JP2016180747A - 感圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造を有するにもかかわらず、誤動作を起こすことなく、接触の位置および接触による圧力の大きさを検出できる感圧センサを提供すること。【解決手段】本開示の一態様に係る感圧センサは、弾性を有し、かつ第一面および前記第一面と反対側の第二面とを有する第一誘電体層と、前記第一面上に配置された第一導体層と、前記第二面上に配置された線状の第二導体層と、前記第一導体層および前記第二導体層に接続されている第一時間領域反射測定装置とを備え、前記第一導体層は、前記第一面のうち、少なくとも前記第二導体層と対向する領域に位置する。【選択図】図１

Description

本開示は、感圧センサ、およびこの感圧センサを組み込んだタッチパネルおよびスイッチなどの感圧装置に関するものである。

近年、スマートフォン等の携帯機器の普及に伴い、指などの接触を検知する操作機器および感圧センサが広く使用されるようになっている。しかしながら、これらの機器の静電容量型タッチパネルおよび静電容量型スイッチなどにおいては、誤動作に関する課題があった。詳しくは、操作者本人がタッチもしくは押すつもりがないにもかかわらず、指が近づいただけ、もしくは、軽く接触しただけで、タッチまたは押下動作として認識して接触を検知し、操作者本人が意図しない機器の動作を引き起こすという課題があった。

また、これらの静電容量型のタッチパネルおよびスイッチは、一定の静電容量を形成するため、もしくはＸ−Ｙ方向に多数の配線を形成するため、屈曲および伸縮ができないという課題、および引き出す配線が多くなりコストが高くなるという課題があった。

このような課題に対し、特許文献１に記載の入力装置では、スクリーン表面にミアンダ状に配線を形成し、ミアンダ状の配線への指の接触位置を、接地されたＧＮＤとの間の容量変化として時間領域反射測定（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ、以下、ＴＤＲと略称する）法で測定する方法が開示されている。

また、特許文献２に記載のセンサでは、弾性支持体上にコイルを巻きつけ、弾性支持体の伸長に伴う変形を、コイルのインピーダンス変化としてとらえ、ＴＤＲ法を用いて測定することで、伸長変形の大きさと位置を検出する方法が開示されている。

実開平５−４２５４号公報 特開２０１１−８９９２３号公報

本願発明者らは、鋭意検討の末、従来の感圧センサは、以下の点で改善点があることを見出した。
特許文献１の手法では対地間の容量を検出しているため、接触による圧力の大きさを検出できない；対地間の容量を検出するため、表層にシールド層を設けることができないので、外乱の影響を受けやすく感度が落ちる；ミアンダ状の配線方向の位置検出精度を上げるには、周波数を高くする必要性があり、装置が高価になる；などの課題があった。
特許文献２の手法では、伸縮の検出はできても、圧力の大きさの検出はできない；タッチスクリーン等の平坦な構成にするにはコイルを巻きつけた支持部材を平板上にミアンダ状に配置することが必要になり、コストが高くなる；外乱の影響を受けやすく検出感度が下がる；形状が複雑で透明にしにくい；などの課題が存在した。

本開示は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、その課題は、簡易な構造を有するにもかかわらず、誤動作を起こすことなく、接触の位置および接触による圧力の大きさを検出できる感圧センサを提供することである。

本開示の一態様に係る感圧センサは、弾性を有し、かつ第一面および前記第一面と反対側の第二面とを有する第一誘電体層と、前記第一面上に配置された第一導体層と、前記第二面上に配置された線状の第二導体層と、前記第一導体層および前記第二導体層に接続されている第一時間領域反射測定装置とを備え、前記第一導体層は、前記第一面のうち、少なくとも前記第二導体層と対向する領域に位置する。

本開示の感圧センサは、簡易な構造を有するにもかかわらず、誤動作を起こすことなく、接触の位置および接触による圧力の大きさを検出できる。

本開示の感圧センサの検出原理を説明するための感圧センサの模式的断面図である。 本開示の感圧センサの検出原理を説明するための動作状態を示す図である。 本開示の感圧センサの検出原理を説明するための動作状態を示す図である。 本開示の感圧センサの検出原理を説明するための動作状態を示す図である。 本開示の実施態様１に係る感圧センサの斜視図である。 本開示の実施態様１に係る感圧センサの３Ｂ−３Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。 本開示の実施態様１に係る感圧センサの３Ｃ−３Ｃ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。 本開示の実施態様１に係る感圧センサを用いて圧力を検出するときの回路構成図である。 本開示の実施態様１に係る感圧センサにおいて圧力が印加されていない場合の電圧の経時的変化を示すグラフである。 本開示の実施態様１に係る感圧センサにおいて特定の場所で圧力が印加された場合の電圧の経時的変化を示すグラフである。 本開示の実施態様１に係る感圧センサにおいて図４Ｂと同様の場所で異なる圧力が印加された場合の電圧の経時的変化を示すグラフである。 本開示の実施態様１に係る感圧センサにおいて図４Ｂと異なる場所で同様の圧力が印加された場合の電圧の経時的変化を示すグラフである。 本開示の実施態様２に係る感圧センサの斜視図である。 本開示の実施態様２に係る感圧センサの５Ｂ−５Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。 本開示の実施態様２に係る感圧センサの５Ｃ−５Ｃ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。 本開示の実施態様２に係る感圧センサを用いて圧力を検出するときの回路構成図である。 本開示の実施態様２に係る感圧センサにおける第三導体層の模式図である。 本開示の実施態様２に係る感圧センサにおける第二導体層の模式図である。 本開示の実施態様３に係る感圧センサの模式的断面図である。 本開示の実施態様３に係る感圧センサの模式的断面図である。 本開示の実施態様４に係る感圧センサの斜視図であって、シールド層およびシールド層形成用誘電体層の一部を剥ぎ取った感圧センサの斜視図である。 本開示の実施態様４に係る感圧センサの８Ｂ−８Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。 本開示の実施態様４に係る感圧センサの８Ｃ−８Ｃ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。 本開示の実施態様５に係る感圧センサの模式的断面図である。 本開示の実施態様５に係る感圧センサの模式的断面図である。 本開示の実施態様６に係る感圧センサの上面図である。 本開示の実施態様６に係る感圧センサの１０Ｂ−１０Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。 本開示の感圧センサを用いた感圧装置の形状の一例を示す見取り図である。 本開示の感圧センサを用いた感圧装置の形状の一例を示す見取り図である。 本開示の感圧センサを用いた感圧装置の形状の一例を示す見取り図である。 本開示の感圧センサを用いた感圧装置の形状の一例を示す見取り図である。 本開示の感圧センサを用いた感圧装置の形状の一例を示す見取り図である。 本開示の感圧センサを用いた感圧装置の形状の一例を示す見取り図である。

本開示の一態様に係る感圧センサは、弾性を有し、かつ第一面および前記第一面と反対側の第二面とを有する第一誘電体層と、前記第一面上に配置された第一導体層と、前記第二面上に配置された線状の第二導体層と、前記第一導体層および前記第二導体層に接続されている第一時間領域反射測定装置とを備え、前記第一導体層は、前記第一面のうち、少なくとも前記第二導体層と対向する領域に位置する。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一導体層がメッシュ形状またはシート形状を有していてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一時間領域反射測定装置は、外部からの応力が前記第一誘電体層の少なくとも一部に印加されているときに、前記第一導体層および第二導体層に第一信号を入力し、かつ前記第一信号が前記第一誘電体層の前記少なくとも一部で反射することにより生じた第一反射波の大きさ、および前記第一信号が前記第一導体層および第二導体層に入力されてから前記第一反射波が前記第一時間領域反射測定装置に到達するまでの時間である第一反射時間を測定してもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一時間領域反射測定装置が、前記第一導体層および第二導体層に第一信号を入力する第一信号入力装置と、前記第一信号が前記第一誘電体層の少なくとも一部で反射することにより生じた第一反射波を検出する第一反射波検出装置と、前記第一信号が前記第一導体層および第二導体層に入力されてから前記第一反射波が前記第一時間領域反射測定装置に到達するまでの時間である第一反射時間を測定する第一反射時間測定装置とを含み、前記第一信号入力装置および前記第一反射波検出装置がいずれも前記第一導体層および第二導体層に接続されており、前記第一反射時間測定装置が前記第一反射波検出装置に接続されていてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一導体層は前記第一面の全面を覆っており、前記第二導体層はミアンダ形状を有していてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサは、前記第二導体層上および前記第一誘電体層の前記第二面上に配置された、弾性を有する第二誘電体層と、前記第二誘電体層上に配置された、導電性を有するシールド層とをさらに備えていてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサは、前記第二導体層上および前記第一誘電体層の前記第二面上に配置された、弾性を有する第二誘電体層と、前記第二誘電体層上に配置された線状の第三導体層とをさらに備えていてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第二導体層および前記第三導体層はミアンダ形状を有していてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第二導体層は、第一方向に延びる複数の第一直線部と、各々が前記複数の第一直線部の各々よりも短い複数の第一接続部を含み、前記複数の第一接続部の各々は、前記複数の第一直線部のうち隣接する２つの第一直線部の端を結んでおり、前記第三導体層は、前記第一方向と異なる第二方向に延びる複数の第二直線部と、各々が前記複数の第二直線部の各々よりも短い複数の第二接続部を含み、前記複数の第二接続部の各々は、前記複数の第二直線部のうち隣接する２つの第二直線部の端を結んでいてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサは、前記第一導体層および第三導体層に接続されている第二時間領域反射測定装置をさらに備えていてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第二時間領域反射測定装置が、前記第一導体層および第三導体層に第二信号を入力する第二信号入力装置と、前記第二信号が前記第一誘電体層および前記第二誘電体層の少なくとも一部で反射することにより生じた第二反射波を検出する第二反射波検出装置と、前記第二信号が前記第一導体層および第三導体層に入力されてから前記第二反射波が前記第二時間領域反射測定装置に到達するまでの時間である第二反射時間を測定する第二反射時間測定装置とを含み、前記第二信号入力装置および前記第二反射波検出装置がいずれも前記第一導体層および第三導体層に接続されており、前記第二反射時間測定装置が前記第二反射波検出装置に接続されていてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサは、前記第一時間領域反射測定装置と前記第二導体層との間に配置され、前記第一時間領域反射測定装置と前記第二導体層とが接続されている状態と、前記第一時間領域反射測定装置と前記第三導体層とが接続されている状態との間で切り替えるスイッチをさらに備えていてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサは、前記第三導体層上および前記第三導体層が配置された前記第二誘電体層上に配置された、弾性を有する第三誘電体層と、前記第三誘電体層上に配置された、導電性を有するシールド層とをさらに備えていてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサは、前記第二誘電体層内に配置された、導電性を有するシールド層をさらに備えていてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一導体層および前記第二導体層のうち少なくとも１つが酸化インジウムスズを含んでいてもよい。

本開示の一態様に係る感圧センサにおいて、前記第一誘電体層が透明な樹脂を含んでいてもよい。

［感圧センサ］
本開示の感圧センサは、少なくとも１つの導体層として１本の線状の配線を用いることにより、接触の位置および接触圧力の大きさを検出することができる検出器である。

以下にて、本開示の一実施態様に係る感圧センサについて図面を参照しながら説明する。図面に示す各種の要素および部材は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比および外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。尚、本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”は、図中における上下方向に対応した方向に相当する。また特記しない限り、同じ符号または記号は、形状が異なること以外、同じ部材または同じ意味内容を示すものとする。

本開示の感圧センサは、時間領域反射測定法（Time Domain Reflectrometry）（以下、単に「ＴＤＲ法」という）に基づいて、外部からの応力による誘電体層の弾性変形により反射波を発生させ、この反射波を測定することにより、接触による変形位置および接触圧力の大きさを検出するものである。本開示の感圧センサによる検出原理を、図１を用いて説明する。

図１は、本開示の最も単純な構成の感圧センサ１００を模式的に示す断面図である。本開示の感圧センサ１００は、誘電体層１、第一導体層１０、第二導体層２０および時間領域反射測定装置６０を備える。

本開示の感圧センサ１００において、誘電体層１は弾性体からなり、当該誘電体層１の異なる両面それぞれに第一導体層１０および第二導体層２０が形成されている。第二導体層２０は線状の配線として形成されており、第一導体層１０は少なくとも第二導体層２０の形成領域に対向する領域に形成されている。このような第一導体層１０および第二導体層２０には、時間領域反射測定装置６０が接続されている。

このような感圧センサ１００において、所定の電圧が印加されるように、時間領域反射測定装置６０から第一導体層１０および第二導体層２０に信号８０を入力すると、インピーダンス不整合部分である弾性変形部７１において起こる反射波を測定することができる。すなわち、外部からの応力７０による誘電体層の弾性変形部７１に基づいて反射波８１を発生させることができる。この反射波８１は、時間領域反射測定装置６０において電圧の経時的変化を測定したとき、電圧の変動により観測することができる。電圧が変動するときの変動幅を反射波の大きさとして測定し、また電圧が印加されてから変動するまでの時間（反射波８１が戻ってくる時間（反射時間））を測定することにより、接触による変形位置および接触圧力の大きさを検出することができる。

電圧の経時的変化を、図２Ａ〜図２Ｃを用いて具体的に説明する。図２Ａは感圧センサ１００に対して何も応力を加えなかった場合のグラフである。図２Ｂは、全長Ｌ_１の第二導体層２０における時間領域反射測定装置６０との接続部分から距離Ｌ_１／２の部分ＸにＦ_１の応力を加えた場合のグラフである。図２Ｃは第二導体層２０における前記と同様の部分ＸにＦ_１／２の応力を加えた場合のグラフである。

図２Ａにおいては、応力を加えていないため、誘電体層１の厚みは変化しない。このため、第二導体層２０と第一導体層１０との距離は第二導体層２０のすべての部分において一定のインピーダンスを有する伝送線路とみなすことができる。従って、時間領域反射測定装置６０から時間０においてＶ_１の電圧がかかるように信号を入力すると、時間領域反射測定装置６０において時間０からＴ_１までＶ_１の電圧を測定できる。時間Ｔ_１において電圧がＶ_１より大きな値を示すのは、第二導体層２０における領域反射測定装置６０との接続部分とは反対側の端部において反射した信号が測定されたためである。

時間Ｔ_１において反射波が観測できるということは、前記第二導体層２０の長さＬ_１を電気信号が往復するのに必要な時間がＴ_１ということである。この様な電気信号が往復するのに必要な時間Ｔ_１は誘電体層１の比誘電率および厚みならびに第二導体層２０の配線幅などにより決定される。

次に、第二導体層２０における時間領域反射測定装置６０との接続部分から距離Ｌ_１／２の部分Ｘに垂直にＦ_１の応力を加えた場合、誘電体層１が応力により変形し、厚みが減少する。このため、第二導体層２０と第一導体層１０との距離が短くなり、この部分の静電容量が増加する。これはインピーダンスが低くなったことを示し、このインピーダンスの不整合部分で反射波が発生する。

この様子を示したグラフが図２Ｂである。時間Ｔ_２において電圧が低くなっているのが反射波の発生を示す。時間Ｔ_２は図２Ａの時間Ｔ_１の半分の時間を示す（Ｔ_２＝Ｔ_１／２）。このため、第二導体層２０における時間領域反射測定装置６０との接続部分から距離Ｌ_１／２の点に応力が加えられていることがわかる。

また、図２Ｂと同じ部分ＸにＦ_１／２の応力を加えた場合のグラフが図２Ｃであり、電圧の減少幅が図２Ｂと比べて小さくなっていることがわかる。この様に電圧の変動幅を測定することにより、加えられた応力を測定することが可能になる。

本開示の感圧センサ１００を構成する各部材について説明する。
誘電体層１は「弾性特性」を有する弾性体からなる。「弾性特性」とは、外力によって局所的に凹み変形し、除力すると元の形状へと戻る特性のことである。誘電体層１は、感圧センサに対して加えられる通常の押圧力（例えば約１Ｎ〜１０Ｎの押圧力）によって弾性変形可能な程度の弾性率を有していればよく、例えば約１０^４Ｐａ〜１０^１０Ｐａの弾性率を有していてもよい。

誘電体層１は、「誘電体」としての性質を有するとともに、上記のような「弾性特性」を有していれば、いずれの材質から成るものであってよい。例えば、誘電体層１は、シリコーン樹脂（例えば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）等）、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂等のポリマー材料を含んで成るものであってよい。弾性率はポリマー材料の重合度および／または架橋度などを変更することによって調整できる。

誘電体層１の厚みは通常の押圧力範囲において弾性変形可能な程度の厚みであればよい。

誘電体層１は、予め公知の方法により合成されたポリマー材料を切り出すことによって得ることができる。また誘電体層１はエレクトロニクス実装分野で常套的に用いられているポリマー層の形成方法によって形成することもできる。

第一導体層１０は、誘電体層１の一方の面に形成される導体層であり、静電容量型感圧センサの分野でいわゆる電極を構成し得る程度の導電特性を有していれば、いずれの材料から成るものであってよい。第一導体層１０を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、銀、ステンレスおよび酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などが挙げられる。

第一導体層１０は、外部からの電磁的および／または静電的な干渉（ノイズ）を遮断するためのシールド機能を有するシールド層であってもよい。第一導体層１０はいわゆるグランド層であってもよい。

第一導体層１０は、少なくとも第二導体層２０の形成領域に対向する領域に形成される限り、あらゆる形状で形成されてよい。第二導体層２０の形成領域に対向する領域とは、誘電体層１の他方の面において形成される後述の第二導体層２０の形成領域の直下に対応する誘電体層１の一方の面の領域のことである。第一導体層１０は、少なくともこのような対応領域に形成されればよい。第一導体層１０は、例えば、網状に目が開いてなるメッシュ形態を有していてもよいし、または当該目が詰まったシート形態（すなわち、所定の領域の実質的全面に構成材料が存在してなる形態）を有していてもよい。第一導体層１０がこのような形状を有していれば、通常、シールド機能を有する。

第一導体層１０は誘電体層１の面に全面的に形成されていてもよい。第一導体層１０は通常、誘電体層１の全面に形成されるが、誘電体層１の他方の面における第二導体層２０の形成状況に応じて、第一導体層１０は必ずしも誘電体層１の全面に形成されなくてもよい。例えば、誘電体層１の他方の面において第二導体層２０が全く形成されていない非形成領域部分が存在する場合、第一導体層１０は当該非形成領域部分の直下に対応する領域部分に形成されていてもよいし、または形成されていなくてもよい。

第一導体層１０の厚みは、ＴＤＲ法による反射波の検出が可能な限り特に限定されない。

第一導体層１０は、めっき法または接着法などにより誘電体層１の表面に形成することができる。後述する第二導体層、第三導体層、シールド層についても、同様の方法により形成することができる。めっき法は、乾式めっき法および湿式めっき法を含む概念で用いる。乾式めっき法として、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法およびイオンプレーティング法などの真空めっき法（ＰＶＤ法）；化学気相めっき法（ＣＶＤ法）が挙げられる。湿式めっき法として、例えば、電気めっき法、例えば電解めっき法；化学めっき法；溶融めっき法が挙げられる。めっき法としては乾式めっき法、例えばスパッタリング法が挙げられる。接着法は、予め形成された第一導体層１０を接着剤により誘電体層の表面に貼付する方法である。

第二導体層２０は、誘電体層１の他方の面に線状の配線として形成される導体層である。第二導体層２０は、静電容量型感圧センサの分野でいわゆる電極を構成し得る程度の導電特性を有していれば、いずれの材料から成るものであってよい。第二導体層２０を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、銀、ステンレスおよびＩＴＯなどが挙げられる。

第二導体層２０の配線幅は、ＴＤＲ法による反射波の検出が可能な限り特に限定されない。第二導体層２０の配線長さは、所望のセンサ領域の広さに応じて適宜設定されればよい。

第二導体層２０の厚みは、ＴＤＲ法による反射波の検出が可能な限り特に限定されない。

第二導体層２０は、図１中、直線形状を有しているが、所望のセンサ領域を網羅する形状であれば特に限定されない。第二導体層２０は、例えば、後述の実施態様１に示すようなミアンダ形状を有していてもよいし、実施態様６に示すような密集領域が局所的に存在する粗密形状を有していてもよい。

第二導体層２０は、第一導体層１０と同様の方法により形成することができる。例えば、めっき層を形成した後、パターニング処理することにより、線状とすることができる。パターニング処理方法自体は、エレクトロニクス実装分野で用いられている処理方法であれば特に限定されない。例えば、フォトリソグラフィー法を採用する。フォトリソグラフィー法においては、例えば、めっき層の上にレジスト層を形成し、露光および現像を行い、エッチングを行う。

一方の面に第一導体層１０を有し、かつ他方の面に第二導体層２０を有する誘導体層１は、市販の両面銅張積層板の一方の銅箔に対して上記と同様のパターニング処理を行うことにより得ることもできる。両面銅張積層板は、ポリマー板の両面に銅箔を接着または形成した積層板である。そのような両面銅張積層板の市販品の中から、特にポリマー板として所望の弾性率を有する両面銅張積層板を選択して使用すればよい。

時間領域反射測定装置６０は通常、信号入力装置、反射波検出装置および反射時間測定装置からなる。信号入力装置および反射波検出装置はいずれも第一導体層および第二導体層に接続されている。詳しくは信号入力装置の陽極側出力端子が第一導体層１０に接続される場合、反射波検出装置の陽極側入力端子も同様に第一導体層１０に接続され、信号入力装置の陰極側出力側端子および反射波検出装置の陰極側入力端子は第二導体層２０に接続される。これとは反対に、信号入力装置の陽極側出力端子が第二導体層２０に接続される場合、反射波検出装置の陽極側入力端子も同様に第二導体層２０に接続され、信号入力装置の陰極側出力端子および反射波検出装置の陰極側入力端子は第一導体層１０に接続される。

反射時間測定装置は反射波検出装置に接続される。詳しくは反射時間測定装置の陽極端子は反射波検出装置の陽極側入力端子に接続され、反射時間測定装置の陰極端子は反射波検出装置の陰極側入力端子に接続される。

信号入力装置から入力される信号はいかなる波形を有していてもよく、例えば、ステップ波形、インパルス波形、矩形波、台形波、三角波を用いることも可能である。

感圧センサ１００は、図１中、第二導体層２０が表面に露出しているが、後述の実施態様３に示すように、第二導体層２０および誘電体層１の表面に、弾性体からなる誘電体層３５およびシールド層４０がさらに形成されていてもよいし、または絶縁性材料によるコーティング層が形成されていてもよい。

感圧センサ１００は、図１中、導体層として、第一導体層１０以外に、第二導体層２０しか有さないが、後述の実施態様２に示すように、第三導体層３０を線状の配線として、第二導体層２０の配線とは異なる主方向でさらに形成してもよい。このとき、後述の実施態様５に示すように、第二誘電体層２５、２５Ａ、２５Ｂ内に、第二導体層２０と第三導体層３０との電磁的および／または静電的な干渉を遮断するためのシールド層５０がさらに形成されてもよい。

本開示の感圧センサは簡易かつ単純な構造を有している。
本開示の感圧センサは、ＴＤＲ法に基づいて、外部からの応力による誘電体層の弾性変形により発生する反射波を測定するため、非接触による誤動作、および意図しない誤った接触による誤動作を起こさない。
本開示の感圧センサは、外部からの応力による誘電体層の弾性変形により発生する反射波の大きさおよび反射時間に基づいて測定を行うため、接触の位置だけでなく、接触圧力の大きさも検出できる。
第三導体層を線状の配線として、第二導体層の配線とは異なる主方向でさらに形成することにより、入力信号の周波数を高く設定しなくても、検出精度を向上させることができる。
表面にシールド層を設けることが可能で、これにより外乱の影響（例えば、電磁的および／または静電的な干渉（ノイズ））を簡便に遮断できる。

本開示においては、ＴＤＲ法の代わりに時間領域伝送測定法（Time Domain Transmission）（以下、単に「ＴＤＴ法」という）を用いても、第二導体層２０の一端に信号入力装置を接続し、他端に検出装置および時間測定装置を接続する点、ならびに反射波を観測する代わりに、伝送してきた信号（伝送波）を観測する点を除いて、ＴＤＲ法と同様の構成で圧力の大きさと位置を測定することが可能であることは明らかである。

以下、本開示の感圧センサの実施態様についてさらに詳しく説明する。

（実施態様１）
本実施態様の感圧センサ１００Ａを、図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｄを用いて説明する。

本実施態様の感圧センサ１００Ａは、誘電体層１、第一導体層１０、第二導体層２０および時間領域反射測定装置６０を有して成る。本実施態様においては、第一導体層１０は当該第一導体層１０が形成される面のほぼ全面、例えば全面、に形成されており、第二導体層２０はミアンダ形状の配線として形成されている。本実施態様の感圧センサ１００Ａおよびその構成部材は、特記しない限り、上記感圧センサ１００およびその構成部材と同様である。

図３Ａ〜図３Ｄは本開示の実施態様１における感圧センサ１００Ａの構造を示す図である。図３Ａは感圧センサ１００Ａの斜視図である。図３Ｂは図３Ａに示す感圧センサ１００Ａの３Ｂ−３Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。図３Ｃは図３Ａに示す感圧センサ１００Ａの３Ｃ−３Ｃ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。図３Ｄは図３Ａに示す感圧センサを用いて圧力を検出するときの回路構成図である。第二導体層２０、誘電体層１、第一導体層１０の各層はこの順に層構成をなすように積層されている。

図３Ａ〜図３Ｄにおいて誘電体層１は厚さ１ｍｍ×縦２０ｃｍ×横２０ｃｍのシリコーン樹脂による弾性体であるが、前記誘電体層１の説明で例示した同様の材料が使用可能である。第二導体層２０は厚さ１２μｍ、幅２．８ｍｍ、長さ６０ｃｍの銅からなる配線であるが、前記第二導体層２０の説明で例示した同様の材料が使用可能である。第一導体層１０は厚さ１２μｍの銅からなるグランド層であるが、前記第一導体層１０の説明で例示した同様の材料が使用可能である。反射測定装置６２は、半導体素子からなる反射波検出装置と反射時間測定装置からなる。半導体素子からなる信号入力装置６１と、反射測定装置６２とにより、時間領域反射測定装置６０が構成される。第二導体層２０は引き出し部２１を通じて信号入力装置６１の陽極側出力端子６３および反射測定装置６２の陽極側入力端子６５に接続されており、第一導体層１０は引き出し部１１を通じて信号入力装置６１の陰極側出力端子６４および反射測定装置６２の陰極側入力端子６６に接続されている。

図４Ａ〜図４Ｄは本開示の実施態様１における感圧センサ１００Ａを用いて圧力を検出するときの動作を示す図である。図４Ａは圧力が印加されていない場合の電圧の経時的変化を示すグラフである。図４Ｂは特定の場所で圧力が印加された場合の電圧の経時的変化を示すグラフである。図４Ｃは図４Ｂと同様の場所で異なる圧力が印加された場合の電圧の経時的変化を示すグラフである。図４Ｄは図４Ｂと異なる場所で同様の圧力が印加された場合の電圧の経時的変化を示すグラフである。

図３Ａ〜図３Ｄの構成において、信号入力装置６１より電圧０．５Ｖのステップ波形を入力した場合に、反射測定装置６２で電圧を測定し時間軸に沿ってグラフにしたものが図４Ａ〜図４Ｄである。

図４Ａは、感圧センサ１００Ａに対して何も応力を加えなかった場合の測定結果である。図４Ｂは第二導体層２０の引き出し部２１から３０ｃｍの部分に３Ｎの応力を加えた場合の測定結果である。図４Ｃは第二導体層２０の引き出し部２１から３０ｃｍの部分に１．５Ｎの応力を加えた場合の測定結果である。図４Ｄは第二導体層２０の引き出し部２１から３６ｃｍの部分に３Ｎの応力を加えた場合の測定結果である。

図４Ａにおいては、応力を加えていないため、誘電体層１の厚みは変化せず、第二導体層２０と第一導体層１０の距離は第二導体層２０のすべての部分において一定のインピーダンスを有する伝送線路とみなすことができる。そのため、入力装置４から時間０ｎｓにおいて０．５Ｖの電圧がかかるようにステップ信号を入力すると、反射測定装置６２において時間０．０ｎｓから９．５ｎｓまで０．５Ｖの電圧を測定できる。時間９．５ｎｓにおいて電圧が０．５Ｖより大きな値を示すのは、第二導体層２０の引き出し部２１とは反対側の端部において反射してきた信号が測定されたためである。このように、一様の伝送線路では反射波は起こらず、インピーダンス不整合部分において起こる反射波を測定することができる。

時間９．５ｎｓにおいて反射波が観測できるということは、第二導体層２０の長さ３０ｃｍを電気信号が往復するのに必要な時間が９．５ｎｓということであり、必要な時間は誘電体層１の比誘電率および厚み、第二導体層２０の配線幅などにより決定される。

次に、第二導体層２０における引き出し部２１から３０ｃｍの部分に垂直に３Ｎの応力を加えた場合、誘電体層１が応力により変形し厚みが減少する。このため、第二導体層２０と第一導体層１０の距離が短くなり、この部分の静電容量が増加する。これはインピーダンスが低くなったことを示し、インピーダンスの不整合部分で反射が発生する。この様子を示した図が図４Ｂである。時間４．７５ｎｓにおいて電圧が低くなっているのがこのことを示し、図４Ａの半分の時間であり、３０ｃｍ第二導体層２０の引き出し部２１から３０ｃｍの点に応力が加えられていることがわかる。

また、図４Ｂと同じ部分に１．５Ｎの応力を加えた場合の測定波形が図４Ｃである。電圧の減少幅が図４Ｂと比べて小さくなっていることがわかる。この様に電圧の変動幅を測定することにより、加えられた応力を測定することが可能になる。

さらに、図４Ｂからさらに６ｃｍ、引き出し部２１より遠い部分に応力３Ｎを加えた測定結果が図４Ｄである。反射波が帰ってくるまでの時間が長くなっていることが見て取れる。この様に反射波が帰ってくるまでの時間を測定することにより、第二導体層２０のどの位置に応力が加えられたかを測定することが可能になる。

また、第一導体層１０をシールド層として用いることにより、シールド層の側からのノイズを遮断することが可能になり、より高い測定精度が得られる。

本実施態様において測定装置等に接続することが必要な配線は２本であり、一般的なタッチパネルで使用される１０数本以上の配線と比較すると少ない配線で済む。このため、コネクタ等もピン数が少なく小型で安価なもの、高信頼性を有するものを使用することができ、機器を小型化・低価格化・高信頼性化することが可能になる。

測定波形として、０．５Ｖのステップ波形を用いたが、前記したいずれの信号波形を用いてもよい。所望の電気特性を得るためにはこれに限らず、より高い電圧を用いても良いし、より低い電圧を用いてもよい。一般的には高い電圧を用いることによりＳ／Ｎ比が向上しより高い精度が得られる。また、より低い電圧を用いることにより、消費電力の低減とより高速な半導体素子を安価に利用することができる。

本実施態様においては、それぞれ１つの信号入力装置６１と反射測定装置６２を用いたが、２個以上の信号入力装置６１と２個以上の反射測定装置６２を使用し、スイッチで第二導体層２０等への接続を切り替えて使用することができる。これにより、測定を並行処理することができ、高速化が達成される。

また、回路上は信号入力装置６１と反射測定装置６２を分離して図示したが、１個の半導体装置で構成してもなんら動作は変わらないことは明らかである。

（実施態様２）
本実施態様においては、第三導体層を線状の配線として、第二導体層の配線とは異なる主方向でさらに形成することにより、検出精度を向上させることができる。

本実施態様の感圧センサ１００Ｂを、図５Ａ〜図５Ｄおよび図６Ａ〜図６Ｂを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｄは本開示の実施態様２における感圧センサ１００Ｂの構造を示す図である。図５Ａは感圧センサ１００Ｂの斜視図である。図５Ｂは図５Ａに示す感圧センサ１００Ｂの５Ｂ−５Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。図５Ｃは図５Ａに示す感圧センサ１００Ｂの５Ｃ−５Ｃ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。図５Ｄは図５Ａに示す感圧センサを用いて圧力を検出するときの回路構成図である。

本実施態様の感圧センサ１００Ｂは、第二誘電体層２５および第三導体層３０を有すること、および２つの時間領域反射測定装置６０、６０ａを有すること以外、実施態様１の感圧センサ１００Ａと同様の構成を有している。実施態様２の感圧センサ１００Ｂにおいて、実施態様１の感圧センサ１００Ｂが有していた誘電体層１、時間領域反射測定装置６０、信号入力装置６１、反射測定装置６２、陽極側出力端子６３、陰極側出力端子６４、陽極側入力端子６５および陰極側入力端子６６はそれぞれ、第一誘電体層１、第一時間領域反射測定装置６０、第一信号入力装置６１、第一反射測定装置６２、第一陽極側出力端子６３、第一陰極側出力端子６４、第一陽極側入力端子６５および第一陰極側入力端子６６と呼ぶものとする。本実施態様の感圧センサ１００Ｂおよびその構成部材は、特記しない限り、上記感圧センサ１００Ａおよびその構成部材と同様である。

第二誘電体層２５は、第三導体層３０の形成に必要な誘電体層である。第二誘電体層２５は、弾性体からなり、第二導体層２０および第一誘電体層１の表面に形成されている。第二誘電体層２５は、前記した誘電体層１と同様であり、前記誘電体層１の中から、当該誘電体層１より独立して選択されればよい。第二誘電体層２５の厚みは、感圧センサに対して加えられる通常の押圧力によっても第二導体層２０と第三導体層３０との接触が起こらない程度の厚みであればよい。第二誘電体層２５は、予め公知の方法により合成されたポリマー材料を、第二導体層２０および第一誘電体層１の表面に、接着剤により接着することにより形成することができる。また第二誘電体層２５はエレクトロニクス実装分野で常套的に用いられているポリマー層の形成方法によって形成することもできる。

第三導体層３０は、第二誘電体層２５の表面にミアンダ形状の配線として形成されている。第三導体層３０は、前記した第二導体層２０と同様であり、前記第二導体層２０の中から、当該第二導体層２０より独立して選択されればよい。第三導体層３０の配線の主方向は、第二導体層２０の配線の主方向と異なっていてもよい。

時間領域反射測定装置６０ａは、第二時間領域反射測定装置に相当する。第二時間領域反射測定装置６０ａは、第一時間領域反射測定装置６０と同様の構成を有していてよく、通常、第二信号入力装置６１ａ、第二反射波検出装置および第二反射時間測定装置からなる。反射測定装置６２ａは第二反射波検出装置および第二反射時間測定装置からなる。第二反射時間測定装置は第二反射波検出装置に接続される。第二時間領域反射測定装置６０ａにおける第二信号入力装置、第二反射波検出装置および第二反射時間測定装置の接続方法は、前記した時間領域反射測定装置６０における信号入力装置、反射波検出装置および反射時間測定装置の接続方法と同様である。

第二信号入力装置６１ａから入力される信号はいかなる波形を有していてもよく、例えば、第一信号入力装置６１の説明で例示した同様の波形が挙げられる。

第二時間領域反射測定装置６０ａを第一時間領域反射測定装置６０と共通化し、ひとつの時間領域反射測定装置を、スイッチにより、第二導体層への接続と第三導体層への接続との間で切り替えて使用してもよい。すなわち第二時間領域反射測定装置６０ａまたは第一時間領域反射測定装置６０の一方のみを使用し、使用される時間領域反射測定装置において、第一導体層１０への接続を維持しながら、第二導体層への接続と第三導体層への接続とを、スイッチにより、切り替えればよい。

図５Ａ〜図５Ｃにおいて、第一誘電体層１および第二誘電体層２５はいずれも厚さ１ｍｍ×縦２０ｃｍ×横２０ｃｍのシリコーン樹脂である。第二導体層２０および第三導体層３０は厚さ１２μｍ、幅２．８ｍｍ、長さ６０ｃｍの銅からなる配線である。第一導体層１０は厚さ１２μｍの銅からなるグランド層である。第二導体層２０および第三導体層３０は引き出し部２１、３１を通じてそれぞれ異なる信号入力装置６１、６１ａの陽極側出力端子６３、６３ａ、および反射測定装置６２、６２ａの陽極側入力端子６５、６５ａに接続されている。第一導体層１０は引き出し部１１を通じて異なる信号入力装置６１、６１ａの陰極側出力端子６４、６４ａ、および反射測定装置６２、６２ａの陰極側入力端子６６、６６ａに接続されている。第三導体層３０、第二誘電体層２５、第二導体層２０、第一誘電体層１、第一導体層１０の各層はこの順に層構成をなすように積層されている。

ＴＤＲ法において、検出位置精度はその周波数と大きな関係がある。周波数が低い場合、１波長が長くなり、そのため１波長に対し短い長さで反射してくる反射波の違いの検出が困難になる。このため、波長の長さλに対し検出位置精度はその１／１００程度が限界となる。逆に位置を高精度で検出するには、短い波長の信号を使用する必要があり、つまり、周波数の高い信号を使用する必要がある。ステップ波形およびインパルス波形においては、その周波数帯域ｆは立ち上がり時間ｔｒを用いて、ｔｒ=０．３５／ｆであらわされる。つまり、検出位置精度を上げるには立ち上がり時間の短い信号を使用する必要がある。

本実施態様においては、第二導体層２０と第三導体層３０の主配線方向を異なる方向にすることで、より遅い立ち上がり時間で高い位置検出精度を得ることが可能である。
この原理を、図６Ａ〜図６Ｂを用いて説明する。

図６Ａ〜図６Ｂにおいて３０は第三導体層を、２０は第二導体層を模式的に表したものであり、本来は厚み方向に重なっているものである。第三導体層３０はそのミアンダ状の配線の主方向がＸ軸であり、第二導体層２０はそのミアンダ状の配線の主方向がＹ軸となっている。すなわち、第二導体層２０は、主方向であるＹ軸方向に延びる複数の第一直線部２０Ａと、各々が前記複数の第一直線部２０Ａの各々よりも短い複数の第一接続部２０Ｂを含む。複数の第一接続部２０Ｂの各々は、前記複数の第一直線部２０Ａのうち隣接する２つの第一直線部２０Ａの端を結んでいる。第三導体層３０は、主方向であるＸ軸方向に延びる複数の第二直線部３０Ａと、各々が前記複数の第二直線部３０Ａの各々よりも短い複数の第二接続部３０Ｂを含む。前記複数の第二接続部３０Ｂの各々は、前記複数の第二直線部３０Ａのうち隣接する２つの第二直線部３０Ａの端を結んでいる。

例えば、約１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数を採用することにより、第三導体層３０上で１０ｃｍ程度の検出精度があれば、Ｙ軸上の位置を決定することが出きる。同様に第二導体層２０上で１０ｃｍ程度の検出精度があればＸ軸上の位置を決定することが出きる。このように主方向の異なる２つの配線を用いることで、１０ｃｍ程度の検出精度でＸ−Ｙ軸それぞれの位置を高精度に検出することができる。

仮に、第三導体層３０だけを用いて（第二導体層２０を使用せずに）、同様の検出精度を得るためには、第三導体層３０上で０．１ｃｍ程度の検出精度がないとＸ方向の位置精度が得られない。つまり、１／１００の立ち上がり時間の信号を用いることが必要になる。

本実施態様においては、それぞれ２つの信号入力装置６１、６１ａと反射測定装置６２、６２ａを用いたが、それぞれ一つの信号入力装置６１と反射測定装置６２を用いてスイッチで第二導体層２０および第三導体層３０への接続を切り替えて使用しても良い。

また、逆にそれぞれ３個以上の信号入力装置と反射測定装置を切り替えて使用することにより、測定を並行処理することにより高速化を行っても良い。
また、回路上は信号入力装置と反射測定装置を分離して図示したが、１個の半導体装置で構成してもなんら動作は変わらないことは明らかである。

（実施態様３）
本実施態様においては、表面にシールド層を設けることにより、外部からの電磁的および／または静電的な干渉（ノイズ）を簡便に遮断でき、結果として検出精度を向上させることができる。

本実施態様の感圧センサ１００Ｃを、図７Ａ〜図７Ｂを用いて説明する。図７Ａは、本実施態様の感圧センサ１００Ｃの断面図であり、本実施態様の感圧センサ１００Ｃを図５Ａに示す感圧センサと仮定したときの、５Ｂ−５Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。図７Ｂは、本実施態様の感圧センサ１００Ｃの断面図であり、本実施態様の感圧センサ１００Ｃを図５Ａに示す感圧センサと仮定したときの、５Ｃ−５Ｃ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。

本実施態様の感圧センサ１００Ｃは、シールド層形成用誘電体層３５およびシールド層４０を有すること以外、実施態様１の感圧センサ１００Ａと同様の構成を有している。本実施態様の感圧センサ１００Ｃおよびその構成部材は、特記しない限り、上記感圧センサ１００Ａおよびその構成部材と同様である。

シールド層形成用誘電体層３５は、シールド層４０の形成に用いる誘電体層である。シールド層形成用誘電体層３５は、弾性体からなり、第二導体層２０および第一誘電体層１の表面に形成されている。シールド層形成用誘電体層３５は、前記した誘電体層１と同様であり、前記誘電体層１の中から、当該誘電体層１より独立して選択されればよい。シールド層形成用誘電体層３５は、感圧センサに対して加えられる通常の押圧力によっても第二導体層２０とシールド層４０との接触が起こらない程度の厚みであればよい。シールド層形成用誘電体層３５は、第二誘電体層２５と同様の方法により形成することができる。

シールド層４０は、外部からの電磁的および／または静電的な干渉（ノイズ）を遮断することができる限り特に限定されない。シールド層４０の構成材料として、例えば、前記第二導体層２０の説明で例示した同様の構成材料が挙げられる。

シールド層４０は、網状に目が開いてなるメッシュ形態を有していてもよいし、または当該目が詰まったシート形態（すなわち、所定の領域の実質的全面に構成材料が存在してなる形態）を有していてもよい。シールド層４０は誘電体層１の全面に形成されていてもよい。

シールド層４０の厚みは、ノイズを遮断する限り特に限定されない。

シールド層がない場合、感圧センサは外部の影響によりインピーダンスの変化を起こすおそれがある。例えば、外部からの電磁波の入射により、ノイズの混入などが発生する。シールド層を有する場合、これらの影響を抑えることができる。

具体的には、例えば、実施態様１の感圧センサでは、裏面（第一導体層１０）をシールド層として利用することができる。当該シールド層を機器表面側にして利用した場合、表面から外乱の影響を抑えることは可能であるが、裏面側(機器側)からの外乱を抑えることは困難である。特に機器の回路の動作によるノイズの混入を抑えることが困難である。また、シールド層を裏面側にし、表面に配線層（第二導体層２０）が配置されるようにした場合、逆に機器外からの影響を抑えることが困難である。

本実施態様においては、裏面の第一導体層１０をシールド層として利用することにより、感圧センサの両面にシールド層を有する。このため本実施態様の感圧センサ１００Ｃは、機器内部からのノイズも、機器外部からのノイズも防ぐことが可能であり、感圧センサとしての精度が向上し、感度の向上を図ることが可能である。実際に裏面側にのみシールド層を配した場合と比較して、両面にシールド層を配した場合、Ｓ／Ｎ比で３ｄＢの向上が見られた。

（実施態様４）
本実施態様においては、第三導体層を線状の配線として、第二導体層の配線とは異なる主方向でさらに形成すること、および表面にシールド層を設けることにより、検出精度をより一層、十分に向上させることができる。

本実施態様の感圧センサ１００Ｄを、図８Ａ〜図８Ｃを用いて説明する。図８Ａは感圧センサ１００Ｄの斜視図である。図８Ｂは図８Ａに示す感圧センサ１００Ｄの８Ｂ−８Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。図８Ｃは図８Ａに示す感圧センサ１００Ｄの８Ｃ−８Ｃ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。

本実施態様の感圧センサ１００Ｄは、シールド層形成用誘電体層３５およびシールド層４０を有すること以外、実施態様２の感圧センサ１００Ｂと同様の構成を有している。本実施態様の感圧センサ１００Ｄおよびその構成部材は、特記しない限り、上記感圧センサ１００Ｂおよびその構成部材と同様である。

本実施態様のシールド層形成用誘電体層３５は、第三導体層３０および第二誘電体層２５の表面に形成されていること以外、実施態様３のシールド層形成用誘電体層３５と同様である。本実施態様のシールド層形成用誘電体層３５は、感圧センサに対して加えられる通常の押圧力によっても第三導体層３０とシールド層４０との接触が起こらない程度の厚みであればよい。

本実施態様のシールド層４０は、実施態様３のシールド層４０と同様である。

（実施態様５）
本実施態様においては、第二導体層２０と第三導体層３０との間にシールド層５０を設けることにより、第二導体層２０と第三導体層３０との電磁的および／または静電的な干渉（ノイズ）を簡便に遮断でき、結果として検出精度を向上させることができる。

本実施態様の感圧センサ１００Ｅを、図９Ａ〜図９Ｂを用いて説明する。図９Ａは、本実施態様の感圧センサ１００Ｅの断面図であり、本実施態様の感圧センサ１００Ｅを図８Ａに示す感圧センサと仮定したときの、８Ｂ−８Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。図９Ｂは、本実施態様の感圧センサ１００Ｅの断面図であり、本実施態様の感圧センサ１００Ｅを図８Ａに示す感圧センサと仮定したときの、８Ｃ−８Ｃ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。

本実施態様の感圧センサ１００Ｅは、第二誘電体層２５Ａ、２５Ｂ内にシールド層５０をさらに有すること以外、実施態様４の感圧センサ１００Ｄと同様の構成を有している。本実施態様の感圧センサ１００Ｅおよびその構成部材は、特記しない限り、上記感圧センサ１００Ｄおよびその構成部材と同様である。

本実施態様のシールド層５０は、第二導体層２０と第三導体層３０との電磁的および／または静電的な干渉（ノイズ）を遮断すること以外、実施態様３のシールド層４０と同様である。

本実施態様の第二誘電体層２５Ａ、２５Ｂはそれぞれ、実施態様２の第二誘電体層２５と同様である。第二誘電体層２５Ａ、２５Ｂの厚みはそれぞれ、感圧センサに対して加えられる通常の押圧力によっても第二導体層２０とシールド層５０との接触およびシールド層５０と第三導体層３０との接触が起こらない程度の厚みであればよい。

（実施態様６）
本実施態様においては、第二導体層２０（配線）の形状を工夫することにより、より一層、簡易な構造の感圧センサを得ることができる。

本実施態様の感圧センサ１００Ｆを、図１０Ａ〜図１０Ｂを用いて説明する。図１０Ａは、本実施態様の感圧センサ１００Ｆの上面図である。図１０Ｂは図１０Ａに示す感圧センサ１００Ｆの１０Ｂ−１０Ｂ断面を矢印方向で見たときの模式的断面図である。

本実施態様の感圧センサ１００Ｆは、第二導体層２０の形状を図１０Ａに示すような形状にしたこと以外、実施態様１の感圧センサ１００Ａと同様の構成を有している。本実施態様の感圧センサ１００Ｆおよびその構成部材は、特記しない限り、上記感圧センサ１００Ａおよびその構成部材と同様である。

本実施態様の第二導体層２０が有する形状は、図１０Ａに示すように、第二導体層２０の密集領域が局所的に存在する粗密形状である。このような密集領域をタッチパネルなどの判別エリア（ボタン領域）として利用することにより、複数のボタンへの圧力を一本の配線および一個の時間領域反射測定装置で検出することができる。

本実施態様の第二導体層２０は、全体形状が異なること以外、実施態様１の第二導体層２０と同様である。

本実施態様の誘電体層１および第一導体層１０はそれぞれ、実施態様１の誘電体層１および第一導体層１０と同様である。

本実施態様の感圧センサ１００Ｆは、特に、家電機器（電気ポット、電子レンジ、ＩＨクッキングヒーターなど）の操作スイッチとして有用である。

感圧センサ１００Ｆが図１０Ａに示す配線構造をとることにより、遅い立ち上がり時間の信号を用いても、判別エリア毎に加えられた圧力をセンスすることが可能になる。これは、ある判別エリアから他の判別エリアへの配線長を長く取ることができ、ＴＤＲの周波数が低くても、かつ／または立ち上がり時間が遅くても、十分な位置分解能を得ることが可能であるためである。

（透明感圧素子の実施態様）
かかる実施態様は、感圧センサが透明となっている態様である。かかる実施態様によれば、誘電体層１、第一導体層１０および第二導体層２０の少なくとも１つが光透過性を有している。つまり、感圧センサの構成要素の少なくとも１つが可視光領域において透明となっている。

感圧センサの構成要素の全てが透明要素となっていてもよい。すなわち、誘電体層１、第一導体層１０および第二導体層２０の全てが光透過性を有していてもよい。第二誘電体層２５、第三導体層３０、シールド層形成用誘電体層３５、シールド層４０およびシールド層５０も光透過性を有していてもよい。

本開示の感圧センサ１００および１００Ａ〜１００Ｆの上記の構成要素は、透明性を担保するため例えば以下の材料的特徴を有している。

導体層（例えば、第一導体層１０、第二導体層２０および第三導体層３０）は、透明導体層の形態を有していてもよい。当該透明導体層は、ＩＴＯ等の透明導電性材料を含んでいてもよい。

シールド層（例えば、シールド層４０およびシールド層５０）は、透明シールド層の形態を有していてもよい。当該透明シールド層は、ＩＴＯ等の透明導電性材料を含んでいてもよい。

誘電体層（例えば、誘電体層１、誘電体層２５、誘電体層２５Ａ、誘電体層２５Ｂ、誘電体層３５）は、透明誘電体層の形態を有していてもよい。当該誘電体層は、透明な樹脂などの透明誘電体材料を含んでいてもよい。透明な樹脂の誘電体材料として、例えば、ポリエチレンテレフテレート樹脂および／またはポリイミド樹脂が挙げられる。

［感圧装置］
本開示は、上記した感圧センサを備えたあらゆる感圧装置にも提供する。

本開示の上記した感圧センサ１００（１００Ａ〜１００Ｆを包含する）は、それ自体が可撓性を有する平板状であり、かつ配線が１次元状あり、引き出し配線が少ないという特徴を有する。この特徴を活かして、本開示の感圧センサ１００自体を様々な形状に屈曲および湾曲させ、感圧装置に加工することができる。本開示の感圧センサ１００を可撓性支持体に貼り付けて、得られた可撓性材料を様々な形状に屈曲および湾曲させ、感圧装置に加工することもできる。このため、本開示の感圧センサおよび当該感圧センサを備えた感圧装置はそれぞれ、フレキシブル感圧センサおよびフレキシブル感圧装置としても有用である。可撓性とは、外力によって撓み変形し、除力すると元の形状へと戻る特性をいう。

本開示の感圧装置が有し得る形状として、例えば、図１１に示すような半球形状、図１２に示すような球形状、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すような円錐形状、図１４に示すような手袋形状、図１５に示すような伸縮性平板形状およびこれらの複合形状が挙げられる。

図１１、図１２、図１３Ａおよび１３Ｂ、図１４ならびに図１５に示す形状は、本開示の感圧センサを含む可撓性材料に適切な切れ目を入れることにより、形成することができる。例えば、図１３Ａは、切れ目１３１を有する円形の可撓性材料１３０を示す。図１３Ｂは、図１３Ａに示す可撓性材料の中心部分をつまみ上げたときに形成される立体的円錐形状の見取り図である。また例えば、図１４は、本開示の感圧センサを含む可撓性材料がさらに柔軟性を有する場合に当該可撓性材料を縫製してなる手袋の外観形状を示す。

本開示の感圧センサおよび感圧装置は、絶縁性材料によりコーティング処理または埋封処理されていてもよい。例えば、図１５は、本開示の感圧センサを含む可撓性材料に適切な切れ目を入れることにより、伸縮性を付与された平板が、絶縁性ポリマー材料中に埋封されてなる感圧装置の一例を示す。

また、上記図に示した形状に限らず、様々な形状での圧力分布測定が可能であることは、その構成上、明らかである。

以上、本開示の実施形態について説明してきたが、本開示はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。

本開示の感圧センサは各種電子機器のセンサ素子として好適に利用できる。具体的にいえば、本開示の感圧センサは、携帯機器（スマートフォン）、コンピュータ機器（電子ペーパー、電子ブックリーダー）、ロボット機器（介護ロボット、工業用ロボット）、車載機器（カーナビゲーション・システム、音響機器など）、家電機器（電気ポット、電子レンジ、ＩＨクッキングヒーターなど）などの種々の電子機器に適用され、これまで以上にユーザーの利便性が図られたタッチセンサ素子（操作パネル・操作スイッチ）として利用できる。

１：誘電体層（第一誘電体層）
１０：第一導体層
１１：引き出し部
２０：第二導体層
２１：引き出し部
２５：２５Ａ：２５Ｂ：第二誘電体層
３０：第三導体層
３５：シールド層形成用誘電体層
４０：シールド層
５０：シールド層
６０：６０ａ：時間領域反射測定装置
６１：６１ａ：信号入力装置
６２：６２ａ：反射測定装置
６３：６３ａ：陽極側出力端子
６４：６４ａ：陰極側出力端子
６５：６５ａ：陽極側入力端子
６６：６６ａ：陰極側入力端子

Claims (16)

1. 弾性を有し、かつ第一面および前記第一面と反対側の第二面とを有する第一誘電体層と；
   前記第一面上に配置された第一導体層と；
   前記第二面上に配置された線状の第二導体層と；
   前記第一導体層および前記第二導体層に接続されている第一時間領域反射測定装置とを備え、
   前記第一導体層は、前記第一面のうち、少なくとも前記第二導体層と対向する領域に位置する、感圧センサ。
2. 前記第一導体層がメッシュ形状またはシート形状を有する、請求項１に記載の感圧センサ。
3. 前記第一時間領域反射測定装置は、
   外部からの応力が前記第一誘電体層の少なくとも一部に印加されているときに、前記第一導体層および第二導体層に第一信号を入力し、かつ
   前記第一信号が前記第一誘電体層の前記少なくとも一部で反射することにより生じた第一反射波の大きさ、および前記第一信号が前記第一導体層および第二導体層に入力されてから前記第一反射波が前記第一時間領域反射測定装置に到達するまでの時間である第一反射時間を測定する、請求項１または２に記載の感圧センサ。
4. 前記第一時間領域反射測定装置が、
   前記第一導体層および第二導体層に第一信号を入力する第一信号入力装置と、
   前記第一信号が前記第一誘電体層の少なくとも一部で反射することにより生じた第一反射波を検出する第一反射波検出装置と、
   前記第一信号が前記第一導体層および第二導体層に入力されてから前記第一反射波が前記第一時間領域反射測定装置に到達するまでの時間である第一反射時間を測定する第一反射時間測定装置とを含み、
   前記第一信号入力装置および前記第一反射波検出装置がいずれも前記第一導体層および第二導体層に接続されており、
   前記第一反射時間測定装置が前記第一反射波検出装置に接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の感圧センサ。
5. 前記第一導体層は前記第一面の全面を覆っており、
   前記第二導体層はミアンダ形状を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の感圧センサ。
6. 前記第二導体層上および前記第一誘電体層の前記第二面上に配置された、弾性を有する第二誘電体層と、
   前記第二誘電体層上に配置された、導電性を有するシールド層とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の感圧センサ。
7. 前記第二導体層上および前記第一誘電体層の前記第二面上に配置された、弾性を有する第二誘電体層と、
   前記第二誘電体層上に配置された線状の第三導体層とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の感圧センサ。
8. 前記第二導体層および前記第三導体層はミアンダ形状を有する、請求項７に記載の感圧センサ。
9. 前記第二導体層は、第一方向に延びる複数の第一直線部と、各々が前記複数の第一直線部の各々よりも短い複数の第一接続部を含み、前記複数の第一接続部の各々は、前記複数の第一直線部のうち隣接する２つの第一直線部の端を結んでおり、
   前記第三導体層は、前記第一方向と異なる第二方向に延びる複数の第二直線部と、各々が前記複数の第二直線部の各々よりも短い複数の第二接続部を含み、前記複数の第二接続部の各々は、前記複数の第二直線部のうち隣接する２つの第二直線部の端を結んでいる、請求項８に記載の感圧センサ。
10. 前記第一導体層および第三導体層に接続されている第二時間領域反射測定装置をさらに備える、請求項７〜９のいずれか１項に記載の感圧センサ。
11. 前記第二時間領域反射測定装置が、
    前記第一導体層および第三導体層に第二信号を入力する第二信号入力装置と、
    前記第二信号が前記第一誘電体層および前記第二誘電体層の少なくとも一部で反射することにより生じた第二反射波を検出する第二反射波検出装置と、
    前記第二信号が前記第一導体層および第三導体層に入力されてから前記第二反射波が前記第二時間領域反射測定装置に到達するまでの時間である第二反射時間を測定する第二反射時間測定装置とを含み、
    前記第二信号入力装置および前記第二反射波検出装置がいずれも前記第一導体層および第三導体層に接続されており、
    前記第二反射時間測定装置が前記第二反射波検出装置に接続されている、請求項１０に記載の感圧センサ。
12. 前記第一時間領域反射測定装置と前記第二導体層との間に配置され、前記第一時間領域反射測定装置と前記第二導体層とが接続されている状態と、前記第一時間領域反射測定装置と前記第三導体層とが接続されている状態との間で切り替えるスイッチをさらに備える、請求項７〜９のいずれか１項に記載の感圧センサ。
13. 前記第三導体層上および前記第三導体層が配置された前記第二誘電体層上に配置された、弾性を有する第三誘電体層と、
    前記第三誘電体層上に配置された、導電性を有するシールド層とをさらに備える、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の感圧センサ。
14. 前記第二誘電体層内に配置された、導電性を有するシールド層をさらに備える、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の感圧センサ。
15. 前記第一導体層および前記第二導体層のうち少なくとも１つが酸化インジウムスズを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の感圧センサ。
16. 前記第一誘電体層が透明な樹脂を含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の感圧センサ。

Images