WO2014119658A1

WO2014119658A1 - 感圧センサ

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Publication number: WO2014119658A1
Application number: PCT/JP2014/052083
Authority: WO
Inventors: 泰之立川
Original assignee: 株式会社フジクラ
Priority date: 2013-02-04
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Publication date: 2014-08-07
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Abstract

　感圧センサ１は、第１の基板２と、第１の基板に対向する第２の基板３と、第１の基板の第１の面２１に設けられた第１の電極４と、第１の電極に対向するように、第２の基板の第２の面３１に設けられた第２の電極５と、第１の電極及び第２の電極に対応する位置に開口６１を有し、第１の基板と第２の基板との間に介在するスペーサ６と、を備え、第１の電極は、開口に挿入された挿入部４を少なくとも有し、挿入部の総厚は、スペーサの厚さと実質的に同一の厚さを有しており、第１の基板は、スペーサの一方面６２と接触し、第２の電極の一部は、スペーサの他方面６３と接触しており、第１の電極と、第２の電極と、を含む領域Ｄにおいて、第１の面と第２の面は実質的に平行であることを特徴とする。

Description

感圧センサ

　本発明は、抵抗式の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、２０１３年２月４日に日本国に出願された特願２０１３－１９１７６号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。

　第１の基板と第２の基板との間に導電体層及び抵抗体層を重ねて配置することにより接点部を形成し、当該第１及び第２の基板を接着部材で固定した感圧装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１－１６５７８８号公報

　上記の感圧装置では、接着部材が接点部の厚さ寸法よりも薄く形成されている。このため、接点部の近傍において第１及び第２の基板には、引き離される方向に力が常に働き、これにより、基板同士が部分的に剥離して感圧特性が初期値から変化してしまう場合があるという問題がある。また、上記の感圧装置では、接点部の厚さに厚さばらつきがある場合、接点部間に加わる初期荷重も設計値から異なってしまうため、直接初期感圧特性に影響し、初期感圧特性が設計値からずれてしまうという問題がある。

　本発明が解決しようとする課題は、微小な荷重を検出することができると共に、安定した感圧特性を長期的に確保す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の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板の第１の面に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に対向するように、前記第２の基板の第２の面に設けられた第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極に対応する位置に開口を有し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在するスペーサと、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、前記開口に挿入された挿入部を有し、前記挿入部の総厚は、前記スペーサの厚さと実質的に同一の厚さを有しており、前記第１の電極の一部又は前記第１の基板は、前記スペーサの一方面と接触し、前記第２の電極の一部は、前記スペーサの他方面と接触しており、前記第１の電極と、前記第２の電極と、を含む領域において、前記第１の面と前記第２の面は実質的に平行であることを特徴とする。

　［２］上記発明において、前記挿入部は、前記開口の内壁面から離間していてもよい。

　［３］上記発明において、前記第１の電極は、前記挿入部を含む本体部と、前記本体部の周囲に設けられ、前記本体部よりも低い高さを有する低背部と、を有し、前記低背部は、前記スペーサの一方面と接触していてもよい。

　［４］上記発明において、前記本体部は、前記第１の基板上に設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層を覆うように設けられ、前記第１の電極層の電気抵抗値よりも高い電気的抵抗値を有する第２の電極層と、を備え、前記低背部は、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の少なくとも一方を備えていてもよい。

　［５］上記発明において、前記第１の電極層と前記第２の電極層の厚さが異なり、前記低背部は、前記第１の電極層の厚さ又は前記第２の電極層の厚さのうち、大きい方の厚さと実質的に等しい厚さの電極層を有していてもよい。

　［６］上記発明において、前記低背部は、前記本体部から径方向に連続して形成されていてもよい。

　［７］上記発明において、前記低背部は、前記本体部から径方向に離間して形成されているダミー電極であってもよい。

　［８］上記発明において、前記第１の電極又は前記第２の電極の少なくとも一方が、弾性ビーズを含有した表面層を有していてもよい。

　［９］本発明に係る感圧センサは、第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に対向するように、前記第２の基板に設けられた第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極に対応する位置に開口を有し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在するスペーサと、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、前記開口に挿入された挿入部を有し、前記挿入部の総厚は、前記スペーサの厚さと実質的に同一の厚さを有しており、前記第１の基板は、前記スペーサの一方面と接触し、前記第２の電極の一部は、前記スペーサの他方面と接触しており、前記第２の電極における前記スペーサの他方面と接触している部分と、前記スペーサと、の総厚は、前記第１の電極における前記開口に対応する部分と、前記第２の電極における前記開口に対応する部分と、の総厚と実質的に等しいことを特徴とする。

　［１０］本発明に係る感圧センサは、第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に対向するように、前記第２の基板に設けられた第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極に対応する位置に開口を有し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在するスペーサと、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、前記開口に挿入された挿入部を有し、前記挿入部の総厚は、前記スペーサの厚さと実質的に同一の厚さを有しており、前記第１の電極の一部は、前記スペーサの一方面と接触し、前記第２の電極の一部は、前記スペーサの他方面と接触しており、前記第１の電極における前記スペーサの一方面と接触している部分と、前記第２の電極における前記スペーサの他方面と接触している部分と、前記スペーサと、の総厚は、前記第１の電極における前記開口に対応する部分と、前記第２の電極における前記開口に対応する部分と、の総厚と実質的に等しいことを特徴とする。

　［１１］本発明に係る感圧センサは、第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に対向するように、前記第２の基板に設けられた第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極に対応する位置に開口を有し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在するスペーサと、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、前記開口に挿入された挿入部を有し、前記挿入部の総厚は、前記スペーサの厚さと実質的に同一の厚さを有しており、前記第１の電極は、前記挿入部を含む本体部と、前記本体部の周囲に設けられ、前記本体部よりも低い高さを有する低背部と、を有しており、前記低背部は、前記スペーサの一方面と接触し、前記第２の電極の一部は、前記スペーサの他方面と接触しており、前記低背部と、前記第２の電極における前記スペーサの他方面と接触している部分と、前記スペーサと、の総厚は、前記本体部と、前記第２の電極における前記開口に対応する部分と、の総厚と実質的に等しいことを特徴とする。

　［１２］本発明に係る感圧センサは、第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板に設けられた第１の電極と、前記第１の電極に対向するように、前記第２の基板に設けられた第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極に対応する位置に開口を有し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在するスペーサと、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、前記開口に挿入された挿入部を有し、前記挿入部の総厚は、前記スペーサの厚さと実質的に同一の厚さを有しており、前記第１の電極は、前記挿入部を含む本体部と、前記本体部の周囲に設けられ、前記本体部よりも低い高さを有する低背部と、を有しており、前記第２の電極は、前記挿入部に対向する第２の本体部と、前記第２の本体部の周囲に設けられ、前記第２の本体部よりも低い高さを有する第２の低背部と、を有しており、前記低背部は、前記スペーサの一方面と接触し、前記第２の低背部は、前記スペーサの他方面と接触しており、前記低背部と、前記第２の低背部と、前記スペーサと、の総厚は、前記本体部と、前記第２の本体部と、の総厚と実質的に等しいことを特徴とする。

　本発明によれば、挿入部は第２の基板に設けられた第２の電極に近接した状態で保持されるため、微小な荷重を含む様々な荷重を検出することができる。また、挿入部が、スペーサの厚さと実質的に同一の厚さを有していると共に、前記第１の電極と、前記第２の電極と、を含む領域において、第１の基板の第１の面と第２の基板の第２の面は実質的に平行であるため、第１及び第２の基板を引き離す方向に働く力が存在しない。また、第２の電極の一部は、スペーサの他方面と接触しているため、接点部間に加わる初期荷重は、挿入部の厚さのみに依存し、第２電極の厚さばらつきの影響をほとんど受けず、安定した初期感圧特性を確保することができる。従って、安定した感圧特性を長期的に確保することができる。

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断面図である。図２は、本発明の第２実施形態における感圧センサを示す断面図である。図３は、本発明の第２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４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５は、本発明の第４実施形態における感圧センサを示す断面図である。図６は、比較例２の感圧センサを示す断面図である。図７は、感圧センサの荷重と抵抗値の関係を示すグラフである。図８は、第２実施形態の感圧センサにおける荷重と抵抗値の関係の経時変化を示すグラフである。図９は、第１実施形態の感圧センサにおける荷重と抵抗値の関係の経時変化を示すグラフである。図１０は、比較例２の感圧センサにおける荷重と抵抗値の関係の経時変化を示すグラフである。

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は本実施形態における感圧センサ１を示す断面図である。

　本実施形態における感圧センサ１は、図１に示すように、第１の基板２と、第１の基板２に対向する第２の基板３と、第１の基板２の第１の面２１上に設けられた第１の電極４と、第１の電極４に対向するように、第２の基板３の第２の面３１上に設けられた第２の電極５と、第１の基板２と第２の電極５との間に介在するスペーサ６と、を有している。

　第１の基板２及び第２の基板３は、可撓性を有する絶縁性フィルムであり、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）やポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）等から構成される。この第１の基板２の第１の面２１には、図１に示すように、後述する第１の電極４が形成されている。また、第２の基板３は、図１に示すように、第１の基板２と平行に配置されており、第２の基板３の第２の面３１には後述する第２の電極５が形成されている。

　第１の電極４は、図１に示すように、第１の電極層４１と第２の電極層４２から構成されている。第２の電極５も、図１に示すように、第３の電極層５１と第４の電極層５２から構成されている。第１の電極４及び第２の電極５は、特に図示しないが、平面視において円形状や、三角形状、四角形状等の形状を有している。

　第１の電極層４１は、銀ペーストや、金ペースト、銅ペースト等の導電性ペーストを第１の基板２の第１の面２１に印刷して硬化することにより形成されている。また、第３の電極層５１も、第１の電極層４１に用いられた材料と同様の導電性ペーストを第２の基板３の第２の面３１に印刷して硬化することにより形成されている。こうした第１の電極層４１及び第３の電極層５１を形成するための具体的な印刷の方法としては、スクリーン印刷法やグラビアオフセット印刷法、インクジェット法等を例示することができる。なお、以下に説明する導電性ペーストから形成される全ての電極層も同様の印刷方法が用いられる。

　第２の電極層４２は、図１に示すように、上述の第１の電極層４１を覆うように、導電性ペーストを第１の基板２の第１の面２１上に印刷して硬化させることで形成されている。また、第４の電極層５２も、図１に示すように、上述の第３の電極層５１を覆うように、導電性ペーストを第２の基板３の第２の面３１上に印刷して硬化させることで形成されている。この第２の電極層４２及び第４の電極層５２は、第１の電極層４１及び第３の電極層５１よりも高い電気的抵抗を有しており、こうした第２の電極層４２及び第４の電極層５２を形成する導電性ペーストの具体例としては、カーボンペースト等を例示することができる。本実施形態において、第１の電極層４１及び第３の電極層５１は第２の電極層４２及び第４の電極層５２よりも相対的に薄く形成されているが、特にこれに限定されず、同一の厚さであってもよく、厚く形成されていても良い。

　本実施形態では、図１に示すように、第１の電極４は、後述するスペーサ６の開口６１内に全て挿入されており、本例における第１の電極４が本発明における挿入部の一例に相当する。本実施形態における第１の電極４は、スペーサ６の開口６１の内壁面から離間している。これにより、感圧センサ１の押圧操作をスムーズに行うことができると共に、第１の電極４における径方向（図１中の左右方向）の端部において生じやすい厚さバラツキを吸収することができる。第２の電極５は、第１の電極４と対向するように設けられ、後述するスペーサ６の開口６１よりも広く、外周部近傍で当該開口６１の周縁に接している。なお、第２の電極５の略中央に凸部を設け、当該凸部が第１の電極４と対向するような構成としてもよい。

　なお、第１～第４の電極層４１、４２、５１、５２を形成するための方法は特に限定されない。例えば、基板の表面にめっき層を形成した後、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成し、その後エッチング処理を行うことにより電極層を形成してもよい。

　なお、本実施形態において、第１の電極４は２つの電極層４１、４２から構成されており、第２の電極５も２つの電極層５１、５２から構成されているが、特にこれに限定されない。例えば、第１の電極４と第２の電極５の両方、又は、第１の電極４と第２の電極５の何れか一方が、単一の電極層で構成されていてもよいし、３つ以上の電極層であってもよい。

スペーサ６は、第１の基板２と第２の電極５との間に介在することにより、第１の電極４と第２の電極５の距離を規定する部材であり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）やポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）等の絶縁性材料から形成されている。

　本実施形態では、スペーサ６の上面６２が第１の基板２の第１の面２１と接触していると共に、スペーサ６の下面６３が第２の電極５と接触している。なお、本実施形態におけるスペーサ６の上面６２が本発明におけるスペーサの一方面の一例に相当し、本実施形態におけるスペーサ６の下面６３が本発明におけるスペーサの他方面の一例に相当する。

　また、スペーサ６には、図１に示すように、第１の電極４よりも大きい開口６１が第１の電極層４１に対応するように設けられている。また、スペーサ６の厚さは、第１の電極４の厚さと実質的に等しくなっている。このため、第１の電極４の全体は、スペーサ６の開口６１の中に収まっている。

　本実施形態に係る感圧センサ１は、このように、第１の面２１に第１の電極４が設けられた第１の基板２と、スペーサ６と、第２の面３１に第２の電極５が設けられた第２の基板３とが積層されており、第１の基板２とスペーサ６との間、及び、第２の電極５とスペーサ６との間は、粘着材等により固定されている。そして、第１の電極４と、第２の電極５と、を含む領域Ｄにおいて、第１の面２１と第２の面３１は実質的に平行となっている。このような粘着材として、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、シリコーン樹脂系等の粘着材を例示することができる。なお、両面粘着性を有するシート等をスペーサ６として用いることにより、第１の基板２とスペーサ６との間、及び、第２の電極５とスペーサ６との間を固定してもよい。因みに、第１の電極４と、第２の電極５と、を含む領域Ｄとは、平面視において、第１の電極４を取り囲む最小の連続領域Ｄ１と、第２の電極５を取り囲む最小の連続領域Ｄ２のうち、大きい方の領域（本例ではＤ２）を意味する。

　第１の電極４と第２の電極５は、特に図示しない圧力検出装置に接続されている。第１の電極４と第２の電極５の間に所定の電圧を印加した状態で、図１中の矢印の方向に荷重が加わると、当該荷重の大きさに応じて第１の電極４と第２の電極５との間の電気抵抗は変化するので、この抵抗変化に基づいて感圧センサに加わる圧力の大きさを検出する。

　次に、本実施形態の作用について説明する。

　本実施形態において、スペーサ６は第１の基板２の第１の面２１と第２の電極５との間に挟まれている。また、第１の基板２に設けられた第１の電極４の厚さは、当該スペーサ６の厚さと実質的に等しくなっている。これにより、第１の電極４と第２の電極５とを近接した状態で保持することができると共に、荷重が加わる前における感圧センサ１の抵抗値（初期抵抗）を大きくすることができる。このため、微小な負荷が加わった際における感圧センサ１の抵抗値の変化量が大きくなり、高精度で当該負荷を検出することができる。また、本実施形態では、第１の電極４の全体がスペーサ６の開口６１の中に収まっているため、感圧センサ１に印加された押圧力が集中し易い場所である開口６１の周縁において、第１の電極４が第１の基板２とスペーサ６との間で狭圧されることは無い。これにより、第１の電極４の経時劣化を抑制し、感圧センサ１の耐久性の向上を図ることができる。

　また、上記の構成に加え、第１の電極４と、第２の電極５と、を含む領域Ｄにおいて、第１の面２１と第２の面３１は実質的に平行となっている。このため、第１の基板２及び第２の基板３の応力により当該基板２、３同士が引き離されることはなく、感圧センサ１を長期にわたって使用しても、安定した感圧特性を確保することができる。

さらに、第１の電極４は、スペーサ６の厚さと実質的に同一の厚さを有しており、第２の電極５の一部は、スペーサ６と接触しているため、接点部間に加わる初期荷重は、第１の電極４の厚さのみに依存し、第２の電極５の厚さのばらつきの影響をほとんど受けない。その結果、安定した初期感圧特性を確保することができる。

　詳細には、スペーサ６の厚さは実質的に一定である一方で、第１の電極４と第２の電極５の厚さはばらつく可能性があるため、初期荷重は、スペーサ６の厚さとスペーサ６の開口内に挿入される挿入部の厚さとの関係によって決まる。このため、第１の電極と第２の電極のすべてが挿入部になってしまうと、第１の電極４と第２の電極５の両方の厚さばらつきの影響を初期荷重は受けてしまい、結果として、初期感圧特性の値は設計値からずれてしまう場合がある。一方、本実施形態においては、スペーサ６は、第１の基板２と第２の電極５の間に介在されているため、挿入部は第１の電極４のみであり、第２の電極５の厚さがばらついても、初期荷重は影響を受けない。つまり、初期荷重は、第１の電極４の影響しか受けず、比較的安定した初期感圧特性を確保することが出来る。

<<第２実施形態>>
　図２は本発明の第２実施形態での感圧センサ１Ｂを示す断面図であり、図３は本発明における第２実施形態の変形例を示す感圧センサを示す断面図である。ここで、第２実施形態における感圧センサ１Ｂは、第１の電極４Ｂとスペーサ６Ｂが異なること以外は、上述した第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と相違する部分についてのみ説明し、第１実施形態と同一である部分については、第１実施形態と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第１の電極４Ｂは、図２に示すように、本体部４３と、当該本体部４３から径方向に連続して形成されるフランジ部４４と、を有している。

　第１の電極４Ｂの本体部４３は、第１の基板２の第１の面２１上に設けられた第１の電極層４１と、当該第１の電極層４１を覆うように形成された第２の電極層４２１から構成されている。

　一方、第１の電極４Ｂのフランジ部４４は、第１の基板２の第１の面２１上における本体部４３の周囲に形成されており、第２の電極層４２２のみから構成されている。

　なお、本体部４３及びフランジ部４４の層構成は特に限定されない。例えば、図３に示すように、第１の基板２の第１の面２１上に第１の電極層４１Ｂを形成し、当該第１の電極層４１Ｂの図中下面に、第１の電極層４１Ｂよりも相対的に狭い幅を有する第２の電極層４２１Ｂを形成してもよい。この場合には、第１の電極４Ｂにおける第１の電極層４１Ｂと第２の電極層４２１Ｂとの重複部分が本体部４３を構成し、第１の電極層４１Ｂにおいて第２の電極層４２１Ｂから径方向に突出した部分がフランジ部４４を構成している。本実施形態におけるフランジ部４４が、本発明における低背部の一例に相当する。

　図２に戻り、本体部４３の第２の電極層４２１とフランジ部４４の第２の電極層４２２は、第２の電極層４２として同時に印刷して硬化することにより形成される。このため、第１の電極層４１を覆う第２の電極層４２１の厚さＷ１は、フランジ部４４の厚さＷ２と実質的に等しくなっている（Ｗ１＝Ｗ２）。また、本体部４３は、フランジ部４４よりも図２中の下側に突出する挿入部４０を有しており、この挿入部４０の厚さＷ３は第１の電極層４１の厚さＷ４と実質的に等しくなっている（Ｗ３＝Ｗ４）。

　本実施形態では、図２に示すように、フランジ部４４と、第２の電極５における第４の電極層５２との間に、スペーサ６Ｂが挟まれている。スペーサ６Ｂとしては、スペーサ６と同じ材料を用いる事ができる。

　スペーサ６Ｂには第１の電極層４１と対応するように開口６１が設けられており、当該開口６１内には、本体部４３の挿入部４０が挿入されている。また、この挿入部４０の厚さＷ３は、スペーサ６Ｂの厚さＷ５と実質的に等しくなっている（Ｗ３＝Ｗ５）。

　このため、本実施形態においても、第１の電極４Ｂにおける本体部４３と第２の電極５とを近接した状態で保持することができるため、微小な負荷においても高精度で検出することができる。なお、第２の電極５の略中央に凸部を設け、当該凸部が第１の電極４Ｂの挿入部４０と対向するような構成としてもよい。

　また、本実施形態においても、第１の電極４Ｂと、第２の電極５と、を含む領域Ｄにおいて、第１の面２１と第２の面３１は実質的に平行となっているため、感圧センサ１Ｂを長期にわたって使用しても、安定した感圧特性を確保することができる。なお、本実施形態では、平面視において、第１の電極４Ｂを取り囲む最小の連続領域Ｄ１と、第２の電極５を取り囲む最小の連続領域Ｄ２と、は等しくなっており（Ｄ１＝Ｄ２）、当該領域Ｄ１及びＤ２が上記の領域Ｄに相当する。

　また、挿入部４０の厚さＷ３は、スペーサの厚さＷ５と実質的に同一の厚さを有しており、第１の電極層４１の厚さＷ４のみに実質的に依存している。さらに、フランジ部４４と第２の電極５との間にスペーサ６Ｂが挟まれている。このため、接点部間に加わる初期荷重は、第１の電極層４１の厚さＷ４のみに依存し、その他の電極層の厚さのばらつきの影響をほとんど受けない。その結果、安定した初期感圧特性を確保することができる。また、本実施形態における第１の電極４Ｂの挿入部４０Ｂも、スペーサ６Ｂの開口６１の内壁面から離間している。これにより、感圧センサ１Ｂの押圧操作をスムーズに行うことができると共に、第１の電極４Ｂの径方向（図２中の左右方向）にいて、挿入部４０Ｂの端部の厚さバラツキを吸収することができる。

　また、電極層の膜厚が大きいほど、膜厚ばらつきが大きくなるため、初期荷重も設計値と異なりやすくなる。このため、第２の電極層４２が第１の電極層４１よりも相対的に厚く形成されている場合においては、第１の電極層４１が有する膜厚ばらつきが相対的に小さくなり、より安定した初期感圧特性を確保することができる。

　また、本実施形態の場合、本体部４３の周囲に形成されたフランジ部４４が形成されており、当該フランジ部４４も感圧センサとして利用できるため、感圧センサの抵抗変化を大きくすることが可能になり、感圧特性が向上する。

<<第３実施形態>>
　図４は本発明の第３実施形態での感圧センサ１Ｃを示す断面図である。ここで、第３実施形態における感圧センサ１Ｃは、第１の電極４Ｃが異なること以外は、上述した第２実施形態と同様であるので、第２実施形態と相違する部分についてのみ説明し、第２実施形態と同一である部分については、第２実施形態と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第１の電極４Ｃは、図４に示すように、第１の検出用電極４５と、第１の検出用電極４５から径方向に離間して形成されている第１のダミー電極４６と、を有している。

　第１の検出用電極４５は、第１の基板２の第１の面２１上に設けられた第１の電極層４１と、当該第１の電極層４１を覆うように形成された第２の電極層４２１Ｂから構成されている。

　一方、第１のダミー電極４６は、第１の基板２の第１の面２１上における第１の検出用電極４５の周囲に形成されており、第２の電極層４２２Ｂのみから構成されている。なお、第２の電極層４２２Ｂは、第２の電極層４２と同様にして形成することができる。また、第１のダミー電極４６の層構成は、第２の電極層４２２Ｂのみに限られない。例えば、第１のダミー電極４６が、第１の電極層４１のみから構成されていてもよく、第１の電極層４１および第２の電極層４２２Ｂの２層から構成されていても良い。本実施形態における第１のダミー電極４６が、本発明の低背部の一例に相当する。

　第１の検出用電極４５の第２の電極層４２１Ｂと第１のダミー電極４６の第２の電極層４２２Ｂは、同時に印刷して硬化することにより形成される。このため、第１の電極層４１を覆う第２の電極層４２１Ｂの厚さＷ６は、第１のダミー電極４６の厚さＷ７と実質的に等しくなっている（Ｗ６＝Ｗ７）。また、第１の検出用電極４５は、第１のダミー電極４６よりも図４中の下側に突出する挿入部４０Ｂを有しており、この挿入部４０Ｂの厚さＷ８は第１の電極層４１の厚さＷ４と実質的に等しくなっている（Ｗ８＝Ｗ４）。

　本実施形態では、第１のダミー電極４６と第２の電極５との間にはスペーサ６Ｃが挟まれている。このスペーサ６Ｃとしては、スペーサ６と同じ材料を用いる事ができる。

　スペーサ６Ｃには第１の電極層４１と対応するように開口６１が設けられており、当該開口６１内には、第１の検出用電極４５の挿入部４０Ｂが挿入されている。また、この挿入部４０Ｂの厚さＷ８は、スペーサ６Ｃの厚さＷ９と実質的に等しくなっている（Ｗ８＝Ｗ９）。このため、本実施形態においても、第１の電極４Ｃにおける第１の検出用電極４５と第２の電極５とを近接した状態で保持することができるため、微小な負荷を含むあらゆる負荷を高精度で検出することができる。なお、第２の電極５の略中央に凸部を設け、当該凸部が第２の電極層４２１Ｂと対向するような構成としてもよい。

　また、本実施形態においても、第１の電極４Ｃと、第２の電極５と、を含む領域Ｄにおいて、第１の面２１と第２の面３１は実質的に平行となっているため、感圧センサ１Ｃを長期にわたって使用しても、安定した感圧特性を確保することができる。なお、本実施形態も、平面視において、第１の電極４Ｃを取り囲む最小の連続領域Ｄ１と、第２の電極５を取り囲む最小の連続領域Ｄ２と、は等しくなっており（Ｄ１＝Ｄ２）、当該領域Ｄ１及びＤ２が上記の領域Ｄに相当する。

　また、挿入部４０Ｂの厚さＷ８は、スペーサの厚さＷ９と実質的に同一の厚さを有しており、第１の電極層４１の厚さＷ４のみに実質的に依存している。さらに、フランジ部４２２Ｂと第２の電極５との間にスペーサ６Ｃが挟まれている。このため、接点部間に加わる初期荷重は、第１の電極層４１の厚さＷ４のみに依存し、その他の電極層の厚さのばらつきの影響をほとんど受けない。その結果、安定した初期感圧特性を確保することができる。また、本実施形態における第１の電極４Ｃの挿入部４０Ｂも、スペーサ６Ｃの開口６１の内壁面から離間している。これにより、感圧センサ１Ｃの押圧操作をスムーズに行うことができると共に、第１の電極４Ｃの径方向（図４中の左右方向）における挿入部４０Ｂの端部の厚さバラツキを吸収することができる。

<<第４実施形態>>
　図５は本発明の第４実施形態での感圧センサ１Ｄを示す断面図である。ここで、第４実施形態における感圧センサ１Ｄは、第２の電極５Ｂが異なること以外は、上述した第３実施形態と同様であるので、第３実施形態と相違する部分についてのみ説明し、第３実施形態又は第１実施形態と同一である部分については、第３実施形態又は第１実施形態と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第２の電極５Ｂは、図５に示すように、第１の検出用電極４５に対向するように設けられた第２の検出用電極５３と、当該第２の検出用電極５３から離間して設けられた第２のダミー電極５４と、を有している。

　第２の検出用電極５３は、第２の基板３の第２の面３１上に設けられた第３の電極層５１１と、当該第３の電極層５１１を覆うように形成された第４の電極層５２１から構成されている。

　一方、第２のダミー電極５４は、第２の基板３の第２の面３１上における第２の検出用電極５３の周囲に形成されている。この第２のダミー電極５４は、第２の基板３の第２の面３１上に設けられた第３の電極層５１２と、当該第３の電極層５１２を覆うように形成された第４の電極層５２２から構成されている。なお、第３の電極層５１１、５１２は、第３の電極層５１と、第４の電極層５２１、５２２は、第４の電極層５２と、同様の材料、方法を用いて形成されている。また、第２のダミー電極５４は、上記の構成に限られず、第３の電極層５１２または第４の電極層５２２のみから構成されていても良い。

　また、本実施形態において、第２の検出用電極５３は、第１の検出用電極４５と等しい幅を有しているが、特にこれに限定されない。また、第２のダミー電極５４は、第１のダミー電極４６と等しい幅を有しているが、特にこれに限定されない。因みに、本実施形態においても、第１の電極４Ｃと、第２の電極５Ｂと、を含む領域Ｄにおいて、第１の面２１と第２の面３１は実質的に平行となっている。なお、本実施形態も、平面視において、第１の電極４Ｃを取り囲む最小の連続領域Ｄ１と、第２の電極５Ｂを取り囲む最小の連続領域Ｄ２と、は等しくなっており（Ｄ１＝Ｄ２）、当該領域Ｄ１及びＤ２が上記の領域Ｄに相当する。

　なお、本実施形態においても、第３実施形態と同等の作用効果を得ることが出来る。

　なお、以上に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、第１～第４実施形態で説明した構成を上下反対にしてもよい。即ち、第１の基板２の第１の面２１に第２の電極を設けると共に、第２の基板３の第２の面３１に第１の電極を設けてもよい。

　また、例えば、第１の電極又は第２の電極の少なくとも一方を、ナイロン等の弾性に富んだビーズを分散させた導電性ペーストを用いて印刷する等の方法により、当該電極の表面に弾性ビーズを含有する層を形成してもよい。これにより、弾性ビーズを電極の表面に含有している分だけ、電極の表面に凹凸形状を有することになる。このため、感圧センサに加わる荷重の変化に対して、第１及び第２の電極間における抵抗変化がなだらかとなり、より正確に当該負荷の検出を行うことが可能となる。また、この場合、電極の表面が凹凸形状を有しており、膜厚ばらつきが大きくなるため、初期荷重がより設計値と異なりやすくなる場合がある。しかし、この場合においても、スペーサ６と接触する電極層に関しては、当該電極層の厚さのばらつきの影響をほとんど受けることはない。このため、この効果を保ちつつ、上述のなだらかな抵抗変化による正確な負荷の検出を実現することができる。

　以下に、本発明をさらに具体化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態における感圧特性の経時的な安定性を確認するためのものである。

　＜実施例１＞
　実施例１では、実施形態２において説明した図２に示すような感圧センサを作製した。

　具体的には、まず、第１の基板２として厚さ１００［μｍ］のポリエチレンテレフタレートを使用し、スクリーン印刷法により当該第１の基板２に銀ペースト（ＦＡ－３５３藤倉化成（株）製）を印刷し、温度１５０℃で３０分熱乾燥して硬化させることにより、厚さ１０［μｍ］、直径６［ｍｍ］の第１の電極層４１を形成した。

　次いで、当該第１の電極層４１の上に、カーボンペースト（ＢＴＵ－５００ｋ（株）アサヒ化学研究所）を用いて同様の印刷を行い、温度１５０℃で６０分熱乾燥して硬化させることにより、厚さ１０［μｍ］、直径８［ｍｍ］の第２の電極層４２を形成し、第１の電極層４１と併せてこれを第１の電極４Ｂとした。

　次に、第２の基板３として、第１の基板２と同等の条件により、厚さ１０［μｍ］、直径７．５［ｍｍ］の第３の電極層５１を形成した。

　次いで、第２の電極層４２と同等の条件により、厚さ１０［μｍ］、直径８［ｍｍ］の第４の電極層５２を形成し、第３の電極層５１と併せてこれを第２の電極５とした。

　次に、スペーサ６Ｂとして、直径７［ｍｍ］の開口６１が設けられた厚さ１０［μｍ］の両面粘着シート（ＴＬ－４１０Ｓ－０２リンテック社製）を、開口６１の中心が第１の電極４Ｂの中心と対応するように第１の電極４Ｂの端部の上に貼り付けた。そして、第１の電極４Ｂと第２の電極５とが対向するように第２の基板３を第１の基板２に張り付けることで感圧センサ１Ｂを作製した。

　以上に説明した構成の実施例１のサンプルに対して、以下の２つの試験を行った。

　１つ目の試験は、次のような荷重と抵抗値の測定試験である。具体的には、感圧センサ１Ｂの第１の電極４Ｂと第２の電極５を圧力検出装置に接続し、φ２０ｍｍ、ゴム硬度２０度、フラットのシリコンラバーのアクチュエーターにて、１ｍｍ／ｍｉｎのアクチュエーター速度で荷重と抵抗値の関係を測定した。

　また、２つ目の試験は、荷重と抵抗値の関係の経時変化を確認する試験である。具体的には、上記の条件にて、感圧センサ１Ｂの作製直後における荷重と抵抗値の関係を測定すると共に、感圧センサ１Ｂを作製してから２００時間後における荷重と抵抗値の関係を測定した。

　＜実施例２＞
　実施例２では、第１の電極４Ｂのフランジ部４４を省略すると共にスペーサ６として厚さ１０［μｍ］の両面粘着シート（リンテック社製）を用い、第１の電極層４１の直径を５［ｍｍ］とし、第２の電極層４２の直径を６［ｍｍ］とし、第３の電極層５１の直径を８［ｍｍ］とし、第４の電極層５２の直径を９［ｍｍ］としたこと以外は実施例１と同様にして、図１に記載されているような構成の感圧センサ１を作製した。

　この感圧センサ１についても、実施例１と同等の条件で、上記の２つの試験を行った。

　＜実施例３＞
　実施例３では、図５に示すような構造の感圧センサ１Ｄを作製した。

　具体的には、実施例１と同様の方法により、厚さ１０［μｍ］、直径４［ｍｍ］の第１の電極層４１を第１の基板２に形成した。次いで、当該第１の電極層４１の上に、厚さ１０［μｍ］、直径４．５［ｍｍ］の第２の電極層４２１Ｂを形成すると共に、当該第２の電極層４２１Ｂの中心から３．５［ｍｍ］離れた場所に幅２．０［ｍｍ］の第２の電極層４２２Ｂの中心が来るように第２の電極層４２２Ｂを形成した。

　次いで、第２の基板３に、実施例１と同様の方法により、厚さ１０［μｍ］、直径４［ｍｍ］の第３の電極層５１１を形成すると共に、当該第３の電極層５１１の中心から３．５［ｍｍ］離れた場所に幅１．０［ｍｍ］の第３の電極層５１２の中心が来るように第３の電極層５１２Ｂを形成した。そして、厚さ１０［μｍ］、直径４．５［ｍｍ］の第４の電極層５２１を第３の電極層５１１の上に形成すると共に、厚さ１０［μｍ］、幅２．０［ｍｍ］の第４の電極層５２２を第３の電極層５１２の上に形成した。次いで、実施例１と同様の方法で、第２の基板３を第１の基板２に張り付けることで感圧センサ１Ｄを作製した。

　この感圧センサ１Ｄについて、実施例１と同等の条件で、上述した荷重と抵抗値の測定試験を行った。

　＜比較例１＞
　比較例１では、第１の電極を第２の電極５と同様な構成としたこと以外は実施例１と同様の構成を有する感圧センサを作製した。

　この感圧センサについて、実施例１と同等の条件で、上述した荷重と抵抗値の測定試験を行った。

　＜比較例２＞
　比較例２では、第２の電極５Ｃを第１の電極４Ｂと同様な構成としたこと以外は実施例１と同様にして、図６に記載されているような構成の感圧センサを作製した。この場合においては、第１の電極４Ｂと、第２の電極５Ｃと、を含む領域Ｄにおいて、第１の面２１と第２の面３１は非平行となっている。なお、本例では、平面視において、第１の電極４Ｂを取り囲む最小の連続領域Ｄ１と、第２の電極５Ｃを取り囲む最小の連続領域Ｄ２と、は等しくなっており（Ｄ１＝Ｄ２）、当該領域Ｄ１及びＤ２が領域Ｄに相当する。

　この感圧センサについても、実施例１と同等の条件で、上記の２つの試験を行った。

　＜比較例３＞
　比較例３では、スペーサを第１の電極上ではなく第１の基板上に貼り付けたこと以外は実施例１と同様にして、上述の特許文献１の図２に記載されているような構成の感圧センサを作製した。

　実施例１の測定結果を図７、図８及び表１に示し、実施例２の測定結果を図７、図９及び表１に示し、実施例３の測定結果を図７に示し、比較例１の測定結果を図７に示し、比較例２の測定結果を図７、図１０及び表１に示し、比較例３の測定結果を図７に示す。

　図７に示す結果によると、荷重が０Ｎにおける実施例１の感圧センサの抵抗値は約１０００００Ωであり、荷重が５Ｎにおける抵抗値は約３００Ωであることが分かった。また、荷重が０Ｎにおける実施例２の感圧センサの抵抗値は約１２０００Ωであり、荷重が５Ｎにおける抵抗値は約１０５０Ωであることが分かった。さらに、荷重が０Ｎにおける実施例３の感圧センサの抵抗値は約１０００００Ωであり、荷重が５Ｎにおける抵抗値は約１０５０Ωであることが分かった。

　一方、図７に示す結果によると、比較例１の感圧センサは荷重が約１Ｎに達するまで抵抗値の変化がなく、印加された荷重を検出できていないことが分かった。また、荷重が５Ｎにおける比較例２及び比較例３の感圧センサの抵抗値は、実施例１の感圧センサ１Ｂと同程度の約３００Ωである一方で、荷重が０Ｎにおける抵抗値はそれぞれ約１５００Ω、約１１００Ωであった。これにより、荷重０Ｎ～５Ｎにおける比較例２、３の感圧センサの抵抗値変化量は、荷重０Ｎ～５Ｎにおける実施例１～３の感圧センサの抵抗値変化量に比べて大幅に小さいことが分かった。

　また、図８、図９及び表１に示す結果によると、実施例１及び実施例２の感圧センサは、作製直後の荷重および抵抗値の特性と、作製から２００時間経過後の荷重および抵抗値の特性との間に有意な差は見られず、荷重および抵抗値の特性の経時変化は小さいことが分かった。

　一方、比較例２の感圧センサは、図１０及び表１に示す結果によると、作製直後および荷重と抵抗値の特性と、作製から２００時間経過後の荷重および抵抗値の特性との間に差が見られ、荷重および抵抗値の特性の経時変化は大きいことが分かった。

　以上のように、実施例１の感圧センサ１Ｂによれば、微小な荷重をより大きな抵抗値の変化として精度よく検出できると共に、長期にわたって使用しても安定した感圧特性を確保することが可能であることが確認された。

１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・感圧センサ
　２・・・第１の基板
　　２１・・・第１の面
　３・・・第２の基板
　　３１・・・第２の面
　４、４Ｂ、４Ｃ・・・第１の電極
　　４０・・・挿入部
　　４１・・・第１の電極層
　　４２、４２１、４２２・・・第２の電極層
　　４３・・・本体部
　　４４・・・低背部
　　４５・・・第１の検出用電極
　　４６・・・第１のダミー電極
　５、５Ｂ・・・第２の電極
　　５１、５１１、５１２・・・第３の電極層
　　５２、５２１、５２２・・・第４の電極層
　　５３・・・第２の検出用電極
　　５４・・・第２の検出用電極
　６・・・スペーサ
　６１・・・開口
　６２・・・上面
　６３・・・下面

Claims

　第１の基板と、
　前記第１の基板に対向する第２の基板と、
　前記第１の基板の第１の面に設けられた第１の電極と、
　前記第１の電極に対向するように、前記第２の基板の第２の面に設けられた第２の電極と、
　前記第１の電極及び前記第２の電極に対応する位置に開口を有し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在するスペーサと、を備え、
　前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、前記開口に挿入された挿入部を有し、
　前記挿入部の総厚は、前記スペーサの厚さと実質的に同一の厚さを有しており、
　前記第１の電極の一部又は前記第１の基板は、前記スペーサの一方面と接触し、
　前記第２の電極の一部は、前記スペーサの他方面と接触しており、
　前記第１の電極と、前記第２の電極と、を含む領域において、前記第１の面と前記第２の面は実質的に平行であることを特徴とする感圧センサ。
　請求項１に記載の感圧センサであって、
　前記挿入部は、前記開口の内壁面から離間していることを特徴とする感圧センサ。
　請求項１又は２に記載の感圧センサであって、
　前記第１の電極は、
　前記挿入部を含む本体部と、
　前記本体部の周囲に設けられ、前記本体部よりも低い高さを有する低背部と、を有し、
　前記低背部は、前記スペーサの一方面と接触していることを特徴とする感圧センサ。
　請求項３に記載の感圧センサであって、
　前記本体部は、
　前記第１の基板上に設けられた第１の電極層と、
　前記第１の電極層を覆うように設けられ、前記第１の電極層の電気抵抗値よりも高い電気的抵抗値を有する第２の電極層と、を備え、
　前記低背部は、前記第１の電極層又は前記第２の電極層を備えることを特徴とする感圧センサ。
　請求項４に記載の感圧センサであって、
　前記第１の電極層と前記第２の電極層の厚さは実質的に異なっており、
　前記低背部は、前記第１の電極層の厚さ又は前記第２の電極層の厚さのうち、大きい方の厚さと実質的に等しい厚さの電極層を有することを特徴とする感圧センサ。
　請求項３～５の何れか１項に記載の感圧センサであって、
　前記低背部は、
　前記本体部から径方向に連続して形成されていることを特徴とする感圧センサ。
　請求項３～５の何れか１項に記載の感圧センサであって、
　前記低背部は、
　前記本体部から径方向に離間して形成されているダミー電極であることを特徴とする感圧センサ。
　請求項１～７の何れか１項に記載の感圧センサであって、
前記第１の電極又は前記第２の電極の少なくとも一方が、弾性ビーズを含有した表面層を有することを特徴とする感圧センサ。