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圧力センサー用シート、圧力センサーおよび圧力センサー用シートの製造方法

国内特許コード P170014257
整理番号 (E114P13)
掲載日 2017年6月23日
出願番号 特願2015-561033
出願日 平成27年2月5日(2015.2.5)
国際出願番号 JP2015053287
国際公開番号 WO2015119211
国際出願日 平成27年2月5日(2015.2.5)
国際公開日 平成27年8月13日(2015.8.13)
優先権データ
  • 特願2014-021488 (2014.2.6) JP
発明者
  • 李 誠遠
  • 染谷 隆夫
  • 関谷 毅
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 圧力センサー用シート、圧力センサーおよび圧力センサー用シートの製造方法
発明の概要 フレキシブル性が高く、より高感度な極薄の圧力センサー用シート及び圧力センサー並びに圧力センサー用シートの製造方法を提供するために、本発明の圧力センサー用シート(10)は、第1の電極シート(1a)と、第2の電極シート(1b)と、前記第1の電極シート(1a)と前記第2の電極シート(1b)の間に配置され、押しつぶされることで抵抗値が変化する導電性繊維(2)が絡み合ってなる綿状の感圧導電層(3)と、を備え、前記導電性繊維(2)は二つの電極シートに平行な方向に配向して延在し、さらに垂直な方向に積層して配設され、さらに前記感圧導電層を構成する前記導電性繊維同士の間に、空隙部を有することを特徴とする。
従来技術、競合技術の概要


有機半導体でつくるフレキシブルエレクトロニクスは、素材の軟らかさから、人体の表面や体内にフィットする。そのため、細胞や組織から直接生体情報を得る手段として、フレキシブルエレクトロニクスを利用することに、近年注目が集まっている。



圧力センサーは、その応用の一つとして注目されている。圧力センサーは、加えられた圧力を電気的な信号として出力するものである。圧力センサーは、例えば、人工皮膚やロボットの操作等において広く利用されている(特許文献1)。これらの技術は日夜進歩しており、より精密なデータを得ることが求められている。より精密なデータを得る為には、圧力センサーが、被測定物の形状によりフィットすることや、曲げ伸ばし等の動きにも追従することが必要である。したがって、よりフレキシブルでかつ薄い圧力センサーが求められている。



このような圧力センサーを実現するために、以下のような検討が進められている。
特許文献2には、単純マトリクスの感圧センサーとして、円筒状弾性体と、その円筒状弾性体の外周面に層状に形成された導電体層と、その導電体層上に形成された誘電体層とからなる感圧用線材を縦横に編み込んだ感圧シートが開示されている。
特許文献3には、電極と感圧導電シートとトランジスタを利用したアクティブマトリクスの感圧センサーが開示されており、シリコンゴムにグラファイトが添加された感圧導電シートが開示されている。
特許文献4には、感圧導電シートとして、ゴム基材の表面に導電材を含有する樹脂塗膜を形成して、二層以上の構成としたフレキシブルな感圧センサーが開示されている。二層以上の構成とすることで、圧力-抵抗変化のヒステリシスを改善することができる。

産業上の利用分野


本発明は、圧力センサー用シート、圧力センサーおよび圧力センサー用シートの製造方法に関する。
本願は、2014年2月6日に、日本に出願された特願2014-021488号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許請求の範囲 【請求項1】
第1の電極シートと、第2の電極シートと、前記第1の電極シートと前記第2の電極シートの間に配置され、押しつぶされることで抵抗値が変化する導電性繊維が絡み合ってなる綿状の感圧導電層と、を備え、
前記導電性繊維は二つの電極シートに平行な方向に配向して延在し、かつ垂直な方向に積層して配設され、
さらに前記感圧導電層を構成する前記導電性繊維同士の間に、空隙部を有することを特徴とする圧力センサー用シート。

【請求項2】
前記導電性繊維が、高分子材料に導電性材料が分散されたものであることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項3】
前記導電性材料が、第1の導電性材料及び第2の導電性材料からなり、
前記第1の導電性材料は線状の導電性材料であり、
前記第2の導電性材料は粒子状(鱗片状を含む)の導電性材料であることを特徴とする請求項2に記載の圧力センサー用シート。

【請求項4】
前記第1の導電性材料が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノホーンであり、
前記第2の導電性材料が、グラフェンまたはカーボンブラックであることを特徴とする請求項3に記載の圧力センサー用シート。

【請求項5】
前記導電性繊維における、前記第1の導電性材料の質量比は、前記第2の導電性材料の質量比より小さいことを特徴とする請求項3に記載の圧力センサー用シート。

【請求項6】
前記感圧導電層を構成する前記導電性繊維のうち、前記第1の電極シートまたは前記第2の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が、前記第1の電極シートまたは前記第2の電極シートに結着していることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項7】
前記感圧導電層と前記第2電極との間に、第2の導電性繊維が絡み合ってなる第2の感圧導電層をさらに有し、
前記導電性繊維の前記第1の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が前記第1の電極シートに結着し、
前記第2の導電性繊維の前記第2の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が前記第2の電極シートに結着していることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項8】
前記感圧導電層と前記第2の感圧導電層とが接着されていることを特徴とする請求項7に記載の圧力センサー用シート。

【請求項9】
前記高分子材料が、エラストマーであることを特徴とする請求項2に記載の圧力センサー用シート。

【請求項10】
前記第1の電極シートおよび前記第2の電極シートが、透明電極であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項11】
前記感圧導電層は、前記電極シートに垂直な方向から見て、前記導電性繊維がない空隙部を有していることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項12】
前記導電性繊維の直径は、前記第1の電極シートおよび前記第2の電極シートの厚さより小さいことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項13】
前記導電性繊維の直径が100nm~10μmであることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項14】
前記感圧導電層の厚さは、前記第1の電極シートと前記第2の電極シートの厚さの合計より小さいことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項15】
前記第1の電極シートと前記第2の電極シートの厚さは、略同等であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項16】
前記第1の電極シートまたは前記第2の電極シートは通気性を有することを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項17】
前記感圧導電層の厚さが、前記導電性繊維の直径の2倍以上、100倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項18】
前記感圧導電層の厚さが、0.5μm~100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項19】
前記感圧導電層中に、非導電性繊維が混在していることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサー用シート。

【請求項20】
請求項1に記載の圧力センサー用シートの、前記第1の電極シートまたは前記第2の電極シートの少なくとも一方の電極が、トランジスタに接続されていることを特徴とする圧力センサー。

【請求項21】
請求項1に記載の圧力センサー用シートの製造方法であって、
高分子材料と導電性材料とを含む分散系液体をエレクトロスピニングデポジション法で第1の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成することを特徴とする圧力センサー用シートの製造方法。

【請求項22】
溶媒に、第1の導電材料とイオン液体とを混合し、溶媒中に第1の導電材料が分散した第1の分散系を得る第1の工程と、
溶媒に、第2の導電材料を混合し、溶媒中に第2の導電材料が分散した第2の分散系を得る第2の工程と、
第1の分散系と第2の分散系を混合し、第3の分散系を得る第3の工程と、
第3の分散系に高分子材料を加え、撹拌し、第4の分散系を得る第4の工程と、
第4の分散系をエレクトロスピニングデポジション法で第1の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成する第5の工程と、
を有することを特徴とする圧力センサー用シートの製造方法。

【請求項23】
前記高分子材料と前記導電性材料とを含む分散系液体を、エレクトロスピニングデポジション法で第2の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる第2の感圧導電層を形成する工程と、
前記感圧導電層と、前記第2の感圧導電層を結着させる工程と、をさらに有することを特徴とする請求項21または22のいずれかに記載の圧力センサー用シートの製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2015561033thum.jpg
出願権利状態 公開
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 染谷生体調和エレクトロニクス 領域
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