(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に引き揃えられる複数のカーボンナノチューブを含む芯材と、
この芯材の周面を被覆し、伸縮性を有する合成樹脂又はゴムを主成分とする保護層と
を備え、
前記保護層の外周面に配設され、保護層の伸縮を部分的に規制する節形成部材をさらに備える糸状歪みセンサ素子。
【請求項２】
前記節形成部材が、保護層の外周面に螺旋状に巻き付けられる線状体又は帯状体である請求項１に記載の糸状歪みセンサ素子。
【請求項３】
前記節形成部材が導電性を有する請求項２に記載の糸状歪みセンサ素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の糸状歪みセンサ素子を編成又は織成してなる布帛状歪みセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、糸状歪みセンサ素子及び布帛状歪みセンサ素子に関する。
【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センサとして、伸縮歪みを検出する歪みセンサ素子の用途が広がっている。これに合わせて、歪みセンサ素子へのニーズも多様化している。中でも、細い糸状でかつ比較的大きな伸縮を検出できる歪みセンサ素子へのニーズがある。
【０００３】
糸状の歪みセンサ素子としては、糸状の伸縮可能な弾性体の周囲に螺旋状に導電線を捲回してなり、弾性体の伸縮に伴って捲回ピッチが変化する導電線間のインダクタンス又はキャパシタンスの測定することで、伸縮歪みを検出する歪みセンサ素子が提案されている（特開２０１１−０８９９２３号公報参照）。
【０００４】
前記公報に記載の歪みセンサ素子では、導電線の捲回ピッチが一定でなければ正確な歪を検出できない。このため、前記公報には、導電線を固定するために、導電線の上から、導電線と反対方向の螺旋状に補助部材を捲回することが開示されている。しかしながら、このように補助部材を捲回すると弾性体を長手方向に大きく伸縮させることは困難となる。従って、前記公報に記載の歪みセンサ素子では、検出精度と検出可能な歪の大きさとがトレードオフの関係となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０８９９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記不都合に鑑みて、本発明は、比較的大きな伸縮歪みを検出できる精度の高い糸状歪みセンサ素子及び布帛状歪みセンサ素子を提供することを課題とする。
【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発明は、一方向に引き揃えられる複数のカーボンナノチューブを含む芯材と、この芯材の周面を被覆し、伸縮性を有する合成樹脂又はゴムを主成分とする保護層とを備える糸状歪みセンサ素子である。
【０００８】
当該糸状歪みセンサ素子は、一方向に引き揃えられる複数のカーボンナノチューブを含む芯材が伸長すると、芯材の長さ変化に応じて複数のカーボンナノチューブ同士が離間して電気抵抗を増大させるので、この電気抵抗を測定することにより伸縮歪みを検出できる。また、当該糸状歪みセンサ素子は、芯材の周面を被覆する伸縮可能な保護層を有することにより、伸縮を繰り返した後にも複数のカーボンナノチューブ間の当接関係が保持されるので、伸縮を阻害することなく伸縮歪みの検出精度が担保される。従って、当該糸状歪みセンサ素子は、比較的大きな伸縮歪みを高精度に検出できる。
【０００９】
前記保護層の外周面に配設され、保護層の伸縮を部分的に規制する節形成部材をさらに備えるとよい。このように、前記保護層の外周面に配設され、保護層の伸縮を部分的に規制する節形成部材をさらに備えることによって、芯材の伸長によるカーボンナノチューブの離間を部分的に促進し、抵抗率変化のリニアリティを高めることで検出感度をより向上することができる。
【００１０】
前記節形成部材が、保護層の外周面に螺旋状に巻き付けられる線状体又は帯状体であるとよい。このように、前記節形成部材が、保護層の外周面に螺旋状に巻き付けられる線状体又は帯状体であることによって、効率よくカーボンナノチューブの部分的離間を促進して検出感度をさらに向上することができる。
【００１１】
前記節形成部材が導電性を有するとよい。このように、前記節形成部材が導電性を有することによって、この節形成部材を芯材の一端近傍から他端近傍までの電路として利用することができ、当該糸状歪みセンサ素子の抵抗値を検出するための配線が容易となる。
【００１２】
前記保護層の外周面を被覆するエラストマー層をさらに備えるとよい。このように、前記保護層の外周面を被覆するエラストマー層をさらに備えることによって、芯体及び保護層を保護すると共に張力に対する伸縮率を安定させることで検出精度をより向上できる。
【００１３】
また、前記課題を解決するためになされた別の発明は、前記糸状歪みセンサ素子を編成又は織成してなる歪みセンサ素子である。
【００１４】
当該布帛状歪みセンサ素子は、布帛を構成する糸として前記糸状歪みセンサ素子を含むため、衣服等の生地として使用することで、歪み検出機能を付加することができる。また、当該布帛状歪みセンサ素子は、前記糸状歪みセンサ素子を編成又は織成したことによって、この糸状歪みセンサ素子の伸縮を他の繊維が部分的に抑制するため、芯材の伸長によるカーボンナノチューブの離間が部分的に促進されることで高いリニアリティを有し、検出感度に優れる。
【００１５】
ここで、「一方向に引き揃えられる」とは、その配向方向を完全に一致させることまでは要求されず、配向方向のランダムなばらつきやいわゆる撚りのような規則的な偏向を有する状態とされることを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の糸状歪みセンサ素子及び布帛状歪みセンサ素子は、比較的大きな伸縮歪みを検出でき、かつ検出精度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の糸状歪みセンサ素子の模式的径方向断面図である。
【図２】図１の糸状歪みセンサ素子を用いた布帛状歪みセンサ素子の模式的平面図である。
【図３】本発明の図１とは異なる実施形態の糸状歪みセンサ素子の模式的側面図である。
【図４】本発明の図１及び図３とは異なる実施形態の糸状歪みセンサ素子の模式的軸方向断面図である。
【図５】本発明の図１、図３及び図４とは異なる実施形態の糸状歪みセンサ素子の模式的軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
［第一実施形態］
図１の糸状歪みセンサ素子１は、芯材２と、この芯材の周面を被覆する保護層３とを備える。当該糸状歪みセンサ素子１は、この芯材２の両端間の抵抗値を測定することで、その伸縮歪を検出する。
【００２０】
＜芯材＞
芯材２は、一方向に引き揃えられる複数のカーボンナノチューブ４を含む。詳しくは、この芯材２は、カーボンナノチューブ４と絶縁性繊維５とを含む複数の繊維を略一定の方向に配向した繊維束である。
【００２１】
この芯材２は、一方向に引き揃えられた複数のカーボンナノチューブ４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。このような構成の芯体２は、特にカーボンナノチューブ４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、芯材２が長手方向に伸縮すると、カーボンナノチューブ４同士の接触具合に変化が起こり、芯材２の抵抗値に変化を生じる。
【００２２】
芯材２の平均径の下限としては、０．５μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。一方、芯材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。芯材２の平均径が前記下限に満たない場合、カーボンナノチューブ４の連続的な接触を確保できず導通が得られないおそれがある。逆に、芯材２の平均径が前記上限を超える場合、芯材２を形成することが容易ではなくなるおそれや、芯材２の中心部のカーボンナノチューブ４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。
【００２３】
（カーボンナノチューブ）
上記芯材２に含まれるカーボンナノチューブ４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。
【００２４】
カーボンナノチューブ４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。これらの中でも、所望するサイズのカーボンナノチューブ４（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カーボンナノチューブ４の結晶を得ることができる。
【００２５】
（絶縁性繊維）
絶縁性繊維５は、カーボンナノチューブ４に混糸されることにより、カーボンナノチューブ４同士の接触を抑制することで、芯材２の電気抵抗率を調節する機能を有する。
【００２６】
絶縁性繊維５の配合率は、得ようとする電気抵抗に応じて定められる。一般論として、芯材２中の絶縁性繊維５の配合率の下限としては、０％である。一方、絶縁性繊維５の配合率の上限としては、５０体積％が好ましい。絶縁性繊維５の配合率を０％とするということは、芯材２をカーボンナノチューブ４のみで形成することを意味する。また、絶縁性繊維５の配合率が上記上限を超える場合、カーボンナノチューブ４間の接触が不確実となり、当該糸状歪みセンサ素子１の検出精度が不十分となるおそれがある。
【００２７】
絶縁性繊維５としては、任意の化学繊維を使用することができる。絶縁性繊維５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５を使用することで、芯材２の強度を向上することができる。絶縁性繊維５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。
【００２８】
また、絶縁性繊維５の直径としては、カーボンナノチューブ４と同程度とすることができる。
【００２９】
このようなカーボンナノチューブ４を一方向に引き揃えて芯材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カーボンナノチューブ４を成長させ、天然糸を紡ぐのと同様に、複数のカーボンナノチューブ４を連続して引き出す方法が挙げられる。絶縁性繊維５の混糸は、例えばカーボンナノチューブ４が形成された成長用基板上に絶縁性繊維５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カーボンナノチューブ４を引き出すことで、他のカーボンナノチューブ４及び絶縁性繊維５が追従して一方向に引き揃えられて連続する糸状に引き出される。この糸状体をそのまま芯材２として使用してもよいし、この糸状体を複数束ねたものを芯材２として使用してもよい。
【００３０】
＜保護層＞
保護層３は、絶縁性及び伸縮性を有する合成樹脂又はゴムを主成分とし、芯材２の周面を被覆することによって、カーボンナノチューブ４が周囲の物体に接触して損傷することや、芯材２に異物が混入してカーボンナノチューブ４間の電気的接触を阻害することを防止する。
【００３１】
保護層３は、芯材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。このように、保護層３は、芯材２の表層の少なくとも一部に含浸することによって、芯材２の外周側のカーボンナノチューブ４及び絶縁性繊維５を保持し、カーボンナノチューブ４及び絶縁性繊維５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、当該糸状歪みセンサ素子１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。さらに、芯材２の表層への保護層３の含浸程度に差異を設けることにより、伸長し易い部分と伸長し難い部分とを形成して芯材２の部分的伸縮を誘導し、当該糸状歪みセンサ素子１の応答性をさらに高めることもできる。ただし、保護層３は、カーボンナノチューブ４を被覆してカーボンナノチューブ４間の電気的接触を阻害するので、芯材２の中心部まで完全に含浸してはならない。つまり、芯材２の内部に保護層３の含浸部により径方向に囲繞される非含浸部を有することで、芯材２の配向方向に対する変形が樹脂によって阻害されることを防止できる。
【００３２】
芯材２の外周面上の保護層３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、芯材２の外周面上の保護層３の平均厚さの上限としては、２ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。芯材２の外周面上の保護層３の平均厚さが前記下限に満たない場合、芯材２の保護が不十分となるおそれがある。逆に、芯材２の外周面上の保護層３の平均厚さが前記上限を超える場合、当該糸状歪みセンサ素子１の伸縮を阻害するおそれがある。
【００３３】
保護層３の主成分としては、特にゴムが好ましい。ゴムを用いることで、保護層３の柔軟性をより高めることができる。
【００３４】
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）、アルキド樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、熱硬化性ポリイミド（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）、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）等を挙げることができる。
【００３５】
前記ゴムとしては、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等を挙げることができる。これらのゴムの中でも強度等の点から天然ゴムが好ましい。
【００３６】
また、保護層３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。カーボンナノチューブ４は疎水性が高いため、保護層３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保護層３を設けることで、保護層３が芯材２の内部全体に含浸せずに芯材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、保護層３を形成する樹脂が芯材２内部全体に浸み込んで、当該糸状歪みセンサ素子の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制できる。なお、水性エマルジョンは乾燥工程を経ることによって、より安定した保護層３を形成することができる。
【００３７】
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。前記エマルジョンの分散質としては、通常樹脂であり、前述したゴム、特には天然ゴムが好ましい。また、分散質としてポリウレタンを用いてもよい。好ましいエマルジョンとしては、分散媒を水とし、ゴムを分散質とするいわゆるラテックスが挙げられ、天然ゴムラテックスがより好ましい。天然ゴムラテックスを用いることで、薄くかつ強度のある保護層３を形成することができる。
【００３８】
また、保護層３はカップリング剤を含有しているとよい。保護層３がカップリング剤を含有することで、保護層３と芯材２とを架橋し、保護層３と芯材２との接合力を向上させることができる。
【００３９】
前記カップリング剤としては、例えばアミノシランカップリング剤、アミノチタンカップリング剤、アミノアルミニウムカップリング剤等のアミノカップリング剤やシランカップリング剤などを用いることができる。
【００４０】
カップリング剤の保護層３の樹脂成分１００質量部に対する含有量の下限としては、０．１質量部が好ましく、０．５質量部がより好ましい。一方、カップリング剤の保護層３の樹脂成分１００質量部に対する含有量の上限としては、１０質量部が好ましく、５質量部がより好ましい。カップリング剤の含有量が前記下限に満たない場合、芯材２と保護層３との架橋構造の形成が不十分となるおそれがある。逆に、カップリング剤の含有量が前記上限を超える場合、架橋構造を形成しない残留アミン等が増加し、当該糸状歪みセンサ素子１の品質が低下するおそれがある。
【００４１】
また、保護層３は芯材２に対する吸着性を有する分散剤を含有することが好ましい。このような吸着性を有する分散剤としては、吸着基部分が塩構造になっているもの（例えばアルキルアンモニウム塩等）や、芯材２の疎水性の基（例えばアルキル鎖や芳香族リング等）と相互作用できる親水性の基（例えばポリエーテル等）を分子中に有するもの等を用いることができる。
【００４２】
前記分散剤の保護層３の樹脂成分１００質量部に対する含有量の下限としては、０．１質量部が好ましく、１質量部がより好ましい。一方、分散剤の保護層３の樹脂成分１００質量部に対する含有量の上限としては、５質量部が好ましく、３質量部がより好ましい。分散剤の含有量が前記下限未満の場合、芯材２と保護層３との接合力が不十分となるおそれがある。逆に、分散剤の含有量が前記上限を超える場合、芯材２との接合に寄与しない分散剤が増加し、当該糸状歪みセンサ素子１の品質が低下するおそれがある。
【００４３】
＜利点＞
当該糸状歪みセンサ素子１は、芯材２の周面を被覆する伸縮可能な保護層３を有することにより、芯材２の伸縮を阻害することなく、複数のカーボンナノチューブ４間の当接関係が保持されるので比較的大きな伸縮歪みを高精度に検出できる。
【００４４】
当該糸状歪みセンサ素子１は、糸状であるので、衣服等の生地に縫い糸として縫い付けることができ、これにより生地の伸縮を検出するセンサとして利用することができる。
【００４５】
［歪みセンサ素子］
図２の歪みセンサ素子は、図１の糸状歪みセンサ素子１を織成してなる。詳しくは、当該布帛状歪みセンサ素子は、複数の糸状歪みセンサ素子１を縦糸とし、天然繊維又は化学繊維からなる通常糸を横糸６として使用した織物である。
【００４６】
また、当該布帛状歪みセンサ素子は、複数の糸状歪みセンサ素子１の両端を接続する一対の接続端子７を備える。この接続端子７は、各糸状歪みセンサ素子１の芯材２に電気的に接続されている。
【００４７】
当該布帛状歪みセンサ素子は、各糸状歪みセンサ素子１の長手方向の伸縮を検出する。
【００４８】
＜利点＞
当該布帛状歪みセンサ素子は、横糸６がそれぞれ糸状歪みセンサ素子１の伸縮を部分的に抑制する節を形成する。このため、当該布帛状歪みセンサ素子は、糸状歪みセンサ素子１のこれらの節の間の部分が集中的に伸縮して、小さな歪みに対してもカーボンナノファイバー４間の接触状態の変化を確実に生じさせるので、リニアリティが高く検出感度に優れる。また、当該布帛状歪みセンサ素子を局所的に伸長させるような力が作用した場合にも、力が作用した部分の対をなす横糸６つまり隣接する節の間において、糸状歪みセンサ素子１を局所的に伸長させるので、局所的な伸縮歪みも高精度に検出することができる。
【００４９】
当該布帛状歪みセンサ素子は、他の布帛と縫い合わされて衣服等の生地の一部を構成することができる。これにより、人体の動きを検出するウェアラブルデバイスが容易に構成できる。
【００５０】
［第二実施形態］
図３の糸状歪みセンサ素子１０は、芯材２と、この芯材の周面を被覆する保護層３と、保護層３の外周面に螺旋状に巻き付けられる節形成部材１１と、保護層３及び節形成部材１１の外周面を被覆するエラストマー層１２とを備える。
【００５１】
図３の糸状歪みセンサ素子１０における芯材２及び保護層３は、図１の糸状歪みセンサ素子１における芯材２及び保護層３と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００５２】
＜節形成部材＞
節形成部材１１は、保護層３に巻き付けられることにより、保護層３及び芯材２の節形成部材１１直下に位置する領域の伸縮を部分的に規制する。
【００５３】
これにより、芯材２の伸縮領域を限定し、当該糸状歪みセンサ素子１０の長手方向の一部に伸縮応力が作用した場合に、芯材２を部分的に伸縮させ、芯材２の抵抗値変化を生じさせる。このため、当該糸状歪みセンサ素子１０は、このような部分的な伸縮歪みに対してもリニアに抵抗値が変化し、伸縮歪みを精度よく検出することができる。
【００５４】
この節形成部材１１としては、線状体又は帯状体が用いられる。また、節形成部材１１の材質としては、保護層３に螺旋状に巻き付けられる可撓性を有するものであればよく、例えば金属、樹脂等が挙げられる。節形成部材１１は、伸縮性を有しないものであっても、螺旋状に巻き付けられることによって、芯材２及び保護層３と共に伸縮することができる。
【００５５】
螺旋状に巻き付けられる節形成部材１１の平均径（帯状体にあっては平均幅）としては、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。また、節形成部材１１の巻回ピッチとしては、節形成部材１１の平均径の１．５倍以上保護層３の平均径以下とすることができる。
【００５６】
また、節形成部材１１として導電性を有するものを用いることによって、節形成部材１１を芯材２の電気抵抗を測定するための配線の一部として使用することができる。つまり、当該糸状歪みセンサ素子１０の一端において芯材２及び節形成部材１１を短絡することにより、他端において芯材２及び節形成部材１１の間に検出回路を接続することで芯材２の両端間の電気抵抗を測定できる。
【００５７】
また、導電性を有する節形成部材１１は、芯材２への外部からの電磁気的ノイズを遮断するシールド又はグランドとしての機能も果たし得る。
【００５８】
導電性を有する節形成部材１１としては、例えば金属糸、樹脂フィルムに金属を蒸着したものを帯状に切断したリボン等が挙げられる。
【００５９】
＜エラストマー層＞
エラストマー層１２は、保護層３の機能をさらに補強すると共に、節形成部材１１の保護層３に対する位置ずれを防止する。
【００６０】
エラストマー層１２の材質としては、保護層３と同様とすることができる。
【００６１】
エラストマー層１２の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、エラストマー層１２の平均厚さの上限としては、５ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。上記エラストマー層１２の平均厚さが上記下限に満たない場合、節形成部材１１の位置ずれを防止できないおおそれがある。逆に、上記エラストマー層１２の平均厚さが上記上限を超える場合、当該糸状歪みセンサ素子１０が不必要に大径化するおそれがある。
【００６２】
＜利点＞
当該糸状歪みセンサ素子１０は、前述のように、節形成部材１１を有するため、長手方向の一部が部分的に伸縮する場合にも、その伸縮歪みを精度よく検出することができる。
【００６３】
［第三実施形態］
図４の糸状歪みセンサ素子２０は、芯材２と、この芯材の周面を被覆する保護層３と、保護層３の外周面に配設される複数の環状の節形成部材２１と、保護層３及び複数の節形成部材２１の外周面を被覆するエラストマー層１２とを備える。
【００６４】
図４の糸状歪みセンサ素子２０における芯材２、保護層３及びエラストマー層１２は、図１の糸状歪みセンサ素子１における芯材２及び保護層３並びに図３の糸状歪みセンサ素子１０におけるエラストマー層１２と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００６５】
＜節形成部材＞
節形成部材２１は、保護層３の外周面に密接して任意の間隔で配設されることによって、保護層３及び芯材２の節形成部材２１直下に位置する領域の伸縮を部分的に規制する。この節形成部材２１は、等間隔に配設してもよく、当該糸状歪みセンサ素子２０の用途に合わせて部分的に異なる間隔で配設してもよい。
【００６６】
この節形成部材２１としては、例えば保護層３の外周に嵌装後に加熱される環状の熱収縮フィルム（短く切断した熱収縮チューブ）、保護層３の外周面に盛り付けられた後に硬化する各種硬化性樹脂等が挙げられる。
【００６７】
節形成部材２１の平均厚さとしては、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。節形成部材２１の平均幅としては、用途に応じて適宜選択されるが、例えば１００μｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。
【００６８】
＜利点＞
当該糸状歪みセンサ素子２０は、複数の節形成部材２１が独立して配設されるので、芯材２の所望の位置の伸縮を選択的に規制することができる。また、複数の節形成部材２１が互いに分離されているため、節形成部材２１の間においては芯材２及び保護層３の伸縮を阻害せず、高い検出感度が得られる。
【００６９】
［第四実施形態］
図５の糸状歪みセンサ素子３０は、芯材２と、この芯材の周面を被覆する保護層３と、保護層３の外周面に配設される複数の節形成部材３１と、この節形成部材３１と一体に形成されて保護層３を被覆するエラストマー層３２とを備える。
【００７０】
図５の糸状歪みセンサ素子３０における芯材２及び保護層３は、図１の糸状歪みセンサ素子１における芯材２及び保護層３と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００７１】
節形成部材３１及びエラストマー層３２は、保護層３の外周面に樹脂組成物を塗工して形成され、塗膜の厚さを変化させることによって、膜厚が大きい部分として、芯材２及び保護層３の伸縮を部分的に規制する節形成部材３１が形成される。
【００７２】
このような節形成部材３１及びエラストマー層３２を形成する方法としては、樹脂組成物を塗工するダイを振動させたり、エアを噴き付けることにより塗膜の表面を荒したりすることによって形成できる。
【００７３】
節形成部材３１のエラストマー層３２からの最大突出高さとしては、例えばエラストマー層３２の平均厚さの１倍以上５倍以下とすることができる。
【００７４】
［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００７５】
当該糸状歪みセンサ素子の第二乃至第四実施形態において、エラストマー層及び節形成部材はいずれか一方を省略してもよい。
【００７６】
また、当該糸状歪みセンサ素子において、節形成部材は、エラストマー層の内側ではなく、エラストマー層の外周面に配設してもよい。
【００７７】
また、当該糸状歪みセンサ素子において、節形成部材は、保護層と一体に形成されてもよい。
【００７８】
また、当該布帛状歪みセンサ素子は、当該糸状歪みセンサ素子を横糸として織成してもよい。この場合、織成した布帛の幅のまま使用すれば、各当該糸状歪みセンサ素子が直列に接続された状態であるので、布帛縦方向両端の各当該糸状歪みセンサ素子の端部間の電気抵抗を測定することによって伸縮歪みを検出してもよい。
【００７９】
また、当該布帛状歪みセンサ素子は、縦糸と横糸の両方に当該糸状歪みセンサ素子を用いて、２方向の伸縮歪みを検出するものとしてもよい。
【００８０】
また、当該布帛状歪みセンサ素子は、縦糸又は横糸の一部として当該糸状歪みセンサ素子を用いて織成した織物であってもよい。
【００８１】
また、当該布帛状歪みセンサ素子は、当該糸状歪みセンサ素子を少なくとも部分的に使用して編成した編み物であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の糸状歪みセンサ素子及び布帛状歪みセンサ素子は、ウェアラブルデバイス等のセンサとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１，１０，２０，３０  糸状歪みセンサ素子
２  芯材
３  保護層
４  カーボンナノチューブ
５  絶縁性繊維
６  横糸
７  接続端子
１１，２１，３１  節形成部材
１２，３２  エラストマー層
【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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