JP6851534B2 - 圧力センサーシート - Google Patents

Description

本発明は、タイヤや靴底などの接地状態を測定するための装置に使用される圧力センサーシートに関する。

従来、タイヤの接地状態などを測定する方法として、下記特許文献１に開示された発明が知られている。この発明は、タイヤを接地させるための表面を有する基体と、前記基体の前記表面上に配されかつ複数の圧力測定点を有する圧力センサーシートと、前記圧力センサーシートの表面を覆う保護シートなどから構成され、前記圧力センサーシートは第１線状電極と第２線状電極との間に圧縮されたときの変形量に応じて電気抵抗が小さくなる樹脂が充填されている構造の発明である。

そして、この樹脂の電気抵抗は、シートの外面を押圧する力が大きくなると減少する。そのため、第１線状電極と第２線状電極との平面視での交点において、シートが押圧されることにより、第１線状電極と第２線状電極との電気抵抗が小さくなる。従って、前記電気抵抗が測定されることにより、交点での樹脂に作用する力を測定することができ、タイヤの接地面形状及び接地圧分布が得られる。

特開２０１８−７２０４１号公報

しかしながら、前記交点での樹脂に作用する力で検出できるのは、Ｚ軸方向（線状電極と垂直方向）の成分のみであり、ＸＹ軸方向（タイヤが移動する方向をＸ軸、それと垂直の方向をＹ軸）の成分については検出できない。すなわち、このような構造の圧力センサーシートでは、Ｚ軸方向の接地圧分布のみが得られるだけで、例えば、タイヤが接地面に及ぼす斜め方向に加わる応力（せん断力）の接地圧分布を測定することはできない。したがって、タイヤと接地面との真の接地状態を測定することになっておらず、タイヤの性能等を測定する試験装置としては不十分であるという問題があった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、保護層の上から斜め方向に加わる応力（せん断力）をも算出できる圧力センサーシートであって、その基本として前記第一電極と複数の電極との間に形成される絶縁層が所定の特徴をもつ弾性体で構成されている発明であり、タイヤや靴底の真の接地状態を測定するための装置に使用できる。

すなわち、本発明の第一実施態様は、基板上に第一電極が形成され、前記第一電極上に絶縁層が形成され、前記絶縁層上に第二電極が形成され、前記第二電極上に保護層が形成された圧力センサーシートであって、前記絶縁層が階調を有することを特徴とする圧力センサーシート、である。また本発明の第二実施態様は、前記絶縁層の階調が、材質の密度、硬度や弾性率、せん断強度のいずれかによるものである圧力センサーシートである。

また本発明の第三実施態様は、前記絶縁層が、発泡体で構成されている圧力センサーシートである。また本発明の第四実施態様は、前記絶縁層に、ザグリ状の凹凸が形成されている圧力センサーシートである。また本発明の第五実施態様は、前記絶縁層が単一層で構成されている圧力センサーシートである。また本発明の第六実施態様は、前記いずれかに記載のタイヤ、靴底、トラックポイントのいずれかの接地状態を測定するための装置に使用される圧力センサーシートである

本発明の圧力センサーシートは、基板上に第一電極が形成され、前記第一電極上に絶縁層が形成され、前記絶縁層上に第二電極が形成され、前記第二電極上に保護層が形成された圧力センサーシートであって、前記絶縁層の階調が、材質の密度、硬度や弾性率、せん断強度のいずれかなどの物理的性質や化学的性質によることを特徴とする。

したがって、絶縁層内で発生する内部応力歪みを適度に軽減できるため、押圧により絶縁層に加わる負荷を軽減でき、絶縁層およびその他の層の耐久性を向上できる効果がある。また、ノイズとなる内部応力歪みが減少することから、検出感度が向上し結果的にせん断力をより正確に計測することができる効果もある。そして、この効果は、従来のＺ軸方向の接地圧分布だけでなく、斜め方向に加わる応力（せん断力）の接地圧分布にも適用できる効果があり、その結果、圧力検知とせん断力検知とを区別することもできる効果がある。

また本発明の圧力センサーシートは、前記絶縁層が、発泡体で構成されていることを特徴とする。したがって、適切な泡のサイズや泡の密度に設定することで絶縁層の材質の密度、硬度や弾性率、せん断強度を制御することができ、容易に階調のある絶縁層にすることができる効果がある。また、発泡体にすることでクッション性が向上し、押圧により絶縁層に加わる負荷を軽減でき、絶縁層およびその他の層の耐久性を向上できる効果がある。

また本発明の圧力センサーシートは、前記絶縁層に、ザグリ状の凹凸が形成されていることを特徴とする。したがって、適切なザグリ状の凹凸形状に設定することで絶縁層の材質の密度、硬度や弾性率、せん断強度を制御することができ、容易に階調のある絶縁層にすることができる効果がある。

また本発明の圧力センサーシートは、前記絶縁層が単一層で構成されていることを特徴とする。したがって、一層のみの形成で済むため、生産性が向上し、品質も安定する効果がある。

本発明の一実施形態の圧力センサーシートの断面図である。 発泡の泡の濃度でもって、絶縁層に階調があるようにした本発明の一実施形態の圧力センサーシートの断面図である。 発泡の泡の大きさでもって、絶縁層に階調があるようにした本発明の一実施形態の圧力センサーシートの断面図である。 ザグリ状の凹凸をつけ、絶縁層に階調があるようにした本発明の一実施形態の圧力センサーシートの断面図である。

以下、本発明の実施の一形態を、図面に基づき説明する。本発明の圧力センサーシート１は、基板１０上に第一電極２０が形成され、前記第一電極２０上に絶縁層３０が形成され、前記絶縁層３０上に第二電極４０が形成され、前記第二電極４０上に保護層５０が形成され、前記絶縁層３０が階調を有することを特徴とする圧力センサーシートである（図１）。

絶縁層３０が階調を有することとは、絶縁層３０が均一な膜ではなく、ある方向（とくに本発明ではＺ軸方向）に段階的に物理的性質または化学的性質が変化する構成の膜になっていればよいことを指し、その階調の段階の数や濃淡の度合いなどは特に限定されない。ただし、一般に階調の段階の数や濃淡の度合いが多いほど、いずれの性質も滑らかに変化するので好ましい態様になる。

物理的性質とは、材質の密度・硬度・比重・融点・沸点・比熱・誘電率・透磁率・磁化率・導電率・屈折率・臭気・色などその物質に固有な性質や、弾性率・せん断強度・引張破壊呼び歪・引張強度・耐衝撃性・耐摩耗性・圧縮率・圧縮強度・曲げ強度・降伏応力・抗張力など外力荷重に対して有する性質のことである。また化学的性質とは、他の物質がある場合にそれと反応して性質の異なる新しい物質に変わろうとする性質のことである。

とくに、本発明の絶縁層３０が有する階調としては、材質の密度、硬度や弾性率、せん断強度などの物理的性質が好ましい。なお、絶縁層３０が例えば非常に薄膜の場合や絶縁層３０が基板１０や複数の第二電極４０と一体化して完全には分離できない場合など、絶縁層３０単独での物理的性質を測定できない場合は、絶縁層３０と基板１０との積層体や第二電極４０が載った状態で、絶縁層３０がそれら全体の容積の９０％以上を占めていることを条件として測定した値が絶縁層３０の物理的性質の値とする。

材質の密度でもって絶縁層３０に階調をつける方法としては、絶縁層３０を複数層の発泡体層で構成し、その泡の濃度を段階的に変化させる方法が挙げられる。すなわち、絶縁層３０を例えば発泡体層の三層構造にし、各々の層に対して発泡剤を絶縁層３０の主材質に対して異なった割合で混合し分散させ、熱を加えて成形することにより、それぞれ異なる泡３２の濃度からなる発泡体からなる絶縁層３０が得られる（図２）。

また、絶縁層３０を複数層の発泡体層で構成し、その泡の大きさを段階的に変化させて絶縁層３０に階調をつける方法も挙げられる。すなわち、絶縁層３０を例えば発泡体の三層構造にし、各々の層に対して大きさまたは成分の異なる発泡剤を絶縁層３０中に混合し分散させ、熱を加えて成形することにより、それぞれ泡３２の大きさが異なる発泡体からなる絶縁層３０が得られる(図３)。

なお、上記二つのケースでは絶縁層３０がいずれも三層の発泡体からなる例を挙げているが、単層や二層であっても構わないし、四層以上であっても構わない。単層で階調のある絶縁層３０を得る方法としては、比重の異なる発泡剤を複数混合させ、分散撹拌して、ある程度それらの発泡剤がそれらの有する比重の大小に応じて絶縁層３０の材質中で分離し始めたタイミングで、熱を加えて発泡させて成形するとよい。生産性の観点からは、単層で形成した方が製造工程の短縮になるので好ましい（図３）。

発泡体の泡３２のサイズは、泡３２の大きさで階調を付ける場合でも、２μｍ〜１００μｍの範囲内にするのが好ましい。そのような泡３２のサイズにするための発泡体の製造方法としては、加硫発泡の反応過程で、雰囲気圧力（外気圧）を一定の圧力に減圧または加圧してコントロールすることが好ましい。その範囲にコントロールすることにより加硫発泡時の気泡の成長を促進または阻害することができ、一定の所望の発泡倍率及び一定のセル目の大きさを有する発泡体を得ることができるからである。また、発泡倍率の範囲を大幅に広くすることが可能となり、所望の発泡倍率の製品を得ることが可能になるからである。

発泡剤としては、アゾジカルボンアミドや炭酸水素塩などの熱分解型発泡剤やフロンや炭化水素などを熱可塑性樹脂カプセルでくるんだ熱膨張性マイクロカプセル発泡剤が挙げられる。発泡成形方法としては、ビーズ発泡、バッチ発泡、プレス発泡、常圧二次発泡、射出発泡、押出発泡、発泡ブローなどが挙げられる。

発泡体の中でも、材質がシリコーン系樹脂から構成されているシリコーンフォームが好ましい。温度による弾性変化が少なく低温下での測定にも対応できるメリットがあり、耐久性が高いため、大きな変位による歪や応力が繰り返し加わったとしても、破断、変形を防ぐことができる。その結果、タイヤのよう荷重が大きな物を測定する場合から、靴底などのような荷重が小さな物を測定する場合など、あらゆる分野での接地状態を測定するための装置に使用できる。

シリコーンフォームは シリコーンゴムを独立発泡または半独立発泡させた発泡体であり、前述したように発泡剤をシリコーンゴム中に添加し加熱発泡させるタイプのほか、二成分型の液状シリコーンからなる自己発泡反応タイプなどが挙げられる。自己発泡反応タイプシリコーンフォームで絶縁層３０を製造する方法としては、液状のシリコーンゴム原料を二枚のキャリアシートでサンドイッチ状とし、それをカレンダーロールの間を通して分出しシート形状にして加硫発泡させるカレンダー成形法、液状のシリコーンゴム原料をシートの上などに規制を受けない形でチャージし加硫発泡させるフリー発泡法、金型の中にシリコーン液状の原料を注ぎこみ加硫発泡させる注型成形法などが挙げられる。

また、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどは発泡体にすることにより圧力センサーシートに適した弾性力が発生するので、これらの合成樹脂を絶縁層３０の材質として選択する場合は、発泡体にすることが好ましい。絶縁層３０を発泡体に適さない材質にて形成する場合は、絶縁層３０の表面にザグリ状の凹部７０をつけて階調のある絶縁層３０にする方法もある。

すなわち絶縁層３０を、例えば保護層５０側からザグリ状の凹部７０による穴の大きさまたは数が順に小さくなる三層構造にし、その各々の層における絶縁層３０の材質の密度が小から大に段階的に変わることにより階調のある絶縁層３０となる（図４）。このケースでは絶縁層３０が三層からなる例を挙げているが、単層や二層、四層以上であっても構わない。単層で階調のある絶縁層３０を得るには、最終的に得られるザグリ状の凸形状に加工した冶具でもって一度の押圧加工でザグリ状の凹部を形成するとよい。生産性の観点からは、単層で形成した方が製造工程の短縮になるので好ましい。

絶縁層３０中に形成される泡３２やザグリ状の凹部７０は、絶縁層３０に圧力またはせん断力が加わってその反作用で保護層５０の膨らみが生じた場合、絶縁層３０の泡３２や凹部７０がそれを吸収して、結果的に絶縁層３０が膨らむのを軽減する効果があり、それによって圧力またはせん断力が正確に測定できる効果がある。泡３２やザグリ状の凹部７０の大きさは絶縁層３０の材質や厚みによって適宜選択するとよい。

絶縁層３０の材質は、前述したシリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンの樹脂が好ましいが、それ以外の材質でも構わない。例としては、フッ素、ウレタン、エポキシ、エチレン酢酸ビニル共重合体、ブタジエンゴムなどの弾性力を有する合成樹脂シートや伸縮性のある不織布シートなどが挙げられる。絶縁層３０は押出成形などの一般的なシート成形法によりシート化されたものに限定されるわけでなく、印刷やコーターなどによって形成されたコーティング層であってもよい。厚みは２０μｍ〜５ｍｍの範囲で適宜選択すると良い。また、絶縁層３０は発泡体に限らず、例えばシリコーンゲルなどのゲル状シートやシリコーンエラストマーなどのエラストマーシートであってもよい。

シリコーンゲルは、オルガノポリシロキサンなどを主成分とする硬化後にゲル状になる材料であって、耐久性・高安全衛生性といったシリコーン特有の性質と、柔軟性・衝撃吸収性・耐湿性といった低架橋密度（鎖状高分子の相互間を化学的に結合させた網目構造の密度が低い）から生じる特性をもつ。主に室温硬化タイプと加熱硬化タイプとがあり、硬化剤の種類や添加量の増減、温度調節などによって硬化速度が異なる。なお、ポリビニルピロリドン、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマーなどの親水性ゲルにシリコーンを配合したシリコーンハイドロゲルも、本発明のシリコーンゲルの一種に含まれる。

シリコーンゲルで絶縁層３０を製造する方法としては、シリコーンゲル材料に硬化促進作用のある触媒とシリコーンゴム材料を添加して配合原料とし、リップコーター、コンマコーター、リバースコーター、ナイフコーターなどの各種コーターでシート化する方法や、予め用意したシリコーンゴムシート上にシリコーンゲル材料を前記各種コーターで塗布して一体成形する方法が挙げられる。

シリコンエラストマーは、直鎖状のシリコーンゴムコンパウンドあるいは液状シリコーンゴムを加硫剤や触媒により架橋させた熱硬化性シリコーンエラストマーのほか、ウレタン系などの他のエラストマーにシリコーンオイルをブレンドしたり、反応性シリコーンオイルと共重合させた熱可塑性のシリコーン変性エラストマーがある。シリコンエラストマーで絶縁層３０を製造する方法としては、上記シリコーン原料に補強剤や加硫剤を入れ撹拌混合し、所定の厚みの圧延機にかけシート化する圧延成形が挙げられる。その他、所定の型に流し込んで熱および圧力をかけて加硫するプレス成形や、押出機にかけシート化する押出成形、カレンダーロールを用い幅広の長尺シートに成形するカレンダー成形、コーティング装置を用いてガラスクロスなどの基材へ塗工するコーティング成形、インジェクション成形、巻きむし成形などが挙げられる。

これらのシリコーン樹脂系の弾性体シートには、触媒のほか安定剤を配合させておいてもよい。触媒としては、例えばトリエチルアミン、トリエチレンジアミンなどの含窒素化合物、酢酸カリウム、ステアリン酸亜鉛、オクチル酸錫などの金属塩、ジブチル錫ジラウレートなどの有機金属化合物などが挙げられる。安定剤としては、置換ベンゾトリアゾール類などの紫外線に対する安定剤、フェノール誘導体などの熱酸化に対する安定剤などが挙げられる。

その他、絶縁層３０は、電気粘性流体で構成されていてもよい。電気粘性流体は電界を印加したり除去したりすることによって粘弾性特性が可逆的に変化する流体のことであり、液晶などの単一物質からなる均一系電気粘性流体や、絶縁液体などに粒子を分散させた分散系電気粘性流体などが挙げられる。とくに、分散系電気粘性流体の場合は、電界の有無によって固液相変化が可能であり、より好ましい。分散系電気粘性流体に使用する粒子としては、炭素質や絶縁質からなる多孔質な微粒子が挙げられる。微粒子の平均粒径は５〜３０μｍが好ましい。分散系電気粘性流体に使用する絶縁液体としては、シリコーンオイルなどが挙げられる。また、絶縁液体に架橋剤や白金触媒などを添加し熱処理を施して、電気粘性流体をゲル化してもよい。

ゲル化した電気粘性流体のシートでは、電界を印加することで粒子がゲル中に埋没し表面状態が変化する。すなわち、界面の電気力によってゲルが隆起し表面はゲルのみの平滑な面一状態になり、他の層と全面に接触して吸着が発現する状態になる。そのような状態になると、絶縁層３０にせん断応力が伝わりやすくなり、検出感度が向上する。分散系電気粘性流体の製造方法は、乾燥後の多孔質粒子を電気絶縁性液体の分解温度以上に維持したまま攪拌しながら電気絶縁性液体に添加することにより、多孔質粒子の近傍に存在する電気絶縁性液体を分解させて低分子量の有機化合物を生成させ、その有機化合物を多孔質粒子の表面に均一に吸着させる方法が挙げられる。

なお絶縁層３０には、絶縁性を維持できる範囲の割合でカーボンブラック、金、銀、ニッケルなどの導電粒子８０を添加してもよい（図４参照）。絶縁層３０が押圧された際、含有されていた導電粒子間の距離が接近して第一電極２０と第二電極４０との間の静電容量値が急上昇するため、それにより後述するせん断力６０の算出方法によって圧力およびせん断力の感度が向上する効果があるからである。導電粒子８０の平均粒径は絶縁層３０の厚みの１０分の１以下が好ましい。

第二電極４０の材質は特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、アルミニウム、ロジウム等の金属膜のほか、これらの金属粒子を樹脂バインダーに分散させた導電ペースト膜、あるいはポリへキシルチオフェン、ポリジオクチルフルオレン、ペンタセン、テトラベンゾポルフィリンなどの有機半導体などが挙げられるが、特に限定されない。複数の第二電極４０の製造方法は、金属膜の場合、メッキ法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等で導電膜を全面形成した後にエッチングによりパターニングする方法が挙げられ、後者の場合、スクリーン、グラビア、オフセットなどの印刷法等で直接パターン形成する方法が挙げられる。

第二電極４０は、主に絶縁層３０の上部に形成し、一層のみでもよいし二層以上の多層から成り立っていてもよい。第二電極４０のパターンとしては、丸状、角状、線状などいずれの形状であってもよい。第二電極４０の厚みは、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内で適宜選択するとよい。第二電極４０の各々からは配線パターンが接続され、外部にあるコントローラーと電気接続される。そして、前記第一電極２０と前記複数の第二電極４０との間で発生する静電容量値の変化を検出することにより、前記保護層５０上から加わるせん断力６０を算出できる。

第一電極２０の材質は、金、銀、銅、白金、パラジウム、アルミニウム、ロジウム等の金属膜のほか、これらの金属粒子を樹脂バインダーに分散させた導電ペースト膜、あるいはポリへキシルチオフェン、ポリジオクチルフルオレン、ペンタセン、テトラベンゾポルフィリンなどの有機半導体などが挙げられるが、特に限定されない。形成方法は、第二電極４０と同様の方法で形成できるが、絶縁層３０の下部に位置する基板１０上に形成する。基板１０としては、ガラスエポキシ基板、ポリイミド基板、ポリブチレンテレフタレート樹脂基板などが挙げられるが、特に限定されない。厚みは０．１ｍｍ〜３ｍｍの間ぐらいで適宜選択するとよい。

保護層５０は、上部から加わるせん断力６０から、下部にある第一電極２０や前記複数の第二電極４０を保護するための層である。保護層５０の材質としては、アクリル、ウレタン、フッ素、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアミド、オレフィンなどの熱可塑性または熱硬化性樹脂シートのほか、シアノアクリレートなどの紫外線硬化型樹脂シートなどが挙げられるが、とくに限定されない。

しかし、保護層５０は、せん断力６０を絶縁層３０に的確に伝えるための役割も果たす層であるため、保護膜としての特性とともに圧力伝達体としての特性も有している必要がある。そのため、好ましいのは、アクリルゴム成分を１０％以上含むアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂である。保護層５０の厚みは、材質によって異なるものの３０μｍ〜５ｍｍの間で適宜選択するとよい。

保護層５０の上から加わるせん断力６０はいずれの方式で算出しても構わないが、例えば、前記第一電極２０と前記複数の第二電極４０との間で発生する静電容量値の変化を検出することにより算出する方式が挙げられる。すなわち、せん断力６０の押圧力によって、保護層５０および絶縁層３０が凹状に変形し、それによって絶縁層上に形成されていた複数の第二電極４０と基板１０上に形成されていた第一電極２０との距離が変化する。その距離の変化は、せん断力６０の押圧力および複数の第二電極４０と第一電極２０との間の静電容量値の変化と相関性がある。したがって、複数の第二電極４０と第一電極２０との間の静電容量値の変化を測定すれば、間接的にせん断力６０の押圧力が測定できる。

そして、斜めの方向からせん断力６０が加わった場合（すなわち圧力方向のみでなく、せん断力の成分がある場合）、たとえば複数の第二電極４０のうちの一点の電極４１は、その真下にある一点の第一電極２１だけではなく、第一電極２１の隣の第一電極２２との間の距離も変化する（図２、図３参照）。すなわち、電極４１と第一電極２１との間の静電容量値の変化と電極４１と第一電極２２との間の静電容量値の変化とを測定すれば、斜めの方向のせん断力６０の強さを測定できる。

この点は従来技術として掲げた特許文献１（特開２０１８−７２０４１号公報）にない本発明の長所であり、実際、タイヤや靴底などの接地状態での圧力は保護層５０の真上から加わるＺ軸方向のみの圧力だけではなく、斜め方向から加わるＸＹ軸方向の力の成分がある場合が常なため、本発明は、実製品での接地状態に則した発明であると言える。

なお、この一点の電極４１のＸＹ方向の変位が、周縁のほかの電極に影響を与え、それがノイズとなって測定したい静電容量値の感度に影響を与えないようにするために、保護層５０表面に切り目を入れてもよい。すなわち、第二電極４０各々が独立して動き、一点の電極４１の変位が周囲のその他の第二電極４０への影響を少なくする。この切り目を入れる場合は、絶縁層３０の厚みは、やや厚め５００μｍ〜５ｍｍの範囲にするのが好ましい。なお、切り目は保護層５０を貫通させて絶縁層３０の表面にまで形成してもよい

切り目の形態としては、例えば点線状、破線状、長鎖線状、一点鎖線状、長二点鎖線状などが挙げられる。切れ目は一本の線であってもよいし複数の線であってもよい。切れ目の深さは、完全に貫通していてもよいし、途中までのハーフカット状であってもよい。切り目の形成方法としては、例えばトムソン刃の打ち抜き方法などが挙げられる。

以下、本発明の実施例１として、タイヤの接地状態測定装置に用いた場合の圧力センサーシートについて記載する。実施例１の圧力センサーシートは、以下の手順で製造した。液状シリコーンゴム、加硫架橋剤、トリエチルアミン触媒、フェノール誘導体の安定剤およびメタン内包マイクロカプセル発泡剤を重量比１０：４：０．３：０．１：０．２の割合および重量比１０：４：０．３：０．１：０．４の割合および重量比１０：４：０．３：０．１：０．６の割合で配合・撹拌させた絶縁層原料各々を、１２５μｍ厚のポリエステル製キャリアシート上に、０．２ｍｍおよび０．１５ｍｍおよび０．１ｍｍ厚の間隙をもたせたカレンダーロールの間を順次通して分出しを行った。次いで、１２０℃の加熱炉を通すことで、液状シリコーンゴムを架橋させるとともにマイクロカプセルを発泡させたところ、泡のサイズが平均５０μｍで、泡の濃度が順次高くなる諧調模様のシリコーンフォーム絶縁層（幅４０ｃｍ、長さ２ｍ）が三層形成された。

この絶縁層上に、ピッチが１．５ｍｍ間隔でパターンが１ｍｍ正方形状の電極を、スクリーン印刷法にて銀ペーストからなる複数の電極を絶縁層の全面に形成した。次いで、絶縁層の上面に、ポリカーボネート系樹脂からなる厚さ０．５ｍｍの保護層をウレタン系接着剤を介して積層し、絶縁層の下面には、３５μｍ厚の第一電極が形成された１ｍｍ厚のガラスエポキシ樹脂基板を積層して、圧力センサーシートを得た。上記複数の電極および第一電極は、引き出し配線を通じて静電容量値の変化を検出できるコントローラーに接続した。

上記製造された圧力センサーシートを用いて、―４０℃、１０℃、６０℃の各環境温度下において、タイヤ幅１９５ｍｍ、偏平率６５％、ホイールサイズ１５インチからなるラジアルタイヤの走行速度４０ｋｍ／時における圧力をテストした。その測定結果は以下の通りであり、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向の圧力も測定できた。また、低温環境下では、ＸＹ軸方向のせん断圧力が増加する傾向が見られ、せん断圧力の測定の意義が確認された。またこのような広い環境温度で測定できるシリコーンフォームの絶縁層で形成される圧力センサーシートの意義も確認できた。

以下、本発明の実施例２として、靴底の接地状態測定装置に用いた場合の圧力センサーシートについて記載する。実施例２の圧力センサーシートは、以下の手順で製造した。８０℃の恒温槽内において、シリコーンオイルからなる分散系電気粘性流体に、平均粒径２０μｍの絶縁質からなる乾燥多孔質微粒子、加硫架橋剤、白金触媒を重量比１０：１：１：０．０５の割合で添加配合・攪拌しながら放置することで、多孔質粒子の近傍に存在する電気絶縁性液体が分解し、低分子量の有機化合物が生成され、その有機化合物が多孔質粒子の表面に均一に吸着されたゲル状の電気粘性流体からなる絶縁層（幅４０ｃｍ、長さ２ｍ）を形成した。この絶縁層に、ザグリ状の凸形状に加工した冶具でもって押圧加工しザグリ状の凹部を形成した。形成されたザグリ状の凹部は順次穴の大きさが小さくなる形状であり、結果的に絶縁層の材質の密度が大から小に段階的に変わる階調のある絶縁層になっていた。

この絶縁層上に、ピッチが１．５ｍｍ間隔でパターンが１ｍｍ正方形状の電極を、部分メッキ法にて銅からなる複数の電極を絶縁層の全面に形成した。次いで、絶縁層の上面に、アクリル系樹脂からなる厚さ０．０５ｍｍの保護層をシリコーン系接着剤を介して積層し、絶縁層の下面には、３５μｍ厚の第一電極が形成された０．１ｍｍ厚のポリイミド樹脂フィルム基板を積層して、圧力センサーシートを得た。上記複数の電極および第一電極は、引き出し配線を通じて静電容量値の変化を検出できるコントローラーに接続した。

上記製造された圧力センサーシートを用いて、２０℃の環境温度下において、サイズ２７ｃｍで圧力センサーシートが取り付けられた靴を履いた試験者に歩行速度２ｋｍ／時、４ｋｍ／時、６ｋｍ／時で歩行してもらい、各歩行速度における圧力をテストした。その測定結果は以下の通りであり、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向の力も測定できた。また、歩行速度が高いほど、靴底に掛かる圧力、とくにＸＹ軸方向のせん断力が増加する傾向が見られ、せん断力の測定の意義が確認された。

以下、本発明の実施例３として、パーソナルコンピューターのトラックパットに用いた場合の圧力センサーシートについて記載する。実施例３の圧力センサーシートは、以下の手順で製造した。トルエンに溶解したポリスチレン樹脂溶液中に三種の発泡剤および平均粒径３０μｍのカーボンブラックを重量比１０：０．６：０．１の割合で分散撹拌させ、発泡剤がポリスチレン樹脂溶液中で分離し始めたタイミングで、０．５ｍｍ厚の間隙をもたせた押出成形機の隙間に熱を加えながら通して、シート状の発泡絶縁層を形成した。三種の発泡剤は、比重が１．６５のアゾジカルボンアミド系発泡剤および比重が１．４９のオキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド系発泡剤および比重が１．４１のジニトロソペンタメチレンテトラミン系発泡剤であり、含有率はそれぞれポリスチレン樹脂溶液１０に対して０．２の重量比である。得られたシート状の発泡絶縁層は単層でありながら、泡のサイズや形状が異なる階調のある絶縁層であった。

この絶縁層上に、ピッチが１．５ｍｍ間隔でパターンが１ｍｍ正方形状の電極を、部分メッキ法にて銅からなる複数の電極を絶縁層の全面に形成した。次いで、絶縁層の上面に、アクリル系樹脂からなる厚さ０．０５ｍｍの保護層をウレタン系接着剤を介して積層し、絶縁層の下面には、１０μｍ厚の有機半導体からなる第一電極が形成された０．１ｍｍ厚のポリイミド樹脂フィルム基板を積層して、圧力センサーシートを得た。上記複数の電極および第一電極は、引き出し配線を通じて静電容量値の変化を検出できるコントローラーに接続した。

上記製造された圧力センサーシートを用いて、２０℃の環境温度下において、サイズ半径２ｍｍで圧力センサーシートが取り付けられたトラックパットを試験者に速度２ｍｍ／秒、１０ｍｍ／秒、４０ｍｍ／秒でなぞってもらい、各速度における圧力をテストした。その測定結果は以下の通りであり、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向の力も測定できた。また、なぞる速度が高いほど、トラックパットに掛かる圧力、とくにＸＹ軸方向のせん断力が増加する傾向が見られ、せん断力の測定の意義が確認された。

１ 圧力センサーシート
１０ 基板
２０、２１、２２ 第一電極
３０ 絶縁層
３２ 泡
４０、４１ 電極
５０ 保護層
６０ せん断力
７０ ザグリ状の凹部
８０ 導電粒子

Claims (3)

1. 基板上に第一電極が形成され、
   前記第一電極上に絶縁層が形成され、
   前記絶縁層上に第二電極が形成され、
   前記第二電極上に保護層が形成された圧力センサシートであって、
   前記絶縁層が同じ材質の発泡体からなる複数層構造であって、前記絶縁層にある特定方向に段階的に材質の硬度または弾性率が変化する階調があり、前記絶縁層内に他の電極層が形成されていない圧力センサシート。
2. 前記階調が、泡の濃度、泡の大きさ、ザグリ状の凹部の大きさまたは数の変化である請求項１の圧力センサシート。
   
3. 前記階調が、硬度の変化である請求項１または請求項２記載の圧力センサシート。
   

Images