TWI673042B - 靜電電容型感測片以及感測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明是有關於一種用於以高靈敏度·高精度對測定對象物的變形量進行測定的靜電電容型感測片，本發明的靜電電容型感測片包括感測器本體、以及與所述感測器本體一體化且具有伸縮性的布料，所述感測器本體具有：片狀的介電層，包含彈性體組成物；以及第1電極層及第2電極層，包含含有導電材料的導電性組成物，以隔著所述介電層而至少一部分相向的方式分別形成於所述介電層的表面及背面；所述感測器本體將所述第1電極層及第2電極層的相向的部分作為檢測部，以所述介電層的表背面的面積發生變化的方式可逆地變形；所述布料具有伸縮異向性。

Description

靜電電容型感測片以及感測裝置
本發明是有關於一種靜電電容型感測片以及感測裝置。
於康復(rehabilitation)(以下亦簡稱作康復(rehabili))領域中，日常進行不完全性癱瘓或半身不遂等的運動癱瘓的患者的運動量、關節等的可動量或可動範圍的測量，訓練時及安靜時的患者的心跳數或呼吸數的測量等。
於醫療領域中，日常亦進行患者或需要護理的老年人的心跳數或呼吸數的監控。
作為測量患者的運動量、關節等的可動量或可動範圍的方法，至今採用使用刻度尺(scale)的方法、使用測角器(goniometer)的方法、使用肌電感測器的方法。
然而，該些方法中，即便可測量出肘關節或膝關節的彎曲情況，亦大量存在例如肩甲骨的動作或臀部的動作、表情的動作等測量困難的部位。
而且，作為測量更大的身體的動作的方法，亦提出利用動作捕捉(motion capture)的測量方法(例如參照專利文獻1)。然而，利用動作捕捉的方法中，因測量系統整體需要大規模的系統，故測量系統的攜帶困難。此外，利用動作捕捉的方法中，測定前的 準備煩雜，進而，存在無法測量成為攝像單元(攝像機)的陰影的部分的運動的課題。
而且，作為長時間監控患者等的心跳數或呼吸數的方法，例如專利文獻2中提出有如下方法：使用於所有方向上能夠彈性變形的片狀介電體的兩面配備具有伸縮性的一對導電布而構成的靜電電容型壓力感測器。
然而，專利文獻2記載的方法中，因於睡眠狀態的人體的下方鋪上靜電電容型壓力感測器來監控心跳數或呼吸數，故於康復訓練中等使身體動作的狀態下難以進行測量。
而且，靜電電容型壓力感測器是利用介電層的厚度方向上的變形來測量靜電電容的變化的感測器，因而原本就難以測量介電層的面方向的變形，從而無法測量身體的運動狀態。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2005/096939號
[專利文獻2]日本專利特開2005-315831號公報
本發明者等人基於所述狀況，提出了一種基於與現有的靜電電容型感測裝置不同的技術思想的靜電電容型感測裝置，來作為可追蹤生物體表面的變形的靜電電容型感測裝置。
即，提出如下感測裝置，其包括感測器元件、以及測量器， 所述感測器元件具有：片狀的第1介電層，包含彈性體組成物；以及第1電極層及第2電極層，包含含有碳奈米管(carbon nanotube)的導電性組成物，以隔著所述第1介電層而至少一部分相向的方式形成於所述第1介電層的各個表面及背面，且所述感測器元件將所述第1電極層及第2電極層的相向的部分作為檢測部，並以所述第1介電層的表背面的面積發生變化的方式可逆地變形；所述測量器測量所述檢測部中的靜電電容的變化。
此種感測裝置中，感測器元件包括：包含彈性體組成物的介電層，以及包含含有碳奈米管的導電性組成物的導電層，以介電層的表背面的面積發生變化的方式可逆地變形。因此，例如於將所述感測器元件貼附於生物體而追蹤生物體表面的變形的情況下，即便生物體表面大幅地變形，其變形量亦可作為靜電電容的變化量而測量到。由此，此種感測裝置中，可測量身體的運動狀態，即便於康復訓練中等使身體動作的狀態下亦可進行測量。
然而，此種感測器元件被要求如以下般在靈敏度或精度方面進行改善。
一般而言，靜電電容型感測器中的靜電電容(capacitance)由以下的式(1)表示。
C=ε0εrS/d…(1)
此處，C為靜電電容，ε0為自由空間的介電常數，εr為介電 層的相對介電常數，S為電極層面積，d為電極間距離。
所述感測器元件中，於面方向上變形(以介電層的表背面的面積發生變化的方式變形)的情況下，包含含有碳奈米管的導電性組成物的導電層追隨介電層的變形而變形(即，所述式(1)中的S的值發生變化)，其結果，靜電電容C的值發生變化。因此，所述感測器元件可基於所述靜電電容C的變化量△C檢測出感測器元件的變形量。
另一方面，於介電層沿單軸方向伸長的情況下，相應於介電層的伸長而所述導電層亦沿同方向伸長，從而其面積增大。此時，介電層有時亦隨著伸長而於與伸長方向垂直的方向(寬度方向)上收縮。如此，有時所述導電層亦會追隨介電層的寬度方向上的收縮，而於與伸長方向垂直的方向(寬度方向)上收縮。若發生此種導電層的寬度方向的收縮，則介電層(導電層)的伸長量與面積的增大量的相關性會降低。其結果，感測器元件的測定靈敏度或測定精度降低。
因此，如所述般要求提高靈敏度或精度。
本發明者為了因應此種要求而反覆進行了研究，從而完成本發明。
本發明的靜電電容型感測片的特徵在於包括感測器本體、以及布料，所述感測器本體具有：片狀的介電層，包含彈性體組成物；以及第1電極層及第2電極層，包含含有導電材料的導電性 組成物，以隔著所述介電層而至少一部分相向的方式分別形成於所述介電層的表面及背面，且所述感測器本體將所述第1電極層及第2電極層的相向的部分作為檢測部，並以所述介電層的表背面的面積發生變化的方式可逆地變形；所述布料與所述感測器本體一體化且具有伸縮性，所述布料具有伸縮異向性。
本發明的靜電電容型感測片中，布料與感測器本體一體化，該布料具有伸縮異向性。因此，於使感測器本體在該布料的易伸縮方向上伸長的情況下，所述電極層雖於伸長方向上伸長，但於與伸長方向垂直的方向(寬度方向)上幾乎不伸長。因此，於感測器本體伸長時，電極層的面積與感測器本體的伸長量呈比例地增大。其結果，本發明的感測片中，無關於感測器本體的伸長率，而感測器本體的伸長量與檢測部的靜電電容維持著比例關係。
本發明的靜電電容型感測片中，較佳為所述布料的難伸縮方向的5%模數(modulus)相對於易伸縮方向的5%模數之比([難伸縮方向的M5]/[易伸縮方向的M5])為10以上。
所述靜電電容型感測片中，較佳為所述導電材料至少為碳奈米管。
而且，所述靜電電容型感測片中，較佳為所述彈性體組成物含有胺基甲酸酯(urethane)橡膠。
本發明的感測裝置的特徵在於包括：本發明的靜電電容型感測片，以及對所述檢測部中的靜電電容的變化進行測量的測 量器。
本發明的感測裝置因具備本發明的靜電電容型感測片，故可基於所述感測片的靜電電容的變化量，正確地對測定對象物的變形量進行測定。
根據本發明，可提供用於以高靈敏度及高精度對測定對象物的變形量進行測定的靜電電容型感測片以及感測裝置。
1‧‧‧感測裝置
2‧‧‧感測片
3‧‧‧測量器
3a‧‧‧舒密特觸發振盪電路
3b‧‧‧F/V轉換電路
4‧‧‧顯示器
4a‧‧‧監視器
4b‧‧‧運算電路
4c‧‧‧記憶部
10、40‧‧‧感測器本體
11‧‧‧介電層(第1介電層)
12A‧‧‧表側電極層(第1電極層)
12B‧‧‧背側電極層(第2電極層)
13A‧‧‧表側配線
13B‧‧‧背側配線
14A‧‧‧表側連接部
14B‧‧‧背側連接部
15A、45A‧‧‧表側保護層
15B、45B‧‧‧背側保護層
19‧‧‧導線
20A、20B‧‧‧布料
21‧‧‧非伸縮性構件
22A、22B‧‧‧拉手、織帶
30‧‧‧成形裝置
31‧‧‧保護膜
32‧‧‧輥
33‧‧‧原料組成物
34‧‧‧加熱裝置
35‧‧‧介電層
41A‧‧‧第1介電層
41B‧‧‧第2介電層
42A‧‧‧第1電極層
42B‧‧‧第2電極層
42C‧‧‧第3電極層
43A‧‧‧第1配線
43B‧‧‧第2配線
43C‧‧‧第3配線
44A‧‧‧第1連接部
44B‧‧‧第2連接部
44C‧‧‧第3連接部
圖1是表示本發明的感測裝置的一例的概略圖。
圖2(a)是示意性地表示構成本發明的靜電電容型感測片的感測器本體的一例的立體圖，圖2(b)是圖2(a)的A-A線剖面圖。
圖3(a)是示意性地表示本發明的靜電電容型感測片的一例的立體圖，圖3(b)是圖3(a)的B-B線剖面圖。
圖4(a)是示意性地表示構成本發明的靜電電容型感測片的感測器本體的另一例的立體圖，圖4(b)是圖4(a)的C-C線剖面圖。
圖5是用以說明本發明的靜電電容型感測片所具備的介電層的製作中使用的成型裝置的一例的示意圖。
圖6(a)~圖6(c)是用以說明實施例的感測器本體的製作步驟的立體圖。
圖7(a)~圖7(d)是用以說明實施例的靜電電容型感測片的製作步驟的立體圖。
圖8是表示使實施例1的靜電電容型感測片往復伸長動作時的靜電電容的測量結果的曲線圖。
圖9是表示使實施例2的靜電電容型感測片往復伸長動作時的靜電電容的測量結果的曲線圖。
圖10是表示使比較例1的靜電電容型感測片往復伸長動作時的靜電電容的測量結果的曲線圖。
圖11是表示使比較例2的靜電電容型感測片往復伸長動作時的靜電電容的測量結果的曲線圖。
圖12是表示使比較例3的靜電電容型感測片往復伸長動作時的靜電電容的測量結果的曲線圖。
圖13是表示使比較例4的靜電電容型感測片往復伸長動作時的靜電電容的測量結果的曲線圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明的實施形態進行說明。
本發明的靜電電容型感測片(以下簡稱作感測片)包括感測器本體、以及與所述感測器本體一體化的具有伸縮性的布料，所述感測器本體具有：片狀的介電層，包含彈性體組成物；以及第1電極層及第2電極層，包含含有導電材料的導電性組成物，以隔著所述介電層而至少一部分相向的方式分別形成於所述介電層的 表面及背面；所述感測器本體將所述第1電極層及第2電極層的相向的部分作為檢測部，且以所述介電層的表背面的面積發生變化的方式可逆地變形；所述布料具有伸縮異向性。
本發明的感測裝置包括本發明的靜電電容型感測片、以及對所述檢測部中的靜電電容的變化進行測量的測量器。
圖1是表示本發明的感測裝置的一例的概略圖，具備本發明的靜電電容型感測片。
圖2(a)是示意性地表示構成本發明的靜電電容型感測片的感測器本體的一例的立體圖，圖2(b)是圖2(a)的A-A線剖面圖。
圖3(a)是表示具備圖2(a)、圖2(b)所示的感測器本體的靜電電容型感測片的一例的立體圖，圖3(b)是圖3(a)的B-B線剖面圖。
本發明的感測裝置1如圖1所示，包括：本發明的感測片2、與感測片2電性連接的測量器3、以及用以顯示測量器3中的測量結果的顯示器4。
感測片2如圖3(a)、圖3(b)所示，包括：感測器本體10，以及積層於感測器本體10的兩面(正面及背面)的具有伸縮異向性的布料20A、布料20B。
感測器本體10如圖2(a)、圖2(b)所示，包括：包含彈性體組成物的片狀的介電層11、形成於介電層11的表面(正面)的表側電極層12A、形成於介電層11的背面的背側電極層12B、連 結於表側電極層12A的表側配線13A、連結於背側電極層12B的背側配線13B、安裝於表側配線13A的與表側電極層12A相反側的端部的表側連接部14A、安裝於背側配線13B的與背側電極層12B相反側的端部的背側連接部14B、積層於介電層11的表側的表側保護層15A、以及積層於介電層11的背側的背側保護層15B。
此處，表側電極層12A與背側電極層12B具有同一俯視形狀，隔著介電層11而整體相向。感測器本體10中，表側電極層12A與背側電極層12B的相向的部分為檢測部。
本發明中，感測器本體所具備的表側電極層與背側電極層並非必須隔著介電層而整體相向，至少一部分相向即可。
感測器本體10中，表側電極層12A相當於第1電極層，背側電極層12B相當於第2電極層。
感測器本體10因介電層11包含彈性體組成物，故面方向上能夠變形(伸縮)。介電層11於在面方向上變形時，表側電極層12A及背側電極層12B、以及表側保護層15A及背側保護層15B(以下將兩者亦合併簡稱作保護層)追隨所述變形而變形。
所述檢測部的靜電電容伴隨感測器本體10的變形而與介電層11的變形量(電極層的面積變化)相關地發生變化。由此，感測裝置1藉由對所述檢測部的靜電電容的變化進行檢測，而可檢測出感測片2的變形量。
進而，感測裝置1因感測片2具備後述布料，故藉由對所述檢測部的靜電電容的變化進行檢測，而可實質檢測出感測器本體 10的單軸方向的變形量。
布料20A及布料20B分別經由黏著層(未圖示)而積層於感測器本體10的表側及背側。
布料20A、布料20B均為具有伸縮異向性的布料。於俯視感測片2時，布料20A、布料20B以覆蓋所述檢測部整體的方式積層。而且，布料20A、布料20B以感測器本體10的長邊方向(圖中左右方向)為易伸縮方向，與所述長邊方向垂直的方向為難伸縮方向的方式積層。
感測片2具備非伸縮性構件21及拉手22A、拉手22B。
該些為任意的構件，並非為本發明的靜電電容型感測片所必須具備。
非伸縮性構件21積層於感測器本體10的上表面。非伸縮性構件21積層於如下位置，即，俯視感測片2時不與檢測部重複，且至少覆蓋表側配線13A及背側配線13B、以及表側連接部14A及背側連接部14B。
對於具備非伸縮性構件21的感測片2而言，於使感測片2伸縮時，感測器本體10的檢測部伸縮，感測器本體10的由非伸縮性構件21覆蓋的部分不易伸縮。因此，檢測部的伸縮更正確地反映出測定對象物的變形。由此，藉由感測片2具備非伸縮構件21，而感測裝置1具有更優異的測定靈敏度。
拉手22A、拉手22B以位於感測器本體10的易伸縮方向的兩端的方式配置。拉手22A、拉手22B由兩塊布料20A、布 料20B夾持。
拉手22A、拉手22B具有於使感測片2伸縮時，供用戶握持或將感測片固定於規定位置的作用。
感測片2中，布料20A、布料20B具有伸縮異向性。因此，於感測器本體10沿長邊方向伸長時，抑制隨著伸長量增大，而感測器本體10於與所述長邊方向垂直的方向(寬度方向)上收縮。其結果，感測片2中，檢測部的靜電電容相應於感測器本體10的伸長量而增加，於感測器本體10的伸長量增大的情況下或使感測器本體10反覆伸縮的情況下亦維持所述伸長量與所述靜電電容的相關關係(比例關係)。因此，感測裝置1可高靈敏度．高精度地測量感測器本體10的伸長量。
測量器3包括：用以將靜電電容C轉換為頻率信號F的舒密特觸發(Schmitt trigger)振盪電路3a，將頻率信號F轉換為電壓信號V的F/V轉換電路3b，以及電源電路(未圖示)。測量器3於將由感測片2的檢測部檢測到的靜電電容C轉換為頻率信號F後，進而轉換為電壓信號V，並發送至顯示器4。另外，如後述般，測量器3的構成不限定於此構成。
顯示器4具備監視器4a、運算電路4b、以及記憶部4c。顯示器4使由測量器3測定到的檢測部的靜電電容C的變化顯示於監視器4a，並且將所述靜電電容C的變化作為記錄資料而加以記憶。
而且，顯示器4亦可基於自測量器3接收到的電壓信號V而 由運算電路4b算出測定對象物的變形量，並使測定對象物的變形量顯示於監視器4a。
作為顯示器4，可使用具備中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)、唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、硬碟驅動機(Hard-Disk Drive，HDD)等記憶部、監視器、各種輸入輸出介面等的電腦。
此種感測裝置1可將感測片2貼附於測定對象物而使用。
因此，感測片2亦可於最外層形成有用以將感測片2貼附於測定對象物的黏著層。
感測裝置1例如藉由將感測片2貼附於生物體表面而使用，可追蹤生物體表面的變形。此時，感測片2可直接貼附於生物體表面，亦可隔著衣服或護體(supporter)、繃帶等被覆生物體表面的被覆材而間接地貼附於生物體表面。
於將感測片2貼附於皮膚等生物體表面而使用的情況下，所述感測片追隨所述生物體表面的變形(伸長．萎縮、膨脹．收縮等)而伸縮，因而檢測部的靜電電容相應於生物體表面的變形量而發生變化。因此，感測裝置1藉由對所述檢測部的靜電電容進行測量，可測定生物體表面的變形量。而且，藉由測定生物體表面的變形量，可獲取與生物體表面的變形相關的生命活動資訊或生物體的運動資訊。
本發明的感測裝置可測定例如脈搏數(心跳數)、呼吸 數、呼吸的大小等來作為所述生命活動資訊。
所述生物體的運動資訊不作特別限定，只要為藉由運動時的肌肉的收縮而生物體表面伸縮的運動，便可藉由所述感測裝置測定其運動狀態。具體而言，例如，可測定使關節彎曲時的彎曲量(彎曲角度)或發音．發聲時的臉頰的動作、表情肌的動作、肩甲骨的動作、臀肌的動作、脊背的動作、腰的彎曲情況、胸的鼓起、肌肉的收縮引起的大腿或腿肚的收縮的大小、吞咽時的喉的動作、腳的動作、手的動作、手指的動作、腳掌的動作、眨眼的動作、皮膚的易伸展性(柔軟性)等。
於藉由所述感測裝置測定脈搏數(心跳數)的情況下，將感測片貼附於生物體表面的感覺到脈搏的位置(例如橈骨動脈或頸動脈等)，以規定的時間持續測定靜電電容，藉此可獲取心跳數。其原因在於，皮膚會配合脈搏而伸縮，而其伸縮次數為脈搏數。
於藉由所述感測裝置測定呼吸數的情況下，將感測片貼附於生物體表面的胸的部分等，以規定的時間持續測定靜電電容，藉此可獲取呼吸數。其原因在於，胸部的皮膚會配合呼吸而伸縮，而其伸縮次數與呼吸數一致。
於藉由所述感測裝置測定關節的彎曲量的情況下，將感測片貼附於測定對象部位，一面使測定對象部位動作一面測定靜電電容，藉此可獲取測定對象部位的彎曲量。其原因在於，該部分的皮膚會配合測定對象部位的動作而伸縮，可藉由其伸縮量來 算出測定對象部位的彎曲量。
而且，於將所述感測片貼附於嘴部的周圍(臉頰等)，並於該狀態下一面發聲(或即便為實際無法發聲的狀態亦嘗試著發聲)，一面測定靜電電容的情況下，嘴部的周圍的皮膚根據發出聲音的種類而變形，因而靜電電容根據該皮膚的變形而發生變化。因此，可獲得發聲時的嘴部的周圍的皮膚的動作與靜電電容的值或其變化方式的相關資訊。
藉此，例如如下情況成為可能。
關於表情肌的訓練，例如可藉由左右對稱地貼附感測片而定量地測量皮膚的動作，或即時地將該動作可視化。因此，可一面觀看左右的信號波形，一面以信號重疊的方式有意識地進行訓練，或可進行功能恢復為左右對稱的自然表情的康復訓練。
而且，於將所述感測片貼附於腳踝或腳背，並在該狀態下一面進行「踏步」、「跳躍」、「墊腳」、「靜止」等運動，一面測定靜電電容的情況下，皮膚相應於腳的動作而變形，靜電電容相應於該皮膚的變形而發生變化。因此，可基於靜電電容的值或其變化方式來確定腳的動作。
而且，於將所述感測片貼附於手掌或手背，並在該狀態下一面進行「張開手」、「閉上手」、「豎起任意的手指」、「猜拳」等運動，一面測定靜電電容的情況下，皮膚相應於手的動作而變形，靜電電容相應於該皮膚的變形而發生變化。因此，可基於靜電電容的值或變化方式來確定手的動作。
本發明的感測裝置中，藉由將感測片貼附於皮膚等生物體表面而使用，可測量各種生命活動資訊或生物體的運動資訊。
於使用所述感測裝置測量生命活動資訊或生物體的運動資訊的情況下，較佳為預先獲取運動的種類與靜電電容的值或其變化方式的關係來作為成為測定對象的每個生物體的校正資訊。其原因在於，即便存在個體差異，亦可更正確地進行測定。
而且，於將感測片2隔著衣服或護體等被覆材而貼附並使用的情況下，亦可測量被覆材的變形資訊。
例如，於將感測片2貼附於訓練用貼身衣(under wear)，並在該狀態下進行運動的情況下，若訓練用貼身衣的布料追隨身體的動作而伸長或回到原來的狀態，則布料發生變形。因此，靜電電容相應於該布料的變形(伸縮)而發生變化。由此，所述感測裝置中，可基於靜電電容的值或變化方式來測量訓練用貼身衣(被覆材)的變形。
本發明的感測裝置亦可具備多個感測片。該情況下，可同時地在不同的部位獲取相同種類的資訊，亦可同時地獲取不同種類的資訊。
而且，於具備兩個以上的所述感測片的情況下，例如，藉由對身體左右對稱(例如右腳背與左腳背)地貼附感測片，並在該狀態下進行踏步，而可測量左右腳的動作的平衡。
而且，例如對左右腳踝、膝關節、髖關節分別貼附感測片，並在該狀態下步行，藉此可測定左右腳的動作的平衡、各可動部 位的彎曲量、各可動部位的動作的節奏。進而，藉由與例如鞋形狀或鞋墊形狀的壓力分佈感測器製品等既存的步行測量設備一併使用，亦可獲得更高級的步行運動的資訊。
該些資訊作為決定運動訓練或康復訓練的選單的資訊而有效。
本發明的感測裝置的使用方法並不限定於貼附於所述生物體表面的方法。所述感測裝置例如亦可將擴張器(expander)或康復管(rehabilitation tube)、橡膠球、橡膠氣球、氣袋(air bag)等伸縮物或軟墊或鞋內底等柔軟物等作為測定對象物，對該測定對象物貼附所述感測片，而測量測定對象物的變形。
本發明的感測裝置亦可將所述感測片用作電動假肢的肌電感測器的介面的代替品。
而且，本發明的感測裝置亦可將所述感測片用作重度身心障礙者的輸入介面的輸入終端。
而且，本發明的感測裝置亦可藉由將所述感測片貼附於手套的指部，而將該手套用作虛擬設備等的手套型介面。
本發明的靜電電容型感測片中，感測器本體除介電層(第1介電層)及形成於其兩面的第1電極層及第2電極層外，亦可具備第2介電層及第3電極層。
圖4(a)是示意性地表示構成本發明的靜電電容型感測片的感測器本體的另一例的立體圖，圖4(b)是圖4(a)的C-C線剖面圖。
圖4(a)及圖4(b)所示的感測器本體40包括：包含彈性體組成物的片狀的第1介電層41A、形成於第1介電層41A的表面(正面)的第1電極層42A、形成於第1介電層41的背面的第2電極層42B、以覆蓋第1電極層42A的方式積層於第1介電層41A的表側的第2介電層41B、以及形成於第2介電層41B的表面的第3電極層42C。進而，感測器本體40包括：連結於第1電極層42A的第1配線43A、連結於第2電極層42B的第2配線43B、連結於第3電極層42C的第3配線43C、安裝於第1配線43A的與第1電極層42A為相反側的端部的第1連接部44A、安裝於第2配線43B的與第2電極層42B為相反側的端部的第2連接部44B、以及安裝於第3配線43C的與第3電極層42C為相反側的端部的第3連接部44C。而且，感測器本體40於第1介電層41A的背側具備背側保護層45B，於第2介電層41B的表側具備表側保護層45A。
第1電極層42A~第3電極層42C具有同一俯視形狀。第1電極層42A與第2電極層42B隔著第1介電層41A而整體相向，第1電極層42A與第3電極層42C隔著第2介電層41B而整體相向。感測器本體40中，第1電極層42A與第2電極層42B的相向的部分及第1電極層42A與第3電極層42C的相向的部分為檢測部。而且，第1電極層42A與第2電極層42B的相向的部分的靜電電容與第1電極層42A與第3電極層42C的相向的部分的靜電電容之和為檢測部的靜電電容。
具備此種感測器本體40的感測片排除由雜訊引起的測定誤差，而適合於更正確地測定靜電電容的變化。
對此再稍微進行詳細說明。於使用本發明的感測裝置追蹤生物體表面的變形的情況下，若使用具有一層介電層及形成於其兩面的電極層的感測器本體或如感測器本體10這樣的進而具有保護層的感測器本體來作為感測器本體而進行測定，則因生物體表面為導體，故生物體表面與電極層接觸或接近本身便成為雜訊的產生原因。
與此相對，具備具有感測器本體40的感測片的感測裝置中，可更有效果地排除由雜訊引起的測定誤差。而且，圖4(a)、圖4(b)所示的構成的感測片可不區分表背面地加以使用。
以下，對本發明的靜電電容型感測片所具備的各構件進行詳細說明。
<感測片>
<<介電層>>
所述介電層為包含彈性體組成物的片狀物，能夠以其表背面的面積發生變化的方式可逆地變形。本發明中，片狀的介電層的表背面是指介電層的表(正)面及背面。
作為所述彈性體組成物，可列舉含有彈性體、及視需要含有其他任意成分者。
作為所述彈性體，例如可列舉：天然橡膠，異戊二烯橡膠，腈橡膠(丁腈橡膠(Nitrile Butadiene Rubber，NBR))，乙烯丙烯 橡膠(三元乙丙橡膠(ethylene propylene diene monomer，EPDM))，苯乙烯-丁二烯橡膠(styrene butadiene rubber，SBR)，丁二烯橡膠(butadiene Rubber，BR)，氯丁二烯橡膠(chloroprene rubber，CR)，矽酮橡膠，氟橡膠，丙烯酸系橡膠，氫化腈橡膠，胺基甲酸酯橡膠等。該些可單獨使用，亦可併用兩種以上。
該些之中，較佳為胺基甲酸酯橡膠、矽酮橡膠。其原因在於，該些橡膠永久應變(或永久伸長率)小。進而，自與碳奈米管的密接性優異的方面考慮，較之矽酮橡膠，最佳為胺基甲酸酯橡膠。
所述胺基甲酸酯橡膠為至少多元醇成分與異氰酸酯成分反應而成者。作為所述胺基甲酸酯橡膠的具體例，例如可列舉將烯烴系多元醇作為多元醇成分的烯烴系胺基甲酸酯橡膠，將酯系多元醇作為多元醇成分的酯系胺基甲酸酯橡膠，將醚系多元醇作為多元醇成分的醚系胺基甲酸酯橡膠，將碳酸酯系多元醇作為多元醇成分的碳酸酯系胺基甲酸酯橡膠，將蓖麻油系多元醇作為多元醇成分的蓖麻油系胺基甲酸酯橡膠等。該些可單獨使用，亦可併用兩種以上。而且，所述胺基甲酸酯橡膠亦可為併用兩種以上的所述多元醇成分者。
作為所述烯烴系多元醇，例如可列舉EPOL(出光興產公司製造)等。
作為所述酯系多元醇，例如可列舉POLYLIGHT 8651(大日本油墨化學(DIC)公司製造)等。
作為所述醚系多元醇，例如可列舉聚氧四亞甲基二醇、 PTG-2000SN(保土谷化學工業公司製造)、聚丙二醇、PREMINOL S3003(旭硝子公司製造)、Pandex GCB-41(DIC公司製造)等。
關於所述異氰酸酯成分，不作特別限定，可使用現有公知的異氰酸酯成分。
而且，於合成所述胺基甲酸酯橡膠時，亦可視需要向其反應體系中添加增鏈劑、交聯劑、觸媒、硫化加速劑等。
而且，所述彈性體組成物除彈性體以外，亦可含有塑化劑、抗氧化劑、抗老化劑、著色劑等添加劑、介電性填料等。
自增大靜電電容C而提高檢測靈敏度的觀點及提高對測定對象物的追隨性的觀點考慮，所述介電層的平均厚度較佳為10μm~1000μm。更佳為30μm~200μm。
所述介電層較佳為於單軸方向上，長度能夠以自無伸長狀態增大30%以上之方式變形。具有此種特性的介電層於貼附於測定對象物而使用的情況下，適合於追隨測定對象物的變形而變形。
此處，所謂長度能夠以增大30%以上的方式變形，是指於施加負載而使介電層伸長的情況下，即便使長度增大30%(即便伸長率為30%)亦不會斷裂，且，若釋放負載則恢復為原來的狀態(即處於彈性變形範圍)。
所述介電層的單軸方向上的能夠伸長的伸長率更佳為50%以上，進而較佳為100%以上，尤佳為200%以上。
所述介電層的單軸方向上的能夠伸長的伸長率可藉由介電層 的設計(材質或形狀等)而控制。
所述介電層的常溫下的相對介電常數較佳為2以上，更佳為5以上。若介電層的相對介電常數小於2，則有靜電電容C減小，作為感測片而無法獲得充分的靈敏度之虞。
所述介電層的楊氏模量(Young's modulus)較佳為0.1MPa~10MPa。若楊氏模量小於0.1MPa，則存在介電層過於柔軟，高品質加工困難，無法獲得充分的測定精度的情況。另一方面，若楊氏模量超過10MPa，則有介電層過硬，而於測定對象物欲變形時，妨礙其變形之虞。
所述介電層的硬度較佳為以使用依據日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)K 6253的類型A硬度計(durometer)所得的硬度(JIS A硬度)計，為0°~30°，或以使用依據JIS K 7321的類型C硬度計所得的硬度(JIS C硬度)計，為10°~55°。
若介電層過於柔軟則存在高品質加工困難，無法確保充分的測定精度的情況。若介電層過硬，則有於測定對象物欲變形時，妨礙其變形之虞。
於所述感測片具有多個介電層的情況下，各介電層未必需要包含同一組成的彈性體組成物。其中，各介電層較佳為包含同一組成的彈性體組成物。其原因在於，於伸縮時顯示相同的行為。
<<電極層>>
所述電極層包含含有導電材料的導電性組成物。
各電極層可分別包含同一組成的導電性組成物，亦可包含不同組成的導電性組成物。其中，各電極層較佳為包含同一組成的導電性組成物。
作為所述導電材料，例如可列舉碳奈米管、石墨烯、碳奈米角、碳纖維、導電性碳黑、石墨、金屬奈米線、金屬奈米粒子、導電性高分子等。該些可單獨使用，亦可併用兩種以上。
作為所述導電材料，較佳為碳奈米管。這是為了適合於形成追隨介電層的變形而變形的電極層。
作為所述碳奈米管，可使用公知的碳奈米管。所述碳奈米管可為單層碳奈米管(single walled carbon nanotube，SWNT)，而且，亦可為雙層碳奈米管(double walled carbon naontube，DWNT)或三層以上的多層碳奈米管(multi walled carbon naontube，MWNT)(本說明書中將兩者合併簡稱作多層碳奈米管)。進而，亦可併用兩種以上的層數不同的碳奈米管。
各碳奈米管的形狀(平均長度或纖維徑、縱橫比)不作特別限定，綜合判斷感測裝置的使用目的、或感測片所要求的導電性或耐久性、進而用以形成電極層的處理或費用而適當選擇即可。
所述碳奈米管的平均長度較佳為10μm以上，更佳為50μm以上。其原因在於，使用此種纖維長度長的碳奈米管形成的電極層具有下述優異特性：導電性優異，於追隨介電層的變形變形時(尤其伸長時)，電阻幾乎不會增大，進而，即便反覆伸縮，電 阻的偏差亦小。
所述碳奈米管的平均長度小於10μm時，存在伴隨電極層的變形而電阻增大，或使電極層反覆伸縮時電阻的偏差增大的情況。尤其於感測片(介電層)的變形量增大的情況下，容易發生所述不良情況。
所述碳奈米管的平均長度的較佳的上限為1000μm。目前，平均長度超過1000μm的碳奈米管的製造、獲得均困難。而且，如後述般，於塗佈碳奈米管的分散液而形成電極層的情況下，因碳奈米管的分散性不充分，故不易形成導電路徑(path)，結果擔心電極層的導電性不充分。
所述碳奈米管的平均長度的下限進而較佳為100μm，上限進而較佳為600μm。若所述碳奈米管的平均長度處於所述範圍內，則能夠以更高的水準(level)確保如下優異特性：導電性優異，伸長時電阻幾乎不會增大，反覆伸縮時電阻的偏差亦小。
關於所述碳奈米管的纖維長度，在電子顯微鏡下觀察碳奈米管，並根據其觀察圖像測定即可。
關於所述碳奈米管的平均長度，例如基於自碳奈米管的觀察圖像隨機地選出的10個部位的碳奈米管的纖維長度算出平均值即可。
所述碳奈米管的平均纖維徑不作特別限定，較佳為0.5nm~30nm。
於所述纖維徑小於0.5nm時，碳奈米管的分散變差，其結果， 導電路徑未擴展，電極層的導電性變得不充分。另一方面，若所述纖維徑超過30nm，則相同重量下碳奈米管的根數減少，導電性變得不充分。碳奈米管的平均纖維徑更佳為5nm~20nm。
就所述碳奈米管而言，多層碳奈米管較之單層碳奈米管更佳。
於使用單層碳奈米管的情況下，即便於使用了具有所述較佳的範圍的平均長度的碳奈米管的情況下，有時亦會電阻增高、或伸長時電阻大幅增大、或反覆伸縮時電阻大幅不均。
關於該情況推測為如下。即，單層碳奈米管通常是以金屬性碳奈米管與半導體性碳奈米管的混合物的形式合成，因而推測該半導體性碳奈米管的存在成為電阻增高、或伸長時電阻大幅增大、或反覆伸縮時電阻大幅不均的原因。
另外，若使金屬性碳奈米管與半導體性碳奈米管分離，而使用平均長度長的金屬性的單層碳奈米管，則存在下述可能性，即，可形成具備與使用平均長度長的多層碳奈米管的情況相同的電性特性的電極層。然而，金屬性碳奈米管與半導體性碳奈米管的分離並不容易(尤其對於纖維長度長的碳奈米管而言)，兩者的分離需要煩雜的作業。因此，自形成電極層時的作業容易性及經濟性的觀點考慮，較佳為以多層碳奈米管作為所述碳奈米管。
所述碳奈米管較佳為碳純度為99重量%以上。碳奈米管於其製造步驟中有時包含觸媒金屬或分散劑等。於使用含有大量此種碳奈米管以外的成分(雜質)的碳奈米管的情況下，有時於 電極層中產生導電性的降低或電阻的偏差。
所述碳奈米管的製造方法不作特別限定，為利用現有公知的製造方法製造而成者即可，較佳為藉由基板成長法製造而成。
基板成長法為化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)法的一種，且為藉由對塗佈於基板上的金屬觸媒供給碳源使其成長而製造碳奈米管的方法。基板成長法為適合於製造纖維長度相對較長且纖維長度一致的碳奈米管的製造方法。因此，適合作為本發明中使用的碳奈米管的製造方法。
於所述碳奈米管藉由基板成長法製造而成的情況下，碳奈米管的纖維長度與碳奈米管森林(CNT(Carbon Nanotube)forest)的成長長度實質相同。由此，於使用電子顯微鏡測定碳奈米管的纖維長度的情況下，測定CNT森林的成長長度即可。
所述導電性組成物除含有碳奈米管等導電材料以外，例如亦可含有黏合劑成分。
所述黏合劑成分作為連接材料發揮功能，藉由含有所述黏合劑成分，可提高與介電層的密接性及電極層自身的強度。進而，藉由含有黏合劑成分，可抑制利用後述的方法形成電極層時碳奈米管等導電材料的飛散，因而亦可提高形成電極層時的安全性。
作為所述黏合劑成分，例如可列舉丁基橡膠、乙烯丙烯橡膠、聚乙烯、氯磺化聚乙烯、天然橡膠、異戊二烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、聚苯乙烯、氯丁二烯橡膠、腈橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、丙烯酸系橡膠、 苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene，SEBS)等。
而且，作為所述黏合劑成分，亦可使用生橡膠(天然橡膠及合成橡膠的未硫化的狀態者)。藉由如上所述般使用彈性相對較弱的材料，亦可提高電極層相對於介電層的變形的追隨性。
所述黏合劑成分尤佳為與構成介電層的彈性體為相同種類。其原因在於，可顯著提高介電層與電極層的密接性。
所述導電性組成物除含有碳奈米管等導電材料及黏合劑成分以外，亦可進而含有各種添加劑。作為所述添加劑，例如可列舉用以提高導電材料的分散性的分散劑、用於黏合劑成分的交聯劑、硫化加速劑、硫化助劑，進而可列舉抗老化劑、塑化劑、軟化劑、著色劑等。
所述感測片中，於所述導電材料為碳奈米管的情況下，電極層亦可實質僅由碳奈米管形成。該情況下亦可確保與介電層之間充分的密接性。該情況下，碳奈米管與介電層藉由凡德瓦爾(Van der waals)力等牢固地密接。
所述電極層中的碳奈米管的含量只要為表現出導電性的濃度則不作特別限定，於含有黏合劑成分的情況下，根據黏合劑成分的種類而不同，但較佳為相對於電極層的全固形成分為0.1重量%~100重量%。
若所述碳奈米管的含量提高，則可提高電極層的導電性。因此，即便使電極層變薄亦可確保所要求的導電性，其結果，更容 易使電極層變薄，或確保電極層的柔軟性。
所述電極層的平均厚度較佳為0.1μm~10μm。藉由電極層的平均厚度處於所述範圍，電極層相對於介電層的變形可發揮更優異的追隨性。
另一方面，若所述平均厚度小於0.1μm，則有導電性不足，且作為感測片的測定精度降低之虞。而且，若超過10μm則存在因碳奈米管等導電材料的加強效果而感測片變硬，感測片的伸縮性降低的情況。其結果，存在當將感測片直接或隔著被覆材貼附於生物體表面時妨礙生物體表面的變形的情況。
本發明中，「電極層的平均厚度」例如可使用雷射顯微鏡(例如基恩斯(KEYENCE)公司製造，VK-9510)來測定。具體而言，首先，將形成於介電層的表面的電極層的厚度方向依照0.01μm刻度進行掃描，而測定其3D形狀。其後，於介電層上的積層有電極層的區域及未積層的區域，分別測量長200μm×寬200μm的矩形區域的平均高度，並將其平均高度的階差作為電極層的平均厚度即可。
<<布料>>
所述布料具有伸縮異向性。所述伸縮異向性是指根據方向的不同而伸縮性的程度存在明顯差異的特性。即，所述伸縮異向性，是指一方向上容易伸展、而與該一方向大致正交的方向上明顯不易伸展的特性。
本說明書中，將所述容易伸展的方向稱作易伸縮方向，將所 述不易伸展的方向稱作難伸縮方向。
所述布料只要具有伸縮異向性則不作特別限定，可為梭織物，可為針織物，進而亦可為不織布。
所述布料中，難伸縮方向的5%模數相對於易伸縮方向的5%模數之比([難伸縮方向的M5]/[易伸縮方向的M5]，以下亦稱作「異向性M5」)較佳為5以上，更佳為10以上。
藉由使用所述異向性M5大的布料，可進一步提高感測片的靈敏度及精度。
所述異向性M5更佳為100以上，進而較佳為150以上。
而且，所述異向性M5的上限不作特別限定，越大則越佳。
另一方面，即便為具有伸縮性的布料，一方向上的伸縮性和與該一方向大致正交的方向上的伸縮性的差異小的布料，具體而言，與一方向大致正交的方向的5%模數相對於該容易伸展的一方向的5%模數之比小於2的布料，並不符合本發明中的伸縮異向性的布料。所述布料在本說明書中是指伸縮等向性的布料。
所述布料的模數較佳為於所述感測器本體的最大使用伸長率下，大於所述感測器本體的模數。
本發明的靜電電容型感測片中，可根據測定對象物的變形量任意地選擇感測器本體的使用伸長率。例如，若藉由測定對象物的變形，而感測器本體的伸長率最大變為200%，則可將感測器本體的最大使用伸長率設為200%。
另一方面，於超出用戶(測定者)的設想範圍而測定對象物 大幅變形的情況下，例如，於使用最大使用伸長率為200%的感測器本體的情況下，以感測器本體超過200%而伸長的方式測定對象物大幅變形的情況下，存在感測器本體產生破損的情況。
此處，於感測器本體的最大使用伸長率(例如200%)下，所述布料具有高於感測器本體的模數的情況下(例如布料的200%模數大於感測器本體的200%模數的情況下)，布料作為抑制超過感測器本體的容許範圍的伸長的擋止部(stopper)發揮功能，可防止感測器本體破損。
所述感測片中，所述布料較佳為俯視感測片時，以覆蓋所述檢測部整體的方式形成。
藉此，可確實地抑制感測器本體的與伸長方向垂直的方向(寬度方向)上的收縮。
所述感測片中，所述布料如圖2(a)、圖2(b)、圖3(a)、圖3(b)所示，可設置於感測器本體10的兩面，亦可僅設置於感測器本體的單面。
所述感測片中，所述布料例如使用黏著劑而與感測器本體一體化。
作為所述黏著劑，例如可列舉丙烯酸系黏著劑、胺基甲酸酯系黏著材、橡膠系黏著劑、矽酮系黏著劑等。
此處，各黏著劑可為溶劑型，可為乳膠型，亦可為熱熔型。所述黏著劑根據感測裝置的使用形態等適當選擇使用即可。其中，所述黏著劑需要具有不妨礙所述介電層的伸縮的柔軟性。
<<其他>>
所述感測片如圖2(a)、圖2(b)、圖4(a)、圖4(b)所示的例般，亦可視需要，形成著與電極層連接的第1配線(表側配線)或第2配線(背側配線)、第3配線。
該些各配線為不妨礙介電層的變形且即便介電層變形導電性亦得到維持者即可。作為其具體例，例如可列舉包含與所述電極層相同的導電性組成物者。
於所述各配線各自的與電極層相反側的端部，如圖2(a)、圖2(b)、圖4(a)、圖4(b)所示的例般，亦可視需要，形成著用以與外部配線連接的第1連接部(表側連接部)、第2連接部(背側連接部)、第3連接部。作為該些各連接部，例如可列舉使用銅箔等形成者等。
所述感測器本體如圖2(a)、圖2(b)、圖4(a)、圖4(b)所示的例般，亦可視需要，於表側及/或背側的最外層積層保護層。藉由設置所述保護層，可保護感測片的具有導電性的部位(電極層等)，或提高感測片的強度或耐久性。
所述保護層的材質不作特別限定，根據其要求特性適當選擇即可。作為其具體例，例如可列舉與所述介電層的材質相同的彈性體組成物等。
所述感測片亦可於感測片的背側的最外層形成黏著層。藉此，可經由黏著層將所述感測片貼附於生物體表面等測定對象物。
關於所述黏著層，不作特別限定，例如可列舉包含丙烯酸系黏著劑、胺基甲酸酯系黏著劑、橡膠系黏著劑、矽酮系黏著劑等的層。
此處，各黏著劑可為溶劑型，可為乳膠型，亦可為熱熔型。所述黏著劑根據感測裝置的使用形態等而適當選擇使用即可。其中，所述黏著層需要具有不妨礙所述介電層的伸縮的柔軟性。
所述感測片如圖3(a)、圖3(b)所示的例般，亦可以覆蓋感測器本體的檢測部以外的部分(配線及連接部)的方式，具備非伸縮性構件。其原因在於，如所述般，測定靈敏度進一步提高。
所述非伸縮性構件只要包含非伸縮性的材料，則不作特別限定，例如可列舉非伸縮性的布料、非伸縮性的樹脂片材等。
所述感測片如圖3(a)、圖3(b)所示的例般，亦可視需要具備拉手。
所述拉手的材質或形狀只要不妨礙感測器本體的性能則不作特別限定，考慮使用形態適當選擇即可。
關於所述感測片，於將自無伸長狀態向單軸方向伸長100%後，回到無伸長狀態的週期設為1週期的伸縮重複進行1000週期時，較佳為第1000週期的100%伸長時的所述電極層的電阻相對於第2週期的100%伸長時的所述電極層的電阻的變化率(〔[第1000週期、100%伸長時的電阻值]-[第2週期、100%伸長時的電阻值]的絕對值〕/[第2週期、100%伸長時的電阻值]×100) 小。具體而言，較佳為10%以下，更佳為5%以下。
此處，將第2週期以後而非第1週期以後的電極層的電阻作為評估對象的理由在於，於從未伸長狀態起伸長的第1次(第1週期)伸長時，伸長時的電極層的行為(電阻的變動的方式)與第2次(第2週期)以後的伸縮時大不相同。關於該理由，推測是因為於製作感測片後，藉由1次伸長而最初構成電極層的碳奈米管等的狀態穩定化。
所述感測片例如可藉由經過下述步驟而製造。此處，以使用包含碳奈米管的導電性組成物形成電極層的情況為例進行說明。
可藉由經過下述步驟而製造：(1)製作包含彈性體組成物的介電層的步驟(步驟(1))；(2)將包含碳奈米管及分散介質的組成物塗佈於介電層，形成電極層的步驟(步驟(2))；以及(3)將經過步驟(1)及步驟(2)製作的感測器本體與布料一體化的步驟(步驟(3))。
[步驟(1)]
本步驟中，製作包含彈性體組成物的介電層。
首先，製備如下原料組成物來作為原料組成物，該原料組成物是向彈性體(或其原料)中視需要調配增鏈劑、交聯劑、硫化加速劑、觸媒、介電填料、塑化劑、抗氧化劑、抗老化劑、著色劑等添加劑而成。其次，藉由成形該原料組成物而製作介電層。 另外，作為成形方法，可採用現有公知的方法。
具體而言，例如於成形包含胺基甲酸酯橡膠的介電層的情況下，可使用下述方法等。
首先，對多元醇成分、塑化劑及抗氧化劑進行計量，於加熱、減壓下，攪拌混合一定時間，而製備混合液。其次，對混合液進行計量，調整溫度後，添加觸媒而利用攪拌器等進行攪拌。然後，添加規定量的異氰酸酯成分，利用攪拌器等攪拌後，立即將混合液注入至圖5所示的成形裝置中，利用保護膜形成夾層狀而一面搬送一面使其交聯硬化，從而獲得具有保護膜的規定厚度的片材。然後，使其於爐中進行一定時間後交聯，藉此製造介電層。
圖5是用以說明介電層的製作中使用的成形裝置的一例的示意圖。圖5所示的成形裝置30中，使原料組成物33流入至從隔開配置的一對輥32、輥32連續地送出的聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate，PET)製保護膜31的間隙內，並於在該間隙內保持原料組成物33的狀態下一面進行硬化反應(交聯反應)，一面導入至加熱裝置34內，使原料組成物33於一對保護膜31間保持的狀態下熱硬化，而成形出片狀的介電層35。
亦可於製備原料組成物後，使用各種塗佈裝置、棒塗、刮刀等通用的成膜裝置或成膜方法來製作所述介電層。
[步驟(2)]
本步驟中，塗佈包含碳奈米管及分散介質的組成物(碳奈米管分散液)，然後，藉由乾燥處理去除分散介質，藉此形成與所述 介電層一體化的電極層。
具體而言，首先，將碳奈米管添加至分散介質中。此時，亦可視需要，進而添加黏合劑成分(或黏合劑成分的原料)等所述其他成分或分散劑。
接下來，使用濕式分散機將包含碳奈米管的各成分分散(或溶解)於分散介質中，藉此製備塗佈液(碳奈米管分散液)。此處，例如使用超音波分散機、噴射磨機(jet mill)、珠磨機(beads-mill)等既存的分散機分散即可。
作為所述分散介質，例如可列舉甲苯、甲基異丁基酮(Methyl isobutyl ketone，MIBK)、醇類、水等。該些分散介質可單獨使用，亦可併用兩種以上。
所述塗佈液中，碳奈米管的濃度較佳為0.01重量%~10重量%。若所述濃度小於0.01重量%，則有碳奈米管的濃度過薄而需要反覆塗佈的情況。另一方面，若超過10重量%，則存在塗佈液的黏度變得過高，且因再凝集而碳奈米管的分散性降低，難以形成均勻的電極層的情況。
繼而，藉由噴塗等將塗佈液塗佈於所述介電層的表面的規定位置且使之乾燥。此時，亦可視需要，將介電層表面的未形成電極層的位置遮蔽後塗佈所述塗佈液。
所述塗佈液的乾燥條件不作特別限定，根據分散介質的種類或彈性體組成物的組成等適當選擇即可。
而且，塗佈所述塗佈液的方法並不限定於噴塗，此外例如可 採用網版印刷法、噴墨印刷法等。
經過所述(1)及(2)的步驟形成介電層及電極層後，進而視需要，形成與所述電極層連接的配線以及連接部。
與所述電極層連接的配線的形成中，例如可藉由使用與所述電極層的形成相同的方法，向規定的部位塗佈所述碳奈米管分散液(塗佈液)，並使其乾燥等來進行。而且，所述配線的形成亦可與所述電極層的形成同時進行。
所述連接部的形成例如可藉由在所述配線的規定的端部安裝銅箔等而進行。
而且，於製造具備圖4(a)、圖4(b)所示構成的感測器本體的情況下，首先，藉由所述步驟(1)的方法，製作兩塊包含彈性體組成物的介電層。其次，藉由所述步驟(2)的方法，於一介電層兩面形成電極層，於另一介電層單面形成電極層。其後，將分別形成有電極層的兩塊介電層以電極層彼此不重合的朝向進行貼合。此時，視需要，形成與所述電極層連接的配線以及連接部。
其後，亦可進而於表側及/或背側的最外層形成保護層。
所述保護層的形成藉由如下方式進行即可：例如，使用與所述(1)的步驟相同的方法製作包含彈性體組成物的片狀物後，裁斷為規定的尺寸，並將其層疊等。
而且，於製作具備保護層的感測片的情況下，亦可自背側保護層出發，於其上依次積層構成構件(第2電極層、第1介電層、 第1電極層、(第2介電層、第3電極層)、表側保護層)，而製作感測器本體。
藉由經過所述步驟，可製造感測器本體。
[步驟(3)]
該步驟中，將布料貼附於感測器本體。
首先，準備裁斷為規定的朝向及尺寸的伸縮異向性的布料。
其次，於所述布料的單面形成黏著層，以所述布料的易伸縮方向與所述感測器本體的伸長方向一致的方式，經由所述黏著層將所述布料貼附於所述感測器本體。另外，布料的裁斷與黏著層的形成的順序可顛倒。
本步驟中，所述布料可貼附於感測器本體的兩面，亦可僅貼附於感測器本體的單面。
所述布料以至少於俯視時，覆蓋所述感測器本體的檢測部的方式貼附。
而且，於將所述布料貼附於感測器本體的兩面的情況下，感測器本體亦可埋設於兩塊布料間，所述布料的外周部整體利用布料彼此而貼合。
本步驟中，亦可視需要，安裝非收縮性構件或拉手。
可藉由經過所述步驟而製造本發明的感測片。
圖2(a)、圖2(b)、圖4(a)、圖4(b)所示的感測器本體具備一個檢測部，但本發明中，感測器本體的檢測部的數量不限定於一個，亦可具備多個檢測部。
作為其具體例，例如，可列舉作為表側電極層及背側電極層的多行帶狀電極層形成於介電層的表面及背面，且，以於俯視時，表側電極層的行與背側電極層的行正交的方式而配置的感測器本體。此種感測器本體中，表側電極層及背側電極層隔著介電層相向的多個部分為檢測部，該檢測部配置成格子狀。
<測量器>
所述測量器與所述感測片(所述感測器本體)電性連接，具有測定相應於所述介電層的變形而變化的所述檢測部的靜電電容C的功能。作為測定所述靜電電容C的方法，可使用現有公知的方法，所述測量器具備為此所需的靜電電容測定電路、運算電路、放大電路、電源電路等。
作為測定所述靜電電容C的方法(電路)，例如可列舉將使用了自動平衡橋電路的CV轉換電路(電感電容阻抗(Inductance Capacitance Resistance，LCR)計等)、利用了反轉放大電路的CV轉換電路、利用了半波倍電壓整流電路的CV轉換電路、使用了舒密特觸發振盪電路的CF振盪電路、舒密特觸發振盪電路與F/V轉換電路加以組合而使用的方法等。
本發明的感測器元件中，較佳為所述感測片與所述測量器的連接如以下般進行。
(1-1)所述感測器本體為如圖4(a)、圖4(b)所示般具有兩層介電層(第1介電層及第2介電層)及於各介電層的兩面具有電極層(第1電極層至第3電極層)的感測器本體，測量器為 使用了如舒密特觸發振盪電路般的CF振盪電路的測量器，該CF振盪電路藉由檢測部的靜電電容C及電阻R而振盪而測量靜電電容的變化。
該情況下，較佳為將第1電極層連接於振盪區塊(檢測區塊)，將第2電極層及第3電極層接地(連接於GND側)。
藉由如上所述般將感測器本體與測量器連接，即便將感測器本體的表側及背側中的任一側以與生物體等測定對象物接近的方式連接，亦可排除雜訊的影響，而更正確地測量出靜電電容的變化。
(1-2)所述感測器本體為如圖4(a)、圖4(b)所示般具有兩層介電層及於各介電層的兩面具有電極層的感測器本體，測量器為使用了如半波倍電壓整流電路或反轉放大電路、自動平衡橋電路般的如下方式的CV轉換電路的測量器，該方式是使其他區塊(例如交流施加裝置)中生成的交流信號通過感測器本體，測量感測器本體的靜電電容變化引起的交流阻抗變化或利用阻抗變化而生成電壓變化。
該情況下，較佳為將第1電極層連接於檢測區塊，將第2電極層及第3電極層連接於生成交流信號的區塊。
藉由如上所述般將感測器本體與測量器連接，即便將感測器本體的表側及背側中的任一側以與生物體等測定對象物接近的方式連接，亦可排除雜訊的影響，而更正確地測量出靜電電容的變化。
(2-1)所述感測器本體為如圖2(a)、圖2(b)所示般具有一層介電層及其兩面的電極層(表側電極層及背側電極層)的感測器本體，測量器為使用了如舒密特觸發振盪電路般的CF轉換電路的測量器。
該情況下，較佳為將表側電極層連接於測量器內的振盪區塊(檢測區塊)，將背側電極層接地(連接於GND側)，且，將所述感測器本體以背面側與生物體等測定對象物接近的方式貼附。
以所述朝向將感測器本體貼附於生物體等，並如所述般將感測器本體與測量器連接，藉此可排除雜訊的影響，而更正確地測量出靜電電容的變化。
(2-2)所述感測器本體為如圖2(a)、圖2(b)所示般的具有一層介電層及其兩面的電極層(表側電極層及背側電極層)的感測器本體，測量器為使用了如半波倍電壓整流電路或反轉放大電路、自動平衡橋電路般的CV轉換電路的測量器。
該情況下，較佳為將表側電極層連接於測量器內的檢測區塊，將背側電極層連接於生成交流信號的區塊，且，將所述感測器本體以背面側接近生物體等測定對象物的方式貼附。
以所述朝向將感測器本體貼附於生物體等，並如所述般將感測器本體與測量器連接，藉此可排除雜訊的影響，而更正確地測量出靜電電容的變化。
<顯示器>
本發明的感測裝置亦可如圖1所示例般具備顯示器。藉此， 所述感測裝置的用戶可即時地確認測定對象物的變形引起的靜電電容C的變化的相關資訊。所述顯示器具備為此所需的監視器、運算電路、放大電路、電源電路等。
而且，所述顯示器為了如圖1所示例般記憶靜電電容C的測定結果，亦可具備RAM、ROM、HDD等記憶部。
例如，於將本發明的感測裝置用於運動訓練或康復訓練的實施者的情況下，可於訓練後確認與生物體的運動資訊等相關的基於靜電電容C的變化的資訊。因此，實施者可確認訓練的達成度，亦為對實施者的激勵。而且，藉由確認訓練的達成度，可在製作新的訓練選單時靈活地利用該資訊。
所述記憶部亦可由所述測量器具備。
作為所述顯示器，亦可利用個人電腦、智慧型電話、輸入板等終端設備。
而且，圖1所示的感測裝置1中，測定器3與顯示器4的連接是利用有線來進行，本發明的感測裝置中該些連接未必必須利用有線來進行，亦可利用無線來連接。亦存在根據感測裝置的使用形態，測定器與顯示器物理分離而更容易使用的情況。
[實施例]
以下，藉由實施例對本發明進行更具體說明，本發明並不限定於以下的實施例。
<感測器本體的製作>
圖6(a)~圖6(c)是用以說明實施例的感測器本體的製作 步驟的立體圖。此處，製作圖2(a)、圖2(b)所示的感測器本體。
(1)介電層的製作
對於100質量份的多元醇(Pandex GCB-41，DIC公司製造)，添加40質量份的塑化劑(磺酸二辛酯(Dioctyl sulfonate))、及17.62質量份的異氰酸酯(Pandex GCA-11，DIC公司製造)，利用攪拌器進行90秒的攪拌混合，製備介電層用的原料組成物。接下來，將原料組成物注入至圖5所示的成形裝置30中，利用保護膜31形成夾層狀而一面搬送，一面於爐內溫度70℃、爐內時間30分鐘的條件下使其交聯硬化，而獲得具有保護膜的規定厚度的輥卷片材。然後，於調節為70℃的爐中進行12小時後交聯，從而製作包含聚醚系胺基甲酸酯彈性體的片材。將所獲得的胺基甲酸酯片材裁斷為14mm×80mm×厚100μm，進而，將角部的一個部位以7mm×20mm×厚100μm的尺寸切下，而製作介電層。
而且，對所製作的介電層測定斷裂時伸長率(%)及相對介電常數，結果，斷裂時伸長率(%)為505%，相對介電常數為5.8。
此處，所述斷裂時伸長率依據JIS K 6251而測定。所述相對介電常數，是利用20mmΦ的電極夾持介電層，使用LCR測試儀(日置電機公司製造，3522-50)以測量頻率1kHz測定靜電電容，並根據電極面積與測定試樣的厚度算出相對介電常數。
(2)電極層材料的製備
將30mg的藉由基板成長法製造的多層碳奈米管、即大陽日酸公司製造的高配向碳奈米管(層數4~12層，纖維徑10nm~20nm，纖維長度150μm~300μm，碳純度99.5%)添加於30g的異丙醇(Isopropanol，IPA)中，使用噴射磨機(Nano Jet Pul JN10-SP003，常光公司製造)實施濕式分散處理，稀釋為2倍而獲得濃度0.05重量%的碳奈米管分散液。
(3)保護層的製作
使用與所述(1)介電層的製作相同的方法，製作聚醚系胺基甲酸酯彈性體製的、14mm×80mm×厚50μm的背側保護層及14mm×60mm×厚50μm的表側保護層。
(4)感測器本體的製作
首先，對所述(3)的步驟中製作的背側保護層15B的單面(表面)，貼附經脫模處理的PET膜上形成有規定形狀的開口部而成的遮罩(未圖示)。
於所述遮罩上設置著相當於背側電極層及背側配線的開口部，關於開口部的尺寸，相當於背側電極層的部分為寬10mm×長50mm，相當於背側配線的部分為寬5mm×長20mm。
接下來，將利用所述(2)的步驟製備的碳奈米管分散液以每單位面積(cm2)的塗佈量為0.223g的方式，從10cm的距離起使用空氣刷塗佈。繼而，以100℃乾燥10分鐘，形成背側電極層12B及背側配線13B。其後，剝離遮罩(參照圖6(a))。
接下來，以被覆背側電極層12B的整體及背側配線13B 的一部分的方式，將所述(1)的步驟中製作的介電層11藉由貼合於背側保護層15B上而積層。
進而，使用與背側電極層12B及背側配線13B的形成相同的方法，於介電層11的表側形成表側電極層12A及表側配線13A(參照圖6(b))。
其次，於形成著表側電極層12A及表側配線13A的介電層11的表側，以被覆表側電極層12A的整體及表側配線13A的一部分的方式，藉由層疊來積層所述(3)的步驟中製作的表側保護層15A。
進而，於表側配線13A及背側配線13B各自的端部安裝銅箔，作為表側連接部14A及背側連接部14B。然後，利用焊料將成為外部配線的導線19固定於表側連接部14A及背側連接部14B，而形成感測器本體10(參照圖6(c))。
<布料的準備>
準備下述的布料來作為布料。
(a)伸縮異向性布料A：Super Stretch II(自三德股份有限公司購入，品質：尼龍90%，聚胺基甲酸酯10%，厚度600μm)
(b)伸縮異向性布料B：蓓福(PIP)公司製造，PIPKINESIOLOGY(註冊商標)，厚度600μm
(c)伸縮等向性布料A：2WAY Tricot(自湯澤屋購入，品質：尼龍85%，聚胺基甲酸酯15%，厚度700μm)
(d)伸縮等向性布料B：Lycra Matt(自水晶三葉草(CRYSTAL CLOVER)公司購入，品質：尼龍83%，聚胺基甲酸酯17%，厚度600μm)
(e)伸縮等向性布料C：東麗(Toray)開發品(品質：聚酯95%，聚胺基甲酸酯5%，厚度350μm)
<黏著層的製作>
於50質量份的黏著劑(綜研化學公司製造，SK DYNE 1720)中添加50質量份的甲基乙基酮(methyl ethyl ketone，MEK)及2質量份的硬化劑(綜研化學公司製造，L-45)，利用去泡攪拌太郎(日新基(Thinky)公司製造，型號：ARE-310)進行混合(2000rpm，120秒)、消泡(2000rpm，120秒)而獲得混合物。接下來，使用敷料器(applicator)將所獲得的混合物於表面經脫模處理的PET膜(藤森工業公司製造，50E-0010KF)上以100μm的濕膜厚成膜後，使用送風式烘箱於100℃、30分鐘的條件下使其硬化，製作硬化後的厚度為30μm的黏著層。
(實施例1)
藉由下述方法，製作感測器本體與布料一體化而成的感測片。
圖7(a)~圖7(d)是用以說明實施例的感測片的製造方法的立體圖。
(1)對所述伸縮異向性布料A的單面，轉印利用所述方法製作的黏著層。
然後，將所述伸縮異向性布料A以橫向115mm×縱向30mm的尺寸裁斷。此時，以橫向為易伸縮方向、縱向為難伸縮方向的 方式裁斷。
(2)對利用所述方法製作的感測器本體10的背面側貼附經裁斷的伸縮異向性布料20B。此時，對自伸縮異向性布料20B的長邊方向(橫向方向)的一端起為15mm的位置，以感測器本體10的形成配線(表側配線13A及背側配線13B)的一側的相反側的端部位於此的方式，貼附伸縮異向性布料20B(參照圖7(a))。
(3)接下來，作為用以將感測片在後述試驗時固定於拉伸試驗機的拉手，將尼龍製的織帶22A、織帶22B貼附於伸縮異向性布料20B的兩端(參照圖7(b))。此時，是使用雙面膠帶(寺岡製作所No.777)來進行織帶22A、織帶22B的貼附。而且，織帶22B以其端部亦配置於感測器本體10的上表面的一部分(俯視時不與檢測部重合的位置)的方式貼附。
(4)其次，為了妨礙感測器本體10中的檢測部以外的介電層的伸縮，將非伸縮性的布料(渡邊布帛工業股份有限公司製造雙縐滾條，聚酯100%織布，橫向45mm×縱向30mm)21經由雙面膠帶(寺岡製作所No.777)，以覆蓋配線(表側配線13A及背側配線13B)以及連接部(表側連接部14A及背側連接部14B)的方式貼附(參照圖7(c))。
(5)然後，亦對感測器本體的表面側貼附所述(1)中裁斷的伸縮異向性布料20A，從而完成感測片2(參照圖7(d))。
(實施例2)
除代替伸縮異向性布料A而使用伸縮異向性布料B以外，與實施例1同樣地製作感測片。
其中，伸縮異向性布料B為單面具備黏著層的商品，不進行黏著層的轉印，經由伸縮異向性布料B具備的黏著層進行伸縮異向性布料B的貼附。
(比較例1)
除代替伸縮異向性布料A而使用伸縮等向性布料A以外，與實施例1同樣地製作感測片。
(比較例2)
除代替伸縮異向性布料A而使用伸縮等向性布料B以外，與實施例1同樣地製作感測片。
(比較例3)
除代替伸縮異向性布料A而使用伸縮等向性布料C以外，與實施例1同樣地製作感測片。
(比較例4)
對利用所述方法製作的感測器本體10的配線(表側配線13A及背側配線13B)以及連接部(表側連接部14A及背側連接部14B)上，和表側保護層15A的上表面中的具備所述配線及所述連接部的一側的相反側(圖6(c)中的左側)的端部、且俯視時不與檢測部重合的位置，經由雙面膠帶(寺岡製作所No.777)，貼附與實施例1相同的非伸縮性的布料，形成後述評估中的感測片(測定樣本)。
(評估)
對實施例及比較例的感測片進行下述評估。將結果表示於表1。
(1)布料的拉伸特性
關於實施例1、實施例2及比較例1~比較例3中使用的布料的拉伸特性，測定「5%模數(M5)」、「10%模數(M10)」、「50%模數(M50)」、「100%模數(M100)」、「200%模數(M200)」、「斷裂伸長率」、「斷裂負載」及「定負載伸長率」，進而算出「異向性M5」及「異向性M50」。
此處，「定負載伸長率」的測定中，測定600N/m(比較例4的M200的約5倍)時的伸長率。而且，「異向性M5」及「異向性M50」基於橫向、縱向各自的「M5」及「M50」的測定值而算出。
具體而言，將布料裁斷，裁斷為寬35mm、長100mm，來作為試驗片。此時，分別各製作3塊長度方向正交的樣本(例如，於製作伸縮異向性布料A的試驗片的情況下，製作三塊將易伸縮方向(橫向方向)作為長度方向的樣本，三塊將難伸縮方向(縱向方向)作為長度方向的樣本)。
其次，利用夾盤夾持各樣本的長度方向的兩端25mm，使用萬能拉伸壓縮試驗機(Instron1175型)，以拉伸速度500mm/min進行測定，然後，算出「異向性M5」及「異向性M50」。
將平均值作為結果而表示於表1。
(2)感測片的特性
將實施例及比較例的感測片安裝於萬能拉伸壓縮試驗機(Instron1175型)，以5mm刻度(伸長率10%刻度)將感測片拉伸，於靜止狀態下，使用LCR測試儀(日置電機公司製造，3522-50)以測定頻率5kHz測定靜電電容。
(2-1)靈敏度的評估
所述測定中，基於無伸長時(0%伸長)的靜電電容及40%伸長時的靜電電容，並藉由下述計算式(2)算出感測片的靈敏度(pF/%)。
靈敏度(pF/%)=[靜電電容的變化量△C0%→40%]/40%…(2)
(2-2)遲滯(hystersis)的評估
將感測片安裝於拉伸試驗機，將自無伸長(0%)伸長至規定伸長率(實施例2為40%，除此以外的實施例及比較例為80%)後，回到無伸長狀態的伸縮動作往復進行3次。然後，基於第1次往復的去路的10%伸長時的靜電電容(靜電電容(第1次去路，10%))與第2次往復的去路的10%伸長時的靜電電容(靜電電容(第2次去路，10%))，並藉由下述計算式(3)，而算出感測片的遲滯(%)。
遲滯(%)=[靜電電容(第2次去路，10%)]/[靜電電容(第 1次去路，10%)]-1)×100…(3)
而且，圖8~圖13中表示往復伸長動作時的靜電電容的測量結果的曲線圖。
根據表1所示的結果可知，藉由使伸縮異向性的布料與感測器本體一體化，而靈敏度提高。
而且，可知只要為伸縮異向性的布料則不會阻礙感測器本體的伸縮，於伸縮異向性的布料與感測器本體一體化而成的感測片中，可維持與感測器本體相同程度的遲滯。

Claims (4)

  1. 一種靜電電容型感測片，其特徵在於包括感測器本體、以及布料，所述感測器本體具有：片狀的第1介電層，包含彈性體組成物；以及第1電極層及第2電極層，包含含有導電材料的導電性組成物，以隔著所述第1介電層而至少一部分相向的方式分別形成於所述第1介電層的表面及背面，且所述感測器本體將所述第1電極層及第2電極層的相向的部分作為檢測部，並以所述第1介電層的表背面的面積發生變化的方式可逆地變形；所述布料與所述感測器本體一體化，所述布料為具有易伸縮方向與難伸縮方向而呈現伸縮異向性的布料，所述檢測部以在與所述布料的所述易伸縮方向同方向上進行伸長的方式來變形。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的靜電電容型感測片，其中所述感測器本體更包括第2介電層及第3電極層，所述第2介電層積層於所述第1電極層上，所述第3電極層形成於與所述第2介電層的形成有所述第1電極層的一側的相反側的面上。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的靜電電容型感測片，其中於所述感測器本體的最大使用伸長率下，所述布料的模數大於所述感測器本體的模數。
  4. 一種感測裝置，其特徵在於包括： 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的靜電電容型感測片，以及測量器，對所述檢測部中的靜電電容的變化進行測量；所述靜電電容型感測片的所述第1電極層連接於所述測量器的檢測區塊，所述靜電電容型感測片的所述第2電極層接近測定對象物，且連接於所述測量器的GND側。
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