KR20150084035A - 멤브레인 스위치 및 그것을 이용하여 이루어지는 물품 - Google Patents

Abstract

외부로부터 가해지는 압력의 크기에 따른 신호를 얻을 수 있는 새로운 구조를 갖는 멤브레인 스위치와 그 용도를 제공하는 것. 제1 기판(1) 상에 제1 도체부(1a)를 설치하고, 제2 기판(2) 상에 제2 도체부(2a)를 설치하고, 상기 도체부(1a, 2a)끼리가 상호 간극을 두고서 대향하도록, 기판(1, 2)이 스페이서(3)를 통해 적층하고, 상기 간극에 압전성을 나타내는 유기 재료(4)를 충전하거나 또는 공극이 존재하도록 배치하여, 압력에 따른 출력 신호를 얻을 수 있는 멤브레인 스위치로 한다.

Description

멤브레인 스위치 및 그것을 이용하여 이루어지는 물품{MEMBRANE SWITCH AND OBJECT EMPLOYING SAME}

본 발명은 시트형을 띠는 스위치인 멤브레인 스위치 및 그 용도에 관한 것이다.

멤브레인 스위치는, 2장의 기판에 각각 도체부(스위치의 접점이 되는 도전성 재료로 이루어지는 부분)을 형성하고, 이들 도체부가 대향하도록 또한 도체부끼리의 사이에 공극이 확보되도록 스페이서를 개재시켜, 기판끼리를 적층한 시트형의 스위치이다(특허문헌 1).

도 10은 종래의 멤브레인 스위치의 하나의 스위치 부분을 확대하여 그 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다. 동 도면에 도시하는 것과 같이, 2장의 기판(100, 200)의 각각에 접점이 되는 도체부(110, 210)가 형성되고, 이들 도체부(110, 210)가 상호 소정의 간격(s)을 두고서 대향하도록 스페이서(300)가 개재하고 있다.

도 10(a)의 양태에서는, 스페이서(300)에 형성된 관통 구멍(310)의 개구 면적보다도 도체부(110, 210)의 면적 쪽이 크기 때문에, 도체부(110, 210)의 바깥둘레가 스페이서의 관통 구멍의 개구부에서 비어져 나와 있다. 도 10(a)에서는 설명을 위해서 도체부를 두껍게 그리고 있지만, 실제로는 도체부는 얇고, 조립할 때에 스페이서가 도체부에 의해서 크게 압축되는 일은 없다. 한편, 도 10(b)의 양태에서는, 스페이서(300)에 형성된 관통 구멍(310)의 개구 면적보다도 도체부(110, 210)의 면적 쪽이 작고, 도체부(110, 210)는 스페이서의 관통 구멍 내에 수용되어 대향하고 있다.

멤브레인 스위치에 있어서 대향하는 도체부(110, 210) 중 적어도 한쪽은, 기판의 탄성에 의해서 가동(다른 쪽의 도체부 쪽으로 변위하고 접촉하여 복귀하는 것이 가능)으로 되어 있다. 따라서, 도 10의 굵은 화살표와 같이, 가동인 도체부 측의 기판을 바깥쪽에서 압압하면 2개의 도체부(110, 210)가 접촉하여 도통되고, 압압을 풀면 접촉이 해제되어, 온과 오프의 신호를 얻을 수 있다.

멤브레인 스위치는, 구조가 단순하기 때문에 저렴하게 제조할 수 있고, 온과 오프의 동작 신뢰성도 높기 때문에, 휴대전화나 퍼스널 컴퓨터의 키보드, 가정용 전기 제품의 스위치, 리모트 컨트롤러의 스위치 등 넓은 분야에서 많이 이용되고 있다.

본 발명자들은, 상기와 같은 종래의 멤브레인 스위치의 구조와 기능을 상세히 검토하여, 종래의 멤브레인 스위치가, 단순히 온(폐)과 오프(개)의 신호밖에 얻지 못한다는 점에 주목했다. 그리고, 외부로부터 가해지는 압력의 크기에 따라서, 온과 오프뿐만이 아닌, 외부로부터 가해지는 압력의 크기에 따른 신호를 출력할 수 있는 새로운 구조를 멤브레인 스위치에 부여하여, 그 용도를 보다 넓혀야 한다는 것을 문제로 채택했다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 평01-076625호 공보

본 발명의 과제는, 외부로부터 가해지는 압력의 크기에 따른 신호를 얻을 수 있는 새로운 구조를 갖는 멤브레인 스위치와 그 용도를 제공하는 데에 있다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 종래의 멤브레인 스위치의 구조에 있어서, 소정의 간극을 두고서 대향하고 있는 접점끼리의 사이의 그 간극에 압전성을 나타내는 유기 재료를 배치(충전이라도 공극을 갖는 배치라도 좋음)하면, 외부로부터 가해지는 압력에 따른 신호를 얻을 수 있다는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은, 즉 이하를 제공한다.

[1] 제1 기판 상에 제1 도체부가 설치되고, 제2 기판 상에 제2 도체부가 설치되고, 상기 도체부끼리가 상호 간극을 두고서 대향하도록, 제1 기판과 제2 기판이 스페이서를 통해 적층된 구조를 가지며,

상기 간극에, 압전성을 나타내는 유기 재료가 충전되어 있거나, 또는

상기 간극에, 압전성을 나타내는 유기 재료가, 상기 유기 재료와 한쪽의 도체부의 사이에 공극이 존재하도록 배치되어 있는,

멤브레인 스위치.

[2] 제1 기판 상에 제1 도체부가 소정의 배열 패턴으로 복수 설치되고, 제2 기판 상에 제2 도체부가 상기 배열 패턴에 대응하는 배열 패턴으로 복수 설치되고,

상기 복수의 도체부끼리가 상호 간극을 두고서 대향하여 복수의 도체부 쌍이 배열된 구조가 되도록, 제1 기판과 제2 기판이 스페이서를 통해 적층되어 있고, 각 도체부 쌍의 도체부끼리의 사이의 간극에 압전성을 나타내는 유기 재료가 충전되어 있거나 또는 공극이 존재하도록 배치되어 있는, 상기 [1]에 기재한 멤브레인 스위치.

[3] 도체부끼리의 사이의 간극이, 스페이서에 의해서 외주가 둘러싸여 있는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재한 멤브레인 스위치.

[4] 상기 스페이서의 두께를 가지면서 또한 상기 스페이서의 재료로 이루어지는 필름에 대한 펀칭 가공에 의해서, 상기 스페이서가 형성된 것인, 상기 [1]~[3] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[5] 상기 스페이서가, 제1 기판의 주면 및 제2 기판의 주면 중 한쪽 또는 양쪽에, 절연 재료를 도공함으로써 형성된 것인, 상기 [1]~[3] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[6] 제1 기판 및 제2 기판 중 한쪽 또는 양쪽의 재료와 스페이서의 재료가 동일한 절연 재료인, 상기 [5]에 기재한 멤브레인 스위치.

[7] 압전성을 나타내는 유기 재료가,

(a) 자체 압전성을 갖는 유기 압전체,

(b) 자체가 압전성을 갖는 유기 압전체를 모재로 하고, 그 내부에 자체가 압전성을 갖는 다른 재료로 이루어지는 필러가 분산됨으로써, 전체적으로 상기 모재 자체의 압전성과는 다른 압전성을 나타내는 유기 재료로 되어 있는 복합 재료, 또는

(c) 압전성을 갖지 않는 유기 재료를 모재로 하고, 그 내부에 자체가 압전성을 갖는 재료로 이루어지는 필러가 분산됨으로써, 전체적으로 압전성을 나타내는 유기 재료로 되어 있는 복합 재료

에서 선택되는 1종 이상인 것인, 상기 [1]~[6] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[8] 압전성을 나타내는 유기 재료가 폴리아미노산인, 상기 [1]~[6] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[9] 폴리아미노산이, 글리신, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 아르기닌, 아스파라긴, 아스파라긴산, 시스틴, 시스테인, 글루타민, 글루타민산, 히스티딘, 리신, 오르니틴, 세린, 트레오닌, 트립토판, 메티오닌, 페닐알라닌, 티로신 및 그 유도체에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산인, 상기 [8]에 기재한 멤브레인 스위치.

[10] 폴리아미노산이,

하기의 식 (I)로 나타내어지는 단위,

하기의 식 (II)로 나타내어지는 단위,

하기의 식 (III)으로 나타내어지는 단위,

하기의 식 (IV)로 나타내어지는 단위, 및

하기의 식 (V)로 나타내어지는 단위

에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산인, 상기 [8]에 기재한 멤브레인 스위치.

식 (I):

(식에서, k는 1 또는 2의 정수, R¹은 C₁~C₈의 치환 혹은 비치환의 알킬기, 또는, 할로겐 원자, 알콕시기 혹은 니트로기로 치환되어 있어도 좋은 벤질기를 나타낸다)

식 (II):

(식에서, k는 1 또는 2의 정수, R²는 C₃~C₁₆의 비치환 알킬기, 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자, C₃~C₁₂의 지환식 탄화수소기, C₁~C₆의 알콕시기, 시아노기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알콕시기 혹은 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알킬카르바메이트기로 치환된 C₁~C₆의 알킬기를 나타낸다. 단, R²는 식 (I)의 R¹과 동일한 기가 되는 일은 없다)

식 (III):

(식에서, R³은 메틸기, 벤질기 또는 -(CH₂)₄-NHX 기(단, X는 할로겐 원자 혹은 C₁~C₆의 알콕시기로 치환되어 있어도 좋은 벤질옥시카르보닐기, 할로겐 원자로 치환되어 있어도 좋은 C₁~C₆의 알킬카르보닐기, 알릴옥시카르보닐기, 플루오레닐알콕시카르보닐기, C₁~C₆의 알킬기 혹은 니트로기로 치환되어도 좋은 벤젠술포닐기, 또는 C₁~C₆의 알킬옥시카르보닐기를 나타냄)을 나타낸다)

식 (IV):

(식에서, k는 1 또는 2의 정수, R⁴는 C₁~C₁₂의 알콕시기, 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₁₂의 알킬기, 또는 C₁~C₁₂의 알킬카르보닐기를 나타내고, m개의 R⁴는 동일하더라도 다르더라도 좋다. l은 6~12의 정수, m은 1~3의 정수를 나타낸다)

식 (V):

(식에서, R⁵는, 수소 원자, 메틸기, -CH(OH)CH₃, C₃~C₄의 분기쇄상 알킬기, 또는 -(CH₂)_n-Z(단, n은 1~4의 정수, Z는 히드록시기, 머캅토기, 카르복시기, 메틸술파닐기, 아미노기, 치환 아릴기, 아미노카르보닐기, -NH-C(NH₂)=NH,

또는

를 나타냄)을 나타낸다)

[11] 폴리α-아미노산이,

(A) 식 (I)로 나타내어지는 1종 이상의 단위와,

(B) 식 (II)로 나타내어지는 단위, 식 (III)으로 나타내어지는 단위 및 식 (IV)로 나타내어지는 단위에서 선택되는 1종 이상의 단위

를 함유하는 폴리α-아미노산인, 상기 [10]에 기재한 멤브레인 스위치.

[12] R²가 C₆~C₁₆의 비치환 알킬기, 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 불소 원자 혹은 노르보르닐기로 치환된 C₁~C₆의 치환 알킬기인, 상기 [10] 또는 [11]에 기재한 멤브레인 스위치.

[13] R²가 n-헥실기, n-도데실기, 2-노르보닐메틸기 또는 2,2,2-트리플루오로에틸기인, 상기 [10] 또는 [11]에 기재한 멤브레인 스위치.

[14] R³이 메틸기 또는 -(CH₂)₄-NHX기(단, X는 벤질옥시카르보닐기를 나타냄)인, 상기 [10]~[13] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[15] R⁴가 C₁~C₆의 알콕시기, 수소 원자의 일부 혹은 전부가 불소 원자로 치환된 C₁~C₁₂의 알킬기, 또는 C₃~C₉의 알킬카르보닐기인, 상기 [10]~[14] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[16] R⁴가 메톡시기, 부톡시기, 헥실옥시기, 트리플루오로메틸기, 또는 n-헥실카르보닐기인, 상기 [10]~[14] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[17] R⁵가 수소 원자, 4-아미노부틸기, 4-히드록시벤질기, 아미노카르보닐에틸기, 또는 -(CH₂)₃-NH-C(NH₂)=NH인, 상기 [10]~[16] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[18] 폴리아미노산이, 글루타민산, 아스파라긴산, 리신 그리고 그 유도체에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산인, 상기 [10]에 기재한 멤브레인 스위치.

[19] 폴리아미노산이, 글루타민산메틸에스테르, 글루타민산벤질에스테르, 아스파라긴산벤질에스테르, Nε-카르보벤족시-L-리신에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노인, 상기 [10]에 기재한 멤브레인 스위치.

[20] 폴리α-아미노산이, γ-메틸-L-글루타민산/γ-헥실-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-도데실-L-글루타민산 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산/γ-도데실-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-2,2,2-트리플루오로에틸-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-2-노르보르닐메틸-L-글루타민산 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산/γ-2-노르보르닐메틸-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(p-메톡시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(p-헥실카르보닐페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(10-(p-메톡시페녹시)-1-데실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(p-부톡시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(p-헥실옥시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(3,5-비스(트리플루오로메틸)페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/L-페닐알라닌 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산/L-페닐알라닌 공중합체 및 γ-벤질-L-글루타민산/L-알라닌 공중합체에서 선택되는 1종 이상인, 상기 [10]에 기재한 멤브레인 스위치.

[21] 폴리α-아미노산이 랜덤 공중합체인, 상기 [11]~[20] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[22] 폴리α-아미노산이 블록 공중합체인, 상기 [11]~[20] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[23] 폴리α-아미노산의 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000~5,000,000인 것을 특징으로 하는, 상기 [10]~[22] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[24] 도체부끼리의 사이의 간극에 충전되거나 또는 공극이 존재하도록 배치되어 있는 유기 재료에 대하여, 상기 도체부끼리의 사이에서의 전압 인가에 의한 분극 처리가 실시된, 상기 [1]~[23] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[25] 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 한쪽 또는 양쪽이, 가요성을 갖는 재료에 의해서 형성된 플렉시블 기판인, 상기 [1]~[24] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[26] 제1 기판, 제2 기판 및 스페이서가 가요성을 갖는 재료에 의해서 형성된 것이며, 상기 멤브레인 스위치 전체가 가요성을 갖는 것인, 상기 [1]~[24] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[27] 제1 기판과 스페이서의 사이 및 제2 기판과 스페이서의 사이의 어느 한쪽 또는 양쪽에, 접착제층이 개재하고 있는, 상기 [1]~[24] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[28] 도체부끼리의 사이의 간극에 충전되거나 또는 공극이 존재하도록 배치되어 있는 유기 재료와 상기 도체부의 사이에, 접착제층이 개재하고 있는, 상기 [1]~[27] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[29] 제1 도체부, 제2 도체부 및 이들 도체부에 접속된 배선 회로가, 제1, 제2 기판면에 대한 인쇄에 의해서 형성된 것인, 상기 [1]~[28] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치.

[30] 상기 [1]~[29] 중 어느 하나에 기재한 멤브레인 스위치가, 압력을 받는 물품의 표층을 따라서 배치되고, 그로써, 받는 압력에 따른 신호를 발하는 기능이 부여되어 있는, 상기 물품.

본 발명의 멤브레인 스위치의 일 양태에서는, 종래의 멤브레인 스위치에 있어서 단순한 공극이었던 접점(도체부) 사이의 간극에, 압전성을 나타내는 유기 재료(이하, 단순히 유기 재료라고도 함)를 충전하고 있다(도 1의 양태). 또한, 본 발명의 멤브레인 스위치의 다른 양태에서는, 상기 유기 재료와 한쪽의 도체부의 사이에 공극이 존재하도록 양 도체부 사이에 상기 유기 재료를 배치하고 있다(도 5의 양태). 이들 구조에 의해서, 멤브레인 스위치이면서, 양 도체부를 닫는 방향(제1, 제2 기판의 두께 방향)으로 압력이 작용하여, 도체부 사이에 충전되거나 또는 공극이 존재하도록 배치된 상기 유기 재료가 압축되면, 상기 유기 재료에 압전성이 발현하여 그 압력의 크기에 따른 분극이 생긴다. 즉, 상기 유기 재료에 변형이 생긴 경우, 압전 효과에 의해 상기 유기 재료의 양끝에는 전하가 발생한다. 따라서, 발생한 전하를 도체부를 통해 전기 신호로서 빼낼 수 있다. 즉, 도체부에 흘러들어오는(또는 도체부로부터 흘러나가는) 미량의 전류의 변화, 도체부 사이의 전압의 변화, 도체부 사이의 정전 용량의 변화 등, 도체부 사이의 전기적인 특성의 변화를 계측함으로써, 압력이 작용하고 있지 않은 오프 상태, 및 압력이 작용한 상태를 나타내는 전압치, 전류치, 그 밖의 파라미터나 신호를, 압력에 따라서 다단계로(또는 무단계로) 각각 얻을 수 있게 된다.

또한, 제1, 제2 기판으로서 보다 대면적인 것을 이용하여, 양 기판면 상에 소정의 배열 패턴으로 복수의 도체부를 배치하고, 양 기판면 상의 각 도체부를 기판 사이에서 대응시켜, 복수의 도체부 쌍이 하나의 평면 상에 배열된 어레이 구조를 형성하고, 각각의 도체부 쌍의 간극에 압전성을 나타내는 유기 재료를 충전하거나 또는 공극이 존재하도록 배치함으로써, 각 접점에 작용하는 압력이나 하중을 따로따로 감지하여, 면내에 있어서의 압력이나 하중의 분포를 간단한 구조로 알 수 있다.

또한, 제1, 제2 기판으로서 가요성을 갖는 기판(플렉시블 기판)을 이용하면, 상기 멤브레인 스위치 전체가 가요성을 갖는 시트 형상물로 되어, 다양한 물품의 표층에 자유롭게 만곡시키면서 따르게하여 배치하는 것도 가능하게 된다. 이로써, 베드나 매트 등, 하중을 받아 만곡되는 구조체나, 자동차 등의 차량의 좌석 등의 곡면 등에도 용이하게 장착할 수 있어, 가해지는 압력에 따라서 신호를 발하는 기능을 이들 물품에 부여할 수 있다.

한편, 도 5에 도시하는 것과 같이, 한쪽의 도체부(1a)와 유기 재료(4)의 사이에 공극(s1)을 두는 경우, 상기 도체부(1a)가 상기 공극(s1)분만큼 변위한 후에 유기 재료(4)를 누르게 된다.

도 1은 본 발명의 멤브레인 스위치의 구조예를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도면에서, 각 층의 두께끼리의 비율이나 가로 방향의 치수와의 비율은 설명을 위해 과장한 것이다. 해칭은 영역을 구별하기 쉽도록 필요 부위에만 적절하게 가하고 있다. 다른 도면에서도 마찬가지이다. 도면에서의 굵은 화살표는 외부로부터 작용하는 하중(압박력)을 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 멤브레인 스위치의 사용 방법의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 멤브레인 스위치의 일 양태에 관해서, 각 층마다의 주면을 조립하여 분해도와 같이 도시한 사시도이다. 기판이나 도체부의 두께는 도시를 생략하고 있다. 스페이서는 관통 구멍(3a1, 3a2)이 구멍임을 인식하기 쉽도록 두께를 도시하고 있다. 제2 기판(2)에 설치된 도체부나 배선 회로는, 도면에서는 기판의 저쪽편에 있기 때문에 파선으로 그리고 있다. 이 도면은, 각 층의 대응 관계를 알기 쉽게 도시한 도면이며, 별도 형성된 필름을 적층한다고 하는 조립 순서를 한정하는 도면이 아니다.
도 4는, 압전성을 나타내는 유기 재료를 도체부끼리의 사이의 간극에 스크린 인쇄에 의해서 충전하거나 또는 공극이 존재하도록 배치된 모습을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도면을 알기 쉽게 하기 위해서, 스크린을 스페이서로부터 분리하여, 두꺼운 판과 같이 그리고 있다.
도 5는 본 발명의 멤브레인 스위치의 다른 양태의 예를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 멤브레인 스위치에 있어서의, 기판에 도체부나 회로 등을 형성하는 예를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 멤브레인 스위치를 이용하는 경우의 외부 추출 회로의 일 구성예를 도시한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 멤브레인 스위치에 있어서, 기판 상의 각 도체부를 회로와 접속하기 위한 단자의 구성예(도체부와 단자의 접속예)를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 멤브레인 스위치에 있어서의, 기판 상의 도체부나 회로 등의 다른 구성예를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 10은 종래의 멤브레인 스위치의 구조를 예시하는 단면도이다.

이하, 본 발명을 그 적합한 실시형태에 의거하여 설명한다.

본 발명의 멤브레인 스위치는, 도 1의 (a)~(c), 도 5의 (a)~(c)에 구조예를 도시하는 것과 같이, 제1 기판(1)의 주면에 제1 도체부(1a)가 설치되고, 제2 기판(2)의 주면에 제2 도체부(2a)가 설치되고, 이들 도체부(1a, 2a)끼리가 상호 간극을 두고서 대향하도록, 제1 기판(1)과 제2 기판(2)이 스페이서(3)를 통해 적층된 구조로 되어 있다.

본 발명에서는, 이 스위치 구조에 있어서의 도체부(1a, 2a)끼리의 사이의 간극에, 도 1에 구조예를 도시하는 것과 같이, 압전성을 나타내는 유기 재료(4)가 충전되어 있거나, 또는 도 5에 구조예를 도시하는 것과 같이, 상기 압전성을 나타내는 유기 재료(4)가, 한쪽의 도체부(도면에서는 상측의 도체부(2a))와 상기 유기 재료(4)의 사이에 공극(s1)이 남도록 배치되어 있다.

이러한 독자적인 구조에 의해서, 도 2에 블록도로서 사용 방법을 예시하는 것과 같이, 도체부(1a, 2a)끼리의 사이의 전기적인 특성을 외부 기기(M)의 계측부(M1)에서 측정함으로써, 압력(또는, 상기 멤브레인 스위치를 두께 방향으로 압축하고자 하는 외부로부터의 하중)이 작용하고 있지 않은 상태, 및 압력이 작용한 상태를 각각 나타내는 전압치, 전류치, 그 밖의 파라미터나 신호를 얻을 수 있고, 그에 따른 출력을 외부 기기의 제어부(M2) 등에 전달하여 여러 가지 용도로 이용한다고 하는 구성이 가능하게 된다.

도 1(a), 도 5(a)의 양태에서는, 제1 도체부와 제2 도체부를 대향시키도록 스페이서(3)에 형성된 관통 구멍(3a)의 개구 면적보다도 도체부(1a, 2a)의 면적 쪽이 크기 때문에, 도체부의 바깥둘레가 상기 관통 구멍(3a)의 개구부에서 비어져 나와 있다.

여기서, 본 발명에서 스페이서에 형성되는 「관통 구멍」이란, 제1 도체부와 제2 도체부를 대향시킬 목적으로, 스페이서를 상기 멤브레인 스위치의 두께 방향으로 관통하는 공간 부분을 말한다. 상기 관통 구멍은, 〔시트형의 스페이서에 구멍뚫기 가공 등에 의해서 후에 형성된 공간 부분〕이라도 좋고, 〔수지 성형 등에 의해서 처음부터 스페이서 중에 존재하는 공간 부분〕이라도 좋고, 〔제1 도체부와 제2 도체부를 대향시키기 위한 공간 부분이 먼저 설계적으로 결정되고, 상기 공간 부분 이외의 부분에 스페이서 재료가 후에 배치된 결과로서 남겨진 공간 부분〕이라도 좋고, 〔감광성 재료를 노광·현상함에 의한 포토리소그래피로 형성된 공간 부분〕이라도 좋다. 또한, 상기 관통 구멍은, 반드시 자체의 공간 부분의 측방의 주위를 스페이서의 재료에 의해서 완전히 둘러싸고 있을 필요는 없다. 예컨대, 인접한 관통 구멍끼리가 상호 연통되어 있어도 좋고, 다른 목적(공기가 빼져나가거나 경량화 등)을 위해 스페이서에 형성되는 공간 부분과 연통되어 있어도 좋고, 스페이서의 외주 측면에서 외계의 공간과 연통되어 있어도 좋다. 또한, 예컨대, 스페이서의 재료가 존재하는 부분이 독립된 지주(支柱)로서 이산적이기 때문에, 나머지 공간 부분이 메쉬형으로 이어져 있는 경우라도, 그와 같은 공간 부분은 상기 관통 구멍이다. 상기 관통 구멍은, 형상에 따라서는, 다른 목적을 위해 스페이서에 형성되는 홈 등의 공간 부분을 겸용하는 것이라도 좋다.

도 10(a)와 마찬가지로 도 1(a), 도 5(a)에서는 설명을 위해 도체부를 두껍게 그리고 있지만, 실제로는 도체부는 얇아, 스페이서가 도체부에 의해서 크게 압축되는 일은 없다. 도 1(a)의 양태에서는, 유기 재료(4)는, 관통 구멍 내 전체에 충전되어 있고, 도 5(a)의 양태에서는, 유기 재료(4)와 도체부(1a) 사이에 공극(s1)이 존재하고 있다.

도 1(b), 도 5(b)의 양태에서는, 스페이서(3)에 형성된 관통 구멍(3a)의 개구 면적보다도 도체부(1a, 2a)의 면적 쪽이 작고, 따라서, 이들 도체부는 스페이서의 관통 구멍 내에 수용되어 대향하고 있다. 도 1(a)의 양태에서는, 유기 재료(4)는, 관통 구멍 내 전체에 충전되어 있고, 도 5(a)의 양태에서는, 유기 재료(4)와 도체부(1a)의 사이에 공극(s1)이 존재하고 있다.

도 1(c), 도 5(c)의 양태에서는, 스페이서(3)에 형성된 관통 구멍(3a)의 개구 면적보다도 도체부(1a, 2a)의 면적 쪽이 작고, 이들 도체부는 스페이서의 관통 구멍 내에 수용되어 대향하고 있다. 도 1(a)의 양태에서는, 유기 재료(4)는, 대향하는 도체끼리의 사이에 충전되어 있고, 도 5(a)의 양태에서는, 유기 재료(4)와 도체부(1a)의 사이에 공극(s1)이 존재하고 있다. 이 경우는 전기적인 절연성을 담보한다는 관점에서 〔스페이서(3)에 형성된 관통 구멍의 개구 면적〕>〔도체부와 유기 재료의 접촉 면적〕≥〔관통 구멍 내의 도체부(1a, 2a)의 면적〕으로 되어 있다.

도 1(c)의 양태와 같은 경우, 〔도체부와 유기 재료의 접촉 면적〕>〔관통 구멍 내의 도체부(1a, 2a)의 면적〕으로 하는 것이 바람직한 양태이다.

대향하는 도체부가 관통 구멍의 개구 전체를 점유하여 도체 면적이 넓다고 하는 점이나, 절연성을 담보하기 쉽다고 하는 점에서는, 도 1(a)의 양태가 바람직하고, 압축되는 유기 재료(4)의 가로 방향으로의 변형을 스페이서가 방해하지 않는다고 하는 점에서는, 도 1(c)의 양태가 바람직하다.

제1, 제2 도체부는, 한 쌍뿐만 아니라, 일반적인 멤브레인 스위치와 마찬가지로 복수 쌍의 도체부를 어레이형으로 설치하여도 좋고, 도 3에 각 층마다 주면을 도시하는 것과 같이, 제1 기판(1) 상에 복수의 제1 도체부(1a1, 1a2)를 소정의 배치 패턴으로 설치하고, 이것에 대응하는 배치 패턴으로 제2 기판(2) 상에 복수의 제2 도체부(2a1, 2a2)를 설치하고, 이들 도체부끼리를 각각 간극을 두고서 대향시켜, 복수의 도체부 쌍이 면 위에 배열된 어레이 구조로 하여도 좋다. 스페이서(3)는, 각 도체부 쌍의 도체부끼리의 사이에 간극이 확보되도록 기판끼리의 사이에 개재하고 있고, 각 도체부 쌍의 도체부끼리의 사이의 간극(도 3에서는 스페이서의 관통 구멍(3a1, 3a2)의 내부)에는 압전성을 나타내는 유기 재료(4)(도시하지 않음)가 충전되거나 또는 공극이 존재하도록 배치되어 있다.

도 3과 같은 어레이 구조의 경우, 스페이서(3)는, 도체부 쌍끼리 그리고 외부로의 인출 배선끼리를 상호 전기적으로 절연하는 격벽으로서도 기능한다.

도 3과 같은 어레이 구조의 경우, 기판 상에서의 도체부의 배치 패턴이나 피치는 용도에 따라서 적절하게 결정하면 된다. 예컨대, 상기 멤브레인 스위치를 물품의 표층에 배치하여, 각 부의 압력에 따른 신호를 얻는 것이라면, 도체부의 배치 패턴은, 사각형, 정삼각형, 정육각형 등을 그물눈의 형상으로 하는 네트워크의 교점에 도체를 배치한다고 하는 패턴을 들 수 있다. 또한, 상기 멤브레인 스위치를, 소정의 키 배열을 갖는 키보드(각종 전자 악기의 건반(특히 감압 기능 구비), 컴퓨터의 키보드, 각종 장치의 제어부나 게임기의 입력 패드 등)의 스위치로서 이용하는 것이라면, 그 키 배열에 따른 배치 패턴으로 하면 된다.

어레이 구조에 있어서의 도체부끼리의 중심 사이 거리는, 제품의 규모에 따라서 다양하며 한정되지는 않지만, 0.1 mm~100 mm 정도가 범용적이다.

도 6은 기판면에 형성되는 도체와 배선의 배치 패턴의 일례(각 스위치의 도체부와 그것에 접속되는 배선)를 모식적으로 도시한 것이다. 도면에서는, 설명을 간단하게 하기 위해서 도체부의 수를 4로 하고 있다. 배선의 경로는 일례이다.

기판의 외주 형상은, 정방형, 장방형, 원형 등 용도에 따른 임의의 형상이라도 좋다. 또한, 이들 외주 형상에 더하여, 도 6(a)에 도시하는 것과 같은 국소적으로 외부로 돌출한 커넥터부(1c)를 두어, 외부 회로(예컨대, 도 2에 도시하는 외부 기기(M) 등, 필요한 기능을 갖는 회로)와 접속하더라도 좋다. 커넥터부(1c)의 구조나 각 스위치와 외부 회로를 접속하기 위한 구성은 공지된 기술을 참조할 수 있다.

예컨대, 기판 상의 배선을 노출시키고(레지스트 보호막을 설치하지 않음), 그 노출된 배선의 표면에, Ni, Pd, Au 등의 각종 금속에 의한 도금을 하는 양태나, 카본 페이스트 등의 표면 처리를 실시하여 단자로 하는 양태, 기판에 납땜 등에 의해서 시판되는 커넥터를 실장하는 양태, 땜납, 도전 페이스트, 이방 도전성 필름(이하, ACF) 등으로 멤브레인 스위치 측의 커넥터부와 외부 회로를 도통하는 양태 등을 들 수 있다.

본 발명의 멤브레인 스위치와 외부 회로는, 반드시 별개일 필요는 없고, 도 6(b)에 도시하는 것과 같이, 필요한 외부 회로(m)를, 상기 멤브레인 스위치의 기판 상에 직접적으로 형성하거나 또는 실장하여도 좋다. 도 6(b)의 외부 회로(m)는, 배선 부분과 그것에 실장된 다수의 소자를 구비하여 이루어지는 것이라도 좋고, 이들을 일체화한 하나의 IC 칩이라도 좋다. 외부 회로(m)로서 IC 칩을 이용하는 경우, 상기 멤브레인 스위치의 기판 상의 배선에 실장하는 양태(도 6(b)의 외부 회로(m)가 그대로 IC 칩으로 되는 양태)가 바람직하다.

도 6(b)의 외부 회로(m)는, 외부 기기와 통신을 하기 위한 무선 통신 장치라도 좋다. 즉, 상기 멤브레인 스위치와 외부 기기와의 접속은, 반드시 커넥터부를 통한 유선적인 접속일 필요는 없고, 전파, 빛에 의한 무선적인 접속이라도 좋다.

상기 멤브레인 스위치에 커넥터부를 설치하는 경우, 도 8(a)에 도시하는 것과 같이, 제1 기판(1), 제2 기판(2)에 각각에 설치된 커넥터부의 배선(10a, 20a)을, 각각 별개로 외부 회로와 접속하여도 좋다.

도 8에서는, 제1 도체부(1a)와 커넥터부의 배선(10a)이, 제1 기판면 상에 있어서 배선 패턴에 의해서 상호 이어져 있다고 하는 접속 관계를, 1점쇄선 화살표로 나타내고 있다. 제2 기판에 관해서도 마찬가지로, 기판면 상의 배선 패턴에 의한 접속 관계를 1점쇄선으로 나타내고 있다.

또한, 도 8(b)에 도시하는 예에서는, 제1 기판 상의 배선(10a)이, 도전성의 접속 매체(11a)를 통해, 제2 기판 상의 배선(12a)에 접속되고, 또한, 커넥터부의 배선(13a)에 접속되어 있다. 동 도면의 예에서는, 제1 기판(1) 및 제2 기판(2) 상의 모든 도체부(1a, 2a)를 위한 각 배선(13a, 20a)이, 제2 기판 상의 커넥터부에 집합하고 있다. 도 8(b)에 도시하는 것과 같은 한쪽의 기판면에 도체를 집합시킨 양태는, 커넥터의 구조가 단순하게 되기 때문에 바람직하다.

한쪽의 기판 상의 배선과 다른 쪽의 기판 상의 배선의 전기적인 접속에는 공지된 접속 기술을 이용할 수 있다.

예컨대, 도 8(b)에 도시하는 것과 같이, 상호 대향하는 양 배선 사이에 도전성의 접속 매체(11a)를 개재시키는 양태에서는, 그 접속 매체로서, 도전성 접착재나 ACF 등을 들 수 있다. ACF는, 미세한 피치의 배선끼리를 높은 신뢰성으로 접속할 수 있다고 하는 점에서는 바람직한 접속 매체이다.

또한, 도 9에 도시하는 것과 같이, 1장의 기판 상에, 제1, 제2 도체부(1a, 2a)와 각각의 배선(1b, 2b)을 소정의 패턴으로 전부 형성하고 또한 이들 배선을 하나의 커넥터부(1c)까지 연장시켜 두고서, 이 1장의 기판을 절곡선(R)에서 둘로 겹쳐 포개어, 제1, 제2장의 기판으로 하여도 좋다. 이 양태에서는, 한쪽의 기판 상의 배선과 다른 쪽의 기판 상의 배선이, 절곡선(R)을 넘은 배선 패턴에 의해서 서로 얽힌 것으로 된다.

도 2나 도 6에 도시한 외부 회로에 포함되는 계측부는, 상기 멤브레인 스위치 중의 각 스위치 사이의 전압, 전하, 전류, 정전 용량, 저항 또는 그 변화를 계측하여, 각 스위치에 작용한 외부로부터의 압력 또는 힘(하중)을 그것에 따른 신호로서 출력할 수 있는 것이면 된다. 그 중에서도, 전하 또는 정전 용량은, 스위치에 작용하는 압력이나 힘에 따른 변화량이 크기 때문에, 이들을 계측하여 출력하는 것이 바람직하다. 또한, 각 스위치의 신호는 미약하기 때문에, 계측부에는 증폭 회로를 삽입하는 것이 바람직하다.

상기한 것과 같은 계측 회로나 증폭 회로에는 공지된 기술을 이용할 수 있다. 예컨대, 각 스위치에서 발생한 전하를 증폭하여 적분 회로에 의해 전압으로 변환하여 출력하는 회로로서, 도 7에 예시하는 것과 같은 회로를 들 수 있다. 도 7의 예에서는, C_X가 각 스위치의 정전 용량을 나타내고 있고, V_out가 출력 전압이며, C₁, R₁은 적절하게 결정되는 커패시터와 저항이다.

또한 계측부에는, 전압으로 변환한 신호를 컴퓨터에 받아들이는 것을 목적으로 A/D 변환 회로를 삽입하는 것이 바람직하다. A/D 변환 회로로서는 공지된 방법이 이용되는데, 적분형, 축차 비교형, 플래시형, 오버샘플링형 등을 들 수 있다.

또한, 노이즈 제거 회로, 소야-타워 회로, 필터링 회로, 계수 회로, 계수 리셋 회로, 표시 회로, 기억 회로, 가상 접지(Virtual Ground) 회로, 각종 보상 회로 등, 부대적인 회로를 필요에 따라서 부가하여도 좋다.

제1, 제2 기판은, 도체부를 지지할 수 있는 것이면 되며, 종래 공지된 멤브레인 스위치의 기판의 재료나, 프린트 배선 기판의 재료를 바람직한 것으로서 들 수 있다. 그와 같은 재료로서는, 특별히 한정되지는 않지만, 예컨대, 폴리이미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리아미드이미드 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체 수지, 폴리카보네이트계 수지, 실리콘계 수지, 불소계 수지, 액정 폴리머 등 외에, 페이퍼 페놀(종이에 페놀 수지를 함침시킨 복합 재료)이나 유리 에폭시(유리섬유제의 천을 적층한 것에 에폭시 수지를 함침시킨 복합 재료) 등의 복합 재료를 바람직한 것으로서 들 수 있다.

또한, 솔더 레지스트 잉크 등의 액상의 절연 재료를 도공하여 경화시킴으로써 제1, 제2 기판 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 형성하여도 좋다.

제1, 제2 기판의 재료는 상호 같은 것이라도 다른 것이더라도 좋다. 물품의 곡면형의 표면이나 표층을 따라서 장착하기 위해서는, 제1, 제2 기판 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 가요성을 갖는 재료에 의해서 형성된 것이 바람직하다. 상기 멤브레인 스위치 전체에 가요성을 부여하기 위해서는, 양쪽의 기판이 가요성을 갖는 재료에 의해서 형성된 것이 바람직하다. 상기한 재료 중에서도 저비용이며 투명성이 높고, 적절한 가요성을 갖는다는 점에서는, 폴리에스테르계 수지를 바람직한 것으로서 들 수 있다. 또한, 내열성이나 치수 안정성이며 가요성을 중시하는 용도에서는 폴리이미드계 수지를 바람직한 것으로서 들 수 있다. 가요성은, 재료 자체의 가요성인 것이 바람직하지만, 기판의 두께를 조절함으로써 기판 전체의 가요성을 실현시킨 것도 포함된다.

제1, 제2 기판의 각각의 두께는, 제품의 규모, 재료의 기계적 강도, 가요성, 탄성 등에 따라서 결정하면 되며, 특별히 한정되지는 않지만, 지나치게 두꺼우면 압력 분포가 각 스위치 내의 유기 재료에 정확히 전해지지 않는 문제가 발생하고, 지나치게 얇으면 파단되기 쉽게 되어 내구성이 저하하는 문제가 발생한다. 대개 500 ㎛~5 ㎛ 정도가 범용적이고, 그 중에서도 200 ㎛~10 ㎛m 정도가 보다 실용적이며 바람직한 범위이다. 예컨대, 제1, 제2 기판의 재료가 폴리에스테르인 경우에는, 100 ㎛~20 ㎛ 정도가 실용상 바람직한 범위이다.

제1, 제2 기판은 서로 동일한 두께라도 다른 두께라도 좋다. 예컨대, 한쪽의 기판을 고정측으로서 보다 두꺼운 치수로 하고, 다른 쪽의 기판을 가동측으로서 보다 얇은 치수로 하여도 좋다.

제1, 제2 기판의 외주 형상은, 필요하게 되는 도체 쌍의 수, 도체 쌍의 배열 피치, 상기 멤브레인 스위치를 적용하여야 할 물품의 크기에 따라서 적절하게 결정하면 되며, 상호 동일한 형상이라도 다른 형상이라도 좋다.

제1 또는 제2 기판에 가요성을 갖는 재료를 사용하는 경우, 재료의 가요성은, 특별히 한정되지는 않지만, 예컨대, JIS K7161, JIS K7162에 규정된 인장 시험 방법에 있어서, 인장 탄성율이 1 GPa 미만이면서 또한 인장 파괴 변형 10% 이상인 것이 바람직하다.

제1, 제2 도체부의 재료는, 종래 공지된 멤브레인 스위치의 접점이나 프린트 배선 기판의 배선 재료로서 이용되는 도전성 재료 외에, 도체부 사이에 충전되거나 또는 공극이 존재하도록 배치되는 유기 재료의 분극의 변화를 외부에 바람직하게 전달할 수 있는 도전성 재료면 된다.

그와 같은 도전성 재료로서는, 금, 은, 동, 백금, 납, 주석, 니켈, 크롬 등의 양도체의 금속 단체, 또는 이들 금속에서 선택된 2 종류 이상의 금속으로 이루어지는 합금을 바람직한 재료로서 들 수 있다. 또한, 상기 금속의 미립자(예컨대 금속 나노 입자라고 불리는 것 등)나 카본 입자를 고농도로 함유하여 이루어지는 도전성 페이스트나 도전성 잉크, 폴리티오펜 등을 주성분으로 하는 도전성 폴리머 잉크 등을, 인쇄에 의해서 기판 상에 퇴적시키고, 건조·경화·소성 등을 한 것 등도 바람직한 도체부의 양태로서 들 수 있다. 또한, 산화인듐주석(ITO), 불소 도핑 산화주석(FTO) 등의 투명한 금속 산화물도 멤브레인 스위치 전체가 투명하게 하는 것을 목적으로 하는 경우는 바람직한 재료로서 들 수 있다.

도전부 및 회로부의 표면은, 내마모성, 방청, 밀착 향상을 목적으로 하여 공지된 표면 수식을 실시하고 있어도 좋고, 형성한 도전부 그대로라도 좋다. 공지된 표면 수식으로서는 Ni, Pd, Au 등의 도금, 부동체층이나 유기층을 이용한 방청 처리 등을 들 수 있다.

각 도체부의 외주 형상은, 특별히 한정되지는 않으며, 도 3에 도시하는 것과 같은 원형 외에, 정방형, 장방형, 그 밖의 다각형 등을 들 수 있다. 원형은, 제조 비용, 크랙 방지, 힘의 감지라는 점에서 바람직한 형상이다.

도체부 쌍을 구성하는 제1, 제2 도체부의 각각의 외주 형상은, 한쪽을 다른 쪽에 투영했을 때에 일치하는 관계에 있는 것이 바람직하다. 단, 도체부와 외부 회로를 통하는 인출 배선(도 6의 2에 상당)은 이에 한하지 않는다.

각 도체부의 외주 형상의 크기(기판의 주면에 차지하는 면적)는, 상기 멤브레인 스위치의 규모나 용도에 따라서 적절하게 결정하면 되는데, 예컨대 외주 형상이 원형인 경우에는, 그 직경은 0.1 ㎛~500 mm 정도가 바람직하고, 0.1 mm~100 mm가 보다 바람직하다. 또한, 도체부의 외주 형상이 원형 이외인 경우, 크기는 직경이 0.1 ㎛~500 mm 정도의 원형의 면적에 상당하는 면적이 바람직하고, 0.1 mm~100 mm 정도의 원형의 면적에 상당하는 면적이 보다 바람직하다.

각 도체부의 두께는, 제품의 규모, 재료, 형성 방법에 따라서도 다르지만, 대개 0.1 ㎛~100 ㎛ 정도가 범용적이며, 예컨대, 도전성 페이스트나 도전성 잉크 등을 인쇄에 의해서 형성하는 경우에는 5 ㎛~50 ㎛ 정도가 바람직하고, 금속박이나 도금으로써 형성하는 경우에는 5 ㎛~50 ㎛ 정도가 바람직하고, 증착이나 스퍼터링에 의해서 형성하는 경우는 10 nm~5 ㎛가 바람직하다.

도체부끼리의 사이의 거리는, 유기 재료가 나타내는 압전성을 바람직하게 검출할 수 있는 값이면 되는데, 가요성이나 사용성의 점에서는 작은 쪽이 바람직하고, 절연성의 담보라는 점에서는 큰 쪽이 바람직하다. 그 거리는 3 ㎛~500 ㎛를 바람직한 범위로서 예시할 수 있으며, 5 ㎛~100 ㎛가 보다 바람직한 범위로서 예시된다.

도 3의 양태와 같이, 도체부 쌍을 복수 설치하여 어레이 구조로 하는 경우, 각 도체부 쌍 중 한쪽의 도체부는, 개개로 분리 독립된 도체부가 아니라, 공통 전위가 되도록 상호 이어져 기판면 상에 넓게 펼쳐진 1장의 도체층이라도 좋다. 이러한 양태라도, 다른 쪽의 도체부가 개개로 분리 독립되어 상호 절연되어 있으면, 복수의 도체부 쌍이 배열된 어레이 구조가 된다.

제1, 제2 기판 상에 각각의 도체부를 형성하는 방법은, 종래 공지된 멤브레인 스위치에 있어서의 접점의 형성 방법이나, 프린트 배선 기판에 있어서의 배선 회로의 형성 방법을 이용하면 되며, 다음에 예시하는 것과 같은, 어디티브(additive)법, 세미어디티브법, 서브트랙티브(subtractive)법을 들 수 있다.

도전성 페이스트나 도전성 잉크를 인쇄에 의해서 기판 상에 도체부의 형상이 되도록 퇴적시킨 후, 건조, 경화, 소성 등을 하여 도체부로 하는 방법.

무전해 도금, 스퍼터, 증착 등에 의해서 시드층을 형성한 후에 레지스트를 이용하여 전기 도금에 의해서 배선을 형성하여 불필요한 시드층을 제거하는 방법.

기판 상에의 금속박의 접합이나 금속이나 ITO 등의 스퍼터, 증착 등에 의해서 전면적으로 형성한 도체층을 에칭하여 도체부를 남기는 방법.

이들 방법 중에서도, 생산성(저비용)과 신뢰성의 밸런스라는 점에서, 서브트랙티브법을 바람직한 방법으로서 들 수 있다.

제1 도체부와 제2 도체부는 동일한 재료라도 좋고 서로 다른 재료로 이루어지는 것이라도 좋다.

제1, 제2 기판에는, 각 도체부와 외부 회로를 접속하기 위한 배선 회로가 설치된다. 도 3의 예에서는, 제1 기판(1)에는, 도체부(1a1, 1a2)에 각각 접속된 배선 회로(1b1, 1b2)가 설치되고, 제2 기판(2)에는, 도체부(2a1, 2a2)에 각각 접속된 배선 회로(2b1, 2b2)가 설치되어 있다.

배선 회로는, 도체부가 형성된 면뿐만 아니라, 그 이면이나 기판 내부에 형성되어 있어도 좋고, 그 경우, 배선 회로와 도체부를 접속하는 도통로, 관통 구멍, 비어 등이 기판의 두께 방향으로 형성된다.

배선 회로의 재료, 형성 방법은, 상기한 도체부의 재료 및 형성 방법과 같아도 좋다. 생산성이나 단순한 구조라는 점에서는, 도체부와 배선 회로를, 기판의 동일한 면에 동일한 재료를 이용하여 동일한 형성 방법에 의해서 한 번에 형성하는 것이 바람직하다.

제1, 제2 기판 상에 각각 도체부와 배선 회로를 인쇄법을 이용하여 형성하는 경우의 일례는 다음과 같다:

폴리에틸렌텔레프탈레이트제의 필름을 기판으로 하고, 인쇄 회로용의 은 페이스트를 이용한 스크린 인쇄로, 상기 기판 상에 도체부와 그것에 접속된 배선 회로 패턴을 묘화한다. 도체부와 배선 회로가 그려진 상기 기판을 오븐으로 소정 시간 가열·건조시켜, 도체부와 배선 회로가 설치된 기판을 얻는다. 이 방법은 생산성(저비용)과 신뢰성의 밸런스가 우수하다.

제1, 제2 기판 상에 각각 도체부와 배선 회로를 포토리소그래피를 이용하여 형성하는 경우의 일례는 다음과 같다:

3층 타입의 폴리이미드 구리 피복 적층판(폴리이미드 수지 필름 상에 접착제층(에폭시 접착제층 등)을 통해 동박을 적층한 3층의 적층체)을 준비하고, 그 동박면에 드라이 필름 레지스트를 라미네이트하고, 형성하여야 할 도체부와 배선 회로만이 드라이 필름 레지스트에 덮이도록 노광·현상을 한다. 이것에 염화철이나 염화구리로 에칭을 하여, 노출된 동박을 제거하고, 원하는 도체부 및 배선 회로만을 남긴다. 마지막으로 드라이 필름 레지스트를 박리하여, 도체부와 배선 회로가 형성된 기판을 얻는다. 이 방법은, 동박이 전기적·기계적으로 우수한 양도체이며, 기판과의 밀착성, 내열성도 높고, 미세한 패턴 가공이 가능하기 때문에, 품질을 중시하는 제품의 제조에 적합하다. 또한, 배선 회로의 표면이 평탄하기 때문에 압전성을 나타내는 유기 재료의 층이 얇더라도 절연성을 담보할 수 있다는 점에서 유리하다.

스페이서는, 제1, 제2 기판끼리의 사이에 개재하여, 도체부끼리의 사이에 간극을 형성하도록 제1, 제2 기판을 지지할 수 있는 것이면 된다. 스페이서는, 스페이서가 도체부끼리의 사이의 간극을 주위에서 환상으로 둘러싸는 양태(즉, 스페이서가 되는 필름이, 도 1의 (a)~(c)와 같은 관통 구멍(3a)을 가지며, 그 관통 구멍 내의 공간 부분을 사이에 두고서 도체부가 대향하는 양태)로 하면, 스페이서의 형성이 간단하면서 또한 제1, 제2 기판을 밸런스 좋게 지지할 수 있어, 인접한 도체 쌍끼리를 절연할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, 하나의 도체부 쌍의 주위에 독립된 지주로서 이산적으로 형성되어도 좋다. 그 경우, 상술한 것과 같이, 스페이서의 재료가 존재하지 않는 공간 부분이 관통 구멍이다.

스페이서의 재료는 강체라도 좋지만, 스페이서가 도체부에 가해지는 압력의 방해가 되지 않는다는 점이나, 상기 멤브레인 스위치 전체에 가요성을 부여할 수 있다는 점에서는, 적절한 탄성과 가요성을 갖는 것이 바람직하고, 작은 힘으로도 압축할 수 있는 저탄성이 바람직하다.

스페이서 재료의 탄성과 가요성은, 특별히 한정되지는 않지만, 예컨대, JIS K7161과 K7162에 규정된 인장 시험 방법에 있어서, 인장 탄성율이 1 GPa 미만이면서 또한 인장 변형 10% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 스페이서의 재료는, 인접한 도체부 쌍끼리를 전기적으로 절연하기 위해서 절연성 재료인 것이 바람직하다.

이상과 같은 재료로서는, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 염화비닐, 폴리우레탄 등의 고분자 재료를 들 수 있고, 가요성, 탄성율, 비용, 내열성의 관점에서, 폴리에스테르를 보다 바람직한 재료로서 들 수 있다.

또한, 스페이서의 재료는, 솔더 레지스트 잉크 등의 액상의 절연 재료를 경화시킨 것이라도 좋고, 기판에 이용한 솔더 레지스트 잉크 등의 액상의 절연 재료와 동일한 재료를 이용하여도 좋다.

스페이서에 형성되는 관통 구멍의 개구 형상은, 특별히 한정되지는 않지만, 도 1의 (b), (c)의 양태의 경우에는, 도체부의 외형과 서로 닮은 형상인 것이 바람직하고, 따라서, 도 3에 도시하는 것과 같은 원형 외에, 정방형, 장방형, 다각형, 이형(異形) 등을 바람직한 형상으로서 들 수 있다. 스페이서에 형성되는 관통 구멍에는, 압전성을 나타내는 유기 재료를 주입할 때의 공기 빠짐을 위한 통로를 접속해 두어도 좋다.

스페이서의 두께는, 설계상 결정된 도체부끼리의 사이의 거리를 얻을 수 있도록 도체부의 두께를 고려하여 적절하게 결정하면 된다. 예컨대, 도 1의 예에서는, (스페이서의 두께)=(도체부의 두께×2)+(도체부끼리의 사이의 거리)이다.

도체부와 상기 유기 재료는, 반드시 밀착하고 있을 필요는 없고, 도 5에 도시하는 것과 같이, 공극(s1)이 있어도 좋다. 이 경우는 (스페이서의 두께)>(도체부의 두께×2)+(유기 재료의 두께)가 된다.

도체부끼리의 사이의 거리는, 상기한 것과 같이, 3 ㎛~500 ㎛가 바람직한 범위이다.

도 3과 같이 관통 구멍(3a1, 3a2)을 포함한 스페이서(3)의 형성 방법은, 특별히 한정되지는 않지만, 다음과 같은 방법이 예시된다.

압출 성형, 사출 성형 등 수지 성형형을 이용하여 관통 구멍을 갖는 시트형의 성형 부품으로서 형성하는 방법.

스페이서 재료로 이루어지는 목적 두께의 필름을 준비하고 그 소정 위치에 소정의 개구 형상의 관통 구멍을 펀칭에 의해서 형성하여 스페이서로 하는 방법(후술하는 (A)에 예시하는 방법).

도체부나 배선 회로가 형성된 제1 또는 제2 기판 상의 스페이서를 설치하여야 하는 영역에 절연성 재료로 이루어지는 잉크를 인쇄하고, 경화시켜 스페이서로 하는 방법. 이 때, 관통 구멍에 해당하는 개구부를 남기도록 잉크를 인쇄할 필요가 있는데, 상기 개구부는 스크린 인쇄, 그라비아 코트, 잉크젯 등의 공지된 인쇄 방법을 이용한 패턴 형성에 의해서 형성하여도 좋다(후술하는 (B)에 예시하는 방법). 또한, 잉크에 감광성 재료를 이용하여 롤코트 등으로 전면 인쇄한 후에 노광·현상을 하고, 상기 잉크를 뒤에 제거함으로써 형성하여도 좋다.

상기한 방법 중에서도, 생산성과 비용의 관점에서는, 스페이서 재료로 이루어지는 목적 두께(스페이서로서 필요한 두께)의 필름을 준비하고 그 소정 위치에 소정 형상의 관통 구멍을 펀칭에 의해서 형성하여 스페이서로 하는 방법이 바람직하지만, 가요성 및 탄성을 갖는 필름을 금형으로 펀칭하는 가공에 기인하여, 치수 정밀도가 다소 거친 경향이 있다. 한편, 패턴 인쇄나 노광·현상에 의해서 스페이서를 형성하는 방법은, 재료비나 가공 노력이라는 점에서 펀칭하는 방법과 비교하면 비싼 것으로 되지만, 상기한 펀칭에 비해서, 인쇄된 면에 높은 밀착을 얻을 수 있다, 펀칭 등과 비교하면 미세한 구조가 만들어진다고 하는 이점이 있다.

스페이서를, 성형, 몰드, 펀칭 등에 의한 별개의 시트형의 성형 부품으로서 형성한 경우의, 상기 멤브레인 스위치의 조립 방법으로서는, 공지된 적층 기술을 참조할 수 있으며, 스페이서와 기판의 사이에 접착제층을 개재시켜 이들을 적층하는 방법, 펀칭 등으로 접합시키는 방법 등을 들 수 있다.

접착제는, 감압성 점착제, 감광성 접착제, 열경화성 접착제 등 어느 것을 이용하여도 좋으며, 바람직한 재료로서는, 열가소성 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드 수지, 천연 고무, 합성 고무 등을 들 수 있다.

또한, 접착제를 이용하여 접착을 하는 부분은 전면이라도 좋고, 스페이서의 일부 영역이라도 좋다.

(A) 스페이서를 별개의 시트형의 성형 부품으로서 형성하고, 기판에 접합시키는 경우의, 상기 멤브레인 스위치의 보다 구체적인 제조예는 다음과 같다:

스페이서로서, 미리 (맞춤용의 박리 시트, 접착제층, 스페이서가 되는 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 층, 접착층, 맞춤용의 박리 시트)가 이 순서로 적층된 5층의 적층체를 준비하고, 이것에 펀칭 가공을 실시하여, 목적으로 하는 관통 구멍을 형성한다. 관통 구멍의 크기와 위치는, 대향하는 도체부끼리의 사이에 형성하여야 할 소정 공간의 크기와 위치에 따라서 결정하면 된다.

이어서 한 면의 박리 시트를 벗겨내고, 한쪽의 기판 상의 접점과 스페이서에 형성한 관통 구멍의 개구부가 일치하도록 접합을 한다.

이어서, 스페이서의 관통 구멍 내에 압전성을 나타내는 유기 재료를 충전하거나 또는 공극이 존재하도록 배치한다.

이어서, 스페이서의 다른 쪽 면의 박리 시트를 벗겨내고, 다른 쪽 기판 상의 도체부와 스페이서에 형성한 관통 구멍의 개구부의 위치를 맞추고, 접합하여, 상기 멤브레인 스위치를 얻는다.

(B) 기판 상에 인쇄에 의해서 스페이서를 형성하는 경우의, 그 스페이서의 형성예는 다음과 같다:

도체부나 배선 회로가 설치된 한쪽의 기판면에, 스크린 인쇄에 의해서 도체부의 주위를 둘러싸도록 절연성 잉크층을 형성하고, 관통 구멍을 형성한다. 이것을 오븐으로 소정 시간 건조·경화시켜 기판 상에 적층된 스페이서를 얻는다.

이 경우, 스페이서의 재료로서, 상기와 같이, 솔더 레지스트 잉크 등의 절연 재료를 이용하여도 좋다.

본 발명에서 도체부 사이에 충전되거나 또는 공극이 존재하도록 배치되는 압전성을 나타내는 유기 재료로서는, 단일 재료, 혼합 재료, 복합 재료라도 좋고, 혼합 재료, 복합 재료의 경우는 성분이 되는 개개의 물질에 반드시 압전성이 있을 필요는 없으며, 전체적으로 압전성을 나타내는 유기 재료로 되어 있으면 된다. 구체적으로는, 다음의 (a)~(c) 재료를 들 수 있다.

(a) 자체가 압전성을 갖는 유기 압전체(단일 재료 또는 혼합 재료).

(b) 자체가 압전성을 갖는 유기 압전체를 모재로 하고, 그 내부에 자체가 압전성을 갖는 다른 재료로 이루어지는 필러가 분산됨으로써, 전체적으로 상기 모재 자체의 압전성과는 다른 압전성을 나타내는 유기 재료로 되어 있는 복합 재료.

(c) 압전성을 갖지 않는 유기 재료를 모재로 하고, 그 내부에 자체가 압전성을 갖는 재료로 이루어지는 필러가 분산됨으로써, 전체적으로 압전성을 나타내는 유기 재료로 되어 있는 복합 재료.

상기 (a)의 유기 압전체는, (a1) 그 분자의 화학 구조로부터 압전성을 나타내는 유기 화합물, 및 (a2) 그 분자의 화학 구조로부터는 압전성을 나타내지 않지만, 가공(분자의 화학 구조는 바꾸지 않는 가공)을 가함으로써 압전성을 발현할 수 있는 것으로 된 유기 화합물 양쪽을 포함하는 개념이다.

유기 압전체는, 유기 화합물이기 때문에, 일반적인 강유전체로서 알려져 있는 티탄산지르콘산납(PZT) 등의 무기 재료에는 없는, 가요성, 성형 가공성을 갖고 있고, 또한, 경량이며, 비용적으로도 우수하다(일본 특허공고 소62-4873호 공보를 참조할 것).

또한, 일반적인 무기 강유전체인 PZT는, 인체나 환경에 유해한 납을 많이 포함하지만, 유기 압전체는 납을 포함하지 않기 때문에 인체나 환경에 미치는 영향이 적다고 하는 장점도 있다.

그러나, 유기 압전체 특히 유기 강유전체는, 강유전성의 보고는 많이 있지 만, 아직 소자의 구조에 관해서 많은 검토가 이루어져 있지 않고, 검토되고 있는 소자로는 복잡한 구조가 되어 매우 소자 비용이 비싸게 되어 있다(일본 특허공개 평10-332509호 공보, 일본 특허공개 2009-53109호 공보를 참조할 것). 또한, 유기 압전체를 이용하여 면내의 복수의 점에 걸리는 압력을 따로따로 감지하는 구조의 소자에 관한 검토는 거의 이루어져 있지 않다.

상기 (a1)의 유기 화합물로서는, 예컨대, 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴/트리플루오르에틸렌 공중합체, 폴리아미노산, 폴리젖산, 황산글리신, 폴리요소, 나일론, 강유전성 액정, 크로폰산 등을 들 수 있고, 이들은 어느 1종이라도, 2종 이상의 혼합물이라도 좋다. 또한, 상기 (a2)의 유기 화합물로서는, 예컨대, 다공질 폴리올레핀 등의 다공질 수지(예컨대, 일본 특허공개 2012-124434호 공보에 기재된 다공질 수지)를 들 수 있다.

이들 유기 압전체 중에서도, 인쇄 기법에 의해서 도체부 사이에 충전하거나 또는 공극이 존재하도록 배치할 수 있다고 하는 양호한 가공성과, 양호한 압전 특성의 관점에서, 폴리아미노산이 특히 바람직한 재료이다. 바람직한 폴리아미노산의 상세한 것에 관해서는 후술한다.

압전성을 나타내는 유기 재료로서의 상기 (b)의 복합 재료는, 상기 (a)의 유기 압전체를 모재로 하고, 그 속에 압전성을 갖는 별도의 재료로 이루어지는 입자형의 필러가 더 분산된 것이다. 필러의 재료로서는, 상기 (a)의 유기 압전체(모재와는 다른 재료)나, 티탄산지르콘산납(PZT), 천연 혹은 인공의 수정, 니오븀산리튬(LiNbO₃), 탄탈산니오븀산칼륨[K(Ta,Nb)O₃], 티탄산바륨(BaTiO₃), 탄탈산리튬(LiTaO₃) 및 티탄산스트론튬(SrTiO₃) 등의 무기 강유전체를 들 수 있다.

필러의 입자경은, 예컨대, 현미경에 의해서 얻어지는 입자상 페렛(Feret) 직경(입자를 사이에 둔 일정 방향의 2 라인의 평행선의 간격)을 입자경(정방향(定方向) 직경이라고도 불림)으로서 채용하면 된다. 필러의 입자경은 특별히 한정되지는 않지만, 모재의 탄성이나 경화 전의 유동성을 방해하지 않는 것이 바람직하며, 예컨대, 평균 입자경으로서 100 nm~5 ㎛ 정도를 들 수 있다.

복합 재료 중 필러의 함유량은 특별히 한정되지는 않지만, 적은 경우는 그 압전성이 발현되지 않고, 많은 경우는 유기 재료로서의 가요성, 가공성이 손상되어 버린다. 이 때문에, 5~90 중량%가 바람직하고, 10~80 중량%가 보다 바람직하다.

압전성을 나타내는 유기 재료로서의 상기 (c)의 복합 재료는, 압전성을 갖지 않는 유기 재료를 모재로 하고, 그 속에 상기 (b)와 같은 필러가 분산된 것이다. 압전성을 갖지 않는 유기 재료로서는, 일반적인 수지, 엘라스토머 등이라도 좋고, 예컨대, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 폴리우레탄 수지 등의 열경화성 수지, 천연 고무, 아크릴 고무, 니트릴 고무, 부타디엔 고무 등의 엘라스토머 등을 들 수 있다.

복합 재료 중 필러의 함유량은 특별히 한정되지는 않지만, 적은 경우는 그 압전성이 발현되지 않고, 많은 경우는 유기 재료로서의 가요성, 가공성이 손상되어 버린다. 이 때문에, 5~90 중량%가 바람직하고, 10~80 중량%가 보다 바람직하다.

상기한 압전성을 나타내는 유기 재료(상기 (a)~(c)의 유기 압전체)에는, 압전체, 강유전체로서의 효과가 발휘되는 범위에서, 상술한 것 이외의 다른 각종 수지나 첨가제를 특성의 개질을 위해 임의로 함유시킬 수 있다. 수지 첨가제로서는, 예컨대 실리카, 탈크, 황산바륨 등의 무기 충전제, 안료나 염료 등의 착색제, 카본 블랙, 실리콘 파우더, 나일론 파우더, 불소 파우더, 고무 입자 등의 유기 충전제, 오르벤, 벤톤 등의 증점제, 실리콘계, 불소계, 고분자계의 소포제 또는 레벨링제, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 폴리우레탄 수지 등, 말레이미드 화합물, 비스알릴나디이미드 화합물, 비닐벤질 수지, 비닐벤질에테르 수지의 열경화성 수지, 트리아졸 화합물, 티아졸 화합물, 트리아진 화합물, 포르피린 화합물 등의 밀착성 부여제 등을 들 수 있다.

본 발명에 의한 멤브레인 스위치의 도체 사이에 포함된 유기 재료에 대해서는, 압전성을 발현시키는 전처리나, 압전성을 높이기 위한 분극 처리를 실시하여도 좋다.

압전성을 발현시키는 전처리로서는, 예컨대, 코로나 방전 등에 의한 전하를 트랩하는 처리를 들 수 있다. 분극 처리로서는, 예컨대, 유기 재료를 사이에 두는 양 도체부 사이에, 고압 직류 정전압 전원 등을 이용하여 직류 전압을 일정 시간 인가하는 처리를 들 수 있다. 또한, 분극 처리는, 비가열(예컨대, 5℃~35℃ 정도의 상온)로 행하여도 좋고, 가열 하에서 행하여도 좋다. 분극 처리를 가열 하에서 행하는 경우에는, 가열 온도는, 대상으로 하는 유기 재료의 유리 전이점 정도를 바람직한 온도로서 들 수 있다. 또한, 유기 재료가 복합 재료인 경우에는, 그 재료의 조합에 따라 다르기도 하지만, 모재로 되어 있는 유기 재료의 유리 전이점이 바람직한 가열 온도가 된다.

본 발명에 의한 멤브레인 스위치가 검출할 수 있는 외부로부터의 힘은, 도체부끼리의 사이의 거리나, 도체부와 유기 재료의 접촉 면적 등, 상기 멤브레인 스위치의 각 부의 사이즈에 따라서 변경 가능한데, 상기 멤브레인 스위치가 유용하게 되는 일반적인 용도에서는, 검출하여야 할 압력의 범위로서는, 0 MPa~0.1 MPa 정도가 예시된다.

[폴리α-아미노산]

이하에, 상기 (a)의 유기 압전체로서 특히 바람직한 폴리α-아미노산에 관해서 상세히 설명한다.

이러한 폴리α-아미노산은, 글리신, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 아르기닌, 아스파라긴, 아스파라긴산, 시스틴, 시스테인, 글루타민, 글루타민산, 히스티딘, 리신, 오르니틴, 세린, 트레오닌, 트립토판, 메티오닌, 페닐알라닌, 티로신 및 그 유도체에서 선택되는 1 종류 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산이면 된다. 그 중에서도, 아르기닌, 아스파라긴, 아스파라긴산, 글루타민, 글루타민산, 히스티딘, 리신, 세린, 트레오닌, 트립토판, 티로신 및 그 유도체에서 선택되는 1 종류 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산은 용해성의 관점에서 바람직하고, 보다 바람직하게는 글루타민산, 아스파라긴산, 리신 및 그 유도체에서 선택되는 1 종류 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산의 호모폴리머, 코폴리머를 들 수 있다.

이하의 폴리α-아미노산은 용해성과 압전 특성의 관점에서 바람직하다.

식 (I):

(식에서, k는 1 또는 2의 정수, R¹은 C₁~C₈의 치환 혹은 비치환의 알킬기, 또는 할로겐 원자, 알콕시기 혹은 니트로기로 치환되어 있어도 좋은 벤질기를 나타낸다)로 나타내어지는 단위(이하, 「식 (I)의 단위」라고도 약칭함),

식 (II):

(식에서, k는 1 또는 2의 정수, R²는 C₃~C₁₆의 비치환 알킬기, 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가, 할로겐 원자, C₃~C₁₂의 지환식 탄화수소기, C₁~C₆의 알콕시기, 시아노기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알콕시기 혹은 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알킬카르바메이트기로 치환된 C₁~C₆의 알킬기를 나타낸다. 단, R²는 식 (I)의 R¹과 동일한 기가 되는 일은 없다)로 나타내어지는 단위(이하, 「식 (II)의 단위」라고도 약칭함),

식 (III):

(식에서, R³은 메틸기, 벤질기 또는 -(CH₂)₄-NHX기(단, X는 할로겐 원자 혹은 C₁~C₆의 알콕시기로 치환되어 있어도 좋은 벤질옥시카르보닐기, 할로겐 원자로 치환되어 있어도 좋은 C₁~C₆의 알킬카르보닐기, 알릴옥시카르보닐기, 플루오레닐알콕시카르보닐기, C₁~C₆의 알킬기 혹은 니트로기로 치환되어도 좋은 벤젠술포닐기, 또는 C₁~C₆의 알킬옥시카르보닐기를 나타냄)를 나타낸다)로 나타내어지는 단위(이하, 「식 (III)의 단위」라고도 약칭함),

식 (IV):

(식에서, k는 1 또는 2의 정수, R⁴는 C₁~C₁₂의 알콕시기, 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₁₂의 알킬기, 또는 C₁~C₁₂의 알킬카르보닐기를 나타내고, m개의 R⁴는 동일하더라도 다르더라도 좋다. l은 6~12의 정수, m은 1~3의 정수를 나타낸다)로 나타내어지는 단위(이하, 「식 (IV)의 단위」라고도 약칭함) 및

식 (V):

(식에서, R⁵는, 수소 원자, 메틸기, -CH(OH)CH₃, C₃~C₄의 분기쇄상 알킬기, 또는 -(CH₂)_n-Z(단, n은 1~4의 정수, Z는 히드록시기, 머캅토기, 카르복시기, 메틸술파닐기, 아미노기, 치환 아릴기, 아미노카르보닐기, -NH-C(NH₂)=NH,

또는

를 나타냄)를 나타낸다)로 나타내어지는 단위(이하, 「식 (V)의 단위」라고도 약칭함)

에서 선택되는 1종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산이다.

이하, 식 (I)~식 (V)의 단위의 각각에 관해서 자세히 설명한다.

[식 (I)의 단위]

식 (I)의 단위는 글루타민산γ-에스테르 단위 또는 아스파라긴산γ-에스테르 단위이다.

식에서의 R¹은, C₁~C₈의 치환 혹은 비치환의 알킬기, 또는 할로겐 원자, 알콕시기 혹은 니트로기로 치환되어 있어도 좋은 벤질기를 나타낸다.

「C₁~C₈의 알킬기」는, 직쇄상 또는 분기쇄상의 알킬기이며, 예컨대, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 이소프로필기, sec-부틸기, tert-부틸기, 2-메틸부틸기, 3-에틸부틸기, 4-에틸부틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 4-메틸펜틸기, 5-메틸펜틸기, 2-메틸헥실기, 3-메틸헥실기, 4-메틸헥실기, 5-메틸헥실기, 6-메틸헥실기, 3-에틸헥실기, 4-에틸헥실기, 5-에틸헥실기, 6-에틸헥실기, 2-메틸헵틸기, 3-에틸헵틸기, 4-프로필헵틸기, 2,3-디메틸부틸기, 2,4-디메틸부틸기, 4,4-디프로필부틸기, 2-메틸-3-에틸펜틸기, 2,3,4-트리메틸펜틸기 등을 들 수 있다. 바람직하게는 C₁~C₆의 알킬기, 보다 바람직하게는 C₁~C₃의 알킬기이며, 메틸기 또는 에틸기가 특히 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다.

또한 「C₁~C₈의 알킬기」는 수소 원자의 일부 또는 전부가 치환되어 있어도 좋지만, 바람직하게는 비치환이다. 치환기를 갖는 경우, 치환기로서는, 할로겐 원자(불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등), 알콕시기(바람직하게는 C₁~C₆의 알콕시기(예컨대, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, n-부톡시기, n-펜틸옥시기, n-헥실옥시기, 메틸렌디옥시기 등)) 등을 들 수 있다.

또한, 「할로겐 원자, 알콕시기 혹은 니트로기로 치환되어 있어도 좋은 벤질기」에 있어서, 「할로겐 원자」는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 그 중에서도 불소 원자, 브롬 원자 또는 염소 원자가 바람직하다. 「알콕시기」는 직쇄상, 분기쇄상 또는 환상의 알콕시기이며, 바람직하게는 C₁~C₆의 알콕시기(예컨대, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, n-부톡시기, n-펜틸옥시기, n-헥실옥시기 및 메틸렌디옥시기 등)이고, 보다 바람직하게는 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 메틸렌디옥시기이고, 특히 바람직하게는 메톡시기이다.

「할로겐 원자, 알콕시기 혹은 니트로기로 치환되어도 좋은 벤질기」의 바람직한 예로서는, p-브로모벤질기, p-클로로벤질기, p-플루오로벤질기, p-메톡시벤질기, 2,6-디메톡시벤질기, 3,4-메틸렌디옥시벤질기, o-니트로벤질기, p-니트로벤질기, 2-니트로-4,5-디메톡시벤질기, 벤질기를 들 수 있고, 그 중에서도, p-메톡시벤질기, p-니트로벤질기, 벤질기가 보다 바람직하고, 벤질기가 특히 바람직하다.

R¹의 바람직한 양태는 메틸기 또는 벤질기이다.

[식 (II)의 단위]

식 (II)의 단위는 글루타민산γ-에스테르 단위 또는 아스파라긴산γ-에스테르 단위이다.

식에서의 R²는, C₃~C₁₆의 비치환 알킬기, 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자, C₃~C₁₂의 지환식 탄화수소기, C₁~C₆의 알콕시기, 시아노기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알콕시기 혹은 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알킬카르바메이트기로 치환된 C₁~C₆의 알킬기를 나타낸다. 단, 식에서의 R²는, 식 (I)에서의 R¹과 동일한 기가 되는 일은 없다.

「C₃~C₁₆의 비치환 알킬기」는, 직쇄상 또는 분기쇄상의 알킬기이며, 예컨대, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, n-운데실기, n-도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 3-에틸부틸기, 4-에틸부틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 4-메틸펜틸기, 5-메틸펜틸기, 2-메틸헥실기, 3-메틸헥실기, 4-메틸헥실기, 5-메틸헥실기, 6-메틸헥실기, 3-에틸헥실기, 4-에틸헥실기, 5-에틸헥실기, 6-에틸헥실기, 4-프로필헥실기, 5-프로필헥실기, 6-프로필헥실기, 5-부틸헥실기, 6-부틸헥실기, 6-펜틸헥실기, 2-메틸헵틸기, 3-에틸헵틸기, 4-프로필헵틸기, 5-부틸헵틸기, 6-펜틸헵틸기, 7-헥실헵틸기, 2-메틸옥틸기, 3-에틸옥틸기, 4-프로필옥틸기, 5-부틸옥틸기, 6-펜틸옥틸기, 7-헥실옥틸기, 8-헵틸옥틸기, 2-메틸노닐기, 3-에틸노닐기, 4-프로필노닐기, 5-부틸노닐기, 6-펜틸노닐기, 7-헥실노닐기, 8-헵틸노닐기, 2-메틸데실기, 2-메틸운데실기, 2-메틸도데실기, 2-메틸트리데실기, 2-메틸테트라데실기, 2-메틸펜타데실기, 3,3-디에틸프로필기, 2,3-디메틸부틸기, 2,4-디메틸부틸기, 4,4-디프로필부틸기, 2-메틸-3-에틸펜틸기, 2,3,4-트리메틸펜틸기, 2-메틸-3-프로필헥실기 등을 들 수 있다.

이러한 「C₃~C₁₆의 비치환 알킬기」는 「C₆~C₁₆의 비치환 알킬기」가 바람직하고, 「C₆~C₁₆의 직쇄상 비치환 알킬기」가 보다 바람직하고, 「C₆~C₁₂의 직쇄상 비치환 알킬기(즉, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, n-운데실기, n-도데실기 등)」가 더욱 바람직하고, 특히 바람직하게는 n-헥실기 또는 n-도데실기이다.

「수소 원자의 일부 혹은 전부가, 할로겐 원자, C₃~C₁₂의 지환식 탄화수소기, C₁~C₆의 알콕시기, 시아노기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알콕시기 혹은 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알킬카르바메이트기로 치환된 C₁~C₆의 알킬기」에 있어서, 「C₁~C₆의 알킬기」는, 직쇄상 또는 분기쇄상의 알킬기이며, 예컨대, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, 이소프로필기, sec-부틸기, tert-부틸기, 2-메틸부틸기, 3-에틸부틸기 등을 들 수 있다. 「C₁~C₆의 알킬기」는 「C₁~C₃의 알킬기(예컨대, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기)」가 바람직하고, 보다 바람직하게는 메틸기, 에틸기이다.

「할로겐 원자」는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있고, 그 중에서도 불소 원자, 브롬 원자, 염소 원자가 바람직하다.

「C₃~C₁₂의 지환식 탄화수소기」는, 포화 또는 불포화의 지환식 탄화수소기이며, 예컨대, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로노닐기, 시클로데실기, 데카히드로나프틸기, 노르보르닐기, 아다만틸기, 이소보르닐기 등을 들 수 있다. 「C₃~C₁₂의 지환식 탄화수소기」는 「C₆~C₈의 포화 지환식 탄화수소기(즉, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 노르보르닐기)」가 바람직하고, 보다 바람직하게는 시클로헥실기, 노르보르닐기이며, 더욱 바람직하게는 노르보르닐기이다.

「C₁~C₆의 알콕시기」는, 직쇄상이라도 분기쇄상이라도 좋지만, 바람직하게는 직쇄상 알콕시기이며, 또한, 알킬쇄에 에테르 결합을 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, n-부톡시기, n-펜틸옥시기, n-헥실옥시기, n-메톡시에톡시기, n-에톡시에톡시기, n-메톡시에톡시에톡시기 및 n-에톡시에톡시에톡시기를 들 수 있고, 바람직하게는 메톡시기, 에톡시기 또는 n-프로폭시기이며, 보다 바람직하게는 에톡시기이다.

「치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐기」는 비치환의 페닐기 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자(불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등), C₁~C₆의 알콕시기 등으로 치환된 페닐기이며, 예컨대, 페닐기, p-플루오로페닐기, p-클로로페닐기, 3,5-디플루오로페닐기, 펜타플루오로페닐기, o-메톡시페닐기, m-메톡시페닐기, p-메톡시페닐기, p-에톡시페닐기, p-프로폭시페닐기, p-부톡시페닐기, p-펜틸옥시페닐기, p-헥실옥시페닐기, 3,5-디메톡시페닐기, 3,5-에톡시메톡시페닐기, 3,5-에톡시에톡시페닐기, 3,5-메톡시에톡시페닐기 등을 들 수 있고, 바람직하게는 페닐기, p-플루오로페닐기, p-메톡시페닐기, p-헥실옥시페닐기, 3,5-에톡시에톡시페닐기이며, 보다 바람직하게는 페닐기, p-메톡시페닐기이다.

「치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알콕시기」는, 비치환의 페닐알콕시기 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자(불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등), C₁~C₆의 알콕시기 등으로 치환된 페닐알콕시기이며, 예컨대, 벤질옥시기, 페닐에톡시기, p-플루오로벤질옥시기, 3,5-디플루오로벤질옥시기, p-메톡시벤질옥시기, 3,5-디메톡시벤질옥시기 등을 들 수 있고, 바람직하게는 벤질옥시기, 페닐에톡시기, p-플루오로벤질옥시기, p-메톡시벤질옥시기이며, 더욱 바람직하게는 벤질옥시기, 페닐에톡시기이다.

「치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알킬카르바메이트기」는 비치환의 페닐알킬카르바메이트기 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자(불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등), C₁~C₆의 알콕시기 등으로 치환된 페닐알킬카르바메이트기이며, 예컨대, 벤질카르바메이트기, p-플루오로벤질카르바메이트기, 3,5-디플루오로벤질카르바메이트기, p-메톡시벤질카르바메이트기, 3,5-디메톡시벤질카르바메이트기, p-메톡시벤질카르바메이트기, 3,5-디메톡시벤질카르바메이트기, 페닐에틸카르바메이트기, 페닐프로필카르바메이트기를 들 수 있고, 바람직하게는 벤질카르바메이트기이다.

R²의 바람직한 양태는 「C₆~C₁₆의 비치환 알킬기, 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자 혹은 C₃~C₁₂의 지환식 탄화수소기로 치환된 C₁~C₆의 치환 알킬기」이며, 보다 바람직한 양태는 「C₆~C₁₆의 비치환 알킬기, 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 불소 원자 혹은 노르보르닐기로 치환된 C₁~C₆의 치환 알킬기」이고, R²의 특히 바람직한 예로서는, n-헥실기, n-도데실기, 2-노르보닐메틸기 또는 2,2,2-트리플루오로에틸기를 들 수 있다.

[식 (III)의 단위]

식 (III)의 단위는, 알라닌 단위, 페닐알라닌 단위 및 리신 유도체 단위를 포함한다.

식에서의 R³은, 메틸기, 벤질기 또는 -(CH₂)₄-NHX기(단, X는 할로겐 원자 혹은 C₁~C₆의 알콕시기로 치환되어 있어도 좋은 벤질옥시카르보닐기, 할로겐 원자로 치환되어 있어도 좋은 C₁~C₆의 알킬카르보닐기, 알릴옥시카르보닐기, 플루오레닐알콕시카르보닐기, C₁~C₆의 알킬기 혹은 니트로기로 치환되어도 좋은 벤젠술포닐기, 또는 C₁~C₆의 알킬옥시카르보닐기를 나타냄)를 나타낸다.

리신 유도체 단위, 즉, 식에서의 R³이 「-(CH₂)₄-NHX 기」로 이루어지는 단위에 있어서,

X가 「치환 벤질옥시카르보닐기」인 경우의 치환기인 「C₁~C₆의 알콕시기」는, 직쇄상이라도 분기쇄상이라도 좋지만, 바람직하게는 직쇄상 알콕시기이며, 또한, 알킬쇄에 에테르 결합을 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, n-부톡시기, n-펜틸옥시기, n-헥실옥시기, n-메톡시에톡시기, n-에톡시에톡시기, n-메톡시에톡시에톡시기 및 n-에톡시에톡시에톡시기를 들 수 있다.

또한, X가 「C₁~C₆의 알킬카르보닐기」인 경우의 「C₁~C₆의 알킬기」, 및 X가 「치환 벤젠술포닐기」인 경우의 치환기인 「C₁~C₆의 알킬기」는, 직쇄상 또는 분기쇄상의 알킬기이며, 예컨대, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, 이소프로필기, sec-부틸기, tert-부틸기, 2-메틸부틸기, 3-에틸부틸기 등을 들 수 있다.

한편, 리신 유도체 단위는, 식에서의 R³이 -(CH₂)₄-NH-CO-CH₂-C₆H₅인 N^ε-벤질옥시카르보닐리신 단위가 바람직하다.

[식 (IV)의 단위]

식 (IV)의 단위는, 글루타민산γ-에스테르 단위 또는 아스파라긴산γ-에스테르 단위이다.

식에서의 R⁴는, C₁~C₁₂의 알콕시기, 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₁₂의 알킬기, 또는 C₁~C₁₂의 알킬카르보닐기를 나타내고, m개의 R⁴는 동일하더라도 다르더라도 좋다.

R⁴에 있어서의 「C₁~C₁₂의 알콕시기」는, 직쇄상 또는 분기쇄상의 알콕시기이며, 예컨대, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, n-부톡시기, n-펜틸옥시기, n-헥실옥시기, n-헵틸옥시기, n-옥틸옥시기, n-노닐옥시기, n-데실옥시기, n-운데실옥시기, n-도데실옥시기, 이소프로폭시기, sec-부톡시기, tert-부톡시기, 2-에틸헥실옥시기 및 tert-옥틸옥시기를 들 수 있다. 그 중에서도, C₁~C₆의 알콕시기(예컨대, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, n-부톡시기, n-펜틸옥시기, n-헥실옥시기, 이소프로폭시기, sec-부톡시기 또는 tert-부톡시기 등)가 바람직하고, 메톡시기, n-부톡시기, n-헥실옥시기가 보다 바람직하다.

「수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₁₂의 알킬기」는, 직쇄상 또는 분기쇄상의 알킬기이며, 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및 요오드 원자를 들 수 있고, 바람직하게는 불소 원자를 들 수 있다. 이러한 할로겐 치환 알킬기로서는, 예컨대, 모노플루오로메틸기, 디플루오로메틸기, 트리플루오로메틸기, 트리플루오로에틸기, 트리플루오로디메틸에틸기, 헥사플루오로이소프로필기, 펜타플루오로에틸기, 트리플루오로부틸기, 펜타플루오로부틸기, 헵타플루오로부틸기, 노나플루오로부틸기, 트리플루오로펜틸기, 트리플루오로헵틸기, 트리플루오로옥틸기, 트리플루오로노닐기, 트리플루오로데실기, 트리플루오로운데실기, 트리플루오로도데실기, 펜타플루오로펜틸기, 헵타플루오로펜틸기, 옥타플루오로펜틸기, 노나플루오로펜틸기, 도데카플루오로헥실기, 트리데카플루오로헥실기, 헵타데카플루오로옥틸기, 헤니코사플루오로운데실기, 헵타데카플루오로운데실기, 헤니코사플루오로데실기, 헤니코사플루오로도데실기, 트리클로로메틸기, 트리클로로에틸기, 트리브로모메틸기, 트리브로모에틸기, 트리요오드메틸기 및 트리요오드에틸기를 들 수 있고, 그 중에서도, 트리플루오로메틸기 또는 트리플루오로에틸기가 바람직하고, 트리플루오로메틸기가 보다 바람직하다.

「C₁~C₁₂의 알킬카르보닐기」는, 직쇄상 또는 분기쇄상이며, 예컨대, 메틸카르보닐, 에틸카르보닐, n-프로필카르보닐, 이소프로필카르보닐, n-부틸카르보닐, 이소부틸카르보닐, tert-부틸카르보닐, sec-부틸카르보닐, n-펜틸카르보닐, 이소펜틸카르보닐, 네오펜틸카르보닐, n-헥실카르보닐, 이소헥실카르보닐, 3-메틸펜틸카르보닐, n-헵틸카르보닐, n-옥틸카르보닐, n-노닐카르보닐, n-데실카르보닐, n-운데실카르보닐 및 n-도데실카르보닐을 들 수 있다. 그 중에서도, C₃~C₉의 알킬카르보닐기가 바람직하고, n-프로필카르보닐, 이소프로필카르보닐, n-부틸카르보닐, 이소부틸카르보닐, tert-부틸카르보닐, sec-부틸카르보닐, n-펜틸카르보닐, 이소펜틸카르보닐, 네오펜틸카르보닐, n-헥실카르보닐, 이소헥실카르보닐, n-헵틸카르보닐, n-옥틸카르보닐이 보다 바람직하고, n-헥실카르보닐이 특히 바람직하다.

R⁴의 바람직한 양태는, C₁~C₆의 알콕시기, 수소 원자의 일부 혹은 전부가 불소 원자로 치환된 C₁~C₁₂의 알킬기, C₃~C₉의 알킬카르보닐기이며, R⁴의 특히 바람직한 예로서는, 메톡시기, n-부톡시기, n-헥실옥시기, 트리플루오로메틸기, 또는 n-헥실카르보닐기를 들 수 있다.

l은 6~12의 정수, 바람직하게는 6~10의 정수를 나타낸다. 또한, m은 1~3의 정수, 바람직하게는 1 또는 2를 나타내고, m이 2 또는 3인 경우, 2개 또는 3개의 R⁴는 동일하더라도 다르더라도 좋지만, 동일한 것이 바람직하다.

[식 (V)의 단위]

식에서의 R⁵는, 수소 원자, 메틸기, -CH(OH)CH₃, C₃~C₄의 분기쇄상 알킬기, 또는 -(CH₂)_n-Z(단, n은 1~4의 정수, Z는 히드록시기, 머캅토기, 카르복시기, 메틸술파닐기, 아미노기, 치환 아릴기, 아미노카르보닐기, -NH-C(NH₂)=NH,

또는

를 나타냄)를 나타낸다.

「C₃~C₄의 분기쇄상 알킬기」는, 바람직하게는 이소프로필기, sec-부틸기이다. 또한, 「-(CH₂)_n-Z 기」에 있어서의 n은 1~4의 정수이다. 또한, Z에 있어서의 「치환 아릴기」는, 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자(불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등) 또는 히드록시기로 치환된, 페닐기, 나프틸기 등을 들 수 있고, 바람직하게는, 4-히드록시페닐기, 페닐기를 들 수 있고, 특히 바람직하게는 4-히드록시페닐기이다.

식 (V)의 단위의 바람직한 양태는, R⁵가 수소 원자, 4-아미노부틸기, 4-히드록시벤질기, 아미노카르보닐에틸기, 또는 -(CH₂)₃-NH-C(NH₂)=NH기인 단위이다.

이러한 식 (I)의 단위~식 (V)의 단위에서 선택되는 1종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산은, 식 (I)의 단위의 호모코폴리머, 식 (II)의 단위의 호모폴리머, 식 (III)의 단위의 호모폴리머, 식 (IV)의 단위의 호모폴리머 및 식 (V)의 단위의 호모폴리머를 포함한다. 또한, 코폴리머인 경우, 식 (I)의 단위 중 2종 이상의 단위로 이루어지는 코폴리머, 식 (II)의 단위 중 2종 이상의 단위로 이루어지는 코폴리머, 식 (III)의 단위 중 2종 이상의 단위로 이루어지는 코폴리머, 식 (IV)의 단위 중 2종 이상의 단위로 이루어지는 코폴리머, 식 (V)의 단위 중 2종 이상의 단위로 이루어지는 코폴리머, 및 식 (I)의 단위~식 (V)의 단위 중 2 이상의 다른 식의 단위로 이루어지는 코폴리머를 포함한다. 코폴리머의 중합 형태는 랜덤 공중합체라도 블록 공중합체라도 좋다.

한편, 폴리α-아미노산에 있어서, 식 (I)~식 (V)의 단위를 구성하는 α-아미노산은 모두 L체라도, D체라도 좋지만, 바람직하게는 L체이다.

호모폴리머의 구체예로서는, 폴리(DL-알라닌), 폴리(γ-메틸-L-글루타민산), 폴리(γ-벤질-L-글루타민산), 폴리(L-아르기닌), 폴리(L-리신), 폴리(L-티로신), 폴리(L-글리신) 등을 들 수 있다.

코폴리머의 바람직한 양태로서는,

식 (I)의 단위 중 2종 이상의 단위를 포함하는 코폴리머(예컨대, γ-메틸-L-글루타민산/γ-벤질-L-글루타민산 코폴리머(바람직하게는, γ-메틸-L-글루타민산(5~95 몰%)/γ-벤질-L-글루타민산(5~95 몰%) 코폴리머))를 들 수 있다. 또한, (A): 식 (I)의 단위 중 1종 이상의 단위와, (B): 식 (II)의 단위, 식 (III)의 단위 및 식 (IV)의 단위에서 선택되는 1종 이상의 단위를 포함하는 코폴리머를 들 수 있다. 특히 바람직한 양태는, (A): 식 (I)의 단위 중 1종 이상의 단위와, (B): 식 (II)의 단위, 식 (III)의 단위 및 식 (IV)의 단위에서 선택되는 1종 이상의 단위를 포함하는 코폴리머이다.

(A)의 단위와 (B)의 단위를 포함하는 코폴리머에 있어서는, 보다 양호한 압전성의 폴리α-아미노산를 얻을 수 있다는 점에서, (A)의 단위가, 식 (I)에서의 R¹이 벤질기인, 글루타민산γ-벤질에스테르 단위로 이루어지는 코폴리머가 특히 바람직하다. 또한, (B)의 단위가 식 (II)의 단위 혹은 식 (IV)의 단위로 이루어지는 코폴리머인 경우, 코폴리머는 랜덤 공중합체인 것이 바람직하고, (B)의 단위가 식 (III)의 단위로 이루어지는 코폴리머인 경우, 코폴리머는 블록 공중합체인 것이 바람직하고, (A)-(B)형 블록 공중합체 또는 (A)-(B)-(A)형 블록 공중합체가 특히 바람직하다.

(A)의 단위와 (B)의 단위를 포함하는 코폴리머의 전체 단위 중에서의 (A)의 단위의 함유량은, (B)의 단위의 종류에 따라 다르지만, 0.01 몰%~90 몰%가 바람직하다. 상한치는, 85 몰%가 바람직하고, 80 몰%가 보다 바람직하고, 60 몰%가 더욱 바람직하다. 하한치는 0.1 몰%가 바람직하고, 1 몰%가 보다 바람직하고, 5 몰%가 더욱 바람직하고, 10 몰%가 더욱 더 바람직하고, 15 몰%가 더욱 바람직하고, 20 몰%가 더욱 바람직하고, 40 몰%가 더욱 바람직하다.

또한, (B)의 단위의 함유량은, (B)의 단위의 종류에 따라 다르지만, 10 몰%~99.99 몰%가 바람직하다. 상한치는, 99.9 몰%가 바람직하고, 99 몰%가 보다 바람직하고, 95 몰%가 더욱 바람직하고, 90 몰%가 더욱 바람직하고, 85 몰%가 더욱 바람직하고, 80 몰%가 더욱 바람직하고, 60 몰%가 더욱 더 바람직하다. 하한치는, 15 몰%가 보다 바람직하고, 20 몰%가 더욱 바람직하고, 40 몰%가 더욱 보다 바람직하다. (B)의 단위가 식 (IV)의 단위인 경우, 하한치는, 50 몰%가 바람직하고, 60 몰%가 보다 바람직하고, 80 몰%가 더욱 더 바람직하다.

(A)의 단위와 (B)의 단위를 포함하는 코폴리머가, 식 (I)의 단위와 식 (II)의 단위로 이루어지는 코폴리머인 경우, 예컨대, γ-메틸-L-글루타민산(15~85 몰%)/γ-헥실-L-글루타민산(15~85 몰%) 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산(40~60 몰%)/γ-도데실-L-글루타민산(40~60 몰%) 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산(40~60 몰%)/γ-도데실-L-글루타민산(40~60 몰%) 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산(30~70 몰%)/γ-2,2,2-트리플루오로에틸-L-글루타민산(30~70 몰%) 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산(40~60 몰%)/γ-2-노르보닐메틸-L-글루타민산(40~60 몰%) 공중합체, 또는 γ-벤질-L-글루타민산(40~60 몰%)/γ-2-노르보닐메틸-L-글루타민산(40~60 몰%) 공중합체가 바람직하다.

또한, 식 (I)의 단위와 식 (III)의 단위로 이루어지는 코폴리머인 경우, 예컨대, γ-메틸-L-글루타민산(20~80 몰%)/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신(20~80 몰%) 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산(40~60 몰%)/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신(40~60 몰%) 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산(40~60 몰%)/L-페닐알라닌(40~60 몰%) 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산(40~60 몰%)/L-페닐알라닌(40~60 몰%) 공중합체, 또는 γ-벤질-L-글루타민산(40~60 몰%)/L-알라닌(40~60 몰%) 공중합체가 바람직하다.

또한, 식 (I)의 단위와 식 (IV)의 단위로 이루어지는 코폴리머인 경우, 예컨대, γ-메틸-L-글루타민산(<1 몰%)/γ-(6-(p-메톡시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산(>99 몰%) 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산(<1 몰%)/γ-(6-(p-헥실카르보닐페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산(>99 몰%) 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산(<1 몰~16 몰%)/γ-(10-(p-메톡시페녹시)-1-데실)-L-글루타민산(84~>99 몰%) 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산(<1 몰~8 몰%)/γ-(6-(p-부톡시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산(92~>99 몰%) 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산(<1 몰~14 몰%)/γ-(6-(p-헥실옥시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산(86~>99 몰%) 공중합체, 또는 γ-메틸-L-글루타민산(<1 몰~8 몰%)/γ-(6-(3,5-비스(트리플루오로메틸)페녹시)-1-헥실-L-글루타민산(92~>99 몰%) 공중합체 등이 바람직하다.

폴리α-아미노산의 분자량은 특별히 한정되지 않지만, 폴리α-아미노산의 압전성 및 제막성의 관점에서, 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000~5,000,000이 바람직하고, 5,000~2,500,000이 보다 바람직하고, 10,000~2,000,000이 더욱 바람직하다.

폴리α-아미노산의 조제 방법은 특별히 한정되지 않고, 자체 공지된 폴리α-아미노산의 제조 방법을 채용할 수 있다. 일반적으로는, 식 (I)의 단위, 식 (II)의 단위, 식 (III)의 단위, 식 (IV)의 단위 또는 식 (IV)의 단위가 되는 N-카르복시-α-아미노산 무수물 또는 N-카르복시-α-아미노산 유도체 무수물을 적절하게 혼합하여 유기 용제 또는 물에 용해 또는 현탁시키고, 필요에 따라서 이것에 중합개시제를 가하여 공중합하는 방법을 예로 들 수 있다. 예컨대, 상기한 (A)의 단위와 (B)의 단위를 포함하는 코폴리머를 제조하는 경우, (A) 단위가 되는 N-카르복시-α-글루타민산γ-메틸에스테르 무수물 혹은 N-카르복시-α-글루타민산γ-벤질에스테르 무수물과, (B) 단위가 되는 N-카르복시-α-아미노산 무수물 또는 N-카르복시-α-아미노산에스테르 유도체 무수물을 적절하게 혼합하여 유기 용제 또는 물에 용해 또는 현탁시키고, 필요에 따라서 이것에 중합개시제를 가하여 공중합하는 방법을 들 수 있다. 또한, (B)의 단위가 식 (II)의 단위 혹은 식 (IV)의 단위로 이루어지는 코폴리머를 조제하는 경우, N-카르복시-α-글루타민산 무수물 또는 N-카르복시-α-글루타민산γ-에스테르 무수물을 유기 용매 또는 물에 용해 또는 현탁시키고, 필요에 따라서 이것에 중합개시제를 가하고, 중합시켜, 폴리α-글루타민산 또는 폴리α-글루타민산γ-에스테르를 조제한 후, 원료가 되는 특정 알코올 1종 혹은 2종 이상을 폴리α-글루타민산 또는 폴리α-글루타민산γ-에스테르의 글루타민산 단위에 대하여 적량 가하고, 필요에 따라서 촉매를 가하고, γ 위치에 에스테르를 도입하거나, 또는 γ 위치의 에스테르를 변환함으로써 조제하는 방법을 예로 들 수 있다.

상기 유기 용매의 예로서는, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 테트라히드로푸란, 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 석유에테르, 1,4-디옥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 시클로헥산, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 트리플루오로아세트산, 아세트산, 포름산, 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 트리플루오로에탄, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올, 2,2,2-트리플루오로에탄올, 헥사플루오로아세톤, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 디메틸설폭시드, 피리딘, 아세토니트릴, 트리메틸아민, 트리에틸아민 및 트리부틸아민을 들 수 있다. 유기 용매는 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 중합개시제의 예로서는, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 1,4-시클로헥산디아민, 1,2-시클로헥산디아민, o-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 톨루엔-2,4-디아민, 4,4'-디페닐메탄디아민, 이소포론디아민 등의 일급 디아민; 메틸아민, 에틸아민 및 1-프로필아민 등의 일급 모노아민; 메탄올아민, 에탄올아민 및 디에탄올아민 등의 알코올아민; 디메틸아민, 디에틸아민 및 디프로필아민 등의 이급 아민; N,N-디메틸에틸렌디아민 및 N,N-디메틸-1,3-프로판디아민 등의 일급 삼급 디아민; 트리메틸아민, 트리에틸아민 및 트리부틸아민 등의 삼급 아민; 폴레에테르디아민 및 폴리에스테르디아민 등의 아미노기 함유 폴리머; 메탄올 및 에탄올 등의 일급 알코올; 이소프로판올 등의 이급 알코올; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올 및 헥사메틸렌글리콜 등의 글리콜류; 폴리에테르디올 및 폴리에스테르디올 등의 수산기 함유 폴리머; 티올류 등을 들 수 있다. 중합개시제는 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 촉매의 예로서는, 염산, 황산, 질산, p-톨루엔술폰산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 나트륨메톡시드, 나트륨t-부톡시드, 칼륨메톡시드, 칼륨t-부톡시드, 시안화칼륨, 이산화탄소, 티탄(IV)테트라이소프로폭시드, 1,3-치환형 테트라알킬디스타노옥산주석(IV) 착체, 테트라시아노에틸렌, 4-디메틸아미노피리딘 및 디페닐암모늄트리플레이트-트리메틸실릴클로리드를 들 수 있다. 촉매는 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

촉매량은 반응에 따라 적절히 설정되나, 일반적으로는, 적절한 반응 시간을 실현하고, 반응 후의 촉매 제거가 곤란하게 되지 않는 범위에서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대, 사용하는 아미노산 무수물의 몰수에 대하여 0.0001~1 당량, 바람직하게는 0.01~0.75 당량, 보다 바람직하게는 0.1~0.5 당량으로 할 수 있다.

원료가 되는 알코올의 양은, 반응에 따라 적절하게 설정되는데, 일반적으로는, 측쇄의 변환이 충분히 행해지고, 미반응 알코올의 제거가 곤란하게 되지 않는 범위에서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대, 폴리α-아미노산의 글루타민산 단위에 대하여 0.01~50 당량, 바람직하게는 0.1~25 당량, 보다 바람직하게는 0.15~20 당량으로 할 수 있다.

압전성을 나타내는 유기 재료를 도체부끼리의 사이의 간극에 충전하거나 또는 공극이 존재하도록 배치하는 방법으로서는, 예컨대, 도 4의 (a), (b)에 도시하는 것과 같이, 기판(2) 상에 도체부(2a)나 그것에 접속된 배선 회로(도시하지 않음)를 형성하고, 그 위에 관통 구멍(3a)를 갖는 스페이서(3)를 더 적층하고, 그 관통 구멍 내의 바닥면에 도체부(2a)의 상면을 노출시켜 놓고, 이 상태에서, 압전성을 나타내는 유기 재료(상기 폴리α-아미노산 등)를 함유하는 잉크(또는 페이스트)(4a)를 인쇄법에 의해서 관통 구멍(3a) 내에 주입한다고 하는 방법이 예시된다.

도 4의 (a), (b)는 스크린 인쇄에 의한 충전예를 도시하는 모식도이며, 스크린(P)에 형성된 투과구(P1)가, 스페이서(3)에 형성된 관통 구멍(3a)의 개구에 위치 맞춤되고, 스키지(Q)가 화살표 방향으로 이동하여 스크린을 문지르고, 스크린(P)의 잉크(4a)가 투과구(P1)를 통과하여, 바로 아래의 관통 구멍(3a) 내에 밀려 들어가 있다. 동 도면에서의 파선 P2는 스크린의 메쉬를 시사하고 있으며, 투과구(P1) 내에 노출되어 있다.

도 4(a)의 양태에서는, 스크린(P)에 형성된 투과구(P1)의 형상이, 스페이서(3)에 형성된 관통 구멍(3a)의 개구 형상과 일치하고 있고, 관통 구멍 내 전체에 잉크(4a)가 충전되어 있다. 이 위에 도체부를 갖는 기판이 적층되면, 도 1(a)에 도시하는 멤브레인 스위치를 얻을 수 있다.

또한, 도 4(b)의 양태에서는, 스크린(P)에 형성된 투과구(P1)의 형상이, 스페이서(3)에 형성된 관통 구멍(3a)의 개구 형상보다도 작고, 도체부(2a) 상면의 특정 영역에만 잉크(4a)가 충전되어 있다. 이 위에 도체부를 갖는 기판이 적층되면, 도 1(c)에 도시하는 것과 같이, 도체부끼리의 사이의 특정 영역(예컨대, 중앙 영역)에만 압전성을 나타내는 유기 재료가 충전된 멤브레인 스위치를 얻을 수 있다.

인쇄 방법은, 상기 스크린 인쇄뿐만 아니라, 그라비아 인쇄, 오프셋, 플렉소 인쇄, 잉크젯 인쇄 등이라도 좋다. 또한, 마이크로 콘택트 프린팅이나 마이크로 몰딩 등, 소프트 리소그래피라고 불리는 기법도 인쇄법에 포함된다.

인쇄에 의해서 관통 구멍 내에 압전성을 나타내는 유기 재료를 주입한다고 하는 방법은, 비용, 막 두께 제어 등의 관점에서는 바람직한 방법이다.

또한, 인쇄 이외에 공극에 압전 재료를 주입하는 방법으로서는 성형·절단한 유기 압전 재료를 접착제·접착 필름을 통해 접합하거나, 열압착하거나 하는 방법, 용융시킨 것을 주입하는 방법 등을 들 수 있다.

상기 인쇄법에 폴리α-아미노산 함유 잉크를 이용하는 경우, 잉크에 사용되는 유기 용매로서는 다양한 것을 사용할 수 있으며, 예컨대, 클로로포름, 디클로로메탄, 염화메틸렌, 트리클로로에틸렌, 이염화에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 클로로벤젠 등의 클로로탄화수소계 용매, 퍼플루오로-tert-부탄올, 헥사플루오로-2-메틸이소프로판올, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로판올 등의 불소 함유 분기 알코올계 용매, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 함질소 극성 용매, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 아세토페논, 시클로헥사논 등의 알킬케톤계 용매, 안식향산메틸, 안식향산에테르, 안식향산부틸 등의 안식향산에스테르계 용매, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 용매 나프타 등의 방향족 탄화수소계 용매, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 등의 글리콜에테르계 용매, 메틸셀로솔브아세테이트, 메톡시프로필아세테이트, 카르비톨아세테이트, 부틸카르비톨아세테이트 등의 글리콜에스테르계 용매, 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필에테르, 테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,3-디옥솔란, 메틸t-부틸에테르 등의 에테르계 용매, 디메틸술폭시드, 디메틸술폰 등의 술폭시드·술폰계 용매, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 페놀, 크레졸, 폴리에틸렌글리콜 등의 알코올·페놀계 용매, 노르말헥산, 시클로헥산, 노르말헵탄, 이소옥탄, 노르말데칸 등의 탄화수소계 용매 등을 들 수 있다.

유기 용매는 1종의 용매를 단독으로 사용하여도, 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다.

바람직하게는, 함질소 극성 용매, 탄화수소케톤계 용매, 안식향산에스테르계 용매, 방향족 탄화수소계 용매, 글리콜에테르계 용매, 글리콜에스테르계 용매에서 선택되는 1종 이상이다. 또한, 일반적으로 인쇄법에서는 인쇄 중에 잉크가 말라 점도가 변화되는 것을 피하기 위해서 비점이 150℃ 이상인 용제를 이용하는 것이 바람직하다.

폴리α-아미노산 함유 잉크 중 폴리α-아미노산의 농도는 균일한 제막을 달성할 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 1~50 중량%가 바람직하고, 40~50 중량%가 보다 바람직하다.

바람직한 압전성을 얻기 위해서는, 폴리α-아미노산 함유 잉크 중에는, 폴리α-아미노산의 합성에 사용된 촉매(예컨대, p-톨루엔술폰산 등, 상술한 촉매를 들 수 있음)가, 폴리α-아미노산 함유 잉크 중에 실질적으로 포함되지 않는 것이 바람직하다. 잔류 촉매의 농도는 6.0 중량% 이하가 바람직하고, 1.0 중량% 이하가 보다 바람직하고, 0.5 중량% 이하가 더욱 바람직하고, 0.1 중량% 이하가 특히 바람직하다.

압전성을 나타내는 유기 재료를 도체부끼리의 사이의 간극에 충전하거나 또는 공극이 존재하도록 배치하는 다른 방법으로서는, 압전성을 나타내는 유기 재료로 이루어지는 필름을 소정의 외형 및 소정의 두께로 형성하여, 접착제층을 통해 도체층에 첨부한다고 하는 방법을 들 수 있다.

본 발명의 멤브레인 스위치는, 본 발명의 효과가 발휘되는 범위에서, 상술한 것 이외의 다른 부재를 임의로 부가할 수 있다. 예컨대, 한쪽의 기판의 외면에 표면용 필름을 더 적층하고, 다른 쪽의 기판의 외면에 이면용 필름을 더 적층하는 양태나, 외계로부터의 노이즈를 차단하는 실드용의 도체층을 한쪽 또는 양쪽의 기판의 외면에 부여하는 양태를 들 수 있고, 각 층끼리의 사이에는 접착제층을 적절하게 개재시킬 수 있다.

또한, 가식층(加飾層)을 형성하여 표면을 그 용도에 따라 데코레이션하거나, 밀봉층을 설치하여 내구성의 향상을 노리거나, 접착층을 더 형성해 두고서, 본 발명의 멤브레인 스위치를 이용한 다양한 제품의 조립 등에, 그 접착층을 이용하여도 좋다.

본 발명의 멤브레인 스위치는 다양한 센서와 조합하여 사용할 수 있다. 예컨대 온도, 가속도, 방사선 등의 센서와 조합하면, 복수의 정보를 동시에 센싱하는 것이 가능하게 되는데다, 온도 등의 정보를 본 발명 스위치의 출력의 보정에 이용할 수도 있다.

본 발명의 멤브레인 스위치를 다양한 물품에 적용함으로써, 즉, 상기 멤브레인 스위치를 다양한 물품의 표층을 따라서 배치(표면에 나타나는 배치, 표면에 나타나지 않는 배치를 포함함)함으로써, 외부로부터 가해진 압력에 따른 신호를 발하는 기능이 부여된 물품을 얻을 수 있다. 또한, 압전성을 나타내는 부분의 재료로서 상기 유기 재료를 이용하고 있기 때문에, 기존의 스위치나 센서와 비교하면 저렴하고 대면적의 작성이 가능하게 된다.

이것은, 기존의 키보드, 마우스, 터치 패널, 마이크 등과는 달리, 완전히 새로운 형태의, 사람과 컴퓨터의 인터페이스가 될 수 있어, 폭넓은 용도에서의 응용이 기대된다.

예컨대, 로봇의 표면에 사용하면, 무엇인가가 닿았다는 것이나 닿은 세기에 따른 각 부의 신호를 얻을 수 있기 때문에, 상기 로봇에 촉각을 부여할 수 있는 인공 피부가 된다. 스마트폰이나 태블릿 단말, PC 본체에 있는 터치 패널 대신으로 사용하면, 기존의 터치 패널에서는, 터치하고 있는 X와 Y의 좌표밖에 신호로서 얻을 수 없지만, 본 발명의 멤브레인 스위치를 이용하면 터치하고 있는 세기를 신호로서 컴퓨터에 전할 수 있다.

또한, 베드, 매트, 의자(소파, 차 좌석, 탈것(자동차, 철도차량, 항공기 등)의 좌석부도 포함함) 등의 하중을 받는 부분의 표층을 따라서 상기 멤브레인 스위치를 배치하면, 사용자로부터 받는 하중의 분포에 따른 각 부의 신호를 얻을 수 있기 때문에, 면내의 분포 하중을 가시화할 수 있게 되어, 체압의 측정이 가능하게 되어 욕창의 방지 등이 가능하게 된다. 또한, 압력 센서의 숫자를 해석함으로써 맥박이나 호흡 등을 센싱하는 것이 가능하게 되어 몸 상태 등을 데이터화할 수 있게 된다.

상기한 것과 같은 용도를 위해서, 외부 기기로서, 표시 장치, 프린터, 입력 장치 등을 갖춘 컴퓨터와 적절하게 접속하여도 좋다.

이하에 보다 구체적인 응용예를 든다.

베드, 매트, 의자, 시트 등의 지지체면에, 미소 진동을 검출하는 센서 소자를 복수 배치하여, 생체의 맥박(심박), 호흡, 체동 등의 생체 신호의 강도 분포를 측정하는 다양한 측정 장치가 알려져 있다. 본 발명의 멤브레인 스위치는, 이러한 측정 장치에 있어서 베드 등에 배치되는 하나 이상의 센서 소자를 대신하는 것으로 이용하여도 좋다. 각 센서 소자 대신에 이용한 상기 멤브레인 스위치로부터 얻어지는 신호는, 적절하게 전압 변환, 디지털 변환을 하여, 생체 신호로서 처리를 하면 된다. 또한, 상기 멤브레인 스위치의 출력으로부터 소정 주파수 대역의 생체 신호를 추출하기 위한 필터나, 각 스위치 부분마다의 생체 신호의 강도치를 연산하는 연산부를 적절하게 설치하고, 상기 멤브레인 스위치에 포함되는 각 스위치 부분의 배치와 상기 강도치를 대응시켜, 강도 분포를 생성하여도 좋다.

상기한 것과 같은 베드나 의자는 소파베드나 병원의 베드와 같이, 자세 변경식 (평탄한 베드에서 등받이부 등을 갖는 형태로 절곡되어 변경할 수 있는 구성)으로 하여도 좋다. 또한, 그 경우, 각각의 자세에 따라서, 복수 설치된 각 스위치 부분으로부터 얻어지는 생체 신호에 가중을 하면, 상기 생체 신호를 보다 정밀도 좋게 추출할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 멤브레인 스위치를 센서 소자 대신으로 이용하는 경우에는, 다양한 신호 처리를 적절하게 가하여도 좋다.

또한, 심박이나 맥박에 관한 진동 신호는 미소하기 때문에, 외부로부터의 진동 노이즈에 의해서, 심박의 검출이 곤란한 경우가 있다. 이러한 문제에 대하여, 본 발명에 의한 멤브레인 스위치의 각 스위치 부분을, 2 이상 베드 등에 배치하여, 생체 진동을 모든 각 스위치 부분에서 검지하는 구성으로 한다. 이 때, 진동 노이즈도 각 스위치 부분에 의해서 진동 요소로서 검출된다. 그러나, 호흡, 심박, 체동의 생체 진동은, 모든 센서 소자에서 동일한 타이밍이기 때문에, 각 센서 소자부터의 공통 정보인 호흡, 심박, 체동의 발생 타이밍을 봄으로써, 외부로부터의 진동 노이즈를 연산에 의해 효과적으로 배제할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명을 압력 센서 대신에 이용함으로써, 베드, 매트, 시트 등의 지지체면에 분포되는 생체 신호의 강도 분포를 바람직하게 측정할 수 있는 장치를 얻을 수 있다.

또한, 족압 측정 시트(발바닥의 어느 영역 부분이 어느 정도의 하중을 지면에 전하고 있는지를 측정하는 시트), 치아 맞물림 측정기(위아래의 이 사이에 끼우고서 씹음으로써, 어떤 이가 어느 정도의 압축 하중을 대상물에 작용시키고 있는지를 측정하는 시트) 등, 상기 멤브레인 스위치의 시트형의 형태를 그대로 이용하여 물품을 구성함으로써, 시트형의 압력 측정기를 구성하는 것이 가능하게 된다.

어느 경우나, 상기 멤브레인 스위치를 시트형의 감압 헤드부로서 기능하도록 이용하고, 외부의 계측 장치에 의해서 각 도체부 사이의 전류의 변화나 정전 용량의 변화를 측정할 수 있도록 구성하면 된다.

더욱이, 본 발명의 멤브레인 스위치는, 압전식 가속도 센서, 자이로 센서 등, 압전 소자를 이용하는 것이 알려져 있는 각종 센서에, 압전 소자의 대체품으로서 이용할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 멤브레인 스위치를 다양한 물품의 표층을 따라서 배치(표면에 나타나는 배치, 표면에 나타나지 않는 배치를 포함함)함으로써, 외부로부터 가해진 압력에 따라서 생기는 전압 등을 이용한 발전 장치, 에너지 하베스팅 장치(미소한 에너지를 모아 전력 등으로 하는 장치) 등의 물품도 얻어진다.

또한 본 발명의 멤브레인 스위치를 다양한 물품의 표층을 따라서 배치(표면에 나타나는 배치, 표면에 나타나지 않는 배치를 포함함)함으로써, 외부로부터 가해진 전압 등의 전기 신호에 따라서 생기는 구동력 등을 이용한 액츄에이터 등의 물품도 얻어진다.

본 발명의 멤브레인 스위치에는, 에너지 하베스팅 등 종래의 멤브레인 스위치의 연장에서는 생각할 수 없었던 용도도 기대된다. 본 발명의 멤브레인 스위치에서 발생한 전하를 정류 회로에 통과시킨 후 콘덴서 등에 축전하면, 그 에너지를 이용할 수 있게 된다. 축적된 전기 에너지는, 상기 멤브레인 스위치에 접속되는 각종 회로를 구동하기 위한 전원으로서 이용 가능하며, 외부 전원, 전지가 불필요한 자기 발전형 센서를 구성할 수 있게 된다. 또한, 상기 멤브레인 스위치와 조합하여 사용되는 각종 센서의 전원으로서도 이용이 가능하다.

이하에 실험예 등을 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위는 이하의 실험예 등에 한정되는 것은 아니다.

실시예

이하, 실시예를 기재하여 본 발명을 보다 자세히 설명하지만, 본 발명은 이하에 기재한 실시예의 의해 한정되는 것은 아니다.

[폴리α-아미노산의 합성]

합성예 1: γ-메틸-L-글루타민산/γ-헥실-L-글루타민산 공중합체의 합성

(단계 1) 폴리-γ-메틸-L-글루타민산의 합성

1,2-디클로로에탄 410 ml(간토가가쿠사 제조)에 N-카르복시-γ-메틸-L-글루타민산 무수물(54.92 g, 293.45 mmol)을 넣은 후, 0℃까지 냉각하고, 개시제로서 N,N-디메틸-1,3-프로판디아민(366 μl, 2.93 mmol, 간토가가쿠사 제조)을 가하고, 25℃에서 하루 동안 교반을 하여, 폴리-γ-메틸-L-글루타민산을 얻었다. 하기의 방법(측정법 1)으로 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 중량 평균 분자량(Mw)은 1.9×10⁴였다.

(단계 2) 폴리-γ-메틸-L-글루타민산의 측쇄 치환 반응(에스테르 교환 반응)

상기에서 조제한 폴리-γ-메틸-L-글루타민산 9.3 g을 1,2-디클로로에탄 45 ml에 용해시키고, 1-헥산올(16 ml, 130.00 mmol, 도쿄가세이고교사 제조) 및 p-톨루엔술폰산1수화물(1.24 g, 6.50 mmol, 도쿄가세이고교사 제조)을 가하고, 80℃에서 하루 동안 교반하여 에스테르 교환 반응을 하여, γ-메틸-L-글루타민산/γ-헥실-L-글루타민산 공중합체를 얻었다. 얻어진 공중합체에 관해서, 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 에스테르 교환 반응 후의 중합체의 조성을 측정했다.

합성예 2~3, 5~6, 8~13: 각종 폴리α-아미노산의 합성

합성예 1과 같은 방법에 의해, 폴리-γ-메틸-L-글루타민산을 얻은 후, 1,2-디클로로에탄에 용해시키고, 표 1(도입 알코올의 란)에 기재하는 알코올을 폴리-γ-메틸-L-글루타민산의 글루타민산 단위에 대하여 적량 가하고, 촉매량의 p-톨루엔술폰산1수화물을 가하여, 1~5일간 교반을 하는 순서에 의해, 각종 폴리α-아미노산(공중합체)을 얻었다. 얻어진 공중합체에 관해서, 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 에스테르 교환 반응 후의 중합체의 조성을 측정했다.

합성예 4: γ-벤질-L-글루타민산/γ-도데실-L-글루타민산 공중합체의 합성

(단계 1) 폴리-γ-벤질-L-글루타민산의 합성

1,2-디클로로에탄 265 ml(간토가가쿠사 제조)에 N-카르복시-γ-벤질-L-글루타민산 무수물(44.2 g, 167.98 mmol)과 개시제로서 N,N-디메틸-1,3-프로판디아민(208.2 μl, 1.68 mmol)을 가하고, 25℃에서 3일간 교반을 하여, 폴리-γ-벤질-L-글루타민산을 얻었다. 하기의 방법(측정법 1)으로 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 중량 평균 분자량(Mw)은 2.2×10⁴였다.

(단계 2) 폴리-γ-벤질-L-글루타민산의 측쇄 치환 반응(에스테르 교환 반응)

상기에서 조제한 폴리-γ-벤질-L-글루타민산(10 g, 45.6 mmol)을 1,2-디클로로에탄 170 ml에 용해시키고, 1-도데칸올(10.2 ml, 45.6 mmol, 도쿄가세이고교사 제조) 및 p-톨루엔술폰산1수화물(2.6 g, 13.68 mmol)을 가하고, 65℃에서 하루 동안 교반을 하여, γ-벤질-L-글루타민산/γ-도데실-L-글루타민산 공중합체를 얻었다. 얻어진 공중합체에 관해서, 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 에스테르 교환 반응 후의 중합체의 조성을 측정했다.

합성예 7: γ-벤질-L-글루타민산/γ-2-노르보닐메틸-L-글루타민산 공중합체의 합성

합성예 4와 같은 방법에 의해 폴리-γ-벤질-L-글루타민산을 얻은 후, 1,2-디클로로에탄에 용해시키고, 폴리-γ-벤질-L-글루타민산의 글루타민산 단위에 대하여, 당량의 노르보르난-2-메탄올(도쿄가세이고교사 제조)과 촉매량의 p-톨루엔술폰산1수화물을 가하고, 65℃에서 4일간 교반을 하여, γ-벤질-L-글루타민산/γ-2-노르보닐메틸-L-글루타민산 공중합체를 얻었다. 얻어진 공중합체에 관해서, 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 에스테르 교환 반응 후의 중합체의 조성을 측정했다.

합성예 14: γ-메틸-L-글루타민산/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 공중합체의 합성

1,2-디클로로에탄 130 ml에 N^α-카르복시-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 무수물(4.02 g, 13.12 mmol) 및 N-카르복시-γ-메틸-L-글루타민산 무수물(2.46 g, 13.12 mmol)을 넣고, 개시제로서 N,N-디메틸-1,3-프로판디아민(32.78 μl, 0.262 mmol)을 가하고, 25℃에서 하루 동안 교반을 하여, γ-메틸-L-글루타민산/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 공중합체를 얻었다. 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 공중합체의 조성을 측정했다.

합성예 15~18: 각종 코폴리머의 합성

합성예 14와 같은 식으로 하여, 1,2-디클로로에탄에 표 2에 기재하는 2종의 N-카르복시-L-아미노산 무수물(성분 A, 성분 B)을 등몰씩 넣고, 개시제로서 N,N-디메틸-1,3-프로판디아민을 아미노산 무수물에 대하여 1/100 당량분 가하고, 2~3일간 교반을 하여, 각종 폴리아미노산 공중합체를 얻었다. 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 공중합체의 조성을 측정했다.

합성예 19: γ-메틸-L-글루타민산(68%)-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 블록(32%) 공중합체 합성

1,2-디클로로에탄 20 ml에 N-카르복시-γ-메틸-L-글루타민산 무수물(5.00 g, 26.72 mmol)을 넣은 후, 0℃까지 냉각하고, 개시제로서 N,N-디메틸-1,3-프로판디아민(66.80 μl, 0.534 mmol)을 가하여, 25℃에서 하루 동안 교반을 한 후, 다시 0℃까지 냉각하여, 1,2-디클로로에탄 20 ml을 가한 후, N^α-카르복시-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 무수물(4.09 g, 13.36 mmol)을 첨가하고, 25℃에서 하루 동안 교반을 하여, γ-메틸-L-글루타민산-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 블록 공중합체를 얻었다. 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 공중합체의 조성을 측정했다.

합성예 20: γ-메틸-L-글루타민산(41%)-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신(18%)-γ-메틸-L-글루타민산(41%) 블록 공중합체의 합성

합성예 19와 같은 식으로 하여, γ-메틸-L-글루타민산-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 블록 공중합체를 얻은 후, 다시 0℃까지 냉각하여, 1,2-디클로로에탄 10 ml을 가한 후, N-카르복시-γ-메틸-L-글루타민산 무수물(5.00 g, 26.72 mmol)을 첨가하고, 25℃에서 2일간 교반을 하여, γ-메틸-L-글루타민산-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신-γ-메틸-L-글루타민산 블록 공중합체를 얻었다. 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 공중합체의 조성을 측정했다.

합성예 21: γ-벤질-L-글루타민산(50%)-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신(50%) 블록 공중합체(저분자량체)의 합성

1,2-디클로로에탄 10 ml에 N-카르복시-γ-벤질-L-글루타민산 무수물(1.00 g, 3.80 mmol)을 넣은 후, 0℃까지 냉각하고, 개시제로서 N,N-디메틸-1,3-프로판디아민(9.56 μl, 0.076 mmol)을 가하여, 25℃에서 하루 동안 교반을 한 후, 다시 0℃까지 냉각하여, N^α-카르복시-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 무수물(1.16 g, 3.80 mmol)을 첨가하고, 25℃에서 하루 동안 교반을 하여, γ-벤질-L-글루타민산-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 블록 공중합체(저분자량체)를 얻었다. 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 공중합체의 조성을 측정했다.

합성예 22: γ-벤질-L-글루타민산(53%)-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신(47%) 블록 공중합체(고분자량체)의 합성

1,2-디클로로에탄 10 ml에 N-카르복시-γ-벤질-L-글루타민산 무수물(1.00 g, 3.80 mmol)을 넣은 후, 0℃까지 냉각하고, 개시제로서 N,N-디메틸-1,3-프로판디아민(0.48 μl, 3.8 ㎛ol)을 가하여, 25℃에서 하루 동안 교반을 한 후, 다시 0℃까지 냉각하여, N^α-카르복시-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 무수물(1.16 g, 3.80 mmol)을 첨가하고, 25℃에서 3일간 교반을 하여, γ-벤질-L-글루타민산-N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 블록 공중합체(고분자량체)를 얻었다. 하기의 방법(측정법 1)으로 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)을 측정했다. 또한, 하기의 방법(측정법 2)으로 공중합체의 조성을 측정했다.

[폴리아미노산의 물성 측정]

측정법 1: 중량 평균 분자량의 측정 방법

중량 평균 분자량(Mw)은 겔 침투 크로마토그래피(GPC)를 이용하여 측정했다. 구체적으로는, 분석 컬럼 장치(쇼와덴코사 제조, Shodex K-802 및 K-806M)를 GPC용 분석 장치(히타치사 제조, LaChrom Elite)에 부착하고, 별도 조제한 측정 용액을 10~80 μl 주입하여, 용리액 유속: 1 ml/분, 컬럼 유지 온도: 40℃의 조건으로 측정했다. 측정 용액은, 폴리아미노산 농도가 0.25~3.0%(w/v)가 되도록 클로로포름에 용해시킨 후, 필터 여과함으로써 조제했다. 얻어진 피크의 유지 시간과 별도 측정한 교정용 폴리스티렌(쇼와덴코사 제조, Shodex STANDARD SM-105)의 피크 유지 시간을 비교함으로써 중량 평균 분자량(Mw)을 산출했다.

측정법 2: 에스테르 교환 반응 후의 공중합체의 조성 측정 방법

샘플 십수 mg을 중클로로포름 혹은 중트리플루오로아세트산에 용해한 후, ¹H 핵자기 공명 스펙트럼(¹HNMR, BRUKER사, 400 MHz)을 분석하여, 에스테르 교환 전후 혹은 공중합시의 아미노산의 α 위치의 프로톤의 피크 면적을 비교함으로써 조성을 산출했다. 측정예를 이하에 기재한다.

γ-메틸-L-글루타민산/γ-헥실-L-글루타민산 공중합체의 조성 측정

합성한 공중합체 10 mg을 중트리플루오로아세트산에 용해하여, ¹HNMR을 측정한 바, 3.8 ppm 부근에 γ-메틸-L-글루타민산의 메틸기에 유래하는 피크가, 또한 4.7 ppm 부근에 γ-메틸-L-글루타민산 및 γ-헥실-L-글루타민산의 α 위치의 프로톤에 유래하는 피크가 검출되었다. 3.8 ppm 부근의 피크 면적을 A, 4.7 ppm 부근의 피크 면적을 B라고 하면 A/B=1.17이었다. 폴리-γ-메틸-L-글루타민산의 경우는, A/B=3.00이므로, 감소분만큼 헥실기로 치환되고 있다고 생각된다. 따라서, 헥실기의 함유율은, 1.83/3.00=0.61로부터 61%가 된다. 고로 공중합체의 조성은, γ-메틸-L-글루타민산(39%)/γ-헥실-L-글루타민산(61%)으로 된다.

γ-벤질-L-글루타민산/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 공중합체의 조성 측정

합성한 공중합체 10 mg을 중트리플루오로아세트산에 용해하여, ¹HNMR을 측정한 바, 5.1 ppm 부근에 N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신의 벤질기 및 γ-벤질-L-글루타민산의 벤질기에 유래하는 피크가, 또한 4.7 ppm 부근에 γ-벤질-L-글루타민산, 4.4 ppm 부근에 N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신의 α 위치의 프로톤에 유래하는 피크가 검출되었다. 5.1 ppm, 4.7 ppm, 4.4 ppm 부근의 피크 면적을 각각 A, B, C라고 하면 A/B=4.00, A/C=4.00, B/C=1.00이었다. B, C는 함께 프로톤 1개분의 면적을 나타내고 있기 때문에, 공중합체의 조성은 γ-벤질-L-글루타민산(50%)/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신(50%)으로 된다.

상기 2 예에 기재한 것과 같이, γ-메틸-L-글루타민산을 포함하는 경우는, 메틸기와 α 위치의 피크 면적, γ-벤질-L-글루타민산을 포함하는 경우는, 벤질기와 α 위치의 피크 면적을 비교함으로써 에스테르 교환 반응 후의 공중합체의 조성을 산출할 수 있다.

평가법 3: 압전성의 측정

합성예 1, 3, 4, 6, 7, 15, 19, 20, 21, 22의 폴리α-아미노산의 압전성을 확인했다.

전극으로서 ITO(산화인듐주석)을 증착한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 기판(두께: 125±5 ㎛, 세로: 18 mm, 가로: 12 mm) 상에, 압전체막으로서, 폴리α-아미노산 용액으로부터 적당한 용매를 사용하여, 캐스트법에 의해 폴리머 박막을 제작했다. 이 박막을, ITO 전극을 증착한 PET 기판으로 사이에 끼워넣음으로써 소자를 제작하고, 제작한 소자에 부하(약 6 kg)를 걸었을 때에 발현되는 기전력을, KEITHLEY사 제조의 소스 미터를 이용하여 실온(20℃)에서 측정했다.

한편, 사용한, 폴리-γ-메틸-L-글루타민산(Mw: 3.3×104), 폴리-γ-벤질-L-글루타민산(Mw: 3.8×104)은, 시그마알드리치사로부터 상업적으로 입수할 수 있다.

표 4로부터, 본원의 폴리아미노산은 압전성을 갖는 것이 드러났다.

[배합예 1: 폴리아미노산 잉크의 작성]

합성예 21에서 작성한 γ-벤질-L-글루타민산(50%)-Nε-벤질옥시카르보닐-L-리신(50%) 블록 공중합체를 과잉량의 에테르에 첨가하여 재침전을 하고, 침전을 진공 펌프로 밤새 건조를 했다. 얻어진 γ-벤질-L-글루타민산(50%)-Nε-벤질옥시카르보닐-L-리신(50%) 블록 공중합체의 고체 36 중량부, 실리카 입자 4 중량부, 카르비톨아세테이트 30 중량부, γ-부틸락톤 30 중량부를 아와토리렌타로 ARE-310(가부시키가이샤신키 제조)로 균일하게 될 때까지 5~30분 정도 교반했다. 이것을 3본롤로 혼합함으로써 폴리아미노산 잉크를 작성했다.

사용한 성분의 상세한 것은 다음과 같다.

실리카 입자: 닛폰아에로질 제조, 상품명 「RY-200」, 입자경 비표면적: 100 ㎡/g

카르비톨아세테이트(EDGAc): 간토가가쿠사 제조

γ-부틸락톤(GBL): 쥰세이가가쿠 제조

[제작예 1: 멤브레인 스위치의 제작]

이하의 제작법에 기초하여 도 1(a)에 도시하는 멤브레인 스위치를 제작했다.

두께 50 μ, 1 변 100 mm의 정방형의 폴리이미드 필름(도오레듀퐁가부시키가이샤 제조 「캡톤(등록상표) 200H」)을 기판으로서 이용하고, 그 기판의 면 위의 중앙에 도전성 은 페이스트(토요켐가부시키가이샤 제조 「RA FS 059」)를 이용하여, 하나의 정방형(1 변 25 mm)의 도체부와, 이 도체부에 접속된 폭 500 ㎛의 배선 회로를 형성했다. 보다 상세하게는, 상기 도전성 은 페이스트를, 스크린인쇄법을 이용하여 폴리이미드 필름 상에 도체부와 배선 회로를 그리도록 퇴적시키고, 150℃에서 5분간 건조한 후, 250℃에서 5분간 소성하여 도체층으로 했다. 소성 후의 도체부와 배선 회로의 각각의 두께의 실측치는 모두 8 ㎛였다.

상기한 기판은, 2장을 대향시키기 위해서, 하나의 샘플에 관해서 동일한 구성인 것을 2장 작성했다. 본 예에서는, 도체부와 배선 회로가 단순한 형상이기 때문에, 2장의 기판의 구성은 상호 동일하게 되어 있지만, 한쪽의 기판 상의 (도체부, 배선 회로)와, 다른 쪽 기판 상의 (도체부, 배선 회로)는, 맞췄을 때에 일치하도록 상호 경상적(鏡像的)으로 대응하는 관계에 있다.

상기 2장의 기판의 한쪽에, 도체부의 4 변과 병행하게 또한 상기 도체부의 바깥둘레부를 전체 둘레에 걸쳐 폭 1 mm만 덮도록, 점착제층을 갖는 폴리이미드 테이프(도오레듀퐁가부시키가이샤 제조 「캡톤테이프」, 두께 100 ㎛)를 4장 접착하여, 상기 도체부의 주위를 둘러싸 스페이서로 했다. 이것은, 스페이서를 별도의 부재로서 형성하여 접착하는 경우를 상정한 시작용(試作用)의 형성 방법이며, 관통 구멍을 프레스로 펀칭하는 경우를 모방한 것이다.

도체부의 외형이 1 변 25 mm의 정방형인 데 대하여, 4장의 폴리이미드 테이프에 의해서 둘러싸여 형성된 중앙의 관통 구멍의 개구 형상은, 1 변 23 mm의 정방형으로 되어 있다.

상기 기판의 스페이서의 상기 관통 구멍에, 상기 합성예 21에서 합성한 폴리아미노산 용액(용매: 1,2-디클로로에탄, 용액 농도 12.8%(w/w))을, 그대로 200 μL 적하하고, 상기 관통 구멍 내부를 상기 용액으로 충전하고, 상온에서 하루 건조하여 용제를 제거하여, 압전성을 나타내는 유기 재료의 층을 형성했다.

스페이서와 압전성을 나타내는 유기 재료를 형성한 기판 위에, 처음에 작성한 다른 쪽의 기판을 도체부가 아래가 되도록 겹치고, 기판의 바깥둘레부를 양면 점착 테이프로 고정하여, 본 발명의 멤브레인 스위치를 얻었다.

시험용으로서, 상기한 제조 순서로 동일한 구성의 샘플을 계 4개 제작했다.

한편, 합성예 1, 3, 4, 6, 7, 15, 19, 20, 22의 폴리아미노산 용액의 경우도, 제작예 1과 마찬가지로, 각각 표 5의 용액을 관통 구멍에 충전하여, 본 발명의 멤브레인 스위치를 얻는다.

[제작예 2: 멤브레인 스위치의 제작]

(상기판(제1 기판), 하기판(제2 기판)에 공통인 공정)

동박을 갖춘 폴리이미드(파나소닉가부시키가이샤 제조 「FELIOS 필름 25 ㎛-동박 9 ㎛」)에 드라이 필름 레지스트(니치고모톤가부시키가이샤 제조 「ALPHO NIT4015」)를 이용하여 서브트랙티브법으로 도체부(1 변 25 mm)와 배선 패턴을 형성했다.

드라이 필름 레지스트(니치고모톤가부시키가이샤 제조 「ALPHO NIT4015」)를 이용하여, 도체부의 표면 및 배선부의 단부(마지막에 커넥터부가 되는 장소) 이외를 도금용의 레지스트로서 덮고, 도체부 표면 및 배선부의 단부에 무전해 Ni 도금(두께 3 ㎛)을 실시하고, 또한 그 위에 전계 Au 도금(두께 0.03 ㎛)을 실시하여, 2층 구조의 도체부, 배선부를 얻었다.

드라이 필름을 박리한 후, 플렉시블 기판용의 솔더 레지스트 잉크(아지노모토파인테크노가부시키가이샤 제조 「AE-70-M11」)를 인쇄함으로써 스페이서를 작성했다(경화 후의 최종 두께가, 폴리이미드 기판의 상면에서부터 20 ㎛, Au층의 상면에서부터 8 ㎛가 되도록 재료를 배치했다).

또한, 상기 작성예 1과 마찬가지로, 도체부의 외형을 1 변 25 mm의 정방형으로 한 데 대하여, 레지스트 잉크로 둘러싸여 형성된 중앙의 관통 구멍의 개구 형상은, 1 변 23 mm의 정방형으로 했다. 즉, 상기 레지스트 잉크는, 도체부의 바깥둘레를 전체 둘레에 걸쳐 폭 1 mm만큼 덮고 있다.

레지스트 잉크는 100℃에서 30분 가열하여 용제를 휘발시켜 반경화 상태로 했다.

(하기판(제2 기판)만의 공정)

반경화한 레지스트 잉크로 형성한 개구 내에 배합예 1에서 작성한 폴리아미노산 잉크를 경화 후의 최종 두께가 10 ㎛가 되도록 스크린 인쇄로 형성했다. 이것을 150℃에서 30분 가열함으로써 폴리아미노산 잉크의 용제를 휘발시키는 동시에 레지스트 잉크의 본 경화를 했다.

(제1, 제2 기판의 접합)

상기 (상기판(제1 기판), 하기판(제2 기판)에 공통인 공정)에서 얻어진 제1 기판과, 상기 (하기판(제2 기판)만의 공정)에서 얻어진 제2 기판을, 열롤 라미네이터로 접합시켰다.

그 후, 양 기판의 각각의 배선을 도통시켜야 하는 부분에는, ACF를 개재시키고, 다리미를 이용하여 접합시켜, 양 배선끼리를 도통시켰다. 이것을 150℃에서 30분 가열함으로써, 반경화였던 제1 기판의 레지스트 잉크, ACF의 본 경화를 했다.

평가법 1: 멤브레인 스위치에 하중을 가하여 얻어지는 신호의 평가

탁상형 정밀 만능 시험기(가부시키가이샤시마즈세이사쿠쇼 제조 「AGS-X 시리즈」, 사용 로드셀 10 N)를 이용하여, 상기 제작예 1에서 얻어진 멤브레인 스위치의 4개의 샘플에 대하여, 각각 직경 20 mm의 원반을 통해 도체부의 중앙에 하중을 가하여, 하중의 증대에 따라 변화되는 도체부끼리의 사이의 정전 용량의 값을 측정했다.

정전 용량의 측정에서는, LCR 미터(아지렌트테크놀로지가부시키가이샤 제조 「4284A 프래시젼 LCR 미터」)를 이용하여, 측정 주파수 30 Hz로, 하중 0.5~7.5 N 사이에서 하중을 변화시켜 복수 점의 정전 용량을 측정했다.

[작성예 1]의 멤브레인 스위치에 대해서 가한 하중에 대한 정전 용량의 기울기를 최소제곱법으로 계산한 바 0.55 pF/N, 상관 계수를 계산한 바 평균 0.98이었다. 이에 의해, 정전 용량의 변화를 전기 신호로서 추출하면, 그 멤브레인 스위치에 작용한 힘과 강한 상관 관계를 갖는 신호를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 멤브레인 스위치는, 종래의 멤브레인 스위치와는 달리, 압력에 따른 신호를 얻을 수 있기 때문에, 키보드, 스위치 등에 새로운 기능을 부여할 수 있다.

또한, 매우 저렴하게 대면적의 압력 측정 기판을 공급할 수 있게 되기 때문에, 체압이나 족압 분포의 측정, 치과용의 압력 센서, 자동차 좌석의 인간 감지 센서, 호흡이나 맥박의 스캐너, 게임기나 스마트폰의 인터페이스, 완구용의 센서 등, 종래의 멤브레인 스위치와는 달리, 의료, 간병, 건강 관리에 있어서 민간용에서부터 산업용까지 폭넓은 분야에서의 이용이 기대된다.

또한 에너지 하베스팅 등 종래의 멤브레인 스위치의 연장에는 없는 새로운 용도도 기대된다.

1: 제1 기판, 1a: 제1 도체부, 2: 제2 기판, 2a: 제2 도체부, 3: 스페이서, 3a: 관통 구멍, 4: 압전성을 나타내는 유기 재료

Claims (30)

1. 제1 기판 상에 제1 도체부가 설치되고, 제2 기판 상에 제2 도체부가 설치되고, 상기 도체부끼리 상호 간극을 두고서 대향하도록, 제1 기판과 제2 기판이 스페이서를 통해 적층된 구조를 가지며,
   상기 간극에, 압전성을 나타내는 유기 재료가 충전되어 있거나, 또는
   상기 간극에, 압전성을 나타내는 유기 재료가, 그 유기 재료와 한쪽의 도체부의 사이에 공극이 존재하도록 배치되어 있는 멤브레인 스위치.
2. 제1항에 있어서, 제1 기판 상에 제1 도체부가 소정의 배열 패턴으로 복수 설치되고, 제2 기판 상에 제2 도체부가 상기 배열 패턴에 대응하는 배열 패턴으로 복수 설치되고,
   상기 복수의 도체부끼리 상호 간극을 두고서 대향하여 복수의 도체부 쌍이 배열된 구조가 되도록, 제1 기판과 제2 기판이 스페이서를 통해 적층되어 있고, 각 도체부 쌍의 도체부끼리의 사이의 간극에 압전성을 나타내는 유기 재료가 충전되어 있거나 또는 공극이 존재하도록 배치되어 있는 멤브레인 스위치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 도체부끼리의 사이의 간극이 스페이서에 의해서 외주가 둘러싸여 있는 멤브레인 스위치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서의 두께를 가지며 또한 상기 스페이서의 재료로 이루어지는 필름에 대한 펀칭 가공에 의해서 상기 스페이서가 형성된 것인 멤브레인 스위치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서가, 제1 기판의 주면 및 제2 기판의 주면 중 한쪽 또는 양쪽에, 절연 재료를 도공함으로써 형성된 것인 멤브레인 스위치.
6. 제5항에 있어서, 제1 기판 및 제2 기판 중 한쪽 또는 양쪽의 재료와 스페이서의 재료가 동일한 절연 재료인 멤브레인 스위치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 압전성을 나타내는 유기 재료가,
   (a) 자체 압전성을 갖는 유기 압전체,
   (b) 자체가 압전성을 갖는 유기 압전체를 모재로 하고, 그 내부에 자체가 압전성을 갖는 다른 재료로 이루어지는 필러가 분산됨으로써, 전체적으로 상기 모재 자체의 압전성과는 다른 압전성을 나타내는 유기 재료로 되어 있는 복합 재료, 또는
   (c) 압전성을 갖지 않는 유기 재료를 모재로 하고, 그 내부에 자체가 압전성을 갖는 재료로 이루어지는 필러가 분산됨으로써, 전체적으로 압전성을 나타내는 유기 재료로 되어 있는 복합 재료
   에서 선택되는 1종 이상의 것인 멤브레인 스위치.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 압전성을 나타내는 유기 재료가 폴리아미노산인 멤브레인 스위치.
9. 제8항에 있어서, 폴리아미노산이, 글리신, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 아르기닌, 아스파라긴, 아스파라긴산, 시스틴, 시스테인, 글루타민, 글루타민산, 히스티딘, 리신, 오르니틴, 세린, 트레오닌, 트립토판, 메티오닌, 페닐알라닌, 티로신 및 그 유도체에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산인 멤브레인 스위치.
10. 제8항에 있어서, 폴리아미노산이,
    하기의 식 (I)로 나타내어지는 단위,
    하기의 식 (II)로 나타내어지는 단위,
    하기의 식 (III)으로 나타내어지는 단위,
    하기의 식 (IV)로 나타내어지는 단위, 및
    하기의 식 (V)로 나타내어지는 단위
    에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산인 멤브레인 스위치.
    식 (I):
    

    

    
    (식에서, k는 1 또는 2의 정수, R¹은 C₁~C₈의 치환 혹은 비치환의 알킬기, 또는 할로겐 원자, 알콕시기 혹은 니트로기로 치환되어 있어도 좋은 벤질기를 나타낸다)
    식 (II):
    

    

    
    (식에서, k는 1 또는 2의 정수, R²는 C₃~C₁₆의 비치환 알킬기, 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자, C₃~C₁₂의 지환식 탄화수소기, C₁~C₆의 알콕시기, 시아노기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐기, 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알콕시기 혹은 치환기를 갖고 있어도 좋은 페닐알킬카르바메이트기로 치환된 C₁~C₆의 알킬기를 나타낸다. 단, R²는 식 (I)의 R¹과 동일한 기가 되는 일은 없다)
    식 (III):
    

    

    
    (식에서, R³은 메틸기, 벤질기 또는 -(CH₂)₄-NHX기(단, X는 할로겐 원자 혹은 C₁~C₆의 알콕시기로 치환되어 있어도 좋은 벤질옥시카르보닐기, 할로겐 원자로 치환되어 있어도 좋은 C₁~C₆의 알킬카르보닐기, 알릴옥시카르보닐기, 플루오레닐알콕시카르보닐기, C₁~C₆의 알킬기 혹은 니트로기로 치환되어도 좋은 벤젠술포닐기, 또는 C₁~C₆의 알킬옥시카르보닐기를 나타냄)을 나타낸다)
    식 (IV):
    

    

    
    (식에서, k는 1 또는 2의 정수, R⁴는 C₁~C₁₂의 알콕시기, 수소 원자의 일부 혹은 전부가 할로겐 원자로 치환된 C₁~C₁₂의 알킬기, 또는 C₁~C₁₂의 알킬카르보닐기를 나타내고, m개의 R⁴는 동일하더라도 다르더라도 좋다. l은 6~12의 정수, m은 1~3의 정수를 나타낸다)
    식 (V):
    

    

    
    (식에서, R⁵는, 수소 원자, 메틸기, -CH(OH)CH₃, C₃~C₄의 분기쇄상 알킬기, 또는 -(CH₂)_n-Z(단, n은 1~4의 정수, Z는 히드록시기, 머캅토기, 카르복시기, 메틸술파닐기, 아미노기, 치환 아릴기, 아미노카르보닐기, -NH-C(NH₂)=NH,
    

    

    
    또는
    

    

    
    를 나타냄)를 나타낸다)
11. 제10항에 있어서, 폴리α-아미노산이,
    (A) 식 (I)로 나타내어지는 1종 이상의 단위와,
    (B) 식 (II)로 나타내어지는 단위, 식 (III)으로 나타내어지는 단위 및 식 (IV)로 나타내어지는 단위에서 선택되는 1종 이상의 단위
    를 함유하는 폴리α-아미노산인 멤브레인 스위치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, R²가 C₆~C₁₆의 비치환 알킬기, 또는 수소 원자의 일부 혹은 전부가 불소 원자 혹은 노르보르닐기로 치환된 C₁~C₆의 치환 알킬기인 멤브레인 스위치.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, R²가 n-헥실기, n-도데실기, 2-노르보닐메틸기 또는 2,2,2-트리플루오로에틸기인 멤브레인 스위치.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, R³이 메틸기 또는 -(CH₂)₄-NHX 기(단, X는 벤질옥시카르보닐기를 나타냄)인 멤브레인 스위치.
15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, R⁴가 C₁~C₆의 알콕시기, 수소 원자의 일부 혹은 전부가 불소 원자로 치환된 C₁~C₁₂의 알킬기, 또는 C₃~C₉의 알킬카르보닐기인 멤브레인 스위치.
16. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, R⁴가 메톡시기, 부톡시기, 헥실옥시기, 트리플루오로메틸기, 또는 n-헥실카르보닐기인 멤브레인 스위치.
17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, R⁵가 수소 원자, 4-아미노부틸기, 4-히드록시벤질기, 아미노카르보닐에틸기, 또는 -(CH₂)₃-NH-C(NH₂)=NH인 멤브레인 스위치.
18. 제10항에 있어서, 폴리아미노산이, 글루타민산, 아스파라긴산, 리신 및 그 유도체에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산인 멤브레인 스위치.
19. 제10항에 있어서, 폴리아미노산이, 글루타민산메틸에스테르, 글루타민산벤질에스테르, 아스파라긴산벤질에스테르, Nε-카르보벤족시-L-리신에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 단위를 함유하는 폴리α-아미노산인 멤브레인 스위치.
20. 제10항에 있어서, 폴리α-아미노산이, γ-메틸-L-글루타민산/γ-헥실-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-도데실-L-글루타민산 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산/γ-도데실-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-2,2,2-트리플루오로에틸-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-2-노르보르닐메틸-L-글루타민산 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산/γ-2-노르보르닐메틸-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(p-메톡시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(p-헥실카르보닐페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(10-(p-메톡시페녹시)-1-데실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(p-부톡시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(p-헥실옥시페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/γ-(6-(3,5-비스(트리플루오로메틸)페녹시)-1-헥실)-L-글루타민산 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산/N^ε-벤질옥시카르보닐-L-리신 공중합체, γ-메틸-L-글루타민산/L-페닐알라닌 공중합체, γ-벤질-L-글루타민산/L-페닐알라닌 공중합체 및 γ-벤질-L-글루타민산/L-알라닌 공중합체에서 선택되는 1종 이상인 멤브레인 스위치.
21. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리α-아미노산이 랜덤 공중합체인 멤브레인 스위치.
22. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리α-아미노산이 블록 공중합체인 멤브레인 스위치.
23. 제10항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리α-아미노산의 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000~5,000,000인 것을 특징으로 하는 멤브레인 스위치.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 도체부끼리의 사이의 간극에 충전되거나 또는 공극이 존재하도록 배치되어 있는 유기 재료에 대하여, 그 도체부끼리의 사이에서의 전압 인가에 의한 분극 처리가 실시된 멤브레인 스위치.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 한쪽 또는 양쪽이, 가요성을 갖는 재료에 의해서 형성된 플렉시블 기판인 멤브레인 스위치.
26. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 기판, 제2 기판, 및 스페이서가 가요성을 갖는 재료에 의해서 형성된 것이며, 상기 멤브레인 스위치 전체가 가요성을 갖는 것인 멤브레인 스위치.
27. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 기판과 스페이서의 사이 및 제2 기판과 스페이서의 사이의 어느 한쪽 또는 양쪽에 접착제층이 개재하고 있는 멤브레인 스위치.
28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 도체부끼리의 사이의 간극에 충전되거나 또는 공극이 존재하도록 배치되어 있는 유기 재료와 상기 도체부의 사이에 접착제층이 개재하고 있는 멤브레인 스위치.
29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 도체부, 제2 도체부, 및 이들 도체부에 접속된 배선 회로가, 제1, 제2 기판면에 대한 인쇄에 의해서 형성된 것인 멤브레인 스위치.
30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 기재한 멤브레인 스위치가, 압력을 받는 물품의 표층을 따라서 배치되고, 그로써, 받는 압력에 따른 신호를 발하는 기능이 부여되어 있는 물품.

Images