(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板に支持されたセンサ電極と、
前記センサ電極に対向する位置に少なくとも導電機能を有する感圧膜と、
前記センサ電極および前記感圧膜を互いに離間させるための所定の距離を確保するとともに前記感圧膜に対し前記センサ電極を露出させる開口部を有する絶縁層と、を有し、外部からの押圧力によって前記感圧膜と前記センサ電極とが接触し、かつ前記感圧膜と前記センサ電極との接触抵抗が変動する圧力素子であって、
前記絶縁層は、前記開口部を区画形成する開口壁面と、前記感圧膜側の開口端部と、を有し、
前記支持基板を基準として、前記絶縁層は、前記開口部に向かって高さが連続的に増大していることを特徴とする感圧素子。
【請求項２】
前記支持基板を基準として、前記開口部の中央に対向する前記感圧膜の高さが、前記開口端部に対向する前記感圧膜の高さよりも高い請求項１に記載の感圧素子。
【請求項３】
前記開口端部が、鈍頭である請求項１または２に記載の感圧素子。
【請求項４】
前記センサ電極の前記開口壁面に対向する側面と、前記開口端部と、の平面方向の距離が５０μｍ以上８５０μｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の感圧素子。
【請求項５】
前記支持基板を基準として、前記開口端部の高さ、および前記センサ電極の高さの差分が、５μｍ以上２５μｍ以下である請求項１から４のいずれ一項に記載の感圧素子。
【請求項６】
前記絶縁層の前記感圧膜側の表面と、前記感圧膜と、は接着層を介して互いに固定されているとともに、
前記絶縁層の前記支持基板側の表面は、接着層を介さずに前記支持基板に対し固定されている請求項１から５のいずれか一項に記載の感圧素子。
【請求項７】
前記感圧膜は、カーボン粒子が含有された樹脂フィルムであり、
前記カーボン粒子により前記導電機能が前記感圧膜に付与されている請求項１から６のいずれか一項に記載の感圧素子。
【請求項８】
一対の第一電極と第二電極とを備える前記センサ電極を複数有し、
前記感圧膜と、一つの前記センサ電極と、が前記開口部を介して対向する圧力センサ部が複数設けられ、
複数の前記センサ電極に亘って一枚の前記感圧膜が対向配置されている請求項１から７のいずれか一項に記載の感圧素子。
【請求項９】
前記支持基板を基準として、前記開口端部における前記絶縁層の高さから、前記センサ電極の高さを減じて算出された差分Ｉは、
前記支持基板を基準として、隣り合う前記圧力センサ部の中間部における前記絶縁層の高さから、前記センサ電極の高さを減じて算出された差分ＩＩの３倍以上である請求項８に記載の感圧素子。
【請求項１０】
前記支持基板を基準として、一の前記圧力センサ部における前記開口端部の高さと、他の前記圧力センサ部における前記開口端部の高さと、が異なる請求項８または９に記載の感圧素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の感圧素子と、
前記感圧素子と電気的に接続されて感圧膜とセンサ電極との接触抵抗を検知する検知部と、を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１２】
前記感圧素子が、曲率半径１５ｍｍ以下に湾曲している請求項１１に記載の圧力センサ。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の感圧素子を製造する感圧素子製造方法であって、
支持基板の少なくとも一方の面にセンサ電極を形成する電極形成工程と、
前記支持基板および前記センサ電極を覆って感光性塗材を塗工する塗工工程と、
前記感光性塗材を露光し現像することにより、開口壁面と開口端部とから区画形成され前記センサ電極を露出させる開口部を備えた絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の表面に沿って導電機能を有する樹脂フィルムを配置して感圧膜を形成する感圧膜形成工程と、を備え、
前記塗工工程が、スクリーン印刷手法により前記感光性塗材を塗工する工程を含み、
前記塗工工程後に実施される前記絶縁層形成工程が、下記指標（１）および（２）に従い前記感光性塗材を露光し現像して前記絶縁層に前記開口部を形成する工程を含むことを特徴とする感圧素子製造方法、
指標（１）：前記支持基板を基準として、前記絶縁層の高さを、前記開口部に向かって連続的に増大させる、
指標（２）：前記センサ電極の前記開口壁面に対向する側面と、前記開口端部と、の平面方向の距離が５０μｍ以上８５０μｍ以下の範囲とする。
【請求項１４】
請求項１３に記載の感圧素子製造方法にしたがって製造した第一の前記感圧素子の感圧初期荷重を測定し、前記感圧初期荷重が所定の値よりも大きい値であることが確認された場合、
前記指標（２）における前記距離を、上記範囲の中で増大させた第二の前記感圧素子を、前記感圧素子製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整する感圧素子製造方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の感圧素子製造方法にしたがって製造した第一の前記感圧素子の感圧初期荷重を測定し、前記感圧初期荷重が所定の値よりも小さい値であることが確認された場合、
前記指標（２）における前記距離を、上記範囲の中で縮小させた第二の前記感圧素子を、前記感圧素子製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整する感圧素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧素子、圧力センサ、および感圧素子製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療や福祉、ロボット、バーチャルリアリティなどの各分野で触覚センシングの重要性が急拡大している。【０００３】
たとえば自動車分野では、感圧素子が座席に内蔵されることが主流となっている。これは、搭乗者が車両に乗り込み座席に座った際に、シートベルトの着用を促すことを目的としている。具体的には、搭乗者が車両座席に座ることで、一定以上の荷重（体重）が感圧素子に加わる。これにより、該感圧素子を備える圧力センサが、搭乗者の存在を検知し、搭乗者にシートベルトの着用を促すよう機能する。【０００４】
また別の用途として、圧力センサの採用は、医療または介護の分野でも期待されている。
より具体的には、たとえば、ベッドのマットレスに感圧素子を内在させ、当該マットレスに対する、ベッドに横たわった患者や高齢者（以下、患者等ともいう）の体重の掛かり具合をモニタリングすることが期待される。上記モニタリングにより、患者等が長時間同じ姿勢で横たわっていることを把握することが可能である。上記モニタリングにより、床ずれの発生を防止するため、ベッドに横たわる患者等の姿勢を適度に変更させるタイミングを第三者が把握可能である。
また、圧力センサを、患者等の歩行支持具に利用することも可能である。具体的には、感圧素子を内在する支持具を用いて歩行等を行っている高齢者がバランスを崩した場合、圧力センサは、当該高齢者の体重の不均衡を圧力分布の変化として検知可能である。これにより高齢者の転倒防止、または転倒の把握が期待される。このように、近年、圧力センサの使用が期待される分野は多岐に亘っている。特に、圧力センサは、平坦面以外の物体表面への搭載、または撓み可能な態様での使用が期待される。【０００５】
従来、感圧素子は、センサ電極を備える支持基板と、これに対向し感圧抵抗体を有する対向基板と、が絶縁フィルムを介して設けられる態様が提案されている。これらの態様では、荷重がかかる前の状態で、センサ電極と、感圧抵抗体と、が接触して短絡を生じさせないことが肝要である。そのため、上記絶縁フィルムが、センサ電極と感圧抵抗体とを所定の距離で離間させるためのスペーサをなす態様が知られる。【０００６】
たとえば、下記特許文献１には、センサ電極が設けられた一方の回路基板と、感圧抵抗体が印刷形成された他方の回路基板と、が、スペーサーシートを介して対向してなる感圧センサの積層構造が記載されている（同文献表２参照）。上記スペーサーシートは、両面に粘着層が形成されたＰＥＴフィルムであり、この両面に、上記一方の回路基板および上記他方の回路基板が貼り合わされている。
下記特許文献２に開示される感圧センサは、抵抗体基板と、電極支持基板と、を接着層よりなるスペーサを介して接合することで構成されている（同文献段落［００３１］参照）。上記接着層は、アクリル系粘着フィルム等であることが同文献に記載されている。
下記特許文献３に開示される感圧センサは、電極を備える一方のベースフィルムと、感圧抵抗体を備える他方のベースフィルムと、の間にスペーサを介在して構成されている（同文献図１参照）。当該スペーサの厚みにより、互いに対向する上記電極と、上記感圧抵抗体と、は加圧されていない状態で離間している。上記スペーサは、樹脂フィルムで形成されており、その両面に熱硬化性樹脂接着剤が設けられている。当該熱硬化性樹脂接着剤の粘着性により一方のベースフィルムと、他方のベースフィルムと、スペーサと、が一体化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１５８１０３号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９５６９号公報
【特許文献３】特開２００４−０２８８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１から３に記載された従来の感圧センサは、上述の通り絶縁フィルムからなるスペーサを設けられている。そのため、平坦な状態で使用する場合、荷重がかかる前の状態（初期状態）では、センサ電極と、感圧抵抗体と、の接触による短絡の発生が回避されている。しかしながら、従来の感圧センサは、以下の課題を有していた。【０００９】
即ち、従来の加圧センサにおけるスペーサは、いずれも厚みが均一なフィルムにより形成されている。そのため、良好な初期検知感度を得るためには、フィルム厚みを小さくし、センサ電極と感圧抵抗体との距離（以下、ギャップともいう）を小さく設計する必要がある。ところが、ギャップの小さい従来の圧力センサは、平坦面以外の物体表面へ搭載され、または撓み可能な態様で使用された場合、基板が撓み、平坦な状態よりもギャップが小さくなるため初期状態で短絡する虞があった。【００１０】
これに対し、従来の圧力センサは、屈曲しても短絡しないようギャップが充分に大きく設計された場合、平坦な状態で所望の初期検知感度が発揮し難い。即ち、従来の加圧センサは、平坦な状態および屈曲した状態のいずれの使用においても、良好な初期検知感度を示し、かつ初期状態における短絡を防止することが困難であった。そのため、従来の圧力センサは、近年の多岐に亘る分野での使用に充分に対応できるものではなかった。【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、平坦な状態および屈曲した状態のいずれの使用においても、良好な初期検知感度を発揮可能とし、かつ初期状態における短絡が防止された感圧センサ、および上記感圧素子を備える圧力センサを提供する。また本発明は、上記感圧素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の感圧素子は、支持基板と、上記支持基板に支持されたセンサ電極と、上記センサ電極に対向する位置に少なくとも導電機能を有する感圧膜と、上記センサ電極および上記感圧膜を互いに離間させるための所定の距離を確保するとともに上記感圧膜に対し上記センサ電極を露出させる開口部を有する絶縁層と、を有し、外部からの押圧力によって上記感圧膜と上記センサ電極とが接触し、かつ上記感圧膜と上記センサ電極との接触抵抗が変動する圧力素子であって、上記絶縁層は、上記開口部を区画形成する開口壁面と、上記感圧膜側の開口端部と、を有し、上記支持基板を基準として、上記絶縁層は、上記開口部に向かって高さが連続的に増大していることを特徴とする。
【００１３】
本発明の圧力センサは、本発明の感圧素子と、上記感圧素子と電気的に接続されて感圧膜とセンサ電極との接触抵抗を検知する検知部と、を備えることを特徴とする。【００１４】
本発明の感圧素子製造方法は、本発明の感圧素子を製造する感圧素子製造方法であって、支持基板の少なくとも一方の面にセンサ電極を形成する電極形成工程と、上記支持基板および上記センサ電極を覆って感光性塗材を塗工する塗工工程と、上記感光性塗材を露光し現像することにより、開口壁面と開口端部とから区画形成され上記センサ電極を露出させる開口部を備えた絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、上記絶縁層の表面に沿って導電機能を有する樹脂フィルムを配置して感圧膜を形成する感圧膜形成工程と、を備え、上記塗工工程が、スクリーン印刷手法により上記感光性塗材を塗工する工程を含み、上記塗工工程後に実施される上記絶縁層形成工程が、下記指標（１）および（２）に従い上記感光性塗材を露光し現像して上記絶縁層に上記開口部を形成する工程を含むことを特徴とする感圧素子製造方法であり、指標（１）：上記支持基板を基準として、上記絶縁層の高さを、上記開口部に向かって連続的に増大させる、指標（２）：上記センサ電極の上記開口壁面に対向する側面と、上記開口端部と、の平面方向の距離が５０μｍ以上８５０μｍ以下の範囲とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の感圧素子は、平坦な状態および屈曲した状態のいずれの使用においても、良好な初期検知感度を発揮可能とし、かつ初期状態における短絡が防止される。そのため、多岐に亘る分野での使用に充分に対応することが可能である。
本発明の圧力センサは、本発明の感圧素子の優れた効果を享受し、初期検知感度が良好であり、電気信頼性に優れる。
本発明の感圧素子製造方法は、容易に本発明の感圧素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる圧力センサの平面図である。
【図２】（ａ）は、図１のI-I線断面図であり、（ｂ）は、図１のII-II線断面図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、センサ電極の変形例を示す平面図である。
【図４】第一実施形態にかかる感圧素子の初期検知感度とダイナミックレンジを説明する説明図である。
【図５】本発明の第二実施形態にかかる感圧素子の平面図である。
【図６】（ａ）は、図５のＡ部の部分拡大図であり、（ｂ）は、図５のＢ部の部分拡大図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、感圧膜が図示省略された図５のＡ部の部分拡大図である。
【図８】直径Ｘの円筒の表面に配置された感圧素子を備える圧力センサの斜視図である。
【図９】本発明の第二実施形態にかかる感圧素子の製造工程を説明する説明図であり、（ａ）は、センサ電極が設けられた支持基板上に感光性塗材がスクリーン印刷により塗工される工程を示し、（ｂ）は、支持基板上に感光性塗材が塗工された状態を示し、（ｃ）は、露光および現像により開口部を有する絶縁層が形成された状態を示し、（ｄ）は、製造された感圧素子を示す。
【図１０】本発明の第三実施形態にかかる感圧素子製造工程のフローである。
【図１１】本発明の実施例および比較例に用いる印刷ワークの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜に省略する。
本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、１つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。
本実施形態において膜、シート、およびフィルムは、同義であって互いに区別せず、いわゆる板状やプレート状も含む。
本明細書において、初期状態とは、感圧膜が外部から押圧力を受けていない状態をいう。ダイナミックレンジとは、センサ電極と感圧膜との接触抵抗の変更幅をいう。初期検知感度とは、感圧初期荷重を検知する感度をいう。感圧初期荷重とは、感圧膜が外部から押圧されて感圧膜とセンサ電極とが接触することによるセンサ電極の導通が検知される最小の押圧力をいう。ここで導通が検知されるとは、所定の閾値以上の電流もしくは電圧が検知されること、または電流または電圧が零を超えて実質的に検知されることのいずれかをいう。感圧初期荷重が小さいほど、初期検知感度は高く、感圧初期荷重が大きいほど、初期検知感度は低い。一般的に、初期検知感度は、所定の範囲であることが好ましい。初期検知感度が低すぎると、充分な検知ができず、また初期検知感度が高すぎると、検知を予定しない小さい荷重でも検知してしまい、誤検知の原因となり得るからである。
【００１９】
＜第一実施形態＞
以下に、第一実施形態にかかる感圧素子１００および圧力センサ２００について図１から図４を用いて説明する。図１は、本発明の第一実施形態にかかる圧力センサ２００の平面図である。図２（ａ）は、図１のI-I線断面図であり、図２（ｂ）は、図１のII-II線断面図である。図３（ａ）から図３（ｃ）は、センサ電極１２の変形例を示す平面図である。図４は、第一実施形態にかかる感圧素子１００の初期検知感度とダイナミックレンジを説明する説明図である。図４に示すカーブ１１０は、感圧素子１００のダイナミックレンジの傾向を示すものであって、本発明を何ら限定するものではない。
本実施形態にかかる感圧素子１００は、一つのセンサ電極１２と感圧膜１４とが対向してなる圧力センサ部１５を１つ備える１チャンネルタイプである。
はじめに、本実施形態の感圧素子１００および圧力センサ２００の概要について説明する。
【００２０】
図１および図２に示すとおり、感圧素子１００は、支持基板１１と、支持基板１１に支持されたセンサ電極１２と、センサ電極１２に対向する位置に少なくとも導電機能を有する感圧膜１４と、絶縁層１３と、を有する。絶縁層１３は、センサ電極１２および感圧膜１４を互いに離間させるための所定の距離Ａを確保するとともに感圧膜１４に対しセンサ電極１２を露出させる開口部２０を有する。絶縁層１３は、開口部２０を区画形成する開口壁面１３ｂと、感圧膜１４側の開口端部（開口上端部１３ａ）と、を有している。支持基板１１を基準として、絶縁層１３は、開口部２０に向かって高さが連続的に増大していることを特徴とする。
【００２１】
また図１に示すとおり、本実施形態の圧力センサ２００は、感圧素子１００と、感圧素子１００と電気的に接続されて感圧膜１４とセンサ電極１２との接触抵抗を検知する検知部２１０と、を備える。
【００２２】
本実施形態の感圧素子１００は、外部からの押圧力の負荷によって計測可能な物理量が変動するデバイスである。感圧素子１００は、外部からの押圧力によって感圧膜１４とセンサ電極１２との接触抵抗が変動する。図１に示す第一電極１２ａ、および第二電極１２ｂは、不図示の電流源に接続されている。初期状態では、図２（ａ）、（ｂ）に示すとおり感圧膜１４とセンサ電極１２とは、互いに離間しており、導通していない。図示省略するが、外部（紙面上方）から感圧膜１４に対し押圧力が負荷されると、感圧膜１４は、センサ電極１２側に撓み変形して第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂに接触し導電する。
感圧素子１００における接触抵抗の変動量は押圧力と相関しており、圧力センサ２００は、接触抵抗を定量的に検知することで押圧力を定量化することが可能である。図示省略するが、感圧素子１００には、センサ電極１２に電圧を印加する電圧印加部が適宜設けられる。
【００２３】
感圧素子１００は、センサ電極１２および感圧膜１４を互いに離間させるための所定の距離Ａ（以下、単に所定の距離Ａともいう）が確保されていることから平坦面に配置された初期状態において短絡が防止される。尚、本発明において距離Ａとは、図２（ａ）に示すとおり、絶縁層１３の開口上端部１３ａの高さＨ２と、センサ電極１２の高さＨ３との差分を指す。
【００２４】
また感圧素子１００は、支持基板１１を基準として、絶縁層１３は、開口部２０に向かって高さが連続的に増大している。換言すると、絶縁層１３の支持基板１１とは反対側の表面は、開口部２０の近傍において、開口部２０に向かって連続的に上り傾斜するスロープ２２（図２（ａ）参照）が設けられている。そのため、感圧素子１００は、屈曲して用いられた場合であっても、良好に短絡が防止される。
即ち、一般的には、感圧膜とセンサ電極とを互いに離間させるための所定の距離Ａは、平坦面に配置された初期状態で短絡が防止される範囲において、適度な初期検知感度を得るために、充分に小さく設計される。ところが、略均一な膜厚のフィルムからなる絶縁層（スペーサ）を備える従来の感圧素子は、屈曲された場合、感圧膜とセンサ電極とが近接し、または当接し、短絡する虞があった。
これに対し、感圧素子１００は、スロープ２２を有する絶縁層１３上に積層された感圧膜１４が、スロープ２２と同傾斜する。加えて感圧素子１００は、開口部２０において支持基板１１とは反対側に突出する方向（以下、第一方向ともいう）に面の傾斜が指向される。そのため第一方向に感圧素子１００を湾曲させた場合でも、感圧膜１４と、センサ電極１２と、が接近し難く、そのため短絡が防止される。開口部２０において感圧膜１４が第一方向に面の傾斜が指向されるとは、開口部２０において感圧膜１４が第一方向に突出する場合、および略平坦である場合のいずれも含む。開口部２０において感圧膜１４が第一方向に突出する場合とは、図２（ａ）、（ｂ）または、図９（ｄ）の紙面右側における感圧膜１４が適宜参照される。開口部２０において感圧膜１４が略平坦である場合とは、図９（ｄ）の紙面左側における感圧膜１４が適宜参照される。複数の開口部２０を有する感圧膜１４は、全ての開口部２０において感圧膜１４が第一方向に突出する場合、または略平坦である場合、または第一方向に突出する箇所と略平坦である箇所とを含む場合のいずれの態様であってもよい。
感圧素子１００および従来の感圧素子における上記所定の距離Ａが同じである場合、両者は平坦面に配置されたときには、初期検知感度および短絡に関し同様の評価を受け得る。ところが、第一方向に湾曲させた状態では、感圧素子１００は短絡が防止されるが、従来の感圧素子は短絡の虞がある。
【００２５】
加えて、感圧膜１４は、上述のとおり第一方向に突出する方向に面の傾斜が指向されているため、第一方向とは反対方向（以下、第二方向ともいう）に湾曲させたときでも、感圧膜１４が開口部２０に入り込み難い。したがって感圧素子１００は、第二方向に湾曲された場合にも、感圧膜１４とセンサ電極１２とが接触し難く、短絡は生じ難い。
【００２６】
圧力センサ２００は、上述する優れた感圧素子１００を備え、感圧素子１００の効果を享受する優れた耐久性および電気信頼性を発揮可能である。上述のとおり、感圧素子１００は第一方向および第二方向のいずれに屈曲させても短絡が防止される。そのため、感圧素子１００を備える圧力センサ２００は、湾曲した部材に面に配置された態様、また使用の際に湾曲される態様のいずれにおいても電気信頼性に優れ、多岐に亘る分野での使用に充分に対応可能である。
【００２７】
圧力センサ２００に設けられた検知部２１０は、電圧印加部（不図示）に電圧を印加する電源部（不図示）と、感圧膜１４を介してセンサ電極１２に負荷された押圧力を算出する処理部（不図示）と、を適宜含む。本実施形態のセンサ電極１２は、一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂの組み合わせからなり、感圧膜１４を介してセンサ電極１２に押圧力が負荷されることで第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが導通して引出配線１２ｃに電流が流れる。
【００２８】
次に、本実施形態の感圧素子１００について詳細に説明する。
図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の感圧素子１００は、センサ電極１２を支持する支持基板１１を有している。支持基板１１の一方の面には、センサ電極１２が形成されるとともに、開口部２０が形成された絶縁層１３と、感圧膜１４と、が積層されている。
【００２９】
支持基板１１は、本実施形態におけるセンサ電極１２を支持することのできる基板であれば特に限定されない。たとえば、本実施形態ではフィルム状の支持基板１１を用いているが、フィルム状以外の形状の任意の面を支持基板１１としてもよい。支持基板１１は絶縁性である。例えば支持基板１１は、可撓性の部材で構成することができる。これにより、感圧素子１００を曲面や周面に配置して用いることが容易となる。感圧素子１００を曲面や周面に配置して使用するためには、支持基板１１が可撓性であるとともに、感圧膜１４を構成する部材として、カーボン粒子を含有する樹脂フィルムを選択することが好ましい。感圧膜１４については後述する。
【００３０】
本実施形態における支持基板１１は、可撓性かつ絶縁性のフィルムである。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２００の使用環境上の高温耐久性を考慮するならば、支持基板１１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２００の製造上、はんだ付け等のプロセスを提供する場合には、支持基板１１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。支持基板１１の厚みは特に限定されないが、たとえば１２．５μｍ以上５０μｍ以下の範囲とすることができる。支持基板１１の厚みが、１２．５μｍを上回る場合、圧力センサ２００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、感圧素子１００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。支持基板１１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、またはセンサ電極１２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。たとえば、感圧素子１００の耐久性および高感度特性のいずれも良好にするという観点からは、支持基板１１の厚みは、感圧膜１４の厚みよりも大きく設計するとよい。
【００３１】
次にセンサ電極１２について説明する。
本実施形態において、センサ電極１２は、面方向に所定の距離を空けて並列する一対の電極対である。センサ電極１２は、支持基板１１の上に所望のパターン形状で形成されている。図１に示すとおり、本実施形態におけるセンサ電極１２は、矩形状の第一電極１２ａと、第一電極１２ａと略同形状の第二電極１２ｂとが所定の距離を空けて平行に隣接配置されて構成されている。ただし、センサ電極１２のパターンはこれに限定されず、たとえば、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すとおり、第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが互いが組み合う櫛歯形状またはスパイラル形状であってもよい。または、図３（ｃ）に示すとおり、第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂは、互いに同心円上に配列されていてもよい。具体的には、第一電極１２ａまたは第二電極１２ｂの一方が円形であり、他方が当該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。
【００３２】
第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂの対向間距離は、特に限定されない。たとえば、センサ電極１２と感圧膜１４との所定の距離Ａが５μｍ以上２５μｍ以下である場合には、上記対向感距離は、５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲で設計することで、所望の感圧特性と製造安定性を両立することができる。
【００３３】
センサ電極１２は、導電性の部材から構成される。本実施形態においてセンサ電極１２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、感圧膜１４の表面抵抗率よりも、よりセンサ電極１２の表面抵抗率の方が小さい。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などからセンサ電極１２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、またはペーストなど、センサ電極１２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。
【００３４】
センサ電極１２の作製方法は特に限定されない。たとえば、センサ電極１２は、ＣＣＬ（Ｃｏｐｐｅｒ  Ｃｌａｄ  Ｌａｍｉｎａｔｅ）を用い、フォトリソグラフィ・エッチング手法により、第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂがパターン加工されて作製される。上記パターニングの際に、後述する引出配線１２ｃまたは外部端子電極１２ｄを同時に形成してもよい。上記ＣＣＬは、所望の厚みを有する銅箔を支持基板１１に接着剤または粘着剤によって貼り合せてなる積層体や、銅箔に絶縁樹脂のワニスをキャスト・塗工することで得られる積層体、または支持基板１１に湿式めっきで銅箔を形成してなる積層体のいずれかを用いることができる。
上述で用いる銅箔の厚みは特に限定されないが、フレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）の技術分野で標準的に使用されている９μｍ以上３５μｍ以下の範囲から選択することで、センサ電極１２の仕上がりが良好となる。
【００３５】
センサ電極１２の厚みや幅寸法の精度、センサ出力特性などの観点から、上述する銅箔を用いて形成されたセンサ電極１２が好ましい。ただし感圧膜１４との接触により導電性が確保可能であれば、センサ電極１２の素材は、Ｃｕ箔に限定されることはなく、例えば当該素材として、アルミニウム箔、銀ペーストなどを用いてもよい。
【００３６】
上述のとおり作製されたセンサ電極１２は、さらに所定の領域にめっき処理がなされることが好ましい。具体的には、センサ電極１２の感圧膜１４に対向する面において、めっき処理がなされる。これにより、センサ電極１２の酸化や劣化を防止し、また感圧膜１４が繰り返して押圧されることによる耐摩耗性を向上させる。めっき処理は、センサ電極１２の成膜時または成膜後の後工程で行うことができる。具体的なめっき処理としては、厚み２μｍ以上１０μｍ以下の程度のニッケルめっき、または厚み０．０２μｍ以上０．２０μｍ以下の程度の金めっきなどを挙げることができるが、これに限定されない。
適宜、めっき処理等されたセンサ電極１２の高さＨ３（図２（ａ）参照）は、特に限定されないが、たとえば１０μｍ以上４５μｍ以下の範囲であることが実用的である。センサ電極１２の高さＨ３、および／または、後述する絶縁層１３の開口上端部１３ａの高さＨ２は、好ましい所定の距離Ａが得られるよう調整されることが好ましい。
【００３７】
第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂには、それぞれ引出配線１２ｃが接続されている。本実施形態では引出配線１２ｃは、第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂと一体的に形成されており、外部端子電極１２ｄまで引き出されている。外部端子電極１２ｄはフレキシブル配線２０２を介して検知部２１０に接続されている。
本実施形態における引出配線１２ｃは、図２（ｂ）に示すとおり、引出配線１２ｃのいずれかまたは全部が、センサ電極１２が形成された支持基板１１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ている。反対側の面に引き出された引出配線１２ｃは、外部端子電極１２ｄの手前で、再度スルーホール（ＴＨ）を介して、センサ電極１２が形成された面に引き出されている。このように引出配線１２ｃが支持基板１１の両面に配置される両面基板（以下、単に両面基板ともいう）は、開口部２０近傍におけるスロープ２２を引出配線１２ｃの影響を受けることなく形成し易い。そのため両面基板は、感圧膜１４の面の傾斜を開口部２０に向かって第一方向に傾斜させる方向に指向させ易い。また、上記両面基板では、支持基板１１のスペースを有効に使用し圧力センサ２００の小型化を図ることができる。また、１枚の支持基板１１に複数のセンサ電極１２が設けられた所謂アレイ型の圧力センサを構成する場合に、上記両面基板は、引出配線１２ｃの複雑化に対応することができる。図２（ｂ）に示すとおり、両面基板は、上記反対側の面に引き出された引出配線１２ｃを覆って保護するカバー１７を適宜、設けることができる。カバー１７は、たとえば保護フィルムとして用いられる樹脂製のカバーフィルムなどを挙げることができるがこれに限定されない。
ただし上記両面基板は本発明を限定するものではなく、図示省略する他の態様の感圧素子１００は、センサ電極１２が形成された支持基板１１の面と同じ面に引出配線１２ｃが形成された片面基板であってもよい。
【００３８】
次に絶縁層１３について説明する。絶縁層１３は、センサ電極１２が設けられた支持基板１１の上面に設けられている。支持基板１１と後述する感圧膜１４とは、絶縁層１３を介して積層されている。絶縁層１３は、センサ電極１２の形成領域およびその周囲を除き、支持基板１１および引出配線１２ｃ（図２を参照）の略全面を覆って保護して耐環境性を向上させる。
図２（ａ）に示すとおり、感圧膜１４の下面とセンサ電極１２の上面とは、絶縁層１３の開口上端部１３ａの高さＨ２と、センサ電極１２の高さＨ３との差分以上に、離間している。即ち、絶縁層１３は、センサ電極１２と感圧膜１４とを所定の距離Ａ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の存在により、センサ電極１２と感圧膜１４とは離間しており、センサ電極１２は導通していない。センサ電極１２とこれに対向する感圧膜１４とにより圧力センサ部１５（図１、図２（ａ）、（ｂ）参照）が構成されている。なお、ここでいう上下は、支持基板１１を下方向とし、感圧膜１４を上方向としたときの上下を意味する。
【００３９】
本実施形態における絶縁層１３は、図２（ａ）に示すとおり、開口部２０を区画形成する開口壁面１３ｂと、感圧膜１４側の開口端部である開口上端部１３ａと、支持基板１１側の開口下端部１３ｃを有している。開口部２０は絶縁層１３を貫通し、感圧膜１４側に上部開口２０ａを有しており、支持基板１１に下部開口２０ｃを有している。開口上端部１３ａは、支持基板１１を基準として、開口部２０の周囲近傍において絶縁層１３の最高位部である。開口部２０の周囲において開口上端部１３ａを結んだラインが、上部開口２０ａと一致する。
【００４０】
絶縁層１３は、開口部２０に向かって高さが連続的に増大しており、開口部２０に向かって上り傾斜するスロープ２２が設けられている（図２（ａ）参照）。したがって、開口上端部１３ａの高さＨ２は、開口上端部１３ａよりも開口部２０から有意に離れた任意の箇所における絶縁層１３の高さＨ１よりも高い。
【００４１】
スロープ２２は、開口部２０の周囲において少なくとも一部に形成されていればよく、好ましくは開口部２０を挟んで対向する２方向にスロープ２２が形成され、より好ましくは開口部２０を中心に４方向にスロープ２２が形成される。たとえば、開口部２０を中心に略垂直にクロスする４方向にスロープ２２が形成されていてもよいし、あるいは開口部２０を中心に実質的に放射方向にスロープ２２が形成されていてもよい。
【００４２】
絶縁層１３の作製方法は特に限定されないが、たとえば、センサ電極１２が設けられた支持基板１１に対し、感光性塗材１７４を印刷塗布し、露光および現像を行うことで開口部２０が設けられた絶縁層１３を作製することができる。このとき、感光性塗材１７４の粘度、印刷塗布後の速やかな露光処理、または露光条件などを調整することによって、スロープ２２を有意に作製することができる。換言すると、これらの調整が充分でない場合には、印刷塗布された感光性塗材１７４がレベリングしてしまい、絶縁層１３の高さに所望の変化を設けることができない場合がある。ただし絶縁層１３は印刷形成以外の手法で作製されてもよい。たとえば、所定の位置に開口部２０が設けられるとともに、開口部２０の周囲に凸部を有するエンボス加工などが施されたフィルム部材を、絶縁層１３として用い、支持基板１１に貼り合せてもよい。
【００４３】
開口部２０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に示す圧力センサ部１５が縦寸法Ｗ１：４．０ｍｍ、横寸法Ｗ２：２．５ｍｍであるのに対し、開口上端部１３ａが縦寸法Ｗ３：４．２ｍｍ、横寸法Ｗ４：２．７ｍｍ程度に設計することができる。圧力センサ部１５は、開口上端部１３ａの中央に配置されている。ここでセンサ電極１２の開口壁面１３ｂに対向する側面と、開口上端部１３ａと、の平面方向の距離Ｄ５（図２（ａ）参照）をいずれも０．０５ｍｍ以上に設計することが好ましい。これにより、作製上の開口部２０の位置精度を加味しても、センサ電極１２に絶縁層１３が重なることを回避可能であり、感圧素子１００の歩留まりを向上させることができる。ここで平面方向の距離とは、感圧素子１００を平面視した場合に確認されるセンサ電極１２の開口壁面１３ｂに対向する側面と、開口上端部１３ａと、の距離を意味する。上述する圧力センサ部１５および開口上端部１３ａの寸法に関する縦横は便宜的な方向を意味するものであって、本発明を何ら限定しない。
【００４４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すとおり、開口端部（開口上端部１３ａ）は、鈍頭である。換言すると、開口部２０の上部開口２０ａを取り囲む絶縁層１３の縁は、角がとれ、適度な丸みを有した態様となっている。これにより、開口部２０を覆う感圧膜１４がセンサ電極１２に向かって押圧されときに生じる、開口上端部１３ａとの摩擦が生じ難い。そのため、上記態様によれば、繰り返しの使用に対し、感圧膜１４の耐久性を向上させることができる。
【００４５】
本実施形態における感圧素子１００は、図２（ａ）に示すとおり、開口壁面１３ｂは、開口上端部１３ａから開口下端部１３ｃに向かって下り傾斜している。開口壁面１３ｂの支持基板に対する傾斜角度は、スロープ２２の支持基板１１に対する傾斜角度よりも大きい。
【００４６】
本実施形態では、センサ電極１２の開口壁面１３ｂに対向する側面と、開口端部（開口上端部１３ａ）と、の平面方向の距離（距離Ｄ５、図２（ａ）参照）が５０μｍ以上８５０μｍ以下である。感圧素子１００における距離Ｄ５を上記範囲とすることで、好ましい開口部２０の開口寸法が決定され、絶縁層１３にスロープ２２を設けることができる。
またセンサ電極１２の開口壁面１３ｂに対向する側面と、開口下端部１３ｃと、の平面方向の距離（距離Ｄ６、図２（ａ）参照）は、零を超えることが好ましい。即ち、絶縁層１３とセンサ電極１２とは接触せず、離間している。また、Ｄ６は、Ｄ５以下であることが好ましい。
【００４７】
たとえば絶縁層１３は、感光性材料を用いてスクリーン印刷および露光・現像の手法で作製することができる。具体的には、支持基板１１の上面に、高さＨ３が１０μｍ以上４５μｍの範囲であるセンサ電極１２を形成し、次いで、センサ電極１２を覆って、一般的なスクリーン版１７２を配置する（図９（ａ）参照）。本発明者らの検討によれば、このときスクリーン版１７２は、センサ電極１２の近傍では支持基板１１を離れて盛り上がり、センサ電極１２の側面から約１ｍｍ程度で支持基板１１に対し接地することがわかった。図９（ａ）においてスクリーン版１７２の内部に記載する複数の円は、メッシュを構成するステンレス細線１７２ａの断面を示している。この状態で感光性塗材１７４を支持基板１１に対し塗工すれば、センサ電極１２の開口壁面１３ｂに対向する側面から１ｍｍ程度の距離まで延在するスロープ２２を絶縁層１３に形成することができる。したがって、距離Ｄ５を８５０μｍ以下にすることで、距離Ｄ５を含む領域において確実にスロープ２２を形成することができる。一方、距離Ｄ５が５０μｍ以上であることにより、現像不良を起こすことなく、また露光時の位置ずれが生じた場合でも、センサ電極１２と絶縁層１３とが重なることを回避できる。
【００４８】
本実施形態における感圧素子１００は、支持基板１１を基準として、開口端部（開口上端部１３ａ）の高さＨ２、およびセンサ電極１２の高さＨ３の差分（距離Ａ）が、５μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。これにより、感圧素子１００は、平坦な状態および屈曲された状態のいずれにおいても初期状態で短絡防止することが可能である。
ここで、感圧素子１００は、絶縁層１３にスロープ２２が形成されることから、開口寸法を小さくするほど開口上端部１３ａが高くなり、開口寸法を広げるほど開口上端部１３ａが低くなる関係にある。上述する距離Ｄ５を上記範囲にすることで、上記差分（距離Ａ）を５μｍ以上２５μｍの範囲に設計することが容易である。
【００４９】
所定の距離Ａおよび距離Ｄ５を好ましい範囲にすることにより、感圧素子１００は、図４に示すカーブ１１０のように、初期検知感度およびダイナミックレンジのいずれにも優れた性質を発揮可能である。たとえば、感圧素子１００は、外部から感圧膜１４に対し４．４Ｎ（約４５０ｇｆ）の押圧力が与えられた場合に、接触抵抗が５００Ωから２５００Ωの範囲のダイナミックレンジを実現可能である。図４において、カーブ１１０は、感圧素子１００のダイナミックレンジおよび初期検知感度の傾向を示し、カーブ５１０およびカーブ５２０は、望ましくないダイナミックレンジまたは初期検知感度の傾向を示す。縦軸は、感圧膜１４とセンサ電極１２との接触抵抗［Ω］を表し、横軸は押圧力［Ｎ］を表す。縦軸は対数表示している。
【００５０】
図１および図２（ａ）、（ｂ）に示すとおり、開口部２０を備える絶縁層１３に感圧膜１４が積層されることで、開口部２０は、中空部Ｓを構成する。絶縁層１３には、適宜、中空部Ｓと感圧素子１００の外部とを連通する通気孔１１２（図１、図２（ａ）参照）が設けられてもよい。通気孔１１２を有することにより、感圧素子１００は、中空部Ｓの内圧と、外圧との気圧差を解消可能である。通気孔１１２の幅寸法は特に限定されないが、たとえば、５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲の幅寸法とすることで、充分に圧力調整機能を発揮し得る。また通気孔１１２の高さは特に限定されないが、絶縁層１３の厚みと同等とすることで、開口部２０と同時形成が可能であり製造効率の点で有利である。また、絶縁層１３は、空気透過性の高い絶縁素材で構成されることにより、通気孔１１２を有しなくとも上記圧力調整機能を発揮可能である。中空部Ｓには、センサ電極１２が収容されている。
【００５１】
絶縁層１３を構成する絶縁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などの感光性材料を用いることで露光・現像により開口部２０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支持基板１１にセンサ電極１２を覆って塗工し、所定の箇所を露光して開口部２０を形成することにより望ましく絶縁層１３を形成することができる。
別の方法としては、予め、開口部２０と開口部２０の周囲のスロープ２２とが形成された粘着シートまたは接着シートを支持基板１１の上面に位置合わせし貼り合せて、絶縁層１３を形成してもよい。
絶縁層１３を構成する絶縁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などの感光性材料を用いることで露光・現像により開口部２０を精度よく形成することができる。別の方法としては、予め開口部２０が形成された粘着シートまたは接着シートを支持基板１１の上面に位置合わせし貼り合せて、絶縁層１３を形成してもよい。
【００５２】
上記感光性材料として、たとえば、ウレタン変性など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。当該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。
絶縁層１３の開口上端部１３ａの高さＨ２は、支持基板１１の表面から１５μｍ以上７０μｍ以下の範囲、より好ましくは、１５μｍ以上４０μｍ以下に設計すると良い。開口上端部１３ａの高さＨ２を７０μｍ以下に設計することで、開口部２０の形成における露光時に、照射光を感光性材料の深部にまで到達されることができ、開口部２０を精度よく成形することができる。また絶縁層１３の作製時の露光感度をより良好なものとするために、感光性材料は、全光線透過率を３０％以上の半透明状に調整されることが好ましい。
【００５３】
本実施形態における開口部２０は、図１に示すとおり、矩形状である。ただし、開口部２０の形状は、内部に収容するセンサ電極１２の形状により、適宜、円形状、多角形状、または不定形状に変更することが可能である。
【００５４】
絶縁層１３の上面には、感圧膜１４が積層されている。本実施形態では、絶縁層１３と感圧膜１４とは、接着層３０を介して互いに接合している。接着層３０は、粘着剤、接着剤、または粘着シート、接着シートなど、絶縁層１３と感圧膜１４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。接着層３０は、センサ電極１２と感圧膜１４の接触抵抗を妨げないよう、開口部２０と略同等の形状で開口されるとよい。たとえば、接着層３０を、絶縁層１３または感圧膜１４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。
【００５５】
本実施形態の感圧素子１００は、絶縁層１３の感圧膜１４側の表面と、感圧膜１４と、は接着層３０を介して互いに固定されているとともに、絶縁層１３の支持基板１１側の表面は、接着層３０を介さずに支持基板１１に対し固定されている。絶縁層１３がセンサ電極１２を有する支持基板１１に対して直接に印刷形成されることで、かかる態様を実現することができる。絶縁層１３を、支持基板１１に印刷形成することで、フィルムの貼り合せ工程において発生する位置ずれの問題が顕著に低減し、歩留まり良く感圧素子１００を製造することができる。
【００５６】
感圧膜１４は、センサ電極１２と接触することによりセンサ電極１２を構成する一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを導通させる部材である。感圧膜１４が導電機能を有するとは、感圧膜１４を外部から押圧することにより感圧膜１４を介してセンサ電極１２が通電可能な程度に感圧膜１４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感圧膜１４が、第一電極１２ａと第二電極１２ｂとに跨って当接することで第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが導通する。
【００５７】
本実施形態では、図２に示すように、支持基板１１を基準として、開口部２０の中央に対向する感圧膜１４の高さＨ５が、開口端部（開口上端部１３ａ）に対向する感圧膜１４の高さＨ４よりも高くなるよう構成されている。換言すると、開口部２０を覆う感圧膜１４は、支持基板１１とは反対の方向に突出している。かかる態様によれば、感圧素子１００を第一方向または第二方向に屈曲させた場合にも、初期状態での短絡が良好に防止される。感圧素子１００が水平方向以外の方向に配置される場合もあることを鑑みれば、上記高さＨ５および高さＨ４の比較は、感圧膜１４の自重による影響を排除した環境で計測したそれぞれの数値を用いて行うとよい。
【００５８】
本実施形態における感圧膜１４は、センサ電極１２との接触により、センサ電極１２を導通させる程度の導電機能を有していればよい。
本実施形態における感圧膜１４は、図２に示すとおり、カーボン粒子１４０が含有された樹脂フィルムである。感圧膜１４は、カーボン粒子１４０により導電機能が付与されている。換言すると、感圧膜１４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１４０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、感圧膜１４の薄膜化を図り、また可撓性を良好なものとし、感圧素子１００のダイナミックレンジを大きくすることができる。また、樹脂フィルムである感圧膜１４が導電性を備え押圧領域であるため、外部から感圧膜１４にタッチする使用者に異物感を与え難い。
ただし、上述は本発明を何ら限定するものではなく、変形例として、感圧素子１００は、樹脂フィルムの表面の所定領域に感圧抵抗体を備える感圧膜１４を用いてもよい。上記感圧抵抗体は、樹脂フィルムに対しカーボンペーストを用いて印刷形成し、または硫化銅もしくは酸化銅などの半導体材料を用いて蒸着形成することで得ることができる。
【００５９】
感圧膜１４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。たとえば、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などのポリエステル；ポリカーボネート；ポリイミド；ポリアミドイミド；液晶ポリマーなど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感圧膜１４を構成することができる。
特に、感圧素子１００に好適な耐熱性を付与することが可能であるという観点から、感圧素子１００は、ポリイミドまたはポリアミドイミドを主材とすることが好ましい。ポリイミドまたはポリアミドイミドを主材とする樹脂フィルムは、２６０℃以上の耐熱性を示すことが可能である。ここで主材とは、感圧膜１４を構成する樹脂１００質量％において、５０質量％以上、さらには７０質量％以上、特には９０質量％以上を占める樹脂を意味する。たとえば感圧膜１４に含まれる樹脂は、ポリイミドまたはポリアミドイミドのいずれか、または組み合わせが実質的に１００質量％であってもよい。
【００６０】
感圧膜１４に含有されるカーボン粒子１４０は、感圧膜１４に導電性を付与するための部材である。カーボン粒子１４０は、粒子状の炭素材料であって、たとえば、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などのカーボンブラック、またはグラファイトなどの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。
感圧膜１４におけるカーボン粒子１４０の含有量、カーボン粒子１４０の形状および粒径は、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、感圧膜１４とセンサ電極１２との接触抵抗によりセンサ電極１２が導通する範囲において適宜決定することができる。
【００６１】
感圧膜１４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、感圧膜１４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、感圧膜１４が押圧されたときの初期検知感度が良好であり、かつ大きいダイナミックレンジを確保可能である。
なお、感圧膜１４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。
【００６２】
感圧膜１４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、感圧膜１４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。ここで大荷重とは、１．１ＭＰａ程度（たとえば４ｍｍ２の圧力センサ部１５に対し、４５０ｇｆの押圧力をかける程度）を目安とする。
また、表面抵抗率が上記範囲であることにより、図４に示すカーブ１１０のように、初期検知感度が良好であり、かつ大きいダイナミックレンジを実現することに貢献する。即ちより具体的には、感圧素子１００は、初期検知感度を０．２５ＭＰａ以下、さらには０．１７ＭＰａ以下といった高感度域に設計することが可能であるとともに、押圧の初期検知荷重から最大荷重までのセンサ出力の変化を緩やかに示し得る。
【００６３】
所望の範囲の感圧膜１４の表面抵抗率は、感圧膜１４に含有されるカーボン粒子１４０の配合量によって調整することができる。換言すると、感圧膜１４に含有されるカーボン粒子１４０の配合量は、感圧膜１４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。
【００６４】
感圧膜１４などの膜状体では、電気は主として膜状体の表面を流れる。そのため、本明細書では、厚み寸法を考慮しない単位面積あたりのシート抵抗を単位として膜状体の抵抗が定義され、具体的にはΩ／□やΩ／ｓｑなどと表記する。
【００６５】
感圧素子１００は、感圧膜１４の厚みのセンサ電極１２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してもよい。これにより、感圧膜１４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。
【００６６】
感圧膜１４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。一般的な表面粗さ計としては、たとえば、四探針測定装置を挙げることができ、具体的な装置としては、三菱化学アナリテック社製抵抗率計を挙げることができるが、これに限定されない。
【００６７】
感圧膜１４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、感圧膜１４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、および開口部２０の開口寸法の好ましい範囲において、感圧膜１４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。
【００６８】
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、たとえば、原料となる１種または２種以上の樹脂に、カーボン粒子１４０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。
【００６９】
上述する感圧素子１００を備える圧力センサ２００は、可撓性、高感度特性、および電気信頼性に優れ、種々の用途に用いることができる。たとえば、任意の物体表面に感圧素子１００を貼りつけて、表面に働く圧力を検知する簡易な計測に用いることができる。特に、曲面形状や球面のような湾曲した表面に感圧素子１００を装着してタッチ操作に供することができ、さらに押圧力の強弱によって種々の機能を切り替えて実行させることも可能である。また、従来のタッチパネルのように二次元平面でのタッチ入力ができることに加え、電子黒板や電子ペーパーに応用して三次元入力が可能なユーザインターフェイスとして使用することができる。
【００７０】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態の感圧素子３００および圧力センサ４００について、図５から図８を用いて説明する。また、適宜、図９（ｄ）を参照する。本実施形態の感圧素子３００は、センサ電極１２を複数備える点で第一実施形態の感圧素子１００と相違している。圧力センサ４００は、感圧素子１００の替りに感圧素子３００を備える点で、圧力センサ２００と相違している。
図５は、本発明の第二実施形態にかかる感圧素子３００の平面図である。図６（ａ）は、図５のＡ部の部分拡大図であり、図６（ｂ）は、図５のＢ部の部分拡大図である。図７（ａ）および図７（ｂ）は、感圧膜１４が図示省略された図５のＡ部の部分拡大図である。図８は、直径Ｘの円筒１６０の表面に配置された感圧素子３００を備える圧力センサ４００の斜視図である。図８において、検知部２１０は図示省略する。図９は、本発明の感圧素子製造方法により製造された感圧素子３００を示している。
【００７１】
感圧素子３００は、図５に示すとおり、一枚の支持基板１１に複数の圧力センサ部１５が設けられた多チャンネルタイプである。１つの圧力センサ部１５には、図示省略するセンサ電極１２とこれに対向する感圧膜１４を備える。圧力センサ部１５の構成は第一実施形態における感圧素子１００が適宜参照される。感圧素子３００は、各センサ電極１２から引き出された引出配線１２ｃが外部端子電極１２ｄに接続されている。感圧素子３００の構成は、圧力センサ部１５が複数であること、ならびに複数の圧力センサ部１５に対応する引出配線１２ｃおよび外部端子電極１２ｄを備えること以外は、適宜感圧素子１００と同様に構成されている。
【００７２】
図６に示すとおり、感圧素子３００は、一対の第一電極１２ａと第二電極１２ｂとを備えるセンサ電極１２を複数有しており、感圧膜１４と、一つのセンサ電極１２と、が開口部２０を介して対向する圧力センサ部１５が複数設けられている（図５参照）。感圧素子３００は、複数のセンサ電極１２に亘って一枚の感圧膜１４が対向配置されている。
【００７３】
このように、一枚の感圧膜１４を複数のセンサ電極１２に対向させて複数の圧力センサ部１５を構成することにより、感圧膜１４のパターニングまたは位置合わせの工程を軽減させることができ、また感圧素子３００の構成を単純化することができる。加えて、一般的にフィルム材料は５００ｍｍ幅や、１０００ｍｍ幅等の幅広の規格で製造されることが多い。そのため、アレイ型の感圧素子３００を製造する場合には、一枚の大判の感圧膜１４を複数のセンサ電極１２に対向させて配置することで、感圧膜１４を島状に配置する態様に比べて、製造効率を飛躍的に向上させることができる。なお、本明細書においてアレイ型とは、複数のセンサ電極１２を規則的に配列させてなるセンサ群を備えるタイプを意味する。
【００７４】
本実施形態における感圧素子３００は、下記に示す差分Ｉが、差分ＩＩの３倍以上である。差分Ｉ、ＩＩの説明には、図９（ｄ）が参照される。
差分Ｉは、支持基板１１を基準として、開口端部（開口上端部１３ａ）における絶縁層１３の高さＨ２から、センサ電極１２の高さＨ３を減じて算出された値である。
差分ＩＩは、支持基板１１を基準として、隣り合う圧力センサ部１５の中間部における絶縁層１３の高さＨ６から、センサ電極１２の高さＨ３を減じて算出された値である。ここで中間部とは、隣り合う圧力センサ部１５ａ、１５ｂ（図９（ｄ）参照）の間であって、スロープの谷間の領域を示し、たとえば圧力センサ部１５ａ、１５ｂのちょうど中間地点を指す。
【００７５】
従来の感圧素子は、絶縁層が膜厚の略均一なフィルムで形成されていたため、差分Ｉと差分ＩＩとは略等しかった。そのため、開口部近傍の絶縁層は略平坦であって、当該絶縁層の表面に沿って配置される感圧膜も、略平坦であり、本発明のごとくスロープ２２が形成されることがなかった。したがって、従来の感圧素子では、感圧膜は、第一方向に面の傾斜が指向されることがなかった。これに対し、本実施形態にかかる感圧素子３００は、差分Ｉが差分ＩＩの３倍以上、好ましくは５倍以上、より好ましくは、７倍以上、特に好ましくは１０倍以上である。そのため、圧力センサ部１５を複数有する感圧素子３００において、開口部２０近傍において絶縁層１３にスロープ２２が形成され、感圧膜１４を好適に積層配置することができる。
尚、差分ＩＩが零未満である場合には、当該差分ＩＩは零として差分Ｉとの比率を算出する。
【００７６】
感圧素子３００は、支持基板１１を基準として、一の圧力センサ部１５における開口端部（開口上端部１３ａ）の高さＨ２Ａと、他の圧力センサ部１５における開口端部（開口上端部１３ａ）の高さＨ２Ｂと、を異ならしめてもよい。高さＨ２Ａおよび高さＨ２Ｂに関し、図９（ｄ）が参照される。かかる態様によれば、アレイ型の感圧素子３００であって、一のセンサ電極１２と他のセンサ電極１２との感圧初期荷重を異ならせることができる。したがって、１つの感圧素子３００において、所定の領域ごとに初期検知感度を異ならしめることができ、感圧素子３００の使用態様を拡張することができる。
【００７７】
本実施形態の感圧素子３００は、アレイ型の圧力センサ４００（図８参照）の提供を可能とする。本実施形態は、複数のセンサ電極１２に一枚の感圧膜１４が対向することによって、複数の圧力センサ部１５が形成されている。ただし、本実施形態は、本発明の圧力素子が、各センサ電極１２に対し、個別の感圧膜１４をそれぞれ対向させて複数の圧力センサ部１５を構成する圧力センサに適用されることを排除するものではない。即ち、本発明の感圧素子は、各センサ電極１２に対し島状に感圧膜１４が配置されてなる圧力センサに用いることもできる。
【００７８】
感圧素子３００は、図６（ａ）に示すとおり、一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを備えるセンサ電極１２が複数設けられている。各第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂには、それぞれ引出配線１２ｃが接続されており、図示省略する電圧印加部を通じて電圧が印加される。外部から感圧膜１４に対し押圧力が負荷されると、感圧膜１４が第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを跨いでセンサ電極１２に接触し、これによって第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂが導通し、引出配線１２ｃに電流が流れる。
【００７９】
隣接するセンサ電極１２同士の間隔は、感圧素子３００の用途により適宜設定することができる。一例として、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。図５では複数のセンサ電極１２が支持基板１１において縦横方向に整然と配列され態様を例示しているが、本実施形態はこれに限られない。複数のセンサ電極１２は、格子状または千鳥状に配列されてもよく、またはランダムに配置されてもよい。
【００８０】
感圧素子３００は、感圧膜１４と、絶縁層１３と、を接合する接着層３０（図７参照）を有している。
絶縁層１３は、感圧膜１４とセンサ電極１２とを中空部Ｓを介して対向させるための開口部２０を有している。本実施形態では、接着層３０が、開口３０ａを有している。開口３０ａは、平面視上、開口部２０の上部開口２０ａを包含する。即ち、本実施形態において、平面視上、開口３０ａは、開口部２０の上部開口２０ａよりも大きく、上部開口２０ａを包含している。これによって、上部開口２０ａから接着層３０を構成する接着剤が中空部Ｓに入り込むことを回避することができる。
【００８１】
図７（ａ）は、各センサ電極１２をそれぞれ取り囲む開口部２０および開口３０ａを備える態様を示している。図７（ｂ）は、複数（例えば全て）のセンサ電極１２を取り囲む開口３０ａを有している。１つの開口３０ａの内側において、センサ電極１２は、それぞれ開口部２０の内側に配置されている。
【００８２】
たとえば、本実施形態にかかる圧力センサ４００は、感圧素子３００が、曲率半径１５ｍｍ以下に湾曲している。全体の設計寸法にもよるが、たとえば、感圧素子３００は、図２（ａ）において参照される、所定の距離Ａが５μｍ以上２５μｍ以下であり、かつ距離Ｄ５が５０μｍ以上８５０μｍ以下であるとよい。これにより感圧素子３００は、曲率半径は１５ｍｍ以下、さらには１０ｍｍ以下、特には７ｍｍ以下といったごく小さい曲率半径まで屈曲させて使用することが可能である。図８では、単純な細状の円筒の表面に圧力センサ４００を用いた例を示したが、圧力センサ４００は、さらに曲面の凹凸が複雑な物体の表面にも適応させることができる。
【００８３】
＜第三実施形態＞
次に本発明の第三実施形態として、図９および図１０を用いて、本発明の感圧素子製造方法を説明する。本実施形態では、感圧素子３００の製造方法を例に説明するが、当該説明は、感圧部を１つ有する１チャンネルの感圧素子１００の製造方法として適宜参照することができる。
図９は、本発明の第三実施形態にかかる感圧素子製造工程を説明する説明図である。図９では、センサ電極１２を備える箇所において、支持基板１１の法線方向に切断してなる部分断面を示している。図９（ａ）は、センサ電極１２が設けられた支持基板１１上に感光性塗材１７４がスクリーン印刷により塗工される工程を示す。図９（ｂ）は、支持基板１１上に感光性塗材１７４が塗工され感光性塗膜１７６が形成された状態を示す。図９（ｃ）は、露光および現像により開口部２０を有する絶縁層１３が形成された状態を示す。図９（ｄ）は、製造された感圧素子３００を示す。図１０は、本発明の第三実施形態にかかる感圧素子製造工程のフローである。
【００８４】
本実施形態の感圧素子製造方法（以下、本製造方法ともいう）は、本発明の感圧素子（感圧素子３００）を製造する方法であり、電極形成工程と、塗工工程と、絶縁層形成工程と、感圧膜形成工程と、を備える。電極形成工程は、支持基板１１の少なくとも一方の面にセンサ電極１２を形成する。塗工工程は、支持基板１１およびセンサ電極１２を覆って感光性塗材１７４を塗工する。絶縁層形成工程は、感光性塗材１７４を露光し現像することにより、開口壁面１３ｂと開口端部（開口上端部１３ａおよび開口下端部１３ｃ）とから区画形成されセンサ電極１２を露出させる開口部２０を備えた絶縁層を形成する。感圧膜形成工程は、絶縁層１３の表面に沿って導電機能を有する樹脂フィルムを配置して感圧膜１４を形成する。
【００８５】
本製造方法において、塗工工程は、スクリーン印刷手法により感光性塗材１７４を塗工する工程を含む。本製造方法は、塗工工程後に実施される絶縁層形成工程が、指標（１）および（２）に従い感光性塗材１７４を露光し現像して絶縁層１３に開口部２０を形成する工程を含むことを特徴とする。
指標（１）は、支持基板１１を基準として、絶縁層１３の高さを、開口部２０に向かって連続的に増大させる。
指標（２）は、センサ電極１２の開口壁面１３ｂに対向する側面と、開口端部（開口上端部１３ａ）と、の平面方向の距離（距離Ｄ５、図２（ａ）参照）が５０μｍ以上８５０μｍ以下の範囲とする。
【００８６】
本製造方法によれば、感圧素子３００を汎用の手法であるスクリーン印刷およびフォトリソグラフィー手法にて作製することができる。また指標（１）および（２）に従うことによって、短絡が防止され、かつ初期検知感度が良好である感圧素子３００を容易に製造することができる。
【００８７】
本製造方法により製造された感圧素子３００は、絶縁層１３にスロープ２２を有することから、開口部２０の開口寸法を小さくするほど開口上端部１３ａが高くなり、開口部２０の開口寸法を広げるほど開口上端部１３ａが小さくなる関係にある。そのため、本製造方法は、以下のとおり、感圧初期荷重の調整を容易に行うことができる。
【００８８】
即ち、本製造方法にしたがって製造した第一の感圧素子３００の感圧初期荷重を測定する。当該感圧初期荷重が所定の値よりも大きい値であることが確認された場合、上述する指標（２）における距離Ｄ５を、上記範囲の中で増大させた第二の感圧素子３００を、本製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整することができる。
また、本製造方法にしたがって製造した第一の感圧素子３００の感圧初期荷重を測定する。当該感圧初期荷重が所定の値よりも小さい値であることが確認された場合、上述する指標（２）における距離Ｄ５を、上記範囲の中で縮小させた第二の感圧素子３００を、本製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整することができる。
尚、指標（１）および指標（２）でいう所定の値とは、所定の範囲、特定の数値のいずれであってもよい。また本製造方法は、指標（１）における所定の値と、指標（２）における所定の値が、同じである場合、または異なる場合のいずれも包含する。
【００８９】
以上のとおり、本製造方法によれば、感圧素子３００の感圧初期荷重を最適化することが容易である。また本製造方法によれば、感圧初期荷重を調整するために開口上端部１３ａの高さを変更するにあたり、膜厚の異なるフィルムを準備する必要がなく、同一の部材を用い、距離Ｄ５を変更するだけで良いので部品点数を少なく抑えることができる。
【００９０】
次に図１０を用いて、本製造方法を具体的に説明する。ただし、本製造方法は、本発明を何ら制限するものではなく、本発明の感圧素子３００を異なる方法で製造することを排除するものではない。以下に説明するステップ１から１５は、適宜その順番を変更し、一部の工程を省略し、または一部の工程を変更してもよい。
【００９１】
［ステップ１］ＣＣＬの準備
ＣＣＬを準備する。以降のステップにおいて位置合わせが必要となる場合に備え、ＣＣＬに対し適宜ガイド穴を形成してよい。ＣＣＬは、支持基板１１上に銅箔を有する。
尚、ステップ１から６は、本製造方法の電極形成工程の一形態である。
［ステップ２］ドライフィルムラミネート工程
上述で準備したＣＣＬを酸洗いした後、ＣＣＬに対しドライフィルムをロールラミネートする。
［ステップ３］露光工程
上記ステップ２で得られたＣＣＬを露光機に投入し、センサ電極１２、引出配線１２ｃ、外部端子電極１２ｄの所定形状に従ってパターン露光を行う。
［ステップ４］現像工程
露光済のＣＣＬを、現像装置に供してパターン現像する。現像液は一般的には弱アルカリ溶液である。現像後に得られたＣＣＬ上のドライフィルムパターンは、後述するエッチング工程におけるエッチングレジストとしての役割を担う。現像後、適宜、エッチングレジストのパターンニングが完了した後は、ＣＣＬやエッチングレジストに付着した現像液を除去するため、水洗処理を実施する。
［ステップ５］エッチング工程
ドライフィルムパターンによってエッチングレジストが形成されたＣＣＬに対しエッチング処理を行う。エッチング液は、一般的には塩化銅系の液が用いられるが、これに限定されず、Ｃｕ箔をエッチング可能な薬液を適宜選択してよい。上記エッチング処理により、ＣＣＬにおいて、センサ電極１２、引出配線１２ｃ、および外部端子電極１２ｄが所定形状のパターンでパターンニングされる。本工程終了後、各パターン表面には、ドライフィルムが残存した状態である。尚、センサ電極１２は、第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを含む。
［ステップ６］ドライフィルム剥離工程
エッチング工程後、各パターン表面に残存するドライフィルムを剥離除去する。一般的に、上記剥離除去は、弱アルカリに調整された剥離液でドライフィルムを膨潤させ剥離させる手法で実施する。ドライフィルムの剥離後、ＣＣＬを水洗し、露出状態にあるＣｕパターンの防錆のため防錆処理が施される。以上により、ＣＣＬに、センサ電極１２、および引出配線１２ｃが形成される。
［ステップ７］感光性塗材の塗工工程
ステップ７から９は、本製造方法の塗工工程、絶縁層形成工程の一態様であり、適宜、図９（ａ）から（ｃ）が参照される。
ステップ７は、ステップ６で得られたＣＣＬに感光性塗膜１７６を形成する。具体的には、図９（ａ）に示すとおり、ＣＣＬにおける支持基板１１、およびセンサ電極１２を覆うように、スクリーン版１７２を配置する。スクリーン版１７２は、センサ電極１２の上部において盛り上がるとともに、センサ電極１２より１ｍｍ程度離れた位置で、支持基板１１に接地する。そして、スキージ１７０で感光性塗材１７４を所定の厚みで塗工し、乾燥して感光性塗膜１７６を形成する（図９（ｂ））。感光性塗膜１７６は、センサ電極１２が形成された箇所で膜厚が大きくなるとともに、センサ電極１２から離れる方向に向けて連続的に厚みが減少する。
スクリーン版１７２は、たとえば、メッシュカウントが＃１２０メッシュのポリエステルメッシュ（汎用品）、またはメッシュカウントが＃１６５メッシュで３Ｄ編みされたステンレスメッシュ（アサダメッシュ株式会社製３Ｄ−１６５−１２６）を好適に使用することができるが、これに限定されない。また、感光性塗膜１７６を形成したあと、感光性塗膜１７６の表面にタックがなくなる程度に熱風でプリベークを行うとよい。また、感光性塗材１７４がレベリングして感光性塗膜１７６が平坦にならないよう、感光性塗材１７４の粘度や、露光のタイミングを調整するとよい。
［ステップ８］感光性塗材への露光工程
上述のとおり形成された感光性塗膜１７６において、開口部２０の形成箇所を除く領域に対して露光を行う。上記感光性塗材の露光感度に合わせた光の照射を行うことで、光が照射された箇所のみが光重合される。
このとき、図９（ｂ）に示すように、センサ電極１２から位置ａまたは位置ａに近い位置を露光位置として選択することにより、開口上端部１３ａ（図９（ｄ）参照）を高くすることができる。一方、位置ｊまたは位置ｊに近い位置を露光位置として選択することにより、開口上端部１３ａ（図９（ｄ）参照）を低くすることができる。この露光位置を調整することにより、第一実施形態または第二実施形態で説明する距離Ｄ５を５０μｍ以上８５０μｍ以下とし、所定の距離Ａを５μｍ以上２５μｍ以下に調整することが可能である。なお、本露光工程において、開口部２０と共に適宜、通気孔１１２を形成してもよい。
本露光工程において、図９（ｃ）に示すように隣り合うセンサ電極１２のそれぞれに対し、異なる露光領域を設定することで開口部２０の開口寸法を変更することができる。開口部２０の開口寸法を変更することで、開口上端部１３ａの高さを変更することができる。センサ電極１２ごとの露光領域の変更は露光マスクの設計により容易に実施することができる。具体的には、図９（ｂ）に示す紙面右側のセンサ電極１２近傍では、露光の境界位置として位置ｂを選択し、紙面左側のセンサ電極１２近傍では、露光の境界位置として位置ｅを選択した。
［ステップ９］感光性塗材の現像工程
ステップ８において、露光がなされていない箇所（即ち、開口部２０の形成箇所）のみを除去するため、弱アルカリ溶液によって現像を行う。これにより、絶縁層１３に開口部２０が形成され、開口部２０の内側にセンサ電極１２が露出する。支持基板１１を基準として、絶縁層１３の開口上端部１３ａの高さＨ２は、センサ電極１２の高さＨ３よりも高い。現像後、感光性塗材１７４の性質によって、絶縁層１３の膜強度を向上させるために、所定温度および所定時間で、追加の加熱処理を施してもよい。
上述のとおりステップ８において、隣り合う２つのセンサ電極１２近傍では、それぞれ露光境界位置を変更した。そのため、図９（ｃ）に示す紙面右側のセンサ電極１２に対向する開口上端部１３ａの高さは、紙面左側のセンサ電極１２に対向する開口上端部１３ａの高さよりも高く形成された。
［ステップ１０］表面処理工程
支持基板１１上に設けられたセンサ電極１２、引出配線１２ｃ、および外部端子電極１２ｄのうち、絶縁層１３によって覆われず露出した領域は、Ｎｉ／Ａｕめっきによる表面処理が施される。これらのめっき処理は、電解めっきまたは無電解めっきを適宜使い分けてもよい。
［ステップ１１］接着層の形成工程
次に、絶縁層１３の形状に合わせて接着層３０を形成する。たとえば、接着層３０は、開口部２０に対応する箇所を抜き加工した接着剤シートを準備し、開口部２０に対し位置合わせしながら絶縁層１３の表面に貼り合せて形成することができる。または、開口部２０を備える絶縁層１３に対し位置合わせを行い、スクリーン印刷等の印刷手段で接着剤を絶縁層１３上に塗工して接着層３０を形成しても良い。または、開口部２０に相当する箇所を抜き加工した接着剤シートを感圧膜１４に貼り合せて接着層３０を形成し、後述のとおり接着層３０を介して絶縁層１３に貼り付けてもよい。いずれの場合にも開口上端部１３ａまで接着層３０が到達しない。
［ステップ１２］感圧膜の貼合工程
ステップ１２は、本製造方法の感圧膜製造工程の一態様である。ステップ１２は、絶縁層１３の表面に対し、感圧膜１４を貼り合せる。たとえばフレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）製造で一般的に使用される真空プレスを用いて、真空状態において絶縁層１３と感圧膜１４とを接着層３０を介して加熱圧着すると、層間にエアを混入させることなく良好に貼り合わせることができる。以上により、感圧膜１４は、開口部２０に対応する領域の除いた絶縁層１３に接合される。支持基板１１を基準として開口上端部１３ａの高さＨ２より、センサ電極１２の高さＨ３が低いため、センサ電極１２と感圧膜１４とは外的圧力が加わらない初期状態では離間し短絡が生じない。
［ステップ１３］外部端子電極に対する補強板形成工程
感圧素子３００の外部端子電極１２ｄが、コネクタへの挿抜や異方性導電性フィルム（ＡＣＦ；Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）接合等に適用される場合には、以下の工程を適宜実施する。即ち、外部端子電極１２ｄに適度な剛性を持たせるために外部端子電極１２ｄに対し補強板（不図示）の形成を行う。一般的に補強板は、所望の厚みを有するステンレスもしくはアルミなどの金属板、またはポリイミドもしくはポリエチレ５４テレフタレートなどのフィルムを素材とし、粘着剤や接着剤によって外部端子電極１２ｄに対しラミネートすることで製作される。
［ステップ１４］外部端子電極の高精度打ち抜き工程
感圧素子３００の外部端子電極１２ｄは、一般的に、外部の基板や機器への接続の際に、コネクタ挿抜や、ＡＣＦ接合の手段を適用する場合が多い。そのため、接続に寄与する部位の外形打ち抜き工程は、高い寸法精度を要求されることがある。具体的には、高精度で製作された金型を用いて上記打ち抜き工程を実施し、外部端子電極１２ｄが要求される寸法精度を確保する。
［ステップ１５］感圧素子の外形打ち抜き工程
外部端子電極１２ｄの高精度打ち抜き工程の後、感圧素子３００の全体的な外形加工のため外形打ち抜き工程を実施する。
【００９２】
以上のとおりステップ１から１５の工程を経て感圧素子３００が製造される。その後、製造された感圧素子３００は、各部位の寸法、センサ電極１２および引出配線１２ｃの導通性能、加圧抵抗特性等を検査され、一定の規格を満たしたものが合格品として出荷される。または、上述のとおり得た感圧素子３００と、検知部２１０と、を電気的に接続し、圧力センサ４００を製造してもよい。尚、以上のとおり製造される感圧素子３００が、図２（ａ）のごとく片面にのみセンサ電極１２および引出配線１２ｃを備える態様である場合には、ステップ１から１５において、支持基板１１を備えるＣＣＬは、ロール状態で各工程を流動されてもよい。
上述のとおり製造された図９（ｄ）に示す感圧素子３００において、紙面左側の圧力センサ部１５ａ（１５）は、紙面右側の圧力センサ部１５ｂ（１５）と比較して、開口部２０の開口寸法が大きく、かつ開口上端部１３ａの高さが低い。そのため、圧力センサ部１５ａ（１５）は、圧力センサ部１５ｂ（１５）と比較して、感圧初期荷重が小さい。
【００９３】
以上に本発明の第一実施形態から第三実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
たとえば、上述する実施形態ではいずれも、支持基板１１の片面にセンサ電極１２が設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、支持基板１１の両面にセンサ電極１２および感圧膜１４が設けられた態様を包含する。また、本発明は、センサ電極１２が形成される基板としてフィルム状の支持基板１１に限定されるものではない。本発明は、センサ電極１２を支持し、絶縁層１３、および感圧膜１４が積層形成可能な種々の基板上において、感圧素子３００を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の圧力センサは、平坦面、または様々な球状曲面を含む曲面（特に曲率が小さく動的な曲率変化も起こりえる柔軟な曲面）などの圧力分布計測において、低計測誤差や高分解能性が求められる用途に好適である。また本発明の圧力センサは、比較的大きな面積を有する機器の圧力分布測定用途に対しても好適である。
例えば本発明の圧力センサは、人間もしくはロボットの体表面、またはそれらと接する物体表面を計測対象とすることができる。適用分野は、手指もしくは足裏用触覚センサ（情報機器の入力装置、物品を把持した手の重量感を検知する装置）、ロボットハンドもしくは義手の触覚センサ、イスもしくはベッドの面圧分布計測（医療福祉用製品の開発評価装置を含む）、または胴体もしくは手足の圧力分布計測（医療用、運動計測用、または服飾用などの用途範囲を含む）等に広く適用可能である。
たとえば本発明の圧力センサ４００は、人間の手の形状の一部または全部に沿って、圧力センサ４００を配置して、手型状または手袋状の感圧センサを実現することができる。尚、一つのセンサ電極１２からなる感圧素子１００を備える圧力センサ２００についても圧力センサ４００と同様に複雑な凹凸面に配置して使用することができる。
【実施例】
【００９５】
以下に本発明の実施例、および比較例を示す。各実施例および比較例は、図１に示す１チャンネルの感圧素子１００を備える圧力センサ２００の構成に倣って作製した。尚、本実施例において高さとは、特段の断りがない場合には、支持基板１１のセンサ電極１２が設けられた側の表面を基準とした高さを意味する。尚、本実施例は、図１、図２、図９および図１１を適宜参照する。図１１は、本発明の実施例および比較例に用いる感光性塗膜１７６が形成された印刷ワーク５００の説明図である。【００９６】
まず、各実施例および比較例共通の部材として、以下のとおりセンサ電極１２が形成された支持基板１１（以下、印刷ワークという）を作製した。支持基板１１としてポリイミドフィルム（厚み２５μｍ）を用い、この上に、一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを備えるセンサ電極１２、引出配線１２ｃ、ならびに外部端子電極１２ｄを形成した。第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂの高さは１９μｍとした。
上述のとおり作製した印刷ワークのセンサ電極１２が設けられた側の面に、スクリーン印刷手法に倣って以下のとおり感光性塗膜１７６を作製した。具体的には、印刷ワークの上記面に１２０メッシュ（♯１２０）のポリエステルメッシュであるスクリーン版１７２を、センサ電極１２の上に乗り上げるとともに、センサ電極１２の周囲において支持基板１１の表面に直接に接地させた（図９（ａ）参照）。スキージ１７０をスクリーン版１７２に沿って移動させて感光性塗材１７４を印刷ワークに塗工し、スクリーン版１７２を取り外し、感光性塗材１７４が塗工されてなる感光性塗膜１７６が形成された印刷ワークを得た（図１１参照）。【００９７】
［感光性塗膜１７６の高さの測定］
上述で得た感光性塗膜１７６を備える印刷ワークをアクリル樹脂に埋め込み試験体を作製した。上記試験体を、図１１に示す位置ａから位置ｌそれぞれにおいて支持基板１１の法線方向に切断し、断面研磨したものを測定サンプルとした。センサ電極１２（第二電極１２ｂの側面）から各位置ａから位置ｌまでの距離Ｄ５を表１に示す。
上記測定サンプルの断面に対して、測長機能を備えた光学顕微鏡で観察し、感光性塗膜１７６の膜厚を小数点以下第１位までの精度で測定し、測定値を四捨五入した値を感光性塗膜１７６の高さとした。上記膜厚の測定は、所定の位置毎に測定サンプルを３０個準備し、測定サンプル１個毎に感光性塗膜１７６の膜厚を２か所測定し、合計６０か所の測定を行った。位置ａから位置ｌにおける感光性塗膜１７６の高さ（６０か所の膜厚の実測値を四捨五入した値の平均値）、および上記高さからセンサ電極の厚み（１９μｍ）を除して求めた距離Ａを表１に示す。【００９８】
【表１】
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【００９９】
表１に示すとおり、感光性塗膜１７６の高さは、位置ｌから位置ａに向けて連続的に増大していた。即ち、センサ電極１２を有しない領域から、センサ電極１２を有する領域に向かって感光性塗膜１７６の高さは連続的に増大していた。これによりセンサ電極１２の近傍において、センサ電極１２に向かって上り傾斜するスロープ２２が感光性塗膜１７６に形成されたことが確認された。また各位置における厚みのばらつきは、いずれも３μｍ以内であって、極めて寸法安定性に優れていることが確認された。したがって図２（ａ）で参照される距離Ａと距離Ｄ５との関係を把握することで、開口部２０の寸法を決定しやすい。【０１００】
次いで、図１１に示す位置ａから位置ｌの各位置に開口上端部１３ａが位置するように、各実施例および比較例ごとに露光・現像により開口部２０を形成して絶縁層１３を形成し、続いて接着層３０、感圧膜１４を形成して、感圧素子１００を得た。以上により得られた感圧素子１００に検知部２１０を接続し、基本構成を備える圧力センサ２００を得た。第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂは、高さ１９μｍ、ライン幅はそれぞれ１０００μｍ、および互いの離間距離を１００μｍとした。引出配線１２ｃは、高さ１３μｍ、ライン幅は１００μｍとした。各実施例および比較例における、１つのセンサ電極１２のエリア寸法（図１における縦寸法Ｗ１、横寸法Ｗ２参照）、センサ電極１２から開口上端部１３ａまでの距離Ｄ５（図２（ａ）参照）、開口部２０のエリア寸法（図１における縦寸法Ｗ３、横寸法Ｗ４参照）を測定した。測定結果を表２に示す。【０１０１】
【表２】
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【０１０２】
上述のとおり得られた各実施例および比較例を以下に示す感圧特性評価に供した。評価は、各実施例、および比較例ごとに、サンプルを５個準備してそれぞれ評価した。後述する初期検知感度評価および大荷重検知感度評価について、５つのサンプルのうち最小値および最大値を表３に示す。後述する短絡試験について、５つのサンプルの全てにおいて短絡が確認されなかった場合に短絡無と評価し、いずれか１つでも短絡が確認された場合に短絡有と評価した。上記評価結果は表３に示す。【０１０３】
感圧特性評価：
［感圧初期荷重評価］
各実施例、および比較例を平坦面に設置し、感圧膜１４の外側から圧力センサ部１５に対し徐々に荷重を与えていき、導通が最初に検知された荷重を感圧初期荷重（Ｎ）として測定した。
［大荷重検知感度評価］
各実施例、比較例、および参考例を平坦面に設置し、４ｍｍ２の面積の圧力センサ部１５に対し１．１ＭＰａ（１１２．５ｇｆ／ｍｍ２）の荷重を与えたときの抵抗値（Ω）を測定した。
［短絡試験］
各実施例、および比較例をφ１０ｍｍのガラス棒に巻き付け、圧力センサ部１５に対し外側から荷重を与えない状態（即ち、初期状態）において、短絡の発生を確認した。【０１０４】
【表３】
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【０１０５】
表３より、各実施例および比較例は、いずれも感圧初期荷重が０．１Ｎ以上０．７Ｎ以下の範囲であり、かつ大荷重時のセンサ抵抗が５００Ω以上２５００Ω以下の範囲であり、平面状での感圧特性が優れることが確認された。
ただし、比較例１は、距離Ｄ５が零であることから、絶縁層１３を形成する工程における露光時の位置ずれが生じ現像不良であった。【０１０６】
短絡試験において、各実施例は、いずれも短絡が発生しなかった。一方、比較例２および３は、屈曲させた初期状態で短絡が発生した。【０１０７】
上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）支持基板と、
前記支持基板に支持されたセンサ電極と、
前記センサ電極に対向する位置に少なくとも導電機能を有する感圧膜と、
前記センサ電極および前記感圧膜を互いに離間させるための所定の距離を確保するとともに前記感圧膜に対し前記センサ電極を露出させる開口部を有する絶縁層と、を有し、
前記絶縁層は、前記開口部を区画形成する開口壁面と、前記感圧膜側の開口端部と、を有し、
前記支持基板を基準として、前記絶縁層は、前記開口部に向かって高さが連続的に増大していることを特徴とする感圧素子。
（２）前記支持基板を基準として、前記開口部の中央に対向する前記感圧膜の高さが、前記開口端部に対向する前記感圧膜の高さよりも高い上記（１）に記載の感圧素子。
（３）前記開口端部が、鈍頭である上記（１）または（２）に記載の感圧素子。
（４）前記センサ電極の前記開口壁面に対向する側面と、前記開口端部と、の平面方向の距離が５０μｍ以上８５０μｍ以下である上記（１）から（３）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（５）前記支持基板を基準として、前記開口端部の高さ、および前記センサ電極の高さの差分が、５μｍ以上２５μｍ以下である上記（１）から（４）のいずれ一項に記載の感圧素子。
（６）前記絶縁層の前記感圧膜側の表面と、前記感圧膜と、は接着層を介して互いに固定されているとともに、
前記絶縁層の前記支持基板側の表面は、接着層を介さずに前記支持基板に対し固定されている上記（１）から（５）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（７）前記感圧膜が、カーボン粒子が含有された樹脂フィルムであり、
前記カーボン粒子により前記導電機能が前記感圧膜に付与されている上記（１）から（６）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（８）一対の第一電極と第二電極とを備える前記センサ電極を複数有し、
前記感圧膜と、一つの前記センサ電極と、が前記開口部を介して対向する圧力センサ部が複数設けられ、
複数の前記センサ電極に亘って一枚の前記感圧膜が対向配置されている上記（１）から（７）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（９）前記支持基板を基準として、前記開口端部における前記絶縁層の高さから、前記センサ電極の高さを減じて算出された差分Ｉは、
前記支持基板を基準として、隣り合う前記圧力センサ部の中間部における前記絶縁層の高さから、前記センサ電極の高さを減じて算出された差分ＩＩの３倍以上である上記（８）に記載の感圧素子。
（１０）前記支持基板を基準として、一の前記圧力センサ部における前記開口端部の高さと、他の前記圧力センサ部における前記開口端部の高さと、が異なる上記（８）または（９）に記載の感圧素子。
（１１）上記（１）から（１０）のいずれか一項に記載の感圧素子と、
前記感圧素子と電気的に接続されて感圧膜とセンサ電極との接触抵抗を検知する検知部と、を備えることを特徴とする圧力センサ。
（１２）前記感圧素子が、曲率半径１５ｍｍ以下に湾曲している上記（１１）に記載の圧力センサ。
（１３）上記（１）から（１０）のいずれか一項に記載の感圧素子を製造する感圧素子製造方法であって、
支持基板の少なくとも一方の面にセンサ電極を形成する電極形成工程と、
前記支持基板および前記センサ電極を覆って感光性塗材を塗工する塗工工程と、
前記感光性塗材を露光し現像することにより、開口壁面と開口端部とから区画形成され前記センサ電極を露出させる開口部を備えた絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の表面に沿って導電機能を有する樹脂フィルムを配置して感圧膜を形成する感圧膜形成工程と、を備え、
前記塗工工程が、スクリーン印刷手法により前記感光性塗材を塗工する工程を含み、
前記塗工工程後に実施される前記絶縁層形成工程が、下記指標（１）および（２）に従い前記感光性塗材を露光し現像して前記絶縁層に前記開口部を形成する工程を含むことを特徴とする感圧素子製造方法、
指標（１）：前記支持基板を基準として、前記絶縁層の高さを、前記開口部に向かって連続的に増大させる、
指標（２）：前記センサ電極の前記開口壁面に対向する側面と、前記開口端部と、の平面方向の距離が５０μｍ以上８５０μｍ以下の範囲とする。
（１４）上記（１３）に記載の感圧素子製造方法にしたがって製造した第一の前記感圧素子の感圧初期荷重を測定し、前記感圧初期荷重が所定の値よりも大きい値であることが確認された場合、
前記指標（２）における前記距離を、上記範囲の中で増大させた第二の前記感圧素子を、前記感圧素子製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整する感圧素子製造方法。
（１５）上記（１３）に記載の感圧素子製造方法にしたがって製造した第一の前記感圧素子の感圧初期荷重を測定し、前記感圧初期荷重が所定の値よりも小さい値であることが確認された場合、
前記指標（２）における前記距離を、上記範囲の中で縮小させた第二の前記感圧素子を、前記感圧素子製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整する感圧素子製造方法。
【要約】
平坦な状態および屈曲した状態のいずれの使用においても、良好な初期検知感度を発揮可能とし、かつ初期状態における短絡が防止された感圧センサ、感圧素子を備える圧力センサ、および感圧素子製造方法を提供する。
感圧素子１００は、支持基板１１と、支持基板１１に支持されたセンサ電極１２と、センサ電極１２に対向する位置に少なくとも導電機能を有する感圧膜１４と、センサ電極１２および感圧膜１４を互いに離間させるための所定の距離Ａを確保するとともに感圧膜１４に対しセンサ電極１２を露出させる開口部２０を有する絶縁層１３と、を有し、絶縁層１３は、開口部２０を区画形成する開口壁面１３ｂと、感圧膜１４側の開口端部（開口上端部１３ａ）と、を有し、支持基板１１を基準として、絶縁層１３は、開口部２０に向かって高さが連続的に増大している。【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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