JP5622405B2 - 静電容量型感圧センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
[静電容量型感圧センサの構成]
まず、本実施形態の静電容量型感圧センサの構成について説明する。図1に、本実施形態の静電容量型感圧センサの分解斜視図を示す。図2に、同静電容量型感圧センサの透過上面図を示す。図3に、図2のIII−III方向断面図を示す。
次に、本実施形態の静電容量型感圧センサ1の動きについて説明する。正極側配線27および負極側配線28は、図示しない電気回路に接続されている。正極側電極層20と負極側電極層21との間には、所定の電圧が印加されている。
次に、本実施形態の静電容量型感圧センサ1の製造方法について説明する。本実施形態の静電容量型感圧センサ1の製造方法は、塗料調製工程と、積層体作製工程と、接合体作製工程と、誘電層配置工程と、を有している。
塗料調製工程においては、配線塗料、電極層塗料、柱部塗料、絶縁層塗料を、それぞれ調製する。電極層塗料は、以下の手順で調製する。まず、ポリマー(アクリルゴム、商品名:ニポール(登録商標)AR51、日本ゼオン社製)100質量部、加硫助剤(ステアリン酸、商品名:ルナック(登録商標)S30、花王社製)1.00質量部、加硫促進剤(ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、商品名:ノクセラー(登録商標)PZ、大内新興化学工業社製)2.50質量部、加硫促進剤(ジメチルジチオカルバミン酸第二鉄、商品名:ノクセラーTTFE、大内新興化学工業社製)0.50質量部を秤量し、ロールを用いてゴム練りを行う。そして、ゴムコンパウンドを調製する。続いて、調製したゴムコンパウンドを有機溶剤(メチルエチルケトン、三協化学社製)1500質量部に浸漬し、有機溶剤を撹拌し、ゴムコンパウンドを有機溶剤に均一に溶解させた溶液を得る。それから、当該溶液に、導電性カーボンブラック(ケッチェンブラック、商品名:EC300J、ライオン社製)22.86質量部を添加する。そして、固形分率約7.8質量%のMEK(メチルエチルケトン)溶液を得る。それから、当該MEK溶液にミル処理を施し、MEK溶液中の導電性カーボンブラックの分散性を向上させる。具体的には、MEK溶液を3200rpmで回転するダイノミルに投入し、40回程度MEK溶液を循環させる。その後、ミル処理後のMEK溶液に印刷用溶剤(ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、三協化学社製)686.7質量部を添加する。それから、印刷用溶剤を添加したMEK溶液を、大気と接する面積を広くするために、口の広い容器に移し替える。そして、当該MEK溶液を、時々撹拌しながら、約一日放置することにより、沸点の低いMEKを充分に蒸発させる。このようにして、電極層塗料を調製する。なお、印刷用溶剤の沸点は200℃以上である。このため、印刷用溶剤の揮発は無視できる。
積層体作製工程においては、塗料調製工程において調製した配線塗料、電極層塗料、絶縁層塗料を、印刷により、負極側基層24の上面に対して積層する。図5に、本実施形態の静電容量型感圧センサの製造方法の積層体作製工程の第一段階の模式図を示す。図6に、同工程の第二段階の模式図を示す。図7に、同工程の第三段階の模式図を示す。
接合体作製工程においては、塗料調製工程において調製した柱部塗料を、負極側積層体の上面に対して積層する。図8に、本実施形態の静電容量型感圧センサの製造方法の接合体作製工程の模式図を示す。
誘電層配置工程においては、接合体作製工程で形成した接合体31と、積層体積層工程で形成した正極側積層体と、を接合する。図9に、本実施形態の静電容量型感圧センサの製造方法の誘電層配置工程の模式図を示す。
次に、本実施形態の静電容量型感圧センサ1およびその製造方法の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型感圧センサ1によると、上方(表側)あるいは下方(裏側)から見て、正極側電極層20と負極側電極層21とが重なっている。誘電層22の感圧部220は、当該重複部分に配置されている。感圧部220は、柱部221と空間部222とを有している。柱部221は、非発泡体製である。このため、外部から入力される荷重F1を除力した後であっても、柱部221に圧縮永久歪みが残留しにくい。
本実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と、第一実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と、の相違点は、感圧部が多数配置されており、二次元の面圧分布を計測できる点である。
まず、本実施形態の静電容量型感圧センサの構成について説明する。図10に、本実施形態の静電容量型感圧センサの上面透過図を示す。図10においては、負極部を細線で示す。また、感圧部にハッチングを施して示す。また、図1〜図3と対応する部位については、同じ符号で示す。図11に、同静電容量型感圧センサの正極部の上面図を示す。図12に、同静電容量型感圧センサの負極部の上面図を示す。なお、図12においては、負極側絶縁層を省略して示す。図13に、図10のXIII−XIII方向断面図を示す。なお、図13においては、上下方向の厚さを強調して示す。図10〜図13に示すように、本実施形態の静電容量型感圧センサ1は、正極部40と、負極部41と、誘電層22と、を備えている。
次に、本実施形態の静電容量型感圧センサ1の動きについて説明する。感圧部A0101〜A1616には、あたかも走査するように、順番に所定の電圧が印加される。仮に、静電容量型感圧センサ1の右後隅に荷重が入力される場合、図10に示すように、正極側電極層01Xと負極側電極層16Yとの間隔が狭くなる。すなわち、前出の式(1)に示すように、電極間距離dが短くなる。このため、感圧部A0116の静電容量Cが大きくなる。静電容量Cの変化から、図示しない演算部により、荷重の大きさを算出する。静電容量型感圧センサ1の他の部分に荷重が入力される場合も、同様に荷重の大きさを算出する。
本実施形態の静電容量型感圧センサ1の製造方法は、第一実施形態の静電容量型感圧センサの製造方法と、同様である。すなわち、本実施形態の静電容量型感圧センサ1の製造方法は、塗料調製工程と、積層体作製工程と、接合体作製工程と、誘電層配置工程と、を有している。ここでは説明を割愛する。
次に、本実施形態の静電容量型感圧センサ1およびその製造方法の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型感圧センサ1およびその製造方法は、構成が共通する部分については、第一実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と同様の作用効果を有する。
本実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と、第一実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と、の相違点は、柱部が樹脂製である点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
本実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と、第一実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と、の相違点は、外部から荷重が入力された場合に、正極側基層および負極側基層が圧縮変形する点である。また、柱部がディスペンサー装置により、印刷されている点である。また、柱部、正極側基層、負極側基層の材質が異なる点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
まず、本実施形態の静電容量型感圧センサ1の動きについて説明する。図16に、本実施形態の静電容量型感圧センサの、外部から荷重が入力された場合の、上下方向断面図を示す。なお、図4と対応する部位については同じ符号で示す。図16に示すように、荷重F1が入力されると、正極側基層23および負極側基層24のうち柱部221に支持されている部分が圧縮変形する。このため、柱部221が、正極側基層23および負極側基層24に、相対的にくい込むようになる。並びに、荷重F1が入力されると、柱部221は、軸方向に収縮し径方向外側に膨張する。
次に、本実施形態の静電容量型感圧センサ1の製造方法について説明する。本実施形態の静電容量型感圧センサ1の製造方法は、塗料調製工程と、積層体作製工程と、接合体作製工程と、誘電層配置工程と、を有している。
塗料調製工程においては、配線塗料、電極層塗料、柱部塗料、絶縁層塗料を、それぞれ調製する。このうち、配線塗料、電極層塗料、絶縁層塗料の調整は、第一実施形態と同様に行われる。
積層体作製工程においては、塗料調製工程において調製した配線塗料、電極層塗料、絶縁層塗料を、スクリーン印刷機により、正極側基層23、負極側基層24の上面に対して積層する。そして、正極側積層体および負極側積層体を形成する。
接合体作製工程においては、塗料調製工程において調製した柱部塗料を、負極側積層体の上面に塗布する。図17に、本実施形態の静電容量型感圧センサの製造方法の接合体作製工程の模式図を示す。なお、図8と対応する部位については同じ符号で示す。
誘電層配置工程においては、接合体作製工程で形成した接合体と、積層体積層工程で形成した正極側積層体と、を接合する。接合により、図16に示すように、本実施形態の静電容量型感圧センサ1が完成する。
本実施形態の静電容量型感圧センサ1およびその製造方法は、構成が共通する部分については、第一実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と同様の作用効果を有する。
本実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と、第四実施形態の静電容量型感圧センサおよびその製造方法と、の相違点は、正極側基層の上方および負極側基層の下方に、発泡EPDM(エチレン−プロピレン−ジエンゴム)製の荷重伝達層が配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
以上、本発明の静電容量型感圧センサ1およびその製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
20:正極側電極層、21:負極側電極層、22:誘電層、23:正極側基層、24:負極側基層、25:正極側絶縁層、26:負極側絶縁層、27:正極側配線、28:負極側配線、28a:配線塗料、29a:荷重伝達層、29b:荷重伝達層、30:負極側積層体、31:接合体、32:正極側積層体、40:正極部、41:負極部、50:正極側配線用コネクタ、51:負極側配線用コネクタ、80:シリンジ、81:ノズル、90:テーブル、91:フレーム、92:スクリーンマスク、93:スキージ。
200:正極側対向面、210:負極側対向面、220:感圧部、221:柱部、221a:柱部塗料、222:空間部、920:孔。
01X〜16X:正極側電極層、01Y〜16Y:負極側電極層、01x〜16x:正極側配線、01y〜16y:負極側配線、01X1〜16X1:正極側対向面、A0101〜A1616:感圧部。
F1:荷重、O1:中心。
Claims (12)
- 正極側電極層と、負極側電極層と、該正極側電極層と該負極側電極層との間に介装され該正極側電極層と該負極側電極層とが表裏方向に重複する位置に形成される感圧部を有する誘電層と、を備え、外部から入力される荷重により該正極側電極層と該負極側電極層との間の距離が変化する事に基づき静電容量が変化することを利用して、該荷重の変化を検出可能な静電容量型感圧センサであって、
前記感圧部は、エラストマー製または樹脂製であって非発泡体製の柱部と、空間部と、を有し、
前記正極側電極層は、前記誘電層を介して前記負極側電極層に対向する正極側対向面を有し、
該負極側電極層は、該誘電層を介して該正極側電極層に対向する負極側対向面を有し、
さらに、該正極側対向面および該負極側対向面のうち少なくとも一方を覆う絶縁層を有することを特徴とする静電容量型感圧センサ。 - さらに、前記正極側電極層が配置されるエラストマー製の正極側基層と、前記負極側電極層が配置されるエラストマー製の負極側基層と、を有する請求項1に記載の静電容量型感圧センサ。
- 前記誘電層を中心として積層方向両側に向かう方向を外方、その逆方向を内方として、
さらに、前記正極側基層の外方および前記負極側基層の外方のうち少なくとも一方に配置され、該正極側基層および該負極側基層よりも圧縮弾性率が小さい荷重伝達層を有する請求項2に記載の静電容量型感圧センサ。 - 前記感圧部の表面の面積を100%として、該表面における前記柱部の占有面積は0.5%以上51%以下である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の静電容量型感圧センサ。
- 前記占有面積は45%以下である請求項4に記載の静電容量型感圧センサ。
- 前記柱部は、各々独立して複数配置される請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の静電容量型感圧センサ。
- 複数の前記柱部は、前記誘電層の全体に亘って、略均一に分布するように、所定のパターンで配置される請求項6に記載の静電容量型感圧センサ。
- エラストマー製の基層に、順序不同に、配線塗料と電極層塗料とを印刷することにより、該基層と配線と電極層とを有する積層体を作製する積層体作製工程と、
該積層体に、該電極層に表裏方向に部分的に重複するように、柱部塗料を印刷することにより、該積層体とエラストマー製または樹脂製であって非発泡体製の柱部とを有する接合体を作製する接合体作製工程と、
該接合体の該柱部の先端に、別の該積層体を接合することにより、該柱部と空間部とを有する誘電層を、一対の該電極層間に配置する誘電層配置工程と、
を有する静電容量型感圧センサの製造方法。 - 前記接合体作製工程において、前記柱部塗料の印刷厚さを調整することにより、該柱部の長さを調整する請求項8に記載の静電容量型感圧センサの製造方法。
- 前記積層体作製工程において、さらに、前記電極層を覆うように絶縁層塗料を印刷することにより、前記基層と前記配線と該電極層と絶縁層とを有する前記積層体を作製する請求項8または請求項9に記載の静電容量型感圧センサの製造方法。
- 前記接合体作製工程において、前記柱部を、各々独立して複数配置する請求項8ないし請求項10のいずれかに記載の静電容量型感圧センサの製造方法。
- 前記接合体作製工程において、複数の前記柱部を、前記積層体の全体に亘って、略均一に分布するように、所定のパターンで配置する請求項11に記載の静電容量型感圧センサの製造方法。
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