(57)【要約】【課題】可撓性を有するとともに、応答性およびヒステリシス特性により優れた静電容量式センサを提供する。【解決手段】スペーサ４は、可動電極側基板２と固定電極側基板３とに対して接着されている接着シート８と、少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方に対して接着されていないギャップ安定化部材７、もしくは少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方に対して、可動電極側基板２および固定電極側基板３と接着シート８との間の接着に働く接着力よりも弱い接着力で接着されているギャップ安定化部材７とからなっており、接着シート８とギャップ安定化部材７とは、スペーサ４に挟まれている可動電極側基板２または固定電極側基板３に対して、少なくともギャップ安定化部材７よりも近い位置に接着シート８を配置しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極が設けられている第１の基板と第２の電極が設けられている第２の基板とを備え、上記第１の電極と上記第２の電極とが対向して配置されているとともに、上記第１の電極と上記第２の電極との間にギャップをもたせるために、上記第１の基板と上記第２の基板との間に少なくとも上記第１の電極または上記第２の電極のうちの一方を挟むように、可撓性を有するスペーサが設けられている可撓性を有する静電容量式センサにおいて、
上記スペーサは、上記第１の基板と上記第２の基板とに対して接着されている接着部材と、少なくとも上記第１の基板または上記第２の基板の一方に対して接着されていないギャップ保持部材とからなっており、
上記スペーサに挟まれている上記第１の電極または上記第２の電極に対して、少なくとも上記ギャップ保持部材よりも近い位置に上記接着部材が配置されていないことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】
第１の電極が設けられている第１の基板と第２の電極が設けられている第２の基板とを備え、上記第１の電極と上記第２の電極とが対向して配置されているとともに、上記第１の電極と上記第２の電極との間にギャップをもたせるために、上記第１の基板と上記第２の基板との間に少なくとも上記第１の電極または上記第２の電極のうちの一方を挟むように、可撓性を有するスペーサが設けられている可撓性を有する静電容量式センサにおいて、
上記スペーサは、上記第１の基板と上記第２の基板とに対して接着されている接着部材と、少なくとも上記第１の基板または上記第２の基板の一方に対して、上記第１の基板および上記第２の基板と接着部材との間の接着に働く接着力よりも弱い接着力で接着されているギャップ保持部材とからなっており、
上記スペーサに挟まれている上記第１の電極または上記第２の電極に対して、少なくとも上記ギャップ保持部材よりも近い位置に上記接着部材が配置されていないことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項３】
上記接着部材と上記ギャップ保持部材とは、第１の基板と第２の基板との積層方向でお互いが重なり合わないように配置されているとともに、上記接着部材と上記ギャップ保持部材とが上記積層方向に対して直交する方向でのみ接着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量式センサ。
【請求項４】
前記接着部材と前記安定化部材とは、お互いの接する面がそれぞれ凹凸状になって嵌合されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の静電容量式センサ。
【請求項５】
前記安定化部材は、前記接着部材の前記積層方向以外の面を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の静電容量式センサ。
【請求項６】
前記ギャップ保持部材は、前記第１の基板と前記第２の基板との、粘性の影響を示す指標としての貯蔵弾性率と損失弾性率との比の値である損失正接の値が同一である場合には、上記第１の基板および上記第２の基板の損失正接の値以下の損失正接の値を有する材質からなり、上記第１の基板と上記第２の基板との損失正接の値が同一でない場合には、少なくとも上記第１の基板または上記第２の基板のうちの損失正接の値の大きい方の基板の損失正接の値以下の損失正接の値を有する材質からなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電容量式センサ。
【請求項７】
前記ギャップ保持部材は、粘性の影響を示す指標としての貯蔵弾性率と損失弾性率との比の値である損失正接の値が、前記第１の基板および前記第２の基板の損失正接の値よりも小さい材質からなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電容量式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギャップを隔てて対向する電極間の静電容量の変化によって物理量を検出する静電容量式センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、静電容量の変化によって物理量の変化を検出する静電容量式センサが知られている。静電容量式センサは、圧力センサ、加速度センサ、および振動検出センサ等の多様なセンサに利用することが可能である。また、静電容量式センサは、ピエゾ抵抗素子等を用いるピエゾ式センサに比べて温度特性が安定しているという利点を有している。他にも、特にシリコン半導体基板を用いた静電容量型半導体センサは、ＩＣ製造技術を用いて製造できるので、均一性に富み、小型化、軽量化および回路との一体化が容易であるという利点を有している。さらに、上記シリコン半導体基板を用いた静電容量型半導体センサは、大規模なバッチ方式による大量生産が可能であるので、低コスト化を実現できるという利点も有している。以上のことから、静電容量式センサは一般に広く用いられることとなっている。
【０００３】
静電容量式センサは、２つの向き合った電極の静電容量（帯電する電気量）が電極同士を隔てる距離によって変化することを利用したセンサであり、変化した静電容量を電圧に変換して検出している。
【０００４】
一般的な静電容量式センサでは、特許文献１に示すように、基板上に備えられた固定電極の上方に、別の基板上に備えられた可動電極が対向するように配置されている。そして、上記固定電極と上記可動電極とがギャップを隔てて対向するように、固定電極を備える基板と可動電極を備える基板との間にスペーサが設けられている。
【０００５】
また、静電容量式センサに可撓性が必要な場合には、可撓性を有するスペーサを、弾性を有する接着部材で固定電極を備える基板と可動電極を備える基板とに接着することになる。
【特許文献１】特開２００５−３３７７７４号公報（平成１７年１２月８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、接着部材は一般的に粘性と弾性とを有しており、基板のたわみ速度に比例した応力が働く粘性成分と基板のたわみ量に比例した応力が働く弾性成分とからなっている。そして、接着部材の粘性成分には上述したような時間依存性があるので、接着部材の粘性成分が多いほど、粘性の影響を受けて圧力に対する応答が遅れることになる。
【０００７】
可撓性を有する接着部材は、架橋密度が小さいため、分子構造から必然的粘性成分が特に多くなり、粘性の影響を大きく受ける。従って、可撓性が必要な静電容量式センサのスペーサに、上記従来の接着部材を用いた場合には、静電容量式センサに印加される圧力に対する応答が遅くなり、センサの応答性およびヒステリシス特性が悪くなるといった問題を生じさせることになる。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、可撓性を有するとともに、応答性およびヒステリシス特性により優れた静電容量式センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静電容量式センサは、上記課題を解決するために、第１の電極が設けられている第１の基板と第２の電極が設けられている第２の基板とを備え、上記第１の電極と上記第２の電極とが対向して配置されているとともに、上記第１の電極と上記第２の電極との間にギャップをもたせるために、上記第１の基板と上記第２の基板との間に少なくとも上記第１の電極または上記第２の電極のうちの一方を挟むように可撓性を有するスペーサが設けられている可撓性を有する静電容量式センサにおいて、上記スペーサは、上記第１の基板と上記第２の基板とに対して接着されている接着部材と、少なくとも上記第１の基板または上記第２の基板の一方に対して接着されていないギャップ保持部材とからなっており、上記スペーサに挟まれている上記第１の電極または上記第２の電極に対して、少なくとも上記ギャップ保持部材よりも近い位置に上記接着部材が配置されていないことを特徴としている。
【００１０】
上記の発明によれば、ギャップ保持部材と少なくとも第１の基板または第２の基板の一方とが接着されていない構成になっている。つまり、第１の基板または第２の基板に対して積層方向への物理量が加わっても、ギャップ保持部材が配置されている領域では、第１の基板および第２の基板の両方に接着されている場合よりも接着によって生じる粘性の影響を小さく抑えることが可能になる。
【００１１】
さらに、可撓性を有するスペーサに挟まれている第１の電極または第２の電極に対して、少なくともギャップ保持部材よりも近い位置に接着部材が配置されていないので、第１の基板または第２の基板に加わった物理量を実際に検出する領域である、上記スペーサに挟まれている第１の電極または第２の電極周辺の領域で上述したように粘性の影響を小さく抑えることができる。よって、可撓性を有する静電容量式センサで上述のように粘性の影響を小さく抑えることができるようになるので、可撓性を有する静電容量式センサの応答性およびヒステリシス特性の向上を行うことができる。その結果、可撓性を有するとともに、応答性およびヒステリシス特性により優れた静電容量式センサを実現できる。
【００１２】
本発明の静電容量式センサは、上記課題を解決するために、第１の電極が設けられている第１の基板と第２の電極が設けられている第２の基板とを備え、上記第１の電極と上記第２の電極とが対向して配置されているとともに、上記第１の電極と上記第２の電極との間にギャップをもたせるために、上記第１の基板と上記第２の基板との間に少なくとも上記第１の電極または上記第２の電極のうちの一方を挟むように、可撓性を有するスペーサが設けられている可撓性を有する静電容量式センサにおいて、上記スペーサは、上記第１の基板と上記第２の基板とに対して接着されている接着部材と、少なくとも上記第１の基板または上記第２の基板の一方に対して、上記第１の基板および上記第２の基板と接着部材との間の接着に働く接着力よりも弱い接着力で接着されているギャップ保持部材とからなっており、上記スペーサに挟まれている上記第１の電極または上記第２の電極に対して、少なくとも上記ギャップ保持部材よりも近い位置に上記接着部材が配置されていないことを特徴としている。
【００１３】
上記の発明によれば、ギャップ保持部材と少なくとも第１の基板または第２の基板の一方とが、上記第１の基板および上記第２の基板と接着部材との間の接着に働く接着力よりも弱い接着力で接着されている構成になっている。ここで、接着力が弱くなれば、粘性成分は一般的に少なくなるものである。従って、第１の基板または第２の基板に対して積層方向への物理量が加わっても、ギャップ保持部材が配置されている領域では、第１の基板および第２の基板の両方に接着されている場合よりも接着によって生じる粘性の影響を小さく抑えることが可能になる。
【００１４】
さらに、可撓性を有するスペーサに挟まれている第１の電極または第２の電極に対して、少なくともギャップ保持部材よりも近い位置に接着部材が配置されていないので、第１の基板または第２の基板に加わった物理量を実際に検出する領域である、上記スペーサに挟まれている第１の電極または第２の電極周辺の領域で上述したように粘性の影響を小さく抑えることができる。よって、可撓性を有する静電容量式センサで上述のように粘性の影響を小さく抑えることができるようになるので、可撓性を有する静電容量式センサの応答性およびヒステリシス特性の向上を行うことができる。その結果、可撓性を有するとともに、応答性およびヒステリシス特性により優れた静電容量式センサを実現できる。
【００１５】
また、本発明の静電容量式センサでは、上記接着部材と上記ギャップ保持部材とは、第１の基板と第２の基板との積層方向でお互いが重なり合わないように配置されているとともに、上記接着部材と上記ギャップ保持部材とが上記積層方向に対して直交する方向でのみ接着されていることが好ましい。
【００１６】
これにより、接着部材とギャップ保持部材とは、第１の基板と第２の基板との積層方向でお互いが重なり合わないように配置されているとともに、接着部材とギャップ保持部材とが積層方向に対して直交する方向でのみ接着されている構成になっている。つまり、第１の基板または第２の基板に対して積層方向への物理量が加わっても、ギャップ保持部材と接着部材とは、積層方向に対して直交する方向でのみ接着されていることになるので、粘性の影響をさらに小さく抑えることが可能になる。
【００１７】
また、本発明の静電容量式センサでは、前記接着部材と前記安定化部材とは、お互いの接する面がそれぞれ凹凸状になって嵌合されていることが好ましい。
【００１８】
これにより、ギャップ保持部材と接着部材との接着面の面積が、ギャップ保持部材と接着部材とが並列に並んでいる構成の場合での接着面の面積よりも広くなる。よって、ギャップ保持部材を接着部材に対してより強く接着させることが可能になる。つまり、静電容量式センサ中にギャップ保持部材をより強固に固定しておくことが可能になる。従って、静電容量式センサの構造をより安定に保つことが可能になる。
【００１９】
また、本発明の静電容量式センサでは、前記安定化部材は、前記接着部材の前記積層方向以外の面を囲むように配置されていることが好ましい。
【００２０】
これにより、ギャップ保持部材と接着部材との接着面の面積が、ギャップ保持部材と接着部材とが並列に並んでいる構成の場合での接着面の面積よりも広くなる。よって、ギャップ保持部材を接着部材に対してより強く接着させることが可能になる。つまり、静電容量式センサ中にギャップ保持部材をより強固に固定しておくことが可能になる。従って、静電容量式センサの構造をより安定に保つことが可能になる。
【００２１】
また、本発明の静電容量式センサでは、前記ギャップ保持部材は、前記第１の基板と前記第２の基板との、粘性の影響を示す指標としての貯蔵弾性率と損失弾性率との比の値である損失正接の値が同一である場合には、上記第１の基板および上記第２の基板の損失正接の値以下の損失正接の値を有する材質からなり、上記第１の基板と上記第２の基板との損失正接の値が同一でない場合には、少なくとも上記第１の基板または上記第２の基板のうちの損失正接の値の大きい方の基板の損失正接の値以下の損失正接の値を有する材質からなっていることが好ましい。
【００２２】
これにより、損失正接の値が少なくとも第１の基板または第２の基板以下の材料をギャップ保持部材として用いることになる。少なくとも第１の基板および第２の基板自体には接着部材よりも大きい接着力はないので、第１の基板および第２の基板自体の損失正接の値は少なくとも接着部材よりも小さくなる。つまり、上記構成によれば、ギャップ保持部材は、接着部材の損失正接よりも値の小さな損失正接の値を有することになる。従って、接着部材のみを用いた場合よりも、応答遅れ、ヒステリシス、および経時変化を改善することができる。
【００２３】
また、本発明の静電容量式センサでは、前記ギャップ保持部材は、粘性の影響を示す指標としての貯蔵弾性率と損失弾性率との比の値である損失正接の値が、前記第１の基板および前記第２の基板の損失正接の値よりも小さい材質からなっていることが好ましい。
【００２４】
これにより、損失正接の値が少なくとも第１の基板または第２の基板よりも小さい材料をギャップ保持部材として用いることになる。つまり、上記構成によれば、ギャップ保持部材は、接着部材の損失正接よりも値の小さな損失正接の値を有することになる。従って、接着部材のみを用いた場合よりも、応答遅れ、ヒステリシス、および経時変化を改善することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ギャップ保持部材が配置されている領域では、第１の基板および第２の基板の両方に接着されている場合よりも接着によって生じる粘性の影響を小さく抑えることが可能になる。さらに、可撓性を有するスペーサに挟まれている第１の電極または第２の電極周辺の領域で粘性の影響を小さく抑えることができるので、可撓性を有する静電容量式センサの応答性およびヒステリシス特性の向上を行うことができる。したがって、可撓性を有するとともに、応答性およびヒステリシス特性により優れた静電容量式センサを提供することを可能にするという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図４（ｂ）に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、以下の実施の形態において、図は適宜簡略化または変形されており、各部の寸法および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００２７】
図１は、本実施の形態における静電容量式センサ１の概略的構成を示す図であり、図２は、図１における静電容量式センサ１のＢ・Ｂ切断面をＡ方向から見た断面図である。最初に、図１および図２を用いて静電容量式センサ１の構成の概要についての説明を行う。
【００２８】
本実施の形態における静電容量式センサ１は、可撓性を有する静電容量式センサであって、可動電極側基板（第１の基板）２、固定電極側基板（第２の基板）３、ギャップ安定化部材（ギャップ保持部材）７と接着シート（接着部材）８とからなるスペーサ４、可動電極（第１の電極）５、および固定電極（第２の電極）６を備えている。
【００２９】
可動電極側基板２の表面上には、可動電極５が厚膜または薄膜技術等によって形成されており、可動電極５をアレイ状に備えている。可動電極側基板２は、例えば導電性のある半導体シリコン基板、ポリイミドフィルム、ＰＥＴフィルム、またはエポキシ樹脂フィルム等で構成されている。
【００３０】
また、固定電極側基板３の表面上には、固定電極６が厚膜または薄膜技術等によって形成されており、図２に示すように固定電極６をアレイ状に備えている。固定電極側基板３は、例えば絶縁性のあるガラス基板、ポリイミドフィルム、ＰＥＴフィルム、またはエポキシ樹脂フィルム等で構成されている。
【００３１】
後に詳述するが、スペーサ４は可動電極側基板２と固定電極側基板３との間のギャップ（空間）の保持を行うことによって、可動電極５と固定電極６との間のギャップの保持を行っている。上記ギャップの大きさは、静電容量式センサ１で検出しようとする物理量の大きさの幅と可動電極側基板２の変形量に応じて任意に設定されるものである。
また、スペーサ４はギャップ安定化部材７と接着シート８とからなっている。そして、静電容量式センサ１が可撓性を有する静電容量式センサであるため、スペーサ４も可撓性を有するギャップ安定化部材７と接着シート８とから構成されている。
【００３２】
可動電極５は、例えばＡｕ、Ｃｕ、ＡＬ、またはＡｇ等からなるものであって、上述したようにして可動電極側基板２の表面上に形成されるものである。同様に、固定電極６は、例えばＡｕ、Ｃｕ、ＡＬ、またはＡｇ等からなるものであって、上述したようにして固定電極側基板３の表面上に形成されるものである。また、可動電極５と固定電極６とは、お互いほぼ同一の厚さ寸法で形成される。
【００３３】
なお、本実施の形態では、可動電極５および固定電極６にそれぞれ接続された配線等の静電容量式センサに一般的に備えられている他の構成についての説明は省略する。
【００３４】
次に、図１を用いて静電容量式センサ１の各部材同士の配置についての説明を行う。
【００３５】
図１に示すように、可動電極側基板２、可動電極５、固定電極６、固定電極側基板３の順番になるように各部材が配置されており、可動電極側基板２が、支持部としてのスペーサ４によって固定電極側基板３の上部にギャップをもって配置されている。そして、可動電極側基板２が、固定電極側基板３の上部にギャップをもって配置されていることによって、可動電極側基板２の表面上に形成された可動電極５と固定電極側基板３の表面上に形成された固定電極６とが、ギャップをもったまま対向して配置されている。
【００３６】
次に、静電容量式センサ１が可動電極側基板２の表面に対して加わった物理量を検出する方法について説明を行う。
【００３７】
まず、可動電極側基板２の表面に対して、図１のＡ方向に圧力等の物理量が加わると、加わった圧力に応じて可動電極側基板２がたわむ。続いて、可動電極側基板２がたわんだ分だけ、可動電極５の位置が固定電極６に近づく。そして、可動電極５と固定電極６との間の距離の変化によって、可動電極５と固定電極６との間での静電容量の変化が生じる。従って、上記静電容量の変化を検出すれば、可動電極側基板２の表面に対して加わった物理量を検出することができることになる。
【００３８】
続いて、本実施の形態の静電容量式センサ１の特徴部分について説明する。
【００３９】
本実施の形態における静電容量式センサ１では、上述したようにスペーサ４がギャップ安定化部材７と接着シート８とからなっている。ギャップ安定化部材７は、図１および図２に示すように可動電極側基板２と固定電極側基板３との間に、可動電極５および固定電極６を挟み込むようにしてお互い並行に配置されている。また、ギャップ安定化部材７は、可動電極側基板２と同等の可撓性を有しているとともに、可動電極側基板２同等の圧縮強さを有している。具体的には、ギャップ安定化部材７は、例えばポリイミド、ＰＥＴフィルム、またはエポキシフィルム等からなっている。
【００４０】
また、接着シート８は、図１および図２に示すように可動電極側基板２と固定電極側基板３との間に、可動電極５および固定電極６を挟み込んでいるギャップ安定化部材７を挟み込むようにしてお互い並行に配置されている。接着シート８は、例えばポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、またはシリコン樹脂等からなっている。
【００４１】
以上のように、ギャップ安定化部材７と接着シート８との位置関係は、お互いが上下方向（可動電極側基板２と固定電極側基板３とが積層される方向）に重なりあわないように直方体が並列に配置されたようになっている。また、ギャップ安定化部材７と接着シート８との位置関係は、可動電極５および固定電極６と接着シート８との間に少なくともギャップ安定化部材７が配置されているようになっている。そして、ギャップ安定化部材７は接着シート８によって水平方向（可動電極側基板２と固定電極側基板３とが積層される方向に対して直交する方向）でのみ接着（固定）されている。また、接着シート８は、可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に対して固定されているが、ギャップ安定化部材７は、少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方に対して固定されているか、もしくは可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に対して固定されていない。上記固定の方法としては、例えば、可動電極側基板２または固定電極側基板３と一体成形する方法を用いることができる。また、上記一体成形する方法としては、可動電極側基板２または固定電極側基板３とギャップ安定化部材７とを同時に成形、もしくはインサート成形またはアウトサート成形などがある。さらに、上記固定の方法としては、少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３とギャップ安定化部材７とのうちの一方を熱で溶解して接着する熱圧着を用いることもできる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、可動電極５および固定電極６のそれぞれの配列方向が同方向である場合に、ギャップ安定化部材７が可動電極５および固定電極６を挟むように配置されている構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、可動電極５および固定電極６のそれぞれの配列方向が直交しているような場合には、ギャップ安定化部材７が可動電極５または固定電極６のどちらかを挟むように配置されていてもよい。
【００４３】
本発明の静電容量式センサ１は、スペーサ４は、可動電極側基板２と固定電極側基板３とに対して接着されている接着シート８と、少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方に対して接着されていないギャップ安定化部材７とからなっており、接着シート８とギャップ安定化部材７とは、可動電極側基板２と固定電極側基板３との積層方向でお互いが重なり合わないように配置されているとともに、スペーサ４に挟まれている可動電極側基板２または固定電極側基板３に対して、少なくともギャップ安定化部材７よりも近い位置に接着シート８が配置されておらず、接着シート８とギャップ安定化部材７とが上記積層方向に対して直交する方向でのみ接着されている。
【００４４】
以上の構成によれば、ギャップ安定化部材７と少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方とが接着されておらず、接着シート８とギャップ安定化部材７とは、可動電極側基板２と固定電極側基板３との積層方向でお互いが重なり合わないように配置されているとともに、接着シート８とギャップ安定化部材７とが積層方向に対して直交する方向でのみ接着されていることになっている。つまり、可動電極側基板２または固定電極側基板３に対して積層方向への圧力が加わっても、ギャップ安定化部材７が配置されている領域では、可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に接着されている場合よりも接着によって生じる粘性の影響を小さく抑えることが可能になる。
【００４５】
さらに、可撓性を有するスペーサ４に挟まれている可動電極５または固定電極６に対して、少なくともギャップ安定化部材７よりも近い位置に接着シート８が配置されていないので、可動電極側基板２または固定電極側基板３に加わった圧力を実際に検出する領域である、スペーサ４に挟まれている可動電極５または固定電極６周辺のギャップ安定化部材７が配置されている領域で粘性の影響を小さく抑えることができる。よって、可撓性を有する静電容量式センサ１で粘性の影響を小さく抑えることができるようになるので、可撓性を有する静電容量式センサ１の応答性およびヒステリシス特性の向上を行うことができる。その結果、可撓性を有するとともに、応答性およびヒステリシス特性により優れた静電容量式センサ１を実現できる。
【００４６】
続いて、図３（ａ）〜図６を用いて、本発明の静電容量式センサ１を用いた場合の実際の効果について説明を行う。図３（ａ）は従来の静電容量式センサの圧力応答性を示すグラフであり、図３（ｂ）は従来の静電容量式センサのヒステリシス特性を示すグラフである。また、図４（ａ）は本発明における静電容量式センサ１の圧力応答性を示すグラフであり、図４（ｂ）は本発明における静電容量式センサ１のヒステリシス特性を示すグラフである。そして、図５はポリイミドの損失弾性率、貯蔵弾性率および損失正接を示すグラフであって、図６はポリエステル樹脂の損失弾性率、貯蔵弾性率および損失正接を示すグラフである。ここで損失弾性率は材料の粘性成分を、貯蔵弾性率は材料の弾性成分を表している。すなわち、一般的に材料のたわみ時に生じる反力には弾性成分と粘性成分とがある。このうち弾性成分は、材料のたわみ量に比例した反力の程度を示し、時間的依存性がない。一方粘性成分は、材料のたわみ速度に比例した反力の程度を示すものであって、時間的依存性があり、静電容量式センサにおいては応答性が遅れる要因になる。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）の測定時に用いた静電容量式センサ１では、可動電極側基板２の材質にポリイミド、固定電極側基板３の材質にポリイミド、可動電極５の材質にＡｕ、固定電極６の材質にＡｕ、ギャップ安定化部材７の材質にポリイミド、そして接着シート８の材質にポリエステル樹脂を用いている。
【００４７】
まず、従来の静電容量式センサと本発明の静電容量式センサ１との圧力応答性の違いについて説明する。図３（ａ）および図４（ａ）において、実線はセンサに加えた圧力値を表し、点線はこの印加圧力に対するセンサの出力値を表す。図３（ａ）と図４（ａ）とを見比べるとわかるように、入力圧力のグラフの値に対して、センサ出力のグラフの値は、本発明の静電容量式センサ１を用いて検出した値の方が、従来の静電容量式センサを用いて検出した値よりも実際の入力圧力の値に近くなっている。つまり、本発明の静電容量式センサ１の方が、従来の静電容量式センサよりも圧力応答性が高くなっている。
【００４８】
続いて、従来の静電容量式センサと本発明の静電容量式センサ１とのヒステリシス特性の違いについて説明する。図３（ｂ）および図４（ｂ）において、実線はセンサに加えた圧力値が上昇していく時のセンサの静電容量値、点線はセンサに加えた圧力値が下降していく時のセンサの静電容量値を表す。なお、図３（ｂ）および図４（ｂ）中のＣは静電容量を表しており、Ｐは圧力を表している。図３（ｂ）と図４（ｂ）とを見比べるとわかるように、圧力の上昇時のグラフの静電容量の値と圧力の下降時のグラフの静電容量の値との差が、本発明の静電容量式センサ１を用いて検出したときの方が、従来の静電容量式センサを用いて検出したときよりも小さい差になっている。圧力の上昇時の静電容量の値と圧力の下降時の静電容量の値との差がヒステリシスに相当することから、本発明の静電容量式センサ１の方が、従来の静電容量式センサよりもヒステリシスが小さくなっており、ヒステリシス特性が向上している。
【００４９】
以上に示したように、本発明の静電容量式センサ１は、従来の静電容量式センサに比べて圧力応答性およびヒステリシス特性が実際に向上している。
【００５０】
また、本発明の静電容量式センサ１では、ギャップ安定化部材７は、可動電極側基板２および固定電極側基板３と同一の材質からなっていることが好ましい。
【００５１】
これにより、ギャップ安定化部材７が可動電極側基板２および固定電極側基板３と同じだけの可撓性と圧縮強さを有することになるので、静電容量式センサ１を曲げたり、静電容量式センサ１に圧力をかけたりした場合でも、静電容量式センサ１の構造を安定に保つことが可能になる。
【００５２】
さらに、本発明の静電容量式センサ１では、ギャップ安定化部材７は、可動電極側基板２と固定電極側基板３との、粘性の影響を示す指標としての貯蔵弾性率と損失弾性率との比の値である損失正接の値が同一である場合には、可動電極側基板２および固定電極側基板３の損失正接の値以下の損失正接の値を有する材質からなり、可動電極側基板２と固定電極側基板３との損失正接の値が同一でない場合には、可動電極側基板２または固定電極側基板３のうちの損失正接の値の大きい方の基板の損失正接の値以下の損失正接の値を有する材質からなっていることが好ましい。
【００５３】
これにより、損失正接の値が少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３以下の材料をギャップ安定化部材７として用いることになる。少なくとも可動電極側基板２および固定電極側基板３自体には接着シート８よりも大きい接着力はないので、可動電極側基板２および固定電極側基板３自体の損失正接の値は少なくとも接着シート８よりも小さくなる。つまり、上記構成によれば、ギャップ安定化部材７は、接着シート８の損失正接よりも値の小さな損失正接の値を有することになる。従って、接着シート８のみを用いた場合よりも、応答遅れ、ヒステリシス、および経時変化を改善することができる。
【００５４】
さらに、本発明の静電容量式センサ１では、ギャップ安定化部材７は、粘性の影響を示す指標としての貯蔵弾性率と損失弾性率との比の値である損失正接の値が、可動電極側基板２および固定電極側基板３の損失正接の値よりも小さい材質からなっていることが好ましい。例を具体的に示すと、損失正接ｔａｎδの値が０．０１〜０．０３のポリイミドを可動電極側基板２および固定電極側基板３の材質に用いている場合には、当該ポリイミドの損失正接以下の値を有する材質をギャップ安定化部に用いることなどが好ましい。
【００５５】
これにより、損失正接の値が少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３よりも小さい材料をギャップ安定化部材７として用いることになる。つまり、上記構成によれば、ギャップ安定化部材７は、接着シート８の損失正接よりも値の小さな損失正接の値を有することになる。従って、接着シート８のみを用いた場合よりも、応答遅れ、ヒステリシス、および経時変化を改善することができる。
【００５６】
これについて、実際に図５および図６を用いて説明を行う。図５は、本実施の形態で可動電極側基板２、固定電極側基板３、およびギャップ安定化部材７に用いている材質であるポリイミドの損失弾性率、貯蔵弾性率および損失正接を示している。図６は、本実施の形態で接着シート８に用いている材質であるポリエステル樹脂の損失弾性率、貯蔵弾性率および損失正接を示している。図５および図６中のＥ’は貯蔵弾性率を、Ｅ’’は損失弾性率を、ｔａｎδは損失正接（損失係数）を示している。なお、損失正接ｔａｎδは、ｔａｎδ＝Ｅ’’／Ｅ’の関係にある。
【００５７】
図５に示されるように、ポリイミドの貯蔵弾性率Ｅ’は４０００〜４３００ＭＰａ、損失弾性率Ｅ’’は４３〜１２８ＭＰａ、損失正接ｔａｎδは０．０１〜０．０３となっている。また、図６に示されるように、ポリエステル樹脂の貯蔵弾性率Ｅ’は１４．５〜３０９ＭＰａ、損失弾性率Ｅ’’は２１．６〜１２４、損失正接ｔａｎδは０．４〜１．５となっている。このように、可動電極側基板２および固定電極側基板３等の基板に用いられる材質は、接着シート８等の接着部材に用いられる材質に比べてはるかに損失正接が小さい。
【００５８】
また、本発明の静電容量式センサ１では、アレイ状に配置された個々の可動電極５の間の可動電極側基板２の領域に細長い孔（スリット）が設けられていることが好ましい。
【００５９】
これにより、スリットが配列されている方向に静電容量式センサ１を曲げた場合でも、スリットが各可動電極５間に設けられていることによって、可動電極側基板２の変形に対して各可動電極５が独立性をもつことができる。従って、屈曲面に対して可動電極５の面をより平行に近くすることができ、静電容量式センサ１の屈曲時に生じる感度の低下を抑えることができる。また隣接する他の可動電極５とスリットによって隔てられているので、構造的なクロストークを低減できる。
【００６０】
さらに、本発明の静電容量式センサ１では、固定電極側基板３上の固定電極６の裏面に補強板を設置して固定電極６を剛体化することによって、静電容量式センサ１の屈曲時の曲げを、各固定電極６間の領域に集中させる構成にすることが好ましい。
【００６１】
これにより、固定電極６の平面度を保持することが可能になるので、屈曲面での可動電極５の面と固定電極６との面の関係をより平行に近くすることが可能になり、静電容量式センサ１の屈曲時に生じる感度の低下をさらに抑えることができる。
【００６２】
なお、本実施の形態においては、静電容量式センサ１が可動電極５および固定電極６をアレイ状に複数備えた構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、静電容量式センサ１が１対の可動電極５および固定電極６を備える構成であってもよい。
【００６３】
なお、本実施の形態では、少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方に対してギャップ安定化部材７が接着されていない構成になっているが、必ずしもこれに限らない。例えば、少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方に対してギャップ安定化部材７が補助的に接着されていてもよい。ここで言うところの補助的な接着とは、可動電極側基板２および固定電極側基板３と接着シート８との接着に働く接着力よりも弱い接着力での接着を意味している。
【００６４】
以上の構成によれば、ギャップ安定化部材７と少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方とが、可動電極側基板２および固定電極側基板３と接着シート８との間の接着に働く接着力よりも弱い接着力で接着されている構成になっている。ここで、接着力が弱くなれば、粘性成分は一般的に少なくなるものである。従って、可動電極側基板２または固定電極側基板３に対して積層方向への物理量が加わっても、ギャップ安定化部材７が配置されている領域では、可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に接着されている場合よりも接着によって生じる粘性の影響を小さく抑えることが可能になる。
【００６５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図７（ａ）〜図８（ｂ）に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。さらに、以下の実施の形態において、図は適宜簡略化または変形されており、各部の寸法および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００６６】
本実施の形態の静電容量式センサ１１、および静電容量式センサ２１は、前記実施の形態１の静電容量式センサ１に対して、ギャップ安定化部材７および接着シート８の形状が異なっている。
【００６７】
まず、図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて本実施の形態における静電容量式センサ１１のギャップ安定化部材７および接着シート８の形状の説明を行う。図７（ａ）は本実施の形態における静電容量式センサ１１の概略的構成を示す図であり、図８（ｂ）は、図７（ａ）における静電容量式センサ１１のＣ・Ｃ切断面をＡ方向から見た断面図である。
【００６８】
本実施の形態における静電容量式センサ１１では、ギャップ安定化部材７と接着シート８とのお互いに接する面のそれぞれが、図７（ｂ）に示すような櫛状、つまり複数の凹凸部からなる形状になっており、ギャップ安定化部材７と接着シート８とが嵌合されるようになっている。そして、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、可動電極５および固定電極６に対してギャップ安定化部材７よりも近い位置に接着シート８が配置されない構成になっている。
【００６９】
また、ギャップ安定化部材７と接着シート８との位置関係は、静電容量式センサ１の場合と同様にお互いが上下方向（可動電極側基板２と固定電極側基板３とが積層される方向）に重なりあわないように配置されている。そして、ギャップ安定化部材７は接着シート８によって水平方向（可動電極側基板２と固定電極側基板３とが積層される方向に対して直交する方向）でのみ接着（固定）されている。また、接着シート８は、可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に対して固定されているが、ギャップ安定化部材７は、少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方に対して固定されているか、もしくは可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に対して固定されていない。
【００７０】
以上の構成によれば、ギャップ安定化部材７と接着シート８との接着面の面積が、ギャップ安定化部材７と接着シート８とが並列に並んでいる構成の場合での接着面の面積よりも広くなる。よって、ギャップ安定化部材７を接着シート８に対してより強く接着させておくことが可能になる。その結果、静電容量式センサ１１の構造をより安定に保つことが可能になる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、ギャップ安定化部材７と接着シート８とのお互いに接する面のそれぞれが複数の凹凸部からなる形状をしている構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、一方を凹部としてもう一方を凸部とするような、それぞれが１つの凹部または凸部からなる形状をしている構成であってもよい。ただし、複数の凹凸部からなる形状をしている方がギャップ安定化部材７と接着シート８との接着面の面積が広くなるため、静電容量式センサ１１の構造をより安定に保つことができる。
【００７２】
次に、図８（ａ）および図８（ｂ）を用いて本実施の形態における静電容量式センサ２１のギャップ安定化部材７および接着シート８の形状の説明を行う。図８（ａ）は、本実施の形態における静電容量式センサ２１の概略的構成を示す図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）における静電容量式センサ２１のＤ・Ｄ切断面をＡ方向から見た断面図である。
【００７３】
本実施の形態における静電容量式センサ２１では、図８（ｂ）に示すように、ギャップ安定化部材７は接着シート８の周囲を取り囲むような形状になっている。そして、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、可動電極５および固定電極６に対してギャップ安定化部材７よりも近い位置に接着シート８が配置されない構成になっている。
【００７４】
また、ギャップ安定化部材７と接着シート８との位置関係は、静電容量式センサ１の場合と同様にお互いが上下方向（可動電極側基板２と固定電極側基板３とが積層される方向）に重なりあわないように配置されている。そして、ギャップ安定化部材７は接着シート８によって水平方向（可動電極側基板２と固定電極側基板３とが積層される方向に対して直交する方向）でのみ接着（固定）されている。また、接着シート８は、可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に対して固定されているが、ギャップ安定化部材７は、少なくとも可動電極側基板２または固定電極側基板３の一方に対して固定されているか、もしくは可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に対して固定されていない。
【００７５】
以上の構成によれば、ギャップ安定化部材７と接着シート８との接着面の面積が、ギャップ安定化部材７と接着シート８とが並列に並んでいる構成の場合での接着面の面積よりも広くなる。よって、ギャップ安定化部材７を接着シート８に対してより強く接着させておくことが可能になる。その結果、静電容量式センサ２１の構造をより安定に保つことが可能になる。
【００７６】
また、実施の形態１および実施の形態２では、ギャップ安定化部材７と接着シート８とは、可動電極側基板２と固定電極側基板３との積層方向でお互いが重なり合わないように配置されているとともに、ギャップ安定化部材７と接着シート８とが上記積層方向に対して直交する方向でのみ接着されている構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、ギャップ安定化部材７と接着シート８とは、可動電極側基板２と固定電極側基板３との積層方向でお互いが重なりあってもよいし、ギャップ安定化部材７と接着シート８とが上記積層方向に対して直交する方向以外の方向で接着されていてもよい。
【００７７】
以下に、図９（ａ）および図９（ｂ）を用いて具体的な例を示す。図９（ａ）は、本実施の形態における静電容量式センサ３１の概略的構成を示す図であり、図９（ｂ）本実施の形態における静電容量式センサ４１の概略的構成を示す図である。
【００７８】
まず、図９（ａ）の静電容量式センサ３１では、上記積層方向でギャップ安定化部材７と接着シート８との一部が重なり合っている。また、ギャップ安定化部材７と接着シート８との接着面が上記積層方向に対して斜めになって（傾いて）いる。
【００７９】
また、図９（ｂ）の静電容量式センサ４１でも、上記積層方向でギャップ安定化部材７と接着シート８との一部が重なり合っている。そして、静電容量式センサ４１では、ギャップ安定化部材７と接着シート８との接着面が上記積層方向と上記積層方向に対して直交する方向とに存在するように接着されている。
【００８０】
以上の構成であっても、可動電極側基板２または固定電極側基板３に対して積層方向への物理量が加わっても、ギャップ安定化部材７が配置されている領域では、可動電極側基板２および固定電極側基板３の両方に接着されている場合よりも接着によって生じる粘性の影響を小さく抑えることは可能である。しかしながら、静電容量式センサ３１および静電容量式センサ４１の構成に比べて、静電容量式センサ１、静電容量式センサ１１および静電容量式センサの構成の方が、第１の基板または第２の基板に対して積層方向への物理量が加わった場合の接着によって生じる粘性の影響を小さく抑えることができる。これは、静電容量式センサ１、静電容量式センサ１１および静電容量式センサの構成に比べて、静電容量式センサ３１および静電容量式センサ４１の構成は、上記積層方向にギャップ安定化部材７と接着シート８との接着面が存在する分の粘性の影響をより受けるためである。
【００８１】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明の静電容量式センサは、可撓性を有するとともに、応答性およびヒステリシス特性により優れている。したがって、本発明は可撓性を有する静電容量式センサに関連する産業分野に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明における静電容量式センサの実施の一形態を示す概略図である。
【図２】上記静電容量式センサの実施の一形態を示す断面図である。
【図３】（ａ）は従来の静電容量式センサの圧力応答性を示すグラフであり、（ｂ）は従来の静電容量式センサの圧力−静電容量特性を示すグラフである。
【図４】（ａ）は本発明における静電容量式センサの圧力応答性を示すグラフであり、（ｂ）は本発明における静電容量式センサの圧力−静電容量特性を示すグラフである。
【図５】ポリイミドの損失弾性率、貯蔵弾性率および損失正接を示すグラフである。
【図６】ポリエステル樹脂の損失弾性率、貯蔵弾性率および損失正接を示すグラフである。
【図７】（ａ）および（ｂ）は本発明における静電容量式センサの他の実施の形態を示す概略図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は本発明における静電容量式センサのさらに他の実施の形態を示す概略図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は本発明における静電容量式センサのさらに他の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  静電容量式センサ
２  可動電極側基板（第１の基板）
３  固定電極側基板（第２の基板）
４  スペーサ
５  可動電極（第１の電極）
６  固定電極（第２の電極）
７  ギャップ安定化部材（ギャップ保持部材）
８  接着シート（接着部材）
１１  静電容量式センサ
２１  静電容量式センサ
３１  静電容量式センサ
４１  静電容量式センサ
【図１】
2007315921.tif 000003
【図２】
2007315921.tif 000004
【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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