電容量型傳感器片、電容量型傳感器片的制造方法及傳感器的制造方法
【專利說明】電容量型傳感器片、電容量型傳感器片的制造方法及傳感
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技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量伸縮變形形變量和/或伸縮變形形變分布的電容量型傳感器片及該電容量型傳感器片的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容量型傳感器片能夠根據(jù)一對電極層間的電容量變化，檢測測量對象物的凸凹形狀等，并能夠用于面壓分布傳感器或形變測量計等的傳感器。通常，電容量型傳感器的電容量(電容)由以下公式(I)表示。
[0003]C = ε。ε rS/d...(I)
[0004]這里，C表不電容，ε。表不自由空間的介電常數(shù)，ε r表不電介質(zhì)層的相對介電常數(shù)，S表示電極層面積，d表示電極間距離。
[0005]以往，作為上述傳感器片，已知電介質(zhì)層被包含混合了導(dǎo)電性填充物的彈性體的一對電極層夾持的結(jié)構(gòu)的傳感器片(參照日本特開2010-43881號公報)。上述傳感器片中，由于電介質(zhì)層為彈性體，因此電容量的變化較大。
[0006]然而，當(dāng)用于面壓分布傳感器的電容量型傳感器片被要求具有相對于測量對象物的變形及動作的良好的追隨性時，在上述文獻(xiàn)中記載的電容量型傳感器片中，不能充分滿足該特性。另外，用于伸縮變形形變量和/或伸縮變形形變分布傳感器的電容量型傳感器片還被要求，即使傳感器片受到較大的伸縮變形、重復(fù)變形，電極層和電介質(zhì)層之間也難以發(fā)生層間剝離，電極層的導(dǎo)電性的下降(電阻的增加)減少等耐久性良好的特性。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-43881號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的問題
[0010]在以往的面壓分布傳感器所使用的電容量型傳感器片中，能夠?qū)y量對象物的載荷分布進(jìn)行測量，但無法獲知由載荷產(chǎn)生的變形量。例如，將傳感器片安裝在緩沖物那樣的柔軟物體上，當(dāng)向傳感器片施加載荷時，不能測量緩沖物如何發(fā)生了變形。
[0011]本發(fā)明是鑒于此而做出的，其目的是提供一種用于測量伸縮變形形變量和/或伸縮變形形變分布的電容量型傳感器片及電容量型傳感器片的制造方法，能夠追隨伸長程度大且柔軟的測量對象物的變形及動作，并且對伸縮變形、重復(fù)變形的耐久性良好。
[0012]用于解決問題的手段
[0013]為了解決上述問題進(jìn)行的發(fā)明是一種電容量型傳感器片，用于測量伸縮變形形變量及伸縮變形形變分布，其包括:彈性體制的電介質(zhì)層；層疊于所述電介質(zhì)層的表面的表面?zhèn)入姌O層；以及層疊于所述電介質(zhì)層的背面的背面?zhèn)入姌O層，所述表面?zhèn)入姌O層及所述背面?zhèn)入姌O層包含碳納米管，所述表面?zhèn)入姌O層及所述背面?zhèn)入姌O層的平均厚度分別為0.Ιμπι以上ΙΟμπι以下。
[0014]該電容量型傳感器片通過具有上述結(jié)構(gòu)，伸長程度較大并且能夠追隨柔軟的測量對象物的變形及動作，并且對伸縮變形、重復(fù)變形的耐久性良好。該電容量型傳感器片通過具有上述結(jié)構(gòu)，取得上述效果的理由為，表面?zhèn)入姌O層及背面?zhèn)入姌O層(以下，也稱為“一對電極層”)含有碳納米管，并且通過使該平均厚度如上述范圍那樣相對較薄，從而使一對電極層發(fā)揮對電介質(zhì)層變形的良好的追隨性，另外，通過如上所述使一對電極層的平均厚度相對較薄，能夠抑制一對電極層和電介質(zhì)層之間的層間剝離等。
[0015]所述表面?zhèn)入姌O層及所述背面?zhèn)入姌O層優(yōu)選通過涂布含有碳納米管的涂布液形成。由此，能夠進(jìn)一步提高上述表面?zhèn)入姌O層以及背面?zhèn)入姌O層與電介質(zhì)層之間的緊貼性，即使傳感器片受到較大的伸縮變形、重復(fù)變形，也能夠抑制一對電極層和電介質(zhì)層之間的層間剝離。
[0016]上述碳納米管的平均長度優(yōu)選為100 μm以上。一對電極層含有上述的超細(xì)長條的碳納米管，由此該電容量型傳感器片能夠使伸長程度進(jìn)一步增大，另外，能夠發(fā)揮對柔軟的測量對象物的變形及動作的更良好的追隨性。
[0017]本發(fā)明優(yōu)選，所述表面?zhèn)入姌O層及所述背面?zhèn)入姌O層分別包括多個帶狀體，從表里方向觀察，所述表面?zhèn)入姌O層和所述背面?zhèn)入姌O層呈大致直角交叉配置。通過上述結(jié)構(gòu)，該電容量型傳感器片在對測量對象物的變形的位置及大小進(jìn)行測量時，能夠利用外部的切換電路切換各電極配線的同時測量電容量，從而能夠使電極層的配置數(shù)及電極配線數(shù)更少，并且能夠檢測該電容量型傳感器片的形變量及形變的位置信息。
[0018]該電容量型傳感器片在I軸方向的伸長率優(yōu)選為30 %以上。通過使該電容量型傳感器片的伸長率為30%以上，能夠有效發(fā)揮對柔軟的測量對象物的變形及動作的良好的追隨性。
[0019]在所述表面?zhèn)入姌O層及所述背面?zhèn)入姌O層中，所述碳納米管的含有量相對于總固體成分優(yōu)選為50質(zhì)量％以上。通過設(shè)為這樣的含有比例，即使受到重復(fù)變形，也能夠進(jìn)一步抑制表面?zhèn)入姌O層OlA?16A的導(dǎo)電性下降(電阻的增加)，從而使耐久性更加良好。
[0020]所述表面?zhèn)入姌O層及背面?zhèn)入姌O層優(yōu)選實質(zhì)上僅由碳納米管形成。通過上述結(jié)構(gòu)，即使受到重復(fù)變形，也能夠進(jìn)一步抑制表面?zhèn)入姌O層OlA?16A的導(dǎo)電性的下降(電阻的增加)，從而能夠使耐久性更加良好。
[0021]所述碳納米管優(yōu)選為單層碳納米管。通過上述結(jié)構(gòu)，上述表面?zhèn)入姌O層及背面?zhèn)入姌O層能夠發(fā)揮更良好的伸縮性，并且能夠提高對上述電介質(zhì)層的追隨性。
[0022]本發(fā)明的電容量型傳感器片的制造方法包括:由彈性體材料形成的電介質(zhì)層的工序；以及通過涂布含有碳納米管的涂布液，分別在所述電介質(zhì)層的表面及背面層疊平均厚度為0.1 μ??以上ΙΟμ??以下的電極層的工序。
[0023]根據(jù)該電容量型傳感器片的制造方法，能夠有效制造電容量型傳感器片，該電容量型傳感器片伸長程度較大，并且能夠追隨柔軟的測量對象物的變形及動作，并且對伸縮變形、重復(fù)變形的耐久性良好。
[0024]本發(fā)明的用于測量伸縮變形形變量和/或伸縮變形形變分布的傳感器包括:該電容量型傳感器片；以及與所述電容量型傳感器片的表面?zhèn)入姌O層及背面?zhèn)入姌O層連接的檢測電路。
[0025]該傳感器由于使用本發(fā)明的電容量型傳感器片，伸長程度較大，并且能夠追隨柔軟的測量對象物的變形及動作，而且對伸縮變形、重復(fù)變形的耐久性良好。
[0026]發(fā)明效果
[0027]按照以上說明那樣，本發(fā)明的用于測量伸縮變形形變量和/或伸縮變形形變分布的電容量型傳感器片伸長程度較大，能夠追隨柔軟的測量對象物的變形及動作，并且對伸縮變形、重復(fù)變形的耐久性良好。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的第I實施方式的電容量型傳感器片I的俯視立體圖。
[0029]圖2是用于說明實施例的“相對于傳感器片變形的電容量變化的測量”所使用的傳感器片的示意圖。
[0030]圖3表示使用實施例1的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于重復(fù)變形的電阻變化的測量”的測量結(jié)果。
[0031]圖4表示使用實施例2的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于重復(fù)變形的電阻變化的測量”的測量結(jié)果。
[0032]圖5表示使用實施例3的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于重復(fù)變形的電阻變化的測量”的測量結(jié)果。
[0033]圖6表示使用實施例4的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于重復(fù)變形的電阻變化的測量”的測量結(jié)果。
[0034]圖7表示使用比較例I的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于重復(fù)變形的電阻變化的測量”的測量結(jié)果。
[0035]圖8表示使用實施例1的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于傳感器片變形的電容量變化的測量”的測量結(jié)果。
[0036]圖9表示使用實施例3的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于傳感器片變形的電容量變化的測量”的測量結(jié)果。
[0037]圖10表示使用實施例1的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于經(jīng)過重復(fù)變形的傳感器片變形的電容量變化(重復(fù)精度)的測量”的測量結(jié)果。
[0038]圖11表示使用實施例3的電容量型傳感器片進(jìn)行“相對于經(jīng)過重復(fù)變形的傳感器片變形的電容量變化(重復(fù)精度)的測量”的測量結(jié)果。
[0039]圖12是本發(fā)明的電容量型傳感器片的制造方法的“電介質(zhì)層形成工序”中，使用聚氨酯橡膠作為構(gòu)成電介質(zhì)層的彈性體的情況下，電介質(zhì)層的成膜裝置的示意圖。
[0040]符號說明
[0041]I 電容量型傳感器片
[0042]2 電介質(zhì)層
[0043]3 檢測電路
[0044]OlAl?16A1 表面?zhèn)冗B接部
[0045]OlA?16A 表面?zhèn)入姌O層
[0046]Ola?16a 表面?zhèn)扰渚€
[0047]OlBl?16B1 背面?zhèn)冗B接部
[0048]OlB?16B 背面?zhèn)入姌O層
[0049]Olb?16b 背面?zhèn)扰渚€
[0050]C0101 ?C1616 檢測部
[0051]21 電容量型傳感器片
[0052]22 電介質(zhì)層
[0053]23 樹脂框架
[0054]01A’?05A’表面?zhèn)入姌O層
[0055]01A’ I?05A’ I表面?zhèn)冗B接部
[0056]01B’?05B’背面?zhèn)入姌O層
[0057]01B’ I?05B’ I背面?zhèn)冗B接部
[0058]C，0101 ?C，0505 檢測部
[0059]31 電介質(zhì)層
[0060