(57)【要約】本発明は、少なくとも一層が、式（Ｉ）：2009501326.tif 000005    （Ｉ）（式中、Ｒ１とＲ２は、独立的にＣ１−Ｃ１２アルキル基を表すか、任意選択でＣ１−Ｃ１２アルキル、Ｃ２−Ｃ１２アルケン、ビニレン、ベンジル、フェニル、ハロゲン基によって置換された、または任意選択でＣ１−Ｃ１２アルキル基で置換されたエステル、アミノ、アミドもしくはエーテル官能基によって置換されたＣ１−Ｃ１２１，ｎ−アルキレン基（ｎ＝１〜１２）を形成する）を有する繰り返し構造を含有するポリチオフェンの層で全面的あるいは部分的に被覆された少なくとも二層のフレキシブル基材と、一個または複数個の絶縁スペーサと、を有する大表面分布型圧力センサに関する。本発明のセンサは、フレキシブルで、製造が容易で、要求に応じて相異なる単層または多層の対称構造を有し得る。
2009501326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一層が、式（Ｉ）：
【化１】
2009501326.tif 000004
（Ｉ）
（式中、Ｒ１とＲ２は、独立的にＣ１−Ｃ１２アルキル基を表すか、任意選択でＣ１−Ｃ１２アルキル、Ｃ２−Ｃ１２アルケン、ビニレン、ベンジル、フェニル、ハロゲン基によって置換された、または任意選択でＣ１−Ｃ１２アルキル基で置換されたエステル、アミノ、アミドもしくはエーテル官能基によって置換されたＣ１−Ｃ１２１，ｎ−アルキレン基（ｎ＝１〜１２）を形成する）を有する繰り返し構造を含有するポリチオフェンの層で全面的あるいは部分的に被覆された少なくとも二層のフレキシブル基材と、
一個または複数個の絶縁スペーサと、
を有することを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記ポリチオフェンのＲ１とＲ２が、メチレン、１，２−エチレンおよび１，３−プロピレンから選択されるアルキレン基を形成することを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記ポリチオフェンのＲ１とＲ２が、１，２−エチレン基を形成することを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記フレキシブル基材が、フレキシブルプラスチック製シートであることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記フレキシブルプラスチック製シートが、高融点または高ガラス転移温度を有するポリマ、好ましくはポリエチレンテレフタレートまたはポリカーボネートから製造されることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項６】
請求項４に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記フレキシブルプラスチック製シートが、可塑剤添加ＰＶＣ、熱可塑性ゴム、繊維またはポリマ織布から製造されることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記フレキシブル基材が、非プラスチック製材料のシートであることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記フレキシブル基材が、セルロース誘導体材料のシートであることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記フレキシブル基材が、セルロースペーパのシートであることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１０】
請求項７に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記フレキシブル基材が、織物材料のシートであることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１１】
請求項７に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記フレキシブル基材が、フレキシブルガラスのシートであることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１２】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記絶縁スペーサが、シリコーン、発泡ポリマ、またはエポキシ樹脂であることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１３】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記ポリチオフェンが、アニオン系ドーパントを含むことを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記アニオン系ドーパントが、無機アニオン、好ましくは硫酸塩、塩化物、または臭化物アニオンであることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１５】
請求項１３に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記アニオン系ドーパントが、スルホネートまたはホスフェート基を有する有機アニオン、好ましくはｐ−トルエンスルホン酸またはｐ−トルエンホスホン酸であることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１６】
請求項１３に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記アニオン系ドーパントが、ポリマ系カルボン酸、好ましくは、ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、またはポリ（マレイン酸）、ポリマ系スルホン酸、好ましくは、ポリ（スチレンスルホン）酸またはポリ（ビニルスルホン）酸、またはビニルカルボン酸およびビニルスルホン酸と他の重合可能のモノマ、好ましくはスチレンおよびアクリルまたはメタクリルモノマとのコーポリマとから選択される有機ポリアニオンであることを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の大表面分布型圧力センサにおいて、前記使用ポリアニオンが、１５，０００〜３００，０００ダルトンの分子量を有することを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１８】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサが、ポリチオフェン導電性トラックが堆積された二枚の同一のフレキシブルシートで形成され、両シートの間に垂直に配置された絶縁スペーサで規則的に分離された対称構造を有することを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項１９】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサが、ポリチオフェン導電性トラックが堆積され、絶縁スペーサで規則的に分離された一枚のフレキシブルシートと、他の導電性材料のトラックが堆積された非導電性フレキシブルシートとで形成された単一構造を有することを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項２０】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサが、ポリチオフェンの均一導電性層が堆積されたフレキシブルシートと、導電性材料のトラックが堆積された非導電性のフレキシブルシートと、ポリチオフェンの導電性材料の上に堆積された絶縁スペーサとから形成される三層構造を有することを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項２１】
請求項１に記載の大表面分布型圧力センサが、ポリチオフェンの均一導電性層が堆積されたフレキシブルシートと、導電性材料のトラックが堆積された非導電性のフレキシブルシートと、導電性材料のトラックを有する非導電性シートの上に堆積された絶縁スペーサとから形成される三層構造を有することを特徴とする大表面分布型圧力センサ。
【請求項２２】
請求項１〜２１に記載の大表面分布型圧力センサを作製する方法であって、ポリチオフェンが、対応するチオフェンモノマの酸化重合によって、水溶液と溶媒ベースとを問わず、真溶液、コロイド状分散物、または微粒子の安定分散物からフィルムとして前記フレキシブル基材の上に堆積されることを特徴とする大表面分布型圧力センサ作製方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法が、ポリ（ビニルアルコール）またはポリ（ビニルアセテート）のタイプのポリマ系バインダおよびシラン類または粘着性付与樹脂のタイプの接着促進剤を使用し、前記フレキシブル基材に高度に接着性のフィルムを容易に形成することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１〜２１に記載の大表面分布型圧力センサを作製する方法であって、前記ポリチオフェンが、前記フレキシブル基材の上へのその場（in situ）酸化重合法によって、水溶液と溶媒ベースとを問わず、真溶液、コロイド状分散物、または微粒子の安定分散物からフィルムとして前記フレキシブル基材の上に堆積されることを特徴とする大表面分布型圧力センサ作製方法。
【請求項２５】
請求項２２〜２４に記載の大表面分布型圧力センサを作製する方法において、前記ポリチオフェン溶液または分散物が、塗布、浸漬、噴霧、スピンコーティング技法などによって前記フレキシブル基材上に成膜され、後で溶媒を直接蒸発させることを特徴とする大表面分布型圧力センサ作製方法。
【請求項２６】
請求項１〜２１に記載の大表面分布型圧力センサを作製する方法であって、前記ポリチオフェンが、導電性ポリマのリソグラフィ、選択的堆積の従来の方法を使用してトラックとして、インクジェット印刷によって、または機械的方法、好ましくは研削でフレキシブルシートから導電性材料を剥離することによってトラックとして前記フレキシブル基材上に堆積されることを特徴とする大表面分布型圧力センサ作製方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、前記導電性トラックが、ｎ個のセンサに対応して２ｎ個の電極を形成することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリチオフェンをベースとする大表面積の分布型圧力センサに関する。より具体的には、本発明は、ポリチオフェン類似の化合物で被覆し、好適な絶縁スペーサを使って相異なる構造にアセンブリされたフレキシブルシートに関する。前述の構造としては、特に、対称構造、単一構造、および多層構造を含む。本発明のデバイスは、フレキシブルで、製造が容易で、センサ要素としてポリチオフェンタイプの本質的に導電性のポリマを使用する。
【背景技術】
【０００２】
分布型圧力センサは、柔らかい物体に加わる力または圧力を決定するのに、例えば、椅子に座っている人のインタフェース圧力を測定するのに有用である。この適用のためには、センサがフレキシブルであることが必要であるが、それは椅子の湾曲形状に厳正に従い、及ぼされた力を適正に測定するためである。さらに、当該センサは、十分に薄くし、読み誤差を導入しないようにしなければならない。このタイプのセンサは、通常、０．１ｍｍ〜数ｍｍの厚さを有する。表面の相異なるポイントで圧力を測定するには、分布型センサの各エレメントのセンサ領域は、可能な限り小さいことが必要である。一般に、使用されるセンサのエレメントの数に基づいて分類すると、単一センサと、ｎ×ｎ個のエレメントから成るアレイ形式センサとに分類される。これらは、さらに、出力信号に基づいて、２個の出力信号を有するセンサ（オン−オフ形式）と２個超の出力信号を有するセンサ（アナログまたはデジタル形式センサ）とに分類することができる。
【０００３】
フレキシブル圧力センサに必要な性能は、通常、従来の硬い材質のセンサに必要な性能より低く、５％〜１０％の測定不正確さは許容し得る。フレキシブル圧力センサは、通常、一連の行と列のエレメントから成るマトリックス形式の配列で構成される。ｎ×ｎ個のセンサエレメントから成るフレキシブル圧力センサは、当該センサのｎ２個の領域上に示される圧力分布に関するデータを提供する。このデータは、センサエレメントによって提供された抵抗変化の測定値を電圧または強度に変換することによって、電子信号の形で収集される。このようにして得られたデータは、その解像度を最適化し、その解釈を簡素化するために線形化される。測定精度を向上するため、相異なるセンサエレメントは、対応するゲインとオフセットを調節したり、または較正曲線を確立したりすることによって較正される。このように処理されたデータを使用して、２次元および３次元の圧力マップをリアルタイムに作製可能である。
【０００４】
分布型圧力センサの開発のために存在する相異なる技術としては、特に、圧電気エレメントを使用する技術の他に、空気圧、油圧、抵抗および容量の変化を使用する技術を挙げ得る。圧電気を使用する技術は、静的測定には使用不可能である。これらのセンサでは電流ロスが生じ、応答信号が時間の経過に従ってゼロになるからである。空気圧および油圧の技術に基づくセンサは、極めて複雑なアセンブリと大きな厚さを必要とするので、フレキシブルセンサに適用するには限界がある。今日では、抵抗および容量の変化を使用する技術が、フレキシブル圧力センサに対して最も多用されている。
【０００５】
抵抗型センサの作動原理は、ピエゾ抵抗効果を示す材料に力または圧力を加えたときに当該材料に生じる電気抵抗の変化に基づく。容量型センサのケースでは、これらの作動原理は、２枚の平行板間にエラストマ非導電体を挟み込んで得られる構造の上に力または圧力を加えたときに生ずる容量の変化に基づく。この後者のタイプのセンサは、極めて精密、かつ高度に敏感、かつ安定に作動するエレクトロニクスを必要とするという欠点を有する。測定される容量の変化が、通常、ピコファラディ未満だからである。対照的に、抵抗タイプのフレキシブル圧力センサは、極めて簡単なエレクトロニクスを使用する。抵抗の変化は、数桁も大きく、多くのセンサ要素のアレイにとって重要な高速性を有し、そして電磁界に対する感応性もほとんど存在しない（容量型センサはこの点でも欠点を有する）からである。これらの従来のセンサの不利な点として、本発明者らが強調し得るのは、センサ特性が非直線性であることおよび使用サイクル数とセンサの履歴にセンサ応答が依存することである。さらに、これらのセンサの応答は、通常、温度と相対湿度に依存するので、センサが示す信号安定性が低くなり、寿命も十分には長くはなくなるおそれがある。
【０００６】
一般に、市場に存在するフレキシブル圧力センサは、三層で構成されている。すなわち、外側の上下二層は、フレキシブル材料（織布またはポリマ、米国特許第６，１５５，１２０号と米国特許第６，５０１，４６５号）で製造され、これに導電性の線材、通常、金属ワイヤ（米国特許出願第２００３／０１７３１９５号と国際公開第９９／３９１６８号）または金属粒子充填導電性ペースト（米国特許第６，６４６，５４０号と米国特許第６，２９１，５６８号）またはカーボンブラック（米国特許第６，５９７，２７６号と国際公開第００／２５３２５号）を被覆したものであり、中間層は、導電性インクタイプ（米国特許第５，６５２，３９５号と米国特許第５，８３８，２４４号）または非導電性エラストマ誘電体（米国特許第５，０１０，７７４号と国際公開第２００４／０６１４０１号）から製造される感圧材料で製造されたものである。
【０００７】
水性分散物から処理し得る極めて安定な本質的に導電性ポリマのファミリであるポリチオフェン類を、分布型圧力センサの製造のための活性物質として使用することは、最新の技術情報にも記載されていない。米国特許第４，９５９，４３０号と米国特許第４，９８７，０４２号は、ポリ（エチレン−ジオキシ−チオフェン）に基づいて分散物を調製する相異なる手順を記載し、米国特許第５，７６６，５１５号と米国特許第５，３７０，９８１号は、エレクトロルミネセンス装置の透明電極としてこれらを使用すること、および静電プラスチックスを製造することを、それぞれ記載している。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，１５５，１２０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５０１，４６５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／０１７３１９５号明細書
【特許文献４】国際公開第９９／３９１６８号パンフレット
【特許文献５】米国特許第６，６４６，５４０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，２９１，５６８号明細書
【特許文献７】米国特許第６，５９７，２７６号明細書
【特許文献８】国際公開第００／２５３２５号パンフレット
【特許文献９】米国特許第５，６５２，３９５号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，８３８，２４４号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，０１０，７７４号明細書
【特許文献１２】国際公開第２００４／０６１４０１号パンフレット
【特許文献１３】米国特許第４，９５９，４３０号明細書
【特許文献１４】米国特許第４，９８７，０４２号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，７６６，５１５号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，３７０，９８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、最新技術の欠点を克服する別法の大表面分布型圧力センサのための最新技術に対するニーズが依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、少なくとも一層がポリチオフェンの層で全面的あるいは部分的に被覆されている少なくとも二層のフレキシブル基材と一個または複数個の絶縁スペーサとを有する大表面分布型圧力センサを提供することである。
【００１１】
同様に、本発明の目的は、前記圧力センサを作製する方法を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、少なくとも一層が、式（Ｉ）：
【化１】
2009501326.tif 000003
（Ｉ）
（式中、Ｒ１とＲ２は、独立的にＣ１−Ｃ１２アルキル基を表すか、任意選択でＣ１−Ｃ１２アルキル、Ｃ２−Ｃ１２アルケン、ビニレン、ベンジル、フェニル、ハロゲン基によって置換された、または任意選択でＣ１−Ｃ１２アルキル基で置換されたエステル、アミノ、アミドもしくはエーテル官能基によって置換されたＣ１−Ｃ１２１，ｎ−アルキレン基（ｎ＝１〜１２）を形成する）を有する繰り返し構造を含有するポリチオフェンの層で全面的あるいは部分的に被覆された少なくとも二層のフレキシブル基材と、一個または複数個の絶縁スペーサと、を有する大表面分布型圧力センサを提供する。
【００１３】
本発明の文脈内では、「大表面分布型圧力センサ（large surface distributed pressure sensor）」は、大表面（１ｃｍ×１ｃｍ超）全体の圧力測定が可能となるセンサであって、ポイント圧力センサとは対照的にフレキシブルで曲面形状とし得るセンサである。
【００１４】
本発明の全く新規な面は、センサ要素として上記のポリチオフェン（以下「本発明のポリチオフェン」と称する）を使用することである。従って、本発明のセンサの具体的な実施の形態では、ポリチオフェンのＲ１とＲ２の基は、メチレン、１，２−エチレンおよび１，３−プロピレンから選択されるアルキレン基を形成する。好ましい実施の形態では、前記Ｒ１とＲ２の基は、１，２−エチレン基を形成する。すなわち、本発明のセンサの実施の形態に使用する好ましいポリチオフェンは、ポリ（エチレン−ジオキシ−チオフェン）である。
【００１５】
本発明のセンサの別の一つの具体的な実施の形態では、フレキシブル基材は、フレキシブルプラスチック製シートである。好ましい実施の形態では、フレキシブルプラスチック製シートは、高融点または高ガラス転移温度を有するポリマ、好ましくはポリエチレンテレフタレートまたはポリカーボネートから製造される。別の一つの好ましい実施の形態では、フレキシブルプラスチック製シートは、可塑剤添加ＰＶＣ、熱可塑性ゴム、繊維、またはポリマの布で製造される。
【００１６】
本発明のセンサの別の一つの具体的な実施の形態では、フレキシブル基材は、非プラスチック製材料のシートである。
【００１７】
好ましい実施の形態の一つでは、フレキシブル基材は、セルロース誘導体材料のシート、好ましくはセルロースペーパのシートである。
【００１８】
好ましい別の一つの実施の形態では、フレキシブル基材は、織物材料のシートである。
【００１９】
好ましい別の一つの実施の形態では、フレキシブル基材は、フレキシブルガラスのシートである。
【００２０】
驚くべきことに、見出されたことは、本発明のポリチオフェンで被覆した二枚のフレキシブルシートを接触させ、その結果として両導電性フィルムが互いに近接するようにし（適切な絶縁スペーサを使用して）、両フィルム間に電圧差を確立させるとき、通過する電流は、所与の範囲の圧力で前記シートに加えられた圧力に直比例し、極めて高い圧力では、前記電流が、一定の値に飽和するということである。
【００２１】
この効果は、前述のポリチオフェンに基づく分布型圧力センサの製造のために本発明に使用される効果であるが、使用された導電性フィルムの、ｎｍレベルでの、ラフ（そして、同時に粘弾性）特性に起因すると考え得る。そのラフ特性は、原子力間顕微鏡（ＡＦＭ）を使って図１に示されるようなものである。前記形態は、以下に説明されるように、前記ポリチオフェンの導電性粒子（電子伝導性）とドーパントとして使用されたポリアニオンの相対的に絶縁性の領域とを含むことで生ずる。従って、考え得ることは、ポリチオフェン被覆シートに加わる圧力が増大すると、ｎｍスケールでの導電性接触ポイントの数は、最大可能の数の接触ポイントが到達されるある一定の圧力まで、増大し、従って、電流の値はその点で飽和するということである。圧力がフィルム材料の粘弾性特性によって緩和されると、電流値は、圧力がなくなるので大略初めの状態に戻る結果となる。
【００２２】
短絡（圧力がないときの）を防止するためには、センサが直線性を保って応答する圧力範囲を調整するためにも、本発明の分布型圧力センサをアセンブリするとき、絶縁スペーサを使用することが便利である。前記スペーサは、圧力の決定範囲をカバーする好適な伸縮性モジュールの材料で製造するのが好ましい。そうすれば、センサが検出し得る圧力範囲は、その厚さと粘弾性特性に基づいて制御し得る。
【００２３】
従って、好ましい実施の形態では、絶縁スペーサは、シリコーン、発泡ポリマまたはエポキシ樹脂である。
【００２４】
前述のように、酸化された状態の前記ポリチオフェンには、ポリマ鎖の遊離正電荷キャリアを安定化する作用を有するアニオン基を添加し得る。従って、本発明のセンサの具体的な実施の形態では、ポリチオフェンはアニオン系ドーパントを含有する。好ましい実施の形態では、前記アニオン系ドーパントは、無機アニオン、好ましくは、硫酸塩、塩化物、または臭化物アニオンである。別の一つの実施の形態では、前記アニオン系ドーパントは、スルホネートまたはホスフェート基を有する有機アニオン、好ましくはｐ−トルエンスルホン酸またはｐ−トルエンホスホン酸である。別の一つの好ましい実施の形態では、前記アニオン系ドーパントは、ポリマ系カルボン酸、好ましくはポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）またはポリ（マレイン酸）、ポリマ系スルホン酸、好ましくは、ポリ（スチレンスルホン）酸またはポリ（ビニルスルホン酸）、またはビニルカルボン酸およびビニルスルホン酸の他の重合可能のモノマ、好ましくはスチレンおよびアクリルまたはメタクリルモノマとのコーポリマとから選択される有機ポリアニオンである。さらに好ましい実施の形態では、前記ポリアニオンの分子量は、好ましくは、１５，０００〜３００，０００ダルトンである。
【００２５】
本発明を実施し得る可能な構造に関して、最も簡単な構造は、ポリチオフェン導電性トラックが堆積された二枚の同一のフレキシブルシートで形成され、両シートの間に垂直に配置された絶縁スペーサで規則的に分離された対称構造である。このケースでは、前記スペーサの高さは、ポリチオフェン導電性トラックの高さより大きくなければならない。前記のように、非導電性絶縁スペーサは、これらがサンドイッチ状に組み合わされたり、任意選択でカプセル化されたりした後は、図２に示されるように、電流強度が頂部と底部のシートの間に印加されるとき、圧力が加わっていない場合は、両シートの導電性のトラックの間の電気的接触を防止する機能を有する。
【００２６】
このように構成された圧力センサは、加えられた圧力に比例する電気信号を提供し、マトリックス配置（ｎ行×ｎ列）によってセンサのｎ２個の領域に対する圧力分布データを得ることが可能となる。さらに、検出可能な圧力の範囲は、使用されるスペーサの粘弾性特性に依存して修正し得る。
【００２７】
前述の構成のバリエーションは、ポリチオフェン導電性トラックを備えるシートの一枚を他の導電性材料の堆積から製造された導電性トラックで置換することである。従って、本発明のセンサの別の一つの実施の形態では、ポリチオフェン導電性トラックが堆積され、絶縁スペーサで規則的に分離された一枚のフレキシブルシートと、トラックが他の導電性材料で堆積された非導電性フレキシブルシートとで形成された単一構造で、別の一つの実施の形態では、二個の電極を形成する単一構造が示される。
【００２８】
本発明の文脈内では、「導電性材料」は、導電性の銀ペースト、黒鉛ペースト、銅のタイプの金属材料（銀、銅、ニッケルなど）、または溶液または分散物から堆積されたポリピロール、ポリアニリンまたはポリチオフェンのタイプの本質的に導電性のポリマを称する。
【００２９】
本発明に含まれる他の構造は、シートの上にポリチオフェンの均一堆積（例えば、フィルム）で得られるシートを使って得られるものである。
【００３０】
従って、本発明の具体的な実施の形態では、センサは三層で構成される。すなわち、ポリチオフェンの均一導電性層が堆積されたフレキシブルシートと、導電性材料のトラックが堆積された非導電性のフレキシブルシートと、ポリチオフェンの前記導電性シートの上に堆積された絶縁スペーサとから形成される。
【００３１】
別の一つの具体的な実施の形態では、センサは、ポリチオフェンの均一導電性層が堆積されたフレキシブルシートと、導電性材料のトラックが堆積された非導電性のフレキシブルシートと、導電性材料のトラックを有する非導電性シートの上に堆積された絶縁スペーサとから形成される三層構造を有する。
【００３２】
前記構造は、ポリチオフェンの均一堆積物を有するシートと、不均一電気絶縁層または絶縁スペーサと、導電性材料の堆積から得られた導電性トラックを有するシートとから形成され、特に、二個の電極を形成し得る多層構造である。電気絶縁層は、どのような他の層の上にも非導電性材料または高電気抵抗性材料を堆積させて製造し得るが、この電気絶縁層の構造、厚さ、および粘弾性係数は、相異なり得るので、上記の記載に基づいて、センサの測定範囲についてはどのようにも適応し、最適化を図ることが可能である。
【００３３】
本発明の別の一つの態様では、上記の記載に基づく大表面分布型圧力センサを作製する方法が提供される。本方法では、ポリチオフェンが、例えば、上述のように、フィルムの形で、またはトラックの形でフレキシブル基材の上に全面的にまたは部分的に堆積される。
【００３４】
本発明に使用されるポリチオフェンは、対応するモノマの酸化重合によって、または基材上に行うその場（in situ）重合法、例えば、参考文献のADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS 14, 615-622, 2004に記載の方法によって、水溶液と溶媒ベースとを問わず、真溶液、コロイド状分散物、または微粒子の安定分散物から形成されるとき、フィルム形成能力を有する。好ましい溶媒としては、アルコール類、メタノール、エタノール、およびイソプロパノール、さらにはこれらのアルコール類と水、または他の水混和性有機溶媒、例えば、アセトンと水との混合物が挙げられる。好ましい酸化剤としては、過硫酸アンモニウム、三塩化鉄、およびトシル鉄が挙げられる。さらに、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルアセテート）などのタイプのポリマ系バインダ、およびシラン類や粘着性付与樹脂などのタイプの接着促進剤が、基材に高度に接着性のフィルムを容易に形成するために使用し得る。
【００３５】
従って、前記方法の具体的な実施の形態では、ポリチオフェンは、対応するチオフェンモノマの酸化重合によって、水溶液と溶媒ベースとを問わず、真溶液、コロイド状分散物、または微粒子の安定分散物からフィルムとして堆積される。これらの好ましい実施の形態では、ポリ（ビニルアルコール）、またはポリ（ビニルアセテート）などのタイプのポリマ系バインダとシラン類や粘着性付与樹脂などのタイプの接着促進剤が、フレキシブル基材に高度に接着性のフィルムを容易に形成するために使用し得る。
【００３６】
前記方法の別の一つの実施の形態では、ポリチオフェンは、前記基材上に行うその場（in situ）重合法によって、水溶液と溶媒ベースとを問わず、真溶液、コロイド状分散物、または微粒子の安定分散物からフィルムとしてフレキシブル基材に堆積される。
【００３７】
フレキシブル基材の上に成膜する形としては、浸漬、噴霧、スピンコーティング技法などによって分散物または溶液を基材上に展開した（塗布した）後に液を直接蒸発させることによって行い得る。
【００３８】
従って、前記方法の別の一つの実施の形態では、ポリチオフェン溶液または分散物は、塗布、浸漬、噴霧、スピンコーティング技法などによってフレキシブル基材上に成膜して、後で溶媒を直接蒸発させることによって行われる。
【００３９】
前記方法の別の一つの実施の形態では、ポリチオフェンは、導電性ポリマのリソグラフィ、選択的堆積の従来の方法を使用してトラックとして、インクジェット印刷によって、または機械的方法、好ましくは研削でフレキシブルシートから導電性材料を剥離することによってトラックとしてフレキシブル基材上に堆積される。
【００４０】
好ましい実施の形態では、導電性トラックは、ｎ個のセンサに対応して２ｎ個の電極を形成する。
【００４１】
以下、本発明を３つの実施例で説明するが、いずれのケースも本発明の範囲を限定すると考えてはならない。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
＜５ｃｍ×５ｃｍのアクティブ領域を有する対称構造に基づく圧力センサの作製＞
５ｃｍ×５ｃｍのアクティブ領域と各々１７５μｍの厚さを有し、ポリ（エチレン−ジオキシ−チオフェン）であってポリアニオンとしてポリ（スチレンスルホン）酸を含有するもの（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）の薄い層（１〜２μｍ）で被覆されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の二枚のフレキシブルシートから圧力センサを作製した。上記薄い層は、水中におけるエチレン−ジオキシ−チオフェン単量体の酸化重合によって、２．５％の固形物含有量である分散物から堆積されたものである。シートは、０．１２５ｍｍ厚さの両面接着性絶縁スペーサ（ＩＳ）を使って、対称サンドイッチ型構造にアセンブリされた（ＰＥＴ／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ／ＩＳ／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ／ＰＥＴ）。スペーサは、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを被覆したシートのエッジに沿って、幅０．５ｃｍのフラットバンドとして配置した。このようにアセンブリされたデバイスは、両シートの間に電圧が印加されたとき、圧力が加えられない状態では、デバイスに電流が通る徴候は全く見られなかった。センサ表面に相異なる重さを加え、そして両シートの間に１Ｖの電圧差を印加するときに電流強度として測定されたセンサ応答が、図３に示される。
【００４３】
（実施例２）
＜１ｃｍ×１ｃｍのアクティブ領域を有する単一構造に基づく圧力センサの作製＞
１ｃｍ×１ｃｍのアクティブ領域と１７５μｍの厚さを有し、ポリ（エチレン−ジオキシ−チオフェン）であってポリアニオンとしてポリ（スチレンスルホン）酸を含有するもの（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）の薄い層（１〜２μｍ）で被覆されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の一枚のフレキシブルシートから圧力センサを作製した。上記薄い層は、水中におけるエチレン−ジオキシ−チオフェン単量体の酸化重合によって、２．５％の固形物含有量である分散物から堆積されたものである。エポキシ樹脂の点のマトリックスを、図４に示される構造の一つでこのシート上に堆積した（厚さ１５μｍ）。導電性材料（銀）の二つの電極が堆積された別の一枚のフレキシブルシート（ポリエステル）を、上記のように得られたサンプルに接着した。アセンブリされたデバイスは、二つの電極の間で極めて高い電気抵抗（ＭΩのオーダー）を示した。センサ表面に相異なる重さを加えたときのセンサ抵抗の変化が、図５に示される。
【００４４】
（実施例３）
＜５ｃｍ×５ｃｍのアクティブ領域を有する対称構造に基づく圧力センサの作製＞
５ｃｍ×５ｃｍのアクティブ領域と各々１０５μｍの厚さを有し、ポリ（エチレン−ジオキシ−チオフェン）であってポリアニオンとしてポリ（スチレンスルホン）酸を含有するもの（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）の薄い層（１〜２μｍ）で被覆されたセルロースペーパ（ＣＰ）の二枚のフレキシブルシートから圧力センサを作製した。上記薄い層は、水中におけるエチレン−ジオキシ−チオフェン単量体の酸化重合によって、２．５％の固形物含有量である分散物から堆積されたものである。シートは、０．１２５ｍｍ厚さの両面接着性絶縁スペーサ（ＩＳ）を使って、対称サンドイッチ型構造にアセンブリされた（ＣＰ／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ／ＩＳ／ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ／ＣＰ）。スペーサは、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳで被覆されたシートのエッジに沿って、幅０．５ｃｍのフラットバンドとして配置した。このようにアセンブリされたデバイスは、両シートの間に電圧が印加されたとき、圧力が加えられない状態では、デバイスに電流が通る徴候は全く見られなかった。センサ表面に相異なる重さを加え、そして両シートの間に１Ｖの電圧差を印加するときに電流強度として測定されたセンサ応答は、実施例１のセンサで得られたものと同様であった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ポリチオフェン型導電性ポリマの表面の原子力間顕微鏡（ＡＦＭ）写真とマイクロラフネス統計量のグラフである。
【図２】本発明に基づく圧力センサの対称構造を示す概略図で、白いラインは、ポリチオフェン導電性トラックを隔てる非導電性絶縁スペーサを表している図である。
【図３】実施例１に記載の本発明の対称構造圧力センサに対して重量を加えた場合に電流強度の形で現れる応答を示すグラフである。
【図４】実施例２に記載の本発明の単一構造圧力センサを作製するのに有用なエポキシ樹脂ポイントの相異なるマトリックスを表す図である。
【図５】実施例２に記載の本発明の単一構造圧力センサに対して重量を加えた場合に生じる抵抗変化を示すグラフである。
【図１】
2009501326.tif 000006
【図２】
2009501326.tif 000007
【図３】
2009501326.tif 000008
【図４】
2009501326.tif 000009
【図５】
2009501326.tif 000010
【国際調査報告】
2009501326.tif 000011
2009501326.tif 000012
2009501326.tif 000013
2009501326.tif 000014
2009501326.tif 000015
2009501326.tif 000016
2009501326.tif 000017