多層担体箔を有する箔型スイッチング素子
スイッチング素子の作動領域を限定する少なくとも１つの切欠き部が設けられたスペーサーを用いて互いに一定間隔を空けて配置された第一担体箔及び第二担体箔を有する箔型スイッチング素子。スイッチング素子の作動領域に対して作用する圧力に応答して、第一及び第二担体箔がそれら弾性担体箔の反発力に反して押し付け合わされて少なくとも２つの電極間に電気接触が確立されるように、第一及び第二担体箔間のスイッチング素子の作動領域中に前記少なくとも２つの電極が配置される。本発明によれば、前記担体箔の少なくとも一方は異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペーサーを用いて互いに一定間隔を空けて配置される第一担体箔及び第二担体箔を有して構成される箔型スイッチング素子に関する。前記スペーサーにはスイッチング素子の作動領域を画成する少なくとも１つの切欠き部が設けられている。前記第一及び第二担体箔間のスイッチング素子の作動領域内には少なくとも２つの電極が配置され、前記スイッチング素子の作動領域に対して作用する圧力に応答して前記第一及び第二担体箔が弾性担体箔の反発力に反して押し付け合わされて前記少なくとも２つの電極間に電気接触が確立される。
【背景技術】
【０００２】
このような箔型スイッチング素子についてはいくつかの実施態様が当該技術分野において周知である。これらスイッチング素子は、その数例において、例えば第一担体箔上へ配置される第一電極と、第二担体箔上へ前記平面状の第一電極と対向位置関係になるように配置される第二電極から成る単純スイッチとして構成されている。これら電極は前記作動領域内の担体箔のそれぞれを実質的に全面被覆する平面形状に構成されてもよい。
【０００３】
当該技術分野において公知の他のスイッチング素子は、加圧量に伴って電気抵抗変化する圧力センサとして構成されている。かかる圧力センサの一実施態様においては、第一電極が第一担体箔上へ配置され、第二電極が第二担体箔上へ前記第一電極と対向位置関係になるように配置される。これら電極の少なくとも一方は、第一及び第二担体箔がスイッチング素子に対して作用する作用力に応答して押しつけ合わされるように、感圧性材料、例えば半導電性料から成る層で被覆され、電気接触が第一及び第二電極間に感圧性材料から成る層を介して確立される。この種の感圧センサは所謂「スルーモード」での作動にしばしば要求される。
【０００４】
前記圧力センサの上記に代わる実施態様においては、第一及び第二担体箔の一方上へ第一及び第二電極が間隔を空けた位置関係になるように配置され、他方の担体箔が感圧性材料から成る層で被覆される。前記感圧性材料層は、第一及び第二担体箔がスイッチング素子の作動領域に対して作用する作用力に応答して押し付け合わされる際に前記感圧性材料層が第一及び第二電極を分路するように、第一及び第二電極へ対向位置関係になるように配置される。この実施態様によるセンサは所謂「分路（ｓｈｕｎｔ）モード」での作動に要求される。
【０００５】
上記したスイッチング素子は有効コストで製造でき、また実用に際して極めて強靭かつ信頼度が高いことが実証されている。
【０００６】
このようなスイッチング素子の電気的応答性は、電極タイプ、感圧性材料層の有無、電極構成、スイッチング素子の作動領域内への電極配置、そして前記作動領域に対して作用する作用力に応答して電極間に確立される物理的接触と依存関係にある。前記電極間の物理的接触は、前記作動領域に対して作用する作用力の場合、スイッチング素子の機械的応答によって決まる。この機械的応答は、通常ＰＥＴ箔である担体箔の弾性特性、前記作動領域の側方寸法、及び二つの対向する担体箔間の間隔によって左右される。
【０００７】
従って一定の大きさ及び形状をもつスイッチング素子については、担体箔の機械的特性を適合させることによって該スイッチング素子の機械的応答を適合させることが可能である。かかる適合化は担体箔の材料を適切に選択し、及び担体箔の厚さを所望の機械的応答が得られるように適合させることによって達成可能である。前記担体箔材料の選択に際してはいくつかの必要条件を満たさなければならない。用いられる材料はまず絶えず一定な高い弾性率をもち、スイッチング素子へ優れた機械的強靭性と高い耐薬品性を付与できる材料でなければならない。さらにこれら材料は好ましくは高耐湿性であることが要求される。前記材料は、上記の必要条件の他、電極の導電性インクに対する優れた接着性と、担体箔の変形を最小限に抑えるため該インクの硬化中のインク応力に対する耐久性を保有するものでなければならない。また、前記材料は半導電性材料によって適当なコーティングが可能で、かつ放電を受け易いものであってはならない。さらに用いられる材料のコストは低コストでなければならない。
【０００８】
しかし市場にある基板材料はいずれも上記必要条件を満たさないため、所望される特性と材料コスト両面の妥協によって材料の選択が行われてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記に鑑み、より改良されたスイッチング素子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】
【００１０】
上記目的は本願請求項１項記載の箔型スイッチング素子によって達成される。この箔型スイッチング素子には、該スイッチング素子の作動領域を限定する少なくとも１つの切欠き部が設けられたスペーサーによって互いに一定間隔を空けて配置された第一担体箔及び第二担体箔が含まれている。前記第一及び第二担体箔間のスイッチング素子の作動領域中には、該スイッチング素子の作動領域に対して作用する圧力に応答して、前記第一及び第二担体箔がそれら弾性担体箔の反発力に反して押し付け合わされて少なくとも２つの電極間に電気接触が確立されるように、少なくとも２つの電極が配置されている。本発明においては、前記担体箔の少なくとも一方は異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成されている。
【００１１】
本発明に係るスイッチング素子の特性は、該スイッチング素子の適用場面における必要条件へ自由に適合させることができる。実際上、担体箔を多層構造とすることにより、要求される特性を合わせ持つ担体箔を提供するために、異なる材料の異なる機械的、化学的及び電気的特性を併合させることが可能である。従っていくつかの特性に関して妥協する必要性はもはや無く、実際の適用場面へスイッチング素子を正確に適合させることが可能である。高価格な材料であっても担体箔全体の厚さに比べればほんの一部分である極めて薄い層としてのみ使用されるため、コストに関する条件も十分満たすことができる。
【００１２】
前記多層に構成された担体箔の異なる各層にはそれぞれ特定の優れた特性があり、これら各特性が併合されて担体箔へ付与される。従って、スイッチング素子へ所望の機械的応答を与えるために担体箔の特定の特性を高める必要があるならば、その特性を与える材料層を担体箔へ加えるか、あるいは既に存在する層であればその厚さを増加することが可能である。
【００１３】
スイッチング素子の下面を剛性支持体上へ取り付け、スイッチング素子の上面だけに作用力を加える適用場面において、第一及び第二担体箔の上側の箔だけに多層構造を与える構成は態様として興味深い。このような実施態様のスイッチング素子であれば極めて安価である。しかしながら、センサあるいはスイッチング素子を軟質な支持体上へ取り付けると、この支持体自体の応答がセンサの機械的応答に貢献する。そのため、本発明の好ましい実施態様においては、前記第一及び第二担体箔のそれぞれが異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成されている。
【００１４】
スイッチング素子の適用場面によっては、非対称動作を行うスイッチング素子が望ましいことが理解されよう。この場合、第一及び第二担体箔の特性は好ましくは相互に相違する。かかる非対称動作は、例えば前記第一及び第二担体箔の多層構造中の層数が異なる箔型スイッチング素子により、及び／または前記第一担体箔の多層構造の層が前記第二担体箔の多層構造の層を構成する材料とは異なる材料で構成されたスイッチング素子によって与えることが可能である。これらの実施態様によれば、例えば上側が特定の電気特性をもち、下側が化学的に応答性の高い環境中に取り付けるように特別に適合したセンサあるいはスイッチング素子を提供することが可能となる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様においては、前記多層担体箔の各層は機械的特性の異なる材料から成る。これら異なる各層は、例えば異なる弾性率をもつプラスチック箔、あるいは異なる温度域において高い弾性率をもつ材料から作製される。このようにして作られた担体箔は、広い温度域に亘ってより高い弾性率、あるいはより一定した弾性率を示す。このようにして、スイッチング素子の温度に対する機械的応答をセンサあるいはスイッチング素子用途の必要性に応じて調節することが可能である。
【００１６】
多層担体箔の異なる各層は異なるプラスチック箔から構成することができる。あるいは、前記各層の１または２以上が硬化誘電層あるいは金属箔で構成されてもよい。担体箔の前記各層の一層として金属箔を使用することにより、スイッチング素子環境においてスイッチング素子を電磁放射線から遮蔽することが可能となる。さらに金属箔の存在により、スイッチング素子を同時に容量感知性システムにおいて使用することが可能となる。
【００１７】
金属層を用いる有利な実施態様においては、多層担体箔には異なる金属から成る２層が含まれる。この異なる２種金属により、作動領域領域中において担体箔をドーム形状に変形させるためのバイメタル効果の利用が可能となる。かかるドーム形状の担体箔によってセンサ感度の調節が可能となり、また特定の温度域に亘ったセンサ応答の均質性の向上化が可能となる。なお、それぞれ熱膨張係数の大きく異なる２種のプラスチックフィルムを用いることによっても一種の「バイメタル」効果が得られることに注意すべきである。
【００１８】
スイッチング素子が化学的応答性の激しい環境下で使用されることが予定されているならば、前記多層担体箔の前記各層の一層、例えば外層は好ましくは高耐薬品性材料から成る。またスイッチング素子が火災リスクの高い環境下で使用される別の実施態様においては、前記多層担体箔の前記各層の一層が難燃性材料から成ると有利である。
【００１９】
前記多層担体箔の各層を異なる厚さに構成できることは当業者の知るところであろう。前記各層の厚さを適合化して、例えば前記多層担体箔中におけるそれら各層の主要特性「量」を調節することが可能である。
【００２０】
前記多層担体箔はいくつかの異なる方法によって製造することができる。第一の実施態様においては、前記多層担体箔の各層は例えば接着剤を用いて互いに積層される。別法では、前記多層担体箔の各層は一層を他層上へ押出し成形して作製される。さらに、特に金属層あるいは硬化樹脂層では、基層上へ各層を沈積させることも可能である。数個の層から成る多層構造の場合、堆積技術との組合せ、すなわち数個の層を積層する一方で他層を積層物上へ沈積あるいは押出し成形する方法も可能である。
【００２１】
本発明が単純膜スイッチ、さらに感圧スイッチに適用可能であることは当業者の認識するところである。単純膜スイッチの場合、第一電極は前記第一担体箔の内面上へ配置され、また第二電極は第二担体箔の内面上へ前記第一電極と対向位置関係になるように配置される。単純スイッチの変形例においては、第一及び第二電極は前記第一担体箔の内面上へ並べて配置され、また分路（ｓｈｕｎｔ）素子が第二担体箔の内面上へ前記第一及び第二電極と対向位置関係になるように配置される。前記２つの電極は、例えば前記２つの電極の歯が互い違いとなる位置関係となった櫛形状に構成されてもよい。箔型圧力センサも上記スイッチと同様に構成される。但し上記スイッチと異なり、前記第一及び第二電極の少なくとも一方が感圧抵抗材料で被覆される。別の実施態様においては、前記分路素子は抵抗材料から成る。感圧抵抗性あるいは半導電性材料を用いることにより、これら圧力センサの電極間の電気抵抗は前記２つの担体箔が押し付け合わされる圧力に依存して変動する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を添付図面を参照しながら以下に記載したいくつかの非限定的な実施態様によって説明し、さらに明らかにする。
【００２３】
典型例としてのスイッチング素子１０の断面を図１に示す。このスイッチング素子には第一担体箔１２及び第二担体箔１４が設けられ、これら２つの担体箔はスペーサーによって一定間隔を空けて配置されている。このスペーサーは、例えば両面接着シートから成るものでよい。全体を通して符合１８で示されるスイッチング素子１０の作動領域中において、スペーサー１６には、前記作動領域１８内で２つの担体箔１２及び１４が一定間隔を空けて互いに対向するように切欠きあるいは切抜き部分２０が設けられている。
【００２４】
作動領域１８内の担体箔１２及び１４の各内面上には、前記担体箔同士が押し付け合わされたならば接触装置２２及び２４間に電気接触が確立されるように、前記接触装置２２及び２４が配置されている。図示された実施態様においては、接触装置の一方２２または２４は前記担体箔１２及び１４の一方へ対向位置関係になるようにそれぞれ配置される。しかしながら、例えば２つの一定間隔を空けた接触装置２２及び２４を担体箔の一方上へ配置し、及び分路素子を他方の担体箔上へ配置する、他の配置方法も可能であることに注意すべきである。
【００２５】
前記接触装置には電極が含まれていてもよく、前記接触装置の少なくとも１つには感圧材料から成る層が含まれる。かかる感圧材料層は、スイッチング素子が圧力センサとして使用できるように、スイッチング素子へ圧力依存的動作を付与するものである。前記接触装置は通常、担体箔とスペーサーが互いに積層処理される前にスクリーン印刷法を用いて各担体箔上へプリントされる。
【００２６】
従来技術による箔型スイッチング素子の担体箔は、必要であればプリントされた電極上への付着性を増強するために表面処理されたＰＥＴ、ＰＩあるいはＰＥＮ等のプラスチックシート材料から成る。
【００２７】
上記単一シート材料の弾性特性は、スイッチング素子の機械的応答に関する要求に必ずしも符合しない。例えば、ＰＥＴあるいはＰＥＮの弾性率の依存性はそれぞれの限界温度において一段階高まり、スイッチング素子に対して最適ではない動作を与える。図２は−５０℃〜＋２００℃の温度範囲内でのＤＭＡ分析によって得た異なる基板材料についての弾性率と温度との相関性を示した図である。低温度域においてＰＥＴ（ＨＳＰＬ）（グラフ中の符号２６参照）の弾性は約６ＧＰａであるが、温度９０℃付近から１７５℃以上まで弾性は１ＧＰａ以下にまで大きく低下している。これに対して、ＰＥＮ（Ｋａｌａｄｅｘ）（符号２８参照）の温度依存性弾性率Ｅ（Ｔ）は単調に減少して温度１４０℃付近で最終段階を示し、またＰＩ（Ｋａｐｔｏｎ）（符号３０参照）の弾性率は全温度範囲に亘って僅かな変化しか示していない（＜５０％／２５０℃）。
【００２８】
ＰＩ／ＰＩあるいはＰＥＴ／ＰＥＴ担体箔系で作製された一般的な圧力センサについての電気応答相関性の結果的温度依存性を図３及び図４にそれぞれ示す。これらグラフは、それぞれの作動領域に対して作用する異なる圧力に対する９０μｍスペーサーで分離された厚さ１２５μｍの２つの担体箔を含む一般的圧力センサの電気抵抗Ｒを示している。各グラフには異なる温度、すなわち−５０℃（符号３２）、＋１００℃（符号３４）及び＋１７５℃（符号３６）における結果が示されている。
【００２９】
ＰＩの弾性は温度安定性であるため、対応する応答曲線Ｒ（ｐ，Ｔ）は極めて局部に限定されたＲ−ｐ領域を占めている。この応答曲線の変化点は２０ミリバール（＋１７５℃の場合）〜４０ミリバール（−５０℃の場合）の範囲内である。ＰＥＴ／ＰＥＴ系のプロットでは温度が７５℃を超えると直ちに電池感度の強い増加が示されている。ＲＴにおける約７０ミリバールでの変化点は１５０℃以上での理論値５ミリバールへと移行している。
【００３０】
自動車の温度範囲（−４０℃から１０５℃）に亘って同じセンサ応答を確保するためには、この温度範囲に亘って一定の弾性率を保有する基板の使用が必要とされる。さらに、例えば自動車及びセンサ製造のための必要条件を満たすためにはフィルムには下記特性が保持されていなければならない。
−優れた機械的強靭性、
−高耐薬品性、
−高耐湿性、
−高温における高応力受容後の迅速な弛緩（クリープ）、
−高く一定な弾性率、
−良好なインク付着性または適当なコーティングの許容性、
−インク硬化中のインク応力に対する耐久性（無変形）、
−無放電性（静電気）、
−低価格性。
【００３１】
かかる課題を達成するために、本発明は異なる材料から成る少なくとも２層を含む多層担体箔の使用を提案するものである。このような多層担体箔１２、１４を図５に概略的に示す。図示された実施態様は異なる材料から成る２層３８及び４０、例えば固く互いに固定された、ＰＥＴシートから成る一層とＰＩシートから成る他の一層、あるいはＰＥＴシートから成る一層と硬化樹脂層または金属層から成る他の一層から構成される。これら２層３８及び４０はいずれか適当な方法によって固定することができる。生じた多層担体箔１２、１４は前記２層３８及び４０の個々の特性が組み合わされた機械的、化学的あるいは電気的特性を示す。
【００３２】
合わされた担体箔の全厚は従来技術による担体箔の厚さよりも必ずしも厚くなっている必要はないことに注意すべきである。実際、これら２層３８及び４０の各層の厚さは通常従来型担体箔の厚さの何分の１でしかない。
【００３３】
担体箔１２、１４の第二の実施態様を図６に示す。この実施態様では２層３８及び４０は適当な材料から成り、接着層４２によって互いに積層されている。図示された実施態様において前記接着層４２は前記２層３８及び４０の一方に匹敵する厚さをもっている。しかしながら、前記接着層４２の厚さは前記２層３８及び４０の厚さよりはかなり小さくても良いことに気付くであろう。別構成として、前記接着層を前記２層３８及び４０のそれぞれより厚く構成することも可能である。さらに、前記２層３８及び４０は同じ厚さをもつように図示されているが、これら２層のそれぞれを異なる厚さに構成してもよいことが理解されよう。
【００３４】
図７には３層４４、４６及び４８をもつ実施態様が図示されている。これら３層のそれぞれはプラスチック箔、金属、あるいは誘電性樹脂のいずれか１種から構成することができる。これら３層は接着剤を用いずに組み合わされている。この組合せには同時押出技術あるいは沈積技術を用いることができる。これら３層の各層の厚さは同じであってもあるいは異なっていてもよい。また、２層４４及び４８は同一材料から作製されてもよいし、あるいは異なる材料から作製されてもよい。金属層を用いることにより、センサを容量性センサとしても用いることができることに気付くであろう。また、異なる金属から成る２層を用いることにより、それら金属のバイメタル効果を利用して作動領域中で担体箔をドーム状に変形できることも理解されるであろう。かかるドーム状の担体箔によってセンサ感度の調節及び特定温度域全体に亘るセンサ応答の均質性の増大が可能となる。２つのプラスチックフィルムによっても同様な「バイメタル」効果を得ることができるが、これら２つのフィルム材料の熱膨張係数は大きく異なっていなければならない。
【００３５】
積層によって組み合わされた３層４４、４６及び４８から成る担体箔の実施態様を図８に示す。前記異なる各層は接着層５０及び５２によって互いに積層されている。前記接着層５０及び５２は積層される各種材料に適合する同一接着材から成っていてもよいし、あるいは異なる接着材から成っていてもよい。さらに、前記層４４及び４８は同一材料から作製されてもよいし、あるいは異なる材料から作製されてもよい。前記したように、前記各層それぞれの厚さは他の層の厚さと異なっていてもよい。前記異なる各層の厚さを適合化することにより、例えば前記組み合わされた多層担体箔の特性のうちの主要特性の作用を調節することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】箔型スイッチング素子全体の断面を示した図である。
【図２】異なる担体箔材料の弾性率の温度依存性を示した図である。
【図３】各温度における一般的圧力センサとＰＩ担体箔との電気応答相関性を示した図である。
【図４】各温度における一般的圧力センサとＰＥＴ担体箔との電気応答相関性を示した図である。
【図５】本発明に従ったスイッチング素子担体箔の第一の実施態様を示した図である。
【図６】本発明に従ったスイッチング素子担体箔の第二の実施態様を示した図である。
【図７】本発明に従ったスイッチング素子担体箔の第三の実施態様を示した図である。
【図８】本発明に従ったスイッチング素子担体箔の第四の実施態様を示した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０：スイッチング素子
１２：第一担体箔
１４：第二担体箔
１６：スペーサー
１８：作動領域
２０：切欠き、または切抜き部分
２２，２４：接触装置
３８，４０：層
４２：接着層
４４，４６，４８：異なる層
５０，５２：接着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペーサーを用いて互いに一定間隔を空けて配置される第一担体箔及び第二担体箔を有して構成される箔型スイッチング素子に関する。前記スペーサーにはスイッチング素子の作動領域を画成する少なくとも１つの切欠き部が設けられている。前記第一及び第二担体箔間のスイッチング素子の作動領域内には少なくとも２つの電極が配置され、前記スイッチング素子の作動領域に対して作用する圧力に応答して前記第一及び第二担体箔が弾性担体箔の反発力に反して押し付け合わされて前記少なくとも２つの電極間に電気接触が確立される。
【背景技術】
【０００２】
このような箔型スイッチング素子についてはいくつかの実施態様が当該技術分野において周知である。これらスイッチング素子は、その数例において、例えば第一担体箔上へ配置される第一電極と、第二担体箔上へ前記平面状の第一電極と対向位置関係になるように配置される第二電極から成る単純スイッチとして構成されている。これら電極は前記作動領域内の担体箔のそれぞれを実質的に全面被覆する平面形状に構成されてもよい。
【０００３】
当該技術分野において公知の他のスイッチング素子は、加圧量に伴って電気抵抗変化する圧力センサとして構成されている。かかる圧力センサの一実施態様においては、第一電極が第一担体箔上へ配置され、第二電極が第二担体箔上へ前記第一電極と対向位置関係になるように配置される。これら電極の少なくとも一方は、第一及び第二担体箔がスイッチング素子に対して作用する作用力に応答して押しつけ合わされるように、感圧性材料、例えば半導電性料から成る層で被覆され、電気接触が第一及び第二電極間に感圧性材料から成る層を介して確立される。この種の感圧センサは所謂「スルーモード」での作動にしばしば要求される。
【０００４】
前記圧力センサの上記に代わる実施態様においては、第一及び第二担体箔の一方上へ第一及び第二電極が間隔を空けた位置関係になるように配置され、他方の担体箔が感圧性材料から成る層で被覆される。前記感圧性材料層は、第一及び第二担体箔がスイッチング素子の作動領域に対して作用する作用力に応答して押し付け合わされる際に前記感圧性材料層が第一及び第二電極を分路するように、第一及び第二電極へ対向位置関係になるように配置される。この実施態様によるセンサは所謂「分路（ｓｈｕｎｔ）モード」での作動に要求される。
【０００５】
上記したスイッチング素子は有効コストで製造でき、また実用に際して極めて強靭かつ信頼度が高いことが実証されている。
【０００６】
このようなスイッチング素子の電気的応答性は、電極タイプ、感圧性材料層の有無、電極構成、スイッチング素子の作動領域内への電極配置、そして前記作動領域に対して作用する作用力に応答して電極間に確立される物理的接触と依存関係にある。前記電極間の物理的接触は、前記作動領域に対して作用する作用力の場合、スイッチング素子の機械的応答によって決まる。この機械的応答は、通常ＰＥＴ箔である担体箔の弾性特性、前記作動領域の側方寸法、及び二つの対向する担体箔間の間隔によって左右される。
【０００７】
従って一定の大きさ及び形状をもつスイッチング素子については、担体箔の機械的特性を適合させることによって該スイッチング素子の機械的応答を適合させることが可能である。かかる適合化は担体箔の材料を適切に選択し、及び担体箔の厚さを所望の機械的応答が得られるように適合させることによって達成可能である。前記担体箔材料の選択に際してはいくつかの必要条件を満たさなければならない。用いられる材料はまず絶えず一定な高い弾性率をもち、スイッチング素子へ優れた機械的強靭性と高い耐薬品性を付与できる材料でなければならない。さらにこれら材料は好ましくは高耐湿性であることが要求される。前記材料は、上記の必要条件の他、電極の導電性インクに対する優れた接着性と、担体箔の変形を最小限に抑えるため該インクの硬化中のインク応力に対する耐久性を保有するものでなければならない。また、前記材料は半導電性材料によって適当なコーティングが可能で、かつ放電を受け易いものであってはならない。さらに用いられる材料のコストは低コストでなければならない。
【０００８】
しかし市場にある基板材料はいずれも上記必要条件を満たさないため、所望される特性と材料コスト両面の妥協によって材料の選択が行われてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記に鑑み、より改良されたスイッチング素子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】
【００１０】
上記目的は本願請求項１項記載の箔型スイッチング素子によって達成される。この箔型スイッチング素子には、該スイッチング素子の作動領域を限定する少なくとも１つの切欠き部が設けられたスペーサーによって互いに一定間隔を空けて配置された第一担体箔及び第二担体箔が含まれている。前記第一及び第二担体箔間のスイッチング素子の作動領域中には、該スイッチング素子の作動領域に対して作用する圧力に応答して、前記第一及び第二担体箔がそれら弾性担体箔の反発力に反して押し付け合わされて少なくとも２つの電極間に電気接触が確立されるように、少なくとも２つの電極が配置されている。本発明においては、前記担体箔の少なくとも一方は異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成されている。
【００１１】
本発明に係るスイッチング素子の特性は、該スイッチング素子の適用場面における必要条件へ自由に適合させることができる。実際上、担体箔を多層構造とすることにより、要求される特性を合わせ持つ担体箔を提供するために、異なる材料の異なる機械的、化学的及び電気的特性を併合させることが可能である。従っていくつかの特性に関して妥協する必要性はもはや無く、実際の適用場面へスイッチング素子を正確に適合させることが可能である。高価格な材料であっても担体箔全体の厚さに比べればほんの一部分である極めて薄い層としてのみ使用されるため、コストに関する条件も十分満たすことができる。
【００１２】
前記多層に構成された担体箔の異なる各層にはそれぞれ特定の優れた特性があり、これら各特性が併合されて担体箔へ付与される。従って、スイッチング素子へ所望の機械的応答を与えるために担体箔の特定の特性を高める必要があるならば、その特性を与える材料層を担体箔へ加えるか、あるいは既に存在する層であればその厚さを増加することが可能である。
【００１３】
スイッチング素子の下面を剛性支持体上へ取り付け、スイッチング素子の上面だけに作用力を加える適用場面において、第一及び第二担体箔の上側の箔だけに多層構造を与える構成は態様として興味深い。このような実施態様のスイッチング素子であれば極めて安価である。しかしながら、センサあるいはスイッチング素子を軟質な支持体上へ取り付けると、この支持体自体の応答がセンサの機械的応答に貢献する。そのため、本発明の好ましい実施態様においては、前記第一及び第二担体箔のそれぞれが異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成されている。
【００１４】
スイッチング素子の適用場面によっては、非対称動作を行うスイッチング素子が望ましいことが理解されよう。この場合、第一及び第二担体箔の特性は好ましくは相互に相違する。かかる非対称動作は、例えば前記第一及び第二担体箔の多層構造中の層数が異なる箔型スイッチング素子により、及び／または前記第一担体箔の多層構造の層が前記第二担体箔の多層構造の層を構成する材料とは異なる材料で構成されたスイッチング素子によって与えることが可能である。これらの実施態様によれば、例えば上側が特定の電気特性をもち、下側が化学的に応答性の高い環境中に取り付けるように特別に適合したセンサあるいはスイッチング素子を提供することが可能となる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様においては、前記多層担体箔の各層は機械的特性の異なる材料から成る。これら異なる各層は、例えば異なる弾性率をもつプラスチック箔、あるいは異なる温度域において高い弾性率をもつ材料から作製される。このようにして作られた担体箔は、広い温度域に亘ってより高い弾性率、あるいはより一定した弾性率を示す。このようにして、スイッチング素子の温度に対する機械的応答をセンサあるいはスイッチング素子用途の必要性に応じて調節することが可能である。
【００１６】
多層担体箔の異なる各層は異なるプラスチック箔から構成することができる。あるいは、前記各層の１または２以上が硬化誘電層あるいは金属箔で構成されてもよい。担体箔の前記各層の一層として金属箔を使用することにより、スイッチング素子環境においてスイッチング素子を電磁放射線から遮蔽することが可能となる。さらに金属箔の存在により、スイッチング素子を同時に容量感知性システムにおいて使用することが可能となる。
【００１７】
金属層を用いる有利な実施態様においては、多層担体箔には異なる金属から成る２層が含まれる。この異なる２種金属により、作動領域領域中において担体箔をドーム形状に変形させるためのバイメタル効果の利用が可能となる。かかるドーム形状の担体箔によってセンサ感度の調節が可能となり、また特定の温度域に亘ったセンサ応答の均質性の向上化が可能となる。なお、それぞれ熱膨張係数の大きく異なる２種のプラスチックフィルムを用いることによっても一種の「バイメタル」効果が得られることに注意すべきである。
【００１８】
スイッチング素子が化学的応答性の激しい環境下で使用されることが予定されているならば、前記多層担体箔の前記各層の一層、例えば外層は好ましくは高耐薬品性材料から成る。またスイッチング素子が火災リスクの高い環境下で使用される別の実施態様においては、前記多層担体箔の前記各層の一層が難燃性材料から成ると有利である。
【００１９】
前記多層担体箔の各層を異なる厚さに構成できることは当業者の知るところであろう。前記各層の厚さを適合化して、例えば前記多層担体箔中におけるそれら各層の主要特性「量」を調節することが可能である。
【００２０】
前記多層担体箔はいくつかの異なる方法によって製造することができる。第一の実施態様においては、前記多層担体箔の各層は例えば接着剤を用いて互いに積層される。別法では、前記多層担体箔の各層は一層を他層上へ押出し成形して作製される。さらに、特に金属層あるいは硬化樹脂層では、基層上へ各層を沈積させることも可能である。数個の層から成る多層構造の場合、堆積技術との組合せ、すなわち数個の層を積層する一方で他層を積層物上へ沈積あるいは押出し成形する方法も可能である。
【００２１】
本発明が単純膜スイッチ、さらに感圧スイッチに適用可能であることは当業者の認識するところである。単純膜スイッチの場合、第一電極は前記第一担体箔の内面上へ配置され、また第二電極は第二担体箔の内面上へ前記第一電極と対向位置関係になるように配置される。単純スイッチの変形例においては、第一及び第二電極は前記第一担体箔の内面上へ並べて配置され、また分路（ｓｈｕｎｔ）素子が第二担体箔の内面上へ前記第一及び第二電極と対向位置関係になるように配置される。前記２つの電極は、例えば前記２つの電極の歯が互い違いとなる位置関係となった櫛形状に構成されてもよい。箔型圧力センサも上記スイッチと同様に構成される。但し上記スイッチと異なり、前記第一及び第二電極の少なくとも一方が感圧抵抗材料で被覆される。別の実施態様においては、前記分路素子は抵抗材料から成る。感圧抵抗性あるいは半導電性材料を用いることにより、これら圧力センサの電極間の電気抵抗は前記２つの担体箔が押し付け合わされる圧力に依存して変動する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を添付図面を参照しながら以下に記載したいくつかの非限定的な実施態様によって説明し、さらに明らかにする。
【００２３】
典型例としてのスイッチング素子１０の断面を図１に示す。このスイッチング素子には第一担体箔１２及び第二担体箔１４が設けられ、これら２つの担体箔はスペーサーによって一定間隔を空けて配置されている。このスペーサーは、例えば両面接着シートから成るものでよい。全体を通して符合１８で示されるスイッチング素子１０の作動領域中において、スペーサー１６には、前記作動領域１８内で２つの担体箔１２及び１４が一定間隔を空けて互いに対向するように切欠きあるいは切抜き部分２０が設けられている。
【００２４】
作動領域１８内の担体箔１２及び１４の各内面上には、前記担体箔同士が押し付け合わされたならば接触装置２２及び２４間に電気接触が確立されるように、前記接触装置２２及び２４が配置されている。図示された実施態様においては、接触装置の一方２２または２４は前記担体箔１２及び１４の一方へ対向位置関係になるようにそれぞれ配置される。しかしながら、例えば２つの一定間隔を空けた接触装置２２及び２４を担体箔の一方上へ配置し、及び分路素子を他方の担体箔上へ配置する、他の配置方法も可能であることに注意すべきである。
【００２５】
前記接触装置には電極が含まれていてもよく、前記接触装置の少なくとも１つには感圧材料から成る層が含まれる。かかる感圧材料層は、スイッチング素子が圧力センサとして使用できるように、スイッチング素子へ圧力依存的動作を付与するものである。前記接触装置は通常、担体箔とスペーサーが互いに積層処理される前にスクリーン印刷法を用いて各担体箔上へプリントされる。
【００２６】
従来技術による箔型スイッチング素子の担体箔は、必要であればプリントされた電極上への付着性を増強するために表面処理されたＰＥＴ、ＰＩあるいはＰＥＮ等のプラスチックシート材料から成る。
【００２７】
上記単一シート材料の弾性特性は、スイッチング素子の機械的応答に関する要求に必ずしも符合しない。例えば、ＰＥＴあるいはＰＥＮの弾性率の依存性はそれぞれの限界温度において一段階高まり、スイッチング素子に対して最適ではない動作を与える。図２は−５０℃〜＋２００℃の温度範囲内でのＤＭＡ分析によって得た異なる基板材料についての弾性率と温度との相関性を示した図である。低温度域においてＰＥＴ（ＨＳＰＬ）（グラフ中の符号２６参照）の弾性は約６ＧＰａであるが、温度９０℃付近から１７５℃以上まで弾性は１ＧＰａ以下にまで大きく低下している。これに対して、ＰＥＮ（Ｋａｌａｄｅｘ）（符号２８参照）の温度依存性弾性率Ｅ（Ｔ）は単調に減少して温度１４０℃付近で最終段階を示し、またＰＩ（Ｋａｐｔｏｎ）（符号３０参照）の弾性率は全温度範囲に亘って僅かな変化しか示していない（＜５０％／２５０℃）。
【００２８】
ＰＩ／ＰＩあるいはＰＥＴ／ＰＥＴ担体箔系で作製された一般的な圧力センサについての電気応答相関性の結果的温度依存性を図３及び図４にそれぞれ示す。これらグラフは、それぞれの作動領域に対して作用する異なる圧力に対する９０μｍスペーサーで分離された厚さ１２５μｍの２つの担体箔を含む一般的圧力センサの電気抵抗Ｒを示している。各グラフには異なる温度、すなわち−５０℃（符号３２）、＋１００℃（符号３４）及び＋１７５℃（符号３６）における結果が示されている。
【００２９】
ＰＩの弾性は温度安定性であるため、対応する応答曲線Ｒ（ｐ，Ｔ）は極めて局部に限定されたＲ−ｐ領域を占めている。この応答曲線の変化点は２０ミリバール（＋１７５℃の場合）〜４０ミリバール（−５０℃の場合）の範囲内である。ＰＥＴ／ＰＥＴ系のプロットでは温度が７５℃を超えると直ちに電池感度の強い増加が示されている。ＲＴにおける約７０ミリバールでの変化点は１５０℃以上での理論値５ミリバールへと移行している。
【００３０】
自動車の温度範囲（−４０℃から１０５℃）に亘って同じセンサ応答を確保するためには、この温度範囲に亘って一定の弾性率を保有する基板の使用が必要とされる。さらに、例えば自動車及びセンサ製造のための必要条件を満たすためにはフィルムには下記特性が保持されていなければならない。
−優れた機械的強靭性、
−高耐薬品性、
−高耐湿性、
−高温における高応力受容後の迅速な弛緩（クリープ）、
−高く一定な弾性率、
−良好なインク付着性または適当なコーティングの許容性、
−インク硬化中のインク応力に対する耐久性（無変形）、
−無放電性（静電気）、
−低価格性。
【００３１】
かかる課題を達成するために、本発明は異なる材料から成る少なくとも２層を含む多層担体箔の使用を提案するものである。このような多層担体箔１２、１４を図５に概略的に示す。図示された実施態様は異なる材料から成る２層３８及び４０、例えば固く互いに固定された、ＰＥＴシートから成る一層とＰＩシートから成る他の一層、あるいはＰＥＴシートから成る一層と硬化樹脂層または金属層から成る他の一層から構成される。これら２層３８及び４０はいずれか適当な方法によって固定することができる。生じた多層担体箔１２、１４は前記２層３８及び４０の個々の特性が組み合わされた機械的、化学的あるいは電気的特性を示す。
【００３２】
合わされた担体箔の全厚は従来技術による担体箔の厚さよりも必ずしも厚くなっている必要はないことに注意すべきである。実際、これら２層３８及び４０の各層の厚さは通常従来型担体箔の厚さの何分の１でしかない。
【００３３】
担体箔１２、１４の第二の実施態様を図６に示す。この実施態様では２層３８及び４０は適当な材料から成り、接着層４２によって互いに積層されている。図示された実施態様において前記接着層４２は前記２層３８及び４０の一方に匹敵する厚さをもっている。しかしながら、前記接着層４２の厚さは前記２層３８及び４０の厚さよりはかなり小さくても良いことに気付くであろう。別構成として、前記接着層を前記２層３８及び４０のそれぞれより厚く構成することも可能である。さらに、前記２層３８及び４０は同じ厚さをもつように図示されているが、これら２層のそれぞれを異なる厚さに構成してもよいことが理解されよう。
【００３４】
図７には３層４４、４６及び４８をもつ実施態様が図示されている。これら３層のそれぞれはプラスチック箔、金属、あるいは誘電性樹脂のいずれか１種から構成することができる。これら３層は接着剤を用いずに組み合わされている。この組合せには同時押出技術あるいは沈積技術を用いることができる。これら３層の各層の厚さは同じであってもあるいは異なっていてもよい。また、２層４４及び４８は同一材料から作製されてもよいし、あるいは異なる材料から作製されてもよい。金属層を用いることにより、センサを容量性センサとしても用いることができることに気付くであろう。また、異なる金属から成る２層を用いることにより、それら金属のバイメタル効果を利用して作動領域中で担体箔をドーム状に変形できることも理解されるであろう。かかるドーム状の担体箔によってセンサ感度の調節及び特定温度域全体に亘るセンサ応答の均質性の増大が可能となる。２つのプラスチックフィルムによっても同様な「バイメタル」効果を得ることができるが、これら２つのフィルム材料の熱膨張係数は大きく異なっていなければならない。
【００３５】
積層によって組み合わされた３層４４、４６及び４８から成る担体箔の実施態様を図８に示す。前記異なる各層は接着層５０及び５２によって互いに積層されている。前記接着層５０及び５２は積層される各種材料に適合する同一接着材から成っていてもよいし、あるいは異なる接着材から成っていてもよい。さらに、前記層４４及び４８は同一材料から作製されてもよいし、あるいは異なる材料から作製されてもよい。前記したように、前記各層それぞれの厚さは他の層の厚さと異なっていてもよい。前記異なる各層の厚さを適合化することにより、例えば前記組み合わされた多層担体箔の特性のうちの主要特性の作用を調節することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】箔型スイッチング素子全体の断面を示した図である。
【図２】異なる担体箔材料の弾性率の温度依存性を示した図である。
【図３】各温度における一般的圧力センサとＰＩ担体箔との電気応答相関性を示した図である。
【図４】各温度における一般的圧力センサとＰＥＴ担体箔との電気応答相関性を示した図である。
【図５】本発明に従ったスイッチング素子担体箔の第一の実施態様を示した図である。
【図６】本発明に従ったスイッチング素子担体箔の第二の実施態様を示した図である。
【図７】本発明に従ったスイッチング素子担体箔の第三の実施態様を示した図である。
【図８】本発明に従ったスイッチング素子担体箔の第四の実施態様を示した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０：スイッチング素子
１２：第一担体箔
１４：第二担体箔
１６：スペーサー
１８：作動領域
２０：切欠き、または切抜き部分
２２，２４：接触装置
３８，４０：層
４２：接着層
４４，４６，４８：異なる層
５０，５２：接着層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子の作動領域を画成する少なくとも１つの切欠き部が設けられたスペーサーを用いて互いに一定間隔を空けて配置された第一担体箔及び第二担体箔と、
スイッチング素子の作動領域に対して作用する圧力に応答して、前記第一及び第二担体箔がそれら弾性担体箔の反発力に反して押し付け合わされて少なくとも２つの電極間に電気接触が確立するように前記第一及び第二担体箔間のスイッチング素子の作動領域中に配置された少なくとも２つの電極を有する箔型スイッチング素子であって、
前記担体箔の少なくとも一方が異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成されていることを特徴とする前記箔型スイッチング素子。
【請求項２】
前記第一及び第二担体箔のそれぞれが異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成されていることを特徴とする請求項１項記載の箔型スイッチング素子。
【請求項３】
前記第一及び第二担体箔の多層構造中の層数が異なっていることを特徴とする請求項２項記載の箔型スイッチング素子。
【請求項４】
前記第一担体箔の多層構造の各層が、前記第二担体箔の多層構造の各層の材料と異なる材料から成ることを特徴とする請求項２または３項記載の箔型スイッチング素子。
【請求項５】
前記多層構造担体箔の前記各層が異なる機械的特性をもつ材料から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項６】
前記多層構造担体箔の前記各層が異なる弾性率をもつ材料から成ることを特徴とする請求項５項記載の箔型スイッチング素子。
【請求項７】
前記多層構造担体箔の前記各層の一層が誘電性樹脂層から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項８】
前記多層構造担体箔の前記各層の一層が金属箔から成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項９】
前記多層構造担体箔が異なる金属から成る２層に構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１０】
前記多層構造担体箔の前記各層の一層が高耐薬品性材料から成ることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１１】
前記多層構造担体箔の前記各層の一層が難燃性材料から成ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１２】
前記多層構造担体箔の異なる各層が異なる厚さをもつことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１３】
前記多層構造担体箔の各層が一層を他層上へ押出し成形して作製されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１４】
前記多層構造担体箔の各層が互いに積層されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１５】
前記多層構造担体箔の各層が互いの層上へ沈積されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１】
スイッチング素子の作動領域を画成する少なくとも１つの切欠き部が設けられたスペーサーを用いて互いに一定間隔を空けて配置された第一担体箔及び第二担体箔と、
スイッチング素子の作動領域に対して作用する圧力に応答して、前記第一及び第二担体箔がそれら弾性担体箔の反発力に反して押し付け合わされて少なくとも２つの電極間に電気接触が確立するように前記第一及び第二担体箔間のスイッチング素子の作動領域中に配置された少なくとも２つの電極を有する箔型スイッチング素子であって、
前記担体箔の少なくとも一方が異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成されていることを特徴とする前記箔型スイッチング素子。
【請求項２】
前記第一及び第二担体箔のそれぞれが異なる材料から成る少なくとも２層をもつ多層構造に構成されていることを特徴とする請求項１項記載の箔型スイッチング素子。
【請求項３】
前記第一及び第二担体箔の多層構造中の層数が異なっていることを特徴とする請求項２項記載の箔型スイッチング素子。
【請求項４】
前記第一担体箔の多層構造の各層が、前記第二担体箔の多層構造の各層の材料と異なる材料から成ることを特徴とする請求項２または３項記載の箔型スイッチング素子。
【請求項５】
前記多層構造担体箔の前記各層が異なる機械的特性をもつ材料から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項６】
前記多層構造担体箔の前記各層が異なる弾性率をもつ材料から成ることを特徴とする請求項５項記載の箔型スイッチング素子。
【請求項７】
前記多層構造担体箔の前記各層の一層が誘電性樹脂層から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項８】
前記多層構造担体箔の前記各層の一層が金属箔から成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項９】
前記多層構造担体箔が異なる金属から成る２層に構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１０】
前記多層構造担体箔の前記各層の一層が高耐薬品性材料から成ることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１１】
前記多層構造担体箔の前記各層の一層が難燃性材料から成ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１２】
前記多層構造担体箔の異なる各層が異なる厚さをもつことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１３】
前記多層構造担体箔の各層が一層を他層上へ押出し成形して作製されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１４】
前記多層構造担体箔の各層が互いに積層されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【請求項１５】
前記多層構造担体箔の各層が互いの層上へ沈積されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の箔型スイッチング素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００６−５０９３３７（Ｐ２００６−５０９３３７Ａ）
【公表日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５５８１１６（Ｐ２００４−５５８１１６）
【出願日】平成１５年１２月８日（２００３．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００３／０５０９６３
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５３９０８
【国際公開日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（５０３１５０５９４）アイイーイー インターナショナル エレクトロニクス アンド エンジニアリング エス．エイ． (56)
【氏名又は名称原語表記】ＩＥＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＆ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１２月８日（２００３．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００３／０５０９６３
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５３９０８
【国際公開日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（５０３１５０５９４）アイイーイー インターナショナル エレクトロニクス アンド エンジニアリング エス．エイ． (56)
【氏名又は名称原語表記】ＩＥＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＆ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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