JP2020148561A - センサシート - Google Patents

Abstract

【課題】センサの微細化などで樹脂層を薄くしても、力の入力方向に対し樹脂層の変形能力を確保出来るセンサを提供する。【解決手段】対向配置された第１電極３と第２電極４との間に樹脂層５が介挿されてなる検知部が、同一平面上に複数個配置され、上記複数の検知部として、押圧力を検出する接触圧力検知用検知部と、せん断応力を検出するずり力検知用検知部を有する。上記ずり力検知用検知部の上記樹脂層５に、空隙部１０を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、触覚センサなどの、押圧力やずり力等を検知するセンサシートに関する。
例えば、本発明のセンサシートは、生体内に埋め込まれて人工関節間その他の生体内の圧力情報の取得、衣服が肌に触れるときの荷重やせん断応力の計測、歩行時の足裏の荷重及びせん断応力の分布計測、ゴルフや野球等スイング時などの特定の動作の際に、手のひらに掛かる荷重及びせん断応力の分布計測などに使用可能である。

センサシートは、例えば、対をなす２つの電極間に導電性樹脂層などの樹脂層を挟みこんだ構造を基本構成としている。このようなセンサシートでは、電極に加えられる荷重により樹脂層が変形することで発生する電極間の物理量を、圧力やずり力としてセンシング（検知）する。なお、電極には信号入出力を行うリードが接続している。
例えば特許文献１に記載のセンサシートは、対向する２つの電極間に導電性樹脂層が配置され、荷重によって導電性樹脂層が変形することによる電極間抵抗値の変化を利用して測定する。
また特許文献２に記載のセンサシートは、２枚の矩形の平行板電極間に、導電性樹脂層としての磁性ゴム体が配置された構成であり、物体に接触して接触面に平行（せん断方向）に動いた際に受けるずり力を検知する。

特許第３６６４６２２号公報 特開２０１３−２３２２９３号公報

ここで、センサシートは、小型化することで、生体内のモニタリングなどにも応用可能である。すなわち、生体内のセンシングでは、センサシートのサイズを小さくすることで、センサの埋め込みなどによる被測定対象への負担を軽減することができる。
また、一定面積当たりの力の測定精度を上げるためには、センシング部（検知部）を小型化し高集積とすることが有効である。
さらに、検知部を薄くすると、生体の曲げなどの動きに追従しやすくなりより高精度な測定が出来る。
以上のことから、センサシートに使用する電極の微細化が求められている。そして、センササイズを小さくする場合、一般に、電極及びリードは、金属ペーストをグラビアオフセットやスクリーン印刷などの印刷によって形成される。

ここで、特許文献１や２の方法で圧力やせん断を検知するためには、対向する電極間の導電層が荷重方向へ十分変形できる余地を持っていることが望ましい。
このとき、検知部は、対向する電極間に挟まれる導電層がもっとも厚く構成されるが、センサシートを薄くする場合、導電層を薄くする必要がある。
導電層を薄くすると、特にせん断方向に導電層が変形しづらくなって、センサとしての機能を制限するおそれがある。
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、検知部を薄型化するに伴い電極間の樹脂層が薄くなっても、樹脂層の変形性能を確保可能なセンサシートを提供することを目的としている。

課題を解決するために、本発明の一態様は、対向配置された第１電極と第２電極との間に樹脂層が介挿されてなる検知部が、同一平面上に複数個配置され、上記複数の検知部として、押圧力を検出する接触圧力検知用検知部と、せん断応力を検出するずり力検知用検知部を有し、上記ずり力検知用検知部の上記樹脂層に、空隙部を設けたことを要旨とする。

本発明の態様によれば、対向する電極間の樹脂層に空隙を設けることで検知部が力の入力方向に対して変形しやすくなる。このため、樹脂層を薄くしても樹脂層の変形性能が確保されて、変形によるセンシングが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係るセンサシートを示す展開した断面図である。 対向電極のうちの第１電極のパターンを示す平面図である。 対向電極のうちの第２電極のパターンを示す平面図である。 ずり力検知用検知部の樹脂層を示す断面図である。 ずり力検知用検知部の樹脂層に設けるスリット（空隙）の並びを示す横断面図である。 センサシートの製造方法を説明する断面図である。 センサシートの製造方法を説明する平面図である。 接触圧力測定の方法を説明する図である。 せん断応力測定の方法を説明する図である。 従来のずり力検知用検知部にせん断を入力したときの図である。 本実施形態のずり力検知用検知部にせん断を入力したときの図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
ここで、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。すなわち、以下に示す電極の形状やリードの引き回し、及び力の測定を行う電極の数は一例であり、本説明の内容に限定されるものではない。

本実施形態では、三組の検知部を備えるセンサシートを例に挙げて説明する。具体的には、本実施形態のセンサシートは、接触圧力を測定するための１つの対向電極と、互いに異なる二方向のせん断応力を測定するための２つの対向電極を備える。すなわち、本実施形態のセンサシートは、３対の対向電極を有して三種類の荷重情報を検出する検知部を三組備えるセンサである。本発明は、１つのセンサシートに設ける検知部の数が、二組でも、四組以上でも構わない。ただし、少なくとも一つが押圧力を検出する接触圧力検知用検知部であり、少なくとも１つがせん断応力を検出するずり力検知用検知部である。

＜構成＞
本実施形態のセンサシートは、図１に示すように、３対の対向電極、つまり三組の検知部を備え、三種類の荷重情報を検出する構成となっている。図１中、中央の検知部が接触圧力検知用検知部である。左右の２つの検知部が、それぞれせん断応力を検出するずり力検知用検知部である。
具体的には、本実施形態のセンサシート１は、基材２と、基材２上に設けられた３個の第１電極３と、各第１電極３とそれぞれ対向配置された３個の第２電極４と、各第１電極３と各第２電極４との間にそれぞれ形成された樹脂層５とを備える。
本実施形態のセンサシートの面積は、例えば、平面視で、矩形形状に換算して２ｍｍ×１ｍｍ以上１０ｍｍ×１０ｍｍ以下の寸法となっている。センサシートは、平面視での形状が矩形である必要はない。
なお、図１は、３つの検知部が一列に並ぶように展開した状態での断面図である。実際には、３つの検知部は、後述のように一列に並んでおらず、できるだけコンパクトとなるような配置構成となっている。

（第１電極３）
基材２上に、図２に示すパターンで、３組の検知部の各第１電極３が構成され、その３つの第１電極３ａ〜３ｃは、共通するリード１１（配線）で接続されている。この例では、第１電極３をコモン電極としている。３つの第１電極３ａ〜３ｃやリード１１の配置は、この例に限定されず、センシングするための回路によって自由に取り回しを変えることが出来る。
第１電極３ａは、接触圧力を測定するための接触圧力検知用検知部用の電極であり、方形状をしている。第１電極３ｂ、３ｃは、紙面横及び縦方向の各せん断応力を測定するためのずり力検知用検知部用の電極であり、長方形の形状をしている。第１電極３ｃが紙面横方向のせん断応力を、第１電極３ｂが紙面縦方向のせん断応力を、それぞれ測定する役割を持っている。図２では第１電極３ｂ、３ｃ内部にスリットが設けられているが、説明のための一例である。各第１電極３ａ〜３ｃの形状に特に制限はない。
なお、上記のスリットを設け、且つ、後述の空隙部１０をスリット状の空間とした場合、平面視で、スリットとスリット状の空間とが同一位置に形成されることが好ましい。
各第１電極３及びリード１１の配線厚みは、例えば２μｍ以上３μｍ以下である。

（第２電極４）
図３に示すように３個の第２電極４ａ〜４ｃが配置される。３個の第２電極４ａ〜４ｃは、検知部毎に、対応する第１電極３ａ〜３ｃと、それぞれ樹脂層５を介して対向するように配置される。また、各第２電極４ａ〜４ｃから個別にリード１２（配線）が延びている。
第２電極４ａは、第１電極３ａと対向配置している。無負荷状態では、平面視において、第２電極４ａは、第１電極３ａからはみ出さない程度に第１電極３ａよりも小さくなっている。これにより、対向する第１電極３ａと第２電極４ａの部分ではせん断力によってずれが生じても対向する部分の重なり面積が変わらず、抵抗値変化が生じないため、純粋に接触圧力のみを取り出すことが出来る。

第２電極４ｃ及び第２電極４ｂは、それぞれ紙面横方向と紙面縦方向のせん断応力を測定するための電極である。第２電極４ｃは第１電極３ｃと、第２電極４ｂは第１電極３ｂとそれぞれ対向配置させる。第２電極４ｃ及び第２電極４ｂは、正方形や長方形ではなく、図３に示すように、第１電極３ｃ、３ｂのスリットと交差する方向（図３では直交する方向）に頂点を向けた三角形を二つ並べた形状（せん断検出方向に向けて幅が変化した形状）である。第２電極４ｃ、４ｂの形状は、これに限定されない。平面視において、測定するせん断方向への変位では、変位方向及び変位量に応じて第１電極３ｃ、３ｂとの重なりが変化し、測定するせん断方向と直交する方向への変位では、第１電極３ｃ、３ｂとの重なりが変化しないか、その重なりの変化が小さい形状になっていればよい。
第２電極４及びリード１２の配線厚みは、例えば２μｍ以上３μｍ以下である。

（樹脂層５）
本実施形態の樹脂層５のうち、ずり力検知用検知部の樹脂層５は、図４及び図５に示すように、空隙部１０を設けて変形性能が向上した構成となっている。
空隙部１０の体積は、空隙部１０を設ける樹脂層５の体積の１０％以上９０％以下であることが好ましい。この場合、空隙部１０を設ける場合に比べて、樹脂層５の変形率が１．１倍以上１０倍以下まで大きくすることが可能となる。本実施形態では、空隙部１０による変形率（変形性能）の制御により、樹脂層５の材料や厚みを設計変更することなく、使用荷重帯を使い分けることが可能となる。

本実施形態における、ずり力検知用検知部の樹脂層５は、第１樹脂層７と、一対の第２樹脂層６、８とを有する。一対の第２樹脂層６、８は、第１樹脂層７の厚さ方向両端部にそれぞれ形成される。すなわち、一対の第２樹脂層６、８は、第１樹脂層７を挟んで厚さ方向で対向して第１樹脂層７に形成されている。そして、一対の第２樹脂層６、８が第１電極３又は第２電極４と接触する。すなわち、第２樹脂層６、８の上に各電極が形成される構成となっている。
ここで、本実施形態では、上記の空隙部１０を第１樹脂層７だけに設け、第２樹脂層６、８に空隙部１０を形成しない構成としている。

空隙部１０の構成については、特に限定はない。本実施形態では、空隙部１０を、厚さ方向に延びる複数のスリット状の空間（以下、スリット空間とも呼ぶ。）から構成した。その複数のスリット空間は、所定方向に沿って並んでいる。スリット空間の並びの方向は、せん断応力を検出する方向と交差する方向であることが好ましい。特に、並びの方向は、せん断応力を検出する方向と直交又は略直交する方向であることが好ましい。
本実施形態では、上記の交差方向は、せん断応力を検出する方向と直交する方向とした。
第１樹脂層７及び第２樹脂層６、８を構成する材料は、検出方式によって、適宜公知の材料を選択する。
対向する２つの電極３、４の間に樹脂層５を挟む構成の場合、電極３、４間の抵抗値変化を検出する方式と、電極３、４間の静電容量の変化を検出する方式の２つがある。

電極間の電気抵抗値の変化を検出する方式を採用する場合は、対向電極３、４よりも抵抗が高く、負荷される力によって変形することで自身の抵抗値が低下する材料（導電性樹脂）を用いる。そのような材料として、導電性高分子や、バインダ樹脂に導電材料が分散された導電性樹脂を用いる。導電性高分子としては、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどが例示出来る。導電性樹脂として、グラファイトやカーボンナノチューブを用いたカーボンペースト、などが好適に用いられる。具体的には、導電性樹脂のバインダ樹脂は、例えば熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂からなる。熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂は、例えばアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などからなる。導電性樹脂の導電材料は、例えば金属粒子や、グラファイトやカーボンナノチューブなどの導電性のカーボン、又は導電性高分子からなる。導電性樹脂は導電ゴムであってもよい。

また、電極３、４間の静電容量の変化を検出する場合は、樹脂層５の樹脂は、可撓性をもち、かつ絶縁体であることが求められ、天然ゴム、ＩＲ（イソプレンゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム等の反発弾性が高く圧縮永久歪の少ない材質が使用できる。さらに誘電率を上げるために、チタン酸バリウムなどを添加して用いても構わない。
第１樹脂層７と一対の第２樹脂層６、８の材料は同じ材料でも良いし、異なっていても良い。

ここで、本実施形態の接触圧検出用検知部の樹脂層５も、第１樹脂層７と、第１樹脂層７と一対の第２樹脂層６、８から構成される、ただし、第１樹脂層７に空隙部１０を設けない。もっとも、本実施形態の接触圧検出用検知部の樹脂層５も、空隙部１０を設けた、ずり力検知用検知部の樹脂層５と同じ構成としてもよい。
隣り合う樹脂層５の間の間隔は、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下である。
樹脂層５の厚みは、１０μｍ以上が好ましい。１０μｍよりも層が薄いと、力による変形が起きづらくなる。また樹脂層５の厚みは例えば５０μｍ以下である。

第２樹脂層６、８の厚みは１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。厚すぎると、第２樹脂層６、８によって、樹脂層５全体の剛性が上がってしまい、第１樹脂層７に設けた空隙部１０の効果が小さくなるためである。
図示しないが、空隙部１０に別の樹脂を充填することが好ましい。その場合、せん断による変形を妨げないように第１樹脂層７に用いる材料より柔らかい樹脂を用いる。例えば、ジメチルポリシロキサンなどが用いられる。
空隙部１０を設けた第１樹脂層７と電極３、４との間に、第２樹脂層６、８を設けることで、樹脂層５に空隙部１０を形成しても、樹脂層５の表面に電極やリードが形成しやすくなる。

（基材２）
基材２は、可撓性を有することが好ましく、例えばプラスチックフィルムや紙からなる。プラスチックフィルムの材料としてはＰＥＴやＰＥＮ、ポリイミドなどが例示できる。基材２は、印刷用のインキの乾燥条件やセンサとしての用途に合わせて適宜選択できる。

＜製造方法＞
本実施形態のセンサシートの製造方法の一例について図６及び図７を参照しつつ説明する。図６は、３つの検知部が一列に並ぶように展開した状態での断面図である。図７は、基材２の厚み方向から見た各材料の積層順を示す平面図である。
基材２上に、３つの第１電極３ａ〜３ｃを形成する。第１電極３の形成は、印刷法やフォトリソグラフィー法などによって行う。印刷方法は特に制限はなく、スクリーン印刷やオフセット印刷等公知の印刷手段を用いることが出来る。

印刷に用いるインキは、導電性があるものが求められる。インキには、数マイクロメートルから数十ナノメートルの貴金属粉末を熱硬化性樹脂に混合したペーストを用いるのが一般的である。ただし、電極３の導電材料は、カーボンやアルミなどでも構わないし、合金や混合物であってもよい。第１電極３を、めっき、スパッタリングされた膜をエッチングして形成しても構わない
次に、各第１電極３ａ上に下側の第２樹脂層６を形成する。公知の印刷法などパターニング出来る方法での形成であればなんでもよい。また、第１樹脂層７と印刷される外形を同じにしておく。

次に、下側の第２樹脂層６上に第１樹脂層７を形成する。第１樹脂層７は、下側の第２樹脂層６と同様、公知の印刷法などパターニングできる方法であれば何でもよい。
このとき、ずり力検知用検知部の樹脂層５部分の第１樹脂層７には、上下に延びるスリット状の空間からなる空隙部１０が複数列、形成されるように材料をパターニングして積層し、形成する。
ここで、空隙部１０の形状は、上下に延びる複数のスリット空間である必要はない。例えば、空隙部１０は、上下に延びる一又は二以上の柱状の空間や、横方向に貫通した貫通穴、球状の複数の空間などから構成されていても良い。

ただし、上下方向（対向電極３、４の対向方向）に延在するスリット空間や柱状空間など、上下に延在する空間で空隙部１０を形成した方が好ましい。上下に延びる空間から空隙部１０を形成する場合、第１樹脂層７をパターニングで形成しやすくなる。また、横断面における空隙率をほぼ同じ値に設定しやすくなる。なお、横断面における空隙率を同じ値に必ずしも設定する必要はない。
また、上下に延びるスリット空間の延在方向が、対向電極３、４の対向方向に対し傾いていてもよい。

また、第１樹脂層７において、各スリット空間の上下両端部が閉塞した形状に形成しても良い。この場合、上下の第２樹脂層６、８を省略しても構わない。
なお、各スリット空間の配列の間隔は均一にする必要はないが、均一にした方が好ましい。
空隙部１０内に別の樹脂を設ける場合には、次に、空隙部１０内に別の樹脂を塗布などによって充填する。別の樹脂は、第１樹脂層７を構成する樹脂よりも柔らかい樹脂を用いる。別の樹脂は、例えば、ジメチルポリシロキサンなどが用いられる。

次に、第１樹脂層７の上に、上側の第２樹脂層８を形成する。なお、第２樹脂層８を形成する際に、第２樹脂層８の樹脂材料の一部が、第１樹脂層７の空隙部１０内に一部入り込んでも構わない。第２樹脂層８は、空隙部１０によって形成された第１樹脂層７表面の凹凸を覆うフタの役割を有し、第２電極４を形成する平面を提供する。このため、上側の第２樹脂層８は、第２樹脂層８の剛性に応じて、上面が、第１樹脂層７表面の凹凸によって影響しないだけの厚さに設定することが好ましい。
次に、上側の第２樹脂層８の上に、第１電極３と同様にして、印刷などで、第２電極４を形成する。
以上で、本実施形態のセンサシートが作製される。

＜動作その他＞
次に、本実施形態のセンサシートで用いられる力測定（圧力やせん断力の測定）の仕組みについて説明する。
図８は接触圧力センシングモデルの概念図である。このモデルでは、上下の電極１００及び１０１が樹脂層１０２を介して接続されている。図示しないが上下の電極は信号入出力のリード（配線）を備えている。図８（ａ）は電極１０１を指１３で触り、電極１００側に押圧１７で押す状態を示している。電極１０１に押圧１７を負荷すると、図８（ｂ）のように樹脂層１０２が圧縮方向に変形し、電極１００と電極１０１との距離が減少する。このときの電極間の電位や抵抗値、静電容量の変化を、接触圧力分に相当する信号値として出力することができる。このとき、接触圧力検知用検知部の樹脂層５に空隙部１０を形成していないので、押圧方向に安定して変形することが可能となっている。

図９はせん断応力センシングモデルの概念図である。このモデルでは、図８と同様に上下の電極１００、１０１が樹脂層１０２を介して接続されている。図９（ａ）は、指１３が電極１０１を紙面左に向かってずらすことで、電極１０１にせん断応力１８を与えた状態を示す。ここで、樹脂層１０２の内、上下で対応する電極１００と電極１０１とに挟まれた重なり部分を重なり部分１０２Ａとする。せん断応力１８によって電極１０１が樹脂層１０２の変形を伴ってずれが生じ、図９（ｂ）のようになる。このとき図９（ａ）の状態と比べて電極１００と電極１０１の重なり部分１０２Ａは減少する。そして、対向する電極１００、１０１間の距離が広がるため変形前と比べて電極１００、１０１間の電気抵抗値や電極１００、１０１間に流れる電流量、あるいは電極１００、１０１間の静電容量が減少する。この変化をせん断応力値に相当する信号値として出力することができる。

ここで、指１３が電極１０１を紙面左に向かってずらすことで、電極１０１にせん断応力１８を与える際に、電極１０１が下方に押圧された場合、上記のせん断応力値に相当する信号値には、接触圧力分も負荷される。しかし本実施形態では、接触圧力検知用検知部が検出した接触圧力分に相当する信号値で補正（較正）することで、精度良くせん断応力値に相当する信号値を出力できる。
以上のように、この構成のセンサにおいては、対抗する電極間に挟まれた樹脂層１０２の変形が重要となる。せん断方向へは、樹脂層１０２の厚みを増やすことで力を印加した電極と反対方向の電極を支点としたモーメントが増加するため、せん断方向への変形がしやすくなる。

しかし、単位面積当たりのセンサ数を増やして解像度を上げる、動体に貼り付けて使用するためにフレキシブル性を持たせるなどを想定した場合、検知部自体の小型化や薄型化が必要であり、樹脂層１０２の厚みも減少させる必要がある。
ここで、図１０の（ａ）から（ｂ）のように、単純に、電極１００、１０１間に挟まれる樹脂層１０２の厚みを減少させると、せん断方向の樹脂層１０２の剛性が相対的に上がってしまい変形しづらくなる。
これに対し、本実施形態では、図１１のように、変形を担う樹脂層５に空隙部１０を設けることで、樹脂層５の材料や厚さに対する設計事項を変更することなく、樹脂層５の厚みを薄くしても、十分な変形性能が確実に確保可能となる。

＜効果＞
本実施形態においては、次のような効果を奏する。
（１）対向配置された第１電極３と第２電極４との間に樹脂層５が介挿されてなる検知部が、同一平面上に複数個配置され、複数の検知部として、押圧力を検出する接触圧力検知用検知部と、せん断応力を検出するずり力検知用検知部を有し、ずり力検知用検知部の樹脂層５に、空隙部１０を設けた。
この構成によれば、対向する電極３、４間の樹脂層５に空隙部１０を設けることで、検知部が力の入力方向に対して変形しやすくなる。このため、樹脂層５を薄くしても樹脂層５の変形性能が確保されて、変形によるセンシングが可能となる。すなわち、目的とするシートセンサを薄型化しても、樹脂層５の材料や厚さに対する設計事項を変更することなく、変形によるセンシングが可能となる。
なお、本実施形態の３つ検知部は、負荷される荷重によって同方向に同量だけ変形する構成と成っている。
押圧方向の変形量も稼ぐために、接触圧力検知用検知部の樹脂層５に対しても空隙部１０を形成しても良い。

（２）空隙部１０の体積は、空隙部１０を設ける樹脂層５の体積の１０％以上９０％以下であることが好ましい。
この構成によれば、樹脂層５を薄くしても、変形能力（変形率）を確実に確保することが可能となる。
（３）本実施形態では、ずり力検知用検知部の樹脂層５は、厚さ方向において、第１樹脂層７と、第１樹脂層７の厚さ方向両端部にそれぞれ形成されて第１電極３又は第２電極４と接触する一対の第２樹脂層６、８とを有し、空隙部１０は、第１樹脂層７に設ける。
この構成によれば、電極３、４を形成する樹脂層５の面に空隙部１０がなく、樹脂層５に空隙部１０を設けても、断線することなく電極を形成しやすくなる。
ここで、検知部を小さくする場合、電極やリードは、印刷によって形成することが一般的である。このため、電極を形成する面に所定以上の段差が存在する場合、断線する原因となるが、上記の構成では、樹脂層５に空隙部１０を設けても電極の断線を抑えることが出来る。

（４）本実施形態では、空隙部１０を、対向電極の対向方向である樹脂層５の厚さ方向（上下方向）に延びるスリット状や柱状の空間から形成する。
この構成によれば、検知部のサイズが小さくても、簡易に空隙部１０を設けることが可能となる。
また、任意の横断面における空隙率をほぼ同じ値に設定しやすくなる。
（５）空隙部１０を、厚さ方向に延びるスリット状の空間（スリット空間）の並びから構成し、スリット空間の並びの方向は、せん断応力を検出する方向と交差する方向（好ましくは直交方向若しくは略直交方向）とする。
この構成によれば、せん断応力を検出する方向により確実に変形しやすくことができる。
（６）空隙部１０に樹脂層５を構成する材料よりも柔らかい材料を配置してもよい。
この場合、空隙部１０を形成しても、樹脂層５が安定して変形しやすくなる。

次に、本実施形態に係る実施例について説明する。
なお、シートセンサの基本形状は、図１に示す形状とした。ただし、比較例においては図８のように空隙部を構成するスリットは設けていない。
＜実施例１＞
基材２として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を準備した。その基材２の上に、図２に示す第１電極３を印刷法で作製した。第１電極３を形成した基材２の寸法は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極の厚みは３μｍとした。

次いで、第１電極３の各小電極を個別に覆うようにして、十条ケミカル製のカーボンインキＣＨ‐８を塗布して硬化させ第２樹脂層６とした。このとき乾燥後の厚みが３μｍとなるように調整した。
次に、各第２樹脂層６の上に、同じく十条ケミカル製の導電性カーボンインキＣＨ−Ｎを塗布し第１樹脂層７とした。このとき、ずり力検知用検知部となる第１樹脂層７については、上下に延びるスリット状の抜けが得られるようパターン形成した。また、スリットの幅と間隔は３０μｍと等間隔とした。このとき第１樹脂層７の厚みが１５μｍであった。

以上のように、実施例１では、樹脂層５は導電性樹脂層となっている。
次いで、各第１樹脂層７の上に、上側の第２樹脂層８を印刷法で形成した。このとき、事前の検証によれば、第１樹脂層７上に印刷した第２樹脂層８が一部スリット空間に入り込むが、スリット空間の厚み方向全てをふさぐことはないことを確認している。これは、インキ中の粒子の凝集状態やインキの持つ表面張力によるものと考えられる。上側の第２樹脂層８の厚みは３μｍであった。
第２樹脂層８上に図３に示す第２電極４を形成し、実施例１のセンサシートとした。第２電極４の配線幅や電極厚みは第１電極３と同等とした。
このセンサシートをテスターにつなぎ、第１電極３と第２電極４間に５Ｖの直流電圧をかけた状態で第２電極４に対しせん断方向の力を加えると、流れる電流値の変化がみられた。すなわち、センサとしての正常な動作を確認した。

＜実施例２＞
基材２として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を準備した。その基材２の上に、図２に示す第１電極３を印刷法で作製した。第１電極３を形成した基材２の寸法は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極の厚みは３μｍとした。
次いで、第１電極３の各小電極を個別に覆うようにして、東レダウコーニング製のＳＩＬＰＯＴ１８４に加硫したものを塗布し硬化させ第２樹脂層６とした。このとき厚みは３μｍとした。
次いで、各第２樹脂層６の上にアサヒ化研製の絶縁ペーストＦＲ−１Ｔ−ＮＳＤ９を、スリットパターンを含む形状に印刷し第１樹脂層７とした。このとき、ずり力検知用検知部となる第１樹脂層７については、スリット幅と間隔は７５μｍとして、上下に延びるスリット状の抜けが得られるようパターン形成した。第１樹脂層７の厚みは２５μｍとした。

次いで、各第１樹脂層７の上に、ＳＩＬＰＯＴ１８４に加硫したものを印刷法で塗布し上側の第２樹脂層８とした。上側の第２樹脂層８の厚みは３μｍであった。
上側の第２樹脂層８上に図３に示す第２電極４を形成し、実施例２のセンサシートとした。第２電極４の配線幅や電極厚みは第１電極３と同等とした。
このセンサシートをＬＣＲメーターにつなぎ、第１電極３と第２電極４間に５Ｖの交流電圧をかけた状態で、第２電極４上から指で押したり、なでたりすると、静電容量値の変化が見られた。すなわち、センサとしての正常な動作を確認した。

＜比較例１＞
基材２として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を準備した。その基材２上に、図２に示す第１電極３を印刷法で作製した。第１電極３を形成した基材２の寸法は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極３の厚みは３μｍとした。
次いで、第１電極３の小電極を個別に覆うようにして、十条ケミカル製の導電性カーボンインキＣＨ−Ｎを塗布して硬化させて、樹脂層５とした。このときの厚みは１５μｍとした。
各樹脂層５の上に図３に示す第２電極４を形成し、比較例１のセンサシートとした。第２電極４の配線幅や電極厚みは第１電極３と同等とした。
このセンサシートをテスターにつなぎ、第１電極３と第２電極４間に５Ｖの直流電圧をかけた状態で第２電極上から指で厚み方向に押したり、せん断方向に力を掛けたりした。厚み方向の力では電圧の変化がみられたが、せん断方向の力による電圧変化は起こらず、センサとして動作しなかった。

＜比較例２＞
基材２として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を準備した。基材２の上に、図２に示す第１電極３を印刷法で作製した。第１電極３を形成した基材２の寸法は７．５ｍｍ×７．５ｍｍであり、配線部分は幅３０μｍで形成した。また、電極３の厚みは３μｍとした。
次いで、第１電極３の小電極を個別に覆うようにして、アサヒ化研製の絶縁ペーストＦＲ−１Ｔ−ＮＳＤ９を印刷し樹脂層５とした。このとき樹脂層５は乾燥後の厚みが２５μｍだった。
各樹脂層５上に図３に示す第２電極４を形成し、比較例２のセンサシートとした。第２電極４の配線幅や電極厚みは第１電極３と同等とした。
このセンサシートをＬＣＲメーターにつなぎ、第１電極３と第２電極４間に５Ｖの交流電圧をかけた状態で、第２電極４上から指で押したり、なでたりしたが、せん断方向の入力に対しては静電容量値の変化が見られず、センサとして動作しなかった。

本発明は、圧力とせん断力を共に検出可能なセンサに適用できる。

１ センサシート
２ 基材
３ 第１電極
４ 第２電極
５ 樹脂層
６、８ 第２樹脂層
７ 第１樹脂層
１０ 空隙部

Claims (5)

1. 対向配置された第１電極と第２電極との間に樹脂層が介挿されてなる検知部が、同一平面上に複数個配置され、上記複数の検知部として、押圧力を検出する接触圧力検知用検知部と、せん断応力を検出するずり力検知用検知部を有し、
   上記ずり力検知用検知部の上記樹脂層に、空隙部を設けたことを特徴とするセンサシート。
2. 上記空隙部の体積は、空隙部を設ける上記樹脂層の体積の１０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載したセンサシート。
3. 上記ずり力検知用検知部の上記樹脂層は、厚さ方向において、第１樹脂層と、上記第１樹脂層の厚さ方向両端部にそれぞれ形成されて上記第１電極又は第２電極と接触する一対の第２樹脂層とを有し、
   上記空隙部は、上記第１樹脂層に設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したセンサシート。
4. 上記空隙部は、対をなす電極の対向方向に延びるスリット状又は柱状の空間を複数有して構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したセンサシート。
5. 上記空隙部は複数のスリット状の空間からなり、その複数のスリット状の空間は、せん断応力を検出する方向と直交又は略直交する方向に並んでいることを特徴とする請求項４に記載したセンサシート。

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