(57)【要約】【課題】  感圧センサーの測定結果のバラツキや測定頻度に応じて生じうる測定結果の変化を低減させる。【解決手段】  感圧センサーとしてのタクタイルセンサーにおける電極に用いられる銀粒子の大きさを変更することにより、電極を被覆する導電層の表面を平滑化させる。これにより、加えられる圧力が同じである限り、当該圧力が加えられる都度、２枚の導電層の接触面積の変化を低減できるとともに、使用頻度に応じたこれら導電層の表面粗さの変化をも低減することができることから、圧力が加えられる都度、測定結果にバラツキが生じたり、使用頻度に応じて測定結果が経年的に変化したりするといったことを低減でき、ひいては安定的に正確な圧力を測定できる感圧センサーを提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電性を有する電極を被覆するように導電層が形成されたシート基材を対向させ、当該シート状基材に圧力が加えられたときに抵抗の変化を生じさせる形式の感圧センサーであって、
第１の方向に沿って所定の間隔を有して複数の前記電極が長手状に形成された第１のシート状基材と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って所定の間隔を有して複数の前記電極が長手状に形成された第２のシート状基材と、を備え、
前記第１のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面および前記第２のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面のいずれもが平滑化されている
ことを特徴とする感圧センサー。
【請求項２】
前記第１のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面粗さおよび前記第２のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面粗さが、いずれもＲａ＝１．０μｍ以下である
請求項１に記載の感圧センサー。
【請求項３】
前記電極が銀粒子を含むものであって、
前記第１のシート状基材の電極に含まれる銀粒子および前記第２のシート状基材の電極に含まれる銀粒子の平均粒径が、いずれも２０ｎｍ〜７μｍの範囲内である
請求項１または２に記載の感圧センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力を測定する感圧センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
感圧センサーは、一定幅ピッチで行電極を印刷し、その上に電極を覆うように導電層が形成された一方側のシート状基材と、一定幅ピッチで列電極を印刷し、その上に電極を覆うように導電層が形成された他方側のシート状基材とを貼り合わせ、上記導電層の表面相互を対向させる態様で使用するものである。
【０００３】
この種の感圧センサーは、貼り合わせたシート状基材に荷重が加えられると、行列の電極に被覆された互いの導電層が接触して抵抗が変化する。当該抵抗値は、シート状基材に加えられた圧力の大きさに応じて変化するので、この抵抗値の変化を検知することにより、シート状基材に加えられた圧力の大きさを測定することができる。感圧センサーは、例えば、プリンタの給紙ローラーにかけられる圧力の均一性の測定に用いられたり、椅子等に着座した場合における座圧分布を測定するのに用いられたりする。なお、この種の感圧センサーとしては、例えば、特許文献１に記載された感圧センサーが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７４５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような感圧センサーは、同じ圧力を加えた場合であってもその都度測定結果にバラツキが生じたり、使用頻度に応じて測定結果が経年的に変化したりするといった課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、こうした課題を解消するために鑑みてなされたものであり、感圧センサーの測定結果のバラツキや使用頻度に応じた測定結果の変化を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、通電性を有する電極を被覆するように導電層が形成されたシート基材を対向させ、当該シート状基材に圧力が加えられたときに抵抗の変化を生じさせる形式の感圧センサーであって、第１の方向に沿って所定の間隔を有して複数の前記電極が長手状に形成された第１のシート状基材と、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って所定の間隔を有して複数の前記電極が長手状に形成された第２のシート状基材と、を備え、前記第１のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面および前記第２のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面のいずれもが平滑化されていることを特徴とする感圧センサーである。
【０００８】
上記の本発明によると、第１のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面および第２のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面のいずれもが平滑化されているので、加えられる圧力が同じである限り、当該圧力が加えられる都度、第１のシート状基材側の導電層と第２のシート状基材側の導電層とが接触する接触面積が変化するおそれが小さい。したがって、圧力が加えられる都度、測定結果にバラツキが生じるおそれが小さい。加えて、第１のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面および第２のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面のいずれもが平滑化されているので、これら導電層の表面粗さが使用頻度に応じて変化するおそれが小さい。したがって、使用頻度に応じて測定結果が経年的に変化するおそれが小さい。このようにして、本発明の感圧センサーは、測定結果のバラツキや使用頻度に応じた測定結果の変化を低減させることができる。
【０００９】
また、上記課題を解決するための本発明に係る感圧センサーにおいて、前記第１のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面粗さおよび前記第２のシート状基材の電極を被覆する導電層の表面粗さが、いずれもＲａ＝１．０μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
さらに、上記課題を解決するための本発明に係る感圧センサーにおいて、前記電極が銀粒子を含むものであって、前記第１のシート状基材の電極に含まれる銀粒子および前記第２のシート状基材の電極に含まれる銀粒子の平均粒径が、いずれも２０ｎｍ〜７μｍの範囲内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明は、感圧センサーの測定結果のバラツキや測定頻度に応じて生じうる測定結果の変化を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るタクタイルセンサーの斜視図であって、一方のシート状基材の一部を切り欠いた状態を示したものである。
【図２】（ａ）が図１に示したタクタイルセンサーの一部を構成する一方のシート状基材を示した平面図、（ｂ）が図１に示したタクタイルセンサーの一部を構成する他方のシート状基材を示した平面図である。
【図３】（ａ）が図１に示したタクタイルセンサーの一部分における断面斜視図、（ｂ）が図１に示したタクタイルセンサーの主要部の断面図である。
【図４】（ａ）が未使用のタクタイルセンサーの拡大断面図、（ｂ）が一定頻度以上使用されたタクタイルセンサーの拡大断面図である。
【図５】従来のタクタイルセンサーによる出力再現性に関する図である。
【図６】本発明のタクタイルセンサーによる出力再現性に関する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の感圧センサーとしてのタクタイルセンサー１に係る実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１４】
本実施形態に係るタクタイルセンサー１は、図１および図２に示すように、可撓性を有するシート状基材１０，２０と、導電部が対向するように貼り合わされたシート状基材１０，２０を固定するとともに電源（図示せず）と接続可能なコネクター３０と、を備えている。そして、これらのシート状基材１０，２０を互いに対向させて用いられ、荷重が加えられたときに生じる抵抗の変化を検知することによって圧力を測定する形式の感圧センサーである。
【００１５】
第一のシート状基材１０は、図１、図２（ａ）および図３に示すように、フィルム基材１１と、フィルム基材１１の片面（タクタイルセンサー１内側の面）において、Ｙ軸方向に沿って設けられた複数の長尺状の電極１２（より詳しくは、電極１２および後述する第一の導電層１４を有する長尺状導電部）と、複数の電極１２のそれぞれの一端部に１つずつ電気的に接続されている複数の配線１３と、複数の配線１３の端部が電気的に接続されている複数の端子１６と、を備えている。
【００１６】
第一のシート状基材１０には、導電部がＹ方向（本発明の第一の方向に相当する）に沿って長手状に伸びており、Ｘ方向に一定幅ピッチａ（図３（ｂ）を参照）で複数の導電部が並んで印刷形成されている。この導電部は、電極１２と、電極１２の表面全体を被覆するように導電性粒子を含む感圧導電性インクが塗布されることによって形成された第一の導電層１４と、を有している。以下、本明細書において、「電極１２」を「行電極１２」と称する。行電極１２に使用される材料としては、金、銀または銅などの金属粒子が挙げられるが、容易に通電するものであればこれに限られない。
【００１７】
第二のシート状基材２０は、図１、図２（ｂ）および図３に示すように、フィルム基材２１と、フィルム基材２１の片面（タクタイルセンサー１内側の面）において、Ｘ軸方向に沿って設けられた複数の長尺状の電極２２（より詳しくは、電極２２および後述する第二の導電層２４を有する長尺状導電部）と、複数の電極２２のそれぞれの一端部に１つずつ電気的に接続されている複数の配線２３ａと、電極２２のそれぞれの他端部に１つずつ電気的に接続されている複数の配線２３ｂと、複数の配線２３ａの端部及び複数の配線２３ｂの端部が電気的に接続されている複数の端子２６と、を備えている。
【００１８】
第二のシート状基材２０には、導電部が、上記の行電極１２と略直交するＸ方向（本発明の第二の方向に相当する）に沿って長手状に伸びており、Ｙ方向に一定幅ピッチａ（図３（ｂ）を参照）で複数の導電部が並んで印刷形成されている。この導電部は、電極２２と、電極２２の表面全体を被覆するように導電性粒子を含む感圧導電性インクが塗布されることによって形成された第二の導電層２４とを有している。以下、本明細書において、「電極２２」を「列電極２２」と称する。列電極２２に使用される材料導電性粒子としては、行電極１２と同様に、金、銀または銅などの金属粒子が挙げられるが、容易に通電するものであればこれに限られない。
【００１９】
なお、第一の導電層１４および第二の導電層２４は、いずれも、導電性粒子と樹脂とを含んでなるものである。ここで、導電性粒子としては、カーボンブラック粒子、金、銀、銅などの金属粒子、合金粒子、表面に金属または合金がコーティングされた樹脂からなる粒子などが例示される。また、上述の導電性粒子の一次粒子径は、２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲のうちいずれかの値のものを用いることができる。
【００２０】
また、行電極１２および列電極２２に含まれる金属粒子は、平均粒径７μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは銀粒子のフレーク形状（銀フレークと略す）で平均粒径２μｍ以下、もしくは球形状の銀粒子（銀球形と略す）で平均粒径２．５μｍ以下のものが用いられる。行電極１２および列電極２２に含まれる金属粒子が、銀フレーク：平均粒径２μｍ、もしくは銀球形：平均粒径２．５μｍの金属粒子を使用したとき、第一の導電層１４および第二の導電層２４の表面粗さ（Ｒａ）は、約０．６μｍとなる（後述する実施例１を参照）。このようにして、本実施形態に係るタクタイルセンサー１は、第一の導電層１４および第二の導電層２４の表面が、いずれも平滑化されていることを特徴とする。
【００２１】
次に、タクタイルセンサー１の動作について説明する。第一のシート状基材１０と第二のシート状基材２０とが図３（ａ）のように対向した態様で外部から荷重が加えられていない状態における抵抗値は、無限大（つまり、絶縁状態）となる。そして、第一のシート状基材１０および第二のシート状基材２０に対して荷重Ｆ１が加えられると、導電層１４と導電層２４とが接触し、、両者間の抵抗値が小さくなる。
【００２２】
なお、荷重は、図４（ａ）に示されるように、必ずしもシート基材に対して略直交する方向の荷重Ｆ１のみではなく、用途に応じてせん断力Ｆ２が加えられる場合もある。例えば、プリンタの送りローラーの圧力測定に用いられるときには、せん断力Ｆ２が加えられる。
【００２３】
ところで、この種のタクタイルセンサーの電極には、従来より、平均粒径８μｍ、最大粒径１２μｍの銀粒子が用いられており、この銀粒子によって作られた電極の上に感圧導電性インクが塗布されて形成された導電層の表面粗さは、Ｒａ＝１．２μｍ程度であった。このような従来のタクタイルセンサーにおいて生じていた課題を、図４を参照しつつ説明する。
【００２４】
従来の未使用のタクタイルセンサーは、図４（ａ）に示されるように、第一の導電層１４０および第二の導電層２４０は、いずれも、表面に凹凸が確認できる。この凹凸は、行電極１２０および列電極２２０の上に塗布される感圧導電性インク（第一の導電層１４０および第二の導電層２４０）が液体状であるために、行電極１２０および列電極２２０に使用されている銀粒子の粒径に起因して生じる電極表面の凹凸の影響を受けて、導電層の表面にあらわれるものである。このような従来の未使用のタクタイルセンサーに荷重を加えたとしても、第一のシート状基材１００の第一の導電層１４０と、第二のシート状基材２００の第二の導電層２４０との接触面積は、互いの表面の凸部どうしが接触してしまうことから比較的小さなものとなる。
【００２５】
また、第一の導電層１４０および第二の導電層２４０の表面に凹凸があると、荷重が加えられる都度、当該荷重による圧力が同じであったとしても、第一の導電層１４０と第二の導電層２４０との接触位置が微妙に変わってしまい、ひいては、圧力を測定する都度、測定結果が変わってしまうおそれがあった。
【００２６】
さらに、従来の未使用のタクタイルセンサーに対して繰り返し圧力が加えられると（タクタイルセンサーが一定頻度以上使用されると）、図４（ｂ）に示されるように導電層表面の凹凸が潰れてしまい、その結果として、第一のシート状基材１００の第一の導電層１４０と第二のシート状基材２００の第二の導電層２４０との接触面積が初期の状態から増加し、両電極間の抵抗値が小さくなってしまうおそれもあった。
【００２７】
この点、本実施形態のタクタイルセンサー１によると、未使用状態であったとしても、第一のシート状基材１０の行電極１２に被覆された第一の導電層１４の表面、および、第二のシート状基材２０の列電極２２に被覆された第二の導電層２４の表面が、いずれも平滑化されている。したがって、このタクタイルセンサー１に加えられた圧力が同じである限り、第一のシート状基材１０の第一の導電層１４と、第二のシート状基材２０の第二の導電層２４との接触位置が変わってしまうおそれが小さい。また、繰り返し圧力が加えられたとしても（タクタイルセンサー１が一定頻度以上使用されたとしても）、第一のシート状基材１０の第一の導電層１４と、第二のシート状基材２０の第二の導電層２４との接触面積に変化が生じるおそれが小さい。その結果、圧力を測定する都度、測定結果が変わってしまうといったことが低減できるとともに、使用頻度が高くなっても安定した測定結果を得ることができる。
【００２８】
なお、第一の導電層１４の表面および第二の導電層２４の表面の平滑化は、それぞれ、行電極１２および列電極２２の表面粗さ、すなわち、行電極１２および列電極２２に用いられる、例えば金属材料の平均粒径や最大粒径を小さくすることによって実現できる。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明に係るタクタイルセンサーの実施例について説明する。まずは、比較例として従来のタクタイルセンサーについて記載する。
【００３０】
（比較例１）
従来のタクタイルセンサーにおける、電極１２０、電極２２０については以下のものを使用した。具体的には、電極には銀粒子（例えば、デュポン社製  ５０２８）を用いた。当該銀粒子は、具体的には、銀フレーク：Ｄ５０＝８μｍ（８μｍ以下５０％以上）の構成のものである。タクタイルセンサーの一般的構成（シート部材、フイルム基材、導電層）についての作製方法については省略する。
【００３１】
なお、上述の銀電極、銀配線、銀端子は、印刷によって形成した。また、導電層１４０および導電層２４０に相当する導電層は、ブセチルアセテート：フェノキシ樹脂（ＩｎＣｈｅｍ社製  商品名 ＰＫＨＨ）：カーボンブラック（ＣＡＢＯＴ社製  商品名  バルカンＸＣ−７２Ｒ）：消泡剤（楠本化成株式会社製  商品名  ディスパロン１９７０）＝６８．９：２５．５：３．６：２．０の割合で配合して得た導電性インクを塗布し乾燥させて形成したものである。ここで、乾燥後の該導電層におけるフェノキシ樹脂とカーボンブラックとの比率は、１００重量部に対して１４．２重量部である。
【００３２】
ここで、図５を用いて、比較例１に記載した従来のタクタイルセンサーの出力再現性について説明する。図５は、タクタイルセンサーへの加圧回数に応じた抵抗値の変化率について示したものである。横軸が加圧回数、縦軸が抵抗値の変化率を示す。測定したデータは４種類あり、これらは、シート状のタクタイルセンサーにおける左端、中央、右端における抵抗値および全体の平均値を示す。左端については三角形、中央については四角形、右端についてはひし形および全体の平均値については円形で示す。
【００３３】
図５に示すように、加圧回数が５回未満においては、加圧回数を重ねる毎に、変化率が急激に増大している。具体的には、加圧回数５回までの間に、全体平均の変化率が０％から約５％以上増大している。これは、タクタイルセンサーへの加圧回数に応じて、タクタイルセンサーの導電層表面の凹凸が潰れ、導電層表面の接触面積が増大し、それに伴い抵抗値が小さくなることを示している。
【００３４】
抵抗値の変化率は、タクタイルセンサーへの加圧回数が２０回程度まで増加し、２０回以降は定常化している。これは、ある程度の加圧回数を経ると（図５によると加圧回数約２０回）タクタイルセンサーの導電層表面の凹凸が潰れることによりある程度平滑化し、導電層表面の接触面積がある程度一定化することによるものであると考えられる。
【００３５】
このように、導電層表面に凸凹が存在するタクタイルセンサーを用いて、一定の抵抗値を得るためには、導電層表面の凹凸を潰すためにある程度の「慣らし」の加圧が必要であることがわかる。これは、抵抗値測定の精度の信頼性が低下するだけでなく、加圧回数を増加させることによる労力、タクタイルセンサーの交換に伴うコストの面においても、無駄な浪費を強いることになり好ましくない。
【００３６】
そこで本発明によるタクタイルセンサーは、電極表面を平滑化することで、その上に被覆された導電層表面の凹凸をも平滑化して、加圧回数の少ない段階から抵抗値の変化率に大幅な差が出ないようにしたことを特徴とする。具体的には実施例１のとおりである。
【００３７】
（実施例１）
本発明のタクタイルセンサーにおける、電極１２、電極２２については以下のものを使用した。具体的には、電極には微細銀（例えば、大研化学工業製  ＣＡＴ１６４８Ｂ−ＦＳ５）を用いた。当該微細銀は、具体的には、銀フレーク：Ｄ９０＝７μｍ（７μｍ以下９０％以上）、Ｄ５０＝２．０μｍ、銀球形：Ｄ９０＝５μｍ、Ｄ５０＝２．５μｍ（５μｍ以下９０％以上、２．５μｍ以下５０％以上）の構成のものである。タクタイルセンサーの一般的構成（シート部材、フイルム基材、導電層）についての作製方法については省略する。
【００３８】
なお、上述の銀電極、銀配線、銀端子は、印刷によって形成した。また、第一の導電層１４および第二の導電層２４に相当する導電層は、上述した従来のタクタイルセンサーに使用される導電層と同じ組成のものを用いた。
【００３９】
上記のとおり、本発明のタクタイルセンサーは、電極に使用する銀粒子の大きさを、従来の平均粒径８μｍから、２μｍ以下のものに変更した。平均粒径２μｍの銀粒子を採用した場合、第一の導電層１４および第二の導電層２４の表面粗さ（Ｒａ）は、約０．６μｍであり、平均粒径８μｍの銀粒子を採用していた場合（表面粗さＲａ＝１．２μｍ）と比較すると、表面粗さが約５０パーセント向上していることが分かる。なお、第一の導電層１４および第二の導電層２４の表面粗さは、少なくともＲａ＝１．０μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
本発明のタクタイルセンサーの出力再現性について、図６を用いて説明する。図６は、本発明のタクタイルセンサーへの加圧回数に応じた抵抗値の変化率について示したものである。横軸が加圧回数、縦軸が抵抗値の変化率を示す。測定したデータは４種類あり、これらは、図５の比較例の場合と同様、シート状のタクタイルセンサーにおける左端、中央、右端における抵抗値および全体の平均値を示す。左端については三角形、中央については四角形、右端についてはひし形および全体の平均値については円形で示す。
【００４１】
図６に示すように、加圧回数が５回未満における抵抗値の変化率（全体平均）が約３％であることから、図５に示すような従来のタクタイルセンサーの場合と比較（加圧回数が５回未満における抵抗値の変化率が約５％以上）すると、変化率が低下していることが分かる。
【００４２】
つまり、電極１２，２２の表面粗さを低下させ平滑化することで、電極１２，２２に被覆された導電層１４，２４の表面粗さを小さく（すなわち平滑化）することが可能となり、加圧回数が少ない初期の段階であっても、タクタイルセンサーの導電層表面の接触面積を大きくすることができた。これにより加圧回数が少ない初期の状態（例えば、５回未満）から、タクタイルセンサーの抵抗値の変化率を小さくすることが可能となった。また、加圧回数を重ねても（例えば、２０回以上）、従来のタクタイルセンサーのような導電層表面の凹凸が加圧回数に応じて潰れてしまい、接触面積が逐次変化するという不具合点が解消され、タクタイルセンサーの抵抗値の変化率を小さくする（３％程度）ことができた。換言すると、タクタイルセンサーの測定誤差を小さくすることができたといえる。
【００４３】
このように、本実施形態に記載のタクタイルセンサーは、銀粒子を含む電極１２、２２に導電性インクが塗布されることによって導電層１４，２４が形成されたシート状基材１０，２０を対向させ、当該シート状基材１０，２０に圧力が加えられたときに抵抗の変化を生じさせる形式のタクタイルセンサーであって、Ｘ方向に沿って所定の間隔ａを有して複数の電極１２が長手状に形成された第１のシート状基材１０と、Ｘ方向と略直交するＹ方向に沿って所定の間隔ａを有して複数の電極２２が長手状に形成された第２のシート状基材２０と、を備えている。そして、電極１２，２２に用いられる銀粒子の大きさを従来の平均粒径８μｍから７μｍ以下のものに変更することにより、第１のシート状基材の電極１２を被覆する導電層の表面および前記第２のシート状基材の電極２２を被覆する導電層の表面のいずれをも平滑化させたものである。これにより、加えられる圧力が同じである限り、当該圧力が加えられる都度、第１のシート状基材側の導電層と第２のシート状基材側の導電層との接触面積の変化を低減できるとともに、使用頻度に応じたこれら導電層の表面粗さの変化をも低減することができる。したがって、圧力が加えられる都度、測定結果にバラツキが生じたり、使用頻度に応じて測定結果が経年的に変化するといったことを低減でき、安定的に正確な圧力を測定できる感圧センサーを提供することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、上記実施形態および実施例においては、行電極１２と列電極２２とが略直交するような配置となっていたが、これに限られず、交差配置となっていてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態および実施例においては、電極の表面全体を覆うように導電層が形成されているが、電極の表面全体を覆う必要は必ずしもなく、電極に積層するように導電層を形成したものであってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  タクタイルセンサー
１０，１００  第一のシート状基材
１１，２１  フィルム基材
１２，１２０  行電極
１３  配線
１４，１４０  第一の導電層
１６  端子
２０，２００  第二のシート状基材
２２，２２０  列電極
２４，２４０  第二の導電層
３０  コネクター
【図１】
2012057991.tif 000003
【図２】
2012057991.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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