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(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】P2024164789
(43)【公開日】2024-11-27
(54)【発明の名称】応力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 5/1623 20200101AFI20241120BHJP
G01L 1/20 20060101ALI20241120BHJP
【ＦＩ】
G01L5/1623
G01L1/20 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023194393
(22)【出願日】2023-11-15
(31)【優先権主張番号】P 2023080384
(32)【優先日】2023-05-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】今村 ちひろ
(72)【発明者】
【氏名】早坂 哲
【テーマコード（参考）】
2F051
【Ｆターム（参考）】
2F051AB07
2F051BA07
2F051DA03
(57)【要約】
【課題】配線の設計が簡単であり、圧力及びせん断応力が検出可能な応力センサを提供す
る。
【解決手段】第１基材には所定方向の一端に配置される第１小電極に接続される共通配線と、所定方向の他端に配置される第１小電極に接続される信号配線と、所定方向の両端に配置される第１小電極以外の第１小電極のうち、隣接する２個の第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、第２基材には隣接する２個の第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第１基材の一方面に設けられている、応力センサ。
【選択図】図１
る。
【解決手段】第１基材には所定方向の一端に配置される第１小電極に接続される共通配線と、所定方向の他端に配置される第１小電極に接続される信号配線と、所定方向の両端に配置される第１小電極以外の第１小電極のうち、隣接する２個の第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、第２基材には隣接する２個の第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第１基材の一方面に設けられている、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基材及び前記第２基材の間に配置された複数の検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、複数の前記検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
複数の前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物と、を備え、
複数の前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層とを有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の前記第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記第１基材には更に
前記所定方向の一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
前記所定方向の他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記所定方向の両端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、
前記第２基材には更に、
隣接する２個の前記第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された複数の検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、複数の前記検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
複数の前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物と、を備え、
複数の前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層とを有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の前記第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記第１基材には更に
前記所定方向の一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
前記所定方向の他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記所定方向の両端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、
前記第２基材には更に、
隣接する２個の前記第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
【請求項2】
第１基材と、
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された複数の検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、複数の前記検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
複数の前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物とを備え、
複数の前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の隣接する一対の前記第１小電極に重なるｎ／２個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記第１基材には更に
前記所定方向の一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
前記所定方向の他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記所定方向の両端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線とが設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された複数の検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、複数の前記検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
複数の前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物とを備え、
複数の前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の隣接する一対の前記第１小電極に重なるｎ／２個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記第１基材には更に
前記所定方向の一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
前記所定方向の他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記所定方向の両端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線とが設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
【請求項3】
前記検知部の数がｍのとき、前記検知領域の幾何中心を通る任意の直線上に存在する前記検知部の数が、１以上（ｍ－１）以下である、請求項１または２に記載の応力センサ。
【請求項4】
第１基材と、
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された５つの検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、５つの前記検知部を包含する円形の検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
５つの前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる５つの第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる５つの第２検知部構成物と、を備え、
５つの前記検知部のうち１つが前記検知領域の幾何中心に配置され、残りの４つの前記検知部が５つの前記検知部の前記１つの周囲に回転対称となるように配置され、
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の前記第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記幾何中心となる１つの前記検知部において、ｎ個の前記第１小電極及び前記第２小電極は、前記幾何中心を通る任意の直線方向に間隔を空けて配列され、
前記４つの前記検知部のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極及び前記第２小電極は、前記検知領域の周方向に間隔を空けて配列され、
前記第１基材には更に
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極のうち、一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極のうち、他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記一端及び前記他端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、
前記第２基材には更に、
隣接する２個の前記第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された５つの検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、５つの前記検知部を包含する円形の検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
５つの前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる５つの第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる５つの第２検知部構成物と、を備え、
５つの前記検知部のうち１つが前記検知領域の幾何中心に配置され、残りの４つの前記検知部が５つの前記検知部の前記１つの周囲に回転対称となるように配置され、
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の前記第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記幾何中心となる１つの前記検知部において、ｎ個の前記第１小電極及び前記第２小電極は、前記幾何中心を通る任意の直線方向に間隔を空けて配列され、
前記４つの前記検知部のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極及び前記第２小電極は、前記検知領域の周方向に間隔を空けて配列され、
前記第１基材には更に
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極のうち、一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極のうち、他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記一端及び前記他端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、
前記第２基材には更に、
隣接する２個の前記第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
【請求項5】
前記接着層の形状が円環形状である、請求項１、２及び４のいずれかに記載の応力センサ。
【請求項6】
前記接着層の幾何中心が前記検知領域の幾何中心と一致する、請求項５に記載の応力センサ。
【請求項7】
前記第１基材の他方面に、平面視において前記検知領域を包含するように設けられる緩衝材を備える、請求項１、２及び４のいずれかに記載の応力センサ。
【請求項8】
前記検知部は、荷重に応じて抵抗値が変化し、前記第１検知部構成物と前記第２検知部構成物との間で生じる抵抗値を電圧に変換して出力する出力回路を備える、請求項１、２及び４のいずれかに記載の応力センサ。
【請求項9】
前記出力回路がブリッジ回路であり、
前記ブリッジ回路は、対向する前記第１検知部構成物及び前記第２検知部構成物における前記共通配線に接続される前記第１小電極と、前記信号配線に接続される前記第１小電極との間の合成した抵抗値を出力する、請求項８に記載の応力センサ。
前記ブリッジ回路は、対向する前記第１検知部構成物及び前記第２検知部構成物における前記共通配線に接続される前記第１小電極と、前記信号配線に接続される前記第１小電極との間の合成した抵抗値を出力する、請求項８に記載の応力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧力及びせん断応力を検出可能な応力センサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
圧力やせん断応力を検出する応力センサとして、対向させた２つの電極の間に導電体層や樹脂層を挟み込んだ構造を有するものが知られている。この応力センサは、外力によって導電体層や樹脂層が変形することで電極間の物理量を変化させ、電極間の物理量変化に基づいて圧力やせん断力を検出することができる。
【0003】
例えば、特許文献１には、対向する２枚の基板間に、一対の導電体層と、導電体層のそれぞれを覆う一対の抵抗体層とを設け、力の入力で導電層が変形することにより電極間抵抗値が変化することを利用した抵抗膜式の応力センサが記載されている。
れている。
れている。
【0004】
また、特許文献２には、電極面積の変化により接触対象物から入力された荷重を、圧縮力、せん断力に分解する静電容量型の応力センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第３６６４６２２号公報
【特許文献2】特許第５４４８４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
一般的な応力センサでは、対向する２枚の基板（上下基板）間に形成された電極間の抵抗値変化を、電極に接続された配線を介して計測する場合、電気信号を入力する配線と出力する配線は、別々の基板に形成される。しかし、入力配線と出力配線が上下別々の基板に形成されている場合、上基板の配線と下基板の配線との間の電気的なノイズを低減する必要があるため、配線構造が複雑になり、センサの小型化に不利な構造となる。また入力端子と出力端子が別々の基板に形成されることになるが、入力・出力端子と入出力装置の接続に例えばＦＰＣ（フレキシブル・プリンテッド・サーキット）を用いる場合、入力端子が形成された基板と出力端子が形成された基板のそれぞれにＦＰＣを接着する必要があるため、入出力装置との接続が複雑になりやすくなるという欠点がある。また、上下２枚の基板にＦＰＣを接着する必要があるため、１枚の基板のみにＦＰＣを接着する場合よりも、製造コストが高くなるという欠点がある。
【0007】
それ故に、本願発明は、配線構造が簡単であり、かつ、せん断力の検出精度に優れた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】
【0008】
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基材及び第２基材の間に配置された複数の検知部と、第１基材及び第２基材を接着し、複数の検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、複数の検知部は、第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、第２基材の第１基材と対向する面に、第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物と、を備え、複数の第１検知部構成物のそれぞれは、第１基材の一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層とを有し、複数の第２検知部構成物のそれぞれは、第２基材の第１基材と対向する面に、対向する第１検知部構成物の第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、第１基材には更に所定方向の一端に配置される第１小電極に接続される共通配線と、所定方向の他端に配置される第１小電極に接続される信号配線と、所定方向の両端に配置される第１小電極以外の第１小電極のうち、隣接する２個の第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、第２基材には更に、隣接する２個の第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第１基材の一方面に設けられている、応力センサである。
【0009】
また、本発明の他の局面は、第１基材と、第２基材と、第１基材及び第２基材の間に配置された複数の検知部と、第１基材及び第２基材を接着し、複数の検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、複数の検知部は、第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、第２基材の第１基材と対向する面に、第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物とを備え、複数の第１検知部構成物のそれぞれは、第１基材の一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、複数の第２検知部構成物のそれぞれは、第２基材の第１基材と対向する面に、対向する第１検知部構成物の隣接する一対の第１小電極に重なるｎ／２個の第２小電極と、第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、第１基材には更に所定方向の一端に配置される第１小電極に接続される共通配線と、所定方向の他端に配置される第１小電極に接続される信号配線と、所定方向の両端に配置される第１小電極以外の第１小電極のうち、隣接する２個の第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線とが設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第１基材の一方面に設けられている、応力センサである。
【0010】
また、本発明の他の局面は、第１基材と、第２基材と、第１基材及び第２基材の間に配置された５つの検知部と、第１基材及び第２基材を接着し、５つの検知部を包含する円形の検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、５つの検知部は、第１基材の一方面に設けられる５つの第１検知部構成物と、第２基材の第１基材と対向する面に、第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる５つの第２検知部構成物と、を備え、５つの検知部のうち１つが検知領域の幾何中心に配置され、残りの４つの検知部が５つの検知部の１つの周囲に回転対称となるように配置され、５つの第１検知部構成物のそれぞれは、第１基材の一方面に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、複数の第２検知部構成物のそれぞれは、第２基材の第１基材と対向する面に、対向する第１検知部構成物の第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、幾何中心となる１つの検知部において、ｎ個の第１小電極及び第２小電極は、幾何中心を通る任意の直線方向に間隔を空けて配列され、４つの検知部のそれぞれにおいて、ｎ個の第１小電極及び第２小電極は、検知領域の周方向に間隔を空けて配列され、第１基材には更に５つの第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の第１小電極のうち、一端に配置される第１小電極に接続される共通配線と、５つの第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の第１小電極のうち、他端に配置される第１小電極に接続される信号配線と、一端及び他端に配置される第１小電極以外の第１小電極のうち、隣接する２個の第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、第２基材には更に、隣接する２個の第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第１基材の一方面に設けられている、応力センサである。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、配線構造が簡単であり、かつ、せん断力の検出精度に優れた応力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第１実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図。
【図2】応力センサの第１基材側の部分模式図。
【図3】応力センサの第２基材側の部分模式図。
【図4】圧力測定時における応力センサの断面図。
【図5】圧力測定時における応力センサの部分断面図。
【図6】せん断応力測定時における応力センサの断面図。
【図7】ｎ＝４の場合の小電極及び配線の接続を説明する図。
【図8】ｎ＝６の場合の小電極及び配線の接続を説明する図。
【図9】応力センサの第２基材側の部分模式図。
【図10】本発明の第２実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図。
【図11】応力センサの第１基材側の部分模式図。
【図12】応力センサの第２基材側の部分模式図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。なお、実施形態に係る応力センサを構成する各構成物の形状や数は一例であり、本発明を限定するものではない。また、説明の簡単化のため、実寸法と異なる比で図を描いているが、本発明に係る技術の主旨を損なうものではない。
【0014】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図であり、より詳細には、図１（ａ）は、応力センサの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ’線に沿う断面図である。図２は、応力センサの第１基材側の部分模式図であり、より詳細には、図２（ａ）は、応力センサの第１基材側の部分平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＢ－Ｂ’線に沿う断面図である。図３は、応力センサの第２基材側の部分模式図であり、より詳細には、図３（ａ）は、応力センサの第２基材側の部分平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＣ－Ｃ’線に沿う断面図である。
図１は、本発明の実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図であり、より詳細には、図１（ａ）は、応力センサの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ’線に沿う断面図である。図２は、応力センサの第１基材側の部分模式図であり、より詳細には、図２（ａ）は、応力センサの第１基材側の部分平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＢ－Ｂ’線に沿う断面図である。図３は、応力センサの第２基材側の部分模式図であり、より詳細には、図３（ａ）は、応力センサの第２基材側の部分平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＣ－Ｃ’線に沿う断面図である。
【0015】
応力センサ１００は、基材に加えられた圧力及びせん断力（ずり力）を検出可能なセンサであり、第１基材１、第２基材２、第１基材１及び第２基材２の間に配置された複数の検知部３０、及び、第１基材１及び第２基材２を接着する接着層５、第１基材１の一方面に設けられる共通配線３’及び信号配線４’、を備える。複数の検知部３０は、第１基材１の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物１０と、第２基材２の第１基材１と対向する面に、第１検知部構成物１０のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物２０とを備える。応力センサ１００において、圧力及びせん断力（ずり力）が印加された際に、当該応力を検出可能な検知領域Ｒは、全ての第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０を包含する最小円に相当し、図１において二点鎖線で囲んで示す。
【0016】
第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０は、荷重に応じて抵抗値が変化する素子であり、応力センサ１００は、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０との間で生じる抵抗値を電圧に変換して出力するブリッジ回路等の出力回路を備える。第１基材１と第２基材２とは、複数の検知部３０（第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０）を包含する検知領域Ｒを取り囲むように設けられた接着層５を介して接着されており、第１基材１には共通電極３と検出電極４が設けられる。また、第２基材２上に緩衝材６を備えてもよい。なお、圧力とは、センサ面に対して垂直方向の力成分を示し、せん断力とは基材の面方向の力成分を示す。
【0017】
（基材）
第１基材１上には、第１検知部構成物１０（第１小電極１０ａ、第１小感圧層１０ｂ）、共通配線３’、信号配線４’、共通電極３、及び検出電極４が設けられる。第２基材２上には、第２検知部構成物２０（第２小電極２０ａ、第２小感圧層２０ｂ）が設けられる。基材（第１基材１及び第２基材２）は、それぞれの表面にセンサ素子、共通電極３、及び検出電極４を形成可能な基材であれば材料は特に限定されないが、可撓性を有するシート状の部材であることが好ましく、例えば、ポリエステル、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（ＰＥＮ）、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や、クリーンペーパー、コート紙、カレンダー紙などの加工紙などを使用することができる。また、応力センサ１００の生体への使用を考慮する場合、基材の材料として、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン等のホモポリマーまたは共重合体からなるポリエステル、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を使用することができる。さらに、センシングしたい圧力に応じて、圧力バッファとしてゴムなどの弾性体を用いてもよい。導電性の基材を用いる場合はセンサや信号線、電極への影響がないように表面を絶縁性の材料でコーティングすることが望ましい。また、可撓性を有するフレキシブルな基材だけではなく実質的に曲がらないフラットな基材を使用してもよく、応力センサ１００の用途等に応じて適宜選択できる。また、基材としてプラスチックフィルムを用いる場合、未延伸基材及び延伸基材のいずれであってもよい。機械的強度及び寸法安定性を考慮した場合には、一軸延伸基材及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好ましい。
第１基材１上には、第１検知部構成物１０（第１小電極１０ａ、第１小感圧層１０ｂ）、共通配線３’、信号配線４’、共通電極３、及び検出電極４が設けられる。第２基材２上には、第２検知部構成物２０（第２小電極２０ａ、第２小感圧層２０ｂ）が設けられる。基材（第１基材１及び第２基材２）は、それぞれの表面にセンサ素子、共通電極３、及び検出電極４を形成可能な基材であれば材料は特に限定されないが、可撓性を有するシート状の部材であることが好ましく、例えば、ポリエステル、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（ＰＥＮ）、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や、クリーンペーパー、コート紙、カレンダー紙などの加工紙などを使用することができる。また、応力センサ１００の生体への使用を考慮する場合、基材の材料として、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン等のホモポリマーまたは共重合体からなるポリエステル、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を使用することができる。さらに、センシングしたい圧力に応じて、圧力バッファとしてゴムなどの弾性体を用いてもよい。導電性の基材を用いる場合はセンサや信号線、電極への影響がないように表面を絶縁性の材料でコーティングすることが望ましい。また、可撓性を有するフレキシブルな基材だけではなく実質的に曲がらないフラットな基材を使用してもよく、応力センサ１００の用途等に応じて適宜選択できる。また、基材としてプラスチックフィルムを用いる場合、未延伸基材及び延伸基材のいずれであってもよい。機械的強度及び寸法安定性を考慮した場合には、一軸延伸基材及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好ましい。
【0018】
第１基材１及び第２基材２の厚さに特に制限はないが、薄型化の観点から薄い方が好ましい一方で、基材として十分な強度を達成し得る厚さを有している必要がある。基材の厚さは、例えば６μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。また、図１に記載されるように本実施形態においては基材の平面視形状を四角形としているが、平面視の形状はこれに限定されず、三角形や円形など、センサを設置する場所などに合わせた形状を適宜選択できる。ただし、量産性を考慮した場合、基材は長尺物であることが好ましい。また、第１基材１及び第２基材２の各材料や厚さは同一でなくてもよい。
【0019】
（検知部構成物）
第１検知部構成物１０は、第１基材１の一方面（第２基材２と対向する面）上に複数設けられる。第１検知部構成物１０のそれぞれは、第１小電極１０ａ及び第１小感圧層１０ｂを有する。第２検知部構成物２０は、第２基材２の第１基材１の一方面と対向する面に、第１検知部構成物１０のそれぞれに対向して設けられる。第２検知部構成物２０のそれぞれは、第２小電極２０ａ、及び第２小感圧層２０ｂを有する。
第１検知部構成物１０は、第１基材１の一方面（第２基材２と対向する面）上に複数設けられる。第１検知部構成物１０のそれぞれは、第１小電極１０ａ及び第１小感圧層１０ｂを有する。第２検知部構成物２０は、第２基材２の第１基材１の一方面と対向する面に、第１検知部構成物１０のそれぞれに対向して設けられる。第２検知部構成物２０のそれぞれは、第２小電極２０ａ、及び第２小感圧層２０ｂを有する。
【0020】
本実施形態において、第１検知部構成物１０（第１小電極１０ａ及び第１小感圧層１０ｂ）は、第１基材１の一方面（第２基材２と対向する面）上に５つ設けられており、図１（ａ）に示すように、１つの第１検知部構成物１０（検知部構成物Ｏ）が検知領域Ｒの幾何中心に配置され、他の４つの第１検知部構成物１０が４回対称となるように配置される。第１検知部構成物１０は、第１基材１側から順に第１小電極１０ａと、第１小電極１０ａ上に積層された第１小感圧層１０ｂとを有する。第２検知部構成物２０は、第２基材２の一方面（第１基材１と対向する面）上に５つ設けられており、１つの第２検知部構成物２０（検知部構成物Ｏ）を中心として、他の４つの第２検知部構成物２０が４回対称となるように配置される。第２検知部構成物２０は、第２基材２側から順に第２小電極２０ａと、第２小電極２０ａ上に積層された第２小感圧層２０ｂとを有する。第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０は、第１基材１及び第２基材２の間においてそれぞれが互いに対向している。５つの検知部構成物（上下で対となる第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０）の中心に配置される検知部構成物（検知部３０）ＯによってＺ軸方向の圧力を検出する。また、検知部構成物Ｏを挟んでＸ軸方向に並ぶ検知部構成物Ｘ１、Ｘ２によってＸ軸方向のせん断力を検出し、検知部構成物Ｏを挟んでＹ軸方向に並ぶ検知部構成物Ｙ１、Ｙ２によってＹ軸方向のせん断力を検出する。なお、ここでは第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０（すなわち検知部３０）がそれぞれ５つずつ配置される場合について説明したが、第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０の数は複数であればこれに限定されない。また、検知部構成物（検知部３０）の数がｍ（ただしｍ≧２の整数）のとき、検知領域Ｒの幾何中心を通る任意の直線上に存在する検知部構成物（検知部３０）の数が、１以上（ｍ－１）以下となる。また、検知部構成物の配置についても用途に応じて適宜変更可能であるが、例えば応力センサ１００を人の指に貼付して使用する用途を想定した場合（例えばゴルフクラブやテニスラケット等の用具を振る際に、指と用具の間に作用する応力を解析することを想定した場合）、各検知部構成物は、検知領域Ｒの幾何中心に配置さる検知部構成物Ｏの中心から、半径６ｍｍ以内の円内に配置することが好ましい。
【0021】
（小電極）
第１小電極１０ａは、１つの第１検知部構成物１０につき、ｎ（ただしｎは正の偶数）個ずつ設けられており、第１基材１の一方面に所定方向に間隔を空けて配列される。第２小電極２０ａは、１つの第２検知部構成物２０につき、ｎ（ただしｎは正の偶数）またはｎ／２個ずつ設けられており、第２基材２の第１基材１の一方面と対向する面に、対向する第１検知部構成物１０の第１小電極１０ａのそれぞれと対向するように配列される。小電極（第１小電極１０ａと第２小電極２０ａ）の形状は、例えば長方形とすることができる。なお、本実施形態においては、図２に示すように第１小電極１０ａの数を２（ｎ＝２）とし、また図３に示すように第２小電極２０ａの数を２（ｎ＝２）とする。
第１小電極１０ａは、１つの第１検知部構成物１０につき、ｎ（ただしｎは正の偶数）個ずつ設けられており、第１基材１の一方面に所定方向に間隔を空けて配列される。第２小電極２０ａは、１つの第２検知部構成物２０につき、ｎ（ただしｎは正の偶数）またはｎ／２個ずつ設けられており、第２基材２の第１基材１の一方面と対向する面に、対向する第１検知部構成物１０の第１小電極１０ａのそれぞれと対向するように配列される。小電極（第１小電極１０ａと第２小電極２０ａ）の形状は、例えば長方形とすることができる。なお、本実施形態においては、図２に示すように第１小電極１０ａの数を２（ｎ＝２）とし、また図３に示すように第２小電極２０ａの数を２（ｎ＝２）とする。
【0022】
図２に示すように、各第１検知部構成物１０を構成する２つの第１小電極１０ａのうち一方の第１小電極１０ａには共通配線３’が共通接続されており、もう一方の第１小電極１０ａには信号配線４’がそれぞれ接続されている。共通配線３’は第１基材１上の共通電極３に接続され、信号配線４’は第１基材１上の検出電極４に接続されている。さらに、図３に示すように、各第２検知部構成物２０において、２つの第２小電極２０ａの間には、２つの第２小電極２０ａを接続する第２接続配線８が設けられる。
【0023】
このように、本実施形態においては、各検知部構成物における第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａの数が２であり、第１小電極１０ａの一方の第１小電極１０ａには共通配線３’が接続され、もう一方の第１小電極１０ａには信号配線４’が接続され、２つの第２小電極２０ａ間は第２接続配線８で接続されている。そのため、対向する第１小感圧層１０ｂ及び第２小感圧層２０ｂ同士が接触すると、共通配線３’に接続される第１小電極１０ａと、信号配線４’に接続される第１小電極１０ａとを両端とし、第２検知部構成物２０に含まれる第２小電極２０ａを経由する直列の電流経路が形成される。すなわち、第１基材１側から入力された電流が一旦第２基材２側に流れた後、再び第１基材１側に戻ってくる経路となっている。このため、第２基材２については信号取り出し用の配線を設ける必要がなくなるため、配線の設計が簡単でセンサの小型化もしやすく、また、配線の形成不良も低減できる。
【0024】
小電極の抵抗率は、１．０×１０－３Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。また、各小電極の厚さは、特に限定されないが、０．０１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上、２０μｍ以下であることがより好ましい。０．０１μｍ未満の場合、形成された膜が不連続な膜になりやすく、十分な導電性が得られなくなる。また３０μｍを超える場合、可撓性を有する基材上に形成された応力センサ１００を屈曲させた際に小電極に割れが発生する恐れがある。また、上下で対向するそれぞれの小電極の形状及び面積は同一の形状・面積でもよいが、一方が他方より相対的に大きい面積を有することが好ましい。相対的に面積が小さい小電極の面積は、相対的に面積が大きい小電極の面積の１／５以上２／３以下であることが好ましい。１／５未満の場合は、応力センサ１００の感度が落ちてしまう。また、２／３を超える場合は、両小電極の位置合わせが困難となる。
【0025】
小電極は、使用するセンサ素子の仕様に適した導電性材料であれば材料、形成方法共に限定されない。例えば、材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ等の金属や、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を用いることができる。形成方法としては、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などの印刷法を用いる方法や、真空蒸着法、スパッタリング法等の気相堆積法を用いて基材全面に成膜した膜を、エッチング法によりパターニングする方法を用いることができる。印刷方法を用いる場合には、電極の材料を樹脂と混合し各印刷方法で塗布できるようインキ化したものを用いることができる。気相堆積法の場合、メタルマスクを用いて所定の位置のみに材料を成膜することで形成してもよい。また、一般的なビニル導線などを基材上に粘着剤などで固定してもよい。その他一般的な信号取り出し線及び電極形成方法であればいずれの方法でもよい。小電極は、共通電極３、共通配線３’、検出電極４、信号配線４’と同じ工程で作製してもよい。なお、本実施形態においては、小電極の形状を長方形としているが、円形や正方形などであってもよい。
【0026】
（小感圧層）
第１小感圧層１０ｂは、第１小電極１０ａのそれぞれに積層される。第２小感圧層２０ｂは、第２小電極２０ａのそれぞれに積層される。各小感圧層（第１小感圧層１０ｂ及び第２小感圧層２０ｂ）は、各第小電極を完全に覆い、かつ、隣接する小電極に積層された小感圧層とは離間するように形成される。平面視において、各小感圧層の大きさは同じであることが好ましい。
第１小感圧層１０ｂは、第１小電極１０ａのそれぞれに積層される。第２小感圧層２０ｂは、第２小電極２０ａのそれぞれに積層される。各小感圧層（第１小感圧層１０ｂ及び第２小感圧層２０ｂ）は、各第小電極を完全に覆い、かつ、隣接する小電極に積層された小感圧層とは離間するように形成される。平面視において、各小感圧層の大きさは同じであることが好ましい。
【0027】
小感圧層の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。小感圧層が１μｍ未満の場合、小電極を十分に覆うことが困難となり、上下の小電極が小感圧層を介さずに導通するため、センサ動作に不良が生じる。小感圧層が１００μｍを超える場合、押圧力の変化に対する変形が鈍くなったり、押圧力が全ての小感圧層に均等に伝わるまでの時間が増加したりするため、圧力及びせん断力の検出精度が低下する。また、薄型化の観点から、第１小電極１０ａと第１小感圧層１０ｂ及び第２小電極２０ａと第２小感圧層２０ｂは、合計で２６０μｍ以下の厚みとなるように形成されることが好ましい。
【0028】
小感圧層の抵抗率は、１．０×１０－１Ω・ｃｍ以上１．０×１０６Ωｃｍ以下であることが好ましい。この場合、押圧力の変化に対する導通抵抗値の変化量が好適となり、応力センサ１００の検出精度が良好となる。
【0029】
本実施形態に係る応力センサ１００は、対向する電極間の抵抗値変化に基づいて圧力及びせん断力を検出するため、小感圧層は、導電性を有する材料で形成する。ただし、小電極より抵抗率が高い材料を使用する必要がある。また、応力センサ１００は、入力された押圧力により生じる小感圧層の厚みの変化に伴って上下間の小感圧層の抵抗値が変化することで、入力された押圧力を検知することができる。そのため、小感圧層には変形により抵抗率が変化する圧抵抗効果を有する材料を用いることが好ましく、例えば、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及びこれらにメジウムなどの調整剤を混ぜて抵抗率を調整した材料を用いることができる。小感圧層は、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷などの公知の印刷方法やスプレー塗布などの公知の塗工方法を使用して形成できる。また、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等の気相堆積法を用いて全面に形成しエッチング法により形成してもよい。この場合、メタルマスクを用いて所定の位置のみに材料を成膜することで形成することもできる。
【0030】
また、各小感圧層の表面に数μｍオーダーの凹凸を形成してもよい（図５）。この場合、押圧力が入力されると上下の小感圧層が互いに接し、表面の凹凸が僅かに変形して接触面積が増加する。当該接触面積の変化に応じて抵抗値が変化するため、入力された押圧力を検知することができる。この場合、小感圧層には押圧力に応じて変形する材料を用いることが好ましく、例えば、導電性カーボンや導電性ナノカーボンを用いることができる。小感圧層の表面に凹凸を形成する方法としては、例えば、スクリーン印刷を用いて、導電性カーボンインキを印刷形成する方法を用いることができる。
【0031】
小感圧層は、想定する押圧力の大きさに応じて抵抗率が調整されることが好ましい。想定する押圧力が大きい場合は、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、抵抗率の変化が急峻な材料を選ぶことが好ましい。
【0032】
（共通配線、共通電極）
共通配線３’は、第１基材１上に形成され、共通電極３と、第１基材１上の第１検知部構成物１０のそれぞれにおける第１小電極１０ａの１つとを接続する。共通配線３’と接続される第１小電極１０ａは、各第１検知部構成物１０の、所定方向に間隔を空けて配列された第１小電極１０ａのうち、所定方向の一端に配置される第１小電極１０ａである。なお、共通配線３’及び共通電極３は第１基材１にのみ形成され、第２基材２には形成されない。
共通配線３’は、第１基材１上に形成され、共通電極３と、第１基材１上の第１検知部構成物１０のそれぞれにおける第１小電極１０ａの１つとを接続する。共通配線３’と接続される第１小電極１０ａは、各第１検知部構成物１０の、所定方向に間隔を空けて配列された第１小電極１０ａのうち、所定方向の一端に配置される第１小電極１０ａである。なお、共通配線３’及び共通電極３は第１基材１にのみ形成され、第２基材２には形成されない。
【0033】
（信号配線、検出電極）
信号配線４’は、第１基材１上に形成され、検出電極４と、第１基材１上の第１検知部構成物１０のそれぞれにおける第１小電極１０ａの１つとを接続する。信号配線４’と接続される第１小電極１０ａは、各第１検知部構成物１０の、所定方向に間隔を空けて配列された第１小電極１０ａのうち、所定方向の他端（共通配線３’が接続される第１小電極１０ａと反対側）に配置される第１小電極１０ａである。なお、信号配線４’及び検出電極４は第１基材１にのみ形成され、第２基材２には形成されない。
信号配線４’は、第１基材１上に形成され、検出電極４と、第１基材１上の第１検知部構成物１０のそれぞれにおける第１小電極１０ａの１つとを接続する。信号配線４’と接続される第１小電極１０ａは、各第１検知部構成物１０の、所定方向に間隔を空けて配列された第１小電極１０ａのうち、所定方向の他端（共通配線３’が接続される第１小電極１０ａと反対側）に配置される第１小電極１０ａである。なお、信号配線４’及び検出電極４は第１基材１にのみ形成され、第２基材２には形成されない。
【0034】
（接続配線）
第２接続配線８は、第２基材２側に配置される第２検知部構成物２０のそれぞれにおいて、２つの第２小電極２０ａを接続するように設けられ（図３）、本実施形態においては５本の第２接続配線８が設けられる。
第２接続配線８は、第２基材２側に配置される第２検知部構成物２０のそれぞれにおいて、２つの第２小電極２０ａを接続するように設けられ（図３）、本実施形態においては５本の第２接続配線８が設けられる。
【0035】
これらの電極及び配線（共通配線３’、共通電極３、信号配線４’、検出電極４、及び第２接続配線８）は、抵抗率が低い導電性材料を用いることができる。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を用いることができる。
【0036】
電極及び配線の抵抗率は１．０×１０－３Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。電極及び配線の厚さは、特に限定されないが、０．０１μｍ以上３０μｍ以下の範囲が好ましく、０．０５μｍ以上、２０μｍ以下であることがより好ましい。０．０１μｍ未満の場合、形成された膜が島状になりやすく、十分な導電性が得られなくなる。また、３０μｍを超える場合、可撓性基材上に形成された応力センサ１００を屈曲させた場合に、電極及び配線に割れが発生する恐れがある。
【0037】
電極及び配線の形成方法は、特に限定されないが、例えば、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などの印刷法を用いることができる。このような印刷法を用いる場合には、電極の材料を樹脂と混合し各印刷方法で塗布できるようインキ化したものを用いることができる。また、真空蒸着法、スパッタリング法等の気相堆積法を用いて基材全面に成膜した膜を、エッチング法によりパターニングすることにより形成してもよい。気相堆積法の場合、メタルマスクを用いて所定の位置のみに材料を成膜することができる。電極及び配線の材料および形成方法は限定されないが、例えば、共通配線３’、共通電極３、信号配線４’、検出電極４は、第１小電極１０ａの形成工程時に同一の材料で同時に形成してもよく、また、第２接続配線８は、第２小電極２０ａの形成工程時に同一の材料で同時に形成してもよい。
【0038】
（接着層）
接着層５の厚さは、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０の合計厚さ未満であることが好ましい。具体的には、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０の高さの和ｄ１と、接着層５の厚さｄ２との比ｄ１／ｄ２が１．１～５．０であることが好ましい（図１）。ｄ１／ｄ２が１．１未満の場合、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０とが接触しにくくなり、圧力およびせん断力の検出精度が低下する。またｄ１／ｄ２が５．０より大きい場合、無負荷状態でも第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０の接触が過剰な状態となるため、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０が押圧力に追従できず、圧力およびせん断力の検出精度が低下する。接着層５の材料には特に制限がなく、基材に対して良好な粘着力があれば良い。例えばゴム系、アクリル系、シリコーン系などの接着剤が好適に用いられる。また、接着層５として、両面テープなどを用いてもよい。
接着層５の厚さは、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０の合計厚さ未満であることが好ましい。具体的には、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０の高さの和ｄ１と、接着層５の厚さｄ２との比ｄ１／ｄ２が１．１～５．０であることが好ましい（図１）。ｄ１／ｄ２が１．１未満の場合、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０とが接触しにくくなり、圧力およびせん断力の検出精度が低下する。またｄ１／ｄ２が５．０より大きい場合、無負荷状態でも第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０の接触が過剰な状態となるため、第１検知部構成物１０と第２検知部構成物２０が押圧力に追従できず、圧力およびせん断力の検出精度が低下する。接着層５の材料には特に制限がなく、基材に対して良好な粘着力があれば良い。例えばゴム系、アクリル系、シリコーン系などの接着剤が好適に用いられる。また、接着層５として、両面テープなどを用いてもよい。
【0039】
接着層５は、全ての検知部３０を取り囲むように形成され、図１に示すような円環形状であることが好ましい。接着層５の中心と、検知領域Ｒの中心（検知部構成物Ｏの中心）を一致させた場合、せん断力検知に寄与する検知部３０（検知部構成物Ｏ以外の検知部構成物）と、接着層５の距離が全て等しくなる。この場合、せん断力が加えられた時の接着層５の反発力が、せん断力の方向にかかわらず一定となり、せん断力の印加方向依存性が小さくなるため、せん断力の検出精度がさらに向上する。また、接着層５は、検出精度の観点から検知領域Ｒよりも半径が大きいことが好ましく、例えば円環状の接着層５の半径は、７ｍｍ以上１０ｍｍ以内とすることができる。なお、接着層５は円環状に限定されず、正方形状であっても良い。
【0040】
接着層５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。また、両面テープを所望の形状に加工したものを接着層５の形成位置に貼り合わせることで形成しても良い。基材に余計な熱負荷を与えたくない場合や印刷ばらつきによる粘着力のムラを避けたい場合は、両面テープが好適に使用される。
【0041】
（緩衝材）
緩衝材６は、第２基材２の一方面（第１基材１と対向する面）と反対側の面に接着剤等を介して設けられる。緩衝材６を設けることで、検知領域Ｒの位置がわかりやすくなり、また、全ての電極に対して安定的に分散して力をかけやすくなる。緩衝材６は、平面視において、緩衝材６の中心と、検知領域Ｒの幾何中心（検知部構成物Ｏの中心）とが一致し、全ての検知部構成物（検知部３０）を包含するように設けられる。緩衝材６は、例えば円形とすることができる。緩衝材６を円形とし、接着層５を円環形状とした場合、緩衝材６の外周は、検知領域Ｒの外周と一致、または検知領域Ｒよりも外側にあり、かつ、接着層５の内周よりも内側にあることが特に好ましい。なお、緩衝材６の形状は円形以外の形状であってもよい。
緩衝材６は、第２基材２の一方面（第１基材１と対向する面）と反対側の面に接着剤等を介して設けられる。緩衝材６を設けることで、検知領域Ｒの位置がわかりやすくなり、また、全ての電極に対して安定的に分散して力をかけやすくなる。緩衝材６は、平面視において、緩衝材６の中心と、検知領域Ｒの幾何中心（検知部構成物Ｏの中心）とが一致し、全ての検知部構成物（検知部３０）を包含するように設けられる。緩衝材６は、例えば円形とすることができる。緩衝材６を円形とし、接着層５を円環形状とした場合、緩衝材６の外周は、検知領域Ｒの外周と一致、または検知領域Ｒよりも外側にあり、かつ、接着層５の内周よりも内側にあることが特に好ましい。なお、緩衝材６の形状は円形以外の形状であってもよい。
【0042】
緩衝材６には、シリコーンゴムやブタジエンゴムといったゴム材料や、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂といった樹脂材料を用いることができる。また、必ずしも弾性を有する必要がなく、その場合は、表面に絶縁処理を施したアルミやステンレスといった金属や、ガラス等を用いることができる。また、複数の層で形成されていてもよい。緩衝材６は、検出対象となる圧力領域によって適宜選択される。なお、緩衝材６は省略してもよい。
【0043】
（検出原理）
次に、本実施形態に係る応力センサ１００における圧力およびせん断力の検出について説明する。
次に、本実施形態に係る応力センサ１００における圧力およびせん断力の検出について説明する。
【0044】
図４は、圧力測定時における応力センサの断面図であり、図５は、圧力測定時における応力センサの部分断面図である。なお、図４及び図５では緩衝材６を省略する。また図５においては、小感圧層の表面に凹凸を形成したものを示す。
【0045】
第１基材１上の検知部構成物Ｏの第１小電極１０ａと、第２基材２上の検知部構成物Ｏの第２小電極２０ａとが、一対の第１小感圧層１０ｂ及び第２小感圧層２０ｂを介して接続されている。圧力方向の負荷がない場合、上下の小感圧層の接触面積が小さい、または上下の小感圧層が互いに接していないため、第１基材１上の検知部構成物Ｏの第１小電極１０ａと第２基材２上の検知部構成物Ｏの第２小電極２０ａとの間の電気抵抗値は大きい（図５（ａ）参照）。圧力Ｆ１を加えることで上下の小感圧層の表面に形成された凹凸形状が僅かに変形し、接触面積が増える（図５（ｂ）参照）。接触面積が増えると、第１基材１上の検知部構成物Ｏの第１小電極１０ａと第２基材２上の検知部構成物Ｏの第２小電極２０ａの導通パスが増えるため、電気抵抗値が減少する。したがって、第１基材１上の検知部構成物Ｏの第１小電極１０ａと第２基材２上の検知部構成物Ｏの第２小電極２０ａとの電気抵抗値に基づいて、圧力を検出することができる。
【0046】
【0047】
まず、応力センサ１００の検知領域Ｒに、せん断方向の成分を含まない紙面下方向への圧力Ｆ１を印加した場合、図６（ａ）に示すように、いずれの小電極に加わる力も等しくなり、検知部構成物Ｏ、Ｘ１、Ｘ２で検出される圧力がいずれも等しい。
【0048】
次に、図６（ａ）の状態から、紙面下方向への力の大きさを変えずに、紙面左方向にせん断力Ｆ２を印加すると、検知部構成物Ｏの小電極に加わる圧力は変わらないが、荷重のバランスが変化したことにより、検知部構成物Ｘ１の小電極に加わる圧力が増加し、検知部構成物Ｘ２の小電極に加わる圧力が減少する。したがって、図６（ｂ）に示す状態では、図６（ａ）に示す状態と比べて、検知部構成物Ｏで検出される圧力は変化せず、検知部構成物Ｘ２で検出される圧力が減少し、検知部構成物Ｘ１で検出される圧力が増加する。この検知部構成物Ｘ１及びＸ２の間の圧力の差分からせん断力を検出することができる。なお、Ｙ方向に力が入力された場合も、同様に、検知部構成物Ｙ１及びＹ２の間の圧力の差分からせん断力を検出することができる。
【0049】
このように、本実施形態に係る応力センサ１００は、せん断力が入力された場合に、せん断力検出用の電極に加わる力（基材に直交するＺ方向の成分）が増加または減少することを利用して、入力されたせん断力の方向及び大きさを検出する。圧力及びせん断力と、各組の電極間の抵抗値との関係を予め検量線として取得することにより、以後、測定した抵抗値を圧力及びせん断力に変換することができる。
【0050】
なお、本実施形態においては、検知部３０の数を５個としているが、圧力及びせん断力を検出するなら３個以上であればよく、６個以上であってもよい。検知部３０（小電極）の数が多くなるほど精度よくせん断力の変化を検出することができるが、応力センサ自体が大きくなるため、用途に応じて適宜選択すればよい。また、検知部３０は必ずしも等間隔に設ける必要はないが、本実施形態のように４回対称となるように配置した方が、センサ全体の厚みを均一にすることができ、測定の安定性も向上する。
【0051】
また、本実施形態では、検知部３０のうち１つ（検知部構成物Ｏ）を検知領域Ｒの幾何中心に設けることで圧力を測定しているが、検知部３０を検知領域Ｒの中央に設けない構造であっても圧力を検出することができる。この場合、各検知部３０が検出した圧力の平均を圧力値として導出することができる。
【0052】
【0053】
（ｎ＝４の場合）
図７は、ｎ＝４の場合の小電極及び配線の接続を説明する図である。図７（ａ）に示すように、第１基材１側の第１検知部構成物１０においては、整列方向の一方の端部に配置される第１小電極１０ａに共通配線３’が接続され、他方の端部に配置される第１小電極１０ａに信号配線４’が接続され、さらに、両端を除く第１小電極１０ａのうち、隣接する２個の第１小電極１０ａを接続する１本の第１接続配線７が設けられる。第２基材２側の第２検知部構成物２０においては、隣接する２個の第２小電極２０ａを接続する第２接続配線８が２本設けられる。
図７は、ｎ＝４の場合の小電極及び配線の接続を説明する図である。図７（ａ）に示すように、第１基材１側の第１検知部構成物１０においては、整列方向の一方の端部に配置される第１小電極１０ａに共通配線３’が接続され、他方の端部に配置される第１小電極１０ａに信号配線４’が接続され、さらに、両端を除く第１小電極１０ａのうち、隣接する２個の第１小電極１０ａを接続する１本の第１接続配線７が設けられる。第２基材２側の第２検知部構成物２０においては、隣接する２個の第２小電極２０ａを接続する第２接続配線８が２本設けられる。
【0054】
（ｎ＝６の場合）
図８は、ｎ＝６の場合の小電極及び配線の接続を説明する図である。図８（ａ）に示すように、第１基材１側の第１検知部構成物１０においては、整列方向の一方の端部に配置される第１小電極１０ａに共通配線３’が接続され、他方の端部に配置される第１小電極１０ａに共通配線３’が接続され、さらに、両端を除く第１小電極１０ａのうち、隣接する２個の第１小電極１０ａを接続する２本の第１接続配線７が設けられる。第２基材２側の第２検知部構成物２０においては、隣接する２個の第２小電極２０ａを接続する第２接続配線８が３本設けられる。
図８は、ｎ＝６の場合の小電極及び配線の接続を説明する図である。図８（ａ）に示すように、第１基材１側の第１検知部構成物１０においては、整列方向の一方の端部に配置される第１小電極１０ａに共通配線３’が接続され、他方の端部に配置される第１小電極１０ａに共通配線３’が接続され、さらに、両端を除く第１小電極１０ａのうち、隣接する２個の第１小電極１０ａを接続する２本の第１接続配線７が設けられる。第２基材２側の第２検知部構成物２０においては、隣接する２個の第２小電極２０ａを接続する第２接続配線８が３本設けられる。
【0055】
すなわち、１つの第１検知部構成物１０において、第１基材１の一方面に所定方向に間隔を空けて配列される第１小電極１０ａの数がｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の場合、共通配線３’は所定方向の一端に配置される第１小電極１０ａに接続され、信号配線４’は所定方向の他端に配置される第１小電極１０ａに接続され、（ｎ／２－１）本の第１接続配線７が、所定方向の両端に配置される第１小電極１０ａ以外の第１小電極１０ａのうち、隣接する２個の第１小電極１０ａを接続される。第２基材２においては、ｎ／２本の第２接続配線８が、隣接する２個の第２小電極２０ａを接続する。そのため、対向する第１小感圧層１０ｂ及び第２小感圧層２０ｂ同士が接触すると、共通配線３’に接続される第１小電極１０ａと、信号配線４’に接続される第１小電極１０ａとを両端とし、第１検知部構成物１０に含まれる残りの第１小電極１０ａ及び第２検知部構成物２０に含まれる第２小電極２０ａを経由する直列の電流経路が形成される。ゆえに、ｎ＝２の場合と同様に、ｎが４以上（ただし、ｎは正の偶数）の場合であっても、第１基材１側から入力された電流が一旦第２基材２側に流れた後、再び第１基材１側に戻ってくる経路となっている。このように、第２基材２については、入出力の配線を設ける必要がなくなるため、簡単な配線構造の応力センサ１００とすることができる。そのため、本実施形態に係る応力センサ１００は、小型化もしやすく、また、入出力装置との接続も簡単にすることができる。
【0056】
上述のように、第１小電極１０ａ（第２小電極２０ａ）の数が４（ｎ＝４）以上の場合は、第１小電極１０ａ間に第１接続配線７が設けられるが、第１接続配線７は、第２接続配線８と同様の材料及び方法で形成することができる。
【0057】
なお、図９に示すように、第２接続配線８で第２小電極２０ａを接続する代わりに、隣接する１対（ｎ個）の第１小電極１０ａと重なるように１つの第２小電極２０ａを設けても良い。この場合、図３に示した第２小電極２０ａの構成に比べ、第２接続配線８がなくなる分、第２小電極２０ａの面積が増える。図１に示す構成の応力センサ１００における第１基材１と第２基材２との貼り合わせによって生じる第１小電極１０ａと第２小電極２０ａとの僅かな位置ずれや、第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａ形成時での電極の僅かな大小によって生じる形状差を、図９に示す第２基材２の構成からなる応力センサ１００では低減でき、より正確に３軸の応力測定が可能となる。なお、図９の例においては、対となる第１検知部構成物１０の第１小電極１０ａの数は２（ｎ＝２）となる。
【0058】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る応力センサ２００は、主に検知部３０（検知部構成物、或いは小電極及び小感圧層）の形状に特徴を有する。以下において、第２実施形態に係る応力センサ２００について、第１実施形態に係る応力センサ１００と異なる点を中心に説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図であり、第２実施形態に係る応力センサの平面図を示している。図１１は、応力センサの第１基材側の部分模式図であり、図１２は、応力センサの第２基材側の部分模式図である。
第２実施形態に係る応力センサ２００は、主に検知部３０（検知部構成物、或いは小電極及び小感圧層）の形状に特徴を有する。以下において、第２実施形態に係る応力センサ２００について、第１実施形態に係る応力センサ１００と異なる点を中心に説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図であり、第２実施形態に係る応力センサの平面図を示している。図１１は、応力センサの第１基材側の部分模式図であり、図１２は、応力センサの第２基材側の部分模式図である。
【0059】
応力センサ２００においては、第１基材１、第２基材２、第１基材１及び第２基材２の間に配置された５つの検知部３０、及び、第１基材１及び第２基材２を接着する接着層５、第１基材１の一方面に設けられる共通配線３’及び信号配線４’、を備える。
【0060】
（検知部）
５つの検知部３０は、第１基材１の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物１０と、第２基材２の第１基材１と対向する面に、第１検知部構成物１０のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物２０とを備える。５つの検知部３０（第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０）のうち１つが検知領域Ｒの幾何中心に配置され、残りの４つの検知部３０が前記１つの検知部３０の周囲に回転対称となるように配置される。
５つの検知部３０は、第１基材１の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物１０と、第２基材２の第１基材１と対向する面に、第１検知部構成物１０のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物２０とを備える。５つの検知部３０（第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０）のうち１つが検知領域Ｒの幾何中心に配置され、残りの４つの検知部３０が前記１つの検知部３０の周囲に回転対称となるように配置される。
【0061】
（検知部構成物）
第１検知部構成物１０は、第１基材１の一方面（第２基材２と対向する面）上に５つ設けられる。第１検知部構成物１０のそれぞれは、第１小電極１０ａ及び第１小感圧層１０ｂを有する。第２検知部構成物２０は、第２基材２の第１基材１の一方面と対向する面に、第１検知部構成物１０のそれぞれに対向して設けられる。第２検知部構成物２０のそれぞれは、第２小電極２０ａ、及び第２小感圧層２０ｂを有する。
第１検知部構成物１０は、第１基材１の一方面（第２基材２と対向する面）上に５つ設けられる。第１検知部構成物１０のそれぞれは、第１小電極１０ａ及び第１小感圧層１０ｂを有する。第２検知部構成物２０は、第２基材２の第１基材１の一方面と対向する面に、第１検知部構成物１０のそれぞれに対向して設けられる。第２検知部構成物２０のそれぞれは、第２小電極２０ａ、及び第２小感圧層２０ｂを有する。
【0062】
第１検知部構成物１０（第１小電極１０ａ及び第１小感圧層１０ｂ）は、第１基材１の一方面（第２基材２と対向する面）上に５つ設けられており、図１１に示すように、１つの第１検知部構成物１０（検知部構成物Ｏ）が検知領域Ｒの幾何中心に配置され、他の４つの第１検知部構成物１０が回転対称（４回対称）となるように配置される。第１検知部構成物１０は、第１基材１側から順に第１小電極１０ａと、第１小電極１０ａ上に積層された第１小感圧層１０ｂとを有する。第２検知部構成物２０は、第２基材２の一方面（第１基材１と対向する面）上に５つ設けられており、１つの第２検知部構成物２０（検知部構成物Ｏ）を中心として、他の４つの第２検知部構成物２０が回転対称（４回対称）となるように配置される。第２検知部構成物２０は、第２基材２側から順に第２小電極２０ａと、第２小電極２０ａ上に積層された第２小感圧層２０ｂとを有する。第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０は、第１基材１及び第２基材２の間においてそれぞれが互いに対向している。５つの検知部構成物（上下で対となる第１検知部構成物１０及び第２検知部構成物２０）の中心に配置される検知部構成物Ｏ（検知部３０）によってＺ軸方向の圧力を検出する。また、検知部構成物Ｏを挟んでＸ軸方向に並ぶ検知部構成物Ｘ１、Ｘ２によってＸ軸方向のせん断力を検出し、検知部構成物Ｏを挟んでＹ軸方向に並ぶ検知部構成物Ｙ１、Ｙ２によってＹ軸方向のせん断力を検出する。
【0063】
（小電極）
検知領域Ｒの幾何中心に配置される検知部３０（検知部構成物Ｏ）の第１小電極１０ａは、第１基材１の一方面に、検知領域Ｒの幾何中心を通る任意の直線方向に間隔を空けて２個配列される。その他の４つの検知部３０（検知部構成物Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）の第１小電極１０ａは、検知領域Ｒの周方向に間隔を空けて２個ずつ配列される。第２小電極２０ａは、１つの第２検知部構成物２０につき、２個ずつ設けられており、第２基材２の第１基材１の一方面と対向する面に、対向する第１検知部構成物１０の第１小電極１０ａのそれぞれと対向するように配列される。
検知領域Ｒの幾何中心に配置される検知部３０（検知部構成物Ｏ）の第１小電極１０ａは、第１基材１の一方面に、検知領域Ｒの幾何中心を通る任意の直線方向に間隔を空けて２個配列される。その他の４つの検知部３０（検知部構成物Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）の第１小電極１０ａは、検知領域Ｒの周方向に間隔を空けて２個ずつ配列される。第２小電極２０ａは、１つの第２検知部構成物２０につき、２個ずつ設けられており、第２基材２の第１基材１の一方面と対向する面に、対向する第１検知部構成物１０の第１小電極１０ａのそれぞれと対向するように配列される。
【0064】
４つの検知部３０（検知部構成物Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）の第１小電極１０ａは、図１０に示すように円環を周方向に分割した形状とする。このような形状の小電極を円形の検知領域Ｒに沿うように配置することで、第１実施形態のように小電極を矩形にした場合よりも検知領域Ｒに占める小電極の面積を大きくすることができる。小電極の面積を大きくした場合、広範囲で押圧力を検出することが可能となり、より微少な押圧力の変化を検出することが可能となるため、せん断力の検出精度が向上する。また、より均一に押圧力を小感圧層に分散させることが可能となるため、せん断力の検出精度を向上させることができる。また、接着層５を円環形状とし、接着層５の中心と小電極の円中心を一致させた場合、４つの検知部３０（検知部構成物Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）の第１小電極１０ａと、接着層５の距離が全て等しくなる。この場合、せん断力が加えられた時の接着層５の反発力が、せん断力の方向にかかわらず一定となり、せん断力の印加方向依存性が小さくなるため、せん断力の検出精度がさらに向上する。
【0065】
図１１（ａ）に示すように、各第１検知部構成物１０を構成する２つの第１小電極１０ａのうち一方の第１小電極１０ａには共通配線３’が共通接続されており、もう一方の第１小電極１０ａには信号配線４’がそれぞれ接続されている。さらに、図１１（ｂ）に示すように、各第２検知部構成物２０において、２つの第２小電極２０ａの間には、２つの第２小電極２０ａを接続する第２接続配線８が設けられる。
【0066】
このように、本実施形態においては、検知部構成物における第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａの数が２であり、第１小電極１０ａの一方の第１小電極１０ａには共通配線３’が接続され、もう一方の第１小電極１０ａには信号配線４’が接続され、２つの第２小電極２０ａ間は第２接続配線８で接続されている。そのため、対向する第１小感圧層１０ｂ及び第２小感圧層２０ｂ同士が接触すると、共通配線３’に接続される第１小電極１０ａと、信号配線４’に接続される第１小電極１０ａとを両端とし、第２検知部構成物２０に含まれる第２小電極２０ａを経由する直列の電流経路が形成される。すなわち、第１実施形態に係る応力センサ１００と同様に、第１基材１側から入力された電流が一旦第２基材２側に流れた後、再び第１基材１側に戻ってくる経路となり、第２基材２については信号取り出し用の配線を設ける必要がなくなるため、配線の設計が簡単でセンサの小型化もしやすく、また、配線の形成不良も低減できる。
【0067】
以上の第２実施形態に係る説明において、第１小電極１０ａ（第２小電極２０ａ）の数が２（ｎ＝２）について説明した。しかし、第１実施形態と同様に、ｎが偶数であれば、ｎは４以上であってもよい。この場合、第１基材１側においては、各第１検知部構成物１０の両端に配置される第１小電極１０ａ以外の第１小電極１０ａのうち、隣接する２個の第１小電極１０ａを接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線７が設けられる。また、第１基材１側においては、各第２検知部構成物２０の隣接する２個の第２小電極２０ａを接続するｎ／２本の第２接続配線８が設けられる。これにより、共通配線３’に接続される第１小電極１０ａと、信号配線４’に接続される第１小電極１０ａとを両端とし、第１検知部構成物１０に含まれる残りの第１小電極１０ａ及び第２検知部構成物２０に含まれる第２小電極２０ａを経由する直列の電流経路が形成される。ゆえに、ｎが４以上（ただし、ｎは正の偶数）の場合であっても、第１基材１側から入力された電流が一旦第２基材２側に流れた後、再び第１基材１側に戻ってくる経路となる。
【実施例0068】
（実施例１）
第１基材１として２５μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン：カプトン１００Ｈ）を使用し、図２（ａ）に示す第１小電極１０ａを、導電性銀インキを用いてスクリーン印刷にて形成した。第１小電極１０ａは、いずれも２００μｍ×５００μｍの長方形（面積０．１０ｍｍ２）とし２つ並べて形成した。また、第１小電極１０ａと同時に幅２５０μｍで長さ５ｍｍの共通電極３及び検出電極４と、幅１００μｍの共通配線３’及び信号配線４’とを作製した。電極及び配線の厚みは、１０μｍであった。
第１基材１として２５μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン：カプトン１００Ｈ）を使用し、図２（ａ）に示す第１小電極１０ａを、導電性銀インキを用いてスクリーン印刷にて形成した。第１小電極１０ａは、いずれも２００μｍ×５００μｍの長方形（面積０．１０ｍｍ２）とし２つ並べて形成した。また、第１小電極１０ａと同時に幅２５０μｍで長さ５ｍｍの共通電極３及び検出電極４と、幅１００μｍの共通配線３’及び信号配線４’とを作製した。電極及び配線の厚みは、１０μｍであった。
【0069】
次に、各第１小電極１０ａの上に、導電性カーボンインキを用いてスクリーン印刷にて、第１小感圧層１０ｂを厚み１０μｍで形成した。
【0070】
次に、第２基材２として２５μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン：カプトン１００Ｈ）を使用し、図３（ａ）に示す第２小電極２０ａを、導電性銀インキを用いてスクリーン印刷にて形成した。第２小電極２０ａは、いずれも２００μｍ×５００μｍ（面積０．１０ｍｍ２）の長方形とし２つ並べて形成した。第２小電極２０ａ間を長さ１００μｍ、幅１００μｍの第２接続配線８で接続、形成した。第２小電極２０ａ及び第２接続配線８の厚みは、１０μｍであった。
【0071】
次に、各第２小電極２０ａの上に、導電性カーボンインキを用いてスクリーン印刷にて、第２小感圧層２０ｂを厚み１０μｍで形成した。
【0072】
次に、第１基材１の検知領域Ｒを中心に、内径７ｍｍ、幅１ｍｍの円環状の両面テープを貼り、接着層５を形成した。接着層５の厚みは３０μｍとした。
【0073】
次に、第１基材１と第２基材２とを接着層５を介して貼り合わせた。
【0074】
次に、第２基材２上に緩衝材６を接着剤で接着し、応力センサを得た。このとき、緩衝材６の直径は３ｍｍ、厚みは０．３ｍｍであった。
【0075】
（実施例２）
第２小電極２０ａとして、図９に示す第２小電極２０ａを作製したことを除き、実施例１と同様に実施例２に係る応力センサを作製した。第２小電極２０ａは、いずれも５００μｍ×５００μｍ（面積０．２５ｍｍ２）の正方形であった。
第２小電極２０ａとして、図９に示す第２小電極２０ａを作製したことを除き、実施例１と同様に実施例２に係る応力センサを作製した。第２小電極２０ａは、いずれも５００μｍ×５００μｍ（面積０．２５ｍｍ２）の正方形であった。
【0076】
（実施例３）
第１小電極１０ａとして、図１１に示す第１小電極１０ａを作製し、第２小電極２０ａとして、図１２に示す第２小電極２０ａを作製したこと、及び第１基材１の検知領域Ｒを中心に、一辺が７ｍｍ、幅０．３ｍｍの正方形の環状の両面テープを貼り、接着層５を形成したことを除き、実施例１と同様に実施例３に係る応力センサを作製した。このとき、検知領域Ｒの幾何中心に配置される検知部構成物Ｏの第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａは２５０μｍ×５００μｍ（面積０．１２５ｍｍ２）の長方形であった。また、検知領域Ｒの周方向に配置されるせん断検知部（検知部構成物Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）の第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａは、円環を周方向に分割した形状（面積０．２２ｍｍ２）であった。
第１小電極１０ａとして、図１１に示す第１小電極１０ａを作製し、第２小電極２０ａとして、図１２に示す第２小電極２０ａを作製したこと、及び第１基材１の検知領域Ｒを中心に、一辺が７ｍｍ、幅０．３ｍｍの正方形の環状の両面テープを貼り、接着層５を形成したことを除き、実施例１と同様に実施例３に係る応力センサを作製した。このとき、検知領域Ｒの幾何中心に配置される検知部構成物Ｏの第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａは２５０μｍ×５００μｍ（面積０．１２５ｍｍ２）の長方形であった。また、検知領域Ｒの周方向に配置されるせん断検知部（検知部構成物Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）の第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａは、円環を周方向に分割した形状（面積０．２２ｍｍ２）であった。
【0077】
（実施例４）
第１小電極１０ａとして、図１１に示す第２小電極２０ａを作製し、第２小電極２０ａとして、図１２に示す第２小電極２０ａを作製したとことを除き、実施例１と同様に実施例３に係る応力センサを作製した。このとき、検知領域Ｒの幾何中心に配置される検知部構成物Ｏの第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａは２５０μｍ×５００μｍ（面積０．１２５ｍｍ２）の長方形であった。また、検知領域Ｒの周方向に配置されるせん断検知部（検知部構成物Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）の第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａは、円環を周方向に分割した形状（面積０．２２ｍｍ２）であった。
第１小電極１０ａとして、図１１に示す第２小電極２０ａを作製し、第２小電極２０ａとして、図１２に示す第２小電極２０ａを作製したとことを除き、実施例１と同様に実施例３に係る応力センサを作製した。このとき、検知領域Ｒの幾何中心に配置される検知部構成物Ｏの第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａは２５０μｍ×５００μｍ（面積０．１２５ｍｍ２）の長方形であった。また、検知領域Ｒの周方向に配置されるせん断検知部（検知部構成物Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）の第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａは、円環を周方向に分割した形状（面積０．２２ｍｍ２）であった。
【0078】
（比較例１）
第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａを、いずれも５００μｍ×５００μｍ（面積０．２５ｍｍ２）の正方形としたことを除き、実施例１と同様に比較例１に係る応力センサを作製した。
第１小電極１０ａ及び第２小電極２０ａを、いずれも５００μｍ×５００μｍ（面積０．２５ｍｍ２）の正方形としたことを除き、実施例１と同様に比較例１に係る応力センサを作製した。
【0079】
（配線構造評価）
実施例１～４及び比較例１に係る圧力センサついて、配線構造の評価を行った。
実施例１～４及び比較例１に係る圧力センサついて、配線構造の評価を行った。
【0080】
実施例１～４の応力センサについては、１つの第１検知部構成物１０における、第１基材１の一方面に所定方向（または検知領域Ｒの周方向）に間隔を空けて配列される第１小電極１０ａの数ｎが２個の偶数であり、共通配線３’が一方の第１小電極１０ａに接続され、信号配線４’は他方の第１小電極１０ａに接続され、１本（ｎ／２本）の第２接続配線８が、隣接する２個の第２小電極２０ａを接続する構成（ただし、実施例２に係る応力センサは第２接続配線８をなくし第２小電極２０ａのみからなる構成）であった。そのため、第１基材１側から入力された電流が一旦第２基材２側に流れた後、再び第１基材１側に戻ってくる経路となり、共通電極３、共通配線３’、検出電極４、及び信号配線４’を第１基材１に纏めて形成できた。一方で、比較例１の応力センサについては、共通配線３’及び共通電極３が第１基材１に形成され、信号配線４’及び検出電極４が第２基材２に形成されるため、実施例１～４と比較すると配線構造が複雑であった。
【0081】
（圧力測定精度の評価）
実施例１～４及び比較例１に係る応力センサについて、圧力測定精度の評価を行った、具体的には、荷重印加装置（ロードセル：アイコーエンジニアリング ＭＯＤＥＬ－３００５（５０Ｎ））の測定用ステージの上に固定した。測定用端子を応力センサに当て、せん断力を与えず垂直荷重のみを０．１Ｎから１０．０Ｎまで０．１Ｎ刻みで増加させながら、応力センサの圧力の出力値を取得し、印加した圧力値と応力センサの出力値との差を求めた。圧力の測定精度は以下の基準で評価した。
◎：印加圧力値とセンサ出力値との差の最大値が±５％以内
〇：印加圧力値とセンサ出力値との差の最大値が±１０％以内
×：印加圧力値とセンサ出力値との差の最大値が±１０％を超える
実施例１～４及び比較例１に係る応力センサについて、圧力測定精度の評価を行った、具体的には、荷重印加装置（ロードセル：アイコーエンジニアリング ＭＯＤＥＬ－３００５（５０Ｎ））の測定用ステージの上に固定した。測定用端子を応力センサに当て、せん断力を与えず垂直荷重のみを０．１Ｎから１０．０Ｎまで０．１Ｎ刻みで増加させながら、応力センサの圧力の出力値を取得し、印加した圧力値と応力センサの出力値との差を求めた。圧力の測定精度は以下の基準で評価した。
◎：印加圧力値とセンサ出力値との差の最大値が±５％以内
〇：印加圧力値とセンサ出力値との差の最大値が±１０％以内
×：印加圧力値とセンサ出力値との差の最大値が±１０％を超える
【0082】
（せん断力測定精度の評価）
各実施例及び比較例に係る応力センサについて、せん断力測定精度の評価を行った。具体的には、荷重印加装置（ロードセル：アイコーエンジニアリング ＭＯＤＥＬ－３００５（５０Ｎ））の測定用ステージの上に固定した。応力センサに一定の垂直荷重をかけた状態で、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれのせん断荷重を０Ｎから０．３Ｎまで０．０５Ｎ刻みで増加させながらセンサのせん断力の出力値を取得し、印加したせん断荷重値と得られたせん断力の出力値とを比較した。また、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれのせん断荷重を０Ｎから－０．３Ｎまで０．０５Ｎ刻みで減少させながらセンサのせん断力の出力値を取得し、印加したせん断荷重値と得られたせん断力の出力値との差を求めた。尚、Ｘ方向及びＹ方向はいずれも応力センサの面方向と平行な方向であって、互いに直交する方向である。せん断力の測定精度は以下の基準で評価した。
◎：印加せん断荷重値とセンサ出力値との差の最大値が±５％以内
○：印加せん断荷重値とセンサ出力値との差の最大値が±１０％以内
×：印加せん断荷重値とセンサ出力値との差の最大値が±１０％を超える
各実施例及び比較例に係る応力センサについて、せん断力測定精度の評価を行った。具体的には、荷重印加装置（ロードセル：アイコーエンジニアリング ＭＯＤＥＬ－３００５（５０Ｎ））の測定用ステージの上に固定した。応力センサに一定の垂直荷重をかけた状態で、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれのせん断荷重を０Ｎから０．３Ｎまで０．０５Ｎ刻みで増加させながらセンサのせん断力の出力値を取得し、印加したせん断荷重値と得られたせん断力の出力値とを比較した。また、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれのせん断荷重を０Ｎから－０．３Ｎまで０．０５Ｎ刻みで減少させながらセンサのせん断力の出力値を取得し、印加したせん断荷重値と得られたせん断力の出力値との差を求めた。尚、Ｘ方向及びＹ方向はいずれも応力センサの面方向と平行な方向であって、互いに直交する方向である。せん断力の測定精度は以下の基準で評価した。
◎：印加せん断荷重値とセンサ出力値との差の最大値が±５％以内
○：印加せん断荷重値とセンサ出力値との差の最大値が±１０％以内
×：印加せん断荷重値とセンサ出力値との差の最大値が±１０％を超える
【0083】
（総合評価）
応力センサの総合評価を以下の基準で判定した。
◎：圧力測定精度とせん断力測定精度の評価がいずれも◎
×：圧力測定精度とせん断力測定精度の評価のいずれかが×である
○：その他
応力センサの総合評価を以下の基準で判定した。
◎：圧力測定精度とせん断力測定精度の評価がいずれも◎
×：圧力測定精度とせん断力測定精度の評価のいずれかが×である
○：その他
【0084】
実施例１～４及び比較例１に係る圧力センサのセンサ構造と評価結果を表１に示す。
【0085】
【表1】
【0086】
実施例１～４に係る応力センサにおいては、印加される圧力及びせん断荷重の範囲にかかわらず、優れた測定精度を示すことが確認できた。特に、実施例３及び４については、せん断力検知部の小電極形状を、円環を周方向に分割した形状としたことで、円形状の検知領域内に面積の大きい小電極を配置できることとなり、せん断力の検出精度が向上した。さらに、実施例４においては接着層５の形状が円環状であり、接着層５の中心と、各小電極の円環の円中心とを一致させた構成とした。これにより、各検知部の小電極の外周と接着層５の距離が全て等しくなり、せん断力の印加方向依存性が小さくなってせん断力の検出精度がさらに向上し、特に優れた測定精度を示した。
【0087】
比較例１に係る応力センサについては、実施例１～４と異なり、電極が分割されていない構造であるため、せん断力の測定精度が実施例１～４と比較して劣る結果となった。実施例１～４の方が比較例１よりもせん断力の測定精度が優れた理由としては、電極が２つに分割されていたためである。２分割されていたことで、電流が通る経路が長く（２倍に）なってせん断力印加による電圧変化を２回取得することができるため、素子のバラツキが平均化されてより正確な測定値が得られる。さらに、同じずれ量であれば、２分割されている場合は、分割されていない場合と比較して、面積変化(抵抗変化)が２倍になるため、せん断力の検出精度は向上する。
【産業上の利用可能性】
【0088】
本発明は、圧力及びせん断力を検出可能な応力センサに適用できる。
【符号の説明】
【0089】
１ ：第１基材
２ ：第２基材
３ ：共通電極
３' ：共通配線
４ ：検出電極
４' ：信号配線
５ ：接着層
６ ：緩衝材
７ ：第１接続配線
８ ：第２接続配線
１０ ：第１検知部構成物
１０ａ ：第１小電極
１０ｂ ：第１小感圧層
２０ ：第２検知部構成物
２０ａ ：第２小電極
２０ｂ ：第２小感圧層
３０ ：検知部
１００ ：応力センサ
２００ ：応力センサ
Ｒ ：検知領域
２ ：第２基材
３ ：共通電極
３' ：共通配線
４ ：検出電極
４' ：信号配線
５ ：接着層
６ ：緩衝材
７ ：第１接続配線
８ ：第２接続配線
１０ ：第１検知部構成物
１０ａ ：第１小電極
１０ｂ ：第１小感圧層
２０ ：第２検知部構成物
２０ａ ：第２小電極
２０ｂ ：第２小感圧層
３０ ：検知部
１００ ：応力センサ
２００ ：応力センサ
Ｒ ：検知領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
