(57)【要約】フレキシブル性が高く、より高感度な極薄の圧力センサー用シート及び圧力センサー並びに圧力センサー用シートの製造方法を提供するために、本発明の圧力センサー用シート（１０）は、第１の電極シート（１ａ）と、第２の電極シート（１ｂ）と、前記第１の電極シート（１ａ）と前記第２の電極シート（１ｂ）の間に配置され、押しつぶされることで抵抗値が変化する導電性繊維（２）が絡み合ってなる綿状の感圧導電層（３）と、を備え、前記導電性繊維（２）は二つの電極シートに平行な方向に配向して延在し、さらに垂直な方向に積層して配設され、さらに前記感圧導電層を構成する前記導電性繊維同士の間に、空隙部を有することを特徴とする。
2015119211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極シートと、第２の電極シートと、前記第１の電極シートと前記第２の電極シートの間に配置され、押しつぶされることで抵抗値が変化する導電性繊維が絡み合ってなる綿状の感圧導電層と、を備え、
前記導電性繊維は二つの電極シートに平行な方向に配向して延在し、かつ垂直な方向に積層して配設され、
さらに前記感圧導電層を構成する前記導電性繊維同士の間に、空隙部を有することを特徴とする圧力センサー用シート。
【請求項２】
前記導電性繊維が、高分子材料に導電性材料が分散されたものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項３】
前記導電性材料が、第１の導電性材料及び第２の導電性材料からなり、
前記第１の導電性材料は線状の導電性材料であり、
前記第２の導電性材料は粒子状（鱗片状を含む）の導電性材料であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサー用シート。
【請求項４】
前記第１の導電性材料が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノホーンであり、
前記第２の導電性材料が、グラフェンまたはカーボンブラックであることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサー用シート。
【請求項５】
前記導電性繊維における、前記第１の導電性材料の質量比は、前記第２の導電性材料の質量比より小さいことを特徴とする請求項３に記載の圧力センサー用シート。
【請求項６】
前記感圧導電層を構成する前記導電性繊維のうち、前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が、前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートに結着していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項７】
前記感圧導電層と前記第２電極との間に、第２の導電性繊維が絡み合ってなる第２の感圧導電層をさらに有し、
前記導電性繊維の前記第１の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が前記第１の電極シートに結着し、
前記第２の導電性繊維の前記第２の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が前記第２の電極シートに結着していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項８】
前記感圧導電層と前記第２の感圧導電層とが接着されていることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサー用シート。
【請求項９】
前記高分子材料が、エラストマーであることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１０】
前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートが、透明電極であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１１】
前記感圧導電層は、前記電極シートに垂直な方向から見て、前記導電性繊維がない空隙部を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１２】
前記導電性繊維の直径は、前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートの厚さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１３】
前記導電性繊維の直径が１００ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１４】
前記感圧導電層の厚さは、前記第１の電極シートと前記第２の電極シートの厚さの合計より小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１５】
前記第１の電極シートと前記第２の電極シートの厚さは、略同等であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１６】
前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートは通気性を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１７】
前記感圧導電層の厚さが、前記導電性繊維の直径の２倍以上、１００倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１８】
前記感圧導電層の厚さが、０．５μｍ〜１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項１９】
前記感圧導電層中に、非導電性繊維が混在していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用シート。
【請求項２０】
請求項１に記載の圧力センサー用シートの、前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートの少なくとも一方の電極が、トランジスタに接続されていることを特徴とする圧力センサー。
【請求項２１】
請求項１に記載の圧力センサー用シートの製造方法であって、
高分子材料と導電性材料とを含む分散系液体をエレクトロスピニングデポジション法で第１の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成することを特徴とする圧力センサー用シートの製造方法。
【請求項２２】
溶媒に、第１の導電材料とイオン液体とを混合し、溶媒中に第１の導電材料が分散した第１の分散系を得る第１の工程と、
溶媒に、第２の導電材料を混合し、溶媒中に第２の導電材料が分散した第２の分散系を得る第２の工程と、
第１の分散系と第２の分散系を混合し、第３の分散系を得る第３の工程と、
第３の分散系に高分子材料を加え、撹拌し、第４の分散系を得る第４の工程と、
第４の分散系をエレクトロスピニングデポジション法で第１の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成する第５の工程と、
を有することを特徴とする圧力センサー用シートの製造方法。
【請求項２３】
前記高分子材料と前記導電性材料とを含む分散系液体を、エレクトロスピニングデポジション法で第２の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる第２の感圧導電層を形成する工程と、
前記感圧導電層と、前記第２の感圧導電層を結着させる工程と、をさらに有することを特徴とする請求項２１または２２のいずれかに記載の圧力センサー用シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサー用シート、圧力センサーおよび圧力センサー用シートの製造方法に関する。
本願は、２０１４年２月６日に、日本に出願された特願２０１４−０２１４８８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体でつくるフレキシブルエレクトロニクスは、素材の軟らかさから、人体の表面や体内にフィットする。そのため、細胞や組織から直接生体情報を得る手段として、フレキシブルエレクトロニクスを利用することに、近年注目が集まっている。【０００３】
圧力センサーは、その応用の一つとして注目されている。圧力センサーは、加えられた圧力を電気的な信号として出力するものである。圧力センサーは、例えば、人工皮膚やロボットの操作等において広く利用されている（特許文献１）。これらの技術は日夜進歩しており、より精密なデータを得ることが求められている。より精密なデータを得る為には、圧力センサーが、被測定物の形状によりフィットすることや、曲げ伸ばし等の動きにも追従することが必要である。したがって、よりフレキシブルでかつ薄い圧力センサーが求められている。【０００４】
このような圧力センサーを実現するために、以下のような検討が進められている。
特許文献２には、単純マトリクスの感圧センサーとして、円筒状弾性体と、その円筒状弾性体の外周面に層状に形成された導電体層と、その導電体層上に形成された誘電体層とからなる感圧用線材を縦横に編み込んだ感圧シートが開示されている。
特許文献３には、電極と感圧導電シートとトランジスタを利用したアクティブマトリクスの感圧センサーが開示されており、シリコンゴムにグラファイトが添加された感圧導電シートが開示されている。
特許文献４には、感圧導電シートとして、ゴム基材の表面に導電材を含有する樹脂塗膜を形成して、二層以上の構成としたフレキシブルな感圧センサーが開示されている。二層以上の構成とすることで、圧力−抵抗変化のヒステリシスを改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３６１４１号公報
【特許文献２】特開２００８−１７０４２５号公報
【特許文献３】特開２０１３−０６８５６２号公報
【特許文献４】特開２０１２−１４５４４７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１〜４に開示された圧力センサー用シートは、厚さが数百μｍ〜数ｍｍの厚さを有している。そのため、これらの圧力センサー用シートでは、複雑な形状を有する物体や動く物体に対して十分な追従性を得ることができず、精密なデータを得ることができなかった。例えば、特許文献２に記載された圧力センサー用シートの感圧用線材の基材である円筒状弾性体の外径は、２５０μｍφである。圧力センサー用シートとして動作させるためには、圧力センサー全体の厚みが、この外径の以上の厚みを有する必要があることが記載されている。また特許文献３には、圧力センサー用シートの一部であるゴム基材の厚さだけで、ｍｍオーダーの厚さを要することが記載されている。【０００７】
またこれらの圧力センサー用シートは、印加圧力に対する抵抗値の変化が十分ではないため、わずかな圧力変化を出力信号として十分に反映することができなかった。すなわち、これらの圧力センサー用シートでは、高感度なデータを得ることができなかった。例えば、特許文献２の図３には、印加圧力に対する抵抗値の変化が、数百ｋΩに過ぎないことが記載されている。【０００８】
ゴム基材や樹脂塗膜に導電性の材料を含有させた圧力センサー用シートを用いると、圧力センサー用シートに対して垂直方向の圧力変化による抵抗値の変化以外にも、圧力センサー用シートが平行方向に伸びた場合にも抵抗値が変化してしまう。本来測定したい抵抗値変化は、圧力センサー用シートに対して垂直方向の圧力変化に伴うものである。これに対し、平行方向に延びたことに伴う抵抗値変化はノイズである。そのため、従来の圧力センサー用シートを用いると、圧力センサー用シートを曲げた状態と伸ばした状態で測定結果に差異が生じてしまう。つまり、これらの圧力センサー用シートは、より複雑な形状を持つ物体や動く物体に加わる圧力を、高感度に測定することができなかった。【０００９】
さらにアクティブマトリクスの圧力センサーは、トランジスタの上に感圧導電層と電極シートをそれぞれ配置する必要がある。しかしながら、感圧導電層は、黒色のゴムからなるため、装着後に貼り付け表面を目視することができなかった。また、生体にこのような圧力センサー用シートを装着した場合（例えば皮膚の表面に装着した場合）、通気性の無いゴムからなる感圧導電層は、水分や空気が透過せず、また空気の移流による熱の放散がなされない。そのため、装着箇所が蒸れることによる不快感や皮膚等の炎症を生み出す場合があった。【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、フレキシブル性が高く、より高感度な極薄の圧力センサー用シート及び圧力センサー並びに圧力センサー用シートの製造方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用した。
（１）第１の電極シートと、第２の電極シートと、前記第１の電極シートと前記第２の電極シートの間に配置され、押しつぶされることで抵抗値が変化する導電性繊維が絡み合ってなる綿状の感圧導電層と、を備え、前記導電性繊維は二つの電極シートに平行な方向に配向して延在し、かつ垂直な方向に積層して配設され、さらに前記感圧導電層を構成する前記導電性繊維同士の間に、空隙部を有することを特徴とする圧力センサー用シート。
（２）前記導電性繊維が、高分子材料に導電性材料が分散されたものであることを特徴とする（１）に記載の圧力センサー用シート。
（３）前記導電性材料が、第１の導電性材料及び第２の導電性材料からなり、前記第１の導電性材料は線状の導電性材料であり、前記第２の導電性材料は粒子状（鱗片状を含む）の導電性材料であることを特徴とする（２）に記載の圧力センサー用シート。
（４）前記第１の導電性材料が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノホーンであり、前記第２の導電性材料が、グラフェンまたはカーボンブラックであることを特徴とする（３）に記載の圧力センサー用シート。
（５）前記導電性繊維における、前記第１の導電性材料の質量比は、前記第２の導電性材料の質量比より小さいことを特徴とする（３）または（４）のいずれかに記載の圧力センサー用シート。
（６）前記感圧導電層を構成する前記導電性繊維のうち、前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が、前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートに結着していることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。【００１２】
（７）前記感圧導電層と前記第２電極との間に、第２の導電性繊維が絡み合ってなる第２の感圧導電層をさらに有し、前記導電性繊維の前記第１の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が前記第１の電極シートに結着し、前記第２の導電性繊維の前記第２の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が前記第２の電極シートに結着していることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（８）前記感圧導電層と前記第２の感圧導電層とが接着されていることを特徴とする（７）に記載の圧力センサー用シート。
（９）前記高分子材料が、エラストマーであることを特徴とする（２）〜（７）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（１０）前記第１の電極シートと前記第２の電極シートが、透明電極であることを特徴とする（１）〜（９）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（１１）前記感圧導電層は、前記電極シートに垂直な方向から見て、前記導電性繊維がない空隙部を有していることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。【００１３】
（１２）前記導電性繊維の直径は、前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートの厚さより小さいことを特徴とする（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（１３）前記導電性繊維の直径が１００ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする（１）〜（１２）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（１４）前記感圧導電層の厚さは、前記第１の電極シートと前記第２の電極シートの厚さの合計より小さいことを特徴とする（１）〜（１３）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（１５）前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートの厚さは、略同等であることを特徴とする（１）〜（１４）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（１６）前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートは通気性を有することを特徴とする（１）〜（１５）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。【００１４】
（１７）前記感圧導電層の厚さが、前記導電性繊維の直径の２倍以上、１００倍以下であることを特徴とする（１）〜（１６）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（１８）前記感圧導電層の厚さが、０．５μｍ〜１００μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（１７）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（１９）前記感圧導電層中に、非導電性繊維が混在していることを特徴とする（１）〜（１８）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シート。
（２０）（１）〜（１９）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シートの、前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートの少なくとも一方の電極が、トランジスタに接続されていることを特徴とする圧力センサー。
（２１）（１）〜（１９）のいずれか一項に記載の圧力センサー用シートの製造方法であって、高分子材料と導電性材料とを含む分散系液体をエレクトロスピニングデポジション法で第１の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成することを特徴とする圧力センサー用シートの製造方法。【００１５】
（２２）溶媒に、第１の導電材料とイオン液体とを混合し、溶媒中に第１の導電材料が分散した第１の分散系を得る第１の工程と、溶媒に、第２の導電材料を混合し、溶媒中に第２の導電材料が分散した第２の分散系を得る第２の工程と、第１の分散系と第２の分散系を混合し、第３の分散系を得る第３の工程と、第３の分散系に高分子材料を加え、撹拌し、第４の分散系を得る第４の工程と、第４の分散系をエレクトロスピニングデポジション法で第１の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成する第５の工程と、を有することを特徴とする圧力センサー用シートの製造方法。
（２３）前記高分子材料と前記導電性材料とを含む分散系液体を、エレクトロスピニングデポジション法で第２の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる第２の感圧導電層を形成する工程と、前記感圧導電層と、前記第２の感圧導電層を結着させる工程と、をさらに有することを特徴とする（２１）または（２２）のいずれかに記載の圧力センサー用シートの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、第１の電極シートと第２の電極シートと、これら電極シートの間に配置された、押しつぶされることで抵抗値が変化する導電性繊維が絡み合ってなる綿状の感圧導電層とを備える。導電性繊維は電極シートに平行な方向に配向して延在し、さらに垂直な方向に積層して配設される。感圧導電層を構成する導電性繊維同士の間には、空隙部を有する。圧力センサー用シートに加わる圧力に変化が生じると、綿状に絡み合った導電性繊維同士の粗密が変わり、導電性繊維同士の積層具合に変化が生じる。この積層具合が変化すると、第１の電極シートと第２の電極シート間の抵抗値が変化する。導電性繊維は、二つの電極シートに平行な方向と垂直な方向とで異方性を有する。そのため、垂直な厚さ方向の外力に対して、積層方向の抵抗値変化が極めて大きく、平行な方向への歪に対する抵抗値変化が極めて小さい。圧力センサー用シートが曲げ変形を受ける場合、曲げ変形による歪は電極シートと並行方向であるため、曲げ変形による抵抗値変化が小さい。つまり、測定のノイズが小さく精度の高い計測が可能となる。【００１７】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、導電性繊維が、高分子材料に導電性材料が分散されたものであってもよい。また導電性繊維が第１の導電性材料と第２の導電性材料が分散された高分子材料からなり、この第１の導電性材料は線状の導電性材料であり、第２の導電性材料は粒子状（鱗片状を含む）の導電性材料であってもよい。線状の第１の導電性材料は、粒子状の第２の導電性材料同士を、高分子材料中で電気的に接続する。圧力センサー用シートに弱い圧力が作用した場合に、線状の第１の導電性材料を介した導電性が変化し、導電性繊維の抵抗値が低下する。この作用により、低い圧力でのセンサー感度と、センサー感度の安定性を向上させることができる。線状の第１の導電性材料は、繊維の作成工程における粒子状の第２の導電性材料の分散安定性を向上させるという副次的効果も有する。
更に、導電性繊維における、第１の導電性材料の質量比を、第２の導電性材料の質量比より小さくすることで、圧力による抵抗値変化のダイナミックレンジが極めて大きく取れる。第２の導電性材料を高質量比で分散させることで、高い圧力が作用したときに大きな抵抗値低下が得られるためである。【００１８】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、第１の導電性材料がカーボンナノチューブ、カーボンナノホーンであり、第２の導電性材料がグラフェン、カーボンブラックであってもよい。カーボンからなる導電性材料は、酸素や水分に対する耐久性が高く、比表面積の高い繊維で構成される感圧導電層には最も適している。【００１９】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、感圧導電層を構成する導電性繊維の第１の電極シートまたは第２の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が、第１の電極シートまたは第２の電極シートに結着されていてもよい。導電性繊維と電極シート間の接続状態が不安定であると、弱い圧力下での測定に大きなノイズが発生する。少なくとも導電性繊維の一部が電極シートに結着されることで、電気的な接続状態が極めて安定するため、ノイズの少ない計測が可能となる。【００２０】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、感圧導電層と第２電極との間に、第２の導電性繊維が絡み合ってなる第２の感圧導電層をさらに有し、導電性繊維の第１の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が第１の電極シートに結着し、第２の導電性繊維の第２の電極シートに接触する部分の少なくとも一部が第２の電極シートに結着していてもよい。これらの二つの感圧導電層は、それぞれが各電極シートに結着しているため、感圧導電層と電極との間の接続状態が安定であり、ノイズの少ない計測が可能となる。更に、これらの二つの感圧導電層を接着することで、二つの電極シート間での感圧導電層の構造的、電気的状態が高く安定する。そのため、更にノイズの少ない計測が可能となる。【００２１】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、導電性繊維の高分子材料としエラストマーを用いてもよい。エラストマーは、柔らかく大きな歪が繰り返し作用しても、機械的特性の変化が極めて小さい。圧力が作用すると、繊維同士の重なり部に大きな歪が生じるが、エラストマーを母材として使用することで、圧力センサー用シートの高い柔軟性と、高い耐久性が両立できる。【００２２】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、第１の電極シートと第２の電極シートが、透明電極でもよい。綿状の感圧導電層は光の透過性を有するため、二つの電極シートを透明にすることで、光を透過する圧力センサー用シートが実現できる。これにより、圧力計測箇所を、圧力センサー用シートを透過して観察することができる。また、圧力計測と圧力センサー用シート上からの光計測を同時に行えるなど、多様な計測への展開が可能となる。更に、圧力センサー用シートの光透過性を向上させるため、電極シートに垂直な方向から見て、感圧導電層を構成する導電性繊維の間に空隙部を有することが好ましい。空隙部を有することにより光透過性が高く、かつ光散乱が小さくなるため、観察や計測がよりやり易くなる。【００２３】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、導電性繊維の直径が、第１の電極シートおよび第２の電極シートの厚さより小さくてもよい。導電性繊維の直径が電極シートより大きいと、導電性繊維の表面に沿って、電極シートの局所的な変形が生じ易くなる。電極シートが局所的に変形しやすくなると、圧力印加時に導電性繊維と電極シートの接触状態が不規則になる。導電性繊維の直径が、第１の電極シートおよび第２の電極シートの厚さより小さいと、このような接触状態の不規則性に伴う、圧力に対する抵抗値変化のばらつきを抑制することができる。【００２４】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、導電性繊維の直径が１００ｎｍ〜１０μｍであってもよい。細い導電性繊維は圧力によって接触状態が大きく変化するため、高感度である。逆に、太い導電性繊維は圧力に対する抵抗変化が低感度である。極度に細い導電性繊維は強度が低く、極度に太い導電性繊維は剛性が高い。そのため、導電性繊維の直径が当該範囲であることで、感度と柔軟性を両立することができる。【００２５】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、感圧導電層の厚さが、第１の電極シートと第２の電極シートの厚さの合計より小さくてもよく、第１の電極シートおよび第２の電極シートの厚さより小さいことが好ましい。極めてしなやかで、曲げ変形が生じても低ノイズで正確な圧力を計測するには、曲げに対してシートの剛性を低く抑えるとともに、電極における応力を低く抑えなければならない。感圧導電層を挟んで二枚の電極シートからなる圧力センサー用シートでは、感圧導電層が厚くなると、極度にシート剛性が高くなる。また、感圧導電層と電極シートとの界面での応力が大きくなるため、導電性繊維と電極の安定した接続が破壊されてしまう。感圧導電層の厚さを二枚の電極シートの厚さより小さくすることで、電極シートの屈曲時に不測の故障や精度変化を低くすることができる。これは、電極シート外面の歪に対して、導電性繊維と電極シートとの界面の歪が概略半分になるためである。更に、感圧導電層の厚さが、第１の電極シートおよび第２の電極シートの厚さより小さくなると、導電性繊維と電極の接続部の歪を可及的に低くすることができる。第１の電極シートと第２の電極シートの厚さが略同等であると、曲げが作用した時に感圧導電層に作用する歪を可及的に小さくすることができ、曲げによって圧力測定値に誤差が生じることが抑えられる。【００２６】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、第１の電極シートまたは第２の電極シートが通気性を有してもよい。通気性を持たない電極シートで、感圧導電層の両側を封止すると、密閉された空間に空気を内包することになる。密封された空気は、温度が変化すると収縮または膨張し、内部に圧力を発生させる。この内部圧力は、感圧導電層の抵抗値を変化させ、計測の誤差となる。また、電極シートを圧着積層する工程でも、内部の空気が圧縮を受け、計測の誤差を生む。電極シートが通気性を有することで、これらの内部圧力が解放され、計測誤差を生じないようにすることが可能となる。
第１の電極シートおよび第２の電極シートの両方の電極シートは、通気性を有していてもよい。通気性を有する感圧導電層に加えて、両方の電極シートに通気性を持たせることで、圧力センサー用シート全体が通気性を有する。これにより、発汗する皮膚等の表面にセンサーシートを貼りつけた時に、皮膚等からの水分の放散できる。そのため、皮膚等からの水分による、体表に作用する圧力誤差を抑制し、精密な計測を行うことができる。このような構成は、長期間装着における、不快感や障害を生じさせない計測システムを可能にする。【００２７】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、感圧導電層の厚さが、導電性繊維の直径の２倍以上、１００倍以下であってもよい。感圧導電層は、導電性繊維同士の接触が圧力によって増加することにより抵抗値低下が生じる。この導電性繊維同士の接触が、圧力を抵抗値として測定できる原理の一つである。そのため、感圧導電層の厚みは、導電性繊維の２層または３層分以上に相当する厚さである必要がある。すなわち、感圧導電層の厚みは、導電性繊維の直径の２倍以上の厚さが必要である。導電性繊維の重なる層数を増やすことで、導電性繊維間の接触数が増加し、電極シートの局所的な抵抗値ばらつきを抑制する。これに対し、積層数が増えると圧力センサー用シートの曲げ剛性の増加と抵抗値の増加も引き起こす。層数を１００倍以下に抑えることで、抵抗値の大きさ、抵抗値の測定精度及び機械的剛性が適切な状態になる。感圧導電層の厚さを１００μｍ以下にすることで、柔軟な圧力センサー用シートを構成できる。【００２８】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、感圧導電層中に、非導電性繊維が混在していてもよい。圧力センサー用シートの感度を低くし、高い圧力まで計測を可能にするには、導電性材料の質量比を低くする方法や、導電性繊維を太くして剛性を高める方法がある。しかしながら、質量比を少なくすると一定した抵抗値が得られない。これに対し、繊維を太くすると圧力センサー用シートの柔軟性が損なわれる。そのため、非導電性繊維を混ぜることで、高精度に圧力と抵抗値の関係を制御することができる。非導電性繊維を混在させることで、測定したい圧力変化値に合せて、圧力センサー用シートを作製することができ、様々な用途での応用が可能となる。【００２９】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートは、第１の電極シートまたは第２の電極シートの少なくとも一方の電極が、トランジスタに接続されている。高い柔軟性を持つ圧力センサー用シートは、細かい凹凸を有する表面での計測に適している。そのため、圧力分布を高い空間分解能で計測するために、電極を多数のセグメントに分割して、複数の測定点を一つの圧力センサー用シートに配設する。電極セグメントをマトリックス状に多数配設するには、それぞれの電極セグメントをトランジスタでスイッチングすることが有効である。これにより、高機能な圧力センサーを実現できる。【００３０】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートの製造方法では、高分子材料と導電性材料とを含む分散系液体をエレクトロスピニングデポジション法で電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成する。エレクトロスピニング法は電極シート上において、導電性繊維を、特別な接着剤や処理を行うことなく結着させることができる。そのため、エレクトロスピニング法は、極細の繊維からなる感圧導電層を形成するのに好適である。【００３１】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートの製造方法では、溶媒に、第１の導電材料とイオン液体とを混合し、溶媒中に第１の導電材料が分散した第１の分散系を得る第１の工程と、溶媒に、第２の導電材料を混合し、溶媒中に第２の導電材料が分散した第２の分散系を得る第２の工程と、第１の分散系と第２の分散系を混合し、第３の分散系を得る第３の工程と、第３の分散系に高分子材料を加え、撹拌し、第４の分散系を得る第４の工程と、第４の分散系をエレクトロスピニングデポジション法で、第１の電極シート上に導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成する第５の工程とを有する。そのため、導電性繊維中に第１の導電材料および第２の導電材料を均一に分散することができる。【００３２】
特に、第１の分散系と第２の分散系をそれぞれ別に作製することで、第１の導電材料および第２の導電材料をより均一に分散させることができる。第４の工程で、第１の導電材料および第２の導電材料が均一に分散した第３の分散系を合成した後に、高分子材料を加えることで、導電性繊維中に導電材料をより均一に分散することができる。これに対し、先に高分子材料を溶媒に溶かした後に、第１の導電材料や第２の導電材料を加えると、高分子材料を溶かした段階で溶液の粘度が上がり、均一に分散させることができない。さらに第５の工程でエレクトロスピニングデポジション法を用いることで、強い電圧で第４の分散系を引っ張るため、より導電性繊維中に第１の導電材料および第２の導電材料を均一に分散させることができる。【００３３】
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートの製造方法では、第１の電極シート上に、第１の導電性繊維が絡み合ってなる綿状の感圧導電層を形成する工程と、第２の電極シート上に、第２の導電性繊維が絡み合ってなる綿状の第２の感圧導電層を形成する工程と、前記感圧導電層と、前記第２の感圧導電層を結着する工程と、を備えてもよい。各電極シートと導電性繊維の結着を確実に行った後に、第１の感圧導電層と第２の感圧導電層を結着することで、構造的にも電気的にも安定した圧力センサー用シートを製造できる。特に、電極シート上にエレクトロスピニング法で導電性繊維を積層する方法は、特別な接着工程を用いることなく結着することができるので、極めて安定で高速な製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートの断面を模式的に示した断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る感圧導電層を平面視で光学顕微鏡を用いて観察した写真である。
【図３】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートに対して印加された圧力に対する抵抗値の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートを二つに完全に折り曲げて、その上に重りを置いた状態の写真である。
【図５】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートを折り曲げた状態で、圧力センサー用シートに加える圧力を変化させた際の、流れる電流量の変化を測定したグラフである。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シート上に２ｋＰａ、３００Ｐａ、８０Ｐａの圧力それぞれを１０００回繰り返し印加した際の最初の１０回の測定結果である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シート上に２ｋＰａ、３００Ｐａ、８０Ｐａの圧力それぞれを１０００回繰り返し印加した際の最後の１０回の測定結果である。
【図７】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートの断面模式図であって、電極シート上に導電性繊維をエレクトロスピニングデポジション法で形成した際に、導電性繊維と電極シートが接着している高分解断面透過電子顕微鏡画像（ＴＥＭ画像）である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートを構成する導電性繊維の断面を模式的に示した図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートを構成する導電性繊維の断面の高分解断面透過電子顕微鏡画像（ＴＥＭ画像）である。
【図９】本発明の一実施形態に係る圧力センサーの断面模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートの製造方法の第５工程におけるエレクトロスピニングデポジション法について示した模式図である。
【図１１】本発明の圧力センサー用シート（実施例１）の写真である
【図１２】実施例１と実施例２に係る圧力センサー用シートに対して印加された圧力に対する抵抗値の変化を示すグラフである。
【図１３】実施例１、実施例３および実施例４の圧力センサー用シートを曲げた際の、曲げ半径に対する抵抗値変化を示したグラフである。
【図１４Ａ】実施例１の圧力センサー用シートを、シリコンチューブからなる人工血管に設置した写真である。
【図１４Ｂ】実施例１の圧力センサー用シートを設置した人工血管を脈動させた際の測定結果を示す。
【図１５】実施例１と実施例６に係る圧力センサー用シートに対して印加された圧力に対する抵抗値の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を適用した圧力センサー用シート、圧力センサーおよび圧力センサー用シートの製造方法について、図面を用いてその構成を説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。本発明の圧力センサー用シートおよび圧力センサーは本発明の効果を損ねない範囲で以下に記載していない層などの構成要素を備えてもよい。
【００３６】
（圧力センサー用シート）
図１は、本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シートの断面を模式的に示した図である。図２は、本発明の一実施形態に係る感圧導電層を平面視で光学顕微鏡を用いて観察した写真である。
【００３７】
以下、図１および図２を用いて、本発明の一実施形態に係る感圧フィルムについて説明する。圧力センサー用シート１０は、第１の電極シート１ａと第２の電極シート１ｂと、第１の電極シート１ａと第２の電極シート１ｂの間に配置され、押しつぶされることで抵抗値が変化する導電性繊維２が絡み合ってなる綿状の感圧導電層３とを、備える。導電性繊維２は、二つの電極シートに平行な方向に配向して延在し、かつ垂直な方向に積層して配設されている。感圧導電層３は、構成する導電性繊維２の間に、空隙部を有する。ここで、導電性繊維が、高分子材料に導電性材料が分散されたものであってもよい。導電性材料は、微粒子からなり、一種類でもよく複数種類でもよい。微粒子とは、例えばナノサイズのナノ材料や、ピコサイズのピコ材料を示し、ミリメートルサイズ以下のものを意味する。
【００３８】
圧力センサー用シート１０に対し圧力を加えると、導電性繊維２が絡み合ってなる綿状の感圧導電層３がつぶされるため、導電性繊維２同士が密に重なり合う。またそれに伴い、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂと、導電性繊維２との接触面積も増える。さらに導電性繊維２自体の形状も変形する。一方、圧力を弱めると、導電性繊維２同士の重なりが疎になり、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂと、導電性繊維２との接触面積も少なくなり、かつ導電性繊維２自体の形状も元にもどる。圧力センサー用シート１０では、これらの変化に伴う第１の電極シート１ａと第２の電極シート１ｂ間の抵抗値変化により、圧力変化量を測定する。すなわち、圧力センサー用シート１０は、抵抗値の変化に寄与する要因が多く、非常にわずかな圧力変化に対しても敏感に応答することができる。
【００３９】
図３は、圧力センサー用シート１０に印加された圧力に対する抵抗値変化を示したグラフである。
圧力を加えていない状態では、導電性繊維２同士の重なりが弱いため、圧力センサー用シート１０はほとんど導通せず、第１の電極シート１ａと第２の電極シート１ｂ間で１０１０Ωオーダーの抵抗値を示す。一方で、圧力を印加すると導電性繊維２同士の重なりが強くなり、第１の電極シート１ａと第２の電極シート１ｂ間で、圧力センサー用シート１０は、１０２Ωオーダーの抵抗値を示す。これは、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂと導電性繊維２の接触面が多くなるためである。つまり、この圧力センサー用シート１０は、１０２Ωオーダーから１０１０Ωオーダーまでの幅広い抵抗値変化を示す。
この圧力センサー用シート１０は、０〜２００Ｐａの弱い圧力を加えた際の抵抗値変化が非常に顕著である。すなわち、圧力センサー用シート１０は、わずかな圧力変化に対しても高感度なセンサーとして機能する。
【００４０】
図２の光学顕微鏡写真で示すように、導電性繊維２は、主に圧力の印加方向に対して垂直な方向に沿って配向して延在している。つまり圧力センサー用シート１０を断面視した図１においては、導電性繊維２は主に二つの電極シートに平行になるように配向している。そのため、電極シートに平行な方向に、圧力センサー用シート１０をある程度横引っ張っても、抵抗値に大きな変化は生じない。そのため、圧力センサー用シート１０は、高感度に圧力変化を測定することができる。
圧力センサー用シート１０は、二つの電極シートに平行な方向の伸縮に対して応答量が大きく変化しないため、曲げた状態で圧力を印加した場合と伸ばした状態で圧力を印加した場合とで、ほぼ同一の応答量を得ることができる。つまり、圧力センサー用シート１０は、動的な部分における圧力変化も、測定のノイズの小さい高精度な測定を行うことができる。このような高精度な測定は、例えば、従来のゴム中に導電粒子を分散させた圧力センサー用シートでは高感度に測定することができなかった。
【００４１】
図４は、圧力センサー用シートを折り曲げて、その上に重りを置いた状態を示す写真である。図５は、図４の重りを取外ししたときの、抵抗値変化を示したグラフである。
図５の測定時には、二つの電極シート間に２Ｖの電圧を印加している。図５の測定は、測定開始から３秒後に０．４ｇの重りを圧力センサー用シート上に置き、測定開始から８秒後に０．４ｇの重りを圧力センサー用シート上から除いた。さらに、測定開始から１４秒後に１．６ｇの重りを圧力センサー用シート上に置き、測定開始から２０秒後に１．  ６ｇの重りを圧力センサー用シート上から除いた。
図５に示すように、圧力センサー用シート１０は折り曲げられた状態でも圧力が加わることで抵抗値に変化が生じている。また、０．４ｇの重りと１．６ｇの重りを置いたときでは、流れる電流量に差があり、圧力センサー用シート１０は、わずかな圧力差も検出することができる。
【００４２】
図２の光学顕微鏡写真で示すように、各電極シートに垂直な方向から見て、導電性繊維２は、隙間（空隙部）を有して絡まっている。そのため、この隙間を通して光を透過することができる。圧力を加えた状態での表面状態の観察や、光を用いた測定や光により刺激を加えることを圧力の印加と同時に行うことができる。
【００４３】
図６Ａ及び図６Ｂは、圧力センサー用シート１０上に２ｋＰａ、３００Ｐａ、８０Ｐａの圧力それぞれを１０００回繰り返し印加した結果である。図６Ａは最初の１０回の結果であり、図６Ｂは最後の１０回の結果である。図６Ａ及びＢの結果から、信号強度は、最初の１０回と最後の１０回で大きな変化が生じていない。すなわち、圧力センサー用シート１０は、繰り返し再現性を有する。
【００４４】
第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂは、特に限定されない。例えば、金属を圧延等の方法で引き延ばしたシートでもよいし、薄いフィルム基材上に金属や透明電極等を蒸着、スパッタ等で形成したシートでもよい。透明電極は、一般に用いられるＩＴＯ，ＩＺＯ，ＡＺＯ等を用いることができる。非常に薄膜の金属を蒸着、スパッタ等することで、透明電極としてもよい。
第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂは、透明電極であることが好ましい。前述のように導電性繊維２は空隙部を有し、光を透過する。そのため、電極を透明にすることで、光を透過する圧力センサー用シートを実現することができる。これにより、圧力計測箇所を、圧力センサー用シートを透過して観察することができる。また、圧力計測と圧力センサー用シート上からの光計測を同時に行えるなど、多様な計測への展開が可能となる。
【００４５】
フィルム基材上に金属、透明電極等を蒸着、スパッタ等をする場合、そのフィルム基材の厚みは１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。このフィルム基材が１μｍ以上であれば、フィルム基材を安定的に生産することができ、かつ十分なフィルム強度を得ることができる。一方、１５μｍ以下であれば、金属シートを折り曲げたときと、折り曲げた状態から伸ばしたときとで、同じ曲げ半径において、圧力センサー用シート１０がほぼ同一の抵抗値を示す。そのため、曲げ伸ばし等の動作にも、十分適応することができる圧力センサー用シート１０を得ることができる。さらに、５μｍ以下であれば、圧力センサー用シート１０を曲げた状態と伸ばした状態での抵抗値変化がほとんどない。すなわち、圧力センサー用シート１０に垂直な方向の圧力にのみ感度を有することができ、曲げ伸ばし等の動作する部分に用いた際のノイズが少なくなり、高い感度を維持することができる。
【００４６】
フィルム基材としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を用いることができる。
蒸着、スパッタ等される金属等としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、またはこれら金属の積層、透明導電材料としてＩＴＯ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等を用いることができる。
【００４７】
第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂは、通気性を有していることが好ましい。「通気性」とは、気体の通過を完全に遮断しないことを意味する。第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂの通気性は、第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂに微小な孔を形成することで得てもよいし、通気性を有するフィルム上に第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂを形成してもよい。
感圧導電層３は、通気性を持たない二つの電極シートで両側を封止された場合、密閉された空間に空気を内包することになる。そのため、温度が変化すると密封された空気が収縮または膨張し、内部に圧力を発生させる。この内部圧力は、感圧導電層３の抵抗値を変化させ、計測の誤差を生み出す。また、二つの電極シートを圧着積層する工程で、内部の空気が圧縮されると、その内部圧力が計測の誤差を生む。各電極シートが通気性を有することで、これらの内部圧力が解放され、計測誤差を生じないようにすることが可能となる。
通気性を有する感圧導電層３に加えて、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂに通気性を有することがより好ましい。第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂが通気性を有することで、圧力センサー用シート１０全体が通気性を有することができる。これにより、発汗する皮膚表面にセンサーシートを貼りつけた時に、圧力センサー用シート１０が皮膚からの水分の放散を阻害することなく、体表に作用する圧力を計測することができる。これは、長期間装着における、不快感や障害を生じさせない計測システムを可能にする。
【００４８】
第１の電極シート１ａと第２の電極シート１ｂの厚さが略同等であることが好ましい。
第１の電極シート１ａと第２の電極シート１ｂの厚さが略同等であれば、曲げが作用した時に感圧導電層３に作用する歪を可及的に小さくすることができる。そのため、圧力センサー用シート１０を曲げることによって圧力測定値に誤差が生じることが抑えられる。
【００４９】
感圧導電層３を構成する導電性繊維２のうち、第１の電極シート１ａまたは前記第２の電極シート１ｂに接触する部分の少なくとも一部が、第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂに結着していることが好ましい。ここで結着とは、導電性繊維２のうち、第１の電極シート１ａまたは前記第２の電極シート１ｂに接触する導電性繊維２が、外的なエネルギーを加えられることなく、第１の電極シート１ａまたは前記第２の電極シート１ｂに自然と接着することを意味する。具体的には、第１の電極シート１ａまたは前記第２の電極シート１ｂ上に形成された導電性繊維２中にわずかに残留した溶媒が蒸発することで、導電性繊維２の形状が変化すると共に、第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂに結着する。導電性繊維２と各電極シート間の接続状態が不安定であると、弱い圧力下での測定に大きなノイズが発生する。
感圧導電層３を構成する導電性繊維２のうち、第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂに接触する部分の少なくとも一部が、第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂに結着していることで、接続状態が極めて安定する。そのため、圧力センサーシート１０を用いて、ノイズの少ない計測が可能となる。
感圧導電層３を構成する導電性繊維２は、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂの両方と少なくとも一部で結着していることが好ましい。これにより導電パスを形成する第１の電極シート１ａ／感圧導電層３／第２の電極シート１ｂが、構造的に安定につながる。また構造的な安定は、電気的状態もより高く安定させる。そのため、圧力センサーシート１０を用いて、ノイズのさらに少ない計測が可能になる。
また、接着剤等を用いる必要もなく、非常に簡便に圧力センサー用シート１０を形成することができる。
図７は、基板上に導電性繊維２をエレクトロスピニングデポジション法でスプレーした際に、導電性繊維２と基板が結着している高分解断面透過電子顕微鏡画像（ＴＥＭ画像）である。
【００５０】
感圧導電層３と第２電極１ｂとの間に、第２の導電性繊維が絡み合ってなる第２の感圧導電層をさらに有し、導電性繊維２の第１の電極シート１ａに接触する部分の少なくとも一部が第１の電極シート１ａに結着し、第２の導電性繊維の第２の電極シート１ｂに接触する部分の少なくとも一部が第２の電極シート１ｂに結着していることが好ましい。
これらの二つの感圧導電層は、それぞれが各電極シートに結着しているため、感圧導電層と電極との間の接続状態が安定になり、ノイズの少ない計測が可能となる。第２の感圧導電層を構成する第２の導電性繊維は、後述する導電性繊維と同じものを用いることができる。また必ずしも同一のものを用いる必要は無く、導電性繊維と、第２の導電性繊維が異なるものでもよい。
さらに、感圧導電層と第２の感圧導電層とが接着されていることが好ましい。また感圧導電層と第２の感圧導電層とが結着されていることがより好ましい。感圧導電層と第２の感圧導電層とが接着されていることで圧力センサー用シート１０が構造的に安定する。それに伴い、電気的状態もさらに高く安定し、更にノイズの少ない計測が可能となる。また感圧導電層と第２の感圧導電層が結着されていると、感圧導電層と第２の感圧導電層を電気的に阻害するものがなく、より電気的状態が高く安定し、さらにノイズの少ない計測が可能となる。
なお、ここで言う「接着」とは、本明細書において「結着」と記載する自己組織的な接合でもよく、その他の接着剤等を用いた接合でもよい。
【００５１】
感圧導電層３は、導電性繊維２だけでなく、図示していない非導電性繊維を混合させてもよい。感圧導電層３中の、導電性繊維２と非導電性繊維の混合比を調整することで、容易に圧力センサー用シート１０の感度を調整することができる。圧力センサー用シート１０の感度を低くし、高い圧力まで計測を可能にするには、導電性材料の質量比を低くする方法や、導電性繊維２を太くして剛性を高める方法がある。しかしながら、導電性材料の質量比を少なくすると、一定した抵抗値が得られない。導電性繊維を太くすると圧力センサー用シート１０の柔軟性が損なわれる。非導電性繊維を混ぜることで、高精度に圧力と抵抗値の関係を制御することができる。すなわち、測定したい圧力変化値に合せて、圧力センサー用シート１０を作製することができ、様々な用途での応用が可能となる。
【００５２】
感圧導電層３の厚さは、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂの厚さの合計より小さいことが好ましく、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂのそれぞれの厚さより小さいことがより好ましい。極めてしなやかで、曲げ変形が生じても低ノイズで正確な圧力を計測するには、曲げに対してシートの剛性を低く抑えるとともに、電極における応力を低く抑えなければならない。感圧導電層３を挟んで二枚の電極シートからなる圧力センサー用シート１０では、感圧導電層３が厚くなると、極度にシート剛性が高くなる。また、導電性繊維２と各電極シートとの界面の応力が大きくなり、導電性繊維２と電極シートの安定した接続が破壊されてしまう。感圧導電層３の厚さを二枚の電極シートの厚さより小さくすると、電極シート外面の歪に対して、導電性繊維２と各電極シートとの界面の歪が概略半分になり、電極シートの屈曲時に不測の故障や精度変化を低くすることができる。更に、感圧導電層３の厚さが、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂのそれぞれの厚さより小さくなると、導電性繊維２と各電極シートの接続部の歪を可及的に低くすることができる。
【００５３】
感圧導電層３の厚さは、導電性繊維２の直径の２倍以上、１００倍以下であることが好ましい。感圧導電層３は、導電性繊維２同士の接触が圧力によって増加することにより抵抗値低下が生じる。この導電性繊維２同士の接触が、圧力を抵抗値として測定できる原理の一つである。そのため、感圧導電層３の厚みは、導電性繊維２の２層または３層分以上に相当する厚さであることが好ましい。すなわち、感圧導電層３の厚みは、導電性繊維２の直径の２倍以上の厚さであることが好ましい。導電性繊維２の重なる層数を増やすことで、導電性繊維２間の接触数が増加し、電極シートの局所的な抵抗値ばらつきを抑制する。これに対し、積層数が増えると圧力センサー用シート１０の曲げ剛性の増加と抵抗値の増加が起こる。層数を１００倍以下に抑えることで、抵抗値の大きさ、抵抗値の測定精度及び機械的剛性が適切な状態になる。
また具体的には、１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。感圧導電層３の厚さが１００μｍ以下であると、フレキシブル性が高く、複雑な形状を持つ物体や動く物体にも追従することができ、高感度でかつフレキシブルな圧力センサー用シートとして機能することができる。その厚さが１０μｍ以下であると、十分な透明性を維持することができる。
【００５４】
図８Ａ、本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シート１０を構成する導電性繊維２の断面模式図であり、図８Ｂは、本発明の一実施形態に係る圧力センサー用シート１０を構成する導電性繊維２の高分解断面透過電子顕微鏡画像（ＴＥＭ画像）である。
導電性繊維２は、第１の導電性材料２ａと、第２の導電性材料２ｂと高分子材料２ｃとを少なくとも有することが好ましい。第１の導電性材料２ａと、第２の導電性材料２ｂは導電性繊維２中に均一に分散している。均一に分散していないと、導電性繊維２が良好な導電性を示すことができない。また本発明の導電性材料とは、微粒子サイズの導電性物質を構成要素とする材料をいう。
【００５５】
第１の導電性材料２ａは線状の導電性材料であり、第２の導電性材料２ｂは粒子状（鱗片状を含む）の導電性材料であることが好ましい。なお、「線状」とは、その導電性材料の直径に対して、その長さが１０倍以上であることを意味する。
線状の第１の導電性材料２ａは、粒子状の第２の導電性材料２ｂを高分子材料２ｃ中で電気的に接続する。圧力センサー用シート１０に弱い圧力が作用した場合に、線状の第１の導電性材料２ａを経た導電性変化の寄与により、導電性繊維の抵抗値が低下する。この作用により、低い圧力でのセンサー感度とその安定性の向上が得られる。また、線状の第１の導電性材料２ａが導電性繊維２の作成工程における粒子状の第２の導電性材料２ｂの分散安定性を向上させるという副次的効果も得られる。
更に、導電性繊維における、第１の導電性材料２ａの質量比を、第２の導電性材料２ｂの質量比より小さくすることで、圧力による抵抗値変化のダイナミックレンジが極めて大きく取れる。第２の導電性材料を高質量比で分散させることで、高い圧力が作用したときに大きな抵抗値低下が得られるためである。
【００５６】
第１の導電性材料２ａとしては特に限定されない。例えばカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、金ナノワイヤー、銀ナノワイヤー等を用いることができる。第１の導電性材料２ａとしてはカーボンナノチューブ、カーボンナノホーンであることが好ましい。カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンは、ある程度の長さを有するため、分散した第２の導電性材料２ｂ同士の導電を助け、またその形状により第２の導電材料２ｂが均一に分散を補助することができると考えられる。
【００５７】
カーボンナノチューブは、炭素原子が六角網目状に配列したグラフェンシートが単層または多層で円筒状に丸まった構造を有するものである。単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）、２層ナノチューブ（ＤＷＮＴ），多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）のいずれを用いることもでき、単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）であることが好ましい。これは、均一で品質的に安定した材料が得られることと、分散安定性が得られやすいためである。
カーボンナノチューブは一般にレーザーアブレーション法、アーク放電、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、気相法、燃焼法などで製造することができるが、どのような方法で製造したカーボンナノチューブを用いても構わない。
【００５８】
第２の導電性材料２ｂは、グラフェン、金ナノフレーク、銀ナノフレーク、アルミニウムフレーク、カーボンブラック、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、銅ナノ粒子等を用いることができる。第２の導電性材料２ｂは、グラフェン、カーボンブラックであることが好ましい。グラフェン、カーボンブラックは導電性が非常に高く安定であるためである。
【００５９】
第１の導電性材料２ａと第２の導電性材料２ｂの組み合わせとしては、第１の導電性材料２ａがカーボンナノチューブ、カーボンナノホーンであり、第２の導電性材料２ｂがグラフェン、カーボンブラックであることが好ましい。カーボンからなる導電性材料は、酸素や水分に対する耐久性が高く、比表面積の高い繊維で構成される感圧導電層３には最も適している。
【００６０】
第２の導電性材料２ｂの質量比に対し、第１の導電性材料２ａの質量比は少ないことが好ましい。その質量比は、第２の導電性材料２ｂ：第１の導電性材料２ａが３：１〜２５：１の範囲であることが好ましい。この範囲であれは、高分子材料２ｃ中に、第１の導電性材料２ａと第２の導電性材料２ｂとを均一に分散することができ、かつ十分な導電性繊維２の導電性を確保することができる。
特に導電性繊維における、第１の導電性材料２ａの質量比が０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％であり、第２の導電性材料２ｂの質量比が５ｗｔ％〜５０ｗｔ％であることが好ましい。
第２の導電性材料２ｂが、導電性の主要因であるため、第２の導電性材料２ｂの質量比が、第１の導電性材料２ａの質量比よりも多いことで、圧力センサー用シート１０の抵抗値変化量を大きくすることができ、圧力センサー用シート１０の感度を高くすることができる。
第１の導電性材料２ａの質量比が１ｗｔ％〜５ｗｔ％であり、第２の導電性材料２ｂの質量比が１５ｗｔ％〜５０ｗｔ％であれば、より感度のよい圧力センサー用シート１０として機能することができる。
【００６１】
導電性繊維２における第１の導電性材料２ａと第２の導電性材料２ｂとをあわせた質量比が２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％であることが好ましく、３０ｗｔ％〜４０ｗｔ％であることがより好ましい。導電性繊維における第１の導電性材料２ａと第２の導電性材料２ｂの合わせた存在比を変更すると、圧力センサー用シート１０が変化できる抵抗値の値を制御することができる。第１の導電性材料２ａおよび第２の導電性材料２ｂの合わせた存在比が２０ｗｔ％より低いと、導電性繊維２に圧力印加時の導電性が劣化し、圧力センサー用シート１０の感度が低下してしまう。また第１の導電性材料２ａおよび第２の導電性材料２ｂの存在比が５０ｗｔ％より大きいと、導電性繊維２中に第１の導電性材料２ａおよび第２の導電性材料２ｂを均一に分散させることができなくなる。
【００６２】
高分子材料２ｃは、フッ素系ゴム、ウレタン系ゴム、シリコン系ゴム等の一般に使用されているエラストマーや、アクリル、ナイロン、ポリエステル等のエラストマー以外の高分子材料も用いることができる。中でも、導電性繊維２の高分子材料２ｃとして、エラストマーを用いることが好ましい。エラストマーは、柔らかく大きな歪が繰り返し作用しても機械的特性の変化が極めて小さい。圧力が作用した時に、導電性繊維２同士の重なり部に大きな歪が生じるが、エラストマーを母材として使用することで、圧力センサー用シートの高い柔軟性と、高い耐久性が両立できる。
高分子材料２ｃに硬い物質を選択すると、圧力センサー用シート１０に圧力を加えた際の導電性繊維２同士の重なりが少なくなり、圧力センサー用シート１０の感度が低下する。一方、軟らかい物質を選択すると、その逆で導電性繊維２同士の重なりが大きくなるため、圧力センサー用シート１０の感度を上昇させることができる。そのため、圧力センサー用シート１０の使用目的によって高分子材料２ｃは変更することができる。
【００６３】
導電性繊維２の直径は、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂの厚さより小さいことが好ましい。導電性繊維２の直径が各電極シートより大きいと、導電性繊維２の表面に沿って各電極シートが局所的に変形し易くなる。その結果、圧力印加時に導電性繊維２と電極シートの接触状態が不規則になる。導電性繊維２の直径が、第１の電極シート１ａおよび第２の電極シート１ｂの厚さより小さいと、このような接触状態の不規則性に伴う、圧力に対する抵抗値変化のばらつきを抑制することができる。
【００６４】
導電性繊維２は、その直径が１００ｎｍ〜１０μｍであることが好ましく、２００ｎｍ〜２０００ｎｍであることがより好ましい。導電性繊維２の直径が変化すると、導電性繊維の剛性と比表面積と導電性繊維同士の接触面積が変化するため、圧力センサー用シート１０の感度が変化する。その直径が２００ｎｍ〜２０００ｎｍであれば、十分感度の高い圧力センサー用シートとして機能することができる。極度に細い導電性繊維２は強度が低く、極度に太い導電性繊維２は剛性が高く、センサーシートの柔軟性を損なう。そのため、導電性繊維２の直径が当該範囲であることで、感度と柔軟性を両立することができる。
【００６５】
（圧力センサー）
図９は本発明の一実施形態に係る圧力センサー１００の断面模式図である。図９に示すように圧力センサー用シート１０と、圧力センサー用シート１０の第１の電極シート１ａまたは第２の電極シート１ｂの少なくとも一方がトランジスタ２０と接続されている。
高い柔軟性を持つ圧力センサー用シート１０では、細かい凹凸を有する表面での計測に適している。そのため、圧力分布を高い空間分解能で計測するために、電極を多数のセグメントに分割して、複数の測定点を一つの圧力センサー用シート１０に配設する。電極セグメントをマトリックス状に多数配設するには、それぞれの電極セグメントをトランジスタでスイッチングすることが有効である。これにより、高機能な圧力センサーを実現できる。
【００６６】
圧力センサー１００では、圧力センサー用シート１０の抵抗値が変化することでトランジスタ２０を流れる電流量が変化し、その電流値に応じた信号を外部に出力することで圧力センサー１００として機能する。例えば、トランジスタ２０として図９に示すような電界効果トランジスタを用いた場合、圧力印加によって圧力センサー用シート１０の抵抗値が低下するため、ソース電極２１とドレイン電極２２間の電位差は大きくなり、流れる電流量が増加する。圧力センサー用シート１０に印加する圧力と電流量との関係を予め取得しておけば、電流量に応じた信号出力の変化を読み取ることで圧力センサー１００に印加された圧力量を検知することができる。
【００６７】
圧力センサー１００の総厚は、１００μｍ以下であることが好ましい。１００μｍより薄ければ、非常にフレキシブルな圧力センサーとして複雑な形状にも追従することができる。
【００６８】
トランジスタ２０は、圧力センサー１００をフレキシブルにするために、有機トランジスタであることが好ましい。その構造は特に限定するものではないが、例えば図９に示すような電界効果トランジスタ等を用いることができる。
【００６９】
一般に、有機トランジスタのオン抵抗はＭΩオーダーと高く、ソース電極２１とドレイン電極２２間の電位差を変動させるためには、押圧時の圧力センサー用シート１０の抵抗変化は、数ＭΩから１００ｋΩのオーダーで変動することが望ましいと考えられている。本実施形態に係る圧力センサー用シート１０は、前述のように１０２Ωオーダーから１０１０Ωオーダーまでの幅広い抵抗値変化を示すため好適に用いることができる。
【００７０】
（圧力センサー用シートの製造方法）
本発明の一態様に係る圧力センサー用シートの製造方法は、高分子材料と導電性材料とを含む分散系液体をエレクトロスピニングデポジション法で電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成する。エレクトロスピニング法は第１の電極シート上において、導電性繊維が特別な接着剤や処理を行うことなく結着させることができるため、極細の繊維からなる感圧導電層を形成するのに好適である。
圧力センサー用シートの製造方法は、溶媒に、第１の導電材料とイオン液体とを混合し、溶媒中に第１の導電材料が分散した第１の分散系を得る第１の工程と、溶媒に、第２の導電材料を混合し、溶媒中に第２の導電材料が分散した第２の分散系を得る第２の工程と、第１の分散系と第２の分散系を混合し、第３の分散系を得る第３の工程と、第３の分散系にエラストマーを加え、撹拌し、第４の分散系を得る第４の工程と、第４の分散系をエレクトロスピニングデポジション法で第１の電極シート上に導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を形成する第５の工程と、を有することが好ましい。以下、第１〜第５の工程を有する好ましい製造条件に基づいて圧力センサー用シートの製造方法について説明する。
【００７１】
〔第１の工程〕
第１の工程は、溶媒に、第１の導電材料とイオン液体とを混合し、第１の溶媒中に第１の導電材料が分散した第１の分散系を得る。
溶媒としては、４−メチル２ペンタノン（４−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｅｎｔａｎｏｎｅ）が好適である。第１の導電材料としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、金属ナノワイヤー等を用いることができる。イオン液体としては、ＥＭＩＢＦ４、ＤＥＭＥＢＦ４等を用いることができる。イオン液体は、第１の導電材料同士が凝集することを防ぐ役割がある。
【００７２】
第１の工程において、第１の導電性材料同士を凝集させずに、効率的に分散させるためには、せん断力を加えることが好ましい。せん断力を加える方法は特に限定するものではないが、ボールミル、ローラーミル、振動ミル、ジェットミルなどを用いることができる。
【００７３】
第１の工程において、第１の溶媒に対し第１の導電材料を０．２ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲で加えることが好ましい。第１の導電材料の割合が、０．２ｗｔ％より少ないと良好な導電性を得にくい。一方、第１の材料の割合が、２０ｗｔ％より多いと均一に分散させにくい。
【００７４】
第１の工程において、第１の溶媒に対しイオン液体を１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲で加えることが好ましい。イオン液体の割合が、１ｗｔ％より少ないと第１の導電材料同士が凝集することを十分抑制することができない。一方、イオン液体の割合が、２０ｗｔ％より多いと過剰なイオン液体を除去する必要がある。
【００７５】
〔第２の工程〕
第２の工程は、溶媒に、第２の導電材料を混合し、溶媒中に第２の導電材料が分散した第２の分散系を得る。
溶媒は、第１の工程の溶媒と同一のものを用いることができる。第２の導電材料としては、グラフェン、金ナノフレーク、銀ナノフレーク、アルミニウムフレーク、カーボンブラック、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、銅ナノ粒子等を用いることができる。第２の工程においてもせん断力を加えることが好ましく、第１の工程と同一のものを用いることができる。
第２の工程においても、第１の工程と同様にイオン液体を更に、混合してもよい。
【００７６】
第２の工程において、第２の溶媒に対し第２の導電材料を１０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲で加えることが好ましく、６ｗｔ％〜８ｗｔ％の範囲で加えることがより好ましい。第２の導電材料の割合が、１０ｗｔ％より少ないと良好な導電性を得ることができない。一方、第２の材料の割合が、８０ｗｔ％より多いと均一に分散させることができない。
【００７７】
〔第３の工程〕
第３の工程は、第１の分散系と第２の分散系を混合し、第３の分散系を得る。第１の工程と第２の工程とで用いる溶媒は同一であるため、溶媒に第１の導電材料と第２の導電材料を一度に投入することも考えられる。しかしながら、一度に第１の導電材料と第２の導電材料を投入すると、それぞれが均一に溶媒中に分散しづらくなる。そのため、第１の分散系と第２の分散系をそれぞれ作製し、その後これらを混合し第３の分散系を得ることが重要である。
【００７８】
第３の工程において、第１の分散系と第２の分散系を十分混ぜ合わせるために撹拌することが好ましい。この時の撹拌は機械的な撹拌で十分であり、熱等を印加する必要は無い。
【００７９】
〔第４の工程〕
第４の工程は、第３の分散系にエラストマーを加え、撹拌し、第４の分散系を得る。
エラストマーとしては、フッ素系ゴム、ウレタン系ゴム、シリコン系ゴム等の一般に使用されるものを用いることができる。エラストマーの他に、アクリル、ナイロン、ポリエステル等の高分子材料も用いることができる。第３の分散系に追加するエラストマー材料を選択することで、第４の分散系の粘度が変化する。粘度が変化することで、最終的に形成される導電性繊維の直径及び硬度が変化する。これにより、圧力センサー用シートの感度が変化する。すなわち、エラストマーを変えることで圧力センサー用シートの感度を変化させることができる。
【００８０】
第４の分散系におけるエラストマーの質量比は、１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％であることが好ましい。第４の分散系における第１の導電材料の質量比は、０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％であることが好ましく、第２の導電材料の質量比は、０．５ｗｔ％〜２５ｗｔ％であることが好ましい。
【００８１】
エラストマーの質量比が１０ｗｔ％より小さいとエレクトロスピニングの工程で溶媒蒸発に時間がかかり、良好に繊維が形成するのが難しくなる。一方、エラストマーの質量比が５０ｗｔ％より大きいと粘度が高くなり、第１の導電材料および第２の導電材料を均一に分散させることが難しくなる。
【００８２】
エラストマー、第１の導電材料、第２の導電材料のそれぞれの比率を、この範囲内で調整することにより、圧力センサー用シートの抵抗値の範囲や感度を調整することができる。
【００８３】
第４の工程における撹拌は４時間以上行うことが好ましい。エラストマーを追加することで、溶液の粘度が上がるため、十分に撹拌する必要があるためである。
【００８４】
〔第５の工程〕
第５の工程は、第４の分散系をエレクトロスピニングデポジション法で、導電性繊維を有する感圧導電層を形成する。ここで、エレクトロスピニングデポジション法について、図１０を用いて説明する。
【００８５】
本実施形態に係るエレクトロスピニングデポジション法では、シリンジ５のニードル５ａと第１の電極シート１ａの間に高電圧を印加しながら、シリンジ５中の第４の分散系４を押し出す。このときニードル５ａと第１の電極シート１ａの電位差によって、第４の分散系４がシリンジ５から急激に引き出され、第１の電極シート１ａに向かってスプレーされる。スプレーされた第４の分散系４は、第１の電極シート１ａ上に導電性繊維２として綿状に堆積する。第４の分散系４の溶媒は、ニードル５ａと第１の電極シート１ａの間でほとんど蒸発するため、導電性繊維２中の溶媒の多くは、第１の電極シート１ａ上に綿状に堆積した時点でほとんど蒸発している。
【００８６】
第１の電極シート１ａ上に堆積した導電性繊維２中の溶媒は完全に蒸発していないことが好ましい。第１の電極シート１ａ上に堆積した導電性繊維２中にわずかに溶媒が残っていることにより、第１の電極シート１ａ上で導電性繊維２中の溶媒が蒸発する。その際に導電性繊維２の形状が図７に示すようにかまぼこ状に変化し、第１の電極シート１ａと導電性繊維２が結着する。これにより、余計な接着剤等を用いずに、第１の電極シート１ａと導電性繊維２を結着することができ、より高感度な圧力センサーを作製することができる。そのため、ニードル５ａと第１の電極シート１ａ間の距離は、１０ｃｍ〜５０ｃｍであることが好ましい。
【００８７】
高分子材料と導電性材料とを含む分散系液体を、エレクトロスピニングデポジション法で第２の電極シート上に噴射して、導電性繊維が絡み合ってなる第２の感圧導電層を作製する工程と、第１の電極シート上に作製した感圧導電層と、第２の電極シート上に作製した第２の感圧導電層を結着する工程と、をさらに有してもよい。各電極シートと導電性繊維の結着を確実に行った後に、感圧導電層と第２の感圧導電層を結着することで、構造的にも電気的にも安定した圧力センサー用シートを製造できる。このときの結着は、前述と同様に溶媒の蒸発により結着してもよい。感圧導電層および第２の感圧導電層は、それぞれ絡み合った導電性繊維からなるため、感圧導電層と第２の感圧導電層とを接触させるだけでも、互いの導電性繊維が絡み合うことで結着し、十分な構造的安定性を示す。
【００８８】
エレクトロスピニングデポジション法では、ニードル５ａの細孔中を第４の分散系４が電位差によって素早く引き出される。このとき、第４の分散系４にせん断力が生じる為、第４の分散系４中で分散しきれず凝集している第１の導電材料および第２の導電材料の凝集を解消される。そのため、ニードル５ａの細孔は、０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００８９】
電極シート上に形成する感圧導電層中に、非導電性繊維を混在させる場合、二つのシリンジにそれぞれの原料を注入し、同時にエレクトロスピニングデポジション法により感圧導電層を形成することが好ましい。エレクトロスピニングデポジション法により導電性繊維２と、非導電性繊維とを順に堆積させると、感圧導電層中に導電性を有する領域と有さない領域ができてしまい、導電性に不均一が生じてしまう。
【００９０】
第４の工程後、２４時間以内に第５の工程を行うことが好ましい。さらに好ましくは１２時間以内に行うことが好ましい。２４時間より長く、第４の分散系を放置すると、分散した第１の導電材料および第２の導電材料が再凝集する。１２時間より長く第４の分散系を放置すると、ニードル５ａの細孔中を通過する際のせん断力を用いても、第１の導電材料および第２の導電材料を再分散させることができなくなる。
【実施例】
【００９１】
以下、本発明の実施例について説明する。本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。【００９２】
（実施例１）
第１の工程として、４−メチル２ペンタノンからなる溶媒に、カーボンナノチューブを０．６ｗｔ％、イオン液体を２ｗｔ％の割合で混合した。この混合液を高圧ジェットミルホモジナイザー（６０ＭＰａ；Ｎａｎｏ−ｊｅｔ ｐａｌ，ＪＮ１０，Ｊｏｋｏｈ）によってせん断力を加えることで、４−メチル２ペンタノンからなる溶媒にカーボンナノチューブが均一に分散された第１の分散系を得た。【００９３】
同様に、第２の工程として、４−メチル２ペンタノンからなる溶媒に、グラフェンを６ｗｔ％の割合で混合した。この混合液を高圧ジェットミルホモジナイザー（６０ＭＰａ；Ｎａｎｏ−ｊｅｔ ｐａｌ，ＪＮ１０，Ｊｏｋｏｈ）によってせん断力を加えることで、４−メチル２ペンタノンからなる溶媒にグラフェンが均一に分散された第２の分散系を得た。【００９４】
次に第３の工程として、第１の分散系と第２の分散系をスターラーで２時間撹拌し、第３の分散系を得た。
さらに第４の工程として、フッ素系ゴムであるＧ−９１２（商品名、ダイキン工業社製）を、第３の分散系に対し、２５ｗｔ％の割合で混合し、スターラーで４時間撹拌し、第４の分散系を得た。このとき第４の分散系における、エラストマーとカーボンナノチューブとグラフェンの割合はそれぞれ、０．３ｗｔ％、３ｗｔ％、２５ｗｔ％であった。【００９５】
最後に第５の工程として、得られた第４の分散系をニードル細孔が２０ｎｍのシリンジに注入し、ニードルの先端から２５ｃｍの位置に電極シートを設置した。そして、ニードルと電極シートの間に２５ｋＶの電圧をかけ、シリンジから第４の分散系を１０μｌ／ｍｉｎの速度で送り出しながら、エレクトロスピニングデポジション法により電極シート上に導電性繊維が絡み合ってなる感圧導電層を、２０ｃｍ×２０ｃｍ角のサイズで作製した。
得られた感圧導電層の膜厚は、４μｍであった。このとき電極シートは１．４μｍのＰＥＴフィルム上に、Ａｕを５０ｎｍ積層して作製した。
導電性繊維の直径は、３００ｎｍ〜４００ｎｍであり、導電性繊維中の第１の導電材料の質量比は、１ｗｔ％であり、第２の導電材料の質量比は、１２ｗｔ％であった。
図１１は実施例１の圧力センサー用シートの写真である。この圧力センサー用シートの総厚は７μｍであった。【００９６】
（実施例２）
実施例２は、第５の工程以外は、実施例１と同様の製造方法を用いて圧力センサーを作製した。実施例２では第５の工程において、第４の分散系を注入したシリンジと共に、第４の分散系とは導電性材料を含まないことだけが異なる溶液を注入したシリンジを用意した。これら二つのシリンジから第４の分散系と導電性材料を含まない溶液とを同時にそれぞれ送り出しながら、エレクトロスピニングデポジション法により電極シート上に２０ｃｍ×２０ｃｍ角の感圧導電層を作製した。このとき用いたシリンジのニードル径や、ニードルと電極シートとの距離や、ニードルと電極シート間に印加する電圧は、実施例１と同一とした。
得られた感圧導電層の膜厚は、４μｍであり、感圧導電層中には、非導電性繊維を、導電性繊維：非導電繊維が１：１の割合で混合した。電極シートは１．４μｍのＰＥＴフィルム上に、Ａｕを５０ｎｍ積層して作製した。導電性繊維の直径は、３００ｎｍ〜４００ｎｍであり、導電性繊維中の第１の導電材料の質量比は、１ｗｔ％であり、第２の導電材料の質量比は、１２ｗｔ％であった。得られた圧力センサーの総厚は、７μｍであった。【００９７】
図１２は、実施例１および実施例２の圧力センサー用シートに対して印加された圧力に対する抵抗値の変化を示すグラフである。
実施例１の圧力センサー用シートは、１０２Ωオーダーから１０１０Ωオーダーまでの抵抗値変化を示し、実施例２の圧力センサー用シートは、１０４Ωオーダーから１０１０Ωオーダーまでの抵抗値変化を示し、共に印加された圧力に対し、非常に大きな抵抗値変化を示している。
実施例１の圧力センサー用シートに対し、実施例２の圧力センサー用シートは抵抗値変化が小さく感度が異なっている。これは、実施例２の圧力センサー用シートは、導電性繊維と非導電性繊維が混在しており、実施例１の導電性繊維からなる圧力センサー用シートと比較して感度が鈍くなっている。すなわち、圧力センサー用シートの導電性繊維と非導電性繊維との混在割合を変化させることで、容易に圧力センサー用シートの感度を調整することができる。【００９８】
（実施例３）
実施例３は、有機電界効果トランジスタが、１２．５μｍ厚のＰＩフィルム上に形成されていること以外は、実施例１と同様の製造方法を用いて圧力センサーを作製した。得られた圧力センサーの層厚は２９μｍであった。【００９９】
（実施例４）
実施例４は、有機電界効果トランジスタが、７５μｍ厚のＰＩフィルム上に形成されていること以外は、実施例１と同様の製造方法を用いて圧力センサーを作製した。得られた圧力センサーの層厚は１５４μｍであった。【０１００】
図１３は、実施例１、実施例３および実施例４の圧力センサー用シートを曲げた際の、曲げ半径に対する抵抗値変化を示したグラフである。
実施例１および２は、曲げ伸ばしを行っても、同じ曲げ半径において同じ抵抗値を示しており、曲げ伸ばし等にも適応しており、フレキシブルな温度センサー用シートとして機能していることが分かる。中でも、実施例１の圧力センサー用シートは、曲げ半径が０に近づいた状態（圧力センサー用シートがほぼ二つに折り重なった状態）でも、伸ばした状態と抵抗値の値が変わらない。すなわち、圧力センサー用シートに平行方向の圧力には、ほとんど反応していないことが分かる。言い換えると、圧力センサー用シートに垂直に印加された圧力のみを正確に測ることができ、複雑な形状や、曲げ伸ばし等の動きのある物体への圧力センサー用シートとしてより適している。【０１０１】
図１４Ａは、実施例１の圧力センサー用シートを、シリコンチューブからなる人工血管に設置した写真であり、図１４Ｂはその人工血管を脈動させた際の測定結果を示す。
血管の脈動は、人工血管内に８０ｍｍＨｇと１２０ｍｍＨｇの圧力で交互に液体を送ることで模擬した。図１４Ｂで示すように、脈動に応じて、得られる電流値が変化していることがわかる。すなわち、動く物体にも適切に追従し、動く物体に加わる圧力を、高感度に測定できていることがわかる。【０１０２】
（実施例６）
実施例６では、実施例１の第１の工程を行っていない点が異なる。すなわち、実施例６の圧力センサー用シートは、導電性繊維内の導電材料としてグラフェンのみを用いている点が、実施例１の圧力センサー用シートと異なる。【０１０３】
図１５は、実施例１と実施例６に係る圧力センサー用シートに対して印加された圧力に対する抵抗値の変化を示すグラフである。実施例６の圧力センサー用シートは、実施例１の圧力センサー用シートと比較して、圧力に対する抵抗値変化の感度は劣るが、十分圧力センサーとして機能できることを示している。
【符号の説明】
【０１０４】
１ａ  第１の電極シート、１ｂ  第２の電極シート、２  導電性繊維、２ａ  第１の導電材料、２ｂ  第１の導電材料、２ｃ  高分子材料、３  感圧導電層、４  第４の分散系、５  シリンジ、５ａ  ニードル、１０  圧力センサー用シート、２０  トランジスタ、２１  ソース電極、２２  ドレイン電極、１００  圧力センサー
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図２】
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【図４】
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【図７】
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【図８Ｂ】
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【図１１】
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【図１４Ａ】
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【国際調査報告】
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