(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、絶縁基板を含む第１絶縁層と、第１導電層と、第１誘電層と、第２導電層と、第２誘電層と、第３導電層と、第２絶縁層とを順に積層し、
前記第１導電層と前記第３導電層とを電気的に接続し、
前記第２誘電層が前記第１誘電層より硬い、
静電容量型センサ。
【請求項２】
第２誘電層のヤング率が第１誘電層のヤング率より大きい請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項３】
第１誘電層が第２誘電層より押込み硬さで硬い請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項４】
前記第１誘電層と前記第２誘電層とは、内部に気泡を含む樹脂であり、
式（１）から求められる発泡倍率について、前記第２誘電層の発泡倍率は、前記第１誘電層の発泡倍率より小さい、請求項１に記載の静電容量型センサ。
＜数１＞    Ｖ１／Ｖ２・・・式（１）
式中Ｖ１は、内部に気泡を含む樹脂の体積であり、Ｖ２は、内部に気泡を含む樹脂を加熱溶融して脱泡した後の体積である。
【請求項５】
第１誘電層の誘電率は、第２誘電層の誘電率より大きい請求項１から４のいずれかに記載の静電容量型センサ。
【請求項６】
第２誘電層の誘電率は、第１誘電層の誘電率より大きい請求項１から４のいずれかに記載の静電容量型センサ。
【請求項７】
第１導電層の面積は、第３導電層の面積より大きい請求項１からの６のいずれかに記載の静電容量型センサ。
【請求項８】
第３導電層の面積は、第１導電層の面積より大きい請求項１からの６のいずれかに記載の静電容量型センサ。
【請求項９】
前記第１絶縁層は，絶縁基板からなる請求項１から８のいずれかに記載の静電容量型センサ。
【請求項１０】
前記第１絶縁層は，絶縁基板と，前記絶縁基板上に形成された絶縁層とを備える請求項１から８のいずれかに記載の静電容量型センサ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の静電容量型センサと、
第１導電層及び第３導電層と、第２導電層との間の静電容量を測定する静電容量計と、
前記静電容量計が測定した静電容量に基づいて前記静電容量型センサに加えられた荷重を算出するプロセッサと、を備える荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電容量型センサ及び荷重測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷重を測定する荷重センサの一つとして、静電容量型センサがある。静電容量型センサは、膜状の誘電体の両面に導電体からなる電極層を備え、静電容量型センサへの荷重印加に伴う誘電体の膜厚の変化を、静電容量の変化として検出する荷重センサである。
【０００３】
この静電容量型センサは、電気的な外乱の影響を受けやすい。例えば、指で荷重を加えた場合、指でセンサの表面に触れることにより、センサの表面が接地された状態になり、荷重を加える前に静電容量が変化してしまう。この結果、荷重値が微少である領域で、荷重（圧力）と静電容量の関係の直線性が損なわれてしまうという問題がある。
【０００４】
一方、特許文献１には、内部電極及び誘電体を外部電極で覆い、外部電極を接地させることにより、外乱による影響を防ぐ感圧センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４５４０７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のセンサ装置では、測定できる荷重についてダイナミックレンジが狭いという問題があった。
【０００７】
本発明は、荷重測定においてダイナミックレンジの広い静電容量型センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態の静電容量型センサは、少なくとも、第１絶縁層と、第１導電層と、第１誘電層と、第２導電層と、第２誘電層と、第３導電層と、第２絶縁層とを順に積層し、前記第１導電層と前記第３導電層とを電気的に接続し、前記第１誘電層と前記第２誘電層の硬さが異なる。
【０００９】
一実施形態の静電容量型センサによれば、第１誘電層と第２誘電層の硬さが異なることにより、加えられた荷重値が小さい領域と、加えられた荷重値が大きい領域とのいずれにおいても、誘電層の厚みの変化の直線性を保つことができるので、荷重測定においてダイナミックレンジの広い静電容量型センサを実現することができる。
【００１０】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第１誘電層が第２誘電層より硬くしてもよい。
【００１１】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第１誘電層のヤング率が第２誘電層のヤング率より大きくしてもよい。
【００１２】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第１誘電層が第２誘電層より押込み硬さで硬くしてもよい。
【００１３】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、前記第１誘電層と前記第２誘電層とは、内部に気泡を含む樹脂であり、
式（１）から求められる発泡倍率について、前記第１誘電層の発泡倍率は、前記第２誘電層の発泡倍率より小さくしてもよい。
＜数１＞    Ｖ１／Ｖ２・・・式（１）
式中Ｖ１は、内部に気泡を含む樹脂の体積であり、Ｖ２は、内部に気泡を含む樹脂を加熱溶融して脱泡した後の体積である。
【００１４】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第２誘電層が第１誘電層より硬くしてもよい。
【００１５】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第２誘電層のヤング率が第１誘電層のヤング率より大きくしてもよい。
【００１６】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第１誘電層が第２誘電層より押込み硬さで硬くしてもよい。
【００１７】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、前記第１誘電層と前記第２誘電層とは、内部に気泡を含む樹脂であり、
式（１）から求められる発泡倍率について、前記第２誘電層の発泡倍率は、前記第１誘電層の発泡倍率より小さくしてもよい。
＜数１＞    Ｖ１／Ｖ２・・・式（１）
式中Ｖ１は、内部に気泡を含む樹脂の体積であり、Ｖ２は、内部に気泡を含む樹脂を加熱溶融して脱泡した後の体積である。
【００１８】
これら一実施形態の静電容量型センサによれば、第１誘電層と第２誘電層の硬さが異なることにより、加えられた荷重値が小さい領域と、加えられた荷重値が大きい領域とのいずれにおいても、誘電層の厚みの変化の直線性を保つことができるので、荷重測定においてダイナミックレンジの広い静電容量型センサを実現することができる。
【００１９】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第１誘電層の誘電率は、第２誘電層の誘電率より大きくしてもよい。
【００２０】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第２誘電層の誘電率は、第１誘電層の誘電率より大きくしてもよい。
【００２１】
これら一実施形態の静電容量型センサによれば、第１誘電層と前記第２誘電層の硬さが異なるようにし、且つ第１誘電層と第２誘電層の誘電率が異なるようにすることにより、任意の荷重値の範囲で、荷重に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
【００２２】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第１導電層の面積は、第３導電層の面積より大きくしてもよい。
【００２３】
好ましくは、一実施形態の静電容量型センサは、第３導電層の面積は、第１導電層の面積より大きくしてもよい。
【００２４】
これら一実施形態の静電容量型センサによれば、第１誘電層と第２誘電層の硬さが異なるようにし、且つ第１導電層１０２の面積と第３導電層１０６の面積が異なるようにすることにより、任意の荷重値の範囲で、荷重に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
【００２５】
好ましくは、一実施形態の荷重測定装置は、上記のいずれかに記載の静電容量型センサと、第１導電層及び第３導電層と、第２導電層との間の静電容量を測定する静電容量計と、前記静電容量計が測定した静電容量に基づいて前記静電容量型センサに加えられた荷重を算出するプロセッサと、を備えるようにしてもよい。
【００２６】
一実施形態の荷重測定装置によれば、第１誘電層と第２誘電層の硬さが異なることにより、加えられた荷重値が小さい領域と、加えられた荷重値が大きい領域とのいずれにおいても、誘電層の厚みの変化の直線性を保つことができるので、荷重測定においてダイナミックレンジの広い荷重測定装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、荷重測定においてダイナミックレンジの広い静電容量型センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１にかかるセンサ装置の概略構成を示す略図である。
【図２】同じ硬さの誘電層を２つ備える静電容量型センサに荷重が加えられた状態を示す断面図である。
【図３】実施の形態１にかかる静電容量型センサに荷重が加えられた状態を示す断面図である。
【図４】実施の形態１にかかる静電容量型センサにおける荷重と静電容量との関係を示すグラフである。
【図５】実施例１における荷重と静電容量の関係を示すグラフである。
【図６】実施例２における荷重と静電容量の関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態２にかかるセンサ装置の静電容量の関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態３にかかる静電容量型センサの構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態３にかかるセンサ装置の静電容量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかるセンサ装置の概略構成を示す略図である。図１では、実施の形態１にかかるセンサ装置の構成として、静電容量型センサの断面と、電気回路とを組み合わせて示している。図１において、荷重測定装置１００は、静電容量型センサ１１０と、プロセッサ１２０とを備える。そして、静電容量型センサ１１０は、少なくとも第１絶縁層１０１と、第１導電層１０２と、第１誘電層１０３と、第２導電層１０４と、第２誘電層１０５と、第３導電層１０６と、第２絶縁層１０７とを有し、順に積層している。また、プロセッサ１２０は、静電容量算出器１１１及び荷重算出器１１２の機能を有する。
【００３０】
そして、静電容量型センサ１１０は、積層された表面に荷重が加えられることにより、各誘電層の厚みが変化して、静電容量が変化する。プロセッサ１２０は、この静電容量の変化に基づいて、静電容量型センサ１１０に加えられた荷重値を算出する。
【００３１】
第１絶縁層１０１は、絶縁体の膜で構成される。例えば、第１絶縁層１０１は、絶縁性物質の膜で構成されることが好適である。そして、第１絶縁層１０１は、第１誘電層１０３とは反対側の第１導電層１０２の一面に形成されていることが望ましい。
【００３２】
第１導電層１０２は、電気を導通する導電体の膜で構成される。例えば、第１導電層１０２は、導電性インキにより形成された導電層や金属層で構成されることが好適である。第１導電層１０２は、プロセッサ１２０に接続すると共に、接地されている。
【００３３】
第１誘電層１０３は、誘電体の膜で構成される。例えば、第１誘電層１０３は、絶縁性物質の膜で構成されても良い。第１誘電層１０３は弾性体であることが好ましく、例えば、第１誘電層１０３は、気泡を含む樹脂層で構成されても良い。また、気泡を有しない場合としては、第１誘電層１０３に天然ゴム、合成ゴム等を利用することが考えられる。また、第１誘電層１０３は、第１導電層１０２の一面に積層していることが望ましい。
【００３４】
第２導電層１０４は、第１導電層１０２と同様に電気を導通する導電体の膜で構成される。例えば、第２導電層１０４は、導電性インキにより形成された導電層や金属層で構成されることが好適である。また、第２導電層１０４は、第１導電層１０２とは反対側の第１誘電層１０３の一面に積層していることが望ましい。
【００３５】
第２誘電層１０５は、誘電体の膜で構成される。例えば、第２誘電層１０５は、絶縁性物質の膜で構成されても良い。第２誘電層１０５は弾性体であることが好ましく、例えば、第２誘電層１０５は気泡を含む樹脂層で構成されても良い。また、気泡を有しない場合としては、第２誘電層１０５に天然ゴム、合成ゴム等を利用することが考えられる。また、第２誘電層１０５は、第１誘電層１０３とは反対側の第２導電層１０４の一面に積層していることが望ましい。そして、第２誘電層１０５は、第１誘電層１０３と硬さが異なるように構成されている。硬さの違いについての詳細は後述する。
【００３６】
第３導電層１０６は、第１導電層１０２及び第２導電層１０４と同様に電気を導通する導電体の膜で構成される。例えば、第３導電層１０６は、導電性インキにより形成された導電層や金属層で構成されることが好適である。また、第３導電層１０６は、第２導電層１０４とは反対側の第２誘電層１０５の一面に積層していることが望ましい。
【００３７】
第２絶縁層１０７は、絶縁体の膜で構成される。例えば、第２絶縁層１０７は、絶縁性物質の膜で構成されることが好適である。そして、第２絶縁層１０７は、第２誘電層１０５とは反対側の第３導電層１０６の一面に形成されていることが望ましい。
【００３８】
すなわち、図１に示すように、第１絶縁層１０１と、第１導電層１０２と、第１誘電層１０３と、第２導電層１０４と、第２誘電層１０５と、第３導電層１０６と、第２絶縁層１０７とは、順に積層されている。
【００３９】
そして、第１導電層１０２と第３導電層１０６は、電気的に接続している。したがって、第１導電層１０２、第１誘電層１０３及び第２導電層１０４により形成されたキャパシタと、第２導電層１０４、第２誘電層１０５及び第３導電層１０６により形成されたキャパシタとが、電気的に並列に接続していることになる。
【００４０】
また、第１導電層１０２と第３導電層１０６は、接地されている。この結果、第２絶縁層１０７に接地された導体等が触れた結果、第２絶縁層１０７の表面の電位が接地電位に変化したとしても、第３導電層１０６も接地電位であるので、電気的な外乱により、静電容量型センサ１１０の静電容量が変化することはない。
【００４１】
静電容量算出器１１１は、第１導電層１０２及び第３導電層１０６と、第２導電層１０４と、電気的に接続している。そして、静電容量算出器１１１は、第１導電層１０２及び第３導電層１０６と、第２導電層１０４との間の静電容量を測定する。
【００４２】
荷重算出器１１２は、静電容量算出器１１１が測定した静電容量の変化量に基づいて、静電容量型センサ１１０に加えられた荷重を測定する。具体的には、荷重算出器１１２は、静電容量型センサ１１０に荷重が加えられていない状態での静電容量と、静電容量型センサ１１０に荷重が加えられた状態での静電容量との差に基づいて荷重を算出する。
【００４３】
静電容量型センサ１１０に荷重が加えられていない状態での静電容量は、荷重を加える直前に測定された静電容量型センサ１１０の静電容量としてもよい。また、静電容量型センサ１１０に荷重が加えられていない状態での静電容量は、予め測定した静電容量により設定された値としてもよい。
【００４４】
プロセッサ１２０は、アナログ回路及び／またはデジタル回路を備え、静電容量算出器１１１及び荷重算出器１１２の機能を実現するプロセッサである。例えば、プロセッサ１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の論理回路を備えることが好適である。また、プロセッサ１２０は、複数の回路を集積した半導体装置で構成してもよい。
【００４５】
例えば、プロセッサ１２０は、静電容量型センサ１１０の静電容量を測定するための回路を備える。具体的には、プロセッサ１２０は、インピーダンスブリッジ、ディップメータまたはＬＣＲメータの機能を備え、静電容量型センサ１１０の静電容量を測定する。また、プロセッサ１２０は、測定した静電容量に関するアナログ信号（例えば電圧値または電流値）をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路を備えてもよい。そして、プロセッサ１２０は、荷重が加えられていない状態での静電容量を基準値として記憶するメモリ、バッファまたはレジスタを備えてもよい。さらに、プロセッサ１２０は、演算機能を有し、静電容量型センサ１１０に荷重が加えられた状態での静電容量から静電容量型センサ１１０に荷重が加えられていない状態での静電容量を減算することにより、静電容量の差を算出する。
【００４６】
また、プロセッサ１２０は、静電容量の変化量を荷重に換算する機能を備えても良い。
具体的には、プロセッサ１２０は、所定の数式を実行することにより静電容量の変化量を荷重値に換算する演算機能を有する。また、プロセッサ１２０は、静電容量の変化量と荷重との関係をテーブルデータとしてメモリに記憶し、テーブルデータを参照して静電容量の変化量に対応する荷重値を得るようにしてもよい。
【００４７】
以上の構成を有することにより、プロセッサ１２０は、静電容量算出器１１１及び荷重算出器１１２の機能を実現する。
【００４８】
次に第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の硬さの比較について説明する。
本実施の形態では、静電容量型センサ１１０の積層方向に対して荷重が加えられ、第１誘電層１０３及び第２誘電層１０５の厚さが薄くなり、静電容量型センサ１１０の静電容量が増加する現象を用いている。
【００４９】
したがって、押込み硬さの指標により、第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の硬さを比較することが好適である。押込み硬さとしては、ブリネル硬さ、ビッカース硬さ、ヌープ硬さ、ロックウェル硬さ等がある。
【００５０】
また、ヤング率の指標により、第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の硬さを比較してもよい。ヤング率は、一方向の引張りまたは圧縮応力の方向に対するひずみ量の関係から求められるものであるので、荷重により圧縮応力が加えられる本実施の形態に適用することができる。ヤング率は、応力を歪みで除算したものであるので、ヤング率が大きいほど、硬いことになる。
【００５１】
また、第１誘電層１０３及び第２誘電層１０５が、内部に気泡を含む樹脂層で、構成される場合、発泡倍率により第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の硬さを比較してもよい。発泡倍率は、例えば以下の式（１）により定義される。
Ｖ１／Ｖ２      ・・・（１）
式中Ｖ１は、内部に気泡を含む樹脂の体積であり、Ｖ２は、内部に気泡を含む樹脂を加熱溶融して脱泡した後の体積である。
【００５２】
樹脂の発泡倍率は、数値が大きいほど、樹脂の内部に含む気泡の体積が大きい。すなわち、発泡倍率の数値が大きいほど、荷重により樹脂内の気泡が変形し、樹脂の体積が減少しやすい。したがって、樹脂の発泡倍率が大きいほど樹脂は軟らかいことになり、樹脂の発泡倍率が小さいほど樹脂は硬いことになる。
【００５３】
次に、硬さの相異なる複数の誘電層を備える静電容量型センサと、同じ硬さの誘電層を２つ備える静電容量型センサとの違いについて説明する。図２は、同じ硬さの誘電層を２つ備える静電容量型センサに荷重が加えられた状態を示す断面図である。また、図３は、実施の形態１にかかる静電容量型センサに荷重が加えられた状態を示す断面図である。
【００５４】
図２に示すように、２つの誘電層１０３、１０５は、加えられた荷重に対して、厚みの減少量が同じである。一方、図３に示すように、実施の形態１にかかる静電容量型センサでは、２つの誘電層１０３、１０５は、加えられた荷重に対して、厚みの減少量が異なる。図３では、荷重を加えられていない状態では、第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の厚みは同じであるが、第１誘電層１０３が第２誘電層１０５より軟らかいので、荷重を加えられたことにより、第１誘電層１０３の厚みは、第２誘電層１０５より薄くなっている。
【００５５】
図４は、実施の形態１にかかる静電容量型センサにおける荷重と静電容量との関係を示すグラフである。図４において、縦軸は静電容量を示し、横軸は荷重を示す。また、図４において、Ｃ１は、第１導電層１０２、第１誘電層１０３及び第２導電層１０４により形成されたキャパシタの静電容量を示す。また、図４において、Ｃ２は、第２導電層１０４、第２誘電層１０５及び第３導電層１０６により形成されたキャパシタの静電容量を示す。また、図４において、Ｃａｌｌは、第１導電層１０２、第１誘電層１０３及び第２導電層１０４により形成されたキャパシタと、第２導電層１０４、第２誘電層１０５及び第３導電層１０６により形成されたキャパシタとが、電気的に並列に接続した合成静電容量を示す。
【００５６】
図４に示すように、加えられた荷重が小さい場合、静電容量の変化に対して軟らかい誘電層の厚みの減少が支配的である。そして、加えられた荷重が大きい場合、軟らかい誘電層の厚みの変化が直線性を失い、厚みの減少量が少なくなる一方で、硬い誘電層の厚みの減少は直線性を保ち、静電容量の変化に対して硬い誘電層の厚みの減少が支配的となる。
【００５７】
このように、実施の形態１にかかる静電容量型センサは、第１誘電層と第２誘電層の硬さが異なることにより、加えられた荷重値が小さい領域と、加えられた荷重値が大きい領域とのいずれにおいても、誘電層の厚みの変化の直線性を保つことができるので、荷重測定においてダイナミックレンジの広い静電容量型センサを実現することができる。
【００５８】
次に、第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の硬さが異なる静電容量型センサの実施例について説明する。
【００５９】
［製造例１］
＜合成例１：ポリウレタンウレア樹脂Ａの合成例＞
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置、窒素導入管を備えた反応容器に、ポリオキシテトラメチレングリコール（「ＰＴＧ−２０００ＳＮ」、数平均分子量Ｍｎ＝２０２９  保土ヶ谷化学工業社製）１９５．０部、ジメチロールブタン酸６．７０部、イソホロンジイソシアネート４０．８部、トルエン７０．０部を仕込み、窒素雰囲気下、９０℃で４時間反応させた。反応後、これにトルエン２５０部を加えて、質量平均分子量Ｍｗ＝２２，０００のイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液を得た。
次に、イソホロンジアミン６．１1部、ジ−ｎ−ブチルアミン０．５９部、２−プロパノール１１２．５部、トルエン１８４．５部を混合したものに、得られたイソシアネート基を含むウレタンプレポリマー溶液５０６．３部を添加し、８５℃で４時間反応させ、Ｍｗ＝１０５，０００、酸価＝１０．２ｍｇＫＯＨ／ｇ、不揮発分２５％であるポリウレタンウレア樹脂Ａの溶液を得た。
【００６０】
＜センサ用導電層形成材料の製造例＞
合成例１で得られたポリウレタンウレア樹脂Ａ−１の溶液：４００部、ビスフェノールＡタイプエポキシ：６０部（「アデカレジンＥＰ−４１００」、エポキシ当量＝１９０ｇ／Ｅｑ  ＡＤＥＫＡ社製）、エラストマーとして合成例２で得られたポリアミド樹脂Ｂ：７５部、導電性フィラーとして格体に銅、被覆層に銀を使用した樹枝状（別名、デンドライト状）の粒子（Ｄ５０＝１１μｍ、福田金属箔粉工業社製）３００部、硬化剤として、２−メチルイミダゾール：３部、無機フィラーとしてシリカ（「ＮｉｐｓｉｌＳＳ−５０Ｆ」東ソーシリカ社製）：２５部、シランカップリング剤としてｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシランを混合し、導電層形成用ペーストを得た。
【００６１】
この導電層形成用ペーストを剥離性シートに塗工して１００℃で２分間乾燥させ、厚さ４０μｍのセンサ用導電層形成材料を得た。センサ用導電層形成材料のゲル分率を後述する方法に従って求めたところ８０％であった。
【００６２】
＜ゲル分率＞
１００メッシュのステンレス金網を幅３０ｍｍ・長さ１００ｍｍに準備し、重量(Ｗ１)を測定した。続いて、センサ用導電層形成材料を幅１０ｍｍ・長さ８０ｍｍの大きさに準備し、前記ステンレス金網でセンサ用導電層形成材料が見えないように包み試験片とし、重量（Ｗ２）を測定した。作製した試験片を室温（２５℃）でメチルエチルケトン（ＭＥＫ）中に浸漬し、１時間放置した。次いで試験片をＭＥＫから取り出し、１５０℃で１０分間乾燥した後、重量（Ｗ３）を測定した。そして下算式（２）を用いてゲル分率を算出した。
（Ｗ３−Ｗ１)／（Ｗ２−Ｗ１）×１００[％]      （２）
【００６３】
[製造例２]
＜合成例２：カルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの合成＞
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、導入管、温度計を備えた４口フラスコに、ポリカーボネートジオール（クラレポリオールＣ−２０９０：株式会社クラレ製：３−メチル−１，５−ペンタンジオール／１，６−ヘキサンジオール＝９／１（モル比）共重合ポリカーボネートジオール：水酸基価＝５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、Ｍｗ＝２０００）２９２．１部、テトラヒドロ無水フタル酸（リカシッドＴＨ：新日本理化株式会社製）４４．９部、溶剤としてトルエン３５０部を仕込み、窒素気流下、攪拌しながら６０℃まで昇温し、均一に溶解させた。続いて、このフラスコ内を１１０℃に昇温し、３時間反応させた。その後、反応物を４０℃に冷却後、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＹＤ−８１２５：東都化成株式会社製：エポキシ当量＝１７５ｇ／ｅｑ）６２．９部、触媒としてトリフェニルホスフィン４部を、反応物に添加して１１０℃に昇温し、８時間反応させた。その後、反応物を室温まで冷却後、テトラヒドロ無水フタル酸１１．８部を添加し、１１０℃で３時間反応させた。再び、反応物を室温まで冷却後、トルエンで固形分が３５％になるよう調整し、カルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの溶液を得た。本合成例によって得たカルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの重量平均分子量は１２６００、実測による樹脂固形分の酸価は１５．３ｍｇＫＯＨ／ｇであった。
【００６４】
＜センサ用絶縁層形成材料の製造例＞
合成例２で得られたカルボキシル基含有変性エステル樹脂Ｃの溶液の固形分１００部に対して、多官能グリシジルエーテル型エポキシ樹脂（三菱化学社製「エピコート１０３１Ｓ」）２０部、及び熱硬化助剤としてケミタイトＰＺ（株式会社日本触媒製、多官能アジリジン化合物）１部を混合し、絶縁性塗料を得た。
この絶縁性塗料を剥離性シート上に、乾燥後の膜厚が１３μｍとなるように均一に塗工して乾燥させ、センサ用絶縁層及び保護層形成材料を得た。
【００６５】
＜誘電層の材料＞
材料１として厚さ０．７ｍｍ、歪４０％時（「歪４０％時）は「厚さを４０％減少させるように歪ませた時」を意味する）の応力３４．３６ｋＰａの発泡ホットメルト（東洋アドレ社製）、
材料２として厚み０．７ｍｍのウレタンフォームの両面にそれぞれ粘着層を有する総厚０．８５ｍｍ、歪４０％時の応力４２３．０６ｋＰａの両面粘着テープ、
材料３として厚み５ｍｍのウレタンフォームの両面にそれぞれ粘着層を有する総厚５．１ｍｍ、歪４０％時の応力１．９６ｋＰａの両面粘着テープ、
材料４として厚み５．４ｍｍのＥＰＤＭスポンジの両面にそれぞれ粘着層を有する層厚５．５ｍｍ、歪４０％時の応力６８．６２ｋＰａの両面粘着テープを、
それぞれ使用して静電容量型センサを作製した。
【００６６】
【表１】
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表１において「歪４０％時）は「厚さを４０％減少させるように歪ませた時」を意味する。
【００６７】
（実施例１）
実施例１では、第１誘電層１０３及び第２誘電層１０５に材料１、２（または材料２、１）、
第１絶縁層１０１及び第２絶縁層１０７に製造例２で得られた厚さ１３μｍのセンサ用絶縁層形成材料、
第１導電層１０２、第２導電層１０４及び第３導電層１０６に製造例１で得られた導電層形成材料（剥離性シートは剥がした）を、
順に積層し、１７０℃、２ＭＰａ、５分の条件で圧着処理をした後、１６０℃の電気オーブンで６０分加熱をして、寸法３．５ｃｍ×３．５ｃｍの圧力センサを得た。
【００６８】
誘電層と材料の組合せを表２に示す。表２では、材料２が材料１より硬いので、硬さの比較をわかりやすく示すため、材料１（軟）、材料２（硬）と記載している。図１に示すように、荷重が加えられる一面は、第１誘電層１０３より第２誘電層１０５が近い。
実施例１では、静電容量型センサの一面（縦３．５ｃｍ、横３．５ｃｍの面積）全体に全体に荷重を加えた場合（全面圧縮）と、直径２ｃｍの円筒形状の治具により、静電容量型センサの一部分に荷重を加えた場合（小面積圧縮）で、荷重の測定を実施している。
【表２】
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【００６９】
上記条件で、静電容量型センサに荷重を加え、静電容量を測定した結果を図５に示す。図５は、実施例１における荷重と静電容量の関係を示すグラフである。図５において、縦軸は静電容量（ｐＦ）を示し、横軸は荷重（Ｎ）を示す。図５に示すように、静電容量型センサの一面全体に荷重を加えた場合（全面圧縮）では、０Ｎから５００Ｎまで良好な直線性が得られている。
【００７０】
また、荷重を加えられる側にある第２誘電層１０５に、材料１より硬い材料２を用いた例は、第２誘電層１０５に、材料２より軟らかい材料１を用いた例よりも、静電容量の変化が大きい。したがって、静電容量型センサの一部分に荷重が加えられる用途で用いる場合、荷重を加えられる側にある第２誘電層１０５に、第１誘電層１０３より硬い材料を用いた静電容量型センサが好適である。
【００７１】
一方、静電容量型センサの一面全体に荷重が加えられる用途で用いる場合、荷重を加えられる側にある第２誘電層１０５に、第１誘電層１０３より軟らかい材料を用いた静電容量型センサでも適用できる。
【００７２】
（実施例２）
実施例２では、第１誘電層１０３及び第２誘電層１０５に、実施例１における材料１、２の代わりに材料３、４を用いた実施例について説明する。誘電層と材料の組合せを表３に示す。表３では、材料４が材料３より硬いので、表２と同様に硬さの比較をわかりやすく示すため、材料３（軟）、材料４（硬）と記載している。実施例１と同様に、荷重が加えられる一面は、第１誘電層１０３より第２誘電層１０５が近い。実施例２でも実施例１と同様に、静電容量型センサの一面（縦３．５ｃｍ、横３．５ｃｍの面積）全体に全体に荷重を加えた場合（全面圧縮）と、直径２ｃｍの円筒形状の治具により、静電容量型センサの一部分に荷重を加えた場合（小面積圧縮）で、荷重の測定を実施している。
【表３】
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【００７３】
上記条件で、静電容量型センサに荷重を加え、静電容量を測定した結果を図６に示す。図６は、実施例２における荷重と静電容量の関係を示すグラフである。図６において、縦軸は静電容量（ｐＦ）を示し、横軸は荷重（Ｎ）を示す。図６に示すように、静電容量型センサの一面全体に荷重を加えた場合（全面圧縮）では、０Ｎから１００Ｎまでは、静電容量の変化が大きく、１００Ｎから５００Ｎまでは、比較的良好な直線性が得られている。
【００７４】
また、荷重を加えられる側にある第２誘電層１０５に、より硬い材料４を用いた例は、第２誘電層１０５に、実施例１と同様に、より軟らかい材料３を用いた例よりも、静電容量の変化が大きい。したがって、センサの一部分に荷重が加えられる用途で用いる場合、荷重を加えられる側にある第２誘電層１０５に、第１誘電層１０３より硬い材料を用いた静電容量型センサが好適である。
【００７５】
実施例１と同様に、静電容量型センサの一面全体に荷重が加えられる用途で用いる場合、荷重を加えられる側にある第２誘電層１０５に、第１誘電層１０３より軟らかい材料を用いた静電容量型センサでも適用できる。
【００７６】
（実施の形態２）
実施の形態２では、第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の誘電率が異なる例について説明する。第１誘電層１０３と第２誘電層１０５について、硬さと誘電率との大小関係を組み合わせることにより、静電容量型センサに加えられた荷重値が所定値以下である場合に、荷重値の変化に対する静電容量の変化が大きい静電容量型センサを実現することができる。同様に、所定値以上である場合に荷重値の変化に対する静電容量の変化が大きい静電容量型センサを実現することもできる。
【００７７】
図７は、実施の形態２にかかるセンサ装置の静電容量の関係を示すグラフである。縦軸は静電容量を示し、横軸は荷重を示す。図７において、Ａは、第１誘電層１０３より第２誘電層１０５が硬く、第１誘電層１０３の比誘電率が第２誘電層１０５の比誘電率より大きい場合の関係を示している。Ａの場合、所定の荷重値Ｐ１以下の領域で、第２誘電層１０５より軟らかい第１誘電層１０３の静電容量の変化が支配的になるので、第１誘電層１０３の比誘電率を第２誘電層１０５の比誘電率より大きくすることにより、所定の荷重値Ｐ１以下の領域での荷重に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
【００７８】
また、図７において、Ｂは、第１誘電層１０３より第２誘電層１０５が硬く、第１誘電層１０３の比誘電率が第２誘電層１０５の比誘電率より小さい場合の関係を示している。所定の荷重値Ｐ１以上の領域で、第１誘電層１０３より硬い第２誘電層１０５の静電容量の変化が支配的になるので、第２誘電層１０５の比誘電率を第１誘電層１０３の比誘電率より大きくすることにより、所定の荷重値Ｐ１以上の領域での荷重に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
【００７９】
このように、実施の形態２の静電容量型センサによれば、第１誘電層と第２誘電層の硬さが異なるようにし、且つ第１誘電層と第２誘電層の誘電率が異なるようにすることにより、任意の荷重値の範囲で、荷重に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
【００８０】
なお、上記実施の形態２では、第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の誘電率を比較しているが、比誘電率で比較してもよい。比誘電率は、誘電率を電気定数で無次元化したものであるので、誘電率の大小関係は、比誘電率の大小関係と同じである。
【００８１】
（実施の形態３）
実施の形態３では、第１導電層と第３導電層の面積が異なる例について説明する。第１誘電層１０３と第２誘電層１０５の硬さの大小関係と、第１導電層と第３導電層の面積の大小関係を組み合わせることにより、静電容量型センサに加えられた荷重値が所定値以下である場合に、荷重値の変化に対する静電容量の変化が大きい静電容量型センサを実現することができる。同様に、所定値以上である場合に荷重値の変化に対する静電容量の変化が大きい静電容量型センサを実現することもできる。
【００８２】
図８は、実施の形態３にかかる静電容量型センサの構成を示す断面図である。図８にしめすように、第１導電層１０２の面積が第３導電層１０６の面積と異なる。
【００８３】
図９は、実施の形態３にかかるセンサ装置の静電容量の関係を示すグラフである。縦軸は静電容量を示し、横軸は荷重を示す。図９において、Ａは、第１誘電層１０３より第２誘電層１０５が硬く、第１導電層の面積が第３導電層の面積より大きい場合の関係を示している。Ａの場合、所定の荷重値Ｐ１以下の領域で、第２誘電層１０５より軟らかい第１誘電層１０３の静電容量の変化が支配的になるので、第１導電層の面積を第３導電層の面積より大きくすることにより、所定の荷重値Ｐ１以下の領域での荷重に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
【００８４】
また、図９において、Ｂは、第１誘電層１０３より第２誘電層１０５が硬く、第１導電層１０２の面積が第３導電層１０６の面積より小さい場合の関係を示している。所定の荷重値Ｐ１以上の領域で、第１誘電層１０３より軟らかい第２誘電層１０５の静電容量の変化が支配的になるので、第３導電層１０６の面積が第１導電層１０２の面積より大きくすることにより、所定の荷重値Ｐ１以上の領域での荷重に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
【００８５】
このように、実施の形態３の静電容量型センサによれば、第１誘電層と第２誘電層の硬さが異なるようにし、且つ第１導電層１０２の面積と第３導電層１０６の面積が異なるようにすることにより、任意の荷重値の範囲で、荷重に対する静電容量の変化を大きくすることができる。
【００８６】
なお、導電層が誘電層より小さい部位については、導電層が覆いきれない誘電層の表面を絶縁性物質のスペーサーで覆うようにしてもよい。
【００８７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、第１絶縁層１０１と、第１導電層１０２と、第１誘電層１０３と、第２導電層１０４と、第２誘電層１０５と、第３導電層１０６と、第２絶縁層１０７の７層構造について記載しているが、各層の間に、接着のための層等、別の層を加えてもよい。また、第１絶縁層１０１の代わりに絶縁基板等を用いても良い。また、絶縁基板の一面に第１絶縁層１０１を形成してもよい。
【００８８】
また、上記実施の形態では、一つの静電容量型センサ１１０を備える荷重測定装置１００として記載しているが、静電容量型センサ１１０の数は特に限定されない。例えば、静電容量型センサ１１０を一面の行及び列で複数配置し、第１導電層１０２、第２導電層１０４及び第３導電層１０６をマトリックス状に形成してもよい。
【００８９】
また、上記実施形態のセンサ装置における誘電層は弾性を有する弾性体であってもよい。
【００９０】
また、静電容量算出器１１１及び荷重算出器１１２については、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアまたはソフトウェアで実施できる。また、処理の一部をソフトウェアで実施し、それ以外をハードウェアで実施することとしても良い。ソフトウェアで実施する際には、マイクロプロセッサ等の１つあるいは複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータシステムに機能ブロックの処理に関するプログラムを実行させればよい。これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−Ｒ（DVD Recordable）、ＤＶＤ−Ｒ  ＤＬ（DVD-R Dual Layer)、ＤＶＤ−ＲＷ（DVD ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＲ＋Ｒ  ＤＬ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＢＤ−Ｒ（Blu-ray（登録商標） Disc Recordable）、ＢＤ−ＲＥ（Blu-ray （登録商標）Disc Rewritable）、ＢＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００９１】
１００  荷重測定装置
１０１  第１絶縁層
１０２  第１導電層
１０３  第１誘電層
１０４  第２導電層
１０５  第２誘電層
１０６  第３導電層
１０７  第２絶縁層
１１０  静電容量型センサ
１１１  静電容量算出器
１１２  荷重算出器
１２０  プロセッサ
【図１】
0006693260.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006693260.tif 000008
【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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