(57)【要約】【課題】糸状素子の伸縮歪みを容易かつ確実に検出することができる歪みセンサー及び歪みセンサーの製造方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る歪みセンサーは、カーボンナノチューブ糸及び糸状導体を備え、このカーボンナノチューブ糸及び糸状導体が結び合わされた結合部分を有する。前記カーボンナノチューブ糸及び糸状導体の少なくとも結合部分が合成樹脂によって被覆されているとよい。前記合成樹脂が熱可塑性樹脂であるとよい。本発明に係る歪みセンサーの製造方法は、カーボンナノチューブ糸及び糸状導体を結び合わせる工程を備える。前記結び合わせ工程前にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体の外周側をそれぞれ熱可塑性樹脂で被覆する工程と、前記結び合わせ工程後にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体の結合部分の熱可塑性樹脂を溶融させる工程と、前記溶融工程後にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体を圧接する工程とを備えるとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ糸及び糸状導体を備え、このカーボンナノチューブ糸及び糸状導体が結び合わされた結合部分を有する歪みセンサー。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ糸及び糸状導体の少なくとも結合部分が合成樹脂によって被覆されている請求項１に記載の歪みセンサー。
【請求項３】
前記合成樹脂が熱可塑性樹脂である請求項２に記載の歪みセンサー。
【請求項４】
カーボンナノチューブ糸及び糸状導体を結び合わせる工程を備える歪みセンサーの製造方法。
【請求項５】
前記結び合わせ工程前にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体の外周側をそれぞれ熱可塑性樹脂で被覆する工程と、
前記結び合わせ工程後にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体の結合部分の熱可塑性樹脂を溶融させる工程と、
前記溶融工程後にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体を圧接する工程と
を備える請求項４に記載の歪みセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪みセンサー及び歪みセンサーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばロボット、ウェアラブルデバイス等の検出素子として、伸縮歪みを検出する歪みセンサーの用途が広がっている。これに合わせて、歪みセンサーへのニーズも多様化しており、糸状の歪みセンサーへのニーズも高まっている。
【０００３】
糸状の歪みセンサーとしては、例えば棒状のゴム材料にカーボンナノファイバー等の炭素材料を添加した歪みセンサーが提案されている（特開２００８−３７９０６号公報参照）。この歪みセンサーは、ゴム材料の伸縮歪みに起因する電気特性の変化を測定可能に構成されている。この歪みセンサーは、ゴム材料表面への金属の蒸着や、導電性接着剤を用いたゴム材料表面への金属の貼り付けによって、ゴム材料の長手方向両端近傍に電極が積層されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３７９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記公報に記載の歪みセンサーは、電極がゴム材料表面への金属の蒸着や、導電性接着剤を用いたゴム材料表面への金属の貼り付けによって形成されているため、ゴム材料の伸縮に起因してこの電極の一部分又は全部分がゴム材料から剥離するおそれがある。また、この歪みセンサーは、電極の一部分又は全部分が剥離することで、電極の積層部分の電気抵抗が上昇したり、断線により電気特性の変化を測定できなくなるおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、配線接続を確実にすることで糸状素子の伸縮歪みを容易かつ確実に検出することができる歪みセンサー及び歪みセンサーの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するためになされた本発明は、カーボンナノチューブ糸及び糸状導体を備え、このカーボンナノチューブ糸及び糸状導体が結び合わされた結合部分を有する歪みセンサーである。
【０００８】
当該歪みセンサーは、前記カーボンナノチューブ糸及び糸状導体の少なくとも結合部分が合成樹脂によって被覆されているとよい。
【０００９】
前記合成樹脂が熱可塑性樹脂であるとよい。
【００１０】
また、前記課題を解決するためになされた本発明は、カーボンナノチューブ糸及び糸状導体を結び合わせる工程を備える歪みセンサーの製造方法である。
【００１１】
当該歪みセンサーの製造方法は、前記結び合わせ工程前にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体の外周側をそれぞれ熱可塑性樹脂で被覆する工程と、前記結び合わせ工程後にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体の結合部分の熱可塑性樹脂を溶融させる工程と、前記溶融工程後にカーボンナノチューブ糸及び糸状導体を圧接する工程とを備えるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る歪みセンサーは、カーボンナノチューブ糸が長手方向に伸縮することで抵抗値（電気抵抗）が変化する。そのため、当該歪みセンサーは、カーボンナノチューブ糸の両端間の抵抗値を測定することで伸縮歪みを検出することができる。当該歪みセンサーは、カーボンナノチューブ糸に糸状導体が結び合わされているので、この糸状導体をリード線として用いることで、カーボンナノチューブ糸の両端側の抵抗値を容易に測定することができる。当該歪みセンサーは、カーボンナノチューブ糸と糸状導体とが結び合わせによって強固に連結されるので、配線接続が確実となることでカーボンナノチューブ糸の伸縮歪みを容易かつ確実に検出することができる。
【００１３】
当該歪みセンサーの製造方法は、カーボンナノチューブ糸及び糸状導体を結び合わせる工程を備えるので、カーボンナノチューブ糸及び糸状導体を強固に連結することができる。そのため、当該歪みセンサーの製造方法は、カーボンナノチューブ糸と糸状導体との配線接続が確実となることでカーボンナノチューブ糸の伸縮歪みを容易かつ確実に検出可能な歪みセンサーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る歪みセンサーを示す模式図である。
【図２】図１の歪みセンサーとは異なる実施形態に係る歪みセンサーを示す模式図である。
【図３】図２の歪みセンサーの製造方法の被覆工程を示す模式図である。
【図４】図２の歪みセンサーの製造方法の結び合わせ工程を示す模式図である。
【図５】図２の歪みセンサーの製造方法の圧接工程後の歪みセンサーを示す模式図である。
【図６】図１及び図２の歪みセンサーと異なる実施形態に係る歪みセンサーを示す模式図である。
【図７】図１、図２及び図６の歪みセンサーと異なる実施形態に係る歪みセンサーを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００１６】
［第一実施形態］
＜歪みセンサー＞
図１の歪みセンサー１は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）糸２と、糸状導体３とを備える。当該歪みセンサー１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３が結び合わされた結合部分を有する。
【００１７】
（ＣＮＴ糸）
ＣＮＴ糸２は、ＣＮＴ束から形成することができる。このＣＮＴ束は、複数のＣＮＴ（単繊維）をＣＮＴ糸２の長手方向に概略配向した繊維束である。ＣＮＴ束は、電気抵抗を調整するために、絶縁性を有する繊維（絶縁性繊維）を含んでもよい。
【００１８】
ＣＮＴ糸２は、長手方向に引き揃えられた複数のＣＮＴが互いにオーバーラップしながら接触し、電気的に接続されることによって電流パスを形成することで導電性を有する。ＣＮＴ糸２は、特にＣＮＴ間の接触面積が限られることによってある程度の電気抵抗を示す。そして、ＣＮＴ糸２が長手方向に伸縮すると、ＣＮＴ同士の接触具合に変化が起こり、ＣＮＴ糸２の抵抗値に変化を生じる。
【００１９】
ＣＮＴ糸２の平均径の下限としては、０．５μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。一方、ＣＮＴ糸２の平均径の上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。前記平均径が前記下限に満たないと、ＣＮＴ糸２の電気抵抗が大きくなることで当該歪みセンサー１の電気抵抗の初期値が大きくなり、検出精度が不十分となるおそれがある。逆に、前記平均径が前記上限を超えると、ＣＮＴ糸２の成形が困難になるおそれや、ＣＮＴ糸２の中心部のＣＮＴが不規則に移動して検出精度が不十分となるおそれがある。なお、「平均径」とは、真円に換算した場合の平均径を意味する。
【００２０】
〈ＣＮＴ〉
前記ＣＮＴとしては、単層のシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）や、多層のマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）のいずれも用いることができる。中でも、導電性及び熱容量等の点から、ＭＷＮＴが好ましく、直径１．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＭＷＮＴがさらに好ましい。
【００２１】
前記ＣＮＴは、公知の方法で製造することができ、例えばＣＶＤ法、アーク法、レーザーアブレーション法、ＤＩＰＳ法、ＣｏＭｏＣＡＴ法等により製造することができる。中でも、所望するサイズのＣＮＴ（ＭＷＮＴ）を効率的に得ることができる点から、鉄を触媒とし、エチレンガスを用いたＣＶＤ法により製造することが好ましい。この場合、石英ガラス基板や酸化膜付きシリコン基板等の基板に、触媒となる鉄又はニッケル薄膜を成膜した上に、垂直配向して成長した所望の長さのＣＮＴの結晶を得ることができる。
【００２２】
〈絶縁性繊維〉
前記ＣＮＴ束における前記絶縁性繊維の配合量は、得ようとする電気抵抗に応じて定められる。前記ＣＮＴ束中の絶縁性繊維の配合率の下限としては、０％である。一方、前記絶縁性繊維の配合率の上限としては、５０体積％が好ましい。前記絶縁性繊維の配合率が前記上限を超えると、ＣＮＴ間の接触が不確実となり、当該歪みセンサー１の検出精度が不十分となるおそれがある。
【００２３】
前記絶縁性繊維としては、任意の化学繊維を使用することができる。前記絶縁性繊維に伸縮性は必須とされないが、伸縮性を有する絶縁性繊維を使用することで、ＣＮＴ糸２の強度を向上することができる。前記絶縁性繊維として使用できる伸縮性を有する繊維としては、例えばスパンデックス（伸縮性ウレタン繊維）等が挙げられる。
【００２４】
また、前記絶縁性繊維の直径としては、ＣＮＴと同様の範囲とすることができ、ＣＮＴと略等しいことが好ましい。
【００２５】
ＣＮＴによってＣＮＴ束ひいてはＣＮＴ糸２を形成する方法としては、成長用基板上に触媒層を形成し、ＣＶＤ法により一定の方向に配向した複数のＣＮＴを成長させ、天然糸を紡ぐのと同様に、複数のＣＮＴを連続して引き出す方法が挙げられる。前記絶縁性繊維の混糸は、例えばＣＮＴが形成された成長用基板上に絶縁性繊維を散布することによって可能である。つまり、成長用基板上の一部のＣＮＴを引き出すことで、他のＣＮＴ及び絶縁性繊維が追従して一方向に引き揃えられて連続するＣＮＴ束を引き出すことができる。このＣＮＴ束を複数束ねたものや撚り合わせたものをＣＮＴ糸２として使用してもよい。
【００２６】
（糸状導体）
糸状導体３は、ＣＮＴ糸２の検出信号を電気的に取り出すためのリード線として用いられる。糸状導体３は、導電性を有する。また、糸状導体３は、ＣＮＴ糸２と強固に結び合わせ可能な程度の柔軟性を有する。糸状導体３としては、ステンレス等の金属製の導電糸、カーボン系の導電糸、金属又は合金のメッキ層を有する絶縁性繊維の糸、導電性樹脂繊維により形成される糸等が挙げられる。中でも、耐久性、低重量性、伸縮性等に優れる金属又は合金のメッキ層を有する絶縁性繊維の糸が好ましい。
【００２７】
糸状導体３の平均径の下限としては、０．５μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。一方、糸状導体３の平均径の上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。前記平均径が前記下限に満たないと、糸状導体３の強度が不十分となるおそれがある。また、前記平均径が前記下限に満たないと、糸状導体３の平均径がＣＮＴ糸２の平均径よりも小さくなり過ぎてＣＮＴ糸２を糸状導体３に強固に結び合わせられないおそれがある。逆に、前記平均径が前記上限を超えると、糸状導体３の平均径がＣＮＴ糸２の平均径よりも大きくなり過ぎて糸状導体３をＣＮＴ糸２と強固に結び合わせることが困難になるおそれがある。
【００２８】
ＣＮＴ糸２の平均径と糸状導体３の平均径との差の絶対値の上限としては、２ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。前記差の絶対値が前記上限を超えると、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を強固に結び合わせることが困難になるおそれがある。一方、前記差の絶対値は小さい保護好ましく、その下限としては、０ｍｍとすることができる。
【００２９】
（結び合わせ構造）
ＣＮＴ糸２及び糸状導体３は、長手方向における一方側の端部同士が結び合わされている。ＣＮＴ糸２及び糸状導体３は、一方側の端部同士が結び合わされることで直列接続されている。ＣＮＴ糸２及び糸状導体３は、この結合部分において直接的に接触しており、かつこの接触状態が保持されている。より具体的には、この結合部分においては、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の少なくとも一方が他方によって締め付けられている。ＣＮＴ糸２及び糸状導体３は、このように少なくとも一方が他方によって締め付けられることで強固に連結されている。なお、この結合部分において、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３はより強固に連結する点からは互いに締め付けられることが好ましいが、一方が他方を締め付けているだけでもよい。
【００３０】
ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結び方としては、特に限定されるものではなく、例えば本結び、電車結び、八の字結び等が挙げられる。
【００３１】
＜製造方法＞
当該歪みセンサー１の製造方法は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を結び合わせる工程（結び合わせ工程）を備える。
【００３２】
（結び合わせ工程）
前記結び合わせ工程では、ＣＮＴ糸２の一方側の端部と糸状導体３の一方側の端部とを結び合わせる。ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結び合わせ方法としては、特に限定されるものではなく、前述の本結び、電車結び、八の字結び等が挙げられる。
【００３３】
＜利点＞
当該歪みセンサー１は、ＣＮＴ糸２が長手方向に伸縮することで抵抗値（電気抵抗）が変化する。そのため、当該歪みセンサー１は、ＣＮＴ糸２の両端間の抵抗値を測定することで伸縮歪みを検出することができる。当該歪みセンサー１は、ＣＮＴ糸２に糸状導体３が結び合わされているので、この糸状導体３をリード線として用いることで、ＣＮＴ糸２の両端側の抵抗値を容易に測定することができる。当該歪みセンサー１は、ＣＮＴ糸２と糸状導体３とが結び合わせによって強固に連結されるので、配線接続が確実となることでＣＮＴ糸２の伸縮歪みを容易かつ確実に検出することができる。
【００３４】
当該歪みセンサーの製造方法は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を結び合わせる工程を備えるので、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を強固に連結することができる。そのため、当該歪みセンサーの製造方法は、配線接続が確実となることでＣＮＴ糸２の伸縮歪みを容易かつ確実に検出可能な歪みセンサー１を製造することができる。
【００３５】
［第二実施形態］
図２の歪みセンサー１１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を備え、このＣＮＴ糸２及び糸状導体３が結び合わされた結合部分を有する。また、当該歪みセンサー１１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の少なくとも結合部分を被覆する合成樹脂層１２を備える。当該歪みセンサー１１は、合成樹脂層１２を備える以外は図１の歪みセンサー１と同様の構成を有する。そのため、以下では合成樹脂層１２についてのみ説明する。
【００３６】
（合成樹脂層）
合成樹脂層１２は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の少なくとも結合部分の全周を被覆している。これにより、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の少なくとも結合部分は合成樹脂によって被覆されている。当該歪みセンサー１１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の少なくとも結合部分が合成樹脂によって被覆されていることによって、結合部分におけるＣＮＴ糸２及び糸状導体３の接触状態を安定的に維持すると共に、結合部分が周囲の物体に接触して損傷することや、結合部分に異物が混入して電気的接触を阻害することを防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態において、合成樹脂層１２は、ＣＮＴ糸２の長手方向における結合部分の反対側の端部、及び糸状導体３の長手方向における結合部分の反対側の端部を除く全周を被覆している。つまり、当該歪みセンサー１１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分の反対側の端部以外の部分が合成樹脂によって被覆されている。これにより、当該歪みセンサー１１は、ＣＮＴ糸２や糸状導体３の損傷や、異物混入に起因するＣＮＴ糸２の電気的接触の阻害を抑制することができ、ＣＮＴ糸２の伸縮歪みをより的確に検出することができる。なお、合成樹脂層１２は、ＣＮＴ糸２の長手方向における結合部分の反対側の端部、及び糸状導体３の長手方向における結合部分の反対側の端部を含む全周を被覆していてもよい。
【００３８】
前記合成樹脂としては、例えばフェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、尿素樹脂（ユリア樹脂、ＵＦ）、不飽和ポリエステル（ＵＰ）、熱硬化性ポリウレタン、アルキド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、熱可塑性ポリウレタン、フッ素樹脂、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ）、ポリメチルメタアクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）等の熱可塑性樹脂が挙げられる。中でも、前記合成樹脂としては後述の製造方法によって前記結合部分におけるＣＮＴ糸２及び糸状導体３の接触を容易かつ確実に確保し易い熱可塑性樹脂が好ましく、伸縮性の点から熱可塑性ポリウレタンが特に好ましい。
【００３９】
合成樹脂層１２は、ＣＮＴ糸２の表層の少なくとも一部に含浸していることが好ましい。合成樹脂層１２は、ＣＮＴ糸２の表層の少なくとも一部に含浸することによって、ＣＮＴ糸２の外周側のＣＮＴ及び絶縁性繊維を保持し、ＣＮＴ及び絶縁性繊維の相互の位置関係の保持を補助する機能を果たすことができる。これによって、当該歪みセンサー１１の検出感度及び抵抗変化のリニアリティをさらに向上することができる。なお、合成樹脂層１２は、ＣＮＴを被覆してＣＮＴ間の電気的接触を阻害するため、ＣＮＴ糸２の中心部まで完全に含浸しないことが好ましい。
【００４０】
合成樹脂層１２は、水性エマルジョンから形成されていることが好ましい。水性エマルジョンとは、分散媒の主成分が水であるエマルジョンをいう。ＣＮＴは疎水性が高いため、合成樹脂層１２を水性エマルジョンから形成すると、例えば塗工や浸漬によりこの合成樹脂層１２を設けることで、合成樹脂層１２がＣＮＴ糸２の内部全体に含浸せずにＣＮＴ糸２の周囲又は表層の一部に充填された状態とすることができる。このようにすることで、合成樹脂層１２を形成する樹脂がＣＮＴ糸２内部全体に浸み込んで、当該歪みセンサー１１の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制することができる。なお、合成樹脂層１２が水性エマルジョンから形成される場合、当該歪みセンサー１１は、乾燥工程を経ることによって、より安定した合成樹脂層１２を形成することができる。
【００４１】
前記水性エマルジョンの分散媒の主成分は水であるが、その他の例えばアルコール等の親水性分散媒が含有されていてもよい。
【００４２】
前記結合部分の外周面上の合成樹脂層１２の平均厚さの下限としては、０．１μｍが好ましく、０．２μｍがより好ましい。一方、前記平均厚さの上限としては、４ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。前記平均厚さが前記下限に満たないと、前記結合部分におけるＣＮＴ糸２及び糸状導体３の接触状態を十分安定的に維持することが困難となるおそれがある。逆に、前記平均厚さが前記上限を超える場合、前記結合部分における合成樹脂の積層量が多くなり過ぎて後述の製造方法によってＣＮＴ糸２及び糸状導体３を十分に接触させ難くなるおそれがある。なお、「結合部分の外周面上の合成樹脂層の平均厚さ」とは、結合部分の外周面上の任意の５点における合成樹脂層の厚さの平均値をいう。
【００４３】
＜製造方法＞
次に、図３〜図５を参照して、当該歪みセンサー１１の製造方法を説明する。以下では、合成樹脂層１２を構成する合成樹脂が熱可塑性樹脂である場合について説明する。なお、合成樹脂層１２を構成する合成樹脂が熱硬化性樹脂である場合、例えば第一実施形態で説明した結び合わせ工程の後に、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の外周面を合成樹脂層１２で被覆することで当該歪みセンサー１１を製造することができる。
【００４４】
当該歪みセンサーの製造方法は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の外周側をそれぞれ熱可塑性樹脂で被覆する工程（被覆工程）と、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を結び合わせる工程（結び合わせ工程）と、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分の熱可塑性樹脂を溶融させる工程（溶融工程）と、前記溶融工程後にＣＮＴ糸２及び糸状導体３を圧接する工程（圧接工程）と、前記圧接工程後に結合部分の熱可塑性樹脂を硬化させる工程（硬化工程）とを備える。
【００４５】
（被覆工程）
前記被覆工程は、前記結び合わせ工程前に行われる。前記被覆工程では、図３に示すように、ＣＮＴ糸２の外周側に合成樹脂層１２ａを被覆し、かつ糸状導体３の外周側に合成樹脂層１２ｂを被覆する。前記被覆工程では、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の少なくとも一方側の端部の外周面を合成樹脂層１２ａ，１２ｂで被覆する。前記被覆工程では、例えばＣＮＴ糸２及び糸状導体３の外周側への前述の水性エマルジョンの塗工やこの水性エマルジョンへのＣＮＴ糸２及び糸状導体３の浸漬によって合成樹脂層１２ａ，１２ｂをＣＮＴ糸２及び糸状導体３の外周側に被覆させる。
【００４６】
（結び合わせ工程）
前記結び合わせ工程では、図４に示すように、ＣＮＴ糸２の一方側の端部と糸状導体３の一方側の端部とを結び合わせる。前記結び合わせ工程は、合成樹脂層１２ａ，１２ｂで被覆された状態でＣＮＴ糸２及び糸状導体３を結び合わせる以外、図１の歪みセンサー１の製造方法における結び合わせ工程と同様の手順で行われる。
【００４７】
（溶融工程）
前記溶融工程は、前記結び合わせ工程後に行われる。前記溶融工程では、例えばＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分を加熱することで、この結合部分においてＣＮＴ糸２及び糸状導体３をそれぞれ被覆する合成樹脂層１２ａ，１２ｂを溶融させる。なお、前記溶融工程では、ヒーター加熱によって合成樹脂層１２ａ，１２ｂを溶融させてもよく、マイクロ波加熱、超音波加熱等によって合成樹脂層１２ａ，１２ｂを溶融させてもよい。
【００４８】
（圧接工程）
前記圧接工程では、前記結合部分における合成樹脂層１２ａ，１２ｂが溶融した状態で、この結合部分におけるＣＮＴ糸２及び糸状導体３を圧接する。前記圧接工程では、例えばＣＮＴ糸２及び糸状導体３の長手方向における結合部分の外側の領域を結合部分と反対側に引っ張り合うことでＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分を圧接する。これにより、図５に示すように、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３が結合部分において直接接触する。
【００４９】
（硬化工程）
前記硬化工程では、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３が結合部分において直接接触した状態で、この結合部分の合成樹脂を硬化させる。前記硬化工程では、例えば結合部分の合成樹脂を冷却することでこの合成樹脂を硬化させてもよく、結合部分の合成樹脂を自然乾燥することでこの合成樹脂を硬化させてもよい。
【００５０】
＜利点＞
当該歪みセンサー１１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の少なくとも結合部分が合成樹脂によって被覆されていることで、この結合部分の結合状態を安定的に維持することができるので、ＣＮＴ糸２の伸縮歪みの検出精度を高めることができる。
【００５１】
当該歪みセンサーの製造方法は、当該歪みセンサー１１を製造することができる。特に、当該歪みセンサーの製造方法は、前記被覆工程によってＣＮＴ糸２及び糸状導体３に各々合成樹脂層１２ａ，１２ｂで被覆することで、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の取り扱い性が向上されるので、当該歪みセンサー１１の製造の容易化を図ることができる。
【００５２】
［第三実施形態］
＜歪みセンサー＞
図６の歪みセンサー２１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を備え、このＣＮＴ糸２及び糸状導体３が結び合わされた結合部分を有する。また、当該歪みセンサー２１は、ＣＮＴ糸２の結合部分以外の外周及び糸状導体３の結合部分以外の外周を被覆する一対の第１合成樹脂層２２ａ，２２ｂと、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分を被覆する第２合成樹脂層２２ｃとを備える。当該歪みセンサー２１のＣＮＴ糸２及び糸状導体３は、図１の歪みセンサー１のＣＮＴ糸２及び糸状導体３と同様の構成を有する。また、当該歪みセンサー２１の一対の第１合成樹脂層２２ａ，２２ｂは、結合部分に被覆されていない以外、図２の歪みセンサー１１の合成樹脂層１２と同様の構成を有する。そのため、以下では第２合成樹脂層２２ｃについてのみ説明する。
【００５３】
（第２合成樹脂層）
第２合成樹脂層２２ｃは、一対の第１合成樹脂層２２ａ，２２ｂの結合部分側の端部及びこれらの端部間に位置するＣＮＴ糸２及び糸状導体３の外周の全領域を被覆している。第２合成樹脂層２２ｃを構成する合成樹脂としては、図２の歪みセンサー１１の合成樹脂層１２を構成する合成樹脂と同様とすることができる。また、前記結合部分の外周面上の第２合成樹脂層２２ｃの平均厚さとしては、図２の歪みセンサー１１における結合部分の外周面上の合成樹脂層１２の平均厚さと同様とすることができる。
【００５４】
＜製造方法＞
当該歪みセンサー２１の製造方法は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分以外の外周側をそれぞれ合成樹脂で被覆する工程（第１被覆工程）と、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を結び合わせる工程（結び合わせ工程）と、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分の外周側を合成樹脂で被覆する工程（第２被覆工程）とを備える。なお、当該歪みセンサー２１の製造方法では、第１被覆工程及び第２被覆工程でＣＮＴ糸２及び糸状導体３の外周側を被覆する合成樹脂は熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。また、第１被覆工程及び第２被覆工程で被覆する合成樹脂は異なっていてもよい。
【００５５】
＜利点＞
当該歪みセンサー２１は、図２の歪みセンサー１１と同様、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の少なくとも結合部分が合成樹脂によって被覆されていることで、この結合部分の結合状態を安定的に維持することができるので、ＣＮＴ糸２の伸縮歪みの検出精度を高めることができる。
【００５６】
当該歪みセンサーの製造方法は、当該歪みセンサー２１を容易かつ確実に製造することができる。
【００５７】
［その他の実施形態］
なお、本発明に係る歪みセンサー及び歪みセンサーの製造方法は、前記態様の他、種々の変更、改変を施した態様で実施することができる。例えば、当該歪みセンサーは、ＣＮＴ糸の長手方向の両端部に一対の糸状導体が結び合わされていてもよい。
【００５８】
ＣＮＴ糸の一方側の端部の結び目と糸状導体の一方側の端部の結び目とは離れていてもよいが、接触していてもよい。当該歪みセンサーは、例えばＣＮＴ糸及び糸状導体の結合部分が合成樹脂によって被覆されている場合、前述の圧接工程でＣＮＴ糸及び糸状導体の長手方向における他端側の部分を結合部分と反対側に引っ張り合うことでＣＮＴ糸の一方側の端部の結び目と糸状導体の一方側の端部の結び目とを接触した状態で固定することができる。かかる構成によると、当該歪みセンサーを長手方向外側に引っ張った際に結び目同士が干渉し合うことで結合部分の安定性がより向上される。
【００５９】
当該歪みセンサーは、結合部分の結合強度を高める点からはＣＮＴ糸と糸状導体との結合部分にはそれぞれ結び目が形成されることが好ましい。しかしながら、当該歪みセンサーは、ＣＮＴ糸と糸状導体との結合部分に結び目を有しない構成を採用することも可能である。当該歪みセンサーは、例えばＣＮＴ糸の一端側の端部及び糸状導体の一端側の端部が熱可塑性樹脂に被覆された状態で、ＣＮＴ糸の一端側の端部を糸状導体に巻き付け、かつ糸状導体の一端側の端部をＣＮＴ糸に巻き付け、さらにこれらの部分を加熱することで合成樹脂を溶融させた状態でＣＮＴ糸及び糸状導体の長手方向における他端側の部分を結合部分と反対側に引っ張り合うことでＣＮＴ糸の一端側の端部と糸状導体の一方側の端部とを結合することができる。
【００６０】
当該歪みセンサーは、ＣＮＴ糸及び糸状導体の外周側をゴムで被覆してもよい。ＣＮＴ糸及び糸状導体の外周側を被覆するゴムとしては、例えば天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ＰＤＭＳ等が挙げられる。中でも強度等の点から天然ゴムが好ましい。当該歪みセンサーは、ＣＮＴ糸の外周側をゴムで被覆することで、結合部分の結合状態を安定的に維持することができると共に、ＣＮＴ糸の伸縮性を維持し易い。
【００６１】
図７に示すように、当該歪みセンサー３１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分に熱収縮チューブ３２が被覆されていてもよい。また、図７では、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の外周面が合成樹脂層１２によって被覆され、この合成樹脂層１２の外周面が熱収縮チューブ３２によって被覆された構成とされているが、この熱収縮チューブ３２は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３を直接被覆してもよい。当該歪みセンサー３１は、ＣＮＴ糸２及び糸状導体３の結合部分が熱収縮チューブ３２によって被覆されることで、結合部分の強度を高めることができると共に、結合部分の外面が滑らかになるので、この結合部分が他の部材等に引っかかることを抑制することでき、当該歪みセンサーの取扱性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の歪みセンサ素子は、ウェアラブルデバイス等の検出素子として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１，１１，２１，３１  歪みセンサー
２  カーボンナノチューブ糸
３  糸状導体
１２，１２ａ，１２ｂ  合成樹脂層
２２ａ，２２ｂ  第１合成樹脂層
２２ｃ  第２合成樹脂層
３２  熱収縮チューブ
【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】
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