WO2022196289A1 - 感圧センサ - Google Patents

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WO2022196289A1
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conductive layer
sensitive
sensor
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兼吾 磯田
尚 山本
耕治 岩田
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ニッタ株式会社
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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L1/205—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements
    • G—PHYSICS
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    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type

Definitions

  • the present invention relates to pressure sensors, and more particularly to pressure sensors configured to detect pressure.
  • Patent Document 1 discloses a pressure sensor.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a pressure-sensitive sensor in which an output value related to pressure changes more linearly with changes in the load applied to the pressure-sensitive sensor. is to provide
  • a pressure sensor is configured to detect pressure.
  • This pressure sensor includes a first sheet member and a second sheet member.
  • the second sheet member is arranged to overlap the first sheet member.
  • First and second electrodes are formed on the first sheet member.
  • a third electrode covered with a pressure-sensitive conductive layer is formed on the second sheet member.
  • the second sheet member does not have the third electrode formed thereon, but has only the pressure-sensitive conductive layer formed thereon.
  • current flows from one of the first and second electrodes to the other mainly through the pressure-sensitive conductive layer when the pressure-sensitive sensor is used. Since current flows in a wide range of the pressure-sensitive conductive layer, the volume resistance value due to the pressure-sensitive conductive layer increases.
  • the inventor(s) have found that the linearity of the pressure-sensitive sensor is adversely affected as the volume resistance attributed to the pressure-sensitive conductive layer increases.
  • the linearity of the pressure sensor means the linearity of the change in the output value of the pressure sensor with respect to the change in the load applied to the pressure sensor.
  • the output value of the pressure sensor is obtained by converting the resistance value output indicated by the hyperbola into a voltage value output passing through the origin, for example, by using an operational amplifier.
  • the pressure-sensitive conductive layer covers the third electrode in the second sheet member. Therefore, in this pressure-sensitive sensor, current flows from one of the first and second electrodes to the other through the pressure-sensitive conductive layer and the third electrode when the pressure-sensitive sensor is used. In this case, compared with the case where the third electrode is not formed on the second sheet member, the current flows in a narrow range of the pressure-sensitive conductive layer, so the volume resistance value due to the pressure-sensitive conductive layer becomes small. . Therefore, according to this pressure-sensitive sensor, the volume resistance value resulting from the pressure-sensitive conductive layer is reduced, so that the linearity of the pressure-sensitive sensor can be improved.
  • the third electrode may be made of the same material as the first and second electrodes.
  • L1/T1 may be greater than 40, where L1 is the distance between the first and second electrodes and T1 is the thickness of the pressure-sensitive conductive layer.
  • each of the first and second electrodes may have a comb tooth-shaped portion.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a II-II cross section of FIG. 1; It is a figure which shows typically a part of cross section of the pressure-sensitive sensor of comparison object. It is a figure which shows typically a part of cross section of a pressure sensor. It is a figure which shows the linearity of the pressure-sensitive sensor of comparison object.
  • FIG. 4 is a diagram showing linearity of the pressure sensor according to the embodiment; It is a figure which shows typically the plane of the 1st electrode, 2nd electrode, and pressure-sensitive conductive layer which are contained in the pressure-sensitive sensor in a modification.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a part of a plane of pressure-sensitive sensor 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the II-II section of FIG.
  • the pressure sensor 10 is configured to detect applied pressure.
  • the pressure sensor 10 includes a first sheet member 50 and a second sheet member 60 .
  • the first sheet member 50 and the second sheet member 60 are overlapped with each other.
  • Each of the first sheet member 50 and the second sheet member 60 has a substantially circular portion and a rectangular portion in plan view.
  • the first sheet member 50 and the second sheet member 60 are not adhered to each other at their substantially circular portions.
  • the pressure sensor 10 detects the pressure with which the first sheet member 50 and the second sheet member 60 are sandwiched.
  • the first sheet member 50 includes a base material 100, a first electrode 110 and a second electrode 120.
  • the base material 100 is a sheet-like member and has a substantially circular portion and a rectangular portion.
  • the base material 100 is made of, for example, a flexible material such as polyimide or PET (polyethylene terephthalate).
  • Each of the first electrode 110 and the second electrode 120 is formed on the base material 100 .
  • Each of the first electrode 110 and the second electrode 120 has a comb tooth-shaped portion and a rectangular portion in plan view.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 are arranged such that their comb teeth are staggered.
  • Each of the first electrode 110 and the second electrode 120 is made of, for example, a metal foil such as silver foil, copper foil, aluminum foil, or the like, or a conductive polymer. Note that the materials for the first electrode 110 and the second electrode 120 are not limited to these, and any material with high conductivity may be used.
  • the second sheet member 60 includes a base material 200, a third electrode 220, and a pressure-sensitive conductive layer 210.
  • the base material 200 is a sheet-like member and has substantially the same shape as the base material 100 .
  • the base material 200 is made of, for example, a flexible material such as polyimide or PET.
  • the third electrode 220 is formed on the base material 200 .
  • the shape of the third electrode 220 is substantially circular in plan view.
  • the third electrode 220 is made of, for example, a metal foil such as silver foil, copper foil, or aluminum foil, or a conductive polymer. Note that the material of the third electrode 220 is not limited to these, and any material with high conductivity may be used.
  • the third electrode 220 is made of the same material as the first electrode 110 and the second electrode 120 .
  • the pressure-sensitive conductive layer 210 is formed on the second sheet member 60 so as to cover the third electrode 220 .
  • the pressure-sensitive conductive layer 210 has a substantially circular shape that is one size larger than the third electrode 220 in plan view.
  • the pressure-sensitive conductive layer 210 is made of pressure-sensitive conductive ink. Known pressure-sensitive conductive ink containing conductive particles can be used as the pressure-sensitive conductive ink.
  • Examples of the conductive particles contained in the pressure-sensitive conductive ink include carbon-based particles (including fibrous materials) such as carbon black, graphite, carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanofibers, and carbon nanocoils; iron, nickel, Metal particles such as copper, aluminum, magnesium, platinum, silver, gold, and alloys containing at least one of these metals; tin oxide, zinc oxide, silver iodide, copper iodide, barium titanate, indium tin oxide , conductive inorganic material particles such as strontium titanate, and the like.
  • the conductive particles may be used singly or in combination of two or more.
  • L1/T1 is greater than 40, where L1 is the distance between the first electrode 110 and the second electrode 120, and T1 is the thickness of the pressure-sensitive conductive layer 210. Also, 1/T1 may be greater than 50. That is, in the pressure-sensitive sensor 10 , the distance L1 between the first electrode 110 and the second electrode 120 is much longer than the thickness T1 of the pressure-sensitive conductive layer 210 .
  • each of the first electrode 110 and the second electrode 120 is in contact with the pressure-sensitive conductive layer 210 regardless of whether the pressure-sensitive sensor 10 is in use.
  • a voltage is applied between the first electrode 110 and the second electrode 120 when the pressure sensor 10 is used.
  • the first electrode 110 is connected to the positive electrode of the power source V1
  • the second electrode 120 is connected to the negative electrode of the power source V1.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 are electrically connected via the pressure-sensitive conductive layer 210 and the third electrode 220 .
  • the pressure applied to pressure sensor 10 increases, the contact area between each of first electrode 110 and second electrode 120 and pressure-sensitive conductive layer 210 increases.
  • the resistance value between the first electrode 110 and the second electrode 120 decreases, and the current value generated between the first electrode 110 and the second electrode 120 increases. By detecting this change in current value, the pressure applied to the pressure sensor 10 is detected.
  • the pressure-sensitive conductive layer 210 covers the third electrode 220 .
  • the output value related to pressure is obtained by converting the resistance value output indicated by the hyperbola into a voltage value output passing through the origin, for example, by using an operational amplifier.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a part of the cross section of the pressure-sensitive sensor 10A for comparison.
  • the third electrode 220 is not formed on the base material 200 in the pressure sensor 10A. Only the pressure-sensitive conductive layer 210A is formed on the base material 200. As shown in FIG. 3
  • the resistance component caused by the contact area between each of the first electrode 110 and the second electrode 120 and the pressure-sensitive conductive layer 210A changes greatly.
  • the volume resistance component caused by the pressure-sensitive conductive layer 210A hardly changes. That is, the volume resistance component caused by the pressure-sensitive conductive layer 210A exists as an offset with respect to the total resistance component between the first electrode 110 and the second electrode 120.
  • FIG. Since the pressure sensor 10A detects pressure based on the change in the resistance value between the first electrode 110 and the second electrode 120, when the offset value (the volume resistance component caused by the pressure sensitive conductive layer 210A) increases, the sensitivity increases.
  • the linearity of pressure sensor 10A is degraded. That is, the inventors (and others) have found that the linearity of the pressure sensor 10A is adversely affected as the volume resistance value caused by the pressure sensitive conductive layer 210A increases.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a part of the cross section of pressure sensor 10 according to the present embodiment.
  • pressure sensitive conductive layer 210 covers third electrode 220 .
  • the resistance value of the third electrode 220 is much lower than the resistance value of the pressure-sensitive conductive layer 210 . Therefore, when pressure is applied to the pressure sensor 10 , current flows between the first electrode 110 and the second electrode 120 via the pressure sensitive conductive layer 210 and the third electrode 220 .
  • the pressure-sensitive conductive layer 210 current mainly flows in the thickness direction of the pressure-sensitive conductive layer 210 . Since the length of the pressure-sensitive conductive layer 210 in the thickness direction is much shorter than the length between the first electrode 110 and the second electrode 120, the range in which the current flows in the pressure-sensitive conductive layer 210 is shown in FIG. narrower compared to Therefore, between the first electrode 110 and the second electrode 120, the volume resistance value due to the pressure-sensitive conductive layer 210 becomes small. As a result, according to the pressure-sensitive sensor 10, the volume resistance value caused by the pressure-sensitive conductive layer 210 is reduced, so the linearity of the pressure-sensitive sensor 10 can be improved.
  • FIG. 5 is a diagram showing the linearity of the pressure sensor 10A for comparison.
  • FIG. 6 is a diagram showing the linearity of pressure sensor 10 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the load applied to the pressure sensor, and the vertical axis indicates the output of the pressure sensor. 5 and 6, it can be seen that the pressure sensor 10 has higher linearity than the pressure sensor 10A.
  • pressure-sensitive conductive layer 210 covers third electrode 220 in second sheet member 60 . Therefore, in the pressure-sensitive sensor 10, when the pressure-sensitive sensor 10 is used, a current flows from one of the first electrode 110 and the second electrode 120 to the other through the pressure-sensitive conductive layer 210 and the third electrode 220. flow. In this case, compared to the case where the third electrode 220 is not formed on the second sheet member 60, the current flows in a narrower range of the pressure-sensitive conductive layer 210, so the volume resistance caused by the pressure-sensitive conductive layer 210 increases. value becomes smaller. Therefore, according to the pressure-sensitive sensor 10, since the volume resistance value resulting from the pressure-sensitive conductive layer 210 is reduced, the linearity of the pressure-sensitive sensor 10 can be improved.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a plane of the first electrode 110B, the second electrode 120B, and the pressure-sensitive conductive layer 210B included in the pressure-sensitive sensor in the modified example.
  • the shapes of the first electrode 110B, the second electrode 120B, and the pressure-sensitive conductive layer 210B may be, for example, shapes as shown in FIG. good. That is, the areas of the first electrode and the second electrode can be made wider than in the pressure-sensitive sensor 10 according to the above embodiment.
  • the pressure-sensitive conductive layer has minute unevenness. The unevenness and the distribution of the conductive material affect the output accuracy of the pressure sensor.
  • the first electrode 110 was connected to the positive electrode of the power source V1, and the second electrode 120 was connected to the negative electrode of the power source V1.
  • the connection relationship between the power supply V1 and each electrode is not limited to this.
  • the first electrode 110 may be connected to the negative pole of the power supply V1
  • the second electrode 120 may be connected to the positive pole of the power supply V1.
  • the pressure-sensitive conductive layer 210 and the third electrode 220 each have a substantially circular shape in plan view.
  • the shape of each of the pressure-sensitive conductive layer 210 and the third electrode 220 does not necessarily have to be substantially circular.
  • the shape of each of the pressure-sensitive conductive layer 210 and the third electrode 220 may be rectangular.
  • each of the first electrode 110, the second electrode 120 and the third electrode 220 is made of the same material.
  • each of the first electrode 110, the second electrode 120 and the third electrode 220 does not necessarily have to be made of the same material.
  • Each of the first electrode 110, the second electrode 120 and the third electrode 220 may be made of different materials, for example.
  • L1/T1 was larger than 40, where L1 was the distance between the first electrode 110 and the second electrode 120 and T1 was the thickness of the pressure-sensitive conductive layer 210 .
  • L1/T1 may be less than 40. At least, the distance L1 between the first electrode 110 and the second electrode 120 should be longer than the thickness T1 of the pressure-sensitive conductive layer 210 .
  • 10, 10A, 10B pressure sensor 50 first sheet member, 60 second sheet member, 100, 200 base material, 110, 110B first electrode, 120, 120B second electrode, 210, 210A, 210B pressure sensitive conductive layer , 220 third electrode, V1 power supply.

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Abstract

感圧センサは、圧力を検出するように構成されている。この感圧センサは、第１シート部材と、第２シート部材とを備えている。第２シート部材は、第１シート部材に重ねて配置される。第１シート部材には、第１及び第２電極が形成されている。第２シート部材には、感圧導電層によって覆われた第３電極が形成されている。感圧センサの使用時には、第１及び第２電極間に電圧が印加される。感圧センサが使用中であるか否かにかかわらず、第１及び第２電極の各々は、感圧導電層に接触している。

Description

感圧センサ
　本発明は、感圧センサに関し、特に、圧力を検出するように構成された感圧センサに関する。
　特開２０１６－０２４１０９号公報（特許文献１）は、感圧センサを開示する。
特開２００１－１５９５６９号公報
　例えば、上記特許文献１に開示されているような感圧センサにおいては、感圧センサに加えられる荷重の変化に対して感圧センサの出力値が直線的に変化しないという問題があることを本発明者（ら）は見出した。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、圧力に関する出力値が感圧センサに加えられる荷重の変化に対してより直線的に変化する感圧センサを提供することである。
　本発明に従う感圧センサは、圧力を検出するように構成されている。この感圧センサは、第１シート部材と、第２シート部材とを備えている。第２シート部材は、第１シート部材に重ねて配置される。第１シート部材には、第１及び第２電極が形成されている。第２シート部材には、感圧導電層によって覆われた第３電極が形成されている。感圧センサの使用時には、第１及び第２電極間に電圧が印加される。感圧センサが使用中であるか否かにかかわらず、第１及び第２電極の各々は、感圧導電層に接触している。
　仮に、第２シート部材に、第３電極が形成されておらず、感圧導電層のみが形成されているとする。この場合には、感圧センサの使用時に、主に感圧導電層を介して、第１及び第２電極の一方から他方に向かって電流が流れる。感圧導電層の広い範囲において電流が流れるため、感圧導電層に起因する体積抵抗値は大きくなる。本発明者（ら）は、感圧導電層に起因する体積抵抗値が大きい程、感圧センサの直線性に悪影響が与えられることを見出した。なお、感圧センサの直線性とは、感圧センサに加えられる荷重の変化に対する感圧センサの出力値の変化の直線度合いのことをいう。ここで、感圧センサの出力値は、例えば、オペアンプを用いることによって、双曲線で示される抵抗値出力が原点を通る電圧値出力に変換されたものである。
　本発明に従う感圧センサにおいては、第２シート部材において、感圧導電層が第３電極を覆っている。したがって、この感圧センサにおいては、感圧センサの使用時に、感圧導電層及び第３電極を介して、第１及び第２電極の一方から他方に向かって電流が流れる。この場合には、第２シート部材に第３電極が形成されていない場合と比較して、感圧導電層の狭い範囲において電流が流れるため、感圧導電層に起因する体積抵抗値は小さくなる。したがって、この感圧センサによれば、感圧導電層に起因する体積抵抗値が小さくなるため、感圧センサの直線性を改善することができる。
　上記感圧センサにおいて、第３電極は、第１及び第２電極と同一の材料で構成されていてもよい。
　上記感圧センサにおいて、第１及び第２電極間の距離をＬ１とし、感圧導電層の厚みをＴ１とした場合に、Ｌ１／Ｔ１は４０よりも大きくてもよい。
　上記感圧センサにおいて、第１及び第２電極の各々は、櫛歯形状の部分を有していてもよい。
　本発明によれば、圧力に関する出力値が感圧センサに加えられる荷重の変化に対してより直線的に変化する感圧センサを提供することができる。
感圧センサの平面の一部を模式的に示す図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面を模式的に示す図である。 比較対象の感圧センサの断面の一部を模式的に示す図である。 感圧センサの断面の一部を模式的に示す図である。 比較対象の感圧センサの直線性を示す図である。 実施の形態に従う感圧センサの直線性を示す図である。 変形例における感圧センサに含まれる第１電極、第２電極及び感圧導電層の平面を模式的に示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　［１．感圧センサの構成］
　図１は、本実施の形態に従う感圧センサ１０の平面の一部を模式的に示す図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を模式的に示す図である。
　図１及び図２を参照して、感圧センサ１０は、加えられた圧力を検出するように構成されている。感圧センサ１０は、第１シート部材５０と、第２シート部材６０とを含んでいる。感圧センサ１０において、第１シート部材５０と第２シート部材６０とは、互いに重ね合わされている。第１シート部材５０及び第２シート部材６０の各々は、平面視において、略円形状の部分と、矩形状の部分とを有している。第１シート部材５０及び第２シート部材６０は、互いの略円形状の部分において、互いに接着されていない。感圧センサ１０においては、第１シート部材５０と第２シート部材６０とを挟み込む圧力が検出される。
　第１シート部材５０は、基材１００と、第１電極１１０と、第２電極１２０とを含んでいる。基材１００は、シート状の部材であって、略円形状の部分と、矩形状の部分とを有している。基材１００は、例えば、ポリイミド、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）等の可撓性を有する材料によって構成される。
　第１電極１１０及び第２電極１２０の各々は、基材１００上に形成されている。第１電極１１０及び第２電極１２０の各々は、平面視において、櫛歯状の部分と矩形状の部分とを有している。第１電極１１０及び第２電極１２０は、互いの櫛歯が互い違いに位置するように配置されている。第１電極１１０及び第２電極１２０の各々は、例えば、銀箔、銅箔、アルミ箔等の金属箔、又は、導電性ポリマー等によって構成される。なお、第１電極１１０及び第２電極１２０の材料はこれらに限定されず、導電率の高い材料であればどのような材料が用いられてもよい。
　第２シート部材６０は、基材２００と、第３電極２２０と、感圧導電層２１０とを含んでいる。基材２００は、シート状の部材であって、基材１００と略同一の形状を有している。基材２００は、基材１００と同様、例えば、ポリイミド、ＰＥＴ等の可撓性を有する材料によって構成される。
　第３電極２２０は、基材２００上に形成されている。第３電極２２０の形状は、平面視において、略円形状である。第３電極２２０は、第１電極１１０及び第２電極１２０と同様、例えば、銀箔、銅箔、アルミ箔等の金属箔、又は、導電性ポリマー等によって構成される。なお、第３電極２２０の材料は、これらに限定されず、導電率の高い材料であればどのような材料が用いられてもよい。なお、本実施の形態において、第３電極２２０は、第１電極１１０及び第２電極１２０と同一の材料で構成されている。
　感圧導電層２１０は、第２シート部材６０において、第３電極２２０を覆うように形成されている。感圧導電層２１０の形状は、平面視において、第３電極２２０よりも一回り大きい略円形状である。感圧導電層２１０は、感圧導電インクによって形成されている。感圧導電インクとしては、導電性粒子を含む公知の感圧導電インクを用いることができる。
　感圧導電インクに含まれる導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル等の炭素系粒子（繊維状物も含む）；鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、マグネシウム、プラチナ、銀、金、及びこれらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金等の金属粒子；酸化スズ、酸化亜鉛、ヨウ化銀、ヨウ化銅、チタン酸バリウム、酸化インジウム錫、チタン酸ストロンチウム等の導電性無機材料粒子等が挙げられる。導電性粒子は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組合せて使用してもよい。
　感圧センサ１０において、第１電極１１０及び第２電極１２０間の距離をＬ１とし、感圧導電層２１０の厚みをＴ１とした場合に、Ｌ１／Ｔ１は４０よりも大きい。また、１／Ｔ１は５０よりも大きくてもよい。すなわち、感圧センサ１０において、第１電極１１０及び第２電極１２０間の距離Ｌ１は、感圧導電層２１０の厚みＴ１よりも遥かに長い。
　感圧センサ１０においては、第１シート部材５０と第２シート部材６０との間を引き離す部材が特に設けられていない。したがって、感圧センサ１０においては、感圧センサ１０が使用中であるか否かにかかわらず、第１電極１１０及び第２電極１２０の各々が感圧導電層２１０に接触している。
　感圧センサ１０の使用時には、第１電極１１０及び第２電極１２０間に電圧が印加される。例えば、第１電極１１０に電源Ｖ１の正極が接続され、第２電極１２０に電源Ｖ１の負極が接続される。この場合に、第１電極１１０及び第２電極１２０は、感圧導電層２１０及び第３電極２２０を介して電気的に接続された状態となる。感圧センサ１０に加えられる圧力が大きくなると、第１電極１１０及び第２電極１２０の各々と感圧導電層２１０との接触面積が大きくなる。その結果、第１電極１１０及び第２電極１２０間の抵抗値が低下し、第１電極１１０及び第２電極１２０間において生じる電流値が大きくなる。この電流値の変化を検出することによって、感圧センサ１０に加えられた圧力が検出される。
　［２．第２シート部材に第３電極が設けられている理由］
　上述のように、感圧センサ１０においては、感圧導電層２１０が第３電極２２０を覆っている。この理由について次に説明する。一般的に、感圧センサにおいては、圧力に関する出力値が感圧センサに加えられる荷重の変化に対してより直線的に変化することが求められている。ここで、圧力に関する出力値は、例えば、オペアンプを用いることによって、双曲線で示される抵抗値出力が原点を通る電圧値出力に変換されたものである。
　図３は、比較対象の感圧センサ１０Ａの断面の一部を模式的に示す図である。図３に示されるように、感圧センサ１０Ａにおいては、基材２００上に第３電極２２０が形成されていない。基材２００上には、感圧導電層２１０Ａのみが形成されている。
　第１電極１１０及び第２電極１２０間に電圧が印加された状態で感圧センサ１０Ａに圧力が加えられると、感圧導電層２１０Ａを介して、第１電極１１０及び第２電極１２０間に電流が生じる。すなわち、感圧導電層２１０Ａの広い範囲に電流が流れる。その結果、第１電極１１０及び第２電極１２０間における抵抗成分のうち、感圧導電層２１０Ａに起因する体積抵抗成分が占める割合が大きくなる。
　感圧センサ１０Ａに圧力が加えられた場合に、第１電極１１０及び第２電極１２０の各々と感圧導電層２１０Ａとの接触面積に起因する抵抗成分は大きく変化する。一方、感圧センサ１０Ａに圧力が加えられた場合に、感圧導電層２１０Ａに起因する体積抵抗成分はほとんど変化しない。すなわち、第１電極１１０及び第２電極１２０間の全抵抗成分に対して、感圧導電層２１０Ａに起因する体積抵抗成分はオフセットとして存在することとなる。感圧センサ１０Ａは第１電極１１０及び第２電極１２０間の抵抗値の変化に基づいて圧力を検出するため、オフセットの値（感圧導電層２１０Ａに起因する体積抵抗成分）が大きくなると、感圧センサ１０Ａの直線性は低下する。すなわち、本発明者（ら）は、感圧導電層２１０Ａに起因する体積抵抗値が大きい程、感圧センサ１０Ａの直線性に悪影響が与えられることを見出した。
　図４は、本実施の形態に従う感圧センサ１０の断面の一部を模式的に示す図である。図４に示されるように、感圧センサ１０においては、感圧導電層２１０が第３電極２２０を覆っている。第３電極２２０の抵抗値は、感圧導電層２１０の抵抗値よりも遥かに低い。したがって、感圧センサ１０に圧力が加えられた場合に、第１電極１１０及び第２電極１２０間においては、感圧導電層２１０及び第３電極２２０を介して電流が流れる。
　特に、感圧導電層２１０においては、主に感圧導電層２１０の厚み方向に電流が流れる。感圧導電層２１０の厚み方向の長さは第１電極１１０及び第２電極１２０間の長さと比較して遥かに短いため、感圧導電層２１０において電流が流れる範囲は図３に示される例と比較して狭くなる。したがって、第１電極１１０及び第２電極１２０間において、感圧導電層２１０に起因する体積抵抗値は小さくなる。その結果、感圧センサ１０によれば、感圧導電層２１０に起因する体積抵抗値が小さくなるため、感圧センサ１０の直線性を改善することができる。
　図５は、比較対象の感圧センサ１０Ａの直線性を示す図である。図６は、本実施の形態に従う感圧センサ１０の直線性を示す図である。図５及び図６の各々において、横軸は感圧センサに掛かる荷重を示し、縦軸は感圧センサの出力を示す。図５及び図６を参照して、感圧センサ１０Ａと比較して、感圧センサ１０の方が直線性が高いことが分かる。
　また、一般的に、櫛歯型の感圧センサにおいては、直線性を高めるために、各電極の各櫛歯の長さを長くすると共に、隣接する櫛歯間の距離を短くする必要があった。しかしながら、第２シート部材６０に第３電極２２０を形成することによって、例えば、櫛歯間の距離が長くなっても感圧センサの直線性は大きく低下しない。したがって、感圧センサ１０によれば、製造工程において微細な加工が不要となるため、生産性を向上させることができる。
　［３．特徴］
　以上のように、本実施の形態に従う感圧センサ１０においては、第２シート部材６０において、感圧導電層２１０が第３電極２２０を覆っている。したがって、この感圧センサ１０においては、感圧センサ１０の使用時に、感圧導電層２１０及び第３電極２２０を介して、第１電極１１０及び第２電極１２０の一方から他方に向かって電流が流れる。この場合には、第２シート部材６０に第３電極２２０が形成されていない場合と比較して、感圧導電層２１０の狭い範囲において電流が流れるため、感圧導電層２１０に起因する体積抵抗値は小さくなる。したがって、感圧センサ１０によれば、感圧導電層２１０に起因する体積抵抗値が小さくなるため、感圧センサ１０の直線性を改善することができる。
　［４．変形例］
　以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。
　＜４－１＞
　上述のように、第２シート部材６０に第３電極２２０を形成することによって、例えば、櫛歯間の距離が長くなっても感圧センサの直線性は大きく低下しない。そもそも、各電極を櫛歯型にする必要もない。
　図７は、変形例における感圧センサに含まれる第１電極１１０Ｂ、第２電極１２０Ｂ及び感圧導電層２１０Ｂの平面を模式的に示す図である。第２シート部材６０に第３電極２２０が形成されている限り、第１電極１１０Ｂ、第２電極１２０Ｂ及び感圧導電層２１０Ｂの形状は、例えば、図７に示されるような形状であってもよい。すなわち、上記実施の形態に従う感圧センサ１０よりも、第１電極及び第２電極の面積を広くすることができる。感圧導電層には、微小な凹凸がある。この凹凸や導電材料の分布が感圧センサの出力精度に影響する。各電極と感圧導電層との接触面積が大きくなることによって、上記凹凸や導電材料の分布が平均化され、加圧時の抵抗値が安定する。その結果、感圧センサ１０Ｂの出力精度が安定し、繰り返し再現性が向上する。
　＜４－２＞
　上記実施の形態においては、電源Ｖ１の正極に第１電極１１０が接続され、電源Ｖ１の負極に第２電極１２０が接続された。しかしながら、電源Ｖ１と各電極との接続関係はこれに限定されない。例えば、電源Ｖ１の負極に第１電極１１０が接続され、電源Ｖ１の正極に第２電極１２０が接続されてもよい。
　＜４－３＞
　上記実施の形態において、感圧導電層２１０及び第３電極２２０の各々の形状は、平面視において略円形状であった。しかしながら、感圧導電層２１０及び第３電極２２０の各々の形状は、必ずしも略円形状である必要はない。例えば、感圧導電層２１０及び第３電極２２０の各々の形状は、矩形状であってもよい。
　＜４－４＞
　上記実施の形態において、第１電極１１０、第２電極１２０及び第３電極２２０の各々は同一の材料で構成された。しかしながら、第１電極１１０、第２電極１２０及び第３電極２２０の各々は、必ずしも同一の材料で構成されなくてもよい。第１電極１１０、第２電極１２０及び第３電極２２０の各々は、例えば、互いに異なる材料で構成されてもよい。
　＜４－５＞
　上記実施の形態において、第１電極１１０及び第２電極１２０間の距離をＬ１とし、感圧導電層２１０の厚みをＴ１とした場合に、Ｌ１／Ｔ１は４０よりも大きかった。しかしながら、Ｌ１／Ｔ１は４０よりも小さくてもよい。少なくとも、第１電極１１０及び第２電極１２０間の距離Ｌ１が感圧導電層２１０の厚みＴ１よりも長ければよい。
　１０，１０Ａ，１０Ｂ　感圧センサ、５０　第１シート部材、６０　第２シート部材、１００，２００　基材、１１０，１１０Ｂ　第１電極、１２０，１２０Ｂ　第２電極、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ　感圧導電層、２２０　第３電極、Ｖ１　電源。

Claims (4)

  1. 　圧力を検出するように構成された感圧センサであって、
    　第１シート部材と、
    　前記第１シート部材に重ねて配置された第２シート部材とを備え、
    　前記第１シート部材には、第１及び第２電極が形成されており、
    　前記第２シート部材には、感圧導電層によって覆われた第３電極が形成されており、
    　前記感圧センサの使用時には、前記第１及び第２電極間に電圧が印加され、
    　前記感圧センサが使用中であるか否かにかかわらず、前記第１及び第２電極の各々は、前記感圧導電層に接触している、感圧センサ。
  2. 　前記第３電極は、前記第１及び第２電極と同一の材料で構成されている、請求項１に記載の感圧センサ。
  3. 　前記第１及び第２電極間の距離をＬ１とし、前記感圧導電層の厚みをＴ１とした場合に、Ｌ１／Ｔ１は４０よりも大きい、請求項１又は請求項２に記載の感圧センサ。
  4. 　前記第１及び第２電極の各々は、櫛歯形状の部分を有している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の感圧センサ。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513408A (ja) * 2003-01-07 2006-04-20 アイイーイー インターナショナル エレクトロニクス アンド エンジニアリング エス．エイ． 微細構造化面をもつ弾性センサ層で構成される圧力センサ
JP2009503867A (ja) * 2005-07-29 2009-01-29 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 櫛歯状の力スイッチ及びセンサー
CN212658366U (zh) * 2020-07-10 2021-03-05 成都柔电云科科技有限公司 一种柔性压力传感器及阵列式压力检测装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001159569A (ja) 1999-12-02 2001-06-12 Denso Corp 感圧センサ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513408A (ja) * 2003-01-07 2006-04-20 アイイーイー インターナショナル エレクトロニクス アンド エンジニアリング エス．エイ． 微細構造化面をもつ弾性センサ層で構成される圧力センサ
JP2009503867A (ja) * 2005-07-29 2009-01-29 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 櫛歯状の力スイッチ及びセンサー
CN212658366U (zh) * 2020-07-10 2021-03-05 成都柔电云科科技有限公司 一种柔性压力传感器及阵列式压力检测装置

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