(57)【要約】【課題】組立工程の簡素化が可能で、かつ、信頼性の高い圧電センサを提供する。【解決手段】  シグナル電極２が形成された第１部とグランド電極３が形成された第２部とからなり、前記シグナル電極２とグランド電極３とが向かい合うように折り曲げられた基材１と、前記基材１に形成されたシグナル電極２とグランド電極３との間に挿入される圧電フィルム５と、折り曲げられた前記基材１を接着して、シグナル電極２、グランド電極３及び圧電フィルム５を固定する接着層６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成されたシグナル電極及びグランド電極が平面視で重なり合うように折り曲げられた基材と、
前記基材に形成された前記シグナル電極と前記グランド電極との間に挿入される圧電フィルムと、
折り曲げられた前記基材を接着して、前記シグナル電極、前記グランド電極及び前記圧電フィルムを固定する接着層とを有する圧電フィルムセンサ。
【請求項２】
前記シグナル電極及び前記グランド電極の両端子を、折り曲げられることにより区画される前記基材の複数の領域のうちの少なくとも一つの領域に集約して設けた請求項１に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項３】
前記シグナル電極及び前記グランド電極が、前記基材の同一面に形成されている請求項１又は２に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項４】
前記シグナル電極を有する面の裏面にさらに第２のグランド電極を形成した請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項５】
前記基材を少なくとも２箇所で折り曲げることにより、前記シグナル電極がグランド電極で挟まれた状態で平面視で重なり合うように構成した請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項６】
前記シグナル電極及び前記グランド電極の両端子を、前記基材の折り曲げ部に集約して設けた請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電フィルムセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電フィルムを備えた圧電フィルムセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高分子材料、特にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる圧電フィルムを備えた圧電センサは、例えば、ベッドやマット、シート等の弾力性のある支持体に掛かる荷重を検出し、人や動物、物体等の存在の有無を判定する圧力センサとして用いられる。圧電センサをこのような圧力センサとして用いる場合には、圧電センサを支持体における荷重検出位置に正確に配置するため、圧電体を圧力センサの支持体への配置形状に合わせて形成し、その表面に電極及び配線を設けることにより圧力センサを形成している。
【０００３】
このような圧電センサとしては、圧電フィルムの両面に銀ペーストを塗布して、一方の側をシグナル電極とし、他方の側をグランド電極として形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の圧電センサでは、圧電フィルムのシグナル電極の側に、さらに絶縁層とシールド層とがそれぞれ接着剤を介して積層してあり、圧電体のグランド電極の側には、絶縁層が接着剤を介して積層してある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の圧電センサは、圧電フィルム、電極層、シールド層、接着層、絶縁層等の複数の層を積層して製造するため、工程費用が増大し事実上製品化ができないという問題があった。また、積層するときに各層の端子部分を精度良く位置決めするのに多大な労力及びコストを要するという問題があった。
【０００６】
さらに、従来の圧電センサでは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる圧電フィルムの表面に銀ペーストを直接塗布して電極を設けている。しかし、ＰＶＤＦの耐熱温度は１２０℃以下と低く、銀ペーストを通常の乾燥温度である１５０℃程度で乾燥しようとするとＰＶＤＦの圧電特性が劣化してしまう可能性があるため、ＰＶＤＦ自体に安定した電極を形成することは困難である。またさらに、熱膨張率の差に起因して剥離、断線が発生する可能性もあり、信頼性を損なう要因を含んでいる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、組立工程の簡素化が可能で、かつ、信頼性の高い圧電センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するための本発明に係る圧電フィルムセンサの第一の特徴構成は、表面に形成されたシグナル電極及びグランド電極が平面視で重なり合うように折り曲げられた基材と、前記基材に形成された前記シグナル電極と前記グランド電極との間に挿入される圧電フィルムと、折り曲げられた前記基材を接着して、前記シグナル電極、前記グランド電極及び前記圧電フィルムを固定する接着層とを有する点にある。
【０００９】
本構成のように、表面に形成されたシグナル電極及びグランド電極が平面視で重なり合うように折り曲げられた基材の、２つの電極が重なり合う部分に対応させて圧電フィルムを配置することで、１枚の基材に２つの電極を形成しておいて、折り曲げ部で基材を折り曲げるだけで圧電フィルムセンサを製造することができる。このため、組立工程が簡素化され、製造コストを低減することができる。
【００１０】
本発明に係る圧電フィルムセンサの第二の特徴構成は、前記シグナル電極及び前記グランド電極の両端子を、折り曲げられることにより区画される前記基材の複数の領域のうちの少なくとも一つの領域に集約して設けた点にある。
【００１１】
上記の構成によれば、組立工程において基材を折り曲げる際に、前記シグナル電極及び前記グランド電極の多少の位置ずれが許容される。つまり、圧電フィルムセンサに両電極の端子部を形成するのに、本構成では両端子を、基材の折り曲げられることにより区画される複数の領域のうちの少なくとも一つの領域に予め形成してある。よって基材の折り曲げに際して端子間の位置ずれは生じない。このため、圧電フィルムセンサの組立工程を大幅に簡素化することができ、製造コストを低減することができる。
【００１２】
本発明に係る圧電フィルムセンサの第三の特徴構成は、前記シグナル電極及び前記グランド電極が、前記基材の同一面に形成されている点にある。
【００１３】
上記の構成によれば、電極の形成を基材の片面だけで済ませることができるため、電極形成の工程が簡略化され、製造コストをさらに低減することができる。
【００１４】
本発明に係る圧電フィルムセンサの第四の特徴構成は、前記シグナル電極を有する面の裏面にさらに第２のグランド電極を形成した点にある。
【００１５】
上記の構成によれば、シグナル電極の両面を２つのグランド電極で挟むように構成することができる。この結果、外部からのノイズは第２のグランド電極によって遮断されてシグナル電極には混入しない。よって感度の高い圧電フィルムセンサを提供することができる。しかも、シグナル電極を有する面の裏面にあらかじめ第２のグランド電極を形成しておいて基材を折り曲げるだけで良いので、圧電フィルムセンサの高感度化と組立工程の簡素化とを同時に実現することができる。
【００１６】
本発明に係る圧電フィルムセンサの第五の特徴構成は、前記基材を少なくとも２箇所で折り曲げることにより、前記シグナル電極がグランド電極で挟まれた状態で平面視で重なり合うように構成した点にある。ここで、シグナル電極を挟持するグランド電極は、別々のグランド電極で構成した場合はもちろんのこと、１つのグランド電極を折り曲げて構成した場合をも含む。
【００１７】
上記の構成によれば、シグナル電極をグランド電極で挟むことによって外部からのノイズが遮断されるため、それほど高くない位置精度で基材を２度折り曲げるだけの極めて簡素な組立工程で、高感度の圧電フィルムセンサを製造することができる。
【００１８】
本発明に係る圧電フィルムセンサの第六の特徴構成は、前記シグナル電極及び前記グランド電極の端子を、前記基材の折り曲げ部に集約して設けた点にある。
【００１９】
本構成であれば、折り曲げ部に設けられた端子部へ他の領域から敷設する電極の長さを短く設定することができる。よって電極の形成を効率的に行うことができる。
また上記の構成によれば、例えばシグナル電極及びグランド電極の端子が存在する部分にコネクタを接続すれば、端子コネクタが、基材の折り曲げ部を固定し、折り曲げられた基材が剥離する方向の力を制限するクランプとして機能することになる。これにより、よりいっそうの組立工程の簡素化及び圧電フィルムセンサとしての信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第一の実施形態〕
以下に、本発明に係る圧電フィルムセンサの第一の実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。
本実施形態に係る圧電フィルムセンサは、折り曲げ部１１を有する基材１と、基材１の表面に形成されたシグナル電極２及びグランド電極３と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる圧電フィルム５と、折り曲げられた基材１を接着するための接着層６とを備える。
圧電フィルム５は圧電効果によって電荷を発生するものであり、圧電フィルムセンサに外力が付与されて圧電フィルムセンサが変形した場合に、接着層６を介して設けられた電極から、圧電フィルム５で発生した電荷を電気信号として取り出すことができる。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る圧電フィルムセンサの、基材１に形成した電極パターンを示す平面展開図である。図１に示すように、基材１は、その折り曲げ部１１で２つの領域に区画される（本明細書においては、それぞれ基材第一部、基材第二部と表現する）。基材第一部１ａの表面にはシグナル電極２が、基材第二部１ｂの表面にはグランド電極３が形成されている。これらは基材１の同一面に形成されている。さらに、基材第一部１ａのシグナル電極２が形成された面の裏面には、第２のグランド電極４が形成されている。これらの電極は、例えば、電極印刷やエッチング等の公知の方法を用いて形成される。
このときグランド電極３は、基材第二部１ｂの表面全域にわたって形成されるとともに、折り曲げ部１１を越えて基材第一部１ａにまで伸びるように形成されている。
【００２２】
図２に示すように、基材１は、折り曲げ部１１でシグナル電極２及びグランド電極３が形成された面が内側となるように折り曲げられる。折り曲げによってこれらの電極は向かい合う構成となり、向かい合った２つの電極間にはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる圧電フィルム５が挿入される。シグナル電極２、グランド電極３及び圧電フィルム５は、基材１のこれらの間に介在させた接着層６によって固定される。このようにして得られる圧電フィルムセンサの検出部９の断面を図３に示す。
【００２３】
圧電フィルム５は、基材第一部１ａに形成されたシグナル電極２と基材第二部１ｂに形成されたグランド電極３とが重なり合う領域に挿入される。本実施形態においては、シグナル電極２のうち検出部９を構成する領域に対応する大きさの圧電フィルム５が挿入されている。圧電フィルム５の材料としては、ＰＶＤＦ以外にも、例えば、面状の高分子材料であるポリプロピレン等を用いたエレクトレット材を用いることができる。
【００２４】
接着層６は、基材１の全体に形成される。すなわち、基材第一部１ａと基材第二部１ｂとを全面にわたって接着させている。接着層６を構成する材料としては、反応系・溶液系・ホットメルト系等の接着剤や粘着剤等が使用でき、特に限定されない。但し、接着層６は電極間に存在する構成となるため、圧電フィルムセンサとしての感度を維持する観点からは、誘電率が高い接着剤を選択することが好ましい。また、同様の観点から接着層６は薄い方が好ましい。
なお、製造コスト低減のためにＰＶＤＦの使用量を抑えるべく、圧電フィルム５を重なり合うシグナル電極２とグランド電極３との間に部分的に挿入する構成にしても良い。この場合、グランド電極３とシグナル電極２とが向かい合っている領域よりも圧電フィルム５が存在する領域の方を小さく構成し、接着層６は基材１の大きさに合わせて構成する。この結果、接着層６は、圧電フィルム５の存在しない領域で２つの電極間に短絡が生じることを防止する役割を果たす。
接着層６は、基材１に相当する「基材付き接着剤」により構成されていても良い。
【００２５】
第２のグランド電極４はシールド電極として機能する。これにより外部からのノイズがシグナル電極２に混入することが防止され、圧電フィルムセンサとしての感度が向上する。それほど高い感度が要求されないような場面で利用される場合には、第２のグランド電極４は必ずしも必要ではない。
【００２６】
なお、図３では、折り曲げられた基材１の外側（基材第一部１ａでは第２のグランド電極４の外側）に固定剤７を介して保護フィルム８を設けた例を示している。本例では折り曲げられた基材１の上下各面にそれぞれ保護フィルム８を設ける例を示したが、１枚の保護フィルム８を折り曲げて構成してあっても良い。保護フィルム８は、絶縁フィルムであれば特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の樹脂フィルムであれば、機械的強度も高いため好ましく用いることができる。特に、保護フィルム８を基材１と同一の材質のものを使用すれば、両者を固定する際に熱処理を行ったとしても、熱膨張率が同一であるため反り等の発生を防止することができる。また、固定剤７は、接着層６を構成する接着剤と同様のものが使用できるが、同じであっても異なっていてもよい。
保護フィルム８は基材１を外部の機械的応力から保護するためのものであって、設けるのが好ましいが、必ずしも必要ではない。
【００２７】
基材第一部１ａには端子部１０が形成してある。グランド電極３は基材１の折り曲げ部１１の内側面を通して基材第一部１ａに導通し、端子部１０まで至っている。このように、シグナル電極２及びグランド電極３の端子を基材第一部１ａに集約することにより、組立工程において折り曲げ時の位置ずれが許容される。つまり、端子どうしの位置合わせ作業が不要となるため、組立工程を簡素化することができる。
本実施形態においては、図４に示すように、グランド電極３はさらに基材１の側面を通じて第２のグランド電極４とも導通しており、第２のグランド電極４の端子も基材第一部１ａに集約された構成となっている。
なお、検出部９以外の部分には圧電フィルム５は挿入されない。そのため、その部分においては感度を有することがなくなり、ノイズの発生を防止することができる構成となる。
【００２８】
このような圧電センサは、例えば、車両用シートや映画館、劇場などの座席あるいはベッドなど、人と接する面に取り付けることで、人間の様々な情報を取得するシステムに利用することができる。
【００２９】
〔第二の実施形態〕
次に本発明に係る圧電フィルムセンサの第二の実施形態につき、図５に基づいて説明する。
本実施形態に係る圧電フィルムセンサは、第一の実施形態に係る圧電フィルムセンサとほぼ同様の構成であるが、端子部１０を基材１の折り曲げ部１１に設けた点に特徴を有する。
【００３０】
図５は、本実施形態に係る圧電フィルムセンサの、基材１に形成した電極パターンを示す平面展開図である。本実施形態においては、折り曲げ部１１の中央部から基材第二部１ｂの側にコの字型の切り込み１３が入っており、シグナル電極２は、折り曲げ部１１を越えて切り込み１３で分離された領域内まで伸びている。一方、グランド電極３は基材第二部１ｂのうち切り込み１３で分離された領域以外の全域及び切り込み１３で分離された領域内の端部に形成されるとともに、これらを接続して一体の電極を形成すべく折り曲げ部１１から基材第一部１ａの側にもわずかに形成されている。
このような構成とすることによって、圧電フィルムセンサの端子部１０が折り曲げ部１１に集約される。これにより、折り曲げ部１１に対して他の領域から敷設する電極の長さを短く設定することができる。よって電極の形成を効率的に行うことができる。また、端子部１０を折り曲げ部１１に設ける構成とすることによって、例えば端子部１０にコネクタを接続したときに、端子コネクタが、基材１の折り曲げ部１１を固定し、折り曲げられた基材１が剥離する方向の力を制限するクランプとして機能することになる。これにより、圧電フィルムセンサとしての信頼性の向上を図ることができる。
【００３１】
さらなる戻り防止を図るために、例えば、折り曲げ部１１に切り欠きを設けて剥離応力を低減させることや、折り曲げ部１１自体を溶着してしまうこと等も有効である。
【００３２】
〔第三の実施形態〕
次に本発明に係る圧電フィルムセンサの第三の実施形態につき、図６に基づいて説明する。
本実施形態に係る圧電フィルムセンサは、第一の実施形態に係る圧電フィルムセンサとほぼ同様の構成であるが、基材１が２箇所の折り曲げ部１１、１２を有する点に特徴がある。
【００３３】
図６は、本実施形態に係る圧電フィルムセンサの、基材１に形成した電極パターンを示す平面展開図である。本実施形態において基材１は、２箇所の折り曲げ部１１、１２で３つの領域に区画される（本明細書においては、それぞれ基材第一部、基材第二部、基材第三部と表現する）。基材第一部１ａの表面にはシグナル電極２が、基材第二部１ｂの表面にはグランド電極３が、基材第三部１ｃの表面には第２のグランド電極４が形成されている。これらは基材１の同一面に形成されている。
基材１は、他の実施形態同様、折り曲げ部１１でシグナル電極２及びグランド電極３が形成された面が内側となるように折り曲げられる。折り曲げによってこれらの電極は重なり合う構成となり、シグナル電極２とグランド電極３との間にはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる圧電フィルム５が挿入される。さらに基材１は、グランド電極３と第２のグランド電極４とでシグナル電極２を挟み込むように第２の折り曲げ部１２で折り曲げられる。第２のグランド電極４はシールド電極として機能する。折り曲げられた基材１は、接着層６により固定される。
このように、基材１に２箇所の折り曲げ部１１、１２を設けることで、電極形成を片面のみにすることが可能となる。それにより、製造コストをさらに低く抑えつつ、組み立てが簡易で、しかも高感度な圧電フィルムセンサを製造することが可能となる。
【００３４】
〔その他の実施形態〕
（１）上記の各実施形態においては、シグナル電極２とグランド電極３とを基材１の同一面に形成して、これらの電極が形成された面が内側となるように基材１を折り曲げる例を示した。しかしながら、基材１が折り曲げられたときに、基材第一部１ａに形成されたシグナル電極２と基材第二部１ｂに形成されたグランド電極３との間に圧電フィルム５が挿入される構成となるものであれば、同一面に形成されたこれらの電極が外側となるように基材１を折り曲げても良く、また、２つの電極をそれぞれ異なる面に形成して折り曲げても良い。
【００３５】
（２）上記の第三の実施形態においては、シグナル電極２、グランド電極３及び第２のグランド電極４を基材１の同一面に形成して基材１を折り曲げる例を示した。しかしながら、基材１が２箇所で折り曲げられたときに、基材第一部１ａに形成されたシグナル電極２と基材第二部１ｂに形成されたグランド電極３との間に圧電フィルム５が挿入される構成となるものであれば、これらの電極は必ずしも同一面に形成されている必要はない。
【００３６】
（３）上記の第一及び第三の実施形態においては、グランド電極３を基材第二部１ｂの表面全域にわたって形成するとともに、折り曲げ部１１を越えて基材第一部１ａにまで伸びるように形成することにより端子を基材第一部１ａに集約する例を示した。しかしながら、端子を基材第一部１ａに集約する手段はこれに限定されるものではなく、例えば、基材１の側面を通じて導通させたり、別の部材を用いて導通させたり、あらかじめ基材第一部１ａ及び基材第二部１ｂに対向する電極を形成しておいて接着層６を介さずにこれらを直接接触させたりする等の手段を利用することができる。
【００３７】
（４）上記の第一及び第三の実施形態においては、グランド電極３を基材第一部１ａにまで伸びるように形成して基材第一部１ａに端子を集約する例を示したが、必ずしも基材第一部１ａに集約する必要はなく、例えばシグナル電極２を基材第二部１ｂにまで伸びるように形成するなどして、基材第二部１ｂに端子を集約する構成としても良い。
【００３８】
（５）上記の各実施形態においては、シグナル電極２及びグランド電極３の端子を近接する位置に集約して端子部１０を形成する例を示したが、基材１の第１部又は第２部のいずれか一方に設けられているのであれば、各電極の端子の位置が離れていても良い。
【００３９】
（６）上記の各実施形態においては、基材１を１箇所または２箇所で折り曲げる例を示した。しかしながら、基材１が折り曲げられたときに、基材１に形成されたシグナル電極２とグランド電極３との間に圧電フィルム５が挿入される構成となるものであれば、基材１を３箇所以上で折り曲げる構成としてあっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第一の実施形態に係る圧電フィルムセンサの、電極を形成した基材の平面展開図
【図２】第一の実施形態に係る圧電フィルムセンサの製造過程を示す斜視図
【図３】第一の実施形態に係る圧電フィルムセンサの検出部の断面図
【図４】第一の実施形態に係る圧電フィルムセンサの端子部の斜視図
【図５】第二の実施形態に係る圧電フィルムセンサの、電極を形成した基材の平面展開図
【図６】第三の実施形態に係る圧電フィルムセンサの、電極を形成した基材の平面展開図
【符号の説明】
【００４１】
１        基材
２        シグナル電極
３        グランド電極
４        第２のグランド電極
５        圧電フィルム
６        接着層
１０      端子部
１１      折り曲げ部
１２      第２の折り曲げ部
【図１】
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【図２】
2009053109.tif 000004
【図３】
2009053109.tif 000005
【図４】
2009053109.tif 000006
【図５】
2009053109.tif 000007
【図６】
2009053109.tif 000008