(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマー組成物からなるシート状の第１誘電層と、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなり、前記第１誘電層の表面及び裏面のそれぞれに前記第１誘電層を挟んで少なくとも一部が対向するよう形成された第１電極層及び第２電極層とを有し、前記第１電極層及び第２電極層の対向する部分を検出部とし、前記第１誘電層の表裏面の面積が変化するように可逆的に変形するセンサ素子と、
前記検出部における静電容量の変化を計測する計測器とを備え、
前記センサ素子は、更に、第２誘電層及び第３電極層を有し、
前記第２誘電層は、前記第１誘電層の表側に、前記第１誘電層の表面に形成された前記第１電極層を覆うように積層され、
前記第３電極層は、前記第２誘電層を挟んで前記第１電極層と少なくとも一部が対向するように前記第２誘電層の表面に形成されており
生体に貼り付けて使用され、生体表面の変形の追跡に用いられることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記センサ素子が前記生体表面に直接貼り付けられ、
前記生体表面の変形に基づいて生命活動情報及び／又は生体の運動情報を計測する請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記センサ素子が前記生体表面に被覆材を介して貼り付けられ、
前記生体表面の変形に基づいて、生命活動情報、生体の運動情報及び前記被覆材の変形情報のうちの少なくとも１つを計測する請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
計測された静電容量の変化を記憶する記憶部を更に備える請求項１〜３にいずれかに記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記計測器は、シュミットトリガ発振回路を用いて静電容量の変化を計測する計測器であり、
前記センサ素子は、裏面側が生体に近接するように貼り付けられ、
前記第１誘電層の裏面に形成された第２電極層は、前記計測器のＧＮＤ側に接続される、請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記計測器は、反転増幅回路、半波倍電圧整流回路又は自動平衡ブリッジ回路を用いて静電容量の変化を計測する計測器であり、
前記センサ素子は、裏面側が生体に近接するように貼り付けられ、
前記第１誘電層の裏面に形成された第２電極層は、前記計測器の交流信号を生成する側に接続される、請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リハビリテーション（以下、単にリハビリともいう）の分野においては、不全麻痺や片麻痺などの運動麻痺の患者の運動量、関節等の可動量や可動範囲の計測、トレーニング時及び安静時の患者の心拍数や呼吸数の計測等が日常的に行われている。
また、医療の分野においても、患者や介護を要する高齢者の心拍数や呼吸数をモニタリングすることが日常的に行われている。【０００３】
患者の運動量、関節等の可動量や可動範囲を計測する方法としては、これまで定規を用いる方法、ゴニオメータを用いる方法、筋電センサを用いる方法が採用されている。
しかしながら、これらの方法では、肘や膝の関節の曲り具合は計測できても、例えば肩甲骨の動きや臀部の動き、表情の動きなど計測が困難な部位も多く存在する。
また、より大きな身体の動きを計測する方法としてモーションキャプチャーを利用した計測方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、モーションキャプチャーを利用した方法は、計測システム全体として大がかりなシステムが必要であるため計測システムの携帯が困難で、かつ、測定前の準備が煩雑であり、更に、撮像手段（カメラ）の陰になる部分の運動は計測することができないとの課題があった。【０００４】
また、患者等の心拍数や呼吸数を経時的にモニタリングする手法として、例えば、特許文献２には、全方向に弾性変形可能なシート状誘電体の両面に伸縮性を有する一対の導電布を配備して構成される静電容量型圧力センサを用いる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９６９３９号
【特許文献２】特開２００５−３１５８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載された方法は、寝た状態の人体の下に静電容量型圧力センサを敷いて心拍数や呼吸数をモニタリングするため、リハビリトレーニング中など身体を動かしている状態では計測が困難であった。
また、静電容量型圧力センサは、誘電層の厚さ方向の変形による静電容量に変化を計測するセンサであるため、そもそも誘電層の面方向の変形を計測することは困難であり、身体の運動状態を計測することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような状況のもと、生体表面の変形を追跡することができる静電容量型のセンサ装置を全く異なる技術的思想で創作したものである。
本発明のセンサ装置は、エラストマー組成物からなるシート状の第１誘電層と、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなり、上記第１誘電層の表面及び裏面のそれぞれに上記第１誘電層を挟んで少なくとも一部が対向するよう形成された第１電極層及び第２電極層とを有し、上記第１電極層及び第２電極層の対向する部分を検出部とし、上記第１誘電層の表裏面の面積が変化するように可逆的に変形するセンサ素子と、
上記検出部における静電容量の変化を計測する計測器とを備え、
生体に貼り付けて使用され、生体表面の変形の追跡に用いられることを特徴とする。【０００８】
本発明のセンサ装置は、上記センサ素子が上記生体表面に直接貼り付けられ、上記生体表面の変形に基づいて生命活動情報及び／又は生体の運動情報を計測するものであることが好ましい。
また、上記センサ装置は、上記センサ素子が上記生体表面に被覆材を介して貼り付けられ、上記生体表面の変形に基づいて、生命活動情報、生体の運動情報及び上記被覆材の変形情報のうちの少なくとも１つを計測するものであることも好ましい。【０００９】
本発明のセンサ装置において、上記センサ素子は、更に、第２誘電層及び第３電極層を有し、上記第２誘電層は、上記第１誘電層の表側に、上記第１誘電層の表面に形成された上記第１電極層を覆うように積層され、上記第３電極層は、上記第２誘電層を挟んで上記第１電極層と少なくとも一部が対向するように上記第２誘電層の表面に形成されていることが好ましい。【００１０】
本発明のセンサ装置は、計測された静電容量の変化を記憶する記憶部を更に備えることが好ましい。【００１１】
本発明のセンサ装置では、上記計測器が、シュミットトリガ発振回路を用いて静電容量の変化を計測する計測器であり、上記センサ素子が、裏面側が生体に近接するように貼り付けられ、上記第１誘電層の裏面に形成された第２電極層が、上記計測器のＧＮＤ側に接続されることが好ましい。
また、上記センサ装置では、上記計測器が、反転増幅回路、半波倍電圧整流回路又は自動平衡ブリッジ回路を用いて静電容量の変化を計測する計測器であり、上記センサ素子が、裏面側が生体に近接するように貼り付けられ、上記第１誘電層の裏面に形成された第２電極層が、上記計測器の交流信号を生成する側に接続されることも好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセンサ装置では、エラストマー組成物からなる誘電層とカーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなる導電層を備え、誘電層の表裏面の面積が変化するように可逆的に変形するセンサ素子を生体に貼り付けて生体表面の変形を追跡する。そのため、生体表面が大きく変形する場合であっても、生体表面の変形に対応した種々の情報を、容易にかつ確実に計測することができる。また、本発明のセンサ装置は、その構成上小型化が容易であり、小型化することにより容易に携帯することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のセンサ装置の一例を示す概略図である。
【図２】（ａ）は、本発明のセンサ装置を構成するセンサ素子の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明のセンサ装置を構成するセンサ素子の別の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明のセンサ装置が備える誘電層の作製に使用する成型装置の一例を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、実施例におけるセンサ素子の作製工程を説明するための斜視図である。
【図６】（ａ）は実施例１におけるセンサ素子の貼り付け部位を示す模式図であり、（ｂ）は実施例１で計測した静電容量の変化を示すグラフである。
【図７】（ａ）は実施例２におけるセンサ素子の貼り付け部位を示す模式図であり、（ｂ）は実施例２で計測した静電容量の変化を示すグラフである。
【図８】（ａ）は実施例３におけるセンサ素子の貼り付け部位を示す模式図であり、（ｂ）は実施例３で計測した静電容量の変化を示すグラフである。
【図９】（ａ）は実施例４におけるセンサ素子の貼り付け部位を示す模式図であり、（ｂ）は実施例４で計測した静電容量の変化を示すグラフである。
【図１０】実施例６で静電容量の測定に用いた反転増幅回路を示す概略図である。
【図１１】実施例７で静電容量の測定に用いたシュミットトリガ発振回路を示す概略図である。
【図１２】実施例８で静電容量の測定に用いた半波倍電圧整流回路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明のセンサ装置は、センサ素子と計測器とを備え、生体に貼り付けて使用され、生体表面の変形の追跡に用いられる。
上記センサ素子は、エラストマー組成物からなるシート状の第１誘電層と、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなり、上記第１誘電層の表面及び裏面のそれぞれに上記第１誘電層を挟んで少なくとも一部が対向するよう形成された第１電極層及び第２電極層とを有し、上記第１電極層及び第２電極層の対向する部分を検出部とし、上記第１誘電層の表裏面の面積が変化するように可逆的に変形する。
上記計測器は、上記検出部における静電容量の変化を計測する。
【００１５】
図１は、本発明のセンサ装置の一例を示す概略図である。
図２（ａ）は本発明のセンサ装置を構成するセンサ素子の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
本発明に係るセンサ装置１は、図１に示すように、静電容量を検出するセンサ素子２と、センサ素子２と電気的に接続された計測器３と、計測器３での計測結果を表示するための表示器４とを備えている。
計測器３は、静電容量Ｃを周波数信号Ｆに変換するためのシュミットトリガ発振回路３ａ、周波数信号Ｆを電圧信号Ｖに変換するＦ／Ｖ変換回路３ｂ、電源回路（図示せず）を備える。計測器３は、センサ素子２の検出部で検出された静電容量Ｃを周波数信号Ｆに変換した後、更に電圧信号Ｖに変換し、表示器４に送信する。
表示器４は、モニター４ａ、演算回路４ｂ、記憶部４ｃを備える。表示器４は、計測器３で測定された上記静電容量Ｃの変化をモニター４ａに表示させるとともに、上記静電容量Ｃの変化を記録データとして記憶する。
【００１７】
センサ素子２は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、エラストマー組成物からなるシート状の誘電層１１と、誘電層１１の表面（おもて面）に形成された表側電極層１２Ａと、誘電層１１の裏面に形成された裏側電極層１２Ｂと、表側電極層１２Ａに連結された表側配線１３Ａと、裏側電極層１２Ｂに連結された裏側配線１３Ｂと、表側配線１３Ａの表側電極層１２Ａと反対側の端部に取り付けられた表側接続部１４Ａと、裏側配線１３Ｂの裏側電極層１２Ｂと反対側の端部に取り付けられた裏側接続部１４Ｂと、誘電層１１の表側及び裏側のそれぞれに積層された表側保護層１５Ａ及び裏側保護層１５Ｂと、裏側保護層１５Ｂに積層された粘着層１８とを備える。
【００１８】
ここで、表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとは、同一の平面視形状を有しており、誘電層１１を挟んで表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとは全体が対向している。センサ素子２では、表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとの対向した部分が検出部となる。
本発明において、センサ素子が備える表側電極層と裏側電極層とは、必ずしも誘電層を挟んでその全体が対向している必要はなく、少なくともその一部が対向していればよい。
センサ素子２では、誘電層１１が第１誘電層に、表側電極層１２Ａが第１電極層に、裏側電極層１２Ｂが第２電極層に、それぞれ相当する。
【００１９】
センサ素子２は、誘電層１１がエラストマー組成物からなるため、面方向に変形（伸縮）可能である。センサ素子２では、誘電層１１が面方向に変形した際に、その変形に追従して表側電極層１２Ａ及び裏側電極層１２Ｂ、並びに、表側保護層１５Ａ及び裏側保護層１５Ｂ（以下、両者を合わせて単に保護層ともいう）が変形する。
そして、センサ装置１では、センサ素子２の変形に伴い、上記検出部の静電容量が誘電層１１の変形量と相関をもって変化する。よって、静電容量の変化を検出することで、センサ素子２の変形量を検出することができる。
【００２０】
本発明のセンサ装置は、生体表面の変形を追跡するのに用いられるものであり、上記センサ素子を生体に貼り付けて使用する。このとき、上記センサ素子は、生体表面に直接貼り付けてもよいし、衣服やサポーター、包帯等の生体表面を被覆する被覆材を介して生体表面に間接的に貼り付けてもよい。
本発明のセンサ装置では、上記センサ素子を生体に貼り付けた状態で上記検出部の静電容量を測定すると、生体表面の変形に応じて上記検出部の静電容量の値が変化する。そのため、上記静電容量の変化に基づいて生体表面の変形を追跡することができ、その追跡結果から種々の情報を取得することができる。
以下、上記センサ装置の使用態様について説明する。
【００２１】
＜センサ素子を生体表面に直接貼り付ける場合＞
本発明のセンサ装置は、上記センサ素子を皮膚等の生体表面に直接貼り付けて使用することができる。
この場合、上記センサ素子は、上記生体表面の変形（伸長・萎縮、膨張・収縮など）に追従して伸縮するため、生体表面の変形量に応じて検出部の静電容量が変化することとなる。そのため、上記検出部の静電容量を計測することにより、生体表面の変形量を測定することができる。そして、生体表面の変形量を測定することにより、生体表面の変形と相関する生命活動情報や生体の運動情報を取得することができる。
【００２２】
本発明のセンサ装置は、上記生命活動情報として、例えば、脈拍数（心拍数）、呼吸数、呼吸の大きさ等を測定することができる。
また、上記センサ装置が取得することのできる上記生体の運動情報は特に限定されず、運動時の筋肉の収縮によって、生体表面が伸縮する運動であればその運動状態を測定することができる。上記生体の運動情報としては、例えば、関節を曲げた際の曲げ量（曲げ角度）や、発音・発声時の頬の動き、表情筋の動き、肩甲骨の動き、臀筋の動き、背中の動き、腰の曲がり具合、胸の膨らみ、筋肉の収縮による太ももやふくらはぎの収縮の大きさ、飲み込み時の喉の動き、足の動き、手の動き、指の動き、足裏の動き、まばたきの動き、皮膚の伸び易さ（しなやかさ）等が挙げられる。
【００２３】
上記センサ装置により、脈拍数（心拍数）を測定する場合には、センサ素子を生体表面の脈が触れるところ（例えば、橈骨動脈や頚動脈等）に貼り付け、所定の時間、静電容量を測定し続けることで心拍数を取得することができる。脈拍に合わせて皮膚が伸縮することとなり、その伸縮回数が脈拍数となるからである。
【００２４】
上記センサ装置により、呼吸数を測定する場合には、センサ素子を生体表面の胸の部分等に貼り付け、所定の時間、静電容量を測定し続けることで呼吸数を取得することができる。呼吸に合わせて胸部の皮膚が伸縮し、その伸縮回数が呼吸数と一致するからである。
【００２５】
上記センサ装置により、関節の曲げ量を測定する場合には、センサ素子を測定対象部位（測定対象の関節）に貼り付け、測定対象部位を動かしつつ静電容量を測定することで測定対象部位の曲げ量を取得することができる。測定対象部位の動きに合わせてその部分の皮膚が伸縮することとなり、その伸縮量により測定対象部位の曲げ量を算出することができるからである。
【００２６】
また、上記センサ装置では、上記センサ素子を口に周囲（頬等）に貼り付け、その状態で発声しながら（又は、実際には発声できない状態にあっても発声を試みながら）静電容量を測定すると、発声音の種類に応じて口の周囲の皮膚が変形するため、その皮膚の変形に合わせて静電容量が変化することとなる。そのため、発声時の口の周囲の皮膚の動きと、静電容量の値やその変化の仕方との相関情報を得ることができる。これにより、例えば、以下のトレーニングが可能となる。
表情筋のトレーニングとして、例えば、左右対称にセンサ素子を貼り付けることで、皮膚の動きを定量的に計測したり、リアルタイムに可視化したりすることができる。その結果、左右の信号波形を見ながら、信号が重なるように意識してトレーニングしたり、左右対称な自然な表情に機能回復させるリハビリトレーニングをしたりすることが可能となる。
【００２７】
また、上記センサ装置では、上記センサ素子を足首や足の甲に貼り付け、その状態で、「足踏みする」、「ジャンプする」、「つま先立ちする」、「静止する」等の運動を行いながら、静電容量を測定すると、足の動きに応じて皮膚が変形し、この皮膚の変形に応じて静電容量が変化することとなる。そのため、静電容量の値やその変化の仕方に基づいて足の動きを特定することができる。
【００２８】
また、上記センサ装置では、上記センサ素子を手の平や手の甲に貼り付け、その状態で、「手を開く」、「手を閉じる」、「任意の指を立てる」、「じゃんけんをする」等の運動を行いながら、静電容量を測定すると、手の動きに応じて皮膚が変形し、この皮膚の変形に応じて静電容量が変化することとなる。そのため、静電容量の値や変化の仕方に基づいて手の動きを特定することができる。
【００２９】
このように本発明のセンサ装置では、センサ素子を皮膚等の生体表面に貼り付けて使用することにより、種々の生命活動情報や生体の運動情報を計測することができる。
【００３０】
上記センサ装置を用いて生命活動情報や生体の運動情報を計測する場合には、予め運動の種類と静電容量の値やその変化の仕方との関係を測定対象となる生体ごとに校正情報として取得しておくことが好ましい。個体差があってもより正確に測定することができるからである。
【００３１】
＜センサ素子を生体表面に被覆材を介して間接的に貼り付ける場合＞
本発明のセンサ装置は、上記センサ素子を生体表面に被覆材を介して貼り付けて使用することもできる。
ここで、上記被覆材としては、例えば、衣類、サポーター、包帯やテーピングテープ等が挙げられる。上記衣類としては、着用時に皮膚に密着するタイプのものが好ましく、具体例としては、例えば、トレーニング用アンダーウエアやスイムウエア等が挙げられる。
上記センサ装置では、上記センサ素子を生体表面に被覆材を介して貼り付けて使用する場合にも、上記センサ素子を生体表面に直接貼り付けて使用する場合と同様、生命活動情報や生体の運動情報を取得することができる。
【００３２】
更に、上記センサ素子を生体表面に被覆材を介して貼り付けて使用する場合には、被覆材の変形情報を計測することができる。
例えば、上記センサ素子をトレーニング用アンダーウエアに貼り付け、その状態で運動を行った場合、身体の動きに追従してトレーニング用アンダーウエアの生地が伸ばされたり元の状態に戻されたりと生地が変形する。そのため、この生地の変形（伸縮）に応じて静電容量が変化することとなる。よって、静電容量の値や変化の仕方に基づいてトレーニング用アンダーウエア（被覆材）の変形を計測することができる。
【００３３】
このように本発明のセンサ装置では、センサ素子を生体表面に被覆材を介して貼り付けて使用することにより、生命活動情報や生体の運動情報のみならず、被覆材の変形情報も取得することができる。
【００３４】
本発明のセンサ装置は、複数のセンサ素子を備えていてもよい。この場合、上記センサ装置は、同時に異なる箇所で同種の情報を取得してもよいし、同時に異なる種類の情報を取得してもよい。
また、上記センサ装置が、上記センサ素子を２個以上備える場合には、例えば、身体に左右対称（例えば、右足の甲と左足の甲）にセンサ素子を貼り付け、その状態で足踏みを行うことにより、左右の足の動きのバランスを計測することができる。
また、例えば、左右の足首、膝関節、股関節にそれぞれセンサ素子を貼り付け、その状態で歩行を行うことにより、左右の足の動きのバランス、各可動部位の曲げ量、各可動部位の動きのリズムを測定することができる。更には、例えば、靴形状やマット形状の圧力分布センサ製品等の既存の歩行計測機器と併用して用いることで、より高度な歩行運動の情報を得ることもできる。
これらの情報はスポーツトレーニングやリハビリトレーニングのメニューを決定する情報として有効である。
【００３５】
本発明のセンサ装置において、上記センサ素子は、第１誘電層及びその両面に形成された第１電極層及び第２電極層に加えて、第２誘電層及び第３電極層を備えていてもよい。
図３（ａ）は、本発明のセンサ装置を構成するセンサ素子の別の一例を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すセンサ素子２′は、エラストマー組成物からなるシート状の第１誘電層４１Ａと、第１誘電層４１Ａの表面（おもて面）に形成された第１電極層４２Ａと、第１誘電層４１Ａの裏面に形成された第２電極層４２Ｂと、第１誘電層４１Ａの表側に第１電極層４２Ａを覆うように積層された第２誘電層４１Ｂと、第２誘電層４１Ｂの表面に形成された第３電極層４２Ｃとを備える。更に、センサ素子２′は、第１電極層４２Ａに連結された第１配線４３Ａと、第２電極層４２Ｂに連結された第２配線４３Ｂと、第３電極層４２Ｃに連結された第３配線４３Ｃと、第１配線４３Ａの第１電極層４２Ａと反対側の端部に取り付けられた第１接続部４４Ａと、第２配線４３Ｂの第２電極層４２Ｂと反対側の端部に取り付けられた第２接続部４４Ｂと、第３配線４３Ｃの第３電極層４２Ｃと反対側の端部に取り付けられた第３接続部４４Ｃとを備える。また、センサ素子２′では、第１誘電層４１Ａの裏側及び第２誘電層４１Ｂの表側のそれぞれに裏側保護層４５Ｂ及び表側保護層４５Ａが設けられている。
【００３６】
ここで、第１電極層４２Ａ〜第３電極層４２Ｃは、同一の平面視形状を有している。また、第１電極層４２Ａと第２電極層４２Ｂとは第１誘電層４１Ａを挟んで全体が対向しており、第１電極層４２Ａと第３電極層４２Ｃとは第２誘電層４１Ｂを挟んで全体が対向している。センサ素子２′では、第１電極層４２Ａと第２電極層４２Ｂとの対向した部分、及び、第１電極層４２Ａと第３電極層４２Ｃとの対向した部分が検出部となり、第１電極層４２Ａと第２電極層４２Ｂとの対向した部分の静電容量と第１電極層４２Ａと第３電極層４２Ｃとの対向した部分の静電容量との和が検出部の静電容量となる。
なお、センサ素子２′は、図２に示したセンサ素子２と同様、粘着層を備えていてもよい。
【００３７】
このようなセンサ素子を備えたセンサ装置では、ノイズによる測定誤差を排除し、より正確に静電容量の変化を測定することができる。これについてもう少し詳しく説明する。
本発明のセンサ装置は、センサ素子を生体に貼り付けて使用し、生体表面の変形を追跡するセンサ装置である。上記センサ素子を生体に貼り付けた場合、生体表面は導体であるため、生体表面が電極層に直接接触した場合は勿論のこと、保護層を介して接触した場合も、生体と接触又は近接していること自体がノイズの発生原因となる。
これに対して、第１電極層及び第２電極層を計測器と適切に接続することにより、ノイズによる測定誤差を排除し、正確に静電容量の変化を測定することができる。更に、図３に示したような、第１誘電層、第１電極層及び第２電極層に加えて、第２誘電層及び第３電極層を有するセンサ素子では、表裏面の区別なく測定誤差を排除したり、両面からのノイズによる測定誤差を排除したりすることができる。
その結果、生命活動情報や生体の運動情報、被覆材の変形情報をより正確に計測することができる。なお、センサ素子と計測器の接続方法については後述する。
【００３８】
以下、本発明のセンサ装置が備える各部材について詳細に説明する。
＜センサ素子＞
＜＜誘電層（第１誘電層及び第２誘電層）＞＞
上記誘電層はエラストマー組成物からなるシート状物であり、その表裏面の面積が変化するように可逆的に変形することができる。本発明において、シート状の誘電層に表裏面とは、誘電層の表（おもて）面及び裏面を意味する。
上記エラストマー組成物としては、エラストマーと、必要に応じて他の任意成分とを含有するものが挙げられる。
上記エラストマーとしては、例えば、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。これらは単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。
これらのなかでは、ウレタンゴム、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。更に、シリコーンゴムに比べ、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。
【００３９】
上記ウレタンゴムは、少なくともポリオール成分とイソシアネート成分とが反応してなるものである。上記ウレタンゴムの具体例としては、例えば、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よいし、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。
【００４０】
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。
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。
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）、パンデックスＧＣＢ−４１（ＤＩＣ社製）等が挙げられる。
【００４１】
上記イソシアネート成分としては特に限定されず、従来公知のイソシアネート成分を用いることができる。
また、上記ウレタンゴムを合成する際には、その反応系中に必要に応じて、鎖延長剤、架橋剤、触媒、加硫促進剤等を加えてもよい。
【００４２】
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、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤、誘電性フィラー等を含有してもよい。
【００４３】
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い。より好ましくは、３０〜２００μｍである。
【００４４】
上記誘電層は、その表裏面の面積が無伸長状態から３０％以上増大するように変形可能であることが好ましい。このような特性を有する誘電層であれば、測定対象物に貼り付けて使用する場合に、測定対象物の変形に追従して変形するのに適している。
ここで、３０％以上増大するように変形可能であるとは、荷重をかけて面積を３０％増大させても破断することがなく、かつ、荷重を解放すると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。上記誘電層の表裏面の面積の増大するように変形可能な範囲は、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。
なお、上記誘電層の面方向の変形可能な範囲は誘電層の設計（材質や形状等）により制御することができる。
【００４５】
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、センサ素子として充分な感度が得られないおそれがある。
【００４６】
上記誘電層のヤング率は、０．１〜１０ＭＰａ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１０ＭＰａを超えると、誘電層が硬すぎ、生体表面の変形を阻害する恐れがある。
【００４７】
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。
誘電層が軟らかすぎると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る。一方、誘電層が硬すぎると、生体表面の変形を阻害するおそれがある。
【００４８】
なお、上記センサ素子が、第１誘電層及び第２誘電層を有する場合、両者は必ずしも同一組成のエラストマー組成物から構成されている必要はないが、同一組成のエラストマー組成物から構成されていることが好ましい。伸縮時に同様の挙動を示すからである。
【００４９】
＜＜電極層（第１電極層〜第３電極層）＞＞
上記電極層（表側電極層及び裏側電極層）は、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなるものである。
上記カーボンナノチューブとしては公知のカーボンナノチューブを使用することができる。上記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）であってもよいし、２層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）又は３層以上の多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）であってもよい（本明細書では、両者を合わせて単に多層カーボンナノチューブと称する）。更に、本発明では、層数の異なるカーボンナノチューブを２種以上併用してもよい。
また、各カーボンナノチューブの形状（平均長さや繊維径、アスペクト比）も特には限定されず、センサ装置の使用目的や、センサ素子に要求される導電性や耐久性、更には電極層を形成するための処理や費用を総合的に判断して適宜選択すればよい。
【００５０】
上記カーボンナノチューブの平均長さは、１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。このような繊維長さが長いカーボンナノチューブを用いて形成された電極層は、導電性に優れ、誘電層の変形に追従して変形した際（特に伸長した際）に電気抵抗がほとんど増大せず、更に、繰り返し伸縮しても電気抵抗のバラツキが小さい、との優れた特性を有するからである。
これに対し、カーボンナノチューブの平均長さが１０μｍ未満では、電極層の変形に伴って電気抵抗が増大したり、電極層を繰返し伸縮させた際に電気抵抗のバラツキが大きくなったりする場合がある。特に、センサ素子（誘電層）の変形量が大きくなった場合にこのような不都合が発生しやすくなる。
【００５１】
上記カーボンナノチューブの平均長さの好ましい上限は１０００μｍである。平均長さが１０００μｍを超えるカーボンナノチューブは、現時点では、その製造、入手が困難である。また、上記平均長さが１０００μｍを超えると、後述するように、カーボンナノチューブの分散液を塗布して電極層を形成する場合に、カーボンナノチューブの分散性が不充分なため導電パスが形成されにくく、結果的に電極層の導電性が不充分となることが懸念される。
【００５２】
上記カーボンナノチューブの平均長さの下限は１００μｍがさらに好ましく、上限は６００μｍがさらに好ましい。上記カーボンナノチューブの平均長さが上記範囲内にあると、導電性に優れ、伸長時に電気抵抗がほとんど増大せず、繰り返し伸縮時に電気抵抗のバラツキが小さい、との優れた特性を高いレベルでより確実に確保することができる。
【００５３】
上記カーボンナノチューブの繊維長さは、カーボンナノチューブを電子顕微鏡で観察し、その観察画像から測定すればよい。
また、上記カーボンナノチューブの平均長さは、例えば、カーボンナノチューブの観察画像から無作為に選んだ１０箇所のカーボンナノチューブの繊維長さに基づき平均値を算出すればよい。
【００５４】
上記カーボンナノチューブの平均繊維径は特に限定されないが、０．５〜３０ｎｍが好ましい。
上記繊維径が０．５ｎｍ未満では、カーボンナノチューブの分散が悪くなり、その結果、導電パスが広がらず、電極層の導電性が不充分になることがある。一方、３０ｎｍを超えると、同じ重量でもカーボンナノチューブの本数が少なくなり、導電性が不充分になることがある。カーボンナノチューブの平均繊維径は５〜２０ｎｍがより好ましい。
【００５５】
上記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの方が単層カーボンナノチューブよりも好ましい。
単層カーボンナノチューブを用いた場合、上述した好ましい範囲の平均長さを有するカーボンナノチューブを用いた場合でも、電気抵抗が高くなったり、伸長時に電気抵抗が大きく増大したり、繰り返し伸縮時に電気抵抗が大きくばらついたりすることがある。
これについては次のように推測している。即ち、単層カーボンナノチューブは、通常、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブとの混合物として合成されるため、この半導体性カーボンナノチューブの存在が、電気抵抗が高くなったり、伸長時に電気抵抗が大きく増大したり、繰り返し伸縮時に電気抵抗が大きくばらついたりする原因となっていると推測している。
なお、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブとを分離し、平均長さの長い金属性の単層カーボンナノチューブを用いれば、平均長さの長い多層カーボンナノチューブを用いた場合と同様の電気特性を備えた電極層を形成することができる可能性がある。しかしながら、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブとの分離は容易ではなく（特に、繊維長さの長いカーボンナノチューブにおいて）、両者の分離には煩雑な作業が必要となる。そのため、電極層を形成する際の作業容易性、及び、経済性の観点からも上述した通り、上記カーボンナノチューブとしては多層カーボンナノチューブが好ましい。
【００５６】
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。カーボンナノチューブは、その製造工程において、触媒金属や分散剤等が含まれることがあり、このようなカーボンナノチューブ以外の成分（不純物）を多量に含有するカーボンナノチューブを用いた場合、導電性の低下や、電気抵抗のバラツキを引き起こすことがある。
【００５７】
上記カーボンナノチューブは、従来公知の製造方法で製造されたものであればよく、基板成長法により製造されたものが好ましい。
基板成長法は、ＣＶＤ法の１種であり、基板上に塗布した金属触媒に炭素源を供給することで成長させてカーボンナノチューブを製造する方法である。基板成長法は、比較的繊維長さが長く、かつ、繊維長さの揃ったカーボンナノチューブを製造するのに適した製造方法である。そのため、本発明で使用するカーボンナノチューブの製造方法として適している。
上記カーボンナノチューブが基板製造法により製造されたものである場合、カーボンナノチューブの繊維長さは、ＣＮＴフォレストの成長長さと実質的に同一である。そのため、このカーボンナノチューブの繊維長さを電子顕微鏡を用いて測定する場合は、ＣＮＴフォレストの成長長さを測定すればよい。
【００５８】
上記導電性組成物は、カーボンナノチューブ以外に、例えば、バインダー成分を含有していてもよい。
上記バインダー成分はつなぎ材料として機能し、上記バインダー成分を含有させることにより、電極層と誘電層との密着性、及び、電極層自体の強度を向上させることができる。更に、上記バインダー成分を含有する場合、後述の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。
【００５９】
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る。生ゴム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。
上記バインダー成分は、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。
【００６０】
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、更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、更には、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。
上記センサ素子では、電極層が実質的にカーボンナノチューブのみで形成されていてもよい。この場合も誘電層との間で充分な密着性を確保することができる。この場合、カーボンナノチューブと誘電層とはファンデルワールス力等により強固に密着している。
【００６１】
上記電極層中の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ない。上記カーボンナノチューブの含有量は、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。
また、カーボンナノチューブの含有量を高めれば、電極層の導電性を向上させることができる。そのため、電極層を薄くしても要求される導電性を確保することができ、その結果、電極層を薄くしたり、電極層の柔軟性を確保したりすることがより容易になる。
【００６２】
上記電極層の平均厚さは、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にあることで、電極層が誘電層の変形に対してより優れた追従性を発揮することができる。
一方、上記平均厚さが０．１μｍ未満では、導電性が不足し、センサ素子としての測定精度が低下するおそれがある。一方、上記平均厚さが、１０μｍを超えるとカーボンナノチューブの補強効果によりセンサ素子が硬くなり、センサ素子の伸縮性が低下する。その結果、上記センサ素子を生体表面に直接又は被覆材を介して貼り付けた際に生体表面の変形が阻害されることがある。
【００６３】
本発明において、「電極層の平均厚さ」は、例えば、レーザー顕微鏡（例えば、キーエンス社製、ＶＫ−９５１０）を用いて測定することができる。具体的には、誘電層の表面に形成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、誘電層上の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ればよい。
【００６４】
なお、上記センサ素子が有する各電極層（第１電極層〜第３電極層）のそれぞれは、必ずしも同一組成の導電性組成物から構成されている必要はないが、同一組成の導電性組成物から構成されていることが好ましい。
【００６５】
＜＜その他＞＞
上記センサ素子は、図２、３に示した例のように、必要に応じて、電極層と接続された第１配線（表側配線）や第２配線（裏側配線）、第３配線が形成されていてもよい。
これらの各配線は、誘電層の変形を阻害せず、かつ、誘電層が変形しても導電性が維持されるものであればよい。具体例としては、例えば、上記電極層と同様の導電性組成物からなるものが挙げられる。
更に、上述した各配線それぞれの電極層と反対側の端部には、図２、３に示した例のように、必要に応じて、外部配線と接続するための第１接続部（表側接続部）、第２接続部（裏側接続部）、第３接続部が形成されていてもよい。これらの各接続部としては、例えば、銅箔等を用いて形成されたものが挙げられる。
【００６６】
上記センサ素子は、図２、３に示した例のように、必要に応じて、表側の最外層及び／又は裏側の最外層に保護層が積層されていてもよい。上記保護層を設けることにより、センサ素子の導電性を有する箇所（電極層等）と、センサ素子を貼り付ける箇所との間を電気的に絶縁することができる。また、上記保護層を設けることにより、センサ素子の強度や耐久性を高めたり、センサ素子の表面を粘着性の無い表面としたりすることができる。
上記保護層の材質は特に限定されず、その要求特性に応じて適宜選択すればよい。その具体例としては、例えば、上記誘電層の材質と同様のエラストマー組成物等が挙げられる。
【００６７】
上記センサ素子は、図２に示した例のように、センサ素子の裏側の最外層に粘着層が形成されていてもよい。これにより、粘着層を介して上記センサ素子を生体表面等に貼り付けることができる。
上記粘着層としては特に限定されず、例えば、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤等からなる層が挙げられる。
ここで、各粘着剤は、溶剤型であってもよいし、エマルジョン型であってもよいし、ホットメルト型でもよい。上記粘着剤は、センサ装置の使用態様等に応じて適宜選択して用いればよい。ただし、上記粘着層は、上記誘電層の伸縮を阻害しない柔軟性が必要である。
【００６８】
上記センサ素子は、無伸長状態から一軸方向に１００％伸長させた後、無伸長状態に戻すサイクルを１サイクルとする伸縮を１０００サイクル繰返した際に、２サイクル目の１００％伸長時の上記電極層の電気抵抗に対する、１０００サイクル目の１００％伸長時の上記電極層の電気抵抗の変化率（〔[１０００サイクル目、１００％伸長時の電気抵抗値]−[２サイクル目、１００％伸長時の電気抵抗値]の絶対値〕／[２サイクル目、１００％伸長時の電気抵抗値]×１００）が小さいことが好ましい。具体的には、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましい。
【００６９】
ここで、１サイクル目ではなく、２サイクル目の以降の電極層の電気抵抗を評価対象としている理由は、未伸長状態から伸長させた１回目（１サイクル目）の伸長時には、伸長時の電極層の挙動（電気抵抗の変動の仕方）が２回目（２サイクル目）以降の伸縮時と大きく異なるからである。この理由については、センサ素子を作製した後、１回伸長させることによって初めて電極層を構成するカーボンナノチューブの状態が安定化するからだと推測している。
【００７０】
上記センサ素子は、例えば、下記工程を経ることにより製造することができる。即ち、
（１）エラストマー組成物からなる誘電層を作製する工程（工程（１））、及び、
（２）カーボンナノチューブ及び分散媒を含む組成物を誘電層に塗布し、電極層を形成する工程（工程（２））、
を経ることにより製造することができる。
【００７１】
［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作製する。
まず、原料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、鎖延長剤、架橋剤、加硫促進剤、触媒、誘電フィラー、可塑剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を配合した原料組成物を調製する。次に、この原料組成物を成形することにより誘電層を作製する。なお、成形方法としては従来公知の手法を採用することができる。
【００７２】
具体的には、例えば、ウレタンゴムを含む誘電層を成形する場合には下記の方法等を用いることができる。
まず、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４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シートを得る。その後、炉で一定時間後架橋させることで誘電層を製造することができる。
【００７３】
なお、図４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４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を一対の保護フィルム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。
【００７４】
上記誘電層は、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作製してもよい。
【００７５】
［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（カーボンナノチューブ分散液）を塗布し、その後、乾燥処理にて分散媒を除去することにより、上記誘電層と一体化された電極層を形成する。
【００７６】
具体的には、まず、カーボンナノチューブを分散媒に添加する。このとき、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）等の上述した他の成分や分散剤を更に添加してもよい。
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（カーボンナノチューブ分散液）を調製する。具体的には、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カーボンナノチューブを含む各成分を分散させればよい。
【００７７】
上記分散媒としては、例えば、トルエン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アルコール類、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。
【００７８】
上記塗布液において、カーボンナノチューブの濃度は、０．０１〜１０重量％が好ましい。上記濃度が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る。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。
【００７９】
続いて、スプレーコート等により上記誘電層の表面の所定の位置に塗布液を塗布して乾燥させる。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上記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、分散媒の種類やエラストマー組成物の組成等に応じて適宜選択すればよい。
また、上記塗布液を塗布する方法は、スプレーコートに限定されるわけではない。他の塗布方法としては、例えば、スクリーン印刷法、インクジエット印刷法等も採用することができる。
【００８０】
上記（１）及び（２）の工程を経て誘電層及び電極層を形成した後には、更に、必要に応じて、上記電極層と接続された配線並びに接続部を形成する。
上記電極層と接続された配線の形成は、例えば、上記電極層の形成と同様の方法を用いて、所定の箇所に上記カーボンナノチューブ分散液（塗布液）を塗布し、乾燥させること等により行うことができる。また、上記配線の形成は上記電極層の形成と同時に行ってもよい。
上記接続部の形成は、例えば、上記配線の所定の端部に銅箔等を取り付けること等により行うことができる。
【００８１】
また、図３に示したような構成を備えたセンサ素子を製造する場合には、まず、上記工程（１）の方法により、エラストマー組成物からなる誘電層を２枚作製する。次に、上記工程（２）の方法により、一方の誘電層には両面に電極層を形成し、他方の誘電層には片面に電極層を形成する。その後、それぞれに電極層が形成された２枚の誘電層を電極層同士が重ならない向きで貼りあわせる。その後、必要に応じて、上記電極層と接続された配線並びに接続部を形成すればよい。
【００８２】
また、上記電極層を形成し、必要に応じて上記配線や上記接続部を形成した後には、更に、表側及び／又は裏側の最外層に保護層を形成してもよい。
上記保護層の形成は、例えば、上記（１）の工程と同様の方法を用いてエラストマー組成物からなるシート状物を作製した後、所定のサイズに裁断し、それをラミネートすること等により行えばよい。
また、保護層を備えたセンサ素子を作製する場合は、裏側の保護層から出発し、その上に順次構成部材（第２電極層、第１誘電層、第１電極層、（第２誘電層、第３電極層）、表側保護層）を積層することにより、センサ素子を作製してもよい。
このような工程を経ることにより、上記センサ素子を製造することができる。
【００８３】
図２（ａ）、（ｂ）に示したセンサ素子は、検出部を１つ備えたものである。しかしながら、上記センサ素子の検出部の数は１つに限定されるわけではなく、複数の検出部を備えたものであってもよい。
複数の検出部を備えたセンサ素子の具体例としては、例えば、表側電極層及び裏側電極層として複数列の帯状の電極層が誘電層の表面及び裏面に形成され、かつ、平面視した際に、表側電極層の列と裏側電極層の列とが直交するように配置されたセンサ素子が挙げられる。このようなセンサ素子では表側電極層及び裏側電極層が誘電層を挟んで対向する複数の部分が検出部となり、その検出部が格子状に配置されていることとなる。
【００８４】
＜計測器＞
上記計測器は、上記センサ素子と電気的に接続されている。上記計測器は、上記誘電層の変形に応じて変化する上記検出部の静電容量Ｃを測定する機能を有する。上記静電容量Ｃを測定する方法としては従来公知の方法を用いることができる。そのため、上記計測器は、必要となる静電容量測定回路、演算回路、増幅回路、電源回路等を備えている。上記静電容量Ｃを測定する方法（回路）としては、例えば、自動平衡ブリッジ回路を利用したＣＶ変換回路（ＬＣＲメータなど）、反転増幅回路を利用したＣＶ変換回路、半波倍電圧整流回路を利用したＣＶ変換回路、シュミットトリガ発振回路を用いたＣＦ発振回路、シュミットトリガ発振回路とＦ／Ｖ変換回路とを組み合わせて用いる方法等が挙げられる。
【００８５】
本発明のセンサ装置において、上記センサ素子と上記計測器との電気的な接続は、測定時のノイズの影響を排除する観点から下記の要領で行うことが好ましい。
（１−１）上記センサ素子が、図３に示したような２層の誘電層（第１及び第２誘電層）と各誘電層の両面に電極層（第１〜第３電極層）を有するセンサ素子であり、計測器がシュミットトリガ発振回路のような、検出部の静電容量Ｃと抵抗Ｒで発振して静電容量の変化を計測するＣＦ発振回路を用いた計測器である場合。
この場合には、第１電極層を発振ブロック（検出ブロック）に接続し、第２電極層及び第３電極層を接地する（ＧＮＤ側に接続する）ことが好ましい。
このようにセンサ素子と計測器とを接続することにより、センサ素子の表側及び裏側のいずれを生体に近接するように接続してもノイズの影響を排除することができる。その結果、より正確に静電容量の変化を計測することができる。
【００８６】
（１−２）上記センサ素子が、図３に示したような２層の誘電層と各誘電層の両面に電極層を有するセンサ素子であり、計測器が、半波倍電圧整流回路や反転増幅回路、自動平衡ブリッジ回路のような別のブロック（例えば、交流印加装置）で生成した交流信号を、センサ素子に通し、センサ素子の静電容量変化による交流インピーダンス変化を計測又はインピーダンス変化を利用して電圧変化を生成する方式のＣＶ変換回路を用いた計測器である場合。
この場合には、第１電極層を検出ブロックに接続し、第２電極層及び第３電極層を交流信号を生成するブロックに接続することが好ましい。
このようにセンサ素子と計測器とを接続することにより、センサ素子の表側及び裏側のいずれを生体に近接するように接続してもノイズの影響を排除することができる。その結果、より正確に静電容量の変化を計測することができる。
【００８７】
（２−１）上記センサ素子が、図２に示したような１層の誘電層とその両面の電極層（表側電極層及び裏側電極層）とを有するセンサ素子であり、計測器が、シュミットトリガ発振回路のようなＣＦ変換回路を用いた計測器である場合。
この場合には、表側電極層を計測器内の発振ブロック（検出ブロック）に接続し、裏側電極層を接地し（ＧＮＤ側に接続し）、かつ、上記センサ素子を裏面側が生体に近接するように貼り付けることが好ましい。
このような向きでセンサ素子を生体に貼り付け、上記のようにセンサ素子と計測器とを接続することにより、ノイズの影響を排除することができる。その結果、より正確に静電容量の変化を計測することができる。
【００８８】
（２−２）上記センサ素子が、図２に示したような１層の誘電層とその両面の電極層（表側電極層及び裏側電極層）とを有するセンサ素子であり、計測器が、半波倍電圧整流回路や反転増幅回路、自動平衡ブリッジ回路のようなＣＶ変換回路を用いた計測器である場合。
この場合には、表側電極層を計測器内の検出ブロックに接続し、裏側電極層を交流信号を生成するブロックに接続し、かつ、上記センサ素子を裏面側が生体に近接するように貼り付けることが好ましい。
このような向きでセンサ素子を生体に貼り付け、上記のようにセンサ素子と計測器とを接続することにより、ノイズの影響を排除することができる。その結果、より正確に静電容量の変化を計測することができる。
【００８９】
＜表示器＞
本発明のセンサ装置は、図１に示した例のように表示器を備えていてもよい。これにより上記センサ装置の使用者は、生体の運動情報等に関する静電容量Ｃの変化に基づく情報をリアルタイムで確認することができる。上記表示器は、そのために必要となるモニター、演算回路、増幅回路、電源回路等を備えている。
【００９０】
また、上記表示器は、図１に示した例のように静電容量Ｃの測定結果を記憶するために、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の記憶部を備えていてもよい。
上記表示器は、例えば、本発明のセンサ装置をスポーツトレーニングやリハビリトレーニングの実施者に使用する場合、生体の運動情報等に関する静電容量Ｃの変化に基づく情報をトレーニング後に確認することができる。そのため、実施者はトレーニングの達成度を確認することができ、実施者の励みにもなる。また、トレーニングの達成度を確認することにより、その情報を新たなトレーニングメニューの作成に生かすことができる。
なお、上記記憶部は、上記計測器が備えていてもよい。
上記表示器としては、パソコン、スマートフォン、タブレット等の端末機器を利用してもよい。
【００９１】
また、図１に示したセンサ装置１において、計測器３と表示器４との接続は有線で行われている。しかしながら、本発明のセンサ装置においてこれらの接続は必ずしも有線で行われている必要はなく、無線で接続されていてもよい。センサ装置の使用態様によっては、計測器と表示器とが物理的に分離されている方が使用しやすい場合もある。
【００９２】
このような本発明のセンサ装置では、生体に貼り付けて使用し、生体表面の変形を追跡することにより、生命活動情報、生体の運動情報、被覆材の変形情報等を計測することができる。そのため、上記センサ装置は、心拍数や呼吸数の計測、スポーツトレーニングやリハビリトレーニング時の運動量の計測や運動機能の評価、縫製されたスポーツウエアや、サポーター等の伸縮特性の計測や身体の動きへの追従性の評価、更には、会話による情報伝達の補助など、種々の分野で使用することができる。
【００９３】
また、本発明のセンサ装置では、上記センサ素子を電動義手義足の筋電センサのインターフェースの代替品として利用することができる。
また、本発明のセンサ装置では、上記センサ素子が、重度心身障害者の入力インターフェースの入力端末としても使用することができる。
【実施例】
【００９４】
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。
図５は、実施例におけるセンサ素子の作製工程を説明するための斜視図である。【００９５】
＜粘着層付きセンサ素子Ａの作製＞
（１）誘電層の作製
ポリオール（パンデックスＧＣＢ−４１、ＤＩＣ社製）１００質量部に対して、可塑剤（ジオクチルスルホネート）４０重量部と、イソシアネート（パンデックスＧＣＡ−１１、ＤＩＣ社製）１７．６２重量部とを添加し、アジターで９０秒間撹拌混合し、誘電層用の原料組成物を調製した。次に、原料組成物を図４に示した成形装置３０に注入し、保護フィルム３１でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度７０℃、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、７０℃に調節した炉で１２時間後架橋させ、ポリエーテル系ウレタンエラストマーからなるシートを作製した。得られたウレタンシートを１４ｍｍ×７４ｍｍ×厚さ７０μｍに裁断し、更に、角部の一か所を７ｍｍ×７ｍｍ×厚さ７０μｍのサイズで切り落とし、誘電層を作製した。【００９６】
また、作製した誘電層について、破断時伸び（％）及び比誘電率を測定したところ、破断時伸び（％）は５０５％、比誘電率は５．８であった。
ここで、上記破断時伸びは、ＪＩＳ  Ｋ  ６２５１に準拠して測定した。上記比誘電率は、２０ｍｍΦの電極で誘電層を挟み、ＬＣＲハイテスタ（日置電機社製、３５２２−５０）を用いて計測周波数１ｋＨｚで静電容量を測定した後、電極面積と測定試料の厚さから比誘電率を算出した。【００９７】
（２）電極層材料の調製
基板成長法により製造した多層カーボンナノチューブである、大陽日酸社製の高配向カーボンナノチューブ（層数４〜１２層、繊維径１０〜２０ｎｍ、繊維長さ１５０〜３００μｍ、炭素純度９９．５％）３０ｍｇをメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）３０ｇに添加し、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、１０倍に希釈して濃度０．０１重量％のカーボンナノチューブ分散液を得た。【００９８】
（３）保護層の作製
上述した（１）誘電層の作製と同様の方法を用いて、ポリエーテル系ウレタンエラストマー製で、１４ｍｍ×７４ｍｍ×厚さ５０μｍの裏側保護層と、１４ｍｍ×６７ｍｍ×厚さ５０μｍの表側保護層とを作製した。【００９９】
（４）粘着層の作製
粘着剤（綜研化学社製、ＳＫダイン１７２０）５０重量部に、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）５０重量部及び硬化剤（綜研化学社製、Ｌ−４５）２質量部を添加し、あわとり練太郎（Ｔｈｉｎｋｙ社製、型番：ＡＲＥ−３１０）で混合（２０００ｒｐｍ、１２０秒）、脱泡（２０００ｒｐｍ、１２０秒）して混合物を得た。次に、得られた混合物を、表面が離型処理されたＰＥＴフィルム（藤森工業社製、５０Ｅ−００１０ＫＦ）にアプリケーターを用いて１００μｍのウエット膜厚で成膜した後、送風式のオーブンを用いて１００℃、３０分間の条件で硬化させ、硬化後の厚さが２５μｍの粘着層を作製した。【０１００】
（５）センサ素子の作製
図５（ａ）〜（ｄ）に示した作製工程を経てセンサ素子を作製した。
まず、上記（３）の工程で作製した裏側保護層２５Ｂの片面（表面）に、離型処理されたＰＥＴフィルムに所定の形状の開口部が形成されたマスク（図示せず）を貼り付けた。
上記マスクには、裏側電極層及び裏側配線に相当する開口部が設けられており、開口部のサイズは、裏側電極層に相当する部分が幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍ、裏側配線に相当する部分が幅５ｍｍ×長さ１０ｍｍである。【０１０１】
次に、上記（２）の工程で調製したカーボンナノチューブ分散液７．２ｇを１０ｃｍの距離からエアブラシを用いて塗布した。続いて、１００℃で１０分間乾燥させ、裏側電極層２２Ｂ及び裏側配線２３Ｂを形成した。その後、マスクを剥離した（図５（ａ）参照）。【０１０２】
次に、裏側電極層２２Ｂの全体及び裏側配線２３Ｂの一部を被覆するように、上記（１）の工程で作製した誘電層２１を裏側保護層２５Ｂ上に貼り合わせることにより積層した。
更に、誘電層２１に表側に、裏側電極層２２Ｂ及び裏側配線２３Ｂの形成と同様の方法を用いて、表側電極層２２Ａ及び表側配線２３Ａを形成した（図５（ｂ）参照）。【０１０３】
次に、表側電極層２２Ａ及び表側配線２３Ａを形成した誘電層２１の表側に、表側電極層２２Ａの全体及び表側配線２３Ａの一部を被覆するように、上記（３）の工程で作製した表側保護層２５Ａをラミネートにより積層した。
更に、表側配線２３Ａ及び裏側配線２３Ｂのそれぞれの端部に銅箔を取り付けて、表側接続部２４Ａ及び裏側接続部２４Ｂとした（図５（ｃ）参照）。その後、表側接続部２４Ａ及び裏側接続部２４Ｂに外部配線となるリード線２９を半田で固定した。【０１０４】
次に、表側接続部２４Ａ及び裏側接続部２４Ｂの裏側保護層２５Ｂ上に位置する部分に、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム２７をアクリル粘着テープ（３Ｍ社製、Ｙ−４９０５（厚さ０．５ｍｍ））２６を介して貼り付けて補強した。
最後に、裏側保護層２５Ｂの裏面側に上記（４）で作製した粘着層２８をハンドローラーにより貼り付けてセンサ素子２２２を完成した（図５（ｄ）参照）。
本実施例で作製したセンサ素子Ａでは、誘電層２１が第１誘電層に、表側電極層２２Ａが第１電極層に、裏側電極層２２Ｂが第２電極層に、それぞれ相当する。【０１０５】
＜センサ装置の作製＞
上記（１）〜（５）を経て作製したセンサ素子２２２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、センサ装置とした。
作製したセンサ装置の動作検証として実施例１〜４を行った。【０１０６】
（実施例１：肘の曲げ伸ばしの計測）
図６（ａ）に示すように、被験者の左手の肘の部分に、粘着層２８を介してセンサ素子２２２を貼り付けた。
その後、センサ素子を貼り付けたまま、左肘の曲げ伸ばしを曲げ量が徐々に大きくなるように行いつつ、そのときの静電容量の変化を測定した。結果を図６（ｂ）に示した。
図６（ｂ）にグラフで示したように、肘関節の曲げ伸ばし運動において、曲げ量が徐々に大きくなるにともない、静電容量も徐々に大きくなることが明らかとなった。【０１０７】
（実施例２：呼吸の計測）
図７（ａ）に示すように、被験者の左胸に粘着層２８を介してセンサ素子２２２を貼り付けた。
その後、センサ素子を貼り付けたまま、（１）１０秒間呼吸を止める、（２）１０秒間自然な呼吸を行う、（３）１０秒間大きな呼吸を行う、の３種類の動作を行い各動作の際の静電容量を測定した。結果を図７（ｂ）に示した。
図７（ｂ）にグラフで示したように、（１）の動作では静電容量が殆ど変化せず、（２）及び（３）の動作では、それぞれ呼吸の大きさに応じて、静電容量が大きくなることが明らかとなった。更に（２）及び（３）の動作では、１０秒間に約２．５回の呼吸が行われたことが推測できた。【０１０８】
（実施例３：発声音の計測）
図８（ａ）に示すように、被験者の左頬に粘着層２８を介してセンサ素子２２２を貼り付けた。
その後、センサ素子を貼り付けたまま、日本語の発生音である「あ・い・う・え・お」の発声を行い、そのときの静電容量を測定した。結果を図８（ｂ）に示した。
図８（ｂ）にグラフで示したように、「あ・い・う・え・お」の発声音の種類に応じて静電容量が変化することが明らかとなった。【０１０９】
（実施例４：脈拍数（心拍数）の計測）
まず、センサ素子２２２を被験者に貼り付ける前に、（１）無伸長状態で１０秒間の静電容量を測定した。
次に、図９（ａ）に示すように、被験者の頚動脈（脈のふれるところ）上に粘着層２８を介してセンサ素子２２２を貼り付けた。
その後、（２）平常状態で１０秒間の静電容量を測定した。更に、被験者に椅子に座った状態で６０秒間足踏み運動（２００回／６０秒）を行ってもらい、（３）運動（足踏み）後に１０秒間息を整えてから１０秒間の静電容量を測定した。結果を図９（ｂ）に示した。
また、静電容量の測定と同時に、左手首で１０秒間の脈拍を数えたところ、（２）平常時１２回、（３）運動後で１７回であり、図９（ｂ）の結果と一致していた。
これらのことから、静電容量の変化から心拍数を測定することができることが明らかとなった。【０１１０】
＜センサ装置の測定精度の評価：実施例５〜８＞
下記の方法で作製したセンサ素子Ｂを自動平衡ブリッジ回路（ＬＣＲメータ）、反転増幅回路、シュミットトリガ発振回路及び半波倍電圧整流回路のいずれかを用いた計測器に接続して静電容量（又は静電容量と相関のある電圧）を測定した。測定結果に基づいて、計測器の種類、及び、センサ素子と計測器との接続方式による測定精度への影響を評価した。【０１１１】
（センサ素子Ｂの作製）
誘電層の厚さを１００μｍとし、粘着層を形成しなかった以外は、上述したセンサ素子Ａの作製と同様にして、センサ素子Ｂを作製した。
従って、センサ素子Ｂでは、裏側から表側に向って、裏側保護層（５０μｍ）、裏側電極層、誘電層（１００μｍ）、表側電極層、及び、表側保護層（５０μｍ）がこの順で積層されている。【０１１２】
また、本評価では、センサ素子を静電対策が施されていない机の上に、ポリプロピレン製のプレートに乗せた状態で載置し、各計測器に接続した後、そのままの状態での測定（通常測定）、及び、表側保護層の表面に３本の指を乗せた状態での測定（指を乗せた状態での測定）をそれぞれ行った。
そして、通常測定の測定値に対する、通常測定の測定値と指を乗せた状態での測定の測定値との差の絶対値の百分率（％）を誤差（％）として算出した。【０１１３】
（実施例５）
計測器として、自動平衡ブリッジ回路（ＬＣＲメータ：日置電機社製、ＬＣＲハイテスタ３５２２−５０）を使用し、測定プローブには４端子プローブ（日置電機製、型番９１４０）を用いた。これをセンサ素子と接続して静電容量を測定した。
このとき、表側電極層をＬｏ端子に接続し、裏側電極層をＨｉ端子に接続した配線条件を正接続、逆に表側電極層をＨｉ端子に接続し、裏側電極層をＬｏ端子に接続した配線条件を逆接続とした。正接続及び逆接続のそれぞれの配線条件において、通常測定、及び、指を乗せた状態での測定を行った。結果を表１に示した。【０１１４】
（実施例６）
計測器として、図１０に示したような反転増幅回路３００を使用し、これをセンサ素子３１０と接続して静電容量を測定した。反転増幅回路３００において、交流印加装置３１１の発振周波数は５ｋＨｚ、帰還キャパシタ３１３の静電容量は３２９．２ｐＦ、帰還抵抗３１４の抵抗値は４．７ＭΩとした。また、図１０中、３１５はＢＥＦ（バンドエリミネーションフィルタ）である。
このとき、表側電極層を交流印加装置３１１に接続し、裏側電極層を演算増幅器３１２に接続した配線条件を正接続、逆に表側電極層を演算増幅器３１２に接続し、裏側電極層を交流印加装置３１１に接続した配線条件を逆接続とした。正接続及び逆接続のそれぞれの配線条件において、通常測定、及び、指を乗せた状態での測定を行った。結果を表１に示した。
【０１１５】
（実施例７）
計測器として、図１１に示したようなシュミットトリガ発振回路４００を使用し、これをセンサ素子４１０と接続してシュミットトリガ４１２からの出力周波数より静電容量を測定した。シュミットトリガ発振回路４００において、可変抵抗４１３は、通常測定の正接続において発振周波数が５ｋＨｚになるように抵抗値を調節した。
このとき、表側電極層を接地し、裏側電極層をシュミットトリガ４１２側に接続した配線条件を正接続、逆に表側電極層をシュミットトリガ４１２側に接続し、裏側電極層を接地した配線条件を逆接続とした。正接続及び逆接続のそれぞれの配線条件において、通常測定、及び、指を乗せた状態での測定を行った。結果を表１に示した。
【０１１６】
（実施例８）
計測器として、図１２に示したような半波倍電圧整流回路５００を使用し、これをセンサ素子５１０と接続して出力される電圧を測定した。半波倍電圧整流回路５００において、交流印加装置５１１の発振周波数は５ｋＨｚ、コンデンサ５１２の静電容量は０．１μＦ、抵抗５１３の抵抗値は４７０ｋΩとした。また、ダイオード５１４、５１５としては、ショットキーダイオードを使用した。
このとき、表側電極層を交流印加装置５１１に接続し、裏側電極層をＯＵＴＰＵＴ側に接続した配線条件を正接続、逆に表側電極層をＯＵＴＰＵＴ側に接続し、裏側電極層を交流印加装置５１１に接続した配線条件を逆接続とした。正接続及び逆接続のそれぞれの配線条件において、通常測定、及び、指を乗せた状態での測定を行った。結果を表１に示した。
【０１１７】
【表１】
0006053988.tif 000002
【０１１８】
表１に示した結果より、所定の配線条件でセンサ素子と計測器とを接続することにより生体との接触による測定誤差を低減することができることが明らかとなった。特に、反転増幅回路、シュミットトリガ発振回路及び半波倍電圧整流回路を用いた計測では、大きな低減効果が得られることが明らかになった。
即ち、反転増幅回路及び半波倍電圧整流回路を用いた計測器での測定では、生体に近接する側の電極層を交流印加装置（交流信号を生成する側）に接続することにより測定誤差を低減することができることが明らかとなった。また、シュミットトリガ発振回路を用いた計測器の測定では、生体に近接する側の電極層を接地する（ＧＮＤ側に接続する）ことにより測定誤差を低減することができることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１１９】
１  センサ装置
２、２′、２２２  センサ素子
３  計測器
３ａ、４００  シュミットトリガ発振回路
３ｂ  Ｆ／Ｖ変換回路
４  表示器
４ａ  モニター
４ｂ  演算回路
４ｃ  記憶部
１１、２１  誘電層（第１誘電層）
１２Ａ、２２Ａ  表側電極層（第１電極層）
１２Ｂ、２２Ｂ  裏側電極層（第２電極層）
１３Ａ、２３Ａ  表側配線
１３Ｂ、２３Ｂ  裏側配線
１４Ａ、２４Ａ  表側接続部
１４Ｂ、２４Ｂ  裏側接続部
１５Ａ、２５Ａ、４５Ａ  表側保護層
１５Ｂ、２５Ｂ、４５Ｂ  裏側保護層
１８、２８  粘着層
４１Ａ  第１誘電層
４１Ｂ  第２誘電層
４２Ａ  第１電極層
４２Ｂ  第２電極層
４２Ｃ  第３電極層
４３Ａ  第１配線
４３Ｂ  第２配線
４３Ｃ  第３配線
４４Ａ  第１接続部
４４Ｂ  第２接続部
４４Ｃ  第３接続部
３００  反転増幅回路
５００    半波倍電圧整流回路
【図１】
0006053988.tif 000003
【図２】
0006053988.tif 000004
【図３】
0006053988.tif 000005
【図４】
0006053988.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
0006053988.tif 000009
【図８】
0006053988.tif 000010
【図９】
0006053988.tif 000011
【図１０】
0006053988.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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