JP2014219214A - Capacitance type sensor sheet and sensor - Google Patents

Capacitance type sensor sheet and sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2014219214A
JP2014219214A JP2013096461A JP2013096461A JP2014219214A JP 2014219214 A JP2014219214 A JP 2014219214A JP 2013096461 A JP2013096461 A JP 2013096461A JP 2013096461 A JP2013096461 A JP 2013096461A JP 2014219214 A JP2014219214 A JP 2014219214A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode layer
sensor sheet
dielectric layer
side electrode
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013096461A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大高 秀夫
Hideo Otaka
秀夫 大高
加津寛 金子
Katsuhiro Kaneko
加津寛 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bando Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Bando Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bando Chemical Industries Ltd filed Critical Bando Chemical Industries Ltd
Priority to JP2013096461A priority Critical patent/JP2014219214A/en
Publication of JP2014219214A publication Critical patent/JP2014219214A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance type sensor sheet that has a high expansion rate, that can follow deformation or movement of a flexible measurement object, that is excellent in durability against expanding/contracting deformation or repeated deformation, and that can be used for measuring a distortion amount of the expanding/contracting deformation and/or distortion distribution of the expanding/contracting deformation.SOLUTION: The capacitance type sensor sheet comprises: a dielectric layer comprising an elastomer composition; a front side electrode layer that is laminated on a front surface of the dielectric layer; and a rear side electrode layer that is laminated on a rear surface of the dielectric layer. The front side electrode layer and the rear side electrode layer are formed of a conductive composition comprising a monolayer carbon nanotube with an average length of 100 μm or longer and an aspect ratio of 1000 or more. The capacitance type sensor sheet is used for measuring the distortion amount of the expanding/contracting deformation and/or the distortion distribution of the expanding/contracting deformation.

Description

本発明は、静電容量型センサシート、特に、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定するために用いる静電容量型センサシート、及び、この静電容量型センサシートを用いた静電容量型センサに関する。 The present invention relates to a capacitance type sensor sheet, in particular, a capacitance type sensor sheet used for measuring the amount of stretch deformation strain and / or distribution of stretch deformation strain, and a static sensor using this capacitance type sensor sheet. The present invention relates to a capacitive sensor.

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

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

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

また、面圧分布センサとして使用する静電容量型センサシートは、通常、測定時の誘電層の変位量(伸長率)が数%程度である。そのため、柔軟性を有している誘電層でも、屈曲性は有しているが、伸長率は数%程度である。
これに対して、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布の測定に使用する静電容量型センサシートでは、その使用態様にもよるが、測定時の誘電層の変位量(伸長率)が100%を超えることも珍しくない。
そのため、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布の測定に使用する静電容量型センサシートでは、誘電層には高い伸長率が要求され、また、電極層には誘電層を伸長させた際に、それに追従でき、かつ導電性が維持される(電気抵抗が増加しない)ことが要求される。
そして、特許文献1に記載の静電容量型センサシートでは、このような要求を充分に満足することができず、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布の測定に使用する静電容量型センサシートとしては使用することが困難であった。特に、カーボンブラック等の導電性フィラーを用いて電極層を形成した場合には、誘電層の伸長にともなって電極層が伸長した際に導電パスが切断されやすく、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布の測定に使用することができなかった。
In addition, the capacitance type sensor sheet used as the surface pressure distribution sensor usually has a dielectric layer displacement amount (elongation rate) of about several percent during measurement. For this reason, even a flexible dielectric layer has flexibility, but the elongation rate is about several percent.
On the other hand, in the capacitive sensor sheet used for measuring the amount of stretch deformation strain and / or distribution of the stretch deformation strain, the displacement amount (elongation rate) of the dielectric layer at the time of measurement is dependent on the use mode. It is not uncommon to exceed 100%.
Therefore, in the capacitive sensor sheet used for measuring the amount of stretch deformation strain and / or distribution of stretch deformation strain, the dielectric layer is required to have a high elongation rate, and when the dielectric layer is stretched on the electrode layer, In addition, it is required to be able to follow it and maintain conductivity (electrical resistance does not increase).
The capacitance type sensor sheet described in Patent Document 1 cannot sufficiently satisfy such a requirement, and is used for measurement of the amount of stretch deformation strain and / or distribution of stretch deformation strain. It was difficult to use as a sensor sheet. In particular, when an electrode layer is formed using a conductive filler such as carbon black, the conductive path is easily cut when the electrode layer is stretched along with the elongation of the dielectric layer, and the amount of stretch deformation strain and / or stretch It could not be used to measure the deformation strain distribution.

特開2010−43881号公報JP 2010-43881 A

伸縮変形歪み量センサ及び/又は伸縮変形歪み分布センサに用いられる静電容量型センサシートには、誘電層及び電極層が高い伸長率を有するとともに、センサシートが大きな伸縮変形や繰り返し変形を受けても電極層の導電性の低下(電気抵抗の増加)が少ないこと等の耐久性に優れることが要求される。 The capacitance type sensor sheet used for the elastic deformation strain amount sensor and / or the elastic deformation strain distribution sensor has a high elongation rate in the dielectric layer and the electrode layer, and the sensor sheet is subjected to large elastic deformation and repeated deformation. However, the electrode layer is required to have excellent durability such as a decrease in conductivity (increase in electric resistance) of the electrode layer.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い伸長率を有し、柔軟な測定対象物の変形や動作に追従することが可能で、かつ伸縮変形や繰り返し変形に対する耐久性に優れ、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定するために用いることができる静電容量型センサシートを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to have a high elongation rate, to follow the deformation and operation of a flexible measurement object, and to perform elastic deformation and repetition. An object of the present invention is to provide a capacitive sensor sheet that is excellent in durability against deformation and can be used to measure the amount of stretch deformation strain and / or distribution of stretch deformation strain.

本発明の静電容量型センサシートは、
エラストマー組成物からなる誘電層と、前記誘電層の表面に積層された表側電極層と、前記誘電層の裏面に積層された裏側電極層とを備え、
前記表側電極層及び裏側電極層は、平均長さ100μm以上で、かつ、アスペクト比が1000以上の単層カーボンナノチューブを含む導電性組成物からなり、
伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定するために用いられる
ことを特徴とする。
The capacitive sensor sheet of the present invention is
A dielectric layer made of an elastomer composition, a front electrode layer laminated on the surface of the dielectric layer, and a back electrode layer laminated on the back surface of the dielectric layer;
The front electrode layer and the back electrode layer are made of a conductive composition containing single-walled carbon nanotubes having an average length of 100 μm or more and an aspect ratio of 1000 or more,
It is used for measuring the amount of stretch deformation strain and / or the distribution of stretch deformation strain.

本発明の静電容量型センサシートは、一軸引張りに耐えられる伸長率が30%以上であることが好ましい。 The capacitance type sensor sheet of the present invention preferably has an elongation rate of 30% or more capable of withstanding uniaxial tension.

本発明の静電容量型センサシートにおいて、前記表側電極層及び裏側電極層の平均厚さは、それぞれ0.1〜10μmであることが好ましい。
また、本発明の静電容量型センサシートでは、前記表側電極層及び裏側電極層はそれぞれ平行に配置された複数の帯状体からなり、この表側電極層と裏側電極層とが表裏方向から見て略直角で交差するように配置されていることが好ましい。
また、
前記表側電極層及び裏側電極層は、前記導電性組成物を含む塗布液の塗布により形成されていることが好ましい。
In the capacitive sensor sheet of the present invention, the average thickness of the front electrode layer and the back electrode layer is preferably 0.1 to 10 μm.
In the capacitive sensor sheet of the present invention, the front electrode layer and the back electrode layer are each composed of a plurality of strips arranged in parallel, and the front electrode layer and the back electrode layer are viewed from the front and back directions. It is preferable that they are arranged so as to intersect at substantially right angles.
Also,
The front-side electrode layer and the back-side electrode layer are preferably formed by applying a coating solution containing the conductive composition.

本発明の静電容量型センサは、
本発明の静電容量型センサシートと、
計測手段と、
前記静電容量型センサシートが備える表側電極層及び裏側電極層のそれぞれと前記計測手段とを接続する外部配線とを備え、
伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定することを特徴とする。
The capacitive sensor of the present invention is
A capacitive sensor sheet of the present invention;
Measuring means;
Each of the front side electrode layer and the back side electrode layer provided in the capacitance type sensor sheet includes an external wiring that connects the measurement unit, and
The elastic deformation strain amount and / or the elastic deformation strain distribution is measured.

本発明の静電容量型センサシートは、電極層(表側電極層及び裏側電極層)が、平均長さが長く、アスペクト比が高い超長尺の単層カーボンナノチューブ(SWNT)を含む導電性組成物からなるものであるため、伸縮変形や繰り返し変形に対して電極層の導電パスが切断されることがなく、伸縮変形や繰り返し変形に対して電極層の導電性の低下(電気抵抗の増加)が発生することがないため耐久性(長期信頼性)に優れ、高い伸長率を有し、柔軟な測定対象物の変形や動作に追従することが可能で、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定する静電容量型センサに好適に使用することができる。 The capacitance-type sensor sheet of the present invention has a conductive composition in which the electrode layers (the front-side electrode layer and the back-side electrode layer) include ultra-long single-walled carbon nanotubes (SWNT) having a long average length and a high aspect ratio. Because it is made of a material, the conductive path of the electrode layer is not cut due to expansion and deformation and repeated deformation, and the conductivity of the electrode layer is decreased due to expansion and deformation (increase in electric resistance). Since it does not occur, it has excellent durability (long-term reliability), has a high elongation rate, and can follow the deformation and movement of a flexible measurement object. It can be suitably used for a capacitive sensor that measures strain distribution.

本発明の静電容量型センサは、本発明の静電容量型センサシートを備えるため、測定精度及び耐久性(長期信頼性)に優れた伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定する静電容量型センサである。 Since the capacitive sensor of the present invention includes the capacitive sensor sheet of the present invention, it measures the amount of stretch deformation and / or distribution of stretch deformation excellent in measurement accuracy and durability (long-term reliability). It is a capacitance type sensor.

(a)は、本発明の静電容量型センサシートの一例を模式的に示す上面図であり、(b)は、(a)に示した静電容量型センサシートのA−A線断面図である。(A) is a top view which shows typically an example of the capacitive sensor sheet of this invention, (b) is the sectional view on the AA line of the capacitive sensor sheet shown to (a). It is. 図1に示した静電容量型センサシートを用いた静電容量型センサの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrostatic capacitance type sensor using the electrostatic capacitance type sensor sheet | seat shown in FIG. 本発明の静電容量型センサシートの別の一例を模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically another example of the electrostatic capacitance type sensor sheet | seat of this invention. 本発明の静電容量型センサシートの別の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another example of the electrostatic capacitance type sensor sheet | seat of this invention. 本発明の静電容量型センサシートが備える誘電層の作製に使用する成形装置の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the shaping | molding apparatus used for preparation of the dielectric layer with which the electrostatic capacitance type sensor sheet of this invention is provided. 評価1を評価用サンプル1に対して行った測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result which performed evaluation 1 to sample 1 for evaluation. 評価1を評価用サンプル2に対して行った測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result which performed evaluation 1 to sample 2 for evaluation. 評価1を評価用サンプル3に対して行った測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result which performed evaluation 1 to sample 3 for evaluation. 評価2の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of evaluation 2. 評価3に用いたセンサシートを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the sensor sheet | seat used for evaluation 3. FIG. センサシート1の変形に対する静電容量の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing a measurement result obtained by measuring a change in capacitance with respect to deformation of the sensor sheet 1. センサシート2の変形に対する静電容量の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing a measurement result obtained by measuring a change in capacitance with respect to deformation of the sensor sheet 2. センサシート3の変形に対する静電容量の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing a measurement result obtained by measuring a change in capacitance with respect to deformation of a sensor sheet 3.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参酌しつつ説明する。
(第1実施形態)
図1(a)は、本発明の静電容量型センサシートの一例を模式的に示す上面図であり、(b)は、(a)に示した静電容量型センサシートのA−A線断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1A is a top view schematically showing an example of the capacitive sensor sheet of the present invention, and FIG. 1B is an AA line of the capacitive sensor sheet shown in FIG. It is sectional drawing.

図1(a)、(b)に示すように、本発明の静電容量型センサシート1は、シート状の誘電層2と、誘電層2の表面(おもて面)に積層された特定の導電性組成物からなる帯状の表側電極層01A〜16Aと、誘電層2の裏面に積層された特定の導電性組成物からなる帯状の裏側電極層01B〜16Bと、表側電極層01A〜16Aの一端に設けられた外部配線と接続するための表側接続部01A1〜16A1と、裏側電極層01B〜16Bの一端に設けられた外部配線と接続するための裏側接続部01B1〜16B1とを備える。
上記表側電極層と裏側電極層とが表裏方向(誘電層の厚さ方向)で交差する部分が検出部C0101〜C1616となる。なお、検出部の符号「C○○△△」中、上2桁の「○○」は、表側電極層01A〜16Aに対応し、下2桁の「△△」は、裏側電極層01B〜16Bに対応する。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a capacitive sensor sheet 1 of the present invention has a sheet-like dielectric layer 2 and a specific laminated on the surface (front surface) of the dielectric layer 2. Strip-shaped front electrode layers 01A to 16A made of a conductive composition, strip-shaped back electrode layers 01B to 16B made of a specific conductive composition laminated on the back surface of the dielectric layer 2, and front electrode layers 01A to 16A Front-side connection portions 01A1 to 16A1 for connecting to external wiring provided at one end of the backside, and back-side connection portions 01B1 to 16B1 for connecting to external wiring provided to one end of the back-side electrode layers 01B to 16B.
The portions where the front-side electrode layer and the back-side electrode layer intersect in the front-back direction (thickness direction of the dielectric layer) are detection units C0101 to C1616. In the detection unit code “CXXΔΔ”, the upper two digits “XX” correspond to the front electrode layers 01A to 16A, and the lower two digits “ΔΔ” indicate the back electrode layers 01B to 01B. Corresponding to 16B.

表側電極層01A〜16Aは、それぞれ帯状を呈しており、誘電層2の表面に合計16本積層されている。表側電極層01A〜16Aは、それぞれX方向(図1(a)中、左右方向)に延在している。表側電極層01A〜16Aは、それぞれY方向(図1(a)中、上下方向)に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるようにそれぞれ配置されている。 The front-side electrode layers 01A to 16A each have a strip shape, and a total of 16 layers are laminated on the surface of the dielectric layer 2. The front-side electrode layers 01A to 16A each extend in the X direction (the left-right direction in FIG. 1A). The front-side electrode layers 01A to 16A are spaced apart from each other at predetermined intervals in the Y direction (the vertical direction in FIG. 1A), and are arranged so as to be substantially parallel to each other.

裏側電極層01B〜16Bは、それぞれ帯状を呈しており、誘電層2の裏面に合計16本積層されている。裏側電極層01B〜16Bは、それぞれ表側電極層01A〜16Aと表裏方向から見て略直角で交差するように配置されている。すなわち、裏側電極層01B〜16Bは、それぞれY方向に延在している。また、裏側電極層01B〜16Bは、X方向に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるようにそれぞれ配置されている。 The back electrode layers 01 </ b> B to 16 </ b> B each have a band shape, and a total of 16 layers are stacked on the back surface of the dielectric layer 2. The back-side electrode layers 01B to 16B are arranged so as to intersect the front-side electrode layers 01A to 16A at a substantially right angle when viewed from the front and back directions, respectively. That is, the back side electrode layers 01B to 16B each extend in the Y direction. Further, the back-side electrode layers 01B to 16B are arranged so as to be substantially parallel to each other at a predetermined interval in the X direction.

表側電極層01A〜16A及び裏側電極層01B〜16Bのそれぞれをこのように配置することにより、測定対象物の変形の位置及び大きさを測定するに際し、電極層の配置数及び電極配線数を少なくすることができる。即ち、上記態様の場合、検出部が効率良く配置されていることとなる。 By arranging the front side electrode layers 01A to 16A and the back side electrode layers 01B to 16B in this manner, the number of electrode layers and the number of electrode wires can be reduced when measuring the position and size of deformation of the measurement object. can do. That is, in the case of the said aspect, the detection part will be arrange | positioned efficiently.

もう少し詳しく説明すると、図1に示した例では、表側電極層と裏側電極層とが厚さ方向で交差する検出部が、16×16=256で256箇所存在するが、256箇所の検出部をそれぞれ独立して形成した場合には、各検出部につき表側電極と裏側電極とが存在するため、検出部の静電容量を検出するためには256×2で512本の配線が必要となるのに対して、図1に示した例のように、表側電極層及び裏側電極層がそれぞれ平行に配置された複数の帯状体からなり、この表側電極層と裏側電極層とが表裏方向から見て略直角で交差するように配置されている場合には、検出部の静電容量を検出するための配線が16+16の32本で済むのである。
そのため、上記の通り検出部が効率良く配置されていることとなる。
More specifically, in the example shown in FIG. 1, there are 256 detection units in which the front electrode layer and the back electrode layer intersect in the thickness direction at 16 × 16 = 256. In the case where they are formed independently, there are a front side electrode and a back side electrode for each detection unit, and thus 256 wires of 256 × 2 are required to detect the capacitance of the detection unit. On the other hand, as in the example shown in FIG. 1, the front electrode layer and the back electrode layer are formed of a plurality of strips arranged in parallel, and the front electrode layer and the back electrode layer are viewed from the front and back directions. In the case where they are arranged so as to intersect at substantially right angles, only 32 wires of 16 + 16 are required for detecting the electrostatic capacitance of the detection unit.
For this reason, the detection units are efficiently arranged as described above.

そして、このような構成を備えた静電容量型センサシートでは、後述するように計測手段と接続して静電容量型センサとし、各16本の配線をそれぞれ外部の切替回路で切り替えることで、256箇所の検出部を1箇所ずつ切り替えながら各検出部の静電容量を測定することができ、その結果、各検出部の歪み量と静電容量型センサシート内の歪みの位置情報とを検知することができる。 And, in the capacitive sensor sheet having such a configuration, as will be described later, the capacitive sensor sheet is connected to a measuring means, and each of the 16 wires is switched by an external switching circuit. Capacitance of each detection unit can be measured while switching 256 detection units one by one, and as a result, the amount of distortion of each detection unit and the positional information of the distortion in the capacitive sensor sheet are detected. can do.

本発明の静電容量型センサシートは、一軸引張りに耐えられる伸長率が30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、100%以上であることが更に好ましく、200%以上であることが特に好ましい。
上記伸長率が大きくすることで、柔軟な測定対象物の変形や動作に対する追従性が向上し、より正確に、かつ広い測定レンジで測定することが可能となるからである。
なお、本発明において、一軸引張りに耐えられる伸長率とは、JIS K 6251に準拠した引張り試験において、破断時伸び以下の伸長率であって、かつ、引張荷重を開放後元の状態に復元する伸長率をいい、例えば、一軸引張りに耐えられる伸長率が30%であるとは、一軸方向に30%伸長させた際に破断に至らず、かつ、引張荷重を開放した後に元の状態に復元する(即ち、弾性変形範囲にある)ことを意味する。
The capacitance type sensor sheet of the present invention preferably has an elongation ratio of 30% or more, more preferably 50% or more, still more preferably 100% or more, 200%, which can withstand uniaxial tension. The above is particularly preferable.
This is because, by increasing the elongation rate, the followability to deformation and movement of the flexible measurement object is improved, and it becomes possible to perform measurement more accurately and in a wide measurement range.
In the present invention, the elongation rate that can withstand uniaxial tension is an elongation rate equal to or lower than the elongation at break in a tensile test based on JIS K 6251, and restores the original state after releasing the tensile load. Elongation rate, for example, 30% elongation rate that can withstand uniaxial tension does not lead to breakage when stretched 30% in the uniaxial direction, and restores the original state after releasing the tensile load (Ie, within the elastic deformation range).

上記静電容量型センサシートにおいて、一軸引張りに耐えられる伸長率は、誘電層及び電極層の材質に依存するが、本発明では、電極層が平均長さ100μm以上で、かつ、アスペクト比が1000以上の単層カーボンナノチューブを含む導電性組成物からなるものであるため、このような電極層を備える場合、電極層側は一軸引張りに耐えられる伸長率が200%以上となる。よって、本発明の静電容量型センサシートでは、要求される伸長率に応じて誘電層の材質を適宜選択すればよい。 In the capacitance type sensor sheet, the elongation rate that can withstand uniaxial tension depends on the materials of the dielectric layer and the electrode layer, but in the present invention, the electrode layer has an average length of 100 μm or more and an aspect ratio of 1000. Since it consists of the conductive composition containing the above single-walled carbon nanotube, when it has such an electrode layer, the elongation rate which can endure uniaxial tension will be 200% or more at the electrode layer side. Therefore, in the capacitive sensor sheet of the present invention, the material of the dielectric layer may be appropriately selected according to the required elongation rate.

このような構成からなる静電容量型センサシート1は後述するように、表側電極層と裏側電極層のそれぞれを外部配線を介して計測手段と接続することにより静電容量型センサとなり、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定することが可能となる。 As will be described later, the capacitance type sensor sheet 1 having such a configuration becomes a capacitance type sensor by connecting each of the front side electrode layer and the back side electrode layer to a measuring means via an external wiring, and is expanded and contracted. It is possible to measure the strain amount and / or the stretch deformation strain distribution.

図1に示した静電容量型センサシート1を用いた静電容量型センサとしては、例えば、図2に示したような構成を備えたものが挙げられる。
図2は、図1に示した静電容量型センサシートを用いた静電容量型センサの一例を示す模式図である。
Examples of the capacitive sensor using the capacitive sensor sheet 1 shown in FIG. 1 include those having the configuration shown in FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a capacitive sensor using the capacitive sensor sheet shown in FIG.

図2に示す静電容量型センサ101は、図1に示した静電容量型センサシート1と、外部配線102及び103と、計測手段104とを備えている。
静電容量型センサシート1の表側接続部01A1〜16A1のそれぞれは、複数(16本)の配線が結束された外部配線103を介して計測手段104と接続されており、また、裏側接続部01B1〜16B1のそれぞれは、複数(16本)の配線が結束された外部配線102を介して計測手段104と接続されている。
なお、外部配線は、図2に示すように表側電極層及び裏側電極層の片端にのみ接続されていればよいが、場合によっては両端に接続されていても良い。
A capacitive sensor 101 shown in FIG. 2 includes the capacitive sensor sheet 1 shown in FIG. 1, external wirings 102 and 103, and measuring means 104.
Each of the front side connection parts 01A1 to 16A1 of the capacitance type sensor sheet 1 is connected to the measuring means 104 via the external wiring 103 in which a plurality of (16) wirings are bundled, and the back side connection part 01B1. 16B1 are connected to the measuring means 104 via the external wiring 102 in which a plurality (16) of wirings are bundled.
The external wiring may be connected to only one end of the front side electrode layer and the back side electrode layer as shown in FIG. 2, but may be connected to both ends depending on circumstances.

計測手段104は、図示しないが、電源回路、演算回路、静電容量、測定回路、画素切替回路及び表示装置等を必要に応じて備えており、その具体例としては、例えば、LCRメータ等が挙げられる。
このような静電容量型センサシートを備えた静電容量型センサもまた本発明の一つである。
Although not shown, the measurement unit 104 includes a power supply circuit, an arithmetic circuit, a capacitance, a measurement circuit, a pixel switching circuit, a display device, and the like as necessary. Specific examples thereof include, for example, an LCR meter. Can be mentioned.
A capacitive sensor provided with such a capacitive sensor sheet is also one aspect of the present invention.

なお、静電容量型センサシート1の平均厚み、幅及び長さ等の外観形状は、用いられる静電容量型センサシート1の用途によって適宜設計変更可能である。 Note that the external shape such as the average thickness, width, and length of the capacitive sensor sheet 1 can be appropriately changed depending on the application of the capacitive sensor sheet 1 used.

また、本発明の静電容量型センサシートを用いた静電容量型センサシートにおいて、静電容量の測定方法は特に限定されないが、LCRメータのような交流信号でのインピーダンスを計測して静電容量を計測する手法や、交流信号でのインピーダンスにより出力信号の電圧を変化させることで静電容量を計測する手法など、交流インピーダンスを用いた測定方法が好ましい。
交流インピーダンスを用いた測定方法では、高い周波数信号を用いた測定でも繰返し精度に優れ、高い周波数信号を用いることで、インピーダンスが大きくなり過ぎないため計測精度をより高めることができるばかりでなく、静電容量計測に要する時間を短縮することができ、センサとしては時間あたりの計測回数を増加させることが可能となる。そのため、例えば、測定対象物の歪み(変形)を時間分解して計測することで、動きの速さなどを検知する測定にも適している。
そして、本発明に静電容量型センサシートは、後述する構成の電極層を備えているため、高い周波数信号を用いた測定に好適である。
Further, in the capacitance type sensor sheet using the capacitance type sensor sheet of the present invention, the method for measuring the capacitance is not particularly limited, but the capacitance is measured by measuring the impedance with an AC signal such as an LCR meter. A measurement method using AC impedance, such as a method of measuring capacitance or a method of measuring capacitance by changing the voltage of the output signal according to the impedance of the AC signal, is preferable.
The measurement method using AC impedance is excellent in repeatability even when measuring using a high frequency signal. By using a high frequency signal, not only the impedance does not become too large, but also the measurement accuracy can be improved. The time required for the capacitance measurement can be shortened, and the sensor can increase the number of measurements per hour. Therefore, for example, by measuring the distortion (deformation) of the measurement object in a time-resolved manner, it is also suitable for measurement for detecting the speed of movement.
And since the electrostatic capacitance type sensor sheet | seat is provided with the electrode layer of the structure mentioned later in this invention, it is suitable for the measurement using a high frequency signal.

以下、静電容量型センサシートの各構成部材について説明する。
<表側電極層/裏側電極層>
表側電極層及び裏側電極層は、ともに平均長さ100μm以上で、かつ、アスペクト比が1000以上の単層カーボンナノチューブを含む導電性組成物からなる。以下、表側電極層及び裏側電極層を合わせて単に電極層ともいう。
なお、上記表側電極層及び裏側電極層は通常同一の材料を用いて形成されるが、必ずしも同一材料を用いる必要はない。
Hereinafter, each component of the capacitive sensor sheet will be described.
<Front side electrode layer / Back side electrode layer>
Both the front-side electrode layer and the back-side electrode layer are made of a conductive composition containing single-walled carbon nanotubes having an average length of 100 μm or more and an aspect ratio of 1000 or more. Hereinafter, the front side electrode layer and the back side electrode layer are also simply referred to as an electrode layer.
In addition, although the said front side electrode layer and the back side electrode layer are normally formed using the same material, it does not necessarily need to use the same material.

本発明の静電容量型センサシートでは、電極層が平均長さ100μm以上で、かつ、アスペクト比が1000以上の単層カーボンナノチューブ(SWNT)を含む導電性組成物からものであることが極めて重要である。
このようなカーボンナノチューブを含む導電性組成物を用いることで、上述した通り電極層に高い伸長率(200%以上の伸長率)を付与することができるため、電極層(表側電極層/裏側電極層)は優れた伸縮性を発揮し、誘電層の変形に対する追従性を向上させることができる。また、誘電層を繰り返し伸長させた際に、電気抵抗の変動が少ないため長期信頼性にも優れる。この理由は、上記カーボンナノチューブの場合、カーボンナノチューブ自体が伸縮しやすく、その結果、電極層が誘電層に追従して伸長した時に導電パスがより切断されにくいためと考えられる。
また、長尺のカーボンナノチューブを用いた場合、短尺のカーボンナノチューブを用いた場合に比べて、少ない電気接点数で導電性が確保されるとともに、1本のカーボンナノチューブにおける他のカーボンナノチューブとの電極接点数が多くなるためより高次元な電気的ネットワークを形成することができ、このことが導電パスが切断されにくい理由と考えられる。
In the capacitive sensor sheet of the present invention, it is extremely important that the electrode layer is made of a conductive composition containing single-walled carbon nanotubes (SWNTs) having an average length of 100 μm or more and an aspect ratio of 1000 or more. It is.
By using such a conductive composition containing carbon nanotubes, as described above, a high elongation rate (elongation rate of 200% or more) can be imparted to the electrode layer, so that the electrode layer (front side electrode layer / back side electrode) The layer) exhibits excellent stretchability and can improve the followability to deformation of the dielectric layer. In addition, when the dielectric layer is repeatedly stretched, it has excellent long-term reliability because there is little variation in electrical resistance. The reason for this is considered to be that in the case of the above-mentioned carbon nanotube, the carbon nanotube itself easily expands and contracts, and as a result, the conductive path is less likely to be cut when the electrode layer extends following the dielectric layer.
Also, when long carbon nanotubes are used, conductivity is ensured with a smaller number of electrical contacts than when short carbon nanotubes are used, and one carbon nanotube is an electrode with another carbon nanotube. Since the number of contacts increases, a higher-dimensional electrical network can be formed, which is considered to be the reason why the conductive path is difficult to cut.

本発明では、上述した特定のカーボンナノチューブを用いることが以下の点からも有利である。
カーボンナノチューブからなる電極層の導電性を向上させる手法としては、一般に、電荷移動材料やイオン液体等の低分子材料をドーパントとして、電極層にコーティング又は混合させる方法が考えられる。しかしながら、本発明の静電容量型センサシートが備える電極層においてドーパントを使用した場合、ドーパントが誘電層中に移行することが懸念され、誘電層中にドーパントが移行した場合、誘電層の絶縁性の低下(体積抵抗率の低下)や、繰り返し使用時の耐久性の低下が懸念され、その結果、測定精度が低下するおそれがある。
これに対し、カーボンナノチューブとして平均長さ100μm以上で、かつ、アスペクト比が1000以上の単層カーボンナノチューブ(SWNT)を用いた場合には、ドーパントを使用しなくても電極層に充分な導電性を付与することができるのである。
In the present invention, it is advantageous from the following points to use the specific carbon nanotubes described above.
As a method for improving the conductivity of the electrode layer made of carbon nanotubes, generally, a method of coating or mixing the electrode layer with a low molecular material such as a charge transfer material or an ionic liquid as a dopant can be considered. However, when a dopant is used in the electrode layer provided in the capacitive sensor sheet of the present invention, there is a concern that the dopant migrates into the dielectric layer, and when the dopant migrates into the dielectric layer, the insulating properties of the dielectric layer There is a concern about decrease in volume resistivity (decrease in volume resistivity) and decrease in durability during repeated use, and as a result, measurement accuracy may decrease.
On the other hand, when single-walled carbon nanotubes (SWNT) having an average length of 100 μm or more and an aspect ratio of 1000 or more are used as carbon nanotubes, sufficient conductivity is ensured for the electrode layer without using a dopant. Can be given.

上記カーボンナノチューブの平均長さは、300μm以上が好ましく、600μm以上がより好ましい。
また、上記カーボンナノチューブのアスペクト比は、10000以上であることが好ましく、30000以上であることがより好ましい。
The average length of the carbon nanotube is preferably 300 μm or more, and more preferably 600 μm or more.
The aspect ratio of the carbon nanotube is preferably 10,000 or more, and more preferably 30000 or more.

上記カーボンナノチューブは、炭素純度が99重量%以上であることが好ましい。
不純物を多量に含有するカーボンナノチューブを用いて電極層を形成した場合、電極層の導電性や伸長率が低下することがあり、また、電極層の弾性率を上昇し、センサシートが硬くなり、その伸縮性が低下するおそれがあるからである。
The carbon nanotubes preferably have a carbon purity of 99% by weight or more.
When the electrode layer is formed using carbon nanotubes containing a large amount of impurities, the conductivity and elongation rate of the electrode layer may decrease, the elastic modulus of the electrode layer increases, the sensor sheet becomes hard, This is because the stretchability may be reduced.

上記カーボンナノチューブの具体例としては、例えば、スーパーグロースCNT(産業技術総合研究所提供)等が挙げられる Specific examples of the carbon nanotube include Super Growth CNT (provided by AIST).

上記導電性組成物は、カーボンナノチューブ以外に、カーボンナノチューブのつなぎ材料として、バインダー成分を含んでいてもよい。
上記バインダー成分を含有させることにより、誘電層との密着性、及び、電極層自体の強度を向上させることができ、さらに、後述した方法で電極層を形成する際にカーボンナノチューブの飛散を抑制することができるため、電極層形成時の安全性も高めることができる。
上記バインダー成分としては、例えば、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリスチレン、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、アクリルゴム、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)等が挙げられる。
また、上記バインダー成分としては、生ゴム(天然ゴム及び合成ゴムの加硫させていない状態のもの)も使用することができ、このように比較的弾性の弱い材料を用いることで、誘電層の変形に対する電極層の追従性も高めることができる。
In addition to the carbon nanotube, the conductive composition may contain a binder component as a connecting material for the carbon nanotube.
By containing the binder component, the adhesion to the dielectric layer and the strength of the electrode layer itself can be improved, and further, the scattering of carbon nanotubes is suppressed when the electrode layer is formed by the method described later. Therefore, the safety at the time of forming the electrode layer can be improved.
Examples of the binder component include butyl rubber, ethylene propylene rubber, polyethylene, chlorosulfonated polyethylene, natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene / butadiene rubber, polystyrene, chloroprene rubber, nitrile rubber, polymethyl methacrylate, polyacetic acid. Examples thereof include vinyl, polyvinyl chloride, acrylic rubber, styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), and the like.
In addition, as the binder component, raw rubber (non-vulcanized natural rubber and synthetic rubber) can also be used. By using such a relatively weak material, deformation of the dielectric layer is possible. The followability of the electrode layer can be improved.

上記バインダー成分は、その溶解度パラメータ(SP値[cal/cm1/2])が誘電層を構成するエラストマーと近いものが好ましく、両者の溶解度パラメータ(SP値)の差の絶対値が1以下のものがより好ましい。溶解度パラメータが近いほど、電極層と誘電層との密着性が向上するからである。
なお、本発明において、上記SP値はFedorsの推算法により算出した値である。
上記バインダー成分は、特に、特に誘電層を構成するエラストマーと同種のものが好ましい。誘電層と電極層との密着性を顕著に向上させることができるからである。
The binder component preferably has a solubility parameter (SP value [cal / cm 3 ) 1/2 ] similar to that of the elastomer constituting the dielectric layer, and the absolute value of the difference between the solubility parameters (SP value) is 1 The following are more preferable. This is because the closer the solubility parameter, the better the adhesion between the electrode layer and the dielectric layer.
In the present invention, the SP value is a value calculated by Fedors' estimation method.
In particular, the binder component is preferably the same type as the elastomer constituting the dielectric layer. This is because the adhesion between the dielectric layer and the electrode layer can be remarkably improved.

上記導電性組成物は、カーボンナノチューブ及びバインダー成分以外に、各種添加剤を含有してもよい。上記添加剤としては、例えば、カーボンナノチューブの分散性を高めるための分散剤、バインダー成分のための架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。
ここで、上記導電性組成物が可塑剤を含有し、かつ、誘電層を形成するためのエラストマー組成物もまた可塑剤を含有する場合には、両組成物において可塑剤濃度は同一であることが好ましい。誘電層と電極層との間での可塑剤の移行を防止し、これにより静電容量型センサシートにおける反りやシワの発生を抑制することができるからである。
また、本発明の静電容量型センサシートでは、電極層を実質的に上記カーボンナノチューブのみで形成することも可能である。
The conductive composition may contain various additives in addition to the carbon nanotube and the binder component. Examples of the additive include a dispersant for enhancing the dispersibility of carbon nanotubes, a crosslinking agent for a binder component, a vulcanization accelerator, a vulcanization aid, an anti-aging agent, a plasticizer, a softening agent, and a colorant. Etc.
Here, when the conductive composition contains a plasticizer and the elastomer composition for forming the dielectric layer also contains a plasticizer, the plasticizer concentration in both compositions is the same. Is preferred. This is because the migration of the plasticizer between the dielectric layer and the electrode layer can be prevented, thereby suppressing the occurrence of warpage and wrinkles in the capacitive sensor sheet.
In the capacitive sensor sheet of the present invention, the electrode layer can be formed substantially only from the carbon nanotubes.

上記電極層におけるカーボンナノチューブの含有量は導電性が発現する濃度であれば特に限定されず、バインダー成分を含有する場合にはバインダー成分の種類によっても異なるが、電極層の全固形成分に対して0.1〜100重量%であることが好ましい。
カーボンナノチューブの含有量を高めることにより、繰り返し変形を受けた際の電極層の導電性低下(電気抵抗の増加)を抑制することができ、耐久性に優れるものとすることができる。
一方、カーボンナノチューブの量が少なく、バインダー成分の量が多くなると、必要な導電性を得るために膜厚を厚くすることが必要となり、結果として電極層の弾性が増加し、測定対象物の変形や変位に対する緩衝層となり、測定精度が低下するおそれがある。
The content of carbon nanotubes in the electrode layer is not particularly limited as long as it is a concentration at which conductivity is exhibited. When the binder component is contained, it varies depending on the type of the binder component, but the total solid component of the electrode layer is different. It is preferable that it is 0.1 to 100 weight%.
By increasing the content of carbon nanotubes, it is possible to suppress a decrease in conductivity (increase in electric resistance) of the electrode layer when it is repeatedly deformed, and to have excellent durability.
On the other hand, if the amount of carbon nanotubes is small and the amount of binder components is large, it is necessary to increase the film thickness in order to obtain the required conductivity, resulting in increased elasticity of the electrode layer and deformation of the measurement object. Or a buffer layer against displacement, the measurement accuracy may be reduced.

上記電極層の平均厚さ(表側電極層及び裏側電極層のそれぞれの平均厚さ)は、0.1〜10μmであることが好ましい。電極層の平均厚さが上記範囲であることで、電極層が誘電層の変形に対し優れた追従性を発揮することができるからである。
これに対して、上記平均厚さが0.1μm未満では、導電性が不足し、測定精度が低下するおそれがあり、一方、10μmを超えるとカーボンナノチューブの補強効果により静電容量型センサシートが硬くなり、測定対象物への追従性が低下し、伸縮等の変形を阻害するおそれがある。
The average thickness of the electrode layer (the average thickness of each of the front-side electrode layer and the back-side electrode layer) is preferably 0.1 to 10 μm. This is because, when the average thickness of the electrode layer is within the above range, the electrode layer can exhibit excellent followability to the deformation of the dielectric layer.
On the other hand, if the average thickness is less than 0.1 μm, the conductivity may be insufficient and the measurement accuracy may be lowered. On the other hand, if the average thickness is more than 10 μm, the capacitance sensor sheet may have a reinforcing effect of carbon nanotubes. It becomes hard, the followability to a measuring object falls, and there exists a possibility of inhibiting deformations, such as expansion and contraction.

本発明において、「電極層の平均厚さ」はレーザー顕微鏡(例えば、キーエンス社製、VK−9510)を用いて測定する。
具体的には、誘電層の表面に積層された電極層の厚さ方向を0.01μm刻みでスキャンし、その3D形状を測定した後、誘電層の表面に電極層が積層されている領域及び積層されていない領域において、それぞれ縦200×横200μmの矩形領域の平均高さを計測し、その平均高さの段差を電極層の平均厚さとする。
In the present invention, the “average thickness of the electrode layer” is measured using a laser microscope (for example, VK-9510 manufactured by Keyence Corporation).
Specifically, after scanning the thickness direction of the electrode layer laminated on the surface of the dielectric layer in steps of 0.01 μm and measuring its 3D shape, the region where the electrode layer is laminated on the surface of the dielectric layer and In the non-stacked region, the average height of each rectangular region of length 200 × width 200 μm is measured, and the step of the average height is defined as the average thickness of the electrode layer.

上記表側電極層及び上記裏側電極層の透明性(可視光の透過率)は特に限定されず、透明であってもよいし、不透明であってもよい。
本発明の静電容量型センサシートでは、誘電層がウレタンゴムを含有するエラストマー組成物からなるものであり、容易に透明な誘電層とすることができるため、上記表側電極層及び上記裏側電極層の透明性を高めることにより、全体として透明な静電容量型センサシートとすることができる。しかしながら、カーボンナノチューブを含む導電性組成物を用いて電極層を形成する場合、カーボンナノチューブに対して高度な分散化処理や精製処理等の前処理が必要となり、電極層の形成工程が煩雑となり経済的にも不利となる。
一方、電極層の透明性は静電容量型センサシートとしての性能には影響しない。
そのため、静電容量型センサシートとして透明性が要求される場合には透明な電極層(例えば、可視光(550nm光)透過率が85%以上)を形成すればよく、そうでない場合には不透明な電極層を形成すればよく、不透明な電極層の方が容易にかつ安価に製造することができる。
The transparency (visible light transmittance) of the front side electrode layer and the back side electrode layer is not particularly limited, and may be transparent or opaque.
In the capacitance type sensor sheet of the present invention, since the dielectric layer is made of an elastomer composition containing urethane rubber, and can be easily made a transparent dielectric layer, the front electrode layer and the back electrode layer By increasing the transparency, it is possible to obtain a capacitive sensor sheet that is transparent as a whole. However, when an electrode layer is formed using a conductive composition containing carbon nanotubes, the carbon nanotubes require pretreatment such as advanced dispersion treatment and purification treatment, which makes the electrode layer formation process complicated and economical. Disadvantageous.
On the other hand, the transparency of the electrode layer does not affect the performance as a capacitive sensor sheet.
Therefore, when transparency is required as the capacitive sensor sheet, a transparent electrode layer (for example, visible light (550 nm light) transmittance of 85% or more) may be formed; otherwise, it is opaque. A simple electrode layer may be formed, and an opaque electrode layer can be manufactured more easily and at a lower cost.

<誘電層>
上記誘電層は、シート状を有し、エラストマー組成物からなる。なお、その平面視形状は特に限定されず、図1に示すように矩形状であってもよいし、円形状等の他の形状であってもよい。
上記エラストマー組成物は、少なくとも天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム(NBR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム(CR)、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。
これらのなかでは、ウレタンゴム又はシリコーンゴムが好ましい。永久歪み(または永久伸び)が小さいからである。永久歪みが小さいと、繰り返し使用しても(例えば、1000回の伸縮を繰り返したとしても)初期静電容量(無負荷時の静電容量)が変化しにくく、静電容量型センサシートとして優れた測定精度を長期間に渡って維持することができる。
更に、カーボンナノチューブとの密着性に優れる点から、ウレタンゴムが特に好ましい。
<Dielectric layer>
The dielectric layer has a sheet shape and is made of an elastomer composition. The shape in plan view is not particularly limited, and may be rectangular as shown in FIG. 1 or may be other shapes such as a circular shape.
The elastomer composition includes at least natural rubber, isoprene rubber, nitrile rubber (NBR), ethylene propylene rubber (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), silicone rubber, fluorine. Examples thereof include rubber, acrylic rubber, hydrogenated nitrile rubber, and urethane rubber.
Among these, urethane rubber or silicone rubber is preferable. This is because the permanent set (or permanent elongation) is small. If the permanent set is small, the initial capacitance (capacitance at no load) hardly changes even after repeated use (for example, 1000 times of expansion and contraction), and it is excellent as a capacitive sensor sheet. Measurement accuracy can be maintained over a long period of time.
Furthermore, urethane rubber is particularly preferable from the viewpoint of excellent adhesion to carbon nanotubes.

上記ウレタンゴムとしては特に限定されず、オレフィン系ポリオールをポリオール成分とするオレフィン系ウレタンゴム、エステル系ポリオールをポリオール成分とするエステル系ウレタンゴム、エーテル系ポリオールをポリオール成分とするエーテル系ウレタンゴム、カーボネート系ポリオールをポリオール成分とするカーボネート系ウレタンゴム、ひまし油系ポリオールをポリオール成分とするひまし油系ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
また、上記ウレタンゴムは、2種以上の上記ポリオール成分を併用したものであってもよい。
これらのなかでは、体積抵抗率が高い点からオレフィン系ウレタンゴムが好ましく、伸長率が大きく、比誘電率が高い点からはエステル系ウレタンゴムが好ましい。
勿論、誘電層に付与すべき、体積抵抗率、伸長率及び誘電率を考慮して各種ウレタンゴムを混合することもできる。
The urethane rubber is not particularly limited, and is an olefin urethane rubber having an olefin polyol as a polyol component, an ester urethane rubber having an ester polyol as a polyol component, an ether urethane rubber having an ether polyol as a polyol component, and a carbonate. Examples thereof include carbonate-based urethane rubber using a polyol as a polyol component and castor oil-based urethane rubber using a castor oil-based polyol as a polyol component. These may be used alone or in combination of two or more.
The urethane rubber may be a combination of two or more polyol components.
Among these, olefinic urethane rubber is preferable from the viewpoint of high volume resistivity, and ester urethane rubber is preferable from the viewpoint of high elongation and high relative dielectric constant.
Of course, various urethane rubbers can be mixed in consideration of volume resistivity, elongation rate and dielectric constant to be applied to the dielectric layer.

上記オレフィン系ポリオールとしては、例えば、エポール(出光興産社製)等が挙げられる。
また、上記エステル系ポリオールとしては、例えば、ポリライト8651(DIC社製)等が挙げられる。
また、上記エーテル系ポリオールとしては、例えば、ポリオキシテトラメチレングリコール、PTG−2000SN(保土谷化学工業社製)、ポリプロピレングリコール、プレミノールS3003(旭硝子社製)等が挙げられる。
Examples of the olefin-based polyol include Epol (made by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) and the like.
Examples of the ester-based polyol include Polylite 8651 (manufactured by DIC).
Examples of the ether polyol include polyoxytetramethylene glycol, PTG-2000SN (Hodogaya Chemical Co., Ltd.), polypropylene glycol, and Preminol S3003 (Asahi Glass Co., Ltd.).

また、上記エラストマー組成物はエラストマー以外に、可塑剤、鎖延長剤、架橋剤、触媒、加硫促進剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を含有してもよい。 In addition to the elastomer, the elastomer composition may contain additives such as a plasticizer, a chain extender, a crosslinking agent, a catalyst, a vulcanization accelerator, an antioxidant, an antioxidant, and a colorant.

また、上記エラストマー組成物は、更にチタン酸バリウムなどの誘電フィラーを含有してもよい。これにより、静電容量Cを大きくすることができ、その結果、静電容量型センサシートの検出感度を高めることができるからである。
上記誘電フィラーを含有する場合、上記エラストマー組成物中におけるその含有量は、通常、0体積%より多く、25体積%以下程度である。
誘電フィラーの含有量が25体積%を超えると、誘電層の硬度が高くなったり、永久歪みが大きくなったりすることがある。また、ウレタンゴム製の誘電層の成形に際して硬化前の液粘度が高くなるため高精度の薄膜形成が難しくなることがある。
The elastomer composition may further contain a dielectric filler such as barium titanate. Thereby, the capacitance C can be increased, and as a result, the detection sensitivity of the capacitance type sensor sheet can be increased.
When the dielectric filler is contained, its content in the elastomer composition is usually more than 0% by volume and about 25% by volume or less.
When the content of the dielectric filler exceeds 25% by volume, the hardness of the dielectric layer may increase or permanent set may increase. Further, when forming a dielectric layer made of urethane rubber, the liquid viscosity before curing becomes high, so that it may be difficult to form a highly accurate thin film.

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

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

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

上記誘電層の硬さは、JIS K 6253に準拠したタイプAデュロメータを用いた硬さ(JIS A硬さ)で、0〜30°であるか、又は、JIS K 7321に準拠したタイプCデュロメータを用いた硬さ(JIS C硬さ)で10〜55°が好ましい。
上記C硬さが10°未満では、誘電層が軟らかすぎるため高品質な加工が難しく、充分な測定精度を確保することができない場合があり、一方、55°を超えると、誘電層が硬すぎるため、測定対象物の変形荷重が小さい場合に測定対象物の変形動作を阻害してしまい、計測目的に対して測定結果がそぐわないおそれがある。
The dielectric layer has a hardness using a type A durometer in accordance with JIS K 6253 (JIS A hardness) and is 0 to 30 °, or a type C durometer in accordance with JIS K 7321. The used hardness (JIS C hardness) is preferably 10 to 55 °.
If the C hardness is less than 10 °, the dielectric layer is too soft, making high-quality processing difficult, and sufficient measurement accuracy may not be ensured. On the other hand, if it exceeds 55 °, the dielectric layer is too hard. Therefore, when the deformation load of the measurement object is small, the deformation operation of the measurement object is hindered, and the measurement result may not match the measurement purpose.

<検出部:図1中、C0101〜C1616>
検出部C0101〜C1616は、図1にハッチングで示すように、表側電極層01A〜16Aと、裏側電極層01B〜16Bとが誘電層の厚さ方向に交差する部分(重複する部分)に配置されている。検出部C0101〜C1616は、静電容量型センサシート1では、合計256個(=16個×16個)配置されている。検出部C0101〜C1616は、静電容量型センサシート1の略全面に亘って、略等間隔に配置されている。検出部C0101〜C1616は、それぞれ表側電極層01A〜16Aの一部と、裏側電極層01B〜16Bの一部と、誘電層2の一部とを備えている。
<Detection unit: C0101 to C1616 in FIG. 1>
As shown by hatching in FIG. 1, the detection units C0101 to C1616 are arranged in portions (overlapping portions) where the front side electrode layers 01A to 16A and the back side electrode layers 01B to 16B intersect in the thickness direction of the dielectric layer. ing. In the capacitive sensor sheet 1, a total of 256 detection units C0101 to C1616 (= 16 × 16) are arranged. The detection units C0101 to C1616 are arranged at substantially equal intervals over substantially the entire surface of the capacitive sensor sheet 1. The detection units C0101 to C1616 include a part of the front electrode layers 01A to 16A, a part of the back electrode layers 01B to 16B, and a part of the dielectric layer 2, respectively.

このような構成からなる本発明の静電容量型センサシートでは、測定対象物載置前の静電容量Cと測定対象物載置後の静電容量Cから静電容量の変化量ΔCを検出し、伸縮変形歪み量や伸縮変形歪み分布を求めることができる。
また、本発明の静電容量型センサシートは、伸長率が高く、1軸方向に30%以上繰り返し伸長させることが可能であり、柔軟な測定対象物の変形や動作に追従することが可能で、かつ伸縮変形や繰り返し変形に対する耐久性に優れ、例えば測定対象物の形をトレースしたり、測定対象物の動きを直接的に検知すること等ができる。
In the capacitance type sensor sheet of the present invention having such a configuration, the change amount ΔC of the capacitance is detected from the capacitance C before placing the measurement object and the capacitance C after placing the measurement object. Thus, the amount of expansion / contraction deformation strain and the distribution of expansion / contraction deformation strain can be obtained.
In addition, the capacitive sensor sheet of the present invention has a high elongation rate, and can be repeatedly stretched by 30% or more in one axial direction, and can follow the deformation and operation of a flexible measurement object. And, it is excellent in durability against expansion and contraction deformation and repetitive deformation. For example, the shape of the measurement object can be traced, or the movement of the measurement object can be directly detected.

(他の実施形態)
本発明の静電容量型センサシートの構成は、図1に示した静電容量型センサシートの構成に限定されるわけではなく、例えば、図3に示したような構成を備えていてもよい。
図3は、本発明の静電容量型センサシートの別の一例を模式的に示す上面図である。
(Other embodiments)
The configuration of the capacitive sensor sheet of the present invention is not limited to the configuration of the capacitive sensor sheet shown in FIG. 1, and may have the configuration shown in FIG. 3, for example. .
FIG. 3 is a top view schematically showing another example of the capacitive sensor sheet of the present invention.

図3に示す静電容量型センサシート1′は、シート状の誘電層2′と、誘電層2′の表面に積層された帯状の表側電極層01D〜16Dと、誘電層2′の裏面に積層された帯状の裏側電極層01E〜16Eと、表側電極層01D〜16Dの一端と接続され、誘電層2′の外縁部まで延設された表側配線01d〜16dと、裏側電極層01E〜16Eの一端と接続され、誘電層2′の外縁部まで延設された裏側配線01e〜16eとを備える。
上記表側電極層と裏側電極層とが表裏方向(誘電層の厚さ方向)で交差する部分が検出部F0101〜F1616となる。なお、検出部の符号「F○○△△」中、上2桁の「○○」は、表側電極層01D〜16Dに対応し、下2桁の「△△」は、裏側電極層01E〜16Eに対応する。
The capacitive sensor sheet 1 ′ shown in FIG. 3 includes a sheet-like dielectric layer 2 ′, strip-shaped front electrode layers 01D to 16D laminated on the surface of the dielectric layer 2 ′, and a back surface of the dielectric layer 2 ′. The laminated strip-like back electrode layers 01E to 16E, one end of the front electrode layers 01D to 16D, the front wirings 01d to 16d extending to the outer edge of the dielectric layer 2 ', and the back electrode layers 01E to 16E And back-side wirings 01e to 16e extending to the outer edge of the dielectric layer 2 '.
The portions where the front-side electrode layer and the back-side electrode layer intersect in the front-back direction (thickness direction of the dielectric layer) are detection units F0101 to F1616. In the symbol “FXXX” of the detection unit, the upper two digits “XX” correspond to the front electrode layers 01D to 16D, and the lower two digits “ΔΔ” indicate the back electrode layers 01E to 01D. Corresponding to 16E.

表側電極層01D〜16Dは、それぞれ帯状を呈しており、誘電層2′の表面に合計16本積層されている。表側電極層01D〜16Dは、それぞれX方向(図3中、左右方向)に延在している。表側電極層01D〜16Dは、それぞれY方向(図3中、上下方向)に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるようにそれぞれ配置されている。表側電極層01D〜16Dの左端は、それぞれY方向に延設された線状の表側配線01d〜16dが接続されている。表側配線01d〜16dの他端は誘電層2′の外縁部まで延在している。 The front electrode layers 01D to 16D each have a strip shape, and a total of 16 layers are laminated on the surface of the dielectric layer 2 ′. The front side electrode layers 01D to 16D each extend in the X direction (left and right direction in FIG. 3). The front-side electrode layers 01D to 16D are respectively arranged so as to be substantially parallel to each other at a predetermined interval in the Y direction (vertical direction in FIG. 3). The left ends of the front side electrode layers 01D to 16D are connected to linear front side wirings 01d to 16d extending in the Y direction, respectively. The other ends of the front-side wirings 01d to 16d extend to the outer edge portion of the dielectric layer 2 '.

裏側電極層01E〜16Eは、それぞれ帯状を呈しており、誘電層2′の裏面に合計16本積層されている。裏側電極層01E〜16Eは、それぞれ表側電極層01D〜16Dと表裏方向から見て略直角に交差するように配置されている。すなわち、裏側電極層01E〜16Eは、それぞれY方向に延在している。また、裏側電極層01E〜16Eは、X方向に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるようにそれぞれ配置されている。裏側電極層01E〜16Eの一端(上端)は、それぞれX方向に延設された線状の裏側配線01e〜16eが接続されている。裏側配線01e〜16eの他端は誘電層2′の外縁部まで延在している。 The back-side electrode layers 01E to 16E each have a strip shape, and a total of 16 layers are laminated on the back surface of the dielectric layer 2 ′. The back-side electrode layers 01E to 16E are arranged so as to intersect with the front-side electrode layers 01D to 16D at substantially right angles when viewed from the front-back direction. That is, the back side electrode layers 01E to 16E each extend in the Y direction. In addition, the back side electrode layers 01E to 16E are arranged so as to be substantially parallel to each other at a predetermined interval in the X direction. One end (upper end) of the back-side electrode layers 01E to 16E is connected to linear back-side wirings 01e to 16e extending in the X direction. The other ends of the back-side wirings 01e to 16e extend to the outer edge portion of the dielectric layer 2 '.

このような静電容量型センサシート1′において、上記表側配線及び裏側配線を構成する材料としては特に限定されず、従来公知の電気配線に使用される材料を用いることができるが、上述した電極層と同一の構成のものとすることで各配線(表側配線及び裏側配線)も伸縮変形でき、測定対象物によるセンサシートの変形を阻害しないため好ましい。
より具体的には、電極層を形成した導電性組成物と同様の導電性組成物を用いて、線幅を細く、かつ、厚さが厚くなるように上記表側配線及び裏側配線を形成することにより、充分な導電性を確保しつつ、センサシートの伸縮性を損なわず追従することができ、電極層と同様に繰返し伸張に耐えられる配線とすることができる。
これに対し、例えば、上記表側配線及び裏側配線を金属材料を用いて形成した場合には、配線を形成した部分の伸縮性が損なわれるおそれがあるため不利である。
In such a capacitive sensor sheet 1 ′, the material constituting the front side wiring and the back side wiring is not particularly limited, and materials conventionally used for electrical wiring can be used. Each wiring (front side wiring and back side wiring) can be stretched and deformed by having the same configuration as the layer, which is preferable because it does not hinder the deformation of the sensor sheet by the measurement object.
More specifically, using the same conductive composition as the conductive composition on which the electrode layer is formed, the front side wiring and the back side wiring are formed so that the line width is narrow and the thickness is thick. Thus, while ensuring sufficient electrical conductivity, it is possible to follow the sensor sheet without impairing the stretchability, and it is possible to provide a wiring that can withstand repeated stretching similarly to the electrode layer.
On the other hand, for example, when the front-side wiring and the back-side wiring are formed using a metal material, it is disadvantageous because the stretchability of the portion where the wiring is formed may be impaired.

なお、表側配線01d〜16dの他端及び裏側配線01e〜16eの他端のそれぞれは、図示していないが、金属製の接点を有するコネクタと接続されており、このコネクタを介して外部配線と接続することができる。 The other ends of the front-side wirings 01d to 16d and the other ends of the back-side wirings 01e to 16e are not shown, but are connected to a connector having a metal contact. Can be connected.

このような構成からなる静電容量型センサシート1′もまた、図1、2に示した静電容量型センサシート1と同様、表側電極層と裏側電極層のそれぞれを外部配線を介して計測手段と接続することにより静電容量型センサとなる。 The capacitive sensor sheet 1 ′ having such a configuration also measures each of the front side electrode layer and the back side electrode layer via external wiring, similarly to the capacitive type sensor sheet 1 shown in FIGS. By connecting to the means, a capacitive sensor is obtained.

本発明の静電容量型センサシートの構成は、図4に示すような構成を備えたものであってもよい。
図4は、本発明の静電容量型センサシートの別の一例を模式的に示す断面図である。
The capacitance type sensor sheet of the present invention may have a configuration as shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing another example of the capacitive sensor sheet of the present invention.

図4に示す静電容量型センサシート44は、図1に示した静電容量型センサシート1において、表側の最外層に表側オーバーコート層44Aが形成され、裏側の最外層に裏側オーバーコート層44Bが形成されている。 The capacitive sensor sheet 44 shown in FIG. 4 is the same as the capacitive sensor sheet 1 shown in FIG. 1 except that the front side overcoat layer 44A is formed on the outermost layer on the front side, and the back side overcoat layer is on the outermost layer on the back side. 44B is formed.

このような構成を備えた静電容量型センサシートでは、電極層がオーバーコート層で覆われているため、電極層を外部からの衝撃から保護することができ、また、電極層の外部の部材と導通することを抑制することができる。
なお、オーバーコート層を形成する場合、その目的は、電極層の保護に限定されるわけでなく、例えば、着色したオーバーコート層を形成することにより、電極層を外部から見えなくしたり、また、一部のみ着色することにより静電容量型センサシートに意匠性を付与したりすることができる。また、オーバーコート層の表面は印字されていてもよい。
また、例えば、オーバーコート層を接着性又は粘着性を有する層とすることで、測定対象物を静電容量型センサシートに貼り付けることができ、また、例えば、オーバーコート層の表面を摩擦係数の低い低μ表面層とすることもできる。
In the capacitive sensor sheet having such a configuration, since the electrode layer is covered with the overcoat layer, the electrode layer can be protected from an impact from the outside, and a member outside the electrode layer It is possible to suppress conduction.
When forming the overcoat layer, the purpose is not limited to the protection of the electrode layer.For example, by forming a colored overcoat layer, the electrode layer can be made invisible from the outside, By coloring only a part, it is possible to impart design properties to the capacitive sensor sheet. The surface of the overcoat layer may be printed.
Further, for example, by making the overcoat layer a layer having adhesiveness or tackiness, the measurement object can be attached to the capacitive sensor sheet, and, for example, the surface of the overcoat layer has a coefficient of friction. And a low μ surface layer with a low thickness.

このようにオーバーコート層に意匠性を付与する場合(表面に印字する場合)の具体例としては、例えば、本発明の静電容量型センサシートを柔軟で伸縮性を有するタッチパネルの入力インターフェイスとして使用する例が挙げられ、この場合には、例えば、オーバーコート層の表面に入力位置の疑似ボタンやキーボード、製品ロゴ等を印字する。 As a specific example of providing design properties to the overcoat layer (when printing on the surface), for example, the capacitive sensor sheet of the present invention is used as an input interface for a flexible and stretchable touch panel. In this case, for example, a pseudo button at the input position, a keyboard, a product logo, or the like is printed on the surface of the overcoat layer.

オーバーコート層の表面を印字する場合には、例えば、水性インク、溶剤系インク、UV硬化インク等を用いて、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷等により行えば良い。
より具体的には、例えば、溶剤系インクであれば、主に溶剤、顔料、ビヒクル、及び、更に必要に応じて配合される補助剤からなる従来公知の溶剤系インクを使用すればよい。ここで、上記溶剤としては、例えば、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤、γ−ブチロラクトン等のラクトン系溶剤、低沸点芳香族ナフサ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。また、上記顔料としては、カーボンブラック(ブラック)、銅フタロシアニン(シアン)、ジメチルキナクリドン(マゼンタ)、ピグメント・イエロー(イエロー)、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ニッケル化合物等が挙げられるが、既に、種々の顔料が知られており、勿論上記に限定されるものではない。
When the surface of the overcoat layer is printed, for example, water-based ink, solvent-based ink, UV curable ink, or the like may be used by inkjet printing, screen printing, gravure printing, or the like.
More specifically, for example, in the case of a solvent-based ink, a conventionally known solvent-based ink mainly composed of a solvent, a pigment, a vehicle, and an auxiliary agent blended as necessary may be used. Here, examples of the solvent include glycol ether solvents such as diethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether and tetraethylene glycol monobutyl ether, lactone solvents such as γ-butyrolactone, low boiling aromatic naphtha, and propylene glycol monomethyl ether. Examples include acetate. Examples of the pigment include carbon black (black), copper phthalocyanine (cyan), dimethylquinacridone (magenta), pigment yellow (yellow), titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, and nickel compounds. Various pigments are known and of course not limited to the above.

上記オーバーコート層の材質は特に限定されず、その形成目的に応じて適宜選択すればよいが、例えば、上記誘電層を構成するエラストマー組成物と同様の組成物に必要に応じて着色剤(顔料や染料)が配合された組成物を好適に使用することができる。
なお、本発明の静電容量型センサシートにおいて、オーバーコート層は表側又は裏側のいずれか一方にのみ形成されていてもよい。
The material of the overcoat layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose of formation. For example, a colorant (pigment) may be added to the same composition as the elastomer composition constituting the dielectric layer as necessary. And a composition containing a dye) can be preferably used.
In the capacitive sensor sheet of the present invention, the overcoat layer may be formed only on either the front side or the back side.

更に、本発明は上記実施態様の他、種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、図1に示した実施形態における静電容量型センサシート1では、表側電極層01A〜16A及び裏側電極層01B〜16Bの配置数を16個としているが、この配置数は特に限定されない。また、上記実施形態における表側電極層01A〜16Aと裏側電極層01B〜16Bの交差角度も特に限定されない。
Furthermore, the present invention can be carried out in various modifications and improvements in addition to the above embodiment.
For example, in the capacitive sensor sheet 1 in the embodiment shown in FIG. 1, the number of arrangement of the front electrode layers 01A to 16A and the back electrode layers 01B to 16B is 16, but the arrangement number is not particularly limited. Further, the crossing angle of the front electrode layers 01A to 16A and the back electrode layers 01B to 16B in the above embodiment is not particularly limited.

次に、本発明の静電容量型センサシートの製造方法について説明する。
上記静電容量型センサシートは、例えば、
(1)エラストマー組成物からなる誘電層を形成する工程(以下、「工程(1)」ともいう)、及び
(2)カーボンナノチューブ及び分散媒を含む組成物の塗布により、上記誘電層の表面及び裏面に電極層を形成する工程(以下、「工程(2)」ともいう)
を経ることより製造することができる。
以下、工程順に説明する。
Next, a method for manufacturing the capacitive sensor sheet of the present invention will be described.
The capacitance type sensor sheet is, for example,
(1) a step of forming a dielectric layer made of an elastomer composition (hereinafter also referred to as “step (1)”), and (2) application of a composition containing carbon nanotubes and a dispersion medium, Step of forming an electrode layer on the back surface (hereinafter also referred to as “step (2)”)
It can manufacture by going through.
Hereinafter, it demonstrates in order of a process.

[工程(1)]
本工程では、エラストマー組成物からなる誘電層を形成する。まず、エラストマー組成物としてエラストマー(又はその原料)に、必要に応じて、誘電フィラー、可塑剤、鎖延長剤、架橋剤、加硫促進剤、触媒、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を配合したエラストマー組成物を調製する。
上記誘電層の成形方法としては特に限定されず、原料を含む混合物を調製した後、従来公知の方法で成形することにより誘電層を形成することができる。
具体的には、誘電層としてウレタンゴムを含む誘電層を形成する場合には、例えば、ポリオール成分、可塑剤及び酸化防止剤を計量し、加熱、減圧下において一定時間撹拌混合し、混合液を調製する。次に、混合液を計量し、温度を調整した後、触媒を添加しアジター等で撹拌する。その後、所定量のイソシアネート成分を添加し、アジター等で撹拌後、即座に混合液を図5に示す成形装置に注入し、保護フィルムでサンドイッチ状にして搬送しつつ架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得る。そのあと、さらに炉で一定時間架橋反応させることで誘電層を製造することができる。
[Step (1)]
In this step, a dielectric layer made of an elastomer composition is formed. First, as an elastomer composition, an elastomer (or a raw material thereof), if necessary, a dielectric filler, a plasticizer, a chain extender, a crosslinking agent, a vulcanization accelerator, a catalyst, an antioxidant, an anti-aging agent, a colorant, etc. An elastomer composition containing the additives is prepared.
The method for forming the dielectric layer is not particularly limited, and after preparing a mixture containing raw materials, the dielectric layer can be formed by molding by a conventionally known method.
Specifically, when forming a dielectric layer containing urethane rubber as a dielectric layer, for example, a polyol component, a plasticizer, and an antioxidant are weighed, and stirred and mixed for a certain time under heating and reduced pressure. Prepare. Next, after measuring the mixed solution and adjusting the temperature, the catalyst is added and stirred with an agitator or the like. Thereafter, a predetermined amount of an isocyanate component is added, and after stirring with an agitator or the like, the mixed solution is immediately poured into a molding apparatus shown in FIG. A roll-wrapped sheet having a predetermined thickness is obtained. Thereafter, the dielectric layer can be produced by further performing a crosslinking reaction in a furnace for a certain period of time.

なお、図5は、誘電層の作製に使用する成形装置の一例を説明するための模式図である。図5に示した成形装置30では、原料組成物33を、離間して配置された一対のロール32、32′から連続的に送り出されるポリエチレンテレフタレート(PET)製の保護フィルム31の間隙に流し込み、その間隙に原料組成物33を保持した状態で硬化反応(架橋反応)を進行させつつ、加熱装置34内に導入し、原料組成物33を一対のPETフィルム31間で保持した状態で熱硬化させ、シート状の誘電層35を成形する。 FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of a molding apparatus used for producing the dielectric layer. In the molding apparatus 30 shown in FIG. 5, the raw material composition 33 is poured into a gap between a protective film 31 made of polyethylene terephthalate (PET) that is continuously fed from a pair of rolls 32 and 32 ′ that are spaced apart from each other. The curing reaction (crosslinking reaction) is allowed to proceed while holding the raw material composition 33 in the gap, and is introduced into the heating device 34, and the raw material composition 33 is thermally cured while being held between the pair of PET films 31. Then, the sheet-like dielectric layer 35 is formed.

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

[工程(2)]
本工程では、カーボンナノチューブ及び分散媒を含む組成物の塗布により、上記誘電層の表面及び裏面に電極層(表側電極層及び裏側電極層)を形成する。
[Step (2)]
In this step, electrode layers (front-side electrode layer and back-side electrode layer) are formed on the front and back surfaces of the dielectric layer by applying a composition containing carbon nanotubes and a dispersion medium.

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

上記塗布液の調製において、上記分散媒は、トルエンに限定されるわけではなく、これ以外にも例えば、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アルコ−ル類、水等が挙げられる。これらの分散媒は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
また、上記塗布液において、上記カーボンナノチューブの濃度は、0.01〜10重量%が好ましい。
0.01重量%未満では、カーボンナノチューブの濃度が薄すぎて繰返し塗布する必要が生じる場合があり、一方、10重量%を超えると、塗布液の粘度が高くなりすぎ、また再凝集によりカーボンナノチューブの分散性が低下し、均一な電極層を形成することが困難となる場合がある。
In the preparation of the coating solution, the dispersion medium is not limited to toluene, and other examples include methyl isobutyl ketone (MIBK), alcohols, and water. These dispersion media may be used independently and may be used together 2 or more types.
In the coating solution, the concentration of the carbon nanotube is preferably 0.01 to 10% by weight.
If it is less than 0.01% by weight, the concentration of the carbon nanotubes may be too thin to be repeatedly applied. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the viscosity of the coating solution becomes too high, and the carbon nanotubes are re-aggregated. In some cases, it is difficult to form a uniform electrode layer.

続いて、エアブラシ等を用い、上記誘電層の表面の所定の位置に所定の形状(帯状)で調製した塗布液を塗布して乾燥させる。上記電極層は、例えば幅は1mm〜20mm程度、長さは50mm〜500mm程度であり、1mm〜5mm程度の間隔で離間して、互いに略平行となるように形成する。
このとき、必要に応じて、誘電層表面の電極層を形成しない位置をマスキングしてから塗布液を塗布してもよい。
上記塗布液の乾燥条件は特に限定されず、分散媒の種類等に応じて適宜選択すればよい。
Subsequently, using an airbrush or the like, a coating solution prepared in a predetermined shape (band shape) is applied to a predetermined position on the surface of the dielectric layer and dried. For example, the electrode layer has a width of about 1 mm to 20 mm, a length of about 50 mm to 500 mm, and is formed so as to be substantially parallel to each other with an interval of about 1 mm to 5 mm.
At this time, if necessary, the coating liquid may be applied after masking a position where the electrode layer on the surface of the dielectric layer is not formed.
The drying conditions for the coating solution are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the type of the dispersion medium.

また、上記導電性組成物の塗布液を塗布する方法は、エアブラシを用いた方法に限定されるわけではなく、その他、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等も採用することができる。 Moreover, the method of applying the coating liquid of the conductive composition is not limited to the method using an air brush, and other methods such as a screen printing method and an ink jet printing method can also be employed.

なお、場合によっては誘電層の表面に電極層を形成する前に、両者の密着性を高めるべく、誘電層の表面に前処理を施してもよいが、必ずしも前処理は必要ではなく、例えば、誘電層がウレタンゴムを含むエラストマー組成物からなる誘電層であれば、カーボンナノチューブとの密着性に優れるため、前処理を行うことなく両者の間で充分な密着性を確保することができる。 In some cases, before the electrode layer is formed on the surface of the dielectric layer, the surface of the dielectric layer may be subjected to a pretreatment in order to improve the adhesion between the two, but the pretreatment is not necessarily required. If the dielectric layer is a dielectric layer made of an elastomer composition containing urethane rubber, the adhesiveness to the carbon nanotubes is excellent, so that sufficient adhesiveness can be secured between the two without performing pretreatment.

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

また、上述したオーバーコート層を備えた静電容量型センサシートを製造する場合には、上記工程(2)を終えた後、オーバーコート層用材料を塗布し、オーバーコート層を形成すればよい。
上記オーバーコート層の形成には、例えば、各種コーティング装置、バーコート、ドクターブレードなどの汎用の成膜装置や成膜方法等を用いることができる。
また、オーバーコート層を別個に形成し、架橋または半架橋させたシートをラミネートにより電極層を形成した誘電層に貼り合わせることも可能であり、半架橋の場合には貼り合わせ後に完全架橋させてもよい。
このような工程を経ることにより本発明の静電容量型センサシートを製造することができる。
Moreover, when manufacturing the capacitance type sensor sheet provided with the above-mentioned overcoat layer, after finishing the step (2), an overcoat layer material may be applied to form an overcoat layer. .
For the formation of the overcoat layer, for example, various coating apparatuses, general-purpose film forming apparatuses such as a bar coat, a doctor blade, and a film forming method can be used.
It is also possible to form an overcoat layer separately and bond the cross-linked or semi-cross-linked sheet to the dielectric layer on which the electrode layer is formed by laminating. Also good.
The capacitive sensor sheet of the present invention can be manufactured through such steps.

また、オーバーコート層を備えた静電容量型センサシートは、例えば、下記の工程を経て製造することもできる。
即ち、最初に一方のオーバーコート層を作製し、次にオーバーコート層上に上記工程(2)と同様の方法により電極層(表側電極層又は裏側電極層)を形成する。その後、別途作製しておいたウレタンゴムを含有するエラストマー組成物からなる誘電層を電極層上に貼り付ける(ラミネート)。続いて、誘電層上に上記工程(2)と同様の方法により電極層(裏側電極層又は表側電極層)を形成し、最後に他方のオーバーコート層を形成する。
Moreover, the capacitive sensor sheet provided with the overcoat layer can also be manufactured through the following steps, for example.
That is, one overcoat layer is first prepared, and then an electrode layer (front side electrode layer or back side electrode layer) is formed on the overcoat layer by the same method as in the above step (2). Thereafter, a dielectric layer made of an elastomer composition containing urethane rubber, which has been separately prepared, is pasted on the electrode layer (laminate). Subsequently, an electrode layer (back side electrode layer or front side electrode layer) is formed on the dielectric layer by the same method as in the above step (2), and finally the other overcoat layer is formed.

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

<誘電層の作製>
(作製例1:ウレタンゴム製の誘電層)
水添水酸基末端液状ポリオレフィンポリオール(エポール、出光興産社製)100質量部、アルキル置換ジフェニルエーテルを主成分とした高温用潤滑油(モレスコハイルーブLB−100、MORESCO社製)100質量部を計量し、自転公転ミキサー(THINKY社製)を用いて2000rpmで3分間撹拌混合した。次に、得られた混合物に触媒(Fomrez catalyst UL−28、Momentive社製)0.07質量部を添加し、自転公転ミキサーで1.5分撹拌した。その後、イソホロンジイソシアネート(デスモジュールI、住化バイエルウレタン社製)11質量部を添加し、自転公転ミキサーで3分間撹拌し、1.5分間脱泡した後、図5に示した成形装置30に注入し、保護フィルムでサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度110℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。
その後、80℃に調節した炉で12時間後架橋させて、オレフィン系ウレタンゴムを含むエラストマー組成物からなる層厚100μmの誘電層を作製した。
<Production of dielectric layer>
(Production Example 1: Dielectric layer made of urethane rubber)
100 parts by mass of hydrogenated hydroxyl-terminated liquid polyolefin polyol (Epol, Idemitsu Kosan Co., Ltd.) and 100 parts by mass of high-temperature lubricating oil (Moleco High Lube LB-100, manufactured by MORESCO) mainly composed of alkyl-substituted diphenyl ether The mixture was stirred and mixed at 2000 rpm for 3 minutes using a rotation and revolution mixer (manufactured by THINKY). Next, 0.07 part by mass of a catalyst (Fomrez catalyst UL-28, manufactured by Momentive) was added to the obtained mixture, and the mixture was stirred for 1.5 minutes with a rotation and revolution mixer. Thereafter, 11 parts by mass of isophorone diisocyanate (Desmodur I, manufactured by Sumika Bayer Urethane Co., Ltd.) was added, stirred for 3 minutes with a rotating / revolving mixer, defoamed for 1.5 minutes, and then added to the molding apparatus 30 shown in FIG. While being injected and transported in a sandwich form with a protective film, it was cross-linked and cured under conditions of a furnace temperature of 110 ° C. and a furnace time of 30 minutes to obtain a roll-wound sheet with a predetermined thickness with a protective film.
Thereafter, after cross-linking in a furnace adjusted to 80 ° C. for 12 hours, a dielectric layer having a layer thickness of 100 μm made of an elastomer composition containing an olefinic urethane rubber was produced.

(作製例2:ウレタンゴム製の誘電層)
誘電層の層厚を50μmにした以外は作製例1と同様にして、ウレタンゴム製の誘電層を作製した。
(Production Example 2: Urethane rubber dielectric layer)
A dielectric layer made of urethane rubber was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the thickness of the dielectric layer was 50 μm.

作製例1、2で作製した誘電層について、破断時伸び(%)、体積抵抗率(Ωcm)及び比誘電率を測定したところ、破断時伸び(%)は218%、比誘電率は2.9であった。
ここで、破断時伸びは、JIS K 6251に準拠して測定した。
比誘電率は、20mmΦの電極でシート状の測定試料(誘電層)を挟み、LCRハイテスタで静電容量を測定し、電極面積と測定試料の厚さから算出した。
The dielectric layers produced in Production Examples 1 and 2 were measured for elongation at break (%), volume resistivity (Ωcm), and relative dielectric constant. The elongation at break (%) was 218% and the relative dielectric constant was 2. It was 9.
Here, the elongation at break was measured according to JIS K 6251.
The relative dielectric constant was calculated from the electrode area and the thickness of the measurement sample by sandwiching a sheet-shaped measurement sample (dielectric layer) with an electrode having a diameter of 20 mm and measuring the capacitance with an LCR high tester.

<電極層材料の調製>
(調製例1)
カーボンナノチューブとして、スーパーグロースCNT(以下、「SGCNT」とも表記する)(単層カーボンナノチューブ、繊維径の中央値が約3nm、成長長さ500μm〜700μm、アスペクト比約100,000、炭素純度99.9%、産業技術総合研究所提供)120mgをトルエン280mlに添加し、マグネチックスターラを用いて100rpmで5分間攪拌した後、ジェットミル(ナノジェットパル JN10−SP003、常光社製)を用いて湿式分散処理を施し、電極層形成用塗布液(A−1)を得た。
なお、カーボンナノチューブの成長長さとは、カーボンナノチューブを作製する際に成長基板上で成長したフォレストの高さをいう。
<Preparation of electrode layer material>
(Preparation Example 1)
As the carbon nanotube, super-growth CNT (hereinafter also referred to as “SGCNT”) (single-walled carbon nanotube, the median fiber diameter is about 3 nm, the growth length is 500 μm to 700 μm, the aspect ratio is about 100,000, the carbon purity is 99.000. 9%, provided by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) 120 mg of toluene was added to 280 ml of toluene, stirred for 5 minutes at 100 rpm using a magnetic stirrer, then wet using a jet mill (Nanojet PAL JN10-SP003, manufactured by Joko) The dispersion process was performed and the coating liquid for electrode layer formation (A-1) was obtained.
The growth length of the carbon nanotube refers to the height of the forest grown on the growth substrate when the carbon nanotube is produced.

(調製例2)
カーボンナノチューブとしてVGCF−X(多層カーボンナノチューブ、長さ3μm、アスペクト比約200、炭素純度95%以上、登録商標、昭和電工社製)120mgをトルエン280mlに添加し、マグネチックスターラを用いて100rpmで5分間攪拌し、続いて5分間超音波処理した後、ジェットミル(ナノジェットパル JN10−SP003、常光社製)を用いて湿式分散処理を施し、電極層形成用塗布液(A−2)を得た。
(Preparation Example 2)
As a carbon nanotube, VGCF-X (multi-walled carbon nanotube, length 3 μm, aspect ratio about 200, carbon purity 95% or more, registered trademark, manufactured by Showa Denko KK) 120 mg was added to 280 ml of toluene, and a magnetic stirrer was used at 100 rpm. After stirring for 5 minutes, followed by ultrasonic treatment for 5 minutes, wet dispersion treatment was performed using a jet mill (Nanojet PAL JN10-SP003, manufactured by Joko), and the electrode layer forming coating solution (A-2) was applied. Obtained.

(調製例3)
カーボンナノチューブとしてKH SWCNT ED(単層カーボンナノチューブ、長さ5〜50μm、アスペクト比約3800、炭素純度80〜90%以上、KH Chemical社製)120mgをトルエン280mlに添加し、マグネチックスターラを用いて100rpmで12時間攪拌し、続いて60分間超音波処理した後、ジェットミル(ナノジェットパル JN10−SP003、常光社製)を用いて湿式分散処理を施し、電極層形成用塗布液(A−3)を得た。
(Preparation Example 3)
As a carbon nanotube, 120 mg of KH SWCNT ED (single-walled carbon nanotube, length 5 to 50 μm, aspect ratio about 3800, carbon purity 80 to 90% or more, manufactured by KH Chemical) was added to 280 ml of toluene, and a magnetic stirrer was used. The mixture was stirred at 100 rpm for 12 hours, followed by ultrasonic treatment for 60 minutes, and then wet dispersion treatment was performed using a jet mill (Nanojet PAL JN10-SP003, manufactured by Joko Corporation) to form an electrode layer forming coating solution (A-3). )

(評価1:繰り返し変形に対する電気抵抗の変化の測定)
上記作製例2で作製したウレタンゴム製の誘電層を幅8cm×長さ8cmに裁断し、その片面の中央部に、上述した方法で調製した電極層形成用塗布液(A−1)、(A−2)又は(A−3)をエアブラシで帯状に塗布し、80℃で1時間乾燥させることにより、幅20mmで長さ50mmの電極層を形成し、評価用サンプル1(電極層形成用塗布液(A−1)を使用)、評価用サンプル2(電極層形成用塗布液(A−2)を使用)及び評価用サンプル3(電極層形成用塗布液(A−3)を使用)を作製した。
なお、電極層形成用塗布液の塗布量は、電極層形成用塗布液(A−1)及び(A−2)は8ml、電極層形成用塗布液(A−3)は32mlとした。
その後、各評価サンプルにつき、1軸方向に100%まで伸長させる伸長変形を繰り返し行い、帯状電極の両端の電気抵抗を測定した。即ち、まず、伸長を1軸方向に100%まで1回行い、変形履歴を加えた後、これを繰り返し行い、上記電気抵抗の変化を測定した。
評価サンプル1〜3の結果をそれぞれ図6〜8に示す。
電気抵抗の増加が小さいほど、導電性が低下せず繰り返し変形に対する耐久性が良好であると評価できる。
ここで、図6〜8中、各図の一番下の線が、1回目の1軸方向に100%まで伸長する際(往路の際)の電気抵抗の変化を表し、その伸長率100%時の電気抵抗値を表す点から伸びる他方の線(より上方の線)が、1回目の伸長率100%から伸長率0%に戻る際(復路の際)の電気抵抗の変化を表す。この往路と復路を合わせて繰り返し数1回とした。同様にして、100%伸長時の抵抗値が下から2番目の点から伸びる二つの線が繰り返し数2回目の電気抵抗の変化を表し、これらのうち、下方の線が繰り返し数2回目の往路の際の、上方の線が繰り返し数2回目の復路の際の電気抵抗の変化を表す。同様にして、繰り返し数3回目以降の電気抵抗の変化も図6〜8に示す。
(Evaluation 1: Measurement of change in electrical resistance against repeated deformation)
The urethane rubber dielectric layer produced in Production Example 2 was cut into a width of 8 cm and a length of 8 cm, and the electrode layer-forming coating solution (A-1) prepared by the above-described method (A-1), ( A-2) or (A-3) is applied in a belt shape with an airbrush and dried at 80 ° C. for 1 hour to form an electrode layer having a width of 20 mm and a length of 50 mm. Sample 1 for evaluation (for electrode layer formation) Coating solution (A-1) is used), evaluation sample 2 (using electrode layer forming coating solution (A-2)) and evaluation sample 3 (using electrode layer forming coating solution (A-3)) Was made.
The coating amount of the electrode layer forming coating solution was 8 ml for the electrode layer forming coating solutions (A-1) and (A-2), and 32 ml for the electrode layer forming coating solution (A-3).
Thereafter, each of the evaluation samples was repeatedly stretched and deformed to 100% in one axial direction, and the electrical resistance at both ends of the strip electrode was measured. That is, first, elongation was performed once in one axis direction up to 100%, a deformation history was added, this was repeated, and the change in the electrical resistance was measured.
The results of evaluation samples 1 to 3 are shown in FIGS.
It can be evaluated that the smaller the increase in electrical resistance, the better the durability against repeated deformation without lowering the conductivity.
Here, in FIGS. 6 to 8, the lowermost line in each figure represents the change in electrical resistance when extending to 100% in the first uniaxial direction (during the forward path), and the expansion rate is 100%. The other line (upper line) extending from the point representing the electrical resistance value at the time represents the change in electrical resistance when returning from the first elongation rate of 100% to the elongation rate of 0% (on the return path). The number of repetitions is one for the forward and return routes. Similarly, two lines whose resistance value at the time of 100% elongation extends from the second point from the bottom represents the change in the electric resistance of the second repetition number, and among these, the lower line is the outward path of the second repetition number. In this case, the upper line represents the change in electrical resistance during the second return. Similarly, changes in electrical resistance after the third repetition are also shown in FIGS.

図6〜8に示した結果から、カーボンナノチューブとして平均長さの短いVGCF−XやKH SWCNT EDを使用した場合には、100%伸長の繰返し回数が増加するにともなって電気抵抗が大きく増大するのに対し、カーボンナノチューブとして平均長さが長く、アスペクト比が大きいSGCNTを使用した場合には、100%伸長の繰返し回数が増加しても電気抵抗の変化が小さく一定に保たれることが理解でき、これらのことから後者の方が耐久性に優れることが明らかとなった。 From the results shown in FIGS. 6 to 8, when VGCF-X or KH SWCNT ED having a short average length is used as the carbon nanotube, the electrical resistance greatly increases as the number of repetitions of 100% elongation increases. On the other hand, when SGCNT with a long average length and a large aspect ratio is used as the carbon nanotube, it is understood that the change in electrical resistance is kept small and constant even when the number of repetitions of 100% elongation is increased. From these facts, it was revealed that the latter is superior in durability.

(評価2:伸長率の変化に対する電気抵抗の変化の測定)
評価1と同様にして、評価用サンプル1〜3を作製し、各評価用サンプルを評価1と同様の方法で一軸方向に200%まで伸長させ、各伸長時の抵抗値を測定した。結果を図9に示す。
図9に示した結果から、カーボンナノチューブとして平均長さの短いVGCF−XやKH SWCNT EDを使用した場合には、伸長率の増加にともなって電気抵抗が大きく増大しているのに対し、カーボンナノチューブとして平均長さが長く、アスペクト比が大きいSGCNTを使用した場合には、伸長率の増加が増加しても電気抵抗がさほど増加しないことが明らかとなった。これにより、本発明の静電容量型センサシートが変位量が大きいセンサーとしても好適であることが明らかとなった。
(Evaluation 2: Measurement of change in electrical resistance with respect to change in elongation)
In the same manner as in Evaluation 1, evaluation samples 1 to 3 were prepared. Each evaluation sample was stretched to 200% in the uniaxial direction by the same method as in Evaluation 1, and the resistance value at each stretching was measured. The results are shown in FIG.
From the results shown in FIG. 9, when VGCF-X or KH SWCNT ED having a short average length is used as the carbon nanotube, the electrical resistance greatly increases as the elongation rate increases. It was revealed that when SGCNT having a long average length and a large aspect ratio was used as the nanotube, the electrical resistance did not increase so much even if the elongation ratio increased. Thereby, it became clear that the capacitive sensor sheet of the present invention is suitable as a sensor having a large displacement.

(評価3:センサシートの変形に対する静電容量の変化の測定)
単画素のセンサーシートを作製し、変形に対する静電容量の変化の測定を測定した。
図10は、本評価で使用したセンサーシートを模式的に示す上面図である。
(Evaluation 3: Measurement of change in capacitance with deformation of sensor sheet)
A single pixel sensor sheet was prepared and the change in capacitance with deformation was measured.
FIG. 10 is a top view schematically showing the sensor sheet used in this evaluation.

(センサシート1(実施例1))
作製例1で作製したウレタンゴム製の誘電層を幅8cm×長さ8cmに裁断し、その片面の中央部に、電極層形成用塗布液A−1をエアブラシで帯状に塗布して乾燥させ1本の裏側電極層(図10中、01B′)を形成した。裏側電極層は平均厚さが約1μm、幅が10mm、長さが80mmである。
続いて、上記誘電層の反対側の面に、上記電極層形成用塗布液A−1を塗布して乾燥させることにより、図10に示すような裏側電極層と直交するような短片を有する平面視L字状の表側電極層(図10中、01A′)で形成した。
その後、表側電極層及び裏側電極層のそれぞれの一端を0.1mm厚の銅箔で補強して外部配線との接続部となる表側接続部及び裏側接続部(図10中、01A′1及び01B′1)を形成し、センサシート1とした。
(Sensor sheet 1 (Example 1))
The dielectric layer made of urethane rubber produced in Production Example 1 is cut into a width of 8 cm and a length of 8 cm, and the electrode layer forming coating solution A-1 is applied in a band shape with an airbrush to the central portion of one side and dried. A back electrode layer (01B ′ in FIG. 10) of the book was formed. The back electrode layer has an average thickness of about 1 μm, a width of 10 mm, and a length of 80 mm.
Subsequently, the electrode layer-forming coating liquid A-1 is applied to the surface opposite to the dielectric layer and dried to have a plane having a short piece perpendicular to the back-side electrode layer as shown in FIG. A front electrode layer (01A ′ in FIG. 10) having an L-shape in view was formed.
Thereafter, one end of each of the front side electrode layer and the back side electrode layer is reinforced with a copper foil having a thickness of 0.1 mm so that the front side connection part and the back side connection part (01A'1 and 01B in FIG. '1) was formed, and the sensor sheet 1 was obtained.

(センサシート2(比較例1))
電極層形成用塗布液A−1に代えて電極層形成用塗布液A−2を用いた以外はセンサシート1の作製と同様にして、センサシート2を作製した。
(Sensor sheet 2 (Comparative Example 1))
A sensor sheet 2 was prepared in the same manner as the sensor sheet 1 except that the electrode layer forming coating liquid A-2 was used instead of the electrode layer forming coating liquid A-1.

(センサシート3(比較例2))
電極層形成用塗布液A−1に代えて電極層形成用塗布液A−3を用いた以外はセンサシート1の作製と同様にして、センサシート3を作製した。
(Sensor sheet 3 (Comparative example 2))
A sensor sheet 3 was prepared in the same manner as the sensor sheet 1 except that the electrode layer forming coating liquid A-3 was used instead of the electrode layer forming coating liquid A-1.

センサシート1〜3のそれぞれを図10のように2辺を樹脂フレーム23で拘束し、各センサシートの接続部をリード線を介してLCRメータ(日置電機社製、LCRハイテスタ3522−50)と接続し、フレーム間を1軸方向に100%まで伸長させる1軸伸長を繰返し行い、そのときの静電容量の変化を測定した。ここで、静電容量の変化の測定は測定周波数500Hz及び5kHzで行った。また、LCRハイテスタの測定周波数以外の条件は、電圧:1V、平均回数:8回、測定スピード:SLOW 1、AUTOレンジで測定した。
なお、図10中、01A′は表側電極層、01B′は裏側電極層、01A′1は表側接続部、01B′1は裏側接続部、C′0101は検出部、21は静電容量型センサシート、22は誘電層である。
測定結果について、1軸伸長の伸長率に対する静電容量をプロットしたグラフを図11〜13に示す。ここで、センサシート1については図11に、センサシート2については図12に、センサシート3については図13に示す。なお、各グラフでは、1軸伸長を1000回繰り返したときの、1、10、100及び1000往復目の静電容量をプロットしている。
Each of the sensor sheets 1 to 3 is constrained on the resin frame 23 on two sides as shown in FIG. 10, and the connection part of each sensor sheet is connected to an LCR meter (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., LCR HiTester 3522-50) The connection was repeated, and uniaxial stretching was repeated until the frames were stretched to 100% in the uniaxial direction, and the change in capacitance at that time was measured. Here, the change in capacitance was measured at measurement frequencies of 500 Hz and 5 kHz. The conditions other than the measurement frequency of the LCR HiTester were measured in a voltage of 1 V, an average number of times: 8 times, a measurement speed of SLOW 1, and an AUTO range.
In FIG. 10, 01A 'is a front electrode layer, 01B' is a back electrode layer, 01A'1 is a front connection part, 01B'1 is a back connection part, C'0101 is a detection part, and 21 is a capacitive sensor. Sheet 22 is a dielectric layer.
About the measurement result, the graph which plotted the electrostatic capacitance with respect to the expansion | extension rate of uniaxial expansion | extension is shown to FIGS. Here, the sensor sheet 1 is shown in FIG. 11, the sensor sheet 2 is shown in FIG. 12, and the sensor sheet 3 is shown in FIG. In each graph, the electrostatic capacity at the first, tenth, 100th, and 1000th round trips when uniaxial extension is repeated 1000 times is plotted.

図11〜13の結果から、例えば以下の事項が明らかとなった。
センサシート1(実施例1)は、測定周波数及び繰返し変形回数問わず、定常状態から100%伸長状態に至るまでほぼ直線的に静電容量が増加し、その値にバラツキが認められなかった。また、静電容量の測定値はほぼ計算値と一致している。
センサシート2(比較例1)では、測定周波数が低周波数(500Hz)の場合はセンサシート1と同様の結果が得られたものの、測定周波数を高周波数(5kHz)とした場合には、繰り返し回数が増大していくにともなって静電容量の測定値にバラツキが発生していた。
センサシート3(比較例2)では、測定周波数が低周波数(500Hz)の場合はセンサシート1と同様の結果が得られたものの、測定周波数を高周波数(5kHz)とした場合には、伸長率が大きくなると静電容量の測定値が計算値から大きく外れることとなった。
これらのことから、超長尺の単層カーボンナノチューブを用いた電極層を備える静電容量型センサシートでは、高周波数での繰り返し測定における測定精度に優れることが明らかとなった。
From the results of FIGS. 11 to 13, for example, the following matters became clear.
In the sensor sheet 1 (Example 1), the capacitance increased almost linearly from the steady state to the 100% stretched state regardless of the measurement frequency and the number of repeated deformations, and no variation was recognized in the value. Moreover, the measured value of the electrostatic capacitance almost coincides with the calculated value.
In the sensor sheet 2 (Comparative Example 1), when the measurement frequency is a low frequency (500 Hz), the same result as the sensor sheet 1 was obtained, but when the measurement frequency was a high frequency (5 kHz), the number of repetitions As the value increased, the measured capacitance value varied.
In the sensor sheet 3 (Comparative Example 2), the same result as the sensor sheet 1 was obtained when the measurement frequency was low (500 Hz), but when the measurement frequency was high (5 kHz), the elongation rate was As the value increases, the measured capacitance value deviates significantly from the calculated value.
From these facts, it was revealed that the capacitance type sensor sheet having an electrode layer using ultra-long single-walled carbon nanotubes is excellent in measurement accuracy in repeated measurement at a high frequency.

本発明の静電容量型センサシートは、伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定するための静電容量型センサシートとして好適に使用することができる。
そして、本発明の静電容量型センサシートを用いた静電容量型センサは、例えば、柔軟物の形状をトレースするためのセンサや、人など測定対象物の動きを計測するセンサ等として使用することができる。より具体的には、例えば、足裏による靴底インナーの変形や、臀部による座面クッション変形等を測定(検出)することができる。また、例えば、タッチパネル用の入力インターフェイスとしても使用することができる。
なお、本発明の静電容量型センサは、既存のセンサである光学式のモーションキャプチャーでは測定できない光の遮蔽部位での測定にも利用することが可能である。
The capacitive sensor sheet of the present invention can be suitably used as a capacitive sensor sheet for measuring the amount of stretch deformation strain and / or distribution of stretch deformation strain.
The capacitive sensor using the capacitive sensor sheet of the present invention is used as, for example, a sensor for tracing the shape of a flexible object or a sensor for measuring the movement of a measurement object such as a person. be able to. More specifically, for example, it is possible to measure (detect) the deformation of the shoe sole inner by the sole, the deformation of the seat cushion by the heel, and the like. For example, it can also be used as an input interface for a touch panel.
The capacitance type sensor of the present invention can also be used for measurement at a light shielding portion that cannot be measured by an optical motion capture which is an existing sensor.

1、1′ 静電容量型センサシート
2、2′ 誘電層
01A1〜16A1 表側接続部
01A〜16A、01D〜16D 表側電極層
01B1〜16B1 裏側接続部
01B〜16B、01E〜16E 裏側電極層
C0101〜C1616、F0101〜F1616 検出部
01d〜16d 表側配線
01e〜16e 裏側配線
21 静電容量型センサシート
22 エラストマー製の誘電層
23 樹脂フレーム
01A′ 表側電極層
01A′1 表側接続部
01B′ 裏側電極層
01B′1 裏側接続部
C′0101 検出部
101 静電容量型センサ
102、103 外部配線
104 計測手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 'Capacitance type sensor sheet 2, 2' Dielectric layer 01A1-16A1 Front side connection part 01A-16A, 01D-16D Front side electrode layer 01B1-16B1 Back side connection part 01B-16B, 01E-16E Back side electrode layer C0101- C1616, F0101 to F1616 Detectors 01d to 16d Front side wirings 01e to 16e Back side wiring 21 Capacitive sensor sheet 22 Dielectric layer 23 made of elastomer Resin frame 01A 'Front side electrode layer 01A'1 Front side connection part 01B' Back side electrode layer 01B '1 Back side connection part C'0101 Detection part 101 Capacitance type sensors 102 and 103 External wiring 104 Measuring means

Claims (6)

エラストマー組成物からなる誘電層と、前記誘電層の表面に積層された表側電極層と、前記誘電層の裏面に積層された裏側電極層とを備え、
前記表側電極層及び裏側電極層は、平均長さ100μm以上で、かつ、アスペクト比が1000以上の単層カーボンナノチューブを含む導電性組成物からなり、
伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定するために用いられる
ことを特徴とする静電容量型センサシート。
A dielectric layer made of an elastomer composition, a front electrode layer laminated on the surface of the dielectric layer, and a back electrode layer laminated on the back surface of the dielectric layer;
The front electrode layer and the back electrode layer are made of a conductive composition containing single-walled carbon nanotubes having an average length of 100 μm or more and an aspect ratio of 1000 or more,
A capacitance-type sensor sheet used for measuring a stretching deformation strain amount and / or a stretching deformation strain distribution.
一軸引張りに耐えられる伸長率が30%以上である請求項1に記載の静電容量型センサシート。 The electrostatic capacity type sensor sheet according to claim 1 whose extension rate which can endure uniaxial tension is 30% or more. 前記表側電極層及び裏側電極層の平均厚さは、それぞれ0.1〜10μmである請求項1又は2に記載の静電容量型センサシート。 The capacitance type sensor sheet according to claim 1 or 2, wherein each of the front electrode layer and the back electrode layer has an average thickness of 0.1 to 10 µm. 前記表側電極層及び裏側電極層はそれぞれ平行に配置された複数の帯状体からなり、この表側電極層と裏側電極層とが表裏方向から見て略直角で交差するように配置されている請求項1〜3のいずれかに記載の静電容量型センサシート。 The front-side electrode layer and the back-side electrode layer are each composed of a plurality of strips arranged in parallel, and the front-side electrode layer and the back-side electrode layer are arranged so as to intersect at a substantially right angle when viewed from the front-back direction. The capacitive sensor sheet according to any one of 1 to 3. 前記表側電極層及び裏側電極層が、前記導電性組成物を含む塗布液の塗布により形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の静電容量型センサシート。 The capacitive sensor sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein the front electrode layer and the back electrode layer are formed by application of a coating liquid containing the conductive composition. 請求項1〜5のいずれかに記載の静電容量型センサシートと、
計測手段と、
前記静電容量型センサシートが備える表側電極層及び裏側電極層のそれぞれと前記計測手段とを接続する外部配線とを備え、
伸縮変形歪み量及び/又は伸縮変形歪み分布を測定することを特徴とする静電容量型センサ。
The capacitive sensor sheet according to any one of claims 1 to 5,
Measuring means;
Each of the front side electrode layer and the back side electrode layer provided in the capacitance type sensor sheet includes an external wiring that connects the measurement unit, and
A capacitance type sensor that measures an amount of expansion / contraction deformation strain and / or distribution of expansion / contraction deformation strain.
JP2013096461A 2013-05-01 2013-05-01 Capacitance type sensor sheet and sensor Pending JP2014219214A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013096461A JP2014219214A (en) 2013-05-01 2013-05-01 Capacitance type sensor sheet and sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013096461A JP2014219214A (en) 2013-05-01 2013-05-01 Capacitance type sensor sheet and sensor

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017255158A Division JP6574831B2 (en) 2017-12-29 2017-12-29 Capacitance type sensor sheet and capacitance type sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014219214A true JP2014219214A (en) 2014-11-20

Family

ID=51937822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013096461A Pending JP2014219214A (en) 2013-05-01 2013-05-01 Capacitance type sensor sheet and sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014219214A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022091854A (en) * 2020-06-16 2022-06-21 東洋紡株式会社 Elastic capacitor
JP2022095700A (en) * 2020-06-16 2022-06-28 東洋紡株式会社 Elastic capacitor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009020006A (en) * 2007-07-12 2009-01-29 Tokai Rubber Ind Ltd Capacitance-type sensor
JP2012073150A (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Tokai Rubber Ind Ltd Capacitance type sensor
JP2012225727A (en) * 2011-04-19 2012-11-15 Tokai Rubber Ind Ltd Electrostatic capacitance type sensor apparatus
WO2013031958A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 独立行政法人産業技術総合研究所 Carbon nanotube composite material and conductive material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009020006A (en) * 2007-07-12 2009-01-29 Tokai Rubber Ind Ltd Capacitance-type sensor
JP2012073150A (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Tokai Rubber Ind Ltd Capacitance type sensor
JP2012225727A (en) * 2011-04-19 2012-11-15 Tokai Rubber Ind Ltd Electrostatic capacitance type sensor apparatus
WO2013031958A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 独立行政法人産業技術総合研究所 Carbon nanotube composite material and conductive material

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022091854A (en) * 2020-06-16 2022-06-21 東洋紡株式会社 Elastic capacitor
JP2022095700A (en) * 2020-06-16 2022-06-28 東洋紡株式会社 Elastic capacitor
JP7306519B2 (en) 2020-06-16 2023-07-11 東洋紡株式会社 elastic capacitor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015029955A1 (en) Capacitive sensor sheet and capacitive sensor
JP2020106545A (en) Capacitive sensor sheet and capacitive sensor
JP5497222B2 (en) Capacitance type sensor sheet and method for manufacturing capacitance type sensor sheet
JP6726781B2 (en) Stretchable electrode, sensor sheet and capacitance type sensor
JP6168912B2 (en) Elastic electrode and sensor sheet
JP6313100B2 (en) Capacitance type sensor sheet and capacitance type sensor
EP3115740A1 (en) Sensor device and elastic structural body
JP2014219263A (en) Capacitance type sensor sheet and sensor
KR20170074914A (en) Capacitance sensor
CN101934606A (en) Anti-static protective film and product including same
JP2015059845A (en) Capacitive sensor and method of measuring elastic deformation amount, elastic deformation distribution, or surface pressure distribution
JP2014219214A (en) Capacitance type sensor sheet and sensor
JP6574831B2 (en) Capacitance type sensor sheet and capacitance type sensor
JP2018091875A (en) Sheet-like material, electrostatic capacity type sensor sheet, and clothing
CN113314568A (en) Display device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160303

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161220

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170217

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170417

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20171003