WO2014080467A1 - 荷重センサ - Google Patents

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WO2014080467A1
WO2014080467A1 PCT/JP2012/080151 JP2012080151W WO2014080467A1 WO 2014080467 A1 WO2014080467 A1 WO 2014080467A1 JP 2012080151 W JP2012080151 W JP 2012080151W WO 2014080467 A1 WO2014080467 A1 WO 2014080467A1
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WO
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conductive layer
conductive
layer
wiring
base material
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Application number
PCT/JP2012/080151
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English (en)
French (fr)
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絢也 川口
武明 吉川
祐太朗 田口
小林　淳
吉川　均
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東海ゴム工業株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2012/080151 priority patent/WO2014080467A1/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors

Definitions

  • the present invention relates to a flexible load sensor including an extendable sensor part and a wiring part, and more particularly to a structure of the wiring part.
  • Patent Document 1 discloses a capacitive sensor in which a front electrode and a back electrode are arranged so as to intersect each other with a stretchable dielectric layer interposed therebetween. A plurality of detectors are formed between the front and back electrodes facing in the front and back direction. When a load is applied to the capacitance type sensor, the thickness of the detection portion at that portion, that is, the distance between the front side electrode and the back side electrode is reduced. Thereby, the electrostatic capacitance of a detection part becomes large. Thus, according to the capacitance type sensor, the load distribution can be detected based on the change in the capacitance.
  • a front-side electrode and a back-side electrode (hereinafter, collectively referred to as “electrode”), an electrode
  • the wiring for electrically connecting the measurement circuit and the measurement circuit is formed of a conductive material having an elastomer as a base material.
  • the wiring is formed by screen printing a silver paste in which silver powder is dispersed in a polymer for an elastomer. Due to the relationship between the size of the sensor and the sensing area, the space where wiring can be arranged is limited. For this reason, the silver paste must be printed as thinly (with a reduced width) as possible so that the width of each wiring becomes smaller. On the other hand, it is better that the electrical resistance of the wiring is small. In addition, the wiring is also required to be durable enough to withstand repeated elongation and bending. For this reason, the silver paste is printed as thick as possible.
  • the capacitive sensor when used as a seat sensor for a car seat or a wheelchair, a large load is likely to be applied locally. In this case, the sensor is greatly deformed, and the wiring is extended following the deformation. As described above, the area of one wiring is small. Moreover, since silver powder is mix
  • This invention is made
  • the load sensor of the present invention includes a stretchable sensor portion that detects a load, and a wiring portion connected to the sensor portion, and the wiring portion has stretchability.
  • a first conductive layer disposed on the surface of the substrate having an elastomer and a conductive carbon powder; and a second conductive layer laminated on the first conductive layer and having a smaller area than the first conductive layer and including an elastomer and a metal powder. And a conductive layer.
  • the wiring portion has a two-layer structure in which at least a first conductive layer and a second conductive layer are laminated. Both the first conductive layer and the second conductive layer have an elastomer as a base material. For this reason, it can be expanded and contracted together with the base material. Moreover, a 2nd conductive layer can be reinforced by interposing the 1st conductive layer containing the conductive carbon powder which has a reinforcement effect between the 2nd conductive layer and base material corresponding to the conventional wiring. . And since a 1st conductive layer contains conductive carbon powder, an elastic modulus is smaller than the 2nd conductive layer containing metal powder.
  • first conductive layer By interposing a flexible first conductive layer between the base material and the second conductive layer, stress generated during expansion and contraction can be absorbed by the first conductive layer and relaxed.
  • the increase in electrical resistance when stretched is small compared to the second conductive layer. For this reason, even if the electrical resistance of the second conductive layer increases at the time of elongation or even if a crack occurs and the conduction is interrupted, the conduction can be ensured through the first conductive layer that is in contact.
  • the layers are laminated in the order of base material / first conductive layer (large area) / second conductive layer (small area). That is, the large area layer is formed first and then the small area layer is formed. For this reason, even if it forms by any method of sticking and printing, the said problem does not arise. Therefore, the reinforcing effect by lamination can be sufficiently exhibited.
  • the durability of the wiring portion is improved. Therefore, the load sensor of the present invention is excellent in durability.
  • Patent Document 2 discloses a wiring board having an insulating substrate, a carbon circuit printed on the insulating substrate, and a silver paste wiring circuit printed on the carbon circuit. .
  • Patent Document 2 describes a wiring board such as a printed wiring board or a mounting circuit board. Unlike load sensors, this type of wiring board is not required to be stretchable. Therefore, naturally, the carbon circuit and the wiring circuit need not be stretchable. The carbon circuit only serves to suppress migration of silver wiring.
  • durability of the silver wiring against elongation and bending is not a problem.
  • Patent Documents 3 and 4 disclose a conductive layer having a two-layer structure of a carbon paste and a silver paste. However, stretchability is not necessary in any conductive layer. For this reason, the durability of the silver wiring against elongation and bending is not a problem.
  • the contact area between the first conductive layer and the second conductive layer is increased, and the adhesion between the two is increased. Thereby, even if expansion and contraction is repeated, the first conductive layer and the second conductive layer are hardly separated. In addition, the reinforcing effect of the second conductive layer by the first conductive layer is also increased.
  • the first conductive layer and the second conductive layer are preferably formed by a printing method.
  • the printing method it is possible to easily form the first conductive layer and the second conductive layer that are long, thin, or thin.
  • the printing method include inkjet printing, flexographic printing, gravure printing, screen printing, pad printing, and lithography.
  • the screen printing method is preferred because the coating thickness can be easily adjusted and the dimensional accuracy is high.
  • the area of the second conductive layer is smaller than the area of the first conductive layer. For this reason, even if the printing method is adopted, when printing a thin film having a large area on a thin film having a small area, there is no problem of a printing step such that the upper thin film is thinned.
  • the wiring portion applies the first conductive paint for forming the first conductive layer to the surface of the substrate, and then the semi-cured first It is better to have a configuration in which a second conductive paint for forming the second conductive layer is applied to the surface of one conductive paint.
  • the semi-cured state means a state before the applied paint is completely cured.
  • the coating surface of the first conductive paint is recessed due to the application pressure of the second conductive paint.
  • the area of the second conductive layer is smaller than the area of the first conductive layer.
  • the area of the second conductive layer is smaller than the area of the first conductive layer.
  • the second conductive layer in which the metal powder is well dispersed can be formed with high dimensional accuracy.
  • the wiring portion further includes a protective layer that covers the first conductive layer and the second conductive layer. Is good.
  • the first conductive layer and the second conductive layer are less likely to come into contact with air. Thereby, the metal powder of the second conductive layer is hardly oxidized. Therefore, even if it uses for a long period of time, the electroconductivity of a 2nd conductive layer cannot fall easily. Also, by covering with a protective layer, it is possible to ensure insulation between the wiring portion and the outside. Furthermore, the effect of reinforcing the wiring portion can be expected.
  • As a material for the protective layer it is desirable to employ an elastic elastomer so as not to hinder the elasticity of the wiring portion.
  • the wiring portion has a connection end electrically connected to a measurement circuit, and the connection end is It is better to have a configuration in which the first conductive layer is laminated so as to cover the two conductive layers, and the reinforcing layer includes a resin and conductive carbon powder.
  • the reinforcing layer containing conductive carbon powder having a reinforcing effect is arranged at the connection end. Thereby, the strength of the connection end portion is increased, and the durability of the wiring portion is improved.
  • the sensor unit is a polymer dielectric layer, and a front side base material disposed on the front side of the dielectric layer and having elasticity.
  • a load can be detected from a change in capacitance of a detection unit formed between the back side electrode, and the wiring unit is arranged on the back side of the front side substrate and is connected to the front side electrode.
  • the back side disposed on the surface of the back side substrate And the first conductive layer of the front side wiring part is formed continuously with the front side electrode, and the first conductive layer of the back side wiring part is continuous with the back side electrode. It is better to have a structure formed as described above.
  • the load sensor of this configuration is a capacitance type sensor, and a change in the distance (thickness of the detection unit) between the front electrode disposed on the front sheet member and the back electrode disposed on the back sheet member.
  • the load is detected from the change in the capacitance due to.
  • the first conductive layer and the front electrode of the front wiring part both include an elastomer and conductive carbon powder.
  • both the first conductive layer and the back electrode of the back wiring portion include an elastomer and conductive carbon powder. Therefore, the first conductive layer, the front side electrode, and the back side electrode can be formed of the same material. That is, the first conductive layer can be easily formed by simply extending the front side electrode and the back side electrode.
  • FIG. 2 is an exploded cross-sectional view in the II-II direction of FIG. 1. It is an enlarged view in the frame III of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view in the IV-IV direction of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view in the VV direction of FIG. 3. It is sectional drawing which shows the formation process of a wiring part, (a) is a 1st electrically conductive paint printing process, (b) is a 2nd electrically conductive paint printing process, (c) is a protective layer paint printing process, (d ) Shows a coating printing process for the reinforcing layer.
  • Capacitance type sensor load sensor
  • 10 sensor part
  • 11 dielectric layer
  • 12 fusion part
  • 20 front side sheet member
  • 21 front side base material
  • 30 back side sheet member
  • 31 back side base Material
  • 35 Reinforcing layer
  • 320 Recessed part
  • 321 First conductive paint
  • 330 Terminal part
  • 341 Coating for protective layer
  • 351 Coating for reinforcing layer.
  • 01X to 08X Front side electrode, 01Y to 08Y: Back side electrode, 01x to 08x: Front side wiring part, 200x: Connection end part, 01y to 08y: Back side wiring part, 300y: Connection end part, A0101 to A0808: Detection part.
  • FIG. 1 shows a top transparent view of the capacitive sensor of this embodiment.
  • FIG. 2 shows an exploded sectional view in the II-II direction of FIG.
  • FIG. 3 shows an enlarged view in the frame III of FIG.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view in the IV-IV direction of FIG.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view in the VV direction of FIG.
  • stacked on the front and back direction (thickness direction) is permeate
  • the capacitive sensor 1 of this embodiment includes a dielectric layer 11, a front side sheet member 20, and a back side sheet member 30.
  • the dielectric layer 11 is made of urethane foam and has a rectangular sheet shape. The thickness of the dielectric layer 11 is 300 ⁇ m. The dielectric layer 11 extends in the XY directions (left and right and front and rear directions).
  • the urethane foam is included in the “polymer” in the present invention.
  • the front sheet member 20 and the back sheet member 30 are laminated with the dielectric layer 11 interposed therebetween.
  • the sensor unit 10 is an area where the front sheet member 20 and the back sheet member 30 are laminated with the dielectric layer 11 interposed therebetween.
  • the back sheet member 30 is disposed on the lower side (back side) of the dielectric layer 11.
  • the back side sheet member 30 includes a back side base material 31, back side electrodes 01Y to 08Y, and back side wiring portions 01y to 08y.
  • the back side base material 31 is made of polyethylene terephthalate (PET) and has a rectangular shape.
  • a total of eight back side electrodes 01Y to 08Y are formed on the upper surface (surface) of the back side base material 31.
  • Each of the back side electrodes 01Y to 08Y has a strip shape.
  • the back-side electrodes 01Y to 08Y each extend in the X direction (left-right direction).
  • the back-side electrodes 01Y to 08Y are arranged in the Y direction (front-rear direction) so as to be substantially parallel to each other at a predetermined interval.
  • the back-side electrodes 01Y to 08Y each contain acrylic rubber, carbon black, and carbon nanotube.
  • a terminal portion 330 is disposed on the upper surface of the left end portion of each of the back-side electrodes 01Y to 08Y.
  • the terminal portions 330 each have a rectangular shape.
  • a part of the terminal portion 330 extends to the left and is connected to a second conductive layer 33 of backside wiring portions 01y to 08y described later.
  • the terminal portion 330 is made of the same conductive material as that of the second conductive layer 33 and contains urethane rubber and silver powder.
  • a total of eight back side wiring portions 01y to 08y are formed on the upper surface of the back side base material 31.
  • Each of the back side wiring portions 01y to 08y has a linear shape.
  • the back side wiring portions 01y to 08y are connected to the left end portions of the back side electrodes 01Y to 08Y, respectively.
  • 3 is partially enlarged, and as shown in FIG. 4 which is a cross-sectional view of the back-side wiring portion 01y, the back-side wiring portions 01y to 08y are each provided in the first conductive layer 32 except for the connection end portion 300y. And a second conductive layer 33 and a protective layer 34.
  • the first conductive layer 32 is disposed on the upper surface of the back side base material 31.
  • the first conductive layer 32 is made of the same conductive material as the backside electrodes 01Y to 08Y, and includes acrylic rubber, carbon black, and carbon nanotubes.
  • the first conductive layer 32 is formed continuously with each of the back-side electrodes 01Y to 08Y.
  • the first conductive layer 32 has a width of 4 mm and a thickness of 10 ⁇ m.
  • the surface roughness of the upper surface of the first conductive layer 32 is 1.98 ⁇ m.
  • the volume resistivity of the first conductive layer 32 when not stretched is 2.0 ⁇ 10 ⁇ 1 ⁇ ⁇ cm, and the volume resistivity when stretched 50% is 7.0 ⁇ 10 ⁇ 1 ⁇ ⁇ cm.
  • the elastic modulus of the conductive material forming the first conductive layer 32 is 20 MPa.
  • a recess 320 extending in the longitudinal direction is formed on the upper surface of the first conductive layer 32.
  • the second conductive layer 33 is stacked on the upper surface of the first conductive layer 32.
  • the lower part of the second conductive layer 33 is disposed in the recess 320 of the first conductive layer 32.
  • the second conductive layer 33 contains urethane rubber and silver powder.
  • the width of the second conductive layer 33 is 1 mm, which is smaller than the width of the first conductive layer 32.
  • the thickness of the second conductive layer 33 is 50 ⁇ m.
  • the volume resistivity of the second conductive layer 33 is 6.7 ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ ⁇ cm, and the volume resistivity at 50% elongation is 2.0 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm.
  • the elastic modulus of the conductive material forming the second conductive layer 33 is 100 MPa.
  • the second conductive layer 33 is formed continuously with each of the terminal portions 330 of the back-side electrodes 01Y to 08Y.
  • the protective layer 34 is disposed on the upper surface of the back substrate 31 so as to cover the first conductive layer 32 and the second conductive layer 33.
  • the protective layer 34 is made of silicone rubber.
  • connection end portion 300y that is electrically connected to a measurement circuit (not shown) is disposed at the front end portion of each of the back side wiring portions 01y to 08y.
  • each of the connection end portions 300y has a first conductive layer 32, a second conductive layer 33, and a reinforcing layer 35.
  • the reinforcing layer 35 is laminated on the upper surface of the first conductive layer 32 so as to cover the second conductive layer 33.
  • the second conductive layer 33 is sandwiched between the first conductive layer 32 and the reinforcing layer 35.
  • the reinforcing layer 35 includes a polyester resin and carbon black.
  • the front sheet member 20 is disposed on the upper side (front side) of the dielectric layer 11.
  • the front sheet member 20 includes a front substrate 21, front electrodes 01X to 08X, and front wiring portions 01x to 08x.
  • the front-side base material 21 is made of PET and has the same rectangular shape as the back-side base material 31.
  • a total of eight front side electrodes 01X to 08X are formed on the lower surface (back surface) of the front side base material 21.
  • the front electrodes 01X to 08X each have a strip shape.
  • the front-side electrodes 01X to 08X each extend in the Y direction (front-rear direction).
  • the front-side electrodes 01X to 08X are arranged in the X direction (left-right direction) so as to be substantially parallel to each other with a predetermined interval.
  • the front-side electrodes 01X to 08X each contain acrylic rubber, carbon black, and carbon nanotube.
  • Terminal portions are arranged on the lower surfaces of the front end portions of the front side electrodes 01X to 08X, similarly to the back side electrodes 01Y to 08Y. A part of the terminal portion extends forward and is connected to second conductive layers of front side wiring portions 01x to 08x described later.
  • a total of eight front side wiring portions 01x to 08x are formed on the lower surface of the front side base material 21.
  • the front side wiring portions 01x to 08x each have a linear shape.
  • the front side wiring portions 01x to 08x are connected to the front end portions of the front side electrodes 01X to 08X, respectively.
  • the configuration of the front side wiring portions 01x to 08x is the same as the configuration of the back side wiring portions 01y to 08y. Therefore, a brief description will be given below.
  • the front wiring parts 01x to 08x each have a first conductive layer, a second conductive layer, and a protective layer, except for the connection end part 200x.
  • the first conductive layer is disposed on the lower surface of the front side base material 21.
  • the first conductive layer is made of the same conductive material as the front side electrodes 01X to 08X, and is formed continuously with each of the front side electrodes 01X to 08X.
  • a recess extending in the longitudinal direction is formed on the lower surface of the first conductive layer.
  • the second conductive layer is laminated on the lower surface of the first conductive layer.
  • the upper part of the second conductive layer is disposed in the recess of the first conductive layer.
  • the width of the second conductive layer is smaller than the width of the first conductive layer.
  • the second conductive layer is formed continuously with each of the terminal portions of the front-side electrodes 01X to 08X.
  • the protective layer is disposed on the lower surface of the front-side base material 21 so as to cover
  • connection end portion 200x that is electrically connected to a measurement circuit (not shown) is disposed at the left end portion of each of the front side wiring portions 01x to 08x.
  • Each of the connection end portions 200x includes a first conductive layer, a second conductive layer, and a reinforcing layer.
  • the reinforcing layer is laminated on the lower surface of the first conductive layer so as to cover the second conductive layer.
  • the second conductive layer is sandwiched between the first conductive layer and the reinforcing layer.
  • a plurality of fused portions 12 are arranged on the peripheral edge portions of the front side sheet member 20 and the back side sheet member 30.
  • the plurality of fused portions 12 are arranged in a dotted line so as to surround the periphery of the dielectric layer 11.
  • the front side sheet member 20 and the back side sheet member 30 are joined at the fusion part 12.
  • the detection units A0101 to A0808 are arranged at portions (overlapping portions) where the front side electrodes 01X to 08X and the back side electrodes 01Y to 08Y intersect when viewed in the vertical direction.
  • Each of the detection units A0101 to A0808 includes a part of the front side electrodes 01X to 08X, a part of the back side electrodes 01Y to 08Y, and a part of the dielectric layer 11.
  • the detectors A0101 to A0808 are arranged at substantially equal intervals over substantially the entire surface of the dielectric layer 11.
  • the load distribution is detected in the sensor unit 10 surrounding the detection units A0101 to A0808.
  • the sign “AOO ⁇ ” of the detection unit the upper two digits “OO” correspond to the front electrodes 01X to 08X.
  • the last two digits “ ⁇ ” correspond to the backside electrodes 01Y to 08Y.
  • the manufacturing method of the capacitive sensor 1 of the present embodiment includes a sheet member manufacturing process, a stacking process, and a fusing process.
  • the front side sheet member 20 is manufactured by forming the front side electrodes 01X to 08X and the front side wiring portions 01x to 08x on the front side base material 21.
  • the back side sheet member 30 is produced by forming the back side electrodes 01Y to 08Y and the back side wiring portions 01y to 08y on the back side base material 31.
  • the prepared four kinds of paints are appropriately screen-printed on the lower surface of the front substrate 21 (the lower surface in FIG. 1 and arranged upward at the time of printing) and cured by heating, whereby the front electrodes 01X to 08X. And the front side wiring parts 01x to 08x are formed.
  • the four types of prepared paints are appropriately screen-printed on the upper surface of the back-side base material 31 and heat-cured to form the back-side electrodes 01Y to 08Y and the back-side wiring portions 01y to 08y.
  • FIG. 6 shows a process of forming the back side wiring part 01y.
  • the first conductive paint 321 is screen-printed on the upper surface of the back-side base material 31.
  • the formed coating film of the first conductive paint 321 is preliminarily dried to be in a semi-cured state.
  • the second conductive paint 331 is screen-printed on the upper surface of the semiconductive film of the first conductive paint 321.
  • the upper surface of the coating film of the first conductive paint 321 is pressed by the application pressure of the second conductive paint 331, and a recess 320 is formed on the upper surface.
  • the lower part of the coating film of the second conductive paint 331 is embedded in the coating film of the first conductive paint 321.
  • the formed coating film of the second conductive paint 331 is preliminarily dried to be in a semi-cured state.
  • the coating film of the first conductive paint 321 and the coating film of the second conductive paint 331 in a semi-cured state are covered.
  • the protective layer coating material 341 is screen-printed on the upper surface of the back-side base material 31. Further, at the connection end portion 300y, as shown in FIG.
  • the reinforcing layer coating 351 is applied to the first conductive coating 321 so as to cover the semi-cured second conductive coating 331. Screen print on top of the coating. Then, the formed coating film is cured by heating to form the back side wiring part 01y. At this time, the back-side electrode 01Y including the terminal portion 330 is also formed at the same time.
  • the back sheet member 30, the dielectric layer 11, and the front sheet member 20 are stacked in order from the bottom. That is, the back side sheet is arranged such that the dielectric layer 11 is interposed between the back side electrodes 01Y to 08Y formed on the top surface of the back side base material 31 and the front side electrodes 01X to 08X formed on the bottom surface of the front side base material 21.
  • the member 30, the dielectric layer 11, and the front sheet member 20 are laminated.
  • the peripheral portions of the laminated front side sheet member 20 and back side sheet member 30 are spot fused at a predetermined interval (see the fused part 12 in FIG. 1). In this way, the capacitive sensor 1 of the present embodiment is manufactured.
  • the distance between the front side electrode and the back side electrode becomes small. Thereby, the electrostatic capacitance C of the said detection part becomes large.
  • the load for each of the detection units A0101 to A0808 is calculated from the change amount ⁇ C of the capacitance C.
  • the back side wiring portions 01y to 08y each include the first conductive layer 32 and the second conductive layer 33.
  • the front-side wiring portions 01x to 08x each have a first conductive layer and a second conductive layer. Since the back-side wiring portions 01y to 08y and the front-side wiring portions 01x to 08x have the same configuration, they have the same effects. Therefore, here, the effects of the back side wiring portions 01y to 08y will be described on behalf of both.
  • the first conductive layer 32 and the second conductive layer 33 are both made of elastomer as a base material. For this reason, it can be expanded and contracted together with the back-side base material 31. Further, by interposing a first conductive layer 32 containing conductive carbon powder (carbon black, carbon nanotube) having a reinforcing effect between the second conductive layer 33 corresponding to the conventional wiring and the back-side base material 31.
  • the second conductive layer 33 can be reinforced.
  • the elastic modulus of the first conductive layer 32 is smaller than the elastic modulus of the second conductive layer 33.
  • the flexible first conductive layer 32 between the back-side base material 31 and the second conductive layer 33, the stress generated during expansion and contraction can be absorbed by the first conductive layer 32 and relaxed.
  • the first conductive layer 32 has a smaller increase in electrical resistance when stretched than the second conductive layer 33. For this reason, even if the electrical resistance of the second conductive layer 33 increases at the time of extension, or even if a crack occurs and the conduction is cut off, the conduction can be ensured through the first conductive layer 32 that is in contact.
  • the first conductive layer 32 and the second conductive layer 33 are each formed by a screen printing method.
  • the area of the second conductive layer 33 is smaller than the area of the first conductive layer 32.
  • the first conductive layer 32 and the back side electrodes 01Y to 08Y are formed of the same material. Therefore, the first conductive layer 32 can be easily formed by simply extending the back-side electrodes 01Y to 08Y.
  • the back side wiring portions 01y to 08y are formed by applying the first conductive paint 321 to the upper surface of the back side base material 31 and applying the second conductive paint 331 before the first conductive paint 321 is completely cured.
  • a recess 320 is formed on the upper surface of the first conductive layer 32, and a lower portion of the second conductive layer 33 is embedded in the recess 320. Therefore, the contact area between the first conductive layer 32 and the second conductive layer 33 is increased, and the adhesion between the two is increased. Therefore, even if the expansion and contraction is repeated, the first conductive layer 32 and the second conductive layer 33 are difficult to peel off. Further, the reinforcing effect of the second conductive layer 33 by the first conductive layer 32 is also increased.
  • the first conductive paint 321 having a large area is printed, and then the second conductive paint 331 having a small area is printed. Therefore, there is little possibility that the polymer content and silver powder of the second conductive paint 331 will spread toward the first conductive paint 321 side. Therefore, the second conductive layer 33 in which the silver powder is well dispersed can be formed with high dimensional accuracy.
  • the surface roughness of the upper surface of the first conductive layer 32 (the surface on which the second conductive layer 33 is laminated) is 1.98 ⁇ m.
  • the value of the surface roughness is about 1/5 of the thickness of the first conductive layer 32. Since the surface roughness of the upper surface of the first conductive layer 32 is large, the adhesion between the first conductive layer 32 and the second conductive layer 33 is large due to the anchor effect. Therefore, even if the expansion and contraction is repeated, the first conductive layer 32 and the second conductive layer 33 are difficult to peel off.
  • the back side wiring parts 01y to 08y have a protective layer 34 except for the connection end part 300y. Thereby, the back side wiring portions 01y to 08y are further reinforced. Further, the oxidation of the silver powder contained in the second conductive layer 33 is suppressed. Therefore, even if it uses for a long time, the electroconductivity of the 2nd conductive layer 33 does not fall easily. Further, since the protective layer 34 has insulating properties, it is possible to ensure the insulating properties between the back side wiring portions 01y to 08y and the outside. On the other hand, the connection end portion 300y of the back side wiring portions 01y to 08y has a reinforcing layer 35. As a result, the strength of the connection end portion 300y is increased, and the durability of the back side wiring portions 01y to 08y is further improved.
  • the capacitance type sensor 1 the durability of the front side wiring portions 01x to 08x and the back side wiring portions 01y to 08y is high. Therefore, the capacitive sensor 1 is excellent in durability.
  • the load sensor of the present invention is embodied as a capacitive sensor.
  • the sensor unit of the load sensor of the present invention is not limited to the configuration for detecting the capacitance.
  • the sensor unit may be made of a pressure-sensitive conductive elastomer whose electrical resistance changes with pressure.
  • an electrode and a wiring part may be disposed on both the front and back surfaces of the dielectric layer without providing the front side sheet member and the back side sheet member.
  • an elastomer or a resin may be used as the dielectric layer and the protective layer.
  • elastomers include silicone rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, and urethane rubber.
  • suitable resins include polyethylene, polypropylene, polyurethane, polystyrene (including crosslinked expanded polystyrene), polyvinyl chloride, vinylidene chloride copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, and the like.
  • polypropylene polypropylene (modified PP) modified with polyethylene (PE) and / or ethylene propylene rubber (EPR) may be used. Moreover, you may use the polymer alloy or polymer blend containing 2 or more types of these resin.
  • the substrate on which the wiring portion is formed examples include resin films such as polyimide, polyethylene, polyethylene terephthalate (PET), and polyethylene naphthalate (PEN), elastomer sheets, and stretchable cloth.
  • the wiring part is configured to include a protective layer or a reinforcing layer.
  • the protective layer and the reinforcing layer may be omitted.
  • the elastomer constituting the first conductive layer and the second conductive layer of the wiring part is urethane rubber, acrylic rubber, silicone rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, natural rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer. Rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene and the like are suitable.
  • the elastomers in both layers may be the same or different.
  • the conductive carbon powder of the first conductive layer examples include carbon black, carbon nanotube, and graphite. One kind of these may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.
  • the volume resistivity of the first conductive layer when not stretched is desirably 1 ⁇ 10 1 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the volume resistivity when the conductive material forming the first conductive layer is not stretched may be larger than the volume resistivity when the conductive material forming the second conductive layer is not stretched.
  • the difference between the volume resistivity of the first conductive layer when not stretched and the volume resistivity of the second conductive layer when not stretched is desirably 5 digits or less.
  • the volume resistivity of the first conductive layer is difficult to increase even when elongated.
  • the change in volume resistivity at the time of 50% elongation with respect to the unextended state is 10 times or less.
  • the elastic modulus is desirably 50 MPa or less from the viewpoint of increasing flexibility and facilitating expansion and contraction.
  • the type and blending amount of the conductive carbon powder may be adjusted as appropriate.
  • the blending amount of the conductive carbon powder is desirably 10 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the elastomer.
  • the compounding amount of the conductive carbon powder is increased, the flexibility is lowered. Therefore, the compounding amount of the conductive carbon powder is desirably 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the elastomer.
  • the adhesion between the two layers will increase. That is, if the surface roughness of the laminated surface of the conductive layer is large, the conductive layer is difficult to peel off due to the anchor effect even if the expansion and contraction are repeated. Further, when the adhesion between the conductive layers to be stacked is large, the stress at the time of expansion / contraction is transmitted not only to one conductive layer but also to the entire conductive layer, so that the durability of the entire conductive layer is improved.
  • the surface roughness of the first conductive layer may be 1/200 or more of its own thickness.
  • the surface roughness of the first conductive layer is preferably set to be not more than twice its own thickness.
  • the value calculated by the following method is adopted as the surface roughness of the first conductive layer.
  • the cross section of the wiring part is observed with a scanning electron microscope (SEM) to determine a reference line at the interface of the first conductive layer.
  • SEM scanning electron microscope
  • the sum total of the areas of the peaks protruding from the reference line (S1) and the sum of the areas of the recessed valleys (S2) are calculated.
  • surface roughness is calculated by following Formula (1).
  • Surface roughness (S1 + S2) / length of reference line (1)
  • the metal powder of the second conductive layer include silver, gold, copper, nickel, rhodium, palladium, chromium, titanium, platinum, iron, and alloys thereof.
  • the volume resistivity of the second conductive layer when not stretched is preferably 5 ⁇ 10 ⁇ 2 ⁇ ⁇ cm or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm or less. is there.
  • the compounding quantity of metal powder suitably so that it may become a desired volume resistivity.
  • the blending amount of the metal powder is desirably 500 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the elastomer.
  • a second conductive paint A was prepared as follows. First, 100 parts by mass of a urethane rubber polymer (“Byron (registered trademark) BX1001” manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was dissolved in butyl carbitol acetate as a solvent. To this urethane rubber solution, 400 parts by mass of silver powder (“Ag-XF301” manufactured by Fukuda Metal Foil Industry Co., Ltd.) was added and stirred.
  • a urethane rubber polymer (“Byron (registered trademark) BX1001” manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was dissolved in butyl carbitol acetate as a solvent.
  • silver powder Ag-XF301 manufactured by Fukuda Metal Foil Industry Co., Ltd.
  • First conductive paint B was prepared as follows. First, 100 parts by mass of an acrylic rubber polymer (“NIPOL (registered trademark) AR42W” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and 0.1 part by mass of ethylenediamine as a cross-linking agent are mixed in a roll kneader, and an acrylic rubber composition is prepared. Was prepared. Subsequently, the prepared acrylic rubber composition was dissolved in butyl carbitol acetate to prepare an acrylic rubber solution.
  • an acrylic rubber polymer (“NIPOL (registered trademark) AR42W” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.)
  • ethylenediamine ethylenediamine as a cross-linking agent
  • first conductive paints C and D were prepared in the same manner as the first conductive paint B except that the blending amounts of carbon nanotubes and carbon black were changed.
  • volume resistivity The volume resistivity was measured according to the parallel terminal electrode method of JIS K6271 (2008). The distance between the electrodes when not stretched was 10 mm. A commercially available silicone rubber sheet (manufactured by Kureha Elastomer Co., Ltd.) was used as an insulating resin support for supporting the test piece.
  • a first conductive layer is formed from one of the first conductive paints B to D on the upper surface of the substrate, a second conductive layer is formed from the second conductive paint A thereon, and a two-layer wiring Parts were manufactured.
  • a urethane elastomer sheet was used as the substrate.
  • the size of the first conductive layer formed from any of the first conductive paints B to D was 10 mm in width, 20 mm in length, and 10 ⁇ m in thickness.
  • the size of the second conductive layer formed from the second conductive paint A was 2 mm in width, 20 mm in length, and 25 ⁇ m in thickness.
  • the wiring portions of Examples 1 to 3 are included in the wiring portion of the present invention.
  • Example 1 In the following manner, a wiring portion composed of the first conductive layer B / the second conductive layer A was manufactured on the upper surface of the base material. First, the first conductive paint B was screen printed on the upper surface of the substrate. Then, the formed coating film of the first conductive paint B was pre-dried to a semi-cured state. Next, the second conductive paint A was screen-printed on the upper surface of the semiconductive film of the first conductive paint B. Finally, the formed coating film was cured by heating to form two conductive layers A and B.
  • Example 2 The 1st conductive paint B in Example 1 was changed into the 1st conductive paint C, and the wiring part which consists of the 1st conductive layer C / the 2nd conductive layer A on the upper surface of the base material was manufactured.
  • Example 3 The 1st conductive paint B in Example 1 was changed into the 1st conductive paint D, and the wiring part which consists of the 1st conductive layer D / the 2nd conductive layer A on the upper surface of the base material was manufactured.
  • a first conductive paint B was screen-printed on the upper surface of the substrate, and the coating film was cured by heating to produce a wiring portion consisting only of the first conductive layer B.
  • Terminals were arranged at both ends in the length direction of the upper second conductive layer, and the electrical resistance when not stretched and the electrical resistance when stretched 50% after the stretch durability test were measured.
  • the stretch durability test was performed as follows. First, both ends of the base material on which the wiring portion was formed were sandwiched between a pair of jigs. Next, the wiring part was expanded and contracted by fixing one of the jigs and reciprocating the other at a speed of 50 mm / min. The expansion ratio of the wiring part was 50%, and the number of expansions / contractions was 7000 times. Table 2 shows the measurement results.
  • the wiring portion of the present invention including the first conductive layer and the second conductive layer has high conductivity in a natural state and small decrease in conductivity even after repeated expansion and contraction.
  • the load sensor of the present invention is suitable as a flexible sensor disposed on a car seat, wheelchair, mattress, carpet or the like. It is also suitable for artificial skin, motion capture for detecting human movement, information input devices such as a keyboard, and the like.

Abstract

　本発明の荷重センサ（１）は、荷重を検出する伸縮可能なセンサ部（１０）と、センサ部（１０）に接続される配線部（０１ｙ～０８ｙ）と、を備える。配線部（０１ｙ～０８ｙ）は、伸縮性を有する基材（３１）の表面に配置されエラストマーおよび導電性炭素粉末を含む第一導電層（３２）と、第一導電層（３２）に積層され、第一導電層（３２）よりも面積が小さく、エラストマーおよび金属粉末を含む第二導電層（３３）と、を有する。

Description

荷重センサ
　本発明は、伸縮可能なセンサ部および配線部を備える柔軟な荷重センサに関し、詳しくは、配線部の構造に関する。
　例えば、特許文献１には、伸縮可能な誘電層を挟んで表側電極と裏側電極とを交差するように配置した静電容量型センサが、開示されている。表裏方向に対向する表側電極と裏側電極との間には、複数の検出部が形成される。静電容量型センサに荷重が加わると、その部分の検出部の厚さ、すなわち、表側電極と裏側電極との間の距離が小さくなる。これにより、検出部の静電容量が大きくなる。このように、静電容量型センサによると、静電容量の変化に基づいて、荷重分布を検出することができる。
　特許文献１に記載された柔軟な静電容量型センサにおいては、荷重による誘電層の弾性変形を規制しないように、表側電極および裏側電極（以下、適宜まとめて「電極」と称す）や、電極と測定回路とを電気的に接続する配線は、エラストマーを母材とする導電材料から形成される。
特開２０１１－７５３２２号公報 特開２００５－３１７６３８号公報 特開２００４－０３１６４１号公報 特開平６－１９４６８０号公報
　配線の導電材としては、電気抵抗を小さくするという観点から、銀粉末が用いられる。具体的には、上記特許文献１に記載されているように、配線は、エラストマー分のポリマーに銀粉末を分散させた銀ペーストを、スクリーン印刷して形成される。センサの大きさとセンシングエリアとの関係上、配線を配置できるスペースは限られる。このため、一本一本の配線の幅が小さくなるように、銀ペーストを、できるだけ細く（幅を小さくして）印刷せざるを得ない。一方、配線の電気抵抗は小さい方がよい。加えて、配線には、繰り返される伸びや曲げに耐えられる耐久性も要求される。このため、銀ペーストを、できるだけ厚く印刷している。
　例えば、上記静電容量型センサを、自動車の座席や車椅子のシートセンサとして使用した場合、局所的に大きな荷重が加わりやすい。この場合、センサは大きく変形し、それに追従して配線も伸長される。上述したように、一本の配線の面積は小さい。また、電気抵抗を小さくするために、銀粉末が比較的多量に配合されているため、電極と比較して伸縮性に劣る。このため、局所的に大きな荷重が加わると、伸長により電気抵抗が著しく増加したり、断線するおそれがある。このように、柔軟なセンサにおいては、配線の耐久性向上が課題であるが、印刷法により形成できる厚さには限界がある。また、配線の厚さを大きくするだけでは、電気抵抗の増加や断線を抑制することは難しい。
　本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、伸縮可能で耐久性に優れた配線部を備える柔軟な荷重センサを提供することを課題とする。
　（１）上記課題を解決するため、本発明の荷重センサは、荷重を検出する伸縮可能なセンサ部と、該センサ部に接続される配線部と、を備え、該配線部は、伸縮性を有する基材の表面に配置されエラストマーおよび導電性炭素粉末を含む第一導電層と、該第一導電層に積層され、該第一導電層よりも面積が小さく、エラストマーおよび金属粉末を含む第二導電層と、を有することを特徴とする。
　配線部は、少なくとも第一導電層と第二導電層とが積層された二層構造を有する。第一導電層および第二導電層は、いずれもエラストマーを母材とする。このため、基材と共に伸縮可能である。また、補強効果がある導電性炭素粉末を含む第一導電層を、従来の配線に相当する第二導電層と基材との間に介在させることにより、第二導電層を補強することができる。そして、第一導電層は導電性炭素粉末を含むため、金属粉末を含む第二導電層よりも弾性率が小さい。基材と第二導電層との間に柔軟な第一導電層を介在させることにより、伸縮時に生じる応力を、第一導電層で吸収させて緩和することができる。加えて、第一導電層においては、第二導電層と比較して、伸長された場合の電気抵抗の増加が小さい。このため、伸長時に第二導電層の電気抵抗が増加しても、あるいはクラックが発生して導通が断たれたとしても、接触する第一導電層を通して導通を確保することができる。
　例えば、面積の大きさが異なる二層を貼着して積層させる場合、面積の小さい小面積層を先に形成すると、その上に積層される面積の大きい大面積層と小面積層の側面との間に隙間が生じやすく、その部分に伸縮時の応力が集中してしまう。この問題については、印刷法で形成することにより、解消される。しかし、印刷法により、小面積層を先に形成した場合、後から印刷される大面積層において、小面積層のエッジに当接する部分の厚さが薄くなってしまう、という問題がある。これでは、積層による充分な補強効果を得ることができない。
　この点、本発明の配線部によると、基材／第一導電層（面積大）／第二導電層（面積小）の順で積層される。つまり、先に大面積層を形成してから小面積層を形成する。このため、貼着、印刷のいずれの方法で形成しても、上記問題は生じない。したがって、積層による補強効果を充分に発揮させることができる。以上説明したように、本発明によると、配線部の耐久性が向上する。したがって、本発明の荷重センサは、耐久性に優れる。
　なお、上記特許文献２には、絶縁性基板と、絶縁性基板上に印刷されたカーボン回路と、カーボン回路上に印刷された銀ペースト製の配線回路と、を有する配線板が開示されている。しかし、特許文献２に記載されているのは、プリント配線板や実装回路基板等の配線板である。荷重センサとは異なり、この種の配線板には伸縮性は要求されない。よって、当然ながら、カーボン回路および配線回路にも、伸縮性は必要ではない。カーボン回路は、銀配線のマイグレーションを抑制する役割を果たすものに過ぎない。特許文献２においては、伸びや曲げに対する銀配線の耐久性は、問題にされていない。また、上記特許文献３、４には、カーボンペーストと銀ペーストの二層構造の導電層が開示されている。しかし、いずれの導電層においても、伸縮性は必要ではない。このため、伸びや曲げに対する銀配線の耐久性は、問題にされていない。
　（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記配線部において、前記第二導電層の一部は前記第一導電層に埋入されている構成とする方がよい。
　本構成によると、第一導電層と第二導電層との接触面積が大きくなり、両者の密着力が大きくなる。これにより、伸縮を繰り返しても、第一導電層と第二導電層とが剥離しにくい。また、第一導電層による第二導電層の補強効果も大きくなる。
　（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記第一導電層および前記第二導電層は、各々、印刷法により形成される構成とする方がよい。
　印刷法によると、長尺、細線、薄膜状の第一導電層および第二導電層を、容易に形成することができる。印刷法としては、例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等が挙げられる。なかでも、塗膜厚さの調整が容易であり、寸法精度も高いという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
　上述したように、第二導電層の面積は、第一導電層の面積よりも小さい。このため、印刷法を採用しても、面積の小さい薄膜の上に面積の大きい薄膜を印刷する場合に、上側の薄膜が薄肉化するという印刷段差の問題は、生じない。
　（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記配線部は、前記第一導電層を形成するための第一導電塗料を前記基材の表面に塗布した後、半硬化状態の該第一導電塗料の表面に前記第二導電層を形成するための第二導電塗料を塗布して形成される構成とする方がよい。
　本構成において、半硬化状態とは、塗布された塗料が完全に硬化する前の状態を意味する。第一導電塗料を完全に硬化させる前に第二導電塗料を塗布すると、第二導電塗料の塗布圧により、第一導電塗料の塗膜表面が凹む。この状態で第一導電塗料および第二導電塗料を硬化させることにより、第二導電層の一部が第一導電層に埋入した上記（２）の構成の配線部を、形成することができる。
　また、第二導電層の面積は、第一導電層の面積よりも小さい。例えば、本構成と逆の順番で印刷すると、すなわち、小面積の第二導電塗料の上に大面積の第一導電塗料を印刷すると、第一導電塗料に含まれる大量の溶剤が、半硬化状態の第二導電塗料の塗膜表面を覆うことになる。これにより、第二導電塗料の塗膜中のポリマー分や金属粉末が第一導電塗料側に滲んでしまい、金属粉末の分散状態にむらが生じたり、第二導電層の寸法が変化してしまうおそれがある。これに対して、本構成においては、まず、大面積の第一導電塗料を印刷し、その後に小面積の第二導電塗料を印刷する。したがって、第二導電塗料の滲みによる上記問題は生じにくい。すなわち、本構成によると、金属粉末の分散状態が良好な第二導電層を、高い寸法精度で形成することができる。
　（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記配線部は、さらに、前記第一導電層および前記第二導電層を被覆する保護層を有する構成とする方がよい。
　保護層で被覆することにより、第一導電層および第二導電層は、空気に触れにくくなる。これにより、第二導電層の金属粉末が酸化しにくい。よって、長期間使用しても、第二導電層の導電性は、低下しにくい。また、保護層で被覆することにより、配線部と外部との絶縁性を確保することができる。さらに、配線部の補強効果も期待できる。保護層の材質としては、配線部の伸縮性を阻害しないよう、伸縮可能なエラストマーを採用することが望ましい。
　（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記配線部は、測定回路に電気的に接続される接続端部を有し、該接続端部は、前記第二導電層を被覆するように前記第一導電層に積層され、樹脂および導電性炭素粉末を含む補強層を有する構成とする方がよい。
　伸縮する配線部をコネクタ等に接続した場合、配線部の接続端部に応力が集中しやすい。本構成によると、補強効果がある導電性炭素粉末を含む補強層が、接続端部に配置される。これにより、接続端部の強度が大きくなり、配線部の耐久性が向上する。
　（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記センサ部は、ポリマー製の誘電層と、該誘電層の表側に配置され、伸縮性を有する表側基材と、該表側基材の該誘電層側の裏面に配置されエラストマーおよび導電性炭素粉末を含む表側電極と、を有する表側シート部材と、該誘電層の裏側に配置され、伸縮性を有する裏側基材と、該裏側基材の該誘電層側の表面に配置されエラストマーおよび導電性炭素粉末を含む裏側電極と、を有する裏側シート部材と、を備え、該誘電層を挟んで対向する該表側電極と該裏側電極との間に形成される検出部の静電容量の変化から荷重を検出可能であり、前記配線部は、該表側基材の裏面に配置され該表側電極に接続される表側配線部と、該裏側基材の表面に配置され該裏側電極に接続される裏側配線部と、からなり、該表側配線部の前記第一導電層は該表側電極と連続して形成され、該裏側配線部の該第一導電層は該裏側電極と連続して形成される構成とする方がよい。
　本構成の荷重センサは、静電容量型センサであり、表側シート部材に配置される表側電極と、裏側シート部材に配置される裏側電極と、の間の距離（検出部の厚さ）の変化に伴う静電容量の変化から、荷重を検出する。ここで、表側配線部の第一導電層と表側電極とは、いずれも、エラストマーおよび導電性炭素粉末を含む。同様に、裏側配線部の第一導電層と裏側電極とは、いずれも、エラストマーおよび導電性炭素粉末を含む。したがって、第一導電層と、表側電極および裏側電極と、を同じ材料で形成することができる。すなわち、表側電極および裏側電極を各々延長するだけで、容易に第一導電層を形成することができる。
静電容量型センサの上面透過図である。 図１のＩＩ－ＩＩ方向分解断面図である。 図１の枠ＩＩＩ内の拡大図である。 図３のＩＶ－ＩＶ方向断面図である。 図３のＶ－Ｖ方向断面図である。 配線部の形成工程を示す断面図であり、（ａ）は第一導電塗料印刷工程を、（ｂ）は第二導電塗料印刷工程を、（ｃ）は保護層用塗料印刷工程を、（ｄ）は補強層用塗料印刷工程を示す。
１：静電容量型センサ（荷重センサ）、１０：センサ部、１１：誘電層、１２：融着部、２０：表側シート部材、２１：表側基材、３０：裏側シート部材、３１：裏側基材、３２：第一導電層、３３：第二導電層、３４：保護層、３５：補強層、３２０：凹部、３２１：第一導電塗料、３３０：端子部、３３１：第二導電塗料、３４１：保護層用塗料、３５１：補強層用塗料。
０１Ｘ～０８Ｘ：表側電極、０１Ｙ～０８Ｙ：裏側電極、０１ｘ～０８ｘ：表側配線部、２００ｘ：接続端部、０１ｙ～０８ｙ：裏側配線部、３００ｙ：接続端部、Ａ０１０１～Ａ０８０８：検出部。
　次に、本発明の荷重センサの実施の形態について説明する。
　［静電容量型センサの構成］
　まず、本発明の荷重センサの一実施形態である静電容量型センサの構成について説明する。図１に、本実施形態の静電容量型センサの上面透過図を示す。図２に、図１のＩＩ－ＩＩ方向分解断面図を示す。図３に、図１の枠ＩＩＩ内の拡大図を示す。図４に、図３のＩＶ－ＩＶ方向断面図を示す。図５に、図３のＶ－Ｖ方向断面図を示す。図１においては、表裏方向（厚さ方向）に積層される部材を透過して示す。図１、図３においては、保護層を省略して示す。
　図１、図２に示すように、本実施形態の静電容量型センサ１は、誘電層１１と、表側シート部材２０と、裏側シート部材３０と、を備えている。誘電層１１は、ウレタンフォーム製であって、長方形のシート状を呈している。誘電層１１の厚さは、３００μｍである。誘電層１１は、ＸＹ方向（左右および前後方向）に延在している。ウレタンフォームは、本発明における「ポリマー」に含まれる。表側シート部材２０と裏側シート部材３０とは、誘電層１１を挟んで積層されている。静電容量型センサ１において、センサ部１０は、誘電層１１を挟んで表側シート部材２０および裏側シート部材３０が積層された領域である。
　裏側シート部材３０は、誘電層１１の下側（裏側）に配置されている。裏側シート部材３０は、裏側基材３１と、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙと、裏側配線部０１ｙ～０８ｙと、を有している。裏側基材３１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製であって、長方形状を呈している。
　裏側電極０１Ｙ～０８Ｙは、裏側基材３１の上面（表面）に、合計８本形成されている。裏側電極０１Ｙ～０８Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ～０８Ｙは、各々、Ｘ方向（左右方向）に延在している。裏側電極０１Ｙ～０８Ｙは、Ｙ方向（前後方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。裏側電極０１Ｙ～０８Ｙは、各々、アクリルゴム、カーボンブラック、カーボンナノチューブを含んでいる。裏側電極０１Ｙ～０８Ｙの各々の左端部上面には、端子部３３０が配置されている。端子部３３０は、各々、長方形状を呈している。端子部３３０の一部は左方に延び、後述する裏側配線部０１ｙ～０８ｙの第二導電層３３に接続されている。端子部３３０は、第二導電層３３と同じ導電材料からなり、ウレタンゴムおよび銀粉末を含んでいる。
　裏側配線部０１ｙ～０８ｙは、裏側基材３１の上面に、合計８本形成されている。裏側配線部０１ｙ～０８ｙは、各々、直線状を呈している。裏側配線部０１ｙ～０８ｙは、各々、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙの左端部に接続されている。図３に一部を拡大して、また、図４に裏側配線部０１ｙの断面図を示すように、裏側配線部０１ｙ～０８ｙは、接続端部３００ｙを除いて、各々、第一導電層３２と、第二導電層３３と、保護層３４と、を有している。
　第一導電層３２は、裏側基材３１の上面に配置されている。第一導電層３２は、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙと同じ導電材料からなり、アクリルゴム、カーボンブラック、カーボンナノチューブを含んでいる。第一導電層３２は、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙの各々と連続して形成されている。第一導電層３２の幅は４ｍｍであり、厚さは１０μｍである。第一導電層３２の上面の表面粗さは、１．９８μｍである。第一導電層３２の未伸長時の体積抵抗率は２．０×１０－１Ω・ｃｍであり、５０％伸長時の体積抵抗率は７．０×１０－１Ω・ｃｍである。第一導電層３２を形成する導電材料の弾性率は、２０ＭＰａである。第一導電層３２の上面には、長手方向に延びる凹部３２０が形成されている。
　第二導電層３３は、第一導電層３２の上面に積層されている。第二導電層３３の下部は、第一導電層３２の凹部３２０に配置されている。第二導電層３３は、ウレタンゴムおよび銀粉末を含んでいる。第二導電層３３の幅は１ｍｍであり、第一導電層３２の幅よりも小さい。第二導電層３３の厚さは５０μｍである。第二導電層３３の体積抵抗率は、６．７×１０－５Ω・ｃｍであり、５０％伸長時の体積抵抗率は２．０×１０－３Ω・ｃｍである。第二導電層３３を形成する導電材料の弾性率は、１００ＭＰａである。第二導電層３３は、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙの端子部３３０の各々と連続して形成されている。
　保護層３４は、裏側基材３１の上面に、第一導電層３２および第二導電層３３を被覆するように配置されている。保護層３４は、シリコーンゴムからなる。
　裏側配線部０１ｙ～０８ｙの各々の前端部には、図示しない測定回路に電気的に接続される接続端部３００ｙが配置されている。図５に裏側配線部０１ｙの断面図を示すように、接続端部３００ｙは、各々、第一導電層３２と、第二導電層３３と、補強層３５と、を有している。補強層３５は、第二導電層３３を被覆するように第一導電層３２の上面に積層されている。第二導電層３３は、第一導電層３２と補強層３５との間に挟装されている。補強層３５は、ポリエステル樹脂およびカーボンブラックを含んでいる。
　表側シート部材２０は、誘電層１１の上側（表側）に配置されている。表側シート部材２０は、表側基材２１と、表側電極０１Ｘ～０８Ｘと、表側配線部０１ｘ～０８ｘと、を有している。表側基材２１は、ＰＥＴ製であって、裏側基材３１と同じ長方形状を呈している。
　表側電極０１Ｘ～０８Ｘは、表側基材２１の下面（裏面）に、合計８本形成されている。表側電極０１Ｘ～０８Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ～０８Ｘは、各々、Ｙ方向（前後方向）に延在している。表側電極０１Ｘ～０８Ｘは、Ｘ方向（左右方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。表側電極０１Ｘ～０８Ｘは、各々、アクリルゴム、カーボンブラック、カーボンナノチューブを含んでいる。表側電極０１Ｘ～０８Ｘの各々の前端部下面には、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙと同様に、端子部が配置されている。端子部の一部は前方に延び、後述する表側配線部０１ｘ～０８ｘの第二導電層に接続されている。
　表側配線部０１ｘ～０８ｘは、表側基材２１の下面に、合計８本形成されている。表側配線部０１ｘ～０８ｘは、各々、直線状を呈している。表側配線部０１ｘ～０８ｘは、各々、表側電極０１Ｘ～０８Ｘの前端部に接続されている。表側配線部０１ｘ～０８ｘの構成は、裏側配線部０１ｙ～０８ｙの構成と同じである。よって、以下、簡単に説明する。
　表側配線部０１ｘ～０８ｘは、接続端部２００ｘを除いて、各々、第一導電層と、第二導電層と、保護層と、を有している。第一導電層は、表側基材２１の下面に配置されている。第一導電層は、表側電極０１Ｘ～０８Ｘと同じ導電材料からなり、表側電極０１Ｘ～０８Ｘの各々と連続して形成されている。第一導電層の下面には、長手方向に延びる凹部が形成されている。第二導電層は、第一導電層の下面に積層されている。第二導電層の上部は、第一導電層の凹部に配置されている。第二導電層の幅は、第一導電層の幅よりも小さい。第二導電層は、表側電極０１Ｘ～０８Ｘの端子部の各々と連続して形成されている。保護層は、表側基材２１の下面に、第一導電層および第二導電層を被覆するように配置されている。
　表側配線部０１ｘ～０８ｘの各々の左端部には、図示しない測定回路に電気的に接続される接続端部２００ｘが配置されている。接続端部２００ｘは、各々、第一導電層と、第二導電層と、補強層と、を有している。補強層は、第二導電層を被覆するように第一導電層の下面に積層されている。第二導電層は、第一導電層と補強層との間に挟装されている。
　表側シート部材２０および裏側シート部材３０の周縁部には、図１にハッチングで示すように、複数の融着部１２が配置されている。複数の融着部１２は、誘電層１１の周囲を囲うように、点線状に配置されている。表側シート部材２０と裏側シート部材３０は、融着部１２において、接合されている。
　検出部Ａ０１０１～Ａ０８０８は、表側電極０１Ｘ～０８Ｘと、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙと、が上下方向から見て交差する部分（重複する部分）に配置されている。検出部Ａ０１０１～Ａ０８０８は、各々、表側電極０１Ｘ～０８Ｘの一部と、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙの一部と、誘電層１１の一部と、を備えている。検出部Ａ０１０１～Ａ０８０８は、合計６４個（＝８個×８個）配置されている。検出部Ａ０１０１～Ａ０８０８は、誘電層１１の略全面に亘って、略等間隔に配置されている。検出部Ａ０１０１～Ａ０８０８を包囲するセンサ部１０において、荷重分布が検出される。検出部の符合「Ａ○○△△」中、上二桁の「○○」は、表側電極０１Ｘ～０８Ｘに対応している。下二桁の「△△」は、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙに対応している。
　［静電容量型センサの製造方法］
　次に、本実施形態の静電容量型センサ１の製造方法について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１の製造方法は、シート部材作製工程と、積層工程と、融着工程と、を有している。
　シート部材作製工程においては、表側基材２１に、表側電極０１Ｘ～０８Ｘおよび表側配線部０１ｘ～０８ｘを形成して、表側シート部材２０を作製する。同様に、裏側基材３１に、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙおよび裏側配線部０１ｙ～０８ｙを形成して、裏側シート部材３０を作製する。
　まず、次の四種類の塗料を調製する。
（１）表側電極０１Ｘ～０８Ｘ、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙ、表側配線部０１ｘ～０８ｘおよび裏側配線部０１ｙ～０８ｙの第一導電層、を形成するための第一導電塗料。
（２）表側配線部０１ｘ～０８ｘおよび裏側配線部０１ｙ～０８ｙの第二導電層を形成するための第二導電塗料。
（３）保護層３４を形成するための保護層用塗料。
（４）補強層３５を形成するための補強層用塗料。
　次に、調製した四種類の塗料を、適宜、表側基材２１の下面（図１における下面。印刷時には上向きに配置する。）にスクリーン印刷して、加熱硬化させることにより、表側電極０１Ｘ～０８Ｘおよび表側配線部０１ｘ～０８ｘを形成する。同様に、調製した四種類の塗料を、適宜、裏側基材３１の上面にスクリーン印刷して、加熱硬化させることにより、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙおよび裏側配線部０１ｙ～０８ｙを形成する。
　一例として、図６に、裏側配線部０１ｙの形成工程を示す。図６（ａ）に示すように、裏側基材３１の上面に、第一導電塗料３２１をスクリーン印刷する。その後、形成された第一導電塗料３２１の塗膜を予備乾燥して、半硬化状態にする。続いて、図６（ｂ）に示すように、半硬化状態の第一導電塗料３２１の塗膜の上面に、第二導電塗料３３１をスクリーン印刷する。この際、第二導電塗料３３１の塗布圧により、第一導電塗料３２１の塗膜の上面が押圧され、上面に凹部３２０が形成される。これにより、第二導電塗料３３１の塗膜の下部は、第一導電塗料３２１の塗膜に埋入される。その後、形成された第二導電塗料３３１の塗膜を予備乾燥して、半硬化状態にする。次に、接続端部３００ｙ以外の部分においては、図６（ｃ）に示すように、半硬化状態の第一導電塗料３２１の塗膜および第二導電塗料３３１の塗膜を被覆するように、保護層用塗料３４１を、裏側基材３１の上面にスクリーン印刷する。また、接続端部３００ｙにおいては、図６（ｄ）に示すように、半硬化状態の第二導電塗料３３１の塗膜を被覆するように、補強層用塗料３５１を、第一導電塗料３２１の塗膜の上面にスクリーン印刷する。そして、形成した塗膜を、加熱により硬化して、裏側配線部０１ｙを形成する。この際、端子部３３０を含む裏側電極０１Ｙも、同時に形成される。
　積層工程においては、下から順に、裏側シート部材３０、誘電層１１、および表側シート部材２０を積層する。すなわち、裏側基材３１の上面に形成した裏側電極０１Ｙ～０８Ｙと、表側基材２１の下面に形成した表側電極０１Ｘ～０８Ｘと、の間に誘電層１１が介装されるように、裏側シート部材３０、誘電層１１、および表側シート部材２０を積層する。
　融着工程においては、積層された表側シート部材２０および裏側シート部材３０の周縁部を、所定の間隔でスポット融着する（図１の融着部１２参照）。このようにして、本実施形態の静電容量型センサ１を製造する。
　［静電容量型センサの動き］
　次に、本実施形態の静電容量型センサ１の動きについて説明する。まず、静電容量型センサ１に荷重が加わる前（初期状態）に、表側電極０１Ｘ～０８Ｘ、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙに電圧を印加して、検出部Ａ０１０１～Ａ０８０８ごとに、静電容量Ｃを算出する。すなわち、検出部Ａ０１０１から検出部Ａ０８０８までを、あたかも走査するように、静電容量Ｃを算出する。続いて、静電容量型センサ１に荷重が加わった後も同様に、検出部Ａ０１０１～Ａ０８０８ごとに、静電容量Ｃを算出する。荷重が加わった部分の検出部においては、表側電極と裏側電極との距離が小さくなる。これにより、当該検出部の静電容量Ｃは、大きくなる。この静電容量Ｃの変化量ΔＣから、検出部Ａ０１０１～Ａ０８０８ごとの荷重が算出される。
　［作用効果］
　次に、本実施形態の静電容量型センサ１の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１によると、裏側配線部０１ｙ～０８ｙは、各々、第一導電層３２と第二導電層３３とを有する。同様に、表側配線部０１ｘ～０８ｘも、各々、第一導電層と第二導電層とを有する。裏側配線部０１ｙ～０８ｙと表側配線部０１ｘ～０８ｘとは、構成が同じであるため、同じ作用効果を奏する。よって、ここでは両者を代表して、裏側配線部０１ｙ～０８ｙの作用効果を説明する。
　第一導電層３２および第二導電層３３は、いずれもエラストマーを母材とする。このため、裏側基材３１と共に伸縮可能である。また、補強効果がある導電性炭素粉末（カーボンブラック、カーボンナノチューブ）を含む第一導電層３２を、従来の配線に相当する第二導電層３３と裏側基材３１との間に介在させることにより、第二導電層３３を補強することができる。ここで、第一導電層３２の弾性率は、第二導電層３３の弾性率よりも小さい。したがって、裏側基材３１と第二導電層３３との間に、柔軟な第一導電層３２を介在させることにより、伸縮時に生じる応力を、第一導電層３２で吸収させて緩和することができる。加えて、第一導電層３２においては、第二導電層３３と比較して、伸長された場合の電気抵抗の増加が小さい。このため、伸長時に第二導電層３３の電気抵抗が増加しても、あるいはクラックが発生して導通が断たれたとしても、接触する第一導電層３２を通して導通を確保することができる。
　第一導電層３２および第二導電層３３は、各々、スクリーン印刷法により形成される。ここで、第二導電層３３の面積は、第一導電層３２の面積よりも小さい。このため、面積の小さい薄膜の上に面積の大きい薄膜を印刷する場合に、上側の薄膜が薄肉化するという印刷段差の問題は、生じない。したがって、積層による補強効果を充分に発揮させることができる。また、第一導電層３２と、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙと、は同じ材料から形成される。このため、裏側電極０１Ｙ～０８Ｙを各々延長するだけで、容易に第一導電層３２を形成することができる。
　裏側配線部０１ｙ～０８ｙは、第一導電塗料３２１を裏側基材３１の上面に塗布し、第一導電塗料３２１を完全に硬化する前に第二導電塗料３３１を塗布して形成される。これにより、第一導電層３２の上面に凹部３２０が形成され、第二導電層３３の下部が凹部３２０に埋入される。したがって、第一導電層３２と第二導電層３３との接触面積が大きくなり、両者の密着力が大きくなる。よって、伸縮を繰り返しても、第一導電層３２と第二導電層３３とが剥離しにくい。また、第一導電層３２による第二導電層３３の補強効果も大きくなる。また、大面積の第一導電塗料３２１を印刷し、その後に小面積の第二導電塗料３３１を印刷する。したがって、第二導電塗料３３１のポリマー分や銀粉末が、第一導電塗料３２１側に滲むおそれは小さい。したがって、銀粉末の分散状態が良好な第二導電層３３を、高い寸法精度で形成することができる。
　第一導電層３２の上面（第二導電層３３が積層される面）の表面粗さは、１．９８μｍである。当該表面粗さの値は、第一導電層３２の厚さの約１／５である。第一導電層３２の上面の表面粗さが大きいため、アンカー効果により、第一導電層３２と第二導電層３３との密着力は大きい。したがって、伸縮を繰り返しても、第一導電層３２と第二導電層３３とが剥離しにくい。
　裏側配線部０１ｙ～０８ｙは、接続端部３００ｙを除いて、保護層３４を有する。これにより、裏側配線部０１ｙ～０８ｙは、さらに補強される。また、第二導電層３３に含まれる銀粉末の酸化が抑制される。よって、長期間使用しても、第二導電層３３の導電性は、低下しにくい。また、保護層３４は絶縁性を有するため、裏側配線部０１ｙ～０８ｙと外部との絶縁性を確保することができる。一方、裏側配線部０１ｙ～０８ｙの接続端部３００ｙは、補強層３５を有する。これにより、接続端部３００ｙの強度が大きくなり、裏側配線部０１ｙ～０８ｙの耐久性がより向上する。
　このように、静電容量型センサ１においては、表側配線部０１ｘ～０８ｘおよび裏側配線部０１ｙ～０８ｙの耐久性が高い。したがって、静電容量型センサ１は、耐久性に優れる。
　＜その他＞
　以上、本発明の荷重センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
　上記実施形態においては、本発明の荷重センサを静電容量型センサとして具現化した。しかし、本発明の荷重センサのセンサ部は、静電容量を検出する構成に限定されるものではない。例えば、センサ部を、圧力により電気抵抗が変化する感圧導電エラストマー等から構成してもよい。また、静電容量型センサの場合でも、上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、表側シート部材、裏側シート部材を備えずに、誘電層の表裏両面に、各々、電極および配線部を配置してもよい。
　誘電層や保護層としては、エラストマーまたは樹脂を用いればよい。例えば、静電容量を大きくするという観点では、比誘電率が高いものが望ましい。好適なエラストマーとしては、例えばシリコーンゴム、アクリロニトリル－ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム等が挙げられる。また、好適な樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン(架橋発泡ポリスチレンを含む)、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン共重合体、エチレン－酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。ポリプロピレンとしては、ポリエチレン（ＰＥ）および／またはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）により変性したポリプロピレン(変性ＰＰ)を用いてもよい。また、これらの樹脂の二種以上を含むポリマーアロイまたはポリマーブレンドを用いてもよい。
　配線部が形成される基材としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の樹脂フィルム、エラストマーシート、伸縮布等が挙げられる。上記実施形態においては、配線部を、保護層または補強層を含んで構成した。しかし、保護層、補強層は無くてもよい。
　配線部の第一導電層および第二導電層を構成するエラストマーとしては、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、エチレン－プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン－ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル－ブタジエン共重合ゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等が好適である。両層のエラストマーは、同じでも異なっていてもよい。
　第一導電層の導電性炭素粉末としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト等が挙げられる。これらの一種を単独で、あるいは二種以上を混合して用いればよい。例えば、第一導電層の未伸長時の体積抵抗率は、１×１０１Ω・ｃｍ以下であることが望ましい。第一導電層を形成する導電材料の未伸長時の体積抵抗率は、第二導電層を形成する導電材料の未伸長時の体積抵抗率より、大きくてもよい。しかし、第一導電層の未伸長時の体積抵抗率と、第二導電層の未伸長時の体積抵抗率と、の差は５桁以下であることが望ましい。
　第一導電層の体積抵抗率は、伸長しても増加しにくいことが望ましい。例えば、未伸長時に対する５０％伸長時の体積抵抗率の変化が、１０倍以下であることが望ましい。また、柔軟性を高めて伸縮しやすくするという観点から、弾性率は５０ＭＰａ以下であることが望ましい。このような特性を実現するために、導電性炭素粉末の種類および配合量を、適宜調整すればよい。例えば、導電性炭素粉末の配合量は、エラストマーの１００質量部に対して、１０質量部以上であることが望ましい。一方、導電性炭素粉末の配合量が多くなると柔軟性が低下する。よって、導電性炭素粉末の配合量は、エラストマーの１００質量部に対して、１００質量部以下であることが望ましい。
　第一導電層と第二導電層との界面に凹凸があると、両層の密着力が大きくなる。すなわち、導電層の積層面の表面粗さが大きいと、アンカー効果により、伸縮を繰り返しても、導電層が剥離しにくい。また、積層される導電層同士の密着力が大きいと、伸縮時の応力が一方の導電層だけでなく導電層全体に伝達されるため、導電層全体としての耐久性が向上する。アンカー効果による密着性向上効果を得るためには、例えば、第一導電層の表面粗さを、自身の厚さの１／２００以上にするとよい。一方、凹凸が大き過ぎると、凹部（層が薄い部分）に応力が集中しやすくなり、クラックが生じるおそれがある。よって、第一導電層の表面粗さを、自身の厚さの２倍以下にするとよい。
　本明細書においては、第一導電層の表面粗さとして、次の方法により算出された値を採用する。まず、配線部の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、第一導電層の界面の基準線を決定する。次に、基準線から突出した山部の面積の総和（Ｓ１）と、凹んだ谷部の面積の総和（Ｓ２）と、を算出する。そして、次式（１）により、表面粗さを算出する。
表面粗さ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／基準線の長さ・・・（１）
　第二導電層の金属粉末としては、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金等が挙げられる。これらの一種を単独で、あるいは二種以上を混合して用いればよい。なかでも、銀粉末が好適である。導電性をより高くするという観点から、第二導電層の未伸長時の体積抵抗率は、５×１０－２Ω・ｃｍ以下、さらには１×１０－３Ω・ｃｍ以下であると好適である。
　金属粉末の配合量は、所望の体積抵抗率になるように適宜決定すればよい。例えば、エラストマーの１００質量部に対して、１００質量部以上であることが望ましい。一方、金属粉末の配合量が多くなると柔軟性が低下する。よって、金属粉末の配合量は、エラストマーの１００質量部に対して、５００質量部以下であることが望ましい。
　次に、配線部を構成する第一導電層および第二導電層の実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
　＜第二導電塗料Ａの調製＞
　次のようにして第二導電塗料Ａを調製した。まず、ウレタンゴムポリマー（東洋紡（株）製「バイロン（登録商標）ＢＸ１００１」）１００質量部を、溶剤のブチルカルビトールアセテートに溶解させた。このウレタンゴム溶液に、銀粉末（福田金属箔粉工業（株）製「Ａｇ－ＸＦ３０１」）４００質量部を添加して、攪拌した。
　＜第一導電塗料Ｂ～Ｄの調製＞
　次のようにして第一導電塗料Ｂを調製した。まず、アクリルゴムポリマー（日本ゼオン（株）製「ニポール（登録商標）ＡＲ４２Ｗ」）１００質量部と、架橋剤のエチレンジアミン０．１質量部と、をロール練り機にて混合し、アクリルゴム組成物を調製した。続いて、調製したアクリルゴム組成物を、ブチルカルビトールアセテートに溶解させて、アクリルゴム溶液を調製した。このアクリルゴム溶液に、カーボンナノチューブ（昭和電工（株）製「ＶＧＣＦ（登録商標）」）２０質量部、およびカーボンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル（株）製「ケッチェンブラックＥＣ３００ＪＤ」）１７質量部を添加して、撹拌した。また、カーボンナノチューブおよびカーボンブラックの配合量を変更した以外は、第一導電塗料Ｂと同様にして、第一導電塗料Ｃ、Ｄを調製した。
　＜導電層の物性および表面粗さの測定＞
　調製した各導電塗料を基材（離型ＰＥＴフィルム）にバーコート印刷して、Ａ～Ｄの導電層を製造した。そして、各導電層の弾性率、切断時伸び、未伸長時の体積抵抗率、５０％伸長時の体積抵抗率、および表面粗さを測定した。測定方法は次の通りである。各導電層の組成、および物性等の測定結果を、下記表１に示す。表１中、原料の配合量の単位は質量部である。
　［弾性率］
　ＪＩＳ　Ｋ７１２７（１９９９）に準じた引張試験を行って、得られた応力－伸び曲線から弾性率を算出した。試験片にはタイプ２を使用した。
　［切断時伸び］
　ＪＩＳ　Ｋ６２５１（２０１０）に準じた引張試験を行って、切断時伸び（Ｅｂ）を算出した。試験片にはダンベル状５号形を使用し、伸長速度は１００ｍｍ／ｍｉｎとした。
　［体積抵抗率］
　ＪＩＳ　Ｋ６２７１（２００８）の平行端子電極法に準じて、体積抵抗率を測定した。未伸長時の電極間距離は、１０ｍｍとした。試験片を支持する絶縁樹脂製支持具には、市販のシリコーンゴムシート（クレハエラストマー（株）製）を用いた。
　［表面粗さ］
　導電層の断面のＳＥＭ写真から、上述した式（１）により、表面粗さを算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜配線部の製造＞
　基材の上面に、第一導電塗料Ｂ～Ｄのうちの一つから第一導電層を形成し、その上に第二導電塗料Ａから第二導電層を形成して、二層からなる配線部を製造した。基材には、ウレタンエラストマーシートを使用した。第一導電塗料Ｂ～Ｄのいずれかから形成される第一導電層の大きさは、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１０μｍとした。第二導電塗料Ａから形成される第二導電層の大きさは、幅２ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ２５μｍとした。実施例１～３の配線部は、本発明の配線部に含まれる。
　［実施例１］
　次のようにして、基材の上面に第一導電層Ｂ／第二導電層Ａからなる配線部を製造した。まず、基材の上面に、第一導電塗料Ｂをスクリーン印刷した。そして、形成された第一導電塗料Ｂの塗膜を予備乾燥して、半硬化状態にした。次に、半硬化状態の第一導電塗料Ｂの塗膜の上面に、第二導電塗料Ａをスクリーン印刷した。最後に、形成した塗膜を、加熱により硬化して、Ａ、Ｂ二層の導電層を形成した。
　［実施例２］
　実施例１における第一導電塗料Ｂを第一導電塗料Ｃに変更して、基材の上面に第一導電層Ｃ／第二導電層Ａからなる配線部を製造した。
　［実施例３］
　実施例１における第一導電塗料Ｂを第一導電塗料Ｄに変更して、基材の上面に第一導電層Ｄ／第二導電層Ａからなる配線部を製造した。
　［比較例１］
　基材の上面に、第一導電塗料Ｂをスクリーン印刷し、加熱により塗膜を硬化して、第一導電層Ｂのみからなる配線部を製造した。
　［比較例２］
　基材の上面に、第二導電塗料Ａをスクリーン印刷し、加熱により塗膜を硬化して、第二導電層Ａのみからなる配線部を製造した。
　＜電気抵抗の測定＞
　上側の第二導電層の長さ方向両端部に端子を配置して、未伸長時の電気抵抗と、伸縮耐久試験後の５０％伸長時の電気抵抗と、を測定した。伸縮耐久試験は、次のようにして行った。まず、配線部が形成された基材の両端部を、一対のジグで挟持した。次に、ジグの一方を固定し、他方を５０ｍｍ／分の速度で往復動させることにより、配線部を伸縮させた。配線部の伸長率は５０％とし、伸縮回数は７０００回とした。表２に、測定結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、第一導電層および第二導電層を備える実施例１～３の配線部においては、初期（未伸長時）の電気抵抗が小さく、かつ、伸縮を７０００回繰り返した後の５０％伸長時の電気抵抗も、初期の体積抵抗率の１０５倍以下であった。これに対して、第一導電層のみを備える比較例１の配線部においては、伸縮を７０００回繰り返した後に５０％伸長させても、電気抵抗の増加は小さかった。しかし、比較例１の配線部は、初期の電気抵抗が大きいため、配線には適さない。また、第二導電層のみを備える比較例２の配線部においては、初期の電気抵抗は小さいものの、伸縮を７０００回繰り返した後に５０％伸長させると、電気抵抗が大幅に増加した。
　以上より、第一導電層および第二導電層を備える本発明の配線部においては、自然状態における導電性が高く、かつ、伸縮を繰り返しても導電性の低下が小さいことが、確認された。
　本発明の荷重センサは、自動車の座席、車椅子、マットレス、カーペット等に配置される柔軟なセンサとして好適である。また、人工皮膚、人の動きを検出するモーションキャプチャ、キーボード等の情報入力デバイス等にも好適である。

Claims (7)

  1. 　荷重を検出する伸縮可能なセンサ部と、
    　該センサ部に接続される配線部と、
    を備え、
    　該配線部は、
    　伸縮性を有する基材の表面に配置されエラストマーおよび導電性炭素粉末を含む第一導電層と、
    　該第一導電層に積層され、該第一導電層よりも面積が小さく、エラストマーおよび金属粉末を含む第二導電層と、
    を有することを特徴とする荷重センサ。
  2. 　前記配線部において、前記第二導電層の一部は前記第一導電層に埋入されている請求項１に記載の荷重センサ。
  3. 　前記第一導電層および前記第二導電層は、各々、印刷法により形成される請求項１または請求項２に記載の荷重センサ。
  4. 　前記配線部は、前記第一導電層を形成するための第一導電塗料を前記基材の表面に塗布した後、半硬化状態の該第一導電塗料の表面に前記第二導電層を形成するための第二導電塗料を塗布して形成される請求項３に記載の荷重センサ。
  5. 　前記配線部は、さらに、前記第一導電層および前記第二導電層を被覆する保護層を有する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の荷重センサ。
  6. 　前記配線部は、測定回路に電気的に接続される接続端部を有し、
    　該接続端部は、前記第二導電層を被覆するように前記第一導電層に積層され、樹脂および導電性炭素粉末を含む補強層を有する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の荷重センサ。
  7. 　前記センサ部は、
    　ポリマー製の誘電層と、
    　該誘電層の表側に配置され、伸縮性を有する表側基材と、該表側基材の該誘電層側の裏面に配置されエラストマーおよび導電性炭素粉末を含む表側電極と、を有する表側シート部材と、
    　該誘電層の裏側に配置され、伸縮性を有する裏側基材と、該裏側基材の該誘電層側の表面に配置されエラストマーおよび導電性炭素粉末を含む裏側電極と、を有する裏側シート部材と、
    を備え、該誘電層を挟んで対向する該表側電極と該裏側電極との間に形成される検出部の静電容量の変化から荷重を検出可能であり、
    　前記配線部は、該表側基材の裏面に配置され該表側電極に接続される表側配線部と、該裏側基材の表面に配置され該裏側電極に接続される裏側配線部と、からなり、
    　該表側配線部の前記第一導電層は該表側電極と連続して形成され、該裏側配線部の該第一導電層は該裏側電極と連続して形成される請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の荷重センサ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016153729A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 住友理工株式会社 変形量測定構造体
JP2021104671A (ja) * 2016-03-08 2021-07-26 東洋紡株式会社 積層体

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6469484B2 (ja) * 2015-03-13 2019-02-13 セイコーインスツル株式会社 ひずみセンサ
JP6325482B2 (ja) * 2015-04-06 2018-05-16 バンドー化学株式会社 静電容量型センサシート及びセンサ装置
KR102243967B1 (ko) * 2016-05-12 2021-04-26 알프스 알파인 가부시키가이샤 입력 장치
DE112018004105T5 (de) * 2017-08-10 2020-07-09 Joyson Safety Systems Acquisition Llc Insassendetektionssystem

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH069167U (ja) * 1992-07-02 1994-02-04 日本航空電子工業株式会社 可撓性回路基板
JPH06194680A (ja) 1992-12-24 1994-07-15 Casio Comput Co Ltd 液晶フィルム基板
JP2004031641A (ja) 2002-06-26 2004-01-29 Nec Toppan Circuit Solutions Inc 印刷配線板及びその製造方法並びに半導体装置
JP2005317638A (ja) 2004-04-27 2005-11-10 Alps Electric Co Ltd 配線板
JP2010043881A (ja) * 2008-08-08 2010-02-25 Tokai Rubber Ind Ltd 静電容量型面圧分布センサ
JP2010212616A (ja) * 2009-03-12 2010-09-24 Nec Corp 電極パッド及びその製造方法、回路配線体及びその製造方法、並びに、はんだ継手構造及びその方法
JP2011075322A (ja) 2009-09-29 2011-04-14 Tokai Rubber Ind Ltd 静電容量型センサ
WO2012050128A1 (ja) * 2010-10-13 2012-04-19 東海ゴム工業株式会社 柔軟導電材料、およびそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド
JP2012117892A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Tokai Rubber Ind Ltd 変形センサ、キャリブレーション方法、キャリブレーション用プログラム
JP2012163348A (ja) * 2011-02-03 2012-08-30 Tokai Rubber Ind Ltd 静電容量型面状センサ

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4492949A (en) * 1983-03-18 1985-01-08 Barry Wright Corporation Tactile sensors for robotic gripper and the like
JPH01282802A (ja) * 1988-05-09 1989-11-14 Toshiba Silicone Co Ltd 感圧抵抗素子
ES2294934B1 (es) * 2006-07-06 2008-11-16 Fundacio Privada Per A La Innovacio Textil D'igualada Sensor textil de esfuerzos de presion y/o tension y/o torsion.

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH069167U (ja) * 1992-07-02 1994-02-04 日本航空電子工業株式会社 可撓性回路基板
JPH06194680A (ja) 1992-12-24 1994-07-15 Casio Comput Co Ltd 液晶フィルム基板
JP2004031641A (ja) 2002-06-26 2004-01-29 Nec Toppan Circuit Solutions Inc 印刷配線板及びその製造方法並びに半導体装置
JP2005317638A (ja) 2004-04-27 2005-11-10 Alps Electric Co Ltd 配線板
JP2010043881A (ja) * 2008-08-08 2010-02-25 Tokai Rubber Ind Ltd 静電容量型面圧分布センサ
JP2010212616A (ja) * 2009-03-12 2010-09-24 Nec Corp 電極パッド及びその製造方法、回路配線体及びその製造方法、並びに、はんだ継手構造及びその方法
JP2011075322A (ja) 2009-09-29 2011-04-14 Tokai Rubber Ind Ltd 静電容量型センサ
WO2012050128A1 (ja) * 2010-10-13 2012-04-19 東海ゴム工業株式会社 柔軟導電材料、およびそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド
JP2012117892A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Tokai Rubber Ind Ltd 変形センサ、キャリブレーション方法、キャリブレーション用プログラム
JP2012163348A (ja) * 2011-02-03 2012-08-30 Tokai Rubber Ind Ltd 静電容量型面状センサ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016153729A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 住友理工株式会社 変形量測定構造体
JP2021104671A (ja) * 2016-03-08 2021-07-26 東洋紡株式会社 積層体
JP7168018B2 (ja) 2016-03-08 2022-11-09 東洋紡株式会社 積層体

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