WO2022209026A1 - 静電容量式感圧センサ - Google Patents
静電容量式感圧センサ Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022209026A1 WO2022209026A1 PCT/JP2021/045254 JP2021045254W WO2022209026A1 WO 2022209026 A1 WO2022209026 A1 WO 2022209026A1 JP 2021045254 W JP2021045254 W JP 2021045254W WO 2022209026 A1 WO2022209026 A1 WO 2022209026A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- elastic layer
- elastic
- electrode
- hysteresis loss
- layer
- Prior art date
Links
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 4
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 11
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 5
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 3
- 229920002595 Dielectric elastomer Polymers 0.000 description 3
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000800 acrylic rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000010946 fine silver Substances 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
Definitions
- the present invention relates to a capacitive pressure sensor.
- a capacitive pressure sensor In a capacitive pressure sensor, when a compressive force acts on the sensor, the dielectric elastic material is compressed, and the capacitance between the electrodes separated by the dielectric elastic material increases. It measures the compressive force acting on the sensor by detecting and measuring it.
- Patent Document 1 discloses a capacitive pressure sensor that includes a detection electrode, a dielectric elastic material laminated on both sides of the detection electrode, and a drive electrode laminated on both sides of the detection electrode.
- the material of the dielectric elastic material there is only a description of "for example, elastic rubber”.
- a first conductive layer, a first dielectric layer, a second conductive layer, a second dielectric layer, a third conductive layer, and a second insulating layer are laminated in order, and the second dielectric layer is harder than the first dielectric layer, and the Young's modulus of the second dielectric layer is greater than the Young's modulus of the first dielectric layer.
- the purpose is to realize a sensor with a wide dynamic range of measurable loads.
- JP-A-2-78925 Japanese Patent No. 6693260
- Patent Documents 1 and 2 do not recognize this problem, and even if the Young's modulus of the second dielectric layer is made larger than that of the first dielectric layer as in Patent Document 2, this problem cannot be solved. rice field.
- an object of the present invention is to provide two types of elastic layers with a specific elastic material added when the hysteresis loss rate of a capacitive pressure-sensitive sensor manufactured using one type of elastic material in the elastic layer is high.
- the purpose is to reduce the hysteresis loss rate by using an elastic material. More preferably, a hysteresis loss rate lower than the hysteresis loss rate of the capacitive pressure-sensitive sensor manufactured using one of the other specific elastic materials is obtained, and the measurement period is changed from the non-measurement period (normal period ) and is suitable for repeated measurements.
- the present invention focuses on the stress when the hysteresis loss rate is at its maximum value, which is the cause of the above problem, and has arrived at the following means through repeated studies.
- the capacitive pressure sensor of the present invention is a capacitive pressure sensor including a first electrode, a first elastic layer, a second electrode, a second elastic layer and a third electrode which are laminated in order,
- the first elastic layer and the second elastic layer are each compressed and released at a speed of 0.5 mm/min at 23° C., and the elastic layer stress at the maximum value of the hysteresis loss rate of the capacitance measured is different, and the difference is It is characterized by being 3 kPa or more.
- the first elastic layer and the second elastic layer are preferably foams. Since foam is softer than non-foam, it can increase the sensitivity of the sensor.
- the hysteresis loss characteristic of the capacitance of the sensor can be controlled.
- the maximum hysteresis loss rate of the capacitance of the sensor is lower than the maximum hysteresis loss rate of the capacitance of at least the higher one of the layer and the second elastic layer, and the recovery time from the measurement period to the normal period is shortened. can do.
- the hysteresis loss rate of a capacitive pressure-sensitive sensor manufactured using one type of elastic material in the elastic layer is high, two types of elastic materials are added by adding another specific elastic material. can reduce the hysteresis loss rate.
- FIG. 1 shows a capacitive pressure sensor of an example and a comparative example
- (a) is a plan view
- (b) is a front view
- (c) is an enlarged view of each layer thickness and the hysteresis of the capacitance. It is a front view which shows the measuring method of a loss.
- 2 shows the capacitance-load curve obtained in the same test
- (a) is a graph of Comparative Example 1
- (b) is a graph of Comparative Example 4
- (c) is a graph of Example 1.
- FIG. 3 is a graph showing capacitance-load curves of Examples 2 and 3 obtained in the same test.
- first Elastic Layer, Second Elastic Layer Various dielectric elastomers can be used as materials for the first elastic layer and the second elastic layer.
- the dielectric elastomer include, but are not limited to, polyurethane, silicone, thermoplastic elastomer, natural rubber, nitrile rubber, acrylic rubber, urea rubber, fluororubber, crosslinked polyrotaxane, and the like.
- the material of the first elastic layer and the material of the second elastic layer may be the same material with a difference in elastic layer stress at the maximum hysteresis loss rate of 3 kPa or more, or different materials.
- a material having a difference in elastic layer stress at the maximum hysteresis loss rate of 3 kPa or more may be used.
- the difference in elastic layer stress at the maximum hysteresis loss rate between the first elastic layer and the second elastic layer is more preferably 10 kPa or more, most preferably 11.5 kPa or more. This is because the greater the difference, the easier it is to control the hysteresis characteristics of the sensor capacitance, and the lower the maximum value of the hysteresis loss rate of the sensor capacitance.
- First Electrode, Second Electrode, and Third Electrode Materials for these electrodes are not particularly limited, but those that can follow the compressive deformation of the first elastic layer and the second elastic layer are preferable, and a conductive particle layer. , a conductive coating film, an elastomer imparting conductivity to the surface or inside thereof, and the like.
- conductive particles include, but are not limited to, particles of carbon black, carbon nanotubes, platinum, gold, silver, copper, nickel, and the like.
- the elastomer is not particularly limited, but the dielectric elastomer exemplified in [1] above can be exemplified.
- Insulating layer It is preferable to include an insulating layer laminated on the opposite side of the first electrode to the first elastic layer.
- an insulating layer is laminated on the side of the third electrode opposite to the second elastic layer. This is because the insulating layer can prevent the capacitance of the sensor from changing due to electrical disturbance, and can increase the durability of protecting the first electrode and the third electrode.
- a material for the insulating layer is not particularly limited, but a resin plate, an elastomer plate, or the like can be exemplified.
- each example differs only in the polyurethane materials used for the first elastic layer and the second elastic layer, and is otherwise common.
- Comparative Examples 1 to 4 the same polyurethane material was used for the first elastic layer and the second elastic layer.
- different polyurethane materials were used for the first elastic layer and the second elastic layer.
- the polyurethane materials used for the first elastic layer and the second elastic layer are both products of Rogers Inoac Corporation.
- the model number "SR-S-15P_t0.5” is an integral molding of a polyurethane foam (thickness 0.5 mm) characterized by low resilience and softness and a PET film (thickness 50 ⁇ m).
- Model number "SS-20P_t0.5” and model number “SS-32P_t0.5” are made by integrally molding polyurethane foam (0.5mm thickness) and PET film (50 ⁇ m thickness), which are characterized by high resilience and softness. Both have different densities.
- the model number "WP-24P_t0.5” is obtained by integrally molding a water-repellent polyurethane foam (thickness: 0.5 mm) with a PET film (thickness: 50 ⁇ m). Table 2 shows the properties (catalog values) of these polyurethane materials.
- the first electrode, the second electrode, and the third electrode are thin films (thickness: 8 ⁇ m) in which fine silver powder is uniformly dispersed in polyester resin.
- the insulating layers on both sides are polycarbonate thin plates (thickness 0.5 mm).
- the first electrode, the first elastic layer, the second electrode, the second elastic layer, and the third electrode each have an oval shape in plan view and a plan view area of 397 mm 2 .
- the insulating layers on both sides have an oval shape that is one size larger than the first electrode and the like.
- a stroke tester that can repeatedly compress and depressurize the test piece at an arbitrary speed and an LCR meter that can measure the capacitance are used.
- the plunger (lower surface is flat) of the same tester is operated to make it contact the insulating layer, compress (lower) and depressurize (rise) at a speed of 0.5 mm / min at 23 ° C., capacitance - load Curves were recorded in triplicate. The maximum load was set to 10N.
- FIG. 2(a) shows the capacitance-load curve of Comparative Example 1
- (b) shows Comparative Example 4
- (c) shows the capacitance-load curve of Example 1.
- FIG. 3 shows the capacitance-load curves of Examples 2 and 3 (one of three recordings).
- Table 1 shows the initial value of the capacitance, the value at the maximum load, the amount of change, and the rate of change of each example. Also, the value when the hysteresis loss rate reaches the maximum, the load when the hysteresis loss rate is maximized, and the sensor stress when the hysteresis loss rate is maximized (the load when the hysteresis loss rate is maximized is the first obtained by dividing the area of the elastic layer and the second elastic layer in a plan view of 397 mm 2 ). These are all averages of three times recorded.
- Hysteresis loss rate 100 ⁇ (capacitance at depressurization - capacitance at compression) / (capacitance change at maximum load) ... Equation 1
- the sensor stress at the maximum hysteresis loss rate obtained above is the same for both elastic layers at the maximum hysteresis loss rate. It can be said that it is also the elastic layer stress of In Examples 1 to 3, different polyurethane materials were used for the first elastic layer and the second elastic layer (a combination of two types of polyurethane materials used in Comparative Examples 1 to 4). The difference in the elastic layer stress of both elastic layers at the maximum hysteresis loss ratio obtained in 1 to 4 is shown.
- Example 1 the maximum hysteresis loss rate of the sensor was lower than the maximum hysteresis loss rate of at least the higher one of the first elastic layer and the second elastic layer.
- the extent of this reduction was large in Examples 1 and 3, in which the difference in elastic layer stress between the two elastic layers at the maximum hysteresis loss ratio was 10 kPa or more.
- Example 1 in which the difference in elastic layer stress between both elastic layers at the maximum hysteresis loss rate is 11.5 kPa or more, the maximum hysteresis loss rate of the sensor is significantly lower than the maximum hysteresis loss rate of both elastic layers. value was obtained. Therefore, according to Example 1, since the restoration after compression is faster than either of Comparative Examples 1 and 4, it is one of the sensor performances, from the measurement period to the non-measurement period (normal period) recovery time can be shortened, making it suitable for repeated measurements.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
【課題】弾性層にある１種類の弾性材料を用いて作製した静電容量式感圧センサのヒステリシスロス率が高い場合に、別の特定の弾性材料を加えた２種類の弾性材料を用いることで該ヒステリシスロス率を低くする。 【解決手段】第１電極、第１弾性層、第２電極、第２弾性層及び第３電極を順に積層して含む静電容量式感圧センサにおいて、第１弾性層と第２弾性層はそれぞれを２３℃において速度０．５ｍｍ／分で圧縮及び除圧して測定した静電容量のヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力が相異なり、その差異が３ｋＰａ以上である。
Description
本発明は、静電容量式感圧センサに関するものである。
静電容量式感圧センサは、同センサに圧縮力が働くと、誘電体弾性材が圧縮され、誘電体弾性材を介して隔てられた電極間の静電容量が増加するため、その増加を検出し測定することでセンサに働く圧縮力を測定するものである。
特許文献１には、検出電極と、その両面に積層した誘電体弾性材と、その両面に積層した駆動電極とを含む静電容量式感圧センサが開示されている。誘電体弾性材の材料としては「例えば弾性ゴム」の記載があるにとどまる。
特許文献２には、第１導電層と、第１誘電層と、第２導電層と、第２誘電層と、第３導電層と、第２絶縁層とを順に積層し、第２誘電層が第１誘電層より硬い、さらには第２誘電層のヤング率が第１誘電層のヤング率より大きい、静電容量型センサが開示されている。その目的は、測定できる荷重についてダイナミックレンジの広いセンサを実現するためとされている。
静電容量式感圧センサの感度を高める、すなわち、より小さい圧縮力を検出するには、誘電体弾性材にヤング率の小さい柔らかい弾性材料を用いることが有効である。しかし、柔らかい弾性材料（例えば軟質のポリウレタン材料）は、低反発性でヒステリシスロスが大きい傾向がある。本発明者が、ポリウレタン材料を用いた後述する比較例２の静電容量式感圧センサを試作したところ、ヒステリシスロス率は２０％を越えた。
特許文献１，２ではこの課題について認識されておらず、特許文献２のように第２誘電層のヤング率を第１誘電層のヤング率より大きくしても、この課題を解決するものではなかった。
そこで、本発明の目的は、弾性層にある１種類の弾性材料を用いて作製した静電容量式感圧センサのヒステリシスロス率が高い場合に、別の特定の弾性材料を加えた２種類の弾性材料を用いることで該ヒステリシスロス率を低くすることにある。
より好ましくは、当該別の特定の弾性材料の１種類を用いて作製した静電容量式感圧センサのヒステリシスロス率よりもさらに低いヒステリシスロス率を得て、計測期間から非計測期間（通常期間）への復帰時間を短縮し、繰り返しの計測に適した静電容量式感圧センサを提供することにある。
より好ましくは、当該別の特定の弾性材料の１種類を用いて作製した静電容量式感圧センサのヒステリシスロス率よりもさらに低いヒステリシスロス率を得て、計測期間から非計測期間（通常期間）への復帰時間を短縮し、繰り返しの計測に適した静電容量式感圧センサを提供することにある。
本発明は、上記課題の要因であるヒステリシスロス率が最大値である時の応力に着目し、検討を重ねて次の手段に到達したものである。
本発明の静電容量式感圧センサは、第１電極、第１弾性層、第２電極、第２弾性層及び第３電極を順に積層して含む静電容量式感圧センサにおいて、
第１弾性層と第２弾性層はそれぞれを２３℃において速度０．５ｍｍ／分で圧縮及び除圧して測定した静電容量のヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力が相異なり、その差異が３ｋＰａ以上であることを特徴とする。
第１弾性層と第２弾性層はそれぞれを２３℃において速度０．５ｍｍ／分で圧縮及び除圧して測定した静電容量のヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力が相異なり、その差異が３ｋＰａ以上であることを特徴とする。
ここで、静電容量式感圧センサを２３℃において速度０．５ｍｍ／分で圧縮及び除圧して測定した静電容量のヒステリシスロス率最大値時のセンサ応力は、第１弾性層の前記弾性層応力と第２弾性層の前記弾性層応力との中間値であることが好ましい。
第１弾性層と第２弾性層は、発泡体であることが好ましい。発泡体は非発泡体よりも柔らかいため、センサの感度を高めることができる。
＜作用＞
第１弾性層と第２弾性層の前記ヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力の差異が３ｋＰａ以上であることにより、センサの静電容量のヒステリシスロス特性を制御することができ、第１弾性層と第２弾性層の少なくとも高い方の静電容量のヒステリシスロス率最大値に対して、センサの静電容量のヒステリシスロス率最大値が低くなり、計測期間から通常期間への復帰時間を短縮することができる。
第１弾性層と第２弾性層の前記ヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力の差異が３ｋＰａ以上であることにより、センサの静電容量のヒステリシスロス特性を制御することができ、第１弾性層と第２弾性層の少なくとも高い方の静電容量のヒステリシスロス率最大値に対して、センサの静電容量のヒステリシスロス率最大値が低くなり、計測期間から通常期間への復帰時間を短縮することができる。
本発明によれば、弾性層にある１種類の弾性材料を用いて作製した静電容量式感圧センサのヒステリシスロス率が高い場合に、別の特定の弾性材料を加えた２種類の弾性材料を用いることで該ヒステリシスロス率を低くすることができる。
［１］第１弾性層、第２弾性層
第１弾性層と第２弾性層の各材料としては、各種の誘電体エラストマーを用いることができる。
誘電体エラストマーとしては、特に限定されないが、ポリウレタン、シリコーン、熱可塑性エラストマー、天然ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレアゴム、フッ素ゴム、架橋ポリロタキサン等を例示できる。
第１弾性層の材料と第２弾性層の材料は、同種の材料で前記ヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力の差異が３ｋＰａ以上であるものを用いてもよいし、異種の材料で前記ヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力の差異が３ｋＰａ以上であるものを用いてもよい。
第１弾性層と第２弾性層の各材料としては、各種の誘電体エラストマーを用いることができる。
誘電体エラストマーとしては、特に限定されないが、ポリウレタン、シリコーン、熱可塑性エラストマー、天然ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレアゴム、フッ素ゴム、架橋ポリロタキサン等を例示できる。
第１弾性層の材料と第２弾性層の材料は、同種の材料で前記ヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力の差異が３ｋＰａ以上であるものを用いてもよいし、異種の材料で前記ヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力の差異が３ｋＰａ以上であるものを用いてもよい。
第１弾性層と第２弾性層の前記ヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力の差異は、１０ｋＰａ以上であることがより好ましく、１１．５ｋＰａ以上であることが最も好ましい。この差異が大きいほど、センサの静電容量のヒステリシス特性を制御しやすくなり、センサの静電容量のヒステリシスロス率最大値を低くすることができるからである。
［２］第１電極、第２電極、第３電極
これらの電極の材料としては、特に限定されないが、第１弾性層と第２弾性層の圧縮変形に追従できるものが好ましく、導電性粒子層、導電性塗膜、表面又は内部に導電性を付与したエラストマー等を例示できる。
導電性粒子としては、特に限定されないが、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、白金、金、銀、銅、ニッケル等の粒子等を例示できる。
エラストマーとしては、特に限定されないが、上記［１］で例示した誘電体エラストマーを例示できる。
これらの電極の材料としては、特に限定されないが、第１弾性層と第２弾性層の圧縮変形に追従できるものが好ましく、導電性粒子層、導電性塗膜、表面又は内部に導電性を付与したエラストマー等を例示できる。
導電性粒子としては、特に限定されないが、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、白金、金、銀、銅、ニッケル等の粒子等を例示できる。
エラストマーとしては、特に限定されないが、上記［１］で例示した誘電体エラストマーを例示できる。
［３］絶縁層
第１電極の第１弾性層とは反対側に絶縁層を積層して含むことが好ましい。
第３電極の第２弾性層とは反対側に絶縁層を積層して含むことが好ましい。
絶縁層により、電気的な外乱でセンサの静電容量が変化することを防ぐことができ、また、第１電極、第三電極を保護した耐久性を高めることができるからである。
絶縁層の材料としては、特に限定されないが、樹脂板、エラストマー板等を例示できる。
第１電極の第１弾性層とは反対側に絶縁層を積層して含むことが好ましい。
第３電極の第２弾性層とは反対側に絶縁層を積層して含むことが好ましい。
絶縁層により、電気的な外乱でセンサの静電容量が変化することを防ぐことができ、また、第１電極、第三電極を保護した耐久性を高めることができるからである。
絶縁層の材料としては、特に限定されないが、樹脂板、エラストマー板等を例示できる。
図１に示すように、下から、絶縁層、第１電極、第１弾性層、第２電極、第２弾性層、第３電極及び絶縁層を順に積層してなる静電容量式感圧センサの、比較例１～４と実施例１～３を作製した。
表１に示すように、各例は、第１弾性層と第２弾性層に用いたポリウレタン材料においてのみ相違するものであり、その他は共通のものである。比較例１～４では、第１弾性層と第２弾性層に同一のポリウレタン材料を用いた。実施例１～３では、第１弾性層と第２弾性層に相異なるポリウレタン材料を用いた。
第１弾性層と第２弾性層に用いたポリウレタン材料は、いずれも株式会社ロジャースイノアックの製品である。
型番「ＳＲ－Ｓ－１５Ｐ＿ｔ０．５」は、低反発性と柔らかさを特徴とするするポリウレタンフォーム（厚さ０．５ｍｍ）をＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）と一体成形したものである。
型番「ＳＳ－２０Ｐ＿ｔ０．５」と型番「ＳＳ－３２Ｐ＿ｔ０．５」は、高反発性と柔らかさを特徴とするするポリウレタンフォーム（厚さ０．５ｍｍ）をＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）と一体成形したものであり、両者は密度が異なる。
型番「ＷＰ－２４Ｐ＿ｔ０．５」は、撥水性を付与したポリウレタンフォーム（厚さ０．５ｍｍ）をＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）と一体成形したものである。
これらのポリウレタン材料の特性（カタロク値）を、表２に示す。
型番「ＳＲ－Ｓ－１５Ｐ＿ｔ０．５」は、低反発性と柔らかさを特徴とするするポリウレタンフォーム（厚さ０．５ｍｍ）をＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）と一体成形したものである。
型番「ＳＳ－２０Ｐ＿ｔ０．５」と型番「ＳＳ－３２Ｐ＿ｔ０．５」は、高反発性と柔らかさを特徴とするするポリウレタンフォーム（厚さ０．５ｍｍ）をＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）と一体成形したものであり、両者は密度が異なる。
型番「ＷＰ－２４Ｐ＿ｔ０．５」は、撥水性を付与したポリウレタンフォーム（厚さ０．５ｍｍ）をＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）と一体成形したものである。
これらのポリウレタン材料の特性（カタロク値）を、表２に示す。
第１電極と第２電極と第３電極は、微粒子の銀粉がポリエステル樹脂に均一に分散された薄膜（厚さ８μｍ）である。
両側の絶縁層は、ポリカーボネートの薄板（厚さ０．５ｍｍ）である。
第１電極、第１弾性層、第２電極、第２弾性層及び第３電極は、平面視形状が長円形であり、平面視面積が３９７ｍｍ２である。
両側の絶縁層は、第１電極等よりも一回り大きい長円形である。
両側の絶縁層は、第１電極等よりも一回り大きい長円形である。
絶縁層と第１電極との間、第１電極と第１弾性層との間、第１弾性層と第２電極との間、第２電極と第２弾性層との間、第２弾性層と第３電極との間、第３電極と絶縁層との間は、それぞれ両面粘着テープ（図示略）により接着されている。
以上のように構成された実施例１～３及び比較例１～４の静電容量式感圧センサについて、静電容量のヒステリシスロス特性を次のようにして測定した。
図１（ｃ）に示すように、試験体を任意の速度で繰り返し圧縮及び除圧することができるストローク試験機と、静電容量を計測できるＬＣＲメータとを使用し、同試験器の剛性の台に静電容量式感圧センサを（第１電極を下側、第３電極を上側にして）載せ、ＬＣＲメータの一方の入力端子に第１電極及び第３電極を接続し、他方の入力端子に第３電極を接続した。
同試験機の押し子（下面は平ら）を作動させて絶縁層に当接させ、２３℃において速度０．５ｍｍ／分で圧縮（下降）及び除圧（上昇）して、静電容量－荷重曲線を３回記録した。最大荷重は１０Ｎとした。
同試験機の押し子（下面は平ら）を作動させて絶縁層に当接させ、２３℃において速度０．５ｍｍ／分で圧縮（下降）及び除圧（上昇）して、静電容量－荷重曲線を３回記録した。最大荷重は１０Ｎとした。
図２（ａ）に比較例１の、（ｂ）に比較例４の、（ｃ）に実施例１の各静電容量－荷重曲線を示す。
図３に実施例２，３の静電容量－荷重曲線（いずれも３回記録したうちの１回）を示す。
図３に実施例２，３の静電容量－荷重曲線（いずれも３回記録したうちの１回）を示す。
表１に、各例の静電容量の初期値、最大荷重時の値、変化量、変化率を示す。また、下記の式１で求められるヒステリシスロス率が最大となった時の値、同ヒステリシスロス率最大時の荷重、同ヒステリシスロス率最大時のセンサ応力（ヒステリシスロス率最大時の荷重を第１弾性層及び第２弾性層の平面視面積３９７ｍｍ２で除して求められる。）を示す。これらはいずれも記録した３回の平均値である。
ヒステリシスロス率＝１００×（除圧時の静電容量－圧縮時の静電容量）／（最大荷重時の静電容量変化量）・・・式１
ヒステリシスロス率＝１００×（除圧時の静電容量－圧縮時の静電容量）／（最大荷重時の静電容量変化量）・・・式１
比較例１～４では第１弾性層と第２弾性層に同一のポリウレタン材料を用いているから、上記で求められたヒステリシスロス率最大時のセンサ応力は、ヒステリシスロス率最大時の両弾性層の弾性層応力でもあるといえる。
実施例１～３では第１弾性層と第２弾性層に相異なるポリウレタン材料（但し比較例１～４で用いたポリウレタン材料の２種類の組み合わせ）を用いているから、表１に比較例１～４で求められたヒステリシスロス率最大時の両弾性層の弾性層応力の差異を示した。
実施例１～３では第１弾性層と第２弾性層に相異なるポリウレタン材料（但し比較例１～４で用いたポリウレタン材料の２種類の組み合わせ）を用いているから、表１に比較例１～４で求められたヒステリシスロス率最大時の両弾性層の弾性層応力の差異を示した。
表１のとおり、実施例１～３では、第１弾性層と第２弾性層の少なくとも高い方のヒステリシスロス率最大値に対して、センサのヒステリシスロス率最大値が低くなった。この低くなった程度は、ヒステリシスロス率最大時の両弾性層の弾性層応力の差異が１０ｋＰａ以上である実施例１，３で大きかった。
特に、ヒステリシスロス率最大時の両弾性層の弾性層応力の差異が１１．５ｋＰａ以上である実施例１では、両弾性層のヒステリシスロス率最大値に対して顕著に低いセンサのヒステリシスロス率最大値が得られた。よって、実施例１によれば、比較例１及び比較例４のいずれよりも、圧縮後の復元が早くなることから、センサ性能の一つである、計測期間から非計測期間（通常期間）への復帰時間を短縮でき、繰り返しの計測に適するものとなる。
特に、ヒステリシスロス率最大時の両弾性層の弾性層応力の差異が１１．５ｋＰａ以上である実施例１では、両弾性層のヒステリシスロス率最大値に対して顕著に低いセンサのヒステリシスロス率最大値が得られた。よって、実施例１によれば、比較例１及び比較例４のいずれよりも、圧縮後の復元が早くなることから、センサ性能の一つである、計測期間から非計測期間（通常期間）への復帰時間を短縮でき、繰り返しの計測に適するものとなる。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。
Claims (3)
- 第１電極、第１弾性層、第２電極、第２弾性層及び第３電極を順に積層して含む静電容量式感圧センサにおいて、
第１弾性層と第２弾性層はそれぞれを２３℃において速度０．５ｍｍ／分で圧縮及び除圧して測定した静電容量のヒステリシスロス率最大値時の弾性層応力が相異なり、その差異が３ｋＰａ以上であることを特徴とする静電容量式感圧センサ。 - 静電容量式感圧センサを２３℃において速度０．５ｍｍ／分で圧縮及び除圧して測定した静電容量のヒステリシスロス率最大値時のセンサ応力は、第１弾性層の前記弾性層応力と第２弾性層の前記弾性層応力との中間値である請求項１記載の静電容量式感圧センサ。
- 第１弾性層及び第２弾性層は発泡体である請求項１又は２記載の静電容量式感圧センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021-056972 | 2021-03-30 | ||
| JP2021056972A JP7405113B2 (ja) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 静電容量式感圧センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022209026A1 true WO2022209026A1 (ja) | 2022-10-06 |
Family
ID=83455811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/045254 WO2022209026A1 (ja) | 2021-03-30 | 2021-12-09 | 静電容量式感圧センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7405113B2 (ja) |
| WO (1) | WO2022209026A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220252471A1 (en) * | 2019-05-14 | 2022-08-11 | Forciot Oy | A capacitive touch and pressure sensor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4644801A (en) * | 1984-08-21 | 1987-02-24 | Cybertronics Ltd. | Surface-area pressure transducer and line-selection circuit for use therewith |
| US20070280583A1 (en) * | 2003-05-22 | 2007-12-06 | Swee Chuan Tjin | Fiber Optic Force Sensor for Measuring Shear Force |
| JP2017203691A (ja) * | 2016-05-11 | 2017-11-16 | 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 | 静電容量型センサ及び荷重測定装置 |
| JP2018528070A (ja) * | 2015-08-31 | 2018-09-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 電気活性ポリマーに基づくアクチュエータ及びセンサデバイス |
| JP2020055929A (ja) * | 2018-09-29 | 2020-04-09 | 豊田合成株式会社 | ポリロタキサン組成物及びセンサ |
-
2021
- 2021-03-30 JP JP2021056972A patent/JP7405113B2/ja active Active
- 2021-12-09 WO PCT/JP2021/045254 patent/WO2022209026A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4644801A (en) * | 1984-08-21 | 1987-02-24 | Cybertronics Ltd. | Surface-area pressure transducer and line-selection circuit for use therewith |
| US20070280583A1 (en) * | 2003-05-22 | 2007-12-06 | Swee Chuan Tjin | Fiber Optic Force Sensor for Measuring Shear Force |
| JP2018528070A (ja) * | 2015-08-31 | 2018-09-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 電気活性ポリマーに基づくアクチュエータ及びセンサデバイス |
| JP2017203691A (ja) * | 2016-05-11 | 2017-11-16 | 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 | 静電容量型センサ及び荷重測定装置 |
| JP2020055929A (ja) * | 2018-09-29 | 2020-04-09 | 豊田合成株式会社 | ポリロタキサン組成物及びセンサ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220252471A1 (en) * | 2019-05-14 | 2022-08-11 | Forciot Oy | A capacitive touch and pressure sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7405113B2 (ja) | 2023-12-26 |
| JP2022154094A (ja) | 2022-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tolvanen et al. | Hybrid foam pressure sensor utilizing piezoresistive and capacitive sensing mechanisms | |
| CN107615031B (zh) | 电阻式微流体压力传感器 | |
| Hu et al. | A super‐stretchable and highly sensitive carbon nanotube capacitive strain sensor for wearable applications and soft robotics | |
| KR102081892B1 (ko) | 압저항(piezo-resistive) 전극을 구비한 저항성 압력 센서 | |
| Zuruzi et al. | Towards wearable pressure sensors using multiwall carbon nanotube/polydimethylsiloxane nanocomposite foams | |
| Li et al. | Mutual capacitance of liquid conductors in deformable tactile sensing arrays | |
| Böse et al. | Novel dielectric elastomer sensors for compression load detection | |
| WO2022209026A1 (ja) | 静電容量式感圧センサ | |
| KR20170029539A (ko) | 폼 압력 센서 | |
| WO2018144772A1 (en) | Enhanced pressure sensing performance for pressure sensors | |
| CN108332888B (zh) | 一种全碳气凝胶压力传感器 | |
| Wang et al. | A highly sensitive capacitive pressure sensor with microdome structure for robot tactile detection | |
| NZ754550A (en) | Pressure sensitive stylus | |
| Sahatiya et al. | Solvent-free fabrication of multi-walled carbon nanotube based flexible pressure sensors for ultra-sensitive touch pad and electronic skin applications | |
| KR20190121652A (ko) | 광범위 압력 감지를 위한 다층 플렉서블 압력 센서 | |
| US20220299385A1 (en) | Composite structure for a pressure sensor and pressure sensor | |
| Lü et al. | Multilayer microstructured high-sensitive ultrawide-range flexible pressure sensor with modulus gradient | |
| Huang et al. | Highly stretchable ionotronic pressure sensors with broad response range enabled by microstructured ionogel electrodes | |
| Li et al. | based origami transducer capable of both sensing and actuation | |
| Wang et al. | Electrode-shared differential configuration for pressure sensor made of carbon nanotube-filled silicone rubber composites | |
| Wang | A method to improve sensitivity of piezoresistive sensor based on conductive polymer composite | |
| CN110140036A (zh) | 压敏传感器 | |
| Choi et al. | Spatially digitized tactile pressure sensors with tunable sensitivity and sensing range | |
| van Dommelen et al. | Fully 3d printed mechanical pressure sensors: A comparison of sensing mechanisms | |
| US11204292B1 (en) | Deformable pressure sensor and methods of use thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21935177 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21935177 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |