(57)【要約】【課題】ドリフトを抑制しつつ、大型化を抑制しながら薄膜化および検出域の拡大を図ることが可能であり、さらに耐久性が高く、かつ、圧力または荷重を連続的に検出することが可能な感圧センサを提供する。【解決手段】感圧センサ１００は、上部電極１１と、上部電極と間隔を空けて対向する下部電極１２とを有する。上部電極１１は、互いに対向する１対の櫛歯形状の部材である上部櫛歯部２２と、上部櫛歯部２２の各歯部２３の一端を連結する枠部２１とを有し、上部櫛歯部２２は下部電極１２側に曲がっている。下部電極１２は、半導電抵抗体で形成され、かつ、上部櫛歯部２２と対向する位置に設けられた１対の櫛歯形状の部材である下部櫛歯部３１を有する。【選択図】図６
2019061950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と、前記上部電極と間隔を空けて対向する下部電極とを有する感圧センサであって、
前記上部電極は、互いに対向する１対の櫛歯形状の部材である上部櫛歯部と、前記上部櫛歯部の各歯部の一端を連結する枠部と、を有し、前記上部櫛歯部は、下部電極側に曲がっており、
前記下部電極は、半導電抵抗体で形成され、かつ、前記上部櫛歯部と対向する位置に設けられた１対の櫛歯形状の部材である下部櫛歯部を有する、感圧センサ。
【請求項２】
前記１対の上部櫛歯部は、互いに入り込んでいる、請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項３】
前記１対の上部櫛歯部と前記枠部とが一体形成されている、請求項１または２に記載の感圧センサ。
【請求項４】
前記下部櫛歯部の各歯部の幅は、前記上部櫛歯部の各歯部の幅よりも広い、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【請求項５】
前記１対の上部櫛歯部の歯部の数は、全体で３以上である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【請求項６】
前記上部櫛歯部は、根元部において０．１°から１０°の角度で曲がっている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【請求項７】
前記上部櫛歯部の引張強度は、７０ＭＰａ以上である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【請求項８】
前記上部櫛歯部の各歯部の厚さは、０．１ｍｍ〜１ｍｍである、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【請求項９】
前記下部櫛歯部の単位長さ当たりの抵抗値は、１０Ω／ｍｍ〜１０4Ω／ｍｍである、請求項１ないし８のいずれかに記載の感圧センサ。
【請求項１０】
前記上部櫛歯部は、前記下部電極側に膨らむように湾曲している、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【請求項１１】
前記上部櫛歯部の各歯部は、先端部が根元部よりも細い、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【請求項１２】
前記上部電極を下面に備えた上部基板と、
前記下部電極を上面に備えた下部基板と、
前記上部基板を下面に備えた、可撓性を有する押圧部材と、
前記下部基板と前記押圧部材とを間隔を空けて支持するスペーサとを有する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【請求項１３】
前記上部基板と前記上部電極とを接合する第１の粘着剤層をさらに有し、
前記第１の粘着剤層は、前記上部電極の枠部に沿って設けられる、請求項１２に記載の感圧センサ。
【請求項１４】
前記上部基板と前記上部電極との間に設けられた弾性体膜と、
前記上部基板と前記弾性体膜とを接合する第２の粘着剤層と、
前記弾性体膜と前記上部電極とを接合する第３の粘着剤層と、をさらに有し、
前記第２の粘着剤層は、前記上部基板における前記上部櫛歯部の歯部が並んだ第１の方向とは略直交する第２の方向の略中央部に、前記第１の方向に沿って設けられ、
前記第３の粘着剤層は、前記上部電極における前記第２の方向の両端部のそれぞれに、前記第１の方向に沿って設けられる、請求項１２に記載の感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力または荷重に応じて抵抗値が変化する感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力または荷重に応じて抵抗値（電気抵抗値）が変化する感圧センサとして、樹脂で形成された感圧抵抗体を電極の間に設けたものが特許文献１に開示されている。この感圧センサでは、圧力または荷重が電極に印加されると、電極と感圧抵抗体との接触面積が変化し、それに伴い、抵抗値が変化する。
【０００３】
また、特許文献２には、Ｕ字状に撓むように両端部を押しボタンに固定した金属板と平面状の金属板とを対向させた可変抵抗スイッチが開示されている。この可変抵抗スイッチでは、押しボタンに圧力または荷重が印加されると、各金属板が短絡する短絡距離が変化し、それに伴い、抵抗値が変化する。
【０００４】
また、特許文献３には、線状の弾性部材の一端を押しボタンに固定し、他端を基板上に並設された固定接点に当接させたスイッチ装置が開示されている。このスイッチ装置では、押しボタンに圧力または荷重が印加されると、弾性部材と接触する固定部材の数が変化し、その数に応じて段階的にオン・オフが検知されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−８２６０８号公報
【特許文献２】実開昭６１−７７５２０号公報
【特許文献３】実開平５−３４６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の感圧センサでは、感圧抵抗体の材料として、金属などと比べて硬度の低い樹脂が使用されているため、圧力または荷重が印加され続けると、感圧抵抗体が時間とともに変形してしまい、その結果、抵抗値が時間とともに変化するドリフトと呼ばれる現象が生じてしまう。
【０００７】
特許文献２に記載の可変抵抗スイッチでは、Ｕ字状に撓んだ金属板の最下点の両側が平面状の金属板と略均等に接触するため、圧力または荷重に対する短絡距離の変化が大きく、圧力または荷重に対する抵抗値の変化が大きくなってしまう。このため、抵抗値が変化する抵抗変化範囲を広くして、圧力または荷重を検出する検出域を広くしようとすると、大型化を招いてしまう。特に薄型化を図るほど、圧力または荷重に対する短絡距離の変化が大きくなるため、大型化を抑制しつつ、薄型化を図ることが難しい。
【０００８】
特許文献３に記載のスイッチ装置では、線状の弾性部材の一端のみが押しボタンに固定されているため、押しボタンに係る負荷が偏り、その結果、押しボタンにかじりなどが発生する恐れがあり、耐久性に問題がある。また、弾性部材と接触する固定部材の数に応じてオン・オフが検知されるため、検出値の変化が段階的になってしまう。そのため、圧力または荷重を連続的に検出することができないという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、ドリフトを抑制しつつ、大型化を抑制しながら薄膜化および検出域の拡大を図ることが可能であり、さらに耐久性が高く、かつ、圧力または荷重を連続的に検出することが可能な感圧センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による感圧センサは、上部電極と、前記上部電極と間隔を空けて対向する下部電極とを有する感圧センサであって、前記上部電極は、互いに対向する１対の櫛歯形状の部材である上部櫛歯部と、前記上部櫛歯部の各歯部の一端を連結する枠部と、を有し、前記上部櫛歯部は、下部電極側に曲がっており、前記下部電極は、半導電抵抗体で形成され、かつ、前記上部櫛歯部と対向する位置に設けられた１対の櫛歯形状の部材である下部櫛歯部を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ドリフトを抑制しつつ、大型化を抑制しながら薄膜化および検出域の拡大を図ることが可能であり、さらに耐久性が高く、かつ、圧力または荷重を連続的に検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の感圧センサを示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の感圧センサを示す透視上面図である。
【図３】図１および図２のＳＳ線に沿った縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の上部電極の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の上部電極の構成を示す上面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の感圧センサの動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の上部電極の構成を示す上面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の上部電極の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の感圧センサの構成を示す縦断面図である
【図１０】本発明の第５の実施形態の感圧センサの上部の構成を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態の感圧センサの構成を示す縦断面図である
【図１２】本発明の第６の実施形態の感圧センサの上部の構成を示す分解斜視図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態の感圧センサの動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の他の実施形態の感圧センサを示す縦断面図である。
【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て説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の感圧センサを示す斜視図であり、図２は、本発明の第１の実施形態の感圧センサを示す透視上面図であり、図３は、図１および図２のＳＳ線に沿った縦断面図である。
【００１５】
図１〜図３に示す感圧センサ１００は、上部基板１と下部基板２とがスペーサ３によって間隔を空けて互いに対向した構成を有する。なお、図２では、上部基板１を除いた構成が示されている。
【００１６】
上部基板１および下部基板２は、絶縁材料で形成される。スペーサ３は、上部基板１と下部基板２に所望の間隔が空けられる部材であれば特に限定されない。なお、以下では、説明の簡略を図るために、感圧センサ１００に対して印加する圧力または荷重を単に荷重と表記する。
【００１７】
上部基板１の上面（下部基板２と対向する面とは反対側の面）には、感圧センサ１００に対して荷重を印加するための押しボタンとして機能する凸部１ａが設けられている。凸部１ａは、上部基板１の中央部に設けられることが望ましい。なお、上部基板１は、凸部１ａを備えず、平板状に形成されてもよい。
【００１８】
図の例では、上部基板１は矩形状を有する。下部基板２は、上部基板１と対向する矩形状の第１の部分２ａと、第１の部分２ａから外側に延びる第２の部分２ｂとを有する。スペーサ３は、図２に示すように下部基板２の第１の部分２ａおよび上部基板１の外周に沿って配置されている。また、スペーサ３には、間隙３ａが１か所設けられており、下部基板２の第２の部分２ｂは、スペーサ３の間隙３ａが設けられた箇所から外側に向かって延びている。
【００１９】
上部基板１の下面（下部基板２と対向する面）には、上部電極１１が設けられ、下部基板２の上面（上部基板１と対向する面）には、下部電極１２が設けられている。上部電極１１および下部電極１２は、スペーサ３で囲まれた部分に設けられている。また、上部電極１１および下部電極１２は、対向するように設けられる。本実施形態では、上部電極１１および下部電極１２は、感圧センサ１００に荷重が印加されていない状態では、互いに接触せず、互いに間隔を空けて対向しているが、感圧センサ１００に荷重が印加されていない状態で互いに接触するように設けられてもよい。図３は、感圧センサ１００に荷重が印加されていない無荷重状態の感圧センサ１００が示されている。なお、図２では、上部電極１１は図示されていない。
【００２０】
図４は、上部電極１１の構成を示す斜視図であり、図５は、上部電極１１の構成を示す上面図である。図４および図５に示す上部電極１１は、矩形状の枠部２１と、互いに対向する１対の櫛歯形状の部材である上部櫛歯部２２とで形成されている。１対の上部櫛歯部２２は、枠部２１の互いに対向する１対の辺のそれぞれから、互いに向き合う向き（枠部２１の内側に向かう向きに）に延びている。これにより、１対の上部櫛歯部２２の各歯部２３の一端が枠部２１によって連結される。上部櫛歯部２２の各歯部２３は、本実施形態では、上方（Ｚ方向）から見て矩形状を有する板部材で形成され、互いに略平行に設けられている。
【００２１】
１対の上部櫛歯部２２は、互いに入り込んでいる。つまり、１対の上部櫛歯部２２は、一方の上部櫛歯部２２の歯部２３が他方の上部櫛歯部２２の凹部２４に入り込むように形成される。したがって、一方の上部櫛歯部２２の歯部２３と他方の上部櫛歯部２２の歯部２３とが、歯部２３が延びる延在方向であるＹ方向とは交差（より具体的には、略直交）するＸ方向に隣接するように形成される。なお、凹部２４は、各歯部２３の両側の空間を示す。
【００２２】
上部櫛歯部２２の歯部２３は、枠部２１と接続する根元部２５またはその付近で下部電極１２側に折り曲げられている。これにより、上部櫛歯部２２は、下部電極１２側に曲がり、根元部２５から先端部２６に向けて下部電極１２側に傾斜している。歯部２３の折り曲げ角度（傾斜角度）は、０．１°〜１０°が好ましい。本実施形態では、折り曲げ角度は、略３°である。なお、本実施形態では、歯部２３は、側面から見て直線形状を有している。
【００２３】
歯部２３の数は、１対の上部櫛歯部２２全体で２つ以上あればよく、３つ以上あることが望ましい。本実施形態では、歯部２３の数は、１対の上部櫛歯部２２のそれぞれに２つ、すなわち、１対の上部櫛歯部２２全体で４つある。以下、歯部２３の数は、特に断りのない限り、１対の上部櫛歯部２２全体での歯部２３の数を表す。
【００２４】
以上説明した上部電極１１、つまり枠部２１および上部櫛歯部２２は、導電性を有する弾性体である導電弾性体で形成される。したがって、上部櫛歯部２２の各歯部２３は、枠部２１を介して電気的に接続される。枠部２１と上部櫛歯部２２は、図示したように一体形成されることが望ましいが、別々に形成された枠部２１と上部櫛歯部２２とが接合されてもよい。その際、接合手段は、特に限定されず、例えば、溶接やビス止めなどである。また、枠部２１と上部櫛歯部２２とが別々に形成される場合、枠部２１および上部櫛歯部２２は、互いに同じ材料で形成されることが望ましいが、互いに異なる材料で形成されてもよい。また、上部櫛歯部２２の各歯部２３を連結して電気的に接続できれば、矩形状の枠部２１の代わりに、コの字形状の枠部などの他の部材が用いられてもよい。
【００２５】
下部電極１２は、図２に示したように、上部電極１１の上部櫛歯部２２の各歯部２３と対向する位置に設けられた複数の歯部３２を有する櫛歯状の部材である下部櫛歯部３１を有する。上部櫛歯部２２が互いに対向して１対設けられているため、下部櫛歯部３１も互いに対向する１対の部材からなる。下部櫛歯部３１は、半導電性抵抗体で形成される。下部櫛歯部３１の線抵抗率は、１０Ω／ｍｍ〜１０4Ω／ｍｍであることが望ましい。線抵抗率とは、単位長さ当たりの抵抗値を示す。
【００２６】
１対の下部櫛歯部３１の各歯部３２は、導電線３３によって電気的に接続されている。導電線３３としては、具体的には、一方の下部櫛歯部３１の各歯部３２を電気的に接続する導電線と、他方の下部櫛歯部３１の各歯部３２を電気的に接続する導電線とがある。導電線３３は、下部基板２上に設けられ、スペーサ３の間隙３ａから下部基板２の第２の部分２ｂに沿って延び、その端部に接続端子３３ａが形成されている。接続端子３３ａは、外部装置（図示せず）と電気的に接続され、感圧センサ１００の駆動時には、外部装置から接続端子３３ａおよび導電線３３を介して下部電極１２に電圧が印加される。
【００２７】
図６は、感圧センサ１００の動作を説明するための図である。図６では、感圧センサ１００に対して荷重が印加されていない無荷重状態、弱い荷重が印加されている弱荷重状態、強い荷重が印加されている強荷重状態の感圧センサ１００の透視側面図および透視上面図が示されている。なお、図６では、説明の簡略化のため、上部櫛歯部２２（下部櫛歯部３１）の歯部の数は２つとしている。
【００２８】
感圧センサ１００に対して荷重が印加されていない無荷重状態の場合、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、上部電極１１の上部櫛歯部２２と下部電極１２の下部櫛歯部３１とは、互いに接触しないように形成されている。このため、感圧センサ１００の抵抗値は無限大となる。
【００２９】
感圧センサ１００の上部基板１の凸部１ａに弱い荷重Ｆ１が印加された弱荷重状態の場合、上部基板１が荷重Ｆ１に応じて撓み、それに伴い、上部電極１１の上部櫛歯部２２が下がり、図６（ｂ）に示すように、下部電極１２の下部櫛歯部３１と接触する。このとき、上部櫛歯部２２は、根元部２５から先端部２６に向けて下部電極１２側に傾斜しているため、先端部２６の方から下部櫛歯部３１と接触する。下部櫛歯部３１の各歯部３２おける、歯部３２と導電線３３との接続部から歯部３２と上部櫛歯部２２との接触部までの距離である有効距離をそれぞれＡおよびＢとすると、感圧センサ１００は、その有効距離ＡおよびＢの和Ａ＋Ｂに応じた抵抗値Ｒ（Ａ＋Ｂ）を有することになる。
【００３０】
さらに図６（ｂ）に示した荷重Ｆ１よりも大きい荷重Ｆ２が上部基板１の凸部１ａが印加された強荷重状態の場合、図６（ｃ）に示すように上部基板１がさらに撓む。これにより、上部櫛歯部２２と下部櫛歯部３１とが接触する長さ（歯部２３が延びるＹ方向の長さ）が図６（ｂ）の場合よりも長くなる。このため、下部櫛歯部３１の各歯部３２おける有効距離をそれぞれａおよびｂとすると、その有効距離の和ａ＋ｂは、図６（ｂ）で示した弱荷重状態の有効距離の和Ａ＋Ｂよりも短くなる。このため、有効距離ａおよびｂの和に応じた感圧センサ１００の抵抗値Ｒ（ａ＋ｂ）は、弱荷重状態における感圧センサ１００の抵抗値Ｒ（Ａ＋Ｂ）よりも小さくなる。
【００３１】
したがって、感圧センサ１００では、印加された荷重に応じて抵抗値が変化することとなる。なお、このとき、印加された荷重に応じて有効距離が連続的に変化するため、荷重に応じて抵抗値も連続的に変化する。また、感圧センサ１００の抵抗値は、実際には、上述した有効距離に応じた抵抗値と、上部電極１１や導電線３３の抵抗値を加えた値となるが、ここでは、説明を簡略化するため、上部電極１１や導電線３３の抵抗値が一定であるため、ゼロとみなした。
【００３２】
上記構成を有する感圧センサ１００では、上部電極１１として、ドリフトを軽減させることが可能な硬い材質、繰り返しの使用（変形）に適した厚さ、感圧センサ１００の抵抗値変化に適した低抵抗値などを有することが望ましい。具体的には、上部電極１１の材料としては、板バネ用の導電性金属板、または、導電性塗料を塗布した金属または樹脂板などが望ましく、上部電極１１の引張強度は７０ＭＰａ以上、厚さは０．１ｍｍ〜１ｍｍ、体積抵抗率は１０μΩｍ以下であることが望ましい。
【００３３】
歯部２３の数は、３以上が望ましい。これは、荷重が印加された場合に、各歯部２３に印加される荷重のバランスが良いためであり、荷重が印加された位置が上部基板１の中央部からずれてしまい、その結果、荷重が印加される荷重方向がＺ方向（感圧センサ１００に対して直交した方向）からずれた場合でも、各歯部２３における抵抗値変化のばらつきが低減されるためである。この荷重のバランスの観点からは、歯部２３の数は多いほどよい。
【００３４】
また、下部櫛歯部３１の歯部３２の幅ＷDは、上部櫛歯部２２の歯部２３の幅ＷUよりも広いことが望ましい。これは、歯部３２と歯部２３の感圧センサ１００の面内方向（ＸＹ平面内の方向）の位置関係にずれが生じた場合でも、感圧センサ１００に荷重が印加された際に、上部電極１１と下部電極１２との接触をより確実に行うことができるためである。
【００３５】
以上説明したように本実施形態によれば、上部電極１１は、互いに対向する１対の櫛歯形状の部材である上部櫛歯部２２と、上部櫛歯部２２の各歯部２３の一端を連結する枠部２１とを有し、上部櫛歯部２２は下部電極１２側に曲がっている。下部電極１２は、半導電抵抗体で形成され、かつ、上部櫛歯部２２と対向する位置に設けられた１対の櫛歯形状の部材である下部櫛歯部３１を有する。
【００３６】
上記構成を有することにより、上部電極１１および下部電極１２の間に硬度の低い感圧抵抗体などを設けなくてもよくなるため、ドリフトを抑制することが可能になる。また、上部櫛歯部２２が下部電極１２側に曲がっている構成であるため、荷重が印加された際に、上部櫛歯部２２の片側と下部櫛歯部３１とが接触するため、荷重に対する短絡距離の変化を小さくすることが可能になり、大型化を抑制しながら薄型化および拡大を図ることが可能になる。また、上部櫛歯部２２は、互いに対向する１対の構成を有するため、上部櫛歯部２２を支持する上部基板１に係る負荷を均一化することが可能になる。このため、かじりなどの発生を抑制し、耐久性を高くすることができる。さらに上部櫛歯部２２と下部櫛歯部３１の接触距離を荷重に応じて連続的に変化させることが可能になるため、荷重を連続的に検出することが可能になる。
【００３７】
したがって、本実施形態の感圧センサ１００では、ドリフトを抑制しつつ、大型化を抑制しながら薄膜化および検出域の拡大を図ることが可能であり、さらに耐久性が高く、かつ、圧力または荷重を連続的に検出することが可能になる。
【００３８】
また、本実施形態では、１対の上部櫛歯部２２が互いに入り込んでいるため、大型化をさらに抑制することが可能になる。
【００３９】
また、本実施形態では、感圧センサ１００は、１対の上部櫛歯部２２を連結する枠部２１を有し、１対の上部櫛歯部２２と枠部２１とは一体形成されている。このため、耐久性が高い上部電極１１を容易に作成することが可能になる。
【００４０】
また、本実施形態では、下部櫛歯部３１の歯部３２の幅ＷDは、上部櫛歯部２２の歯部２３の幅ＷUよりも広いため、上部電極１１と下部電極１２との接触をより確実に行うことが可能になる。また、上部櫛歯部２２の歯部２３の数は３以上であるため、抵抗値変化のばらつきを低減することが可能になる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態の感圧センサ１００の上部電極１１ａの構成を示す上面図である。図７に示す上部電極１１ａは、図５で示した第１の実施形態の上部電極１１と比較して、上部櫛歯部２２の歯部２３の代わりに、歯部２３ａを有する点で異なる。なお、本実施形態の感圧センサ１００の他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４２】
図５に示した第１の実施形態における歯部２３は、矩形状であったが、図７に示す歯部２３ａは、先端部２６が根元部２５よりも細くなっている。より具体的には、歯部２３ａは、上方から見て、根元部２５から先端部２６に向けて幅が徐々に細くなる略三角形状に形成されている。このとき、下部櫛歯部３１の歯部３２の幅ＷDは、上部櫛歯部２２の歯部２３ａの幅の最大値、つまり、歯部２３ａの根元部２５の幅ＷUMよりも広いことが望ましい。
【００４３】
本実施形態では、歯部２３ａの先端部２６が根元部２５よりも細いため、荷重が小さい場合でも、上部櫛歯部２２の歯部２３ａの先端部２６が変形しやすく、下部櫛歯部３１に接触しやすい。このため、微小の荷重を検出することが可能になり、荷重を検出できる検出域を広くすることが可能になる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態の感圧センサ１００の上部電極１１ｂの構成を示す縦断面図である。図８に示す上部電極１１ｂは、図３に示した上部電極１１と比較して、上部櫛歯部２２における歯部２３の代わりに、歯部２３ｂを有する点で異なる。なお、本実施形態の感圧センサ１００の他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４５】
図３に示した第１の実施形態における歯部２３は、側面から見て直線形状を有していたが、図８に示す歯部２３ｂは、側面から見て、下部電極１２側に膨らむように湾曲した曲線形状（より具体的には、Ｒ形状）を有する。
【００４６】
本実施形態では、歯部２３ｂが下部電極１２側に膨らむように湾曲しているため、荷重が小さい場合でも、歯部２３ｂの先端部が変形しやすく、下部櫛歯部３１に接触しやすい。このため、微小の荷重を検出することが可能になり、荷重を検出できる検出域を広くすることが可能になる。
【００４７】
（第４の実施形態）
本実施形態では、各部の構成についてより詳細に説明する。
【００４８】
第１〜第３の実施形態では、図６に示したように示したように、上部基板１は、可撓性を有し、荷重が印加された際に変形することで、印加された荷重を上部電極１１に伝えている。このとき、当然ながら、上部基板１は、荷重が印加された際に、上部電極１１の上部櫛歯部２２と当接しない程度の強度を有する必要がある。また、スペーサ３は、上述したように特に限定されないが、柔軟性および弾性を有することが望ましい。なお、上部基板１は、可撓性を有さない部材で構成されてもよい。この場合、当然ながら、スペーサ３は、上部基板１に対して印加された荷重を上部電極１１に伝えるために柔軟性および弾性を有する必要がある。
【００４９】
上部基板１と上部電極１１とは、互いに接合されなくてもよいし、互いに接合されてもよい。上部基板１と上部電極１１とを互いに接合しない場合、感圧センサ１００の構成の簡易化を図ることが可能になる。一方、上部基板１と上部電極１１とを互いに接合する場合、上部基板１と上部電極１１との位置ずれを抑制することが可能になる。したがって、感圧センサ１００に対して荷重が繰り返し印加されても、上部基板１と上部電極１１との位置がずれて、感圧センサ１００の特性に影響が生じることを抑制することが可能になる。
【００５０】
上部基板１と上部電極１１とを互いに接合する場合、その接合方法については特に限定されない。例えば、上部基板１と上部電極１１とは、粘着剤や、熱硬化性接着剤のような接着剤などを用いて互いに接合される。粘着剤を用いる場合、特に両面テープなどを用いることにより、上部基板１と上部電極１１とを容易に接合することが可能になるため、感圧センサ１００を容易に製造することが可能になる。また、接着剤を用いる場合、一般的に接着剤は粘着剤と比べてヒステリシスが発生しくにため、負荷の荷重時と除荷時で検出値に差が生じることを抑制することが可能になる。また、上部基板１と上部電極１１とは、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate：ポリエチレンテレフタラート）フィルムのような柔軟性を有する弾性体膜を介して接合されてもよい。
【００５１】
下部基板２の材質や材料は、感圧センサ１００が設置される場所などに応じて適宜選択される。
【００５２】
感圧センサ１００における荷重の検出範囲は、上部電極１１の厚さに応じて変化する。具体的には、上部電極１１が薄くなるほど、検出精度を高くすることができる。このため、上部電極１１の厚さは、所望の検出範囲に応じて決定することが望ましい。また、反対に上部電極１１の厚さが厚くなるほど、ドリフトの発生を抑制することができる。
【００５３】
また、上部電極１１における上部櫛歯部２２の歯部２３の折り曲げ角度が大きいほど、上部電極１１の加工が容易になり、さらには検出範囲を広くすることが可能になる。また、反対に歯部２３の折り曲げ角度が小さいほど、感圧センサ１００を薄くすることが可能になる。
【００５４】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態の感圧センサ１００の構成を示す縦断面図であり、図１０は、本発明の第５の実施形態の感圧センサ１００の構成を示す分解斜視図である。
【００５５】
図９および図１０に示す本実施形態の感圧センサ１００は、図１〜図６で説明した第１の実施形態の感圧センサ１００と比較して、押圧部材４をさらに備える点で異なる。また、本実施形態の感圧センサ１００では、上部基板１と上部電極１１とが粘着剤層５で互いに接合されている。粘着剤層５は、粘着剤で形成された層であり、例えば、両面テープなどを用いることで形成することができる。図１０では、感圧センサ１００の上部、具体的には、上部基板１、押圧部材４、粘着剤層５および上部電極１１の構成が示されている。
【００５６】
第１の実施形態では、スペーサ３は、上部基板１と下部基板２の間に設けられていたが、本実施形態では、押圧部材４と下部基板２との間に設けられ、押圧部材４と下部基板２とを間隔を空けて支持する。上部基板１は押圧部材４の下面（下部基板２と対向する面）に設けられている。押圧部材４と上部基板１とは、互いに接合されていなくてもよいし、互いに接合されてもよい。接合された際の接合方法も特に限定されない。
【００５７】
押圧部材４の上面（下部基板２と対向する面とは反対側の面）には、感圧センサ１００に対して荷重を印加するための押しボタンとして機能する凸部４ａが設けられている。凸部４ａは、押圧部材４の中央部に設けられることが望ましい。なお、押圧部材４は、凸部４ａを備えず、平板状に形成されてもよい。また、本実施形態では、上部基板１は、図１に示した凸部１ａを備えていない。
【００５８】
粘着剤層５は、上部基板１と上部電極１１とを接合する第１の粘着剤層である。粘着剤層５は、具体的には、上部電極１１の枠部２１の少なくとも一部に設けられ、上部基板１と上部電極１１の枠部２１とを接合する。
【００５９】
押圧部材４は、可撓性を有し、変形することで上部基板１に対して印加された荷重を上部電極１１に伝えている。このため、本実施形態では、上部基板１は、可撓性を有さない部材で構成された場合でも、スペーサ３は、上部基板１に対して印加された荷重を上部電極１１に伝えるために柔軟性および弾性を有する必要がない。
【００６０】
以上説明したように本実施形態によれば、上部基板１を下面に備えた可撓性を有する押圧部材４と下部基板２とがスペーサ３にて間隔を空けて対向している。したがって、上部基板１に可撓性を設けず、さらにスペーサ３に柔軟性および弾性を設けなくてもよくなるため、上部基板１やスペーサ３の特性を精密に調整しなくても、容易に圧力を検出することが可能になる。
【００６１】
また、本実施形態では、上部基板１と上部電極１１とが上部電極１１の枠部２１に沿って設けられた粘着剤層５を介して接合される。このため、上部基板１と上部電極１１とを簡単な構成で接合させることが可能になるため、感圧センサ１００の構成を簡単化することが可能になる。
【００６２】
（第６の実施形態）
図１１は、本発明の第６の実施形態の感圧センサ１００の構成を示す縦断面図であり、図１２は、本発明の第６の実施形態の感圧センサ１００の構成を示す分解斜視図である。
【００６３】
図１１および図１２に示す感圧センサ１００は、図９および図１０に示した第５の実施形態の感圧センサ１００と比較して、上部基板１と上部電極１１とを接合する接合方法が異なる。本実施形態では、上部基板１と上部電極１１とが弾性体膜であるＰＥＴフィルム６を介して互いに接合されている。具体的には、上部基板１とＰＥＴフィルム６とが粘着剤層７を介して互いに接合され、ＰＥＴフィルム６と上部電極１１が粘着剤層８を介して互いに接合されている。なお、図１２では、感圧センサ１００の上部、具体的には、上部基板１、押圧部材４、ＰＥＴフィルム６、粘着剤層７、８および上部電極１１の構成が示されている。
【００６４】
ＰＥＴフィルム６は、柔軟性を有する弾性体膜である。ＰＥＴフィルム６は、上部基板１と略同じ形状を有する。
【００６５】
粘着剤層７は、上部基板１とＰＥＴフィルム６を接合する第２の粘着剤層である。粘着剤層７は、上部基板１およびＰＥＴフィルム６における第２の方向であるＹ方向の略中央部に、第１の方向であるＸ方向に沿って設けられている。
【００６６】
粘着剤層８は、ＰＥＴフィルム６と上部電極１１とを接合する第３の粘着剤層である。粘着剤層８は、ＰＥＴフィルム６および上部電極１１のＹ方向の両端部のそれぞれに、Ｘ方向に沿って設けられている。したがって、粘着剤層８は、上部電極１１の枠部２１におけるＸ方向に延びる部分に沿って設けられ、上部電極１１の枠部２１とＰＥＴフィルム６とを互いに接合している。
【００６７】
図１３は、本実施形態における感圧センサ１００の動作を説明するための図である。図１３では、荷重が印加されていない無荷重状態の感圧センサ１００と、荷重が印加されている荷重状態の感圧センサ１００との透視側面図が示されている。
【００６８】
感圧センサ１００に対して荷重が印加されていない無荷重状態の場合、本実施形態では、図１３（ａ）に示すように、上部電極１１の上部櫛歯部２２と下部電極１２の下部櫛歯部３１とは、互いに接触しないように形成されている。
【００６９】
感圧センサ１００の押圧部材４の凸部４ａに荷重Ｆが印加された荷重状態の場合、荷重Ｆは、押圧部材４、上部基板１、粘着剤層７、ＰＥＴフィルム６、粘着剤層８を介して上部電極１１に伝わる。そして、上部電極１１が荷重Ｆ１に応じて撓み、それに伴い、上部電極１１の上部櫛歯部２２が下がり、図１３（ｂ）に示すように、下部電極１２の下部櫛歯部３１と接触する。
【００７０】
このとき、上部基板１と上部電極１１とがＰＥＴフィルム６を介して接合されているため、粘着剤層８が上部電極１１の変形に追従して変形することを抑制することが可能になる。したがって、粘着剤層８が両端部などで大きく変形することでヒステリシスが発生してしまうことを抑制することが可能になる。
【００７１】
以上説明したように本実施形態によれば、上部基板１とＰＥＴフィルム６とを接合する粘着剤層７が、上部基板１におけるＹ方向の略中央部にＸ方向に沿って設けられ、ＰＥＴフィルム６と上部電極１１とを接合する粘着剤層８が、上部電極１１におけるＹ方向の両端部のそれぞれにＸ方向に沿って設けられる。このため、粘着剤層７および８が上部電極１１の撓みに沿って変形することを抑制することが可能になるため、粘着剤層７および８においてヒステリシスが発生することを抑制することが可能になる。その結果、感圧センサ１００の検出値において負荷の荷重時と除荷時とで差が生じることを抑制することが可能になる。
【実施例】
【００７２】
（実施例１）
実施例１として第１の実施形態の構成を有する感圧センサ１００を以下のように作成した。
【００７３】
上部電極１１の材料として、厚みが０．３ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ）の板を用意し、そのステンレスの板を打ち抜いて、歯部２３の数が４本の上部櫛歯部２２と枠部２１を一体形成する。そして、歯部２３の根元部２５を下部電極１２側に約３°曲げることで上部電極１１を製造する。
【００７４】
また、厚みが２５０μｍのＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate：ポリエチレンテレフタレート)シートを下部基板２として用意し、その下部基板２の上部電極１１の各歯部２３と対向する位置に、線抵抗率が１ｋΩ／ｍｍのカーボンペーストを櫛歯形状に塗布して下部電極１２（１対の下部櫛歯部３１）として形成する。このとき、下部電極１２（カーボンペースト）の長さを上部電極１１の歯部２３の長さよりも短くし、幅を上部電極１１の歯部２３の幅よりも広くする。そして、１対の下部櫛歯部３１のそれぞれの歯部３２の片側が電気的に接続されるように導電性の銀ペーストで導電線３３を形成する。
【００７５】
さらに上部電極１１を上部基板１に貼り付け、スペーサ３を用いて上部基板１と下部基板２とを間隔を開けて互いに対向するように接続する。
【００７６】
（実施例２）
上部電極１１の材料として、厚みが０．３ｍｍのアルミニウム（Ａ１０５０）の板を用意する。他の点は、実施例１と同様である。
【００７７】
（実施例３）
上部電極１１の材料として、厚みが０．３ｍｍの炭素工具鋼鋼材（ＳＫ８５―ＣＳＰ）の板を用意する。他の点は、実施例１と同様である。
【００７８】
（実施例４）
下部基板２に対して線抵抗率が０．５ｋΩ／ｍｍのカーボンペーストを櫛歯形状に塗布して下部電極１２として形成する。他の点は、実施例１と同様である。
【００７９】
（実施例５）
下部基板２に対して線抵抗率が１０ｋΩ／ｍｍのカーボンペーストを櫛歯形状に塗布して下部電極１２として形成する。他の点は、実施例１と同様である。
【００８０】
（実施例６）
上部電極１１の材料として、厚みが０．１ｍｍのアルミニウム（Ａ１０５０）の板を用意する。他の点は、実施例１と同様である。
【００８１】
（実施例７）
上部電極１１の材料として用意した実施例１と同じステンレスの板を打ち抜いて、歯部２３の数が２本の上部櫛歯部２２と枠部２１を一体形成する。他の点は、実施例１と同様である。
【００８２】
（実施例８）
上部電極１１の材料として用意した実施例１と同じステンレスの板を打ち抜いて、歯部２３の数が３本の上部櫛歯部２２と枠部２１を一体形成する。他の点は、実施例１と同様である。
【００８３】
（実施例９）
上部電極１１の材料として用意した実施例１と同じステンレスの板を打ち抜いて、歯部２３の数が５本の上部櫛歯部２２と枠部２１を一体形成する。他の点は、実施例１と同様である。
【００８４】
（実施例１０）
下部基板２に塗布するカーボンペースト（下部櫛歯部３１のの歯部３２）の幅を、実施例１とは逆に、上部電極１１の歯部２３の幅よりも狭くする。他の点は、実施例１と同様である。
【００８５】
（実施例１１）
上部電極１１ａの材料として実施例１と同じステンレスの板を用意し、そのステンレスの板を打ち抜いて、根元部２５から先端部２６に向けて幅が徐々に細くなる略三角形状の４本の歯部２３ａを有する上部櫛歯部２２と枠部２１を一体形成する。他の点は、実施例１と同様である。なお、実施例１１の感圧センサ１００は、第２の実施形態の感圧センサ１００に対応する。
【００８６】
（実施例１２）
実施例１と同様に上部櫛歯部２２と枠部２１を一体形成した後で、下部電極１２側に膨らむように湾曲したＲ形状の歯部２３ｂを形成する。他の点は、実施例１と同様である。なお、この実施例１２の感圧センサは、第３の実施形態の感圧センサ１００に対応する。
【００８７】
（実施例１３）
上部電極１１の材料として、厚みが０．３ｍｍの導電材を塗布したＰＢＴ樹脂の板を用意する。他の点は、実施例１と同様である。
【００８８】
（実施例１４）
下部基板２に対して線抵抗率が１３ｋΩ／ｍｍのカーボンペーストを櫛歯形状に塗布して下部電極１２として形成する。他の点は、実施例１と同様である。
【００８９】
（実施例１５）
上部電極１１の材料として、厚みが０．０５ｍｍのアルミニウム（Ａ１０５０）の板を用意する。他の点は、実施例１と同様である。
【００９０】
（実施例１６）
上部電極１１の材料として、厚みが１．０ｍｍの炭素工具鋼鋼材（ＳＫ８５―ＣＳＰ）の板を用意する。他の点は、実施例１と同様である。
【００９１】
なお、実施例１〜１６で作成した感圧センサ１００において、上部櫛歯部２２の引張強度は、実施例１、４、５、７〜１２、１４の場合、５００ＭＰａ、実施例２、６、１５の場合、７０ＭＰａ、実施例３および１６の場合、８００ＭＰａ、実施例１３の場合、５０ＭＰａとなる。
【００９２】
（比較例）
比較例として、樹脂で形成された感圧抵抗体を電極の間に設けた従来の感圧センサを用いる。ここでは、この従来の感圧センサとして、特開２０１４−２０９５４公報に記載の感圧センサ用いている。
【００９３】
実施例１〜１６および比較例の感圧センサに対してドリフト、ノイズ、直線性、検出域および消費電力について評価し、その評価結果を表１および表２で示した。
【００９４】
ドリフトの評価では、感圧センサに対して８Ｎの荷重を印加し、感圧センサにて検出された抵抗値の初期値Ｒｉに対する３０分後の抵抗値Ｒｅと初期値Ｒｉの差の比率「｜１−（Ｒｅ÷Ｒｉ）×１００｜[％]」をドリフト値として測定した。表１および表２において、◎はドリフト値が１％未満、○はドリフト値が３％未満、△はドリフト値が５％未満、×はドリフト値が５％以上であることを示す。
【００９５】
ノイズの評価では、感圧センサに対して８Ｎの荷重と５Ｖの電圧を印加し、０．１秒ごとに抵抗値Ｒｘ（ｘ＝０．１，０．２，…，６０）を測定する。そして、抵抗値Ｒｘの１分間の平均値Ｒａｖに対する抵抗値Ｒｘと平均値Ｒａｖの差の振れ幅（比率）の最大値「Ｍａｘ｛｜１−（Ｒｘ÷Ｒａｖ）×１００｜｝[％]」をノイズ値として測定した。表１および表２において、◎はノイズ値が１％未満、○はノイズ値が３％未満、△はノイズ値が５％未満を示す。
【００９６】
直線性の評価では、感圧センサに対して１Ｎ〜８Ｎまで荷重を増加させたときの抵抗値Ｒｙ（ｙ＝１，２，…，８）を測定し、その抵抗値Ｒｙの理想直線上の抵抗値Ｒｉｄに対する各抵抗値Ｒｙと理想直線上の抵抗値Ｒｉｄとの差の振れ幅の最大値「Ｍａｘ｛｜１−（Ｒｙ÷Ｒｉｄ）×１００｜｝[％]」を直線値として測定した。なお、理想直線は、抵抗値Ｒｙ（ｙ＝１，２，…，８）から最小二乗法を用いて算出した近似直線である。表１および表２において、◎は直線値が１．５％未満、○は直線値が３％未満、×は直線値が３％以上を示す。
【００９７】
検出域の評価では、感圧センサに対して荷重を増加させたときの抵抗値の最小値に対応する荷重と抵抗値の最大値に対応する荷重の比率を検出域値として測定した。表１および表２において、◎は検出域値が５倍以上であることを示す。
【００９８】
消費電力の評価では、感圧センサに対して検出域の最大となる荷重と５Ｖの電圧を印加した時の消費電力を測定した。表１および２において、◎は消費電力が１０ｍＷ未満、○は消費電力が２５ｍＷ未満であることを示す。
【００９９】
【表１】
2019061950.tif 000003
【表２】
2019061950.tif 000004
【０１００】
表１および表２に示されたように、全ての実施例において比較例よりも性能が向上している。
【０１０１】
以上説明した各実施形態および各実施例において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【０１０２】
例えば、上部基板１と下部基板２は、間隔を空けた状態で互いに対向することができれば、スペーサ３を用いなくてもよい。図１４は、スペーサ３を用いない感圧センサ１００の例を示す縦断面図である。図１４の例では、感圧センサ１００が中空のケース４を有し、ケース４の内側の上面に上部基板１を設け、ケース４の下面を下部基板２として用いることで、上部基板１と下部基板２を、間隔を空けて互いに対向させている。この場合、図の例のように、ケース４の上面に開口４ａを設けることで、上部基板１の上面の少なくとも一部をケース４から露出させることが望ましい。また、上部基板１は、可撓性を有し、変形することで印加された荷重を上部電極１１に伝える。上部基板１は、荷重が印加された際に、上部電極１１の上部櫛歯部２２と当接しない程度の強度を有する必要がある。
【符号の説明】
【０１０３】
１  上部基板
２  下部基板
２ａ  第１の部分
２ｂ  第２の部分
３  スペーサ―
４  押圧部材
５、７、８  粘着剤層
６  ＰＥＴフィルム
１１、１１ａ、１１ｂ  上部電極
１２  下部電極
２１  枠部
２２  上部櫛歯部
２３、２３ａ、２３ｂ  歯部
２４  凹部
２５  根元部
２６  先端部
３１  下部櫛歯部
３２  歯部
３３  導電線
３３ａ  接続端子
１００    感圧センサ
【図１】
2019061950.tif 000005
【図２】
2019061950.tif 000006
【図３】
2019061950.tif 000007
【図４】
2019061950.tif 000008
【図５】
2019061950.tif 000009
【図６】
2019061950.tif 000010
【図７】
2019061950.tif 000011
【図８】
2019061950.tif 000012
【図９】
2019061950.tif 000013
【図１０】
2019061950.tif 000014
【図１１】
2019061950.tif 000015
【図１２】
2019061950.tif 000016
【図１３】
2019061950.tif 000017
【図１４】
2019061950.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月9日(2018.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
例えば、上部基板１と下部基板２は、間隔を空けた状態で互いに対向することができれば、スペーサ３を用いなくてもよい。図１４は、スペーサ３を用いない感圧センサ１００の例を示す縦断面図である。図１４の例では、感圧センサ１００が中空のケース９を有し、ケース９の内側の上面に上部基板１を設け、ケース９の下面を下部基板２として用いることで、上部基板１と下部基板２を、間隔を空けて互いに対向させている。この場合、図の例のように、ケース９の上面に開口９ａを設けることで、上部基板１の上面の少なくとも一部をケース９から露出させることが望ましい。また、上部基板１は、可撓性を有し、変形することで印加された荷重を上部電極１１に伝える。上部基板１は、荷重が印加された際に、上部電極１１の上部櫛歯部２２と当接しない程度の強度を有する必要がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
１  上部基板
２  下部基板
２ａ  第１の部分
２ｂ  第２の部分
３  スペーサ
４  押圧部材
５、７、８  粘着剤層
６  ＰＥＴフィルム
９  ケース
１１、１１ａ、１１ｂ  上部電極
１２  下部電極
２１  枠部
２２  上部櫛歯部
２３、２３ａ、２３ｂ  歯部
２４  凹部
２５  根元部
２６  先端部
３１  下部櫛歯部
３２  歯部
３３  導電線
３３ａ  接続端子
１００    感圧センサ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2019061950.tif 000019