感圧センサ
【課題】圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化する感圧センサを提供する。
【解決手段】感圧センサ１は、圧力により抵抗値が変化する感圧フィルム２と、感圧フィルム２を挟む一対の電極３と、一対の電極３の他方に対して一方が近接するように、一方の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４とを備えている。この感圧センサ１では、一対の電極３が、感圧フィルム２を圧縮している。また、感圧センサ１は、厚さ方向に貫通した開口部５ａを有するベースフィルム５を備えている。この感圧センサ１では、ベースフィルム５および感圧フィルム２の厚さ方向を一致させてベースフィルム５の開口部５ａに感圧フィルム２が設けられている。また、ベースフィルム５と一方の電極３とで段差部１１が構成されている。また、可撓性フィルム４が、ベースフィルム５から一方の電極３へ段差部１１にならうようにして張り付けられている。
【解決手段】感圧センサ１は、圧力により抵抗値が変化する感圧フィルム２と、感圧フィルム２を挟む一対の電極３と、一対の電極３の他方に対して一方が近接するように、一方の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４とを備えている。この感圧センサ１では、一対の電極３が、感圧フィルム２を圧縮している。また、感圧センサ１は、厚さ方向に貫通した開口部５ａを有するベースフィルム５を備えている。この感圧センサ１では、ベースフィルム５および感圧フィルム２の厚さ方向を一致させてベースフィルム５の開口部５ａに感圧フィルム２が設けられている。また、ベースフィルム５と一方の電極３とで段差部１１が構成されている。また、可撓性フィルム４が、ベースフィルム５から一方の電極３へ段差部１１にならうようにして張り付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧センサに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００８−２８５０５２号公報（特許文献１）には、自動車などの車両に搭載される着座センサが開示されている。この着座センサは、導電パターン回路が形成された２枚の可撓性フィルム基板を、切欠部を有する絶縁スペーサを介して積層した構造を有している。これによれば、座席に乗員が着座した場合、その荷重によって一方の可撓性フィルム基板が撓み、その導電パターン回路が、絶縁スペーサの切欠部を通して他方の可撓性フィルム基板の導電パターン回路と接触し、電流が流れる。また、乗員が座席から離れた場合、導電パターン回路同士の接触がなくなり、電流が流れなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８５０５２号公報（図２、明細書段落［００１３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、座席に乗員が着座しているか否かを検知することを主眼とし、着座センサが、加圧された際の抵抗変化を設定された閾値によりＯＮまたはＯＦＦとして判定（出力）できることを利用している。具体的には、着座センサは、座席に乗員が着座する前では、導電パターン回路どうしが接触していないので、抵抗が無限大となり、出力がＯＦＦとなる。また、着座センサは、座席に乗員が着座した後では、導電パターン回路どうしが接触するので、抵抗が所定の範囲内に収まり、出力がＯＮとなる。
【０００５】
このように、単に、出力がＯＮかＯＦＦかを段階的（デジタル的）に検知することに対しては、特許文献１の着座センサを用いることは有用である。しかしながら、圧力の変化に対して抵抗値を連続的（アナログ的）に検出すること（例えば、人間とクッションとの間や、マネキンと衣服との間の接触圧を測ること）に対しては、特許文献１の着座センサは用いにくいものと考えられる。
【０００６】
なぜならば、可撓性フィルム基板が変位して、導電パターン回路どうしが接触し始めの状態は、抵抗値が高く、不安定な状態だからである。このため、特許文献１の着座センサは、例えば、図１３に示すように、抵抗値Ｒが、圧力Ｐの増加により、無限大の状態Ｘから、数ＭΩ以上でばらつく不安定な状態Ｙを介して、安定した数ｋΩオーダの状態Ｚへと、不連続に変化してしまう。
【０００７】
また、特許文献１の着座センサは、状態Ｙから所定の加圧領域（微小圧領域）では抵抗値Ｒが対数的に変化するため、例えば圧力Ｐに対して抵抗値Ｒが直線的に変化するものに比べて、制御が困難になるものと考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化する感圧センサを提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る感圧センサは、圧力により抵抗値が変化する感圧フィルムと、前記感圧フィルムを挟む一対の電極と、前記一対の電極の他方に対して一方が近接するように、前記一方の電極に張り付けられた可撓性フィルムとを備えている。この感圧センサでは、前記一対の電極が、前記感圧フィルムを圧縮している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化する感圧センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る感圧センサの要部を示す断面図である。
【図２】図１に示した感圧センサの平面図である。
【図３】図１に示した感圧センサの組立斜視図である。
【図４】図１に示した感圧センサの組立断面図である。
【図５】図１に示した感圧センサの組立平面図である。
【図６】図１に示した感圧センサに配線を接続した斜視図である。
【図７】図６に示した感圧センサの組立斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る感圧センサの動作を説明するための図である。
【図９】図８に続く感圧センサの動作を説明するための図である。
【図１０】図９に続く感圧センサの動作を説明するための図である。
【図１１】図８〜図１０に示したセンサにおいて、圧力の変化に対して抵抗値が連続であることを説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係る感圧センサの要部を示す断面図である。
【図１３】着座センサにおいて、圧力の変化に対して抵抗値が不連続であることを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
また、実施形態で示す構成要素は、本発明において必ずしも必須のものとは限らない。また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。
【００１４】
［実施形態１］
本発明の実施形態では、物体が接触して発生した圧力の変化を電気抵抗値（単に抵抗値ともいう。）の変化として検出する感圧センサに適用して説明する。
【００１５】
まず、本実施形態に係る感圧センサ１の構造について図１〜図７を参照して説明する。図１は感圧センサ１の要部を示す断面図であり、図２は図１に示した感圧センサ１の平面図である。図２のＸ−Ｘ線における感圧センサ１の断面が、図１に示されている。また、図３〜図５は感圧センサ１の組立段階の図であって、それぞれ斜視図、断面図、平面図である。図５のＸ−Ｘ線における感圧センサ１の断面が、図４に示されている。また、図６は感圧センサ１に配線１４を接続した状態の斜視図であり、図７はその組立段階の斜視図である。
【００１６】
感圧センサ１は、図１、図２に示すように、感圧フィルム２と、一対の電極３、３と、一対の可撓性フィルム４、４と、ベースフィルム５とを備えている。この感圧センサ１は、外形状が円盤状となっている。これら、感圧フィルム２と、一対の電極３、３と、一対の可撓性フィルム４、４と、ベースフィルム５とで構成されるモジュールは、感圧モジュールともいう。
【００１７】
また、感圧センサ１は、図６に示すように、一対のパッド１３、１３と、一対の配線１４、１４（例えば、ビニール線などのリード線、導線などから構成される）とを備えている。一端が感圧センサ１側で例えばはんだ付けなどで接続された一対の配線１４、１４は、他端が外部測定機器に接続される。感圧センサ１は、感圧フィルム２を中心に対称構造となっている。
【００１８】
感圧フィルム２は、圧力（荷重）により抵抗値が変化するものである。感圧フィルム２の構成材料は、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂（合成樹脂）に、複数の導電性粒子を混ぜ合わせてなる感圧導電性エラストマ（感圧導電性ゴム）である。また、感圧フィルム２の外形状は、平面視円形状のフィルム（厚さが、例えば１００μｍ程度）である。
【００１９】
感圧フィルム２は、厚さ方向に圧力が加えられる（圧縮される）と、フィルムが薄くなり、複数の導電性粒子が密になるため、抵抗値が低下する。すなわち、感圧フィルム２は、圧力により抵抗値が変化する。この感圧フィルム２の抵抗値は、一対の電極３、３（２端子）から取り出される。
【００２０】
一対の電極３、３は、感圧フィルム２を圧縮するものであり、感圧フィルム２を抵抗部材としたときの外部接続端子でもある。一対の電極３、３は、互いに対向し、感圧フィルム２の両面を挟むように設けられている。感圧フィルム２と一対の電極３、３とは積層されて、これらを含んだ積層体１２（電子部品）が構成される。
【００２１】
各電極３は、同じ材料、同じ形状で構成されている。電極３の構成材料は、例えば、真鍮、銀などの金属を含む導体である。また、電極３の外形状は、図３に示すように、プレート部３ａと、プレート部３ａの一面中央を中心に設けられた突起部３ｂとを有した形状（最も肉厚の厚さが、例えば１００μｍ程度）である。
【００２２】
プレート部３ａは、平面視円形状に形成されている。プレート部３ａは、感圧フィルム２を圧縮する基部である。また、プレート部３ａは、感圧フィルム２と接する面（平坦面）の平面積が感圧フィルム２の平面積と同じである。また、プレート部３ａは、感圧フィルム２の平面領域内に設けられている。
【００２３】
また、突起部３ｂは、感圧フィルム２と接する面と反対側の面（プレート部３ａの一面）に該反対側の面から突起している。この突起部３ｂは、平面視円形状（例えばプレート部３ａと同心）に形成されている。突起部３ｂは、配線１４との接続部となる。このため、突起部３ｂの頂部面は、配線１４と接続を容易にするために、平坦面に形成されている。
【００２４】
可撓性を有する一対の可撓性フィルム４、４は、一対の電極３が互いに近接するように、その近接方向の力を発生させるものである。一対の可撓性フィルム４、４は、互いに対向し、積層体１２の両面を挟むように設けられている。より具体的には、一対の可撓性フィルム４のそれぞれは、図１に示すように、一対の電極３の他方（下側電極３または上側電極３）に対して一方（上側電極３または下側電極３）が近接するように、一方の電極（上側電極３または下側電極３）に張り付けられている（張設されている）。これによれば、一対の電極３、３により、感圧フィルム２に一定の圧力を負荷した状態となる。
【００２５】
各可撓性フィルム４は、同じ材料、同じ形状で構成されている。可撓性フィルム４の構成材料は、例えば、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂（合成樹脂）から構成されている。また、可撓性フィルム４は、電子部品でもある積層体１２を包んで電気的に保護するため、絶縁性を有している。すなわち、可撓性フィルム４は、絶縁性フィルムでもある。
【００２６】
また、可撓性フィルム４の外形状は、平面視円形状のフィルム（厚さが、例えば５０μｍ程度）であり、厚さ方向に貫通した開口部４ａを有した形状である。この開口部４ａは、例えば、プレスによる抜き加工によって形成される。なお、開口部４ａには、図１に示すように、可撓性フィルム４から露出するように電極３の突起部３ｂが設けられる。
【００２７】
この露出した電極３の突起部３ｂが、配線１４との接続端子（接続部）となる。ここで、突起部３ｂを設けず、電極３がプレート部３ａだけで構成された場合を考える。この場合、電極３（接続部）に配線１４を接続させた後、この接続部を含んで可撓性フィルム４で覆うこともできる。しかしながら、電極３と可撓性フィルム４との間に配線１４が挟まれることで、電極３に対する可撓性フィルム４の張り付け強度が低下するおそれもある。そこで、可撓性フィルム４から電極３を露出させて接続端子を確保するとともに、可撓性フィルム４の張り付け強度の低下を防止している。
【００２８】
ベースフィルム５は、感圧センサ１自体の強度を向上するために、感圧センサ１の骨組みとして用いられるものである。ベースフィルム５の構成材料は、例えば、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂（合成樹脂）である。ベースフィルム５の外形状は、平面視円形状のフィルム（厚さが、例えば７５μｍ程度）であり、厚さ方向に貫通した開口部５ａを有した形状である。この開口部５ａは、例えば、プレスによる抜き加工によって形成される。なお、開口部５ａには、図１に示すように、ベースフィルム５および積層体１２の厚さ方向を一致させて、積層体１２が設けられる。
【００２９】
一対のパッド１３、１３は、感圧センサ１が外部から圧力を受ける際に、外部と直接接触される押圧子である。一対のパッド１３、１３は、図６、図７に示すように、互いに対向し、露出した突起部３ｂを覆って積層体１２の両面を挟むように導電性接着剤で接着して設けられている。
【００３０】
各パッド１３は、同じ形状、同じ材料で構成されている。パッド１３の外形状は、平面視円形状パッド（厚さが、例えば５００μｍ程度）である。また、パッド１３の構成材料は、例えば、合成ゴムなどのゴムから構成されている。このため、パッド１３は、弾性を有している。このように弾性を有するパッド１３に外部から圧力が加えられることで、感圧フィルム２の抵抗値に含まれて検出される接触抵抗を緩やかに変化させることができる。さらに、パッド１３は、絶縁性も有しており、露出した電極３の突起部３ｂ上に設けられ、積層体１２を電気的に保護する。
【００３１】
感圧センサ１は、図３〜図５に示すように、平面視円形状の各構成部材を同心に重ねて組み立てられる。これら図３〜図５に示す状態は、可撓性フィルム４が電極３に張り付けられる前の状態である。ここでは、感圧フィルム２の両面上に、それぞれ電極３、３が配置されている。また、各電極３上に、それぞれ可撓性フィルム４、４が、突起部３ｂを露出して配置されている。また、ベースフィルム５の開口部５ａ内に、感圧フィルム２が配置されている。また、一対の可撓性フィルム４、４の間に、ベースフィルム５（スペーサ）が配置されている。このとき、可撓性フィルム４とベースフィルム５との間には、感圧センサ１の設計上、隙間（ギャップ）が設けられる。
【００３２】
感圧センサ１が感圧フィルム２を中心とする対称構造であるため、図４に示すように、感圧フィルム２の厚さの中間面と、ベースフィルム５の厚さの中間面とは、同一面（図４中、破線で示されている。）となるように治具などによって配置される。感圧フィルム２の厚さがベースフィルム５の厚さより厚いので、感圧フィルム２の両面部がベースフィルム５の両面からはみ出るように配置される。この感圧フィルム２の両面上に、それぞれ電極３、３が配置されるので、ベースフィルム５と各電極３とで段差部１１が構成される。
【００３３】
このように各構成部材が配置された状態で、可撓性フィルム４を加圧して電極３に張り付ける（図１参照）。可撓性フィルム４の加圧した状態の調整方法は、感圧フィルム２、電極３、ベースフィルムの厚さなどや、張り付けの際に係る圧力などの条件を基に行われる。これにより、一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように、一方の電極３に可撓性フィルム４が張り付けられる。
【００３４】
本実施形態では、ベースフィルム５と一方の電極３とで段差部１１が構成されており、可撓性フィルム４が、一方の電極３からベースフィルム５へ段差部１１にならうようにして張り付けられている。これにより、可撓性フィルム４は、電極３の中央部からベースフィルム５の外周部へ引っ張られ、図１に示すように、力Ｆ１が発生する。この力Ｆ１の分力が、力Ｆ２、力Ｆ３である。この力Ｆ２は、一対の電極３が互いに近接する方向に発生するものである。これにより、一対の電極３、３が、感圧フィルム２を圧縮することになる。
【００３５】
感圧フィルム２は、厚さ方向に圧力が加えられる（圧縮される）と、可撓性フィルム４の張り付け前からわずかに薄くなり、抵抗値が低下する。このため、感圧センサ１は、可撓性フィルム４の張り付け前の状態から抵抗値が低下するとともに、一定の（安定した）抵抗値を有する状態となる。
【００３６】
このように、感圧フィルム２に一定の圧力を負荷した状態となるため、外部から圧力が加えられていない初期状態において安定した抵抗値が確保される。この初期状態から、圧力が加えられることで、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するようになる。
【００３７】
次に、本実施形態に係る感圧センサ１について図８〜図１１を参照して説明する。図８〜図１０は動作中の感圧センサ１を説明するための図である。また、図１１は感圧センサ１において、圧力（入力）の変化に対して抵抗値（出力）が連続であることを説明するための図である。
【００３８】
ここで、図８に示す感圧センサ１が、図１に示す感圧センサ１と相違する点について説明する。電極３は、プレート部３ａのみを有している。また、可撓性フィルム４は、開口部４ａを有していない。また、電極３と配線１４との接続部は、露出せずに可撓性フィルム４によって覆われている。また、感圧フィルム２の平面積は、電極３の平面積よりも大きい。
【００３９】
このように、感圧フィルム２の平面積を大きくしたとしても、感圧センサ１の抵抗値に影響する電極３と接触する面積は変わらない。また、構造上は、感圧フィルム２と電極３の平面積は同じで良いが、感圧フィルム２を少し大きくすることで、組立時に感圧フィルム２と電極３にズレが生じても、確実に電極３全面で感圧フィルム２を圧縮することができる。
【００４０】
このように、図８に示す感圧センサ１が、図１に示す感圧センサ１と相違するが、動作としては同様となる。また、感圧センサ１（感圧モジュール）は、対称構造となっているため、感圧モジュールが浮いた状態であれば、感圧センサ１の両面に対して、それぞれ外部から加圧することもできる。ここでは、説明を容易にするために、感圧センサ１の一方の面（上面）に対して、外部から加圧する場合を説明する。
【００４１】
図８に示すように、一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように、可撓性フィルム４が一方の電極３に張り付けられることで、一対の電極３、３が、感圧フィルム２の両面側から圧力Ｐ１で圧縮している。この状態は、外部から圧力が加えられておらず（無負荷）、初期状態となる。この初期状態では、図１１の符号Ａに示すように、抵抗値Ｒが一定の値（例えば、数ｋΩ〜数百Ω）を示す。
【００４２】
続いて、図９に示すように、外部から圧力Ｐ２を加えると感圧フィルム２が薄くなり、図１１の符号Ｂに示すように、抵抗値Ｒが低下し始める。感圧センサ１では、初期状態において、感圧フィルム２が加圧された状態であるため、外部からの圧力に対して敏感に反応する。続いて、図１０に示すように、外部から圧力Ｐ３（＞Ｐ２）を加えるとさらに感圧フィルム２が薄くなり、図１１の符号Ｃに示すように、抵抗値Ｒが直線的に変化する。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、圧力Ｐの変化に対して抵抗値Ｒが連続的に変化する感圧センサ１を提供することができる。ここで、電極３が突起部３ｂを有し、この上に弾性を有するパッド１３が設けられる場合、感圧フィルム２と電極３との接触面積が緩やかになり、外部から圧力が加えられることで、感圧フィルム２の抵抗値に含まれて検出される接触抵抗を対数的のように急激ではなく、緩やかに変化させることができる。したがって、図１１の破線に示すように、圧力Ｐの変化に対して抵抗値Ｒを直線的に変化させることができる。
【００４４】
［実施形態２］
前記実施形態１では、ベースフィルム５を用いた場合について説明した。本実施形態では、ベースフィルム５を用いない場合について図１２を参照して説明する。図１２は本実施形態に係る感圧センサ１の要部を示す断面図である。
【００４５】
ベースフィルム５は、感圧センサ１自体の強度を向上するために、感圧センサ１の骨組みとして用いられたものである。すなわち、感圧センサ１自体の強度が確保できるのであれば、ベースフィルム５を用いなくとも良い。
【００４６】
感圧センサ１は、一対の電極３、３の他方（下側）に対して一方（上側）が近接するように、一方（上側）の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４（上側）と、この可撓性フィルム４（上側）と対をなし、一対の電極３、３の一方（上側）に対して他方（下側）が近接するように、他方（下側）の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４（下側）とを備えている。また、感圧フィルム２と一対の電極３、３とを含んで積層体１２が構成されている。また、一対の可撓性フィルム４、４は、互いに積層体１２の周囲で接し、積層体１２を包むようにして張り付けられている。一対の電極３、３に張り付けられた一対の可撓性フィルム４、４は、対向する面どうしが感圧フィルム２の周囲で接着される。
【００４７】
感圧センサ１が感圧フィルム２を中心とする対称構造であるため、感圧フィルム２の厚さの中間面と、可撓性フィルム４、４どうしの接触面とは、同一面（図１２中、破線で示されている。）となるように配置される。また、感圧フィルム２の両面上に、それぞれ電極３、３が配置される。これにより、可撓性フィルム４、４どうしの接触面と、各電極３の表面とで段差部１１が構成される。
【００４８】
本実施形態では、可撓性フィルム４は、電極３の中央部から積層体１２（感圧フィルム２）の周囲へ引っ張られるため、一対の電極３、３の一方に対して他方が近接する方向に力が発生する。これにより、一対の電極３、３が、感圧フィルム２を圧縮することになる。したがって、本実施形態によっても、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化する感圧センサを提供することができる。
【００４９】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、代表的なものの新規な特徴、作用および効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００５０】
感圧センサ１は、圧力により抵抗値が変化する感圧フィルム２と、感圧フィルム２を挟む一対の電極３、３と、一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように、一方の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４とを備えている。この感圧センサ１では、一対の電極３、３が、感圧フィルム２を圧縮している。
【００５１】
これによれば、感圧フィルム２に一定の圧力を負荷した状態となるため、外部から圧力が加えられていない初期状態において安定した抵抗値が確保される。この初期状態から、圧力が加えられることで、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するようになる。
【００５２】
また、感圧センサ１は、厚さ方向に貫通した開口部５ａを有するベースフィルム５を備えている。この感圧センサ１では、感圧フィルム２と一対の電極３、３とを含んで積層体１２が構成されている。また、ベースフィルム５および積層体１２の厚さ方向を一致させてベースフィルム５の開口部５ａに積層体１２が設けられている。また、ベースフィルム５と一方の電極３とで段差部１１が構成されている。また、可撓性フィルム４が、一方の電極３からベースフィルム５へ段差部１１にならうようにして張り付けられている。
【００５３】
これによれば、構造上の段差部１１を用いることで、より確実に可撓性フィルム４を一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように張り付けることができる。また、ベースフィルム５を用いることで、感圧センサ１自体の強度を向上することができる。
【００５４】
また、感圧センサ１は、可撓性フィルム４と対をなし、一対の電極３、３の一方に対して他方が近接するように、他方の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４を備えている。この感圧センサ１では、感圧フィルム２と一対の電極３、３とを含んで積層体１２が構成されている。また、一対の可撓性フィルム４、４は、互いに積層体１２の周囲で接し、積層体１２を包むようにして張り付けられている。
【００５５】
これによれば、より確実に一方の可撓性フィルム４を一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように張り付けることができる。また、より確実に他方の可撓性フィルム４を一対の電極３、３の一方に対して他方が近接するように張り付けることができる。したがって、一対の可撓性フィルム４、４により、一対の電極３、３が互いに近接するように、その近接方向の力を発生させることができる。
【００５６】
また、感圧センサ１では、感圧フィルム２を圧縮する電極３は、感圧フィルム２と接する面と反対側の面に該反対側の面から突起する突起部３ｂを有している。また、可撓性フィルム４は、厚さ方向に貫通した開口部４ａを有している。また、可撓性フィルム４の開口部４ａには、可撓性フィルム４から露出するように電極３の突起部３ｂが設けられている。この露出した電極３の突起部３ｂが、配線１４との接続端子である。
【００５７】
これによれば、接続端子を確保するとともに、電極３への可撓性フィルム４の張り付け強度の低下を防止することができる。なお、電極３を露出させずに、電極３に配線１４を接続し、その接続部を覆うように可撓性フィルム４を設けることもできると考えられるが、電極３を露出させて接続端子とした方が、前述の効果をより高く得ることができる。
【００５８】
また、感圧センサ１は、露出した電極３の突起部３ｂ上に設けられた弾性を有するパッド１３を備えている。
【００５９】
これによれば、弾性パッド１３を押圧子として用いることができ、これに外部から圧力が加えられることで、感圧フィルム２の抵抗値に含まれて検出される接触抵抗を緩やかに変化させることができる。したがって、圧力の変化に対して抵抗値を直線的に変化する感圧センサ１を得ることができる。なお、パッド１３が弾性ではなく、硬度があるものを設けることもできると考えられるが、パッド１３は弾性を有した方が、前述の効果をより高く得ることができる。
【００６０】
以上、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、感圧フィルムと、一対の電極と、可撓性フィルムとを備えた感圧センサにおいて、一対の電極の一方が感圧フィルム側に凸に反るように可撓性フィルムを張り付けて、一対の電極が感圧フィルムを圧縮するようにした場合であっても良い。このような場合であっても、感圧センサは、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するものとなる。
【００６２】
また、例えば、前記実施形態では、積層体を挟む一対の可撓性フィルムを張り付けることで、初期状態において感圧フィルムの両面側から加圧された場合について説明した。これに限らず、感圧フィルムの片面側からのみ加圧した場合であっても良い。例えば、他方の電極側を基台に固定し、一方の電極側を押圧側として、感圧センサを用いることができる。このような場合であっても、感圧センサは、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するものとなる。
【００６３】
また、例えば、前記実施形態では、感圧センサの外形状を円盤形状とした場合について説明した。これに限らず、感圧センサの外形状を平面視が矩形状、多角形状などの盤形状とした場合であっても良い。このような場合であっても、感圧センサは、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するものとなる。
【００６４】
また、例えば、前記実施形態では、感圧フィルムの厚さがベースフィルムの厚さよりも厚い場合について説明した。これに限らず、感圧フィルムの厚さがベースフィルムの厚さ以下であっても良い。感圧フィルムと一対の電極とを含んでなる積層体の厚さが、ベースフィルムの厚さより厚ければ、段差部が構成され、この段差部にならってベースフィルムから一方の電極へ可撓性フィルムを張り付けることができるからである。
【００６５】
また、例えば、前記実施形態では、開口部を有するベースフィルムを備え、この開口部に感圧フィルムを設けた場合について説明した。これに限らず、ベースフィルムを用いない代わりに、一対の電極よりも感圧フィルム自体の平面積を大きくして、この感圧フィルムの中央部に電極を設け、外周部に可撓性フィルムを接着して、一対の電極の他方に対して一方が近接するように、一方の電極に可撓性フィルムを張り付けても良い。
【００６６】
また、例えば、前記実施形態では、電極の感圧フィルムと接する面を平坦面とした場合について説明した。これに限らず、感圧フィルムと接する面が感圧フィルム側にドーム状に膨らんで形成とした場合であっても良い。これにより、電極と感圧フィルムとの接触面積が緩やかになり、外部から圧力が加えられた場合、感圧フィルムの抵抗値に含まれて検出される接触抵抗を緩やかに変化させることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 感圧センサ
２ 感圧フィルム
３ 電極
３ａ プレート部
３ｂ 突起部
４ 可撓性フィルム
４ａ 開口部
５ ベースフィルム
５ａ 開口部
１１ 段差部
１２ 積層体
１３ パッド
１４ 配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧センサに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００８−２８５０５２号公報（特許文献１）には、自動車などの車両に搭載される着座センサが開示されている。この着座センサは、導電パターン回路が形成された２枚の可撓性フィルム基板を、切欠部を有する絶縁スペーサを介して積層した構造を有している。これによれば、座席に乗員が着座した場合、その荷重によって一方の可撓性フィルム基板が撓み、その導電パターン回路が、絶縁スペーサの切欠部を通して他方の可撓性フィルム基板の導電パターン回路と接触し、電流が流れる。また、乗員が座席から離れた場合、導電パターン回路同士の接触がなくなり、電流が流れなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８５０５２号公報（図２、明細書段落［００１３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、座席に乗員が着座しているか否かを検知することを主眼とし、着座センサが、加圧された際の抵抗変化を設定された閾値によりＯＮまたはＯＦＦとして判定（出力）できることを利用している。具体的には、着座センサは、座席に乗員が着座する前では、導電パターン回路どうしが接触していないので、抵抗が無限大となり、出力がＯＦＦとなる。また、着座センサは、座席に乗員が着座した後では、導電パターン回路どうしが接触するので、抵抗が所定の範囲内に収まり、出力がＯＮとなる。
【０００５】
このように、単に、出力がＯＮかＯＦＦかを段階的（デジタル的）に検知することに対しては、特許文献１の着座センサを用いることは有用である。しかしながら、圧力の変化に対して抵抗値を連続的（アナログ的）に検出すること（例えば、人間とクッションとの間や、マネキンと衣服との間の接触圧を測ること）に対しては、特許文献１の着座センサは用いにくいものと考えられる。
【０００６】
なぜならば、可撓性フィルム基板が変位して、導電パターン回路どうしが接触し始めの状態は、抵抗値が高く、不安定な状態だからである。このため、特許文献１の着座センサは、例えば、図１３に示すように、抵抗値Ｒが、圧力Ｐの増加により、無限大の状態Ｘから、数ＭΩ以上でばらつく不安定な状態Ｙを介して、安定した数ｋΩオーダの状態Ｚへと、不連続に変化してしまう。
【０００７】
また、特許文献１の着座センサは、状態Ｙから所定の加圧領域（微小圧領域）では抵抗値Ｒが対数的に変化するため、例えば圧力Ｐに対して抵抗値Ｒが直線的に変化するものに比べて、制御が困難になるものと考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化する感圧センサを提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る感圧センサは、圧力により抵抗値が変化する感圧フィルムと、前記感圧フィルムを挟む一対の電極と、前記一対の電極の他方に対して一方が近接するように、前記一方の電極に張り付けられた可撓性フィルムとを備えている。この感圧センサでは、前記一対の電極が、前記感圧フィルムを圧縮している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化する感圧センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る感圧センサの要部を示す断面図である。
【図２】図１に示した感圧センサの平面図である。
【図３】図１に示した感圧センサの組立斜視図である。
【図４】図１に示した感圧センサの組立断面図である。
【図５】図１に示した感圧センサの組立平面図である。
【図６】図１に示した感圧センサに配線を接続した斜視図である。
【図７】図６に示した感圧センサの組立斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る感圧センサの動作を説明するための図である。
【図９】図８に続く感圧センサの動作を説明するための図である。
【図１０】図９に続く感圧センサの動作を説明するための図である。
【図１１】図８〜図１０に示したセンサにおいて、圧力の変化に対して抵抗値が連続であることを説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係る感圧センサの要部を示す断面図である。
【図１３】着座センサにおいて、圧力の変化に対して抵抗値が不連続であることを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
また、実施形態で示す構成要素は、本発明において必ずしも必須のものとは限らない。また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。
【００１４】
［実施形態１］
本発明の実施形態では、物体が接触して発生した圧力の変化を電気抵抗値（単に抵抗値ともいう。）の変化として検出する感圧センサに適用して説明する。
【００１５】
まず、本実施形態に係る感圧センサ１の構造について図１〜図７を参照して説明する。図１は感圧センサ１の要部を示す断面図であり、図２は図１に示した感圧センサ１の平面図である。図２のＸ−Ｘ線における感圧センサ１の断面が、図１に示されている。また、図３〜図５は感圧センサ１の組立段階の図であって、それぞれ斜視図、断面図、平面図である。図５のＸ−Ｘ線における感圧センサ１の断面が、図４に示されている。また、図６は感圧センサ１に配線１４を接続した状態の斜視図であり、図７はその組立段階の斜視図である。
【００１６】
感圧センサ１は、図１、図２に示すように、感圧フィルム２と、一対の電極３、３と、一対の可撓性フィルム４、４と、ベースフィルム５とを備えている。この感圧センサ１は、外形状が円盤状となっている。これら、感圧フィルム２と、一対の電極３、３と、一対の可撓性フィルム４、４と、ベースフィルム５とで構成されるモジュールは、感圧モジュールともいう。
【００１７】
また、感圧センサ１は、図６に示すように、一対のパッド１３、１３と、一対の配線１４、１４（例えば、ビニール線などのリード線、導線などから構成される）とを備えている。一端が感圧センサ１側で例えばはんだ付けなどで接続された一対の配線１４、１４は、他端が外部測定機器に接続される。感圧センサ１は、感圧フィルム２を中心に対称構造となっている。
【００１８】
感圧フィルム２は、圧力（荷重）により抵抗値が変化するものである。感圧フィルム２の構成材料は、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂（合成樹脂）に、複数の導電性粒子を混ぜ合わせてなる感圧導電性エラストマ（感圧導電性ゴム）である。また、感圧フィルム２の外形状は、平面視円形状のフィルム（厚さが、例えば１００μｍ程度）である。
【００１９】
感圧フィルム２は、厚さ方向に圧力が加えられる（圧縮される）と、フィルムが薄くなり、複数の導電性粒子が密になるため、抵抗値が低下する。すなわち、感圧フィルム２は、圧力により抵抗値が変化する。この感圧フィルム２の抵抗値は、一対の電極３、３（２端子）から取り出される。
【００２０】
一対の電極３、３は、感圧フィルム２を圧縮するものであり、感圧フィルム２を抵抗部材としたときの外部接続端子でもある。一対の電極３、３は、互いに対向し、感圧フィルム２の両面を挟むように設けられている。感圧フィルム２と一対の電極３、３とは積層されて、これらを含んだ積層体１２（電子部品）が構成される。
【００２１】
各電極３は、同じ材料、同じ形状で構成されている。電極３の構成材料は、例えば、真鍮、銀などの金属を含む導体である。また、電極３の外形状は、図３に示すように、プレート部３ａと、プレート部３ａの一面中央を中心に設けられた突起部３ｂとを有した形状（最も肉厚の厚さが、例えば１００μｍ程度）である。
【００２２】
プレート部３ａは、平面視円形状に形成されている。プレート部３ａは、感圧フィルム２を圧縮する基部である。また、プレート部３ａは、感圧フィルム２と接する面（平坦面）の平面積が感圧フィルム２の平面積と同じである。また、プレート部３ａは、感圧フィルム２の平面領域内に設けられている。
【００２３】
また、突起部３ｂは、感圧フィルム２と接する面と反対側の面（プレート部３ａの一面）に該反対側の面から突起している。この突起部３ｂは、平面視円形状（例えばプレート部３ａと同心）に形成されている。突起部３ｂは、配線１４との接続部となる。このため、突起部３ｂの頂部面は、配線１４と接続を容易にするために、平坦面に形成されている。
【００２４】
可撓性を有する一対の可撓性フィルム４、４は、一対の電極３が互いに近接するように、その近接方向の力を発生させるものである。一対の可撓性フィルム４、４は、互いに対向し、積層体１２の両面を挟むように設けられている。より具体的には、一対の可撓性フィルム４のそれぞれは、図１に示すように、一対の電極３の他方（下側電極３または上側電極３）に対して一方（上側電極３または下側電極３）が近接するように、一方の電極（上側電極３または下側電極３）に張り付けられている（張設されている）。これによれば、一対の電極３、３により、感圧フィルム２に一定の圧力を負荷した状態となる。
【００２５】
各可撓性フィルム４は、同じ材料、同じ形状で構成されている。可撓性フィルム４の構成材料は、例えば、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂（合成樹脂）から構成されている。また、可撓性フィルム４は、電子部品でもある積層体１２を包んで電気的に保護するため、絶縁性を有している。すなわち、可撓性フィルム４は、絶縁性フィルムでもある。
【００２６】
また、可撓性フィルム４の外形状は、平面視円形状のフィルム（厚さが、例えば５０μｍ程度）であり、厚さ方向に貫通した開口部４ａを有した形状である。この開口部４ａは、例えば、プレスによる抜き加工によって形成される。なお、開口部４ａには、図１に示すように、可撓性フィルム４から露出するように電極３の突起部３ｂが設けられる。
【００２７】
この露出した電極３の突起部３ｂが、配線１４との接続端子（接続部）となる。ここで、突起部３ｂを設けず、電極３がプレート部３ａだけで構成された場合を考える。この場合、電極３（接続部）に配線１４を接続させた後、この接続部を含んで可撓性フィルム４で覆うこともできる。しかしながら、電極３と可撓性フィルム４との間に配線１４が挟まれることで、電極３に対する可撓性フィルム４の張り付け強度が低下するおそれもある。そこで、可撓性フィルム４から電極３を露出させて接続端子を確保するとともに、可撓性フィルム４の張り付け強度の低下を防止している。
【００２８】
ベースフィルム５は、感圧センサ１自体の強度を向上するために、感圧センサ１の骨組みとして用いられるものである。ベースフィルム５の構成材料は、例えば、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂（合成樹脂）である。ベースフィルム５の外形状は、平面視円形状のフィルム（厚さが、例えば７５μｍ程度）であり、厚さ方向に貫通した開口部５ａを有した形状である。この開口部５ａは、例えば、プレスによる抜き加工によって形成される。なお、開口部５ａには、図１に示すように、ベースフィルム５および積層体１２の厚さ方向を一致させて、積層体１２が設けられる。
【００２９】
一対のパッド１３、１３は、感圧センサ１が外部から圧力を受ける際に、外部と直接接触される押圧子である。一対のパッド１３、１３は、図６、図７に示すように、互いに対向し、露出した突起部３ｂを覆って積層体１２の両面を挟むように導電性接着剤で接着して設けられている。
【００３０】
各パッド１３は、同じ形状、同じ材料で構成されている。パッド１３の外形状は、平面視円形状パッド（厚さが、例えば５００μｍ程度）である。また、パッド１３の構成材料は、例えば、合成ゴムなどのゴムから構成されている。このため、パッド１３は、弾性を有している。このように弾性を有するパッド１３に外部から圧力が加えられることで、感圧フィルム２の抵抗値に含まれて検出される接触抵抗を緩やかに変化させることができる。さらに、パッド１３は、絶縁性も有しており、露出した電極３の突起部３ｂ上に設けられ、積層体１２を電気的に保護する。
【００３１】
感圧センサ１は、図３〜図５に示すように、平面視円形状の各構成部材を同心に重ねて組み立てられる。これら図３〜図５に示す状態は、可撓性フィルム４が電極３に張り付けられる前の状態である。ここでは、感圧フィルム２の両面上に、それぞれ電極３、３が配置されている。また、各電極３上に、それぞれ可撓性フィルム４、４が、突起部３ｂを露出して配置されている。また、ベースフィルム５の開口部５ａ内に、感圧フィルム２が配置されている。また、一対の可撓性フィルム４、４の間に、ベースフィルム５（スペーサ）が配置されている。このとき、可撓性フィルム４とベースフィルム５との間には、感圧センサ１の設計上、隙間（ギャップ）が設けられる。
【００３２】
感圧センサ１が感圧フィルム２を中心とする対称構造であるため、図４に示すように、感圧フィルム２の厚さの中間面と、ベースフィルム５の厚さの中間面とは、同一面（図４中、破線で示されている。）となるように治具などによって配置される。感圧フィルム２の厚さがベースフィルム５の厚さより厚いので、感圧フィルム２の両面部がベースフィルム５の両面からはみ出るように配置される。この感圧フィルム２の両面上に、それぞれ電極３、３が配置されるので、ベースフィルム５と各電極３とで段差部１１が構成される。
【００３３】
このように各構成部材が配置された状態で、可撓性フィルム４を加圧して電極３に張り付ける（図１参照）。可撓性フィルム４の加圧した状態の調整方法は、感圧フィルム２、電極３、ベースフィルムの厚さなどや、張り付けの際に係る圧力などの条件を基に行われる。これにより、一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように、一方の電極３に可撓性フィルム４が張り付けられる。
【００３４】
本実施形態では、ベースフィルム５と一方の電極３とで段差部１１が構成されており、可撓性フィルム４が、一方の電極３からベースフィルム５へ段差部１１にならうようにして張り付けられている。これにより、可撓性フィルム４は、電極３の中央部からベースフィルム５の外周部へ引っ張られ、図１に示すように、力Ｆ１が発生する。この力Ｆ１の分力が、力Ｆ２、力Ｆ３である。この力Ｆ２は、一対の電極３が互いに近接する方向に発生するものである。これにより、一対の電極３、３が、感圧フィルム２を圧縮することになる。
【００３５】
感圧フィルム２は、厚さ方向に圧力が加えられる（圧縮される）と、可撓性フィルム４の張り付け前からわずかに薄くなり、抵抗値が低下する。このため、感圧センサ１は、可撓性フィルム４の張り付け前の状態から抵抗値が低下するとともに、一定の（安定した）抵抗値を有する状態となる。
【００３６】
このように、感圧フィルム２に一定の圧力を負荷した状態となるため、外部から圧力が加えられていない初期状態において安定した抵抗値が確保される。この初期状態から、圧力が加えられることで、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するようになる。
【００３７】
次に、本実施形態に係る感圧センサ１について図８〜図１１を参照して説明する。図８〜図１０は動作中の感圧センサ１を説明するための図である。また、図１１は感圧センサ１において、圧力（入力）の変化に対して抵抗値（出力）が連続であることを説明するための図である。
【００３８】
ここで、図８に示す感圧センサ１が、図１に示す感圧センサ１と相違する点について説明する。電極３は、プレート部３ａのみを有している。また、可撓性フィルム４は、開口部４ａを有していない。また、電極３と配線１４との接続部は、露出せずに可撓性フィルム４によって覆われている。また、感圧フィルム２の平面積は、電極３の平面積よりも大きい。
【００３９】
このように、感圧フィルム２の平面積を大きくしたとしても、感圧センサ１の抵抗値に影響する電極３と接触する面積は変わらない。また、構造上は、感圧フィルム２と電極３の平面積は同じで良いが、感圧フィルム２を少し大きくすることで、組立時に感圧フィルム２と電極３にズレが生じても、確実に電極３全面で感圧フィルム２を圧縮することができる。
【００４０】
このように、図８に示す感圧センサ１が、図１に示す感圧センサ１と相違するが、動作としては同様となる。また、感圧センサ１（感圧モジュール）は、対称構造となっているため、感圧モジュールが浮いた状態であれば、感圧センサ１の両面に対して、それぞれ外部から加圧することもできる。ここでは、説明を容易にするために、感圧センサ１の一方の面（上面）に対して、外部から加圧する場合を説明する。
【００４１】
図８に示すように、一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように、可撓性フィルム４が一方の電極３に張り付けられることで、一対の電極３、３が、感圧フィルム２の両面側から圧力Ｐ１で圧縮している。この状態は、外部から圧力が加えられておらず（無負荷）、初期状態となる。この初期状態では、図１１の符号Ａに示すように、抵抗値Ｒが一定の値（例えば、数ｋΩ〜数百Ω）を示す。
【００４２】
続いて、図９に示すように、外部から圧力Ｐ２を加えると感圧フィルム２が薄くなり、図１１の符号Ｂに示すように、抵抗値Ｒが低下し始める。感圧センサ１では、初期状態において、感圧フィルム２が加圧された状態であるため、外部からの圧力に対して敏感に反応する。続いて、図１０に示すように、外部から圧力Ｐ３（＞Ｐ２）を加えるとさらに感圧フィルム２が薄くなり、図１１の符号Ｃに示すように、抵抗値Ｒが直線的に変化する。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、圧力Ｐの変化に対して抵抗値Ｒが連続的に変化する感圧センサ１を提供することができる。ここで、電極３が突起部３ｂを有し、この上に弾性を有するパッド１３が設けられる場合、感圧フィルム２と電極３との接触面積が緩やかになり、外部から圧力が加えられることで、感圧フィルム２の抵抗値に含まれて検出される接触抵抗を対数的のように急激ではなく、緩やかに変化させることができる。したがって、図１１の破線に示すように、圧力Ｐの変化に対して抵抗値Ｒを直線的に変化させることができる。
【００４４】
［実施形態２］
前記実施形態１では、ベースフィルム５を用いた場合について説明した。本実施形態では、ベースフィルム５を用いない場合について図１２を参照して説明する。図１２は本実施形態に係る感圧センサ１の要部を示す断面図である。
【００４５】
ベースフィルム５は、感圧センサ１自体の強度を向上するために、感圧センサ１の骨組みとして用いられたものである。すなわち、感圧センサ１自体の強度が確保できるのであれば、ベースフィルム５を用いなくとも良い。
【００４６】
感圧センサ１は、一対の電極３、３の他方（下側）に対して一方（上側）が近接するように、一方（上側）の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４（上側）と、この可撓性フィルム４（上側）と対をなし、一対の電極３、３の一方（上側）に対して他方（下側）が近接するように、他方（下側）の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４（下側）とを備えている。また、感圧フィルム２と一対の電極３、３とを含んで積層体１２が構成されている。また、一対の可撓性フィルム４、４は、互いに積層体１２の周囲で接し、積層体１２を包むようにして張り付けられている。一対の電極３、３に張り付けられた一対の可撓性フィルム４、４は、対向する面どうしが感圧フィルム２の周囲で接着される。
【００４７】
感圧センサ１が感圧フィルム２を中心とする対称構造であるため、感圧フィルム２の厚さの中間面と、可撓性フィルム４、４どうしの接触面とは、同一面（図１２中、破線で示されている。）となるように配置される。また、感圧フィルム２の両面上に、それぞれ電極３、３が配置される。これにより、可撓性フィルム４、４どうしの接触面と、各電極３の表面とで段差部１１が構成される。
【００４８】
本実施形態では、可撓性フィルム４は、電極３の中央部から積層体１２（感圧フィルム２）の周囲へ引っ張られるため、一対の電極３、３の一方に対して他方が近接する方向に力が発生する。これにより、一対の電極３、３が、感圧フィルム２を圧縮することになる。したがって、本実施形態によっても、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化する感圧センサを提供することができる。
【００４９】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、代表的なものの新規な特徴、作用および効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００５０】
感圧センサ１は、圧力により抵抗値が変化する感圧フィルム２と、感圧フィルム２を挟む一対の電極３、３と、一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように、一方の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４とを備えている。この感圧センサ１では、一対の電極３、３が、感圧フィルム２を圧縮している。
【００５１】
これによれば、感圧フィルム２に一定の圧力を負荷した状態となるため、外部から圧力が加えられていない初期状態において安定した抵抗値が確保される。この初期状態から、圧力が加えられることで、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するようになる。
【００５２】
また、感圧センサ１は、厚さ方向に貫通した開口部５ａを有するベースフィルム５を備えている。この感圧センサ１では、感圧フィルム２と一対の電極３、３とを含んで積層体１２が構成されている。また、ベースフィルム５および積層体１２の厚さ方向を一致させてベースフィルム５の開口部５ａに積層体１２が設けられている。また、ベースフィルム５と一方の電極３とで段差部１１が構成されている。また、可撓性フィルム４が、一方の電極３からベースフィルム５へ段差部１１にならうようにして張り付けられている。
【００５３】
これによれば、構造上の段差部１１を用いることで、より確実に可撓性フィルム４を一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように張り付けることができる。また、ベースフィルム５を用いることで、感圧センサ１自体の強度を向上することができる。
【００５４】
また、感圧センサ１は、可撓性フィルム４と対をなし、一対の電極３、３の一方に対して他方が近接するように、他方の電極３に張り付けられた可撓性フィルム４を備えている。この感圧センサ１では、感圧フィルム２と一対の電極３、３とを含んで積層体１２が構成されている。また、一対の可撓性フィルム４、４は、互いに積層体１２の周囲で接し、積層体１２を包むようにして張り付けられている。
【００５５】
これによれば、より確実に一方の可撓性フィルム４を一対の電極３、３の他方に対して一方が近接するように張り付けることができる。また、より確実に他方の可撓性フィルム４を一対の電極３、３の一方に対して他方が近接するように張り付けることができる。したがって、一対の可撓性フィルム４、４により、一対の電極３、３が互いに近接するように、その近接方向の力を発生させることができる。
【００５６】
また、感圧センサ１では、感圧フィルム２を圧縮する電極３は、感圧フィルム２と接する面と反対側の面に該反対側の面から突起する突起部３ｂを有している。また、可撓性フィルム４は、厚さ方向に貫通した開口部４ａを有している。また、可撓性フィルム４の開口部４ａには、可撓性フィルム４から露出するように電極３の突起部３ｂが設けられている。この露出した電極３の突起部３ｂが、配線１４との接続端子である。
【００５７】
これによれば、接続端子を確保するとともに、電極３への可撓性フィルム４の張り付け強度の低下を防止することができる。なお、電極３を露出させずに、電極３に配線１４を接続し、その接続部を覆うように可撓性フィルム４を設けることもできると考えられるが、電極３を露出させて接続端子とした方が、前述の効果をより高く得ることができる。
【００５８】
また、感圧センサ１は、露出した電極３の突起部３ｂ上に設けられた弾性を有するパッド１３を備えている。
【００５９】
これによれば、弾性パッド１３を押圧子として用いることができ、これに外部から圧力が加えられることで、感圧フィルム２の抵抗値に含まれて検出される接触抵抗を緩やかに変化させることができる。したがって、圧力の変化に対して抵抗値を直線的に変化する感圧センサ１を得ることができる。なお、パッド１３が弾性ではなく、硬度があるものを設けることもできると考えられるが、パッド１３は弾性を有した方が、前述の効果をより高く得ることができる。
【００６０】
以上、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、感圧フィルムと、一対の電極と、可撓性フィルムとを備えた感圧センサにおいて、一対の電極の一方が感圧フィルム側に凸に反るように可撓性フィルムを張り付けて、一対の電極が感圧フィルムを圧縮するようにした場合であっても良い。このような場合であっても、感圧センサは、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するものとなる。
【００６２】
また、例えば、前記実施形態では、積層体を挟む一対の可撓性フィルムを張り付けることで、初期状態において感圧フィルムの両面側から加圧された場合について説明した。これに限らず、感圧フィルムの片面側からのみ加圧した場合であっても良い。例えば、他方の電極側を基台に固定し、一方の電極側を押圧側として、感圧センサを用いることができる。このような場合であっても、感圧センサは、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するものとなる。
【００６３】
また、例えば、前記実施形態では、感圧センサの外形状を円盤形状とした場合について説明した。これに限らず、感圧センサの外形状を平面視が矩形状、多角形状などの盤形状とした場合であっても良い。このような場合であっても、感圧センサは、圧力の変化に対して抵抗値が連続的に変化するものとなる。
【００６４】
また、例えば、前記実施形態では、感圧フィルムの厚さがベースフィルムの厚さよりも厚い場合について説明した。これに限らず、感圧フィルムの厚さがベースフィルムの厚さ以下であっても良い。感圧フィルムと一対の電極とを含んでなる積層体の厚さが、ベースフィルムの厚さより厚ければ、段差部が構成され、この段差部にならってベースフィルムから一方の電極へ可撓性フィルムを張り付けることができるからである。
【００６５】
また、例えば、前記実施形態では、開口部を有するベースフィルムを備え、この開口部に感圧フィルムを設けた場合について説明した。これに限らず、ベースフィルムを用いない代わりに、一対の電極よりも感圧フィルム自体の平面積を大きくして、この感圧フィルムの中央部に電極を設け、外周部に可撓性フィルムを接着して、一対の電極の他方に対して一方が近接するように、一方の電極に可撓性フィルムを張り付けても良い。
【００６６】
また、例えば、前記実施形態では、電極の感圧フィルムと接する面を平坦面とした場合について説明した。これに限らず、感圧フィルムと接する面が感圧フィルム側にドーム状に膨らんで形成とした場合であっても良い。これにより、電極と感圧フィルムとの接触面積が緩やかになり、外部から圧力が加えられた場合、感圧フィルムの抵抗値に含まれて検出される接触抵抗を緩やかに変化させることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 感圧センサ
２ 感圧フィルム
３ 電極
３ａ プレート部
３ｂ 突起部
４ 可撓性フィルム
４ａ 開口部
５ ベースフィルム
５ａ 開口部
１１ 段差部
１２ 積層体
１３ パッド
１４ 配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力により抵抗値が変化する感圧フィルムと、
前記感圧フィルムを挟む一対の電極と、
前記一対の電極の他方に対して一方が近接するように、前記一方の電極に張り付けられた可撓性フィルムと
を備えており、
前記一対の電極が、前記感圧フィルムを圧縮していることを特徴とする感圧センサ。
【請求項２】
請求項１記載の感圧センサにおいて、
厚さ方向に貫通した開口部を有するベースフィルムを備えており、
前記感圧フィルムと前記一対の電極とを含んで積層体が構成されており、
前記ベースフィルムおよび前記積層体の厚さ方向を一致させて前記ベースフィルムの開口部に前記積層体が設けられており、
前記ベースフィルムと前記一方の電極とで段差部が構成されており、
前記可撓性フィルムが、前記一方の電極から前記ベースフィルムへ前記段差部にならうようにして張り付けられていることを特徴とする感圧センサ。
【請求項３】
請求項１記載の感圧センサにおいて、
前記可撓性フィルムと対をなし、前記一対の電極の一方に対して他方が近接するように、前記他方の電極に張り付けられた可撓性フィルムを備えており、
前記感圧フィルムと前記一対の電極とを含んで積層体が構成されており、
前記一対の可撓性フィルムは、互いに前記積層体の周囲で接し、前記積層体を包むようにして張り付けられていることを特徴とする感圧センサ。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の感圧センサにおいて、
前記感圧フィルムを圧縮する前記電極は、前記感圧フィルムと接する面と反対側の面に該反対側の面から突起する突起部を有しており、
前記可撓性フィルムは、厚さ方向に貫通した開口部を有しており、
前記可撓性フィルムの開口部には、前記可撓性フィルムから露出するように前記電極の突起部が設けられており、
露出した前記電極の突起部が、配線との接続端子であることを特徴とする感圧センサ。
【請求項５】
請求項４記載の感圧センサにおいて、
露出した前記電極の突起部上に設けられた弾性を有するパッドを備えていることを特徴とする感圧センサ。
【請求項１】
圧力により抵抗値が変化する感圧フィルムと、
前記感圧フィルムを挟む一対の電極と、
前記一対の電極の他方に対して一方が近接するように、前記一方の電極に張り付けられた可撓性フィルムと
を備えており、
前記一対の電極が、前記感圧フィルムを圧縮していることを特徴とする感圧センサ。
【請求項２】
請求項１記載の感圧センサにおいて、
厚さ方向に貫通した開口部を有するベースフィルムを備えており、
前記感圧フィルムと前記一対の電極とを含んで積層体が構成されており、
前記ベースフィルムおよび前記積層体の厚さ方向を一致させて前記ベースフィルムの開口部に前記積層体が設けられており、
前記ベースフィルムと前記一方の電極とで段差部が構成されており、
前記可撓性フィルムが、前記一方の電極から前記ベースフィルムへ前記段差部にならうようにして張り付けられていることを特徴とする感圧センサ。
【請求項３】
請求項１記載の感圧センサにおいて、
前記可撓性フィルムと対をなし、前記一対の電極の一方に対して他方が近接するように、前記他方の電極に張り付けられた可撓性フィルムを備えており、
前記感圧フィルムと前記一対の電極とを含んで積層体が構成されており、
前記一対の可撓性フィルムは、互いに前記積層体の周囲で接し、前記積層体を包むようにして張り付けられていることを特徴とする感圧センサ。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の感圧センサにおいて、
前記感圧フィルムを圧縮する前記電極は、前記感圧フィルムと接する面と反対側の面に該反対側の面から突起する突起部を有しており、
前記可撓性フィルムは、厚さ方向に貫通した開口部を有しており、
前記可撓性フィルムの開口部には、前記可撓性フィルムから露出するように前記電極の突起部が設けられており、
露出した前記電極の突起部が、配線との接続端子であることを特徴とする感圧センサ。
【請求項５】
請求項４記載の感圧センサにおいて、
露出した前記電極の突起部上に設けられた弾性を有するパッドを備えていることを特徴とする感圧センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−８３５４８（Ｐ２０１３−８３５４８Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３６７３（Ｐ２０１１−２２３６７３）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００１０８６２７）タカノ株式会社 (250)
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００１０８６２７）タカノ株式会社 (250)
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