电容量型传感器片、电容量型传感器片的制造方法及传感器的制造方法
【专利说明】电容量型传感器片、电容量型传感器片的制造方法及传感
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技术领域
[0001]本发明涉及一种用于测量伸缩变形形变量和/或伸缩变形形变分布的电容量型传感器片及该电容量型传感器片的制造方法。
【背景技术】
[0002]电容量型传感器片能够根据一对电极层间的电容量变化，检测测量对象物的凸凹形状等，并能够用于面压分布传感器或形变测量计等的传感器。通常，电容量型传感器的电容量(电容)由以下公式(I)表示。
[0003]C = ε。ε rS/d...(I)
[0004]这里，C表不电容，ε。表不自由空间的介电常数，ε r表不电介质层的相对介电常数，S表示电极层面积，d表示电极间距离。
[0005]以往，作为上述传感器片，已知电介质层被包含混合了导电性填充物的弹性体的一对电极层夹持的结构的传感器片(参照日本特开2010-43881号公报)。上述传感器片中，由于电介质层为弹性体，因此电容量的变化较大。
[0006]然而，当用于面压分布传感器的电容量型传感器片被要求具有相对于测量对象物的变形及动作的良好的追随性时，在上述文献中记载的电容量型传感器片中，不能充分满足该特性。另外，用于伸缩变形形变量和/或伸缩变形形变分布传感器的电容量型传感器片还被要求，即使传感器片受到较大的伸缩变形、重复变形，电极层和电介质层之间也难以发生层间剥离，电极层的导电性的下降(电阻的增加)减少等耐久性良好的特性。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献1:日本特开2010-43881号公报
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的问题
[0010]在以往的面压分布传感器所使用的电容量型传感器片中，能够对测量对象物的载荷分布进行测量，但无法获知由载荷产生的变形量。例如，将传感器片安装在缓冲物那样的柔软物体上，当向传感器片施加载荷时，不能测量缓冲物如何发生了变形。
[0011]本发明是鉴于此而做出的，其目的是提供一种用于测量伸缩变形形变量和/或伸缩变形形变分布的电容量型传感器片及电容量型传感器片的制造方法，能够追随伸长程度大且柔软的测量对象物的变形及动作，并且对伸缩变形、重复变形的耐久性良好。
[0012]用于解决问题的手段
[0013]为了解决上述问题进行的发明是一种电容量型传感器片，用于测量伸缩变形形变量及伸缩变形形变分布，其包括:弹性体制的电介质层；层叠于所述电介质层的表面的表面侧电极层；以及层叠于所述电介质层的背面的背面侧电极层，所述表面侧电极层及所述背面侧电极层包含碳纳米管，所述表面侧电极层及所述背面侧电极层的平均厚度分别为0.Ιμπι以上ΙΟμπι以下。
[0014]该电容量型传感器片通过具有上述结构，伸长程度较大并且能够追随柔软的测量对象物的变形及动作，并且对伸缩变形、重复变形的耐久性良好。该电容量型传感器片通过具有上述结构，取得上述效果的理由为，表面侧电极层及背面侧电极层(以下，也称为“一对电极层”)含有碳纳米管，并且通过使该平均厚度如上述范围那样相对较薄，从而使一对电极层发挥对电介质层变形的良好的追随性，另外，通过如上所述使一对电极层的平均厚度相对较薄，能够抑制一对电极层和电介质层之间的层间剥离等。
[0015]所述表面侧电极层及所述背面侧电极层优选通过涂布含有碳纳米管的涂布液形成。由此，能够进一步提高上述表面侧电极层以及背面侧电极层与电介质层之间的紧贴性，即使传感器片受到较大的伸缩变形、重复变形，也能够抑制一对电极层和电介质层之间的层间剥离。
[0016]上述碳纳米管的平均长度优选为100 μm以上。一对电极层含有上述的超细长条的碳纳米管，由此该电容量型传感器片能够使伸长程度进一步增大，另外，能够发挥对柔软的测量对象物的变形及动作的更良好的追随性。
[0017]本发明优选，所述表面侧电极层及所述背面侧电极层分别包括多个带状体，从表里方向观察，所述表面侧电极层和所述背面侧电极层呈大致直角交叉配置。通过上述结构，该电容量型传感器片在对测量对象物的变形的位置及大小进行测量时，能够利用外部的切换电路切换各电极配线的同时测量电容量，从而能够使电极层的配置数及电极配线数更少，并且能够检测该电容量型传感器片的形变量及形变的位置信息。
[0018]该电容量型传感器片在I轴方向的伸长率优选为30 %以上。通过使该电容量型传感器片的伸长率为30%以上，能够有效发挥对柔软的测量对象物的变形及动作的良好的追随性。
[0019]在所述表面侧电极层及所述背面侧电极层中，所述碳纳米管的含有量相对于总固体成分优选为50质量％以上。通过设为这样的含有比例，即使受到重复变形，也能够进一步抑制表面侧电极层OlA?16A的导电性下降(电阻的增加)，从而使耐久性更加良好。
[0020]所述表面侧电极层及背面侧电极层优选实质上仅由碳纳米管形成。通过上述结构，即使受到重复变形，也能够进一步抑制表面侧电极层OlA?16A的导电性的下降(电阻的增加)，从而能够使耐久性更加良好。
[0021]所述碳纳米管优选为单层碳纳米管。通过上述结构，上述表面侧电极层及背面侧电极层能够发挥更良好的伸缩性，并且能够提高对上述电介质层的追随性。
[0022]本发明的电容量型传感器片的制造方法包括:由弹性体材料形成的电介质层的工序；以及通过涂布含有碳纳米管的涂布液，分别在所述电介质层的表面及背面层叠平均厚度为0.1 μ??以上ΙΟμ??以下的电极层的工序。
[0023]根据该电容量型传感器片的制造方法，能够有效制造电容量型传感器片，该电容量型传感器片伸长程度较大，并且能够追随柔软的测量对象物的变形及动作，并且对伸缩变形、重复变形的耐久性良好。
[0024]本发明的用于测量伸缩变形形变量和/或伸缩变形形变分布的传感器包括:该电容量型传感器片；以及与所述电容量型传感器片的表面侧电极层及背面侧电极层连接的检测电路。
[0025]该传感器由于使用本发明的电容量型传感器片，伸长程度较大，并且能够追随柔软的测量对象物的变形及动作，而且对伸缩变形、重复变形的耐久性良好。
[0026]发明效果
[0027]按照以上说明那样，本发明的用于测量伸缩变形形变量和/或伸缩变形形变分布的电容量型传感器片伸长程度较大，能够追随柔软的测量对象物的变形及动作，并且对伸缩变形、重复变形的耐久性良好。
【附图说明】
[0028]图1是本发明的第I实施方式的电容量型传感器片I的俯视立体图。
[0029]图2是用于说明实施例的“相对于传感器片变形的电容量变化的测量”所使用的传感器片的示意图。
[0030]图3表示使用实施例1的电容量型传感器片进行“相对于重复变形的电阻变化的测量”的测量结果。
[0031]图4表示使用实施例2的电容量型传感器片进行“相对于重复变形的电阻变化的测量”的测量结果。
[0032]图5表示使用实施例3的电容量型传感器片进行“相对于重复变形的电阻变化的测量”的测量结果。
[0033]图6表示使用实施例4的电容量型传感器片进行“相对于重复变形的电阻变化的测量”的测量结果。
[0034]图7表示使用比较例I的电容量型传感器片进行“相对于重复变形的电阻变化的测量”的测量结果。
[0035]图8表示使用实施例1的电容量型传感器片进行“相对于传感器片变形的电容量变化的测量”的测量结果。
[0036]图9表示使用实施例3的电容量型传感器片进行“相对于传感器片变形的电容量变化的测量”的测量结果。
[0037]图10表示使用实施例1的电容量型传感器片进行“相对于经过重复变形的传感器片变形的电容量变化(重复精度)的测量”的测量结果。
[0038]图11表示使用实施例3的电容量型传感器片进行“相对于经过重复变形的传感器片变形的电容量变化(重复精度)的测量”的测量结果。
[0039]图12是本发明的电容量型传感器片的制造方法的“电介质层形成工序”中，使用聚氨酯橡胶作为构成电介质层的弹性体的情况下，电介质层的成膜装置的示意图。
[0040]符号说明
[0041]I 电容量型传感器片
[0042]2 电介质层
[0043]3 检测电路
[0044]OlAl?16A1 表面侧连接部
[0045]OlA?16A 表面侧电极层
[0046]Ola?16a 表面侧配线
[0047]OlBl?16B1 背面侧连接部
[0048]OlB?16B 背面侧电极层
[0049]Olb?16b 背面侧配线
[0050]C0101 ?C1616 检测部
[0051]21 电容量型传感器片
[0052]22 电介质层
[0053]23 树脂框架
[0054]01A’?05A’表面侧电极层
[0055]01A’ I?05A’ I表面侧连接部
[0056]01B’?05B’背面侧电极层
[0057]01B’ I?05B’ I背面侧连接部
[0058]C，0101 ?C，0505 检测部
[0059]31 电介质层
[0060