JP2020112496A - ディフォーマブルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】多様な用途に使用することができる新たなディフォーマブルセンサの提供。【解決手段】厚み方向又は平面方向で変形可能なシート状のゴム状弾性体でなる柔軟基板２を備える。柔軟基板２には、柔軟基板２とともに変形可能な抵抗体膜６と、抵抗体膜６の第１の接続端６ａに繋がり柔軟基板２とともに変形可能な第1の伸縮配線７ａと、抵抗体膜６の第２の接続端６ｂに繋がり柔軟基板２とともに変形可能な第２の伸縮配線７ｂとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、外力の作用による変形を検出するディフォーマブルセンサに関する。

入力を検知するセンサが様々な装置に設けられている。例えば特許第５８５４１４３号公報に開示されている押圧力センサが知られている。この従来の押圧力センサは、フィルムと、フィルムの一面に形成される押圧力検出用の抵抗体膜と、フィルムを支持する支持体とを備えている。

フィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド等を素材とする樹脂フィルムが用いられる。支持体には、押圧を受けたフィルムが変位することのできる凹部又は孔が設けられている。抵抗体膜は、その凹部又は孔の上に架け渡して配置されている。その抵抗体膜に、外部から押圧力が加えられる。そして、押圧力センサは、抵抗体膜が凹部又は孔に向けて変位したときの歪みに応じて、抵抗体膜の抵抗値が変化することで、押圧力を検出する。

特許第５８５４１４３号公報

前述の従来技術による押圧力センサは、抵抗体膜ごとに支持体の凹部又は孔の範囲で変位する。したがって従来技術の押圧力センサでは、凹部又は孔の外部が無ければ抵抗体膜に加わる押圧力を検出できない。そのためこの押圧力センサでは、支持体が無ければ使用することができず、用途が限られてしまう。

以上のような従来技術を背景になされたのが本発明である。その目的は、多様な用途に使用することができる新たなディフォーマブルセンサを提供することにある。

上記目的を達成すべく本発明は、以下の特徴を有するものとして構成される。

本発明は、変形可能な基板と、前記基板に設けた検知部とを備えるディフォーマブルセンサについて、前記基板は、厚み方向又は平面方向で変形可能なシート状のゴム状弾性体でなる柔軟基板であり、前記検知部は、前記柔軟基板に設けられ前記柔軟基板とともに変形可能な抵抗体膜と、前記抵抗体膜の第１の接続端に繋がり前記柔軟基板とともに変形可能な第1の伸縮配線と、前記抵抗体膜の第２の接続端に繋がり前記柔軟基板とともに変形可能な第２の伸縮配線とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、シート状のゴム状弾性体でなる柔軟基板が変形すると、それにとともに抵抗体膜も変形する。この抵抗体膜の変形によって、柔軟基板の変形を検知することができる。柔軟基板が変形すると、抵抗体膜だけでなく、第１の伸縮配線と第２の伸縮配線も変形できる。したがって、第１の伸縮配線と第２の伸縮配線は断線することなく、抵抗体膜との導通接続を維持することができる。柔軟基板は、厚み方向、平面方向（シート面方向）又は厚み方向と平面方向が複合する三次元方向に変形可能である。したがって、本発明によれば、柔軟基板の一部又は全部を変形させる多様な外力を検知することができる。ここで、柔軟基板の変形は、それにより柔軟基板が変位するものでも、変位しないものでもの何れとしても構成することができる。

本発明は、柔軟基板がシート状のゴム状弾性体でなる。したがって、厚みを薄く形成することができ、薄型のディフォーマブルセンサとして構成することができる。

前記柔軟基板は、前記厚み方向で押圧変形可能な厚みを有するように構成できる。

本発明によれば、柔軟基板を厚み方向で凹ませることで、抵抗体膜を変形させることができる。したがって本発明によれば、外力の作用による柔軟基板の凹みを検出することができる。

前記柔軟基板は、前記厚み方向で伸縮可能な柔軟性を有するように構成できる。

本発明によれば、柔軟基板を厚み方向で伸ばすことで、抵抗体膜を変形させることができる。したがって本発明によれば、外力の作用による柔軟基板の厚み方向での変形を検出することができる。また、変形した柔軟基板が復帰することを検出することができる。

前記柔軟基板は、前記平面方向で伸縮変形可能な柔軟性を有するように構成できる。

本発明によれば、柔軟基板を平面方向で伸ばすことで、抵抗体膜を変形させることができる。したがって本発明によれば、外力の作用による柔軟基板の伸びを検出することができる。また、柔軟基板が伸びから復帰することを検出することができる。そして、柔軟基板が、前記厚み方向及び平面方向で伸縮変形することで、柔軟基板の三次元変形を検出することができる。

前記検知部は、複数の前記抵抗体膜を有するように構成できる。

本発明によれば、各抵抗体膜の変形を検出することで、柔軟基板の全体の変形や、柔軟基板の局所的な変形を検出することができる。また、変形した複数の抵抗体膜の変形量を比較することで、柔軟基板における部分的な変形量の違いを検出することができる。

前記検知部は、複数の前記抵抗体膜を有し、前記第１の伸縮配線は、第１の抵抗体膜群に含むすべての前記第１の接続端に繋がる第１の共通ラインを有し、前記第２の伸縮配線は、前記第１の抵抗体膜群に含む前記第２の接続端にそれぞれ繋がる個別ラインを有するように構成できる。

本発明によれば、検知部が複数の抵抗体膜を有するため、柔軟基板における変形位置を検出することができる。本発明によれば、各抵抗体膜で検出される抵抗値の相違に応じて、柔軟基板における変形量の分布を検出することができる。本発明によれば、第１の伸縮配線が第１の共通ラインとして形成されているので、配線構造を簡素化して、センサ全体を小型化できる。

前記検知部は、複数の前記抵抗体膜を含む複数の抵抗体膜群を有し、前記第１の伸縮配線は、第１の抵抗体膜群に含むすべての前記第１の接続端に繋がる第１の共通ラインと、第２の抵抗体膜群に含むすべての前記第１の接続端に繋がる第２の共通ラインとを有し、前記第２の伸縮配線は、第３の抵抗体膜群に含むすべての前記第２の接続端に繋がる第３の共通ラインと、第４の抵抗体膜群に含むすべての前記第２の接続端に繋がる第４の共通ラインとを有し、前記第３の抵抗体膜群は、前記第１の抵抗体膜群に含む第１の抵抗体膜及び前記第２の抵抗体膜群に含む第２の抵抗体膜を含み、前記第４の抵抗体膜群は、前記第１の抵抗体膜群に含む第３の抵抗体膜及び前記第２の抵抗体膜群に含む前記第４の抵抗体膜を含むように構成できる。

本発明によれば、検知部が複数の抵抗体膜群を有するため、柔軟基板における広い領域で変形位置を検出することができる。本発明によれば、各抵抗体膜で検出される抵抗値の相違に応じて、柔軟基板における広い領域で変形量の分布を検出することができる。本発明によれば、第１の伸縮配線が第１の共通ライン及び第２の共通ラインとして形成されており、第２の伸縮配線が第３の共通ライン及び第４の共通ラインとして形成されているので、配線構造を簡素化して、センサ全体を小型化できる。前記本発明は、５つ以上の抵抗体膜群を設け、第１の伸縮配線と第２の伸縮配線がそれぞれ３つ以上の共通ラインを有するものとして構成することもできる。これによれば、柔軟基板のさらに広い領域で、柔軟基板の変形を検出することができる。また、柔軟基板を大型化することができる。

前記検知部は、複数の前記抵抗体膜を行列形態で配置しており、前記第１の伸縮配線は、列方向に伸長して複数の前記抵抗体膜の第１の接続端に繋がる複数の第１の共通ラインを有し、前記第１の共通ラインは行ごとにそれぞれ形成されており、前記第２の伸縮配線は、行方向に伸長して複数の前記抵抗体膜の第２の接続端に繋がる第２の共通ラインを有し、前記第２の共通ラインは列ごとにそれぞれ形成されているように構成できる。

本発明によれば、複数の抵抗体膜が行列形態で配置されているので、柔軟基板における変形位置を行列座標として検出することができる。本発明によれば、各抵抗体膜で検出される抵抗値の相違に応じて、柔軟基板における変形量の分布を行列座標として検出することができる。本発明によれば、第１の伸縮配線が第１の共通ラインとして形成されており、第２の伸縮配線が第２の共通ラインとして形成されているので、配線構造を簡素化して、センサ全体を小型化できる。

前記本発明は、さらに前記柔軟基板の一方面に配置する弾性を有するシート状の支持部材を有するように構成できる。

本発明によれば、シート状の支持部材によって柔軟基板を撓みなく配置できる。また、弾性を有する支持部材は、柔軟基板の変形を吸収することができるので、従来技術の押圧力センサのように凹部又は孔が無くても使用することができる。したがって、本発明によれば、抵抗体膜の部分が凹部や孔に向けて撓んでしまうことで外観上判別できてしまうような外観上の不具合がない。

前記本発明は、前記柔軟基板を撓み無く支持する支持部材を有するように構成できる。

本発明によれば、支持部材が柔軟基板を撓み無く支持することで、外力の作用による柔軟部材の変形を正確に検出することができる。

また、本発明は、前記何れかの本発明によるディフォーマブルセンサを使用する変形検出方法を提供する。即ち、本発明の形状検出方法は、前記何れかの本発明によるディフォーマブルセンサの前記柔軟基板を撓み無く支持した状態としてから、測定対象物の表面に被せることで前記柔軟基板を変形させて、前記抵抗体膜の抵抗値変化を検出することを特徴とする。

また、他の本発明の形状検出方法は、前記何れかの本発明によるディフォーマブルセンサの前記柔軟基板を測定対象物の表面形状に沿って配置し、測定対象物が変形することで柔軟基板を変形させて、前記抵抗体膜の抵抗値の変化を検出することを特徴とする。これらの本発明によれば、測定対象物の立体形状又は立体形状の変化を、ディフォーマブルセンサで容易に検出することができる。

本発明によれば、柔軟基板の変形とともに抵抗体膜と第１の伸縮配線と第２の伸縮配線も変形可能であるため、抵抗体膜の変形だけでなく柔軟基板の変形を検出することができる。

第１実施形態によるディフォーマブルセンサの平面図。 図１のディフォーマブルセンサの正面図。 図１の部分ＩＩＩの動作説明図。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面による動作説明図。 図１のディフォーマブルセンサの製造工程を示す説明図。 図１のディフォーマブルセンサに設ける支持部材の例を示す説明図。 第１の変形例によるディフォーマブルセンサの平面図。 第２の変形例によるディフォーマブルセンサの平面図。 変形例によるディフォーマブルセンサの製造工程を示す説明図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、図１で示すディフォーマブルセンサ（変形可能センサ）１の幅方向（左右方向）をＸ方向、長さ方向（前後方向）をＹ方向、図２で示す厚み方向（高さ方向）をＺ方向として説明する。しかしこうした方向の特定は、それについて特段の説明をする場合を除き、本発明のディフォーマブルセンサの構造、使用方法、使用姿勢を限定するものではない。また、本明細書、特許請求の範囲に記載されている「第１」「第２」「第３」「第４」という用語は、発明の異なる構成要素を区別するために用いるものであり、特定の順序や優劣を示すために用いるものではない。

ディフォーマブルセンサ１の構成の説明

ディフォーマブルセンサ１は、柔軟基板２と、保護シート３とを備える。ディフォーマブルセンサ１は、柔軟基板２に設けた後述の外部接続部５が、電気機器に備える図示しない制御ＩＣ等の制御装置に接続されている。制御装置は、ディフォーマブルセンサ１で発生した複数の抵抗体膜６の変形を電気信号として検出する。それによってディフォーマブルセンサ１の形状の変化を検出する。また、制御装置は、抵抗体膜６の変形を抵抗値の変化として検出する。これにより制御装置では、柔軟基板２の変形の位置（変形座標）と量（変形量）を検出することができる。なお、ディフォーマブルセンサ１は、以下の説明では単に「センサ１」と称する。

センサ１の柔軟基板２は、検知部４と外部接続部５とを有する。検知部４は、複数の抵抗体膜６と複数の伸縮配線７とを有する。複数の抵抗体膜６は、行列形態で配置されており、ＸＹ座標を形成している。複数の伸縮配線７は、行列形態で配線された複数の第１の伸縮配線７ａと複数の第２の伸縮配線７ｂとを有する。第１の伸縮配線７ａと第２の伸縮配線７ｂは、それぞれ第１の外部接続部５ａと第２の外部接続部５ｂに接続されている。センサ１の保護シート３は、柔軟基板２に接触した状態で積層されており、図示しない接着剤等の固着手段により固着されている。なお、本実施形態の柔軟基板２と保護シート３は、図１で示すように、いずれも透明なゴム状弾性体で形成されている。また、抵抗体膜６は、識別が容易となるように、全図で網掛けを付して示している。以下、それぞれの構成要素の詳細を説明する。

柔軟基板２と保護シート３は、シート状のゴム状弾性体で構成されており、その厚み方向（Ｚ方向）及び平面方向（Ｘ方向及びＹ方向）で変形することができる。即ち、柔軟基板２と保護シート３は、保護シート３の上面３ａをＺ方向の下向きに押圧することで、押圧箇所が下向きに突出するように弾性変形し、押圧を解除することで図２に示す平坦形状（非変形形状）に復帰する。複数の押圧箇所が押圧された場合には、押圧箇所ごとに下向きに突出するように変形することができる。また、柔軟基板２と保護シート３は、柔軟基板２の底面２ｂに対してＺ方向の上向きの押圧力を加えることで、押圧箇所が上向きに突出するように弾性変形し、押圧力を解除することで図２に示す平坦形状（非変形形状）に復帰する。

さらに、柔軟基板２と保護シート３は、平面方向（Ｘ方向、Ｙ方向又はＸ−Ｙの複合方向）に伸縮変形することができる。即ち、柔軟基板２と保護シート３は、例えば図１で示す左端を固定して右端を右方向に引っ張る張力を加えることで、柔軟基板２と保護シート３の全体が右方向に伸びるように弾性変形し、張力を解除することで図２に示す形状（非変形形状）に復帰する。以上のような柔軟基板２と保護シート３とが連動する弾性変形は、厚み方向（Ｚ方向）、平面方向（Ｘ方向及びＹ方向）を複合した方向とすることもできる。したがって、センサ１は、伸縮、曲げ、圧縮、捩り等の物理的な形状変化を検出することが可能である。

柔軟基板２は、本実施形態では四角形状のシート状のゴム状弾性体で構成されている。柔軟基板２を形成するゴム状弾性体としては、反発弾性の高い熱硬化性ゴム又は熱可塑性エラストマーを用いることができる。熱硬化性ゴムは、例えば、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴムなどを挙げることができる。このなかでも圧縮永久歪が小さく、繰り返し圧縮に耐えられ、温度特性が良いシリコーンゴムが好ましい。熱可塑性エラストマーは、例えば、スチレン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、ブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン−酢酸ビニル系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマーなどを挙げることができる。これらの中でも低硬度、低圧縮永久歪みであり、耐薬品性、耐候性及び耐久性に優れたシリコーンゴムを用いることが好ましい。こうしたゴム状弾性体の硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３：２０１２ タイプＡデュロメータにより測定した硬度で３０〜７０が好ましい。硬度が３０より小さいと、柔軟基板２の変形に対する耐久性が劣るおそれがあり、硬度が７０を超えると、柔軟基板２が変形する際の伸長負荷が大きくなってしまう。

柔軟基板２の厚みは、１０μｍ〜１０００μｍとすることができる。厚みが１０μｍより薄いと、柔軟基板２の変形に対する耐久性が劣るおそれがあり、１０００μｍより厚いと、センサ１としての厚みが大きくなってしまい、電気機器の部品に組み込むことが困難となる。繰り返しの変形に対する耐久性を有しており、また電気機器に組み込むのに適した厚みとしては、２０μｍ〜４００μｍとすることができる。

保護シート３は、本実施形態では柔軟基板２と同一形状の四角形状のシート状のゴム状弾性体で構成されている。保護シート３として使用するゴム状弾性体の材質、厚み及び硬度は、柔軟基板２の説明と同一である。

複数の抵抗体膜６は、５行５列の行列形態で柔軟基板２に形成されている。各行に属する５つの抵抗体膜６_１１〜６_１５、６_２１〜６_２５、６_３１〜６_３５、６_４１〜６_４５、６_５１〜６_５５は、それぞれ列方向（Ｘ方向）に伸長しており、行方向（Ｙ方向）に並列に配置した第１の伸縮配線７ａ（７ａ１〜７ａ５）に繋がっている。各行に属する５つの抵抗体膜６_１１〜６_１５、６_２１〜６_２５、６_３１〜６_３５、６_４１〜６_４５、６_５１〜６_５５は、それぞれ抵抗体膜群６_１１〜６_１５、６_２１〜６_２５、６_３１〜６_３５、６_４１〜６_４５、６_５１〜６_５５を構成している。

各列に属する５つの抵抗体膜６_１１〜６_５１、６_１２〜６_５２、６_１３〜６_５３、６_１４〜６_５４、６_１５〜６_５５は、それぞれ行方向（Ｙ方向）に伸長しており、列方向（Ｘ方向）に並列に配置した第２の伸縮配線７ｂ（７ｂ１〜７ｂ５）に繋がっている。各列に属する５つの抵抗体膜６_１１〜６_５１、６_１２〜６_５２、６_１３〜６_５３、６_１４〜６_５４、６_１５〜６_５５は、それぞれ抵抗体膜群６_１１〜６_５１、６_１２〜６_５２、６_１３〜６_５３、６_１４〜６_５４、６_１５〜６_５５を構成している。

抵抗体膜６は、それぞれ柔軟基板２の変形とともに形状を変えることができる電極（ディフォーマブル電極）として形成されている。したがって、抵抗体膜６は、柔軟基板２と保護シート３の変形に合わせてＸ−Ｙ−Ｚ方向に変形することができる。

抵抗体膜６には、図３で示すように、第１の伸縮配線７ａに接続する第１の接続端６ａと第２の伸縮配線７ｂに接続する第２の接続端６ｂとを有する。第１の伸縮配線７ａ及び第２の伸縮配線７ｂには、直線でなる本線からそれぞれ第１の接続端６ａ及び第２の接続端６ｂに分岐する分岐線を有している。

抵抗体膜６は、熱硬化性ゴム又は熱可塑性エラストマーに、銀フィラー、カーボンフィラーなどの導電性フィラーを分散させた導電インクの硬化体である柔軟導電性樹脂によって形成されている。抵抗体膜６を形成する熱硬化性ゴム又は熱可塑性エラストマーは、前述した柔軟基板２を形成するゴム状弾性体と同様の材質、硬度のものを用いることができる。例えば、柔軟基板２として熱硬化性ゴム又は熱可塑性エラストマーを用いたときは、同種の樹脂に銀フィラー又はカーボンフィラーを分散させた柔軟導電性樹脂を用いて抵抗体膜６を形成するのが好ましい。柔軟基板２と抵抗体膜６との固着性が高まるからである。本実施形態の抵抗体膜６は、液状シリコーンゴムに、炭素繊維粉末等の導電性カーボンフィラーを分散させた導電性インクを、柔軟基板２の上面２ａに印刷することで形成している。したがって抵抗体膜６は印刷層である。抵抗体膜６は、第１の伸縮配線７ａと第２の伸縮配線７ｂに比べて抵抗値が大きく、また伸長した時の抵抗値の変化も大きいという性質を有する。抵抗体膜６がそうした性質を有する理由は、柔軟基板２の変形を明瞭な抵抗値の変化で確実に検出できるようにするためである。この観点から前記導電性フィラーとしてはカーボンフィラーを用いることが好ましい。

伸縮配線７は、行列形態に配置されている。５本の第１の伸縮配線７ａ１〜７ａ５は、それぞれ、５つの抵抗体膜群６_１１〜６_１５、６_２１〜６_２５、６_３１〜６_３５、６_４１〜６_４５、６_５１〜６_５５に含まれる抵抗体膜６の第１の接続端６ａに繋がる「共通ライン（第１の共通ライン、第２の共通ライン）」として形成されている。そして、５つの抵抗体膜群６_１１〜６_１５、６_２１〜６_２５、６_３１〜６_３５、６_４１〜６_４５、６_５１〜６_５５の何れかは、本発明の「第１の抵抗体膜群」と「第２の抵抗体膜群」とを構成している。

また、５本の第２の伸縮配線７ｂ１〜７ｂ５は、それぞれ、５つの各抵抗体膜群６_１１〜６_５１、６_１２〜６_５２、６_１３〜６_５３、６_１４〜６_５４、６_１５〜６_５５に含まれる抵抗体膜６の第２の接続端６ｂに繋がる「共通ライン（第３の共通ライン、第４の共通ライン）」として形成されている。そして、５つの抵抗体膜群６_１１〜６_５１、６_１２〜６_５２、６_１３〜６_５３、６_１４〜６_５４、６_１５〜６_５５の何れかは、本発明の「第３の抵抗体膜群」と「第４の抵抗体膜群」とを構成している。

ここで例えば、第１の抵抗体膜群６_１１〜６_１５の抵抗体膜６_１１を「第１の抵抗体膜」とし、第２の抵抗体膜群６_２１〜６_２５の抵抗体膜６_２１を「第２の抵抗体膜」とした場合、第３の抵抗体膜群６_１１〜６_５１には、第１の抵抗体膜６_１１と第２の抵抗体膜６_２１を含む。また、第４の抵抗体膜群６_１２〜６_５２には、第３の抵抗体膜６_１２と第４の抵抗体膜６_２２が含まれることになる。このように検知部４が、複数行複数列に抵抗体膜６を配置した行列形態となる場合でも、第１の伸縮配線７ａ１、７ａ２が第１の共通ライン及び第２の共通ラインとして形成されており、第２の伸縮配線７ｂ１、７ｂ２が第３の共通ライン及び第４の共通ラインとして形成されているので、配線構造を簡素化して、センサ１の全体を小型化できる。なお、第１の伸縮配線７ａ３〜７ａ５、第２の伸縮配線７ｂ３〜７ｂ５も同様に、共通ラインとして形成されているので、配線構造の簡素化によりセンサ１の全体の小型化に貢献している。

第１の伸縮配線７ａと第２の伸縮配線７ｂは、行列形態で配置されており、互いに交差している。その交差点には、第１の伸縮配線７ａと第２の伸縮配線７ｂとを、センサ１の厚み方向（Ｚ方向）で電気的に絶縁する絶縁部８が形成されている。図１では絶縁部８を黒色の四角形状で示している。絶縁部８は、絶縁性インクが硬化した印刷層として形成されている。各伸縮配線７における第１の外部接続部５ａ及び第２の外部接続部５ｂと反対側の端部には、図１等で白抜きの四角形状で示す端末部が形成されている。

伸縮配線７は、熱硬化性ゴム又は熱可塑性エラストマーに、銀フィラー、カーボンフィラーなどの導電性フィラーを分散させた導電インクの硬化体である柔軟導電性樹脂によって形成されている。伸縮配線７を形成する熱硬化性ゴム又は熱可塑性エラストマーは、前述した柔軟基板２を形成するゴム状弾性体と同様の材質、硬度のものを用いることができる。例えば、柔軟基板２および抵抗体膜６として熱硬化性ゴム又は熱可塑性エラストマーを用いたときは、同種の樹脂に銀フィラー又はカーボンフィラーを分散させた柔軟導電性樹脂を用いて伸縮配線７を形成するのが好ましい。柔軟基板２と抵抗体膜６との固着性が高まるからである。本実施形態の伸縮配線７は、液状シリコーンゴムに、炭素繊維粉末等の導電性カーボンフィラーを分散させた導電性インクを、柔軟基板２の上面２ａに印刷することで形成している。したがって伸縮配線７は印刷層である。伸縮配線７は、抵抗体膜６に比べて抵抗値が小さく、また伸長した時の抵抗値の変化（絶対値）も小さいという性質を有する。伸縮配線７がそうした性質を有する理由は、柔軟基板２の変形を抵抗体膜６での抵抗値の変化で確実に検出できるようにするためである。この観点から前記導電性フィラーとしては銀フィラーを用いることが好ましい。

外部接続部５は、第１の伸縮配線７ａに対応する第１の外部接続部５ａと、第２の伸縮配線７ｂに対応する第２の外部接続部５ｂとを有する。外部接続部５は、例えばＦＰＣ（Flexible printed circuits）のような平型導体にて形成されており、制御ＩＣのような制御装置に繋がる電気コネクタと導通接続される。

センサ１の製造方法

センサ１を製造するには、図５Ａで示すように、柔軟基板２の上面２ａに導電インクにより第１の伸縮配線７ａ１〜７ａ５を印刷して形成する。次に、図５Ｂで示すように、柔軟基板２の上面２ａに導電インクにより抵抗体膜６_１１〜６_５５を印刷して形成する。そして、図５Ｃで示すように、第１の伸縮配線７ａ１〜７ａ５における第２の伸縮配線７ｂ１〜７ｂ５との交差点となる部分に、絶縁インクによる絶縁部８を印刷して形成する。その後、柔軟基板２の上面２ａに導電インクにより第２の伸縮配線７ｂ１〜７ｂ５を印刷して形成する。そして、第１の外部接続部５ａと第２の外部接続部５ｂとを取付けてから、保護シート３を柔軟基板２の上面２ａに積層して固定する。センサ１は、以上の工程を経て製造することができる。

この製造方法では、柔軟基板２に第１の伸縮配線７ａ、抵抗体膜６、絶縁部８、第２の伸縮配線７ｂを一括して形成する。このため、例えばそれらの回路要素の一部を保護シート３に分けて設けて、柔軟基板２と保護シート３とを貼り合わせてセンサ１を構成する場合と比較して、それらの回路要素の配置の位置決めを正確に行うことができる。したがって、抵抗体膜６の大きさが小さく、伸縮配線７の線幅が細いようなセンサ１を、歩留まり良く高品質で製造することができる。

センサ１の動作説明

次に、センサ１の動作について説明する。センサ１は、前述のように柔軟基板２、保護シート３、抵抗体膜６及び伸縮配線７のすべてが、外力の作用により変形することができる。センサ１は、そのような外力の作用による変形を各抵抗体膜６の抵抗値の変化により検出する。また、センサ１は、複数の抵抗体膜６が行列形態で配置されていることから、柔軟基板２における広い領域で変形を検出することができる。

センサ１は、幅方向（Ｘ方向）に長さＬ１だけ伸ばされると、図３で例示するように、柔軟基板２とともに抵抗体膜６_１３も幅方向に伸びるように変形する。すると抵抗体膜６_１３の第１の接続端６ａに繋がる第１の伸縮配線７ａ１と第２の伸縮配線７ｂ３との間で検出される抵抗値が上昇する。

また、センサ１は、長さ方向（Ｙ方向）に長さＬ２だけ伸ばされると、図３で例示するように、柔軟基板２とともに抵抗体膜６_１３も長さ方向に伸びるように変形する。すると抵抗体膜６_１３の第１の接続端６ａに繋がる第１の伸縮配線７ａ１と第２の伸縮配線７ｂ３との間で検出される抵抗値が上昇する。

以上のように、センサ１の抵抗体膜６で検出される変形が大きくなればなるほど、抵抗値は大きくなる。その抵抗値の大きさによって、センサ１に発生した変形量を測定することができる。また、センサ１には複数の抵抗体膜６_１１〜６_５５が配置されている。したがって、各抵抗体膜６_１１〜６_５５で検出される抵抗値の変化によって、センサ１の変形位置を検出することができる。したがって、センサ１によれば、変形座標と変形量を検出することができる。

抵抗体膜６の変形は、前述のような幅方向（Ｘ方向）と長さ方向（Ｙ方向）だけでなく、図４で示すように、厚み方向（Ｚ方向）でも検出することができる。図４Ａは、センサ１が変形していないときの抵抗体膜６_１３を示す断面図である。

図４Ｂは、図４Ａの状態から、Ｚ方向で下向きに外力（例えば押圧力）が作用して、保護シート３と抵抗体膜６_１３と柔軟基板２が圧縮変形する第１の例を示している。このようにセンサ１が変形した場合にも、抵抗体膜６_１３で抵抗値の変化を検出することができる。そして、図４Ｂでは、柔軟基板２の底面２ｂは下方に膨出するように弾性変形していない。即ち、柔軟基板２の厚みの範囲内で抵抗体膜６_１３が変形しており、センサ１は下方に変位（移動）していない。第１の例によるセンサ１の変形のパターンは、例えば、柔軟基板２を取付対象物に設置した場合に得ることができる。

図４Ｃは、図４Ａの状態から、Ｚ方向で下向きに外力（例えば押圧力）が作用して、保護シート３と抵抗体膜６_１３と柔軟基板２が圧縮変形する第２の例を示している。この第２の例では、柔軟基板２の底面２ｂが下方に膨出するように弾性変形している。即ち、センサ１が下方に変位（移動）している。このようにセンサ１が変位を伴って変形した場合にも、抵抗体膜６_１３で抵抗値の変化を検出することができる。第２の例によるセンサ１の変形のパターンは、例えば、図６で示すようにセンサ１を使用する場合に得ることができる。

図６Ａは、センサ１の底面の四隅に支持脚９を設けたものである。図６Ｂは、センサ１の底面の外周を支持する支持枠１０を設けたものである。図６Ｃは、センサ１の底面に弾性を有する支持シート１１を設けたものである。支持脚９、支持枠１０の材質は、どのようなものでもよい。支持シート１１は、ゴム状弾性体でなるシート、スポンジのような発泡材等を用いることができる。このようにセンサ１は、支持脚９、支持枠１０、支持シート１１を備えることで、撓み無く保持される。そしてセンサ１の厚み方向で下向きに外力を加えることで、センサ１を図４Ｃのように変形させることができる。また、センサ１に厚み方向で上向きに外力を加えることで、センサ１を図４Ｄのように変形させることもできる。

センサ１の使用例

センサ１の使用方法の例を説明する。センサ１は、すべての抵抗体膜６を含む検知部４において変形を検出することができる。

第１の用途例： センサ１は、電気機器の入力装置として使用することができる。センサ１の保護シート３を操作面として、押圧による入力操作を行うことができる。センサ１を用いる入力操作は、例えば１本の指先で押圧する単点入力、複数本の指先で同時に押圧する多点入力、手のひらで押圧する面入力など、多様な入力操作を実現することができる。なお、保護シート３は、操作面としての外観を持たせるために、表面又は裏面に着色加飾部や表示部を設けても良い。また、保護シート３に操作面としての滑り性を高めるための軟質の樹脂フィルムを貼着してもよい。さらに、センサ１を取付ける取付対象物の設置面の形状は、平面でも、立体形状面でもよい。

第２の用途例： センサ１は、柔軟基板２を撓み無く支持した状態としてから、測定対象物の表面に被せることで柔軟基板２を変形させて、抵抗体膜６の抵抗値の変化を検出するという、測定対象物の形状検出方法として使用することができる。このセンサ１を用いる形状検出方法によれば、各抵抗体膜６での抵抗値の変化を立体的に可視化することで、測定対象物の外形を検出することができる。

第３の用途例： センサ１は、柔軟基板２を測定対象物の表面形状（平面又は立体面）に沿って配置し、測定対象物の外形の変化によって柔軟基板２を変形させることで、抵抗体膜６の抵抗値の変化を検出するという、測定対象物の形状検出方法として使用することができる。このセンサ１を用いる形状検出方法によれば、各抵抗体膜６での抵抗値の変化によって、測定対象物の外形の変化を検出することができる。具体的には、センサ１によって構造物の外形面の形状変化を検出することで、構造物の劣化状況を予測することができる。

変形例の説明〔図７〜図９〕

本発明は、以上の実施形態のほかに変形例による実施が可能であるため、各種変形例を説明する。

前記第１実施形態では、抵抗体膜６を複数行複数列に配置する例を示したが、図７で示すようなライン形のディフォーマブルセンサ１２として構成してもよい。ディフォーマブルセンサ１２では、１０個の抵抗体膜６が行方向（Ｙ方向）に配置されており、第２の伸縮配線７ｂが１本となっている。これによっても複数の抵抗体膜６の変形によるセンサ１２の変形を検出することができる。また、センサ１２の用途を多様化できる。

前記第１実施形態では、センサ１が四角形である例を示したが、図８で示すように円形のディフォーマブルセンサ１３として構成してもよい。ディフォーマブルセンサ１３では、複数の抵抗体膜６を複数行複数列の行列形態で配置している。これによっても複数の抵抗体膜６の変形によるセンサ１３の変形を検出することができる。また、センサ１３の用途を多様化できる。

前記第１の実施形態では四角形のセンサ１を例示し、図７ではライン形のセンサ１２を例示し、図８では円形のセンサ１３を例示したが、センサ１の形状は、用途に応じた形状とすることができる。例えば、多角形、環形状、複数の直線を異方向でつなぎ合わせたライン形状、直線と曲線とを組み合わせた形状等として実施することができる。

前記第１実施形態では、すべての抵抗体膜６が同一の大きさ（面積）を有するものを例示したが、図８のセンサ１３の外縁側に配置した抵抗体膜６ｓのように、大きさが異なるものを配置してもよい。これによれば、抵抗体膜６の配置の密度を高めたり、検知部４の面積を広げることができる。

前記第１実施形態では、複数の抵抗体膜６を５行５列に配置する例を示したが、行数及び列数はそれ以外の数としてもよい。

前記第１実施形態では、抵抗体膜６および伸縮配線７について、それぞれ導電インクを印刷して形成する例を示したが、両方または一方を印刷法以外で形成してもよい。例えば導電ゴムで抵抗体膜６や伸縮配線７を形成してもよい。

前記第１実施形態の製造方法の説明では、柔軟基板２に第１の伸縮配線７ａ、絶縁部８、第２の伸縮配線７ｂの順に形成する例を説明した。しかしながら、柔軟基板２に第２の伸縮配線７ｂ、絶縁部８、第１の伸縮配線７ａの順に形成してもよい。また、第１実施形態の製造方法では、柔軟基板２に絶縁部８と第２の伸縮配線７ｂを形成する例を説明した。しかしながら、図９Ａで示すように柔軟基板２に第１の伸縮配線７ａと抵抗体膜６を形成し、図９Ｂで示すように保護シート３に絶縁部８と第２の伸縮配線７ｂとを形成してもよい。そして、柔軟基板２と保護シート３とを積層して固定することで、センサ１を構成してもよい。なお、この場合、第１の外部接続部５ａは柔軟基板２に、第２の外部接続部５ｂは保護シート３に設けることとなる。

１ ディフォーマブルセンサ
２ 柔軟基板
２ａ 上面
２ｂ 底面
３ 保護シート
３ａ 上面
４ 検知部
５ 外部接続部
５ａ 第１の外部接続部
５ｂ 第２の外部接続部
６、６_１１〜６_５５ 抵抗体膜
６ａ 第１の接続端
６ｂ 第２の接続端
６ｓ 抵抗体膜
７ 伸縮配線
７ａ、７ａ１〜７ａ１０ 第１の伸縮配線
７ｂ、７ｂ１〜７ｂ９ 第２の伸縮配線
８ 絶縁部
９ 支持脚（支持部材）
１０ 支持枠（支持部材）
１１ 支持シート（支持部材）
１２ ディフォーマブルセンサ（変形例）
１３ ディフォーマブルセンサ（変形例）

Claims (10)

1. 変形可能な基板と、
   前記基板に設けた検知部とを備えるディフォーマブルセンサにおいて、
   前記基板は、厚み方向又は平面方向で変形可能なシート状のゴム状弾性体でなる柔軟基板であり、
   前記検知部は、
   前記柔軟基板に設けられ前記柔軟基板とともに変形可能な抵抗体膜と、
   前記抵抗体膜の第１の接続端に繋がり前記柔軟基板とともに変形可能な第1の伸縮配線と、
   前記抵抗体膜の第２の接続端に繋がり前記柔軟基板とともに変形可能な第２の伸縮配線とを備えることを特徴とするディフォーマブルセンサ。
   
2. 前記柔軟基板は、前記厚み方向で押圧変形可能な厚みを有する
   請求項１記載のディフォーマブルセンサ。
   
3. 前記柔軟基板は、前記厚み方向で伸縮可能な柔軟性を有する
   請求項１又は請求項２記載のディフォーマブルセンサ。
   
4. 前記柔軟基板は、前記平面方向で伸縮変形可能な柔軟性を有する
   請求項１又は請求項２記載のディフォーマブルセンサ。
   
5. 前記検知部は、複数の前記抵抗体膜を有する
   請求項１〜請求項４何れか１項記載のディフォーマブルセンサ。
   
6. 前記検知部は、複数の前記抵抗体膜を有し、
   前記第１の伸縮配線は、
   第１の抵抗体膜群に含むすべての前記第１の接続端に繋がる第１の共通ラインを有し、
   前記第２の伸縮配線は、
   前記第１の抵抗体膜群に含む前記第２の接続端にそれぞれ繋がる個別ラインを有する
   請求項１〜請求項５何れか１項記載のディフォーマブルセンサ。
   
7. 前記検知部は、複数の前記抵抗体膜を含む複数の抵抗体膜群を有し、
   前記第１の伸縮配線は、
   第１の抵抗体膜群に含むすべての前記第１の接続端に繋がる第１の共通ラインと、
   第２の抵抗体膜群に含むすべての前記第１の接続端に繋がる第２の共通ラインとを有し、
   前記第２の伸縮配線は、
   第３の抵抗体膜群に含むすべての前記第２の接続端に繋がる第３の共通ラインと、
   第４の抵抗体膜群に含むすべての前記第２の接続端に繋がる第４の共通ラインとを有し、
   前記第３の抵抗体膜群は、前記第１の抵抗体膜群に含む第１の抵抗体膜及び前記第２の抵抗体膜群に含む第２の抵抗体膜を含み、
   前記第４の抵抗体膜群は、前記第１の抵抗体膜群に含む第３の抵抗体膜及び前記第２の抵抗体膜群に含む前記第４の抵抗体膜を含む
   請求項１〜請求項５何れか１項記載のディフォーマブルセンサ。
   
8. 前記検知部は、複数の前記抵抗体膜を行列形態で配置しており、
   前記第１の伸縮配線は、列方向に伸長して複数の前記抵抗体膜の第１の接続端に繋がる複数の第１の共通ラインを有し、前記第１の共通ラインは行ごとにそれぞれ形成されており、
   前記第２の伸縮配線は、行方向に伸長して複数の前記抵抗体膜の第２の接続端に繋がる第２の共通ラインを有し、前記第２の共通ラインは列ごとにそれぞれ形成されている
   請求項１〜請求項５何れか１項記載のディフォーマブルセンサ。
   
9. 前記柔軟基板の一方面に配置する弾性を有するシート状の支持部材を有する
   請求項１〜請求項８何れか１項記載のディフォーマブルセンサ。
   
10. 前記柔軟基板を撓み無く支持する支持部材を有する
    請求項１〜請求項９何れか１項記載のディフォーマブルセンサ。

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