(57)【要約】【課題】センサを小型化し、また変形を十分捉えられるように導電樹脂層３を厚くしても、断線や耐久性の劣化を抑制可能なセンサシートを提供する。【解決手段】センサシートは、対向配置された第一電極２と第二電極５との間に導電性樹脂からなる導電樹脂層３が介挿されてなる検知部１００が、同一平面上に複数個配置され、隣り合う上記検知部１００における上記導電樹脂層３間に、絶縁性樹脂からなる隔壁層４が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第一電極と第二電極との間に導電性樹脂からなる導電樹脂層が介挿されてなる検知部が、同一平面上に複数個配置され、隣り合う上記検知部における上記導電樹脂層間に、絶縁性樹脂からなる隔壁層が配置されていることを特徴とするセンサシート。
【請求項２】
上記隔壁層は、上記導電樹脂層よりも柔らかいことを特徴とする請求項１に記載したセンサシート。
【請求項３】
上記複数の検知部は、同一の基材上に上記第一電極側が固定されており、
隣り合う上記導電樹脂層の間の間隔は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であり、
隣り合う上記導電樹脂層の間の間隔を埋めるように上記隔壁層が配置され、
上記第二電極側における、隣り合う上記導電樹脂層と上記隔壁層との段差が、６μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したセンサシート。
【請求項４】
上記複数の検知部として少なくとも２つの検知部を有し、その一方が押圧力を検出する接触圧力検知用の検知部であり、他方がせん断応力を検出するずり力検知用の検知部であり、上記接触圧力検知用の検知部と上記ずり力検知用の検知部とが隣り合って配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したセンサシート。
【請求項５】
上記複数の検知部の各第一電極が、絶縁性樹脂からなるシート状で且つ上記導電樹脂層よりも柔軟性を有する第一樹脂層に固定され、上記複数の検知部の各第二電極が、絶縁性樹脂からなるシート状で且つ上記導電樹脂層よりも柔軟性を有する第二樹脂層に固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載したセンサシート。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載したセンサシートの製造方法であって、
基材上に、複数の上記第一電極、上記第一電極上に配置される上記導電樹脂層、及び上記隔壁層を形成する工程と、
上記導電樹脂層及び隔壁層を形成後に、上記第二電極及び上記第二電極に接続するリードを印刷で形成する工程と、を備え、
上記第二電極側における、隣り合う上記導電樹脂層と上記隔壁層との段差が６μｍ以下に調整することを特徴とするセンサシートの製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載したセンサシートの製造方法であって、
上記第一樹脂層よりも剛性が高い基材の上に上記第一樹脂層を形成する工程と、
その第一樹脂層の上に、複数の上記第一電極、上記第一電極上に配置される上記導電樹脂層、及び上記隔壁層を形成する工程と、
上記導電樹脂層及び隔壁層を形成後に、上記第二電極及び上記第二電極に接続するリードを印刷で形成する工程と、
上記第二電極及び上記リードを覆うようにして第二樹脂層を形成する工程とを備えることを特徴とするセンサシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押圧力やずり力等を検知するセンサシートに関する。
例えば、本発明のセンサシートは、生体内に埋め込まれて人工関節間その他の生体内の圧力情報の取得、衣服が肌に触れるときの荷重やせん断応力の計測、歩行時の足裏の荷重及びせん断応力の分布計測、ゴルフや野球等スイング時などの特定の動作の際に、手のひらに掛かる荷重及びせん断応力の分布計測などに使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
センサシートは、例えば、対をなす２つの電極間に導電樹脂層を挟みこんだ構造となっている。このようなセンサシートでは、電極に加えられる荷重により導電樹脂層が変形することで発生する電極間の物理量を、圧力やずり力としてセンシング（検知）する。なお、電極には信号入出力を行うリードが接続している。
例えば特許文献１に記載のセンサシートは、対向する２つの電極間に導電樹脂層が配置され、荷重によって導電樹脂層が変形することによる電極間抵抗値の変化を利用して測定する。
また特許文献２に記載のセンサシートは、２枚の矩形の平行板電極間に、導電樹脂層としての磁性ゴム体が配置された構成であり、物体に接触して接触面に平行（せん断方向）に動いた際に受けるずり力を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６６４６２２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３２２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、センサシートは、小型化することで、生体内のモニタリングなどにも応用可能である。すなわち、生体内のセンシングでは、センサシートのサイズを小さくすることで、センサの埋め込みなどによる被測定対象への負担を軽減することができる。
また、一定面積当たりの力の測定精度を上げるためには、センシング部（検知部）を小型化し高集積とすることが有効である。
以上のことから、触覚センサに使用する電極の微細化が求められている。
センササイズを小さくする場合、電極及びリードは、金属ペーストをグラビアオフセットやスクリーン印刷など印刷によって形成される。
【０００５】
ここで、特許文献１や２の方法で圧力やせん断を検知するためには、対向する電極間の導電層が荷重方向へ十分変形できる余地を持っていることが望ましい。
力に対して十分な変形をするためには、導電層の厚みが重要な要素となる。導電層が厚くなるほど変形しやすくなり、導電層が薄い場合と比べて小さい力の検出が可能となるため、センサの分解能が高くなる。
また、測定ノイズを抑えてセンサ精度を高める観点から、導電樹脂層は、センサとして力の検知を担う部分（負荷された荷重に比例して変形出来る部分）のみに配置することが望ましい。
【０００６】
しかし、センサの構成において導電樹脂層だけを厚くすると、導電樹脂層間の段差が大きくなり、対向する電極を印刷するときに層の厚み差の部分で断線が生じ形成がうまく出来ないことがある。
また、検知面が曲面等によって、センサに曲げが必要とされる状況において、導電樹脂層がある部分と無い部分で曲がり方に差が生じて、十分に曲げられないおそれがある。また、導電樹脂層とそれ以外の厚み差（段差）が大きいと、その部分に応力が集中しセンサそのものが破損する可能性もある。
【０００７】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、センサを小型化し、また変形を十分捉えられるように導電樹脂層を厚くしても、断線や耐久性の劣化を抑制可能なセンサシートを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するために、本発明の一態様であるセンサシートは、対向配置された第一電極と第二電極との間に導電性樹脂からなる導電樹脂層が介挿されてなる検知部が、同一平面上に複数個配置され、隣り合う上記検知部における上記導電樹脂層間に、絶縁性樹脂からなる隔壁層が配置されている。
また、本発明の一態様であるセンサシートの製造方法は、上記の一態様であるセンサシートの製造方法であって、基材上に、複数の上記第一電極、上記第一電極上に配置される上記導電樹脂層、及び上記隔壁層を形成する工程と、上記導電樹脂層及び隔壁層を形成後に、上記第二電極及び上記第二電極に接続するリードを印刷で形成する工程と、を備え、上記第二電極側における、隣り合う上記導電樹脂層と上記隔壁層との段差が６μｍ以下に調整する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、導電樹脂層間に隔壁層を設けることで、隣り合う検知部を近接して配置することができることからセンサをより小型化することが可能となる。
また、導電樹脂層間に隔壁層を設けることで、導電樹脂層を厚くしても、導電樹脂層間の段差が小さいため、断線することなく電極を形成することが出来、繰り返し曲げ測定に耐えるセンサを得ることができる。すなわち、断線や耐久性の劣化を抑制可能なセンサシートを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に基づく第一実施形態に係るセンサシートを示す展開した断面図である。
【図２】対向電極のうちの第一電極のパターンを示す平面図である。
【図３】対向電極のうちの第二電極のパターンを示す平面図である。
【図４】導電樹脂層と絶縁層との関係を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】本発明に基づく第一実施形態に係るセンサシートの形成を説明する図である。
【図６】本発明に基づく第二実施形態に係るセンサシートを説明する図である。
【図７】接触圧力の測定方法を説明する概念図である。
【図８】せん断応力の測定方法を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
ここで、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。すなわち、以下に示す電極の形状やリードの引き回し、及び力の測定を行う電極の数は一例であり、本説明の内容に限定されるものではない。
【００１２】
本実施形態では、三組の検知部を備えるセンサシートを例に挙げて説明する。具体的には、本実施形態のセンサシートは、接触圧力を測定するための１つの対向電極と、互いに異なる二方向のせん断応力を測定するための２つの対向電極を備える。すなわち、本実施形態のセンサシートは、３対の対向電極を有して三種類の荷重情報を検出する検知部を三組備えるセンサである。ただし、１つのセンサシートに設ける検知部の数は、一組でも二組でも、四組以上でも構わない。センサが小型化し且つ設ける検知部の数が多くなるほど、電極が微細化しまた、検知部間の隙間が小さくなって、本発明の効果をより奏するようになる。
【００１３】
「第一実施形態」
まず、第一実施形態について説明する。
＜構成＞
図１の模式図で示すように、第一実施形態のセンサシートは、３対の対向電極、つまり三組の検知部１００を備え、三種類の荷重情報を検出する構成となっている。
具体的には、センサシートは、基材１と、基材１上に設けられた三個の第一電極２と、各第一電極２と各第二電極５との間にそれぞれ形成された導電性樹脂からなる導電樹脂層３とを備える。上記導電樹脂層３間の空間には、絶縁性樹脂からなる隔壁層４が配置され、その隔壁層４によって、隣り合う導電層樹脂同士が電気的に直接接触することが防止される。
【００１４】
導電樹脂層３と隔壁層４との間に空間が形成されていても良いが、導電樹脂層３の側面と隔壁層４の側面は、接触若しくは密着していることが好ましい。変形時に、第二電極５側の導電樹脂層３の表面（図一中、上面）及び隔壁層４の表面（図一中、上面）にズレが生じない方が好ましいからである。
また、隔壁層４は導電樹脂層３よりも柔らかいことが好ましい。隔壁層４が導電樹脂層３よりも柔らかいほど、隔壁層４が導電樹脂層３の変形を拘束することが低減される。ただし、余り柔らかいと、隔壁を介して隣り合う導電樹脂層３の挙動がずれるおそれがある。
【００１５】
隣り合う導電樹脂層３の間の間隔は、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下である。
また、第二電極５側における、隣り合う導電樹脂層３と隔壁層４は面一が好ましく、両者の段差Δｈは６μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５μｍ以下である。
本実施形態のセンサシートの平面視での面積は、平面視で、矩形形状に換算して２ｍｍ×１ｍｍ以上１０ｍｍ×１０ｍｍ以下の寸法となっている。センサシートは、平面視での形状が矩形である必要はない。
なお、図１は、３つの検知部１００が一列に並ぶように展開した状態での断面図である。実際には３つの検知部１００は、後述のように一列に並んでおらず、できるだけコンパクトとなるような配置構成となっている。
【００１６】
（第一電極２）
図２に示すパターンで、三組の検知部１００の各第一電極２が構成され、その３つの第一電極２１〜２３は、共通するリード６で接続されている。この例では、第一電極２をコモン電極としている。３つの第一電極２１〜２３やリード６の配置は、この例に限定されず、センシングするための回路によって自由に取り回しを変えることが出来る。
第一電極２１は、接触圧力を測定するための電極であり、方形状をしている。第一電極２２及び２３は、紙面横及び縦方向の各せん断応力を測定するための電極であり、長方形の形状をしている。第一電極２２が紙面横方向のせん断応力を、第一電極２３が紙面縦方向のせん断応力を、それぞれ測定する役割を持っている。図２では第一電極２２、２３内部にスリットが設けられているが、説明のための一例である。各第一電極２１〜２３の形状に特に制限はない。
各第一電極２及びリード６の配線厚みは、例えば２μｍ以上３μｍ以下である。
【００１７】
（第二電極５）
図３に示すように三個の第二電極５１〜５３が配置される。三個の第二電極５１〜５３は、各検知部１００毎に、対応する第一電極２１〜２３とそれぞれ導電樹脂層３を介して対向するように配置される。また、各第二電極５１〜５３から個別にリード７が延びている。
第二電極５１は、第一電極２１と対向配置している。無負荷状態では、平面視において、第二電極５１は、第一電極２１からはみ出さない程度に第一電極２１より小さくなっている。これにより、対向する第一電極２１と第二電極５２の部分ではせん断力によってずれが生じても対向する部分の重なり面積が変わらず、抵抗値変化が生じないため、純粋に接触圧力のみを取り出すことが出来る。
【００１８】
第二電極５２及び第二電極５３は、それぞれ紙面横方向と紙面縦方向のせん断応力を測定するための電極である。第二電極５２は第一電極２２と、第二電極５３は第二電極５３とそれぞれ対向配置させる。第二電極５２及び第二電極５３は、正方形や長方形ではなく、図３に示すように、第一電極２２，２３のスリットと交差する方向に頂点を向けた三角形を二つ並べた形状（せん断検出方向に向けて幅が変化した形状）である。第二電極５２，５３の形状は、これに限定されない。平面視において、測定するせん断方向への変位では、変位方向及び変位量に応じて第一電極２２，２３との重なりが変化し、測定するせん断方向と直交する方向への変位では、第一電極２２，２３との重なりが変化しないか、その重なりの変化が小さい形状になっていればよい。
第二電極５及びリード７の配線厚みは、例えば２μｍ以上３μｍ以下である。
【００１９】
（導電樹脂層３）
導電樹脂層３は、導電性樹脂から構成される。
導電性樹脂は、バインダ樹脂に導電材料が分散されて構成されている。
バインダ樹脂は、例えば熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂からなる。熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂は、例えばアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などからなる。
第一の導電性樹脂の導電材料は、例えば金属粒子や、グラファイトやカーボンナノチューブなどの導電性のカーボン、或いは導電性高分子からなる。導電性高分子としては、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどが例示できる。また、導電性樹脂は導電ゴムであってもよい。
【００２０】
ここで、各検知部１００の導電樹脂層３を構成する導電性樹脂が含有する導電材料は、同じ材料でも良いし、異なっていても良い。また配合量が異なっていても良い。
隣り合う導電樹脂層３の間の間隔Ｈは、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下である（図４（ａ）参照）。
導電樹脂層３の膜厚は、１０μｍ以上が好ましい。１０μｍよりも層が薄いと、力による変形が起きづらくなる。
また導電樹脂層３の膜厚は例えば３０μｍ以下である。
【００２１】
（隔壁層４）
隔壁層４は絶縁性樹脂からなる。
隔壁層４を構成する絶縁性樹脂は、電気抵抗が高く柔軟で変形しやすく、屈曲に耐える材料が好ましい。そのような材料としては、例えばシリコーンゴムなどのシリコーン樹脂が例示出来る。を用いるとよい。
隔壁層４は、導電樹脂層３よりも柔らかいことが好ましい。
例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂からなるゴム材は、デュロメーターでの測定で０〜３０程度であるが、シリコーンゴムは、デュロメーターでの測定で１００以上である。
また、第二電極５側における、隣り合う導電樹脂層３と隔壁層４は面一が好ましく、両者３，４の段差Δｈは６μｍ以下であることが好ましい（図４（ｂ）参照）。より好ましくは、段差Δｈは５μｍ以下である。
【００２２】
（基材１）
基材１は、可撓性を有することが好ましく、例えばプラスチックフィルムや紙からなる。プラスチックフィルムの材料としてはＰＥＴやＰＥＮ、ポリイミドなどが例示できる。基材１は、印刷用のインキの乾燥条件やセンサとしての用途に合わせて適宜選択できる。
【００２３】
＜製造方法＞
本実施形態のセンサシートの製造方法の一例について図５を参照しつつ説明する。
基材１上に印刷によって三つの第一電極２を形成する（図５では基材１は省略されている）。その後、印刷によって、３つの各第一電極２１〜２３の上に個別に導電性樹脂を有する塗布液を塗布して導電樹脂層３を形成する（図５（ａ）参照）。
その形成した導電樹脂層３間に、印刷によって絶縁性樹脂を有する塗布液を塗布して隔壁層４を設ける（図５（ｂ）参照）。このとき、導電樹脂と隔壁層４との間の段差Δｈが６μｍ以下になるように、隔壁層４を形成する。なお、隔壁層４を形成してから、導電樹脂層３を形成しても良いし、基材１上の全面に導電樹脂層３を形成したのち、隔壁層４となる部分を除去して隔壁層４を形成するようにしても良い。また、導電樹脂層３及び隔壁層４を形成したのち、上面を平滑化する処理を施しても良い。
【００２４】
その後に、導電層及び隔壁層４の上に第二電極５及びリード７を印刷によって形成する（図５（ｃ）参照）。
なお、図示しないが、第一電極２、第二電極５、導電樹脂層３、隔壁層４それぞれの形成時には、他層との見当合わせのためのマークを別途形成してもよい。
【００２５】
（電極形成について）
ここで、第一電極２及び第二電極５の形成は、印刷によって行う。印刷方法に制限はなく、スクリーン印刷やオフセット印刷等公知の印刷手段を用いることが出来るが、小さな電極サイズでも印刷が可能という点で、グラビアオフセット印刷を用いることが望ましい。
印刷に用いるインキは、導電性があるものが求められる。数マイクロメートルから数十ナノメートルの貴金属粉末を熱硬化性樹脂に混合したペーストを用いるのが一般的であるが、カーボンやアルミなどでも構わないし、合金や混合物であってもよい。
【００２６】
（導電樹脂層３や隔壁層４の形成について）
導電樹脂層３や隔壁層４の形成、印刷法やスピンコートなどの塗布法によって行うことができる。ただし、電極の上への積層や、パターニング、厚く塗ることも考えると印刷法が好ましく、さらに好ましい方法はスクリーン印刷である。
【００２７】
＜作用その他＞
同一平面に配置された複数の第一電極２と第二電極５間の空間に対し、導電樹脂層３と隔壁層４とからなる樹脂層が配置されている。対向する第一電極２と第二電極５間の力検知部分に導電性を持つ導電樹脂層３が、それ以外の部分に隔壁層４が配置されている。導電樹脂層３に、力検出のために十分な厚みを持たせても、導電樹脂層３と隔壁層４との間の段差Δｈが６μｍ以下であるため、樹脂層の厚みが均一となり、第二電極５を断線することなく形成できる。
【００２８】
「第二実施形態」
次に、第二実施形態について図面を参照しつつ説明する。
＜構成＞
本実施形態のセンサシートの基本構成は第一実施形態と同様である。
但し、図６（ｃ）のように、本実施形態のセンサシートは、複数の検知部１００の各第一電極２及びその第一電極２に接続するリード６が、絶縁性樹脂からなるシート状で且つ導電樹脂層３よりも柔軟性を有する第一樹脂層９０に固定されると共に、複数の検知部１００の各第二電極５及び第二電極５に接続するリード７が、絶縁性樹脂からなるシート状で且つ導電樹脂層３よりも柔軟性を有する第二樹脂層９１に固定される。
【００２９】
第一樹脂層９０及び第二樹脂層９１は、例えばシリコーン樹脂から構成される。
この構成によれば、センサシートの両面が、シリコーン樹脂からなる第一及び第二樹脂層９０、９１で覆われた状態となる。第一及び第二樹脂層９０，９１を基材１よりも柔軟な構成とすることで、センサシートが、基材１を含めて形成されていたときよりも柔軟になり、局面への追従が容易になる。また、各電極が第一，第二樹脂層９０，９１で覆われることにより、電極が柔軟な材料で保護され曲げたときに破損しづらくなる効果もある。また、複数の電極性の追従性も向上し、さらに断線し難くなる。
なお、図６（ｃ）では、第一樹脂層９０の下層に基材１を有するが、センサシートは、基材１を第一樹脂層９０から剥離して使用する。
【００３０】
＜製造方法＞
本実施形態のセンサシートの製造方法の一例について図６を参照して説明する。
基材１の上に、第一樹脂層９０を形成する（６（ａ）参照）。第一樹脂層９０の形成方法は、例えば、スピンコートやディップコート、各種印刷法など公知の方法を用いる。この層はパターニングする必要は無い。
なお、基材１を第一樹脂層９０から剥離し易いように、基材１に離形剤を塗ってから第一樹脂層９０を形成しても構わない。
【００３１】
その後、第一実施形態と同様に、第一樹脂層９０の上に、複数の第一電極２、第一電極２上に配置される導電樹脂層３、及び隔壁層４を形成する。
導電樹脂層３及び隔壁層４を形成後に、第二電極５及び上記第二電極５に接続するリードを印刷で形成する（６（ｂ）参照）。
その後、第二電極５及び上記リードを覆うようにして第二樹脂層９１を形成する（６（ｃ）参照）。第二樹脂層９１の形成は、第一樹脂層９０と同様に行えば良い。
そして、使用前に、第一樹脂層９０から基材１を剥離する。
【００３２】
＜本実施形態の効果＞
以上のように、以上の実施形態によれば、導電樹脂層３間に隔壁層４を設けることで、隣り合う検知部１００を近接して配置することができることからセンサを小型化することが可能となる。
また、導電樹脂層３間に隔壁層４を設けることで、導電樹脂層３を厚くしても、断線することなく電極を形成することが出来、繰り返し曲げ測定に耐えるセンサを得ることができる。すなわち、断線や耐久性の劣化を抑制可能なセンサシートを提供することが可能となる。
【００３３】
ここで、隔壁層４を設けない場合には、導電樹脂層３間に絶縁のための隙間を形成する必要があり、荷重時に導電樹脂層３同士が接触しないように隙間を開けたり、導電樹脂層３の厚さを低く抑えたりする必要がある。これに対し、隔壁を設けることで、導電樹脂層３の厚さが制限されず、且つ導電樹脂層３間を近づけることが可能となる。このことは、センサシートの更なる小型化や集積化が可能となる。
また、センサシートが小型化するほど、第二電極５を印刷で形成することが望ましい。このとき、リードが導電樹脂層３と隔壁層４とに跨がった形成されるため、導電樹脂層３と隔壁層４との間の段差Δｈは６μｍ以下が好ましい。発明者が確認したところでは、段差Δｈを６μｍ以下に調整することで、有意に断線が防止出来ることを確認した。
【００３４】
＜センサシートの仕組みその他について＞
ここで、本実施形態のセンサシートで用いられる力測定の仕組みについて説明する。
図７は、接触圧力センシングモデルの概念図である。
接触圧力センサモデルは、上下の電極２００，２０１が導電樹脂層２０２を介して対向配置されて構成される。上下の電極２００，２０１は信号入出力のリード（不図示）を介して電源（不図示）などに接続している。
接触圧力センサモデルでは、指を電極２００に接触して、電極２００を電極２０１側に向けて押圧力Ｆ１で押すと（図７（ａ）参照）、押圧力Ｆ１に応じた分だけ導電樹脂層２０２が圧縮方向に変形して、対向する電極２００，２０１間の距離が縮まる。導電樹脂層２０２が圧縮方向に変形すると、その圧縮量に応じた分だけ、導電樹脂層２０２の電気抵抗値が低下し、そのときに発生する電極間の電位や抵抗値の変化を、接触圧力分に相当する信号値として検出することができる。
【００３５】
図８は、せん断応力センシングモデルの概念図である。
せん断応力センシングモデルは、接触圧力センサモデルと同様に、上下の電極２００，２０１が導電樹脂層２０２を介して対向配置されて構成される。上下の電極２００，２０１は信号入出力のリード（不図示）を介して電源（不図示）等に接続している。
せん断応力センシングモデルでは、指を電極２００に接触して、電極２００を紙面左に向かって横方向に押してせん断応力Ｆ２を与えると（図８（ａ）参照）、せん断応力Ｆ２に応じた分だけ導電樹脂層２０２が紙面左側に向けてせん断変形して、電極２００に対し電極２０１が紙面左側に相対変位する。すると、一対の電極２００，２０１間に位置する樹脂層部分２０２Ａが縦断面平行四辺形に弾性変形し、一対の電極２００，２０１間の距離が増加して、せん断応力Ｆ２に応じた分だけ一対の電極２００，２０１間の電気抵抗値が増加する。そして、電極間の電気抵抗値の変化や電極間に流れる電流量の変化が、せん断応力値に相当する信号値として検出することができる。ここで、電流は、導電樹脂層２０２中の抵抗が低く且つ最短のルートで流れようとするため、平面視における上下の電極２００，２０１の重なり量の変化を、せん断応力Ｆ２に応じた抵抗値の変化量と近似させることも可能である。
【００３６】
ここで、本実施形態では、対向する第一電極２１と第二電極５１の組が、接触圧力センシング用の対向電極を構成する。本実施形態では、図３のように、第一電極２１の面積よりも第二電極５１の面積を小さくし、せん断力によって、第二電極５１に対し第一電極２１が縦方向や横方向に変位しても、平面視における第二電極５１と第一電極２１との対向面積が変わらないように設計している。この結果、センサに掛かる荷重が押圧力とせん断力の混合であっても、対向する第一電極２１と第二電極５１間の抵抗値変化は、押圧力分の信号値となる。
【００３７】
また、第一電極２２と第二電極５２の組は、図３の紙面において横方向（左右方向）のせん断応力センシング用の電極である。図３から分かるように、第一電極２２に対し第二電極５２が縦方向に相対変位しても対向面積が変化しないが、第一電極２２に対し第二電極５２が横方向に相対変位すると対向面積が一方への移動では増加し他方への移動では減少するように設計されている。この結果、第一電極２２と第二電極５２の間の抵抗値変化は、横方向のせん断応力分の信号値となる。
【００３８】
ここで、押圧力と横方向のせん断応力が一緒に荷重された場合、第一電極２２と第二電極５２の間の抵抗値変化には、押圧力分の変化分が含まれている。この押圧力分の変化分は、第一電極２１と第二電極５１間の抵抗値変化から換算できるので、その換算分を第一電極２２と第二電極５２の間の抵抗値変化から減算することで、横方向のせん断応力分の信号値を精度良く求めることが出来る。ここで、荷重無負荷の状態における、第一電極２１と第二電極５１間の対向面積と、第一電極２２と第二電極５２間の対向面積を等しくしておけば、両者の押圧力による抵抗値変化を等しいとみなせるので、抵抗値変化の換算を行う必要は無い。
【００３９】
また、第一電極２３と第二電極５３の組は、図３の紙面において縦方向（上下方向）のせん断応力センシング用の電極である。図３から分かるように、第一電極２３に対し第二電極５３が横方向に相対変位しても対向面積が変化しないが、第一電極２３に対し第二電極５３が縦方向に相対変位すると対向面積が一方への移動では増加し他方への移動では減少するように設計されている。この結果、第一電極２３と第二電極５３の間の抵抗値変化は、縦方向のせん断応力分の信号値となる。
【００４０】
ここで、押圧力と縦方向のせん断応力が一緒に荷重された場合、第一電極２３と第二電極５３の間の抵抗値変化には、押圧力分の変化分が含まれている。この押圧力分の変化分は、第一電極２１と第二電極５１間の抵抗値変化から換算できるので、その換算分を第一電極２３と第二電極５３の間の抵抗値変化から減算することで、横方向のせん断応力分の信号値を精度良く求めることが出来る。ここで、荷重無負荷の状態における、第一電極２１と第二電極５１間の対向面積と、第一電極２３と第二電極５３間の対向面積を等しくしておけば、両者の押圧力による抵抗値変化を等しいとみなせるので、抵抗値変化の換算を行う必要はない。
【００４１】
なお、上記の抵抗値変化の信号に基づく押圧力やせん断応力は、上記処理を行う電気回路を組み込む等によって自動的に演算処理を行って、センサ値を取得する構成とすればよい。
以上のように、本実施形態の接触センサでは、負荷された押圧力とせん断応力を同時に検出することが可能な構成となっている。
【実施例】
【００４２】
次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
＜実施例１＞
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ（株）製：カプトン５００Ｖ）を準備した、その基材１の上に、図１に示すパターンで複数の第一電極２をグラビアオフセット印刷で作製した。このとき電極の全体は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極の厚みは３μｍとした。
次いで、各第一電極２にナガセケムテックス（株）製の導電性高分子ＳＰ−８０１をスクリーン印刷により塗布して硬化させ導電樹脂層３とした。このときの導電樹脂層３の厚みは１０μｍだった。
【００４３】
次に導電樹脂層３の表面を保護し、基材１の上に東レ・ダウコーニング（株）製のＳＩＬＰＯＴ１８４ｗ/ｃに加硫剤を混ぜ、導電樹脂層３と同じ膜厚となるようスピンコートで塗布し硬化させ隔壁層４とした。このとき導電樹脂層３と隔壁層４の膜厚差は４μｍだった。
グラビアオフセット印刷を用いて、導電樹脂層３及び隔壁層４１０上に、図３に示すパターンで、第二電極５を形成し、実施例１のセンサシートとした。配線幅や電極厚みは第一電極２と同等とした。
【００４４】
このセンサシートをテスターに繋ぎ、第一電極２と第二電極５間に５Ｖの直流電圧をかけた状態で第二電極５上から指で押したり、なでたりすると流れる電流値の変化がみられたことにより、センサとしての動作を確認した。
また、センサシートを曲げ半径２ｍｍで１０回折り曲げても、電極の断線は無いことを確認した。
【００４５】
＜実施例２＞
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ（株）製：カプトン５００Ｖ）を準備した。基材１の上に、図２に示すパターンで複数の第一電極２をグラビアオフセット印刷で作製した。このとき電極の全体は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極の厚みは３μｍとした。
次いで、各第一電極２上に十条ケミカル（株）製の導電性カーボンペーストＣＨ−Ｎをスクリーン印刷により塗布して硬化させ導電樹脂層３とした。このときの導電樹脂層３の厚みは１５μｍだった。
【００４６】
次いで、基材１上に（株）アサヒ化研製の透明絶縁樹脂ＦＲ−１Ｔ−ＮＳＤ９をスクリーン印刷法で導電樹脂層３以外の部分に印刷し硬化させ隔壁層４とした。
グラビアオフセット印刷を用いて、導電樹脂層３及び隔壁層４上に図３に示すパターンで第二電極５を形成し、実施例２のセンサシートとした。配線幅や電極厚みは第一電極２と同等とした。
このセンサをテスターに繋ぎ、第一電極２と第二電極５間に５Ｖの直流電圧をかけた状態で第二の電極上から指で押したり、なでたりすると流れる電流値の変化がみられたことにより、センサとしての動作を確認した。
また、センサシートを半径２ｍｍの棒に巻きつけながら１０回しごきを入れても、電極の断線は無いことを確認した。
【００４７】
＜実施例３＞
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ（株）製：カプトン５００Ｖ）を準備した。基材１全体に東レ・ダウコーニング（株）製のＳＩＬＰＯＴ１８４ｗ/ｃに加硫剤を混ぜ、スピンコートで塗布し硬化させ第一樹脂層９０とした。次に、第一樹脂層９０上に第一電極２をグラビアオフセット印刷で作製した。このとき電極の全体は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極の厚みは３μｍとした。
【００４８】
次いで、各第一電極２上にナガセケムテックス（株）製の導電性高分子ＳＰ−８０１をスクリーン印刷により塗布して硬化させ導電樹脂層３とした。このときの厚みは１０μｍだった。
次に導電樹脂層３の表面を保護し、基材１の上に東レ・ダウコーニング（株）製のＳＩＬＰＯＴ１８４ｗ/ｃに加硫剤を混ぜ、導電樹脂層３と同じ膜厚となるようスピンコートで塗布し硬化させ隔壁層４とした。このとき導電樹脂層３と隔壁層４の膜厚差は４μｍだった。
グラビアオフセット印刷を用いて、導電樹脂層３及び隔壁層４上に図３に示すパターンで第二電極５を形成し、センサとした。配線幅や電極厚みは第一電極２と同等とした。
【００４９】
さらに、第二電極５上に東レ・ダウコーニング（株）製のＳＩＬＰＯＴ１８４ｗ/ｃに加硫剤を混ぜ、スピンコートで塗布し硬化させ第二樹脂層９１を形成した後、第一電極２側の第二樹脂層９１から基材１を剥離し、実施例３のセンサシートとした。
このセンサをテスターに繋ぎ、第一電極２と第二電極５間に５Ｖの直流電圧をかけた状態で第二の電極上から指で押したり、なでたりすると流れる電流値の変化がみられたことにより、センサとしての動作を確認した。
また、センサシートを曲げ半径２ｍｍで１０回折り曲げても、電極の断線は無いことを確認した。
【００５０】
＜比較例１＞
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ（株）製：カプトン５００Ｖ）を準備した。基材１の上に、図１に示すパターンで、複数の第一電極２をグラビアオフセット印刷で作製した。このとき電極の全体は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極の厚みは３μｍとした。
次いで、各第一電極２上に十条ケミカル（株）製の導電性カーボンペーストＣＨ−Ｎをスクリーン印刷により塗布して硬化させ導電樹脂層３とした。このときの厚みは１５μｍだった。
次いで、第二電極５を導電樹脂層３の上からグラビアオフセット印刷にて印刷したところ、導電樹脂層３のところで電極が断線し、センサが作製できなかった
このシートをテスターに繋いで第一電極２と第二電極５間に５Ｖの直流電圧をかけた状態で第二の電極上から指で押したり、なでたりしたところ、導通が取れなかった。
【００５１】
＜比較例２＞
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ（株）製：カプトン５００Ｖ）を準備した。基材１の上に、図１に示すパターンで複数の第一電極２をグラビアオフセット印刷で作製した。このとき電極の全体は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極の厚みは３μｍとした。
次いで、各第一電極２上にナガセケムテックス（株）製の導電性高分子ＳＰ−８０１をスクリーン印刷により塗布して硬化させ導電樹脂層３とした。このときの厚みは４μｍだった。
【００５２】
次いで、第二電極５を導電樹脂層３の上からグラビアオフセット印刷にて印刷し、比較例２のセンサとした
このセンサシートをテスターに繋いで第一電極２と第二電極５間に５Ｖの直流電圧をかけた状態で第二の電極上から指で押したりなでたりしたところ、流れる電流値の変化がみられたことにより、センサとしての動作を確認した。
しかし、センサシートを曲げ半径２ｍｍで折り曲げたところ導電樹脂層３と基材１の段差Δｈのところで電極が断線し、破損した。
【００５３】
以上のように、本発明に基づくセンサシートは、断線がなく、正常に作動することが確認できた。
【符号の説明】
【００５４】
１     基材
２     第一電極
２１，２２，２３  第一電極
３     導電樹脂層
４     隔壁層
５     第二電極
５１，５２，５３  第二電極
６、７ リード
９０   第一樹脂層
９１   第二樹脂層
１００ 検知部
Ｈ     間隔
Δｈ    段差
【図１】
2020016550.tif 000003
【図２】
2020016550.tif 000004
【図３】
2020016550.tif 000005
【図４】
2020016550.tif 000006
【図５】
2020016550.tif 000007
【図６】
2020016550.tif 000008
【図７】
2020016550.tif 000009
【図８】
2020016550.tif 000010