特許 7120459 センサデバイスならびにこれを備えるセンサシステムおよび物品

(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】

(24)【登録日】2022-08-08

(45)【発行日】2022-08-17

(54)【発明の名称】センサデバイスならびにこれを備えるセンサシステムおよび物品

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/20 20060101AFI20220809BHJP

   G01K 7/22 20060101ALI20220809BHJP

   G01K 7/16 20060101ALI20220809BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20220809BHJP

【ＦＩ】

G01L1/20 Z

G01K7/22 Z

G01K7/16 M

G01L5/00 101Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021522700

(86)(22)【出願日】2020-04-16

(86)【国際出願番号】 JP2020016746

(87)【国際公開番号】W WO2020241109

(87)【国際公開日】2020-12-03

【審査請求日】2021-10-05

(31)【優先権主張番号】P 2019102308

(32)【優先日】2019-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100132252

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 環

(72)【発明者】

【氏名】星隈 貴秀

(72)【発明者】

【氏名】日置 泰典

(72)【発明者】

【氏名】加藤 忠

【審査官】大森 努

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１７９６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０５５６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１３８９９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４５３０２４９（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６４４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３２９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０８８６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１１１３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０２５４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００８２９２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ １／２０，５／００，

Ｇ０１Ｋ ７／１６－７／２５，

Ｇ０１Ｄ ２１／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、該基材上に配置されたセンサ素子とを含むセンサデバイスであって、
該センサ素子が、
２つの電極と、該２つの電極間に配置され、かつ導電性または半導体の粒子および有機高分子成分から形成されるサーミスタ部と
を含み、および
該２つの電極間にて測定される抵抗値から外力成分および温度成分を分離し、該外力成分および該温度成分のそれぞれに基づいて、該センサ素子に印加された外力および該センサ素子が曝されている温度を検知する、センサデバイス。

【請求項2】

前記２つの電極が、櫛形電極である、請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項3】

前記２つの電極が、面電極である、請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項4】

前記サーミスタ部が、負の温度係数を有する、請求項１～３のいずれかに記載のセンサデバイス。

【請求項5】

前記基材が、可撓性を有する、請求項１～４のいずれかに記載のセンサデバイス。

【請求項6】

複数の前記センサ素子が、前記基材上に配置されている、請求項１～５のいずれかに記載のセンサデバイス。

【請求項7】

前記複数のセンサ素子が、前記基材上にアレイ状に配置されている、請求項６に記載のセンサデバイス。

【請求項8】

請求項１～７のいずれかに記載のセンサデバイスと、
前記センサ素子に対して測定される前記抵抗値の電気信号から、外力成分および温度成分を抽出するフィルタと、
該外力成分に基づいて外力の検知結果を得、および、該温度成分に基づいて温度の検知結果を得る、処理部と
を含む、センサシステム。

【請求項9】

請求項１～７のいずれかに記載のセンサデバイスまたは請求項８に記載のセンサシステムと、
被検知物体と
を含み、該センサデバイスが該被検知物体に接触して配置される、物品。

【請求項10】

前記被検知物体が、電池セルである、請求項９に記載の物品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサデバイスならびにこれを備えるセンサシステムおよび物品に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、温度センサとして、熱電対、負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタおよび正の温度係数を有するＰＴＣサーミスタなどが一般的に利用されている。温度センサは幅広い用途で使用されているが、例えば、電池の温度を検知するために、温度センサを電池に取り付けることがある。より詳細には、特許文献１には、広い環境温度範囲において電池を適切な温度に保ち、これにより電池の性能低下や短寿命化を防止すべく、複数の単電池を接続して構成された組電池において、ヒータ（加熱用）と熱伝導性プレート（放熱用）とを単電池を挟んで交互に積層して配置し、単電池に温度センサを取り付け、該温度センサにより検出された電池温度に基づいて、ヒータの加熱または加熱停止を行うことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２４３５２４号公報

【文献】特開２００８－３０９５８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等において、複数の電池セル（単電池）を接続したバッテリスタック（組電池）を安全かつ長寿命で適切に使用するためのバッテリマネージメントシステム（ＢＭＳ）が開発されている。ＢＭＳにおいては、各電池セルの温度を温度センサで検知することに加えて、各電池セルの変形を検知することができれば好都合であると考えられる。

【0005】

他方、圧力分布を得ること、換言すれば、どの領域に外力が印加されたかを検知することが可能なセンサデバイスが知られている。特許文献２には、導電性フィラーがエラストマー中に分散されて、弾性変形により電気抵抗率が変化する弾性材からなる変形センサと、該変形センサの周縁部に離間して配置された４個以上の電極とを備えるセンサ構造体が開示されており、該変形センサの受圧面に外力が印加された場合に、電極対を切り替えつつ、電極対間の電圧を検出して演算処理することによって、外力が印加された位置を算出できることが記載されている。

【0006】

しかしながら、単一のセンサデバイスであって、温度と外力の双方を検知することが可能なセンサデバイスは、これまで知られていない。

【0007】

本発明の目的は、単一のセンサデバイスであって、温度と外力の双方を検知することが可能なセンサデバイスを提供することにある。本発明の更なる目的は、かかるセンサデバイスを備えるセンサシステムおよび物品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の１つの要旨によれば、基材と、該基材上に配置されたセンサ素子とを含むセンサデバイスであって、
該センサ素子が、
２つの電極と、該２つの電極間に配置され、かつ導電性または半導体の粒子および有機高分子成分から形成されるサーミスタ部と
を含み、および
該２つの電極間にて測定される抵抗値に基づいて、該センサ素子に印加された外力および該センサ素子が曝されている温度を検知する、センサデバイスが提供される。

【0009】

本発明のもう１つの要旨によれば、
上記本発明のセンサデバイスと、
前記センサ素子に対して測定される前記抵抗値の電気信号から、外力成分および温度成分を抽出するフィルタと、
該外力成分に基づいて外力の検知結果を得、および、該温度成分に基づいて温度の検知結果を得る、処理部と
を含む、センサシステムが提供される。

【0010】

本発明の更にもう１つの要旨によれば、
上記本発明のセンサデバイスまたは上記本発明のセンサシステムと、
被検知物体と、
を含み、該センサデバイスが該被検知物体に接触して配置される、物品が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、単一のセンサデバイスであって、温度と外力の双方を検知することが可能なセンサデバイスが提供される。更に、本発明によれば、かかるセンサデバイスを備えるセンサシステムおよび物品が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の１つの実施形態におけるセンサデバイスに関し、（ａ）は、基材上に配置される２つの電極の概略上面図であり、（ｂ）は、センサ素子の概略上面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＡ－Ａ’線に沿って見たセンサデバイスの概略部分断面図である。

【図2】本発明の１つの実施形態におけるサーミスタ部の拡大概略断面図である。

【図3】（ａ）は、外力がゼロの場合におけるＮＴＣのサーミスタ特性を模式的に示すグラフであり、（ｂ）は、外力がゼロの場合におけるＰＴＣのサーミスタ特性を模式的に示すグラフである。

【図4】温度が一定の場合における抵抗値の経時変化を模式的に示すグラフである。

【図5】本発明のもう１つの実施形態におけるセンサデバイスに関し、（ａ）は、基材上に積層される２つの電極およびサーミスタ部の概略分解上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ’線に沿って見たセンサデバイスの概略部分断面図である。

【図6】本発明のもう１つの実施形態におけるセンサデバイスの概略上面図である。

【図7】本発明の１つの実施形態におけるセンサシステムの電気信号処理のフローを示すチャートである。

【図8】本発明の１つの実施形態におけるセンサシステムの電気信号処理を説明する図であって、抵抗値の実測値（実線）およびフィルタ適用により分離された抵抗値の温度成分（点線）の時間に対するグラフである。

【図9】本発明の１つの実施形態におけるセンサシステムの電気信号処理を説明する図であって、（ａ）は、センサデバイスが曝されている例示的な温度分布を示し、（ｂ）は、センサデバイスに対して例示的な外力が印加された状態を示し、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）のＢ－Ｂ’に沿った線上での、抵抗値の実測値（実線）およびフィルタ適用により分離された抵抗値の温度成分（点線）の位置に対するグラフである。

【図10】本発明の１つの実施形態における物品の概略図であって、（ａ）は物品の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ－Ｃ’線に沿って見た概略断面図である。

【図11】本発明の改変例におけるセンサデバイスを説明する図であって、ＰＴＣのサーミスタ特性を模式的に示すグラフである。

【図12】実施例１のセンサデバイスにて測定された抵抗値の変化率を時間に対してプロットしたグラフである。

【図13】実施例２のセンサデバイスにて測定された抵抗値の変化率を時間に対してプロットしたグラフである。

【図14】参考例１のセンサデバイスにて測定された抵抗値の変化率を時間に対してプロットしたグラフである。

【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面を参照しながら詳述するが、本発明はこれら実施形態に限定されない。

【0014】

（実施形態１）
本実施形態は、櫛形電極を有するセンサデバイスに関する。

【0015】

図１に模式的に示すように、本実施形態のセンサデバイス２０は、基材１と、基材１上に配置されたセンサ素子１０とを含み、センサ素子１０は、２つの電極３ａ、３ｂと、２つの電極３ａ、３ｂ間に配置されるサーミスタ部５とを含む。サーミスタ部５は、後述するように、導電性または半導体の粒子および有機高分子成分から形成される。センサ素子１０は、２つの電極３ａ、３ｂ間にて測定される抵抗値に基づいて、センサ素子１０に印加された外力およびセンサ素子１０が曝されている温度を検知する。

【0016】

基材１は、任意の適切な材料からなっていてよく、例えば樹脂やガラスなどから構成され得、いわゆる樹脂フィルムまたはフレキシブル基板（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、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、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール共重合体、ナイロン、および任意の適切なアイオノマー等から構成され得るフィルムまたはフレキシブル基板）、ガラス基板、繊維強化プラスチック、ガラスクロスなどであり得る。基材１は、可撓性を有すること、例えばフィルムまたはフレキシブル基板であることが好ましく、これにより、後述するように外力を検知し易くなる。基材１それ自体は、電気絶縁性であり、その上に、センサ素子１０の抵抗値が測定可能なように配線（図示せず）が形成されている。基材１は、単層または多層構造であってよく、必要に応じて、配線と基材１との間に接着層が設けられ得る。

【0017】

本実施形態において、センサ素子１０は、基材１上に配置され、かつ、２つの電極３ａ、３ｂおよびサーミスタ部５を含んで構成される。２つの電極３ａ、３ｂは、対向電極を構成し、これら電極３ａ、３ｂ間にサーミスタ部５が配置され、好ましくは２つの電極３ａ、３ｂの少なくとも対向部分がサーミスタ部５に埋設される。サーミスタ部５の厚さｔ_Ａは、例えば約２００μｍ以下、代表的には約５μｍ以上約５０μｍ以下であり得る。

【0018】

本実施形態においては、２つの電極３ａ、３ｂは、図１に模式的に示すような櫛形電極である。より詳細には、電極３ａ、３ｂがそれぞれ櫛形を有し、これらの櫛歯が互い違いに配置され、電極３ａ、３ｂの引き出し部を除いてサーミスタ部５に埋設されている。電極３ａ、３ｂの高さｈ、櫛歯の数、櫛歯の幅ｗ、櫛歯の対向部分間の距離ｄ_１、電極３ａ、３ｂの上端部とサーミスタ部５の表面との間の距離（以下、本明細書において単に「被覆厚さ」とも言う）ｔ_Ｂ（＝ｔ_Ａ－ｈ）、電極３ａおよび３ｂが成す長辺１０１および短辺１０２の大きさ等は、センサデバイス２０の用途に応じて適宜選択され得る。例えば、電極３ａ、３ｂの高さｈは、代表的には１μｍ以上５０μｍ以下であり得る。２つの電極３ａ、３ｂは、それぞれセンサ素子１０から引き出されて基材１上に形成された配線（図示せず）と接続される。電極３ａ、３ｂの引き出し方向は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように反対側であっても（図示する態様では、上面から見た場合に、電極３ａ、３ｂはそれぞれ右側および左側に引き出されているが、これに限定されず、例えば上側および下側に引き出されていてもよい）、同じ側であってもよく（例えば、上面から見た場合に、電極３ａ、３ｂの双方が上側および下側のいずれか同じ側に引き出されていてもよい）、あるいは、電極３ａ、３ｂの一方または双方が、基材１中に設けられたビアホール導体などを介して基材１の反対側の面（図示する態様では下面）に引き出されていてもよい。２つの電極３ａ、３ｂおよび配線は、基材１上に同時に形成された回路パターンであってよいが、これに限定されない。

【0019】

しかしながら、本発明はかかる実施形態に限定されず、２つの電極は、互いに対向し、これらの間にサーミスタ部が配置される限り、任意の適切な形態であってよい。

【0020】

図２に模式的に示すように、サーミスタ部５は、導電性または半導体の粒子７および有機高分子成分９から形成される。導電性または半導体の粒子７は、フィラーとして理解され（以下、本明細書において単に「フィラー」とも言う）、有機高分子成分９中に分散して存在し得る。フィラー７および有機高分子成分９は、センサデバイスの用途（例えば想定される使用温度範囲および外力の印加態様等）に応じて、電極３ａ、３ｂ間にて測定される抵抗値Ｒが温度Ｔおよび外力Ｆにより変化するように適宜選択され得る。

【0021】

本実施形態のセンサ素子１０は、例えば次のようにして作製され得る。まず、基材１および導電性ペースト（いわゆる銀ペーストや銅ペースト等であってよいが、これに限定されない）を準備する。また、サーミスタペーストを、少なくともフィラー７および有機高分子成分９を所定の割合で混合することにより準備する。そして、基材１の上に、導電性ペーストおよびサーミスタペーストをそれぞれ所定のパターンで順次印刷する。必要に応じて熱処理を行ってよく、好ましくは導電性ペーストを印刷した後に１回目の熱処理を行い得、次いで、サーミスタペーストを印刷した後に２回目の熱処理を行い得る。これにより、導電性ペーストから電極３ａ、３ｂが形成され、サーミスタペーストからサーミスタ部５が形成されて、センサ素子１０が作製される。あるいは、導電性物質（例えば銀、銅など）を基材１上に蒸着させて、電極３ａ、３ｂを形成してもよい。あるいは、いわゆる片面銅張シートなどの、基材１上の全面に金属箔が張りつけられている基材を用意し、その金属箔の不要部分をエッチングすることによって、電極３ａ、３ｂを形成してもよい。

【0022】

本実施形態のセンサデバイス２０は、２つの電極３ａ、３ｂ間にて測定される抵抗値Ｒに基づいて、センサ素子１０に印加された外力Ｆおよびセンサ素子１０が曝されている温度（ひいてはサーミスタ部５の温度）Ｔを検知する。抵抗値Ｒの測定方法は、特に限定されず、例えば２つの電極間に所定の電流を流して、それらの間に生じる電圧を測定することにより、あるいは、２つの電極間に所定の電圧を印加して、それらの間を流れる電流を測定することにより、実施され得る。

【0023】

温度Ｔによる抵抗値Ｒの変化は、サーミスタ部５の材料特性により決定され得る。サーミスタ部５の温度Ｔにより抵抗値Ｒ（より詳細には電気抵抗率、本明細書において同様）が変化する性質は、サーミスタ特性（Ｒ－Ｔ特性）として知られており、サーミスタ部５は、負の温度係数（ＮＴＣ）を有するものおよび正の温度係数（ＰＴＣ）を有するもののいずれであってもよい。模式的には、外力Ｆがゼロの場合、ＮＴＣは図３（ａ）に示されるようなＲ－Ｔ特性を示し、ＰＴＣは図３（ｂ）に示されるようなＲ－Ｔ特性を示し得る。

【0024】

負の温度係数（ＮＴＣ）を有するサーミスタ部５の場合、例えば、フィラー７としては、温度上昇により抵抗値が低下する半導体の粒子が使用され得、有機高分子成分９としては、任意の適切な１種または２種以上の有機高分子（用語「有機高分子」は、ポリマーおよび樹脂を包含する）が、場合により他の材料と共に、使用され得る。かかるサーミスタ部のサーミスタ特性（Ｒ－Ｔ特性）は、サーミスタ部５におけるフィラー７の含有割合（体積割合）を変化させることにより調整可能である。例えば、フィラー７の含有割合（体積割合）をより大きくすることにより、図３（ａ）に示されるようなＲ－Ｔ特性をより下方に（抵抗値Ｒがより小さくなる方向に）シフトさせることができる。

【0025】

より詳細には、国際公開第２０１７／０２２３７３号および国際公開第２０１８／１３８９９号等を参照することができ、これらの開示内容は参照により本明細書に援用される。半導体の粒子は、Ｍｎ、ＮｉおよびＦｅを含むスピネル型半導体磁器組成物の粉末であってよい。かかる半導体磁器組成物の粉末において、ＭｎとＮｉとのモル比率は８５／１５≧Ｍｎ／Ｎｉ≧６５／３５であり、かつＭｎおよびＮｉの総モル量を１００モル部としたとき、Ｆｅの含有量は３０モル部以下であり得る。半導体磁器組成物の粉末は、Ｘ線回折パターンの２９°～３１°付近に極大値を有するピークを有し、該ピークの半値幅は０．１５以上であり得る。上記半導体磁器組成物の粉末は、好ましくは、Ｃｏ、ＴｉおよびＡｌからなる群から選択される１種以上を更に含み得、ＭｎおよびＮｉの総モル量を１００モル部としたとき、Ｃｏ、ＴｉおよびＡｌの含有量の合計は、２．０モル部以上６０モル部以下であり得る。上記半導体磁器組成物の粉末の平均粒径は、例えば２μｍ以下であり得、その比表面積は、例えば２ｍ^２／ｇ以上１２ｍ^２／ｇ以下であり得る。サーミスタ部における半導体磁器組成物の粉末の体積割合は、３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。有機高分子成分は、熱硬化性樹脂を含み得、好ましくは熱可塑性樹脂を更に含み得る。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂およびポリイミド樹脂からなる群から選択される１以上の樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、硬化剤未添加のエポキシ樹脂、硬化剤未添加のフェノキシ樹脂、ポリエステルおよびポリ酢酸ビニルからなる群から選択される１以上の樹脂を用いることができる。

【0026】

正の温度係数（ＰＴＣ）を有するサーミスタ部５の場合、例えば、フィラー７としては、ニッケル、カーボンブラックなどの導電性の粒子が使用され得、有機高分子成分９としては、結晶性ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリカプロラクトンなどの熱膨張性有機高分子成分が使用され得る。

【0027】

サーミスタ部５は、負の温度係数（ＮＴＣ）を有するもののほうが、温度上昇により抵抗値が比較的、線形性を確保しながら低下するため（図３（ａ）参照）、温度を高精度で検知（または計測）するのに好適に利用され得る。正の温度係数（ＰＴＣ）を有するものは、温度上昇に対してある温度を境に抵抗値が急激に上昇するものが多く（図３（ｂ）参照）、温度を検知（または計測）するのに利用可能であるが、特定温度を検知するのに好適に利用され得る。

【0028】

外力Ｆによる抵抗値Ｒの変化は、サーミスタ部５への外力Ｆの印加により、サーミスタ部５に応力（または歪み）が生じることによりもたらされ得る。模式的には、温度Ｔが一定の場合、図４を参照して、測定される抵抗値Ｒは、外力Ｆが印加されていないときは温度Ｔに応じて一定であり得るが、外力Ｆが印加されると変化し（図４には外力Ｆにより抵抗値Ｒが減少する場合を例示的かつ模式的に示しているが、これに限定されない）、外力Ｆが除去されると元の抵抗値に戻り得る。抵抗値の変化は、サーミスタ素子に印加される外力Ｆの強度に応じて異なり得る（本明細書において、抵抗値の応力特性またはＲ－Ｆ特性とも言う）。

【0029】

本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、本実施形態（櫛形電極）では、サーミスタ部５に外力Ｆ（例えば図１（ｃ）参照）が印加されると、サーミスタ部５内に応力（または歪み）が生じ、サーミスタ部５が変形して、電極３ａ、３ｂ間の距離ｄ_１が変化すること（図１（ｃ）参照）、フィラー７間の距離ｓ（図２参照）が変化すること、および／または、本実施形態のように櫛形電極３ａ、３ｂがサーミスタ部５に埋設されている場合には被覆厚さｔ_Ｂ（図１（ｃ）参照）が変化することによって、電極３ａ、３ｂ間の抵抗値Ｒが変化すると考えられる。

【0030】

外力Ｆとして押圧力を印加したとき、電極３ａ、３ｂ間の距離ｄ_１は大きくまたは小さくなり得、フィラー７間の距離は小さくなり得、および／または、被覆厚さｔ_Ｂは小さくなり得る。特に、本実施形態（櫛形電極）では、基材１が（例えばガラス等の）比較的硬い場合に外力Ｆとして押圧力を印加したときには、フィラー７間の距離が小さくなることによる影響が大きく、サーミスタ部５のパーコレーション（または導電パス）が変化して、抵抗値が低くなる傾向がある。他方、基材１が（例えばＰＥＴ等の）比較的柔らかい（または可撓性である）場合に外力Ｆとして押圧力を印加したときには、基材１が変形して電極３ａ、３ｂ間の距離ｄ_１が大きくなることによる影響が大きく、抵抗値が高くなる傾向がある。

【0031】

よって、センサ素子１０の２つの電極３ａ、３ｂ間にて測定される抵抗値Ｒは、温度Ｔおよび外力Ｆに依存して変化し、式Ｒ＝ｆ（Ｔ，Ｆ） （式中、ｆは任意の関数）と表現可能であることが理解される。

【0032】

抵抗値Ｒにおいて生じる変化は、温度Ｔの変動による場合と、外力Ｆの変動による場合とで異なる挙動を示すため、抵抗値Ｒにおける変化を、温度Ｔの変動によるものと、外力Ｆの変動によるものとに分離することができる。かかる分離は、抵抗値Ｒの挙動を、温度Ｔの変動による場合および外力Ｆの変動による場合（ならびに要すればそれらの複合による場合）のそれぞれについて解析および／または学習すること、更に該当する場合には、センサ素子１０の特定の用途において観測され得る抵抗値Ｒの挙動をモデリング（類型化）すること等によって、任意の適切な態様で実施され得る。上記の式表現によれば、抵抗値Ｒ＝ｆ（Ｆ、Ｔ）を外力成分Ｒ_Ｆ＝ｆ_Ｆ（Ｆ）と温度成分Ｒ_Ｔ＝ｆ_Ｔ（Ｔ）とに分離することができる。かかる分離は、任意の適切な電気信号処理（例えば実施形態４参照）により行われ得るが、これに限定されない。

【0033】

よって、本実施形態のセンサデバイス２０は、単一のセンサデバイスでありながら、抵抗値を外力成分と温度成分とに分離して、温度Ｔと外力Ｆ（または応力／歪み）の双方を検知することができ、換言すれば、温度センサとしての機能と外力（または応力／歪み）センサとしての機能を兼ね備えるものである。

【0034】

（実施形態２）
本実施形態は、面電極を有するセンサデバイスに関する。

【0035】

図５に模式的に示すように、本実施形態のセンサデバイス２０は、基材１と、基材１上に配置されたセンサ素子１０とを含み、センサ素子１０は、２つの電極３ｃ、３ｄと、２つの電極３ｃ、３ｄ間に配置されるサーミスタ部５とを含む。本実施形態のセンサデバイス２０は、センサ素子１０における２つの電極の形態が異なる点を除き、実施形態１と同様の構成を有し得る。本実施形態において特に説明のない限り、実施形態１における説明が本実施形態にも同様に当て嵌まり得る。

【0036】

本実施形態において、センサ素子１０は、基材１上に配置され、かつ、２つの電極３ｃ、３ｄおよびサーミスタ部５を含んで構成される。２つの電極３ｃ、３ｄは、対向電極を構成し、これら電極３ｃ、３ｄ間にサーミスタ部５が配置され、好ましくは電極３ｃ、サーミスタ部５、電極３ｄが積層される。サーミスタ部５の厚さｔ_Ｃは、例えば約２００μｍ以下の厚さであり得、厚さの下限は特に限定されないが、代表的には約０．１μｍ以上であり得る。

【0037】

本実施形態においては、２つの電極３ｃ、３ｄは、図５に模式的に示すような面電極である。より詳細には、電極３ｃ、３ｄが、基材１の表面に対して略平行で、かつ互いに対向する主面を有する。電極３ｃ、３ｄ間の距離ｄ_２（図示する例では、サーミスタ部の厚さｔ_ｃに等しいが、これに限定されない）、電極３ｃ、３ｄの互いに対向する部分の面積（より詳細には、かかる対向する部分の長辺１１１および短辺１１２の大きさ）等は、センサデバイス２０の用途に応じて適宜選択され得る。２つの電極３ｃ、３ｄは、センサ素子１０から引き出されて基材１上に形成された配線（図示せず）と接続される。電極３ｃ、３ｄの引き出し方向は、特に限定されない。配線は、基材１上に形成された回路パターンであってよいが、これに限定されない。

【0038】

図５に模式的に示すように、サーミスタ部５は、導電性または半導体の粒子（フィラー）７および有機高分子成分９から形成される。フィラー７および有機高分子成分９は、センサデバイスの用途（例えば想定される使用温度範囲および外力の印加態様等）に応じて、電極３ｃ、３ｄ間にて測定される抵抗値Ｒが温度Ｔおよび外力Ｆにより変化するように適宜選択され得る。

【0039】

本実施形態のセンサ素子１０は、例えば次のようにして作製され得る。まず、基材１および導電性ペースト（いわゆる銀ペーストや銅ペースト等であってよいが、これに限定されない）を準備する。また、サーミスタペーストを、少なくともフィラー７および有機高分子成分９を所定の割合で混合することにより準備する。そして、基材１の上に、導電性ペースト、サーミスタペースト、導電性ペーストの順に、それぞれ所定のパターンで印刷する。必要に応じて熱処理を行ってよく、好ましくは導電性ペーストを印刷する毎およびサーミスタペーストを印刷する毎に１回熱処理を行い得る。これにより、導電性ペーストから電極３ｃ、３ｄが形成され、サーミスタペーストからサーミスタ部５が形成されて、センサ素子１０が作製される。

【0040】

本実施形態のセンサデバイス２０は、２つの電極３ｃ、３ｄ間にて測定される抵抗値Ｒに基づいて、センサ素子１０に印加された外力Ｆおよびセンサ素子１０が曝されている温度（ひいてはサーミスタ部５の温度）Ｔを検知する。

【0041】

温度Ｔによる抵抗値Ｒの変化は、実施形態１と同様に、サーミスタ部５の材料特性により決定され得る。

【0042】

外力Ｆによる抵抗値Ｒの変化は、サーミスタ部５への外力Ｒの印加により、サーミスタ部５に応力（または歪み）が生じることによりもたらされ得る。

【0043】

本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、本実施形態（面電極）では、サーミスタ部５に外力Ｆ（例えば図５（ｂ）参照）が印加されると、サーミスタ部５内に応力（または歪み）が生じ、サーミスタ部５が変形して、電極３ｃ、３ｄ間の距離ｄ_２が変化すること（図５（ｂ）参照）、および／または、フィラー７間の距離ｓ（図２参照）が変化することによって、電極３ｃ、３ｄ間の抵抗値Ｒが変化すると考えられる。

【0044】

外力Ｆとして押圧力を印加したとき、電極３ｃ、３ｄ間の距離ｄ_２は小さくなり得、および／または、フィラー７間の距離は小さくなり得る。特に、本実施形態（面電極）では、基材１によらず、押圧力に対して、電極３ｃ、３ｄ間の距離ｄ_２が小さくなることによる影響が大きく、抵抗値がより低くなる傾向がある。即ち、外力に対する抵抗値の変化率が顕著に大きい。

【0045】

よって、センサ素子１０の２つの電極３ｃ、３ｄ間にて測定される抵抗値Ｒは、実施形態１と同様に、温度Ｔおよび外力Ｆに依存して変化し、式Ｒ＝ｆ（Ｔ，Ｆ） （式中、ｆは任意の関数）と表現可能であることが理解される。

【0046】

本実施形態のセンサデバイス２０は、実施形態１と同様の効果を奏し得る。更に、本実施形態のセンサデバイス（面電極）によれば、実施形態１のセンサデバイス（櫛形電極）に比べて、外力に対する抵抗値の変化率が顕著に大きく、外力をより高い感度で検知することができる。

【0047】

（実施形態３）
本実施形態は、複数のセンサ素子が基材上に配置されているセンサデバイスに関する。

【0048】

図６に模式的に示すように、本実施形態のセンサデバイス２０は、基材１と、基材１上に配置された複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・とを含む。複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・は、互いに独立した素子であり、それらの各々に対して互いに独立して抵抗値を測定することができる。

【0049】

基材１それ自体は、電気絶縁性であり、その上に、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・の各々に対して互いに独立して抵抗値を測定可能とするように配線（図示せず）が形成されている。基材１は、単層または多層構造であってよく、必要に応じて、配線と基材１との間に接着層が設けられ得る。

【0050】

複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・の各々は、実質的に同様の構成を有していても、いなくてもよく、例えば実施形態１～２にて上述したセンサ素子１０のいずれであってもよい。本実施形態において特に説明のない限り、実施形態１～２における説明が本実施形態にも同様に当て嵌まり得る。

【0051】

複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・の総数は、２以上であれば特に限定されず、センサデバイス２０の用途や必要な面積等に応じて適宜選択され得る。例えば、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・は、例えば５～５０ｍｍの間隔で配置され得る。

【0052】

複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・は、基材１上にアレイ状に配置されていることが好ましい。「アレイ状」とは、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・が規則的に整列して配置されていることを意味する。これにより、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・の各々の位置を容易に把握することができ、更に、温度および外力（または圧力）の各分布を推定することができる。例えば、図６に模式的に示すように、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・、が、基材１上に二次元マトリクス状に配置されていることが好ましい。「二次元マトリクス状」とは、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・が二次元的に行および列を成して所定の間隔で配置されていることを意味する。これにより、二次元的な平面に亘って略均等な精度で、温度および外力を検知すること、更に、温度および外力（または圧力）の各面分布を推定することができる。上記所定の間隔は行方向および列方向で同じ（即ち格子点状）であっても、異なっていてもよい。上記所定の間隔がより小さいほど、より高い精度で、温度および外力を検知すること、更に、温度および外力（または圧力）の各面分布を推定することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・の位置が把握可能である限り、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・は基材１上の任意の適切な位置に配置され得る。

【0053】

複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・の各々において、２つの電極間にて測定される抵抗値Ｒは、実施形態１～２と同様に、温度Ｔおよび外力Ｆに依存して変化し、式Ｒ＝ｆ（Ｔ，Ｆ） （式中、ｆは任意の関数）と表現可能であることが理解される。即ち、本実施形態のセンサデバイス２０によれば、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・の各々に対して抵抗値Ｒ_ａ、Ｒ_ｂ、・・・が互いに独立して測定されるので、Ｒ_ａ＝ｆ（Ｔ_ａ，Ｆ_ａ）、Ｒ_ｂ＝ｆ（Ｔ_ａ，Ｆ_ａ）、・・・という複数の式が得られる。

【0054】

本実施形態のセンサデバイス２０は、実施形態１～２と同様の効果を奏し得る。更に、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・の各々について把握されている位置の情報と組み合わせることによって、抵抗値Ｒにおける変化を、温度Ｔの変動によるものと、外力Ｆの変動によるものとに分離することも可能となる。

【0055】

更に、本実施形態のセンサデバイス２０によれば、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・がアレイ状に配置されているので、温度および外力（または圧力）の各分布を推定することができる。加えて、本実施形態のセンサデバイス２０によれば、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・が好ましくは二次元マトリクス状に配置されているので、二次元的な平面に亘って略均等な精度で、温度および外力を検知すること、更に、温度および外力（または圧力）の各面分布を推定することができる。

【0056】

（実施形態４）
本実施形態は、センサデバイスを備えるセンサシステムに関する。

【0057】

図７に模式的に示すように、本実施形態のセンサシステム３０は、センサデバイス２０と、フィルタ２１と、処理部２３とを含み、必要に応じて表示部２５を更に含み、この順に電気信号が受け渡されるようにこれらが電気接続されて構成される。

【0058】

センサデバイス２０は、本発明のセンサデバイスであり、実施形態１～３にて上述したセンサデバイスと同様であり得る。本実施形態において特に説明のない限り、実施形態１～３における説明が本実施形態にも同様に当て嵌まり得る。また、センサデバイス２０は、実施形態５にて後述するように被検知物体に接触して配置された状態で使用され得るが、これに限定されず、センサ素子に印加された外力およびセンサ素子が曝されている温度を検知する限り、任意の適切な態様で使用され得る。

【0059】

センサデバイス２０において、センサ素子１０に対して抵抗値Ｒが測定される。センサデバイス２０において、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・が存在する場合には、これらの各々に対して抵抗値Ｒ_ａ、Ｒ_ｂ、・・・が互いに独立して測定される。以下、かかる抵抗値Ｒ（Ｒ_ａ、Ｒ_ｂ、・・・である場合も含む）の測定値を、本明細書において単に「実測値」とも言う。抵抗値Ｒは、経時的に測定してよく（代表的には一定の時間間隔で測定され得るが、これに限定されず、例えば連続的な時間に亘って測定され得）、あるいは、非経時的に任意の適切なタイミングで測定してもよい。このようにして得られる抵抗値Ｒの実測値の電気信号は、時間（１個または複数のセンサ素子を用いて経時的に測定する場合の時間に対応する）および／または位置（複数のセンサ素子を用いて経時的または非経時的に測定する場合の各位置に対応する）の関数として理解され得る。

【0060】

フィルタ２１は、センサデバイス２０で得られた抵抗値Ｒの実測値の電気信号から、外力成分Ｒ_Ｆおよび温度成分Ｒ_Ｔを抽出する。概略的には、抵抗値Ｒ＝ｆ（Ｆ、Ｔ）が外力成分Ｒ_Ｆ＝ｆ_Ｆ（Ｆ）と温度成分Ｒ_Ｔ＝ｆ_Ｔ（Ｔ）とに分離される。かかるフィルタ２１は、例えばローパスフィルタであってよく、複数のセンサ素子が存在する場合には、２次元ローパスフィルタであってよい。

【0061】

センサ素子の用途にもよるが、１つの例として、センサ素子が曝され得る温度は、時間に対して比較的緩やかに変動するのに対して、センサ素子に印加され得る外力（外力は通常、ゼロであっても、ゼロでなくてもよい）は、時間に対して比較的急峻に変化することが想定される場合について説明する。この場合、ある１個のセンサ素子を用いて抵抗値Ｒを経時的に測定して得られる実測値において、時間に対して緩やかな変動は温度Ｔの変動によるものと解され、時間に対して急峻な変動は外力Ｆの変動によるものと解され、これらを分離する閾値が、任意の適切な方法により予め設定され得る。そして、センサデバイス２０の使用時において、１個のセンサ素子を用いて抵抗値Ｒを経時的に測定して得られる実測値（時間の関数である）の電気信号をローパスフィルタに入力すると、ある一定基準を超える時間的に急峻な変化を示す電気信号は減衰し、かかる変化が該基準以下の電気信号が出力される。フィルタ適用後の電気信号（出力）を抵抗値の温度成分であるとみなし、元の実測値から該温度成分を差し引いたものを抵抗値の外力成分であるとみなす（これにより得られる温度成分および外力成分の電気信号は、時間の関数となる）。例えば図８に示すように、温度がｔ_０～ｔ_３の期間で緩やかに上昇し、ｔ_３以降の期間で実質的に一定であり、外力Ｆ_１の印加がｔ_１にて開始されてｔ_２にて終了し、外力Ｆ_２の印加がｔ_４にて開始されてｔ_５にて終了する場合、抵抗値Ｒの実測値は実線のようになり、ローパスフィルタ適用により得られる抵抗値の温度成分は点線のようになる（図中、実線および点線は直線部にて重複し得るが、見易いように少しずらして示している。図示していないが、抵抗値の外力成分は、元の実測値から該温度成分を差し引いて求められる）。なお、複数のセンサ素子が存在する場合には、このような抵抗値Ｒの実測値の電気信号から、外力成分ＲＦおよび温度成分ＲＴを抽出する操作を、各センサ素子に対して実施し得る（これにより得られる温度成分および外力成分の電気信号は、時間および位置の関数となる）。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、例えば、抵抗値の実測値の電気信号をハイパスフィルタに入力して、フィルタ適用後の電気信号（出力）を抵抗値の外力であるとみなし、元の実測値から該温度成分を差し引いたものを抵抗値の温度成分であるとみなしてもよい。

【0062】

また、別の例として、センサ素子が曝され得る温度は、時間に対して比較的緩やかに変動するのに対して、センサ素子に印加され得る外力（外力は通常、ゼロであっても、ゼロでなくてもよい）は、時間に対して周期的に変化することが想定される場合は、その時間周期に応じたローパスフィルタを利用することを除いて、上記と同様にして、抵抗値Ｒの実測値の電気信号から、外力成分ＲＦおよび温度成分ＲＴを抽出することができる。

【0063】

更に、別の例として、センサ素子が曝され得る温度は、位置に対して比較的緩やかに変動するのに対して、センサ素子に印加され得る外力（外力は通常、ゼロであっても、ゼロでなくてもよい）は、位置に対して比較的急峻に変化する（換言すれば、局所的である）ことが想定される場合について説明する。この場合、複数のセンサ素子を用いて抵抗値Ｒ_ａ、Ｒ_ｂ、・・・を各センサ素子の位置に対して測定して得られる実測値において、位置に対して（または空間的に）緩やかな変動は温度Ｔの変動によるものと解され、位置に対して急峻な変動は外力Ｆの変動によるものと解され、これらを分離する閾値が、任意の適切な方法により予め設定され得る。そして、センサデバイス２０の使用時において、複数のセンサ素子を用いて抵抗値Ｒ_ａ、Ｒ_ｂ、・・・を位置に対して測定して得られる実測値（位置の関数である）の電気信号を二次元ローパスフィルタに入力すると、ある一定基準を超える位置的に急峻な変化を示す電気信号は減衰し、かかる変化が該基準以下の電気信号が出力される。フィルタ適用後の電気信号（出力）を抵抗値の温度成分であるとみなし、元の実測値から該温度成分を差し引いたものを抵抗値の外力成分であるとみなす（これにより得られる温度成分および外力成分の電気信号は、位置の関数となる）。例えば図９（ａ）に示すように、温度が等温線（図中、点線にて示す）にて示されるより小さい円に向かって緩やかに上昇し、図９（ｂ）に示すように、外力Ｆ_１およびＦ_２が、センサデバイス２０の検知面に対して互いに反対向きに局所的に印加される場合、抵抗値Ｒの実測値は、例えば図９（ａ）および（ｂ）のＢ－Ｂ’に沿った線上では実線のようになり（適宜、隣接するセンサ素子の間の位置については、適宜、補間および／または補正されたものであり得る）、二次元ローパスフィルタ適用により得られる抵抗値の温度成分は点線のようになる（図示していないが、抵抗値の外力成分は、元の実測値から該温度成分を差し引いて求められる）。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、例えば、抵抗値の実測値の電気信号を二次元ハイパスフィルタに入力して、フィルタ適用後の電気信号（出力）を抵抗値の外力であるとみなし、元の実測値から該温度成分を差し引いたものを抵抗値の温度成分であるとみなしてもよい。

【0064】

以上のようにして、フィルタ２１にて、抵抗値の実測値の電気信号から、外力成分および温度成分が抽出される。これにより得られた外力成分および温度成分の電気信号（時間および／または位置の関数）は、再び図７を参照して、処理部２３に送られる。

【0065】

処理部２３は、外力成分に基づいて外力の検知結果を得、および、温度成分に基づいて温度の検知結果を得るように機能する。より詳細には、処理部２３はプロセッサを含み得、外力成分から外力の存否および外力が存在する場合にはその強度を、抵抗値の応力特性（Ｒ－Ｆ特性）に基づいて算出し、温度成分から温度を、サーミスタ特性（Ｒ－Ｔ特性）に基づいて算出する。Ｒ－Ｆ特性およびＲ－Ｔ特性は、使用するセンサデバイス２０に応じて異なり得、これら特性に関するデータは、処理部２３の内部または外部に存在し得るメモリに予め格納される。外力および温度の各検知結果から、それぞれ、外力および温度を推定でき、複数のセンサ素子が存在する場合には、外力および温度の分布、好ましくは面分布を推定できる。

【0066】

これにより得られた外力の検知結果および温度の検知結果は、必要に応じて、表示部２５で表示され得る。表示部２５は任意の適切なディスプレイ、モニタ等であり得る。

【0067】

よって、本実施形態のセンサシステム３０は、センサデバイス２０を備え、該センサデバイス２０で測定される抵抗値を電気信号処理により外力成分と温度成分とに分離して、温度および外力を検知することができる。

【0068】

（実施形態５）
本実施形態は、センサデバイスまたはセンサシステムを備える物品に関する。

【0069】

図１０に模式的に示すように、本実施形態の物品４０は、センサデバイス２０またはこれを含むセンサシステム３０（図１０に図示せず）と、被検知物体３１とを含み、センサデバイス２０が被検知物体３１に接触して配置される。

【0070】

センサデバイス２０は、本発明のセンサデバイスであり、実施形態１～３にて上述したセンサデバイスと同様であり得る。なお、図１０においては、センサデバイス２０が、センサ素子１０として複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・を含む場合を例示的に示しているが、センサ素子１０は、１個であってもよい。本実施形態において特に説明のない限り、実施形態１～３における説明が本実施形態にも同様に当て嵌まり得る。

【0071】

あるいは、センサデバイス２０を含むセンサシステム３０は、本発明のセンサシステムであり、実施形態４にて上述したセンサシステムと同様であり得る。本実施形態において特に説明のない限り、実施形態４における説明が本実施形態にも同様に当て嵌まり得る。

【0072】

被検知物体３１は、その温度および外力（本明細書において「被検知物体の外力」とは、被検知物体から生じる外力、被検知物体に印加される外力およびこれらの組合せのいずれであってもよい。以下も同様とする）を検知したい任意の適切な物品であり得る。

【0073】

本実施形態の物品４０において、被検知物体３１の温度は、センサデバイス２０のセンサ素子１０（または１０ａ、１０ｂ、・・・）に伝播し、センサデバイス２０により被検知物体３１の温度を検知することができる。また、本実施形態の物品４０において、センサデバイス２０のセンサ素子１０（または１０ａ、１０ｂ、・・・）に外力が印加されると、センサデバイス２０により被検知物体３１の外力を検知することができる。更に、複数のセンサ素子１０ａ、１０ｂ、・・・が存在する場合には、被検知物体３１の温度および外力（または圧力）の各々の分布、好ましくは面分布を推定することができる。

【0074】

よって、本実施形態の物品４０によれば、単一のセンサデバイス２０によって被検知物体３１の温度および外力を検知することができる。本実施形態の物品４０が、センサデバイス２０を含むセンサシステム３０を含む場合、センサデバイス２０で測定される抵抗値を電気信号処理により外力成分と温度成分とに分離して、温度および外力を検知することができる。

【0075】

本実施形態を限定するものではないが、被検知物体３１の温度およびそれから生じる外力を検知したい場合、センサデバイス２０は、好ましくはセンサ素子１０（または１０ａ、１０ｂ、・・・）が、被検知物体３１の表面に直接に、または該表面が導電性である場合には電気絶縁性の層または部材を解して接触する（好ましくは密着する）ようにして配置され得る。この場合、センサデバイス２０のセンサ素子１０（または１０ａ、１０ｂ、・・・）の基材１と反対側の表面が検知面を構成する。例えば、何らかの原因により、被検知物体３１が、センサデバイス２０と接触している表面において部分的に変形した場合、被検知物体３１の該変形部分から、これと接触しているセンサ素子１０に外力が印加されるので、被検知物体３１の変形を検知することができる。センサ素子１０（または１０ａ、１０ｂ、・・・）は、被検知物体３１の表面に、例えば接着材などにより貼付され得るが、これに限定されない。

【0076】

被検知物体３１は、例えば電池セル、特に充放電を繰り返して使用される二次電池であってよい。かかる場合、電池セルの温度および変形（場合により、温度分布および歪み分布）、例えば温度異常（過熱）および異常変形を検知することができる。電池セル（二次電池）の形態は特に限定されないが、例えばラミネート型（任意の電解質、例えばゲルポリマーや電解液などが使用され得る）、缶型（角形、円筒形等を含み得る）などであってよい。

【0077】

本実施形態の物品４０は、複数の被検知物体３１を含み、その各々にセンサデバイス２０が接触して配置されていてもよい。例えば、本実施形態の物品は、複数の電池セル（単電池）を接続したバッテリスタック（組電池）のためのバッテリマネージメントシステム（ＢＭＳ）と組み合わせて使用され得、これにより、複数の電池セルの各々について、温度および変形（より詳細には温度分布および歪み分布）を検知することができ、バッテリスタックをより安全かつ長寿命で使用することが可能となる。

【0078】

しかしながら、本実施形態の物品は、被検知物体として電池セルを使用する場合に限定されない。例えば、誘導加熱調理器において、被加熱物（例えば鍋等）が載置されるトッププレートの温度および外力を検知するために使用され得、これにより、トッププレートに載置された被加熱物の大きさおよび温度を把握して、無駄な領域を加熱することなく、被加熱物を効率的にかつ適切な温度で調理することができる。また例えば、ヒータ機能を有する便座、シート、マット、カーペットなどにおいて、ユーザが利用する表面部分の温度および外力を検知するために使用され得、これにより、ユーザの存在およびユーザが存在している領域の温度を把握して、効率的にかつ適切な温度でヒータ機能を制御することができ、また、異常変形を検知した場合には、ヒータ機能を停止することもできる。また例えば、液体が入れられるタンクにおいて、液体と接触する内表面の温度および外力（液体からの圧力の有無すなわち境界）を検知するために使用され得、これにより、液体の温度および液体表面の位置（液面レベル）を計測することができる。

【0079】

（改変例）
本改変例は、ヒータ機能を有するセンサデバイス、またはかかるヒータ機能を有するセンサデバイスを備えるセンサシステムおよび物品に関する。本実施形態において特に説明のない限り、実施形態１～５における説明が本改変例にも同様に当て嵌まり得る。

【0080】

上述した実施形態１～３のセンサデバイスは、２つの電極間にて測定される抵抗値に基づいて、センサ素子に印加された外力およびセンサ素子が曝されている温度（ひいてはサーミスタ部の温度）を検知する。これに対して、本改変例のセンサデバイスは、ヒータ機能を有し、かつ、センサ素子に印加された外力を検知する。

【0081】

本改変例のセンサデバイスは、サーミスタ部が正の温度係数（ＰＴＣ）を有するもの（ＰＴＣサーミスタ）であることを除いて、実施形態１～３のセンサデバイスと同様の構成を有し得る。

【0082】

即ち、本改変例のセンサデバイスは以下のように記述され得る：
基材と、該基材上に配置されたセンサ素子とを含むセンサデバイスであって、
該センサ素子が、
２つの電極と、該２つの電極間に配置され、導電性または半導体の粒子および有機高分子成分から形成され、かつ正の温度係数を有するサーミスタ部と
を含み、および
サーミスタ部に電流または電圧を適用することにより発熱可能であり、該２つの電極間にて測定される抵抗値に基づいて、該センサ素子に印加された外力を検知する、センサデバイス。

【0083】

かかるセンサデバイスは、サーミスタ部に電流または電圧を適用することにより発熱可能であり、即ち、ヒータ機能を有し、かつ、センサ素子に印加された外力を検知する。より詳細には、本改変例のセンサデバイスは、外力が印加されない状態（外力Ｆがゼロの場合）では、図１１に実線で示すＰＴＣのサーミスタ特性（Ｒ－Ｔ特性）を示すが、外力が印加されると、このＲ－Ｔ特性（基準特性）から抵抗値が変化し、例えば図１１の点線で示す閾値を超え得る。よって、抵抗値Ｒが閾値を超えて変化した場合に、外力Ｆの変動によるものと判断できる。そして、実施形態１～３にて上述したものと同様の理由により、抵抗値Ｒにおける変化を、温度Ｔの変動によるものと、外力Ｆの変動によるものとに分離することができ、よって、抵抗値Ｒ＝ｆ（Ｆ、Ｔ）から外力成分Ｒ_Ｆ＝ｆ_Ｆ（Ｆ）を分離して得ることができる。

【0084】

本改変例のセンサシステムは、以下のように記述され得る：
本改変例のセンサデバイスと、
サーミスタ部に適用する電流または電圧を制御する制御部と、
前記センサ素子に対して測定される前記抵抗値の電気信号から、外力成分を抽出するフィルタと、
該外力成分に基づいて外力の検知結果を得る処理部と
を含み、該制御部は、該外力の検知結果に基づいて、サーミスタ部に適用する電流または電圧を更に制御する、センサシステム。

【0085】

かかる本改変例のセンサシステムによれば、センサデバイスをヒータとして機能させることができ、その間に外力が検知されると、ヒータ機能を制御することができる。

【0086】

本改変例の物品は、以下のように記述され得る：
本改変例のセンサデバイスまたはセンサシステムと、
被検知物体と
を含み、該センサデバイスが該被検知物体に接触して配置される、物品。

【0087】

被検知物体は、例えば電池セル、特に充放電を繰り返して使用される二次電池であってよい。かかる場合、電池セルの変形（場合により、歪み分布）、例えば異常変形を検知すると共に、ヒータ機能により、電池セルをプリヒーティングしたり、寒冷地などにおいて電池セルを加温したりすることができる。

【0088】

本改変例の物品は、複数の電池セル（単電池）を接続したバッテリスタック（組電池）のためのバッテリマネージメントシステム（ＢＭＳ）と組み合わせて使用され得、これにより、複数の電池セルの各々について、変形（場合により、歪み分布）を検知すると共に電池セルを加熱すること（好ましくは加熱を制御すること）ができ、バッテリスタックをより安全かつ長寿命で使用することが可能となる。

【0089】

しかしながら、本実施形態の物品は、被検知物体として電池セルを使用する場合に限定されない。例えば、便座、シート、マット、カーペットなどにおいて、ヒータ機能を付与すると共に、ユーザが利用する表面部分の外力を検知するために使用され得、これにより、ヒータ機能を制御して、ユーザの存在およびユーザが存在している領域を、効率的にかつ適切にヒーティングすることができ、また、異常変形を検知した場合には、ヒータ機能を停止することもできる。

【実施例】

【0090】

（実施例１）
本実施例は、実施形態１のセンサデバイス（櫛形電極）に関する。

【0091】

実施形態１にて上述したセンサデバイス２０（櫛形電極、図１参照）を以下の条件で作製した。本実施例のセンサデバイス２０において、サーミスタ部５は負の温度係数（ＮＴＣ）を有するものとした。
基材１の材質：ガラス
基材１の厚さ：約０．７ｍｍ
電極３ａ、３ｂの材質：Ａｇペースト焼成体
電極３ａ、３ｂの高さｈ：約１０μｍ
電極３ａ、３ｂの幅ｗ：約５０μｍ
電極３ａ、３ｂの電極間距離ｄ_１：約５０μｍ
電極３ａおよび３ｂが成す長辺１０１：約２．５ｍｍ
電極３ａおよび３ｂが成す短辺１０２：約１．５ｍｍ
サーミスタ部５におけるフィラー７：Ｍｎ、ＮｉおよびＦｅ（より詳細には、Ｍｎ、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏ）を含むスピネル型半導体磁器組成物の粉末
サーミスタ部５におけるフィラー７の平均粒径：約１μｍ
サーミスタ部５における有機高分子成分９：フェノール樹脂
サーミスタ部５におけるフィラー７の含有割合：約４６体積％
サーミスタ部５の厚さｔ_Ａ：約３０μｍ
サーミスタ部５の上面（被押圧面）寸法：長さ４．６ｍｍおよび幅３．２ｍｍの矩形

【0092】

より詳細には、図１を参照して、本実施例のセンサデバイス２０を以下のようにして作製した。（フィラー７については、国際公開第２０１７／０２２３７３号の記載を参照した。）
まず、銀粒子を含む市販のＡｇペースト（ＴＯＹＯＣＨＥＭ社製のＲＥＸＡＬＰＨＡシリーズ）を、スクリーン印刷法により、基材１の上に印刷し、大気雰囲気下で１３０℃にて３０分間熱処理して、図１（ａ）に示すような櫛形の電極３ａ、３ｂを形成した。基材１および電極３ａ、３ｂの詳細は上記の通りである。これにより、電極３ａ、３ｂが形成された基材１を準備した。
他方、サーミスタペーストを調製した。まず、セラミック素原料として、Ｍｎ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３およびＣｏ_３Ｏ_４の各粉末を、Ｍｎ：Ｎｉ：Ｆｅ：Ｃｏの割合が、７０：３０：２０：８（ｍｏｌ％）（国際公開第２０１７／０２２３７３号に記載の例２８に該当）となる組成で秤量して、原料混合物を得た。次いで、この原料混合物をボールミルに投入して、ジルコニアからなる粉砕媒体と共に十分に湿式粉砕した。粉砕した原料混合物を、７３０℃の温度で２時間熱処理して、半導体磁器組成物を得た。得られた半導体磁器組成物、純水、および直径２ｍｍの玉石を１Ｌポリポットに投入し、ボールミル法により１１０ｒｐｍにて４時間粉砕した。粉砕後のスラリーと玉石とをメッシュで分離し、スラリーをホットプレート上に流し込んで水分を除去した。更にメッシュに通して粗粒を除去し、凝集体を解砕して整粒を行った。次いで、８０℃の温度で２４時間乾燥させて、半導体磁器組成物の粉末（平均粒径約１μｍ）を得た。この半導体磁器組成物の粉末は、ＸＲＤ測定の結果、スピネル型結晶構造の（２２０）面に対応する２９°～３１°付近にピーク（（２２０面）のピーク）を有し、該ピークの半値幅は、０．１８４であった。これにより得られた半導体磁器組成物の粉末は、Ｍｎ、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏを含むスピネル型半導体磁器組成物の粉末であり、これをフィラー７として使用した。かかるフィラー７（半導体磁器組成物の粉末）と、有機高分子成分９（フェノール樹脂）と、溶剤（ＤＰＭＡ：ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート）とを乳鉢で混錬し、サーミスタペーストを得た。溶剤は、フィラー７および有機高分子成分９の合計重量の約２５ｗｔ％の量を添加した。
上記で準備した電極３ａ、３ｂを形成した基材１に対して、このサーミスタペーストをスクリーン印刷法により印刷し、大気雰囲気下で８０℃にて１０分間乾燥させた後、１５０℃にて１時間熱処理して、図１（ｂ）に示すようなサーミスタ部５を形成した。サーミスタ部５の詳細は上記の通りである。
これにより、本実施例のセンサデバイス２０を作製した。

【0093】

そして、室温環境下にて、本実施例のセンサデバイス２０におけるセンサ素子１０から引き出された２つの電極３ａ、３ｂ間に一定電流を流して、実質的に温度一定の条件で、それらの間の抵抗値を０～２００秒の期間に亘って、一定の時間間隔で測定した。この測定期間のうち、最初の０～１２０秒間は外力を印加せず、その後１０秒毎に外力の印加と除去とを繰り返した（即ち、１２０～１３０、１４０～１５０、１６０～１７０、１８０～１９０秒の各期間において外力を印加した）。外力の印加および除去は、シリコーンゴムから成る直方体の押圧部材（押圧面の寸法：長さ８．０ｍｍおよび幅５．０ｍｍの矩形）を支持部材にて握持し、基材１上に形成されたセンサ素子１０の上面に対して、押圧部材を略垂直方向に押下して押圧力を印加する（または荷重を加える）こと、次いで、押圧部材を逆方向に戻すことにより実施した。

【0094】

これにより測定された抵抗値の変化率を時間に対してプロットしたグラフを図１２に示す。図１２から理解されるように、外力（押圧力）を印加した期間にほぼ対応して、抵抗値が約０．６％の変化率で低下し、外力を除去すると、元の抵抗値付近まで戻った。このことから、本実施例のセンサデバイス２０は、外力を印加することにより抵抗値が変化することが確認された。

【0095】

（実施例２）
本実施例は、実施形態２のセンサデバイス（面電極）に関する。

【0096】

実施形態２にて上述したセンサデバイス２０（面電極、図５参照）を以下の条件で作製した。本実施例のセンサデバイス２０において、サーミスタ部５は負の温度係数（ＮＴＣ）を有するものとした。
基材１の材質：ＰＥＴ
基材１の厚さ：約０．０５ｍｍ
電極３ｃ、３ｄの材質：Ａｇペースト焼成体
電極３ｃ、３ｄの電極間距離ｄ_２：約１５μｍ
電極３ｃ、３ｄの対向する部分の長辺１１１：約８ｍｍ
電極３ｃ、３ｄの対向する部分の短辺１１２：約５ｍｍ
サーミスタ部５におけるフィラー７：Ｍｎ、ＮｉおよびＦｅ（より詳細には、Ｍｎ、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏ）を含むスピネル型半導体磁器組成物の粉末
サーミスタ部５におけるフィラー７の平均粒径：約１μｍ
サーミスタ部５における有機高分子成分９：フェノール樹脂
サーミスタ部５におけるフィラー７の含有割合：約４６体積％
サーミスタ部５の厚さｔ_Ｃ：約１５μｍ
サーミスタ部５の上面（被押圧面）寸法：長さ８．０ｍｍおよび幅５．０ｍｍの矩形

【0097】

より詳細には、図５を参照して、本実施例のセンサデバイス２０を以下のようにして作製した。
基材１上に、Ａｇペーストを電極層３ｄに対応するパターンに印刷して、大気雰囲気下で１３０℃にて３０分間熱処理を行った。次いで、サーミスタペーストをサーミスタ部５に対応するパターンに印刷して、大気雰囲気下で１５０℃にて１時間熱処理を行った。その上に、Ａｇペーストを電極層３ｃに対応するパターンに印刷して、大気雰囲気下で１３０℃にて３０分間熱処理を行った。Ａｇペーストおよびサーミスタペーストは、実施例１と同様のものを使用し、基材１、電極３ｃ、３ｄおよびサーミスタ部５の詳細は上記の通りである。
これにより、本実施例のセンサデバイス２０を作製した。

【0098】

そして、室温環境下にて、本実施例のセンサデバイス２０におけるセンサ素子１０から引き出された２つの電極３ａ、３ｂ間に一定電流を流して、実質的に温度一定の条件で、それらの間の抵抗値を０～約１２０秒の期間に亘って、一定の時間間隔で測定した。この測定期間のうち、最初の０～１５秒間は外力を印加せず、その後１０秒毎に外力の印加と除去とを繰り返した（即ち、１５～２５、３５～４５、５５～６５、７５～８５、９５～１０５秒の各期間において外力を印加した）。外力の印加および除去は、実施例１と同様の押圧部材を支持部材にて握持し、基材１上に形成されたセンサ素子１０の上面に対して、押圧部材を略垂直方向に押下して押圧力を印加する（または荷重を加える）こと、次いで、押圧部材を逆方向に戻すことにより実施した。

【0099】

これにより測定された抵抗値の変化率を時間に対してプロットしたグラフを図１３に示す。図１３から理解されるように、外力（押圧力）を印加した期間にほぼ対応して、抵抗値が約２～１％の変化率で顕著に低下し、外力を除去すると、元の抵抗値付近まで戻った。このことから、本実施例のセンサデバイス２０は、外力を印加することにより、抵抗値が変化することが確認された。

【0100】

（参考例）
本参考例は、改変例のセンサデバイス（櫛形電極）に関する。

【0101】

改変例にて上述したセンサデバイスとして、実施形態１にて上述したセンサデバイス２０（櫛形電極、図１参照）と同様の構成を有するものを作製した。ただし、本参考例のセンサデバイスにおいて、サーミスタ部は正の温度係数（ＰＴＣ）を有するものとした。正の温度係数（ＰＴＣ）を有する材料としては、正の温度係数（ＰＴＣ）を示すように導電性フィラーと結晶性樹脂材料を適宜組み合わせた公知のものを用いることができる。この導電性フィラーとしては、例えば、カーボンやＮｉ等を用いることができる。また、結晶性樹脂材料としては、例えば、ポリカプロラクトン、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエチレン等を用いることができる。

【0102】

そして、室温環境下にて、本参考例のセンサデバイスにおけるセンサ素子から引き出された２つの電極間に電流を流してセンサ素子から発熱させながら、それら電極間の抵抗値を０～約１２０秒の期間に亘って、一定の時間間隔で測定した。この測定期間のうち、最初の０～１５秒間は外力を印加せず、その後１０秒毎に外力の印加と除去とを繰り返した（即ち、１５～２５、３５～４５、５５～６５、７５～８５、９５～１０５秒の各期間において外力を印加した）。外力の印加および除去は、実施例１と同様の押圧部材を支持部材にて握持し、基材１上に形成されたセンサ素子１０の上面に対して、押圧部材を略垂直方向に押下して押圧力を印加する（または荷重を加える）こと、次いで、押圧部材を逆方向に戻すことにより実施した。

【0103】

これにより測定された抵抗値の変化率を時間に対してプロットしたグラフを図１４に示す。図１４から理解されるように、外力（押圧力）を印加した期間にほぼ対応して、抵抗値が約１～０．５％の変化率で上昇し、外力を除去すると、元の抵抗値付近まで戻った。このことから、本参考例のセンサ素子は、外力を印加することにより、抵抗値が変化することが確認された。

【産業上の利用可能性】

【0104】

本発明のセンサデバイスならびにこれを備える物品およびセンサシステムは、外力および温度を検知することが求められる幅広く様々な用途、例えばＢＭＳ、調理器具、ヒータ機能を有する便座等、液体が入れられるタンク、その他に利用可能である。

【0105】

本願は、２０１９年５月３１日付けで日本国にて出願された特願２０１９－１０２３０８に基づく優先権を主張し、その記載内容の全てが、参照することにより本明細書に援用される。

【符号の説明】

【0106】

１ 基材
３ａ、３ｂ 電極（櫛形電極）
３ｃ、３ｄ 電極（面電極）
５ サーミスタ部
７ 導電性または半導体の粒子（フィラー）
９ 有機高分子成分
１０、１０ａ、１０ｂ、・・・ センサ素子
２０ センサデバイス
２１ フィルタ
２３ 処理部
２５ 表示部
３０ センサシステム
３１ 被検知物体
４０ 物品

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】