WO2024024360A1 - 圧力センサ - Google Patents

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WO2024024360A1
WO2024024360A1 PCT/JP2023/023574 JP2023023574W WO2024024360A1 WO 2024024360 A1 WO2024024360 A1 WO 2024024360A1 JP 2023023574 W JP2023023574 W JP 2023023574W WO 2024024360 A1 WO2024024360 A1 WO 2024024360A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode layer
pressure sensor
dielectric elastomer
pressure
support
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/023574
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正毅 千葉
美紀夫 和氣
誠 竹下
貢 上島
Original Assignee
正毅 千葉
日本ゼオン株式会社
美紀夫 和氣
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 正毅 千葉, 日本ゼオン株式会社, 美紀夫 和氣 filed Critical 正毅 千葉
Publication of WO2024024360A1 publication Critical patent/WO2024024360A1/ja

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    • 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 disclosure relates to a pressure sensor.
  • Patent Document 1 discloses an example of a conventional sensor.
  • the sensor disclosed in this document includes a dielectric elastomer layer and a pair of electrode layers. As the dielectric elastomer layer expands and contracts, the capacitance between the pair of electrode layers changes. By processing this capacitance change, the force applied to the dielectric elastomer layer can be detected.
  • the force (pressure) that the sensor should detect is limited depending on the structure of the sensor.
  • the present disclosure was conceived under the circumstances described above, and an object of the present disclosure is to provide a pressure sensor capable of detecting a wider variety of pressures.
  • a pressure sensor provided by a first aspect of the present disclosure includes a dielectric elastomer layer, a first electrode layer disposed on one side of the dielectric elastomer layer, and a second electrode layer disposed on the other side of the dielectric elastomer layer.
  • a first support, a second support, and an elastic member, and the dielectric elastomer layer extends from an outer edge of the first support to a periphery when viewed in a first direction.
  • an outer end of the dielectric elastomer layer is fixed to the second support when viewed in the first direction, and the first support and the first support are fixed to the second support in the first direction.
  • the elastic member is interposed between the two supports.
  • the elastic member is removable.
  • the elastic member has a solid shape and is made of resin.
  • the dielectric elastomer layer has a portion interposed between the first support and the elastic member.
  • the second electrode layer is disposed on the second support side with respect to the first electrode layer in the first direction, and , the second electrode layer extends from an outer edge of the first electrode layer.
  • a pressure sensor provided by a second aspect of the present disclosure includes a dielectric elastomer body, and a first electrode layer and a second electrode layer disposed on opposite sides of the dielectric elastomer body in a first direction.
  • a pressure change in the first direction is detected based on a capacitance change between the first electrode layer and the second electrode layer due to a dimensional change of the dielectric elastomer body in the first direction.
  • the dielectric elastomer body is in the form of a film.
  • the dielectric elastomer body is flat.
  • the dielectric elastomer body is curved.
  • the dielectric elastomer body has a thickness of 10 ⁇ m to 5 mm.
  • the dielectric elastomer body has a cavity inside.
  • the device further includes a soft body disposed on the second electrode layer side in the first direction and having the same softness as the dielectric elastomer body or softer than the dielectric elastomer body.
  • the soft body has a cavity inside.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a pressure sensor according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pressure sensor according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a system configuration diagram showing a pressure sensor system using a pressure sensor according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of use of the pressure sensor according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of use of the pressure sensor according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another usage example of the pressure sensor according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a pressure sensor according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pressure sensor according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a system configuration diagram showing a pressure sensor system using a pressure sensor according to
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another usage example of the pressure sensor according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another usage example of the pressure sensor according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first modification of the pressure sensor according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a pressure sensor according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first modification of the pressure sensor according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second modification of the pressure sensor according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth modification of the pressure sensor according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a pressure sensor according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of use of a pressure sensor according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of use of a pressure sensor according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a pressure sensor according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first modification of the pressure sensor according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second modification of the pressure sensor according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a pressure sensor according to a fifth embodiment of the present disclosure. It is a sectional view showing an example of use of a pressure sensor according to a fifth embodiment of the present disclosure. It is a sectional view showing an example of use of a pressure sensor according to a fifth embodiment of the present disclosure.
  • the pressure sensor A10 of this embodiment includes a dielectric elastomer layer 11, a first electrode layer 21, a second electrode layer 22, a first support 31, a second support 32, and an elastic member 41.
  • the dielectric elastomer layer 11 is required to be elastically deformable and an insulator.
  • the material of the dielectric elastomer layer 11 is not particularly limited, but preferable examples include silicone elastomer, acrylic elastomer, urethane, HNBR (hydrogenated nitrile rubber), fluorine rubber, and fluorosilicone.
  • the shape of the dielectric elastomer layer 11 is not limited at all, and in the illustrated example, it has a circular shape when viewed in the first direction z.
  • the first electrode layer 21 is arranged on the surface of the dielectric elastomer layer 11 on the z1 side in the first direction z.
  • the second electrode layer 22 is disposed on the z2 side of the dielectric elastomer layer 11 in the first direction z.
  • the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 are made of a material that is electrically conductive and can be elastically deformed to follow the elastic deformation of the dielectric elastomer layer 11 . Examples of such materials include materials in which a filler that imparts conductivity is mixed into an elastically deformable main material. A preferable example of the filler is carbon nanotubes.
  • the shapes of the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 are not limited at all.
  • the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 have an annular shape when viewed in the first direction z.
  • the second electrode layer 22 extends from the outer edge of the first electrode layer 21 when viewed in the first direction z. In this case, by adding a first annular member 321, which will be described later, to the second electrode layer 22 side, a configuration in which the elastic member 41 can be replaced more easily can be realized.
  • the first support 31 and the second support 32 are members that appropriately support the dielectric elastomer layer 11, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22.
  • the materials of the first support body 31 and the second support body 32 are not limited at all, and are made of an insulating material such as resin, for example.
  • the shape of the first support body 31 is not limited at all, and in the illustrated example, it has a circular shape when viewed in the first direction z.
  • the dielectric elastomer layer 11 is fixed to the first support 31 so as to extend from the outer edge of the first support 31 to the periphery when viewed in the first direction z. In the illustrated example, the dielectric elastomer layer 11 is fixed to the first support 31 without interposing the first electrode layer 21 .
  • the shape of the second support body 32 is not limited at all, and in the illustrated example, it has an annular shape when viewed in the first direction z.
  • the outer edge of the dielectric elastomer layer 11 is fixed to the second support 32 when viewed in the first direction z.
  • the specific configuration of the second support body 32 is not limited at all, and in the illustrated example, it has a first annular member 321, a second annular member 322, a first pad 325, and a second pad 326.
  • the first annular member 321 and the second annular member 322 each have an annular shape when viewed in the first direction z.
  • the dielectric elastomer layer 11 is fixed to the second support 32 by sandwiching the outer edge portion of the dielectric elastomer layer 11 between the first annular member 321 and the second annular member 322 .
  • the first annular member 321 and the second annular member 322 can be repeatedly fixed and released by using a threading member such as a screw, a holding member such as a clip, etc., as appropriate. There is.
  • the first pad 325 is made of a conductive material such as metal, and is fixed to the first annular member 321.
  • the first electrode layer 21 is electrically connected to the first pad 325 .
  • the second pad 326 is made of a conductive material such as metal, and is fixed to the second annular member 322.
  • the second pad 326 is electrically connected to the second electrode layer 22 .
  • the elastic member 41 is interposed between the first support 31 and the second support 32 in the first direction z.
  • the elastic member 41 has a modulus of elasticity that causes a change in capacitance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 when a pressure to be detected by the pressure sensor A10 is applied.
  • the material of the elastic member 41 is not limited at all, and examples thereof include rubber, resin, and the like.
  • the elastic member 41 may be a structure made of a metal material and capable of significant elastic deformation. In the illustrated example, the elastic member 41 has a cylindrical shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • the dielectric elastomer layer 11 has a flat truncated cone shape, for example, in a predetermined expanded state.
  • the first support 31 and the second support 32 approach each other.
  • the elongated state of the dielectric elastomer layer 11 changes, and the distance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 changes.
  • the capacitance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 changes.
  • the degree of approach between the first support body 31 and the second support body 32 when a predetermined pressure is applied can be adjusted in various ways depending on the size, shape, and material of the elastic member 41.
  • a plurality of pressure sensors A10 are arranged in the structure 9.
  • the structure 9 is, for example, an annular member having a flange 91 and a flange 92.
  • a plurality of pressure sensors A10 are arranged between the flanges 91 and 92.
  • the flanges 91 and 92 are fixed to each other by a threaded member such as a screw, for example.
  • a sealing material 93 may be placed between the flange 91 and the flange 92.
  • the plurality of pressure sensors A10 detect the pressure occurring between the flange 91 and the flange 92.
  • control section 8 is connected to the first pad 325 and the second pad 326, as shown in FIG.
  • the control unit 8 performs processing for detecting the pressure applied to the pressure sensor A10 from the change in capacitance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22.
  • FIG. 3 shows an example of the control unit 8 in the usage example shown in FIG.
  • the control section 8 of this example includes a plurality of CV conversion sections 81, a plurality of amplifier sections 82, an A/D conversion section 83, a CPU 84, and an I/O section 85.
  • the CV conversion unit 81 converts a change in capacitance of the pressure sensor A10 into a change in voltage.
  • the amplifier section 82 amplifies the voltage output from the CV conversion section 81.
  • the number of the plurality of CV conversion sections 81 and the plurality of amplifier sections 82 is, for example, the same as the number of the plurality of pressure sensors A10.
  • the A/D conversion unit 83 converts the analog signals output from the plurality of amplifier units 82 into digital signals and outputs the digital signals.
  • the CPU 84 calculates, for example, the pressure at each pressure sensor A10 from the output signal of the A/D converter 83.
  • the I/O unit 85 is, for example, a USB terminal or the like, and outputs a pressure value that is a processing result by the CPU 84 to, for example, the PC 89.
  • FIG. 6 shows a state in which the pressure sensor A10 including the elastic member 41 is disassembled. Specifically, in the second support body 32, the first annular member 321 and the second annular member 322 are unfixed and separated from each other in the first direction z. This allows the elastic member 41 to be taken out from the outside.
  • the elastic member 41 is taken out and another elastic member 42 is placed on the second annular member 322.
  • the elastic member 42 has different specifications from the elastic member 41, for example, it is made of the same material but has a different dimension in the first direction z, or it has the same shape and size but a different material, or it has a different size. , those having different dimensions and materials, etc., are selected as appropriate.
  • the first annular member 321 and the second annular member 322 are fixed again.
  • the pressure sensor A10 including the elastic member 42 instead of the elastic member 41 is placed in a state capable of detecting pressure. After this, pressure detection is performed in the manner described above.
  • the elastic member 41 when the pressure shown in FIG. 2 is applied, the elastic member 41 is elastically deformed. Accordingly, the dielectric elastomer layer 11 deforms, and the distance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 changes. This changes the capacitance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22. By processing this capacitance change, the pressure applied to the pressure sensor A10 can be detected.
  • the illustrated pressure does not directly stretch or contract the dielectric elastomer layer 11. For example, if the dielectric elastomer layer 11 is to be directly stretched or contracted by the illustrated pressure, it is necessary to position the dielectric elastomer layer 11 along the first direction z. According to the pressure sensor A10, it is possible to detect pressure in a direction nearly perpendicular to the dielectric elastomer layer 11. Therefore, a wider variety of pressures can be detected.
  • the pressure generated in the flange 91 and the flange 92 can be detected.
  • the pressure sensor A10 has a flat structure, it can be sandwiched between the flanges 91 and 92 together with the sealing material 93, for example, and has the advantage of being easy to install.
  • the elastic member 41 and the elastic member 42 are removable.
  • the specifications of the elastic members 41 and 42 can be appropriately determined depending on the magnitude of the pressure to be detected and the space where the pressure sensor A10 is installed, and the pressure can be detected by the pressure sensor A10 with a more suitable configuration. Can be done.
  • FIG. 9 shows a first modification of the pressure sensor A10.
  • the pressure sensor A11 of this example includes an elastic member 43 instead of the elastic member 41 and elastic member 42 described above.
  • the elastic member 43 has a different shape from the elastic members 41 and 42.
  • the elastic member 43 has a portion on the z1 side in the first direction z that has a cross-sectional area that becomes smaller toward the tip, and has, for example, a hemispherical portion.
  • the elastic member of the present disclosure can have various shapes.
  • FIG. 10 shows a pressure sensor according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the pressure sensor A20 of this embodiment includes a dielectric elastomer body 12, a first electrode layer 21, and a second electrode layer 22.
  • the dielectric elastomer body 12 is required to be elastically deformable and to have high dielectric strength.
  • the material of the dielectric elastomer body 12 is not particularly limited, but preferable examples include silicone elastomer, acrylic elastomer, urethane, HNBR (hydrogenated nitrile rubber), fluorine rubber, and fluorosilicone.
  • the dielectric elastomer body 12 is thicker in the first direction z than the dielectric elastomer layer 11, and has a so-called three-dimensional shape. To give an example of the dimensions of the dielectric elastomer body 12, the thickness in the first direction z is, for example, 10 ⁇ m to 5 mm.
  • the first electrode layer 21 is arranged on the surface of the dielectric elastomer body 12 on the z1 side in the first direction z.
  • the second electrode layer 22 is disposed on the z2 side of the dielectric elastomer body 12 in the first direction z.
  • the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 are preferably formed of a material that is conductive and capable of elastic deformation that can follow the elastic deformation of the dielectric elastomer body 12.
  • examples of such materials include conductive polymers and materials in which a filler that imparts conductivity is mixed into an elastically deformable main material.
  • a preferable example of the filler is carbon nanotubes.
  • control unit 8 may be connected to the pressure sensor A20, for example, in order to perform pressure detection using the pressure sensor A20.
  • a pressure member 51 and a pressure member 52 are arranged on both sides of the pressure sensor A20 in the first direction z.
  • the pressure member 51 and the pressure member 52 are members that apply pressure to be detected by the pressure sensor A20, and are made of, for example, an insulating material.
  • the pressure member 51 and the pressure member 52 have a flat shape that extends in a direction perpendicular to the first direction z.
  • the pressure member 51 and the pressure member 52 may be configured to include a conductive core material and an insulating layer provided on the surface of the core material.
  • first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 are made of a conductive material having a rigidity (thickness) sufficient to function as the pressure member 51 and the pressure member 52
  • first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 are The second electrode layer 22 may also be used as the pressure member 51 and the pressure member 52.
  • the pressure member 51 and the pressure member 52 approach each other.
  • the thickness of the dielectric elastomer body 12 in the first direction z becomes thinner, and the capacitance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 changes.
  • the control unit 8 By processing this capacitance change by the control unit 8, the above-mentioned pressure can be detected.
  • This pressure is different from pressure that directly stretches the dielectric elastomer body 12 (for example, a force that pulls the dielectric elastomer body 12 to both sides in a direction perpendicular to the first direction z), and is a pressure in a direction that pinches the dielectric elastomer body 12. be.
  • the pressure sensor A20 such pressures can be detected, and a wider variety of pressures can be detected.
  • FIG. 11 shows a first modification of the pressure sensor A20.
  • the pressure sensor A21 of this modification differs from the pressure sensor A20 in the shapes of the pressure member 51 and the pressure member 52, and correspondingly, the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22 have different shapes.
  • the shape of the pressure sensor A20 is different from that of the pressure sensor A20.
  • the pressure member 52 of this modification has a shape concave toward the z2 side in the first direction z. Moreover, the pressure member 51 has a shape that protrudes toward the z2 side in the first direction z.
  • the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22 are sandwiched between the recess of the pressure member 52 and the protrusion of the pressure member 51. Therefore, the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22 have a shape curved toward the z2 side in the first direction z.
  • the recess of the pressure member 52 is preferably large enough to accommodate all of the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22.
  • the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22 are deformable depending on the shapes of the pressure member 51 and the pressure member 52. , various pressures can be detected using pressure members 51 and 52 of various shapes.
  • FIG. 12 shows a second modification of the pressure sensor A20.
  • the shapes of the pressure member 51 and the pressure member 52 are different from those of the pressure sensors A20 and A21.
  • the pressure member 51 of this modification has inclined surfaces on both sides in the direction perpendicular to the first direction z.
  • the pressure member 52 has an inclined surface opposite to the inclined surface of the pressure member 51.
  • the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22 are arranged between the inclined surface of the pressure member 51 and the inclined surface of the pressure member 52.
  • the pressure member 51 is circular and has a flat truncated cone shape when viewed in the first direction z
  • the pressure member 52, the dielectric elastomer body 12 the An example is a configuration in which the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 have an annular shape when viewed in the first direction z.
  • the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, the second electrode layer 22, the pressure member 51, and the pressure member 52 have a uniform cross-sectional shape that continues in the direction orthogonal to the first direction z.
  • An example of this is a configuration in which: In this case, two dielectric elastomer bodies 12, two first electrode layers 21, two second electrode layers 22, and two pressure members 52 are provided.
  • FIG. 13 shows a third modification of the pressure sensor A20.
  • the pressure sensor A23 of this modification has a configuration in which the pressure member 52 presses a portion of the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22.
  • the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22 may be entirely pressed, or may be partially pressed. There may be.
  • FIG. 14 shows a fourth modification of the pressure sensor A20.
  • the thickness of the dielectric elastomer body 12 in the first direction z is non-uniform.
  • the dielectric elastomer body 12 of this modification has the maximum thickness at the center, and becomes thinner toward the outer edge. In a state where no pressure is applied, only the center portion of the first electrode layer 21 is in contact with the pressure member 51, and only the center portion of the second electrode layer 22 is in contact with the pressure member 52.
  • the pressure sensor A24 can also be used as a sealing material called an O-ring or the like.
  • the sealing material 93 can be omitted.
  • the thickness of the dielectric elastomer body 12 in the first direction z may be uniform or non-uniform.
  • ⁇ Third embodiment> 15 to 17 show a pressure sensor according to a third embodiment of the present disclosure.
  • the dielectric elastomer body 12 has a cavity 121.
  • the cavity 121 is provided inside the dielectric elastomer body 12 and is filled with a gas such as air.
  • the internal pressure of the cavity 121 is set appropriately.
  • the internal pressure of the cavity 121 is atmospheric pressure
  • the pressure sensor A30 shown in FIG. 15 is placed in a normal atmospheric condition, no pressure is applied that causes the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 to approach or separate.
  • FIG. 16 shows a state in which the atmospheric pressure of the environment in which the pressure sensor A30 is placed has decreased.
  • the dielectric elastomer body 12 expands and deforms. This increases the distance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22, and reduces the capacitance.
  • FIG. 17 shows a state in which the atmospheric pressure of the environment in which the pressure sensor A30 is placed has increased.
  • the dielectric elastomer body 12 shrinks and deforms. This reduces the distance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22, and increases the capacitance.
  • FIG. 18 shows a fourth embodiment of the present disclosure.
  • the pressure sensor A40 of this embodiment further includes a soft body 61 and a soft body 62.
  • the soft body 61 is arranged between the first electrode layer 21 and the pressure member 51.
  • the soft body 62 is arranged between the second electrode layer 22 and the pressure member 52. Both the soft body 61 and the soft body 62 are made of a material softer than the dielectric elastomer body 12.
  • the relationship between the softness of the dielectric elastomer body 12 and the soft bodies 61 and 62 is such that, for example, when JIS K 6253 Type E (SRIS0101 Asker C) hardness is adopted, the dielectric elastomer body 12 has a hardness of 5 to 80.
  • soft body 61 and soft body 62 are 0 to 20, preferably 1 to 15.
  • Examples of materials for the soft body 61 and the soft body 62 that can achieve such softness include silicone elastomer, acrylic elastomer, urethane, HNBR (hydrogenated nitrile rubber), fluorine rubber, and fluorosilicone. Furthermore, the same material as the dielectric elastomer body 12 may be used for the soft body 61 and the soft body 62. Further, the material of the soft body 61 and the soft body 62 is preferably an insulating material.
  • the pressure applied to the pressure member 51 and the pressure member 52 can be applied to the entire dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22. It is possible to make it act more uniformly.
  • FIG. 19 shows a first modification of the pressure sensor A40.
  • the pressure sensor A41 of this modification has a soft body 62 and does not have a soft body 61. According to this modification as well, a wider variety of pressures can be detected.
  • the configuration is not limited to having both the soft body 61 and the soft body 62, but may be a configuration having either one of them.
  • FIG. 20 shows a second modification of the pressure sensor A40.
  • the thickness of the soft body 62 is non-uniform.
  • the soft body 62 of this modification has the maximum thickness in the first direction z at the center, and becomes thinner as it approaches the outer edge. Further, the dielectric elastomer body 12, the first electrode layer 21, and the second electrode layer 22 are curved along the shape of the upper surface of the soft body 62.
  • the thickness of the soft body 62 may be uniform or non-uniform. The same applies to the soft body 61 in this respect.
  • ⁇ Fifth embodiment> 21 to 23 show a pressure sensor according to a fifth embodiment of the present disclosure.
  • the pressure sensor A50 of this embodiment includes a dielectric elastomer body 12, a first electrode layer 21, a second electrode layer 22, and a soft body 62.
  • the soft body 62 has a cavity 621.
  • the cavity 621 is provided inside the soft body 62 and is filled with a gas such as air.
  • the internal pressure of the cavity 621 is set appropriately.
  • the soft body 62 does not undergo significant deformation when the pressure sensor A50 shown in FIG. 21 is placed in a normal atmospheric condition. Therefore, no significant deformation occurs in the dielectric elastomer body 12, and the capacitance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 remains unchanged.
  • FIG. 22 shows a state in which the atmospheric pressure of the environment in which the pressure sensor A50 is placed has decreased.
  • the soft body 62 expands and deforms.
  • the dielectric elastomer body 12 expands, the distance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 becomes smaller, and the capacitance becomes larger.
  • FIG. 23 shows a state in which the atmospheric pressure of the environment in which the pressure sensor A50 is placed has increased.
  • the soft body 62 is reduced and deformed.
  • the dielectric elastomer body 12 expands, the distance between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 becomes smaller, and the capacitance becomes larger.
  • the soft body 62 has the cavity 621, it is possible to detect changes in the atmospheric pressure in the environment in which the pressure sensor A50 is placed. Further, in both the state where the atmospheric pressure of the environment is decreased as shown in FIG. 22 and the state where the atmospheric pressure of the environment is increased as shown in FIG. It becomes possible to detect the absolute value of atmospheric pressure change.
  • the pressure sensor A50 may be used in combination with another sensor that can detect whether the atmospheric pressure in the environment is in a decreased state (negative pressure state) or increased state (positive pressure state). For example, the absolute values of positive pressure and negative pressure can be detected.
  • the pressure sensor according to the present disclosure is not limited to the embodiments described above.
  • the specific configuration of each part of the pressure sensor according to the present disclosure can be modified in various ways.
  • Dielectric elastomer layer 12 Dielectric elastomer body 21: First electrode layer 22: Second electrode layer 31: First support 32: Second support 41, 42, 43: Elastic member 51, 52: Pressure member 61 , 62: Soft body 8: Control section 81: CV conversion section 82: Amplifier section 83: A/D conversion section 84: CPU 85: I/O section 9: Structures 91, 92: Flange 93: Sealing material 121: Cavity section 321: First annular member 322: Second annular member 325: First pad 326: Second pad 621: Cavity section A1 , A10, A11, A20, A21, A22, A23, A24, A30, A40, A41, A42, A50: Pressure sensor z: First direction

Abstract

圧力センサは、誘電エラストマ層と、第１電極層および第２電極層と、第１支持体および第２支持体と、弾性部材と、を備える。前記誘電エラストマ層は、第１方向に視て、前記第１支持体の外縁から周囲に延出するように前記第１支持体に固定されている。前記第２支持体には、前記第１方向に視て、前記誘電エラストマ層の外端が固定されている。前記第１方向において、前記第１支持体と前記第２支持体との間に前記弾性部材が介在している。このような構成により、より多彩な圧力を検出することができる。

Description

圧力センサ
　本開示は、圧力センサに関する。
　特許文献１には、従来のセンサの一例が開示されている。同文献に開示されたセンサは、誘電エラストマ層と一対の電極層とを備える。誘電エラストマ層の伸縮に伴い、一対の電極層の間の静電容量が変化する。この静電容量変化を処理することにより、誘電エラストマ層に加えられた力を検出することができる。
特開２０２１－０３２５８６号公報
　センサが検出すべき力（圧力）は、様々な態様が存在する。センサの構造等によって、検出可能な力（圧力）が制限される。
　本開示は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より多彩な圧力を検出することが可能な圧力センサを提供することをその課題とする。
　本開示の第１の側面によって提供される圧力センサは、誘電エラストマ層と、前記誘電エラストマ層の一方の面に配置された第１電極層および他方の面に配置された第２電極層と、第１支持体および第２支持体と、弾性部材と、を備え、前記誘電エラストマ層は、第１方向に視て、前記第１支持体の外縁から周囲に延出するように前記第１支持体に固定されており、前記第２支持体には、前記第１方向に視て、前記誘電エラストマ層の外端が固定されており、前記第１方向において、前記第１支持体と前記第２支持体との間に前記弾性部材が介在している。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記弾性部材は、脱着可能である。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記弾性部材は、中実の形状であり且つ樹脂からなる。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマ層は、前記第１支持体と前記弾性部材との間に介在する部分を有する。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記第２電極層は、前記第１方向において前記第１電極層に対して前記第２支持体の側に配置されており、前記第１方向に視て、前記第２電極層は、前記第１電極層の外縁から延出している。
　本開示の第２の側面によって提供される圧力センサは、誘電エラストマ体と、第１方向において前記誘電エラストマ体を挟んで互いに反対側に配置された第１電極層および第２電極層と、を備え、前記誘電エラストマ体の前記第１方向における寸法変化に起因する前記第１電極層および前記第２電極層間の静電容量変化により、前記第１方向における圧力変化を検出する。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマ体は、膜状である。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマ体は、平坦である。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマ体は、湾曲している。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマ体は、厚さが１０μｍ～５ｍｍである。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記誘電エラストマ体は、内部に空洞部を有する。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記第１方向において前記第２電極層側に配置され、且つ前記誘電エラストマ体と同じ軟らかさ、または前記誘電エラストマ体よりも軟らかい軟質体をさらに備える。
　本開示の好ましい実施の形態においては、前記軟質体は、内部に空洞部を有する。
　本開示によれば、より多彩な圧力を検出することができる。
　本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本開示の第１実施形態に係る圧力センサを示す斜視図である。 本開示の第１実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本開示の第１実施形態に係る圧力センサを用いた圧力センサシステム示すシステム構成図である。 本開示の第１実施形態に係る圧力センサの使用例を示す断面図である。 本開示の第１実施形態に係る圧力センサの使用例を示す平面図である。 本開示の第１実施形態に係る圧力センサの他の使用例を示す断面図である。 本開示の第１実施形態に係る圧力センサの他の使用例を示す断面図である。 本開示の第１実施形態に係る圧力センサの他の使用例を示す断面図である。 本開示の第１実施形態に係る圧力センサの第１変形例を示す断面図である。 本開示の第２実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本開示の第２実施形態に係る圧力センサの第１変形例を示す断面図である。 本開示の第２実施形態に係る圧力センサの第２変形例を示す断面図である。 本開示の第２実施形態に係る圧力センサの第３変形例を示す断面図である。 本開示の第２実施形態に係る圧力センサの第４変形例を示す断面図である。 本開示の第３実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本開示の第３実施形態に係る圧力センサの使用例を示す断面図である。 本開示の第３実施形態に係る圧力センサの使用例を示す断面図である。 本開示の第４実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本開示の第４実施形態に係る圧力センサの第１変形例を示す断面図である。 本開示の第４実施形態に係る圧力センサの第２変形例を示す断面図である。 本開示の第５実施形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本開示の第５実施形態に係る圧力センサの使用例を示す断面図である。 本開示の第５実施形態に係る圧力センサの使用例を示す断面図である。
　以下、本開示の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
　本開示における「第１」、「第２」等の用語は、単に識別のために用いたものであり、それらの対象物に順列を付することを意図していない。
＜第１実施形態＞
　図１～図８は、本開示の第１実施形態に係る圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサＡ１０は、誘電エラストマ層１１、第１電極層２１、第２電極層２２、第１支持体３１、第２支持体３２および弾性部材４１を備える。
　誘電エラストマ層１１は、弾性変形が可能であるとともに、絶縁体であることが求められる。このような誘電エラストマ層１１の材質は特に限定されないが、好ましい例として、たとえばシリコーンエラストマやアクリルエラストマ、ウレタン、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）、フッ素系ゴム、フロロシリコーン等が挙げられる。誘電エラストマ層１１の形状は何ら限定されず、図示された例においては、第１方向ｚに視て円形状である。
　第１電極層２１は、誘電エラストマ層１１の第１方向ｚのｚ１側の面に配置されている。第２電極層２２は、誘電エラストマ層１１の第１方向ｚのｚ２側に面に配置されている。第１電極層２１および第２電極層２２は、導電性を有するとともに、誘電エラストマ層１１の弾性変形に追従しうる弾性変形が可能な材質によって形成される。このような材質としては、弾性変形可能な主材に導電性を付与するフィラーが混入された材質が挙げられる。前記フィラーの好ましい例として、たとえばカーボンナノチューブが挙げられる。
　第１電極層２１および第２電極層２２の形状は何ら限定されない。図示された例においては、第１電極層２１および第２電極層２２は、第１方向ｚに視て円環形状である。また、図示された例においては、第１方向ｚに視て、第２電極層２２は、第１電極層２１の外縁から延出している。この場合、後述の第１環状部材３２１を、第２電極層２２の側に追加することにより、弾性部材４１の交換がより容易に可能である構成を実現できる。
　第１支持体３１および第２支持体３２は、誘電エラストマ層１１、第１電極層２１および第２電極層２２を適宜支持する部材である。第１支持体３１および第２支持体３２の材質は何ら限定されず、たとえば樹脂等の絶縁材料からなる。
　第１支持体３１の形状は何ら限定されず、図示された例においては、第１方向ｚに視て円形状である。誘電エラストマ層１１は、第１方向ｚに視て、第１支持体３１の外縁から周囲に延出するように、第１支持体３１に固定されている。図示された例においては、誘電エラストマ層１１が第１電極層２１を介さずに、第１支持体３１に固定されている。
　第２支持体３２の形状は何ら限定されず、図示された例においては、第１方向ｚに視て円環形状である。第２支持体３２には、第１方向ｚに視て、誘電エラストマ層１１の外縁が固定されている。
　第２支持体３２の具体的構成は何ら限定されず、図示された例においては、第１環状部材３２１、第２環状部材３２２、第１パッド３２５および第２パッド３２６を有する。第１環状部材３２１および第２環状部材３２２は、各々が第１方向ｚに視て円環形状である。誘電エラストマ層１１の外縁部分が、第１環状部材３２１および第２環状部材３２２に挟まれることにより、誘電エラストマ層１１が第２支持体３２に固定されている。なお、第１環状部材３２１と第２環状部材３２２とは、たとえば、ねじ等の螺合部材や、クリップ等の挟持部材、等が適宜用いられることにより、固定と解除とが繰り返し可能となっている。
　第１パッド３２５は、金属等の導電性材料からなり、第１環状部材３２１に固定されている。第１パッド３２５には、第１電極層２１が導通している。第２パッド３２６は、金属等の導電性材料からなり、第２環状部材３２２に固定されている。第２パッド３２６には、第２電極層２２が導通している。
　弾性部材４１は、第１方向ｚにおいて第１支持体３１と第２支持体３２との間に介在している。弾性部材４１は、圧力センサＡ１０が検出すべき圧力が付与された場合に、第１電極層２１と第２電極層２２間の静電容量変化を生じさせる程度の弾性率を有する。弾性部材４１の材質は何ら限定されず、たとえばゴム、樹脂等が挙げられる。また、弾性部材４１は、金属材料からなり、有意な弾性変形が可能となる構造体であってもよい。図示された例においては、弾性部材４１は、円柱形状または直方体形状である。
　第１支持体３１と第２支持体３２との間に弾性部材４１が介在することにより、誘電エラストマ層１１は、たとえば所定の伸長状態で扁平な円錐台形状を呈している。
　図２に図示する方向の圧力が付与されると、第１支持体３１と第２支持体３２とが互いに接近する。これにより、誘電エラストマ層１１の伸長状態が変化し、第１電極層２１と第２電極層２２との距離が変化する。これにより、第１電極層２１と第２電極層２２との間の静電容量が変化する。所定の圧力が付与された場合の第１支持体３１と第２支持体３２との接近度合いは、弾性部材４１の大きさ、形状および材質によって、種々に調整可能である。
　図４および図５は、圧力センサＡ１０の使用例を示している。本使用例は、構造物９に複数の圧力センサＡ１０が配置されている。構造物９は、たとえばフランジ９１およびフランジ９２を有する環状部材である。フランジ９１とフランジ９２との間に、複数の圧力センサＡ１０が配置されている。フランジ９１とフランジ９２とは、たとえばねじ等の螺合部材によって互いに固定されている。また、構造物９に流体が導入される場合、フランジ９１とフランジ９２との間にシール材９３が配置されてもよい。複数の圧力センサＡ１０は、フランジ９１およびフランジ９２の間に生じている圧力を検出する。
　図示された例においては、図２に示すように、第１パッド３２５および第２パッド３２６に制御部８が接続されている。制御部８は、第１電極層２１および第２電極層２２の間の静電容量変化から、圧力センサＡ１０に加えられた圧力を検出するための処理を行う。図３は、図５に示す使用例における制御部８の一例を示している。
　本例の制御部８は、複数のＣＶ変換部８１、複数のアンプ部８２、Ａ／Ｄ変換部８３、ＣＰＵ８４およびＩ／Ｏ部８５を有する。
　ＣＶ変換部８１は、圧力センサＡ１０の静電容量変化を電圧変化に変換する。アンプ部８２は、ＣＶ変換部８１からの電圧出力を増幅する。本例においては、複数のＣＶ変換部８１および複数のアンプ部８２の個数は、たとえば複数の圧力センサＡ１０の個数と同数である。Ａ／Ｄ変換部８３は、複数のアンプ部８２から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。ＣＰＵ８４は、Ａ／Ｄ変換部８３の出力信号から、たとえば各圧力センサＡ１０における圧力を算出する。Ｉ／Ｏ部８５は、たとえばＵＳＢ端子等であり、ＣＰＵ８４による処理結果である圧力値を、たとえばＰＣ８９に出力する。
　図６～図８は、圧力センサＡ１０の他の使用例を示している。図６は、弾性部材４１を備える圧力センサＡ１０を分解している状態である。具体的には、第２支持体３２において、第１環状部材３２１と第２環状部材３２２との固定を解除し、第１方向ｚに互いに離隔させている。これにより、弾性部材４１が外部から取り出し可能な状態となる。
　次いで、図７に示すように、弾性部材４１を取り出し、別の弾性部材４２を第２環状部材３２２上に配置する。弾性部材４２は、弾性部材４１とは異なる仕様であり、たとえば同じ材質であって、第１方向ｚの寸法が異なるもの、あるいは、形状および大きさが同じで、材質が異なるもの、または大きさ、寸法および材質のすべてが異なるもの、等が適宜選択される。
　次いで、図８に示すように、第１環状部材３２１と第２環状部材３２２とを再び固定する。これにより、弾性部材４１に代えて弾性部材４２を備える圧力センサＡ１０が圧力を検出可能な状態におかれる。この後は、上述した要領等で、圧力検出が行われる。
　次に、圧力センサＡ１０の作用について説明する。
　本実施形態によれば、図２に示す圧力が付与されると、弾性部材４１が弾性変形する。これに伴って誘電エラストマ層１１が変形し、第１電極層２１および第２電極層２２の距離が変化する。これにより、第１電極層２１および第２電極層２２間の静電容量が変化する。この静電容量変化を処理することにより、圧力センサＡ１０に付与された圧力を検出することができる。図示された圧力は、誘電エラストマ層１１を直接伸長または収縮させるものではない。たとえば、図示された圧力によって誘電エラストマ層１１を直接伸長または収縮させる場合、誘電エラストマ層１１を第１方向ｚに沿って配置する必要がある。圧力センサＡ１０によれば、誘電エラストマ層１１に対して直角に近い方向の圧力を検出することが可能である。したがって、より多彩な圧力を検出することができる。
　図４および図５に示す使用例によれば、フランジ９１およびフランジ９２の間に複数の圧力センサＡ１０を配置することにより、フランジ９１およびフランジ９２（構造物９）に生じる圧力を検出することができる。圧力センサＡ１０は、扁平な構造であるため、フランジ９１とフランジ９２との間において、たとえばシール材９３等とともに挟み込むことが可能であり、設置が容易であるという利点がある。
　図６～図８に示すように、圧力センサＡ１０においては、弾性部材４１および弾性部材４２が脱着可能である。これにより、検出すべき圧力の大きさや、圧力センサＡ１０が設置されるスペース等に応じて、弾性部材４１，４２の仕様を適宜決定し、より適した構成の圧力センサＡ１０によって圧力を検出することができる。
　図９～図２３は、本開示の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。また、各変形例および各実施形態における各部の構成は、技術的な矛盾を生じない範囲において相互に適宜組み合わせ可能である。
＜第１実施形態　第１変形例＞
　図９は、圧力センサＡ１０の第１変形例を示している。本例の圧力センサＡ１１は、上述の弾性部材４１および弾性部材４２に代えて、弾性部材４３を備えている。弾性部材４３は、弾性部材４１および弾性部材４２とは、形状が異る。弾性部材４３は、第１方向ｚのｚ１側の部分が、先端に向かうほど断面積が小さくなる形状であり、たとえば半球形状の部分を有する。
　本変形例によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、本変形例から理解されるように、本開示の弾性部材は、様々な形状のものを採用可能である。
＜第２実施形態＞
　図１０は、本開示の第２実施形態に係る圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサＡ２０は、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２を備える。
　誘電エラストマ体１２は、上述の誘電エラストマ層１１と同様に、弾性変形が可能であるとともに、絶縁強度が高いことが求められる。このような誘電エラストマ体１２の材質は特に限定されないが、好ましい例として、たとえばシリコーンエラストマやアクリルエラストマ、ウレタン、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）、フッ素系ゴム、フロロシリコーン等が挙げられる。また、誘電エラストマ体１２は、誘電エラストマ層１１と比べて、より第１方向ｚの厚さが厚く、いわば立体的な形状である。誘電エラストマ体１２の寸法例を挙げると、第１方向ｚの厚さが、たとえば１０μｍ～５ｍｍである。
　第１電極層２１は、誘電エラストマ体１２の第１方向ｚのｚ１側の面に配置されている。第２電極層２２は、誘電エラストマ体１２の第１方向ｚのｚ２側に面に配置されている。第１電極層２１および第２電極層２２は、圧力センサＡ１０と同様に、導電性を有するとともに、誘電エラストマ体１２の弾性変形に追従しうる弾性変形が可能な材質によって形成されることが好ましい。このような材質としては、導電性ポリマまたは弾性変形可能な主材に導電性を付与するフィラーが混入された材質が挙げられる。前記フィラーの好ましい例として、たとえばカーボンナノチューブが挙げられる。
　また、本実施形態においても、圧力センサＡ２０を用いた圧力検出を行うために、たとえば上述の制御部８が圧力センサＡ２０に接続されていてもよい。
　図示された例においては、圧力センサＡ２０の第１方向ｚの両側には、加圧部材５１および加圧部材５２が配置されている。加圧部材５１および加圧部材５２は、圧力センサＡ２０に検出すべき圧力を付与させる部材であり、たとえば絶縁材料からなる。また、図示された例においては、加圧部材５１および加圧部材５２は、第１方向ｚと直角な方向に広がる平坦な形状である。なお、加圧部材５１および加圧部材５２は、導電性を有する芯材と、当該芯材の表面に設けられた絶縁層とからなる構成であってもよい。あるいは、第１電極層２１および第２電極層２２を、加圧部材５１および加圧部材５２として機能する程度の剛性（厚さ）を有する導電性材料によって構成する場合、第１電極層２１および第２電極層２２を加圧部材５１および加圧部材５２として兼用してもよい。
　本実施形態においては、図示された矢印の方向に圧力が付与されると、加圧部材５１と加圧部材５２とが接近する。これにより、誘電エラストマ体１２の第１方向ｚの厚さが薄くなり、第１電極層２１と第２電極層２２との間の静電容量が変化する。この静電容量変化を制御部８によって処理することにより、上述の圧力を検出することができる。この圧力は、誘電エラストマ体１２を直接に伸長させる圧力（たとえば、第１方向ｚと直交する方向において誘電エラストマ体１２を両側に引っ張る力）とは異なり、誘電エラストマ体１２を挟む方向の圧力である。圧力センサＡ２０によれば、このような圧力を検出可能であり、より多彩な圧力を検出することができる。
＜第２実施形態　第１変形例＞
　図１１は、圧力センサＡ２０の第１変形例を示している。本変形例の圧力センサＡ２１は、加圧部材５１および加圧部材５２の形状が圧力センサＡ２０とは異なり、これに対応して、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２の形状が、圧力センサＡ２０と異なる。
　本変形例の加圧部材５２は、第１方向ｚのｚ２側に凹んだ形状である。また、加圧部材５１は、第１方向ｚのｚ２側に突出した形状である。誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２は、加圧部材５２の凹みと加圧部材５１の突出部分とに挟まれている。このため、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２は、第１方向ｚのｚ２側に湾曲した形状となっている。なお、加圧部材５２の凹みは、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２のすべてを収容可能な大きさであることが好ましい。
　本変形例によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、本変形例から理解されるように、加圧部材５１および加圧部材５２の形状に応じて、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２は、変形可能であるため、様々な形状の加圧部材５１および加圧部材５２を用いて、多彩な圧力を検出することができる。
＜第２実施形態　第２変形例＞
　図１２は、圧力センサＡ２０の第２変形例を示している。本変形例の圧力センサＡ２２は、加圧部材５１および加圧部材５２の形状が圧力センサＡ２０，Ａ２１とは異なっている。
　本変形例の加圧部材５１は、第１方向ｚと直交する方向の両側に、傾斜面を有する。加圧部材５２は、加圧部材５１の傾斜面に対向する傾斜面を有する。誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２は、加圧部材５１の傾斜面と加圧部材５２の傾斜面との間に配置されている。
　断面形状が図示された態様となる構成として、たとえば、加圧部材５１が第１方向ｚに視て円形状であって扁平な円錐台形状であり、加圧部材５２、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２が第１方向ｚに視て円環形状である構成が挙げられる。あるいは、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１、第２電極層２２、加圧部材５１および加圧部材５２が、第１方向ｚと直交する方向に、図示された断面形状が一様に継続する構成が挙げられる。この場合、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１、第２電極層２２および加圧部材５２は、それぞれ２つずつ設けられる。
　本変形例によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１、第２電極層２２および加圧部材５２が２つずつ設けられる場合、付与される圧力が、図中左右方向において偏りがあることを検出することができる。
＜第２実施形態　第３変形例＞
　図１３は、圧力センサＡ２０の第３変形例を示している。本変形例の圧力センサＡ２３は、加圧部材５２が、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２の一部を押圧する構成となっている。
　本変形例によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、本変形例から理解されるように、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２の全体が押圧される構成であってもよいし、一部が押圧される構成であってもよい。
＜第２実施形態　第４変形例＞
　図１４は、圧力センサＡ２０の第４変形例を示している。本変形例の圧力センサＡ２４は、誘電エラストマ体１２の第１方向ｚの厚さが不均一である。
　本変形例の誘電エラストマ体１２は、中央部分の厚さが最大であり、外縁に近づくほど厚さが薄くなっている。圧力が付与されていない状態では、第１電極層２１の中央部分のみが加圧部材５１に接触し、第２電極層２２の中央部分のみが加圧部材５２に接触している。
　本変形例によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、図示された断面形状を有し、第１方向ｚに視て環状の構成であってもよい。この場合、圧力センサＡ２４は、Ｏリング等と称されるシール材として兼用することが可能である。たとえば、図４に示すフランジ９１および９２によって環状の圧力センサＡ２４を挟む構造とすることにより、シール材９３を省略することができる。また、第１電極層２１および第２電極層２２を周方向で４分割等することにより、周方向の複数箇所のそれぞれの圧力を個別に測定することができる。また、本変形例から理解されるように、誘電エラストマ体１２の第１方向ｚの厚さは、均一であってもよいし、不均一であってもよい。
＜第３実施形態＞
　図１５～図１７は、本開示の第３実施形態に係る圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサＡ３０は、誘電エラストマ体１２が空洞部１２１を有する。
　空洞部１２１は、誘電エラストマ体１２の内部に設けられており、たとえば空気等の気体が充填されている。空洞部１２１の内圧は、適宜設定される。空洞部１２１の内圧が大気圧である場合、図１５に示す圧力センサＡ３０が通常の大気状態に置かれると、第１電極層２１および第２電極層２２を接近または離隔させる圧力は付与されない。
　図１６は、圧力センサＡ３０が置かれた環境の気圧が低下した状態を示している。この場合、空洞部１２１の内圧が相対的に高くなるため、誘電エラストマ体１２が膨張変形する。これにより、第１電極層２１と第２電極層２２との距離が大きくなり、静電容量が小さくなる。
　図１７は、圧力センサＡ３０が置かれた環境の気圧が上昇した状態を示している。この場合、空洞部１２１の内圧が相対的に低くなるため、誘電エラストマ体１２が縮小変形する。これにより、第１電極層２１と第２電極層２２との距離が小さくなり、静電容量が大きくなる。
　本変形例によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、誘電エラストマ体１２が空洞部１２１を有することにより、圧力センサＡ３０が置かれた環境の気圧変化を検出することができる。
＜第４実施形態＞
　図１８は、本開示の第４実施形態を示している。本実施形態の圧力センサＡ４０は、軟質体６１および軟質体６２をさらに備えている。
　軟質体６１は、第１電極層２１と加圧部材５１との間に配置されている。軟質体６２は、第２電極層２２と加圧部材５２との間に配置されている。軟質体６１および軟質体６２は、いずれも誘電エラストマ体１２よりも軟らかい材質からなる。誘電エラストマ体１２と軟質体６１および軟質体６２との軟らかさの関係は、たとえばJIS K 6253のタイプＥ（SRIS0101のアスカーＣ）の硬度を採用した場合、誘電エラストマ体１２が５～８０であり、軟質体６１および軟質体６２が０～２０であり、好ましくは１～１５である。このような軟らかさを実現しうる軟質体６１および軟質体６２の材質としては、たとえばシリコーンエラストマやアクリルエラストマ、ウレタン、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）、フッ素系ゴム、フロロシリコーン等が挙げられる。また、軟質体６１および軟質体６２の材質としては、誘電エラストマ体１２と同じ材質を用いてもよい。また、軟質体６１および軟質体６２の材質は、絶縁性材料であることが好ましい。
　本実施形態によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、軟質体６１および軟質体６２が設けられていることにより、加圧部材５１および加圧部材５２に付与された圧力を誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２の全体に、より均一に作用させることが可能である。
＜第４実施形態　第１変形例＞
　図１９は、圧力センサＡ４０の第１変形例を示している。本変形例の圧力センサＡ４１は、軟質体６２を有しており、軟質体６１を有していない。本変形例によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、本変形例から理解されるように、軟質体６１および軟質体６２の双方を備える構成に限定されず、いずれか一方を備える構成であってもよい。
＜第４実施形態　第２変形例＞
　図２０は、圧力センサＡ４０の第２変形例を示している。本変形例の圧力センサＡ４２は、軟質体６２の厚さが不均一である。
　本変形例の軟質体６２は、中央部分の第１方向ｚの厚さが最大であり、外縁に近づくほど厚さが薄くなっている。また、軟質体６２の上面の形状に沿って、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１および第２電極層２２が湾曲している。
　本変形例によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、本変形例から理解されるように、軟質体６２の厚さは均一であってもよいし、不均一であってもよい。この点は、軟質体６１も同様である。
＜第５実施形態＞
　図２１～図２３は、本開示の第５実施形態に係る圧力センサを示している。本実施形態の圧力センサＡ５０は、誘電エラストマ体１２、第１電極層２１、第２電極層２２および軟質体６２を備えている。軟質体６２は、空洞部６２１を有する。
　空洞部６２１は、軟質体６２の内部に設けられており、たとえば空気等の気体が充填されている。空洞部６２１の内圧は、適宜設定される。空洞部６２１の内圧が大気圧である場合、図２１に示す圧力センサＡ５０が通常の大気状態に置かれると、軟質体６２は、有意な変形を生じていない。このため、誘電エラストマ体１２には、有意な変形が生じておらず、第１電極層２１および第２電極層２２間の静電容量は、変化していない。
　図２２は、圧力センサＡ５０が置かれた環境の気圧が低下した状態を示している。この場合、空洞部６２１の内圧が相対的に高くなるため、軟質体６２が膨張変形する。これにより、誘電エラストマ体１２が伸長し、第１電極層２１と第２電極層２２との距離が小さくなり、静電容量が大きくなる。
　図２３は、圧力センサＡ５０が置かれた環境の気圧が上昇した状態を示している。この場合、空洞部６２１の内圧が相対的に低くなるため、軟質体６２が縮小変形する。これにより、誘電エラストマ体１２が伸長し、第１電極層２１と第２電極層２２との距離が小さくなり、静電容量が大きくなる。
　本実施形態によっても、より多彩な圧力を検出することができる。また、軟質体６２が空洞部６２１を有することにより、圧力センサＡ５０が置かれた環境の気圧変化を検出することができる。また、図２２に示す環境の気圧が低下した状態および図２３の環境の気圧が上昇した状態のいずれであっても、第１電極層２１と第２電極層２２との間の静電容量が大きくなり、気圧変化の絶対値を検出することが可能である。たとえば、環境の気圧が低下した状態（負圧状態）と、上昇した状態（正圧状態）と、のいずれであるかを検出可能である別のセンサと、圧力センサＡ５０と、を組み合わせて用いれば、正圧および負圧それぞれの圧力の絶対値を検出することができる。
　本開示に係る圧力センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示に係る圧力センサの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
１１：誘電エラストマ層　　　１２：誘電エラストマ体
２１：第１電極層　　　２２：第２電極層
３１：第１支持体　　　３２：第２支持体
４１，４２，４３：弾性部材　　　５１，５２：加圧部材
６１，６２：軟質体　　　８：制御部
８１：ＣＶ変換部　　　８２：アンプ部
８３：Ａ／Ｄ変換部　　　８４：ＣＰＵ
８５：Ｉ／Ｏ部　　　９：構造物
９１，９２：フランジ　　　９３：シール材
１２１：空洞部　　　３２１：第１環状部材
３２２：第２環状部材　　　３２５：第１パッド
３２６：第２パッド　　　６２１：空洞部
Ａ１，Ａ１０，Ａ１１，Ａ２０，Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３，Ａ２４，Ａ３０，Ａ４０，Ａ４１，Ａ４２，Ａ５０：圧力センサ
ｚ：第１方向

Claims (13)

  1. 　誘電エラストマ層と、
    　前記誘電エラストマ層の一方の面に配置された第１電極層および他方の面に配置された第２電極層と、
    　第１支持体および第２支持体と、
    　弾性部材と、を備え、
    　前記誘電エラストマ層は、第１方向に視て、前記第１支持体の外縁から周囲に延出するように前記第１支持体に固定されており、
    　前記第２支持体には、前記第１方向に視て、前記誘電エラストマ層の外端が固定されており、
    　前記第１方向において、前記第１支持体と前記第２支持体との間に前記弾性部材が介在している、圧力センサ。
  2. 　前記弾性部材は、脱着可能である、請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 　前記弾性部材は、中実の形状であり且つ樹脂からなる、請求項２に記載の圧力センサ。
  4. 　前記誘電エラストマ層は、前記第１支持体と前記弾性部材との間に介在する部分を有する、請求項２に記載の圧力センサ。
  5. 　前記第２電極層は、前記第１方向において前記第１電極層に対して前記第２支持体の側に配置されており、
    　前記第１方向に視て、前記第２電極層は、前記第１電極層の外縁から延出している、請求項２に記載の圧力センサ。
  6. 　誘電エラストマ体と、
    　第１方向において前記誘電エラストマ体を挟んで互いに反対側に配置された第１電極層および第２電極層と、を備え、
    　前記誘電エラストマ体の前記第１方向における寸法変化に起因する前記第１電極層および前記第２電極層間の静電容量変化により、前記第１方向における圧力変化を検出する、圧力センサ。
  7. 　前記誘電エラストマ体は、膜状である、請求項６に記載の圧力センサ。
  8. 　前記誘電エラストマ体は、平坦である、請求項７に記載の圧力センサ。
  9. 　前記誘電エラストマ体は、湾曲している、請求項７に記載の圧力センサ。
  10. 　前記誘電エラストマ体は、厚さが１０μｍ～５ｍｍである、請求項６に記載の圧力センサ。
  11. 　前記誘電エラストマ体は、内部に空洞部を有する、請求項１０に記載の圧力センサ。
  12. 　前記第１方向において前記第２電極層側に配置され、且つ前記誘電エラストマ体と同じ軟らかさ、または前記誘電エラストマ体よりも軟らかい軟質体をさらに備える、請求項６に記載の圧力センサ。
  13. 　前記軟質体は、内部に空洞部を有する、請求項１２に記載の圧力センサ。
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