(57)【要約】箔タイプ切換素子がスペーサーに１０よって互いにある距離に配置された第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔とを備えている。このスペーサー１０は該切換素子の活性領域を構成する少なくとも１つの切欠き部１２を有している。少なくとも２つの電極と１層の感圧材料が、該切換素子の活性領域に作用する圧力に応じて、第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔を弾性キャリヤー箔の反力に抗して加圧され、電気的接点が少なくとも２つの電極間に該感圧材料を介して確立されるように、前記第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔との間で該切換素子の活性領域内に配置されている。この発明によれば、前記活性領域が１つの内部領域１４と多数の外部領域１８とから構成され、前記内部領域が概略凸形状であり、前記外部領域が前記内部領域から外側に広がっている。
2006518457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペーサーによって互いにある間隔に配置された第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔とを備える箔タイプ切換素子であって、前記スペーサーが該切換素子の活性領域を構成する少なくとも１つの切欠き部を有する箔タイプ切換素子において、
前記活性領域が１つの内部領域と多数の外部領域から構成され、前記内部領域が概略凸形状をしており、前記外部領域が前記内部領域から外側に広がっていることを特徴とする箔タイプ切換素子。
【請求項２】
前記内部領域が概略円形状からなることを特徴とする請求項１に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項３】
前記外部領域が前記内部領域から半径方向に広がっていることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項４】
前記外部領域が前記内部領域の周囲に亘り等しく分布していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項５】
前記外部領域が細長い形状からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項６】
前記外部領域が概略三角形状からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項７】
前記外部領域が概略台形からなり、前記外部領域が前記内部領域から前記活性領域の外周に向け収束することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項８】
前記外部領域が概略矩形からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項９】
前記外部領域の数が奇数であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項１０】
前記内部領域と前記外部領域の形状及び／又は寸法は、該活性領域の内部領域と外部領域との間の機械的挙動が滑らかな移行をするように調節されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項１１】
第１電極が前記第１キャリヤー箔の内面に配置され、第２電極が該第２キャリヤー箔の内面に前記第１電極と対向関係に配置され、前記第１及び第２電極の少なくとも１つが１層の感圧材料により完全にあるいは一部被覆されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項１２】
第１電極及び第２電極が前記第１キャリヤー箔の内面に並列に配置され、１層の感圧材料が該第２キャリヤー箔の内面に前記第１電極及び第２電極と対向関係に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【請求項１３】
前記スペーサーが印刷可能なスペーサー材料から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の箔タイプ切換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は箔タイプの切換素子に関し、さらに詳細には箔タイプ圧力センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は印加圧力量で変化する電気抵抗を有するタイプの箔タイプ圧力センサーに関する。このタイプの圧力センサーは、通常、スペーサーによって互いにある間隔に配置された第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔から構成されている。このスペーサーは、切換素子の活性領域を画成する少なくとも１つの切欠き部を有する。少なくとも２つの電極と１層の感圧材料が、該切換素子の活性領域に作用する圧力に応じて、第１１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔を弾性キャリヤー箔の反力に抗して加圧され、電気的接点が少なくとも２つの電極間に感圧材料を介して確立されるように、前記第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔との間の切換素子の活性領域内に配置されている。
そのようなセンサーは経済的に製造可能であり、実際に非常に頑丈で信頼性が高い。
【０００３】
そのような切換素子の電気的応答は、電極及び感圧材料の層のタイプと形状に、及び最終的には活性領域に作用する力に応じて電極間に確立される物理的接点に依存することが分かる。この電極間の物理的接点は、活性領域に作用する力の場合、切換素子の機械的応答によって決められる。この機械的応答は膜モデルで説明することができる。膜の撓みは、該膜に垂直に作用する圧力に比例し、膜の弾性と、その厚さと制限装置の半径に依存している。
切換素子の電気的応答はある最小圧力以上で開始し、その圧力で電極と半導電材料との間の物理的接点が初めて確立される。この所謂、作動点を越えると、電気的応答が電極と半導電材料との間の接触面積により主に決定される。
【０００４】
公知の圧力センサーでは、活性領域が一般に円形であり、すなわちスペーサーの切欠き部が円形である。この場合、機械的接触面積の半径方向の広がりは、切換素子に作用する力の本質的に特定の関数であり、この半径の本質的に二次方程式依存性が接触面積に対して得られる。その結果、この力の関数としてのセンサーの抵抗作用は、二次方程式依存性で決定される特性を示し、この特性がこのセンサーを特定用途に使用することを不可とする。
さらに、圧力センサーのある用途は、センサーに対する予備負荷を回避するためセンサーの作動点が高くなることを要求している。これは例えば、特にカバー材料が切換素子上で堅固で及び／又は強力に緊張しているときにそのカバー材料の下に配置されているセンサーの場合である。この場合、作動点は膜制限装置の、すなわち活性領域を定めるスペーサー切欠き部のサイズを小さくすることで調節される必要がある。残念ながら小さな径のスペーサー切欠き部を使用するとセンサーセルの作動に悪影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、改善された電気的応答性を備えた切換素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は請求項１に係る箔タイプ切換素子によって解決される。
箔タイプ切換素子は、通常、スペーサーにより互いにある間隔に配置された第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔から構成されており、前記スペーサーはこの切換素子の活性領域を設定する少なくとも１つの切欠き部を有している。少なくとも２つの電極と１層の感圧材料が、切換素子の活性領域に作用する圧力に応じて第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔が弾性キャリヤー箔の反力に抗して加圧され、電気接点が少なくとも２つの電極間に感圧材料を介して確立されるように、第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔との間の切換素子の活性領域内に配置されている。この発明によれば、前記活性領域は１つの内部領域と多くの外部領域からなり、前記内部領域は概略凸形状を有し、前記外部領域は前記内部領域から外部に広がっている。
【０００７】
公知の圧力センサーとは異なり、本発明の圧力センサーの機械的接触面積は、もはや、切換素子にかかる力の単純な関数ではない。実際、２つの領域を有する活性領域の設計により、接触面を半径方向へ広くすると、圧力センサーに対して小さな力より大きな力の場合に異なった挙動が示される。センサーの活性化の開始時にのみ、すなわちセンサーに作用する力が小さい場合、センサーの機械的応答が公知センサーの挙動に匹敵する。この初めの活性化時に、活性領域の内部領域が機械的応答を決定する。一旦センサーの作動点に達すると、第１及び第２キャリヤー箔が物理的接触をして、電気的接点が、前記第１及び第２キャリヤー箔間で切換素子の活性領域に通常配置される電極と１層の感圧材料間で確立される。
【０００８】
圧力センサーに作用する力が更に増大すると、第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔との間の物理的接触の領域が活性領域の内部領域の外周に達する。この点を超えて、センサーセルの機械的応答が、活性領域の内部領域から外部に広がる活性領域の外部領域の形状で主に決定される。これらの外部領域では、上記膜モデルの機械的形態が内部領域の形態と比較して実際にはかなり異なっている。それにより接触面積は、公知センサーの場合のように接触面の半径の典型的な二次方程式依存性により最早決定されないことになる。
【０００９】
従って、本発明の圧力センサーは、小さな力の場合に内部領域の凸形状で決定されるハイブリッドの機械的応答を示し、一方外部領域の形状は大きな力の機械的応答を決定する。しかし、そのようなハイブリッド応答は、センサーセルの動力学を最適化するために使用することができる。実際、活性領域の内部領域の形状と寸法がセンサーセルの作動点の設定に対して主に対応し、一方、その外部領域の形状と寸法が作動点を越えたセンサーの動力学を主に決定する。従って、活性領域の内部領域及び外部領域の形状と寸法を個々に調節することにより、センサーセルの作動点と力を個々に調節することができる。例えば、大きい作動点を有するセンサーを設ける必要があれば、活性領域の内部領域の寸法を小さくすることができる。同時に、センサーの特定の用途のセンサーに適切な動力学を備えるために、外部領域の形状と寸法を調節することができる。
【００１０】
提案されたスペーサー切欠き部の設計は、作動点を調節する機械的要件及び寸法要件を、セルの動力学を調節するための要件と切り離すことになることが分かるだろう。従って、２つのセル特性の各々が、それぞれの他の特性をマイナスの方向に影響を与えずに、広い範囲に亘り個々に調節することができる。なお、この切り離しは可能なセンサー形態に積極的に影響を与えることに注目する必要がある。実際、本センサーセルの作動点がセルの動力学に反対方向に影響を与えずに調節することができるため、例えば厚さを薄くしたスペーサーを使用することが可能である。
【００１１】
公知の圧力センサーでは、スペーサーの切欠き部が、該切欠き部の所定の大きな径にかかわらず、大きい作動点を保証するために十分な厚さ（９０μｍ以上）を有することが必要とされる。ここで、本発明の圧力センサーに関しては、スペーサーの厚さは、最早センサーセルの作動点を調節するための限定パラメータではない。従って、９０μｍ未満の薄いスペーサーを、センサーセル特性を必ず損なうことなく使用することができる。この利点によりスクリーン印刷スペーサー、すなわち、キャリヤー箔の１つにスクリーン印刷法で塗布される印刷可能な接着剤の使用が可能となる。そのようなスクリーン印刷スペーサーの厚さは、通常の条件下では、通常、スペーサー材料として使用される両面接着テープの厚さより大きくなるようにできない。
【００１２】
それにより、本発明の切換素子の活性領域の形態は、センサーの電気的応答を改善するために特に設計されることになる。なお、スペーサー内の切欠き部が活性領域の形態を定める。従って、センサーセルに所定の機械的形態を付与するため、切欠き部を適切な形状にしなければならない。印刷スペーサー用のスクリーン印刷法であるいは両面接着剤テープスペーサー材料の場合、例えば打ち抜き法の場合に切欠き部を容易に提供できることが分かるだろう。
【００１３】
この発明の好ましい実施形態では、前記内部領域が概略円形を構成している。そのような円形設計はセンサーに等方性挙動を与え、その等方性挙動は、第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔との間の初期接触を制御するために非常に適切であることが分かった。
力の作用を受けた膜の撓みはその力の作用の点から該膜の外部制限装置の方へ半径方向に伝わる。それにより外部領域が前記内部領域から半径方向に好適に広がり、それにより膜の撓みが活性領域の内部領域と外部領域間の境界で制限されない。
【００１４】
センサーセルに概略等方性の機械的応答を付与するため、前記外部領域が前記内部領域の周囲に亘り好適に等しく分布されている。言い換えれば、活性領域の設計が活性セルの中心を通る軸の周りで回転対称を示すように、外部領域が好適に配置されている。センサーセルの動力学を増大させるために、回転対称の程度は、前記外部領域の数が奇数、例えば３、が有利である。
この発明の好ましい実施形態では、外部領域が概略細長い形状からなっている。この外部領域は例えば概略三角形あるいは概略台形でよく、前記外部領域は前記内部領域から前記活性領域の外部周囲に向け収束する。また、外部領域は概略矩形でもよい。
なお、活性領域の外部領域の幅が、活性領域の内部領域と外部領域間で機械的挙動の小さな移行が確保されるように好適に選択される。
【００１５】
そのような圧力センサーの１つの実施形態では、第１電極が前記第１キャリヤー箔の内面に配置されており、第２電極が前記第２キャリヤー箔の内面に、前記第１電極と対向関係に配置されている。前記第１及び第２電極の少なくとも１つが前記感圧材料、例えば半導体又は抵抗材料の前記層により完全に又は一部覆われ、それにより前記第１及び第２キャリヤー箔が切換素子に作用する力に応じて共に加圧されると、電気的接点が感圧材料の層を介して第１電極と第２電極との間に確立される。このタイプの圧力センサーは所謂「スルーモード」で作動する。
【００１６】
圧力センサーの他の実施形態では、第１及び第２電極が前記第１キャリヤー箔の内面に並列に離間して配置され、一方感圧材料の層が第２キャリヤー箔の内面に配置されている。この感圧材料の層は、前記第１及び第２電極と対向関係で配置され、それにより前記第１及び第２キャリヤー箔が切換素子の活性領域に作用する力に応じて共に加圧されたとき、感圧材料の層が第１及び第２電極をスイッチする。これらのセンサーは所謂「シャントモード」で作用する。
なお、センサーセルの用途に応じて、電極は、全活生領域において例えばキャリヤー箔を覆う平面形状であったり、あるいは電極は、多数の適切な形状の連結導体、例えば櫛状又は開放円状であって、第１及び第２の電極が互い違いに並ぶものであっても良い。さらに、感圧材料の層が、センサーの用途に適合する特定の設計を有してもよいことが分かるだろう。言い換えれば、感圧材料の層は、それぞれのキャリヤー箔又は電極を実質的に全体の活性領域被覆するか、あるいはこの層は活性領域の選択領域に適用されるものであってもよい。
【００１７】
製造プロセス時に、複数の電極はそれらのそれぞれのキャリヤー箔上に通常印刷される。この印刷プロセス時に、キャリヤー箔が、印刷電極の導電材料への境界で表面張力を受ける。これらの表面張力はキャリヤー箔の変形に、従ってセルの応答の変更をもたらす可能性がある。本非円形スペーサー凹部設計がセル応答に対して変形の影響をかなり軽減することが分かるだろう。
本発明は、添付図面を参照して以下の幾つかの非限定実施形態の説明からさらに明らかになるだろう。
【発明を実施するために最良の形態】
【００１８】
本発明は、印加圧力量で変化する電気抵抗を有するタイプの箔タイプ圧力センサーに関する。このタイプの圧力センサーは、スペーサーによって互いにある間隔に配置された第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔とから通常構成されている。このスペーサーは、切換素子の活性領域を構成する少なくとも１つの切欠き部を有する。少なくとも２つの電極と１層の感圧材料が、該切換素子の活性領域に作用する圧力に応じて、第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔が弾性キャリヤー箔の反力に抗して共に加圧され電気的接点が少なくとも２つの電極間に感圧材料を介して確立されるように、前記第１キャリヤー箔と第２キャリヤー箔との間の切換素子の活性領域内に配置されている。
【００１９】
図１は本発明に係るスペーサー１０の１つの実施形態を示している。このスペーサー１０は、センサーセルの活性領域を構成する切欠き部１２を有している。この切欠き部１２は概略凸形状の内部領域１４を備えている。この図示実施形態では、内部領域が円形であり、内接円１６として図形的に示されている。この内部領域の寸法はセンサーセルの作動点を決める。
この内部凸領域に加えて、図示スペーサーの切欠き部１２は、内部領域１４から半径方向外部に広がる３つの外部領域１８を備えている。この外部領域１８は概略細長い矩形をしており、内部領域１４から境界円２０で示される活性領域の外部周囲に向けて広がっている。外部領域１８の形状と境界円２０の寸法は圧力センサーの動力学を決定する。
図示実施形態では、外部領域１８が活性領域の内部領域１４の周囲に亘り等しく分布されている。それによりスペーサーの切欠き部１２が三角形の回転対称を示すことになる。
【００２０】
図２は、当技術水準のセンサーと本発明に係る活性領域を有するセンサーの動力学の相違を示している。公知の当技術水準のセンサーは、通常、円形活性領域を有している。そのような活性領域の場合には、キャリヤー箔間の機械的接触面の半径方向への広がりが切換素子に作用する力の本質的に特定の関数であり、この半径の本質的に二次方程式依存性が接触面積に対して得られる。接触面の半径対そのような圧力センサーのセンサーセルに作用する圧力が図２に連続線でプロットされ数字２２で表されている。このグラフ２２は非常に小さな力での作動点と、その作動点直上で半径が急に増大することを示している。他方、大きい力に対する接触面の半径の変化が非常に小さく、すなわちセルの動力学が大きい力に対して不足している。
【００２１】
図２は、本発明によりスペーサー設計が改善された圧力センサーのグラフも示している。このグラフは活性領域に対してプロットされており、その活性領域の外側寸法は当技術水準活性領域の活性領域の寸法に匹敵する。このグラフは破線で示され２４で表されている。グラフ２２と比較して、グラフ２４はより大きい力での作動点を示している。この挙動はスペーサーの切欠き部１２の内部領域１４を適切な寸法にすることで制御することができる。他方、作動点直上での接触面の半径の増加が当技術水準センサーの場合より急峻度が小さいが、かなりの半径変化が大きな力にまで及んでいる。それにより全体の力範囲に亘り改善されたセルの動力学が公知センサーに対してかなり向上することになる。
【００２２】
本切換素子の他の利点を図３に示す。図３ａは従来のセンサーの作動点の調節の影響を示している。従来のセンサーの作動点を増大させるために、活性領域の半径を小さくする必要がある。しかし、そのような活性領域の縮小は、図３ａの種々のグラフで示したように、セルの動力学にマイナスに作用する。本発明によるセンサーでは、作動ポイントがセルの動力学にマイナスに作用することなく調節することができる。実際、活性領域の内部領域４の寸法を小さくすることで、センサーの作動点が大きい力の方へシフトすることができ、一方、活性領域の外部領域で主に決定されるセルの動力学は維持される。内部領域及び外部領域の形状に依存して、内部領域の半径の縮小は、外部領域の寸法及び／又は形状の適合を伴うから、セルの特定の機械的挙動を保証することができる。
【００２３】
図４は本発明による箔タイプの切換素子の活性領域形状の種々の実施形態を示している。活性領域の外部領域１８は概略細長い形状から好適になっている。この外部形状は例えば概略三角形（図４ａ）あるいは概略台形（図４ｂ）からなってもよい。この台形は外部領域が前記内部領域１４から前記活性領域（図４ｂ）の外周２０に向かって収束するように向いている。また外部は概略矩形（図４ｃ）からなってもよい。
なお、活生領域の外部領域１８の幅は、活性領域の内部領域と外部領域との間で機械的挙動で滑らかな移行を保証するように好適に選択される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】適切な切欠き部を有する箔タイプ切換素子のスペーサーの実施形態である。
【図２】先行技術センサーセルのキャリヤー箔と本発明に係るセンサーセルとの間の接触面の半径の変化の比較を示す。
【図３】当技術水準センサー（ａ）と本発明に係るセンサー（ｂ）のセンサーセルの動力学に対する作動点の調節の影響を示す。
【図４】本発明に係る箔タイプ切換素子の活性領域の形状の種々の実施形態を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ・・・  スペーサー
１２  ・・・  切欠き部
１４  ・・・  内部領域
１８  ・・・  外部領域
２０  ・・・  円
【図１】
2006518457.tif 000003
【図２】
2006518457.tif 000004
【図３】
2006518457.tif 000005
【図４】
2006518457.tif 000006
【国際調査報告】
2006518457.tif 000007
2006518457.tif 000008
2006518457.tif 000009