JPH01282802A

JPH01282802A - 感圧抵抗素子

Info

Publication number: JPH01282802A
Application number: JP63112203A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Okawa; 和宏大川; Taro Yamazaki; 太郎山崎
Original assignee: Toshiba Silicone Co Ltd
Current assignee: Momentive Performance Materials Japan LLC
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1988-05-09
Publication date: 1989-11-14
Also published as: US4996511A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、感圧抵抗素子に関し、特に新規な構造を有し
て、非加圧時においては絶縁性あるいは高い電気抵抗を
示し、加圧時においては加圧力に応じて徐々に電気抵抗
が減少し、しかも広い加圧力範囲で、大きな抵抗値変化
を示す感圧抵抗素子に関するものである。

［発明の技術的背景とその課題］電気抵抗が、加圧力に応じて徐々にあるいは直線的に減
少する感圧抵抗素子は、圧力センサーとして種々の用途
に用いられている。　こういった特性を発現する材料の
中に、シリコーンゴムなどの高分子弾性体に導電性粒子
を配合した感圧導電性弾性体がある。　例をあげると特
開昭５３−７９９３７号公報および特開昭５４−８０３
５０号公報には、角をおとじた、れき状の人造黒鉛を高
分子弾性体に配合したゴムシートが圧力センサー的な特
性を有していることが記載されている。　また、特開昭
５６−１０８２７９号公報には、硫化モリブデン粉末を
高分子バインダーに配合した感圧抵抗層を２枚の電極板
にはさんだ感圧抵抗素子が、印加される圧力に対し、逆
比例の抵抗変化をすることが記載されている。

しかし、これら従来技術は、圧力センサー的な抵抗変化
を示す印加圧力範囲が狭かったり、また抵抗値の変化範
囲が狭いといった欠点を有している。

すなわち、前者は、圧力センサー的な抵抗値変化を示す
印加圧力範囲が３０ｇ〜１ｋｇ程度しかなく、しかもそ
の際の抵抗値変化が１０にΩ〜数数百上かなり狭い、　
また後者については、３０ｇから８　＋＜０という比較
的広い圧力範囲で圧力センサー的な特性を示すが、抵抗
値の変化が１０にΩ〜３にΩと極端に狭いものである。

［発明の目的］本発明は、以上の欠点を解消するためになされたもので
、新規な構造を有し、非加圧時においては絶縁性あるい
は電気抵抗を示し、加圧時においては加圧力に応じて徐
々に電気抵抗が減少し、しかも広い加圧力の範囲で、大
きな抵抗値変化を示す感圧抵抗素子を提供しようとする
ものである。

［発明の構成］すなわち本発明は、第１の電気絶縁性の基板に構成した第１の接点電極と、
第１の接点電極に対し間隙を置いて相対して配置された
第２の電気絶縁性の基板に構成した第２の接点電極と、
前記第１および第２の基板の少なくとも一方の接点電極
区域の全面に被着された第１および／または第２の感圧
導電層と、該感圧導電層上あるいは感圧導電層のない接
点電極上の少なくとも一方に被着された第１および／ま
たは第２の感圧導電性パターンとから成ることを特徴と
する感圧抵抗素子である。

本発明の構造上の特徴は、接点電極区域の全面に被着さ
れる感圧導電層と、縞状、格子状、ドツト秋などの感圧
導電性パターンを組み合わせることにあり、この構造が
新規なものである。　接点電極区域の全面に、１層だけ
感圧導電層を設けるような従来の構造においては、それ
に加える圧力と抵抗変化との関係は、はぼ感圧導電層の
組成で決まり感圧特性に限界がある。　すなわち、狭い
範囲の圧力でしか直線的な抵抗変化が生じなかったり、
抵抗値の変化範囲が狭かったりする。　また感圧導電層
と、電気絶縁性パターンを組み合わせた構造も知られて
いるが、これも上記と同様の特性しか示さない。

本発明は、感圧導電層と感圧導電性パターンを組み合わ
せることにより、それぞれの圧力に対する抵抗変化の特
性を維持し、しかも加圧力に応じて感圧導電層と感圧導
電性パターンとの接触面積が、連続的に変化するため、
感圧導電層のみの場合と比較して、より広い圧力範囲で
の抵抗変化も達成でき、かつ抵抗値の変化範囲を大きく
することもできる。

本発明に用いる電気絶縁性の基板（絶縁基板）は、本発
明の目的を達成するための絶縁基板であれば、特に限定
はないが、圧力を加える側の絶縁基板には加えた圧力が
感圧導電層や感圧導電パターンに伝達が容易な有機高分
子、特にポリエチレンテレフタレートのフィルムやシー
トが取扱い易さ、強度などの点で好ましい、　絶縁基板
上に被着する接点電極は一般に使われる導電塗料を塗布
するか、金属を蒸着するかするなど、公知の方法が用い
られる。

感圧導電層と感圧導電パターンを得るなめに使用する感
圧導電材料は、一般に用いられる感圧導電材料、たとえ
ば有機高分子マトリックスに導電性金属粉や半導電性の
金属粉または金属酸化物粉を配合したものを用いること
ができる。　特にさきに本発明者らによって提案された
、ニッケル粉などの金属粉を白金化合物によって表面処
理した後、２：テリオルガノシロキサンに分散せしめた
組成物（特開昭５９−９８１６４号公報）や、酸化スズ
、酸化アンチモン系酸化物を主成分とする導電性粒子を
ポリオルガノシロキサンなどの有機弾性材料に分散せし
めた組成物（特願昭６２−４７５００号公報）が、加圧
力に対する抵抗値変化が比較的大きい点や、縞状、格子
状、ドツト状など複雑な感圧導電性パターンを形成しや
すい点で優れている。

この感圧導電性材料を接点電極上あるいは感圧導電層上
に、スクリーン印刷やスプレーなどの方法で塗布し硬化
させ、感圧導電層あるいは感圧導電性パターンを形成さ
せる。

感圧導電層は第１の接点電極あるいは第２の接点電極ら
しくはその両方の面上に設けることができる。　感圧導
電層の厚みは、本発明の目的に合う限り特に限定はない
が、被着工程の容易さ、感圧導電層の強度、感圧特性の
再現性などの点から、５〜１００μｍが好ましい。

接点電極および感圧導電層上、または二つの感圧導電層
上に被着される感圧導電性パターンは、本発明の感圧抵
抗素子の感圧抵抗範囲を広げるために必要な構成部であ
って、その形状は縞状、格子状あるいはドツト状のもの
から選ばれる。　この感圧導電性パターンは、加える圧
力に応じて、相対する接点電極と感圧導電層、あるいは
感圧導電層同志との接触面積が増加して感圧性を付与す
る働きを補完し、広い圧力範囲ですぐれた感圧特性を発
揮せしめるために必須のものである。

これら感圧導電性パターンの寸法は、縞状および格子状
の場合は、線幅が０．０５〜３１３線間距離が０．１〜
５０１ｔ、厚みが５〜１００μｍが好ましく、またドツ
ト状の場合は直径が０．０５〜３１１１、ドツト間距離
が０．１〜５０ｍ１、厚みが５〜ｉｏｏμｍが好ましく
、広い加圧力範囲ですぐれた感圧特性が得られる。

また、この感圧導電性パターンが相対する二つの面上に
設けられた場合、パターン形状が格子状及びドツト状に
あっては隣接する格子あるいはドツト間が等距離になる
ように配置することが、安定した感圧特性を得るために
必要である。　さらにパターン形状が輪状である場合に
は、双方の縞状のパターンは互いに直交するように配置
することが必要である。

以上、本発明にかかる構成要素を組み合わせることによ
り、広い加圧力範囲ですぐれた抵抗変化を示し、感圧セ
ンサーとして有用な感圧抵抗素子が提供される。

［発明の効果］このように感圧導電層と感圧導電性パターンとを組み合
わせることから成る感圧抵抗素子は、広い圧力範囲にお
いて加圧力に応じて電気抵抗が減少し、また単位圧力あ
たりの抵抗変化も大きいため、種々の圧力や変化量を検
知する感圧センサーとして有用である。

［発明の実施例］以下において、実施例および比較例を掲げ、本発明の詳
細な説明する。　本発明は、本発明の要旨を損なわない
範囲において、以下の実施例のみに限定されるものでは
ない。

実施例及び比較例において使用した構成材料は次のとお
りであるが、本発明の要旨を損なわない範囲において、
実施例に用いた構成材料に限定するものではない。

（１）絶縁基板　：　　０．５ｎ１１厚のポリエチレン
テレフタレートのフィルム（２）接点電極　：銀粉をエポキシ樹脂に配合した体積
抵抗率１０−’ΩＣ１の導電塗料を用い絶縁基板上に厚み２０μｍ厚に被着（３）感圧導電層：付加型シリコーンゴムに酸化スズ−
酸化アンチモン系導電性粒子を配合した組成物を実雄側記載の厚みに被着（４）感圧導電パターン二同上の組成物を実施例記載の
パターン状に被着（５）電気絶縁パターン＝　（３）に記載した導電粒子
を配合していない体積抵統率ｌＸ１０”ΩＣ１１の付加型ゴムを比較例記載のパターンに被着。

実施例および比較例において、接点電極は、すべて絶縁
基板に被着されているが、図面において省略しである。

実施例第１図（Ａ　）〜（Ｈ’）に図示した構造をもつ実施例
の（Ａ　）〜（Ｈ）素子を構成し、加圧力に対する抵抗
値を測定し、それぞれの結果を第２図〜第９図に示した
。

（八）は、１つの感圧導電層を有し、その感圧導電層上
及び接点電極上に被着された２つの縞状の感圧導電性パ
ターンを互いに直交するように配置した素子（Ｂ　）は、１つの感圧導電層を有し、相対する接点電
極上に縞状感圧導電性パターンを被着せしめた素子（Ｃ）は、２つの感圧導電層を有し、１つの感圧導電層
上に縞状の感圧導電性パターンを被着せしめた素子〈口）は、２つの感圧導電層を有し、その各々の上に被
着された２つの縞状導電性パターンを互いに直交するよ
うに配置した素子（Ｅ　）は、１つの感圧導電層を有し、相対する接点電
極上に格子状の感圧導電性パターンを被着せしめた素子（Ｆ）は、２つの感圧導電層を有し、一方の感圧導電層
上に格子状の感圧導電性パターンを被着せしめた素子（Ｇ　）は、１つの感圧導電層を有し、相対する接点電
極上にドツト状の感圧導電性パターンを被着せしめた素
子（Ｈ’）は、２つの感圧導電層を有し、一方の感圧導電
層上にドツト状の感圧導電性パターンを被着せしめた素
子本実施例の感圧導電性パターンは、縞状のものは、線幅
０．５ｎｎ、間隔１．５ｉｎ、格子状のものは、線幅０
．５Ｉ１ｍ、間隔２ｎｍ　、ドツト状のものは直径０．
５ｎ１１．間隔２．５ｎ１でその厚さはいずれも３０μ
ｌで構成した。　また、接点電極区域全面に設ける感圧
導電層は３０μｍの厚さで構成した。

第２図〜第９図に示したように、加圧力（横軸）と抵抗
値（縦軸）の両対数プロットにおいて、直線性を示す圧
力範囲は数十ｇ〜１００ｋ（Ｊまでの非常に広いものが
得られ、かつ抵抗値の変化範囲も非常に広い。

比較例第１０図（ａ　）〜（ｅ　）に図示した構造をもつ比較
例の（ａ　）〜＜ｅ　＞の素子を構成し、実施例と同様
の測定を行った。　それぞれの結果を第１１図〜第１５
図に示した。

（ａ　）は、１つの感圧導電層のみを有する素子（ｂ　
）は、２つの感圧導電層を有する素子（Ｃ）は、１つの
感圧導電層を有し、相対する接点電極上に縞状の電気絶
縁性パターンを被着せしめた素子（ｄ　）は、１つの感圧導電層を有し、相対する接点電
極上に格子状の電気絶縁性パターンを被着せしめた素子（ｅ　）は、１つの感圧導電層を有し、相対する接点電
極上にドツト状の電気絶縁性パターンを被着せしめた素
子なお、電気絶縁性パターンの厚さと形状は、実施例にお
ける感圧導電性パターンのそれと同じである。

第１１図〜第１５図に示したように、比較例の素子は明
らかに直線性の得られる加圧力範囲が狭く、また抵抗変
化の範囲も狭いものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図（＾）ないしくＨ）はそれぞれ本発明実施例（Ａ
　）ないしくＨ）の感圧抵抗素子の断面略図、第２図な
いし第９図はそれぞれ本発明実施例（＾）ないしくＨ）
の感圧抵抗素子の加圧力に対する電気抵抗値の変化を示
すグラフ、第１０図（ａ　）ないしくｅ　）は比較例（
ａ　）ないしくｅ　）の感圧抵抗素子の断面略図、第１
１図ないし第１５図はそれぞれ比較例＜ａ　）ないしく
ｅ）の感圧抵抗素子の加圧力に対する電気抵抗値の変化
を示すグラフである。ｌａ、ｌｂ・・・接点電極、　２ａ　、２ｂ・・・感圧
導電層、　３ａ　、３ｂ・・・縞状感圧導電性パターン
、４・・・格子状感圧導電性パターン、　５・・・ドツ
ト状感圧導電性パターン、　６・・・縞状電気絶縁性パ
ターン、　７・・・格子状電気絶縁性パターン、　８・
・・ドツト状電気絶縁性パターン。（Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）（Ｃ
）　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｄ）（Ｅ）　
　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｆ）（Ｇ）　　　
　　　　　　　　　　　　　　ＣＨ＞＋ｏ　　　　　　
＋ｏ２＋ｏｓ　　　　　　＋ｏ’　　　　　　１ｏ’＋
０　　　　　１０’　　　　　　１０”　　　　　　１
０’　　　　　　１０う力１１ＥＥ力（１））１０　　　　　　　ＴＯ’　　　　　　１０”　Ｏ’　
　　　　　１０″０ｆｆ− □ １０２−一−−−−−〒−−−−−−−〒−−一一一一
一一一一−−−−７＋０　　　　　１０’　　　　　　
ＴＯ’　　　　　　１０’　　　　　　Ｔｏ’ＴＯ１０
’　　　　　　１０”　　　　　　ＴＯ’　　　　　　
　１０’＋０　　　　　　４０２ＴＯ’　　　　　　１
０’　　　　　　Ｔｏ’１０　　　　　　１０′−ＩＣ
”　　　　　　　’Ｏ’　　　　　　　ｉｏ″１０】＋
′ ＋（ｙ　　、　　　　　　　、　　　　　　　　ｊＴｏ
　　　　　　　Ｉ（Ｆ　　　　　　１０”　　　　　　
ＴＯ’　　　　　　１０’力ｌｌ！Ｅ［力　　（Ｑ）第９図（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）（
ｃ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｄ）（ｅ
）第１０図ＴＯＴｏ’　　　　　　ＴＯ’　　　　　　　１０’　
　　　　　　ｗ＋０　　　　　　　　ＴＯ’　　　　　
　　１０’　　　　　　　ＩＱ’　　　　　　　＋０’
１０　　　　　　１０’　　　　　　　１ｏ’　　　　
　　　ＴＯ’　　　　　　　ＴＯ’Ｔｏ　　　　　　　
ＴＯ’　　　　　　　Ｔｏ’　　　　　　　１０’　　
　　　　　Ｔｏ’反三力　　（ｔ７）第１４図

Claims

【特許請求の範囲】１　第１の電気絶縁性の基板に構成した第１の接点電極
と、第１の接点電極に対し間隙を置いて相対して配置さ
れた第２の電気絶縁性の基板に構成した第２の接点電極
と、前記第１および第２の少なくとも一方の接点電極区
域の全面に被着された第１および／または第２の感圧導
電層と、該感圧導電層上あるいは感圧導電層のない接点
電極上の少なくとも一方に被着された第１および／また
は第２の感圧導電性パターンとから成ることを特徴とす
る感圧抵抗素子。２　感圧導電性パターンの形状が縞状、格子状、ドット
状のいずれかである請求項１記載の感圧抵抗素子。３　第１の接点電極または第１の感圧導電層上に被着さ
れた縞状の感圧導電性パターンと、第２の接点電極また
は第２の感圧導電層上に被着された縞状の感圧導電性パ
ターンとが互いに直交するように配置することを特徴と
する請求項１記載の感圧抵抗素子。