CN111936370A - 电容传感器、其制造方法、以及电容传感器用网眼状柔软电极 - Google Patents

电容传感器、其制造方法、以及电容传感器用网眼状柔软电极 Download PDF

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Abstract

电容传感器(1)具备两个电极层(10、11)、以及配置于电极层(10、11)之间的绝缘层(12)。两个电极层(10、11)中的至少一方由具有网眼形状的网眼状柔软电极(50)构成，网眼状柔软电极(50)由导电性聚合物构成。该导电性聚合物具有聚合物、以及分散于该聚合物中的导电材料，且弹性模量为1000MPa以下。两个电极层(10、11)由网眼状柔软电极(50)构成的电容传感器(1)的制造方法具有制造网眼状柔软电极(50)的电极制造工序、以及在绝缘层(12)的表背两面层叠网眼状柔软电极(50)的层叠工序。

Description

电容传感器、其制造方法、以及电容传感器用网眼状柔软电极
技术领域
本发明涉及电容传感器及其制造方法，尤其涉及电容传感器的电极层。
背景技术
在汽车等车辆中，搭载有检测乘员的状态的各种各样的传感器。例如，在专利文献1、专利文献2中，公开了配置于方向盘的轮圈部(把手)的电容传感器。该传感器具备屏蔽层和传感器层，并基于在乘员与传感器层之间产生的电容的变化，检测驾驶员是否接触方向盘。
图5表示具备电容传感器的以往的方向盘的径向剖视图。如图5所示，方向盘9具备芯体20、加热器层30、电容传感器90、以及表皮40。方向盘9具有从芯体20朝向径向外侧层叠有多个层的层叠结构。加热器层30包覆芯体20的外周面。电容传感器90包覆加热器层30的外周面。表皮40包覆电容传感器90的外周面。驾驶员所接触到的是表皮40。
电容传感器90具有检测电极层91、屏蔽电极层92、以及绝缘层93。检测电极层91配置于表皮40侧，并在与驾驶员的手(检测对象物)之间产生电容。屏蔽电极层92配置于加热器层30侧，并对来自加热器层30的噪声进行遮蔽。绝缘层93配置于检测电极层91和屏蔽电极层92之间。检测电极层91和绝缘层93通过粘合层94粘接，屏蔽电极层92和绝缘层93通过粘合层95粘接。同样地，加热器层30和屏蔽电极层92通过粘合层31粘接，表皮40和检测电极层91通过粘合层41粘接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2014/123222号
专利文献2：日本特开2014-190856号公报
专利文献3：日本特开2007-314911号公报
专利文献4：日本特开2007-262623号公报
专利文献5：日本特开2010-109121号公报
专利文献6：日本特开2002-220776号公报
发明内容
发明所要解决的问题
如上所述，在以往的方向盘中，层叠的层彼此通过粘合剂粘接，因此需要涂布粘合剂的工序、贴合工序等，从而制造工序较多，成本变高。
另外，作为电极层的材料，如专利文献1中记载的那样，使用银、铜等金属、碳材料。在将电容传感器安装于方向盘时，需要使电容传感器一边伸长一边卷绕于芯体。然而，由于金属、碳材料不具有柔软性，因此难以伸长。因此，如该文献所记载那样，对传感器的形状进行深入开发等。在专利文献2中，作为屏蔽电极层的材料，记载有使用在橡胶、树脂中掺混了金属粉的材料。然而，这些材料的柔软性也不够，若伸长则金属粉(导电材料)的接触断开，从而容易导致导电性的降低、断裂。
另一方面，如专利文献3、专利文献4所记载的那样，提出了使用经金属镀覆的导电丝的呈布状的电极。另外，在专利文献5中，记载有能够将碳材料、金属编织成网状而形成电极层。然而，这些导电布缺乏柔软性。因此，难以卷绕于方向盘，若伸长则有损导电性。另外，导电布较为昂贵。若从资源回收的观点出发对导电布进行处理，则由于焚烧后金属成分残存，或者金属成分在熔融物中作为杂质而残存，因此还存在难以对导电布进行再利用这样的问题。
本发明是鉴于上述那样的实际情况而完成的，其课题在于提供一种电极，该电极能够用作电容传感器的电极层并具有柔软性，即使伸长也难以产生导电性的降低以及断裂。另外，其课题还在于，提供一种使用该电极且柔软性优异的电容传感器、以及以低成本来制造该电容传感器的方法。
用于解决问题的手段
(1)为了解决上述课题，本发明提供一种电容传感器，其具备两个电极层、以及配置于该电极层之间的绝缘层，其特征在于，两个该电极层中的至少一方由具有网眼形状的网眼状柔软电极构成，所述网眼状柔软电极由导电性聚合物构成，该导电性聚合物具有聚合物、以及分散于该聚合物中的导电材料且弹性模量为1000MPa以下。
(2)为了解决上述课题，本发明提供一种电容传感器的制造方法，所述电容传感器具备两个电极层、以及配置于该电极层之间的绝缘层，两个该电极层由具有网眼形状的网眼状柔软电极构成，所述网眼状柔软电极由导电性聚合物构成，该导电性聚合物具有聚合物、以及分散于该聚合物中的导电材料且弹性模量为1000MPa以下，其特征在于，所述电容传感器的制造方法具有：制造所述网眼状柔软电极的电极制造工序；以及在所述绝缘层的表背两面层叠该网眼状柔软电极的层叠工序。
(3)为了解决上述课题，本发明提供一种电容传感器用网眼状柔软电极，其特征在于，所述电容传感器用网眼状柔软电极由具有聚合物以及分散于该聚合物中的导电材料且弹性模量为1000MPa以下的导电性聚合物构成，并具有网眼形状。
发明效果
(1)本发明的电容传感器具备网眼状柔软电极作为电极层。网眼状柔软电极由弹性模量较小的导电性聚合物构成，并且具有网眼形状。因此，柔软性较高，即使大幅地伸长也难以发生断裂且导电性也难以降低。因而，本发明的电容传感器整体上变得柔软，从而也容易装配于上述的方向盘那样的曲面。另外，网眼状柔软电极的基质是聚合物，如果在导电材料中使用碳材料，则金属成分不会在熔融物中残存。因此，容易进行再利用。
网眼状柔软电极具有聚合物。因此，在绝缘层等相邻构件是热塑性弹性体制成的情况下，利用网眼状柔软电极和相邻构件之间的粘合性，能够不使用粘合剂而将两者固定。另外，在相邻构件因加热而软化的情况下，能够通过将相邻构件加热而使其融着于网眼状柔软电极来将两者固定。进一步地，能够通过使软化后的相邻构件的一部分浸入网眼状柔软电极的空隙中而成为一体。尤其是，在网眼状柔软电极和相邻构件是同系统的聚合物种类的情况下，能够因相溶性而牢固地成为一体。这样，若使用网眼状柔软电极，则能够不再使用以往在相邻的层彼此的固定中所需要的粘合剂，因此能够减少制造工序，并能够实现成本的削减。因而，能够较为廉价地构成本发明的电容传感器。另外，通过进行一体化，能够与以往的使用粘合剂的层叠方法相比而减小厚度，因此也有提高柔软性的效果。
(2)根据本发明的电容传感器的制造方法，仅通过在绝缘层的表背两面层叠网眼状柔软电极，就能够容易地制造出夹持绝缘层的两个电极层由网眼状柔软电极构成的方式的本发明的电容传感器。另外，根据本发明的电容传感器的制造方法，通过利用绝缘层以及网眼状柔软电极的粘合性或将两者融着，或者进一步地使绝缘层浸入，能够不再使用以往在相邻的层彼此的固定时所需要的粘合剂，能够减少制造工序，并能够实现成本的削减。因而，能够以较低的成本制造出本发明的电容传感器。
(3)本发明的电容传感器用网眼状柔软电极由弹性模量较小的导电性聚合物构成，并且具有网眼形状。因此，柔软性较高，即使大幅地伸长也难以发生断裂且导电性也难以降低。因而，适用于要求柔软性的电容传感器的电极层。另外，本发明的电容传感器用网眼状柔软电极的基质为聚合物，如果在导电材料中使用碳材料，则金属成分不会在熔融物中残存。因此，容易进行再利用。
顺带地，在专利文献6中，记载有由含有炭黑的热塑性树脂构成的多个导电性连续纤维重叠为网状并在其交叉点通过融着粘接而一体化而成的导电性网状体。该导电性网状体可以与阻水片材等一体化而用于漏水检测。因此，针对该导电性网状体，要求压缩应力较高、有通气性，但不要求柔软性。另外，如该文献的权利要求5所记载的那样，该导电性薄膜状体在厚度方向呈凹凸状起伏且厚度不均匀。因此，在配置为夹持绝缘层的情况下电极间距离不恒定，从而感测的精度变低。因此，不适用于电容传感器的电极层。
附图说明
图1是配置有第一实施方式的电容传感器的方向盘的主视图。
图2是图1的II-II剖视图。
图3是用于说明该方向盘的层叠结构的剖面示意图。
图4是在该电容传感器的检测电极层以及屏蔽电极层中使用的网眼状柔软电极的平面示意图。
图5是以往的方向盘的径向剖视图。
具体实施方式
首先，对本发明的电容传感器用网眼状柔软电极、电容传感器及其制造方法的一个实施方式进行说明，之后对其他实施方式进行说明。
＜第一实施方式＞
[电容传感器的结构]
首先，对本实施方式的电容传感器的结构进行说明。图1表示配置有本实施方式的电容传感器的方向盘的主视图。图2表示图1的II-II剖视图。图3表示用于说明该方向盘的层叠结构的剖面示意图。图4表示在该电容传感器的检测电极层以及屏蔽电极层中使用的网眼状柔软电极的平面示意图。在图4中，出于方便，对导电性聚合物部分施加阴影来进行表示。
如图1所示，方向盘8具有轮圈部80、连结部81。轮圈部80呈环状，供驾驶员把持。连结部81将轮圈部80和转向轴(省略图示)连接。在图1中，如以虚线所示，在轮圈部80中，配置有电容传感器1。
如图2、图3所示，轮圈部80具有芯体20、加热器层30、电容传感器1、表皮40。
芯体20是金属制成的实心的棒，并呈环状。芯体20经由连结部81而连接于转向轴。
加热器层30由配置有电热丝的无纺布构成。加热器层30包覆芯体20的外周面。加热器层30通过通电而使电热丝发热，由此加热轮圈部80。在加热器层30和电容传感器1之间配置有粘合层31。粘合层31将加热器层30和电容传感器1(具体来说为后述的屏蔽电极层11)粘接。
电容传感器1呈柔软的片状。电容传感器1从加热器层30的上方卷装(卷绕一圈)于芯体20。电容传感器1包覆加热器层30的外周面。电容传感器1具有检测电极层10、屏蔽电极层11、以及绝缘层12。
检测电极层10由网眼状柔软电极50构成。网眼状柔软电极50由在热塑性弹性体等中分散炭黑而形成的导电性聚合物构成，并呈网眼形状。网眼状柔软电极50的材料、即导电性聚合物的弹性模量为15MPa，体积电阻率为2.0Ω·cm。即使将该导电性聚合物沿一个方向伸长25％，体积电阻率也仅增加两倍左右。如图4所示，网眼状柔软电极50具有多个正方形的空隙51。形成网眼的线幅w是0.8mm，线厚度(电极厚度)是0.2mm，线和线的间隔(间距)p是3mm。网眼状柔软电极50包含在本发明的电容传感器用网眼状柔软电极的概念中。检测电极层10配置于表皮40侧，并在其与驾驶员的手(检测对象物)之间产生电容。检测电极层10在图2、图3中，如以虚线所示，其几乎整体埋入至绝缘层12中。
屏蔽电极层11与检测电极层10相同，由网眼状柔软电极50构成。屏蔽电极层11配置于加热器层30侧。屏蔽电极层11被接地，对来自加热器层30的噪声进行遮蔽。屏蔽电极层11在图2、图3中，如以虚线所示，其几乎整体埋入至绝缘层12中。
绝缘层12配置于检测电极层10和屏蔽电极层11之间。绝缘层12由含有氧化镁粒子的热塑性弹性体构成。绝缘层12的体积电阻率是1×1013Ω·cm，弹性模量是10MPa。
表皮40为树脂制成，并包覆电容传感器1的外周面。在表皮40和电容传感器1之间，配置有粘合层41。粘合层41将表皮40和电容传感器1(具体来说是检测电极层10)粘接。
[电容传感器的制造方法]
接下来，对本实施方式的电容传感器的制造方法进行说明。首先，如以下这样制造网眼状柔软电极50(电极制造工序)。在热塑性弹性体等基质材料中加入炭黑，使用双轴挤出机进行混揉，从而得到颗粒状的导电性组合物。对得到的导电性组合物进行旋转挤出成形，进一步地在加热下冲压并使其无凹凸而呈平滑状，制造出网眼状片材(网眼状柔软电极50)。接下来，在绝缘层12的表面重叠检测电极层10用的网眼状柔软电极50，在绝缘层12的背面重叠屏蔽电极层11用的网眼状柔软电极50而形成层叠体。然后，在加热下沿层叠方向冲压层叠体。通过这样，使软化的绝缘层12浸入网眼状柔软电极50的空隙51中，从而将绝缘层12和网眼状柔软电极50融着。此时，网眼状柔软电极50的整体埋入绝缘层12(融着工序、埋入工序、层叠工序)。这样，制造出将网眼状柔软电极50(检测电极层10以及屏蔽电极层11)埋入绝缘层12并一体化而成的电容传感器1。
将制造出的电容传感器1以将屏蔽电极层11作为内侧并包覆芯体20上卷装的加热器层30的外周面的方式进行卷绕。在加热器层30的表面涂布有粘合剂。由此，将加热器层30和屏蔽电极层11粘接。然后，将表皮40以包覆检测电极层10的方式进行卷绕。在表皮40的背面涂布有粘合剂。由此，将表皮40和检测电极层10粘接。这样，制造出方向盘8的轮圈部80。
[电容传感器的动作]
接下来，对本实施方式的电容传感器的动作进行说明。若驾驶员的手(具有导电性，并经由人体而接地。)接近表皮40，则在检测电极层10和手之间产生电容。在检测电极层10电连接有未图示的检测电路部。该检测电路部对从手未接近的状态到手接近的状态下的电容的变化量进行计算，基于计算得到的值，对驾驶员是否接触到方向盘8进行判别。
[作用效果]
接下来，对本实施方式的网眼状柔软电极、电容传感器及其制造方法的作用效果进行说明。根据电容传感器1，检测电极层10以及屏蔽电极层11由网眼状柔软电极50构成，绝缘层12也由柔软的热塑性弹性体构成。因此，电容传感器1的整体是柔软的，能够一边伸长一边卷绕于芯体20。另外，轮圈部80的触感也变得良好。
检测电极层10以及屏蔽电极层11(网眼状柔软电极50)即使大幅地伸长也难以发生断裂且导电性也难以降低。因此，感测性能难以降低，耐久性优异。另外，网眼状柔软电极50不含金属，因此容易进行再利用。
在绝缘层12与检测电极层10以及屏蔽电极层11之间，没有粘合层。即，在电容传感器1中，由于在绝缘层12中使用热塑性弹性体，因此利用热塑性弹性体的加热引起的软化，能够不使用粘合剂而将绝缘层12与检测电极层10以及屏蔽电极层11固定。与没有粘合层相应地，传感器比以往变得更薄，因此柔软性变得更高。根据本实施方式的电容传感器的制造方法，通过以两个网眼状柔软电极50夹持绝缘层12，并在加热下进行冲压，从而绝缘层12浸入网眼状柔软电极50的空隙51中，即使不使用粘合剂，也能够将绝缘层12和网眼状柔软电极50固定。由此，不再需要以往所需的粘合剂的涂布工序，能够实现与制造工序减少相应的成本的削减。另外，通过对导电性组合物进行旋转挤出成形，能够容易并且低成本地制造网眼状柔软电极50。因而，电容传感器1变得较为廉价。
＜其他实施方式＞
本发明的电容传感器用网眼状柔软电极、电容传感器及其制造方法的实施方式不限于上述方式，在不偏离本发明的主旨的范围内，能够通过实施了本领域技术人员能够进行的变更、改进等的各种方式来实施。以下，分别进行详细说明。
[电容传感器用网眼状柔软电极]
本发明的电容传感器用网眼状柔软电极(以下，有时简称为“本发明的网眼状柔软电极”)由导电性聚合物构成，并具有网眼形状。导电性聚合物具有聚合物以及分散于该聚合物中的导电材料，该导电性聚合物的弹性模量为1000MPa以下。
(1)导电性聚合物
成为导电性聚合物的基质的聚合物并不特别限定于热塑性树脂、热塑性弹性体、热固性树脂、热固性弹性体等，但若考虑柔软性、形成为网眼形状的成形性等，则优选为选自热塑性树脂以及热塑性弹性体中的一种以上。作为热塑性树脂，烯烃系、聚酰胺系的树脂是较佳的。在烯烃系树脂中，聚甲基戊烯均聚物、聚甲基戊烯与其他烯烃系树脂的共聚物、聚丙烯均聚物、聚丙烯与其他烯烃系树脂的共聚物等从高温下的形状保持性、机械特性的保持性良好这样的观点出发是优选的。在聚酰胺系树脂中，PA11、PA12、PA612、PA610、PA1212、PA1010等是较佳的。作为热塑性弹性体，可以列举聚氨酯系、丙烯酸系、酯系、聚酰胺系、烯烃系、苯乙烯系，其中聚氨酯系、丙烯酸系是较佳的。在聚氨酯系热塑性弹性体中，从难水解这样的观点出发，醚系以及碳酸酯系是较佳的。
通常，树脂的弹性模量较大，因此优选为将树脂彼此、或树脂与弹性体混合并合金化，或者掺混油、塑化剂并柔软化。例如，可以列举烯烃系树脂和热塑性弹性体的合金材料、聚酰胺系树脂和改性烯烃系树脂或者热塑性弹性体的合金材料等。作为与聚烯烃系树脂合金化的热塑性弹性体，可以是SEBS、SBS、EPDM、EPM等。另外，在合金化的情况下，为了提高强度、伸长率等特性可以添加乙烯丙烯-聚丙烯共聚物(EP-PP共聚物)等相容剂。
作为与聚酰胺系树脂合金化的改性烯烃系树脂可以是聚乙烯、聚丙烯等，作为热塑性弹性体可以是SEBS、SBS、EPDM、EPM等。在该情况下，可以添加羧酸改性聚丙烯、羧酸改性聚乙烯等作为相容剂。
分散于聚合物中的导电材料不特别限定于金属材料、碳材料等，但若考虑柔软性、资源回收性等，则优选使用碳材料。作为碳材料，可以列举炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨等。在石墨中，有通常的粉末石墨、膨胀石墨、膨胀化石墨、薄层石墨、石墨烯等。其中从导电性较高这样的观点出发，使用选自科琴黑(KETJEN BLACK)、乙炔黑等炭黑、碳纳米管以及石墨中的一种以上是较佳的。进一步地，从比较廉价且导电性较高这样的观点出发，使用选自炭黑以及石墨中的一种以上是较佳的。此外，导电性聚合物除了聚合物以及导电材料外，还可以包含交联剂、交联促进剂、分散剂、加强材料、塑化剂、老化防止剂、着色剂等。
导电性聚合物的弹性模量是1000MPa以下。从柔软性的观点出发，500MPa以下、进一步地250MPa以下是较佳的。在本说明书中，弹性模量由在JIS K6251：2017中规定的拉伸试验得到的应力-伸长曲线的线形区域的斜率计算出。拉伸试验是使用厚度2mm的哑铃状5号形的试片，并将拉伸速度设定为100mm/min来进行的。
从在将本发明的网眼状柔软电极用作电容传感器的电极层的情况下确保所希望的感测性能这样的观点出发，导电性聚合物的体积电阻率优选的是100Ω·cm以下。50Ω·cm以下、10Ω·cm以下、进一步地3Ω·cm以下是更佳的。另外，优选的是，电极层即使伸长电阻也难以增加。因此，优选的是，导电性聚合物沿一个方向伸长25％时的体积电阻率是伸长前的体积电阻率的10倍以下。5倍以下、进一步地3倍以下是更佳的。
若假定将电容传感器在汽车的车室内长时间使用，则要求在高温高湿下电极层的体积电阻率难以变化、电极层的材料难以劣化。若考虑该点，则优选的是，在进行了促进导电性聚合物的水解的高压锅(PCT)试验的情况下，试验后的体积电阻率的变化率是±30％以内。体积电阻率的变化率是±15％以内、进一步地是±10％以内是更佳的。将试验前的体积电阻率设为R0，将试验后的体积电阻率设为R1，体积电阻率的变化率的计算式如下式(i)所示。
体积电阻率的变化率＝(R1-R0)/R0×100……(i)
同样地，优选的是，进行了PCT试验后的断裂伸长率的保持率是50％以上且150％以下。断裂伸长率的保持率是75％以上且130％以下、进一步地是85％以上且120％以下是更佳的。将试验前的断裂伸长率设为E0，将试验后的断裂伸长率设为E1，断裂伸长率的保持率的计算式如下式(ii)所示。
断裂伸长率的保持率＝E1/E0×100……(ii)
在本说明书中，PCT试验是在温度121℃、压力202.65kPa(两个大气压)将导电性聚合物的试片保持120小时来进行的。
在构成电容传感器时，本发明的网眼状柔软电极有时为了与绝缘层成为一体而被加热。在该情况下，在导电性聚合物中，要求即使在作为绝缘层的软化温度的160～200℃左右的高温下熔融粘度也较大，形状保持性、机械特性的保持性也较高，物性也难以变化。若考虑该点，则优选的是，导电性聚合物满足下面(A)、(B)、(C)的条件的至少一个。
(A)在120℃以上且180℃以下的某个温度下，导电性聚合物的弹性模量大于该温度下测定的绝缘层的弹性模量。
(B)在120℃以上且180℃以下的某个温度下，导电性聚合物的断裂伸长率大于该温度下测定的绝缘层的断裂伸长率。
(C)导电性聚合物的200℃下的熔融粘度大于绝缘层的200℃下的熔融粘度。
针对(A)、(B)的条件，将温度范围的下限的120℃和上限的180℃的双方下的弹性模量、断裂伸长率进行比较，在任一温度下导电性聚合物的值均为绝缘层的值以下、或者为无法测定的情况下，判断为不满足该条件。
(2)网眼形状
本发明的网眼状柔软电极中的线幅、线的剖面形状、厚度、间距、空隙的形状等只要考虑柔软性、导电性、感测性能、形状保持性等而适当决定即可。例如，线幅可以是0.1mm以上、0.2mm以上、0.3mm以上、4.0mm以下、2.0mm以下、1.0mm以下。线的剖面形状可以列举圆、椭圆、长方形、正方形等。线的厚度可以是0.05mm以上、0.1mm以上、0.5mm以下、0.2mm以下。间距可以是0.5mm以上、0.7mm以上、1mm以上、200mm以下、30mm以下、5mm以下。由于间距越大则空隙越大(网眼越粗)，因此在与绝缘层一体化时容易埋入绝缘层中。空隙的平面形状可以列举圆、椭圆、长方形、菱形等多边形。进一步地，线幅和间距的比率可以是1：10～10：1。另外，线和空隙的面积比可以是1：10～10：1，若是1：3～3：1则更佳。
为了高精度地进行感测，以夹持绝缘层的方式配置的两个电极层之间的距离很重要。因此，本发明的网眼状柔软电极的厚度优选为尽可能均匀。例如，网眼状柔软电极的厚度的变化率[(最大厚度-最小厚度)/最小厚度×100]可以是50％以下。
[电容传感器]
本发明的电容传感器具备两个电极层、以及配置于该电极层之间的绝缘层，两个该电极层中的至少一方由上述的本发明的网眼状柔软电极构成。本发明的电容传感器的两个电极层的一方是检测电极层，另一方是对针对检测电极层的噪声进行遮蔽的屏蔽电极层，电容传感器可以是对检测电极层和检测对象物之间产生的电容进行检测的传感器，也可以是对两个电极层之间的电容进行检测的传感器。
(1)电极层
可以仅在两个电极层中的一方中使用本发明的网眼状柔软电极，但若在双方中使用本发明的网眼状柔软电极则是更佳的。本发明的网眼状柔软电极如以上说明那样。另外，在不使用本发明的网眼状柔软电极的电极层中，使用由涂料化的导电性聚合物形成的导电性片材、导电布等即可。
(2)绝缘层
绝缘层的材质只要有绝缘性和柔软性，就不特别限定于树脂、弹性体等。其中若考虑柔软性、以及与电极层的一体成形性，则绝缘层优选具有热塑性弹性体。作为热塑性弹性体，从苯乙烯系、烯烃系、聚氯乙烯系、聚氨酯系、酯系、酰胺系等的弹性体中适当选择即可。使用的热塑性弹性体可以是一个种类也可以是两个种类以上。例如，作为苯乙烯系热塑性弹性体，可以列举SBS、SEBS、SEPS等。作为烯烃系弹性体，除了EEA、EMA、EMMA等之外，可以列举乙烯和α烯烃的共聚物(乙烯-辛烯共聚物)等。
绝缘层可以含有热塑性弹性体以外的橡胶、树脂。例如，在包含乙烯-丙烯橡胶(EPM、EPDM)等橡胶的情况下，绝缘层的柔软性会提高。从提高绝缘层的柔软性这样的观点出发，可以使绝缘层含有塑化剂等柔软性赋予成分。另外，从增大绝缘层的导热率这样的观点出发，可以使其含有导热率较大并且绝缘性的无机填料。作为导热率较大的无机填料，可以列举例如氧化镁、氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅等。
从确保两个电极层之间的绝缘性这样的观点出发，优选的是，绝缘层的体积电阻率是1×1012Ω·cm以上。更佳的体积电阻率是1×1013Ω·cm以上。另外，从提高向电容传感器的构件进行组装的组装性、耐久性这样的观点出发，绝缘层的拉伸强度是0.1MPa以上、进一步地是2.0MPa以上是较佳的。绝缘层的断裂伸长率是100％以上、进一步地是500％以上是较佳的。
(3)电极层和绝缘层的一体化
在本发明的电容传感器中，将两个电极层和绝缘层层叠即可。绝缘层可以浸入电极层，也可以不浸入电极层而仅与其接触。或者，也可以有粘合层夹设于电极层和绝缘层之间。在电极层是本发明的网眼状柔软电极的情况下，能够利用该网眼状柔软电极和绝缘层的粘合性将两者固定。另外，能够通过使网眼状柔软电极重叠于加热而软化后的绝缘层，并将绝缘层融着于网眼状柔软电极而将两者固定。此时，可以沿层叠方向加压，使软化的绝缘层的一部分浸入网眼状柔软电极的空隙中。通过这样，网眼状柔软电极的至少一部分被埋入绝缘层中。也可以是网眼状柔软电极的整体被埋入绝缘层中。
(4)用途
本发明的电容传感器可以配置为平面状，也可以配置为卷绕于构件上。本发明的电容传感器适用于除了配置在车辆的方向盘之外还配置在车门饰板、扶手、控制台箱、仪表板、头枕、座椅等内饰部件来作为对人的接近、接触进行检测的传感器。此外，如上述第一实施方式那样，在将本发明的电容传感器应用于方向盘的情况下，在轮圈部不一定必须配置有加热器。另外，也适用于在驾驶员监视系统中使用的传感器。例如，能够将本发明的电容传感器铺设于车辆的座椅，对落座的乘员的压力分布、压力变化进行检测。能够基于检测到的压力变化来推断重心移动、姿态的变化，并能够基于压力变化来测定呼吸频率、心率。
[电容传感器的制造方法]
本发明的电容传感器的制造方法是两个电极层由网眼状柔软电极构成的方式的本发明的电容传感器的制造方法，具有电极制造工序、以及层叠工序。
(1)电极制造工序
本工序是制造网眼状柔软电极的工序。在本工序中，首先，在聚合物中加入导电材料并根据需要加入油、分散剂等而进行混揉，制造导电性组合物(导电性组合物制造工序)。混揉使用班伯里密炼机、捏合机、双轴混揉机、双轴挤出机等通常使用的装置即可。接下来，将导电性组合物成形为网眼形状(成形工序)。为了成形为网眼形状，使用挤出成形、熔融转印、冲压成形、压花加工等方法即可。通过挤出成形，能够较为简单且低成本地进行成形。在挤出成形中，若通过旋转挤出成形，能够获得较为细密的网眼形状。由于通过挤出成形，存在线的交点的厚度大于该交点以外的厚度的趋势，因此为了使厚度更加均匀，可以进行冲压处理等作为后加工。熔融转印是利用凹版印刷技术的方法。通过熔融转印，能够成形具有细密的网眼形状且厚度均匀且薄膜状的电极。通过冲压成形，能够高精度地制作出线幅、厚度、间距等，还能够成形复杂平面形状。例如，在通过冲压成形而成形为片状后，可以实施开孔加工。压花加工是组合地使用锐利的压花辊和弹性辊，并在膜上实施开孔加工后进行延伸的方法。通过压花加工，能够成形具有细密的网眼形状且厚度均匀的电极，但由于需要延伸加工，因此需要考虑导电性的变化。
(2)层叠工序
本工序是在绝缘层的表背两面重叠制造出的网眼状柔软电极的工序。例如，在绝缘层是热塑性弹性体制成的情况下，能够利用绝缘层以及网眼状柔软电极的粘合性将两者固定。本工序可以具有将绝缘层和网眼状柔软电极融着的融着工序。即，只要在对绝缘层进行加热而使其软化后，使网眼状柔软电极重叠在其上来将两者融着即可。加热温度只要设为绝缘层软化的温度，并且，网眼状柔软电极的形状、物性难以变化的温度即可。例如，160～200℃左右是较佳的。进一步地，本工序可以具有通过加压将网眼状柔软电极的至少一部分埋入绝缘层的埋入工序。例如，只要沿层叠方向对绝缘层和网眼状柔软电极的层叠体进行加压，使绝缘层的一部分浸入网眼状柔软电极的空隙即可。或者，在融着工序中，沿层叠方向对绝缘层和网眼状柔软电极的层叠体进行加压，使软化后的绝缘层的一部分浸入网眼状柔软电极的空隙即可。
【实施例】
接下来，列举实施例来对本发明更具体地进行说明。
＜导电性聚合物的制造＞
[第一实施例]
首先，向将聚甲基戊烯共聚物(三井化学(株式会社)制“TPX(注册商标)MX004”)、氢化苯乙烯系热塑性弹性体(SEBS)(旭化成(株式会社)制“TUFTEC(注册商标)H1221”)、石蜡油(出光兴产(株式会社)制“DIANA(注册商标)操作油PW-380”)按照50：100：100的质量比掺混而成的聚合物中，加入导电材料的炭黑(狮王特种化学品(株式会社)制“科琴黑EC600JD”)，通过混揉用双轴挤出机((株式会社)日本制钢所制“TEX(注册商标)25αIII”)在温度230℃下进行混揉，从而制造出颗粒状的导电性组合物。接下来，将导电性组合物载置到模具上，在250℃下充分地调温并使其熔融后，使用冲压成形机(三友工业(株式会社)制造的150吨冲压机)进行热冲压，保持合模状态进行冷却，从而制造出导电性聚合物片材。制造出的片材的厚度是0.2mm、2mm两个种类。
[第二实施例、第三实施例]
除了变更导电材料的炭黑的掺混量这一点以外都和第一实施例相同，从而制造出第二实施例、第三实施例的导电性聚合物片材。
[第四实施例]
除了变更聚合物中的三成分的质量比这一点以外都和第一实施例相同，从而制造出第四实施例的导电性聚合物片材。
[第五实施例]
将聚合物变更为仅为聚氨酯系热塑性弹性体(大日精化工业(株式会社)制“Resamine(注册商标)PH890”)，将混揉温度变更为200℃，将导电性组合物的调温、熔融温度变更为220℃，除了这些点以外都和第一实施例相同，从而制造出第五实施例的导电性聚合物片材。
[第六实施例、第六实施例]
除了变更导电材料的炭黑的掺混量这一点以外都和第五实施例相同，从而制造出第六实施例、第七实施例的导电性聚合物片材。
[第八实施例]
除了将聚合物变更为将氢化苯乙烯系热塑性弹性体(同上)和石蜡油(同上)按照50：50的质量比掺混而成的聚合物这一点以外都和第一实施例相同，从而制造出第八实施例的导电性聚合物片材。
[第一比较例]
并不采用导电性聚合物片材，而是将包覆了铜以及镍的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维的导电布(世联(株式会社)制“Sui-10-511M”)作为第一比较例的样本。
[第二比较例]
将第一比较例的导电布的丝密度减小为68根/英寸的导电布作为第二比较例的样本。
[第三比较例]
除了将聚合物变更为仅为聚甲基戊烯共聚物(同上)这一点以外都和第一实施例相同，从而制造出第三比较例的导电性聚合物片材。
[第四比较例]
除了将聚合物变更为将氢化苯乙烯系热塑性弹性体(同上)和石蜡油(同上)按照50：50的质量比掺混而成的聚合物而不掺混导电材料的炭黑这一点以外都和第一实施例相同，从而制造出第四比较例的聚合物片材。在不具有导电材料这一点上，第四比较例的聚合物不包含在本发明的导电性聚合物的概念中。
＜导电性聚合物的物性测定＞
对制造出的导电性聚合物的物性进行测定。测定项目以及测定方法如以下所示。此外，对第四比较例的聚合物也同样地测定除了体积电阻率以外的物性。
[弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率]
进行JIS K6251：2017中规定的拉伸试验，测定拉伸强度以及断裂伸长率，由应力-伸长曲线的线形区域的斜率计算出弹性模量。断裂伸长率与该JIS中规定的切断时伸长率(Eb)含义相同。拉伸试验是使用由厚度2mm的导电性聚合物片材制作的哑铃状5号形的试片，在室温下将拉伸速度设为100mm/min来进行的。另外，在120℃下、180℃下也同样地进行拉伸试验，测定各个温度下的断裂伸长率，由应力-伸长曲线的线形区域的斜率计算出弹性模量。
[熔融粘度]
使用(株式会社)东洋精机制作所制造的“CAPILOGRAPH(注册商标)1D PMD-C”(以JIS K7199：1999为基准)来进行测定。测定是在温度200℃、剪切速度61s-1的条件下进行的。
[体积电阻率]
使用(株式会社)三菱化学分析科技制造的低电阻率计“Loresta(注册商标)GP”(电压：5V，以JIS K7194：1994为基准)测定厚度0.2mm的导电性聚合物片材的体积电阻率。将测定的体积电阻率作为初始(伸长前)的体积电阻率。
[25％伸长时的体积电阻率]
对厚度0.2mm的导电性聚合物片材进行冲裁，制作出JIS K6251：2010中规定的哑铃状2号形的试片。在试片的距两端10mm的位置安装铜箔。在试片的从长度方向中心向两侧10mm的位置处引出一对标线，在试片上设定出20mm的标线间距离。首先，测定出施加1V的电压时的铜箔间的电阻值R1。接下来，拉伸试片的一端，使标线间距离伸长至25mm(伸长率25％：(25-20)/20×100＝25)，测定出铜箔间的电阻值R2。将电阻值R2除以电阻值R1，计算出变化倍率(R2/R1)。然后，将计算出的变化倍率乘以上述的初始的体积电阻率，作为25％伸长时的体积电阻率。
[PCT试验后，PCT试验后的体积电阻率的变化率以及断裂伸长率的保持率]
为了测定体积电阻率的变化率，将厚度0.2mm的导电性聚合物片材进行冲裁，制作出以JIS K7194：1994为基准的80mm×60mm见方的试片。为了测定断裂伸长率的保持率，对厚度0.2mm的导电性聚合物片材进行冲裁，制作出JIS K6251：2010中规定的哑铃状2号形的试片。将各试片放入高压锅测试试验机中，在121℃、202.65kPa(两个大气压)下保持120小时。之后，取出试片，通过上述的测定方法，测定出PCT试验后的体积电阻率以及断裂伸长率。然后，通过上述的式(i)、(ii)，计算出体积电阻率的变化率以及断裂伸长率的保持率。
＜导电性聚合物的物性评价＞
表1、表2归纳并表示制造出的导电性聚合物的组分以及物性的测定结果。表中，导电材料的掺混比例是相对于100质量份的聚合物的导电材料的质量份。此外，第一比较例、第二比较例的导电布的体积电阻率是由表面电阻率计算出的参考值，与导电性聚合物相同地测定出25％伸长时的体积电阻率以及PCT试验后的体积电阻率。测定时，将导电布的纵丝和横丝设定为与拉伸方向平行、垂直。
【表1】
Figure BDA0002703408640000171
【表2】
Figure BDA0002703408640000181
如表1所示，实施例的导电性聚合物的弹性模量最大为230MPa，确认到这些导电性聚合物具有较高的柔软性。另外，拉伸强度以及断裂伸长率也是令人满意的值。伸长前的体积电阻率最大为7.2Ω·cm，即使伸长25％也仅增加至3倍以下。即，实施例的导电性聚合物具有所希望的导电性，确认到其即使伸长导电性也难以降低。即使在PCT试验后，体积电阻率以及断裂伸长率的变化也较小。由此，确认到能够经受在汽车的车室内的长时间的使用。另一方面，如表2所示，第一比较例、第二比较例的导电布若伸长25％则发生了断裂。另外，第三比较例的导电性聚合物的弹性模量极大。因此，第三比较例的导电性聚合物缺乏柔软性，若伸长25％则发生了断裂。
通过以上，可知实施例的导电性聚合物适用于本发明的电容传感器用网眼状柔软电极。此外，关于在120℃下、180℃下的弹性模量以及断裂伸长率、在200℃下的熔融粘度，在后面的电容传感器的评价中进行说明。
＜电容传感器的制造＞
首先，对在实施例以及第三比较例中制造出的导电性组合物进行冲压成形，从而制造出具有网眼形状的电极。具体地，将导电性组合物载置于具有网眼形状的型面的模具上，使其在250℃下熔融后进行冲压，从而制造出网眼形状的电极。得到的电极具有纵60mm、横60mm的正方形，且为厚度0.2mm、线幅0.8mm、间距3mm。此外，对不具有导电性的第四比较例的聚合物也同样地进行冲压成形，制造出具有网眼形状的电极。
接下来，制造出绝缘层。绝缘层的制造方法如以下所示。首先，向100质量份的氢化苯乙烯系热塑性弹性体(SEBS)(旭化成(株式会社)制“TUFTEC(注册商标)H1221”)以及50质量份的烯烃系热塑性弹性体(陶氏化学日本(株式会社)制“ENGAGE(注册商标)XLT8677”)中，添加200质量份的作为无机填料的氧化镁粉末(宇部材料工业(株式会社)制“RF-50SC”)，使用混揉用双轴挤出机(同上)在温度200℃下进行混揉，从而制造出颗粒状的绝缘性组合物。接下来，将绝缘性组合物用单轴挤出机((株式会社)塑料工学研究所制“UT-25”)进行T型模具挤出加工，从而制造出宽150mm、厚度1mm的弹性体片材。将得到的弹性体片材冲裁为纵60mm、横60mm的正方形，制成绝缘层。与导电性聚合物片材同样地测定绝缘层(弹性体片材)的120℃下、180℃下的弹性模量以及断裂伸长率、200℃下的熔融粘度后，120℃下的弹性模量是1.8MPa，180℃下的弹性模量是0.5MPa，120℃下的断裂伸长率是10％，180℃下的断裂伸长率是10％，200℃下的熔融粘度是3500Pa·s。
之后，使网眼形状的电极逐个重叠在绝缘层的厚度方向两面(表面以及背面)，在200℃下、以压力0.1～1MPa冲压5分钟左右，并冷却。这样，制造出由电极层/绝缘层/电极层构成的电容传感器。
将第一比较例、第二比较例的导电布保持原样地逐个配置于绝缘层的厚度方向两面，以与网眼形状的电极同样的条件进行热冲压。以下，将具备由实施例的导电性组合物制造的网眼形状的电极的电容传感器称为实施例的电容传感器。在比较例中，也同样称为比较例的电容传感器。此外，实施例的电容传感器包含在本发明的电容传感器的概念中。
＜电容传感器的评价＞
(1)评价项目以及评价方法
[一体成形性]
对电容传感器的厚度方向剖面进行目视观察，评价一体成形性。在一体成形性的评价中，将维持电极的网眼形状并且电极埋入并融着在绝缘层中的状态设为良好(上述的表1、表2中，以○标记表示)，将维持网眼形状并且仅电极的一部分埋入并融着的状态设为普通(在该表中，以△标记表示)，将电极完全没有埋入、没有维持网眼形状、或者没有融着的状态设为不合格(在该表中，以×标记表示)。
[安装容易性(柔软性)]
以用手将电容传感器伸长10％后的感觉来评价向构件进行安装的安装容易性。在安装容易性的评价中，将在正方形的传感器的全部方向上能够容易地伸长的情况设为良好(上述的表1、表2中，以○标记)，将难以伸长、或者在特定的方向上难以伸长的状态设为不合格(在该表中，以×标记表示)。
[感测性能]
在两个电极层安装端子，使用LCR表(日置电机(株式会社)制“IM3533”)施加交流5V电压(频率：10～100kHz)，并测定电流和电压的相位差，从而评价感测性能。在感测性能的评价中，将在上述频率的全部区域中相位差为π/2±5°的情况设为感测性能较高(在上述的表1、表2中，以○标记表示)，将在上述频率区域的某个频率下相位差从π/2±1°偏离的情况设为感测性能较低(在该表中，以×标记表示)。
(2)评价结果
上述表1、表2归纳并表示电容传感器的评价结果。如表1所示，在实施例的电容传感器中，一体成形性、安装容易性均良好，感测性能也较高。此外，第一实施例～第七实施例的导电性聚合物的180℃下的弹性模量以及断裂伸长率大于绝缘层的该值(绝缘层的弹性模量：0.5MPa，断裂伸长率：10％)。即，第一实施例～第七实施例的导电性聚合物满足前面的条件(A)以及(B)。第一实施例～第六实施例的导电性聚合物的200℃下的熔融粘度大于绝缘层的该值(绝缘层的熔融粘度：3500Pa·s)。即，第一实施例～第六实施例的导电性聚合物在前面的条件(A)以及(B)的基础上还满足(C)。另外，关于第八实施例的导电性聚合物，120℃、180℃下的弹性模量小于绝缘层的该值，120℃、180℃下的断裂伸长率为绝缘层的该值以下，但200℃下的熔融粘度大于绝缘层的该值。即，第八实施例的导电性聚合物满足前面的条件(C)。因而，可以认为在实施例的电容传感器中，在加热下与绝缘层一体化时，电极层的变形、机械特性、物性的变化等较小。另一方面，在为了进行参考而制造出的第四比较例的电容传感器中，一体成形性为不合格。可以认为其原因在于，由于第四比较例的聚合物的120℃下的弹性模量以及断裂伸长率、200℃下的熔融粘度均小于绝缘层的该值(180℃下不能测定弹性模量以及断裂伸长率)，因此不满足前面的条件(A)～(C)，在与绝缘层一体化时，电极层(第四比较例的聚合物)因发热而变形。
如表2所示，在第一比较例的电容传感器中，一体成形性不合格，在第二比较例的电容传感器中，尽管一体成形性略微变好但安装性较差。可以认为这是由于第二比较例的导电布虽然欠缺柔软性，但与第一比较例的导电布比较而丝密度较小，因此绝缘层容易浸入。第三比较例的电容传感器由于欠缺柔软性，因此安装性不合格。
附图标记说明
1：电容传感器；8：方向盘；10：检测电极层；11：屏蔽电极层；12：绝缘层；20：芯体；30：加热器层；31：粘合层；40：表皮；41：粘合层；50：网眼状柔软电极；51：空隙；80：轮圈部；81：连结部。

Claims (21)

1.一种电容传感器，其具备两个电极层、以及配置于该电极层之间的绝缘层，其特征在于，
两个该电极层中的至少一方由具有网眼形状的网眼状柔软电极构成，所述网眼状柔软电极由导电性聚合物构成，
该导电性聚合物具有聚合物、以及分散于该聚合物中的导电材料，且弹性模量为1000MPa以下。
2.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于，所述网眼状柔软电极的厚度是0.05mm以上且0.5mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的电容传感器，其特征在于，所述导电性聚合物的所述聚合物具有选自热塑性树脂以及热塑性弹性体中的一种以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容传感器，其特征在于，所述导电性聚合物的所述导电材料具有选自炭黑、碳纳米管以及石墨中的一种以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电容传感器，其特征在于，所述导电性聚合物的体积电阻率是100Ω·cm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电容传感器，其特征在于，所述导电性聚合物沿一个方向伸长25％时的体积电阻率为伸长前的体积电阻率的10倍以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电容传感器，其特征在于，所述绝缘层具有热塑性弹性体。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电容传感器，其特征在于，
所述电容传感器满足以下(A)、(B)、(C)的条件中的至少一个：
(A)在120℃以上且180℃以下的某一温度下，所述导电性聚合物的弹性模量大于该温度下测定的所述绝缘层的弹性模量；
(B)在120℃以上且180℃以下的某一温度下，所述导电性聚合物的断裂伸长率大于该温度下测定的所述绝缘层的断裂伸长率；以及
(C)所述导电性聚合物的200℃下的熔融粘度大于所述绝缘层的200℃下的熔融粘度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电容传感器，其特征在于，所述网眼状柔软电极的至少一部分被埋入所述绝缘层中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电容传感器，其特征在于，两个所述电极层中的一方是检测电极层，另一方是屏蔽电极层，所述电容传感器对该检测电极层和对象物之间产生的电容进行检测。
11.根据权利要求10所述的电容传感器，其特征在于，所述电容传感器配置于方向盘。
12.一种电容传感器的制造方法，所述电容传感器具备两个电极层、以及配置于该电极层之间的绝缘层，两个该电极层由具有网眼形状的网眼状柔软电极构成，所述网眼状柔软电极由导电性聚合物构成，该导电性聚合物具有聚合物、以及分散于该聚合物中的导电材料且弹性模量为1000MPa以下，其特征在于，
所述电容传感器的制造方法具有：
制造所述网眼状柔软电极的电极制造工序；以及
在所述绝缘层的表背两面层叠该网眼状柔软电极的层叠工序。
13.根据权利要求12所述的电容传感器的制造方法，其特征在于，所述层叠工序具有将所述绝缘层和所述网眼状柔软电极融着的融着工序。
14.根据权利要求12或13所述的电容传感器的制造方法，其特征在于，所述层叠工序具有通过加压将所述网眼状柔软电极的至少一部分埋入所述绝缘层的埋入工序。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的电容传感器的制造方法，其特征在于，在所述电极制造工序中，通过挤出成形、熔融转印、冲压成形、或者压花加工将具有所述聚合物和所述导电材料的导电性组合物成形为网眼形状。
16.一种电容传感器用网眼状柔软电极，其特征在于，所述电容传感器用网眼状柔软电极由具有聚合物以及分散于该聚合物中的导电材料且弹性模量为1000MPa以下的导电性聚合物构成，并具有网眼形状。
17.根据权利要求16所述的电容传感器用网眼状柔软电极，其特征在于，所述电容传感器用网眼状柔软电极的厚度为0.05mm以上且0.5mm以下。
18.根据权利要求16或17所述的电容传感器用网眼状柔软电极，其特征在于，所述聚合物具有选自热塑性树脂以及热塑性弹性体中的一种以上。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的电容传感器用网眼状柔软电极，其特征在于，所述导电材料具有选自炭黑、碳纳米管以及石墨中的一种以上。
20.根据权利要求17至20中任一项所述的电容传感器用网眼状柔软电极，其特征在于，所述导电性聚合物的体积电阻率是100Ω·cm以下。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的电容传感器用网眼状柔软电极，其特征在于，所述导电性聚合物沿一个方向伸长25％时的体积电阻率为伸长前的体积电阻率的10倍以下。
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