CN101950224A - 力学量检测构件和力学量检测装置 - Google Patents

力学量检测构件和力学量检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种力学量检测构件及力学量检测装置。其中，该力学量检测构件包括：基体，其包括接触部的一部分或全部根据接触物体的按压而变形，并且当接触物体的按压消失时，其恢复初始形状；用作位移电极的多个电极固定至基体的表面或内部，并且至少一个电极设置在基体的变形部(其为在变形期间内可变形和可移位的区域)中；以及配线，连接至电极。在变形期间，位移电极随着变形部的变形和位移而变形和移位，而不会与基体分离并且不会破坏导电性。变形部的变形和移位作为检测电极间的电容变化来检测。

Description

力学量检测构件和力学量检测装置
相关申请的参考
本发明包含于2009年7月9日向日本专利局提交的日本优先权专利申请第2009-162599号的主题，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及以电容方式检测诸如位移、力及加速度的力学量的力学量检测构件及适用于电子设备等的输入装置的力学量检测装置。
背景技术
过去，键盘及诸如按钮开关的开关被广泛用作电子设备等的一般输入装置，即，输入用户界面(UI)。通常，包括遥控器和鼠标的开关的操作为通过物理接触选择开或关的二选一操作。由于随着输入信息及选项的增多，按钮或按键的数目增多，所以UI会显著破坏可操作性，而且也限制了电子设备的设计。
近年来，通过允许诸如鼠标、触摸板或触摸屏的指点器件与输出UI兼容，能够进行直观操作的图形UI(GUI)已经被广泛使用。
通过按钮开关的点击，鼠标具有操作舒适的区别特征。但是，由于鼠标必须在操作表面上移动，所以在未提供操作表面的环境中，无法使用鼠标。
电阻膜型、电容型及表面弹性波型的诸如触摸板或手写板的众多触摸传感器件已经投入实际使用。此外，触摸传感器件已经被安装在自动柜员机(ATM)、各种便携式信息终端、汽车导航系统等中。但是，在一般的触摸传感器件中，在一个操作点处，仅使选择开或关的选择有效，因此，难以执行复杂的信息处理。因此，当存在大量待处理的信息时，必须二维地扩张触摸表面。由于该原因，可操作性会劣化，并且由于具有开关，电子设备的设计也受到限制。此外，与按钮开关不同，由于在触摸传感器件中不存在点击传感，所以无法执行直观操作，并且容易感到操作很难用。此外，视觉障碍者难以执行操作，或者不摸索的话难以在暗处执行操作。
与二选一的操作相比，为了输入更多不同类型的信息，可以考虑检测输入或输入期间的位移的方法。电阻配线型、压电型等各种输入传感器已经作为感测压力的装置投入实际使用。已经出现了通过在切换器件中设置压力传感器而实现在输入期间通过反映笔压力进行输入信息控制的笔输入装置。但是，在通常使用的压力传感器中，通过经由金属薄板或塑料薄膜形成的隔膜(diaphragm)接收压力源的压力并通过转换器件检测对隔膜施加的压力或者隔膜的位移或变形，而将输入转换成电信号。这时，传感器件被设计为使得隔膜的变形最小化，因此，压力不会随着压力源的影响而变化，并且在输入和电信号之间建立诸如正比例关系的简单关系。因此，压力传感器能广泛地检测输入，但具有能够读取1mm的最大变形的限制。为了感测笔压力，接收笔压力的写入表面必须足够硬。由于该原因，在感测笔压力的输入装置中，操作者使用硬笔在硬写入表面上写入，因此，操作者很难有愉快自然的感触或舒适的操作感。
另一方面，在多个日本未审查专利申请公开中，公开了电容型位移传感器作为位移传感装置。电容型位移传感器为一种采用电容器原理的非接触型微小位移传感器，并且能够通过利用与电极之间的距离成反比的电容的变化来高精度测量微小位移。为了以高精度检测电容的微小变化，可以使用诸如频率调制、振幅调制及相位调制的方法，并且电容位移传感器能够以1μm～10μm的高精度检测0.2mm～10mm的位移。
作为应用位移传感器的输入装置，下述的日本未审查专利申请公开第2005-3494号(权利要求2，第7～12页，图1～图6)披露了一种面板传感器，包括检测施加至面板的力的力检测单元，其中，力检测单元包括检测弱力的检测器和检测强力的检测器。
图7A～图7C是示出了面板传感器的实例的部分截面图。面板传感器100通常包括正方形面板110、设置在正方形面板110的四个角上的面板支持体120及力检测单元(力传感器)130。将施加至面板110的力经由面板支持体120传递至力传感器130。图7示出了面板传感器110的一个角(角部)的附近。
力传感器130包括隔膜131、电极132、基板133、内部框134、梁部135、固定框136、电极137及保持部138。隔膜131包括具有弹性的薄膜131a和在维持张力的状态下支持薄膜131a的保持部131b。隔膜131与电极132一起固定至基板133。位移电极(未示出)设置在薄膜131a中。位移电极和电极132形成第一电容器。基板133经由内部框134、梁部135及固定框136设置在保持部138上。梁部135由具有预定弹性的材料构成。电极132和保持部138上的电极137形成第二电容器。
如图7B所示，当在按压面板110的方向上施加小力时，薄膜131a扩张并变形，因此，薄膜131a上的位移电极发生位移。该位移作为第一电容器的电容的变化被检测到。当施加至面板110的力变强时，薄膜131a与电极132之间的距离变窄，因此，第一电容器的电容变大。
如图7C所示，当施加至面板110的力进一步变强时，薄膜131a与电极132彼此接触。因此，第一电容器的电容几乎不变。在这种情况下，由于梁部135弯曲，所以固定了电极132的基板133在图中向下位移。该位移作为第二电容器的电容的变化而被检测。
发明内容
在压力传感器感测输入期间的笔压力的输入装置中，如上所述，使用硬笔在硬写入表面上执行输入。因此，操作者很难有愉快自然的感触或舒适的操作感。
在位移传感器感测输入期间引起的位移的输入装置中，输入通常由隔膜接收，并且隔膜的位移通常以电容的方式被检测到。由于必须在输入强度与隔膜的变形程度之间建立诸如线性的简单关系，所以根据相关实例的位移传感器被设计为使得相对较硬的材料用作隔膜的材料，从而降低隔膜的变形程度。在使用这种位移传感器的输入装置中，如在感测笔压力的输入装置中一样，操作者很难具有愉快自然的感触或舒适的操作感。
为了接收大范围的输入，由于隔膜的变形程度被限制为很小，所以支持隔膜的弹性构件(日本未审查专利申请公开第2005-3494号中的梁部135(权利要求2，第7～12页，图1～图6))必须变形。由于该原因，输入装置的构造变得复杂，尺寸变大。因此，可操作性可能劣化。
期望提供一种力学量检测构件，其与二选一的操作相比能够输入更多不同类型信息的并且能够提供愉快自然的感触或舒适的操作感、具有很小且简单的构成、在操作中几乎不受使用环境制约、并且适于作为电子设备的输入装置。此外，期望提供力学量检测装置中所包括的力学量检测构件。
根据本发明的实施方式，提供了一种力学量检测构件，包括：基体，其包括接触部的一部分或全部根据接触物体的按压而变形，并且当接触物体的压力消失时，其恢复至初始形状；用作位移电极的电极，它们被固定至基体的表面或内部，并且至少一个电极设置在基体的变形部(其为在变形期间可变形或可移位的区域)中；以及配线，被连接至电极。在变形期间，位移电极随着变形部的变形和位移而变形和移位，而不会与基体分离并且不会破坏导电性。变形部的变形和位移作为电极间的电容变化而被检测。
根据本发明的实施方式，提供了一种力学量检测装置，包括：该力学量检测构件；以及检测电路单元，经由配线与电极电连接，并且检测作为电信号的由接触物体的按压引起的电极之间的电容变化。
在根据本发明实施方式的力学量检测构件中，当变形部的形状根据接触物体的按压而变化时，固定至变形部的位移电极随着变形部的变形和移位而发生变形和移位，而不会与基体分离。在变形期间，由于位移电极的导电性未被破坏，所以位移电极与另一个电极之间的电容根据位移的程度而变化。例如，通过经由配线连接的电容检测电路将电容的变化转换成电信号。因此，基体的变形部的变形和位移的程度或引起变形和位移的按压的强度被转换成用于检测的电信号。当接触物体的压力消失时，基体恢复初始形状，并且位移电极返回初始位置。因此，位移电极之间的电容返回至初始量。
此时，接触物体的按压的差异(为模拟量)可作为信息来区分。由于作为接触物体的手指在感受到根据按压量而逐渐增加的基体的排斥力的同时施加压力，所以手指能够具有愉快自然的感触或舒适的操作感。此外，力学量检测构件很小并且很简单，并且能够获得很大形状的自由度。由于不需要单独的操作表面，所以操作几乎不受使用环境的制约。
由于力学量检测装置包括根据本发明实施方式的力学量检测部，所以根据本发明实施方式的力学量检测装置能够获得上述优点。因此，能够实现这样的电子设备的输入装置，与二选一的操作相比，其能够根据接触物体的按压的差异(为模拟量)输入更多不同类型的信息，并且能够提供愉快自然的感触或舒适的操作感、具有小而简单的构成、在操作中几乎不受使用环境制约。
附图说明
图1A和图1B是示出了根据本发明的实施方式1的作为平板形输入构件的力学量检测构件的构造的截面图。
图2是示出了电容检测电路的实例的说明图(框图)。
图3A和图3B是示出了根据本发明的实施方式2的作为平板形输入构件的力学量检测构件的构造的截面图。
图4是示出了根据本发明的实施方式3的作为圆筒形输入构件的力学量检测构件的构造的透视图。
图5A和图5B是示出了根据本发明的实施方式4的作为球形输入构件的力学量检测构件的构造的说明图。
图6A是示出了根据本发明的实施例1的在平板形输入构件中静电电容与电极间距离之间的关系的曲线图，并且图6B是示出了在位移电极被反复移动后通过透射电子显微镜(TEM)观察到的位移电极的截面图像的示图。
图7A～图7C是示出了在日本未审查专利申请公开第2005-3494号(权利要求2，第7～12页，图1～图6)中所披露的面板传感器的实例的部分截面图。
具体实施方式
在根据本发明实施方式的力学量检测构件中，为了将基体的位置分区而分开的多个电极均可以与独立于电极的配线一起设置。通过使用分区(division)作为单位来区分接触物体按压基体的位置的差异。
可以在面向位移电极的位置处设置至少一个电极。
2至10对位移电极及面向位移电极的电极可以彼此串联地连接。
位移电极的材料可以为碳纳米管或导电聚合物。
由接触物体的按压所引起的位移电极的伸缩率可以为200％以上。
由接触物体的按压所引起的电极之间的距离的变化程度可以为1mm以上。
基体的材料可以为弹性体(具有弹性的聚合物材料)。具体地，基体的材料可以为多孔弹性体。在这种情况下，基体的材料可以为弹簧常数为0.1N/mm以下的材料。可以将碳纳米管以0.05以下的质量比而添加至基体。
力学量检测构件可以具有能握在一只手中进行操作的形状。
基体具有由柔性材料构成的密封容器填充着气体、液体或凝胶状固体的结构。
占据电极间空间的基体的相对介电常数可以为1.1以上。
根据本发明的实施方式，当力学量检测装置与另一电子设备一起使用时，力学量检测装置被配置为将对应于接触物体的按压强度的电信号输出至另一电子设备的输入装置。
接下来，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。
实施方式1
在实施方式1中，将主要描述根据权利要求1、3～11及14的力学量检测构件以及根据权利要求15和16的力学量检测装置。
图1A和图1B是示出了根据实施方式1的作为平板形输入构件形成的力学量检测构件10的构成的截面图。力学量检测构件10包括基体1、位移电极2、面向位移电极2的电极3以及分别保护位移电极2和电极3的电极支持体4和5。
基体1由弹性体(具有弹性的聚合物材料)构成。包括接触部的基体1的一部分或全部根据接触物体的按压强度而变形。但是，当接触物体的按压消失时，基体1恢复初始形状。例如，位移电极2由碳纳米管层构成。位移电极2固定至基体1的变形部(当基体1变形时发生变形和移位的区域)。碳纳米管层很坚固并且很薄，因此，当基体1变形时，碳纳米管层随着变形部的变形和位移而发生变形和移位，且不会与基体1分离并破坏导电性。设置电极3的位置没有特别限制。由于在位移电极2与电极3之间有效地形成电容，所以优选地，电极3形成为面向位移电极2。在图1A和图1B中，示出了面向位移电极2的一个电极3，但是也可以设置多个面向位移电极2的电极。
设置电极支持体4和5，从而分别形成或保护位移电极2和电极3。但是，从功能上讲，认为电极支持体4和5是基体的一部分。因此，电极支持体4和5可以由与基体1相同的弹性体形成。包括接触部的电极支持体4和5的部分或全部根据接触物体的按压的强度而变形，但是，当接触物体的按压消失时，支持体4和5恢复初始形状。
如图1A和图1B所示，当基体1的形状根据接触物体的按压而变形时，固定至变形部的位移电极2被移位。因此，位移电极2与电极3之间的电容根据位移的程度从Qa变化到Qb。通过经由配线连接的电容检测电路(未示出)，将电容的变化转换成电信号。因此，将基体1的变形部的变形和位移的程度或引起变形和位移的按压的强度转换成用于检测的电信号。当接触物体的按压消失时，基体1恢复初始形状，并且位移电极2返回至初始位置。因此，位移电极2与电极3之间的电容恢复为初始量。
由于接触物体的按压量(模拟量)的差异作为信息来区分，所以与二选一的操作相比，使用力学量检测构件10作为输入单元的力学量检测装置能够实现能够输入各种信息的输入装置。由于手指施加压力的同时感到基体1的排斥力根据按压量而逐渐增大，所以手指能够感到愉快自然的感触或舒适的操作感。因此，可以实现能够具有直观舒适的感觉的输入装置。
当将力学量检测构件10应用于电子设备等的输入装置时，即使在接触物体的按压量为连续的模拟量的情况下，也几乎不使用没有变化的按压量作为输入信息。例如，当用手指作为接触物体时，通过根据对应于从基体的支持体4和基体1所接收的排斥力的强度，能够容易地用2～5个阶段区分并检测按压量的差异。在这种情况下，清楚地区分的按压量的2～5个阶段中的每一个均被用作一种输入信息。当按压量作为连续模拟量而被检测时，按压量不需要具有诸如滚动速度设定时的精确的精度。
本发明实施方式的特征为优选使用基体(力学量检测构件10中的基体1和电极支持体4)的大变形。在用于一般的物理测量的位移传感器中，如上所述，由于在输入强度与隔膜的变形程度之间必须建立诸如线性的简单关系，并且必须获得精确的再现性，所以使用相对硬的材料作为隔膜的材料，以减小隔膜的变形程度。当将这种位移传感器应用于输入装置时，难以感受到更愉快自然的感触或舒适的操作感。如上所述，在应用于输入装置的位移传感器中，不需要以模拟方式在输入和输出操作之间实现精确的线性和再现性。因此，允许基体在实现精确的线性或再现性的范围内变形。此外，通过优选利用基体的大变形，能够获得曾被牺牲的愉快自然的感触或舒适的操作感。
力学量检测构件10小并且简单，并且能够获得大形状的自由度。由于不需要单独的操作表面，所以与鼠标不同，操作几乎不受使用环境的制约。
以这种方式，通过利用力学量检测构件10，与现有实例相比，能够实现各种信息的输入，并且获得更愉快自然的感触或舒适的操作感。此外，能够实现电子设备等的输入装置，其中输入装置小并且简单，并且操作几乎不受使用环境的制约。
在力学量检测构件10中，直接检测的力学量为位移电极2的位移程度，但是间接检测引起位移的接触物体的按压强度。当设置具有一定质量的重物作为接触物体时，能够将施加至重物的任何加速度转换成压力。因此，加速度能够作为力学量被检测。
例如，当基体1为层压构件时，优选2～10对位移电极2及面向位移电极2的电极3串联地设置，从而埋入基体1中。因此，由于每个电容器的电极间的距离减小从而电容增加，所以很容易检测电容的变化。
位移电极2的材料可以为碳纳米管或导电聚合物。就这些材料而言，有弹性是优异的，并且当伸缩时维持导电特性。用作根据现有实例的位移传感器的电极材料的诸如金属的硬材料可能无法满足力学量检测构件10的位移电极2所需的特性。用于实现力学量检测构件10的一个理由为碳纳米管等能够用作能够在电极材料即使被拉伸至120％以上的伸缩率的状态下也能保持导电性的新的电极材料。
优选地，由接触物体的压力引起的位移电极2的伸缩率为200％以上。例如，为了可靠地实现变形部的宽度的相同或更大程度的按压程度(位移电极2的变形程度)，而不考虑变形形状，伸缩率必须为约200％以上。
优选地，由接触物体的按压引起的电极之间的距离变化的程度为1mm以上。具体地，通过使用碳纳米管层作为位移电极2的材料，能够实现隔膜法或隔板(spacer)法无法实现的1cm以上的变形。因此，优选使用碳纳米管层作为位移电极2的材料。
优选地，基体1和电极支持体4和5的材料为弹性体(具有弹性的聚合物材料)。这种材料的实例包括丙烯酸类橡胶、丁腈橡胶、异戊二烯橡胶、尿烷橡胶、乙丙橡胶、表氯醇橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶及聚氨酯橡胶。具体地，优选该材料为诸如生物海绵、多孔聚合物、模制成型橡胶或聚氨酯海绵等的多孔弹性体。由于其张力伸张率为非常大的200％以上，并且其张力强度和收缩率非常优异，所以优选弹性体作为弹性构件。多孔弹性体为在形成有多个空气空隙的状态下具有稳定形状并且当施加外部压力时通过减小空气空隙的体积能够显著减小体积的材料。因此，多孔弹性体为力学量检测构件10的基体1和电极支持体4和5的最佳材料。
优选基体1和电极支持体4和5的材料为弹簧常数为0.1N/mm以下的材料。随着材料的弹簧常数的变小，操作力学量检测构件10时所施加的力变小。例如，当通过人手指尖来操作力学量检测构件时，手指尖的最大力约为1N，并且按压部的弹簧常数为0.1N/mm以下，使用手指尖的弱力能够获得1mm以上的大位移。
最好将碳纳米管以0.05以下的质量比而添加至基体1和电极支持体4和5。近似地，当碳纳米管的添加量为0.05以下的质量比时，由于碳纳米管之间的接触，不会产生导电通路。通过在该范围内添加碳纳米管，由于碳纳米管的局部极化效果的累积，能够提高基体1和电极支持体4和5的介电常数。
基体1的相对介电常数没有特别限定。如下述的实施方式4，当占据位移电极42与面向位移电极42的电极43之间的空间的基体41为气体时，基体41的相对介电常数接近1。但是，为了增大力学量检测构件10的检测灵敏度，优选地，位移电极2与电极3之间的电容很大。因此，优选地，基体1的相对介电常数很大。优选地，基体1的相对介电常数为1.1以上，并且确保容易检测电容。例如，当位移电极2与电极3具有直径为12mm的圆形形状时，电极间的距离为10mm，并且基体1的相对介电常数为1.1，电容为0.11pF。该值基本上与电容检测电路容易读取的电容相同。
根据该实施方式的力学量检测装置包括力学量检测构件10及通过配线(未示出)电连接至位移电极2和电极3的检测电路单元，其检测作为电信号的由接触物体的按压引起的电极之间的电容的变化。力学量检测装置优选配置为与另一电子设备一起使用的输入装置，其将根据接触物体的按压强度产生的电信号输出至另一电子设备。
可以使用现有的一般电容测量器件作为检测电容变化的检测电路单元。图2是示出了电容检测装置的实例的说明图(框图)。在电容检测装置中，基于基准电容CMOD来确定未知电容CX的大小。即，在将VDD维持在某一电压的状态下，通过振荡器电路和16位PRS(伪随机序列)电路交替关闭和打开SW1和SW2。当在SW1的导通状态期间内以电压VDD为未知电容CX充电并且接通SW2时，未知电容CX中充电的一些电荷转移至基准电容CMOD，因此未知电容CX和基准电容CMOD变为相同的电压。每当SW1和SW2打开和关闭时，重复该操作，因此，基准电容CMOD的电压逐渐升高。当基准电容CMOD的电压高于基准电压VREF时，比较器检测该状态。因此，直至此时所重复的打开和关闭操作的数目被发送至数据处理电路。在数据处理电路中，基于打开和关闭操作的数目确定未知电容CX的大小。通过比较器的输出短时间接通SW3，因此，基准电容CMOD中所累积的电荷被放电。随后，刷新基准电容CMOD。通过重复上面的操作，间歇地测量未知电容CX的大小。
实施方式2
将主要描述根据权利要求2的实施方式2的力学量检测构件的实例。
图3A和图3B是示出了根据本发明的实施方式2配置为平板形输入构件的力学量检测构件20的构造的截面图。力学量检测构件20包括基体1、位移电极22A～22C、分别面向位移电极22A～22C的电极23A～23C、以及分别用于形成位移电极22和电极23的电极支持体4和5。
力学量检测构件20与根据实施方式1的力学量检测构件10不同之处在于，接触物体在基体1上的按压位置有差异。即，为了将基体1的位置分区而分开的多个位移电极22A～22C与配线(与面向位移电极22A～22C的电极23A～23C相独立，未示出)一起设置。因此，通过使用分区作为单位，能够区分按压位置的差异。
通过电极改变电路以时分的方式重复选择位移电极22A～22C和电极23A～23C。即，一对位移电极22A和电极23A、一对位移电极22B和电极23B以及一对位移电极22C和电极23C在一个周期内顺序切换、连接至电容检测电路、并且以高速在所述周期的短期间内被重复。
例如，如图3B所示，当接触物体按压设置位移电极22B的位置处的基体1的表面时，位移电极22B变形并移位。随后，在位移电极22B与面向位移电极22B的电极23B之间的电容改变。由于能够经由配线24和25将电容变化传送至电容变化检测电路26，所以电容变化被转换成用于检测的电信号。
如实施例2中所描述的一样，在形成碳纳米管层之后通过蚀刻去除任何不需要的部分或在形成碳纳米管层之前掩蔽电极支持体4的表面的一部分，可以将形成力学量检测构件20的位移电极22A～22C的碳纳米管层图案化。可选地，可以使用印刷法。例如，通过机械切割或激光蚀刻来执行蚀刻。
包括力学量检测构件20的力学量检测装置被配置为根据按压位置的差异而将不同的指令输出至电子设备。例如，通过按压位移电极22A来表达决定或感觉、通过从前向后及从右向左按压位移电极22B来指示拖曳、以及通过按压位移电极22C来选择多个选项。
实施方式3
将主要描述根据权利要求12的实施方式3的力学量检测构件的实例。
图4是示出了根据本发明实施方式3的作为圆筒形输入构件的力学量检测构件30的构成的透视图。力学量检测构件30可以用作能握在一只手中进行操作的手持输入构件。
在力学量检测构件30中，由于将单个电极或多个位移电极(未示出)设置在圆筒形基体31的外部圆筒形的圆周表面上，所以将电极33设置在圆筒形基体31的内部，从而面向位移电极。
包括力学量检测构件30的力学量检测装置被配置为，根据手持位置的差异将不同的指令输出至电子设备。例如，通过按压拇指表达决定或感觉，通过从前向后和从右向左按压食指指示拖曳，并且通过按压中指来选择多个选项。例如，滚动速度可以根据手指抓握的强弱而变化。
在力学量检测构件30中，通过圆筒形基体31的触感，能够获得愉快自然的感触。因此，与二选一的操作相比，能够输入更多种类的信息。另外，能够获得与鼠标相同的功能及舒适的操作感。由于能够用一只手握住力学量检测装置来操作，所以与能够在操作表面上移动的鼠标不同，操作几乎不受使用环境的制约。
实施方式4
将主要描述根据权利要求13的实施方式4的力学量检测构件的实例。
图5A和图5B是示出了根据本发明实施方式4的作为球形输入构件的力学量检测构件40的构成的说明图。在力学量检测构件40中，基体41具有由柔性材料形成的密封容器中填充了气体、液体或凝胶状固体的构成。位移电极42设置在基体41的表面上，并且电极43设置在基体41内部的表面上，从而面向位移电极42。
由于位移电极42随着由接触物体的按压引起基体41的形状的变化而移位，所以检测到位移电极42与电极43之间的电容的变化。
实施例
根据实施例，将描述制造分别在实施方式1和2中所描述的力学量检测构件10和20的情况。
实施例1
在实施例1中，将描述制造被配置为实施方式1中所描述的平板形输入构件的力学量检测构件10的情况。
1.制造电极支持体4和5
首先，以15∶1的质量比混合弹性体的基本剂(产品名：由DOW CORNING corporation制造的sylgard184)和固化剂。将混合物放入3英寸直径和1.2mm深度的模具中，并且在85℃维持100分钟。
2.制造位移电极2和电极3
接下来，将碳纳米管以0.4g/l的浓度添加至按质量计1％的十二烷基苯磺酸钠(SDBS：C12H25C6H4SO3Na)的水溶液中，使用超声波均质机以持续5分钟的50W的输出来执行均质化处理，随后制备分散液。在电极支持体4和5中配置0.5ml的分散液，并且使用间隙长度为500μm的涂覆条(application bar)在电极支持体4和5的整个表面上形成薄的涂覆膜。此时，两个电极支持体4和5都可以维持在30℃至70℃的温度。通过将上述的膜形成处理重复10次以获得具有500Ω/□表面电阻的碳纳米管层作为位移电极2和电极3。将分别形成位移电极2和电极3的电极支持体4和5在流水中清洗十分钟。
3.制造基体1
接下来，首先以15∶1的质量比混合弹性体的基本剂(产品名：由DOW CORNING corporation制造的sylgard184)和固化剂。将混合物放入具有3英寸直径和25mm深度的模具中，并且在85℃维持100分钟，从而制造基体1。
4.制造力学量检测构件10
接下来，设置电极支持体4和5，使得位移电极2与电极3彼此面对，并且其间插入基体1。对基体1、位移电极2及电极3在80℃进行热压，从而形成夹层结构。随后，通过使用具有银作为主要材料的导电浆料在位移电极2与电极3中形成配线，从而形成力学量检测构件10。
5.挤压的感测
将力学量检测构件10的配线连接至电容检测电路。可以使用现有的各种电路作为电容检测电路。通过用手指紧紧按压力学量检测构件10的电极支持体4以及在增大压力的同时向基体1按压手指，测量位移电极2与电极3之间的电容变化。
图6A是示出了在根据实施例1的力学量检测构件10中的静电电容C与电极间的距离d之间的关系的曲线。像一般的电容器一样，电容C与电极间距离d成反比例地变化。因此，能够根据电极的位移进行连续输入。
图6B是示出了在使位移电极反复移位之后通过透射电子显微镜(TEM)观察到的位移电极2的截面图像的示图。即使当碳纳米管弯曲时，仍然维持碳纳米管的连接。以这种方式，可以发现即使当由碳纳米管层所形成的位移电极2变形为位移电极2会无法恢复至圆形的程度时，导电性也不会被破坏。
实施例2
在实施例2中，将描述制造实施方式2中的配置为参照图3A和图3B所描述的手持平板形输入构件的力学量检测构件20的情况。
1.制造位移电极12和电极13
将碳纳米管以0.5g/l的浓度添加至二甲基甲酰胺，使用超声波均质机以持续5分钟的50W的输出来执行均质化处理，随后制备分散液。制备的分散液被吸取并通过聚对苯二甲酸乙二醇酯网(具有50μm孔径)过滤，以形成具有500Ω/□表面电阻的碳纳米管薄膜。通过将碳纳米管薄膜转移至作为基体1的具有5cm长度、3cm宽度及3cm厚度的聚氨酯海绵的上表面和下表面，形成位移电极22和面向位移电极22的电极23。
2.将电极图案化
通过发射YVO4半导体激光束(具有1064nm)以通过蚀刻选择性地去除碳纳米管层，制造位移电极22A～22E和电极23A～23E的图案，以形成具有5个域的电极结构(其中，位移电极22D和22E及电极23D和23E未在图3A和图3B中示出)。由KeyenceCorporation制造的激光标示器MD-V9900(13W的平均光输出)用作YVO4半导体激光源装置。在该装置中，能够将激光束会聚成约为10μm半径的光点尺寸。
3.挤压的感测
力学量检测构件20的配线均被连接至对应于各个电极结构的电容检测电路。通过用5根手指握住分别对应于手指的5个域，在作为基体1的海绵体中产生位移。通过用手指紧紧地按压力学量检测构件20的位移电极22A～22E以及在增大压力的同时向基体1按压手指，测量位移电极22与电极23之间的电容的变化。
以上已经描述了本发明的实施方式和实施例。但是，本发明不限于此，而是可以在不背离本发明的要旨的前提下，在所附权利要求的范围内进行修改。

Claims (16)

1.一种力学量检测构件，包括：
基体，其包括接触部的一部分或全部根据接触物体的按压而变形，并且当所述接触物体的按压消失时，其恢复初始形状；
用作位移电极的多个电极，所述多个电极固定至所述基体的表面或内部，并且至少一个所述电极设置在所述基体的变形部中，所述变形部为在变形期间可变形和可移位的区域；以及
配线，被连接至所述电极，
其中，在所述变形期间，所述位移电极随着所述变形部的变形和位移而变形和移位，而不会与所述基体分离并且不会破坏导电性，以及
其中，所述变形部的所述变形和移位作为所述电极间的电容变化来检测。
2.根据权利要求1所述的力学量检测构件，
其中，为将所述基体的位置分区而分开的所述多个电极均与独立于所述电极的所述配线一起设置，以及
其中，通过利用所述分区作为单位来区分所述接触物体按压所述基体的位置的差异。
3.根据权利要求1所述的力学量检测构件，其中，至少一个所述电极设置在面向所述位移电极的位置处。
4.根据权利要求3所述的力学量检测构件，其中，2至10对所述位移电极和面向所述位移电极的电极彼此串联连接。
5.根据权利要求1所述的力学量检测构件，其中，所述位移电极的材料为碳纳米管或导电聚合物。
6.根据权利要求5所述的力学量检测构件，其中，由所述接触物体的按压引起的所述位移电极的伸缩率为200％以上。
7.根据权利要求1所述的力学量检测构件，其中，由所述接触物体的按压引起的所述电极间的距离变化的程度为1mm以上。
8.根据权利要求1所述的力学量检测构件，其中，所述基体的材料为弹性体。
9.根据权利要求8所述的力学量检测构件，其中，所述基体的材料为多孔弹性体。
10.根据权利要求8或9所述的力学量检测构件，其中，所述基体的材料为弹簧常数为0.1N/mm以下的材料。
11.根据权利要求8或9所述的力学量检测构件，其中，将碳纳米管以0.05以下的质量比而添加至所述基体。
12.根据权利要求1所述的力学量检测构件，其中，所述力学量检测构件具有能握在一只手中进行操作的形状。
13.根据权利要求1所述的力学量检测构件，其中，所述基体具有由柔性材料形成的密封容器中填充了气体、液体或凝胶状固体的结构。
14.根据权利要求1所述的力学量检测构件，其中，占据所述电极间的空间的所述基体的相对介电常数为1.1以上。
15.一种力学量检测装置，包括：
根据权利要求1至14中任一项所述的力学量检测构件；以及
检测电路单元，通过所述配线电连接至所述电极，并且检测作为电信号的由所述接触物体的按压引起的所述电极间的电容的变化。
16.根据权利要求15所述的力学量检测装置，其中，当所述力学量检测装置与另一电子设备一起使用时，所述力学量检测装置被配置为将对应于所述接触物体的按压强度的电信号输出至所述另一电子设备的输入装置。
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