特開 2015-197382 静電容量型センサ、及び歪み計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-197382(P2015-197382A)

(43)【公開日】2015年11月9日

(54)【発明の名称】静電容量型センサ、及び歪み計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/14 20060101AFI20151013BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20151013BHJP

   G01B 7/28 20060101ALI20151013BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/14 L

   G01L5/00 101

   G01B7/28 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-75799(P2014-75799)

(22)【出願日】2014年4月1日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、総務省、戦略的情報通信研究開発推進事業、産業技術力強化法１９条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005061

【氏名又は名称】バンドー化学株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504150450

【氏名又は名称】国立大学法人神戸大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100117167

【弁理士】

【氏名又は名称】塩谷 隆嗣

(72)【発明者】

【氏名】大高 秀夫

(72)【発明者】

【氏名】中本 裕之

【テーマコード（参考）】

2F051

2F063

【Ｆターム（参考）】

2F051AA01

2F051AB06

2F063AA41

2F063BA29

2F063BB08

2F063CA09

2F063CA12

2F063DA02

2F063DD07

2F063HA01

(57)【要約】

【課題】優れた応答性及び精度で静電容量を測定できる静電容量型センサ及び歪み計測装置を提供する。
【解決手段】本発明の静電容量型センサは、誘電層及びこの誘電層の両面に積層される電極層を有する静電容量シートと、上記電極層に接続される静電容量検出手段とを備え、上記静電容量検出手段が、一方の上記電極層に電気的に接続され上記電極層間に電圧を印加する交流印加装置と、反転入力端子が他方の上記電極層に電気的に接続され非反転入力端子が接地される演算増幅器と、上記演算増幅器の反転入力端子及び出力端子間に並列に接続される帰還キャパシタ及び帰還抵抗とを有し、上記電極層間の１ｃｍ^２当たりのシート抵抗が３５０Ω／□以上である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電層及びこの誘電層の両面に積層される電極層を有する静電容量シートと、
上記電極層に接続される静電容量検出手段と
を備え、
上記静電容量検出手段が、一方の上記電極層に電気的に接続され上記電極層間に電圧を印加する交流印加装置と、反転入力端子が他方の上記電極層に電気的に接続され非反転入力端子が接地される演算増幅器と、上記演算増幅器の反転入力端子及び出力端子間に並列に接続される帰還キャパシタ及び帰還抵抗とを有し、
上記電極層間の１ｃｍ^２当たりのシート抵抗が３５０Ω／□以上である静電容量型センサ。

【請求項2】

上記一方の電極層に電気的に接続される交流印加装置の端子と上記演算増幅器の反転入力端子との間の抵抗値をＲ_ｘ（Ω）、上記印加電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、上記帰還キャパシタの容量値をＣ_ｆ（Ｆ）、上記帰還抵抗の抵抗値をＲ_ｆ（Ω）、上記電極層間の容量値をＣ_ｘ（Ｆ）とした場合に、下記式（１）、式（２）及び式（３）を満たす請求項１に記載の静電容量型センサ。

【数1】

【請求項3】

下記式（４）及び式（５）を満たす請求項２に記載の静電容量型センサ。

【数2】

【請求項4】

上記帰還キャパシタの容量値Ｃ_ｆが、上記静電容量シートの伸縮変形によって取り得る電極層間の容量値Ｃ_ｘの最大値の５倍以下である請求項２又は請求項３に記載の静電容量型センサ。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の静電容量型センサを備え、伸縮変形歪み量、伸縮変形歪み分布又は面圧分布を計測するために用いられる歪み計測装置。

【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歪み計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、誘電層の両面に一対の電極層が積層されている静電容量シートを利用して、外力が付与された場合に誘電層の変形に伴って変化する電極層間の静電容量を測定することにより、その外力の位置及び大きさを計測する静電容量型センサが知られている（例えば特開２０１２−２２５７２７号公報参照）。

【0003】

このような静電容量シートは、測定対象である電極間のキャパシタの定常の静電容量値が小さく、その静電容量値の変化も定常の静電容量値の半分程度と小さい一方、その静電容量シートにおけるキャパシタの前後の抵抗値は通常の配線に比して著しく高い。そのため、既存の静電容量測定回路及びそのパラメータ設定法では、静電容量検知の応答性を高速化させるために入力周波数を大きくすると出力波形がパルス状になり静電容量の測定精度が低下し、一方、静電容量の測定精度を向上させるために出力波形の立ち下がり時間を大きくすべく入力周波数を小さくすると応答性が損なわれる。従って、従来の静電容量型センサでは、優れた応答性と測定精度とを両立させることが困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２２５７２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、優れた応答性及び精度で静電容量を測定できる静電容量型センサ及び歪み計測装置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】

【0006】

上記課題を解決するためになされた発明は、誘電層及びこの誘電層の両面に積層される電極層を有する静電容量シートと、上記電極層に接続される静電容量検出手段とを備え、上記静電容量検出手段が、一方の上記電極層に電気的に接続され上記電極層間に電圧を印加する交流印加装置と、反転入力端子が他方の上記電極層に電気的に接続され非反転入力端子が接地される演算増幅器と、上記演算増幅器の反転入力端子及び出力端子間に並列に接続される帰還キャパシタ及び帰還抵抗とを有し、上記電極層間の１ｃｍ^２当たりのシート抵抗が３５０Ω／□以上である静電容量型センサである。

【0007】

当該静電容量型センサは、上記静電容量検出手段が有する演算増幅器の反転入力端子及び出力端子間に帰還キャパシタ及び帰還抵抗が並列に接続されることにより、交流印加装置により印加される入力電圧に対応して出力される上記演算増幅器の出力電圧レベルが一定値になるまでの時間が短縮されるので、電極層間の１ｃｍ^２当たりのシート抵抗が３５０Ω／□以上という高抵抗の静電容量シートの上記電極層間の静電容量を優れた応答性及び精度で測定できる。

【0008】

当該静電容量型センサにおいて、上記一方の電極層に電気的に接続される交流印加装置の端子と上記演算増幅器の反転入力端子との間の抵抗値をＲ_ｘ（Ω）、上記印加電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、上記帰還キャパシタの容量値をＣ_ｆ（Ｆ）、上記帰還抵抗の抵抗値をＲ_ｆ（Ω）、上記電極層間の容量値をＣ_ｘ（Ｆ）とした場合に、下記式（１）、式（２）及び式（３）を満たすとよい。このように上記帰還抵抗の抵抗値を設定することで、上記演算増幅器の利得が向上し、静電容量シートの電極層間の容量値の測定精度がより高くなる。また、静電容量シートの形状や材料を変更した場合でも、下記式（１）、式（２）及び式（３）に基づいて上記帰還キャパシタの容量値Ｃ_ｆ及び帰還抵抗の抵抗値Ｒ_ｆを容易に再設定することができ、変更後の静電容量シートの電極層間の静電容量を優れた応答性及び精度で測定できる。

【0009】

【数3】

【0010】

当該静電容量型センサにおいて、下記式（４）及び式（５）を満たすとよい。このように上記印加電圧の周波数及び帰還抵抗の抵抗値を設定することで、入力の発振周波数に対する上記演算増幅器の出力の立ち下がりが遅くなり、静電容量シートの電極層間の容量値をより安定して測定できる。

【0011】

【数4】

【0012】

上記帰還キャパシタの容量値Ｃ_ｆとしては、上記静電容量シートの伸縮変形によって取り得る電極層間の容量値Ｃ_ｘの最大値の５倍以下が好ましい。このように容量値Ｃ_ｆを上記静電容量シートの伸縮変形によって容量値Ｃ_ｘが取り得る最大値に近い範囲とすることで測定可能な範囲が広がり、その結果、静電容量測定の分解能が向上する。

【0013】

本発明の当該歪み計測装置は、伸縮変形歪み量、伸縮変形歪み分布又は面圧分布を計測するために用いられ、上記静電容量型センサを備える。

【0014】

当該計測装置は、上記静電容量型センサを備えることにより、高抵抗の静電容量シートの電極層間の静電容量が優れた応答性及び精度で測定されるので、その測定結果を利用して静電容量シートの伸縮変形歪み量、伸縮変形歪み分布又は面圧分布を優れた応答性及び精度で計測できる。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明の静電容量型センサ及び歪み計測装置は、優れた応答性及び精度で静電容量を測定できるので、伸縮変形歪み量、伸縮変形歪み分布、面圧分布等を優れた応答性及び精度で計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る静電容量型センサを上面から見た模式的透過図である。

【図2】図１の静電容量シートのＡ−Ａ方向の模式的断面図である。

【図3】図１の静電容量検出手段の回路構成を示す図である。

【図4】シミュレーションにより各パラメータ値を変化させた場合の出力波形を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図面を参酌しつつ説明する。

【0018】

図１及び図２に示すように、当該静電容量型センサは、誘電層２、この誘電層２の両面に積層される表側電極層３及び裏側電極層４を有する静電容量シート１と、上記表側電極層３及び裏側電極層４に電気的に接続される静電容量検出手段５とを備える。

【0019】

［静電容量シート］
上記静電容量シート１は、エラストマー組成物からなる誘電層２と、上記誘電層２の表面側に積層され、ストライプ状に配設される複数の表側導電部０１Ａ〜１６Ａからなる表側電極層３と、表側配線０１ａ〜１６ａと、上記誘電層２の裏面側に積層され、平面視で上記複数の表側導電部０１Ａ〜１６Ａに略直交するようにストライプ状に配設される複数の裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂからなる裏側電極層４と、裏側配線０１ｂ〜１６ｂとを備える。平面視で上記表側導電部と裏側導電部とが交差する部分が検出部Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６となり、各検出部の静電容量が静電容量検出手段５によって測定される。なお、検出部の符号「Ｃ○○△△」中、上２桁の「○○」は、表側導電部０１Ａ〜１６Ａに対応しており、下２桁の「△△」は、裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂに対応している。また、上記静電容量シート１は、表側配線０１ａ〜１６ａを静電容量検出手段５に接続する表側配線用コネクタ８と、裏側配線０１ｂ〜１６ｂを静電容量検出手段５に接続する裏側配線用コネクタ９とを備える。また、上記静電容量シート１は、誘電層２の表面側に表側電極層３を覆うように積層された表側保護層６と、誘電層２の裏面側に裏側電極層４を覆うように積層された裏側保護層７とをさらに備える。

【0020】

上記静電容量シート１を構成する誘電層２、表側電極層３及び裏側電極層４は伸縮性を有しているので、静電容量シート１は、主に平面方向に伸縮し、この伸縮による表側電極層３及び裏側電極層４の面積の変化に伴って静電容量が変化する。静電容量検出手段５が各検出部の静電容量を測定することにより、この静電容量の変化が計測される。

【0021】

上記静電容量シート１の平均厚み、幅及び長さは、用いられる静電容量シート１の用途によって適宜設計変更可能である。

【0022】

上記静電容量シート１の表側電極層３及び裏側電極層４間の１ｃｍ^２当たりのシート抵抗の下限としては、３５０Ω／□が好ましく、４５０Ω／□がより好ましい。また、上記１ｃｍ^２当たりのシート抵抗の上限としては、１０ｋΩ／□が好ましい。上記シート抵抗が上記下限未満であると、製造コストが上がり静電容量シートを安価に製造できなくなるおそれがある。また、上記シート抵抗が上記上限を超えると、十分な検出精度が得られなくなるおそれがある。

【0023】

＜誘電層＞
上記誘電層２は、弾性変形可能な層である。誘電層２は、シート状を呈しており、Ｘ方向及びＹ方向を各辺とする平面視長方形状を有する。この誘電層２はエラストマー組成物によって均質に形成されている。

【0024】

この誘電層２の平均厚みの下限としては、１０μｍが好ましく、３０μｍがより好ましい。誘電層２の平均厚みの上限としては、１，０００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。誘電層２の平均厚みが上記下限未満であると、膜厚精度の高いエラストマー層の加工が難しく十分な検出分布精度が確保できないおそれがある。また、誘電層２の平均厚みが上記上限を超えると、静電容量が小さくなり検出感度が低下するだけでなく、静電容量シート１が厚くなりすぎ測定対象物への追従性が損なわれるおそれがある。

【0025】

また、誘電層２の常温における比誘電率の下限としては、２が好ましく、５がより好ましい。誘電層２の比誘電率が上記下限未満であると、静電容量が小さくなり、センサとして利用した際に十分な感度が得られないおそれがある。

【0026】

さらに、誘電層２のヤング率の下限としては、０．０１ＭＰａが好ましく、０．０５ＭＰａがより好ましい。誘電層２のヤング率の上限としては、５ＭＰａが好ましく、１ＭＰａがより好ましい。ヤング率が上記下限未満であると、誘電層２の柔軟性が高くなりすぎ、加工が難しく、十分な測定精度が得られないおそれがある。一方、ヤング率が上記上限を超えると、誘電層２の柔軟性が低くなりすぎ、静電容量シートへの変形荷重が小さい場合に静電容量シートの変形動作を阻害してしまい、計測目的に対して計測結果がそぐわないおそれがある。

【0027】

また、誘電層２の１軸方向の伸長率の下限としては、３０％が好ましく、５０％がより好ましく、１００％がさらに好ましい。誘電層２の１軸方向の伸長率を上記下限以上とすることで、当該静電容量型センサ１は、柔軟な測定対象物の変形や動作に対し、優れた追従性を効果的に発揮することができる。なお、誘電層２の１軸方向の伸長率の上限は特に限定されないが、例えば４００％である。

【0028】

（エラストマー組成物）
上記誘電層２を構成するエラストマー組成物は、エラストマーを主成分とする。ここで「主成分」とは、エラストマー組成物を構成する成分のうち最も含有量が多い成分であり、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。このエラストマーとしては、例えば天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等を用いることができる。誘電層２を構成するエラストマーとしては、高い伸び性を有し、繰り返し変形での耐性に優れ、永久歪み性が小さいシリコーンゴム、ウレタンゴムが好ましい。ウレタンゴムは、静電容量シート１に変形が加えられても永久歪みが小さいので好ましい。永久歪みが小さいと、繰り返し使用しても（例えば伸長率１００％の伸縮変形を１０００回繰り返したとしても）初期静電容量が変化し難く、静電容量シートとして優れた測定精度を長期間にわたって維持することができる。さらにウレタンゴムは、表側電極層３及び裏側電極層４の導電性材料であるカーボンナノチューブとの密着性に優れる。

【0029】

誘電層２を形成するエラストマー組成物は、測定対象物や計測目的に応じて材料を選択することができ、配合の改良を施すことが可能である。上記エラストマー組成物は、上記エラストマー以外に架橋剤、可塑剤、鎖延長剤、加硫促進剤、触媒、老化防止剤、酸化防止剤、着色剤等の添加剤を含有してもよい。

【0030】

また、上記エラストマー組成物は、上記エラストマー以外に、チタン酸バリウムなどの誘電フィラーを含有することができる。誘電フィラーを含有することで、静電容量を大きくして検出感度を高めることができる。

【0031】

＜表側電極層＞
表側電極層３は、ストライプ状（平行）に配設される複数の表側導電部０１Ａ〜１６Ａからなり、誘電層２の表面側に積層されている。表側導電部０１Ａ〜１６Ａは、それぞれ帯状を呈しており、図２に示すように誘電層２の表面に合計１６本積層されている。表側導電部０１Ａ〜１６Ａは、それぞれＸ方向（図１中の左右方向）に延在している。表側導電部０１Ａ〜１６Ａは、それぞれＹ方向（図１中の上下方向）に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるようにそれぞれ配置されている。

【0032】

表側導電部０１Ａ〜１６Ａはそれぞれカーボンナノチューブを含む。また、表側導電部０１Ａ〜１６Ａは、カーボンナノチューブ以外にも、エラストマー等のつなぎ材料を含んでもよい。このようなつなぎ材料を含むことで、電極層と上記誘電層２との接着強度の向上、電極層の膜強度の向上等を図ることができ、さらにカーボンナノチューブを含む塗布液の塗工時の環境安全性（カーボンナノチューブの毒性やアスベスト類似の問題）の確保に寄与する。但し、電極層の全固形成分に対する上記つなぎ材料の含有量は少ない方が好ましい。上記つなぎ材料の含有量を少なくすることで、繰り返し変形に対する電気抵抗の変化が少なく耐久性に優れるとともに、誘電層２の変形の阻害を抑制することができる。

【0033】

上記カーボンナノチューブとしては、例えば単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブを用いることができる。これらのうち、直径がより小さくアスペクト比がより大きい単層カーボンナノチューブが好ましい。上記カーボンナノチューブの平均繊維長の下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがより好ましく、１００μｍがさらに好ましい。また、上記カーボンナノチューブの平均繊維長の上限としては、７００μｍが好ましく、６００μｍがより好ましく、５００μｍがさらに好ましい。また、上記カーボンナノチューブのアスペクト比としては、１，０００以上が好ましく、１０，０００以上がより好ましく、３０，０００以上が特に好ましい。このような超長尺のカーボンナノチューブを用いることで、表側導電部０１Ａ〜１６Ａは、優れた伸縮性を発揮し、誘電層２の変形に対する追従性を向上させることができる。

【0034】

導電部を形成する材料として長尺のカーボンナノチューブを用いることで、ストライプ状の導電部からなる電極層は優れた伸縮性を発揮し、静電容量シート１の伸縮変形に伴う誘電層の変形に対する電極層の追従性を向上させることができる。また、長尺のカーボンナノチューブを含む導電部は、繰り返し変形させた際に電気抵抗の変動が少ないため、長期信頼性にも優れる。この理由は、長尺のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ自体が伸縮し易く、その結果、電極層が誘電層に追従して伸長した時に導電パスが切断され難いためと考えられる。また、カーボンナノチューブを含む導電性組成物を用いて電極層を形成した場合、その電極層の導電性はカーボンナノチューブ同士が接触する（電気接点を形成する）ことにより発現する。ここで、長尺のカーボンナノチューブを用いた場合は、短尺のカーボンナノチューブを用いた場合に比べて、少ない電気接点数で導電性が確保されるとともに、１本のカーボンナノチューブにおける他のカーボンナノチューブとの電気接点数が多くなるため、より高次元の電気的ネットワークが形成される。このことにより、長尺のカーボンナノチューブを用いることで電気抵抗の変動が少なくなり、長期信頼性にも優れる電極層が形成されると考えられる。

【0035】

上記カーボンナノチューブの平均繊維径の下限としては、０．５ｎｍが好ましく、１ｎｍがより好ましい。また、上記カーボンナノチューブの平均繊維径の上限としては、３０ｎｍが好ましく、２０ｎｍがより好ましい。カーボンナノチューブの平均繊維径がこの範囲であると、変形が加えられた際にカーボンナノチューブがバネのように伸び、高い追従性等を発揮することにより、上記表側電極層３及び裏側電極層４が誘電層２の変形に対して高い追従性を発揮する。単層カーボンナノチューブは、平均繊維径が小さく（平均繊維径は製法に依存して０．５〜４ｎｍ程度）柔軟性に富む点で好ましい。一方、多層カーボンナノチューブは、平均繊維径が大きく剛直であるため、多層カーボンナノチューブの中ではより平均繊維径の小さいもの（例えば平均繊維径が３０ｎｍ以下）が好ましい。

【0036】

上記つなぎ材料として含むエラストマー材料としては、例えば天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種類以上併用しても良い。

【0037】

上記つなぎ材料としては、生ゴム（天然ゴム及び合成ゴムの加硫させていない状態のもの）も好ましい。このように比較的弾性の弱い材料を用いることで、誘電層２の変形に対する表側導電部０１Ａ〜１６Ａの追従性を高めることができる。

【0038】

また、表側導電部０１Ａ〜１６Ａは、上記カーボンナノチューブ及びエラストマー材料以外にも、各種添加剤を含有してもよい。上記添加剤としては、例えばカーボンナノチューブの分散のための分散剤、バインダーのための架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、鎖延長剤、酸化防止剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。電極層の導電性を向上させる目的で、ドーパントとして電荷移動材料やイオン液体等の低分子材料をコーティング剤又は添加剤として用いる手法も考えられるが、電極層に高アスペクト比のカーボンナノチューブを用いることで、特段処理をしなくても、十分な導電性を確保することができる。また、上記低分子材料を用いると、誘電層２のエラストマー又は誘電層２のエラストマー中の可塑剤に上記低分子材料が移行することに起因すると考えられる誘電層２の絶縁性の低下（体積抵抗率の低下）や、電極層のドーパント効果の喪失、静電容量シート１の繰り返し変形に対する耐久性の低下、計測値の信頼性の低下を招来する可能性がある。従って、上記低分子材料を含まないことが好ましい。

【0039】

表側導電部０１Ａ〜１６Ａにおけるカーボンナノチューブの全固形成分に対する含有量の下限としては、５１質量％が好ましく、７５質量％がより好ましく、９０質量％がさらに好ましく、９５質量％が特に好ましい。さらには、カーボンナノチューブ濃度を１００質量％とし、表側導電部０１Ａ〜１６Ａが実質的にカーボンナノチューブのみからなる構成とすることが最も好ましい。また、表側導電部０１Ａ〜１６Ａは、上記エラストマー材料を含まない構成とすることが好ましい。このように導電性材料であるカーボンナノチューブ以外の含有割合を少なくすることで、繰り返し変形を受けても表側導電部０１Ａ〜１６Ａの導電性低下（電気抵抗の増加）を抑制することができ、耐久性に優れるものとすることができる。

【0040】

また、表側導電部０１Ａ〜１６Ａにおける長尺のカーボンナノチューブ（例えば平均繊維長１００μｍ以上７００μｍ以下のカーボンナノチューブ）の全固形成分に対する含有量の下限としては、３０質量％が好ましく、５０質量％がより好ましく、７０質量％がさらに好ましい。表側導電部が上記下限以上の含有量の長尺のカーボンナノチューブを含むことで、表側電極層が誘電層２の変形に対して高い追従性を発揮する。表側導電部は、少なくとも上記下限以上の含有量の長尺のカーボンナノチューブを含んでいれば、短尺のカーボンナノチューブ（平均繊維長１００μｍ未満）を混ぜてもよい。短尺のカーボンナノチューブを混ぜることで、表側電極層が低コストで形成できる。

【0041】

また、表側導電部０１Ａ〜１６Ａの平均厚みの下限としては、０．１μｍが好ましく、０．２μｍがより好ましい。表側導電部０１Ａ〜１６Ａの平均厚みの上限としては、１０μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。表側導電部０１Ａ〜１６Ａの平均厚みを上記範囲とすることで、表側導電部０１Ａ〜１６Ａは誘電層２の変形に対し優れた追従性を発揮することができる。表側導電部０１Ａ〜１６Ａの平均厚みが上記下限未満では導電性が不足し検出精度が低下するおそれがある。一方、表側導電部０１Ａ〜１６Ａの平均厚みが上記上限を超えるとカーボンナノチューブの補強効果により静電容量シートが硬くなり、静電容量シート１の測定対象物への追従性が低下して誘電層２の変形を阻害するおそれがある。

【0042】

表側導電部０１Ａ〜１６Ａの帯状の幅は用途によって適宜設計変更するものであるが、表側導電部０１Ａ〜１６Ａの帯状の平均幅の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。また、表側導電部０１Ａ〜１６Ａの帯状の平均幅の上限としては、３０ｍｍが好ましく、２０ｍｍがより好ましい。表側導電部０１Ａ〜１６Ａの帯状の平均幅が上記下限未満になると、電極対向部で検知される静電容量が小さくなるため、検知誤差が大きくなるおそれがある。また、表側導電部０１Ａ〜１６Ａの帯状の平均幅が上記上限を超えると、電極対向部の間隔が大きくなり、歪み分布の空間分解能が低くなる。ただし、空間分解能の要求が低い場合、例えば大型の静電容量シート（ベットサイズなど）の場合には、表側導電部の帯状の幅を広くすることが有用である。

【0043】

また、ストライプ状（平行）に配置される表側導電部０１Ａ〜１６Ａの平均間隔も用途によって適宜設計変更するものであるが、隣接する表側導電部の平均間隔の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。また、隣接する表側導電部の平均間隔の上限としては、１０ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。隣接する表側導電部の平均間隔が上記下限未満になると、隣接する表側導電部同士が接触し易く、表側導電部の形成が困難となるおそれがある。また、隣接する表側導電部の平均間隔が上記上限を超えると、検知できない領域が大きくなり、歪み分布の空間分解能が低くなる。ただし、空間分解能の要求が低い大型の静電容量シートなどの場合には、隣接する表側導電部の間隔を必要以上に小さくしなくてもよい。

【0044】

また、誘電層２に積層された上記表側電極層３及び裏側電極層４の透明性（可視光の透過率）は特に限定されず、透明であってもよいし、不透明であってもよい。

【0045】

上記エラストマー組成物からなる誘電層２は、容易に透明な誘電層とすることができ、上記表側電極層３及び裏側電極層４の透明性を高めることにより、全体として透明な静電容量シートとすることができる。静電容量シートとして透明性が要求される場合には、透明な（例えば可視光（５５０ｎｍ光）の透過率が８５％以上である）電極層を形成すればよい。

【0046】

一方、電極層の透明性は静電容量シートとしての性能には影響しない。そのため、透明性が要求されない場合には不透明な電極層を形成することで容易にかつ安価に静電容量シートを製造することができる。透明な電極層を例えばカーボンナノチューブを含む導電性組成物を用いて形成する場合、カーボンナノチューブに対して高度な分散化処理や精製処理等の前処理が必要となり、電極層の形成工程が煩雑となり経済的に不利となる。

【0047】

また、表側導電部０１Ａ〜１６Ａは、カーボンナノチューブを含む塗布液の塗布により形成されることが好ましい。例えば誘電層２上にカーボンナノチューブを含む塗布液を直接スプレー塗工などにより塗布して、表側導電部０１Ａ〜１６Ａを形成させることが好ましい。これにより、表側導電部０１Ａ〜１６Ａと誘電層２との密着性が向上し、表側導電部０１Ａ〜１６Ａと誘電層２との層間剥離が抑制される。

【0048】

＜裏側電極層＞
裏側電極層４は、ストライプ状（平行）に配設される複数の裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂからなり、誘電層２の裏面側に積層されている。裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂは、それぞれ帯状を呈しており、誘電層２の裏面に合計１６本積層されている。裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂは、それぞれ表側導電部０１Ａ〜１６Ａと平面視で略直交するように配置されている。すなわち、裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂは、それぞれＹ方向に延在している。また、裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂは、Ｘ方向に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるようにそれぞれ配置されている。

【0049】

裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂの構成は、上述の表側導電部０１Ａ〜１６Ａと略同一であるので、ここでは説明を省略する。

【0050】

＜表側配線＞
表側配線０１ａ〜１６ａは、線状を呈しており、それぞれ上記表側導電部０１Ａ〜１６Ａの端部と表側配線用コネクタ８とを接続する。表側配線０１ａ〜１６ａを構成する材料としては、特に限定されず、従来公知の材料を用いることができるが、上述した表側導電部０１Ａ〜１６Ａと同様の構成のものとすることで表側配線０１ａ〜１６ａも伸縮変形できる。これにより、誘電層２の変形を阻害することがないため、誘電層２の歪み量が正確に検出される。すなわち、表側配線０１ａ〜１６ａは、導電性材料であるカーボンナノチューブ以外の含有割合を少なくすることが好ましく、エラストマー材料を含まない構成とすることがより好ましい。

【0051】

＜裏側配線＞
裏側配線０１ｂ〜１６ｂは、線状を呈しており、それぞれ上記裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂの端部と裏側配線用コネクタ９とを接続する。表側配線０１ａ〜１６ａを構成する材料については、上記表側配線０１ａ〜１６ａと略同様であるのでここでは説明を省略する。

【0052】

なお、静電容量シート１における上記表側配線及び裏側配線が形成される領域について伸縮性が要求されない場合には、この領域では、用いられる柔軟性のエラストマー組成物に代えて、ＰＥＴフィルムやＰＥＮフィルム、ポリイミドフィルムなど伸縮性の低い基材フィルムを用いることができる。このような基材フィルムを用いることで、従来公知の導電性材料と従来公知の製造方法により、表側配線及び裏側配線が形成された部分を製造することができる。例えば金属メッキ技術や金属プリント技術により作製された配線フィルム等を使用することができる。

【0053】

＜検出部＞
検出部（画素）Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６は、図１にハッチングで示すように、表側導電部０１Ａ〜１６Ａと裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂとが平面視で交差する部分に形成されている。上記静電容量シート１では、検出部Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６は、合計２５６個（＝１６個×１６個）形成されており、２５６箇所で静電容量が測定される。２５６個の検出部をそれぞれ独立して形成した場合、各検出部ごとに表側電極及び裏側電極が存在するため、２５６×２極で５１２本の配線が必要となるが、本実施形態のように帯状の導電部を交差させることで、必要な配線数を１６本＋１６本の３２本とすることができる。そのため、上述のように検出部が効率良く配置される。なお、検出部Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６は、Ｘ方向及びＹ方向ともに略等間隔でマトリクス状に配置されている。

【0054】

＜表側配線用コネクタ＞
表側配線用コネクタ８は、表側配線０１ａ〜１６ａ及び静電容量検出手段５の測定端子に接続され、静電容量検出手段５の選択制御によって静電容量検出手段５の測定端子に電気的に接続する表側配線を切り替える。これにより、表側導電部０１Ａ〜１６Ａのうち静電容量検出手段５によって選択された一つの表側導電部のみが静電容量検出手段５の測定端子に電気的に接続される。

【0055】

＜裏側配線用コネクタ＞
裏側配線用コネクタ９は、裏側配線０１ｂ〜１６ｂ及び静電容量検出手段５の測定端子に接続され、静電容量検出手段５の選択制御によって静電容量検出手段５の測定端子に電気的に接続する表側配線を切り替える。これにより、裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂのうち静電容量検出手段５によって選択された一つの裏側導電部のみが静電容量検出手段５の測定端子に電気的に接続される。

【0056】

＜表側保護層及び裏側保護層＞
シート状の表側保護層６は、図２に示すように、誘電層２、表側導電部０１Ａ〜１６Ａ及び表側配線０１ａ〜１６ａを覆うように、誘電層２の表面側に配置されている。また、シート状の裏側保護層７が、誘電層２、裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂ及び裏側配線０１ｂ〜１６ｂを覆うように、誘電層２の裏面側に配置されている。表側保護層６及び裏側保護層７をこのように設けることで、表側導電部０１Ａ〜１６Ａ、表側配線０１ａ〜１６ａ、裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂ及び裏側配線０１ｂ〜１６ｂと、静電容量シート１の外部の部材とが導通するのを抑制することができる。

【0057】

また、表側保護層６及び裏側保護層７を設ける目的は、電極層の保護に限定されるものではない。例えば着色した保護層を形成することにより、導電部や配線等を外部から見えなくでき、また保護層に印字することで意匠性が付与される。また、例えば表側保護層６及び裏側保護層７の表面に接着性又は粘着性を有する層を付与することで、測定対象物を静電容量シート１に貼り付けることができる。また、例えば保護層の表面を摩擦係数の低い表面層とすることもできる。

【0058】

表側保護層６及び裏側保護層７の材質は特に限定されず、その形成目的に応じて適宜選択すればよいが、例えば誘電層２に用いたエラストマー組成物と同様のものを用いることができる。上記表側保護層６及び裏側保護層７は、誘電層２と略同じベースポリマーを含んで形成されていることが好ましく、これにより誘電層２との高い接着性が得られる。なお、表側保護層６及び裏側保護層７は接着剤を介して誘電層２に積層してもよい。

【0059】

［静電容量検出手段］
上記静電容量検出手段５は、図３に示すように、上記表側電極層３に電気的に接続され表側電極層３及び裏側電極層４間に電圧を印加する交流印加装置１１と、反転入力端子が上記裏側電極層４に電気的に接続され非反転入力端子が接地される演算増幅器１２と、上記演算増幅器１２の反転入力端子及び出力端子間に並列に接続される帰還キャパシタ１３及び帰還抵抗１４とを有する。静電容量検出手段５の測定端子を上記静電容量シート１の表側配線用コネクタ８及び裏側配線用コネクタ９に接続することにより、交流印加装置１１及び表側電極層３、演算増幅器１２の反転入力端子及び裏側電極層４がそれぞれ電気的に接続される。電気的に接続した状態で表側電極層３及び裏側電極層４間に交流電圧を印加すると、上記静電容量シート１の表側電極層３及び裏側電極層４間の電極間キャパシタ１５の静電容量に対応する電圧が演算増幅器１２の出力端子から出力され、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０へ入力される。

【0060】

ここで、静電容量検出手段５により、各検出部Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６の静電容量を測定する動作について以下に説明する。

【0061】

静電容量検出手段５は、表側導電部０１Ａ〜１６Ａのうち、測定対象の検出部に対応する一つの表側導電部が静電容量検出手段５の測定端子に電気的に接続されるよう表側配線用コネクタ８を選択制御すると共に、裏側導電部０１Ｂ〜１６Ｂのうち、測定対象の検出部に対応する一つの裏側導電部が静電容量検出手段５の測定端子に電気的に接続されるよう裏側配線用コネクタ９を選択制御する。そして、交流印加装置１１によって電気的に接続された上記表側導電部及び裏側導電部間に電圧を印加し、演算増幅器１２の出力電圧に基づいて、このときの表側電極層３及び裏側電極層４間の静電容量を測定する。

【0062】

静電容量検出手段５は、２５６個の全ての検出部Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６について、上述した動作を繰り返し行う。すなわち、静電容量検出手段５は、測定する対象の検出部に対応する一つの表側導電部及び一つの裏側導電部のみを静電容量検出手段５の測定端子に電気的に接続させ、その表側導電部及び裏側導電部間に電圧を印加して静電容量を測定する動作を、測定端子に電気的に接続する表側導電部及び裏側導電部を順次切り替えることにより、全ての検出部Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６について順次行う。これにより、全ての検出部Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６について、それぞれの静電容量が順次静電容量検出手段５によって測定される。

【0063】

図３の静電容量検出手段５の回路において、表側電極層３に電気的に接続される交流印加装置１１の端子と演算増幅器１２の反転入力端子との間（以下、この間の抵抗を静電容量シート抵抗１６と呼ぶ）の抵抗値をＲ_ｘ（Ω）、交流印加装置１１による印加電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、帰還キャパシタ１３の容量値をＣ_ｆ（Ｆ）、帰還抵抗１４の抵抗値をＲ_ｆ（Ω）、電極間キャパシタ１５の容量値をＣ_ｘ（Ｆ）とした場合に、この回路の伝達関数Ｇ（ｓ）は下記式（６）で表される。下記式（６）の分子は、ボード線図上では単調増加のグラフになるため、この回路のカットオフ周波数を導出するためには、分母だけを考慮し、下記式（７）の伝達関数Ｇ’（ｓ）を用いればよい。

【0064】

【数5】

【0065】

図３の回路はバンドパスフィルタと同構造なので、（ｉ）ｓが非常に小さい場合、（ｉｉ）ｓが小さく、ｓの項以外を省略できる場合、及び（ｉｉｉ）ｓが大きく、ｓ^２の項以外を省略できる場合の３つの周波数帯域の場合に分けることができる。上記（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の周波数帯域における伝達関数Ｇ’（ｓ）は、それぞれ下記式（８）、式（９）及び式（１０）となる。

【0066】

【数6】

【0067】

伝達関数から周波数応答を求めるために、上記式（８）、式（９）及び式（１０）においてｓ＝ｊωとすると、低周波側のカットオフ周波数ω_Ｌ（Ｈｚ）、高周波側のカットオフ周波数ω_Ｈ（Ｈｚ）及び中心周波数ω_０（Ｈｚ）が導出できる。なお、ここでωは角周波数、ｊは虚数単位である。具体的には、低周波側のカットオフ周波数ω_Ｌのときに上記式（８）及び式（９）の右辺同士が等しくなるので、上記式（８）及び式（９）より下記式（１１）のように低周波側のカットオフ周波数ω_Ｌが導出される。また、高周波側のカットオフ周波数ω_Ｈのときに上記式（９）及び式（１０）の右辺同士が等しくなるので、上記式（９）及び式（１０）より下記式（１２）のように高周波側のカットオフ周波数ω_Ｈが導出される。

【0068】

【数7】

【0069】

また、ボード線図上の低周波側のカットオフ周波数ω_Ｌと高周波側のカットオフ周波数ω_Ｈとの間の中心周波数がω_０となるので、中心周波数ω_０は下記式（１３）で表される。従って、下記式（１３）に上記式（１１）及び式（１２）のω_Ｌ及びω_Ｈを代入することにより、下記式（１４）のように中心周波数ω_０が導出される。

【0070】

【数8】

【0071】

【数9】

【0072】

一方、ω_Ｌ＜ω＜ω_Ｈである周波数ωでの利得は、上記（ｉｉ）の場合で下記式（１５）となり一定である。

【0073】

【数10】

【0074】

上記式（１５）より、帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆが大きいほど高利得となることがわかる。また、交流印加装置１１による発振周波数ｆが、ω_Ｌ＜２πｆ＜ω_Ｈの範囲内であれば利得が一定となる。従って、上記式（１１）及び式（１２）より、２πｆが下記式（１６）の関係を満たすとよい。

【0075】

【数11】

【0076】

つまり、上記式（１６）の２πｆの上限側の不等式を変形して、帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆが下記式（１７）を満たすことが一定の高利得を得るための条件となる。下記式（１７）では２πｆＲ_ｘＣ_ｘ−１＞０である必要があるため、抵抗値Ｒ_ｆが下記式（１７）を満たすときの発振周波数ｆは下記式（１８）を満たすものでなければならない。

【0077】

【数12】

【0078】

同様に、上記式（１６）の２πｆの下限側の不等式を変形して、帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆが下記式（１９）を満たすことが一定の高利得を得るための条件となる。下記式（１９）においてＲ_ｆ≧０より、１−２πｆＲ_ｘＣ_ｘ≧０なので、抵抗値Ｒ_ｆが下記式（１９）を満たすときの発振周波数ｆは下記式（２０）を満たすものである。

【0079】

【数13】

【0080】

従って、上記式（１７）及び式（１８）より帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆが下記式（１）を満たし、かつ上記式（１９）及び式（２０）より帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆが下記式（２）を満たすことにより高利得が得られる。

【0081】

【数14】

【0082】

しかし、上記発振周波数ｆが、ω_Ｌ＜２πｆ＜ω_Ｈの範囲内であっても、上記式（１５）より抵抗値Ｒ_ｆが小さいと利得が低下する。つまり、上記式（１５）より、抵抗値Ｒ_ｆが抵抗値Ｒ_ｘに対して大きいほど利得が大きくなり、その利得はＣ_ｘ／Ｃ_ｆに近似され、電極間キャパシタ１５の容量値と帰還キャパシタ１３の容量値との比になる。そのため、帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆが下記式（３）を満たすことが好ましい。抵抗値Ｒ_ｆが下記式（３）の下限以下であると、利得が小さくなりその結果分解能が低下するおそれがある。

【0083】

【数15】

【0084】

従って、発振周波数ｆが上記式（１）及び式（２）を満たし、帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆが上記式（３）を満たすことにより、上記演算増幅器１２の利得が向上し、静電容量シート１の電極層間の容量値Ｃ_ｘをより高精度に測定できる。なお、帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆをさらに大きくし抵抗値Ｒ_ｘの１０倍よりも大きくすることで、さらに利得が大きくなり分解能が向上する。

【0085】

また、帰還キャパシタ１３及び帰還抵抗１４で構成されるローパスフィルタ部分の演算増幅器１２の出力信号の立ち下がり時間ｔ_ｆ（秒）は、下記式（２１）で求められる。

【0086】

【数16】

【0087】

演算増幅器１２の出力信号の立ち下がり時間ｔ_ｆを入力の発振周波数ｆの周期に対して十分に大きくすることにより、立ち下がりが遅くなり、安定した測定が可能となる。従って、帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆを、発振周波数ｆの周期に対して１０倍の余裕を持たせるよう下記式（４）を満たすようにすることで、より精度よく容量値Ｃ_ｘが測定できる。なお、利得を考慮すると、入力の発振周波数ｆが高周波側のカットオフ周波数ｆ_Ｈを超えないことが好ましい。従って、上記式（１２）より、下記式（５）を満たす発振周波数ｆとすることにより高利得が得られる。

【0088】

【数17】

【0089】

また、上述したように、伝達関数Ｇ’（ｓ）においてｓが小さくｓの項以外を省略できる上記（ｉｉ）の場合、演算増幅器１２の利得はＣ_ｘ／Ｃ_ｆに近似される。従って、帰還キャパシタ１３の容量値Ｃ_ｆを、上記静電容量シート１の伸縮変形によって容量値Ｃ_ｘが取り得る範囲の最大値に近い値とすることにより、測定可能な容量の範囲が広がり、その結果分解能が向上する。なお、表側電極層３及び裏側電極層４間の距離が小さいほど容量値Ｃ_ｘは大きくなるので、当該静電容量型センサにより測定対象物を測定する際に静電容量シート１が伸縮変形する範囲内において表側電極層３及び裏側電極層４間の距離が最小となるときの容量値が、上記静電容量シート１の伸縮変形によって容量値Ｃ_ｘが取り得る範囲の最大値である。

【0090】

具体的には、上記帰還キャパシタ１３の容量値Ｃ_ｆの下限としては、上記電極間キャパシタ１５の容量値Ｃ_ｘが取り得る範囲の最大値の０．００１倍が好ましく、０．５倍がより好ましい。また、上記容量値Ｃ_ｆの上限としては、上記容量値Ｃ_ｘが取り得る範囲の最大値の５倍が好ましく、１．５倍がより好ましい。上記容量値Ｃ_ｆが上記下限未満であると、測定可能な範囲が狭くなるおそれがある。また、上記容量値Ｃ_ｆが上記上限を超えると、十分な利得が得られなくなるおそれがある。

【0091】

〔利点〕
当該静電容量型センサは、静電容量検出手段５が演算増幅器１２の反転入力端子及び出力端子間に帰還キャパシタ１３と帰還抵抗１４とが並列に接続されているので、演算増幅器１２の出力電圧レベルが一定値になるまでの時間が短縮され、高抵抗の静電容量シート１の電極層間の容量値を優れた応答性及び精度で測定できる。

【0092】

［歪み計測装置］
当該歪み計測装置は、上記静電容量型センサを備える。上述したように、上記静電容量型センサは、静電容量シート１の主に平面方向への伸縮による表側電極層３及び裏側電極層４の面積の変化に伴って静電容量が変化し、この静電容量の変化を優れた応答性及び精度で測定できる。当該歪み計測装置は、上記静電容量型センサを備えることで、各検出部Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６における静電容量の変化が優れた応答性及び精度で測定されるので、その測定結果を用いて測定対象物の凸凹形状及び形状変化を優れた応答性及び精度で検出でき、静電容量シート１の伸縮変形歪み量、伸縮変形歪み分布又は面圧分布を優れた精度で計測することができる。

【0093】

［その他の実施形態］
なお、本発明は上記実施態様の他、種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。

【0094】

つまり、上記実施形態における静電容量シート１は、誘電層２の表面側に積層される表側電極層３がストライプ状に配設される複数の表側導電部を有し、誘電層２の裏面側に積層される裏側電極層４が表側導電部に略直交するようにストライプ状に配設される複数の裏側導電部を有するものとしたが、このような表側電極層及び裏側電極層の構成に限定されるものではなく、誘電層の両面に積層される電極層間の静電容量を検知する静電容量シートであればどのような構成であってもよい。例えば、上記実施形態における静電容量シート１のように計測点（以下、「画素」と呼ぶ）がマトリクス状に配置されるものではなく、計測点が１点（単画素）である静電容量シートも本発明の意図する範囲である。また、各画素の形状は、正方形、長方形、多角形、円、楕円等どのような形状であってもよい。また、電極が共通化されていない複数の単画素を有する静電容量シートも本発明の意図する範囲である。

【0095】

また、誘電層の表面側及び裏面側に積層される電極層を有し、長手方向の伸縮を電極層間の静電容量の変化で検出する平面視帯状の静電容量型センサを少なくとも１つ備えた静電容量シートも本発明の意図する範囲である。さらに、このような帯状の静電容量型センサを複数備え、これらの静電容量型センサの端部同士が接続されてシート状を形成している静電容量シートも本発明の意図する範囲である。この静電容量シートは、複数の静電容量型センサの静電容量を測定することで、複雑で広い範囲の形状変化に伴う歪みの方向及び大きさを計測できる。

【0096】

また、上記実施形態では、電極層に保護層が積層される構成について説明したが、他の導体から入ってくる外来ノイズや電磁波をグランド（接地）するためのシールド電極層が電極層と保護層との間に配設されていてもよく、このようなシールド電極層を有する静電容量シートも本発明の意図する範囲である。シールド電極層は、例えば電極層の誘電層とは反対側の面にエラストマー材料等の絶縁層を積層し、この絶縁層と保護層との間に配設される。このシールド電極層は、誘電層の表面側及び裏面側のうち、一方の面側のみに配設されてもよいし、両方の面側に配設されてもよい。

【0097】

また、上記実施形態では、誘電層の表面側及び裏面側に表側保護層及び裏側保護層が積層される構成について説明したが、表側保護層及び裏側保護層が省略された構成としてもよい。

【実施例】

【0098】

以下、実施例によって当該発明をさらに具体的に説明するが、当該発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0099】

図３に示す静電容量検出手段５を用いて、静電容量シート抵抗１６の抵抗値Ｒ_ｘ及び帰還抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｆと、交流印加装置１１の発振周波数及び演算増幅器１２の出力波形との関係を求めた。

【0100】

まず、実施例１〜実施例４として、数値計算により、図３に示す回路における抵抗値Ｒ_ｘ及び抵抗値Ｒ_ｆに対する交流印加装置１１の発振周波数及び演算増幅器１２の出力信号の立ち下がり時間の関係を求めた。その結果を表１に示す。表１において、ｆ_Ｌ（Ｈｚ）は低周波側のカットオフ周波数、ｆ_Ｈ（Ｈｚ）は高周波側のカットオフ周波数、ｆ_０（Ｈｚ）は中心周波数、ｔ_ｆ（秒）は演算増幅器１２の出力信号の立ち下がり時間を示している。

【0101】

【表1】

【0102】

表１の実施例１〜３の結果より、抵抗値Ｒ_ｆが大きくなると、高周波側のカットオフ周波数ｆ_Ｈが小さくなるが、立ち下がり時間ｔ_ｆは大きくなることがわかる。また、実施例３及び４の結果より、抵抗値Ｒ_ｘを小さくすることで、高周波側のカットオフ周波数ｆ_Ｈを大きくできることがわかる。

【0103】

次に、実施例５〜実施例８として、シミュレーションにより、図３に示す回路における抵抗値Ｒ_ｘ、抵抗値Ｒ_ｆ及び交流印加装置１１の発振周波数ｆと、演算増幅器１２の出力信号波形との関係を求めた。実施例５では、抵抗値Ｒ_ｆ＝２５６ｋΩ、抵抗値Ｒ_ｘ＝１００ｋΩ及び発振周波数ｆ＝１０ｋＨｚと設定し、実施例６では、抵抗値Ｒ_ｆ＝４．７ＭΩ、抵抗値Ｒ_ｘ＝１００ｋΩ及び発振周波数ｆ＝１０ｋＨｚと設定し、実施例７では、抵抗値Ｒ_ｆ＝４．７ＭΩ、抵抗値Ｒ_ｘ＝１００ｋΩ及び発振周波数ｆ＝２０ｋＨｚと設定し、実施例８では、抵抗値Ｒ_ｆ＝４．７ＭΩ、抵抗値Ｒ_ｘ＝５０ｋΩ及び発振周波数ｆ＝２０ｋＨｚと設定した。実施例５〜８の出力波形のシミュレーション結果をそれぞれ図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す。これらの図では、横軸が時間を表し、縦軸が電圧を表し、入力波形を破線で表し、出力波形を実線で表している。

【0104】

図４（ａ）に示す実施例５は、発振周波数ｆ、容量値Ｃ_ｆ、抵抗値Ｒ_ｘ、容量値Ｃ_ｘ及び抵抗値Ｒ_ｆが上記式（１３）を満たすものである。図４（ａ）のシミュレーション結果より、この場合は立ち下がり時間が小さく、測定精度が低下し易いといえる。すなわち、上記式（１３）を満たす設定では、抵抗値Ｒ_ｆが小さくなりすぎるといえる。

【0105】

一方、図４（ｃ）に示す実施例７及び図４（ｄ）に示す実施例８の結果より、抵抗値Ｒ_ｘが小さくなると立ち下がり時間が大きくなり、静電容量シートの電極層間の容量値Ｃ_ｘをより安定して測定できることがわかる。

【0106】

なお、図４（ｂ）に示す実施例６は、上記式（４）及び式（５）を満たすパラメータ値を設定した場合の出力波形を示している。図４（ｂ）の結果より、上記式（４）及び式（５）を満たすことにより、より優れた応答性及び精度で静電容量を測定できることがわかる。

【産業上の利用可能性】

【0107】

本発明の静電容量型センサ及び歪み計測装置は、優れた応答性及び精度で静電容量を測定できるので、面圧分布、伸縮変形歪み量、伸縮変形歪み分布等を優れた精度で計測できる。本発明の静電容量型センサは、例えば柔軟物の形状をトレースするためのセンサや、人など測定対象物の動きを計測するセンサ等として使用することができる。より具体的には、例えば足裏による靴底インナーの変形や、臀部による座面クッションの変形等を測定することができる。また、本発明の静電容量型センサは、例えばタッチパネル用の入力インターフェースとしても使用することができる。なお、本発明の静電容量型センサは、既存のセンサである光学式のモーションキャプチャーでは測定できない光の遮蔽部位での測定にも利用することが可能である。

【符号の説明】

【0108】

１ 静電容量シート
２ 誘電層
３ 表側電極層
４ 裏側電極層
５ 静電容量検出手段
６ 表側保護層
７ 裏側保護層
８ 表側配線用コネクタ
９ 裏側配線用コネクタ
１０ ＡＤＣ
１１ 交流印加装置
１２ 演算増幅器
１３ 帰還キャパシタ
１４ 帰還抵抗
１５ 電極間キャパシタ
１６ 静電容量シート抵抗
０１Ａ〜１６Ａ 表側導電部
０１ａ〜１６ａ 表側配線
０１Ｂ〜１６Ｂ 裏側導電部
０１ｂ〜１６ｂ 裏側配線
Ｃ０１０１〜Ｃ１６１６ 検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】