JP6247859B2 - 感圧センサ - Google Patents

Description

本発明は、感圧センサに関する。

感圧センサとして、特許文献１に記載のシート状の感圧センサが知られている。このシート状の感圧センサは、一対の絶縁シートとスペーサとを有し、それぞれの絶縁シート上の電極がスペーサの開口内で対向して配置されている。そして、感圧センサに荷重がかかると、対向する電極が接触し、電極間の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づき圧力が検知される。

感圧センサは、対向する電極の接触／非接触に応じたＯＮ／ＯＦＦの２値を出力することにより、感圧スイッチにすることが可能である。若しくは、感圧センサは、圧力に応じて接触面積が徐々に変化するように電極を構成することにより、抵抗値の変化に基づいて圧力値を検知するセンサにすることが可能である。

ＷＯ２０１２／０５３６２１号公報

特許文献１では、絶縁シートのスペーサ側とは反対側にクッション部材が設けられている。そして、絶縁シートは、クッション部材を介して荷重を受けて、スペーサの開口に入り込むように変形する。
クッション部材から力を受けた絶縁シートは、スペーサの開口の中央部が突出するように湾曲するため、電極が湾曲し、湾曲した電極が対向する電極と接触することになる。この結果、感圧センサの出力にばらつきが生じやすくなる等の問題が生じる。

本発明は、電極の湾曲を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、第１電極を有する第１電極シートと、第２電極を有する第２電極シートと、前記第１電極シートと前記第２電極シートに挟まれて配置され、開口を有し、前記開口において前記第１電極と前記第２電極とが対向するスペーサと、前記第１電極シートの前記スペーサ側とは反対側に配置されたシート状のクッション部材とを備え、前記クッション部材の前記第１電極シート側の面に分離部が形成されており、前記分離部の内側には、前記シート状の前記クッション部材の前記第１電極シート側とは反対側の面に荷重が作用したときに前記第１電極と前記第２電極とを接近させる方向に前記第１電極シートを押し込む押し子部が形成されており、前記第１電極シート及び前記第２電極シートに平行な面に投影すると、前記押し子部の少なくとも一部と前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一部とは重なっており、前記第１電極シート及び前記第２電極シートに平行な面に投影すると、前記押し子部は、前記開口の内側に位置することを特徴とする感圧センサである。

本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、電極の湾曲を抑制できる。

図１Ａは、第１実施形態の感圧センサ１の断面図である。図１Ｂは、感圧センサ１を設置面５１に設置した状態の断面図である。 図２は、第１実施形態の感圧センサ１に用いられるクッション部材４０の下面の斜視図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、比較例の感圧センサ１の動作の説明図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、第１実施形態の感圧センサ１の動作の説明図である。 図５は、荷重と接触面積の関係の説明図である。 図６Ａは、押し子部４１の変形量の説明図である。図６Ｂは、第１電極シート１０の変形量の説明図である。 図７Ａは、Ｄ２≧Ｄにした効果の説明図である。図７Ｂは、Ｄ２＜Ｄとした比較例の説明図である。 図８Ａは、第２実施形態の感圧センサ１の断面図である。図８Ｂは、感圧センサ１を設置面５１に設置した状態の断面図である。 図９Ａは、第３実施形態の感圧センサ１の断面図である。図９Ｂは、第３実施形態のクッション部材４０を上側から見た図である。図９Ｃは、第３実施形態の変形例の説明図である。 図１０Ａは、第４実施形態の感圧センサ１の断面図である。図１０Ｂは、第４実施形態の感圧センサ１を設置した状態の断面図である。 図１１は、第５実施形態の感圧センサ１に用いられるクッション部材４０の下面の斜視図である。 図１２は、第６実施形態の感圧センサ１の断面図である。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、第６実施形態の感圧センサ１の動作の説明図である。 図１４Ａ〜図１４Ｃは、第６実施形態の変形例の感圧センサ１の動作の説明図である。 図１５Ａは、第７実施形態のクッション部材４０の下面の斜視図である。図１５Ｂは、クッション部材４０の下面にスペーサ３０の開口３１を投影させて、開口３１とスリット４３Ｄとの位置関係を示した図である。 図１６Ａ及び図１６Ｂは、感圧センサ１の固定方法の説明図である。 図１７Ａ〜図１７Ｃは、電極の形状の説明図である。 図１８は、感圧電極を用いた感圧センサの荷重と抵抗値との関係の説明図である。

後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

第１電極を有する第１電極シートと、第２電極を有する第２電極シートと、前記第１電極シートと前記第２電極シートに挟まれて配置され、開口を有し、前記開口において前記第１電極と前記第２電極とが対向するスペーサと、前記第１電極シートの前記スペーサ側とは反対側に配置されたクッション部材とを備え、前記クッション部材の前記第１電極シート側の面に分離部が形成されており、前記分離部の内側には、前記分離部によって、前記第１電極と前記第２電極とを接近させる方向に前記第１電極シートを押し込む押し子部が形成されており、前記第１電極シート及び前記第２電極シートに平行な面に投影すると、前記押し子部の少なくとも一部と前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一部とは重なっていることを特徴とする感圧センサが明らかとなる。
このような感圧センサによれば、第１電極の湾曲を抑制できる。

前記第１電極シート及び前記第２電極シートに平行な面に投影すると、前記押し子部は、前記開口の内側に位置することが望ましい。これにより、押し子部の全体が第１電極シートを押し込むことができる。

前記分離部の深さは、前記スペーサの厚さよりも大きいことが望ましい。これにより、第１電極の湾曲を更に抑制できる。

前記押し子部の剛性は、前記第１電極シートの剛性よりも高いことが望ましい。これにより、押し子部が第１電極シートを押し込みやすくなる。

前記分離部は、環状溝であることが望ましい。これにより、環状溝の内側の領域の下面の全周の縁が外側の領域から拘束を受けずに済むため、第１電極の湾曲を更に抑制できる。

前記環状溝の外側の周面の直径は、前記スペーサの前記開口の直径よりも大きいことが望ましい。これにより、第１電極シートが塑性変形しにくくなる。

前記クッション部材は、前記分離部よりも外側の領域で前記第１電極シートに接着されており、前記分離部よりも内側の領域は、前記第１電極シートに接着されていないことが望ましい。これにより、感圧センサの特性が温度の影響を受けにくくなる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜感圧センサ１の構成＞
図１Ａは、第１実施形態の感圧センサ１の断面図である。図１Ｂは、感圧センサ１を設置面５１に設置した状態の断面図である。図２は、第１実施形態の感圧センサ１に用いられるクッション部材４０の下面の斜視図である。以下の説明では、感圧センサ１の一対の電極の対向する方向を上下方向とし、電極から見てクッション部材４０の側を「上」とし、逆側を「下」とすることがある。

感圧センサ１は、荷重がかかると対向する電極が接触し、その接触面積に応じた抵抗値の変化を利用して圧力を検出するセンサ（圧力センサ）である。第１実施形態の感圧センサ１は、対向する電極の接触／非接触に応じたＯＮ／ＯＦＦの２値を出力する感圧スイッチである。

感圧センサ１は、第１電極シート１０と、第２電極シート２０と、スペーサ３０と、クッション部材４０とを有し、これらの部材を積層して構成されている。各部材の表面には接着剤が塗布されており、接着固定によって一体化されている。

第１電極シート１０は、第１絶縁シート１１と第１電極１２とを有するフィルム状のシート部材である。
第１絶縁シート１１は、可撓性を有する絶縁性の樹脂フィルムから構成される。ここでは、第１絶縁シート１１は、厚さ１００μｍのポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）製のフィルムである。但し、第１絶縁シート１１を構成する樹脂として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）等を採用しても良い。また、第１絶縁シート１１の厚さは、感圧センサ１に要求される仕様に応じて設計変更可能である。
第１電極１２は、第１絶縁シート１１の下面に形成された電極である。第１実施形態の第１電極１２は、銀電極やカーボン電極等の導電性の金属膜によって形成された電極である。電極は、銀ペーストやカーボンペーストなどの導電性ペーストから構成してもよいし、めっきにより形成される金属箔などから構成しても良い。めっきにより形成される金属箔としては、銅やニッケル、あるいは、これらの積層体等が挙げられる。電極の一部を導電性ペーストにより構成し、他の部分をめっきによる金属箔により構成しても良い。

第２電極シート２０は、第２絶縁シート２１と第２電極２２とを有するフィルム状のシート部材である。第２電極シート２０は、第１電極シート１０とほぼ同様に構成されており、第１電極シート１０とほぼ上下対称に配置されている。第２電極シート２０の第２電極２２は、第２絶縁シート２１の上面に形成されており、第１電極シート１０の第１電極１２と対向している。

スペーサ３０は、第１電極シート１０と第２電極シート２０との間に挟まれたフィルム状のシート部材である。スペーサ３０は、可撓性を有する絶縁性の樹脂フィルムから構成される。ここでは、スペーサ３０は、厚さ１５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のフィルムである。但し、スペーサ３０を構成する樹脂として、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）等を採用しても良い。
スペーサ３０には、開口３１が形成されている。開口３１は、周縁が略円形の形状である。開口３１の直径Ｄは、第１電極１２及び第２電極２２の直径よりも僅かに大きい。そして、開口３１の上側に第１電極１２が配置され、開口３１の下側に第２電極２２が配置され、開口３１の内部において第１電極１２と第２電極２２とが、所定の間隔を空けて対向配置されている。なお、スペーサ３０の厚さや開口３１の直径Ｄは、感圧センサ１に要求される仕様に応じて設計変更可能である。

スペーサ３０の上下の両面には接着剤が塗布されており、第１電極シート１０及び第２電極シート２０がスペーサ３０を介して一体的に固定されている。なお、スペーサ３０の外形は、第１電極シート１０及び第２電極シート２０の外形とほぼ一致している。スペーサ３０には空気抜き用のスリット（不図示）が形成されている。このスリットが第１電極シート１０及び第２電極シート２０によって上下から塞がれることによって、開口３１の内部と外部とを連通させる空気抜き用の通路（不図示）が形成される。

クッション部材４０は、弾力性を有し、圧力（荷重）を受けると弾性変形する。クッション部材４０は、例えばゴム製のシート状の部材であり、ここでは厚さ１ｍｍのシリコンゴムから構成されている。
クッション部材４０は、第１電極シート１０の上側に配置されている。すなわち、クッション部材４０は、第１電極シート１０の表面のうち、スペーサ３０の側とは反対側の表面に配置されている。クッション部材４０によって荷重が分散されるため、高荷重がクッション部材４０の上面に作用しても、電極の破損を抑制できる。つまり、クッション部材４０によって、感圧センサ１に高荷重を作用させることが可能になる。

クッション部材４０の下面には、環状溝４３Ａが形成されている。環状溝４３Ａよりも内側の領域である押し子部４１は、第１電極シート１０を下側へ押し込む押し子として機能する。環状溝４３Ａよりも外側の領域である荷重受け部４２は、スペーサ３０にて荷重を受ける機能を有する。環状溝４３Ａは、押し子部４１の下面と荷重受け部４２の下面とを分離する分離部（分離帯）として機能する。なお、分離部とは、その内側の領域（押し子部４１）とその外側の領域（荷重受け部４２）とを分離する部位（手段）であり、本実施形態の環状溝４３Ａや、後述の隙間４３Ｂ、円弧状溝４３Ｃ及びスリット４３Ｄなどを含む。クッション部材４０の下面に環状溝４３Ａが形成されることによって、押し子部４１の下面は、荷重受け部４２の拘束を受けずに、下側（第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向）に変位して第１電極シート１０を押し込むことが可能である。

押し子部４１の外周の直径Ｄ１（環状溝４３Ａの内側の周面の直径）は、スペーサ３０の開口３１の直径Ｄよりも小さい。一方、荷重受け部４２の内周の直径Ｄ２（環状溝４３Ａの外側の周面の直径）は、スペーサ３０の開口３１の直径Ｄ以上であり、ここではスペーサ３０の開口３１の直径Ｄよりも僅かに大きい。このため、スペーサ３０の開口３１の縁の上方に、第１電極シート１０を挟んで環状溝４３Ａが配置されている。

押し子部４１の外周の直径Ｄ１（環状溝４３Ａの内側の周面の直径）は、第１電極１２の直径以上であり、ここでは第１電極１２の直径よりも僅かに大きい。これは、第１電極１２の全体を押し子部４１の下側に配置することによって、第１電極１２の湾曲を抑制するためである。また、環状溝４３Ａの深さｄは、スペーサ３０の厚さｔよりも大きい。これも、第１電極１２の湾曲を抑制するためである。なお、クッション部材４０の厚さや材質、環状溝４３Ａの寸法等は、感圧センサ１に要求される仕様に応じて設計変更可能である。

クッション部材４０は、荷重受け部４２の下面と第１電極シート１０との間に塗布された接着剤によって、第１電極シート１０に接着されている。クッション部材４０の押し子部４１の下面には接着剤は塗布されていない。このため、押し子部４１と第１電極シート１０との間には、接着層が無い。

＜感圧センサ１の動作＞
まず、比較例の感圧センサ１の動作について説明する。
図３Ａ〜図３Ｃは、比較例の感圧センサ１の動作の説明図である。比較例の感圧センサ１では、クッション部材４０の下面には環状溝４３Ａが無く、押し子部４１が形成されていない。
比較例の場合、開口３１上のクッション部材４０の下面は、その外側（外周）の下面に拘束されている。このため、クッション部材４０の上面に荷重がかかると、開口３１上のクッション部材４０の中央部が下に突出しながら、開口３１上の第１電極シート１０を下側へ押し込むことになる。この結果、第１電極１２が第２電極２２に向かって変位するときに、第１電極１２の中央部が下に突出するように湾曲する。つまり、比較例では、第１電極１２が湾曲しやすく、湾曲した第１電極１２が第２電極２２に接触することになる。

次に、第１実施形態の感圧センサ１の動作について説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、第１実施形態の感圧センサ１の動作の説明図である。
第１実施形態の場合、押し子部４１の下面の外縁は、環状溝４３Ａによって、その外側の荷重受け部４２の下面とは分離している。クッション部材４０の上面に荷重がかかると、押し子部４１の下面の外縁は荷重受け部４２の下面から拘束されないため、押し子部４１の下面は、殆ど湾曲しないまま、第１電極シート１０を下側へ押し込むことになる。この結果、第１電極１２が第２電極２２に向かって変位するときに、第１電極１２は湾曲しにくい。つまり、第１実施形態では、比較例（図３Ａ〜図３Ｃ）と比べて第１電極１２が湾曲せずに、第２電極２２と接触することになる。

図５は、荷重と接触面積の関係の説明図である。横軸は、クッション部材４０の上面に作用する荷重を示している。縦軸は、第１電極１２と第２電極２２との接触面積を示している。点線のグラフは比較例の感圧センサ１の荷重と接触面積の関係を示しており、実線のグラフは第１実施形態の感圧センサ１の両者の関係を示している。

以下の説明では、第１電極１２と第２電極２２が接触したときの荷重のことを「接触荷重」と呼び、電極同士の接触面積が増えなくなる荷重のことを「飽和荷重」と呼ぶことがある。また、飽和荷重時の接触面積のことを「飽和面積」と呼ぶことがある。図中の２つのグラフは、本実施形態の理解を容易にするために、「接触荷重」と「飽和面積」を共通にしている。

比較例の場合、第１電極１２が湾曲しながら第２電極２２に接触するため、接触荷重から荷重が高くなるに従って、徐々に接触面積が増えることになる（図５点線参照）。このため、比較例では、接触荷重と飽和荷重との差が大きくなり、その間のグラフの傾き（接触面積の変化）は緩やかになる。

一方、第１実施形態の場合、比較例と比べて第１電極１２が湾曲せずに第２電極２２と接触するため、接触荷重から荷重が高くなると急速に接触面積が増えることになる（図５実線参照）。このため、第１実施形態では、接触荷重と飽和荷重との差が小さくなり、その間のグラフの傾きは急峻になる。

感圧センサ１がスイッチ（感圧スイッチ）の場合、接触面積が所定の閾値に達すると感圧センサ１がＯＮ状態になる。比較例の場合、接触荷重と飽和荷重との差が大きく、その間の接触面積の変化が緩やかなので、感圧センサ１（感圧スイッチ）がＯＮ状態になる荷重にばらつきが生じやすい。これに対し、第１実施形態の場合、接触荷重と飽和荷重との差が小さく、その間の接触面積の変化が急峻なので、感圧センサ１がＯＮ状態になる荷重は、ばらつきにくくなり、安定する。

上記の通り、第１実施形態の感圧センサ１では、クッション部材４０の下面（第１電極シート１０側の面）に環状溝４３Ａ（分離部）が形成されている（図２参照）。環状溝４３Ａの内側には、環状溝４３によって、第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向に第１電極シート１０を押し込む押し子部４１が形成されている。第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、押し子部４１の少なくとも一部は、第１電極１２及び第２電極２２の少なくとも一部と重なっている。このような構造により、第１電極１２の湾曲を抑制させながら、第１電極１２を第２電極２２に接触させることができる。この結果、荷重に対する感圧センサ１の出力が安定する。

なお、第１実施形態の構造によれば、クッション部材４０が荷重を受けたときに、押し子部４１（環状溝４３Ａよりも内側の領域）が、環状溝４３Ａよりも外側の荷重受け部４２から拘束されずに、第１電極シート１０を下側（第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向）に押し込むことになる（図４Ａ〜図４Ｃ参照）。このため、第１電極１２の湾曲を抑制させながら、第１電極１２を第２電極２２に接触させることができるのである。

また、第１実施形態では、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、押し子部４１は、スペーサ３０の開口３１の内側に位置することになる。これにより、押し子部４１の全体が第１電極シート１０を押し込むことができる。なお、仮に押し子部４１の一部が開口３１の外側に位置してしまうと（押し子部４１が開口３１内に収まっていないと）、押し子部４１が第１電極シート１０を押し込むときに、押し子部４１が湾曲してしまう。

また、第１実施形態では、環状溝４３Ａ（分離部）の深さｄが、スペーサ３０の厚さｔ（若しくは、第１電極１２と第２電極２２との間隔）よりも大きい（図１Ａ参照）。これにより、第１電極１２の湾曲を更に抑制できる。もし仮に環状溝４３Ａの深さｄがスペーサ３０の厚さｔよりも小さいと、少なくとも押し子部４１の下面が下に突出するほど変形させなければ第１電極１２が第２電極２２に届かないため、第１実施形態と比べて第１電極１２が湾曲してしまう。

また、第１実施形態では、押し子部４１の剛性は、第１電極シート１０の剛性よりも高い。これにより、押し子部４１の変形が小さい状態で押し子部４１が第１電極シート１０を押し込むため、押し子部４１が第１電極シートを押し込みやすくなる。

図６Ａは、押し子部４１の変形量の説明図である。図６Ｂは、第１電極シート１０の変形量の説明図である。押し子部４１の下面が第１電極シート１０から受ける圧力（荷重）と、第１電極シート１０が押し子部４１の下面から受ける圧力（荷重）は同じである。このとき、厚さｄの押し子部４１の上下方向（荷重方向）の変形量Ｘ１は、第１電極シート１０の上下方向の変形量Ｘ２よりも小さい。言い換えると、押し子部４１の剛性が第１電極シート１０の剛性よりも高くなる材料が選択された結果、クッション部材４０は、押し子部４１の変形量Ｘ１が第１電極シート１０の変形量Ｘ２よりも小さくなる。このように、押し子部４１の剛性が第１電極シート１０の剛性よりも高くなれば、第１電極シート１０が押し子部４１よりも変形しやすいため、押し子部４１が第１電極シート１０を下に押し込みやすくなる。なお、第１実施形態では、クッション部材４０の材質として、スポンジ状の柔らかい素材ではなく、ゴムが採用されている。

第１実施形態では、クッション部材４０の下面に環状溝４３Ａが形成されている。これにより、押し子部４１の下面の全周の縁が外側の荷重受け部４２から拘束を受けずに済むため、第１電極１２の湾曲を抑制できる。また、第１実施形態では、押し子部４１の下面と荷重受け部４２の下面とを分離する分離部が溝状であるため、その上側では押し子部４１と荷重受け部４２とが連結しており、クッション部材４０（押し子部４１及び荷重受け部４２）を一体化して構成できる。

また、第１実施形態では、環状溝４３Ａの外側の周面の直径Ｄ２は、スペーサ３０の開口３１の直径Ｄ以上である（図１Ａ参照）。図７Ａは、Ｄ２≧Ｄにした効果の説明図である。図７Ｂは、Ｄ２＜Ｄとした比較例の説明図である。
比較例では、図７Ｂに示すように環状溝４３Ａの外側の周面の直径Ｄ２がスペーサ３０の開口３１の直径Ｄよりも小さいため（Ｄ２＜Ｄ）、第１電極シート１０は、スペーサ３０上だけでなくスペーサ３０の開口３１内の領域においても荷重受け部４２から圧力を受けている。この結果、開口３１の内側で第１電極シート１０がクッション部材４０から下側に押し込まれたときに、スペーサ３０の開口３１の縁（角部）で第１電極シート１０の応力が高くなりやすく、第１電極シート１０が、スペーサ３０の開口３１の縁（角部）で塑性変形しやすくなる（図７Ｂの点線参照）。第１電極シート１０が塑性変形してしまうと、その後の感圧センサ１の特性（荷重に対する電極同士の接触面積や抵抗値）が変化してしまう。
これに対し、第１実施形態では、図７Ａに示すように環状溝４３Ａの外側の周面の直径Ｄ２がスペーサ３０の開口３１の直径Ｄ以上であるため（Ｄ２≧Ｄ）、第１電極シート１０は、スペーサ３０上において荷重受け部４２から圧力を受けており、開口３１の内側の領域では荷重受け部４２から圧力を受けていない。このため、第１電極シート１０がクッション部材４０から下側に押し込まれたときに、比較例と比べると、スペーサ３０の開口３１の縁（角部）での第１電極シート１０の応力が抑制される。つまり、Ｄ２≧Ｄにすることによって、第１電極シート１０がスペーサ３０の開口３１の縁（角部）で塑性変形しにくくなるという効果が得られる。また、第１電極シート１０が塑性変形しにくくなることに伴って、感圧センサ１の特性が変化しにくくなるという効果も得られる。

ところで、感圧センサ１の特性（荷重に対する電極同士の接触面積や抵抗値）は、温度の影響を受けることが知られている。これは、感圧センサ１の構成要素の硬さ等が温度に応じて変化することが一因であり、温度の影響を受ける構成要素には、電極シートやスペーサ３０だけでなく、接着剤（接着層）も含まれている。
そして、第１実施形態では、クッション部材４０は荷重受け部４２（分離部よりも外側の領域）で第１電極シート１０に接着されており、押し子部４１の下面（分離部よりも内側の領域）は第１電極シート１０に接着されていない。このため、押し子部４１と第１電極シート１０との間には接着層が無いので、感圧センサ１の特性が温度の影響を受けにくくなる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第１実施形態では、押し子部４１の下面と荷重受け部４２の下面は、同じ高さであり、面一であった。但し、クッション部材４０の下面は、このような形状に限られるものではない。

図８Ａは、第２実施形態の感圧センサ１の断面図である。図８Ｂは、感圧センサ１を設置面５１に設置した状態の断面図である。第２実施形態では、押し子部４１の下面が荷重受け部４２の下面よりも上側に位置している。このため、感圧センサ１が荷重を受けていない状態では、押し子部４１の下面が第１電極シート１０から離れている。

第２実施形態においても、クッション部材４０の下面（第１電極シート１０側の面）に環状溝４３Ａ（分離部）が形成されており、環状溝４３Ａの内側には、環状溝４３によって、第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向に第１電極シート１０を押し込む押し子部４１が形成されており、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、押し子部４１の少なくとも一部は、第１電極１２及び第２電極２２の少なくとも一部と重なっている。このため、第２実施形態においても、第１電極１２の湾曲を抑制させながら、第１電極１２を第２電極２２に接触させることができる。

なお、第２実施形態においても、クッション部材４０が荷重を受けたときに、押し子部４１（環状溝４３Ａよりも内側の領域）が、環状溝４３Ａよりも外側の荷重受け部４２から拘束されずに、第１電極シート１０を下側に押し込むことが可能である。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第１実施形態及び第２実施形態では、クッション部材４０の下面に環状溝４３Ａが形成されており、クッション部材４０の上面側では押し子部４１と荷重受け部４２とが連結されていた。但し、押し子部４１と荷重受け部４２とを連結する部位（連結部）は、クッション部材４０の上面側に限られるものではない。

図９Ａは、第３実施形態の感圧センサ１の断面図である。図９Ｂは、第３実施形態のクッション部材４０を上側から見た図である。第３実施形態では、押し子部４１と荷重受け部４２とを連結する連結部４４は、上面側ではなく、厚さ方向の中央部分に形成されている。

第３実施形態においても、クッション部材４０の下面（第１電極シート１０側の面）に環状溝４３Ａ（分離部）が形成されており、環状溝４３Ａの内側には、環状溝４３によって、第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向に第１電極シート１０を押し込む押し子部４１が形成されており、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、押し子部４１の少なくとも一部は、第１電極１２及び第２電極２２の少なくとも一部と重なっている。このため、第３実施形態においても、第１電極１２の湾曲を抑制させながら、第１電極１２を第２電極２２に接触させることができる。

＜変形例＞
上記の実施形態では、環状溝４３Ａの上側の全ての領域において、押し子部４１と荷重受け部４２とが連結されていた。つまり、押し子部４１と荷重受け部４２とを連結する連結部４４が環状に形成されていた。しかし、連結部４４の形状は、環状に限られるものではない。

図９Ｃは、第３実施形態の変形例の説明図である。変形例の連結部４４は、環状ではなく、放射状に形成されている。連結部４４をこのように形成しても、クッション部材４０（押し子部４１及び荷重受け部４２）を一体化して構成できる。

＝＝＝第４実施形態＝＝＝
第１〜第３実施形態では、クッション部材４０の押し子部４１と荷重受け部４２とが連結されていた。但し、クッション部材４０の押し子部４１と荷重受け部４２とを別体で構成することも可能である。

図１０Ａは、第４実施形態の感圧センサ１の断面図である。図１０Ｂは、第４実施形態の感圧センサ１を設置した状態の断面図である。第４実施形態のクッション部材４０は、押し子部４１と荷重受け部４２とが一体化されてなく、別体に構成されている。荷重受け部４２には中空円柱状の開口が形成されており、荷重受け部４２の開口の中に円柱状の押し子部４１が配置されている。押し子部４１と荷重受け部４２との間には隙間４３Ｂが形成されている。

第４実施形態では、隙間４３Ｂが、押し子部４１と荷重受け部４２とを分離する分離部として機能している。この隙間４３Ｂの内側には、この隙間４３Ｂによって、第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向に第１電極シート１０を押し込む押し子部４１が形成されており、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、押し子部４１の少なくとも一部は、第１電極１２及び第２電極２２の少なくとも一部と重なっている。このため、押し子部４１の下面の全周の縁が外側の荷重受け部４２から拘束を受けずに済むため、第１電極１２の湾曲を抑制できる。

なお、第４実施形態では、クッション部材４０の押し子部４１と荷重受け部４２とが別体で構成されているため、押し子部４１を固定するために、押し子部４１の下面と第１電極シート１０との間を接着剤で固定する必要がある。また、第４実施形態では、押し子部４１が単独で荷重を受けないようにするため、押し子部４１の上面と荷重受け部４２の上面に板状の部材を配置して、感圧センサ１の受ける荷重を荷重受け部４２に分散させることが好ましい（図１０Ｂ参照）。

＝＝＝第５実施形態＝＝＝
第１〜第４実施形態では、クッション部材４０の下面に環状の分離部（環状溝４３Ａ又は隙間４３Ｂ）が形成されており、押し子部４１の下面の全周の縁が外側の荷重受け部４２から拘束を受けずに済んでいた。但し、分離部は環状に形成されていなくても良い。

図１１は、第５実施形態の感圧センサ１に用いられるクッション部材４０の下面の斜視図である。第５実施形態のクッション部材４０の下面には、４つの円弧状溝４３Ｃが形成されている。４つの円弧状溝４３Ｃによって囲まれた内側の領域は、第１電極シート１０を下側へ押し込む押し子部４１となる。４つの円弧状溝４３Ｃよりも外側の領域は、荷重を受ける荷重受け部４２となる。なお、第５実施形態においても、不図示の第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、押し子部４１の少なくとも一部は、第１電極１２及び第２電極２２の少なくとも一部と重なっている。

円弧状溝４３Ｃの両端（円弧状溝４３Ｃと円弧状溝４３Ｃとの間）では、押し子部４１の下面と荷重受け部４２の下面とが連結しているため、押し子部４１が第１電極シート１０を下側に押し込むときに、押し子部４１の下面の外縁が荷重受け部４２の下面から拘束されてしまう。このため、第５実施形態では、第１実施形態と比べると、第１電極１２が湾曲しやすくなってしまう。

但し、第５実施形態においても、円弧状溝４３Ｃ（分離部）の内側には、円弧状溝４３Ｃによって、第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向に第１電極シート１０を押し込む押し子部４１が形成されており、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、押し子部４１の少なくとも一部は、第１電極１２及び第２電極２２の少なくとも一部と重なっている。このような構造により、第１電極１２の湾曲を抑制できる。

なお、第５実施形態の構造によれば、円弧状溝４３Ｃが形成された領域では、押し子部４１の下面の外縁が荷重受け部４２の下面から拘束されていないため、円弧状溝４３Ｃが形成された領域では、クッション部材４０が荷重を受けたときに、押し子部４１が荷重受け部４２から拘束されずに、第１電極シート１０を下側に押し込むことになる。このため、分離部の全く無い構成（図３Ａ〜図３Ｃの比較例参照）と比べれば、第５実施形態においても、第１電極１２の湾曲を抑制できるのである。

＝＝＝第６実施形態＝＝＝
第１〜第５実施形態では、分離部の深さが、スペーサ３０の厚さ（若しくは第１電極１２と第２電極２２との間隔）よりも大きかった。但し、分離部の深さは、スペーサ３０の厚さよりも小さくすることが可能である。

図１２は、第６実施形態の感圧センサ１の断面図である。
第６実施形態では、第１電極シート１０の上側にクッション部材４０（第１クッション部材４０）が配置されているだけでなく、第２電極シート２０の下側にもクッション部材（第２クッション部材４０’）が配置されている。第２クッション部材４０’の上面にも環状溝４３Ａ’が形成されており、この環状溝４３Ａ’によって第２クッション部材４０’の上面に押し子部４１’と荷重受け部４２’が形成されている。

第１電極シート１０の上側の第１クッション部材４０の下面には、第１実施形態と同様に、環状溝４３Ａが形成されている。但し、第６実施形態の環状溝４３Ａの深さｄ’は、スペーサ３０の厚さｔよりも小さい。また、第２クッション部材４０’の環状溝４３Ａ’の深さもスペーサ３０の厚さｔよりも小さい。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、第６実施形態の感圧センサ１の動作の説明図である。
第６実施形態では、第２クッション部材４０’の押し子部４１’が第２電極シート２０を上側に押し込むことになり、第１電極１２と第２電極２２とが互いに接近する。このため、環状溝４３Ａの深さｄ’がスペーサ３０の厚さｔよりも小さくても、第１電極１２（及び第２電極２２）の湾曲を抑制しながら、第１電極１２と第２電極２２とを接触させることができる。

＜変形例＞
図１４Ａ〜図１４Ｃは、第６実施形態の変形例の感圧センサ１の動作の説明図である。この変形例では、上記の第６実施形態と同様に、クッション部材４０の環状溝４３Ａの深さｄ’がスペーサ３０の厚さｔよりも小さい。変形例では、上記の第６実施形態とは異なり、第２電極シート２０の側にクッション部材（第２クッション部材４０’）は設けられていない。

環状溝４３Ａの深さｄ’がスペーサ３０の厚さｔよりも小さいため、少なくとも押し子部４１の下面を下に突出するほど変形させなければ、第１電極１２が第２電極２２に届かない（図１４Ｃ参照）。このため、この変形例では、第１実施形態（図４Ｃ参照）と比べて第１電極１２が湾曲してしまう。但し、変形例においても環状溝４３Ａが形成されているため、分離部の全く無い構成（図３Ａ〜図３Ｃの比較例参照）と比べれば、第１電極１２の湾曲を抑制させながら、第１電極１２を第２電極２２に接触させることができる。

＝＝＝第７実施形態＝＝＝
第１〜第６実施形態では、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、押し子部４１の全体がスペーサ３０の開口３１の内側に位置していた。但し、押し子部４１の一部が開口３１の外側に位置していても良い。

図１５Ａは、第７実施形態のクッション部材４０の下面の斜視図である。
第７実施形態のクッション部材４０の下面には、一対のスリット４３Ｄが形成されている。一対のスリット４３Ｄによって囲まれた内側の矩形状の領域は、第１電極シート１０を下側に押し込む押し子部４１となる。このように、第７実施形態においても、スリット４３Ｄ（分離部）の内側には、スリット４３Ｄによって、第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向に第１電極シート１０を押し込む押し子部４１が形成されている。なお、一対のスリット４３Ｄよりも外側の領域は、荷重を受ける荷重受け部４２となる。

図１５Ｂは、クッション部材４０の下面（第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面）にスペーサ３０の開口３１を投影させて、開口３１とスリット４３Ｄとの位置関係を示した図である。
図に示すように、第７実施形態では、分離部となるスリット４３Ｄが、スペーサ３０の開口３１の外側に位置している。この結果、第７実施形態では、押し子部４１の一部がスペーサ３０の開口３１の外側に位置している（押し子部４１が開口３１内に収まっていない）。このため、第７実施形態では、第１実施形態と比べると、第１電極１２が湾曲しやすくなってしまう。

但し、第７実施形態においても、スリット４３Ｄ（分離部）の内側には、スリット４３Ｄによって、第１電極１２と第２電極２２とを接近させる方向に第１電極シート１０を押し込む押し子部４１が形成されている。この構造により、スリット４３Ｄが形成された領域では、クッション部材４０が荷重を受けたときに、スリット４３Ｄよりも外側の荷重受け部４２から拘束されずに、第１電極シート１０を下側に押し込むことになる。このため、分離部の全く無い構成（図３Ａ〜図３Ｃの比較例参照）と比べれば、第７実施形態においても、第１電極１２の湾曲を抑制できるのである。

＝＝＝感圧センサ１の固定方法＝＝＝
図１６Ａ及び図１６Ｂは、感圧センサ１の固定方法の説明図である。図１６Ａ及び図１６Ｂでは、どちらも第１実施形態の感圧センサ１が用いられているが、その固定方法が異なっている。

図１６Ａに示す固定方法では、クッション部材４０の下面には、下側に向かって突出した位置決めピン４６が形成されている。一方、感圧センサ１の設置面５１を有する設置部材５０には、予め位置決め穴５２が形成されている。そして、設置部材５０の位置決め穴５２にクッション部材４０の位置決めピン４６を上から挿入することによって、感圧センサ１を設置面５１に設置している。位置決めピン４６が位置決め穴５２に挿入されているため、感圧センサ１が設置面５１からずれにくくなる。

この固定方法によれば、クッション部材４０の下面から下側に突出した位置決めピン４６を上側から位置決め穴５２に挿入しているため、クッション部材４０の上面で荷重を受けても、位置決めピン４６が干渉することはない。これに対し、図１６Ｂの固定方法のように、設置部材５０の設置面５１から上側に突出した位置決めピンを、クッション部材４０の位置決め穴に下側から挿入した固定方法では、クッション部材４０の上面で荷重を受けて、クッション部材４０が収縮したときに位置決めピンが突出するおそれがある。

また、仮に感圧センサ１を着座センサとして用いる場合、クッション部材４０の上面で人の臀部からの荷重を受けることになる。このとき、図１６Ｂの固定方法では、クッション部材４０の上面の近くに位置決めピンが位置するため、着座した人の臀部に違和感を与えてしまう。これに対し、図１６Ａの固定方法によれば、人の臀部に違和感を与えずに済む。

＝＝＝その他＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更・改良され得ると共に、本発明には、その等価物が含まれることは言うまでもない。

＜電極について＞
前述の実施形態では、第１電極１２及び第２電極２２は、図１７Ａに示すような円形状の電極であった。但し、第１電極１２及び第２電極２２は、このような形状に限られるものではない。例えば、図１７Ｂに示すように、第２電極２２（又は第１電極１２）を２つに分割して構成しても良い。このように電極を構成すれば、一方の電極シート（この場合、第２電極シート２０）に感圧センサの端子を形成するだけで済む。また、図１７Ｃに示すように、電極を円形状ではなく、櫛歯状にしても良い。

前述の実施形態では、押し子部４１の外周の直径Ｄ１は第１電極１２の直径よりも僅かに大きい状態であった。このため、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影すると、第１電極１２が押し子部４１に包含されるように、押し子部４１と第１電極１２とが重なっていた。但し、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影したときの押し子部４１、第１電極１２及び第２電極２２との重なり方は、これに限られるものではない。
例えば、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影したときに、押し子部４１と第１電極とが横にずれて位置した状態で、押し子部４１と第１電極１２（又は第２電極２２）とが一部重なっていても良い。要するに、第１電極シート１０及び第２電極シート２０に平行な面に投影したときに、押し子部４１の少なくとも一部と第１電極１２及び第２電極２２の少なくとも一部が重なっていれば良い。これにより、その重複領域における電極の湾曲を抑制できる。

＜感圧センサについて＞
前述の感圧センサは、対向する電極の接触／非接触に応じたＯＮ／ＯＦＦの２値を出力する感圧スイッチであった。但し、感圧センサは、感圧スイッチに限られるものではない。例えば、感圧センサは、圧力に応じて接触面積が徐々に変化するように電極を構成することにより、電極間の抵抗値の変化に基づいて圧力値を検知するセンサであっても良い。

電極間の抵抗値の変化に基づいて圧力値を検知するタイプの感圧センサも、前述の実施形態と同様に構成される。すなわち、このタイプの感圧センサも、第１電極１２を有する第１電極シート１０と、第２電極２２を有する第２電極シート２０と、第１電極シート１０と第２電極シート２０に挟まれて配置されるスペーサ３０と、第１電極シート１０の上側に配置されたクッション部材４０とを有する。但し、電極（第１電極１２及び第２電極２２）は、銀電極やカーボン電極の表面に導電性の感圧インクを塗布することによって形成された感圧電極である。感圧電極の塗膜表面には微小な凹凸が形成されており、電極同士の接触面積が荷重に応じて変化する。

図１８は、感圧電極を用いた感圧センサの荷重と抵抗値との関係の説明図である。荷重が高くなるほど電極同士の接触面積が増えるため、徐々に抵抗値が低下する。感圧センサの抵抗値を測定すれば、そのときの荷重を計測することができる（図中の点線参照）。

このタイプの感圧センサにおいても、クッション部材４０に環状溝４３Ａ等の分離部を形成し、分離部の内側の領域（押し子部４１）が、その外側の領域（荷重受け部４２）から拘束されずに第１電極シート１０を押し込めば、第１電極１２の湾曲を抑制できる。これにより、電極同士が表面全体で接触するため、その接触範囲は荷重に影響を受けずにほぼ一定の状態で、感圧電極の微小な凹凸によって接触面積が荷重に応じて変化する。この結果、荷重に対する抵抗値の変化（図１８のグラフの傾き）は、主に感圧電極の表面形状（凹凸の度合い、表面粗さ）に依存することになるため、感圧センサの特性（荷重に対する電極同士の接触面積や抵抗値）は、ばらつきにくくなり、安定する。

＜分離部について＞
前述の分離部は、押し子部４１の下面が円形状になるように形成されていた。但し、円形状ではなく、他の形状に沿うように分離部を形成しても良い。
また、前述の分離部（環状溝４３Ａ、隙間４３Ｂ又は円弧状溝４３Ｃ）は、所定の幅を空けて押し子部４１と荷重受け部４２と分離していた。但し、分離部をスリット状に形成することによって、幅を空けずに押し子部４１と荷重受け部４２と分離しても良い。

１ 感圧センサ、
１０ 第１電極シート、１１ 第１絶縁シート、１２ 第１電極、
２０ 第２電極シート、２１ 第２絶縁シート、２２ 第２電極、
３０ スペーサ、３１ 開口、
４０ クッション部材（第１クッション部材）、４０’ 第２クッション部材、
４１ 押し子部、４２ 荷重受け部、
４３Ａ 環状溝（分離部）、４３Ｂ 隙間、４３Ｃ 円弧状溝、４３Ｄ スリット、
４４ 連結部、４６ 位置決めピン、
５０ 設置部材、５１ 設置面、５２ 位置決め穴

Claims (7)

1. 第１電極を有する第１電極シートと、
   第２電極を有する第２電極シートと、
   前記第１電極シートと前記第２電極シートに挟まれて配置され、開口を有し、前記開口において前記第１電極と前記第２電極とが対向するスペーサと、
   前記第１電極シートの前記スペーサ側とは反対側に配置されたシート状のクッション部材と
   を備え、
   前記シート状の前記クッション部材の前記第１電極シート側の面に分離部が形成されており、
   前記分離部の内側には、前記シート状の前記クッション部材の前記第１電極シート側とは反対側の面に荷重が作用したときに前記第１電極と前記第２電極とを接近させる方向に前記第１電極シートを押し込む押し子部が形成されており、
   前記第１電極シート及び前記第２電極シートに平行な面に投影すると、前記押し子部の少なくとも一部と前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一部とは重なっており、
   前記第１電極シート及び前記第２電極シートに平行な面に投影すると、前記押し子部は、前記開口の内側に位置する
   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、
   前記分離部の深さは、前記スペーサの厚さよりも大きい
   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、
   前記押し子部の剛性は、前記第１電極シートの剛性よりも高い
   ことを特徴とする感圧センサ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の感圧センサであって、
   前記分離部は、環状溝である
   ことを特徴とする感圧センサ。
5. 請求項４に記載の感圧センサであって、
   前記環状溝の外側の周面の直径は、前記スペーサの前記開口の直径よりも大きい
   ことを特徴とする感圧センサ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の感圧センサであって、
   前記クッション部材は、前記分離部よりも外側の領域で前記第１電極シートに接着されており、
   前記分離部よりも内側の領域は、前記第１電極シートに接着されていない
   ことを特徴とする感圧センサ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の感圧センサであって、
   前記クッション部材の前記分離部の内側の前記押し子部は、前記クッション部材の前記分離部の外側の領域と一体化して構成されている
   ことを特徴とする感圧センサ。

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