JP6952645B2

JP6952645B2 - 感圧センサー

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Publication number: JP6952645B2
Application number: JP2018098021A
Authority: JP
Inventors: 清原　好晴; 好晴清原; 和久山根
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: JP2019203747A

Description

本発明は、圧力を検出する感圧センサーに関する。

感圧センサーとしては、近年、導電性繊維を用いた布帛を電極としたものが開発されている。このような感圧センサーとしては、例えば、特許文献１〜４には静電容量方式のセンサーが開示されており、当該センサーは導電性繊維を静電容量素子として、外力が加わることによる導電性繊維間の距離の変化、すなわち静電容量の変化により、センサーに加わる力を検出する。

特開２０１１−１０２４５７号公報特開２０１１−８６１１４号公報特開２００６−２３４７１６号公報特開２０１７−２６３９６号公報

しかしながら、特許文献１〜４に開示のような従来の導電性繊維を含む布帛を電極とした感圧センサーは、柔軟性に優れる一方、圧力負荷を繰り返すことで導電性繊維が摩耗しやすく、耐久性に劣るという問題があった。また、従来の導電性繊維を含む布帛を電極とした感圧センサーにおいて、静電容量方式を採用した場合、導電性繊維間の距離変化に基づく静電容量変化により圧力を検知するため、圧力負荷を繰り返すことで導電性繊維間の距離が変わりやすく、再現性良く段階的な圧力検知が困難になる傾向があった。

従って、本発明の目的は、導電性繊維を用いた布帛を電極層として使用する場合であっても耐久性に優れ、且つ段階的な圧力検知が容易である感圧センサーを提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、導電性繊維を用いた布帛を導電性樹脂に被覆させたシートを電極層として用い、且つ電極層間に導電性樹脂層を配置することで、導電性繊維を用いた布帛を電極層として使用する場合であっても耐久性に優れ、且つ段階的な圧力検知が容易である感圧センサーが得られることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成させたものである。

すなわち、本発明は、第１の電極層、導電性樹脂層、及び第２の電極層がこの順に積層された積層体を含み、上記第１の電極層は、導電性繊維を用いた第１の布帛と、上記第１の布帛を被覆する第１の導電性樹脂相とを含むシートである、感圧センサーを提供する。

本発明の感圧センサーは、導電性繊維を用いた布帛が導電性樹脂相により被覆されたシートを電極として用いることにより、導電性樹脂相により被覆されていない布帛を電極として用いたものに対して耐久性に優れる。また、導電性繊維を用いた布帛が導電性樹脂相により被覆されたシートを電極として用いた感圧センサーにおいて、２つの電極間に導電性樹脂層を介在させることにより、圧力未負荷の状態では２つの電極層に電流が流れないか又は少量の電流が流れるようになっており、圧力が負荷された際には、その圧力の大きさに応じて導電性樹脂層が歪み、例えば導電性樹脂層中の導電剤が接触する数が増え、これにより２つの電極層間に流れる電流が段階的に多くなるため、圧力負荷の初期から段階的な圧力検知が容易となる。また、静電容量方式とは異なり、再現性良く段階的な圧力検知が可能である。

上記第２の電極層は、導電性繊維を用いた第２の布帛と、上記第２の布帛を被覆する第２の導電性樹脂相とを含むシートであることが好ましい。このような構成を有する積層体を含む本発明の感圧センサーは、導電性繊維を用いた布帛が導電性樹脂相に被覆されたシートを双方の電極として用いることになるため、柔軟性及び耐久性により優れる。

上記第１の布帛は導電性繊維を一部に用いた布帛であってもよい。このような構成を有する積層体を含む本発明の感圧センサーは、第１の布帛に導電性繊維よりも柔軟である絶縁性繊維を用いることができ、この場合、耐久性に優れながら、より柔軟性に優れる。

上記導電性樹脂層は発泡層であることが好ましい。このような構成を有する積層体を含む本発明の感圧センサーは、柔軟性がより向上する。また、繰り返しの圧縮変形の際、微小荷重時における電極層に対する導電性樹脂層の片当たりによる電極層と導電性樹脂層との間の接触面積のばらつきを低減することが可能となる。そのため、繰り返しの圧縮変形に対し、微小荷重時において検出信号である電気抵抗値の再現性に優れた圧力の検知が可能となる。

上記積層体の総厚さは３ｍｍ以下であることが好ましい。このような構成を有する積層体を含む本発明の感圧センサーは、耐久性に優れながら柔軟性により優れる。

本発明の感圧センサーによれば、導電性繊維を用いた布帛を電極層として使用する場合であっても耐久性に優れ、且つ段階的な圧力検知が容易である。

本発明の感圧センサーにおける積層体の一実施形態（第１の態様）を示す概略図である。本発明の感圧センサーにおける積層体の他の一実施形態（第２の態様）を示す概略図である。本発明の感圧センサーにおける積層体の他の一実施形態（第３の態様）を示す概略図である。図１に示す積層体の変形例を示す概略図である。本発明の感圧センサーの一実施形態を示す概略図である。

本発明の感圧センサーは、第１の電極層、導電性樹脂層、及び第２の電極層がこの順に積層された積層体を含む。上記第１の電極層は、導電性繊維を用いた第１の布帛と、上記第１の布帛を被覆する第１の導電性樹脂相とを含むシートである。また、本発明の感圧センサーは、静電容量方式とは異なり、再現性良く段階的な圧力検知が可能である。

［第１の態様］
本発明の感圧センサーにおける上記積層体の概略図を図１〜３に示す。なお、図１〜３に示す各積層体は、第１の電極層と第２の電極層は逆の位置関係であってもよい。図１は、本発明の感圧センサーにおける上記積層体の一実施形態である第１の態様を示す概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＩ−Ｉ’断面図をそれぞれ示す。図１に示す積層体１０は、第１の電極層１１及び第２の電極層１２が、導電性樹脂層１３を介して積層されている。すなわち、積層体１０は、第１の電極層１１、導電性樹脂層１３、及び第２の電極層１２がこの順に積層されている。積層体１０において、第１の電極層１１と導電性樹脂層１３、並びに第２の電極層１２と導電性樹脂層１３は、それぞれ、接触するように積層されているが、本発明の効果を損なわない範囲内で各層間に間隙が設けられていてもよい。また、導電性樹脂層１３は、単層であってもよいし、同一又は異なる層の複層であってもよい。

（第１の電極層）
第１の電極層１１は、導電性繊維１１１を用いた第１の布帛１１ａと第１の導電性樹脂相１１ｂとを含むシートである。導電性樹脂相１１ｂは上記第１の布帛１１ａを被覆している。第１の布帛１１ａは、導電性繊維１１１と絶縁性繊維１１２とで構成される布帛、すなわち、導電性繊維１１１を一部に用いた布帛である。第１の布帛１１ａが導電性繊維１１１を一部に用いることにより、第１の布帛１１ａに導電性繊維１１１よりも比較的柔軟である絶縁性繊維１１２を用いることができるため、耐久性に優れながら、より柔軟性に優れる。導電性繊維１１１は、導電性物質からなる繊維であってもよいし、絶縁性繊維に導電性物質を被覆した繊維であってもよく、導電性繊維及び／又は絶縁性繊維から形成された布帛が金属によるめっき又は蒸着されたものであってもよい。また、導電性繊維１１１は、これらの組み合わせにより得られる導電性繊維であってもよい。第１の布帛１１ａは、導電性繊維を一種のみを用いてもよいし二種以上を用いてもよい。

本明細書において、布帛とは、多くの繊維を薄く広く板状に形成されたものをいい、織物、編物、不織布、フエルト、紙等が挙げられる。

図１（ａ）に示すように、第１の電極層１１において、第１の布帛１１ａでは、絶縁性繊維１１２から構成される布帛中に複数の導電性繊維１１１が一方向に等間隔で平行（ストライプ状）に配列している。このように配列した導電性繊維１１１を用いた布帛は、織物を構成する緯糸又は経糸として織りこむこと、編物の編地を構成する糸として編みこむこと等で得られる。

第１の電極層１１は第１の布帛１１ａが第１の導電性樹脂相１１ｂに被覆されたシートである。第１の布帛１１ａが導電性樹脂相１１ｂに被覆されていることにより、導電性繊維を用いた布帛を電極層として使用する場合であっても耐久性に優れる。そして、導電性繊維１１１の少なくとも一部は、第１の電極層１１の導電性樹脂層１３を有する側とは反対側（図１（ａ）及び（ｂ）の上側）の表面１１ｆから露出している。第１の電極層１１において、導電性繊維１１１の少なくとも一部が第１の電極層１１から露出していることにより、第１の電極層が電極として機能することができる。なお、導電性繊維１１１は表面１１ｆから露出している必要はなく、例えば第１の電極層１１の側面から露出させるなどの方法で導電性繊維１１１と検出器とを電気的に接続してもよい。

導電性物質で構成される導電性繊維１１１としては、例えば、金属繊維、炭素繊維、導電性高分子繊維等が挙げられる。また、絶縁性繊維に導電性物質を被覆した繊維としては、例えば、金属被覆導線、導電メッキ糸、導電糸のシングル又はダブルカバード糸等が挙げられる。導電性物質による被覆は、単層であってもよいし複層であってもいい。導電性繊維１１１等の線状の導電性物質の体積抵抗率は、１０^-2Ω・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは１０^-3Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１０^-4Ω・ｃｍ以下である。導電性繊維の直径は、柔軟性に優れる観点から、２００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１００μｍ以下である。また、絶縁性繊維に導電性物質を被覆した繊維における導電性物質の被覆層の厚さは、柔軟性に優れる観点から、５０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２０μｍ以下である。上記金属（金属繊維を構成する金属、被覆に用いる金属、及びめっきや蒸着に用いられる金属）としては、十分な導電性と展延性を有する金属であることが好ましく、金、銀、銅、白金、ニッケル、スズ、アルミニウム、及びこれらを含む合金が好ましい。

第１の導電性樹脂相１１ｂを構成する樹脂として、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂を用いる場合、第１の導電性樹脂相１１ｂを構成する樹脂組成物に架橋剤を添加しておき、第１の布帛１１ａに当該組成物を含浸又は塗布した後加熱することで第１の電極層１１が得られる。熱可塑性樹脂を用いる場合、第１の導電性樹脂相１１ｂを構成する組成物を加熱した状態又は溶剤に溶かした状態で第１の布帛１１ａに当該組成物に含浸又は塗布し、その後冷却又は溶剤を揮発させることで第１の電極層１１が得られる。第１の導電性樹脂相１１ｂを構成する樹脂は、一種のみを用いてもよいし、二種以上を用いてもよい。また、共重合、添加、ブレンド、アロイ等の多成分系を単独で用いても複数で用いてもよい。

上記熱硬化性樹脂は熱硬化性樹脂エラストマーであることが好ましい。上記熱硬化性樹脂エラストマーとしては、例えば、ウレタン樹脂エラストマー、シリコーン樹脂エラストマー等が挙げられる。また、上記架橋剤として加硫剤を用いる場合、上記熱硬化性樹脂エラストマーとしては、例えば、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロロヒドリン−エチレンオキシドコポリマー、エピクロロヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル３元共重合体、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、天然ゴム等が挙げられる。

上記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリウレタン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチレン）、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、塩化ビニル樹脂、ポリビニル系樹脂等が挙げられる。

上記熱可塑性樹脂として、熱可塑性樹脂エラストマー（ＴＰＥ）を用いることも好ましい。熱可塑性樹脂エラストマーは、硬質相（ハードセグメント）と軟質相（ソフトセグメント）からなり、常温でゴムとしての性質を示すが、高温で熱可塑性を示すポリマーである。熱可塑性樹脂エラストマーを用いることにより、熱可塑性樹脂組成物の耐摩耗性及び耐久性をより向上させることができる。熱可塑性樹脂として、熱可塑性樹脂エラストマーと熱可塑性樹脂エラストマー以外の樹脂とを併用してもよい。

熱可塑性樹脂エラストマーとして、例えば、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ポリマー系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリイミド系エラストマー等が挙げられる。熱可塑性樹脂エラストマーとしては、樹脂とエラストマーやオリゴマー成分をブレンドした熱可塑性樹脂エラストマーであってもよい。熱可塑性樹脂エラストマーの中でも、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーが好ましく、特に好ましくはポリウレタン系熱可塑性エラストマーである。

第１の導電性樹脂相１１ｂは、所望の電気抵抗値を得るために、導電剤を含有していてもよい。導電剤としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェン、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄粉、圧電セラミックス、導電性高分子、金属酸化物である導電性酸化錫や導電性酸化チタン等が挙げられる。また、導電剤は、表面に上記導電剤がコーティングされた樹脂の粒子であってもよい。中でも、種類が豊富であることから所望の電気抵抗値が得られやすい観点から、カーボンブラックが好ましい。上記導電剤は、一種のみを使用してもよいし、二種以上を使用してもよい。

第１の導電性樹脂相１１ｂは、弾性粒子、無機酸化物フィラー、添加剤等のその他の成分を含有していてもよい。弾性粒子としては、例えば、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂等が挙げられる。無機酸化物フィラーとしては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等が挙げられる。添加剤としては、例えば、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤、分散剤、難燃剤、カップリング剤等が挙げられる。

第１の電極層１１の厚さ（但し、導電性繊維１１１の露出部分を除く）は、例えば２０〜６００μｍ、好ましくは２５〜２００μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍである。上記厚さが２０μｍ以上であると、耐久性により優れる。上記厚さが６００μｍ以下（特に１５０μｍ以下）であると、柔軟性により優れる。

第１の布帛１１ａの第１の電極層１１に対する厚さの比率［第１の布帛１１ａ／第１の電極層１１］は、０．２〜０．９５が好ましく、より好ましくは０．３〜０．９、さらに好ましくは０．４〜０．８５である。上記比率が０．２以上であると、布帛の間に導電性樹脂をより多く挿入することができ、耐久性がより向上する。また上記比率が０．９５以下であると、耐久性がより向上する。

第１の布帛１１ａへの導電性樹脂相１１ｂによる被覆は、導電性樹脂相１１ｂを形成するための組成物への含浸、当該組成物の塗布を含み、被覆の方法は特に限定されず公知乃至慣用の被覆方法を採用することができる。具体的には、第１の布帛１１ａの第１の導電性樹脂相１１ｂによる被覆は、熱可塑性樹脂を用いる場合、第１の布帛１１ａの片面又は両面に、第１の導電性樹脂相１１ｂを形成するための組成物（例えば上記熱可塑性樹脂及び導電剤を含む組成物）を加熱下又は溶剤に溶かした状態で含浸又は塗布し、その後冷却又は溶剤を揮発させることで行うことができる。また、熱硬化性樹脂を用いる場合、第１の布帛１１ａの片面又は両面に、第１の導電性樹脂相１１ｂを形成するための組成物（例えば上記熱硬化性樹脂及び導電剤を含む組成物）を含浸又は塗布し、その後硬化又は加硫して行うことができる。なお、この際、導電性繊維１１１の少なくとも一部が表面に露出するように被覆を行ってもよい。被覆とは、布帛の繊維表面を覆うことをいう。被覆の方法としては、例えば、布帛に直接導電性樹脂を含浸又は塗布する、布帛の上に導電性樹脂シートを載せてプレス等で繊維表面に浸透させる、及び／又は、押し出し機を使い連続で布帛の繊維表面に浸透させる方法などが挙げられる。

（第２の電極層）
第２の電極層１２は、導電性繊維１２１を用いた第２の布帛１２ａと第２の導電性樹脂相１２ｂとを含むシートである。これにより、積層体１０を含む感圧センサーは耐久性により優れる。第２の導電性樹脂相１２ｂは、上記導電性繊維１２１の一部を第２の電極層１２の導電性樹脂層１３を有する側とは反対側（図１（ａ）及び（ｂ）の下側）の表面１２ｆから露出するように第２の布帛１２ａを被覆している。なお、第１の電極層１１と同様に、導電性繊維１２１は表面１２ｆから露出している必要はなく、例えば第２の電極層１２の側面から露出させるなどの方法で導電性繊維１２１と検出器とを電気的に接続してもよい。第２の電極層１２において、第２の布帛１２ａは、導電性繊維１２１から構成される布帛、すなわち、導電性繊維１２１を全部に用いた布帛である。導電性繊維１２１は、導電性物質からなる繊維であってもよいし、絶縁性繊維に導電性物質を被覆した繊維であってもよく、導電性繊維及び／又は絶縁性繊維から形成された布帛が金属によるめっき又は蒸着されたものであってもよい。また、導電性繊維１２１は、これらの組み合わせにより得られる導電性繊維であってもよい。第２の布帛１２ａは、導電性繊維を一種のみを用いてもよいし二種以上を用いてもよい。第２の布帛１２ａは、導電性繊維１２１を用いた織物、編物、不織布、フエルト、紙等が挙げられる。

導電性繊維１２１としては、上述の導電性繊維１１１について説明したものを使用することができる。なお、導電性繊維１１１と導電性繊維１２１は、同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよい。

第２の導電性樹脂相１２ｂとしては、上述の第１の導電性樹脂相１１ｂについて説明したものを使用することができる。なお、第１の導電性樹脂相１１ｂと第２の導電性樹脂相１２ｂは、同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよい。また、第２の導電性樹脂相１２ｂは、所望の電気抵抗値を得るために、導電剤を含有していてもよい。導電剤としては、第１の導電性樹脂相１１ｂが含有していてもよい導電剤として例示されたものが挙げられる。中でも、種類が豊富であることから所望の電気抵抗値が得られやすい観点から、カーボンブラックが好ましい。

第２の導電性樹脂相１２ｂは、第１の導電性樹脂相１１ｂが含んでいてもよいその他の成分として例示されたものを含有していてもよい。

第２の電極層１２の厚さ（但し、導電性繊維１２１の露出部分を除く）は、例えば２０〜６００μｍ、好ましくは２５〜２００μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍである。上記厚さが２０μｍ以上であると、耐久性により優れる。上記厚さが６００μｍ以下（特に１５０μｍ以下）であると、柔軟性により優れる。

第２の布帛１２ａの第２の電極層１２に対する厚さの比率［第２の布帛１２ａ／第２の電極層１２］は、０．２〜０．９５が好ましく、より好ましくは０．３〜０．９、さらに好ましくは０．４〜０．８５である。上記比率が０．２以上であると、布帛の間に導電性樹脂をより多く挿入することができ、耐久性により優れる。上記比率が０．９５以下であると、耐久性がより向上する。

第２の布帛１２ａの第２の導電性樹脂相１２ｂによる被覆は、上述の第１の布帛１１ａの第１の導電性樹脂相１１ｂによる被覆と同様にして行うことができる。

（導電性樹脂層）
導電性樹脂層１３は、加わった圧力に応じて電気抵抗値が変化する感圧導電性の樹脂層である。導電性樹脂層１３としては、例えば、導電性樹脂層１３を構成する樹脂と導電剤とを含有する。導電性樹脂層１３を構成する樹脂としては、上述の導電性樹脂相１１ｃを構成する樹脂として例示された熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられる。また、上記導電剤としては、第１の導電性樹脂相１１ｂが含有していてもよい導電剤として例示されたものが挙げられる。中でも、種類が豊富であることから所望の電気抵抗値が得られやすい観点から、カーボンブラックが好ましい。

導電性樹脂層１３を構成する樹脂としては、中でも、第１の導電性樹脂相１１ｂを構成する樹脂及び第２の導電性樹脂相１２ｂを構成する樹脂に対して親和性のある樹脂を使用することが好ましい。例えば、極性を有するウレタン樹脂を主成分とする導電性樹脂に対しては、同じく極性を有するアクリロニトリル−ブタジエンゴムを用いることにより、層間（第１の電極層１１と導電性樹脂層１３の層間、第２の電極層１２と導電性樹脂層１３の層間）の密着性が良好となる。その結果、繰り返しの圧縮変形に対する電気抵抗値の変化の再現性がより優れたものとなる。また、反発弾性に優れたイソプレンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴムを用いた場合、優れた再現性とともに圧縮変形に対する電気抵抗値の変化のヒステリシスが良好となる。

導電性樹脂層１３は、発泡層であることが好ましい。この場合、本発明の感圧センサーはより柔軟性が向上する。また、繰り返しの圧縮変形の際、微小荷重時における第１の電極層１１又は第２の電極層１２に対する導電性樹脂層１３の片当たりによる電極層と導電性樹脂層との間の接触面積のばらつきを低減することが可能となる。そのため、繰り返しの圧縮変形に対し、微小荷重時において検出信号である電気抵抗値の再現性に優れた圧力の検知が可能となる。

導電性樹脂層１３は、第１の導電性樹脂相１１ｂが含んでいてもよいその他の成分として例示されたものを含有していてもよい。

導電性樹脂層１３の厚さは、例えば１０〜２０００μｍ、好ましくは２０〜１０００μｍ、より好ましくは５０〜２００μｍである。上記厚さが１０μｍ以上であると、感圧性がより優れる。上記厚さが２０００μｍ以下（特に２００μｍ以下）であると、柔軟性により優れる。

導電性樹脂層１３は、第１の電極層１１又は第２の電極層１２の片面に、導電性樹脂層１３を構成する組成物を塗布し、溶剤を揮発させることで形成できる。また、予め別の基材に上記組成物を塗布、溶剤の揮発により形成した導電性樹脂層１３を第１の電極層１１又は第２の電極層１２の片面に貼り合わせてもよい。導電性樹脂層１３が発泡層である場合、上記組成物を塗布した後、機械的撹拌による物理的発泡や化学発泡剤を用いた化学的発泡等、公知乃至慣用の発泡方法により発泡構造を形成することができる。

第１の電極層１１と第２の電極層１２の電気抵抗値は、それぞれ、導電性樹脂層１３の電気抵抗値よりも小さいことが好ましい。この場合、圧力を感知しない場合は電極層間に電流が流れにくく、且つ圧力負荷の初期から段階的な圧力検知が容易となる。

積層体１０の総厚さ（但し、導電性繊維１１１及び導電性繊維１２１の露出部分を除く）は、３ｍｍ以下（例えば０．１〜３ｍｍ）が好ましく、より好ましくは０．１〜２ｍｍである。上記総厚さが３ｍｍ以下（特に２ｍｍ以下）であると、耐久性に優れながら柔軟性により優れる。

［第２の態様］
図２は、本発明の感圧センサーにおける上記積層体の一実施形態である第２の態様を示す概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図２（ａ）におけるII−II’断面図をそれぞれ示す。図２に示す積層体２０は、第２の電極層１２に代えて第２の電極層２２を用いること以外は第１の態様と同様の構成であり、好ましい構成についても第１の態様と同様である。第２の態様では、導電性繊維を一部に用いた布帛が導電性樹脂相に被覆されたシートを第１及び第２の電極層に用いることになるため、第１の態様と比べて、柔軟性及び耐久性により優れる。

（第２の電極層）
第２の電極層２２は、導電性繊維２２１を用いた第２の布帛２２ａと第２の導電性樹脂相２２ｂとを含むシートである。導電性樹脂相２２ｂは第２の布帛２２ａを被覆している。第２の布帛２２ａは、導電性繊維２２１と絶縁性繊維２２２とで構成される布帛、すなわち、導電性繊維２２１を一部に用いた布帛である。第２の布帛２２ａが導電性繊維２２１を一部に用いることにより、第２の布帛２２ａに導電性繊維２２１よりも柔軟である絶縁性繊維２２２を用いることができるため、耐久性に優れながら、より柔軟性に優れる。導電性繊維２２１は、導電性物質からなる繊維であってもよいし、絶縁性繊維に導電性物質を被覆した繊維であってもよく、導電性繊維及び／又は絶縁性繊維から形成された布帛が金属によるめっき又は蒸着されたものであってもよい。また、導電性繊維２２１は、これらの組み合わせにより得られる導電性繊維であってもよい。第２の布帛２２ａは、導電性繊維を一種のみを用いてもよいし二種以上を用いてもよい。

第２の電極層２２は第２の布帛２２ａが第２の導電性樹脂相２２ｂに被覆されたシートである。第２の布帛２２ａが導電性樹脂相２２ｂに被覆されていることにより、第１の態様に比べて、導電性繊維を用いた布帛を電極層として使用する場合であっても耐久性により優れる。そして、導電性繊維２２１の少なくとも一部は、第２の電極層２２の導電性樹脂層１３を有する側とは反対側（図２（ａ）及び（ｂ）の下側）の表面２２ｆから露出している。第２の電極層２２において、導電性繊維２２１の少なくとも一部が第２の電極層２２から露出していることにより、第２の電極層が電極として機能することができる。なお、第１の電極層１１と同様に、導電性繊維２２１は表面２２ｆから露出している必要はなく、例えば第２の電極層２２の側面から露出させるなどの方法で導電性繊維２２１と検出器とを電気的に接続してもよい。

図２（ａ）に示すように、第２の電極層２２において、第２の布帛２２ａでは、絶縁性繊維２２２から構成される布帛中に複数の導電性繊維２２１が一方向に等間隔で平行（ストライプ状）に配列している。なお、第２の布帛２２ａにおける導電性繊維２２１は、第１の布帛における導電性繊維１１１が配列された一方向に対して垂直方向（クロス状）に配列している。これにより、圧力負荷時は、第１の電極層１１と第２の電極層２２が通電しやすく、圧力検知がより容易となる。また、押圧位置の検出も容易となる。このように配列した導電性繊維２２１を用いた布帛は、織物を構成する緯糸又は経糸として織りこむこと、編物の編地を構成する糸として編みこむこと等で得られる。

導電性繊維２２１としては、上述の導電性繊維１１１について説明したものを使用することができる。なお、導電性繊維１１１と導電性繊維２２１は、同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよい。

第２の導電性樹脂相２２ｂとしては、上述の第１の導電性樹脂相１１ｂについて説明したものを使用することができる。なお、第１の導電性樹脂相１１ｂと第２の導電性樹脂相２２ｂは、同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよい。また、第２の導電性樹脂相２２ｂは、所望の電気抵抗値を得るために、導電剤を含有していてもよい。導電剤としては、第１の導電性樹脂相１１ｂが含有していてもよい導電剤として例示されたものが挙げられる。中でも、種類が豊富であることから所望の電気抵抗値が得られやすい観点から、カーボンブラックが好ましい。

第２の導電性樹脂相２２ｂは、第１の導電性樹脂相１１ｂが含んでいてもよいその他の成分として例示されたものを含有していてもよい。

第２の電極層２２の厚さ（但し、導電性繊維２２１の露出部分を除く）は、例えば２０〜６００μｍ、好ましくは２５〜２００μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍである。上記厚さが２０μｍ以上であると、耐久性により優れる。上記厚さが６００μｍ以下（特に１５０μｍ以下）であると、柔軟性により優れる。

第２の布帛２２ａの第２の電極層２２に対する厚さの比率［第２の布帛２２ａ／第２の電極層２２］は、０．２〜０．９５が好ましく、より好ましくは０．３〜０．９、さらに好ましくは０．４〜０．８５である。上記比率が０．２以上であると、布帛の間に導電性樹脂をより多く挿入することができ、耐久性により優れる。上記比率が０．９５以下であると、耐久性がより向上する。

第２の布帛２２ａの第２の導電性樹脂相２２ｂによる被覆は、上述の第１の布帛１１ａの第１の導電性樹脂相１１ｂによる被覆と同様にして行うことができる。

積層体２０の総厚さ（但し、導電性繊維１２１及び２２１の露出部分を除く）は、３ｍｍ以下（例えば０．１〜３ｍｍ）が好ましく、より好ましくは０．１〜２ｍｍである。上記総厚さが３ｍｍ以下（特に２ｍｍ以下）であると、耐久性に優れながら柔軟性により優れる。

［第３の態様］
図３は、本発明の感圧センサーにおける上記積層体の一実施形態である第３の態様を示す概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図３（ａ）におけるIII−III’断面図をそれぞれ示す。図３に示す積層体３０は、第１の電極層１１に代えて第１の電極層３１を用いること以外は第１の態様と同様の構成であり、好ましい構成についても第１の態様と同様である。

（第１の電極層）
第１の電極層３１は、導電性繊維３１１を用いた第１の布帛３１ａと第１の導電性樹脂相３１ｂとを含むシートである。第１の導電性樹脂相３１ｂは、上記導電性繊維３１１の一部を第１の電極層３１の導電性樹脂層１３を有する側とは反対側（図３（ａ）及び（ｂ）の上側）の表面から露出するように上記第１の布帛を被覆している。なお、第１の電極層１１と同様に、導電性繊維３１１は第１の電極層３１表面から露出している必要はなく、例えば第１の電極層３１の側面から露出させるなどの方法で導電性繊維３１１と検出器とを電気的に接続してもよい。第１の電極層３１において、第１の布帛３１ａは、導電性繊維３１１から構成される布帛、すなわち、導電性繊維３１１を全部に用いた布帛である。導電性繊維３１１は、導電性物質からなる繊維であってもよいし、絶縁性繊維に導電性物質を被覆した繊維であってもよく、導電性繊維及び／又は絶縁性繊維から形成された布帛が金属によるめっき又は蒸着されたものであってもよい。また、導電性繊維３１１は、これらの組み合わせにより得られる導電性繊維であってもよい。第１の布帛３１ａは、導電性繊維を一種のみを用いてもよいし二種以上を用いてもよい。第１の布帛３１ａは、導電性繊維３１１を用いた織物、編物、不織布、フエルト、紙等が挙げられる。

導電性繊維３１１としては、上述の導電性繊維１１１について説明したものを使用することができる。なお、導電性繊維３１１と導電性繊維１２１は、同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよい。

第１の導電性樹脂相３１ｂとしては、上述の第１の導電性樹脂相１１ｂについて説明したものを使用することができる。なお、第１の導電性樹脂相３１ｂと第２の導電性樹脂相１２ｂは、同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよい。また、第１の導電性樹脂相３１ｂは、所望の電気抵抗値を得るために、導電剤を含有していてもよい。導電剤としては、第１の導電性樹脂相１１ｂが含有していてもよい導電剤として例示されたものが挙げられる。中でも、種類が豊富であることから所望の電気抵抗値が得られやすい観点から、カーボンブラックが好ましい。

第１の導電性樹脂相３１ｂは、第１の導電性樹脂相１１ｂが含んでいてもよいその他の成分として例示されたものを含有していてもよい。

第１の電極層３１の厚さ（但し、導電性繊維３１１の露出部分を除く）は、例えば２０〜６００μｍ、好ましくは２５〜２００μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍである。上記厚さが２０μｍ以上であると、耐久性により優れる。上記厚さが６００μｍ以下（特に１５０μｍ以下）であると、柔軟性により優れる。

第１の布帛３１ａの第１の導電性樹脂相３１ｂによる被覆は、上述の第１の布帛１１ａの第１の導電性樹脂相１１ｂによる被覆と同様にして行うことができる。

積層体３０の総厚さ（但し、導電性繊維３１１及び１２１の露出部分を除く）は、３ｍｍ以下（例えば０．１〜３ｍｍ）が好ましく、より好ましくは０．１〜２ｍｍである。上記総厚さが３ｍｍ以下（特に２ｍｍ以下）であると、耐久性に優れながら柔軟性により優れる。

［変形例］
図４に、第１の態様における積層体１０の変形例の概略図（斜視図）を示す。図４に示す積層体１０’は、第２の電極層１２を平面方向全面ではなく平面方向に部分的に設けたこと以外は第１の態様と同様の構成であり、好ましい構成についても第１の態様と同様である。具体的には、第２の電極層１２は、導電性樹脂層１３上に、平行に配列された導電性繊維１１１の長さ方向に沿って、直方体の第２の電極層１２がその幅方向に複数、等間隔で平行に塗布されている点で、積層体１０とは異なる。すなわち、積層体１０’において、複数の第２の電極層１２は、複数の導電性繊維１１１が配列された一方向に対して垂直方向（クロス状）に配列している。

なお、図４には図１に示す積層体１０における第２の電極層１２を部分的に設けた変形例を示したが、図１に示す積層体１０における第１の電極層１１、図２に示す積層体２０における第１の電極層１１及び／又は第２の電極層２２、図３に示す積層体３０における第１の電極層３１及び／又は第２の電極層１２、図４に示す積層体１０’における第１の電極層１１についても、第２の電極層１２と同様に、平面方向に部分的に設けた構成としてもよい。但し、電極層を部分的に設ける構成とする場合、耐久性に優れる観点から、第１の電極層及び第２の電極層のうちの一方を部分的に設ける構成とすることが好ましく、センサーとして用いる際には内側（すなわち圧力負荷される側とは反対側）の電極層を部分的に設ける構成とすることが好ましい。

なお、図１〜図４に示す各積層体において、第１の電極層が、導電性繊維を用いた第１の布帛と、上記記第１の布帛を被覆する第１の導電性樹脂相とを含むシートであればよく、第２の電極層は公知乃至慣用の電極であってもよい。このような第２の電極層としては、例えば、アルミ箔、銅箔等の金属箔などが挙げられる。この場合も、第２の電極層は導電性樹脂層１３上の全面に設けられていてもよく、部分的に設けられていてもよい。

本発明の感圧センサーの一実施形態を図５に示す。なお、図５に示す本発明の感圧センサーは、図１に示す第１の態様における積層体１０を用いたものであるが、積層体２０、積層体３０、及び積層体１０’についても同様に用いることができる。図５に示す感圧センサーは、積層体１０における第１の電極層１１と積層体１０の外部の検知器４０、第２の電極層１２と検知器４０とが、それぞれ、配線４１により電気的に接続されている。なお、配線４１は、第１の電極層１１における導電性繊維１１ａと第２の電極層１２における導電性繊維１２ａとが配線４１で電気的に接続されている。配線４１は、電流を増幅させるためのアンプを経由して検知器４０に接続されていてもよい。第１の電極層１１及び第２の電極層１２に圧力未負荷の状態では、電流が流れないか又は少量の電流が流れるようになっており、第１の電極層１１及び第２の電極層１２に積層体１０の厚さ方向に圧力が負荷された際には、その圧力の大きさに応じて導電性樹脂層１３が歪み、例えば導電性樹脂層１３中の導電剤が接触する数が増え、これにより第１の電極層１１と第２の電極層の間に流れる電流が段階的に多くなる。本発明の感圧センサーは、抵抗型感圧センサーであり、このような原理により、圧力負荷の初期から段階的な圧力検知が容易となる。

本発明の感圧センサーは、従来の感圧センサーが用いられる種々の用途に用いることができる。本発明の感圧センサーは、例えば、運搬用ロボット、自走式ロボットなどのロボットが障害物に接触した際の圧力を検知するための感圧センサーとして使用することができる。

１０，２０，３０，１０’ 積層体
１１，３１第１の電極層
１２，２２第２の電極層
１１ａ，３１ａ第１の布帛
１２ａ，２２ａ第２の布帛
１１１，１２１，２２１，３１１導電性繊維
１１２，２２２絶縁性繊維
１１ｂ，３１ｂ第１の導電性樹脂相
１２ｂ，２２ｂ第２の導電性樹脂相
１３導電性樹脂層
４０検知器
４１配線

Claims

第１の電極層、導電性樹脂層、及び第２の電極層がこの順に積層された積層体を含み、前記第１の電極層は、導電性繊維を用いた第１の布帛と、前記第１の布帛を被覆する第１の導電性樹脂相とを含むシートである、感圧センサー。
前記第２の電極層は、導電性繊維を用いた第２の布帛と、前記第２の布帛を被覆する第２の導電性樹脂相とを含むシートである、請求項１に記載の感圧センサー。
前記第１の布帛は前記導電性繊維を一部に用いた布帛である、請求項１又は２に記載の感圧センサー。
前記導電性樹脂層は発泡層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の感圧センサー。
前記積層体の総厚さが３ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の感圧センサー。