JP2023098376A - 感圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の削減と厚みの薄型化が図れ、上下の接点間に組み立てによるずれが生じる虞もない感圧センサを提供すること。
【解決手段】基板１０上に第１の接点パターン２１及び第１の接点パターン２１に接続する第１の配線パターン３１を形成する。第１の接点パターン２１上に圧力に応じて抵抗値が変化する感圧抵抗体４１を形成する。感圧抵抗体４１上の第１の接点パターン２１と対向する位置に第２の接点パターン５１を形成する。さらに第２の接点パターン５１に接続する第２の配線パターン６１を感圧抵抗体４１の上面と側面に接触した後、基板１０上に引き出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、押圧力に応じて抵抗値が変化する感圧センサに関するものである。

従来、押圧力に応じて抵抗値が変化する感圧センサは、例えば特許文献１に示すように、下側電極を設けた下側回路基板と、上側電極を設けた上側回路基板とを、スペーサを介して積層し、その際スペーサに設けた開口部内において前記上側電極と下側電極とを対向させ、上側電極の背面側の上側回路基板を押圧してこれを下降させることで上側電極を下側電極に当接させ、当該当接力（荷重）の大きさ（当接面積）に応じて上側電極と下側電極間の抵抗値を変化させるように構成されていた。

特開２０１７－４５６２９号公報

しかし従来の感圧センサは、上述のように、２枚の回路基板とスペーサとを用いて構成されるので部品点数が多くなり、また製品の厚み寸法が厚くなり、さらに２枚の回路基板とスペーサの組み立て時のずれによって下側電極に対してスペーサの開口部や上側電極の位置がずれてしまう虞があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、部品点数の削減と厚みの薄型化が図れ、また上下の接点間に組み立てによるずれが生じる虞もない感圧センサを提供することにある。

本発明は、押圧力に応じて抵抗値が変化する感圧センサにおいて、基板上に、第１の接点パターン及び当該第１の接点パターンに接続する第１の配線パターンを形成し、前記第１の接点パターン上に、圧力に応じて抵抗値が変化する感圧抵抗体を形成し、前記感圧抵抗体上の前記第１の接点パターンと対向する位置に、第２の接点パターンを形成し、さらに前記第２の接点パターンに接続する第２の配線パターンを前記基板上に引き出してなることを特徴とする。
本発明によれば、１枚の基板上に各種パターンを形成することで感圧センサを構成できるので、部品点数の削減と厚みの薄型化が図れ、また第１，第２の接点パターン間に組み立てによるずれが生じる虞もなくなる。
また従来のように第１の接点パターンと第２の接点パターン間にスペーサによる空間を設けないので、軽い力を印加するだけで抵抗値の変化が始まる。従って、軽い力で抵抗値の変化が始まって押圧力が大きくなるに伴ってさらに抵抗値が変化していく特性が要求される感圧センサとして用いて好適となる。
また感圧抵抗体の厚みは薄いために、感圧抵抗体を介してその上下に位置する第１，第２の接点パターンが真上真下で対向している部分のみで導通するので（抵抗値の変化が生じるので）、第１，第２の接点パターンの面積を調整することで、容易に抵抗値の調整（対向面積を小さくすると抵抗値が大きくなる）を行うことができる。

また本発明は、上記特徴に加え、前記感圧抵抗体は、前記第１の接点パターンの周囲の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする。
感圧抵抗体は、第１の接点パターンの上面全体を覆う必要はなく、その一部を覆うことで構成しても良い。

また本発明は、上記特徴に加え、前記第２の配線パターンは、前記感圧抵抗体の上面、もしくは前記感圧抵抗体の側面に接触して前記基板上に引き出されていることを特徴とする。
これによって第２の配線パターンを基板上に引き出すことができる。

また本発明は、上記特徴に加え、前記第１の接点パターンと前記第１の配線パターン、及び前記感圧抵抗体、及び前記第２の接点パターンと前記第２の配線パターンは、前記基板上に印刷によって積層して形成されていることを特徴とする。
これによって、１枚の基板上に各種パターンを容易且つ正確な位置に形成することができ、部品点数の削減と製造コストの低減化と厚みの薄型化とが図れる。また第１，第２の接点パターン間に組み立てによるずれが生じる虞もなくなる。

本発明によれば、部品点数の削減と厚みの薄型化が図れる。また上下の接点間に組み立てによるずれが生じる虞もなくなり、製品特性の安定した感圧センサを得ることができる。

感圧センサ１－１の概略断面図である。 感圧センサ１－１の概略平面図である。 感圧センサ１－１の一具体例を示す平面図である。 感圧センサ１－２の概略断面図である。 感圧センサ１－２の概略平面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかる感圧センサ１－１の概略断面図（図２のＡ－Ａ概略断面図）、図２は感圧センサ１－１の概略平面図である。これらの図に示すように、感圧センサ１－１は、基板１０上に、第１の接点パターン２１及び第１の接点パターン２１に接続する第１の配線パターン３１を形成し、第１の接点パターン２１上に圧力によって抵抗値が変化する感圧抵抗体（感圧抵抗層、感圧抵抗パターン）４１を形成し、感圧抵抗体４１上の前記第１の接点パターン２１と対向する位置に第２の接点パターン５１を形成し、さらに第２の接点パターン５１に接続する第２の配線パターン６１を前記感圧抵抗体４１の上面及び側面に接触させた後に基板１０上に引き出して構成されている。なお以下の説明において、「上」とは基板１０から第１の接点パターン２１などを形成した面側を見る方向をいい、「下」とはその反対方向をいうものとするが、これは、感圧センサ１－１を使用する際の方向を限定する趣旨ではない。

次に、上記感圧センサ１－１の構成を、その製造方法と共に説明する。
まず基板１０を用意する。基板１０は可撓性を有する合成樹脂フィルムによって構成されており、この例ではポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いている。

次に、上記基板１０上に第１の接点パターン２１と第１の配線パターン３１とを、導電ペースト（この例では銀ペースト）をスクリーン印刷することによって同時に形成する。第１の接点パターン２１は、この例では円形（他の各種形状であっても良い）であり、その外周辺の一部に接続するように線状の第１の配線パターン３１が形成されている。

次に、上記第１の接点パターン２１の上面全体と、これに接続する第１の配線パターン３１の一部を覆うように、上記基板１０上に感圧抵抗体４１を、カーボンペーストをスクリーン印刷することによって形成する。感圧抵抗体４１は、この例では円形（他の各種形状であっても良い）であり、上記第１の接点パターン２１及び下記する第２の接点パターン５１の大きさよりも大きく形成されている。カーボンペーストは、硬化しても柔軟性を有する合成樹脂とカーボン粉と溶剤を混合した導電性塗料を用いて構成されている。

次に、上記感圧抵抗体４１の上面を含む上記基板１０上に、第２の接点パターン５１と第２の配線パターン６１とを、銀ペーストをスクリーン印刷することによって同時に形成する。第２の接点パターン５１は、この例では円形（他の各種形状であっても良い）であり、その外周辺の一部に接続するように線状の第２の配線パターン６１が形成されている。第２の接点パターン５１は前記第１の接点パターン２１の上面全体を覆うように、第１の接点パターン２１よりも大きい面積で形成されている。第２の配線パターン６１は、感圧抵抗体４１の上面から前記感圧抵抗体４１の側面に接触して前記基板１０上に引き出されるように形成されている。

以上の製造方法によって感圧センサ１－１が完成する。なお上記製造手順はその一例であり、他の各種異なる製造手順を用いて製造しても良いことはいうまでもない。

以上のように構成された感圧センサ１－１は、感圧抵抗体４１が、第１，第２の接点パターン２１，５１の間に介在することで、第１，第２の接点パターン２１，５１間に所定の抵抗値を生じさせている。なお、第２の接点パターン５１の少なくとも一部は、第１の接点パターン２１の真上に位置していなければ、互いに導通しない。そのため第２の接点パターン５１の少なくとも一部は、第１の接点パターン２１の真上に位置する必要があり、そのような実施形態となっている。

そして基板１０を図示しない基台上に載置し、第２の接点パターン５１をその上側から指またはキートップなどの押圧体によって押圧すると、柔軟性を有する感圧抵抗体４１が圧縮され、その厚みが薄くなって、感圧抵抗体４１中のカーボン粉同士が強く接触することでカーボン粒子間の接触面積が増大し、これによって第１，第２の接点パターン２１，５１間の抵抗値が小さくなる。一方前記押圧を解除していけば、感圧抵抗体４１の厚みがその弾性復帰力によって元の厚みに戻ってゆき、抵抗値は大きくなっていく。つまり、前記押圧する力（押圧力）の大きさに応じて、第１，第２の接点パターン２１，５１間の抵抗値が異なり、これによって前記押圧力に応じた異なる出力が得られ、当該押圧力の大きさを検知することができる。

なお上述のように、感圧抵抗体４１の厚みはより厚い方が、この感圧センサ１－１を押圧しないときの第１，第２接点パターン２１，５１間の抵抗値が大きくなると共に、これを押下したときの抵抗値の変化幅が大きくなるので、より好ましい。従って上記感圧センサ１－１においては、感圧抵抗体４１の厚みを第１，第２の接点パターン２１，５１の厚みよりも厚く形成しているが、本発明はこれに限られず、第１，第２の接点パターン２１，５１の厚みと同一又は薄い厚みとしても良い。

また感圧抵抗体１の厚みは薄いので、第１，第２の接点パターン２１，５１間に電圧を印加した際に電気が流れるのは、即ち抵抗体として作用するのは、感圧抵抗体４１全体中の第１，第２の接点パターン２１，５１が上下に対向（重複）している面の部分だけである。この実施形態で言えば、第２の接点パターン５１よりも第１の接点パターン２１の方が小さいので、第１の接点パターン２１の面の真上に対向する感圧抵抗体４１の部分のみが抵抗体として作用する。従って、高い抵抗値を得たい場合は第１，第２の接点パターン２１，５１の内の少なくとも何れか一方の接点パターン（この例の場合は第１の接点パターン２１）の面積を小さくすればよい。このときもう一方の接点パターン（この例の場合は第２の接点パターン５１）は、上記一方の接点パターン（第１の接点パターン２１）よりもその面積を大きくし、両者の印刷誤差によって上記一方の接点パターン（第１の接点パターン２１）に対してもう一方の接点パターン（第２の接点パターン５１）が対向しない部分が生じることを確実に防止することが好ましい。

上述のように、感圧センサ１－１の抵抗値は、小さい方の接点パターン（第１の接点パターン２１）の面積で決まるが、この実施形態のように、基板１０に直接印刷する接点パターン（第１の接点パターン２１）の方を、感圧抵抗体４１上に印刷する接点パターン（第２の接点パターン５１）よりも小さく形成したのは、面の滑らかな基板１０上に形成する接点パターン（第１の接点パターン２１）の方が、面の粗い感圧抵抗体４１上に形成する接点パターン（第２の接点パターン５１）よりも印刷精度を高くでき、小さい方の接点パターン（第１の接点パターン２１）の面積で決まる抵抗値の精度を、より高めることが期待できるからである。

また感圧抵抗体４１は、この感圧センサ１－１のように、前記第１，第２の接点パターン２１，５１よりもその外形形状を大きく形成し、確実に第１，第２の接点パターン２１，５１の対向面間に存在するように形成することが好ましい。

図３は、感圧センサ１－１の一具体例を示す平面図である。同図に示すように、基板１０は、センサ本体形成部１１と、センサ本体形成部１１の外周に接続されて帯状に延びる出力引出部１３とを具備して構成されている。そしてセンサ本体形成部１１には前記第１，第２の接点パターン２１，５１と感圧抵抗体４１と前記第１，第２の接点パターン２１，５１にそれぞれ接続した第１，第２の配線パターン３１，６１の一部とが印刷形成され、出力引出部１３には第１，第２の配線パターン３１，６１の残りの部分が印刷形成されてそれらの先端に出力端子パターン３３，６３が印刷形成されている。これによって、容易に第１，第２の接点パターン２１，５１間に電圧を印可し、出力を得ることができる。

図４は本発明の第２実施形態にかかる感圧センサ１－２の概略断面図（図５のＢ－Ｂ概略断面図）、図５は感圧センサ１－２の概略平面図である。これらの図に示す感圧センサ１－２において、前記図１～図３に示す感圧センサ１－１と同一又は相当部分には同一符号を付す（但し、各符号には添え字「－２」を付す）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１～図３に示す実施形態と同じである。

この感圧センサ１－２において上記感圧センサ１－１と相違する点は、第１の接点パターン２１－２を第２の接点パターン５１－２や感圧抵抗体４１－２よりも大きく構成し、また感圧抵抗体４１－２を第１の接点パターン２１－２の周囲（外周）の少なくとも一部を覆うように形成している点である。第１の接点パターン２１－２と第２の接点パターン５１－２が真上真下に対向している部分の間全体に感圧抵抗体４１―２が位置していることは上記第１実施形態の場合と同様である。

即ち、感圧抵抗体４１－２は、第１の接点パターン２１－２の上面全体を覆う必要はなく、第１の接点パターン２１－２の周囲の少なくとも一部を覆うことで構成しても良い。このように第１の接点パターン２１－２と第２の接点パターン５１－２と感圧抵抗体４１－２の大きさや配置位置は種々の変更が可能である。このように感圧センサ１－２を構成しても、本発明の作用・効果を発揮する。

なお上記感圧センサ１－１，１－２では、第２の配線パターン６１，６１－２を、感圧抵抗体４１，４１－２の上面及び側面（外周側面）に接触させた後に基板１０上に引き出しているが、例えば第２の接点パターン５１，５１－２の外周辺の一部と感圧抵抗体４１，４１－２の外周辺の一部とを一致させ、一致させた部分に第２の配線パターン６１，６１－２を接続することで、第２の配線パターン６１，６１－２を感圧抵抗体４１，４１－２の側面のみに接触して（感圧抵抗体４１，４１－２の上面に接触させないで）基板１０上に引き出す構成とすることもできる。

以上説明したように、上記感圧センサ１－１，１－２は、基板１０，１０－２上に、第１の接点パターン２１，２１－２及び第１の接点パターン２１，２１－２に接続する第１の配線パターン３１，３１－２を形成し、前記第１の接点パターン２１，２１－２上に、圧力に応じて抵抗値が変化する感圧抵抗体４１，４１－２を形成し、感圧抵抗体４１，４１－２上の前記第１の接点パターン２１，２１－２と対向する位置に、第２の接点パターン５１，５１－２を形成し、さらに前記第２の接点パターン５１，５１－２に接続する第２の配線パターン６１，６１－２を前記基板１０，１０－２上に引き出して構成されているので、１枚の基板１０，１０－２上に各種パターンを形成するだけで感圧センサ１－１，１－２を構成することができ、部品点数の削減と厚みの薄型化が図れ、また第１，第２の接点パターン２１，５１，２１－２，５１－２間に組み立てによるずれが生じる虞もなくなる。

また上記感圧センサ１－１，１－２は、第１の接点パターン２１，２１－２と第１の配線パターン３１，３１－２、及び感圧抵抗体４１，４１－２、及び第２の接点パターン５１，５１－２と第２の配線パターン６１，６１－２を印刷によって積層して形成したので、１枚の基板１０，１０－２上に各種パターンを容易且つ正確な位置に形成することができ、この点からも部品点数の削減と製造コストの低減化と厚みの薄型化とが図れる。また第１，第２の接点パターン２１，２１－２，５１，５１－２間に組み立てによるずれが生じる虞もなくなる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記基板１０，１０－２、第１の接点パターン２１，２１－２、第１の配線パターン３１，３１－２、感圧抵抗体４１，４１－２、第２の接点パターン５１，５１－２、第２の配線パターン６１，６１－２の形状や配置位置に種々の変更が可能であることは言うまでもない。また上記例では、各種パターンの形成にスクリーン印刷を用いたが、他の各種印刷方法（例えばオフセット印刷、インクジェット印刷）、さらには印刷以外の各種パターン形成方法（例えばエッチング方法）を用いて形成しても良い。また上記実施形態では、基板１０，１０－２としてフレキシブル基板を用いたが、硬質の基板を用いても良い。

また、上記記載及び各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、上記記載及び各図の記載内容は、その一部であっても、それぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は上記記載及び各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

１－１、１－２ 感圧センサ
１０，１０－２ 基板
２１，２１－２ 第１の接点パターン
３１，３１－２ 第１の配線パターン
４１，４１－２ 感圧抵抗体
５１，５１－２ 第２の接点パターン
６１，６１－２ 第２の配線パターン

Claims (4)

1. 押圧力に応じて抵抗値が変化する感圧センサにおいて、
   基板上に、第１の接点パターン及び当該第１の接点パターンに接続する第１の配線パターンを形成し、
   前記第１の接点パターン上に、圧力に応じて抵抗値が変化する感圧抵抗体を形成し、
   前記感圧抵抗体上の前記第１の接点パターンと対向する位置に、第２の接点パターンを形成し、
   さらに前記第２の接点パターンに接続する第２の配線パターンを前記基板上に引き出してなることを特徴とする感圧センサ。
2. 請求項１に記載の感圧センサであって、
   前記感圧抵抗体は、前記第１の接点パターンの周囲の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする感圧センサ。
3. 請求項１又は２に記載の感圧センサであって、
   前記第２の配線パターンは、前記感圧抵抗体の上面、もしくは前記感圧抵抗体の側面に接触して前記基板上に引き出されていることを特徴とする感圧センサ。
4. 請求項１又は２又は３に記載の感圧センサであって、
   前記第１の接点パターンと前記第１の配線パターン、及び前記感圧抵抗体、及び前記第２の接点パターンと前記第２の配線パターンは、前記基板上に印刷によって積層して形成されていることを特徴とする感圧センサ。

Images