(57)【要約】【課題】静電容量の変化が大きく、電極の配置数が少ない静電容量型面圧分布センサを提供することを課題とする。【解決手段】静電容量型面圧分布センサ１は、センサ本体２と演算部３とを有する。センサ本体２は、誘電層２０と、表側接続部０１Ｘ１を有する表側電極０１Ｘと、裏側接続部０１Ｙ１を有する裏側電極０１Ｙと、表側電極０１Ｘと裏側電極０１Ｙとが交差して形成される検出部Ａ０１０１と、表側接続部０１Ｘ１に接続される表側配線０１ｘと、裏側接続部０１Ｙ１に接続される裏側配線０１ｙと、を有する。演算部３は、インピーダンスＺから、表側接続部０１Ｘ１から検出部Ａ０１０１までの電気抵抗ｒＸと、裏側接続部０１Ｙ１から検出部Ａ０１０１までの電気抵抗ｒＹと、を分離し、検出部Ａ０１０１の静電容量Ｃを抽出し、静電容量Ｃから、センサ本体２の面圧分布を算出する。【選択図】図２
2010043881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマー製の誘電層と、
該誘電層の表側に少なくとも一つ配置され、エラストマーと、該エラストマーに充填される導電性フィラーと、を含んで形成され、表側接続部を有する帯状の表側電極と、
該誘電層の裏側に少なくとも一つ配置され、エラストマーと、該エラストマーに充填される導電性フィラーと、を含んで形成され、裏側接続部を有する帯状の裏側電極と、
該表側電極と該裏側電極とが、表裏方向から見て、交差することにより形成される複数の検出部と、
該表側接続部に接続され、エラストマーと、該エラストマーに充填される導電性粒子と、を含んで形成され、該表側電極よりも電気抵抗が小さい表側配線と、
該裏側接続部に接続され、エラストマーと、該エラストマーに充填される導電性粒子と、を含んで形成され、該裏側電極よりも電気抵抗が小さい裏側配線と、
を有し、一体的に伸縮可能なセンサ本体と、
該表側配線および該裏側配線に電気的に接続され、該表側配線および該裏側配線から検出されるインピーダンスから、該表側電極における該表側接続部から該検出部までの距離による電気抵抗と、該裏側電極における該裏側接続部から該検出部までの距離による電気抵抗と、を分離し、該検出部の静電容量を抽出し、該検出部の該静電容量から、該センサ本体における面圧分布を算出する演算部と、
を備えてなる静電容量型面圧分布センサ。
【請求項２】
前記演算部は、複数の前記検出部の前記静電容量を積分することにより、前記センサ本体に加わる総荷重を算出する請求項１に記載の静電容量型面圧分布センサ。
【請求項３】
前記表側電極は、複数列並んで配列されており、
前記裏側電極は、複数列並んで配列されており、
複数の該表側電極と複数の該裏側電極とは、表裏方向から見て、略直交して配置されている請求項１または請求項２に記載の静電容量型面圧分布センサ。
【請求項４】
前記表側電極および前記表側配線は、前記誘電層の表面に印刷されており、
前記裏側電極および前記裏側配線は、該誘電層の裏面に印刷されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静電容量型面圧分布センサ。
【請求項５】
前記センサ本体は、さらに、前記表側電極および前記表側配線を、直接あるいは間接的に、覆って印刷され、該表側電極および該表側配線を外部から絶縁する表側絶縁被覆層と、前記裏側電極および前記裏側配線を、直接あるいは間接的に、覆って印刷され、該裏側電極および該裏側配線を外部から絶縁する裏側絶縁被覆層と、
を有している請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電容量型面圧分布センサ。
【請求項６】
前記センサ本体は、さらに、筒状であって、筒内外を絶縁する絶縁筒部材を有し、
前記誘電層は、該絶縁筒部材に収容されており、
前記表側電極および前記表側配線は、該絶縁筒部材の内面であって、該誘電層の表面に対向する部位に印刷されており、
前記裏側電極および前記裏側配線は、該絶縁筒部材の内面であって、該誘電層の裏面に対向する部位に印刷されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静電容量型面圧分布センサ。
【請求項７】
前記表側電極および前記裏側電極のうち、少なくとも一方の、長手方向両端間の表面抵抗は、１００ｋΩ以下である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の静電容量型面圧分布センサ。
【請求項８】
前記導電性フィラーは、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラファイト、導電性炭素繊維から選ばれる一種類以上からなる請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の静電容量型面圧分布センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化から、測定対象物の凹凸形状等を面圧分布として検出可能な静電容量型面圧分布センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、多数のセンサセルが分散して配置されたセンサシートが開示されている。センサセルは、容量素子用電極と、変位電極と、を備えている。容量素子用電極と、変位電極と、の間には、ギャップが区画されている。言い換えると、容量素子用電極と、変位電極と、の間には、空気層が介挿されている。
【０００３】
測定対象物からセンサセルに荷重が加わると、空気層の厚さが変化する。空気層の厚さが変化すると、容量素子用電極と、変位電極と、の間の静電容量が変化する。当該静電容量の変化に基づいて、センサシートは、測定対象物の凹凸形状等を面圧分布として検出している。
【特許文献１】特開２００４−１１７０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、静電容量型のセンサセルの静電容量は、以下の式（１）から導出される。
【数１】
2010043881.tif 000003
【０００５】
式（１）中、Ｃは静電容量、ε０は真空の誘電率、εｒは比誘電率、ｓは電極の面積、ｄは一対の電極間の距離である。式（１）から明らかなように、比誘電率εｒが大きいほど、静電容量Ｃが大きくなる。このため、センサセルから出力される静電容量も大きくなる。すなわち、測定対象物からセンサセルに荷重が加わる前に対する、測定対象物からセンサセルに荷重が加わった後の、静電容量の変化も大きくなる。
【０００６】
しかしながら、上記文献記載のセンサセルの場合、容量素子用電極と、変位電極と、の間に、空気層が介挿されている。すなわち、誘電層として空気層が配置されている。このため、誘電層として有機物が配置されている場合と比較して、上記文献記載のセンサセルは、比誘電率εｒが小さい。したがって、センサセルから出力される静電容量の変化が小さい。
【０００７】
また、上記文献記載のセンサシートの場合、面圧を検出したい部位ごとに、一つずつ、センサセルが配置されている。このため、センサセルの配置数、すなわち電極の配置数が多い。また、電極の配置数が多いため、静電容量を検出するための配線数も多い。
【０００８】
本発明の静電容量型面圧分布センサは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、静電容量の変化が大きく、電極の配置数が少ない静電容量型面圧分布センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記課題を解決するため、本発明の静電容量型面圧分布センサは、エラストマー製の誘電層と、該誘電層の表側に少なくとも一つ配置され、エラストマーと、該エラストマーに充填される導電性フィラーと、を含んで形成され、表側接続部を有する帯状の表側電極と、該誘電層の裏側に少なくとも一つ配置され、エラストマーと、該エラストマーに充填される導電性フィラーと、を含んで形成され、裏側接続部を有する帯状の裏側電極と、該表側電極と該裏側電極とが、表裏方向から見て、交差することにより形成される複数の検出部と、該表側接続部に接続され、エラストマーと、該エラストマーに充填される導電性粒子と、を含んで形成され、該表側電極よりも電気抵抗が小さい表側配線と、該裏側接続部に接続され、エラストマーと、該エラストマーに充填される導電性粒子と、を含んで形成され、該裏側電極よりも電気抵抗が小さい裏側配線と、を有し、一体的に伸縮可能なセンサ本体と、該表側配線および該裏側配線に電気的に接続され、該表側配線および該裏側配線から検出されるインピーダンスから、該表側電極における該表側接続部から該検出部までの距離による電気抵抗と、該裏側電極における該裏側接続部から該検出部までの距離による電気抵抗と、を分離し、該検出部の静電容量を抽出し、該検出部の該静電容量から、該センサ本体における面圧分布を算出する演算部と、を備えてなることを特徴とする（請求項１に対応）。
【００１０】
本発明の静電容量型面圧分布センサは、センサ本体と、演算部と、を備えている。センサ本体は、誘電層と、表側電極と、裏側電極と、検出部と、表側配線と、裏側配線と、を備えている。誘電層は、エラストマー製である。このため、誘電層が空気である場合と比較して、静電容量が大きくなる。すなわち、測定対象物からセンサ本体に荷重が加わる前に対する、測定対象物からセンサ本体に荷重が加わった後（荷重が加わっている時）の、静電容量の変化が大きくなる。
【００１１】
また、表側電極、裏側電極は、共に帯状である。並びに、検出部は、表側電極と裏側電極との交差部分を利用して配置されている。このため、電極の配置数が少なくなる。また、検出部から静電容量を検出するための配線数が少なくなる。
【００１２】
また、表側電極、裏側電極は、エラストマーと、エラストマーに充填される導電性フィラーと、を含んで形成されている。このため、測定対象物から面圧が加わる場合、当該面圧に応じて、表側電極、裏側電極は、誘電層と共に、伸縮することができる。したがって、誘電層の伸縮を、表側電極あるいは裏側電極が、規制するおそれが小さい。
【００１３】
また、表側配線、裏側配線は、エラストマーと、エラストマーに充填される導電性粒子と、を含んで形成されている。このため、測定対象物から荷重が加わる場合、当該荷重に応じて、表側配線、裏側配線は、伸縮することができる。したがって、誘電層の伸縮を、表側配線あるいは裏側配線が、規制するおそれが小さい。
【００１４】
ところで、物体の電気抵抗は、以下の式（２）から導出される。
【数２】
2010043881.tif 000004
【００１５】
式（２）中、ｒは電気抵抗、ρは抵抗率、Ｌは長さ、Ｓは断面積である。上記式（２）から明らかなように、物体の長さＬが長いほど、電気抵抗ｒが大きくなる。このため、表側電極における表側接続部から検出部までの距離が長いほど、電気抵抗が大きくなる。同様に、裏側電極における裏側接続部から検出部までの距離が長いほど、電気抵抗が大きくなる。すなわち、複数の検出部の各々において、上記距離に起因する電気抵抗が異なる場合がある。したがって、表側配線および裏側配線から検出されるインピーダンスをそのまま用いて面圧分布を算出する場合、上記電気抵抗の影響により、面圧分布の測定精度が低くなる。
【００１６】
この点、本発明の静電容量型面圧分布センサによると、表側配線および裏側配線から検出されるインピーダンスから、表側電極における表側接続部から検出部までの距離による電気抵抗、および裏側電極における裏側接続部から検出部までの距離による電気抵抗を、分離している。すなわち、検出されるインピーダンスから、検出部の静電容量を抽出している。このため、面圧分布の測定精度が高い。
【００１７】
（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記誘電層の材料である前記エラストマーは、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムから選ばれる一種以上を含む構成とする方がよい。本構成によると、誘電層の比誘電率が高くなる。このため、静電容量を大きくすることができる。
【００１８】
（１−２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記表側電極の材料である前記エラストマーおよび前記裏側電極の材料である前記エラストマーのうち、少なくとも一方は、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムから選ばれる一種以上を含む構成とする方がよい。本構成によると、表側電極および裏側電極のうち少なくとも一方の伸縮性が高くなる。このため、表側電極および裏側電極のうち少なくとも一方と、誘電層と、が一体的に伸縮しやすい。
【００１９】
（１−３）好ましくは、上記（１）の構成において、前記表側電極および前記裏側電極に含まれる前記導電性フィラーは、非金属系導電性フィラーである構成とする方がよい。本構成によると、表側電極および裏側電極が金属系導電性フィラーを含む場合と比較して、表側電極、裏側電極の電気抵抗が大きくなる。すなわち、表側電極における表側接続部から検出部までの距離による電気抵抗、および裏側電極における裏側接続部から検出部までの距離による電気抵抗が大きくなる。これらの電気抵抗は、検出されるインピーダンスから、分離される。このため、本構成によると、表側電極および裏側電極の電気抵抗が大きいにもかかわらず、面圧分布の測定精度が高い。
【００２０】
（１−４）好ましくは、上記（１−３）の構成において、前記非金属系導電性フィラーは、炭素系導電性フィラーである方がよい。本構成によると、表側電極および裏側電極の電気抵抗が大きいにもかかわらず、面圧分布の測定精度が高い。
【００２１】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記演算部は、複数の前記検出部の前記静電容量を積分することにより、前記センサ本体に加わる総荷重を算出する構成とする方がよい（請求項２に対応）。本構成によると、各検出部の静電容量から、センサ本体に加わる総荷重を算出することができる。このため、例えば測定対象物の重量などを検出することができる。
【００２２】
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記表側電極は、複数列並んで配列されており、前記裏側電極は、複数列並んで配列されており、複数の該表側電極と複数の該裏側電極とは、表裏方向から見て、略直交して配置されている構成とする方がよい（請求項３に対応）。
【００２３】
本構成によると、複数の検出部を、センサ本体の全面に分散させやすい。このため、センサ本体全面に占める、面圧検出可能な部分の面積を、大きくすることができる。また、センサ本体全面において、検出部の配置がばらつくのを抑制することができる。
【００２４】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記表側電極および前記表側配線は、前記誘電層の表面に印刷されており、前記裏側電極および前記裏側配線は、該誘電層の裏面に印刷されている構成とする方がよい（請求項４に対応）。
【００２５】
つまり、本構成は、誘電層に、表側電極、表側配線、裏側電極、裏側配線を印刷することにより、センサ本体を作製するものである。本構成によると、誘電層、表側電極、表側配線、裏側電極、裏側配線という、面圧測定に必須の構成要素を、比較的簡単に集積化することができる。このため、センサ本体、延いては静電容量型面圧分布センサの生産性が高い。
【００２６】
また、表側電極、裏側電極が、誘電層に直接印刷されている。このため、表側電極と裏側電極との位置決めが容易である。したがって、所望の位置に、精確に、検出部を配置することができる。
【００２７】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記センサ本体は、さらに、前記表側電極および前記表側配線を、直接あるいは間接的に、覆って印刷され、該表側電極および該表側配線を外部から絶縁する表側絶縁被覆層と、前記裏側電極および前記裏側配線を、直接あるいは間接的に、覆って印刷され、該裏側電極および該裏側配線を外部から絶縁する裏側絶縁被覆層と、を有している構成とする方がよい（請求項５に対応）。
【００２８】
本構成によると、表側電極および表側配線と、静電容量型面圧分布センサの外部の部材と、が導通するのを抑制することができる。並びに、裏側電極および裏側配線と、静電容量型面圧分布センサの外部の部材と、が導通するのを抑制することができる。
【００２９】
（６）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記センサ本体は、さらに、筒状であって、筒内外を絶縁する絶縁筒部材を有し、前記誘電層は、該絶縁筒部材に収容されており、前記表側電極および前記表側配線は、該絶縁筒部材の内面であって、該誘電層の表面に対向する部位に印刷されており、前記裏側電極および前記裏側配線は、該絶縁筒部材の内面であって、該誘電層の裏面に対向する部位に印刷されている構成とする方がよい（請求項６に対応）。
【００３０】
本構成によると、絶縁筒部材の内側に、誘電層、表側電極、表側配線、裏側電極、裏側配線という、面圧測定に必須の構成要素が、収容されている。このため、これらの部材と、絶縁筒部材の外側の部材と、が導通するのを抑制することができる。
【００３１】
（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記表側電極および前記裏側電極のうち、少なくとも一方の、長手方向両端間の表面抵抗は、１００ｋΩ以下である構成とする方がよい（請求項７に対応）。ここで、長手方向両端間の表面抵抗を１００ｋΩ以下としたのは、１００ｋΩ超過の場合、交流電圧印加時に流れる電流が小さくなり、インピーダンス計測精度が低くなるために結果として、静電容量の計測誤差が拡大するためである。
【００３２】
（７−１）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記表側電極および前記裏側電極のうち、少なくとも一方は、前記エラストマーと前記導電性フィラーとを含むエラストマー組成物からなり、該エラストマー組成物の、該導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおいて、電気抵抗が低下して絶縁体−導電体転移が起こる第一変極点の該導電性フィラーの配合量（臨界体積分率：φｃ）が２５ｖｏｌ％以下である構成とする方がよい。
【００３３】
一般に、絶縁性のエラストマーに導電性フィラーを混合してエラストマー組成物とした場合、エラストマー組成物の電気抵抗は、導電性フィラーの配合量によって変化する。図１に、エラストマー組成物における、導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を模式的に示す。
【００３４】
図１に示すように、エラストマー１０１に導電性フィラー１０２を混合していくと、エラストマー組成物の電気抵抗は、はじめはエラストマー１０１の電気抵抗とほとんど変わらない。しかし、導電性フィラー１０２の配合量がある体積分率に達すると、電気抵抗が急激に低下して、絶縁体−導電体転移が起こる（第一変極点）。この第一変極点における導電性フィラー１０２の配合量を、臨界体積分率（φｃ）と称す。また、さらに導電性フィラー１０２を混合していくと、ある体積分率から、電気抵抗の変化が少なくなり電気抵抗変化が飽和する（第二変極点）。この第二変極点における導電性フィラー１０２の配合量を、飽和体積分率（φｓ）と称す。このような電気抵抗の変化は、パーコレーションカーブと呼ばれ、エラストマー１０１中に導電性フィラー１０２による導電パスＰ１が形成されるためと考えられている。
【００３５】
例えば、導電性フィラーの一次粒子が凝集して二次粒子化が進むと、三次元的なネットワーク構造により導電パスが形成されやすい。このような場合には、エラストマー組成物の臨界体積分率（φｃ）は、２０ｖｏｌ％程度と比較的小さくなる。言い換えると、臨界体積分率（φｃ）が小さい場合には、導電性フィラーは、ストラクチャー性を有する二次凝集体を形成しやすい。このため、導電性フィラーの配合量が比較的少なくても、導電性の高いエラストマー組成物を得ることができる。
【００３６】
本構成によると、表側電極および裏側電極のうち、少なくとも一方が、臨界体積分率（φｃ）が２５ｖｏｌ％以下のエラストマー組成物からなる。臨界体積分率（φｃ）が比較的小さいため、導電性フィラーは凝集体を形成しやすい。したがって、比較的少量の導電性フィラーにより、導電性の良好な電極を得ることができる。なお、本明細書における「エラストマー組成物」は、エラストマーと導電性フィラーとの混合物の他、エラストマー、導電性フィラー、および他の添加剤等の混合物をも含む。
【００３７】
（８）好ましくは、上記（１）ないし（７）のいずれかの構成において、前記導電性フィラーは、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラファイト、導電性炭素繊維から選ばれる一種類以上からなる構成とする方がよい（請求項８に対応）。これらの中でも、導電性カーボンブラック、グラファイト、導電性炭素繊維は、導電性が良好で、比較的安価である。このため、本構成によると、静電容量型面圧分布センサの製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によると、静電容量の変化が大きく、電極の配置数が少ない静電容量型面圧分布センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
次に、本発明の静電容量型面圧分布センサの実施の形態について説明する。
【００４０】
＜第一実施形態＞
［静電容量型面圧分布センサの構成］
まず、本実施形態の静電容量型面圧分布センサの構成について説明する。図２に、本実施形態の静電容量型面圧分布センサの上面透過図を示す。なお、図２においては、表側絶縁被覆層、裏側絶縁被覆層を省略して示す。また、裏側電極、裏側配線を細線で示す。また、検出部にハッチングを施して示す。図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図を示す。なお、図３においては、センサ本体の上下方向の厚さを強調して示す。図２、図３に示すように、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１は、センサ本体２と、演算部３と、を備えている。
【００４１】
センサ本体２は、誘電層２０と、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙと、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６と、表側配線０１ｘ〜１６ｘと、裏側配線０１ｙ〜１６ｙと、表側絶縁被覆層２１と、裏側絶縁被覆層２２と、表側配線用コネクタ２３と、裏側配線用コネクタ２４と、を備えている。なお、検出部の符合「Ａ○○△△」中、上二桁の「○○」は、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘに対応している。下二桁の「△△」は、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙに対応している。
【００４２】
誘電層２０は、エーテル系ウレタンゴム製であって、シート状を呈している。誘電層２０の硬度（タイプＡデュロメータ硬度：ＪＩＳ  Ｋ６２５３（２００６））は、９０度である。誘電層２０は、ＸＹ方向（前後左右方向）に延在している。
【００４３】
表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、誘電層２０の上面に、合計１６本配置されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、帯状を呈している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、各々、Ｘ方向（左右方向）に延在している。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘは、Ｙ方向（前後方向）に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘの左端には、各々、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１が配置されている。
【００４４】
表側配線０１ｘ〜１６ｘは、誘電層２０の上面に、合計１６本配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、ウレタンゴムと、銀粉と、を含んで形成されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、線状を呈している。表側配線用コネクタ２３は、誘電層２０の左後隅に配置されている。表側配線０１ｘ〜１６ｘは、各々、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１と、表側配線用コネクタ２３と、を接続している。
【００４５】
表側絶縁被覆層２１は、誘電層２０の上方に配置されている。表側絶縁被覆層２１は、アクリルゴムを含んで形成されている。表側絶縁被覆層２１は、シート状を呈している。表側絶縁被覆層２１は、誘電層２０、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線０１ｘ〜１６ｘを、上方から覆っている。
【００４６】
裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、誘電層２０の下面に、合計１６本配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、帯状を呈している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、各々、Ｙ方向に延在している。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、Ｘ方向に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの前端には、各々、裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１が配置されている。
【００４７】
裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、誘電層２０の下面に、合計１６本配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、各々、ウレタンゴムと、銀粉と、を含んで形成されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、線状を呈している。裏側配線用コネクタ２４は、誘電層２０の左前隅に配置されている。裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、各々、裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１と、裏側配線用コネクタ２４と、を接続している。
【００４８】
裏側絶縁被覆層２２は、誘電層２０の下方に配置されている。裏側絶縁被覆層２２は、アクリルゴムを含んで形成されている。裏側絶縁被覆層２２は、シート状を呈している。裏側絶縁被覆層２２は、誘電層２０、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙを、下方から覆っている。
【００４９】
検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６は、図２にハッチングで示すように、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙと、が上下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Ａ０１０１〜Ａ１６１６は、合計２５６個（＝１６個×１６個）配置されている。検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６は、センサ本体２の略全面に亘って、略等間隔に配置されている。検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６は、各々、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘの一部と、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの一部と、誘電層２０の一部と、を備えている。
【００５０】
演算部３は、電源回路３０と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３３と、ディスプレイ３４と、を備えている。演算部３は、表側配線用コネクタ２３、裏側配線用コネクタ２４に、電気的に接続されている。
【００５１】
電源回路３０は、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６に、正弦波状の交流電圧を印加する。ＲＯＭ３３には、予め、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６における静電容量と面圧との対応を示すマップが、格納されている。また、ＲＯＭ３３には、後述する式（３）、式（５）が格納されている。ＲＡＭ３２には、表側配線用コネクタ２３、裏側配線用コネクタ２４から入力されるインピーダンス、位相が、一時的に格納される。ＣＰＵ３１は、後述するように、ＲＡＭ３２に格納されたインピーダンス、位相を基に、式（３）、式（５）を用いて、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６の静電容量を抽出する。そして、静電容量から、センサ本体２における面圧分布を算出する。ディスプレイ３４は、ＣＰＵ３１が算出した面圧分布を、図示しない画面に、例えば三次元グラフとして表示する。
【００５２】
［静電容量型面圧分布センサの製造方法］
次に、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１の製造方法について説明する。本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１の製造方法は、塗料調製工程と、表側電極印刷工程と、表側配線印刷工程と、表側絶縁被覆層印刷工程と、裏側電極印刷工程と、裏側配線印刷工程と、裏側絶縁被覆層印刷工程と、を備えている。
【００５３】
塗料調製工程においては、電極塗料、配線塗料、被覆層塗料を、それぞれ調製する。電極塗料は、以下の手順で調製する。まず、ポリマー（アクリルゴム、商品名：ニポール（登録商標）ＡＲ５１、日本ゼオン社製）１００質量部、加硫助剤（ステアリン酸、商品名：ルナック（登録商標）Ｓ３０、花王社製）１．００質量部、加硫促進剤（ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、商品名：ノクセラー（登録商標）ＰＺ、大内新興化学社製）２．５０質量部、加硫促進剤（ジメチルジチオカルバミン酸第二鉄、商品名：ノクセラーＴＴＦＥ、大内新興化学社製）０．５０質量部を秤量し、ロールを用いてゴム練りを行う。そして、ゴムコンパウンドを調製する。続いて、調製したゴムコンパウンドを有機溶剤（メチルエチルケトン、三協化学社製）１５００質量部に浸漬し、有機溶剤を撹拌し、ゴムコンパウンドを有機溶剤に均一に溶解させた溶液を得る。それから、当該溶液に、導電性カーボンブラック（ケッチェンブラック、商品名：ＥＣ３００Ｊ、ライオン社製）２２．８６質量部を添加する。そして、固形分率約７．８質量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）溶液を得る。それから、当該ＭＥＫ溶液にミル処理を施し、ＭＥＫ溶液中の導電性カーボンブラックの分散性を向上させる。具体的には、ＭＥＫ溶液を３２００ｒｐｍで回転するダイノミルに投入し、４０回程度ＭＥＫ溶液を循環させる。その後、ミル処理後のＭＥＫ溶液に印刷用溶剤（ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、三協化学社製）６８６．７質量部を添加する。それから、印刷用溶剤を添加したＭＥＫ溶液を、大気と接する面積を広くするために、口の広い容器に移し替える。そして、当該ＭＥＫ溶液を、時々撹拌しながら、約一日放置することにより、沸点の低いＭＥＫを充分に蒸発させる。このようにして、電極塗料を調製する。なお、印刷用溶剤の沸点は２００℃以上である。このため、印刷用溶剤の揮発は無視できる。
【００５４】
配線塗料は、以下の手順で調製する。まず、ポリマー（ポリウレタンをＭＥＫ／トルエン／イソプロピルアルコールに溶解したもの、商品名：ニッポラン（登録商標）５２３０、日本ポリウレタン工業社製）３３３質量部（ポリマーの固形分は３０質量％なので、ポリマー３３３質量部はポリウレタン１００質量部に相当する）、１０μｍフレーク状の銀粒子（商品名：ＦＡ−Ｄ−４、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）４００質量部、１μｍ球状の銀粒子（商品名：ＡＧ２−１Ｃ、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）４００質量部、印刷用溶剤（ブチルカルビトール、三協化学社製）１５０質量部を秤量し、撹拌して均一化させる。そして、撹拌後の溶液を、大気と接する面積を広くするために、口の広い容器に移し替える。そして、当該溶液を、時々撹拌しながら、約一日放置することにより、沸点の低いＭＥＫ、トルエン、イソプロピルアルコールを充分に蒸発させる。このようにして、配線塗料を調製する。
【００５５】
被覆層塗料は、以下の手順で調製する。まず、ポリマー（アクリルゴム、商品名：ニポールＡＲ５１、日本ゼオン社製）１００質量部、加硫助剤（ステアリン酸、商品名：ルナックＳ３０、花王社製）１．００質量部、加硫促進剤（ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、商品名：ノクセラーＰＺ、大内新興化学社製）２．５０質量部、加硫促進剤（ジメチルジチオカルバミン酸第二鉄、商品名：ノクセラーＴＴＦＥ、大内新興化学社製）０．５０質量部を秤量し、ロールを用いてゴム練りを行う。そして、ゴムコンパウンドを調製する。続いて、調製したゴムコンパウンドを印刷用溶剤（エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ダイセル化学工業社製）３００質量部に浸漬し、撹拌して均一化させる。このようにして、被覆層塗料を調製する。
【００５６】
表側電極印刷工程においては、塗料調製工程において調製した電極塗料を、誘電層２０の上面に印刷する。図４に、本実施形態の静電容量型面圧分布センサの製造方法の表側電極印刷工程前半の模式図を示す。図５に、同工程後半の模式図を示す。
【００５７】
図４、図５に示すように、本工程においては、スクリーン印刷機９により、誘電層２０の上面に、電極塗料８０を印刷する。スクリーン印刷機９は、テーブル９０と、フレーム９１と、スクリーンマスク９２と、スキージ９３と、を備えている。テーブル９０には、誘電層２０が載置されている。スクリーンマスク９２は、テーブル９０の上方に配置されている。スクリーンマスク９２は、フレーム９１に張設されている。スクリーンマスク９２には、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ（図３参照）に対応して、孔９２０が開設されている。スキージ９３は、スクリーンマスク９２の上方に配置されている。
【００５８】
本工程においては、まず、スクリーンマスク９２の上面に、電極塗料８０を盛りつける。続いて、スクリーンマスク９２下面を誘電層２０上面に押しつける。それから、スキージ９３をＹ方向に動かすことにより、スクリーンマスク９２上面の電極塗料８０を、孔９２０内に押し込む。そして、誘電層２０上面の孔９２０対応部位に、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ（図３参照）を印刷する。その後、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘを加熱し、ポリマーを加硫させる。
【００５９】
表側配線印刷工程においては、表側電極印刷工程と同様に、スクリーン印刷機９を用いて、誘電層２０の上面に、塗料調製工程において調製した配線塗料を印刷する。そして、誘電層２０の上面に、表側配線０１ｘ〜１６ｘ（図２参照）を配置する。その後、表側配線０１ｘ〜１６ｘを乾燥させる。なお、スクリーンマスク９２の孔９２０は、表側配線０１ｘ〜１６ｘに対応して、配置されている。
【００６０】
表側絶縁被覆層印刷工程においては、表側電極印刷工程と同様に、スクリーン印刷機９を用いて、誘電層２０、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線０１ｘ〜１６ｘの上面に、塗料調製工程において調製した被覆層塗料を印刷する。そして、誘電層２０、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線０１ｘ〜１６ｘの上面に、表側絶縁被覆層２１（図３参照）を配置する。その後、表側絶縁被覆層２１を加熱し、ポリマーを加硫させる。なお、スクリーンマスク９２の孔９２０は、表側絶縁被覆層２１に対応して、配置されている。
【００６１】
裏側電極印刷工程においては、表側電極印刷工程と同様に、スクリーン印刷機９を用いて、誘電層２０の下面（図３における下面。印刷時には上向きに配置する。）に、塗料調製工程において調製した電極塗料８０を印刷する。そして、誘電層２０の下面に、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ（図２参照）を配置する。その後、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙを加熱し、ポリマーを加硫させる。
【００６２】
裏側配線印刷工程においては、表側配線印刷工程と同様に、スクリーン印刷機９を用いて、誘電層２０の下面に、塗料調製工程において調製した配線塗料を印刷する。そして、誘電層２０の下面に、裏側配線０１ｙ〜１６ｙ（図２参照）を配置する。その後、裏側配線０１ｙ〜１９ｙを乾燥させる。
【００６３】
裏側絶縁被覆層印刷工程においては、表側絶縁被覆層印刷工程と同様に、スクリーン印刷機９を用いて、誘電層２０、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙの下面に、塗料調製工程において調製した被覆層塗料を印刷する。そして、誘電層２０、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙの下面に、裏側絶縁被覆層２２（図３参照）を配置する。その後、裏側絶縁被覆層２２を加熱し、ポリマーを加硫させる。このようにして、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１は、製造される。
【００６４】
［静電容量型面圧分布センサの動き］
次に、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１の動きについて説明する。まず、演算部３の静電容量演算方法について説明する。この静電容量演算方法は、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６の各々に対して、実行される。
【００６５】
前出式（２）に示すように、物体の電気抵抗は、長さに比例する。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、導電性カーボンブラックにより導電性を確保している。このため、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの電気抵抗は、表側配線０１ｘ〜１６ｘ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙと比較して、大きい。
【００６６】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘにおける、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１から検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６までの距離（式（２）における長さＬに相当）は一定ではない。すなわち、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘにおける、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１から検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６までの電気抵抗は一定ではない。一例として、図２において表側電極０１Ｘに着目すると、表側接続部０１Ｘ１から検出部Ａ０１０１までの距離よりも、表側接続部０１Ｘ１から検出部Ａ０１１６までの距離の方が、長い。したがって、表側接続部０１Ｘ１から検出部Ａ０１０１までの電気抵抗よりも、表側接続部０１Ｘ１から検出部Ａ０１１６までの電気抵抗の方が、大きい。同様に、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙにおける、裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１から検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６までの電気抵抗も一定ではない。
【００６７】
図６に、本実施形態の静電容量型面圧分布センサの任意の表側電極−検出部−裏側電極の等価回路図を示す。図６に示すように、任意の表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ−検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６−裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、ＲＣ直列回路と等価である。すなわち、任意の表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ−検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６−裏側電極０１Ｙ〜１６ＹのインピーダンスＺは、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘにおける、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１から検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６までの電気抵抗ｒＸと、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６の容量リアクタンス１／ωＣと、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙにおける、裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１から検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６までの電気抵抗ｒＹと、から構成されている。
【００６８】
一方、演算部３には、センサ本体２から、任意の表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ−検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６−裏側電極０１Ｙ〜１６ＹのインピーダンスＺと、電圧に対する電流の進み角（位相）θ（後述する図７参照）と、が入力される。
【００６９】
演算部３において、精度良く検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６の静電容量Ｃを算出するためには、インピーダンスＺから電気抵抗ｒＸ、ｒＹの影響を分離する必要がある。図７に、ＲＣ直列回路のインピーダンスベクトル図を示す。また、式（３）〜（５）に、ＲＣ直列回路のインピーダンス関係式を示す。
【数３】
2010043881.tif 000005
【数４】
2010043881.tif 000006
【数５】
2010043881.tif 000007
【００７０】
ここで、電気抵抗Ｒは、電気抵抗ｒＸと電気抵抗ｒＹとの和である。また、ωは角周波数である。なお、角周波数ωは既知である。
【００７１】
ＲＯＭ３３には、予め式（３）、式（５）が格納されている。ＣＰＵは、ＲＡＭ３２に一時的に格納された、インピーダンスＺおよび位相θを式（３）に代入して、電気抵抗Ｒを算出する。そして、インピーダンスＺ、電気抵抗Ｒ、角周波数ωを式（５）に代入して、静電容量Ｃを算出する。
【００７２】
次に、測定対象物を測定する際における静電容量型面圧分布センサの動きについて説明する。まず、測定対象物をセンサ本体２に載置する前に、上記静電容量演算方法を用いて、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６ごとに、静電容量Ｃを算出する。すなわち、検出部Ａ０１０１から検出部Ａ１６１６までを、あたかも走査するように、静電容量Ｃを算出する。算出された静電容量Ｃは、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６ごとに、ＲＡＭ３２に格納される。
【００７３】
続いて、測定対象物をセンサ本体２に載置し、載置前同様に、上記静電容量演算方法を用いて、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６ごとに、静電容量Ｃを算出する。すなわち、検出部Ａ０１０１から検出部Ａ１６１６までを、あたかも走査するように、静電容量Ｃを算出する。算出された静電容量Ｃは、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６ごとに、ＲＡＭ３２に格納される。
【００７４】
それから、ＣＰＵ３１が、測定対象物載置前後の静電容量Ｃの変化量ΔＣから、センサ本体２に加わる面圧を算出する。具体的には、ＲＯＭ３３には、予め静電容量Ｃと面圧との対応を示すマップが、格納されている。静電容量Ｃをマップに代入して、任意の検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６の面圧を算出する。そして、当該面圧を、ディスプレイ３４の画面に、各検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６ごとに表示する。
【００７５】
また、ＣＰＵ３１が、各検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６の静電容量Ｃの変化量ΔＣを積分することにより、全検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６つまりセンサ本体２に加わる総荷重を、ディスプレイ３４の画面に表示することもできる。
【００７６】
［作用効果］
次に、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１の作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１によると、誘電層２０がエーテル系ウレタンゴム製である。このため、誘電層２０が空気である場合と比較して、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６から出力される静電容量Ｃが大きくなる。また、静電容量Ｃの変化量ΔＣが大きくなる。
【００７７】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、共に帯状である。並びに、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６は、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙとの交差部分を利用して配置されている。このため、電極の配置数が少なくなる。また、配線数が少なくなる。すなわち、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６は、センサ本体２に、合計２５６個配置されている。ここで、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６ごとに電極を配置すると、表側電極が２５６個、裏側電極が２５６個、それぞれ必要になる。これに対して、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１によると、２５６個の検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６を確保するのに、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙを合計３２本（＝１６本＋１６本）配置するだけで済む。このため、電極の配置数が少なくなる。
【００７８】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。このため、測定対象物から荷重が加わる場合、当該荷重に応じて、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、誘電層２０と共に、伸縮することができる。したがって、誘電層２０の伸縮を、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘあるいは裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙが、規制するおそれが小さい。
【００７９】
また、表側配線０１ｘ〜１６ｘ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、ウレタンゴムと、銀粉と、を含んで形成されている。このため、測定対象物から荷重が加わる場合、当該荷重に応じて、表側配線０１ｘ〜１６ｘ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙは、伸縮することができる。したがって、誘電層２０の伸縮を、表側配線０１ｘ〜１６ｘあるいは裏側配線０１ｙ〜１６ｙが、規制するおそれが小さい。
【００８０】
また、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１によると、インピーダンスＺから、表側接続部０１Ｘ１〜１６Ｘ１から検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６までの電気抵抗ｒＸ、および裏側接続部０１Ｙ１〜１６Ｙ１から検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６までの電気抵抗ｒＹを、分離している。すなわち、インピーダンスＺから、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６の静電容量Ｃを抽出している。このため、面圧分布の測定精度が高い。
【００８１】
また、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１によると、演算部３が検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６の静電容量Ｃの変化量ΔＣを積分することにより、センサ本体２に加わる総荷重を算出することができる。このため、測定対象物の重量を検出することができる。
【００８２】
また、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１によると、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘが、センサ本体２の全面に亘って、Ｘ方向およびＹ方向に、略等間隔に配置されている。同様に、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙが、センサ本体２の全面に亘って、Ｘ方向およびＹ方向に、略等間隔に配置されている。また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙと、が上下方向から見て、略直交して配置されている。このため、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６を、センサ本体２の全面に分散させることができる。したがって、センサ本体２全面に占める、面圧検出可能な部分の面積を、大きくすることができる。
【００８３】
また、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１によると、スクリーン印刷方法により、誘電層２０に、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線０１ｘ〜１６ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙが配置されている。このため、面圧測定に必須の構成要素を、比較的簡単に集積化することができる。したがって、センサ本体２、延いては静電容量型面圧分布センサ１の生産性が高い。
【００８４】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙが、誘電層２０に直接印刷されている。このため、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙとの位置決めが容易である。したがって、所望の位置に、精確に、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６を配置することができる。
【００８５】
また、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１には、表側絶縁被覆層２１と裏側絶縁被覆層２２と、が配置されている。このため、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘおよび表側配線０１ｘ〜１６ｘと、静電容量型面圧分布センサ１の外部の部材と、が導通するのを抑制することができる。並びに、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙおよび裏側配線０１ｙ〜１６ｙと、静電容量型面圧分布センサ１の外部の部材と、が導通するのを抑制することができる。
【００８６】
また、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１の表側電極０１Ｘ〜１６Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙを形成するエラストマー組成物の、導電性カーボンブラックの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおける、電気抵抗が低下して絶縁体−導電体転移が起こる第一変極点の導電性カーボンブラックの配合量（臨界体積分率：φｃ）は、約４ｖｏｌ％である。このため、導電性カーボンブラックは凝集体を形成しやすい。したがって、比較的少量の導電性カーボンブラックにより、導電性の良好な表側電極０１Ｘ〜１６Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙを得ることができる。
【００８７】
＜第二実施形態＞
本実施形態の静電容量型面圧分布センサと、第一実施形態の静電容量型面圧分布センサと、の相違点は、センサ本体が絶縁筒部材を有している点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００８８】
図８に、本実施形態の静電容量型面圧分布センサのＹ方向断面図を示す。なお、図３と対応する部位については、同じ符合で示す。図８に示すように、センサ本体２は、絶縁筒部材２５を備えている。絶縁筒部材２５は、表側絶縁シート２５０と、裏側絶縁シート２５１と、を備えている。表側絶縁シート２５０および裏側絶縁シート２５１の材質は、第一実施形態の表側絶縁被覆層および裏側絶縁被覆層の材質と同様である。
【００８９】
表側絶縁シート２５０の内面には、合計１６本の表側電極０１Ｘ〜１６Ｘが印刷されている。裏側絶縁シート２５１の内面には、合計１６本の裏側電極１６Ｙが印刷されている。絶縁筒部材２５の内部において、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘと、裏側電極１６Ｙと、の間には、誘電層２０が介装されている。
【００９０】
本実施形態の静電容量型面圧分布センサの製造方法は、塗料調製工程と、表側電極印刷工程と、表側配線印刷工程と、裏側電極印刷工程と、裏側配線印刷工程と、絶縁筒部材作製工程と、誘電層挿入工程と、を有している。塗料調製工程においては、電極塗料、配線塗料を、それぞれ調製する。表側電極印刷工程においては、スクリーン印刷機により、表側絶縁シート２５０の内面に表側電極０１Ｘ〜１６Ｘを印刷する。そして、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘを加硫させる。表側配線印刷工程においては、スクリーン印刷機により、表側絶縁シート２５０の内面に表側配線を印刷する。そして、表側配線を乾燥させる。裏側電極印刷工程においては、スクリーン印刷機により、裏側絶縁シート２５１の内面に裏側電極１６Ｙを印刷する。そして、裏側電極１６Ｙを加硫させる。裏側配線印刷工程においては、スクリーン印刷機により、裏側絶縁シート２５１の内面に裏側配線を印刷する。そして、裏側配線を乾燥させる。絶縁筒部材作製工程においては、表側絶縁シート２５０と、裏側絶縁シート２５１と、を貼り合わせる。そして、絶縁筒部材２５を作製する。誘電層挿入工程においては、絶縁筒部材２５の内部に、誘電層２０を挿入する。
【００９１】
本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の静電容量型面圧分布センサと同様の作用効果を有する。
【００９２】
また、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１によると、誘電層２０に直接印刷を行わない。このため、印刷に不向きな材料（例えば発泡体など）であっても、誘電層２０として用いることができる。したがって、誘電層２０の材料選択の自由度が高くなる。
【００９３】
また、本実施形態の静電容量型面圧分布センサ１によると、絶縁筒部材２５の内側に、誘電層２０、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、表側配線、裏側電極１６Ｙ、裏側配線という、面圧測定に必須の構成要素が、収容されている。このため、これらの部材と、絶縁筒部材２５の外側の部材と、が導通するのを抑制することができる。
【００９４】
＜その他＞
以上、本発明の静電容量型面圧分布センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００９５】
例えば、上記実施形態においては、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とを算出し、静電容量の変化量ΔＣから面圧分布を求めた。しかしながら、測定対象物載置前の静電容量Ｃから載置前の面圧を求め、測定対象物載置後の静電容量Ｃから載置後の面圧を求め、面圧の変化量から面圧分布を求めてもよい。
【００９６】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの配置数、交差角度も特に限定しない。また、隣り合う表側電極０１Ｘ〜１６Ｘの間隔、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの間隔も特に限定しない。また、表側配線０１ｘ〜１６ｘ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙを覆うように、酸化防止剤を印刷してもよい。こうすると、配線中の銀が酸化するのを、抑制することができる。また、静電容量型面圧分布センサ１の用途も特に限定しない。例えば、車両シートの着座位置検出センサ、タッチセンサ、ホットカーペットなどにおける使用者の位置検出センサなどとして用いてもよい。本発明の静電容量型面圧分布センサ１のセンサ本体２は、エラストマーを含んで形成されており、特に柔軟である。このため、本発明の静電容量型面圧分布センサ１は、使用者の体に比較的近接して配置しても、使用者が被る違和感が少ない。したがって、人間からの荷重（例えば体重など）を検出するのに、特に好適である。また、演算部３として、パソコンを用いてもよい。
【００９７】
また、静電容量型面圧分布センサ１の製造方法において、表側配線印刷工程→表側電極印刷工程の順に、工程を実行してもよい。同様に、裏側配線印刷工程→裏側電極印刷工程の順に、工程を実行してもよい。
【００９８】
また、静電容量型面圧分布センサ１の製造方法における印刷方法は特に限定しない。スクリーン印刷の他、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、パッド印刷、リソグラフィーなどを用いてもよい。
【００９９】
また、誘電層２０を構成するエラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。エラストマーは、特に限定されるものではない。例えば、キャパシタンスを大きくするという観点では、比誘電率が高いものが望ましい。例えば、常温における比誘電率が３以上、さらには５以上のものが望ましい。例えば、エステル基、カルボキシル基、水酸基、ハロゲン基、アミド基、スルホン基、ウレタン基、ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマー、あるいは、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーを採用すると好適である。エラストマーは架橋されていても、されていなくてもよい。また、エラストマーのヤング率を調整することにより、用途に応じて検出感度や検出レンジを調整すればよい。すなわち、測定対象物の荷重の大きさに応じて、様々なヤング率の誘電層２０を選択することができる。特に、測定対象物の荷重が小さい場合は、誘電層２０のエラストマーとして、発泡体を用いると好適である。その理由は、発泡体はヤング率が小さいため、測定対象物の荷重が小さい場合であっても、誘電層２０が充分に変形するからである。すなわち、確実に測定対象物の面圧、荷重を検出することができるからである。
【０１００】
好適なエラストマーとしては、例えばシリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム等が挙げられる。
【０１０１】
誘電層の厚さは、特に限定されるものではない。例えば、センサ本体２の小型化を図るという観点、および式（１）に示すように、誘電層２０の厚さ（電極間距離ｄ）の逆数に比例する静電容量Ｃを大きくして検出感度の向上を図るという観点から、１μｍ以上３０００μｍ以下とすることが望ましい。５０μｍ以上５００μｍ以下がより好適である。
【０１０２】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙを構成するエラストマーは、誘電層２０に使用するエラストマーと同じでもよく、異なっていてもよい。表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ、誘電層２０が同じエラストマーから構成される場合には、誘電層２０の変形に対する表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの追従性が向上する。また、誘電層２０と、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙと、の密着性が向上する。このため、繰り返し疲労を受けても、誘電層２０と、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙと、の剥離が抑制され、信頼性が向上する。
【０１０３】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙに好適なエラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム等が挙げられる。
【０１０４】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙにおいて、エラストマー中に配合されている導電性フィラーの形状は、球状、針状、角柱状等、特に限定されるものではない。例えば、導電性フィラーのアスペクト比（短辺に対する長辺の比）は、１以上が望ましい。例えば、アスペクト比の比較的大きな針状の導電性フィラーを用いると、三次元的な導電ネットワークを形成しやすく、少量で高い導電性が実現できる。加えて、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙが伸縮する際の、導電性変化を抑制することができる。
【０１０５】
また、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径やエラストマーとの相溶性等を考慮するとよい。例えば、球状の導電性フィラーを採用した場合、導電性フィラーの平均粒子径（一次粒子）は、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることが望ましい。０．０１μｍ未満の場合には、凝集性が高く、電極塗料を調製した場合に均一に分散させることが難しい。好ましくは０．０３μｍ以上である。反対に、０．５μｍを超えると、凝集体（二次粒子）を形成しにくくなる。好ましくは０．１μｍ以下である。なお、導電性フィラーとエラストマーとの組み合わせや、導電性フィラーの平均粒子径等を適宜調整することで、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）を、所望の範囲内に調整することができる。
【０１０６】
また、所望の導電性を発現させるため、導電性フィラーは、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）以上の割合で配合されていることが望ましい。一方、導電性フィラーの充填率が３０ｖｏｌ％を超えると、エラストマーへの混合が困難となり、成形加工性が低下する。加えて、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの伸縮性が低下する。このため、３０ｖｏｌ％以下であることが望ましい。また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの伸縮性を確保するという観点から、比較的少量の導電性フィラーを配合して、高い導電性を発現できることが望ましい。よって、導電性フィラーの充填率は、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの体積を１００ｖｏｌ％とした場合の２５ｖｏｌ％以下であることが望ましい。１５ｖｏｌ％以下であるとより好適である。
【０１０７】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの厚さは、特に限定されるものではない。誘電層２０に対する追従性を考慮し、センサ本体２の小型化を図るという観点から、１μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。また、誘電層２０の変形に対する追従性を高めるため、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙのヤング率を、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることが望ましい。同様に、引張り試験（ＪＩＳ  Ｋ６２５１）における切断時伸びは、２００％以上であることが望ましい。
【０１０８】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙの電気抵抗は、厚さ方向および面方向において、１００ｋΩ以下であることが望ましく、１０ｋΩ以下であるとより好適である。ここで、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙは、伸縮しても導電性の変化が小さい。例えば、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙを一方向に伸張し、端子間距離を１００％引き伸ばした時の端子間抵抗（Ｒ１）が、伸張前の端子間抵抗（Ｒ０）に対して１０倍以下（Ｒ１／Ｒ０≦１０）であれば、「伸縮しても導電性の変化が小さい」ということができる。
【０１０９】
また、表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙには、上記エラストマー、導電性フィラーに加え、各種添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、例えば、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。
【０１１０】
また、表側配線０１ｘ〜１６ｘ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙを構成するエラストマーは、誘電層２０や表側電極０１Ｘ〜１６Ｘ、裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙに使用するエラストマーと同じでもよく、異なっていてもよい。例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム等が好適である。
【０１１１】
また、導電性粒子の種類は、導電性が高いものであれば、特に限定されるものではない。例えば、銀、銅、金、ニッケル等の金属粉を採用すればよい。また、所望の導電性を発現させるため、エラストマーにおける導電性粒子の充填率は、表側配線０１ｘ〜１６ｘ、あるいは裏側配線０１ｙ〜１６ｙの体積を１００ｖｏｌ％とした場合の２０ｖｏｌ％以上であることが望ましい。また、表側配線０１ｘ〜１６ｘ、裏側配線０１ｙ〜１６ｙの伸縮性の低下を抑制するため、エラストマーにおける導電性粒子の充填率は、５０ｖｏｌ％以下であることが望ましい。
【０１１２】
また、表側絶縁被覆層２１、裏側絶縁被覆層２２、絶縁筒部材２５を形成する材料としては、例えば、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレンゴム等のシートを用いてもよい。
【実施例】
【０１１３】
以下、第一実施形態の静電容量型面圧分布センサ１（図２、図３参照）について行った、面圧測定実験について説明する。
【０１１４】
＜実験方法＞
センサ本体２の表側電極０１Ｘ〜１６Ｘおよび裏側電極０１Ｙ〜１６Ｙ配置部分の面積は、５５２ｃｍ２とした。センサ本体２を押圧するウェイトの形状は、直方体状とした。ウェイトにおけるセンサ本体２を押圧する面の面積（荷重印加面積）は、３２４ｃｍ２、１８０ｃｍ２、１４９ｃｍ２とした。これら三パターンの荷重印加面積において、各々、荷重を大きくした場合の、検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６から得られる静電容量の変化を観察した。
【０１１５】
＜実験結果＞
図９に、荷重と静電容量積分値との関係をグラフで示す。図９から、荷重印加面積が３２４ｃｍ２、１８０ｃｍ２、１４９ｃｍ２いずれの場合であっても、荷重が大きくなると、静電容量積分値（＝検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６から得られる静電容量を積分したもの）が大きくなることが判る。すなわち、ウェイトからセンサ本体２に加わる総荷重と、静電容量積分値と、が比例していることが判る。
【０１１６】
図１０に、面圧と静電容量との関係をグラフで示す。図１０から、荷重印加面積が３２４ｃｍ２、１８０ｃｍ２、１４９ｃｍ２いずれの場合であっても、面圧（＝荷重／荷重印加面積）が大きくなると、静電容量（＝検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６各々の静電容量）が大きくなることが判る。また、荷重印加面積の大小によらず、面圧と静電容量とが比例していることが判る。また、図１０から、静電容量から面圧が算出できることが判る。
【０１１７】
図１１に、ウェイトの荷重印加面積が１４９ｃｍ２であって、荷重が３．４ｋｇｆの場合の静電容量分布をグラフで示す。静電容量を検出した検出部は、２５６個の全検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６のうち、７０個である。静電容量積分値は１０７２８ｐＦである。面圧は２２３６（Ｐａ）［＝（３．４（ｋｇｆ）×９．８（Ｎ／ｋｇｆ））／（１４９×１０−４（ｍ２））］である。検出部Ａ０１０１〜Ａ１６１６一個あたりの静電容量変化（＝荷重印加後の静電容量−荷重印加前の静電容量）は、１５３．３（ｐＦ／個）［＝１０７２８（ｐＦ）／７０（個）］である。図１１から、静電容量分布がウェイトの荷重印加面の形状（略正方形）に対応していることが判る。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】エラストマー組成物における導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を示す模式図である。
【図２】第一実施形態の静電容量型面圧分布センサの上面透過図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図である。
【図４】同静電容量型面圧分布センサの製造方法の表側電極印刷工程前半の模式図である。
【図５】同工程後半の模式図である。
【図６】同静電容量型面圧分布センサの任意の表側電極−検出部−裏側電極の等価回路図である。
【図７】ＲＣ直列回路のインピーダンスベクトル図である。
【図８】第二実施形態の静電容量型面圧分布センサのＹ方向断面図である。
【図９】荷重と静電容量積分値との関係を示すグラフである。
【図１０】面圧と静電容量との関係を示すグラフである。
【図１１】ウェイトの荷重印加面積が１４９ｃｍ２であって荷重が３．４ｋｇｆの場合の静電容量分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１９】
１：静電容量型面圧分布センサ、２：センサ本体、３：演算部、９：スクリーン印刷機。
２０：誘電層、２１：表側絶縁被覆層、２２：裏側絶縁被覆層、２３：表側配線用コネクタ、２４：裏側配線用コネクタ、２５：絶縁筒部材、３０：電源回路、３１：ＣＰＵ、３２：ＲＡＭ、３３：ＲＯＭ、３４：ディスプレイ、８０：電極塗料、９０：テーブル、９１：フレーム、９２：スクリーンマスク、９３：スキージ。
１０１：エラストマー、１０２：導電性フィラー、２５０：表側絶縁シート、２５１：裏側絶縁シート、９２０：孔。
０１Ｘ１〜１６Ｘ１：表側接続部、０１Ｘ〜１６Ｘ：表側電極、０１Ｙ１〜１６Ｙ１：裏側接続部、０１Ｙ〜１６Ｙ：裏側電極、０１ｘ〜１６ｘ：表側配線、０１ｙ〜１６ｙ：裏側配線、Ａ０１０１〜Ａ１６１６：検出部、Ｐ１：導電パス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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