JP2015200592A - Capacitive type sensor sheet and capacitive type sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitive type sensor sheet that has a high expansion rate, is excellent in reliability when repeatedly used and can be optimally used for measuring an amount of deformation distortion.SOLUTION: A capacitive type sensor sheet according to the present invention comprises: a dielectric layer that is composed of an elastomer composition; a front side electrode layer that is stacked on a surface of the dielectric layer; and a rear side electrode layer that is stacked on a rear surface of the dielectric layer. The front side electrode layer and the rear side electrode layer at least partially face each other across the dielectric layer, and the capacitive type sensor sheet is configured to define a portion where the front side electrode layer and the rear side electrode layer face each other across the dielectric layer as a detection unit. The front side electrode layer and the rear side electrode layer are composed of a conductive composition containing carbon nano-tubes, and the elastomer composition contains urethane rubber with polyetherpolyol as a polyol component, and HDI-based polyisocyanate as an isocyanate component.

Description

本発明は、静電容量型センサシート、及び、これを用いた静電容量型センサに関する。   The present invention relates to a capacitive sensor sheet and a capacitive sensor using the same.

静電容量型センサシートは、一対の電極層間の静電容量変化から測定対象物の凸凹形状等を検出することができ、面圧分布センサや歪みゲージ等のセンサに用いることができる。一般に、静電容量型センサにおける静電容量(キャパシタンス)は、以下の式(1)で表される。
C=εεS/d・・・(1)
ここで、Cはキャパシタンス、εは自由空間の誘電率、εは誘電層の比誘電率、Sは電極層面積、dは電極間距離である。
The capacitance type sensor sheet can detect the uneven shape of the measurement object from the capacitance change between the pair of electrode layers, and can be used for sensors such as a surface pressure distribution sensor and a strain gauge. Generally, the electrostatic capacitance (capacitance) in a capacitive sensor is represented by the following formula (1).
C = ε 0 ε r S / d (1)
Here, C is a capacitance, ε 0 is a permittivity of free space, ε r is a relative permittivity of a dielectric layer, S is an electrode layer area, and d is an interelectrode distance.

従来、面圧分布センサとして使用する静電容量型センサシートとして、例えば、エラストマー製の誘電層と、エラストマーと導電性フィラーとを含んで形成された一対の電極層(表側電極及び裏側電極)とを備え、一対の電極層が誘電層を挟むように形成されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
このようなセンサシートは、誘電層がエラストマーからなるものであるため、静電容量の変化が比較的大きいとの特性を有する。
Conventionally, as a capacitive sensor sheet used as a surface pressure distribution sensor, for example, a dielectric layer made of an elastomer, and a pair of electrode layers (a front side electrode and a back side electrode) formed including an elastomer and a conductive filler, And a pair of electrode layers formed so as to sandwich a dielectric layer is known (for example, see Patent Document 1).
Such a sensor sheet has a characteristic that the change in capacitance is relatively large because the dielectric layer is made of an elastomer.

しかしながら、従来の面圧分布センサに用いられる静電容量型センサシートでは、測定対象物の荷重分布は測定することができるが、荷重による変形歪み量は知ることはできなかった。
例えば、センサシートをクッションのような柔軟物に取り付け、センサシートに荷重を加えた場合、クッションがどのように変形したかを計測することはできなかった。
However, with the capacitive sensor sheet used in the conventional surface pressure distribution sensor, the load distribution of the measurement object can be measured, but the amount of deformation strain due to the load cannot be known.
For example, when a sensor sheet is attached to a flexible object such as a cushion and a load is applied to the sensor sheet, it has not been possible to measure how the cushion has deformed.

また、面圧分布センサとして使用する静電容量型センサシートは、通常、測定時の誘電層の変位量(伸長率)が数%程度である。そのため、柔軟性を有している誘電層でも、屈曲性は有しているが、伸長率は数%程度である。
これに対して、変形歪み量や変形歪み分布の測定に使用する静電容量型センサシートでは、その使用態様にもよるが、測定時の誘電層の変位量(伸長率)が100%を超えることも珍しくない。
そのため、変形歪み量等の測定に使用する静電容量型センサシートにおいて、誘電層は、高い伸長率を有することが要求される。また、上記静電容量型センサシートにおいて、電極層は、誘電層を伸長させた際に、それに追従でき、かつ導電性が維持される(電気抵抗が増加しない)ことが要求される。
In addition, the capacitance type sensor sheet used as the surface pressure distribution sensor usually has a dielectric layer displacement amount (elongation rate) of about several percent during measurement. For this reason, even a flexible dielectric layer has flexibility, but the elongation rate is about several percent.
On the other hand, in the capacitance type sensor sheet used for measuring the deformation strain amount and the deformation strain distribution, the displacement amount (elongation rate) of the dielectric layer at the time of measurement exceeds 100%, depending on the use mode. It is not unusual.
Therefore, in the capacitive sensor sheet used for measuring the deformation strain amount and the like, the dielectric layer is required to have a high elongation rate. In the above-mentioned capacitance type sensor sheet, the electrode layer is required to be able to follow the dielectric layer when it is stretched and to maintain conductivity (the electric resistance does not increase).

特開2010−43881号公報JP 2010-43881 A

しかしながら、特許文献1に記載の静電容量型センサシートでは、このような要求を充分に満足することができず、変形歪み量や変形歪み分布の測定に用いる静電容量型センサシートとしては使用することが困難であった。
特に、誘電層において高い伸長率を確保しつつ、繰り返し変形させた際の信頼性を確保することが困難であるとの課題があった。
However, the capacitance-type sensor sheet described in Patent Document 1 cannot sufficiently satisfy such a requirement, and is used as a capacitance-type sensor sheet used for measurement of deformation strain amount and deformation strain distribution. It was difficult to do.
In particular, there is a problem that it is difficult to ensure reliability when the dielectric layer is repeatedly deformed while ensuring a high elongation rate.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い伸長率を有し、繰り返し変形させた際の信頼性にも優れ、変形歪み量の測定に好適に用いることができる静電容量型センサシート、及び、このセンサシートを備えた静電容量型センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to have a high elongation rate, excellent reliability when repeatedly deformed, and suitable for use in measuring deformation strain. It is an object of the present invention to provide a capacitive sensor sheet that can be used, and a capacitive sensor including the sensor sheet.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、誘電層を特定のウレタンゴムを含有するエラストマー組成物からなるものとし、電極層をカーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなるものとすることにより、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have determined that the dielectric layer is made of an elastomer composition containing a specific urethane rubber, and the electrode layer is made of a conductive composition containing carbon nanotubes. Thus, the inventors have found that the above object can be achieved, and completed the present invention.

本発明の静電容量型センサシートは、エラストマー組成物からなる誘電層と、上記誘電層の表面に積層された表側電極層と、上記誘電層の裏面に積層された裏側電極層とを備え、上記表側電極層と上記裏側電極層とが上記誘電層を挟んで少なくとも一部が対向しており、
上記表側電極層と上記裏側電極層とが上記誘電層を挟んで対向している部分を検出部とする静電容量型センサシートであって、
上記表側電極層及び上記裏側電極層は、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなり、
上記エラストマー組成物は、ポリエーテルポリオールをポリオール成分とし、HDI系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムを含有することを特徴とする。
The capacitive sensor sheet of the present invention comprises a dielectric layer made of an elastomer composition, a front electrode layer laminated on the surface of the dielectric layer, and a back electrode layer laminated on the back surface of the dielectric layer, The front side electrode layer and the back side electrode layer are at least partially opposed with the dielectric layer in between,
A capacitive sensor sheet in which the front electrode layer and the back electrode layer are opposed to each other with the dielectric layer in between.
The front side electrode layer and the back side electrode layer are made of a conductive composition containing carbon nanotubes,
The elastomer composition contains a urethane rubber having polyether polyol as a polyol component and HDI polyisocyanate as an isocyanate component.

上記静電容量型センサシートにおいて、上記エラストマー組成物は、可塑剤を含有することが好ましい。
上記静電容量型センサシートは、一軸引張りに耐えられる伸長率が100%以上であることが好ましい。
In the capacitive sensor sheet, the elastomer composition preferably contains a plasticizer.
The capacitance type sensor sheet preferably has an elongation rate of 100% or more capable of withstanding uniaxial tension.

本発明の静電容量型センサは、上記静電容量型センサシートと、
計測装置と、
上記静電容量型センサシートが備える表側電極層及び裏側電極層のそれぞれと、上記計測装置とを接続する外部配線とを備え、
上記静電容量型センサシートが有する検出部における静電容量の変化を計測することにより、変形歪み量を測定することを特徴とする。
The capacitance type sensor of the present invention includes the above capacitance type sensor sheet,
A measuring device;
Each of the front side electrode layer and the back side electrode layer provided in the capacitance type sensor sheet, and an external wiring for connecting the measurement device,
The deformation strain amount is measured by measuring a change in capacitance in a detection unit included in the capacitance type sensor sheet.

本発明の静電容量型センサシートは、平面方向に高い伸長率を有し、変形歪み量の測定に好適に使用することができる。
また、本発明の静電容量型センサシートを構成する誘電層は、大きく変形させた後の永久ひずみが小さく、かつ繰り返し変形(伸縮)させても残留ひずみが発生しにくいため、上記静電容量型センサシートは、繰り返し使用した際の信頼性(長期信頼性)にも優れる。
The capacitive sensor sheet of the present invention has a high elongation rate in the plane direction, and can be suitably used for measurement of deformation strain.
In addition, since the dielectric layer constituting the capacitive sensor sheet of the present invention has a small permanent strain after being largely deformed and hardly undergoes residual strain even when repeatedly deformed (stretched), the above-mentioned capacitance The type sensor sheet is also excellent in reliability (long-term reliability) when repeatedly used.

また、本発明の静電容量型センサは、本発明の静電容量型センサシートを備えているため、センサシートが平面方向に大きく変形する場合でも変形量を測定することができ、かつ、長期間に渡って正確に変形量を測定することができる静電容量型センサである。   In addition, since the capacitive sensor of the present invention includes the capacitive sensor sheet of the present invention, the amount of deformation can be measured even when the sensor sheet is largely deformed in the plane direction, and long This is a capacitive sensor that can accurately measure the amount of deformation over a period of time.

(a)は、本発明の静電容量型センサシートの一例を模式的に示す斜視図であり、(b)は、(a)に示した静電容量型センサシートのA−A線断面図である。(A) is a perspective view which shows typically an example of the capacitive sensor sheet of this invention, (b) is the sectional view on the AA line of the capacitive sensor sheet shown to (a). It is. (a)は、本発明の静電容量型センサシートの別の一例を模式的に示す平面図であり、(b)は、(a)に示した静電容量型センサシートのB−B線断面図である。(A) is a top view which shows typically another example of the capacitive sensor sheet | seat of this invention, (b) is the BB line of the capacitive sensor sheet | seat shown to (a). It is sectional drawing. 図2に示した静電容量型センサシートを備えた静電容量型センサの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the capacitive sensor provided with the capacitive sensor sheet | seat shown in FIG. 本発明の静電容量型センサシートが備える誘電層の作製に使用する成形装置の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the shaping | molding apparatus used for preparation of the dielectric layer with which the electrostatic capacitance type sensor sheet of this invention is provided. (a)〜(d)は、実施例におけるセンサ素子の作製工程を説明するための斜視図である。(A)-(d) is a perspective view for demonstrating the manufacturing process of the sensor element in an Example. 実施例1のセンサシートの信頼性評価で算出した静電容量の比(C/C)と伸縮の繰り返し回数との関係を示す片対数グラフである。4 is a semi-logarithmic graph showing the relationship between the capacitance ratio (C n / C 0 ) calculated by the reliability evaluation of the sensor sheet of Example 1 and the number of repetitions of expansion and contraction. 比較例1のセンサシートの信頼性評価で算出した静電容量の比(C/C)と伸縮の繰り返し回数との関係を示す片対数グラフである。10 is a semi-logarithmic graph showing the relationship between the capacitance ratio (C n / C 0 ) calculated by the reliability evaluation of the sensor sheet of Comparative Example 1 and the number of repetitions of expansion and contraction.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明の静電容量型センサシートは、エラストマー組成物からなる誘電層と、上記誘電層の表面に積層された表側電極層と、上記誘電層の裏面に積層された裏側電極層とを備え、上記表側電極層と上記裏側電極層とが上記誘電層を挟んで少なくとも一部が対向しており、上記表側電極層と上記裏側電極層とが上記誘電層を挟んで対向している部分を検出部とする静電容量型センサシートであって、上記表側電極層及び上記裏側電極層は、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなり、上記エラストマー組成物は、ポリエーテルポリオールをポリオール成分とし、HDI系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムを含有することを特徴とする。
本発明の静電容量型センサシートは、検出部を1つ備えるものであっても良いし、複数の検出部を備えるものであっても良い。
以下、本明細書においては、「静電容量型センサシート」を単に「センサシート」と称する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The capacitive sensor sheet of the present invention comprises a dielectric layer made of an elastomer composition, a front electrode layer laminated on the surface of the dielectric layer, and a back electrode layer laminated on the back surface of the dielectric layer, The front electrode layer and the back electrode layer are at least partially opposed with the dielectric layer in between, and the front electrode layer and the back electrode layer are detected with the dielectric layer in between. The front-side electrode layer and the back-side electrode layer are made of a conductive composition containing carbon nanotubes, and the elastomer composition has a polyether polyol as a polyol component, It contains a urethane rubber containing an HDI polyisocyanate as an isocyanate component.
The capacitive sensor sheet of the present invention may include one detection unit or may include a plurality of detection units.
Hereinafter, in this specification, the “capacitance type sensor sheet” is simply referred to as “sensor sheet”.

(第1実施形態:検出部を1つ備えるセンサシート)
図1(a)は本発明のセンサシートの一例を模式的に示す斜視図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。
(1st Embodiment: Sensor sheet provided with one detection part)
Fig.1 (a) is a perspective view which shows typically an example of the sensor sheet | seat of this invention, (b) is the sectional view on the AA line of (a).

本発明に係るセンサシート101は、図1(a)及び(b)に示すように、エラストマー組成物からなるシート状の誘電層102と、誘電層102の表面(おもて面)に積層された表側電極層103Aと、誘電層102の裏面に積層された裏側電極層103Bと、表側電極層103Aに連結された表側配線104Aと、裏側電極層103Bに連結された裏側配線104Bと、表側配線104Aの表側電極層103Aと反対側の端部に取り付けられた表側接続部105Aと、裏側配線104Bの裏側電極層103Bと反対側の端部に取り付けられた裏側接続部105Bと、誘電層102の表側及び裏側のそれぞれに積層された表側保護層106A及び裏側保護層106Bとを備える。   A sensor sheet 101 according to the present invention is laminated on a sheet-like dielectric layer 102 made of an elastomer composition and the surface (front surface) of the dielectric layer 102 as shown in FIGS. The front side electrode layer 103A, the back side electrode layer 103B laminated on the back surface of the dielectric layer 102, the front side wiring 104A connected to the front side electrode layer 103A, the back side wiring 104B connected to the back side electrode layer 103B, and the front side wiring The front side connection portion 105A attached to the end of the 104A opposite to the front side electrode layer 103A, the back side connection portion 105B attached to the end of the back side wiring 104B opposite to the back side electrode layer 103B, and the dielectric layer 102 A front-side protective layer 106A and a back-side protective layer 106B are provided on the front side and the back side, respectively.

ここで、表側電極層103Aと裏側電極層103Bとは、同一の平面視形状を有しており、誘電層102を挟んで表側電極層103Aと裏側電極層103Bとは全体が対向している。センサシート101では、表側電極層103Aと裏側電極層103Bとの対向した部分が検出部となる。
本発明のセンサシートにおいて、センサシートが備える表側電極層と裏側電極層とは、必ずしも誘電層を挟んでその全体が対向している必要はなく、少なくともその一部が対向していればよい。
なお、本発明のセンサシートにおいて、保護層は必ずしも形成されている必要はなく、必要に応じて形成されていればよい。
Here, the front-side electrode layer 103A and the back-side electrode layer 103B have the same plan view shape, and the front-side electrode layer 103A and the back-side electrode layer 103B face each other across the dielectric layer 102. In the sensor sheet 101, a portion where the front electrode layer 103A and the back electrode layer 103B face each other is a detection unit.
In the sensor sheet of the present invention, the front side electrode layer and the back side electrode layer included in the sensor sheet do not necessarily have to face each other across the dielectric layer, and at least a part thereof may be opposed.
In the sensor sheet of the present invention, the protective layer is not necessarily formed, and may be formed as necessary.

上記センサシートでは、誘電層がエラストマー組成物からなるため、平面方向に変形(伸縮)可能であり、誘電層が平面方向(誘電層に表裏面の面積が変化する方向)に変形した際には、その変形に追従して表側電極層及び裏側電極層(以下、両者を合わせて単に電極層ともいう)、並びに、表側保護層及び裏側保護層(以下、両者を合わせて単に保護層ともいう)が変形する。
そして、センサシートの変形に伴い、上記検出部の静電容量が誘電層の変形量と相関をもって変化する。よって、静電容量の変化を検出することで、センサシート(誘電層)の変形量を検出することができる。
上記静電容量の変化は、後述するように計測装置と接続して静電容量型センサとすることで測定することできる。
In the sensor sheet, since the dielectric layer is made of an elastomer composition, it can be deformed (stretched) in the plane direction, and when the dielectric layer is deformed in the plane direction (direction in which the area of the front and back surfaces changes in the dielectric layer) In accordance with the deformation, a front side electrode layer and a back side electrode layer (hereinafter, both are simply referred to as an electrode layer), and a front side protection layer and a back side protective layer (hereinafter, both are also simply referred to as a protective layer) Is deformed.
As the sensor sheet is deformed, the capacitance of the detection unit changes in correlation with the deformation amount of the dielectric layer. Therefore, the amount of deformation of the sensor sheet (dielectric layer) can be detected by detecting the change in capacitance.
The change in the capacitance can be measured by connecting to a measuring device as described later to form a capacitance type sensor.

本実施形態に係る検出部を1つ備えたセンサシートを用いた静電容量型センサでは、センサシートの変形量を検出することができるため、例えば、上記センサシートを測定対象物に貼り付けることにより、測定対象物表面の変形量を計測することができる。   In the capacitance type sensor using the sensor sheet provided with one detection unit according to the present embodiment, the deformation amount of the sensor sheet can be detected. For example, the sensor sheet is attached to the measurement object. Thus, the deformation amount of the measurement object surface can be measured.

(第2実施形態:複数の検出部を備えるセンサシート)
図2(a)は、本発明のセンサシートの一例を模式的に示す平面図であり、(b)は、(a)に示したセンサシートのB−B線断面図である。
(2nd Embodiment: Sensor sheet provided with a some detection part)
Fig.2 (a) is a top view which shows typically an example of the sensor sheet | seat of this invention, (b) is BB sectional drawing of the sensor sheet | seat shown to (a).

図2(a)、(b)に示すように、本発明のセンサシート1は、シート状の誘電層2と、誘電層2の表面(おもて面)に積層された複数列の帯状の表側電極層01A〜16Aと、誘電層2の裏面に積層された複数列の帯状の裏側電極層01B〜16Bと、表側電極層01A〜16Aの一端に設けられた外部配線と接続するための表側接続部01A1〜16A1と、裏側電極層01B〜16Bの一端に設けられた外部配線と接続するための裏側接続部01B1〜16B1とを備える。
上記表側電極層と上記裏側電極層とが誘電層2を挟んで対向する部分が検出部C0101〜C1616となる。なお、検出部の符号「C○○△△」中、上2桁の「○○」は表側電極層01A〜16Aに対応し、下2桁の「△△」は裏側電極層01B〜16Bに対応する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the sensor sheet 1 of the present invention includes a sheet-like dielectric layer 2 and a plurality of rows of strip-like layers laminated on the surface (front surface) of the dielectric layer 2. Front-side electrode layers 01A to 16A, a plurality of strip-like back-side electrode layers 01B to 16B stacked on the back surface of the dielectric layer 2, and a front side for connecting to external wiring provided at one end of the front-side electrode layers 01A to 16A The connection parts 01A1 to 16A1 and back side connection parts 01B1 to 16B1 for connecting to external wiring provided at one end of the back side electrode layers 01B to 16B are provided.
The portions where the front-side electrode layer and the back-side electrode layer are opposed to each other with the dielectric layer 2 interposed therebetween are detection portions C0101 to C1616. In the detection unit code “CXXΔΔ”, the upper two digits “XX” correspond to the front electrode layers 01A to 16A, and the lower two digits “ΔΔ” to the back electrode layers 01B to 16B. Correspond.

複数列の表側電極層01A〜16Aの各列は、それぞれ帯状を呈しており、誘電層2の表面に合計16本積層されている。表側電極層01A〜16Aは、それぞれX方向(図2(a)中、左右方向)に延在している。表側電極層01A〜16Aは、それぞれY方向(図2(a)中、上下方向)に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるように配置されている。   Each column of the plurality of front electrode layers 01 </ b> A to 16 </ b> A has a strip shape, and a total of 16 layers are stacked on the surface of the dielectric layer 2. The front-side electrode layers 01A to 16A each extend in the X direction (the left-right direction in FIG. 2A). The front side electrode layers 01A to 16A are spaced apart from each other at predetermined intervals in the Y direction (the vertical direction in FIG. 2A), and are arranged so as to be substantially parallel to each other.

複数列の裏側電極層01B〜16Bの各列は、それぞれ帯状を呈しており、誘電層2の裏面に合計16本積層されている。裏側電極層01B〜16Bは、それぞれ表側電極層01A〜16Aと表裏方向(誘電層の厚さ方向)から見て略直角で交差する(直交する)ように配置されている。即ち、裏側電極層01B〜16Bは、それぞれY方向に延在している。また、裏側電極層01B〜16Bは、X方向に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるように配置されている。   Each row of the plurality of rows of back-side electrode layers 01 </ b> B to 16 </ b> B has a strip shape, and a total of 16 layers are laminated on the back surface of the dielectric layer 2. The back-side electrode layers 01B to 16B are arranged so as to intersect (orthogonal) with the front-side electrode layers 01A to 16A at substantially right angles when viewed from the front-and-back direction (thickness direction of the dielectric layer). That is, the back side electrode layers 01B to 16B each extend in the Y direction. Further, the back-side electrode layers 01B to 16B are arranged so as to be substantially parallel to each other at a predetermined interval in the X direction.

検出部C0101〜C1616は、表側電極層01A〜16Aと、裏側電極層01B〜16Bとが誘電層を挟んで対向する部分(誘電層の厚さ方向で重複する部分)である。検出部C0101〜C1616は、センサシート1では、合計256個(=16個×16個)配置されており、かつ、センサシート1の略全面に亘って、略等間隔に配置されている。   The detection units C0101 to C1616 are portions where the front-side electrode layers 01A to 16A and the back-side electrode layers 01B to 16B face each other with the dielectric layer interposed therebetween (portions that overlap in the thickness direction of the dielectric layer). In the sensor sheet 1, a total of 256 (= 16 × 16) detectors C0101 to C1616 are disposed, and are disposed at substantially equal intervals over substantially the entire surface of the sensor sheet 1.

表側電極層01A〜16A及び裏側電極層01B〜16Bをこのように配置することにより、測定対象物の変形の位置及び大きさを測定するに際し、電極層の配置数及び電極配線数を少なくすることができる。即ち、上記態様の場合、検出部が効率良く配置されていることとなる。
図2に示した例では、表側電極層と裏側電極層とが誘電層を挟んで対向している検出部が、16×16=256で256箇所存在するが、256箇所の検出部をそれぞれ独立して形成した場合には、各検出部につき表側電極と裏側電極とが存在するため、検出部の静電容量を検出するためには256×2で512本の配線が必要となる。これに対して、図2に示した例のように、表側電極層及び裏側電極層のそれぞれが、平行に配置された複数列の帯状体からなり、この表側電極層及び裏側電極層の各列が誘電層の厚さ方向(誘電層の表裏方向)に見て略直交するように配置されている場合には、各検出部の静電容量を検出するための配線が16+16の32本で済む。そのため、上記の通り検出部が効率良く配置されていることとなる。
By arranging the front-side electrode layers 01A to 16A and the back-side electrode layers 01B to 16B in this manner, the number of electrode layers and the number of electrode wires are reduced when measuring the position and size of deformation of the measurement object. Can do. That is, in the case of the said aspect, the detection part will be arrange | positioned efficiently.
In the example shown in FIG. 2, there are 256 detection units in which the front electrode layer and the back electrode layer are opposed to each other with a dielectric layer in between, and 16 × 16 = 256, but 256 detection units are independent of each other. In this case, since there are a front side electrode and a back side electrode for each detection part, 512 wires of 256 × 2 are required to detect the capacitance of the detection part. On the other hand, as in the example shown in FIG. 2, each of the front electrode layer and the back electrode layer is composed of a plurality of rows of strips arranged in parallel, and each row of the front electrode layer and the back electrode layer Are arranged so as to be substantially orthogonal when viewed in the thickness direction of the dielectric layer (front and back direction of the dielectric layer), the number of wirings for detecting the electrostatic capacitance of each detection unit is only 32 (16 + 16). . For this reason, the detection units are efficiently arranged as described above.

このような構成を備えたセンサシートは、後述するように計測装置と接続して静電容量型センサとし、各16本の配線をそれぞれ外部の切替回路で切り替えることで、256箇所の検出部を1箇所ずつ切り替えながら各検出部の静電容量を測定することができる。
そして、各検出部の静電容量に基づき、センサシート内の変形歪み量は勿論のこと、センサシート内の変形歪み分布や変形歪み位置等の情報を検知することができる。
As will be described later, the sensor sheet having such a configuration is connected to a measuring device to form a capacitive sensor, and each of the 16 wirings is switched by an external switching circuit so that 256 detection units are provided. Capacitance of each detector can be measured while switching one place at a time.
Based on the capacitance of each detection unit, it is possible to detect not only the deformation amount in the sensor sheet but also information such as the deformation strain distribution and the deformation strain position in the sensor sheet.

このように、本発明のセンサシートは、検出部を1つだけ備えたセンサシートであってもよいし、複数の検出部を備えたセンサシートであってもよい。
勿論、本発明のセンサシートにおいて、検出部の数や配置は図1、2に示したものに限定されるわけではなく、センサシートの使用目的や要求特性に応じて、適宜選択すればよい。
また、センサシートの平均厚み、幅及び長さ等の外観形状もまた特に限定されず、センサシート1の使用目的や要求特性に応じて適宜選択すればよい。
As described above, the sensor sheet of the present invention may be a sensor sheet having only one detection unit or a sensor sheet having a plurality of detection units.
Of course, in the sensor sheet of the present invention, the number and arrangement of the detection units are not limited to those shown in FIGS. 1 and 2, and may be appropriately selected according to the purpose of use and required characteristics of the sensor sheet.
Further, the outer shape such as the average thickness, width and length of the sensor sheet is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the purpose of use and required characteristics of the sensor sheet 1.

本発明のセンサシートは、一軸引張りに耐えられる伸長率が100%以上であることが好ましく、200%以上であることがより好ましい。
上記センサシートでは、誘電層がポリエーテルポリオールをポリオール成分とし、HDI系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムを含有するエラストマー組成物からなるため、上記一軸引張りに耐えられる伸長率が大きくなり、この伸長率が大きくなることで、柔軟な測定対象物の変形や動作に対する追従性が向上し、正確にかつ広い測定レンジで静電容量の変化を測定することができる。
なお、本発明において、一軸引張りに耐えられる伸長率とは、JIS K 7312に準拠した引張試験において、破断時伸び以下の伸長率であって、かつ、引張荷重を開放後元の状態に復元する伸長率をいい、例えば、一軸引張りに耐えられる伸長率が100%であるとは、一軸方向に100%伸長させた際に破断に至らず、かつ、引張荷重を開放した後に元の状態に復元する(即ち、弾性変形範囲にある)ことを意味する。
The sensor sheet of the present invention preferably has an elongation ratio that can withstand uniaxial tension of 100% or more, and more preferably 200% or more.
In the sensor sheet, since the dielectric layer is made of an elastomer composition containing a polyether rubber as a polyol component and an urethane rubber containing an HDI polyisocyanate as an isocyanate component, the elongation rate that can withstand the uniaxial tension increases. By increasing the elongation rate, the followability to deformation and movement of a flexible measurement object is improved, and the change in capacitance can be measured accurately and in a wide measurement range.
In the present invention, the elongation rate that can withstand uniaxial tension is an elongation rate equal to or lower than the elongation at break in a tensile test based on JIS K 7312, and the tensile load is restored to the original state after opening. Elongation rate refers to, for example, an elongation rate that can withstand uniaxial tension is 100%. When the elongation rate is 100% in the uniaxial direction, no breakage occurs, and the original state is restored after releasing the tensile load. (Ie, within the elastic deformation range).

このようなセンサシートは、上記センサシートが備える表側電極層及び裏側電極層のそれぞれを外部配線を介して計測装置と接続することにより静電容量型センサとして使用することができる。
上記センサシートと計測装置とが外部配線を介して接続された静電容量型センサもまた本発明の1つである。
Such a sensor sheet can be used as a capacitive sensor by connecting each of the front electrode layer and the back electrode layer included in the sensor sheet to a measuring device via an external wiring.
A capacitive sensor in which the sensor sheet and the measuring device are connected via an external wiring is also one aspect of the present invention.

上記計測装置は、上記誘電層の変形に応じて変化する上記検出部の静電容量Cを測定する機能を有する。上記静電容量Cを測定する方法としては従来公知の方法を用いることができ、例えば、LCRメータや自動平衡ブリッジ回路のような交流信号でのインピーダンスを計測して静電容量を計測する方法、シュミットトリガ発振回路を用いる方法、シュミットトリガ発振回路とF/V変換回路を組み合わせて用いる方法、反転増幅回路を利用したCV変換回路を用いる方法、半波倍電圧整流回路を利用したCV変換回路を用いる方法等を用いることができる。上記計測装置は、そのために必要となる静電容量測定回路、演算回路、増幅回路、電源回路等を備えている。
上記静電容量Cを測定する方法としては、交流インピーダンスを用いた測定方法が好ましい。交流インピーダンスを用いた測定方法では、高い周波数信号を用いた測定でも繰返し精度に優れ、高い周波数信号を用いることで、インピーダンスが大きくなり過ぎないため計測精度をより高めることができるばかりでなく、静電容量計測に要する時間を短縮することができ、センサとしては時間あたりの計測回数を増加させることが可能となる。そのため、例えば、測定対象物の歪み(変形)を時間分解して計測することで、動きの速さ(変形の速さ)なども測定することができる。
The measuring device has a function of measuring the capacitance C of the detection unit that changes according to the deformation of the dielectric layer. As a method of measuring the capacitance C, a conventionally known method can be used. For example, a method of measuring the capacitance by measuring impedance with an AC signal such as an LCR meter or an automatic balancing bridge circuit, A method using a Schmitt trigger oscillator circuit, a method using a Schmitt trigger oscillator circuit and an F / V converter circuit in combination, a method using a CV converter circuit using an inverting amplifier circuit, and a CV converter circuit using a half-wave voltage doubler rectifier circuit The method used can be used. The measurement apparatus includes a capacitance measurement circuit, an arithmetic circuit, an amplifier circuit, a power supply circuit, and the like necessary for that purpose.
As a method for measuring the capacitance C, a measurement method using AC impedance is preferable. The measurement method using AC impedance is excellent in repeatability even when measuring using a high frequency signal. By using a high frequency signal, not only the impedance does not become too large, but also the measurement accuracy can be improved. The time required for the capacitance measurement can be shortened, and the sensor can increase the number of measurements per hour. Therefore, for example, by measuring time-resolved distortion (deformation) of the measurement object, the speed of movement (deformation speed) can be measured.

更に、上記計測装置は、測定した静電容量の変化を表示する表示部や、静電容量の変化を記憶するための記憶部を備えていてもよく、そのために必要となるモニター、演算回路、増幅回路、RAM、ROM、HDD等を備えていてもよい。
上記表示部を備えることにより静電容量の変化(測定対象物の変形歪み量)をリアルタイムで確認することができる。また、上記記憶部を備えることにより、測定対象物の変形歪みデータを蓄積し、本発明の静電容量型センサに用途に合わせて蓄積されたデータを後から利用することができる。
Furthermore, the measurement apparatus may include a display unit that displays the measured change in capacitance, and a storage unit that stores the change in capacitance, and a monitor, arithmetic circuit, An amplifier circuit, RAM, ROM, HDD, or the like may be provided.
By providing the display unit, a change in capacitance (a deformation strain amount of the measurement object) can be confirmed in real time. Further, by providing the storage unit, deformation strain data of the measurement object can be accumulated, and the data accumulated in accordance with the use of the capacitance type sensor of the present invention can be used later.

図3は、図2に示したセンサシート1を用いた静電容量型センサの一例を示す平面図である。
図3に示す静電容量型センサ201は、図2に示したセンサシート1と、外部配線202及び203と、計測装置204とからなる。
センサシート1の表側接続部01A1〜16A1のそれぞれは、複数(16本)の配線が結束された外部配線203を介して計測装置204と接続されている。また、裏側接続01B1〜16B1のそれぞれは、複数(16本)の配線が結束された外部配線202を介して計測装置204と接続されている。
計測装置204は、上述したように、検出部の静電容量を測定するための各種回路や、表示部、記憶部等を必要に応じて備えている。
なお、外部配線は、図3に示すように表側電極層及び裏側電極層を構成する各帯状体の片端にのみ接続されていればよいが、場合によっては両端に接続されていても良い。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a capacitive sensor using the sensor sheet 1 shown in FIG.
The capacitive sensor 201 shown in FIG. 3 includes the sensor sheet 1 shown in FIG. 2, external wirings 202 and 203, and a measuring device 204.
Each of the front side connection portions 01A1 to 16A1 of the sensor sheet 1 is connected to the measuring device 204 via an external wiring 203 in which a plurality (16) of wirings are bundled. Further, each of the back side connections 01B1 to 16B1 is connected to the measuring device 204 via an external wiring 202 in which a plurality (16) of wirings are bundled.
As described above, the measurement device 204 includes various circuits for measuring the capacitance of the detection unit, a display unit, a storage unit, and the like as necessary.
In addition, as shown in FIG. 3, external wiring should just be connected only to the one end of each strip | belt-shaped body which comprises a front side electrode layer and a back side electrode layer, but may be connected to both ends depending on the case.

以下、上記センサシートの各構成部材について説明する。
<誘電層>
上記誘電層は、シート状であり、エラストマー組成物からなる。なお、その平面視形状は特に限定されず、図1、2に示すように矩形状であってもよいし、円形状等の他の形状であってもよい。
上記エラストマー組成物は、ポリエーテルポリオールをポリオール成分とし、HDI系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムを含有する。
このようなウレタンゴムを用いることにより、他のポリオール成分やイソシアネート成分を用いたウレタンゴムを用いる場合に比べて、高い伸長率を有し、かつ、引張永久ひずみ及び残留ひずみが小さいため繰り返し変形させた際の信頼性に優れる誘電層となる。
Hereinafter, each component of the sensor sheet will be described.
<Dielectric layer>
The dielectric layer has a sheet shape and is made of an elastomer composition. The shape in plan view is not particularly limited, and may be rectangular as shown in FIGS. 1 and 2 or may be other shapes such as a circular shape.
The elastomer composition contains urethane rubber having polyether polyol as a polyol component and HDI polyisocyanate as an isocyanate component.
By using such urethane rubber, it has a high elongation rate compared with the case of using urethane rubber using other polyol components and isocyanate components, and it is repeatedly deformed because its tensile permanent strain and residual strain are small. The dielectric layer is excellent in reliability at the time of heating.

上記ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレントリオール、ポリプロピレンテトラオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリテトラメチレントリオール、これらを合成するための環状エーテル等のモノマー材料を共重合させて得た共重合体等のポリアルキレングリコール、これらに側鎖を導入したり分岐構造を導入したりした誘導体、変性体、さらにはこれらの混合物等が挙げられる。
これらのなかでは、ポリテトラメチレングリコールが好ましい。その理由は、機械的特性が優れるためである。
Examples of the polyether polyol are obtained by copolymerizing monomer materials such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polypropylene triol, polypropylene tetraol, polytetramethylene glycol, polytetramethylene triol, and cyclic ether for synthesizing these. And polyalkylene glycols such as copolymers, derivatives obtained by introducing side chains or branched structures into these, modified products, and mixtures thereof.
Of these, polytetramethylene glycol is preferred. The reason is that the mechanical properties are excellent.

上記ポリエーテルポリオールとしては、市販品を使用することもできる。市販品の具体例としては、例えば、PTG−2000SN(保土谷化学工業社製)、ポリプロピレングリコール、プレミノールS3003(旭硝子社製)、パンデックスGCB−41(DIC社製)等が挙げられる。   A commercial item can also be used as said polyether polyol. Specific examples of commercially available products include PTG-2000SN (Hodogaya Chemical Co., Ltd.), polypropylene glycol, Preminol S3003 (Asahi Glass Co., Ltd.), Pandex GCB-41 (DIC Corporation), and the like.

上記ポリエーテルポリオールは、数平均分子量(Mn)が1800〜2200であることが好ましい。この範囲にあれば、引張永久ひずみ及び残留ひずみを小さくするのにより適しているからである。一方、数平均分子量が小さすぎると、破断時伸びが低下することがあり、また、数平均分子量が大きすぎると、引張永久ひずみや、残留ひずみを小さく抑えることが困難になることがある。   The polyether polyol preferably has a number average molecular weight (Mn) of 1800-2200. This is because if it is within this range, it is more suitable for reducing the tensile permanent strain and the residual strain. On the other hand, if the number average molecular weight is too small, the elongation at break may decrease, and if the number average molecular weight is too large, it may be difficult to keep the tensile permanent strain and residual strain small.

上記HDI系ポリイソシアネートは、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)又はその変性体であり、分子内に複数のイソシアネート基を有する化合物である。
上記ヘキサメチレンジイソシアネートの変性体としては、具体的には、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートをイソシアヌレート変性したもので、平均官能基数が2.5〜3.5のもの等が挙げられる。
The HDI polyisocyanate is hexamethylene diisocyanate (HDI) or a modified product thereof, and is a compound having a plurality of isocyanate groups in the molecule.
Specific examples of modified hexamethylene diisocyanate include, for example, isocyanurate-modified hexamethylene diisocyanate having an average functional group number of 2.5 to 3.5.

また、上記ウレタンゴムは、上記ポリオール成分及び上記イソシアネート成分以外に、更に必要に応じて、鎖延長剤、架橋剤、触媒、加硫促進剤等を含有する混合物を反応させて得られたものでも良い。   The urethane rubber may be obtained by reacting a mixture containing a chain extender, a crosslinking agent, a catalyst, a vulcanization accelerator, etc., if necessary, in addition to the polyol component and the isocyanate component. good.

上記エラストー組成物は、更に可塑剤を含有することが好ましい。
可塑剤を配合することにより、誘電層における残留ひずみをより小さくすることができる。その結果、本発明のセンサシートは、大きな変形(高い伸長率での変形)を伴うような測定を繰り返し行ったとしても、繰り返し測定時に測定精度が低下することがなく、高精度で長期間繰り返し測定を行うことができる。
The elastomer composition preferably further contains a plasticizer.
By blending a plasticizer, the residual strain in the dielectric layer can be further reduced. As a result, the sensor sheet of the present invention can be repeatedly measured with high accuracy for a long period of time, even if repeated measurement with large deformation (deformation at a high elongation rate) is repeated. Measurements can be made.

上記可塑剤としては特に限定されず、従来公知の可塑剤を使用することができ、その具体例としては、例えば、ジブチルフタレート(DBP)、ジオクチルフタレート(DOP)等のジアルキルフタレート;ジオクチルアジペート(DOA)等のジアルキルアジペート;ジオクチルセバケート(DOS)等のジアルキルセバケート;トリス(2−エチルヘキシル)トリメリテート等のトリメリット酸エステル;アルキル置換ジフェニルエーテル等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
これらのなかでは、ジオクチルセバケート(DOS)が好ましい。残留ひずみを低減させるのに特に適しているからである。
The plasticizer is not particularly limited, and a conventionally known plasticizer can be used. Specific examples thereof include dialkyl phthalates such as dibutyl phthalate (DBP) and dioctyl phthalate (DOP); dioctyl adipate (DOA). ); Dialkyl adipates such as dioctyl sebacate (DOS); trimellitic esters such as tris (2-ethylhexyl) trimellitate; alkyl-substituted diphenyl ethers and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
Of these, dioctyl sebacate (DOS) is preferred. This is because it is particularly suitable for reducing the residual strain.

上記可塑剤の含有量は、ウレタンゴム100重量部に対して、10〜40重量部が好ましい。10重量部未満では、残留ひずみを低減させる効果が小さく、一方、40重量部を超えると、使用時に可塑剤がブリードアウトするおそれがある。より好ましい配合量は、30〜40重量部である。   The content of the plasticizer is preferably 10 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the urethane rubber. If it is less than 10 parts by weight, the effect of reducing the residual strain is small. On the other hand, if it exceeds 40 parts by weight, the plasticizer may bleed out during use. A more preferable blending amount is 30 to 40 parts by weight.

上記エラストマー組成物は、上記ウレタンゴムや可塑剤以外に、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤、誘電フィラー等を含有してもよい。 The elastomer composition may contain an additive such as an antioxidant, an antioxidant, a colorant, a dielectric filler, and the like in addition to the urethane rubber and the plasticizer.

上記誘電層の平均厚さは、静電容量Cを大きくして検出感度の向上を図る観点、及び、測定対象物への追従性の向上を図る観点から、10〜1000μmであることが好ましく、30〜200μmであることがより好ましい。   The average thickness of the dielectric layer is preferably 10 to 1000 μm from the viewpoint of increasing the capacitance C and improving the detection sensitivity, and from the viewpoint of improving the followability to the measurement object. More preferably, it is 30-200 micrometers.

上記誘電層の常温における比誘電率は、2以上が好ましく、5以上がより好ましい。誘電層の比誘電率が2未満であると、静電容量Cが小さくなり、静電容量型センサとして充分な感度が得られないおそれがある。   The dielectric layer has a relative dielectric constant at room temperature of preferably 2 or more, more preferably 5 or more. When the relative dielectric constant of the dielectric layer is less than 2, the capacitance C becomes small, and there is a possibility that sufficient sensitivity as a capacitance type sensor cannot be obtained.

上記誘電層のヤング率は、0.1〜1MPaであることが好ましい。ヤング率が0.1MPa未満であると、誘電層が軟らかすぎ、高品質な加工が難しく、充分な測定精度が得られないことがある。一方、ヤング率が1MPaを超えると、誘電層が硬すぎ、測定対象物の変形荷重が小さい場合に測定対象物の変形動作を阻害してしまい、計測目的に対して計測結果がそぐわないおそれがある。   The Young's modulus of the dielectric layer is preferably 0.1 to 1 MPa. When the Young's modulus is less than 0.1 MPa, the dielectric layer is too soft, high quality processing is difficult, and sufficient measurement accuracy may not be obtained. On the other hand, if the Young's modulus exceeds 1 MPa, the dielectric layer is too hard, and when the deformation load of the measurement object is small, the deformation operation of the measurement object is hindered, and the measurement result may not match the measurement purpose. .

上記誘電層の硬さは、JIS K 7312に準拠したスプリング硬さ試験のタイプCの硬さで、10〜55°が好ましく、20〜45°がより好ましい。
上記硬さが10°未満では、誘電層が軟らかすぎるため高品質な加工が難しく、充分な測定精度を確保することができない場合があり、一方、55°を超えると、誘電層が硬すぎるため、測定対象物の変形荷重が小さい場合に測定対象物の変形動作を阻害してしまい、計測目的に対して測定結果がそぐわないおそれがある。
The hardness of the dielectric layer is a hardness of type C of a spring hardness test in accordance with JIS K 7312, preferably 10 to 55 °, and more preferably 20 to 45 °.
If the hardness is less than 10 °, the dielectric layer is too soft, making high-quality processing difficult, and sufficient measurement accuracy may not be ensured. On the other hand, if it exceeds 55 °, the dielectric layer is too hard. When the deformation load of the measurement object is small, the deformation operation of the measurement object is hindered, and the measurement result may not match the measurement purpose.

上記誘電層は、JIS K 7312に準拠した引張試験における切断時伸びが400%以上であることが好ましい。
上記破断時伸びが400%未満では、200%の伸長率で繰り返し伸長させた際に耐久性に劣り、破断にするおそれがある。
一方、上記破断時伸びの上限は特に限定されず大きくても構わないが、ポリエーテルポリオールをポリオール成分とし、HDI系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムの場合、通常、その上限は1100%程度である。
The dielectric layer preferably has an elongation at break of 400% or more in a tensile test based on JIS K 7312.
If the elongation at break is less than 400%, when it is repeatedly stretched at a stretch rate of 200%, the durability is inferior and there is a risk of breaking.
On the other hand, the upper limit of elongation at break is not particularly limited and may be large, but in the case of urethane rubber having polyether polyol as a polyol component and HDI polyisocyanate as an isocyanate component, the upper limit is usually about 1100%. It is.

上記誘電層は、JIS K 7312に準拠した引張永久ひずみ試験における引張永久ひずみ率が1.0%以下であることが好ましい。
上記引張永久ひずみ率が1.0%を超えると、誘電層を繰り返し変形させた際の測定精度が低下することがある。
The dielectric layer preferably has a tensile set rate of 1.0% or less in a tensile set test according to JIS K 7312.
If the tensile permanent strain rate exceeds 1.0%, the measurement accuracy may be reduced when the dielectric layer is repeatedly deformed.

上記誘電層は、下記の方法で測定した残留ひずみ値が、10%以下であることが好ましい。まず、上記残留ひずみ値の測定方法について説明する。
上記残留ひずみ値の測定は、引張速さを200mm/minとした以外はJIS K 7312における引張ヒステリシス損失試験と同様の方法を用いて、試験片を伸び100%に達するまで引っ張り、直後に同じ速さで荷重を0まで戻す変形を1回行い、荷重を0に戻した際の変形ひずみ量(伸び量)を算出する(単位:%)ことにより行った。
このような測定方法を用いて残留ひずみ値を測定することにより、短時間で変形した際の残留ひずみ量の大小を評価することができる。そして、上記残留ひずみ値が小さい場合には、誘電層が短時間で伸縮変形した際に誘電層にひずみが残りにくいことを意味する。そのため、上記残留ひずみ値の小さい誘電層を用いたセンサシートは、応答性により優れたセンサシートとなる。
上記残留ひずみ値は、5%以下であることがより好ましい。
The dielectric layer preferably has a residual strain value measured by the following method of 10% or less. First, a method for measuring the residual strain value will be described.
The residual strain value was measured using the same method as the tensile hysteresis loss test in JIS K 7312 except that the tensile speed was 200 mm / min. Then, the deformation for returning the load to 0 was performed once, and the deformation strain amount (elongation amount) when the load was returned to 0 was calculated (unit:%).
By measuring the residual strain value using such a measurement method, the magnitude of the residual strain amount when deformed in a short time can be evaluated. When the residual strain value is small, it means that the strain hardly remains in the dielectric layer when the dielectric layer expands and contracts in a short time. Therefore, the sensor sheet using the dielectric layer having a small residual strain value is a sensor sheet that is more excellent in responsiveness.
The residual strain value is more preferably 5% or less.

<表側電極層/裏側電極層>
電極層(表側電極層及び裏側電極層)は、ともにカーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなる。そのため、上記電極層では、誘電層の変形に合わせて大きく変形しても電極層に導電性の増加やバラツキが発生しにくい。
上記表側電極層及び裏側電極層は通常同一の導電性組成物を用いて形成されるが、必ずしも同一の組成の導電性組成物を用いる必要はない。
<Front side electrode layer / Back side electrode layer>
The electrode layers (the front electrode layer and the back electrode layer) are both made of a conductive composition containing carbon nanotubes. Therefore, in the electrode layer, even if the electrode layer is largely deformed in accordance with the deformation of the dielectric layer, the electrode layer is less likely to increase in conductivity or vary.
Although the said front side electrode layer and back side electrode layer are normally formed using the same electroconductive composition, it is not necessary to necessarily use the electroconductive composition of the same composition.

上記カーボンナノチューブとしては公知のカーボンナノチューブを使用することができる。上記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ(SWNT)であってもよいし、また、2層カーボンナノチューブ(DWNT)又は3層以上の多層カーボンナノチューブ(MWNT)であってもよい(本明細書では、両者を合わせて単に多層カーボンナノチューブと称する)。更には、層数の異なるカーボンナノチューブを2種以上併用してもよい。
また、各カーボンナノチューブの形状(平均長さや繊維径、アスペクト比)も特には限定されず、センサシートの使用目的や、センサシートに要求される導電性や耐久性、更には電極層を形成するための処理や費用を総合的に判断して適宜選択すればよい。
A known carbon nanotube can be used as the carbon nanotube. The carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube (SWNT), a double-walled carbon nanotube (DWNT), or a multi-walled carbon nanotube (MWNT) having three or more layers (in this specification, Both are simply referred to as multi-walled carbon nanotubes). Furthermore, two or more types of carbon nanotubes having different numbers of layers may be used in combination.
Also, the shape (average length, fiber diameter, aspect ratio) of each carbon nanotube is not particularly limited, and the purpose of use of the sensor sheet, the conductivity and durability required for the sensor sheet, and further the formation of an electrode layer. Therefore, it is only necessary to make a comprehensive decision on the processing and cost for the selection.

上記カーボンナノチューブの平均長さは、10μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましい。
繊維長さが長いカーボンナノチューブを用いて形成された電極層は、導電性に優れ、誘電層の変形に追従して変形した際(特に伸長した際)に電気抵抗がほとんど増大せず、更に、繰り返し伸縮しても電気抵抗のバラツキが小さい、との優れた特性を有する。
これに対し、カーボンナノチューブの平均長さが10μm未満では、電極層の変形に伴って電気抵抗が増大したり、電極層を繰返し伸縮させた際に電気抵抗のバラツキが大きくなったりする場合がある。特に、センサシートの変形量が大きくなった場合にこのような不都合が発生しやすくなる。
The average length of the carbon nanotube is preferably 10 μm or more, and more preferably 50 μm or more.
The electrode layer formed using carbon nanotubes with a long fiber length is excellent in electrical conductivity, and when it is deformed following the deformation of the dielectric layer (especially when stretched), the electrical resistance hardly increases. Even if it expands and contracts repeatedly, it has an excellent characteristic that variation in electric resistance is small.
On the other hand, if the average length of the carbon nanotube is less than 10 μm, the electrical resistance may increase with the deformation of the electrode layer, or the variation in electrical resistance may increase when the electrode layer is repeatedly expanded and contracted. . In particular, such inconvenience is likely to occur when the deformation amount of the sensor sheet increases.

一方、上記カーボンナノチューブの平均長さの好ましい上限は1000μmである。平均長さが1000μmを超えるカーボンナノチューブは、現時点では、その製造、入手が困難であり、また、後述するように、カーボンナノチューブの分散液を塗布して電極層を形成する場合に、カーボンナノチューブの分散性が不充分なため導電パスが形成されにくく、結果的に電極層の導電性が不充分となることが懸念されるからである。   On the other hand, the preferable upper limit of the average length of the carbon nanotube is 1000 μm. Carbon nanotubes with an average length exceeding 1000 μm are difficult to manufacture and obtain at present, and as will be described later, when an electrode layer is formed by applying a carbon nanotube dispersion, This is because the conductive path is difficult to be formed due to insufficient dispersibility, and as a result, the conductivity of the electrode layer may be insufficient.

上記カーボンナノチューブの平均長さの下限は100μmが好ましく、上限は600μmが好ましい。上記カーボンナノチューブの平均長さが上記範囲内にあると、導電性に優れ、伸長時に電気抵抗がほとんど増大せず、繰り返し伸縮時に電気抵抗のバラツキが小さい、との優れた特性を高いレベルでより確実に確保することができる。   The lower limit of the average length of the carbon nanotube is preferably 100 μm, and the upper limit is preferably 600 μm. When the average length of the carbon nanotubes is within the above range, the electrical conductivity is excellent, the electrical resistance hardly increases when stretched, and the variation in electrical resistance is small when repeatedly stretched. It can be surely secured.

上記カーボンナノチューブの繊維長さは、カーボンナノチューブを電子顕微鏡で観察し、その観察画像から測定すればよい。
また、その平均長さは、例えば、カーボンナノチューブの観察画像から無作為に選んだ10箇所のカーボンナノチューブの繊維長さに基づき平均値を算出すればよい。
The fiber length of the carbon nanotube may be measured from an observation image obtained by observing the carbon nanotube with an electron microscope.
The average length may be calculated based on, for example, the fiber lengths of 10 carbon nanotubes randomly selected from the observation image of the carbon nanotubes.

上記カーボンナノチューブの平均繊維径は特に限定されないが、0.5〜30nmが好ましい。上記繊維径が0.5nm未満では、カーボンナノチューブの分散が悪くなり、その結果、導電パスが広がらず、電極層の導電性が不充分になることがあり、一方、30nmを超えると、同じ重量でもカーボンナノチューブの本数が少なくなり、導電性が不充分になることがある。カーボンナノチューブの平均繊維径は5〜20nmがより好ましい。   The average fiber diameter of the carbon nanotube is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 30 nm. When the fiber diameter is less than 0.5 nm, the dispersion of the carbon nanotubes is deteriorated. As a result, the conductive path may not be widened, and the conductivity of the electrode layer may be insufficient. However, the number of carbon nanotubes may be reduced and conductivity may be insufficient. The average fiber diameter of the carbon nanotube is more preferably 5 to 20 nm.

上記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの方が単層カーボンナノチューブよりも好ましい。
単層カーボンナノチューブを用いた場合、上述した好ましい範囲の平均長さを有するカーボンナノチューブを用いた場合でも、電気抵抗が高くなったり、伸長時に電気抵抗が大きく増大したり、繰り返し伸縮時に電気抵抗が大きくばらついたりすることがある。
これについては次のように推測している。即ち、単層カーボンナノチューブは、通常、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブとの混合物として合成されるため、この半導体性カーボンナノチューブの存在が、電気抵抗が高くなったり、伸長時に電気抵抗が大きく増大したり、繰り返し伸縮時に電気抵抗が大きくばらついたりする原因となっていると推測している。
なお、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブとを分離し、平均長さの長い金属性の単層カーボンナノチューブを用いれば、平均長さの長い多層カーボンナノチューブを用いた場合と同様の電気特性を備えた電極層を形成することができる可能性があるが、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブとの分離は容易ではなく(特に、繊維長さの長いカーボンナノチューブにおいて)、両者の分離には煩雑な作業が必要となるため、電極層を形成する際の作業容易性、及び、経済性の観点からも上述した通り、上記カーボンナノチューブとしては多層カーボンナノチューブが好ましい。
Of the carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes are preferable to single-walled carbon nanotubes.
When single-walled carbon nanotubes are used, even when carbon nanotubes having an average length in the above-mentioned preferred range are used, the electrical resistance increases, the electrical resistance increases greatly during stretching, or the electrical resistance during repeated expansion and contraction. May vary widely.
This is presumed as follows. That is, since single-walled carbon nanotubes are usually synthesized as a mixture of metallic carbon nanotubes and semiconducting carbon nanotubes, the presence of these semiconducting carbon nanotubes increases electrical resistance or increases electrical resistance when stretched. It is speculated that this is the cause of the increase or the electric resistance greatly varies during repeated expansion and contraction.
If metallic carbon nanotubes and semiconducting carbon nanotubes are separated and metallic single-walled carbon nanotubes with a long average length are used, the same electrical characteristics as when multi-walled carbon nanotubes with a long average length are used are obtained. There is a possibility that an electrode layer can be formed, but it is not easy to separate metallic carbon nanotubes from semiconducting carbon nanotubes (particularly in carbon nanotubes having a long fiber length). Since complicated operations are required, multi-walled carbon nanotubes are preferred as the carbon nanotubes as described above from the viewpoints of workability when forming the electrode layer and economical efficiency.

上記カーボンナノチューブは、炭素純度が99重量%以上であることが好ましい。カーボンナノチューブは、その製造工程において、触媒金属や分散剤等が含まれることがあり、このようなカーボンナノチューブ以外の成分(不純物)を多量に含有するカーボンナノチューブを用いた場合、導電性の低下や、電気抵抗のバラツキを引き起こすことがある。   The carbon nanotubes preferably have a carbon purity of 99% by weight or more. Carbon nanotubes may contain catalytic metals, dispersants, and the like in the production process. When carbon nanotubes containing a large amount of components (impurities) other than such carbon nanotubes are used, the decrease in conductivity or May cause variations in electrical resistance.

上記カーボンナノチューブの製造方法は特に限定されず、従来公知の製造方法で製造されたものであればよいが、基板成長法により製造されたものが好ましい。
基板成長法は、CVD法の1種であり、基板上に塗布した金属触媒に炭素源を供給することで成長させてカーボンナノチューブを製造する方法である。基板成長法は、比較的繊維長さが長く、かつ、繊維長さの揃ったカーボンナノチューブを製造するのに適した製造方法であるため、本発明で使用するカーボンナノチューブとして適している。
上記カーボンナノチューブが基板製造法により製造されたものである場合、カーボンナノチューブの繊維長さは、CNTフォレストの成長長さと実質的に同一であり、電子顕微鏡を用いて繊維長さを測定する場合は、CNTフォレストの成長長さを測定すればよい。
The method for producing the carbon nanotube is not particularly limited as long as it is produced by a conventionally known production method, but is preferably produced by a substrate growth method.
The substrate growth method is a kind of CVD method, and is a method for producing carbon nanotubes by growing a carbon catalyst by supplying a carbon source to a metal catalyst coated on the substrate. The substrate growth method is suitable as a carbon nanotube used in the present invention because it is a production method suitable for producing carbon nanotubes having relatively long fiber lengths and uniform fiber lengths.
When the carbon nanotube is manufactured by a substrate manufacturing method, the fiber length of the carbon nanotube is substantially the same as the growth length of the CNT forest, and when measuring the fiber length using an electron microscope What is necessary is just to measure the growth length of a CNT forest.

上記導電性組成物は、カーボンナノチューブ以外に、例えば、バインダー成分を含有していてもよい。
上記バインダー成分はつなぎ材料として機能し、上記バインダー成分を含有させることにより、誘電層との密着性、及び、電極層自体の強度を向上させることができ、更に、後述の方法で電極層を形成する際にカーボンナノチューブの飛散を抑制することができるため、電極層形成時の安全性も高めることができる。
The conductive composition may contain, for example, a binder component in addition to the carbon nanotube.
The binder component functions as a binder material, and by including the binder component, the adhesion to the dielectric layer and the strength of the electrode layer itself can be improved, and further, an electrode layer is formed by the method described later. Since the scattering of the carbon nanotubes can be suppressed at the time, the safety at the time of forming the electrode layer can be improved.

上記バインダー成分としては、例えば、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリスチレン、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、アクリルゴム、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)等が挙げられる。
また、上記バインダー成分としては、生ゴム(天然ゴム及び合成ゴムの加硫させていない状態のもの)も使用することができ、このように比較的弾性の弱い材料を用いることで、誘電層の変形に対する電極層の追従性も高めることができる。
上記バインダー成分は、特に、誘電層を構成するエラストマーと同種のものが好ましい。誘電層と電極層との密着性を顕著に向上させることができるからである。
Examples of the binder component include butyl rubber, ethylene propylene rubber, polyethylene, chlorosulfonated polyethylene, natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene / butadiene rubber, polystyrene, chloroprene rubber, nitrile rubber, polymethyl methacrylate, polyacetic acid. Examples thereof include vinyl, polyvinyl chloride, acrylic rubber, styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), and the like.
In addition, as the binder component, raw rubber (non-vulcanized natural rubber and synthetic rubber) can also be used. By using such a relatively weak material, deformation of the dielectric layer is possible. The followability of the electrode layer with respect to can also be improved.
In particular, the binder component is preferably the same type as the elastomer constituting the dielectric layer. This is because the adhesion between the dielectric layer and the electrode layer can be remarkably improved.

上記導電性組成物は、カーボンナノチューブ及びバインダー成分以外に、更に各種添加剤を含有してもよい。上記添加剤としては、例えば、カーボンナノチューブの分散性を高めるための分散剤、バインダー成分のための架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、更には、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。
上記センサシートでは、電極層が実質的にカーボンナノチューブのみで形成されていてもよい。この場合も誘電層との間で充分な密着性を確保することができる。カーボンナノチューブと誘電層とはファンデルワールス力等により強固に密着する。
The conductive composition may further contain various additives in addition to the carbon nanotube and the binder component. Examples of the additive include a dispersant for enhancing the dispersibility of carbon nanotubes, a crosslinking agent for a binder component, a vulcanization accelerator, a vulcanization aid, and an anti-aging agent, a plasticizer, and a softening agent. And coloring agents.
In the sensor sheet, the electrode layer may be substantially formed of only carbon nanotubes. Also in this case, sufficient adhesion with the dielectric layer can be ensured. The carbon nanotube and the dielectric layer are firmly adhered by van der Waals force or the like.

上記電極層中のカーボンナノチューブの含有量は導電性が発現する濃度であれば特に限定されず、バインダー成分を含有する場合にはバインダー成分の種類によっても異なるが、電極層の全固形成分に対して0.1〜100重量%であることが好ましい。
また、カーボンナノチューブの含有量を高めれば、電極層の導電性を向上させることができる。そのため、電極層を薄くしても要求される導電性を確保することができ、その結果、電極層を薄くしたり、電極層の柔軟性を確保したりすることがより容易になる。
The content of carbon nanotubes in the electrode layer is not particularly limited as long as it is a concentration at which conductivity is exhibited. When the binder component is contained, it varies depending on the type of the binder component, but the total solid component of the electrode layer is different. It is preferably 0.1 to 100% by weight.
Moreover, if the carbon nanotube content is increased, the conductivity of the electrode layer can be improved. Therefore, the required conductivity can be ensured even if the electrode layer is thinned, and as a result, it is easier to make the electrode layer thin and to ensure the flexibility of the electrode layer.

上記電極層の平均厚さは、0.1〜10μmであることが好ましい。電極層の平均厚さが上記範囲にあることで、電極層が誘電層の変形に対してより優れた追従性を発揮することができる。
一方、上記平均厚さが0.1μm未満では、導電性が不足し、センサとしての測定精度が低下するおそれがあり、10μmを超えるとカーボンナノチューブの補強効果によりセンサシートが硬くなり、センサシートの伸縮性が低下することがある。
The average thickness of the electrode layer is preferably 0.1 to 10 μm. When the average thickness of the electrode layer is within the above range, the electrode layer can exhibit better followability to the deformation of the dielectric layer.
On the other hand, if the average thickness is less than 0.1 μm, the conductivity is insufficient, and the measurement accuracy as a sensor may be reduced. If the average thickness exceeds 10 μm, the sensor sheet becomes hard due to the reinforcing effect of the carbon nanotubes. Elasticity may decrease.

本発明において、「電極層の平均厚さ」はレーザー顕微鏡(例えば、キーエンス社製、VK−9510)を用いて測定することができる。具体的には、例えば、誘電層の表面に形成された電極層の厚さ方向を0.01μm刻みでスキャンし、その3D形状を測定した後、誘電層上の電極層が積層されている領域及び積層されていない領域において、それぞれ縦200×横200μmの矩形領域の平均高さを計測し、その平均高さの段差を電極層の平均厚さとすればよい。   In the present invention, the “average thickness of the electrode layer” can be measured using a laser microscope (for example, VK-9510 manufactured by Keyence Corporation). Specifically, for example, after scanning the thickness direction of the electrode layer formed on the surface of the dielectric layer in steps of 0.01 μm and measuring its 3D shape, the region where the electrode layer on the dielectric layer is laminated And in the area | region which is not laminated | stacked, the average height of the rectangular area of length 200x200 micrometers each may be measured, and the level | step difference of the average height should just be made into the average thickness of an electrode layer.

(他の実施形態)
本発明のセンサシートの構成は、図1、2に示したセンサシートの構成に限定されるわけではない。
具体的には、例えば、図2に示したセンサシートにおいても、その表側及び/又は裏側に保護層が形成されていてもよい。
また、例えば、図2に示した実施形態におけるセンサシート1では、表側電極層01A〜16A及び裏側電極層01B〜16Bの配置数を16個としているが、この配置数は特に限定されない。また、上記実施形態における表側電極層01A〜16Aと裏側電極層01B〜16Bの交差角度も特に限定されない。
(Other embodiments)
The configuration of the sensor sheet of the present invention is not limited to the configuration of the sensor sheet shown in FIGS.
Specifically, for example, in the sensor sheet shown in FIG. 2, a protective layer may be formed on the front side and / or the back side.
For example, in the sensor sheet 1 in the embodiment shown in FIG. 2, the number of arrangement of the front side electrode layers 01A to 16A and the back side electrode layers 01B to 16B is 16, but the arrangement number is not particularly limited. Further, the crossing angle of the front electrode layers 01A to 16A and the back electrode layers 01B to 16B in the above embodiment is not particularly limited.

次に、本発明のセンサシートを製造する方法について説明する。
上記センサシートは、例えば、
(1)エラストマー組成物からなる誘電層を形成する工程(以下、「工程(1)」ともいう)、及び、
(2)カーボンナノチューブ等の導電性材料及び分散媒を含む組成物の塗布により、上記誘電層の表面及び裏面に電極層を形成する工程(以下、「工程(2)」ともいう)
を経ることより製造することができる。以下、工程順に説明する。
Next, a method for producing the sensor sheet of the present invention will be described.
The sensor sheet is, for example,
(1) a step of forming a dielectric layer made of an elastomer composition (hereinafter also referred to as “step (1)”), and
(2) A step of forming electrode layers on the front and back surfaces of the dielectric layer by applying a composition containing a conductive material such as carbon nanotubes and a dispersion medium (hereinafter also referred to as “step (2)”).
It can manufacture by going through. Hereinafter, it demonstrates in order of a process.

[工程(1)]
本工程では、エラストマー組成物からなる誘電層を形成する。まず、エラストマー組成物として、上記ウレタンゴム(又はその原料)に、必要に応じて、誘電フィラー、可塑剤、鎖延長剤、架橋剤、加硫促進剤、触媒、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤をそれぞれ適宜のタイミングで配合してエラストマー組成物を調製する。
[Step (1)]
In this step, a dielectric layer made of an elastomer composition is formed. First, as an elastomer composition, the urethane rubber (or its raw material), if necessary, a dielectric filler, a plasticizer, a chain extender, a crosslinking agent, a vulcanization accelerator, a catalyst, an antioxidant, an anti-aging agent, An elastomer composition is prepared by blending additives such as a colorant at an appropriate timing.

上記誘電層の成形方法としては特に限定されず、原料組成物を調製した後、従来公知の方法で成形することにより誘電層を形成することができる。
具体的には、例えば、ポリオール成分、可塑剤及び酸化防止剤を計量し、加熱、減圧下において一定時間撹拌混合し、混合液を調製する。次に、混合液を計量し、温度を調整した後、触媒を添加しアジター等で撹拌する。その後、所定量のイソシアネート成分を添加し、アジター等で撹拌後、即座に混合液(原料組成物)を図4に示す成形装置に注入し、保護フィルムでサンドイッチ状にして搬送しつつ架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得る。その後、さらに炉で一定時間架橋反応させることで誘電層を製造することができる。
The method for forming the dielectric layer is not particularly limited, and after preparing the raw material composition, the dielectric layer can be formed by molding by a conventionally known method.
Specifically, for example, a polyol component, a plasticizer, and an antioxidant are weighed and stirred and mixed for a certain time under heating and reduced pressure to prepare a mixed solution. Next, after measuring the mixed solution and adjusting the temperature, the catalyst is added and stirred with an agitator or the like. After that, a predetermined amount of isocyanate component is added, and after stirring with an agitator or the like, the mixed solution (raw material composition) is immediately poured into the molding apparatus shown in FIG. A roll-wrap sheet having a predetermined thickness with a protective film is obtained. Thereafter, the dielectric layer can be produced by further cross-linking reaction in a furnace for a certain time.

図4は、誘電層の作製に使用する成形装置の一例を説明するための模式図である。
図4に示した成形装置40では、原料組成物43を、離間して配置された一対のロール42、42から連続的に送り出されるポリエチレンテレフタレート(PET)製の保護フィルム41の間隙に流し込み、その間隙に原料組成物43を保持した状態で硬化反応(架橋反応)を進行させつつ、加熱装置44内に導入し、原料組成物43を一対のPETフィルム41間で保持した状態で熱硬化させ、シート状の誘電層45を成形する。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of a molding apparatus used for producing a dielectric layer.
In the molding apparatus 40 shown in FIG. 4, the raw material composition 43 is poured into a gap between a protective film 41 made of polyethylene terephthalate (PET) continuously fed from a pair of spaced apart rolls 42, 42, While proceeding with a curing reaction (crosslinking reaction) with the raw material composition 43 held in the gap, it was introduced into the heating device 44 and thermally cured with the raw material composition 43 held between a pair of PET films 41, A sheet-like dielectric layer 45 is formed.

また、原料組成物を調製した後、各種コーティング装置、バーコート、ドクターブレードなどの汎用の成膜装置や成膜方法を用いて誘電層を形成してもよい。   Moreover, after preparing a raw material composition, you may form a dielectric layer using general purpose film-forming apparatuses, such as various coating apparatuses, a bar coat, a doctor blade, and the film-forming method.

[工程(2)]
本工程では、導電性材料及び分散媒を含む組成物の塗布により、上記誘電層の表面及び裏面に電極層を形成する。
[Step (2)]
In this step, electrode layers are formed on the front and back surfaces of the dielectric layer by applying a composition containing a conductive material and a dispersion medium.

まず、カーボンナノチューブを分散媒に添加する。このとき、必要に応じてバインダー成分(又はバインダー成分の原料)や分散剤、その他各種添加剤を添加してもよい。
次に、カーボンナノチューブを含む各成分を湿式分散機を用いて分散媒中に分散(又は溶解)させることより塗布液を調製する。ここでは、例えば、超音波分散機、ジェットミル、ビーズミルなど既存の分散機を用いて分散させればよい。
First, carbon nanotubes are added to the dispersion medium. At this time, you may add a binder component (or raw material of a binder component), a dispersing agent, and other various additives as needed.
Next, a coating liquid is prepared by dispersing (or dissolving) each component including carbon nanotubes in a dispersion medium using a wet disperser. Here, for example, an existing disperser such as an ultrasonic disperser, a jet mill, or a bead mill may be used for dispersion.

上記分散媒としては、例えば、メチルイソブチルケトン(MIBK)、トルエン、アルコ−ル類、水等を用いることができる。これらの分散媒は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
また、上記塗布液において、上記カーボンナノチューブの濃度は、0.01〜10重量%とすることが好ましい。0.01重量%未満では、カーボンナノチューブの濃度が薄すぎて繰返し塗布する必要が生じる場合があり、一方、10重量%を超えると、塗布液の粘度が高くなりすぎ、また再凝集によりカーボンナノチューブの分散性が低下し、均一な電極層を形成することが困難となる場合がある。
As the dispersion medium, for example, methyl isobutyl ketone (MIBK), toluene, alcohols, water and the like can be used. These dispersion media may be used independently and may be used together 2 or more types.
In the coating solution, the concentration of the carbon nanotube is preferably 0.01 to 10% by weight. If it is less than 0.01% by weight, the concentration of the carbon nanotubes may be too thin to be repeatedly applied. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the viscosity of the coating solution becomes too high, and the carbon nanotubes are re-aggregated. In some cases, it is difficult to form a uniform electrode layer.

続いて、エアブラシ等を用い、上記誘電層の表面の所定の位置に調製した塗布液を塗布して乾燥させる。このとき、必要に応じて、誘電層表面の電極層を形成しない位置をマスキングしてから塗布液を塗布してもよい。
上記塗布液の乾燥条件は特に限定されず、分散媒の種類等に応じて適宜選択すればよい。
上記塗布液を塗布する方法は、エアブラシを用いた方法に限定されるわけではなく、その他、スクリーン印刷法、インクジエット印刷法等も採用することができる。
Subsequently, using an air brush or the like, the prepared coating solution is applied to a predetermined position on the surface of the dielectric layer and dried. At this time, if necessary, the coating liquid may be applied after masking a position where the electrode layer on the surface of the dielectric layer is not formed.
The drying conditions for the coating solution are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the type of the dispersion medium.
The method of applying the coating liquid is not limited to the method using an air brush, and other methods such as a screen printing method and an ink jet printing method can also be employed.

また、カーボンナノチューブとともにバインダー成分を含有する電極層を形成する場合には、最初にカーボンナノチューブ及び分散媒を含み、バインダー成分は含有しない組成物を塗布し乾燥させ、その後、バインダー成分(又はその原料)及び分散媒を含有する塗布液を塗布し乾燥させることで電極層を形成してもよい。
この場合、バインダー成分(又はその原料)を分散させるための分散媒として、カーボンナノチューブを分散させるための分散媒とは異なる分散媒を使用することができるため、分散媒の選択の制約が少なく、バインダー成分(又はその原料)が確実に分散された塗布液を調製することができる。
上記バインダー成分を分散させるための分散媒としては、上述したカーボンナノチューブを分散させる分散媒以外に、例えば、ヘキサン、アセトン、イソプロピルアルコール等が挙げられる。
Further, when forming an electrode layer containing a binder component together with carbon nanotubes, first, a composition containing carbon nanotubes and a dispersion medium and not containing a binder component is applied and dried, and then the binder component (or its raw material) is applied. ) And a dispersion liquid containing a dispersion medium may be applied and dried to form the electrode layer.
In this case, since a dispersion medium different from the dispersion medium for dispersing the carbon nanotubes can be used as a dispersion medium for dispersing the binder component (or its raw material), there are few restrictions on the selection of the dispersion medium, A coating liquid in which the binder component (or its raw material) is reliably dispersed can be prepared.
Examples of the dispersion medium for dispersing the binder component include hexane, acetone, isopropyl alcohol and the like in addition to the dispersion medium for dispersing the carbon nanotubes described above.

また、上記工程(2)を終えた後、必要に応じて保護層を形成してもよい。
上記保護層の形成は、例えば、上記(1)の工程と同様の方法を用いてエラストマー組成物からなるシート状物を作製した後、所定のサイズに裁断し、それをラミネートすること等により行えばよい。
Moreover, you may form a protective layer as needed after finishing the said process (2).
The protective layer is formed by, for example, producing a sheet-like material made of an elastomer composition using the same method as in the above step (1), cutting it into a predetermined size, and laminating it. Just do it.

また、保護層を備えたセンサシートを作製する場合は、裏側の保護層から出発し、その上に順次構成部材(裏側電極層、誘電層、表側電極層、表側保護層)を積層することにより、センサ素子を作製してもよい。
このような工程を経ることにより本発明のセンサシートを製造することができる。
Moreover, when producing a sensor sheet provided with a protective layer, starting from the protective layer on the back side, the constituent members (back-side electrode layer, dielectric layer, front-side electrode layer, front-side protective layer) are sequentially laminated thereon. A sensor element may be manufactured.
The sensor sheet of the present invention can be manufactured through such steps.

本発明のセンサシートでは、誘電層が変形する際にその前後で静電容量Cを測定し、その測定結果から変形前後の静電容量の変化量ΔCを算出することで、変形時のセンサシートの変形歪み量を測定することができる。そのため、本発明のセンサシートは、例えば、測定対象物の変形量を求めるための静電容量型センサに用いることができる。
また、上記センサシートが複数の検出部を備える場合には、測定対象物の変形歪み分布を求めるための静電容量型センサに用いることもできる。
In the sensor sheet of the present invention, when the dielectric layer is deformed, the capacitance C is measured before and after the deformation, and the change amount ΔC of the capacitance before and after the deformation is calculated from the measurement result. The amount of deformation strain can be measured. Therefore, the sensor sheet of the present invention can be used for, for example, a capacitance type sensor for obtaining a deformation amount of a measurement object.
Moreover, when the said sensor sheet | seat is provided with a some detection part, it can also be used for the electrostatic capacitance type sensor for calculating | requiring the deformation distortion distribution of a measurement object.

本発明のセンサシートを用いた静電容量型センサは、例えば、エキスパンダーやリハビリチューブ、ゴムボール等の伸縮物や、クッションや靴底インナー等の柔軟物などを測定対象物とし、この測定対象物にセンサシートを貼り付けて、測定対象物に変形を計測するためのセンサとして使用することができる。   The capacitance type sensor using the sensor sheet of the present invention uses, for example, an expander, a rehabilitation tube, a stretchable material such as a rubber ball, a flexible material such as a cushion or an inner shoe sole, and the like. A sensor sheet can be affixed to the sensor and used as a sensor for measuring deformation on the measurement object.

また、本発明の静電容量型センサは、例えば、人等の動物を測定対象物とし、その動きを計測するセンサ等として使用することができる。具体的には、例えば、関節、橈骨動脈や頚動脈等の脈が触れるところ、手の平や手の甲、足の裏や足の甲、胸部や腹部、頬や口の周囲など身体表面の任意の箇所にセンサシートを貼り付けて使用することで、身体表面の変形(動き)を計測するためのセンサとして使用することができる。
また、本発明の静電容量型センサは、例えば、衣服を着用して、その衣服の表面にセンサシートを貼り付けて使用することで、衣服の変形(伸縮)の仕方や、衣服の身体に対する追従性を計測するためのセンサとして使用することもできる。
In addition, the capacitive sensor of the present invention can be used as a sensor for measuring movement of an animal such as a human being as a measurement object. Specifically, for example, a sensor at any part of the body surface such as a joint, a radial artery or a carotid artery touches, a palm, a back of a hand, a sole of a foot, a back of a foot, a chest or an abdomen, a cheek or a mouth. By sticking and using the sheet, it can be used as a sensor for measuring the deformation (movement) of the body surface.
In addition, the capacitive sensor of the present invention is used by, for example, wearing a garment and attaching a sensor sheet to the surface of the garment, thereby deforming (stretching) the garment and the body of the garment. It can also be used as a sensor for measuring the following ability.

また、本発明の静電容量型センサは、例えば、ユーザーが能動的にセンサシートを変形させてもよい。その場合、上記静電容量型センサは、ユーザーの意志を反映した情報を静電容量の変化に基づいて作製し、その情報を発信するための装置に使用することもできる。   Further, in the capacitive sensor of the present invention, for example, the user may actively deform the sensor sheet. In that case, the capacitive sensor can be used in a device for producing information reflecting the user's will based on a change in capacitance and transmitting the information.

また、本発明の静電容量型センサにおいて、センサシートが多数の検出部を備える場合、上記静電容量型センサは、測定対象物がセンサシートに接触した状態で移動した際の位置情報を検出するためのセンサとして使用することができる。更に、例えば、タッチパネル用の入力インターフェイスとしても使用することができる。
なお、本発明の静電容量型センサは、既存のセンサである光学式のモーションキャプチャーでは測定できない光の遮蔽部位での測定にも利用することが可能である。
In the capacitance type sensor of the present invention, when the sensor sheet includes a large number of detection units, the capacitance type sensor detects position information when the measurement object moves in contact with the sensor sheet. It can be used as a sensor for Furthermore, for example, it can be used as an input interface for a touch panel.
The capacitance type sensor of the present invention can also be used for measurement at a light shielding portion that cannot be measured by an optical motion capture which is an existing sensor.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
(1)ポリエーテルポリオール(パンデックスGCB−41、DIC社製)100重量部、触媒(Fomrez catalyst UL−28、Momentive社製)0.05重量部を計量し、自転公転ミキサー(泡取り練太郎ARE−310、THINKY社製)により2000rpmで1.5分間撹拌した。得られた混合物に、HDI系ポリイソシアネート(パンデックスGCA−11、DIC社製)16.52重量部を添加し、自転公転ミキサー(泡取り練太郎ARE−310)を用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度70℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、70℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなる厚さ50μmのシート状物を得た。
(Example 1)
(1) 100 parts by weight of a polyether polyol (Pandex GCB-41, manufactured by DIC) and 0.05 part by weight of a catalyst (Fomrez catalyst UL-28, manufactured by Momentive) were weighed, and a rotating and revolving mixer (Nentaro Foamer) ARE-310 (manufactured by THINKY) for 1.5 minutes at 2000 rpm. 16.52 parts by weight of HDI-based polyisocyanate (Pandex GCA-11, manufactured by DIC) was added to the resulting mixture, and 1.5 rpm at 2000 rpm using a rotating / revolving mixer (Awatake Kentaro ARE-310). After stirring and mixing for 3 minutes and defoaming for 3 minutes to prepare a raw material composition for the dielectric layer, it was poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. Cross-linking and curing were carried out under the conditions of an internal temperature of 70 ° C. and an in-furnace time of 30 minutes to obtain a roll-wrapped sheet having a predetermined thickness with a protective film. Thereafter, it was post-crosslinked in a furnace adjusted to 70 ° C. for 12 hours to obtain a sheet-like product having a thickness of 50 μm made of urethane rubber.

(2)上記工程(1)とは別にカーボンナノチューブ分散液を調製した。
即ち、基板成長法により製造した多層カーボンナノチューブである、大陽日酸社製の高配向カーボンナノチューブ(層数4〜12層、繊維径10〜20nm、繊維長さ150〜300μm、炭素純度99.5%)50mgと、イソプロピルアルコール(IPA)49.5gとを計量、混合し(カーボンナノチューブ濃度:0.1重量%)、更に、10分間の超音波処理と、ジェットミル(ナノジェットパル JN10−SP003、常光社製)を用いた湿式分散処理(条件:吐出圧力60MPa、パス回数1パス)とを行い、その後、分散液を50gのイソプロピルアルコール(IPA)で希釈し、カーボンナノチューブ分散液10倍に希釈して濃度0.01重量%のカーボンナノチューブ分散液を得た。
(2) A carbon nanotube dispersion was prepared separately from the above step (1).
That is, highly oriented carbon nanotubes manufactured by Taiyo Nippon Sanso Co., Ltd., which are multi-walled carbon nanotubes manufactured by the substrate growth method (4 to 12 layers, fiber diameter 10 to 20 nm, fiber length 150 to 300 μm, carbon purity 99. 5%) 50 mg and isopropyl alcohol (IPA) 49.5 g were weighed and mixed (carbon nanotube concentration: 0.1% by weight), and further subjected to ultrasonic treatment for 10 minutes, jet mill (Nanojet Pal JN10- Wet dispersion treatment (condition: discharge pressure 60 MPa, pass number 1 pass) using SP003 (manufactured by Joko), and then the dispersion was diluted with 50 g of isopropyl alcohol (IPA), and the carbon nanotube dispersion 10 times. To obtain a carbon nanotube dispersion having a concentration of 0.01% by weight.

(3)次に、図5(a)〜(d)に示した作製工程を経てセンサシートを作製した。
(3−1)上記工程(1)で作製したシート状物を20mm×74mm×厚さ50μmに裁断し、裏側保護層126Bとした。この裏側保護層126Bの片面(表面)に、離型処理されたPETフィルムに所定の形状の開口部が形成されたマスク(図示せず)を貼り付けた。上記マスクには、裏側電極層及び裏側配線に相当する開口部が設けられており、開口部のサイズは、裏側電極層に相当する部分が幅16mm×長さ60mm、裏側配線に相当する部分が幅5mm×長さ10mmである。
(3) Next, a sensor sheet was produced through the production steps shown in FIGS.
(3-1) The sheet-like material prepared in the above step (1) was cut into 20 mm × 74 mm × thickness 50 μm to form a back side protective layer 126B. A mask (not shown) in which an opening of a predetermined shape was formed on a PET film that had been subjected to a mold release treatment was affixed to one surface (front surface) of the back side protective layer 126B. The mask is provided with openings corresponding to the back electrode layer and the back wiring, and the size of the opening is 16 mm wide × 60 mm long corresponding to the back electrode layer, and the portion corresponding to the back wiring. It is 5 mm wide x 10 mm long.

(3−2)次に、上記(2)の工程で調製したカーボンナノチューブ分散液4gを10cmの距離からエアブラシを用いて塗布し、自然乾燥後、100℃で30分間加熱乾燥させ、裏側電極層123B及び裏側配線124Bを形成した。その後、マスクを剥離した(図5(a)参照)。なお、エアブラシとしては、エアテックス社製KIDS−102を使用し、ノズルは完全に閉じた状態から1回転分のみ解放して塗布を行った。 (3-2) Next, 4 g of the carbon nanotube dispersion prepared in the above step (2) was applied using an airbrush from a distance of 10 cm, naturally dried, and then heated and dried at 100 ° C. for 30 minutes, and the back electrode layer 123B and backside wiring 124B were formed. Thereafter, the mask was peeled off (see FIG. 5A). As an air brush, KIDS-102 manufactured by Airtex Co., Ltd. was used, and the nozzle was applied only for one rotation from a completely closed state.

(3−3)次に、裏側電極層123Bの全体及び裏側配線124Bの一部を被覆するように、誘電層122を裏側保護層126B上に貼り合わせることにより積層した。
誘電層122は、上記工程(1)で作製したシート状物を20mm×74mm×厚さ50μmに裁断し、更に、角部の一か所を10mm×7mm×厚さ50μmのサイズで切り落とすことにより作製した。
(3-3) Next, the dielectric layer 122 was laminated on the back side protective layer 126B so as to cover the entire back side electrode layer 123B and a part of the back side wiring 124B.
The dielectric layer 122 is obtained by cutting the sheet-like material produced in the above step (1) into 20 mm × 74 mm × 50 μm thickness, and further cutting off one corner at a size of 10 mm × 7 mm × 50 μm thickness. Produced.

(3−4)次に、誘電層122に表側に、裏側電極層123B及び裏側配線124Bの形成と同様の方法を用いて、表側電極層123A及び表側配線124Aを形成した(図5(b)参照)。 (3-4) Next, the front-side electrode layer 123A and the front-side wiring 124A were formed on the front side of the dielectric layer 122 using the same method as the formation of the back-side electrode layer 123B and the back-side wiring 124B (FIG. 5B). reference).

(3−5)次に、表側電極層123A及び表側配線124Aを形成した誘電層122の表側に、表側電極層123Aの全体及び表側配線124Aの一部を被覆するように表側保護層126Aをラミネートにより積層した。なお、表側保護層126Aは、上記工程(1)で作製したシート状物を20mm×67mm×厚さ50μmに裁断して作製した。
更に、表側配線124A及び裏側配線124Bのそれぞれの端部に導電接着剤付き銅箔テープを取り付けて、表側接続部125A及び裏側接続部125Bとした(図5(c)参照)。その後、表側接続部125A及び裏側接続部125Bに外部配線となるリード線130を半田で固定した。
(3-5) Next, the front side protective layer 126A is laminated on the front side of the dielectric layer 122 on which the front side electrode layer 123A and the front side wiring 124A are formed so as to cover the entire front side electrode layer 123A and a part of the front side wiring 124A. Were laminated. In addition, 126 A of front side protective layers were produced by cutting the sheet-like material produced at the said process (1) into 20 mm x 67 mm x thickness 50 micrometers.
Furthermore, a copper foil tape with a conductive adhesive was attached to each end of the front side wiring 124A and the back side wiring 124B to form a front side connection part 125A and a back side connection part 125B (see FIG. 5C). Thereafter, the lead wires 130 serving as external wirings were fixed to the front-side connection portion 125A and the back-side connection portion 125B with solder.

(3−6)次に、表側接続部125A及び裏側接続部125Bの裏側保護層126B上に位置する部分に、厚さ100μmのPETフィルム128をアクリル粘着テープ(3M社製、Y−4905(厚さ0.5mm))127を介して貼り付けて補強した。
更に、PETフィルム128の誘電層122を挟んだ反対側にも、同様のPETフィルム129を裏側保護層のタックを利用して貼り付け、センサシート121を作製した(図5(d)参照)。
(3-6) Next, an acrylic adhesive tape (manufactured by 3M, Y-4905 (thickness)) is formed on a portion of the front side connecting portion 125A and the back side connecting portion 125B located on the back side protective layer 126B. 0.5 mm))) and affixed via 127 to reinforce.
Further, a similar PET film 129 was attached to the opposite side of the PET film 128 across the dielectric layer 122 using the back side protective layer tack to produce a sensor sheet 121 (see FIG. 5D).

(実施例2)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
ポリエーテルポリオール(パンデックスGCB−41)100重量部に、可塑剤(ジオクチルセバケート(DOS)、株式会社ゴードー社製)40重量部、触媒(UL−28)0.05重量部を計量し、自転公転ミキサー(THINKY社製、以下の実施例及び比較例でも同様)を用いて2000rpmで3分間撹拌混合した。次に得られた混合物にHDI系ポリイソシアネート(パンデックスGCA−11)17.62重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度70℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、70℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Example 2)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
100 parts by weight of polyether polyol (Pandex GCB-41), 40 parts by weight of plasticizer (dioctyl sebacate (DOS), manufactured by Gordo Co., Ltd.), 0.05 part by weight of catalyst (UL-28) are weighed, The mixture was stirred and mixed at 2000 rpm for 3 minutes using a rotation and revolution mixer (manufactured by THINKY, the same in the following examples and comparative examples). Next, 17.62 parts by weight of HDI-based polyisocyanate (Pandex GCA-11) was added to the obtained mixture, and the mixture was stirred and mixed at 2000 rpm for 1.5 minutes using a rotating and rotating mixer, defoamed for 3 minutes, and dielectric. After preparing the raw material composition for the layer, it was poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. 4 and transported in a sandwich form with the protective film 41, while the furnace temperature was 70 ° C. and the furnace time was 30 minutes. Then, it was cross-linked and cured to obtain a roll-wound sheet having a predetermined thickness with a protective film. Then, after cross-linking for 12 hours in a furnace adjusted to 70 ° C., a sheet-like material made of urethane rubber was produced.

(実施例3)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
ポリエーテルポリオール(PTG−2000SN、保土谷化学工業社製)100重量部、触媒(UL−28)0.07重量部を計量し、自転公転ミキサーにより2000rpmで1.5分間撹拌した。得られた混合物に、HDI系ポリイソシアネート(パンデックスGCA−11)15.26重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルムでサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度70℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、70℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Example 3)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
100 parts by weight of a polyether polyol (PTG-2000SN, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.) and 0.07 part by weight of a catalyst (UL-28) were weighed and stirred at 2000 rpm for 1.5 minutes by a rotating and rotating mixer. 15.26 parts by weight of HDI polyisocyanate (Pandex GCA-11) is added to the obtained mixture, and the mixture is stirred and mixed at 2000 rpm for 1.5 minutes using a rotating and rotating mixer, defoamed for 3 minutes, and then the dielectric layer. The raw material composition is prepared, and then injected into the molding apparatus 40 shown in FIG. 4 and is transported in a sandwich form with a protective film, and is crosslinked under the conditions of a furnace temperature of 70 ° C. and a furnace time of 30 minutes. Curing was performed to obtain a roll-wrapped sheet having a predetermined thickness with a protective film. Then, after cross-linking for 12 hours in a furnace adjusted to 70 ° C., a sheet-like material made of urethane rubber was produced.

(比較例1)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
ポリエーテルポリオール(パンデックスGCB−41)100重量部に、トリレンジイソシアネート(コロネートT−80、日本ポリウレタン社製)7.04重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度150℃、炉内時間90分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、80℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Comparative Example 1)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
7.04 parts by weight of tolylene diisocyanate (Coronate T-80, manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd.) is added to 100 parts by weight of a polyether polyol (Pandex GCB-41), and 1.5 minutes at 2000 rpm using a rotation and revolution mixer. After stirring and mixing and defoaming for 3 minutes to prepare a raw material composition for the dielectric layer, it was poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. Crosslinking and curing was performed under conditions of a temperature of 150 ° C. and a furnace time of 90 minutes to obtain a roll-wrap sheet having a predetermined thickness with a protective film. Thereafter, it was post-crosslinked in a furnace adjusted to 80 ° C. for 12 hours to produce a sheet-like material made of urethane rubber.

(比較例2)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
ポリエーテルポリオール(パンデックスGCB−41)100重量部、触媒(UL−28)0.07重量部を計量し、自転公転ミキサーにより2000rpmで1.5分間撹拌した。得られた混合物に、イソホロンジイソシアネート(デスモジュールI、住化バイエルウレタン社製)9.00重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルムでサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度70℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、70℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Comparative Example 2)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
100 parts by weight of a polyether polyol (Pandex GCB-41) and 0.07 part by weight of a catalyst (UL-28) were weighed and stirred for 1.5 minutes at 2000 rpm with a rotating and rotating mixer. To the resulting mixture, 9.00 parts by weight of isophorone diisocyanate (Desmodur I, manufactured by Sumika Bayer Urethane Co., Ltd.) is added, stirred and mixed at 2000 rpm for 1.5 minutes using a rotating and rotating mixer, and defoamed for 3 minutes. Then, after preparing the raw material composition for the dielectric layer, it was poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. 4 and conveyed in a sandwich form with a protective film, while the furnace temperature was 70 ° C. and the furnace time was 30 minutes. Cross-linking and curing were performed under conditions to obtain a roll-wound sheet with a predetermined thickness with a protective film. Then, after cross-linking for 12 hours in a furnace adjusted to 70 ° C., a sheet-like material made of urethane rubber was produced.

(比較例3)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
ポリエーテルポリオール(PTG−2000SN)100重量部に、トリレンジイソシアネート(コロネートT−80)7.60重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度150℃、炉内時間90分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、80℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Comparative Example 3)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
To 100 parts by weight of polyether polyol (PTG-2000SN), 7.60 parts by weight of tolylene diisocyanate (Coronate T-80) is added, and stirred and mixed at 2000 rpm for 1.5 minutes using a rotating and rotating mixer, and then removed for 3 minutes. After foaming and preparing a raw material composition for the dielectric layer, it was poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. The film was crosslinked and cured under a condition of 90 minutes to obtain a roll-wrap sheet having a predetermined thickness with a protective film. Thereafter, it was post-crosslinked in a furnace adjusted to 80 ° C. for 12 hours to produce a sheet-like material made of urethane rubber.

(比較例4)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
ポリエーテルポリオール(PTG−2000SN)100重量部、触媒(UL−28)0.07重量部を計量し、自転公転ミキサーにより2000rpmで1.5分間撹拌した。得られた混合物に、イソホロンジイソシアネート(デスモジュールI)8.32重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度100℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、70℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Comparative Example 4)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
100 parts by weight of polyether polyol (PTG-2000SN) and 0.07 part by weight of catalyst (UL-28) were weighed and stirred at 2000 rpm for 1.5 minutes by a rotating and rotating mixer. 8.32 parts by weight of isophorone diisocyanate (Desmodur I) is added to the resulting mixture, and the mixture is stirred and mixed at 2000 rpm for 1.5 minutes using a rotating and rotating mixer, defoamed for 3 minutes, and the raw material composition for the dielectric layer After the product was prepared, it was poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. 4 and conveyed in a sandwich form with the protective film 41, while being crosslinked and cured at a furnace temperature of 100 ° C. and a furnace time of 30 minutes, A roll-wrapped sheet having a predetermined thickness with a protective film was obtained. Then, after cross-linking for 12 hours in a furnace adjusted to 70 ° C., a sheet-like material made of urethane rubber was produced.

(比較例5)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
水添水酸基末端液状ポリオレフィンポリオール(エポール、出光興産株式会社製)100重量部、触媒(UL−28)0.07重量部を計量し、自転公転ミキサーにより2000rpmで1.5分間撹拌した。得られた混合物に、HDI系ポリイソシアネート(パンデックスGCA−11)13.76重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度100℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、70℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Comparative Example 5)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
100 parts by weight of a hydrogenated hydroxyl group-terminated liquid polyolefin polyol (Epol, Idemitsu Kosan Co., Ltd.) and 0.07 part by weight of a catalyst (UL-28) were weighed and stirred at 2000 rpm for 1.5 minutes by a rotating and rotating mixer. To the obtained mixture, 13.76 parts by weight of HDI polyisocyanate (Pandex GCA-11) was added, stirred and mixed at 2000 rpm for 1.5 minutes using a rotation and revolution mixer, defoamed for 3 minutes, and dielectric layer The raw material composition was prepared and then poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. 4 and conveyed in a sandwich form with the protective film 41, while the furnace temperature was 100 ° C. and the furnace time was 30 minutes. Cross-linked and cured to obtain a roll-wound sheet with a protective film and a predetermined thickness. Then, after cross-linking for 12 hours in a furnace adjusted to 70 ° C., a sheet-like material made of urethane rubber was produced.

(比較例6)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
ポリカーボネートポリオール(クラレポリオールC−3090、クラレ社製)100重量部、触媒(UL−28)0.005重量部を計量し、自転公転ミキサーにより2000rpmで1.5分間撹拌した。得られた混合物に、HDI系ポリイソシアネート(パンデックスGCA−11)10.25重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度100℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、70℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Comparative Example 6)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
100 parts by weight of a polycarbonate polyol (Kuraray polyol C-3090, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) and 0.005 part by weight of a catalyst (UL-28) were weighed and stirred at 2000 rpm for 1.5 minutes by a rotating and rotating mixer. To the obtained mixture, 10.25 parts by weight of HDI-based polyisocyanate (Pandex GCA-11) was added, stirred and mixed at 2000 rpm for 1.5 minutes using a rotating and rotating mixer, defoamed for 3 minutes, and dielectric layer The raw material composition was prepared and then poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. 4 and conveyed in a sandwich form with the protective film 41, while the furnace temperature was 100 ° C. and the furnace time was 30 minutes. Cross-linked and cured to obtain a roll-wound sheet with a protective film and a predetermined thickness. Then, after cross-linking for 12 hours in a furnace adjusted to 70 ° C., a sheet-like material made of urethane rubber was produced.

(比較例7)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
水添水酸基末端液状ポリオレフィンポリオール(エポール)100重量部、アルキル置換ジフェニルエーテルを主成分とした可塑剤(モレスコハイルーブLB−100、MORESCO社製)100重量部を計量し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで3分間撹拌混合した。次に、得られた混合物に触媒(UL−28)0.07重量部を添加し、自転公転ミキサーにより2000rpmで1.5分間撹拌した。その後、イソホロンジイソシアネート(デスモジュールI)11重量部を添加し、自転公転ミキサーで3分間撹拌し、1.5分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度110℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、80℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Comparative Example 7)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
Weigh 100 parts by weight of hydrogenated hydroxyl-terminated liquid polyolefin polyol (Epol) and 100 parts by weight of a plasticizer based on alkyl-substituted diphenyl ether (Molesco HiLube LB-100, manufactured by MORESCO), and use a revolving mixer. The mixture was stirred and mixed at 2000 rpm for 3 minutes. Next, 0.07 part by weight of catalyst (UL-28) was added to the obtained mixture, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 1.5 minutes by a rotation and revolution mixer. Thereafter, 11 parts by weight of isophorone diisocyanate (Desmodur I) was added, stirred for 3 minutes with a rotating and rotating mixer, defoamed for 1.5 minutes, and a raw material composition for a dielectric layer was prepared. It is injected into the forming apparatus 40 shown, sandwiched and transported by the protective film 41, and cured by cross-linking under a furnace temperature of 110 ° C. and a furnace time of 30 minutes. Obtained. Thereafter, it was post-crosslinked in a furnace adjusted to 80 ° C. for 12 hours to produce a sheet-like material made of urethane rubber.

(比較例8)
下記の方法で作製したウレタンゴムのシート状物を使用して、誘電層及び保護層を形成した以外は、実施例1と同様にしてセンサシートを作製した。
ポリカーボネートポリオール(クラレポリオールC−3090)100重量部、触媒(UL−28)0.005重量部を計量し、自転公転ミキサーにより2000rpmで1.5分間撹拌した。得られた混合物に、イソホロンジイソシアネート(デスモジュールI)6.55重量部を添加し、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで1.5分間撹拌混合し、3分間脱泡し、誘電層用の原料組成物を調製した後、これを図4に示した成形装置40に注入し、保護フィルム41でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度110℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、80℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ウレタンゴムからなるシート状物を作製した。
(Comparative Example 8)
A sensor sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that a urethane rubber sheet-like material produced by the following method was used to form a dielectric layer and a protective layer.
100 parts by weight of polycarbonate polyol (Kuraray polyol C-3090) and 0.005 part by weight of catalyst (UL-28) were weighed and stirred at 2000 rpm for 1.5 minutes by a rotating and rotating mixer. To the obtained mixture, 6.55 parts by weight of isophorone diisocyanate (Desmodur I) is added, stirred and mixed at 2000 rpm for 1.5 minutes using a rotating and rotating mixer, defoamed for 3 minutes, and the raw material composition for the dielectric layer After the product was prepared, it was poured into the molding apparatus 40 shown in FIG. 4 and conveyed in a sandwich form with the protective film 41, while being cured by crosslinking under the conditions of a furnace temperature of 110 ° C. and a furnace time of 30 minutes, A roll-wrapped sheet having a predetermined thickness with a protective film was obtained. Thereafter, it was post-crosslinked in a furnace adjusted to 80 ° C. for 12 hours to produce a sheet-like material made of urethane rubber.

実施例及び比較例で作製した誘電層の組成については表1にまとめて示す。   The compositions of the dielectric layers produced in the examples and comparative examples are summarized in Table 1.

(誘電層の物性の測定)
実施例及び比較例で作製した各シート状物について、硬さ試験(タイプC硬さ)、引張試験(M50、M100、破断応力、破断時伸び)、及び、引張永久ひずみ試験を行った。これらの測定はいずれもJIS K 7312に準拠して行った。
また、残留ひずみ値の測定(伸び:100%)を行った。なお、残留ひずみ値の測定方法については既に説明した通りである。
更に、各シート状物の比誘電率を測定した。比誘電率は、20mmΦの電極でシート状の測定試料(シート状物)を挟み、LCRハイテスタ(日置電機製、3522−50)を用いて計測周波数1kHzで静電容量を測定し、電極面積と測定試料の厚さから算出した。結果を表2に示した。
(Measurement of physical properties of dielectric layer)
Each sheet-like material produced in the examples and comparative examples was subjected to a hardness test (type C hardness), a tensile test (M50, M100, breaking stress, elongation at break), and a tensile permanent strain test. All of these measurements were performed according to JIS K 7312.
Further, the residual strain value was measured (elongation: 100%). The method for measuring the residual strain value is as described above.
Furthermore, the relative dielectric constant of each sheet-like material was measured. The relative dielectric constant is determined by sandwiching a sheet-like measurement sample (sheet-like material) with an electrode of 20 mmΦ, and measuring the capacitance at a measurement frequency of 1 kHz using an LCR high tester (manufactured by Hioki Electric, 3522-50). It calculated from the thickness of the measurement sample. The results are shown in Table 2.

(センサシートの信頼性評価)
実施例及び比較例で作製した各センサシートをLCRハイテスタ(日置電機社製、3522−50)にリード線を介して接続し、センサシートを無伸長状態からセンサシートの長手方向に100%伸長させる伸縮を10000回繰り返しながら検出部の静電容量を測定した。このとき、LCRハイテスタの測定条件は、Vol.=1V、Ave.=8、Speed=SLOWとした。
そして、1回のみ伸縮させた後の無伸長状態での検出部の静電容量Cと、n回伸縮させた後の無伸長状態での検出部の静電容量Cとを測定し、その静電容量Cの比(C/C)を算出した。そして、静電容量Cに対する10000回伸縮させた後の無伸長状態での検出部の静電容量C10000の比(C10000/C)を表2に示した。
また、実施例1及び比較例1で算出した上記静電容量Cの比(C/C)と伸縮の繰り返し回数の関係を示す片対数グラフを図6、7に示した。
(Reliability evaluation of sensor sheet)
Each sensor sheet produced in Examples and Comparative Examples is connected to an LCR HiTester (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., 3522-50) via a lead wire, and the sensor sheet is stretched 100% in the longitudinal direction of the sensor sheet from the unstretched state. The capacitance of the detection part was measured while repeating expansion and contraction 10,000 times. At this time, the measurement conditions of the LCR HiTester are Vol. = 1V, Ave. = 8, Speed = SLOW.
Then, the capacitance C 0 of the detection unit in a non-stretched state after being stretchable only once, and a capacitance C n of the detection unit in a non-stretched state after being stretch n times measured, The ratio (C n / C 0 ) of the capacitance C was calculated. Table 2 shows the ratio (C 10000 / C 0 ) of the capacitance C 10000 of the detection unit in the non-stretched state after being expanded and contracted 10,000 times with respect to the capacitance C 0 .
Further, FIGS. 6 and 7 show semi-logarithmic graphs showing the relationship between the capacitance C ratio (C n / C 0 ) calculated in Example 1 and Comparative Example 1 and the number of repetitions of expansion and contraction.

表2に示した通り、特定のウレタンゴムを用いた誘電層は、平面方向に高い伸長率を有し、引張永久ひずみが小さく、かつ繰り返し変形(伸縮)させても残留ひずみが発生しにくいため、上記誘電層を備えた本発明の静電容量型センサシートは、平面方向に大きく変形する場合にも使用することができ、かつ繰り返し使用した際の信頼性(長期信頼性)にも優れることが明らかとなった。   As shown in Table 2, a dielectric layer using a specific urethane rubber has a high elongation rate in the plane direction, a small tensile permanent strain, and residual strain hardly occurs even when repeatedly deformed (stretched). The capacitive sensor sheet of the present invention having the above dielectric layer can be used even when it is greatly deformed in the plane direction, and has excellent reliability (long-term reliability) when repeatedly used. Became clear.

本発明の静電容量型センサシートは、変形歪み量を計測するための静電容量型センサに用いることができる。   The capacitive sensor sheet of the present invention can be used for a capacitive sensor for measuring the amount of deformation strain.

1、101、121 センサシート
2、102、122 誘電層
01A〜16A、103A、123A 表側電極層
01B〜16B、103B、123B 裏側電極層
01A1〜16A1、105A、125A 表側接続部
01B1〜16B1、105B、125B 裏側接続部
C0101〜C1616 検出部
40 成形装置
41 保護フィルム
42 ロール
43 原料組成物
44 加熱装置
45 誘電層
104A、124A 表側配線
104B、124B 裏側配線
106A、126A 表側保護層
106B、126B 裏側保護層
127 アクリル粘着テープ
128 PETフィルム
130 リード線
201 静電容量型センサ
202、203 外部配線
204 計測装置
1, 101, 121 Sensor sheet 2, 102, 122 Dielectric layers 01A-16A, 103A, 123A Front side electrode layers 01B-16B, 103B, 123B Back side electrode layers 01A1-16A1, 105A, 125A Front side connection parts 01B1-16B1, 105B, 125B Back side connection part C0101-C1616 Detection part 40 Molding device 41 Protective film 42 Roll 43 Raw material composition 44 Heating device 45 Dielectric layer 104A, 124A Front side wiring 104B, 124B Back side wiring 106A, 126A Front side protection layer 106B, 126B Back side protection layer 127 Acrylic adhesive tape 128 PET film 130 Lead wire 201 Capacitive sensor 202, 203 External wiring 204 Measuring device

Claims (4)

エラストマー組成物からなる誘電層と、前記誘電層の表面に積層された表側電極層と、前記誘電層の裏面に積層された裏側電極層とを備え、前記表側電極層と前記裏側電極層とは前記誘電層を挟んで少なくとも一部が対向しており、
前記表側電極層と前記裏側電極層とが前記誘電層を挟んで対向している部分を検出部とする静電容量型センサシートであって、
前記表側電極層及び前記裏側電極層は、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなり、
前記エラストマー組成物は、ポリエーテルポリオールをポリオール成分とし、HDI系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムを含有することを特徴とする静電容量型センサシート。
A dielectric layer made of an elastomer composition, a front-side electrode layer laminated on the surface of the dielectric layer, and a back-side electrode layer laminated on the back surface of the dielectric layer, the front-side electrode layer and the back-side electrode layer are At least a part of the dielectric layer is sandwiched,
A capacitance type sensor sheet in which the front side electrode layer and the back side electrode layer are opposed to each other with the dielectric layer in between.
The front electrode layer and the back electrode layer are made of a conductive composition containing carbon nanotubes,
The said elastomer composition contains the urethane rubber which uses polyether polyol as a polyol component and uses HDI type polyisocyanate as an isocyanate component, The electrostatic capacitance type sensor sheet characterized by the above-mentioned.
前記エラストマー組成物は、可塑剤を含有する請求項1に記載の静電容量型センサシート。   The capacitive sensor sheet according to claim 1, wherein the elastomer composition contains a plasticizer. 一軸引張りに耐えられる伸長率が100%以上である請求項1又は2に記載の静電容量型センサシート。   The electrostatic capacity type sensor sheet according to claim 1 or 2, wherein the elongation rate capable of withstanding uniaxial tension is 100% or more. 請求項1〜3のいずれかに記載の静電容量型センサシートと、
計測装置と、
前記静電容量型センサシートが備える表側電極層及び裏側電極層のそれぞれと、前記計測装置とを接続する外部配線とを備え、
前記静電容量型センサシートが有する検出部における静電容量の変化を計測することにより、変形歪み量を測定することを特徴とする静電容量型センサ。
The capacitive sensor sheet according to any one of claims 1 to 3,
A measuring device;
Each of the front-side electrode layer and the back-side electrode layer provided in the capacitive sensor sheet, and external wiring for connecting the measuring device,
A capacitance type sensor that measures the amount of deformation strain by measuring a change in capacitance in a detection unit of the capacitance type sensor sheet.
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