(57)【要約】【課題】各種電子機器の操作部に用いられる感圧センサに関し、押圧力に対する、抵抗値の変化が緩やかなものとなる感圧センサを提供することを目的とする。【解決手段】基材１下面に、低抵抗体層１２を形成すると共に、その低抵抗体層１２下面に高抵抗体層１３を形成した。高抵抗体層１３は、導電粒子と、バインダと、所定の荷重で変形するほぼ球状の弾性粒子１４とを含み、高抵抗体層１３下面の表面粗さの最大高さが４μｍ〜２５μｍである構成のものとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有した基材の下面に抵抗体層を備えた導電シートと、
前記抵抗体層と対向する位置に配された固定接点とで構成され、
押圧操作により前記導電シートが撓み、前記抵抗体層と前記固定接点が接触する感圧センサであって、
前記抵抗体層は所定の荷重で変形する弾性粒子が分散されて、
前記固定接点と対向する面の表面粗さの最大高さが４μｍ〜２５μｍに形成された感圧センサ。
【請求項２】
前記弾性粒子は、平均粒径が５〜３０μｍで、１ｍＮの荷重で５〜１５μｍ変形する請求項１記載の感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力もしくは荷重の変化に応じて抵抗値が変化する感圧抵抗体を用いた感圧センサに関し、各種電子機器の操作部に用いられる感圧センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やカーナビ等の各種電子機器の高機能化や多様化が進むに伴い、これらの操作に用いられる感圧センサにも、多様な操作が可能なものが求められている。
【０００３】
このような従来の感圧センサについて、図４および図５を用いて説明する。
【０００４】
なお、これらの図のうち断面図は、構成を判り易くするために厚さ方向の寸法を拡大して表している。
【０００５】
図４は従来の感圧センサの断面図であり、同図において、１はフィルム状の基材で、この下面にはカーボン粉を分散した合成樹脂によって抵抗体層３が形成されると共に、この抵抗体層３内には合成樹脂等の粒径の異なる複数の粒子４が分散され、抵抗体層３下面が凹凸状に形成されて導電シート５が構成されている。
【０００６】
また、８は導電シート５下面に配置された基板で、上面には銀やカーボン等の複数の固定接点６Ａ、６Ｂが形成されると共に、導電シート５と基板８の間には固定接点６Ａ、６Ｂを囲むように、絶縁樹脂によってスペーサ７が形成され、導電シート５下面と固定接点６Ａ、６Ｂが所定の空隙で対向して、感圧センサが構成されている。
【０００７】
そして、このように構成された感圧センサが電子機器の操作部に装着されると共に、複数の固定接点６Ａ、６Ｂがリード線（図示せず）等を介して、機器の電子回路（図示せず）に接続される。
【０００８】
以上の構成において、導電シート５上面を押圧操作すると、導電シート５が下方へ撓んで、抵抗体層３下面が、固定接点６Ａ、６Ｂに接触し、この間の抵抗体層３を介して、固定接点６Ａ、６Ｂ間が電気的に接続される。
【０００９】
押圧力の増加に伴って、粒径の異なる複数の粒子４によって凹凸状に形成された抵抗体層３下面の、固定接点６Ａ、６Ｂへの接触面積が大きくなるため、小さな押圧力では抵抗値が高く、大きな押圧力では抵抗値が低くなり、図５の抵抗特性図に示す曲線Ａのように、押圧力に応じて漸次変化する抵抗特性が得られるようになっている。
【００１０】
そして、これらの電気的接続や、押圧力に応じて変化する抵抗値を電子回路が検出し、例えば、表示図面に表示されたカーソルやポインタの移動速度が変化する等の、機器の様々な機能の操作が行なわれるように構成されている。
【００１１】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−１５８１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の感圧センサは、抵抗体層３の表面粗さが０．１〜３μｍと小さかったため、押圧力の変化に対して抵抗体層３と固定接点６Ａ、６Ｂとの接触面積の変化が十分ではなかった。そのため押圧初期に荷重が増加すると抵抗値が大きく低下してしまい、その後荷重を大きくしても抵抗値はあまり変化しないものであった。
【００１４】
すなわち、表面粗さが小さいため、低い押圧力に対しても抵抗体層３と固定接点６Ａ、６Ｂがほぼ面で接触してしまう。そのため、図５で示した曲線Ａのように、接触初期の低荷重域での曲線の傾きが急峻となり、測定可能な荷重範囲を広くとれず、高荷重域での曲線は傾きが小さすぎてダイナミックレンジを十分にとれないものとなっていた。
【００１５】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、押圧力の変化に対する抵抗値の変化を緩やかにできる感圧センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１７】
本発明の請求項１に記載の発明は、可撓性を有した基材の下面に抵抗体層を備えた導電シートと、抵抗体層と対向する位置に配された固定接点とで構成され、押圧操作により導電シートが撓み、抵抗体層と固定接点が接触する感圧センサであって、抵抗体層は所定の荷重で変形する弾性粒子が分散されて、固定接点と対向する面の表面粗さの最大高さが４μｍ〜２５μｍに形成された感圧センサとしたものであり、弾性粒子を含んだ高抵抗体層の表面粗さの最大高さが４μｍ〜２５μｍと大きいため、押圧力に対して抵抗値の変化を緩やかにできる感圧センサを提供できるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の発明は、弾性粒子は、平均粒径が５〜３０μｍで、１ｍＮの荷重で５〜１５μｍ変形する感圧センサとしたものであり、押圧力に対して弾性粒子が適度に変形するため、抵抗値のダイナミックレンジを広く確保できるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、押圧力に対して抵抗値の変化を緩やかにできる感圧センサを提供できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態による感圧センサの断面図
【図２】同押圧操作時の断面図
【図３】同抵抗特性図
【図４】従来の感圧センサの断面図
【図５】同抵抗特性図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。なお、これらの図のうち断面図は、構成を判り易くするために厚さ方向の寸法を拡大して表している。
【００２２】
なお、従来の技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００２３】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による感圧センサの断面図であり、同図において、１１はポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド等のフィルム状で可撓性を有する厚さ２５〜２００μｍの基材で、この下面にはシート抵抗値５０Ω〜３０ｋΩ／□の低抵抗体層１２が、カーボン粉を分散したフェノールやエポキシ、フェノキシ、フッ素ゴム等の合成樹脂によって形成されている。
【００２４】
なお、低抵抗体層１２は上記したもののほか、シート抵抗値数Ω〜数１０Ω／□前後の、ポリエステルやエポキシ等に銀やカーボン等を分散したものを用いてもよい。
【００２５】
そして、１３は低抵抗体層１２の下面に重ねて形成された高抵抗体層で、同じくカーボン粉を分散した合成樹脂によって形成されている。この高抵抗体層１３内には平均粒径が２〜１００μｍ、好ましくは平均粒径が５〜３０μｍの略球状で、ウレタンやアクリル、ナイロン、シリコーン、オレフィン等のショアＡ硬度３０〜９０ＨＳの弾性粒子１４が、１０〜８０重量％程度、好ましくは２０〜６０重量％程度分散され、高抵抗体層１３下面が凹凸状に形成されて導電シート１５が構成されている。高抵抗体層１３はシート抵抗値５０ｋΩ〜５ＭΩ／□、厚さ５〜５０μｍになっている。
【００２６】
なお、このような導電シート１５は、基材１１に低抵抗体層１２をスクリーン印刷によって形成した後、これに重ねて、ＳＵＳ３００〜１００メッシュの版を用いてスクリーン印刷によって、弾性粒子１４が分散された高抵抗体層１３を形成して製作することができる。
【００２７】
弾性粒子１４は強靭で弾性を有する粒子になっており、ほぼ球状のものを用いる。この弾性粒子１４に荷重をかけると、ほぼ球状のものが荷重をかけた方向に圧縮されてつぶれ、楕円体のような形状になる。このとき弾性粒子１４は、１ｍＮの荷重に対して、荷重をかけた方向に５〜１５μｍ程度変形するものを用いると、押圧力に対して弾性粒子１４が適度に変形するため、抵抗値のダイナミックレンジを広く確保できて好ましい。
【００２８】
なお、１ｍＮの荷重に対しての変形が５μｍより小さい弾性粒子を用いた場合では、荷重の増加に対して抵抗値の変化が滑らかにならず、ばらつきが大きいものになってしまう。また、１ｍＮの荷重に対しての変形が１５μｍより大きい弾性粒子を用いた場合では、押圧初期に荷重が増加すると抵抗値が大きく低下してしまい、さらに荷重を大きくしても抵抗値はあまり変化しないものになってしまう。
【００２９】
そして、８はポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート等のフィルム状、または紙フェノールやガラス入りエポキシ等の板状の基板で、導電シート１５下面に配置されると共に、８の上面には銀やカーボン、銅箔等の複数の固定接点６Ａ、６Ｂが、０．０５〜０．２ｍｍ前後の間隙を空けて形成されている。
【００３０】
さらに、導電シート１５と基板８の間には固定接点６Ａ、６Ｂを囲むように、ポリエステルやエポキシ等の絶縁樹脂によってスペーサ７が形成され、高抵抗体層１３下面と固定接点６Ａ、６Ｂが、１０〜１００μｍ前後の空隙で対向するようにして、感圧センサが構成されている。
【００３１】
このように構成された感圧センサが電子機器の操作部に装着されると共に、複数の固定接点６Ａ、６Ｂがリード線（図示せず）等を介して、機器の電子回路（図示せず）に接続される。
【００３２】
以上の構成において、導電シート１５上面を押圧操作すると、図２の断面図に示すように、導電シート１５が下方へ撓んで、固定接点６Ａ、６Ｂと対向した弾性粒子１４高抵抗体層１３下面が、固定接点６Ａ、６Ｂに接触し、高抵抗体層１３と低抵抗体層１２を介して、固定接点６Ａ、６Ｂ間が電気的に接続される。
【００３３】
ここで、固定接点６Ａ、６Ｂと接触した高抵抗体層１３下面の接触箇所は、結果的に高抵抗体層１３下面の凹凸において、大きく凸形状に出っ張りを形成している箇所である。つまり、弾性粒子１４によって大きく出っ張りを形成している高抵抗体層１３下面の箇所が、最初に固定接点６Ａ、６Ｂに接触する。
【００３４】
また、さらに押圧力を加えると、弾性粒子１４が変形し、上述した接触箇所以外の、高抵抗体層１３下面も固定接点６Ａ、６Ｂに接触する。つまり接触箇所の面積が大きくなるため接触抵抗が低下し、固定接点６Ａ、６Ｂ間の抵抗値が低下する。
【００３５】
つまり、押圧力の増加に伴って、凹凸状に形成された高抵抗体層１３下面の、固定接点６Ａ、６Ｂへの接触面積が大きくなるため、小さな押圧力では抵抗値が高く、大きな押圧力では抵抗値が低くなり、図３の抵抗特性図に示す曲線Ｃのように、押圧力に応じて漸次変化する抵抗特性が得られるようになっている。
【００３６】
そして、これらの電気的接続や、押圧力に応じて変化する抵抗値を電子回路が検出し、例えば、表示図面に表示されたカーソルやポインタの移動速度が変化する等の、機器の様々な機能の操作が行なわれるように構成されている。
【００３７】
なお、本発明においては、高抵抗体層１３の下面は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で定義される表面粗さの最大高さＲｚの値を４μｍ以上２５μｍ以下としたものである。このときの測定条件は、評価長さ１．２５ｍｍ、基準長さ０．２５ｍｍとした。
【００３８】
表面粗さの最大高さが４μｍ以上８μｍ未満であると、図３で示した曲線Ｂのように、押圧力（荷重）に対して抵抗値の変化を緩やかにできるため好ましい。また、表面粗さの最大高さが８μｍ以上２５μｍ以下であるとより好ましく、これであれば図３で示した曲線Ｃのように、押圧力（荷重）に対して抵抗値の変化をさらに緩やかにできる。
【００３９】
表面粗さの最大高さが４μｍ未満の場合には、低い押圧力に対しても高抵抗体層１３と固定接点６Ａ、６Ｂがほぼ面で接触してしまい、接触抵抗が低くなる。そのため、図３で示した曲線Ａのように、接触初期の低荷重域での曲線の傾きが急峻となり、測定可能な荷重範囲を広くとれず、高荷重域での曲線は傾きが小さすぎてダイナミックレンジを十分にとれないものとなってしまう。また、表面粗さの最大高さが２５μｍを超える場合には、高抵抗体層１３と固定接点６Ａ、６Ｂの接触の仕方が個体間でばらつきを生じる原因となり、歩留まりが低くなってしまう。表面粗さの最大高さが３５μｍを超えると個体間のばらつきによる歩留まりの低下がさらに顕著になる。
【００４０】
なお、本発明は、高抵抗体層１３の下面において表面粗さの最大高さＲｚの値を４μｍ以上２５μｍ以下としたものである。十点平均粗さＲｚＪＩＳの値はおよそ相関関係があり、４〜１６μｍ程度にすれば、同様に押圧力に対して抵抗値の変化を緩やかにできる。算術平均粗さＲａについては明確な相関が得られなかった。
【００４１】
以上の説明では、低抵抗体層１２のシート抵抗値を５０Ω〜３０ｋΩ／□、高抵抗体層１３のシート抵抗値を５０ｋΩ〜５ＭΩ／□として説明した。低抵抗体層１２は、抵抗値が低いほうが感度がよくなる傾向があるため、５０Ω〜１０ｋΩ／□程度に設定するとさらに好ましい。高抵抗体層１３は抵抗値が高いほうがダイナミックレンジを大きくとれるため、１００ｋΩ〜１ＭΩ／□のシート抵抗値とするとさらに好ましい。
【００４２】
また、導電シート１５と基板８の間にスペーサ７を形成すると共に、導電シート１５の高抵抗体層１３下面に、複数の固定接点６Ａ、６Ｂを配置したパネルスイッチとして構成することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明による感圧センサは、押圧力に対する抵抗値の変化が緩やかなものを実現することができ、各種電子機器の操作部等に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
６Ａ、６Ｂ  固定接点
７  スペーサ
８  基板
１１  基材
１２  低抵抗体層
１３  高抵抗体層
１４  弾性粒子
１５  導電シート
【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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