(57)【要約】【課題】広範囲の圧力を測定することに有利であり、設置面積を小さくすることができる圧力センサを提供する。【解決手段】電極１９ａ、１９ｂと、電極１９ａ、１９ｂに対向して配置される導電膜１５と、を有し、電極１９ａ、１９ｂに対する導電膜１５の配置方向に複数重ねられるセンサユニットＵ１、Ｕ２と、複数のセンサユニットＵ１、Ｕ２に電気信号を入力する共通の入力配線２１と、複数のセンサユニットから電気信号を出力する共通の出力配線２２と、を有する配線シート１０とによって圧力センサを構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、前記電極に対向して配置される導電膜と、を有するセンサユニットが前記電極に対する前記導電膜の配置方向に複数重ねられ、
複数の前記センサユニットに電気信号を入力する共通の入力配線と、複数の前記センサユニットから電気信号を出力する共通の出力配線と、が形成されている配線シートを有する、圧力センサ。
【請求項２】
前記電極が、前記配線シート上に形成されている、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記センサユニットの少なくとも一部は、前記電極の少なくとも一部に重なる突起を備えている、請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記突起は、複数重ねられた前記センサユニットのうちの複数にそれぞれ設けられている、請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
複数の前記突起のうちの一部の端面は、他の前記突起の端面と大きさが異なっている、請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記突起は、複数重ねられた前記センサユニットのうちの複数に対応して一つ設けられている、請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項７】
複数重ねられた前記センサユニットのうちの一部の抵抗に係る特性は、他の前記センサユニットの抵抗に係る特性と相違している、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項８】
複数重ねられた前記センサユニットのうちの一部は、前記導電膜に接触し得る前記電極の面積が他の前記センサユニットと相違している、請求項７に記載の圧力センサ。
【請求項９】
複数重ねられた前記センサユニットは、互いに並列に接続されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記電極が第一電極及び第二電極を含み、前記第一電極及び前記第二電極は、互いに離間し、かつ嵌め合わせ可能な形状を有している、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項１１】
複数の電極と、前記複数の電極の少なくとも一部に対応する導電膜と、を有するセンサユニットと、複数の前記センサユニットに電気信号を入力する共通の入力配線と、複数の前記センサユニットから電気信号を出力する共通の出力配線と、を配線シート上に形成する工程と、
前記配線シートを折り畳むことによって前記センサユニット同士を重ねる工程と、を含む圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ、圧力センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な技術分野において、圧力を感知する圧力センサが使用されている。圧力センサは、モバイル端末やロボット等に使用されるものがある。このような用途の圧力センサには、比較的狭い範囲に設置できる、つまり設置面積が小さいことが好ましい。また、圧力センサには、圧力を受けた位置を高精度に検出することが要求されている。
圧力センサの公知例は、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載されている。特許文献１に記載のロボットハンドの制御装置は、ロボットにおけるワークの把持部とワークとの接触圧力を検出することに使用される圧力検出センサを有している。また、特許文献２には複数の感応センサを並列に接続して着座センサを構成することが記載されている。特許文献３には、一対の絶縁フィルム間に接点部が開口するスペーサが設けられ、この開口の対向面にそれぞれ電極が形成されたメンブレインスイッチが記載されている。さらに、接点部の少なくとも一方の絶縁フィルムの外面には突出部が設けられていることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８６０７８号公報
【特許文献２】特開２００３−６５８６５号公報
【特許文献３】特開２０００−２２２９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、複数個所で接触圧力を検出し、縦、横、斜めといった直線上に並ぶ複数の接触圧力のいずれかのみが所定の値以上であるか否かを判断している。このため、特許文献１に記載の発明にあっては複数の方向に複数個の圧力センサが必要になるので、圧力センサの設置面積が大きくなる。
また、特許文献２に記載の発明は、複数の圧力センサを自動車の助手席に設け、この圧力センサの各々が検出した電気抵抗値が全体の合計抵抗に与える影響を小さくすることによって人の着座を誤検出することを防いでいる。このため、特許文献２に記載の発明も圧力センサの設置面積を問題にするものではない。
さらに、特許文献３に記載の発明は、比較的小さい値の荷重に対しても抵抗値が大きく変動し、比較的小さい圧力を高い感度で測定できる一方で、大きい圧力の測定には効果がなく測定のダイナミックレンジが狭いという欠点がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、測定可能な圧力の範囲（測定レンジ）が広く、設置面積を小さくすることに有利な圧力センサ及び圧力センサの製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の圧力センサは、電極と、前記電極に対向して配置される導電膜と、を有するセンサユニットが前記電極に対する前記導電膜の配置方向に複数重ねられ、複数の前記センサユニットに電気信号を入力する共通の入力配線と、複数の前記センサユニットから電気信号を出力する共通の出力配線と、が形成されている配線シートと、を有する、
【０００６】
また、本発明の圧力センサの製造方法は、複数の電極と、前記複数の電極の少なくとも一部に対応する導電膜と、を有するセンサユニットと、複数の前記センサユニットに電気信号を入力する共通の入力配線と、複数の前記センサユニットから電気信号を出力する共通の出力配線と、を配線シート上に形成する工程と、前記配線シートを折り畳むことによって前記センサユニット同士を重ねる工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、測定可能な圧力の範囲（測定レンジ）が広く、設置面積を小さくすることに有利な圧力センサ及び圧力センサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の圧力センサを説明するための模式的な断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示した圧力センサのセンサユニットの模式的な上面図、（ｂ）はセンサユニットの模式的な断面図である。
【図３】（ａ）は変形例のセンサユニットの断面図である。（ｂ）は（ａ）のセンサユニットを折り畳むことを説明するための図である。（ｃ）は（ｂ）を折り畳んだ構成の断面図である。
【図４】図１、図２に示したスタック回路を複数並列に接続した圧力センサの上面図である。
【図５】図４に示した圧力センサの等価回路を示した図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態の圧力センサの製造方法を説明するための図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態の他の圧力センサの製造方法を説明するための図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態の圧力センサの製造方法の他の例を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態の変形例１を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態の変形例２を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例を説明するための図であって、（ａ）、（ｂ）はセンサユニットを重ね合わせたことによる効果の検証結果を示した図である。
【図１２】本発明の実施例を説明するための図であって、（ａ）、（ｂ）は重ね合わされたセンサユニットの抵抗に関する特性を違えたことによる効果の検証結果を示した図である。
【図１３】本発明の実施例を説明するための図であって、（ａ）〜（ｃ）は重ね合わされたセンサユニットを並列または直列に接続したことによる効果の検証結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［概要］
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。本実施形態の圧力センサは、基本的に、可撓性を有する材料をシート状にしたシート状の配線基板（以下、「配線シート」と記す）に配線層を形成し、ここに電子部品を搭載して構成される。本実施形態は、搭載される電子部品を配線シート上に形成し、電子部品を配線シートに作り込んでいる。本実施形態では、圧力センサの配線シートを基準（最下層）とし、配線シートに近い側から遠い側に向かって順に下方から上方にあるものとして説明する。このような本実施形態でいう上下方向は、必ずしも上下方向と一致するものではない。
また、「シート状」は、センサユニットが形成されるセンサユニットの形成面（上面）及び上面に対する裏面（下面）に比べて側面の面積が可撓性を有するほどに小さい薄板状、あるいは膜状であることを指す。シート状であることに厚さの規定はない。
【００１０】
図１は、本実施形態の圧力センサ１を説明するための模式的な断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１に示したセンサユニットＵ１、Ｕ２を拡大して示し、説明するための模式図である。図２（ａ）は圧力センサ１のセンサユニットＵ１の模式的な上面図、図２（ｂ）はセンサユニットＵ１、Ｕ２の断面を図２（ａ）中の矢線２ｂ−２ｂの方向に見た模式的な断面図である。
【００１１】
図１、図２に示したように、圧力センサ１は、所定の距離だけ離されて配置される二つの電極１９ａ、１９ｂと、電極１９ａ、１９ｂに対向して配置される導電膜１５と、を有するセンサユニットＵ１、Ｕ２が電極１９ａ、１９ｂに対する導電膜１５の配置方向に複数（二つ）重ねられている。そして、図２（ｂ）に示すように、圧力センサ１は、二つのセンサユニットＵ１、Ｕ２に電気信号を入力する共通の入力配線２１と、複数のセンサユニットＵ１、Ｕ２から電気信号を出力する共通の出力配線２２と、を有する（図４）配線シート１０と、を有している。センサユニットＵ１、Ｕ２は、同様の構成を有している。
【００１２】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示したセンサユニットＵ１、Ｕ２は、互いに重ね合わされると共に、入力配線２１、出力配線２２を共用することから一つの検出信号（以下、「感圧信号」）を出力する回路を構成する。このような回路を、本実施形態では以降「スタック回路Ｓ」とも記す。スタック回路Ｓは、配線シート１０上に複数設けられている。本実施形態では、配線シート１０上に形成されているセンサユニットＵ１、Ｕ２の全てがスタック回路Ｓに限定されるものでなく、他の構成の素子が配線シート１０上に存在するものであってもよい。
【００１３】
また、図１に示したように、圧力センサ１は、電極１９ａ、１９ｂが配線シート上に形成されている。このことから、圧力センサ１は配線シート１０上に作り込まれるように構成される。このため、本実施形態は、スタック回路Ｓの薄型化に有利な構成となっている。
【００１４】
複数のセンサユニットＵ１、Ｕ２の一部は、電極１９ａ、１９ｂの少なくとも一部に重なる突起１７ａを備えている。図１に示した例では、突起１７ａがセンサユニットＵ１の側にあって、センサユニットＵ１の電極１９ａ、１９ｂ上に荷重が集中するようになっている。このような例では、センサユニットＵ１が突起１７ａを備えるものになる。また、図１に示した圧力センサ１では、突起１７ａが、複数重ねられたセンサユニットＵ１、Ｕ２のうちの複数（２つ）に対応して一つ設けられているということができる。複数のセンサユニットＵ１、Ｕ２に対応して突起１７ａを一つ設ける構成は、スタック回路Ｓにおける突起１７ａの個数を低減してスタック回路Ｓを薄くすることに有利である。
また、突起１７ａの形状に規制はなく、突起１７ａは適宜四角柱、円柱、略球体等、任意の形状に形成される。したがって、突起１７ａのうちセンサユニットに対して外部からの押圧力を伝達する側の端面（図１では下端側の端面。以下、「突起端面」と記す）１７０の形状も任意である。
【００１５】
本実施形態の突起１７ａは、ベース部１７ｂから上に形成された突起であって、ベース部１７ｂは、突起１７ａを射出成形した場合に生じる部材である。突起１７ａとベース部１７ｂを合わせた構成を電極押圧材１７と記す。突起端面１７０は、突起１７ａとベース部１７ｂとの境界にあたる仮想面である。
ただし、本実施形態は、図１、図２（ｂ）のようにセンサユニットＵ１、Ｕ２が同じ向きに重ねられるものに限定されず、センサユニットＵ１、Ｕ２は配線シート１０または導電膜１５のどちらかを内側に配置して反対向きに重ねられてもよい。
【００１６】
図３（ａ）は、配線シート１０を内側に配置してセンサユニットＵ１、Ｕ２を反対向きに重ねる態様を示した図である。配線シート１０を内側に配置する場合、センサユニットＵ１、Ｕ２が配線シート１０を個別に有してもよいが、図３（ａ）に示すように１層の配線シート１０をセンサユニットＵ１、Ｕ２で共有してもよい。これにより圧力センサの厚さを薄く形成することができる。厚さが薄い圧力センサ１にあっては、センサユニットＵ１、Ｕ２をさらに重ね合わせて設置面積を小さくすることに有利である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した圧力センサを折り畳むことを示した図である。本実施形態は、図３（ｂ）に示すように、図３（ｂ）中に示した一点鎖線を境にして矢線ｄが示す方向に圧力センサを折り返すことによってさらに多くのセンサユニットＵ１、Ｕ２をスタックすることができる。図３（ｃ）は、図３（ａ）に示した圧力センサを図３（ｂ）に示したように折り返して作製される圧力センサの断面図である。なお、図３（ｃ）に示した圧力センサにあっては、重ねられた導電膜１５の間に絶縁シート１６が設けられて二つのセンサユニットＵ１が導通することを防いでいる。また、図３（ｃ）に示した圧力センサでは、最外層となる上下の導電膜１５の任意の側に電極押圧材１７を設けることができる。
【００１７】
また、導電膜１５を内側に配置して上下両側からセンサユニットＵ１、Ｕ２で挟むように互いに対向させて反対向きに重ねる場合については図６（ｃ）および図８（ｃ）を参照して後述する。この場合、センサユニットＵ１、Ｕ２に対応する２つの導電膜１５が電気的に短絡しないように絶縁シート１６（図６（ｃ）、図８（ｃ）参照）を導電膜１５同士の間に挿入するとよい。さらに、本実施形態は、配線シート１０と導電膜１５との位置関係が図１、図２に示した構成と反対になる（配線シート１０が図１、図２において導電膜１５より上になる）ようにセンサユニットＵ１とセンサユニットＵ２とを重ね合わせてもよい。
【００１８】
図１に示した例では、突起１７ａがセンサユニットＵ１、Ｕ２に対応して一つ設けられているが、本実施形態は、このような構成に限定されるものではない。突起１７ａは、複数重ねられたセンサユニットのうちの複数にそれぞれ設けられているものであってもよい。複数のセンサユニットＵ１、Ｕ２の各々に突起１７ａを設ける場合、突起１７ａは、重なり合ったセンサユニットＵ１、Ｕ２の外側に設けられるものであってもよいし、センサユニットＵ１、Ｕ２間、即ちスタック回路Ｓ内に設けられるものであってもよい。さらに、本実施形態は、センサユニットＵ１またはセンサユニットＵ２の一方の突起１７ａをスタック回路Ｓの外側、他方をスタック回路の内側に設けるものであってもよい。
突起１７ａは、上記いずれの構成であっても圧力センサ１にかかった押圧力を電極１９ａ、１９ｂ上に確実に集中させて圧力センサ１の感度を高めることができる。
【００１９】
また、複数重ね合わされたスタック回路Ｓのセンサユニットに突起１７ａを複数形成する場合、複数の突起のうちの一部の突起端面１７０は、他の突起の突起端面１７０と大きさが異なるように構成してもよい。このようにすると、スタック回路Ｓを構成する複数のセンサユニットの抵抗に係る特性が相違するようになる。ここで、センサユニットの抵抗に係る特性とは、圧力センサ１が有する各種のパラメータのうち、センサユニットの電気抵抗値に影響を及ぼしうる物理的または化学的な特性をいう。
例えば、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５とが一定の圧接応力（単位面積あたりの押圧力）で均一に押圧されることを前提として、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との接触面積を増減変化させることを考える。この場合、接触面積が大きくなると電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との間で導電しやすくなるため、センサユニットの抵抗は小さくなる。反対に電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との接触面積が小さくなると、センサユニットの抵抗は大きくなる。したがって、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との接触面積、および当該接触面積に影響を及ぼすパラメータは、「センサユニットの抵抗に係る特性」の一例となる。このように、スタック回路Ｓに含まれるセンサユニットＵ１、Ｕ２の抵抗に係る特性を変えることの意義については後述する。
【００２０】
圧力センサ１は、上記構成に加えて、絶縁層１３を有している。図１、図２に示した圧力センサ１の絶縁層１３は、電極１９ａ、１９ｂの形成領域の一部を除き、配線シート１０の略全面を覆って入力配線２１及び出力配線２２を保護すると共に、その耐環境性を向上させている。絶縁層１３は、電極１９ａ、１９ｂ上に開口されていて、図１、図２中に絶縁層１３の開口部Ｏ１を示す。開口部Ｏ１は、電極１９ａ、１９ｂが導電膜１５と接触し得る領域である。したがって、図１、図２に示した圧力センサ１では、開口部Ｏ１の面積が大きいと電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との抵抗値が小さくなる。したがって開口部Ｏ１の開口面積は、圧力センサ１の用途や適正な検出値の範囲に応じて決定される。
【００２１】
導電膜１５と絶縁層１３との間には、接着剤層１１が形成され、押圧力が加わってないときの導電膜１５と電極１９ａ、１９ｂとの離間を維持している。
【００２２】
次に、以上説明した構成について詳述する。
［配線シート］
本実施形態の配線シート１０は、可撓性かつ絶縁性のフィルムであり、所謂フレキシブルプリント配線板である。上記絶縁性フィルムの材料の例としては、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、アラミド樹脂、ポリイミド、ポリイミドワニス、ポリアミドイミド、ポリアミドイミドワニス、またはフレキシブルシートガラス等が挙げることができるが、これに限定されない。
圧力センサ１の使用環境上の高温耐久性を考慮するならば、配線シート１０の材料は、耐熱性の高いポリカーボネート、アラミドフィルム、ポリイミド、ポリイミドワニス、ポリアミドイミド、ポリアミドイミドワニス、またはフレキシブルシートガラス等がより好ましい。圧力センサ１の製造上、はんだ付け等のプロセスを提供する場合には、配線シート１０の材料は、ポリイミドフィルム、ポリイミドワニスフィルム、ポリアミドイミドフィルムまたはポリアミドイミドワニスフィルムであることがさらに好ましい。配線シート１０の厚みは特に限定されないが、例えば１２．５μｍ以上、５０μｍ以下の範囲とすることができる。配線シート１０の厚みが、１２．５μｍを上回る場合、圧力センサ１の製造工程または使用の際に良好な耐久性を発揮し、また５０μｍを下回る場合、良好な可撓性が発揮され、配線シート１０を曲面へ配置し、または屈曲させて良好に使用することができる。配線シート１０は、上述したように、予めフィルム状に成形されたものでもよいし、または電極１９ａ、１９ｂの素材であるＣｕ箔等に対しポリイミド系等の絶縁用ワニスをキャスト、塗工することで形成されたものであってもよい。例えば、圧力センサ１の耐久性及び高感度特性のいずれも良好にするという観点からは、配線シート１０の厚みは、導電膜１５の厚みよりも大きく設計するとよい。
【００２３】
［電極］
電極１９ａ、１９ｂは、面方向に所定の距離を空けて並列される一対の電極対である。電極１９ａ、１９ｂは、配線シート１０の上に所望のパターン形状で形成されている。本実施形態のセンサユニットＵ１、Ｕ２は個別に配線シート１０および電極１９ａ、１９ｂを有している。すなわち図２（ｂ）に示す本実施形態のスタック回路Ｓは、２枚の配線シート１０およびそれぞれに対向する２枚の導電膜１５を含んで構成され、電極１９ａ、１９ｂは各枚の配線シート１０の同一面側（同図では上面側）の表面にそれぞれ形成されている。このように配線シート１０の片面に電極１９ａ、１９ｂを設けてこれを積層することで、後述する図２（ｃ）に示す変形例と比較して安価に圧力センサ１を製造することができる。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の電極１９ａ、１９ｂは、それぞれが上面視において矩形形状を有していて、所定の距離を空けて平行に隣接配置されている。電極１９ａ、１９ｂの合成抵抗値は、電極１９ａ、１９ｂ間の距離によって変化する。本実施形態の電極１９ａと電極１９ｂとは互いに同一形状かつ同一寸法で形成されている。ただし本発明はこれに限られず、電極１９ａと電極１９ｂとは異なる形状でもよく、または相似形で異なる寸法でもよい。
【００２５】
電極１９ａ、１９ｂ間の距離は特に限定されないが、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との距離に応じて決定することができる。例えば、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との距離Ａが５μｍ以上２５μｍ以下である場合、上記対向電極間距離は１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲で設計すると、好適な感圧特性と製造安定性を得ることができる。このとき、電極１９ａ、１９ｂの厚さは、９μｍ以上、２０μｍ以下が好ましい。
【００２６】
電極１９ａ、１９ｂは、導電性の部材から構成される。本実施形態において電極１９ａ、１９ｂは、低抵抗の金属材料から構成されている。本実施形態では、導電膜１５の表面抵抗率よりも電極１９ａ、１９ｂの表面抵抗率の方が小さくなるように設計している。具体的には、銅、銀、銅もしくは銀を含む金属材料、またはアルミニウム等から電極１９ａ、１９ｂを形成することが好ましいが、これに限定されない。また材料の形態は、箔、またはペースト等、電極１９ａ、１９ｂの製造方法との組み合わせで適宜決定することができる。
【００２７】
［入力配線及び出力配線］
電極１９ａ及び電極１９ｂは、配線シート１０上に形成された入力配線２１及び出力配線２２に接続されている。入力配線２１の一方は、図示しない電源と接続されている。また、入力配線２１の他方は、配線シート１０上に形成されているセンサユニットＵ１、Ｕ２の例えば全てに接続され、センサユニットＵ１、Ｕ２に電流または電圧を供給している。出力配線２２は、圧力センサ１の図示しないドライバ装置に接続されている。出力配線２２は、一つのスタック回路を構成するセンサユニットＵ１、Ｕ２に共通であって、一つのスタック回路Ｓからは一つの感圧信号が出力される。このことから、本実施形態の感圧信号は、センサユニットＵ１、Ｕ２で検出された抵抗値の合成値になる。
【００２８】
なお、入力配線２１、出力配線２２は、配線シート１０の一方の面にのみ形成されるものであってもよいし、入力配線２１、出力配線２２のいずれかまたは全部が、電極１９ａ、１９ｂが形成された配線シート１０の面とは反対側の面にスルーホール（ＴＨ）を介して引き出されるものであってもよい。
反対側の面に引き出された入力配線２１、出力配線２２は、再度スルーホール（ＴＨ）を介して、電極１９ａ、１９ｂが形成された面に引き出されるものであってもよい。このように、本実施形態の配線シート１０は、入力配線２１、出力配線２２が両面に配置される両面基板であってもよいし、片面基板であってもよい。
このほか、共通の配線シート１０の両面に電極１９ａ、１９ｂを互いに背中合わせに配置し、その上下両側に導電膜１５をそれぞれ配置してもよい。図２（ｃ）は、かかる構造を示す本実施形態の変形例にかかるセンサユニットの断面図である。センサユニットＵ１およびＵ２を含む本変形例の配線シート１０を更に折り畳むなどして積層し、センサユニットを４層以上の多層に構成してもよい。図２（ｃ）に示す本変形例によれば、図２（ｂ）に示す実施形態と比較して、配線シート１０を１層分だけ削減できるため圧力センサ１を薄型化することができる。
【００２９】
［絶縁層及び接着剤層］
次に絶縁層１３及び接着剤層１１について説明する。絶縁層１３は、電極１９ａ、１９ｂが設けられた配線シート１０の上面に設けられ、電極１９ａ、１９ｂの少なくとも一部が導電膜１５と接触するように電極１９ａ、１９ｂ上に開口部Ｏ１と共に電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５とを所定の距離Ａ（図１参照）で離間させるためのスペーサをなす。初期状態において、絶縁層１３及び接着剤層１１の存在により、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５とは離間しており、電極１９ａ、１９ｂは導通していない。この距離Ａが大きくなると、導電膜１５を電極１９ａ、１９ｂに接触させるのに要する押圧力が大きくなる。その分だけ、所定の押圧力が圧力センサ１に負荷された場合にセンサユニットＵ１、Ｕ２が受ける押圧力は小さくなり、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との間の抵抗が大きくなる。したがって、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との距離Ａは「センサユニットの抵抗に係る特性」の一例である。
【００３０】
絶縁層１３のうち開口部Ｏ１に近接する側の端部は、図１に示すように電極１９ａ、１９ｂの上に乗り上げていてもよい。この場合、絶縁層１３の最大高さＨは、電極１９ａ、１９ｂから十分に離間した他の領域における絶縁層１３の厚みよりも大きくなる。この絶縁層１３の最大高さＨは、上述した電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との距離Ａを決定する要因の一つであるため、この最大高さＨも「センサユニットの抵抗に係る特性」の一例である。
【００３１】
開口部Ｏ１の開口寸法は特に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜決定してよい。例えば、図１に示すセンサユニットＵ１、Ｕ２が、それぞれ上面視において例えば縦寸法１．７ｍｍ、横寸法１．２５ｍｍである場合、開口部Ｏ１の縦寸法を１．５ｍｍ、横寸法を１．０５ｍｍとすることができる。このような場合、電極１９ａ、１９ｂは、開口部Ｏ１に対して０．２ｍｍ（片側０．１ｍｍ）オフセットすることになる。本実施形態では、絶縁層１３にソルダーレジストを使用することができる。ソルダーレジストの材料は特に限定されないが、感光性シートまたは感光性塗材等の感光性材料を用いることで露光、現像により開口部Ｏ１を精度よく形成することができる。特に、感光性材料をスクリーン印刷手法により配線シート１０に電極１９ａ、１９ｂを覆って塗工し、所定の箇所を露光して開口部Ｏ１を形成することによって好ましい絶縁層１３を形成することができる。
また、本実施形態の開口部Ｏ１は、図２（ａ）に示すように矩形状であるが、開口部Ｏ１の形状は、電極１９ａ、１９ｂの形状により、適宜、円形状、多角形状、または不定形状にすることが可能である。
【００３２】
上記感光性材料として、例えば、ウレタン変性等の公知の手段によって適度に可撓性が付加されたエポキシ系樹脂を挙げることができる。エポキシ樹脂を用いることにより、適度な柔軟と、リフロープロセスに投入可能な耐熱性を有する絶縁層１３を形成することができる。
【００３３】
絶縁層１３の上面には、導電膜１５が積層されている。本実施形態では、絶縁層１３と導電膜１５とは、接着剤層１１を介して互いに接合している。接着剤層１１は、粘着剤、接着剤、または粘着シート、接着シート等、絶縁層１３と導電膜１５とを接合できるものであればいずれのものを用いてもよい。接着剤層１１は、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５の接触抵抗を妨げないよう、開口部Ｏ１と略同等の形状で開口されている。本実施形態では、接着剤層１１を絶縁層１３または導電膜１５のいずれか一方の側に設け、その後に、他方を当該一方の側に位置合わせしながら貼合せてもよい。
【００３４】
［導電膜］
導電膜１５は、電極１９ａ、１９ｂと接触することにより電極１９ａ、１９ｂ間を導通させる部材である。導電膜１５が導電機能を有するとは、導電膜１５を外部から押圧することにより導電膜１５を介して電極１９ａ、１９ｂが通電可能な程度に導電膜１５が電気伝導性を有することを意味する。具体的には、外部より押圧力が負荷された導電膜１５が、電極１９ａと電極１９ｂとに跨って当接することで電極１９ａと電極１９ｂとが導通する。
【００３５】
本実施形態における導電膜１５は、電極１９ａ、１９ｂとの接触により、電極１９ａ、１９ｂを導通させる程度の導電機能を有していればよい。このため、導電膜１５は、例えばカーボン粒子が含有された樹脂フィルムであってもよい。導電膜１５は、カーボン粒子により導電機能が付与されている。換言すると、導電膜１５として用いられる樹脂フィルムは、導電機能が発揮される程度のカーボン粒子が含有されている。上記樹脂フィルムは、可撓性である。このように、樹脂フィルム自体が導電機能を有することにより、導電膜１５の薄膜化を図り、また可撓性を良好なものとし、圧力センサ１のダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００３６】
導電膜１５を構成する樹脂フィルムは、本発明の趣旨に逸脱しない範囲において、適宜、公知の樹脂を用いて構成することができる。例えば、具体的な樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、環状ポリオレフィン等のポリエステル；ポリカーボネート；ポリイミド；ポリアミドイミド；液晶ポリマー等を挙げることができる。上記の樹脂のうち１種または複数の樹脂材料を混合して導電膜１５を構成することができる。
導電膜１５に含有されるカーボン粒子は、導電膜１５に導電性を付与するための部材である。カーボン粒子は、粒子状の炭素材料であって、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック（ケッチェンブラック）、チャンネルブラック、もしくはサーマルブラック等のカーボンブラック、またはグラファイト等の１種または２種以上の組み合わせを挙げることができるが、これに限定されない。
導電膜１５におけるカーボン粒子の含有量、カーボン粒子の形状及び粒径は、本発明の趣旨に逸脱しない範囲において特に限定されない。これらは、導電膜１５と電極１９ａ、１９ｂとの接触抵抗により電極１９ａ、１９ｂが導通する範囲において適宜決定することができる。
【００３７】
導電膜１５の厚みは、６．５μｍ以上、４０μｍ以下であることが好ましい。上記厚みが６．５μｍ以上であることにより、導電膜１５の耐久性が担保される。また上記厚みが４０μｍ以下であることにより、導電膜１５が押圧されたときの初期検知感度が良好であり、かつ広いダイナミックレンジを確保可能である。
なお、導電膜１５の厚みは、一般的なハイドゲージ、アップライトゲージ、またはその他厚み測定手段を用いて測定することができる。
【００３８】
導電膜１５の表面抵抗率は、７ｋΩ／ｓｑ以上３０ｋΩ／ｓｑ以下であることが好ましい。表面抵抗率が上記範囲であることにより、導電膜１５は、大荷重が負荷された場合にセンサ抵抗のバラつきが小さく、高い電気信頼性を示し得る。
所望の範囲の導電膜１５の表面抵抗率は、導電膜１５に含有されるカーボン粒子の配合量によって調整することができる。換言すると、導電膜１５に含有されるカーボン粒子の配合量は、導電膜１５の表面抵抗率が上記範囲となることを視標として、決定してもよい。
【００３９】
導電膜１５は、電極１９ａ、１９ｂに対向する面の表面粗さＲｚが、０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下となるよう調整されていてもよい。これにより、導電膜１５の膜形成性が良好であり、また接触抵抗の検知感度が安定する。
導電膜１５の表面粗さＲｚは、一般的な表面粗さ計による計測、またはレーザ顕微鏡を用いた表面粗さ分析により測定される。
【００４０】
導電膜１５のヤング率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、導電膜１５に充分な可撓性をもたらすことができる。上記ヤング率の範囲によれば、上述する所定の距離Ａ、及び開口部Ｏ１の開口寸法の好ましい範囲において、導電膜１５に負荷される押圧力の増大に伴う接触抵抗の変化を良好に定量することができる。
カーボン粒子を含有する樹脂フィルムの作製方法は特に限定されず、例えば、原料となる１種または２種以上の樹脂に、カーボン粒子を混合し、適宜混練し、フィルム状に成膜することによって作製することができる。
【００４１】
以上説明した導電膜１５の導電率、表面抵抗率および表面粗さは、導電膜１５が電極１９ａ、１９ｂに接触した場合の抵抗値の大小に影響を及ぼすパラメータであるため、いずれも「センサユニットの抵抗に係る特性」の一例である。また、導電膜１５の厚みやヤング率が大きいと、所定の押圧力が圧力センサ１に負荷された場合の導電膜１５の変位が小さくなり導電膜１５が電極１９ａ、１９ｂと接触しにくくなりセンサユニットの抵抗が大きくなることから、これらのパラメータも「センサユニットの抵抗に係る特性」の一例である。
【００４２】
［電極押圧材］
電極押圧材１７は、上記のように、突起１７ａとベース部１７ｂとによって構成される。突起１７ａとベース部１７ｂとは同一材料によって一体に例えば射出成型によって形成される。ベース部１７ｂは、射出成型において突起１７ａを形成するための溶けた材料によって形成されたものである。したがって、突起１７ａを導電膜１５上に直接成形することが可能である場合、電極押圧材１７はベース部１７ｂを含まない。
電極押圧材１７の材料は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜選択可能であるが、例えば、ゴム硬度が２０以上、８０以下のゴム材料や比較的低硬度のプラスチック材料が用いられる。ゴム材料としては、例えば、天然ゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ニトリルイソプレンゴム及びシリコンゴム等が考えられる。また、プラスチック材料としては、ポリビニルアルコール、エチレン・酢酸ビニル共重合体等を材料とすることが考えられる。
【００４３】
前記したように、突起１７ａの形状は任意であるが、突起端面１７０が電極１９ａ、１９ｂに荷重集中をさせることに適した形状及び面積を有することが好ましい。１つのスタック回路ＳのセンサユニットＵ１、Ｕ２に確実に荷重集中をさせるためには、突起端面１７０が開口部Ｏ１に重なって、かつ開口部Ｏ１の内部に入る大きさを有することが好ましい。
【００４４】
以上説明した圧力センサ１は、以下のように動作する。
圧力センサ１のセンサユニットＵ１、Ｕ２には、入力配線２１によって電力が供給されている。電極１９ａ、１９ｂが離間していることから、圧力センサ１に押圧力が加えられていないとき、電極１９ａ、１９ｂ間に電気的な導通は生じない。
圧力センサ１の上方から押圧力が加えられたとき、押圧力は重ね合わせられたセンサユニットＵ１、Ｕ２の両方に作用する。センサユニットＵ１、Ｕ２では、導電膜１５が突起１７ａによって下方に押し込まれ、開口部Ｏ１から露出する電極１９ａ、１９ｂと接触する。導電膜１５と電極１９ａ、１９ｂとが接触し、電極１９ａ、１９ｂとの間に導通が生じて出力配線２２から電気信号が図示しないドライバ装置に出力される。ドライバ装置は、出力される検知信号が所定の閾値以上の大きさになったとき、圧力センサ１がオン状態になったと判断する。そして、オン状態になった後の検知信号の大きさによって検出された圧力の大きさを判断する。
【００４５】
圧力センサ１が出力する電気信号は、電極１９ａ、１９ｂが導電膜１５と接触する面積によって変化する。このため、導電膜１５が電極１９ａ、１９ｂに強く押し当てられると接触面積が広がって抵抗値が下がり、電気信号が大きくなってセンサユニットＵ１、Ｕ２に強い圧力が加わったものと判断される。本実施形態は、センサユニットＵ１、Ｕ２を圧力の印加方向に重ね合わせてスタック回路を構成しているので、先に押圧力が伝わるセンサユニットＵ１の電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との接触面積とセンサユニットＵ２の導電膜１５と電極１９ａ、１９ｂの接触面積とが相違する場合がある。このような場合、センサユニットＵ１とセンサユニットＵ２との合成抵抗には低抵抗の成分と高抵抗の成分とが含まれるようになる。このため、圧力センサ１は、重ねられていないセンサユニット（以下、「センサユニット単体」と記す）に圧力を加えた場合よりも圧力に応じて電気信号が広範囲に変化する。このような本実施形態は、圧力の測定範囲が広いワイドレンジの圧力センサを提供することができる。
【００４６】
上記構成において、本実施形態は、スタック回路Ｓに含まれる複数重ね合わされたセンサユニットのうちの一部を、他のセンサユニットの抵抗に係る特性と相違するように構成することができる。このようにすれば、圧力センサ１に押圧力が加えられた場合、スタック回路Ｓ内において相対的に低抵抗のセンサユニットから相対的に大きな電気信号が出力され、高抵抗のセンサユニットからは相対的に小さな電気信号が出力される。このとき、大きな電気信号は相対的に低い圧力で信号の出力を開始するので、圧力センサ１の初期感度を高めることができる。また、高抵抗のセンサユニットから出力される小さな電気信号は、大きな電気信号が変化しなくなった後まで変化する。本実施形態は、大小の電気信号の合成値を圧力の検知信号として出力するから、低圧力から高圧力までを広範囲に測定できるワイドレンジの圧力センサ１を実現できる。
【００４７】
センサユニットの抵抗に係る特性を変化させる手法としては、例えば、導電膜に接触し得る電極の面積を変化させるものがある。つまり、本実施形態は、重ね合わされる複数のセンサユニットのうちの一部を、導電膜１５に接触し得る電極の面積が他のセンサユニットと相違するように構成してもよい。導電膜１５に接触し得る電極の面積を変えるための構成としては、例えば、開口部Ｏ１の開口面積をスタック回路Ｓに含まれるセンサユニット間で変えることが考えられる。また、電極１９ａ、１９ｂの面積そのものを変えることも考えられる。
【００４８】
さらに、本実施形態は、導電膜１５及び電極１９ａ、１９ｂ間の集中荷重がかかる範囲をセンサユニットで異なるようにしてもよい。このような構成は、例えば、スタック回路Ｓ内にセンサユニットが複数に設けられている場合、複数の突起１７ａの一部の突起端面１７０を、他のセンサユニットの突起１７ａの突起端面１７０と大きさが相違するようにすることによって実現できる。
突起１７ａに印加される外部からの押圧力が一定であることを前提とすると、突起端面１７０の面積が大きい突起１７ａを設けることで押圧力が分散するため、電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との間の抵抗が大きくなる。逆に突起端面１７０の面積が小さい突起１７ａを設けることで、外部からの押圧力が集中するため電極１９ａ、１９ｂと導電膜１５との間の抵抗が小さくなる。このため、大きい突起端面１７０に対応するセンサユニットからは相対的に小さな電気信号が出力され、小さい突起端面１７０に対応するセンサユニットからは相対的に大きな電気信号が出力される。したがって、突起端面１７０の面積というパラメータは「センサユニットの抵抗に係る特性」の一例となる。このとき、小さな突起端面１７０に対応する大きな電気信号は相対的に低い圧力で信号の出力を開始するので、圧力センサ１の初期感度を高めることができる。また、大きな突起端面１７０に対応するセンサユニットから出力される小さな電気信号は、大きな電気信号が変化しなくなった後まで変化する。したがって、複数の突起端面１７０の面積を互いに相違させることにより大小の電気信号の合成値が圧力の検知信号として出力されるため、本実施形態は、低圧力から高圧力までを広範囲に測定できるワイドレンジの圧力センサ１を実現することができる。
【００４９】
スタック回路Ｓ内でセンサユニットの抵抗に係る特性を変更する構成は、突起端面１７０の面積に限定されるものではない。本実施形態は、例えば、導電膜１５の厚さ、表面粗さ、電気抵抗のプロファイル（変化の仕方）等を変更することによってセンサユニットの抵抗に係る特性を変更することが考えられる。また、本実施形態は、例えば、突起１７ａの厚さ、硬度等を変更することによってセンサユニットの抵抗に係る特性を変更することが考えられる。
【００５０】
また、本実施形態は、スタック回路Ｓに含まれる複数のセンサユニットを、互いに並列に接続することによって圧力センサ１の圧力の測定レンジを広くすることができる。
図４は、図１、図２に示したスタック回路を複数並列に接続した本実施形態の圧力センサ１を示した上面図である。図５は、図４に示した圧力センサ１の等価回路を示した図である。図示した圧力センサ１は、二つ以上の複数のセンサユニットを備えていて、センサユニットＵ11とセンサユニットＵ21とがスタックされてスタック回路Ｓ１を構成している。また、センサユニットＵ12とセンサユニットＵ22とがスタック回路Ｓ２を構成し、センサユニットＵ13とセンサユニットＵ23とがスタック回路Ｓ３を構成している。各スタック回路に含まれるセンサユニットの対は互いに並列に接続されている。このような構成によれば、本実施形態は、スタック回路を構成する各センサユニットの抵抗特性が合成抵抗に占める割合が小さくなって、スタック回路から出力される電気信号の変化を緩やかにすることができる。また、本実施形態は、スタック回路が抵抗特性が相違する複数のセンサユニットを含む場合、合成抵抗が連続して変化するようにすることができる。
【００５１】
また、本実施形態は、スタック回路Ｓ１からスタック回路Ｓ８を互いに並列に接続している。このようにすることにより、本実施形態は、図示しないドライバ装置が各スタック回路から圧力の検知信号を取得することができる。このとき、ドライバ装置はスタック回路の数と同数の入力チャネルを備えるものであってもよいし、スタック回路の数よりも少ない入力チャネルを備えるものであってもよい。ドライバ装置がスタック回路の数よりも少ない数の入力チャネルを備える場合、ドライバ装置は、例えば３００Ｈｚ程度の周波数で各スタック回路から出力される検知信号を順に繰り返し取得するようにしてもよい。
【００５２】
［圧力センサの製造方法］
図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、本実施形態の圧力センサの製造方法を説明するための図であって、図６（ａ）は圧力センサ部材１００の上面図である。圧力センサ部材１００は、配線シート１０上に複数のスタック回路Ｓ１からスタック回路Ｓ８を有している。スタック回路Ｓ１からスタック回路Ｓ８の各々は、センサユニットＵ11およびＵ21、センサユニットＵ12およびＵ22等、対をなす二つのセンサユニットを備えている。センサユニットは、先に説明してきたように、電極１９ａ、１９ｂと、これら電極１９ａ、１９ｂに対向して配置される導電膜１５と、を有している。圧力センサ部材１００は、複数のセンサユニットＵ11、Ｕ21等に電気信号を入力する共通の入力配線２１と、複数のセンサユニットＵ11、Ｕ21等から電気信号を出力する共通の出力配線２２を備えている。このことから、圧力センサ部材１００を製造する工程は、電極１９ａ、１９ｂと、これら電極１９ａ、１９ｂに対向して配置される導電膜１５と、センサユニットＵ11、Ｕ21等に電気信号を入力する共通の入力配線２１と、センサユニットＵ11、Ｕ21等から電気信号を出力する共通の出力配線２２と、を配線シート１０上に形成する工程を含んでいる。
【００５３】
図６（ｃ）に示すように、センサユニットＵ11、Ｕ12の各電極１９ａ、１９ｂは、導電膜１５を挟んで互いに内向きに対向して配置されている。２つの導電膜１５が電気的に短絡しないように、導電膜１５同士の間には絶縁シート１６が全面に配置されている。
絶縁シート１６には、ポリイミドやポリアミドイミドなど、上述した配線シート１０と同種の材料を使用することができる。配線シート１０と絶縁シート１６とは同種材料で作成してもよく、異種材料で作成してもよい。
【００５４】
次に、上記工程をより詳細に説明する。
圧力センサ部材１００は、スタック回路をＳ１からスタック回路Ｓ８を構成するセンサユニットＵ11〜Ｕ18およびセンサユニットＵ21〜Ｕ28を有している。圧力センサ部材１００を製造する工程では、配線シート１０に配線シート１０の表裏の電気的な導通をとるためのスルーホールｈ１、ｈ２を形成し、スルーホールｈ１、ｈ２における配線シート１０の表面及び厚み方向をめっき等によって導電化する。以上の工程は、配線シート１０の表裏を導通させるものである。
【００５５】
次に、本実施形態の圧力センサの製造方法では、エッチングのレジスト膜を配線シート１０にラミネートし、レジスト膜を露光、現像して入力配線２１、出力配線２２や電極１９ａ、１９ｂを含むパターンのエッチングマスクを配線シート１０上に作製する。本実施形態では、エッチングマスクをマスクにしてめっき箔をエッチングしてエッチングマスクから露出しているめっき箔を配線シート１０上から除去する。エッチングマスクは、めっき箔のエッチング完了後に剥離される。以上の工程は、配線シート１０に入力配線２１や出力配線２２及び電極１９ａ、１９ｂの金属パターンを形成するものである。
【００５６】
以上の処理の後、本実施形態では、形成された入力配線２１、出力配線２２等を保護するため、配線シート１０における入力配線２１、出力配線２２の形成面にカバーフィルムをラミネートする。そして、ソルダーレジストを形成面に印刷し、これを露光、現像して絶縁層１３を形成する。以上の工程は、配線保護層を形成するものである。そして、電極１９ａ、１９ｂの導電膜１５に対向する面に、ニッケル、あるいは金等によるめっき処理がなされる。さらに、本実施形態では、絶縁層１３の上から接着剤層１１を使って導電膜１５を貼り合わせる。以上の工程により、圧力センサ部材１００が完成する。
【００５７】
さらに、本実施形態の圧力センサの製造方法は、上記工程を経た配線シート１０である圧力センサ部材１００を折り畳むことによってセンサユニットＵ11、Ｕ21同士を重ねる工程を含んでいる。
図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、上記工程を説明するための図である。図６（ｂ）は折り畳まれる過程にある圧力センサ部材１００の斜視図、図６（ｃ）は、折り畳まれた圧力センサ部材１００を図中の線Ｌ１に直交する方向にセンサユニットＵ11、Ｕ12上で切断した断面の模式図である。配線シート１０のうち、線Ｌ１で折り畳まれる一方側（図６（ａ）では下方側）を部分領域１０ａと呼称し、他方側（同図では上方側）を部分領域１０ｂと呼称する。スタック回路の各々が有する複数のセンサユニットは、部分領域１０ａと部分領域１０ｂのそれぞれに１個ずつ個別に配置されている。例えば図６（ａ）では、左端のスタック回路Ｓ１が有する２個のセンサユニットＵ11、Ｕ21のうちセンサユニットＵ21は部分領域１０ａに配置され、センサユニットＵ11は部分領域１０ｂに配置されている。
【００５８】
スルーホールｈ１，ｈ２は、部分領域１０ａ，１０ｂにそれぞれ貫通形成されている。スルーホールｈ１，ｈ２は、配線シート１０が線Ｌ１で折り畳まれた際に互いに重なり合う位置に形成されている。具体的には、スルーホールｈ１，ｈ２の各中心から線Ｌ１までの距離は互いに等しく、かつスルーホールｈ１，ｈ２の並び方向は線Ｌ１と直交している。これにより、スルーホールｈ１，ｈ２にピン（図示せず）等の器具を挿通した状態で配線シート１０を線Ｌ１で折り畳むことで、部分領域１０ａと部分領域１０ｂとがずれることを防止して位置合わせしながら互いに重ね合せることができる。
【００５９】
図６（ｂ）に示すように、本実施形態では、圧力センサ部材１００を線Ｌ１に沿って幅方向に折り畳む。圧力センサ部材１００が折り畳まれることによって複数のスタック回路の各々（例えばスタック回路Ｓ１）における二つのセンサユニット（例えばセンサユニットＵ11、Ｕ21）が互いに重なって、スタック回路（例えばスタック回路Ｓ１）を構成する。本実施形態の圧力回路の製造方法では、センサユニットＵ11、Ｕ21の形成面が内側になるように圧力センサ部材１００を折り畳んでいる。このため、スタックされたセンサユニットＵ11、Ｕ21は図６（ｃ）のように、導電膜１５が重なるように配置されている。
さらに、本実施形態では、センサユニットＵ11、Ｕ21の一方の配線シート１０上に電極押圧材１７を貼り合わせて圧力センサを完成する。
【００６０】
以上説明した本実施形態の圧力センサの製造方法は、複数のセンサユニットを一度に形成してこれを重ね合わせることができるので、工程の簡易化を図ることができる。また、配線シート１０に直接に電極１９ａ、１９ｂを作り込む構成は、圧力センサの薄型化に有利である。
ただし、本実施形態は、センサユニットＵ11、Ｕ21の形成面が内側になるように圧力センサ部材１００を折り畳むことに限定されず、センサユニットＵ11、Ｕ21の形成面が外側になるように圧力センサ部材１００を折り畳むものであってもよい。このようにした場合、センサユニットＵ11、Ｕ21は、互いに配線シート１０が重なるようにしてスタックされる。また、本実施形態は、電極押圧材１７をスタック回路の一方の側に設けるものに限定されず、両側の面に形成するものであってもよい。また、本実施形態は、センサユニットに電極押圧材１７を設けた後に圧力センサ部材１００を折り畳んでセンサユニットをスタックしてもよい。
【００６１】
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、本実施形態の圧力センサの製造方法を説明するための他の図である。図７（ａ）は、圧力センサ部材１００の上面図、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、圧力センサ部材１００を折り畳むことによってセンサユニットＵ11、Ｕ21同士を重ねる工程を説明するための図である。図７（ｂ）は図７（ａ）に示した矢線ｂ、ｂの方向に圧力センサ部材１００の断面を見た断面図である。図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示した圧力センサ部材１００を矢線ｃが示す方向に折り畳んでセンサユニットをスタックした状態を示した図である。図７（ｃ）に示した圧力センサは、図６（ｃ）に示した圧力センサが圧力センサ部材１００を線Ｌ１で谷折しているのに対し、圧力センサ部材１００を線Ｌ１で山折している。
図７（ｃ）に示した圧力センサは、図６（ｃ）に示した圧力センサがセンサユニットＵ11、センサユニットＵ12が同じ向きにスタックされているのに対し、センサユニットＵ11、センサユニットＵ12が反対向きにスタックされている点で図６（ｃ）の圧力センサと相違する。
【００６２】
さらに、本実施形態は、圧力センサ部材１００を一本の線Ｌ１のみに沿って折り畳むものに限定されるものでなく、複数本の線に沿って複数回折り畳むものであってもよい。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、圧力センサ部材１０１を三回蛇腹状に折り畳む例を説明するための図である。図８（ａ）は圧力センサ部材１０１の上面図である。図８（ｂ）は折り畳まれる過程にある圧力センサ部材１０１の斜視図、図８（ｃ）は、折り畳まれた圧力センサ部材１０１を図中の線Ｌ１に直交する方向に、かつセンサユニットＵ11、Ｕ21、Ｕ31、Ｕ41を通る位置で切断した断面の模式図である。図８（ａ）に示す圧力センサ部材１０１は、センサユニットＵ11〜Ｕ18、Ｕ21〜28、Ｕ31〜38、Ｕ41〜48の３２個のセンサユニットを備えている。そして、図８（ｂ）に示すように、圧力センサ部材１０１は、三本の線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の各々に沿って折り畳まれる。このとき、本実施形態では、線Ｌ１に沿って圧力センサ部材１０１が「谷折」されることによってセンサユニットＵ11とセンサユニットＵ21とがスタックされる。そして、圧力センサ部材１０１が線Ｌ２に沿って「山折」されることによってセンサユニットＵ11とセンサユニットＵ41とがスタックされる。また、圧力センサ部材１０１が線Ｌ３に沿って「谷折」されることによってセンサユニットＵ41とセンサユニットＵ31とがスタックされる。
【００６３】
圧力センサ部材１０１の配線シート１０のうち、線Ｌ１〜Ｌ３で区画される４つの領域を部分領域１０ａ〜１０ｄと呼称する。具体的には、線Ｌ１よりも一方側（図８（ａ）では下方側）の側方の領域を部分領域１０ａ、線Ｌ１と線Ｌ２とで囲まれる領域を部分領域１０ｂ、線Ｌ２と線Ｌ３とで囲まれる領域を部分領域１０ｃ、そして線Ｌ３よりも他方側（同図では上方側）の領域を部分領域１０ｄと呼称する。スタック回路の各々が有する複数のセンサユニットは、部分領域１０ａ〜１０ｄのうち、線Ｌ１または線Ｌ３のいずれかで仕切られて隣接する２つの部分領域の一方と他方とにそれぞれ配置されている。例えば図８（ａ）の例では、左端のスタック回路が有する４個のセンサユニットＵ11、Ｕ21、Ｕ31、Ｕ41のうち、線Ｌ１で仕切られる部分領域１０ａ，１０ｂにそれぞれセンサユニットＵ21，Ｕ11が配置されている。そして線Ｌ３で仕切られる部分領域１０ｃ，１０ｄに、それぞれセンサユニットＵ41，Ｕ31が配置されている。
【００６４】
部分領域１０ａ〜１０ｄにはスルーホールｈ１〜ｈ４がそれぞれ貫通形成されている。スルーホールｈ１〜ｈ４は、配線シート１０が線Ｌ１〜線Ｌ３で折り畳まれた際に互いに重なり合う位置に形成されている。具体的には、スルーホールｈ１，ｈ２の各中心から線Ｌ１までの距離は互いに等しく、スルーホールｈ１，ｈ４の各中心から線Ｌ２までの距離は互いに等しく、スルーホールｈ３，ｈ４の各中心から線Ｌ３までの距離は互いに等しい。そして、スルーホールｈ１〜ｈ４の並び方向は、互いに平行な線Ｌ１〜Ｌ３に対して直交している。本実施形態によれば、スルーホールｈ１〜ｈ４にピン（図示せず）等の器具を挿通しながら配線シート１０を線Ｌ１〜線Ｌ３で折り畳んで部分領域１０ａ〜１０ｄを順にスタックしていくことができ、これにより部分領域１０ａ〜１０ｄが互いにずれあうことが防止できる。
【００６５】
ただし、本実施形態は、圧力センサ部材１００、１０１を折り畳んでセンサユニットをスタックする構成に限定されるものではなく、センサユニット及び入力配線２１、出力配線２２が形成された複数の配線シート１０を重ね合わせ、入力配線２１、出力配線２２同士をスルーホールｈ１等を介して接続するものであってもよい。また、図４のようにスタック回路Ｓを面方向に複数配置する場合、本実施形態は、電極押圧材１７を面方向に配置される複数のスタック回路Ｓに対応して一つ配置することもできる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態は、センサユニットを、センサユニットの電極に対する導電膜の配置方向に複数重ねたことによって圧力センサの設置領域を小さくすることに有利である。また、複数のセンサユニットに共通の入力配線と、共通の出力配線と、を設けたことによって複数のセンサユニットの合成抵抗を圧力の検知信号として出力することができる。このため、各センサユニットが検知した抵抗値の合成抵抗を検知信号として出力し、相対的に低い圧力から相対的に高い圧力までの広い範囲を検知することができるようになる。
【００６７】
特に、本実施形態は、配線シート１０に圧力センサ１を作りこむことによってセンサユニットを配線シート１０の厚さ方向に重ねても、例えば公知のタクトスイッチ等の実装部品を厚さ方向に重ねる構成よりも圧力センサ１全体を薄くすることができる。
また、本実施形態は、圧力センサ部材１００、１０１を形成し、これを折り畳んでセンサユニットを重ね合わせることによって電気的な接続点数を減らし、設計の自由度を高めることができる。
【００６８】
［変形例］
（変形例１）
さらに、本実施形態は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、絶縁層１３と電極１９ａ、１９ｂとは、電極１９ａ、１９ｂの周縁に絶縁層１３の一部が重なるように形成するものに限定されず、図９（ａ），（ｂ）に示すように、電極１９ａ、１９ｂの周縁と絶縁層１３との間にオフセットを設けるようにしてもよい。このような場合、絶縁層１３の開口部Ｏ２は、電極１９ａ、１９ｂの周縁よりも一回り大きく設計される。なお、図２（ａ）と同様に便宜上、図９（ａ）においては絶縁層１３の形成領域にドットパターンを付している。電極１９ａ、１９ｂは、互いに隣接する並び方向（図９（ａ）および（ｂ）における左右方向）に関しては絶縁層１３から全体的に露出している。そして図９（ａ）に示すように、この並び方向と直交する方向（同図における上下方向）に関しては、電極１９ａ、１９ｂの端部の一部が絶縁層１３と重なってこれに覆われていてもよい。
このような変形例１によれば、開口部Ｏ１と電極１９ａ、１９ｂとの位置ずれによるセンサユニットの特性のばらつきを抑えることができる。
【００６９】
（変形例２）
また、本実施形態は、図２（ａ）のように、矩形状の電極１９ａ、１９ｂが所定の距離を空けて平行に隣接配置されて構成されるものに限定されない。本実施形態は、電極が第一電極及び第二電極を含み、第一電極及び第二電極が、互いに離間し、かつ嵌め合わせ可能な形状を有しているものであってもよい。ここで、「嵌め合わせ可能な形状」とは、第一電極と第二電極の包絡領域（第一電極と第二電極を包含する最小の矩形領域）を通過する全ての直線が、第一電極または第二電極の少なくとも一方と交差することを指す。
図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、変形例２の電極を説明するための図である。図１０（ａ）に示した電極８２の第一電極８２ａ及び第二電極８２ｂは、互いが組み合う櫛歯形状を有している。図１０（ｂ）に示した電極８３の第一電極８３ａ及び第二電極８３ｂは、互いが組み合うスパイラル形状を有している。図１０（ｃ）に示した電極８３の第一電極８３ａ及び第二電極８３ｂは、互いに同心円上に配列されている。具体的には、第一電極８３ａまたは第二電極８３ｂの一方が円形であり、他方がこの円形を所定の距離を空けて取り囲むリング形状であってもよい。上記円形とは、真円、楕円、および長円を含む。
【００７０】
図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示した変形例２では、電極８２、８３、８４のいずれにあっても、第一電極と第二電極とを包含する包絡領域８５、８６、８７と交差する直線は、全て第一電極と第二電極の少なくともいずれか一方と交差することになる。このような変形例２の電極によれば、圧力が印加された場合の抵抗値変化が形状に応じて変化するため、異なる形状の電極同士を組み合わせることで圧力センサの検知精度を高めることができる。
【実施例】
【００７１】
本発明の発明者は、以上説明した圧力センサの効果を実験によって検証した。この結果を以下に実施例として説明する。実験は、重ね合わされたセンサユニットの各々に電極押圧材１７を設けた構成を本発明の圧力センサとして行った。また、本発明の圧力センサの特性を、重ね合わされていないセンサユニット単体の圧力センサと比較した。
図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、センサユニットを重ね合わせた効果を検証する実験の結果を説明する図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）のいずれにあっても、縦軸は圧力センサが出力する検知信号（抵抗値：Ω）、横軸は圧力センサに印加された圧力（ｍＮ）を示している。図１１（ａ）中の曲線Ｃ１は、本発明の圧力センサの特性を示している。曲線Ｃ２、Ｃ３は、いずれも本発明の圧力センサと比較される比較例１、比較例２の特性を示している。
【００７２】
図１１（ａ）に結果を示した本発明の圧力センサは、同様に設計された４つのセンサユニットをスタックして並列に接続し、スタックされたセンサユニットの各々に電極押圧材１７を設けている。各電極押圧材１７の突起１７ａの突起端面は、全て直径４ｍｍの円形である。曲線Ｃ２の特性を有する比較例１の圧力センサは、本発明の圧力センサに含まれるセンサユニットと同一のセンサユニット単体に電極押圧材１７を設け、この突起１７ａの突起端面を直径４ｍｍの円形にしたものである。比較例２の圧力センサは、上記センサユニット単体に電極押圧材１７を設け、この突起１７ａの突起端面を直径２ｍｍの円形にしたものである。
図１１（ａ）によれば、比較例１の曲線Ｃ２は、圧力が約３０００ｍＮに達すると抵抗値（resistance）がほぼ変化しなくなる。また、比較例２の曲線Ｃ３は、圧力が約１０００ｍＮに達すると抵抗値がほぼ変化しなくなる。これに対し、本発明の圧力センサが示す曲線Ｃ１は、圧力が約４０００ｍＮに達するまで抵抗値が有意に変化していることが確認された。
【００７３】
図１１（ｂ）に結果を示した本発明の圧力センサは、同様に設計された４つのセンサユニットをスタックして並列に接続し、スタックされたセンサユニットの各々に電極押圧材１７を設けている。各電極押圧材１７の突起１７ａの突起端面は、全て直径２ｍｍの円形である。図１１（ｂ）中の曲線Ｃ４は、このような本発明の圧力センサの特性を示している。
図１１（ｂ）によれば、本発明の圧力センサが示す曲線Ｃ４は、圧力が約４０００ｍＮに達するまで抵抗値が変化していることが確認された。
以上の実験から、本発明の圧力センサは、センサユニットを複数重ね合わせて並列に接続したことによって単体の圧力センサよりも広い検知範囲を有することが確認できた。
【００７４】
図１２（ａ）、（ｂ）は、重ね合わされた複数のセンサユニットの電気特性をスタック回路内において変更することの効果を検証する実験の結果を説明する図である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）のいずれにあっても、縦軸は圧力センサが出力する検知信号（抵抗値：Ω）、横軸は圧力センサに印加された圧力（ｍＮ）を示している。図１２（ａ）中の曲線Ｃ５は、本発明の圧力センサの特性を示している。図１２（ａ）に結果を示した本発明の圧力センサでは、同様に設計された４つのセンサユニットをスタックして並列に接続し、スタックされたセンサユニットの各々に電極押圧材１７を設けている。そして、４つのセンサユニットのうち、３つについては突起１７ａの突起端面が直径４ｍｍの円形であり、他の一つの突起１７ａの突起端面が直径２ｍｍの円形である。
図１２（ａ）によれば、本発明の圧力センサが示す曲線Ｃ５は、圧力が約４０００ｍＮに達するまで抵抗値が変化していることが確認された。
【００７５】
また、図１２（ｂ）に結果を示した本発明の圧力センサでは、同様に設計された４つのセンサユニットをスタックして並列に接続し、スタックされたセンサユニットの各々に電極押圧材１７を設けている。そして、４つのセンサユニットのうち、２つについては突起１７ａの突起端面が直径４ｍｍの円形であり、他の２つの突起１７ａの突起端面が直径２ｍｍの円形である。図１２（ｂ）中の曲線Ｃ６は、このような本発明の圧力センサの特性を示している。
図１２（ｂ）によれば、本発明の圧力センサが示す曲線Ｃ６は、圧力が約４０００ｍＮに達するまで抵抗値が変化していることが確認された。
以上の実験から、本発明の圧力センサは、センサユニットを複数重ね合わせて並列に接続し、複数のセンサユニット間で抵抗の特性を変えたことによって単体の圧力センサよりも広い検知範囲を有することが確認できた。
【００７６】
図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、圧力センサから出力される検知信号（抵抗値：Ω）と、印加された圧力との関係を理論的に計算した結果を示す図である。図１３（ａ）から図１３（ｃ）のいずれにあっても、縦軸は圧力センサが出力する検知信号（抵抗値：Ω）、横軸は圧力センサに印加された圧力（ｍＮ）を示している。
図１３（ａ）は、センサユニットを重ね合わせて並列に接続することについての効果を説明するための図である。図１３（ａ）中に示した曲線Ｃ７は、所定の特性を有するセンサユニット（以下、「センサユニットｐ１」と記す）単体の圧力センサの特性を示している。曲線Ｃ８は、センサユニットｐ１と抵抗に係る特性が相違するセンサユニット（以下、「センサユニットｐ２」と記す）単体の圧力センサの特性を示している。曲線Ｃ９は、センサユニットｐ１とセンサユニットｐ２とを重ね合わせて並列に接続した圧力センサの特性を示している。また、曲線Ｃ１０は、センサユニットｐ１を３つ、センサユニットｐ２を１つ組み合わせて重ね合わせ、並列に接続した圧力センサの特性を示している。
【００７７】
図１３（ａ）の曲線Ｃ９およびＣ１０が示すように、抵抗に係る特性が相違するセンサユニットを重ね合わせて並列に接続した圧力センサは、重ね合わされたセンサユニットの数に関わらずセンサユニット単体の圧力センサよりも測定可能な圧力が広くなっている。また、印加圧力が約１０００ｍＮまでの範囲において、検知信号は、重ね合わされたセンサユニットの数が多い方が大きく変化することが分かる。
【００７８】
図１３（ｂ）は、センサユニットを重ね合わせて直列に接続することについての効果を説明するための図である。図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）のうち検知信号（抵抗値：Ω）が低い領域を拡大した図である。図１３（ｂ），（ｃ）中に示した曲線Ｃ１１は、センサユニットｐ１、ｐ２とは抵抗に関する特性が相違するセンサユニット（以下、「センサユニットｐ３」と記す）単体の圧力センサの特性を示している。曲線Ｃ１２は、センサユニットｐ１、ｐ２、ｐ３のいずれとも抵抗に係る特性が相違するセンサユニット（以下、「センサユニットｐ４」と記す）単体の圧力センサの特性を示している。曲線Ｃ１３は、抵抗に関する特性が互いに異なるセンサユニットｐ３とセンサユニットｐ４とを重ね合わせて直列に接続した圧力センサの特性を示している。また、曲線Ｃ１４は、センサユニットｐ３を３つ、センサユニットｐ４を１つ組み合わせて重ね合わせ、直列に接続した圧力センサの特性を示している。
【００７９】
図１３（ｂ），（ｃ）に示すように、抵抗に係る特性が相違するセンサユニットを重ね合わせて直列に接続した圧力センサは、印加圧力が１０００ｍＮ以内にあってはセンサユニット単体の圧力センサと同様の検知信号を出力する。ただし、センサユニットを重ね合わせて直列に接続した圧力センサの検知信号は、特に印加圧力が３０００ｍＮ以上の範囲において、センサユニット単体の圧力センサよりも大きな傾きを持って変化する。
以上のことから、本発明の圧力センサは、センサユニット単体の圧力センサに比べて測定可能な圧力が広範囲であるものといえる。
【００８０】
また、図１３（ａ）に示すように複数のセンサユニットを並列に接続した場合には、単体のセンサユニットよりも、抵抗に関する特性の変化幅が大きくなることが分かった。これに対し、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように複数のセンサユニットを直列に接続した場合には、単体のセンサユニットよりも、抵抗に関する特性の変化幅が小さくなることが分かった。このため、複数のセンサユニットを並列に接続することによりダイナミックレンジをより広くすることができて好ましいといえる。
【００８１】
上記実施形態及び実施例は以下の技術思想を包含するものである。
（１）  電極と、前記電極に対向して配置される導電膜と、を有するセンサユニットが前記電極に対する前記導電膜の配置方向に複数重ねられ、
複数の前記センサユニットに電気信号を入力する共通の入力配線と、複数の前記センサユニットから電気信号を出力する共通の出力配線と、が形成されている配線シートを有する、圧力センサ。
（２）  前記電極が、前記配線シート上に形成されている、（１）の圧力センサ。
（３）  前記センサユニットの少なくとも一部は、前記電極の少なくとも一部に重なる突起を備えている、（１）または（２）の圧力センサ。
（４）  前記突起は、複数重ねられた前記センサユニットのうちの複数にそれぞれ設けられている、（３）の圧力センサ。
（５）  複数の前記突起のうちの一部の端面は、他の前記突起の端面と大きさが異なっている、（４）の圧力センサ。
（６）  前記突起は、複数重ねられた前記センサユニットのうちの複数に対応して一つ設けられている、（４）の圧力センサ。
（７）  複数重ねられた前記センサユニットのうちの一部の抵抗に係る特性は、他の前記センサユニットの抵抗に係る特性と相違している、（１）から（６）のいずれか一つの圧力センサ。
（８）  複数重ねられた前記センサユニットのうちの一部は、前記導電膜に接触し得る前記電極の面積が他の前記センサユニットと相違している、（７）の圧力センサ。
（９）  複数重ねられた前記センサユニットは、互いに並列に接続されている、（１）から（８）のいずれか一つの圧力センサ。
（１０）  前記電極が第一電極及び第二電極を含み、前記第一電極及び前記第二電極は、互いに離間し、かつ嵌め合わせ可能な形状を有している、（１）から（９）のいずれか一つの圧力センサ。
（１１）  複数の電極と、前記複数の電極の少なくとも一部に対応する導電膜と、を有するセンサユニットと、複数の前記センサユニットに電気信号を入力する共通の入力配線と、複数の前記センサユニットから電気信号を出力する共通の出力配線と、を配線シート上に形成する工程と、前記配線シートを折り畳むことによって前記センサユニット同士を重ねる工程と、を含む圧力センサの製造方法。
【符号の説明】
【００８２】
圧力センサ...１
配線シート...１０
部分領域...１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ
接着剤層...１１
絶縁層...１３
導電膜...１５
絶縁シート...１６
電極押圧材...１７
突起...１７ａ
ベース部...１７ｂ
電極...１９ａ、１９ｂ、８２、８３、８４
入力配線...２１
出力配線...２２
貫通孔...２４
第一電極...８２ａ、８３ａ、８４ａ
第二電極...８２ｂ、８３ｂ、８４ｂ
包絡領域...８５、８６、８７
圧力センサ部材...１００、１０１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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