JP2008525579A - 力スイッチおよびセンサー用の接着膜 - Google Patents

Abstract

接着膜は、（ａ）導体と、（ｂ）この導体上に配置された電気絶縁層中に少なくとも部分的に埋め込まれた導電性粒子を含む複合材料と、（ｃ）この複合材料上に配置された感圧接着剤層とを含み、この導電性粒子はこの導体と第二の導体の間に十分な圧力が掛かったときこの導体をその第二の導体に電気的に接続することができ、この導電性粒子は相対的な向きを持たず、かつこの導体と第二の導体の間に作り出される実質上すべての電気的接続がｚ方向であるようになるように配置され、この電気絶縁層と感圧接着剤層とを合わせた厚さは最大導電性粒子をｚ方向で測定した場合のその最大導電性粒子のサイズより大きい。

Description

本発明は、力スイッチおよびセンサー用の接着膜、ならびにこの接着膜を用いた力検出方法に関する。

力スイッチおよび力検出膜は、接触／感触を検出する、力または加荷重の相対的変化を検出し測定する、力の変化率を検出し測定する、かつ／あるいは力または荷重の移動を検出し測定するために様々な用途に使用される。

力検出膜は、例えば、一般に２個の導通接点間に位置付けられた導電性粒子を含むエラストマー（「弾性層」）からなる。その導通接点の一方に圧力が掛かると、その導通接点が弾性層の表面に押し付けられ、導通路が生ずる。この導通路は、エラストマーを通り抜ける曲がりくねった経路を作り出す導電性粒子の鎖により構成される。したがって連続経路を作るにはそのエラストマー中の導電性粒子の濃度がある一定の閾値（すなわちパーコレーション閾値）を超えなければならない。圧力が増すにつれて導通接点と弾性層表面の間にはより多くの接触数および領域が作り出される。こうしてそのエラストマーおよび導電性粒子を通り抜けるより多くの導通路が作り出され、エラストマー層の抵抗が減少する。

前述のことを考慮すると、従来技術の力検出膜中の導通路は多数の導電性粒子の接触により構成されるため、結果として抵抗およびヒステリシスの変動が生ずる恐れがあることに気付く。

さらに、完全に組み立てられた力スイッチおよびセンサーをエンドユーザーに提供することはその使用を限定する恐れがあることに気付く。ある状況ではエンドユーザーが彼等自身の導体または電極を準備することによって力スイッチまたはセンサーをカスタマイズすることが望ましいことに気付く。

手短に言えば一態様において本発明は、（ａ）導体と、（ｂ）この導体上に配置された電気絶縁層中に少なくとも部分的に埋め込まれた導電性粒子を含む複合材料と、（ｃ）この複合材料上に配置された感圧接着剤層とを含む接着膜を提供する。

この導電性粒子は、この導体と第二の導体の間に十分な圧力が掛かったとき、その導体をその第二の導体に電気的に接続することができる。

これら導電性粒子は全く相対的な向きを持たず、その導体と第二の導体の間に作り出される実質上すべての電気的接続がｚ方向であるようになるように配列される（すなわち実質上すべての電気的接続が比較的扁平な構造体の厚さ方向であり、平面内（ｘ−ｙ）方向ではない）。

この電気絶縁層と感圧接着剤層を合せた厚さは、その最大導電性粒子をｚ方向で測定したときの最大導電性粒子の大きさよりも大きい。

本発明の接着膜は、エンドユーザーの選んだ導体と接着することができる。したがって本発明のこの接着膜は、その使用に当ってエンドユーザーに自由度を与える。さらに本発明の接着膜を含む力センサーは、多数の導電性粒子の接触によって構成されるものより抵抗およびヒステリシスの変動の少ない力検出膜を求める当業界のニーズを満たす。

本発明は様々な修正形態および代替形態に適用できるが、それらのうちの特定のものを図面中に例により示し、詳細に記述することにする。しかしこの目的は本発明をこれら記述される特定の実施形態に限定するものではないことを理解されたい。そうではなくこの目的は、本発明の精神および範囲内にあるすべての修正形態、等価形態、および代替形態を包含することである。

本発明の接着膜は、第二の導体に接着することができ、接触／感触を検出する、力または加荷重の相対的変化を検出し測定する、力の変化率を検出し測定する、かつ／あるいは力または荷重の移動を検出し測定するために様々な用途に使用される。

第二の導体に接着した本発明の接着膜に十分な圧力が掛かると、その接着剤膜の導体と第二の導体の間に電気的接触が作り出される。この接着剤膜の導体と別の導体の間に電気的接触を作り出すために本発明は、好ましくは実質上すべての電気的接触が１または複数個の単粒子を介する（すなわち、その接着剤膜の導体ともう一方の導体の両方が同一の粒子または粒子群と同時に電気的に接触する）ように分配された導電性粒子を使用する。これら導電性粒子は電気絶縁層中に少なくとも部分的に埋め込まれ、かつ感圧接着剤（ＰＳＡ）層がこの電気絶縁層の上にある。絶縁とは、その材料の導電性がその導体および導電性粒子の導電性よりも実質上小さいことを意味する。本明細書中で用いられる「絶縁」材料または層は、約１０⁹オームを超える抵抗率を有する。

この電気絶縁層およびＰＳＡ層は、圧力が加わったときに作り出される電気的接続を、圧力が何も加わらない場合には実質上減少させる。

例えばこの電気絶縁層およびＰＳＡは、圧力が加わったときに電気的接続を作り出すように変形することができ、また圧力が何も加わらないとそれら導体をそれらの最初の隔離された位置に戻す反発弾性材料であることができる。

電気的接触が１または複数個の単粒子を介して作り出されるように導電性粒子を分配することは、幾つかの利点を有する可能性がある。接着膜の導体およびもう一方の導体は単粒子を介して電気的に接触しているので、各粒子の接触に関しては接触抵抗に寄与する２個以下の接点が存在するのみ（接着膜の導体に接触する導電性粒子が一方の接点であり、また他方の導体に接触するその同一導電性粒子がもう一つの接点である）であり、ある特定の力検出膜を与活する場合、毎回この接点の数は安定したままである。これは、その膜を与活する度に、比較的低い接触抵抗と、より安定した信頼性のあるまた再現性のある信号とをもたらすことができる。接触抵抗が小さいほどひき起こされる信号損失は少なく、それは最終的にはより高い信号対雑音比をもたらし、これは感触または力検出装置におけるより正確な位置または圧力の測定値をもたらすことができる。

単粒子電気接触の別の利点は、粒子配列の必要条件および好ましい粒子対粒子の配向がないことである。例えば、粒子を配向し、配列するための製造中の磁場の印加は必要とされず、これは製造をより容易にしまたより低コストにする。さらに磁気アライメントを使用すると導電性粒子は得られるフィルムの厚さ全体に広がり、全構造が圧力の不在下で導電性でないように別の絶縁層を貼付することが必要となる。粒子配列の必要条件がないことはまた、繰返し与活する場合および／または比較的高い力を加えた場合に曲げおよび破壊にさらされる恐れのあるその装置の厚さ方向に垂直に向きを揃えた整列した電線または細長いロッドを使用する装置と比べて耐久性を向上することができる。粒子の配列および配向の必要条件がないことは、その膜が湾曲した、不規則な、あるいは平坦でない外形の中に装着されることになる用途にとって本発明の接着膜を特に適したものにする。

本発明の接着膜はまた、その複合材料およびＰＳＡ層がその最大の導電性粒子よりもわずかに大きいことを必要とするだけであるので、きわめて薄くすることができる。依然として信頼できる性能および十分な分析能を維持しながら比較的低い粒子配合量を用いることができる。またその与活力（すなわち、その接着膜が導体と接着すときそれを与活するために必要な力）がその膜の表面全体にわたって一様であるようにこれら粒子を分配することができる。より低い粒子密度を使用することができることはまた、より少量の粒子が使用されるためにコスト的利点となる場合もある。

図１は、導電層１１０の形態の導体、この導電層上に配置される複合材料１２０、およびこの複合材料上に配置されるＰＳＡ層１３０を含む接着膜１００を示す。この複合材料１２０は、電気絶縁層中に全体的にまたは部分的に埋め込まれた導電性粒子を有する。

導電層１１０は、導電性のシート、箔、または塗膜であることができる。これら導電層の材料には、例えば金属、半導体、ドープ半導体、半金属、金属酸化物、有機導体、導電性ポリマー等、およびこれらの混合物などの任意の適切な導電材料を挙げることができる。好適な無機材料には、例えば銅、金、および電子装置に一般に使用される他の金属または金属アロイ、ならびに透明な導電性酸化物（例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）等）などの透明な導電材料が挙げられる。好適な有機材料には、例えば導電性有機金属化合物と、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、およびＥＰ１１７２８３１号明細書中で開示されているような材料などの導電性ポリマーとが挙げられる。

幾つかの用途（例えば健康管理／医療用途）の場合、その導電層は水蒸気に対して透過性であることが好ましい。好ましくはこの導電層の水蒸気伝達率（ＭＶＴＲ）は、ＡＳＴＭ Ｅ−９６−００による水法を用いて測定した場合、少なくとも約水４００ｇ／ｍ²／２４時間（より好ましくは少なくとも約８００、さらに一層好ましくは少なくとも約１６００、最も好ましくは少なくとも約２０００）である。

これら導体は自立型であることも、また基板上に設けることもできる（図１に示されていない）。好適な基板は、剛性（例えば、剛性プラスチック、ガラス、金属、または半導体）であることも、また可撓性（例えば、可撓性プラスチックフィルム、可撓性箔、または薄いガラス）であることもできる。この基板は、用途に応じて透明でも不透明でもよい。

この導体とＰＳＡ層の間に配置される複合材料は、電気絶縁層中に少なくとも部分的に埋め込まれた導電性粒子を含む。導電性粒子は、この接着膜を別の導体と接着させる場合、またこの装置に圧力を加えて一方の導体をもう一方の導体に対して動かす（すなわち接着膜の導体をもう一方の導体の方へ、またはその逆に移動させる）場合、それら導体の両方に接する単粒子を介して電気的接続を作り出すことができるように配置される。

この電気絶縁層用の材料の例には、本発明の接着膜を第二の導体と接着させる場合にそれら導体間の十分な電気的隔離を維持することができ、かつ１または複数個の単粒子接触を介した導体の電気的接触を可能にするように絶縁材料を圧縮し、かつ導体間にもはや十分な圧力が加わらなくなるときそれら導体を電気的に隔離された状態に戻すことを可能にする変形性および反発弾性の特性を示す材料が含まれる。好適な絶縁材料には、シリコーン類、ポリシロキサン類、ポリウレタン類、ポリシリコーン−ポリウレタン類、ゴム、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、フェノール系ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリエステル−ブロック−アミド類、およびポリオレフィン類などが挙げられる。

幾つかの用途（例えば、健康管理／医療用途）の場合、その電気絶縁層は水蒸気に対して透過性であることが好ましい。好ましくはこの弾性材料の水蒸気伝達率（ＭＶＴＲ）は、ＡＳＴＭ Ｅ−９６−００による水法を用いて測定した場合、少なくとも約水４００ｇ／ｍ²／２４時間（より好ましくは少なくとも約８００、さらに一層好ましくは少なくとも約１６００、最も好ましくは少なくとも約２０００）である。

幾つかの用途ではその電気絶縁層は湿度によって実質上影響されないこともまた好ましい。

このＰＳＡ層は、ＰＳＡの特性（すなわち、せいぜい指の圧力で付着を可能にする）を有する材料と、上記の電気絶縁材料とを含む。

ＰＳＡ層にとって好適な材料には、例えばこれらＰＳＡ特性を達成するために添加剤で改質された当業界でよく知られている絶縁材料として適した材料が挙げられる。

図２（ａ）は、電気絶縁層２５０中に部分的に埋め込まれた導電性粒子２４０を含む複合材料２２０の一例を示す。図２（ｂ）は、電気絶縁層２５１中に完全に埋め込まれた導電材料２４１を含む別の複合材料２２１の例を示す。図２（ａ）および（ｂ）は本発明に有用な複合材料の実施形態を例示するのに役立つけれども、導電性粒子が弾性層または材料の任意の特定の表面に対して任意の適切な場所に任意の適切な比率で完全にまたは部分的に埋め込まれる任意の適切な配置構成を使用することができる。本発明は、導電性粒子が装置の厚さ方向に部分的に重なり合う特異な事例を有する複合材料を排除しない。

好ましくはこの最大導電性粒子は、少なくともその粒径をその複合体の厚さ方向（ｚ）で測定した場合、電気絶縁材料の層とＰＳＡの層を合わせた厚さよりも少なくとも少々小さい。これは電気的短絡の防止を助ける可能性がある。

好適な導電性粒子には、連続した導電性外面を有する任意の適切な粒子が含まれる。例えばこの導電性粒子は、固体粒子（例えば金属球）、導電材料で被覆された固体粒子、導電性外殻を有する中空粒子、または導電材料で被覆された中空粒子であることができる。導電材料には、例えば金属、導電性金属酸化物、有機導体と導電性ポリマー、半導体などを挙げることができる。被覆された粒子の殻は、中実または中空のガラスまたはプラスチックビーズ、セラミック粒子、炭素粒子、金属粒子などであることができる。導電性粒子は、透明、半透明、着色、または不透明であることができる。これらは粗いまたは滑らかな表面を有することができ、また剛性でも変形しやすくてもよい。

用語「粒子」には、球形ビーズ、細長いビーズ、先端を切った繊維、不規則形状の粒子などが含まれる。一般に粒子には、１：１から約１：２０のアスペクト比（すなわち、最狭寸法と最長寸法の比（例えば繊維ではそのアスペクト比は、長さ：直径ということになる））を有し、またその用途に応じて約１μｍから約５００μｍの範囲の特徴的寸法を有する粒状物が含まれる。導電性粒子は、いかなる好ましい配向または配列もなしにその複合材料中に分散される。

これら複合材料は、任意の適切な方法で準備することができる。一般にはこの複合材料の作製または準備は、導電性粒子を散布すること、およびその導電性粒子を電気絶縁材料中に少なくとも部分的に埋め込むことを伴う。例えば、まず粒子をある表面に散布し、電気絶縁材料をその粒子の層全体に塗布するか、その上に押し当てるか、またはそれに重ね合わせることができる。この粒子が散布される表面は、接着膜の層、例えば導体であるか、または粒子を電気絶縁材料中に埋め込んだ後に除去される搬送基板であることができる。別の例として粒子を電気絶縁材料中に分散し、その得られた複合物に塗布して複合材料を形成することもできる。さらに別の例として電気絶縁材料を、例えば塗布により層として形成し、次いでその電気絶縁材料の層上に導電性粒子を散布することもできる。弾性材料を軟化させるための電気絶縁材料の任意選択の加熱を伴ってその粒子を電気絶縁材料の層中に押し込むことによって、あるいはその電気絶縁材料が未硬化またはその他の方法で軟化状態にある場合はその電気絶縁材料層上に粒子を散布することによって、また任意選択でその電気絶縁材料層中に粒子を押し込むことによってそれら導電性粒子を埋め込み、続いてその電気絶縁材料層を硬化、冷却などによって固化させることができる。二液系だけでなく、熱、湿分、および光硬化反応を使用することができる。

導電性粒子を分散する方法には、例えば米国特許出願公開第０３／０１２９３０２号明細書（チャンバーズ（Ｃｈａｍｂｅｒｓ）ら）中に開示されているものが挙げられる。手短に言えば、粒子がランダムに層上に落ちるような粒子の散布を助けるために粒子を電場の存在下で電気絶縁材料の層上に軽量分配することができる。粒子が相互に反発するようにそれらを電気的に帯電させる。したがって横方向の電気的接続および粒子の二次凝集は実質上避けられる。この電場はまた、粒子のフィルムへの引力を生じさせるために用いられる。このような方法は、導電性粒子のランダムで非凝集性の分布を生成することができる。粒子を、粒子の比較的均一（単位面積当りの粒子数）な分布を有する所定の密度で施与することができる。また、この粒子の散布をさらに助けるためにウェブをバフ磨きすることもできる。

導電性粒子を分散させる他の方法もまた用いることができる。例えば、国際公開第００／００５６３号パンフレット中に開示されているように粒子を微細反復型（ｍｉｃｒｏ−ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ）剥離ライナーのポケットの中に付着させることができる。次いで電気絶縁材料をこの粒子の詰まったライナー上に塗布するか、または押し付けることになる。

接着膜の導体と第二の導体の間に作り出される実質上すべての電気的接続が１または複数個の単粒子の接触を介するように粒子が複合材料中に散布されるという条件で、粒子を散布または分散させるための任意の他の方法を用いることができる。したがってその複合物中の積み重なった粒子（すなわち、複合物の厚さ方向に部分的に重なり合った場所を有する２個以上の粒子）の発生を減らすかまたはなくすように注意を払わなければならない。

粒子を媒体上に載せるために用いられる方法は、面内（ｘ−ｙ）方向の粒子間の接触が最少になることを確実にするものであるべきである。好ましくは２個以下の粒子（例えば面積３０ｃｍ²内で）が接触しているべきである。より好ましくはどの２個の粒子（例えば面積３０ｃｍ²内で）も互いに接触していない。これは粒子接触による面内方向のいかなる電気的短絡も防止することになり、その用途が、接近した間隔で配置された複数個の電極を必要とする場合には特に好ましい。

導電性粒子は、そのすべての粒子のサイズ（または形状）が同一ではないようなサイズ分布を有する場合がある。これらの状況では、より大きな導電性粒子は、隣接するより小さな粒子に先立って電気的な接触を作り出すか、またはそれらの除外に至る場合すらある。これが起こるかどうか、またどの程度起こるかは、粒子のサイズおよび形状の分布、粒子の二次凝集の存在または不在、粒子の装填密度および空間的分布、その導体（または導体／基板の組合わせ）が局所的変動に対して曲がり順応する能力、粒子の変形能、粒子が埋め込まれる材料の変形能などに左右される。その接着膜の導体と第二の導体の間に十分な圧力が掛かったとき単位当り望ましい数の単粒子の電気的接触が作り出されるようにこれらおよび他の特性を調整することができる。これらの特性はまた、ある一定の圧力の量における場合の単位当りの望ましい数の単粒子の電気的接触が、その接着膜の導体と第二の導体に加わる様々な量の圧力に対しても生ずるように調整することができる。

幾つかの実施形態では粒径分布が比較的狭いことが好ましい場合もあり、また幾つかの状況においてはそれら粒子のすべてがほぼ同じ大きさであることが好ましい場合もある。幾つかの実施形態では二峰性粒径分布を有することが好ましい場合もある。例えば、複合材料中に分散された異なる２種類の粒子、すなわちより大きい粒子とより小さい粒子を有することが好ましい場合もある。

図３は、本発明の接着膜の実施形態を示す。接着膜３００は、導体３１０上に配置された複合材料３２０と、その複合材料３２０上に配置されたＰＳＡ層３３０とを含む。複合材料３２０は、電気絶縁層３５０中に部分的に埋め込まれた導電性粒子３４０を含む。この実施形態では導電性粒子の表面は完全にＰＳＡ層によって覆われている。

図４は、本発明の接着膜の別の実施形態を示す。接着膜４００は、導体４１０上に配置された複合材料４２０と、その複合材料４２０上に配置されたＰＳＡ層４３０とを含む。複合材料４２０は、電気絶縁層４５０中に部分的に埋め込まれた導電性粒子４４０を含む。この実施形態では若干の導電性粒子の表面の一部分がＰＳＡ層を通り抜けて露出している。

本発明の接着膜は、第二の導体に接着させ、また電気的接触が作り出されたとき信号を送るための手段と電気的に接続することができる。この第二の導体は、任意の適切な導電材料（例えば、金属、半導体、ドープ半導体、半金属、金属酸化物、有機導体、導電性ポリマーなど）を含むことができる。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、第二の導体に接着している本発明の接着膜の力センサーとしての使用法を示す。接着膜５００は、導体５１０上に配置された複合材料５２０と、その複合材料５２０上に配置されたＰＳＡ層５３０とを含む。複合材料５２０は、電気絶縁層５５０中に部分的に埋め込まれた導電性粒子５４０を含む。

この接着膜が力検出用途に使用される場合、その電気絶縁層およびＰＳＡ層は圧力の解放時に実質上それらの元の寸法に戻ることができることが必要である。本明細書中で用いられる「実質上それらの元の寸法に戻ることができる」とは、それらの層が、例えば１０秒以内（好ましくは１秒以下）にそれらの元の厚さの少なくとも９０パーセント（好ましくは少なくとも９５パーセント、より好ましくは少なくとも９９パーセント、最も好ましくは１００パーセント）まで戻ることができることを意味する。好ましくはこの電気絶縁層およびＰＳＡ層（それらが硬化性材料の場合は完全に硬化した状態で）は、広い温度範囲にわたってほぼ一定の貯蔵弾性率（Ｇ’）（より好ましくは約０℃から約１００℃の間でほぼ一定のＧ’、最も好ましくは約０℃から約６０℃の間でほぼ一定のＧ’）を有する。本明細書中で用いられる「ほぼ一定の」とは、約５０パーセント未満（好ましくは７５パーセント未満）の変動を意味する。好ましくはこの電気絶縁層は、２３℃、１Ｈｚにおいて約１×１０³Ｐａ／ｃｍ²から約９×１０⁵Ｐａ／ｃｍ²の間のＧ’および約０．０１から約０．６０の間の損失正切（タンデルタ）を有する。この電気絶縁層およびＰＳＡ層はまた、自己回復性である（すなわち亀裂が入るか、破壊するか、または穴があいた場合、それ自体を修復することができる）ことが好ましい。

力検出用途に使用されるこの電気絶縁層およびＰＳＡ層用の好適な材料には、例えば、天然および合成ゴム（例えば、スチレンブタジエンゴムまたはブチルゴム、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、アクリロニトリル／ブタジエン、ならびにカルボキシルまたはヒドロキシル変性ゴムなどの官能基付きエラストマー等）、アクリル酸エステル類、これには限定されないがポリジメチルシロキサン類を含めたシリコーン類、スチレン系ブロックコポリマー（例えばスチレン−イソプレン−スチレンまたはスチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロックコポリマー）、これには限定されないが脂肪族イソシアナート、芳香族イソシアナート、およびこれらの組合せから作られるものを含めたポリウレタン類、ポリエーテルポリオール類、ポリエステルポリオール類、グリコールポリオール類、およびこれらの組合せが挙げられる。好適な熱可塑性ポリウレタンポリマーは、ビー・エフ・グッドリッチ（ＢＦ Ｇｏｏｄｒｉｃｈ）からエスタン（Ｅｓｔａｎｅ）（登録商標）の名称で入手できる。３以上の平均官能価を有するポリオール類および／またはポリイソシアナート類（例えば三官能性または四官能性成分）を混ぜ合わせることによって熱硬化性配合もまた使用することができる。ポリイソシアナートをポリアミンと反応させることによって形成されるものなどのポリ尿素類もまた適している場合がある。また好適なポリアミン類は、ハンツマン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ）がジェファミン（Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ）（登録商標）の名称で販売しているものなどのポリエーテルおよびポリエステルアミン類、ならびに米国特許第６，４４１，１１８号明細書（シャーマン（Ｓｈｅｒｍａｎ）ら）中に開示されているものなどのポリアミン官能性ポリジメチルシロキサン類を含めた広範な種類から選択することができ、またハイトレル（Ｈｙｔｒｅｌ）（登録商標）の名称のデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）によるものなどの弾性ポリエステル類、およびメタロセンポリエチレン（例えば、ミシガン州ミッドランドのダウ・ケミカル（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｄｌａｎｄ ＭＩ）から得られるエンゲージ（Ｅｎｇａｇｅ）（登録商標）またはアフィニティ（Ａｆｆｉｎｉｔｙ）（登録商標）ポリマー）などのある種のメタロセンポリオレフィン類が適している場合もある。また、デュポン・ダウ・エラストマーズ（ＤｕＰｏｎｔ Ｄｏｗ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ）から得られるバイトン（Ｖｉｔｏｎ）（登録商標）などのフッ素化エラストマーが適している場合もある。これら弾性材料は、例えば炭化水素樹脂（例えばポリテルペン類）またはエキステンダー油（例えばナフテン油または可塑剤）を用いて、あるいはポリスチレン粒子、クレー、シリカなどの有機または無機充填剤の添加によって改質することができる。充填剤は粒状または繊維状の形態を有することができる。微小球（例えば、アクゾ・ノーベル（Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ）から得られるエクスパンセル（Ｅｘｐａｎｃｅｌ）（登録商標））をその弾性層中に分散することもできる。

この接着膜を第二の導体５６０に接着し、膜の変動する抵抗を測定するための手段５７０に電気的に接続した。図５（ａ）に示すように、導体間に何も圧力が掛からないと膜の導体５１０および第二の導体５６０は、電気絶縁層５５０およびＰＳＡ層５３０によって電気的に隔離されたままである。

図５（ｂ）に示すように、膜の導体５１０に十分な圧力Ｐが掛かると単粒子接触を介して膜の導体５１０と第二の導体５６０の間に電気的な接触を作り出すことができる。１または複数個の単一導電性粒子が個々に膜の導体と第二の導体の両方に接触する場合、単粒子接触が膜の導体と第二の導体の間の電気接点になる。

これら電気絶縁およびＰＳＡ層の変形は、掛かる圧力が増減するにつれて増減することになる。図５（ｃ）に示すように、より大きい圧力Ｐ’が膜の導体５１０に掛かると電気絶縁層５５０およびＰＳＡ層５３０はさらに縮み、より多くの単粒子接触を作り出すことができる。

図５（ｄ）に示すように、すべての圧力が除去されると電気絶縁層５５０は実質上その元の寸法に戻り、電気的接触は何も生じない。

第二の導体に接着している本発明の接着膜は、この膜に掛かる力または圧力の変化を測定するために動的な電気的応答（例えば、抵抗、コンダクタンス、電流、電圧など）を測定するための手段に電気的に接続することができる。この動的な電気的応答は、任意の適切な手段（例えば、抵抗計、マルチメーター、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレー、または適切な回路図を用いた可聴信号）を用いて読み出すことができる。

また、第二の導体に接着している本発明の接着膜は上記のやり方で使用することができるが、その場合、第二の導体がその接着膜の導体の方へ移動する。

本発明の接着膜は、剥離ライナーに付けてエンドユーザーに提供することができる。エンドユーザーは、その剥離ライナーから容易に接着膜を取り出し、軽く圧力（例えば指の圧力）を掛けるか、または当業界で知られている貼合せ機を用いてそれを導体または電極に接着することができる。

本発明の目的および利点を下記の実施例によりさらに例示するが、これら実施例中に列挙した具体的な材料およびその量ならびに他の条件および詳細は、本発明を不当に限定するものと解釈されるべきではない。

材料
実施例中で使用される材料を下記の表に示す。この材料の組成は、ｐｈｒ（ゴム１００部当りの部数）で表される。ＵＣシリコーンはクロンプトン（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ）（コネチカット州グリニッジ（Ｇｒｅｅｎｗｉｃｈ，ＣＴ））からＹ−７９４２として市販されているビニル変性ポリジメチルシロキサンであり、Ｐｔ触媒はこのＵＣシリコーン中に１ｐｈｒの濃度で分散されているオールドリッチ・カナダ（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃａｎａｄａ）（カナダ国オンタリオ州オークビル（Ｏａｋｖｉｌｌｅ，ＯＮ，Ｃａｎａｄａ））から入手できる白金微粉末の分散物であり、ＤＣ１１０７はダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）（ミシガン州ミッドランド（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ））から入手できる架橋剤であり、ＤＭはフィッシャー・サイエンティフィック（Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）（カナダ国オンタリオ州オタワ（Ｏｔｔａｗａ，ＯＮ，Ｃａｎａｄａ））から市販されているマレイン酸ジメチルである。

粒子
この実施例ではスリー・エム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ．Ｍｎ）からＳＤ１２０として市販されている酸化インジウムスズ被覆ガラスビーズを導電用粒子として用いた。このビーズを、当業界でよく知られている市販の篩を用いてふるいに掛けて、約５０ミクロン未満のサイズのビーズを選択した。

試験装置
センサーは、そのセンサーに掛かる法線力を測定するロードセル（コネチカット州ハートフォードのオメガ・エンジニアリング・インコーポレーテッド（Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｃ．，Ｈａｒｔｆｏｒｄ，ＣＴ）から得られるＬＣＦＤ−１ｋｇ型）から構成される力測定装置と称される装置を用いて評価した。この評価すべきセンサーをそのロードセル上に水平に置き、テープで固定した。約２７５ｋＰａの圧縮空気を用いたコンピュータ制御下の２個の弁（オハイオ州シンシナティのクリッパード・インスツルメント・ラボラトリー（Ｃｌｉｐｐａｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，ＯＨ）から得られるＥＣ−２−１２型）と連結された空気で作動するシリンダ（コネチカット州ノーウォークのエアポット・コーポレーション（Ａｉｒｐｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ）から得られるＥ９Ｘ ０．５Ｎ型）を、ロードセルの直ぐ上に配置した。順序どおりに弁を開閉することによって予め決めた一定の歩幅で下方へ移動させ、そのロードセル上に置かれたセンサーにかかる力を増加した。このロードセルを、掛かった力を表示するディスプレイ装置（コネチカット州ハートフォードのオメガ・エンジニアリング・インコーポレテッド（Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｃ．，Ｈａｒｔｆｏｒｄ，ＣＴ）から入手できるＤＰ４１−Ｓ−Ａ型）に接続した。いったんその力が予め決めた限界に達したら逃がし弁を用いて空気をその系から排出してセンサーに掛かった力を低減させた。

センサーの導体をマルチメーターに接続してセンサーの電気的応答を記録した。センサーの抵抗値は、ディジタルマルチメーター（オハイオ州クリーブランドのキースレー・インコーポレーテッド（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ Ｉｎｃ．，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ）から得られるキースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）１９７Ａ型マイクロボルトＤＭＭ）を用いて測定した。ロードセルから読み取られるその加えた力と、マルチメーターから読み取られるそのセンサーの電気的応答とは、ＰＣを用いたデータ収集システムで捕獲された。加えた力は０．１から１０ニュートンの範囲にわたり、またその力は約０．０２８ニュートン／秒（１．６７ニュートン／分）の割合で加えた。

ｎ−値の説明
力センサーに掛かる抵抗を測定する場合、抵抗対力の応答を対数−対数グラフに描くことができる。ある範囲ではその指数法則の関係を式、抵抗＝Ａ／Ｆⁿ（ただし、Ａは定数、Ｆは力であり、ｎ（「ｎ値」）は対数−対数グラフ上での最良適合線（線形回帰によって求められる）の勾配である）によって与えることができる。このｎ値はそのセンサーの感度を示す。ｎ値が高いほど、加えた力の所与の変化に対するセンサーの抵抗の変化が大きい。ｎ値が低いほど、加えた力のその同じ変化に対するセンサーの抵抗の変化が小さいことを意味する。

Ｒ²の説明
前述のように抵抗対力の応答は対数−対数グラフに描くことができ、最良適合直線を求めることができる。当業界で知られているように線形回帰の適合度（または、当てはまりの良さの尺度）は、Ｒ²の値により示すことができる。Ｒ²は０．０と１．０の間の分数である。Ｒ²が１．０に近いほど適合度は良い。Ｒ²が１．０の場合、グラフに描かれたすべての点は少しの散乱もなしに完全に直線上にある。

実施例１
ＳＭＨＶ１６を厚さ１７５ミクロンの導電性ＩＴＯ被覆ポリエステルフィルム上にナイフ塗装機を用いて厚さ５０ミクロンで塗布した。次いで上記ＩＴＯ被覆ガラスビーズをこの塗布試料上に粒子分配速度２．５ｇ／分を用いて米国特許出願公開第０３／０１２９３０２号明細書（チャンバーズ（Ｃｈａｍｂｅｒｓ）ら）に記載のように分散させた。塗布速度は０．０７６ｍ／秒に設定した。得られた試料をオーブン中で１２０℃の空気中で１分間硬化した。次いでこの硬化試料の上にＳＭＨＶ−９（「ＰＳＡ層」）を厚さ２５ミクロンでナイフ塗装し、ライナーを用いてゴムロールで圧延した。次いでこの試料を最終硬化のために１２０℃のオーブン中に数分間置いた。

硬化後、ライナーを除去した。その上部ＰＳＡ層は触れると粘着性であった。次いで得られた構造物を第二の導電性ＩＴＯ被覆ポリエステル層上に手で貼り合せて力センサーを形成した。ディジタルマルチメーターにアリゲータークリップを備えた２本の電線でその２枚の導電性のＩＴＯ層を接続することによって、上記力測定装置を用いてこのセンサーの電気的応答を加えた圧力の関数として測定した。力に対する抵抗の応答を対数−対数グラフに描いた場合、２本の別の直線に当てはまる２つの領域がグラフ上に存在した。このデータ（表１に示す）は、この装置が比較的低い力（０．７〜１．４ニュートン）の範囲および比較的高い力（１．４〜７．５ニュートン）の範囲のセンサーとして用いることができることを示す。

本発明の様々な修正形態および改変形態が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者には明らかになるはずである。本発明は、本明細書中で前述した例示的実施形態および実施例により不当に限定されるものではないこと、またこのような実施例および実施形態は例としてのみ提示され、本発明の範囲は別添の特許請求の範囲によってのみ限定されるものであることを理解されたい。

接着膜の側面概略図である。 本発明の接着膜に有用な複合材料の側面概略図である。 本発明の接着膜に有用な複合材料の側面概略図である。 本発明の接着膜の側面概略図である。 本発明の別の接着膜の側面概略図である。 力センサーとしての本発明の接着膜の使用法を本発明の接着膜の側面概略図を用いて例示する図である。 力センサーとしての本発明の接着膜の使用法を本発明の接着膜の側面概略図を用いて例示する図である。 力センサーとしての本発明の接着膜の使用法を本発明の接着膜の側面概略図を用いて例示する図である。 力センサーとしての本発明の接着膜の使用法を本発明の接着膜の側面概略図を用いて例示する図である。

Claims (27)

1. （ａ）導体と、
   （ｂ）前記導体上に配置された電気絶縁層中に少なくとも部分的に埋め込まれた導電性粒子を含む複合材料と、
   （ｃ）前記複合材料上に配置された感圧接着剤層と
   を含み、
   前記導電性粒子は、前記導体と第二の導体の間に十分な圧力を掛けたとき前記導体を前記第二の導体に電気的に接続させることができ、
   前記導電性粒子は、全く相対的向きを有さず、かつ前記導体と前記第二の導体の間に作り出される実質上すべての電気的接続がｚ方向であるようになるように配置され、
   前記電気絶縁層と前記感圧接着剤層を合わせた厚さは、最大導電性粒子をｚ方向で測定したときのその最大導電性粒子のサイズよりも大きい、
   接着膜。
2. 前記導電性粒子は、前記第一および第二の導体間に作り出される実質上すべての電気的接続が単粒子を介するように配置される、請求項１に記載の接着膜。
3. 前記導電性粒子は、２個以下の粒子が互いに接するように配置される、請求項２に記載の接着膜。
4. いかなる２個の粒子も互いに接していない、請求項３に記載の接着膜。
5. 前記導電性粒子が金属を含む、請求項１に記載の接着膜。
6. 前記導電性粒子が、導電性被膜を有する殻粒子を含む、請求項１に記載の接着膜。
7. 前記殻粒子がガラス粒子を含む、請求項６に記載の接着膜。
8. 前記殻粒子が中空粒子を含む、請求項６に記載の接着膜。
9. 前記導電性被膜が金属を含む、請求項６に記載の接着膜。
10. 前記導電性被膜が導電性酸化物を含む、請求項６に記載の接着膜。
11. 前記導電性粒子がほぼ球形である、請求項１に記載の接着膜。
12. 前記導電性粒子が繊維である、請求項１に記載の接着膜。
13. 前記導体が第二の導体の方へ向かって移動できる、請求項１に記載の接着膜。
14. 前記接着膜が剥離ライナー上に形成される、請求項１に記載の接着膜。
15. １または複数個の導電性粒子の表面の少なくとも一部分が、前記電気絶縁層および前記感圧接着剤層を通り抜けて露出している、請求項１に記載の接着膜。
16. 前記電気絶縁層および前記感圧接着剤層が、圧力の開放時に実質上それらの元の寸法に戻ることができる、請求項１に記載の接着膜。
17. 前記電気絶縁層が、約０℃から約１００℃の間でほぼ一定なＧ’を有する弾性材料を含む、請求項１６に記載の接着膜。
18. 前記電気絶縁層が、約０℃から約６０℃の間でほぼ一定なＧ’を有する弾性材料を含む、請求項１７に記載の接着膜。
19. 前記感圧接着剤層が、約０℃から約１００℃の間でほぼ一定なＧ’を有する、請求項１６に記載の接着膜。
20. 前記感圧接着剤層が、約０℃から約６０℃の間でほぼ一定なＧ’を有する、請求項１９に記載の接着膜。
21. 前記電気絶縁層が、１Ｈｚ、２３℃において約１×１０³Ｐａ／ｃｍ²から約９×１０⁵Ｐａ／ｃｍ²の間のＧ’および約０．０１から約０．６０の間の損失正接を有する弾性材料を含む、請求項１６に記載の接着膜。
22. 前記感圧接着剤層が、１Ｈｚ、２３℃において約１×１０³Ｐａ／ｃｍ²から約９×１０⁵Ｐａ／ｃｍ²の間のＧ’および約０．０１から約０．６０の間の損失正接を有する、請求項１６に記載の接着膜。
23. 前記電気絶縁層が自己回復性の弾性材料を含む、請求項１６に記載の接着膜。
24. 前記感圧接着剤層が自己回復性である、請求項１６に記載の接着膜。
25. 前記膜の動的な電気的応答を測定するための手段をさらに含む、請求項１６に記載の接着膜。
26. （ａ）請求項１６に記載の前記接着膜を第二の導体に接着すること、および
    （ｂ）前記膜および前記第二の導体を、前記膜の電気的応答を測定するための手段に電気的に接続すること
    を含み、
    前記導体の少なくとも一方が他方の導体の方へ向かって移動できる、
    力検出方法。
27. 前記膜に圧力を加えること、および前記膜の電気的性質の変化を測定することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。

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