JP6297613B2 - 感圧センサ - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の圧力センサ1は、感圧用薄膜3と、電極41,42とを有しており、両者が空間を介して対向している。図11に示す電極41,42は櫛歯形状になっている。押圧力が加えられると、電極41,42の一対の櫛歯同士が感圧用薄膜3を介して接続される。これにより、電極41,42及び接触位置における感圧用薄膜3の抵抗の値に基づいて、圧力検出部が押圧力を検出する。
なお、押圧位置が異なる場合には、押圧力の大きさに関わりなく、電極配線の導通経路の長さが大きく異なることがある。したがって同じ押圧力であっても、押圧位置によっては全体の導通経路の抵抗が異なってしまう。ただし、一般的なメンブレンスイッチ代替用の感圧センサの場合は、上記の接触抵抗が電極配線の導通経路の抵抗より十分に大きかったので、電極配線の導通経路の抵抗の変動は無視しても問題が少なかった。
一方、大型化された感圧センサでは、電極配線の導通経路の抵抗の割合が大きくなるので、その違いによって、押圧力に対する抵抗検出値が大きく異なるおそれがある。
第2絶縁基材は、第1絶縁基材との間に空間を介して配置されている。
感圧導電体は、第1絶縁基材の第2絶縁基材側の面全体に形成されている。
第1電極パターンは、第2絶縁基材の第1絶縁基材側の面に形成され、複数の第1電極と、複数の第1電極の一端同士を連結するように延び第1端部を有する第1連結部と、第1連結部の第1端部から延びる第1配線部とを有する。
第2電極パターンは、第2絶縁基材の第1絶縁基材側の面に形成され、第1電極と交互に配置された複数の第2電極と、複数の第2電極の一端同士を連結するように延び第1端部に対して対角にある第2端部を有する第2連結部と、第2連結部の第2端部から延びる第2配線部とを有する。
第2配線部は、隣接する第1電極及び第2電極が感圧導電体を介して導通した場合に第1配線部の出力端と第2配線部の出力端との間の導通経路の抵抗が第1電極と第2電極のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなるように延びる。
なお、「端部から延びる」とは、端における所定の長さ部分のいずれかから延びていることを意味する(以下、同じ)。
従来であれば、第2配線部が第2電極パターンの第2連結部の第1端部から延びているので、第2端部の近傍の第1電極と第2電極が導通するように押圧力が作用した場合(第1の場合)、第1連結部の導通経路及び第2連結部の導通経路は共に長い。それに対して、第1端部の近傍の第1電極と第2電極が導通するように押圧力が作用した場合(第2の場合)、第1連結部の導通経路及び第2連結部の導通経路は共に短い。このように連結部の導通経路の合計が第1の場合と第2の場合とで異なることで、導通経路全体の抵抗が、第1電極と第2電極の組み合わせによっては、大きく異なってしまう。
それに対して、本発明では、第1の場合は、第1連結部の導通経路が変わらず長いままであり、第2連結部の導通経路が第1の場合に比べて短くなるが、そこに第2配線部の抵抗が加わるので、結果的に、導通経路全体の抵抗が従来に比べてわずかに高くなる。さらに、第2の場合、第1連結部の導通経路が変わらず短いままであるが、第2連結部の導通経路が長くなり、そこに第2配線部の抵抗が加わるので、結果的に、導通経路全体の抵抗が従来に比べて大幅に高くなる。その結果、導通経路全体の抵抗が、第1電極と第2電極のいずれの組み合わせの場合でも、実質的に等しくなる。
第2絶縁基材は、第1絶縁基材との間に空間を介して配置されている。
感圧導電体は、第1絶縁基材の第2絶縁基材側の面全体に形成されている。
第1電極パターンは、第2絶縁基材の第1絶縁基材側の面に形成され、複数の第1電極と、複数の第1電極の一端同士を連結するように延び第1端部を有する第1連結部と、第1連結部の第1端部から延びる第1配線部とを有する。
第2電極パターンは、第2絶縁基材の第1絶縁基材側の面に形成され、第1電極と交互に配置された複数の第2電極と、複数の第2電極の一端同士を連結するように延び第1端部に対して対角にある第2端部を有する第2連結部と、第2連結部の第2端部から延びる第2配線部とを有する。
第2配線部は、隣接する第1電極及び第2電極が感圧導電体を介して導通した場合に第1配線部の出力端と第2配線部の出力端との間の導通経路の抵抗が第1電極と第2電極のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなるように延びる。
第3電極パターンは、第2絶縁基材の第1絶縁基材側の面に形成され、複数の第3電極と、複数の第3電極の一端同士を連結するように延びる第3連結部と、第3連結部の第3端部から延びる第3配線部とを有する。
第4電極パターンは、第2絶縁基材の第1絶縁基材側の面に形成され、第3電極と交互に配置された複数の第4電極と、複数の第4電極の一端同士を連結するように延び第3端部に対して対角にある第4端部を有する第4連結部と、第4連結部の第4端部から延びる第4配線部とを有する。
第4配線部は、隣接する第3電極及び第4電極が感圧導電体を介して導通した場合に第3配線部の出力端と第4配線部の出力端との間の導通経路の抵抗が第3電極と第4電極のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなるように延びる。
(1)センサ装置全体の構成
図1を用いて、感圧センサ3を含んだセンサ装置1を説明する。図1は、本発明に係る感圧センサの構成を示す模式図である。なお、図1の断面図はあくまでも層同士の概略位置関係を示しているだけであって、厳密に実際の構成を再現していない。
センサ装置1は、押圧力を検出するための装置である。センサ装置1は、感圧センサ3を有する。感圧センサ3は、押圧力を受けたときの抵抗の変化を検出するセンサである。
上側層9は、上部フィルム15(第1絶縁基材の一例)と、感圧層17(感圧導電体の一例)とを有する。上部フィルム15は、例えば人間の指からの押圧力が作用する層である。感圧層17は、上部フィルム15の下面(つまり、下部フィルム19側の面)に形成されている。感圧層17は上部フィルム15の下面に全面的に形成されている。「全面的に形成されている」とは、後述する電極との接触において必要な箇所全体にベタ形成されている、という意味である。
中間接着層13は、上側層9と下側層11との間に挟まれた枠形状部分であり、上述の空気層29を確保している。中間接着層13は、絶縁層23と、絶縁層25と、接着層27とを有する。絶縁層23は、上側層9の下面に設けられている。絶縁層25は下側層11の上面に設けられている。接着層27は絶縁層23と絶縁層25との間に配置され、両者を接着している。これにより、上側層9と下側層11とが絶縁状態で固定されている。なお、絶縁層23は省略されてもよい。
センサ装置1は、制御部7を有する。制御部7は、検出回路5を制御すると共に、検出回路5からの出力を他の装置に送信したり、ディスプレイに表示したりするための装置である。制御部7は、CPU,RAM,ROMを含むコンピュータである。
図2〜図4を用いて、感圧センサ3を詳細に説明する。図2は、感圧センサの側面図である。図3は、感圧センサの平面図である。図4は、図3のII−II断面図である。
図2及び図3に示すように、下部フィルム19は、上部フィルム15と対向する部分からさらに延びる延長部30を有する。延長部30は、第1配線部35及び第2配線部45(後述)を有する。以上に述べたように、感圧センサ3のセンサ出力は片面取り出し方式である。
さらに、図3及び図4に示すように、配線21は、一対の櫛歯形状の電極パターン(後述)からなる。
一例として、スクリーン印刷を用いる場合は、銀インキが材料であり、配線幅は30〜500μmであり、厚みは1〜100μmである。他の例として、フォトリソグラフィの場合は、材料は銅であり、配線幅が10〜300μmであり、厚みは20〜1000nmである。
絶縁層23、25は、例えば、ポリオール樹脂系、イソシアネート樹脂系、メチレン樹脂系、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系やシリコーン樹脂系の材料が用いられる。接着層27は、例えば、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系やシリコーン樹脂系の粘着剤である。
図5を用いて、検出回路5による抵抗の検出原理を説明する。図5は、抵抗測定の原理を示す模式図である。検出回路5は、直流電源22と、抵抗計24とを有しており、これらは直列に接続され、さらにその両端に配線21の一対の電極パターンが接続されている。これにより、図5に示すように押圧力によって感圧層17が一対の電極に接触すれば、一対の電極同士が感圧層17を介して導通する(詳細は後述)。これにより、抵抗計24が抵抗を測定可能になる。なお、押圧力が増加すれば、感圧層17と一対の電極との接触抵抗が減少する。その結果、押圧力の大きさを正確に測定できる。
図7及び図8を用いて、配線の第1例の構成を説明する。図7及び図8は、第1例の電極パターンを示す平面図である。
配線は、第1電極パターン21A(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21B(第2電極パターンの一例)とを有する。
第1配線部35は、第1端部37から延びている。第1配線部35は、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
この感圧センサ3では、第1配線部35が第1連結部33の第1端部37から延び、第2配線部45が第2連結部43の第2端部49から延びている。したがって、隣接する第1電極部31及び第2電極部41が感圧層17を介して接触した場合に、第1配線部35の出力端と第2配線部45の出力端との間(導通経路全体)の抵抗が、第1電極部31と第2電極部41のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなる。以下、さらに詳細に説明する。
図9及び図10を用いて、配線の第2例の構成を説明する。図9及び図10は、第2例の電極パターンを示す平面図である。
配線は、第1電極パターン21C(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21D(第2電極パターンの一例)とを有する。
第1配線部35Aは、第1端部37から延びている。第1配線部35Aは、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
この感圧センサ3では、第1配線部35Aが第1連結部33の第1端部37から延び、第2配線部45Aが第2連結部43の第2端部49から延びている。したがって、隣接する第1電極部31及び第2電極部41が感圧層17を介して接触した場合に、導通経路全体の抵抗が、第1電極部31と第2電極部41のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなる。以下、さらに詳細に説明する。
図11及び図12を用いて、配線の第3例の構成を説明する。図11及び図12は、第3例の電極パターンを示す平面図である。
配線は、第1電極パターン21E(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21F(第2電極パターンの一例)とを有する。
第1配線部35Bは、第1端部37から延びている。第1配線部35Bは、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
この感圧センサ3では、第1配線部35Bが第1連結部33の第1端部37から延び、第2配線部45Bが第2連結部43の第2端部49から延びている。したがって、隣接する第1電極部31及び第2電極部41が感圧層17を介して接触した場合に、導通経路全体の抵抗が、第1電極部31と第2電極部41のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなる。
図13及び図14を用いて、配線の第4例の構成を説明する。図13及び図14は、第4例の電極パターンを示す平面図である。
配線51は、第1電極パターン21G(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21H(第2電極パターンの一例)とを有する。なお、配線53は、第1電極パターン21G(第3電極パターンの一例)と、第2電極パターン21H(第4電極パターンの一例)とを有する。
第1配線部35Cは、第1端部37から延びている。第1配線部35Cは、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
この感圧センサ3では、第1配線部35Cが第1連結部33の第1端部37から延び、第2配線部45Cが第2連結部43の第2端部49から延びている。したがって、隣接する第1電極部31及び第2電極部41が感圧層17を介して接触した場合に、導通経路全体の抵抗が、第1電極部31と第2電極部41のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなる。以下、さらに詳細に説明する。
なお、配線53は、配線51と構造が同じであるので、同様な機能が得られる。
なお、以上の構成により、前記実施形態とは異なり、4本の配線部(2本の第1配線部35Cと2本の第2配線部45C)が検出回路5まで延びる。
図15を用いて、配線の第5例の構成を説明する。図15は、第5例の電極パターンを示す平面図である。
この実施形態では、基本的構造は第4例と同じである。
異なる点は、配線51の第1電極パターン21G(第1電極パターンの一例)の第1配線部35C(第1配線部の一例)と、配線53の第1電極パターン21G(第3電極パターンの一例)の第1配線部35C(第3配線部の一例)を共通にしたことである。これにより、配線部の本数が4本から3本(1本の第1配線部35Dと2本の第2配線部45C)に減らすことができ、それにより配線部の材料及び占有面積を減らせる。特に、制御のために必要となるIC側の制御信号本数を減らすことができる。
図16を用いて、配線の第6例の構成を説明する。図16は、第6例の電極パターンを示す平面図である。
配線61は、第1電極パターン21I(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21J(第2電極パターンの一例)とを有する。なお、配線63は、第1電極パターン21I(第3電極パターンの一例)と、第2電極パターン21J(第4電極パターンの一例)とを有する。
第1配線部35Dは、第1端部37から延びている。第1配線部35Dは、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
なお、配線63、配線65、及び配線67は、配線61と構造が同じであるので、同様な機能が得られる。
また、この実施形態では、左右の額縁領域に設けられた配線部の数は3本ずつである。
図17を用いて、配線パターンの第7例の構成を説明する。図17は、第7例の電極パターンを示す平面図である。
配線71を説明する。配線71は、第1電極パターン21K(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21L(第2電極パターンの一例)とを有する。なお、配線73は、第1電極パターン21K(第3電極パターンの一例)と、第2電極パターン21L(第4電極パターンの一例)とを有する。
第1配線部35Eは、第1端部37から延びている。第1配線部35Eは、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
なお、配線73、配線75、及び配線77は、配線71と構造が同じであるので、同様な機能が得られる。
また、この実施形態では、左右の額縁領域に設けられた配線部の数は4本ずつである。
図18を用いて、配線パターンの第8例の構成を説明する。図18は、第8例の電極パターンを示す平面図である。
配線81及び配線83を説明する。配線81は、第1電極パターン21M(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21N(第2電極パターンの一例)とを有する。配線83は、第1電極パターン21M(第3電極パターンの一例)と、第2電極パターン21N(第4電極パターンの一例)とを有する。
第1電極パターン21Mは、複数の第1電極部31と、第1連結部33と、第1配線部35Fとを有する。複数の第1電極部31は、図の左右方向に延びる帯状又は短冊状であり、図の上下方向に互いに間隔を空けて配置されている。第1連結部33は、図の上下方向に延び複数の第1電極部31の図右側端同士を連結している。なお、第1連結部33の図下側端を第1端部37とし、図上側端を第2端部39とする。
第1配線部35Fは、第1端部37から延びている。具体的には、第1配線部35Fは、第2配線83の第1配線部35Fの図右側を通って延びている。第1配線部35Fは、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
なお、第2配線部45Fは、配線81と配線85との間、さらに、配線83と配線87との間を延びており、各第2連結部43に対して隣接する位置に長く延びている。
なお、配線83、配線85、及び配線87は、配線81と構造が同じであるので、同様な機能が得られる。
また、この実施形態では、左右の額縁領域に設けられた配線部の数は2本ずつである。
図19を用いて、配線パターンの第9例の構成を説明する。図19は、第9例の電極パターンを示す平面図である。
配線91及び配線93を説明する。配線91は、第1電極パターン21O(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21P(第2電極パターンの一例)とを有する。なお、配線93は、第1電極パターン21O(第3電極パターンの一例)と、第2電極パターン21P(第4電極パターンの一例)とを有する。
第1電極パターン21Oは、複数の第1電極部31と、第1連結部33と、第1配線部35Gとを有する。複数の第1電極部31は、図の上下方向に延びる帯状又は短冊状であり、図の左右方向に互いに間隔を空けて配置されている。第1連結部33は、図の左右方向に延び複数の第1電極部31の図下側端同士を連結している。なお、第1連結部33の図左側端を第1端部37とし、図右側端を第2端部39とする。
第1配線部35Gは、第1端部37から延びている。具体的には、第1配線部35Gは、第3配線93の図左側に沿って(つまり、近接して)配置されている。第1配線部35Gは、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
なお、配線93、配線95、及び配線97は、配線91と構造が同じであるので、同様な機能が得られる。
なお、配線93の第2配線部45Gは、距離を長くするために複数回折り返された形状になっている。
また、この実施形態では、左右の額縁領域に設けられた配線部の数は2本ずつである。
図20を用いて、配線パターンの第10例の構成を説明する。図20は、第10例の電極パターンを示す平面図である。
配線201及び配線203を説明する。配線201は、第1電極パターン21Q(第1電極パターンの一例)と、第2電極パターン21R(第2電極パターンの一例)とを有する。なお、配線203は、第1電極パターン21Q(第3電極パターンの一例)と、第2電極パターン21R(第4電極パターンの一例)とを有する。
第1電極パターン21Qは、複数の第1電極部31と、第1連結部33と、第1配線部35Hとを有する。複数の第1電極部31は、図の上下方向に延びる帯状又は短冊状であり、図の左右方向に互いに間隔を空けて配置されている。第1連結部33は、図の左右方向に延び複数の第1電極部31の図下側端同士を連結している。なお、第1連結部33の図左側端を第1端部37とし、図右側端を第2端部39とする。
第1配線部35Hは、第1端部37から延びている。第1配線部35Hは、検出回路5まで延びており、検出回路5に接続される出力端を有する。
この実施形態では、第1配線201と第2配線203が線対称であり、第1連結部33同士が共通である。また、第3配線205と第4配線207が線対称であり、第1連結部33同士が共通である。
なお、配線203、配線205、及び配線207は、配線201と構造が同じであるので、同様な機能が得られる。
なお、配線203の第2配線部45Hは、距離を長くするために複数回折り返された形状になっている。
また、この実施形態では、左右の額縁領域に設けられた配線部の数は1本ずつである。
図21を用いて、上記の感圧センサが表示装置に用いられた例を説明する。図21は、感圧センサが適用された表示装置の模式的断面図である。
図21に示すように、表示装置101は、筐体103を有する。筐体103は図上側が開いた形状である。
表示装置101は、ガラス105を有する。ガラス105の下面は、筐体103の枠部の上に接着層107によって固定されている。ガラス105と筐体103との間には空間が確保されている。
表示装置101は、感圧センサ111を有する。感圧センサ111は、前述の感圧センサ3と同じである。
表示装置101は、クッション材113を有する。クッション材113は、感圧センサ111と筐体103の底面との間に設けられている。クッション材113は弾性変形可能な材料からなる。クッション材113は、感圧センサ111の上側のみに設けられていてもよいし、感圧センサ111の上下両側に設けられていてもよい。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
前記実施形態では電極パターンの線幅を均一なものであるとして表現したが、これが本発明を制限するものではないことは当然である。
前記実施形態では電極部の形状を直線であるとして表現したが、これが本発明を限定するものではないことは当然である。
3 :感圧センサ
5 :検出回路
7 :制御部
9 :上側層
11 :下側層
13 :中間接着層
15 :上部フィルム
17 :感圧層
19 :下部フィルム
21 :配線
21A :第1電極パターン
21B :第2電極パターン
31 :第1電極部
33 :第1連結部
35 :第1配線部
37 :第1端部
39 :第2端部
41 :第2電極部
43 :第2連結部
45 :第2配線部
47 :第1端部
49 :第2端部
Claims (6)
- 第1絶縁基材と、
前記第1絶縁基材との間に空間を介して配置された第2絶縁基材と、
前記第1絶縁基材の前記第2絶縁基材側の面全体に形成された感圧導電体と、
前記第2絶縁基材の前記第1絶縁基材側の面に形成され、複数の第1電極と、前記複数の第1電極の一端同士を連結するように延び第1端部を有する第1連結部と、前記第1連結部の前記第1端部から延びる第1配線部と、を有する第1電極パターンと、
前記第2絶縁基材の前記第1絶縁基材側の面に形成され、前記第1電極と交互に配置された複数の第2電極と、前記複数の第2電極の一端同士を連結するように延び、第1端部及び前記第1連結部の第1端部に対して対角にある第2端部を有する第2連結部と、前記第2連結部の第1端部側へ前記第2連結部の前記第2端部から、位置を変えて前記第2連結部を折り返すように延びる第2配線部と、を有する第2電極パターンとを備え、
隣り合う前記第1電極及び前記第2電極が前記感圧導電体を介して導通した場合に、前記第2配線部の導通経路が長くなることによって前記第1配線部の出力端と前記第2配線部の出力端との間の導通経路の抵抗が前記第1電極と前記第2電極のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなっている、感圧センサ。 - 前記第1配線部の出力端と前記第2配線部の出力端との間の導通経路の抵抗のばらつきは、最大荷重を加えた場合の感圧抵抗の10%以下である、請求項1に記載の感圧センサ。
- 前記第2配線部は、前記第1連結部又は前記第2連結部の近傍を通って前記第2連結部を折り返すように延びる、請求項1又は2に記載の感圧センサ。
- 第1絶縁基材と、
前記第1絶縁基材との間に空間を介して配置された第2絶縁基材と、
前記第1絶縁基材の前記第2絶縁基材側の面全体に形成された感圧導電体と、
前記第2絶縁基材の前記第1絶縁基材側の面に形成され、複数の第1電極と、前記複数の第1電極の一端同士を連結するように延び第1端部を有する第1連結部と、前記第1連結部の前記第1端部から延びる第1配線部と、を有する第1電極パターンと、
前記第2絶縁基材の前記第1絶縁基材側の面に形成され、前記第1電極と交互に配置された複数の第2電極と、前記複数の第2電極の一端同士を連結するように延び、第1端部及び前記第1連結部の前記第1端部に対して対角にある第2端部を有する第2連結部と、前記第2連結部の第1端部側へ前記第2連結部の前記第2端部から、位置を変えて前記第2連結部を折り返すように延びる第2配線部と、を有する第2電極パターンとを備え、
隣り合う前記第1電極及び前記第2電極が前記感圧導電体を介して導通した場合に、前記第2配線部の導通経路が長くなることによって前記第1配線部の出力端と前記第2配線部の出力端との間の導通経路の抵抗が前記第1電極と前記第2電極のいずれの組み合わせでも実質的に等しく、
前記第2絶縁基材の前記第1絶縁基材側の面に形成され、複数の第3電極と、前記複数の第3電極の一端同士を連結するように延びる第3連結部と、前記第3連結部の第3端部から延びる第3配線部と、を有する第3電極パターンと、
前記第2絶縁基材の前記第1絶縁基材側の面に形成され、前記第3電極と交互に配置された複数の第4電極と、前記複数の第4電極の一端同士を連結するように延び、第3端部及び前記第3連結部の前記第3端部に対して対角にある第4端部を有する第4連結部と、前記第4連結部の第3端部側へ前記第4連結部の前記第4端部から、位置を変えて前記第4連結部を折り返すように延びる第4配線部と、を有する第4電極パターンとを備え、
隣り合う前記第3電極及び前記第4電極が前記感圧導電体を介して導通した場合に、前記第4配線部の導通経路が長くなることによって前記第3配線部の出力端と前記第4配線部の出力端との間の導通経路の抵抗が前記第3電極と前記第4電極のいずれの組み合わせでも実質的に等しくなっている、感圧センサ。 - 前記第1配線部の出力端と前記第2配線部の出力端との間の導通経路の抵抗のばらつきは、最大荷重を加えた場合の感圧抵抗の10%以下であり、前記第3端部の出力端と前記第4端部の出力端との間の導通経路の抵抗のばらつきは、最大荷重を加えた場合の感圧抵抗の10%以下である、請求項4に記載の感圧センサ。
- 前記第1配線部と前記第3配線部が共通である、又は、前記第2配線部と前記第4配線部が共通である、請求項4又は5に記載の感圧センサ。
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