JP7060847B2 - 伸縮性コンデンサ、変形センサ、変位センサ、呼吸状態のセンシング方法およびセンシングウェア - Google Patents

Description

本発明は、伸縮特性を有するコンデンサに関し、伸縮により静電容量が変化するコンデンサであり、伸縮変形を静電容量の変化で読み取ることができるコンデンサに関し、さらに伸縮性コンデンサを利用した変形センサに関する。
さらに本発明は、静電容量変化を用いた変位センサーに関し、さらに人体胴体部の周長変化を測定して呼吸状態をセンシングする方法に関する。
さらに本発明は、自らの変形を静電容量変化として検出可能な伸縮性コンデンサを備えた衣服であり、被験者に着用させた状態で、衣服に備えた伸縮性コンデンサの静電容量変化により身体の形状変化、すなわち四肢の運動、体形、姿勢、呼吸、咀嚼、嚥下、脈動、胎動などを実質的に非侵襲にて検出することが可能なセンシングウェアに関する。

静電容量型センサとして、一対の電極層間の静電容量変化から測定対象物の凸凹形状等を検出する面圧分布センサや歪みゲージ等に用いられる物が知られている。

従来、面圧分布センサとして使用する静電容量型センサシートとして、例えば、エラストマー製の誘電層を二枚の導電層からなる電極で挟んだ積層構造を有し、面に垂直方向に加わる荷重により変化する誘電層の厚さを静電容量変化として捉える面圧分布センサが知られている。
特許文献１には、全方向に弾性変形可能な２枚のシート状誘電体が１枚の導電布を間に挟んで互いに重ね合わされると共に、両シート状誘電体の両面に２枚の導電布が配備され、前記２枚の導電布はグランド層であり、互いに電気的に接続され、前記２枚のシート状誘電体にはそれぞれ複数の貫通孔が形成され、一方のシート状誘電体に開設された貫通孔と他方のシート状誘電体に開設された貫通孔とは、互いに位置が食い違っている静電容量型圧力センサが開示されている。

また、特許文献２には、伸縮性を有する布からなる誘電層と、エラストマーまたは樹脂からなり該誘電層の表側に積層され該誘電層と一体的に伸縮可能な表側被覆層と、該表側被覆層と該誘電層との間に介装され該表側被覆層と該誘電層とを接着し両層と一体的に伸縮可能な表側接着層と、エラストマーまたは樹脂からなり該誘電層の裏側に積層され該誘電層と一体的に伸縮可能な裏側被覆層と、該裏側被覆層と該誘電層との間に介装され該裏側被覆層と該誘電層とを接着し両層と一体的に伸縮可能な裏側接着層と、を有する誘電部材と、該誘電部材の該表側被覆層の表面に形成され該誘電部材と一体的に伸縮可能な表側電極と、該誘電部材の該裏側被覆層の裏面に形成され該誘電部材と一体的に伸縮可能な裏側電極と、表裏方向に対向する該表側電極と該裏側電極との間に形成されている検出部と、を備え、該検出部の静電容量変化に基づいて、加えられた荷重を検出することを特徴とする静電容量型センサが開示されている。

さらに特許文献３には、エラストマー製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている一対の電極と、を備えてなり、弾性的に曲げ変形可能であり、該一対の電極は、エラストマーと、該エラストマー中に配合され炭素材料からなる導電性フィラーと、を有し、該誘電膜の変形に応じて伸縮可能であり、該一対の電極は、該エラストマーと該導電性フィラーとを含むエラストマー組成物からなり、該エラストマー組成物の、該導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおいて、電気抵抗が低下して絶縁体－導電体転移が起こる第一変極点の該導電性フィラーの配合量（臨界体積分率：φｃ）が２５ｖｏｌ％以下であり、該一対の電極の少なくとも一方の表面には、該表面の弾性変形を拘束する拘束部材が配置されており、該一対の電極間の静電容量変化に基づいて変形を検出することを特徴とする静電容量型センサ、が開示されている。

これら、特許文献１～３に開示される静電容量型センサは、いずれも、面状の積層体構成を有し、面に垂直方向の変化、すなわち主として誘電層の厚さ変化を静電容量の変化として捉えるタイプのセンサである。これらのセンサは圧力ないし比較的小さな変位を検知するものであり、大変形を検知する目的では使用できない。

一方、特許文献４には、エラストマー組成物からなる誘電層と、前記誘電層の表面に積層された表側電極層と、前記誘電層の裏面に積層された裏側電極層とを備え、前記表側電極層と前記裏側電極層とは前記誘電層を挟んで少なくとも一部が対向しており、前記表側電極層と前記裏側電極層とが前記誘電層を挟んで対向している部分を検出部とする静電容量型センサシートであって、前記表側電極層及び前記裏側電極層は、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなり、前記エラストマー組成物は、ポリエーテルポリオールをポリオール成分とし、ＨＤＩ系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムを含有することを特徴とする静電容量型センサシート、が開示されており、該静電容量型センサシートは一軸引張りに耐えられる伸長率が１００％以上であることが示されている。

すなわち、特許文献４に開示されている発明は、厚さ方向の変化では無く、面方向の変形を静電容量変化を用いて測定するタイプのセンサである。かかるセンサすなわち変形可能なコンデンサは、従来の厚さ方向変化を読むタイプのセンサの変形度合いが、事実上数％程度であったのに比較して、格段に大きな変形に対応することが可能であり、静電容量型センサとして、大変形、大変位を検知することが出来る点で、従来の静電容量型センサとは一線を画するものであると云える。

一方、睡眠時無呼吸症候群の診断目的で、睡眠中の呼吸状態をモニタリングする手法が種々提案されている。
特許文献５には呼吸運動を検出する手段として、伸縮性のベルトに取り付けたストレンゲージを胸部に巻き付けて測定する呼吸センサが開示されており、睡眠姿勢を検知するためのスイッチと合わせて、呼吸状態をモニタリングする方法が提案されている。
特許文献６には、少なくとも部分的に弾性を有するベルトに摺動自在に係合され、該ベルトから少なくとも間接的に加えられる力に応じて前記力の大きさを表わす電気信号を発生するトランスデューサを用いて呼吸状態をモニタリングする方法が提案されている。
特許文献７には、 左右の前身ごろの間が一定幅で離隔して前開き部分を有する胴衣と、この胴衣の左右の前身ごろに帯状の呼吸センサの両先端部を着脱自在に被着する被着部とを備えたことを特徴とする呼吸センサ装着衣が開示されている。
特許文献８においては、横臥している被験者の身体の下にエアマットを敷き、このエアマット内部の圧力変動から心拍数、呼吸数、いびき等を計測し、睡眠時無呼吸症候群の診断を行なう手法が開示されている。

映像分野ではモーションキャプチャ技術が発展している。映画の特殊撮影などには光学的モーションキャプチャ技術が用いられている。光学的に身体の様子や表情の動きを捉えて、データ化し、ＣＧに反映させて仮想空間中で人体モデルなどを動かす手法は、映画などの製作手法として実用化されている。かかる手法には大がかりな装置が必要となる。
一方で、身体の形状変化、運動状態を検出するために、衣服に様々なセンサを組み込んで計測する試みが行われている。
特許文献９、特許文献１０には圧電センサを用いて関節角度を求める技術が開示されている。圧電素子の変形には強い力が必要であるために、関節角度の動きが大きい場合には身体が反力を感じてしまい、被験者に不快感を与えると共に、運動自体に制限を加えてしまうために適切なセンシングができない問題がある。
特許文献１１には電磁誘導式センサを用いて間接の曲げ角度を測定する方法が開示されているが、かかるセンサは外部磁界の影響を受けやすいとともに、得られる情報が運動の時間微分になるために、身体の変形状態を定常的にセンシングするには不向きである。

特許文献１２には曲げ角度により静電容量が変化する屈曲コンデンサをセンサとして用いて関節角度をセンシングする方法が開示されている。しかしながら曲げ角度による静電容量変化は小さく、精度が確保が難しく、さらにかかるセンシング方法の場合には、センサの取り付け位置を屈曲位置に精度良く合わせる必要があるため、センシングウェアに適用した場合、被験者個人の体形に合わせてセンシングウェアを作製する必要が生じ、また同一被験者であってもセンシングウェアの着用状態がズレた場合にはセンシングが不安定になるなどの問題を有するものであった。

特許第４１４１４２６号公報 特許第５４８６２５８号公報 特許第５４９６４４６号公報 特開２０１５－２００５９２号公報 特開平７－７５６３１号公報 特開平８－２９９３０６号公報 特開１９９８－０９９２９９号公報 特開２０００－２７１１０３号公報 特許第４８５５３７３号公報 特許第４４２７６５５号公報 特開平７－７５６３０号公報 特開２０１５－２１７１２７号公報

かかる大変形の検知を行う静電容量センサは、誘電体だけで無く、誘電体を挟む電極部分、さらには構造によっては配線部分にも十分な変形余地が必要となる。誘電体としてエラスチックな高分子材料を用いれば、１００％程度の変形にも十分対応可能であるが、同程度の変形を与えた場合でも導電性を維持できる電極ないし配線材料は希である。
カーボンナノチューブを含有する導電性組成物を用いた技術も提案されているが、カーボンナノチューブ分散により得られる導電性は、カーボンフィラーを用いた導電性組成物と同程度で有り、一般的な金属電極と比較した場合、比抵抗で数千～数万倍の値でとなる。すなわち、カーボンナノチューブを含有する導電性組成物にて形成された電極は、電極面内に電気抵抗成分を有するため、コンデンサ自体を分布定数的に取り扱う必要が生じる。また、静電容量を含むインピーダンスを測定する際に抵抗成分を無視することが出来ないため、センサ出力の直線性が低い。さらにはカーボンナノチューブを含有する電極層と、一般的な金属配線との接続面にショットキー障壁が生じるため、特にセンサを低電圧駆動する場合に非線形応答となってしまい、センサとしての用途に制限が出るなど課題があった。

身体の胴体周囲にベルト状の変位センサを配置して胴体の周長変化から呼吸センシングする方法は、ベルト状物が身体を拘束する感触があるため、被験者が違和感を強く感じ、自然な睡眠が得られにくい。また、かかるベルト状の変位センサは、姿勢によっては、呼吸による周長変化が周長検知部に伝わらず、正確なモニターができない場合が生じる。
寝台全体を圧力センサアレイにして、呼吸に伴う身体変化から生じる圧力変動を検出して呼吸状態をモニターする方法では、装置サイズが大きくなるため、高コストになり、また自然な寝心地を実現するために布団を厚くしたりすると検出精度が低下する。
これらの他、被験者の睡眠時の動画像を解析して呼吸状態をセンシングする方法が知られているが、撮影する方向により呼吸状態の検出が難しくなる場合が多く、さらに被験者に違和感を与えないためには暗い環境にて撮影する必要があり、解析に必要な品位の画像を得ることが困難な場合が多い。

これらのセンサを衣服に統合すれば、生体情報のセンシングウェアとして用いることができる。生体情報センシングウェアには、着用が容易で有ること、多少体形が異なる被験者にたいしても適用が可能であること、また着用状態が多少ずれた場合にも安定的にセンシング可能なこと、なおかつ着用時に違和感を与えない自然な着用感が要求される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大変形にも耐える高い伸長率を有し、繰り返し変形させた際の信頼性にも優れ、変形量の測定においてヒステリシスが無く、広いレンジを有し、応答性の良い出力を得ることが出来る伸縮性コンデンサを提供することにある。

さらに本発明は、伸縮性コンデンサを用いた低負荷の変位センサを実現し、加えてそのセンサを用いて被験者に違和感を与えない呼吸センシング方法を提供することにある。
さらに本発明は伸縮性コンデンサをウェアに適用することにより着用者の身体の形状変化、すなわち四肢の運動、体形、姿勢、呼吸、咀嚼、嚥下、脈動、胎動などを検出することが可能なセンシングウェアを提供することを目的とする。

すなわち本発明は、以下の構成である。
［１］ 伸縮性導体層、伸縮性誘電体層、伸縮性導体層の順で積層された層構成を少なくとも有するコンデンサであって、前記伸縮性導体層は金属粒子を含有する組成物であって、非伸張時の比抵抗が３×１０^－３Ωｃｍ以下であり、かつ１００％伸張時の比抵抗が非伸張時の１００倍以内であることを特徴とする伸縮性コンデンサ。
［２］ 前記伸縮性誘電体層は、無負荷時の比誘電率が２．５以上であり、かつ比誘電率が５以上の無機フィラーを１０質量％以下の割合で含有していることを特徴とする［１］記載の伸縮性コンデンサ。
［３］ 前記伸縮性導体層は、金属粒子および、引張弾性率が１ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下の柔軟性樹脂を少なくとも含有する伸縮性導体組成物からなり、柔軟性樹脂の配合量が、金属粒子と柔軟性樹脂の合計に対して７～３５質量％であることを特徴とする［１］または［２］に記載の伸縮性コンデンサ。
［４］ 前記伸縮性誘電体層が、ホットメルト接着性を有することを特徴とする［１］から［３］のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
［５］ 前記伸縮性誘電体層の、透湿度が４０００ｇ／ｍ２・２４ｈｒ以下であることを特徴とする［１］から［４］のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
［６］ 前記伸縮性誘電体層の、絶縁破壊電圧は１．０ｋＶ以上であることを特徴とする［１］から［５］のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
［７］ 前記伸縮性誘電体層が、少なくとも片面にホットメルト接着性のある層を有する多層構造であることを特徴とする［１］から［６］のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
［８］ 面方向に１００％伸張させた場合の伸張回復率が９８％以上であることを特徴とする［１］から［７］のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
［９］ 前記［１］から［８］のいずれかに記載の伸縮性コンデンサの伸縮性誘電体層の面方向を、測定対象の変形方向に向けて配置し、測定対象の伸縮変形に応じて変化する伸縮性コンデンサの静電容量変化を検知することによって、測定対象の変形を検知する変形センサ。
［１０］ 前記測定対象の伸縮変形に応じて変化する伸縮性コンデンサの静電容量変化が、主として伸縮性誘電体層の面方向への伸縮に伴う、伸縮性誘電体層の厚さ方向への伸縮による静電容量の変化であることを特徴とする請求項９に記載の変形センサ。

［１１］ 少なくとも、伸縮性の素材からなるベルト状基材と、ベルト状基材の伸縮に応じて変形可能な伸縮性コンデンサを備えた事を特徴とする変位センサ。
［１２］ 前記伸縮性コンデンサの変形がコンデンサの誘電体層の面方向への変形である事を特徴とする［１１］記載の変位センサ。
［１３］ 前記伸縮性コンデンサが、伸縮性導体層、伸縮性誘電体層、伸縮性導体層の順で積層された層構成を有するコンデンサであって、前記伸縮性導体層の比抵抗が１×１０ ^－３Ωｃｍ以下であり、前記伸縮性誘電体層が、引張降伏伸度が７０％以上の伸縮性絶縁高分子により構成されていることを特徴とする［１１］または［１２］に記載の変位センサ。
［１４］ 変位センサのベルト長さ方向への２０％伸長時の応力が２０Ｎ以下であることを特徴とする［１１］から［１３］のいずれかに記載の変位センサ。
［１５］ 前記ベルト状物の全長に対して、伸縮性コンデンサを備える部分が１０％以上１００％以下であることを特徴とする［１１］から［１４］のいずれかに記載の変位センサ。
［１６］ 前記［１１］～［１５］のいずれかに記載の変位センサを、人体の胴体周囲に配置し、胴体の周長変化を測定することにより呼吸状態を検知することを特徴とする呼吸状態のセンシング方法。

すなわち本発明は、以下の構成である。
［１７］ 伸縮性コンデンサ、伸縮性コンデンサと伸縮性コンデンサの静電容量を検出するデバイスとを接続するための電気配線を備えた事を特徴とするセンシングウェア。
［１８］ 前記伸縮性コンデンサが、伸縮性導体層、伸縮性誘電体層、伸縮性導体層の順で積層された層構成を有するコンデンサであって、前記伸縮性導体層の比抵抗が１×１０ ^－３Ωｃｍ以下であり、前記伸縮性誘電体層が、引張降伏伸度が７０％以上の伸縮性絶縁高分子により構成されていることを特徴とする［１７］に記載のセンシングウェア。
［１９］ 前記伸縮性コンデンサの変形が、ウェアの伸長方向となるように配置されていることを特徴とする［１７］または［１８］に記載のセンシングウェア。
［２０］ 前記伸縮性コンデンサの面方向への２０％伸長時の応力が１５Ｎ／ｃｍ以下であることを特徴とする［１７］から［１９］のいずれかに記載のセンシングウェア。
［２１］ 人体上半身用の衣服であり、少なくとも肘部分、上腕周囲、下腕周囲、肩部分、背面、胸部周囲、腹部周囲、脇腹部分のいずれかの個所に前記伸縮性コンデンサを配置した事を特徴とする［１７］から［２０］のいずれかに記載のセンシングウェア。
［２２］ 人体下半身用の衣服であり、少なくとも膝部分、足首部分、大腿部周囲、脛部周囲、股関節部分、腰部分のいずれかの個所に前記伸縮性コンデンサを配置した事を特徴とする［１７］から［２０］のいずれかに記載のセンシングウェア。
［２３］ 手袋形状であり、少なくとも手首、手指の各関節の一個所以上のいずれかの部分に前記伸縮性コンデンサを配置した事を特徴とする［１７］から［２０］のいずれかに記載のセンシングウェア。
［２４］ 靴下形状であり、少なくとも足首、足指の各関節の一個所以上のいずれかの部分に前記伸縮性コンデンサを配置した事を特徴とする［１７］から［２０］のいずれかに記載のセンシングウェア。

さらに本発明では、以下の構成を有する事が好ましい。
［３１］ 前記伸縮性誘電体層のポアソン比が２．８以上である事を特徴とする［１］～［８］のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
［３２］ 前記［３１］に記載された伸縮性コンデンサの伸縮性誘電体層の面方向を、測定対象の変形方向に向けて配置し、測定対象の伸縮変形に応じて変化する伸縮性コンデンサの静電容量変化を検知することによって、測定対象の変形を検知する変形センサ。
［３３］ 前記測定対象が衣服の部分的伸縮であることを特長とする前記［９］、［１０］、［１１］のいずれかに記載の変形センサ。

さらに本発明では、以下の構成を有する事が好ましい。
［３４］ 前記伸縮性誘電体層の、無負荷時の比誘電率が３．５以上であり、かつ比誘電率が５以上の無機フィラーの含有量が１０％質量以下であることを特徴とする［１２］～［１５］のいずれかに記載の変位センサ。
［３５］ 前記伸縮性導体層が、少なくとも金属粒子、引張弾性率が１ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下の柔軟性樹脂、を含有する伸縮性導体組成物からなり、柔軟性樹脂の配合量が、導電粒子と柔軟性樹脂の合計に対して７～３５質量％であることを特徴とする［１２］～［１５］、［３４］のいずれかに記載の変位センサ。
［３６］ 前記伸縮性誘電体層が、ホットメルト接着性を有する材料を含む事を特徴とする［１２］～［１５］、［３４］、［３５］のいずれかに記載の変位センサ。
［３７］ 前記伸縮性誘電体層のポアソン比が０．２８以上である事を特徴とする［１２］～［１５］、［３４］～［３６］のいずれかに記載の変位センサ。

本発明の伸縮性コンデンサは、平面方向に高い伸長率を有するため、従来知られていた静電容量型のセンサのように、コンデンサの厚さ方向の変形のみならず、平面方向への変形歪み量の測定に好適に使用することができる。 また、本発明の伸縮性コンデンサは、伸張回復率の良い誘電層を採用することにより、大きく変形させた後の永久ひずみが小さく、かつ繰り返し変形（伸縮）させても残留ひずみが発生しにくい構成となる。その結果、変形量と出力値（静電容量）との間のヒステリシスが小さく、応答性、対応性に優れ、繰り返し使用した際の信頼性（長期信頼性）に優れるものとなる。

本発明の伸縮性コンデンサは低抵抗の伸縮性導体を電極に用いるために素子の耐久性が高く、また、素子が大型になった場合でも、素子内のインピーダンスが均一となるため、大面積素子においても均一な感度のセンサアレイを構成できる。
本発明の伸縮性コンデンサは、厚さを薄くすることが出来るため、結果として極軽量のセンサを構成することができる。さらに本発明の伸縮性コンデンサは伸張時の応力を低く抑えることが可能であるため、高感度で、なおかつ、測定対象に与える影響を小さくすることができる。具体的にはウェアラブルスマートデバイス、スマートアパレル、センシングウェアなどとして体表面の変形などを検知する目的で使用する場合にも、被験者に違和感を与えずに測定が可能となる。本発明を用いれば、従来はテレビカメラを含む大がかりな装置を必要としたモーションキャプチャのような被検体（人間、動物、ロボットなど）の動きのデータ化を、極めて小規模な装置で実現可能となる。

本発明において、伸縮性コンデンサの面方向への伸縮変形に応じて変化する伸縮性コンデンサの静電容量変化は、主として伸縮性誘電体層の面方向への伸縮に伴う、伸縮性誘電体層の厚さ方向への変化による静電容量の変化である。かかる特性を発現させるためには伸縮性誘電体層に用いる材料のポアソン比が高い方が好ましい。本発明における伸縮性誘電体層のポアソン比は０．２８以上である事が好ましく、０．３８以上である事がなお好ましく、０．４８以上である事がさらに好ましい。ポアソン比を高めるには伸縮性誘電体層に配合される無機成分が少ない方が良い。

図１は、本発明に用いられる伸縮性コンデンサの基本構成を示す概略図である。 図２は、本発明に用いられる伸縮性コンデンサを作製する場合に用いるホットメルト層付きの伸縮性シートの構成図である。 図３は、基材に伸縮性シートを重ね貼りすることにより伸縮性コンデンサを構成した一例を示す概略図である。 図４は、本発明に用いられる伸縮性コンデンサの構成を示す概略図である。 図５は、本発明に用いられる伸縮性コンデンサを印刷法を用いて作製する場合の工程概略図である。 図６は、本発明の伸張回復率を説明する概略図である。 図７は、本発明の伸縮性コンデンサを用いた変位センサーにより、呼吸による胸囲変化を測定した結果の一例である。 図８は、本発明に用いられる伸縮性コンデンサを印刷転写法によって作製する場合の工程概略図である。 図９は、Ｓ－Ｓカーブならびに引張降伏伸度を説明する概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように本発明の伸縮性コンデンサは、基本構成として１．伸縮性導体層（表面電極）、２．伸縮性誘電体層、３．伸縮性導体層（背面電極）の３層を有する。実際の構成においては、各層を接着するための接着層が各基本構成層に挿入される場合がある。さらに最外層になる伸縮性導体層の外側に絶縁性の被覆層が設けられる場合がある。本発明の目的から自明であるように、接着層、被覆層についても十分な伸縮特性が要求される。

本発明における伸縮性導体層の非伸張時の比抵抗は３×１０^－３Ωｃｍ以下で有ることが好ましく、１×１０^－３Ωｃｍ以下であることが好ましく、３×１０^－４Ωｃｍ以下であることが好ましく、１×１０^－４Ωｃｍ以下であることが、なお好ましい。比抵抗がこの範囲を上回ると、導電層内の抵抗分布が顕著になり、素子の時定数が大きくなり応答性に問題が生じ、高周波特性や、パルス応答性が低下する場合がある。比抵抗の下限は原理的に用いられる導電材料に依存する。

本発明における伸縮性導体層は１００％伸張時の比抵抗が非伸張時の１００倍以内であることが好ましく、さらに５０倍以内である事が好ましく、さらに３０倍以内である事が好ましく、１５倍以内である事がさらに好ましい。１００％伸張時の比抵抗がこの範囲を上回ると、導電層内の抵抗分布が顕著になり、素子の時定数が大きくなり応答性に問題が生じ、高周波特性や、パルス応答性が低下する場合がある。比抵抗の下限は原理的に用いられる導電材料に依存する。なお、伸縮性導体を変形させた場合には、変形に伴う幾何学的な変化、すなわち、電流方向についての長さ、断面積の変化による抵抗値の変化は除外する。本発明における初期の比抵抗、並びに伸張時の比抵抗の範囲であれば、幾何学的変形による抵抗値の変化を加えても、十分に導電層内の抵抗分布を実効的に小さく保つことができる。

本発明における伸縮性導体層は、少なくとも金属粒子、引張弾性率が１ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下の柔軟性樹脂、から構成される。また柔軟性樹脂の配合量は、導電粒子と柔軟性樹脂の合計に対して７～３５質量％である。
本発明における伸縮性導体層は、金属粒子と柔軟性樹脂を混練混合し、フィルム状ないしシート状に成型することにより得ることができる。本発明の伸縮性導体層は、好ましくは金属粒子と柔軟性樹脂に溶剤などを加えて伸縮性導体形成用ペースト化、ないしスラリー化した状態を経て、塗布、乾燥によりシート状ないしフィルム状に加工することが出来る。また、ペースト化した後、印刷することにより所定の形状を与えることもできる。

本発明における金属粒子は導電性粒子として機能する。なお本発明においては導電性粒子は該金属粒子を含み、比抵抗が１×１０^－１Ωｃｍ以下の物質からなり、粒子径が１００μｍ以下の粒子である。比抵抗が１×１０^－１Ωｃｍ以下の物質としては、金属、合金、カーボン、ドーピングされた半導体、導電性高分子などを例示することができる。本発明で好ましく用いられる導電性粒子は銀、金、白金、パラジウム、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、鉛、錫などの金属、黄銅、青銅、白銅、半田などの合金粒子、銀被覆銅のようなハイブリッド粒、さらには金属メッキした高分子粒子、金属メッキしたガラス粒子、金属被覆したセラミック粒子などを用いることができる。

本発明では金属粒子として、フレーク状銀粒子ないし不定形凝集銀粉を主体に用いることが好ましい。なお、ここに主体に用いるとは導電性粒子の９０質量％以上用いることである。不定形凝集粉とは球状もしくは不定形状の１次粒子が３次元的に凝集したものである。不定形凝集粉およびフレーク状粉は球状粉などよりも比表面積が大きいことから低充填量でも導電性ネートワークを形成できるので好ましい。不定形凝集粉は単分散の形態ではないので、粒子同士が物理的に接触していることから導電性ネートワークを形成しやすいので、さらに好ましい。

フレーク状粉の粒子径は特に限定されないが、動的光散乱法により測定した平均粒子径（５０％Ｄ）が０．５～２０μｍであるものが好ましい。より好ましくは３～１２μｍである。平均粒子径が１５μｍを超えると微細配線の形成が困難になり、スクリーン印刷などの場合は目詰まりが生じる。平均粒子径が０．５μｍ未満の場合、低充填では粒子間で接触できなくなり、導電性が悪化する場合がある。

不定形凝集粉の粒子径は特に限定されないが、光散乱法により測定した平均粒子径（５０％Ｄ）が１～２０μｍであるものが好ましい。より好ましくは３～１２μｍである。平均粒子径が２０μｍを超えると分散性が低下してペースト化が困難になる。平均粒子径が１μｍ未満の場合、凝集粉としての効果が失われ、低充填では良導電性を維持できなくなる場合がある。

本発明では必要に応じて伸縮性導体層に非導電性粒子を配合しても良い。本発明における非導電性粒子とは、有機ないし無機の絶縁性物質からなる粒子である。本発明における非導電性粒子は印刷特性の改善、伸縮特性の改善、塗膜表面性の改善を目的に添加され、シリカ、酸化チタン、タルク、アルミナ、硫酸バリウム等の無機粒子、樹脂材料からなるマイクロゲル等を利用できる。

本発明における柔軟性樹脂とは、弾性率が、１～１０００ＭＰａの、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴムなどが挙げられる。膜の伸縮性を発現させるためには、ウレタン樹脂ないしゴムが好ましい。ゴムとしては、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴムや水素化ニトリルゴムなどのニトリル基含有ゴム、イソプレンゴム、硫化ゴム、スチレン－ブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ化ビニリデンコポリマーなどが挙げられる。この中でも、ニトリル基含有ゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴムが好ましく、ニトリル基含有ゴムが特に好ましい。本発明で好ましい弾性率の範囲は２～４８０ＭＰａであり、さらに好ましく３～２４０ＭＰａ、なお好ましくは４～１２０ＭＰａの範囲である。

ニトリル基を含有するゴムは、ニトリル基を含有するゴムやエラストマーであれば特に限定されないが、ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムが好ましい。ニトリルゴムはブタジエンとアクリロニトリルの共重合体であり、結合アクリロニトリル量が多いと金属との親和性が増加するが、伸縮性に寄与するゴム弾性は逆に減少する。従って、アクリロニトリルブタジエン共重合体ゴム中の結合アクリロニトリル量は１８～５０質量％が好ましく、４０～５０質量％が特に好ましい。

本発明における柔軟性樹脂の配合量は、導電粒子と、好ましくは加えられる非導電性粒子と柔軟性樹脂の合計に対して７～３５質量％であり、好ましくは９～２８質量％、さらに好ましくは１２～２０質量％である。

また、本発明における伸縮性導体形成用ペーストにはエポキシ樹脂を配合できる。本発明で好ましいエポキシ樹脂はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ないしはフェノールノボラック型エポキシ樹脂である。エポキシ樹脂を配合する場合、エポキシ樹脂の硬化剤を配合できる。硬化剤としては公知のアミン化合物、ポリアミン化合物などを用いればよい。硬化剤はエポキシ樹脂に対して５～５０質量％配合することが好ましく、１０～３０質量％がさらに好ましい。またエポキシ樹脂と硬化剤の配合量は、柔軟性樹脂を含めた全樹脂成分に対して３～４０質量％、好ましくは５～３０質量％、さらに好ましくは８～２４質量％である。

本発明における伸縮性導体形成用ペーストは、溶剤を含有する。本発明における溶剤は、水または有機溶剤である。溶剤の含有量は、ペーストに求められる粘性によって適宜調査されるべきであるため、特に限定はされないが、概ね導電性粒子と柔軟性樹脂の合計質量を１００した場合に３０～８０質量比が好ましい
本発明に使用される有機溶剤は、沸点が１００℃以上、３００℃未満であることが好ましく、より好ましくは沸点が１３０℃以上、２８０℃未満である。有機溶剤の沸点が低すぎると、ペースト製造工程やペースト使用に際に溶剤が揮発し、導電性ペーストを構成する成分比が変化しやすい懸念がある。一方で、有機溶剤の沸点が高すぎると、乾燥硬化塗膜中の残溶剤量が多くなり、塗膜の信頼性低下を引き起こす懸念がある。

本発明における有機溶剤としては、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン、イソホロン、γ－ブチロラクトン、ベンジルアルコール、エクソン化学製のソルベッソ１００，１５０，２００、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ターピオネール、ブチルグリコールアセテート、ジアミルベンゼン、トリアミルベンゼン、ｎ－ドデカノール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノアセテート、トリエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコール、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、２，２，４－トリメチル－１，３－ペンタンジオールモノイソブチレートなどが挙げられる。また、石油系炭化水素類としては、新日本石油社製のＡＦソルベント４号（沸点：２４０～２６５℃）、５号（沸点：２７５～３０６℃）、６号（沸点：２９６～３１７℃）、７号（沸点：２５９～２８２℃）、および０号ソルベントＨ（沸点：２４５～２６５℃）なども挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上が含まれてもよい。このような有機溶剤は、伸縮性導体形成用ペーストが印刷などに適した粘度となるように適宜含有される。

本発明における伸縮性導体形成用ペーストは、材料である導電性粒子、硫酸バリウム粒子、伸縮性樹脂、溶剤をディゾルバー、三本ロールミル、自公転型混合機、アトライター、ボールミル、サンドミルなどの分散機により混合分散することにより得ることができる。

本発明における伸縮性導体形成用ペーストには、発明の内容を損なわない範囲で、印刷適性の付与、色調の調整、レベリング、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの公知の有機、無機の添加剤を配合することができる。

本発明における 伸縮性誘電体層は、伸縮性を有する樹脂材料すなわち高分子材料からなる。柔軟性を有する高分子材料としては、弾性率が、１～１０００ＭＰａの、エラストマー、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴムなどが挙げられる。膜の伸縮性を発現させるためには、ウレタン樹脂ないしゴムが好ましい。ゴムとしては、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴムや水素化ニトリルゴムなどのニトリル基含有ゴム、イソプレンゴム、硫化ゴム、スチレン－ブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ化ビニリデンコポリマーなどが挙げられる。この中でも、ニトリル基含有ゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴムが好ましく、ニトリル基含有ゴムが特に好ましい。本発明で好ましい弾性率の範囲は１．２～４２０ＭＰａであり、さらに好ましく１．４～２１０ＭＰａ、なお好ましくは１．５～１５０ＭＰａの範囲である。

本発明において好ましく用いられる柔軟性を有する高分子材料として、ポリエーテルポリオール、またはポリエステルポリオールをポリオール成分とし、ＨＤＩ系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムを例示することができる。
本発明におけるウレタンゴムは、高い伸長率を有し、かつ、引張永久ひずみ及び残留ひずみが小さいため繰り返し変形させた際の信頼性に優れる伸縮性誘電体層となる。

本発明におけるポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレントリオール、ポリプロピレンテトラオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリテトラメチレントリオール、これらを合成するための環状エーテル等のモノマー材料を共重合させて得た共重合体等のポリアルキレングリコール、これらに側鎖を導入したり分岐構造を導入したりした誘導体、変性体、さらにはこれらの混合物等が挙げられる。これらのなかでは、ポリテトラメチレングリコールが好ましい。その理由は、機械的特性が優れるためである。

上記ポリエーテルポリオールとしては、市販品を使用することもできる。市販品の具体例としては、例えば、ＰＴＧ－２０００ＳＮ（保土谷化学工業社製）、ポリプロピレングリコール、プレミノールＳ３００３（旭硝子社製）、パンデックスＧＣＢ－４１（ＤＩＣ社製）等が挙げられる。

本発明におけるポリエステルポリオールとしては芳香族計ポリエステルポリオール、芳香族／脂肪族共重合ポリエステルポリオール、脂肪族ポリエステルポリオール、脂環族ポリエステルポリオールを用いることができる。本発明におけるポリエステルポリオールとしては、飽和型、不飽和型、いずれを用いてもかまわない。

本発明におけるＨＤＩ系ポリイソシアネートは、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）又はその変性体であり、分子内に複数のイソシアネート基を有する化合物である。

本発明におけるウレタンゴムは、上記ポリオール成分及び上記イソシアネート成分以外に、更に必要に応じて、鎖延長剤、架橋剤、触媒、加硫促進剤等を含有する混合物を反応させて得られたものでも良い。本発明では硫黄不含型の架橋剤の使用が好ましい。また、本発明における柔軟性を有する高分子材料には可塑剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤、誘電フィラー等を含有してもよい。
本発明における誘電体層の平均厚さは、静電容量Ｃを大きくして検出感度の向上を図る観点、及び、測定対象物への追従性の向上を図る観点から、０．３～１０００μｍであることが好ましく、感度の点からは０．３～２０μｍの範囲が好ましく、さらに０．３～８μｍが好ましく、さらに０．５～６μｍの範囲が好ましい。

本発明における伸縮性誘電体層の、無負荷時の比誘電率は２．５以上であり、２．８以上が好ましく、３．３以上がさらに好ましく、３．６以上がなお好ましい。比誘電率の上限は７。０程度で有り、好ましくは５．６以下、さらに好ましくは４．８以下である。本発明の目的からして、伸縮性誘電体層の比誘電率は高い方が好ましいが、一般に伸縮性を有する高分子材料は、柔軟鎖成分にアルキル基を有する事が多く、比較的低い比誘電率を有している。本発明では分子鎖に極性基を導入することにより比誘電率を高めることが好ましい、ニトリル基、ケトン基、エステル基、ハロゲン置換基、水酸基、カルボキシル基、ニトロ基などは、高分子の比誘電率を高めるために有効な官能基である。

高い比誘電率を有するフィラー、好ましくはチタン酸塩などの無機フィラーを添加することにより誘電体層の比誘電率を高めることが可能である。しかしながら、本発明では、当該伸縮性誘電体層における、比誘電率が５以上の無機フィラーの含有量は１０％質量以下であることが好ましい。無機フィラーの含有率は３％以下が好ましく１％以下がなお好ましく０．３％以下がなお好ましい。無機フィラーの含有量が多いと、伸縮性誘電体層が伸張、ないし圧縮された際に、伸縮性高分子部分への応力集中度合いが高くなり、フィラーと樹脂界面に剥離が生じてボイドが形成される等、耐久性に問題が生じる場合がある。
また、伸縮性誘電体層に含まれる無機フィラーが多いと、伸縮性誘電体層のポアソン比が低くなり、伸張時の静電容量変化が小さくなり、センサーとして応用した場合の感度が低下する。

本発明の伸縮性誘電体層の、透湿度は４０００ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以下が好ましく、２５００ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以下がさらに好ましく、１０００ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以下がなお好ましい。伸縮性誘電層の透湿度が高い場合、乾燥－湿潤状態によって伸縮性コンデンサが示す静電容量値が変化するという問題を生じる可能性がある。

本発明の伸縮性誘電体層の、絶縁破壊電圧は１．０ｋＶ以上が好ましく、１．５ｋＶ以上がさらに好ましく、２．０ｋＶ以上がなお好ましい。絶縁破壊電圧が低い場合、伸縮性コンデンサに高電圧がかかった際に短絡し、故障してしまう恐れがある。

本発明では、伸縮性誘電体層がホットメルト性を有することが好ましい。伸縮性誘電体層がホットメルト性を有する場合には、伸縮性導体層と伸縮性誘電体層をホットプレス、ロールラミネートなどの手法で簡単に積層することができる。

本発明における伸縮性誘電体層として、市販の柔軟な樹脂シートを利用することができる。市販の柔軟な樹脂シートとしては例えば、日清紡社製ホットメルト層付きポリウレタンフィルム：モビロンフィルムＭＦ１０３Ｆ３（厚さ１００μｍ、片面にホットメルト層を有する）、日清紡社製ポリウレタンフィルム：モビロンフィルムＭＯＢ１００Ｓ（厚さ１００μｍ）、大阪有機化学社製の柔軟アクリル樹脂フィルムＳｕａｖｅ－０８（厚さ３００μｍ）、ニッカン工業社製 ＮＳシート（厚さ４０μｍ）、ＤＩＮＧＺＩＮＧ社製ポリウレタンフィルム：Ｐｒｏｖｅｃｔａ ＦＳ１１２３（厚さ５０μｍ）などを例示できる。

本発明では伸縮性導体層、伸縮性誘電体層を積層する際にホットメルト接着材を用いても良い。本発明に於けるホットメルト系接着材とは、軟化温度が３０℃～１５０℃程度の高分子材料を使用する事ができ、好ましくは、誘電体層と同程度の伸縮性を有する柔軟性を備える高分子材料を使用することができる。このようなホットメルト接着剤としては、エチレン系共重合体、スチレン系ブロック共重合体およびオレフィン系（共）重合体など、さらにそれらをベースポリマーとして粘着性を付与するために結晶性極性基含有化合物等を含有する高分子材料、アモルファスポリα－オレフィン、粘着付与樹脂、ポリプロピレン系ワックス等の配合物、スチレン－エチレンプロピレン－スチレンブロック共重合ゴムあるいはスチレン－ブタジエン－スチレンブロック共重合ゴム、さらにこれらに粘着付与樹脂成分、およびまたはプロセスオイルなどの液状可塑剤を添加した高分子材料、変性ポリオレフィンおよびその配合物、スチレン系ブロック共重合体およびその配合物、酸変性ポリプロピレン、酸変性スチレン系ブロック共重合体、それらの配合物、スチレン系ブロック共重合体、エチレン系重合体等の配合物、ポリエステルウレタン共重合体およびその配合物などを用いることができる。
ホットメルト接着剤を用いて伸縮性導体層と伸縮性誘電体層を積層する場合には、少なくとも伸縮性誘電体層の片面にホットメルト層を、好ましくは伸縮性誘電体層の両面にホットメルト層を配することが好ましい。ホットメルト層は独立層として、あるいは、あらかじめ伸縮性導体層、または伸縮性誘電体層の片面または両面にラミネートして用いる事ができる。

本発明では軟化温度が４０℃～１２０℃のポリエステルウレタン樹脂、ポリエーテルウレタン樹脂などをシート状に加工したホットメルトシートを好ましく用いることができる。

以下、本発明の伸縮性コンデンサを図によって説明する。図１は本発明の伸縮性コンデンサの基本構成である。すなわち本発明において伸縮性コンデンサは伸縮性誘電体層を上下の伸縮性導電層により挟んだ構造を有する。

本発明において、かかる伸縮性コンデンサを実現する手段として、二枚のシートを重ね貼りする方法を例示できる。すなわち、まず図２に示すように、伸縮性導体層、伸縮性誘電体層、接着材層が積層された積層シートを調整する。伸縮性導体層と伸縮性誘電体層は、それぞれを溶融押出成型して積層するか、ないしはペースト化した材料をコーティングして重ねることができる。伸縮性導体層のシートと、伸縮性誘電体層のシートを別々に準備し、接着材層にて貼り合わせることもできる。この場合、接着材層として絶縁性の接着材を用いた場合には接着材層は誘電体層の一部となる。また導電性を有する接着材層を用いた場合には接着材層が導電層の一部となる。接着材層は、伸縮性導体層、伸縮性誘電体層と同程度の伸縮性、柔軟性を有することが好ましい。
接着材層としては絶縁性のホットメルト型の高分子材料を用いることが好ましい。本発明では、離型シート上にまず伸縮性導電性を形成し、次いで伸縮性誘電体層を形成し、さらにホットメルト接着材シートを重ね、離型シートで挟んで、加熱加圧することにより、かかる積層シートを得ることができる。

続いて、図３に示すように、高い伸度を有する伸縮性の布帛に、図２の積層シートを、ホットメルト層を用いてラミネートし、さらにその上に、同じ積層シートを電極として用いる部分が、露出するようにずらす、ないし所定のパターンにくりぬいて、重ねて貼り合わせることにより、導体層に挟まれたホットメルト接着材層と、伸縮性誘電体層が誘電体として作用する伸縮性コンデンサを得ることができる。最表面の導体層の上にさらに伸縮性の絶縁カバー層を設ける事もできる。絶縁カバー層としては、誘電体層に用いた高分子材料と同様の絶縁性樹脂等を用いることができる。かかる絶縁性樹脂シートをホットメルト接着層を介してラミネートすることもできる。

図４．は本発明の伸縮性コンデンサの別の態様を例示した概略図である。伸縮性コンデンサの電極はスルーホールを介して、基材の裏面の端子に接続されている。スルーホールは一般的なプリント配線板にて用いられるメッキスルーホール、ないしは導電ペースト等により接続されたスルーホールを用いることができる。また金属リベットなどにより表裏を電気的に接続してをカシメ等により固定する古典的な手法を適用することができる。本発明の伸縮性コンデンサを衣服に適用する場合には、金属リベットと同様に金属製のスナップホックなどをスルーホール代わりに用いても良い。

本発明の、別の態様として印刷法を用いた伸縮性コンデンサを例示することができる。すなわち、図５に示されるＡ～Ｆの順に、順次各層を印刷積層してゆくことにより、伸縮性コンデンサを得ることができる。図５では基材に順次、直接印刷する工程を例示したが、離型フィルムなどに、順序を逆にして印刷し、最後に布帛に転写する方法を用いることもできる。

本発明における伸張回復率とは、図６に示す如く伸縮性コンデンサを懸垂し、荷重を加えて伸張させ、荷重を除去して収縮させる作用を加えた際に、初期長さをＬ０、２０％ないし所定％伸張させた際の長さをＬ１、伸張荷重を除去した際の長さをＬ２とした場合に、（数１）
伸張回復率＝（（Ｌ１－Ｌ２）／（Ｌ１－Ｌ０））×１００ ［％］
（数２）
残留歪み率＝（（Ｌ２－Ｌ０）／Ｌ０）×１００ ［％］
Ｌ０ 初期長さ
Ｌ３ 伸び＝Ｌ１－Ｌ０
Ｌ４ 回復長さ＝Ｌ１－Ｌ２
Ｌ５ 残留歪み＝Ｌ２－Ｌ０
と、定義する。類似の測定法がＪＩＳ Ｌ １０９６ 織物および編物の生地試験法に定めてられているが、一定荷重負荷による伸張後の回復率では無くでは、一定長さまで伸張させた場合の回復率である点が異なる。実使用において伸縮性導体層に加わる負荷は、荷重とは無関係に、所定の長さまで繰り返し伸張される場合が多いため、一定荷重負荷法による伸張回復率では実用性能を表現することができない。本発明の伸縮性コンデンサの伸張回復率は、コンデンサ素子として機能する部分の評価であって、電極部分は省かれる。断らない限り伸張回復率は２５℃±３℃の環境下にて評価される。

本発明では、以上、説明した伸縮性コンデンサの伸縮性誘電体層の面方向を、測定対象の変形方向に向けて配置し、測定対象の伸縮変形に応じて変化する伸縮性コンデンサの静電容量変化を検知することによって、測定対象の変形を検知する変形センサとして用いることができる。

本発明において、伸縮性コンデンサの面方向への伸縮変形に応じて変化する伸縮性コンデンサの静電容量変化は、主として伸縮性誘電体層の面方向への伸縮に伴う、伸縮性誘電体層の厚さ方向への変化による静電容量の変化である。かかる特性を発言させるためには伸縮性誘電体層に用いる材料のポアソン比が高い方が好ましい。本発明の伸縮性誘電体層のポアソン比は０．２８以上である事が好ましく、０．３８以上である事がなお好ましく、０．４８以上である事がさらに好ましい。ポアソン比を高めるには伸縮性誘電体層に配合される無機成分が少ない方が良い。
なお、ここに面方向とは厚さ方向に対して概略垂直の方向を指す。直交座標系においては、一般にＸ－Ｙ軸方向を面方向とし、Ｚ軸方向を厚さ方向とする。本発明の伸縮性コンデンサはフレキシビリティを有するため、湾曲した状態で用いる事も出来る。この場合、面方向とは湾曲した面に概略沿った方向を示し、硬直的に固定された直交座標系のＸ－Ｙ－Ｚ方向を示すものでは無い。

本発明では、以上、説明した伸縮性コンデンサの伸縮性誘電体層の面方向を、伸縮可能な素材からなるベルト状物と積層し、ベルト状物の伸縮に応じて伸縮性コンデンサも伸縮するように配置する事により、ベルト状物の伸びを伸縮性コンデンサの静電容量変化から読み取るものである。

なお、本発明における伸縮可能な素材からなるベルト状物とは、特に素材、構造は限定されず、ゴム、エラストマーからなるベルト状物、ニット構造を有するベルト状物、織布構造を有するベルト状物、組紐構造を有するベルト状物、切り紙構造を有するベルト状物、螺旋構造を有するベルト状物、金属バネを併用したベルト構造物、などを示す。
本発明におけるベルトとは、扁平長尺の構造物を云う。ベルトの長さは、被測定対象物によって異なるが、人体の周長変化の測定に用いる場合には３００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下程度の長さ範囲が好ましい。ベルトの幅はハンドリング面と、触感上の制限により３ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。ベルトの厚さは特に制限されないが、薄い方が身体への違和感が小さいため５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、なお好ましくは１ｍｍ以下である。

本発明において、伸縮性コンデンサは、ベルト状物の長さ方向に対し、３～１００％の長さとなるように積層することが好ましい。特に５０％以上、好ましくは７０％以上の長さに渡って積層することにより、身体周長の測定を行う際に、実質上身体の全周に渡ってセンシング部を設けることが可能となり、就寝時の姿勢などによってセンシングが不安定になるトラブルを回避することができる。
実使用に当たっては、身体に装着するための長さ調整部、一周したベルトをリング状に結合するバックル部などをベルトに設ける事が好ましい。本発明の伸縮性コンデンサは、伸張時応力が低いために、所定周長のリング形状で構成した場合でも、周長の個人差を十分吸収できる。この場合には実質上ベルト状物の１００％長に伸縮性コンデンサを設置可能となる。

本発明の変位センサを２０％伸張した際の応力は２０Ｎ以下である事が好ましい。さらに本発明では、変位センサの２０％伸張した際の応力が１２Ｎ以下である事が好ましく、さらに８Ｎ以下が好ましく、５Ｎ以下がなお好ましく、３Ｎ以下が、なおさらに好ましい。応力がこれ以上であると、身体に着用した際に違和感が大きくなる。
また、本発明における、変位センサを伸張した際の応力の下限は０．５Ｎ、好ましくは０．８Ｎである。応力がこれより小さいと、変位センサの身体へのフィッティングが甘くなり、姿勢によっては測定が不安定になったり、センサ位置がズレるなどの問題が生じやすくなる。

本発明におけるセンシングウェアは、生体情報計測用衣服ないし衣類であり、ベルト、ブラジャーのような帯状の物、および／または、編織物、不織布からなる被服であれば特に制限されるものではない。センシングウェアの形態としては上半身に着用するシャツ、トレーナー、下半身に着用するパンツ、ズボン、タイツ、あるいは靴下、手袋、帽子、襟巻き、腕輪、全身に着用する上下ツナギ、ボディスーツ、レオタード、全身タイツなど様々な形態をとることができる。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお実施例の数値は以下に示す方法で測定された。

＜ニトリル量＞
得られた樹脂材料をＮＭＲ分析して得られた組成比から、モノマーの質量比による質量％に換算した。

＜ムーニー粘度＞
島津製作所製 ＳＭＶ－３００ＲＴ「ムーニービスコメータ」を用いて測定した。

＜弾性率＞
被測定試料を厚さ２０μｍから２００μｍの範囲の任意の厚さにてシート状に成形し、次いでＩＳＯ ５２７－２－１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。ＩＳＯ ５２７－１に規定された方法で引っ張り試験を行って、樹脂材料の応力－歪み線図を求め、常法により弾性率を算出した。

＜引張降伏伸度＞
被測定試料を厚さ２０μｍから２００μｍの範囲の任意の厚さにてシート状に成形し、次いでＩＳＯ ５２７－２－１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。ついで、引っ張り試験器を用いてＳ－Ｓカーブを求め、図９のように降伏点を求め、その際の伸度を引張降伏伸度とした。
＜ポアソン比＞
ＩＳＯ５２７－１：２０１２準拠の方法にて、伸縮性誘電体のポアソン比を求めた。

＜ガラス転移温度＞
ガラス転移温度は常法に従い示差走査熱量分析（ＤＳＣ）により求めた。

＜分子量＞
バインダー樹脂材料の試料をＴＨＦ（テトラヒドロフラン）中に、溶液中の樹脂の濃度が０．４質量％となるよう添加して室温で１時間撹拌後、２４時間放置した。次いで得られた樹脂溶液をＴＨＦで４倍に希釈した後、０．４５μｍのフィルターを通過させ、そのろ液につき、ＧＰＣを用いて数平均分子量、重量平均分子量、分散比（Ｍｗ／Ｍｎ）を求めた。

＜伸張回復率＞
被測定試料を厚さ２０μｍから２００μｍの範囲の任意の厚さにてシート状に成形し、次いでＩＳＯ ５２７－２－１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。
ついで、ダンベル型試験片中の幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分の中央からそれぞれ３３ｍｍの個所（有効長６６ｍｍ）に印を付け、印間の初期距離Ｌ０を正確に測長した。次いで印を付けた個所の外側をクランプで挟み、６６ｍｍである印間を伸張長さ７９．２ｍｍ（＋１３．２ｍｍ、伸張度２０％に相当）まで伸ばした後にクランプから離し、所定の温度（特に断りの無い場合は２５℃）にて水平方向に保持したフッ素樹脂シートの上に置き、印間の伸張後距離Ｌ２を測定し、以下の式に従って伸張回復率を求めた。
初期長さ Ｌ０＝６６．０ｍｍ
伸張長さ Ｌ１＝７９．２ｍｍ
伸張後の長さ Ｌ２＝実測
伸び Ｌ３＝Ｌ１－Ｌ０＝１３．２ｍｍ
回復長さ Ｌ４＝Ｌ１－Ｌ２
伸張回復率＝（（Ｌ１－Ｌ２）／（Ｌ１－Ｌ０））×１００ ［％］

＜布帛の伸張回復率＞
布帛材料をＩＳＯ ５２７－２－１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、試験片とした。なお、布帛の伸長方向をダンベルの長さ方向とした。
次いで、樹脂の伸張回復率の測定と同様にダンベル型試験片中の幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分の中央からそれぞれ３３ｍｍの個所（有効長６６ｍｍ）に印を付け、伸張長さを９９ｍｍ（＋３３ｍｍ、伸張度５０％に相当）まで伸ばした以外は、樹脂の伸張回復率と同様に操作して伸張回復率を求めた。

＜布帛の耐熱性＞
ＪＩＳ Ｌ１０１３：２０１０ 化学繊維フィラメント糸試験方法 ８．１９．２ にて求められる熱収縮温度をもって、布帛の耐熱性とした。

＜平均粒子径＞
フィラーの平均粒子径は、堀場製作所製の光散乱式粒径分布測定装置ＬＢ－５００を用いて測定した。

＜比抵抗率＞
導体シートの大きさが十分にある場合には、ＩＳＯ ５２７－２－１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、ダンベル型試験片の中央部にある幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分を試験片として用いた。導体シートの成型が可能な場合には厚さ２００±２０μｍのシート状に加熱圧縮成形し、次いでＩＳＯ ５２７－２－１Ａにて規定されるダンベル型に打ち抜き、同様に試験片とした。導体シートの大きさが小さく、規定されたダンベル形状を得られない場合には、採取可能な幅および長さの矩形を切り取り、試験片とし、測定を行った幅、厚さ、長さを用いて換算した。
試験片：幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍの部分の抵抗値［Ω］を、アジレントテクノロージ社製ミリオームメーターを用いて測定し、試験片の縦横比（１／８）を乗じてシート抵抗値「Ω□」を求めた。
また、抵抗値［Ω］に断面積（幅１［ｃｍ］ｍｍ×厚さ［ｃｍ］）を乗じ、長さ（８ｃｍ）にて除して、比抵抗［Ωｃｍ］を求めた。

＜洗濯耐久性＞
ＪＩＳ Ｌ ０２１７繊維製品の取扱いに関する表示記号及び表示方法に規定されている１０５法により３０サイクルの洗濯試験を行った。
洗液：中性洗剤０．５％溶液
水流：弱
浴比：１：６０
洗濯ネット 有り
洗濯サイクル
洗い ３０℃５分
すすぎ ３０℃２分 を２回
本サイクルを１サイクルとして、３０回くりかえし。
試験後のセンサにて再度動作確認を行った。

＜透湿度＞
誘電体層の透湿度は、ＪＩＳ Ｚ ０２０８ 防湿包装材料の透過湿度試験方法に基づいて測定した。なお印刷積層品については、別途誘電層のみを離型紙に上に印刷し、乾燥硬化後に離型紙から剥離して評価を行った。

＜絶縁破壊電圧＞
誘電体層の絶縁破壊強度は、ＪＩＳ Ｃ ２１５１：２００６ 電気用プラスチックフィルム試験方法に基づき交流試験法にて、直径２５ｍｍの平行平板電極により実施した。なお印刷積層品については、別途誘電層のみを離型紙に上に印刷し、乾燥硬化後に離型紙から剥離して評価を行った。

＜塩水浸漬変化率＞
伸縮性コンデンサを生理食塩水に１時間、２５℃にて浸漬し、ＬＣＲメーターによる浸漬前後の静電容量値の変化率を、以下の式にて求めた。
塩水浸漬変化率（％）＝１００×浸漬後の静電容量／浸漬前の静電容量

［実施例１］
ニトリル量４０質量％、ムーニー粘度４６のニトリルブタジエンゴム１０質量部、
ニトリル量３２質量％、ムーニー粘度３８のニトリルブタジエンゴム ２質量部、
イソホロン３０質量部、
平均粒子径６μｍの微細フレーク状銀粉［福田金属箔粉工業社製 商品名Ａｇ－ＸＦ３０１］５８．０質量部、
を均一に混合し、三本ロールミルにて分散することにより伸縮性導電層形成用ペーストを得た。
得られた伸縮性導電層形成用ペーストを離型ＰＥＴフィルム状にスリットコーターを用いて、塗布乾燥し、厚さ３５μｍの伸縮性導体シートを得た。

得られた伸縮性導体シートを１０ｍｍ幅、２００ｍｍ長にカットし、長さ方向の抵抗値と厚さから比抵抗を求めた。結果、比抵抗は１．２×１０^－４Ωｃｍであった。
ついで、伸縮性導体シートの長さ方向の両端を引っ張り試験器のクリップに挟み、有効長を１６０ｍｍとして３２０ｍｍまで引っ張り、両端間の抵抗値と、試験片の最狭部の幅、および、厚さを用いて１００％伸張時の比抵抗を算出した。結果、１００％伸張時の比抵抗は５８×１０^－４Ωｃｍであった。

ニトリル量４０質量％、ムーニー粘度４６のニトリルブタジエンゴム３０質量部を、
イソホロン４０質量部、に溶解させ、伸縮性誘電体層形成用ペーストを得た。得られた伸縮性誘電体層形成用ペーストを、先に得られた伸縮性導体シートの上に乾燥厚さが３０μｍとなるように塗布乾燥し、伸縮性誘電体／伸縮性導体シートを得た。さらに伸縮性誘電体層に、厚さ５０μｍのホットメルト型ウレタンシートを積層し、ホットメルト接着層／伸縮性誘電体／伸縮性導体からなる３層シートを得た。

伸縮性誘電体層形成用ペーストを、離型ＰＥＴフィルム上に厚さが５０μｍとなるように塗布乾燥し、得られた乾燥シートをダンベル型にくりぬき、試験片として
ＩＳＯ５２７－１：２０１２準拠の方法にて、伸縮性誘電体のポアソン比を求めた。結果ポアソン比は０．４７であった。同様に厚さ５０μｍのホットメルト型ウレタンシートについてもポアソン比を測定した。結果、ポアソン比は０．４５であった。

伸縮性のウレタンシート、モビロン［日清紡株式会社製］を基材とし、図３の構成となるように、幅１０ｍｍ、長さ１２０ｍｍにスリットした３層シートを、長さ方向に１００ｍｍが重なり合うように配置して、加熱加圧して貼り合わせ、伸縮性コンデンサを得た。得られた伸縮性コンデンサの、３層シートが重なり合っている部分に荷重が加わるようにクリップで挟み、伸縮性コンデンサの２５℃における１００％伸張時の伸張回復率を測定した。結果、伸張回復率は１００％であった。
得られた伸縮性コンデンサの両端の電極部にクリップで導線を取り付け、日置電機社製ＬＣＲハイテスターを用いて、伸縮性コンデンサの長さ方向の伸びと１ＭＨｚにおける静電容量との関係を測定した。結果両者は良い対応を示した。伸張度０％～５０％の間で、１サイクル／秒の繰り返し周期にて伸張度と静電容量の関係を測定した。結果、ヒステリシスは観察されず、良い対応を示した。

［実施例２］
実施例１において、伸縮性誘電体層形成用ペーストを用いずに、伸縮性導体層とホットメルト接着材層のみで伸縮性コンデンサを構成した。すなわち、本例においてはホットメルト接着材層がコンデンサの誘電体層として機能する。
以下、実施例１と同様に評価した。結果、１００％伸張時の伸張回復率は１００％、であり伸張度と静電容量の関係は１：１の良い対応を示し、ヒステリシスも認められなかった。

［実施例３］
伸縮性のスポーツウェア用生地を基材として、実施例１にて得られた伸縮性導体層形成用ペースト、伸縮性誘電体層形成用ペーストを、スクリーン印刷法を用いて、図５の構成に印刷乾燥を繰り返して積層し、伸縮性コンデンサを得た。なお伸縮性の下地層、誘電体層、絶縁カバー層はいずれも、伸縮性誘電体層形成用ペーストによって構成した。各層の、断面観察によって得られた厚さは以下の通りである。
伸縮性基材 約８００μｍ
伸縮性下地層 約７０μｍ
第１の伸縮性導体層 １８μｍ
伸縮性誘電体層 ２４μｍ
第２の伸縮性導体層 １６μｍ
伸縮性絶縁カバー層 ２３μｍ
以下、実施例１と同様に評価した。結果、１００％伸張時の伸張回復率は１００％、であり伸張度と静電容量の関係は１：１の良い対応を示し、ヒステリシスも認められなかった。

［応用実施例１］
本発明の実施例１の手法で、幅１ｃｍ、有効長さ５ｃｍの伸縮性コンデンサを作製し、コンプレッションタイプのスポーツシャツの胸部分に縫い付けた。次いで２５才の健康な男性に伸縮性コンデンサを取り付けたスポーツシャツを着用させ、呼吸と、静電容量変化の関係を求めた。結果を図７に示す。
図７において、
０～ ３０秒 普通に呼吸
３０～ ６０秒 息を吸って止める
６０～ ７０秒 普通に呼吸
７０～ ９０秒 息を吐いて止める
１００～１４０秒 深呼吸
である。結果、本発明の伸縮性コンデンサを呼吸検知のためのセンサー素子として用いた場合、良好に呼吸状態をモニターできることが示された。

［実施例１１］
ニトリル量４０質量％、ムーニー粘度４６のニトリルブタジエンゴム１２質量部、
イソホロン３０質量部、
平均粒子径６μｍの微細フレーク状銀粉［福田金属箔粉工業社製 商品名Ａｇ－ＸＦ３０１］５８．０質量部、
を均一に混合し、三本ロールミルにて分散することにより伸縮性導電層形成用ペーストを得た。
得られた伸縮性導電層形成用ペーストを離型ＰＥＴフィルム状にスクリーン印刷法を用いて、塗布乾燥し、厚さ２２μｍの伸縮性導体シートを得た。

得られた伸縮性導体シートを１０ｍｍ幅、２００ｍｍ長にカットし、長さ方向の抵抗値と厚さから比抵抗を求めた。結果、比抵抗は１．０×１０^－４Ωｃｍであった。
ついで、伸縮性導体シートの長さ方向の両端を引っ張り試験器のクリップに挟み、有効長を１６０ｍｍとして３２０ｍｍまで引っ張り、両端の抵抗値と、試験片の最狭部の幅、および、厚さを用いて１００％伸張時の比抵抗を算出した。結果、１００％伸張時の比抵抗は４８×１０^－４Ωｃｍであった。その他の特性を含め、評価結果を表１．に示す

ニトリル量４０質量％、ムーニー粘度４６のＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）３０質量部を、イソホロン４０質量部、に溶解させ、伸縮性誘電体層形成用ペーストを得た。得られた伸縮性誘電体層形成用ペーストを、離型ＰＥＴフィルム状にスクリーン印刷法を用いて、塗布乾燥し、厚さ３５μｍの伸縮性導体シートを得た。得られた伸縮性誘電体層の評価結果を表１．に示す

離型ＰＥＴフィルム上、先に得られた伸縮性導体形成用ペースト、伸縮性誘電体形成用ペースト、さらに伸縮性導体形成用ペーストの順で、スクリーン印刷法を用いて印刷、乾燥硬化を繰り返し、幅１０ｍｍ、長さ７００ｍｍの積層構造を有する伸縮性コンデンサを得た。得られた伸縮性コンデンサを離型ＰＥＴフィルムから剥がし、伸縮回復率と２０％伸張応力を評価した。結果を表１に示す。

得られた伸縮性コンデンサを長さ９００ｍｍ、幅２４ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのカラーストレッチベルトにホットメルト接着材を用いて積層し、面ファスナーにて周長調整が出来るように細工し、電極部にスナップホックを取り付けてコネクタとし、日置電機社製ＬＣＲハイテスターを用いて、伸縮性コンデンサの長さ方向の伸びと１ＭＨｚにおける静電容量との関係を測定した。結果両者は良い対応を示した。伸張度０％～５０％の間で、１サイクル／秒の繰り返し周期にて伸張度と静電容量の関係を測定した。結果、ヒステリシスは観察されず、良い対応を示した。
次いで得られた変位センサを２５才の健康な男性の胸部に、息を吐いた状態で巻き付け、立位にてずり落ちない程度のテンションをかけて面ファスナーで固定した。その状態で呼吸と、静電容量変化の関係を求めた。結果を図７に示す。
図７において、
０～ ３０秒 普通に呼吸
３０～ ６０秒 息を吸って止める
６０～ ７０秒 普通に呼吸
７０～ ９０秒 息を吐いて止める
１００～１４０秒 深呼吸
である。結果、本発明の伸縮性コンデンサを呼吸検知のためのセンサ素子として用いた場合、良好に呼吸状態をモニターできることが示された。また測定中、被験者は、特に違和感を感じなかった。

得られた変位センサを３００ｍｍ×３００ｍｍの洗濯ネットに収め、洗濯耐久性試験後に再び、呼吸センシングの可否を確認した。
以上の結果を表１．に示す。

［実施例１２］
伸縮性誘電体層としてウレタン樹脂を用いた以外は実施例１１と同様に操作し変位センサを製作した。評価結果を表１に示す。
［実施例１３］
伸縮性誘電体層として天然ゴムを用いた以外は実施例１１と同様に操作し変位センサを製作した。評価結果を表１に示す。
［実施例１４］
バインダ樹脂にＳＢＲ（スチレン－ブタジエンゴム）を用いて、実施例１１と同様に操作して伸縮性導体形成用ペーストを得た。次いで得られたペーストを離型ＰＥＴフィルムにコーティングして乾燥後に剥離し、厚さ５６μｍの伸縮性導電シートを得た。
実施例１と同じ伸縮性誘電体層形成用ペーストを離型ＰＥＴフィルムにコーティングして乾燥後に剥離し、厚さ７８μｍの伸縮性誘電体シートを得た。各々のシートの評価結果を表１．に示す。
得られた伸縮性導体シートに伸縮性誘電体シートを重ね、さらに伸縮性導体シートを重ねて３層構成とし、離型ＰＥＴフィルムで挟み、ホットプレスにて三層をラミネートし、伸縮性コンデンサを得た。
得られた伸縮性コンデンサを厚さ３ｍｍの発泡ゴムベルトをベルト状基材に用いてラミネートし、変位センサとした。得られたセンサを実施例と同様に評価した。結果を表１に示す。被験者は、やや着用時にきつさを訴えたが、試験中に慣れたとのことで、試験中に違和感は訴えなかった。
［実施例１５］
実施例１４にて得られた伸縮性コンデンサを、アンダーシャツを着用した被験者の胸部に同様に巻き付け、呼吸状態を評価した。結果を表１に示す。
［比較例１］
実施例１４にて得られた伸縮性コンデンサを厚さ３ｍｍのゴムベルトにラミネートし変位センサとした。得られた変位センサにて呼吸センシングを試みたが、被験者が息苦しさを感じるとのことで試験を中止した。

［応用実施例２］
実施例１１にて得られた変位センサを被験者１０人に着用させ、就寝時の呼吸状態を６時間センシングした。いずれの被験者も違和感無く着用でき、就寝中の姿勢にかかわらず胸部から変位センサがズレることもなく、呼吸状態のモニターが可能であった。

［実施例２１］
ニトリル量４０質量％、ムーニー粘度４６のニトリルブタジエンゴム１２質量部、
イソホロン３０質量部、
平均粒子径６μｍの微細フレーク状銀粉［福田金属箔粉工業社製 商品名Ａｇ－ＸＦ３０１］５８．０質量部、
を均一に混合し、三本ロールミルにて分散することにより伸縮性導電層形成用ペーストを得た。得られた伸縮性導電層形成用ペーストを離型ＰＥＴフィルム状にスクリーン印刷法を用いて、塗布乾燥し、厚さ２２μｍの伸縮性導体シートを得た。

得られた伸縮性導体シートを１０ｍｍ幅、２００ｍｍ長にカットし、長さ方向の抵抗値と厚さから比抵抗を求めた。結果、比抵抗は１．０×１０^－４Ωｃｍであった。
ついで、伸縮性導体シートの長さ方向の両端を引っ張り試験器のクリップに挟み、有効長を１６０ｍｍとして３２０ｍｍまで引っ張り、両端の抵抗値と、試験片の最狭部の幅、および、厚さを用いて１００％伸張時の比抵抗を算出した。結果、１００％伸張時の比抵抗は４８×１０^－４Ωｃｍであった。その他の特性を含め、評価結果を表２．に示す

ニトリル量４０質量％、ムーニー粘度４６のＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）３０質量部を、イソホロン４０質量部、に溶解させ、伸縮性誘電体層形成用ペーストＣＣ１を得た。得られた伸縮性誘電体層形成用ペーストを、離型ＰＥＴフィルム状にスクリーン印刷法を用いて、塗布乾燥し、厚さ３５μｍの伸縮性導体シートを得た。得られた伸縮性誘電体層の評価結果を表２．に示す

離型ＰＥＴフィルム上、先に得られた伸縮性導体形成用ペースト、伸縮性誘電体形成用ペースト、さらに伸縮性導体形成用ペーストの順で、スクリーン印刷法を用いて印刷、乾燥硬化を繰り返し、幅１０ｍｍ、長さ２００ｍｍの積層構造を有する伸縮性コンデンサを得た。得られた伸縮性コンデンサを離型ＰＥＴフィルムから剥がし、伸縮回復率と２０％伸張応力を評価した。結果を表２に示す。
さらに伸縮性コンデンサの両極に導電性接着材にて銀被覆糸を接続し、配線を引き出して日置電機社製ＬＣＲハイテスターと結線し、各伸縮性コンデンサの伸張度と１ＭＨｚにおける静電容量との関係を測定した。結果両者は良い対応を示した。伸張度０％～５０％の間で、１サイクル／秒の繰り返し周期にて伸張度と静電容量の関係を測定した。結果、ヒステリシスは観察されず、良い対応を示した。

得られた伸縮性コンデンサをストレッチ素材からなる長袖シャツの両肘の内側と外側にそれぞれホットメルト接着シートを用いて貼り付けた。次いで左右のコンデンサのそれぞれ両極から長袖シャツの胸部分に取り付けたコネクタまで銀被覆糸にて配線を縫い付けた。本実施例では試験的にコネクタと日置電機社製ＬＣＲハイテスターを結線し、肘を曲げた際の１ＭＨｚにおける静電容量変化をモニターできるようにしてセンシングウェアを構成した。
得られたセンシングウェアを２５才の健康な男性に着用させ腕（肘）の曲げと静電容量変化の対応を測定した。結果、被験者は特に違和感を感じることなく運動を行い、肘の外側に配置された伸縮性コンデンサの静電容量と肘の曲げ角度がヒステリシス無く、良い相関を示すデータを得ることができた。
本実施例では、伸縮性コンデンサの配置を肘の外側と内側の二本に留めたが、さらに本数を増やして肘を取り囲むように伸縮性コンデンサを配置すれば、その中の最も大きな変化を示す伸縮性コンデンサの出力を肘の曲げ角度と認識するようにプログラムすれば、長袖シャツを多少ずらして着用した場合にも適切に肘の曲げ角度を検出可能になると考えられる。また。伸縮性コンデンサは十分な長さを有するために、多少の体格（腕の長さ）の違いは十分カバーできることも示唆された。
得られたセンシングウェアを３００ｍｍ×３００ｍｍの洗濯ネットに収め、洗濯耐久性試験後に再び、呼吸センシングの可否を確認した結果、問題無く動作することが確認された。

［実施例２２］
伸縮性誘電体層としてウレタン樹脂を用いた以外は実施例２１と同様に操作し、幅１０ｍｍ、長さ６００ｍｍの伸縮性コンデンサを製作した。評価結果を表２に示す。
得られた伸縮性コンデンサを、ストレッチ素材を用いたＴシャツの胸部周囲と腹部周囲にホットメルト接着シートにて貼り付け、同様に配線を付設してセンシングウェアを得た。
得られたセンシングウェアを２５才の健康な男性に着用させ就寝時の呼吸状態と静電容量変化の対応を測定した。結果、被験者は特に違和感を感じることなく熟睡し、睡眠中御呼吸状態を静電容量変化にてモニタリングすることが可能であった。本センシングウェアは睡眠時無呼吸症候群の検知などに有用であろう事が示唆された。また洗濯試験後も動作に問題は無かった。

［実施例２３］
伸縮性誘電体層として天然ゴムを用い、離型ＰＥＴフィルムではなく、ホットメルト層付きウレタンシートを基材に用いて、基材上に印刷法により伸縮性コンデンサを形成した。本実施例では、伸縮性導体層を延長して配線として使用できるように配置した。得られた伸縮性コンデンサを靴下長手方向の甲部分と、かかと部分に沿うようにホットメルト接着シートで貼り付け、伸縮性導電層による配線の端部に金属製のスナップホックを取り付けてコネクタとし、靴下型のセンシングウェアを得た。
得られたセンシングウェアにて足首の動きをヒステリシス無く、良好にモニタリングすることが可能であった。被験者は違和感を訴えなかった。また洗濯試験後も動作に問題は無かった。

［実施例２４］
バインダ樹脂にＳＢＲ（スチレン－ブタジエンゴム）を用いて、実施例と同様に操作して伸縮性導体形成用ペーストを得た。次いで得られたペーストを離型ＰＥＴフィルムにコーティングして乾燥後に剥離し、厚さ５６μｍの伸縮性導電シートを得た。
実施例１と同じ伸縮性誘電体層形成用ペーストを離型ＰＥＴフィルムにコーティングして乾燥後に剥離し、厚さ７８μｍの伸縮性誘電体シートを得た。各々のシートの評価結果を表２．に示す。
得られた伸縮性導体シートに伸縮性誘電体シートを重ね、さらに伸縮性導体シートを重ねて３層構成とし、離型ＰＥＴフィルムで挟み、ホットプレスにて三層をラミネートし、伸縮性コンデンサを得た。
得られた伸縮性コンデンサをタイツの腰横部分、臀部、膝部に配置してホットメルト接着シートで貼り付け、実施例１と同様に銀被覆糸にて配線し、下半身の動作確認用のセンシングウェアを得た。以下実施例１と同様に評価した。結果、得られたセンシングウェアにて膝の屈伸、腰の曲げ伸ばしをヒステリシス無く、良好にモニタリングすることが可能であった。被験者は違和感を訴えず、また洗濯試験後も動作に問題は無かった。
［比較例２］
実施例２４において伸縮性誘電体層として架橋天然ゴムシートを用いた以外は同様に操作して伸縮性コンデンサを得た。
次いで得られた伸縮性コンデンサを実施例２１と同様に長袖シャツに貼り付け、腕の運動モニター試験を実施した。結果、被験者は腕を曲げる際に大きな違和感を感じるということで、自然な動作の検出は困難であると判断した。

［実施例３１］
＜樹脂製造例１＞
ポリウレタン樹脂組成物（Ａ）の合成
１Ｌの４つ口フラスコにＯＤＸ－２０４４（ＤＩＣ製ポリエステルジオール）１００部、鎖延長剤として１、６－ヘキサンジオール（宇部興産製）３０部をジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート９８部に入れ、マントルヒーターにセットした。攪拌シールをつけた攪拌棒、還流冷却器、温度検出器、玉栓をフラスコにセットして５０℃で３０分攪拌して溶解した。Ｔ－１００（東ソー製、イソシアネート）を５３部、触媒としてジブチル錫ジラウレート０．１部を添加した。反応熱による温度上昇が落ち着いたところで９０℃に昇温して４時間反応することによりポリウレタン樹脂組成物（Ａ）を得た。得られた樹脂の還元粘度（dl/g）は０．８１、 ガラス転移温度は－２０℃、ウレタン基濃度は３３２５ｍ当量／ｋｇ、弾性率は７０ＭＰａ、破断伸度は１１８０％であった。

＜導電性ペーストの作製例＞
まず、所定の溶剤量の半分量の溶剤にバインダー樹脂を溶解し、得られた溶液に金属系粒子、処理剤、残りの溶剤を添加して予備混合の後、三本ロールミルにて分散することによりペースト化し伸縮性導電ペーストを得た。ペースト組成は
バインダー樹脂（得られたポリウレタン樹脂） ６．８質量部
金属系粒子Ａｇ０１ ７３．０質量部
溶剤 １８．５質量部
硫酸バリウム １．３質量部
レベリング剤 ０．４質量部
である。ここに、金属系粒子Ａｇ０１は、三 井金属鉱業社製のＳＰＨ０２Ｊ（導電性粒子、銀粉末、平均粒子径：１μｍ）である。
溶剤：ＥＣＡは、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートである。
添加剤：硫酸バリウムは堺化学工業株式会社製Ｂ－３４（粒径０．３μｍ）である。
添加剤：レべリング剤は、 共栄社化学株式会社製ＭＫコンクである。
日清紡社製ホットメルト層付きポリウレタンフィルム：モビロンフィルムＭＦ１０３Ｆ３（厚さ１００μｍ、片面にホットメルト層を有する）を伸縮性誘電体層とし、その両面に、得られた伸縮性導電ペーストを厚さ２５μｍに成るように印刷し乾燥硬化し伸縮性コンデンサを得た。得られた伸縮性コンデンサを実施例１１と同様に評価した。結果を表３に示す。
［実施例３２］
日清紡社製ポリウレタンフィルム：モビロンフィルムＭＯＢ１００Ｓ（厚さ１００μｍ）を伸縮性誘電体層とし、その両面に、実施例３１にて得られた伸縮性導電ペーストを厚さ２５μｍになるように印刷し乾燥硬化し伸縮性コンデンサを得た。得られた伸縮性コンデンサを実施例１１と同様に評価した。結果を表３に示す。
［実施例３３］
ニッカン工業社製 ＮＳシート（厚さ４０μｍ）を伸縮性誘電体層とし、その両面に、実施例３１にて得られた伸縮性導電ペーストを厚さ２５μｍになるように印刷し乾燥硬化し伸縮性コンデンサを得た。得られた伸縮性コンデンサを実施例１１と同様に評価した。結果を表３に示す。
［実施例３４］
ＤＩＮＧＺＩＮＧ社製ポリウレタンフィルム：Ｐｒｏｖｅｃｔａ ＦＳ１１２３（厚さ５０μｍ）を伸縮性誘電体層とし、その両面に、実施例３１にて得られた伸縮性導電ペーストを厚さ２５μｍになるように印刷し乾燥硬化し伸縮性コンデンサを得た。得られた伸縮性コンデンサを実施例１１と同様に評価した。結果を表３に示す。

産業上の利用分野

以上、示してきたように、本発明の伸縮性コンデンサは、長さ方向の伸度と静電容量が良い対応を示すため、様々な変位、変形を検知するセンサー素子として有用である。また、本発明の伸縮性コンデンサは、長さ方向の伸度と静電容量がヒステリシス無く良い対応を示すため、様々な変位、変形を検知するセンサ素子として有用である。さらに本発明の伸縮性コンデンサは、伸張時の応力が小さいため、そのままで、あるいは伸張応力の小さいベルト状基材と組み合わせて、身体に巻き付けて呼吸による身体の周長変化を、被験者に違和感を与えずに測定可能である。さらに本発明の伸縮性コンデンサを用いたセンシングウェアは、自然な着用感であり、進退の動作、状態を非侵襲な状態で計測可能である。なお本実施例では試験的に、デスクトップ型のＬＣＲハイテスターを用いたが、実用においては、小型の計測器と通信機能を組み合わせて、遠隔測定が可能となる。本発明のセンシングウェアは四肢の運動、体形、姿勢、のみならず、呼吸、咀嚼、嚥下、脈動、胎動などを検出することも可能であり、就寝中の動作のモニター、あるいは自動車や機械装置の運転中、各種作業中の身体モニターが可能であり、モーションキャプチャにも応用可能である。さらに本発明は人体のみならず、動物、機械装置にも適用が可能である。

１．伸縮性導体層（表面電極）
２．伸縮性誘電体層
３．伸縮性導体層（背面電極）
４．伸縮性導体
５．伸縮性誘電体
６．ホットメルト接着層
７．基材
１１．伸縮性基材
１２．伸縮性下地層
１３．第１の伸縮性導体層
１４．伸縮性誘電体層
１５．第２の伸縮性導体層
１６．伸縮性絶縁カバー層
１７．裏面電極
１８．スルーホール
１９．仮基材

Claims (23)

1. 伸縮性導体層、伸縮性誘電体層、伸縮性導体層の順で積層された層構成を少なくとも有するコンデンサであって、前記伸縮性導体層は金属粒子を含有する組成物であって、非伸張時の比抵抗が３×１０^－３Ωｃｍ以下であり、かつ１００％伸張時の比抵抗が非伸張時の１００倍以内であり、
   前記伸縮性誘電体層の、透湿度が４０００ｇ／ｍ ^２ ・２４ｈｒ以下であることを特徴とする伸縮性コンデンサ。
2. 前記伸縮性誘電体層は、無負荷時の比誘電率が２．５以上であり、かつ比誘電率が５以上の無機フィラーを１０質量％以下の割合で含有していることを特徴とする請求項１記載の伸縮性コンデンサ。
3. 前記伸縮性導体層は、金属粒子および、引張弾性率が１ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下の柔軟性樹脂を少なくとも含有する伸縮性導体組成物からなり、柔軟性樹脂の配合量が、金属粒子と柔軟性樹脂の合計に対して７～３５質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の伸縮性コンデンサ。
4. 前記伸縮性誘電体層が、ホットメルト接着性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
5. 前記伸縮性誘電体層の、絶縁破壊電圧は１．０ｋＶ以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
6. 前記伸縮性誘電体層が、少なくとも片面にホットメルト接着性のある層を有する多層構造であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
7. 面方向に１００％伸張させた場合の伸張回復率が９８％以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の伸縮性コンデンサ。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の伸縮性コンデンサの伸縮性誘電体層の面方向を、測定対象の変形方向に向けて配置し、測定対象の伸縮変形に応じて変化する伸縮性コンデンサの静電容量変化を検知することによって、測定対象の変形を検知する変形センサ。
9. 前記測定対象の伸縮変形に応じて変化する伸縮性コンデンサの静電容量変化が、主として伸縮性誘電体層の面方向への伸縮に伴う、伸縮性誘電体層の厚さ方向への伸縮による静電容量の変化であることを特徴とする請求項８に記載の変形センサ。
10. 少なくとも、伸縮性の素材からなるベルト状基材と、ベルト状基材の伸縮に応じて変形可能な伸縮性コンデンサを備え、
    前記伸縮性コンデンサは、透湿度が４０００ｇ／ｍ ^２ ・２４ｈｒ以下の伸縮性誘電体層を含む事を特徴とする変位センサ。
11. 前記伸縮性コンデンサの変形がコンデンサの誘電体層の面方向への変形である事を特徴とする請求項１０記載の変位センサ。
12. 前記伸縮性コンデンサが、伸縮性導体層、伸縮性誘電体層、伸縮性導体層の順で積層された層構成を有するコンデンサであって、前記伸縮性導体層の比抵抗が１×１０^－３Ωｃｍ以下であり、前記伸縮性誘電体層が、引張降伏伸度が７０％以上の伸縮性絶縁高分子により構成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の変位センサ。
13. 変位センサのベルト長さ方向への２０％伸長時の応力が２０Ｎ以下であることを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の変位センサ。
14. 前記ベルト状基材の全長に対して、伸縮性コンデンサを備える部分が１０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の変位センサ。
15. 請求項１０～１４のいずれかに記載の変位センサを、人体の胴体周囲に配置し、胴体の周長変化を測定することにより呼吸状態を検知することを特徴とする呼吸状態のセンシング方法。
16. 伸縮性コンデンサ、伸縮性コンデンサと伸縮性コンデンサの静電容量を検出するデバイスとを接続するための電気配線を備え、
    前記伸縮性コンデンサは、透湿度が４０００ｇ／ｍ ^２ ・２４ｈｒ以下の伸縮性誘電体層を含む事を特徴とするセンシングウェア。
17. 前記伸縮性コンデンサが、伸縮性導体層、伸縮性誘電体層、伸縮性導体層の順で積層された層構成を有するコンデンサであって、前記伸縮性導体層の比抵抗が１×１０^－３Ωｃｍ以下であり、前記伸縮性誘電体層が、引張降伏伸度が７０％以上の伸縮性絶縁高分子により構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のセンシングウェア。
18. 前記伸縮性コンデンサの変形が、ウェアの伸長方向となるように配置されていることを特徴とする請求項１６または１７に記載のセンシングウェア。
19. 前記伸縮性コンデンサの面方向への２０％伸長時の応力が１５Ｎ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１６から１８のいずれかに記載のセンシングウェア。
20. 人体上半身用の衣服であり、少なくとも肘部分、上腕周囲、下腕周囲、肩部分、背面、胸部周囲、腹部周囲、脇腹部分のいずれかの個所に前記伸縮性コンデンサを配置した事を特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載のセンシングウェア。
21. 人体下半身用の衣服であり、少なくとも膝部分、足首部分、大腿部周囲、脛部周囲、股関節部分、腰部分のいずれかの個所に前記伸縮性コンデンサを配置した事を特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載のセンシングウェア。
22. 手袋形状であり、少なくとも手首、手指の各関節の一個所以上のいずれかの部分に前記伸縮性コンデンサを配置した事を特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載のセンシングウェア。
23. 靴下形状であり、少なくとも足首、足指の各関節の一個所以上のいずれかの部分に前記伸縮性コンデンサを配置した事を特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載のセンシングウェア。

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