(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022185164
(43)【公開日】2022-12-14
(54)【発明の名称】感圧素子
(51)【国際特許分類】
H01H 13/00 20060101AFI20221207BHJP
G01L 1/14 20060101ALI20221207BHJP
【FI】
H01H13/00 C
H01H13/00 B
G01L1/14 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021092642
(22)【出願日】2021-06-02
(71)【出願人】
【識別番号】510059077
【氏名又は名称】株式会社オーギャ
(74)【代理人】
【識別番号】100114074
【弁理士】
【氏名又は名称】大谷 嘉一
(74)【代理人】
【識別番号】100222324
【弁理士】
【氏名又は名称】西野 千明
(72)【発明者】
【氏名】水島 昌徳
【テーマコード(参考)】
5G206
【Fターム(参考)】
5G206AS38F
5G206AS38H
5G206AS38J
5G206AS38N
5G206CS04F
5G206CS04H
5G206CS04J
5G206CS04K
5G206CS04N
5G206KS07
5G206KS08
5G206KS56
5G206PS02
(57)【要約】
【課題】静電容量型の感圧素子において絶縁性基材と感圧面を形成する可動電極等との相互の密着安定性に優れた感圧素子の提供を目的とする。
【解決手段】絶縁性基材と、前記絶縁性基材の感圧面に配置した可動電極と、前記絶縁性基材の感圧面とは反対側の面に配置した固定電極とを備え、前記固定電極は保護膜で覆ってあり、前記可動電極は絶縁性の弾性材からなるマトリックス材に導電性フィラーを配合してあり、前記保護膜は前記マトリックス材と同一系統の材料で形成され、前記可動電極と保護膜は前記絶縁性基材に設けてある接合孔を介して相互に接合されていることを特徴とする。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁性基材と、前記絶縁性基材の感圧面に配置した可動電極と、前記絶縁性基材の感圧面とは反対側の面に配置した固定電極とを備え、
前記固定電極は保護膜で覆ってあり、
前記可動電極は絶縁性の弾性材からなるマトリックス材に導電性フィラーを配合してあり、
前記保護膜は前記マトリックス材と同一系統の材料で形成され、
前記可動電極と保護膜は前記絶縁性基材に設けてある接合孔を介して相互に接合されていることを特徴とする感圧素子。
【請求項2】
前記可動電極は、前記可動電極の外周部側に形成されている固定部と、中央部側に形成されている変移部とを有し、
前記固定部と変移部とがそれぞれ前記絶縁性基材に設けてある接合孔を介して前記保護膜と接合されていることを特徴とする請求項1記載の感圧素子。
【請求項3】
前記可動電極の変移部と前記絶縁性基材との間に誘電材を有し、
前記誘電材は前記マトリックスと同一系統の材料で形成され、
前記誘電材と前記保護膜とが前記絶縁性基材に設けた接合孔を介して相互に接合されていることを特徴とする請求項2記載の感圧素子。
【請求項4】
前記可動電極及び保護膜は前記絶縁性基材の外形よりも大きく、前記可動電極と保護膜とが前記絶縁性基材の外側にて接合されていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の感圧素子。
【請求項5】
絶縁性基材と、前記絶縁性基材の感圧面に配置した感圧面材と前記絶縁性基材の感圧面とは反対側の面に配置した固定電極とを備え、
前記絶縁性基材と感圧面材との間に誘電材を有し、
前記固定電極は保護膜で覆ってあり、
前記感圧面材は絶縁性の弾性材からなるマトリックス材に導電性フィラーを配合してあり、
前記誘電材と前記保護膜とは前記マトリックス材と同一系統の材料で形成されるとともに、前記絶縁性基材に設けた接合孔を介して、相互に接合されていることを特徴とする感圧素子。
【請求項6】
前記保護膜の外側の面に配設したシールド材を有し、
前記可動電極又は感圧面材と、前記シールド材とが一体的に形成されていることを特徴とする請求項1~5のうち、いずれかに記載の感圧素子。
【請求項7】
前記可動電極又は感圧面材と、前記シールド材とが前記絶縁性基材に設けてある接合孔を介して接合されていることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の感圧素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、静電容量型の感圧素子に関する。
【背景技術】
【0002】
外部からの加圧力による静電容量の変化に基づいて、その加圧力を検出する感圧素子が知られている。
これらの感圧素子は押圧によるスイッチング機能や入力装置に使用したり、複数の感圧素子を配置することで加圧分布計測機能に使用することができ、いろいろな分野にて検討されている。
本願発明者は先に薄型化が容易で、静電容量変化の検出安定性に優れた感圧素子(入力装置)を提案している(特許文献1)。
本発明は、さらに製作性や検出変化の安定性を向上させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、静電容量型の感圧素子において絶縁性基材と感圧面を形成する可動電極等との相互の密着安定性に優れた感圧素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係る感圧素子は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の感圧面に配置した可動電極と、前記絶縁性基材の感圧面とは反対側の面に配置した固定電極とを備え、前記固定電極は保護膜で覆ってあり、前記可動電極は絶縁性の弾性材からなるマトリックス材に導電性フィラーを配合してあり、前記保護膜は前記マトリックス材と同一系統の材料で形成され、前記可動電極と保護膜は前記絶縁性基材に設けてある接合孔を介して相互に接合されていることを特徴とする。
【0006】
ここで絶縁性基材は感圧面に配置した可動電極とその反対側の面に配置した固定電極との間を絶縁するのが目的であり、可動電極側が加圧により変移すると固定電極との間の静電容量が変化する。
本発明において絶縁基材はフィルム状の薄いものが好ましく、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート),ポリエチレン,ポリプロピレン,ナイロン等の樹脂フィルムが例として挙げられる。
これらの樹脂フィルムは可撓性があり、各種凹面形状や凸面形状を有する場合でも感圧素子として配置できる。
【0007】
本発明において可動電極は、加圧力に応じて弾性変形する弾性を有する導電材が好ましい。
この種の材料として、シリコンラバーにブラックカーボンや金属粉末等の導電性フィラーを配合したものが広く使用されている。
しかし、シリコンラバーと樹脂フィルムとは接着するのが難しく、接着面をプラズマ処理を施したり、特殊なプライマー処理を施さないと接着剤による強固の接合ができなかった。
【0008】
そこで本発明においては、固定電極を覆う保護膜として可動電極の弾性材に用いたマトリックス材と同一系統の絶縁性の材料を用いるとともに、絶縁性基材にスルーホールとしての接合孔を設けることで、この接合孔を介して可動電極のマトリックス材と保護膜とを接合させた点に特徴がある。
これにより例えば、可動電極に導電性シリコンラバーを用いた場合に保護膜として、導電性フィラーが配合されていない絶縁性シリコンラバーを採用することで、絶縁性基材に設けたスルーホールを介してシリコン接着剤やシリコン溶着剤等にて強固に相互に接合できる。
この状態では、絶縁性基材が可動電極と保護膜との間に挟み込まれた状態にて積層されているので感圧素子に曲げ方向の荷重が繰り返し負荷されても、可動電極が絶縁性基材から剥離するのを防止できる。
【0009】
導電性可動電極を形成する弾性材であるマトリックス材と保護膜とが同一系統の材料であるとは、材料を構成するポリマーが共通していることをいう。
例えば、シリコンラバーのマトリックス材に対して導電性フィラーを配合する場合には、各種助剤が配合されている場合等があるので、系統が同じであれば限らずしも同一のシリコンラバーである必要がないことをいう。
マトリックス材としては、シリコンラバーの他にEPDM(エチレン・プロピレン・ジエンラバー)、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンラバー)、CR(クロロプレンラバー)等が例として挙げられる。
【0010】
本発明において可動電極は、特許文献1に開示するように先端部が絶縁性基材に接触し、根元側が円錐台状の広がりを有する変移部を有する場合には、前記可動電極は、前記可動電極の外周部側に形成されている固定部と、中央部側に形成されている変移部とを有し、前記固定部と変移部とがそれぞれ前記絶縁性基材に設けてある接合孔を介して前記保護膜と接合されていてもよい。
このようにすると、変移部の先端部が絶縁性基材に強固に固定されるので、初期の静電容量を安定化させることができる。
【0011】
また上記円錐台状の変移部の替わりに、前記可動電極の変移部と前記絶縁性基材との間に誘電材を有し、前記誘電材は前記マトリックスと同一系統の材料で形成され、前記誘電材と前記保護膜とが前記絶縁性基材に設けた接合孔を介して相互に接合されているものであってもよい。
【0012】
本発明において、前記可動電極及び保護膜は前記絶縁性基材の外形よりも大きく、前記可動電極と保護膜とが前記絶縁性基材の外側にて接合されていてもよい。
このようにすると、絶縁性基板の感圧部を上下の可動電極と保護膜とで包み込むようにして、この可動電極の外縁部と保護膜の外縁部にて接合されるので感圧部のズレを防止し、内部への浸水防止や気密性も確保できる。
【0013】
本発明において可動電極は絶縁性基材への固定部を有しない態様であってもよく、この場合に、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の感圧面に配置した感圧面材と前記絶縁性基材の感圧面とは反対側の面に配置した固定電極とを備え、前記絶縁性基材と感圧面材との間に誘電材を有し、前記固定電極は保護膜で覆ってあり、前記感圧面材は絶縁性の弾性材からなるマトリックス材に導電性フィラーを配合してあり、前記誘電材と前記保護膜とは前記マトリックス材と同一系統の材料で形成されるとともに、前記絶縁性基材に設けた接合孔を介して、相互に接合されているのが好ましい。
【0014】
本発明において、前記保護膜の外側の面に配設したシールド材を有し、前記可動電極又は感圧面材と、前記シールド材とが一体的に形成されていてもよい。
このようにすると、絶縁性基材の固定電極側を電気的にシールドできるので静電ノイズを抑えることができる。
また、保護膜の外側の面に配置したシールド材と、可動電極又は感圧面材とが一体的に形成されることで電気的に感圧面側とシールド材とが接続されることになり、可動電極や感圧面材と、外部に接続するための端子とを電気的に配線するためのコンタクト電極を絶縁性基材の裏面側に形成することもできる。
この場合には、コンタクト電極と固定電極とが絶縁性基材の片面(裏面)に形成することもできる。
【0015】
本発明において、前記可動電極又は感圧面材と、前記シールド材とが前記絶縁性基材に設けてある接合孔を介して接合されていてもよい。
【0016】
本発明において感圧面側に可動電極や感圧面材を配設し、固定電極の保護膜の外側の面に設けたシールド材を配設したことにより、このシールド材を外部と接続する端子近傍まで延在させることもできる。
また、感圧面材の加圧検出部に目印となる段差部や模様,図形等を設けてもよく、感圧面材とシールド材とをクリップ部材で挟持することもできる。
また、コンタクト電極をシールド材側の絶縁性基材の面に設けた場合に、コンタクト電強の両側に接合孔を設けて感圧面側と接合することでコンタクト電極との電気接続を強固にすることもできる。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係る感圧素子にあっては、絶縁性基材に接合3L(スルーホール)を形成し、可動電極又は感圧面材を形成する導電性弾性材のマトリックス材と同一系統の材料を用いて保護膜として配設し、上記可動電極又は感圧面材と、保護膜とで絶縁性基材を挟み込むようにして積層したので、それぞれが強固に接合された状態になるので、静電容量変化の検出性能が安定する。
特に複数の感圧素子をシート材等に配設し、加圧分布等を検出する際には感圧素子に曲げ変形荷重が負荷されるが、その場合にも検出精度が高い。
また、従来のプラズマ処理や特殊なプライマー処理をする接着方法よりも工程が短く、生産性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】本発明に係る実施例1の感圧素子の断面図を示す。
【
図2】実施例2を示し、(a)は断面図、(b)は固定電極側から見た図を示す。
【
図4】実施例4を示し、(a)は断面図、(b)は固定電極側から見た図を示す。
【
図5】実施例5を示し、(a)は断面図、(b)は一体化したシリコンラバーを示す。
【
図7】実施例7を示し、(a)は断面図、(b)は一体化したシリコンラバーを示す。
【
図8】実施例8として感圧面材タイプの感圧素子の断面図を示す。
【
図10】実施例10を示し、(a)は接合前、(b)は接合後の断面図を示す。
【
図11】実施例11を示し、(a)はシールド材を延ばす前、(b)はシールド材を端子近くまで延ばした状態を示す。
【
図12】実施例12を示し、感圧面材の感圧部に目印を付けた例を示す。
【
図13】実施例13を示し、(a)は断面図、(b)は固定電極側から見た図を示す。
【
図14】実施例14を示し、コンタクト電極の両側に接合部を設けた例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明に係る感圧素子の構造例を以下、図に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されない。
【0020】
図1に実施例1を示す。
本実施例は絶縁性基材11としてPETフィルムを用い、感圧面側に可動電極12として導電性シリコンラバーを配設し、感圧面と反対側の裏面に固定電極13としてAg電極を印刷にてパターニングしてある。
図1は断面図であるが、可動電極12は外形が円形状であり、周縁部に固定部12aを形成し、中央部側に変移部12bを形成してある。
変移部12bは先端部が絶縁性基材11の表面に接触していて、根元側が円錐台状に外形が大きくなっている。
固定部12aは、絶縁性基材11の表面に形成したコンタクト電極16と電気接続され、このコンタクト電極16は図示を省略したが、外部接続用の複数の端子17の一部と電気接続されている。
固定電極13は変移部に対向配置され、本実施例では円盤形状に印刷されている。
固定電極13を覆うようにして保護膜14が配設され外形は可動電極12と対応させてある。
この保護膜14として本実施例は絶縁性シリコンラバーを用いてある。
絶縁性シリコンラバーは、導電性シリコンラバーの導電性フィラーが配合されていないものである。
したがって、保護膜14は導電性シリコンラバーを構成するマトリックス材と同一系統のシリコンポリマーからなる弾性材である。
絶縁性基材11には固定部12aの周廻りに複数のスルーホールからなる接合孔11aを形成し、この接合孔11aにシリコン接着剤を塗布し、可動電極12側の固定部12aと保護膜14とが接合された接合部15となっている。
このように絶縁性基材11に接合孔11aを設けることで、同一系統のラバーからなる可動電極12と保護膜14とが接着結合されているので接着強度が高い。
【0021】
図2は実施例2を示し、
図1に示した実施例1と異なる点は、絶縁性基材11の変移部12bと保護膜14との間に位置する部分にも接合孔を形成し、この変移部12bと保護膜14との接合部15aを追加した例である。
このようにすると変移部12bの先端部が絶縁性基材11の表面に強固に接しているので、初期静電容量が安定する。
なお、固定電極13Aはドーナツ状になっている。
【0022】
図3は実施例3を示す。
本実施例は実施例2における円錐台状の変移部12bの替わりに、可動電極側に円形状の凹部を形成し、この凹部に保護膜14と同一系統のラバーからなる絶縁性シリコンラバーを誘電材18として配設した例である。
この場合にも誘電材18と保護膜14は、絶縁性基材11に設けた接合孔を介してシリコン接着剤との接合部15aにて接合されている。
【0023】
図4は、実施例4を示す。
本実施例は、実施例2における可動電極12と保護膜14との外形を絶縁性基材11の外形よりも大きくした例である。
本実施例では、外形が略四角形の可動電極12Aにし、これに対応させた大きさ,外形の保護膜14にしてある。
これにより、可動電極12Aと保護膜14とは、絶縁性基材11に設けた接合孔のみならず、4つのコーナー部にて直接、可動電極12Aの外縁部と保護膜14のコーナー部も接合される。
このようにすると、変移部12bの中心ずれを防止する。
また、感圧部が包み込まれた状態になるので、浸水を防止し、気密性も向上する。
【0024】
図5は、実施例5を示す。
本実施例は、可動電極部12Bの端部につなぎ部12cを介して、シールド部12dを一体的に形成した例である。
図5(b)に示した一体型導電性シリコンラバーを用いることで、
図5(a)に示したように、絶縁性の保護膜14の外側の面に導電性シリコンラバーからなるシールド材12dを配置することができる。
これにより、静電ノイズを抑制できる。
【0025】
図6は、実施例6を示す。
実施例3に対して、保護膜14の外側にシールド材12dを配設した例であり、可動電極12Cとシールド材12dとがつなぎ部12cにてつながっている。
【0026】
図7は、実施例7を示す。
本実施例は、
図5の実施例5に対して、可動電極12Dとシールド材12dを端子17側に延在させた例である。
このようにすると、延在させた部分にも絶縁性基材11に接合孔を設けて、可動電極12D側とシールド材12dとを直接、接合部15bにて接合できる。
また、可動電極12Dとシールド材12dがつなぎ部12cでつながっているのでシールド材12dの延在部12e側に、コンタクト電極16を配置することもできる。
このようにすると、絶縁性基材11の片面(裏面)に、固定電極13Aとコンタクト電極16を配置し、この片面にて端子17とそれぞれ電気接続することができる。
【0027】
図8は、実施例8を示す。
本実施例は、可動電極としてシート状の弾性材からなる導電性の感圧面材12Eにした例である。
この場合に、フィルム状の絶縁性基材11の感圧面側に誘電材18を配置し、その上に感圧面材12Eを重ねるとともに、端部のつなぎ部12cでつながったシールド材12dを保護膜14の外側に重ねてある。
この場合も、
図7に示した実施例7と同様に、コンタクト電極16をシールド材12d側に設けた例になっている。
図9は、実施例9を示し、感圧面材12Fとシールド材12dの厚みを同じにした例である。
【0028】
図10は、実施例10を示す。
本実施例は、可動電極12G側からシールド材12d側に向けて突起状の接続部12fを形成することで、絶縁性基材の接合孔を介して、
図10(b)に示すように可動電極12Gとシールド材12dを直接接合した例である。
【0029】
図11は、実施例11を示す。
本実施例は、
図9の実施例9に対して、
図11(b)に示すように感圧面材12Hとシールド材12dの延在部12eを端子17の近傍まで配置し、シールド性を向上させた例である。
この場合に、
図12に実施例12を示すように、感圧面材12Iの感圧部が分かりやすいように、段差状やマーク等の目印部112bを形成してもよい。
【0030】
図13は、実施例13を示す。
本実施例は、感圧面材とシールド材12dを一枚の一体的な導電性ラバーで形成するとともに、その端部をクリップ19にて挟持固定した例である。
クリップは、樹脂等の絶縁体でもよく、金属製であってもよい。
【0031】
図14は、実施例14を示す。
本実施例は、シールド材12dの延在部12eに、コンタクト電極16aを配置した場合に、この両側に誘電体18との接合部15bを形成することで、コンタクト電極16aの電気接続性を向上させた例である。
【符号の説明】
【0032】
11 絶縁性基材
11a 接合孔
12 可動電極
12a 固定部
12b 変移部
12E 感圧面材
13 固定電極
14 保護膜
15 接合部
18 誘電材