(57)【要約】【課題】ずり応力を検出できる感圧センサを提供すること。【解決手段】感圧センサは、第一電極と、該第一電極に対向する第二電極とを有する大電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置された圧電体層と、該圧電体層中に、少なくとも一対の中間電極を有し、該中間電極は、該第一電極と該第二電極間の異なる位置に第一の中間電極及び第二の中間電極を有し、第一の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向は、第一の中間電極から各大電極方向又は各大電極から第一の中間電極方向であり、第二の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向は、前記第一の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、第一の中間電極と第二の中間電極は、逆極性の電荷を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極と、該第一電極に対向する第二電極とを有する大電極と、
該第一電極と該第二電極との間に配置された圧電体層と、
該圧電体層中に、少なくとも一対の中間電極を有する感圧センサであって、
該中間電極は、該第一電極と該第二電極間の異なる位置に第一の中間電極及び第二の中間電極を有し、
第一の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向は、第一の中間電極から各大電極方向又は各大電極から第一の中間電極方向であり、
第二の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向は、前記第一の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、
第一の中間電極と第二の中間電極は、逆極性の電荷を有することを特徴とする、感圧センサ。
【請求項２】
第一電極と、該第一電極に対向する第二電極とを有する大電極と、
該第一電極と該第二電極との間に配置された圧電体層と、
該圧電体層中に、少なくとも二対の中間電極を有する感圧センサであって、
該中間電極は、該第一電極と該第二電極間の異なる位置に、第一の中間電極、第二の中間電極、第三の中間電極及び第四の中間電極を有し、
第一の中間電極と大電極又は第三の中間電極間の圧電体層の分極方向は、第一の中間電極から大電極又は第三の中間電極方向、あるいは、大電極又は第三の中間電極から第一の中間電極方向であり、
第二の中間電極と大電極又は第四の中間電極間の圧電体層の分極方向は、前記第一の中間電極と大電極又は第三の中間電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、
第三の中間電極に対向する電極であって第一の中間電極以外の電極と第三の中間電極間の圧電体層の分極方向は、第一の中間電極と第三の中間電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、
第四の中間電極に対向する電極であって第二の中間電極以外の電極と第四の中間電極間の圧電体層の分極方向は、第二の中間電極と第四の中間電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、
第一の中間電極と第四の中間電極は、同極性の電荷を有し、
第一の中間電極と第二および第三の中間電極は、逆極性の電荷を有することを特徴とする、感圧センサ。
【請求項３】
各大電極と各中間電極に接続された引出配線をさらに有する、請求項１又は２の何れか一項に記載の感圧センサ。
【請求項４】
圧電体層の材料が、有機系高分子材料である、請求項１〜３の何れか一項に記載の感圧センサ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の感圧センサを内蔵又は設置されたインソール。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか一項に記載の感圧センサを内蔵又は設置されたシューズ。
【請求項７】
請求項１に記載の感圧センサを製造する方法であって、
圧電体層が分極するように、各大電極間に電圧を印加する第一工程と、
第一工程による分極方向とは逆方向に分極するように、第一の中間電極と大電極間に電圧を印可する第二工程、及び
第一工程による分極方向とは逆方向に分極するように、第二工程とは異なる大電極と第二の中間電極間に電圧を印可する第三工程を含む、方法。
【請求項８】
請求項１〜４の何れか一項に記載の感圧センサにかかる応力を検出する方法であって、
感圧センサにかかるずり応力を検出する工程を含む、方法。
【請求項９】
さらに、垂直応力も検出する、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧センサ、その製造方法、及び、前記感圧センサにかかる応力を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化社会の到来を間近にひかえ、安全安心、健康寿命の延伸を目指した人間工学的もの作りに期待が集まっている。それに伴い、人体の動きを計測するモーションセンサの重要性が高まる中、軽量化が容易で、耐久性が高くウェアラブルセンサとしての応用が期待できる圧電型感圧センサに注目されている。圧電型感圧センサは応力が印加された際、生じる機械的変位を電気信号に直接変換するため、高い応答性を持つ利点がある。
【０００３】
従来、シート状の圧電型感圧センサとしては、高分子ゴム中に導電性微粒子を分散させた感圧ゴムが用いられている。この感圧ゴムは、これに圧力が加わると抵抗が変化するため、この現象を利用して垂直方向にかかる応力を検出するものである。しかし、このような感圧ゴムでは、横方向にかかるずり応力を検出できないという問題があった。
【０００４】
特許文献１では、検出感度の高い加速度センサが開示されている。この加速度センサでは、圧電素子２が６層以上の偶数層の圧電体層２ａ〜２ｆを積層してなり、圧電素子２の層間および表裏主面に電極が設けられ、層間電極は、加速度が印加されたときに圧電素子に加わる伸びストレスと縮みストレスの変極点付近で長さ方向に分割された電極４，６と、圧電素子の長さ方向の端部に引き出された電極３，５，７とで構成される。圧電体層２ａ〜２ｆは、加速度が作用した際に、電極の両側の圧電体層において同一極性の電荷がこの電極から取り出されるように厚み方向に分極され、かつ同一の圧電体層内において中央部と両端部とで逆方向となるように分極されている。しかし、この特許文献は、横方向にかかるずり応力の測定を可能にする感圧センサを開示するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１４２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記現状に鑑み、ずり応力を検出できる感圧センサ、その製造方法、及び、当該感圧センサを搭載したシューズ又はインソール、さらに、前記感圧センサにかかる応力を検出する方法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】
【０００７】
本発明者らは、ずり応力を検出できる感圧センサを開発すべく検討した結果、圧電体層と電極から構成される感圧センサにおいて特定の層構成を採用すると共に、電極間の圧電体を特定の向きで分極させることで、感圧センサにかかるずり応力を検出することに成功し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち本発明は、第一電極と、該第一電極に対向する第二電極とを有する大電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置された圧電体層と、該圧電体層中に、少なくとも一対の中間電極を有する感圧センサであって、該中間電極は、該第一電極と該第二電極間の異なる位置に第一の中間電極及び第二の中間電極を有し、第一の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向は、第一の中間電極から各大電極方向又は各大電極から第一の中間電極方向であり、第二の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向は、前記第一の中間電極と各大電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、第一の中間電極と第二の中間電極は、逆極性の電荷を有することを特徴とする、感圧センサに関する。
【０００９】
また本発明は、第一電極と、該第一電極に対向する第二電極とを有する大電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置された圧電体層と、該圧電体層中に、少なくとも二対の中間電極を有する感圧センサであって、該中間電極は、該第一電極と該第二電極間の異なる位置に、第一の中間電極、第二の中間電極、第三の中間電極及び第四の中間電極を有し、第一の中間電極と大電極又は第三の中間電極間の圧電体層の分極方向は、第一の中間電極から大電極又は第三の中間電極方向、あるいは、大電極又は第三の中間電極から第一の中間電極方向であり、第二の中間電極と大電極又は第四の中間電極間の圧電体層の分極方向は、前記第一の中間電極と大電極又は第三の中間電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、第三の中間電極に対向する電極であって第一の中間電極以外の電極と第三の中間電極間の圧電体層の分極方向は、第一の中間電極と第三の中間電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、第四の中間電極に対向する電極であって第二の中間電極以外の電極と第四の中間電極間の圧電体層の分極方向は、第二の中間電極と第四の中間電極間の圧電体層の分極方向とは逆であり、第一の中間電極と第四の中間電極は、同極性の電荷を有し、第一の中間電極と第二および第三の中間電極は、逆極性の電荷を有することを特徴とする、感圧センサにも関する。
【００１０】
本発明に係る感圧センサは、各大電極と各中間電極に接続された引出配線をさらに有することができる。
【００１１】
本発明において、圧電体層の材料は、有機系高分子材料であることが好ましい。
【００１２】
さらに本発明は、感圧センサを内蔵又は設置されたインソール及びシューズにも関する。
【００１３】
また、本発明は、前記感圧センサを製造する方法であって、圧電体層が分極するように、各大電極間に電圧を印加する第一工程と、第一工程による分極方向とは逆方向に分極するように、第一の中間電極と大電極間に電圧を印可する第二工程、及び、第一工程による分極方向とは逆方向に分極するように、第二工程とは異なる大電極と第二の中間電極間に電圧を印可する第三工程を含む、方法にも関する。
【００１４】
また、本発明は、感圧センサにかかる応力を検出する方法であって、感圧センサにかかるずり応力を検出する工程を含む、方法にも関する。該方法では、さらに、垂直応力も検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、ずり応力を検出できる感圧センサを提供することができる。従来の感圧センサは垂直方向にかかる垂直応力のみを測定するものであったため、横方向にかかるずり応力を測定したい場合には感圧センサを縦向きに立設する必要があったが、本発明に係る感圧センサではそのような必要はない。本発明によると、感圧センサを基材表面に貼り付けて電極間の電圧変化を測定することで、ずり応力を検出することが可能となる。さらに、ずり応力に加えて垂直応力も検出することができ、しかも、両者を区別して検出することができる。
【００１６】
また、本発明に係る感圧センサはフィルム状のものとすることができ、自在に変形させ又は折り曲げて、また、カットして使用することができる。
【００１７】
本発明に係る感圧センサをシューズ又はインソールに搭載すると、シューズ又はインソールにかかるずり応力を検出することができ、また、シューズ又はインソールに複数の感圧センサを分散して配置することで、三軸方向の応力測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る感圧センサの断面を示す概念図
【図２】前記第一実施形態に係る感圧センサの上面図
【図３】本発明の第二実施形態の一態様に係る感圧センサの断面を示す概念図
【図４】本発明の第二実施形態の別の態様に係る感圧センサの断面を示す概念図
【図５】本発明の第三実施形態に係る感圧センサの断面を示す概念図
【図６】本発明の第四実施形態に係る感圧センサの断面を示す概念図
【図７】実施例１に係る感圧センサに垂直応力又はずり応力を加えた時の電圧変化を示す図
【図８】比較例１に係る感圧センサに垂直応力又はずり応力を加えた時の電圧変化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明に係る実施形態をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
（第一実施形態）
図１は、一対の中間電極を含む本発明の第一実施形態に係る感圧センサを示す断面図である。まず、当該実施形態に係る感圧センサの層構成を説明する。
【００２１】
本実施形態に係る感圧センサ１０は、第一電極１１と、その下方に、対向して配置された第二電極１２と、両電極の間に充填された圧電体層２１を含む。なお、本願において、各図について言及する「上」及び「下」とは、図面を参酌して説明する際の便宜上のものであり、各図中の上下を指しているものにすぎず、感圧センサを実使用する際の上下の向きを特定しようとするものではない。また、図１における上下方向を、感圧センサの厚み方向、横方向を、感圧センサの面方向ともいう。
【００２２】
第一電極１１と第二電極１２は、電気信号の取り出しが可能な薄膜状の電極である。これら電極を構成する材料としては導電性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、Ａｌ、ＮｉＣｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属材料、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯなどのセラミックス材料、カーボンナノチューブ、ポリアセチレン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレンなどの有機系材料等が挙げられる。
【００２３】
各電極の厚みは特に限定されず、電気信号の取り出しに必要な厚みであって、かつ、計測する応力によって破壊されない程度の厚みであればよく、例えば１０ｎｍ〜１ｍｍ程度であってよい。好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍであり、より好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。なお、電極の厚みは、接触式厚み計または原子間力顕微鏡を用いて測定することができる。
【００２４】
また、各電極の面積も特に限定されないが、両電極間からの電気信号の取り出しを可能とする面積であればよい。電極の面積は光学顕微鏡又はスケールを用いて測定することができる。本願において、第一電極及び第二電極は中間電極よりも面積が大きいため、大電極ともいう。しかし、第一電極と第二電極の面積は、中間電極の面積よりも大きいものであればよく、特定の大きさに限定されるものではない。
【００２５】
電極を形成する方法は特に限定されず、適切な方法を適宜採用することができるが、例えば、スパッタ法、塗布法、蒸着法を用いることができる。
【００２６】
図示していないが、第一電極１１及び／又は第二電極１２の外側には、絶縁材料からなる基材層を配置してもよい。これにより、感圧センサ１０を支持することができる。基材層を構成する材料としては特に限定されないが、ポリイミド，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアクリレート、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、芳香族ポリエステル、ウレタンゴム、ゲルなどの有機材料や、石英、ガラス、シリコン、ガリウム砒素などの無機材料が挙げられる。基材層としては、有機材料から構成される可撓性のフィルムが好ましい。これにより、感圧センサを、変形又は折り曲げ可能なフィルム状のセンサとすることができる。
【００２７】
圧電体層２１は、第一電極１１と第二電極１２間の空間を充填するように配置されており、圧電性能を示す材料から構成される層である。圧電性能を示す材料であれば特に限定されず、無機系の圧電材料であってもよいし、有機系の圧電材料であってもよい。また、有機系と無機系をハイブリッドした圧電材料であってもよい。しかし、本発明に係る感圧センサをシューズなどの変形する物品に搭載する場合には、柔軟性と耐久性に優れ、割れにくいため、有機系高分子材料から構成される圧電材料が好ましい。
【００２８】
本発明で使用できる無機系の圧電材料としては特に限定されず、例えば、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、ニオブ酸ナトリウムカリウム、ビスマスフェライト、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ビスマスナトリウム等が挙げられる。
【００２９】
本発明で使用できる有機系の圧電材料としても特に限定されず、例えば、フタル酸エステル系化合物、スルフェンアミド系化合物、フェノール骨格を有する有機化合物など低分子の有機化合物の他、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン系共重合体、ポリシアン化ビニリデン、シアン化ビニリデン系共重合体、ナイロン９、ナイロン１１などの奇数ナイロン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１０などの偶数ナイロン、芳香族ナイロン、脂環族ナイロン、ポリ乳酸やポリヒドロキシブチレートなどのポリヒドロキシカルボン酸、セルロース系誘導体、ポリウレアなどの有機系高分子材料が挙げられる。これらは１種類のみ使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００３０】
本発明で使用可能な有機系圧電材料としては、良好な圧電特性、加工性、及び入手容易性といった観点から、ポリフッ化ビニリデン（単独重合体）、及び、ポリフッ化ビニリデン系共重合体が好ましい。ポリフッ化ビニリデン系共重合体においてフッ化ビニリデンと共重合するモノマー成分としては、その共重合体が圧電性能を発揮する限り特に限定されないが、例えば、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロパン、クロロフルオロエチレン等が挙げられる。特に、フッ化ビニリデン／三フッ化エチレン共重合体が好ましい。
【００３１】
圧電体層２１の厚みは、各中間電極の厚み以上である。また、第一電極と中間電極との間の圧電体層、又は、中間電極と第二電極との間の圧電体層はそれぞれ特定の向きの分極を保持する必要があり、また、感圧センサにかかる応力によって破壊されない必要があるので、圧電体層の厚みは、それらを考慮した厚みとすることが好ましい。具体的な数値は適宜決定することが可能であるが、例えば、１０ｎｍ〜１ｍｍ程度であることが好ましい。より好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍであり、さらに好ましくは１０００ｎｍ〜２０００ｎｍである。なお、圧電体層の厚みは接触式厚み計または電子顕微鏡を用いて測定することができる。
【００３２】
圧電体層２１を形成する方法は特に限定されず、適切な方法を適宜採用することができるが、例えば、第一電極１１又は第二電極１２の表面に圧電材料を塗布する方法の他、スパッタ法や、気相成長法等を利用することができる。
【００３３】
圧電体層２１の内部には、一対の中間電極、すなわち第一の中間電極３１及び第二の中間電極３２が配置されている。これら中間電極は、感圧センサの面方向に、第一電極１１と第二電極１２と平行して配置されている。第一の中間電極３１と第二の中間電極３２はそれぞれ、圧電体層２１を介して、第一電極１１と第二電極１２の双方に対向している。
【００３４】
なお、図１では、第一の中間電極３１を左側に、第二の中間電極３２を右側に示しているが、この位置関係に限定されるものではなく、第一の中間電極３１及び第二の中間電極３２の位置関係は、左右が逆であってもよい。
【００３５】
ここで、中間電極が圧電体層の内部に配置されるとは、中間電極の周囲を圧電体層が取り囲んでいる状態をいう。ただし、後述する引出配線を各中間電極に接続する箇所においては、中間電極の周囲を圧電体層が取り囲んでいるわけではない。
【００３６】
一対の中間電極３１、３２はいずれも、電気信号の取り出しが可能な薄膜状の電極である。各中間電極を構成する材料としては、上述した第一電極及び第二電極を構成する材料と同じ材料を挙げることができる。各中間電極の厚みは特に限定されず、電気信号の取り出しに必要な厚みであって、かつ、計測する応力によって破壊されない程度の厚みであればよく、例えば１０ｎｍ〜１ｍｍ程度であってよい。好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍであり、より好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。また、各中間電極の面積も特に限定されないが、両中間電極間からの電気信号の取り出しを可能とする面積であればよい。
【００３７】
第一の中間電極３１の幅と第二の中間電極３２の幅は、それぞれ、第一電極１１の幅および第二電極１２の幅よりも小さく、また、第一の中間電極３１の幅と第二の中間電極３２の幅の合計は、第一電極１１の幅および第二電極１２の幅よりも小さい。第一の中間電極３１と第二の中間電極３２は互いと接触しておらず、離隔して配置されている。そのため、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２間の領域は、圧電体層２１によって占められている。
【００３８】
第一の中間電極３１と第二の中間電極３２間の距離は特に限定されず、両電極がそれぞれの帯電を保持できる距離であればよいが、例えば、１μｍ〜１ｍｍ程度である。好ましくは１μｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは１０μｍ〜７００μｍであり、さらに好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。
【００３９】
図１では、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２は、第一電極１１から第一の中間電極３１に至る距離と、第一電極１１から第二の中間電極３２に至る距離が同程度になるよう、横方向に配置されているが、必ずしもこれに限定されない。
【００４０】
次に、第一実施形態に係る感圧センサにおける分極の状態について説明する。本発明に係る感圧センサは、各電極間の圧電体層が特定の向きで分極するよう分極の向きが制御されるように、分極方向のパターニングを行なっている点に特徴がある。なお、本願で述べる分極の向きは、各電極間の圧電体層が有する分極のうち感圧センサの厚み方向における分極ベクトルについて説明するものである。
【００４１】
第一実施形態に係る感圧センサ１０では、第一電極１１と第一の中間電極３１に挟まれた圧電体層における分極の向きと、第一の中間電極３１と第二電極１２に挟まれた圧電体層における分極の向きは互いに対して逆向きとなっており、いずれの電極間の圧電体層も、第一の中間電極３１から、これに対向する電極に向かう向きで分極している。具体的に説明すると、第一電極１１と第一の中間電極３１との間の圧電体層は、第一の中間電極３１から第一電極１１に向かう方向（図１中の符号４１）で分極している。また、第一の中間電極３１と第二電極１２との間の圧電体層は、第一の中間電極３１から第二電極１２に向かう方向（図１中の符号４２）で分極している。そして、第一の中間電極３１は正の電荷を有している。
【００４２】
一方、第一電極１１と第二の中間電極３２間の圧電体層における分極の向きと、第二の中間電極３２と第二電極１２間の圧電体層における分極の向きも互いに対して逆向きとなっているが、各分極の向きは、第一の中間電極３１に関わる分極の向きとは逆向きになっており、いずれの電極間の圧電体層も、第二の中間電極３２に対向する電極から、第二の中間電極３２に向かう方向で分極している。具体的に説明すると、第一電極１１と第二の中間電極３２との間の圧電体層は、第一電極１１から第二の中間電極３２に向かう方向（図１中の符号４３）で分極している。また、第二の中間電極３２と第二電極１２との間の圧電体層は、第二電極１２から第二の中間電極３２に向かう方向（図１中の符号４４）で分極している。そして、第二の中間電極３２は負の電荷を有している。
【００４３】
第一の中間電極３１と第二の中間電極３２の間にある圧電体層は、分極していなくてもよい。しかし、分極していることが好ましく、その場合には、第一電極１１と第二電極１２間の電気信号の出力、又は、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２間の電気信号の出力を高めることができる。図１では、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２間の圧電体層は、第二電極１２から第一電極１１に向かう方向（図１中の符号６１）で分極している状態を示している。しかし、この方向に限定されず、第一電極１１から第二電極１２に向かう方向であってもよい。
【００４４】
圧電体層を分極させる方法としては、自発的な配向であってもよいが、各電極を電気的に接続して電圧を印加する方法の他、磁界を印加する方法、応力をかける方法などが挙げられる。
【００４５】
各圧電体層はそれぞれ、応力の検出感度の観点から、上述した分極の向きにおいて測定される残量分極１０ｍＣ／ｍ２以上を有するように分極させることが好ましい。より好ましくは３０ｍＣ／ｍ２以上であり、さらに好ましくは５０ｍＣ／ｍ２以上である。応力の検出感度を高めるには残量分極の数値は大きいほど好ましいので、残留分極の上限値は限定されない。当該上限値は、圧電材料の種類に応じて適宜設定することができる。また、各電極間の残留分極が互いに同じ値となるように分極処理を行なうことが好ましい。
【００４６】
図２は、図１の第一実施形態に係る感圧センサを上面から見た透視図である。この図では、第一の中間電極３１、第二の中間電極３２はそれぞれ、長方形状の電極であり、平行して配置されている。
【００４７】
また、第一電極１１、第二電極１２、第一の中間電極３１、第二の中間電極３２それぞれに引出配線７１、７２、７３、７４を接続している。これにより、第一電極１１と第二電極１２を接続して両電極間の電圧変化を測定することができ、また、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２を接続して両中間電極間の電圧変化を測定することができる。また、この引出配線を利用して各電極間に外部電圧を印加することで、圧電体層を特定の向きに分極させることができる。なお、これら引出配線の表示は図１では省略している。
【００４８】
第一実施形態に係る感圧センサを製造する方法は特に限定されるものではないが、製法の一例を示すと、まず基材層の上に第二電極を配置又は形成する。第二電極の表面に、圧電材料をキャスト法で塗布して一次圧電体層を形成した後、その上に、第一の中間電極及び第二の中間電極を配置又は形成する。その際、両中間電極間には所定の間隔を設けて両中間電極の配置又は形成を行なう。その後、再度、圧電材料をキャスト法で塗布して二次圧電体層を形成する。必要に応じてアニール処理を行い、一次圧電体層と二次圧電体層をあわせて圧電体層が構成される。なお、圧電材料を各電極上に配置する方法としては、キャスト法の他、圧電材料であるオリゴマーを蒸着する方法であってもよい。次いで、形成された圧電体層のうえに、さらに第一電極を配置又は形成する。以上により、特定の構成を有する素子が製造される。
【００４９】
次いで、第一電極１１と第二電極１２間に外部電圧を印加して、圧電体層全体を特定方向に分極させる第一工程を行なう。図１を用いて具体的に説明すると、例えば、圧電体層２１全体を上向きの方向に分極させる。
【００５０】
第一工程の後、所定の電極間の分極方向を反転させる処理を行なう。すなわち、第一の中間電極３１と第二電極１２間に外部電圧を印加して第一の中間電極３１と第二電極１２間の圧電体層を、第一工程における分極方向とは逆方向に分極させる第二工程と、第二の中間電極３２と第一電極１１間に外部電圧を印加して第二の中間電極３２と第一電極１１間の圧電体層を、第一工程における分極方向とは逆方向に分極させる第三工程を行なう。第二工程と第三工程の順序は限定されない。図１を用いて具体的に説明すると、例えば、第一の中間電極３１と第二電極１２間の圧電体層を、下向きの方向に分極させ、また、第二の中間電極３２と第一電極１１間の圧電体層も下向きの方向に分極させる。
【００５１】
また、第一工程で下向きの方向に分極させてもよく、その場合には、第二工程及び第三工程で上向きの方向に分極させればよい。
【００５２】
以上の工程を実施することにより、本発明に特有の分極方向のパターニングを実現することが可能となる。
【００５３】
（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係る感圧センサを示す断面図である。第二実施形態に係る感圧センサ２０は、第一実施形態における第二電極１２の下方に、これに対向して、第三電極１３を配置し、第二電極１２と第三電極１３の間に充填された第二圧電体層２２を含む。第二圧電体層２２の内部には、一対の中間電極、すなわち第三の中間電極３３及び第四の中間電極３４が配置されている。以下では第一実施形態と異なる点を説明し、同じ点については説明を省略する。
【００５４】
第二圧電体層２２の内部に配置された一対の中間電極３３、３４は、圧電体層２１の内部に配置された一対の中間電極３１、３２の場合と同様、感圧センサの面方向に、第二電極１２と第三電極１３と平行して配置されている。第三の中間電極３３及び第四の中間電極３４はそれぞれ、第二圧電体層２２を介して、第二電極１２と第三電極１３の双方に対向している。これら中間電極の材料や幅、厚み等は、第一実施形態における中間電極と同じであってよい。また、第三の中間電極３３と第四の中間電極３４間の距離についても、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２間の距離に準じる。
【００５５】
また、第三電極１３の材料や厚み等は、第一実施形態における第一電極１１や第二電極１２と同じであってよい。第二圧電体層２２の材料や厚み等に関しても、第一実施形態における圧電体層２１と同じであってよい。
【００５６】
図３では、第二電極１２と第三の中間電極３３間の第二圧電体層における分極の向きと、第三の中間電極３３と第三電極１３間の第二圧電体層における分極の向きは互いに対して逆向きとなっており、いずれの電極間の第二圧電体層も、第三の中間電極３３から、これに対向する電極に向かう向きで分極している。すなわち、第二電極１２と第三の中間電極３３との間の第二圧電体層は、第三の中間電極３３から第二電極１２に向かう方向（図３中の符号４５）で分極し、第三の中間電極３３と第三電極１３との間の第二圧電体層は、第三の中間電極３３から第三電極１３に向かう方向（図３中の符号４６）で分極している。第三の中間電極３３は正の電荷を有している。
【００５７】
一方、第二電極１２と第四の中間電極３４間の第二圧電体層における分極の向きと、第四の中間電極３４と第三電極１３間の第二圧電体層における分極の向きも互いに対して逆向きとなっているが、各分極の向きは、第三の中間電極３３に関わる分極の向きとは逆向きになっており、いずれの電極間の第二圧電体層も、第四の中間電極３４に対向する電極から、第四の中間電極３４に向かう向きで分極している。すなわち、第二電極１２と第四の中間電極３４との間の第二圧電体層は、第二電極１２から第四の中間電極３４に向かう方向（図３中の符号４７）で分極し、第四の中間電極３４と第三電極１３との間の第二圧電体層は、第三電極１３から第四の中間電極３４に向かう方向（図３中の符号４８）で分極している。第四の中間電極３４は負の電荷を有している。
【００５８】
図３では、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２の間にある第一圧電体層が、第二電極１２から第一電極１１に向かう方向（図３中の符号６１）で分極している状態を示しているが、この分極の向きは第一電極１１から第二電極１２に向かう方向であってもよい。同様に、図３では第三の中間電極３３と第四の中間電極３４の間にある第二圧電体層が、第三電極１３から第二電極１２に向かう方向（図３中の符号６２）で分極している状態を示しているが、この分極の向きは第二電極１２から第三電極１３に向かう方向であってもよい。さらに、図３では符号６１で示した分極方向と符号６２で示した分極方向は互いに同じ向きとなっているが、これに限定されず、互いに異なる向きであってもよい。また、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２の間にある第一圧電体層は分極していなくてもよいし、第三の中間電極３３と第四の中間電極３４の間にある第二圧電体層も分極していなくてもよい。
【００５９】
このように第二実施形態では、第二電極１２と第三電極１３間の構成は、第一実施形態の第一電極１１と第二電極１２間の構成と実質的に同じものであり、第二実施形態は、第一実施形態の構成を感圧センサの厚み方向に重ねて構成されたものである。この第二実施形態によると、大電極と中間電極の数が増えることで電圧変化を測定できる箇所が増加して、感圧センサによる応力の検出感度の向上を期待することができる。
【００６０】
図３では圧電体層２１内部の分極パターンと、第二圧電体層２２内部の分極パターンが同一になる態様を示したが、第二実施形態はこれに限定されない。
【００６１】
図４は、本発明の第二実施形態の別の態様に係る感圧センサを示す断面図である。この態様では、第二圧電体層２２内部の分極パターンが図３に示した態様とは異なっており、圧電体層２１内部の分極パターンと、第二圧電体層２２内部の分極パターンが左右で逆のパターンになる態様を示している。なお、図４に示す態様は、以下に説明する分極パターン以外は図３に示す態様と同じである。
【００６２】
具体的に説明すると、図４では、第二電極１２と第三の中間電極３３′との間の第二圧電体層は、第二電極１２から第三の中間電極３３′に向かう方向（図４中の符号４５′）で分極し、第三の中間電極３３′と第三電極１３との間の第二圧電体層は、第三電極１３から第三の中間電極３３′に向かう方向（図４中の符号４６′）で分極している。第三の中間電極３３′は負の電荷を有している。
【００６３】
また、第二電極１２と第四の中間電極３４′との間の第二圧電体層は、第四の中間電極３４′から第二電極１２に向かう方向（図４中の符号４７′）で分極し、第四の中間電極３４′と第三電極１３との間の第二圧電体層は、第四の中間電極３４′から第三電極１３に向かう方向（図４中の符号４８′）で分極している。第四の中間電極３４′は正の電荷を有している。
【００６４】
図４に示す態様によると、図３に示す態様と同様に、感圧センサによる応力の検出感度の向上を期待することができる。
【００６５】
第二実施形態に係る感圧センサを製造する方法は、第一実施形態に係る感圧センサを製造する方法に準じて実施することができる。すなわち、第一電極１１と第二電極１２間において、第一実施形態に係る感圧センサを製造する方法における第一工程〜第三工程の分極処理を行い、それとは別に、第二電極１２と第三電極１３間において第一工程〜第三工程に準じた分極処理を行うことで、第二実施形態に係る感圧センサを製造することができる。
【００６６】
図３及び４では、第一実施形態の第二電極１２の下に、圧電体層、一対の中間電極及び大電極から構成される一組の構成を追加し、圧電体層を合計で２層含む二重構成の態様を示したが、第二実施形態はこの態様に限定されない。第二実施形態は、第一実施形態の第二電極１２の下に、圧電体層、一対の中間電極及び大電極から構成される構成を二組以上重ねて追加し、三重以上の構成とした態様とすることができる。
【００６７】
（第三実施形態）
図５は、本発明の第三実施形態に係る感圧センサを示す断面図である。図１に示した第一実施形態は感圧センサの面方向に並んで配置された一対の中間電極３１、３２を有するものであったが、第三実施形態に係る感圧センサ３０は、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２に加えて、同じく圧電体層２１の内部で、感圧センサの面方向に並んで配置された一対の中間電極、すなわち第三の中間電極３５、第四の中間電極３６をさらに有している。第三の中間電極３５と第四の中間電極３６はそれぞれ、圧電体層２１を介して、第一電極１１と第二電極１２の双方に対向している。すなわち、第三実施形態では、圧電体層２１の内部に、感圧センサの面方向に配置された二対の中間電極を有している。
【００６８】
第三の中間電極３５と第四の中間電極３６の詳細、及び、これら中間電極周囲の分極の向きは、それぞれ、第一の中間電極３１、第二の中間電極３２と同様であるので説明を省略する。図５では第三の中間電極３５が正に帯電し、第四の中間電極３６が負に帯電しているが、これに限定されず、第三の中間電極３５が負に帯電し、第四の中間電極３６が正に帯電してもよい。また、第三の中間電極３５と第四の中間電極３６間の距離に関しては、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２間の距離に準じる。
【００６９】
図５では、第一の中間電極３１と第二の中間電極３２間の圧電体層、第二の中間電極３２と第三の中間電極３５間の圧電体層、及び、第三の中間電極３５と第四の中間電極３６間の圧電体層は、第二電極１２から第一電極１１に向かう方向（図５中の符号６１）で分極しているが、この分極の向きは第一電極１１から第二電極１２に向かう方向であってもよい。また、これら中間電極間の圧電体層は分極していなくともよい。
【００７０】
第三実施形態によると、感圧センサの面積を拡大し、感圧センサによる応力の検出感度の向上を期待することができる。また、第三実施形態に係る感圧センサを製造する方法は、第一実施形態に係る感圧センサを製造する方法に準じて実施することができる。すなわち、まず、第一実施形態に関する第一工程と同様、第一電極１１と第二電極１２間に外部電圧を印加して、圧電体層全体を特定方向（例えば上向きの方向）に分極させる。その後、第一の中間電極３１と第二電極１２間、第一電極１１と第二の中間電極３２間、第三の中間電極３５と第二電極１２間、及び、第一電極１１と第四の中間電極３６間それぞれに外部電圧を印加して、各電極間の圧電体層を、第一工程における分極方向とは逆方向（例えば下向きの方向）に分極させる工程を行なうことによって、第三実施形態に係る感圧センサを製造することができる。
【００７１】
図５では、圧電体層２１の内部で感圧センサの面方向に配置された二対の中間電極を有する態様を示したが、第三実施形態はこの態様に限定されず、圧電体層２１の内部で感圧センサの面方向に配置された三対以上の中間電極を有することもできる。
【００７２】
また、第三実施形態の構成は、第二実施形態の構成と組み合わせることもできる。その場合には、第二実施形態における圧電体層２１と第二圧電体層２２のいずれか又は双方の内部に、第三実施形態で示した感圧センサの面方向に配置された二対以上の中間電極を配置すればよい。
【００７３】
（第四実施形態）
図６は、本発明の第四実施形態に係る感圧センサを示す断面図である。第四実施形態に係る感圧センサ４０は、第一実施形態における第一の中間電極３１と第二の中間電極３２それぞれの下方に、第三の中間電極３７と第四中間電極３８を配置している。以下では第一実施形態と異なる点を説明し、同じ点については説明を適宜省略する。
【００７４】
第四実施形態では、第一電極１１と第二電極１２に挟まれた圧電体層２１の内部に、第一の中間電極３１、第二の中間電極３２、第三の中間電極３７、及び第四の中間電極３８が配置されている。第一の中間電極３１及び第二の中間電極３２は、感圧センサの面方向に並んで配置され、それぞれ、圧電体層を介して第一電極１１に対向している。また、第三の中間電極３７及び第四の中間電極３８も、感圧センサの面方向に並んで配置されている。第三の中間電極３７は第一の中間電極３１と第二電極１２の間に配置され、圧電体層を介して、第一の中間電極３１と第二電極１２の双方に対向している。第四の中間電極３８は第二の中間電極３２と第二電極１２の間に配置され、圧電体層を介して、第二の中間電極３２と第二電極１２の双方に対向している。
【００７５】
これら中間電極の材料や厚み等は、第一実施形態における中間電極と同じであってよい。
【００７６】
第四実施形態では、第一電極１１と第一の中間電極３１との間の圧電体層における分極の向きと、第一の中間電極３１と第三の中間電極３７との間の圧電体層における分極の向きと、第三の中間電極３７と第二電極１２との間の圧電体層における分極の向きは、順番に、交互に逆向きになるように制御されている。具体的に説明すると、第一電極１１と第一の中間電極３１との間の圧電体層は、第一の中間電極３１から第一電極１１に向かう方向（図６中の符号４１）で分極し、第一の中間電極３１と第三の中間電極３７との間の圧電体層は、第一の中間電極３１から第三の中間電極３７に向かう方向（図６中の符号４２）で分極し、第三の中間電極３７と第二電極１２との間の圧電体層は、第二電極１２から第三の中間電極３７に向かう方向（図６中の符号４９）で分極している。このように図６の左側において、各電極間の圧電体層の分極の向きは、順番に、交互に異なる方向を向くように制御されている。分極の方向に対応して、第一の中間電極３１は正の電荷を有し、第三の中間電極３７は負の電荷を有している。
【００７７】
一方、図６の右側においても第一電極１１と第二の中間電極３２との間の圧電体層における分極の向きと、第二の中間電極３２と第四の中間電極３８との間の圧電体層における分極の向きと、第四の中間電極３８と第二電極１２との間の圧電体層における分極の向きに関しても、順番に、交互に逆向きになるように制御されているが、各分極の向きは、図６の左側における分極の向きとは逆向きになっている。具体的に説明すると、第一電極１１と第二の中間電極３２との間の圧電体層は、第一電極１１から第二の中間電極３２に向かう方向（図６中の符号４３）で分極し、第二の中間電極３２と第四の中間電極３８との間の圧電体層は、第四の中間電極３８から第二の中間電極３２に向かう方向（図６中の符号４４）で分極し、第四の中間電極３８と第二電極１２との間の圧電体層は、第四の中間電極３８から第二電極１２に向かう方向（図６中の符号５０）で分極している。このように各電極間の圧電体層の分極の向きは図６の右側においても、順番に、交互に異なる方向を向くように制御されている。分極の方向に対応して、第二の中間電極３２は負の電荷を有し、第四の中間電極３８は正の電荷を有している。
【００７８】
図６では、第一の中間電極３１と第三の中間電極３７と、第二の中間電極３２と第四の中間電極３８との間の圧電体層は、第二電極１２から第一電極１１に向かう方向（図６中の符号６３）で分極している状態を示しているが、この分極の向きは第一電極１１から第二電極１２に向かう方向であってもよい。また、これら中間電極間の圧電体層は分極していなくともよい。
【００７９】
この第四実施形態によると、中間電極の数が増えることで電圧変化を測定できる箇所が増加して、感圧センサによる応力の検出感度の向上を期待することができる。
【００８０】
また、第四実施形態に係る感圧センサを製造する方法は、第一実施形態に係る感圧センサを製造する方法に準じて実施することができる。一例を挙げて説明すると、まず、第一実施形態に関する第一工程と同様、第一電極１１と第二電極１２間に外部電圧を印加して、圧電体層全体を特定方向（例えば上向きの方向）に分極させる工程を行なう。次いで、第一電極１１と第二の中間電極３２間、第一の中間電極３１と第三の中間電極３７間、及び、第四の中間電極３８と第二電極１２間それぞれに外部電圧を印可して、各電極間の圧電体層を、第一工程における分極方向とは逆方向（例えば下向きの方向）に分極させる工程を行なうことによって、第四実施形態に係る感圧センサを製造することができる。
【００８１】
図６では圧電体層２１の内部に二対の中間電極を有し、各対が感圧センサの厚み方向に配置された態様を示したが、第四実施形態はこの態様に限定されず、圧電体層２１の内部に三対以上の中間電極を有し、各対を感圧センサの厚み方向に配置することもできる。この場合、各電極間の圧電体層の分極の向きは、図６で示した分極の向きに準じて、順番に、交互に異なる方向を向くように制御されており、かつ、左側の分極の向きと右側の分極の向きは互いに逆向きになるように制御される。
【００８２】
また、第四実施形態の構成は、第二実施形態及び／又は第三実施形態の構成と組み合わせることもできる。第二実施形態の構成と組み合わせる場合には、第二実施形態における圧電体層２１と第二圧電体層２２のいずれか又は双方の内部に、感圧センサの厚み方向に配置された二対以上の中間電極を配置すればよい。また、第三実施形態の構成と組み合わせる場合には、第三実施形態で示した感圧センサの面方向に配置された二対以上の中間電極を、感圧センサの厚み方向において複数繰り返して配置すればよい。
【００８３】
（応力検出方法）
本発明の感圧センサでは、第一電極と第二電極間の電圧変化、及び／又は、一対の中間電極間の電圧変化を測定することで、感圧センサにかかるずり応力を検出することができる。さらに、本発明の感圧センサによると、ずり応力に加えて垂直応力も検出することができ、しかも、垂直応力が加えられた時の電圧変化の波形と、ずり応力が加えられた時の電圧変化の波形が異なるので、垂直応力とずり応力を識別して検出することができる。
【００８４】
本発明の感圧センサは、シューズまたはシューズのインソールに内蔵又は設置することで足にかかる垂直方向の応力と横方向の応力の時間的変化を経時的に測定することができる。また、本発明の感圧センサを複数個分散させてシューズまたはインソールに配置することで、３軸方向の応力測定が可能となり、ウェアラブルセンサとしての応用を期待することができる。特に本発明の感圧センサは中周波数以上の高速応答の感度が良好であるので、ランニング用のシューズ又はインソールに好適に搭載することができる。
【００８５】
本発明の感圧センサを例えばインソールの内部に配置する場合には、感圧センサの周囲をゴム又はエラストマー状の材料で包囲することが好ましい。これにより、応力が感圧センサに対してより効果的に作用するようになり、上下方向と左右方向の応力測定をより効果的に実施することができる。
【００８６】
また、逆圧電効果を利用して感圧センサにフィルム振動を発生させて、これにより足に振動刺激を与えることも可能となる。
【００８７】
さらに、本発明に係る感圧センサは、シューズやインソール以外にも多数の用途で使用可能である。例えば、人体が物体に接触する箇所、例えば、ベッド、枕、車椅子のシート、スキーブーツ、衣服、靴下、サポーターなどに用いて、人間と物体の接触面で発生する多様な応力、その時間依存性、３軸方向の応力分布などを測定することができる。その他、乗用車のハンドル、ゴルフクラブの把持部などに用いて握力の変化を測定することもできる。また、逆圧電効果を利用した振動刺激により警告刺激を発したり、鬱血を防止する効果を期待することもできる。
【００８８】
さらに、ゴルフクラブのフェーズ、ロボットのハンド、路面状況を測定する目的でタイヤ表面、血流のズリ応力を測定する目的で血管の内表面等に設置することもできる。
【実施例】
【００８９】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００９０】
（実施例１）
まず、ポリエチレンテレフタレート基板上にアルミニウムを真空蒸着し、有効面積６ｍｍ２、厚み１００ｎｍの第二電極を形成した。次いで、第二電極の表面に、フッ化ビニリデン／三フッ化エチレン共重合体の溶液をスピンコート法（回転塗布法）で塗布して、有効面積６ｍｍ２、厚み１０００ｎｍの一次圧電体層を形成した。
【００９１】
一次圧電体層の表面に、マスキングしながらアルミニウムを真空蒸着して、それぞれ、有効面積２ｍｍ２、厚み１００ｎｍの第一の中間電極及び第二の中間電極を形成した。ただし、第一の中間電極と第二の中間電極は、あいだに４００μｍの距離を空けて形成した。
【００９２】
その後、フッ化ビニリデン／三フッ化エチレン共重合体の溶液を再度スピンコート法で塗布して、有効面積６ｍｍ２、厚み１０００ｎｍの二次圧電体層を形成し、さらに１３０℃で１．５時間、アニール処理を行なった。これにより、有効面積６ｍｍ２、厚み２０００ｎｍの圧電体層を形成した。
【００９３】
次いで、圧電体層の表面に、アルミニウムを真空蒸着し、有効面積６ｍｍ２、厚み１００ｎｍの第一電極を形成した。これにより、図１の層構成を持つ圧電素子を製造した。
【００９４】
得られた圧電素子について、各電極に引配線を接続し、次に示す手順で、各電極間に外部電圧を印加することで、圧電体層が図１に示す方向で分極するように外部電圧を印加した。まず、第一電極と第二電極間に外部電圧を印加して、圧電体層全体を上向きの方向に分極させた。次に、第二の中間電極と第一電極間の圧電体層を下向きの方向に分極させ、さらに、第一の中間電極と第二電極間の圧電体層も下向きの方向に分極させた。なお、それぞれの残留分極は５０ｍＣ／ｍ２となるように外部電圧を印加した。以上により、第一実施形態に相当する本実施例に係る感圧センサを得た。
【００９５】
次いで、この感圧センサの圧電効果を評価した。圧電効果の評価にあたっては、電動シリンダーの先端にロードセルを取り付けた加圧装置を制作して使用した。このロードセルにより感圧センサを加圧し、その加圧量を測定すると同時に、圧電効果により生じた電圧を、第一電極と第二電極間、及び、第一の中間電極と第二の中間電極間で測定した。
【００９６】
まず、垂直方向から１７０Ｎの応力を加えた時に、感圧センサにおいて発生する電圧変化を測定した結果を、図７（ａ）及び（ｂ）のチャートで示す。（ａ）のチャートは、第一電極と第二電極間の電圧変化を示し、（ｂ）のチャートは第一の中間電極と第二の中間電極間の電圧変化を示す。これら（ａ）及び（ｂ）のチャートより、本実施例に係る感圧センサに垂直方向から力を加えることで、第一電極と第二電極間、及び、第一の中間電極と第二の中間電極間の双方で、正の電圧変化を確認できること、すなわち垂直応力を検出できることが分かる。
【００９７】
次に、当該感圧センサに垂直方向から１３０Ｎの応力を加えつつ、感圧センサを載置した固定台に横方向から１５．３Ｎの力を加えた。このようにずり応力を加えた時に、感圧センサにおいて発生する電圧変化を測定した結果を、図７（ｃ）及び（ｄ）のチャートで示す。（ｃ）のチャートは、第一電極と第二電極間の電圧変化を示し、（ｄ）のチャートは第一の中間電極と第二の中間電極間の電圧変化を示す。
【００９８】
これら（ｃ）及び（ｄ）のチャートより、本実施例に係る感圧センサに横方向から力を加えることで、第一電極と第二電極間、及び、第一の中間電極と第二の中間電極間それぞれで、電圧変化を確認できること、すなわちずり応力を検出できることが分かる。しかも、これら（ｃ）及び（ｄ）のチャートでは正の電圧変化の直後に、負の電圧変化が確認された。これらの波形は、（ａ）及び（ｂ）で示した垂直応力印加時の波形とは明らかに異なることから、この感圧センサによると、垂直応力とずり応力を区別して検出することが可能となる。
【００９９】
さらに、本実施例に係る感圧センサを靴用インソールの内部に５箇所配置し、これを無線モジュールと組み合わせ、シューズ内に配置することで、無線型感圧センサーシューズを試作した。このシューズを履いて地面を踏んだときと、地面から持ち上げたときの各電極間の電圧を測定したところ、実行動に対応して電圧変化が測定され、実行動のセンシングに成功した。
【０１００】
また、本実施例に係る感圧センサは有機系の圧電材料を用いたものであるため、耐久性に優れたものであった。
【０１０１】
（比較例１）
実施例１で得た圧電素子において、圧電体層全体が上向きの方向で分極するように電圧を印加したものの、その後の下向きの分極を行なわなかった点以外は実施例１と同様にして、本比較例に係る感圧センサを製造した。この感圧センサについて実施例１と同様の手順で、垂直応力及びずり応力の検出を試みた。その結果を図８に示す。
【０１０２】
図８（ａ）及び（ｂ）のチャートでは、垂直応力を加えた時に、感圧センサにおいて発生する電圧変化を測定した結果を示す。（ａ）のチャートは、第一電極と第二電極間の電圧変化を示し、（ｂ）のチャートは第一の中間電極と第二の中間電極間の電圧変化を示す。これら（ａ）及び（ｂ）のチャートより、本比較例に係る感圧センサに垂直応力を加えることで、第一電極と第二電極間で正の電圧変化を確認できるが、第一の中間電極と第二の中間電極間では電圧変化は微弱であり、垂直応力を検出できないことが分かる。
【０１０３】
図８（ｃ）及び（ｄ）のチャートでは、比較例１に係る感圧センサにずり応力を加えた時に、感圧センサにおいて発生する電圧変化を測定した結果を示す。（ｃ）のチャートは、第一電極と第二電極間の電圧変化を示し、（ｄ）のチャートは第一の中間電極と第二の中間電極間の電圧変化を示す。これら（ｃ）及び（ｄ）のチャートより、本比較例に係る感圧センサにずり応力を加えることで、第一電極と第二電極間で正の電圧変化を確認できるが、第一の中間電極と第二の中間電極間では電圧変化は微弱であり、ずり応力を検出できないことが分かる。
【０１０４】
また、垂直応力及びずり応力を検出できた第一電極と第二電極間においても、（ａ）のチャートで示された垂直応力印加時の波形と、（ｃ）のチャートで示されたずり応力印加時の波形には実質的な差異がなく、垂直応力とずり応力を区別できないことが分かる。
【０１０５】
（比較例２）
実施例１で得た圧電素子を、中間電極を形成せずに、第一電極、第二電極、及び圧電体層の三層からなる層構成の圧電素子に変更し、この圧電素子において、圧電体層が第一電極から第二電極に向かう方向で分極するように電圧を印可した以外は、実施例１と同様にして、本比較例に係る感圧センサを製造した。
【０１０６】
この感圧センサについて実施例１と同様の手順で、第一電極と第二電極間で電圧変化の測定を試みたところ、垂直応力に対しては第一電極と第二電極間で正の電圧変化を確認できたが、ずり応力に対する電圧変化は極めて微弱であり、ずり応力を検出できなかった。
【符号の説明】
【０１０７】
１０、２０、３０、４０  感圧センサ
１１  第一電極
１２  第二電極
１３  第三電極
２１  圧電体層
２２  第二圧電体層
３１  第一の中間電極
３２  第二の中間電極
３３、３３′、３５、３７  第三の中間電極
３４、３４′、３６、３８  第四の中間電極
４１〜５０、４１′〜４８′、６１〜６３  圧電体層中の分極の向き
７１〜７４  引出配線
【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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