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JP2002525564A - 力センサ - Google Patents

力センサ

Info

Publication number
JP2002525564A
JP2002525564A JP2000570541A JP2000570541A JP2002525564A JP 2002525564 A JP2002525564 A JP 2002525564A JP 2000570541 A JP2000570541 A JP 2000570541A JP 2000570541 A JP2000570541 A JP 2000570541A JP 2002525564 A JP2002525564 A JP 2002525564A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrodes
force sensor
sensor
layer
pressure
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.)
Pending
Application number
JP2000570541A
Other languages
English (en)
Inventor
ゼアバン，ボグダン
シュース，アロイゼ
フーゲンス，エマヌエル
Original Assignee
アイ．イー．イー．インターナショナル エレクトロニクス アンド エンジニアリング エス．エイ アール．エル．
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アイ．イー．イー．インターナショナル エレクトロニクス アンド エンジニアリング エス．エイ アール．エル． filed Critical アイ．イー．イー．インターナショナル エレクトロニクス アンド エンジニアリング エス．エイ アール．エル．
Publication of JP2002525564A publication Critical patent/JP2002525564A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/02—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch
    • H01H3/14—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch adapted for operation by a part of the human body other than the hand, e.g. by foot
    • H01H3/141—Cushion or mat switches
    • 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
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • 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
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • 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
    • 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

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  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 圧力センサの接触部材を伝導性材料で形成することによって、電極間の抵抗に対する接触部材の固有抵抗の影響を小さくする。 【解決手段】本発明は、伝導性材料で形成された第１の電極（２２）及び第２の電極（２４）を有し、それら二つの電極（２２，２４）が相互に離間された状態で第１の絶縁サポート（１２）上に配置されている力センサ（１０）に関する。本発明の特徴は、伝導性材料で形成された接触部材（２６）が二つの電極から所定距離をおいた状態でそれらに対向して配置され、前記接触部材（２６）は、力センサ（１０）に力が付与されたときに、前記電極（２２，２４）に対して押圧され、また、電極（２２，２４）の少なくとも一方には感圧材料（２８，３０）の層がコーティングされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、加えられた力に応じて変化する電気抵抗を使用するタイプの力セン
サに関する。
【０００２】 加えられる力に応じて電気抵抗が変化する力又は圧力のセンサはＦＳＲ（力感
知抵抗器）として知られており、センサの能動表面に加えられる力の直接測定を
可能にする。このようなセンサは、たとえば、ヨーロッパ特許公開公報第649518
号(EP-A-0649518)及び米国特許第4,314,227号(US-A-4,314,227)に開示されてい
る。それらは絶縁材料で形成された二つの柔軟なサポートシートを有している。
それらのシートは相互に対向状に配置され、その間に挟まれたセパレータによっ
て所定の距離をおいて離間されている。セパレータは、たとえば、両面接着バン
ドであり、センサの能動領域を少なくとも部分的に取り囲むように切断されてい
る。能動領域の内側において、一方のサポートシートには、伝導性材料で形成さ
れるとともに相互に離間された二つの電極構造体が設けられ、他方のサポートシ
ートには、感圧性の半導体又は抵抗体材料のコーティングが形成されている。半
導体又は抵抗体材料は、その層が押圧されたときに低下する内部抵抗を有するも
のでもよいし、表面上に微細突起を有していて、その層が伝導体上へ押圧された
ときにその層と伝導体との間の表面抵抗が低下するようになっているものでもよ
い。
【０００３】 圧力センサに圧力が加えられていないとき、半導体材料の層は二つの電極に接
触しておらず、したがって、二つの電極間の電気抵抗は極めて高い。逆に、セン
サに圧力が加えられているときには、二つのサポートシートは圧接され、圧力感
知層が二つの電極と接触する。これにより、二つの電極間に短絡が形成され、そ
の電気抵抗が加えられた圧力の値に逆比例して変化する。センサへの圧力が大き
ければ大きいほど、半導体層は大きく圧縮され、すなわち、電極に対して一層強
く接触するようになり、二つの電極間で測定される抵抗は一段と低下する。
【０００４】 したがって、これらの圧力センサでは、二つの電極間で測定される抵抗は各電
極と半導体層との間の表面抵抗と、それぞれの電極に対する二つの接触点との間
の半導体層の固有抵抗とから構成されている。センサへの圧力が大きければ大き
いほど、圧力感知層と電極との間の表面抵抗の低下が顕著になり、二つの電極間
の総抵抗値に対する固有抵抗の影響が一段と高くなる。
【０００５】 しかしながら、半導体又は抵抗体材料の固有抵抗はかなり高いので、たとえば
、層の厚さが変化すると、電極間の総抵抗値は大きく影響される。結果的に、こ
れらのセンサを製造する上で許容される公差は極めて限定的となり、そのため、
製造に手間がかかるとともにコスト高となる。 本発明の目的は、製造上の誤差の影響を受けにくい力のセンサを開発すること
である。
【０００６】 この目的は次のような力センサによって達成される。この力センサは、伝導性
材料で形成された第１の電極及び第２の電極を有し、それらの電極は相互に離間
された状態で第１の絶縁サポート上に配置されている。この発明によれば、伝導
性材料で形成された接触部材が二つの電極に対向するとともにそれらから所定距
離をおいて配置され、前記接触部材は、力センサに力が付与されたときに、前記
電極に対して押圧される。また、電極の少なくとも一方には感圧材料の層がコー
ティングされている。しかしながら、好ましい実施の形態においては、両方の電
極に感圧材料の層がコーティングされており、感圧材料の二つの層が相互に電気
的に絶縁されている。
【０００７】 接触部材の固有抵抗は感圧層と接触部材との間の表面抵抗よりもずっと小さく
、二つの電極間で測定される総抵抗はもはや接触部材の抵抗によって左右されな
い。したがって、製造時の誤差に起因する前記接触部材の抵抗の変動はもはや力
センサの特性に大きく影響することはない。結果的に、このようなセンサの製造
公差は厳格である必要はなく、製造速度を速くすることができる。さらに、仕様
に合致しないセンサが製造される可能性が著しく低下されるため、生産ラインの
生産性が向上する。
【０００８】 本発明によるセンサの別の利点は従来のセンサよりも良好なダイナミックレン
ジにある。実際、接触部材の抵抗が極めて低いため、所定の圧力変動に対する二
つの電極間の総抵抗の変動は従来のセンサに比べて大きい。 上記の利点に加えて、電極を被覆するために感圧層を使用されていることによ
って、前記電極の面が空気と接触しないように保護されている。これによって、
電極の使用中に電極が空気に触れて徐々に酸化することに起因する重大な問題の
発生が防止される。
【０００９】 感圧材料の層は、表面に微細突起を有し、層と接触部材との間の表面抵抗がそ
の層と接触部材との接触部に加えられる圧力とともに低下するような材料、又は
、内部抵抗が前記材料の圧縮に逆比例して変化する材料、又は、それら二つの組
み合わせである。これには、たとえば、半導体ポリマー又は伝導性エラストマが
含まれる。 好ましい実施の形態においては、それぞれの電極は主伝導性構造体から延びる
フィンガを有しており、それら二つの電極の前記フィンガはそれらが相互に噛み
合うように配置されている。このようなセンサは、感圧性材料の層と電極のフィ
ンガとの間に多くの接触点があることにより、極めて良好なダイナミックレンジ
を有する。 センサの別の実施の形態、特に、前記良好なダイナミックレンジが必須でない
用途においては、それぞれの電極は実質的にセンサの能動領域の周縁に配置され
た伝導体を有し、また、それぞれの電極を覆っている感圧材料の層は能動領域の
内部へ向かって延び、感圧材料の二つの層は能動面のほぼ中心を通過する隙間に
よって分離されている。このようなセンサでも従来のセンサと同程度のダイナミ
ックレンジは有している。一方、電極が十分に離間して配置されているため、製
造上の誤差に起因する電極間の短絡が従来のセンサに比べて著しく低減されてい
る。発生の可能性が予想される唯一の短絡は二つの感圧層間の短絡である。しか
しながら、感圧層間のこれらの短絡の固有抵抗は極めて高く、センサの動作閾値
を上回る値を有するため、これらの予想される短絡はセンサの正常機能を阻害す
ることはない。
【００１０】 これにより、仕様に合致しないセンサが製造される可能性をさらに低下させる
ことが可能になり、生産速度をさらに向上させることが可能になる。 センサのダイナミックレンジ及び感度を用途に応じた固有の要求に適合させる
ために、感圧材料の層は伝導性材料の混入物を有することが好ましい。前記伝導
性材料の混入物は感圧材料の層の固有抵抗を変化させるように配置される。これ
は、同一のサポート上に感度の異なる幾つかのセンサを形成する場合、特に、シ
ート上に相互に並べて配置された幾つかの力センサを有するシートオキュパンシ
ー検知器(seat-occupancy detectors)を製造する場合に非常に有用である。これ
によれば、感度を変更するために、異なる感圧性材料を使用することなく製造す
ることができる。混入物の数及び配置を適宜変更することによって、所望の感度
を達成することができる。
【００１１】 したがって、それぞれの力センサの感度はその種々のコンポーネントの幾何学
的配置を変更することによって調節可能である。このように、感度はすべての要
求に応じて幅広く適合させることができ、特に、容易に再現可能であり、換言す
れば、所望の感度の正確な再現が極めて容易である。さらに、セルの感度は感圧
材料の層の厚さとはほとんど無関係になり、それによって、センサの製造速度を
さらに向上させることができる。
【００１２】 伝導性材料の接触部材は、好ましくは、第２の可撓性のサポートに付与された
伝導性材料、たとえば、グラファイトの層である。第２のサポートは能動領域の
外側に配置されたセパレータによって前記第１のサポートから所定の距離をおい
て配置され、前記能動領域の内部においては、伝導性材料の層が前記電極に対向
している。前記セパレータは、好ましくは、前記第１の基板を前記第２の基板に
接着させる印刷可能な接着剤である。接着剤は、電極や感圧材料の層と同様に、
たとえば、スクリーン印刷又はスプレー印刷によって塗布可能ある。接着剤の印
刷及び二つのサポートの組み立ての後、接着剤が、たとえば、ベーキングによっ
て硬化される。
【００１３】 印刷可能な接着剤の使用により、特に、一つの基板上の一セットのセンサの製
造において、シートオキュパンシー検知器と同様に、力センサの設計の自由度が
大きく向上されている。実際、現在までは、両面接着バンドがセパレータとして
一般に使用されてきた。この接着バンドは、センサの組み立て後にその能動領域
に対応する場所において能動領域の形状の切除部を有するように、組み立て前に
切断される。組み立てられたセンサにおいて、能動領域と雰囲気とを連通させる
通気チャンバを形成して能動領域と雰囲気との間を等圧にするために、これらの
切除部は薄い切除部によって部分的に連結されていなくてはならない。この実施
形態は検知器の設計を厳しく制限することは明らかである。その理由は、検知器
の組み立て時に容易に操作できるように、セパレータに切除部を形成した後にお
いても、セパレータが単一ピースの状態を維持していなくてはならないからであ
る。さらに、その形状は保護シートが接着面から容易に除去可能なものでなくて
はならない。
【００１４】 単一又は複数の基板上の組み立て前に、セパレータがそれらの基板上に適当な
手法によって単純に印刷される場合には、セパレータの形状に対するそのような
全ての制限はもはや発生しない。
【００１５】 センサの全域にわたって二つのサポートの間隔を均一にするために、好ましく
は、二つの基板の所望の間隔にほぼ等しい直径のセパレータの粒子が前記印刷可
能な接着剤内に配置される。これらのセパレータ粒子は液体接着剤に混合してそ
れと一緒に塗布することも可能であるし、接着剤が塗布された後に接着剤中へ導
入することも可能である。
【００１６】 このように、上記の力センサは単一又は複数の力センサを有するシートオキュ
パンシー検知器の製造に特によく適している。これによれば、そのようなシート
オキュパンシー検知器を高い生産性で迅速に生産することが可能であり、製造ロ
スを低減することができる。その製造プロセスは検知器の設計上の束縛を大きく
低減するため、たとえば、切除による基板のロスを低く抑えるように適合させる
ことが容易である。 本発明の他の特徴は、添付の図面に基づいて以下に記載されている幾つかの実
施の形態の説明から明らかになるであろう。
【００１７】 本発明による力センサの好適な実施の形態が図１に横断面で示されている。力
センサ１０は、たとえば、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、ＰＥＩ、ＰＩ等のシートか
ら形成された第１の絶縁サポート１２及び第２のサポート１４を有する。これら
のサポートは相互に対向上に配置され、その間に挟まれたセパレータ１６によっ
て限定された所定の距離をおいて相互に離間されている。セパレータは両面接着
バンドであり、センサ１０の能動領域１８を少なくとも部分的に取り囲むように
切断されている。一方、好ましい態様においては、セパレータは、たとえば、ス
クリーン印刷やスプレーによって印刷可能な接着剤であり、二つのサポート１２
，１４を相互に接着させ、また、サポートシートの組み立ての前又は後において
硬化する。二つのサポートの間隔を均一にするために、二つのサポート１２，１
４の設定間隔にほぼ等しい直径を有するセパレータ粒子２０が接着剤中へ導入さ
れる。導入時期は、接着剤塗布の前又は後のいずれかである。
【００１８】 能動領域１８の内部においては、第１のサポートシート１２には伝導性材料、
たとえば、銀で形成された二つの電極構造体２２，２４設けられている。これら
の電極は相互に離間されており、好ましくは、サポート１２上にスクリーン印刷
によって印刷されている。第２のサポートシート１４には伝導性材料で形成され
た接触部材２６が設けられている。これは、たとえば、グラファイト又は金属の
単純な層であり、第２のサポート１４に対して印刷、積層又は埋め込まれている
。
【００１９】 センサにその能動領域に加えられた圧力に応じて変化する抵抗を付与するため
に、少なくとも一つのセンサ電極が感圧性の半導体又は抵抗体材料でコーティン
グされている。この半導体又は抵抗体材料は、その層が押圧されたときに低下す
る内部抵抗を有するものでもよいし、表面上に微細突起を有していて、その層が
伝導体上へ押圧されたときにその層と伝導体との間の表面抵抗が低下するように
なっているものでもよい。第１の場合、センサの感度は表面効果に依存し、第２
の場合には、それは体積効果に依存する。これには、半導体ポリマー又は伝導性
エラストマが含まれる。
【００２０】 図１及び図２に示されている実施の形態においては、二つの電極２２，２４に
はそれぞれ感圧性の半導体又は抵抗体材料の層２８，３０がコーティングされて
おり、これら二つのコーティング２８，３０は相互に電気的に絶縁されている。
【００２１】 力がセンサ１０の能動領域１８に付与されると、二つのサポートシート１２，
１４は相互に圧接され、伝導部材２６が二つの電極のコーティング２８，３０と
接触させられる。このようにして、二つの電極の間に電気的接触が形成され、そ
の抵抗は感圧層と接触部材との間の接触部における表面抵抗、又は層２８，３０
の半導体又は抵抗体材料の固有抵抗のいずれかに依存する。いずれの場合も、す
なわち、感圧材料がいずれのタイプであっても、加えられる圧力が増大すると、
その抵抗は低下する。
【００２２】 可能な別の形態においては、それぞれの電極は主伝導性構造体から延びるフィ
ンガを有しており、それら二つの電極のフィンガはそれらが相互に噛み合うよう
に配置されている。このようなセンサは、感圧性材料の層と電極のフィンガとの
間に多くの接触点があることにより、極めて良好なダイナミックレンジを有する
。 さらに別の形態が図２に示されている。図示されている二つのセンサはそのセ
ンサの能動領域の周縁に沿って配置された単純な伝導ラインの形態の電極２２，
２４を有する。これらの伝導ラインには伝導体が接続されている。これら伝導体
は、センサを制御ユニットに接続したり、そのセンサを別のセンサに直列又は並
列に接続したりするのに必要なものである。図２ａに示されているセンサにおい
ては、これらの伝導体はセンサの両側を越えて延びている。これは、このセンサ
が、シートオキュパンシー検知器において使用されるように、並列に接続された
幾つかのセンサから成るバンドの中心に配置されるセンサであるからである。図
２ｂに示されているセンサは、たとえば、そのようなバンドの端部に配置される
センサである。
【００２３】 この形態においては、電極を被覆している感圧材料の層２８，３０は能動表面
のほぼ中央を延びる隙間３６によって分断されている能動領域の内部へ向かって
延びている。したがって、有効接触面間の距離は極めて短く、電極を相互に近づ
ける必要がない。このように、電極はそれらの間にギャップを有しており、その
ギャップはフィンガを有するタイプのものよりも著しく大きい。これにより、製
造上の誤差に起因する電極間の直接短絡が著しく低減され、結果的に、仕様に合
わないセンサが製造される可能性が低下する。
【００２４】 形成される可能性のある唯一の短絡は二つの感圧層２８，３０の間の短絡であ
る。しかしながら、そのような感圧層の間の短絡の固有抵抗は極めて高く、セン
サの動作閾値を上回る値を有するため、これらの予想される短絡はセンサの正常
機能に影響を及ぼすことはない。
【００２５】 センサのダイナミックレンジ及び感度を所定の用途における固有の要求に適合
させるためには、感圧材料の層２８，３０は伝導性材料の混入物を有することが
好ましい。この混入物は、たとえば、銀又は他の金属の微細粒であり、これらは
電極伝導体と同時に印刷される。前記の伝導性材料の混入物３８は感圧材料の層
２８，３０の固有抵抗を変化させるように配置される。別の形態においては、金
属の微細粒及び電極は基板上に付着された金属層を化学エッチングすることによ
って同時に彫り込まれる。
【００２６】 このように感度を変化させることができることはシート上に相互に並べて配置
された幾つかの力センサを有するシートオキュパンシー検知器の製造上極めて有
用な利点である。このような検知器は図３に概略的に示されている。
【００２７】 それは面上に配置されるとともにそれらのサポートシート１２又は１４によっ
て接続された幾つかの力センサ１０を有している。それらがオキュパンシーを検
知する方法に応じて、個々のセンサ１０は並列に接続される場合もあるし、行及
び列に配置された多数の伝導体から成るマトリックス配列で接続されることもあ
る。
【００２８】 このような検知器の製造に際して、異なる個々のセンサ１０の電極がセンサを
相互に接続する伝導体及び接続端子４０と共に第１の基板シート上に印刷される
。必要に応じて、銀の微細粒３８が同時に印刷される。その後、感圧層が電極上
の適当な場所に印刷される。
【００２９】 この際、グラファイトの伝導部材が第２の基板シート上に印刷され、続いて、
セパレータとして使用される印刷可能な接着剤が塗布される。接着剤がセパレー
タ粒子を含んでいない場合には、これらは接着剤の塗布の直後に導入される。 その後、二つのサポートシートがその相対位置を調節しながら組み合わせられ
る。その際、第２のサポート上の接触部材が第１のサポート上の電極及び感圧層
に対して正確に対向するように調節される。最後に、完成した検知器がこのよう
に形成されたサンドイッチから切り出される。
【００３０】 別の極めて有用な製造方法においては、銀の電極及び伝導部材が同一の基板シ
ートの二つの隣接する領域上に同時に印刷される。これによって、印刷のための
余分な工程が削減される。第２の印刷段階においては、感圧層及び接着剤をその
後サポートシート上に印刷することが可能であり、感圧層は電極の領域の適当な
場所に印刷され、接着剤は伝導部材の領域の適当な場所に印刷される。最後に、
センサは二つの隣接する領域の分離線に沿ってその二つの領域を折り曲げること
によって組み立てられ、完成した検知器はこのサンドイッチから切り出される。
なお、サポートシートを分離線に沿って切断してから一方の領域を他方の領域上
に重ね合わせることも可能である。
【００３１】 単一のサポートシート上に形成されるセンサの層が全て印刷されることによっ
て、二つの領域において極めて正確な基準点を形成することが可能になる。これ
らの基準点は、その後において、二つのサポートシートの位置又はサポートシー
トの二つの領域の相対的な位置を調節するのに使用することもできる。これによ
って、二つのサポートシートの領域の組み立て精度（整合性）が著しく向上する
ため、センサの製造公差を大きく低下させることができる。結果的に、仕様に合
致しないセンサが製造される可能性が著しく低下し、生産ラインの生産性が向上
する。
【００３２】 留意されるべき点は、いずれの製造方法においても、本発明によるセンサは感
圧層の印刷品質の迅速かつ容易なオンライン制御を可能にしていることである。
この層が電極伝導体に印刷されることによって、印刷のための余分な工程を設け
なくても、サポートシート上にテスト領域を形成することが可能である。その場
合において、予め設定された形状及び面積を有する層が二つの伝導性セグメント
の間に印刷される。その後、二つの伝導性セグメントの間のこの層の抵抗の単一
測定のためのテストを実施することによって、感圧層が仕様に合致しているかど
うかを容易にモニタすることができる。シート上の幾つかの場所にこれらのテス
ト領域を形成することによって、同様に、シートの全面にわたってこの層の印刷
の均一性をモニタすることができる。このように、製造されるセンサでは、それ
らが最終的に組み立てられる前にその品質をモニタすることができる。
【００３３】 個々のセンサの感度を調節するために銀の微細粒３８を使用することによって
、異なる感圧材料を使用しなくても、異なる感度領域を有するシートオキュパン
シー検知器を製造することが可能になっている。実際、それぞれの力センサの感
度はそれぞれの感圧層における混入物３８の数や幾何学的配置を変更することに
よって調節可能である。
【００３４】 さらに、上記のように、接着剤の使用により、シートオキュパンシー検知器の
設計の自由度が向上している。検知器の切断において、検知器の形状を最適化す
ることによって、材料の損失を低減することができる。検知器のそのような形状
が図３に示されている。これは単一の基板シートから幾つかの検知器の形成を可
能にする一方、シート上に検知器を適正に配置することによって、切り屑の生成
を最小限にすることができる。隣接する検知器が相互に噛み合うような配置が図
４に例示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 力のセンサの好ましい実施の形態の横断面図である。
【図２】 力のセンサの二つの形態の第１の基板上における図である。
【図３】 シートオキュパンシー検知器の略平面図である。
【図４】 シートオキュパンシー検知器の製造時における配置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 力センサ １２ 第１のサポートシート １４ 第２のサポートシート １６ セパレータ １８ 能動領域 ２２，２４ 電極 ２６ 接触部材 ２８，３０ コーティング ３８ 微細粒
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年９月２３日（２０００．９．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 米国特許第4,314,227号によるセンサの実施の形態においては、それぞれの電
極は主伝導構造体から延びるフィンガを有し、二つの電極の前記フィンガはそれ
らが相互に噛み合うように配置されている。両電極には半導体材料の層がコーテ
ィングされ、一方、他のサポートシートには伝導性材料のコーティングが設けら
れている。このようなセンサは、伝導性材料のコーティングと二つの電極のフィ
ンガ上の間圧性材料の層との間に多くの接触点があるため、極めて良好なダイナ
ミックレンジを有する。一方、二つの電極のフィンガは交互に配置されているた
め、製造上の公差に関して問題を生じる。実際、二つの隣接するフィンガの間の
距離は小さいため、このタイプのセンサは、製造上の誤差に起因して、二つの電
極間に短絡を形成し、センサを使用不能にしてしまうことが多い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】 結果的に、これらのセンサを製造する上で許容される公差は極めて限定的とな
り、そのため、製造に手間がかかるとともにコスト高となる。 本発明の目的は、製造上の誤差の影響を受けにくい力のセンサを開発すること
である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 この目的は次のような力センサによって達成される。この力センサは、伝導性
材料で形成された二つの電極と、伝導性材料で形成された接触部材とを有し、二
つの電極は相互に離間された状態で第１の絶縁サポート上に配置され、前記二つ
の電極のそれぞれに感圧材料の層がコーティングされ、感圧材料の二つの層が相
互に電気的に絶縁され、接触部材は二つの電極から所定距離をおいて配置され、
前記接触部材は、力センサに力が付与されたときに、前記電極に対して押圧され
る。この発明によれば、それぞれの電極は実質的にセンサの能動領域の周縁に配
置された伝導体を有し、また、それぞれの電極を覆っている感圧材料の層は能動
領域の内部へ向かって延び、二つの感圧層は能動面のほぼ中心を通過する隙間に
よって分離されている。 このようなセンサは現時点で周知のセンサよりも若干小さいダイナミックレン
ジを有しているけれども、それほど良好なダイナミックレンジを必要としないた
いていの用途においては、そのダイナミックレンジは十分である。一方、電極は
十分に離間されて配置されているので、周知のセンサにおける場合と比較して、
製造上の誤差に起因する電極間の短絡が著しく低減されている。感圧層の間の短
絡が発生し得る唯一の短絡である。しかしながら、感圧層間のこれらの短絡の固
有抵抗は極めて高く、センサの動作閾値を上回る値を有するため、これらの予想
される短絡はセンサの正常機能を阻害することはない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】 結果的に、このようなセンサの製造公差は厳格である必要はなく、製造速度を
速くすることができる。さらに、仕様に合致しないセンサが製造される可能性が
著しく低下されるため、生産ラインの生産性が向上する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 上記の利点に加えて、電極を被覆するために感圧層を使用されていることによ
って、前記電極の面が空気と接触しないように保護されている。これによって、
電極の使用中に電極が空気に触れて徐々に酸化することに起因する重大な問題の
発生が防止される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】 感圧材料の層は、表面に微細突起を有し、層と接触部材との間の表面抵抗がそ
の層と接触部材との接触部に加えられる圧力とともに低下するような材料、又は
、内部抵抗が前記材料の圧縮に逆比例して変化する材料、又は、それら二つの組
み合わせである。これには、たとえば、半導体ポリマー又は伝導性エラストマが
含まれる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】 センサのダイナミックレンジ及び感度を用途に応じた固有の要求に適合させ
るために、感圧材料の層は伝導性材料の混入物を有することが好ましい。前記伝
導性材料の混入物は感圧材料の層の固有抵抗を変化させるように配置される。こ
れは、同一のサポート上に感度の異なる幾つかのセンサを形成する場合、特に、
シート上に相互に並べて配置された幾つかの力センサを有するシートオキュパン
シー検知器を製造する場合に非常に有用である。これによれば、感度を変更する
ために、異なる感圧性材料を使用することなく製造することができる。混入物の
数及び配置を適宜変更することによって、所望の感度を達成することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】 幾つかの電極の実施の形態が図２に示されている。図示されている二つのセン
サはそのセンサの能動領域の周縁に沿って配置された単純な伝導ラインの形態の
電極２２，２４を有する。これらの伝導ラインには伝導体が接続されている。こ
れら伝導体は、センサを制御ユニットに接続したり、そのセンサを別のセンサに
直列又は並列に接続したりするのに必要なものである。図２ａに示されているセ
ンサにおいては、このセンサがシートオキュパンシー検知器において使用される
ようなものであり、並列に接続された幾つかのセンサから成るバンドの中心に配
置されるセンサであるため、これらの伝導体はセンサの両側を越えて延びている
。図２ｂに示されているセンサは、たとえば、そのようなバンドの端部に配置さ
れるセンサである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュース，アロイゼ ルクセンブルグ Ｌ−8094 バートラン ゲ，ロウテ・ドゥ・シュトラッセン，20 (72)発明者 フーゲンス，エマヌエル ベルギー Ｂ−6700 アーロン，リュ ハ ルバーディーア，47 Ｆターム(参考） 2F051 AB07

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 力センサ（１０）であって、 伝導性材料で形成された第１の電極（２２）及び第２の電極（２４）を有し、
    二つの電極（２２，２４）は相互に離間された状態で第１の絶縁サポート（１２
    ）上に配置され、 電極（２２，２４）の少なくとも一方には感圧材料（２８，３０）の層がコー
    ティングされ、また、伝導性材料で形成された接触部材（２６）が二つの電極（
    ２２，２４）から所定距離をおいて配置され、前記接触部材（２６）は、力セン
    サ（１０）に力が付与されたときに、前記電極（２２，２４）に対して押圧され
    るように構成されている力センサ。
  2. 【請求項２】 二つの電極（２２，２４）に感圧材料の層（２８，３０）がコ
    ーティングされ、感圧材料の二つの層（２８，３０）が相互に電気的に絶縁され
    ている請求項１に記載の力センサ（１０）。
  3. 【請求項３】 感圧層（２８，３０）がその表面に微細突起を有し、層（２８
    ，３０）と接触部材（２６）との間の表面抵抗が層（２８，３０）と接触部材（
    ２６）との接触部に加えられる圧力とともに低下するように構成されている請求
    項１又は２に記載の力センサ。
  4. 【請求項４】 感圧材料（２８，３０）の材料はその固有抵抗がその材料に対
    して加えられた圧縮力に逆比例して変化するような材料である請求項１から３の
    いずれか一項に記載の力センサ（１０）。
  5. 【請求項５】 それぞれの電極（２２，２４）は主伝導性構造体から延びるフ
    ィンガを有しており、それら二つの電極の前記フィンガは相互に噛み合うように
    配置されている請求項１から４のいずれか一項に記載の力センサ（１０）。
  6. 【請求項６】 それぞれの電極（２２，２４）は実質的にセンサ（１０）の能
    動領域（１８）の周縁に配置された伝導体を有し、また、それぞれの電極（２２
    ，２４）を覆っている感圧材料（２８，３０）の層は能動領域の内部へ向かって
    延び、二つの感圧層（２８，３０）は能動面（１８）のほぼ中心を通過する隙間
    （３６）によって分離されている請求項２から４のいずれか一項に記載の力セン
    サ（１０）。
  7. 【請求項７】 感圧材料（２８，３０）の層は伝導性材料の混入物を有し、前
    記伝導性材料の混入物（３８）は感圧材料（２８，３０）の層の固有抵抗を変化
    させるように配置されている請求項６に記載の力センサ（１０）。
  8. 【請求項８】 伝導性材料で形成された接触部材（２６）は可撓性を有する第
    ２のサポート（１４）に付与された伝導性材料の層であり、前記第２のサポート
    （１４）は能動領域（１８）の外側に配置されたセパレータ（１６）によって前
    記第１のサポート（１２）から所定の距離をおいて配置され、前記能動領域の内
    部においては、伝導性材料の層が前記電極（２２，２４）に対向するように設計
    されている上記請求項のいずれか一項に記載の力センサ（１０）。
  9. 【請求項９】 前記セパレータ（１６）は印刷可能な接着剤であり、前記接着
    剤が前記第１の基板（１２）を前記第２の基板（１４）に接着させている請求項
    ８に記載の力センサ（１０）。
  10. 【請求項１０】 前記印刷可能な接着剤中にセパレータ粒子（２０）が導入さ
    れており、前記粒子（２０）が二つの基板の所定の間隔にほぼ等しい直径を有し
    ている請求項９に記載の力センサ（１０）。
  11. 【請求項１１】 請求項１から１０に記載の一つ又は複数の力センサを有する
    シートオキュパンシー検知器。
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