(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元検出面に作用する外力を検出する外力検出アレイモジュールであって、
前記二次元検出面にストライプ状に配設される複数の検出線と、
前記二次元検出面上の少なくとも一部に外力の作用により撓むエラストマー材料製の基材と、を有し、
前記検出線上の前記エラストマー材料製の基材に、複数の歪み検出センサ素子が前記ストッパーで係合し、間隔を開けて配設され、
前記歪み検出センサ素子が長手方向の伸縮により抵抗値が変化する帯状の歪み検出センサ素子であり、
長手方向両端部に一対のストッパーが付設され、
前記エラストマー材料製の基材に、前記歪み検出センサ素子が前記ストッパーで係合することを特徴とする外力検出アレイモジュール。
【請求項２】
前記ストッパーが、短手方向に突起部を有している請求項１に記載の外力検出アレイモジュール。
【請求項３】
前記一対のストッパーが、一対の電極にそれぞれ電気的に接続される一対の端子を兼ねている請求項１又は請求項２に記載の外力検出アレイモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪み検出センサ素子及び外力検出アレイモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットやロープへの物体の接触等による外力を検知する外力検出アレイモジュールが公知である。このような外力検出アレイモジュールは、例えば落石、雪崩等の有無を検出する防御管理システムや、ボールの的当て等においてボールの接触を検出する球技スポーツ用装置等の幅広い分野で利用されている（特開２０００−３０１６２号公報参照）。
【０００３】
例えば特開２０００−３０１６２号公報に記載の防御管理システムに用いられている外力検出アレイモジュールは、縦横に交差して張られた複数のワイヤーロープの歪みを各ワイヤーロープの端部に配設した歪みセンサにより検出することでワイヤーロープに物の接触があったことを検出する。
【０００４】
しかしながら、この従来の外力検出アレイモジュールは、歪みセンサによりワイヤーロープの歪み量を測定している。すなわち、物が接触したワイヤーロープの撓みを歪みセンサが検出することで物の接触を間接的に検知する。このため、従来の外力検出アレイモジュールは、歪みセンサの検出情報からどのような大きさの物がどの位置にどのような方向で接触したのか等を特定することが難しい。これに対し、物が直接歪みセンサに接触するように歪みセンサを固定する方法は従来技術として開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３０１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、外力が作用する場所に容易に配置できる歪み検出センサ素子を提供し、外力の大きさ等を特定できる外力検出アレイモジュールの提供を目的とする。
【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本発明の歪み検出センサ素子は、長手方向の伸縮により抵抗値が変化する帯状の歪み検出センサ素子であって、長手方向両端部に一対のストッパーが付設されていることを特徴とする。
【０００８】
当該歪み検出センサ素子は長手方向両端部に一対のストッパーが付設されているので、このストッパーを固定することで、歪み検出できるように当該歪み検出センサ素子を任意の場所に容易に固定できる。このため当該歪み検出センサ素子は、外力が作用する位置に外力を直接検出可能に配設することできる。さらに、前記ストッパーが長手方向両端部に付設されることで当該歪み検出センサ素子の長手方向の伸縮を阻害し難いため、当該歪み検出センサ素子は、検出感度に優れる。
【０００９】
前記ストッパーが、短手方向に突起部を有しているとよい。このように前記ストッパーが短手方向に突起部を有していることで、ストッパーの係合により、当該歪み検出センサ素子の長手方向の伸縮を阻害せずにより容易に固定することができる。
【００１０】
前記一対のストッパーが、一対の電極にそれぞれ電気的に接続される一対の端子を兼ねているとよい。このように前記一対のストッパーが一対の電極にそれぞれ電気的に接続される一対の端子を兼ねることにより、ストッパーを固定することで端子位置が固定されるため、端子から容易に配線を引き出し接続することができる。
【００１１】
本発明は、二次元検出面に作用する外力を検出する外力検出アレイモジュールであって、前記二次元検出面にストライプ状に配設される複数の検出線を有し、前記検出線上に複数の当該歪み検出センサ素子が間隔を開けて配設されていることを特徴とする外力検出アレイモジュールを含む。
【００１２】
当該外力検出アレイモジュールは、当該歪み検出センサ素子を用いるので、外力を直接歪みセンサで受けて検出することができる。また、当該外力検出アレイモジュールは、二次元検出面にストライプ状に配設される複数の検出線上に複数の当該歪み検出センサ素子が間隔を開けて配設されているので、これら複数の当該歪み検出センサ素子の検出情報から作用した外力の大きさ等を特定できる。
【００１３】
前記二次元検出面上の少なくとも一部に外力の作用により撓むエラストマー材料製の基材を有し、この基材に前記歪み検出センサ素子がそのストッパーで係合されているとよい。このように外力の作用により撓むエラストマー材料製の基材に前記歪み検出センサ素子がそのストッパーで係合されていることで、外力が作用した際に前記基材の撓みにより前記歪み検出センサ素子の伸縮が増加するため、前記歪み検出センサ素子の検出感度がさらに向上する。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の歪み検出センサ素子は外力が作用する場所に容易に配置できる。このため、外力の大きさ等を特定できる外力検出アレイモジュールに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る歪み検出センサ素子を示す（ａ）模式的平面図及び（ｂ）模式的上面図である。
【図２】図１の歪み検出センサ素子に用いる歪みセンサを示す（ａ）模式的断面図及び（ｂ）模式的上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る外力検出アレイモジュールを示す模式的構成図である。
【図４】図３の検出線を構成するチューブ状基材を示す（ａ）模式的平面図、（ｂ）模式的上面図及び（ｃ）Ａ−Ａ線での模式的部分断面図である。
【図５】図４のチューブ状基材により形成されたネットを示す模式的部分拡大図である。
【図６】図１とは異なる実施形態に係る歪み検出センサ素子を示す（ａ）模式的平面図及び（ｂ）模式的上面図である。
【図７】図４とは異なるチューブ状基材を示す模式的断面図である。
【図８】図７のチューブ状基材により形成されたネットを示す（ａ）模式的部分拡大図及び（ｂ）交差位置の模式的部分断面図である。
【図９】図１及び図６とは異なる実施形態に係る歪み検出センサ素子を示す（ａ）模式的平面図及び（ｂ）模式的上面図である。
【図１０】図３とは異なる実施形態に係る外力検出アレイモジュールの二次元検出面を構成するシート状基材の（ａ）模式的正面図及び（ｂ）模式的側面図である。
【図１１】図１、図６及び図９とは異なる歪み検出センサ素子を示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
＜歪み検出センサ素子＞
図１の歪み検出センサ素子１は、長手方向の伸縮により抵抗値が変化する帯状の歪み検出センサ素子である。当該歪み検出センサ素子１は、帯状の歪みセンサ１０を備え、長手方向の両端部に一対のストッパー２０が付設されている。
【００１８】
（歪みセンサ）
歪みセンサ１０としては、特に限定されず公知の歪みセンサを用いることができるが、中でも図２に示すカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）膜を用いた歪みセンサが好ましい。ＣＮＴ膜を用いた歪みセンサは、一対の電極を離反又は接近させる方向（電極配設方向）に伸張又は収縮すると、ＣＮＴ膜の電気抵抗が変化することにより、歪みを感知することができる。また、ＣＮＴ膜が有するＣＮＴ繊維束の配向方向としては、ＣＮＴ膜の抵抗変化のリニアリティが高いことから、電極配設方向と略同一方向であるとよい。
【００１９】
ＣＮＴ膜を用いた歪みセンサ１０は、細長いシート状、つまり帯状の弾性体１１と、この弾性体１１の長手方向両端部の表面に積層される一対の電極シート１２と、弾性体１１の長手方向両端部の裏面に電極シート１２に対向して積層される一対の挟持シート１３と、弾性体１１、電極シート１２及び挟持シート１３の周面に配設される導電材１４とを主に備える。弾性体１１は、一方向に配向する複数のＣＮＴ繊維を有するＣＮＴ膜１１ａと、このＣＮＴ膜１１ａの両面に積層され、弾性体１１の最外面を形成する一対の絶縁性エラストマー層１１ｂとを有する。
【００２０】
弾性体１１は、平面視において、長手方向両端部の電極シート１２及び挟持シート１３が積層される非伸縮領域Ａｎと、この一対の非伸縮領域Ａｎの間の伸縮領域Ａｓとに区分けされる。非伸縮領域Ａｎは、電極シート１２及び挟持シート１３に挟持されることによって伸縮が防止される。これにより、弾性体１１の電極シート１２からの剥離、つまり弾性体１１と電極シート１２との間の電気的分離を防止することができる。一方、伸縮領域Ａｓは、電極シート１２及び挟持シート１３により伸縮が阻害されず自由に伸縮可能である。この伸縮領域Ａｓの短手方向の幅は、非伸縮領域Ａｎの幅より小さい。
【００２１】
弾性体１１の平均長さ（一対の非伸縮領域Ａｎ及び伸縮領域Ａｓの合計長さ）としては、特に限定されず、歪みセンサ１０を用いる測定対象に応じて自由に選択することができるが、例えば１ｃｍ以上２０ｃｍ以下とすることができる。
【００２２】
弾性体１１の伸縮領域Ａｓの平均長さは、歪みセンサ１０を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。弾性体１１の伸縮領域Ａｓの平均長さとしては、例えば２ｍｍ以上１８ｃｍ以下とすることができる。
【００２３】
一方、弾性体１１の各非伸縮領域Ａｎの平均長さは、特に限定されないが、例えば３ｍｍ以上５ｃｍ以下とすることができる。
【００２４】
弾性体１１の伸縮領域Ａｓの平均幅は、歪みセンサ１０を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。弾性体１１の伸縮領域Ａｓの平均幅の下限としては、１ｍｍが好ましく、１ｃｍがより好ましい。一方、弾性体１１の伸縮領域Ａｓの平均幅の上限としては、１０ｃｍが好ましく、５ｃｍがより好ましい。弾性体１１の伸縮領域Ａｓの平均幅が前記下限未満である場合、ＣＮＴ膜１１ａの抵抗値が過度に大きくなるおそれや、ばらついたりするおそれがある。逆に、弾性体１１の伸縮領域Ａｓの平均幅が前記上限を超える場合、歪みセンサ１０が大きくなるため、適用可能な測定対象が過度に限定されるおそれがある。
【００２５】
一方、弾性体１１の非伸縮領域Ａｎの平均幅は、後述する電極シート１２及び挟持シート１３に合わせて選択されるが、例えば２ｍｍ以上１０ｃｍ以下とされる。
【００２６】
弾性体１１の平均厚さとしては、特に限定されず、歪みセンサ１０に要求される引張強度等に応じて適宜選択されるが、例えば３０μｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。
【００２７】
ＣＮＴ膜１１ａは、両端部分が絶縁性エラストマー層１１ｂと導電材１４とに挟持された状態で固定されている。ＣＮＴ膜１１ａは、一方向（一対の電極シート１２の対向方向）に配向する複数のＣＮＴ繊維からなる。ＣＮＴ繊維がこのように配向していることにより一対の電極シート１２が離れる方向へ歪みが加わった場合に、ＣＮＴ繊維の切断、離間、ＣＮＴ繊維の切断空間（ギャップ）の伸縮等が起こり、歪みセンサ１０により抵抗変化を得ることができる。
【００２８】
このようなＣＮＴ膜１１ａは、前記複数のＣＮＴ繊維からなる複数のＣＮＴ繊維束及びこの複数のＣＮＴ繊維束の周面を被覆する樹脂層を有する。つまり、ＣＮＴ繊維束は複数のＣＮＴ繊維から構成され、このＣＮＴ繊維束の周囲を樹脂層が被覆している。
【００２９】
より具体的には、ＣＮＴ繊維束は、ＣＮＴ繊維からなるバンドル構造となっており、ＣＮＴ繊維束の任意の横断面においては、切断されないＣＮＴ繊維と、ＣＮＴ繊維が切断、離間したギャップの両方が存在することになる。ＣＮＴ繊維のギャップが広がると、残された切断されないＣＮＴ繊維は伸びることになり、それによっても抵抗変化が発生する。またこのギャップ内の圧力は大気圧よりも低い（負圧である）と考えられ、当該歪センサ１の収縮時（歪の解放時）にはこのギャップの収縮力によって歪センサの収縮が付勢される。さらに、このギャップ内ではＣＮＴ繊維同士やＣＮＴ繊維と周囲の樹脂との摩擦が低減されるため、樹脂の残留応力等によってＣＮＴ繊維の動きが制限され難い。
【００３０】
各ＣＮＴ繊維束は、複数のＣＮＴ繊維からなる。ここで、ＣＮＴ繊維とは、１本の長尺のＣＮＴをいう。また、ＣＮＴ繊維束は、ＣＮＴ繊維の端部同士が連結する連結部を有する。ＣＮＴ繊維同士は、これらのＣＮＴ繊維の長手方向に連結している。このようにＣＮＴ膜１１ａにおいて、ＣＮＴ繊維同士がその長手方向に連結してなるＣＮＴ繊維束を用いることで、ＣＮＴ繊維束の配向方向長さの大きいＣＮＴ膜１１ａを形成することができ、歪みセンサ１０の長手方向の長さを大きくし、感度を向上させることができる。
【００３１】
前記樹脂層は樹脂を主成分とし、複数のＣＮＴ繊維束の周面を被覆する層である。樹脂層の主成分となる樹脂としては、後述する絶縁性エラストマー層１１ｂと同様とできる。
【００３２】
また前記樹脂層は、水性エマルジョンを用いて形成されることが好ましい。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。つまり、樹脂層は、樹脂を水に分散した水性エマルジョンを乾燥することにより形成することが好ましい。ＣＮＴは疎水性が高ため、樹脂層を水性エマルジョンを用いて形成すると、例えば塗工や浸漬によりこの樹脂層を設けることで、樹脂層がＣＮＴ繊維束の内部の一部に部分的に含浸してＣＮＴ繊維束の周囲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、樹脂層を形成する樹脂がＣＮＴ繊維束に完全にしみ込んで、ＣＮＴ膜の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、樹脂層の存在によるＣＮＴ膜１１ａの歪に対する感度の低下を抑えることができる。
【００３３】
ＣＮＴ膜１１ａの平均厚さとしては、特に限定されないが、例えばＣＮＴ膜１１ａの平均厚さの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。また、ＣＮＴ膜１１ａの平均厚さの上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。ＣＮＴ膜１１ａの平均厚さが前記下限未満である場合、このような薄膜の形成が困難になるおそれや、歪みセンサ１０の抵抗が上昇し過ぎるおそれがある。一方、ＣＮＴ膜１１ａの平均厚さが前記上限を超える場合、歪みに対する感度が低下するおそれがある。
【００３４】
ＣＮＴ膜１１ａの密度の下限としては、０．８ｇ／ｃｍ３が好ましく、１ｇ／ｃｍ３がより好ましい。また、ＣＮＴ膜１１ａの密度の上限としては、１．８ｇ／ｃｍ３が好ましく、１．５ｇ／ｃｍ３がより好ましい。ＣＮＴ膜１１ａの密度が前記下限未満である場合、ＣＮＴ膜１１ａの抵抗値が高くなるおそれがある。一方、ＣＮＴ膜１１ａの密度が前記上限を超える場合、十分な抵抗変化が得られないおそれがある。
【００３５】
なお、ＣＮＴ膜１１ａは、ＣＮＴ繊維を平面状に略平行に配置した単層構造からなってもよいし、多層構造からなってもよい。ただし、ある程度の導電性を確保するためには、多層構造とすることが好ましい。
【００３６】
ＣＮＴ繊維を構成するＣＮＴ単繊維としては、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が、導電性等の点から、ＭＷＮＴが好ましく、直径１．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＭＷＮＴがより好ましい。
【００３７】
絶縁性エラストマー層１１ｂは弾性体１１の両面を覆い、ＣＮＴ膜１１ａを保護する。絶縁性エラストマー層１１ｂに用いるエラストマー材料としては、合成樹脂、ゴム等を挙げることができる。これらの中でも合成樹脂が好ましい。
【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）、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。
【００３９】
また、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。
【００４０】
絶縁性エラストマー層１１ｂの平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。また、絶縁性エラストマー層１１ｂ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。絶縁性エラストマー層１１ｂの平均厚さが前記下限未満である場合、歪みセンサ１０の強度が不足し、当該歪み検出センサ素子１に強い外力が作用した際に破損するおそれがある。一方、絶縁性エラストマー層１１ｂの平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪み検出センサ素子１が大きくなり過ぎ、取扱いが困難になるおそれがある。
【００４１】
電極シート１２は、非伸縮領域Ａｎの表面を覆うよう弾性体１１の表面に積層されている。この電極シート１２は、歪みセンサ１０の検出信号を電気的に取り出すための端子として使用される。また、電極シート１２は、歪みセンサ１０の使用中に実質的に伸縮せず、非伸縮領域Ａｎの伸縮を防止する。なお、「実質的に伸縮しない」とは、歪みセンサ１０を用いた測定中における電極シート１２の伸縮率の伸縮領域Ａｓの伸縮率に対する比が、１／１００以下、好ましくは１／１０００以下であることを意味する。
【００４２】
また、歪みセンサ１０を用いた測定中における電極シート１２の伸縮率に対する伸縮領域Ａｓの伸縮率の比の桁数としては、測定における有効数値の桁数より大きいことが好ましく、２桁以上大きいことがより好ましい。
【００４３】
具体的には、電極シート１２の幅１ｃｍあたり１０Ｎの引張荷重を加えたときの伸び率の上限としては、２０％が好ましく、１０％がより好ましい。一方、電極シート１２の幅１ｃｍあたり１０Ｎの引張荷重を加えたときの伸び率の下限は、特に限定されない。電極シート１２の幅１ｃｍあたり１０Ｎの引張荷重を加えたときの伸び率が前記上限を超える場合、歪みセンサ１０を用いた測定の際に非伸縮領域Ａｎが不規則に伸長し、ＣＮＴ膜１１ａの抵抗値の変化率をばらつかせることにより、検出精度を低下させるおそれがある。
【００４４】
電極シート１２としては、十分な非伸縮性（引張強度）と導電性とを有するものであれば特に限定されないが、例えば金属箔、導電性織布等が使用される。また、電極シート１２は、少なくとも外面に配置される導電層と、非伸縮性を付与する補強材層とを有する積層体であってもよい。前記金属箔の材質としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼等が挙げられる。また、前記導電性織布としては、導電性を有する金属やカーボンの繊維を含むものが使用できる。
【００４５】
電極シート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、電極シート１２の平均厚さの上限としては、１ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。電極シート１２の平均厚さが前記下限未満である場合、曲げ等により電極シート１２が破断するおそれがある。逆に、電極シート１２の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪センサ１が不必要に厚くなるおそれや、非伸縮領域Ａｎの可撓性が不足して測定対象に適切に貼着できないおそれがある。
【００４６】
挟持シート１３は、非伸縮領域Ａｎの裏面を覆うよう弾性体１１の裏面に積層されている。この挟持シート１３は、電極シート１２と同様に、歪みセンサ１０の使用中に実質的に伸縮せず、非伸縮領域Ａｎの伸縮を防止する。つまり、挟持シート１３は、電極シート１２との間に弾性体１１の非伸縮領域Ａｎを挟み込むことで、非伸縮領域Ａｎの伸縮をより確実に防止する。このため、挟持シート１３を備えることにより、歪みセンサ１０は、弾性体１１の非伸縮領域Ａｎと伸縮領域Ａｓとがより明確に区分される。従って、歪みセンサ１０は、弾性体１１の伸縮量と、ＣＮＴ膜１１ａの電気抵抗値との相関が高く、歪の検出精度に優れる。
【００４７】
挟持シート１３の材質としては、十分な非伸縮性を有するものであればよく、導電性のものであってもよく、絶縁性のものであってもよい。具体的には、挟持シート１３としては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等を主成分とする樹脂製シート、ガラスクロス等の織布等を使用することができ、電極シート１２と同様のものを使用することもできる。また、挟持シート１３として、予め粘着剤が積層された市販の粘着テープを使用してもよい。
【００４８】
挟持シート１３の平均厚さの下限としては、２０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、挟持シート１３の平均厚さの上限としては、１ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。挟持シート１３の平均厚さが前記下限未満である場合、曲げ等により挟持シート１３が破断するおそれがある。逆に、挟持シート１３の平均厚さが前記上限を超える場合、歪みセンサ１０が不必要に厚くなるおそれや、非伸縮領域Ａｎの可撓性が不足して測定対象に適切に貼着できないおそれがある。
【００４９】
導電材１４は、少なくとも弾性体１１及び電極シート１２の周面に配設され、ＣＮＴ膜１１ａと複数の電極シート１２との電気的接続を確保する。歪みセンサ１０では、導電材１４は、弾性体１１、電極シート１２及び挟持シート１３の周面が平面視において重複する部分、つまり弾性体１１における長手方向両側の端面及び非伸縮領域Ａｎの短手方向両側の端面に配設されている。
【００５０】
この導電材１４は、図２に示すように、電極シート１２の表面の周縁部から挟持シート１３の裏面の周縁部までを覆うよう、弾性体１１、電極シート１２及び挟持シート１３の周面に盛り付けられることが好ましい。
【００５１】
弾性体１１の周面における導電材１４の弾性体１１の周面の法線方向の平均厚さとしては、導電材１４の機械的及び電気的接続強度が得られればよく、特に限定されないが、例えば導電性接着剤の硬化により形成する場合には１０μｍ以上１ｍｍ以下とされる。
【００５２】
（ストッパー）
一対のストッパー２０は、それぞれ板状であり、長方形状の一方の面が当該歪み検出センサ素子１の長手方向の側面と当接する。また、一対のストッパー２０の長手方向が当該歪み検出センサ素子１の短手方向と一致し、一対のストッパー２０の短手方向が当該歪み検出センサ素子１の厚さ方向と一致し、一対のストッパー２０の厚さ方向が当該歪み検出センサ素子１の長手方向に一致する。また、一対のストッパー２０は、それぞれ短手方向の両端に歪みセンサ１０の短手方向に突出する突起部を有している。さらに、一対のストッパー２０は一対の電極シート１２にそれぞれ電気的に接続される一対の端子を兼ねている。
【００５３】
ストッパー２０は、可撓性を有するとよい。このようにストッパー２０が可撓性を有することで、ストッパー２０の係合により当該歪み検出センサ素子１を固定する際に例えばストッパー２０を曲げて係合位置に押し込めることができる。従って、当該歪み検出センサ素子１をより容易に固定することができる。この場合、ストッパー２０の材質としては、フレキシブル基板や金属薄膜を用いることができる。
【００５４】
前記フレキシブル基板としては、例えば絶縁性を有する合成樹脂のフィルムに導電性を有する導体の薄膜を積層したものを挙げることができる。この時、前記導体薄膜を歪みセンサ１０の電極シート１２に当接するように前記フレキシブル基板を配設することで、歪みセンサ１０の電極シート１２とフレキシブル基板の導体薄膜とが電気的に接続され、ストッパー２０が端子として機能する。前記合成樹脂としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。また、前記導体としては、銅、アルミニウム、銀、金等を挙げることができる。
【００５５】
また、前記金属薄膜の金属としては、例えばアルミニウムや銅を挙げることができる。
【００５６】
ストッパー２０が可撓性を有さない場合の材質としては、アルミニウムや銅等の金属や導電性ポリアミド系樹脂等の導電性樹脂を用いることができる。
【００５７】
ストッパー２０の平均厚さの下限としては、１００μｍが好ましく、５００μｍがより好ましい。また、ストッパー２０の平均厚さの上限としては、１ｍｍが好ましく、８００μｍがより好ましい。ストッパー２０の平均厚さが前記下限未満である場合、ストッパー２０の強度が不足するため、当該歪み検出センサ素子１の固定が不十分となるおそれがある。一方、ストッパー２０の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪み検出素子センサ１の取扱いが困難となるおそれがある。
【００５８】
ストッパー２０の平均幅の下限としては、１ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。また、ストッパー２０の平均幅の上限としては、１ｃｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。ストッパー２０の平均幅が前記下限未満である場合、ストッパー２０の強度が不足するため、当該歪み検出センサ素子１の固定が不十分となるおそれがある。一方、ストッパー２０の平均幅が前記上限を超える場合、当該歪み検出センサ素子１が大きくなり過ぎるため、取扱いが困難になるおそれがある。なお、ストッパー２０の「幅」とは、歪みセンサ１０の厚さ方向の長さを意味する。
【００５９】
ストッパー２０の突起部は、後述する基材に係合することで、当該歪み検出センサ素子１を基材に固定するための突起である。前記突起部は、ストッパー２０の一部であり、歪みセンサ１０の短手方向に突出する。
【００６０】
また、ストッパー２０の突起部が突出する長さ（突出長さ）の下限としては、１ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。また、突起部の突出長さの上限としては、２ｃｍが好ましく、１ｃｍがより好ましい。突起部の突出長さが前記下限未満である場合、ストッパー２０が係合位置から外れやすくなるおそれがある。一方、突起部の突出長さが前記上限を超える場合、ストッパー２０の剛性低下により当該歪み検出センサ素子１の固定力が不足するおそれがある。
【００６１】
（歪み検出センサ素子の製造方法）
当該歪み検出センサ素子１は、例えば歪みセンサ１０を準備する工程と、ストッパー２０を付設する工程により製造することができる。
【００６２】
歪みセンサ準備工程では、例えば以下の方法により歪みセンサ１０を準備する。すなわち、歪みセンサ１０は、ＣＮＴ膜１１ａ及び絶縁性エラストマー層１１ｂを有する弾性体１１を形成する工程と、弾性体１１の表裏面に電極シート１２及び挟持シート１３を積層する工程と、少なくとも弾性体１１及び電極シート１２の周面に跨って導電材１４を形成する工程とを備える方法により製造することができる。
【００６３】
まず、弾性体形成工程において、絶縁性エラストマー層１１ｂとＣＮＴ膜１１ａとの積層構造を形成する。この積層構造は、いずれかの層に他の層を形成する材料を塗工等により形成してもよく、各層の融着又は溶着により形成してもよく、弾性接着剤を用いた各層の接着により形成してもよい。
【００６４】
次に、電極シート及び挟持シートの積層工程において、電極シート１２及び挟持シート１３を弾性体１１へ積層する。電極シート１２及び挟持シート１３の弾性体１１への積層方法としては、例えば接着剤を用いることができる。この接着剤としては、例えば粘着剤、硬化性接着剤、熱可塑性接着剤等が使用できる。前記粘着剤としては、例えばアクリル系粘着剤等が挙げられる。また、前記硬化性接着剤としては、エポキシ系接着剤等が挙げられる。
【００６５】
対向し合う電極シート１２と挟持シート１３とは、例えばボルト、リベット、クランプ等の締結部材により挟持されてもよい。この締結部材は、電極シート１２、弾性体１１及び挟持シート１３を貫通してもよい。また、締結部材は、測定対象に歪みセンサ１０を固定するための部材と兼用されてもよい。
【００６６】
導電材の形成工程では、少なくとも弾性体１１及び電極シート１２の周面に跨って導電材１４を形成する。導電材１４は、例えば導電性接着剤の硬化、メッキ、金属の蒸着等により形成することができ、中でも硬化性のバインダー中に導電性粒子を分散した導電性接着剤の硬化によることが簡便である。
【００６７】
なお、歪みセンサ１０としては、市販されている歪みセンサを用いることもできる。
【００６８】
ストッパー付設工程では、ストッパー２０を歪みセンサ１０に付設する。ストッパー２０の付設方法としては、特に限定されないが、例えばストッパー２０を歪みセンサ１０に接着する方法を挙げることができる。ストッパー２０と歪みセンサ１０とを接着する接着剤は、ストッパー２０が電極シート１２と電気的に接続される端子を兼ねるため、導電性を有するものであり、例えば導電性ゴム系接着剤等を挙げることができる。
【００６９】
ストッパー２０と歪みセンサ１０の電極シート１２との電気的接続性を高めるため、ストッパー２０に歪みセンサ１０の端部と係合する凹部を設けて接着してもよい。この凹部に導電性接着剤を塗布した後、歪みセンサ１０の端部を係合させて、ストッパー２０と歪みセンサ１０とを接着することで、ストッパー２０と歪みセンサ１０の電極シート１２と接触面積が大きくなり、ストッパー２０と歪みセンサ１０の電極シート１２との電気的接続性を高めることができる。
【００７０】
＜外力検出アレイモジュール＞
図３に示す外力検出アレイモジュール１０１は、二次元検出面に作用する外力を検出する。当該外力検出アレイモジュール１０１は、二次元検出面に縦方向にストライプ状に配設される複数の第１検出線１２１及び横方向にストライプ状に配設される複数の第２検出線１２２を有する。また、当該外力検出アレイモジュール１０１は、検出された外力を処理する処理手段１３０を備える。
【００７１】
（検出線）
この第１検出線１２１及び第２検出線１２２上にはそれぞれ複数の当該歪み検出センサ素子１が間隔を開けて配設されている。具体的には、当該外力検出アレイモジュール１０１は図４に示すように外力により撓むエラストマー材料製のチューブ状基材１４０を第１検出線１２１及び第２検出線１２２上に有し、このチューブ状基材１４０の内側に複数の当該歪み検出センサ素子１がそのストッパー２０で係合されている。また、複数の当該歪み検出センサ素子１は、歪みセンサ１０の表面が一方の面側（外力が作用する面側）に向くように配設されている。さらに、複数の当該歪み検出センサ素子１のストッパー２０には、それぞれ配線１５０が接続されている。
【００７２】
（基材）
チューブ状基材１４０の主成分であるエラストマー材料としては、可撓性を有する限り特に限定されないが、例えば歪みセンサ１０の絶縁性エラストマー層１１ｂのエラストマー材料として挙げたゴム、合成樹脂等を挙げることができる。ここで、「主成分」とは、最も含有量の多い成分であり、例えば含有量が５０％質量以上の成分である。
【００７３】
チューブ状基材１４０の平均内径としては、当該歪み検出センサ素子１に用いられる歪みセンサ１０の絶縁性エラストマー層１１ｂの平均幅と同等の平均内径とすることが好ましく、当該歪み検出センサ素子１を内挿できる範囲で前記平均幅よりもやや小さい平均内径とすることがより好ましい。具体的にはチューブ状基材１４０の平均内径は、１ｍｍ以上５ｃｍ以下とできる。チューブ状基材１４０の平均内径が前記下限未満である場合、チューブ状基材１４０内に当該歪み検出センサ素子１を配設できないおそれがある。一方、チューブ状基材１４０の平均内径が前記上限を超える場合、このチューブ状基材１４０に係合する当該歪み検出センサ素子１が大きくなり過ぎるおそれがある。
【００７４】
チューブ状基材１４０の平均肉厚の下限としては、１００μｍが好ましく、５００μｍがより好ましい。また、チューブ状基材１４０の平均肉厚の上限としては、２ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。チューブ状基材１４０の平均肉厚が前記下限未満である場合、チューブ状基材１４０の強度が不足するおそれがある。一方、チューブ状基材１４０の平均肉厚が前記上限を超える場合、チューブ状基材１４０が外力を吸収し易くなるため、当該歪み検出センサ素子１に外力が十分に伝わらないおそれがある。なお、チューブ状基材１４０の「平均肉厚」とは、チューブ状基材１４０の外径と内径との平均差の１／２を意味する。
【００７５】
チューブ状基材１４０の長さは、二次元検出面の縦横の長さにより決まるが、例えば５０ｃｍ以上２ｍ以下とできる。
【００７６】
チューブ状基材１４０は、ストッパー２０が係合可能な複数の凹部又は貫通孔である係合孔１４０ａを有する。係合孔１４０ａは、ストッパー２０を固定できる形状であり、具体的にはチューブ状基材１４０の係合孔１４０ａに係合したストッパー２０がチューブ状基材１４０の外面と交差する位置でのストッパー２０の断面形状と略同一であるとよい。
【００７７】
また、係合孔１４０ａは、その中心軸がチューブ状基材１４０の中心軸と交差するように設けるとよい。このように係合孔１４０ａを設けることで、係合孔１４０ａによりチューブ状基材１４０の強度が低下することを抑止できる。
【００７８】
複数の係合孔１４０ａの間隔としては、ストッパー２０が係合可能である限り特に限定されないが、例えば隣り合う係合孔１４０ａの間隔を一対のストッパー２０の間隔とすることができる。このように隣り合う係合孔１４０ａの間隔を一対のストッパー２０の間隔とすることで任意の隣り合う係合孔１４０ａを用いて当該歪み検出センサ素子１を固定することができるので、当該歪み検出センサ素子１間の間隔の調整が比較的容易に行える。また、使用されない係合孔１４０ａを比較的少なくすることができるので、チューブ状基材１４０の強度が低下することを抑止できる。
【００７９】
また、当該歪み検出センサ素子１の一対のストッパー２０間の距離及びこの一対のストッパー２０が係合する一対の係合孔１４０ａ間の距離を調整することで、チューブ状基材１４０により二次元検出面を構成した際に当該歪み検出センサ素子１にプリテンションを加えることもできる。具体的には、加えたいプリテンションの大きさに応じて係合孔１４０ａ間の距離をストッパー２０間の距離より大きくするとよい。
【００８０】
複数の当該歪み検出センサ素子１は、ストッパー２０をチューブ状基材１４０の係合孔１４０ａに係合させることで、チューブ状基材１４０の内側に間隔を開けて配設されている。このようにストッパー２０をチューブ状基材１４０の係合孔１４０ａに係合させることで、より確実に当該歪み検出センサ素子１を固定できる。また、当該歪み検出センサ素子１をチューブ状基材１４０の内側に配設することで、衝撃、水分、埃等からチューブ状基材１４０により当該歪み検出センサ素子１が保護される。
【００８１】
当該歪み検出センサ素子１の配設方法としては、当該歪み検出センサ素子１のストッパー２０が可撓性を有する場合、例えば突起部を曲げてチューブ状基材１４０の端部の開口から配設位置まで当該歪み検出センサ素子１を押し込み、突起部を広げて係合孔１４０ａに係合させる方法で行える。
【００８２】
なお、ストッパー２０が可撓性を有しない場合や当該歪み検出センサ素子１の配設を容易化する場合、チューブ状基材１４０の当該歪み検出センサ素子１の配設位置に当該歪み検出センサ素子１を挿入可能な切れ込みを設けてもよい。ストッパー２０が可撓性を有する場合、この切れ込みを通じて突起部を曲げた当該歪み検出センサ素子１をチューブ状基材１４０の端部の開口から配設位置まで押し込み、突起部を広げて係合孔１４０ａに係合させることで、当該歪み検出センサ素子１をより容易に配設することができる。また、ストッパー２０が可撓性を有しない場合、この切れ込みを設けることで、前記切れ込みから当該歪み検出センサ素子１を配設することができる。
【００８３】
前記切れ込みは、当該歪み検出センサ素子１の裏面側に設けるとよい。このように前記切れ込みを裏面側に設けることで、チューブ状基材１４０による当該歪み検出センサ素子１の保護効果の低下を抑止できる。ここで、歪み検出センサ素子１の「裏面」とは、歪みセンサ１０の絶縁性エラストマー層１１ｂの表面と反対側の面を意味する。
【００８４】
また、前記切れ込みは、当該外力検出アレイモジュール１０１の外力が作用する面とは反対の面側に設けるとよい。このように前記切れ込みを前記外力が作用する面とは反対の面側に設けることで、チューブ状基材１４０による当該歪み検出センサ素子１の保護効果の低下を抑止できる。
【００８５】
縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２上の複数のチューブ状基材１４０は、図５に示すようにネットを形成している。すなわち、１の方向のチューブ状基材１４０は、これと交差する方向のストライプ状に配列される複数のチューブ状基材１４０の前側、後側で交互に交差する。ここで、「前側」とは、当該歪み検出センサ素子１の表面側を意味し、「後側」とはその反対側を意味する。
【００８６】
また、当該歪み検出センサ素子１は、係合されるチューブ状基材１４０が後側となる交差位置を跨がないように配設されるとよい。このように配設することで、当該歪み検出センサ素子１の感度が低下することを抑止できる。当該歪み検出センサ素子１が交差位置を跨がないような配設は、縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２上の複数のチューブ状基材１４０の配設間隔を調整することで実現できる。このため、チューブ状基材１４０の配設間隔は、当該歪み検出センサ素子１のストッパー２０間の距離の１倍以上１．５倍以下とするとよく、具体的には２ｃｍ以上３０ｃｍ以下とできる。
【００８７】
（配線）
上述のように一対のストッパー２０は一対の端子を兼ねており、この一対の端子は歪センサの電極に接続されるので、配線１５０により当該歪み検出センサ素子１が検出した外力を抵抗変化として取り出すことができる。
【００８８】
配線１５０は、個別に当該歪み検出センサ素子１の信号を取り出す結線としてもよいが、図４に示すように複数の当該歪み検出センサ素子１が直列接続となるように結線してもよい。当該歪み検出センサ素子１を直列接続することで、配線１５０が短く単純になるため、断線故障等が抑止できる。一方、当該歪み検出センサ素子１の信号を個別配線により取り出すことで、外力が作用した歪み検出センサ素子１を特定できるため、当該外力検出アレイモジュール１０１中の外力が作用した位置を特定できる。なお、作用する外力の大きさが一定である場合は、当該歪み検出センサ素子１が直列接続されたチューブ状基材１４０であっても、異なる抵抗変化率を持つ歪み検出センサ素子１を配設することで、外力が作用した位置を特定することもできる。また、作用する外力の大きさがある特定の大きさであることが明確である場合にも同様に位置検出が可能になる。
【００８９】
縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２上の複数のチューブ状基材１４０の両端には、それぞれ一対の縦方向の第１検出線１２１用の配線ターミナル１１１ａ、一対の横方向の第２検出線１２２用の配線ターミナル１１１ｂが配設されている。この縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２用の配線ターミナル１１１ａ、１１１ｂには、それぞれ縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２上のチューブ状基材１４０の配線が集積されている。このため、第１検出線１２１及び第２検出線１２２上で検出される外力の情報は、当該歪み検出センサ素子１の抵抗値の変化情報としてこの配線ターミナル１１１ａ、１１１ｂから取得することができる。
【００９０】
（処理手段）
処理手段１３０は、縦方向の第１検出線１２１上で検出された外力を処理する縦方向処理部１３１、横方向検出線１２２上で検出された外力を処理する横方向処理部１３２、縦方向処理部１３１と横方向処理部１３２との情報から外力の大きさ等を判定する判定部１３３、及び判定結果を表示する表示部１３４を主に備える。
【００９１】
縦方向処理部１３１は、縦方向の配線ターミナル１１１ａと接続されており、外力が作用した縦方向のチューブ状基材１４０の位置、その抵抗変化量等を取得する。これにより外力が作用した横方向の位置を特定でき、その抵抗変化量から外力の強さが特定できる。外力の作用状態によっては、複数の縦方向のチューブ状基材１４０に外力が作用することがあるが、その場合は全ての情報を取得するとよい。また、当該歪み検出センサ素子１の信号を個別配線により取り出し当該歪み検出センサ素子１を並列接続している場合は、縦方向処理部１３１により縦方向の位置も特定できる。
【００９２】
横方向処理部１３２は、横方向の配線ターミナル１１１ｂと接続されており、外力が作用したチューブ状基材１４０の位置、その抵抗変化量等を取得する。これらの情報から外力が作用した縦方向の位置及び外力の強さを特定できる。
【００９３】
縦方向処理部１３１及び横方向処理部１３２としては、例えば公知のインターフェイス機器や測定器を組み合わせてものが利用できる。
【００９４】
判定部１３３は、縦方向処理部１３１及び横方向処理部１３２と接続されており、縦方向処理部１３１と横方向処理部１３２との情報から外力の大きさを判定する。また、判定部１３３は、縦方向処理部１３１及び横方向処理部１３２で取得した外力が作用した位置を組み合わせることで、二次元検出面内で外力が作用した位置を判定できる。この判定部１３３としては、例えば公知のパーソナルコンピュータ等を用いることができる。
【００９５】
なお、判定部１３３は、外力を作用した物体が回転を伴っている場合、その回転方向を判定することも可能である。具体的には、例えば縦方向の外力の大きさが横方向の外力の大きさよりも大きい場合、判定部１３３は縦方向の回転が加わっていると判断できる。さらに判定部１３３は、外力の大きさの非対称性から回転の向き、例えば上から下方向であるのか、下から上方向であるのかを判定することもできる。
【００９６】
さらに、外力の大きさとその外力を与えた物体の速度との関係を予め取得し判定部１３３に格納しておくことで、判定部１３３は、その取得情報から外力を与えた物体の速度を判定することもできる。
【００９７】
表示部１３４は、判定部１３３の判定結果を表示する。表示部１３４としては、公知のディスプレイを用いることができる。
【００９８】
＜利点＞
当該歪み検出センサ素子１は長手方向両端部に一対のストッパー２０が付設されているので、このストッパー２０を固定することで、歪み検出できるように当該歪み検出センサ素子１を任意の場所に容易に固定できる。このため当該歪み検出センサ素子１は、外力が作用する位置に外力を直接検出可能に配設することできる。さらに、ストッパー２０が長手方向両端部に付設されることで当該歪み検出センサ素子１の長手方向の伸縮を阻害し難いため、当該歪み検出センサ素子１は、検出感度に優れる。
【００９９】
また、一対のストッパー２０が、一対の電極シート１２にそれぞれ電気的に接続される一対の端子を兼ねることにより、ストッパー２０を固定することで端子位置が固定されるため、端子から容易に配線１５０を引き出すことができる。
【０１００】
当該外力検出アレイモジュール１０１は、当該歪み検出センサ素子１を用いるので、外力を直接歪みセンサ１０で受けて検出することができる。また、当該外力検出アレイモジュール１０１は、二次元検出面にストライプ状に配設される複数の第１検出線１２１及び第２検出線１２２上に複数の当該歪み検出センサ素子１が間隔を開けて配設されているので、これら複数の当該歪み検出センサ素子の検出情報から作用した外力の大きさ等を特定できる。
【０１０１】
さらに、当該外力検出アレイモジュール１０１は、二次元検出面上に外力の作用により撓むエラストマー材料製のチューブ状基材１４０を有し、このチューブ状基材１４０に当該歪み検出センサ素子１がそのストッパー２０で係合されていることで、外力が作用した際にチューブ状基材１４０の撓みにより当該歪み検出センサ素子１の伸縮が増加し、当該歪み検出センサ素子１の検出感度がさらに向上する。
【０１０２】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１０３】
＜歪み検出センサ素子＞
図６の歪み検出センサ素子２は、長手方向の伸縮により抵抗値が変化する帯状の歪み検出センサ素子である。当該歪み検出センサ素子２は、図２に示す歪みセンサ１０を備え、長手方向の両端部に一対のストッパー２１が付設されている。なお、第１実施形態と同一の構成要素は同一の番号を付し、以降の説明を省略する。
【０１０４】
（ストッパー）
一対のストッパー２１は、それぞれ当該歪み検出センサ素子２の短手方向が軸方向と一致する柱状である。第２実施形態のストッパー２１の軸方向の平均高さは、当該歪み検出センサ素子２の短手方向の長さと略等しい。すなわちストッパー２１は、短手方向の突起を有さない。
【０１０５】
ストッパー２１は導電性を有する。また、ストッパー２１は、歪みセンサ１０の端部と係合する凹部を１の側面に有し、歪みセンサ１０の端部をその凹部で挟持する。このようにストッパー２１は、その凹部により歪みセンサ１０の端部を挟持することで、歪みセンサ１０の電極シート１２と電気的に接触している。従って、一対のストッパー２１は一対の電極シート１２にそれぞれ電気的に接続される一対の端子を兼ねている。
【０１０６】
ストッパー２１の材料としては導電性を有する限り特に限定されないが、例えばアルミニウムや銅等の金属を用いることができる。また、ストッパー２１は可撓性を有してもよく、有さなくともよい。
【０１０７】
ストッパー２１の底面の形状は、特に限定されないが、例えば歪みセンサ１０と長手方向が一致し、前記凹部を有する長方形状とできる。このようにストッパー２１の底面をこのような長方形状とすることで、当該歪み検出センサ素子２を後述するチューブ状基材１４１に固定する際、隣接する当該歪み検出センサ素子２との配線１５１による接続をより確実に行うことできる。
【０１０８】
前記底面の歪みセンサ１０の長手方向の平均長さの下限としては、２ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。また、前記底面の歪みセンサ１０の長手方向の平均長さの上限としては、２ｃｍが好ましく、１ｃｍがより好ましい。前記底面の歪みセンサ１０の長手方向の平均長さが前記下限未満である場合、ストッパー２１の凹部で歪みセンサ１０の端部を挟持することが困難となるおそれがある。一方、前記底面の歪みセンサ１０の長手方向の平均長さが前記上限を超える場合、隣接する当該歪み検出センサ素子２の歪み検出センサ１０間の距離が広くなり過ぎ、十分な検出情報が得られないおそれがある。
【０１０９】
前記底面の歪みセンサ１０の厚さ方向の平均長さの下限としては、１ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。また、前記底面の歪みセンサ１０の厚さ方向の平均長さの上限としては、１ｃｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。前記底面の歪みセンサ１０の厚さ方向の平均長さが前記下限未満である場合、隣接する当該歪み検出センサ素子２と配線１５１で電気的に接続する際の接触抵抗が高くなり、当該歪み検出センサ素子２の検出感度が低下するおそれがある。一方、前記底面の歪みセンサ１０の厚さ方向の平均長さが前記上限を超える場合、当該歪み検出センサ素子１が大きくなり過ぎるため、取扱いが困難になるおそれがある。
【０１１０】
＜外力検出アレイモジュール＞
第２実施形態に係る外力検出アレイモジュールは、第１実施形態に係る外力検出アレイモジュール１０１と同様に構成できる。つまり、当該外力検出アレイモジュールは、二次元検出面に縦方向にストライプ状に配設される複数の第１検出線及び横方向にストライプ状に配設される複数の第２検出線を有する。また、当該外力検出アレイモジュールは、検出された外力を処理する処理手段を備える。
【０１１１】
（検出線）
この第１検出線及び第２検出線上にはそれぞれ複数の当該歪み検出センサ素子２が間隔を開けて配設されている。具体的には、当該外力検出アレイモジュールは、図７に示す外力により撓むエラストマー材料製のチューブ状基材１４１を検出線上に有し、このチューブ状基材１４１の内側に複数の当該歪み検出センサ素子２がそのストッパー２１及びストッパー２１を圧接する一対の金具１６１により固定されている。また、複数の当該歪み検出センサ素子２は、歪みセンサ１０の表面が一方の面側（外力が作用する面側）に向くように配設されている。さらに、チューブ状基材１４１はその内側に板状の配線１５１を有し、この配線１５１は隣接する２つの当該歪み検出センサ素子２のストッパー２１に当接している。つまり、配線１５１はチューブ状基材１４１とストッパー２１とに挟持されている。
【０１１２】
（基材）
当該歪み検出センサ素子２は、チューブ状基材１４１の内側に固定されている。当該歪み検出センサ素子２のそれぞれのストッパー２１は、このチューブ状基材１４１の外側で当該歪み検出センサ素子２の表面及び裏面側から一対の金具１６１で挟持し圧接されている。また、隣接する当該歪み検出センサ素子２のストッパー２１を近接配置し、さらにこれらの隣接するストッパー２１の表面に配線１５１を当接するように配設することで、一対の金具１６１によりこれらの隣接するストッパー２１を固定すると共に電気的に接続することができる。これにより、隣接する当該歪み検出センサ素子２の位置ずれを生じ難くできる。
【０１１３】
チューブ状基材１４１の材質、平均内径、平均肉厚、及び長さは、第１実施形態のチューブ状基材１４０と同様とすることができる。
【０１１４】
金具１６１は、板状であり、その表面がチューブ状基材１４１等を介してストッパー２１の凹部のある側面と垂直な側面側に配設されている。この金具１６１は、例えばネジ止めにより固定され、当該歪み検出センサ素子２を挟持する。金具１６１の材質としては、特に限定されないが、例えば強度や腐食性の観点からステンレスが好ましい。
【０１１５】
金具１６１の平面形状としては、ストッパー２１を固定できる限り特に限定されないが、例えば円形状や方形状とできる。また、金具１６１の直径（方形状の場合は１辺）としては、１ｃｍ以上３ｃｍ以下とすることができる。金具１６１の直径が前記下限未満である場合、ストッパー２１が十分に固定できず、当該歪み検出センサ素子２が位置ずれを起こすおそれがある。一方、金具１６１の直径が前記上限を超える場合、外力が金具１６１に作用する場合が増加し、当該歪み検出センサ素子２による外力の検出が不十分となるおそれがある。
【０１１６】
また、金具１６１の平均厚さとしては、ストッパー２１を固定できる限り特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とできる。金具１６１の平均厚さが前記下限未満である場合、金具１６１の強度が不足するおそれがある。一方、金具１６１の平均厚さが前記上限を超える場合、外力が金具１６１に作用する場合が増加し、当該歪み検出センサ素子２による外力の検出が不十分となるおそれがある。
【０１１７】
図８に示すように縦方向の第１検出線及び横方向の第２検出線上の複数のチューブ状基材１４１は、第１実施形態のチューブ状基材１４０と同様のネットを形成している。
【０１１８】
この時、図８に示すように縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２上のチューブ状基材１４１の交差位置に金具１６１が配設されるようにネットを形成するとよい。このようにネットを形成することで、具体的には、縦方向の第１検出線上のチューブ状基材１４１、その内側に配設される当該歪み検出センサ素子２及び配線１５１と、横方向の第２検出線上のチューブ状基材１４１、その内側に配設される当該歪み検出センサ素子２及び配線１５１とが一対の金具１６１で固定される。このように固定することで、金具１６１の使用個数を減らせる。また、縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２上のチューブ状基材１４１が交差位置で連結できるので、より確実に当該歪み検出センサ素子２を検出線上に固定できる。
【０１１９】
（配線）
配線１５１は導電板であり、その一方の面１５１ａが隣接する当該歪み検出センサ素子２のストッパー２１の凹部のある側面と垂直な１の側面に重ね合わさるように当接し、隣接するストッパー間をチューブ状基材１４１の内側で電気的に接続する。
【０１２０】
配線１５１の材料としては、導電性を有する限り特に限定されないが、例えばストッパー２１と同じ金属を用いることができる。
【０１２１】
配線１５１がストッパー２１に当接する面１５１ａの形状としては、ストッパー２１間の電気的な接続ができる限り特に限定されないが、例えば方形状とできる。この場合、前記当接する面１５１ａの一方の辺の長さは、ストッパー２１の軸方向の平均高さと略一致するとよく、他方の辺の長さは、ストッパー２１の底面の歪みセンサ１０の長手方向の平均長さの２倍の長さと略一致するとよい。このように前記当接する面１５１ａの２辺の長さを前記長さとすることにより、隣接するストッパー２１の当接面全体を配線１５１で覆うことができるので、比較的低抵抗で隣接するストッパー間を電気的に接続できる。
【０１２２】
配線１５１の当接面に垂直方向の平均厚さの下限としては、３００μｍが好ましく、５００μｍがより好ましい。また、配線１５１の平均厚さの上限としては、１ｍｍが好ましく、８００μｍがより好ましい。配線１５１の平均厚さが前記下限未満である場合、配線１５１の抵抗が大きくなり当該歪み検出センサ素子２の検出感度が低下するおそれや、配線１５１の強度が不足し断線するおそれがある。一方、配線１５１の平均厚さが前記上限を超える場合、金具１６１により圧接し難くなるおそれがある。
【０１２３】
なお、当該外力検出アレイモジュールの配線ターミナル及び処理手段は、第一実施形態と同一のものを用いることができるので、説明を省略する。
【０１２４】
＜利点＞
第２の実施形態に係る外力検出アレイモジュールは、チューブ状基材１４１に係合孔を設けることなく当該歪み検出センサ素子２を固定するので、係合孔によるチューブ状基材１４１の強度低下を防止できる。
【０１２５】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１２６】
＜歪み検出センサ素子＞
図９の歪み検出センサ素子３は、長手方向の伸縮により抵抗値が変化する帯状の歪み検出センサ素子である。当該歪み検出センサ素子３は歪みセンサ１０を備え、長手方向の両端部において歪みセンサ１０の基板の一部が裏面側に略垂直に屈曲する屈曲部１６を有しており、その先端部に一対のストッパー２０が付設されている。つまり、一対のストッパー２０は、当該歪み検出センサ素子３の長手方向の両端部に付設されている。なお、第１実施形態と同一の構成要素は同一の番号を付し、以降の説明を省略する。
【０１２７】
歪みセンサ１０の屈曲部１６が歪みセンサ１０の裏面から厚さ方向に突出する部分の平均長さは、後述するシート状基材１４２の厚さ方向に係合できる長さによって決まるが、例えば１ｃｍ以上３ｃｍ以下とできる。
【０１２８】
また、屈曲部１６は、歪みセンサ１０の電極シート１２とストッパー２０とを電気的に接続する配線部を有する。あるいは、歪みセンサ１０の導電材１４を歪みセンサ１０の両端部まで延伸し、歪みセンサ１０の電極シート１２がストッパー２０と当設する位置に形成されていてもよい。このように歪みセンサ１０の電極シート１２とストッパー２０とを電気的に接続することで、一対のストッパー２０が電極シート１２にそれぞれ電気的に接続される一対の端子を兼ねる。
【０１２９】
＜外力検出アレイモジュール＞
第３の実施形態に係る外力検出アレイモジュールは、シート状基材１４２を有し、このシート状基材１４２が図１０に示す二次元検出面を構成する。当該外力検出アレイモジュールは二次元検出面に横方向にストライプ状に配設される複数の当該歪み検出センサ素子３を有し、縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２が構成されている。
【０１３０】
シート状基材１４２は、外力により撓むエラストマー材料製であるとよく、その材料としては、第一実施形態のチューブ状基材１４１と同様のものを用いることができる。
【０１３１】
シート状基材１４２の平面視形状は、二次元検出面を構成できる限り特に限定されないが、例えば１辺が５０ｃｍ以上２ｍ以下の方形状とすることができる。
【０１３２】
シート状基材１４２の平均厚さの下限としては、３ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。また、シート状基材１４２の平均厚さの上限としては、１０ｍｍが好ましく、８ｍｍがより好ましい。シート状基材１４２の平均厚さが前記下限未満である場合、シート状基材１４２の強度が不足するおそれがある。一方、シート状基材１４２の平均厚さが前記上限を超える場合、当該外力検出アレイモジュールの取扱いが困難となるおそれがある。
【０１３３】
シート状基材１４２は、ストッパー２０が係合可能な複数の凹部又は貫通孔である係合孔１４２ａを有する。また、シート状基材１４２は、係合孔１４２ａ以外に空気抜きの開口等を有してもよい。
【０１３４】
係合孔１４２ａの形状は、ストッパー２０を固定できればよい。具体的には係合孔１４２ａは平面視形状で、縦方向の長さが屈曲部１６の短手方向の長さと略同一であり、横方向の長さが屈曲部１６の厚さと略同一であるとよい。
【０１３５】
シート状基材１４２の複数の係合孔１４２ａの間隔としては、ストッパー２０が係合可能である限り特に限定されないが、例えば第１実施形態の係合孔１４０ａの間隔と同様とできる。
【０１３６】
複数の当該歪み検出センサ素子３は、ストッパー２０をシート状基材１４２の係合孔１４２ａに係合させることで、シート状基材１４２の一方の面（表面）側に歪みセンサ１０が位置するように間隔を開けて配設されている。また、係合孔１４２ａが貫通孔である場合は、シート状基材１４２の裏面側にストッパー２０が位置するように間隔を開けて配設される。
【０１３７】
シート状基材１４２の配線はストッパー２０に接続されており、例えば複数の当該歪み検出センサ素子３が縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２上で直列接続されるように配線されている。具体的には、図１０（ａ）に示すように当該歪み検出センサ素子３を縦方向の第１検出線上に配設される当該歪み検出センサ素子３の群と、複数のストッパー２０が横方向の第２検出線上に配設される当該歪み検出センサ素子３の群とに分け、それぞれの群のストッパー２０を当該歪み検出センサ素子３が直列接続となるように配線するとよい。このように縦方向と横方向との直列接続配線を備えることで、当該外力検出アレイモジュールは、外力の位置の特定をより容易に行える。
【０１３８】
なお、当該外力検出アレイモジュールの配線ターミナル及び処理手段は、第一実施形態と同一のものを用いることができるので、説明を省略する。
【０１３９】
＜利点＞
第３の実施形態に係る外力検出アレイモジュールは、直接当該歪み検出センサ素子３に外力が作用するので、検出感度が向上する。また、１の当該歪み検出センサ素子３が縦方向の第１検出線１２１及び横方向の第２検出線１２２の両方を構成するので、少ない歪み検出センサ素子で外力を検出することができる。また、当該外力検出アレイモジュールは、シート状基材によって二次元検出面を構成するので、ネットで構成する場合に比べて取扱いが容易である。
【０１４０】
［その他の実施形態］
本実施形態は前記構成からなり、前述の利点を奏するものであったが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内において適宜設計変更可能である。
【０１４１】
前記第１実施形態では、板状の突起部を有するストッパーについて説明したが、突起部は板状に限定されず、例えば図１１に示すように、ストッパー２０が歪み検出センサ素子４の内側に曲がった鈎状の突起部を有してもよい。このように鈎状の突起部を有することで、ストッパー２０が基材に係合した際にこの鈎部に係合孔の端部が挟み込まれ、より確実に歪み検出センサ素子４を固定できると共に、係合孔による基材の強度低下を抑止できる。
【０１４２】
前記実施形態では、ストッパーが歪みセンサの電極と電気的に接続される端子を兼ねる場合を説明したが、これは必須の構成要件ではない。例えば歪みセンサの電極から直接配線を引き出し歪み検出センサ素子を接続する構成であってもよい。
【０１４３】
前記第２実施形態では、金具による圧接でストッパーを固定する場合を示したが、ストッパーの固定方法はこれに限定されず、融着による固定等を用いてストッパーを基材に固定してもよい。融着による固定の場合、例えばストッパーを熱可塑性樹脂により形成し、熱融着することで基材に固定することができる。または、少なくともストッパーを固定する部分に熱収縮チューブを配設し、熱収縮チューブを加熱することによりストッパーを固定してもよい。
【０１４４】
前記第３実施形態では、外力検出アレイモジュールとして歪み検出センサ素子に直接外力が作用する構成としたが、歪み検出センサ素子を被覆し、保護してもよい。
【０１４５】
シート状基材の歪み検出センサ素子を保護する構成としては、例えば断面が半円状のチューブにより歪み検出センサ素子を被覆する構成や、歪み検出センサ素子を内側に配設したチューブ状基材をシート状基材に接着することで歪み検出センサ素子を配設する構成を挙げることができる。
【０１４６】
前記第３実施形態では、外力検出アレイモジュールとしてシート状基材に開けた係合孔等に直接当該歪み検出センサ素子を固定する場合を示したが、係合孔を設けず歪み検出センサ素子を接着等によりシート状基材に貼り付けてもよい。
【０１４７】
前記実施形態では、外力検出アレイモジュールが縦方向及び横方向の２方向に検出線を有する場合を示したが、いずれか一方のみであってもよい。
【０１４８】
第１実施形態や第２実施形態のチューブ状基材に繊維等を歪み検出センサ素子と並行して内包することで、歪み検出センサ素子を保護してもよい。
【０１４９】
また、外力検出アレイモジュールは、光ファイバ等の発光部材を歪み検出センサ素子と並行して内包することで、判定部の結果に基づいて例えば二次元検出面上での外力作用位置を明示するように発光させる機能を有することもできる。
【０１５０】
前記実施形態では、歪みセンサのＣＮＴ膜として、ＣＮＴ繊維束が樹脂層で被覆されているものを説明したが、ＣＮＴ繊維束は樹脂層で被覆されていなくともよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
以上説明したように、本発明の歪み検出センサ素子は外力が作用する場所に容易に配置できる。このため、外力の大きさ等を特定できる外力検出アレイモジュールに好適に用いることができる。また、本発明の外力検出アレイモジュールは、防御管理システムや球技スポーツ用装置等の物体の単純衝突による外力検出に利用できる他、例えば呼吸センサといった複雑な動きによる外力検出にも利用できる。
【符号の説明】
【０１５２】
１、２、３、４  歪み検出センサ素子
１０  歪みセンサ
１１  弾性体
１１ａ  ＣＮＴ膜
１１ｂ  絶縁性エラストマー層
１２  電極シート
１３  挟持シート
１４  導電材
１６  屈曲部
２０、２１  ストッパー
１０１  外力検出アレイモジュール
１１１ａ、１１１ｂ  配線ターミナル
１２１、１２２  検出線
１３０  処理手段
１３１  縦方向処理部
１３２  横方向処理部
１３３  判定部
１３４  表示部
１４０、１４１  チューブ状基材
１４０ａ、１４２ａ  係合孔
１４２  シート状基材
１５０、１５１  配線
１５１ａ  配線の表面
１６１  金具
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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