(57)【要約】  感度が高く、感度がばらつきにくい曲げセンサを提供することを目的とする。  曲げセンサ１は、高抵抗層２と、クラック３１を有しクラック３１が閉じた状態で高抵抗層２よりも電気抵抗が小さい低抵抗層３と、高抵抗層２と低抵抗層３との間に介在する絶縁層４と、高抵抗層２と低抵抗層３とを電気的に並列に接続する複数の電極部５Ｌ、５Ｒと、を備える。曲げ量が小さいオフ状態Ｓｏｆｆにおいては、クラック３１が開きにくいため、複数の電極部５Ｌ、５Ｒから、高抵抗層２の電気抵抗ＲＨおよび低抵抗層３の電気抵抗ＲＬの合成抵抗ＲＴが、オフ抵抗Ｒｏｆｆとして出力される。曲げ量が大きいオン状態Ｓｏｎにおいては、クラック３１が開きやすいため、複数の電極部５Ｌ、５Ｒから、少なくとも高抵抗層２の電気抵抗ＲＨが、オフ抵抗Ｒｏｆｆよりも大きいオン抵抗Ｒｏｎとして出力される。
2012060427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製またはエラストマー製の母材と、該母材に分散される導電性フィラーと、を有する高抵抗層と、
樹脂製またはエラストマー製の母材と、該母材に分散される導電性フィラーと、曲げ変形の際に引張応力が加わる引張面と、該引張面に配置される開口を有し積層方向に進展するクラックと、を有し、該クラックが閉じた状態で該高抵抗層よりも電気抵抗が小さい低抵抗層と、
樹脂製またはエラストマー製の母材、および該母材に分散される絶縁性フィラーのうち、少なくとも該母材を有し、該高抵抗層と該低抵抗層との間に介在し、該高抵抗層と該低抵抗層とを電気的に絶縁する絶縁層と、
該高抵抗層と該低抵抗層とを電気的に並列に接続する複数の電極部と、
を備え、
曲げ量が小さいオフ状態においては、該クラックが開きにくいため、複数の該電極部から、該高抵抗層の電気抵抗および該低抵抗層の電気抵抗の合成抵抗が、オフ抵抗として出力され、
曲げ量が該オフ状態よりも大きいオン状態においては、該オフ状態よりも該クラックが開きやすいため、複数の該電極部から、該高抵抗層の電気抵抗および該低抵抗層の電気抵抗のうち、少なくとも該高抵抗層の電気抵抗が、該オフ抵抗よりも大きいオン抵抗として出力される曲げセンサ。
【請求項２】
前記クラックは、前記低抵抗層を積層方向に貫通し、前記絶縁層まで到達する請求項１に記載の曲げセンサ。
【請求項３】
前記開口は、複数の前記電極部の配置方向に対して直交する方向に前記引張面を遮断する請求項１に記載の曲げセンサ。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記高抵抗層の荷重出力側に積層され、
前記低抵抗層は、該絶縁層の荷重出力側に積層され、
さらに、該低抵抗層の荷重出力側に配置され、前記開口を覆う弾性変形可能な被覆層と、
該高抵抗層の荷重入力側に配置され、該高抵抗層が固定される基材と、
を備える請求項１に記載の曲げセンサ。
【請求項５】
複数の前記電極部、前記高抵抗層、前記絶縁層、前記低抵抗層、前記被覆層は、前記基材に対して、積層して印刷される請求項４に記載の曲げセンサ。
【請求項６】
前記高抵抗層と前記絶縁層との間に介在し、前記絶縁層よりも前記クラックが進展しにくい補強層を備える請求項１に記載の曲げセンサ。
【請求項７】
前記補強層は、荷重出力側の面に前記絶縁層、前記低抵抗層が積層して印刷され、荷重入力側の面に前記高抵抗層が印刷される基材である請求項６に記載の曲げセンサ。
【請求項８】
前記高抵抗層と前記低抵抗層とは、荷重入力側または荷重出力側から見て、重複しないように配置される請求項１に記載の曲げセンサ。
【請求項９】
前記高抵抗層は、前記低抵抗層よりも、複数の前記電極部の配置方向に対して直交する方向の断面積が、小さい請求項１に記載の曲げセンサ。
【請求項１０】
前記高抵抗層は、前記低抵抗層よりも、体積抵抗率が大きい請求項１に記載の曲げセンサ。
【請求項１１】
前記高抵抗層および前記低抵抗層に対する前記導電性フィラーの充填率を調整することにより、該高抵抗層と該低抵抗層との間に前記体積抵抗率の較差を設定する請求項１０に記載の曲げセンサ。
【請求項１２】
前記高抵抗層の一部である高抵抗層分割体と、前記低抵抗層の一部である低抵抗層分割体と、前記絶縁層の一部である絶縁層分割体と、
該高抵抗層分割体と該低抵抗層分割体とを電気的に並列に接続する複数の前記電極部と、
を有する複数のセンサ分割体を備え、
複数の該センサ分割体は、線状に配置される請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の曲げセンサ。
【請求項１３】
前記オフ状態における、任意の前記センサ分割体の、前記高抵抗層分割体の電気抵抗および前記低抵抗層分割体の電気抵抗の合成抵抗は、１０ｋΩ以下である請求項１２に記載の曲げセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気抵抗の変化から曲げ変形を検出する曲げセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、加圧導電性部材を有する感圧センサが開示されている。加圧導電性部材は、シリコーンゴムと金属微粒子とを備えている。金属微粒子は、シリコーンゴムに分散されている。感圧センサに荷重が加わると、分散されている金属微粒子同士が互いに近づき、電気抵抗が小さくなる。このため、加圧導電性部材は導通可能になる。特許文献１の感圧センサは、当該導通を基に荷重を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−５２０２４号公報
【特許文献２】特表２００３−５１０２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の感圧センサによると、感度（＝電気抵抗の変化量／変形量）が低い。この点、特許文献２には、曲がり感応抵抗要素を備える衝撃センサシステムが開示されている。曲がり感応抵抗要素は、ストリップを備えている。ストリップの一面には、クラックが点在している。曲がり感応抵抗要素に荷重が加わると、クラックが開く。このため、曲がり感応抵抗要素の電気抵抗が増加する。特許文献２の衝撃センサシステムは、当該電気抵抗の増加を基に衝撃を検出している。このため、特許文献１の感圧センサと比較して、感度が高くなる。【０００５】
ところが、特許文献２の衝撃センサシステムによると、電気抵抗の変化量が、クラックの分布、開度、形状などに依存している。すなわち、電気抵抗の変化量は、クラックの状態だけに依存している。クラックの状態は、複数のストリップ間において、ばらつきやすい。このため、特許文献２の衝撃センサシステムによると、複数のストリップ間において、感度がばらつきやすい。したがって、衝撃センサシステム起動の際に、ストリップごとに、個別に感度のばらつきを調整する必要がある。【０００６】
本発明の曲げセンサは、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、感度が高く、感度がばらつきにくい曲げセンサ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】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本発明の曲げセンサは、樹脂製またはエラストマー製の母材と、該母材に分散される導電性フィラーと、を有する高抵抗層と、樹脂製またはエラストマー製の母材と、該母材に分散される導電性フィラーと、曲げ変形の際に引張応力が加わる引張面と、該引張面に配置される開口を有し積層方向に進展するクラックと、を有し、該クラックが閉じた状態で該高抵抗層よりも電気抵抗が小さい低抵抗層と、樹脂製またはエラストマー製の母材、および該母材に分散される絶縁性フィラーのうち、少なくとも該母材を有し、該高抵抗層と該低抵抗層との間に介在し、該高抵抗層と該低抵抗層とを電気的に絶縁する絶縁層と、該高抵抗層と該低抵抗層とを電気的に並列に接続する複数の電極部と、を備え、曲げ量が小さいオフ状態においては、該クラックが開きにくいため、複数の該電極部から、該高抵抗層の電気抵抗および該低抵抗層の電気抵抗の合成抵抗が、オフ抵抗として出力され、曲げ量が該オフ状態よりも大きいオン状態においては、該オフ状態よりも該クラックが開きやすいため、複数の該電極部から、該高抵抗層の電気抵抗および該低抵抗層の電気抵抗のうち、少なくとも該高抵抗層の電気抵抗が、該オフ抵抗よりも大きいオン抵抗として出力されることを特徴とする。【０００８】
本発明の曲げセンサは、高抵抗層と、低抵抗層と、絶縁層と、複数の電極部と、を備えている。低抵抗層には、クラックが形成されている。高抵抗層と低抵抗層とは、絶縁部を隔てて、複数の電極部に対して、並列接続されている。【０００９】
オフ状態においては、低抵抗層のクラックが開きにくい。例えば、クラックが複数配置されている場合、クラック全数のうち、開状態のクラックの占める割合が小さい。また、開状態のクラックの開度が小さい。このため、複数の電極部から、高抵抗層の電気抵抗と、低抵抗層の電気抵抗と、の合成抵抗が、オフ抵抗として出力される。【００１０】
これに対して、オン状態においては、クラックが開きやすい。例えば、クラックが複数配置されている場合、クラック全数のうち、開状態のクラックの占める割合が大きい。また、開状態のクラックの開度が大きい。このため、複数の電極部から、少なくとも高抵抗層の電気抵抗が、オン抵抗として出力される。【００１１】
本発明の曲げセンサによると、主にクラックの開閉により、電気抵抗が変化する。このため、特許文献１の感圧センサのように、クラック無しの抵抗層だけを備える曲げセンサと比較して、感度（＝電気抵抗の変化量／変形量）が高くなる。このため、オフ状態とオン状態とを判別しやすくなる。【００１２】
また、オフ抵抗は、高抵抗層の電気抵抗と、低抵抗層の電気抵抗と、の合成抵抗である。また、オン抵抗は、少なくとも高抵抗層の電気抵抗である。このため、オフ抵抗、オン抵抗がばらつきにくい。したがって、オフ状態とオン状態とを判別しやすくなる。【００１３】
また、高抵抗層に対して、低抵抗層の場合、電気抵抗は、主にクラックの状態（クラックの分布、開度、形状など）に依存している。このため、高抵抗層は、低抵抗層よりも、電気抵抗、感度がばらつきにくい。【００１４】
この点、本発明の曲げセンサによると、低抵抗層と高抵抗層とが電気的に並列に接続されている。すなわち、曲げセンサから出力されるオフ抵抗、オン抵抗は、いずれも高抵抗層の電気抵抗を含んでいる。このため、低抵抗層のクラックの状態に起因する電気抵抗のばらつきが、オフ抵抗、オン抵抗に反映されにくい。したがって、特許文献２の衝撃センサシステムのように、クラックを有する抵抗層だけを備える曲げセンサと比較して、電気抵抗（オフ抵抗、オン抵抗）がばらつきにくくなる。また、感度がばらつきにくくなる。【００１５】
また、特許文献２の衝撃センサシステムのように、クラックを有する抵抗層だけを備える曲げセンサの場合、クラックが開いて電気抵抗が大きく増加した場合、センサが応答しているのか、センサが断線（故障）しているのか、判別しにくくなる。このため、センサの応答と、センサの断線と、を判別するしきい値を、ある程度高く設定せざるを得ない。例えば、本発明の曲げセンサの高抵抗層の電気抵抗程度に、しきい値を設定せざるを得ない。【００１６】
これに対して、本発明の曲げセンサによると、低抵抗層と高抵抗層とが電気的に並列に接続されている。このため、低抵抗層のクラックが開いても、電気抵抗が大きく増加しにくい。したがって、オフ抵抗とオン抵抗との間に、オフ状態とオン状態とを判別するためのしきい値を設定することができる。並びに、オン抵抗よりも高い値に、オン状態と断線状態とを判別するためのしきい値を設定することができる。このように、本発明の曲げセンサによると、オフ状態、オン状態、断線状態を判別することができる。ちなみに、クラックを有する抵抗層だけを備える曲げセンサの場合、オン状態がオフ状態と誤判別されてしまう可能性が高い。あるいは、オン状態が断線状態と誤判別されてしまう可能性が高い。【００１７】
また、本発明の曲げセンサによると、主にクラックが開くことにより電気抵抗が変化するため、母材の弾性変形のみに依存して電気抵抗が変化する場合と比較して、小さな変形についても、高精度で検出することができる。【００１８】
また、母材の弾性変形の速度は、雰囲気温度に影響される。この点、本発明の曲げセンサの電気抵抗は、主にクラックが開くことにより切断される。このため、母材の弾性変形のみに依存して電気抵抗が変化する場合と比較して、雰囲気温度に対する応答速度の依存性が小さい。【００１９】
また、低抵抗層には、予めクラックが形成されている。このため、曲げ変形時に新たなクラックが形成されにくい。したがって、曲げセンサの感度が変化しにくい。また、本発明の曲げセンサの低抵抗層の母材には、導電性フィラーが分散されている。このため、導電性フィラーの表面に沿って、クラックが形成されやすくなる。また、導電性フィラーの表面に沿ってクラックが進展しやすくなるため、低抵抗層の破断歪みを小さくすることができる。また、オフ状態における電気抵抗が高くなりにくい。また、オフ状態からオン状態に切り替わる際、導電性フィラーの接触状態が変化しやすい。また、低抵抗層の肉厚を小さくしやすい。【００２０】
また、高抵抗層と低抵抗層との間には、絶縁層が配置されている。このため、高抵抗層と低抵抗層との導通を確実に遮断することができる。また、絶縁層に絶縁性フィラーが含まれている場合は、低抵抗層にクラックが形成されやすくなる。【００２１】
（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記低抵抗層の前記導電性フィラーは、球状であって、前記母材中に略単粒子状態でかつ高充填率で充填される構成とする方がよい。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を１００質量％とした場合の５０質量％以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。また、「球状」には、真球、略真球状は勿論、楕円球状、長円球状（一対の対向する半球を円柱で連結した形状）、部分球状、部分ごとに半径の異なる球状、水滴形状などが含まれる。本構成によると、オフ状態からオン状態に切り替わる際、電気抵抗が増加しやすい。このため、曲げセンサの感度を向上させることができる。【００２２】
（１−２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記低抵抗層において、複数の前記電極部の配置方向に連なる長さ２ｍｍ以下の単位区間を複数区画した場合に、前記クラックは、該単位区間内に、少なくとも一つ形成されている構成とする方がよい。【００２３】
曲げセンサの感度は、低抵抗層に形成されたクラックの密度（複数の電極部の配置方向における単位長さあたりのクラック本数）に依存する。単位区間の長さを２ｍｍ以下としたのは、２ｍｍを超えると、クラックの密度が小さくなり、曲げセンサの感度が低下するからである。言い換えると、所望の感度を実現しにくくなるからである。より好ましくは、単位区間の長さを１ｍｍ以下とする方がよい。こうすると、さらに曲げセンサの感度が向上する。【００２４】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記クラックは、前記低抵抗層を積層方向に貫通し、前記絶縁層まで到達する構成とする方がよい。本構成によると、クラックが開きやすくなる。このため、感度が高くなる。また、感度がばらつきにくくなる。【００２５】
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記開口は、複数の前記電極部の配置方向に対して直交する方向に前記引張面を遮断する構成とする方がよい。本構成によると、クラックが開きやすくなる。このため、感度が高くなる。また、感度がばらつきにくくなる。【００２６】
特に、本構成と上記（２）の構成とを組み合わせると、オフ状態からオン状態に切り替わる際、クラックが開くことにより、低抵抗層の導通が完全に遮断される。このため、オン抵抗が高抵抗層の電気抵抗だけになる。したがって、オフ抵抗とオン抵抗との較差が大きくなる。よって、オフ状態とオン状態とを判別しやすくなる。また、さらに感度がばらつきにくくなる。【００２７】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記絶縁層は、前記高抵抗層の荷重出力側に積層され、前記低抵抗層は、該絶縁層の荷重出力側に積層され、さらに、該低抵抗層の荷重出力側に配置され、前記開口を覆う弾性変形可能な被覆層と、該高抵抗層の荷重入力側に配置され、該高抵抗層が固定される基材と、を備える構成とする方がよい。【００２８】
本構成によると、荷重入力側から荷重出力側に向かって、基材、高抵抗層、絶縁層、低抵抗層、被覆層が、この順番で配置されている（ただし、隣り合う層間に別の部材が介在していてもよい）。【００２９】
本構成によると、高抵抗層、低抵抗層が基材に積層されている。このため、オン状態において、高抵抗層、低抵抗層に曲げ変形が誘起されやすい。また、本構成によると、低抵抗層の引張面が、被覆層により覆われている。このため、低抵抗層の劣化が抑制される。また、被覆層は弾性変形可能である。よって、オン状態からオフ状態に切り替わる際、被覆層の弾性復元力に助けられて、低抵抗層が元の形状に復元しやすくなる。また、開いたクラックも閉じやすくなる。【００３０】
また、高抵抗層、低抵抗層は、基材に積層されている。基材の荷重入出力方向の肉厚を調整することにより、曲げセンサの感度を調整することができる。一例として、基材の荷重入出力方向の肉厚を大きくすると、オフ状態からオン状態に切り替わる際、高抵抗層、低抵抗層の変形量が大きくなる。このため、曲げセンサの感度を向上させることができる。【００３１】
（５）好ましくは、上記（４）の構成において、複数の前記電極部、前記高抵抗層、前記絶縁層、前記低抵抗層、前記被覆層は、前記基材に対して、積層して印刷される構成とする方がよい。本構成によると、各層の肉厚を簡単に小さくすることができる。このため、曲げセンサを薄肉化することができる。また、各層の寸法精度が高くなる。【００３２】
（６）好ましくは、上記（１）の構成において、前記高抵抗層と前記絶縁層との間に介在し、前記絶縁層よりも前記クラックが進展しにくい補強層を備える構成とする方がよい。例えば、補強層は、絶縁層よりも柔軟である。具体的には、補強層は、絶縁層よりも、ヤング率が小さい。また、補強層は、絶縁層よりも、ＪＩＳ  Ｋ  ７１６１における引張破壊歪みが大きい。本構成によると、補強層にクラックが進入しにくい。このため、高抵抗層にクラックが進入するのを、抑制することができる。【００３３】
（７）好ましくは、上記（６）の構成において、前記補強層は、荷重出力側の面に前記絶縁層、前記低抵抗層が積層して印刷され、荷重入力側の面に前記高抵抗層が印刷される基材である構成とする方がよい。【００３４】
本構成によると、基材を挟んで、低抵抗層および絶縁層と、高抵抗層と、が隔離して配置されている。このため、高抵抗層にクラックが進入するのを、抑制することができる。また、本構成によると、各層の肉厚を簡単に小さくすることができる。このため、曲げセンサを薄肉化することができる。また、各層の寸法精度が高くなる。【００３５】
（８）好ましくは、上記（１）の構成において、前記高抵抗層と前記低抵抗層とは、荷重入力側または荷重出力側から見て、重複しないように配置される構成とする方がよい。本構成によると、荷重入力方向に沿って、高抵抗層と低抵抗層とが並んでいない。このため、高抵抗層にクラックが進入するのを、抑制することができる。【００３６】
（９）好ましくは、上記（１）の構成において、前記高抵抗層は、前記低抵抗層よりも、複数の前記電極部の配置方向に対して直交する方向の断面積が、小さい構成とする方がよい。【００３７】
複数の電極部間には、導通経路が形成される。本構成によると、高抵抗層の方が、低抵抗層よりも、導通経路の断面積が小さくなる。このため、低抵抗層の電気抵抗に対して、高抵抗層の電気抵抗を、簡単に、高く設定することができる。【００３８】
特に、本構成と上記（５）の構成とを組み合わせると、高抵抗層の印刷パターン、低抵抗層の印刷パターンを工夫することにより、高抵抗層、低抵抗層の電気抵抗を、簡単に設定することができる。【００３９】
（１０）好ましくは、上記（１）の構成において、前記高抵抗層は、前記低抵抗層よりも、体積抵抗率が大きい構成とする方がよい。本構成によると、体積抵抗率を調整することにより、高抵抗層と低抵抗層との間に、電気抵抗の較差を設定することができる。【００４０】
（１１）好ましくは、上記（１０）の構成において、前記高抵抗層および前記低抵抗層に対する前記導電性フィラーの充填率を調整することにより、該高抵抗層と該低抵抗層との間に前記体積抵抗率の較差を設定する構成とする方がよい。本構成によると、母材の材質などを敢えて調整することなく（勿論、調整してもよい。）、簡単に、高抵抗層と低抵抗層との間に、電気抵抗の較差を設定することができる。【００４１】
（１２）好ましくは、上記（１）ないし（１１）のいずれかの構成において、前記高抵抗層の一部である高抵抗層分割体と、前記低抵抗層の一部である低抵抗層分割体と、前記絶縁層の一部である絶縁層分割体と、該高抵抗層分割体と該低抵抗層分割体とを電気的に並列に接続する複数の前記電極部と、を有する複数のセンサ分割体を備え、複数の該センサ分割体は、線状に配置される構成とする方がよい。【００４２】
ここで「線状」とは、直線状、または曲線状、または直線同士を組み合わせた形状（折れ線状）、または曲線同士を組み合わせた形状（例えば、Ｃ字状、Ｓ字状、波線状など。複数の曲線間の曲率の大小や曲率の向きなどは、一致していても異なっていてもよい。）、または直線と曲線とを組み合わせた形状をいう。また、「線状」には、複数のセンサ分割体が連続している状態（実線状）は勿論、複数のセンサ分割体が断続している状態（点線状、一点鎖線状など）も含まれる。【００４３】
本構成によると、単一の高抵抗層、単一の低抵抗層を備え、かつ高抵抗層および低抵抗層の両端に一対の電極部を備える曲げセンサと比較して、電気抵抗の測定区間が短くなる。このため、高抵抗層分割体、低抵抗層分割体の固有抵抗に起因する測定誤差を小さくすることができる。したがって、小さな変形についても、高精度で検出することができる。【００４４】
（１３）好ましくは、上記（１２）の構成において、前記オフ状態における、任意の前記センサ分割体の、前記高抵抗層分割体の電気抵抗および前記低抵抗層分割体の電気抵抗の合成抵抗は、１０ｋΩ以下である構成とする方がよい。【００４５】
合成抵抗を１０ｋΩ以下としたのは、１０ｋΩ超過の場合、高抵抗層分割体、低抵抗層分割体の固有抵抗に起因する測定誤差が大きくなるからである。本構成によると、小さな変形についても、高精度で検出することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によると、感度が高く、感度がばらつきにくい曲げセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、第一実施形態の曲げセンサの透過斜視図である。
【図２】図２は、同曲げセンサの左右方向断面図である。
【図３】図３は、図２の枠ＩＩＩ内の拡大図である。
【図４】図４は、同曲げセンサの製造方法のクラック形成工程の模式図である。
【図５】図５は、同曲げセンサのオン状態における左右方向断面図である。
【図６】図６（ａ）は、同曲げセンサの低抵抗層のオフ状態の模式図である。図６（ｂ）は、同低抵抗層のオン状態の模式図である。
【図７】図７は、同曲げセンサの模式回路図である。
【図８】図８は、同曲げセンサのオフ状態とオン状態との電気抵抗の変化の模式図である。
【図９】図９は、第二実施形態の曲げセンサの透過斜視図である。
【図１０】図１０は、第三実施形態の曲げセンサの左右方向断面図である。
【図１１】図１１は、第四実施形態の曲げセンサの左右方向断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、第五実施形態の曲げセンサの、３つのセンサ分割体を直線状に配置した場合の模式図である。図１２（ｂ）は、同曲げセンサの、３つのセンサ分割体を曲線状に配置した場合の模式図である。
【図１３】図１３は、第六実施形態の曲げセンサの前後方向断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：曲げセンサ、１ａ〜１ｃ：センサ分割体、１α：センサ前駆体、２：高抵抗層、２ａ：前方部、２ｂ：中央部、２ｃ：後方部、２α：高抵抗層用塗料、３：低抵抗層、３α：低抵抗層用塗料、４：絶縁層、４α：絶縁層用塗料、５Ｌ：電極部、５Ｌα：電極部用塗料、５Ｒ：電極部、５ａ〜５ｄ：電極部、５Ｒα：電極部用塗料、６：被覆層、６α：被覆層用塗料、７：基材、９：被装着部材。
３０：引張面、３１：クラック、３２：エポキシ樹脂（母材）、３３：カーボンビーズ（導電性フィラー）、５０Ｌ：電極部、５０Ｒ：電極部、８０：クラック形成用型、８１：制御装置、９０：被覆層、９１：補強層。
３１０：開口、３１１：先端、８００：型面。
Ｏ：衝突物、Ｐ：導電パス、ＲＨ：電気抵抗、ＲＬ：電気抵抗、Ｒｏｆｆ：オフ抵抗、Ｒｏｎ：オン抵抗、Ｒｏｕｔ：電気抵抗、Ｓｏｆｆ：オフ状態、Ｓｏｎ：オン状態、Ｕ：単位区間、ｐ：導電パス分割体。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の曲げセンサの実施の形態について説明する。
【００５０】
＜第一実施形態＞
以下に示す図においては、説明の便宜上、実際の曲げセンサの寸法に対して、左右方向長さを短縮し、上下方向長さ（肉厚）を伸長して示す。図における左右方向は、本発明の「複数の電極部の配置方向」に相当する。前後方向は、本発明の「複数の電極部の配置方向に対して直交する方向」に相当する。上下方向は、本発明の「積層方向」に相当する。上側は、本発明の「荷重出力側」に相当する。下側は、本発明の「荷重入力側」に相当する。
【００５１】
図１に、本実施形態の曲げセンサの透過斜視図を示す。図２に、同曲げセンサの左右方向断面図を示す。図３に、図２の枠ＩＩＩ内の拡大図を示す。図１〜図３に示すように、曲げセンサ１は、高抵抗層２と、低抵抗層３と、絶縁層４と、一対の電極部５Ｌ、５Ｒと、被覆層６と、基材７と、を備えている。
【００５２】
基材７は、ポリイミド（ＰＩ）製であって、左右方向に長い帯状を呈している。基材７は、被装着部材９の上面に固定されている。電極部５Ｌ、５Ｒは、各々、前後方向に長い短冊状を呈している。電極部５Ｌは、基材７の上面の左端付近に配置されている。電極部５Ｒは、基材７の上面の右端付近に配置されている。電極部５Ｌ、５Ｒは、制御装置（図略）に接続されている。
【００５３】
高抵抗層２は、左右方向に長い帯状を呈している。高抵抗層２は、基材７の上面に配置されている。高抵抗層２の左端は、電極部５Ｌの右端を覆っている。高抵抗層２の右端は、電極部５Ｒの左端を覆っている。
【００５４】
高抵抗層２は、不飽和ポリエステル樹脂と、多数の５０ｎｍ以下の導電性カーボン微粒子と、を備えている。不飽和ポリエステル樹脂は、本発明の「母材」の概念に含まれる。導電性カーボン微粒子は、本発明の「導電性フィラー」の概念に含まれる。多数の導電性カーボン微粒子は、不飽和ポリエステル樹脂に充填されている。多数の導電性カーボン微粒子は、不飽和ポリエステル樹脂中に、鎖状凝集状態で充填されている。
【００５５】
絶縁層４は、左右方向に長い帯状を呈している。絶縁層４は、高抵抗層２の上面に配置されている。絶縁層４の左端は、電極部５Ｌの左右方向中央部を覆っている。絶縁層４の右端は、電極部５Ｒの左右方向中央部を覆っている。
【００５６】
絶縁層４は、エポキシ樹脂と、多数のシリカ球状粒子と、を備えている。エポキシ樹脂は、本発明の「母材」の概念に含まれる。シリカ球状粒子は、本発明の「絶縁性フィラー」の概念に含まれる。多数のシリカ球状粒子は、エポキシ樹脂に充填されている。
【００５７】
低抵抗層３は、左右方向に長い帯状を呈している。低抵抗層３は、絶縁層４の上面に配置されている。低抵抗層３の左端は、電極部５Ｌの左端を覆っている。低抵抗層３の右端は、電極部５Ｒの右端を覆っている。
【００５８】
低抵抗層３は、エポキシ樹脂と、多数のカーボンビーズと、を備えている。エポキシ樹脂は、本発明の「母材」の概念に含まれる。カーボンビーズは、本発明の「導電性フィラー」の概念に含まれる。多数のカーボンビーズは、エポキシ樹脂に充填されている。カーボンビーズの充填率は、低抵抗層３の体積を１００体積％とした場合の約４５体積％である。多数のカーボンビーズは、エポキシ樹脂中に、略単粒子状態でかつ高充填率で充填されている。すなわち、カーボンビーズの全重量を１００質量％とした場合の５０質量％以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在している。また、カーボンビーズは、最密充填に近い状態で配合されている。
【００５９】
図３に示すように、低抵抗層３の上面は引張面３０である。下方から荷重が入力される際、引張面３０には、引張応力が作用する。引張面３０には、下方に進展する多数のクラック３１が、予め形成されている。多数のクラック３１は、低抵抗層３の左右方向に連なる長さ１ｍｍの単位区間Ｕ内に、約２個ずつ形成されている。
【００６０】
クラック３１の開口３１０は、引張面３０に形成されている。開口３１０は、前後方向に延在する線状を呈している。開口３１０は、前後方向に引張面３０を遮断している。ただし、クラック３１の閉状態においては、クラック３１の左壁と右壁とは当接している。クラック３１の先端３１１は、低抵抗層３を上下方向に貫通し、絶縁層４の内部にまで到達している。クラック３１が閉状態から開状態に変わると、低抵抗層３において、クラック３１の左壁と右壁とが、全面的に離間する。このため、低抵抗層３が左右方向に分断する。
【００６１】
被覆層６は、アクリルゴム製であって、左右方向に長い帯状を呈している。被覆層６は、基材７、一対の電極部５Ｌ、５Ｒ、高抵抗層２、絶縁層４、低抵抗層３を、上方から覆っている。被覆層６は、弾性変形可能である。
【００６２】
［曲げセンサの製造方法］
次に、本実施形態の曲げセンサ１の製造方法について説明する。本実施形態の曲げセンサ１の製造方法は、塗料準備工程と、印刷工程と、硬化工程と、クラック形成工程と、を有している。
【００６３】
（塗料準備工程）
塗料準備工程においては、高抵抗層用塗料、低抵抗層用塗料、電極部用塗料、絶縁層用塗料、被覆層用塗料を、各々準備する。
【００６４】
（印刷工程）
印刷工程においては、スクリーン印刷機により、各層を印刷する。まず、基材７の上面に電極部用塗料を印刷する。次に、電極部用塗料の上方から、基材７の上面に、高抵抗層用塗料を印刷する。続いて、高抵抗層用塗料の上方から、絶縁層用塗料を印刷する。それから、絶縁層用塗料の上方から、低抵抗層用塗料を印刷する。最後に、低抵抗層用塗料の上方から、被覆層用塗料を印刷する。このようにして、基材７の上面に、電極部用塗料、高抵抗層用塗料、絶縁層用塗料、低抵抗層用塗料、被覆層用塗料を塗り重ねる。
【００６５】
（硬化工程）
硬化工程においては、各層印刷後の基材７を、乾燥炉内に静置することにより硬化させる。
【００６６】
（クラック形成工程）
図４に、本実施形態の曲げセンサの製造方法のクラック形成工程の模式図を示す。図４に示すように、クラック形成用型８０は、型面８００を備えている。センサ前駆体１αは、基材７と、電極部用塗料５Ｌα、５Ｒαと、高抵抗層用塗料２αと、絶縁層用塗料４αと、低抵抗層用塗料３αと、被覆層用塗料６αと、を備えている。
【００６７】
型面８００は、上方に向かって突出する曲面状を呈している。これに対して、基材７は、平板状を呈している。このため、基材７の下面を型面８００に押し当てると、基材７が型面に沿って湾曲する。ここで、高抵抗層用塗料２α、絶縁層用塗料４α、低抵抗層用塗料３αは、曲率半径方向内側から外側に向かって、この順に積層されている。このため、各層の外周面に作用する引張応力は、曲率半径の相違により、高抵抗層用塗料２α、絶縁層用塗料４α、低抵抗層用塗料３αの順に大きくなる。よって、低抵抗層用塗料３α、絶縁層用塗料４αにだけ、選択的にクラック３１が形成される。すなわち、高抵抗層用塗料２αには、クラック３１が形成されない。
【００６８】
［曲げセンサの動き］
次に、本実施形態の曲げセンサ１の動きについて説明する。本実施形態の曲げセンサは、オフ状態とオン状態とを判別することができる。図５に、本実施形態の曲げセンサのオン状態における左右方向断面図を示す。なお、図５は、図２に対応している。図６（ａ）に、同曲げセンサの低抵抗層のオフ状態の模式図を示す。図６（ｂ）に、同低抵抗層のオン状態の模式図を示す。図７に、同曲げセンサの模式回路図を示す。図７に示すように、高抵抗層２と低抵抗層３とは、電極部５Ｌ、５Ｒに対して、電気的に並列に接続されている。
【００６９】
（オフ状態）
オフ状態においては、図２に示すように、曲げセンサ１は、左右方向に長い帯状を呈している。曲げセンサ１は、上下方向に湾曲していない。また、図３に示すように、低抵抗層３のクラック３１は閉じている。このため、図６（ａ）に示すように、エポキシ樹脂３２中のカーボンビーズ３３同士が連なることにより、左右方向に導電パスＰが形成されている。すなわち、図７に示すように、左右方向に隣り合う複数の導電パス分割体ｐが、閉成されたクラック３１を介して、繋がっている。したがって、制御装置８１には、高抵抗層２の電気抵抗ＲＨと、低抵抗層３の電気抵抗ＲＬと、の合成抵抗が、オフ抵抗Ｒｏｆｆとして入力される。
【００７０】
（オン状態）
図５に示すように、曲げセンサ１に、下方から衝突物Ｏが衝突すると、曲げセンサ１は、上方に突出するように湾曲する。このため、曲げセンサ１は、オフ状態からオン状態に切り替わる。
【００７１】
オン状態においては、低抵抗層３の引張面３０に引張応力が作用する。このため、図６（ｂ）に示すように、クラック３１が開く。したがって、カーボンビーズ３３同士が分離し、導電パスＰが遮断される。すなわち、図７に示すように、左右方向に隣り合う複数の導電パス分割体ｐが、開成されたクラック３１（点線で示す）により、分断される。したがって、制御装置８１には、高抵抗層２の電気抵抗ＲＨが、オン抵抗Ｒｏｎとして入力される。オフ抵抗Ｒｏｆｆとオン抵抗Ｒｏｎとの間には、しきい値Ｒｔｈが設定されている。制御装置８１は、入力される電気抵抗と、しきい値Ｒｔｈと、を比較することにより、オフ状態Ｓｏｆｆとオン状態Ｓｏｎとを判別する。
【００７２】
［作用効果］
次に、本実施形態の曲げセンサ１の作用効果について説明する。図８に、本実施形態の曲げセンサのオフ状態とオン状態との電気抵抗の変化の模式図を示す。図８に示すように、オフ抵抗Ｒｏｆｆと、オン抵抗Ｒｏｎと、は大きく異なる。このため、制御装置８１は、しきい値Ｒｔｈにより、オフ状態Ｓｏｆｆと、オン状態Ｓｏｎと、を確実に判別することができる。
【００７３】
また、図８に点線で示すように、クラック無しの抵抗層だけを備える曲げセンサの場合、感度（＝電気抵抗の変化量／変形量）が低くなる。このため、オフ状態Ｓｏｆｆとオン状態Ｓｏｎとを判別しにくい。これに対して、本実施形態の曲げセンサ１の場合、低抵抗層３は、エポキシ樹脂３２の変形を待たずに、クラック３１が開く。そして、導電パスＰが切断される。このため、感度が高くなる。
【００７４】
また、図８に一点鎖線で示すように、荷重入力の際に曲げセンサ１から出力される電気抵抗Ｒｏｕｔが、オン抵抗Ｒｏｎよりも、さらに大きい場合、制御装置８１は、曲げセンサ１（具体的には高抵抗層２）が断線していると判別することができる。すなわち、制御装置８１は、断線を自己診断することができる。
【００７５】
また、低抵抗層３にはクラック３１が配置されているのに対して、高抵抗層２にはクラック３１が配置されていない。このため、高抵抗層２は、低抵抗層３よりも、電気抵抗、感度がばらつきにくい。
【００７６】
この点、本実施形態の曲げセンサ１によると、低抵抗層３と高抵抗層２とが電気的に並列に接続されている。すなわち、曲げセンサ１から出力されるオフ抵抗Ｒｏｆｆ、オン抵抗Ｒｏｎは、いずれも高抵抗層２の電気抵抗を含んでいる。このため、低抵抗層３のクラック３１の状態に起因する電気抵抗ＲＬのばらつきが、オフ抵抗Ｒｏｆｆ、オン抵抗Ｒｏｎに反映されにくい。したがって、クラックを有する抵抗層だけを備える曲げセンサと比較して、オフ抵抗Ｒｏｆｆ、オン抵抗Ｒｏｎがばらつきにくくなる。また、複数の曲げセンサ１間において、感度がばらつきにくくなる。よって、曲げセンサ１起動の際に、感度のばらつきを調整する必要がない。
【００７７】
また、クラック３１は、低抵抗層３を積層方向に貫通し、絶縁層４にまで到達している。並びに、クラック３１は、低抵抗層３を前後方向に遮断している。このため、オフ状態Ｓｏｆｆからオン状態Ｓｏｎに切り替わる際、多数のクラック３１のうち、少なくとも一つのクラック３１が開くことにより、低抵抗層３の導通が完全に遮断される。このため、オン抵抗Ｒｏｎが高抵抗層２の電気抵抗ＲＨだけになる。したがって、オフ抵抗Ｒｏｆｆとオン抵抗Ｒｏｎとの較差が大きくなる。よって、オフ状態Ｓｏｆｆとオン状態Ｓｏｎとを判別しやすくなる。また、複数の曲げセンサ１間において、さらに感度がばらつきにくくなる。
【００７８】
また、オフ抵抗Ｒｏｆｆは、高抵抗層２の電気抵抗ＲＨと、低抵抗層３の電気抵抗ＲＬと、の合成抵抗である。また、オン抵抗Ｒｏｎは、高抵抗層２の電気抵抗ＲＨである。このため、オフ抵抗Ｒｏｆｆ、オン抵抗Ｒｏｎが、各々、ばらつきにくい。したがって、オフ状態Ｓｏｆｆとオン状態Ｓｏｎとを判別しやすくなる。
【００７９】
また、本実施形態の曲げセンサ１は、いずれか一つのクラック３１が開けば、オフ抵抗Ｒｏｆｆからオン抵抗Ｒｏｎに切り替わる。このため、曲げセンサ１の変形状態や受圧面積によらず、オフ状態Ｓｏｆｆとオン状態Ｓｏｎとを判別することができる。
【００８０】
また、本実施形態の曲げセンサ１によると、高抵抗層２、低抵抗層３が基材７に積層されている。このため、オフ状態Ｓｏｆｆからオン状態Ｓｏｎに切り替わる際、高抵抗層２、低抵抗層３に曲げ変形が誘起されやすい。
【００８１】
また、本実施形態の曲げセンサ１によると、低抵抗層３の引張面３０が、被覆層６により覆われている。このため、低抵抗層３の劣化が抑制される。また、被覆層６は弾性変形可能である。よって、オン状態Ｓｏｎからオフ状態Ｓｏｆｆに切り替わる際、被覆層６の弾性復元力に助けられて、低抵抗層３が元の形状に復元しやすくなる。また、開いたクラック３１も閉じやすくなる。
【００８２】
また、一対の電極部５Ｌ、５Ｒ、高抵抗層２、絶縁層４、低抵抗層３、被覆層６は、スクリーン印刷機により、基材７に対して、積層して印刷されている。このため、各層の肉厚を簡単に小さくすることができる。したがって、曲げセンサ１を薄肉化することができる。また、各層の寸法精度が高くなる。
【００８３】
また、本実施形態の曲げセンサ１によると、主にクラック３１が開くことにより導電パスＰが切断される。このため、エポキシ樹脂３２の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、小さな歪みについても精度良く検出することができる。
【００８４】
また、エポキシ樹脂３２の弾性変形の速度は、雰囲気温度に影響される。この点、本実施形態の曲げセンサ１の導電パスは、主にクラック３１が開くことにより切断される。このため、エポキシ樹脂３２の弾性変形のみに依存して導電パスＰが切断される場合と比較して、雰囲気温度に対する応答速度の依存性が小さい。
【００８５】
また、高抵抗層２、低抵抗層３は、基材７の上面に積層されている。基材７の上下方向肉厚を調整することにより、曲げセンサ１の感度を調整することができる。一例として、基材７の上下方向肉厚を大きくすると、オン状態Ｓｏｎにおける高抵抗層２、低抵抗層３の変形量が大きくなる。このため、曲げセンサ１の感度を向上させることができる。
【００８６】
また、低抵抗層３には、製造時に予めクラック３１が形成されている。このため、曲げ変形時に新たなクラック３１が形成されにくい。したがって、曲げセンサ１の感度が変化しにくい。
【００８７】
また、本実施形態の曲げセンサ１のエポキシ樹脂３２には、カーボンビーズ３３が分散されている。このため、カーボンビーズ３３の表面に沿って、クラック３１が形成されやすくなる。また、カーボンビーズ３３の表面に沿ってクラック３１が進展しやすくなるため、低抵抗層３の破断歪みを小さくすることができる。また、オフ状態Ｓｏｆｆにおける導電パスＰの数が少なくなりにくい。また、オフ状態Ｓｏｆｆからオン状態Ｓｏｎに切り替わる際、カーボンビーズ３３の接触状態が変化しやすい。また、低抵抗層３の肉厚を小さくしやすい。
【００８８】
また、カーボンビーズ３３は球状である。このため、カーボンビーズ３３は、エポキシ樹脂３２中に、最密充填に近い状態で配合される。したがって、三次元的な導電パスＰが形成されやすくなり、所望の導電性が発現しやすくなる。また、低抵抗層３の弾性変形に対して、カーボンビーズ３３の接触状態が変化しやすくなる。このため、オフ状態Ｓｏｆｆとオン状態Ｓｏｎとの間で、電気抵抗の変化が大きくなる。また、カーボンビーズ３３は、表面の官能基が少ない。このため、カーボンビーズ３３とエポキシ樹脂３２との界面で破壊が生じやすく、低抵抗層３にクラック３１が形成されやすい。
【００８９】
また、本実施形態の曲げセンサ１によると、図３に示すように、クラック３１は、低抵抗層３の左右方向に連なる長さ１ｍｍの単位区間Ｕ内に、約２個ずつ形成されている。このため、曲げセンサ１の感度が高い。また、絶縁層４には、絶縁性フィラーとして、シリカ球状粒子が分散されている。このため、絶縁層４、低抵抗層３に、クラック３１が形成されやすい。
【００９０】
＜第二実施形態＞
本実施形態の曲げセンサと、第一実施形態の曲げセンサと、の相違点は、高抵抗層の形状だけである。ここでは、相違点についてのみ説明する。図９に、本実施形態の曲げセンサの透過斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００９１】
図９に示すように、曲げセンサ１の高抵抗層２は、一対の電極部５Ｌ、５Ｒ間に、Ｓ字状に配置されている。すなわち、高抵抗層２は、前方部２ａと、中央部２ｂと、後方部２ｃと、がＳ字状に連なって形成されている。前方部２ａ、中央部２ｂ、後方部２ｃは、各々、左右方向に延在している。前方部２ａの左端は、電極部５Ｌに接続されている。後方部２ｃの右端は、電極部５Ｒに接続されている。
【００９２】
図１を援用して示すように、低抵抗層３の前後方向長さは、前方部２ａ前縁から後方部２ｃ後縁までの長さに相当する。このため、一対の電極部５Ｌ、５Ｒの配置方向である左右方向に対して、直交する方向（具体的には、上下前後に展開する面方向）の断面積を比較すると、高抵抗層２の方が、低抵抗層３よりも、小さい。
【００９３】
本実施形態の曲げセンサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の曲げセンサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の曲げセンサによると、一対の電極部５Ｌ、５Ｒの配置方向に対して、直交する方向の断面積を小さくすることにより、高抵抗層２の電気抵抗を、低抵抗層３の電気抵抗よりも、大きく設定している。また、高抵抗層２の左右方向の実質長を長くすることにより、高抵抗層２の電気抵抗を、低抵抗層３の電気抵抗よりも、大きく設定している。本実施形態の曲げセンサ１のように、印刷パターンを工夫することにより、高抵抗層２と低抵抗層３とに、電気抵抗の較差を設定してもよい。
【００９４】
＜第三実施形態＞
本実施形態の曲げセンサと、第一実施形態の曲げセンサと、の相違点は、基材の荷重入力側の面に、高抵抗層が配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１０に、本実施形態の曲げセンサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００９５】
図１０に示すように、基材７の下面には、高抵抗層２が印刷されている。基材７は、本発明の「補強層」の概念に含まれる。高抵抗層２の左右両端（長手方向両端）には、一対の電極部５０Ｌ、５０Ｒが配置されている。高抵抗層２および一対の電極部５０Ｌ、５０Ｒは、被覆層９０により下方から覆われている。一方、基材７の上面には、絶縁層４および一対の電極部５Ｌ、５Ｒと、低抵抗層３と、が積層して印刷されている。これらの各層は、被覆層６により上方から覆われている。電極部５０Ｌと電極部５Ｌとは同電位であり、電気的に接続されている。電極部５０Ｒと電極部５Ｒとは同電位であり、電気的に接続されている。
【００９６】
本実施形態の曲げセンサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の曲げセンサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の曲げセンサ１によると、基材７を挟んで、低抵抗層３および絶縁層４と、高抵抗層２と、が隔離して配置されている。基材７は、クラック３１の進展を阻害する。このため、基材７を貫通して、高抵抗層２にクラック３１が進入するのを、抑制することができる。
【００９７】
＜第四実施形態＞
本実施形態の曲げセンサと、第一実施形態の曲げセンサと、の相違点は、高抵抗層と絶縁層との間に、補強層が介在している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１１に、本実施形態の曲げセンサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００９８】
図１１に示すように、高抵抗層２と絶縁層４との間には、補強層９１が介在している。補強層９１は、アクリルゴム製である。補強層９１は、絶縁層４よりも、ヤング率が小さい。
【００９９】
本実施形態の曲げセンサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の曲げセンサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の曲げセンサ１によると、補強層９１にクラック３１が進入しにくい。このため、高抵抗層２にクラック３１が進入するのを、抑制することができる。
【０１００】
＜第五実施形態＞
本実施形態の曲げセンサと、第一実施形態の曲げセンサと、の相違点は、３つのセンサ分割体が線状に並んで配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１２（ａ）に、本実施形態の曲げセンサの、３つのセンサ分割体を直線状に配置した場合の模式図を示す。図１２（ｂ）に、同曲げセンサの、３つのセンサ分割体を曲線状に配置した場合の模式図を示す。なお、図２と対応する部位については同じ符号で示す。
【０１０１】
図１２（ａ）に示すように、曲げセンサ１は、３つのセンサ分割体１ａ〜１ｃを備えている。センサ分割体１ａ〜１ｃは、直線状に連なっている。また、センサ分割体１ａ〜１ｃは、所定間隔ずつ離間して配置されている。つまり、センサ分割体１ａ〜１ｃは、点線状に連なっている。
【０１０２】
センサ分割体１ａ〜１ｃの構成は、図２に示す曲げセンサ１同様である。すなわち、センサ分割体１ａ〜１ｃは、各々、高抵抗層分割体（図２の高抵抗層２に相当）、低抵抗層分割体（図２の低抵抗層３に相当）、絶縁層分割体（図２の絶縁層４に相当）、被覆層分割体（図２の被覆層６に相当）、基材分割体（図２の基材７に相当）を備えている。
【０１０３】
センサ分割体１ａ〜１ｃ各々の長手方向両端には、一対の電極部５Ｌ、５Ｒが配置されている。電極部５Ｌは、高抵抗層分割体の長手方向一端および低抵抗層分割体の長手方向一端に、電気的に接続されている。電極部５Ｒは、高抵抗層分割体の長手方向他端および低抵抗層分割体の長手方向他端に、電気的に接続されている。
【０１０４】
図１２（ｂ）に示すように、曲げセンサ１は、３つのセンサ分割体１ａ〜１ｃを備えている。センサ分割体１ａ〜１ｃは、曲線状に連なっている。また、センサ分割体１ａ〜１ｃは、連続して配置されている。つまり、センサ分割体１ａ〜１ｃは、実線状に連なっている。
【０１０５】
センサ分割体１ａ〜１ｃの構成は、図２に示す曲げセンサ１同様（図１２（ａ）同様）である。センサ分割体１ａ〜１ｃは、各々、湾曲している。図１２（ｂ）の曲げセンサ１によると、長手方向に沿って、電極部５ａ、センサ分割体１ａ、電極部５ｂ、センサ分割体１ｂ、電極部５ｃ、センサ分割体１ｃ、電極部５ｄが並んでいる。すなわち、電極部５ａ〜５ｄと、センサ分割体１ａ〜１ｃと、が交互に並んでいる。
【０１０６】
センサ分割体１ａ、１ｃの曲率の向きと、センサ分割体１ｂの曲率の向きと、は互いに反対である。図１２（ｂ）の電極部５ｂは、図１２（ａ）のセンサ分割体１ａ用の電極部５Ｒと、センサ分割体１ｂ用の電極部５Ｌと、を兼ねている。また、図１２（ｂ）の電極部５ｃは、図１２（ａ）のセンサ分割体１ｂ用の電極部５Ｒと、センサ分割体１ｃ用の電極部５Ｌと、を兼ねている。
【０１０７】
本実施形態の曲げセンサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の曲げセンサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の曲げセンサ１によると、被装着部材の所望の部位に、曲げセンサ１を配置しやすくなる。
【０１０８】
また、本実施形態の曲げセンサ１によると、高抵抗層分割体、低抵抗層分割体の固有抵抗に起因する測定誤差を小さくすることができる。したがって、小さな変形についても、高精度で検出することができる。
【０１０９】
また、本実施形態の曲げセンサ１によると、オフ状態における、任意のセンサ分割体１ａ〜１ｃの、高抵抗層分割体の電気抵抗および低抵抗層分割体の電気抵抗の合成抵抗は、１０ｋΩ以下に設定されている。この点においても、本実施形態の曲げセンサ１によると、小さな変形を高精度で検出することができる。
【０１１０】
＜第六実施形態＞
本実施形態の曲げセンサと、第一実施形態の曲げセンサと、の相違点は、基材の荷重出力側の面に、低抵抗層と高抵抗層とが並んで配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
【０１１１】
図１３に、本実施形態の曲げセンサの前後方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図１３に示すように、基材７の上面の前部分には、高抵抗層２が印刷されている。また、基材７の上面の後部分には、絶縁層４と低抵抗層３とが積層して印刷されている。また、基材７の上面には、図１３に点線で示すように、左右一対の電極部５Ｌ、５Ｒが印刷されている。電極部５Ｌは、高抵抗層２の左端と低抵抗層３の左端とを、電気的に接続している。電極部５Ｒは、高抵抗層２の右端と低抵抗層３の右端とを、電気的に接続している。被覆層６は、高抵抗層２、低抵抗層３、絶縁層４、一対の電極５Ｌ、５Ｒを、上方から覆っている。
【０１１２】
本実施形態の曲げセンサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の曲げセンサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の曲げセンサ１によると、上方（荷重出力側）または下方（荷重入力側）から見て、高抵抗層２と低抵抗層３とが重複していない。つまり、高抵抗層２と低抵抗層３とが、クラックの進展方向に並んでいない。このため、高抵抗層２にクラックが進入するのを、抑制することができる。
【０１１３】
＜その他＞
以上、本発明の曲げセンサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【０１１４】
第一実施形態においては、エポキシ樹脂３２に対する導電性フィラーの形状により、高抵抗層２と低抵抗層３との間に電気抵抗の較差を設定した。しかしながら、導電性フィラーの材質、充填率などにより、高抵抗層２と低抵抗層３との間に電気抵抗の較差を設定してもよい。また、他の方法で高抵抗層２および低抵抗層３の体積抵抗率を調整することにより、高抵抗層２と低抵抗層３との間に電気抵抗の較差を設定してもよい。
【０１１５】
第二実施形態においては、高抵抗層２の前後方向の合計長を短くすることにより、一対の電極部５Ｌ、５Ｒの配置方向に対して、直交する方向の断面積を小さくした。しかしながら、高抵抗層２の上下方向の肉厚を小さくすることにより、当該断面積を小さくしてもよい。また、高抵抗層２を折り返して冗長的に配置することにより、高抵抗層２の実質長を長くしてもよい。
【０１１６】
第一実施形態、第二実施形態においては、電極部５Ｌ、５Ｒ、高抵抗層２、絶縁層４、低抵抗層３、被覆層６を、基材７の上面に積層して印刷した。しかしながら、各層の形成方法は、印刷法に特に限定しない。例えば、塗料から形成する方法として、ディップ法、スプレー法、バーコート法などを採用してもよい。また、塗料からではなく、上記各層を別途準備して、基材７に取り付けてもよい。例えば、各層を、各々、金型でプレス成形し、貼り合わせてもよい。第五実施形態においては、３つのセンサ分割体１ａ〜１ｃを配置したが、センサ分割体１ａ〜１ｃの配置数は特に限定しない。
【０１１７】
上記実施形態においては、絶縁層４に絶縁性フィラーとしてシリカ球状粒子を分散した。しかしながら、絶縁性フィラーは、分散しなくてもよい。上記実施形態においては、絶縁層４の内部まで、クラック３１の先端３１１を到達させた。しかしながら、先端３１１を、絶縁層４まで到達させなくてもよい。
【０１１８】
また、図４に示すように、クラック形成用型８０の型面８００の曲率半径を小さくすることにより、クラック３１の密度を大きくしてもよい。こうすると、低抵抗層３に多数のクラック３１を形成することができる。クラック３１の配置数は特に限定しない。単一でも複数でもよい。
【０１１９】
被覆層６、９０の材質は、特に限定しない。絶縁材料であればよい。また、被覆層６、９０を配置しなくてもよい。電極部５Ｌ、５Ｒの数、配置場所についても適宜設定すればよい。例えば、三つ以上の電極部５Ｌ、５Ｒを等間隔ごとに配置し、隣り合う一対の電極部５Ｌ、５Ｒ間ごとに、電気抵抗を測定してもよい。
【０１２０】
補強層９１の材質は、特に限定しない。例えば、被覆層６、９０と同じ材質にしてもよい。また、補強層９１として、空間を配置してもよい。具体的には、絶縁層４と高抵抗層２との間に、スペーサを配置してもよい。すなわち、補強層９１は、クラック３１の進展を抑制できればよい。また、補強層９１と絶縁層４とを一体に配置してもよい。例えば、材料の脆性を高くするフィラーを、絶縁層４側に多く、補強層９１側に少なく、含有する傾斜機能層を配置してもよい。
【０１２１】
基材７は、高抵抗層２の一面の弾性変形を拘束できるものであればよい。上記実施形態のＰＩの他、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの屈曲性を有する樹脂フィルムが好適である。基材７の肉厚は、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下とすることが望ましい。
【０１２２】
高抵抗層２、低抵抗層３、絶縁層４の形状、大きさなどは特に限定しない。これらは、曲げセンサ１の用途などに応じて適宜決定すればよい。例えば、高抵抗層２、低抵抗層３、絶縁層４の肉厚は、曲げセンサ１の小型化、薄型化などの観点から、１０μｍ以上５００μｍ以下とすることが望ましい。２５０μｍ以下がより好適である。高抵抗層２、低抵抗層３、絶縁層４の肉厚を小さくすると、基材７による曲げ変形誘起の効果が発揮されやすい。
【０１２３】
高抵抗層２、低抵抗層３、絶縁層４の母材は、樹脂およびエラストマーの中から、導電性フィラー、絶縁性フィラーとの相溶性などを考慮して、適宜選択すればよい。特に、高抵抗層用塗料、低抵抗層用塗料、絶縁層用塗料から高抵抗層２、低抵抗層３、絶縁層４を形成する場合には、塗料化が可能な材料を選択することが望ましい。すなわち、自身が液状の材料、あるいは溶剤などに可溶な材料を選択するとよい。
【０１２４】
例えば、熱可塑性樹脂として、ＰＥ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、溶剤に可溶であるという理由から、ポリアミド、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが好適である。
【０１２５】
また、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ＰＩなどが挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂が好適である。エポキシ樹脂の硬化前樹脂には、比較的低粘度の液状のものが多い。よって、溶剤を使用せずに塗料化が可能である。また、導電性フィラー、絶縁性フィラーとの相溶性も良好である。このため、導電性フィラーを、略単粒子状態でかつ高充填率で配合しやすい。エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂（Ａ型、Ｆ型、ＡＤ型）、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。
【０１２６】
また、エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム［エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）など］、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ、Ｂｒ−ＩＩＲなど）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックスなどが挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系などの各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が良好なＥＰＤＭ、ＮＢＲ、シリコーンゴムが好適である。また、液状ＩＲ、液状ＢＲ、ＲＴＶ型（室温硬化型）シリコーンゴムは、硬化前に液状であり、溶剤を使用せずに塗料化可能である点で、好適である。
【０１２７】
低抵抗層３の導電性フィラーは、導電性を有するものであれば、特に限定しない。例えば、炭素材料、金属などの微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。例えば、導電性フィラーのアスペクト比（短辺に対する長辺の比）は、１以上２以下の範囲が望ましい。アスペクト比が２より大きくなると、導電性フィラー同士の接触により一次元的な導電パスＰが形成されやすいからである。特に、母材中の導電性フィラーの充填状態を、より最密充填状態に近づけるという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状（略真球状）の粒子を採用するとよい。
【０１２８】
例えば、導電性フィラーとしては、カーボンビーズが好適である。カーボンビーズは、導電性が良好で、比較的安価である。また、略真球状を呈しているため、高充填率で配合することができる。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ［ＭＣＭＢ６−２８（平均粒子径約６μｍ）、ＭＣＭＢ１０−２８（平均粒子径約１０μｍ）、ＭＣＭＢ２５−２８（平均粒子径約２５μｍ）］、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ：ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ、ニカビーズＰＣ、ニカビーズＭＣ、ニカビーズＭＳＢ［ＩＣＢ０３２０（平均粒子径約３μｍ）、ＩＣＢ０５２０（平均粒子径約５μｍ）、ＩＣＢ１０２０（平均粒子径約１０μｍ）、ＰＣ０７２０（平均粒子径約７μｍ）、ＭＣ０５２０（平均粒子径約５μｍ）］、日清紡社製のカーボンビーズ（平均粒子径約１０μｍ）などが挙げられる。
【０１２９】
また、導電性フィラーの充填率は、低抵抗層３の全体の体積を１００体積％とした場合の３０体積％以上であることが望ましい。３０体積％未満の場合には、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されにくく、所望の導電性が発現しにくい。また、低抵抗層３の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。３５体積％以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、低抵抗層３の全体の体積を１００体積％とした場合の６５体積％以下であることが望ましい。６５体積％を超えると、低抵抗層３が弾性変形しにくくなる。また、母材への混合が困難となり、成形加工性が低下する。さらに、低抵抗層用塗料を調製しにくくなる。５５体積％以下であるとより好適である。
【０１３０】
母材中、導電性フィラーは、できるだけ凝集せず一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径や母材との相溶性などを考慮するとよい。例えば、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。０．０５μｍ未満の場合には、凝集して二次粒子を形成しやすい。０．５μｍ以上、さらには１μｍ以上であると好適である。反対に、平均粒子径が１００μｍを超えると、弾性変形による導電性フィラーの並進運動（平行運動）が、粒子径に比べて相対的に小さくなり、弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢となる。また、低抵抗層３の肉厚を小さくしにくくなる。６０μｍ以下、さらには３０μｍ以下であると好適である。
【０１３１】
高抵抗層２の導電性フィラーは、導電性を有するものであれば、特に限定しない。例えば、炭素材料、金属などの微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。例えば、導電性フィラーのアスペクト比（短辺に対する長辺の比）は、２以上である方が望ましい。アスペクト比が２以上の場合、導電性フィラー同士の接触により一次元的な導電パスＰが形成されやすく、伸張しても導電パスＰが切れにくいからである。
【０１３２】
例えば、導電性フィラーとしては、高ストラクチャーの導電性カーボンが好適である。具体的には、ライオン社製のケッチェンブラック（ＥＣ３００Ｊ（ＤＢＰ吸油量  ３６０ｍｌ／１００ｇ））、（ＥＣ６００ＪＤ（ＤＢＰ吸油量４９５ｍｌ／１００ｇ））、キャボット社製のＶＵＬＣＡＮ  ＸＣ−７２（ＤＢＰ吸油量１７８ｍｌ／１００ｇ）、キャボット社製のＢＰ−２０００（ＤＢＰ吸油量３００ｍｌ／１００ｇ）、三菱化学社製の＃３９５０（ＤＢＰ吸油量３３０ｍｌ／１００ｇ）、＃３０５０Ｂ（ＤＢＰ吸油量１８０ｍｌ／１００ｇ）、＃４３５０（ＤＢＰ吸油量１７１ｍｌ／１００ｇ）、電気化学工業社製のＨＳ−１００（ＤＢＰ吸油量１５０ｍｌ／１００ｇ）、東海カーボン社製のＴＢ＃５５００（ＤＢＰ吸油量１５５ｍｌ／１００ｇ）などが挙げられる。
【０１３３】
また、導電性フィラーの充填率は、高抵抗層２の全体の体積を１００体積％とした場合の１０体積％以上３０体積％以下であることが望ましい。１０体積％未満の場合には、導電性フィラーによる導電パスＰが形成されにくく、所望の導電性が発現しにくい。また、高抵抗層２の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。１５体積％以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、高抵抗層２の全体の体積を１００体積％とした場合の３０体積％以下であることが望ましい。３０体積％を超えると、高抵抗層２が弾性変形しにくくなる。また、母材への混合が困難となり、成形加工性が低下する。さらに、高抵抗層用塗料を調製しにくくなる。２５体積％以下であるとより好適である。
【０１３４】
母材中、導電性フィラーは、できるだけ高次連鎖構造を形成している方が望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径や母材との相溶性などを考慮するとよい。例えば、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以下であることが望ましい。
【０１３５】
このように、高抵抗層２の導電性フィラーは、クラック３１の発生を抑制するため（多少伸長しても抵抗変化が小さいようにするため）、高ストラクチャー、高アスペクト比である方が望ましい。また、母材中で凝集し、二次構造（鎖状）で存在する方が望ましい。また、充填率が大きいとクラック３１が入りやすいため、高抵抗層２の全体の体積を１００体積％とした場合の１０体積％以上３０体積％以下が望ましい。また、ＤＢＰ吸油量は、１００ｍｌ／１００ｇ以上である方が望ましい。また、アスペクト比は、２以上である方が望ましい。こうすると、高抵抗層２に対するクラック３１の発生を抑制することができる。このため、オン抵抗Ｒｏｎ以下の抵抗増加を示さなくなる。
【０１３６】
絶縁性フィラーは、絶縁性を有し、クラックを貫通させるために、球状であるものが好適である。例えば、電気化学工業社製の球状シリカ（ＦＢ−７ＳＣＤ（平均粒子径５．８μｍ）、ＦＢ−５ＳＣＤ（平均粒子径４．５μｍ）、ＦＢ−３ＳＣＤ（平均粒子径３．４μｍ））、古河電子社製の球状窒化アルミ（ＦＡＮ−ｆ０５（平均粒子径６μｍ）、アドマテックス製の球状シリカ（ＳＯ−Ｃ６（平均粒子径２．２μｍ）、球状アルミナ（ＡＯ−５２０（平均粒子径２０μｍ））などの微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。
【０１３７】
高抵抗層２、低抵抗層３は、例えば、次のようにして製造することができる。母材に熱可塑性樹脂を選択した場合には、加熱溶融した熱可塑性樹脂に、導電性フィラー、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形、射出成形などを行う。その後、低抵抗層３にクラック３１を形成する。
【０１３８】
また、母材に熱硬化性樹脂を選択した場合には、硬化前樹脂に、硬化剤、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形などにより硬化させる。その後、低抵抗層３にクラック３１を形成する。
【０１３９】
一方、母材にエラストマーを選択した場合は、まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤などの添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物をシート状に成形し、それを金型に充填してプレス加硫する。その後、低抵抗層３にクラック３１を形成する。
【０１４０】
また、高抵抗層２、低抵抗層３の肉厚を小さくするためには、高抵抗層用塗料、低抵抗層用塗料から形成することが望ましい。すなわち、まず、樹脂またはエラストマーなどの母材の形成成分を含む高抵抗層用塗料、低抵抗層用塗料を調製する。次に、調製した高抵抗層用塗料、低抵抗層用塗料を、基材７に塗布し、乾燥させる。なお、熱硬化樹脂を使用した場合は、高抵抗層用塗料、低抵抗層用塗料を塗布した後、硬化させればよい。また、エラストマーを使用した場合は、乾燥と同時に、あるいは乾燥後に、架橋反応を進行させればよい。
【０１４１】
高抵抗層用塗料、低抵抗層用塗料の塗布方法は、種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィーなどの印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法などが挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。さらに、高抵抗層２、低抵抗層３、電極部５Ｌ、５Ｒ、絶縁層４を同様の方法で形成することができるため、各層を集積化しやすい。印刷法の中でも、高粘度の塗料も使用可能であり、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。本発明の曲げセンサは、ドア、窓などの開閉部の挟み込み検知用や、車両の衝突検知用などとして用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012060427.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012060427.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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