WO2020066121A1 - 静電容量センサ、その製造方法、および静電容量センサ用網目状柔軟電極 - Google Patents

静電容量センサ、その製造方法、および静電容量センサ用網目状柔軟電極 Download PDF

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WO2020066121A1
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capacitance sensor
mesh
electrode
insulating layer
polymer
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正義 中野
翼 篠塚
伊藤　弘昭
成亮 高松
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住友理工株式会社
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    • H03K2217/960775—Emitter-receiver or "fringe" type detection, i.e. one or more field emitting electrodes and corresponding one or more receiving electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a capacitance sensor and a method for manufacturing the same, and particularly to an electrode layer of the capacitance sensor.
  • Patent Literatures 1 and 2 disclose a capacitance sensor disposed on a rim (grip) of a steering wheel.
  • the sensor includes a shield layer and a sensor layer, and detects whether the driver has contacted the steering wheel based on a change in capacitance generated between the occupant and the sensor layer.
  • FIG. 5 is a radial cross-sectional view of a conventional steering wheel including a capacitance sensor.
  • the steering wheel 9 includes a core body 20, a heater layer 30, a capacitance sensor 90, and a skin 40.
  • the steering wheel 9 has a laminated structure in which a plurality of layers are laminated radially outward from the core body 20.
  • the heater layer 30 covers the outer peripheral surface of the core 20.
  • the capacitance sensor 90 covers the outer peripheral surface of the heater layer 30.
  • the skin 40 covers the outer peripheral surface of the capacitance sensor 90. What the driver touches is the skin 40.
  • the capacitance sensor 90 has a detection electrode layer 91, a shield electrode layer 92, and an insulating layer 93.
  • the detection electrode layer 91 is arranged on the side of the skin 40 and generates capacitance between the detection electrode layer 91 and the driver's hand (detection target).
  • the shield electrode layer 92 is disposed on the heater layer 30 side, and shields noise from the heater layer 30.
  • the insulating layer 93 is disposed between the detection electrode layer 91 and the shield electrode layer 92.
  • the detection electrode layer 91 and the insulating layer 93 are bonded by an adhesive layer 94, and the shield electrode layer 92 and the insulating layer 93 are bonded by an adhesive layer 95.
  • the heater layer 30 and the shield electrode layer 92 are adhered by the adhesive layer 31, and the skin 40 and the detection electrode layer 91 are adhered by the adhesive layer 41.
  • Patent Document 1 a metal such as silver or copper or a carbon material is used as a material of the electrode layer.
  • metals and carbon materials do not have flexibility and are difficult to stretch. For this reason, as described in the literature, the shape of the sensor is devised.
  • Patent Document 2 describes that a material obtained by mixing metal powder with rubber or resin is used as a material of a shield electrode layer. However, the flexibility of these materials is not sufficient, and when stretched, the contact of the metal powder (conductive material) is interrupted, and the conductivity tends to decrease or break.
  • Patent Literature 5 describes that an electrode layer can be formed by knitting a carbon material or a metal into a mesh shape.
  • these conductive cloths have poor flexibility. For this reason, it is difficult to wind around the steering wheel, and when it is extended, the conductivity is impaired.
  • conductive cloths are relatively expensive. When the conductive cloth is treated from the viewpoint of recycling, there is also a problem that it is difficult to reuse the conductive cloth because the metal remains after incineration or the metal remains as a foreign substance in the melt.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can be used as an electrode layer of a capacitance sensor, has flexibility, and is less likely to cause deterioration in conductivity and breakage even when stretched.
  • the task is to provide Another object of the present invention is to provide a capacitance sensor using the electrode and having excellent flexibility, and a method of manufacturing the same at low cost.
  • a capacitance sensor is a capacitance sensor including two electrode layers and an insulating layer disposed between the electrode layers. At least one of the layers is formed of a mesh-like flexible electrode having a mesh shape made of a conductive polymer, and the conductive polymer has a polymer and a conductive material dispersed in the polymer, and has an elastic modulus. It is characterized by being at most 1000 MPa.
  • a method for manufacturing a capacitance sensor according to the present invention includes two electrode layers and an insulating layer disposed between the electrode layers, and the two electrode layers are electrically conductive.
  • the conductive polymer comprises a polymer and a conductive material dispersed in the polymer, and has a modulus of elasticity of 1000 MPa or less.
  • a manufacturing method comprising: an electrode manufacturing step of manufacturing the mesh-like flexible electrode; and a laminating step of stacking the mesh-like flexible electrode on both front and back surfaces of the insulating layer.
  • a mesh-like flexible electrode for a capacitance sensor has a polymer and a conductive material dispersed in the polymer, and has a modulus of elasticity of 1000 MPa or less. Characterized by having a mesh shape.
  • the capacitance sensor according to the present invention includes a mesh-like flexible electrode as an electrode layer.
  • the mesh-like flexible electrode is made of a conductive polymer having a relatively small elastic modulus, and has a mesh shape. Therefore, it has high flexibility and is hard to be broken even if it is greatly extended, and the conductivity is hardly reduced. Therefore, the capacitance sensor of the present invention becomes flexible as a whole, and is easily mounted on a curved surface such as the steering wheel described above. Further, in the network-like flexible electrode, the matrix is a polymer, and if a carbon material is used as the conductive material, no metal remains in the melt. Therefore, it is easy to reuse.
  • the reticulated flexible electrode has a polymer.
  • the adjacent member such as the insulating layer is made of a thermoplastic elastomer
  • the two members can be fixed without using an adhesive by utilizing the adhesiveness between the mesh-like flexible electrode and the adjacent member.
  • the adjacent member is softened by heating
  • the adjacent member can be fixed by heating the adjacent member and fusing it to the mesh-like flexible electrode.
  • a part of the softened adjacent member can be integrated by impregnating the gap of the mesh-like flexible electrode.
  • the mesh-like flexible electrode and the adjacent member are of the same type of polymer, they can be strongly integrated due to compatibility.
  • the use of the mesh-like flexible electrode can eliminate the use of the adhesive which was conventionally required for fixing the adjacent layers, so that the number of manufacturing steps can be reduced, and the cost can be reduced. Can be. Therefore, the capacitance sensor of the present invention can be configured relatively inexpensively. In addition, since the thickness can be reduced by the integration as compared with the conventional lamination method using an adhesive, there is also an effect of improving flexibility.
  • the capacitance sensor of the invention can be easily manufactured. Further, according to the method of manufacturing the capacitance sensor of the present invention, by utilizing the adhesiveness of the insulating layer and the reticulated flexible electrode or by fusing both, and further impregnating the insulating layer, conventionally, Since the use of the pressure-sensitive adhesive required for fixing the adjacent layers can be eliminated, the number of manufacturing steps can be reduced, and the cost can be reduced. Therefore, the capacitance sensor of the present invention can be manufactured at relatively low cost.
  • the reticulated flexible electrode for a capacitance sensor of the present invention is made of a conductive polymer having a relatively small elastic modulus and has a reticulated shape. Therefore, it has high flexibility and is hard to be broken even if it is greatly extended, and the conductivity is hardly reduced. Therefore, it is suitable as an electrode layer of a capacitance sensor requiring flexibility. Further, in the mesh-like flexible electrode for a capacitance sensor of the present invention, if the matrix is a polymer and a carbon material is used as the conductive material, no metal remains in the melt. Therefore, it is easy to reuse.
  • Patent Document 6 describes a conductive network in which a number of conductive continuous filaments made of a thermoplastic resin containing carbon black are superimposed in a net shape, and are fused and bonded at intersections thereof to be integrated.
  • the conductive mesh is integrated with a water-blocking sheet or the like and used for water leakage detection.
  • the conductive network is required to have high compressive stress and air permeability, but is not required to have flexibility.
  • the conductive film-shaped body is uneven in the thickness direction and uneven in thickness. For this reason, when the insulating layers are interposed, the distance between the electrodes is not constant, and the accuracy of sensing is reduced. Therefore, it is not suitable as an electrode layer of a capacitance sensor.
  • FIG. 2 is a front view of a steering wheel on which the capacitance sensor according to the first embodiment is arranged.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a laminated structure of the steering wheel. It is a plane schematic diagram of the mesh-like flexible electrode used for the detection electrode layer and the shield electrode layer of the same capacitance sensor. It is a radial cross section of the conventional steering wheel.
  • FIG. 1 shows a front view of a steering wheel on which the capacitance sensor of the present embodiment is arranged.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a laminated structure of the steering wheel.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a mesh-like flexible electrode used for the detection electrode layer and the shield electrode layer of the capacitance sensor. In FIG. 4, the conductive polymer portion is hatched for convenience.
  • the steering wheel 8 has a rim portion 80 and a connecting portion 81.
  • the rim portion 80 has an annular shape and is gripped by the driver.
  • the connecting portion 81 connects the rim portion 80 and a steering shaft (not shown).
  • the capacitance sensor 1 is disposed on the rim 80.
  • the rim portion 80 has the core 20, the heater layer 30, the capacitance sensor 1, and the skin 40.
  • the core body 20 is a solid bar made of metal and has an annular shape.
  • the core body 20 is connected to the steering shaft via the connecting portion 81.
  • the heater layer 30 is made of a nonwoven fabric on which heating wires are arranged.
  • the heater layer 30 covers the outer peripheral surface of the core 20.
  • the heater layer 30 heats the rim portion 80 when the heating wire generates heat when energized.
  • An adhesive layer 31 is provided between the heater layer 30 and the capacitance sensor 1. The adhesive layer 31 bonds the heater layer 30 and the capacitance sensor 1 (specifically, the shield electrode layer 11 described later).
  • the capacitance sensor 1 has a flexible sheet shape.
  • the capacitance sensor 1 is wound around the core 20 from above the heater layer 30 (one turn).
  • the capacitance sensor 1 covers the outer peripheral surface of the heater layer 30.
  • the capacitance sensor 1 has a detection electrode layer 10, a shield electrode layer 11, and an insulating layer 12.
  • the detection electrode layer 10 is formed of a mesh-like flexible electrode 50.
  • the reticulated flexible electrode 50 is made of a conductive polymer in which carbon black is dispersed in a thermoplastic elastomer or the like, and has a reticulated shape.
  • the elastic modulus of the conductive polymer as the material of the mesh-like flexible electrode 50 is 15 MPa, and the volume resistivity is 2.0 ⁇ ⁇ cm. Even if the conductive polymer is stretched by 25% in one direction, the volume resistivity increases only about twice. As shown in FIG. 4, the mesh-like flexible electrode 50 has a large number of square voids 51.
  • the line width w forming the mesh is 0.8 mm
  • the line thickness (electrode thickness) is 0.2 mm
  • the interval (pitch) p between the lines is 3 mm.
  • the reticulated flexible electrode 50 is included in the concept of the reticulated flexible electrode for a capacitance sensor of the present invention.
  • the detection electrode layer 10 is arranged on the side of the skin 40 and generates capacitance between the detection electrode layer 10 and the driver's hand (detection target).
  • the detection electrode layer 10 is almost entirely buried in the insulating layer 12 as shown by a dotted line in FIGS.
  • the shield electrode layer 11 is made of the same mesh-like flexible electrode 50 as the detection electrode layer 10.
  • the shield electrode layer 11 is disposed on the heater layer 30 side.
  • the shield electrode layer 11 is grounded and shields noise from the heater layer 30. Almost the entire shield electrode layer 11 is buried in the insulating layer 12 as shown by a dotted line in FIGS.
  • the insulating layer 12 is disposed between the detection electrode layer 10 and the shield electrode layer 11.
  • the insulating layer 12 is made of a thermoplastic elastomer containing magnesium oxide particles.
  • the volume resistivity of the insulating layer 12 is 1 ⁇ 10 13 ⁇ ⁇ cm, and the elastic modulus is 10 MPa.
  • the skin 40 is made of resin and covers the outer peripheral surface of the capacitance sensor 1.
  • An adhesive layer 41 is arranged between the skin 40 and the capacitance sensor 1. The adhesive layer 41 adheres the skin 40 and the capacitance sensor 1 (specifically, the detection electrode layer 10).
  • the mesh-like flexible electrode 50 is manufactured as follows (electrode manufacturing process). Carbon black is added to a matrix material such as a thermoplastic elastomer and kneaded using a twin-screw extruder to obtain a pellet-shaped conductive composition. The obtained conductive composition is subjected to rotary extrusion molding, and is further pressed under heating to be smooth without unevenness, thereby producing a mesh sheet (mesh flexible electrode 50).
  • a reticulated flexible electrode 50 for the detection electrode layer 10 is overlaid on the surface of the insulating layer 12 and a reticulated flexible electrode 50 for the shield electrode layer 11 is overlaid on the back surface to form a laminate.
  • the laminate is pressed in the laminating direction under heating.
  • the softened insulating layer 12 is impregnated in the voids 51 of the mesh-like flexible electrode 50, and the insulating layer 12 and the mesh-like flexible electrode 50 are fused.
  • the entire reticulated flexible electrode 50 is embedded in the insulating layer 12 (fusion step, embedding step, lamination step).
  • the capacitance sensor 1 in which the mesh-like flexible electrodes 50 (the detection electrode layer 10 and the shield electrode layer 11) are embedded in the insulating layer 12 and integrated is manufactured.
  • the manufactured capacitance sensor 1 is wound so that the outer surface of the heater layer 30 wound around the core body 20 is covered with the shield electrode layer 11 inside.
  • An adhesive is applied to the surface of the heater layer 30. Thereby, the heater layer 30 and the shield electrode layer 11 are bonded.
  • the skin 40 is wound so as to cover the detection electrode layer 10.
  • An adhesive is applied to the back surface of the skin 40. Thereby, the skin 40 and the detection electrode layer 10 are bonded.
  • the rim portion 80 of the steering wheel 8 is manufactured.
  • a detection circuit unit (not shown) is electrically connected to the detection electrode layer 10. The detection circuit unit calculates an amount of change in capacitance from a state in which the hand is approaching to a state in which the hand is approaching, and determines whether the driver has contacted the steering wheel 8 based on the calculated value. It is determined whether or not.
  • the function and effect of the reticulated flexible electrode, the capacitance sensor, and the method of manufacturing the same according to the present embodiment will be described.
  • the detection electrode layer 10 and the shield electrode layer 11 are formed of the mesh-like flexible electrodes 50, and the insulating layer 12 is also formed of the flexible thermoplastic elastomer. Therefore, the entire capacitance sensor 1 is flexible, and can be wound around the core body 20 while being extended. Further, the tactile sensation of the rim portion 80 is also improved.
  • the detection electrode layer 10 and the shield electrode layer 11 are not easily broken even if they are greatly extended, and the conductivity is not easily reduced. For this reason, the sensing performance does not easily decrease and the durability is excellent. Further, since the mesh-like flexible electrode 50 does not contain metal, it can be easily reused.
  • the insulating layer 12 is sandwiched between the two mesh-like flexible electrodes 50 and pressed under heating to impregnate the gap 51 of the mesh-like flexible electrode 50 with the insulating layer 12.
  • the insulating layer 12 and the mesh-like flexible electrode 50 can be fixed without using an adhesive. This eliminates the need for the step of applying a pressure-sensitive adhesive, which has been conventionally required, and can reduce costs by reducing the number of manufacturing steps.
  • the mesh-like flexible electrode 50 can be easily and inexpensively manufactured by rotationally extruding the conductive composition. Therefore, the capacitance sensor 1 becomes relatively inexpensive.
  • Embodiments of the mesh-like flexible electrode for a capacitance sensor of the present invention, the capacitance sensor, and a method of manufacturing the same are not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can perform the same without departing from the scope of the present invention.
  • the present invention can be implemented in various forms with possible changes and improvements. Hereinafter, each will be described in detail.
  • the reticulated flexible electrode for a capacitance sensor of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as “reticulated flexible electrode of the present invention”) is made of a conductive polymer and has a reticulated shape.
  • the conductive polymer has a polymer and a conductive material dispersed in the polymer, and has an elastic modulus of 1000 MPa or less.
  • the polymer serving as the matrix of the conductive polymer is not particularly limited, such as a thermoplastic resin, a thermoplastic elastomer, a thermosetting resin, and a thermosetting elastomer. In consideration of the above, it is desirable that at least one selected from a thermoplastic resin and a thermoplastic elastomer is used.
  • a thermoplastic resin olefin-based and polyamide-based resins are suitable.
  • olefin resins polymethylpentene homopolymers, copolymers of polymethylpentene and other olefin resins, polypropylene homopolymers, and copolymers of polypropylene and other olefin resins have high temperatures.
  • thermoplastic elastomer examples include urethane-based, acrylic-based, ester-based, polyamide-based, olefin-based, and styrene-based elastomers, with urethane-based and acrylic-based being preferred.
  • urethane-based thermoplastic elastomers ether-based and carbonate-based are preferred from the viewpoint of difficulty in hydrolysis.
  • the resin be mixed with each other or a resin and an elastomer to be alloyed, or that an oil or a plasticizer be blended to soften the resin.
  • an alloy material of an olefin-based resin and a thermoplastic elastomer, an alloy material of a polyamide-based resin and a modified olefin-based resin or a thermoplastic elastomer, and the like can be given.
  • the thermoplastic elastomer alloyed with the polyolefin resin SEBS, SBS, EPDM, EPM, and the like are preferable.
  • a compatibilizer such as an ethylene propylene-polypropylene copolymer (EP-PP copolymer) may be added to improve properties such as strength and elongation.
  • a modified olefin resin alloyed with a polyamide resin is preferably polyethylene, polypropylene or the like, and a thermoplastic elastomer is preferably SEBS, SBS, EPDM, EPM or the like.
  • carboxylic acid-modified polypropylene, carboxylic acid-modified polyethylene or the like may be added as a compatibilizer.
  • the conductive material dispersed in the polymer is not particularly limited, such as a metal material and a carbon material, but it is desirable to use a carbon material in consideration of flexibility, recyclability, and the like.
  • the carbon material include carbon black, carbon fiber, carbon nanotube, and graphite.
  • the graphite includes general powdered graphite, expanded graphite, expanded graphite, thin-layer graphite, graphene, and the like. Among them, from the viewpoint of high conductivity, it is preferable to use at least one selected from carbon black such as Ketjen black and acetylene black, carbon nanotubes and graphite.
  • the conductive polymer may contain a crosslinking agent, a crosslinking accelerator, a dispersant, a reinforcing material, a plasticizer, an antioxidant, a coloring agent, and the like, in addition to the polymer and the conductive material.
  • the elastic modulus of the conductive polymer is 1000 MPa or less. From the viewpoint of flexibility, the pressure is preferably 500 MPa or less, more preferably 250 MPa or less. In this specification, the elastic modulus is calculated from the slope of a linear region of a stress-elongation curve obtained by a tensile test specified in JIS K6251: 2017. The tensile test is performed using a dumbbell-shaped No. 5 test piece having a thickness of 2 mm and a tensile speed of 100 mm / min.
  • the volume resistivity of the conductive polymer is desirably 100 ⁇ ⁇ cm or less. More preferably, it is 50 ⁇ ⁇ cm or less, 10 ⁇ ⁇ cm or less, and further preferably 3 ⁇ ⁇ cm or less. Further, it is desirable that the electric resistance hardly increases even if the electrode layer is stretched. For this reason, it is desirable that the volume resistivity when the conductive polymer is stretched by 25% in one direction is 10 times or less the volume resistivity before stretching. More preferably, it is 5 times or less, more preferably 3 times or less.
  • the capacitance sensor Assuming that the capacitance sensor is used for a long time in the interior of an automobile, it is required that the volume resistivity of the electrode layer hardly changes under high temperature and high humidity, and that the material of the electrode layer hardly deteriorates. .
  • the rate of change in volume resistivity after the test is within ⁇ 30%.
  • the rate of change of the volume resistivity is more preferably within ⁇ 15%, further preferably within ⁇ 10%.
  • a formula for calculating the rate of change of the volume resistivity is shown in the following equation (i).
  • the retention of the elongation at break after performing the PCT test is desirably 50% or more and 150% or less. More preferably, the retention of breaking elongation is 75% or more and 130% or less, and more preferably 85% or more and 120% or less. Assuming that the breaking elongation before the test is E 0 and the breaking elongation after the test is E 1 , the formula for calculating the retention of the breaking elongation is shown in the following equation (ii).
  • the mesh-like flexible electrode of the present invention may be heated to be integrated with the insulating layer.
  • the conductive polymer has a high melt viscosity even at a high temperature of about 160 to 200 ° C., which is a softening temperature of the insulating layer, a high shape retention property, a high retention property of mechanical properties, and a small change in physical properties.
  • the conductive polymer desirably satisfies at least one of the following conditions (A), (B), and (C). (A) At a certain temperature of 120 ° C. or more and 180 ° C.
  • the elastic modulus of the conductive polymer is larger than the elastic modulus of the insulating layer measured at the same temperature.
  • B At a certain temperature of 120 ° C. or more and 180 ° C. or less, the elongation at break of the conductive polymer is larger than the elongation at break of the insulating layer measured at the same temperature.
  • C The melt viscosity of the conductive polymer at 200 ° C. is higher than the melt viscosity of the insulating layer at 200 ° C.
  • the elastic modulus and the elongation at break were compared at both the lower limit of 120 ° C. and the upper limit of 180 ° C. of the temperature range. If the value is not more than the value of the layer or if the measurement cannot be performed, it is determined that the condition is not satisfied.
  • the line width, line cross-sectional shape, thickness, pitch, void shape, and the like of the mesh-like flexible electrode of the present invention are appropriately determined in consideration of flexibility, conductivity, sensing performance, shape retention, and the like. You only have to decide.
  • the line width may be 0.1 mm or more, 0.2 mm or more, 0.3 mm or more, 4.0 mm or less, 2.0 mm or less, 1.0 mm or less.
  • the cross-sectional shape of the line includes a circle, an ellipse, a rectangle, and a square.
  • the thickness of the wire is preferably 0.05 mm or more, 0.1 mm or more, 0.5 mm or less, and 0.2 mm or less.
  • the pitch is preferably 0.5 mm or more, 0.7 mm or more, 1 mm or more, 200 mm or less, 30 mm or less, 5 mm or less. If the pitch is large, the voids become large (the mesh becomes coarse), so that it can be easily embedded in the insulating layer when integrated with the insulating layer.
  • the plane shape of the void includes a polygon such as a circle, an ellipse, a rectangle, and a rhombus. Further, the ratio between the line width and the pitch is preferably 1:10 to 10: 1. Further, the area ratio between the line and the gap is preferably 1:10 to 10: 1, and more preferably 1: 3 to 3: 1.
  • the distance between the two electrode layers arranged with the insulating layer in between is important. Therefore, it is desirable that the thickness of the mesh-like flexible electrode of the present invention is as uniform as possible.
  • the rate of change of the thickness of the mesh-like flexible electrode [(maximum thickness ⁇ minimum thickness) / minimum thickness ⁇ 100] may be 50% or less.
  • the capacitance sensor of the present invention includes two electrode layers and an insulating layer disposed between the electrode layers, and at least one of the two electrode layers is the mesh-like flexible electrode of the present invention described above. Consists of In the capacitance sensor of the present invention, one of the two electrode layers is a detection electrode layer, the other is a shield electrode layer for shielding noise from the detection electrode layer, and a static electricity generated between the detection electrode layer and the detection target. It may be a sensor that detects capacitance or a sensor that detects capacitance between two electrode layers.
  • Electrode layer Of the two electrode layers the reticulated flexible electrode of the present invention may be used for only one of them, but it is more preferable to use the reticulated flexible electrode of the present invention for both.
  • the mesh-like flexible electrode of the present invention is as described above.
  • a conductive sheet, a conductive cloth, or the like formed from a conductive polymer made into a paint may be used for the electrode layer not using the mesh-like flexible electrode of the present invention.
  • the material of the insulating layer is not particularly limited as long as it has insulation and flexibility, such as resin and elastomer. Above all, in consideration of flexibility and moldability with the electrode layer, the insulating layer desirably has a thermoplastic elastomer.
  • the thermoplastic elastomer may be appropriately selected from styrene, olefin, PVC, urethane, ester, and amide elastomers.
  • the thermoplastic elastomer used may be one kind or two or more kinds.
  • styrene-based thermoplastic elastomers include SBS, SEBS, and SEPS.
  • the olefin-based elastomer include EEA, EMA, EMMA, and a copolymer of ethylene and an ⁇ -olefin (ethylene-octene copolymer).
  • the insulating layer may contain rubber or resin other than the thermoplastic elastomer.
  • a rubber such as ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM)
  • EPM ethylene-propylene rubber
  • the insulating layer may contain a flexibility-imparting component such as a plasticizer.
  • an inorganic filler having a relatively high thermal conductivity and an insulating property may be contained. Examples of the inorganic filler having relatively large thermal conductivity include magnesium oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, and silicon carbide.
  • the volume resistivity of the insulating layer is desirably 1 ⁇ 10 12 ⁇ ⁇ cm or more.
  • a suitable volume resistivity is 1 ⁇ 10 13 ⁇ ⁇ cm or more.
  • the tensile strength of the insulating layer is preferably 0.1 MPa or more, and more preferably 2.0 MPa or more.
  • the elongation at break of the insulating layer is preferably at least 100%, more preferably at least 500%.
  • Electrode Layer and Insulating Layer In the capacitance sensor of the present invention, it is sufficient that two electrode layers and the insulating layer are laminated.
  • the insulating layer may be impregnated in the electrode layer or may be in contact with the electrode layer without impregnation.
  • an adhesive layer may be interposed between the electrode layer and the insulating layer.
  • both can be fixed by utilizing the adhesiveness between the mesh-like flexible electrode and the insulating layer.
  • the two can be fixed by superposing the mesh-like flexible electrode on the insulating layer softened by heating and fusing the insulating layer to the mesh-like flexible electrode.
  • a part of the softened insulating layer may be impregnated into the gap of the mesh-like flexible electrode by applying pressure in the laminating direction. By doing so, at least a part of the mesh-like flexible electrode is embedded in the insulating layer.
  • the entire reticulated flexible electrode may be embedded in the insulating layer.
  • the electrostatic capacity sensor of the present invention may be arranged in a plane or wound around a member.
  • the capacitance sensor of the present invention is disposed on interior parts such as a door trim, an armrest, a console box, an instrument panel, a headrest, and a seat, in addition to a steering wheel of a vehicle, and is suitable as a sensor for detecting proximity or contact of a person. It is.
  • the capacitance sensor of the present invention is applied to a steering wheel as in the first embodiment, it is not always necessary to dispose a heater on the rim. It is also suitable as a sensor used in a driver monitoring system.
  • the capacitance sensor of the present invention can be laid on a vehicle seat to detect a pressure distribution or a pressure change of a seated occupant.
  • the movement of the center of gravity and the change in posture can be estimated based on the detected pressure change, and the respiration rate and the heart rate can be measured based on the pressure change.
  • the method for manufacturing a capacitance sensor according to the present invention is a method for manufacturing the capacitance sensor according to the present invention in which two electrode layers are formed of mesh-like flexible electrodes, and includes an electrode manufacturing step and a laminating step. .
  • Electrode manufacturing step is a step of manufacturing a mesh-like flexible electrode.
  • a conductive material and if necessary, an oil, a dispersant, and the like are added to the polymer and kneaded to produce a conductive composition (conductive composition manufacturing step).
  • the kneading may be performed using a commonly used device such as a Banbury mixer, a kneader, a twin-screw kneader, or a twin-screw extruder.
  • the conductive composition is formed into a mesh shape (forming step).
  • a method such as extrusion molding, melt transfer, press molding, and embossing may be used.
  • the extrusion molding molding can be performed relatively easily at low cost.
  • a relatively fine mesh can be obtained by the rotary extrusion molding.
  • the thickness of the intersection of the lines tends to be larger than the other thicknesses. Therefore, in order to make the thickness more uniform, it is preferable to perform a pressing process or the like as post-processing.
  • Melt transfer is a method utilizing gravure printing technology. According to the fusion transfer, a thin-film electrode having a fine mesh shape and a uniform thickness can be formed.
  • the press molding the line width, the thickness, the pitch, and the like can be manufactured with high accuracy, and a complicated planar shape can be molded.
  • Embossing is a method in which a sharp embossing roll and an elastic roll are used in combination, a film is perforated, and then the film is stretched. According to the embossing process, an electrode having a fine mesh shape and a uniform thickness can be formed. However, since a stretching process is required, it is necessary to consider a change in conductivity.
  • This step is a step of laminating the produced mesh-like flexible electrodes on both front and back surfaces of the insulating layer.
  • the insulating layer is made of a thermoplastic elastomer
  • both can be fixed using the adhesiveness of the insulating layer and the mesh-like flexible electrode.
  • This step may include a fusing step of fusing the insulating layer and the mesh-like flexible electrode. That is, after the insulating layer is heated and softened, the two may be fused by overlapping the mesh-like flexible electrodes.
  • the heating temperature may be a temperature at which the insulating layer is softened, and a temperature at which the shape and physical properties of the mesh-like flexible electrode hardly change. For example, about 160 to 200 ° C.
  • this step may include an embedding step of embedding at least a part of the mesh-like flexible electrode into the insulating layer by applying pressure.
  • a laminate of the insulating layer and the reticulated flexible electrode may be pressed in the laminating direction to impregnate a part of the insulating layer into the voids of the reticulated flexible electrode.
  • a laminate of the insulating layer and the reticulated flexible electrode may be pressed in the laminating direction to impregnate a part of the softened insulating layer into the void of the reticulated flexible electrode.
  • conductive polymer a polymethylpentene copolymer (“TPX (registered trademark) MX004” manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) and a hydrogenated styrene-based thermoplastic elastomer (SEBS) (“Toughtec (registered trademark) H1221” manufactured by Asahi Kasei Corporation) , Paraffin oil (“Diana (registered trademark) process oil PW-380" manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) in a mass ratio of 50: 100: 100 and carbon black as a conductive material (Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.) "Ketjen Black EC600JD”) and kneading at a temperature of 230 ° C with a twin-screw extruder for compounding ("TEX (registered trademark) 25 ⁇ III” manufactured by Nippon Steel Works) to form pellets.
  • TPX polymethylpentene copolymer
  • SEBS hydrogenated s
  • a conductive composition was manufactured. Next, the conductive composition was placed on a mold, sufficiently controlled at 250 ° C. and melted, and then hot-pressed with a press molding machine (150-ton press machine manufactured by Sanyu Industry Co., Ltd.), The mold was closed and cooled to produce a conductive polymer sheet.
  • the thickness of the manufactured sheet is two types, 0.2 mm and 2 mm.
  • Example 2 and 3 The conductive polymer sheets of Examples 2 and 3 were manufactured in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black as the conductive material was changed.
  • Example 4 A conductive polymer sheet of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of the three components in the polymer was changed.
  • Example 5 The polymer was changed to only a urethane-based thermoplastic elastomer (“Resamine (registered trademark) PH890” manufactured by Dainichi Seika Kogyo Co., Ltd.), the kneading temperature was changed to 200 ° C., and the temperature control and melting of the conductive composition were performed.
  • a conductive polymer sheet of Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature was changed to 220 ° C.
  • Example 6 and 7 The conductive polymer sheets of Examples 6 and 7 were produced in the same manner as in Example 5, except that the amount of carbon black as the conductive material was changed.
  • Example 8 Except that the polymer was changed to a mixture of a hydrogenated styrene-based thermoplastic elastomer (same as above) and paraffin oil (same as above) at a mass ratio of 50:50, the same procedure as in Example 1 was carried out, except that the polymer was changed to that of Example 8. A hydrophilic polymer sheet was produced.
  • Comparative Example 1 A conductive cloth (“Sui-10-511M” manufactured by Seiren Co., Ltd.) using a polyethylene terephthalate (PET) fiber coated with copper and nickel instead of a conductive polymer sheet was used as a sample of Comparative Example 1.
  • PET polyethylene terephthalate
  • Comparative Example 2 A conductive cloth in which the yarn density of the conductive cloth of Comparative Example 1 was reduced to 68 yarns / inch was used as a sample of Comparative Example 2.
  • Comparative Example 3 A conductive polymer sheet of Comparative Example 3 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the polymer was changed to only the polymethylpentene copolymer (same as above).
  • Example 4 Example 1 was repeated except that the polymer was changed to a mixture of hydrogenated styrene-based thermoplastic elastomer (same as above) and paraffin oil (same as above) at a mass ratio of 50:50, and carbon black as a conductive material was not mixed. In the same manner as in Example 1, a polymer sheet of Comparative Example 4 was produced. The polymer of Comparative Example 4 does not include the conductive material in the concept of the conductive polymer in the present invention.
  • Elongation at break is synonymous with elongation at break (E b ) specified in the JIS.
  • the tensile test was performed at room temperature with a tensile speed of 100 mm / min using a dumbbell-shaped No. 5 test piece made from a conductive polymer sheet having a thickness of 2 mm. Similarly, tensile tests were performed at 120 ° C.
  • volume resistivity The volume resistivity of the conductive polymer sheet having a thickness of 0.2 mm was measured using a low resistivity meter "Loresta (registered trademark) GP" (voltage: 5 V, conforming to JIS K7194: 1994) manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. It measured using. The measured volume resistivity was defined as an initial (before extension) volume resistivity.
  • a conductive polymer sheet having a thickness of 0.2 mm was punched out to prepare a dumbbell-shaped No. 2 test piece specified in JIS K6251: 2010.
  • a copper foil was attached at a position 10 mm from both ends of the test piece.
  • a pair of marked lines was drawn at 10 mm on both sides from the longitudinal center of the test piece, and a distance between the marked lines of 20 mm was set on the test piece.
  • the electric resistance R1 between the copper foils when a voltage of 1 V was applied was measured.
  • Tables 1 and 2 collectively show the measurement results of the composition and physical properties of the manufactured conductive polymer.
  • the mixing ratio of the conductive material is parts by mass of the conductive material with respect to 100 parts by mass of the polymer.
  • the volume resistivity of the conductive cloths of Comparative Examples 1 and 2 is a reference value calculated from the surface resistivity, and the volume resistivity at 25% elongation and the volume resistivity after the PCT test are the same as those of the conductive polymer. was measured. At the time of measurement, the warp and the weft of the conductive cloth were set so as to be parallel and perpendicular to the tensile direction.
  • the elastic modulus of the conductive polymer of the example was 230 MPa at the maximum, and it was confirmed that these conductive polymers had high flexibility. Also, the tensile strength and the elongation at break were satisfactory values.
  • the volume resistivity before stretching was at most 7.2 ⁇ ⁇ cm, and increased only three times or less even after stretching by 25%. That is, it was confirmed that the conductive polymers of the examples had desired conductivity, and the conductivity was not easily reduced even when stretched. Even after the PCT test, the changes in volume resistivity and elongation at break were small. Thereby, it was confirmed that it can withstand long-term use in a vehicle cabin.
  • the conductive polymers of the examples are suitable for the mesh-like flexible electrode for the capacitance sensor of the present invention.
  • the elastic modulus and elongation at break at 120 ° C. and 180 ° C. and the melt viscosity at 200 ° C. will be described later in the evaluation of the capacitance sensor.
  • the conductive compositions produced in Examples and Comparative Example 3 were press-molded to produce mesh-shaped electrodes. Specifically, the conductive composition was placed on a mold having a mesh-shaped mold surface, melted at 250 ° C., and then pressed to produce a mesh-shaped electrode. The obtained electrode has a square shape with a length of 60 mm and a width of 60 mm, a thickness of 0.2 mm, a line width of 0.8 mm, and a pitch of 3 mm. The polymer of Comparative Example 4 having no conductivity was press-molded in the same manner to produce an electrode having a mesh shape.
  • an insulating layer was manufactured.
  • the method for manufacturing the insulating layer is as follows. First, 100 parts by mass of a hydrogenated styrene-based thermoplastic elastomer (SEBS) ("ToughTech (registered trademark) H1221” manufactured by Asahi Kasei Corporation) and an olefin-based thermoplastic elastomer ("Deng Chemical Japan” manufactured by "Engage (registered trademark)”) ) XLT8677 ”), and 200 parts by mass of magnesium oxide powder (“ RF-50SC ”manufactured by Ube Materials Co., Ltd.) as an inorganic filler were added to 50 parts by mass, and the compounding twin-screw extruder was used.
  • SEBS hydrogenated styrene-based thermoplastic elastomer
  • RF-50SC olefin-based thermoplastic elastomer
  • magnesium oxide powder RF-50SC ”manufactured by Ube Materials Co., Ltd.
  • the mixture was kneaded at a temperature of 200 ° C. to produce a pellet-shaped insulating composition.
  • the insulating composition was extruded with a T-die using a single screw extruder (“UT-25” manufactured by Plastic Engineering Laboratory Co., Ltd.) to produce an elastomer sheet having a width of 150 mm and a thickness of 1 mm.
  • the obtained elastomer sheet was punched out into a square shape having a length of 60 mm and a width of 60 mm to form an insulating layer.
  • the elastic modulus and elongation at break at 120 ° C. and 180 ° C. and the melt viscosity at 200 ° C.
  • the elastic modulus at 8 MPa and 180 ° C. was 0.5 MPa
  • the elongation at break at 120 ° C. was 10%
  • the elongation at break at 180 ° C. was 10%
  • the melt viscosity at 200 ° C. was 3500 Pa ⁇ s.
  • sensing performance By attaching terminals to the two electrode layers and applying an AC 5 V voltage (frequency: 10 to 100 kHz) with an LCR meter (“IM3533” manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.), the phase difference between the current and the voltage is measured. And the sensing performance was evaluated. In the evaluation of the sensing performance, when the phase difference is ⁇ / 2 ⁇ 5 ° in the entire frequency range, the sensing performance is high (shown by a circle in Tables 1 and 2). When the phase difference deviated from ⁇ / 2 ⁇ 1 ° at a certain frequency, the sensing performance was determined to be low (indicated by a cross in the same table).
  • the conductive polymers of Examples 1 to 6 satisfy (C) in addition to the above conditions (A) and (B).
  • the elastic modulus of the conductive polymer of Example 8 at 120 ° C. and 180 ° C. was smaller than that of the insulating layer, and the elongation at break at 120 ° C. and 180 ° C. was lower than that of the insulating layer.
  • the melt viscosity at 200 ° C. was higher than that of the insulating layer. That is, the conductive polymer of Example 8 satisfies the above condition (C).

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Abstract

静電容量センサ（１）は、二つの電極層（１０、１１）と、電極層（１０、１１）間に配置される絶縁層（１２）と、を備える。二つの電極層（１０、１１）のうちの少なくとも一方は、導電性ポリマーからなり網目形状を有する網目状柔軟電極（５０）からなる。該導電性ポリマーは、ポリマーと、該ポリマーに分散された導電材と、を有し、弾性率が１０００ＭＰａ以下である。二つの電極層（１０、１１）が網目状柔軟電極（５０）からなる静電容量センサ（１）の製造方法は、網目状柔軟電極（５０）を製造する電極製造工程と、絶縁層（１２）の表裏両面に網目状柔軟電極（５０）を積層する積層工程と、を有する。

Description

静電容量センサ、その製造方法、および静電容量センサ用網目状柔軟電極
　本発明は、静電容量センサとその製造方法に関し、特に静電容量センサの電極層に関する。
　自動車などの車両においては、乗員の状態を検出する様々なセンサが搭載される。例えば、特許文献１、２には、ステアリングホイールのリム部（グリップ）に配置される静電容量センサが開示されている。当該センサは、シールド層とセンサ層とを備え、乗員とセンサ層との間に生じる静電容量の変化に基づいて、運転者がステアリングホイールに接触したか否かを検出する。
　図５に、静電容量センサを備える従来のステアリングホイールの径方向断面図を示す。図５に示すように、ステアリングホイール９は、芯体２０と、ヒータ層３０と、静電容量センサ９０と、表皮４０と、を備えている。ステアリングホイール９は、芯体２０から径方向外側に向かって複数の層が積層される積層構造を有している。ヒータ層３０は、芯体２０の外周面を覆っている。静電容量センサ９０は、ヒータ層３０の外周面を覆っている。表皮４０は、静電容量センサ９０の外周面を覆っている。運転者が触れるのは、表皮４０である。
　静電容量センサ９０は、検出電極層９１と、シールド電極層９２と、絶縁層９３と、を有している。検出電極層９１は、表皮４０側に配置され、運転者の手（検出対象物）との間に静電容量を生じる。シールド電極層９２は、ヒータ層３０側に配置され、ヒータ層３０からのノイズを遮蔽する。絶縁層９３は、検出電極層９１とシールド電極層９２との間に配置されている。検出電極層９１と絶縁層９３とは粘着層９４により接着され、シールド電極層９２と絶縁層９３とは粘着層９５により接着されている。同様に、ヒータ層３０とシールド電極層９２とは粘着層３１により接着され、表皮４０と検出電極層９１とは粘着層４１により接着されている。
国際公開２０１４／１２３２２２号 特開２０１４－１９０８５６号公報 特開２００７－３１４９１１号公報 特開２００７－２６２６２３号公報 特開２０１０－１０９１２１号公報 特開２００２－２２０７７６号公報
　上述したように、従来のステアリングホイールにおいては、積層される層同士を粘着剤で接着するため、粘着剤を塗布する工程、貼り合わせ工程などが必要になり、製造工程が多く、コスト高になっている。
　また、電極層の材料としては、特許文献１に記載されているように、銀、銅などの金属や炭素材料が用いられる。静電容量センサをステアリングホイールに取り付ける際には、静電容量センサを伸張しながら芯体に巻き付ける必要がある。しかし、金属や炭素材料は柔軟性を有しないため、伸張することが難しい。このため、同文献に記載されているように、センサの形状を工夫するなどしている。特許文献２には、シールド電極層の材料として、ゴムや樹脂に金属粉を配合した材料を用いることが記載されている。しかし、これらの材料の柔軟性も充分ではなく、伸張すると金属粉（導電材）の接触が断たれ、導電性の低下や破断を招きやすい。
　一方、特許文献３、４に記載されているように、金属めっきされた導電糸を用いた布状の電極が提案されている。また、特許文献５には、炭素材料や金属をメッシュ状に編んで電極層を形成できることが記載されている。しかし、これらの導電布は、柔軟性に乏しい。このため、ステアリングホイールに巻き付けにくく、伸張すると導電性が損なわれる。また、導電布は比較的高価である。リサイクルの観点から導電布を処理すると、焼却後に金属分が残存したり、溶融物中に金属分が異物として残存するため、導電布には再利用が難しいという問題もある。
　本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、静電容量センサの電極層として用いることができ、柔軟性を有し、伸張しても導電性の低下および破断が生じにくい電極を提供することを課題とする。また、当該電極を用いた柔軟性に優れる静電容量センサと、それを低コストに製造する方法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、本発明の静電容量センサは、二つの電極層と、該電極層間に配置される絶縁層と、を備える静電容量センサであって、二つの該電極層のうちの少なくとも一方は、導電性ポリマーからなる網目形状を有する網目状柔軟電極からなり、該導電性ポリマーは、ポリマーと、該ポリマーに分散された導電材と、を有し、弾性率が１０００ＭＰａ以下であることを特徴とする。
　（２）上記課題を解決するため、本発明の静電容量センサの製造方法は、二つの電極層と、該電極層間に配置される絶縁層と、を備え、二つの該電極層は、導電性ポリマーからなる網目形状を有する網目状柔軟電極からなり、該導電性ポリマーは、ポリマーと、該ポリマーに分散された導電材と、を有し、弾性率が１０００ＭＰａ以下である静電容量センサの製造方法であって、前記網目状柔軟電極を製造する電極製造工程と、前記絶縁層の表裏両面に該網目状柔軟電極を積層する積層工程と、を有することを特徴とする。
　（３）上記課題を解決するため、本発明の静電容量センサ用網目状柔軟電極は、ポリマーと、該ポリマーに分散された導電材と、を有し、弾性率が１０００ＭＰａ以下の導電性ポリマーからなり、網目形状を有することを特徴とする。
　（１）本発明の静電容量センサは、電極層として網目状柔軟電極を備える。網目状柔軟電極は、弾性率が比較的小さい導電性ポリマーからなり、かつ網目形状を有する。よって、柔軟性が高く、大きく伸張しても破断しにくく導電性が低下しにくい。したがって、本発明の静電容量センサは、全体として柔軟になり、上述したステアリングホイールのような曲面にも装着しやすい。また、網目状柔軟電極は、マトリクスがポリマーであり、導電材に炭素材料を用いれば、溶融物に金属分が残存しない。よって、再利用しやすい。
　網目状柔軟電極は、ポリマーを有する。このため、絶縁層などの隣接部材が熱可塑性エラストマー製である場合には、網目状柔軟電極と隣接部材との粘着性を利用して、粘着剤を用いることなく、両者を固定することができる。また、隣接部材が加熱により軟化する場合には、隣接部材を加熱して網目状柔軟電極に融着させることにより、両者を固定することができる。さらに、軟化した隣接部材の一部を網目状柔軟電極の空隙に含浸させて一体化することができる。特に、網目状柔軟電極と隣接部材とが同系統のポリマー種である場合には、相溶性により強固に一体化することができる。このように、網目状柔軟電極を用いると、従来、隣接する層同士の固定に必要であった粘着剤の使用を無くすことができるため、製造工程を減らすことができ、コストの削減を図ることができる。したがって、本発明の静電容量センサを、比較的安価に構成することができる。また、一体化させることで、従来の粘着剤を用いた積層方法よりも厚さを小さくすることができるため、柔軟性が向上する効果もある。
　（２）本発明の静電容量センサの製造方法によると、絶縁層の表裏両面に網目状柔軟電極を積層するだけで、絶縁層を挟む二つの電極層が網目状柔軟電極からなる形態の本発明の静電容量センサを容易に製造することができる。また、本発明の静電容量センサの製造方法によると、絶縁層および網目状柔軟電極の粘着性を利用したり両者を融着したり、さらには絶縁層を含浸させたりすることにより、従来、隣接する層同士の固定に必要であった粘着剤の使用を無くすことができるため、製造工程を減らすことができ、コストの削減を図ることができる。したがって、本発明の静電容量センサを、比較的低コストに製造することができる。
　（３）本発明の静電容量センサ用網目状柔軟電極は、弾性率が比較的小さい導電性ポリマーからなり、かつ網目形状を有する。よって、柔軟性が高く、大きく伸張しても破断しにくく導電性が低下しにくい。したがって、柔軟性が要求される静電容量センサの電極層として好適である。また、本発明の静電容量センサ用網目状柔軟電極は、マトリクスがポリマーであり、導電材に炭素材料を用いれば、溶融物に金属分が残存しない。よって、再利用しやすい。
　ちなみに、特許文献６には、カーボンブラックを含有する熱可塑性樹脂からなる多数の導電性連続フィラメントが網状に重ね合わされ、その交差点で融着接着されて一体化された導電性網状体が記載されている。当該導電性網状体は、遮水シートなどと一体化されて漏水検知に用いられる。このため、当該導電性網状体には、圧縮応力が高いことや通気性は要求されるが、柔軟性は要求されない。また、同文献の請求項５に記載されているように、当該導電性膜状体は、厚さ方向において凹凸状に波打っていて厚さが均一ではない。このため、絶縁層を挟んで配置した場合に電極間距離が一定にならず、センシングの精度が低くなる。よって、静電容量センサの電極層としては適さない。
第一実施形態の静電容量センサが配置されたステアリングホイールの正面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。 同ステアリングホイールの積層構造を説明するための断面模式図である。 同静電容量センサの検出電極層およびシールド電極層に用いられた網目状柔軟電極の平面模式図である。 従来のステアリングホイールの径方向断面図である。
　まず、本発明の静電容量センサ用網目状柔軟電極、静電容量センサおよびその製造方法の一実施形態を説明し、その後に他の実施形態を説明する。
　＜第一実施形態＞
　［静電容量センサの構成］
　まず、本実施形態の静電容量センサの構成を説明する。図１に、本実施形態の静電容量センサが配置されたステアリングホイールの正面図を示す。図２に、図１のＩＩ－ＩＩ断面図を示す。図３に、同ステアリングホイールの積層構造を説明するための断面模式図を示す。図４に、同静電容量センサの検出電極層およびシールド電極層に用いられた網目状柔軟電極の平面模式図を示す。図４においては、便宜上、導電性ポリマー部分にハッチングを施して示す。
　図１に示すように、ステアリングホイール８は、リム部８０と、連結部８１と、を有している。リム部８０は、環状を呈しており、運転者に把持される。連結部８１は、リム部８０とステアリングシャフト（図略）とを接続している。図１中、点線で示すように、リム部８０には、静電容量センサ１が配置されている。
　図２、図３に示すように、リム部８０は、芯体２０と、ヒータ層３０と、静電容量センサ１と、表皮４０と、を有している。
　芯体２０は、金属製の中実の棒であり、環状を呈している。芯体２０は、連結部８１を介してステアリングシャフトに接続されている。
　ヒータ層３０は、電熱線が配置された不織布からなる。ヒータ層３０は、芯体２０の外周面を覆っている。ヒータ層３０は、通電により電熱線が発熱することにより、リム部８０を加温する。ヒータ層３０と静電容量センサ１との間には、粘着層３１が配置されている。粘着層３１は、ヒータ層３０と静電容量センサ１（具体的には後述するシールド電極層１１）とを接着している。
　静電容量センサ１は、柔軟なシート状を呈している。静電容量センサ１は、ヒータ層３０の上から芯体２０に巻装（一巻き）されている。静電容量センサ１は、ヒータ層３０の外周面を覆っている。静電容量センサ１は、検出電極層１０と、シールド電極層１１と、絶縁層１２と、を有している。
　検出電極層１０は、網目状柔軟電極５０からなる。網目状柔軟電極５０は、熱可塑性エラストマーなどにカーボンブラックが分散した導電性ポリマーからなり、網目形状を呈している。網目状柔軟電極５０の材料である導電性ポリマーの弾性率は１５ＭＰａ、体積抵抗率は２．０Ω・ｃｍである。当該導電性ポリマーを一方向に２５％伸長しても、体積抵抗率は２倍程度にしか増加しない。図４に示すように、網目状柔軟電極５０は、多数の正方形状の空隙５１を有している。網目を形成する線幅ｗは０．８ｍｍ、線厚さ（電極厚さ）は０．２ｍｍ、線と線との間隔（ピッチ）ｐは３ｍｍである。網目状柔軟電極５０は、本発明の静電容量センサ用網目状柔軟電極の概念に含まれる。検出電極層１０は、表皮４０側に配置され、運転者の手（検出対象物）との間に静電容量を生じる。検出電極層１０は、図２、図３中、点線で示すように、そのほぼ全体が絶縁層１２に埋入されている。
　シールド電極層１１は、検出電極層１０と同じ網目状柔軟電極５０からなる。シールド電極層１１は、ヒータ層３０側に配置されている。シールド電極層１１は接地されており、ヒータ層３０からのノイズを遮蔽する。シールド電極層１１は、図２、図３中、点線で示すように、そのほぼ全体が絶縁層１２に埋入されている。
　絶縁層１２は、検出電極層１０とシールド電極層１１との間に配置されている。絶縁層１２は、酸化マグネシウム粒子を含有する熱可塑性エラストマーからなる。絶縁層１２の体積抵抗率は１×１０１３Ω・ｃｍ、弾性率は１０ＭＰａである。
　表皮４０は、樹脂製であり、静電容量センサ１の外周面を覆っている。表皮４０と静電容量センサ１との間には、粘着層４１が配置されている。粘着層４１は、表皮４０と静電容量センサ１（具体的には検出電極層１０）とを接着している。
　［静電容量センサの製造方法］
　次に、本実施形態の静電容量センサの製造方法を説明する。まず、次のようにして網目状柔軟電極５０を製造する（電極製造工程）。熱可塑性エラストマーなどのマトリクス材料にカーボンブラックを加え、二軸押出機を用いて混練して、ペレット状の導電性組成物を得る。得られた導電性組成物を回転押出成形し、さらに加熱下でプレスして凹凸なく平滑にして、網目状シート（網目状柔軟電極５０）を製造する。次に、絶縁層１２の表面に検出電極層１０用の網目状柔軟電極５０を重ね、裏面にシールド電極層１１用の網目状柔軟電極５０を重ねて積層体を形成する。そして、加熱下で積層体を積層方向にプレスする。こうすることにより、軟化した絶縁層１２を網目状柔軟電極５０の空隙５１に含浸させて、絶縁層１２と網目状柔軟電極５０とを融着する。この際、網目状柔軟電極５０の全体が、絶縁層１２に埋入される（融着工程、埋入工程、積層工程）。このようにして、網目状柔軟電極５０（検出電極層１０およびシールド電極層１１）が絶縁層１２に埋め込まれて一体化されてなる静電容量センサ１が製造される。
　製造した静電容量センサ１を、シールド電極層１１を内側にして、芯体２０に巻装されたヒータ層３０の外周面を覆うように巻き付ける。ヒータ層３０の表面には粘着剤が塗布されている。これにより、ヒータ層３０とシールド電極層１１とが接着される。それから、表皮４０を、検出電極層１０を覆うように巻き付ける。表皮４０の裏面には粘着剤が塗布されている。これにより、表皮４０と検出電極層１０とが接着される。このようにして、ステアリングホイール８のリム部８０が製造される。
　［静電容量センサの動き］
　次に、本実施形態の静電容量センサの動きを説明する。運転者の手（導電性を有し、人体を介してアースされている。）が表皮４０に接近すると、検出電極層１０と手との間に、静電容量が発生する。検出電極層１０には、図示しない検出回路部が電気的に接続されている。当該検出回路部は、手が接近していない状態から手が接近している状態における静電容量の変化量を算出し、算出された値に基づいて、運転者がステアリングホイール８に接触したか否かを判別する。
　［作用効果］
　次に、本実施形態の網目状柔軟電極、静電容量センサおよびその製造方法の作用効果を説明する。静電容量センサ１によると、検出電極層１０およびシールド電極層１１が網目状柔軟電極５０からなり、絶縁層１２も柔軟な熱可塑性エラストマーからなる。このため、静電容量センサ１の全体が柔軟であり、伸張させながら芯体２０に巻き付けることができる。また、リム部８０の触感も良好になる。
　検出電極層１０およびシールド電極層１１（網目状柔軟電極５０）は、大きく伸張しても破断しにくく導電性が低下しにくい。このため、センシング性能が低下しにくく、耐久性に優れる。また、網目状柔軟電極５０は、金属を含まないため、再利用しやすい。
　絶縁層１２と検出電極層１０およびシールド電極層１１との間には、粘着層がない。すなわち、静電容量センサ１においては、絶縁層１２に熱可塑性エラストマーを使用するため、熱可塑性エラストマーの加熱による軟化を利用して、粘着剤を用いずに、絶縁層１２と検出電極層１０およびシールド電極層１１とを固定することができる。粘着層がない分、従来よりもセンサが薄くなるため、柔軟性がより高くなる。本実施形態の静電容量センサの製造方法によると、二つの網目状柔軟電極５０で絶縁層１２を挟み、加熱下でプレスすることにより、絶縁層１２が網目状柔軟電極５０の空隙５１に含浸し、粘着剤を使用しなくても、絶縁層１２と網目状柔軟電極５０とを固定することができる。これにより、従来必要であった粘着剤の塗布工程が不要になり、製造工程が減る分だけコストの削減を図ることができる。また、網目状柔軟電極５０は、導電性組成物を回転押出成形して、容易かつ低コストに製造することができる。したがって、静電容量センサ１は比較的安価になる。
　＜他の実施形態＞
　本発明の静電容量センサ用網目状柔軟電極、静電容量センサおよびその製造方法の実施の形態は、上記形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。以下、各々について詳しく説明する。
　［静電容量センサ用網目状柔軟電極］
　本発明の静電容量センサ用網目状柔軟電極（以下、単に「本発明の網目状柔軟電極」と称す場合がある）は、導電性ポリマーからなり、網目形状を有する。導電性ポリマーは、ポリマーと、該ポリマーに分散された導電材と、を有し、弾性率が１０００ＭＰａ以下である。
　（１）導電性ポリマー
　導電性ポリマーのマトリクスになるポリマーは、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、熱硬化性エラストマーなど特に限定されないが、柔軟性、網目形状への成形性などを考慮すると、熱可塑性樹脂および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上であることが望ましい。熱可塑性樹脂としては、オレフィン系、ポリアミド系の樹脂が好適である。オレフィン系樹脂のなかでは、ポリメチルペンテン単独重合体、ポリメチルペンテンと他のオレフィン系樹脂との共重合体、ポリプロピレン単独重合体、ポリプロピレンと他のオレフィン系樹脂との共重合体などが、高温下での形状保持性、機械的特性の保持性が良好であるという観点から望ましい。ポリアミド系樹脂のなかでは、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６１２、ＰＡ６１０、ＰＡ１２１２、ＰＡ１０１０などが好適である。熱可塑性エラストマーとしては、ウレタン系、アクリル系、エステル系、ポリアミド系、オレフィン系、スチレン系が挙げられ、なかでもウレタン系、アクリル系が好適である。ウレタン系熱可塑性エラストマーのなかでは、加水分解しにくいという観点から、エーテル系およびカーボネート系が好適である。
　一般的に、樹脂の弾性率は大きいため、樹脂同士、あるいは樹脂とエラストマーとを混合してアロイ化したり、オイルや可塑剤を配合して柔軟化することが望ましい。例えば、オレフィン系樹脂と熱可塑性エラストマーとのアロイ材、ポリアミド系樹脂と変性オレフィン系樹脂または熱可塑性エラストマーとのアロイ材などが挙げられる。ポリオレフィン系樹脂とアロイ化する熱可塑性エラストマーとしては、ＳＥＢＳ、ＳＢＳ、ＥＰＤＭ、ＥＰＭなどがよい。また、アロイ化する場合、強度や伸びなどの特性を向上させるためにエチレンプロピレン－ポリプロピレン共重合体（ＥＰ－ＰＰ共重合体）などの相溶化剤を添加してもよい。
　ポリアミド系樹脂とアロイ化する変性オレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなど、熱可塑性エラストマーとしては、ＳＥＢＳ、ＳＢＳ、ＥＰＤＭ、ＥＰＭなどがよい。この場合、カルボン酸変性ポリプロピレン、カルボン酸変性ポリエチレンなどを相溶化剤として添加してもよい。
　ポリマーに分散される導電材は、金属材料、炭素材料など特に限定されないが、柔軟性、リサイクル性などを考慮すると、炭素材料を用いることが望ましい。炭素材料としては、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、黒鉛などが挙げられる。黒鉛には、一般的な粉末黒鉛、膨張黒鉛、膨張化黒鉛、薄層黒鉛、グラフェンなどがある。なかでも導電性が高いという観点から、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、カーボンナノチューブおよび黒鉛から選ばれる一種以上を用いることが好適である。さらには、比較的安価で導電性が高いという観点から、カーボンブラックおよび黒鉛から選ばれる一種以上を用いることが好適である。なお、導電性ポリマーは、ポリマーおよび導電材の他に、架橋剤、架橋促進剤、分散剤、補強材、可塑剤、老化防止剤、着色剤などを含んでいてもよい。
　導電性ポリマーの弾性率は、１０００ＭＰａ以下である。柔軟性の観点から、５００ＭＰａ以下、さらには２５０ＭＰａ以下であると好適である。本明細書において、弾性率は、ＪＩＳ　Ｋ６２５１：２０１７に規定される引張試験により得られる応力－伸び曲線の線形領域の傾きから算出する。引張試験は、厚さ２ｍｍのダンベル状５号形の試験片を用い、引張速度を１００ｍｍ／ｍｉｎとして行うものとする。
　本発明の網目状柔軟電極を静電容量センサの電極層として使用した場合に所望のセンシング性能を確保するという観点から、導電性ポリマーの体積抵抗率は、１００Ω・ｃｍ以下であることが望ましい。５０Ω・ｃｍ以下、１０Ω・ｃｍ以下、さらには３Ω・ｃｍ以下であるとより好適である。また、電極層が伸張されても電気抵抗が増加しにくいことが望ましい。このため、導電性ポリマーを一方向に２５％伸張した時の体積抵抗率は、伸張前の体積抵抗率の１０倍以下であることが望ましい。５倍以下、さらには３倍以下であるとより好適である。
　静電容量センサを自動車の車室内で長期間使用することを想定すると、高温高湿下において電極層の体積抵抗率が変化しにくいことや、電極層の材料が劣化しにくいことが要求される。この点を考慮すると、導電性ポリマーの加水分解を促進するプレッシャークッカー（ＰＣＴ）試験を行った場合に、試験後の体積抵抗率の変化率が±３０％以内であることが望ましい。体積抵抗率の変化率は、±１５％以内、さらには±１０％以内であるとより好適である。試験前の体積抵抗率をＲ０、試験後の体積抵抗率をＲ１として、体積抵抗率の変化率の算出式を次式（ｉ）に示す。
体積抵抗率の変化率＝（Ｒ１－Ｒ０）／Ｒ０×１００　・・・（ｉ）
同様に、ＰＣＴ試験を行った後の破断伸びの保持率は、５０％以上１５０％以下であることが望ましい。破断伸びの保持率は、７５％以上１３０％以下、さらには８５％以上１２０％以下であるとより好適である。試験前の破断伸びをＥ０、試験後の破断伸びをＥ１として、破断伸びの保持率の算出式を次式（ｉｉ）に示す。
破断伸びの保持率＝Ｅ１／Ｅ０×１００　・・・（ｉｉ）
本明細書において、ＰＣＴ試験は、温度１２１℃、圧力２０２．６５ｋＰａ（２気圧）下で、導電性ポリマーの試験片を１２０時間保持して行うものとする。
　静電容量センサを構成する際、本発明の網目状柔軟電極は、絶縁層と一体化するために加熱される場合がある。この場合、導電性ポリマーには、絶縁層の軟化温度である１６０～２００℃程度の高温下でも溶融粘度が大きく、形状保持性、機械的特性の保持性が高く、物性が変化しにくいことが要求される。この点を考慮すると、導電性ポリマーは、次の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の条件の少なくとも一つを満足することが望ましい。
（Ａ）１２０℃以上１８０℃以下のある温度下で、導電性ポリマーの弾性率は同温度下で測定される絶縁層の弾性率よりも大きい。
（Ｂ）１２０℃以上１８０℃以下のある温度下で、導電性ポリマーの破断伸びは同温度下で測定される絶縁層の破断伸びよりも大きい。
（Ｃ）導電性ポリマーの２００℃における溶融粘度は、絶縁層の２００℃における溶融粘度よりも大きい。
（Ａ）、（Ｂ）の条件については、温度範囲の下限の１２０℃と上限の１８０℃との両方における弾性率、破断伸びを比較して、いずれの温度においても導電性ポリマーの値が絶縁層の値以下である、または測定ができない場合は、当該条件を満足しないと判断する。
　（２）網目形状
　本発明の網目状柔軟電極における線幅、線の断面形状、厚さ、ピッチ、空隙の形状などは、柔軟性、導電性、センシング性能、形状保持性などを考慮して適宜決定すればよい。例えば、線幅は０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以上、０．３ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下、２．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下であるとよい。線の断面形状は、円、楕円、長方形、正方形などが挙げられる。線の厚さは０．０５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下であるとよい。ピッチは０．５ｍｍ以上、０．７ｍｍ以上、１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、５ｍｍ以下であるとよい。ピッチが大きいと空隙が大きくなる（網目が粗くなる）ため、絶縁層と一体化させる際に絶縁層に埋め込みやすい。空隙の平面形状は、円、楕円、長方形や菱形などの多角形が挙げられる。さらには、線幅とピッチとの比率が１：１０～１０：１であるとよい。また、線と空隙との面積比は１：１０～１０：１であるとよく、１：３～３：１であるとより好適である。
　精度よくセンシングするためには、絶縁層を挟んで配置される二つの電極層間の距離が重要になる。このため、本発明の網目状柔軟電極の厚さは、できるだけ均一であることが望ましい。例えば、網目状柔軟電極の厚さの変化率［（最大厚さ－最小厚さ）／最小厚さ×１００］は、５０％以下であるとよい。
　［静電容量センサ］
　本発明の静電容量センサは、二つの電極層と、該電極層間に配置される絶縁層と、を備え、二つの該電極層のうちの少なくとも一方は、上述した本発明の網目状柔軟電極からなる。本発明の静電容量センサは、二つの電極層の一方が検出電極層、他方が検出電極層に対するノイズを遮蔽するシールド電極層であり、検出電極層と検出対象物との間に生じた静電容量を検出するセンサでもよく、二つの電極層間の静電容量を検出するセンサでもよい。
　（１）電極層
　二つの電極層のうち、一方のみに本発明の網目状柔軟電極を用いてもよいが、両方に本発明の網目状柔軟電極を用いるとより好適である。本発明の網目状柔軟電極については、先に説明したとおりである。また、本発明の網目状柔軟電極を用いない電極層には、塗料化した導電性ポリマーから形成される導電性シート、導電布などを用いればよい。
　（２）絶縁層
　絶縁層の材質は、絶縁性と柔軟性とを有すれば、樹脂、エラストマーなど特に限定されない。なかでも柔軟性、電極層との一体成形性を考慮すると、絶縁層は熱可塑性エラストマーを有することが望ましい。熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、塩ビ系、ウレタン系、エステル系、アミド系などのエラストマーから適宜選択すればよい。使用する熱可塑性エラストマーは、一種類でも二種類以上でもよい。例えば、スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、ＳＢＳ、ＳＥＢＳ、ＳＥＰＳなどが挙げられる。オレフィン系エラストマーとしては、ＥＥＡ、ＥＭＡ、ＥＭＭＡなどの他、エチレンとαオレフィンとの共重合体（エチレン－オクテン共重合体）などが挙げられる。
　絶縁層は熱可塑性エラストマー以外のゴム、樹脂を含んでいてもよい。例えば、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）などのゴムを含む場合には、絶縁層の柔軟性が向上する。絶縁層の柔軟性を向上させるという観点から、絶縁層に可塑剤などの柔軟性付与成分を含有させてもよい。また、絶縁層の熱伝導率を大きくするという観点から、熱伝導率が比較的大きく、かつ絶縁性の無機フィラーを含有させてもよい。熱伝導率が比較的大きい無機フィラーとしては、例えば、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素などが挙げられる。
　二つの電極層間の絶縁性を確保するという観点から、絶縁層の体積抵抗率は、１×１０１２Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。好適な体積抵抗率は、１×１０１３Ω・ｃｍ以上である。また、静電容量センサの部材への組み付け性、耐久性を向上させるという観点から、絶縁層の引張強さは、０．１ＭＰａ以上、さらには２．０ＭＰａ以上であると好適である。絶縁層の破断伸びは、１００％以上、さらには５００％以上であると好適である。
　（３）電極層と絶縁層との一体化
　本発明の静電容量センサにおいては、二つの電極層と絶縁層とが積層されていればよい。絶縁層は、電極層に含浸していても、電極層に含浸せずに接しているだけでもよい。あるいは、電極層と絶縁層との間に粘着層が介在していてもよい。電極層が本発明の網目状柔軟電極である場合、当該網目状柔軟電極と絶縁層との粘着性を利用して、両者を固定することができる。また、加熱して軟化させた絶縁層に網目状柔軟電極を重ね合わせ、網目状柔軟電極に絶縁層を融着することにより両者を固定することができる。この際、積層方向に加圧して、軟化した絶縁層の一部を網目状柔軟電極の空隙に含浸させてもよい。こうすることにより、網目状柔軟電極の少なくとも一部が絶縁層に埋入される。網目状柔軟電極の全体が絶縁層に埋め込まれていてもよい。
　（４）用途
　本発明の静電容量センサは、平面状に配置しても、部材に巻き付けて配置してもよい。本発明の静電容量センサは、車両のステアリングホイールの他、ドアトリム、アームレスト、コンソールボックス、インストロメントパネル、ヘッドレスト、シートなどの内装部品に配置され、人の近接、接触を検出するセンサとして好適である。なお、上記第一実施形態のように、本発明の静電容量センサをステアリングホイールに適用する場合、リム部には必ずしもヒータが配置される必要はない。また、ドライバーモニタリングシステムに用いられるセンサとしても好適である。例えば、本発明の静電容量センサを車両のシートに敷いて、着座している乗員の圧力分布や圧力変化を検出することができる。検出した圧力変化に基づいて重心移動や姿勢の変化を推定することができ、圧力変化に基づいて呼吸数や心拍数を測定することができる。
　［静電容量センサの製造方法］
　本発明の静電容量センサの製造方法は、二つの電極層が網目状柔軟電極からなる形態の本発明の静電容量センサの製造方法であって、電極製造工程と、積層工程と、を有する。
　（１）電極製造工程
　本工程は、網目状柔軟電極を製造する工程である。本工程においては、まず、ポリマーに導電材、必要に応じてオイル、分散剤などを加えて混練りし、導電性組成物を製造する（導電性組成物製造工程）。混練りは、バンバリーミキサー、ニーダー、二軸混練機、二軸押出機など、通常使用される装置を用いればよい。次に、導電性組成物を網目形状に成形する（成形工程）。網目形状に成形するには、押出成形、溶融転写、プレス成形、エンボス加工などの方法を用いればよい。押出成形によると、比較的簡単に低コストで成形することができる。押出成形のなかでも、回転押出成形によると、比較的細かい網目形状を得ることができる。押出成形によると、線の交点の厚さがそれ以外の厚さよりも大きくなる傾向にあるため、厚さをより均一にするためには、後加工としてプレス処理などをするとよい。溶融転写は、グラビア印刷技術を利用した方法である。溶融転写によると、細かい網目形状を有し厚さが均一で薄膜状の電極を成形することができる。プレス成形によると、線幅、厚さ、ピッチなどが高精度で作製可能であり、複雑平面形状も成形することができる。例えば、プレス成形でシート状に成形した後、穴あけ加工を施してもよい。エンボス加工は、鋭利なエンボスロールと弾性ロールとを組み合わせて使用して、フィルムに穴あけ加工を施した後、延伸する方法である。エンボス加工によると、細かい網目形状を有し厚さが均一な電極を成形することができるが、延伸加工が必要になるため、導電性の変化を考慮する必要がある。
　（２）積層工程
　本工程は、絶縁層の表裏両面に、製造した網目状柔軟電極を積層する工程である。例えば、絶縁層が熱可塑性エラストマー製である場合には、絶縁層および網目状柔軟電極の粘着性を利用して、両者を固定することができる。本工程は、絶縁層と網目状柔軟電極とを融着する融着工程を有してもよい。すなわち、絶縁層を加熱して軟化させた後、網目状柔軟電極を重ね合わせることにより、両者を融着すればよい。加熱温度は、絶縁層が軟化する温度で、かつ、網目状柔軟電極の形状や物性が変化しにくい温度にすればよい。例えば、１６０～２００℃程度が好適である。さらに本工程は、加圧により網目状柔軟電極の少なくとも一部を絶縁層に埋入する埋入工程を有してもよい。例えば、絶縁層と網目状柔軟電極との積層体を積層方向に加圧して、絶縁層の一部を網目状柔軟電極の空隙に含浸させればよい。あるいは、融着工程において、絶縁層と網目状柔軟電極との積層体を積層方向に加圧して、軟化した絶縁層の一部を網目状柔軟電極の空隙に含浸させればよい。
　次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
　＜導電性ポリマーの製造＞
　［実施例１］
　まず、ポリメチルペンテン共重合体（三井化学（株）製「ＴＰＸ（登録商標）　ＭＸ００４」）、水添スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ）（旭化成（株）製「タフテック（登録商標）Ｈ１２２１」）、パラフィンオイル（出光興産（株）製「ダイアナ（登録商標）プロセスオイルＰＷ－３８０」）を５０：１００：１００の質量比で配合したポリマーに、導電材のカーボンブラック（ライオンスペシャリティケミカルズ（株）製「ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ」）を加えて、コンパウンディング用二軸押出機（（株）日本製鋼所製「ＴＥＸ（登録商標）２５αIII」）にて温度２３０℃で混練りして、ペレット状の導電性組成物を製造した。次に、導電性組成物を金型に載置し、２５０℃で充分に温調し溶融させた後、プレス成形機（三友工業（株）製の１５０トンプレス機）で熱プレスし、金型を閉じたまま冷却して、導電性ポリマーシートを製造した。製造したシートの厚さは、０．２ｍｍ、２ｍｍの二種類である。
　［実施例２、３］
　導電材のカーボンブラックの配合量を変更した点以外は実施例１と同様にして、実施例２、３の導電性ポリマーシートを製造した。
　［実施例４］
　ポリマーにおける三成分の質量比を変更した点以外は実施例１と同様にして、実施例４の導電性ポリマーシートを製造した。
　［実施例５］
　ポリマーを、ウレタン系熱可塑性エラストマー（大日精化工業（株）製「レザミン（登録商標）ＰＨ８９０」）のみに変更し、混練り温度を２００℃に変更し、導電性組成物の温調、溶融温度を２２０℃に変更した点以外は実施例１と同様にして、実施例５の導電性ポリマーシートを製造した。
　［実施例６、７］
　導電材のカーボンブラックの配合量を変更した点以外は実施例５と同様にして、実施例６、７の導電性ポリマーシートを製造した。
　［実施例８］
　ポリマーを、水添スチレン系熱可塑性エラストマー（同上）とパラフィンオイル（同上）とを５０：５０の質量比で配合したものに変更した点以外は実施例１と同様にして、実施例８の導電性ポリマーシートを製造した。
　［比較例１］
　導電性ポリマーシートではなく、銅およびニッケル被覆されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維を用いた導電布（セーレン（株）製「Ｓｕｉ－１０－５１１Ｍ」）を、比較例１のサンプルとした。
　［比較例２］
　比較例１の導電布の糸密度を６８本／インチに減らした導電布を、比較例２のサンプルとした。
　［比較例３］
　ポリマーを、ポリメチルペンテン共重合体（同上）のみに変更した点以外は実施例１と同様にして、比較例３の導電性ポリマーシートを製造した。
　［比較例４］
　ポリマーを、水添スチレン系熱可塑性エラストマー（同上）とパラフィンオイル（同上）とを５０：５０の質量比で配合したものに変更し、導電材のカーボンブラックを配合しなかった点以外は実施例１と同様にして、比較例４のポリマーシートを製造した。導電材を有しない点において、比較例４のポリマーは本発明における導電性ポリマーの概念に含まれない。
　＜導電性ポリマーの物性測定＞
　製造した導電性ポリマーの物性を測定した。測定項目および測定方法は以下のとおりである。なお、比較例４のポリマーについても、体積抵抗率を除く物性を同様に測定した。
　［弾性率、引張強さ、破断伸び］
　ＪＩＳ　Ｋ６２５１：２０１７に規定される引張試験を行い、引張強さおよび破断伸びを測定し、応力－伸び曲線の線形領域の傾きから弾性率を算出した。破断伸びは、同ＪＩＳに規定される切断時伸び（Ｅｂ）と同義である。引張試験は、厚さ２ｍｍの導電性ポリマーシートから作製したダンベル状５号形の試験片を用い、室温下、引張速度を１００ｍｍ／ｍｉｎとして行った。また、１２０℃下、１８０℃下でも同様に引張試験を行い、各々の温度下における破断伸びを測定し、応力－伸び曲線の線形領域の傾きから弾性率を算出した。 
　［溶融粘度］
　（株）東洋精機製作所製の「キャピログラフ（登録商標）１Ｄ　ＰＭＤ－Ｃ」（ＪＩＳ　Ｋ７１９９：１９９９に準拠）を用いて測定した。測定は、温度２００℃、せん断速度６１ｓ－１の条件で行った。
　［体積抵抗率］
　厚さ０．２ｍｍの導電性ポリマーシートの体積抵抗率を、（株）三菱化学アナリテック製の低抵抗率計「ロレスタ（登録商標）ＧＰ」（電圧：５Ｖ、ＪＩＳ　Ｋ７１９４：１９９４に準拠）を用いて測定した。測定された体積抵抗率を、初期（伸張前）の体積抵抗率とした。
　［２５％伸張時の体積抵抗率］
　厚さ０．２ｍｍの導電性ポリマーシートを打ち抜いて、ＪＩＳ　Ｋ６２５１：２０１０に規定されるダンベル状２号形の試験片を作製した。試験片の両端から１０ｍｍの位置に銅箔を取り付けた。試験片の長手方向中心から両側１０ｍｍの位置に一対の標線を引き、試験片上に２０ｍｍの標線間距離を設定した。まず、１Ｖの電圧を印加した時の銅箔間の電気抵抗値Ｒ１を測定した。次に、試験片の一端を引っ張り、標線間距離が２５ｍｍになるまで伸張させて（伸張率２５％：（２５－２０）／２０×１００＝２５）、銅箔間の電気抵抗値Ｒ２を測定した。電気抵抗値Ｒ２を電気抵抗値Ｒ１で除して、変化倍率（Ｒ２／Ｒ１）を算出した。そして、算出した変化倍率を、上述した初期の体積抵抗率に乗じて、２５％伸張時の体積抵抗率とした。
　［ＰＣＴ試験後、ＰＣＴ試験後の体積抵抗率の変化率および破断伸びの保持率］
　体積抵抗率の変化率を測定するために、厚さ０．２ｍｍの導電性ポリマーシートを打ち抜いて、ＪＩＳ　Ｋ７１９４：１９９４に準拠した８０ｍｍ×６０ｍｍ角の試験片を作製した。破断伸びの保持率を測定するために、厚さ０．２ｍｍの導電性ポリマーシートを打ち抜いて、ＪＩＳ　Ｋ６２５１：２０１０に規定されるダンベル状２号形の試験片を作製した。各試験片をプレッシャークッカーテスト試験機に入れ、１２１℃、２０２．６５ｋＰａ（２気圧）下で１２０時間保持した。その後、試験片を取出して、上述した測定方法により、ＰＣＴ試験後の体積抵抗率および破断伸びを測定した。そして、前出の式（ｉ）、（ｉｉ）により、体積抵抗率の変化率および破断伸びの保持率を算出した。
　＜導電性ポリマーの物性評価＞
　表１、表２に、製造した導電性ポリマーの組成および物性の測定結果をまとめて示す。表中、導電材の配合割合は、ポリマー１００質量部に対する導電材の質量部である。なお、比較例１、２の導電布の体積抵抗率は、表面抵抗率から算出した参考値であり、２５％伸張時の体積抵抗率およびＰＣＴ試験後の体積抵抗率は、導電性ポリマーと同様にして測定した。測定の際、導電布の縦糸と横糸とが、引張方向と平行、垂直になるようにセットした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１に示すように、実施例の導電性ポリマーの弾性率は、最大でも２３０ＭＰａであり、これらの導電性ポリマーは高い柔軟性を有することが確認された。また、引張強さおよび破断伸びも、満足いく値であった。伸張前の体積抵抗率は、最大でも７．２Ω・ｃｍであり、２５％伸張しても３倍以下にしか増加しなかった。すなわち、実施例の導電性ポリマーは所望の導電性を有し、伸張しても導電性が低下しにくいことが確認された。ＰＣＴ試験後においても、体積抵抗率および破断伸びの変化は小さかった。これにより、自動車の車室内での長期間の使用にも耐えられることが確認された。一方、表２に示すように、比較例１、２の導電布は、２５％伸張すると破断した。また、比較例３の導電性ポリマーの弾性率は極めて大きい。このため、比較例３の導電性ポリマーは柔軟性に乏しく、２５％伸張すると破断した。
　以上より、実施例の導電性ポリマーは、本発明の静電容量センサ用網目状柔軟電極に適していることがわかる。なお、１２０℃下、１８０℃下での弾性率および破断伸び、２００℃下での溶融粘度については、後の静電容量センサの評価において説明する。
　＜静電容量センサの製造＞
　まず、実施例および比較例３において製造した導電性組成物をプレス成形して、網目形状を有する電極を製造した。具体的には、導電性組成物を網目形状の型面を有する金型に載置し、２５０℃で溶融させた後にプレスして、網目形状の電極を製造した。得られた電極は、縦６０ｍｍ、横６０ｍｍの正方形状を有し、厚さ０．２ｍｍ、線幅０．８ｍｍ、ピッチ３ｍｍである。なお、導電性を有しない比較例４のポリマーについても同様にプレス成形して、網目形状を有する電極を製造した。
　次に、絶縁層を製造した。絶縁層の製造方法は以下のとおりである。まず、水添スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ）（旭化成（株）製「タフテック（登録商標）Ｈ１２２１」）１００質量部およびオレフィン系熱可塑性エラストマー（ダウ・ケミカル日本（株）製「エンゲージ（登録商標）ＸＬＴ８６７７」）５０質量部に、無機フィラーとしての酸化マグネシウム粉末（宇部マテリアルズ（株）製「ＲＦ－５０ＳＣ」）２００質量部を添加して、コンパウンディング用二軸押出機（同上）にて温度２００℃で混練りして、ペレット状の絶縁性組成物を製造した。次に、絶縁性組成物を、単軸押出機（（株）プラスチック工学研究所製「ＵＴ－２５」）にてＴダイ押出し加工して、幅１５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのエラストマーシートを製造した。得られたエラストマーシートを縦６０ｍｍ、横６０ｍｍの正方形状に打ち抜いて、絶縁層とした。絶縁層（エラストマーシート）の１２０℃下、１８０℃下での弾性率および破断伸び、２００℃下での溶融粘度を導電性ポリマーシートと同様に測定したところ、１２０℃下の弾性率は１．８ＭＰａ、１８０℃下の弾性率は０．５ＭＰａ、１２０℃下の破断伸びは１０％、１８０℃下の破断伸びは１０％、２００℃下の溶融粘度は３５００Ｐａ・ｓであった。
　それから、絶縁層の厚さ方向両面（表面および裏面）に、網目形状の電極を一つずつ重ね合わせ、２００℃下、圧力０．１～１ＭＰａで５分程度プレスし、放冷した。このようにして、電極層／絶縁層／電極層からなる静電容量センサを製造した。
　比較例１、２の導電布については、そのまま絶縁層の厚さ方向両面に一つずつ配置して、網目形状の電極と同様の条件で熱プレスした。以下、実施例の導電性組成物から製造された網目形状の電極を備える静電容量センサを、実施例の静電容量センサと称す。比較例についても、同様に比較例の静電容量センサと称す。なお、実施例の静電容量センサは、本発明の静電容量センサの概念に含まれる。
　＜静電容量センサの評価＞
　（１）評価項目および評価方法
　［一体成形性］
　静電容量センサの厚さ方向断面を目視観察して、一体成形性を評価した。一体成形性の評価は、電極の網目形状が維持され、かつ電極が絶縁層中に埋め込まれて融着している状態を良好（前出の表１、表２中、○印で示す）、網目形状が維持され、かつ電極の一部のみが埋め込まれて融着している状態を普通（同表中、△印で示す）、電極が全く埋め込まれていない、網目形状が維持されていない、または融着していない状態を不良（同表中、×印で示す）とした。
　［取り付け容易性（柔軟性）］
　静電容量センサを手で１０％伸張した際の感覚で、部材への取り付け容易性を評価した。取り付け容易性の評価は、正方形状のセンサの全方向において容易に伸張できる場合を良好（前出の表１、表２中、○印で示す）、伸張しにくい、または特定の方向において伸張しにくい状態を不良（同表中、×印で示す）とした。
　［センシング性能］
　二つの電極層に端子を取り付け、ＬＣＲメータ（日置電機（株）製「ＩＭ３５３３」）にて交流５Ｖ電圧（周波数：１０～１００ｋＨｚ）を印加して、電流と電圧の位相差を測定することにより、センシング性能を評価した。センシング性能の評価は、上記周波数の全領域において位相差がπ／２±５°である場合をセンシング性能が高い（前出の表１、表２中、○印で示す）、上記周波数領域のある周波数で位相差がπ／２±１°からはずれる場合をセンシング性能が低い（同表中、×印で示す）とした。
　（２）評価結果
　前出表１、表２に、静電容量センサの評価結果をまとめて示す。表１に示すように、実施例の静電容量センサにおいては、一体成形性、取り付け容易性のいずれも良好であり、センシング性能も高かった。なお、実施例１～７の導電性ポリマーの１８０℃下での弾性率および破断伸びは、絶縁層のそれよりも大きかった（絶縁層の弾性率：０．５ＭＰａ、破断伸び：１０％）。すなわち、実施例１～７の導電性ポリマーは、先の条件（Ａ）および（Ｂ）を満足する。実施例１～６の導電性ポリマーの２００℃下での溶融粘度は、絶縁層のそれよりも大きかった（絶縁層の溶融粘度：３５００Ｐａ・ｓ）。すなわち、実施例１～６の導電性ポリマーは、先の条件（Ａ）および（Ｂ）に加えて（Ｃ）も満足する。また、実施例８の導電性ポリマーについては、１２０℃、１８０℃下での弾性率は絶縁層のそれよりも小さく、１２０℃、１８０℃下での破断伸びは絶縁層のそれ以下であったが、２００℃下での溶融粘度は絶縁層のそれよりも大きかった。すなわち、実施例８の導電性ポリマーは、先の条件（Ｃ）を満足する。したがって、実施例の静電容量センサにおいては、加熱下で絶縁層と一体化される際に、電極層の変形、機械的特性、物性の変化などが小さかったと考えられる。一方、参考のために製造した比較例４の静電容量センサにおいては、一体成形性は不良となった。これは、比較例４のポリマーの１２０℃下の弾性率および破断伸び、２００℃下での溶融粘度がいずれも絶縁層のそれよりも小さかったため（１８０℃下では弾性率および破断伸びの測定不可）、先の条件（Ａ）～（Ｃ）を満足せず、絶縁層と一体化される際に、電極層（比較例４のポリマー）が熱により変形したことが原因と考えられる。
　表２に示すように、比較例１の静電容量センサにおいては、一体成形性が不良であり、比較例２の静電容量センサにおいては、一体成形性はやや良くなったものの取り付け性は悪かった。これは、比較例２の導電布は、柔軟性に乏しいものの、比較例１の導電布と比較して糸密度が小さいため、絶縁層が含浸しやすくなったためと考えられる。比較例３の静電容量センサは、柔軟性に乏しいため、取り付け性は不良であった。
１：静電容量センサ、８：ステアリングホイール、１０：検出電極層、１１：シールド電極層、１２：絶縁層、２０：芯体、３０：ヒータ層、３１：粘着層、４０：表皮、４１：粘着層、５０：網目状柔軟電極、５１：空隙、８０：リム部、８１：連結部。

Claims (21)

  1. 　二つの電極層と、該電極層間に配置される絶縁層と、を備える静電容量センサであって、
    　二つの該電極層のうちの少なくとも一方は、導電性ポリマーからなる網目形状を有する網目状柔軟電極からなり、
    　該導電性ポリマーは、ポリマーと、該ポリマーに分散された導電材と、を有し、弾性率が１０００ＭＰａ以下であることを特徴とする静電容量センサ。
  2. 　前記網目状柔軟電極の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項１に記載の静電容量センサ。
  3. 　前記導電性ポリマーの前記ポリマーは、熱可塑性樹脂および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上を有する請求項１または請求項２に記載の静電容量センサ。
  4. 　前記導電性ポリマーの前記導電材は、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよび黒鉛から選ばれる一種以上を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静電容量センサ。
  5. 　前記導電性ポリマーの体積抵抗率は、１００Ω・ｃｍ以下である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電容量センサ。
  6. 　前記導電性ポリマーを一方向に２５％伸長した時の体積抵抗率は、伸張前の体積抵抗率の１０倍以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静電容量センサ。
  7. 　前記絶縁層は、熱可塑性エラストマーを有する請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の静電容量センサ。
  8. 　次の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の条件の少なくとも一つを満足する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の静電容量センサ。
    （Ａ）１２０℃以上１８０℃以下のある温度下で、前記導電性ポリマーの弾性率は同温度下で測定される前記絶縁層の弾性率よりも大きい。
    （Ｂ）１２０℃以上１８０℃以下のある温度下で、前記導電性ポリマーの破断伸びは同温度下で測定される前記絶縁層の破断伸びよりも大きい。
    （Ｃ）前記導電性ポリマーの２００℃における溶融粘度は、前記絶縁層の２００℃における溶融粘度よりも大きい。
  9. 　前記網目状柔軟電極の少なくとも一部は、前記絶縁層に埋入されている請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の静電容量センサ。
  10. 　二つの前記電極層のうち、一方は検出電極層であり、他方はシールド電極層であり、該検出電極層と対象物との間に発生する静電容量を検出する請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の静電容量センサ。
  11. 　ステアリングホイールに配置される請求項１０に記載の静電容量センサ。
  12. 　二つの電極層と、該電極層間に配置される絶縁層と、を備え、二つの該電極層は、導電性ポリマーからなる網目形状を有する網目状柔軟電極からなり、該導電性ポリマーは、ポリマーと、該ポリマーに分散された導電材と、を有し、弾性率が１０００ＭＰａ以下である静電容量センサの製造方法であって、
    　前記網目状柔軟電極を製造する電極製造工程と、
    　前記絶縁層の表裏両面に該網目状柔軟電極を積層する積層工程と、
    を有することを特徴とする静電容量センサの製造方法。
  13. 　前記積層工程は、前記絶縁層と前記網目状柔軟電極とを融着する融着工程を有する請求項１２に記載の静電容量センサの製造方法。
  14. 　前記積層工程は、加圧により前記網目状柔軟電極の少なくとも一部を前記絶縁層に埋入する埋入工程を有する請求項１２または請求項１３に記載の静電容量センサの製造方法。
  15. 　前記電極製造工程においては、前記ポリマーと前記導電材とを有する導電性組成物を、押出成形、溶融転写、プレス成形、またはエンボス加工することにより網目形状に成形する請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の静電容量センサの製造方法。
  16. 　ポリマーと、該ポリマーに分散された導電材と、を有し、弾性率が１０００ＭＰａ以下の導電性ポリマーからなり、網目形状を有することを特徴とする静電容量センサ用網目状柔軟電極。
  17. 　厚さは０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項１６に記載の静電容量センサ用網目状柔軟電極。
  18. 　前記ポリマーは、熱可塑性樹脂および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上を有する請求項１６または請求項１７に記載の静電容量センサ用網目状柔軟電極。
  19. 　前記導電材は、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよび黒鉛から選ばれる一種以上を有する請求項１６ないし請求項１８のいずれかに記載の静電容量センサ用網目状柔軟電極。
  20. 　前記導電性ポリマーの体積抵抗率は、１００Ω・ｃｍ以下である請求項１７ないし請求項２０のいずれかに記載の静電容量センサ用網目状柔軟電極。
  21. 　前記導電性ポリマーを一方向に２５％伸長した時の体積抵抗率は、伸張前の体積抵抗率の１０倍以下である請求項１６ないし請求項２０のいずれかに記載の静電容量センサ用網目状柔軟電極。
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