JP7369877B2 - 感圧センサ - Google Patents
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Description
本発明は、印加される荷重に応じて抵抗値が変化する感圧センサに関するものである。
文献の参照による組み込みが認められる指定国については、2020年12月16日に日本国に出願された特願2020-208233に記載された内容を参照により本明細書に組み込み、本明細書の記載の一部とする。
文献の参照による組み込みが認められる指定国については、2020年12月16日に日本国に出願された特願2020-208233に記載された内容を参照により本明細書に組み込み、本明細書の記載の一部とする。
従来の感圧センサは、相互に入り込んだ一対の櫛歯状の電極を有する上部回路基板と、当該櫛歯状の電極に対向する円盤状の電極を有する下部回路基板と、を備えている。この感圧センサでは、上記の3つの電極のうちの少なくとも一つが感圧抵抗体となっている(例えば特許文献1(段落[0002]~[0005]、図1(a)~図1(c))参照)。また、従来の他の感圧センサは、円盤状の感圧抵抗体を有する上部回路基板と、当該感圧抵抗体に対向する円盤状の対向電極を有する下部回路基板と、を備えている(例えば特許文献1(段落[0006]~[0008]、図2(a)~図2(c))参照)。
上記のいずれの感圧センサも、上部回路基板が上方から押圧されると、その押圧部分の下方に配置された電極同士が直接接触する。そして、この押圧力がさらに増すと、当該電極間の接触面積が増大して抵抗値が低下する。上記の感圧センサは、いずれも抵抗体と直接接触する面積の変化に基づいて押圧力を検出しているため、良好な出力特性を安定的に得ることができないという問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、良好な出力特性を安定して得ることができる感圧センサを提供することである。
[1]本発明に係る感圧センサは、第1の基材と、前記第1の基材上に設けられた抵抗体と、前記第1の基材上に設けられ、前記抵抗体に接続された第1の配線パターンと、前記第1の基材上に設けられ、前記抵抗体にそれぞれ独立して接続された複数の第1の櫛歯パターンと、前記第1の櫛歯パターンに対向し、前記第1の基材に向かって接近可能な押圧部、及び、前記押圧部に保持され、前記押圧部の押圧によって前記第1の櫛歯パターンと電気的に接続される接続体を有する押圧手段と、前記第1の基材上に設けられ、前記押圧部の押圧によって前記接続体と電気的に接続され、又は、前記押圧手段に含まれ、前記接続体に接続された第2の配線パターンと、を備え、前記抵抗体を構成する材料は、前記第1の配線パターンを構成する材料の電気抵抗率、前記第1の櫛歯パターンを構成する材料の電気抵抗率、前記接続体を構成する材料の電気抵抗率、及び、前記第2の配線パターンを構成する材料の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率を有し、前記抵抗体は、平面視において、前記接続体と非重複の位置に配置されており、前記押圧部に印加される荷重に応じて、前記第1の配線パターンと前記第2の配線パターンとの間の抵抗値が変化する感圧センサである。
[2]上記発明において、前記第1の配線パターンは、前記抵抗体の一端に接続され、前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記抵抗体の長手方向に沿って相互に間隔を空けた状態で、前記抵抗体の一端と他端との間に接続されていてもよい。
[3]上記発明において、前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、間隔を空けて相互に実質的に平行に配置されていてもよい。
[4]上記発明において、前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記対向領域において、内側から外側に向かって間隔を空けて並べられていてもよい。
[5]上記発明において、前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、特定点を中心として、同心円状に配置されていてもよい。
[6]上記発明において、前記特定点は、前記対向領域の中心であってもよい。
[7]上記発明において、それぞれの前記第1の櫛歯パターンは、前記対向領域に配置された検知部と、前記検知部を前記抵抗体に電気的に接続する引出部と、を含んでいてもよい。
[8]上記発明において、前記複数の第1の櫛歯パターンの前記検知部は、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、間隔を空けて相互に実質的に平行に配置されている部分を含んでいてもよい。
[9]上記発明において、前記複数の第1の櫛歯パターンの前記検知部は、前記対向領域において、内側から外側に向かって間隔を空けて並べられている部分を含んでいてもよい。
[10]上記発明において、前記複数の第1の櫛歯パターンの前記検知部は、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、特定点を中心として、同心円状に配置されている部分を含んでいてもよい。
[11]上記発明において、前記第2の配線パターンの先端部は、前記第2の配線パターンの他の部分よりも幅広の拡径部であってもよい。
[12]上記発明において、前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記第1の櫛歯パターンの前記抵抗体との接続位置が前記抵抗体の他端側であるほど、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、前記第1の櫛歯パターンが特定点の近くに位置するように、前記第1の基材上に設けられていてもよい。
[13]上記発明において、前記抵抗体は、カーボン粒子を含有したカーボンペースト又はカーボンインクを印刷して硬化させることで形成されていてもよい。
[14]上記発明において、前記感圧センサは、前記第1の基材上に設けられ、前記抵抗体の他端に接続された第3の配線パターンをさらに備えており、前記抵抗体を構成する材料は、前記第3の配線パターンを構成する材料の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率を有していてもよい。
[15]上記発明において、前記感圧センサは、前記第1の基材上に設けられ、前記抵抗体の他端に接続された第3の配線パターンと、前記接続体と対向するように前記第1の基材上に設けられ、前記第1の配線パターンに接続された第2の櫛歯パターンと、前記接続体と対向するように前記第1の基材上に設けられ、前記第3の配線パターンに接続された第3の櫛歯パターンと、をさらに備えており、前記抵抗体を構成する材料は、前記第3の配線パターンを構成する材料の電気抵抗率、前記第2の櫛歯パターンを構成する材料の電気抵抗率、及び、前記第3の櫛歯パターンを構成する材料の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率を有し、前記第1~第3の櫛歯パターンは、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、間隔を空けて実質的に平行に配置されていてもよい。
[16]上記発明において、前記押圧手段は、前記接続体を有する第2の基材と、前記第1の基材と前記第2の基材との間に介在するスペーサと、を備え、前記スペーサは、前記接続体を前記第1の櫛歯パターンと対向させる開口を有していてもよい。
[17]上記発明において、前記第2の配線パターンは、前記接続体と対向するように前記第1の基材上に設けられていてもよい。
[18]上記発明において、前記特定点は、前記第2の配線パターンの先端部であってもよい。
[19]上記発明において、前記第2の配線パターンは、前記抵抗体に接続されていてもよい。
[20]上記発明において、前記第1及び第3の配線パターンは、前記抵抗体に所定の電圧を印加し、前記第2の配線パターンは、前記押圧部に印加される荷重に応じた電圧を出力してもよい。
[21]上記発明において、前記押圧部に印加される荷重に応じて、接続体と電気的に接続される第1の櫛歯パターンの本数が変化することで、前記第1の配線パターンと前記第2の配線パターンとの間の抵抗値が変化してもよい。
本発明では、平面視において抵抗体を接続体とは非重複の位置に配置しておき、押圧部の押圧に伴って、当該抵抗体に接続された櫛歯パターンに接続体を電気的に接続させる。このため、本発明では、抵抗体が接続体と接触することがないので、良好な出力特性を安定して得ることができる感圧センサを提供することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
<<第1実施形態>>
図1は本発明の第1実施形態における感圧センサを示す平面図であり、図2は図1のII-II線に沿った断面図である。また、図3は本実施形態における下側メンブレン基板を示す平面図であり、図4は本実施形態におけるスペーサ及び上側メンブレン基板を示す底面図である。
図1は本発明の第1実施形態における感圧センサを示す平面図であり、図2は図1のII-II線に沿った断面図である。また、図3は本実施形態における下側メンブレン基板を示す平面図であり、図4は本実施形態におけるスペーサ及び上側メンブレン基板を示す底面図である。
本実施形態における感圧センサ1Aは、印加される荷重の大きさに応じて抵抗値の大きさが変化するセンサである。この感圧センサ1Aは、図1~図4に示すように、下側メンブレン基板10と、上側メンブレン基板20と、スペーサ30と、を備えている。本実施形態における上側メンブレン基板20とスペーサ30が本発明における「押圧手段」の一例に相当し、本実施形態におけるスペーサ30が本発明における「スペーサ」の一例に相当する。
下側メンブレン基板10は、図3に示すように、基材11と、配線パターン12,13と、抵抗体14と、櫛歯パターン15A~15Kと、配線パターン16と、を備えた配線板である。
本実施形態における基材11が本発明における「第1の基材」の一例に相当し、本実施形態における配線パターン12が本発明における「第1の配線パターン」の一例に相当し、本実施形態における配線パターン13が本発明における「第3の配線パターン」の一例に相当し、本実施形態における配線パターン16が本発明における「第2の配線パターン」の一例に相当する。また、本実施形態における櫛歯パターン15Aが本発明における「第2の櫛歯パターン」の一例に相当し、本実施形態における櫛歯パターン15B~15Jが本発明における「第1の櫛歯パターン」の一例に相当し、本実施形態における櫛歯パターン15Kが本発明における「第3の櫛歯パターン」の一例に相当する。
基材11は、可撓性と電気絶縁性を有する材料から構成されたフィルム状の部材である。この基材11を構成する材料としては、例えば、樹脂材料等を例示することができ、より具体的には、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)を例示することができる。なお、この基材11が可撓性を有していなくてもよい。
配線パターン12,13は、導電性ペーストを基材11の上面に印刷して固化(硬化)させることにより形成されている。導電性ペーストは、導電性粒子とバインダ樹脂を、水若しくは溶剤、及び各種添加剤に混合して構成されている。この配線パターン12,13を構成する導電性ペーストは、比較的小さな電気的抵抗値を有する低抵抗の導電性ペーストである。なお、配線パターン12,13の形成方法は、特に上記に限定されない。例えば、導電性ペーストに代えて、金属箔をエッチングすることで配線パターン12,13を形成してもよい。
導電性粒子の具体例としては、銀、銅、ニッケル、スズ、ビスマス、亜鉛、インジウム、パラジウム、及び、これらの合金等を例示することができる。また、バインダ樹脂の具体例としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等を例示することができる。さらに、導電性ペーストに含まれる溶剤としては、α-テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトール、1-デカノール、ブチルセルソルブ、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、テトラデカン等を例示することができる。
特に限定されないが、本実施形態では、低抵抗の導電性ペーストとして、銀を導電性粒子の主成分とする銀ペースト、或いは、銅を導電性粒子の主成分とする銅ペーストを用いる。なお、導電性ペーストに含有された導電性粒子として、金属塩を用いてもよい。金属塩としては、上述の金属の塩を挙げることができる。また、上記の導電性ペーストからバインダ樹脂を省略してもよい。また、上記の導電性ペーストに代えて、導電性インクを用いてもよい。
導電性ペーストの塗布方法としては、特に限定されないが、接触塗布法又は非接触塗布法のいずれを用いてもよい。接触塗布法の具体例としては、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、グラビアオフセット印刷、フレキソ印刷等を例示することができる。一方、非接触塗布法の具体例としては、インクジェット印刷、スプレー塗布法、ディスペンス塗布法、ジェットディスペンス法等を例示することができる。また、導電性ペーストを硬化させるための熱源としては、特に限定されないが、電熱オーブン、赤外線オーブン、遠赤外炉(IR)、近赤外炉(NIR)、レーザ照射装置等を例示することができ、これらを組み合わせた熱処理であってもよい。
本実施形態では、配線パターン12は、図中X方向に沿って線状に延在している。この配線パターン12の端部121が抵抗体14によって覆われていると共に、当該端部121に櫛歯パターン15Aが接続されている。同様に、配線パターン13も、図中X方向に沿って線状に延在している。この配線パターン13の端部131が抵抗体14で覆われていると共に、当該端部131に櫛歯パターン15Kが接続されている。特に図示しないが、一方の配線パターン12は電源に接続されるのに対し、他方の配線パターン13はグランドに接続される。なお、配線パターン12,13の平面形状は、線状であれば、上記のような直線状に限定されない。
配線パターン12の端部121と配線パターン13の端部131とは、図中Y方向に沿って離れて配置されている。抵抗体14は、図中Y方向に沿って設けられており、当該抵抗体14の一方の端部141が配線パターン12の端部121を覆うと共に、当該抵抗体14の他方の端部142が配線パターン13の端部131を覆っている。従って、一方の配線パターン12と他方の配線パターン13は、この抵抗体14を介して電気的に接続されている。この抵抗体14は、平面視において、上側メンブレン基板20の接続体22と重ならないように、基材11において対向領域111(後述)から離れた位置に設けられている。
この抵抗体14も、上述の配線パターン12,13と同様に、導電性ペーストを基材11の上面に印刷して硬化させることにより形成されている。この抵抗体14を構成する導電性ペーストは、上述の低抵抗の導電性ペーストと比較して高い電気的抵抗値を有する高抵抗の導電性ペーストである。この抵抗体14を構成する導電性ペーストは、上述の配線パターン12,13を構成する導電性ペーストの導電性粒子の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率を有する導電性粒子を含有している。すなわち、抵抗体14は、配線パターン12,13を構成する材料の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率を有する材料で構成されており、抵抗体14の抵抗値は、配線パターン12,13の抵抗値を無視できる程度に、配線パターン12,13の抵抗値よりも十分に高くなっている。具体的には、抵抗体14の抵抗値は、配線パターン12,13の抵抗値の10倍以上であり、好ましくは、配線パターン12,13の抵抗値の100倍以上である。また、抵抗体14を構成する材料の電気抵抗率は、配線パターン12,13を構成する材料の電気抵抗率の10倍以上であり、好ましくは100倍以上である。
こうした高抵抗の導電性ペーストの具体例としては、カーボンペーストを例示することができる。抵抗体14を構成する導電性ペーストが含有する導電性粒子の具体例としては、グラファイト、カーボンブラック(ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック)、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ等のカーボン系材料を例示することができる。なお、上記のカーボンペーストに代えて、カーボンインクを用いてもよい。
複数(本例では11本)の櫛歯パターン15A~15Kは、上述の配線パターン12,13と同様に、低抵抗の導電性ペーストを基材11上に印刷して硬化させることにより形成されている。すなわち、それぞれの櫛歯パターン15A~15Kは、抵抗体14を構成する材料の電気抵抗率よりも低い電気抵抗率を有する材料で構成されており、抵抗体14の抵抗値は、それぞれの櫛歯パターン15A~15Kの抵抗値を無視できる程度に、当該櫛歯パターン15A~15Kの抵抗値よりも十分に高くなっている。具体的には、抵抗体14の抵抗値は、櫛歯パターン15A~15Kの抵抗値の10倍以上であり、好ましくは、櫛歯パターン15A~15Kの抵抗値の100倍以上である。また、抵抗体14を構成する材料の電気抵抗率が、櫛歯パターン15A~15Kを構成する材料の電気抵抗率の10倍以上であり、好ましくは100倍以上である。なお、櫛歯パターン15A~15Kの形成方法は、特に上記に限定されない。例えば、導電性ペーストに代えて、金属箔をエッチングすることで櫛歯パターン15A~15Kを形成してもよい。
配線パターン16も、上述の配線パターン12,13と同様に、低抵抗の導電性ペーストを基材11の上面に印刷して硬化させることにより形成されている。すなわち、この配線パターン16は、抵抗体14を構成する材料の電気抵抗率よりも低い電気抵抗率を有する材料で構成されており、抵抗体14の抵抗値は、配線パターン16の抵抗値を無視できる程度に、当該配線パターン16の抵抗値よりも十分に高くなっている。具体的には、抵抗体14の抵抗値は、配線パターン16の抵抗値の10倍以上であり、好ましくは、配線パターン16の抵抗値の100倍以上である。また、抵抗体14を構成する材料の電気抵抗率が、配線パターン16を構成する材料の電気抵抗率の10倍以上であり、好ましくは100倍以上である。なお、配線パターン16の形成方法は、特に上記に限定されない。例えば、導電性ペーストに代えて、金属箔をエッチングすることで配線パターン16を形成してもよい。
本実施形態では、それぞれの櫛歯パターン15A~15Kは、直線部151と円弧部152を有している。それぞれの櫛歯パターン15A~15Kの直線部151は、図中X方向に沿って直線状に延在しており、当該直線部151の一部は対向領域111の外に位置している。これに対し、それぞれの櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152は、対向領域111の中に位置しており、直線部151を介して抵抗体14に電気的に接続されている。ここで、対向領域111とは、平面視において、上側メンブレン基板20の接続体22と対向している基材11の上面の円形の領域である。
本実施形態では、櫛歯パターン15A~15Kにおいて対向領域111の中に位置する部分が、感圧センサ1Aに印加された荷重を検知する検知部155として機能し、この検知部155には円弧部152が含まれる。これに対し、当該櫛歯パターン15A~15Kにおいて対向領域11の外に位置する部分が、上記の検知部155を抵抗体14に電気的に接続する引出部156として機能し、この引出部156には直線部151の一部が含まれる。
複数の櫛歯パターン15A~15Kは、基材11上においては、抵抗体14を介した電気的な接続を除いて、当該櫛歯パターン15A~15K同士の間に間隔が確保されていることで、相互に電気的に絶縁されている。なお、櫛歯パターンの本数は、複数であれば特に上記に限定されないが、後述するように、櫛歯パターン15A~15Kの本数を多くして当該櫛歯パターンのピッチを狭くする程、感圧センサ1Aの出力の分解能(解像度)を高めることができる。
また、本実施形態では、櫛歯パターン15A~15Kが実質的に同一の幅を有しているが、特にこれに限定されず、櫛歯パターン15A~15Kの線幅を異ならせてもよい。また、本実施形態では、個々の櫛歯パターン15A~15Kが全長に亘って実質的に同一の幅を有しているが、特にこれに限定されず、個々の櫛歯パターン15A~15Kが部分的に異なる幅を有していてもよい。
11本の櫛歯パターン15A~15Kの中で両端に位置する櫛歯パターン15A,15Kの直線部151は、配線パターン12,13の端部121,131にそれぞれ接続されている。残りの9本の櫛歯パターン15B~15Jの直線部151は抵抗体14によって覆われており、当該櫛歯パターン15B~15Jは抵抗体14に接続されている。なお、両端の櫛歯パターン15A,15Kが、配線パターン12,13に直接接続されずに、櫛歯パターン15B~15Jと同様に、抵抗体14に埋設されていてもよい。
この内側の櫛歯パターン15B~15Jの直線部151は、抵抗体14の長手方向(図中のY方向)に沿って相互に間隔を空けた状態で、抵抗体14の一方の端部141と他方の端部142との間に接続されており、当該櫛歯パターン15B~15Jは抵抗体14にそれぞれ個別に独立して接続されている。すなわち、櫛歯パターン15B~15Jの直線部151の端部同士の間には抵抗体14が介在している。また、配線パターン12の端部121と櫛歯パターン15Bの直線部151の端部との間にも抵抗体14が介在していると共に、配線パターン13の端部131と櫛歯パターン15Jの直線部151の端部との間にも抵抗体14が介在している。
なお、本実施形態では、櫛歯パターン15B~15Jが実質的に等間隔で抵抗体14に接続されているが、櫛歯パターン15B~15Jが相互に間隔を空けて抵抗体14に接続されているのであれば、特にこれに限定されない。例えば、特に図示しないが、対向領域における櫛歯パターンの位置が外側に近いほど、当該櫛歯パターンの抵抗体との接続間隔を狭くしてもよい。
11本の櫛歯パターン15A~15Kの直線部151は、抵抗体14から対向領域111に図中-X方向側に向かって直線状に延在しており、間隔を空けて相互に実質的に平行に延在している。配線パターン16も、間隔を空けて櫛歯パターン15Kの直線部151に実質的に平行に延在しているが、この配線パターン16は、対向領域111の中心CPまで延在して当該中心CPで先端部161を有している。
この先端部161は、配線パターン16の他の部分(例えば、対向領域111内における先端部161以外の配線パターン16の部分)の幅よりも大きな直径を持つ円形形状を有する拡径部となっている。このように、配線パターン16が先端に拡径部161を有していることで、押圧開始時の荷重検出の安定化を図ることができる。なお、拡径部161の平面形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形、長円形、矩形、又は、多角形等であってもよい。また、配線パターン16がその先端に拡径部を有していなくてもよい。
これに対し、櫛歯パターン15A~15Kは、対向領域111において、配線パターン16の先端部161の周囲を囲むように、間隔を空けて相互に実質的に平行に延在している。より具体的には、本実施形態では、櫛歯パターン15A~15Kは、対向領域111において、配線パターン16の先端部161の周囲を囲むように円弧状にそれぞれ延在する円弧部152を有している。この複数の櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152は、配線パターン16の先端部161を中心として同心円状に配置されている。
なお、本実施形態では、櫛歯パターン15B~15Jの円弧部152が実質的に等間隔で配置されているが、円弧部152同士の間に間隔が確保されているのであれば、円弧部152の配置は特にこれに限定されない。例えば、特に図示しないが、対向領域における櫛歯パターンの位置が外側に近いほど、当該櫛歯パターンの円弧部の間隔を狭くしてもよい。
また、本実施形態では、押圧子(後述)の押圧開始位置(下側メンブレン基板10に対する接続体22の接触開始位置)が対向領域111の中心CPと実質的に一致している場合について説明しているが、この押圧開始位置は、対向領域111の中心CP以外の位置であってもよく、対向領域111内であれば任意に設定することができる。この場合には、櫛歯パターンは、対向領域111の中心CP以外の当該押圧開始位置を中心として、同心円状に配置される。この押圧開始位置が本発明における「特定点」の一例に相当する。
なお、基材11上において、上述した配線パターン16は最も内側の櫛歯パターン15Kと電気的に絶縁されているが、特にこれに限定されず、配線パターン16が、当該櫛歯パターン15Kに接続された接続線を有していてもよい。このように、接続線を介して配線パターン16を櫛歯パターン15Kと電気的に接続しておくことで、非押圧状態における感圧センサ1Aの出力を所望の値に設定することができる。
また、櫛歯パターンの検知部の形状も、対向領域において複数の櫛歯パターンが内側から外側に向かって間隔を空けて並べられた形状であれば、上記の形状に特に限定されない。特に限定されないが、例えば、櫛歯パターンの検知部の形状を、図5に示すような形状としてもよい。図5は本実施形態における櫛歯パターンの変形例を示す平面図である。
例えば、図5に示すように、櫛歯パターン15A~15Kが、対向領域111において、円弧部152に代えて、実質的に直角に屈曲する略U字形状を持つ屈曲部153を有していてもよい。複数の櫛歯パターン15A~15Kの屈曲部153は、配線パターン16の先端部161を囲むように、間隔を空けて相互に実質的に平行に配置されており、対向領域111の内側から外側に向かって間隔を空けて並べられている。
なお、図5に示す変形例でも、押圧子の押圧開始位置を、中心CP以外の対向領域111内の任意の位置に設定することができる。この場合には、櫛歯パターンは、対向領域111の中心CP以外の当該押圧開始位置を囲むように、間隔を空けて相互に実質的に平行に配置される。
また、本実施形態では、櫛歯パターン15A~15Kが対向領域111の外において直線状に延在しているが、対向領域の外における櫛歯パターンの平面形状は、線状であれば特にこれに限定されない。また、本実施形態では、櫛歯パターン15A~15Kが対向領域111の外においても実質的に平行に配置されているが、特にこれに限定されず、対向領域の外では、複数の櫛歯パターンが実質的に平行に配置されていなくてもよい。
上側メンブレン基板20は、図4に示すように、基材21と、接続体22と、を備えている。本実施形態における基材21が、本発明における「第2の基材」の一例に相当する。
基材21は、上述の基材11と同様に、可撓性と電気絶縁性を有する材料から構成されたフィルム状の部材である。この基材21を構成する材料としては、例えば、樹脂材料等を例示することができ、より具体的には、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)を例示することができる。なお、基材21として、金属製のフィルムを用いてもよく、この場合に、この基材21が接続体22の機能を有してもよく、すなわち基材21が接続体22を兼ねてもよい。
接続体22は、図1及び図4に示すように、下側メンブレン基板10の櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152の形状に対応した円形状の平面形状を有している。より具体的には、この接続体22は、最も外側の櫛歯パターン15Aの円弧部152の直径よりも大きな直径を持つ円形形状を有している。本実施形態では、この接続体22は、スペーサ30の開口31よりも大きな直径を有しているが、特にこれに限定されず、接続体22が開口31の内径以下の直径を有していてもよい。この接続体22は、スペーサ30を介してメンブレン基板10,20が積層された際に、櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152に対向すると共に、当該接続体22の中心が配線パターン16の先端部161と重複するように、基材21に形成されている。
この接続体22は、上述の配線パターン12,13と同様に、低抵抗の導電性ペーストを基材21の下面に印刷して硬化させることにより形成されている。すなわち、この接続体22は、抵抗体14を構成する材料の電気抵抗率よりも低い電気抵抗率を有する材料で構成されており、抵抗体14の抵抗値は、接続体22の抵抗値を無視できる程度に、当該接続体22の抵抗値よりも十分に高くなっている。具体的には、抵抗体14の抵抗値は接続体22の抵抗値の10倍以上であり、好ましくは、接続体22の抵抗値の100倍以上である。また、抵抗体14を構成する材料の電気抵抗率が、接続体22を構成する材料の電気抵抗率の10倍以上であり、好ましくは100倍以上である。
なお、この接続体22が、抵抗体の導電性ペーストを印刷して硬化させることで形成した上記の層を覆う保護層を備えていてもよい。この保護層は、上述の低抵抗の導電性ペーストと比較して高い電気抵抗値を有する高抵抗の導電性ペーストを印刷して硬化させることで形成されている。こうした高抵抗の導電性ペーストの具体例としては、特に限定されないが、例えば、カーボンペーストを例示することができる。
スペーサ30は、上述の基材11,21と同様に、可撓性と電気絶縁性を有する材料から構成されたフィルム状の部材である。この基材30を構成する材料としては、例えば、樹脂材料等を例示することができ、より具体的には、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)を例示することができる。
図1及び図4に示すように、このスペーサ30は、下側メンブレン基板10の櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152の形状に対応した円形状の開口31を有している。より具体的には、この開口31は、最も外側の櫛歯パターン15Aの円弧部152の直径よりも大きな内径を持つ円形形状を有している。特に限定されないが、平面視において、この開口31と最も外側の櫛歯パターン15Aの円弧部152との間隔は、スペーサ30の厚さ以上であることが好ましい。この開口31は、下側メンブレン基板10の櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152と上側メンブレン基板20の接続体22に対応する位置に形成されている。スペーサ30を介してメンブレン基板10,20が積層された際に、この開口31を介して、櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152と接続体22とが対向する。
なお、開口31の平面形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形、長円形、矩形、又は、多角形等であってもよい。、また、接続部22や櫛歯パターン15A~15Kの検知部155の形状も、特に上記に限定されず、例えば、開口31の形状に応じた形状としてもよい。なお、本実施形態では、上側メンブレン基板20の基材21においてこの開口31に対向する部分が、本発明における「押圧部」の一例に相当する。
下側メンブレン基板10と上側メンブレン基板20はスペーサ30を介して積層されている。具体的には、下側メンブレン基板10の基材11の上面とスペーサ30の下面とが接着層(不図示)を介して相互に貼り付けられていると共に、スペーサ30の上面と上側メンブレン基板20の基材21の下面とが接着層(不図示)を介して相互に貼り付けられている。
この際、図1に示すように、平面視において、下側メンブレン基板10の対向領域111の中心CPは、スペーサ30の開口31の中心と実質的に一致している。また、平面視において、当該中心CPは、下側メンブレン基板10の配線パターン16の先端部161に重複していると共に、上側メンブレン基板20の接続体22の中心とも実質的に一致している。そして、スペーサ30の開口31を介して、上側メンブレン基板20の接続体22が、下側メンブレン基板10の配線パターン16の先端部161と櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152に対向している。
図2に示すように、このスペーサ30によって、接続体22と配線パターン16の先端部161との間に間隔が確保されていると共に、当該接続体22と櫛歯パターン15A~15Kとの間にも間隔が確保されている。後述するように、押圧子によって印加される荷重によって上側メンブレン基板20の基材21が変形し、この変形によって、接続体22と配線パターン16の先端部161とが接触して電気的に接続されると共に、当該接続体22と櫛歯パターン15A~15Kとが接触して電気的に接続される。
なお、本実施形態では、非押圧時に接続体22が櫛歯パターン15A~15Kや配線パターン16と接触しないようにスペーサ30の厚さが設定されているが、特にこれに限定されない。接続体22が櫛歯パターン15A~15Kや配線パターン16と常時接触するように、スペーサ30の厚さを設定してもよい。
ここで、本実施形態において、接続体と櫛歯パターンとを「電気的に接続」とは、当該接続体と櫛歯パターンとの間の抵抗値が所定の閾値以下の状態であり、上記のような非押圧時に接続体と櫛歯パターンとが単に接触しているだけの状態は含まない。同様に、本実施形態において、接続体と配線パターンとを「電気的に接続」とは、当該接続体と配線パターンとの間の抵抗値が所定の閾値以下の状態であり、上記のような非押圧時に接続体と配線パターンとが単に接触しているだけの状態は含まない。
以上に説明した感圧センサ1Aの動作について、図6(a)~図6(c)を参照しながら説明する。図6(a)~図6(c)は本実施形態における感圧センサの動作を示す断面図である。特に、図6(a)は接続体が櫛歯パターンに接触し始めた状態を示す図であり、図6(b)は図6(a)よりも印加荷重が増した状態を示す図であり、図6(c)は図6(b)よりも印加荷重がさらに増した状態を示す図である。
押圧子(不図示)によって感圧センサ1Aが押圧されると、図6(a)に示すように、上側メンブレン基板20の基材21がスペーサ30の開口31の中心から凹み始める。これにより、当該基材21の下面に設けられた接続体22は、最初に、下側メンブレン基板10の配線パターン16の先端部161に接触すると共に、当該接続部22が最も内側の櫛歯パターン15Kのみと接触する。この際、上述のように、抵抗体14に接続された一方の配線パターン12には電源電圧(例えば、5[V])が印加されているのに対し、当該抵抗体14に接続された他方の配線パターン13は接地されており、最も内側の櫛歯パターン15Kは当該他方の配線パターン13に直接接続されている。このため、配線パターン16はグランドとほぼ同電位の電圧を検出し、配線パターン12.16に接続されたマルチメータ(不図示)等により、電源電圧と配線パターン16の検出電圧との電位差(例えば、5[V])が出力される。
ここで、特に図示しないが、押圧子は、例えば、樹脂材料等から構成される部材であり、上側メンブレン基板20の基材21の上面に対して接近離反可能なように当該上側メンブレン基板20の上方に支持されている。本実施形態では、押圧子は、当該押圧子の中心がスペーサ30の開口31の中心(下側メンブレン基板10の基材11の対向領域111の中心CP)に実質的に一致するように配置されており、押圧子により上側メンブレン基板20が押圧されると、接続体22が配線パターン16の先端部161と最内側の櫛歯パターン15Kに最初に接触するように構成されている。こうした押圧子の具体例としては、コントローラの操作キー等を例示することができる。なお、押圧子が、後述する押圧部材40(図12参照)のように、下方に向かって凸状に突出する部分を有していてもよい。或いは、押圧子が操作者の指であってもよい。
そして、押圧子の押圧力(印加荷重)の増加に従って、上側メンブレン基板20の基材21の凹んでいる部分が広がり、接続体22の接続対象がより外側の櫛歯パターン15J~15Bに広がっていく。これにより、抵抗体14における一方の端部141と当該接続対象の接続位置との間の距離が短くなるので、結果的に配線パターン12,16間の抵抗値が低下する。
このように、本実施形態では、接続体22と接触している櫛歯パターンの中で最も外側に位置する櫛歯パターンが変わることで、抵抗体14における接続体22及び櫛歯パターン15A~15Kを介した配線パターン16との接続位置が変化するので、抵抗体14における一方の端部141と当該接続位置との間の距離が変化する。すなわち、本実施形態の感圧センサ1Aでは、押圧子の押圧力に応じて抵抗体14の抵抗長(抵抗値)が変化するので、押圧子の押圧力に応じて配線パターン16によって検出される電圧が変化する。
一例を挙げれば、図6(b)に示すように、図6(a)の状態よりも印加荷重が増して、接続体22が、配線パターン16及び櫛歯パターン15Kに加えて、櫛歯パターン15J~15Fにも接触すると、配線パターン16は電源電圧の略半分の電位の電圧を検出し、マルチメータ等により電源電圧と配線パターン16の検出電圧との電位差(例えば、2.5[V])が出力される。
なお、本実施形態では、配線パターン12,16間の抵抗値が、抵抗体14において接続体22を介して配線パターン16と接続されている櫛歯パターン15B~15Jの接続位置に応じて変化するため、感圧センサ1Aの出力は階段状となる。このため、櫛歯パターンの本数を多くして当該櫛歯パターンのピッチを狭くする程、感圧センサ1Aの出力の分解能(解像度)を高めることができる。
図6(b)の状態よりも印加荷重がさらに増して感圧センサ1Aが十分に押し込まれると、図6(c)に示すように、接続体22が、配線パターン16及び櫛歯パターン15K~15Bに加えて、最も外側の櫛歯パターン15Aにも接触する。この際、この最も外側の櫛歯パターン15Aは、電源電圧に接続された一方の配線パターン12に直接接続されているため、配線パターン16は電源電圧とほぼ同電位の電圧を検出し、マルチメータ等により電源電圧と配線パターン16の検出電圧との電位差(例えば、0[V])が出力される。
押圧子の押圧を解除した場合には、上記とは逆の動作が行われる。すなわち、印加荷重の減少に従って、上側メンブレン基板20の基材21の凹んでいる部分が小さくなり、接続体22の接続対象がより内側の櫛歯パターン15B~15Jに狭まっていく。これにより、抵抗体14における一方の端部141と当該接続対象の接続位置との間の距離が長くなるので、結果的に配線パターン12,16間の抵抗値が増加する。
なお、感圧センサ1Aの出力の取得方法は、上記に特に限定されない。例えば、抵抗測定器を用いて、配線パターン12,16間の抵抗値を測定してもよい。
以上のように、本実施形態では、平面視において抵抗体14を接続体22とは非重複の位置に配置しておき、押圧子の押圧に伴って、当該抵抗体14に接続された櫛歯パターン15B~15Jに接続体22を電気的に接続させる。このため、本実施形態では、抵抗体14が接続体22と接触することがないので、感圧センサ1Aの良好な出力特性を安定して得ることができる。
特に、高い電気抵抗率を有するカーボンからなる抵抗体の抵抗値は、当該抵抗体の距離が長いほど不安定となる傾向がある。また、この抵抗体の抵抗値は、接触の再現性にも起因して、不安定となる傾向がある。そのため、接続体と抵抗体との接触面積の変化を利用する場合には、その感圧センサの出力特性(印加荷重-抵抗値)を理想(リニア)に近い出力とすることは難しく、また、押圧毎に出力がばらついてしまう場合がある。
これに対し、本実施形態では、低抵抗の櫛歯パターン15B~15Jを対向領域111において配線パターン16の先端部161を中心として同心円状に配置すると共に、当該櫛歯パターン15B~15Jを間隔を空けて高抵抗の抵抗体14に接続し、印加荷重に応じて接続体22を介して配線パターン16と接続される櫛歯パターン15B~15Jの位置を変化させることで、抵抗体14の抵抗長(抵抗値)を変化させる。このように、本実施形態では、接続体と抵抗体との接触面積を利用するのではなく、抵抗体14の抵抗長を用いて印加荷重に応じた抵抗値を検出するので、感圧センサ1Aの良好な出力特性を安定して得ることができる。
また、本実施形態では、最も外側の櫛歯パターン15Aが一方の配線パターン12に直接接続されていると共に、最も内側の櫛歯パターン15Kが他方の配線パターン13に直接接続されている。このため、感圧センサ1Aの出力の最大値を電源電圧と同等にすると共に、当該出力の最小値をグランドと同等とすることができる。
さらに、本実施形態では、外部に接続される全ての配線パターン12,13,16が同一の基材11の上面に設けられているので、当該上面のみにコネクタを実装すればよく、感圧センサ1Aの構成の簡素化を図ることができる。
<<第2実施形態>>
図7は本発明の第2実施形態における感圧センサを示す平面図であり、図8は図7のVIII-VIII線に沿った断面図であり、図9は本実施形態における下側メンブレン基板を示す平面図であり、図10は本実施形態におけるスペーサ及び上側メンブレン基板を示す底面図である。
図7は本発明の第2実施形態における感圧センサを示す平面図であり、図8は図7のVIII-VIII線に沿った断面図であり、図9は本実施形態における下側メンブレン基板を示す平面図であり、図10は本実施形態におけるスペーサ及び上側メンブレン基板を示す底面図である。
本実施形態の感圧センサ1Bは、図7~図10に示すように、第1実施形態の感圧センサ1Aと比較して、(1)配線パターン16が上側の基材21に設けられ、接続体22に直接接続されている点、及び、(2)円弧部152を有しておらず、直線状の櫛歯パターン15A~15Kが対向領域111を貫通している点で相違しているが、それ以外の構成は第1実施形態と同様である。以下に、第2実施形態における感圧センサ1Bについて第1実施形態との相違点についてのみ説明し、第1実施形態と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態における配線パターン16は、図8及び図10に示すように、上側メンブレン基板20の基材21の下面に形成されている。そして、この配線パターン16は、接続体22と一体的に形成されることで、接続体22に直接接続されている。なお、基材21として金属製のフィルムを用いる場合には、この基材21が接続体22の機能を有してもよいし、基材21が配線パターン16の機能を有してもよい。
また、複数の櫛歯パターン15A~15Kは、図7及び図9に示すように、円弧部152を有しておらず、直線部151のみから構成されており、この直線部151が対向領域111を貫通している。本実施形態では、複数の櫛歯パターン15A~15Kの直線部151は、対向領域111の下側(図中-Y方向側)の半分の領域に配置されており、対向領域111の中心CPから外側に向かって間隔を空けて間隔を空けて相互に実質的に平行に配置されている。
なお、本実施形態においても、押圧子の押圧開始位置を、中心CP以外の対向領域111内の任意の位置に設定することができる。この場合には、櫛歯パターンの直線部は、対向領域111の中心CP以外の当該押圧開始位置から対向領域111の外側に向かって間隔を空けて相互に実質的に平行に配置される。
本実施形態の感圧センサ1Bでも、第1実施形態と同様に、押圧子(不図示)の押圧力(印加荷重)の大きさに応じて、抵抗体14における接続体22及び櫛歯パターン15A~15Kを介した配線パターン16との接続位置が変化するので、抵抗体14の抵抗長(抵抗値)の大きさが変化する。
本実施形態でも、第1実施形態と同様に、平面視において抵抗体14を接続体22とは非重複の位置に配置しておき、押圧子の押圧に伴って、当該抵抗体14に接続された櫛歯パターン15B~15Jに接続体22を電気的に接続させる。このため、本実施形態では、抵抗体14が接続体22と接触することがないので、感圧センサ1Bの良好な出力特性を安定して得ることができる。
また、本実施形態では、両端の櫛歯パターン15A,15Kが配線パターン12,13にそれぞれ直接接続されている。このため、感圧センサ1Bの出力の最大値を電源電圧と同等にすることができる。
<<第3実施形態>>
図11は本発明の第3実施形態における感圧センサを示す断面図である。
図11は本発明の第3実施形態における感圧センサを示す断面図である。
本実施形態の感圧センサ1Cは、図11に示すように、第1実施形態の感圧センサ1Aと比較して、(1)上側の基材21に代えて押圧部材40を備えている点、及び、(2)スペーサ30に代えて支持部材50を備えている点で相違しているが、それ以外の構成は第1実施形態と同様である。以下に、第3実施形態における感圧センサ1Cについて第1実施形態との相違点についてのみ説明し、第1実施形態と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
押圧部材40は、例えばシリコーンゴム等の電気絶縁性を有する弾性材料から構成されており、下方に向かって凸状に突出する円錐状のテーパ部41を下部に有している。そして、本実施形態では、基材21に代えて、押圧部材40のテーパ部41の下面に接続体22が形成されている。本実施形態において、下側メンブレン基板10の基材11の対向領域111は、当該基材11において接続体22に対向する領域である。
なお、本実施形態では、押圧部材40が櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152に対応した円形の平面形状を有しているが、押圧部材40の平面形状は、特にこれに限定されない。例えば、押圧部材40の平面形状が、櫛歯パターン15A~15Kの円弧部152の一部に対応した帯状の平面形状を有してもよい。この場合において、当該押圧部材40は、全ての櫛歯パターン15A~15Kと部分的に重複していればよい。
なお、例えば導電性ゴム等の導電性を有する弾性材料で押圧部材40を構成することで、押圧部材40自体が導電性を有していてもよい。この場合には、押圧部材40が接続体22の機能を有してもよいし、押圧部材40とは別に、テーパ部41に接続体22を形成してもよい。或いは、押圧部材40においてテーパ部41のみが導電性を有していてもよい。
支持部材50も、例えばシリコーンゴム等の弾性材料から構成されて、下側メンブレン基板10の基材11の対向領域111の周囲に設けられている。押圧部材40は、テーパ部41が櫛歯パターン15A~15Kの検知部155及び配線パターン16の先端部161に対向するように、支持部材50に支持されている。本実施形態でも、対向領域111の中心CPは、平面視において配線パターン16の先端部161と重複していると共に、押圧部材40のテーパ部41の中心と実質的に一致している。
なお、本実施形態では、押圧部材40の両側に支持部材50が接続された両端支持構造を採用しているが、特にこれに限定されない。押圧部材40の一方の側のみに支持部材50が接続された片端支持構造を採用してもよい。
本実施形態における接続体22、押圧部材40及び支持部材50が本発明における「押圧手段」の一例に相当し、本実施形態における押圧部材40が本発明における「押圧部」の一例に相当する。
図12は本実施形態における感圧センサの変形例を示す断面図である。
図12に示す感圧センサ1Dのように、支持部材50を基材11に対して上下動可能に設けると共に、この支持部材50の下面に接続体22を設けてもよい。より具体的には、支持部材50の脚部51の先端が基材11の貫通孔に挿入されており、当該支持部材50はコイルスプリング等の弾性体(不図示)を介して基材11に支持されている。また、接続体22は、櫛歯パターン15A~15Kの検知部155の一部に対応した帯状の平面形状を有する共に、中央が下方に突出した略V字状の金属片から構成されている。この接続体22は、その一端で支持部材50に固定されている。
なお、接続体22の平面形状は、特に上記に限定されず、例えば、櫛歯パターン15A~15Kの検知部155の形状に対応した円形の平面形状であってもよい。また、接続体22の断面形状も、特に上記に限定されない。例えば、図12においては、接続体22は、その一端で支持部材50に固定されているが、接続体22の位置が相対的にずれなければよいため、接続体22の位置がずれないのであれば両端とも支持部材50に固定されていなくてもよい。また、支持部材50は、その両端に脚部51を持つ両端支持構造を有しているが、特にこれに限定されない。支持部材50が、一方の端部のみに脚部51を持つ片端支持構造を有してもよい。
なお、本例では、接続体22及び支持部材50が本発明における「押圧手段」の一例に相当し、支持部材50において接続体22に対向する部分が本発明における「押圧部」の一例に相当する。
図11に戻り、本実施形態の感圧センサ1Cでも、第1実施形態と同様に、押圧部材40の押圧力(印加荷重)の大きさに応じて、抵抗体14における接続体22及び櫛歯パターン15A~15Kを介した配線パターン16との接続位置が変化するので、抵抗体14の抵抗長(抵抗値)が変化する。
本実施形態でも、第1実施形態と同様に、平面視において抵抗体14を接続体22とは非重複の位置に配置しておき、押圧部材40の押圧に伴って、当該抵抗体14に接続された櫛歯パターン15B~15Jに接続体22を電気的に接続させる。このため、本実施形態では、抵抗体14が接続体22と接触することがないので、感圧センサ1Cの良好な出力特性を安定して得ることができる。
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
例えば、上述の第1実施形態では、配線パターン16を下側メンブレン基板10の基材11の上面に形成したが、特にこれに限定されない。具体的には、図1~図4に示す形態において、第2実施形態と同様に、配線パターン16を上側メンブレン基板20の基材21の下面に形成し、当該配線パターン16を接続体22に直接接続してもよい。同様に、図5に示す変形例においても、配線パターン16を上側メンブレン基板20の基材21の下面に形成し、当該配線パターン16を接続体22に直接接続してもよい。
また、第2実施形態では、配線パターン16を上側メンブレン基板20の基材21の下面に形成し、当該配線パターン16を接続体22に直接接続したが、特にこれに限定されない。具体的には、図7~図10に示す形態において、第1実施形態と同様に、配線パターン16を下側メンブレン基板10の基材11の上面に形成してもよい。
また、第3実施形態においても、配線パターン16を下側メンブレン基板10の基材11の上面に形成したが、特にこれに限定されない。具体的には、図11及び図12に示す形態において、支持部材50に配線パターン16を形成し、当該配線パターン16を接続体22に直接接続していてもよい。
また、上述の第1実施形態では、配線パターン12を電源に接続すると共に、配線パターン13をグランドに接続し、配線パターン16の検出電圧を取得することで、抵抗体14の抵抗値を検出したが、抵抗体14の抵抗値を検出するための回路構成は、特にこれに限定されない。
例えば、特に図示しないが、配線パターン13を設けずに、配線パターン12,16に電源を接続してもよい。或いは、図13に示すように、配線パターン13に代えて、配線パターン16を抵抗体14の他方の端部142で覆ってもよい。これらの場合にも、押圧子の押圧力に応じて、配線パターン12,16間の抵抗値が変化する。図13は本発明の第4実施形態における感圧センサの下側メンブレン基板を示す断面図である。
また、上述した感圧センサ1Aを用いて、着座センサを構成してもよい。この着座センサは、自動車等の車両に搭載されたシートへの乗員の着座状況を検知するセンサである。なお、感圧センサ1Aに代えて、上述の第2~第4実施形態で説明した感圧センサ1B~1Dを用いて、着座センサを構成してもよい。
具体的には、この着座センサは、自動車のシートの着座部に感圧センサ1Aを埋設することで構成されている。なお、シートの着座部に埋設される感圧センサ1Aの数は、特に限定されず、一つでもよいし、複数であってもよい。この感圧センサ1Aは、例えば、当該自動車のECU(Electronic Control Unit)に接続されており、乗員の体重に応じた抵抗体14の抵抗長(抵抗値)に応じた電圧値をECUに出力する。
このシートに乗員が着座している場合には、少なくとも、配線パターン16の先端部161と、最も内側の櫛歯パターン15Kとが、接続体22を介して接続されている。このため、ECUは、感圧センサA1の出力値を所定の閾値と比較することを確認することで、シート上に乗員が着座しているか否かを判定する。
また、この感圧センサAでは、シートに着座している乗員の体重に応じて、接続体22と接触している櫛歯パターン15A~15Kの中で最も外側に位置する櫛歯パターンが変わるので、当該乗員の体重に応じて抵抗体14の抵抗長(抵抗値)が変化する。このため、ECUは、感圧センサ1Aの出力値を複数の所定範囲と比較することで、当該所定範囲がそれぞれ対応付けられた体重域に当該乗員の体重を分類する。
特に限定されないが、ECUによるこれらの判定結果は、例えば、SBR(Seat Belt Reminder)システム等に使用される。
なお、上述した感圧センサ1A~1Dの用途は、着座センサに限定されない。例えば、SRSシステム(Supplemental Restraint System)等のために、感圧センサ1A~1Dを自動車のシートのシートバックに埋設して、乗員の姿勢や体格を検出してもよい。或いは、上述した感圧センサ1A~1Dを、自動車以外の用途に用いてもよい。
1A~1D…感圧センサ
10…下側メンブレン基板
11…基材
111…対向領域
12…配線パターン
121…端部
13…配線パターン
131…端部
14…抵抗体
141,142…端部
15A~15K…櫛歯パターン
151…直線部
152…円弧部
153…屈曲部
155…検知部
156…引出部
16…配線パターン
161…先端部(拡径部)
163…接続線
17…ダミーパターン
20…上側メンブレン基板
21…基材
22…接続体
30…スペーサ
31…開口
40…押圧部材
41…テーパ部
50…支持部材
51…脚部
10…下側メンブレン基板
11…基材
111…対向領域
12…配線パターン
121…端部
13…配線パターン
131…端部
14…抵抗体
141,142…端部
15A~15K…櫛歯パターン
151…直線部
152…円弧部
153…屈曲部
155…検知部
156…引出部
16…配線パターン
161…先端部(拡径部)
163…接続線
17…ダミーパターン
20…上側メンブレン基板
21…基材
22…接続体
30…スペーサ
31…開口
40…押圧部材
41…テーパ部
50…支持部材
51…脚部
Claims (10)
- 第1の基材と、
前記第1の基材上に設けられた抵抗体と、
前記第1の基材上に設けられ、前記抵抗体に接続された第1の配線パターンと、
前記第1の基材上に設けられ、前記抵抗体にそれぞれ独立して接続された複数の第1の櫛歯パターンと、
前記第1の櫛歯パターンに対向し、前記第1の基材に向かって接近可能な押圧部、及び、前記押圧部に保持され、前記押圧部の押圧によって前記第1の櫛歯パターンと電気的に接続される接続体を有する押圧手段と、
前記第1の基材上に設けられ、前記押圧部の押圧によって前記接続体と電気的に接続され、又は、前記押圧手段に含まれ、前記接続体に接続された第2の配線パターンと、を備え、
前記抵抗体を構成する材料は、前記第1の配線パターンを構成する材料の電気抵抗率、前記第1の櫛歯パターンを構成する材料の電気抵抗率、前記接続体を構成する材料の電気抵抗率、及び、前記第2の配線パターンを構成する材料の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率を有し、
前記抵抗体は、平面視において、前記接続体と非重複の位置に配置されており、
前記押圧部に印加される荷重に応じて、前記第1の配線パターンと前記第2の配線パターンとの間の抵抗値が変化する感圧センサ。 - 請求項1に記載の感圧センサであって、
前記第1の配線パターンは、前記抵抗体の一端に接続され、
前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記抵抗体の長手方向に沿って相互に間隔を空けた状態で、前記抵抗体の一端と他端との間に接続されている感圧センサ。 - 請求項1又は2に記載の感圧センサであって、
前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、間隔を空けて相互に実質的に平行に配置されている感圧センサ。 - 請求項3に記載の感圧センサであって、
前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記対向領域において、内側から外側に向かって間隔を空けて並べられている感圧センサ。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の感圧センサであって、
前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、特定点を中心として、同心円状に配置されている感圧センサ。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載の感圧センサであって、
前記複数の第1の櫛歯パターンは、前記第1の櫛歯パターンの前記抵抗体との接続位置が前記抵抗体の他端側であるほど、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、前記第1の櫛歯パターンが特定点の近くに位置するように、前記第1の基材上に設けられている感圧センサ。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載の感圧センサであって、
前記感圧センサは、
前記第1の基材上に設けられ、前記抵抗体の他端に接続された第3の配線パターンと、
前記接続体と対向するように前記第1の基材上に設けられ、前記第1の配線パターンに接続された第2の櫛歯パターンと、
前記接続体と対向するように前記第1の基材上に設けられ、前記第3の配線パターンに接続された第3の櫛歯パターンと、をさらに備えており、
前記抵抗体を構成する材料は、前記第3の配線パターンを構成する材料の電気抵抗率、前記第2の櫛歯パターンを構成する材料の電気抵抗率、及び、前記第3の櫛歯パターンを構成する材料の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率を有し、
前記第1~第3の櫛歯パターンは、前記接続体と対向する前記第1の基材の対向領域において、間隔を空けて実質的に平行に配置されている感圧センサ。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載の感圧センサであって、
前記押圧手段は、
前記接続体を有する第2の基材と、
前記第1の基材と前記第2の基材との間に介在するスペーサと、を備え、
前記スペーサは、前記接続体を前記第1の櫛歯パターンと対向させる開口を有する感圧センサ。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載の感圧センサであって、
前記第2の配線パターンは、前記接続体と対向するように前記第1の基材上に設けられている感圧センサ。 - 請求項1~9のいずれか一項に記載の感圧センサであって、
前記第2の配線パターンは、前記抵抗体に接続されている感圧センサ。
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