(57)【要約】【課題】生産性よく感圧インキ層と電極の積層ができ、感圧インキ層と電極の接触を荷重によって制御することを容易にし、荷重による感圧インキと電極間の抵抗値の再現性がよく、圧力を高精度に測定することできる感圧センサを提供する。【解決手段】感圧センサ４０は、矩形形状にその四辺の各々から下底を接続線として台形形状を接続させた平面視形状からなる基材フィルム３１と、基材フィルム３１の矩形形状部分にその周縁に沿って環状に形成された一対の電極１６ａ・１６ｂと、基材フィルム３１の台形形状部分に一対の電極１６ａ・１６ｂと並列するようにして形成された感圧インキ層３０とを備えている。感圧インキ層３０は押圧されることにより電気特性が変化する層である。図２の（１）の２点鎖線で示した折曲げ線５０を軸に、一対の電極１６ａ・１６ｂと感圧インキ層３０とが接するように、台形形状部分が内側に折り曲げられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に一対の電極と、押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層とが並列して形成された感圧センサであって、
前記基材の前記感圧インキ層が形成された部分が、前記感圧インキ層と前記一対の電極とが接するように、内側に折り曲げられた、感圧センサ。
【請求項２】
前記基材の前記感圧インキ層が形成された部分が、前記基材の一対の電極が形成された部分に対して凸状に突き出すように形成され、その根元部分が内側に折り曲げられた、請求項１記載の感圧センサ。
【請求項３】
前記根元部分に、内側に折り曲げやすくするためのハーフカット又は破線状の穿孔が形成された、請求項２記載の感圧センサ。
【請求項４】
前記根元部分の両端に、内側に折り曲げたときに外側にはみ出すのを防止するための切欠きが形成された、請求項２又は請求項３記載の感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面に加わった外力のうち、当該面に垂直な方向成分の圧力分布を測定するための感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ある面に加わった外力の圧力を分布するセンサとしては、例えば、特許文献１に記載されているような構成のセンサが挙げられる。かかるセンサは、引用文献１の図１に示されているように、２枚のフィルムを積層し、上層に上部電極、下層に下部電極を配置し、両者の間に感圧インク層を配置した構成である。
【０００３】
そして、上側のフィルムに圧力が加わると、圧力が加えられている部分だけが上下方向に導通状態となるため、その交差点に対応する下部電極にのみ出力が得られ圧力分布の検出を行うように構成されている。そして、当該感圧センサを例えば、車両用シートの内部に設けることによって、当該シートに乗員が座っているかを判断するとともに、圧力分布から乗員の体格を判断することができる。
【０００４】
すなわち、引用文献１に開示の感圧センサは、圧力が加わったときに、感圧インク層を介して両電極が接触するとともに、感圧インク層に加わる圧力に応じた抵抗値の変動により圧力を測定するものである。
【０００５】
また、かかる問題を解消するために本出願人は、下部フィルムに一対の電極を設け、当該一対の電極を被覆するように上部フィルムに形成される感圧導電層インキで被覆する構成の感圧センサを出願している。かかる感圧センサは、下部フィルムに一対の電極が設けられ、上部フィルムに設けられている感圧導電層インキは、通常時において電極を被覆しているので、空気層のためのスペーサを配置する必要がない。したがって、電極設置形状に応じて任意の形状のセンサとすることができる。そして、一対の電極を枠状に構成することにより、感圧センサの中央部分を透明に構成し、当該透明部分にタッチパネルなどを配置することができる。
【特許文献１】特開２００２−４８６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、かかる構成の感圧センサであっても、中央部分の高い透明性（光線透過率）を得るためには、少なくとも上部フィルムまたは下部フィルムのいずれか一方を中抜きにした枠状に構成する必要があった。ところが、中抜きにした枠状のフィルムは、しわになりやすく位置あわせもしにくいことから、積層がしにくく生産性が低下する問題があった。
【０００７】
また、中抜きにした枠状のフィルムは経年の使用によりフィルムがへたってくると、フィルムが垂れ下がる等の問題により、感圧インキ層と電極の接触を荷重によって制御することが困難になる。そのため、荷重による感圧インキと電極間の抵抗値の再現性は低く、圧力を高精度に測定することが困難となった。
【０００８】
したがって、フィルムが垂れ下がる問題を解決し、本発明は、生産性よく感圧インキ層と電極の積層ができ、感圧インキ層と電極の接触を荷重によって制御することを容易にし、荷重による感圧インキと電極間の抵抗値の再現性がよく、圧力を高精度に測定することできる感圧センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の感圧センサを提供する。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、基材上に一対の電極と押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層とが並列して形成された感圧センサであって、
前記感圧インキ層と前記一対の電極とが接するように、前記基材の感圧インキ層形成部分が内側に折り曲げられていることを特徴とする感圧センサを提供する。
【００１１】
本発明の第２態様によれば、前記基材の感圧インキ層形成部分が、一対の電極形成部分に対して凸状に突き出て形成され、その根元部分を内側に折り曲げて形成されていることを特徴とする感圧センサを提供する。
【００１２】
本発明の第３態様によれば、前記基材の凸状に突き出て形成された根元部分に、内側に折り曲げやすくするためのハーフカットまたは破線状の穿孔が形成されていることを特徴とする感圧センサを提供する。
【００１３】
本発明の第４態様によれば、前記基材の凸状に突き出て形成された根元部分に、内側に折り曲げたときに外側にはみ出すのを防止するための切欠きが形成されていることを特徴とする感圧センサを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１態様によれば、基材上に一対の電極と押圧力により電気特性が変化する感圧インキ層とが並列して形成され、感圧インキ層と前記一対の電極とが接するように、前記基材の感圧インキ層形成部分が内側に折り曲げられていることを特徴とする。したがって、前記の中抜きにした枠状のフィルムを一切使用せず、１枚だけの基材フィルムを使用して電極と感圧インキ層とを形成しているので、フィルムが垂れ下がる問題はなく、感圧インキ層と電極の接触を荷重によって制御することを容易にし、荷重による感圧インキと電極間の抵抗値の再現性がよく、圧力を高精度に測定することができる効果がある。
【００１５】
本発明の第２態様によれば、前記基材の感圧インキ層形成部分が、一対の電極形成部分に対して凸状に突き出て形成され、その根元部分を内側に折り曲げて形成されていることを特徴とする。したがって、いつも同じ態様で折り曲げがされるため、感圧インキ層と電極との位置関係が必然的に決まるため位置あわせが容易になる。その結果、生産性よく感圧インキ層と電極の積層ができる効果がある。
【００１６】
本発明の第３態様によれば、前記基材の凸状に突き出て形成された根元部分に、内側に折り曲げやすくするためのハーフカットまたは破線状の穿孔が形成されていることを特徴とする。したがって、折り曲げが容易にされるため、感圧インキ層と電極との位置あわせがより正確になる。その結果、より生産性よく感圧インキ層と電極の積層ができる効果がある。
【００１７】
本発明の第４態様によれば、基材の凸状に突き出て形成された根元部分の両端に、内側に折り曲げたときに外側にはみ出すのを防止するための切欠きが形成されていることを特徴とする。その結果、折り曲げ線の部分が内側に設定されるため、折り曲げたとき膨らみが生じても、製品の外形形状に問題を与えないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、その（１）がこの発明の第１の実施の形態による感圧センサの概略構成を示した断面図であり、その（２）がその（１）で示したＡ部分の拡大図である。図２は、その（１）が図１で示した基材フィルムの折り曲げる前の状態の概略構成を示した底面図であり、その（２）がその（１）で示した基材フィルムの変形例を示した底面図である。図３は、その（１）が図２で示したＢ部分の拡大図であり、その（２）がその（１）で示した根元部分の第１の変形例を示した図であり、その（３）がその（１）で示した根元部分の第２の変形例を示した図である。
【００２０】
図１の（１）を参照して、感圧センサ４０は、携帯電話機、スマートフォン、ＰＤＡ、カーナビゲーション装置、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、遊技機等の電子機器に組み込まれる。ここでは携帯電話機１を例示して説明する。
【００２１】
携帯電話機１は、合成樹脂製の筐体２と、筐体２に設置された液晶又は有機ＥＬ等の表示部を有する表示装置３と、表示装置３の上に設置された感圧センサ４０と、感圧センサ４０の上に設置された保護パネル４とを備えている。保護パネル４及び感圧センサ４０は表示装置３の設置位置に合わせて形成された筐体２の凹部に筐体２の上面と保護パネル４の上面をほぼ整列されるようにして収納されている。
【００２２】
保護パネル４は、平面視矩形形状を有し、上面は、表示装置３の表示部を外部から視認することができ、その表示部に対応して形成された透明な表示窓部８と、内部を隠蔽するいことができ、表示窓部８の周縁に形成された加飾部９とから構成されている。保護パネル４は、保護パネル４に対するタッチ操作に基づいて、その操作位置となるＸ−Ｙ座標を検知する所謂タッチ入力機能を備えるものと、そのタッチ入力機能を備えていないものとを選択でき、又、タッチ入力機能を備えるものにおいては、抵抗膜方式、静電容量方式、及び電磁誘導方式などから選択できる。
【００２３】
図２の（１）も併せて参照して、感圧センサ４０は、矩形形状にその四辺の各々から下底を接続線として台形形状を接続させた平面視形状からなる基材フィルム３１と、基材フィルム３１の矩形形状部分にその周縁に沿って環状に形成された一対の電極１６ａ・１６ｂと、基材フィルム３１の台形形状部分に一対の電極１６ａ・１６ｂと並列するようにして形成された感圧インキ層３０とを備えている。感圧インキ層３０は押圧されることにより電気特性が変化する層である。図２の（１）の２点鎖線で示した折曲げ線５０を軸に、一対の電極１６ａ・１６ｂと感圧インキ層３０とが接するように、台形形状部分が内側に折り曲げられている。このように基材フィルム３１が折り曲げられた状態で、感圧センサ４０は筐体２に組み込まれ、保護パネル４の加飾部９領域の下面と筐体２の支持部２ａとの間に、互いに接する感圧インキ層３０及び一対の電極１６ａ・１６ｂが配置される。この感圧センサ４０により、保護パネル４に対する押圧操作の検出（Ｚ座標の検知）が可能となり、保護パネル４は感圧機能を有することとなる。
【００２４】
また、感圧インキ層３０が形成された部分は、一対の電極１６ａ・１６ｂが形成された部分に対して外方に延びるように凸状に突き出て形成されている。そのため、その根元部分である折曲げ線に沿って内側に折り曲げ易くなっており、感圧インキ層３０と一対の電極１６ａ・１６ｂとを容易に接触させることができる。
【００２５】
感圧インキ層３０が形成された基材フィルムの台形形状部分は、図２の（１）で示したように折り曲げたときに重ならないような台形形状となっている。このように形成することにより、保護パネル４を押圧操作した場合には、押圧操作位置に関係なく、保護パネル４に対する圧力が感圧インキ層３０に掛かり、感圧インキ層３０が導通するようになる。よって、保護パネル４に対する押圧操作の安定性がよく確実に検出できる。
【００２６】
図２の（２）を参照して、保護パネル４の剛性が高くたわまないようであれば、多少押圧操作位置が異なっていても安定性がよく確実に検出できるので、その場合には、一対の電極１６ａ・１６ｂが形成された基材フィルムの矩形形状部分の四隅に長方形形状または台形形状に凸状に突き出て形成したほうが好ましい。その方が、圧力が集中的に掛かって感圧感度が向上するからである。また、折り曲げ操作もその方がしやすく、感圧インキも少なくて済むからである。なお、凸状に突き出た形状は上記図２の（１）及び（２）の例に限定されるものではない。
【００２７】
図３の（１）を参照して、基材フィルム３１の凸状に突き出て形成された根元部分２８に、折曲げ線５０に沿って、内側に折り曲げやすくするためのハーフカットまたは破線状の穿孔を形成してもよい。折り曲げ位置が正確かつ容易に設定されるため、感圧インキ層３０と電極との位置あわせがより正確になるからである。ハーフカットとは、基材フィルム３１を完全に切断しない程度の切れ込みを意味する。また、破線状の穿孔とは、ミシン目などのような形状であり基材フィルム３１を貫通した多数の切れ込みと非貫通部分とが連続した切れ込みを意味する。ハーフカットあるいは破線状の穿孔７を設けるのは感圧インキ層３０の形成前であっても形成後であってもよい。
【００２８】
ハーフカットを形成するには、トムソン法、レーザー法、ダイスカット法などを用いるとよい。すなわち、トムソン法であれば、プレス機にトムソン刃を固定し、フィルムを所定位置にセットした後、プレスすることにより支持フィルム３側から切れ込みを入れる。レーザー法、ダイスカット法の場合、カットする部分をレーザーやダイスがスキャンするようにして連続した切れ込みを入れる。また、破線状の穿孔を形成するには、トムソン法、レーザー法などを用いるとよい。すなわち、のこぎり刃形状の刃先を持つトムソン刃を用いてプレスすればよい。また、レーザー法では、カットする部分をレーザーがスキャンし、間欠的にレーザー照射することで行う。
【００２９】
図３の（２）及び（３）を参照して、基材フィルム３１の凸状に突き出て形成された根元部分２８に、内側に折り曲げたときに外側にはみ出すのを防止するための切欠き２９を形成してもよい。ここで言う切欠きとは、Ｖ字形状や四角形状等の上記プレス等により加工された基材フィルム３１の凹部のことを言う。切欠き２９の形状としては図３の（２）及び（３）のようなものが挙げられるが、これに限定されるわけではない。サイズは０．５ｍｍから数ｍｍ程度までで、基材の外観に影響を与えない程度が好ましい。
【００３０】
感圧インキ層３０は、押圧力の大きさに応じて抵抗値が変化するアナログ型である。感圧インキ層３０の材料としては、１つ以上の金属、他の導電性または半導体の元素および酸化物、または導電性または半導体の有機又は無機ポリマーを用いることができる。より詳しくは、チタン、タンタル、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、ハフニウム、アルミニウム、シリコン、スズ、クロム、モリブデン、タングステン、鉛、マンガン、ベリリウム、鉄、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、オスミニウム、イリジウム、レニウム、テクネニウム、ロジウム、ルテニウム、金、銀、カドミウム、銅、亜鉛、ゲルマニウム、砒素、アンチモン、ビスマス、硼素、スカンジウム、およびランタニドとアクチニド系列の金属の１つ以上、および、適当であるならば、少なくとも１つ以上の導電性剤である。導電性の充填剤は、非酸化状態における基本要素とすることができる。また、導電性材料の粉体、粒、ファイバーであってもよい。好ましくは直径０．０４〜０．２μｍの球状のものである。なお、分散量は、圧力感度に合わせて適宜調節すればよい。
【００３１】
感圧インキ層３０のバインダーは、ガラス転移点（Ｔｇ）が室温より高い温度領域にある樹脂をもちいる。材質の例としては、塩酸ビニル・酢酸ビニル共重合体樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、塩素化ポリオレフィン、ニトロセルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリアミド樹脂、光硬化性樹脂などがある。
【００３２】
感圧インキ層３０の形成は、例えば、スクリーン印刷、ロールーター法、ディスペサー法などを用いて保護パネル４の裏面周縁部４Ａに直接形成することができる。尚、感圧インキ層３０をスクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷などの通常印刷法にて基材フィルム３１に形成し、この感圧インキ層３０が形成された基材フィルム３１を保護パネル４の裏面に貼付するほうがロールｔｏロール（ＲｔｏＲ）等の量産に適した印刷方法を選択できるという点でより好ましい。なお、感圧インキ層３０が形成された基材フィルム３１が保護パネル４の裏面全体を覆う場合、貼付後に保護パネル４のケーブルを装着する。
【００３３】
感圧インキ層３０を形成して保護パネル４の裏面に貼付される、基材フィルム３１としては、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリエーテルケトン系などのエンジニアリングプラスチック、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系などの樹脂フィルムなどを使用できる。
【００３４】
感圧インキ層３０の膜厚は、１〜２００μｍとする。膜厚が２００μｍを超えると、印刷層を形成できなくなる上に、モバイル機器のような薄さも要求されるような製品には適用しづらい。又膜厚が１μｍに満たないと、感圧インキ層３０の圧力検知特性にバラツキが生じる。
【００３５】
図１の（２）を参照して、各電極１６ａ・１６ｂから延出されたＦＰＣなどのリード線１７の端部には筐体２の内部に備えた制御部２０に接続されるコネクタ１８が備えられている。そして、制御部２０は、コネクタ１８を介して伝達される、保護パネルへの入力荷重が閾値以上になると保護パネルの押圧操作が行なわれたと判定する。具体的には、制御部２０は、コネクタ１８を介して伝達される一対の電極１６ａ・１６ｂ間の抵抗値が所定の閾値以下になると、保護パネル４の押圧操作が行なわれたと判断する。図３の（４）を参照して、一対の電極１６ａ・１６ｂの変形例としては櫛歯電極が挙げられる。
【実施例１】
【００３６】
＜感圧インキ層・電極形成＞
１００μｍ厚のポリカーボネートフィルムからなる基材フィルム上に、銀ペーストでもってスクリーン印刷法を用いて一対の櫛歯電極を形成し、その周囲に直径０．０４〜０．２μｍの球状のチタン粉体を塩酸ビニル・酢酸ビニル共重合体樹脂に分散した感圧インキでもってスクリーン印刷法を用いて感圧インキ層を形成した。
【００３７】
＜基材フィルムの打ち抜き＞
上記感圧インキ層・電極が形成された基材フィルムを、トムソン法を用いて図１の（１）に示すような基材の一対の電極形成部分の四辺を下底とする台形状に凸状に突き出る形状に打ち抜き形成した。その打ち抜きの際、折曲げ線５０に沿ったミシン目状の破線状穿孔と図３の（２）や（３）に示す切欠き２９も同時に形成した。
【００３８】
＜基材フィルムの折り曲げ＞
上記打ち抜かれた基材フィルムを、破線状穿孔を折り目として、台形状に凸状に突き出る感圧インキ層が形成された部分を内側に折り曲げて、感圧インキ層と電極とが接するように積層し、しっかりと固定した。この感圧インキ層と電極とが接するように折り曲げられた基材フィルムを保護パネルの裏面に貼付した。
【００３９】
＜保護パネルでの評価結果＞
（１）圧力検知評価
上記の構成で得た感圧インキ層を備えたタッチ入力機能付き保護パネルの表面を、先端がＲ０．８のポリアセタールペンで押圧した際に得られる感圧インキ層の抵抗値の変化を測定した。この測定では、０〜２Ｎ（約２００ｇｆ）の間でのペン入力荷重の増大に応じて、感圧インキ層の抵抗値が徐々に下がる結果が得られ、ペン入力荷重を抵抗値の変化で検知できることを確認できた。
【００４０】
（２）高温環境下での耐久性評価
上記の構成で得た感圧インキ層を備えたタッチ入力機能付き保護パネルを、８５℃の高温環境下に１６時間置いた後、圧力検知の動作確認を行った。その結果、高温環境下に置いた前後でほとんどＦ−Ｒ特性に変化が見られなかった。
【００４１】
以上、上記の構成で得た保護パネルでは、保護パネルの表面を押圧操作する場合、保護パネルに対する圧力が感圧インキ層に掛かかり、層中に分散した導電性材料が繋がり、感圧インキ層と電極とで導通が生じると考えられる。そして、更に強く保護パネルを押圧すると、感圧インキ層の変形が大きくなるほど、導電性材料の繋がる箇所が増えて抵抗値が小さくなると考えられる。つまり、この保護パネルでは、保護パネルに対する押圧力の変化に応じた抵抗値の変化を検知する可変式の感圧センサとしての機能を有し、タッチ操作力やペンの筆圧などを検知することができ、その結果、この保護パネルを、例えば、撮影機能を有する電子機器に採用した場合には、それに対する押圧力の大きさに応じてズーム速度を変化させるズームスイッチやシャッター速度を変化させるシャッタースイッチとして使用することができ、又、描画機能を有する電子機器に採用した場合には、保護パネルに対する押圧力の大きさに応じて濃淡を変化させる筆圧認識センサとして使用できる。しかも、この保護パネルでは、高温環境下で使用においても、保護パネルと筐体の支持部との間に介装された感圧インキ層が膨張することがなく、その結果、感度が低くなったり、電極との接続不良等の不具合をおこしてしまうということもなかった。
【実施例２】
【００４２】
図２の（２）に示すように基材フィルムの感圧インキ層形成部分を、一対の電極形成部分の四隅に長方形または台形状に凸状に突き出て構成した以外は実施例1と同様にした。結果は実施例１と同様であった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】その（１）がこの発明の第１の実施の形態による感圧センサの概略構成を示した断面図であり、その（２）がその（１）で示したＡ部分の拡大図である。
【図２】その（１）が図１で示した基材フィルムの折り曲げる前の状態の概略構成を示した底面図であり、その（２）がその（１）で示した基材フィルムの変形例を示した底面図である。
【図３】その（１）が図２で示したＢ部分の拡大図であり、その（２）がその（１）で示した根元部分の第１の変形例を示した図であり、その（３）がその（１）で示した根元部分の第２の変形例を示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    携帯電話機
２    筐体
３    表示装置
４    保護パネル
８    表示窓部
９    加飾部
１６ａ，１６ｂ  電極
１７  リード線
１８  コネクタ
２０  制御部
２４  基材の一対の電極形成部分
２７  基材の感圧インキ層形成部分
２８  根元部分
２９  切欠き
３０  感圧インキ層
３１  基材フィルム
５０  折曲げ線
４０  感圧センサ
【図１】
2010071870.tif 000003
【図２】
2010071870.tif 000004
【図３】
2010071870.tif 000005