JP2008525804A - 力検出膜 - Google Patents

Abstract

力検出膜は、（ａ）第二導体の方へ動ける第一導体、（ｂ）第二導体、（ｃ）第一および第二導体間に十分な圧力が掛かったときそれらを電気的に接続するための第一および第二導体間に配置される複合材料、および（ｄ）その力検出膜の動的な電気的応答を測定する手段を含み、この複合材料は弾性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み、これらの導電性粒子は相対的な配向を持たず、かつその第一および第二導体間に作り出される実質上すべての電気的接続がｚ方向であるように配置され、またこの弾性層は圧力の解放時に実質上その元の寸法に戻ることができる。

Description

本発明は、力検出膜、その力検出膜を備えた装置、およびその力検出膜を用いた力の検出方法に関する。

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、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。

手短に言えば一態様において本発明は、導電性粒子の濃度がパーコレーション閾値未満であり、かつ実質上すべての導通路が単粒子を介する力検出膜を提供する。この力検出膜は、（ａ）第二導体の方へ動ける第一導体、（ｂ）第二導体、（ｃ）第一および第二導体の間に十分な圧力が掛かったときそれらを電気的に接続するための第一および第二導体間に配置される複合材料、および（ｄ）その力検出膜の動的な電気的応答（例えば、抵抗、コンダクタンス、電流、電圧など）を測定する手段を含む。本明細書中で用いられる「『動的な』電気的応答を測定する手段」には、単なるオン／オフ以外のものを測定する電気的応答測定用の任意の手段が含まれる。

この複合材料は、弾性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。これらの導電性粒子は相対的な配向（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を持たず、その第一および第二導体の間に作られる実質上すべての電気的接続がｚ方向であ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）。

この弾性層は圧力の解放時に実質上その元の寸法に戻ることができる。本明細書中で用いられる「実質上その元の寸法に戻ることができる」とは、その層が、例えば１０秒以内（好ましくは１秒以下）にそ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。

別の態様では本発明は、（ａ）第一導体上に配置された弾性層と、（ｂ）第二導体上に配置された絶縁材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層とを備えた力検出膜を提供する。

この第一および第二導体の少なくとも一方は、もう一方の導体の方へ動ける（すなわち、第一導体が第二導体の方へ動けるか、第二導体が第一導体の方へ動けるかのどちらかであるか、またはこれら両方の導体が相互に動ける）。

これら導電性粒子は、第一および第二導体間に十分な圧力が掛かったときそれらを電気的に接続する。これら導電性粒子は相対的な配向を持たず、その第一および第二導体間に作られる実質上すべての電気的接続がｚ方向であるように配列される。

この弾性層は、圧力の解放時に実質上その元の寸法に戻ることができる。

したがって本発明の力検出膜は、多数の導電性粒子の接触により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。

さらに別の態様では本発明は、本発明の力検出膜を用いた力の検出方法を提供する。

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／あるいは荷重または力の移動を検出し測定するために様々な用途に使用することができる。

本発明の力検出膜に十分な圧力が掛かるとそれら導体間に電気的接触が作り出される。広範囲の圧力に対してこの力検出膜の抵抗（Ｒ）は、一般に関係式、
Ｒ≒１／Ｐⁿ
（ただしｎは１に近い）に従って圧力（Ｐ）と共に変わる。したがってＲ対Ｐを対数−対数目盛によりグラフに描いた場合、直線を得ることができる。したがって本発明の力検出膜は、圧力の広い動作範囲にわたって感度の高い力／圧力センサーである。変動する抵抗は、任意の適切な手段（例えば、抵抗計、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により）を用いて読み出すことができる。

導体間の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、両方の導体が同一粒子または粒子群と同時に電気的に接触している）ようにそれら導体間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、弾性材料中に少なくとも部分的に埋め込まれる。この弾性材料は、より多数の導電性粒子を介する電気的接触を可能にし、かつ圧力が増すにつれて導電性粒子がより広い領域にわたって接触することを可能にする。この弾性材料はまた、それら導体間にもはや十分な圧力が存在しなくなるとその電気的接続を遮断することを可能にする。例えばこの弾性材料は圧力が掛かると変形して電気的接触を作り出すことができ、また圧力が何も掛からなくなると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。この弾性材料の変形は、加わる圧力が増加するかまたは軽減するかに応じて増大するかまたは減少する。

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。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（上部導体に接触する導電性粒子が一方の接点であり、また底部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、その力検出膜を与活する度に、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、これは力検出装置におけるより正確な力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力検出膜を特に適したものにする。

本発明の力検出膜はまた、それらの静止状態（すなわち、外部加圧力少しもない状態）における導体間の間隙がそれら導体間に配置された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（例えば、約１μｍから約５００μｍの間、好ましくは約１μｍから約５０μｍの間）ことができる。したがって、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、その力検出膜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になる場合もある。

図１は、導電層１１０の形態の第一導体と、第二導電層１２０の形態の第二導体と、この第一および第二導電層間の複合材料１３０と、その力検出膜１００の電気的応答（ここでは抵抗として示す）を測定するための手段とを含む力検出膜１００を示す。導電層１１０および１２０の少なくとも一方は、例えば外部圧力を加えることによってその第二導電層に関して可動である。複合材料１３０は、絶縁弾性材料中に完全にまたは部分的に埋め込まれた導電性粒子を有する。絶縁とは、圧力を加えた時に作り出される電気的接続が圧力を何も加えない場合に実質上低減するように、その材料の導電性が粒子および導体の導電性よりも十分小さいことを意味する。本明細書中で用いられる「絶縁」材料は、約１０⁹オームを超える抵抗率を有する。

導電層１１０または１２０のどちらも導電性のシート、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。

力センサーの動的な電気的応答を測定するための手段（図１に示されていない）は、導電層１１０および１２０に電気的に接続することができる。動的な電気的応答を測定するための好適な手段には、例えば抵抗計およびマルチメーターが挙げられる。この動的な電気的応答は、例えばその抵抗計またはマルチメーター上で、あるいは任意の適切な手段（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレーまたは可聴信号）により読み出すことができる。

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。

これら導体間に配置される複合材料は、弾性材料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。これら導電性粒子は、そ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移動させる場合、電気的接続が単粒子を介して作り出されてそれら導体の両方を接触させるように配置される。

図２（ａ）は、弾性層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２３０の一例を示す。図２（ｂ）は、弾性層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２３１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。

その最も大きい粒子は、少なくともその粒径を複合物の厚さ方向で測定した場合、その弾性材料層の厚さよりも少なくとも幾らか小さいことが好ましい。これは電気的短絡を防ぐのに役立つ場合がある。

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、およびこれらの混合物を挙げることができる。被覆された粒子のコアは、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、およびこれらの混合物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。

好適な弾性材料には、本発明の力検出膜の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間の電気的接触を可能にするような、また加えられた圧力の量に応じて圧縮または変形するような、また十分な圧力がもはや加わらなくなるとそれら導体を電気的に隔離された状態に戻すような弾性材料の圧縮を可能にする変形および反発弾性の性質を示すものが含まれる。好適な弾性材料には、例えば熱可塑性（直鎖または分岐）および熱硬化性（架橋）ポリマーが挙げられる。弾性材料は、任意選択でその中に分散された非弾性ポリマーを含むことができる。

好ましくはこの弾性材料（硬化性材料の場合は完全に硬化した状態の）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。好ましくはこの弾性材料は、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。この弾性材料はまた、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。この弾性材料はまた、湿度によって実質上影響されないことが好ましい。

好適な弾性材料には、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。好ましくはこの弾性材料は、シリコーン（好ましくは湿分硬化熱硬化性樹脂）またはスチレン系ブロックコポリマーを含む。

幾つかの用途（例えば健康管理／医療用途）の場合、その弾性材料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。

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、導電性粒子を弾性材料中に散布し、その導電性粒子を少なくとも部分的に埋め込むことを含む。例えば、まず粒子を表面に散布し、弾性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、力検出膜の層、例えば導体の一方であるか、または粒子を弾性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弾性材料中に分散し、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弾性材料を、例えば塗布により層として準備し、次いでその弾性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任意選択の弾性材料の加熱を伴ってその粒子を弾性材料の層中に押し込むことによって、あるいはその弾性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弾性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弾性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、続いてその弾性材料を硬化、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弾性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。次いで弾性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。

力検出膜の導体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。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、電気的な接触が１または複数個の単粒子を介する物理的接触によって達成される本発明の力検出膜の使用法を示す。力検出膜３００は、第一導体３１０、第二導体３２０、それら導体間に配置された弾性層３５０中に導電性粒子３４０を含む複合材料３３０、および力検出膜３６０の動的な電気的応答を測定するための手段を含む。図３（ａ）に示すように、導体間に何も圧力が掛からないと導体３１０および３２０は弾性層３５０によって電気的に隔離されたままである。図３（ｂ）に示すように、第一導体３１０に十分な圧力Ｐが掛かると単粒子接触を介して導体３１０と３２０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第一および第二導体の両方に接触する場合、それら単粒子接触がその第一および第二導体間の電気接点になる。図３（ｃ）に示すように、より大きい圧力Ｐ’が第一導体３１０に掛かると弾性層３５０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３（ｄ）に示すように、すべての圧力が除去されると弾性層３５０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。

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、その可動導体（または可動導体／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弾性材料の変形能などに左右される。その第一および第二導体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、第一および第二導体間に掛かる様々な量の力／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４は、本発明の力検出膜の別の実施形態を示す。力検出膜４００は、第一導体４１０、第二導体４２０上に配置された弾性層４５０中に導電性粒子４４０を含む複合材料４３０、および力検出膜４６０の動的な電気的応答を測定するための手段を含む。スペーサー４７０が、複合材料４３０と第一導体４１０の間に間隙４８０（例えば空隙）を作り出す。複合材料と導体の間に空気の間隙を加えることによりその力検出膜の感度が変わり、こうしてそのセンサーを特定の用途に合せるのに役立つ場合がある。別法ではこの間隙を非導電性充填材料で満たすこともできる。この間隙を満たすことは、充填材料が与える保護のおかげで、亀裂およびフレーキング（例えば透明な導電層）の傾向がある導体を有する力検出膜の耐久性の向上などの利点をもたらすことができる。

本発明の力検出膜はまた、弾性層をエンボス加工する（例えば、微細反復表面を与えるために）ことによって特定の用途に合せることもできる。弾性層をエンボス加工することにより、その膜の内外に自由に空気を移動させることができ、こうしてその膜の与活力を下げることができる。エンボス加工はまた、短絡を防止するのに役立つ場合もある。別法では微小球（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。

図５（ａ）および（ｂ）は、二層構造を有する本発明による力検出膜の実施形態を示す。図５（ａ）では力検出膜５００は、第一導体５１０上に配置された弾性層５９０と、第二導体５２０上に配置された絶縁材料５５０中に導電性粒子５４０を含む複合層５３０とを含む。力検出膜の動的な電気的応答を測定するための手段（図示されない）は、この力検出膜に電気的に接続することができる。好ましくはこの複合層の厚さは、その平均導電性粒子径よりも小さい。第一導体上に配置されるこの弾性層は、複合層が薄過ぎるせいで電気的短絡（予想しない電極−粒子−電極の電気的接触による）が起こるのを防止するのに役立つ場合がある。

図５（ｂ）では導電性粒子５４０は、それらの少なくとも一部が常に第二導体５２０と接触した状態にあるように押し下げられている（例えば、ロールのニップ部を通過させることによって）。粒子をニップ部で挟み、複合層の厚さがその平均粒径未満になるように制御される場合、その与活力（すなわち、その第一および第二導体を電気的に接続するのに必要な力）は、その弾性層の厚さおよび諸特性によって制御される。この複合層の絶縁材料および導電性粒子の特性の与活力に及ぼす効果は比較的小さい。したがってこの力検出膜は、特定の与活力を有するように設計することができる。

絶縁材料は、任意の絶縁性でフィルム形成性の硬化性材料であることができる。この絶縁材料は弾性または非弾性材料であることができる。この絶縁材料は、例えばウレタン類、エポキシ類、アクリル酸エステル、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリアミド類など、およびこれらの混合物を含むことができる。好ましくはこの絶縁材料は、圧力の開放時に実質上その元の寸法に戻ることができる弾性材料である。より好ましくはこの絶縁材料は、約０℃から約１００℃の間で、また最も好ましくは約０℃から約６０℃の間でほぼ一定のＧ’（硬化性材料の場合はその完全硬化状態で）を有する弾性材料を含む。好ましくはこの弾性材料は、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。この弾性材料は自己回復性であることがまた好ましい。

本発明の二層力検出膜ではその弾性層または絶縁材料層、あるいはその両方をエンボス加工することができる。

本発明の力検出膜は、任意選択で導体の一方または両方の上にオーバーレイ層（例えば、プラスチックフィルムまたは発泡体層）を備えることもできる。一般にはオーバーレイ層は、それらがその力検出膜の応答に影響しないように厚さ約５ｍｍ未満（好ましくは厚さ約２ｍｍ未満）である。オーバーレイ層は、力検出膜を医療用途（例えば、床ずれ、糖尿病の足の腫瘍、またはギブス包帯下の過度の圧力を監視するため）に使用する場合に特に役立つ。医療用の圧力検出用途における有用なオーバーレイ層の例には、靴用の発泡体中底、ベッドシート、包帯、およびソックスが挙げられる。

本発明の力検出膜はまた、任意選択で適切な材料中に封じ込めて防水／防湿性を与えることもできる。

本発明の力検出膜は多くの用途において有用である。例えば本発明の力検出膜は、ギブス包帯下の過度の圧力に対して警報を出す、あるいは床ずれおよび糖尿病の脚または下肢の腫瘍防止のために圧力を監視するなどの健康管理用途において有用である。好ましくは本発明の力検出膜は、患者の皮膚に接しているかまたは間近に近接している場合、皮膚から水分を外へ蒸発させるために蒸気に対して透過性である。

例えば糖尿病に罹った多くの個体は、その疾患が進行するにつれて下部の四肢ほど感覚の弱さを経験する。一般にはこれら個体は視覚による観察のみを用いて下肢の皮膚に過度の圧力または皮膚の腫瘍形成が生じているかどうかを決める。このような腫瘍は、一般にはある期間にわたって立っているまたは歩いていることにより脚のある特定の箇所に掛かる圧力および／またはせん断力の結果である。本発明の力検出膜は、脚部の圧力判定を可能にする。例えば本発明の力検出膜は、ソックス、包帯、または靴の中底に組み込んで（例えば、縫い付ける、編み込む、接着剤でまたは熱的に接合する、フックと輪穴の装具で留める、窪みに挿入する、あるいは任意の適切な手段によって組み込む）、その問題の脚部分の圧力を測定することができる。この膜は、データロギング用のマイクロプロセッサまたは個別論理（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｌｏｇｉｃ）と電気的に接続することができる。この力検出膜はまた、規定の圧力閾値を超えた場合に音声、視覚、または感覚（例えば振動）による応答が得られるように信号処理装置と電気的に接続することもできる。

本発明の複数個の力検出膜を含むアレーもまた、健康管理用途において有用である。例えば力検出膜のアレーをベッドの様々な場所に配置して床ずれ防止のために圧力を監視することができる。この力検出アレーは、間隔を一様にまたは一様でなく空けることができる。

本発明の力検出膜はまた、例えば自動車用途（例えば、シートセンサー中でまたはエアバッグ開傘用に）、民生用途（例えば、荷重／重量センサーとしてまたは棚上の品物の存在または不足を探知する「スマートシステム」中で）、製造用途（例えばニップロールの圧力を監視するために）、スポーツ用途（例えば、速度、力、または衝撃を監視するために、あるいはクラブまたはラケット上でグリップセンサーとして）などに役立つ場合もある。

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
これら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り、またシリカはキャボット・コーポレーション（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（イリノイ州タスコン（Ｔｕｓｃｏｎ，ＩＬ））からＭ３カーボシル（Ｃａｂ−ｏ−ｓｉｌ）として入手できるフュームドシリカである。

Ｇ１６５７３０Ｎは、クラトン（Ｋｒａｔｏｎ）（登録商標）Ｇ１６５７（テキサス州ヒューストンのクラトン・ポリマーズ（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から入手できる）とナイフレックス（Ｎｙｆｌｅｘ）２２ｂプロセスオイル（テキサス州ヒューストンのニーナス・ユー・エス・エー・インコーポレーテッド（Ｎｙｎａｓ ＵＳＡ Ｉｎｃ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から入手できる）３０ｐｈｒとのブレンド物である。

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
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ＳＤ２２０Ｍとして市販されている酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）被覆ガラス繊維を、７３４−シリコーンゴム（ミシガン州ミッドランドのダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ））の未硬化のナイフ塗装層（厚さ約２５ミクロン）上に計量分配した。米国特許出願公開第０３／０１２９３０２号明細書（チャンバーズ（Ｃｈａｍｂｅｒｓ）ら）に記載の粒子計量配分装置を用いて粒子を計量分配した。シリコーンゴムを室温で一晩硬化させた後、その粒子を埋め込んだシリコーンゴムの小片（約２０ｍｍ×２０ｍｍ）を切断し、銅箔テープ（３Ｍ １１９０、スリー・エム・カンパニー、ミネソタ州セントポール）上に移し、その粒子を埋め込んだシリコーンの縁部の周囲に上記テープをスリー・エム・スコッチ（３Ｍ Ｓｃｏｔｃｈ）（登録商標）テープを用いて貼り付けることによって固定した。別の銅箔テープをこの上に置き、２枚の銅箔が確実に互いに接触しないようにした。この２枚の銅箔は、スコッチ（登録商標）テープによって互いに電気的に隔離された。

得られたセンサーは、上記の力測定装置の試験ユニットを用いて試験された。この対数−対数グラフに描いた試験データを図６に示す。その最良適合直線のｎ値は１．０２であり、またＲ²は０．９９２である。

実施例２
実施例１で述べたセンサーを次のように負荷／無負荷サイクルを繰返すことによってその耐久性を試験した。

ライフサイクル試験システム（イリノイ州エルギンのトリコール・システムズ・インコーポレーテッド（Ｔｒｉｃｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．，Ｅｌｇｉｎ，ＩＬ）から入手した９３３Ａ型）を用いて耐久性に関してこのセンサーを試験した。この試験システムは空気圧で制御されたシリンダを有し、上げ／下げの繰返し数をカウントすると同時に選択された速度でセンサーを押圧した。センサーの両端間に接続されたマルチメーターが、その両端間に現れる電圧を測定した。このセンサーを１０００サイクルにわたって試験し、各サイクルに関してほぼ同じ電圧対力の曲線を生じることが分かった。

実施例３
実施例１で述べたセンサーをＬＥＤ（発光ダイオード）棒グラフ・ディスプレイ回路に接続した。指で押し付けてセンサーに力を加えることにより、掛かった力に応じてこのディスプレイにＬＥＤのセグメントを点灯させた。

実施例４
実施例１で述べたものと基本的に同じセンサーの特性を、そのセンサー上に様々なオーバーレイ材料を載せた後、力測定装置の試験ユニットを用いて上記と同様に測定した。このオーバーレイ材料はセンサーの上にただ置かれた。このオーバーレイ材料には、
１、メリネックス（Ｍｅｌｉｎｅｘ）（登録商標）ポリエステルフィルム（バージニア州ホープウェルのデュポン（ＤｕＰｏｎｔ，Ｈｏｐｅｗｅｌｌ，ＶＡ）および
２、厚さ１４０ミルのイクエート（Ｅｑｕａｔｅ）（登録商標）発泡クッションの靴中底（カナダ国オンタリオ州ダウンスビューのナショナル・ホーム・プロダクツ・リミッテッド（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｏｍｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｌｔｄ．，Ｄｏｗｎｓｖｉｅｗ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ））
が含まれた。

このセンサーの特性は、表１（ポリエステルフィルム）および表２（発泡体靴中底）に示すようにオーバーレイを加えた状態でも基本的に変わらなかった。ｎ値は、センサーの上に様々なオーバーレイを載せることによってこのセンサーの感度があまり変わらなかったことを示す。

実施例５
導体と複合材料層の間の空隙の効果を分析するためにスリー・エムの８１０テープ（ミネソタ州セントポール）を用いて、実施例１で述べたものと基本的に同じセンサーのシリコーンゴム層と上部銅箔テープの間に空間を作った。このセンサーを、下記に列挙した空隙の厚さについて力測定装置の試験ユニットを用いて試験した。これらの結果（表３中）は、ｎ値の増加によって示されるように空隙が大きくなるに従ってセンサーの感度が増加した。

実施例６
次に示すエラストマーを使用し、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）被覆ガラスビーズをその繊維の代わりに使用したことを除いて、センサーを実施例１で述べたと基本的には同様に調製した。スリー・エム・カンパニー（ミネソタ州セントポール）からＳＤ１１０として市販されている酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）被覆ガラスビーズを、次に示す厚さ約１ミル（２５ミクロン）のエラストマーの未硬化のナイフ塗装層上に計量分配した。これらセンサーを力測定装置の試験ユニットを用いて試験した。１キロオームの抵抗を示すのに必要な力として定義されるこれらセンサーの与活力（Ｆ_i）もまた記録した。

実施例７
検討対象のエラストマー（「底部」エラストマーとして表５に示す）をＩＴＯ被覆ポリエステルの導電性層上にナイフ塗装して厚さ３７．５ミクロン（１．５ミル）を得た。ＩＴＯ被覆ガラスビーズをおおよそ１．５ｇ／平方フィートの密度でこの弾性層上に計量分配した。２本のゴムロール間にこの被覆されたエラストマーを挟むことによってこれら粒子を弾性層中に埋め込んだ。この被覆されたエラストマーをオーブン中で１２０℃の空気中で５分間硬化した。ＩＴＯ被覆ポリエステルの別個の導電層上にエラストマー（「上部」エラストマーとして表５中に示す）を厚さ１２．５ミクロン（０．５ミル）にナイフ塗装し、このエラストマーをオーブン中で１２０℃の空気中で５分間硬化した。これら２枚の層を、それらエラストマーが互いに向き合うように合わせ、次いで包装用テープ（３Ｍ ３７１０テープ、ミネソタ州セントポールのスリー・エム・カンパニー）で留めた。銅製電気箔テープ（３Ｍ １１９０、ミネソタ州セントポールのスリー・エム・カンパニー）を用いてこれら２枚の導電性の層に電気的接続部を作り、これらセンサーを力測定装置の試験ユニットを用いて試験した。それら結果を表５に示す。

１キロオームの抵抗を示すのに必要な力として定義される各センサーの与活力（Ｆ_i）とともに上部エラストマー層のＧ’およびタンデルタ、ならびにｎ値をこの表中に示す。高モジュラスのエラストマーほど高い与活力および高いｎ値、したがって力に対する高感度を示した。

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。

力検出膜の側面概略図である。 本発明の力検出膜に有用な複合材料の側面概略図である。 本発明の力検出膜の使用法を本発明の力検出膜の側面概略図を用いて例示する図である。 本発明の力検出膜の別の実施形態の側面概略図である。 本発明の力検出膜の別の実施形態の側面概略図である。 実施例１で述べた本発明の力検出膜の対数−対数目盛による力対抵抗の関係を示すグラフである。

Claims (46)

1. 力検出膜であって、
   （ａ）第二導体の方へ動ける第一導体と、
   （ｂ）第二導体と、
   （ｃ）前記第一および第二導体間に十分な圧力が掛かったとき前記第一および第二導体を電気的に接続するための前記第一および第二導体間に配置される複合材料と、
   （ｄ）前記力検出膜の動的な電気的応答を測定するための手段と
   を含み、
   前記複合材料は、弾性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み、
   前記導電性粒子は、相対的配向を有さず、かつ前記第一および第二導体間に作り出される実質上すべての電気的接続がｚ方向であるように配置され、
   前記弾性層は、圧力の開放時に実質上その元の寸法に戻ることができる、
   力検出膜。
2. 前記弾性層が、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１に記載の力検出膜。
3. 前記弾性層が、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２に記載の力検出膜。
4. 前記弾性層が、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１に記載の力検出膜。
5. 前記弾性層が自己回復性の弾性材料を含む、請求項１に記載の力検出膜。
6. 前記弾性層が、シリコーンおよびスチレン系ブロックコポリマーからなる群から選択される弾性材料を含む、請求項１に記載の力検出膜。
7. 前記弾性層がシリコーンを含む、請求項６に記載の力検出膜。
8. 前記弾性層が、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマーまたはスチレン−エチレン／ブタジエン−スチレンブロックコポリマーを含む、請求項６に記載の力検出膜。
9. 前記導電性粒子は、前記第一および第二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に記載の力検出膜。
10. 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９に記載の力検出膜。
11. いかなる２個の粒子も互いに接していない、請求項１０に記載の力検出膜。
12. 前記導電性粒子が金属を含む、請求項１に記載の力検出膜。
13. 前記導電性粒子が、導電性被膜を有するコア粒子を含む、請求項１に記載の力検出膜。
14. 前記コア粒子がガラス粒子を含む、請求項１３に記載の力検出膜。
15. 前記コア粒子が中空粒子を含む、請求項１３に記載の力検出膜。
16. 前記導電性被膜が金属を含む、請求項１３に記載の力検出膜。
17. 前記導電性被膜が導電性酸化物を含む、請求項１３に記載の力検出膜。
18. 前記導電性粒子がほぼ球形である、請求項１に記載の力検出膜。
19. 前記導電性粒子が繊維である、請求項１に記載の力検出膜。
20. 前記第一および第二導体が、それぞれ第一および第二基板上に配置される、請求項１に記載の力検出膜。
21. 前記第一および第二基板の少なくとも一方が可撓性である、請求項２０に記載の力検出膜。
22. 前記第一および第二導体上に配置されるオーバーレイ層をさらに備える、請求項１に記載の力検出膜。
23. 前記複合材料と、前記第一および第二導体の一方との間に間隙が存在する、請求項１に記載の力検出膜。
24. 前記複合材料が非導電性充填剤をさらに含む、請求項１に記載の力検出膜。
25. 前記膜の厚さが約１μｍから約５００μｍの間にある、請求項１に記載の力検出膜。
26. 前記膜の厚さが約１μｍから約５０μｍの間にある、請求項２５に記載の力検出膜。
27. （ａ）第一導体上に配置された弾性層と、
    （ｂ）第二導体上に配置された絶縁材料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
    とを含む力検出膜であって、
    前記第一および第二導体の少なくとも一方がもう一方の導体の方へ動くことができ、
    前記導電性粒子が、前記第一および第二導体間に十分な圧力が掛かったとき前記第一および第二導体を電気的に接続し、
    前記導電性粒子が相対的配向を有さず、かつ前記第一および第二導体間に作り出される実質上すべての電気的接続がｚ方向であるように配置され、
    前記弾性層が圧力の開放時に実質上その元の寸法に戻ることができる、
    力検出膜。
28. 前記絶縁材料が圧力の開放時に実質上その元の寸法に戻ることができる、請求項２７に記載の力検出膜。
29. 前記弾性層および前記絶縁材料の一方または両方が、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２７に記載の力検出膜。
30. 前記弾性層および前記絶縁材料の一方または両方が、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２７に記載の力検出膜。
31. 前記弾性層および前記絶縁材料の一方または両方が、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２７に記載の力検出膜。
32. 前記弾性層および前記絶縁材料の一方または両方が自己回復性の弾性材料を含む、請求項２７に記載の力検出膜。
33. 前記導電性粒子は、前記第一および第二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２７に記載の力検出膜。
34. 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３３に記載の力検出膜。
35. いかなる２個の粒子も互いに接していない、請求項３４に記載の力検出膜。
36. 前記複合層の厚さが平均導電性粒子径未満である、請求項２７に記載の力検出膜。
37. 前記導電性粒子の少なくともいくつかが常に第二導体と接している、請求項３６に記載の力検出膜。
38. 前記力検出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２７に記載の力検出膜。
39. 請求項１に記載の力検出膜を含む装置。
40. 前記装置が、ソックス、包帯、または靴の中底中に組み込まれる、請求項３９の装置。
41. 請求項１に記載の複数個の力検出膜のアレーを含む装置。
42. 請求項２７に記載の力検出膜を含む装置。
43. ソックス、包帯、または靴の中底中に組み込まれる、請求項４２の装置。
44. 請求項２７に記載の複数個の力検出膜のアレーを含む装置。
45. 請求項１に記載の力検出膜に圧力を加えること、および前記検出膜の電気的性質の変化を測定することを含む、力検出方法。
46. （ａ）請求項２７に記載の力検出膜の前記第一および第二導体を、動的な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、および
    （ｂ）前記力検出膜の電気的応答を測定すること
    を含む力検出方法。

Images