JP2020046391A - Pressure sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a pressure sensor which can specifically measure a negative pressure.SOLUTION: A pressure sensor according to the present invention includes a pressure-sensitive layer and a plurality of particulate gap parts in the pressure-sensitive layer. The pressure-sensitive layer is desirably made of a conductive rubber. In the present invention, it is desirable that the pressure-sensitive layer contains hollow particles and the particulate gap parts are made of gap parts in the hollow particles. In the present invention, it is also desirable that the pressure sensor includes a base cloth and the pressure-sensitive layer is applied to the base cloth.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、負圧測定が可能な圧力センサに関する。   The present invention relates to a pressure sensor capable of measuring a negative pressure.

従来、圧力(荷重)の計測には、例えば、ロードセルが用いられている。しかしながら、薄型化が困難であり、高価という課題があった。   Conventionally, for example, a load cell is used for measuring pressure (load). However, there is a problem that it is difficult to reduce the thickness and the cost is high.

これに対し、下記の特許文献1には、圧力測定が可能な、布状の圧力センサが開示されている。特許文献1に示す圧力センサは、基布に導電ゴムを含有させて構成される。そして、特許文献1の圧力センサによれば、荷重を受け基布が圧縮されることにより変化する出力に基づいて、圧力(荷重)値を検出することができる。   On the other hand, the following Patent Document 1 discloses a cloth-shaped pressure sensor capable of measuring pressure. The pressure sensor disclosed in Patent Literature 1 is configured by adding conductive rubber to a base cloth. According to the pressure sensor of Patent Literature 1, a pressure (load) value can be detected based on an output that changes when a base fabric is compressed by receiving a load.

特開2015−224948号公報JP-A-2005-224948

しかしながら、特許文献1の圧力センサでは、負圧を計測することができなかった。   However, the pressure sensor of Patent Document 1 cannot measure a negative pressure.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、負圧を計測することが可能な圧力センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor capable of measuring a negative pressure.

本発明の圧力センサは、感圧層と、前記感圧層内に設けられた複数の粒子状空隙部と、を有することを特徴とする。   The pressure sensor of the present invention has a pressure-sensitive layer and a plurality of particulate voids provided in the pressure-sensitive layer.

本発明では、前記感圧層は、導電ゴムを有して構成されることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the pressure-sensitive layer has a conductive rubber.

本発明では、前記感圧層内に、中空粒子を含み、前記粒子状空隙部は、前記中空粒子の空隙部分で形成されることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the pressure-sensitive layer contains hollow particles, and the particulate void portion is formed by a void portion of the hollow particle.

本発明では、更に、基布を含み、前記感圧層を、前記基布に塗布してなることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the pressure-sensitive layer further includes a base fabric, and the pressure-sensitive layer is applied to the base fabric.

本発明の圧力センサによれば、負圧の計測が可能となる。   According to the pressure sensor of the present invention, it is possible to measure a negative pressure.

本実施形態の圧力センサの一例を示す平面図である。It is a top view showing an example of the pressure sensor of this embodiment. 図1に示すA−A線に沿って切断し矢印方向から見た圧力センサの部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the pressure sensor taken along a line AA shown in FIG. 1 and viewed from an arrow direction. 本実施形態の感圧層を拡大して示した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which showed the pressure sensitive layer of this embodiment enlarged. 本実施形態の粒子状空隙部の構成を示す部分拡大断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a configuration of a particulate void portion according to the present embodiment. 実施例1の基布有りゴムシートのSEM写真である。3 is an SEM photograph of a rubber sheet with a base cloth of Example 1. 実施例2の基布なしゴムシートのSEM写真である。5 is an SEM photograph of a rubber sheet without a base cloth of Example 2. 実施例及び比較例の、圧力と抵抗値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between pressure and resistance value of an Example and a comparative example.

以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。なお、以下の明細書にて、「〜」の下限値及び上限値はいずれもその値を含む。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter, abbreviated as “embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist. In the following description, both the lower limit and the upper limit of “to” include the value.

<本実施形態の圧力センサの概要>
まずは、本発明者が、本実施形態の圧力センサを開発するに至った技術の推移について説明する。従来において、基布に導電ゴムを塗布した圧力センサが知られている(特許文献1)。しかしながら、従来の圧力センサでは、正圧計測は可能であるが、負圧計測は不可能であった。すなわち、圧力センサに負圧が印加されても、導電ゴムは適度に変形せず、抵抗値変化がほとんど生じない。したがって、負圧を計測することができなかった。そこで、本発明者は、感圧層を有する圧力センサにおいて、負圧の計測を可能とすべく本実施形態を開発するに至った。すなわち、本実施形態は、以下の特徴的部分を備えている。
<Overview of Pressure Sensor of Present Embodiment>
First, a description will be given of the transition of the technology that led the present inventors to develop the pressure sensor of the present embodiment. BACKGROUND ART Conventionally, a pressure sensor in which a conductive rubber is applied to a base cloth is known (Patent Document 1). However, the conventional pressure sensor can measure the positive pressure but cannot measure the negative pressure. That is, even if a negative pressure is applied to the pressure sensor, the conductive rubber does not deform appropriately and the resistance value hardly changes. Therefore, the negative pressure could not be measured. Then, the present inventor has developed the present embodiment to enable measurement of a negative pressure in a pressure sensor having a pressure-sensitive layer. That is, the present embodiment has the following characteristic portions.

本実施形態における圧力センサは、感圧層と、感圧層内に設けられた複数の粒子状空隙部と、を有することを特徴とする。   The pressure sensor in the present embodiment is characterized by having a pressure-sensitive layer and a plurality of particulate voids provided in the pressure-sensitive layer.

以下、図面を参照しながら本実施形態の圧力センサの構成を説明する。図1は、本実施形態の圧力センサの一例を示す平面図である。図2は、図1に示すA−A線に沿って切断し矢印方向から見た圧力センサの部分拡大断面図である。   Hereinafter, the configuration of the pressure sensor of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view illustrating an example of the pressure sensor according to the present embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the pressure sensor taken along the line AA shown in FIG. 1 and viewed from the direction of the arrow.

図1に示すように、本実施形態の圧力センサ1は、先端側に、例えば、円形の計測部2を具備する。図1では、計測部2は、円形に限定されるものでなく、円形以外に、矩形状、多角形状、楕円形状等を例示できる。   As shown in FIG. 1, the pressure sensor 1 of the present embodiment includes, for example, a circular measuring unit 2 on the distal end side. In FIG. 1, the measuring unit 2 is not limited to a circle, but may have a rectangular shape, a polygonal shape, an elliptical shape, or the like, in addition to the circular shape.

図2に示すように、計測部2は、感圧層(センサシート、或いは、後述する導電ゴムで形成される形態にあっては、ゴムシート)4と、感圧層4の上下面に設けられた電極層(電極シート)5とが積層されて構成されている。感圧層4の膜厚は、例えば、0.05mm〜3mm程度である。好ましくは0.1mm〜1mmである。また、各電極層5の膜厚は、例えば、0.05mm〜0.5mm程度である。したがって、計測部2の厚みは、限定されるものでないが、例えば、0.15mm〜4mm程度である。このように、本実施形態では、圧力センサ1をシート状に薄型化できる。   As shown in FIG. 2, the measuring unit 2 is provided on a pressure-sensitive layer (a sensor sheet, or a rubber sheet in a form formed of a conductive rubber described later) 4, and on upper and lower surfaces of the pressure-sensitive layer 4. And an electrode layer (electrode sheet) 5 thus laminated. The thickness of the pressure-sensitive layer 4 is, for example, about 0.05 mm to 3 mm. Preferably it is 0.1 mm to 1 mm. The thickness of each electrode layer 5 is, for example, about 0.05 mm to 0.5 mm. Therefore, the thickness of the measuring unit 2 is not limited, but is, for example, about 0.15 mm to 4 mm. Thus, in the present embodiment, the pressure sensor 1 can be made thinner in a sheet shape.

<感圧層>
感圧層4について説明する。図2に示すように、本実施形態では、感圧層4に、複数の粒子状空隙部6が設けられている。粒子状空隙部6は、感圧層4と電極層5との接合面方向(図2に示すB方向)に向けて、分散していることが好ましい。「粒子状」とは、バブル状やバルーン状と言い換えることもでき、略球状であることが好ましいが、形状を限定するものではない。例えば、球状の他に、長球状や、図2の粒子状空隙部6aのように、表面に凹部、或いは凸部が存在するような不定形状であってもよい。また、粒子状空隙部6の長径/短径で示されるアスペクト比は、1から5程度であることが好ましく、1から3程度であることがより好ましく、1から2程度であることが更に好ましい。粒子状空隙部6については、更に後で詳しく説明する。
<Pressure-sensitive layer>
The pressure-sensitive layer 4 will be described. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, a plurality of particulate void portions 6 are provided in the pressure-sensitive layer 4. The particulate voids 6 are preferably dispersed in the direction of the joint surface between the pressure-sensitive layer 4 and the electrode layer 5 (the direction B shown in FIG. 2). The term “particulate” can be paraphrased into a bubble shape or a balloon shape, and is preferably substantially spherical, but the shape is not limited. For example, in addition to the spherical shape, the shape may be an ellipsoidal shape or an irregular shape in which a concave portion or a convex portion exists on the surface, such as the particulate void portion 6a in FIG. Further, the aspect ratio represented by the major axis / minor axis of the particulate void portion 6 is preferably about 1 to 5, more preferably about 1 to 3, and further preferably about 1 to 2. . The particulate void portion 6 will be described in more detail later.

感圧層4は、導電ゴムで構成されることが好ましい。すなわち、図2に示す複数の粒子状空隙部6は、導電ゴム内に設けられている。導電ゴムは、例えば、既存のゴム材料に、導電性を付与するための充填材が含有された構成である。ゴム材料としては特に限定されるものではないが、例えば、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエン(NBR)1,2−ポリブタジエン(VBR)、クロロプレン(CR)、シリコーン(Q)、フッ素ゴム(FKM)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)などを用いることができる。また、導電性を付与するための充填剤(導電性充填剤)としては、カーボン粒子、金属粉末および金属繊維などを挙げることができる。カーボン粒子を特に限定するものではないが、アセチレンブラックやケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、等に代表されるカーボンブラックや、黒鉛、活性炭、ソフトカーボン、ハードカーボン等を例示できる。このうち、カーボン粒子は、カーボンブラックであることが好ましい。   The pressure-sensitive layer 4 is preferably made of a conductive rubber. That is, the plurality of particulate void portions 6 shown in FIG. 2 are provided in the conductive rubber. The conductive rubber has, for example, a configuration in which a filler for imparting conductivity is contained in an existing rubber material. Although the rubber material is not particularly limited, for example, styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene (NBR) 1,2-polybutadiene (VBR), chloroprene (CR), silicone (Q), fluoro rubber (FKM) ), Ethylene propylene rubber (EPDM) and the like. Examples of the filler for imparting conductivity (conductive filler) include carbon particles, metal powder, and metal fibers. The carbon particles are not particularly limited, and examples thereof include carbon black represented by acetylene black, Ketjen black, carbon nanotube, and the like, graphite, activated carbon, soft carbon, and hard carbon. Among them, the carbon particles are preferably carbon black.

感圧層4は、導電ゴムに代えてフェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂等であってもよく、或いは、導電ゴムと共に樹脂等が混在していてもよいが、導電ゴムのみ、或いは導電ゴムが主成分であることが好ましい。ここで、「主成分」とは、感圧層4を構成する成分の50%(例えば、体積%)以上を占め、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上を占めることを指す。   The pressure-sensitive layer 4 may be a phenolic resin, a polyester resin, a polyurethane resin, or the like instead of the conductive rubber, or a resin or the like may be mixed with the conductive rubber. It is preferable that the conductive rubber is a main component. Here, the “main component” indicates that the component constituting the pressure-sensitive layer 4 accounts for 50% (for example, volume%) or more, preferably 70% or more, more preferably 90% or more.

<基布>
図2に示す実施形態では、例えば、導電ゴムからなる感圧層4内に、複数の粒子状空隙部6を含む単層構造であったが、図3に示す別の実施形態では、感圧層4の他に、更に、繊維から成る基布7を含んでいる。すなわち、図3では、感圧層4が、基布7に塗布され、感圧層4と基布7との積層構造で形成されている。基布7の構造は、特に限定されるものではないが、例えば、複数本の繊維からなる繊維束8、9を編み込んだシート状の布である。
<Base cloth>
In the embodiment shown in FIG. 2, for example, a single-layer structure including a plurality of particulate voids 6 in the pressure-sensitive layer 4 made of conductive rubber is used. However, in another embodiment shown in FIG. In addition to the layer 4, it further comprises a base fabric 7 made of fibers. That is, in FIG. 3, the pressure-sensitive layer 4 is applied to the base cloth 7, and is formed in a laminated structure of the pressure-sensitive layer 4 and the base cloth 7. The structure of the base cloth 7 is not particularly limited, but is, for example, a sheet-like cloth in which fiber bundles 8 and 9 made of a plurality of fibers are woven.

繊維束8、9を構成する繊維は、特に限定されるものではないが、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリブチレンテレフタレート(PBT)繊維、ポリエチレンナフタレート(PEN)繊維、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート(PCT)繊維、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)繊維等を例示できる。この中でも、PET繊維が好ましい。   Although the fibers constituting the fiber bundles 8 and 9 are not particularly limited, polyethylene terephthalate (PET) fibers, polybutylene terephthalate (PBT) fibers, polyethylene naphthalate (PEN) fibers, and polycyclohexylene dimethylene terephthalate ( (PCT) fiber, polytrimethylene terephthalate (PTT) fiber and the like. Among them, PET fibers are preferable.

図3に示すように、複数の粒子状空隙部6を含む感圧層4は、基布7の表面及び裏面に接して形成されている。或いは、基布7の一方の面のみに、複数の粒子状空隙部6を含む感圧層4を形成することもできるが、高感度な圧力センサ1とするには、感圧層4を、基布7の表裏面に形成することが好ましい。   As shown in FIG. 3, the pressure-sensitive layer 4 including the plurality of particulate voids 6 is formed in contact with the front and back surfaces of the base cloth 7. Alternatively, the pressure-sensitive layer 4 including the plurality of particulate voids 6 can be formed only on one surface of the base cloth 7. It is preferable to form it on the front and back surfaces of the base cloth 7.

<粒子状空隙部>
粒子状空隙部6について説明する。本実施形態では、感圧層4内に複数の中空粒子10を含むことが好ましい。図4Aに示すように、中空粒子10は、殻部10aに囲まれた空隙部分11を有し、この空隙部分11が、粒子状空隙部6を構成している。
<Particulate void>
The particulate space 6 will be described. In the present embodiment, it is preferable that the pressure-sensitive layer 4 includes a plurality of hollow particles 10. As shown in FIG. 4A, the hollow particle 10 has a void portion 11 surrounded by a shell portion 10a, and the void portion 11 constitutes a particulate void portion 6.

中空粒子10の材質を限定するものではなく、無機であっても有機であっても良い。中空粒子10は、例えば、中空マイクロカプセル、中空炭酸カルシウム粒子、中空シリカ粒子、中空ガラス粒子、中空アルミナ粒子、中空酸化チタン粒子、中空酸化亜鉛粒子、中空アクリロニトリル粒子、中空メタクリロニトリル粒子から少なくとも1種以上を選択することができる。なお、中空粒子10の平均粒子径は、10μm〜200μmが好ましく、更に好ましくは50μm〜100μmであることが好ましい。中空粒子10の平均粒子径は、殻部10aを含めて算出される。   The material of the hollow particles 10 is not limited, and may be inorganic or organic. The hollow particles 10 are, for example, at least one of hollow microcapsules, hollow calcium carbonate particles, hollow silica particles, hollow glass particles, hollow alumina particles, hollow titanium oxide particles, hollow zinc oxide particles, hollow acrylonitrile particles, and hollow methacrylonitrile particles. More than one species can be selected. The average particle diameter of the hollow particles 10 is preferably from 10 μm to 200 μm, and more preferably from 50 μm to 100 μm. The average particle diameter of the hollow particles 10 is calculated including the shell 10a.

例えば、中空粒子10は、予め、液状の導電ゴム中に混合されており、中空粒子10を含む導電ゴムを基布7に塗布して感圧層4を形成することで、感圧層4中に複数の中空粒子10を分散配置させることができる。液状の導電ゴムの塗布後、所定の加熱処理を施すことで、殻部10aが消失したとき、図4Bに示すように、感圧層4には、中空粒子10が存在していた部分に、粒子状空隙部6が残される。なお、殻部10aが全て消失せずに、殻部10aの一部が、粒子状空隙部6の周囲に残されていてもよい。   For example, the hollow particles 10 are previously mixed in a liquid conductive rubber, and the conductive rubber containing the hollow particles 10 is applied to the base cloth 7 to form the pressure-sensitive layer 4. A plurality of hollow particles 10 can be dispersedly arranged. By applying a predetermined heat treatment after the application of the liquid conductive rubber, when the shell 10a disappears, as shown in FIG. 4B, the pressure-sensitive layer 4 has a portion where the hollow particles 10 existed, Particulate voids 6 are left. Note that a portion of the shell 10a may be left around the particulate void 6 without erasing all of the shell 10a.

また、図4Aに示す粒子状空隙部6は、中空粒子10由来でなくてもよい。例えば、液状の導電ゴムの混練の際に生じた気泡(マイクロバブル)を感圧層4中に閉じ込めることで、中空粒子10を用いることなく、複数の粒子状空隙部6を感圧層4に内在することができる。   Further, the particulate void portion 6 shown in FIG. 4A may not be derived from the hollow particles 10. For example, by trapping air bubbles (microbubbles) generated during kneading of the liquid conductive rubber in the pressure-sensitive layer 4, the plurality of particulate void portions 6 can be formed in the pressure-sensitive layer 4 without using the hollow particles 10. Can be inherent.

また、粒子状空隙部6の平均径は、10μm〜200μm程度を提示することができる。すなわち、上記のように、中空粒子10を用いた場合は、空隙部分11の平均径が10μm〜200μm程度の中空粒子10が選択される。ここで「平均径」とは、レーザー解説法による粒度分布測定によって測定された平均粒子径の値である。   Further, the average diameter of the particulate void portions 6 can be about 10 μm to 200 μm. That is, as described above, when the hollow particles 10 are used, the hollow particles 10 in which the average diameter of the void portions 11 is about 10 μm to 200 μm are selected. Here, the “average diameter” is a value of an average particle diameter measured by a particle size distribution measurement by a laser description method.

複数の粒子状空隙部6は、互いに、ほぼ同じ平均径を有していてもよいし、異なっていてもよい。なお、ほぼ同じ平均径の中空粒子10を用いた場合、切断面に現れる各径は、各中空粒子10に対する切断位置がずれているため、図2や図3のように、粒径が違うように現れる。   The plurality of particulate void portions 6 may have substantially the same average diameter or may be different from each other. In addition, when the hollow particles 10 having substantially the same average diameter are used, the diameters appearing on the cut surface are different from each other as shown in FIGS. Appears in

本実施形態における圧力センサ1では、計測部2に負圧を印加すると、感圧層4内に含まれる各粒子状空隙部6が膨張し、その膨張度合に基づいて抵抗値が変化する。また、計測部2に正圧を印加すると、感圧層4が圧縮され、その圧縮度合に基づいて抵抗値が変化する。圧力変化に伴う抵抗値変化を電気信号に変換することで、圧力センサ1に印加された圧力を計測することができる。本実施形態の圧力センサ1によれば、正圧から負圧にかけて、出力(抵抗値)は略線形性を示すため、正圧とともに負圧を計測することが可能になる。   In the pressure sensor 1 according to the present embodiment, when a negative pressure is applied to the measuring unit 2, each of the particulate voids 6 included in the pressure-sensitive layer 4 expands, and the resistance value changes based on the degree of expansion. When a positive pressure is applied to the measuring section 2, the pressure-sensitive layer 4 is compressed, and the resistance value changes based on the degree of compression. The pressure applied to the pressure sensor 1 can be measured by converting a change in resistance value due to a change in pressure into an electric signal. According to the pressure sensor 1 of the present embodiment, the output (resistance value) exhibits substantially linearity from the positive pressure to the negative pressure, so that the negative pressure can be measured together with the positive pressure.

このように、本実施形態では、シート状の圧力センサ1において、従来測定が困難であった負圧を適切に計測することが可能になる。   As described above, in the present embodiment, the sheet-shaped pressure sensor 1 can appropriately measure the negative pressure, which has conventionally been difficult to measure.

圧力の計測範囲を限定するものではないが、本実施形態の圧力センサ1を用いることで、−100kPaから100kPaの範囲の圧力を計測することができ、−70kPaから70kPaの範囲とすれば、より計測精度を上げることができ、−40KPaから40kPaの範囲とすれば、更に、計測精度を向上させることができる。   Although the pressure measurement range is not limited, by using the pressure sensor 1 of the present embodiment, a pressure in a range of −100 kPa to 100 kPa can be measured, and a pressure in a range of −70 kPa to 70 kPa is more effective. The measurement accuracy can be increased, and the measurement accuracy can be further improved if the measurement accuracy is in the range of −40 KPa to 40 kPa.

<感圧層の具体的構造>
本実施形態の感圧層4の具体的構造について説明する。本実施形態では、図3に示すように、基布7に、感圧層4としての導電ゴムを塗布した積層構造のゴムシートであることが好ましい。導電ゴム内には、図4Aに示すように、複数の中空粒子10を含むことが好ましい(第一の実施形態)。このとき、中空粒子10の殻部10aは、完全に残存していても、一部が残存していても、或いは、全てが消失していても、いずれであってもよい。なお、殻部10aが残存する場合、薄い方が、負圧に対する計測精度を向上させることができ好適である。
<Specific structure of pressure-sensitive layer>
The specific structure of the pressure-sensitive layer 4 of the present embodiment will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a rubber sheet having a laminated structure in which a conductive rubber as the pressure-sensitive layer 4 is applied to the base cloth 7 is preferable. As shown in FIG. 4A, the conductive rubber preferably includes a plurality of hollow particles 10 (first embodiment). At this time, the shell portion 10a of the hollow particle 10 may be completely left, partly left, or completely lost. When the shell portion 10a remains, it is preferable that the shell portion 10a be thin because the measurement accuracy with respect to the negative pressure can be improved.

或いは、複数の中空粒子10を含む導電ゴムの単層構造のゴムシートであってもよい(第二の実施形態)。第二の実施形態は、第一の実施形態と異なって、基布7を含んでいない。   Alternatively, it may be a single-layer rubber sheet of conductive rubber containing a plurality of hollow particles 10 (second embodiment). The second embodiment, unlike the first embodiment, does not include the base cloth 7.

後述する実験によれば、第一の実施形態の圧力センサ1、及び第二の実施形態の圧力センサ1共に、高い抵抗値変化を得ることができる。特に、負圧が印加されても、十分な抵抗値変化を得ることができ、負圧に対する計測精度を向上させることができる。なお、第一の実施形態の圧力センサ1のほうが、第二の実施形態の圧力センサ1よりも、圧力変化に対する抵抗値の変化量を大きくすることができる。   According to an experiment described later, both the pressure sensor 1 of the first embodiment and the pressure sensor 1 of the second embodiment can obtain a high resistance value change. In particular, even when a negative pressure is applied, a sufficient change in the resistance value can be obtained, and the measurement accuracy for the negative pressure can be improved. Note that the pressure sensor 1 of the first embodiment can increase the amount of change in the resistance value with respect to a change in pressure, as compared with the pressure sensor 1 of the second embodiment.

なお、本実施形態の圧力センサ1は、第一の実施形態或いは第二の実施形態の構造に限定されるものではなく、上記した<感圧層>、<基布>及び<粒子状空隙部>の各記載に基づいて種々変更することが可能である。   In addition, the pressure sensor 1 of this embodiment is not limited to the structure of the first embodiment or the second embodiment, but includes the above-described <pressure-sensitive layer>, <base fabric>, and <particulate void portion. It is possible to make various changes based on each description in the above.

<圧力センサの製造方法>
本実施形態の圧力センサの製造方法では、例えば、液状の導電ゴムを生成し、このとき、溶液中に、所定量の中空粒子10を含有する。そして、中空粒子10を含む液状の導電ゴムを用いて感圧層4を形成する。感圧層4は、型成形や、基布7の表面に、液状の導電ゴムを塗布することで得ることができる。型成形では、導電ゴムが単層構造となる感圧層4を形成することができる。あるいは、型を用いず、基材上に、液状の導電ゴムを塗布し、所定の加熱処理後、基材を除去しても、導電ゴムが単層構造となる感圧層4を形成することができる。また、基布7に導電ゴムを塗布することで、基布7の片面、或いは両面に感圧層4を形成することができる。なお、液状の導電ゴムを構成する溶剤としては、原料ゴムの種類などによっても異なるが、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等である。
<Method of manufacturing pressure sensor>
In the method of manufacturing the pressure sensor according to the present embodiment, for example, a liquid conductive rubber is generated, and at this time, a predetermined amount of the hollow particles 10 is contained in the solution. Then, the pressure-sensitive layer 4 is formed using a liquid conductive rubber containing the hollow particles 10. The pressure-sensitive layer 4 can be obtained by molding or applying a liquid conductive rubber to the surface of the base cloth 7. In the molding, the pressure-sensitive layer 4 in which the conductive rubber has a single-layer structure can be formed. Alternatively, a pressure-sensitive layer 4 in which the conductive rubber has a single-layer structure even if the conductive rubber is applied to the base material without using a mold, and after a predetermined heat treatment, the base material is removed. Can be. The pressure-sensitive layer 4 can be formed on one side or both sides of the base cloth 7 by applying conductive rubber to the base cloth 7. Note that the solvent constituting the liquid conductive rubber varies depending on the type of the raw rubber and the like, but includes toluene, methyl ethyl ketone, ethyl acetate and the like.

また、液状の導電ゴムを基布7に塗布する方法としては、ダイコーターやコンマコーター、グラビアコーター、ロールコーター等の塗工機を用いる方法や、オフセット印刷、スプレー塗工、刷毛塗、浸漬等の方法が提示できる。所定の厚みを得る観点から、塗工機での成膜が好ましい。   Examples of the method of applying the liquid conductive rubber to the base cloth 7 include a method using a coating machine such as a die coater, a comma coater, a gravure coater, a roll coater, offset printing, spray coating, brush coating, dipping, and the like. Can be presented. From the viewpoint of obtaining a predetermined thickness, film formation using a coating machine is preferable.

また、導電ゴムを加硫処理することが好ましい。加硫方法としては、プレス加硫や、加硫缶による加硫などを例示できる。加硫の際の加熱処理により、中空粒子10の殻部10aの一部或いは全てが消失することがある。   Further, it is preferable to vulcanize the conductive rubber. Examples of the vulcanization method include press vulcanization and vulcanization using a vulcanizer. Some or all of the shell 10a of the hollow particles 10 may be lost due to the heat treatment at the time of vulcanization.

また、まずは中空粒子10を、液状の導電ゴムに含有せずに、液状の導電ゴムを基布7等に塗布し、その後、プレスしながら、中空粒子10を導電ゴム中に押し込む方法を採用することも可能である。ただし、後から、中空粒子10を導電ゴムに内在させる方法であると、中空粒子10が、導電ゴムの内部にまで適切に入り込まず、負圧に対する計測精度が低下する恐れがある。そのため、初めから中空粒子10を導電ゴム中に含有しておき、中空粒子10を含む導電ゴムを基布7等に塗布することが好適である。   In addition, first, the hollow particles 10 are not contained in the liquid conductive rubber, and the liquid conductive rubber is applied to the base cloth 7 or the like, and then the hollow particles 10 are pressed into the conductive rubber while being pressed. It is also possible. However, if the hollow particles 10 are included in the conductive rubber later, the hollow particles 10 may not properly enter the inside of the conductive rubber, and the measurement accuracy with respect to the negative pressure may be reduced. Therefore, it is preferable that the hollow particles 10 are contained in the conductive rubber from the beginning, and the conductive rubber including the hollow particles 10 is applied to the base cloth 7 or the like.

本実施形態では、中空粒子10を使用せず、例えば、液状の導電ゴムを撹拌したときに生成される気泡(マイクロバブル)を、そのまま感圧層4内に閉じ込めるように、液状の導電ゴムを塗布してもよい。ただし、気泡の大きさがばらついたり、また、導電ゴム中における気泡の分散性が低下する恐れもあるため、中空粒子10を液状の導電ゴム内に含有させることが好適である。   In the present embodiment, without using the hollow particles 10, for example, a liquid conductive rubber is formed so that bubbles (microbubbles) generated when the liquid conductive rubber is agitated are confined in the pressure-sensitive layer 4. It may be applied. However, it is preferable that the hollow particles 10 be contained in the liquid conductive rubber because the size of the bubbles may vary and the dispersibility of the bubbles in the conductive rubber may be reduced.

また、本実施形態では、感圧層4の材質としては導電ゴムに限定されるものではないが、特に、負圧に対する計測精度を向上させるには、導電ゴムを用いることが好ましい。
本実施形態のシート状の圧力センサは、水圧計、気圧計、差圧計等、特に、負圧の計測が必要な用途に好ましく適用できる。
Further, in the present embodiment, the material of the pressure-sensitive layer 4 is not limited to the conductive rubber, but in particular, it is preferable to use the conductive rubber in order to improve the measurement accuracy with respect to the negative pressure.
The sheet-shaped pressure sensor according to the present embodiment can be preferably applied to a water pressure gauge, a barometer, a differential pressure gauge, and the like, particularly to an application that requires measurement of a negative pressure.

また、本実施形態の圧力センサ1は、湾曲させて使用することもできる。   Further, the pressure sensor 1 of the present embodiment can be used by being curved.

以下、実施例により本実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to examples. Note that the present embodiment is not limited to the following examples.

[実施例1]
基布に、中空粒子を含む液状の導電ゴムを塗布した。使用した中空粒子は、中空アクリロニトリル粒子であった。中空粒子の空隙部分の平均径は、約70μmであった。導電ゴムの塗布後、厚みが約0.3mmとなるように基布を含むゴムシートを形成した。
[Example 1]
A liquid conductive rubber containing hollow particles was applied to the base fabric. The hollow particles used were hollow acrylonitrile particles. The average diameter of the void portions of the hollow particles was about 70 μm. After the application of the conductive rubber, a rubber sheet including a base cloth was formed so as to have a thickness of about 0.3 mm.

[実施例2]
中空粒子を含む液状の導電ゴムを、卓上コーターを用いて塗布し、ゴムシートを形成した。このゴムシートには、実施例1と異なって基布は含まれていない。なお、中空粒子の径、含有量、及び熱処理温度に関しては、実施例1と同じにした。また、実施例2のゴムシートの厚みは、約0.2mmであった。
[Example 2]
A liquid conductive rubber containing hollow particles was applied using a desktop coater to form a rubber sheet. Unlike the first embodiment, the rubber sheet does not include a base cloth. The diameter, content, and heat treatment temperature of the hollow particles were the same as those in Example 1. Further, the thickness of the rubber sheet of Example 2 was about 0.2 mm.

<SEM写真>
図5は、実施例1のゴムシートのSEM写真、図6は、実施例2のゴムシートのSEM写真である。これらのSEM写真は、ゴムシートを厚み方向に切断した断面を示している。
<SEM photo>
FIG. 5 is an SEM photograph of the rubber sheet of Example 1, and FIG. 6 is an SEM photograph of the rubber sheet of Example 2. These SEM photographs show cross sections of the rubber sheet cut in the thickness direction.

図5及び図6に示す四角で囲った領域が、ゴムシートを示している。図5に示す実施例1のゴムシートでは、基布と、基布の表裏面に接する導電ゴム(感圧層)と、を備え、導電ゴム中に複数の粒子状空隙部が設けられていることを確認できた。また、図6に示す実施例2のゴムシート(基布なし)では、単層の導電ゴム中に、複数の粒子状空隙部が設けられていることを確認できた。なお、中空粒子の殻部の存在も確認できた。また、図5及び図6に示すように、各実施例では、複数の粒子状空隙部が、ゴムシートの長さ方向に沿って、分散していることを確認できた。   A region surrounded by a square shown in FIGS. 5 and 6 indicates a rubber sheet. The rubber sheet of Example 1 shown in FIG. 5 includes a base cloth and a conductive rubber (pressure-sensitive layer) in contact with the front and back surfaces of the base cloth, and a plurality of particulate void portions are provided in the conductive rubber. I was able to confirm that. In the rubber sheet of Example 2 (without base cloth) shown in FIG. 6, it was confirmed that a plurality of particulate voids were provided in a single layer of conductive rubber. The existence of the shell of the hollow particles was also confirmed. Further, as shown in FIGS. 5 and 6, in each example, it was confirmed that a plurality of particulate voids were dispersed along the length direction of the rubber sheet.

図5、図6のSEM写真に現れる各粒子状空隙部の径は異なっているように見えるが、これは各中空粒子の切断位置が異なることによるためであり、上記したように、ゴムシートに含まれる各中空粒子の径は約100μmとされている。   The diameters of the respective particle voids appearing in the SEM photographs of FIGS. 5 and 6 seem to be different, but this is due to the fact that the cutting positions of the respective hollow particles are different. The diameter of each contained hollow particle is about 100 μm.

<圧力と抵抗値との実験>
実験では、各サンプルの圧力センサに対し、0kPaから−40kPaの範囲の圧力を印加し、その際の抵抗値を測定した。
<Experiment with pressure and resistance>
In the experiment, a pressure in the range of 0 kPa to -40 kPa was applied to the pressure sensor of each sample, and the resistance value at that time was measured.

実験では、テスター「PC5000a」(三和電気計器株式会社)に接続されたゴムシートを、真空オーブン「ADP300」(ヤマト科学株式会社製)内に配置したステンレス平板上に粘着剤で固定し、0〜−40kPaを加えた際の抵抗値変化を測定した。   In the experiment, a rubber sheet connected to a tester “PC5000a” (Sanwa Keiki Co., Ltd.) was fixed with an adhesive on a stainless steel plate placed in a vacuum oven “ADP300” (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). The change in resistance value when 〜−40 kPa was applied was measured.

実験では、上記した実施例1及び実施例2のみならず、以下の比較例に対しても行った。   The experiment was performed not only for the above-described Examples 1 and 2, but also for the following comparative examples.

[比較例]
実施例1及び実施例2で使用した液状の導電ゴムを、基布に塗布した。ただし、導電ゴムには中空粒子は含まれていない。なお、熱処理温度に関しては、実施例1と同じとした。比較例のゴムシートの厚みは、0.2mmであった。
[Comparative example]
The liquid conductive rubber used in Examples 1 and 2 was applied to the base cloth. However, the conductive rubber does not include hollow particles. The heat treatment temperature was the same as in Example 1. The thickness of the rubber sheet of the comparative example was 0.2 mm.

図7に示すように、実施例1及び実施例2では、負圧の印加の際、抵抗値が変化した。このため、実施例1及び実施例2の圧力センサを用いることで、負圧の計測が可能であることがわかった。   As shown in FIG. 7, in Example 1 and Example 2, the resistance value changed when a negative pressure was applied. For this reason, it turned out that measurement of a negative pressure is possible by using the pressure sensor of Example 1 and Example 2.

一方、比較例の場合、負圧を印加しても、抵抗値がほとんど変化していないことがわかった。このため、比較例の圧力センサでは、負圧を計測することができなかった。   On the other hand, in the case of the comparative example, it was found that the resistance value hardly changed even when the negative pressure was applied. For this reason, the pressure sensor of the comparative example could not measure the negative pressure.

図7に示すように、−40kPaから0kPaの範囲内の圧力に対し、実施例1及び実施例2では、抵抗値変化が略線形性を有しており、良好な計測精度を得ることができるとわかった。   As shown in FIG. 7, in Example 1 and Example 2, the resistance value change has substantially linearity with respect to a pressure in the range of −40 kPa to 0 kPa, and good measurement accuracy can be obtained. I understood.

図7に示すように、基布を有する実施例1のほうが、基布を有さない実施例2に比べて、圧力変化に対する抵抗値の変化量が大きいことがわかった。   As shown in FIG. 7, it was found that Example 1 having the base cloth had a larger amount of change in resistance value with respect to pressure change than Example 2 having no base cloth.

本発明の圧力センサによれば、負圧の計測が可能である。したがって、水圧計、気圧計、差圧計等、負圧の計測が必要な用途に好ましく適用できる。   According to the pressure sensor of the present invention, a negative pressure can be measured. Therefore, it can be preferably applied to applications that require measurement of negative pressure, such as a water pressure gauge, a barometer, and a differential pressure gauge.

1 圧力センサ
2 計測部
4 感圧層
5 電極層
6、6a 粒子状空隙部
7 基布
8、9 繊維束
10 中空粒子
11 空隙部分
REFERENCE SIGNS LIST 1 pressure sensor 2 measuring section 4 pressure-sensitive layer 5 electrode layer 6, 6 a particulate void 7 base fabric 8, 9 fiber bundle 10 hollow particle 11 void

Claims (4)

感圧層と、
前記感圧層内に設けられた複数の粒子状空隙部と、
を有することを特徴とする圧力センサ。
Pressure sensitive layer,
A plurality of particulate voids provided in the pressure-sensitive layer,
A pressure sensor comprising:
前記感圧層は、導電ゴムを有して構成されることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure-sensitive layer includes a conductive rubber. 前記感圧層内に、中空粒子を含み、
前記粒子状空隙部は、前記中空粒子の空隙部分で形成されることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
In the pressure-sensitive layer, including hollow particles,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the particulate void portion is formed by a void portion of the hollow particle.
更に、基布を含み、
前記感圧層を、前記基布に塗布してなることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の圧力センサ。

In addition, including the base fabric,
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure-sensitive layer is applied to the base cloth.

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