JP3499877B2 - 力検出インク - Google Patents
力検出インクInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01C10/00—Adjustable resistors
- H01C10/10—Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
少し前から種々の技術を用いて一対の合せ面間に付与
した力を表示する力センサーが製造されている。これら
の技術には、加荷重に応答し、かつ導体及び関連回路部
材を適切に設けた場合に、加荷重の表示を容易にする表
面間に配置された半導体の薄層を利用するものが含まれ
ていた。
した力を表示する力センサーが製造されている。これら
の技術には、加荷重に応答し、かつ導体及び関連回路部
材を適切に設けた場合に、加荷重の表示を容易にする表
面間に配置された半導体の薄層を利用するものが含まれ
ていた。
それらの特徴のあるものを使用する製品の初期の変型
には、米国特許第3,806,471号及び4,489,302号に開示さ
れているものがある。そのような製品に共通する特徴
は、加荷重によって応力を加えた場合に、導電率を増大
する一体の半導体を使用していることである。次に、加
荷重の関数として増大する傾向にある導電率のそのよう
な増大を利用して、ある範囲内で加荷重の関数として変
化する可測出力を得ることができる。半導体を使用する
これらの原理に基づく力検出装置は、米国特許第4,856,
993号にさらに示されている。
には、米国特許第3,806,471号及び4,489,302号に開示さ
れているものがある。そのような製品に共通する特徴
は、加荷重によって応力を加えた場合に、導電率を増大
する一体の半導体を使用していることである。次に、加
荷重の関数として増大する傾向にある導電率のそのよう
な増大を利用して、ある範囲内で加荷重の関数として変
化する可測出力を得ることができる。半導体を使用する
これらの原理に基づく力検出装置は、米国特許第4,856,
993号にさらに示されている。
代表的に、力センサーに使用される半導体層は、有効
であるのに十分に導電性であるために一定の特性を有し
ていなければならない。すなわち、そのような層は、荷
重を受けて伝導を可能とするのに十分に密である導電域
を有していなければならない。荷重を受けて導電域は、
互いに接触するか、又はそれらの距離が、電子が一方の
導電域から他方に流れることができるように狭くあらね
ばならない。導電域の濃度は、層を通る導電路を設ける
のに十分な程度に高くなくてはならない。層の導電率
は、荷重を受けたときに十分高くなるようにし、信頼で
きる、ばらつきのない範囲の異なる抵抗（又は電導度）
を与え、一定の範囲の加荷重を識別できるようにする。
代表的に、荷重を加えることによって層の容量が増大さ
れ、電子伝達が可能となる。さらに、導電率の変化は、
層及びその層を設けた面が、荷重を加えるにつれて変化
される層の特性を回復することを可能とする程度に可逆
性であるべきである。感圧荷重応答特性は、層の表面又
はその内部、又は両方が有し得る。
であるのに十分に導電性であるために一定の特性を有し
ていなければならない。すなわち、そのような層は、荷
重を受けて伝導を可能とするのに十分に密である導電域
を有していなければならない。荷重を受けて導電域は、
互いに接触するか、又はそれらの距離が、電子が一方の
導電域から他方に流れることができるように狭くあらね
ばならない。導電域の濃度は、層を通る導電路を設ける
のに十分な程度に高くなくてはならない。層の導電率
は、荷重を受けたときに十分高くなるようにし、信頼で
きる、ばらつきのない範囲の異なる抵抗（又は電導度）
を与え、一定の範囲の加荷重を識別できるようにする。
代表的に、荷重を加えることによって層の容量が増大さ
れ、電子伝達が可能となる。さらに、導電率の変化は、
層及びその層を設けた面が、荷重を加えるにつれて変化
される層の特性を回復することを可能とする程度に可逆
性であるべきである。感圧荷重応答特性は、層の表面又
はその内部、又は両方が有し得る。
種々の真性半導体を使用して、この種の力センサーが
提供された。そのような物質には、特に粒状二硫化モリ
ブデン、及び酸化第一及び第二鉄がある。そのような物
質は、上に述べた特許並びに米国特許第5,296,837号に
開示されている。
提供された。そのような物質には、特に粒状二硫化モリ
ブデン、及び酸化第一及び第二鉄がある。そのような物
質は、上に述べた特許並びに米国特許第5,296,837号に
開示されている。
半導体系を使用して力検出変換器を製造すること以外
に、米国特許第5,302,936号の開示によって例示される
ように、粒状導体を使用しても、力検出変換器が製造さ
れた。この特許及び米国特許第5,296,837号は、共に力
検出インク中の導体として炭素を使用することを開示し
ている。後者の特許は、半導体として酸化第一スズを炭
素と併用している。
に、米国特許第5,302,936号の開示によって例示される
ように、粒状導体を使用しても、力検出変換器が製造さ
れた。この特許及び米国特許第5,296,837号は、共に力
検出インク中の導体として炭素を使用することを開示し
ている。後者の特許は、半導体として酸化第一スズを炭
素と併用している。
より最近になって、上記従来技術に示されるように、
半導体感圧変換器が、吹き付けによって又はスクリーン
印刷によって付着される「インク」状のように半導体を
付着させて、一対の電極間に一層又は複数の薄層を形成
することによって製造された。代表的に、電極は、薄い
可撓性のプラスチックシート上に配置され、印加電流の
流れを検出、測定することができる遠隔領域に至るリー
ド線を有している。そのような検出器において、電極及
び乾燥インク残分は、力変換器として作用し、また所定
の荷重に対応する可変抵抗（又は電導度）を与えるサン
ドイッチ構造を形成している。
半導体感圧変換器が、吹き付けによって又はスクリーン
印刷によって付着される「インク」状のように半導体を
付着させて、一対の電極間に一層又は複数の薄層を形成
することによって製造された。代表的に、電極は、薄い
可撓性のプラスチックシート上に配置され、印加電流の
流れを検出、測定することができる遠隔領域に至るリー
ド線を有している。そのような検出器において、電極及
び乾燥インク残分は、力変換器として作用し、また所定
の荷重に対応する可変抵抗（又は電導度）を与えるサン
ドイッチ構造を形成している。
従来技術は、半導体粒子と導体粒子とのブレンドを使
用して、可変導電、力変換器を提供することも教示して
いる。特に、従来技術は、黒鉛又は微細導電性炭素（ア
セチレンブラック等）とブレンドした半導体としての二
硫化モリブデンを使用することを教示している。これら
の物質に基づくインクの導電率は、しばしば高導電性イ
ンクを低導電性インクとブレンドすることによって、導
体粒子及び半導体粒子の濃度又は比率によって変えるこ
とができる。付着物の乾燥層が付着する基体にこれらの
インク中の粒子を結合させるためによく使用されるバイ
ンダーは、ポリエステルである。乾燥層の抵抗は荷重に
よって変化することから、これらのインクは、感圧性又
は感力性と称される。
用して、可変導電、力変換器を提供することも教示して
いる。特に、従来技術は、黒鉛又は微細導電性炭素（ア
セチレンブラック等）とブレンドした半導体としての二
硫化モリブデンを使用することを教示している。これら
の物質に基づくインクの導電率は、しばしば高導電性イ
ンクを低導電性インクとブレンドすることによって、導
体粒子及び半導体粒子の濃度又は比率によって変えるこ
とができる。付着物の乾燥層が付着する基体にこれらの
インク中の粒子を結合させるためによく使用されるバイ
ンダーは、ポリエステルである。乾燥層の抵抗は荷重に
よって変化することから、これらのインクは、感圧性又
は感力性と称される。
これらの従来技術のインクは、多くの欠点を有してい
る。例えば、ポリエステルバインダー等の従来のバイン
ダーは、約120からわずか約150゜Fまでの範囲に有効適
用温度が制限される。その温度範囲より高いと、半導体
層に直面しているバインダーが、互いに結合する傾向に
ある。さらに、抵抗インク中の顔料として使用する場合
の導電性カーボンブラックは、均一に分散することが困
難であり、分散後に凝集する傾向にある。さらに、その
表面反応性及び吸着特性が、操作変数及び熱履歴に顕著
に依存する。さらに、乾燥インク膜中の微小黒鉛板状体
の配向は、検出器同士で再現することが困難である。こ
れらのファクターが、そのようなインクの導電率に大き
なばらつきを与え、よって製品内で及び製品同士で容認
しえない望ましくない変化を生じる。
る。例えば、ポリエステルバインダー等の従来のバイン
ダーは、約120からわずか約150゜Fまでの範囲に有効適
用温度が制限される。その温度範囲より高いと、半導体
層に直面しているバインダーが、互いに結合する傾向に
ある。さらに、抵抗インク中の顔料として使用する場合
の導電性カーボンブラックは、均一に分散することが困
難であり、分散後に凝集する傾向にある。さらに、その
表面反応性及び吸着特性が、操作変数及び熱履歴に顕著
に依存する。さらに、乾燥インク膜中の微小黒鉛板状体
の配向は、検出器同士で再現することが困難である。こ
れらのファクターが、そのようなインクの導電率に大き
なばらつきを与え、よって製品内で及び製品同士で容認
しえない望ましくない変化を生じる。
二硫化モリブデンは、温度が上昇するにつれてより導
電性になるので、二硫化モリブデン及び導電性カーボン
ブラックを使用して導電路を設けるためには、それらの
比率又は濃度を変え、使用される温度条件に応じてイン
クの導電率を調節する必要がある。二硫化モリブデンが
温度変化に敏感であるために、二硫化モリブデンの濃度
だけを用いて導電率を調節する場合、温度補正が困難で
ある。
電性になるので、二硫化モリブデン及び導電性カーボン
ブラックを使用して導電路を設けるためには、それらの
比率又は濃度を変え、使用される温度条件に応じてイン
クの導電率を調節する必要がある。二硫化モリブデンが
温度変化に敏感であるために、二硫化モリブデンの濃度
だけを用いて導電率を調節する場合、温度補正が困難で
ある。
十分な感度及び再現性を有し、信頼できるばらつきの
ない加荷重の表示を与え、改良された力に対する感度、
信頼性及び再現性を示し、現在の力センサーが用いられ
る温度だけでなく、高温領域、例えば、少なくとも120
゜Fから150゜Fさらには約350゜F程度の温度でも有効に
機能する更なる能力を備えた力変換器の提供が望まれて
いる。
ない加荷重の表示を与え、改良された力に対する感度、
信頼性及び再現性を示し、現在の力センサーが用いられ
る温度だけでなく、高温領域、例えば、少なくとも120
゜Fから150゜Fさらには約350゜F程度の温度でも有効に
機能する更なる能力を備えた力変換器の提供が望まれて
いる。
発明の概要
本発明によれば、改良された耐熱性の炭素を含まない
力検出インク、それらを製造する方法及びその結果得ら
れる力センサーが提供される。本発明の耐熱性の炭素を
含まない力検出インクは、一対の導体間に薄層として付
着させて適用される。各導体は、基体表面に配置され、
薄層は、そこに加えられる力の関数として変化する抵抗
を有し、また薄層は、150〜350゜Fの温度で力検出用途
に使用できる。このインクは、耐熱性バインダー、真性
半導体粒子及び導体粒子を含んでいる。導体粒子は、２
の酸素価に基づく化学量論から逸脱する導電性金属酸化
物化合物を含むのが好ましい。導電性酸化物粒子は、導
電性酸化スズ粒子、Fe3O4酸化鉄粒子又はそれらの混合
物であるのが好ましい。
力検出インク、それらを製造する方法及びその結果得ら
れる力センサーが提供される。本発明の耐熱性の炭素を
含まない力検出インクは、一対の導体間に薄層として付
着させて適用される。各導体は、基体表面に配置され、
薄層は、そこに加えられる力の関数として変化する抵抗
を有し、また薄層は、150〜350゜Fの温度で力検出用途
に使用できる。このインクは、耐熱性バインダー、真性
半導体粒子及び導体粒子を含んでいる。導体粒子は、２
の酸素価に基づく化学量論から逸脱する導電性金属酸化
物化合物を含むのが好ましい。導電性酸化物粒子は、導
電性酸化スズ粒子、Fe3O4酸化鉄粒子又はそれらの混合
物であるのが好ましい。
力検出インクは、10ミクロン以下の粒径を有するシリ
カ等の誘電体粒子を含みうる。半導体粒子は、二硫化モ
リブデン粒子であるのが好ましい。インク中のこの粒子
は、10ミクロン以下（最も好ましくは、平均粒径でわず
か約１ミクロン）の粒径のものであるのが望ましい。ま
た、耐熱性バインダーは、熱可塑性ポリイミド樹脂であ
る。好ましい形態において、導体粒子及び半導体粒子
は、薄層として付着させた時の乾燥インクの少なくとも
20容量％から80容量％の濃度で存在し、そしてバインダ
ーは、20容量％から80容量％の量で存在する。
カ等の誘電体粒子を含みうる。半導体粒子は、二硫化モ
リブデン粒子であるのが好ましい。インク中のこの粒子
は、10ミクロン以下（最も好ましくは、平均粒径でわず
か約１ミクロン）の粒径のものであるのが望ましい。ま
た、耐熱性バインダーは、熱可塑性ポリイミド樹脂であ
る。好ましい形態において、導体粒子及び半導体粒子
は、薄層として付着させた時の乾燥インクの少なくとも
20容量％から80容量％の濃度で存在し、そしてバインダ
ーは、20容量％から80容量％の量で存在する。
本発明の他の態様において、炭素を含まない感圧力検
出インク層の温度及び圧力応答性を調整する方法が提供
される。この方法は、15〜65容量部の半導体粒子対55〜
５容量部の導体粒子の比率で真性半導体粒子及び導体粒
子を含み、残りが耐熱性バインダーである第一の混合物
を用意し、15〜65容量部の半導体粒子対55〜５容量部の
誘電体粒子の比率で真性半導体粒子及び誘電体粒子を含
み、残りが耐熱性バインダーである第二の混合物を用意
し、それぞれ同容量の半導体粒子を有する量の第一及び
第二の混合物を混合して、４〜96％の第一の混合物対96
〜４％の第二の混合物の比率の力検出粒子を製造して、
付着用インクを提供し、かつ力センサーに使用する工程
を含む。
出インク層の温度及び圧力応答性を調整する方法が提供
される。この方法は、15〜65容量部の半導体粒子対55〜
５容量部の導体粒子の比率で真性半導体粒子及び導体粒
子を含み、残りが耐熱性バインダーである第一の混合物
を用意し、15〜65容量部の半導体粒子対55〜５容量部の
誘電体粒子の比率で真性半導体粒子及び誘電体粒子を含
み、残りが耐熱性バインダーである第二の混合物を用意
し、それぞれ同容量の半導体粒子を有する量の第一及び
第二の混合物を混合して、４〜96％の第一の混合物対96
〜４％の第二の混合物の比率の力検出粒子を製造して、
付着用インクを提供し、かつ力センサーに使用する工程
を含む。
半導体粒子は、二硫化モリブデン粒子であり、また半
導体及び導体粒子は、1.0ミクロン以下の平均粒径のも
のであるのが好ましい。バインダーは、熱可塑性ポリイ
ミドバインダーであり、また導体粒子及び半導体粒子
は、薄層として付着させた場合の乾燥インクの20容量％
以上、80容量％未満の量で存在するのが望ましい。最も
好ましい形態において、バインダーは、20〜80容量％の
量で存在し、また導体粒子及び半導体粒子は、80〜20容
量％の量で存在する。
導体及び導体粒子は、1.0ミクロン以下の平均粒径のも
のであるのが好ましい。バインダーは、熱可塑性ポリイ
ミドバインダーであり、また導体粒子及び半導体粒子
は、薄層として付着させた場合の乾燥インクの20容量％
以上、80容量％未満の量で存在するのが望ましい。最も
好ましい形態において、バインダーは、20〜80容量％の
量で存在し、また導体粒子及び半導体粒子は、80〜20容
量％の量で存在する。
本発明によって得られる感圧力センサーは、薄い可撓
性フィルム、フィルム上の第一の電極、電極上に付着さ
せた炭素を含まない感圧抵抗材料（この材料は、耐熱性
バインダー、真性半導体粒子及び最も好ましい形態にお
いて、導電性酸化スズ、Fe3O4第二酸化鉄又はそれらの
混合物からなる導体粒子から成り、導体粒子及び半導体
粒子が抵抗材料の20〜80容量％の量で存在する）、及び
抵抗材料を電極間に挟み、加荷重の関数としてそこを通
る電流の流れを変えるように感圧抵抗材料によって第一
の電極から間を置いて設けられた第二の電極を含む。
性フィルム、フィルム上の第一の電極、電極上に付着さ
せた炭素を含まない感圧抵抗材料（この材料は、耐熱性
バインダー、真性半導体粒子及び最も好ましい形態にお
いて、導電性酸化スズ、Fe3O4第二酸化鉄又はそれらの
混合物からなる導体粒子から成り、導体粒子及び半導体
粒子が抵抗材料の20〜80容量％の量で存在する）、及び
抵抗材料を電極間に挟み、加荷重の関数としてそこを通
る電流の流れを変えるように感圧抵抗材料によって第一
の電極から間を置いて設けられた第二の電極を含む。
抵抗材料は、さらに誘電体粒子を含有し、半導体粒子
は、二硫化モリブデンであり、そして半導体及び導体粒
子は、1.0ミクロン以下の平均粒径のものであるのが望
ましい。バインダーは、熱可塑性ポリイミドバインダー
であるのが好ましい。最も好ましい形態において、薄層
として付着させた場合に、バインダーは、20〜80容量％
の量で存在し、また導体粒子及び半導体粒子は、80〜20
容量％の量で存在する。
は、二硫化モリブデンであり、そして半導体及び導体粒
子は、1.0ミクロン以下の平均粒径のものであるのが望
ましい。バインダーは、熱可塑性ポリイミドバインダー
であるのが好ましい。最も好ましい形態において、薄層
として付着させた場合に、バインダーは、20〜80容量％
の量で存在し、また導体粒子及び半導体粒子は、80〜20
容量％の量で存在する。
本発明のさらなる目的、特徴及び効果は、以下の説明
及び図面から明らかになる。
及び図面から明らかになる。
図面の簡単な説明
図１は、本発明の検出器を提供するために組み立てる
ことができる一対の検出器要素の平面図であり； 図２は、図１の要素から組み立てた検出器の平面図で
あり； 図３は、本発明に従って製造した力センサーの荷重検
出特性を示すグラフであり；及び 図４は、本発明に従って製造したさらに別の力センサ
ーの荷重検出特性を示すグラフである。
ことができる一対の検出器要素の平面図であり； 図２は、図１の要素から組み立てた検出器の平面図で
あり； 図３は、本発明に従って製造した力センサーの荷重検
出特性を示すグラフであり；及び 図４は、本発明に従って製造したさらに別の力センサ
ーの荷重検出特性を示すグラフである。
詳細な説明
本発明によれば、付着させた場合に、通常の温度並び
に約120゜F〜150゜Fから350゜Fまでの温度で安定であり
かつ使用することができ、また繰返し加重又は長期高温
及び荷重暴露後でさえ、350゜Fで10,000psiと大きな力
に対する反応を確実に再現する真性半導体層を製造する
インクが提供される。
に約120゜F〜150゜Fから350゜Fまでの温度で安定であり
かつ使用することができ、また繰返し加重又は長期高温
及び荷重暴露後でさえ、350゜Fで10,000psiと大きな力
に対する反応を確実に再現する真性半導体層を製造する
インクが提供される。
本発明のインクを使用する耐熱性力センサーを図１及
び図２に示す。図示されるように、ボタン検出器10は、
透明でありうる一対の薄い可撓性フィルム20、40を含ん
でいる。フィルム20、40は、別のものでも、また検出器
10を製造するためにサンドイッチ配列に折曲げて使用さ
れる同一のシートであってもよい。ポリエステル又はポ
リイミドフィルムが好ましい。そのようなフィルムとし
て、ICIポリエステルフィルムやデュポン・カプトン（D
u Pont Kapton）ポリイミドフィルムを用いることがで
きる。ICIポリエステルフィルムは、デラウェア州1989
7、ウィルミントン、ニューマーフィーロード、コンコ
ードパイクのアイシーアイ・アメリカズInc.から入手す
ることができる。フィルム20、40には、導線24、44及び
コンタクト28、48にそれぞれ電気接続される電極22、42
をそれぞれ設ける。電極、導線及びコンタクトは、例え
ば、公知のように導電性銀インクをスクリーン印刷する
ことによって、または、例えば2400オングストロームの
全厚さにニッケルの保護膜を有する銅層をスパッタ被覆
することによって付着させることができる。導線は、使
用に際し検出器10を通る電流の流れを決定するように当
業界に知られた方法で電気回路に接続するものである。
電極は、いかなる所望の形状でもよい。この場合、それ
らは丸い形として示されている。各電極は、0.5インチ
の直径を有している。
び図２に示す。図示されるように、ボタン検出器10は、
透明でありうる一対の薄い可撓性フィルム20、40を含ん
でいる。フィルム20、40は、別のものでも、また検出器
10を製造するためにサンドイッチ配列に折曲げて使用さ
れる同一のシートであってもよい。ポリエステル又はポ
リイミドフィルムが好ましい。そのようなフィルムとし
て、ICIポリエステルフィルムやデュポン・カプトン（D
u Pont Kapton）ポリイミドフィルムを用いることがで
きる。ICIポリエステルフィルムは、デラウェア州1989
7、ウィルミントン、ニューマーフィーロード、コンコ
ードパイクのアイシーアイ・アメリカズInc.から入手す
ることができる。フィルム20、40には、導線24、44及び
コンタクト28、48にそれぞれ電気接続される電極22、42
をそれぞれ設ける。電極、導線及びコンタクトは、例え
ば、公知のように導電性銀インクをスクリーン印刷する
ことによって、または、例えば2400オングストロームの
全厚さにニッケルの保護膜を有する銅層をスパッタ被覆
することによって付着させることができる。導線は、使
用に際し検出器10を通る電流の流れを決定するように当
業界に知られた方法で電気回路に接続するものである。
電極は、いかなる所望の形状でもよい。この場合、それ
らは丸い形として示されている。各電極は、0.5インチ
の直径を有している。
各電極は、そこに付着させたインクの乾燥残分である
9/16インチの直径の炭素を含まない感圧抵抗材料の層2
6、46で覆われている。そのようなインクは、スクリー
ン印刷、吹き付け又は他の公知の塗布技術によって付着
させることができる。好ましい形態において、その材料
は、耐熱性バインダー、二硫化モリブデン、又は酸化第
一又は第二鉄粒子等の半導体粒子、及び酸化第二スズと
酸化アンチモンとの反応生成物、Fe3O4酸化鉄又はそれ
らの混合物等の化学量論から逸脱した導電性金属酸化物
化合物からなる導体粒子を含む。層は、電極の面積より
わずかに大きい直径で電極22、42のそれぞれの上に形成
されているのが好ましい。その結果、検出器のサンドイ
ッチ体をフィルム20、40から形成する場合に、互いに接
触して感圧抵抗材料の２枚の薄層が存在し、その層が、
電極を全体的に覆うことによって、所望の接触面積が検
出器同士で確実に同一になる。
9/16インチの直径の炭素を含まない感圧抵抗材料の層2
6、46で覆われている。そのようなインクは、スクリー
ン印刷、吹き付け又は他の公知の塗布技術によって付着
させることができる。好ましい形態において、その材料
は、耐熱性バインダー、二硫化モリブデン、又は酸化第
一又は第二鉄粒子等の半導体粒子、及び酸化第二スズと
酸化アンチモンとの反応生成物、Fe3O4酸化鉄又はそれ
らの混合物等の化学量論から逸脱した導電性金属酸化物
化合物からなる導体粒子を含む。層は、電極の面積より
わずかに大きい直径で電極22、42のそれぞれの上に形成
されているのが好ましい。その結果、検出器のサンドイ
ッチ体をフィルム20、40から形成する場合に、互いに接
触して感圧抵抗材料の２枚の薄層が存在し、その層が、
電極を全体的に覆うことによって、所望の接触面積が検
出器同士で確実に同一になる。
好ましい形態において、薄膜検出器10は、検出領域に
おいて約2.5〜約3.5ミルの厚さである。フィルム20、40
は、それぞれ約１ミルの厚さであり、電極22、42は、そ
れぞれ約0.2〜0.3ミルの厚さであり、そして各乾燥抵抗
インク層は、約0.3〜約0.5ミルの厚さである。当業者に
よく知られているように、塗布及び特定の塗布に関連し
た他のファクターに応じて他の厚さの検出器10の要素を
使用することもできる。
おいて約2.5〜約3.5ミルの厚さである。フィルム20、40
は、それぞれ約１ミルの厚さであり、電極22、42は、そ
れぞれ約0.2〜0.3ミルの厚さであり、そして各乾燥抵抗
インク層は、約0.3〜約0.5ミルの厚さである。当業者に
よく知られているように、塗布及び特定の塗布に関連し
た他のファクターに応じて他の厚さの検出器10の要素を
使用することもできる。
本発明を実施する好ましい一形態において、一対の導
体間に薄層として付着させる耐熱性の炭素を含まない力
検出インクを、次の通り製造した。
体間に薄層として付着させる耐熱性の炭素を含まない力
検出インクを、次の通り製造した。
実施例Ｉ
まず、熱可塑性ポリイミド樹脂をアセトフェノンに溶
解させることによってポリイミドの20％溶液を調製し
た。使用した特定のポリイミドは、ニューヨーク州1053
2、ホーソン、スリースカイラインドライブのチバ−ガ
イギーCorp.から入手することができるマトリミド（Mat
rimide）5218であった。マトリミド5218は、５（６）−
アミノ−１−（４′アミノフェニル）−1,3−トリメチ
ルインダンを基剤とした完全にイミド化された可溶性熱
可塑性樹脂である。この溶液30グラムに10.6グラムの二
硫化モリブデン（工業最高銘柄）及び2.6グラムの酸化
第二スズと酸化アンチモンとの反応生成物（導電性酸化
スズと言うこともある）を加えた。使用した反応生成物
は、0.4ミクロンの平均粒径を有しており、ニュージャ
ージー州08822、フレミングトン、ポイントブリーズロ
ード500のマグネシウム・エレクトロンInc.から入手す
ることができる。反応物質は、主成分、即ち90〜99％の
酸化スズ（SnO2として）と少量、即ち１〜10％の酸化ア
ンチモン（Sb2O3として）である。半導体の二硫化モリ
ブデン及び導電性酸化スズ反応生成物粒子は、それぞれ
0.7及び0.4ミクロンの平均粒径を有していた。
解させることによってポリイミドの20％溶液を調製し
た。使用した特定のポリイミドは、ニューヨーク州1053
2、ホーソン、スリースカイラインドライブのチバ−ガ
イギーCorp.から入手することができるマトリミド（Mat
rimide）5218であった。マトリミド5218は、５（６）−
アミノ−１−（４′アミノフェニル）−1,3−トリメチ
ルインダンを基剤とした完全にイミド化された可溶性熱
可塑性樹脂である。この溶液30グラムに10.6グラムの二
硫化モリブデン（工業最高銘柄）及び2.6グラムの酸化
第二スズと酸化アンチモンとの反応生成物（導電性酸化
スズと言うこともある）を加えた。使用した反応生成物
は、0.4ミクロンの平均粒径を有しており、ニュージャ
ージー州08822、フレミングトン、ポイントブリーズロ
ード500のマグネシウム・エレクトロンInc.から入手す
ることができる。反応物質は、主成分、即ち90〜99％の
酸化スズ（SnO2として）と少量、即ち１〜10％の酸化ア
ンチモン（Sb2O3として）である。半導体の二硫化モリ
ブデン及び導電性酸化スズ反応生成物粒子は、それぞれ
0.7及び0.4ミクロンの平均粒径を有していた。
ポリイミド溶液及び添加粒子を高速実験室用ミキサー
で10分間混合した。次に、得られたインクを２個の円形
導体（直径約1/2インチ）それぞれの上に通常のように
スクリーン印刷し、275゜Fで15分間乾燥して、アセトフ
ェノンを完全に追い出した。感圧抵抗材料の２層を通常
のように対向接触させて配置し、そしてこのようにして
形成された検出器を一対の合せ面間に位置させ、荷重下
に置いた。荷重試験の結果を、250゜F及び350゜Fの温度
に関し、表示荷重での抵抗（キロオーム）を示す図３に
示す。
で10分間混合した。次に、得られたインクを２個の円形
導体（直径約1/2インチ）それぞれの上に通常のように
スクリーン印刷し、275゜Fで15分間乾燥して、アセトフ
ェノンを完全に追い出した。感圧抵抗材料の２層を通常
のように対向接触させて配置し、そしてこのようにして
形成された検出器を一対の合せ面間に位置させ、荷重下
に置いた。荷重試験の結果を、250゜F及び350゜Fの温度
に関し、表示荷重での抵抗（キロオーム）を示す図３に
示す。
実施例II
本発明の他の実施例として、マトリミドポリイミド樹
脂の20％溶液を上述のように調整した。この溶液30グラ
ムに、10.6グラムの二硫化モリブデン及び2.6グラムの
導電性酸化鉄（Fe3O4として）を加えた。実施例１に記
載したように混合、付着及び乾燥し、そして半導体層を
配列した後、このようにして形成した検出器を一対の面
間に位置させ、荷重下に置いた。荷重試験の結果を、25
0゜F及び350゜Fの温度に関し、表示荷重での抵抗（キロ
オーム）を示す図４に示す。
脂の20％溶液を上述のように調整した。この溶液30グラ
ムに、10.6グラムの二硫化モリブデン及び2.6グラムの
導電性酸化鉄（Fe3O4として）を加えた。実施例１に記
載したように混合、付着及び乾燥し、そして半導体層を
配列した後、このようにして形成した検出器を一対の面
間に位置させ、荷重下に置いた。荷重試験の結果を、25
0゜F及び350゜Fの温度に関し、表示荷重での抵抗（キロ
オーム）を示す図４に示す。
図３及び図４それぞれからわかるように、250゜F及び
350゜Fの両温度及び200〜3000psiの荷重において、製造
した検出器は、それらの検出器に加えた荷重を十分に識
別する。
350゜Fの両温度及び200〜3000psiの荷重において、製造
した検出器は、それらの検出器に加えた荷重を十分に識
別する。
実施例III
力検出インク用の他の炭素を含まない組成物を本発明
に従って製造した。各組成物は、高温で優れた感圧検出
特性を有していることがわかった。これらの組成物は、
混合物Ａ及びＢの成分を混合することによって得た。各
成分に使用した溶媒は、インクを付着させた後完全に蒸
発するアセトフェノンであった。したがって、これらの
組成物は、乾燥層の組成に基づくものである。
に従って製造した。各組成物は、高温で優れた感圧検出
特性を有していることがわかった。これらの組成物は、
混合物Ａ及びＢの成分を混合することによって得た。各
成分に使用した溶媒は、インクを付着させた後完全に蒸
発するアセトフェノンであった。したがって、これらの
組成物は、乾燥層の組成に基づくものである。
組成物Ａは、次のものから成る：
典型的な混合物Ａは、溶媒として260グラムのアセト
フェノンを使用した。
フェノンを使用した。
組成物Ｂは、次のものから成る：
典型的な混合物Ｂは、溶媒として260グラムのアセト
フェノンを使用した。ミヌシル（Minusil）５は、ウェ
ストバージニア州25111、バークスレイスプリングズ、
私書箱187のユーエス・シリカから入手することができ
る結晶性シリカ（SiO2）である。
フェノンを使用した。ミヌシル（Minusil）５は、ウェ
ストバージニア州25111、バークスレイスプリングズ、
私書箱187のユーエス・シリカから入手することができ
る結晶性シリカ（SiO2）である。
混合物Ａ及び混合物Ｂの成分の混合物から成る炭素を
含んでいない各組成物を、表Ｉに記載するように調製し
た。各組成物は、優れた感圧検出特性を有していること
がわかった。
含んでいない各組成物を、表Ｉに記載するように調製し
た。各組成物は、優れた感圧検出特性を有していること
がわかった。
混合物Ａ対混合物Ｂの比が増大するにつれて、インク
層は、導体粒子及び半導体粒子をより多く含むので、よ
り導電性になることも理解すべきである。
層は、導体粒子及び半導体粒子をより多く含むので、よ
り導電性になることも理解すべきである。
本発明の力検出インキ系は、350゜Fまでの温度で10,0
00psi又はそれ以上の力を検出することができる。耐熱
性バインダー、半導体粒子及び導体粒子の基本組成物
は、比率を変えることによって、及び指摘したように、
シリカ等の粒状誘電体を配合することによって補足又は
改質して、特定の荷重検出用途に対する予期操作温度で
任意範囲の予期荷重に対し検出器の応答性及び感度を最
適にすることができる。誘電体粒子は、インクの導電率
を幾分低下させる傾向にあるが、インク層の抵抗の一様
性及び再現性を改良する傾向もある。
00psi又はそれ以上の力を検出することができる。耐熱
性バインダー、半導体粒子及び導体粒子の基本組成物
は、比率を変えることによって、及び指摘したように、
シリカ等の粒状誘電体を配合することによって補足又は
改質して、特定の荷重検出用途に対する予期操作温度で
任意範囲の予期荷重に対し検出器の応答性及び感度を最
適にすることができる。誘電体粒子は、インクの導電率
を幾分低下させる傾向にあるが、インク層の抵抗の一様
性及び再現性を改良する傾向もある。
本発明の好ましい組成は、通常以下の成分容量比の範
囲内にある。全ての成分の合計は、１に相当する。
囲内にある。全ての成分の合計は、１に相当する。
容量％
耐熱性バインダー 20〜80
半導体粒子 15〜50
導体粒子 ５〜50
誘電体粒子 ４〜50
好ましい組成において、混合物Ａは、15〜65容量部の
半導体粒子及び55〜５容量部の導体粒子を含み、また混
合物Ｂは、15〜65容量部の半導体粒子及び55〜５容量部
の誘電体粒子を含んでおり、残りは、耐熱性バインダー
である。混合物Ａ及びＢの混合比は、通常含有粒子で４
〜96容量部対96〜４容量部である。
半導体粒子及び55〜５容量部の導体粒子を含み、また混
合物Ｂは、15〜65容量部の半導体粒子及び55〜５容量部
の誘電体粒子を含んでおり、残りは、耐熱性バインダー
である。混合物Ａ及びＢの混合比は、通常含有粒子で４
〜96容量部対96〜４容量部である。
導体粒子及び半導体粒子の合計濃度は、乾燥インク層
の少なくとも20容量％であるべきである。乾燥インク膜
が導電性であるためには、半導体又は導体（又は両方
の）粒子が十分存在していなくてはならず、またそれら
は、電気伝導を可能としかつ層を通る導電路を得るため
に十分に密でなくてはならないからである。任意の粒径
及び分布に関し、単位容量当たりの粒子数が、インク中
の導電路の数に直接関係する。粒子の上限は、約80容量
％であり、乾燥インク層の接着性及び可撓性に対する要
求水準に依存する。乾燥インク層の厚さは、例えば、検
出器を使用する環境、及び要求される可撓性及び接着パ
ラメータによって適宜決定される。
の少なくとも20容量％であるべきである。乾燥インク膜
が導電性であるためには、半導体又は導体（又は両方
の）粒子が十分存在していなくてはならず、またそれら
は、電気伝導を可能としかつ層を通る導電路を得るため
に十分に密でなくてはならないからである。任意の粒径
及び分布に関し、単位容量当たりの粒子数が、インク中
の導電路の数に直接関係する。粒子の上限は、約80容量
％であり、乾燥インク層の接着性及び可撓性に対する要
求水準に依存する。乾燥インク層の厚さは、例えば、検
出器を使用する環境、及び要求される可撓性及び接着パ
ラメータによって適宜決定される。
導体粒子及び半導体粒子のメジアン粒径を、平均粒径
で10ミクロン未満、好ましくはわずか1.0ミクロンにす
べきである。可能ならば、上記から明らかなように、こ
れらの成分の粒径は、平均粒径でわずか1.0ミクロンで
あるべきである。
で10ミクロン未満、好ましくはわずか1.0ミクロンにす
べきである。可能ならば、上記から明らかなように、こ
れらの成分の粒径は、平均粒径でわずか1.0ミクロンで
あるべきである。
公知のように、多くの導体粒子及び半導体粒子は、温
度が上昇するにつれてより導電性になる。その変化は、
直線的ではない。抵抗の変化率も温度に関して一定では
ない。実際に、抵抗対温度又は圧力の曲線は、放物線状
である。温度の上昇にともなって感圧力検知層の検知精
度が低くなり、またその抵抗性がなくなるのは、以上の
ような理由による。
度が上昇するにつれてより導電性になる。その変化は、
直線的ではない。抵抗の変化率も温度に関して一定では
ない。実際に、抵抗対温度又は圧力の曲線は、放物線状
である。温度の上昇にともなって感圧力検知層の検知精
度が低くなり、またその抵抗性がなくなるのは、以上の
ような理由による。
本発明に従ってブレンドし、混合し及びバランスさせ
ることによって、特に高温及び高圧で、現在入手可能な
系及びインキで得られるものと比較してより大きな感度
及び再現性を広い範囲及び狭い範囲の両方で達成するこ
とができる。
ることによって、特に高温及び高圧で、現在入手可能な
系及びインキで得られるものと比較してより大きな感度
及び再現性を広い範囲及び狭い範囲の両方で達成するこ
とができる。
本発明に従って製造したインクの信頼性を確かめるた
めに、試験を行った。そのために、マトリミド5218の16
％アセトフェノン溶液を調製し、そして実験室用ミキサ
ー中で高速で23.5グラムの工業最高級銘柄の二硫化モリ
ブデン（0.7ミクロン）、４グラムの導電性酸化スズ
（0.4ミクロン）及び４グラムの粉砕シリカ（1.0ミクロ
ン）と混合して、インクを製造した。上述のボタン検出
器を280メッシュのスクリーンを用いてインクをスクリ
ーン印刷することによって製造した。
めに、試験を行った。そのために、マトリミド5218の16
％アセトフェノン溶液を調製し、そして実験室用ミキサ
ー中で高速で23.5グラムの工業最高級銘柄の二硫化モリ
ブデン（0.7ミクロン）、４グラムの導電性酸化スズ
（0.4ミクロン）及び４グラムの粉砕シリカ（1.0ミクロ
ン）と混合して、インクを製造した。上述のボタン検出
器を280メッシュのスクリーンを用いてインクをスクリ
ーン印刷することによって製造した。
表IIに示す手順にしたがって、3000psi（350゜F）に
おける抵抗値（キロオーム）を求めた。
おける抵抗値（キロオーム）を求めた。
次に、導電性顔料としてカーボンブラックを用いて試
験を行った。これらの試験の結果は、本発明のインク
が、導電性カーボンブラックを用いて製造したものと比
べて品質及び信頼性の優れた検出器を製造したことを示
した。カーボンブラック試験は、カーボンブラックが、
液状担体と混合することが、また極限粒径に分離、分散
することが非常に困難であることも確認している。
験を行った。これらの試験の結果は、本発明のインク
が、導電性カーボンブラックを用いて製造したものと比
べて品質及び信頼性の優れた検出器を製造したことを示
した。カーボンブラック試験は、カーボンブラックが、
液状担体と混合することが、また極限粒径に分離、分散
することが非常に困難であることも確認している。
そのために、マトリミド5218を用いた20％アセトフェ
ノン溶液を13.2グラムの工業最高級銘柄の半導体二硫化
モリブデン（最大粒径0.7ミクロン）及び4.32グラムの
導電性カーボンブラック［テキサス州77253、ヒュース
トン、私書箱3788のシェブロン・ケミカルCo.から入手
することができるショーインゲン（Shawingen）アセチ
レンブラック］と混合した。上述のボタン検出器を280
メッシュのスクリーンを用いてインクをスクリーン印刷
することによって製造した。インクを275゜Fで15分間乾
燥した。
ノン溶液を13.2グラムの工業最高級銘柄の半導体二硫化
モリブデン（最大粒径0.7ミクロン）及び4.32グラムの
導電性カーボンブラック［テキサス州77253、ヒュース
トン、私書箱3788のシェブロン・ケミカルCo.から入手
することができるショーインゲン（Shawingen）アセチ
レンブラック］と混合した。上述のボタン検出器を280
メッシュのスクリーンを用いてインクをスクリーン印刷
することによって製造した。インクを275゜Fで15分間乾
燥した。
表IIIに示す手順にしたがって、3000psi（350゜F）で
の抵抗（キロオーム）を求めた。
の抵抗（キロオーム）を求めた。
十分に混合し、１週間熟成した材料での最後の試験
は、導電性カーボンブラックを基剤としたインクに特有
の顔料の沈降、凝集が生じることを実証した。このデー
タ並びにカーボンブラックを配合して十分に混合した後
すぐに付与したインクの試験結果は、カーボンブラック
を基剤としたインクを付与した結果の信頼性及び再現性
が、そのようなインクを力センサーに使用するのに容認
しえない程度変化しやすくかつ不安定であることを示し
ている。
は、導電性カーボンブラックを基剤としたインクに特有
の顔料の沈降、凝集が生じることを実証した。このデー
タ並びにカーボンブラックを配合して十分に混合した後
すぐに付与したインクの試験結果は、カーボンブラック
を基剤としたインクを付与した結果の信頼性及び再現性
が、そのようなインクを力センサーに使用するのに容認
しえない程度変化しやすくかつ不安定であることを示し
ている。
上述のことから、種々の改変が、本発明の精神及び範
囲から逸脱することなくなされることが当業者に明らか
である。そのようなものとして、本発明は、添付した請
求の範囲により必要とされ得るようにのみ限定されるこ
とを意図する。
囲から逸脱することなくなされることが当業者に明らか
である。そのようなものとして、本発明は、添付した請
求の範囲により必要とされ得るようにのみ限定されるこ
とを意図する。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭57−28175（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−108279（ＪＰ，Ａ)
米国特許3806471（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01L 1/00
G01L 1/20
H01C 10/10
Claims (9)
- 【請求項１】一対の導体の各導体が基体表面に配置され
ていて、かつ該一対の導体間に、そこに加えられる力の
関数として変化する抵抗を有し、かつ150〜350゜F（65.
6〜176.7℃）の温度で力検出用途に使用できる薄層とし
て付着させるための、炭素を含まない力検出インクにお
いて； 該インクが、耐熱性バインダーと、真性半導体粒子と、
酸素価を２とした化学量論から逸脱する導電性金属酸化
物化合物を含む導体粒子とを含むことを特徴とする力検
出インク。 - 【請求項２】前記導体粒子が、導電性酸化スズ粒子、F3
O4酸化鉄粒子及びそれらの混合物のうち１種を含む請求
項１記載の炭素を含まない力検出インク。 - 【請求項３】さらに誘電体粒子を含む請求項１記載の炭
素を含まない力検出インク。 - 【請求項４】前記誘電体粒子が、10ミクロン以下の平均
粒径を有するシリカである請求項３記載の炭素を含まな
い力検出インク。 - 【請求項５】前記半導体粒子が、二硫化モリブデン粒子
である請求項１記載の炭素を含まない力検出インク。 - 【請求項６】前記粒子が、10ミクロン以下の粒径のもの
である請求項１記載の炭素を含まない力検出インク。 - 【請求項７】前記耐熱性バインダーが、熱可塑性ポリイ
ミド樹脂である請求項１記載の炭素を含まない力検出イ
ンク。 - 【請求項８】前記導体粒子及び前記半導体粒子が、薄層
として付着させた時の乾燥インクの少なくとも20容量％
の濃度で存在する請求項１記載の炭素を含まない力検出
インク。 - 【請求項９】薄層として付着させた時に、前記バインダ
ーが、20容量％から80容量％の量で存在し、前記導体粒
子及び前記半導体粒子が、80容量％から20容量％の量で
存在する請求項８記載の炭素を含まない力検出インク。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/353,051 | 1994-12-09 | ||
| US08/353,051 US5541570A (en) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | Force sensing ink, method of making same and improved force sensor |
| PCT/US1995/014591 WO1996018197A1 (en) | 1994-12-09 | 1995-11-09 | Force sensing ink, method of making same and improved force sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10510356A JPH10510356A (ja) | 1998-10-06 |
| JP3499877B2 true JP3499877B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=23387572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51759296A Expired - Fee Related JP3499877B2 (ja) | 1994-12-09 | 1995-11-09 | 力検出インク |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5541570A (ja) |
| EP (1) | EP0796497B1 (ja) |
| JP (1) | JP3499877B2 (ja) |
| KR (1) | KR100353314B1 (ja) |
| CA (1) | CA2207285C (ja) |
| DE (1) | DE69521143T2 (ja) |
| MX (1) | MX9702762A (ja) |
| WO (1) | WO1996018197A1 (ja) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6230501B1 (en) | 1994-04-14 | 2001-05-15 | Promxd Technology, Inc. | Ergonomic systems and methods providing intelligent adaptive surfaces and temperature control |
| US7126583B1 (en) | 1999-12-15 | 2006-10-24 | Automotive Technologies International, Inc. | Interactive vehicle display system |
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