JPS63229340A - Compression sensor element - Google Patents

Compression sensor element

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Publication number
JPS63229340A
JPS63229340A JP6244287A JP6244287A JPS63229340A JP S63229340 A JPS63229340 A JP S63229340A JP 6244287 A JP6244287 A JP 6244287A JP 6244287 A JP6244287 A JP 6244287A JP S63229340 A JPS63229340 A JP S63229340A
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JP
Japan
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conductive sheet
elastomer
sensor element
deformation
compression sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP6244287A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Fukui
福井 実
Naoki Kataoka
直樹 片岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication of JPS63229340A publication Critical patent/JPS63229340A/en
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect a wide range of deformation with high sensitivity, by bonding an elastomer layer having a projection and a thickness of 0.3mm or more to at least the single surface of a deformable conductive sheet. CONSTITUTION:The average height of the elastomer 11 from the bonding surface with a deformable conductive sheet 12 requires 0.3mm or more and the projection 16 on the surface of the elastomer 11 is pref. becomes large in its cross-sectional area toward the bottom part thereof. An insulated leaf spring part 15 is bonded to the other surface of said conductive sheet 12. In order to detect the electric resistance value of the deformable conductive sheet 12, a copper plate 14 is adhered to the spring pair 15 by a conductive adhesive 13. By this constitution, when compression force is applied to the projection, said compression force spreads to the whole of an element and a considerable quantity of deformation can be determined based on minute deformation as the large change in a resistance value with good sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧縮センサー素子に関する。より詳しくは外力
によって圧縮変形、さらには、伸長や屈曲を伴う圧縮変
形を容易且つ弾性的に行うことができ、かつその変形に
伴って電気抵抗値が減少する変形導電性シートから成る
センサー素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a compression sensor element. More specifically, it relates to a sensor element made of a deformable conductive sheet that can be easily and elastically compressed and deformed by an external force, and furthermore can be compressed and deformed with stretching and bending, and whose electrical resistance value decreases with the deformation. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、圧縮変形や圧縮応力をスイッチ的な電気信号に変
換する方式としてリミットスイッチやタッチスイッチに
代表される、機械的に接触−非接触が繰り返されるスイ
ッチがあげられる。しかし、これらのスイッチは、接触
点の酸化による導通不良が起こりやすく、また、構造的
に小型化薄型化に限度がある。
Conventionally, as a method of converting compressive deformation or compressive stress into a switch-like electrical signal, there are switches that mechanically repeat contact and non-contact, such as limit switches and touch switches. However, these switches tend to suffer from poor conduction due to oxidation of contact points, and there is a limit to how they can be made smaller and thinner due to their structure.

マタ、コンスタンクン、アドバンス、ニクロームなどの
金属細線やそれらの菓着膜を変形させると電気抵抗値が
変化するが、この性質を利用した素子としてストレーン
ゲージが知られている。
When thin metal wires such as mata, constantun, advance, and nichrome are deformed and their condensed films are deformed, the electrical resistance value changes, and strain gauges are known as devices that take advantage of this property.

しかし、この種の素子の抵抗値変化は極めて小さいため
、電気信号として取り出すためには信号の増幅やアベレ
ージングなどのフィルター機能を回路に持たせて、S/
N比を向上させなければならず複雑で高コストの回路と
なる。またストレーンゲージの変形率は極めて小さく、
1%以下であるため、大きな圧縮変形には対応できず、
ストロークの大きいスイッチ用途などには用いることが
できない。
However, since the resistance value change of this type of element is extremely small, in order to extract it as an electrical signal, the circuit must be equipped with filter functions such as signal amplification and averaging.
The N ratio must be improved, resulting in a complex and high-cost circuit. In addition, the strain gauge has an extremely small deformation rate.
Since it is less than 1%, it cannot handle large compression deformation.
It cannot be used for switches with large strokes.

また圧電素子や感圧導電性ゴムを用いた素子がある。圧
電素子は、機械的な歪変形と電圧変化としてとらえるも
のであるが、ストレーンゲージと同様に複雑で高コスト
の回路となると共に微小変形の用途にしか適さない。ま
た、湿度により電気特性が大きく影響されるという欠点
がある。
There are also elements using piezoelectric elements and pressure-sensitive conductive rubber. Piezoelectric elements are used to detect mechanical strain deformation and voltage changes, but like strain gauges, they require complex and high-cost circuits and are only suitable for applications involving minute deformations. Another disadvantage is that the electrical characteristics are greatly affected by humidity.

一方、感圧導電性ゴムは、絶縁性のエラストマー中に導
電粒子を分散させたシート状の素子であり、シートの厚
み方向に圧縮すると、電気抵抗値が減少する性質を有す
る。しかし、この種の素子は、マトリックスにエラスト
マーを用いているため、抵抗値の温度ドリフトが極めて
大きくて、温度変化の大きい環境下では実用に耐えない
。また、圧縮変形を受けた部位しか抵抗値が変化しない
ので、面積の大きい平面スイッチを形成すると、電極パ
ターンが複雑になるし、圧縮のされ方によっては、検出
しないなどの検出感度の点でも欠点がある。
On the other hand, pressure-sensitive conductive rubber is a sheet-like element in which conductive particles are dispersed in an insulating elastomer, and has a property that the electrical resistance value decreases when the sheet is compressed in the thickness direction. However, since this type of element uses an elastomer for the matrix, the temperature drift of the resistance value is extremely large, making it unusable in environments with large temperature changes. In addition, since the resistance value changes only in the area that has been compressed and deformed, if a planar switch with a large area is formed, the electrode pattern will be complicated, and depending on the way the compression is applied, there will be disadvantages in terms of detection sensitivity, such as non-detection. There is.

上述の如〈従来公知の素子またはスイッチは、耐久性に
劣ったり、温度、湿度などの環境下で電気特性が影響さ
れたり、検出回路的に複雑で高コストになり、また微小
変形にしか用いることができない。従って、微小変形か
ら相当量の圧縮変形または、伸長や屈曲を伴った圧縮変
形を感度良く検出でき、耐久性に優れる素子があれば、
広範囲の応用分野があることが期待されながら現在はそ
れを満足するものが出現していないのが現状である。
As mentioned above, conventionally known elements or switches have poor durability, their electrical characteristics are affected by environments such as temperature and humidity, their detection circuits are complex and expensive, and they can only be used for small deformations. I can't. Therefore, if there is an element that can detect minute deformations to considerable amounts of compressive deformation, or compressive deformations accompanied by elongation or bending with high sensitivity, and has excellent durability,
Although it is expected that there will be a wide range of application fields, the current situation is that nothing that satisfies this has yet appeared.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明は従来公知の素材を用いては行うことができない
、微小変形から相当量の圧縮変形や伸長、屈曲を伴う圧
縮変形に至る広範囲の変形を高感度に検出することので
きる圧縮センサー素子を提供することを目的とする。
The present invention provides a compression sensor element that can detect a wide range of deformations with high sensitivity, from minute deformations to compression deformations accompanied by considerable amounts of compression, elongation, and bending, which cannot be achieved using conventionally known materials. The purpose is to provide.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の目的は、圧縮変形によって電気抵抗値が変化す
る変形導電性シートの適宜個所に複数の電極が取付けら
れてなる圧縮センサー素子であって、前記電極同士の間
の前記変形導電性シートの表面の少なくとも片面に、突
起を具えた0、3龍以上の厚みを有するエラストマー層
が接合されていることを特徴とする圧縮センサー素子に
よって達成される。
An object of the present invention is to provide a compression sensor element in which a plurality of electrodes are attached to appropriate locations on a deformed conductive sheet whose electrical resistance value changes due to compression deformation, the deformed conductive sheet being disposed between the electrodes. This is achieved by a compression sensor element characterized in that an elastomer layer having a thickness of 0.3 mm or more and provided with protrusions is bonded to at least one of its surfaces.

12Itち、本発明の第1の特徴は、変形導電性シート
の少なくとも片面に、突起を有する特定の厚みのエラス
トマーが接合される点にある。
The first feature of the present invention is that an elastomer having a specific thickness and having protrusions is bonded to at least one side of the deformed conductive sheet.

こ二で言う変形導電性シートとは、伸長や圧縮変形作用
を加えると、もしくは伸長や圧縮変形を伴う屈曲、ねじ
れなどの変形作用を加えると、その変形方向の編織物の
電気抵抗値が1桁以上減少する編織物を意味する。例え
ば、本発明と同一出願人によって昭和60年3月4日に
特願昭60=41024号として出願された「変形導電
性編織物」中に含まれるシート状の編織物があげられる
The deformable conductive sheet referred to in Koji means that when an elongation or compression deformation action is applied, or when a deformation action such as bending or twisting accompanied by elongation or compression deformation is applied, the electrical resistance value of the knitted fabric in the deformation direction becomes 1. This refers to knitted fabrics that are reduced by more than an order of magnitude. For example, there is a sheet-like knitted fabric included in "Deformed Conductive Knitted Fabric" filed as Japanese Patent Application No. 41024 on March 4, 1985 by the same applicant as the present invention.

本発明者らは、かかる特異な特性を有する変形導電性シ
ートを圧縮センサー素子として用いるべく鋭意検討を加
えた結果、該変形導電性シートに接合するエラストマー
が特定の厚みと突起を有すると、圧縮センサー素子の感
度が向上することを見い出し、本発明に至った。
The present inventors have made extensive studies to use a deformed conductive sheet having such unique characteristics as a compression sensor element, and have found that if the elastomer bonded to the deformed conductive sheet has a specific thickness and protrusions, It was discovered that the sensitivity of the sensor element is improved, leading to the present invention.

本発明で云うエラストマーの厚みとは、エラストマーと
変形導電性シートとの接合面からのエラストマーの平均
高さを云い、これが0.3 、、以りあることが必要で
ある。この値が0.3■■より少ない場合には、突起に
圧縮力が加わっても、この力はその直下の領域の変形導
電性シートにのみ伝達されて、これを局部的に変形させ
るのみで、素子全全体には拡がらない。
The thickness of the elastomer in the present invention refers to the average height of the elastomer from the bonding surface of the elastomer and the deformed conductive sheet, and it is necessary that this is 0.3 or more. If this value is less than 0.3■■, even if a compressive force is applied to the protrusion, this force will only be transmitted to the deformed conductive sheet in the area immediately below it, and will only locally deform it. , it does not spread to the entire element.

又本発明でいう突起とは、エラストマーの表面から突出
していて、エラストマーと変形導電性シートとの接合面
からより離れた外表面を有し、圧縮応力を加える物体と
実質的にこの外表面で接触する機能を有しておればよい
。また、突起の形状や数、エラストマー表面における配
置、突起状物の相互の高さは、圧縮作用を加える物体(
例えば指など)の形状や求める感度に応じて任意に設定
される。一般的に突起の外表面の全面積が同じでも圧縮
センサー素子の表面に均一に突起状物が配置されている
ほど、また、圧縮作用を加える物体の表面形状に合った
高さや外表面形状を有しているほど、微小の圧縮変形で
も電気抵抗値の変化としてとらえる高感度な圧縮センサ
ー素子となる。
Furthermore, the term "protrusion" used in the present invention refers to a protrusion that protrudes from the surface of the elastomer, has an outer surface that is further away from the bonding surface between the elastomer and the deformed conductive sheet, and is substantially connected to an object that applies compressive stress to the outer surface. It suffices if it has a contact function. In addition, the shape and number of protrusions, their arrangement on the elastomer surface, and the mutual height of the protrusions are also determined by the object applying the compressive action (
It is arbitrarily set depending on the shape of the finger (for example, finger) and the desired sensitivity. In general, even if the total area of the outer surface of the protrusions is the same, the more uniformly the protrusions are arranged on the surface of the compression sensor element, the more the height and outer surface shape will be adjusted to match the surface shape of the object applying compression. The more it has, the more sensitive the compression sensor element becomes, which detects even minute compressive deformation as a change in electrical resistance.

尚、突起は底部に向う程、その断面積が大きくなってい
る方が、歪むエラストマーの面積が増すのでより好まし
い。また、突起の材質は、必ずしもエラストマーと同じ
材質のものである必要はなく、使用環境や接触する外部
物体に応じて、適宜選定することが好ましい。
Note that it is more preferable that the cross-sectional area of the protrusion increases toward the bottom, since this increases the area of the elastomer that is distorted. Further, the material of the protrusion does not necessarily have to be the same as the elastomer, and is preferably selected as appropriate depending on the environment of use and the external object with which it comes into contact.

また、本発明でいう突起を有するエラストマーとは、弾
性変形可能なものであれば良いが、特にゴム状弾性を示
すエラストマーが耐久性、耐衝γ性、感度などの点で優
れるので好ましく、例えば、ウレタンゴム、シリコーン
ゴム、ブタジェンゴム、イソプレンゴム、などが挙げら
れる。また、変形導電性シートへエラストマーを接合す
る際に、変形導電性シートと均一に物理的に接着してい
ることが必要であり、さらにエラストマーに加えられる
圧縮応力が接合面で阻害されて変形導電性シートに伝わ
らないことがないようにすることを要し、このために接
合に用いられる接着剤はゴム弾性を有する接着剤、ある
いは、接合するエラストマー自身を接着剤として用いる
と好ましい。
Further, the elastomer having protrusions in the present invention may be any material that can be elastically deformed, but elastomers exhibiting rubber-like elasticity are particularly preferable because they are excellent in terms of durability, impact γ resistance, sensitivity, etc. , urethane rubber, silicone rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, etc. In addition, when bonding the elastomer to the deformed conductive sheet, it is necessary to have uniform physical adhesion to the deformed conductive sheet, and furthermore, the compressive stress applied to the elastomer is inhibited at the bonding surface and the deformed conductive sheet is Therefore, it is preferable that the adhesive used for bonding has rubber elasticity, or the elastomer itself to be bonded is used as the adhesive.

変形導電性シートの少なくとも片面に、突起を有するエ
ラストマーが接合されていると、外部から突起の外表面
に加えられた圧縮応力は突起のより断面積の大きい底部
に伝えられ、それを中心にその近辺のエラストマーが均
一に歪むので、加えられた圧縮歪みは、増巾されて変形
導電性シートに伝えられる。変形導電性シートは、編織
物で構成されており、2次元に広がった組織を形成して
いる。従って、変形導電性シートの一部に加えられた歪
みは、編織物の組織変形(糸自身や糸相互の締りも含む
)として2次元的に面内方向でとらえられるので、エラ
ストマーによって増巾されて歪みが変形導電性シートに
伝えられると、より高感度に電気抵抗値が変化すること
になる。エラストマーが突起を有していないと、歪みの
増巾作用がないために、検出感度はそれだけ低くなる。
When an elastomer having protrusions is bonded to at least one side of the deformable conductive sheet, compressive stress applied from the outside to the outer surface of the protrusions is transmitted to the bottom of the protrusion, which has a larger cross-sectional area, and the Since the elastomer in the vicinity is uniformly strained, the applied compressive strain is amplified and transmitted to the deformed conductive sheet. The deformed conductive sheet is made of a knitted fabric and forms a two-dimensionally expanded structure. Therefore, the strain applied to a part of the deformed conductive sheet is perceived two-dimensionally in the in-plane direction as tissue deformation of the knitted fabric (including the tightness of the yarns themselves and each other), and is therefore amplified by the elastomer. When strain is transmitted to the deformed conductive sheet, the electrical resistance value changes with higher sensitivity. If the elastomer does not have protrusions, there will be no distortion amplification effect, and the detection sensitivity will be correspondingly lower.

特に、変形導電性シートの面内方向に電極端部が設置さ
れている場合には、突起がある場合に比べて、感度が低
くなる。
In particular, when the electrode end portion is installed in the in-plane direction of the deformed conductive sheet, the sensitivity is lower than when there is a protrusion.

尚、変形導電性シートの片面にのみ、突起を有するエラ
ストマーが接合されている場合に、他の片面には、表面
が平面状を有する先にあげたシリコーンゴムなどのエラ
ストマーや、板状物が接合されていると、圧縮センサー
素子の耐久性や耐熱性、耐湿性などの耐環境特性に優れ
るので好ましい。尚、ここでいう板状物とは、靭性の大
きい素材、即ち、表面を絶縁コーティングした金属(例
えば、りん青銅やヘリリウム銅など)、剛性の大きいプ
ラス千ツク(ポリアセタール、ポリカーボネート、ナイ
ロン66、塩化ビニル、フッ素樹脂など)、各種FRP
 (例えばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の補
強用繊維あるいは繊維布帛状物とエポキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂等との組合せ)、あるいはセラミック
などの通常板ばねとして用いられるすべての素材が適用
される。
In addition, when an elastomer having protrusions is bonded to only one side of the deformed conductive sheet, an elastomer having a flat surface such as the silicone rubber mentioned above or a plate-like material is bonded to the other side. Bonding is preferable because the compression sensor element has excellent durability and environmental resistance such as heat resistance and moisture resistance. Note that the plate-shaped objects mentioned here include materials with high toughness, such as metals with an insulating coating on the surface (e.g., phosphor bronze and helium copper), and plastic materials with high rigidity (polyacetal, polycarbonate, nylon 66, chloride). (vinyl, fluororesin, etc.), various FRP
(For example, combinations of reinforcing fibers such as glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, or fiber fabrics with epoxy resins, unsaturated polyester resins, etc.), or all materials normally used for leaf springs, such as ceramics. Ru.

また、変形導電性シートの両面に、突起を有するエラス
トマーを接合すると、変形導電性シートには、伸長や屈
曲を伴った大きな圧縮変形が加えられ、より高感度とな
るので好ましい。
Furthermore, it is preferable to bond an elastomer having protrusions to both sides of the deformed conductive sheet, since the deformed conductive sheet is subjected to large compressive deformation accompanied by elongation and bending, resulting in higher sensitivity.

次に、変形導電性シートに設けられる電極端部は通常は
変形導電性シートの両端に配置される。
Next, the electrode ends provided on the deformed conductive sheet are usually arranged at both ends of the deformed conductive sheet.

しかし、その他に電極端部を変形導電性シートの中間に
1個又は複数個設けてもよいし、該シートの表面と裏面
に1個又は複数個設けてもよい。この場合には任意の電
極端部の変形導電性ソートの電気抵抗値の減少を検出す
れば測定対象物の対応する部分の変形挙動を把握するこ
とができる。
However, one or more electrode ends may be provided in the middle of the deformed conductive sheet, or one or more electrode ends may be provided on the front and back surfaces of the sheet. In this case, by detecting a decrease in the electrical resistance value of the deformed conductive sort at any end of the electrode, it is possible to grasp the deformation behavior of the corresponding portion of the object to be measured.

即ち、変形導電性シートの電気抵抗値を検出する電極端
部は、間隔をあけて設けられておればよく、その間隔、
位置、個数、形状等は、用途、使用方法によって適宜選
択すれば良い。
That is, the ends of the electrodes for detecting the electrical resistance value of the deformed conductive sheet only need to be provided at intervals;
The position, number, shape, etc. may be appropriately selected depending on the purpose and method of use.

電極端部の種類としては、ニッケル、銅、銀やカーボン
などの導電性物質を含んでなる導電性接着剤を変形導電
性シート面上に直接、コーティングや転写、スクリーン
印刷などの手段により種々の形状に印刷したものや、通
常電極として用いられる金属板などを前記導電性接着剤
で接合したもの、リベットやはとめ、ホックなどで機械
的に取りつけたもの、及びそれらの組合せからなるもの
などがあげられるがこれに限るものではない。
The electrode end can be made by applying a conductive adhesive containing a conductive substance such as nickel, copper, silver, or carbon directly onto the surface of the deformed conductive sheet by coating, transferring, screen printing, or other means. There are shapes printed, metal plates normally used as electrodes bonded with the conductive adhesive, mechanically attached with rivets, grommets, hooks, etc., and combinations of these. This list is not limited to this list.

また、変形導電性シートに接合されるエラストマーや板
状物に接合面に直接、導電性接着剤のコーティング、デ
ィッピング、プリントや転写、スクリーン印刷、金属の
蒸着や金属箔の貼付けなどの手段により回路を描(か、
エツチングやスクリーン印刷により得られるフレキシブ
ルプリント回路牟反(エステルフィルム を板状物に貼ることにより、コンパクトでフラットなセ
ンサー素子となるのでエレクトロニクス分野などの軽薄
短小な用途に適している。
In addition, circuits can be applied directly to the bonding surface of the elastomer or plate-like material to be bonded to the deformed conductive sheet by means such as coating with conductive adhesive, dipping, printing, transfer, screen printing, vapor deposition of metal, or pasting of metal foil. Draw (or
By attaching a flexible printed circuit film (ester film) obtained by etching or screen printing to a plate-like object, it becomes a compact and flat sensor element, making it suitable for light, thin, short and small applications such as in the electronics field.

次に、図面を用いてさらに本発明の圧縮センサー素子を
説明する。
Next, the compression sensor element of the present invention will be further explained using the drawings.

第1図a)、b)〜第5図に本発明の圧縮センサー素子
の概略図を示す。
FIGS. 1a), b) to 5 show schematic diagrams of the compression sensor element of the present invention.

第1図a)、b)は、変形導電性シート12の片面に、
突起を1個有するエラストマー11が接合され、他面の
これに対応する個所には絶縁された板バネ材15が接合
された圧縮センサー素子の断面図と上面図である。
1a) and b) show that on one side of the deformed conductive sheet 12,
They are a sectional view and a top view of a compression sensor element in which an elastomer 11 having one protrusion is bonded, and an insulated leaf spring material 15 is bonded to a corresponding portion on the other side.

第2図の圧縮センサー素子が第1図と異なる点は、エラ
ストマー21が突起を2個有する点である。
The compression sensor element in FIG. 2 differs from that in FIG. 1 in that the elastomer 21 has two protrusions.

また、第3図は、突起を有するエラストマー己1を両面
に接合した圧縮センサー素子の断面図を示す。さらに第
4図は、片面は平板なエラストなる突起を有するエラス
トマー4L1が接合された圧縮センサー素子の断面図を
示す。
Moreover, FIG. 3 shows a cross-sectional view of a compression sensor element in which elastomer material 1 having protrusions is bonded to both surfaces. Further, FIG. 4 shows a cross-sectional view of a compression sensor element to which an elastomer 4L1 having a flat elastomer protrusion on one side is bonded.

尚、図中、11,21,31.31’, 41は突起を
有するエラストマー、12 、 22 、 32 、 
42は変形導電性シート、13 、 23 、 33 
、 43は導電性接着剤、14 、 14 ’ 。
In addition, in the figure, 11, 21, 31, 31', 41 are elastomers having protrusions, 12, 22, 32,
42 is a deformed conductive sheet, 13, 23, 33
, 43 is a conductive adhesive, 14, 14'.

24 、 34 、 44は銅板、15 、 25は板
バネ材、45は平板なエラストマー、16は突起の頂部
をそれぞれ表わす。
24, 34 and 44 are copper plates, 15 and 25 are leaf spring materials, 45 is a flat elastomer, and 16 is the top of the protrusion, respectively.

これらの本発明物は、微小から相当量の圧縮変形や伸長
、屈曲を伴う圧縮変形を大きな抵抗値の変化として感度
よ(とらえ、従来にない筒車な検出回路で検出されると
共に特に機械的な耐久性に優れる圧縮センサー素子とな
る。
These products of the present invention are sensitive to small to considerable amounts of compressive deformation, elongation, and bending, as a large change in resistance value, and can be detected by an unprecedented hour wheel-type detection circuit, and are particularly sensitive to mechanical deformation. It becomes a compression sensor element with excellent durability.

これらの本発明の圧縮センサー素子は、以下に示す用途
に使用されることができる。例えば、万歩計として、 
靴に本発明物の圧縮センサー素子(以下素子と略する)
を組み込んで歩行に伴って素子が圧縮されることにより
歩行数を検出するセンサー、筋肉増強やシェイクアップ
、リハビリテーションを目的とした各種トレーニング器
具や機器の屈曲部や人体に素子を取着して屈曲に伴う圧
縮回数を検知することができる。
These compression sensor elements of the present invention can be used in the following applications. For example, as a pedometer,
Compression sensor element of the present invention (hereinafter abbreviated as element) on shoes
A sensor that detects the number of steps taken by compressing the element as you walk, and a sensor that attaches the element to the bending part of various training equipment and equipment for the purpose of muscle strengthening, shake-up, and rehabilitation, or the human body. It is possible to detect the number of compressions involved.

また、突起種類を適宜選ぶことにより、微小応力から大
応力に対応する荷重計として利用したり、素子に振動や
加速度運動をする物体の運動を伝播させることにより、
振動計、加速度計として用いることができる。また、歯
のかみ合せ具合や、義歯のかみ合せなどを調整するため
の歯の咬合力測定用センサーとして用いることができる
In addition, by selecting the type of protrusion appropriately, it can be used as a load meter that can handle from minute stress to large stress, and by propagating the motion of an object that vibrates or accelerates to the element,
Can be used as a vibration meter or accelerometer. Furthermore, it can be used as a sensor for measuring the occlusal force of teeth to adjust the engagement of teeth, the engagement of dentures, etc.

また、素子の圧縮導電性を利用して、ロボットの触覚セ
ンサー、キーボードや手書き入力用無接点スイッチ、座
席部に用いて着席を確認する着席検知センサー、防犯用
や安全用に窓わくや手すりに設置する防犯・危険予知セ
ンサー(タッチセンサーなどの圧力センサー、自動車な
どのパワーウィンドー用危険予知センサーなど)に用い
ることができる。
In addition, the compressive conductivity of the element can be used to create tactile sensors for robots, non-contact switches for keyboards and handwriting input, seating detection sensors that can be used in seats to confirm seating, and window frames and handrails for crime prevention and safety purposes. It can be used for crime prevention and danger prediction sensors installed (pressure sensors such as touch sensors, danger prediction sensors for power windows of automobiles, etc.).

工業用センサーとして、工業用ロボットのロボットハン
ドなどの位置制御を目的とした位置制′4JIIセンサ
ー、リミットスイッチやマイクロスイッチ、周囲を囲む
ようにとりつけて、ロボットの暴走を防ぐための安全ス
イッチ、さらに危険区域にシート状(マット状)のセン
サー素子番敷くことにより、作業員の侵入を検知してロ
ボットを非常停止させる安全スイッチなどに用いられる
。また、ダイヤフラムや圧力計、膨張体の膨張率検出用
のセンサーや脈拍計、血圧計用、各種流速計(液体、気
体などの流体用)として用いることができる。
Industrial sensors include position control '4JII sensors for controlling the position of industrial robot hands, limit switches and microswitches, safety switches that are installed around the surrounding area to prevent robots from running out of control, and more. By placing sheet-like (mat-like) sensor elements in hazardous areas, they can be used in safety switches, etc. that detect when a worker enters the area and bring the robot to an emergency stop. Further, it can be used as a diaphragm, a pressure gauge, a sensor for detecting the expansion rate of an expanding body, a pulse meter, a blood pressure meter, and various flow rate meters (for fluids such as liquids and gases).

以下実施例を用いてさらに本発明のセンサ素子を具体的
に説明する。
The sensor element of the present invention will be further specifically explained below using Examples.

〔実施例〕〔Example〕

旭化成工業(株)製のポリエステルタフタ(経50 d
 /24 f 、緯75d/36f)を水酸化ナトリウ
ム水溶液(80g/Iり、100℃で減量加工(iS2
量率20%)し、SnCe z :塩酸が3:10の重
量比の浴中で怒受性化し、水洗脱水後、PdCff 2
:塩酸が重量比1:15の浴中で活性化し、水洗脱水後
NiCA z ・6 HzO、Na1lPOz ・11
20 、  クエン酸ナトリウム、NH4,Clアンモ
ニア水がl:l:3:2:2の重量比の浴中90℃×2
分処理して、Niメッキエステルタフクを作製した。こ
れを10cI]l×10cmの大きさのサンプルに切り
、二重円筒形の層流発生装置(内側の円筒が高速回転、
外筒の内径25cm、内筒の外径10cm)に水と一緒
に入れ、内筒回転速度200rpmで、300分処理し
て変形導電性シートを得た。次に市販ウレタン系エラス
トマー樹脂(溶媒DMF 、固形分10vt%)を50
pmゲージで離型紙にコーテイング後、100’c X
 5 min乾燥させ、シート状の変形導電性編織物の
両面に4 kg / cm ”の圧力で110℃で熱接
着転写した。これを1c!1巾X5cm長にバイアス方
向に裁断し、変形導電性シート■を作製した。この変形
導電性シート■を1 co+巾X7cm長×厚み500
μmのガラスエポキシ板のプリント基板(7cm長の両
端に1CT11角の35μm厚の銅板が積層されている
)にエポキシ系接着剤で接着し、該シート■の両端がら
1c111を市UiN i糸導電性接着剤でプリント基
板の銅板と電気的に接続して素子■を作製した。素子■
に接合させる突起を有するエラストマーは、所望の形状
を有する金型を用いて市販シリコーンエラストマーを金
型に流し込んで130℃X1hr加熱し、平均高さII
mに作製した。突起が1個及び2個あるエラストマーを
室温硬化型のシリコーン接着剤で素子■の表面に接合し
、第1図及び第2図に示す本発明の試料N001及び2
を作製した。次に第3図に示すように、突起を2個有す
るシリコーンエラストマーの突起の反対側の平面に変形
導電性シート■と銅板をシリコーン系接着側で接着し、
Ni系導電性接着剤で銅板と該シート■の間を電気的に
接続し、その上に突起を1つ有するシリコーン系エラス
トマーをシリコーン接着剤で接合し、両面に突起を有す
る本発明の試料No、3を得た。
Polyester taffeta manufactured by Asahi Kasei Corporation (50 d
/24f, latitude 75d/36f) was subjected to weight reduction processing (iS2
PdCff 2 was made irritating in a bath with a weight ratio of 3:10 (mass ratio 20%) and SnCe z :hydrochloric acid, and after washing and dehydration with water, PdCff 2
: Hydrochloric acid was activated in a bath with a weight ratio of 1:15, and after washing and dehydration NiCA z ・6 HzO, Na1lPOz ・11
20, sodium citrate, NH4, Cl aqueous ammonia in a bath with a weight ratio of 1:1:3:2:2 at 90°C x 2
A Ni-plated ester tough fabric was prepared by performing a separate treatment. This was cut into samples with a size of 10cI]l x 10cm, and a double cylindrical laminar flow generator (inner cylinder rotates at high speed,
The mixture was placed in an outer tube with an inner diameter of 25 cm and an inner tube with an outer diameter of 10 cm together with water, and treated at an inner tube rotation speed of 200 rpm for 300 minutes to obtain a deformed conductive sheet. Next, 50% of commercially available urethane elastomer resin (solvent DMF, solid content 10vt%) was added.
After coating on release paper with pm gauge, 100'c
After drying for 5 min, the deformed conductive knitted fabric was thermally adhesively transferred to both sides of the sheet-like deformed conductive knitted fabric at 110°C with a pressure of 4 kg/cm.This was cut in the bias direction into 1cm!1 width x 5cm length, and the deformed conductive A sheet ■ was prepared.This deformed conductive sheet ■ was 1 co + width x 7 cm length x thickness 500
A printed circuit board made of a glass epoxy board (1 CT11 square 35 μm thick copper plates are laminated on both ends of a 7 cm length) with an epoxy adhesive, and 1C111 from both ends of the sheet (1) is attached to a conductive UiN i wire. Element 2 was fabricated by electrically connecting it to the copper plate of a printed circuit board using adhesive. Motoko ■
The elastomer having protrusions to be bonded to is made by pouring a commercially available silicone elastomer into the mold using a mold having a desired shape and heating it at 130°C for 1 hr to form an elastomer with an average height of II.
It was made in m. Elastomers with one and two protrusions were bonded to the surface of element (1) using a room temperature curing silicone adhesive to form samples N001 and 2 of the present invention shown in FIGS. 1 and 2.
was created. Next, as shown in Fig. 3, a deformed conductive sheet (■) and a copper plate are adhered to the opposite plane of the silicone elastomer having two protrusions using the silicone adhesive side.
A Ni-based conductive adhesive was used to electrically connect the copper plate and the sheet (1), and a silicone-based elastomer having one protrusion was bonded thereon using a silicone adhesive. Sample No. of the present invention having protrusions on both sides , got 3.

さらに、厚さ1關の平板状のシリコーンシート(1cm
巾XTcm長)と突起の高さと外表面形状の異なるシリ
コーンエラストマーに変形導電性シート■を試料No、
3と同様の方法で接合し、本発明の試料No、4を得た
Furthermore, a flat silicone sheet with a thickness of 1 cm (1 cm
Deformed conductive sheets ■ made of silicone elastomer with different heights of protrusions (width XT cm length), protrusion heights, and outer surface shapes were used as samples No.
Sample No. 4 of the present invention was obtained by bonding in the same manner as No. 3.

尚、比較例として、素子■の表面に厚さ1龍で1 cm
巾×6clII長のシリコーンシートをシリコーン接着
剤で接合し、比較例■を作製した。
As a comparative example, a thickness of 1 cm was applied to the surface of the element
Comparative Example (2) was prepared by joining silicone sheets with a width of 6clII length with a silicone adhesive.

試料No、1〜4と比較例■にリード線を取着し、タケ
ダ理研製デジタルマルチメーターで抵抗値を測定しなが
ら、東洋ボールドウィン社製圧縮ひずみ測定機に装着し
、圧縮窓ノ〕と抵抗値の関係を調べた。但し、試料No
、4だけは、曲面の仮を介して圧縮したが、他はすべて
平行平面の2枚の金属板の間で圧縮した。その結果、本
発明の試料No。
Attach lead wires to samples Nos. 1 to 4 and comparative example ■, and measure the resistance with a digital multimeter made by Takeda Riken. We investigated the relationship between values. However, sample no.
, 4 was compressed through a curved surface, but all the others were compressed between two parallel plane metal plates. As a result, sample No. of the present invention.

1〜4はすべて、圧縮応力100gで、抵抗値が4×1
06Ωから1×103Ω以下に3桁以上低下したが、比
較例■は100gの圧縮応力をかけても4×10bΩか
らI×10″′Ωへと約1桁の低下にとどまり、本発明
物の感度が優れることがわかった。
All numbers 1 to 4 have a compressive stress of 100 g and a resistance value of 4 x 1.
06Ω to 1×103Ω or less, but in Comparative Example ■, even when 100g of compressive stress was applied, the decrease was only about one order of magnitude, from 4×10bΩ to I×10″′Ω. It was found that the sensitivity was excellent.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

前述のような構成を有する本発明による圧縮センサー素
子は、圧縮変形や伸長、屈曲変形を伴う圧縮変形に対し
て耐久性に優れ、かつ微小変形から相当量の変形を大き
な抵抗値の変化として感度よくとらえることができるの
で、従来公知のセンサー素子を用いては行うことのでき
ない、簡便な回路で検出できる圧縮センサー素子として
用いることができる。
The compression sensor element according to the present invention having the above-described configuration has excellent durability against compression deformation including compression deformation, elongation, and bending deformation, and is sensitive to small deformation to considerable deformation as a large change in resistance value. Since it can be detected well, it can be used as a compression sensor element that can detect with a simple circuit, which cannot be done using conventionally known sensor elements.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図〜第4図は、本発明の圧縮センサー素子の各実施
例の概略図を示す。 11.11’、 21,31.31’、 41・・・突
起≠噂を有するエラストマー、 12 、22 、32 、42・・・変形導電性シート
、13 、23 、33 、43・・・導電性接着剤、
14、14’ 、 24,34.44・・・銅板、15
 、25・・・仮ハネ材、 45・・・平板なエラストマー、 16・・・突起゛          。 a)              b)第1図 第2図 第3図 乙1 第4図
1 to 4 show schematic diagrams of embodiments of the compression sensor element of the present invention. 11.11', 21, 31.31', 41... Elastomer with protrusion≠rumor, 12, 22, 32, 42... Deformed conductive sheet, 13, 23, 33, 43... Conductive glue,
14, 14', 24, 34.44...Copper plate, 15
, 25...Temporary spring material, 45...Flat elastomer, 16...Protrusion. a) b) Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure Otsu 1 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、圧縮変形によって電気抵抗値が変化する変形導電性
シートの適宜個所に複数の電極が取付けられてなる圧縮
センサー素子であって、前記電極同士の間の前記変形導
電性シートの表面の少なくとも片面に、突起を具えた0
.3mm以上の厚みを有するエラストマー層が接合され
ていることを特徴とする圧縮センサー素子。 2、前記突起が複数個存在している特許請求の範囲第1
項に記載された圧縮センサー素子。 3、前記エラストマー層が前記導電性シートの片面だけ
に設けられ、反対面のこれに対応する位置に剛性を有す
る平板状部材が接合されていることを特徴とする特許請
求の範囲第1項又は第2項に記載された圧縮センサー素
子。 4、前記エラストマー層が前記導電性シートの両面に接
合されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項又
は第2項に記載された圧縮センサー素子。
[Scope of Claims] 1. A compression sensor element comprising a plurality of electrodes attached to appropriate locations on a deformed conductive sheet whose electrical resistance value changes due to compressive deformation, wherein the deformed conductive sheet between the electrodes is 0 with protrusions on at least one surface of the sheet
.. A compression sensor element characterized in that an elastomer layer having a thickness of 3 mm or more is bonded. 2. Claim 1 in which a plurality of the protrusions are present
Compression sensor element described in Section. 3. The elastomer layer is provided on only one side of the conductive sheet, and a rigid flat member is bonded to a corresponding position on the opposite side. Compression sensor element according to item 2. 4. The compression sensor element according to claim 1 or 2, wherein the elastomer layer is bonded to both sides of the conductive sheet.
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