JPH02236131A - 圧電型圧力分布センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数個の圧電素子をマトリクス状に配置して
接触圧力分布を検出する圧電型圧力分布センサに関し、
特に、圧電素子の吸湿を防止する構造が改良されたもの
に関する． 〔従来の技術〕 特開昭６２−２９７７３５号には、複数個の圧電素子を
マトリクス状に配置して接触圧力分布を検出するセンサ
が開示されている． ここでは、ベース部材上に配置された複数個の圧電素子
の上下両端に設けられた電橿間の電位差を測定すること
により、各圧電素子に加えられた圧力を算出し、それに
基づいて接触圧力分布を検出することが可能とされてい
る． 上記圧力分布センサにおける検出原理を第２図を参照し
て説明する． 第２図（ａ）に示すように、圧電素子１に上方から力Ｆ
が加えられると、圧電素子ｌに電荷Ｑが発生される．こ
の電荷Ｑを測定することにより、加えられる力Ｆが検出
される．この場合、Ｑ−ｄｓｓＸ９．８Ｆであり（　ｄ
　ｓｓは圧電素子ｌの圧電定数を示す．）、例えば力Ｆ
−１ｋｇ，圧電定数ｄ０−ｌ１０ｘｌＯ−”　　（Ｃ／
Ｎ）の場合には、Ｑ＝１．０７８ｘｌＯ−”（Ｃ）とい
う非常に小さな電荷が発生される． 他方、圧電素子ｌの両端の直流絶縁抵抗をＲ．（Ω）と
すると、先に加えた力Ｆにより発生した電荷Ｑは、抵抗
Ｒ１を介してリークすることになる．この場合、第２図
（ｂ）に示すように、圧電素子ｌの両端の電圧■は、 ■＝　（Ｑ／Ｃｏ　）ｅ−’て石 となる．ここで、Ｃ．は圧電素子ｌの容量と付加コンデ
ンサ２のトータルの容量を示す．リークにより、電圧Ｖ
が６３％に低下するときの時間ｔは、上式より−ｔ／　
（ＲＩ　Ｃ＠　）−−　１になるときであり、例えばＲ
，−ＩＧΩ，ＣＩ　＝３３００ｐＦの場合には、Ｌ−３
．３秒、Ｒ＋−１０ＧΩの場合ではｔ＝３３秒となる．
従って、圧電素子ｌを構成するセラミックの絶縁抵抗Ｒ
１は、少なくとも数ｌＯＧΩ必要であることがわかる．
そこで、従来、圧電素子ｌを構成するセラミックの絶縁
抵抗Ｒ，の低下を防止するために、すなわち圧電素子ｌ
の吸湿を防止するために、圧電素子ｌの周囲をフッ素系
コーティング剤やシリコン樹脂によりコーティングして
いた． 〔発明が解決しようとする技術的課題〕しかしながら、
上記のようなフッ素系樹脂コーテ〆冫グ剤やシリコン樹
脂では、十分な耐湿性を得ることができず、圧電素子ｌ
の絶縁抵抗の低下を十分に防止することが困難であった
．また、エポキシ系樹脂を用いれば耐湿性を改善し得る
ことがわかっているが、通常のエポキシ樹脂を用いた場
合には硬度が高いため、エポキシ樹脂を通じて加えられ
た力がリークし、正１１な接触圧力を検出することが不
可能となる． よって、本発明の目的は、圧電素子の吸湿を防止し、従
って絶縁抵抗の低下を防止することができ、かつ接触圧
力分布を正ｉ１に検出し得る圧電型圧力分布センサを提
供することにある．〔技術的課題を解決するための手段
〕 本発明ば、複数個の圧電素子をマトリクス状に配置して
、各圧電素子の上下方向に加えられる圧力を検知するこ
とにより接触圧力分布を検出する圧電型圧力分布センサ
において、複数個の圧電素子の側面の周囲を、ゴム弾性
を有するエポキシ系合成樹脂により封止したことを特徴
とする．本発明におけるゴム弾性とは、硬化時のゴム硬
度がショア硬度ＡＯ〜９０程度のものを意味し、通常の
エポキシ樹脂のシツア硬度Ｄ８０に比べて非常に軟らか
いものである． 〔作用】 複数個の圧電素子の側面の周囲がエポキシ系樹脂により
封止されているので、圧電素子の吸湿を効果的に防止す
ることができ、その結果、圧電素子の絶縁抵抗の低下を
有効に防止し得る．また、上記のようなゴム弾性を有す
るエポキシ系樹脂であるため、圧電素子に加えられた力
がエポキシ系樹脂を介して隣接する圧電素子にリークす
るおそれも少ない． 〔実施例の説明〕 第３図は、本発明の一実施例の概略斜視図である．本実
施例の圧電型圧力分布センサｌＯは、ステンレス等の導
電′峠材料よりなるケース蓋１１内に構成されている．
ケース！１１には、矩形の開口１１ａが形成されている
．この間口１１’ａ内の露出している部分が被測定物に
当接され、その圧力分布が検出される． 上記実施例の内部構造を、第４図の分解斜視図及び第１
図の断面図を参照して説明する．本実施例のセンサのケ
ースは、上述したケース蓋１１と、ベース部材ｌ２とに
より構成されている． ベース部材ｌ２上には、上方に突出された位置決めビン
１２ａ．１２ｂが形成されている．位置決めピン１２ａ
，１２ｂは、ベース部材１２上に載置される後述の各部
材の位置決めを果たすために設けられている． ベース部材ｌ２のコーナ一部分に、上方に突出した矩形
の突出部１２ｃ−１２ｆが形成されている．突出部１２
ｃ−１２ｆ．の側面には、ねじ孔ｌ３が形成されている
． ベース部材ｌ２の直上には、フレキシブル基板ｌ５が載
置されている．フレキシブル基板ｌ５には、位置決めピ
ン１２ａ，１２ｂに挿通される位置決め孔１５ａ，１５
ｂが形成されている．フレキシブル基板ｌ５の上面には
所定の配線パターン１６（第１図参Ｗｌ）が形成されて
おり、セ像線Ａで示す部分゛にチップ型コンデンサがＲ
置され、想像線Ｂで示す部分にＦＥＴが搭載される．さ
らに、想像線Ｃで示す４個の矩形領域には後述の圧電素
子が載置される．この圧電素子の下端面に形成された電
極と、フレキシブル基板ｌ５上の配線パターン１６とは
、導電性接着剤等により電気的に接続される． 他方、第１図に示すように、フレキシブル基板１５の下
面には、全面にアース電極ｌ７が形成されている．アー
ス電極ｌ７は、スルーホール１８によりフレキシブル基
板ｌ５の上面側の接続電極ｌ９に電気的に接続されてい
る． 第４図に戻り、２０はケーブルを示し、フレキシブル基
板ｌ５に設けられた入出力バッドに接続されている． フレキシブル基板ｌ５上には、矩形の樹脂枠２１が載置
される．樹脂枠２ｌ内には、４個の圧電素子２２〜２５
が収納される．そして、この樹脂枠２１内において、４
個の圧電素子２２〜２５の側面の周囲に、ゴム弾性を有
する耐湿性エポキシ系樹脂が充填される． すなわち第ｌ図に断面図で示されているように、充填さ
れたエポキシ系樹脂２６は、各圧電素子２２〜２５の側
面の周囲を封止するように充填されている．エポキシ系
合成樹脂であるため、耐湿性に優れ、従って圧電素子２
２〜２５の吸湿を効果的に抑制する． しかも、ゴム弾性を有するエポキシ系樹脂材であるため
、各圧電素子の上下方向に圧力が加えられたときに、該
力をリークするおそれもない．すなわち、エポキシ系樹
脂２６を介して加えられた力が隣接する他の圧電素子に
リークするおそれもない． 上記のようにゴム弾性を有するエポキシ系樹脂としては
、例えば商品名「エコゲル１３６５−４５」の下にグレ
ースジャバン株式会社より市販されているものを用いる
ことができる．このエコゲル１３６５−４５は、硬化時
のゴム硬度がシツア硬度ＡＯ〜９０程度であり、通常の
エポキシ樹脂のショワー硬度Ｄ８０に比べて非常やわら
かい．よって、前述のように隣合う圧電素子の力をほと
んどリークさせることがない． 圧電素子２２〜２５は、上下方向に圧力が加えられたと
きに圧電効果により電荷を発生する圧電材料よりなる．
圧電材料としては、圧電セラミックスや圧電性単結晶の
ような比較的剛性の高いものが用いられる． 第４図に戻り、樹脂枠２ｌ上には、開口２７ａを有する
弾性シ一ト２７が載置される．弾性シ一ト２７は、例え
ば合成ゴム等の弾性材料により構成されている．弾性シ
一ト２７上には、圧電素子を被測定物体に当接させる加
圧シートとして機能する第２のフレキシブル基Ｆｉ２Ｂ
が載置される．第２のフレキシブル基板２８の下面には
、全面にアース電極２８ｂ（第１図）が形成されている
．このアース電極２８ｂは、圧電素子２２．２４の上端
面の電極２２ａ，２４ａとＲ電性接着剤により電気的に
接続されている．第１図では図示されていない圧電素子
２３．２５の上端面の電極も、同様にアース電極２８ｂ
に電気的に接続される他方、フレキシブル基板２８の上
面には、第４図に示されているように矩形の電極パター
ン２８Ｃが形成されている．また、第２のフレキシブル
基板２８にもスルーホール２９が形成されており、該ス
ルーホール２９によりアース電極２８ｂと上面の電極パ
ターン２８ｃとが電気的に接続されている． フレキシブル基板２８の上方にはステンレス等の機械加
工によりその厚みを低減することが可能な材料よりなる
第１〜第４の高さ調整部材３０〜３３が、連結部３４に
より互いに連結された高さ調整プレート３５が付着され
ている． この高さ調整部材３０〜３３は、組立て後に、機械加工
によりその厚みを低減することにより各圧電素子２２〜
２５が設けられている部分のセンサの高さを均一にする
ために設けられている．上述した各構成部材をベース部
材ｌ２上に載置し、ケースｉｔを被せ、ねじ１４により
ケース蓋１ｌをベース部材ｌ２に固着することにより、
第３図の圧電型圧力分布センサｌＯを得ることができる
． 次に、本実施例の特徴的構造を、第１図を参照してより
具体的に説明する． 組込まれた形態では、圧電素子２２〜２５の側面の周囲
には、ゴム弾性を有するエポキシ系樹脂２６が充填され
封止されている．従って、各圧電素子が周囲の湿気から
確実に保護され、各圧電素子の絶縁抵抗の低下を効果的
に防止することが可能とされている．さらに、上記した
エポキシ系樹脂２６が非常に軟らかいゴム弾性を有する
ものであるため、上方から圧電素子に加えられた力が、
隣接する圧電素子にリークするおそれもほとんどない．
従って、接触圧力分布を正確に検出することが可能とさ
れている． なお、上記実施例では、複数個の圧電素子２２〜２５の
周囲に矩形の樹脂枠２ｌを配置したが、この枠２ｌは合
成樹脂以外の剛性材料から構成することも可能である．
また、その形状についても、後から行われるゴム弾性を
有するエポキシ樹脂２６の充填を可能とするものであれ
ば、特に問わない． 〔発明の効果〕 以上のように、本発明では、複数個の圧電素子の側面の
周囲がゴム弾性を有するエポキシ系樹脂により封止され
ているので、各圧電素子の吸湿を効果的に防止すること
ができ、従って圧電素子の絶縁抵抗の低下を確実に防止
し得る．しかも該エポキシ系樹脂がゴム弾性を有し非常
に軟らかいものであるため、圧電素子に加えられた力が
該エポキシ系樹脂を介して隣接する圧電素子にリークす
るおそれもほとんどない． 従って、周囲の環境に関わらず、当接される物体の接触
に基づく圧力分布を正確に検出し得る圧電型圧力分布セ
ンサを得ることが可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（ａ）は圧
電型圧力分布センサの検出原理を説明するための模式的
斜視図、第２図（ｂ）は検出原理を説明するための回路
図、第３図は本発明の一実施例の概略斜視図、第４図は
第３図実施例の分解斜視図である． 図において、１０は圧電型圧力分布センサ、２２〜２５
は圧電素子、２６はゴム弾性を有するエポキシ系樹脂を
示す． 第１図 第２図 １Ｆ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数個の圧電素子をマトリクス状に配置して、各圧電
   素子の上下方向に加わる圧力を検知することにより接触
   圧力分布を検出する圧電型圧力分布センサにおいて、 前記複数個の圧電素子の側面の周囲をゴム弾性を有する
   エポキシ系合成樹脂により封止したことを特徴とする、
   圧電型圧力分布センサ。