JP6778392B2 - 感圧センサおよび感圧センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、感圧センサおよび感圧センサの製造方法に関する。

従来、外部からの圧力によって電極線同士が接触して導通状態になることによりスイッチ機能を果たす感圧センサが自動車のスライドドア等に用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載の感圧センサは、中空部を有する管状の弾性絶縁体と、この弾性絶縁体の中空部の内周面に互いに離間して螺旋状に配置された複数の電極線とを備えている。この中空螺旋構造により、どの方向から変形させても電極線同士が接触し導通するため、全方向検知が可能となる。この感圧センサは、中空部と同一形状に形成されたスペーサの外周面に複数の電極線を沿わせ、スペーサ及び複数の電極線の外周にゴム材料を押し出して弾性絶縁体を成型し、その後スペーサを引き抜くことにより製造される。

特許文献２に記載の感圧センサは、中空部を有する管状の弾性絶縁体の内周面に一対の電極線（弾性導電体）が空隙を介して互いに平行に対向配置されている。弾性絶縁体の中心軸線に対して直交する断面（横断面）における弾性絶縁体の形状は、幅方向の両端部が円弧状に形成され、この両端部の間における外側表面に平坦部が形成された、トラック形状（略楕円形状）である。一対の電極線の互いの対向面は、弾性絶縁体の中心軸線に対して平行で、かつ弾性絶縁体の外側表面における平坦部に対して傾斜した平坦な面である。この感圧センサは、一対の電極線間の空隙と同じ形状のスペーサに一対の電極線を沿わせて全体形状が略楕円形状になるようにし、その外周面に弾性絶縁体を押出し被覆し、その後にスペーサを引き抜くことにより製造される。

特開平１０−２８１９０６号公報 特開２０００−５７８７９号公報

特許文献１に記載の感圧センサは、スペーサを使用するため、スペーサを製造する工程、電極線を沿わせる工程、引き抜く工程が必要となり、工程数が多くなり製造コストが高くなる問題があった。また、スペーサを引き抜く際には、電極線との摩擦抵抗が高く、引き抜く途中でスペーサが破断したり、電極線に削れなどの損傷が加わったりするため、短尺に切断してから引き抜く必要があった。このため、スペーサの再利用ができず材料費が高くなる問題や、完成品の感圧センサの長さに制限があるなどの課題があった。

また、特許文献２に記載の感圧センサは、上記同様スペーサを使用しているのでコストが高くなり、完成品の長さに制限がある問題に加え、一対の電極線が管状の弾性絶縁体と平行に配置されているので、圧力が印加される方向が弾性絶縁体の中心軸線に対して直交する断面における一対の電極線間の空隙の延在方向に一致した場合には、弾性絶縁体が大きく変形しなければ電極線同士が接触せず、このため圧力に対する感度が大きく低下してしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、中空の管状部材の内側に複数の電極線を管状部材の中心軸線に対して平行に配置しながら、特定の方向の圧力に対して感度が大きく低下してしまうことがない感圧センサを提供することを目的とする。また、本発明は、スペーサを使用せず、完成品の長さを自由に設計できる感圧センサの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［３］の感圧センサ及びその製造方法を提供する。

［１］弾性絶縁体からなる中空の管状部材と、前記管状部材の内側に互いに離間して保持されたｎ本（ｎは３以上の整数）の電極線を備え、前記管状部材が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して前記ｎ本の電極線のうち少なくともいずれか２本の電極線同士が接触する感圧センサであって、前記ｎ本の電極線は、前記管状部材の中心軸線に対して平行かつ直線状に延在する、感圧センサを提供する。

［２］弾性絶縁体からなる中空の管状部材と、前記管状部材の内側に互いに離間して保持されたｎ本（ｎは３以上の整数）の電極線を備え、前記管状部材が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して前記ｎ本の電極線のうち少なくともいずれか２本の電極線同士が接触する感圧センサの製造方法であって、前記ｎ本の電極線を互いに平行となる状態で真っ直ぐに走らせながら、前記ｎ本の電極線の外周に前記管状部材の前記弾性絶縁体を押出被覆して前記管状部材を形成すると共に、前記管状部材の内側に圧縮気体を印加する感圧センサの製造方法を提供する。

［３］弾性絶縁体からなる中空の管状部材と、前記管状部材の内側に互いに離間して保持されたｎ本（ｎは３以上の整数）の、金属線と該金属線の外周に導電性弾性体が形成されてなる電極線を備え、前記管状部材が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して前記ｎ本の電極線のうち少なくともいずれか２本の電極線同士が接触する感圧センサの製造方法であって、前記ｎ本の金属線を互いに平行となる状態で真っ直ぐに走らせながら、前記ｎ本の金属線の外周それぞれに形成される前記導電性弾性体と前記電極線の外周に形成される前記弾性絶縁体とを一括押出し被覆して前記ｎ本の電極線と前記管状部材とを形成すると共に、前記管状部材の内側に圧縮気体を印加する感圧センサの製造方法を提供する。

本発明の感圧センサによれば、中空の管状部材の内側に複数の電極線を管状部材の中心軸線に対して平行に配置しながら、特定の方向の圧力に対して感度が大きく低下してしまうことがない。また、本発明の感圧センサの製造方法によれば、スペーサを使用せず、完成品の長さを自由に設計することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサを示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、感圧センサが管状部材の外部からそれぞれ異なる方向の圧力を受けて変形した状態を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る感圧センサを示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る感圧センサを示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る感圧センサを示す断面図である。 本発明の感圧センサを製造するための押出し機の断面図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１及び図２を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサを示す断面図である。この感圧センサ１は、弾性及び絶縁性を有する弾性絶縁体からなる中空の管状部材２と、管状部材２の内側に互いに離間して保持された４本の電極線３とを備えている。電極線３は金属線４の外周上に弾性導電体５が被覆されたものであり、電極線３間は空間６により隔てられている。また、感圧センサ１は、管状部材２が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して４本のうち少なくともいずれか２本の電極線３同士が接触（短絡）する。図１では、外部からの圧力を受けていない状態における感圧センサ１を、管状部材２の中心軸線に対して直交する断面で示している。

図２（ａ）、（ｂ）は、感圧センサ１が管状部材２の外部から圧力を受けて変形した状態を図示している。これらの図２（ａ）、（ｂ）では、感圧センサ１が受ける圧力の方向をそれぞれ矢印で示している。図２（ａ）は、感圧センサ１が上方向からの圧力を受けた状態を示している。この状態では、対角線上にある１対の電極線同士が接触（短絡）する。図２（ｂ）は、感圧センサ１が右斜め上方向（上下方向に対して右に４５°傾いた方向）からの圧力を受けた状態を示している。この状態では、隣り合う２対の電極線同士が接触（短絡）する。

このように、感圧センサ１は、何れの方向から圧力を受けても、４本のうち少なくともいずれか２本の電極線３同士が接触（短絡）する。

（感圧センサの構成）
管状部材２は、中心軸線に直交する断面における形状が円形であり、その長手方向（中心軸線に平行な方向）における長さは制限がなく、用途によって例えば１〜数十ｍである。また、管状部材２の外径は、例えば４ｍｍである。管状部材２の材料としては、圧縮永久歪が小さく、柔軟性、耐寒性、耐水性、耐薬品性、耐候性などに優れたものが使用でき、例えばエチレン−プロピレン−ジエン共重合体を架橋したゴム系組成物や架橋工程が不要なスチレン系熱可塑性エラストマー組成物などを好適に用いることができる。

電極線３は、管状部材２の中心軸線に対して平行かつ直線状に延在している。電極線３は、金属線４と、金属線４を被覆する弾性導電体５とからなる。金属線４には例えば、銅等の良導電性の金属からなる複数（本実施の形態では７本）の素線を互いに撚り合わせた撚線を用いることができる。また、弾性導電体５は、弾性及び導電性を有しており、例えばカーボンブラック等の導電性充填剤を配合したエチレン−プロピレン−ジエン共重合体を架橋したゴム系組成物や架橋工程が不要なスチレン系熱可塑性エラストマー組成物などを好適に用いることができ、外部からの圧力によって管状部材２と共に変形する弾性を有している。

（感圧センサの製造方法）
感圧センサ１は、例えば、次の２通りの製造方法で得ることができる。一つ目の製造方法では、まず、金属線４の外周上に押出機を用いて弾性導電体５を被覆することで、電極線３を作製する。次に、電極線３を４本、それぞれの中心が正方形の頂点に重なるように配置し、図６に示すように、押出機のクロスヘッド内に走線させ、外周（口金４１）から管状の弾性絶縁体４２を押出被覆して、管状部材２の内面に電極線３を融着させる。このときに管状部材２、電極線３および空間６の形状、配置が崩れるのを防ぐため、管状部材２の内側から圧縮気体４３を印加する。内部の圧力を高めることで寸法や配置を維持することができ、感圧センサ１を得ることができる。上記電極線３を正方形の頂点に配置させる方法として、押出機の心金４４に電極線３が通るような穴を４つ開けておき、走線させる方法がある。また、内側から圧縮気体４３を印加する方法として、心金４４の例えば中心部に一つまたは複数の穴を開けておき、圧縮気体４３を心金４４の内側から吐出口に向かって供給する方法がある。圧縮気体４３としては、空気や、窒素などの不活性ガスが好適である。

二つ目の製造方法では、それぞれの中心が正方形の頂点に重なるように配置された金属線４の外周上に弾性導電体５を押出被覆し電極線３を形成するのと同時に、外周から管状の弾性絶縁体４２を押出被覆して、管状部材２の内面に電極線３を融着させる。同時に押出する方法としては一般的な多色押出の技術を適用し、上記同様に管状部材２、電極線３および空間６の形状、配置が崩れるのを防ぐため、管状部材２の内側から圧縮気体４３を印加する。内部の圧力を高めることで寸法や配置を維持することができ、感圧センサ１を得ることができる。

（第１の実施の形態の効果）
以上説明した第１の実施の形態によれば、電極線３を管状部材２の中心軸線に対して平行かつ直線状に延在するようにしたことと、電極線３を管状部材２の内側から圧縮気体を印加しながら管状部材２の内面に融着させて感圧センサ１を得るようにしたため、スペーサが不要となり、感圧センサ１の完成品の長さを自由に設計可能となる。また、４本の電極線３を有しているので、特定の方向の圧力に対して感圧センサ１の感度が大きく低下してしまうことがなく、いずれの方向から圧力を受けても圧力を検知することができる。なお、上記の例では、正方形の各頂点上に電極線３を配置する構成としたが、正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の各頂点上に電極線３を配置する構成としてもよい。

［他の実施の形態］
次に、本発明の他の実施の形態について、図３乃至図５を参照して説明する。
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る感圧センサ１１を示す断面図である。図４は、本発明の第３の実施の形態に係る感圧センサ２１を示す断面図である。図５は、本発明の第４の実施の形態に係る感圧センサ３１を示す断面図である。

第２乃至第４の実施の形態に係る感圧センサ１１、２１及び３１は、第１の実施の形態に係る感圧センサ１と同様に、管状部材１２、２２、３２と、管状部材２の内側で中心軸線と平行かつ直線状に延在する４本の電極線３とを備え、電極線３は金属線４を弾性導電体５で被覆したものであるが、管状部材２の構成または電極線３の断面形状が第１の実施の形態とは異なっている。図３乃至図５では、感圧センサ１１、２１及び３１を、それぞれ管状部材１２、２２、３２の中心軸線に直交する断面で示している。

以下、感圧センサ１１、２１及び３１のそれぞれの構成について、詳細に説明する。
第２の実施の形態に係る感圧センサ１１は、管状部材１２が２層構造であり、管状部材内層７と管状部材外層８とからなる。特に感圧センサの強度を高めるためや、他部材（端末の封止部材や感圧センサ取り付け部など）との相性（接着性など）を高めるために、管状部材１２に管状部材外層８を設けることが有効である。管状部材内層７及び管状部材外層８は、ともに弾性絶縁体が使用でき、管状部材内層７としては、第１の実施の形態に係る感圧センサ１の管状部材２の材料と同じものが使用できる。一方、管状部材外層８には、例えば、強度、耐摩耗性に優れ、他部材に使用されることの多いポリアミドとの接着性が良好な熱可塑性ポリウレタンなどが使用できる。製造方法としては、管状部材内層７を被覆した構造を、第１の実施の形態に係る感圧センサ１と同様の製造方法で製造し、その後、管状部外層８を最外層に押出被覆する方法や、第１の実施の形態に係る感圧センサ１を製造する際の管状部材２の押出被覆工程時に管状部材内層７及び管状部材外層８を２層同時に押出し、感圧センサ１１を得る方法が適用できる。

第３、第４の実施の形態に係る感圧センサ２１、３１は、管状部材２の中空部の横断面が円状であり、この中空部の内面に沿って電極線３が形成されている構造となる。感圧センサ２１では、電極線３の横断面は略半円形状であり、円弧部分３ａが管状部材２の中心軸側に面する。感圧センサ３１では、電極線３の横断面は略三角形状であり、１つの凸部３ｂが管状部材２の中心軸側に面する。電極線３の断面形状が非対称形のため、製造方法としては、金属線４の外周上に弾性導電体５を押出被覆し電極線３を形成するのと同時に、外周から管状の弾性絶縁体を押出被覆して、管状部材２の内面に電極線３を融着させて、配置を固定する方法が好適である。

第２乃至第４の実施の形態に係る感圧センサ１１、２１、３１においても、第１の実施の形態に係る感圧センサ１と同様に、スペーサが不要となり、感圧センサ１の完成品の長さを自由に設計可能となり、特定の方向の圧力に対して感圧センサ１の感度が大きく低下してしまうことがなく、いずれの方向から圧力を受けても圧力を検知することができる。

次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］弾性絶縁体（４２）からなる中空の管状部材（２，１２）と、前記管状部材（２，１２）の内側に互いに離間して保持されたｎ本（ｎは３以上の整数）の電極線（３）を備え、前記管状部材（２，１２）が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して前記４本の電極線（３）のうち少なくともいずれか２本の電極線（３）同士が接触する感圧センサ（１，１１，２１，３１）であって、前記ｎ本の電極線（３）は、前記管状部材（２，１２）の中心軸線に対して平行かつ直線状に延在する、感圧センサ（１，１１，２１，３１）。

［２］弾性絶縁体（４２）からなる中空の管状部材（２，１２）と、前記管状部材（２，１２）の内側に互いに離間して保持されたｎ本（ｎは３以上の整数）の電極線（３）を備え、前記管状部材（２）が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して前記ｎ本の電極線（３）のうち少なくともいずれか２本の電極線（３）同士が接触する感圧センサ（１，１１，２１，３１）の製造方法であって、前記ｎ本の電極線（３）を互いに平行となる状態で真っ直ぐに走らせながら、前記ｎ本の電極線（３）の外周に前記管状部材（２，１２）の前記弾性絶縁体（４２）を押出被覆して前記管状部材（２，１２）を形成すると共に、前記管状部材（２，１２）の内側に圧縮気体（４３）を印加する感圧センサ（１，１１，２１，３１）の製造方法。

［３］弾性絶縁体（４２）からなる中空の管状部材（２，１２）と、前記管状部材（２，１２）の内側に互いに離間して保持されたｎ本（ｎは３以上の整数）の、金属線（４）と該金属線（４）の外周に導電性弾性体（５）が形成されてなる電極線（３）を備え、前記管状部材（２，１２）が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して前記ｎ本の電極線（３）のうち少なくともいずれか２本の電極線（３）同士が接触する感圧センサ（１，１１，２１，３１）の製造方法であって、前記ｎ本の金属線（４）を互いに平行となる状態で真っ直ぐに走らせながら、前記ｎ本の金属線（４）の外周それぞれに形成される前記導電性弾性体（５）と前記電極線（３）の外周に形成される前記弾性絶縁体（４２）とを一括押出し被覆して前記ｎ本の電極線と前記管状部材（２，１２）とを形成すると共に、前記管状部材（２，１２）の内側に圧縮気体（４３）を印加する感圧センサ（１，１１，２１，３１）の製造方法。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

１、１１、２１、２２ 感圧センサ
２、１２ 管状部材（弾性絶縁体）
３ 電極線
４ 金属線
５ 弾性導電体
６ 空間
７ 管状部材内層（弾性絶縁体）
８ 管状部材外層（弾性絶縁体）

Claims (2)

1. 弾性絶縁体からなる中空の管状部材と、前記管状部材の内側に互いに離間して保持されたｎ本（ｎは３以上の整数）の電極線を備え、前記管状部材が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して前記ｎ本の電極線のうち少なくともいずれか２本の電極線同士が接触する感圧センサの製造方法であって、
   前記ｎ本の電極線を互いに平行となる状態で真っ直ぐに走らせながら、前記ｎ本の電極線の外周に前記管状部材の前記弾性絶縁体を押出被覆して前記管状部材を形成すると共に、前記管状部材の内側に圧縮気体を印加する
   感圧センサの製造方法。
2. 弾性絶縁体からなる中空の管状部材と、前記管状部材の内側に互いに離間して保持されたｎ本（ｎは３以上の整数）の、金属線と該金属線の外周に導電性弾性体が形成されてなる電極線を備え、前記管状部材が外部からの圧力を受けた際に弾性変形して前記ｎ本の電極線のうち少なくともいずれか２本の電極線同士が接触する感圧センサの製造方法であって、
   前記ｎ本の金属線を互いに平行となる状態で真っ直ぐに走らせながら、前記ｎ本の金属線の外周それぞれに形成される前記導電性弾性体と前記電極線の外周に形成される前記弾性絶縁体とを一括押出し被覆して前記ｎ本の電極線と前記管状部材とを形成すると共に、前記管状部材の内側に圧縮気体を印加する
   感圧センサの製造方法。