KR20160048908A

KR20160048908A - 정전용량형 센서시트 및 정전용량형 센서

Info

Publication number: KR20160048908A
Application number: KR1020167008091A
Authority: KR
Inventors: 히데오 오타카; 히데키 노리사다
Original assignee: 반도 카가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-05-04
Also published as: EP3043143A1; CN105492859A; JP2015045623A; EP3043143A4; WO2015029955A1; EP3043143B1; US20160231098A1

Abstract

본 발명은 정전용량의 변화를 계측할 때의 검출 감도 및 검출 정밀도가 뛰어난 정전용량형 센서시트를 제공하는 것을 목적으로 하고, 본 발명의 정전용량형 센서시트는 엘라스토머 조성물(A)로 이루어지는 유전층과, 상기 유전층의 표면에 적층된 외측 전극층과, 상기 유전층의 이면에 적층된 내측 전극층을 구비하고, 두께방향에서의 상기 외측 전극층과 상기 내측 전극층과의 교차부분을 검출부로 하고, 상기 검출부를 복수 군데 가지고, 또한, 상기 외측 전극층상에 엘라스토머 조성물(B1)로 이루어지는 외측 가요층을 통해서 상기 검출부를 덮도록 형성된 외측 피복 전극층 및 상기 내측 전극층상에 엘라스토머 조성물(B2)로 이루어진 내측 가요층을 통해서 상기 검출부를 덮도록 형성된 이면 피복 전극층 중 적어도 하나를 구비하고, 상기 검출부의 정전용량의 변화를 측정하기 위해 이용된다.

Description

정전용량형 센서시트 및 정전용량형 센서{CAPACITIVE SENSOR SHEET AND CAPACITIVE SENSOR}

본 발명은 정전용량형 센서시트 및 이 정전용량형 센서시트를 이용한 정전용량형 센서에 관한 것이다.

정전용량형 센서시트는 한 쌍의 전극층간의 정전용량 변화로부터 측정 대상물의 요철 형상 등을 검출할 수 있고, 면압 분포 센서나 스트레인 게이지(strain gauge) 등의 센서에 이용할 수 있다. 일반적으로 정전용량형 센서에서의 정전용량(커패시턴스)은, 이하의 식(1)로 표시된다.

C=ε₀ε_rS/d… (1)

여기서 C는 커패시턴스, ε₀는 자유 공간의 유전율, ε_r은 유전층의 비유전율, S는 전극층 면적, d는 전극간 거리이다.

종래, 면압 분포 센서로서 사용하는 정전용량형 센서시트로서, 예를 들면, 엘라스토머 제품의 유전층과, 상기 유전층의 외측에 복수열 늘어서서 배열된 띠 형상의 외측 전극과, 상기 유전층의 내측에 복수열 늘어서서 배열된 내측 전극과, 상기 외측 전극과 상기 내측 전극이 표리방향으로부터 보아, 교차함으로써 형성되는 복수의 검출부를 가지고, 일체적으로 신축 가능한 센서시트가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이러한 센서시트에서는, 각 검출부에서의 정전용량의 변화를 측정함으로써 측정 대상물의 하중분포를 측정할 수 있다.

일본국 공개특허공보 2010-43881호

그러나 특허문헌 1에 개시된 것 같은 정전용량의 변화를 측정하는 센서시트에 있어서, 복수의 검출부를 구비한 센서시트에서는, 근접하는 검출부간의 크로스 토크 노이즈(cross-talk noise)에 의해 정전용량이 증가되고, 초기 상태(무변형 상태)에 있어서, 검출부의 정전용량이 이론값보다 커진다. 그리고 이러한 경우, 미소(微小)한 정전용량의 변화를 계측할 수 없고, 검출 감도가 불충분해진다는 문제가 있었다.

또한, 인접하는 검출부간의 크로스 토크 노이즈에 의해 정전용량이 증가된 경우, 정전용량형 센서시트를 변형시켰을 때에, 무변형의 영역에서도 정전용량의 변화가 계측되고, 그 결과, 검출 정밀도가 불충분해진다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 사정에 비추어 보아서 이루어진 것이며, 그 목적은 검출 감도 및 검출 정밀도가 뛰어난 정전용량형 센서시트를 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하도록 예의검토한 결과, 검출부를 덮도록 가요층(可撓層)을 통해서 피복 전극층을 마련함으로써, 근접하는 검출부간의 크로스 토크 노이즈에 의한 정전용량의 증가를 억제할 수 있는 것을 찾아내서 본 발명을 완성했다.

본 발명의 정전용량형 센서시트는,

엘라스토머 조성물(A)로 이루어지는 유전층과,

상기 유전층의 표면에 적층된 외측 전극층과,

상기 유전층의 이면에 적층된 내측 전극층을 구비하고,

두께방향에서의 상기 외측 전극층과 상기 내측 전극층의 교차 부분을 검출부로 하며,

상기 검출부를 복수 군데 가지고,

상기 외측 전극층상에 엘라스토머 조성물(B1)로 이루어지는 외측 가요층을 통해서 상기 검출부를 덮도록 형성된 외측 피복 전극층 및 상기 내측 전극층상에 엘라스토머 조성물(B2)로 이루어지는 내측 가요층을 통해서 상기 검출부를 덮도록 형성된 내측 피복 전극층의 적어도 한쪽을 구비하고,

상기 검출부에서의 정전용량의 변화를 계측하기 위해서 사용되는 정전용량형 센서시트이다.

상기 정전용량형 센서시트에 있어서, 상기 외측 전극층 및 상기 내측 전극층은 카본 나노튜브를 포함하는 도전성 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서 상기 카본 나노튜브는 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 정전용량형 센서시트에 있어서, 상기 엘라스토머 조성물(A)은 엘라스토머가 우레탄 고무인 것이 바람직하다. 또한, 상기 엘라스토머 조성물(B1) 및 상기 엘라스토머 조성물(B2) 중 적어도 한쪽도 엘라스토머가 우레탄 고무인 것이 바람직하다.

상기 정전용량형 센서시트는 일축인장에 견딜 수 있는 신장율이 30% 이상인 것이 바람직하다.

상기 정전용량형 센서시트는 신축 변형 왜곡량, 신축 변형 왜곡 분포 및 면압 분포 중 적어도 하나의 측정에 사용되는 것이 바람직하고, 신축 변형 왜곡량 및 신축 변형 왜곡 분포 중 적어도 한쪽의 측정에 사용되는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 정전용량형 센서는,

본 발명의 정전용량형 센서시트와,

계측 수단과,

상기 정전용량형 센서시트가 구비하는 외측 전극층 및 내측 전극층의 각각과, 상기 계측 수단을 접속하는 외부배선을 구비하고,

상기 정전용량형 센서시트가 가지는 검출부에서의 정전용량의 변화를 계측함으로써, 신축 변형 왜곡량, 신축 변형 왜곡 분포 및 면압 분포 중 적어도 하나를 측정하는 정전용량형 센서이다.

본 발명의 정전용량형 센서시트에서는, 적어도 한쪽면에 검출부를 덮도록 피복 전극층이 형성되어 있기 때문에, 검출부에서의 크로스 토크 노이즈에 의한 정전용량의 증가를 억제할 수 있다. 그 결과, 정전용량의 변화를 계측할 때의 검출 감도 및 검출 정밀도가 각별히 뛰어난 것이 된다.

또한, 본 발명의 정전용량형 센서는, 본 발명의 정전용량형 센서시트를 구비하기 때문에, 고감도 및 고정밀도로 정전용량의 변화를 측정할 수 있다.

도 1(a)는 본 발명의 정전용량형 센서시트의 일례를 모식적으로 나타내는 상면도이며, (b)는 (a)에 나타낸 정전용량형 센서시트의 A-A선 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 정전용량형 센서시트의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1, 2에 나타낸 정전용량형 센서시트를 이용한 정전용량형 센서의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 정전용량형 센서시트의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5(a)는 본 발명의 정전용량형 센서시트의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 상면도이며, (b)는 (a)의 B-B선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 정전용량형 센서시트가 구비하는 유전층의 제작에 사용하는 성형장치의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7(a), (b)는 비교예 1의 정전용량형 센서시트를 이용해서 제작한 정전용량형 센서의 실물 사진이다.
도 8(a)~(c)는 실시예 1의 정전용량형 센서시트로 계측한 정전용량의 분포를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 9는 (a)~(c)는 실시예 2의 정전용량형 센서시트로 계측한 정전용량의 분포를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 10은 (a)~(c)는 비교예 1의 정전용량형 센서시트로 계측한 정전용량의 분포를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 11은 (a)~(c)는 실시예 1의 정전용량형 센서시트를 이용하고, 다른 조건으로 계측한 정전용량의 분포를 나타내는 3차원 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참작하면서 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1(a)는 본 발명의 정전용량형 센서시트의 일례를 모식적으로 나타내는 상면도이고, 도 1(b)는 도 1(a)에 나타낸 정전용량형 센서시트의 A-A선 단면도이며, 도 2는 도 1에 나타낸 정전용량형 센서시트의 분해 사시도이다.

도 1(a), (b) 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 정전용량형 센서시트(1)는 시트 형상의 유전층(2)과, 유전층(2)의 표면(겉면)에 적층된 띠 형상의 외측 전극층(01A~16A)과, 유전층(2)의 이면에 적층된 띠 형상의 내측 전극층(01B~16B)과, 외측 전극층(01A~16A)상에 외측 가요층(3A)을 통해서 적층된 외측 피복 전극층(4A)과, 내측 전극층(01B~16B)상에 내측 가요층(3B)을 통해서 적층된 내측 피복 전극층(4B)과, 외측 피복 전극층(4A) 및 내측 피복 전극층(4B)의 각각에 적층된 오버코트층(5A, 5B)을 구비한다.

또한, 외측 전극층(01A~16A)의 일단 및 내측 전극층(01B~16B)의 일단에는, 외부배선과 접속하기 위한 외측 접속부(01A1~16A1) 및 내측 접속부(01B1~16B1)가 각각 마련되어 있다. 또한, 외측 피복 전극층(4A)의 한 변의 일부 및 내측 피복 전극층(4B)의 한 변의 일부에는 각각 외부배선과 접속하기 위한 피복 전극용 접속부(4A1, 4B1)가 마련되어 있다.

정전용량형 센서시트(1)에서는 상기 외측 전극층과 내측 전극층이 표리방향(유전층의 두께방향)에서 교차하는 부분이 검출부(C0101~C1616)가 된다. 한편, 검출부의 부호 "C○○△△" 중, 위 2자리인 "○○"는 외측 전극층(01A~16A)에 대응하고, 아래 2자리인 "△△"는 내측 전극층(01B~16B)에 대응한다.

외측 전극층(01A~16A)은 각각 띠 형상를 가지고 있고, 유전층(2)의 표면에 합계 16개 적층되어 있다. 외측 전극층(01A~16A)은 각각 X방향(도 1(a) 중, 좌우방향)으로 연장되어 있다. 외측 전극층(01A~16A)은 각각 Y방향(도 1(a) 중, 상하방향)으로 소정 간격마다 이간하여, 서로 대략 평행이 되도록 배치되어 있다.

내측 전극층(01B~16B)은 각각 띠 형상를 가지고 있고, 유전층(2)의 이면에 합계 16개 적층되어 있다. 내측 전극층(01B~16B)은 각각 외측 전극층(01A~16A)과 표리방향(유전층의 두께방향)으로부터 보아, 대략 직각으로 교차하도록 배치되어 있다. 즉, 내측 전극층(01B~16B)은 각각 Y방향으로 연장되어 있다. 또한, 내측 전극층(01B~16B)은 각각 X방향으로 소정 간격마다 이간하여, 서로 대략 평행이 되도록 배치되어 있다.

외측 전극층(01A~16A) 및 내측 전극층(01B~16B)의 각각을 이렇게 배치함으로써, 정전용량의 변화를 계측할 때, 계측용 전극층의 배치 수 및 전극 배선 수를 적게 할 수 있다. 즉, 상기 태양(態樣)의 경우, 검출부가 효율적으로 배치되어 있는 것이 된다.

이하, 조금 더 상세하게 설명한다. 도 1에 나타낸 예에서는, 외측 전극층과 내측 전극층이 두께방향에서 교차하는 검출부가 16×16=256로 256군데 존재하지만, 256군데의 검출부를 각각 독립적으로 형성한 경우에는, 각 검출부에 대해 외측 전극과 내측 전극이 존재하기 때문에, 검출부의 정전용량을 검출하기 위해서는 256×2로 512개의 배선이 필요해진다. 이에 대해, 도 1, 2에 나타낸 예와 같이, 외측 전극층 및 내측 전극층이 각각 평행하게 배치된 복수의 띠 형상체로 이루어지고, 이 외측 전극층과 내측 전극층이 표리방향으로부터 보아 대략 직각으로 교차하도록 배치되어 있을 경우에는, 검출부의 정전용량을 검출하기 위한 배선이 16+16의 32개로 끝난다. 그래서 상기대로 정전용량형 센서시트(1)에서는 검출부가 효율적으로 배치되어 있는 것이 된다.

한편, 상기한 바와 같이, 검출부가 효율적으로 배치되어 있을 경우, 각 검출부에서는 특히 크로스 토크 노이즈에 의한 정전용량의 증가가 발생하기 쉬워진다. 이에 대해, 본 발명의 정전용량형 센서시트는 복수의 검출부를 가짐과 함께, 피복 전극층(외측 피복 전극층 및 내측 전극층 중 적어도 한쪽)을 구비하고 있다. 상기 피복 전극층을 구비함으로써 크로스 토크 노이즈에 의한 검출 감도 및 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상기 피복 전극층을 구비함으로써 외적 환경 노이즈(예를 들면, 정전기 등)를 차단할 수 있다. 이에 의해, 검출 감도 및 검출 정밀도가 보다 뛰어난 것이 된다.

외측 피복 전극층(4A) 및 내측 피복 전극층(4B)은 정전용량형 센서시트(1)의 주면에 수직인 방향으로 봤을 때에 검출부(C0101~C1616)를 덮도록(검출부(C0101~C1616)와 표리방향(두께방향)에서 중복하는 영역에), 각각 외측 가요층(3A) 및 내측 가요층(3B)을 통해서 배치되어 있다.

또한, 정전용량형 센서시트(1)의 최외층에는 외측 피복 전극층(4A) 및 내측 피복 전극층(4B)의 각각을 덮도록 오버코트층(5A, 5B)이 형성되어 있다.

정전용량형 센서시트(1)는 후술하는 바와 같이, 계측 수단과 접속해서 정전용량형 센서로 할 수 있다. 이 정전용량형 센서에서는 각 16개의 배선을 각각 외부의 절환회로로 바꿈으로써, 256군데의 검출부를 1군데씩 바꾸면서 각 검출부의 정전용량을 측정할 수 있다. 그 결과, 각 검출부의 정전용량에 기초하여, 왜곡량이나 왜곡 위치, 면압 분포 등을 검지할 수 있다.

한편, 본 발명의 설명에 있어서는, 피복 전극층과 외측 전극층 및 내측 전극층을 구별하기 위해 외측 전극층 및 내측 전극층의 양자를 합쳐서 계측용 전극층이라고 칭하는 것도 있다.

또한, 외측 가요층 및 내측 가요층의 양자를 합쳐서 단순히 가요층이라고 칭하는 것도 있다. 또한, 외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층의 양자를 합쳐서 단순히 피복 전극층이라고 칭하는 것도 있다.

본 발명의 정전용량형 센서시트는, 일축인장에 견딜 수 있는 신장율이 30% 이상인 것이 바람직하고, 50% 이상인 것이 보다 바람직하며, 100% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 200% 이상인 것이 특히 바람직하다. 상기 신장율을 크게함으로써 유연한 측정 대상물의 변형이나 동작에 대한 추종성이 향상하고, 보다 정확하면서 넓은 측정 레인지로 정전용량의 변화를 측정하는 것이 가능해진다.

한편, 상기 일축인장에 견딜 수 있는 신장율의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 600% 정도이다.

본 발명에 있어서, 일축인장에 견딜 수 있는 신장율이란, JIS K 6251에 준거한 인장시험에 있어서, 파탄 시 신장 이하의 신장율이면서, 인장하중을 개방 후 원래의 상태로 복원하는 신장율을 말한다. 예를 들면, 상기 일축인장에 견딜 수 있는 신장율이 30%라는 것은, 일축방향으로 30% 신장시켰을 때에 파단에 이르지 않으면서 인장하중을 개방한 후에 원래의 상태로 복원하는(즉, 탄성 변형 범위에 있는) 것을 의미한다.

상기 정전용량형 센서시트에 있어서, 일축인장에 견딜 수 있는 신장율은 유전층, 계측용 전극층, 가요층, 피복 전극층, 오버코트층의 설계에 의해 제어할 수 있다. 예를 들면, 유전층이나 가요층, 오버코트층을 구성하는 엘라스토머 조성물이나, 계측용 전극층 및 피복 전극층의 함유 성분이나 함유량의 선택 등에 의해 제어할 수 있다.

본 발명의 정전용량형 센서시트는, 상술한 대로 일축인장에 견딜 수 있는 신장율이 큰 만큼 바람직하고, 200% 이상인 것이 특히 바람직하지만, 예를 들면, 카본 나노튜브를 이용해서 형성한 전극층(계측용 전극층 및 피복 전극층)이면 상기신장율을 용이하게 달성할 수 있다.

그 때문에, 상기 전극층이 카본 나노튜브를 포함하는 도전성 조성물로 이루어지는 경우에는, 상기 정전용량형 센서시트의 신장율은, 상기 유전층의 신장율에 의존하는 것이 되고, 통상, 유전층의 신장율이 200%를 넘으면 정전용량형 센서시트의 신장율도 200%를 넘는 것이 된다.

정전용량형 센서시트(1)는 후술하는 바와 같이, 외측 전극층 및 내측 전극층의 각각을 외부 배선을 통해서 계측수단과 접속함으로써 정전용량형 센서가 되고, 신축 변형 왜곡량, 신축 변형 왜곡 분포 및 면압 분포 중 적어도 하나를 측정하는 것이 가능해진다.

도 1, 2에 나타낸 정전용량형 센서시트(1)를 이용한 정전용량형 센서로서는, 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같은 정전용량형 센서를 들 수 있다.

도 3은 도 1, 2에 나타낸 정전용량형 센서시트를 사용한 정전용량형 센서의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 3에 나타내는 정전용량형 센서(101)는, 도 1에 나타낸 정전용량형 센서시트(1)와, 외부배선(102 및 103)과, 계측 수단(104)과, GND선(105A, 105B)을 구비하고 있다.

정전용량형 센서시트(1)의 외측 접속부(01A1~16A1)의 각각은, 복수(16개)의 배선이 결속된 외부배선(103)을 통해서 계측 수단(104)과 접속되어 있다. 또한, 내측 접속부(01B1~16B1)의 각각도, 복수(16개)의 배선이 결속된 외부배선(102)을 통해서 계측 수단(104)과 접속되어 있다.

상기 외부배선은 도 2에 나타내는 바와 같이, 외측 전극층 및 내측 전극층의 한쪽끝에만 접속되어 있으면 되지만, 경우에 따라서는 양단에 접속되어 있어도 된다.

계측 수단(104)은 도시하지 않지만, 전원회로, 연산회로, 정전용량 측정회로, 화소절환회로 및 표시장치 등을 필요에 따라서 구비하고 있다. 계측 수단(104)의 구체예로서는, 예를 들면, LCR 미터 등을 들 수 있다.

GND선(105A, 105B)의 각각은 외측 전극층(4A) 및 내측 피복 전극층(4B)의 각각 마련된 피복 전극용 접속부(4A1, 4B1)와, 계측 수단(104)에 마련된 GND 단자(도시하지 않고)를 접속하고 있다. 이에 의해, 피복 전극용 접속부(4A1, 4B1)는 접지(어스)되어 있다.

이러한 본 발명의 정전용량형 센서시트를 구비한 정전용량형 센서도 또한 본 발명의 하나이다.

정전용량형 센서시트(1)의 평균 두께, 폭 및 길이 등의 외관형상은 정전용량형 센서시트(1)의 용도에 따라 적절히 설계 변경할 수 있다.

정전용량형 센서(101)에서는, 피복 전극용 접속부(피복 전극층)가 접지되어 있지만, 본 발명의 정전용량형 센서시트를 이용하는 경우, 피복 전극층은 반드시 접지되어 있는 필요는 없다. 그러나 접지함으로써 보다 확실하게 크로스 토크 노이즈에 의한 정전용량의 증가를 저감할 수 있다.

본 발명의 정전용량형 센서시트를 사용한 정전용량형 센서에 있어서, 정전용량의 측정방법은 특별히 한정되지 않지만, LCR 미터와 같은 교류 신호에서의 임피던스를 계측해서 정전용량을 계측하는 수법이나, 교류 신호에서의 임피던스에 의해 출력 신호의 전압을 변화시킴으로써 정전용량을 계측하는 수법 등, 교류 임피던스를 사용한 측정방법이 바람직하다.

교류 임피던스를 사용한 측정방법은 높은 주파수 신호를 이용한 측정에서도 반복 정밀도가 뛰어나고, 높은 주파수 신호를 이용함으로써 임피던스가 지나치게 커지지 않기 때문에, 계측 정밀도를 보다 높일 수 있다. 또한, 정전용량계측에 요하는 시간을 단축할 수 있고, 센서로서는 시간당의 계측 횟수를 증가시키는 것이 가능해진다. 그래서 예를 들면, 측정 대상물의 왜곡(변형)을 시간 분해해서 계측함으로써, 움직임의 속도 등을 검지하는 측정도 실시할 수 있다.

그리고 본 발명에 정전용량형 센서는 높은 주파수 신호를 이용한 측정에도 적합하다.

이하, 본 발명의 정전용량형 센서시트의 각 구성 부재에 대해서 설명한다.

<유전층>

상기 유전층은 시트 형상을 가지고, 엘라스토머 조성물(A)로 이루어진다. 한편, 상기 유전층의 주면에 수직인 방향으로 봤을 때의 형상은 특별히 한정되지 않고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 직사각형 형상이어도 되고, 원 형상 등의 다른 형상이어도 된다.

상기 엘라스토머 조성물(A)은 적어도 엘라스토머를 함유한다.

상기 엘라스토머로서는 예를 들면, 천연 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 고무(NBR), 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 스티렌·부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR), 실리콘 고무, 불소 고무, 아크릴 고무, 수소 첨가 니트릴 고무, 우레탄 고무 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상 병용해도 된다.

이들 중에서는 우레탄 고무 또는 실리콘 고무가 바람직하다. 영구 왜곡이 작기 때문이다. 영구 왜곡이 작으면, 반복 사용해도(예를 들면, 1000회의 신축을 반복했다고 한들) 초기 정전용량(무(無)부하시의 정전용량)이 변화되기 어렵다. 그래서 정전용량형 센서시트로서 뛰어난 측정 정밀도를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.

또한, 카본 나노튜브의 밀착성이 뛰어난 점으로부터 우레탄 고무가 보다 바람직하다.

상기 우레탄 고무로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 올레핀계 폴리 올을 폴리올 성분으로 하는 올레핀계 우레탄 고무, 에스테르계 폴리올을 폴리올 성분으로 하는 에스테르계 우레탄 고무, 에테르계 폴리올을 폴리올 성분으로 하는 에테르계 우레탄 고무, 카보네이트계 폴리올을 폴리올 성분으로 하는 카보네이트계 우레탄 고무, 피마자유계 폴리올을 폴리올 성분으로 하는 피마자유계 우레탄 고무 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상 병용해도 된다.

또한, 상기 우레탄 고무는 2종 이상의 상기 폴리올 성분을 병용한 것이어도 된다.

이들 중에서는 체적 저항율이 높은 점으로부터는 올레핀계 우레탄 고무가 바람직하다. 또한, 신장율이 크고, 비유전율이 높은 점으로부터는 에스테르계 우레탄 고무나 에테르계 우레탄 고무가 바람직하다.

물론, 유전층에 부여해야 할 체적 저항율, 신장율 및 유전율을 고려해서 각종 우레탄 고무를 혼합할 수도 있다.

상기 올레핀계 폴리올로서는, 예를 들면, 에폴(이데미츠코산 가부시키가이샤 제품) 등을 들 수 있다.

또한, 상기 에스테르계 폴리올로서는, 예를 들면, 폴리라이트 8651(DIC 가부시키가이샤 제품) 등을 들 수 있다.

또한, 상기 에테르계 폴리올로서는, 예를 들면, 폴리옥시테트라메틸렌글리콜, PTG-2000SN(호도가야카가쿠코교 가부시키가이샤 제품), 폴리프로필렌글리콜, 프레미놀 S3003(아사히가라스 가부시키가이샤 제품) 등을 들 수 있다.

상기 엘라스토머 조성물은 엘라스토머 이외에 예를 들면, 가소제, 사슬 연장제, 가교제, 촉매, 가황촉진제, 산화방지제, 노화방지제, 착색제 등의 첨가제를 함유해도 된다.

상기 엘라스토머 조성물은 티탄산 바륨 등의 유전 필러를 더 함유해도 된다. 이에 의해, 유전층의 정전용량(C)을 크게 할 수 있고, 그 결과, 정전용량형 센서시트의 검출 감도를 높일 수 있다.

상기 유전 필러를 함유하는 경우, 상기 엘라스토머 조성물 중에서의 상기 유전 필러의 함유량은 통상, 0체적%보다 많고, 25체적% 이하 정도이다.

상기 유전 필러의 함유량이 25체적%를 넘으면, 유전층의 경도가 높아지거나, 영구 왜곡이 커지거나 하는 것이 있다. 또한, 유전층의 성형에 즈음해서 경화 전의 액점도가 높아지기 때문에, 고정밀도의 박막 형성이 어려워지는 것이 있다.

상기 유전층의 평균 두께는 정전용량(C)을 크게 해서 검출 감도의 향상을 도모하는 관점 및 측정 대상물에 대한 추종성의 향상을 도모하는 관점으로부터 10~1000㎛가 바람직하고, 30~200㎛가 보다 바람직하다.

상기 유전층의 상온에서의 비유전율은 2 이상이 바람직하고, 5 이상이 보다 바람직하다. 상기 유전층의 비유전율이 2 미만이면 정전용량(C)이 작아져서, 정전용량형 센서로서 사용했을 때에 충분한 감도가 얻어지지 않을 우려가 있다.

상기 유전층의 영률은 0.1~1㎫이 바람직하다. 상기 영률이 0.1㎫ 미만이면 유전층이 지나치게 연해져서, 고품질적인 가공이 어렵고, 충분한 측정 정밀도가 얻어지지 않는 것이 있다. 한편, 상기 영률이 1㎫을 넘으면 유전층이 지나치게 단단해지고, 측정 대상물의 변형 하중이 작을 경우에는, 측정 대상물의 변형 동작을 저해시켜서 계측 목적에 대하여 계측 결과가 적합하지 않을 우려가 있다.

상기 유전층의 단단함은, JIS K 6253에 준거한 타입 A 듀로미터를 사용한 단단함(JIS A 단단함)으로, 0~30°이거나 또는 JIS K 7321에 준거한 타입 C 듀로미터를 이용한 단단함(JIS C 단단함)으로 10~55°이 바람직하다.

상기 타입 C 듀로미터를 사용한 단단함이 10°미만에서는 유전층이 지나치게 연하기 때문에 고품질적인 가공이 어렵고, 충분한 측정 정밀도를 확보할 수 없는 경우가 있고, 한편, 상기 타입 C 듀로미터를 이용한 단단함이 55°를 넘으면, 유전층이 지나치게 단단해지기 때문에, 측정 대상물의 변형 하중이 작을 경우에 측정 대상물의 변형 동작을 저해시키는 것이 있다. 그래서 계측 목적에 대하여 측정 결과가 적합하지 않을 우려가 있다.

<외측 전극층/내측 전극층>

외측 전극층 및 내측 전극층은 모두 도전 재료를 함유하는 도전성 조성물로 이루어진다.

상기 외측 전극층 및 내측 전극층은 통상 동일한 재료를 이용해서 형성되지만, 반드시 동일 재료를 사용할 필요는 없다.

상기 도전 재료로서는 예를 들면, 카본 나노튜브, 그래핀(graphene), 카본나노혼, 카본파이어, 도전성 카본블랙, 그라파이트, 금속 나노 와이어, 금속 나노 입자, 도전성 고분자 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상 병용해도 된다.

상기 도전 재료로서는 카본 나노튜브가 바람직하다.

상기 카본 나노튜브로서는 공지의 카본 나노튜브를 사용할 수 있다. 상기 카본 나노튜브는 단층 카본 나노튜브(SWNT)이어도 되고, 2층 또는 3층 이상의 다층 카본 나노튜브(MWNT)이어도 된다.

또한, 각 카본 나노튜브의 형상(평균 길이나 섬유경, 애스펙트비)도 특별히 한정되지 않고, 정전용량형 센서의 사용 목적, 계측용 전극층에 요구되는 도전성이나 내구성, 계측용 전극층을 형성하기 위한 처리나 비용 등을 종합적으로 판단해서 적절히 선택하면 된다.

본 발명에서는 카본 나노튜브로서 특히, (i) 지름(섬유경)이 작고, 애스펙트비가 큰 장척의 단층 카본 나노튜브를 단독으로 사용할 것인가, 또는, (ii) 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

(i) 지름이 작고, 애스펙트비가 큰 장척의 단층 카본 나노튜브를 단독으로 사용하는 경우

상기 단층 카본 나노튜브의 평균 길이의 하한은 10㎛가 바람직하고, 100㎛가 보다 바람직하고, 300㎛가 더욱 바람직하며, 600㎛가 특히 바람직하다. 한편, 상기 단층 카본 나노튜브의 평균 길이의 상한은 700㎛가 바람직하다.

특히, 평균 길이가 100~700㎛인 단층 카본 나노튜브를 사용함으로써 반복 사용했을 때의 전기저항의 편차를 현저히 억제할 수 있다.

또한, 상기 단층 카본 나노튜브의 애스펙트비는 100 이상인 것이 바람직하고, 1000 이상인 것이 보다 바람직하고, 10000 이상인 것이 더욱 바람직하며, 30000 이상인 것이 특히 바람직하다.

장척의 단층 카본 나노튜브를 사용함으로써, 계측용 전극층(외측 전극층/내측 전극층)은 뛰어난 신축성을 발휘하고, 유전층의 변형에 대한 추종성을 향상시킬 수 있다.

또한, 유전층을 반복해서 신장시켰을 때에, 전기저항의 변동이 적기 때문 장기 신뢰성에도 뛰어나다. 이 이유는 장척의 카본 나노튜브의 경우, 카본 나노튜브 자체가 신축하기 쉽고, 그 결과, 계측용 전극층이 유전층에 추종해서 신장했을 때에 도전 패스가 보다 절단되기 어렵기 때문이라고 생각된다. 또한, 카본 나노튜브를 포함하는 도전성 조성물을 이용해서 계측용 전극층을 형성한 경우, 도전성은 카본 나노튜브끼리가 접촉함(전기 접점을 형성하는)으로써 발현된다. 여기서 장척의 카본 나노튜브를 사용한 경우, 단척의 카본 나노튜브를 이용한 경우에 비해, 적은 전기 접점 수로 도전성이 확보됨과 함께, 1개의 카본 나노튜브에서의 다른 카본 나노튜브와의 전기 접점 수가 많아지기 때문에, 보다 고차원인 전기적 네트워크를 형성할 수 있고, 이것이 도전 패스가 절단되기 어려워지는 이유라고 생각된다.

본 발명에서는 장척의 카본 나노튜브(길이가 길고, 애스펙트비가 큰 카본 나노튜브)를 이용하는 것이 이하의 점에서도 유리하다.

카본 나노튜브로 이루어지는 계측용 전극층의 도전성을 향상시키는 수법으로서는 일반적으로, 전하 이동 재료나 이온 액체 등의 저분자 재료를 도펀트로서, 계측용 전극층에 코팅 또는 혼합시키는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 본 발명의 정전용량형 센서시트가 구비하는 계측용 전극층에 있어서 도펀트를 사용한 경우, 도펀트가 유전층이나 가요층 안에 이행하는 것이 우려되고, 예를 들면, 유전층 안에 도펀트가 이행한 경우에는, 유전층의 절연성의 저하(체적저항율의 저하)나, 반복 사용 시의 내구성의 저하가 생기는 것이 있다. 상기 절연성의 저하나 상기 내구성의 저하가 생긴 경우에는, 측정 정밀도가 저하할 우려가 있다.

이에 대해, 카본 나노튜브로서 상기와 같은 장척의 카본 나노튜브를 이용한 경우에는, 도펀트를 사용하지 않아도 계측용 전극층에 충분한 도전성을 부여할 수 있다.

상기 장척의 단층 카본 나노튜브는 탄소 순도가 99중량% 이상인 것이 바람직하다.

불순물을 다량으로 함유하는 장척의 단층 카본 나노튜브를 사용해서 계측용 전극층을 형성한 경우, 계측용 전극층의 도전성이나 신장율이 저하하는 것이 있다. 또한, 계측용 전극층의 탄성율이 상승하고, 센서시트가 단단해져서, 그 신축성이 저하할 우려가 있다.

(ii) 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브와의 혼합물을 사용하는 경우

이 경우, 계측용 전극층에 있어서 무(無)신장 상태(0% 신장 상태)에서의 전기저항을 낮게 억제할 수 있음과 함께, 반복 사용한 경우에서의 측정 결과의 편차를 억제할 수 있다.

여기서 상기 단층 카본 나노튜브로서는, 상술한 장척의 단층 카본 나노튜브가 바람직하다.

한편, 상기 다층 카본 나노튜브는 2층 카본 나노튜브(DWNT)이어도 되고, 3층 이상의 다층 카본 나노튜브(MWNT)이어도 된다(본 명세서에서는, 양자를 합쳐서 단순히 다층 카본 나노튜브라고 칭함.).

상기 다층 카본 나노튜브의 평균 길이는 1~10㎛가 바람직하다.

상기 다층 카본 나노튜브의 평균 길이가 1㎛ 미만에서는, 도전 패스 중에서의 카본 나노튜브끼리의 접촉이 많아지고, 그 결과, 접촉 저항이 증가해서 도전성이 낮아지는 것이 있다. 한편, 상기 다층 카본 나노튜브의 평균 길이가 10㎛를 넘으면, 카본 나노튜브의 분산이 나빠져서, 그 결과, 도전 패스가 퍼지지 않고 도전성이 낮아지는 것이 있다. 보다 바람직하게는 1~5㎛이며, 더 바람직하게는 1~3㎛이다.

상기 다층 카본 나노튜브의 섬유경은 5~15㎚가 바람직하다.

상기 다층 카본 나노튜브의 섬유경이 5㎚ 미만에서는, 다층 카본 나노튜브의 분산이 나빠지고, 그 결과 도전 패스가 퍼지지 않고, 도전성이 불충분해지는 것이 있다. 한편, 상기 다층 카본 나노튜브의 섬유경이 15㎚을 넘으면, 같은 중량이라도 카본 나노튜브의 개수가 적어지고, 도전성이 불충분해지는 것이 있다.

또한, 상기 다층 카본 나노튜브의 애스펙트비는 50~2000이 바람직하다.

상기 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브와의 혼합물에 있어서, 상기단층 카본 나노튜브와 상기 다층 카본 나노튜브의 합계량에 대한, 상기 단층 카본 나노튜브의 함유량은 20~70중량%이 바람직하다.

상기 단층 카본 나노튜브의 함유량이 20중량% 미만에서는, 반복 사용했을 때의 측정값의 편차가 커지는 것이 있다. 한편, 상기 단층 카본 나노튜브의 함유량이 70중량%을 넘으면, 전기저항(특히 무신장 상태(0% 신장 상태)에서의 전기저항)이 높아지는 것이 있다.

상기 단층 카본 나노튜브의 함유량의 하한은, 보다 확실하게 전기저항의 편차를 억제할 수 있는 점으로부터 30중량%가 바람직하다.

상기 도전성 조성물은 도전 재료 이외에, 도전 재료의 연결 재료로서, 바인더 성분을 함유해도 된다.

상기 바인더 성분을 함유하는 경우, 상기 계측용 전극층의 강도를 향상시킬 수 있고, 상기 계측용 전극층의 두께가 두꺼워도 그 형상을 유지하고, 상기 계측용 전극층에 내부 균열이나 주름 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 계측용 전극층과 상기 유전층이나 상기 가요층과의 밀착성을 향상시킬 수도 있다.

또한, 후술한 방법으로 계측용 전극층을 형성할 때에 도전 재료의 비산을 억제할 수 있다. 그래서 계측용 전극층을 형성할 때의 안전성을 높일 수도 있다.

상기 바인더 성분으로서는, 예를 들면, 부틸 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 폴리에틸렌, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 천연 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 스티렌·부타디엔 고무, 폴리스티렌, 클로로프렌 고무, 니트릴고무, 폴리메타크릴산 메틸, 폴리 초산 비닐, 폴리 염화 비닐, 아크릴 고무, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체(SEBS), 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상 병용해도 된다.

또한, 상기 바인더 성분으로서는, 생 고무(천연 고무 및 합성 고무의 가황시키지 않는 상태인 것)도 사용할 수 있다. 생 고무와 같이 비교적 탄성이 약한 재료를 이용함으로써, 유전층의 변형에 대한 계측용 전극층의 추종성도 높일 수 있다.

상기 바인더 성분의 용해도 파라미터(SP값[(cal/㎤)^1/2])는 상기 엘라스토머 조성물(A)이나, 후술하는 엘라스토머 조성물(B1 또는 B2)에 포함되는 엘라스토머의 용해도 파라미터(SP값)와의 차이가 작은 만큼 바람직하다. 상기 용해도 파라미터의 차이는 ±1(cal/㎤)^1/2 이내가 보다 바람직하다.

상기 용해도 파라미터(SP값)의 차이가 ±1(cal/㎤)^1/2 이내이면, 유전층이나 가요층과 계측용 전극층의 밀착성이 지극히 뛰어난 것이 된다. 그래서 정전용량형 센서시트를 반복해서 사용했을 때에, 양자의 사이에서 박리가 발생하지 않고, 내구성(장기 신뢰성)이 뛰어난 것이 된다.

특히, 상기 바인더 성분과 상기 엘라스토머 조성물 (A), (B1 또는 B2)에 포함되는 엘라스토머는 동일한 종류의 폴리머인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 엘라스토머 조성물에 포함되는 엘라스토머 및 상기 바인더 성분의 용해도 파라미터(SP값)는 하기 계산식(2)에 기초하여, Fedors의 추산법에 의해 산출한 값이다.

δ= [ΣEcoh/ΣV] ^1/2… (2)

(식 중, ΣEcoh는 응집 에너지를, ΣV는 몰 분자용을 나타낸다.)

상기 바인더 성분은, 상기 바인더 성분 자체의 물성으로서, 일축인장에 견딜 수 있는 신장율이 30% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 바인더 성분 자체의 물성으로서, JIS K 6253에 준거한 타입 A 듀로미터를 사용한 단단함(JIS A 단단함)으로 0~30°이거나 또는 JIS K 7321에 준거한 타입 C 듀로미터를 사용한 단단함(JIS C 단단함)으로 10~55°인 것이 바람직하다.

또한, 상기 신장율 및 상기 단단함은 유전층이나 가요층의 신장율 및 단단함과 근사한 것이 바람직하고, 동일한 것이 보다 바람직하다.

특히, 상기 바인더 성분은, 상기 엘라스토머 조성물(A), (B1) 또는 (B2)에 포함되는 엘라스토머와 동일한 것이 바람직하다.

상기 계측용 전극층은 도전 재료나 바인더 성분 이외에, 각종 첨가제를 함유해도 된다. 상기 첨가제로서는 예를 들면, 카본 나노튜브의 분산성을 높이기 위한 분산제, 바인더 성분을 위한 가교제, 가황촉진제, 가황조제, 노화방지제, 가소제, 연화제, 착색제 등을 들 수 있다.

여기서, 상기 계측용 전극층이 가소제를 함유하면서 상기 엘라스토머 조성물(A)이나 (B1), (B2)도 또한 가소제를 함유할 경우에는, 양 조성물에 있어서 가소제 농도는 동일한 것이 바람직하다. 유전층이나 가요층과 계측용 전극층의 사이에서 가소제가 이행하는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 정전용량형 센서시트에 있어서의 휨이나 주름의 발생을 억제할 수 있기 때문이다.

상기 계측용 전극층이 카본 나노튜브를 포함하는 도전성 조성물로 이루어지는 경우, 상기 카본 나노튜브의 함유량은 요구되는 도전성이 발현하는 농도이면 특별히 한정되지 않고, 계측용 전극층의 전체 고형성분에 대하여 0.1~99.9중량%인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5.0~90.0중량%이며, 더 바람직하게는 20~70중량%이며, 특히 바람직하게는 20~50중량%이다.

또한, 상기 도전성 조성물이 바인더 성분을 함유할 경우, 상기 바인더 성분의 함유량은, 바인더 성분의 종류에도 따르지만, 계측용 전극층의 전체 고형성분에 대하여 10~95중량%인 것이 바람직하다.

상기 바인더 성분의 함유량은 보다 바람직한 하한이 30중량%이며, 더 바람직한 하한이 50중량%이다. 한편, 상기 바인더 성분의 함유량의 보다 바람직한 상한은 80중량%이다. 이 범위이면, 센서시트의 유연성이나 신축성을 저해하지 않는 막 두께(예를 들면, 10㎛ 이하)로 충분한 도전성을 확보할 수 있다. 덧붙여서, 계측용 전극층의 두께가 두꺼워져도(예를 들면, 1㎛ 이상), 계측용 전극층의 층내 박리(계측용 전극층 내부 균열)를 보다 회피하기 쉬워진다.

상기 계측용 전극층의 평균 두께(외측 전극층 및 내측 전극층의 각각의 평균 두께)은 0.1~10㎛인 것이 바람직하다. 계측용 전극층의 평균 두께가 상기 범위이므로 계측용 전극층이 유전층의 변형에 대하여 뛰어난 추종성을 발휘할 수 있다.

이에 대해, 상기 평균 두께가 0.1㎛ 미만에서는 도전성이 부족하고, 측정 정밀도가 저하할 우려가 있다.

한편, 상기 평균 두께가 10㎛를 넘으면, 카본 나노튜브 등의 도전 재료에 의한 보강 효과에 의해 정전용량형 센서시트가 단단해진다. 그 결과, 측정 대상물에 대한 추종성이 저하하고, 신축 등의 변형을 저해할 우려가 있다.

상기 계측용 전극층의 평균 두께는 1~10㎛인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서, "계측용 전극층의 평균 두께"는 레이저 현미경(예를 들면, 키엔스사 제품, VK-9510)을 이용해서 측정한다.

구체적으로는 유전층의 표면에 적층된 계측용 전극층의 두께 방향을 0.01㎛단위로 스캔하고, 그 3D 형상을 측정한 후, 유전층의 표면의 계측용 전극층이 적층되어 있는 영역 및 적층되지 않은 영역에 있어서, 각각 세로 200×가로 200㎛의 직사각형 영역의 평균 높이를 계측하고, 그 평균 높이의 단차를 계측용 전극층의 평균 두께로 한다.

상기 계측용 전극층의 투명성(가시광의 투과율)은 특별히 한정되지 않고, 투명해도 되고, 불투명해도 된다.

본 발명의 정전용량형 센서시트를 구성하는 엘라스토머 조성물로 이루어지는 유전층은, 용이하게 투명한 유전층으로 할 수도 있고, 상기 계측용 전극층의 투명성을 높임으로써, 전체로서 투명한 정전용량형 센서시트로 할 수도 있다. 그러나 예를 들면, 카본 나노튜브를 포함하는 도전성 조성물을 이용해서 계측용 전극층을 형성할 경우, 카본 나노튜브에 대하여 고도인 분산화 처리나 정제 처리 등의 전(前)처리가 필요해지고, 계측용 전극층의 형성 공정이 번잡해져서 경제적으로도 불리하게 된다.

한편, 계측용 전극층의 투명성은 정전용량형 센서시트로서의 성능에는 영향이 없다.

그래서 정전용량형 센서시트로서 투명성이 요구될 경우에는, 투명한 계측용 전극층(예를 들면, 가시광(550nm광) 투과율이 85% 이상)을 형성하면 되고, 그렇지 않을 경우에는, 불투명한 계측용 전극층을 형성하면 된다. 불투명한 계측용 전극층쪽이 용이하면서 염가로 제조할 수 있다.

한편, 투명한 정전용량형 센서시트로 할 경우에는, 가요층이나 피복 전극층, 오버코트층에 있어서도 투명성(예를 들면, 가시광(550㎚광) 투과율이 85% 이상)을 확보할 필요가 있다.

<외측 가요층/내측 가요층>

상기 외측 가요층은 엘라스토머 조성물(B1)로 이루어지고, 상기 내측 가요층은 엘라스토머 조성물(B2)로 이루어진다. 또한, 상기 외측 가요층 및 내측 가요층은 함께, 그 주면에 수직인 방향으로 봤을 때의 상기 유전층과 대략 동일하며, 시트 형상을 가지고 있다.

상기 엘라스토머 조성물(B1 및 B2)로서는, 각각 상기 엘라스토머 조성물(A)로서 예시한 엘라스토머 조성물과 동일한 엘라스토머 조성물을 사용할 수 있다. 상기 엘라스토머 조성물(B1 및 B2)이 바람직한 조성도 상기 엘라스토머 조성물(A)과 동일하다.

상기 엘라스토머 조성물(B1)과 상기 엘라스토머 조성물(B2)은 동일한 조성이어도 되고, 다른 조성이어도 된다.

상기 엘라스토머 조성물(B1 및 B2)은 양쪽 또는 한쪽이 엘라스토머로서 우레탄 고무를 함유하는 것이 바람직하다. 엘라스토머가 우레탄 고무인 엘라스토머 조성물으로 이루어지는 가요층은, 계측용 전극층이나 피복 전극층과의 밀착성이 지극히 양호해지기 때문이다.

상기 정전용량형 센서시트에 있어서, 유전층을 구성하는 엘라스토머 조성물(A)과 가요층을 구성하는 엘라스토머 조성물(B1) 및 엘라스토머 조성물(B2)의 각각은 반드시 동일할 필요는 없지만, 동일한 것이 바람직하다. 동일한 조성의 엘라스토머 조성물로 이루어지는 유전층과 가요층과는 계측용 전극층을 끼워서 특히 뛰어난 밀착성을 가진다.

상기 가요층의 평균 두께(외측 가요층 및 내측 가요층의 각각의 평균 두께)는 1~200㎛이 바람직하다.

두께 1㎛ 미만의 가요층은 결함이 없는, 균일한 층으로서 형성하는 것이 곤란하고, 만약 결함이 생긴 경우에는, 그 결함을 통해서 계측용 전극층과 피복 전극층이 단락되어버려서, 그 결과, 정전용량형 센서시트로서 성능을 확보할 수 없는 경우가 있다.

또한, 상기 가요층의 두께가 1㎛ 미만에서는, 계측용 전극층과 피복 전극층의 거리가 너무 가깝고, 크로스 토크 노이즈는 충분히 제거되지만, 계측용 전극층의 도전성이 불충분해지고, 결과로서 정전용량형 센서시트의 성능이 불충분해지는 것이 있다. 특히, 높은 신호 주파수로 계측을 실시했을 때에 계측 오차가 커질 우려가 있다. 한편, 계측용 전극층의 도전성이 낮아지는 것은, 계측용 전극층과 피복 전극층과의 사이의 정전용량이 지나치게 크기 때문이다.

한편, 상기 가요층의 두께가 200㎛를 넘으면, 정전용량형 센서시트의 유연성이나 신축성이 저하함과 함께, 계측용 전극층과 피복 전극층의 거리가 지나치게 멀어서 크로스 토크 노이즈의 제거 능력이 불충분해지는 것이 있다. 한편, 크로스 토크 노이즈를 충분히 제거할 수 없는 것은 계측용 전극층과 피복 전극층과의 사이의 정전용량이 지나치게 작기 때문이다.

물론, 상기 가요층의 두께는 상기 범위에 한정되는 것이 아닌, 유전층의 비유전율이나 두께, 가요층의 비유전율, 계측용 전극층의 치수나 개수 등의 패턴 등에 따라서 적절히 설계 변경할 수 있다.

<외측 피복 전극층/내측 피복 전극층>

외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층은 모두 도전 재료를 함유하는 도전성 조성물로 이루어지는 전극층이며, 각각 외측 가요층 및 내측 가요층을 통해서 검출부를 덮도록 형성되어 있다.

상기 도전성 조성물로서는, 상기 계측용 전극층을 구성하는 도전성 조성물로서 예시한 것과 동일한 도전성 조성물을 들 수 있다.

상기 피복 전극층(외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층)도 또한, 카본 나노튜브를 포함하는 도전성 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 도전성 조성물의 바람직한 조성은, 상기 외측 전극층이나 내측 전극층을 구성하는 도전성 조성물의 바람직한 조성과 동일하다.

즉, 카본 나노튜브로서, (i) 지름이 작고, 애스펙트비가 큰 장척의 단층 카본 나노튜브를 단독으로 사용하는 도전성 조성물 또는, (ii) 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브의 혼합물을 사용하는 도전성 조성물이 바람직하다.

상기 피복 전극층도 또한, 정전용량형 센서시트의 변형에 추종해서 변형하기 때문에, 반복 변형에 대한 내구성이 뛰어난 것이 요구되면서 크로스 토크 노이즈를 보다 확실하게 제거하기 위해서 높은 도전성이 요구되기 때문이다.

상기 피복 전극층을 구성하는 도전성 조성물은, 상기 계측용 전극층을 구성하는 도전성 조성물과 동일하게, 바인더 성분 등을 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 바인더 성분은, 상기 엘라스토머 조성물(B1 또는 B2)이나, 오버코트층에 포함되는 엘라스토머와 가까운 SP값을 가지거나, 동종 또는 동일한 폴리머인 것이 바람직하다.

상기 외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층의 각각은, 상기 계측용 전극층과 동일한 도전성 조성물로 구성되어 있어도 되고, 다른 도전성 조성물로 구성되어 있어도 된다.

그러나 상기 외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층의 각각과, 상기 계측용 전극층은 동일한 도전성 조성물로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 계측용 전극층 및 상기 피복 전극층은, 상기 정전용량형 센서시트의 사용 시에, 변형에 의해 동일한 정도의 변형 범위나 사용 횟수의 변형이 더해지는 것이 되기 때문에, 정전용량형 센서시트의 변형 레인지의 넓이나, 반복 사용 횟수에 대한 특성은 계측용 전극층과 피복 전극층에서 동일한 정도인 것이 바람직하기 때문이다 (어느 한쪽이 과잉 스펙이라도 우위가 아님).

또한, 계측용 전극층과 피복 전극층이 동일한 도전성 조성물로 구성되어 있음으로써, 정전용량형 센서시트를 변형시켰을 때에 양자의 거동이 유사한 것이 된다. 그 결과, 정전용량형 센서시트에 계측용 전극층 및 피복 전극층의 변형 시의 거동의 차이에 기인하는 응력 집중 등이 발생하기 어려워진다.

상기 피복 전극층의 평균 두께(외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층의 각각의 평균 두께)는 0.1~10㎛인 것이 바람직하다. 상기 피복 전극층의 평균 두께가 상기 범위에 있으면, 유전층 등의 다른 층의 변형에 대하여 뛰어난 추종성을 발휘할 수 있다.

이에 대해, 상기 평균 두께가 0.1㎛ 미만에서는 도전성의 부족에 의해, 크로스 토크을 제거하는 능력이 불충분해질 우려가 있다. 특히, 높은 신호 주파수에서의 계측에 있어서 크로스 토크 노이즈를 충분히 제거할 수 없는 경우가 있다.

한편, 상기 평균 두께가 10㎛를 넘으면, 카본 나노튜브 등의 도전 재료에 의한 보강 효과에 의해 정전용량형 센서시트가 단단해진다. 그래서 측정 대상물에 대한 추종성이 저하하고, 신축 등의 변형을 저해할 우려가 있다.

상기 피복 전극층의 평균 두께는 1~10㎛가 보다 바람직하다.

<오버코트층>

상기 오버코트층은 그 주면에 수직인 방향으로 봤을 때의 상기 유전층과 대략 동일하고, 시트 형상을 가지고 있다. 상기 오버코트층을 구비함으로써, 피복 전극층 등을 외부로부터의 충격이나 쓰레기나 먼지로부터 보호할 수 있다. 또한, 피복 전극층이 외부의 부재와 도통하는 것을 억제할 수 있다.

상기 오버코트층을 형성할 경우, 그 목적은 피복 전극층의 보호에 한정되는 것이 아닌, 예를 들면, 착색한 오버코트층을 형성함으로써, 피복 전극층 등을 외부로부터 보이지 않게 하거나, 또한, 일부만 착색함으로써, 정전용량형 센서시트에 의장성을 부여하거나 할 수도 있다. 또한, 오버코트층의 표면은 인자(印字)되어 있어도 된다.

또한, 예를 들면, 오버코트층을 접착성 또는 점착성을 가지는 층으로 함으로써, 측정 대상물을 정전용량형 센서시트에 붙일 수 있다. 또한, 예를 들면, 오버코트층의 표면을 마찰 계수가 낮은 저μ표면층으로 할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 상기 오버코트층에 의장성을 부여하는 경우(표면에 인자하는 경우)의 구체예로서는, 예를 들면, 본 발명의 정전용량형 센서시트를 유연하고, 신축성을 가지는 터치패널의 입력 인터페이스로서 사용하는 예를 들 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 오버코트층의 표면에 입력 위치의 유사 버튼이나 키보드, 제품 로고 등을 인자한다.

상기 오버코트층의 표면을 인자할 경우, 인자는, 예를 들면, 수성 잉크, 용제계 잉크, UV 경화 잉크 등을 사용하고, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 등에 의해 실시하면 된다.

보다 구체적으로는 예를 들면, 상기 용제계 잉크로서는, 주로 용제, 안료, 비히클 및 필요에 따라서 더 배합되는 보조제로 이루어지는 종래 공지의 용제계 잉크를 사용하면 된다.

상기 용제로서는, 예를 들면, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 글리콜에테르계 용제, γ-부티로락톤 등의 락톤계 용제, 저비점 방향족 나프타, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등을 들 수 있다.

상기 안료로서는 예를 들면, 카본블랙(블랙), 구리프탈로시아닌(시안), 디메틸퀴나크리돈(마젠타), 피그먼트·옐로우(옐로우), 산화 티탄, 산화 알루미늄, 산화 지르코늄, 니켈 화합물 등을 들 수 있다. 상기 안료로서는, 그 외에도 다양한 안료가 이미 알려져있고, 물론 상기한 것에 한정되는 것은 아니다.

상기 오버코트층의 재질은 특별히 한정되지 않고, 그 형성 목적에 따라 적절히 선택하면 된다. 상기 오버코트층의 재질로서는, 예를 들면, 상기 엘라스토머 조성물(A)로서 예시한 엘라스토머 조성물과 동일한 엘라스토머 조성물에, 필요에 따라 착색제(안료나 염료)를 배합한 조성물 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 오버코트층에 포함되는 엘라스토머는 피복 전극층을 끼워서 대향하는 가요층을 구성하는 엘라스토머 조성물(B1 또는 B2)에 포함되는 엘라스토머와 동종 또는 동일한 엘라스토머이거나, SP값이 가까운 엘라스토머인 것이 바람직하다. 상기 오버코트층이 가요층과의 밀착성이 뛰어나기 때문이다.

본 발명의 정전용량형 센서시트는, 상기 오버코트층을 반드시 구비할 필요는 없다. 상기 오버코트층은 본 발명의 정전용량형 센서시트에 있어서 임의의 구성 요건이다.

또한, 본 발명의 정전용량형 센서시트에 있어서, 상기 오버코트층은 외측 또는 내측 중 어느 한쪽에만 형성되어 있어도 된다.

상기 오버코트층의 평균 두께는 1~100㎛가 바람직하다.

상기 오버코트층의 두께가 1㎛ 미만에서는 결함이 없는, 균일한 층으로서 형성하는 것이 곤란하고, 만약 결함이 생긴 경우에는, 그 결함을 통해서 계측용 전극층이나 피복 전극층이 노출해버리는 것이 있다. 그 결과, 계측용 전극층이나 피복 전극층을 보호하는 역할을 다할 수 없는 경우가 있다.

한편, 상기 오버코트층의 두께가 100㎛를 넘으면, 정전용량형 센서시트의 유연성이나 신축성이 저하하는 것이 있다.

상기 오버코트층의 두께는 상기 범위에 한정되는 것은 아닌, 상술한대로 오버코트층에는 인자된 표면으로 하는, 접착성이나 저μ성의 표면으로 하는 등의 부가기능을 부여하는 것이 가능하기 때문에, 상기 부가기능에 따라서 적절히 설계 변경할 수 있다.

<검출부: 도 1 중, C0101~C1616>

검출부(C0101~C1616)는 도 1에 짙은 해칭(hatching)으로 나타내는 바와 같이, 외측 전극층(01A~16A)과, 내측 전극층(01B~16B)이 유전층의 표리방향(두께방향)으로 교차하는 부분(중복하는 부분)에 배치되어 있다. 검출부(C0101~C1616)는, 정전용량형 센서시트(1)에서는 합계 256개(=16개×16개) 배치되어 있다. 검출부(C0101~C1616)는 정전용량형 센서시트(1)의 대략 전면에 걸쳐서, 대략 등간격으로 배치되어 있다. 검출부(C0101~C1616)는 각각 외측 전극층(01A~16A)의 일부와, 내측 전극층(01B~16B)의 일부와, 유전층(2)의 일부를 포함한다.

이러한 구성으로 이루어지는 본 발명의 정전용량형 센서시트에서는, 측정 대상물과의 접촉에 의해 변형하기 전의 정전용량(C)과, 변형한 후의 정전용량(C)으로부터 정전용량의 변화량(ΔC)을 검출하고, 신축 변형 왜곡량이나 신축 변형 왜곡 분포, 면압 분포를 구할 수 있다.

또한, 본 발명의 정전용량형 센서시트는, 신장율이 높고, 일축방향으로 30% 이상 반복해서 신장시키는 것이 가능하고, 유연한 측정 대상물의 변형이나 동작에 추종하는 것이 가능하면서, 신축 변형이나 반복 변형에 대한 내구성이 뛰어나다. 상기 정전용량형 센서시트는, 예를 들면, 측정 대상물의 형태를 트레이스하는, 측정 대상물의 움직임을 직접적으로 검지하는 등이 가능하다.

(다른 실시형태)

본 발명의 정전용량형 센서시트의 구성은, 도 1 및 2에 나타낸 정전용량형 센서시트의 구성에 한정되는 것은 아닌, 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같은 구성이어도 된다.

도 4는 본 발명의 정전용량형 센서시트의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 4에 나타내는 정전용량형 센서시트(201)는 유전층(2)의 한쪽면(표면측)에만 피복 전극층(4A)(외측 전극층(4A))이 마련되어 있는 점에서, 도 1 및 2에 나타낸 정전용량형 센서시트(1)와 다르다. 정전용량형 센서시트(201)의 구성은 내측 가요층(3B) 및 내측 피복 전극층(4B)이 형성되지 않은 이외에는, 도 1 및 2에 나타낸 정전용량형 센서시트(1)와 동일하다.

이렇게 본 발명의 정전용량형 센서시트에서는 한쪽면에만 피복 전극층이 형성되어 있어도 된다. 이 경우도 양면에 피복 전극층이 형성된 경우와 동일한 효과를 발휘하고, 그 목적을 달성할 수 있다.

정전용량형 센서시트(201)에서는 외측 피복 전극층만이 형성되어 있지만, 정전용량형 센서시트에 있어서, 한쪽면에만 피복 전극층이 형성되어 있는 경우에는, 내측 피복 전극층만이 형성되어 있어도 된다.

본 발명의 정전용량형 센서시트는 상술한 바와 같이, 외측 전극층 및 내측 피복 전극층의 양쪽을 구비하고 있어도 되고, 어느 하나만을 구비하고 있어도 된다. 여기서 양쪽을 구비할 것인지 또는, 어느 하나만을 구비할 것인지는 정전용량형 센서시트에 요구되는 특성을 고려해서 적절히 선택하면 된다.

구체적으로는 크로스 토크 노이즈에 의한 정전용량의 증가를 보다 확실하게 제거할 수 있는 점 및 센서시트로서의 측정 정밀도에 의해 뛰어난 점으로부터는 외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층의 양쪽을 구비하는 것이 바람직하다. 한편, 피복 전극층을 형성하면서 계측용 전극층의 도전성을 유지하기 쉬운 점, 정전용량형 센서시트의 유연성을 확보하기 쉬운 점 및 정전용량형 센서시트의 박형화를 달성하기 쉬운 점으로부터는 외측 전극층 및 내측 피복 전극층 중 어느 한쪽을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 정전용량형 센서시트의 구성은 도 5에 나타내는 바와 같은 구성이어도 된다.

도 5(a)는 본 발명의 정전용량형 센서시트의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 상면도이며, (b)는 (a)의 B-B선 단면도이다.

도 5에 나타내는 정전용량형 센서시트(301)는 시트 형상의 유전층(302)과, 유전층(302)의 표면에 적층된 띠 형상의 외측 전극층(01D~16D)과, 유전층(302)의 이면에 적층된 띠 형상의 내측 전극층(01E~16E)과, 외측 전극층(01D~16D)의 일단과 접속되고, 유전층(302)의 바깥 가장자리부까지 전부 연달아 설치된 외측 배선(01d~16d)과, 내측 전극층(01E~16E)의 한 단과 접속되고, 유전층(302)의 바깥 가장자리부까지 연설된 내측 배선(01e~16e)을 구비한다.

또한, 외측 전극층(01D~16D)상에는 외측 가요층(303A)을 통해서 적층된 외측 피복 전극층(304A)을 구비하고, 내측 전극층(01E~16E)상에는 내측 가요층(303B)을 통해서 적층된 내측 피복 전극층(304B)을 구비한다. 게다가, 외측 피복 전극층(304A)상 및 내측 피복 전극층(304B)상의 각각에는 오버코트층(305A, 305B)이 적층되어 있다.

정전용량형 센서시트(301)에 있어서도, 외측 전극층(01D~16D)과 내측 전극층(01E~16E)이 표리방향(유전층의 두께방향)으로 교차하는 부분이 검출부(F0101~F1616)가 된다. 한편, 검출부의 부호 "F○○△△" 중, 위 2자리인 "○○"는 외측 전극층(01D~16D)에 대응하고, 밑의 2자리인 "△△"는 내측 전극층(01E~16E)에 대응한다.

외측 전극층(01D~16D)은 각각 띠 형상을 가지고 있고, 유전층(302)의 표면에 합계 16개 적층되어 있다. 외측 전극층(01D~16D)은 각각 X방향(도 5(a) 중, 좌우방향)으로 연장되어 있다. 외측 전극층(01D~16D)은 각각 Y방향(도 5(b) 중, 상하방향)에 소정 간격마다 이간하고, 서로 대략 평행이 되도록 각각 배치되어 있다. 외측 전극층(01D~16D)의 좌단에는, 각각 Y방향으로 연달아 설치된 선 형상의 외측 배선(01d~16d)이 접속되어 있다. 외측 배선(01d~16d)의 다른 단은 유전층(302)의 바깥 가장자리부까지 연장되어 있다.

내측 전극층(01E~16E)은 각각 띠 형상를 가지고 있고, 유전층(302)의 이면에 합계 16개 적층되어 있다. 내측 전극층(01E~16E)은 각각 외측 전극층(01D~16D)과 표리방향으로부터 보아, 대략 직각으로 교차하도록 배치되어 있다. 즉, 내측 전극층(01E~16E)은 각각 Y방향으로 연장되어 있다. 또한, 내측 전극층(01E~16E)은 X방향으로 소정 간격마다 이간하고, 서로 대략 평행이 되도록 각각 배치되어 있다. 내측 전극층(01E~16E)의 한 단(상단)에는 각각 X방향으로 연설된 선 형상의 내측 배선(01e~16e)이 접속되어 있다. 내측 배선(01e~16e)의 다른 단은 유전층(302)의 바깥 가장자리부까지 연장되어 있다.

정전용량형 센서시트(301)에 있어서, 상기 외측 배선 및 내측 배선을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않고, 종래 공지의 전기배선에 사용되는 재료를 이용할 수 있다.

상기 외측 배선 및 내측 배선을 구성하는 재료로서는, 상술한 계측용 전극층과 동일한 구성인 것이 바람직하다. 상기 계측용 전극층과 동일한 구성인 것을 이용함으로써 각 배선(외측 배선 및 내측 배선)도 신축 변형할 수 있고, 측정 대상물에 의한 센서시트의 변형을 저해하지 않는다.

보다 구체적으로는 상기 계측용 전극층을 형성하는 재료와 동일한 재료를 이용하고, 선 폭을 작으면서 두께가 두꺼워지도록 상기 외측 배선 및 내측 배선을 형성함으로써, 충분한 도전성을 확보하면서, 센서시트의 신축성을 손상하지 않고 추종할 수 있고, 계측용 전극층과 동일하게 반복 신장에 견딜 수 있는 배선으로 할 수 있다.

이에 대해, 예를 들면, 상기 외측 배선 및 내측 배선이 금속 재료를 이용해서 형성된 경우에는, 배선을 형성한 부분의 신축성이 손상될 우려가 있기 때문에 불리하다.

외측 배선(01d~16d)의 다른 단 및 내측 배선(01e~16e)의 다른 단의 각각은 도시하지 않고 있지만, 금속제의 접점을 가지는 커넥터와 접속되어 있고, 이 커넥터를 통해서 외부배선과 접속할 수 있다.

이러한 구성으로 이루어지는 정전용량형 센서시트(301)도 또한, 도 1, 2에 나타낸 정전용량형 센서시트(1)과 동일하게 외측 전극층과 내측 전극층의 각각을 외부배선을 통해서 계측 수단과 접속함으로써 정전용량형 센서가 된다.

또한, 본 발명은 상기 실시 태양 외, 다양한 변경, 개량을 실시한 형태로 실시할 수 있다.

예를 들면, 도 1, 2에 나타낸 실시형태에서의 정전용량형 센서시트(1)에서는 외측 전극층(01A~16A) 및 내측 전극층(01B~16B)의 배치 수를 16개로 하고 있지만, 이 배치 수는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시형태에서의 외측 전극층(01A~16A)과 내측 전극층(01B~16B)의 교차 각도도 특별히 한정되지 않는다.

또한, 도 1, 2에 나타낸 실시형태에서의 정전용량형 센서시트(1)에서는 외측 피복 전극층(4A) 및 내측 피복 전극층(4B)이 함께, 피복 전극층을 형성하는 영역 전체가 다 칠해진 형상의 전극층이지만, 본 발명의 정전용량형 센서시트에서의 피복 전극층은 검출부를 덮도록 형성되어 있으면, 예를 들면, 정전용량형 센서시트의 주면에 방향으로 봤을 때의 격자 형상의 전극층이어도 된다.

또한, 상기 정전용량형 센서시트가 외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층을 구비할 경우, 양자의 형상은 동일해도 되고, 달라도 된다.

다음으로, 본 발명의 정전용량형 센서시트의 제조방법에 대해서 설명한다.

여기서는 도 1, 2에 나타낸 정전용량형 센서시트(1)를 예로, 그 제조방법을 설명한다.

상기 정전용량형 센서시트는 예를 들면,

(1) 유전층, 외측 가요층, 내측 가요층 및 오버코트층을 각각 따로 형성하는 공정(이하, "공정 (1)"이라고도 함),

(2) 카본 나노튜브 등의 도전 재료 및 분산매 등을 포함하는 전극층 형성용 도포액을 조제하는 공정(이하, "공정 (2)"이라고도 함) 및

(3) 유전층, 외측 가요층, 내측 가요층 및 오버코트층을 소정의 순서대로 적층하면서, 소정의 시기에 전극층 형성용 도포액을 도포, 건조시킴으로써 전극층(계측용 전극층 또는 피복 전극층)의 형성을 실시하는 공정(이하, "공정 (3)"이라고도 함)을 거침으로써 제조할 수 있다.

이하, 공정순으로 설명한다.

[공정 (1)]

공정 (1)에서는 유전층, 가요층(외측 가요층, 내측 가요층) 및 오버코트층을 각각 따로 형성한다. 상기 유전층, 상기 가요층 및 상기 오버코트층의 형성에서는 모두 엘라스토머를 함유하는 원료 조성물을 시트 형상으로 성형하고, 시트 형상물을 제작한다.

그래서 우선, 엘라스토머(또는 그 원료)에, 필요에 따라 유전 필러, 가소제, 사슬연장제, 가교제, 가황촉진제, 촉매, 산화방지제, 노화방지제, 착색제 등의 첨가제를 배합한 원료 조성물을 조제한다.

상기 원료 조성물의 조제방법 및 시트 형상물의 제작방법으로서는 특별히 한정되지 않고, 종래 공지의 방법을 사용할 수 있다.

구체적으로는, 엘라스토머가 우레탄 고무일 경우에는 예를 들면, 우선, 폴리올 성분, 가소제 및 산화방지제를 계량하고, 가열, 감압하에 있어서 일정 시간 교반 혼합하고, 혼합액을 조제한다. 다음으로, 혼합액을 계량하고, 온도를 조정한 후, 촉매를 첨가해 애지터(ajiter) 등으로 교반한다. 그 후, 소정량의 이소시아네이트 성분을 첨가하고, 애지터 등으로 교반 후, 즉석에서 혼합액을 도 6에 나타내는 성형장치에 주입하고, 보호 필름으로 샌드위치 형상으로 하여 반송하면서 가교 경화시켜서, 보호 필름 첨부의 소정 두께의 롤 시트를 얻는다. 그 후, 필요에 따라서, 더 용광로에서 일정시간 가교 반응(후 가교)시킨다. 이에 의해, 유전층, 가요층(외측 가요층, 내측 가요층) 및 오버코트층 중 어느 하나가 되는 시트 형상물을 제작할 수 있다.

도 6은 시트 형상물의 제작에 사용하는 성형장치의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.

도 6에 나타낸 성형장치(30)에서는, 원료 조성물(33)을 이간해서 배치된 한 쌍의 롤(32, 32')로부터 연속적으로 보내지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 제품의 보호 필름(31)의 틈에 흘려보내고, 그 틈에 원료 조성물(33)을 유지한 상태로 경화 반응(가교 반응)을 진행시키면서, 가열장치(34)내에 도입하고, 원료 조성물(33)을 한 쌍의 보호 필름(31) 사이에서 유지한 상태로 열 경화시켜서, 시트 형상물을 제작한다.

또한, 엘라스토머가 아크릴 고무일 경우에는, 예를 들면, 우선, 아크릴산 에스테르와 광중합개시제를 혼합한 후, UV광을 조사(照射)해서 프리폴리머를 조제한다. 그 후, 이 프리폴리머에 아크릴산 등의 사슬연장제와 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르 등의 가교제를 혼합한다. 다음으로, 얻어진 혼합물을 가열장치(34)를 대신해서 UV 조사장치를 구비하는 이외에는, 도 6에 나타낸 성형장치(30)와 동일한 구성을 구비한 성형장치에 투입하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 제품의 보호 필름의 틈에 혼합물을 유지한 상태로 UV광을 조사해서 가교시켜서, 시트 형상물을 제작할 수 있다.

또한, 엘라스토머가 EPDM인 경우에는, 예를 들면, EPDM과 가교제를 혼합한 후, 프레스 성형함으로써 시트 형상물을 제작할 수 있다.

또한, 엘라스토머가 실리콘 고무일 경우에는, 실리콘 고무와 가교제를 혼합한 후, 얻어진 혼합물을 도 6에 나타낸 성형장치에 투입하고, 경화시킴으로써 시트 형상물을 제작할 수 있다.

또한, 상기 시트 형상물은 원료 조성물을 조제한 후, 각종 코팅장치, 바코트(bar coating), 닥터 블레이드 등의 범용의 성막(成膜)장치나 성막방법을 이용해서 제작해도 된다.

[공정 (2)]

공정 (2)에서는 카본 나노튜브 등의 도전 재료 및 분산매 등을 포함하는 전극층 형성용 도포액을 조제한다.

구체적으로는 우선, 도전 재료를 톨루엔 등의 분산매에 첨가한다. 이때, 필요에 따라 바인더 성분(또는 그 원료), 분산제, 기타 각종 첨가제 등을 상기 분산매에 첨가해도 된다.

다음으로, 상기 도전 재료를 포함하는 각 성분을 습식 분산기를 사용해서 분산매 안에 분산(또는 용해)시킴으로써 전극층 형성용 도포액을 조제한다. 여기서는 예를 들면, 초음파 분산기, 제트 밀, 비즈 밀, 스터러(stirrer) 등 기존의 분산기를 사용해서 상기 도전 재료 등을 분산시키면 된다.

상기 전극층 형성용 도포액의 조제에 있어서, 상기 분산매는 톨루엔에 한정되는 것이 아닌, 이 이외에도 예를 들면, 메틸이소부틸케톤(MIBK), 알코올류, 물 등을 들 수 있다. 이들의 분산매는 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상 병용해도 된다.

상기 도전 재료가 카본 나노튜브의 경우, 상기 전극층 형성용 도포액에서의 카본 나노튜브의 농도는 0.01~10중량%가 바람직하다.

상기 카본 나노튜브의 농도가 0.01중량% 미만에서는, 카본 나노튜브의 농도가 지나치게 옅어서 반복 도포할 필요가 생기는 경우가 있다. 한편, 상기 카본 나노튜브의 농도가 10중량%를 넘으면, 도포액의 점도가 지나치게 높아져서 또한, 재응집에 의해 카본 나노튜브의 분산성이 저하하고, 균일한 전극층(계측용 전극층, 피복 전극층)을 형성하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

또한, 상기 카본 나노튜브로서 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브와의 혼합물을 사용할 경우에는, 하기 (a) 및 (b) 중 어느 방법을 사용해도 된다.

(a) 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브를 다른 분산매에 첨가하고, 습식 분산기를 사용해서 각각의 분산매 안에 분산(또는 용해)시킨 후, 단층 카본 나노튜브의 분산액과 다층 카본 나노튜브의 분산액을 혼합해서 도포액으로 한다.

(b) 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브를 하나의 분산매에 첨가하고, 습식 분산기를 이용해서 분산매 안에 분산(또는 용해)시켜서 도포액으로 한다.

[공정 (3)]

공정 (3)에서는 유전층, 외측 가요층, 내측 가요층 및 오버코트층을 소정의 순서대로 적층하면서, 소정의 시기에 전극층 형성용 도포액을 도포, 건조시킴으로써, 전극층(외측 전극층, 내측 전극층, 외측 피복 전극층 또는 내측 피복 전극층)의 형성을 실시한다.

구체적으로는 예를 들면, 하기의 공정 (3-1)~(3-7)을 실시한다.

(3-1) 공정 (1)로 형성한 오버코트층(완성품에 있어서 내측의 오버코트층(5B)이 됨)의 한쪽면의 소정의 위치에 에어브러시 등을 이용하고, 공정 (2)로 조제한 전극층 형성용 도포액을 도포해서 건조시킴으로써 내측 피복 전극층을 형성한다.

이때, 필요에 따라서 내측 피복 전극층을 형성하지 않는 위치를 마스킹하고나서 도포액을 도포해도 된다.

상기 도포액의 건조 조건은 특별히 한정되지 않고, 분산매의 종류 등에 따라 적절히 선택하면 된다.

상기 도포액을 도포하는 방법은 에어브러시를 이용한 방법에 한정되는 것이 아닌, 그 외, 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법 등도 채용할 수 있다.

(3-2) 상기 내측 피복 전극층을 형성한 오버코트층상에 금속제의 핸드롤러 등을 사용해서 내측 가요층을 라미네이트하고, 오버코트층과의 사이에서 내측 피복 전극층을 끼우듯이 내측 가요층을 적층한다.

(3-3) 상기 내측 가요층의 표면의 소정의 위치에 소정의 형상(띠 형상)으로 상기 전극층 형성용 도포액을 도포해서 건조시켜서 내측 전극층을 형성한다.

상기 내측 전극층은 예를 들면, 폭은 1~20㎜정도, 길이는 50~500㎜정도이며, 1~5㎜정도의 간격으로 이간하고, 서로 대략 평행하도록 형성한다.

이때 필요에 따라서, 내측 가요층 표면의 내측 전극층을 형성하지 않는 위치를 마스킹하고나서 도포액을 도포해도 된다.

본 공정에 있어서, 상기 전극층 형성용 도포액의 도포방법이나 건조조건은 상기 (3-1)과 동일한 방법이나 조건을 채용할 수 있다.

(3-4) 상기 내측 전극층을 형성한 내측 가요층상에 금속제의 핸드롤러 등을 사용해서 유전층을 라미네이트하고, 내측 가요층의 사이에서 내측 전극층을 끼우듯이 유전층을 적층한다.

(3-5) 상기 유전층의 외측의 표면의 소정의 위치에 소정의 형상(띠 형상)으로 상기 전극층 형성용 도포액을 도포해서 건조시켜서 외측 전극층을 형성한다.

본 공정에 있어서, 상기 외측 전극층을 형성하는 방법으로서는 상기 (3-3)에서 내측 전극층을 형성한 방법과 동일한 방법을 채용할 수 있다.

(3-6) 상기 외측 전극층을 형성한 유전층상에 금속제의 핸드롤러 등을 이용해서 외측 가요층을 라미네이트하고, 유전층의 사이에서 외측 전극층을 끼우듯이 외측 가요층을 적층한다. 계속해서, 상기 외측 가요층의 표면에 상기 (3-1)과 동일한 방법을 이용하고, 외측 피복 전극층을 형성한다.

(3-7) 상기 외측 피복 전극층을 형성한 외측 가요층상에 금속제의 핸드롤러 등을 이용해서 오버코트층을 라미네이트하고, 외측 가요층의 사이에서 외측 피복 전극층을 끼우듯이 오버코트층(완성품에 있어서 외측의 오버코트층(5A)이 됨)을 적층한다.

이러한 공정을 거침으로써, 도 1, 2에 나타낸 정전용량형 센서시트를 제조할 수 있다. 여기까지 설명한 정전용량형 센서시트의 제조방법은, 도 2에 분해 사시도로 나타낸 각 구성 부재를 밑에서부터 순서대로 적층하는 방법이다.

또한, 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같은 한쪽에만 피복 전극층을 구비한 정전용량형 센서시트를 제조할 경우에는, 이면 피복 전극층 및 이면 가요층을 형성하는 공정을 삭제하면 된다.

또한, 상술한 제조방법에 있어서, 전극층(계측용 전극층 및 피복 전극층)을 형성하기 전에, 전극층과 오버코트층, 가요층 또는 유전층과의 밀착성을 높이기 위해 오버코트층, 가요층, 유전층의 표면에 전(前) 처리를 실시해도 된다. 그러나 도전 재료로서 카본 나노튜브를 함유하는 전극층 형성용 도포액을 사용할 경우, 카본 나노튜브는 유전층 등의 시트 형상물과 지극히 뛰어난 밀착성을 가지고 있기 때문에, 어떠한 전 처리를 실시하지 않아도 충분한 밀착성을 확보할 수 있다. 한편, 이 밀착성은 반데르발스힘에 의한 것이라고 추측하고 있다.

또한, 유전층, 가요층 또는 오버코트층을 라미네이트 할 경우, 미리 라미네이트되는 층의 표면에 프라이머 용액을 도포해 두어도 된다.

상기 프라이머 용액으로서는, 예를 들면, 상기 엘라스토머 조성물(A)의 톨루엔 희석액 등을 들 수 있다.

상기 정전용량형 센서시트는, 예를 들면, 하기의 방법 등에 따라서도 제조할 수 있다.

상술한 방법에 의해 유전층, 가요층(외측 가요층, 내측 가요층) 및 오버코트층을 각각 제작한 후, 유전층의 표면에는 외측 전극층 및 내측 전극층을, 외측 가요층의 표면에는 외측 피복 전극층을, 내측 가요층의 표면에는 내측 피복 전극층을 각각 미리 형성하고, 그 후, 외측 전극층 및 내측 전극층이 형성된 유전층과, 외측 피복 전극층이 형성된 외측 가요층과, 내측 피복 전극층이 형성된 내측 가요층과, 오버코트층을 소정의 순서대로 적층함으로써 정전용량형 센서시트를 제조해도 된다.

또한, 예를 들면, 상술한 방법에 의해 유전층, 가요층(외측 가요층, 내측 가요층) 및 오버코트층을 각각 제작한 후, 오버코트층에는 피복 전극층(외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층 중 어느 하나)을, 외측 가요층에는 외측 전극층을, 내측 가요층에는 내측 전극층을 먼저 형성하고, 그 후, 외측 피복 전극층 또는 내측 피복 전극층이 형성된 오버코트층과, 외측 전극층 또는 내측 전극층이 형성된 가요층과, 유전층을 소정의 순서대로 적층함으로써 정전용량형 센서시트를 제조해도 된다.

즉, 상기 정전용량형 센서시트를 제조할 경우에는, 각 전극층(외측 전극층, 내측 전극층, 외측 피복 전극층 또는 내측 피복 전극층)을, 그것과 접하는 유전층, 가요층 및 오버코트층 중 어느 하나에 미리 형성한 후, 각 층을 소정의 순서대로 적층해도 된다.

또한, 미리 제작해 둔 시트 형상물을 소정의 순서대로 라미네이트 해가는 방법 대신, 시트 형상물의 원료 조성물을 각종 코팅장치, 바코트, 닥터 블레이드 등의 범용의 성막장치나 성막방법을 사용해서 순차 적층해 가는 방법으로 정전용량형 센서시트를 제조해도 된다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

<유전층의 제작>

수첨 수산기 말단액상 폴리오레핀폴리올(에폴, 이데미츠코산 가부시키가이샤 제품) 100질량부, 알킬 치환 디페닐에테르를 주성분으로 한 고온용 윤활유(모레스코하이루브 LB-100, MORESCO사 제품) 100질량부를 계량하고, 자전 공전 믹서(THINKY사 제품)를 이용해서 2000rpm으로 3분간 교반 혼합했다. 다음으로, 얻어진 혼합물에 촉매(Fomrez catalyst UL-28, Momentive사 제품) 0.07질량부를 첨가하고, 자전 공전 믹서로 1.5분간 교반했다. 그 후, 이소포론디이소시아네이트(데스 모듈 I, 스미카바이엘우레탄사 제품) 11질량부를 첨가하고, 자전 공전 믹서로 3분간 교반하고, 1.5분간 탈거품하여, 유전층용의 원료 조성물을 조제한 후, 이것을 도 6에 나타낸 성형장치(30)에 주입하고, 보호 필름으로 샌드위치 형상으로 하여 반송하면서, 화로 내 온도 110℃, 용광로 내 시간 30분간의 조건으로 가교 경화시켜서, 보호 필름 첨부의 소정 두께의 롤 시트를 얻었다. 그 후, 80℃로 조절한 용광로에 12시간 후 가교시킨 뒤 재단하고, 올레핀계 우레탄 고무를 포함하는 엘라스토머 조성물로 이루어지는 150㎜×150㎜×두께 50㎛의 유전층을 제작했다.

또한, 제작한 유전층에 대해서, 파탄 시 신장(%) 및 비유전율을 측정한 바, 파탄 시 신장(%)은 218%, 비유전율은 2.9였다.

여기서 파탄 시 신장은, JIS K 6251에 준거해서 측정했다.

비유전율은 20㎜Φ의 전극으로 시트 형상의 측정 시료(유전층)을 끼고, LCR하이테스터(히오키덴키 제품, 3522-50)를 사용해서 계측 주파수 1㎑로 정전용량을 측정하고, 전극면적과 측정 시료의 두께로부터 산출했다.

<전극층 재료의 조제>

(1) 단층 카본 나노튜브 분산액

단층 카본 나노튜브로서, 슈퍼 글로스 CNT(섬유경의 중앙값이 약 3㎚, 성장 길이 500㎛~700㎛, 애스펙트비 약 100,000, 탄소 순도 99.9%, 산업기술종합연구소 제공) 50㎎을 메틸이소부틸케톤 24.95g에 첨가하고, 제트 밀(나노제트펄 JN10-SP003, 츠네미츠사 제품)을 이용해서 습식 분산 처리를 실시하고, 더 메틸이소부틸케톤 25g을 첨가하여, 농도 0.1중량%의 단층 카본 나노튜브 분산액을 얻었다.

한편, 카본 나노튜브의 성장 길이란, 카본 나노튜브를 제작할 때에 성장 기판상에서 성장한 포레스트의 높이를 말하고, 실질적으로 카본 나노튜브의 평균 길이에 상당한다.

(2) 다층 카본 나노튜브 분산액

다층 카본 나노튜브로서, 나노실사 제품, NC7000(섬유경 9.5㎚, 평균 길이 1.5㎛, 애스펙트 158, 탄소순도 90%) 50mg을 메틸이소부틸케톤 24.95g에 첨가하고, 제트 밀(나노제트펄 JN10-SP003, 츠네미츠사 제품)을 이용해서 습식 분산 처리를 실시하고, 메틸이소부틸케톤 25g을 더 첨가하여, 농도 0.1중량%인 다층 카본 나노튜브 분산액을 얻었다.

(3) 카본 나노튜브 혼합 분산액

상기 단층 카본 나노튜브 분산액과 상기 다층 카본 나노튜브 분산액을 30:70(중량비)로 혼합하고, 단층 카본 나노튜브 및 다층 카본 나노튜브의 혼합물로 이루어지는 카본 나노튜브 도포액으로 했다.

<가요층의 제작>

상술한 유전층의 제작과 동일한 방법을 이용하고, 올레핀계 우레탄 고무를 포함하는 엘라스토머 조성물로 이루어지는 층 두께 50㎛의 외측 가요층 및 내측 가요층을 제작했다.

<오버코트층의 제작>

상술한 유전층의 제작과 동일한 방법을 이용하고, 올레핀계 우레탄 고무를 포함하는 엘라스토머 조성물로 이루어지는 층 두께 50㎛의 오버코트층을 제작했다.

<프라이머 용액의 조제>

유전층용의 원료조성물과 동 배합의 조성물을 톨루엔에 용해한 0.1중량% 톨루엔 용액을 조제하고, 이것을 프라이머 용액으로 했다.

(실시예 1)

여기서는 하기의 방법에 의해, 외측 전극층 및 내측 전극층에서의 띠 형상 전극의 개수는 다르지만, 도 1, 2에 나타낸 정전용량형 센서시트와 동일한 구성의 정전용량형 센서시트를 제작했다.

(1) 오버코트층의 한쪽 면에 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포하여 건조시켜서, 137㎜×137㎜×두께 1㎛의 내측 피복 전극층을 형성했다. 그 후, 내측 피복 전극층의 한 변의 단부에 구리박을 붙여서 피복 전극용 접속부를 형성했다.

(2) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 내측 피복 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다. 그 후, 내측 피복 전극층을 형성한 오버코트층의 내측 피복 전극층을 형성한 측에, 상기 내측 가요층을 금속제 핸드롤러를 이용해서 라미네이트하고, 오버코트층의 사이에서 내측 피복 전극층을 끼우듯이 내측 가요층을 적층했다.

(3) 내측 가요층의 표면에, 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포해서 건조시켜서 내측 전극층을 형성했다. 내측 전극층은 서로 평행하게 배치된 띠 형상의 전극층이며, 평균 두께가 약 1㎛, 폭이 10㎜, 길이가 140mm인 것을 5㎜ 간격으로 8개 형성했다.

그 후, 각 띠 형상 전극의 단부에 구리박을 붙여 내측 접속부를 형성했다.

(4) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 내측 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다.

그 후, 내측 전극층을 형성한 내측 가요층의 내측 전극층을 형성한 측에, 상기 유전층을 금속제 핸드롤러를 이용해서 라미네이트하고, 가요층의 사이에서 내측 전극층을 끼우듯이 유전층을 적층했다.

(5) 유전층의 표면에, 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포하여 건조시켜서 외측 전극층을 형성했다.

외측 전극층은 내측 전극층과 직교하면서, 서로 평행하게 배치된 띠 형상의 전극층이며, 평균 두께가 약 1㎛, 폭이 10mm, 길이가 140mm인 것을 5mm 간격으로 8개 형성했다. 그 후, 각 띠 형상 전극의 단부에 구리박을 붙여 외측 접속부를 형성했다.

(6) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 외측 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다. 그 후, 외측 전극층을 형성한 유전층의 외측 전극층을 형성한 측에, 상기 외측 가요층을 금속제 핸드롤러를 사용해서 라미네이트하고, 유전층의 사이에서 외측 전극층을 끼우듯이 외측 가요층을 적층했다.

(7) 외측 가요층의 표면에 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포하여 건조시켜, 137㎜×137㎜×두께 1㎛의 외측 피복 전극층을 형성했다. 그 후, 외측 피복 전극층의 한 변의 단부에 구리박을 붙여 피복 전극용 접속부를 형성했다.

(8) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 외측 피복 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다. 그 후, 외측 피복 전극층을 형성한 외측 가요층의 외측 피복 전극층을 형성한 측에, 상기 오버코트층을 금속제 핸드롤러를 이용해서 라미네이트하고, 외측 가요층의 사이에서 외측 피복 전극층을 끼우듯이 오버코트층을 적층하고, 유전층을 낀 양측에 피복 전극층(외측 피복 전극층 및 내측 피복 전극층)을 구비한 정전용량형 센서시트를 완성했다.

(실시예 2)

여기서는 오버코트층을 출발 재료로 하여, 유전층의 한쪽에만 피복 전극층을 형성한 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성의 정전용량형 센서시트를 제작했다.

(1) 오버코트층의 표면에 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포하여 건조시켜서, 내측 전극층을 형성했다. 내측 전극층은 서로 평행하게 배치된 띠 형상의 전극층이며, 평균 두께가 약 1㎛, 폭이 10㎜, 길이가 140㎜인 것을 5㎜ 간격으로 8개 형성했다. 그 후, 각 띠 형상 전극의 단부에 구리박을 붙여서 내측 접속부를 형성했다.

(2) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 내측 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다. 그 후, 내측 전극층을 형성한 오버코트층의 내측 전극층을 형성한 측에, 상기 유전층을 금속제 핸드롤러를 사용해서 라미네이트하고, 오버코트층의 사이에서 내측 전극층을 끼우듯이 유전층을 적층했다.

(3) 유전층의 표면에, 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포하여 건조시켜서 외측 전극층을 형성했다. 외측 전극층은 내측 전극층과 직교하면서, 서로 평행하게 배치된 띠 형상의 전극층이며, 평균 두께가 약 1㎛, 폭이 10㎜, 길이가 140㎜인 것을 5㎜ 간격으로 8개 형성했다. 그 후, 각 띠 형상 전극의 단부에 구리박을 붙여 외측 접속부를 형성했다.

(4) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 외측 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다. 그 후, 외측 전극층을 형성한 유전층의 외측 전극층을 형성한 측에, 상기 외측 가요층을 금속제 핸드롤러를 이용해서 라미네이트하고, 유전층의 사이에서 외측 전극층을 끼우듯이 외측 가요층을 적층했다.

(5) 외측 가요층의 표면에, 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포하여 건조시켜서 137㎜×137㎜×두께 1㎛의 외측 피복 전극층을 형성했다. 그 후, 외측 피복 전극층의 한 변의 단부에 구리박을 붙여 피복 전극용 접속부를 형성했다.

(6) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 외측 피복 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다. 그 후, 외측 피복 전극층을 형성한 외측 가요층의 외측 피복 전극층을 형성한 측에, 상기 오버코트층을 금속제 핸드롤러를 이용해서 라미네이트하고, 외측 가요층의 사이에서 외측 피복 전극층을 끼우듯이 오버코트층을 적층하고, 유전층의 한쪽에만 피복 전극층을 구비한 정전용량형 센서시트를 완성했다.

(비교예 1)

여기서는 피복 전극층을 구비하지 않은 정전용량형 센서시트를 제작했다.

(1) 오버코트층의 표면에, 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포하여 건조시켜서 내측 전극층을 형성했다. 내측 전극층은 서로 평행하게 배치된 띠 형상의 전극층이며, 평균 두께가 약 1㎛, 폭이 10㎜, 길이가 140㎜인 것을 5㎜ 간격으로 8개 형성했다. 그 후, 각 띠 형상 전극의 단부에 구리박을 붙여 내측 접속부를 형성했다.

(2) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 내측 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다. 그 후, 내측 전극층을 형성한 오버코트층의 내측 전극층을 형성한 측에, 상기 유전층을 금속제 핸드롤러를 이용해서 라미네이트하고, 오버코트층의 사이에서 내측 전극층을 끼우듯이 유전층을 적층했다.

(3) 상기 유전층의 표면에, 상기 카본 나노튜브 도포액(전극층 재료)을 에어브러시로 도포하여 건조시켜서 외측 전극층을 형성했다. 외측 전극층은 내측 전극층과 직교하면서 서로 평행하게 배치된 띠 형상의 전극층이며, 평균 두께가 약 1㎛, 폭이 10㎜, 길이가 140㎜인 것을 5mm 간격으로 8개 형성했다. 그 후, 각 띠 형상 전극의 단부에 구리박을 붙여 외측 접속부를 형성했다.

(4) 다음으로, 프라이머 용액 8g을 외측 전극층상에 에어브러시로 도포하고, 100℃로 30분간 건조시켰다. 그 후, 외측 전극층을 형성한 유전층의 외측 전극층을 형성한 측에 상기 오버코트층을 금속제 핸드롤러를 이용해서 라미네이트하고, 유전층의 사이에서 외측 전극층을 끼우듯이 오버코트층을 적층하고, 정전용량형 센서시트를 완성했다.

(평가 1: 피복 전극층의 유무에 의한 정전용량 계측에 대한 영향)

실시예 1, 2 및 비교예 1에서 제작한 각 정전용량형 센서시트에 대해서, 센서시트의 4변을 강체 프레임으로 고정한 후, 외측 접속부 및 내측 접속부의 각각을 리드선, 단자대 및 DIP 스위치를 통해서 LCR 미터(히오키덴키가부시키가이샤 제품, LCR 하이테스터 3522-50)와 접속하고, 피복 전극용 접속부를 리드선을 통해서 LCR 미터의 GND 단자와 접속하여, 정전용량형 센서로 했다.

비교예 1의 정전용량형 센서시트를 이용해서 제작한 정전용량형 센서의 실물사진을 도 7(a)에 나타냈다.

상기 정전용량형 센서에 대해서, 초기 상태(미변형 상태)에서의 각 검출부의 정전용량을 측정했다. 결과를 3차원 그래프에 플롯(plot)했다.

다음으로, 도 7(B)에 나타내는 바와 같이, 센서시트의 2군데를 선단에 실리콘 수지제의 직사각형 형상(지름 10㎜)의 당접부를 구비한 유리봉으로 하측으로부터 압입하여 센서시트를 변형시켰다. 그 상태에서의 각 검출부의 정전용량을 측정했다. 결과를 3차원 그래프에 플롯했다. 한편, 유리봉의 압입량은 12.7㎜으로 했다.

(결과)

도 8에는 실시예 1의 정전용량형 센서시트를 이용한 정전용량형 센서의 평가 결과를, 도 9에는 실시예 2의 정전용량형 센서시트를 이용한 정전용량형 센서의 평가 결과를, 도 10에는 비교예 1의 정전용량형 센서시트를 이용한 정전용량형 센서의 평가 결과를 각각 3차원 그래프로 나타냈다.

도 8~10의 각각에 있어서, (a)는 초기 상태(미변형 상태)에서의 각 검출부의 정전용량을 나타내고, (b)는 센서시트를 변형시켰을 때의 각 검출부의 정전용량을 나타내고, (c)는 센서시트를 변형시켰을 때의 각 검출부의 정전용량의 초기 상태의 정전용량에 대한 변화량을 나타낸다.

도 8~10에 나타낸 결과로부터 명확하듯이, 피복 전극층을 유전층의 한쪽 또는 양측에 마련함으로써 검출부에서의 정전용량의 증가를 억제할 수 있는 것이 명확하게 되었다. 특히, 유전층의 양측에 피복 전극층을 형성함으로써, 초기 상태에서의 각 검출부의 정전용량이 대략 이론값에 근접하는 것이 명확해졌다. 한편, 초기 상태의 각 검출부의 정전용량의 이론값은 50㎊이다.

또한, 피복 전극층을 형성함으로써, 검출 감도 및 검출 정밀도가 향상하는 것이 명확하게 되었다. 특히, 유전층의 양측에 피복 전극층을 형성함으로써, 유전층의 한쪽에만 피복 전극층을 형성한 경우와 비교하여, 검출 감도 및 검출 정밀도가 보다 향상하는 것이 명확해졌다.

(평가 2: GND 단자에 대한 접속(접지)의 유무에 의한 정전용량 계측에 대한 영향)

상기 평가 1에서 사용한, 실시예 1로 제작한 정전용량형 센서시트를 사용한 정전용량형 센서에 있어서, 피복 전극용 접속부를 GND 단자와 접속하지 않고, 이 상태로 초기 상태의 정전용량 및 변형 시의 각 검출부에서의 정전용량을 측정한다. 한편, 센서시트의 변형 조건은 상기 평가 1과 동일한 조건으로 했다. 결과를 3차원 그래프에 플롯하고, 도 11에 나타냈다.

도 11에 있어서도 (a)는 초기 상태(미변형 상태)에서의 각 검출부의 정전용량을 나타내고, (b)는 센서시트를 변형시켰을 때의 각 검출부의 정전용량을 나타내고, (c)는 센서시트를 변형시켰을 때의 각 검출부의 정전용량의 초기 상태의 정전용량에 대한 변화량을 나타낸다.

도 8 및 도 11에 나타낸 결과를 비교하면 명확하듯이 피복 전극층은 접지함으로써 초기 상태의 정전용량으로부터 증가를 억제할 수 있는 것이 명확해졌다. 또한, 피복 전극층은 접지함으로써 측정 정밀도가 향상하는 것도 명확해졌다.

본 발명의 정전용량형 센서시트는, 측정 대상물과의 접촉에 의해 변형하기 전의 정전용량(C)과 변형한 후의 정전용량(C)으로부터 정전용량의 변화량(ΔC)을 검출하고, 신축 변형 왜곡량이나 신축 변형 왜곡 분포, 면압 분포를 구할 수 있다.

그리고 본 발명의 정전용량형 센서시트를 사용한 정전용량형 센서는, 예를 들면, 유연물의 형상을 트레이스(tracing)하기 위한 센서나, 사람 등 측정 대상물의 움직임을 계측하는 센서 등으로서 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 예를 들면, 발바닥에 의한 구두창 이너(inner)의 변형이나, 둔부에 의한 좌면 쿠션 변형 등을 측정(검출)할 수 있다.

또한, 측정 대상물이 센서시트에 접촉한 상태로 이동했을 때의 위치 정보를 검출하는 것에도 적합하다.

게다가 예를 들면, 터치패널용의 입력 인터페이스로서도 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 정전용량형 센서는 기존의 센서인 광학식의 모션 캡처로는 측정할 수 없는 광의 차폐 부위에서의 측정에도 이용하는 것이 가능하다.

1, 201, 301: 정전용량형 센서시트
2, 302: 유전층
3A: 외측 가요층
3B: 내측 가요층
4A: 외측 피복 전극층
4B: 내측 피복 전극층
5A, 5B: 오버코트층
01A1~16A1: 외측 접속부
01A~16A, 01D~16D: 외측 전극층
01B1~16B1: 내측 접속부
01B~16B, 01E~16E: 내측 전극층
C0101~C1616, F0101~F1616: 검출부
01d~16d: 외측 배선
01e~16e: 내측 배선
30: 성형장치
101: 정전용량형 센서
102, 103: 외부배선
104: 계측 수단
105: GND선

Claims

엘라스토머 조성물(A)로 이루어지는 유전층과,
상기 유전층의 표면에 적층된 외측 전극층과,
상기 유전층의 이면에 적층된 내측 전극층을 구비하고,
두께방향에서의 상기 외측 전극층과 상기 내측 전극층의 교차 부분을 검출부로 하고,
상기 검출부를 복수 군데 가지고,
또한, 상기 외측 전극층상에 엘라스토머 조성물(B1)로 이루어지는 외측 가요층을 통해서 상기 검출부를 덮도록 형성된 외측 피복 전극층 및 상기 내측 전극층상에 엘라스토머 조성물(B2)로 이루어지는 내측 가요층을 통해서 상기 검출부를 덮도록 형성된 내측 피복 전극층의 적어도 한쪽을 구비하고,
상기 검출부에서의 정전용량의 변화를 계측하기 위해서 사용되는 정전용량형 센서시트.
제1항에 있어서,
상기 외측 전극층 및 상기 내측 전극층은 카본 나노튜브를 포함하는 도전성 조성물로 이루어지는 정전용량형 센서시트.
제2항에 있어서,
상기 카본 나노튜브는, 단층 카본 나노튜브와 다층 카본 나노튜브와의 혼합물인 정전용량형 센서시트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘라스토머 조성물(A)은 엘라스토머가 우레탄 고무인 정전용량형 센서시트.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘라스토머 조성물(B1) 및 상기 엘라스토머 조성물(B2)의 적어도 한쪽은 엘라스토머가 우레탄 고무인 정전용량형 센서시트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
일축인장에 견딜 수 있는 신장율이 30% 이상인 정전용량형 센서시트.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
신축 변형 왜곡량, 신축 변형 왜곡 분포 및 면압 분포 중 적어도 하나의 측정에 사용되는 정전용량형 센서시트.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
신축 변형 왜곡량 및 신축 변형 왜곡 분포의 적어도 한쪽의 측정에 사용되는 정전용량형 센서시트.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 정전용량형 센서시트와,
계측 수단과,
상기 정전용량형 센서시트가 구비하는 외측 전극층 및 내측 전극층의 각각과, 상기 계측 수단을 접속하는 외부배선을 구비하고,
상기 정전용량형 센서시트가 가지는 검출부에서의 정전용량의 변화를 계측함으로써, 신축 변형 왜곡량, 신축 변형 왜곡 분포 및 면압 분포 중 적어도 하나의 측정하는 정전용량형 센서.