专利名称:压电薄膜传感器的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种具备压电薄膜的压电薄膜传感器。
背景技术:
以往,具备由高分子材料构成、尤其是由聚偏氟乙烯(PVDF)构成的压电薄膜的压 电传感器,例如被用作对床、垫子、片材等具有弹性力的支承体所被施加的负重进行检测, 来判定有无人、动物、物体等的存在的压力传感器。在将压电传感器作为这样的压力传感器 使用的情况下,为了将压电传感器准确地配置到支承体上的负重检测位置,将压电体对应 于压力传感器向支承体的配置形状而形成,通过在其表面设置电极及布线,形成了压力传 感器。 作为这样的压电传感器,公知有一种在压电薄膜的两面涂敷银膏,将一侧形成为
信号电极,将另一侧形成为接地电极的压电传感器(例如参照专利文献l)。该压电传感器
中,在压电薄膜的信号电极一侧进而分别借助粘接剂层叠有绝缘层和保护层,在压电体的
接地电极一侧借助粘接剂层叠有绝缘层。 专利文献1 :日本特开平10-332509号公报
发明内容
但是,由于专利文献1中记载的压电传感器通过层叠压电薄膜、电极层、保护层、 粘接层、绝缘层等多个层来制造,所以,存在工程费用增大、实际上无法产品化之类的问题。 而且,为了在进行层叠时高精度地定位各层的端子部分,存在着需要大量的劳力及成本这 样的问题。 并且,在专利文献1所记载的压电传感器中,直接对由聚偏氟乙烯(PVDF)构成的 压电薄膜的表面涂敷银膏并设置了电极。但是,PVDF的耐热温度低至12(TC以下,如果想要 以通常的干燥温度、即15(TC左右使银膏干燥,则有可能导致PVDF的压电特性劣化,因此, 难以在PVDF自身上形成稳定的电极。进而,因热膨胀率之差,还有可能发生剥离、断线,其 包含着可靠性受损的主要原因。 本发明鉴于上述课题提出,其目的在于,提供一种能够实现组装工序简洁化、且可 靠性高的压电传感器。 用于实现该目的本发明涉及的压电薄膜传感器的特征构成在于,具有基材,其被 弯折成形成于表面的信号电极及接地电极在俯视时重合;压电薄膜,其被插入到形成于所 述基材的所述信号电极与所述接地电极之间;和粘接层,其用于粘接被弯折的所述基材,将 所述信号电极、所述接地电极及所述压电薄膜固定。 如本构成那样,通过对应被弯折成形成在表面的信号电极及接地电极在俯视时重 合的基材的、两个电极重合的部分,配置压电薄膜,由此能够预先在一张基材上形成两个电 极,仅通过在弯折部弯折基材来制造压电薄膜传感器。因此,可以使组装工序简化、降低制 造成本。
而且,本发明涉及的压电薄膜传感器的特征在于,将所述信号电极及所述接地电极的两端子,集中设置在通过弯折而被划分的所述基材的多个区域中的至少一个区域。
根据上述构成,当在组装工序中弯折基材时,可容许信号电极及接地电极稍微发
生位移。即,为了在压电薄膜传感器上形成两电极的端子部,在本构成中将两端子预先形成在基材通过弯折而被划分的多个区域中的至少一个区域。由此,在弯折基材之际,端子间不会发生位移。因此,能够大幅简化压电薄膜传感器的组装工序,可以降低制造成本。 并且,本发明涉及的压电薄膜传感器的特征在于,所述信号电极及所述接地电极形成在所述基材的同一面上。 根据上述的构成,由于仅在基材的单面形成电极即可,所以可简化电极形成的工序,能够进一步降低制造成本。 另外,本发明涉及的压电薄膜传感器的特征在于,在具有所述信号电极的面的背面,还形成有第二接地电极。 根据上述的构成,可以构成为由两个接地电极夹持信号电极的两面。结果,来自外部的噪声被第二接地电极遮断,不会混入到信号电极。由此,可以提供灵敏度高的压电薄膜传感器。并且,由于在具有信号电极的面的背面预先形成第二接地电极,仅弯折基材即可,所以,可同时实现压电薄膜传感器的高灵敏度化和组装工序的简化。 而且,本发明涉及的压电薄膜传感器的特征在于,通过在至少两个部位弯折所述基材,将所述信号电极构成为以被接地电极夹持的状态在俯视时重合。这里,夹持信号电极的接地电极当然包括由不同的接地电极构成的情况,还包括将一个接地电极弯折来构成的情况。 根据上述的构成,由于通过由接地电极夹持信号电极,使得来自外部的噪声被遮断,所以,能够通过以不那么高的位置精度仅两次弯折基材这一极其简单的组装工序,制造灵敏度高的压电薄膜传感器。 并且,本发明涉及的压电薄膜传感器的特征在于,将所述信号电极及所述接地电极的端子集中设置于所述基材的弯折部。 根据本构成,可以将从其他区域向设置于弯折部的端子部铺设的电极的长度设定得短。由此,能够高效地进行电极的形成。 而且,根据上述的构成,如果将连接器连接在例如信号电极及接地电极的端子存在的部分,则端子连接器固定基材的弯折部,作为对被弯折的基材发生剥离的方向的力进行限制的夹具发挥功能。由此,能够更进一步简化组装工序且提高作为压电薄膜传感器的可靠性。 另外,在以上说明的压电薄膜传感器的构成中,优选构成为所述基材具备通过对该基材进行弯折而被划分的基材第一部和基材第二部,所述信号电极设置于所述基材第一部,所述接地电极设置于所述基材第二部。 或者,优选如下构成通过在至少两个部位弯折所述基材,将所述信号电极构成为以被接地电极夹持的状态在俯视时重合,所述基材具备通过弯折该基材而被划分的基材第一部、基材第二部和基材第三部,所述基材第一部与所述基材第二部被第一弯折部划分,所述基材第二部与所述基材第三部被第二弯折部划分,所述信号电极设置于所述基材第一部,所述接地电极设置于所述基材第二部,所述第二接地电极设置于所述基材第三部。
根据这些构成,能够容易地实现具有下述部件的压电薄膜传感器的构成,即具有基材,其被弯折成形成于表面的信号电极及接地电极在俯视时重合;压电薄膜,其被插入到形成于基材的信号电极与接地电极之间;和粘接层,其用于粘接被弯折的基材,将信号电极、接地电极及压电薄膜固定。 另外,优选在所述集中设置的所述信号电极及所述接地电极的两端子的周围形成切槽,通过弯折所述基材,所述两端子露出。 根据该构成,在将信号电极及接地电极的端子集中设置于基材的弯折部的情况下,能够容易且恰当地构成端子部。
图1是第一实施方式涉及的压电薄膜传感器的、形成了电极的基材的俯视展开图。
图2是表示第一实施方式涉及的压电薄膜传感器的制造过程的立体图。 图3是第一实施方式涉及的压电薄膜传感器的检测部的剖视图。 图4是第一实施方式涉及的压电薄膜传感器的端子部的立体图。 图5是第二实施方式涉及的压电薄膜传感器的、形成了电极的基材的俯视展开图。 图6是第三实施方式涉及的压电薄膜传感器的、形成了电极的基材的俯视展开图。
具体实施例方式(第一实施方式) 下面,参照图1 图4,对本发明涉及的压电薄膜传感器的第一实施方式进行说明。 本实施方式涉及的压电薄膜传感器具备具有弯折部11的基材1、形成在基材1的表面的信号电极2及接地电极3、由聚偏氟乙烯(PVDF)构成的压电薄膜5、和用于粘接弯折后的基材l的粘接层6。 压电薄膜5用于通过压电效应产生电荷,在压电薄膜传感器被赋予外力使得压电薄膜传感器发生了变形的情况下,可以从借助粘接层6而设置的电极,将由压电薄膜5产生的电荷作为电信号取出。 图1是表示本实施方式涉及的压电薄膜传感器的、形成于基材1的电极图案的俯视展开图。图1 (a)表示了基材1的一侧的面(表面),图1 (b)表示了基材1的另一侧的面(背面)。如图1所示,基材1通过在其弯折部11处弯折而被分成两个区域(在本说明书中,分别表现为基材第一部、基材第二部)。在基材第一部la的表面设置有信号电极2,在基材第二部lb的表面设置有接地电极3。这些部件被设置在基材1的同一面上。并且,在基材第一部la的形成有信号电极2的面的背面,形成有第二接地电极4。这些电极例如通过电极印刷或蚀刻等公知的方法形成。 此时,接地电极3遍布基材第二部lb的表面整个区域地形成,并且形成为越过弯折部11延伸到基材第一部la。
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如图2所示,基材1通过弯折部11被弯折成形成有信号电极2及接地电极3的面成为内侧。通过弯折,这些电极成为相对的构成,在相对的2个电极间插入有由聚偏氟乙烯(PVDF)构成的压电薄膜5。信号电极2与压电薄膜5、以及接地电极3与压电薄膜5通过介于它们之间的粘接层6来固定。图3示出如此得到的压电薄膜传感器的检测部9的剖面。
压电薄膜5被插入到形成在基材第一部la的信号电极2、与形成在基材第二部lb的接地电极3重合的区域。在本实施方式中,插入了与信号电极2中构成检测部9的区域对应的大小的压电薄膜5。作为压电薄膜5的材料,除了PVDF之外,例如还可以使用采用了作为面状高分子材料的聚丙烯等的驻极体材料。 粘接层6形成在整个基材1上。即,粘接层6遍布整个面地粘接基材第一部la和基材第二部lb。作为构成粘接层6的材料,可以使用反应类、溶液类、热熔类等粘结剂或粘接剂,并没有特殊的限定。不过,由于粘接层6为存在于电极间的构成,所以,从维持压电薄膜传感器的灵敏度的观点出发,优选选择介电常数高的粘接剂。并且,从同样的观点出发,粘接层6薄的为优选。 另外,为了降低制造成本而抑制PVDF的使用量,由此也可以采用将压电薄膜5局部地插入到重合的信号电极2与接地电极3之间的构成。该情况下,比起接地电极3和信号电极2相对的区域来,构成为减小了压电薄膜5存在的区域,粘接层6按照基材1的大小构成。其结果,粘接层6起到防止在不存在压电薄膜5的区域两个电极间发生短路的作用。
粘接层6也可以由相当于基材1的"带基材的粘接剂"构成。 第二接地电极4作为保护电极发挥功能。由此,可以防止来自外部的噪声混入到信号电极2中,提高作为压电薄膜传感器的灵敏度。不过,当在不要求那样高的灵敏度的情况下使用时,第二接地电极4不一定必须。 另外,图3中表示了借助固定剂7在被弯折的基材1的外侧(在基材第一部la中为第二接地电极4的外侧)设置了保护薄膜8的例子。虽然本例子中示出了在弯折的基材1的上下各面分别设置保护薄膜8的例子,但也可以将一张保护薄膜8弯折构成。对保护薄膜8而言,如果是绝缘薄膜则没有特殊的限定,但如果是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇脂(PEN)等树脂薄膜,则由于机械强度高故优选采用。尤其是若保护薄膜8使用与基材l相同的材质,则即使在固定二者时进行了热处理,因热膨胀率相同所以能够防止发生翘曲等。另外,固定剂7可以使用与构成粘接层6的粘接剂相同的材料,但其与所述粘接剂既可以相同也可以不同。 保护薄膜8用于保护基材1不受外部的机械应力的损伤,优选设置,但也并非必须设置。 如图1及图2所示,基材第一部la上形成有端子部10。接地电极3经过基材1的弯折部11的内侧面与基材第一部la导通,以到达端子部10。这样,通过将信号电极2及接地电极3的端子集中于基材第一部la,可以容许在组装工序中被弯折成基材1的形成有信号电极2及接地电极3的面成为内侧时的位移。S卩,由于不需要端子彼此的对位作业,所以,可以使组装工序简化。 在本实施方式中,如图4所示,接地电极3进而经过基材1的侧面还与第二接地电
极4导通,成为第二接地电极4的端子也集中于基材第一部la的构成。 其中,在检测部9以外的部分未插入压电薄膜5。因此,在该部分不具有灵敏度,成为可以防止噪声产生的构成。 这样的压电传感器能够用于通过安装到例如车辆用座席、电影院、剧场等的座椅或床等与人接触的面上,而取得人的各种信息的系统中。
(第二实施方式) 接着,根据图5,对本发明涉及的压电薄膜传感器的第二实施方式进行说明。
本实施方式涉及的压电薄膜传感器是与第一实施方式涉及的压电薄膜传感器大致相同的构成,但其特征在于将端子部10设置于基材1的弯折部11这一方面。
图5是表示本实施方式涉及的压电薄膜传感器的、形成于基材1的电极图案的俯视展开图。在本实施方式中,从弯折部ll的中央部到基材第二部lb—侧形成有-字型的切槽13。信号电极2超过弯折部11延伸到被切槽13分离的区域内。另一方面,接地电极3形成在基材第二部lb中被切槽13分离的区域以外的整个区域及被切槽13分离的区域内的端部,并且,为了将它们连接而形成一体的电极,还从弯折部11向基材第一部la—侧稍微形成。这样一来,在被切槽13分离的区域,集中设置有信号电极2及接地电极3的两端子。该情况下,通过弯折基材1,信号电极2及接地电极3的两端子露出,而与未图示的连接器连接。 通过采用这样的构成,压电薄膜传感器的端子部IO被集中于弯折部11。由此,可以将从其他区域开始铺设到弯折部11的电极的长度设定得短。从而,能够高效地形成电极。另外,通过采用将端子部10设置于弯折部11的构成,例如在将连接器与端子部10连接时,端子连接器作为固定基材1的弯折部11、对弯折后的基材1发生剥离的方向的力进行限制的夹具发挥功能。由此,能够提高作为压电薄膜传感器的可靠性。
为了防止进一步的复原,有效的方法例如有在弯折部11处设置切槽来降低剥离应力、或将弯折部11自身熔融等。
(第三实施方式) 接着,根据图6,对本发明涉及的压电薄膜传感器的第三实施方式进行说明。
本实施方式涉及的压电薄膜传感器是与第一实施方式涉及的压电薄膜传感器大致相同的构成,但其特征在于在基材1具有2处弯折部11、12这一方面。
图6是表示本实施方式涉及的压电薄膜传感器的、形成于基材1的电极图案的俯视展开图。在本实施方式中,基材1通过在2个部位的弯折部11、12处被弯折而被分成3个区域(在本说明书中分别表现为基材第一部、基材第二部、基材第三部)。这里,基材第一部la与基材第二部lb被第一弯折部11划分,基材第二部lb与基材第三部lc被第二弯折部12划分。在基材第一部la的表面设置有信号电极2,在基材第二部lb的表面设置有接地电极3,在基材第三部lc的表面设置有第二接地电极4。它们被设置在基材1的同一面上。 基材1与其他的实施方式同样地,通过弯折部11被弯折成形成有信号电极2及接地电极3的面成为内侧。通过弯折,这些电极成为重合的构成,并在信号电极2与接地电极3之间插入由聚偏氟乙烯(PVDF)构成的压电薄膜5。并且,基材1通过第二弯折部12被弯折成由接地电极3和第二接地电极4夹持信号电极2。其结果,通过基材1在两个部位被弯折,信号电极2以被接地电极3和第二接地电极4夹持的状态在俯视时变得重合。第二接地电极4作为保护电极发挥功能。弯折后的基材1被粘接层6固定。
这样,通过在基材1上设置2处弯折部11、12,能够仅在单面形成电极。由此,能够
制造进一步抑制制造成本,同时组装简易、且灵敏度高的压电薄膜传感器。(其他的实施方式) (1)在上述的各实施方式中,示出了将信号电极2和接地电极3形成在基材1的同一面上,并将基材1弯折成形成有这些电极的面成为内侧的例子。但是,如果在基材1被弯折时,成为在形成于基材第一部la的信号电极2与形成于基材第二部lb的接地电极3之间插入压电薄膜5的构成,则可以将基材1弯折成形成于同一面的这些电极成为外侧,而且也可以弯折成将两个电极分别形成在不同的面上。 (2)在上述的第三实施方式中,示出了将信号电极2、接地电极3及第二接地电极4形成在基材1的同一面,并弯折基材1的例子。但如果当基材1在两处被弯折时,成为在形成于基材第一部la的信号电极2与形成于基材第二部lb的接地电极3之间插入压电薄膜5的构成,则这些电极不一定必须形成于同一面。 (3)在上述的第一及第三实施方式中,示出了遍及基材第二部lb的表面整个区域地形成接地电极3,并且将其形成为越过弯折部11延伸到基材第一部la,由此将端子集中到基材第一部la的例子。但是,将端子集中到基材第一部la的方案不限定于此,例如可以利用经过基材1的侧面使其导通;使用其他的部件使其导通;预先形成与基材第一部la及基材第二部lb对置的电极且不借助粘接层6使它们直接接触而使之导通等方案。
(4)在上述的第一及第三实施方式中,示出了将接地电极3形成为延伸到基材第一部la,以使端子集中到基材第一部la的例子,但不一定必须集中到基材第一部la,例如也可以采用将信号电极2形成为延伸到基材第二部lb等,以使端子集中到基材第二部lb的构成。 (5)在上述的各实施方式中,示出了将信号电极2及接地电极3的端子集中在接近的位置来形成端子部10的例子,但如果是设置于基材1的第一部或第二部中任意一方的结构,则各电极的端子的位置可以分离。
(6)在上述的各实施方式中,示出了将基材1在一处或两处弯折的例子。但是,如果当基材1被弯折时,成为在形成于基材1的信号电极2与接地电极3之间插入压电薄膜5的构成,则也可以是将基材1在3处以上弯折的构成。
产业上的可利用性 本发明可以优选利用在例如用于对人、动物、物体等的存在与否进行判定的压力传感器中。
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权利要求
一种压电薄膜传感器,其特征在于,具有基材,其被弯折成形成于表面的信号电极及接地电极在俯视时重合;压电薄膜,其被插入到形成于所述基材的所述信号电极与所述接地电极之间;和粘接层,其用于粘接被弯折的所述基材,将所述信号电极、所述接地电极及所述压电薄膜固定。
2. 根据权利要求1所述的压电薄膜传感器,其特征在于,将所述信号电极及所述接地电极的两端子,集中设置在通过弯折而被划分的所述基材 的多个区域中的至少一个区域。
3. 根据权利要求1或2所述的压电薄膜传感器,其特征在于, 所述信号电极及所述接地电极形成在所述基材的同 一面上。
4. 根据权利要求1 3中任意一项所述的压电薄膜传感器,其特征在于, 在具有所述信号电极的面的背面,还形成有第二接地电极。
5. 根据权利要求1 3中任意一项所述的压电薄膜传感器,其特征在于, 通过在至少两个部位弯折所述基材,所述信号电极构成为以被接地电极夹持的状态在俯视时重合。
6. 根据权利要求1 5中任意一项所述的压电薄膜传感器,其特征在于, 将所述信号电极及所述接地电极的端子集中设置于所述基材的弯折部。
7. 根据权利要求1 6中任意一项所述的压电薄膜传感器,其特征在于, 所述基材具备通过对该基材进行弯折而被划分的基材第一部和基材第二部, 所述信号电极设置于所述基材第一部,所述接地电极设置于所述基材第二部。
8. 根据权利要求1 3中任意一项所述的压电薄膜传感器,其特征在于, 通过在至少两个部位弯折所述基材,所述信号电极被构成为以被接地电极夹持的状态在俯视时重合,所述基材具备通过弯折该基材而被划分的基材第一部、基材第二部和基材第三部, 所述基材第一部与所述基材第二部被第一弯折部划分,并且,所述基材第二部与所述基材第三部被第二弯折部划分,所述信号电极设置于所述基材第一部,所述接地电极设置于所述基材第二部,所述第二接地电极设置于所述基材第三部。
9. 根据权利要求6所述的压电薄膜传感器,其特征在于, 在所述集中设置的所述信号电极及所述接地电极的两端子的周围形成切槽, 通过弯折所述基材,所述两端子露出。
全文摘要
一种压电薄膜传感器,具有基材(1),其被弯折成形成于表面的信号电极(2)及接地电极(3)在俯视时重合;压电薄膜(5),其被插入形成于基材(1)的信号电极(2)与接地电极(3)之间;和粘接层(6),其用于粘接被弯折的基材(1),将信号电极(2)、接地电极(3)及压电薄膜固定。
文档编号G01L1/16GK101784874SQ20088010233
公开日2010年7月21日 申请日期2008年8月8日 优先权日2007年8月28日
发明者安藤充宏, 小暮俊介, 森山信宏, 藤冈英二, 须藤隆一, 高柳均 申请人:爱信精机株式会社;株式会社吴羽