JP6530687B2 - 感圧素子および圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、感圧素子、および感圧素子を備える圧力センサに関する。

近年、軽量かつ薄型でフレキシブルな圧力センサが広く用いられるようになっている。たとえば自動車分野では、座席に圧力センサが組み込まれ、搭乗者が車両に乗り込み座席に着座した際に一定以上の荷重（体重）が圧力センサに加わることで人の存在を検知し、シートベルトの着用を促すような制御をとることが可能となる。

また別の用途例として、フレキシブルな圧力センサは、医療または介護の分野でも採用が期待されている。たとえば、ベッドのマットレスに圧力センサを内在させることが試みられている。そして、マットレスに対する、ベッドに横たわる患者や高齢者（以下、患者等ともいう）の体重の掛かり具合を検知する。これにより、患者等が長時間同じ姿勢で横たわっていることを把握して、床ずれの発生を防止するように促すことが可能となる。また、高齢者が使用する靴に圧力センサを搭載すれば、歩行中などにバランスを崩しそうになった場合、圧力センサがその体重の不均衡を圧力分布の変化として検知することができ、正しい姿勢に復帰できるようなサポート動作につなげたりすることも可能となる。

さらに別の用途例として、モバイル機器等に搭載されるタッチパネルと圧力センサとを組み合わせることで、表示画面の縦横の座標をタッチパネルで検出し、かつタッチ荷重を圧力センサで検出することができるようになる。これにより、従来よりも利便性を向上させ得るインターフェースの実現が期待される。

圧力センサは、大別すると、押圧力によって抵抗等の電気特性が変化する感圧素子と、この感圧素子における電気特性の変化を検知する検知部とで構成される。従来のフレキシブルな感圧素子としては、センサ電極がパターン形成されたシート状の支持基板と、このセンサ電極に対向配置されて感圧抵抗体を有する対向基板と、が絶縁スペーサを介して積層されたものが提案されている。たとえば下記の特許文献１から３には、感圧素子を押圧することによりセンサ電極と感圧抵抗体とが短絡（ショート）して電気特性が変化することにより押圧の発生を検知する、いわゆるショートバータイプの圧力センサが記載されている。

より具体的には、特許文献１には、センサ電極が設けられた一方の回路基板と、感圧抵抗体が印刷形成された他方の回路基板と、がスペーサシートを介して対向配置された感圧センサ（圧力センサ）が記載されている。回路基板はフィルム状であり、スペーサシートは両面に粘着層が形成されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムである。そしてスペーサシートの両面に、上記一方および他方の回路基板がそれぞれ貼り合わされている。
特許文献２の感圧センサ（圧力センサ）は、電極を備える一方のベースフィルムと、感圧抵抗体を備える他方のベースフィルムと、の間にスペーサを介在させたものである。このスペーサの厚みにより、互いに対向する電極と感圧抵抗体とが加圧されていない状態で離間している。スペーサは樹脂フィルムで作成されており、その両面に熱硬化性樹脂接着剤が設けられている。そして、熱硬化性樹脂接着剤の粘着性により一方および他方のベースフィルムとスペーサとが一体化されている。
特許文献３の感圧センサ（圧力センサ）は、抵抗体基板と電極支持基板とをアクリル系粘着フィルムやＰＥＴ系粘着剤よりなる接着層を介して接合することで構成されている。抵抗体基板と電極支持基板にはＰＥＴフィルムが用いられている。そして特許文献３には、粘着フィルムや粘着剤を加熱硬化させてスペーサとすることが記載されている。接着層は、感圧抵抗体およびセンサ電極の合計厚みよりも厚く形成されており、感圧抵抗体とセンサ電極とは対向状態で離間している。

ここで、ショートバータイプの一般的な圧力センサの場合、感圧素子に荷重がかからない時点ではセンサ電極と感圧抵抗体とが離間している。センサ電極と感圧抵抗体とは、絶縁性のスペーサを介して離間配置されている。特許文献１から３のスペーサは、フィルムを打ち抜いて開口を形成し、この開口部をセンサ電極に位置合わせしながらベースフィルムに貼合または接合して得られる。また特許文献３には、他の態様として、センサ電極の周囲にＰＥＴ系粘着剤を塗工してスペーサを作成してもよいことが記載されている。ここで、圧力センサは、感圧素子に加えられた荷重が特定の閾値を越えた時点でセンサ電極と感圧膜とが接触して電流（センサ電流）が流れるように構成されている。この閾値を感圧初期荷重と呼ぶ場合がある。圧力センサは、センサ電極にセンサ電流が流れた際の抵抗値を計測して荷重値や圧力値に変換して出力する。

特開２００２−１５８１０３号公報 特開２００４−０２８８８３号公報 特開２００１−１５９５６９号公報

上述したように圧力センサの多岐にわたる用途を想定した場合、センサ電極を数ミリメートル四方以下にパターン形成した高精細な感圧素子や、感圧初期荷重が１００グラム重（約１Ｎ）以下の高分解能な感圧素子が求められる場合がある。逆に、複数の感圧素子をアレイ化して１メートル四方以上の大型かつ高荷重感知に適用する圧力センサが求められる場合もある。用途に応じた様々な感圧特性の圧力センサを量産するためには感圧初期荷重の製品個体差を抑制する必要があり、そのためには、センサ電極とスペーサとの位置合わせ精度やスペーサの厚み精度などの品質を安定化する必要がある。

しかしながら、特許文献１から３に記載された圧力センサにおいては、スペーサ用のフィルムは予め開口処理をし、両面に粘着層や接着層を設けたうえでＰＥＴフィルムなどのベースフィルムを貼合または接合することから、センサ電極と開口部との相対的な位置合わせが非常に困難となる。

一例を挙げれば、現実的な製造プロセス上、センサ電極が形成された支持基板とスペーサ用フィルムとを、ピンガイド等を用いて位置合わせして貼り合わせる場合の位置精度は少なくとも±１００μｍ程度である。このため、スペーサの開口部とセンサ電極との間に製品個体ごとに±１００μｍ程度の相対的な位置ずれが発生し、圧力センサの出力特性に大きなバラつきを生じる可能性がある。また、センサ電極が微小で高精細な感圧素子であるほど、この貼り合わせの位置ずれに起因する圧力センサの出力特性の製品個体差の影響は顕著となる。

一方、特許文献３のように、センサ電極を取り囲むようにしてＰＥＴ系粘着剤を塗布および加熱硬化させてスペーサを作成する場合、支持基板の上に感圧抵抗体およびセンサ電極の合計厚みよりも厚く粘着剤を塗布する必要があり、塗布厚を精度よく制御することが困難である。そして、開口ごとおよび製品個体ごとに粘着剤の塗布厚にバラつきが生じると、センサ電極ごとおよび圧力センサごとの感圧初期荷重に差異が生じて問題となる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、センサ電極ごとおよび圧力センサごとの感圧初期荷重のバラつきを抑制することが可能な感圧素子、およびかかる感圧素子を備える圧力センサを提供するものである。

本発明の感圧素子は、支持基板と、前記支持基板に支持された導電性の導体パターンと、前記導体パターンに対向して配置された感圧膜と、開口部を有し前記支持基板と前記感圧膜との間に設けられた絶縁層と、を有し、前記開口部の開口縁の少なくとも一部が前記導体パターンの上に位置しており、前記導体パターンの一部が前記開口部の内側に露出して他部が前記絶縁層に覆われており、前記絶縁層は前記支持基板の上と前記導体パターンの上とに亘って連続的に形成されており、前記支持基板を基準とする前記絶縁層の上面高さは前記支持基板の上よりも前記導体パターンの上においてより高くなっていることを特徴とする。

また、本発明の圧力センサは、上記の感圧素子と、前記感圧素子と電気的に接続された検知部と、を備え、前記導体パターンは引出配線が接続されたセンサ電極を含み、前記検知部が、前記感圧膜と前記センサ電極との接触抵抗に応じて変化する前記感圧素子の電気特性を検知する。

本発明の感圧素子は、絶縁層の開口部の開口縁の少なくとも一部が導体パターンの上に位置しているため、絶縁層を薄く形成しても導体パターンと感圧膜とを離間させることができる。そして、感圧初期荷重に寄与する開口縁の近傍における絶縁層を薄く形成できることで絶縁層の厚さ寸法を高精度に制御することができる。また、導体パターンの平滑性を利用して導体パターンの上で絶縁層を平坦に形成することができるため、導体パターンの上に位置する開口縁の近傍における絶縁層の厚さ寸法を更に高精度に制御することができる。これにより、センサ電極ごとおよび圧力センサごとの感圧初期荷重のバラつきを抑制することが可能であり、本発明の感圧素子および圧力センサは電気信頼性に優れる。

本発明の第一実施形態の圧力センサの平面図である。 （ａ）は、図１のI-I線断面図であり、（ｂ）は、図１のII-II線断面図である。 感圧素子の製造工程を説明する説明図であり、（ａ）はセンサ電極が設けられた支持基板上に感光性塗材がスクリーン印刷により塗工される工程を示し、（ｂ）は支持基板上に感光性塗材が塗工されて露光される状態を示し、（ｃ）は露光および現像により開口部を有する絶縁層が形成された状態を示す。 本発明の第二実施形態の感圧素子の平面図である。 （ａ）は、図４のＡ部の部分拡大図であり、（ｂ）は、図４のＢ部の部分拡大図である。 本発明の第三実施形態の感圧素子の平面図である。 本発明の実施例および比較例に用いる印刷ワークの説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜に省略する。
本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はない。複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、１つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。
本実施形態において膜、シート、およびフィルムは、同義であって互いに区別せず、いわゆる板状やプレート状も含む。
本明細書において、初期状態とは、感圧膜が外部から押圧力を受けていない状態をいう。初期検知感度とは、感圧初期荷重を検知する感度をいう。感圧初期荷重とは、感圧膜が外部から押圧されて感圧膜とセンサ電極とが接触することによるセンサ電極の導通が検知される最小の押圧力をいう。ここで導通が検知されるとは、所定の閾値以上の電流もしくは電圧が検知されること、または電流または電圧が零を超えて実質的に検知されることのいずれかをいう。感圧初期荷重が小さいほど初期検知感度は高く、感圧初期荷重が大きいほど初期検知感度は低い。初期検知感度は所定の範囲であることが好ましい。初期検知感度が低すぎると充分な検知ができず、また初期検知感度が高すぎると検知を予定しない小さい荷重でも検知してしまい、誤検知の原因となり得る。

＜第一実施形態＞
以下に、第一実施形態にかかる感圧素子１００および圧力センサ２００について図１および図２を用いて説明する。はじめに、本実施形態の感圧素子１００および圧力センサ２００の概要について説明する。以下の説明において、図２各図における上方および下方を感圧素子１００や圧力センサ２００の上方および下方として説明する場合があるが、かかる方向は感圧素子１００および圧力センサ２００の製造時や使用時の天地方向の上下を必ずしも表すものではない。

本実施形態の感圧素子１００は、支持基板１１、導体パターン（センサ電極１２）、感圧膜１４および絶縁層１３を有している。導体パターンは導電性を有し、支持基板１１に支持されている。本実施形態では導体パターンとしてセンサ電極１２のみを有する態様を例示するが、後述する第三実施形態のように、導体パターンはセンサ電極１２およびダミー電極４０で構成されていてもよい。感圧膜１４は、導体パターン（センサ電極１２）に対向して配置されている。絶縁層１３は開口部２０を有し、支持基板１１と感圧膜１４との間に設けられている。
図１および図２に示すように、本実施形態の感圧素子１００は、開口部２０の開口縁２２の少なくとも一部が導体パターン（センサ電極１２）の上に位置している。そして、導体パターン（センサ電極１２）の一部である露出部１８は開口部２０の内側に露出しており、導体パターン（センサ電極１２）の他部である埋設部１９は絶縁層１３に覆われている。

図１に示すように、圧力センサ２００は、感圧素子１００と、この感圧素子１００と電気的に接続された検知部２１０と、を備えている。上述したように本実施形態の導体パターンはセンサ電極１２であり、センサ電極１２には引出配線１２ｃが接続されている。開口部２０の開口縁２２の少なくとも一部がセンサ電極１２の上に位置している。検知部２１０は、感圧膜１４とセンサ電極１２との接触抵抗に応じて変化する感圧素子１００の電気特性を検知する。

つぎに、本実施形態について更に詳細に説明する。感圧素子１００は、外部からの押圧力の負荷によって、計測可能な電気特性が変動するデバイスである。具体的には、感圧膜１４とセンサ電極１２との接触抵抗が外部からの押圧力によって変動する。図１に示す第一電極１２ａ、および第二電極１２ｂは、不図示の電圧印加部に接続されている。初期状態では、図２（ａ）、（ｂ）に示すとおり感圧膜１４とセンサ電極１２とは、互いに離間しており、導通していない。そして、外部（紙面上方）から感圧膜１４に対し押圧力が負荷されると、感圧膜１４は、センサ電極１２側に撓み変形して第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂに接触する。感圧膜１４は、全体に、または少なくとも導体パターン（センサ電極１２）における一部（露出部１８）に対向する位置に、導電機能を有している。したがって、感圧膜１４がセンサ電極１２（第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂ）と物理的に接触することにより、所定の接触抵抗をもって第一電極１２ａと感圧膜１４、および感圧膜１４と第二電極１２ｂとはそれぞれ導通する。これにより、第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが互いに導通する。
感圧素子１００における接触抵抗およびその変動量は押圧力と相関する。本実施形態の圧力センサ２００は、感圧素子１００における接触抵抗を定量的に検知することで、外部から加えられた押圧力を定量化する。

本実施形態の圧力センサ２００は、可撓性、高感度特性、および電気信頼性に優れ、種々の用途に用いることができる。たとえば、任意の物体表面に感圧素子１００を貼りつけて、表面に働く圧力を検知する簡易な計測に用いることができる。特に、曲面形状や球面のような湾曲した表面に感圧素子１００を装着してタッチ操作に供することができ、さらに押圧力の強弱によって種々の機能を切り替えて実行させることも可能である。また、従来のタッチパネルのように二次元平面でのタッチ入力ができることに加え、電子黒板や電子ペーパーに応用して三次元入力が可能なユーザインターフェイスとして使用することができる。

圧力センサ２００に設けられた検知部２１０は、電源を含む電圧印加部（不図示）のほか、感圧膜１４を介してセンサ電極１２に負荷された押圧力を算出する処理部（不図示）を適宜含む。本実施形態のセンサ電極１２は、一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂの組み合わせからなり、感圧膜１４を介してセンサ電極１２に押圧力が負荷されることで第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが導通して引出配線１２ｃに電流が流れる。

本実施形態の感圧素子１００は、一組のセンサ電極１２および感圧膜１４で構成される圧力センサ部を１つ備える１チャンネルタイプである。ただし、第二実施形態で説明するように感圧素子１００はセンサ電極１２と感圧膜１４との組み合わせで構成される圧力センサ部を複数組備える多チャンネルタイプとしてもよい。

支持基板１１は、本実施形態におけるセンサ電極１２を支持することのできる基板であれば特に限定されない。たとえば、本実施形態ではフィルム状の支持基板１１を用いているが、フィルム状以外の形状の任意の面を支持基板１１としてもよい。

本実施形態における支持基板１１は、可撓性かつ絶縁性のフィルムである。上記絶縁性フィルムの材料の例としては、ポリエチレン、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、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、アラミド樹脂、ポリイミド、ポリイミドワニス、ポリアミドイミド、ポリアミドイミドワニス、またはフレキシブルシートガラス等を挙げることができるが、これに限定されない。
圧力センサ２００の使用環境上の高温耐久性を考慮するならば、支持基板１１の材料は、耐熱性の高いポリカーボネート、アラミドフィルム、ポリイミド、ポリイミドワニス、ポリアミドイミド、ポリアミドイミドワニス、またはフレキシブルシートガラス等がより好ましい。圧力センサ２００の製造上、はんだ付け等のプロセスを提供する場合には、支持基板１１の材料は、ポリイミドフィルム、ポリイミドワニスフィルム、ポリアミドイミドフィルムまたはポリアミドイミドワニスフィルムであることがさらに好ましい。

支持基板１１はフィルム状に限らず、種々の厚みのものを用いることができる。支持基板１１の厚みは特に限定されないが、たとえば１２．５μｍ以上５０μｍ以下の範囲とすることができる。支持基板１１の厚みが１２．５μｍを上回る場合、圧力センサ２００の製造工程または使用の際に良好な耐久性を発揮し、また５０μｍを下回る場合、良好な可撓性が発揮される。支持基板１１は、上述したように、予めフィルム状に成形されたものでもよいし、またはセンサ電極１２の素材であるＣｕ箔等に対しポリイミド系等の絶縁用ワニスをキャスト・塗工することで形成されたものであってもよい。たとえば、感圧素子１００の耐久性および高感度特性のいずれも良好にするという観点からは、支持基板１１の厚みは、感圧膜１４の厚みよりも大きく設計するとよい。

センサ電極１２は、面方向に所定の隣接間隔を空けて隣接して並列された一対の電極対である。センサ電極１２は、支持基板１１の上に所望のパターン形状で形成されている。図１に示すとおり、本実施形態におけるセンサ電極１２は、一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを有している。第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂはそれぞれ矩形状をなし、所定の隣接間隔をあけて並行に隣接配置されて構成されている。

第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂの隣接間隔は特に限定されない。たとえば、センサ電極１２と感圧膜１４との対向間隔が５μｍ以上２５μｍ以下である場合には、第一電極１２ａと第二電極１２ｂとの隣接間隔を５０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。これにより、所望の感圧特性と製造安定性を両立することができる。

センサ電極１２は、導電性の部材から構成される。本実施形態においてセンサ電極１２は、低抵抗の金属材料から構成されている。本実施形態では、感圧膜１４の表面抵抗率よりも、よりセンサ電極１２の表面抵抗率の方が小さい。具体的には、銅、銀、銅もしくは銀を含む金属材料、またはアルミニウムなどからセンサ電極１２を形成することが好ましいが、これに限定されない。またセンサ電極１２は金属箔または金属ペーストなどより作成することができる。

センサ電極１２の形状は特に限定されない。本実施形態のセンサ電極１２（第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂ）は矩形状をなすが、これに代えて同心円形状やスパイラル形状、櫛歯形状などの任意形状にセンサ電極１２を作成することができる。また、センサ電極１２は、本実施形態のように支持基板１１の上に隣接して配置された電極対に代えて、単一のセンサ電極１２としてもよい。そして、感圧膜１４に感圧抵抗体を形成し、このセンサ電極１２と導通させてもよい。この場合、センサ電極１２および感圧膜１４に引出配線１２ｃをそれぞれ設けるとよい。

センサ電極１２の作製方法は特に限定されない。たとえば、センサ電極１２は、銅張積層板（ＣＣＬ：Copper Clad Laminate）およびフォトリソグラフィ・エッチング手法によりパターン加工されて作製される。上記パターニングの際に、後述する引出配線１２ｃまたは外部端子電極１２ｄを同時に形成してもよい。上記ＣＣＬは、所望の厚みを有する銅箔を支持基板１１に接着剤または粘着剤によって貼り合せてなる積層体や、銅箔に絶縁樹脂のワニスをキャスト・塗工することで得られる積層体、または支持基板１１に湿式メッキで銅箔を形成してなる積層体のいずれかを用いることができる。上述で用いる銅箔の厚みは特に限定されないが、フレキシブル回路基板（ＦＰＣ）の技術分野で標準的に使用されている９μｍ以上３５μｍ以下の範囲から選択することで、センサ電極１２の仕上がりが良好となる。センサ電極１２の作成には、銅箔に代えてアルミニウム箔や銀ペーストを用いてもよい。

センサ電極１２の上面、すなわち感圧膜１４に対向する面には、メッキ処理がなされてもよい。また、センサ電極１２の上面のみならず外周端面にもメッキ処理を施してもよい。これにより、センサ電極１２の酸化や劣化を防止し、また感圧膜１４が繰り返して押圧されることによる耐摩耗性や耐打鍵性が向上する。メッキ処理は、センサ電極１２の成膜時または成膜後の後工程で行うことができる。具体的なメッキ処理としては、厚み２μｍ以上１０μｍ以下の程度のニッケルメッキ、または厚み０．０２μｍ以上２μｍ以下の程度の金メッキなどを挙げることができるが、これに限定されない。
センサ電極１２の厚み（メッキ層の厚みを含む）は特に限定されないが、たとえば１０μｍ以上４５μｍ以下の範囲であることが実用的である。

第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂには、それぞれ引出配線１２ｃが接続されている。本実施形態の引出配線１２ｃは、第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂと一体的に形成されており、外部端子電極１２ｄまで引き出されている。外部端子電極１２ｄはフレキシブル配線２０２を介して検知部２１０に接続されている。
引出配線１２ｃは、図２（ｂ）に示すとおり、引出配線１２ｃのいずれかまたは全部が、センサ電極１２が形成された支持基板１１の上面とは反対側の下面にスルーホール（ＴＨ）を介して引き出されている。支持基板１１は両面基板であり、下面に引き出された引出配線１２ｃは、外部端子電極１２ｄの手前で、再度スルーホール（ＴＨ）を介して、センサ電極１２が形成された上面に引き出されている。両面基板は、１枚の支持基板１１に複数のセンサ電極１２が設けられた所謂アレイ型の圧力センサを構成する場合にも、引出配線１２ｃの複雑化に対応することができる。図２（ｂ）に示すとおり、支持基板１１の下面は、当該下面側に引き出された引出配線１２ｃを覆って保護するカバー１７が任意で設けられている。カバー１７は、たとえば保護フィルムとして用いられる樹脂製のカバーフィルムなどを挙げることができるがこれに限定されない。
ただし上記の両面基板に代えて、センサ電極１２が形成された支持基板１１の面と同じ面に引出配線１２ｃが形成された片面基板であってもよい。

絶縁層１３は、センサ電極１２および感圧膜１４を互いに離間させるための所定の距離を確保するためのスペーサである。絶縁層１３のスペーサ機能により、感圧素子１００を坦面に配置した初期状態において、センサ電極１２と感圧膜１４との短絡は防止されている。絶縁層１３が有する開口部２０は、感圧膜１４に対しセンサ電極１２の露出部１８を露出させて感圧膜１４をセンサ電極１２（露出部１８）に対して接触可能とするための中空部であり絶縁層１３を貫通している。図２（ａ）に示すように、開口部２０を区画する開口壁面１３ａによって開口縁２２は形成される。

絶縁層１３は、センサ電極１２が設けられた支持基板１１の上面に設けられている。支持基板１１と後述する感圧膜１４とは、絶縁層１３を介して積層されている。絶縁層１３は、センサ電極１２の上部に形成された開口部２０の領域を除き、支持基板１１および引出配線１２ｃ（図２を参照）の略全面を覆っている。

絶縁層１３は、支持基板１１の上と導体パターン（センサ電極１２）の上とに亘って連続的に形成されている。支持基板１１を基準とする絶縁層１３の上面高さは、支持基板１１の上（＝高さＨ２）よりも導体パターンの上（＝高さＨ１）においてより高くなっている。絶縁層１３は、支持基板１１の面上からセンサ電極１２の上面に乗り上げるようにして形成されている。本実施形態の開口部２０は、第一電極１２ａと第二電極１２ｂとに跨って配置されている。開口縁２２の一部は第一電極１２ａの上に位置し、開口縁２２の他の一部は第二電極１２ｂの上に位置している。これにより、第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂの上で絶縁層１３（重なり部１３３）の厚みをそれぞれ高精度に制御し、感圧膜１４をセンサ電極１２に対して高い精度で平行に配置することができる。

絶縁層１３は、導体パターン（センサ電極１２）の外側に、導体パターン（センサ電極１２）に向かって厚さが増加する傾斜部１３１と、この傾斜部１３１と導体パターン（センサ電極１２）との間に位置して厚さが略均一な均厚部１３２と、を有している。また絶縁層１３は、傾斜部１３１よりも更に外側（図２（ａ）における左方）に、均厚部１３２よりも厚さが小さく、かつ略均一な厚さを有する外周部１３０を有している。そして、導体パターン（センサ電極１２）の上において、絶縁層１３（重なり部１３３）は、均厚部１３２よりも厚さが小さくかつ略均一な厚さで形成されている。
絶縁層１３の上面、すなわち支持基板１１とは反対側の表面は、外周部１３０、傾斜部１３１、均厚部１３２および重なり部１３３に亘って連続的に形成されている。絶縁層１３の厚さは、外周部１３０から傾斜部１３１、均厚部１３２に向かって、言い換えると開口部２０に向かって連続的に増大している。そして、外周部１３０と重なり部１３３の厚さは略等しい。すなわち、絶縁層１３のうちセンサ電極１２の上に形成された重なり部１３３は、外周部１３０と並んで絶縁層１３においてもっとも薄く形成された領域である。

開口縁２２における絶縁層１３（重なり部１３３）の厚さは特に限定されないが、５μｍ以上かつ３０μｍ以下が好ましい。センサ電極１２の上面を基準として絶縁層１３（重なり部１３３）の厚みが５μｍ以上であれば、感圧素子１００を屈曲させたときにも短絡が生じることが好適に抑制される。また、重なり部１３３の厚みを３０μｍ以下とすることで、感圧素子１００を全体に薄型化することが可能であり、また外部からの押圧力により撓み変形した感圧膜１４がセンサ電極１２に容易に接触し、感圧初期荷重を低減することができる。

導体パターン（センサ電極１２）の上における絶縁層１３（重なり部１３３）の厚さは、導体パターン（センサ電極１２）の厚さ以下としてもよい。上記特許文献１から３に示される従来の圧力センサにおいては、支持基板の上面にスペーサを設けていたことから、必然的にセンサ電極よりも厚いスペーサを形成し、その上に感圧膜を支持する必要があった。このためスペーサの厚さを高精度に制御することが困難であった。これに対し本実施形態の圧力センサ２００のようにセンサ電極１２の上にスペーサ（絶縁層１３）を形成することで、感圧初期荷重に寄与する開口縁２２の近傍（すなわち重なり部１３３）における絶縁層１３の厚さを５μｍ程度以上と極めて薄くすることが可能である。このため、絶縁層１３の厚さを高精度で容易に制御することが可能である。

均厚部１３２は、支持基板１１の表面からの高さが重なり部１３３における高さＨ１と略同一であり、かつセンサ電極１２の外部に形成されて支持基板１１の上に直接に絶縁層１３が形成されている部分領域である。すなわち均厚部１３２の厚さはＨ１であり、均厚部１３２は絶縁層１３のうち厚みが最大の領域である。

絶縁層１３の作製方法は特に限定されないがフォトリソグラフィー法を用いることができる。具体的には、センサ電極１２が設けられた支持基板１１に対し、感光性材料を印刷塗布し、露光および現像を行うことで開口部２０を高精細に作成することができる。したがって、絶縁層１３は光硬化性樹脂で構成されていることが好ましい。感光性材料の印刷塗布にはスクリーン印刷法を用いるとよい。

絶縁層１３を作成する感光性材料としては、たとえば、ウレタン変性などの公知の手段によって適度に可撓性が付加されたエポキシ系樹脂を挙げることができる。当該エポキシ樹脂を用いることにより、適度な柔軟と、リフロープロセスに投入可能な耐熱性を有する絶縁層１３を形成することができる。

開口部２０の開口寸法は特に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜決定してよい。例えば、図１に示す開口部２０の縦寸法Ｗ１および横寸法Ｗ２は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

図１に示すように、本実施形態の開口部２０の開口縁２２は、複数の辺を有する多角形状をなし、具体的には矩形状をなしている。そして、開口縁２２の多角形状を構成する複数の辺のうち少なくとも一つの辺の全長が、導体パターンであるセンサ電極１２の上に位置している。本実施形態では、矩形状の開口縁２２を構成する対向する一対の辺２２１、２２２の各全長が第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂの上にそれぞれ位置している。

開口部２０の開口縁２２は、導体パターン（第一電極１２ａ、第二電極１２ｂ）の中央と外周縁１２１との間に位置している。これにより、絶縁層１３の重なり部１３３の下地にあたる導体パターンがセンサ電極１２（第一電極１２ａ、第二電極１２ｂ）である場合、感圧膜１４と接触する露出部１８に十分な面積を確保することができる。

より具体的には、開口部２０の開口縁２２と導体パターン（第一電極１２ａ、第二電極１２ｂ）の外周縁１２１との距離Ｗ３（図２（ａ）参照）は５０μｍ以上とすることができる。これにより、絶縁層１３をフォトリソグラフィー法で作成する場合の露光マスクの位置合わせ誤差を考慮しても、開口部２０の開口縁２２を導体パターンの上に確実に配置することができる。

図１に示すとおり、開口部２０を備える絶縁層１３に感圧膜１４が積層されることで、開口部２０は感圧膜１４がその内部で変位するための中空部を構成する。絶縁層１３には、開口部２０と感圧素子１００の外部とを連通する通気孔１１２が設けられてもよい。通気孔１１２を有することにより、感圧素子１００の外圧と開口部２０の内圧との気圧差を解消することができる。通気孔１１２の幅寸法は特に限定されないが、たとえば５０μｍ以上５００μｍ以下とすることで、充分な圧力調整機能を発揮することができる。通気孔１１２の高さを絶縁層１３の厚みと同等とし、開口部２０と通気孔１１２とを同時形成してもよい。また、絶縁層１３を空気透過性の高い絶縁素材で構成してもよい。これにより、通気孔１１２を形成しなくとも開口部２０の内部における圧力調整機能を発揮することができる。

絶縁層１３の上面には、感圧膜１４が積層されている。本実施形態の絶縁層１３と感圧膜１４とは、接着層３０を介して互いに接合している。接着層３０は、粘着剤、接着剤、または粘着シート、接着シートなど、絶縁層１３と感圧膜１４とを接合できるものであればいずれのものを用いてもよい。接着層３０は、センサ電極１２と感圧膜１４との接触抵抗を妨げないよう、開口部２０の内部に実質的に侵入しないよう、絶縁層１３と略同形に開口形成されるとよい。接着層３０を、絶縁層１３または感圧膜１４のいずれか一方の側に設け、その後に、他方を当該一方の側に位置合わせしながら貼合せてもよい。

絶縁層１３における感圧膜１４側の表面（上面１３７）と感圧膜１４とは接着層３０を介して互いに固定されている。一方、絶縁層１３の支持基板１１側の表面（下面１３８）は、接着層を介さずに支持基板１１に対して固定されている。絶縁層１３が支持基板１１に直接に印刷形成されることで、かかる態様を実現することができる。絶縁層１３を、支持基板１１に印刷形成することで、フィルムの貼り合せ工程において発生する位置ずれの問題が顕著に低減し、歩留まり良く感圧素子１００を製造することができる。さらに、感圧膜１４の全体または少なくとも下面には全体的に導電機能が付与されているため、感圧膜１４を絶縁層１３に対して高精度に位置合わせする必要がない。このため、接着層３０を用いて感圧膜１４と絶縁層１３とを接合しても、歩留まりが低下することなく感圧素子１００を製造することができる。

感圧膜１４は、センサ電極１２と接触することにより、センサ電極１２を構成する一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを互いに導通させる部材である。感圧膜１４が導電機能を有するとは、感圧膜１４を外部から押圧することにより感圧膜１４を介してセンサ電極１２が通電可能な程度に感圧膜１４が電気伝導性を有することを意味する。具体的には、外部より押圧力が負荷された感圧膜１４が、第一電極１２ａと第二電極１２ｂとに跨って当接することで第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが導通する。

本実施形態の感圧膜１４としては、たとえば、カーボン粒子を含有する樹脂フィルムを用いることができる。このように、樹脂フィルム自体が導電機能を有することにより、感圧膜１４の薄膜化を図り、また可撓性を良好なものとすることができる。感圧膜１４の変形例として、絶縁性の樹脂フィルムの表面（下面）の所定領域に導電材料で感圧抵抗体を形成したものでもよい。感圧抵抗体は、樹脂フィルムに対しカーボンペーストを用いて印刷形成し、または硫化銅もしくは酸化銅などの半導体材料を用いて蒸着形成して得ることができる。

感圧膜１４を構成する樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどのポリエステル；環状ポリオレフィン；ポリカーボネート；ポリイミド；ポリアミドイミド；液晶ポリマーなどを挙げることができる。上記の樹脂のうち１種または複数の樹脂材料を混合して感圧膜１４を構成することができる。
感圧素子１００に好適な耐熱性を付与することが可能であるという観点から、感圧膜１４はポリイミドまたはポリアミドイミドを主材とすることが好ましい。ポリイミドまたはポリアミドイミドを主材とする樹脂フィルムは、２６０℃以上の耐熱性を示すことが可能である。ここで主材とは、樹脂フィルムを構成する樹脂の５０質量％以上、さらには７０質量％以上、特には９０質量％以上を占める材料を意味する。感圧膜１４のヤング率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、感圧膜１４に充分な可撓性をもたらすことができる。

感圧膜１４に含有されるカーボン粒子は導電付与剤であり、たとえば、アセチレンブラック、ファーネスブラック（ケッチェンブラック）、チャンネルブラック、もしくはサーマルブラックなどのカーボンブラック、またはグラファイトなどの粒子状の炭素材料を用いることができる。これらの炭素材料は、１種または２種以上の組み合わせとして用いることができる。
感圧膜１４におけるカーボン粒子の含有量、カーボン粒子の形状および粒径は、本発明の趣旨に逸脱しない範囲において特に限定されない。これらは、感圧膜１４とセンサ電極１２との接触抵抗によりセンサ電極１２が導通する範囲において適宜決定することができる。

感圧膜１４の厚みは６．５μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。上記厚みが６．５μｍ以上であることにより感圧膜１４の耐久性が確保される。また上記厚みが４０μｍ以下であることにより、感圧膜１４が押圧されたときの初期検知感度が良好である。感圧膜１４の厚みは、一般的なハイドゲージ、アップライトゲージ、またはその他厚み測定手段を用いて測定することができる。

感圧膜１４の表面抵抗率は、７ｋΩ／ｓｑ以上３０ｋΩ／ｓｑ以下であることが好ましい。表面抵抗率が上記範囲であることにより、感圧膜１４は、大きな荷重が負荷された場合にも抵抗値のバラつきが小さく、高い電気信頼性を示す。具体的には、感圧素子１００は、初期検知感度を０．２５ＭＰａ以下、さらには０．１７ＭＰａ以下といった高感度域に設計することが可能であるとともに、押圧の初期検知荷重から最大荷重までのセンサ出力の変化を緩やかに示し得る。

感圧膜１４などの膜状体では、電気は主として膜状体の表面を流れる。そのため、本明細書では、厚み寸法を考慮しない単位面積あたりのシート抵抗を単位として膜状体の抵抗が定義され、具体的にはΩ／□やΩ／ｓｑなどと表記する。感圧膜１４の表面抵抗は、一般的な表面抵抗計を用いて測定することができる。この種の一般的な表面抵抗計としては、たとえば、四探針測定装置を挙げることができ、具体的な装置としては、三菱化学アナリテック社製抵抗率計を挙げることができるが、これに限定されない。

感圧素子１００は、感圧膜１４の厚みのセンサ電極１２に対向する面の表面粗さＲｚが、０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下となるよう調整してもよい。これにより、感圧膜１４の膜形成性が良好であり、また接触抵抗の検知感度が安定する。

感圧膜１４の表面粗さＲｚは、一般的な表面粗さ計による計測、またはレーザ顕微鏡を用いた表面粗さ分析により測定することができる。

図３各図を参照して、本実施形態の感圧素子１００（図２（ａ）参照）の製造工程（以下、本方法という場合がある）を説明する。図３各図は、支持基板１１および他の層を法線方向に切断した部分断面図である。図３（ａ）は、センサ電極１２が設けられた支持基板１１上に感光性塗材１７４がスクリーン印刷により塗工される工程を示す。図３（ｂ）は、支持基板１１上に感光性塗材１７４が塗工されて露光される状態を示す。図３（ｃ）は、露光および現像により開口部２０を有する絶縁層１３が形成された状態を示す。

本方法は、汎用の手法であるスクリーン印刷およびフォトリソグラフィー手法にて感圧素子１００を作成するものである。本方法で作成された感圧素子１００は、センサ電極１２の上に絶縁層１３の一部である重なり部１３３が形成され、絶縁層１３の外周近傍に傾斜部１３１が形成される。すなわち、上述した特許文献１から３のように平面視でセンサ電極の外部に離間した位置にスペーサを形成する場合、これをスクリーン印刷で行うとスペーサには傾斜が生じて高さの制御が困難となる。さらに露光マスクの位置合わせ誤差が不特定の方向に生じるため、センサ電極１２の周囲のスペーサの高さが方向ごとに不特定にバラつくこととなる。これに対して本方法のようにセンサ電極１２の上に乗り上げるように絶縁層１３を形成することで、開口部２０の開口縁２２の近傍において傾斜が生じることが防止され、当該部位における絶縁層１３の高さＨ１を高精度で制御することができる。

本方法について詳細に説明する。ただし、以下に説明するステップは適宜その順番を変更し、一部の工程を省略し、または一部の工程を変更してもよい。

はじめに、支持基板１１上に銅箔を有する銅張積層板（ＣＣＬ）を準備する。以降のステップにおいて位置合わせが必要となる場合に備え、ＣＣＬに対し適宜ガイド穴を形成しておく。つぎに、ＣＣＬを酸洗いした後、ＣＣＬに対しドライフィルムをロールラミネートしたうえで、露光機を用いてパターン露光し、更に現像装置を用いてパターン現像することにより、ドライフィルムをセンサ電極１２、引出配線１２ｃおよび外部端子電極１２ｄ（図２（ｂ）参照）の形状にパターニングする。ドライフィルムがパターニングされたＣＣＬをエッチングして銅箔を同形状にパターニングして、センサ電極１２、引出配線１２ｃおよび外部端子電極１２ｄを支持基板１１の上に作成する。尚、センサ電極１２は、第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを含む。エッチング工程後、各パターン表面に残存するドライフィルムを剥離除去し、任意で水洗および防錆処理を施す。

つぎに、図３（ａ）に示すように、支持基板１１およびセンサ電極１２を覆うようにスクリーン版１７２を配置する。スクリーン版１７２は、スキージ１７０が支持基板１１およびセンサ電極１２の上を連続的に摺動していく際に、センサ電極１２の上部において盛り上がるとともに、センサ電極１２より１ｍｍ程度離れた位置で支持基板１１に接地する。そしてスクリーン版１７２はセンサ電極１２の外周において、センサ電極１２から離れるに方向に下り傾斜した状態で配置される。この傾斜により、絶縁層１３に傾斜部１３１（図３（ｃ）参照）が形成される。
そして、スキージ１７０で感光性塗材１７４を所定の厚みで塗工し、乾燥させて、図３（ｂ）に示すように感光性塗膜１７６を形成する。感光性塗膜１７６は、センサ電極１２が形成された箇所で膜厚が大きくなるとともに、センサ電極１２から離れる方向に向けて連続的に厚みが減少する。また、感光性塗膜１７６はセンサ電極１２の全体を覆うように形成される。

スクリーン版１７２は、たとえば、メッシュカウントが＃１２０メッシュのポリエステルメッシュ（汎用品）、またはメッシュカウントが＃１６５メッシュで３Ｄ編みされたステンレスメッシュ（アサダメッシュ株式会社製３Ｄ−１６５−１２６）を好適に使用することができるが、これに限定されない。また、センサ電極１２の上に感光性塗材１７４を塗布した後、十分にレベリングして感光性塗材１７４が平坦になるように、感光性塗材１７４が塗工された支持基板１１を常温で所定時間放置してもよい。これにより、センサ電極１２の均一な厚みを利用して、センサ電極１２の上に感光性塗材１７４が平坦かつ均一な厚みで塗工される。

感光性塗材１７４が乾燥した感光性塗膜１７６に露光マスク１８０を対向配置して露光工程を行う。露光マスク１８０は、開口部２０（図３（ｃ）参照）の形成予定領域に遮蔽部１８２を有し、その他の領域に透過部１８４を有する。遮蔽部１８２は、平面視において、第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂに跨りかつセンサ電極１２の内部に位置するように位置合わせされる。また遮蔽部１８２には、通気孔１１２（図１参照）に対応する位置にも形成されている。露光工程で感光性塗膜１７６のうち透過部１８４に対向する領域が硬化する。つぎに、弱アルカリ溶液などで現像を行い、図３（ｃ）に示すように絶縁層１３に開口部２０が形成される。これにより、開口部２０の内側にセンサ電極１２の露出部１８が露出するとともに、埋設部１９が絶縁層１３の重なり部１３３に被覆された状態となる。また、支持基板１１の上には、センサ電極１２に向かって厚さが増加する傾斜部１３１が形成され、傾斜部１３１と重なり部１３３との間には略均一な厚さの均厚部１３２が形成される。感光性塗膜１７６の現像後には、任意で加熱処理を施してもよい。

支持基板１１上に設けられたセンサ電極１２、引出配線１２ｃおよび外部端子電極１２ｄのうち、絶縁層１３によって覆われず露出した領域に対して、Ｎｉ／Ａｕメッキによる表面処理を施してもよい。これらのメッキ処理は、電解メッキまたは無電解メッキを適宜使い分けてもよい。また、これらのメッキ処理は、センサ電極１２、引出配線１２ｃおよび外部端子電極１２ｄのパターニング後、かつ感光性塗材１７４の塗布前に行ってもよい。

さらに、絶縁層１３の形状に合わせて接着層３０（図２（ａ）参照）を形成する。接着層３０は、開口部２０に対応する箇所を抜き加工した接着剤シートを準備し、開口部２０に対し位置合わせしながら絶縁層１３の表面に貼り合せて形成することができる。または、開口部２０を備える絶縁層１３に対して位置合わせを行い、スクリーン印刷等の印刷手段で接着剤を絶縁層１３上に塗工して接着層３０を形成してもよい。または、開口部２０に相当する箇所を抜き加工した接着剤シートを感圧膜１４（図２（ａ）参照）に貼り合せて接着層３０を形成し、この接着層３０を絶縁層１３に貼り付けてもよい。絶縁層１３の表面に対して感圧膜１４を貼り合せる場合は、真空プレスを用いて、真空状態において絶縁層１３と感圧膜１４とを接着層３０を介して加熱圧着するとよい。これにより、層間にエアを混入させることなく良好に貼り合わせることができる。

以上により、図２（ａ）に示す感圧素子１００が作成される。その後、感圧素子１００と検知部２１０とを電気的に接続して圧力センサ２００（図１参照）を製造してもよい。

本実施形態の感圧素子１００は、センサ電極１２の上に均一な厚みで重なり部１３３が形成され、かつ絶縁層１３は重なり部１３３において、支持基板１１からの高さが均厚部１３２とともに最も大きくなる。このため、感圧初期荷重に寄与する開口縁２２の近傍における絶縁層１３の高さＨ１を高精度に制御することができる。特に本実施形態の感圧素子１００では多角形状の開口部２０の開口縁２２を構成する対向する辺２２１、２２２の各全長がセンサ電極１２の上に位置しているため、開口部２０の全周に関して絶縁層１３（重なり部１３３）の高さＨ１が高精度に制御される。

上述の実施形態では支持基板１１の片面にセンサ電極１２が設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されない。支持基板１１の両面にセンサ電極１２および感圧膜１４が設けられてもよい。

＜第二実施形態＞
図４は、本発明の第二実施形態の感圧素子１１０の平面図である。図５（ａ）は図４のＡ部の部分拡大図であり、図５（ｂ）は図４のＢ部の部分拡大図である。ただし、図５各図においては感圧膜１４を図示省略している。また便宜上、図５（ａ）においては一部の開口部２０およびセンサ電極１２にハッチングを付している。

本実施形態の感圧素子１１０は、一枚の支持基板１１に複数のセンサ電極１２が設けられた多チャンネルタイプである点で第一実施形態の感圧素子１００（図１参照）と相違している。個々のセンサ電極１２は、一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂで構成された電極対であり、かかる電極対が縦横に二次元的に配列されている。センサ電極１２の配列は格子配列でも千鳥配列でもよく、またはランダム配列などその他の配列パターンでもよい。隣接するセンサ電極１２同士の間隔は、感圧素子１１０の用途により適宜設定することができる。一例として、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

図５（ａ）に示す平面視において、各センサ電極１２の内側に絶縁層１３の開口部２０が個別に配置されており、この開口部２０に臨むようにしてセンサ電極１２の露出部１８が露出している。

複数のセンサ電極１２に亘って一枚の感圧膜１４が対向配置されている。このように、一枚の感圧膜１４を複数のセンサ電極１２に対向させて複数の圧力センサ部１５を構成することにより、感圧膜１４のパターニングまたは位置合わせの工程を軽減させることができ、また感圧素子１１０の構成を単純化することができる。各センサ電極１２を構成する第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂにはそれぞれ引出配線１２ｃが接続されており、図示省略する電圧印加部を通じて電圧が印加される。多数本の引出配線１２ｃは、図５（ｂ）に示すように束ねられてそれぞれ外部端子電極１２ｄに接続されている。外部から感圧膜１４に対して押圧力が負荷されると、感圧膜１４が第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂに亘ってセンサ電極１２に接触し、これによって第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂが導通し、引出配線１２ｃに電流が流れる。

＜第三実施形態＞
図６は本発明の第三実施形態の感圧素子１２０の平面図である。本実施形態の感圧素子１２０は、導体パターンとしてセンサ電極１２およびダミー電極４０を含んでいる点で第一実施形態の感圧素子１００（図１参照）と相違する。便宜上、図６ではセンサ電極１２およびダミー電極４０にハッチングを付している。センサ電極１２には引出配線１２ｃが接続されており、ダミー電極４０は引出配線１２ｃが接続されていない。ダミー電極４０は、センサ電極１２に対して絶縁されているとともに、センサ電極１２と同層に形成されている。

ダミー電極４０は、上述したセンサ電極１２や引出配線１２ｃのパターニング工程においてセンサ電極１２と同時に同一材料で作成される。ダミー電極４０の形状は特に限定されないが、本実施形態のダミー電極４０はセンサ電極１２を取り囲むように開環状に形成されている。引出配線１２ｃはダミー電極４０の開環部分４１に配置されている。

開口部２０の開口縁２２の少なくとも一部がダミー電極４０の上に位置している。本実施形態では、通気孔１１２を除く開口縁２２の全長がダミー電極４０の上に位置している。本実施形態の感圧素子１２０では、センサ電極１２の上ではなくダミー電極４０の上に絶縁層１３の開口縁２２が配置されている。これにより、ダミー電極４０の均一な厚みを利用して絶縁層１３の重なり部１３３の厚みを高精度に制御することができる。このとき、センサ電極１２を取り囲むようにしてセンサ電極１２の外部に環状（開環状を含む）に形成されたダミー電極４０を絶縁層１３の下地層とすることで、センサ電極１２（第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂ）の全体を開口部２０の内部に露出させることができる。これにより、感圧膜１４（図２（ａ）参照）とセンサ電極１２とを広い面積で接触させることが可能であり感圧初期荷重を低減することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。

本発明の圧力センサは、平坦面、または様々な球状曲面を含む曲面、特に曲率が小さく動的な曲率変化も起こりえる柔軟な曲面などの圧力分布計測において、低計測誤差や高分解能性が求められる用途に好適である。また本発明の圧力センサは、比較的大きな面積を有する機器の圧力分布測定用途に対しても好適である。

以下に本発明の実施例、および比較例を示す。各実施例および比較例は、図１に示す１チャンネルの感圧素子１００を備える圧力センサ２００の構成に倣って作製した。尚、本実施例において高さとは、特段の断りがない場合には、支持基板１１のうちセンサ電極１２が設けられた側の表面１１ａを基準とした高さを意味する。尚、本実施例は、図１から図３各図および図７を適宜参照する。図７は、本発明の実施例および比較例に用いる感光性塗膜１７６が形成された印刷ワーク５００の説明図である。

まず、各実施例および比較例に共通の部材として、以下のとおりセンサ電極１２が形成された支持基板１１（以下、印刷ワークという）を作製した。支持基板１１としてポリイミドフィルム（厚み２５μｍ）を用い、この上に、一対の第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂを備えるセンサ電極１２、引出配線１２ｃ、ならびに外部端子電極１２ｄを形成した。第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂの高さは１９μｍとした。
支持基板１１の表面１１ａに、スクリーン印刷手法を用いて以下の感光性塗膜１７６を作製した。具体的には、支持基板１１の表面１１ａに１２０メッシュ（♯１２０）のポリエステルメッシュであるスクリーン版１７２を設置し、スキージ１７０が印刷ワーク上を摺動するにあたり、スクリーン版１７２がセンサ電極１２の上に乗り上げるように、またセンサ電極１２の周囲において支持基板１１の表面１１ａにスクリーン版１７２が直接に接触するように設置した（図３（ａ）参照）。スキージ１７０をスクリーン版１７２に沿って移動させて感光性塗材１７４を印刷ワークに塗工し、スクリーン版１７２を取り外し、感光性塗材１７４が塗工されてなる感光性塗膜１７６が形成された印刷ワーク５００を得た（図７参照）。

上述で得た感光性塗膜１７６を備える印刷ワークをアクリル樹脂に埋め込み試験体を作製した。上記試験体を、図７に示す位置Ａから位置Ｍのそれぞれにおいて支持基板１１の法線方向に切断し、断面研磨したものを測定サンプルとした。位置Ａは第二電極１２ｂの略中央であり、位置Ｂは第二電極１２ｂの上であって外周縁１２１の近傍の位置である。センサ電極１２（第二電極１２ｂの側面）から各位置Ｃから位置Ｍまでの距離を表１に示す。
上記測定サンプルの断面に対して、測長機能を備えた光学顕微鏡で観察し、感光性塗膜１７６の膜厚を小数点以下第１位までの精度で測定し、測定値を四捨五入した値を感光性塗膜１７６の高さとした。上記膜厚の測定は、所定の位置毎に測定サンプルを３０個準備し、測定サンプル１個毎に感光性塗膜１７６の膜厚を２か所測定し、合計６０か所に対して行った。位置Ａから位置Ｍにおける感光性塗膜１７６の高さを、６０か所の膜厚の実測値を四捨五入した値の平均値として求め、これを厚み（ａ）とした。かかる厚み（ａ）からセンサ電極の厚み（１９μｍ）を減算して求めた厚み（ｂ）を表１に示す。

表１に示すとおり、感光性塗膜１７６の厚み（ａ）は、位置Ｍから位置Ｂに向けてセンサ電極１２に近づくに従って連続的に増大していた。そして、センサ電極１２の上にあたる位置Ａおよび位置Ｂでは、感光性塗膜１７６の厚み（ａ）は互いに略等しく、かつ最大となっていた。これによりセンサ電極１２の近傍において、センサ電極１２に向かって上り傾斜する傾斜部１３１が感光性塗膜１７６に形成されたこと、およびセンサ電極１２の上において感光性塗膜１７６の膜厚が均一に制御されていることが確認された。

次いで、図７に示す位置Ａから位置Ｍの各位置に開口縁２２が位置するように、各実施例および比較例ごとに露光・現像により開口部２０を形成して絶縁層１３を形成し、続いて接着層３０、感圧膜１４を形成して、感圧素子１００を得た。以上により得られた感圧素子１００に検知部２１０を接続し、基本構成を備える圧力センサ２００を得た。第一電極１２ａおよび第二電極１２ｂは、高さ１９μｍ、ライン幅はそれぞれ１０００μｍ、および互いの離間距離を１００μｍとした。引出配線１２ｃは、高さ１３μｍ、ライン幅は１００μｍとした。

上述のとおり得られた各実施例および比較例を以下に示す感圧特性評価に供した。評価は、各実施例、および比較例ごとに、サンプルを５個準備してそれぞれ評価した。以下の初期検知感度評価および大荷重検知感度評価について、５つのサンプルのうち最小値および最大値を表１に示す。また、短絡試験については、５つのサンプルの全てにおいて短絡が確認されなかった場合に「短絡無」と評価し、いずれか１つでも短絡が確認された場合に「短絡有」と評価した。評価結果を表１に示す。

［感圧初期荷重評価］
各実施例、および比較例を平坦面に設置し、感圧膜１４のうちセンサ電極１２の対向位置に外側から徐々に荷重を与えていき、導通が最初に検知された荷重を感圧初期荷重（Ｎ）として測定した。
［大荷重検知感度評価］
各実施例および比較例を平坦面に設置し、４ｍｍ^２の面積の感圧素子１００に対して１．１ＭＰａ（１１２．５ｇｆ／ｍｍ^２）の荷重を与えたときの抵抗値（Ω）を測定した。１．１ＭＰａとは、４ｍｍ^２の感圧素子に対して４５０ｇｆの押圧力をかける程度の圧力である。
［短絡試験］
各実施例および比較例をφ１０ｍｍのガラス棒に巻き付け、感圧素子１００に対し外側から荷重を与えない状態（即ち、初期状態）において、センサ電極１２の短絡の発生を確認した。

表１に示す結果より、位置Ａから位置Ｍの個々の厚み（ａ）のバラつきは３μｍ以下であり、工業的には優れた品質の感圧素子１００が得られていると考えられる。センサ電極１２の高さは均一に作成されていることから、厚み（ｂ）のバラツキも上記と同じく３μｍ以下となる。本発明の実施例によれば、センサ電極１２上に絶縁層１３（スペーサ）の開口縁２２を形成するかぎり、表１のように、厚み（ａ）および厚み（ｂ）のバラつき範囲を１μｍ以下に抑えられる可能性が高い。この結果、得られる大荷重時のセンサ抵抗についても、位置Ａにおいては１９１１［Ω］以上１９２０［Ω］以下でバラつき９［Ω］、そして位置Ｂにおいても１８５９［Ω］以上１８６８［Ω］以下でバラツキ９［Ω］と、計測結果の中でもっとも安定した特性を示した。

しかしながら、各比較例に示す通り、絶縁層１３の開口縁２２をセンサ電極１２よりも外側に形成しようとする場合、すなわち、上述した特許文献１から３に示される構造において絶縁層１３の開口縁２２がセンサ電極１２から５００μｍ離れたと仮定した場合に、製膜された感光性塗材１７４への露光時の位置合せ精度が一般的に±５０μｍ程度となることを考慮すると、絶縁層１３の開口縁２２の一方はセンサ電極から４５０μｍの位置となり、他方は５５０μｍの位置となる。この場合、表１における位置Ｇおよび位置Ｈの総合結果が厚み（ａ）や厚み（ｂ）のバラつき範囲とみなされる。かかるバラつきは、表１の厚み（ｂ）の結果を参照すると１１μｍから１６μｍの最大５μｍとなり、センサ抵抗のバラつき範囲もまた、１２８７［Ω］以上１４０２［Ω］以下の最大１１５［Ω］とバラつきが増大する傾向となる。

以上のことから、絶縁層１３の開口縁２２における厚み、およびセンサ抵抗のバラつきを少なくする手段として、センサ電極１２上に絶縁層１３の開口部２０の開口縁２２を形成することでセンサ品質の向上に大きな効果があることがわかった。
なお、上述の通り、製膜された感光性塗材１７４への露光時の位置合せバラつきが±５０μｍであることを踏まえ、絶縁層１３の開口縁２２もまた、センサ電極１２の端部から５０μｍ以上内側にあることが好ましい。換言すれば、センサ電極１２の最外端部（外周縁１２１）が、絶縁層１３の開口縁２２から５０μｍよりも外側に形成されていることが望ましい。

また、短絡試験においては、各実施例はいずれも短絡が発生しなかった。一方、比較例１０および１１は屈曲させた初期状態で短絡が発生した。この結果から、絶縁層１３の高さは、センサ電極１２の上面を基準として５μｍ以上であれば、φ１０ｍｍと大きな曲率で感圧素子１００を屈曲させた時にも短絡が生じないことがわかった。このことから、絶縁層１３の開口縁２２における厚み、すなわちセンサ電極１２の上面を基準とする絶縁層１３の高さが、５μｍ以上かつ３０μｍ以下の範囲で形成することにより、問題のないセンサ機能を得ることができるといえる。

上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）支持基板と、前記支持基板に支持された導電性の導体パターンと、前記導体パターンに対向して配置された感圧膜と、開口部を有し前記支持基板と前記感圧膜との間に設けられた絶縁層と、を有し、前記開口部の開口縁の少なくとも一部が前記導体パターンの上に位置しており、前記導体パターンの一部が前記開口部の内側に露出して他部が前記絶縁層に覆われていることを特徴とする感圧素子。
（２）前記絶縁層は前記支持基板の上と前記導体パターンの上とに亘って連続的に形成されおり、前記支持基板を基準とする前記絶縁層の上面高さは前記支持基板の上よりも前記導体パターンの上においてより高くなっている上記（１）に記載の感圧素子。
（３）前記絶縁層は、前記導体パターンの外側に、前記導体パターンに向かって厚さが増加する傾斜部と、前記傾斜部と前記導体パターンとの間に位置して厚さが略均一な均厚部と、を有し、前記導体パターンの上に、前記均厚部よりも厚さが小さくかつ略均一な厚さで形成されている上記（２）に記載の感圧素子。
（４）前記開口縁における前記絶縁層の厚さが５μｍ以上かつ３０μｍ以下である上記（２）または（３）に記載の感圧素子。
（５）前記導体パターンの上における前記絶縁層の厚さが前記導体パターンの厚さ以下である上記（２）から（４）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（６）前記導体パターンは、引出配線が接続されたセンサ電極を含み、前記開口部の前記開口縁の少なくとも一部が前記センサ電極の上に位置している上記（１）から（５）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（７）前記センサ電極は一対の第一電極および第二電極を有し、前記開口部は前記第一電極と前記第二電極とに跨って配置され、前記開口縁の一部が前記第一電極の上に位置し他の一部が前記第二電極の上に位置している上記（６）に記載の感圧素子。
（８）前記開口部の前記開口縁が、前記導体パターンの中央と外周縁との間に位置している上記（１）から（７）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（９）前記開口部の前記開口縁と前記導体パターンの外周縁との距離が５０μｍ以上である上記（１）から（８）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（１０）上記（１）から（９）のいずれか一項に記載の感圧素子と、前記感圧素子と電気的に接続された検知部と、を備え、前記導体パターンは引出配線が接続されたセンサ電極を含み、前記検知部が、前記感圧膜と前記センサ電極との接触抵抗に応じて変化する前記感圧素子の電気特性を検知する圧力センサ。
（１１）前記感圧膜は、少なくとも前記導体パターンにおける前記一部に対向する位置に導電機能を有し、前記感圧膜を押圧することにより当該感圧膜と前記導体パターンにおける前記一部とが接触して互いに導通する上記の感圧素子。
（１２）前記絶縁層が、光硬化性樹脂で構成されている上記の感圧素子。
（１３）前記開口部の前記開口縁は、複数の辺を有する多角形状をなし、少なくとも一つの前記辺の全長が前記導体パターンの上に位置している上記の感圧素子。
（１４）前記導体パターンは、引出配線が接続されたセンサ電極と、前記センサ電極に対して絶縁されているとともに前記センサ電極と同層に形成されたダミー電極と、を含み、前記開口部の前記開口縁の少なくとも一部が前記ダミー電極の上に位置している上記の感圧素子。
（１５）前記ダミー電極は前記センサ電極を取り囲むように開環状に形成されており、前記引出配線は前記ダミー電極の開環部分に配置されている上記の感圧素子。
（１６）前記絶縁層の前記感圧膜側の表面と前記感圧膜とは接着層を介して互いに固定されており、前記絶縁層の前記支持基板側の表面は接着層を介さずに前記支持基板に対して固定されている上記の感圧素子。
（１７）前記感圧膜はカーボン粒子が含有された樹脂フィルムであり、前記カーボン粒子により前記導電機能が前記感圧膜に付与されている上記の感圧素子。
（１８）複数の前記センサ電極に亘って一枚の前記感圧膜が対向配置されている上記の感圧素子。

１１ 支持基板
１１ａ 表面
１２ センサ電極
１２ａ 第一電極
１２ｂ 第二電極
１２ｃ 引出配線
１２ｄ 外部端子電極
１３ 絶縁層
１３ａ 開口壁面
１４ 感圧膜
１５ 圧力センサ部
１７ カバー
１８ 露出部
１９ 埋設部
２０ 開口部
２２ 開口縁
３０ 接着層
４０ ダミー電極
４１ 開環部分
１００、１１０、１２０ 感圧素子
１１２ 通気孔
１２１ 外周縁
１３０ 外周部
１３１ 傾斜部
１３２ 均厚部
１３３ 重なり部
１３７ 上面
１３８ 下面
１７０ スキージ
１７２ スクリーン版
１７４ 感光性塗材
１７６ 感光性塗膜
１８０ 露光マスク
１８２ 遮蔽部
１８４ 透過部
２００ 圧力センサ
２０２ フレキシブル配線
２１０ 検知部
２２１、２２２ 辺
５００ 印刷ワーク

Claims (10)

1. 支持基板と、
   前記支持基板に支持された導電性の導体パターンと、
   前記導体パターンに対向して配置された感圧膜と、
   開口部を有し前記支持基板と前記感圧膜との間に設けられた絶縁層と、を有し、
   前記開口部の開口縁の少なくとも一部が前記導体パターンの上に位置しており、前記導体パターンの一部が前記開口部の内側に露出して他部が前記絶縁層に覆われており、
   前記絶縁層は前記支持基板の上と前記導体パターンの上とに亘って連続的に形成されており、前記支持基板を基準とする前記絶縁層の上面高さは前記支持基板の上よりも前記導体パターンの上においてより高くなっていることを特徴とする感圧素子。
2. 前記絶縁層は、
   前記導体パターンの外側に、前記導体パターンに向かって厚さが増加する傾斜部と、前記傾斜部と前記導体パターンとの間に位置して厚さが略均一な均厚部と、を有し、
   前記導体パターンの上に、前記均厚部よりも厚さが小さくかつ略均一な厚さで形成されている請求項１に記載の感圧素子。
3. 前記開口縁における前記絶縁層の厚さが５μｍ以上かつ３０μｍ以下である請求項１または２に記載の感圧素子。
4. 前記導体パターンの上における前記絶縁層の厚さが前記導体パターンの厚さ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の感圧素子。
5. 前記導体パターンは、引出配線が接続されたセンサ電極を含み、
   前記開口部の前記開口縁の少なくとも一部が前記センサ電極の上に位置している請求項１から４のいずれか一項に記載の感圧素子。
6. 前記センサ電極は一対の第一電極および第二電極を有し、前記開口部は前記第一電極と前記第二電極とに跨って配置され、前記開口縁の一部が前記第一電極の上に位置し他の一部が前記第二電極の上に位置している請求項５に記載の感圧素子。
7. 前記導体パターンは、引出配線が接続されたセンサ電極と、前記センサ電極に対して絶縁されているとともに前記センサ電極と同層に形成されたダミー電極と、を含み、前記開口部の前記開口縁の少なくとも一部が前記ダミー電極の上に位置している請求項１から４のいずれか一項に記載の感圧素子。
8. 前記開口部の前記開口縁が、前記導体パターンの中央と外周縁との間に位置している請求項１から７のいずれか一項に記載の感圧素子。
9. 前記開口部の前記開口縁と前記導体パターンの外周縁との距離が５０μｍ以上である請求項１から８のいずれか一項に記載の感圧素子。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の感圧素子と、前記感圧素子と電気的に接続された検知部と、を備え、前記導体パターンは引出配線が接続されたセンサ電極を含み、
    前記検知部が、前記感圧膜と前記センサ電極との接触抵抗に応じて変化する前記感圧素子の電気特性を検知する圧力センサ。

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