CN105716748B

CN105716748B - 感压元件

Info

Publication number: CN105716748B
Application number: CN201510727724.0A
Authority: CN
Inventors: 小掠哲义; 野稻启二; 江崎贤一; 增田忍
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2020-08-21
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: JP2016118545A; EP3037797A1; US20160178460A1; JP6643629B2; CN105716748A; US9752940B2; EP3037797B1

Abstract

本公开的一个方式所涉及的感压元件具备：第1电极，其包含具有弹性的至少1个突起部；第2电极，其夹着所述至少1个突起部与所述第1电极对向；以及电介质，其配置在所述第1电极与所述第2电极之间，包含第1电介质和第2电介质，所述第1电介质与所述至少1个突起部的最顶部分和所述第2电极双方相接，并且位于它们之间，所述第2电介质位于除了所述至少1个突起部之外的所述第1电极与所述第1电介质之间。

Description

感压元件

技术领域

本公开涉及感压元件。更详细来说，本公开涉及能够用于各种电子设备的感压元件。

背景技术

近年来，智能手机以及汽车导航系统等各种电子设备的高功能化以及多样化急速实现。伴随于此，成为电子设备的构成要素的感压元件也被要求可靠的操作性。感压元件是以导电性弹性体等为原料，伴随来自外部的载荷施加而进行探测的传感器。因此，这样的感压元件可以在各种电气设备中作为“传感器元件”来利用。例如，JP特表平01-92632号公报以及JP特开2014-142193号公报公开了这些背景技术。

发明内容

解决课题的手段

发明效果

按照本公开，虽然是简易的构造，但能够获得呈现比较高的线性特性的感压元件。更具体来说，基于特性不同的2种静电电容来构成感压元件的电容，由此，虽然本公开的感压元件构造比较简易但能够呈现高线性特性。即，按照本公开，即使不采用复杂的元件构造，也能够实现合适地控制了低载荷区域以及高载荷区域双方中的线性的感压元件。

附图说明

图1是示意性地表示本公开的感压元件的构成的剖面图。

图2A是示意性地表示对感压元件施加载荷之前的状态的感压元件的剖面图。

图2B是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的经时变化的感压元件的剖面图。

图2C是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的经时变化的感压元件的剖面图。

图3是用于分别说明“具有弹性的突起部与第1电介质的接触区域”以及“具有弹性的突起部与第1电介质的非接触区域”的感压元件剖面。

图4A是示意性地表示感压元件的第1电容器的剖面图。

图4B是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的第1电容器的状态的剖面图。

图4C是示意性地表示对感压元件施加了更大的载荷时的第1电容器的状态的剖面图。

图4D是用于说明按压时的第1电容器的电容变化特性的示意图。

图5A是示意性地表示感压元件的第2电容器的剖面图。

图5B是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的第2电容器的状态的剖面图。

图5C是示意性地表示对感压元件施加了更大的载荷时的第2电容器的状态的剖面图。

图5D是用于说明按压时的第2电容器的电容变化特性的示意图。

图6A是表示感压元件中的第1电容器的区域以及第2电容器的区域的剖面图。

图6B是表示按压时的感压元件电容的电容变化特性的示意图。

图7是用于说明第1电容器以及第2电容器各自的构成要素的感压元件剖面。

图8是用于说明第1电容器以及第2电容器各自的电介质区域的感压元件剖面。

图9A是示意性地表示对感压元件施加载荷之前的状态的感压元件的剖面图。

图9B是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的经时变化的感压元件的剖面图。

图9C是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的经时变化的感压元件的剖面图。

图9D是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的经时变化的感压元件的剖面图。

图10是示意性地表示还具有支撑基材、按压基材以及间隔件而成的感压元件的构成的剖面图。

图11A是用于说明实施方式2所涉及的感压元件的剖面图。

图11B是用于说明实施方式2所涉及的感压元件的剖面图。

图12A是表示本公开的感压元件的制造方法中的工序的示意剖面图。

图12B是表示本公开的感压元件的制造方法中的工序的示意剖面图。

图12C是表示本公开的感压元件的制造方法中的工序的示意剖面图。

图12D是表示本公开的感压元件的制造方法中的工序的示意剖面图。

图12E是表示本公开的感压元件的制造方法中的工序的示意剖面图。

图12F是表示本公开的感压元件的制造方法中的工序的示意剖面图。

图13A是用于说明具备半球面形态的具有弹性的突起部的感压元件的样态的示意剖面图。

图13B是用于说明具备半球面形态的具有弹性的突起部的感压元件的样态的示意剖面图。

图13C是用于说明具备半球面形态的具有弹性的突起部的感压元件的样态的示意剖面图。

图13D是用于说明具备半球面形态的具有弹性的突起部的感压元件的样态的示意剖面图。

标号说明：

10 第1电极；

15 第1电极的具有弹性的突起部；

15’ 具有弹性的突起部的最顶部分；

17 第1电极的突起非设置部；

20 第2电极；

20A 第2电极的第1电极部分；

20B 第2电极的第2电极部分；

30 电介质；

31 第1电介质；

31A 第1电介质的第1电介质部分；

31B 第1电介质的第2电介质部分；

32 第2电介质；

50 支撑基材；

60 按压基材；

70 间隔件；

100 感压元件。

具体实施方式

本申请发明者们专心研究之后，这次发现了关于感压元件存在进一步的改善点。具体来说，发现了作为静电电容式的感压传感器来使用的感压元件，在其线性的控制方面存在进一步的改善点。在感压元件中，伴随载荷所引起的弹性电极的变形，弹性电极与电介质层的接触部分的面积扩大，产生电容变化，由此进行载荷检测。虽然感压元件的电容仅依赖于“接触部分”的扩大而增加，但弹性电极的变形所需的载荷伴随变形量以及接触面积这2个参数的上升而增加。因此，电容变化在低载荷区域中较大但在高载荷区域中较小，线性的控制需要复杂的感压元件构造(例如将山形的弹性电极进一步复杂化的形状等)。

对此，本公开的一个方式所涉及的感压元件以简易的构造来呈现比较高的线性特性。

本公开的一个方式的概要如下。

(项目1)本公开的一个方式所涉及的感压元件，具备：第1电极，其包含具有弹性的至少1个突起部；第2电极，其夹着所述至少1个突起部与所述第1电极对向；以及电介质，其配置在所述第1电极与所述第2电极之间，包含第1电介质和第2电介质，所述第1电介质与所述至少1个突起部的最顶部分和所述第2电极双方相接，并且位于它们之间，所述第2电介质位于除了所述至少1个突起部之外的所述第1电极与所述第1电介质之间。

(项目2)在上述项目1所述的感压元件中，可以构成为：

所述感压元件的电容包含第1电容以及第2电容，

所述第1电容是包含所述至少1个突起部与所述第1电介质接触的区域的第1电容器中的静电电容，

所述第2电容是包含所述第1电介质与所述第2电介质接触的区域的第2电容器中的静电电容。

(项目3)在上述项目2所述的感压元件中，可以构成为：

所述感压元件的电容特性具有比所述第1电容以及所述第2电容各自的电容特性更高的线性。

(项目4)在上述项目2或3所述的感压元件中，可以构成为：

所述第1电容器由如下部分构成：所述至少1个突起部；存在于与该至少1个突起部对向的位置的所述第2电极的第1电极部分；和位于该至少1个突起部与该第1电极部分之间的所述第1电介质的第1电介质部分，

所述第2电容器由如下部分构成：所述第1电极中的未设置所述至少1个突起部的部分；存在于与所述第1电极中的未设置所述至少1个突起部的所述部分对向的位置的所述第2电极的第2电极部分；和位于所述第1电极中的未设置所述至少1个突起部的所述部分与该第2电极部分之间的所述第1电介质的第2电介质部分以及所述第2电介质。

(项目5)在上述项目1～4中任一项所述的感压元件中，可以构成为：

所述至少1个突起部具有其宽度朝向所述第2电极逐渐减小的锥形状。

(项目6)在上述项目1～5中任一项所述的感压元件中，可以构成为：

所述第2电介质伴随所述至少1个突起部的弹性变形而变形。

(项目7)在上述项目1～6中任一项所述的感压元件中，可以构成为：

所述第2电极具有与所述第1电极对向的第1主面、和所述第1主面的相反侧的第2主面，

对所述第2主面施加载荷。

(项目8)在上述项目7所述的感压元件中，可以构成为：

若对所述第2主面施加载荷，则伴随所述至少1个突起部的变形，所述至少1个突起部与所述第1电介质接触的区域的面积增加。

(项目9)在上述项目7或8所述的感压元件中，可以构成为：

若对所述第2主面施加载荷，则由于所述第2电介质发生变形从而所述第2电介质的厚度减少。

(项目10)在上述项目1～9中任一项所述的感压元件中，可以构成为：

所述第1电介质呈现弹性特性。

(项目11)在上述项目7所述的感压元件中，可以构成为：

若对所述第2主面施加载荷，则所述至少1个突起部以及所述第1电介质双方发生变形。

(项目12)在上述项目1～11中任一项所述的感压元件中，可以构成为：

所述第1电介质具有比所述至少1个突起部更高的弹性模量。

(项目13)在上述项目1～12中任一项所述的感压元件中，可以构成为：

所述第1电极、所述第2电极、所述第1电介质以及所述第2电介质中的至少1个具有光透过性。

(项目14)在上述项目7～9中任一项所述的感压元件中，可以构成为：

还具备支撑基材以及按压基材，

所述第1电极具有与所述第2电极对向的第3主面、和所述第3主面的相反侧的第4主面，

所述支撑基材与所述第1电极的所述第4主面相接，

所述按压基材与所述第2电极的所述第2主面相接。

(项目15)在上述项目1～14中任一项所述的感压元件中，可以构成为：

还具备配置在所述第1电极与所述第2电极之间的间隔件。

(实施方式1)

以下，参照附图对本公开的一个方式所涉及的感压元件进行说明。附图所示的各种要素只不过为了本公开的理解而示意性地进行了表示，尺寸比以及外观等可能与实物不同，这一点需要留意。此外，在本说明书中直接或间接使用的“上下方向”相当于与图中的上下方向对应的方向。

图1示意性地表示本公开的感压元件100的构成。本公开的感压元件100具有第1电极10、第2电极20以及电介质30而成。

第1电极10具备至少1个具有弹性的突起部15。第2电极20与第1电极10对向配置。第2电极20也可以具有层形态。更具体来说，第2电极20与第1电极10对向配置，使得将具有弹性的突起部15夹在之间。电介质30作为整体设置在第1电极10与第2电极20之间。

本公开所涉及的感压元件100的电介质30由第1电介质31以及第2电介质32这2个电介质部构成。如图1所示，第1电介质31和第2电介质32彼此相邻地设置(即，第1电介质31和第2电介质32以相互重合地彼此相接的状态而设置)。特别是，第1电介质31和第2电介质32被设置为在第1电极10和第2电极20相互对向的方向(即，附图中的“上下方向”)上相互相邻或重叠。第1电介质31与第1电极10的具有弹性的突起部15的最顶部分15’和第2电极20双方相接，并位于它们之间。即，第1电介质31被设置成被具有弹性的突起部15的最顶部分15’和第2电极20夹持。另一方面，第2电介质32位于起因于具有弹性的突起部15而形成的第1电极10的凹部分。即，第2电介质32位于彼此相邻的具有弹性的突起部15之间的区域。换言之，如图所示，第2电介质32位于“未设置具有弹性的突起部的第1电极10的突起非设置部17的上面”和“具有弹性的突起部15的侧面”所形成的间隙部。

本公开的感压元件是具有电容(capacitance)的元件，具有电容器或电容器件(condenser或capacitor)功能。在这样的感压元件中，由于载荷施加而引起电容变化，根据该电容变化来检测载荷。例如，若如图2B以及图2C所示对感压元件施加载荷，则起因于具有弹性的突起部15的变形而引起电容变化，根据该电容变化来检测载荷。因此，本公开的感压元件可以被称为“静电电容型感压传感器元件”、“电容性压力检测传感器元件”或“感压开关元件”等。

本公开的感压元件，其电容基于特性不同的2种电容而构成，具有呈现比较高的线性特性的特征。即，感压元件的静电电容通过第1电容以及第2电容这两个不同的副静电电容彼此加在一起而构成。换言之，在本公开的感压元件中，对第1电容以及第2电容分别进行探测、感测。

更具体来说，第1电容是如图3所示那样包含具有弹性的突起部15与第1电介质31的接触区域的第1电容器中的静电电容。即，如图所示，具备具有弹性的突起部15的最顶部分(例如最顶面)与第1电介质31的主面的接触面的第1电容器中的电容相当于第1电容。另一方面，第2电容是包含具有弹性的突起部15与第1电介质31不接触的区域的第2电容器中的静电电容。即，如图所示，不具备具有弹性的突起部15的最顶部分(例如最顶面)与第1电介质31的主面的接触面的第2电容器中的电容相当于第2电容。如图3所示，第2电容可以说是包含第2电介质32与第1电介质31的接触区域的第2电容器中的静电电容。

对“第1电容”以及“第2电容”进行详述。图4A是示意性地表示感压元件的第1电容器的剖面图，图4B是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的第1电容器的状态的剖面图，图4C是示意性地表示对感压元件施加了更大的载荷时的第1电容器的状态的剖面图，图4D是用于说明按压时的第1电容器的电容变化特性的示意图。在此，第1电容器的电容C〔pF〕以及对感压元件施加的载荷F〔N〕分别用以下的式子来表示。

【数1】

【数2】

F＝E·εS

在此，ε〔pF/m〕是电介质的介电常数，S〔m²〕是具有弹性的突起部与第1电介质的接触面积，d〔m〕是第1电介质的厚度，E〔Pa〕是杨氏模量，e是形变。

在本公开中第1电容的特性为“相对于电容而言载荷更容易增加的特性”。换言之，如图4D所示，在第1电容器中，随着所施加的载荷变大，电容C的增加率变小。电容C依赖于面积S(具有弹性的突起部15与第1电介质31的接触面积)的可变参数，而载荷F依赖于面积S和形变e(具有弹性的突起部15的变形量)这2个可变参数。因此，第1电容器可具有在对感压元件施加了载荷时“相对于电容而言载荷更容易增加的特性”，因此，具有随着所施加的载荷F变大，电容C的增加率变小的倾向。此外，“随着所施加的载荷F变大，电容C的增加率变小的倾向”是指如图4D的曲线图所示，在低载荷区域中电容C的增加率相对较高，但是在高载荷区域中电容C的增加率相对变低的倾向。

图5A是示意性地表示感压元件的第2电容器的剖面图，图5B是示意性地表示对感压元件施加了载荷时的第2电容器的状态的剖面图，图5C是示意性地表示对感压元件施加了更大的载荷时的第2电容器的状态的剖面图，图5D是用于说明按压时的第2电容器的电容变化特性的示意图。在此，第2电容器的电容C〔pF〕用以下的式子来表示。

【数3】

在此，ε〔pF/m〕是电介质的介电常数，S〔m²〕是电极与电介质的接触面积，d〔m〕是电介质的厚度。

另一方面，如图5D所示，在本公开中第2电容具有随着所施加的载荷变大，电容C的增加率变大的倾向。第2电容器的电容C具有相对于电介质的厚度d(特别是第2电介质32的厚度)的可变参数成反比的关系，且其影响较大，因此，成为随着所施加的载荷F变大，电容C的增加率变大的倾向。“随着所施加的载荷F变大，电容C的增加率变大的倾向”是指如图5D的曲线图所示那样，虽然在低载荷区域中电容C的增加率相对较低，但在高载荷区域中电容C的增加率相对变高的倾向。

图6A是表示感压元件中的第1电容器的区域以及第2电容器的区域的剖面图，图6B是表示按压时的感压元件电容的电容变化特性的示意图。本公开的感压元件的电容基于像这样电容特性不同的“第1电容”以及“第2电容”，因此，如图6B所示能够呈现高线性特性。具体来说，通过调整“第1电容”和“第2电容”的比例，从而低载荷区域以及高载荷区域中的灵敏度被调整，能够实现感压元件的高线性特性。更具体来说，通过适当调整并配合“第1电容器中的载荷与第1电容的相关关系特性”和“第2电容器中的载荷与第2电容的相关关系特性”的比例，从而在低载荷区域以及高载荷区域中的灵敏度被适当调整，作为感压元件能够实现高线性特性。例如在“随着所施加的载荷F变大，电容C的增加率变小的第1电容器的特性”与“随着所施加的载荷F变大，电容C的增加率变大的第2电容器的特性”相比相对较大的情况下，通过使“第1电容”的比例相对于“第2电容”相对较小，反过来说，使“第2电容”的比例相对于“第1电容”相对较大，从而一般能够实现感压元件的高线性特性。同样，例如在“随着所施加的载荷F变大，电容C的增加率变小的第1电容器的特性”与“随着所施加的载荷F变大，电容C的增加率变大的第2电容器的特性”相比相对较小的情况下，通过使“第1电容”的比例相对于“第2电容”相对较大，反过来说，使“第2电容”的比例相对于“第1电容”相对较小，从而一般能够实现感压元件的高线性特性。

附带说一下，若“第1电容”与“第2电容”的比例被调整为第1电容器的特性(即，载荷与第1电容的相关关系特性)超过第2电容器的特性(即，载荷与第2电容的相关关系特性)，则还能够实现在低载荷区域中呈现大的灵敏度、在高载荷区域中呈现小的灵敏度的感压传感器元件。同样，若“第1电容”与“第2电容”的比例被调整为第2电容器的特性(即，载荷与第2电容的相关关系特性)超过第1电容器的特性(即，载荷与第1电容的相关关系特性)，则还能够实现在低载荷区域中呈现小的灵敏度、在高载荷区域中呈现大的灵敏度的感压传感器元件。

在关于感压元件的电容特性(即，载荷与静电电容的相关关系特性)实现高线性的情况下，尤其从图6B所示的曲线图可知，这样的感压元件的电容特性具有比第1电容器的静电电容特性(即，载荷与第1电容的相关关系特性)以及第2电容器的静电电容特性(即，载荷与第2电容的相关关系特性)的每一个都高的线性。即，关于对感压元件施加了载荷时的载荷与电容的相关关系，感压元件作为整体具有比第1电容器以及第2电容器的单独每一个都高的线性特性。

对“第1电容器”以及“第2电容器”进行详述。第1电容器构成为包含具有弹性的突起部15的区域。换言之，第1电容器相当于具备具有弹性的突起部15的最顶部分15’与第1电介质31的主面的接触面的电容器部。更具体来说，如图7所示，第1电容器由“第1电极10的具有弹性的突起部15”、“存在于与具有弹性的突起部15对向的位置的第2电极20的第1电极部分(20A)”、和“位于具有弹性的突起部15与第1电极部分(20A)之间的第1电介质31的第1电介质部分(31A)”构成。另一方面，第2电容器具有不包含具有弹性的突起部15的区域的构成。换言之，第2电容器构成为包含相当于具有弹性的突起部15与第1电介质31不接触的区域的非接触区域，即，是不具备具有弹性的突起部15的最顶部分15’与第1电介质31的主面的接触面的电容器部。更具体来说，如图7所示，第2电容器由“未设置具有弹性的突起部的第1电极的突起非设置部17”、“存在于与突起非设置部17对向的位置的第2电极20的第2电极部分(20B)”、和“位于突起非设置部17与第2电极部分(20B)之间的、第1电介质31的第2电介质部分(31B)以及第2电介质32”构成。

图8示意性地表示第1电容器以及第2电容器各自的电介质区域。从图示的方式可知，在第1电容器中，在第1电极的具有弹性的突起部15、第2电极20的第1电极部分(20A)、和最顶部分15’与第1电极部分(20A)之间的电介质区域所构成的元件区域中蓄积电荷，相对于此，在第2电容器中，在第1电极的突起非设置部17、第2电极20的第2电极部分(20B)、和它们之间的电介质区域所构成的元件区域中蓄积电荷。

本公开的感压元件由这种构成不同的2种“第1电容器”以及“第2电容器”构成，因此，载荷施加时的静电电容的变化特性作为整体能够呈现高线性。

以下，对本公开的感压元件的各种构成要素进行详述。即，对构成本公开的感压元件的“第1电极10”、“第2电极20”及“电介质30”以及其他附加要素进行说明。

第1电极10是具备至少1个具有弹性的突起部15的电极构件。特别是，具有弹性的突起部15具有弹性特性(即，“因外力而变形，若去除外力则恢复原来的形状的特性”)，因此，第1电极10能够相当于弹性电极构件。第1电极10只要具有“弹性特性(特别是具有弹性的突起部15的弹性特性)”和“导电特性”这两种性质，则可以由任意的材质构成。例如，第1电极10可以由树脂构造体、以及分散于该树脂构造体内的导电性填料构成。树脂构造体可以包含从苯乙烯系树脂、硅酮系树脂(例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS))、丙烯酸系树脂、轮烷系树脂以及聚氨酯系树脂等所构成的群中选择的至少1种树脂材料而成。另一方面，导电性填料可以包含从Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)、C(碳)、ZnO(氧化锌)、In₂O₃(氧化铟(III))以及SnO₂(氧化锡(IV))所构成的群中选择的至少1种材料而成。此外，也可以取代导电性填料或者除了导电性填料之外，使用导电层。具体来说，也可以是在树脂构造体的表面通过导电性墨水的涂敷等而设置了导电层而成的第1电极10。

如图所示(例如如图1所示)，具有弹性的突起部15具有从第1电极10的基底部分向第2电极20突出的形态。换言之，第1电极构件10具有从其基底部分向第2电极20的设置方向局部隆起的凹凸形态。第1电极10的具有弹性的突起部15的个数至少为1个。也可以设置2个以上具有弹性的突起部15，因而，第1电极10可以具备多个具有弹性的突起部15。起因于设置有多个具有弹性的突起部15的样态，从而第1电极10作为整体具有凹凸形态，该凹凸形态中的凸部相当于具有弹性的突起部15。

第1电极10的弹性模量，特别是具有弹性的突起部15的弹性模量也可以为约10⁴～10⁸Pa，使得具有弹性的突起部15由于对感压元件施加的通常的按压力(例如约1N～10N的按压力)而逐渐变形。这样的弹性模量能够通过变更导电性填料与树脂构造体的树脂成分的相对比例来调整。此外，第1电极10的电阻率也可以在希望的频带中充分小于电容的阻抗。这样的电阻率也能够通过变更导电性填料与树脂构造体的树脂成分的相对比例来调整。

第1电极的具有弹性的突起部15也可以具有锥形状。具体来说，第1电极的具有弹性的突起部15也可以具有其宽度尺寸朝向第2电极逐渐减小的锥形状(参照图1)。如图1所示，例如具有弹性的突起部15也可以作为整体而具有圆锥台、四角锥台等的锥台形态。通过像这样具有弹性的突起部15具有锥形状，从而具有弹性的突起部15合适地进行弹性变形，因此，合适地引起具有弹性的突起部15与第1电介质31的接触区域的增加。

具有弹性的突起部15的高度尺寸只要有助于弹性变形，则可以为任意的尺寸。即，只要通过来自具有弹性的突起部的最顶部分侧的按压，具有弹性的突起部15发生弹性变形，则可以为任意的高度尺寸。此外，多个具有弹性的突起部15也可以有规则地排列。多个具有弹性的突起部15的间距尺寸也只要有助于具有弹性的突起部的弹性变形，并且合适地在相邻的具有弹性的突起部间形成凹部(即，用于第2电介质32的区域)，则没有特别限制。

第2电极20是与第1电极10对向配置的电极构件。第2电极20也可以具有层形态。这样的第2电极20只要至少具有“导电特性”的性质，则可以由任意的材质构成。例如，第2电极20的材质可以与常规的感压元件/传感器元件等的电极层的材质同样。第2电极20也可以具有比第1电极10高的弹性模量，例如具有10⁸Pa以上的弹性模量。即，第2电极20也可以呈现非弹性特性，因此，第2电极20可以称作非弹性电极构件。

第1电介质31与第1电极10的具有弹性的突起部15的最顶部分15’和第2电极20双方相接，并位于它们之间。即，第1电介质31被设置为被具有弹性的突起部15的最顶部分15’(例如最顶面)和第2电极20夹持。第1电介质31也可以具有层形态。

第1电介质31只要至少具有作为“电介质”的性质，则可以由任意的材质构成。例如，第1电介质31可以包含树脂材料、陶瓷材料以及/或者氧化金属材料等。虽然只不过是例示，但第1电介质31可以包含从聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、Al₂O₃、以及Ta₂O₅等所构成的群中选择的至少1种材料而成。

第1电介质31可以具有刚性特性，或者，也可以具有弹性特性(即，“因外力而变形，若去除外力则恢复原来的形状的特性”)。在第1电介质31具有弹性特性的情况下，第1电介质31可以称作弹性电介质/弹性电介质层。通过第1电介质31成为“弹性电介质”/“弹性电介质层”，从而在按压了感压元件时，在引起第1电极10的具有弹性的突起部15的弹性变形的同时，引起第1电介质31的弹性变形。此外，通过像这样第1电介质31以及第1电极10(特别是具有弹性的突起部15)双方发生变形，从而第2电介质32更多地减小其厚度地发生变形(参照实施方式2)。

此外，第1电介质31也可以具有比第1电极10(特别是其具有弹性的突起部15)高的弹性模量，使得在按压时不会比第1电极10(特别是其具有弹性的突起部15)更大地变形。例如，在第1电极10(特别是其具有弹性的突起部15)的弹性模量为约10⁴Pa～10⁸Pa的情况下，第1电介质31也可以具有比其更高的弹性模量。同样，第1电介质31也可以为比第1电极10(特别是其具有弹性的突起部15)的变形量更薄的薄膜，使得在按压时不会比第1电极10(特别是其具有弹性的突起部15)更大地变形。第1电介质31也可以包含在希望的频带具有比电容的阻抗高的电阻值的材料。就第1电介质31的介电常数以及膜厚而言，也可以进行第1电介质31的材料选择/膜厚调整，使得与变形前的第2电介质32相比每单位面积的电容更大。

第2电介质32位于起因于具有弹性的突起部15而形成的第1电极10的凹部分。即，第2电介质32位于彼此相邻的具有弹性的突起部15之间的区域。换言之，如图1所示，第2电介质32位于“未设置具有弹性的突起部的第1电极10的突起非设置部17的上面”和“具有弹性的突起部15的侧面”所构成的间隙部。从图示的形态可知，第2电介质32的上面也可以与具有弹性的突起部15的最顶部分15’(即，具有弹性的突起部15的最顶面)齐平。

第2电介质32由电介质构成，只要不阻碍第1电极10(特别是其具有弹性的突起部15)以及/或者第1电介质31的弹性变形，则可以由任意的电介质构成。例如，第2电介质32可以为空气部。在这种情况下，在按压了感压元件时，引起第1电极10的具有弹性的突起部15以及/或者第1电介质31的合适的变形，由此，第2电介质32能够有效减小其厚度地发生变形。

在本公开所涉及的感压元件的合适的方式中，在对向配置的第1电极以及第2电极，第2电极的外面侧成为感压元件的按压侧。如图1所示，若以感压元件100的“A侧”(图中的上侧)以及“B侧”(图中的下侧)这两个相互对向的侧部来说，则“A侧”成为按压侧。在这种方式中本公开的感压元件从第2电极的外面侧朝向其内面侧被按压，即，从感压元件100的“A侧”朝向B侧被按压。若像这样被按压，则如图9B至图9D所示具有弹性的突起部15在减小其高度尺寸的同时逐渐增大宽度尺寸地发生变形，具有弹性的突起部15与第1电介质31的接触区域增加，并且第2电介质32减小其厚度地发生变形。

若从按压侧向感压元件施加载荷，则如图4B以及图4C所示第1电极10的具有弹性的突起部15(特别是其最顶部分)与第1电介质31的接触区域的面积伴随具有弹性的突起部15的变形而增加，这意味着在第1电容器中引起电容变化。即，第1电容器的静电电容特性(即，载荷与第1电容的相关关系特性)被显现。另一方面，若从按压侧向感压元件施加载荷，则如图5B以及图5C所示，第2电介质32变形为第2电介质32的厚度尺寸减少，这意味着在第2电容器中引起电容变化。即，第2电容器的静电电容特性(即，载荷与第2电容的相关关系特性)被显现。在本公开的感压元件中，对第1电容器的静电电容特性与第2电容器的静电电容特性进行组合，由此，实现了针对电容变化特性(载荷施加时的电容变化特性)提高了线性的感压元件。

电容变化的检测可以采用自容方式或互容方式的任意一种。或者，也可以用别的方法为了电容变化的检测而采用其他已知的方式。即，只要根据感压元件的用途等来适当采用恰当的方式即可。此外，根据感压元件的静电电容变化的载荷的导出方法也可以采用已知的任意的方法。

感压元件可以与控制装置一起使用。这样的控制装置，例如也可以具有对感压元件中的静电电容变化或者导出的载荷分布进行存储，或者，向外部的PC等设备输出的功能。这种控制装置可以与感压元件分体地设置，因此，例如感压元件也可以由外部的PC等运算处理装置来控制。

在本公开的合适的方式中，如图10所示，还具有支撑基材50以及按压基材60。如图所示，在由第1电极10、第2电极20、和电介质30构成的构造体的两侧设置支撑基材50以及按压基材60。

如图10所示，支撑基材50设置为与第1电极10的外侧主面相接。支撑基材50是用来至少支撑“由第1电极10、第2电极20、和电介质30构成的构造体”的构件。支撑基材50也可以具有可挠性。这样的支撑基材50可以为树脂基板。因此，支撑基材50例如包含从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯以及聚酰亚胺等所构成的群中选择的至少1种树脂成分而成。

对于按压基材60而言，如图10所示，与第2电极20的外侧主面相接地设置有按压基材。按压基材60是在“由第1电极10、第2电极20、和电介质30构成的构造体”中直接被付诸按压的构件。按压基材60也可以具有可挠性。这样的按压基材60可以为树脂基板。因此，按压基材60例如包含从聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯以及聚酰亚胺等所构成的群中选择的至少1种树脂成分而成。

本公开的感压元件也可以还具有间隔件。具体来说，如图10所示，可以在对向配置的第1电极10与第2电极20之间设置间隔件70。如图所示，可以在第1电极10与第2电极20的周缘区域设置间隔件70。通过设置间隔件70，从而合适地引起第1电极10与第2电极20的对向配置，并且在按压时合适地引起“具有弹性的突起部15的弹性变形”以及“伴随厚度减少的第2电介质32的变形及其变形恢复”等。间隔件例如可以包含绝缘性树脂材料(聚酯树脂以及/或者环氧树脂等的绝缘性树脂材料)。也可以通过别的方法将第1电极10的具有弹性的突起部15直接作为间隔件来利用。

本公开的感压元件能够通过各种实施方式来实现。以下对其进行说明。

(实施方式2)

在这种实施方式中，第1电介质31如图11所示在按压时局部发生弹性变形。

具体来说，如图11A以及图11B所示，在从按压侧对感压元件施加了载荷时，第1电介质31发生变形，使得具有弹性的突起部15的至少一部分陷入第1电介质31，并且具有弹性的突起部也发生变形。在这种情况下，起因于以下的事项而尤其能够发挥高载荷区域中的检测电容增加这样的有利的效果。

(1)关于按压时所产生的具有弹性的突起部15与第1电介质31的接触面积增加，附加地增加“陷入的量”。即，在图11B中附加地引起“S1”以及“S2”的接触面。

(2)起因于“陷入”而使第2电介质32的厚度更大地减少。即，厚度附加地减少了具有弹性的突起部15陷入的量(图11B的“d1”)。

(3)起因于“陷入”而使第1电介质31的厚度减少。即，起因于“陷入”而使具有弹性的突起部15的最顶部分15’与第2电极20的隔离距离(图11B的“d2”)减小。

在这种实施方式中，由于高载荷时的检测电容增加，因此鉴于这一点，能够合适地实现感压元件的高线性特性。即，通过适当调整反映了高载荷时的检测电容的增加的“第1电容”与“第2电容”的比例(即，通过适当调整“第1电容器中的载荷与第1电容的相关关系特性”和“第2电容器中的载荷与第2电容的相关关系特性”的比例)，能够合适地实现线性特性高的感压元件。

此外，从图11所示的方式可知，在按压时第1电介质31起因于具有弹性的突起部15而局部发生弹性变形，这意味着在按压时给具有弹性的突起部15带来的负荷进一步被减小。因此，按照这样的实施方式，还能够发挥在被反复使用的感压元件中具有弹性的突起部15的寿命变长这样的效果。

(透明感压元件的实施方式)

这样的实施方式是感压元件为透明的元件的方式。根据这样的实施方式，第1电极10、第2电极20、第1电介质31以及第2电介质32的至少1个具有光透过性。即，感压元件的构成要素的至少1个在可见光范围内透明。

也可以感压元件的构成要素全部为透明要素，因此，也可以第1电极10、第2电极20、第1电介质31以及第2电介质32全部具有光透过性。进而，支撑基材50以及按压基材60也可以具有光透过性。

本公开的感压元件1的上述构成要素为了保证透明性例如具有以下的材料特征。首先，支撑基材50以及按压基材60也可以包含聚对苯二甲酸乙二醇酯以及/或者聚碳酸酯等的透明树脂材料。

在第1电极10由树脂构造体以及分散于其中的导电性填料构成的情况下，树脂构造体也可以由从硅酮系树脂、苯乙烯系树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等的丙烯酸系树脂以及轮烷系树脂所构成的群中选择的至少1种高透明性的树脂材料构成。导电性填料也可以具有由In₂O₃、ZnO以及/或者SnO₂等构成的纳米粒子的形态，或者，也可以具有由Au、Ag、Cu以及/或者C等构成的直径数十nm的纳米线的形态。通过由这样的树脂构造体和导电性填料构成，能够合适地确保第1电极10的透明性。此外，在第1电极10中也可以不使用导电性填料，而在树脂构造体的表面涂敷In₂O₃那样的透明的导电性墨水来设置透明导电层。进而，也可以在树脂构造体的表面以宽度数百nm的线来设置由Ag或Cu等构成的数十μm程度的导电性格子图案等。

第2电极20也可以具有透明电极层的形态。例如，第2电极20也可以包含由In₂O₃、ZnO以及/或者SnO₂等构成的透明电极材料。

第1电介质31也可以具有透明电介质层的形态。例如，第1电介质31也可以包含聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂以及/或者聚酰亚胺树脂等的透明电介质材料。

第2电介质32也可以具有空气层的形态。像这样具有空气层的形态的第2电介质32能够合适地呈现光透过性。

(矩阵型的多个传感器的实施方式)

这样的实施方式是作为传感器元件将多个感压元件构成为矩阵型的方式。

按照这样的实施方式，能够基于静电电容检测部中的静电电容的变化，在具备多个感压元件的传感器器件的检测面内确定载荷施加位置。具体来说，设置有沿着检测面而排列的多个第2电极和与第2电极对向设置的第1电极这种由第2电极以及第1电极的对构成的多个静电电容检测部。在这样的实施方式中，在给定方向上相邻的第1电极彼此也可以电连接。第2电极彼此以及/或者第1电极彼此也可以电连接。

[感压元件的制造方法]

接着，对本公开的感压元件的制造方法进行说明。在图12A～12F中示意性地表示了按照某1个合适的方式的感压元件的制造方法的简要工序。

<支撑基材的准备工序>

首先，如图12A所示，准备支撑基材50。作为支撑基材50，可以使用具有可挠性的基板。例如，支撑基材50可以是包含聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯以及/或者聚酰亚胺等的塑料基板而成。

<第1电极的形成工序>

接着，在支撑基材50上涂敷“使液状的聚合物树脂原料含有导电性填料而成的复合材料”。例如，将使聚氨酯系树脂、硅酮系树脂、苯乙烯系树脂、丙烯酸系树脂以及/或者轮烷系树脂等的液状的聚合物树脂原料复合导电性填料而成的复合材料涂敷在支撑基材50上。导电性填料的材质可以从Au、Ag、Cu、C、ZnO、In₂O₃以及SnO₂等所构成的群中选择。

接着，使用具有凹凸图案的模子，对支撑基材50上的复合材料层实施按压处理，使复合材料层硬化。由此，形成具备具有弹性的突起部15的第1电极10(参照图12B)。具体来说，通过将模子的凹凸图案转印到复合材料层，从而形成多个柱状突起(即，具有弹性的突起部15)。此外，根据所使用的模子的凹凸图案的形状，多个柱状突起可以具有各种形状(例如，圆柱形状、圆锥形状、圆锥台形状、四角锥台形状、半球形状或格子形状等的形状)。

也可以不使用含有导电性填料而成的复合材料来形成第1电极10。例如，也可以在对通过涂敷液状的聚合物树脂原料而得到的树脂原料层转印凹凸图案而形成了树脂构造体之后，在这样的树脂构造体的表面涂敷包含导电性填料的墨水来形成导电层。

这种第1电极10的形成方法使用了纳米压印技术。纳米压印技术是将具有凹凸图案的模子按压于被转印材料的树脂体，以纳米级将形成于模子的图案转印到树脂体的技术。这样的技术与光刻技术相比能够合适地形成微细的图案并且能够合适地形成圆锥等的具有倾斜的立体。在纳米压印技术中，使用具备预先规定的希望的凹凸图案的模子，能够容易地控制第1电极10的整体形状以及突起部高度等。同样，在纳米压印技术中，突起部的形状控制也变得容易。通过突起部的形状控制，在感压元件中尤其能够缓和具有弹性的突起部15与第1电介质层31的接触面积的变化(按压时的接触面积的变化)。即，能够对按压时的电容变化实现合适的控制，能够实现精度良好地探测按压力的感压元件。

当然，在纳米压印技术以外也可以通过利用光蚀刻以及显影/剥离技术来进行第1电极10的形成。在光蚀刻的情况下，通过对蚀刻液的浓度或流量进行控制，能够形成希望的突起部高度/突起部形状。

<间隔件的形成工序>

接着，如图12C所示，形成间隔件70。如图所示，也可以在支撑基材50以及第1电极10的复合体的周缘部形成间隔件70。间隔件自身可以由聚酯树脂以及/或者环氧树脂等的绝缘性树脂原料形成。也可以通过别的方法将第1电极10的具有弹性的突起部15代用作间隔件。

<第2电极的形成工序>

接着，如图12D所示，对按压基材60形成多个第2电极20。更具体来说，对作为按压基材60来使用的“由树脂材料构成的可挠性的塑料基板”，以相互隔离的形态设置多个第2电极20。作为用于按压基材60的树脂材料，例如可以列举聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯以及/或者聚酰亚胺等。

第2电极20的形成方法没有特别限制。例如可以通过将“使液状的聚合物树脂原料含有导电性填料而得到的复合材料”图案印刷到按压基材60上并付诸硬化来形成第2电极20。聚合物树脂原料例如可以是硅酮系树脂、苯乙烯系树脂、丙烯酸系树脂以及/或者轮烷系树脂等。另一方面，导电性填料可以从Au、Ag、Cu、C、ZnO、In₂O₃、以及SnO₂等所构成的群中选择。也可以通过别的方法利用无电解镀敷或溶胶凝胶法来形成第2电极20。

<第1电介质的形成工序>

接着，如图12E所示，形成第1电介质31。具体来说，在第2电极20上形成第1电介质31。例如，通过将树脂原料涂敷在第2电极20上能够形成第1电介质31。作为第1电介质31的树脂原料，例如，可以列举从聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂以及Al₂O₃、及Ta₂O₅等所构成的群中选择的原料。

<按压侧构件的载置工序>

接着，使按压侧构件载置于“支撑基材以及第1电极的复合体”。具体来说，如图12F所示，使“具备第2电极20和第1电介质31的按压基材60”夹着间隔件70载置于“支撑基材50以及第1电极10的复合体”。特别是，第1电介质31与第1电极10直接对向地进行载置。由此，在第1电介质31与第1电极10之间形成的空隙部构成第2电介质32。

通过经由上述工序，最终能够得到图12F所示那样的感压元件100。

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开不限定于此，本领域技术人员容易理解能够进行各种改变。

例如，在上述实施方式中，以具有弹性的突起部15具有锥台形态(圆锥台、四角锥台等的形态)为前提，但本公开不一定限定于此。如图13A所示，在本公开的感压元件中，具有弹性的突起部15也可以具有半球面形态。即，具有弹性的突起部15的剖面轮廓(沿着厚度方向切下元件时的剖面轮廓)的至少一部分可以具有曲线形态。即使为这种形态，也如图13B至图13D所示，在感压元件按压时具有弹性的突起部15发生变形从而具有弹性的突起部15与第1电介质31的接触区域增加，并且第2电介质32能够减小其厚度地发生变形。

最后，附带说一下关于本公开的本申请发明者的某些意图。本公开具有如下思想：通过使用弹性电介质(即，“具有弹性特性的第1电介质”)，从而更有效地利用可变形电介质(即，“第2电介质”)的电容变化，对低载荷以及高载荷的线性进行控制。可变形电介质的电容与电介质的厚度成反比，在低载荷下电容变化小而在高载荷下电容变化变大。因此，具有与伴随接触面积(即，“第1电极的具有弹性的突起部与第1电介质的接触面积”)的变化的电容变化相反的性质。在本公开中，通过积极地利用这样的可变形电介质能够对低载荷以及高载荷的线性进行控制。

由于在高载荷下“接触面积”大、压力分散、且弹性电极(即，“第1电极的具有弹性的突起部”)不易变形，因此可变形电介质的厚度的变化量也小且高载荷下的电容增加容易变小。因此，通过使用弹性电介质(即，“具有弹性特性的第1电介质”)，从而一边使在按压时被压塌的山型凸部(即“具有弹性的突起部”)发生变形一边由弹性电介质对其进行覆盖，引起弹性电极与弹性电介质的接触面积(即，“第1电极的具有弹性的突起部与第1电介质的接触面积”)变大、可变形电介质的厚度减少、弹性电介质的厚度减少等现象，由此，在高载荷区域也能够实现高电容变化率。

此外，在本公开中，可以通过对2种静电电容进行探测和感测而带来感压元件的高线性特性。具体来说，通过对在第1电极的突起部分(具有弹性的突起部)与第2电极间产生的静电电容、和在配置有能够变形的电介质(即，第2电介质)的部分产生的静电电容的总和的静电电容进行探测和感测，从而作为感压元件能够得到高线性特性。

Claims

1.一种感压元件，具备：

第1电极，其包含具有弹性的至少1个突起部；

第2电极，其夹着所述至少1个突起部与所述第1电极对向；以及

电介质，其配置在所述第1电极与所述第2电极之间，包含第1电介质和第2电介质，

所述第1电介质在感压元件未被施加载荷的状态下与所述至少1个突起部的最顶部分和所述第2电极双方相接，并且位于它们之间，

所述第2电介质位于除了所述至少1个突起部之外的所述第1电极与所述第1电介质之间，

所述至少1个突起部的高度大于所述第1电介质的厚度。

2.根据权利要求1所述的感压元件，

所述感压元件的电容包含第1电容以及第2电容，

3.根据权利要求2所述的感压元件，

4.根据权利要求2或3所述的感压元件，

5.根据权利要求1～3中任一项所述的感压元件，

6.根据权利要求1～3中任一项所述的感压元件，

所述第2电介质伴随所述至少1个突起部的弹性变形而变形。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的感压元件，

对所述第2主面施加载荷。

8.根据权利要求7所述的感压元件，

9.根据权利要求7所述的感压元件，

10.根据权利要求1～3中任一项所述的感压元件，

所述第1电介质呈现弹性特性。

11.根据权利要求7所述的感压元件，

12.根据权利要求1～3中任一项所述的感压元件，

所述第1电介质具有比所述至少1个突起部更高的弹性模量。

13.根据权利要求1～3中任一项所述的感压元件，

14.根据权利要求7所述的感压元件，

还具备支撑基材以及按压基材，

所述支撑基材与所述第1电极的所述第4主面相接，

所述按压基材与所述第2电极的所述第2主面相接。

15.根据权利要求1～3中任一项所述的感压元件，

还具备配置在所述第1电极与所述第2电极之间的间隔件。