KR20190044636A - 압전 센서 - Google Patents

압전 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20190044636A
KR20190044636A KR1020197007295A KR20197007295A KR20190044636A KR 20190044636 A KR20190044636 A KR 20190044636A KR 1020197007295 A KR1020197007295 A KR 1020197007295A KR 20197007295 A KR20197007295 A KR 20197007295A KR 20190044636 A KR20190044636 A KR 20190044636A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode layer
sheet
piezoelectric
piezoelectric sensor
synthetic resin
Prior art date
Application number
KR1020197007295A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102638861B1 (ko
Inventor
노부토 가미야
데츠히로 가토
유타 가츠라야마
가즈요시 이와네
Original Assignee
세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 filed Critical 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
Publication of KR20190044636A publication Critical patent/KR20190044636A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102638861B1 publication Critical patent/KR102638861B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • H01L41/047—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • H01L41/083—
    • H01L41/113—
    • H01L41/193—
    • H01L41/29—
    • H01L41/45—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/098—Forming organic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877—Conductive materials
    • H10N30/878—Conductive materials the principal material being non-metallic, e.g. oxide or carbon based

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

본 발명은, 면방향에 있어서의 신축성을 갖고 있고, 피측정체의 신장에 대하여 원활하게 추종하여 피측정체의 움직임을 정확하게 측정할 수 있음과 함께, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임도 검출할 수 있는 압전 센서를 제공한다. 본 발명의 압전 센서는, 다공질 합성 수지 시트를 함유하는 압전 시트와, 상기 압전 시트의 한 면에 적층되고 또한 도전성 미립자 및 신축성을 갖는 결착 수지를 포함하는 시그널 전극층과, 상기 압전 시트의 다른 면에 적층되고 또한 도전성 미립자 및 신축성을 갖는 결착 수지를 포함하는 접지 전극층을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

압전 센서
본 발명은 압전 센서에 관한 것이다.
압전 시트는 절연성의 고분자 재료에 전하를 주입함으로써, 내부에 영구 대전을 부여한 재료이다.
압전 시트를 사용한 압전 센서로서는, 특허문헌 1에, 압전 시트와, 상기 압전 시트의 제1 면에 적층 일체화되고 또한 제1 절결부를 갖는 제1 접지 전극과, 상기 압전 시트의 제2 면에 적층 일체화되고 또한 제3 절결부를 갖는 시그널 전극과, 상기 시그널 전극 상에 상기 시그널 전극과 전기적으로 절연된 상태에서 적층 일체화되고 또한 제2 절결부를 갖는 제2 접지 전극을 갖고, 상기 시그널 전극, 상기 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극의 상기 절결부끼리가 적어도 일부에 있어서 상기 압전 시트의 두께 방향으로 서로 중첩되어 있고, 상기 시그널 전극, 상기 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극의 상기 절결부끼리가 상기 압전 시트의 두께 방향으로 서로 중첩된 부분으로부터 노출된 상기 압전 시트의 부분을 노출부라고 하고 있는 압전 센서가 개시되어 있다.
WO2010/101084
그러나, 특허문헌 1의 압전 센서를 구성하고 있는 압전체는, 시그널 전극 및 접지 전극을 담지시키고 있는 절연 필름이 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 수지 필름이 사용되어 있다.
따라서, 특허문헌 1의 압전 센서는, 면방향에 있어서의 신축성이 없고, 신장에 대한 추종성이 없기 때문에, 예를 들어 인체의 피부 표면에 부착하여 사용되는 웨어러블 용도로 사용할 수 없다는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 면방향의 신축성을 갖고 있고, 피측정체의 신장에 대하여 원활하게 추종하여 피측정체의 움직임을 정확하게 측정할 수 있음과 함께, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임도 검출할 수 있는 압전 센서를 제공한다.
본 발명의 압전 센서는, 다공질 합성 수지 시트를 함유하는 압전 시트와, 상기 압전 시트의 한 면에 적층되고 또한 도전성 미립자 및 신축성을 갖는 결착 수지를 포함하는 시그널 전극층과, 상기 압전 시트의 다른 면에 적층되고 또한 도전성 미립자 및 신축성을 갖는 결착 수지를 포함하는 접지 전극층을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 압전 센서는, 상술한 바와 같이 구성을 갖고 있으므로, 면방향으로 신축성을 갖고 있다. 본 발명의 압전 센서는 움직임이 검출되는 대상물(이하, 「피측정체」라고 함)의 압전 센서의 배치면이 면방향으로 신축하는 경우에 있어서도, 피측정체의 신축에 원활하게 추종하고, 피측정체에 대하여 우수한 밀착성을 유지하여, 피측정체의 움직임을 정확하게 측정할 수 있다(신축 추종성).
또한, 본 발명의 압전 센서는, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임도 검출할 수 있다(신축 검출성).
도 1는 본 발명의 압전 센서를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 압전 센서의 다른 일례를 나타낸 단면도이다.
도 3는 본 발명의 압전 센서의 다른 일례를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 압전 센서의 일례를 도면을 참조하면서 설명한다. 압전 센서(A)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 다공질 합성 수지 시트를 함유하는 압전 시트(1)를 갖고 있다. 다공질 합성 수지 시트를 구성하고 있는 합성 수지로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리불화비닐리덴 등의 불소계 수지, 폴리락트산, 액정 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 부직포의 적층 시트 등을 들 수 있고, 폴리올레핀계 수지를 포함하는 것이 바람직하고, 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
합성 수지는 절연성이 우수한 것이 바람직하고, 합성 수지로서는, JIS K6911에 준거하여 인가 전압 500V로 전압 인가 1분 후의 체적 고유 저항값(이하, 간단히 「체적 고유 저항값」이라고 함)이 1.0×1010Ω·ｍ 이상인 합성 수지가 바람직하다.
합성 수지의 상기 체적 고유 저항값은, 압전 시트가 더 우수한 압전성을 갖는 점에서, 1.0×1012Ω·ｍ 이상이 바람직하고, 1.0×1014Ω·ｍ 이상이 보다 바람직하다.
폴리에틸렌계 수지로서는, 에틸렌 단독 중합체, 또는 에틸렌 성분을 50질량%를 초과하여 함유하는 에틸렌과 적어도 1종의 탄소수가 3 내지 20인 α-올레핀의 공중합체를 들 수 있다. 에틸렌 단독 중합체로서는, 고압 하에서 라디칼 중합시킨 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중저압으로 촉매 존재 하에서 중합시킨 중저압법 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등을 들 수 있다. 에틸렌과 α-올레핀을 공중합시킴으로써 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 얻을 수 있고, α-올레핀으로서는, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 1-에이코센 등을 들 수 있고, 탄소수가 4 내지 10인 α-올레핀이 바람직하다. 또한, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌 중에 있어서의 α-올레핀의 함유량은 통상, 1 내지 15질량%이다.
폴리프로필렌계 수지로서는, 프로필렌 성분을 50질량%를 초과하여 함유하고 있으면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 프로필렌 단독 중합체(호모 폴리프로필렌), 프로필렌과 적어도 1종의 프로필렌 이외의 탄소수가 20 이하인 올레핀의 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 폴리프로필렌계 수지는 단독으로 사용되어도 되고 2종 이상이 병용되어도 된다. 또한, 프로필렌과 적어도 1종의 프로필렌 이외의 탄소수가 20 이하인 올레핀의 공중합체는, 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 중 어느 것이어도 된다.
또한, 프로필렌과 공중합되는 α-올레핀으로서는, 예를 들어 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 1-에이코센 등을 들 수 있다.
다공질 합성 수지 시트의 발포 배율은 1.5 내지 15배가 바람직하고, 2 내지 10배가 보다 바람직하고, 2 내지 8배가 특히 바람직하고, 3 내지 7배가 가장 바람직하다. 다공질 합성 수지 시트의 발포 배율이 1.5배 이상이면, 압전 시트의 면방향에 있어서의 신축성이 우수하고, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 다공질 합성 수지 시트의 발포 배율이 15배 이하이면, 압전 센서의 기계적 강도가 향상되거나, 혹은 기포 직경이 작아져 압전 시트의 압전성이 안정되고, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 또한, 다공질 합성 수지 시트의 발포 배율은 다공질 합성 수지 시트를 구성하고 있는 합성 수지 전체의 밀도를 다공질 합성 수지 시트의 밀도로 나눈 값을 말한다.
다공질 합성 수지 시트의 기공률은 30% 이상이 바람직하고, 45% 이상이 보다 바람직하고, 60% 이상이 특히 바람직하다. 다공질 합성 수지 시트의 기공률은 95% 이하가 바람직하고, 93% 이하가 보다 바람직하고, 90% 이하가 특히 바람직하다. 다공질 합성 수지 시트의 기공률이 30% 이상이면, 압전 시트의 면방향에 있어서의 신축성이 우수하고, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 다공질 합성 수지 시트의 기공률이 95% 이하이면, 압전 센서의 기계적 강도가 향상되거나, 혹은 기포 직경이 작아져 압전 시트의 압전성이 안정되고, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 또한, 다공질 합성 수지 시트의 기공률은, 다공질 합성 수지 시트 중의 기공의 전체 체적을 다공질 합성 수지 시트의 겉보기 체적으로 나눈 값에 100을 곱한 값을 말한다.
다공질 합성 수지 시트의 두께는 10 내지 300㎛가 바람직하고, 30 내지 200㎛가 보다 바람직하다. 다공질 합성 수지 시트의 두께가 10㎛ 이상이면, 압전 시트의 기계적 강도가 향상된다. 다공질 합성 수지 시트의 두께가 300㎛ 이하이면, 압전 시트의 압전성이 안정되어 바람직하다.
압전 시트(1)의 신축률은 0.5% 이상이 바람직하고, 1% 이상이 보다 바람직하고, 1.5% 이상이 특히 바람직하고, 1.8% 이상이 가장 특히 바람직하다. 압전 시트의 신축률은 30% 이하가 바람직하고, 20% 이하가 보다 바람직하고, 10% 이하가 특히 바람직하고, 7% 이하가 가장 바람직하다. 압전 시트(1)의 신축률이 0.5% 이상이면, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 압전 시트(1)의 신축률이 30% 이하이면, 압전 시트가 장기간에 걸쳐서 안정적인 압전성을 유지하고, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 또한, 압전 시트의 신축률(%)은 하기의 요령으로 측정된 값을 말한다. 우선, 압전 시트로부터 1변이 5㎝인 평면 정사각 형상의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 임의의 가장자리의 방향으로 10N의 힘으로 신장하고, 신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)를 측정한다. 압전 시트의 신축률(%)은 하기 식에 기초하여 산출된 값을 말한다.
신축률(%)
=100×〔신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)-5〕/5
압전 시트(1)에 있어서의 5% 신장 시의 전기 저항값 변화율은 10% 이하가 바람직하고, 8% 이하가 보다 바람직하고, 6% 이하가 특히 바람직하다. 5% 신장 시의 전기 저항값 변화율이 10% 이하이면, 압전 센서가 면방향으로 신장된 상태에 있어서도, 압전 센서는 우수한 압전성을 유지한다. 압전 시트에 있어서의 5% 신장 시의 전기 저항값 변화율은, 2점 사이에 있어서의 초기의 전기 저항값과 5% 신장 시의 전기 저항값 사이의 변화율이고, 5% 신장 시의 전기 저항값(Ω)을 초기의 전기 저항값(Ω)으로 나눈 값을 말한다. 압전 시트에 있어서의 5% 신장 시의 전기 저항값 변화율은, 예를 들어 히오키 덴키사에서 상품명 「LCR 미터」로 시판되고 있는 측정 장치를 사용하여 측정할 수 있다.
다공질 합성 수지 시트를 대전시킴으로써 압전 시트(1)가 구성되어 있다. 다공질 합성 수지 시트를 대전시키는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 다공질 합성 수지 시트에 직류 전해를 가하는 방법 등을 들 수 있다.
다공질 합성 수지 시트에 직류 전계를 가하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, (1) 다공질 합성 수지 시트를 한 쌍의 평판 전극으로 협지하고, 대전시키고 싶은 표면에 접촉시키고 있는 평판 전극을 고압 직류 전원에 접속함과 함께 다른 쪽의 평판 전극을 접지하고, 다공질 합성 수지 시트에 직류 또는 펄스상의 고전압을 인가하고 합성 수지에 전하를 주입하여 다공질 합성 수지 시트를 대전시키는 방법, (2) 다공질 합성 수지 시트의 제1 면에, 접지된 평판 전극을 밀착 상태로 중첩하고, 다공질 합성 수지 시트의 제2 면측에 소정 간격을 두고 직류의 고압 전원에 전기적으로 접속된 침상 전극 또는 와이어 전극을 배치하고, 침상 전극의 선단 또는 와이어 전극의 표면 근방으로의 전계 집중에 의해 코로나 방전을 발생시키고, 공기 분자를 이온화시키고, 침상 전극 또는 와이어 전극의 극성에 의해 발생한 공기 이온을 반발시켜 다공질 합성 수지 시트를 대전시키는 방법 등을 들 수 있다.
다공질 합성 수지 시트에 직류 전계를 가할 때의 직류 처리 전압의 절댓값은 5 내지 40㎸가 바람직하고, 10 내지 30㎸가 보다 바람직하다. 직류 처리 전압을 상기 범위로 조정함으로써, 얻어지는 압전 시트는 신장 시에 있어서도 우수한 압전성을 유지한다.
압전 시트(1)의 한 면(제1 면)에 시그널 전극층(2)을 적층 일체화함과 함께, 압전 시트(1)의 다른 면(제2 면)에 접지 전극층(3)을 적층 일체화시켜 압전 센서(A)가 구성되어 있다. 그리고, 접지 전극을 기준 전극으로 하여 시그널 전극의 전위를 측정함으로써, 압전 센서의 압전 시트에서 발생한 전위를 측정할 수 있다. 또한, 압전 시트(1)의 한 면(제1 면)은 압전 시트(1)의 가장 큰 면적을 갖는 면을 말한다. 압전 시트(1)의 다른 면(제2 면)은 압전 시트(1)의 한 면(제1 면)의 반대측의 면을 말한다.
구체적으로는, 압전 시트(1)의 한 면에는 도전성 미립자 및 신축성을 갖는 결착 수지를 포함하는 시그널 전극층(2)이 적층되어 있다. 시그널 전극층(2)은, 신축성을 갖는 결착 수지 중에 도전성 미립자가 분산됨으로써 구성되어 있으므로, 우수한 신축성을 발현하고, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임에 원활하게 추종할 수 있고, 압전 센서에 의해 피측정체의 움직임을 고정밀도로 검출할 수 있음(신축 추종성)과 함께, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임도 고정밀도로 검출할(신축 검출성) 수 있다. 또한, 압전 시트(1)의 한 면에 적층되어 있는 시그널 전극층(2)은 1개여도 되고, 패턴화된 복수개여도 된다.
마찬가지로, 압전 시트(1)의 다른 면에도, 도전성 미립자 및 신축성을 갖는 결착 수지를 포함하는 접지 전극층(3)이 적층되어 있다. 접지 전극층(3)은 신축성을 갖는 결착 수지 중에 도전성 미립자가 분산됨으로써 구성되어 있으므로, 우수한 신축성을 발현하고, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임에 원활하게 추종할 수 있고, 압전 센서에 의해 피측정체의 움직임을 고정밀도로 검출할 수 있음(신축 추종성)과 함께, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임도 고정밀도로 검출할(신축 검출성) 수 있다. 또한, 압전 시트(1)의 한 면에 적층되어 있는 접지 전극층(2)은 1개여도 되고, 패턴화된 복수개여도 된다.
시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)을 구성하고 있는 도전성 미립자는, 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)에 도전성을 부여할 수 있으면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 은 미립자, 알루미늄 미립자, 구리 미립자, 니켈 미립자, 팔라듐 미립자 등의 금속 미립자, 카본 블랙, 그래파이트, 카본 나노 튜브, 탄소 섬유, 금속 피복 카본 블랙 등의 탄소계 도전성 미립자, 탄화텅스텐, 질화티타늄, 질화지르코늄, 탄화티타늄 등의 세라믹계 도전성 미립자, 도전성 티타늄산칼륨 위스커 등을 들 수 있고, 금속 미립자가 바람직하고, 은 미립자가 보다 바람직하다. 도전성 미립자는 단독으로 사용되어도 되고 2종 이상이 병용되어도 된다. 또한, 시그널 전극층(2)에 포함되어 있는 도전성 미립자와, 접지 전극층(3)에 포함되어 있는 도전성 미립자는 동일해도 되고 상이해도 된다.
시그널 전극층(2)에 포함되어 있는 도전성 미립자의 평균 입자 직경은 0.01 내지 50㎛가 바람직하고, 0.1 내지 30㎛가 보다 바람직하고, 0.5 내지 25㎛가 특히 바람직하다. 접지 전극층(3)에 포함되어 있는 도전성 미립자의 평균 입자 직경은 0.01 내지 50㎛가 바람직하고, 0.1 내지 30㎛가 보다 바람직하고, 0.5 내지 25㎛가 특히 바람직하다. 도전성 미립자의 평균 입자 직경이 상기 범위 내이면, 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)의 신축성을 유지하면서, 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)에 도전성을 부여할 수 있다.
또한, 도전성 미립자의 평균 입자 직경은 하기의 요령으로 측정할 수 있다. 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)을 그의 두께 방향으로 절단하고, 절단면의 임의의 개소를 전자 현미경으로 촬영하고, 배율 1000배의 확대 사진을 얻는다. 확대 사진 상에 나타난 도전성 미립자 중, 임의의 100개의 도전성 미립자의 직경을 측정한다. 도전성 미립자의 직경은 확대 사진에 나타난 도전성 미립자를 포위할 수 있는 최소 직경의 진원의 직경을 말한다. 각 도전성 미립자의 직경의 상가 평균값을 도전성 미립자의 평균 입자 직경으로 한다.
시그널 전극층(2) 중에 포함되어 있는 도전성 미립자의 함유량은 결착 수지 100질량부에 대하여 40 내지 90질량부가 바람직하고, 60 내지 85질량부가 보다 바람직하고, 60 내지 80질량부가 특히 바람직하다. 접지 전극층(3) 중에 포함되어 있는 도전성 미립자의 함유량은 결착 수지 100질량부에 대하여 40 내지 90질량부가 바람직하고, 60 내지 85질량부가 보다 바람직하고, 60 내지 80질량부가 특히 바람직하다. 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3) 중에 포함되어 있는 도전성 미립자의 함유량이 상기 범위 내이면, 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)의 신축성을 유지하면서, 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)에 도전성을 부여할 수 있다.
시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)을 구성하고 있는 결착 수지는, 압전 시트의 면방향으로의 신축에 추종하고, 균열 등의 손상을 발생시키지 않고 신축 가능한 신축성을 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)에 부여할 수 있으면 된다.
상기 결착 수지로서는, 예를 들어 변성 실리콘, 아크릴 변성 폴리머, 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머, 폴리염화비닐계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머, 1,2-폴리부타디엔계 열가소성 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머, 폴리클로로프렌(CR), EPDM, 폴리이소프렌 고무(IR), 폴리부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무, 부틸 고무 등의 고무 재료 등을 들 수 있다. 또한, 결착 수지는 단독으로 사용되어도 되고 2종 이상이 병용되어도 된다.
압전 시트(1)의 표면에 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)을 적층 일체화하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, (1) 도전성 미립자 및 결착 수지를 용매 중에 분산 또는 용해시켜 이루어지는 도전성 도료를 압전 시트의 표면에 도포한 후, 도전성 도료의 용매를 제거함으로써, 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 압전 시트(1)의 표면에 적층 일체화하는 방법, (2) 도전성 미립자를 경화성 수지 중에 분산시켜 이루어지는 도전성 도료를 압전 시트의 표면에 도포한 후, 경화성 수지를 가열 또는 전리성 방사선에 의해 경화시켜 결착 수지로 하고, 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 압전 시트(1)의 표면에 적층 일체화하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 전리성 방사선으로서는, 예를 들어 전자선, 자외선, α선, β, γ선 등을 들 수 있다.
시그널 전극층(2)의 신축률은 0.5%가 바람직하고, 3% 이상이 보다 바람직하고, 5% 이상이 특히 바람직하고, 7% 이상이 가장 바람직하다. 시그널 전극층(2)의 신축률은 23% 이하가 바람직하고, 15% 이하가 보다 바람직하고, 13% 이하가 특히 바람직하고, 11% 이하가 가장 바람직하다. 시그널 전극층(2)의 신축률이 0.5% 이상이면, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 시그널 전극층(2)의 신축률이 23% 이하이면, 압전 센서의 압전성의 정밀도가 향상되고, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 또한, 시그널 전극층(2)의 신축률(%)은 하기의 요령으로 측정된 값을 말한다. 우선, 시그널 전극층(2)으로부터 1변이 5㎝인 평면 정사각 형상의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 임의의 가장자리의 방향으로 10N의 힘으로 신장하고, 신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)를 측정한다. 시그널 전극(2)의 신축률(%)은 하기 식에 기초하여 산출된 값을 말한다. 시그널 전극층(2)의 신축률은, 예를 들어 오리엔테크사에서 시판되고 있는 텐실론을 사용하여 측정할 수 있다.
신축률(%)
=100×〔신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)-5〕/5
접지 전극층(3)의 신축률은 0.5%가 바람직하고, 3% 이상이 보다 바람직하고, 5% 이상이 특히 바람직하고, 7% 이상이 가장 바람직하다. 접지 전극층(3)의 신축률은 23% 이하가 바람직하고, 15% 이하가 보다 바람직하고, 13% 이하가 특히 바람직하고, 11% 이하가 가장 바람직하다. 접지 전극층(3)의 신축률이 0.5% 이상이면, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 접지 전극층(3)의 신축률이 23% 이하이면, 압전 센서의 압전성의 정밀도가 향상되고, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 또한, 접지 전극층(3)의 신축률(%)은 하기의 요령으로 측정된 값을 말한다. 우선, 접지 전극층(3)으로부터 1변이 5㎝인 평면 정사각 형상의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 임의의 가장자리의 방향으로 10N의 힘으로 신장하고, 신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)를 측정한다. 접지 전극(3)의 신축률(%)은 하기 식에 기초하여 산출된 값을 말한다. 접지 전극층(3)의 신축률은, 예를 들어 오리엔테크사에서 시판되고 있는 텐실론을 사용하여 측정할 수 있다.
신축률(%)
=100×〔신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)-5〕/5
상기에서는, 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)을 압전 시트(1)의 표면에 직접, 적층 일체화한 경우를 설명했지만, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3)을 각각 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 표면에 담지시킨(적층 일체화시킨) 후에, 신축성 합성 수지 시트(4, 5)를 그 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)의 형성면을 압전 시트(1)측을 향하게 하고 압전 시트(1)의 표면에 필요에 따라 고정제를 통해 적층 일체화시켜 압전 센서(A)를 구성해도 된다.
신축성 합성 수지 시트(4, 5)로서는, 균열 등의 손상을 발생시키지 않고, 압전 시트(1)의 면방향에 있어서의 신축에 추종하여 신축 가능하면, 특별히 한정되지 않는다. 신축성 합성 수지 시트(4, 5)를 구성하고 있는 합성 수지로서는, 예를 들어 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머, 폴리염화비닐계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머, 1,2-폴리부타디엔계 열가소성 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머, 폴리클로로프렌(CR), EPDM, 폴리이소프렌 고무(IR), 폴리부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무, 부틸 고무 등의 고무 재료 등을 들 수 있다. 또한, 결착 수지는 단독으로 사용되어도 되고 2종 이상이 병용되어도 된다.
신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 신축률은 0.5% 이상이 바람직하고, 3% 이상이 보다 바람직하고, 5% 이상이 특히 바람직하고, 7% 이상이 가장 바람직하다. 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 신축률은 28% 이하가 바람직하고, 20% 이하가 보다 바람직하고, 18% 이하가 특히 바람직하고, 16% 이하가 가장 바람직하다. 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 신축률이 0.5% 이상이면, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 신축률이 28% 이하이면, 압전 센서의 압전성의 정밀도가 향상되어 바람직하다. 또한, 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 신축률(%)은 하기의 요령으로 측정된 값을 말한다. 우선, 신축성 합성 수지 시트(4, 5)로부터 1변이 5㎝인 평면 정사각 형상의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 임의의 가장자리의 방향으로 10N의 힘으로 신장하고, 신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)를 측정한다. 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 신축률(%)은 하기 식에 기초하여 산출된 값을 말한다. 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 신축률은, 예를 들어 오리엔테크사에서 시판되고 있는 텐실론을 사용하여 측정할 수 있다.
신축률(%)
=100×〔신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)-5〕/5
신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 표면에 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 담지시키는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, (1) 도전성 미립자 및 결착 수지를 용매 중에 분산 또는 용해시켜 이루어지는 도전성 도료를 신축성 합성 수지 시트의 표면에 도포한 후, 도전성 도료의 용매를 제거함으로써, 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 표면에 적층 일체화하는 방법, (2) 도전성 미립자를 경화성 수지 중에 분산시켜 이루어지는 도전성 도료를 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 표면에 도포한 후, 경화성 수지를 가열 또는 전리성 방사선에 의해 경화시켜 결착 수지로 하고, 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 신축성 합성 수지 시트(4, 5)의 표면에 적층 일체화하는 방법 등을 들 수 있다.
압전 시트 및 신축성 합성 수지 시트는, 도전성 도료의 밀착력을 향상시킬 목적으로 공지의 표면 처리를 실시할 수 있다. 표면 처리 방법으로서는, 예를 들어, 코로나 처리, 프라이머 처리, 샌드블라스트 처리 등을 들 수 있다.
시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 담지시킨 신축성 합성 수지 시트(4, 5)를 압전 시트(1)의 표면에 적층 일체화시키는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, (1) 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)이 점착성 또는 접착성을 갖고 있는 경우에는, 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)이 갖는 점착성에 의해, 압전 시트(1)의 표면에, 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 담지시킨 신축성 합성 수지 시트(4, 5)를 적층 일체화하는 방법(도 2 참조), (2) 시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 담지시킨 신축성 합성 수지 시트(4, 5)를, 신축성을 갖는 고정제(6, 7)를 통해, 압전 시트(1)의 표면에 적층 일체화하는 방법(도 3 참조) 등을 들 수 있다. 또한, 고정제(6, 7)는 반응계·용제계·수계·핫 멜트계의 접착제 또는 점착제로 구성되어 있고, 압전 시트(1)의 감도를 유지하는 관점에서, 유전율이 낮은 고정제가 바람직하다. 고정제(6, 7)로서는, 예를 들어 아크릴계 점착제 등의 점착제, 양면 점착 테이프 등을 들 수 있다.
시그널 전극층(2) 또는 접지 전극층(3)을 담지시킨 신축성 합성 수지 시트(4, 5)를 고정제를 통해 압전 시트(1)의 표면에 적층 일체화시킨 상태에 있어서, 고정제의 신축률은 0.5% 이상이 바람직하고, 3% 이상이 보다 바람직하고, 5% 이상이 특히 바람직하고, 7% 이상이 가장 바람직하다. 고정제의 신축률은 70% 이하가 바람직하고, 65% 이하가 보다 바람직하고, 60% 이하가 특히 바람직하다. 고정제의 신축률이 0.5% 이상이면, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 또한, 고정제에 신축성이 있는 것에 의해, 신축성 합성 수지 시트(4, 5)와 압전 시트(1)의 박리를 효과적으로 방지할 수 있다. 고정제의 신축률이 70% 이하이면, 압전 센서가 경시적으로 우수한 압전성을 유지하여 바람직하다. 또한, 고정제의 신축률(%)은 하기의 요령으로 측정된 값을 말한다. 우선, 고정제로부터 1변이 5㎝인 평면 정사각 형상의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 임의의 가장자리의 방향으로 10N의 힘으로 신장하고, 신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)를 측정한다. 고정제의 신축률(%)은 하기 식에 기초하여 산출된 값을 말한다. 고정제의 신축률은, 예를 들어 오리엔테크사에서 시판되고 있는 텐실론을 사용하여 측정할 수 있다.
신축률(%)
=100×〔신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)-5〕/5
상기와 같이 구성된 압전 센서(A)는, 이것을 구성하고 있는 압전 시트(1), 시그널 전극층(2) 및 접지 전극층(3), 그리고 신축성 합성 수지 시트(4, 5) 및 고정제(6, 7)를 갖는 경우에는 신축성 합성 수지 시트(4, 5) 및 고정제(6, 7)가, 압전 시트(1)의 면방향으로 신축 가능하다. 따라서, 피측정체 상에 밀착 상태로 접착된 압전 센서(A)는, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임에 원활하게 추종하여 신축하고, 피측정체의 표면에 양호하게 밀착한 상태를 유지하고, 피측정체의 움직임을 고정밀도로 검출할 수 있다. 이와 같이, 압전 센서(A)는, 움직임이 검출되는 대상물(피측정체)에 있어서의 압전 센서가 배치되는 면(압전 센서의 배치면)의 면방향의 움직임에 원활하게 추종할 수 있으므로, 미세한 움직임을 하는 인체의 피부 등이라도 원활하게 추종할 수 있다. 그리고, 압전 센서(A)는 인체의 피부에 접착 또는 인체에 장착하여 사용하는 용도, 소위, 웨어러블 용도로 적합하게 사용할 수 있고, 맥박이나 호흡 신호 등의 생체 신호를 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 피측정체로서는, 예를 들어 인체, 콘크리트 구조물, 교량, 차량 등의 수송 기기 등을 들 수 있다.
또한, 압전 센서(A)는 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임에 원활하게 추종하여 신축하지만, 이 신축 시에 있어서, 압전 시트(1)는 그의 두께 방향의 두께가 변화되고, 이 두께의 변화에 수반하여 전하를 발현한다. 이 전하를 검지함으로써, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임을 고정밀도로 검출할 수 있다.
예를 들어, 빌딩 등의 콘크리트 구조물의 벽면은 햇볕이나 비바람에 노출됨으로써 경시적으로 열화를 일으켜 갈라짐 등의 균열이 발생하고, 균열이 발생하면 콘크리트 구조물의 벽면에 그의 면방향으로 움직임이 발생한다. 그래서, 압전 센서(A)를 콘크리트 구조물의 벽면에 밀착 상태로 접착해 두면, 균열에 수반하는 벽면의 움직임을 압전 센서(A)가 고정밀도로 검출하고, 콘크리트 구조물에 발생한 균열 등의 손상을 빠르게 인식하여, 그 후의 대응을 원활하게 행할 수 있다.
압전 센서(A) 전체의 신축률은 0.5% 이상이 바람직하고, 0.7% 이상이 보다 바람직하고, 0.8% 이상이 보다 바람직하고, 0.9% 이상이 특히 바람직하다. 압전 센서(A) 전체의 신축률은 15% 이하가 바람직하고, 13% 이하가 보다 바람직하고, 11% 이하가 특히 바람직하고, 4% 이하가 가장 바람직하다. 압전 센서(A) 전체의 신축률이 0.5% 이상이면, 신축 추종성 및 신축 검출성이 향상되어 바람직하다. 압전 센서(A) 전체의 신축률이 15% 이하이면, 압전 센서가 경시적으로 우수한 압전성을 유지하여 바람직하다. 또한, 압전 센서(A) 전체의 신축률(%)은 하기의 요령으로 측정된 값을 말한다. 우선, 압전 센서(A)로부터 1변이 5㎝인 평면 정사각 형상의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 임의의 가장자리의 방향으로 10N의 힘으로 신장하고, 신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)를 측정한다. 압전 센서(A)의 신축률(%)은 하기 식에 기초하여 산출된 값을 말한다. 압전 센서(A)의 신축률은, 예를 들어 오리엔테크사에서 시판되고 있는 텐실론을 사용하여 측정할 수 있다.
신축률(%)
=100×〔신장 시에 있어서의 신장 방향의 시험편의 길이(㎝)-5〕/5
실시예
이어서 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1 내지 5)
프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체(니혼 폴리프로사제 상품명 「노바테크EG8B」, 에틸렌 단위의 함유량: 5질량%) 100질량부, 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트 3.3질량부, 아조디카르본아미드 및 페놀계 산화 방지제 2질량부를 압출기에 공급하여 용융 혼련하고 T다이로부터 시트상으로 압출하여, 두께가 180㎛인 발포성 수지 시트를 제조했다. 발포성 수지 시트를 1변이 30㎝인 평면 정사각 형상으로 잘라냈다. 아조디카르본아미드는 표 1에 나타낸 양을 압출기에 공급했다.
얻어진 발포성 수지 시트의 양면에 전자선을 가속 전압 300㎸ 및 강도 25kGy의 조건에서 조사하고, 발포성 수지 시트를 구성하고 있는 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체를 가교했다. 발포성 수지 시트를 250℃로 가열하여 발포성 수지 시트를 발포시켜 발포 시트를 얻었다. 얻어진 발포 시트를 그의 표면 온도가 140℃로 가열된 후에 1축 연신했다. 또한, 발포 시트의 발포 배율, 두께 및 기공률을 표 1에 나타냈다.
발포 시트의 제1 면에, 접지된 평판 전극을 밀착 상태로 중첩하고, 발포 시트의 제2 면측에 소정 간격을 두고 직류의 고압 전원에 전기적으로 접속된 침상 전극을 배치하고, 침상 전극의 표면 근방으로의 전계 집중에 의해, 전압 -20㎸, 방전 거리 10㎜ 및 전압 인가 시간 1분의 조건 하에서 코로나 방전을 발생시키고, 공기 분자를 이온화시켜, 침상 전극의 극성에 의해 발생한 공기 이온을 반발시키고 발포 시트에 직류 전계를 가하여 전하를 주입하고 발포 시트를 전체적으로 대전시켰다. 그 후, 전하를 주입한 발포 시트를, 접지된 알루미늄박으로 감싼 상태에서 3시간에 걸쳐서 유지하여 압전 시트를 얻었다. 압전 시트의 압전 상수 d33을 표 1에 나타냈다.
신축성 합성 수지 시트로서, 신축성을 갖는 두께가 50㎛인 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트(다케다 산교사제 상품명 「터프그레이스」) 및 신축성을 갖는 두께가 25㎛인 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트(다케다 산교사제 상품명 「터프그레이스」)를 2매씩 준비했다. 표 1에 나타낸 두께의 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트를 선택했다. 은 미립자(평균 입자 직경: 2㎛) 및 경화성 수지로서 아크릴 변성 폴리머를 함유하는 도전성 도료(세메다인사제 상품명 「SX-ECA48」)를 준비했다. 2매의 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트의 각각의 한 면에 도전성 도료를 도포한 후, 도전성 도료를 100℃에서 3시간 가열함으로써 경화성 수지를 경화시켜 결착 수지로 하고, 결착 수지 중에 은 미립자가 균일하게 분산되어 이루어지는 전극층을 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트의 한 면에 적층 일체화시켰다. 전극층의 두께를 표 1에 나타냈다. 결착 수지는 신축성을 갖고 있었다. 전극층 중에는 결착 수지 100질량부에 대하여 은 미립자 65질량부가 함유되어 있었다.
고정제로서 양면 점착 테이프(세키스이 가가쿠 고교사제 상품명 「WT#5402」, 두께 25㎛)를 준비했다. 압전 시트의 양면에 고정제로서 양면 점착 테이프를 부착했다. 압전 시트의 양면의 각각에 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트를 전극층이 압전 시트측이 되도록 하고 고정제에 의해 적층 일체화하여 압전 시트를 얻었다. 고정제는 신축성을 갖고 있었다. 압전 시트(1)의 한 면에 적층 일체화된 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트의 한 면에 담지시킨 전극층을 시그널 전극층으로 했다. 압전 시트(1)의 다른 면에 적층 일체화된 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트의 한 면에 담지시킨 전극층을 접지 전극층으로 했다. 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트, 시그널 전극층 및 접지 전극층은 압전 시트와 동일 크기로 1변이 6㎝인 평면 정사각 형상이었다. 시그널 전극층 및 접지 전극층의 각각에 전선을 접속했다.
(비교예 1)
2매의 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트의 한 면의 각각에 두께가 10㎛인 알루미늄박으로 이루어진 전극층을 양면 점착 테이프를 통해 적층 일체화한 것 이외는 실시예 1과 동일한 요령으로 압전 센서를 얻었다. 또한, 알루미늄박으로 이루어진 전극층은 신축성을 갖고 있지 않았다.
(비교예 2)
2매의 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트의 한 면의 각각에 스퍼터링에 의해 알루미늄으로 이루어진 전극층을 형성한 것 이외는 실시예 1과 동일한 요령으로 압전 센서를 얻었다. 또한, 알루미늄으로 이루어진 전극층은 신축성을 갖고 있지 않았다.
(비교예 3)
폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트 대신에, 두께가 50㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 시트를 사용한 것 이외는 실시예 1과 동일한 요령으로 압전 센서를 얻었다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 시트는 신축성을 갖고 있지 않았다.
얻어진 압전 시트의 신축 추종성 및 신축 검출성을 하기의 요령으로 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타냈다.
얻어진 압전 센서 전체의 신축률을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타냈다. 압전 센서를 구성하고 있는 압전 시트, 고정제, 시그널 전극층, 접지 전극층 및 신축성 합성 수지 시트의 신축률을 상기한 요령으로 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 비교예 2에 있어서, 알루미늄으로 이루어진 전극층을 단리할 수 없고, 시그널 전극층 및 접지 전극층의 신축률을 측정할 수 없었다.
(신축 추종성)
신축성을 갖고 또한 압전 센서보다도 한 단계 큰 크기를 갖는 평면 정사각 형상의 고무 시트를 준비했다. 압전 센서를 고무 시트의 한 면에 신축성을 갖는 양면 점착 테이프를 통해 밀착 상태로 접착하여 시험체를 제작했다. 압전 센서의 단부 테두리와 고무 시트의 단부 테두리가 서로 평행이 되도록 조절했다.
압전 센서에 가진기를 사용하여 하중 F가 1N, 동적 하중이 ±0.5N, 주파수가 30㎐, 압박 면적 1㎠의 조건 하에서 압박력을 가하고, 그 때에 발생하는 전압을 계측했다. 전압은 peak to peak를 판독했다. 전압의 판독은 증폭기(MSI사제)를 통해 오실로스코프(텍시오·테크놀로지사제)를 사용하여 행하였다.
압전 센서를 고무 시트 상에 접착한 직후의 압전 시트의 전압을 측정하여, 초기 전압으로 했다.
고무 시트를 임의의 단부 테두리를 따라 신장률 1% 또는 5%만 신장시킨 상태로 유지했다. 또한, 본 발명에 있어서, 신장률은 하기의 계산식으로 산출된 값을 말한다.
신장률(%)=100×신장 후의 신장 방향의 고무 시트의 치수/신장 전의 신장 방향의 고무 시트의 치수
상기 신장 상태에 있어서, 상술한 것과 동일한 요령으로 압전 시트의 전압을 측정하여, 신장 전압으로 했다.
비교예 2의 압전 센서는, 신장 시에 알루미늄층이 단선되고, 비교예 1 및 비교예 3의 압전 센서는, 신장 시에 시그널 전극층 및 접지 전극층이 압전 시트의 표면으로부터 박리되었기 때문에, 신장 전압을 측정할 수 없었다.
(신축 검출성)
신축 추종성의 측정 시와 동일한 요령으로 시험체를 제작했다. 고무 시트를 텐실론(오리엔테크사제)을 사용하여 임의의 단부 테두리를 따라 신장률 1% 또는 5%만 신장시켜, 신장 시에 발생하는 전압을 계측했다. 전압은 신축의 peak to peak를 측정했다.
비교예 2의 압전 센서는, 신장 시에 알루미늄층이 단선되고, 비교예 1 및 비교예 3의 압전 센서는, 신장 시에 시그널 전극층 및 접지 전극층이 압전 시트의 표면으로부터 박리되었기 때문에, 신장 시에 발생하는 전압을 계측할 수 없었다.
Figure pct00001
본 발명의 압전 센서는, 면방향으로 신축성을 갖고 있으므로, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면이 면방향으로 신축하는 경우에 있어서도, 피측정체의 신축에 원활하게 추종하고, 피측정체에 대하여 우수한 밀착성을 유지하여, 피측정체의 움직임을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 압전 센서는, 피측정체에 있어서의 압전 센서의 배치면의 면방향의 움직임도 검출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 압전 센서는 웨어러블 용도로 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명의 압전 센서는 차량 등의 수송 기기, 인체, 콘크리트 구조물, 교량 등의 피측정체의 움직임을 측정하는 용도로 사용할 수 있다.
(관련 출원의 상호 참조)
본 출원은, 2016년 9월 6일에 출원된 일본 특허 출원 제2016-174038호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 개시는 이들의 전체를 참조함으로써 본 명세서에 포함된다.
1 : 압전 시트
2 : 시그널 전극층
3 : 접지 전극층
4, 5 : 신축성 합성 수지 시트
6, 7 : 고정제
A : 압전 센서

Claims (3)

  1. 다공질 합성 수지 시트를 함유하는 압전 시트와, 상기 압전 시트의 한 면에 적층되고 또한 도전성 미립자 및 신축성을 갖는 결착 수지를 포함하는 시그널 전극층과, 상기 압전 시트의 다른 면에 적층되고 또한 도전성 미립자 및 신축성을 갖는 결착 수지를 포함하는 접지 전극층을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 센서.
  2. 제1항에 있어서, 시그널 전극층 및/또는 접지 전극층은, 신축성 합성 수지 시트에 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 신축성 합성 수지 시트는, 열가소성 엘라스토머 시트 또는 고무 시트를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 압전 센서.
KR1020197007295A 2016-09-06 2017-09-06 압전 센서 KR102638861B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016174038 2016-09-06
JPJP-P-2016-174038 2016-09-06
PCT/JP2017/032173 WO2018047878A1 (ja) 2016-09-06 2017-09-06 圧電センサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190044636A true KR20190044636A (ko) 2019-04-30
KR102638861B1 KR102638861B1 (ko) 2024-02-22

Family

ID=61562501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197007295A KR102638861B1 (ko) 2016-09-06 2017-09-06 압전 센서

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11264556B2 (ko)
EP (1) EP3511673A4 (ko)
JP (1) JP7271084B2 (ko)
KR (1) KR102638861B1 (ko)
CN (1) CN109661558A (ko)
WO (1) WO2018047878A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230066168A (ko) * 2021-11-05 2023-05-15 한양대학교 산학협력단 다공성 유전부를 포함하는 유연성 구조체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 마찰전기 생성장치

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108577853A (zh) * 2018-04-27 2018-09-28 福州大学 一种用于检测人体关节运动的可穿戴式应变传感器及其制备方法
CN110081811B (zh) * 2019-05-27 2021-04-27 合肥京东方光电科技有限公司 一种传感器结构及其制备方法，应变监测方法及装置
TWI782624B (zh) * 2021-07-14 2022-11-01 國立臺灣科技大學 曲面傳感器及其製造方法
US20230160762A1 (en) * 2021-11-25 2023-05-25 National Taiwan University Of Science And Technology Pressure Sensing Element with Porous Structure Based Flexible Base

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009192231A (ja) * 2008-02-12 2009-08-27 Panasonic Corp 圧電素子
WO2010101084A1 (ja) 2009-03-04 2010-09-10 日東電工株式会社 導電性を有する樹脂発泡体
CN103531706A (zh) * 2013-10-22 2014-01-22 深圳市豪恩声学股份有限公司 压电驻极体材料及其制备方法
JP2015184122A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 積水化学工業株式会社 圧電センサ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5927584A (ja) * 1982-08-05 1984-02-14 Agency Of Ind Science & Technol 高分子複合多孔質圧電体およびその製造方法
US4624796A (en) * 1985-06-07 1986-11-25 Celanese Corporation Piezoelectric filler and flexible piezoelectric composites
ATE444709T1 (de) * 1999-08-09 2009-10-15 Sonavation Inc Piezoelektrischer dünnschichtfingerabdruckabtaster
JP2005347364A (ja) * 2004-06-01 2005-12-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 伸縮可能な圧電素子
WO2008021191A2 (en) * 2006-08-09 2008-02-21 The Johns Hopkins University Piezoelectric compositions
JP5562895B2 (ja) * 2011-04-19 2014-07-30 中国電力株式会社 日射量推定装置、日射量推定方法及びプログラム
JP5432207B2 (ja) 2011-04-19 2014-03-05 東海ゴム工業株式会社 静電容量型センサ装置
JP2014199226A (ja) 2013-03-29 2014-10-23 積水化学工業株式会社 生体情報取得衣類
JP2016033580A (ja) 2014-07-31 2016-03-10 ヤマハ株式会社 電子打楽器用パッド
CN106289595A (zh) * 2015-05-26 2017-01-04 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 能够侦测剪切力的力传感器
WO2017010135A1 (ja) * 2015-07-16 2017-01-19 住友理工株式会社 圧電センサ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009192231A (ja) * 2008-02-12 2009-08-27 Panasonic Corp 圧電素子
WO2010101084A1 (ja) 2009-03-04 2010-09-10 日東電工株式会社 導電性を有する樹脂発泡体
CN103531706A (zh) * 2013-10-22 2014-01-22 深圳市豪恩声学股份有限公司 压电驻极体材料及其制备方法
JP2015184122A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 積水化学工業株式会社 圧電センサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230066168A (ko) * 2021-11-05 2023-05-15 한양대학교 산학협력단 다공성 유전부를 포함하는 유연성 구조체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 마찰전기 생성장치

Also Published As

Publication number Publication date
US11264556B2 (en) 2022-03-01
JPWO2018047878A1 (ja) 2019-06-24
EP3511673A4 (en) 2020-06-17
EP3511673A1 (en) 2019-07-17
WO2018047878A1 (ja) 2018-03-15
KR102638861B1 (ko) 2024-02-22
JP7271084B2 (ja) 2023-05-11
US20210280770A1 (en) 2021-09-09
CN109661558A (zh) 2019-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102638861B1 (ko) 압전 센서
JP7411022B2 (ja) エレクトレットシート
US20210257165A1 (en) Electret sheet and piezoelectric sensor
TWI791491B (zh) 壓電感測器
KR102637368B1 (ko) 일렉트릿 시트
JP6959013B2 (ja) エレクトレットシート
JP7036538B2 (ja) エレクトレットシート
KR102588134B1 (ko) 일렉트릿 시트
JP7271641B2 (ja) エレクトレットシート
JP6798898B2 (ja) エレクトレットシート
JP2017179126A (ja) エレクトレットシート及び圧電センサ
JP7208308B2 (ja) 圧電シート及びその製造方法並びに圧電センサ
JP2022183079A (ja) エレクトレットシート、圧電センサ、圧力検出システム及びエレクトレットシートの製造方法
JPWO2020032255A1 (ja) センサシステム及びこれを用いた測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right