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(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】2025-02-05
(45)【発行日】2025-02-14
(54)【発明の名称】圧力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 1/20 20060101AFI20250206BHJP
【ＦＩ】
G01L1/20 G
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021561864
(86)(22)【出願日】2020-04-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-20
(86)【国際出願番号】 NL2020050259
(87)【国際公開番号】W WO2020214037
(87)【国際公開日】2020-10-22
【審査請求日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】19169780.4
(32)【優先日】2019-04-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】595115802
【氏名又は名称】ネーデルランセ オルハニサチエ フォール トゥーヘパスト－ナツールウェーテンシャッペルック オンデルズク テーエヌオー
【氏名又は名称原語表記】Ｎｅｄｅｒｌａｎｄｓｅ Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｅ ｖｏｏｒ ｔｏｅｇｅｐａｓｔ－ｎａｔｕｕｒｗｅｔｅｎｓｃｈａｐｐｅｌｉｊｋ ｏｎｄｅｒｚｏｅｋ ＴＮＯ
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100132883
【弁理士】
【氏名又は名称】森川 泰司
(74)【代理人】
【識別番号】100148633
【弁理士】
【氏名又は名称】桜田 圭
(74)【代理人】
【識別番号】100147924
【弁理士】
【氏名又は名称】美恵 英樹
(72)【発明者】
【氏名】ビュルホールン、マリア マテア アントネッタ
(72)【発明者】
【氏名】ザラー、ピーター
(72)【発明者】
【氏名】ファン デン ブランド、イェロン
(72)【発明者】
【氏名】ライテリ、ダニエレ
(72)【発明者】
【氏名】スミッツ、エドガー コンスタント ピーター
【審査官】大森 努
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－５４７６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１１５４７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２７２４２９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－２３２４９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２１４５３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１０３３５０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１２１４５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】登録実用新案第３００９３８０（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００７－１３２８８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１６３３２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２０８６２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平５－１９７３８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００３６８１４（ＫＲ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３６４１１４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０００３９０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０２０－５００３１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３２９５２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５３１８７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平２－２７５６０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１９５３３７５６（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ １／２０，５／００－５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
テキスタイルシートにラミネートされ、圧力検知テキスタイルシート（１００）を形成する圧力センサ（１）であって、第１の弾性キャリア（３）の面上にパターン（Ｐ）で配置された少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）と、
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントするための電気抵抗性複合材料（Ｅ）から形成された電気抵抗層（４）であって、該電気抵抗層（４）が第２の弾性キャリア（５）の面上に配置された、電気抵抗層（４）と、
を備え、
前記第１及び第２の弾性キャリア（３、５）が、スペーサ（７）を挟んで積層されて、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）が、前記スペーサ（７）によって規定されたギャップ（６）を挟んで前記電気抵抗層（４）に面するようにすることで、前記圧力センサにかかる力（Ｆ）に少なくとも部分的に対抗するガスが充填されたガス閉じ込め構造を規定するポケット構造（８）を形成することを特徴とし、前記ギャップ（６）を横切る方向にかかる前記力（Ｆ）を受けた際に、前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の前記ギャップ（６）を小さくして、受けた前記力に依存して接触領域（Ａ）上で前記電気抵抗性複合材料（Ｅ）と接して前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントし、その結果として、前記導電性リード線間に圧力に依存する電気抵抗をもたらすように、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を含む前記第１の弾性キャリア（３）及び前記電気抵抗層（４）を含む前記第２の弾性キャリア（５）が伸縮可能であることを特徴とし、前記ポケット構造（８）に、マイクロバンプのレリーフ構造と、前記ガスの前記対抗する力を低減するための開口部と、が設けられ、前記開口部が、前記ガスが前記ポケット構造から出ることを妨げるように寸法決めされており、前記マイクロバンプは、弾性的に圧縮可能であり、前記マイクロバンプのレリーフ構造は、山部及び谷部でパターンを形成するように配置されており、隣接するマイクロバンプの間の谷部は、前記導電性リード線の上に形成されており、前記マイクロバンプの山部は、隣接する導電性リード線の間の領域に形成されている、ことを特徴とする圧力センサ。
【請求項2】
前記開口部は、前記スペーサに形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項3】
前記ポケット構造は、０．５～５００マイクロメートルの範囲の前記キャリア間の高さと、０．５～２ｃｍの範囲の幅と、を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項4】
前記第１の弾性キャリア（３）、前記第２の弾性キャリア（５）及び前記スペーサ（７）は、１００ＭＰａ未満の弾性率を有する弾性材料から形成され、前記弾性材料は、ポリウレタンポリマーである、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧力センサ（１）。
【請求項5】
前記電気抵抗性複合材料（Ｅ）は、弾性ポリマーマトリクス（Ｕ）中に導電性マイクロ粒子（Ｍ）の相互接続されたネットワークを含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧力センサ（１）。
【請求項6】
前記パターン（Ｐ）は、前記ギャップ（６）の閉鎖時に、徐々に且つ半径方向に、大きくなる前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の接触面積（Ａ）を形成するように配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサ（１）。
【請求項7】
前記ポケット構造は、前記力が加えられた際に前記ガス（Ｇ）を再分配するための複数の連結された区画を備える、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧力センサ（１）。
【請求項8】
前記電気抵抗層は、１キロオーム／ｃｍ２～５００キロオーム／ｃｍ２の範囲のシート抵抗を示す、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧力センサ（１）。
【請求項9】
前記電気抵抗層は、３０キロオーム／ｃｍ２のシート抵抗を示す、ことを特徴とする請求項８に記載の圧力センサ（１）。
【請求項10】
前記第１の弾性キャリア（３）の前記面上にパターン（Ｐ）で配置された前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）のうちの空間的に分離された複数のものと、前記第２の弾性キャリア（５）の前記面上の前記電気抵抗層（４）のうちの空間的に分離された対応する複数のものとを備え、ガスで充填されたガス閉じ込め構造をそれぞれ規定する複数のポケット構造（８）を形成し、前記圧力センサがパッシブマトリクス構成で構成される、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の圧力センサ（１）。
【請求項11】
前記複数のポケット構造の少なくとも第１の部分が、第１の感度範囲に従って寸法決めされており、複数の前記圧力センサの第２の部分が、前記圧力センサの全体の感度範囲を拡張するように前記第１の感度範囲とは異なる第２の感度範囲に従って寸法決めされている、ことを特徴とする請求項１０に記載の圧力センサ（１）。
【請求項12】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の圧力センサ（１）を備える、圧力分布検知製品（１０００）。
【請求項13】
圧力検知テキスタイルシート上に圧力センサ（１）を製造する方法であって、第１の弾性キャリア（３）を提供するステップ（２１）、
第２の弾性キャリア（５）を提供するステップ（２２）、
布シートを前記第１の弾性キャリア（３）及び前記第２の弾性キャリア（５）の１つ以上にラミネートするステップ、及び、
前記第１の弾性キャリア（３）の面上にパターン（Ｐ）で少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を設けるステップ（２３）、
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントするための電気抵抗層（４）を形成するために、前記第２の弾性キャリア（５）の面上に電気抵抗性複合材料（Ｅ）を堆積させるステップ（２４）と、
スペーサ（７）を設けるステップ（２５）と、
マイクロバンプのレリーフ構造を設けるステップと、
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）が前記スペーサ（７）によって規定されたギャップ（６）を挟んで前記電気抵抗層（４）に面するように、前記スペーサ（７）を挟んで前記第１及び第２の弾性キャリア（３、５）を積層するステップ（２６）であって、それにより前記圧力センサにかかる力（Ｆ）を少なくとも部分的に打ち消すガスが充填されたガス閉じ込め構造を規定する、ガス流量制限器を含むポケット構造（８）を形成するステップ（２６）と、
を含み、
前記ギャップ（６）を横切る方向にかかる力（Ｆ）を受けた際に、前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の前記ギャップ（６）を小さくして、受けた前記力に依存して接触領域（Ａ）上で前記電気抵抗性複合材料（Ｅ）と接して前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を分流し、その結果として、前記導電性リード線間に圧力に依存する電気抵抗をもたらすように、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を含む前記第１の弾性キャリア（３）及び前記電気抵抗層（４）を含む前記第２の弾性キャリア（５）が伸縮可能であることを特徴とし、前記ポケット構造（８）が、マイクロバンプのレリーフ構造と、前記ガスの対抗する力を低減するための開口部とを備え、前記開口部が、前記ガスが前記ポケット構造から出るのを妨げるように寸法決めされており、前記マイクロバンプは、弾性的に圧縮可能であり、
前記ポケット構造を形成するステップでは、前記マイクロバンプのレリーフ構造を、山部及び谷部でパターンを形成するように配置し、隣接するマイクロバンプの間の谷部を、前記導電性リード線の上に形成し、前記マイクロバンプの山部を、隣接する導電性リード線の間の領域に形成する、ことを特徴とする方法。
【請求項14】
前記スペーサは、０．５～５００マイクロメートルの範囲の高さ（ｈ）及び０．５～２ｃｍの範囲の幅を有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線を堆積するステップ、前記電気抵抗性複合材料（Ｅ）を堆積するステップ、及び前記スペーサを堆積するステップのうち１つ以上は、印刷ステップを含む、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、感圧抵抗に基づく力センサに関し、特に、メンブレン式抵抗に基づく圧力センサを備える弾性製品とその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
力検知抵抗器（ＦＳＲ）センサは、通常、電極に直接接触する力依存性抵抗材料の層を一般に備える。そのような層を形成することができる、様々なＦＳＲインクが知られている。一般的に、これらの材料は、パーコレーション閾値以下又はその前後の導電性フィラー粒子（カーボンナノチューブ、グラファイト）が混合された弾性マトリクス材料（例えば、ＰＤＭＳのようなゴム）を備える。材料を圧縮すると、パーコレーション閾値が下がり、それに伴い、導電性フィラー粒子を介してマトリクス全体に新たな導電経路を形成することができる。特許文献１は、圧縮可能な（エラストマー）材料内に分散された（半）導電性粒子から形成されたＦＳＲ材料を開示する。その他の場合では、特許文献２に開示されているように、フィルム内の空隙を利用して、直接接触した材料の圧力に対する感度を高める。ここで、柔軟な検知材料は、カーボンナノチューブを含む。
【0003】
代わりに、特許文献３に記載されているように、ＦＳＲは、ギャップを介して分離された平行なメンブレン構造から形成される力センサに適用された電気抵抗材料を使用して構成されている。このような種類の装置では、２つの異なる動作（operation）モードを識別することができる。第１に、いわゆる「スルーモード」で、加えられた力は、電気抵抗材料を介して第１のメンブレン上の回路から第２のメンブレン上の別の回路に流れる電流に相関する。圧力が加えられると、回路間の抵抗変化によって記録され得る層が接触する。「貫通」型センサの欠点は、複雑な配線方法が、及び／又は組み立て時に更に高精度の位置合わせが必要となることである。更に、ギャップを挟んで両方の層に回路が必要となるため、「貫通」型センサは相互作用させることがより困難となる。特許文献４は、電気抵抗層メンブレンが櫛形のフィンガー回路の上に吊り下げられた「シャント」型の力センサを開示している。センサを押すと、櫛形回路が、電気抵抗層によって回避される。シャントモードの欠点は、力と抵抗との関係が不均一であるために、感度曲線が理想的ではないことの影響を一般に受けることであり、例えば、適用された力の小さな変化で大きな抵抗値の変化が観察される、反対に適用された力の大きな変化で小さな抵抗値の変化が観察されることがある。一般的に、高精度の製造技術を用いてフィンガー電極を形成することで解決される。その問題には、そのような技術が大量生産には好ましくないことが含まれる。特許文献５は、座面の力分布を検出するために採用され得るセンサを開示している。このセンサは、少なくとも１つの基板層と、基板層に対して動作可能に配置された複数のセンサ素子と、基板層上に配置された導電性トレースとを含む。スリット又はカットアウトを採用することで、センサは隣接するセンサとは独立して動くことができ、センサを不規則な形状の表面に適合させることができる。欠点には、スリット又はカットアウトを設けることは大量生産には好ましくないこと、及び硬いセンサ箔に違和感を覚えることが含まれる。更に、長期的な再現性を改善させた圧力センサを提供する必要性が残る。本発明は、繊維製品に組み込むことができる本明細書に記載の圧力センサを提供することにより、これらの欠点又は更なる欠点の少なくとも１つを解決する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国特許第３８０６４７１号明細書
【文献】米国特許第９２７８８５６号明細書
【文献】米国特許第５０３３２９１号明細書
【文献】米国特許第６９０９３５４号明細書
【文献】米国特許第６９６４２０５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の第１の態様は、テキスタイルシート上にラミネートされた圧力センサに関連する。圧力センサは、第１のキャリアの面上にパターン状に配置された少なくとも２つの隣接する導電性リード線と、少なくとも２つの隣接する導電性リード線を分流させるために複合材料で形成された電気抵抗層と、を備え、電気抵抗層は、第２のキャリアの面上に配置されている。第１及び第２の弾性キャリアは、少なくとも２つの隣接する導電性リード線がスペーサによって規定されたギャップを介して電気抵抗層に面するように、スペーサを挟んで積層され、圧力センサに及ぼされる力（Ｆ）に少なくとも部分的に対抗するガスが充填されたガス閉じ込め構造を規定するポケット構造を形成する。第１のキャリアは少なくとも２つの隣接する導電性リード線を含み、第２のキャリアは電気抵抗層を含む。キャリアは、ギャップを横切る方向にかかる力（Ｆ）を受けると、電気抵抗層と少なくとも２つの隣接する導電性リード線との間のギャップが小さくなり、受けた力に依存して接触領域（Ａ）上で抵抗性複合材料（Ｅ）を用いて少なくとも２つの隣接する電気伝導性リードを分流させるように、伸縮可能である。これにより、導電性リード線の間に圧力に依存する電気抵抗が発生する。ポケット構造は、マイクロバンプのレリーフ構造と、ガスの抵抗する力を低減するための開口部とを備え、開口部は、ガスがポケットから出るのを妨げるように寸法決めされている。伸縮自在の第１のキャリアと伸縮自在の第２のキャリアは、それぞれの導電性リード線と抵抗層とを含み、面内及び／又は面外で力を受けると互いに向かって屈曲することができ、接触すると少なくとも２つの隣接する導電性リードを分流することができる。隣接する導電性リード線及び／又は電気抵抗層を伸縮可能な材料から形成することにより、接触した導電性リード線及び層が変形して、電極に向かって圧力に依存する導電性を形成する。その結果、少なくとも２つの隣接する導電性リード線の間の電気抵抗も、圧力に依存する。
【0006】
上述したように、センサはキャリア間のポケットを備える。初期分離距離、つまり、ポケットの初期第１の寸法（厚さ）、つまり、ギャップを横切る初期距離は、静止状態、つまり、初期位置、例えば外力を加えていない状態でのキャリア間の距離によって定義されてもよい。従って、スペーサの厚さは、ギャップの垂直方向のオフセットを定義することができる。ポケットの幅、つまり、キャリアに沿うポケットの寸法は、セパレータの対向する側壁部分によって定義されてもよい。代わりに、ポケットの幅は、隣接するスペーサの側壁部分の間で定義されてもよい。更に、ポケットの幅は、キャリアが支持されていない距離を定義してもよい。キャリアの弾性率は、力の除去時にギャップを復元することに寄与する。上述したように、開口部を含むポケットは、キャリア間のガス閉じ込め構造を規定しており、この構造には、及ぼされた力を少なくとも部分的に打ち消すガスが充填されている。ガス閉じ込め構造は、少なくともガスの流れを制限し、好ましくはセンサ構造内のガスの総量を固定し、例えば、構造内から構造外の体積へのガスの流れを制限すると理解することができる。制限されたガスの流れは、センサの圧力検知イベントの時間枠内の制限されたガスの流れを含むと理解してよい。ガスは、空気、例えば、周辺の空気を含むと理解することができる。発明者らは、キャリア間の分離距離が減少し、それに伴ってポケットの容積が減少すると、ポケット内に閉じ込められたガスの圧縮及び／又はポケットからのガスの移動が生じることを見出した。理論にとらわれることなく、発明者らは、このような圧縮及び／又はポケットからのガスの移動が、例えばガス制限孔を介して、少なくとも部分的に及ぼされる力を打ち消し、膜の変位を減衰させると考えている。更に、発明者らは、センサ層の一方又は両方に微細構造のバンプを含むことで、圧力の分散が可能となり、バンプの頂部内での部分的な分流が可能となることを見出した。ガスは、微細構造のバンプの間の窪みに存在している可能性がある。
【0007】
発明者らは、キャリア間の分離距離が減少する、例えば、外力を受けてキャリア間の距離が縮まることで、気体の圧縮が起きることを発見した。圧力センサに伸縮可能な第１及び第２のキャリアと伸縮可能なスペーサとを設けることで、センサ全体を伸縮可能及び／又は柔軟にすることができる。特に、テキスタイルに適用する場合、センサは、好ましくは、低いヤング率と厚みとを有し、張力下での適合性を確保する。センサの伸縮性をテキスタイルの伸縮性に合わせることで、ユーザにとって、例えば、圧力センサを含むテキスタイル製品を着用する人にとって、快適性を向上させることができる。多くのテキスタイルは、長さ方向に少なくとも５％、更に少なくとも１０％以上の伸縮性を有している。好ましくは、センサの厚さは５ｍｍを超えない。テキスタイル製品に適用するために、厚さは好ましくは薄く、例えば、２ｍｍより少なく、又は更に例えば約１ｍｍより薄く、又は約０．５ｍｍより薄く、例えば、０．５～０．１ｍｍの範囲である。圧力センサの最小の厚さは、キャリア、リード線、シャント層、及びギャップを横切る距離、つまり、ポケットの高さ及び／又はスペーサの厚さを組み合わせた厚さによって制限される。テキスタイルという言葉は、織布に限定して解釈されるべきではなく、テキスタイルは、革のような他の種類の布、及び／又はラテックスのようなゴムも含むことが理解されるであろう。
【0008】
本開示の第２の態様は、圧力センサの製造方法に関する。好ましくは、本発明の第１の態様及び本明細書に記載の任意の実施形態の圧力センサである。本方法は、第１のキャリア、第２のキャリア、及びスペーサを提供することを含む。本方法は、キャリアの面、例えば第１のキャリアの面上に、少なくとも２つの隣接する導電性リード線をパターンで提供することを更に含む。他方のキャリアの面、例えば第２のキャリアの面上に、複合材料を堆積させて導電層を形成する。この導電層は、少なくとも２つの隣接する導電性リード線を分流させるのに適した導電率を有している。導電性リード線を提供し、電気抵抗層を堆積させた後、本方法は、少なくとも２つの隣接する導電性リード線がスペーサによって規定されたギャップを挟んで電気抵抗層に面するように、スペーサを挟んで第１及び第２のキャリアを積層することを含み、ギャップは、及ぼされる力を少なくとも部分的に打ち消すガスで充填されたキャリア間のガス閉じ込め構造を規定するポケットである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本開示の装置、システム及び方法のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付の請求項及び添付の図面からよりよく理解されるであろう。
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
特定の実施形態を説明するために使用される用語は、本発明を限定することを意図しない。本明細書で使用されているように、単数形の「a」、「an」及び「the」は、文脈上明らかに他を示す場合を除き、複数形も含むことを意図する。「及び／又は」の用語は、関連してリストアップされた項目の１つ以上の任意及び全ての組み合わせを含む。「備える」及び／又は「備えている」という用語は、記載された特徴の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴の存在又は追加を排除するものではないことが理解されるであろう。更に、ある方法の特定のステップが他のステップに続くものと言及される場合、他が指定されない限り、他のステップの後に直接続く、又は特定のステップを実施する前に１つ以上の中間ステップを実施することができることが理解されるであろう。同様に、構造又は部品間の接続が記載されている場合、この接続は、他に特定されていない限り、直接若しくは中間の構造又は部品を介して成立し得ることが理解されるであろう。
【0012】
本明細書で使用されているように、パーコレーション閾値は、ランダムシステムにおける長距離連結性の形成であるパーコレーション理論に関連した数学的概念と解釈することができる。閾値を超えると、巨大な連結成分がシステムサイズのオーダーで一般に存在する。パーコレーション閾値を軽く超える誘電体マトリクスに対する微粒子の体積比を提供することで、微粒子が電極ギャップの大きさのオーダーで誘電体マトリクス全体に連結成分を形成することが保証され得る。これは、例えば、０．３（３０％）ｖｏｌ％を超える、好ましくは０．５ｖｏｌ％を超える比較的高い充填密度を微粒子にもたらすことによって一般に達成することができる。望ましい最小比率は、センサ材料の導電性又は抵抗性の挙動から実験的に測定することもできる。例えば、誘電体マトリクスに対する微粒子の比率は、センサ材料の導電率が材料の純粋な体積抵抗の導電率に近づくように十分に高いことが好ましい。一般的な材料では、これは、誘電体マトリクスに対する微粒子の体積比が３０％を超えることに相当する。
【0013】
圧力センサで使用するためのエラストマー材料及び伸縮性層及び／又は伸縮性材料は、本質的に不可逆的に機能を失うことなく、少なくとも第１の方向に沿って少なくとも規定の量だけ伸縮可能であると理解することができる。換言すると、伸縮性又は弾性材料（層）は、ある方向に沿った初期寸法からその初期寸法の倍数である寸法まで伸縮することができる材料（層）であると理解することができる。例えば、少なくとも２０％の伸縮性を持つと定義されたキャリアは、元の寸法の１．２倍の延伸寸法に延伸することができる。本明細書で使用されているように、「本質的に機能を失うことなく伸縮可能」とは、引き裂くことなく伸縮可能であることを含むと理解することができる。更に、第１の方向に伸縮可能な材料（層）は、直交する第２の方向に圧縮可能であると理解することができる。
【0014】
本明細書で使用されているように、シャント層のような電気抵抗層及び／又は電気抵抗材料は、電気絶縁体と銅を含む金属のような良好な導電体との間の導電性を備える材料及び／又は層を含むと理解することができる。電気抵抗層は、適度な抵抗率、例えば、１ｋΩ／ｃｍ２～５００ｋΩ／ｃｍ２の範囲のシート抵抗率、例えば、５ｋΩ／ｃｍ２又は２００ｋΩ／ｃｍ２のシート抵抗率、好ましくは、１０ｋΩ／ｃｍ２～１００ｋΩ／ｃｍ２の範囲のシート抵抗率、例えば、約３０ｋΩ／ｃｍ２又は約５０ｋΩ／ｃｍ２のシート抵抗率を有すると理解することができる。電気抵抗層（シャント層）について、「本質的に機能を失うことなく伸縮可能」とは、例えばギャップを横切る方向にかかる力を受けた際に、電気伝導性を不可逆的に失うことなく、２０％までの面内変形に対応可能であることを含む。
【0015】
以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図面では、システム、部品、層、及び領域の絶対的お及び相対的なサイズは、明確にするために誇張されている場合がある。実施形態は、本発明の場合により理想的な実施形態及び中間構造の模式図及び／又は断面図を参照して説明することができる。本明細書及び図面では、類似の番号は全体的に類似の要素を指す。相対的な用語及びその派生語は、その時点で説明されているような方向性、又は議論中の図面に示されているような方向性を指すように解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、説明の便宜のためのものであり、特に他が示されていない限り、システムを特定の方向性で構築又は操作することを要求するものではない。
【0016】
定義されたポケット構造は、対向する導電性リード線と電気抵抗層（シャント層）との単一のペアに限定されないことに留意されたい。ポケット構造は、複数のセンサの間に広がっていてもよく、つまり、複数のリード線とシャント層とがポケット構造を共有してもよい。更に、ポケット構造は、第１の区画で圧力を受けているガスが他の区画に再分配されることができるような、相互に接続された複数の区画から構成されていてもよい。
【0017】
図１Ａは、圧力センサ１の実施形態の分解斜視図を模式的に示す。本実施形態は、例えば図示するように、櫛形フィンガーパターンＰにおける２つの隣接する導電性リード線２を含む第１の弾性キャリア３と、ＦＳＲ電気抵抗層４を含む第２の弾性キャリア５とを備え、第１及び第２のキャリアは、スペーサ７によって分離されている。明確にするため、第２のキャリア５は、電気抵抗層４が視認できるように透明に描かれている。
【0018】
図１Ｂは、初期状態の、例えば外力Ｆがない状態の圧力センサ１と、外力Ｆがある状態の圧力センサ１’の側面断面図を模式的に示す。
【0019】
本発明の第１の態様に従って、図示の圧力センサ１は、第１のキャリア３の面上にパターンＰで配置された２つの隣接する導電性リード線２と、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２を分流させるための複合材料Ｅから形成された電気抵抗層４と、を備える。該電気抵抗層４は、第２のキャリア５の面上に配置される。第１及び第２のキャリア３，５は、隣接する導電性リード線がスペーサ７によって規定されたギャップ６を挟んで電気抵抗層４に対向するように、スペーサ７を挟んで積層されている。
【0020】
センサは、図示する導電性要素の向き及び配置に限定するように解釈されるものではないことを理解されたい。例えば、圧力センサ１は、第１のキャリア３上に設けられた電気抵抗層４と、第２のキャリア５上に設けられた少なくとも２つの隣接する導電性リード線２と、を備えるように構成されることもできる。
【0021】
図示の実施形態において、電気抵抗層を含む第２のキャリア５は、ギャップ６を横切る方向に及ぼされる力Ｆを受けて、電気抵抗層４と少なくとも２つの隣接する電気伝導性リード線２との間のギャップ６を縮小し、少なくとも２つの隣接する電気伝導性リード線２を分流して、リード線間に「Ｚ」と記された電気回路を閉じるように、伸縮可能である。回路の総合抵抗率は、リード線のバルク抵抗率と、電気抵抗層４（シャント層）のバルク抵抗率と、リード線とシャント層の間の接触抵抗の合計であると理解することができる。なお、全体の抵抗率は、電気抵抗層４とリード線との間に接触が形成される面積Ａに応じて変化する。ギャップ６は、キャリアの間のポケット８によって形成される。ポケットの高さ「ｈ」は、ギャップを横切る距離を定義する。ポケット８の幅「ｗ」は、スペーサ７の対向する側壁部分の間の距離によって定義される。ポケットにはガス「Ｇ」が充填されており、使用時には加えられた力Ｆを少なくとも部分的に打ち消す。ポケットの幅は、キャリアがスペーサによって支えられていない支点間距離を定義する。静止状態では、例えば、外部からの力を受けていない状態では、ガスはキャリアをギャップ上で分離した状態に保つことに寄与する。
【0022】
いくつかの好ましい実施形態において、ガスは、加えられた力が解放された際に、圧力センサ１に含まれている１つ以上の層（キャリア）を分離するのに寄与する。
【0023】
伸縮可能なキャリアの一方には、少なくとも２つの隣接する導電性リード線が設けられる。これらのリード線は、長さにわたって距離を置いて配置された一対の隣接する導電性リード線から形成されることができ、パターン「Ｐ」によって定義された形状に形成されることができる。このパターンは、距離を隔てて平行に隣接する少なくとも２つのリード線を含む。パターンは、櫛形のフィンガー電極設計も含むことができる。代替的に、パターンは、複数の隣接する導電性リード線、例えば、距離を隔てた３、４、又はそれ以上のリード線を規定してもよい。更に代わりに、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２は、隣接する部分が互いに距離を置いて蛇行する単一の導電性トラックによって形成されてもよい。
【0024】
導電性リード線は、導電性材料を含む組成物から形成されることが理解されるだろう。
この組成物は、電気的絶縁性材料と、導電性粒子のような導電性材料と、の混合物から形成されてもよい。好適な実施形態において、この混合物は、マトリクスを形成する高分子の伸縮可能なバインダと、導電性粒子の導電性ネットワークと、から形成される。好ましくは、導電性粒子は、金属粒子及び金属ナノ粒子、金属含有粒子及びナノ粒子、グラファイト粒子及びナノ粒子、カーボン粒子及びナノ粒子、カーボンナノワイヤ、導電性ポリマー粒子及びナノ粒子、及びそれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは、銀含有粒子、銀粒子、銅粒子、銅含有粒子、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ、グラファイト粒子、カーボン粒子、及びそれらの混合物からなる群から選択され、更に好ましくは、グラファイト粒子、カーボン粒子、及びそれらの混合物から選択される。混合物は、任意に、導電性ポリマーのような他の導電性材料、又は安定剤のような他の添加剤を含むことができることが理解されるだろう。
この組成物は、電気的絶縁性材料と、導電性粒子のような導電性材料と、の混合物から形成されてもよい。好適な実施形態において、この混合物は、マトリクスを形成する高分子の伸縮可能なバインダと、導電性粒子の導電性ネットワークと、から形成される。好ましくは、導電性粒子は、金属粒子及び金属ナノ粒子、金属含有粒子及びナノ粒子、グラファイト粒子及びナノ粒子、カーボン粒子及びナノ粒子、カーボンナノワイヤ、導電性ポリマー粒子及びナノ粒子、及びそれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは、銀含有粒子、銀粒子、銅粒子、銅含有粒子、銀ナノワイヤ、銅ナノワイヤ、グラファイト粒子、カーボン粒子、及びそれらの混合物からなる群から選択され、更に好ましくは、グラファイト粒子、カーボン粒子、及びそれらの混合物から選択される。混合物は、任意に、導電性ポリマーのような他の導電性材料、又は安定剤のような他の添加剤を含むことができることが理解されるだろう。
【0025】
いくつかの実施形態において、導電性リード線は、少なくとも２つの隣接する導電性リード線の間の抵抗率を測定するための装置に接続するためのタブ１１（図４Ｂを参照）を含む。いくつかの好ましい実施形態において、タブは、少なくとも一部が誘電体材料で覆われており、タブ及び／又はリード線の短絡を防止する。
【0026】
上述したように、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２を含む第１のキャリア３と、電気抵抗層４（シャント層）を含む第２のキャリア５と、の少なくとも一方、好ましくは両方が、伸縮可能である。圧力センサ１に、導電性リード線と、それぞれ抵抗層とを含む少なくとも１つの伸縮可能なキャリアを設けることで、センサの長期的な信頼性を向上させることができる。センサに伸縮可能な部品を設けることで、圧力測定の再現性を更に改善することができる。少なくとも２つの隣接する導電性リード線２を含む伸縮可能な第１のキャリア３と、電気抵抗層４とを含む伸縮可能な第２のキャリア５と、伸縮可能なスペーサとを備えることにより、これらの利点を更に向上することができる。
【0027】
上述したように、ポケットの高さ「ｈ」は、ギャップを横切る距離を定義する。ポケット８の幅「ｗ」は、スペーサ７の対向する側壁部分の間の距離によって定義される。好適な実施形態において、ポケットの高さ「ｈ」は、好ましくは０．５～２００ミクロンの範囲にあり、より好ましくは５～５０ミクロンの範囲にあり、幅は０．５ｃｍより大きく、好ましくは１～２ｃｍである。ポケット内にガスを閉じ込める（ガス流量制限を設ける）ことにより、及び／又はポケットの寸法を最適化する、例えばスペーサの厚さ、形状、及び／又は寸法を最適化することにより、弾性キャリアのたるみを低減する、及び／又は力を加えた後の回復を改善することができる。
【0028】
更に、発明者らは、所定のキャリア剛性について、ギャップの高さ及び／又はポケットの幅を使用して応答条件を調整できることを発見した。短いギャップと比較して、長いギャップは、力を加えた際に、電気抵抗層４がリード線２を分流するまでに、まず比較的大きな距離を克服する必要があるため、比較的大きな力に対してより感度が高くなる。更に、より多くのガスが封入されると、加えられた力に対してより高い逆圧が発生する可能性がある。リード線２が比較的抵抗層の近くに配置されているセンサは、小さな力の領域でより感度が高くなる。同様に、ポケットの幅が広いセンサは、ポケットの幅がより狭いセンサと比較して、小さな力の条件での感度が比較的高くなる。換言すると、距離が長い場合の対向するキャリアを接触させるために必要な力Ｆは、ギャップを閉じるためにキャリアの単位長さあたりの伸びが必要となる、距離が短い場合のそれと比べてより小さくなる。
【0029】
いくつかの好適な実施形態において、スペーサは、高さ「ｈ」及び幅「ｗ」を備える開口を定義する環状スペーサである。環状スペーサは、内周、例えばリング／正方形の形状を有すると理解することができる。任意に、図２Ａに示すように、ポケットは、電気抵抗層４と導電性リード線とが互いに接触する幅よりも大きい寸法とされてもよい。任意に又は付加的に、ポケットは、例えば図２Ｂに示すような複数の相互接続された区画を備えてもよい。このようにして、ポケット内に設けられた体積により、ガスＧを再分配して反力を低減することができる。
【0030】
図１Ａに示すスペーサ７は、流量制限を形成する側壁に開口部７’を有する。流量制限は、例えば、小さな開口部、例えば、材料、例えば、キャリアの自然な多孔を含む多孔、を備え、流量制限がガスの流れを妨げるように、例えば、使用時に加えられる圧力が加えられるタイムスケール（例えば、数十秒まで、例えば、３０秒）で加えられる圧力に少なくとも対抗するためにガスがポケット内に留まる限り、ガスの流れを阻害する。換言すると、外力が加えられると、仮に小さな開口部が設けられていても、ガス閉じ込め構造内の圧力は平衡圧力から遠ざかる。理論に拘束されることを望むものではないが、発明者らは、ポケット内のガスが加えられた力に対抗する能力及び／又はギャップ上でキャリアを分離する能力は、キャリアが内側へ屈曲する際にポケット内のガスの圧力が増加することに関係すると考えている。換言すると、ポケットの容積を減少させると、ポケット内の圧力の増加が、容積の減少を少なくとも部分的に打ち消す。
【0031】
いくつかの好適な実施形態において、導電性リード線２、電気抵抗層４、及び第１及び第２のキャリア３、５のうちの１つ以上が弾性的に伸縮可能である。弾性的に伸縮可能なキャリア、弾性的に伸縮可能な導電性リード線、及び／又は弾性的に伸縮可能な層４を使用することは、使用時に、及ぼされる力を打ち消し、及び／又はポケット構造内のガスを再分配することに貢献することができる。弾性的に伸縮可能なキャリアの使用は、使用時に、力Ｆの解放時にキャリアの形状を復元することに寄与する、例えば、ギャップ上でキャリアを分離するのに役立つことができる。好ましくは、導電性リード線２、電気抵抗層４、及び第１及び第２のキャリア３、５の１つ以上は、０．００１～１ＧＰａの範囲のヤング率、より好ましくは０．０１～０．２ＧＰａの範囲のヤング率、例えば、約１０２（１０^２）ＭＰａ又は１０１（１０^１）ＭＰａのヤング率を有する。
【0032】
他の又は更に好適な実施形態では、第１のキャリア、第２のキャリア、及びスペーサの１つ以上が、熱可塑性ポリマーを含む組成物から形成されている。有利には、熱可塑性ポリマー材料は、一緒に融着されてもよい。例えば、熱可塑性ポリマーシートは、圧力及び熱を加えることによって共に積層されてもよい。また、熱可塑性ポリマーを含む組成物を使用することによって、熱の影響下で、簡単な処理工程でキャリア及び／又はスペーサを互いに対して固定することができる。詳細は後述するが、熱可塑性ポリマーを含む組成物を用いることで、圧力センサ１の製造が簡略化される。熱可塑性ポリマーを含む組成物を使用することで、テキスタイルシート及びテキスタイル製品のような、更なるキャリア、層及び物品にセンサを接着又は統合することを含む、更なる製造ステップにおける複雑さをより軽減することができる。いくつかの好適な実施形態において、１つ以上のキャリアが、テキスタイルと同様の柔軟性及び伸縮性を有することができる。圧力センサは、テキスタイルに適用されてもよく、例えば、テキスタイルに接着されてもよい。熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を含む組成物を有するキャリアが好適であることが発見された。いくつかの実施形態において、１つ以上のキャリアは、ＴＰＵ層、例えばＴＰＵシートである。いくつかの実施形態では、通常の使用下で１％未満の残留歪みを有するＴＰＵ基板を使用する。適切なＴＰＵ基板は、これらに限るものではないが、DuPont社のＴＥ－１１Ｃ及びDelstar社のＥＵ０９５を含む。偏見に反して、発明者らは驚くべきことに、ＴＰＵベースの材料、例えば低残留歪みを有するＴＰＵ材料が、圧力センサのキャリアとしてうまく使用できることを発見した。更に、ＴＰＵを含む製品、例えばテキスタイルは、ユーザにとって、例えば着用者にとって快適な、例えば柔らかい感触であることができる。熱可塑性ポリマーを含むキャリア、例えばＴＰＵキャリアから形成された圧力センサ１は、更に耐水性であってもよい。更に、熱可塑性ポリマーを含むキャリアを備える圧力センサ、又はそのようなセンサを含むテキスタイル製品は、圧力検知機能を損なうことなく洗濯可能であってもよい。例えば、本発明者らは、上述したＴＰＵキャリアで形成された本発明に係る圧力センサが、圧力感知機能を損なうことなく、３０℃で２０回まで洗濯機で洗えることを発見した。
【0033】
図３Ａは、初期状態の複合材料Ｅと、長さΔＬにわたって延伸された状態の複合材料Ｅ’を通る、破線と矢印とで示された電気伝導経路の断面図を模式的に示す。複合材料Ｅは、ポリマーマトリクスＵ中の導電性マイクロ粒子Ｍの相互接続されたネットワークを備える。
【0034】
圧力センサ１の好適な実施形態において、電気抵抗層４の複合材料Ｅは、例えば図３Ａに示すように、ポリマーマトリクスＵ、好ましくは熱可塑性ポリマーマトリクス中の導電性マイクロ粒子Ｍの相互接続されたネットワークを備える。導電性マイクロ粒子Ｍは、導電性リード線に適した組成物を説明するセクションで前に挙げた他のタイプの導電性粒子と同様に、炭素質マイクロ粒子を含むと理解してよい。同様に、電気抵抗層４のための複合材料Ｅは、これらに限るものではないが、導電性ポリマー及び安定剤を含む更なる添加物を含むことができる。ポリマーマトリクスＵに対する導電性微粒子Ｍの体積比は、導電性微粒子Ｍのパーコレーション閾値を超える。このようにして、電気抵抗層４のサイズのオーダーの長さを有する熱可塑性ポリマーマトリクスＵ全体に導電性経路を形成することができる。換言すると、導電性微粒子の大きさ及び量は、複合材料Ｅが導電性であるように選択される。
【0035】
図３Ｂは、ポリマーマトリクスＵに導電性微粒子Ｍを分散させて形成された複合材料のパーコレーション閾値ＰＴを模式的に表す。図では、複合材料の電気抵抗Ｒが、所定のサイズの導電性微粒子Ｍの体積量の関数としてプロットされている。低負荷時では、つまり、パーコレーション閾値以下では抵抗値が高い。この条件では、導電性粒子は隔離されたクラスターで存在していると考えられる。抵抗値は、マトリクスの特性に支配されると考えられる。負荷が高くなるにつれ、マトリクス内の粒子がより大きなクラスターを形成し始めるため、抵抗値が低下する。高負荷時では、粒子が相互接続されたクラスターがマトリックス全体に通路を形成するため、抵抗値はより低い値で安定する。
【0036】
いくつかの好適な実施形態、例えば、電気抵抗層を含むキャリアが１０％、好ましくは２０％まで伸縮可能であると定義されている実施形態では、複合材料Ｅが延伸された場合でも、熱可塑性ポリマーマトリックスＵに対する導電性マイクロ粒子Ｍの体積比はパーコレーション閾値を上回る。延伸してもパーコレーション限界を上回る組成物を使用する利点には、導電性、例えば、電気抵抗層などの導電性が歪み（力／圧力）に強く依存せず、全面に均一であることが含まれる。圧力センサの抵抗率は、主に力に依存する接触面積と接触抵抗とに依存する。抵抗率は、有利には、センサに含まれる材料の固有の抵抗率から切り離すことができる（つまり、好ましくは、力に依存しない導電性を有する材料を使用する。好ましくは、電気抵抗層４は、１ｋΩ／ｃｍ２～２ｋΩ／ｃｍ２範囲のシート抵抗率、例えば５ｋΩ／ｃｍ２又は２００ｋΩ／ｃｍ２、好ましくは１０ｋΩ／ｃｍ２～１００ｋΩ／ｃｍ２の範囲のシート抵抗率、例えば２０ｋΩ／ｃｍ２又は５０ｋΩ／ｃｍ２のシート抵抗率を有する。好適な実施形態において、圧力センサが提供され、電気抵抗層は、１～５００ｋΩ／ｃｍ２の範囲、好ましくは１０ｋΩ／ｃｍ２～１００ｋΩ／ｃｍ２の範囲、好ましくは約３０ｋΩ／ｃｍ２シート抵抗率を示す。
【0037】
発明者らは、使用時にシートの抵抗率を記載の範囲内にすることで、効率的な読み出し取りが容易になる、及び／又は力に依存する接触領域Ａの抵抗を決定する精度が向上することを見出した。伸縮可能な電気抵抗層４を形成するために適した複合体は、マトリクスがウレタン系ポリマーを含み、導電性成分が炭素質、例えばグラファイト系粒子を含む伸縮可能なカーボンペーストを含む。そのような材料の例は、EMS CI-2051、Dupont PE671を含む。抵抗率は、例えば、追加の伸縮可能な誘電体又はカプセル化剤（例えば、Dupont PE773、EMS DI-7540）を加えることによって、指定された範囲内の値に調整することができる。発明者らは、伸縮性のあるシャント層（電気抵抗層）を含む例示的な実施形態が、１４日間で２０００回（cycle）を超えて繰り返し加えられる力を確実に且つ再現性よく測定できることを発見した。実験的証拠を示す図９Ａを参照。驚くべきことに、ヒステリシス（外力を加えた時と離した時の接触面積の差）は悪化しないようである。
【0038】
図４Ａは、２つの隣接する導電性リード線２について、パターンＰの実施形態を模式的に表す。左側では、パターンは、平行な櫛形電極形状でレイアウトされている。右側では、螺旋状の電極形状である。図４Ｂは、読み出し手段に接続するためのワイヤ及びタブ１１を含む、様々な寸法、電極幅及び間隔を有する平行な櫛形電極形状、及び螺旋状電極形状のためのパターンＰの例示的な実施形態を表す。図４Ｃは、平行及び螺旋状電極の設計のための同様の寸法のパターンＰの実施形態について、力Ｆに依存する接触面積Ａの変化を模式的に示す。図５Ａ及びＢは、異なる寸法の数について平行電極及び螺旋状電極の設計を備える圧力センサの実施形態について、記録された力－電力トレースを表す。
【0039】
国際公開第２０１８／１８９５１６号は、平行櫛形フィンガー電極設計を使用するシャント型の圧力センサを開示する。そのような電極（例えば、図４Ａ左）では、多数の導電性ストリップが共通電極から延び、平行なフィンガーのアレイを備える第１の電極を形成する。第２の電極のフィンガーは、第１の電極のフィンガーの間に延在する。
【0040】
好ましくは、ギャップの閉鎖時に、少なくとも２つの隣接する導電性リード線と電気抵抗層４との間に、徐々に増加する力依存の接触面積を形成するように配置された本発明に係る圧力センサのパターンＰである。シャント型の圧力センサに平行な櫛形フィンガー電極設計を使用することの欠点は、これらが、例えば、接触面積の段階的な増加を含む不均一な力－抵抗関係に一般的に影響を受けることである。発明者たちは、これは、隣接する電極とシャント層との間の接触面積Ａが不均一な変化になることが原因ではないかと発明者らは考えている。明確にするために、平行な櫛形フィンガー電極設計と、平行な電極を分流する柔軟な電気抵抗層とを備える圧力センサの実施形態について、加えられた力の関数としての接触面積の変化を模式的に示す図４Ｃ（左）を参照されたい。適切な力を加えると、電気抵抗層（図示せず）が電極に向かって屈曲し、Ａ１と記された破線の円で記された初期接触（ポイント）領域が形成される。例えば、ますます大きな力を加えることによって、電気抵抗層が更に延び、接触面積が増加する。接触面積が徐々に増加し、例えばＡ１からＡ２を経てＡ３へと徐々に増加しても、層間の実際の電気的接触面積は滑らかに増加しない。接触面積に更に指が追加されることで、接触面積が急激に変化する。少なくとも２つの隣接する導電性リード線２の間の抵抗は、電気抵抗層４との接触面積に応じて変化するため、この効果はセンサの不均一な力－抵抗信号に反映される。図５Ａは、様々な寸法の櫛形平行電極を有する圧力センサの実施形態について、記録された力－電流トレースを表す。曲線から理解できるように、櫛形平行電極を用いたセンサは、特定の力においてステップ状の応答を示す。
【0041】
少なくとも２つの隣接する導電性リード線を、シャント層との接触面積が徐々に増加するような設計にすることで、このような動作を軽減することができる。つまり、このような急激な変化の数や大きさを減らすことができる。また、フィンガーの幅を小さくすることで、つまり、より細かく、より間隔の狭いフィンガーを多く使用することで、この効果を軽減することができる。しかしながら、この方法では、大量生産の方法では達成できない精度が必要となる。例えば、幅が５ｍｍの電極の設計は、５０本のフィンガーと同じ幅のギャップとを持ち、この設計は、スクリーン印刷のような一般的な印刷技術では対応できない精度を必要とする。
【0042】
発明者らは、少なくとも２つの隣接する導電性リード線が螺旋状のパターンに配置された電極設計が、印刷技術との互換性を保ちつつ、徐々に増加する接触面積を形成できることを見出した。また、発明者らは、螺旋状の設計にすることで、適用される圧力の増加に伴う接触面積の急激な変化が起こりにくくなることを見出した。螺旋状では、２つ以上の電極が、互いに一定の距離で中心点の周りを螺旋状に回っている。図４Ｃ（右）は、２つの電極がそれぞれ、配線（図示せず）に接続する前に中心点の周りを１回転する様子を示す。接触面積がＡ１からＡ３に増加するにつれて、シャント層と電極とが接触する面積は滑らかに増加し、例えば、力を増加させても、接触領域の電極の数は一定である。電極の回転数は、所定の面積であれば、例えば５ｍｍであれば、大きくすることができる。例えば、回転数は、０．５～５０回、又はより多く１００回までとすることができる。しかし、このような高精度は必要ではなく、本発明者らは、少ない回転数を有するパターンＰが良好に機能し、且つ、スクリーン印刷のような大量生産方法にも適合することを見出した。従って、螺旋状パターンの回転数は、好ましくは０．５～１０の範囲、例えば８、より好ましくは０．５～７の範囲、例えば５、最も好ましくは０．５～４の範囲、例えば１又は２である。図５Ｂは、様々な寸法の螺旋状平行電極を有する圧力センサの実施形態について、記録された力－電流トレースを示す。この曲線から理解できるように、螺旋状の電極を持つセンサは、図５Ａの平行な櫛形のフィンガーを持つ構造とは対照的に、圧力の関数としてより滑らかで連続的な応答を示す。
【0043】
図５Ｂから明らかなように、少なくとも２つの隣接する導電性リード線（例えば螺旋状）の寸法及び形状は、センサの感度範囲を調整するために使用することができる。例えば、「α」と記された一番上の曲線は、比較的低い力の第１の領域で高い感度、つまり傾きを示し、続いて比較的高い力の第２の領域で低い感度を示し、「β」と記された曲線は、示されている力の範囲でより均一な感度を示す。このようにパターンを変えることで、異なる感度を持つセンサ、及び／又は異なる力条件で最大の感度を持つセンサを作ることができる。パターンは、リード線の数の変化、リード線の幅の変化、リード線の間隔の変化、リード線の長さの変化、リード線の形状の変化のうち、１つ以上を含むように変化させることができる。例えば、螺旋状のパターンでは、外側に向かって細くなるような幅のリードを設けることができる。このようにして、力に依存する接触面積の最大増加量を、より大きな力に対して調整することができる。
【0044】
いくつかの実施形態において、更に、本発明は、隣接する少なくとも２つの導電性リード線２及び電気抵抗層４のうちの１つ以上が、バンプ及び窪みを備える表面粗さを有する圧力センサに関する。図６Ａは、電気抵抗層のエンボス加工ステップを模式的に示す。このステップでは、電気抵抗層４を備えるキャリア、例えば第２のキャリア５が、金型１２を用いてエンボス加工される。エンボス加工の後、高さのあるレリーフが電気抵抗層４にエンボス加工される。任意に、パターンはキャリア５にもエンボス加工されてもよい。代わりに、電気抵抗層は、予めエンボス加工されたキャリア上に設けられても。図６Ｂは、エンボス加工された電気抵抗層４の顕微鏡写真を示す。図６Ｃは、圧力センサ１の実施形態の側面断面図を模式的に示す。この実施形態は、例えば図示のように、櫛形フィンガーパターンＰの２つの隣接する導電性リード線２を含む第１の弾性キャリア３と、ＦＳＲ電気抵抗層４を含む第２の弾性キャリア５と、を備え、第１及び第２のキャリアは、スペーサ７によって分離され、ガスＧを含むギャップ６及びポケット構造８を規定する。圧力センサ１の別の又は更なる好適な実施形態において、例えば図６Ｃに示すように、導電層４及び／又は少なくとも２つの隣接する導電性リード線２は、レリーフパターンが設けられている。好ましくは、レリーフは、１～５０μｍの範囲の高さを備え、例えば約２０μｍの高さを備える。高さのあるレリーフを設けることの利点は、低力条件での改善された精度及び／又は線形性を有するセンサを形成することができることである。発明者らは、突起による導電層４及び／又は導電性リード線２における付加的な表面積が、圧力センサにおける改善された線形性に寄与すると考える。また、接触面積だけでなく、接触抵抗もより強く接触による影響を受けるだろう。使用時において、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２及び電気抵抗層４の表面部分が、外部から加えられた力の影響下で接近して接触する場合、層の間にガスが閉じ込められることがある。このガスは、層間の効果的な接触形成を妨げることがある。レリーフは、ガスが構造体の窪み内に存在し、流れることを可能にする。図６Ｄ、図１１、及び図１２を参照されたい。図６Ｄは、エンボス加工された電気抵抗層４を有する圧力センサ１のリード線間で測定された抵抗値を表す。低い力では、記録されたリード線間の抵抗値は高い。２０ｋＰａ以上のより高い力では、電気抵抗層４がリード線を分流し、抵抗値は安定した低い値に低下する。図６Ａに関連して説明したように、レリーフは、エンボス加工によって提供されてもよく、３Ｄ蒸着法及びアブレーション法を含む、このようなレリーフを提供するために適した他の方法によって提供されてもよい。
【0045】
図１１Ａ－Ｂは、２種類の圧力センサを模式的に示す。図１１Ａのセンサでは、電気抵抗層４にバンプ４’のレリーフ構造が設けられている。図１１Ｂのセンサでは、レリーフを含まないが、それ以外は同一である。外力がゼロのとき、キャリア３及び５は、キャリアとスペーサ７の側壁との間に規定されたポケット構造８のギャップ６を挟んで分離される。このポケットにはガスＧが充填されている。スペーサは、側壁に大きな隙間又は開口部を含まず、微細孔の形をした流量制限７’を備える。前述と同様に、キャリアとスペーサの側壁との間に規定されたポケットは、圧力センサにかかる外力を少なくとも部分的に打ち消すガスが充填されたガス閉じ込め構造を規定しており、ポケット内ではガスが最初は自由に再分配される。ポケットの外側への流れは制限される。このように、このポケット、及び本発明に係る全ての実施形態のポケットは、ガス流量制限を備えると理解することができる。ガス流量制限は、例えば外力が加わった際に、ガスがポケット構造から出るのを妨げる。図示のような実施形態において、導電層４は、マイクロパターン化されたレリーフ構造、例えばバンプ４’を備える。レリーフパターンは、代替的に又は付加的に、同じ効果を備えてリード線に提供されてもよいことが理解されるだろう。同様に、レリーフパターンは、それぞれの材料を堆積させた後に、例えばエンボス加工によって適切に提供されてもよいことが理解されるだろう。代替的に又は付加的に、レリーフパターンは、予めパターン化されたキャリア上に設ける、例えばオーバープリントすることができる。
【0046】
力が大きくなると、キャリア間の分離（ギャップ）が徐々に小さくなる。この場合では、キャリアの接近は、スペーサ７の圧縮にのみ関連する単純化された方法で、示されている。本明細書に開示されている他の実施形態と同様に、キャリアの屈曲もギャップの減少に寄与可能であることが理解されるだろう。キャリアが接触すると、少なくとも２つの隣接する導電性リード線は、電気抵抗層によって分流される。この図示された実施形態において、電気抵抗層４に設けられたレリーフパターンの頂部を介してリード線間に電流が流れる可能性がある。力の増加に伴い、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２と、電気抵抗層に設けられた微細構造との間の接触面積は、例えばバンプ４’及び／又は電気抵抗層４の圧縮に伴って、徐々に増加する。このように、接触面積（説明したように、センサの応答に直接関係する）は、リード線に接触するバンプの数と、そのようなバンプとリード線との接触面積との両方に依存する。両方とも圧力に依存するため、請求項に記載された種類の圧力センサは、改善された性能を示す、例えば、線形性の向上及び応答ウィンドウの拡大による利点を示すことがわかった。
【0047】
ガスがポケットから出ることを阻害する（妨げる）ことは、外部圧力が減少又は完全に除去されると、センサのキャリアを初期の分離された開始位置に戻すために貢献することが分かった。ガス流量制限を設けることにより、第１のセンサのポケットから環境（周辺）に向けて、及び／又は隣接する第２の圧力センサのポケットのポケットに向けて、ガスの再分配が緩和される。そのため、隣接するセンサ間のクロスカップリングが緩和される。ガス流量制限を設けることで、所定のセンサ内のヒステリシス、例えば、先行する圧力測定からのセンサの回復が不完全であることの結果としてのヒステリシス（この点に関して、図９Ａ及びその説明も参照）を緩和することが更に分かった。
【0048】
微細構造のレリーフを設けることで、ポケット内のガス分布が改善されることが分かった。ポケット内のガスの流れが再分配されることで、特に低力条件において、センサの応答の線形性が向上すると考えられる。設けられたガス流量制限は、例えば微細孔を介して、過剰な圧力の制御された放出を可能にする過圧弁として理解できる。微細構造のレリーフパターンを有しないセンサについて、バンプとリード線との間の接触面積が徐々に増加することによる有益な効果は基本的にない（図１１Ｂ参照）。
【0049】
本発明者らは、図１２Ａに示すように、センサの応答の線形性が向上することを実験的に確認した。この実験のため、２つの種類のセンサを製造した。第１の種類では、電気抵抗層４に微細構造のレリーフパターンが設けられていない（破線）。第２の種類のセンサ（連続線）は、電気抵抗層にバンプのレリーフパターンが設けられていることを除いて、第１の種類と同一である。加えられる圧力に応じて記録されたリード線間の電流から理解出来るように、バンプを備えるセンサは線形性が向上することが分かった。ポケット構造内の圧力分布（レリーフパターンを設けることによる）は、センサの応答性及び／又は線形性の向上に更に貢献すると考えられる。近接する電気抵抗層との間のスペースにガスが閉じ込められる可能性がある。このような空間に圧力が蓄積すると、例えば、有効な応答ウィンドウが制限される、及び／又はセンサの線形性が制限されるなど、センサの性能を制限する対向するキャリアへの更なる近接が妨げられると考えられる。更に、そのようなスペースに閉じ込められたガスの過剰な圧力は、例えばガス流量制限を介して放出されることができず、その結果、ヒステリシス効果につながる可能性のある、及び／又は更にセンサの永久的な損傷につながる可能性のある圧力が蓄積される。レリーフパターンを設けることで、対向するキャリアが接近するときに、ポケット内のガスの再分配が改善されると考えられ、これにより、ガスは微細構造のバンプの間の窪みに流れて留まり、バンプの頂部内で隣接するリード線の部分的な分流が可能となる。バンプの形状、寸法、及び／又は間隔は、隣接する導電性リード線の形状、寸法、及び／又は間隔に依存することが理解されるであろう。好ましくは、レリーフパターンは、リードのパターンＰと一致しないパターンで提供される。好ましくは、バンプは、リード線との接触時に、少なくとも２つのバンプ（１つの窪み）がリード線上に存在し、ガスがリード線上を流れる（再分配される）ことができるような寸法になっている。
【0050】
図１２Ｂは、３種類のセンサについて実験的に記録されたセンサ応答曲線（加えられる圧力の関数としての電流）を示す。すべてのセンサは、レリーフパターンの配置と寸法を除いて同一である。第１の種類のセンサ（「バンプなし」と記される）では、電気抵抗層は自然発生的な表面粗さだけを備える、つまり、明示的なレリーフ構造は設けられていない。センサの応答は、低圧での初期の比較的小さな応答の後、一定となることが分かった。比較的低い絶対的な応答は、ポケット構造内のガスの圧力分布が不均一であることに起因すると考えられ、例えば、隣接するリード線間に溜まったガスの圧力により、リードと電気抵抗層との接触が妨げられ、電気抵抗層とリード線との間の接触面積が徐々に増加するのを妨げていると考えられる。５０μｍの寸法（幅）を有するバンプが設けられたセンサでは、より広い圧力範囲で直線的な応答が得られた。１００μｍのより広い幅のバンプを有するセンサは、リード線とバンプとの相対的な寸法と間隔に関係があると考えられる中間的な挙動を示すことが分かった。すなわち、比較的大きなバンプは、ガスがポケット全体に再分配されるのにあまり効果的ではなく、例えば、この特定のセンサに備えられた隣接するリード線の間にガスが部分的に閉じ込められることを防ぐことができないことになる。
【0051】
更なる態様によれば、本発明は、圧力検知素子に関する。図７Ａは、圧力検知素子１０の実施形態の側面断面図を模式的に示す。いくつかの実施形態において、例えば図示のように、接着層９、例えばホットメルト接着剤が、圧力センサ１の面に設けられている。接着層は、圧力センサ１を更なる製品、例えば、床材部品又はテキスタイル製品に接着するために適することができる。代わりに、圧力検知素子１０は、人及び／又は動物の皮膚の領域に適用するために適していてもよい。このような用途では、接着層９は、好ましくは皮膚適合性の感圧接着剤であることが理解されるであろう。
【0052】
更に別の態様によれば、本発明は、テキスタイル１００上にラミネートされた圧力検知シートに関する。図６Ｂは、テキスタイル１００上にラミネートされた圧力検知シートの実施形態の透視図を模式的に示す。いくつかの実施形態において、圧力センサは、テキスタイルシートに接着、例えば、糊付けされてもよい。好ましくは、テキスタイルへの接着は、熱可塑性ポリマーを用いて達成される。熱可塑性の接着剤を使用して、センサをテキスタイルシートに融着させる、例えば、ラミネートすることができる。そのような接着剤は、DuPont社のＴＥ－１１Ｃフィルム又はBemis社のＳＴ６０４のようなＴＰＵフィルムに予め塗布されている。図７Ｃは、圧力センサ１のアレイを備えるテキスタイルにラミネートされた圧力検知シート（圧力検知テキスタイルシート）の写真を表す。図示されている実施形態では、テキスタイルはキャリアを形成し、キャリアの上に電気抵抗層４を備える圧力検知シートがラミネートされる。読み出し装置に接続するためのタブ１１は、周辺位置に設けられる。好ましい実施形態では、例えば、図７Ｃに示すように、圧力検知テキスタイルシート１００は、複数の圧力センサ、好ましくはアレイ状の圧力センサを備える。複数の、例えばアレイを使用することで、ユーザはシートにかかる圧力分布を測定することができる。例えば、テキスタイルシートの表面に置かれたアイテムから生じる圧力分布である。間隔を空けたセンサの２Ｄアレイを提供することで、力や圧力を繊維シート上の空間的な位置に相関させることができる。いくつかの実施形態において、例えば、図９Ｂ及び１０を参照して示すように、センサ１はパッシブマトリックス構成に構成される。例えばパッシブマトリクス構成で、間隔を空けて配置された圧力センサのアレイを備える圧力検知テキスタイルシート１００は、テキスタイルシート上に配置された物品の形状及び／又はサイズを識別するために使用することができる。いくつかの実施形態では、２Ｄアレイのセンサは、０．１～１０ｃｍの範囲の距離、好ましくは０．５～５ｃｍの範囲、例えば１又は２ｃｍの距離で間隔を空けて配置される。
【0053】
他の又は更なる実施形態において、圧力検知テキスタイルシート１００の圧力センサ１は、異なる寸法である。異なる寸法のセンサを備えるアレイは、単一の圧力センサよりも大きな力検知条件にわたって力を検知することができる。異なる寸法の圧力センサ１を有する圧力検知テキスタイルシート１００は、広い圧力範囲にわたって力を測定することを可能にすることができる。従って、圧力検知テキスタイルシート１００は、テキスタイルシート上で進ませた物、例えば、物品の重量、又は人の身体部分の重量を識別するために使用することができる。異なる寸法のセンサは、本明細書で説明したように、異なる検知範囲を有してもよい。異なる寸法のセンサとは、ポケットの寸法が、例えば幅が異なること、レリーフの高さが異なること、電極の幅、間隔、隣接する電極間の間隔を含む少なくとも２つの隣接する導電性リード線の設計が異なること、のうち１つ以上を含むと理解することができる。有利なことに、挙げられた変形は、本明細書で以下に説明する製造方法に容易に組み込むことができる。任意に、アレイは、ポケットの高さが異なる、つまりギャップを横切る距離が異なるセンサを備えてもよい。
【0054】
図８Ａは、圧力センサのアレイを構成するマットレス（matrass）１０００の実施形態の透視図を模式的に示す。更に別の態様によれば、本発明は、圧力センサ１を備える製品及び／又は圧力検知テキスタイルシート１００を備える製品に関する。一実施形態において、圧力分布検知製品１０００は、圧力検知テキスタイルシート１００を備える。好ましくは、製品１０００は、異なる寸法のセンサを備える圧力検知テキスタイルシートを備える。例えば、製品は、圧力センサ（１）のアレイを有する圧力検知シート（１００）で覆われたマットレススであってもよい。このようなマットレスは、マットレラスの上にいる人の存在を検出するために使用することができる。更に、そのようなマットレスは、マットレス上の人の位置及び／又は向き、例えば、座っているか又は横になっているか、及び／又は向き、例えば、横になっている間の向きを検出するために使用することができる。例えば、マットレスは、マットレス上の物体の存在を検出する、例えばマットレス上に横たわっている人を検出するための第１のセンサセットと、例えば、製品上の人の心拍又は呼吸の動きを検出するなど、人がマットレスに及ぼす力の小さな変化、例えば変動を検知するための第２のセンサセットとを有するアレイを備えてもよい。本発明は、本明細書に記載された圧力センサとの統合から恩恵を受ける他の製品にも関連することが理解されるであろう。これらの製品は、これらに限るものではないが、寝具のシーツ及び毛布、スポーツウェア等の衣料品、腕時計のストラップ等の宝飾品、シート、カーシート及びクッション等の家具及び椅子張り、カーペット等の床材を含む。
【0055】
更に別の態様によれば、本発明は、圧力センサ、好ましくは本明細書で上述したような圧力センサを製造する方法に関するものである。一実施形態において、例えば図８Ｂに示すように、本方法は、第１のキャリア３を提供するステップ２１と、第２のキャリアを提供するステップ２２と、第１のキャリア３の面上にパターンＰで少なくとも２つの隣接する導電性リード線２を提供するステップ２３と、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２を分流するための電気抵抗層４を形成するために第２のキャリア５の面上に複合材料Ｅを堆積させるステップ２４と、スペーサ７を提供するステップ２５と、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２がスペーサ７によって規定されたギャップ６を挟んで電気抵抗層４に面するように、スペーサ７を挟んで第１及び第２のキャリア３、５を積層するステップと、を備える。積層するステップは、接着を含むことができる。センサに関連して上述したように、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２を含む第１のキャリア３及び／又は電気抵抗層４を含む第２のキャリア５は、ギャップ６を横切る方向に作用する力Ｆを受けたときに、電気抵抗層４と少なくとも２つの隣接する導電性リード線２との間のギャップ６を小さくして、少なくとも２つの隣接する導電性リード線２を力に依存する接触領域Ａにわたって分流させるように、伸張可能である。ギャップ６は、キャリア間のポケット８によって形成され、ガスが充填されている。ポケットは、キャリア間のガス閉じ込め構造を定義しており、この構造には、及ぼされる力Ｆを少なくとも部分的に打ち消すガスが充填されている。本方法は、記載されたステップの順序に限定して解釈されるものではないことが理解されるであろう。例えば、スペーサ７は、導電性リード線２、電気抵抗層４をそれぞれ設ける前に、キャリアの１つに設けてもよい。
【0056】
リード線及び層５を含む導電性材料は、上述の仕様に従って層を提供するのに適した任意の方法によって提供されることができる。一実施形態において、リード線及び／又は電気抵抗層４は、これに限定するものではないが、リソグラフィ法を含む既知の微細加手段によって提供されてもよい。好ましくは、リード線及び／又は電気抵抗層だけでなく、スペーサも、局所的な堆積法によって提供される。任意に、スペーサは、例えばワッシャのような別個のプリフォーム品として提供されてもよい。好ましくは、スペーサは、リード線及び／又は電気抵抗層と同様の局所堆積手段を用いて提供されてもよい。代わりに、スペーサ７は、第１及び／又は第２のキャリアにパターンをエンボス加工することによって提供されてもよい。
【0057】
センサに関連して上述したように、導電性リード線は、導電性材料を含む組成物から形成されていることが理解されるであろう。更に、導電性リード線２及び／又は電気抵抗層４は、そのような材料と溶媒との混合物、例えばdupont PE873、EMS CI-1036のような伸縮可能な導電性インクであるインク「Ｉ」から形成されてもよいことが理解されるだろう。このインクは、溶媒の除去時に、記載されているような導電性組成物を形成するように選択されてもよい。
【0058】
好適な実施形態において、少なくとも２つの隣接する導電性リード（２）を提供するステップ、及び／又は複合材料（Ｅ）を提供するステップ、及び／又はスペーサを提供するステップは、印刷、好ましくはスクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、ＬＩＦＴ印刷又はインクジェット印刷を含む。有利には、印刷方法は、低コストでの大量製造を可能にする方法の拡張性を改善する。例えば、複数の隣接する導電性リード線を、寸法又は設計が相互に異なる及び／又はキャリアの広い領域にわたって、１回の印刷工程で提供することができる。ここで、複数のセンサ又はセンサ、例えば、センサのアレイを構成するテキスタイルシートを１つのプロセスで製造することができる。加えて、層の印刷はロール・トゥ・ロール方式で行うことができ、更にコストを削減する。
【0059】
第１の及び第２のキャリア３、５とスペーサ７との１つ以上、好ましくは全てが熱可塑性ポリマーを含む組成物で形成されている別の又は更なる好適な実施形態では、積層することは、ラミネートすることを含む。積層することは、本明細書に記載されているように、構成要素と層とを積層して配置し、その後、積層体を熱可塑性ポリマーの溶融温度に加熱することを含む。一般的には、加熱中に力を加えて、積層体内の部品間の接触を確実にする。キャリア及び／又はスペーサを融合させることで、例えばスペーサを貼り付けるための別の接着ステップを不要とすることができる。層を融合することで、例えば、連続した接着工程の間の位置合わせなど、位置合わせ工程の数を更に減らすことができる。有利なことに、ラミネート加工の設定は、ポケットにガスを入れるように配置されている。ガスが充填されたポケットを形成するためのラミネート方法は、これらに限定するものではないが、柔軟なキャリアがスペーサで囲まれた空間に屈曲しないように硬い圧力プレートを使用する方法、又は、エラストマーが載置されるような硬いライナーホイルを使用する方法を含む。代わりに、積層時にスペーサ（ポケット）で囲まれた空間に対応する位置で圧力プレートが積層体に圧力をかけないような寸法と位置とを有する開口部を備える圧力プレートを使用することができる。ラミネート加工は、加熱されたメンブレンプレスタイプのラミネータ、ホットプレスラミネータ又はロールラミネーターを用いて行うことができる。有利なことに、ガス流量制限を備えるポケット構造は、製造プロセス中に対向するキャリア間の分離距離を維持するため、ラミネート加工のような高スループット及び／又は低コストの製造方法を使用することができる。
【0060】
別の又は更なる実施形態において、圧力センサの製造方法は、レリーフパターンを有する導電層４を提供すること、例えばエンボス加工すること、又はまたはレリーフパターン、例えば予め印刷された又は予めエンボス加工されたレリーフパターンを有するキャリア上に導電層をオーバープリントすることを更に含む。
【0061】
いくつかの実施形態では、圧力センサの製造方法は、感圧接着剤（ＰＳＡ）組成物をセンサの外側の表面に設けること、好ましくは印刷することを更に含む。
【0062】
更に別の態様によれば、本発明は、圧力検知テキスタイルシート１００を製造する方法に関連する。特に、本明細書に記載の圧力センサ１を含む圧力検知テキスタイルシート１００である。当該方法は、本明細書で上述したような圧力センサ１を製造するためのステップと、布（テキスタイル）シートを提供するステップと、を含む。任意に、圧力センサ１は、布（テキスタイル）シートに接着されてもよい。好ましくは、布シートは、熱可塑性ポリマー、例えば、上述の熱可塑性ポリウレタンポリマーを含む組成物から形成される。熱可塑性ポリマーを含む組成物から形成されたテキスタイル（布）シートは、説明したラミネーションプロセスで使用されてもよい。従って、圧力センサ１は、テキスタイルシートにラミネートされてもよい。
【0063】
明瞭且つ簡潔に説明するため、本明細書では特徴を同一又は別々の実施形態の一部として説明しているが、本発明の範囲は、説明されている特徴の全て又は一部を組み合わせた実施形態を含むことが理解されるだろう。例えば、環状スペーサについての実施形態を示しているが、同様の機能及び結果を達成するために、当業者が本開示の利点を備える代替方法を想定することもできる。議論され、示された実施形態の様々な要素は、信頼性、テキスタイルとの互換性、及び大量生産方法との互換性のような特定の利点を提供する。もちろん、上記の実施形態又はプロセスの任意の１つを、１つ以上の他の実施形態又はプロセスと組み合わせて、デザインと利点とを見つけて一致させる上での更なる改善を提供することができることを理解されたい。本開示は、圧力検知テキスタイルに特別な利点を提供し、一般的には、柔軟な基板に統合された圧力センサを有する任意のアプリケーションに適用できることを理解されたい。
【0064】
添付の特許請求の範囲を解釈する際には、「備える」という言葉は、所定の請求項に記載されたもの以外の要素又は行為の存在を排除するものではなく、要素の前にある「a」又は「an」という単語は、そのような複数の要素の存在を排除するものではなく、請求項における参照符号は、その範囲を限定するものではなく、いくつかの「手段」は、同じ又は異なる項目若しくは実施された構造又は機能によって表されることがあり、開示された装置又はその一部は、特に他が記載されていない限り、一緒に組み合わせる、更なる部分に分離することができることを理解すべきである。ある請求項が他の請求項を参照している場合、これはそれぞれの特徴の組み合わせによって達成される相乗的な利点を示している可能性がある。しかし、ある手段が相互に異なる請求項に記載されているという事実だけで、これらの手段の組み合わせも有利に使用できないことを示すものではない。従って、本実施形態は、文脈から明らかに除外されていない限り、各請求項が原則として先行する請求項を参照することができるように、請求項のすべての動作の組み合わせを含むことができる。
【0065】
［付記］
［付記１］
テキスタイルシートにラミネートされ、圧力検知テキスタイルシート（１００）を形成する圧力センサ（１）であって、
第１の弾性キャリア（３）の面上にパターン（Ｐ）で配置された少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）と、
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントするための抵抗性複合材料（Ｅ）から形成された電気抵抗層（４）であって、該電気抵抗層（４）が第２の弾性キャリア（５）の面上に配置された、電気抵抗層（４）と、
を備え、
前記第１及び第２の弾性キャリア（３、５）が、スペーサ（７）を挟んで積層されて、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）が、前記スペーサ（７）によって規定されたギャップ（６）を挟んで前記電気抵抗層（４）に面するようにすることで、前記圧力センサにかかる力（Ｆ）に少なくとも部分的に対抗するガスが充填されたガス閉じ込め構造を規定するポケット構造（８）を形成することを特徴とし、前記ギャップ（６）を横切る方向にかかる前記力（Ｆ）を受けた際に、前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の前記ギャップ（６）を小さくして、受けた前記力に依存して接触領域（Ａ）上で前記抵抗性複合材料（Ｅ）と接して前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントし、その結果として、前記導電性リード線間に圧力に依存する電気抵抗をもたらすように、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を含む前記第１のキャリア（３）及び前記電気抵抗層（４）を含む前記第２のキャリア（５）が伸縮可能であることを特徴とし、前記ポケット構造（８）に、マイクロバンプのレリーフ構造と、前記ガスの前記対抗する力を低減するための開口部と、が設けられ、前記開口部が、前記ガスが前記ポケットから出ることを妨げるように寸法決めされている、ことを特徴とする圧力センサ。
［付記１］
テキスタイルシートにラミネートされ、圧力検知テキスタイルシート（１００）を形成する圧力センサ（１）であって、
第１の弾性キャリア（３）の面上にパターン（Ｐ）で配置された少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）と、
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントするための抵抗性複合材料（Ｅ）から形成された電気抵抗層（４）であって、該電気抵抗層（４）が第２の弾性キャリア（５）の面上に配置された、電気抵抗層（４）と、
を備え、
前記第１及び第２の弾性キャリア（３、５）が、スペーサ（７）を挟んで積層されて、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）が、前記スペーサ（７）によって規定されたギャップ（６）を挟んで前記電気抵抗層（４）に面するようにすることで、前記圧力センサにかかる力（Ｆ）に少なくとも部分的に対抗するガスが充填されたガス閉じ込め構造を規定するポケット構造（８）を形成することを特徴とし、前記ギャップ（６）を横切る方向にかかる前記力（Ｆ）を受けた際に、前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の前記ギャップ（６）を小さくして、受けた前記力に依存して接触領域（Ａ）上で前記抵抗性複合材料（Ｅ）と接して前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントし、その結果として、前記導電性リード線間に圧力に依存する電気抵抗をもたらすように、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を含む前記第１のキャリア（３）及び前記電気抵抗層（４）を含む前記第２のキャリア（５）が伸縮可能であることを特徴とし、前記ポケット構造（８）に、マイクロバンプのレリーフ構造と、前記ガスの前記対抗する力を低減するための開口部と、が設けられ、前記開口部が、前記ガスが前記ポケットから出ることを妨げるように寸法決めされている、ことを特徴とする圧力センサ。
【0066】
［付記２］
前記開口部は、前記スペーサに形成されている、ことを特徴とする付記１に記載の圧力センサ。
前記開口部は、前記スペーサに形成されている、ことを特徴とする付記１に記載の圧力センサ。
【0067】
［付記３］
前記ポケット構造は、０．５～５００マイクロメートルの範囲の前記キャリア間の高さと、０．５～２ｃｍの範囲の幅と、を有する、ことを特徴とする付記１又は２に記載の圧力センサ。
前記ポケット構造は、０．５～５００マイクロメートルの範囲の前記キャリア間の高さと、０．５～２ｃｍの範囲の幅と、を有する、ことを特徴とする付記１又は２に記載の圧力センサ。
【0068】
［付記４］
前記第１のキャリア（３）、前記第２のキャリア（５）及び前記スペーサ（７）は、約１００ＭＰａ未満の弾性率を有する弾性材料、特にポリウレタンポリマーを含む組成物から形成される、ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
前記第１のキャリア（３）、前記第２のキャリア（５）及び前記スペーサ（７）は、約１００ＭＰａ未満の弾性率を有する弾性材料、特にポリウレタンポリマーを含む組成物から形成される、ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
【0069】
［付記５］
前記電気抵抗性複合材料（Ｅ）は、弾性ポリマーマトリクス（Ｕ）中に導電性マイクロ粒子（Ｍ）の相互接続されたネットワークを含む、ことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
前記電気抵抗性複合材料（Ｅ）は、弾性ポリマーマトリクス（Ｕ）中に導電性マイクロ粒子（Ｍ）の相互接続されたネットワークを含む、ことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
【0070】
［付記６］
前記パターン（Ｐ）は、前記ギャップ（６）の閉鎖時に、徐々に且つ半径方向に、大きくなる前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の接触面積（Ａ）を形成するように配置されている、ことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
前記パターン（Ｐ）は、前記ギャップ（６）の閉鎖時に、徐々に且つ半径方向に、大きくなる前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の接触面積（Ａ）を形成するように配置されている、ことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
【0071】
［付記７］
前記ポケットは、前記力が加えられた際に前記ガス（Ｇ）を再分配するための複数の連結された区画を備える、ことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
前記ポケットは、前記力が加えられた際に前記ガス（Ｇ）を再分配するための複数の連結された区画を備える、ことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
【0072】
［付記８］
前記電気抵抗層は、１キロオーム／ｃｍ２～５００キロオーム／ｃｍ２の範囲の、好ましくは約３０キロオーム／ｃｍ２のシート抵抗を示す、ことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
前記電気抵抗層は、１キロオーム／ｃｍ２～５００キロオーム／ｃｍ２の範囲の、好ましくは約３０キロオーム／ｃｍ２のシート抵抗を示す、ことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
【0073】
［付記９］
前記第１の弾性キャリア（３）の前記面上にパターン（Ｐ）で配置された前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）のうちの空間的に分離された複数のものと、前記第２の弾性キャリア（５）の前記面上の前記電気抵抗層（４）のうちの空間的に分離された対応する複数のものとを備え、ガスで充填されたガス閉じ込め構造をそれぞれ規定する複数のポケット構造（８）を形成し、好ましくは、前記圧力センサがパッシブマトリクス構成で構成される、ことを特徴とする付記１乃至８のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
前記第１の弾性キャリア（３）の前記面上にパターン（Ｐ）で配置された前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）のうちの空間的に分離された複数のものと、前記第２の弾性キャリア（５）の前記面上の前記電気抵抗層（４）のうちの空間的に分離された対応する複数のものとを備え、ガスで充填されたガス閉じ込め構造をそれぞれ規定する複数のポケット構造（８）を形成し、好ましくは、前記圧力センサがパッシブマトリクス構成で構成される、ことを特徴とする付記１乃至８のいずれか１つに記載の圧力センサ（１）。
【0074】
［付記１０］
前記複数のポケットの少なくとも第１の部分が、第１の感度範囲に従って寸法決め及び／又は形状決めされており、前記複数の圧力センサの第２の部分が、前記圧力センサの全体の感度範囲を拡張するように前記第１の感度範囲とは異なる第２の感度範囲に従って寸法決め及び／又は形状決めされている、ことを特徴とする付記９に記載の圧力センサ（１）。
前記複数のポケットの少なくとも第１の部分が、第１の感度範囲に従って寸法決め及び／又は形状決めされており、前記複数の圧力センサの第２の部分が、前記圧力センサの全体の感度範囲を拡張するように前記第１の感度範囲とは異なる第２の感度範囲に従って寸法決め及び／又は形状決めされている、ことを特徴とする付記９に記載の圧力センサ（１）。
【0075】
［付記１１］
付記９又は１０に記載の圧力センサを備える、圧力分布検知製品（１０００）。
付記９又は１０に記載の圧力センサを備える、圧力分布検知製品（１０００）。
【0076】
［付記１２］
圧力検知テキスタイルシート上に圧力センサ（１）を製造する方法であって、
第１の弾性キャリア（３）を提供するステップ（２１）、
第２の弾性キャリア（５）を提供するステップ（２２）、
布シートを前記第１のキャリア（３）及び／又は前記第２のキャリア（５）上にラミネートするステップ、及び、
前記第１のキャリア（３）の面上にパターン（Ｐ）で少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を設ける（２３）ステップ、
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントするための電気抵抗層（４）を形成するために、前記第２のキャリア（５）の面上に電気抵抗性複合材料（Ｅ）を堆積させるステップ（２４）と、
スペーサ（７）を設けるステップ（２５）と、
マイクロバンプのレリーフ構造を設けるステップと、
前記少なくとも２つ隣接する導電性リード線（２）が前記スペーサ（７）によって規定されたギャップ（６）を挟んで前記電気抵抗層（４）に面するように、前記スペーサ（７）を挟んで前記第１及び第２の弾性キャリア（３、５）を積層するステップ（２６）であって、それにより前記圧力センサにかかる力（Ｆ）を少なくとも部分的に打ち消すガスが充填されたガス閉じ込め構造を規定する、ガス流量制限器を含むポケット構造（８）を形成するステップ（２６）と、
を含み、
前記ギャップ（６）を横切る方向にかかる力（Ｆ）を受けた際に、前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の前記ギャップ（６）を小さくして、受けた前記力に依存して接触領域（Ａ）上で前記抵抗性複合材料（Ｅ）と接して前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を分流し、その結果として、前記導電性リード線間に圧力に依存する電気抵抗をもたらすように、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を含む前記第１のキャリア（３）及び前記電気抵抗層（４）を含む前記第２のキャリア（５）が伸縮可能であることを特徴とし、前記ポケット構造（８）が、マイクロバンプのレリーフ構造と、前記ガスの前記対抗する力を低減するための開口部とを備え、前記開口部が、前記ガスが前記ポケットから出るのを妨げるように寸法決めされている、ことを特徴とする方法。
圧力検知テキスタイルシート上に圧力センサ（１）を製造する方法であって、
第１の弾性キャリア（３）を提供するステップ（２１）、
第２の弾性キャリア（５）を提供するステップ（２２）、
布シートを前記第１のキャリア（３）及び／又は前記第２のキャリア（５）上にラミネートするステップ、及び、
前記第１のキャリア（３）の面上にパターン（Ｐ）で少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を設ける（２３）ステップ、
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）をシャントするための電気抵抗層（４）を形成するために、前記第２のキャリア（５）の面上に電気抵抗性複合材料（Ｅ）を堆積させるステップ（２４）と、
スペーサ（７）を設けるステップ（２５）と、
マイクロバンプのレリーフ構造を設けるステップと、
前記少なくとも２つ隣接する導電性リード線（２）が前記スペーサ（７）によって規定されたギャップ（６）を挟んで前記電気抵抗層（４）に面するように、前記スペーサ（７）を挟んで前記第１及び第２の弾性キャリア（３、５）を積層するステップ（２６）であって、それにより前記圧力センサにかかる力（Ｆ）を少なくとも部分的に打ち消すガスが充填されたガス閉じ込め構造を規定する、ガス流量制限器を含むポケット構造（８）を形成するステップ（２６）と、
を含み、
前記ギャップ（６）を横切る方向にかかる力（Ｆ）を受けた際に、前記電気抵抗層（４）と前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）との間の前記ギャップ（６）を小さくして、受けた前記力に依存して接触領域（Ａ）上で前記抵抗性複合材料（Ｅ）と接して前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を分流し、その結果として、前記導電性リード線間に圧力に依存する電気抵抗をもたらすように、前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を含む前記第１のキャリア（３）及び前記電気抵抗層（４）を含む前記第２のキャリア（５）が伸縮可能であることを特徴とし、前記ポケット構造（８）が、マイクロバンプのレリーフ構造と、前記ガスの前記対抗する力を低減するための開口部とを備え、前記開口部が、前記ガスが前記ポケットから出るのを妨げるように寸法決めされている、ことを特徴とする方法。
【0077】
［付記１３］
前記スペーサは、０．５～５００マイクロメートルの範囲の高さ（ｈ）及び０．５～２ｃｍの範囲の幅を有する、ことを特徴とする付記１２に記載の方法。
前記スペーサは、０．５～５００マイクロメートルの範囲の高さ（ｈ）及び０．５～２ｃｍの範囲の幅を有する、ことを特徴とする付記１２に記載の方法。
【0078】
［付記１４］
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を堆積するステップ、及び／又は前記複合材料（Ｅ）を堆積するステップ、及び／又は前記スペーサを堆積するステップは、印刷ステップを含む、ことを特徴とする付記１２又は１３に記載の方法。
前記少なくとも２つの隣接する導電性リード線（２）を堆積するステップ、及び／又は前記複合材料（Ｅ）を堆積するステップ、及び／又は前記スペーサを堆積するステップは、印刷ステップを含む、ことを特徴とする付記１２又は１３に記載の方法。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
