特許 6619196 感圧センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6619196

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】感圧センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20191202BHJP

   G01L 1/20 20060101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/00 101Z

   G01L1/20 B

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-199307(P2015-199307)

(22)【出願日】2015年10月7日

(65)【公開番号】特開2017-72472(P2017-72472A)

(43)【公開日】2017年4月13日

【審査請求日】2018年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000111085

【氏名又は名称】ニッタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩田 耕治

(72)【発明者】

【氏名】波多野 至

【審査官】 谷垣 圭二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１１４３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５７９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２７７０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３１１５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ５／００

Ｇ０１Ｌ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の長尺状の第１電極及び前記複数の第１電極を覆う第１導電層を有した第１シート部材と、複数の長尺状の第２電極及び前記複数の第２電極を覆う第２導電層を有した第２シート部材とを備え、複数の前記第１電極のそれぞれと複数の前記第２電極とが互いに交差し且つ対向するように、且つ、複数の前記第２電極のそれぞれと複数の前記第１電極とが互いに交差し且つ対向するように、前記第１シート部材と前記第２シート部材とが配置された感圧センサであり、
前記第１電極と前記第２電極とが互いに交差した交差部において、
前記第１導電層には、前記第２導電層に向かって複数の突起が形成され、
前記第２導電層には、前記第１導電層に向かって複数の突起が形成され、
前記第１導電層に形成された複数の突起が均一に分散し、
前記第１導電層に形成された複数の突起の頂部が同一平面上に位置しており、
前記第１導電層に形成された突起の高さが前記第２導電層に形成された突起の高さよりも高いことを特徴とする感圧センサ。

【請求項2】

前記第１電極の側面及び前記第２導電層に対向する面が前記第１導電層に覆われ、
前記第２電極の側面及び記第１導電層に対向する面が前記第２導電層に覆われていることを特徴とする請求項１に記載の感圧センサ。

【請求項3】

前記第１導電層の算術平均粗さＲａが前記第２導電層の算術平均粗さＲａの１．１倍以上１０倍以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の感圧センサ。

【請求項4】

前記第１導電層の最大高さＲｚが前記第２導電層の最大高さＲｚの１．１倍以上１０倍以下であることを特徴とする請求項３に記載の感圧センサ。

【請求項5】

前記第１導電層に形成された複数の突起をこれらの突起の頂部を結んで形成される平面に平行な面で切断したときの断面積が、前記第２導電層に近付くにつれて小さく、
前記頂部が湾曲面状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の感圧センサ。

【請求項6】

前記第１導電層に形成された複数の突起が全て同一形状であり且つ所定の間隔で並んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の感圧センサ。

【請求項7】

前記第１導電層に形成された複数の突起が全て同一形状であり且つ隙間なく並んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の感圧センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力を検出する感圧センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、２枚のシート部材を重ね合わせた感圧センサが知られている（特許文献１,２参照）。２枚のシート部材の間には、導電層が塗布された複数の行電極と複数の列電極が交差して対向するように配置されている。

【0003】

感圧センサに圧力を加えると、導電層同士が接触することにより、導電層の表面形状が変形して接触面積が変化する。これにより導電状態が変化し、導電層の電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値から感圧センサに加えられた圧力が検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−５７９９１号公報

【特許文献2】特開２０１２−５７９９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

感圧センサの電極はスクリーン印刷等によって形成されるが、この方法では電極表面に不規則な凹凸が形成される。例えば図１２に示すように、上シートの電極８１２には、両端部に長い突起８１２ａ,８１２ｂが形成され、中央付近に短い突起８１２ｃ,８１２ｄが形成される。ここに導電層８１３を形成すると、導電層８１３にも、電極８１２に追従した不規則な凹凸が形成される。同様に、下シートの電極８２２にも、両端部に長い突起８２２ａ,８２２ｂが形成され、中央付近に短い突起８２２ｃ,８２２ｄが形成される。この電極８２２に導電層８２３を形成すると、導電層８２３にも電極８２２に追従した不規則な凹凸が形成される。

【0006】

ここに圧力を加えると、上下の凹凸が噛み合わず、接触位置が微妙に変化する。これにより、上下の導電層８１３,８２３の接触位置が不安定になる。その結果、センサを加圧する度に測定結果が変わることがある。また、導電層８１３,８２３の接触状態が悪いと、加圧時と抜圧時とで、同じ荷重を加えているにも関わらず測定結果が異なることがある。これらが原因で測定誤差が生じる。

【0007】

さらに、センサへの加圧を継続すると、凹凸が潰れることで導電層８１３,８２３の接触面積が急激に増加する。これにより導通状態が急激に変化することで、センサの出力が不安定になり、検出精度が低下する。

【0008】

そこで、本発明の目的は、測定誤差を生じにくくし且つ検出精度が高い感圧センサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の感圧センサは、複数の長尺状の第１電極及び前記複数の第１電極を覆う第１導電層を有した第１シート部材と、複数の長尺状の第２電極及び前記複数の第２電極を覆う第２導電層を有した第２シート部材とを備え、複数の前記第１電極のそれぞれと複数の前記第２電極とが互いに交差し且つ対向するように、且つ、複数の前記第２電極のそれぞれと複数の前記第１電極とが互いに交差し且つ対向するように、前記第１シート部材と前記第２シート部材とが配置された感圧センサであり、前記第１電極と前記第２電極とが互いに交差した交差部において、前記第１導電層には、前記第２導電層に向かって複数の突起が形成され、前記第２導電層には、前記第１導電層に向かって複数の突起が形成され、前記第１導電層に形成された複数の突起が均一に分散し、前記第１導電層に形成された複数の突起の頂部が同一平面上に位置しており、前記第１導電層に形成された突起の高さが前記第２導電層に形成された突起の高さよりも高い。

【0010】

上記構成では、第１導電層の均一に分散した突起が第２導電層の短い突起に接触するため、接触状態が安定する。これにより測定誤差が生じにくい。また、第１導電層の突起が均一に分散しているとともに突起の頂部が全て同じ平面上に位置するため、感圧センサに加えられた力は各突起に均一に分散する。これによりセンサへの加圧を継続すると第１導電層の突起が全て同じように潰れていき、接触面積が急激に変化しにくい。したがって加圧を継続しても導電状態が安定し、センサ出力が安定するため、検出精度が高い。よって、測定誤差を生じにくくすることができるとともに検出精度を高くすることができる。

【0011】

また、上記構成において、前記第１電極の側面及び前記第２導電層に対向する面が前記第１導電層に覆われ、前記第２電極の側面及び記第１導電層に対向する面が前記第２導電層に覆われていることが好ましい。
また、上記構成において、前記第１導電層の算術平均粗さＲａが前記第２導電層の算術平均粗さＲａの１．１倍以上１０倍以下であることが好ましい。これにより、接触状態がより安定するため、測定誤差をより生じにくくすることができる。また、感圧センサに加えられた力が各突起に均一に分散しやすくなるため、検出精度をより高くすることができる。

【0012】

さらに、上記構成において、前記第１導電層の最大高さＲｚが前記第２導電層の最大高さＲｚの１．１倍以上１０倍以下であることが好ましい。これにより、接触状態がより安定するため、測定誤差をより生じにくくすることができる。また、感圧センサに加えられた力が各突起に均一に分散しやすくなるため、検出精度をより高くすることができる。

【0013】

また、上記構成において、前記第１導電層に形成された複数の突起をこれらの突起の頂部を結んで形成される平面に平行な面で切断したときの断面積が、前記第２導電層に近付くにつれて小さく、前記頂部が湾曲面状であることが好ましい。

【0014】

上記構成では第１導電層の突起が湾曲面状であるため、第２導電層への接触状態がより安定する。また、突起が急激に潰れないため、第１導電層と第２導電層の接触面積が急激に変化しにくい。これにより測定誤差がより生じにくくなるとともに、検出精度をより高くすることができる。

【0015】

さらに、上記センサにおいて、前記第１導電層に形成された複数の突起が全て同一形状であり且つ所定の間隔で並んでいることが好ましい。或いは、前記第１導電層に形成された複数の突起が全て同一形状であり且つ隙間なく並んでいることが好ましい。上記構成では突起を形成しやすいため、センサを容易に製造することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によると、第１導電層と第２導電層の接触状態を安定させることができるため測定誤差を生じにくくすることができる。また、センサへの加圧を継続したときに第１導電層と第２導電層の接触面積が急激に変化しにくいため、センサの出力が安定する。したがってセンサの検出精度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る感圧センサの斜視図である。

【図2】（ａ）は第１シート部材の底面図であり、（ｂ）は第２シート部材の平面図である。

【図3】（ａ）は感圧センサの断面図（図１のIIIa-IIIa線に沿った断面図）であり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。

【図4】（ａ）は図３（ｂ）の一点鎖線で囲んだ部分IVaの拡大図であり、（ｂ）は図３（ｂ）の第１導電層１５の表面の拡大図（IVb矢視図）であり、（ｃ）は図３（ｂ）の一点鎖線で囲んだ部分IVcの拡大図である。

【図5】（ａ）は本実施形態の第１シート部材の平板への接触面積の経時変化を示す図であり、（ｂ）は従来の第１シート部材の平板への接触面積の経時変化を示す図である。

【図6】導電層（第１導電層）の突起の変形例である。

【図7】（ａ）〜（ｄ）は導電層（第１導電層）の突起の他の変形例である。

【図8】（ａ）実施例及び比較例で用いた第２シート部材の平面図であり、（ｂ）は第１シート部材の平面図であり、（ｃ）は第１シート部材の断面図（図８(ｂ)のVIc-VIc線に沿った図）である。

【図9】実施例及び比較例で用いた加圧装置の断面図である。

【図10】実施例１、実施例２及び比較例１の応答性試験の結果である。

【図11】実施例１、実施例２及び比較例１の応答性試験の結果である。

【図12】従来の感圧センサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の好適な実施形態について、図１〜５を参照しつつ説明する。

【0019】

感圧センサ（タクタイルセンサ）１は、図１に示すように、互いに対向して配置された２つのシート部材（第１シート部材１０及び第２シート部材２０）と、第１シート部材１０及び第２シート部材２０を固定するコネクタ３０とを備えている。コネクタ３０は圧力検出機能を備えた電源（図示せず）に接続されている。図１では、第１シート部材１０が第２シート部材２０の上方に配置されている。なお、本実施形態では、Ｘ軸及びＹ軸をシート部材（第１シート部材１０、第２シート部材２０）の平面内で互いに直交する軸とし、Ｚ軸をＸ軸及びＹ軸に直交する軸としている。

【0020】

図２（ａ）には第１シート部材１０の下面（第２シート部材２０に対向する面）を示し、図２（ｂ）には第２シート部材２０の上面（第１シート部材１０に対向する面）を示している。

【0021】

第１シート部材１０は、図２（ａ）に示すように、フィルム状のシート基材１１と、シート基材１１の片面に形成された複数の長尺状の第１電極１２と、複数の第１電極１２の端部にそれぞれ接続された複数の配線１３と、配線１３の端部がそれぞれ接続された複数の端子１４とを備えている。複数の第１電極（行電極）１２はＹ軸方向に延在し、Ｘ軸方向に所定のピッチで並んでいる。端子１４は図１のコネクタ３０に接続されている。

【0022】

第２シート部材２０は、図２（ｂ）に示すように、フィルム状のシート基材２１と、シート基材２１の片面に形成された複数の長尺状の第２電極２２と、複数の第２電極２２の一端部にそれぞれ接続された複数の配線２３と、複数の第２電極２２の他端部にそれぞれ接続された複数の配線２４と、配線２３及び配線２４の端部が接続された複数の端子２５とを備えている。複数の第２電極（列電極）２２は、Ｘ軸方向に延在し、Ｙ軸方向に所定のピッチで並んでいる。端子２５は図１のコネクタ３０に接続されている。

【0023】

第１シート部材１０には、図３（ａ）に示すように、第１電極１２を覆うように第１導電層１５が形成されている。第１導電層１５は、第１電極１２の側面及び底面を含む露出部分を覆っている。

【0024】

また、第２シート部材２０にも第２電極２２を覆うように第２導電層２６が形成されている。第２導電層２６は、第２電極２２の側面及び上面を含む露出部分を覆っている。

【0025】

第１シート部材１０及び第２シート部材２０は、第１電極１２と第２電極２２とが交差して対向するように、対向して配置される（図１参照）。第１シート部材１０及び第２シート部材２０は、周縁部に形成された粘着層１６,２７により対向する第２シート部材２０及び第１シート部材１０に貼り付けられている（図３(ａ)参照）。

【0026】

図３（ｂ）には、図３（ａ）の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図を示している。また、図４（ａ）には図３（ｂ）のIVa拡大図を示し、図４（ｂ）には図３（ｂ）のIVb矢視図を示し、図４（ｃ）には図３（ｂ）のIVc拡大図を示している。以下では、図３（ｂ）及び図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しつつ、第１電極１２及び第２電極２２の表面形状と第１導電層１５及び第２導電層２６の表面形状について説明する。

【0027】

図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、第１シート部材１０の第１電極１２の底面には、不規則な凹凸が形成されている。これは、第１電極１２をスクリーン印刷等の印刷法によって形成した際に形成されたものである。

【0028】

第１電極１２を覆う第１導電層１５の底面には、第２シート部材２０に向かって複数の突起３５が形成されている。複数の突起３５は同じ間隔ｉ₁で並んでいる（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。複数の突起３５は第１シート部材１０の平面方向に均一に分散している。突起３５は半球状に形成され、全て同じ形状である。突起３５の幅（直径）はｗ₁であり、高さはｈ₁である。全ての突起３５の頂部３５ｔはシート基材１１の平面に平行な同一平面Ｐ₁上に位置している。突起３５を平面Ｐ₁に平行な面で切断したときの断面積は、第２シート部材２０に近付くにつれて小さい。なお、上記平面Ｐ₁は、全ての突起３５の頂部３５ｔを結んで形成された平面でもある。

【0029】

図３（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、第２シート部材２０の第２電極２２の表面及び第２電極を覆う第２導電層２６の表面には、不規則な凹凸が形成されている。これは、第２電極２２及び第２導電層２６をスクリーン印刷等の印刷法によって形成した際に形成されたものである。第２導電層２６の凹凸は第２電極２２の凹凸に沿った形状である。

【0030】

第２導電層２６に形成された複数の突起４６,１４６は幅も高さも異なり、規則性がない。また、突起４６,１４６の間隔に規則性はなく、突起４６,１４６は不均一に分散している。

【0031】

第１導電層１５の突起３５と第２導電層２６の突起４６,１４６を比較すると、第１導電層１５の突起３５は第２導電層２６の突起４６,１４６より幅が大きく、高さが高い。例えば、第２導電層２６の突起１４６は第２導電層２６に形成された複数の突起のうち最も大きいが、突起１４６と第１導電層１５の突起３５を比較すると、突起１４６の高さｈ₂は突起３５の高さｈ₁より低く（ｈ₂＜ｈ₁）、突起１４６の幅ｗ₂は突起３５の幅ｗ₁より小さい（ｗ₂＜ｗ₁）。

【0032】

また、第１導電層１５の算術平均粗さＲａが第２導電層２６の算術平均粗さＲａの１．１倍以上１０倍以下であることが好ましく、さらに好ましくは１．５倍以上４倍以下である。算術平均粗さＲａはＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１で測定されたものに相当する。さらに、第１導電層１５の最大高さＲｚが第２導電層２６の最大高さＲｚの１．１倍以上１０倍以下であることが好ましく、さらに好ましくは２倍以上６倍以下である。最大高さＲｚはＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１で測定されたものに相当する。

【0033】

例えば、第２導電層２６の突起４６,１４６の高さｈ₂が約０．１μｍ以上１．０μｍ以下、幅ｗ₂が約０．１μｍ以上１．０μｍ以下のとき、第１導電層１５の突起３５の高さｈ₁は０．３μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、幅ｗ₁は約１．０μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。また、第１導電層１５の突起３５の間隔ｉ₁は約１．０μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。ここで、第１導電層１５の突起３５は第２導電層２６の突起４６,１４６よりも高い。また、第１導電層１５の算術平均粗さＲａは第２導電層２６の算術平均粗さＲａの１．１倍以上１０倍以下である。

【0034】

また、第２導電層２６の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が約０．０５μｍ以上１．０μｍ以下のとき、第１導電層１５の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は約０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。ここで、第１導電層１５の算術平均粗さＲａは、第２導電層２６の算術平均粗さＲａの１．１倍以上１０倍以下である。

【0035】

第１シート部材１０及び第２シート部材２０は、例えば、次のようにして作製することができる。
第１シート部材１０では、先ず、シート基材１１にスクリーン印刷等の印刷法によって第１電極１２を形成する。次に、第１電極１２にスクリーン印刷等の印刷法によってインクを塗布し、これを乾燥させた後、モールドプレスを行うことで複数の突起３５を形成する。これにより第１導電層１５が形成される。なお、モールドプレスを行う前に、インクの表面をプレスすることにより平滑化してもよい。これにより、モールドプレスによる突起が形成されやすくなる。
第２シート部材２０では、先ず、シート基材２１にスクリーン印刷等の印刷法によって第２電極２２を形成し、次に、第２電極２２にスクリーン印刷等の印刷法によって第２導電層２６を形成する。

【0036】

感圧センサ１を加圧すると、第１導電層１５の凹凸と第２導電層２６の凹凸とが接触する。このとき第１導電層１５の均一に分散した高い突起３５が第２導電層２６の低い突起４６,１４６や浅い凹部に接触することで、第１導電層１５と第２導電層２６の接触位置はそれほど変化せず、接触状態が安定している。

【0037】

次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照しつつ、第１シート部材１０の第１導電層１５の接触状態及び接触面積を説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）には、第１導電層を平板に接触させたときの、平板５０における第１導電層との接触部分に色を付している。

【0038】

図５（ｂ）には、従来の導電層を平板と接触させ、加圧したときを示している。従来の導電層は図１２に示す構造であり、スクリーン印刷で形成されている。

【0039】

従来の構成では、接触当初、図５（ｂ）の左図に示すように、主に導電層の周縁部周辺が平板に接触している。導電層の中心付近は部分的に平板に接触しているものの、殆どが平板に接触していない。接触部分Ｔは全体的に疎らである。

【0040】

所定時間が経過すると、接触部分Ｔが増加するが（図５(ｂ)の右図参照）、接触部分の増加率に一定性がないと考えられる。導電層の周縁部周辺（図中の左右両側部）では接触部分が大幅に増加している。中央付近も、周縁部周辺のような大幅な増加ではないが、接触部分が増加している。これは、図１２に示す導電層８１３の両端部の長い突起が潰れ、内側の突起同士が接触し始めたためと考えられる。

【0041】

加圧前後を比較すると、いずれも接触部分が不均一である。また、導電層と平板の接触状態が不安定であると考えられる。

【0042】

一方、本実施形態の第１導電層１５を平板に接触させ、加圧すると、接触当初は、図５（ａ）の左図に示すように、複数の円形の接触部Ｔ₁が所定の間隔で均一に並んでいる。

【0043】

所定時間が経過すると（図５(ａ)の右図参照）、接触部分が一定の割合で増加し、各接触部Ｔ₁より大きい円形の接触部Ｔ₂となる。接触部Ｔ₂は加圧直後より狭い間隔で均一に並んでいる。

【0044】

加圧前後を比較すると、いずれも接触部分が均一に分散しており、第１導電層１５と平板の接触状態が安定していると考えられる。

【0045】

これは、第１導電層１５に複数の突起３５が均一に分散して形成されていること（図４(ａ)参照）、及び、複数の突起３５の頂部３５ｔが同一平面Ｐ₁上に存在していることから、センサに加えられた力が各突起３５に均一に分散され、各突起３５が同じ割合で潰れていったためと考えられる。

【0046】

なお、ここでは第１シート部材を平板に接触させたが、平板の代わりに第２シート部材２０を用いても同様な結果が得られると考えられる。これは、平板の表面にも突起３５より低い小さな凹凸が形成されており、平板の表面と第２導電層２６の表面が同様な形状となっているためである。

【0047】

以上のように本実施形態によると以下の効果を奏する。
第１導電層１５の均一に分散した複数の突起３５が第２導電層２６の短い突起４６,１４６に接触するため、接触状態が安定する。これにより測定誤差が生じにくい。また、第１導電層１５の突起３５が均一に分散しているとともに突起３５の頂部３５ｔが全て同一平面Ｐ₁上に位置するため、感圧センサ１に加えられた力は各突起３５に均一に分散する。これにより感圧センサ１への加圧を継続すると、全ての突起３５が同じように潰れていき、第１導電層１５と第２導電層２６の接触面積が急激に変化しにくい。したがって加圧を継続しても導電状態が安定し、センサ出力が安定するため、検出精度が高い。よって、測定誤差を生じにくくできるとともに検出精度を高くすることができる。

【0048】

また、第１導電層１５の突起３５は半球状に形成され、湾曲している。このため第１導電層１５と第２導電層２６との接触状態がより安定する。また、感圧センサ１に力を加えても突起３５が急激に潰れないため、第１導電層１５と第２導電層２６の接触面積が急激に変化しにくい。したがって測定誤差が生じにくいとともに、検出精度をより高くすることができる。

【0049】

また、第１導電層１５に形成された複数の突起３５が全て同一形状であり且つ所定の間隔ｉ₁で並んでいる。このような構造は形成しやすいため、感圧センサ１を容易に製造することができる。

【0050】

なお、上述の実施形態では、複数の突起３５が均一に分散している例として、複数の突起３５が同じ間隔ｉで並び、突起３５が規則的に配置されている場合を例示したが、上記に限られない。例えば、複数の突起３５が均一に分散している例として、i)突起の間隔が異なる場合、及びii)突起が不規則に配置されている場合も挙げられる。

【0051】

i)突起の間隔が異なる場合として、例えば、図６に示すように、縦の間隔ｉ_Lが横の間隔ｉ_Sより狭い場合が挙げられる。図６でも、突起が規則的な配列でセンサ全体に分散しているため、感圧センサ１に加えられた力が各突起３５に均一に分散する。これにより、全ての突起３５が同じように潰れていくため、本実施形態の効果が得られる。また、i)突起の間隔が異なる場合の例として、縦の間隔ｉ_Lが横の間隔ｉ_Sより広い場合も挙げられる。

【0052】

また、ii)突起が不規則に配置されている場合として、例えば、単位面積当たりの突起の数が1万個／ｍｍ²以上、１０万個／ｍｍ²以下である場合が挙げられる。これらを満たす場合は、突起がセンサ全体に分散しているため、感圧センサに加えられた力が各突起に均一に分散する。これにより本実施形態の効果が得られる。したがって、上記を満たす場合は、突起の間隔が同じでなくてもよく、突起が不規則に並んでいてもよい。

【0053】

また、上述の実施形態では、第１電極１２をスクリーン印刷等の印刷法によって形成しているが、フォトリソグラフィ等によって第１電極１２を形成してもよい。例えば、金属薄膜が形成されたシート基材１１に、金属薄膜を覆うように感光性フィルム及び回路パターンフィルムを順に配置し、回路パターンフィルムをマスクとして感光性フィルムに光を照射する。そして、回路パターンフィルムを取り除き、感光性フィルムの露光部又は未露光部を溶解等して取り除く。残った未露光部又は露光部をマスクとして金属薄膜の露出領域をエッチングによって除去すると、残存した金属薄膜により第１電極１２が形成される。

【0054】

また、上述の実施形態では、第１シート部材１０を上方に配置し、第２シート部材２０を下方に配置したが、これを上下反転させ、第１シート部材１０を下方に配置し、第２シート部材２０を上方に配置してもよい。

【0055】

さらに、上述の実施形態では突起３５が所定の間隔ｉ₁で並んでいるが、図７（ａ）に示すように、導電層２１３に突起３５が隙間なく形成されていてもよい。突起３５の頂点は平面Ｐ₁上に位置している。本構造は形成しやすいため、感圧センサを容易に製造することができる。

【0056】

また、突起３５の形状は半球状に限らず、様々な形状へ変更可能である。例えば、突起を先細り形状にしてもよい。図７（ｂ）に示す突起３３５は四角錐台状であり、図示しない第２シート部材に近付くにつれて先細り形状となっている。突起３３５は第１導電層３１５の平面方向に均一に分散し、所定の間隔ｉ₂で並んでいる。突起３３５の頂部３３５ｔはシート基材１１の平面方向に平行な同一平面Ｐ₂上に位置している。なお、突起３３５は隙間なく並んでいてもよい。

【0057】

また、突起を三角錐状に形成してもよい。図７（ｃ）に示す突起４３５は、図示しない第２シート部材に向かって突出している。突起４３５は第１導電層４１５の平面方向に均一に分散し、所定の間隔ｉ₃で並んでいる。突起４３５の頂部４３５ｔはシート基材１１の平面方向に平行な同一平面Ｐ₃上に位置している。

【0058】

また、図７（ｄ）に示すように三角錐状の突起５３５を隙間なく形成してもよい。第１導電層５１５の突起５３５は、図示しない第２シート部材に向かって突出している。突起５３５の頂部５３５ｔはシート基材１１の平面方向に平行な同一平面Ｐ₄上に位置している。

【0059】

図７（ａ）〜（ｄ）に示す突起３３５,４３５,５３５の幅及び高さ、並びに、突起３３５,４３５の間隔ｉ₂,ｉ₃は、上述した突起３５の幅ｗ₁、高さｈ₁及び間隔ｉ₁と同様な大きさである。

【実施例】

【0060】

次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。本発明のセンサシートと従来のセンサシートのクリープ率及びヒステリシスを調べた。

【0061】

実施例１,２（本発明）では、電極層をフォトリソグラフィによって作成した。そして、スクリーン印刷によって電極表面にインクを塗布し、インクを乾燥させた後、モールドプレスによって複数の突起を形成した。実施例１では、半球状の突起を隙間なく形成した（図７(ａ)参照）。実施例２では、半球状の突起を所定の間隔で形成した（図３(ｂ)及び図４(ａ)参照）。

【0062】

一方、比較例１（従来）では、電極層はスクリーン印刷によって形成し、電極層表面にスクリーン印刷によって導電層を形成した。

【0063】

表１には第１シート部材の条件を示しており、表２には第２シート部材の条件を示している。

【0064】

【表1】

【0065】

【表2】

【0066】

実施例１,２（第１シート部材）のモールドプレスは、ＳＣＩＶＡＸ社製のナノインプリント装置「Ｘ−２００」を用いて、６０℃、４５６ＭＰａで３０秒間プレスした。モールドは、縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚み１ｍｍのサイズで、Ｓｉからなる。モールドには複数の半球状の凹部が形成されている。凹部の径及び深さは突起の径及び高さとほぼ同一である。なお、実施例１,２ではモールドプレス前に導電層表面を一度プレスして平滑化した。平滑処理は６０℃、４５６ＭＰａで３０秒間行った。

【0067】

なお、実施例１,２及び比較例１の第２シート部材では、モールドプレス等による突起の形成を行っていないが、スクリーン印刷工程で微小な突起が形成された。この突起高さは例えば０．１２μｍ,０．１６μｍ,０．１７μｍであり、実施例１,２の導電層の突起高さより低かった。

【0068】

また、表２の「導電層表面粗さＲａ」（算術平均粗さ）及び「導電層表面最大高さＲｚ」を、レーザー顕微鏡（ＶＫ-８７１０、キーエンス社製）を用いて測定した。このとき対物レンズ１００ｘを使用し、倍率を２０００倍とした。

【0069】

本実験では図８（ａ）〜（ｃ）に示す試験用シート部材を作製した。上シート部材（第２シート部材）６２０は円形部を有するシート基材６２１と、シート基材６２１の底面に形成された電極（第２電極）６２２と、電極６２２を覆った導電層（第２導電層）６２３とを有している。また、下シート部材（第１シート部材）６１０は円形部を有するシート基材６１１と、シート基材６１１の上面に形成された電極（第１電極）６１２と、電極６１２を覆った導電層（第１導電層）６１３とを有している。上シート部材６２０と下シート部材６１０を、導電層６１３と導電層６２３が対向するように配置した。表３には各部材の寸法を示している。

【表3】

【0070】

感圧センサの加圧には図９に示す加圧装置７００を用いた。加圧装置７００には、ゴムシート（ＮＢＲ）７０１にブレード７０２（直径３０ｍｍ）、感圧センサ７０３及びブレード７０４（直径２５ｍｍ）が順に配置されている。一番上のブレード７０４を加圧することで、感圧センサ７０３を加圧する。ブレード７０２,７０４はＳＵＳからなり、鏡面に仕上げられている。

【0071】

<クリープ率>
クリープ率は、一定時間、感圧センサを同じ力で加圧したときの出力の変化率であり、以下の式で表される。なお、出力は電圧に比例した値である。
クリープ率(％)＝[(各保持時間後の出力値−２秒後の出力値)／２秒後の出力値]×１００
本実験では一定荷重（１０００ｋＰａ）をセンサに加え続けた。図１０には出力の経時変化（クリープ率）を示している。横軸は加圧保持時間を示し、縦軸はクリープ率（出力変化率）を示している。出力は電圧に比例した値である。

【0072】

クリープ率（出力変化率）が変化するのは、導電層表面に形成された凹凸が潰れることで、第１シート部材と第２シート部材の接触面積が増加し、両電極間の抵抗値が小さくなるためと考えられる。また、導電層表面の凹凸により接触部分が逐次変化することも原因と考えられる。そうすると、クリープ率が大きい程、またクリープ率の増加率が大きいほど導電層の接触状態が不安定であるといえる。

【0073】

図１０から実施例１,２は比較例１よりクリープ率が大幅に低く、比較例１の半分以下である。また、比較例１ではクリープ率が増加し続けているのに対し、実施例１では３０秒程経過した後、クリープ率が殆ど増加していない。これは実施例１では導電層表面の突起が全て同じように潰れていき、接触面積が急激に変化しなかったためと考えられる。一方、比較例１では導電層表面の不規則な突起が潰れたことにより、接触面積が急激に増加したためと考えられる。これらの結果から、実施例１は比較例１より導電層表面の接触状態が安定しており、センサの検出精度が高いことがわかる。

【0074】

<ヒステリシス>
ヒステリシスは、低圧力から高圧力へ加圧したときと高圧力から低圧力へ抜圧したときとの出力差であり、以下の式で表される。
ヒステリシス(％)＝[(抜圧時の出力値−加圧時の出力値)／最大加圧時の出力値]×１００
上記式における抜圧時と加圧時の荷重は同じ値である。したがって、「抜圧時の出力値−加圧時の出力値」は「同荷重時における出力差」でもある。また、本実験では最大加圧を１５.６MPaに固定しており、１５.６MPaでの出力値を、その測定における最大加圧時の出力値としている。

【0075】

表４に示すように、４段階の加圧及び抜圧を行い、加圧時及び抜圧時の出力値を測定した。図１１には表４の結果（出力値と荷重との関係）を示している。加圧時と抜圧時の理論曲線（２次曲線）を求め、理論曲線から加圧時の出力値及び抜圧時の出力値を算出し、ヒステリシスを求めた。表５には、理論曲線から算出した出力値及びヒステリシスを示している。

【0076】

【表4】

【0077】

【表5】

【0078】

表５から、実施例１,２は比較例１よりヒステリシスが大幅に小さく、比較例１の１／２程度であった。したがって、実施例１,２は比較例１に比べて測定誤差が小さく、高精度で加圧を感知できるといえる。

【0079】

以上、本発明の実施形態及び実施例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及び実施例に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0080】

例えば、上述の実施形態では、第２導電層（下の導電層）２６の突起４６,１４６が不均一であるが、第２導電層（下の導電層）２６の突起４６,１４６を第１導電層（上の導電層）１５の突起３５より低くし、突起４６,１４６を均一に分散させるとともに突起４６,１４６の頂部をシート基材２１の平面方向に平行な同一平面上に位置させてもよい。これにより、第１導電層と第２導電層の接触状態がより安定する。また、第１導電層と第２導電層の接触面積がより急激に変化しにくくなる。

【0081】

さらに、上述の実施形態では第１導電層１５に形成された突起３５が全て同じ形状であるが、突起３５の頂部３５ｔが同一平面Ｐ₁上に位置する限り、突起３５は全て同じ形状でなくてもよい。

【0082】

また、上述の実施形態ではシート基材１１の片面（下面）に第１電極１２及び第１導電層１５が形成されているが、シート基材１１の両面（上面及び下面）にそれぞれ電極及び導電層を形成してもよい。また、シート基材２１についても同様に、実施形態ではシート基材２１の片面（上面）に第２電極２２及び第２導電層２６が形成されているが、シート基材１１の両面（上面及び下面）にそれぞれ電極及び導電層を形成してもよい。

【符号の説明】

【0083】

１ 感圧センサ
１０ 第１シート部材
１１,２１ シート基材
１２ 第１電極
１５,２１５,３１５,４１５,５１５ 第１導電層
２０ 第２シート部材
２２ 第２電極
２６ 第２導電層
３５,４６,１４６,３３５,４３５,５３５ 突起
３５ｔ,３３５ｔ,４３５ｔ,５３５ｔ 頂部
Ｐ₁,Ｐ₂,Ｐ₃,Ｐ₄ 平面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】