特開 2023-165253 応力センサおよび応力センサの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023165253

(43)【公開日】2023-11-15

(54)【発明の名称】応力センサおよび応力センサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/20 20060101AFI20231108BHJP

【ＦＩ】

G01L1/20 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022076081

(22)【出願日】2022-05-02

(71)【出願人】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001276

【氏名又は名称】弁理士法人小笠原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】張 鴻立

(57)【要約】

【課題】薄型の応力センサを提供する。
【解決手段】第１基材と、第２基材と、第１基材および第２基材の間に設けられた検知部とを備え、検知部は、第１基材上に設けられた第１電極および第１電極上に積層された感圧層を有する第１検知部構成物と、第２基材上に設けられた第２電極を有する第２検知部構成物とを含み、第１検知部構成物の感圧層に、第２検知部構成物の第２電極が接合されている、応力センサ。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基材と、
第２基材と、
前記第１基材および前記第２基材の間に設けられた検知部とを備え、
前記検知部は、
前記第１基材上に設けられた第１電極および前記第１電極上に積層された感圧層を有する第１検知部構成物と、
前記第２基材上に設けられた第２電極を有する第２検知部構成物とを含み、
前記第１検知部構成物の前記感圧層に、前記第２検知部構成物の前記第２電極が接合されている、応力センサ。

【請求項2】

前記第２電極の算術平均粗さが前記感圧層の算術平均粗さより小さい、請求項１に記載の応力センサ。

【請求項3】

前記第１基材と前記第２基材とが、前記検知部の周囲に設けられた接着層を介して接着されている、請求項１に記載の応力センサ。

【請求項4】

前記第１基材と前記第２基材との間に、３つ以上の前記検知部を備え、
１つの前記検知部の幾何中心を中心とした半径２０ｍｍの円形の領域内に、全ての前記検知部が形成されている、請求項１に記載の応力センサ。

【請求項5】

平面視において、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域の面積が、１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下である、請求項１に記載の応力センサ。

【請求項6】

前記感圧層の厚さが、１μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１に記載の応力センサ。

【請求項7】

前記第２電極の算術平均粗さが前記感圧層の算術平均粗さより小さく、
前記第１基材と前記第２基材とが、前記検知部の周囲に設けられた接着層を介して接着され、
前記第１基材と前記第２基材との間に、３つ以上の前記検知部を備え、
１つの前記検知部の幾何中心を中心とした半径２０ｍｍの円形の領域内に、全ての前記検知部が形成されていて、
平面視において、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域の面積が、１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下であり、
前記感圧層の厚さが、１μｍ以上１００μｍ以下である請求項1に記載の応力センサ。

【請求項8】

第１基材の一方の面に、第１電極と感圧層とをこの順に積層した第１検知部構成物を３つ以上形成し、
第２基材の一方の面に、第２電極で構成される第２検知部構成物を、前記第１検知構成物と同数形成し、
前記第１検知部構成物の各々と前記第２検知部構成物の各々とを対向させて、前記第２電極を前記感圧層に接合することにより、３つ以上の検知部を形成する、応力センサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、応力センサおよび応力センサの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

応力センサは、例えば上下２つの電極を対向させ、その２つの電極間に応力を感知する感圧層として導電膜や絶縁層を挟み込んだ構造となっている。この応力センサは、入力された応力によって感圧層が変形することで電極間の距離や対向して配置された電極の対向面積の変化を電気信号として検知し、電気抵抗変化、又は静電容量変化を押圧力やせん断力として検出する（例えば、特許文献１および２）。あるいは、応力センサは、感圧層同士の接触状態の変化を電気信号として検知し、電気抵抗変化を押圧力として検出する（例えば、特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８５１５３４号公報

【特許文献2】特開２０２０－１４８５６１号公報

【特許文献3】特開２０１８－１１２４０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

こういった応力センサは、生体内のモニタリングなどへの応用が期待されている。生体内のセンシングでは、センサを埋め込んだ被測定対象に掛かる負担を軽減するため、さらなるセンサの薄型化が期待される。

【0005】

それ故に、本願発明は、薄型の応力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】

【0006】

上記課題を解決するための本発明の一局面は、第１基材と、第２基材と、第１基材および第２基材の間に設けられた検知部とを備え、検知部は、第１基材上に設けられた第１電極および第１電極上に積層された感圧層を有する第１検知部構成物と、第２基材上に設けられた第２電極を有する第２検知部構成物とを含み、第１検知部構成物の感圧層に、第２検知部構成物の第２電極が接合されている、応力センサである。

【0007】

また、本発明の他の局面は、第１基材の一方の面に、第１電極と感圧層とをこの順に積層した第１検知部構成物を３つ以上形成し、第２基材の一方の面に、第２電極で構成される第２検知部構成物を、第１検知構成物と同数形成し、第１検知部構成物の各々と第２検知部構成物の各々とを対向させて、第２電極を感圧層に接合することにより、３つ以上の検知部を形成する、応力センサの製造方法である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、薄型の応力センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る応力センサの概略構成図。

【図2】本発明の実施形態に係る応力センサの分解平面図。

【図3】応力センサの検知部の詳細図。

【図4】検知部での圧力センシングのイメージ図。

【図5】せん断力センシングのイメージ図。

【図6】参考例に係る応力センサの概略断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係る応力センサの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態に係る応力センサの分解平面図であり、図３は、応力センサの検知部の詳細図である。図１（ａ）は、応力センサの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ’断面図である。また、図２（ａ）は第１検知部構成物および接着層を含む第１基材の平面図であり、図２（ｂ）は第２検知部構成物を含む第２基材の平面図である。また、図３（ａ）は１つの検知部の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。

【0012】

本実施形態に係る応力センサ１００は、押圧力を検出可能なセンサであり、第１基材１ａ、第２基材１ｂ、検知部２、および接着層３を備える。検知部２は、第１基材１ａと第２基材１ｂとの間に設けられており、第１電極２ａおよび感圧層２ｃを有する第１検知部構成物２Ａと、第２基材１ｂ上に設けられた第２電極２ｂを有する第２検知部構成物２Ｂとを含む（図２）。第１基材１ａと第２基材１ｂとは、接着層３を介して接着される。第１基材１ａと第２基材１ｂとが接着された状態において、応力センサ１００は、第１基材１ａ、第１電極２ａ、感圧層２ｃ、第２電極２ｂ、第２基材１ｂがこの順で積層された積層物と捉えることができる。

【0013】

＜基材＞
第１基材１ａおよび第２基材１ｂは、可撓性を有するシート状の部材であることが好ましい。第１基材１ａ、および第２基材１ｂの材料としては、例えば、ポリエステル、ナイロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、セロファンなどのプラスチックフィルムや、シリコーンゴムのジメチルポリシロキサン、クリーンペーパー、コート紙、カレンダー紙などの加工紙を使用することができる。応力センサ１００を生体へ使用する場合は、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン等のポリエステルおよびそれらの共重合体、アクリル樹脂、シリコーン、酢酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリカーボネート、シクロオレフィンコポリマー、スチレン・ブタジエン系エラストマーなどが好適に用いられる。

【0014】

第１基材１ａおよび第２基材１ｂは、未延伸基材および延伸基材のいずれであってもよい。機械的強度および寸法安定性を考慮した場合には、一軸延伸基材および二軸延伸基材などの延伸基材、特には二軸延伸基材を使用することが有利である。第１基材１ａおよび第２基材１ｂの厚さに制限はないが、例えば６μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。６μｍ以上であれば、基材として十分な強度を有することができる。また、２００μｍ以下であれば、応力センサ１００の薄膜性が維持可能である。なお、第１基材１ａおよび第２基材１ｂの各材料や厚さは同一であってもよく、異なっていてもよい。

【0015】

第１基材１ａおよび第２基材１ｂの形状に制限はない。ただし、量産性を考慮した場合には、第１基材１ａおよび第２基材１ｂは長尺物であることが好ましい。

【0016】

＜検知部＞
検知部２は、第１基材１ａ（第２基材１ｂ）の表面に対して垂直方向（応力センサ１００の厚さ方向）の圧力、すなわち、応力センサ１００に加えられる押圧力を検知する部分であり、第１基材１ａと第２基材１ｂとの間に設けられる。検知部２は、第１基材１ａ上に設けられる第１検知部構成物２Ａと、第２基材１ｂ上に設けられる第２検知部構成物２Ｂとが対向配置された状態で貼り合わせられて構成される。第１検知部構成物２Ａは、第１基材１ａ上に設けられる第１電極２ａと感圧層２ｃとを含み、第２検知部構成物２Ｂは、第２基材１ｂ上に設けられる第２電極２ｂを含む。

【0017】

検知部２の数に特に制限はないが、押圧力に加えてせん断力も検出することが可能となるため、３つ以上であることが好ましく、任意の方向のせん断力を検出可能とする場合、例えば図１～２に示すように５つとすることが好ましい。

【0018】

検知部２を複数設ける場合、応力センサ１００の小型化の観点から、１つの検知部２の幾何中心を中心とした半径２０ｍｍの円形の領域内に、全ての検知部２が形成されていることが好ましい。さらに、検知部２が３つ以上の場合、検出精度の向上の観点から、１つの検知部２を原点に配置したＸＹ座標系において、他の検知部２がＸ軸上及びＹ軸上に配置されることが好ましい。図１を例にすると、原点となる中央検知部２１を中心として、他の４つの検知部２（上方検知部２２、下方検知部２３、左方検知部２４、右方検知部２５）を中央検知部２１の上下左右にそれぞれ配置し、中央検知部２１の幾何中心から、半径２０ｍｍ以内の円内に配置している。

【0019】

＜電極＞
第１電極２ａは第１基材１ａの一方面に、第２電極２ｂは第２基材１ｂの一方面に設けられる。第１電極２ａ上には感圧層２ｃが設けられるが、第２電極２ｂ上に感圧層は設けられない。

【0020】

応力センサ１００の安定的な動作を考慮すると、応力センサ１００にせん断力が入力されてせん断変位が生じた場合であっても、せん断力の入力前後で第１電極２ａと第２電極２ｂとの平面視における電極重複領域Ｌａｐ２（図３）の面積が変化しないことが好ましい。そのため、第１電極２ａの面積が第２電極２ｂの面積より大きく、電極重複領域Ｌａｐ２の面積が第２電極２ｂの面積と等しくなる構成が好ましい（図３）。さらに、第２電極２ｂの外周が、第１電極２ａの外周よりも内側に位置するように配置されることが好ましく、平面視において第１電極２ａの中心と第２電極２ｂの中心とが一致するように設けられることがさらに好ましい。

【0021】

平面視における第１電極２ａの面積が０．２ｍｍ^２以上２００ｍｍ^２以下であり、第２電極２ｂの面積が０．１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下であることが好ましい。さらに、第２電極２ｂの面積は、第１電極２ａの面積の半分以上であることが好ましい。つまり、第１電極２ａの面積が第２電極２ｂ（電極重複領域Ｌａｐ２）の面積の２倍以下となるため、応力センサ１００の小型化および高集積化することができる。なお、第２電極２ｂが第１電極２ａよりも相対的に面積が大きい構成でもよい。

【0022】

第１電極２ａおよび第２電極２ｂの厚さは特に限定されないが、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の範囲が好ましい。また、第１電極２ａおよび第２電極２ｂの形状は限定されず、例えば、矩形、円形、三角形などが選択できるが、電極重複領域Ｌａｐ２を効率的に設計できることから第１電極２ａと第２電極２ｂとは互いに相似な形状であることが好ましい。

【0023】

第１電極２ａおよび第２電極２ｂの算術平均粗さは、後述する感圧層２ｃの算術平均粗さより小さいことが好ましく、感圧層２ｃの算術平均粗さの１０分の１以下であることがより好ましい。

【0024】

第１電極２ａおよび第２電極２ｂには、抵抗率が低い導電性材料を用いることができる。第１電極２ａ、および第２電極２ｂは、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ等の金属、あるいはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ２（酸化スズ）などの導電性金属酸化物の使用が可能である。

【0025】

第１電極２ａおよび第２電極２ｂの形成方法は特に限定されず、一般的な成膜方法を利用することができる。形成方法は、例えば、印刷法の場合、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、グラビアオフセット印刷法、リバースオフセット印刷法を用いることができる。また、気相堆積法の場合、真空蒸着法、スパッタリング法を用いることもできる。

【0026】

＜感圧層＞
感圧層２ｃは、第１基材１ａに設けられる第１電極２ａ上に積層され、第２基材１ｂに設けられる第２電極２ｂ上には積層されない。そのため、図６に示すような、第１電極２ａ’に加えて第２電極２ｂ’上にも感圧層２ｃ’が形成される参考例に係る応力センサと比較して層数を抑えることができ、応力センサの薄型化することができる。応力センサ１００を安定して動作可能とするため、感圧層２ｃは、第１電極２ａの表面を被覆しているのが好ましい。

【0027】

感圧層２ｃを構成する導電膜材料としては、第１電極２ａ、および第２電極２ｂより抵抗率が高い材料が用いられる。

【0028】

感圧層２ｃの厚さが、第１電極２ａより厚く、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。感圧層２ｃの形状は、第１電極２ａの形状に応じて適宜変更される。

【0029】

感圧層２ｃの表面は算術平均粗さが大きく、微細な凹凸形状が形成される。具体的には、感圧層２ｃの算術平均粗さに対して、第１電極２ａおよび第２電極２ｂの算術平均粗さは小さいことが好ましく、第１電極２ａおよび第２電極２ｂの算術平均粗さは、感圧層２ｃの算術平均粗さの１０分の１以下であることがより好ましい（図３）。これにより、電極上に形成される感圧層２ｃの表面形状が、電極の表面形状に依存しにくくなる。そのため、複数の検知部２間における圧力応答のバラつきを抑えることができ、応力センサの検出精度の低下を抑制できる。

【0030】

感圧層２ｃを構成する材料として、表面凹凸が形成しやすく、かつ変形する材料が好ましい。これは、応力センサ１００に入力された押圧力によって感圧層２ｃの表面の凹凸形状が変形することで、第２電極２ｂとの接触面積が増加し、感圧層２ｃと第２電極２ｂ間の抵抗値が減少する必要があるためである。また、厚みが変化することで自身の抵抗値が減少する特性を利用することも可能で、変形することにより抵抗率が変化する材料がより好ましい。そのような材料としては、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子や、グラファイトやカーボンナノチューブを用いたカーボンペーストが好適に用いられる。さらに、想定する応力の大きさに応じて、感圧層２ｃは硬度および抵抗率を調整することが望ましい。想定する応力が大きい場合は硬度の高く、抵抗率の変化が穏やかな材料を選び、想定する応力が小さい場合は硬度の低く、抵抗率の変化が急峻な材料を選ぶと良い。

【0031】

感圧層２ｃの形成方法としては、例えば、印刷法の場合、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法を用いることができる。また、気相堆積法の場合、真空蒸着法、スパッタリング法、熱化学気相堆積法、プラズマ化学気相堆積法を用いることもできる。

【0032】

＜接着層＞
接着層３は、第１基材１ａと第２基材１ｂとを接着することで、対向する第１検知部構成物２Ａと第２検知部構成物２Ｂを貼り合わせる。接着層３は、例えば、複数の検知部２を囲むように円環状に設けられる。第１基材１ａと第２基材１ｂとが接着された状態においては、第１基材１ａと第２基材１ｂとの間に第１電極２ａおよび第２電極２ｂが感圧層２ｃを介して積層されていると見なせる。

【0033】

接着層３は、第１検知部構成物２Ａの周辺の第１基材１ａ上に塗布して第１検知部構成物２Ａと第２検知部構成物２Ｂとを貼り合わせる。接着層３の抵抗率には特に要求がないが、膜厚は第１検知部構成物２Ａと第２検知部構成物２Ｂの合計の厚みより薄いことが好ましい。第１基材１ａおよび第２基材１ｂに対して良好な粘着力があれば、接着層３の材料としては特に制限がなく、例えばゴム系、アクリル系、シリコーン系などが好適に用いられる。また、状況に応じて両面テープを用いてもよい。

【0034】

接着層３の形成方法として、例えば、印刷法の場合、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法を用いることができる。

【0035】

応力センサ１００における、圧力測定時の検知部２の状態を説明する。図４は、検知部での圧力センシングのイメージ図である。

【0036】

図４（ａ）は押圧力印加前の状態を示している。この状態から、図４（ｂ）のように第２基材１ｂに押圧力Ｆ１を掛けると、感圧層２ｃの表面凹凸が変形し、感圧層２ｃと第２電極２ｂとの接触面積が増加する。検知部２は、例えば、この時の第１電極２ａと第２電極２ｂとの間の抵抗値の変化を押圧力として出力する。

【0037】

応力センサ１００における、せん断力測定方法について説明する。図５は、せん断力センシングのイメージ図である。

【0038】

図５（ａ）は、せん断力印加前の状態を示している。この状態から、図５（ｂ）のように第１基材１ａに対して紙面右に向かってせん断力Ｆ２を掛ける。すると、加えられる押圧力は３つの検知部２（中央検知部２１、左方検知部２４、右方検知部２５）のそれぞれで異なっており、例えば、中央検知部２１が受けた押圧力をＦ１で、左方検知部２４が受けた押圧力をＦ１＋ΔＦで、右方検知部２５が受けた押圧力をＦ１－ΔＦで表すことができる。そして、押圧力の差分ΔＦより、せん断力Ｆ２を計算することが可能なため、その計算値をせん断力として出力することができる。

【0039】

以上説明したように、本実施形態に係る応力センサ１００においては、感圧層２ｃは第１基材１ａの第１電極２ａ上にのみ設けられている。そのため、図６に示すような２層の感圧層２ｃ’を有する参考例に係る応力センサと比較して薄型にすることができる。

【0040】

また、第１電極２ａおよび第２電極２ｂの算術平均粗さは、感圧層２ｃの算術平均粗さより小さい。そのため、感圧層２ｃの表面形状が電極の表面形状に影響を受けにくくなり、複数の検知部２間での圧力応答にバラつきを抑え、応力センサの検出精度の低下を抑制できる。

【0041】

また、１つの検知部２の幾何中心を中心とした半径２０ｍｍの円形の領域内に、全ての検知部２が形成されている。そのため、複数の検知部２を備える応力センサ１００を小型化することができる。

【0042】

上記各実施形態で説明した本発明に係る応力センサおよびその製造方法は、以下の通りである。

【0043】

［１］第１基材と、第２基材と、前記第１基材および前記第２基材の間に設けられた検知部とを備え、前記検知部は、前記第１基材上に設けられた第１電極および前記第１電極上に積層された感圧層を有する第１検知部構成物と、前記第２基材上に設けられた第２電極を有する第２検知部構成物とを含み、前記第１検知部構成物の前記感圧層に、前記第２検知部構成物の前記第２電極が接合されている、応力センサ。

【0044】

［２］前記第２電極の算術平均粗さが前記感圧層の算術平均粗さより小さい、項目１に記載の応力センサ。

【0045】

［３］前記第１基材と前記第２基材とが、前記検知部の周囲に設けられた接着層を介して接着されている、項目１または２に記載の応力センサ。

【0046】

［４］前記第１基材と前記第２基材との間に、３つ以上の前記検知部を備え、
１つの前記検知部の幾何中心を中心とした半径２０ｍｍの円形の領域内に、全ての前記検知部が形成されている、項目１～３のいずれかに記載の応力センサ。

【0047】

［５］平面視において、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域の面積が、１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下である、項目１～４のいずれかに記載の応力センサ。

【0048】

［６］前記感圧層の厚さが、１μｍ以上１００μｍ以下である、項目１～５のいずれかに記載の応力センサ。

【0049】

［７］第１基材の一方の面に、第１電極と感圧層とをこの順に積層した第１検知部構成物を３つ以上形成し、
第２基材の一方の面に、第２電極で構成される第２検知部構成物を、前記第１検知構成物と同数形成し、
前記第１検知部構成物の各々と前記第２検知部構成物の各々とを対向させて、前記第２電極を前記感圧層に接合することにより、３つ以上の検知部を形成する、応力センサの製造方法。

【実施例0050】

＜実施例１＞
図１に示すような、５つの検知部を有する応力センサを作製し、実施例１の応力センサとした。具体的な作製手順は下記に示す。

【0051】

まず、第１基材（厚さ１２５μｍのポリイミドフィルム）の一方の面側に、第１電極、感圧層を順次積層し、５つの第１検知部構成物を形成した後、円環状の接着層を形成した。続いて、第２基材（厚さ１２５μｍのポリイミドフィルム）の一方の面側に、第２電極を形成し、５つの第２検知部構成物を形成した。最後に、第１基材と第２基材とを接着層を介して接着し、第１検知部構成物と第２検知部構成物が対向するように貼り合わせた。このとき、第１電極および第２電極は銀インキを用いてグラビアオフセット印刷法によって形成し、感圧層はカーボンの導電性インキを用いてスクリーン印刷法によって膜厚５０μｍで形成した。接着層には両面テープを用いた。

【0052】

５つの検知部は、対向する２つの電極の中心が一致するように構成し、重なった領域の面積を１．０ｍｍ^２にした。第１電極の電極面積を２．０ｍｍ^２にした。

【0053】

＜比較例１＞
検知部を１つとした以外、実施例１と同様の手順で応力センサを作製し、比較例１の応力センサとした。

【0054】

＜参考例１＞
第２検知部構成物の上に感圧層が積層され、感圧層同士が貼り合わされる構造の応力センサを作製し、参考例１の応力センサとした。具体的な作製手順は下記に示す。

【0055】

まず、第１基材（厚さ１２５μｍのポリイミドフィルム）の一方の面側に、第１電極、感圧層を順次積層し、５つの第１検知部構成物を形成した後、円環状の接着層を形成した。続いて、第２基材（厚さ１２５μｍのポリイミドフィルム）の一方の面側に、第２電極を形成し、５つの第２検知部構成物を形成した後、第２検知部構成物の上に感圧層を積層した。最後に、第１基材と第２基材とを接着層を介して接着し、第１検知部構成物と第２検知部構成物上に積層した感圧層が対向するようにして貼り合わせた。このとき、第１電極および第２電極は銀インキを用いてグラビアオフセット印刷法によって形成し、感圧層はカーボンの導電性インキを用いてスクリーン印刷法によって形成した。接着層は両面テープを用いた。２層の感圧層の合計膜厚は１００μｍであった。

【0056】

５つの検知部は、対向する２つの電極の中心が一致するように構成し、重なった領域の面積を１．０ｍｍ^２にした。第１電極の電極面積を２．０ｍｍ^２にした。

【0057】

実施例１、比較例１及び参考例1に係る応力センサの構成を表１に示す。

【表1】

【0058】

＜評価＞
実施例１および比較例１～２に係る応力センサについて特性評価を実施した。

【0059】

［押圧力検知特性］
実施例１、比較例１及び参考例1に係る応力センサをＬＣＲメーターにつなぎ、第１電極と第２電極との間に５Ｖの交流電圧を印加した状態で、応力センサの上から指で押したときの電圧値の変化を測定し、圧力検知特性の評価を行った。

【0060】

圧力検知特性の判断基準は、次の通りである。
○（良好）：圧力に対し、検出した電圧値が線形的に単調増加あるいは単調減少した場合
△（概ね良好）：圧力に対し、検出した電圧値は線形的ではないが、単調増加あるいは単調減少した場合
×（不良）：圧力に対し、検出した電圧の変化が単調ではない場合

【0061】

［せん断力検知特性］
実施例１、比較例１及び参考例1に係る応力センサをＬＣＲメーターにつなぎ、第１電極と第２電極との間に５Ｖの交流電圧を印加した状態で、応力センサの上から応力センサの面（第２基材）に沿って指でなでたときの電圧値の変化を測定し、せん断力検知特性の評価を行った。

【0062】

せん断力検知特性の判断基準は、次の通りである。
○（良好）：せん断力に対し、検出した電圧値が線形的に単調増加あるいは単調減少した場合
△（概ね良好）：せん断力に対し、検出した電圧値は線形的ではないが、単調増加あるいは単調減少した場合
×（不良）：せん断力に対し、検出した電圧の変化が単調ではない場合

【0063】

［薄膜化の可能性］
各実施例および比較例の応力センサの感圧層の層数を測定し、薄膜化の可能性について評価した。
微細化の可能性の判断基準は、次の通りである。
○（良好）：応力センサの感圧層の層数が１層の場合
△（概ね良好）：応力センサの感圧層の層数が２層の場合
×（不良）：応力センサの感圧層の層数が３層以上の場合

【0064】

［総合評価］
応力センサの総合評価の判断基準として、全ての評価項目が良好の場合のみ、○：良好と評価した。概ね良好の項目があり、不良の項目がない場合は△：概ね良好と評価した。不良の項目がある場合は×：不良と評価した。

【0065】

評価結果を表２に示す。

【0066】

【表2】

【0067】

表２から分かるように、実施例１に係る応力センサは検知部が５つであったため、押圧力に加え、せん断力の検知特性も良好であった。さらに、感圧層が応力センサの厚み方向に対して１層のみであったため、薄膜化の可能性が高く、総合評価が良好であった。

【0068】

一方、比較例１に係る応力センサは、検知部が１つであったためせん断力が検出できず、総合評価が不良であった。参考例１に係る応力センサは、複数の検知部の応答にバラつきが大きく、せん断力の検出精度が低かった。これは、第１電極と第２電極の間に感圧層が２層形成されていたため、力の入力に対して感圧層の変形が追従しにくかったことが原因と推測される。また、感圧層が応力センサの厚み方向に対して２層設けられていたため、薄膜化の可能性が実施例１よりも劣り、総合評価が概ね良好であった。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明は、押圧力およびせん断力が検出可能な応力センサとして利用できる。

【符号の説明】

【0070】

１ 基材
１ａ 第１基材
１ｂ 第２基材
２ 検知部
２Ａ 第１検知部構成物
２Ｂ 第２検知部構成物
２ａ 第１電極
２ｂ 第２電極
２ｃ 感圧層
３ 接着層
１００ 応力センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】