JPWO2016113867A1 - 感圧素子、圧力センサ、および感圧素子製造方法 - Google Patents
感圧素子、圧力センサ、および感圧素子製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2016113867A1 JPWO2016113867A1 JP2015515750A JP2015515750A JPWO2016113867A1 JP WO2016113867 A1 JPWO2016113867 A1 JP WO2016113867A1 JP 2015515750 A JP2015515750 A JP 2015515750A JP 2015515750 A JP2015515750 A JP 2015515750A JP WO2016113867 A1 JPWO2016113867 A1 JP WO2016113867A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- sensitive
- sensitive element
- opening
- sensor electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
- A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
- A61B5/447—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis specially adapted for aiding the prevention of ulcer or pressure sore development, i.e. before the ulcer or sore has developed
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/205—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0247—Pressure sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
- A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/16—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
- A61B2562/164—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted in or on a conformable substrate or carrier
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
- G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
- G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
より具体的には、たとえば、ベッドのマットレスに感圧素子を内在させ、当該マットレスに対する、ベッドに横たわった患者や高齢者(以下、患者等ともいう)の体重の掛かり具合をモニタリングすることが期待される。上記モニタリングにより、患者等が長時間同じ姿勢で横たわっていることを把握することが可能である。上記モニタリングにより、床ずれの発生を防止するため、ベッドに横たわる患者等の姿勢を適度に変更させるタイミングを第三者が把握可能である。
また、圧力センサを、患者等の歩行支持具に利用することも可能である。具体的には、感圧素子を内在する支持具を用いて歩行等を行っている高齢者がバランスを崩した場合、圧力センサは、当該高齢者の体重の不均衡を圧力分布の変化として検知可能である。これにより高齢者の転倒防止、または転倒の把握が期待される。このように、近年、圧力センサの使用が期待される分野は多岐に亘っている。特に、圧力センサは、平坦面以外の物体表面への搭載、または撓み可能な態様での使用が期待される。
下記特許文献2に開示される感圧センサは、抵抗体基板と、電極支持基板と、を接着層よりなるスペーサを介して接合することで構成されている(同文献段落[0031]参照)。上記接着層は、アクリル系粘着フィルム等であることが同文献に記載されている。
下記特許文献3に開示される感圧センサは、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して構成されている(同文献図1参照)。当該スペーサの厚みにより、互いに対向する上記電極と、上記感圧抵抗体と、は加圧されていない状態で離間している。上記スペーサは、樹脂フィルムで形成されており、その両面に熱硬化性樹脂接着剤が設けられている。当該熱硬化性樹脂接着剤の粘着性により一方のベースフィルムと、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。
本発明の圧力センサは、本発明の感圧素子の優れた効果を享受し、初期検知感度が良好であり、電気信頼性に優れる。
本発明の感圧素子製造方法は、容易に本発明の感圧素子を製造することができる。
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く、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。ダイナミックレンジとは、センサ電極と感圧膜との接触抵抗の変更幅をいう。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。一般的に、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からである。
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から図4を用いて説明する。図1は、本発明の第一実施形態にかかる圧力センサ200の平面図である。図2(a)は、図1のI-I線断面図であり、図2(b)は、図1のII-II線断面図である。図3(a)から図3(c)は、センサ電極12の変形例を示す平面図である。図4は、第一実施形態にかかる感圧素子100の初期検知感度とダイナミックレンジを説明する説明図である。図4に示すカーブ110は、感圧素子100のダイナミックレンジの傾向を示すものであって、本発明を何ら限定するものではない。
本実施形態にかかる感圧素子100は、一つのセンサ電極12と感圧膜14とが対向してなる圧力センサ部15を1つ備える1チャンネルタイプである。
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。
感圧素子100における接触抵抗の変動量は押圧力と相関しており、圧力センサ200は、接触抵抗を定量的に検知することで押圧力を定量化することが可能である。図示省略するが、感圧素子100には、センサ電極12に電圧を印加する電圧印加部が適宜設けられる。
即ち、一般的には、感圧膜とセンサ電極とを互いに離間させるための所定の距離Aは、平坦面に配置された初期状態で短絡が防止される範囲において、適度な初期検知感度を得るために、充分に小さく設計される。ところが、略均一な膜厚のフィルムからなる絶縁層(スペーサ)を備える従来の感圧素子は、屈曲された場合、感圧膜とセンサ電極とが近接し、または当接し、短絡する虞があった。
これに対し、感圧素子100は、スロープ22を有する絶縁層13上に積層された感圧膜14が、スロープ22と同傾斜する。加えて感圧素子100は、開口部20において支持基板11とは反対側に突出する方向(以下、第一方向ともいう)に面の傾斜が指向される。そのため第一方向に感圧素子100を湾曲させた場合でも、感圧膜14と、センサ電極12と、が接近し難く、そのため短絡が防止される。開口部20において感圧膜14が第一方向に面の傾斜が指向されるとは、開口部20において感圧膜14が第一方向に突出する場合、および略平坦である場合のいずれも含む。開口部20において感圧膜14が第一方向に突出する場合とは、図2(a)、(b)または、図9(d)の紙面右側における感圧膜14が適宜参照される。開口部20において感圧膜14が略平坦である場合とは、図9(d)の紙面左側における感圧膜14が適宜参照される。複数の開口部20を有する感圧膜14は、全ての開口部20において感圧膜14が第一方向に突出する場合、または略平坦である場合、または第一方向に突出する箇所と略平坦である箇所とを含む場合のいずれの態様であってもよい。
感圧素子100および従来の感圧素子における上記所定の距離Aが同じである場合、両者は平坦面に配置されたときには、初期検知感度および短絡に関し同様の評価を受け得る。ところが、第一方向に湾曲させた状態では、感圧素子100は短絡が防止されるが、従来の感圧素子は短絡の虞がある。
図1、図2(a)、(b)に示すように、本実施形態の感圧素子100は、センサ電極12を支持する支持基板11を有している。支持基板11の一方の面には、センサ電極12が形成されるとともに、開口部20が形成された絶縁層13と、感圧膜14と、が積層されている。
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、感圧素子100を曲面へ配置し、または屈曲させて良好に使用することができる。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。
本実施形態において、センサ電極12は、面方向に所定の距離を空けて並列する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、矩形状の第一電極12aと、第一電極12aと略同形状の第二電極12bとが所定の距離を空けて平行に隣接配置されて構成されている。ただし、センサ電極12のパターンはこれに限定されず、たとえば、図3(a)および図3(b)に示すとおり、第一電極12aと第二電極12bとが互いが組み合う櫛歯形状またはスパイラル形状であってもよい。または、図3(c)に示すとおり、第一電極12aおよび第二電極12bは、互いに同心円上に配列されていてもよい。具体的には、第一電極12aまたは第二電極12bの一方が円形であり、他方が当該円形を所定の距離を空けて取り囲むリング形状であってもよい。上記円形とは、真円、楕円、および長円を含む。
上述で用いる銅箔の厚みは特に限定されないが、フレキシブルプリントサーキット(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。
適宜、めっき処理等されたセンサ電極12の高さH3(図2(a)参照)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。センサ電極12の高さH3、および/または、後述する絶縁層13の開口上端部13aの高さH2は、好ましい所定の距離Aが得られるよう調整されることが好ましい。
本実施形態における引出配線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の面とは反対側の面にスルーホール(TH)を介して引き出されている。反対側の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が形成された面に引き出されている。このように引出配線12cが支持基板11の両面に配置される両面基板(以下、単に両面基板ともいう)は、開口部20近傍におけるスロープ22を引出配線12cの影響を受けることなく形成し易い。そのため両面基板は、感圧膜14の面の傾斜を開口部20に向かって第一方向に傾斜させる方向に指向させ易い。また、上記両面基板では、支持基板11のスペースを有効に使用し圧力センサ200の小型化を図ることができる。また、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、上記両面基板は、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、両面基板は、上記反対側の面に引き出された引出配線12cを覆って保護するカバー17を適宜、設けることができる。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。
ただし上記両面基板は本発明を限定するものではなく、図示省略する他の態様の感圧素子100は、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。
図2(a)に示すとおり、感圧膜14の下面とセンサ電極12の上面とは、絶縁層13の開口上端部13aの高さH2と、センサ電極12の高さH3との差分以上に、離間している。即ち、絶縁層13は、センサ電極12と感圧膜14とを所定の距離Aで離間させるためのスペーサをなす。初期状態において、絶縁層13の存在により、センサ電極12と感圧膜14とは離間しており、センサ電極12は導通していない。センサ電極12とこれに対向する感圧膜14とにより圧力センサ部15(図1、図2(a)、(b)参照)が構成されている。なお、ここでいう上下は、支持基板11を下方向とし、感圧膜14を上方向としたときの上下を意味する。
またセンサ電極12の開口壁面13bに対向する側面と、開口下端部13cと、の平面方向の距離(距離D6、図2(a)参照)は、零を超えることが好ましい。即ち、絶縁層13とセンサ電極12とは接触せず、離間している。また、D6は、D5以下であることが好ましい。
ここで、感圧素子100は、絶縁層13にスロープ22が形成されることから、開口寸法を小さくするほど開口上端部13aが高くなり、開口寸法を広げるほど開口上端部13aが低くなる関係にある。上述する距離D5を上記範囲にすることで、上記差分(距離A)を5μm以上25μmの範囲に設計することが容易である。
別の方法としては、予め、開口部20と開口部20の周囲のスロープ22とが形成された粘着シートまたは接着シートを支持基板11の上面に位置合わせし貼り合せて、絶縁層13を形成してもよい。
絶縁層13を構成する絶縁材料は特に限定されないが、感光性シートまたは感光性塗材などの感光性材料を用いることで露光・現像により開口部20を精度よく形成することができる。別の方法としては、予め開口部20が形成された粘着シートまたは接着シートを支持基板11の上面に位置合わせし貼り合せて、絶縁層13を形成してもよい。
絶縁層13の開口上端部13aの高さH2は、支持基板11の表面から15μm以上70μm以下の範囲、より好ましくは、15μm以上40μm以下に設計すると良い。開口上端部13aの高さH2を70μm以下に設計することで、開口部20の形成における露光時に、照射光を感光性材料の深部にまで到達されることができ、開口部20を精度よく成形することができる。また絶縁層13の作製時の露光感度をより良好なものとするために、感光性材料は、全光線透過率を30%以上の半透明状に調整されることが好ましい。
本実施形態における感圧膜14は、図2に示すとおり、カーボン粒子140が含有された樹脂フィルムである。感圧膜14は、カーボン粒子140により導電機能が付与されている。換言すると、感圧膜14として用いられる樹脂フィルムは、導電機能が発揮される程度のカーボン粒子140が含有されている。上記樹脂フィルムは、可撓性である。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し、感圧素子100のダイナミックレンジを大きくすることができる。また、樹脂フィルムである感圧膜14が導電性を備え押圧領域であるため、外部から感圧膜14にタッチする使用者に異物感を与え難い。
ただし、上述は本発明を何ら限定するものではなく、変形例として、感圧素子100は、樹脂フィルムの表面の所定領域に感圧抵抗体を備える感圧膜14を用いてもよい。上記感圧抵抗体は、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することで得ることができる。
特に、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、感圧素子100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、感圧膜14を構成する樹脂100質量%において、50質量%以上、さらには70質量%以上、特には90質量%以上を占める樹脂を意味する。たとえば感圧膜14に含まれる樹脂は、ポリイミドまたはポリアミドイミドのいずれか、または組み合わせが実質的に100質量%であってもよい。
感圧膜14におけるカーボン粒子140の含有量、カーボン粒子140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。
なお、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。
また、表面抵抗率が上記範囲であることにより、図4に示すカーブ110のように、初期検知感度が良好であり、かつ大きいダイナミックレンジを実現することに貢献する。即ちより具体的には、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。
次に、本発明の第二実施形態の感圧素子300および圧力センサ400について、図5から図8を用いて説明する。また、適宜、図9(d)を参照する。本実施形態の感圧素子300は、センサ電極12を複数備える点で第一実施形態の感圧素子100と相違している。圧力センサ400は、感圧素子100の替りに感圧素子300を備える点で、圧力センサ200と相違している。
図5は、本発明の第二実施形態にかかる感圧素子300の平面図である。図6(a)は、図5のA部の部分拡大図であり、図6(b)は、図5のB部の部分拡大図である。図7(a)および図7(b)は、感圧膜14が図示省略された図5のA部の部分拡大図である。図8は、直径Xの円筒160の表面に配置された感圧素子300を備える圧力センサ400の斜視図である。図8において、検知部210は図示省略する。図9は、本発明の感圧素子製造方法により製造された感圧素子300を示している。
差分Iは、支持基板11を基準として、開口端部(開口上端部13a)における絶縁層13の高さH2から、センサ電極12の高さH3を減じて算出された値である。
差分IIは、支持基板11を基準として、隣り合う圧力センサ部15の中間部における絶縁層13の高さH6から、センサ電極12の高さH3を減じて算出された値である。ここで中間部とは、隣り合う圧力センサ部15a、15b(図9(d)参照)の間であって、スロープの谷間の領域を示し、たとえば圧力センサ部15a、15bのちょうど中間地点を指す。
尚、差分IIが零未満である場合には、当該差分IIは零として差分Iとの比率を算出する。
絶縁層13は、感圧膜14とセンサ電極12とを中空部Sを介して対向させるための開口部20を有している。本実施形態では、接着層30が、開口30aを有している。開口30aは、平面視上、開口部20の上部開口20aを包含する。即ち、本実施形態において、平面視上、開口30aは、開口部20の上部開口20aよりも大きく、上部開口20aを包含している。これによって、上部開口20aから接着層30を構成する接着剤が中空部Sに入り込むことを回避することができる。
次に本発明の第三実施形態として、図9および図10を用いて、本発明の感圧素子製造方法を説明する。本実施形態では、感圧素子300の製造方法を例に説明するが、当該説明は、感圧部を1つ有する1チャンネルの感圧素子100の製造方法として適宜参照することができる。
図9は、本発明の第三実施形態にかかる感圧素子製造工程を説明する説明図である。図9では、センサ電極12を備える箇所において、支持基板11の法線方向に切断してなる部分断面を示している。図9(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9(b)は、支持基板11上に感光性塗材174が塗工され感光性塗膜176が形成された状態を示す。図9(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。図9(d)は、製造された感圧素子300を示す。図10は、本発明の第三実施形態にかかる感圧素子製造工程のフローである。
指標(1)は、支持基板11を基準として、絶縁層13の高さを、開口部20に向かって連続的に増大させる。
指標(2)は、センサ電極12の開口壁面13bに対向する側面と、開口端部(開口上端部13a)と、の平面方向の距離(距離D5、図2(a)参照)が50μm以上850μm以下の範囲とする。
また、本製造方法にしたがって製造した第一の感圧素子300の感圧初期荷重を測定する。当該感圧初期荷重が所定の値よりも小さい値であることが確認された場合、上述する指標(2)における距離D5を、上記範囲の中で縮小させた第二の感圧素子300を、本製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整することができる。
尚、指標(1)および指標(2)でいう所定の値とは、所定の範囲、特定の数値のいずれであってもよい。また本製造方法は、指標(1)における所定の値と、指標(2)における所定の値が、同じである場合、または異なる場合のいずれも包含する。
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よい。CCLは、支持基板11上に銅箔を有する。
尚、ステップ1から6は、本製造方法の電極形成工程の一形態である。
[ステップ2]ドライフィルムラミネート工程
上述で準備した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する。
[ステップ3]露光工程
上記ステップ2で得られたCCLを露光機に投入し、センサ電極12、引出配線12c、外部端子電極12dの所定形状に従ってパターン露光を行う。
[ステップ4]現像工程
露光済のCCLを、現像装置に供してパターン現像する。現像液は一般的には弱アルカリ溶液である。現像後に得られたCCL上のドライフィルムパターンは、後述するエッチング工程におけるエッチングレジストとしての役割を担う。現像後、適宜、エッチングレジストのパターンニングが完了した後は、CCLやエッチングレジストに付着した現像液を除去するため、水洗処理を実施する。
[ステップ5]エッチング工程
ドライフィルムパターンによってエッチングレジストが形成されたCCLに対しエッチング処理を行う。エッチング液は、一般的には塩化銅系の液が用いられるが、これに限定されず、Cu箔をエッチング可能な薬液を適宜選択してよい。上記エッチング処理により、CCLにおいて、センサ電極12、引出配線12c、および外部端子電極12dが所定形状のパターンでパターンニングされる。本工程終了後、各パターン表面には、ドライフィルムが残存した状態である。尚、センサ電極12は、第一電極12aおよび第二電極12bを含む。
[ステップ6]ドライフィルム剥離工程
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する。一般的に、上記剥離除去は、弱アルカリに調整された剥離液でドライフィルムを膨潤させ剥離させる手法で実施する。ドライフィルムの剥離後、CCLを水洗し、露出状態にあるCuパターンの防錆のため防錆処理が施される。以上により、CCLに、センサ電極12、および引出配線12cが形成される。
[ステップ7]感光性塗材の塗工工程
ステップ7から9は、本製造方法の塗工工程、絶縁層形成工程の一態様であり、適宜、図9(a)から(c)が参照される。
ステップ7は、ステップ6で得られたCCLに感光性塗膜176を形成する。具体的には、図9(a)に示すとおり、CCLにおける支持基板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、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、スキージ170で感光性塗材174を所定の厚みで塗工し、乾燥して感光性塗膜176を形成する(図9(b))。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。
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、感光性塗膜176を形成したあと、感光性塗膜176の表面にタックがなくなる程度に熱風でプリベークを行うとよい。また、感光性塗材174がレベリングして感光性塗膜176が平坦にならないよう、感光性塗材174の粘度や、露光のタイミングを調整するとよい。
[ステップ8]感光性塗材への露光工程
上述のとおり形成されたスクリーン版172において、開口部20の形成箇所を除く領域に対して露光を行う。上記感光性塗材の露光感度に合わせた光の照射を行うことで、光が照射された箇所のみが光重合される。
このとき、図9(b)に示すように、センサ電極12から位置aまたは位置aに近い位置を露光位置として選択することにより、開口上端部13a(図9(d)参照)を高くすることができる。一方、位置jまたは位置jに近い位置を露光位置として選択することにより、開口上端部13a(図9(d)参照)を低くすることができる。この露光位置を調整することにより、第一実施形態または第二実施形態で説明する距離D5を50μm以上850μm以下とし、所定の距離Aを5μm以上25μm以下に調整することが可能である。なお、本露光工程において、開口部20と共に適宜、通気孔112を形成してもよい。
本露光工程において、図9(c)に示すように隣り合うセンサ電極12のそれぞれに対し、異なる露光領域を設定することで開口部20の開口寸法を変更することができる。開口部20の開口寸法を変更することで、開口上端部13aの高さを変更することができる。センサ電極12ごとの露光領域の変更は露光マスクの設計により容易に実施することができる。具体的には、図9(b)に示す紙面右側のセンサ電極12近傍では、露光の境界位置として位置bを選択し、紙面左側のセンサ電極12近傍では、露光の境界位置として位置eを選択した。
[ステップ9]感光性塗材の現像工程
ステップ8において、露光がなされていない箇所(即ち、開口部20の形成箇所)のみを除去するため、弱アルカリ溶液によって現像を行う。これにより、絶縁層13に開口部20が形成され、開口部20の内側にセンサ電極12が露出する。支持基板11を基準として、絶縁層13の開口上端部13aの高さH2は、センサ電極12の高さH3よりも高い。現像後、感光性塗材174の性質によって、絶縁層13の膜強度を向上させるために、所定温度および所定時間で、追加の加熱処理を施してもよい。
上述のとおりステップ8において、隣り合う2つのセンサ電極12近傍では、それぞれ露光境界位置を変更した。そのため、図9(c)に示す紙面右側のセンサ電極12に対向する開口上端部13aの高さは、紙面左側のセンサ電極12に対向する開口上端部13aの高さよりも高く形成された。
[ステップ10]表面処理工程
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は、Ni/Auめっきによる表面処理が施される。これらのめっき処理は、電解めっきまたは無電解めっきを適宜使い分けてもよい。
[ステップ11]接着層の形成工程
次に、絶縁層13の形状に合わせて接着層30を形成する。たとえば、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を形成しても良い。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に貼り合せて接着層30を形成し、後述のとおり接着層30を介して絶縁層13に貼り付けてもよい。いずれの場合にも開口上端部13aまで接着層30が到達しない。
[ステップ12]感圧膜の貼合工程
ステップ12は、本製造方法の感圧膜製造工程の一態様である。ステップ12は、絶縁層13の表面に対し、感圧膜14を貼り合せる。たとえばフレキシブルプリントサーキット(FPC)製造で一般的に使用される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、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、感圧膜14は、開口部20に対応する領域の除いた絶縁層13に接合される。支持基板11を基準として開口上端部13aの高さH2より、センサ電極12の高さH3が低いため、センサ電極12と感圧膜14とは外的圧力が加わらない初期状態では離間し短絡が生じない。
[ステップ13]外部端子電極に対する補強板形成工程
感圧素子300の外部端子電極12dが、コネクタへの挿抜や異方性導電性フィルム(ACF;Anisotropic Conductive Film)接合等に適用される場合には、以下の工程を適宜実施する。即ち、外部端子電極12dに適度な剛性を持たせるために外部端子電極12dに対し補強板(不図示)の形成を行う。一般的に補強板は、所望の厚みを有するステンレスもしくはアルミなどの金属板、またはポリイミドもしくはポリエチレ54テレフタレートなどのフィルムを素材とし、粘着剤や接着剤によって外部端子電極12dに対しラミネートすることで製作される。
[ステップ14]外部端子電極の高精度打ち抜き工程
感圧素子300の外部端子電極12dは、一般的に、外部の基板や機器への接続の際に、コネクタ挿抜や、ACF接合の手段を適用する場合が多い。そのため、接続に寄与する部位の外形打ち抜き工程は、高い寸法精度を要求されることがある。具体的には、高精度で製作された金型を用いて上記打ち抜き工程を実施し、外部端子電極12dが要求される寸法精度を確保する。
[ステップ15]感圧素子の外形打ち抜き工程
外部端子電極12dの高精度打ち抜き工程の後、感圧素子300の全体的な外形加工のため外形打ち抜き工程を実施する。
上述のとおり製造された図9(d)に示す感圧素子300において、紙面左側の圧力センサ部15a(15)は、紙面右側の圧力センサ部15b(15)と比較して、開口部20の開口寸法が大きく、かつ開口上端部13aの高さが低い。そのため、圧力センサ部15a(15)は、圧力センサ部15b(15)と比較して、感圧初期荷重が小さい。
たとえば、上述する実施形態ではいずれも、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。本発明は、支持基板11の両面にセンサ電極12および感圧膜14が設けられた態様を包含する。また、本発明は、センサ電極12が形成される基板としてフィルム状の支持基板11に限定されるものではない。本発明は、センサ電極12を支持し、絶縁層13、および感圧膜14が積層形成可能な種々の基板上において、感圧素子300を実施することができる。
例えば本発明の圧力センサは、人間もしくはロボットの体表面、またはそれらと接する物体表面を計測対象とすることができる。適用分野は、手指もしくは足裏用触覚センサ(情報機器の入力装置、物品を把持した手の重量感を検知する装置)、ロボットハンドもしくは義手の触覚センサ、イスもしくはベッドの面圧分布計測(医療福祉用製品の開発評価装置を含む)、または胴体もしくは手足の圧力分布計測(医療用、運動計測用、または服飾用などの用途範囲を含む)等に広く適用可能である。
たとえば本発明の圧力センサ400は、人間の手の形状の一部または全部に沿って、圧力センサ400を配置して、手型状または手袋状の感圧センサを実現することができる。尚、一つのセンサ電極12からなる感圧素子100を備える圧力センサ200についても圧力センサ400と同様に複雑な凹凸面に配置して使用することができる。
上述のとおり作製した印刷ワークのセンサ電極12が設けられた側の面に、スクリーン印刷手法に倣って以下のとおり感光性塗膜176を作製した。具体的には、印刷ワークの上記面に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、センサ電極12の上に乗り上げるとともに、センサ電極12の周囲において支持基板11の表面に直接に接地させた(図9(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を得た(図11参照)。
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11に示す位置aから位置l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。センサ電極12(第二電極12bの側面)から各位置aから位置lまでの距離D5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か所の測定を行った。位置aから位置lにおける感光性塗膜176の高さ(60か所の膜厚の実測値を四捨五入した値の平均値)、および上記高さからセンサ電極の厚み(19μm)を除して求めた距離A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の外側から圧力センサ部15に対し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、比較例、および参考例を平坦面に設置し、4mm2の面積の圧力センサ部15に対し1.1MPa(112.5gf/mm2)の荷重を与えたときの抵抗値(Ω)を測定した。
[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、圧力センサ部15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、短絡の発生を確認した。
ただし、比較例1は、距離D5が零であることから、絶縁層13を形成する工程における露光時の位置ずれが生じ現像不良であった。
(1)支持基板と、
前記支持基板に支持されたセンサ電極と、
前記センサ電極に対向する位置に少なくとも導電機能を有する感圧膜と、
前記センサ電極および前記感圧膜を互いに離間させるための所定の距離を確保するとともに前記感圧膜に対し前記センサ電極を露出させる開口部を有する絶縁層と、を有し、
前記絶縁層は、前記開口部を区画形成する開口壁面と、前記感圧膜側の開口端部と、を有し、
前記支持基板を基準として、前記絶縁層は、前記開口部に向かって高さが連続的に増大していることを特徴とする感圧素子。
(2)前記支持基板を基準として、前記開口部の中央に対向する前記感圧膜の高さが、前記開口端部に対向する前記感圧膜の高さよりも高い上記(1)に記載の感圧素子。
(3)前記開口端部が、鈍頭である上記(1)または(2)に記載の感圧素子。
(4)前記センサ電極の前記開口壁面に対向する側面と、前記開口端部と、の平面方向の距離が50μm以上850μm以下である上記(1)から(3)のいずれか一項に記載の感圧素子。
(5)前記支持基板を基準として、前記開口端部の高さ、および前記センサ電極の高さの差分が、5μm以上25μm以下である上記(1)から(4)のいずれ一項に記載の感圧素子。
(6)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いるとともに、
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固定されている上記(1)から(5)のいずれか一項に記載の感圧素子。
(7)前記感圧膜が、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(1)から(6)のいずれか一項に記載の感圧素子。
(8)一対の第一電極と第二電極とを備える前記センサ電極を複数有し、
前記感圧膜と、一つの前記センサ電極と、が前記開口部を介して対向する圧力センサ部が複数設けられ、
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(1)から(7)のいずれか一項に記載の感圧素子。
(9)前記支持基板を基準として、前記開口端部における前記絶縁層の高さから、前記センサ電極の高さを減じて算出された差分Iは、
前記支持基板を基準として、隣り合う前記圧力センサ部の中間部における前記絶縁層の高さから、前記センサ電極の高さを減じて算出された差分IIの3倍以上である上記(8)に記載の感圧素子。
(10)前記支持基板を基準として、一の前記圧力センサ部における前記開口端部の高さと、他の前記圧力センサ部における前記開口端部の高さと、が異なる上記(8)または(9)に記載の感圧素子。
(11)上記(1)から(10)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て感圧膜とセンサ電極との接触抵抗を検知する検知部と、を備えることを特徴とする圧力センサ。
(12)前記感圧素子が、曲率半径15mm以下に湾曲している上記(11)に記載の圧力センサ。
(13)上記(1)から(10)のいずれか一項に記載の感圧素子を製造する感圧素子製造方法であって、
支持基板の少なくとも一方の面にセンサ電極を形成する電極形成工程と、
前記支持基板および前記センサ電極を覆って感光性塗材を塗工する塗工工程と、
前記感光性塗材を露光し現像することにより、開口壁面と開口端部とから区画形成され前記センサ電極を露出させる開口部を備えた絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の表面に沿って導電機能を有する樹脂フィルムを配置して感圧膜を形成する感圧膜形成工程と、を備え、
前記塗工工程が、スクリーン印刷手法により前記感光性塗材を塗工する工程を含み、
前記塗工工程後に実施される前記絶縁層形成工程が、下記指標(1)および(2)に従い前記感光性塗材を露光し現像して前記絶縁層に前記開口部を形成する工程を含むことを特徴とする感圧素子製造方法、
指標(1):前記支持基板を基準として、前記絶縁層の高さを、前記開口部に向かって連続的に増大させる、
指標(2):前記センサ電極の前記開口壁面に対向する側面と、前記開口端部と、の平面方向の距離が50μm以上850μm以下の範囲とする。
(14)上記(13)に記載の感圧素子製造方法にしたがって製造した第一の前記感圧素子の感圧初期荷重を測定し、前記感圧初期荷重が所定の値よりも大きい値であることが確認された場合、
前記指標(2)における前記距離を、上記範囲の中で増大させた第二の前記感圧素子を、前記感圧素子製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整する感圧素子製造方法。
(15)上記(13)に記載の感圧素子製造方法にしたがって製造した第一の前記感圧素子の感圧初期荷重を測定し、前記感圧初期荷重が所定の値よりも小さい値であることが確認された場合、
前記指標(2)における前記距離を、上記範囲の中で縮小させた第二の前記感圧素子を、前記感圧素子製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整する感圧素子製造方法。
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よい。CCLは、支持基板11上に銅箔を有する。
尚、ステップ1から6は、本製造方法の電極形成工程の一形態である。
[ステップ2]ドライフィルムラミネート工程
上述で準備した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する。
[ステップ3]露光工程
上記ステップ2で得られたCCLを露光機に投入し、センサ電極12、引出配線12c、外部端子電極12dの所定形状に従ってパターン露光を行う。
[ステップ4]現像工程
露光済のCCLを、現像装置に供してパターン現像する。現像液は一般的には弱アルカリ溶液である。現像後に得られたCCL上のドライフィルムパターンは、後述するエッチング工程におけるエッチングレジストとしての役割を担う。現像後、適宜、エッチングレジストのパターンニングが完了した後は、CCLやエッチングレジストに付着した現像液を除去するため、水洗処理を実施する。
[ステップ5]エッチング工程
ドライフィルムパターンによってエッチングレジストが形成されたCCLに対しエッチング処理を行う。エッチング液は、一般的には塩化銅系の液が用いられるが、これに限定されず、Cu箔をエッチング可能な薬液を適宜選択してよい。上記エッチング処理により、CCLにおいて、センサ電極12、引出配線12c、および外部端子電極12dが所定形状のパターンでパターンニングされる。本工程終了後、各パターン表面には、ドライフィルムが残存した状態である。尚、センサ電極12は、第一電極12aおよび第二電極12bを含む。
[ステップ6]ドライフィルム剥離工程
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する。一般的に、上記剥離除去は、弱アルカリに調整された剥離液でドライフィルムを膨潤させ剥離させる手法で実施する。ドライフィルムの剥離後、CCLを水洗し、露出状態にあるCuパターンの防錆のため防錆処理が施される。以上により、CCLに、センサ電極12、および引出配線12cが形成される。
[ステップ7]感光性塗材の塗工工程
ステップ7から9は、本製造方法の塗工工程、絶縁層形成工程の一態様であり、適宜、図9(a)から(c)が参照される。
ステップ7は、ステップ6で得られたCCLに感光性塗膜176を形成する。具体的には、図9(a)に示すとおり、CCLにおける支持基板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、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、スキージ170で感光性塗材174を所定の厚みで塗工し、乾燥して感光性塗膜176を形成する(図9(b))。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。
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、感光性塗膜176を形成したあと、感光性塗膜176の表面にタックがなくなる程度に熱風でプリベークを行うとよい。また、感光性塗材174がレベリングして感光性塗膜176が平坦にならないよう、感光性塗材174の粘度や、露光のタイミングを調整するとよい。
[ステップ8]感光性塗材への露光工程
上述のとおり形成された感光性塗膜176において、開口部20の形成箇所を除く領域に対して露光を行う。上記感光性塗材の露光感度に合わせた光の照射を行うことで、光が照射された箇所のみが光重合される。
このとき、図9(b)に示すように、センサ電極12から位置aまたは位置aに近い位置を露光位置として選択することにより、開口上端部13a(図9(d)参照)を高くすることができる。一方、位置jまたは位置jに近い位置を露光位置として選択することにより、開口上端部13a(図9(d)参照)を低くすることができる。この露光位置を調整することにより、第一実施形態または第二実施形態で説明する距離D5を50μm以上850μm以下とし、所定の距離Aを5μm以上25μm以下に調整することが可能である。なお、本露光工程において、開口部20と共に適宜、通気孔112を形成してもよい。
本露光工程において、図9(c)に示すように隣り合うセンサ電極12のそれぞれに対し、異なる露光領域を設定することで開口部20の開口寸法を変更することができる。開口部20の開口寸法を変更することで、開口上端部13aの高さを変更することができる。センサ電極12ごとの露光領域の変更は露光マスクの設計により容易に実施することができる。具体的には、図9(b)に示す紙面右側のセンサ電極12近傍では、露光の境界位置として位置bを選択し、紙面左側のセンサ電極12近傍では、露光の境界位置として位置eを選択した。
[ステップ9]感光性塗材の現像工程
ステップ8において、露光がなされていない箇所(即ち、開口部20の形成箇所)のみを除去するため、弱アルカリ溶液によって現像を行う。これにより、絶縁層13に開口部20が形成され、開口部20の内側にセンサ電極12が露出する。支持基板11を基準として、絶縁層13の開口上端部13aの高さH2は、センサ電極12の高さH3よりも高い。現像後、感光性塗材174の性質によって、絶縁層13の膜強度を向上させるために、所定温度および所定時間で、追加の加熱処理を施してもよい。
上述のとおりステップ8において、隣り合う2つのセンサ電極12近傍では、それぞれ露光境界位置を変更した。そのため、図9(c)に示す紙面右側のセンサ電極12に対向する開口上端部13aの高さは、紙面左側のセンサ電極12に対向する開口上端部13aの高さよりも高く形成された。
[ステップ10]表面処理工程
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は、Ni/Auめっきによる表面処理が施される。これらのめっき処理は、電解めっきまたは無電解めっきを適宜使い分けてもよい。
[ステップ11]接着層の形成工程
次に、絶縁層13の形状に合わせて接着層30を形成する。たとえば、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を形成しても良い。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に貼り合せて接着層30を形成し、後述のとおり接着層30を介して絶縁層13に貼り付けてもよい。いずれの場合にも開口上端部13aまで接着層30が到達しない。
[ステップ12]感圧膜の貼合工程
ステップ12は、本製造方法の感圧膜製造工程の一態様である。ステップ12は、絶縁層13の表面に対し、感圧膜14を貼り合せる。たとえばフレキシブルプリントサーキット(FPC)製造で一般的に使用される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、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、感圧膜14は、開口部20に対応する領域の除いた絶縁層13に接合される。支持基板11を基準として開口上端部13aの高さH2より、センサ電極12の高さH3が低いため、センサ電極12と感圧膜14とは外的圧力が加わらない初期状態では離間し短絡が生じない。
[ステップ13]外部端子電極に対する補強板形成工程
感圧素子300の外部端子電極12dが、コネクタへの挿抜や異方性導電性フィルム(ACF;Anisotropic Conductive Film)接合等に適用される場合には、以下の工程を適宜実施する。即ち、外部端子電極12dに適度な剛性を持たせるために外部端子電極12dに対し補強板(不図示)の形成を行う。一般的に補強板は、所望の厚みを有するステンレスもしくはアルミなどの金属板、またはポリイミドもしくはポリエチレ54テレフタレートなどのフィルムを素材とし、粘着剤や接着剤によって外部端子電極12dに対しラミネートすることで製作される。
[ステップ14]外部端子電極の高精度打ち抜き工程
感圧素子300の外部端子電極12dは、一般的に、外部の基板や機器への接続の際に、コネクタ挿抜や、ACF接合の手段を適用する場合が多い。そのため、接続に寄与する部位の外形打ち抜き工程は、高い寸法精度を要求されることがある。具体的には、高精度で製作された金型を用いて上記打ち抜き工程を実施し、外部端子電極12dが要求される寸法精度を確保する。
[ステップ15]感圧素子の外形打ち抜き工程
外部端子電極12dの高精度打ち抜き工程の後、感圧素子300の全体的な外形加工のため外形打ち抜き工程を実施する。
Claims (15)
- 支持基板と、
前記支持基板に支持されたセンサ電極と、
前記センサ電極に対向する位置に少なくとも導電機能を有する感圧膜と、
前記センサ電極および前記感圧膜を互いに離間させるための所定の距離を確保するとともに前記感圧膜に対し前記センサ電極を露出させる開口部を有する絶縁層と、を有し、
前記絶縁層は、前記開口部を区画形成する開口壁面と、前記感圧膜側の開口端部と、を有し、
前記支持基板を基準として、前記絶縁層は、前記開口部に向かって高さが連続的に増大していることを特徴とする感圧素子。 - 前記支持基板を基準として、前記開口部の中央に対向する前記感圧膜の高さが、前記開口端部に対向する前記感圧膜の高さよりも高い請求項1に記載の感圧素子。
- 前記開口端部が、鈍頭である請求項1または2に記載の感圧素子。
- 前記センサ電極の前記開口壁面に対向する側面と、前記開口端部と、の平面方向の距離が50μm以上850μm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。
- 前記支持基板を基準として、前記開口端部の高さ、および前記センサ電極の高さの差分が、5μm以上25μm以下である請求項1から4のいずれ一項に記載の感圧素子。
- 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いるとともに、
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固定されている請求項1から5のいずれか一項に記載の感圧素子。 - 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請求項1から6のいずれか一項に記載の感圧素子。 - 一対の第一電極と第二電極とを備える前記センサ電極を複数有し、
前記感圧膜と、一つの前記センサ電極と、が前記開口部を介して対向する圧力センサ部が複数設けられ、
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請求項1から7のいずれか一項に記載の感圧素子。 - 前記支持基板を基準として、前記開口端部における前記絶縁層の高さから、前記センサ電極の高さを減じて算出された差分Iは、
前記支持基板を基準として、隣り合う前記圧力センサ部の中間部における前記絶縁層の高さから、前記センサ電極の高さを減じて算出された差分IIの3倍以上である請求項8に記載の感圧素子。 - 前記支持基板を基準として、一の前記圧力センサ部における前記開口端部の高さと、他の前記圧力センサ部における前記開口端部の高さと、が異なる請求項8または9に記載の感圧素子。
- 請求項1から10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て感圧膜とセンサ電極との接触抵抗を検知する検知部と、を備えることを特徴とする圧力センサ。 - 前記感圧素子が、曲率半径15mm以下に湾曲している請求項11に記載の圧力センサ。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載の感圧素子を製造する感圧素子製造方法であって、
支持基板の少なくとも一方の面にセンサ電極を形成する電極形成工程と、
前記支持基板および前記センサ電極を覆って感光性塗材を塗工する塗工工程と、
前記感光性塗材を露光し現像することにより、開口壁面と開口端部とから区画形成され前記センサ電極を露出させる開口部を備えた絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の表面に沿って導電機能を有する樹脂フィルムを配置して感圧膜を形成する感圧膜形成工程と、を備え、
前記塗工工程が、スクリーン印刷手法により前記感光性塗材を塗工する工程を含み、
前記塗工工程後に実施される前記絶縁層形成工程が、下記指標(1)および(2)に従い前記感光性塗材を露光し現像して前記絶縁層に前記開口部を形成する工程を含むことを特徴とする感圧素子製造方法、
指標(1):前記支持基板を基準として、前記絶縁層の高さを、前記開口部に向かって連続的に増大させる、
指標(2):前記センサ電極の前記開口壁面に対向する側面と、前記開口端部と、の平面方向の距離が50μm以上850μm以下の範囲とする。 - 請求項13に記載の感圧素子製造方法にしたがって製造した第一の前記感圧素子の感圧初期荷重を測定し、前記感圧初期荷重が所定の値よりも大きい値であることが確認された場合、
前記指標(2)における前記距離を、上記範囲の中で増大させた第二の前記感圧素子を、前記感圧素子製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整する感圧素子製造方法。 - 請求項13に記載の感圧素子製造方法にしたがって製造した第一の前記感圧素子の感圧初期荷重を測定し、前記感圧初期荷重が所定の値よりも小さい値であることが確認された場合、
前記指標(2)における前記距離を、上記範囲の中で縮小させた第二の前記感圧素子を、前記感圧素子製造方法にしたがって製造して感圧初期荷重を調整する感圧素子製造方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2015/050817 WO2016113867A1 (ja) | 2015-01-14 | 2015-01-14 | 感圧素子、圧力センサ、および感圧素子製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5782582B1 JP5782582B1 (ja) | 2015-09-24 |
JPWO2016113867A1 true JPWO2016113867A1 (ja) | 2017-04-27 |
Family
ID=54200725
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015515750A Active JP5782582B1 (ja) | 2015-01-14 | 2015-01-14 | 感圧素子、圧力センサ、および感圧素子製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9574955B2 (ja) |
EP (1) | EP3246685B1 (ja) |
JP (1) | JP5782582B1 (ja) |
WO (1) | WO2016113867A1 (ja) |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6530687B2 (ja) * | 2015-09-24 | 2019-06-12 | 日本メクトロン株式会社 | 感圧素子および圧力センサ |
JP6772506B2 (ja) * | 2016-03-25 | 2020-10-21 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット |
GB2550411B (en) * | 2016-05-20 | 2019-04-03 | Hp1 Tech Ltd | Device for detecting a force |
CN109690269B (zh) * | 2016-09-14 | 2022-04-29 | 索尼公司 | 传感器、输入装置和电子设备 |
JP6982953B2 (ja) * | 2016-09-21 | 2021-12-17 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | センサ装置 |
EP3379222B1 (en) | 2017-03-22 | 2020-12-30 | Methode Electronics Malta Ltd. | Magnetoelastic based sensor assembly |
JP6997533B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2022-01-17 | 日東電工株式会社 | 生体センサ用シート |
CN107479757B (zh) * | 2017-08-25 | 2020-07-14 | 上海天马微电子有限公司 | 显示面板和显示装置 |
US11221262B2 (en) | 2018-02-27 | 2022-01-11 | Methode Electronics, Inc. | Towing systems and methods using magnetic field sensing |
DE18907724T1 (de) | 2018-02-27 | 2021-03-25 | Methode Electronics, Inc. | Schleppsysteme und Verfahren mit Verwendung von Magnetfeldmessung |
US11135882B2 (en) | 2018-02-27 | 2021-10-05 | Methode Electronics, Inc. | Towing systems and methods using magnetic field sensing |
US11084342B2 (en) | 2018-02-27 | 2021-08-10 | Methode Electronics, Inc. | Towing systems and methods using magnetic field sensing |
US11491832B2 (en) | 2018-02-27 | 2022-11-08 | Methode Electronics, Inc. | Towing systems and methods using magnetic field sensing |
US11014417B2 (en) | 2018-02-27 | 2021-05-25 | Methode Electronics, Inc. | Towing systems and methods using magnetic field sensing |
CN108613759B (zh) * | 2018-05-03 | 2020-06-02 | 湖南厚生医疗器械有限公司 | 一种触觉传感器皮肤 |
KR102103171B1 (ko) * | 2018-08-27 | 2020-06-01 | (주)모어씽즈 | 정전식 센서와 저항식 센서를 통합한 하이브리드 대면적 압력 센서 |
JP7099908B2 (ja) * | 2018-08-30 | 2022-07-12 | トヨタ自動車株式会社 | センサシステム、ロボットハンド、センサシステムの較正方法、およびプログラム |
KR102666867B1 (ko) * | 2018-12-13 | 2024-05-21 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시장치 |
US11422332B2 (en) * | 2019-02-01 | 2022-08-23 | Tdk Taiwan Corp. | Driving mechanism |
CN211507472U (zh) * | 2020-04-24 | 2020-09-15 | 湃瑞电子科技(苏州)有限公司 | 一种压力传感器及其按键结构和按键模组 |
CN111595491B (zh) * | 2020-05-18 | 2021-08-31 | 重庆大学 | 一种低串扰可无限细分的矩阵式触觉传感单元 |
CN118511063A (zh) * | 2022-01-17 | 2024-08-16 | 株式会社藤仓 | 压敏传感器单元 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5878620A (en) * | 1997-01-23 | 1999-03-09 | Schlege Systems, Inc. | Conductive fabric sensor for vehicle seats |
LU90286B1 (fr) * | 1998-09-11 | 2000-03-13 | Iee Sarl | Capteur de force |
JP2001159569A (ja) | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Denso Corp | 感圧センサ |
JP3980300B2 (ja) | 2000-09-07 | 2007-09-26 | 株式会社フジクラ | 膜状感圧抵抗体および感圧センサ |
US6909354B2 (en) * | 2001-02-08 | 2005-06-21 | Interlink Electronics, Inc. | Electronic pressure sensitive transducer apparatus and method for manufacturing same |
JP2004028883A (ja) | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Denso Corp | 感圧センサ |
WO2007107525A1 (en) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Iee International Electronics & Engineering S.A. | Pressure sensor |
LU91810B1 (en) * | 2011-04-22 | 2012-10-23 | Iee Sarl | Footwear article with pressure sensor |
JP2012247372A (ja) | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Nippon Mektron Ltd | 圧力センサ及びその製造方法並びに圧力検出モジュール |
-
2015
- 2015-01-14 WO PCT/JP2015/050817 patent/WO2016113867A1/ja active Application Filing
- 2015-01-14 US US14/769,290 patent/US9574955B2/en active Active
- 2015-01-14 JP JP2015515750A patent/JP5782582B1/ja active Active
- 2015-01-14 EP EP15747084.0A patent/EP3246685B1/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3246685A1 (en) | 2017-11-22 |
US20160363491A1 (en) | 2016-12-15 |
JP5782582B1 (ja) | 2015-09-24 |
US9574955B2 (en) | 2017-02-21 |
EP3246685B1 (en) | 2020-05-06 |
WO2016113867A1 (ja) | 2016-07-21 |
EP3246685A4 (en) | 2018-05-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5782582B1 (ja) | 感圧素子、圧力センサ、および感圧素子製造方法 | |
WO2016103350A1 (ja) | 感圧素子および圧力センサ | |
JP6530687B2 (ja) | 感圧素子および圧力センサ | |
US10034370B2 (en) | Stretchable circuit board and method for manufacturing stretchable circuit board | |
WO2012165082A1 (ja) | 圧力センサ及びその製造方法並びに圧力検出モジュール | |
JP5995362B2 (ja) | 分布量センサおよび分布量計測システム | |
TW201418683A (zh) | 壓力量測結構 | |
JP6257088B2 (ja) | 静電容量式3次元センサ及びその製造方法 | |
KR20040023776A (ko) | 전자 디바이스 검사용 콘택트시트 및 그 제조방법 | |
JP6779523B2 (ja) | フレキシブルデバイス | |
JP2010165094A (ja) | 静電容量式タッチセンサ | |
TW201237723A (en) | Touch sensing unit and method for fabricating the same | |
JP2015145881A (ja) | 圧力センサ | |
JP6489710B2 (ja) | 静電容量式3次元センサ | |
JP6676450B2 (ja) | タッチセンサ及びタッチセンサの製造方法 | |
JP2019196904A (ja) | 感圧装置およびこれに用いられる感圧部品 | |
JP2016218560A (ja) | 静電容量式3次元センサ及びその製造方法 | |
KR20230117852A (ko) | 플렉서블 터치 센서 | |
JP6202750B2 (ja) | 静電容量式3次元センサ | |
KR102472286B1 (ko) | 압력 감지 센서 | |
CN118339438A (zh) | 负荷传感器 | |
JP2019143985A (ja) | 圧力測定装置 | |
JP2018112405A (ja) | 感圧センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150617 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150714 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150717 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5782582 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |