JP2013200229A - 静電容量型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 電極の長さ方向における電気抵抗の増加を抑制し、比較的安価で、面圧分布の測定精度が高い静電容量型面状センサを提供する。
【解決手段】 静電容量型センサ１は、ポリマー製の誘電層１０と、誘電層１０の表側に配置される長尺状の表側電極０１Ｘ〜０８Ｘと、誘電層１０の裏側に配置される長尺状の裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙと、表側電極に接続される表側配線０１ｘ〜０８ｘと、裏側電極に接続される裏側配線０１ｙ〜０８ｙと、表側電極と裏側電極との間に形成される複数の検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８と、を備える。表側電極および裏側電極は、各々、バインダーおよび導電材を含む長尺状の電極本体２１、３１と、電極本体２１、３１の長手方向に延在し、電極本体２１、３１よりも体積抵抗率が小さい延長配線部２２、３２と、を有し、表側配線および裏側配線は、電極本体２１、３１よりも体積抵抗率が小さい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電容量の変化から面圧分布を検出可能な静電容量型センサに関し、詳しくは、その電極および配線構造に関する。

例えば、特許文献１に開示されているように、誘電層を挟んで表側電極と裏側電極とを配置して、静電容量型センサを構成することができる。表裏方向に対向する表側電極と裏側電極との間には、複数の検出部が形成される。静電容量型センサに荷重が加わると、荷重が加わった部分に対応する検出部の厚さ、すなわち、表側電極と裏側電極との間の距離が小さくなる。これにより、検出部の静電容量が大きくなる。静電容量型センサは、当該静電容量の変化に基づいて、面圧分布を検出する。

特許文献１に開示された静電容量型センサにおいては、誘電層は、エラストマーからなる。よって、誘電層の弾性変形を規制しないように、表側電極、裏側電極（以下、適宜まとめて「電極」と称す）は、各々、エラストマー分のポリマーおよびカーボンブラックを含む導電塗料から形成される。表側配線、裏側配線（以下、適宜まとめて「配線」と称す）は、電極よりも電気抵抗を小さくするため、各々、エラストマー分のポリマーおよび銀粉末を含む導電塗料から形成される。

特開２０１０−４３８８１号公報 特開２０１０−２１３７１号公報 特公平６−２９８０１号公報 特開２００８−２２４３３４号公報

物体の電気抵抗は、次の式（１）から算出される。
ｒ＝ρＬ／Ｓ・・・（１）
式（１）中、ｒは電気抵抗、ρは体積抵抗率、Ｌは長さ、Ｓは断面積（厚さ×幅）である。式（１）から明らかなように、断面積が一定の場合、物体の長さＬが長いほど、電気抵抗ｒは大きくなる。上述した静電容量型センサにおいて、電極は帯状を呈している。このため、電極の長さ方向一端に配線を接続した場合、配線の接続部から遠くなるほど、つまり、長さ方向他端に近いほど、電極の電気抵抗は大きくなる。電極の電気抵抗が異なると、静電容量にばらつきが生じてしまい、その結果、検出部の位置により面圧分布の測定精度が異なる、という場所依存性が生じてしまう。

カーボンブラックの体積抵抗率は、銀等の金属と比較して、大きい。このため、カーボンブラックを含む導電塗料から電極を形成すると、配線の接続部からの距離による電気抵抗の増加が大きくなる。したがって、配線の接続部から遠い下流側の検出部において、静電容量を正確に検出できないという問題が、より顕著になる。一方、配線材料として、バインダーに銀粉末が充填された銀ペーストが知られている。銀ペーストから形成される配線の電気抵抗は、小さい。このため、銀ペーストから電極を形成すれば、長さ方向における電気抵抗の増加は、緩和される。しかし、銀粉末は、カーボンブラックと比較して高価である。このため、銀ペーストから大きな面積を占める電極を形成すると、コストが高くなってしまう。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、電極の長さ方向における電気抵抗の増加を抑制し、比較的安価で、面圧分布の測定精度が高い静電容量型面状センサを提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の静電容量型センサは、ポリマー製の誘電層と、該誘電層の表側に配置される長尺状の表側電極と、該誘電層の裏側に配置される長尺状の裏側電極と、該表側電極に接続される表側配線と、該裏側電極に接続される裏側配線と、表裏方向に対向する該表側電極と該裏側電極との間に形成される複数の検出部と、を備え、該検出部の静電容量の変化から面圧分布を検出可能な静電容量型センサであって、該表側電極および該裏側電極は、各々、バインダーおよび導電材を含む長尺状の電極本体と、該電極本体の長手方向に延在し、該電極本体よりも体積抵抗率が小さい延長配線部と、を有し、該表側配線および該裏側配線は、該電極本体よりも体積抵抗率が小さいことを特徴とする。

本発明の静電容量型センサにおいて、表側電極および裏側電極は、各々、長尺状の電極本体と、延長配線部と、を有する。延長配線部は、電極本体よりも体積抵抗率が小さく、電極本体の長手方向に延在して配置される。電極を電極本体および延長配線部から構成することにより、電極本体のみから構成する場合と比較して、電極の長手方向における電気抵抗の増加を抑制することができると共に、電極全体の電気抵抗を小さくすることができる。したがって、本発明の静電容量型センサにおいては、検出部の位置による静電容量のばらつきが少なく、面圧分布の測定精度が高い。

また、本発明の静電容量型センサにおいては、電極本体の導電材として、比較的安価な導電性炭素粉末を用いても、導電性が高く、長手方向における電気抵抗の増加が小さい電極を、実現することができる。このため、本発明の静電容量型センサは、比較的安価に製造することができる。

ちなみに、上記特許文献３には、銀ペースト製の配線を、カーボン粉末を含む導電ペースト製の保護膜で被覆した配線基板が開示されている。しかし、特許文献３に開示されているのは、配線基板の技術である。すなわち、銀配線を保護膜で被覆することにより、銀配線のマイグレーションを抑制して、隣り合う配線間の絶縁性を確保しているにすぎない。したがって、電極の長手方向における電気抵抗の増加を抑制するという思想はない。また、上記特許文献４、５には、対向する一対の電極を備える感圧センサが開示されている。電極として、カーボン電極により被覆された銀電極が開示されている。ここで、カーボン電極は、銀電極の保護膜に過ぎない。したがって、特許文献４、５にも、電極の長手方向における電気抵抗の増加を抑制するという思想はない。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記表側電極の前記延長配線部と前記表側配線とは同じ材料から連続して形成され、前記裏側電極の該延長配線部と前記裏側配線とは同じ材料から連続して形成される構成とする方がよい。

表側電極と裏側電極とにおける延長配線部、表側配線、および裏側配線の体積抵抗率は、いずれも、電極本体の体積抵抗率よりも小さい。したがって、延長配線部と、表側配線および裏側配線と、を同じ材料で形成することができる。本構成によると、表側配線、裏側配線を、電極本体の長手方向に延長するだけで、容易に延長配線部を形成することができる。

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記電極本体の前記バインダーは樹脂である構成とする方がよい。

電極本体は、バインダーおよび導電材を含む。バインダーとしては、樹脂やエラストマー（架橋ゴムおよび熱可塑性エラストマー）を用いることができる。導電材としては、カーボンブラックやグラファイト粉末等の導電性炭素粉末、銀、銅等の金属粉末を用いることができる。本構成においては、バインダーとして、樹脂を用いる。樹脂は、エラストマーと比較して、へたりにくく、耐候性および印刷特性に優れる、という利点がある。また、電極本体を形成した場合に、電気抵抗の経時変化が小さい、という利点もある。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記電極本体の体積抵抗率は、１×１０^１Ω・ｃｍ以下である構成とする方がよい。

本構成においては、電極本体の体積抵抗率が比較的小さい。このため、電極本体の長手方向に交差する方向における電気抵抗の増加を、考慮しなくてもよい。したがって、延長配線部を、電極本体の長手方向に沿って配置するだけで、電極全体の電気抵抗を小さくすることができる。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記延長配線部は、バインダーおよび金属粉末を含む構成とする方がよい。

一般に、金属の体積抵抗率は小さい。よって、本構成によると、電極本体よりも体積抵抗率が小さい延長配線部を、容易に形成することができる。また、バインダーと金属粉末とを含む導電塗料を用いると、印刷法等を利用して、薄膜状の延長配線部を、様々な形状に、容易に形成することができる。

金属粉末としては、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金から選ばれる一種以上の粉末を用いればよい。また、銀被覆銅粉末など、金属で被覆された粒子からなる粉末を用いてもよい。金属粉末は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。なかでも銀は、体積抵抗率が小さいため好適である。したがって、金属粉末としては、銀粉末、銀被覆銅粉末、銀合金粉末を用いるとよい。

延長配線部の体積抵抗率は、電極本体の体積抵抗率よりも小さければよい。例えば、体積抵抗値が１×１０^−３Ω・ｃｍ以下であると、電極の導電性向上効果が高く、好適である。

（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記表側電極および前記裏側電極の各々において、前記表側配線または前記裏側配線が接続される上流端部と、長手方向末端の下流端部と、の間の電気抵抗は、３０００Ω以下である構成とする方がよい。

本構成によると、長尺状の電極全体の電気抵抗を小さくすることができる。これにより、配線の接続部から遠い電極間に形成される検出部にも、充分な電流が供給されるため、静電容量を正確に測定することができる。したがって、本構成によると、検出部の位置による静電容量のばらつきがより少なくなり、面圧分布の測定精度がより高くなる。

（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記延長配線部の面積は、前記電極本体の面積よりも小さい構成とする方がよい。

延長配線部にコストの高い金属粉末を使用する場合、面積が小さい分だけ、金属粉末の使用量を低減することができる。これにより、コストを削減することができ、より安価な電極、ひいては静電容量型センサを実現することができる。

（８）好ましくは、上記（１）ないし（７）のいずれかの構成において、前記電極本体および前記延長配線部は、いずれも印刷法で形成される構成とする方がよい。

印刷法によると、電極本体、延長配線部の厚さが薄い場合や面積が大きい場合でも、容易に形成することができる。また、印刷法においては、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けが、容易である。このため、電極本体、延長配線部が、細線や複雑な形状であっても、容易に形成することができる。印刷法としては、例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等が挙げられる。なかでも、高粘度の塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易あるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。

（９）好ましくは、上記（１）ないし（８）のいずれかの構成において、前記誘電層を挟んで配置される一対の表側シートおよび裏側シートを備え、前記表側電極は、該表側シートの該誘電層に接触する裏面に形成され、該表側電極の前記延長配線部は、前記電極本体と該表側シートとの間に挟装され、前記裏側電極は、該裏側シートの該誘電層に接触する表面に形成され、該裏側電極の該延長配線部は、該電極本体と該裏側シートとの間に挟装される構成とする方がよい。

例えば、誘電層がエラストマーまたは樹脂の発泡体からなる場合には、誘電層の表裏両面に、直接電極を形成することは難しい。この点、本構成によると、誘電層に直接形成しなくても、誘電層の表面に表側電極、裏面に裏側電極を、各々配置することができる。したがって、誘電層の材料選択の自由度が高くなる。

誘電層の表裏両面に、直接電極を形成した場合、圧縮時の誘電層の伸張に伴う電極間距離および電極面積の変化を利用して、荷重が検出される。したがって、比較的小さな荷重を検出したい場合には、誘電層が変形しやすいように、誘電層に、柔らかい（弾性率が小さい）材料を用いる必要がある。この場合、誘電層がへたりやすくなる等、耐久性が問題になる。この点、本構成によると、表側シートに表側電極が、裏側シートに裏側電極が、各々形成される。このため、主に電極間距離（検出部の厚さ）の変化に伴う静電容量の変化から、荷重を検出することができる。したがって、比較的小さな荷重についても検出しやすい。

本構成によると、延長配線部は、電極本体と表側シート（または裏側シート）との間に挟装される。このため、延長配線部は、空気に触れにくい。よって、延長配線部に金属粒子が含まれていても、金属粒子が酸化しにくい。したがって、長期間使用しても、延長配線部の導電性は、低下しにくい。すなわち、本構成によると、電極の耐久性が高い。

（１０）好ましくは、上記（１）ないし（９）のいずれかの構成において、前記静電容量の測定は、チャージ電荷方式またはインピーダンス方式で行われる構成とする方がよい。

本発明の静電容量型センサにおいては、電極の長手方向における電気抵抗の増加が抑制される。このため、例えばチャージ電荷方式においては、検出部の位置による電荷チャージ量の変化が小さい。したがって、面圧分布の測定精度は高い。

第一実施形態の静電容量型センサの上面透過図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 同静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図である。 同静電容量型センサにおける裏側電極０１Ｙの上面図である。 第二実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図である。 第三実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図である。 第四実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図である。 第五実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図である。 第六実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図である。

次に、本発明の静電容量型センサの実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
［静電容量型センサの構成］
まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図１に、本実施形態の静電容量型センサの上面透過図を示す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ断面図を示す。図３に、同静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図を示す。図４に、同静電容量型センサにおける裏側電極０１Ｙの上面図を示す。図１においては、表裏方向（厚さ方向）に積層される部材を透過して示す。図３、図４においては、延長配線部２２、３２にハッチングを施して示す。図１、図２に示すように、本実施形態の静電容量型センサ１は、誘電層１０と、表側シート２０と、裏側シート３０と、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙと、検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８と、表側配線０１ｘ〜０８ｘと、裏側配線０１ｙ〜０８ｙと、表側コネクタ２３と、裏側コネクタ３３と、演算部４０と、を備えている。なお、検出部の符合「Ａ○○△△」中、上二桁の「○○」は、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘに対応している。下二桁の「△△」は、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙに対応している。

誘電層１０は、ウレタンフォーム製であって、長方形のシート状を呈している。誘電層１０の厚さは、３００μｍである。誘電層１０は、ＸＹ方向（左右および前後方向）に延在している。ウレタンフォームは、本発明における「ポリマー」に含まれる。

表側シート２０は、誘電層１０の上側（表側）に配置されている。表側シート２０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製であって、長方形状を呈している。裏側シート３０は、誘電層１０の下側（裏側）に配置されている。裏側シート３０は、ＰＥＴ製であって、表側シート２０と同じ長方形状を呈している。表側シート２０と裏側シート３０とは、誘電層１０を挟んで積層されている。

表側電極０１Ｘ〜０８Ｘは、表側シート２０の下面（裏面）に、合計８本形成されている。表側電極０１Ｘ〜０８Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ〜０８Ｘは、各々、Ｙ方向（前後方向）に延在している。表側電極０１Ｘ〜０８Ｘは、Ｘ方向（左右方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。

図３に一例を示すように、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘは、各々、電極本体２１と、延長配線部２２と、を有している。電極本体２１は、帯状を呈している。電極本体２１は、誘電層１０の上面に接触するように配置されている。電極本体２１は、ポリエステル樹脂およびグラファイト粉末を含んでいる。電極本体２１の幅（左右方向長さ）は１０ｍｍであり、体積抵抗率は０．１Ω・ｃｍである。

延長配線部２２は、電極本体２１の前端部２４０から後端部２４１を結ぶ直線状を呈している。延長配線部２２は、電極本体２１の上面（表面）における幅方向中央に配置されている。延長配線部２２は、電極本体２１と表側シート２０との間に挟装されている。延長配線部２２は、ポリエステル樹脂および銀被覆銅粉末を含んでいる。延長配線部２２の体積抵抗率は、１×１０^−４Ω・ｃｍである。延長配線部２２は、表側配線０１ｘ〜０８ｘと同じ導電材料からなり、表側配線０１ｘ〜０８ｘの各々と連続して形成されている。表側電極０１Ｘ〜０８Ｘの各々において、前端部２４０と後端部２４１との間の電気抵抗は、４００Ωである。ここで、前端部２４０は本発明における「上流端部」に、後端部２４１は本発明における「下流端部」に、含まれる。

表側配線０１ｘ〜０８ｘは、表側シート２０の下面に、合計８本形成されている。表側配線０１ｘ〜０８ｘは、各々、線状を呈している。表側配線０１ｘ〜０８ｘは、各々、ポリエステル樹脂および銀被覆銅粉末を含んでいる。表側コネクタ２３は、表側シート２０の左前隅に配置されている。表側コネクタ２３は、演算部４０に電気的に接続されている。表側配線０１ｘ〜０８ｘは、各々、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘの前端部２４０と、表側コネクタ２３と、を接続している。

裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙは、裏側シート３０の上面（表面）に、合計８本形成されている。裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、Ｘ方向（左右方向）に延在している。裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙは、Ｙ方向（前後方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。

裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙの構成は、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘの構成と、同じである。すなわち、図４に一例を示すように、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、電極本体３１と、延長配線部３２と、を有している（図４においては、延長配線部３２を透過して示す）。電極本体３１は、帯状を呈している。電極本体３１は、誘電層１０の下面に接触するように配置されている。電極本体３１は、ポリエステル樹脂およびグラファイト粉末を含んでいる。電極本体３１の幅（前後方向長さ）は１０ｍｍであり、体積抵抗率は０．１Ω・ｃｍである。

延長配線部３２は、電極本体３１の左端部３４０から右端部３４１を結ぶ直線状を呈している。延長配線部３２は、電極本体３１の下面（裏面）における幅方向中央に配置されている。延長配線部３２は、電極本体３１と裏側シート３０との間に挟装されている。延長配線部３２は、ポリエステル樹脂および銀被覆銅粉末を含んでいる。延長配線部３２の体積抵抗率は、１×１０^−４Ω・ｃｍである。延長配線部３２は、裏側配線０１ｙ〜０８ｙと同じ導電材料からなり、裏側配線０１ｙ〜０８ｙの各々と連続して形成されている。裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙの各々において、左端部３４０と右端部３４１との間の電気抵抗は、４００Ωである。ここで、左端部３４０は本発明における「上流端部」に、右端部３４１は本発明における「下流端部」に、含まれる。

裏側配線０１ｙ〜０８ｙは、裏側シート３０の下面に、合計８本形成されている。裏側配線０１ｙ〜０８ｙは、各々、線状を呈している。裏側配線０１ｙ〜０８ｙは、各々、ポリエステル樹脂および銀被覆銅粉末を含んでいる。裏側コネクタ３３は、裏側シート３０の左前隅に配置されている。裏側コネクタ３３は、演算部４０に電気的に接続されている。裏側配線０１ｙ〜０８ｙは、各々、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙの左端部３４０と、裏側コネクタ３３と、を接続している。

表側シート２０と裏側シート３０とは、誘電層１０を挟んで対向している。表側シート２０および裏側シート３０の周縁部には、図１にハッチングで示すように、複数の融着部１１が配置されている。複数の融着部１１は、誘電層１０の周囲を囲うように、点線状に配置されている。表側シート２０と裏側シート３０は、融着部１１において、接合されている。

検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８は、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙと、が上下方向から見て交差する部分（重複する部分）に配置されている。検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８は、各々、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘの一部と、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙの一部と、誘電層１０の一部と、を備えている。検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８は、合計６４個（＝８個×８個）配置されている。検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８は、誘電層１０の略全面に亘って、略等間隔に配置されている。検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８を包囲する矩形状の領域において、面圧分布が検出される。

演算部４０は、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙに、矩形波電圧を印加する。演算部４０は、積分回路（図略）を有している。積分回路は、抵抗、コンデンサ、およびオペアンプから構成されている。検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８において発生した電荷は、積分回路で積分されて電圧値に変換された後、増幅されて出力される。出力された電圧値から、静電容量Ｃが算出される。

［静電容量型センサの製造方法］
次に、本実施形態の静電容量型センサ１の製造方法について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１の製造方法は、印刷工程と、積層工程と、シート融着工程と、を有している。

印刷工程においては、表側シート２０に、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘおよび表側配線０１ｘ〜０８ｘを形成する。同様に、裏側シート３０に、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙおよび裏側配線０１ｙ〜０８ｙを形成する。まず、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘの延長配線部２２、表側配線０１ｘ〜０８ｘ、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙの延長配線部３２、裏側配線０１ｙ〜０８ｙを形成するための第一導電塗料を、調製する。また、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘの電極本体２１、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙの電極本体３１を形成するための第二導電塗料を、調製する。

次に、調製した第一導電塗料を、スクリーン印刷機を用いて、表側シート２０の下面（図２における下面。印刷時には上向きに配置する。）に印刷する。そして、加熱により塗膜を硬化させて、８本の延長配線部２２および表側配線０１ｘ〜０８ｘを形成する。続いて、調製した第二導電塗料を、スクリーン印刷機を用いて、形成した各々の延長配線部２２を被覆するように、印刷する。そして、加熱により塗膜を硬化させて、８本の電極本体２１を形成する。このようにして、表側シート２０に、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘおよび表側配線０１ｘ〜０８ｘを形成する。

同様に、裏側シート３０の上面に、第一導電塗料を印刷して、８本の延長配線部３２および裏側配線０１ｙ〜０８ｙを形成する。また、第二導電塗料を印刷して、８本の電極本体３１を形成する。このようにして、裏側シート３０に、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙおよび裏側配線０１ｙ〜０８ｙを形成する。

積層工程においては、下から順に、裏側シート３０、誘電層１０、および表側シート２０を積層する。すなわち、裏側シート３０に形成した裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙと、表側シート２０に形成した表側電極０１Ｘ〜０８Ｘと、の間に誘電層１０が介装されるように、裏側シート３０、誘電層１０、および表側シート２０を積層する。

シート融着工程においては、積層された表側シート２０および裏側シート３０の周縁部を、所定の間隔でスポット融着する（図１の融着部１１参照）。最後に、表側配線０１ｘ〜０８ｘを表側コネクタ２３に、裏側配線０１ｙ〜０８ｙを裏側コネクタ３３に接続して、本実施形態の静電容量型センサ１は、製造される。

［静電容量型センサの動き］
次に、本実施形態の静電容量型センサ１の動きについて説明する。静電容量型センサ１においては、静電容量の測定方法として、チャージ電荷方式を採用している。まず、静電容量型センサ１に荷重が加わる前（初期状態）に、演算部４０から表側電極０１Ｘ〜０８Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙに矩形波電圧を印加して、検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８ごとに、静電容量Ｃを算出する。すなわち、検出部Ａ０１０１から検出部Ａ０８０８までを、あたかも走査するように、静電容量Ｃを算出する。続いて、静電容量型センサ１に荷重が加わった後も同様に、検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８ごとに、静電容量Ｃを算出する。荷重が加わった部分の検出部においては、表側電極と裏側電極との距離が小さくなる。これにより、当該検出部の静電容量Ｃは、大きくなる。この静電容量Ｃの変化量ΔＣから、検出部Ａ０１０１〜Ａ０８０８ごとの面圧が算出される。

［作用効果］
次に、本実施形態の静電容量型センサ１の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１によると、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘは、電極本体２１および延長配線部２２を有する。同様に、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙは、電極本体３１および延長配線部３２を有する。これにより、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙを、各々、電極本体２１、３１のみから構成する場合と比較して、電極の長手方向における電気抵抗の増加を抑制することができると共に、電極全体の電気抵抗を小さくすることができる。具体的には、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘの各々において、前端部２４０と後端部２４１との間の電気抵抗は、４００Ωである。裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙの各々において、左端部３４０と右端部３４１との間の電気抵抗は、４００Ωである。このため、検出部の位置による静電容量のばらつきは少ない。したがって、静電容量型センサ１においては、面圧分布の測定精度が高い。

ここで、電極本体２１、３１の導電材は、グラファイト粉末である。静電容量型センサ１によると、比較的安価なグラファイト粉末を用いても、延長配線部２２、３２を積層させることにより、導電性が高く、長手方向における電気抵抗の増加が小さい電極を、実現することができる。なお、電極本体２１、３１の体積抵抗率は、０．１Ω・ｃｍである。電極本体２１、３１の体積抵抗率が比較的小さいため、電極本体２１、３１の幅方向における電気抵抗の増加を、考慮しなくてもよい。したがって、電極本体２１、３１より幅が小さい延長配線部２２、３２を、電極本体２１、３１の長手方向に延びる直線状に一本形成するだけで、電極全体の電気抵抗を小さくすることができる。

延長配線部２２、３２、表側配線０１ｘ〜０８ｘ、表側配線０１ｘ〜０８ｘの材質は同じである。延長配線部２２と表側配線０１ｘ〜０８ｘの各々とは、スクリーン印刷法により、連続して形成される。同様に、延長配線部３２と裏側配線０１ｙ〜０８ｙの各々とは、スクリーン印刷法により、連続して形成される。このように、表側配線０１ｘ〜０８ｘ、裏側配線０１ｙ〜０８ｙを、電極本体２１、３１の長手方向に延長するだけで、延長配線部２２、３２を容易に形成することができる。また、電極本体２１、３１も、スクリーン印刷法により形成されている。スクリーン印刷法によると、電極や配線が、細線、薄膜、大面積であっても、電極や配線を容易に形成することができる。

延長配線部２２、３２の導電材の銀被覆銅粉末は、体積抵抗率が小さいことに加えて、銀粉末と比較して安価である。また、延長配線部２２、３２は、細い直線状を呈する。つまり、延長配線部２２、３２の面積は、電極本体２１、３１の面積よりも小さい。このため、銀被覆粉末の使用量を少なくすることができる。したがって、コストを削減することができ、より安価な電極、ひいては静電容量型センサ１を実現することができる。

電極本体２１、３１は、バインダーとして、ポリエステル樹脂を用いる。ポリエステル樹脂は、エラストマーと比較して、へたりにくく、耐候性および印刷特性に優れる。また、ポリエステル樹脂を用いると、電極本体２１、３１の電気抵抗の経時変化を、小さくすることができる。さらに、ポリエステル樹脂の酸素透過性は、比較的小さい。このため、延長配線部２２、３２の保護効果が高い。すなわち、延長配線部２２は、電極本体２１と表側シート２０との間に挟装される。同様に、延長配線部３２は、電極本体３１と裏側シート３０との間に挟装される。表側シート２０および裏側シート３０は、ＰＥＴ製である。表側シート２０および裏側シート３０の酸素透過性も、比較的小さい。このため、延長配線部２２、３２に含まれる銀被覆銅粉末は、酸化しにくい。したがって、長期間使用しても、延長配線部２２、３２の導電性は、低下しにくい。よって、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙは、耐久性に優れる。

静電容量型センサ１は、誘電層１０を挟んで、電極および配線が印刷された表側シート２０と裏側シート３０とを積層して、製造される。このため、製造が容易である。また、電極を直接印刷しにくいウレタンフォームを、誘電層１０として使用することができる。静電容量型センサ１によると、主に電極間距離（検出部Ａ０１０１〜０８０８の厚さ）の変化に伴う静電容量の変化から、荷重を検出する。したがって、比較的小さな荷重についても検出しやすい。

静電容量型センサ１においては、静電容量の測定を、チャージ電荷方式で行う。上述したように、電極の電気抵抗が小さいため、検出部の位置による電荷チャージ量の変化が小さい。このため、面圧分布の測定精度は高い。

＜第二〜第六実施形態＞
第二〜第六実施形態の静電容量型センサと、第一実施形態の静電容量型センサと、の相違点は、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙにおける延長配線部２２、３２の配置形態である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。なお、第二〜第六実施形態において、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙの構造は、全て同じである。したがって、表側電極０１Ｘについてのみ説明する。

図５に、第二実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図を示す。図５においては、延長配線部にハッチングを施して示す（以下、図６〜図９において同じ）。図５に示すように、表側電極０１Ｘは、電極本体２１と、二本の延長配線部２２ａ、２２ｂと、を有している。延長配線部２２ａ、２２ｂは、各々、電極本体２１の前端部２４０から後端部２４１に伸びる直線状を呈している。延長配線部２２ａ、２２ｂは、電極本体２１の上面に、幅方向（左右方向）に離間して平行に配置されている。延長配線部２２ａ、２２ｂは、表側配線０１ｘと連続して形成されている。本実施形態によると、表側電極０１Ｘ全体の電気抵抗を、より小さくすることができる。

図６に、第三実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図を示す。図６に示すように、延長配線部２２は、幹部２２０と、六本の枝部２２１と、からなる。幹部２２０は、電極本体２１の前端部２４０から後端部２４１に伸びる直線状を呈している。幹部２２０は、電極本体２１の上面左側に配置されている。六本の枝部２２１は、各々、幹部２２０から右方に分岐して配置されている。六本の枝部２２１は、各々、前後方向に等間隔に離間して、互いに略平行になるように、配置されている。延長配線部２２は、表側配線０１ｘと連続して形成されている。本実施形態によると、表側電極０１Ｘ全体の電気抵抗を、より小さくすることができる。

図７に、第四実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図を示す。図７に示すように、延長配線部２２は、幹部２２０と、六本の枝部２２１と、からなる。幹部２２０は、電極本体２１の前端部２４０から後端部２４１に伸びる直線状を呈している。幹部２２０は、電極本体２１の上面における幅方向中央に配置されている。六本の枝部２２１は、各々、幹部２２０から左右両方に分岐して配置されている。六本の枝部２２１は、各々、前後方向に等間隔に離間して、互いに略平行になるように、配置されている。延長配線部２２は、表側配線０１ｘと連続して形成されている。本実施形態によると、表側電極０１Ｘ全体の電気抵抗を、より小さくすることができる。

図８に、第五実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図を示す。図８に示すように、延長配線部２２は、電極本体２１の前端部２４０から後端部２４１に向かって進む矩形波状を呈している。本実施形態によると、表側電極０１Ｘ全体の電気抵抗を、より小さくすることができる。

図９に、第六実施形態の静電容量型センサにおける表側電極０１Ｘの上面図を示す。図９に示すように、延長配線部２２は、枠状を呈している。延長配線部２２は、電極本体２１の周縁部に沿って配置されている。本実施形態によると、表側電極０１Ｘ全体の電気抵抗を、より小さくすることができる。

＜その他＞
以上、本発明の静電容量型センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

電極本体および延長配線部（電極）、配線を構成するバインダーの種類は、特に限定されない。バインダーは、樹脂およびエラストマーの中から適宜選択すればよい。上記実施形態においては、バインダーを全てポリエステル樹脂にしたが、部材ごとに異なるバインダーを使用してもよい。樹脂としては、ポリエステル樹脂の他、エポキシ樹脂、変性ポリエステル樹脂（ウレタン変性ポリエステル樹脂、エポキシ変性ポリエステル樹脂、アクリル変性ポリエステル樹脂等）、ポリエーテルウレタン樹脂、ポリカーボネートウレタン樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ニトロセルロース、変性セルロース類（セルロース・アセテート・ブチレート（ＣＡＢ）、セルロース・アセテート・プロピオネート（ＣＡＰ）等）が挙げられる。エラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム等が挙げられる。

また、導電材の種類も、特に限定されない。導電材は、カーボンブラックやグラファイト粉末等の導電性炭素粉末、銀、銅等の金属粉末の中から、電極、配線の導電性、コスト等を考慮して、適宜選択すればよい。なお、電極および配線には、バインダーおよび導電材に加えて、各種添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、例えば、硬化剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤、分散剤、カップリング剤、レベリング剤、消泡剤等が挙げられる。

電極本体の体積抵抗率は、特に限定されない。但し、電気抵抗を小さくするという観点から、１×１０^１Ω・ｃｍ以下であることが望ましい。延長配線部の体積抵抗率は、電極本体の体積抵抗率よりも小さければよく、例えば１×１０^−３Ω・ｃｍ以下であることが望ましい。また、上記実施形態においては、幅１０ｍｍの電極において、上流端部と下流端部との間の電気抵抗を、４００Ωとした。電極の上流端部と下流端部との間の好適な電気抵抗は、電極幅に応じて適宜決定すればよい。例えば、電極幅が１０ｍｍ以上の場合には、電極の上流端部と下流端部との間の電気抵抗を、３０００Ω以下にすることが望ましい。

延長配線部の配置形態は、電極の長手方向の電気抵抗の増加を抑制できれば、特に限定されない。すなわち、延長配線部は、電極本体単体よりも、電極の上流端部と下流端部との間の電気抵抗が小さくなるように、配置すればよい。例えば、電極本体の表面全体を被覆するように配置してもよい。しかし、コストを低減するという観点から、延長配線部の面積は、電極本体の面積よりも小さい方が望ましい。延長配線部の配置形態としては、上記実施形態の他、曲線状、蛇行状、ジグザグ状等であってもよい。また、上記実施形態の静電容量型センサにおいて、表側電極と裏側電極とで異なる配置形態を採用してもよい。

電極本体の形状は、長尺状であれば特に限定されない。電極本体の幅は、長手方向に一定でなくてもよい。例えば、長手方向の所定の部分の幅が広くなっていても、反対に所定の部分の幅が狭くなっていてもよい。また、電極本体の側部は直線状でも、曲線状でもよい。また、電極の数、隣接する電極同士の間隔等は、上記実施形態に限定されない。

上記実施形態においては、延長配線部と配線とを、同じ導電材料から連続して形成した。しかし、延長配線部と配線とを、異なる導電材料から別々に形成してもよい。電極および配線は、スクリーン印刷の他、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、パッド印刷、リソグラフィー等により形成してもよい。あるいは、ディップ法、スプレー法、バーコート法等により形成してもよい。

静電容量の測定方法は、チャージ電荷方式に限定されない。例えば、インピーダンス方式を採用してもよい。

誘電層としては、エラストマーまたは樹脂を用いればよい。例えば、静電容量を大きくするという観点では、比誘電率が高いものが望ましい。具体的には、常温における比誘電率が３以上、さらには５以上のものが望ましい。例えば、エステル基、カルボキシル基、水酸基、ハロゲン基、アミド基、スルホン基、ウレタン基、ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマー、あるいは、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーが好適である。エラストマーは架橋されていても、されていなくてもよい。また、誘電層に使用するエラストマーまたは樹脂のヤング率を調整することにより、静電容量型センサの検出感度や検出レンジを調整することができる。例えば、小さな荷重を検出する場合には、ヤング率が小さい発泡体を用いるとよい。

好適なエラストマーとしては、例えばシリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム等が挙げられる。また、好適な樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン(架橋発泡ポリスチレンを含む)、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。ポリプロピレンとしては、ポリエチレン（ＰＥ）および／またはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）により変性したポリプロピレン(変性ＰＰ)を用いてもよい。また、これらの樹脂の二種以上を含むポリマーアロイまたはポリマーブレンドを用いてもよい。

表側シート、裏側シートの材質は、特に限定されない。上記実施形態におけるＰＥＴの他、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等からなる屈曲性を有する樹脂フィルムを用いることができる。また、表側シート、裏側シートではなく、誘電層の表裏両面に、直接、電極および配線を形成してもよい。この場合は、表出する電極、配線を被覆するように、誘電層を挟んで絶縁性のカバーシートを配置することが望ましい。

１：静電容量型センサ、１０：誘電層、１１：融着部。
２０：表側シート、２１：電極本体、２２、２２ａ、２２ｂ：延長配線部、２３：表側コネクタ、２２０：幹部、２２１：枝部、２４０：前端部、２４１：後端部。
３０：裏側シート、３１：電極本体、３２：延長配線部、３３：裏側コネクタ、３４０：左端部、３４１：右端部。
４０：演算部。
０１Ｘ〜０８Ｘ：表側電極、０１Ｙ〜０８Ｙ：裏側電極、０１ｘ〜０８ｘ：表側配線、０１ｙ〜０８ｙ：裏側配線、Ａ０１０１〜Ａ０８０８：検出部。

Claims (10)

1. ポリマー製の誘電層と、
   該誘電層の表側に配置される長尺状の表側電極と、
   該誘電層の裏側に配置される長尺状の裏側電極と、
   該表側電極に接続される表側配線と、
   該裏側電極に接続される裏側配線と、
   表裏方向に対向する該表側電極と該裏側電極との間に形成される複数の検出部と、
   を備え、該検出部の静電容量の変化から面圧分布を検出可能な静電容量型センサであって、
   該表側電極および該裏側電極は、各々、バインダーおよび導電材を含む長尺状の電極本体と、該電極本体の長手方向に延在し、該電極本体よりも体積抵抗率が小さい延長配線部と、を有し、
   該表側配線および該裏側配線は、該電極本体よりも体積抵抗率が小さいことを特徴とする静電容量型センサ。
2. 前記表側電極の前記延長配線部と前記表側配線とは同じ材料から連続して形成され、
   前記裏側電極の該延長配線部と前記裏側配線とは同じ材料から連続して形成される請求項１に記載の静電容量型センサ。
3. 前記電極本体の前記バインダーは樹脂である請求項１または請求項２に記載の静電容量型センサ。
4. 前記電極本体の体積抵抗率は、１×１０^１Ω・ｃｍ以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静電容量型センサ。
5. 前記延長配線部は、バインダーおよび金属粉末を含む請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電容量型センサ。
6. 前記表側電極および前記裏側電極の各々において、前記表側配線または前記裏側配線が接続される上流端部と、長手方向末端の下流端部と、の間の電気抵抗は、３０００Ω以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静電容量型センサ。
7. 前記延長配線部の面積は、前記電極本体の面積よりも小さい請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の静電容量型センサ。
8. 前記電極本体および前記延長配線部は、いずれも印刷法で形成される請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の静電容量型センサ。
9. 前記誘電層を挟んで配置される一対の表側シートおよび裏側シートを備え、
   前記表側電極は、該表側シートの該誘電層に接触する裏面に形成され、該表側電極の前記延長配線部は、前記電極本体と該表側シートとの間に挟装され、
   前記裏側電極は、該裏側シートの該誘電層に接触する表面に形成され、該裏側電極の該延長配線部は、該電極本体と該裏側シートとの間に挟装される請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の静電容量型センサ。
10. 前記静電容量の測定は、チャージ電荷方式またはインピーダンス方式で行われる請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の静電容量型センサ。

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