(57)【要約】【課題】剛直な平面、軟らかい凹凸面など、どのような硬さ、形状、大きさであっても確実に検出できる、接触安全メンブレンスイッチ構造体を、提供することを目的とする。【解決手段】剛直な基体２上にあって１００〜３５０μｍのポリエステルフィルム１２に複数の導電材がライン幅２〜４ｍｍ、ライン間隔３〜３０ｍｍにライン状に印刷され、該ラインと交叉するように１本のライン幅２〜４ｍｍの導電材が印刷された下部ライン電極３と、同様に印刷された上部ライン電極６を該ラインが交叉するように絶縁スペーサ間隔５〜４０ｍｍの絶縁スペーサ７を介して配置し、検出面に目付量２００〜５００ｇ／ｍ２塗布された接着材９を介して硬度５〜５０、復元時間３秒以内のスポンジ８を一体化した構成からなる接触安全メンブレンスイッチ構造体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛直な基体上にあって、厚さ１００〜３５０μｍのポリエステルフィルムを基材とし、その表面に複数の導電材がライン状に印刷され、該ラインと交叉するように１本の導電材が印刷された下部ライン電極コモン線を配置した下部ライン電極と、該下部ライン電極と交叉するように複数の導電材がライン状に印刷され、該ラインと交叉するように１本の導電材が印刷された上部ライン電極コモン線を配置した上部ライン電極を、絶縁スペーサを介して対向して配置されたメンブレンスイッチと、このスイッチの検出面に、目付量２００〜５００ｇ／ｍ２の接着材を介して積層された硬度５〜５０、復元時間３秒以内のスポンジを設けたことを特徴とする、接触安全メンブレンスイッチ構造体。
【請求項２】
「請求項１」記載の接触安全メンブレンスイッチ構造体において前記導電材は、導電インクである銀ペーストおよびカーボンペーストを用い、スクリーン印刷により印刷された厚さが１０〜２５μｍである事を特徴とする、接触安全メンブレンスイッチ構造体。
【請求項３】
「請求項１」記載の接触安全メンブレンスイッチ構造体において、前記下部ライン電極および上部ライン電極のライン幅は２〜４ｍｍ、ライン間隔は３〜３０ｍｍ。前記下部ライン電極コモン線および上部ライン電極コモン線のライン幅は２〜４ｍｍであり、前記絶縁スペーサが、「請求項２」記載の下部ライン電極および上部ライン電極の一部のライン上に絶縁スペーサ間隔５〜４０ｍｍで配置され、又、下部ライン電極コモン線及び上部ライン電極コモン線の全てのライン上に配置されることを特徴とする接触安全メンブレンスイッチ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は、医用機器、産業用機器の可動部の移動体が、人体や周辺装置に接触したことを検出する、接触安全メンブレンスイッチ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】従来のメンブレンスイッチは、ポリエステルフィルムに、導電材をマトリックス状に形成し、絶縁スペーサを介して対向させ、これを上下方向より押圧することにより前記ポリエステルフィルム上の導電材を接触させてスイッチとする方法が提案されている。又、金属電極とスポンジを積層したもの、ポリエステルフィルムに、金属箔を貼り合せ、スポンジを積層したもの、ラバーキャップを導電接点に設けたものが、提案されており、衝撃の吸収・多方向からの荷重の検出手段として有効であるとされている。
【特許文献１】特開２００２−３６７４８０号公報
【特許文献２】登録実案第３０００４０２号公報
【特許文献３】特開平９−３２９５１１号公報
【特許文献４】特開２００１−２５６８５３号公報
【特許文献５】特開平８−２５５５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】しかし、ポリエステルフィルムに導電材をマトリックス状に印刷したものは、ポリエステルフィルムをたわましてＯＮ・ＯＦＦ動作を行うので、１ヶ所に動作荷重以上の過荷重が長時間加わったとき、導電材同志が密着して復元性がなくなるという問題があった。
また、金属板のように、剛直で平面な障害物に平行に接触した場合、複数ある絶縁スペーサ上にのみ荷重が加わるためポリエステルフィルムの変形を阻害し、ポリエステルフィルムがたわまない為、ＯＮ・ＯＦＦ動作が行われないという致命的な問題もあった。導電材として薄い金属膜，又は、金属箔を使い、スイッチとする方法は数多く提案されているが、過荷重が加わったと時、金属膜，又は、金属箔が塑性変形して、ＯＮ状態から復元しなかったり、更には破損してしまうという問題があった。
接触安全メンブレンスイッチは、硬さが軟らかいもの、硬いもの、形状が平面、凹凸面、角面、丸面なもの、長さが短いもの、長いもの、いずれのものが接触しても確実に動作するものが望まれている
そこでこの発明は、人体のような軟らかくて凹凸面のあるもの、コンクリート面、鉄板構造物のような硬くて平面、角面、丸面のあるもの、すなわち、人体のいずれの部分、剛直なコンクリート面、鉄板構造物のいずれの部分が多方向からいかなる長さで、又、いかなる荷重で接触しても確実に動作する接触安全メンブレンスイッチ構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】以上の課題を解決するために、本願の請求項１記載の発明では、剛直な基体上にあって厚さ１００〜３５０μｍのポリエステルフィルムを基材とし、その表面に複数の導電材がライン状に印刷され、該ラインと交叉するように１本の導電材が印刷された下部ライン電極コモン線を配置した下部ライン電極と、該下部ライン電極と交叉するように複数の導電材がライン状に印刷され、該ラインと交叉するように１本の導電材が印刷された上部ライン電極コモン線を配置した上部ライン電極とを、絶縁スペーサを介して配置されたメンブレンスイッチと、このスイッチの検出面に目付量２００〜５００ｇ／ｍ２の接着材を介して積層された硬度５〜５０、復元時間３秒以内のスポンジを設けた接触安全メンブレンスイッチ構造体にあり、特に、電極をライン状に導電材を印刷することにより過荷重が長時間加わったとき接触する導電材の面積が少ないことと、積層された硬度５〜５０のスポンジが検出面に一体化されていることから、スポンジの大きな変形効果により剛直なコンクリート面、鉄板構造物が検出面に平行に接触しても、確実にＯＮ・ＯＦＦする効果がある。
又、目付量２００〜５００ｇ／ｍ２の接着材を介してメンブレンスイッチ検出面とスポンジが接着されることにより、除荷重時のスポンジの復元力とポリエステルフィルムの復元力が相乗し、前記導電材同志の密着を防ぐ復元力に効果がある。コモン線を下部ライン電極及び、上部ライン電極に配置することにより、リード線引出し位置が、自由に決められる効果がある。【０００５】本願請求項２記載の発明では、請求項１記載の接触安全メンブレンスイッチ構造体において、導電材は導電インクである銀ペーストおよびカーボンペーストを用いスクリーン印刷により印刷された厚さが１０〜２５μｍであり、金属膜のような過荷重による塑性変形がないという効果がある。【０００６】本願請求項３記載の発明では、請求項１記載の接触安全メンブレンスイッチ構造体において、下部ライン電極及び上部ライン電極のライン幅は２〜４ｍｍ、ライン間隔は３〜３０ｍｍ、下部ライン電極コモン線、及び上部ライン電極コモン線のライン幅は２〜４ｍｍであり、絶縁スペーサは、請求項２記載の下部ライン電極、及び上部ライン電極の一部のライン上に絶縁スペーサ間隔５〜４０ｍｍで配置され、又、下部ライン電極コモン線、及び、上部ライン電極コモン線の全てのライン上に配置されており、人体が接触しても、人体に傷をつけない程度の小さい荷重から、コンクリート面に衝突する時の大きな荷重までを、スイッチの損傷が無く、確実に検出できる効果があり、ライン上に絶縁スペーサを貼ることにより、導電材のライン間隔が正確に確保でき、安定した動作荷重品質の提供に効果がある。
【発明の効果】
【０００７】以上のように、本発明の接触安全メンブレンスイッチ構造体は、剛直な基体上にあって、複数の導電材を絶縁材のポリエステルフィルム上に平行に配列し、それに交叉するコモン線を有する下部ライン電極と、該下部ライン電極の導電材と交叉するように複数の導電材を絶縁材のポリエステルフィルム上に平行に配列し、それに交叉するコモン線を有する上部ライン電極とを絶縁スペーサを介して設置し、該上部ライン電極に接着材を介してスポンジを積層した接触安全メンブレンスイッチ構造体にあり、コンクリート・金属板のような剛直な平面が接触しても、人体のような軟らかい凹凸のある物体が接触しても、確実にスイッチが作動し、いかなる硬さ、形状に対しても、又、予期しない過荷重が長時間負荷されても確実に検出できる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は接触安全メンブレンスイッチ構造体１の断面図である。この接触安全メンブレンスイッチ構造体１は、剛直な基体２上にあって、ポリエステルフィルム１２を基材とし、その表面に複数の導電材がライン状に印刷された下部導電ライン接点４を設置した下部ライン電極３と、同じく複数の導電材がライン状に印刷された上部導電ライン接点６を配置した上部ライン電極６が絶縁スペーサ７を介して対向し、検出面である上部ライン電極５に接着材を塗布して接着層９となす上にスポンジ８を貼り合わせ、上部ライン電極５とスポンジ８を一体化せしめる。絶縁スペーサ７は、複数の導電材がライン状に印刷されたところを全面覆うように所定の間隔である絶縁スペーサ間隔で貼り合わされる。【０００９】図２は図１に示す接触安全メンブレンスイッチ構造体１の下部ライン電極３の平面図である。下部ライン電極３ａは、ポリエステルフィルム１２を基材とし、その片方の表面に複数の導電材がライン状に印刷された下部導電ライン接点４ａと、該ラインと交叉するように１本の導電材が印刷された下部ライン電極コモン線１０が配置されている。【００１０】図３は図１に示す接触安全メンブレンスイッチ構造体１の上部ライン電極５の平面図である。上部ライン電極５ａはポリエステルフィルム１２を基体とし、その片方の表面に複数の導電材がライン状に印刷された上部導電ライン接点６ａと、該ラインと交叉するように１本の導電材が印刷された上部ライン電極コモン線１１が配置されている。【００１１】ポリエステルフィルム１２の厚さは１００〜３５０μｍである。１００μｍ以下であればスイッチとして繰り返し使用により、ポリエステルフィルム１２が塑性変形しやすい。又、３５０μｍ以上の厚さでは、剛性が強くなりポリエステルフィルム１２のたわみを利用してスイッチのＯＮ・ＯＦＦ動作が行われなくなる。ポリエステルフィルム１２以外の塩ビフィルム、シリコンフィルム、オレフィンフィルムでは軟らかすぎてフィルム自体の反撥性がなく、荷重が加わったときのたわみが復元しない。【００１２】ライン状に印刷された下部導電ライン接点４ａ及び上部ライン接点６ａの導電性のラインは、厚さ１０〜２５μｍである。厚さが１０μｍ以下であれば、導電層が薄くなり，安定した抵抗値が保持できない。又、厚さ２５μｍ以上では動作荷重以上の過荷重が加わったとき、展伸性のない銀・カーボンは、衝撃で破損する恐れがある。
導電材としては導電インクである銀ペースト、カーボンペーストを使用する。
ポリエステルフィルム１２の片方の面に銀ペーストをスクリーン印刷し、加熱乾燥後その上からカーボンペーストをスクリーン印刷し、加熱乾燥し総厚１０〜２５μｍとする。導電材として金属の薄膜、又は、金属箔は使用できない。過荷重時塑性変形してしまい、上下接点の金属が接触して、スイッチがＯＮ状態のみになり、復元しなくなる。
ライン幅１３は、２〜４ｍｍ、ライン間隔１４は、３〜３０ｍｍである。ライン幅が２ｍｍ以下ではポリエステルフィルム１２のたわみを利用してスイッチのＯＮ・ＯＦＦ動作を行わせているため、下部ライン電極３ａの下部導電ライン接点４ａと、上部ライン電極５ａの上部導電ライン接点６ａが，荷重時に接する確実性に欠け、スイッチ接点としての信頼性が悪くなる。
ライン幅１３が４ｍｍ以上になると、その上に貼り合わされている絶縁スペーサ７の幅が広くなりすぎ、下部導電ライン接点４ａ及び上部導電ライン接点６ａの全幅を確実に覆い、ライン接点を確実に絶縁することが難しくなり、又、絶縁スペーサ７の蛇行を促し，隣接するライン接点を絶縁スペーサ７が一部覆ってしまうこともあり、動作荷重の品質の安定が保てない。又、接点の面積を小さくして，過荷重が長時間加わったときの復元性を良くする効果もある。【００１３】絶縁スペーサ７の幅は、下部導電ライン接点４ａ及び上部導電ライン接点６ａのライン幅１３より２〜４ｍｍ広いことが望ましいが、、ライン幅１３を確実に覆い、絶縁すれば良いので、特に限定するものではない。
絶縁スペーサ７はポリエステルフィルム１２を基材とし、その両面に粘着材を塗布した両面粘着ポリエステルテープであり、総高さは５０〜１５０μｍが望ましいが、特に限定するものではない。
図２に示す下部ライン電極コモン線１０、及び、図３に示す上部ライン電極コモン線１１の表面は必ず絶縁スペーサ７で全幅覆われていることが必要である。
全幅覆われていない場合、下部ライン電極コモン線１０は上部導電ライン接点６ａに上部ライン電極コモン線１１は下部電極ライン接点４ａにそれぞれ平行に相対しており、下部ライン電極３ａと上部ライン電極５ａを対向してスイッチとなす場合、互いに接触してしまい、ＯＮ・ＯＦＦ動作が行われなくなる。【００１４】スポンジ８の硬さは、Ｊ１Ｓ−Ｋ６２５３タイプＥで５〜５０である。硬さが５以下の場合、軟らかすぎて障害物が接触したときの変形が大きく、障害物が基体まで押え込むことがあり、剛直な基体２を損傷する場合がある。又は、人体が接触した場合、剛直な基体２の剛性を受け、けがをする恐れが起き、接触安全の機能をはたさなくなる。
硬さが５０以上の場合剛直なコンクリート面、鉄板構造物が検出面に平行に接触した場合、スポンジの変形が小さいためＯＮ動作が行われなく、スイッチとしての機能がない。高さは５〜３０ｍｍが望ましいが、障害物の加速度によりその厚さを選択すればよいので、特に限定するものではない。
スポンジ８は、検出面である上部ライン電極５の上部導電ライン接点６ａ面の他の片方に接着材を目付量２００〜５００ｇ／ｍ２塗布し、一体化されている。
接着材のない場合、スポンジ８は上部ライン電極５と一体化されてなく、単に積み上げられているのみであり、接触安全メンブレンスイッチ１の検出面が下方、又は、垂直に取付けられたとき、スポンジ８の自重により落下し、接触安全メンブレンスイッチとしての体をなさない。
接着材の目付量２００ｇ／ｍ２以下の場合、検出面を下方に取付けると、スポンジ８と上部ライン電極５の接着力が弱いため、長時間使用時スポンジ８の自重によりスポンジ８と上部ライン電極５の界面が剥離しスポンジ８が落下してしまう。又は、一部のみ剥離し、安定した動作荷重が得られない。接着材の目付量５００ｇ／ｍ２以上の場合、接着層の厚さが不均一になりやすく、接着層表面が凹凸になりやすい。接着層表面の凸は、ＯＮ・ＯＦＦのスイッチ動作の場合、接着材の固化した部分が、ポリエステルフィルムを加圧状態にする場合があり、誤作動原因となる。
スポンジ８の復元時間は３秒以下である。３秒をこえる復元時間のスポンジ８は接触安全メンブレンスイッチ構造体１の検出面が長時間加圧された後、除圧されてもスポンジ自体の変形が上部ライン電極５の復元を阻害し、又、ゆっくりした復元はスイッチ接点のチャタリングを発生させ、そのスパークにより、導電材のカーボンが焼け、導電性がなくなり、接点寿命を短くする。
【実施例１】
【００１５】この発明のスポンジが設置されている場合の効果を，実施例で説明する。
スポンジ硬さ・厚さの動作荷重への効果について，下記の条件で試験を実施し、その結果のデータを表１に示す。
試験条件：導電材である銀ペーストの上にカーボンペーストが総厚１５μｍ、ライン幅３ｍｍ、ライン間隔３ｍｍに、スクリーン印刷された１８０μｍのポリエステルフィルムを電極とし、該電極一対を総厚１００μｍ、幅５ｍｍの両面粘着ポリエステルテープの絶縁スペーサを介して対向し、スイッチとする。
絶縁スペーサ間隔は、５ｍｍとする。該スイッチ形状は５０ｍｍ角とし、厚さ５ｍｍの鉄板上にスイッチを設置し、その上である検出面にセメダイン社製シリコン接着剤スーパーＸ，ＡＸ−０３９を目付量３００ｇ／ｍ２塗布し、５０ｍｍ角の，所定の硬度、復元時間１秒、所定厚さのスポンジを貼り合わせ、検出面と一体化する。
さらにその上に，５ｍｍ厚の鉄板を設置し，その上部よりロードセルで加圧する。
判定条件：導電材から引き出されたリード線にテスターを接続し、その抵抗値の数値が５００Ω以下になったときのロードセルの値を動作荷重とする。
試験結果：検出面の上に接着材を介してスポンジを設置することにより、確実に動作する効果がある。スポンジの材質・厚さは、スイッチ動作に影響しないが、硬さは大きく影響する。スポンジ硬度が６０では動作しない。すなわち、剛直で平面な金属板のような障害物を検出できない。【００１６】
【表１】
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【比較例】
【００１７】この発明の
【実施例】
【００１５】に対比する比較例を、スポンジが設置されていない場合の効果として実施し、その結果のデータを表２に示す。
試験条件：導電材である銀ペーストの上にカーボンペーストが総厚１５μｍ、ライン幅３ｍｍ、ライン間隔３ｍｍにスクリーン印刷された１８０μｍのポリエステルフィルムを電極とし、該電極一対を絶縁スペーサ総厚１００μｍ幅５ｍｍを介して対向し、スイッチとする。
絶縁スペーサ間隔は、所定の間隔とする。
該スイッチ形状は５０ｍｍ角とし、その下に厚さ５ｍｍの鉄板を設置しその上である検出面に５ｍｍ厚の鉄板を設置し，その上部よりロードセルで加圧する。
判定条件：
【実施例】
【００１５】の判定条件に同じ
試験結果：絶縁スペーサにまたがって、すなわち、絶縁スペーサ間隔より長くて、剛直な金属板が障害物である場合は、スイッチが動作しない。【００１８】
【表２】
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【実施例２】
【００１９】この発明のスイッチ復元時間に与える絶縁スペーサ間隔とスポンジ復元時間の効果を、実施例で説明する。
スポンジ復元時間・絶縁スペーサ間隔のスイッチ復元時間への効果について、下記の条件で実施し、その結果のデータを表３に示す。
試験条件：導電材である銀ペーストの上にカーボンペーストがライン幅３ｍｍ、ライン間隔３ｍｍ、総厚１５μｍ、にスクリーン印刷された１８０μｍのポリエステルフィルムを電極とし、該電極一対を総厚１００μｍ、幅５ｍｍの両面粘着ポリエステルテープを、所定の間隔に設置した絶縁スペーサを介して対向し、スイッチとする。
該スイッチ形状は１００ｍｍ角とし、厚さ５ｍｍの鉄板上にスイッチを設置し、その上である検出面にセメダイン社製シリコン接着剤スーパーＸＡＸ−０３９を目付量３００ｇ／ｍ２塗布し、１００ｍｍ角の硬度２０、復元時間１秒，厚さ１５ｍｍのスポンジを貼り合わせ、検出面と一体化する。
さらにその上に５ｍｍ厚の鉄板を設置し、その上部より２０ｋｇの重りを置き２４時間静置する。
スポンジ復元時間の測定方法は径１００ｍｍ、重さ１ｋｇの円形の重りにて１分加重後、重りを取り除いた後、スポンジが水平に復元するまでの時間を測定する。スポンジ復元時間は、その復元までの時間とする。
判定条件：導電材から引き出されたリード線にテスターを接続し、２０ｋｇの重りを取り除いてからその抵抗値の数値が無限大になるまでの時間を測定しスイッチ復元時間とする。
試験結果：スポンジ復元時間、及び、絶縁スペーサ間隔の特定は、スイッチの正確な動作である、スイッチ復元時間に効果がある。すなわち、動作荷重を超える予期しない過荷重が，長時間加わった場合でも、スポンジ復元時間３秒以下，絶縁スペーサ間隔４０ｍｍ以内であればスイッチとしての機能は損なわれず、安定した品質を保持できる効果がある。【００２０】
【表３】
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【実施形態の効果】
【００２１】この実施形態によればスポンジ８の働きにより、絶縁スペーサ７の真上から、又、真上にまたがるいかなる硬さ、形状の障害物に対しても、確実に検出することができる。上部ライン電極５は、接着材９によりスポンジ８が一体化されているので、大きなズリ剪断、いかなる方向からの荷重を受けても、スポンジ８がずれることなく確実に検出し、復元する。
スポンジ８は、予想以上の過荷重が加わっても荷重を吸収し分散させるため、スイッチの破損を防止する。
スポンジ８の硬さと、絶縁スペーサ７の間隔を変えることにより、想定される障害物の加速度に合わせて、検出する動作荷重を変えることができる。障害物の加速度が想定されない場合であっても、スイッチの損傷を防止できる効果がある。
下部導電ライン接点４ａ、及び、上部導電ライン接点６ａに、下部ライン電極コモン線１０、及び、上部ライン電極コモン線１１を、それぞれ設けることにより、下部導電ライン接点４ａと，下部ライン電極コモン線１０が、上部導電ライン接点６ａと上部ライン電極コモン線１１が、それぞれ，電気的に一本につながれた状態であり、リード線引出し位置が、自由に選べることから、線材の引き回しにより発生する、検出できない不感知部を極力少なくできる効果がある。
【他の実施形態】
【００２２】図１のスポンジ８の上に、塩ビシート、ウレタンシート、シリコンシート等ゴム，又は、脂のシート、厚さ０．３〜１．０ｍｍを，接着材を塗付して、被覆してもよい
図１のスポンジ８は、型成型による皮膜付きを用いてもよい。
図２及び図３の下部ライン電極コモン線１０及び上部ライン電極コモン線１１の角度は、下部導電ライン接点４ａ、及び、上部導電ライン接点６ａに対し９０度〜４５度の角度をつけてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】この発明による接触安全メンブレンスイッチは、医用機器の可動部，産業用ロボットの可動部に取付けられ、その可動部が、人体に接触・衝突する、又は、その可動部に人体が、機器の周辺の金属製装置・コンクリートの壁等に挟まれることが予想される所に有効であり、その利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】接触安全メンブレンスイッチ構造体の断面図
【図２】下部ライン電極の平面図
【図３】上部ライン電極の平面図
【図４】下部ライン電極の絶縁スペーサを設けた断面図
【符号の説明】
【００２５】        １    接触安全メンブレンスイッチ構造体
２    基体
３    下部ライン電極
３ａ  下部ライン電極
４    下部導電ライン接点
４ａ  下部導電ライン接点
５    上部ライン電極
５ａ  上部ライン電極
６    上部導電ライン接点
６ａ  上部導電ライン接点
７    絶縁スペーサ
８    スポンジ
９    接着材
１０    下部ライン電極コモン線
１１    上部ライン電極コモン線
１２    ポリエステルフィルム
１３    ライン幅
１４    ライン間隔
１５    絶縁スペーサ間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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