時に生じる。
図6及び図7を用いて、図4のステップ1を詳細に説明する。ΔQ2だけ電荷が流れて、電荷が配分されたとき、第2検出電極13及び第1検出電極17の電位が一定になる必要があるので、キルヒホッフの法則により、下記の式1が得られる。
さらにキルヒホッフの法則によりΔQ1とΔQ2とは等しいので、ΔQ2=ΔQ1=ΔQを式1に代入して、ΔQについて解くと、下記の式2が得られる。なお、計算式の簡略化のため、1/Cx=Ex(xは任意の添え字)のようにエラスタンス表記を用いる。
・・・・式2
第1圧電シート9a及び第2圧電シート9bの厚みが同じであると仮定すると(E1=E2=E)、下記の式3が得られる。
・・・式3
また、第1圧電シート9a及び第2圧電シート9bに電荷が発生した直後は、Qp2=Qp1=Qm=0として、式3に代入すれば、下記の式4が得られる。
・・・式4
この時に、検出回路5が検出する電荷はΔQ2である。
図8に示すように、残りの電荷は、第1接着層23、中間接着層53及び第2接着層21の抵抗Rp1、Rm及びRp2をゆっくりと通過して、検出回路5に流れ込む。このようにして、第1接着層23、中間接着層53及び第2接着層21のコンデンサCp1、Cm及びCp2の電荷はゆっくりと消失していく。
上記の場合、抵抗Rp1、Rm及びRp2が小さければ急激に増加してすぐに定常状態になる。したがって、例えば、押圧開始5秒後の圧電出力に対する押圧開始1秒後の圧電出力の割合は、高くなる。すなわち、圧電出力が安定した状態である押圧開始5秒後と押圧開始直後の1秒後との圧電出力の違いが小さく、つまり圧電出力検出の精度が高い。
そして、押圧によって生じた圧電シート表面の電荷は各々1nCとした。さらに、パラメータについては、図6〜図8を参照して、Q1が1nCであり、Q2が1nCであり、C1が14.8nFであり、Cmが4.5nFであり、C2が7.1nFであり、Rp1、Rm及びRp2を可変とした。なお、以下の説明での各抵抗の値は面積50cm2当たりのものであり、センサのサイズが変われば適宜変更する。
図9から明らかなように、第1接着層23(第1層の一例)及び第2接着層21(第2層の一例)の抵抗Rp1及びRp2、並びに、中間接着層53(中間層の一例)の抵抗Rmが100MΩ/50cm2である場合に、上記割合が最も低くなる。したがって第1接着層23及び第2接着層21の抵抗Rp1及びRp2、並びに、中間接着層53の抵抗Rmの少なくとも一方が10MΩ/50cm2以下又は1GΩ/50cm2以上であることが必要である。図9では、領域79が、好ましくない参考例である。なお、以下の説明では、抵抗の説明においても簡略化のために/50cm2の表記を省略する。
以上をまとめると、図9において、領域79以外が本実施形態の範囲であり、領域81以外(領域81の外側)が本実施形態のより好ましい範囲である。
このグラフでは、第1接着層23(第1層に相当)及び第2接着層21(第2層二層等)の抵抗Rp1及びRp2、並びに、中間接着層53(中間層に相当)の抵抗Rmを同じ値にしたまま1MΩ〜100GΩまで変化させた。
第1実施形態では、第1検出電極17は第1樹脂フィルム15に形成されていたが、第1検出電極17は第2圧電シート9bの背面側に形成されていてもよい。以下、図11及び図12を用いて、そのような実施形態を説明する。図11は、第2実施形態の圧力センサの概略構成図である。図12は、圧力センサの過渡特性を表したグラフである。なお、第1実施形態と共通点については説明を省略する。
図11に示すように、第1検出電極17Aは、第2圧電シート9bの背面に直接形成されている。第1検出電極17Aは、例えば、ITO,銀ナノワイヤ、PEDOTである。
このグラフでは、第2接着層21(第2層に相当)の抵抗Rp2及び中間接着層53(中間層に相当)の抵抗Rmを同じにしたまま1Ω〜100GΩまで変化させた。
このように、第2実施形態では、第1実施形態と同様の優れた効果が得られる。
第2実施形態では、第2検出電極13は第2樹脂フィルム11に形成されていたが、第2検出電極13は第1圧電シート9aの背面側に形成されていてもよい。以下、図13を用いて、そのような実施形態を説明する。図13は、第3実施形態の圧力センサの概略構成図である。なお、第2実施形態と共通点については説明を省略する。
図13に示すように、第2検出電極13Aは、第1圧電シート9aの背面に直接形成されている。第2検出電極13Aは、例えば、ITO,銀ナノワイヤ、PEDOTである。
図14から明らかなように、中間接着層53(中間層の一例)の抵抗Rmが100MΩである場合に、上記割合が最も低くなる。したがって中間接着層53の抵抗Rmが10MΩ以下又は1GΩ以上であることが必要である。図14では、領域67が、好ましくない参考例である。
以上をまとめると、図14において、領域67以外が本実施形態の範囲であり、領域69以外(領域69の外側)が本実施形態のより好ましい範囲である。
第1実施形態では、第2検出電極13は第2樹脂フィルム11に形成されていたが、第2検出電極13は第1圧電シート9aの背面側に形成されていてもよい。以下、図15を用いて、そのような実施形態を説明する。図15は、第4実施形態の圧力センサの概略構成図である。なお、第1実施形態と共通点については説明を省略する。
図15に示すように、第2検出電極13Aは、第1圧電シート9aの背面に直接形成されている。第2検出電極13Aは、例えば、ITO,銀ナノワイヤ、PEDOTである。
この実施形態では、第1接着層23及び中間接着層53の条件を、第1実施形態のものと同じ条件に設定することで、第1実施形態と同様の優れた効果が得られる。
第1〜第4実施形態はバイモルフを説明したが、次に図16〜図25を用いてモノモルフの実施形態を説明する。図16は、第5実施形態の圧力検出装置の概略構成図である。
以下、第1実施形態と同じ構造については説明を省略して、異なる点のみを説明する。
図16に示すように、圧電シート9は、第1実施形態とは異なり、1枚のシートである。
第2検出電極13と第1圧電シート9aとの間には、第2接着層21を挟んだコンデンサCp2が形成されている。第1検出電極17と第2圧電シート9bとの間には、第1接着層23を挟んだコンデンサCp1が形成されている。ただし、各接着層は微小な電流が流れるので、コンデンサに並列に抵抗が付いた回路としてモデル化できる。
また、検出回路5に接続されている電極は、概ね一定電位に保たれる。この電極を介して検出回路に流れ込む電荷の量を検出することで、圧力を測定している。今回は2つの電極が同じ電位に保たれている場合を説明するが、一定電位に保たれてさえいればよく、両者の電位が異なっていてもよい。
続いて、図19に示すように、電荷の一部が、第1接着層23及び第2接着層21のコンデンサCp1及びCp2に配分され、検出回路5に流れ込む(ステップ1)。この移動は抵抗を流れないため瞬時におこる。
図21及び図22を用いて、図19のステップ1を詳細に説明する。ΔQ1だけ電荷が流れて、電荷が配分されたとき、第2検出電極13及び第1検出電極17の電位が一定になる必要があるので、キルヒホッフの法則により、下記の式5が得られる。
ΔQ1=ΔQを式1に代入して、ΔQについて解くと、下記の式6が得られる。なお、計算式の簡略化のため、1/Cx=Ex(xは任意の添え字)のようにエラスタンス表記を用いる。
・・・式6
また、圧電シート9に電荷が発生した直後は、Qp10=Qp20=0として、式6に代入すれば、下記の式7が得られる。
・・・式7
この時に、検出回路5が検出する電荷はΔQ1である。
図23に示すように、残りの電荷は、第1接着層23及び第2接着層21の抵抗Rp1及びRp2をゆっくりと通過して、検出回路5に流れ込む。このようにして、第1接着層23及び第2接着層21のコンデンサCp1及びCp2の電荷はゆっくりと消失していく。
上記の場合、抵抗Rp1及びRp2が小さければ、出力は押圧開始後に急激に増加してすぐに定常状態になる。したがって、例えば、押圧開始5秒後の圧電出力に対する押圧開始1秒後の圧電出力の割合は、高くなる。すなわち、圧電出力が安定した状態である押圧開始5秒後と押圧開始直後の1秒後との圧電出力の違いが小さく、つまり圧電出力検出の精度が高い。
図24から明らかなように、第1接着層23(第1層の一例)の抵抗Rp1及び第2接着層21(第2層の一例)の抵抗Rp2が100MΩである場合に、上記割合が最も低くなる。したがって第1接着層23の抵抗Rp1及び第2接着層21の抵抗Rp2の少なくとも一方が10MΩ以下又は1GΩ以上であることが必要である。図23では、領域71が、好ましくない参考例である。
以上をまとめると、図24において、領域71以外が本実施形態の範囲であり、領域73以外(領域73の外側)が本実施形態のより好ましい範囲である。
このように、第3実施形態では、第1実施形態と同様の優れた効果が得られる。
第5実施形態では、第1検出電極17は第1樹脂フィルム15に形成されていたが、第1検出電極17は圧電シート9の背面側に形成されていてもよい。以下、図26及び図27を用いて、そのような実施形態を説明する。図26は、第6実施形態の圧力センサの概略構成図である。なお、第5実施形態との共通点については説明を省略する。
図26に示すように、第1検出電極17Aは、第2圧電シート9bの背面に直接形成されている。第1検出電極17Aは、例えば、ITO,銀ナノワイヤ、PEDOTである。
図27から明らかなように、第2接着層21(第2層の一例)の抵抗Rp2が100MΩである場合に、上記割合が最も低くなる。したがって第2接着層21の抵抗Rp2が10MΩ以下又は1GΩ以上であることが必要である。図27では、領域75が、好ましくない参考例である。
以上をまとめると、図27において、領域75以外が本実施形態の範囲であり、領域77以外(領域77の外側)が本実施形態のより好ましい範囲である。
である。なお、図28における出力とは、検出回路に流れ込む電荷である。
図28から明らかなように、抵抗Rp2が100MΩの場合に圧電出力の増加率は最も高く、抵抗Rp2が1Ω、10Ω、1GΩ、10GΩ、100GΩの場合に圧電出力の増加率は低くなっていることが分かる。また、図28から、抵抗Rp2が1GΩの場合に、1Ω、10Ω、10GΩ、100GΩの場合に比べて、圧電出力の増加率が高くなっていることが分かる。
このように、第6実施形態では、第1実施形態と同様の優れた効果が得られる。
第5実施形態では、第2検出電極13は第2樹脂フィルム11に形成されていたが、第2検出電極13は圧電シート9の背面側に形成されていてもよい。以下、図29を用いて、そのような実施形態を説明する。図29は、第7実施形態の圧力センサの概略構成図である。なお、第5実施形態と共通点については説明を省略する。
図29に示すように、第2検出電極13Aは、圧電シート9の背面に直接形成されている。第2検出電極13Aは、例えば、ITO,銀ナノワイヤ、PEDOTである。
この実施形態では、第1接着層23の条件を、第5実施形態の第1接着層23と同じ条件に設定することで、第5実施形態と同様の優れた効果が得られる。
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
3 :圧力センサ
5 :検出回路
7 :シート部材
8 :中間接着層(中間層)
9 :圧電シート
9a :第1圧電シート
9b :第2圧電シート
11 :第2樹脂フィルム(第2フィルム層)
13 :第2検出電極
15 :第1樹脂フィルム(第1フィルム層)
17 :第1検出電極
17A :第2検出電極(第1検出電極)
19 :第3接着層
21 :第2接着層(第2層)
23 :第1接着層(第1層)
53 :中間接着層(中間層)
Claims (21)
- 外部から加えられた圧力によって発生する2枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第2面側に設けられた第1圧電シートと、
前記第1圧電シートの前記シート部材と反対側において、前記第1圧電シートに対向して配置された第2圧電シートと、
前記第1圧電シートと前記第2圧電シートとの間に配置された中間層と、
前記第2圧電シートの前記第1圧電シートと反対側に配置された第1フィルム層と、
前記第1フィルム層の前記第2圧電シート側の面に形成された第1検出電極と、
前記第1フィルム層及び前記第1検出電極と前記第2圧電シートとの間に設けられた第1層と、
前記第1圧電シートの前記シート部材側に配置され、前記シート部材の前記第2面に固定された第2フィルム層と、
前記第2フィルム層の前記第1圧電シート側の面に形成された第2検出電極と、
前記第2フィルム層及び前記第2検出電極と前記第1圧電シートとの間に配置された第2層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第1層及び前記第2層、並びに、前記中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である、
圧力センサ。 - 使用温度範囲内で、前記第1層及び前記第2層、並びに、前記中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は10GΩ以上である、請求項1に記載の圧力センサ。
- 前記第1層、前記第2層及び前記中間層は接着剤である、請求項1又は2に記載の圧力センサ。
- 外部から加えられた圧力によって発生する2枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第2面側に設けられた第1圧電シートと、
前記第1圧電シートの前記シート部材と反対側において、前記第1圧電シートに対向して配置された第2圧電シートと、
前記第1圧電シートと前記第2圧電シートとの間に配置された中間層と、
前記第2圧電シートの前記第1圧電シートと反対側の面に形成された第1検出電極と、
前記第1圧電シートの前記シート部材側に配置され、前記シート部材の前記第2面に固定された第2フィルム層と、
前記第2フィルム層の前記第1圧電シート側の面に形成された第2検出電極と、
前記第2フィルム層及び前記第2検出電極と前記第1圧電シートとの間に配置された第2層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第2層及び前記中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である、
圧力センサ。 - 使用温度範囲内で、前記第2層及び前記中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は10GΩ以上である、である、請求項4に記載の圧力センサ。
- 前記第2層及び前記中間層は接着剤である、請求項4又は5に記載の圧力センサ。
- 外部から加えられた圧力によって発生する2枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有するシート部材と、
前記シート部材の第2面側に設けられた第1圧電シートと、
前記第1圧電シートの前記シート部材と反対側において、前記第1圧電シートに対向して配置された第2圧電シートと、
前記第1圧電シートと前記第2圧電シートとの間に配置された中間層と、
前記第2圧電シートの前記第1圧電シートと反対側の面に形成された第1検出電極と、
前記第1圧電シートの前記シート部材側の面に形成された第2検出電極と、を備え、
使用温度範囲内で、前記中間層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である、圧力センサ。 - 使用温度範囲内で、前記中間層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は10GΩ以上である、である、請求項7に記載の圧力センサ。
- 前記中間層は接着剤である、請求項7又は8に記載の圧力センサ。
- 外部から加えられた圧力によって発生する2枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第2面側に設けられた第1圧電シートと、
前記第1圧電シートの前記シート部材と反対側において、前記第1圧電シートに対向して配置された第2圧電シートと、
前記第1圧電シートと前記第2圧電シートとの間に配置された中間層と、
前記第2圧電シートの前記第1圧電シートと反対側に配置された第1フィルム層と、
前記第1フィルム層の前記第2圧電シート側の面に形成された第1検出電極と、
前記第1圧電シートの前記シート部材側の面に形成された第2検出電極と、
前記第1フィルム層及び前記第1検出電極と前記第1圧電シートとの間に配置された第1層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第1層及び前記中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である、
圧力センサ。 - 使用温度範囲内で、前記第1層及び前記中間層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は10GΩ以上である、である、請求項10に記載の圧力センサ。
- 前記第1層及び前記中間層は接着剤である、請求項10又は11に記載の圧力センサ。
- 外部から加えられた圧力によって発生する1枚の圧電シートの電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第2面側に設けられた圧電シートと、
前記圧電シートの前記シート部材と反対側に配置された第1フィルム層と、
前記第1フィルム層の前記圧電シート側の面に形成された第1検出電極と、
前記第1フィルム層及び前記第1検出電極と前記圧電シートとの間に設けられた第1層と、
前記圧電シートの前記シート部材側に配置され、前記シート部材の前記第2面に固定された第2フィルム層と、
前記第2フィルム層の前記圧電シート側の面に形成された第2検出電極と、
前記第2フィルム層及び前記第2検出電極と前記圧電シートとの間に配置された第2層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第1層及び前記第2層の少なくとも一方の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である、
圧力センサ。 - 使用温度範囲内で、前記第1層及び前記第2層の少なくとも一方の抵抗が10MΩ以下又は10GΩ以上である、である、請求項13に記載の圧力センサ。
- 前記第1層及び前記第2層は接着剤である、請求項13又は14に記載の圧力センサ。
- 外部から加えられた圧力によって発生する1枚の圧電シートの電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第2面側に設けられた圧電シートと、
前記圧電シートの前記シート部材と反対側の面に形成された第1検出電極と、
前記圧電シートの前記シート部材側に配置され、前記シート部材の前記第2面に固定された第2フィルム層と、
前記第2フィルム層の前記圧電シート側の面に形成された第2検出電極と、
前記第2フィルム層及び前記第2検出電極と前記圧電シートとの間に配置された第2層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第2層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である、
圧力センサ。 - 使用温度範囲内で、前記第2層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は10GΩ以上である、である、請求項16に記載の圧力センサ。
- 前記第2層は接着剤である、請求項16又は17に記載の圧力センサ。
- 外部から加えられた圧力によって発生する2枚の圧電シート間の電位差に基づいて前記圧力を検出するための圧力センサであって、
前記圧力が作用する第1面と、縁部が支持される第2面とを有するシート部材と、
前記シート部材の前記第2面側に設けられた圧電シートと、
前記圧電シートの前記シート部材と反対側に配置された第1フィルム層と、
前記第1フィルム層の前記シート部材側の面に形成された第1検出電極と、
前記圧電シートの前記シート部材側の面に形成された第2検出電極と、
前記第1フィルム層及び前記第1検出電極と前記圧電シートとの間に配置された第1層と、を備え、
使用温度範囲内で、前記第1層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は1GΩ以上である、
圧力センサ。 - 使用温度範囲内で、前記第1層の50cm2の抵抗が10MΩ以下又は10GΩ以上である、請求項19に記載の圧力センサ。
- 前記第1層は接着剤である、請求項19又は20に記載の圧力センサ。
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