JP2016183956A - 感圧センサ - Google Patents

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Abstract

【課題】複雑なセンサ構成をとることなく、簡易的な構成で面内荷重分布を測定できる感圧センサを提供すること。
【解決手段】本開示の一態様に係る感圧センサは、導電性を有する複数の第一突起を含む第一導電体層、複数の第一配線層、および、前記複数の第一突起と前記複数の第一配線層との間に設けられた第一誘電体層を含む第一感圧素子、ならびに導電性を有する複数の第二突起を含む第二導電体層、複数の第二配線層、および、前記複数の第二突起と前記複数の第二配線層との間に設けられた第二誘電体層を含む第二感圧素子を備え、前記第一感圧素子と前記第二感圧素子とが互いに積層されている。
【選択図】図１

Description

本開示は、感圧センサに関する。より詳細には、本開示は、各種電子機器に用いることができる静電容量型の感圧センサに関する。
近年、スマートフォン及びカーナビゲーション・システム等の各種電子機器の高機能化及び多様化が急速に図られている。これに伴って、電子機器の構成要素となる感圧素子も確実な操作性が求められている。感圧素子は、弾性体などを構成素材としており、外部からの荷重印加に伴って検知が行われるセンサである。それゆえ、かかる感圧素子は、各種電気機器において“センサ素子”として好適に利用できる。
特に二次元平面における荷重位置が検出できるように感圧素子をマトリックス形態で用い、荷重印加に起因した静電容量変化を検出できるように構成された装置が考えられている。
特開平０１−９２６３２号公報 特開２０１４−１４２１９３号公報
本願発明者らは、鋭意検討の末、従前の感圧センサ装置については更なる改善点があることを今回見出した。具体的には、面内荷重分布を測定する静電容量型の感圧センサ装置は、センサ構成（装置構造および／または回路構成など）が複雑となり、その点で改善すべき事項があることを見出した。
例えば、特開平０１−９２６３２号公報（特許文献１）の容量性圧力検出装置では、面内を５つの区分に分けて検出しており、それぞれの電極がオペアンプに接続されている。圧力の面内分布をより細かな分解能で取得するには、区分を細かく、多数にする必要がある。その結果、オペアンプが多数必要となり、回路規模が大きく高価な回路が必要になってしまう。
また、特開２０１４−１４２１９３号公報（特許文献２）の荷重分布検出装置では、電極を２層に配置し、それぞれ直交する方向に電極を帯状に形成することで面内の荷重分布を測定している。しかしながら、かかる装置では、マトリックス状に並べられた素子の容量を検出する際に陽極だけでなく陰極も切り替える必要がある。よって、接続されるスイッチは、“陽極の切替えスイッチ”および“陰極の切替えスイッチ”と２種類のスイッチを用意する必要があり、高コストとなる。また、端子と同一平面にない電極を端子に引き出すためにスルーホールを形成し、電極と端子部分とを電気的に接続する必要がある。その結果、半導体素子や回路構成が複雑となり荷重分布検出装置が高価になってしまう。
本開示は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本開示の主たる目的は、複雑なセンサ構成をとることなく、簡易的な構成で面内荷重分布を測定できる感圧センサを提供することである。
本開示の一態様に係る感圧センサは、導電性を有する複数の第一突起を含む第一導電体層、複数の第一配線層、および、前記複数の第一突起と前記複数の第一配線層との間に設けられた第一誘電体層を含む第一感圧素子、ならびに導電性を有する複数の第二突起を含む第二導電体層、複数の第二配線層、および、前記複数の第二突起と前記複数の第二配線層との間に設けられた第二誘電体層を含む第二感圧素子を備え、前記第一感圧素子と前記第二感圧素子とが互いに積層されている。
本開示の一態様に係る感圧センサは、面内荷重分布を測定できる装置でありながら、装置の全体構造が比較的簡易となっている。特に、互いに積層化させる感圧素子同士は同様・同種であって、それゆえ装置構造が全体として簡易になっている。また、かかる装置構造に起因して回路構成も全体として簡易になっている。
図１は、本開示の一態様に係る感圧センサの構成を示した模式図である。 図２Ａは、本開示の第１実施形態に係る感圧センサの構成を模式的に示した上面透視図である。 図２Ｂは、本開示の第１実施形態に係る感圧センサの構成を模式的に示した断面図である。 図２Ｃは、本開示の第１実施形態に係る感圧センサの回路構成を示した模式図である。 図３Ａは、本開示の第２実施形態に係る感圧センサの構成を模式的に示した上面透視図である。 図３Ｂは、本開示の第２実施形態に係る感圧センサの構成を模式的に示した断面図である。 図３Ｃは、本開示の第２実施形態に係る感圧センサの回路構成を示した模式図である。 図４は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図５は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図６は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図７は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図８は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図９は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図１０は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図１１は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図１２は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図１３は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図１４は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図１５は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図１６は、本開示の一態様に係る感圧センサの積層構成の変更形態を示した模式的断面図である。 図１７は、本開示の一態様に係る感圧センサの製造方法を示した模式的断面図である。 図１８Ａは、本開示の一態様に係る感圧センサの製造方法で用いる両面配線基板の構成を模式的に示した上面図である。 図１８Ｂは、本開示の一態様に係る感圧センサの製造方法で用いる両面配線基板の構成を模式的に示した下面図である。
本開示の一態様に係る感圧センサは、導電性を有する複数の第一突起を含む第一導電体層、複数の第一配線層、および、前記複数の第一突起と前記複数の第一配線層との間に設けられた第一誘電体層を含む第一感圧素子、ならびに導電性を有する複数の第二突起を含む第二導電体層、複数の第二配線層、および、前記複数の第二突起と前記複数の第二配線層との間に設けられた第二誘電体層を含む第二感圧素子を備え、前記第一感圧素子と前記第二感圧素子とが互いに積層されている。
本開示の一態様に係る感圧センサは、それぞれが前記第一感圧素子および前記第二感圧素子のそれぞれと電気的に接続される陰極端子および陽極端子を含み、前記第一感圧素子および前記第二感圧素子の電気容量を測定する測定回路、ならびに前記陰極端子および前記陽極端子の一方と前記第一感圧素子との間および前記陰極端子および前記陽極端子の前記一方と前記第二感圧素子との間のみに設けられた電気的スイッチを更に備えていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記複数の第一配線層のうち、互いに隣接する２つの第一配線層の一方が前記陰極端子に電気的に接続され、前記互いに隣接する２つの第一配線層の他方が前記陽極端子に電気的に接続されており、かつ前記複数の第二配線層のうち、互いに隣接する２つの第二配線層の一方が前記陰極端子に電気的に接続され、前記互いに隣接する２つの第二配線層の他方が前記陽極端子に電気的に接続されていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一感圧素子が、前記複数の第一配線層と対向する第一共通電極層を更に含み、前記第二感圧素子が、前記複数の第二配線層と対向する第二共通電極層を更に含んでもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサは、それぞれが前記第一感圧素子および前記第二感圧素子のそれぞれと電気的に接続される陰極端子および陽極端子を含み、前記第一感圧素子および前記第二感圧素子の電気容量を測定する測定回路を更に備え、前記第一配線層および前記第一共通電極層の一方が前記陰極端子に電気的に接続され、前記第一配線層および前記第一共通電極層の他方が前記陽極端子に電気的に接続されており、かつ前記第二配線層および前記第二共通電極層の一方が前記陰極端子に電気的に接続されて、前記第二配線層および前記第二共通電極層の他方が前記陽極端子に電気的に接続されていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一配線層が第一方向に延在し、前記第二配線層が、前記第一方向と異なる第二方向に延在していてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記複数の第一突起と前記複数の第二突起とが、互いに同一方向を向いていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記複数の第一突起と前記複数の第二突起とが、互いに反対方向を向いていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサは、第一配線基板および第二配線基板を更に備え、前記第一配線層が前記第一配線基板に設けられ、前記第二配線層が前記第二配線基板に設けられていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一誘電体層が前記第一配線基板に設けられ、前記第二誘電体層が前記第二配線基板に設けられていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサは、第一主面および前記第一主面とは反対側の第二主面を有する両面配線基板を更に備え、前記第一配線層および前記第二配線層の一方が前記第一主面に設けられ、前記第一配線層および前記第二配線層の他方が前記第二主面に設けられていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記両面配線基板が、前記第一導電体層と前記第二導電体層との間に位置付けられていてもよい。
本開示の一態様に係る感圧センサは、前記第一感圧素子と前記第二感圧素子との間に配置された支持層を更に備えていてもよい。
［本開示の感圧センサ］
以下にて、本開示の一態様に係る感圧センサを図面を参照しながら説明する。図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比及び外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。尚、本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”は、図中における上下方向に対応する。
図１に、本開示の一態様に係る感圧センサ１００の構成を模式的に示す。本開示の感圧センサ１００は、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０から少なくとも構成されている。第一感圧素子１０は「第一突起１１を複数備えた第一導電体層１２」、「複数の第一配線層１５」および「第一突起１１と第一配線層１５との間に設けられた第一誘電体層１７」を有して成る。同様にして、第二感圧素子２０は「第二突起２１を複数備えた第二導電体層２２」、「複数の第二配線層２５」および「第二突起２１と第二配線層２５との間に設けられた第二誘電体層２７」を有して成る。第一突起１１および第二突起２１は、導電性を有する。
図示されるように、第一感圧素子１０と第二感圧素子２０とは互いに積層されており、そのような積層化によって、本開示の感圧センサ１００が構成されている。つまり、本開示の一態様に係る感圧センサ１００は、同一または同種の感圧素子が少なくとも２つ積層された構成を有している。
「第一突起１１を複数備えた第一導電体層１２」および「第二突起２１を複数備えた第二導電体層２２」は、それぞれ、凹部と凸部とが交互に並んだ層形態を有している。第一導電体層１２は、複数の第一配線層１５と対向配置されている。具体的には、第一誘電体層１７が介在した形態で第一導電体層１２と複数の第一配線層１５とが相互に対向配置されている。図示されるように、「第一突起１１の最頂部分１１’」と「複数の第一配線層１５」との間に第一誘電体層１７を挟み込むように、第一導電体層１２および第一配線層１５が配置されている。同様にして、第二導電体層２２は、複数の第二配線層２５と対向配置されている。具体的には、第二誘電体層２７が介在した形態で第二導電体層２２と複数の第二配線層２５とが相互に対向配置されている。特に図示されるように、「第二突起２１の最頂部分２１’」と「複数の第二配線層２５」との間に第二誘電体層２７を挟み込むように、第二導電体層２２および第二配線層２５が配置されている。
第一突起１１および第二突起２１は、それぞれ、弾性特性を有していてもよい。つまり、外力に起因して変形し、除力すると元の形状に戻る特性を第一突起１１および第二突起２１が有していてもよい。特に感圧素子の積層方向に外力を加えると突起の最頂部分（即ち、「１１’」および「２１’」の部分）の面積が増加するように変形し、除力すると元の形状に戻るような弾性特性を有していてもよい。このような“弾性特性”を有する場合、第一突起１１および第二突起２１は、それぞれ「第一弾性突起」および「第二弾性突起」などと称すことができる。
第一感圧素子１０および第二感圧素子２０は、それぞれ、容量（キャパシタンス）を有し得る素子であって、コンデンサ機能またはキャパシタ機能を有している。つまり、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０は、それぞれ、導電体層と配線層と、それらの間の誘電体層から構成されているので、コンデンサまたはキャパシタとして機能し得る。かかる感圧素子においては、荷重印加によって容量変化がもたらされ、その容量変化から荷重が検出される。例えば、図１に示すように感圧素子に荷重が加えられると、第一突起１１および第二突起２１の変形に起因して容量変化がもたらされ、その容量変化から荷重が検出される。従って、本開示の感圧素子は“静電容量型感圧センサ素子”、“容量性圧力検出センサ素子”または“感圧スイッチ素子”などと称され得る。
本開示の一態様に係る感圧センサ１００は、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０といった実質的に同一の感圧センサ素子から構成されており、簡易な構成となっている。そのように簡易な構成でありながらも、本開示の感圧センサ１００は面内荷重分布を測定することができる。特に、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０のそれぞれで別個に荷重検出を行うことに起因して、より精度の高い荷重位置検出（即ち、より精度の高い面内荷重分布の測定）が可能となっている。
また、本開示の一態様に係る感圧センサ１００は、センサ構造自体が簡易となっているだけでなく、荷重検出のための回路構成も簡易になっている。
図１に示されるように、荷重印加に起因した感圧素子の容量変化は“測定回路４０”で測定されてもよい。具体的には、本開示の一態様に係る感圧センサ１００は、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０のそれぞれと電気的に接続され、第一感圧素子および第二感圧素子の電気容量を測定する測定回路４０を有していてもよい。かかる場合、「測定回路４０と第一感圧素子１０との接続間」および「測定回路４０と第二感圧素子２０との接続間」に電気的スイッチ５０が設けられている。つまり、測定回路４０と第一感圧素子１０との間を電気的に接続するための電気接続ラインに電気的スイッチ５０が設けられていると共に、測定回路４０と第二感圧素子２０との間を電気的に接続するための電気接続ラインにも電気的スイッチ５０が設けられている。ここでいう「電気的スイッチ」は、接続ラインを電気的にオン／オフするためのものであって、特に荷重印加に起因した感圧素子の容量変化を測定するのに用いられるスイッチである。
本開示のある態様において、感圧センサ１００は、「測定回路の陰極側に接続される接続間」および「測定回路の陽極側に接続される接続間」のいずれか一方にのみ電気的スイッチが設けられた特徴を有している。具体的には、第一感圧素子１０と測定回路４０との間の電気接続ラインについて、“測定回路４０の陰極端子に接続される電気接続ライン”および“測定回路４０の陽極端子に接続される電気接続ライン”のいずれか一方にのみ電気的スイッチ５０が設けられている。つまり、“第一感圧素子１０と測定回路４０の陽極端子との間の電気接続ライン”に電気的スイッチ５０が設けられ、“第一感圧素子１０と測定回路４０の陰極端子との間の電気接続ライン”には電気的スイッチ５０が設けられていない（図１参照）。あるいは、“第一感圧素子１０と測定回路４０の陰極端子との間の電気接続ライン”に電気的スイッチ５０が設けられ、“第一感圧素子１０と測定回路４０の陽極端子との間の電気接続ライン”には電気的スイッチ５０が設けられていない。同様にして、第二感圧素子２０と測定回路４０との間の電気接続ラインについて、“測定回路４０の陰極端子に接続される電気接続ライン”および“測定回路４０の陽極端子に接続される電気接続ライン”のいずれか一方にのみ電気的スイッチ５０が設けられている。つまり、“第二感圧素子２０と測定回路４０の陽極端子との間の電気接続ライン”に電気的スイッチ５０が設けられ、“第二感圧素子２０と測定回路４０の陰極端子との間の電気接続ライン”には電気的スイッチ５０が設けられていない（図１参照）。あるいは、“第二感圧素子２０と測定回路４０の陰極端子との間の電気接続ライン”に電気的スイッチ５０が設けられ、“第二感圧素子２０と測定回路４０の陽極端子との間の電気接続ライン”には電気的スイッチ５０が設けられていない。
このように本開示の一態様に係る感圧センサ１００は、より精度の高い面内荷重分布の測定が可能でありながらも、回路構成が比較的簡易となっている。つまり、従前では陽極側および陰極側の双方に対して電気的スイッチが必要であったのに対して、本開示では、陽極側および陰極側のいずれか一方にのみ電気的スイッチを設ければよい。より具体的にいえば、従前においてはマトリックス状に並べられた素子の容量検出を行う際に陽極側だけでなく陰極側も切り替える必要があり、接続されるスイッチとして“陽極側の切替えスイッチ”および“陰極側の切替えスイッチ”の２種類を設ける必要があったのに対して、本開示では片側の１種類のみのスイッチで足り、簡易な回路構成に資するものになっている。
以下では、本開示に係る感圧センサ１００の感圧素子および関連要素を詳述していく。即ち、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０をそれぞれ構成する「第一突起１１を複数備えた第一導電体層１２」／「第二突起２１を複数備えた第二導電体層２２」、「第一配線層１５」／「第二配線層２５」、「第一誘電体層１７」／「第二誘電体層２７」ならびにその他の付加的要素につき説明していく。
尚、以下に示す“第一感圧素子の構成部材”と“第二感圧素子の構成部材”とは実質的に同一・同種の部材であるので、重複記載を避けるべく“第一感圧素子の構成部材”を代表として挙げて説明する。つまり、“第一感圧素子の構成部材”である、第一突起１１、第一導電体層１２、第一配線層１５および第一誘電体層１７に関して以下で説明する事項は、“第二感圧素子の構成部材”である、第二突起２１、第二導電体層２２、第二配線層２５および第二誘電体層２７にも、それぞれ実質的にそのまま当てはまる。
第一導電体層１２は、少なくとも１つの第一突起１１を備えた部材である。特に第一突起１１は、弾性特性（即ち、「外力によって変形し、除力すると元の形状へと戻る特性」）を有してもよい。この場合、第一突起１１は、弾性部材に相当する。第一導電体層１２は、「弾性特性（特に「第一突起１１における弾性特性）」と「導電特性」との双方の性質を有していてもよい。第一導電体層１２は、いずれの材質から成るものであってよい。例えば、第一導電体層１２は、樹脂構造体、およびその樹脂構造体内に分散した導電性フィラーから構成されたものであってよい。樹脂構造体は、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（例えば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ））、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂およびウレタン系樹脂等から成る群から選択される少なくとも１種の樹脂材料を含んで成るものであってよい。一方、導電性フィラーは、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））およびＳｎＯ２（酸化スズ（IV））から成る群から選択される少なくとも１種の材料を含んで成るものであってよい。また、導電性フィラーに代えて又はそれに加えて、導電表面層を用いてよい。具体的には、樹脂構造体の表面に導電性インクの塗布などによって導電表面層が設けられた第一導電体層１２であってよい。
第一突起１１は、例えば図１に示すように、第一導電体層１２のベース部分から第一配線層１５に向かって突出する形態を有している。換言すれば、第一導電体層１２は、そのベース部分から「複数の第一配線層１５」の設置方向に向かって局所的に***した形態を有している。第一導電体層１２の第一突起１１の個数は、少なくとも１つである。弾性突起１５が２つ以上設けられていてもよい。すなわち、第一導電体層１２は複数の第一突起１１を有していてもよい。複数の第一突起１１が設けられている態様に起因して、第一導電体層１２は、凹部および凸部が並んだ形態を有することになり、その凸部が第一突起１１に相当する。
第一導電体層１２の弾性率、特に、第一突起１１の弾性率は、感圧素子１０に対して加えられる通常の押圧力（例えば約１Ｎ〜１０Ｎの押圧力）に起因して第一突起１１が徐々に変形するように、約１０４〜１０８Ｐａであってもよい。かかる弾性率は導電性フィラーと樹脂構造体の樹脂成分との相対的割合を変更することによって調整できる。また、第一導電体層１２の抵抗率は、所望の周波数帯域において容量のインピーダンスよりも十分に小さくてもよい。かかる抵抗率もまた導電性フィラーと樹脂構造体の樹脂成分との相対的割合を変更することによって調整できる。
第一突起１１はテーパ形状を有していてもよい。具体的には、第一導電体層１２の第一突起１１は、その幅寸法が第一配線層１５に向かって漸次減じられたテーパ形状を有していてもよい（図１参照）。例えば第一突起部１１は、全体として円錐台、四角錐台などの錐台形態を有していてもよい。また、平面視において、全体としてみた場合に第一突起部１１は“点形状（ドット形状）”であってよいし、あるいは“畝状”であってよい。このように第一突起１１がテーパ形状を有することによって、第一突起１１が弾性変形することになり、それゆえ、第一突起１１と第一誘電体層１７との接触領域の増加がもたらされる。
第一突起１１の高さ寸法は、弾性変形に資するものであれば、いずれの寸法であってよい。つまり、突起の最頂部分側からの押圧によって、第一突起１１が弾性変形するのであれば、いずれの高さ寸法であってよい。また、複数の第一突起１１は規則正しく配列されていてもよい。複数の第一突起１１のピッチ寸法もまた、突起の弾性変形に資すると共に、隣接する突起間に凹部がもたらされるものであれば、特に制限はない。
第一導電体層１２と対向配置される第一配線層１５もまた導電性層である。第一配線層１５は、エレクトロニクス分野などで用いられる回路部品・回路素子に用いられる配線の形態を有していてよい。例えば、「複数の第一配線層１５」は、第一配線基板の基板配線の形態を有していてよい。基板配線とは、基板上および/または基板内部に配置された配線を意味する。換言すれば、感圧素子１０の構成要素に配線基板が用いられてよく、かかる配線基板の配線を「複数の第一配線層１５」として用いてよい。
このような第一配線層１５は、「導電特性」の性質を少なくとも有していれば、いずれの材質から成るものであってよい。例えば、第一配線層１５の材質は、常套的な感圧素子・センサ素子などの電極層の材質と同様であってよい。第一配線層１５は、第一突起１１よりも高い弾性率を有してもよく、例えば１０８Ｐａ以上の弾性率を有している。つまり、第一配線層１５は、非弾性特性を呈してもよく、その場合には第一配線層１５を非弾性導電性層と称すことができる。
第一配線層１５と第一導電体層１２との間には第一誘電体層１７が設けられている。特に第一誘電体層１７は、第一導電体層１２の第一突起１１の最頂部分１１’と第一配線層１５との双方に接し、それらの間に位置付けられている。即ち、第一突起１１の最頂部分１１’と第一配線層１５とによって挟まれるように第一誘電体層１７は設けられている。より具体的にいえば、第一誘電体層１７は「複数の第一突起１１」と「複数の第一配線層１５」との間に挟持された層の形態を有している。
第一誘電体層１７は、少なくとも「誘電体」としての性質を有していれば、いずれの材質から成るものであってよい。例えば、第一誘電体層１７は、樹脂材、セラミック材、酸化金属材、樹脂材とセラミック材との組み合わせ、樹脂材と酸化金属材との組み合わせ、セラミック材と酸化金属材との組み合わせ、または樹脂材とセラミック材と酸化金属材との組み合わせなどを含んで成るものであってよい。あくまでも例示にすぎないが、第一誘電体層１７は、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフテレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、Ａｌ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５などから成る群から選択される少なくとも１種の材料を含んで成るものであってよい。
第一誘電体層１７は、剛性特性を有するものであってよく、あるいは、弾性特性（即ち、「外力によって変形し、除力すると元の形状へと戻る特性」）を有するものであってよい。第一誘電体層１７が弾性特性を有する場合、第一誘電体層１７は“弾性誘電体層”と称すことができる。第一誘電体部１７が“弾性誘電体層”である場合、感圧素子が押圧された際、第一導電体層１２の第一突起１１の弾性変形と共に、第一誘電体部１７の弾性変形がもたらされ得る。また、そのように、第一誘電体層１７および第一導電体層１２（特にその第一突起１１）の双方が変形することによって、隣接する第一突起１１の間の領域（即ち、“更なる誘電体部”に相当する領域）が、その厚みをより多く減じるように変形することになり、より大きな容量変化がもたらされ得る。
ある１つの態様では、第一誘電体層１７は、押圧時にて第一導電体層１２（特にその第一突起１１）よりも変形しないように、第一導電体層１２（特にその第一突起１１）よりも高い弾性率を有していてもよい。例えば、第一導電体層１２（特にその第一突起１１）の弾性率が約１０４Ｐａ〜１０８Ｐａである場合、それよりも高い弾性率を第一誘電体層１７が有してもよい。第一誘電体層１７は、所望の周波数帯域において、容量のインピーダンスよりも高い抵抗値を有する材料を含んでいてもよい。第一誘電体層１７の誘電率及び膜厚に関していえば、荷重印加に起因した感圧素子１０の容量変化が所望のものとなるように、第一誘電体層１７の材料選択・膜厚調整がなされてもよい。
第一感圧素子１０は、上述したような「第一突起１１を備えた第一導電体層１２」、「複数の第一配線層１５」および「第一誘電体層１７」から少なくとも構成されており、同様にして、第二感圧素子２０もまた「第二突起２１を備えた第二導電体層２２」、「複数の第二配線層２５」および「第二誘電体層２７」から少なくとも構成されている。第二突起２１、第二導電体層２２、第二配線層２５および第二誘電体層２７は、それぞれ、第一突起１１、第一導電体層１２、第一配線層１５および第一誘電体層１７と実質的に同一または同種であり得る。本開示の感圧センサ１００は、このように実質的に同一・同種とみなせる第一感圧素子１０と第二感圧素子２０とが互いに積層されており、装置構造が全体として簡易になっている。ここでいう「互いに積層されている」といった表現は、単独で感圧機能を備えた素子が層状に積み重なるように設けられている態様を実質的に指している。例えば、第一感圧素子１０と第二感圧素子２０とは互いに接するように積層されていてよいし、あるいは、それらの間に別個の層を介在して互いに積層されていてよい。
本開示に係る感圧センサ１００は、積層構造となった第一感圧素子１０および第二感圧素子２０の外面側が感圧装置の押圧側を成し得る。図１に示すように、感圧センサ１００の「第一感圧素子側（図中の装置上側）」および／または「第二感圧素子側（図中の装置下側）」が押圧側となる。例えば、「第一感圧素子側」が押圧側に相当する場合、そのような装置の外側からその内側に向かって押圧されることになる。そのように押圧されると、第一突起１１および／または第二突起２１はその高さ寸法を減じつつも幅寸法を徐々に大きくして変形することになり、「第一突起１１と第一誘電体層１７との接触領域」および/または「第二突起２１と第二誘電体層２７との接触領域」が増加すると共に、「隣接する第一突起１１の間の領域（即ち、第一感圧素子の更なる誘電体部）」および／または「隣接する突起２１の間の領域（即ち、第二感圧素子の更なる誘電体部）」が、その厚みを減じるように変形し得る。その結果、第一感圧素子１０および／または第二感圧素子２０で静電容量変化が生じることになり、それを検出すると、押圧位置、即ち、荷重印加位置の特定が可能となる。
尚、本開示の一態様に係る感圧センサ１００は、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０と２つの感圧素子が積層された構成となっているので、その各々で「荷重印加に起因した静電容量変化」を検出でき、荷重位置の検出精度が向上し得る。あくまでも例示にすぎないが、例えばＸ−Ｙ座標の二次元平面において、第一感圧素子１０を特にＸ座標の位置特定に用いる一方、第二感圧素子２０を特にＹ座標の位置特定に用いてよい。
容量変化の検出は、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０で発生する容量変化を検出できるものであれば、いずれの方式を用いてよい。特に本開示においては、かかる検出のための構成として、図１に示すように「測定回路の陰極側に接続される接続間」および「測定回路の陽極側に接続される接続間」のいずれか一方にのみ電気的スイッチが設けられた構成を採用することができる。即ち、第一感圧素子１０と測定回路４０との間の電気接続ラインについていえば“測定回路４０の陰極端子に接続される電気接続ライン”および“測定回路４０の陽極端子に接続される電気接続ライン”のいずれか一方にのみ電気的スイッチ５０が設けられた構成となっている。第二感圧素子２０と測定回路４０との間の電気接続ラインについても同様であって、“測定回路４０の陰極端子に接続される電気接続ライン”および“測定回路４０の陽極端子に接続される電気接続ライン”のいずれか一方にのみ電気的スイッチ５０が設けられた構成となっている。このような感圧センサ１００は、より精度の高い面内荷重分布の測定を可能にしつつも、容量変化検出のための電気的スイッチを測定回路（または検出回路）の陽極側および陰極側のいずれか一方のみに設ければよいので、回路構成が全体として簡易となっている。
“測定回路４０”自体は、陽極端子および陰極端子を備えていれば、常套的な感圧センサの容量変化検出に用いられる回路であってよい。本開示の一態様に係る感圧センサ１００の測定回路は、電気的スイッチと電気的に接続された少なくとも１つの半導体素子を有していてもよい。また、電気的スイッチ５０としては、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor、電界効果トランジスタ）を使用してよいし、アナログマルチプレクサ／デマルチプレクサ等の集積回路を用いてよい。即ち、電気的スイッチ５０は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、またはマルチプレクサおよび／もしくはデマルチプレクサを内蔵する半導体素子であってよい。尚、測定回路４０と電気的スイッチ５０はそれぞれ別個の半導体素子を用いてよいし、あるいは、測定回路４０が電気的スイッチ５０を内蔵する態様であってよい。
本開示に係る感圧センサは、種々の形態で実施することができる。以下、それについて説明する。
（第１実施形態）
本開示の第１実施形態に係る感圧センサ１００を図２Ａ〜２Ｃに示す。図２Ａ〜２Ｃには、感圧センサ１００の上面透視図、断面図および回路構成がそれぞれ模式的に示されている。
第１実施形態に係る感圧センサ１００は、「第一突起１１を複数備えた第一導電体層１２、複数の第一配線層１５、第一誘電体層１７および支持層３０から少なくとも構成された第一感圧素子１０」と「第二突起２１を複数備えた第二導電体層２２、複数の第二配線層２５、第二誘電体層２７および支持層３０から少なくとも構成された第二感圧素子２０」とが積層された構成を有している。図示される態様から分かるように、感圧センサ１００は同一・同種の２つの感圧素子（即ち“感圧素子１０”および“感圧素子２０”）が積層された構成を有している。
第１実施形態では、第一配線層１５が第一配線基板１９の基板配線となっている一方、第二配線層２５が第二配線基板２９の基板配線となっている。つまり、第１実施形態の感圧センサ１００は、第一配線基板１９および第二配線基板２９を有して成り、第一配線基板１９の基板配線が第一配線層１５を成している一方、第二配線基板２９の基板配線が第二配線層２５を成している。かかる場合、配線基板の絶縁層部分が感圧素子の誘電体層と成っていてもよい。具体的には、第一配線基板１９の絶縁部分の少なくとも一部１７が、第一誘電体層となっている一方、第二配線基板２９の絶縁部分の少なくとも一部２７が第二誘電体層となっていてもよい。図示する態様でいうと、第一配線基板１９が２枚のサブ絶縁層（１７，１８）およびそれに挟さまれた第一配線層１５から構成されている場合、下側のサブ絶縁層１７が第一誘電体層に相当する。同様にして、第二配線基板２９が２枚のサブ絶縁層（２７，２８）およびそれに挟さまれた第二配線層２５から構成されている場合、下側のサブ絶縁層２７が第二誘電体層に相当する。
図示されるように、第１実施形態に係る感圧センサ１００は支持層３０を更に有して成る。支持層３０は、感圧センサ１００の感圧素子を“支持”するために用いられるものである。図示する態様から分かるように、支持層３０は感圧センサの積層構造を構成する層となっていてもよい。このように“積層構造を構成する層”を支持層３０が成すことによって第一感圧素子１０と第二感圧素子２０とから構成される装置が全体として一体化され得る。尚、支持層３０が十分な強度を有する場合、装置全体として１層のみの支持層であってよい。
第１実施形態では、第一感圧素子１０の第一配線層１５および第二感圧素子２０の第二配線層２５のそれぞれが長尺に所定方向に延在している。具体的には、特に図２Ａに示すように、複数の第一配線層１５は、その各々が細長く延びるように設けられていると共に、所定のピッチ間隔で整列している。同様に、複数の第二配線層２５も、その各々が細長く延びるように設けられ、所定のピッチ間隔で整列している。換言すれば、異なる面に形成された「複数の第一配線層１５」および「複数の第二配線層２５」は、その各々が同一面内では単一方向に延在するように設けられている。図示する態様から分かるように、第１実施形態において第一配線層１５の延在方向と第二配線層２５の延在方向とは相互に異なっている。つまり、第一配線層１５と第二配線層２５とは、それぞれ所定の面内で延在しているが、延在方向は相互に異なっている。具体的には、図２Ａに示すように、複数の第一配線層１５は、それぞれがＹ方向に沿って延びるように整列しているのに対して、複数の第二配線層２５は、それぞれがＸ方向に沿って延びるように整列している。このように延在方向が相互に異なる第一配線層１５と第二配線層２５とを有する第一感圧素子１０および第二感圧素子２０を用いて別個に荷重検出を行うと、より高い精度の荷重位置検出（即ち、より精度の高い面内荷重分布の測定）が可能となる。
異なる面に設けられた「複数の第一配線層１５」と「複数の第二配線層２５」との延在方向が成す角度（図２Ａに示す「α」）は、図示する態様では略９０°であるが、必ずしもそれに限定されない。「複数の第一配線層１５」と「複数の第二配線層２５」との延在方向が成す角度αは、２０°〜９０°の範囲内であってよく、例えば約３０°または約６０°などであってよい。
第一感圧素子１０および第二感圧素子２０の各々は測定回路と電気的に接続される構成となっている。測定回路は、かかる感圧素子の容量を測定するための回路であり、陽極側の測定端子と陰極側の測定端子とを備えた半導体素子から少なくとも構成されていてもよい。
かかる第１実施形態では、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０の複数の配線層は、１本おきに電気的スイッチを介して測定回路の共通端子に接続されている。これにつき、例えば測定回路が電気的スイッチと電気的に接続された少なくとも１つの半導体素子を有して成る場合、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０の各々にて複数の配線層は１本おきにその半導体素子の共通端子に接続されていてもよい。
第１実施形態は、第一感圧素子１０の複数の配線層１５につき、１本おきに電気的スイッチを介して測定回路の陽極端子に電気的に接続されている一方、その他の配線層が電気的スイッチを介さず測定回路の陰極端子に電気的に接続されている。同様にして、第二感圧素子２０の複数の配線層２５につき、１本おきに電気的スイッチを介して測定回路の陽極端子に電気的に接続されている一方、その他の配線層は電気的スイッチを介さず測定回路の陰極端子に電気的に接続されている。別の切り口で総括的に表現すれば、複数の第一配線層１５のうち互いに隣接する一方が測定回路の陰極端子に電気的に接続されている一方、その互いに隣接する他方が測定回路の陽極端子に電気的に接続されており、また、複数の第二配線層２５のうち互いに隣接する一方が測定回路の陰極端子に電気的に接続されている一方、その互いに隣接する他方が測定回路の陽極端子に電気的に接続されている。
図示される態様では、“第一感圧素子１０と測定回路４０の陽極端子との間の電気接続ライン”に電気的スイッチ５０が設けられている一方、“第一感圧素子１０と測定回路４０の陰極端子との間の電気接続ライン”には電気的スイッチ５０が設けられておらず、同様にして、“第二感圧素子２０と測定回路４０の陽極端子との間の電気接続ライン”に電気的スイッチ５０が設けられている一方、“第二感圧素子２０と測定回路４０の陰極端子との間の電気接続ライン”には電気的スイッチ５０が設けられていない。尚、電気的スイッチ５０が半導体素子からなる場合、その一方の端子が配線層に接続されており、もう一方の端子が測定回路の陽極端子に接続されていてもよい。
第１実施形態に係る感圧センサ１００に対して外側から圧力が加わると、第一感圧素子１０では第一配線層１５と第一導電体層１２の間に形成される容量が、第一突起１１の変形に起因して増大し、陽極と陰極との間の容量変化として検出され、圧力印加位置が測定される。特に、第１実施形態では「陽極側に接続された配線層１５」と「陰極側に接続されたそれに隣接する配線層１５」との間の直列の容量変化が検出され得る。同様にして、第二感圧素子２０でも第二配線層２５と第二導電体層２２との間に形成される容量が、第二突起２１の変形に起因して増大し、陽極と陰極との間の容量変化として検出され、圧力印加位置が測定される。
第１実施形態に係る感圧センサ１００では、「上側の配線層〜電気的スイッチ〜測定回路」（即ち、第一感圧素子１０）と「下側の配線層〜電気的スイッチ〜測定回路」（即ち、第二感圧素子２０）との間で配線層の延在方向が異なるため、それぞれの容量変化の測定によって、圧力印加位置（即ち、荷重印加位置）を面内で特定することができる。付言しておくと、荷重印加位置の検出に際しては、図示するような各感圧素子の複数の電気的スイッチのいずれか１つが選択的に“オン”（他のスイッチは“オフ”）となるようにスイッチ切替え処理が極短時間に行われ、それによって、どの場所で容量変化が生じたかが特定され得る。
このように本開示では荷重印加位置を特定できるにもかかわらず、センサ装置の容量変化測定のための回路構成は比較的簡易となっている。具体的には、測定回路の陰極端子と配線層１５，２５との間において電気的スイッチを挟むことなく、また、「上側の配線層〜電気的スイッチ〜測定回路」と「下側の配線層〜電気的スイッチ〜測定回路」との間で回路構成を同じくすることができ、装置全体として簡便な回路構成で面内の圧力分布を測定できる。
あくまでも例示にすぎないが、第１実施形態に従って下記に示す具体的な装置仕様で容量測定を実施した。その結果、圧力が印加されていない状態で約３ｐＦの容量を示し、約２×１０４Ｐａの圧力を加えることで約７ｐＦの容量を示した。
本実施例に係る感圧センサのサイズは、縦約１０ｃｍ、横約１０ｃｍである。支持層３０としては、約３００μｍの厚さ、縦約１０ｃｍ、縦約１０ｃｍ、横約１０ｃｍの寸法を有する絶縁性樹脂フィルムを用いた。
第一導電体層１２、および第二導電体層２２は、約３０μｍの高さ、約１００μｍの底部直径を有する突起が複数形成された導電体層である。第一導電体層１２、および第二導電体層２２は、約１００μｍの厚さ、縦１０ｃｍ、横１０ｃｍの寸法を有する。第一導電体層１２、および第二導電体層２２は、樹脂構造体と、樹脂構造体に内在した導電性フィラーとから構成された層である。
第一配線基板１９および第二配線基板２９は、厚さ６μｍの配線が複数形成された厚さ１５０μｍ、縦横寸法が１２ｃｍの配線板である。第一配線基板１９および第二配線基板２９は、それぞれ一部に引き出し部を備えている。第一配線基板１９および第二配線基板２９を構成するサブ絶縁層１７,１８、２７,２８としては、約６０μｍの厚さ、および約１０ｃｍの縦横寸法を有するポリイミドフィルムを用いている。かかる２枚のポリイミドフィルムに挟まれる形で銅配線層が引き出し部分を除いて一方向に幅約５ｍｍ、長さ約１０ｃｍの短冊状に設けられている。
尚、上記具体的な事項はあくまでも例示にすぎず、適宜変更され得る点に留意されたい。具体的には、上記の例示では、支持体の厚み３００μｍ、導電体層の厚み１００μｍ、ポリイミドフィルムの厚み６０μｍ、配線層幅５ｍｍおよび長さ１０ｃｍであったが、所望の印加圧力の範囲において２ｐＦから１０００ｐＦの容量変化が得られるように各層の厚み及び長さ幅等の物理長および比誘電率を適宜選択してよく、それによって、所望の感圧センサ特性が得られる。
例えば、支持層３０として絶縁性樹脂フィルムを用いる場合、絶縁性樹脂フィルムの材質はポリイミドフィルム及びＰＥＴフィルムなど様々な樹脂を用いることが可能である。さらには、支持層３０は、フィルム状だけでなく、所望の応力に応じて突起が変形する程度のたわみを発生する部材であればよく、ガラスの薄板またはアクリル板等でもよく、また、絶縁性樹脂を塗布もしくは添付したステンレス板及びアルミニウム板等の導体板を用いてよい。更にいえば、支持層３０は、不必要な配線間でショートすることさえなければ絶縁性を呈するものである必要がなく、ステンレス板またはアルミニウム板を支持層として用いてよい。
配線基板として、ポリイミドフィルムに挟まれた銅で構成される配線層を例示したが、かかる配線基板は、絶縁体と導体とからなる配線板であればいずれの種類の配線板であってよい。かかる場合、絶縁体として配線板によく使用されるガラス複合エポキシ樹脂からなるＦＲ−４または液晶ポリマー等を用いてよいし、絶縁性樹脂であるポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフテレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等を用いてよい。また、必要に応じてアルミナまたは酸化タンタル、セラミック樹脂等を用いてよい。一方、配線基板の導体は導電性を示す材料であればよく、例えばアルミニウムまたは銀等からなる導体であってよい。配線層と導電体層との間に位置付けられる絶縁体部分は容量を形成するので、薄くて比誘電率の大きな材料を用いてもよく、それによって容量が大きくなり測定回路による容量変化検出が向上し得る。
更にいえば、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０の複数の配線層は、２本おきに電気的スイッチを介して測定回路の共通端子に接続されていてよい。より具体的にいうと、例えば第一感圧素子１０の複数の配線層１５について、２本おきに電気的スイッチを介して測定回路の陽極端子に電気的に接続され、その他の配線層が電気的スイッチを介さず測定回路の陰極端子に電気的に接続されていてよい。第二感圧素子２０の複数の配線層２５も同様である。このような態様であっても、第一突起の変形に起因して増大する容量変化を測定することができ、圧力が加えられた位置（即ち、荷重印加位置）を面内で特定することができる。尚、かかる態様であっても、複数の第一配線層１５のうち互いに隣接する一方が測定回路の陰極側に電気的に接続されている一方、その互いに隣接する他方が測定回路の陽極側に電気的に接続されており、また、複数の第二配線層２５のうち互いに隣接する一方が測定回路の陰極側に電気的に接続されている一方、その互いに隣接する他方が測定回路の陽極側に電気的に接続されているといえる。つまり、本開示にいう「互いに隣接する」とは、対象となる配線層以外の配線層が介在せず直接的に隣り合っている態様のみならず、対象となる配線層の間に他の配線層（例えば１つ）が介在して間接的に隣り合っている態様をも包含している。
（第２実施形態）
本開示の第２実施形態に係る感圧センサ１００を図３Ａ〜３Ｃに示す。図３Ａ〜３Ｃには、感圧センサ１００の上面透視図、断面図および回路構成がそれぞれ模式的に示されている。
第１実施形態と同様、第２実施形態に係る感圧センサ１００も、同一・同種の２つの感圧素子（即ち“感圧素子１０”および“感圧素子２０”）が積層化された構成を有している。特に第２実施形態に係る感圧センサ１００は、いわゆる“共通電極”を有している。
感圧センサ１００において“共通電極”は各感圧素子の配線層と対向するように設けられている。具体的には、第一感圧素子１０は、複数の第一配線層１５と対向するように設けられた第一共通電極層４１を有しており、第二感圧素子２０は、複数の第二配線層２５と対向するように設けられた第二共通電極層４２を有している（特に図３Ｂ参照のこと）。図示する態様から分かるように、第一共通電極層４１は「第一導電体層１２の突起形成面と反対側の主面」に設けられ、第二共通電極層４２は「第二導電体層２２の突起形成面と反対側の主面」に設けられていてもよい。
かかる実施態様では、第一配線層１５および第一共通電極層４１のいずれか一方が測定回路の陰極側に電気的に接続されている一方、第一配線層１５および第一共通電極層４１の他方が測定回路の陽極側に電気的に接続されている。同様にして、第二配線層２５および第二共通電極層４２のいずれか一方が測定回路の陰極側に電気的に接続されている一方、第二配線層２５および第二共通電極層４２の他方が測定回路の陽極側に電気的に接続されている。図示する態様では、第一感圧素子１０の第一配線層１５が電気的スイッチを介して測定回路の陽極に接続されている一方、第一感圧素子１０の第一共通電極層４１が電気的スイッチを介さずに測定回路の陰極に接続されている。同様にして、図示する態様では第二感圧素子２０の第二配線層２５が電気的スイッチを介して測定回路の陽極に接続されている一方、第二感圧素子２０の第二共通電極層４２が電気的スイッチを介さずに測定回路の陰極に接続されている。つまり、図示する態様では、第一感圧素子および第二感圧素子１０,２０のそれぞれの共通電極層４１,４２が電気的スイッチを介さず測定回路の陰極端子に接続されている一方、それら感圧素子の第一配線層１５および第二配線層２５が電気的スイッチを介して測定回路の陽極端子に接続されている。
第２実施態様に係る感圧センサ１００に対して外側から圧力が加わると、第一感圧素子１０では第一配線層１５と第一導電体層１２との間に形成される容量が、第一突起１１の変形に起因して増大し、陽極と陰極との間の容量変化として検出され、圧力印加位置が測定される。同様にして、第二感圧素子２０でも第二配線層２５と第二導電体層２２との間に形成される容量が、第二突起２１の変形に起因して増大し、陽極と陰極との間の容量変化として検出され、圧力印加位置が測定される。第１実施形態と同様、第２実施形態でも「上側の配線層〜電気的スイッチ〜測定回路」（即ち、第一感圧素子１０）と「下側の配線層〜電気的スイッチ〜測定回路」（即ち、第二感圧素子２０）との間で配線層の延在方向が異なるため、それぞれの容量変化の測定によって、圧力印加位置（即ち、荷重印加位置）を面内で特定することができる。このように荷重印加位置を特定できるにもかかわらず、センサ装置の容量変化測定のための回路構成は簡易となっている。具体的には、測定回路の陰極端子と共通電極層４１,４２との間に電気的スイッチを挟むことなく、また、「上側の配線層〜電気的スイッチ〜測定回路」と「下側の配線層〜電気的スイッチ〜測定回路」との間で回路構成を同じくすることができ、装置全体として簡便な回路構成で面内の圧力分布を測定できる。
第２実施態様では特にシールド効果が優れた装置を実現することができる。具体的には、第一共通電極層４１および第二共通電極層４２の少なくとも一方をシールド層として用いてよい。つまり、外部からの電磁的および／または静電的な干渉（ノイズ）などを遮断するためのシールド機能を呈する層として第一共通電極層４１および第二共通電極層４２の少なくとも一方を用いてよい。これによって、より精度の高い荷重位置検出（即ち、より精度の高い面内荷重分布の測定）が可能となる。
第２実施形態のその他の事項は第１実施形態と同様であるので、重複を避けるためにそれらの説明を割愛する。
あくまでも例示にすぎないが、第２実施形態に従って下記に示す具体的な装置仕様で容量測定を実施した。その結果、圧力が印加されていない状態で約３ｐＦの容量を示し、約２×１０４Ｐａの圧力を加えることで約７ｐＦの容量を示した。
本実施例に係る感圧センサのサイズは、縦約１０ｃｍ、横約１０ｃｍである。第一共通電極層４１および第二共通電極層４２としては、約１８μｍの厚さを有する銅箔を用いた。支持層３０としては、約３００μｍの厚さ、縦約１０ｃｍ、縦約１０ｃｍ、横約１０ｃｍの寸法を有する絶縁性樹脂フィルムを用いた。
第一導電体層１２および第二導電体層２２は、約３０μｍの高さ、約１００μｍの底部直径を有する突起が複数形成された導電体層である。第一導電体層１２および第二導電体層２２は、約１００μｍの厚さ、縦１０ｃｍ、横１０ｃｍの寸法を有する。第一導電体層１２および第二導電体層２２は、樹脂構造体と、樹脂構造体に内在した導電性フィラーとから構成された層である。
第一配線基板１９および第二配線基板２９は、厚さ６μｍの配線が複数形成された厚さ１５０μｍ、縦横寸法が１２ｃｍの配線板である。第一配線基板１９および第二配線基板２９は、それぞれ一部に引き出し部を備えている。第一配線基板１９および第二配線基板２９を構成するサブ絶縁層１７,１８,２７,２８としては、約６０μｍの厚さ、および約１０ｃｍの縦横寸法を有するポリイミドフィルムを用いている。かかる２枚のポリイミドフィルムに挟まれる形で銅配線層が引き出し部分を除いて一方向に幅約５ｍｍ、長さ約１０ｃｍの短冊状に設けられている。
（種々の積層形態）
本開示に係る感圧センサ１００の積層態様は種々のものが考えられる。図４〜１６にそれら種々の積層態様を示す。
図４〜１６に示す態様から分かるように、第一感圧素子１０および第二感圧素子２０のそれぞれの導電体層の向きは“同一方向”、“装置内側方向”または“装置外側方向”などであってよい。つまり、第一突起１１と第二突起２１とが、“互いに同一方向を向くように”、“互いに内側方向を向くように”又は“互いに外側方向を向くように”第一導電体層１２および第二導電体層２２が設けられてよい。
図４〜７および図１４に示される感圧センサ１００は、第一突起１１と第二突起２１とが“互いに同一方向を向くように”第一導電体層１２および第二導電体層２２が設けられている。図９および図１１〜１３および図１６に示される感圧センサ１００は、第一突起１１と第二突起２１とが“互いに内側方向を向くように”第一導電体層１２および第二導電体層２２が設けられている。そして、図８、図１０および図１５に示される感圧センサ１００は、第一突起１１と第二突起２１とが“互いに外側方向を向くように”第一導電体層１２および第二導電体層２２が設けられている。
また、図１２、図１３および図１６に示されるように、両面配線基板７０を感圧センサ１００の積層構造に用いてよい。かかる場合、例えば両面配線基板７０の上側配線層７１を第一感圧素子１０の配線層として用い、両面配線基板７０の下側配線層７２を第二感圧素子２０の配線層として用いてよい。換言すれば、図１２、図１３および図１６に示される感圧センサ１００は、両面配線基板７０を有して成り、第一配線層１５および第二配線層２５のいずれか一方が、両面配線基板７０の一方の主面に設けられた配線となっており、第一配線層１５および第二配線層２５の他方が、両面配線基板７０の他方の主面に設けられた配線となっている。
両面配線基板７０を用いる態様は、単一の配線基板を用いて感圧センサ１００を構成できるので、その点でより簡易な装置構成を実現することができる。かかる両面配線基板７０を用いる態様において、両面配線基板７０は、第一導電体層１２と第二導電体層２２との間に位置付けられてもよい。装置内部に両面配線基板の絶縁部７３が位置付けられ、その両側に第一感圧素子および第二感圧素子が設けられるので、両面配線基板の構造強度によっては両面配線基板が支持層としても機能し得る。また、両面配線基板７０を用いる態様は、図１２、図１３および図１６に示されるように、両面配線基板７０の絶縁部分を感圧素子の誘電体層として用いていなくてもよい。つまり、感圧素子の誘電体層としては、配線基板と異なる別個の誘電体部材（８１，８２）が用いられることになる。
図４〜１６の種々の積層態様につき、図４〜図１３に示される感圧センサ１００は、第１実施態様（即ち、共通電極層が設けられていない態様）に相当する一方、図１４〜図１６に示される感圧センサ１００は、第２実施態様（即ち、共通電極層４１，４２が設けられている態様）に相当する。
ここで、例えば図１２、図１３および図１６に示される積層態様を有する感圧センサは、
両面に複数の配線が形成された配線板と、
複数の突起が形成された第一の導電体層と第二の導電体層と、
第一の誘電体層と第二の誘電体層を有し、
配線板の両面に第一および第二の導電体層の突起形成面が向き合うように第一および第二の誘電体層を挟んで積層されている。
同様にして、図４、図５、図８および図９に示される積層態様を有する感圧センサは、
少なくとも一つの支持体層と、
複数の配線が形成された第一の配線板と第二の配線板と、
複数の突起が形成された第一の導電体層と第二の導電体層を有し、
第一の配線板の一方の面に第一の導電体層の突起形成面が向き合うように積層されており、
第一の配線板の第一の導電体層と接触している面の対向側の面に複数の配線が形成されており、
第二の配線板の一方の面に第二の導電体層の突起形成面が向き合うように積層されており、
第二の配線板の第二の導電体層と接触している面の対向側の面に複数の配線が形成されており、
第一及び第二の配線板と第一及び第二の導電体層と支持体層とが積層されている。
更に、図６、図７、図１０、図１１、図１４および図１５に示される積層態様を有する感圧センサは、
少なくとも一つの支持体層と、
複数の配線が形成された第一の配線板と第二の配線板と、
第一の誘電体層と第二の誘電体層と、
複数の突起が形成された第一の導電体層と第二の導電体層を有し、
第一の配線板の複数の配線が形成された面に第一の導電体層の突起形成面が向き合うように第一の誘電体層を挟んで積層されており、
第二の配線板の複数の配線が形成された面に第二の導電体層の突起形成面が向き合うように第二の誘電体層を挟んで積層されており、
第一及び第二の配線板と第一及び第二の誘電体層と第一及び第二の導電体層と支持体層とが積層されている。
［本開示の感圧センサの製造方法］
本開示の感圧センサの製造方法について説明する。感圧センサは、感圧素子１０および２０の構成要素を積層化させることによって製造できる。即ち、感圧素子の構成要素となる導電体層、配線層および誘電体層をそれぞれ積層させることによって感圧センサを作製できる。
あくまでも１つの例示にすぎないが、両面配線基板７０を用いて感圧センサを製造する方法を図１７、図１８Ａおよび図１８Ｂを参照して説明する。
図１７は、感圧センサの製造工程の概念を示す図である。図１７において、感圧センサを保持するための支持基板３０は、２枚の絶縁性樹脂フィルムであってよい。複数の突起を有する２枚の導電性部材１２,２２は、樹脂構造体および樹脂構造体に均一に内在した導電性フィラーから構成されたものであってよい。両面配線基板７０は、両面に銅箔が積層され、絶縁部がポリイミドフィルムからなるものであってよい。誘電体部材８１,８２は、樹脂部材であってよい。
「突起を有する導電性部材１２,２２」は、ナノインプリント技術を用いて作製することができる。ナノインプリント技術とは、凹部および凸部を有するパターンを有したモールドを被転写材料の樹脂体に押し付け、ナノオーダーでモールドに形成されたパターンを樹脂体に転写する技術である。かかる技術は、リソグラフィ技術と比べて微細なパターンかつ円錐台等の傾斜を有した立体を形成することができる。ナノインプリント技術では、予め規定した所望の凹部および凸部を有するパターンを備えたモールドを用いるので、導電性部材の全体的形状を容易に制御できると共に、突起高さ・突起形状・突起分布などの制御が容易となる。
両面配線基板７０については、その両面に形成された銅箔をエッチング処理する。これにより、配線基板の両面にそれぞれ異なる方向に並んだ複数の平行配線と、それを基板端部に引き出すため引出し配線とを形成することができる（図１８Ａ、１８Ｂ参照）。図１８Ａ、１８Ｂに示されるように、両面配線基板の端部には引き出し部７７が設けられる。
次いで、支持基板３０、導電性部材１２,２２、誘電体部材８１,８２、両面配線基板７０を図示するように積層することによってセンサ構造部を得る。
センサ構造部を得た後、両面配線基板７０の引き出し部を、コネクター等を介して測定回路を形成する半導体素子と電気的に接続するように組み立てると、最終的に感圧センサを得ることができる。
［低荷重および高荷重におけるリニアリティ制御］
最後に、本開示に関連した「低荷重および高荷重におけるリニアリティ制御」について説明しておく。本開示は、弾性特性を有する突起（具体的には弾性特性を有する“第一突起１１”および“第二突起２１”）を用いることによって、隣接する第一突起１１、第二２１の間の領域（即ち、導電体層の凹部に相当する領域）の容量変化をより有効に利用し、低荷重及び高荷重のリニアリティを制御する思想をも有している。“凹部に相当する領域”の容量は誘電体の厚みに反比例し、低荷重では容量変化が小さいが高荷重では大きくなる。それゆえ、接触面積（即ち、「第一突起と第一誘電体層との接触面積」／「第二突起と第二誘電体層との接触面積」）の変化に伴った容量変化とは反対の性質を有している。本開示の一態様に係る感圧センサでは、かかる“凹部に相当する領域”を積極的に利用することによって、低荷重及び高荷重のリニアリティを制御することができる。
この点、感圧素子の高いリニアリティ特性は、２種類の静電容量を検知してセンシングすることによってもたらされる。具体的には、突起（即ち、「第一突起１１」／「第二突起２１」）と配線層（即ち、「第一配線層１５」／「第二配線層２５」）との間で生じる静電容量と、変形可能な“凹部に相当する領域”（即ち、“隣接する突起同士１１,２１の間の領域”）の部分で生じる静電容量との総和の静電容量を検知して、センシングすることによって、感圧素子として高いリニアリティ特性を得ることができる。
以上、本開示の実施形態について説明してきたが、本開示の適用範囲における典型例を示したに過ぎない。従って、本開示は、上記の実施形態に限定されず、種々の変更がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。
上述の実施形態では、突起１１,２１が錐台形態（円錐台、四角錐台などの形態）を有することを前提としていたが、本開示は必ずしもこれに限定されない。本開示の感圧センサ装置では、突起１１,２１が半球面形態を有するものであってよい。つまり、突起１１,２１の断面輪郭（厚み方向に沿って素子を切り取った際の断面輪郭）の少なくとも一部が、曲線形態を有していてよい。このような形態であっても、感圧センサ装置の押圧時にて突起１１,２１が変形できる。
上述の実施形態では、少なくとも１層の支持層を用いることを前提としていたが、本開示は必ずしもこれに限定されない。例えば、配線基板および／または導電体層が十分な強度を有する場合、その配線基板および／または導電体層が支持層を兼ねてよい。かかる場合、本開示の一態様に係る感圧センサは、支持層・支持体の無い構造となる。
本開示に係る感圧センサの積層構造体は全体として可撓性を有するものであってよい。即ち、感圧センサの積層構造体がフレキシブル構造体であってよい。かかる場合、積層構造体全体を曲げて使用することができ、適用できる製品の種類が増える。また、そのような積層構造体は全体として透明であってよい。つまり、積層構造体が全体として光透過性を有するものであってよい。
感圧センサに用いられる配線基板の配線層は、１層構成または２層構成に限らず、３層構成であってよい。
本開示の一態様に係る感圧センサは各種電子機器のセンサとして利用できる。具体的にいえば、本開示の一態様に係る感圧センサは、車載機器（カーナビゲーション・システム、音響機器など）、家電機器（電気ポット、ＩＨクッキングヒーターなど）、スマートフォン、電子ペーパー、電子ブックリーダーなどの種々の電子機器に適用され、これまで以上にユーザーの利便性が図られたタッチセンサ（操作パネル・操作スイッチ）として利用できる。
特に、本開示を利用すれば、従来不可能であった簡易的な構成で面内荷重分布を測定できる感圧素子を備えたタッチパネルを実現することができる。
１０ 第一感圧素子
１１ 第一突起
１１’ 第一突起の最頂部分
１２ 第一導電体層
１５ 第一配線層
１７ 第一誘電体層（サブ絶縁層）
１８ サブ絶縁層
１９ 第一配線基板
２０ 第二感圧素子
２１ 第二突起
２１’ 第二突起の最頂部分
２２ 第二導電体層
２５ 第二配線層
２７ 第二誘電体層（サブ絶縁層）
２８ サブ絶縁層
２９ 第二配線基板
３０ 支持層／支持基板
４０ 測定回路
４１ 第一共通電極層
４２ 第二共通電極層
５０ 電気的スイッチ
７０ 両面配線基板
７１,７２ 両面配線基板の配線
７３ 両面配線基板の絶縁部
８１,８２ 誘電体部材（誘電体層）
７７ 引き出し部
１００ 感圧センサ

Claims (13)

  1. 導電性を有する複数の第一突起を含む第一導電体層、複数の第一配線層、および、前記複数の第一突起と前記複数の第一配線層との間に設けられた第一誘電体層を含む第一感圧素子、ならびに
    導電性を有する複数の第二突起を含む第二導電体層、複数の第二配線層、および、前記複数の第二突起と前記複数の第二配線層との間に設けられた第二誘電体層を含む第二感圧素子
    を備え、
    前記第一感圧素子と前記第二感圧素子とが互いに積層されている、感圧センサ。
  2. それぞれが前記第一感圧素子および前記第二感圧素子のそれぞれと電気的に接続される陰極端子および陽極端子を含み、前記第一感圧素子および前記第二感圧素子の電気容量を測定する測定回路、ならびに
    前記陰極端子および前記陽極端子の一方と前記第一感圧素子との間および前記陰極端子および前記陽極端子の前記一方と前記第二感圧素子との間のみに設けられた電気的スイッチ
    を更に備える、請求項１に記載の感圧センサ。
  3. 前記複数の第一配線層のうち、互いに隣接する２つの第一配線層の一方が前記陰極端子に電気的に接続され、前記互いに隣接する２つの第一配線層の他方が前記陽極端子に電気的に接続されており、かつ
    前記複数の第二配線層のうち、互いに隣接する２つの第二配線層の一方が前記陰極端子に電気的に接続され、前記互いに隣接する２つの第二配線層の他方が前記陽極端子に電気的に接続されている、請求項２に記載の感圧センサ。
  4. 前記第一感圧素子が、前記複数の第一配線層と対向する第一共通電極層を更に含み、
    前記第二感圧素子が、前記複数の第二配線層と対向する第二共通電極層を更に含む、請求項１または２に記載の感圧センサ。
  5. それぞれが前記第一感圧素子および前記第二感圧素子のそれぞれと電気的に接続される陰極端子および陽極端子を含み、前記第一感圧素子および前記第二感圧素子の電気容量を測定する測定回路を更に備え、
    前記第一配線層および前記第一共通電極層の一方が前記陰極端子に電気的に接続され、前記第一配線層および前記第一共通電極層の他方が前記陽極端子に電気的に接続されており、かつ
    前記第二配線層および前記第二共通電極層の一方が前記陰極端子に電気的に接続されて、前記第二配線層および前記第二共通電極層の他方が前記陽極端子に電気的に接続されている、請求項４に記載の感圧センサ。
  6. 前記第一配線層が第一方向に延在し、
    前記第二配線層が、前記第一方向と異なる第二方向に延在している、請求項１〜５のいずれかに記載の感圧センサ。
  7. 前記複数の第一突起と前記複数の第二突起とが、互いに同一方向を向いている、請求項１〜６のいずれかに記載の感圧センサ。
  8. 前記複数の第一突起と前記複数の第二突起とが、互いに反対方向を向いている、請求項１〜６のいずれかに記載の感圧センサ。
  9. 第一配線基板および第二配線基板を更に備え、
    前記第一配線層が前記第一配線基板に設けられ、
    前記第二配線層が前記第二配線基板に設けられる、請求項１〜８のいずれかに記載の感圧センサ。
  10. 前記第一誘電体層が前記第一配線基板に設けられ、
    前記第二誘電体層が前記第二配線基板に設けられる、請求項９に記載の感圧センサ。
  11. 第一主面および前記第一主面とは反対側の第二主面を有する両面配線基板を更に備え、
    前記第一配線層および前記第二配線層の一方が前記第一主面に設けられ、
    前記第一配線層および前記第二配線層の他方が前記第二主面に設けられている、請求項１〜８のいずれかに記載の感圧センサ。
  12. 前記両面配線基板が、前記第一導電体層と前記第二導電体層との間に位置付けられている、請求項１１に記載の感圧センサ。
  13. 前記第一感圧素子と前記第二感圧素子との間に配置された支持層を更に備える、請求項１〜１２のいずれかに記載の感圧センサ。
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