JP6643629B2 - 感圧素子 - Google Patents
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Description
(項目1)本開示の一態様に係る感圧素子は、弾性を有する少なくとも1つの突起部を含む第1電極、前記少なくとも1つの突起部を挟んで前記第1電極と対向する第2電極、および前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、第1誘電体と第2誘電体とを含む誘電体を備え、前記第1誘電体が、前記少なくとも1つの突起部の最頂部分と前記第2電極との双方に接し、かつそれらの間に位置し、前記第2誘電体が、前記少なくとも1つの突起部を除く前記第1電極と前記第1誘電体との間に位置する。
(項目2)上記項目1に記載の感圧素子において、
前記感圧素子の容量が、第1容量および第2容量を含み、
前記第1容量が、前記少なくとも1つの突起部と前記第1誘電体とが接触している領域を含む第1コンデンサにおける静電容量であり、
前記第2容量が、前記第1誘電体と前記第2誘電体とが接触している領域を含む第2コンデンサにおける静電容量であってもよい。
(項目3)上記項目2に記載の感圧素子において、
前記感圧素子の容量特性が、前記第1容量および前記第2容量の各々の容量特性よりも高いリニアリティを有していてもよい。
(項目4)上記項目2または3に記載の感圧素子において、
前記第1コンデンサが、前記少なくとも1つの突起部と、該少なくとも1つの突起部と対向する位置に存在する前記第2電極の第1電極部分と、該少なくとも1つの突起部と該第1電極部分との間に位置する前記第1誘電体の第1誘電体部分とから構成され、
前記第2コンデンサが、前記第1電極のうち前記少なくとも1つの突起部が設けられていない部分と、前記第1電極のうち前記少なくとも1つの突起部が設けられていない前記部分と対向する位置に存在する前記第2電極の第2電極部分と、前記第1電極のうち前記少なくとも1つの突起部が設けられていない前記部分と該第2電極部分との間に位置する前記第1誘電体の第2誘電体部分および前記第2誘電体とから構成されていてもよい。
(項目5)上記項目1から4のいずれかに記載の感圧素子において、
前記少なくとも1つの突起部は、その幅が前記第2電極に向かって漸次減じられたテーパ形状を有していてもよい。
(項目6)上記項目1から5のいずれかに記載の感圧素子において、
前記第2誘電体が、前記少なくとも1つの突起部の弾性変形に伴って変形してもよい。
(項目7)上記項目1から6のいずれかに記載の感圧素子において、
前記第2電極が、前記第1電極に対向する第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有し、
前記第2主面に荷重が加えられてもよい。
(項目8)上記項目7に記載の感圧素子において、
前記第2主面に荷重が加えられると、前記少なくとも1つの突起部の変形に伴って、前記少なくとも1つの突起部と前記第1誘電体との接触する領域の面積が増加してもよい。
(項目9)上記項目7または8に記載の感圧素子において、
前記第2主面に荷重が加えられると、前記第2誘電体が変形することにより前記第2誘電体の厚みが減少してもよい。
(項目10)上記項目1から9のいずれかに記載の感圧素子において、
前記第1誘電体が、弾性特性を呈してもよい。
(項目11)上記項目7に記載の感圧素子において、
前記第2主面に荷重が加えられると、前記少なくとも1つの突起部および前記第1誘電体の双方が変形してもよい。
(項目12)上記項目1から11のいずれかに記載の感圧素子において、
前記第1誘電体が前記少なくとも1つの突起部よりも高い弾性率を有していてもよい。
(項目13)上記項目1から12のいずれかに記載の感圧素子において、
前記第1電極、前記第2電極、前記第1誘電体および前記第2誘電体のうち少なくとも1つが光透過性を有していてもよい。
(項目14)上記項目7から9のいずれかに記載の感圧素子において、
支持基材および押圧基材を更に備え、
前記第1電極が、前記第2電極に対向する第3主面と、前記第3主面と反対側の第4主面とを有し、
前記支持基材が前記第1電極の前記第4主面と接しており、
前記押圧基材が前記第2電極の前記第2主面と接していてもよい。
(項目15)上記項目1から14のいずれかに記載の感圧素子において、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置されたスペーサを更に備えていてもよい。
以下にて、本開示の一態様に係る感圧素子について図面を参照しながら説明する。図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比および外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。尚、本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”は、図中における上下方向に対応した方向に相当する。
2(酸化スズ(IV))から成る群から選択される少なくとも1種の材料を含んで成るものであってよい。また、尚、導電性フィラーに代えて又はそれに加えて、導電層を用いてもよい。具体的には、樹脂構造体の表面に導電性インクの塗布などによって導電層が設けられて成る第1電極10であってもよい。
かかる実施態様では、第1誘電体31は、図11に示すように押圧時にて局所的に弾性変形する。
(1)押圧に際して生じる弾性を有する突起部15と第1誘電体31との接触面積増加について“食い込みの分”だけ付加的に増加する。即ち、図11(b)において“S1”および“S2”の接触面が付加的にもたらされる
(2)“食い込み”に起因して第2誘電体32の厚みがより大きく減少する。即ち、弾性を有する突起部15が食い込んだ分(図11(b)の“d1”)だけ、厚みが付加的に減少する。
(3)“食い込み”に起因して第1誘電体31の厚みが減少する。即ち、“食い込み”に起因して弾性を有する突起部15の最頂部分15’と第2電極20との離隔距離(図11(b)の“d2”)が減じられる。
かかる実施態様は、感圧素子が透明な素子となっている態様である。かかる実施態様によれば、第1電極10、第2電極20、第1誘電体31および第2誘電体32の少なくとも1つが光透過性を有している。つまり、感圧素子の構成要素の少なくとも1つが可視光領域において透明となっている。
かかる実施態様は、センサ素子として複数の感圧素子をマトリックス型に構成した態様である。
次に、本開示の感圧素子の製造方法について説明する。図12A〜12Fにはある1つの好適な態様に従った感圧素子の製造方法の概略工程を模式的に示している。
まず、図12Aに示されるように、支持基材50を準備する。支持基材50としては、可撓性を有する基板を用いてよい。例えば、支持基材50は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートおよび/またはポリイミド等を含んで成るプラスチック基板であってよい。
次いで、支持基材50上に「液状のポリマー樹脂原料に対して導電性フィラーを含有させて成る複合材料」を塗布する。例えば、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂および/またはロタキサン系樹脂等の液状のポリマー樹脂原料に対して導電性フィラーを複合させて成る複合材料を支持基材50上に塗布する。導電性フィラーの材質は、Au、Ag、Cu、C、ZnO、In2O3およびSnO2等から成る群から選択されるものであってよい。
次いで、図12Cに示すように、スペーサ70を形成する。図示されるように、支持基材50および第1電極10の複合体の周縁部にスペーサ70を形成してもよい。スペーサ自体は、ポリエステル樹脂および/またはエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂原料から形成してよい。別法にて、第1電極10の弾性を有する突起部15をスペーサとして代用してもよい。
次いで、図12Dに示すように、押圧基材60に対して複数の第2電極20を形成する。より具体的には、押圧基材60として用いられる「樹脂材から成る可撓性のプラスチック基板」に対して、複数の第2電極20を互いに離隔した形態で設ける。押圧基材60に用いられる樹脂材としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートおよび/またはポリイミド等を挙げることができる。
次いで、図12Eに示すように、第1誘電体31を形成する。具体的には、第2電極20上に第1誘電体31する。例えば、樹脂原料を第2電極20上に塗布することを通じて第1誘電体31を形成できる。第1誘電体31の樹脂原料としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフテレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂およびAl2O3、およびTa2O5等から成る群から選択されるものを挙げることができる。
次いで、押圧側部材を「支持基材および第1電極の複合体」に対して載置させる。具体的には、図12Fに示すように、「第2電極20と第1誘電体31とを備えた押圧基材60」を、スペーサ70を介して、「支持基材50および第1電極10の複合体」に載置させる。特に、第1誘電体31と第1電極10とが直接的に対向するように載置を行う。これにより、第1誘電体31と第1電極10との間に形成される空隙部が第2誘電体32を成すことになる。
15 第1電極の弾性を有する突起部
15’ 弾性を有する突起部の最頂部分
17 第1電極の突起非設置部
20 第2電極
20A 第2電極の第1電極部分
20B 第2電極の第2電極部分
30 誘電体
31 第1誘電体
31A 第1誘電体の第1誘電体部分
31B 第1誘電体の第2誘電体部分
32 第2誘電体
50 支持基材
60 押圧基材
70 スペーサ
100 感圧素子
Claims (12)
- 弾性を有する少なくとも1つの突起部を含む第1電極、
前記少なくとも1つの突起部を挟んで前記第1電極と対向する第2電極、および
前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、第1誘電体と第2誘電体とを含む誘電体
を備え、
前記第1誘電体が、前記少なくとも1つの突起部の最頂部分と前記第2電極との双方に接し、かつそれらの間に位置し、
前記第2誘電体が、前記少なくとも1つの突起部を除く前記第1電極と前記第1誘電体との間に位置する、感圧素子であって、
前記感圧素子の容量が、第1容量および第2容量を含み、
前記第1容量が、前記少なくとも1つの突起部と前記第1誘電体とが接触している領域を含む第1コンデンサにおける静電容量であり、
前記第2容量が、前記第1誘電体と前記第2誘電体とが接触している領域を含む第2コンデンサにおける静電容量であり、
前記感圧素子の容量特性が、前記第1容量および前記第2容量の各々の容量特性よりも高いリニアリティを有しており、
前記第2誘電体が、前記少なくとも1つの突起部の弾性変形に伴って変形する、
感圧素子。 - 前記第1コンデンサが、前記少なくとも1つの突起部と、該少なくとも1つの突起部と対向する位置に存在する前記第2電極の第1電極部分と、該少なくとも1つの突起部と該第1電極部分との間に位置する前記第1誘電体の第1誘電体部分とから構成され、
前記第2コンデンサが、前記第1電極のうち前記少なくとも1つの突起部が設けられていない部分と、前記第1電極のうち前記少なくとも1つの突起部が設けられていない前記部分と対向する位置に存在する前記第2電極の第2電極部分と、前記第1電極のうち前記少なくとも1つの突起部が設けられていない前記部分と該第2電極部分との間に位置する前記第1誘電体の第2誘電体部分および前記第2誘電体とから構成されている、請求項1に記載の感圧素子。 - 前記少なくとも1つの突起部は、その幅が前記第2電極に向かって漸次減じられたテーパ形状を有する、請求項1または2に記載の感圧素子。
- 前記第2電極が、前記第1電極に対向する第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有し、
前記第2主面に荷重が加えられる、請求項1から3のいずれかに記載の感圧素子。 - 前記第2主面に荷重が加えられると、前記少なくとも1つの突起部の変形に伴って、前記少なくとも1つの突起部と前記第1誘電体との接触する領域の面積が増加する、請求項4に記載の感圧素子。
- 前記第2主面に荷重が加えられると、前記第2誘電体が変形することにより前記第2誘電体の厚みが減少する、請求項4または5に記載の感圧素子。
- 前記第1誘電体が、弾性特性を呈する、請求項1から6のいずれかに記載の感圧素子。
- 前記第2主面に荷重が加えられると、前記少なくとも1つの突起部および前記第1誘電体の双方が変形する、請求項4に記載の感圧素子。
- 前記第1誘電体が前記少なくとも1つの突起部よりも高い弾性率を有する、請求項1から8のいずれかに記載の感圧素子。
- 前記第1電極、前記第2電極、前記第1誘電体および前記第2誘電体のうち少なくとも1つが光透過性を有する、請求項1から9のいずれかに記載の感圧素子。
- 支持基材および押圧基材を更に備え、
前記第1電極が、前記第2電極に対向する第3主面と、前記第3主面と反対側の第4主面とを有し、
前記支持基材が前記第1電極の前記第4主面と接しており、
前記押圧基材が前記第2電極の前記第2主面と接している、請求項4から6のいずれかに記載の感圧素子。 - 前記第1電極と前記第2電極との間に配置されたスペーサを更に備える、請求項1から11のいずれかに記載の感圧素子。
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