(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に伸縮し、当該伸縮に応じて電気抵抗が変化する帯状又は糸状の検出部と、
前記検出部の長手方向両端にそれぞれ配設され、その幅が先端側に漸減する一対の針状部と
を備える歪みセンサ素子。
【請求項２】
前記一対の針状部が、前記検出部の両端に接続される一対の電極である請求項１に記載の歪みセンサ素子。
【請求項３】
前記一対の針状部が、前記検出部の両端に接続される一対の電極に対向するよう配置される一対の挟持部材である請求項１に記載の歪みセンサ素子。
【請求項４】
前記針状部の側縁部に凹部を有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の歪みセンサ素子。
【請求項５】
前記針状部が貫通孔を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の歪みセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪みセンサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばゲーム等に利用される仮想現実（バーチャルリアリティ）技術において人体の動きを再現するために人体の動きを検出する動作検出デバイスが求められている。また、動作検出デバイスは、例えばスポーツ選手等の動きを科学的に解析するためにも利用が検討されている。
【０００３】
人体の動きを検出する動作検出デバイスとしては、一例として、伸縮性を有する布帛から形成され、肘等の関節の周囲にフィットするよう装着される筒状乃至サポーター状の支持体と、この支持体の関節曲げ伸ばし方向外側かつ関節の近位遠位方向の両側の２点間に架け渡すよう取り付けられ、伸縮可能かつ自身の伸縮量を検出可能な導電エラストマーを含む帯状の歪みセンサ素子とを備える関節折り曲げ角度検出装置が提案されている（特開平１−１３６６３２号公報参照）。
【０００４】
前記公報に記載の動作検出デバイスでは、布帛から形成される支持体に歪みセンサ素子又は歪みセンサ素子に取り付けた部材を縫い付けることによって、支持体に歪みセンサ素子を固定している。このように、布帛に歪みセンサ素子を縫い付ける場合、先ず、粘着性の接着剤等を用いて布帛に歪みセンサ素子を仮止めしなければ正確な位置に歪みセンサ素子を容易に取り付けることができない。しかしながら、歪みセンサ素子の取り付けにおいて、仮止めを行うことは煩雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１３６６３２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、布帛への取り付けが比較的容易な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、長手方向の歪みに応じて電気抵抗が変化する帯状又は糸状の検出部と、前記検出部の長手方向両端にそれぞれ配設され、その幅が先端側に漸減する一対の針状部とを備える歪みセンサ素子である。
【０００８】
当該歪みセンサ素子は、前記検出部の長手方向両端に、その幅が先端側に漸減する一対の針状部を備えることによって、この針状部を布帛に差し込むことで仮止めすることができるため、布帛の正確な位置への取り付けが比較的容易である。
【０００９】
前記一対の針状部が、前記検出部の両端に接続される一対の電極であるとよい。このように、前記一対の針状部が、前記検出部の両端に接続される一対の電極であることによって、針状部のために部品点数を増加させず、当該歪みセンサ素子の構成を比較的簡素にすることができる。
【００１０】
前記一対の針状部が、前記検出部の両端に接続される一対の電極に対向するよう配置される一対の挟持部材であるとよい。このように、前記一対の針状部が、前記検出部の両端に接続される一対の電極に対向するよう配置される一対の挟持部材であること、つまり検出部と電極との接続をより確実にするために設けられ得る一対の挟持部材を針状部とすることによって、針状部のために部品点数を増加させず、当該歪みセンサ素子の構成を比較的簡素にすることができる。
【００１１】
前記針状部の側縁部に凹部を有するとよい。このように、前記針状部の側縁部に凹部を有することによって、この凹部に布帛の繊維が係合することで、当該歪みセンサの仮止めがより確実となり、布帛の取り付けがさらに容易となる。また、布帛に糸を縫い付けて当該歪みセンサ素子を固定する場合、縫い付けた糸が凹部に係合するので、当該歪みセンサ素子の固定がより確実となる。
【００１２】
前記針状部が貫通孔を有するとよい。このように、前記針状部が貫通孔を有することによって、この貫通孔に糸を縫い付けて当該歪みセンサ素子をさらに確実に固定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上述のように、本発明の歪みセンサ素子は、布帛への取り付けが比較的容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の歪みセンサ素子を示す模式的平面図である。
【図２】図１の歪みセンサ素子の模式的側面図である。
【図３】図１の歪みセンサ素子の仮止め状態を示す模式的側面図である。
【図４】本発明の図１とは異なる実施形態の歪みセンサ素子を示す模式的側面図である。
【図５】本発明の図１及び図４とは異なる実施形態の歪みセンサ素子を示す模式的側面図である。
【図６】本発明の図１、図４及び図５とは異なる実施形態の歪みセンサ素子を示す模式的部分平面図である。
【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］
図１及び図２に示す本発明の第一実施形態の歪みセンサ素子は、長手方向の歪みに応じて電気抵抗が変化する帯状の検出部１と、この検出部１の長手方向両端にそれぞれ配設され、その幅が先端側に漸減する一対の針状部２とを備える。
【００１７】
本実施形態において、一対の針状部２は、検出部１の両端に電気的及び機械的に接続される一対の電極である。この一対の針状部２は、検出部１の表面の両端部分を覆うよう積層して固定するとよい。
【００１８】
＜検出部＞
検出部１は、伸縮に応じて電気抵抗が変化するものであればよいが、例えば一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含む膜状検出体を用いることができる。
【００１９】
検出部１（膜状検出体）の平均幅の下限としては、０．３ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。一方、検出部１の平均幅の上限としては、１０ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましく、２ｍｍがさらに好ましい。検出部１の平均幅が前記下限に満たない場合、検出部１の強度が不十分となるおそれがある。逆に、検出部１の平均幅が前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が大きくなり、適用可能な測定対象が過度に限定されるおそれがある。
【００２０】
検出部１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。一方、検出部１の平均厚さの上限としては、３ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。検出部１の平均厚さが前記下限に満たない場合、強度が不十分となるおそれがある。逆に、検出部１の平均厚さが前記上限を超える場合、針状部２を布帛へ差し込む際に検出部１が緩衝して当該歪みセンサ素子の固定を阻害するおそれがある。
【００２１】
検出部１の長手方向の平均長さとしては、特に限定されず、当該歪みセンサ素子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】
検出部１のうち、平面視で一対の針状部２間に挟まれ、実質的に伸縮して電気抵抗が変化する検出領域の長手方向の平均長さは、当該歪みセンサ素子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。前記検出領域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】
検出部１のうち、平面視で一対の針状部２と重複し、実質的に歪みの検出に寄与しない固定領域の長手方向の平均長さは、針状部２の取り付け方法等に応じて適宜選択されるが、例えば３ｍｍ以上５ｃｍ以下とすることができる。
【００２４】
検出部１の歪みがない状態での電気抵抗（一対の針状部２間で測定される値）の下限としては、１０Ωが好ましく、１００Ωがより好ましい。一方、検出部１の歪みがない状態での電気抵抗の上限としては、１００ｋΩが好ましく、１０ｋΩがより好ましい。検出部１の歪みがない状態での電気抵抗が前記下限に満たない場合、伸び歪みを検出するための電流が大きくなり当該歪みセンサ素子の消費電力が大きくなるおそれがある。逆に、検出部１の歪みがない状態での電気抵抗が前記上限を超える場合、検出回路の電圧が高くなることで当該歪みセンサ素子の出力を処理する装置の小型化や省電力化が困難となるおそれがある。
【００２５】
〔膜状検出体〕
前記膜状検出体は、一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維から形成される層を有し、ＣＮＴ繊維の層の少なくとも表層（表面近傍領域）に後述の絶縁性エラストマーが含浸することにより膜状に形成されている。また、絶縁性エラストマーはＣＮＴ繊維間の電気的接触を阻害するため、ＣＮＴ繊維の層の中心部には絶縁性エラストマーが含浸しない領域が残される。また、絶縁性エラストマーの含浸によってＣＮＴ繊維の層が絶縁性エラストマーによって被覆された状態となるため、膜状検出体の表層には絶縁性エラストマーからなる薄い層が形成されているとも考えられる。
【００２６】
このような膜状検出体は、前記絶縁性エラストマーの弾性力によって弾性を有し、少なくとも長手方向に伸縮可能である。この膜状検出体は、少なくとも長手方向に伸長することによってＣＮＴ繊維同士が離間して電気抵抗が増大し、弾性力により収縮することで、ＣＮＴ繊維同士が再度接触して電気抵抗が減少する。なお、膜状検出体は、ＣＮＴ繊維間の接触率を抑制して電気抵抗を調整するために、例えば合成樹脂等からなる絶縁性の繊維をＣＮＴ繊維の層内に含んでもよい。
【００２７】
膜状検出体は、少なくとも表層に絶縁性エラストマーが含浸しているので、後述のＣＮＴ繊維束を絶縁性エラストマーが被覆するため、この絶縁性エラストマーが複数のＣＮＴ繊維束の伸縮方向をガイドするガイド部材としても機能する。その結果、当該歪みセンサ素子は、伸長時に離間されたＣＮＴ繊維同士を収縮時に再度同一部位で再接触させることが可能となり、繰り返し使用に基づく伸縮歪みの検出精度の低下を防止することができる。さらに、かかる構成によると、複数のＣＮＴ繊維間の当接関係が維持され易いと共に、複数のＣＮＴ繊維の伸縮性を調整し易い。従って、膜状検出体の伸縮歪みをさらに精度よく検出することができる。
【００２８】
また、このような当接関係の維持及び伸縮性の調整をさらに容易にするためには、ＣＮＴ繊維の層の裏層（裏面近傍領域）にも絶縁性エラストマーが含浸していることが好ましい。この際、ＣＮＴ繊維の層の表層の少なくとも一部に絶縁性エラストマーが含浸するので、ＣＮＴ繊維の層と絶縁性エラストマーとの結合力も高まる。
【００２９】
（ＣＮＴ繊維）
膜状検出体に用いられるＣＮＴ繊維は、それぞれ複数のＣＮＴ単繊維から形成することができる。ここで、ＣＮＴ単繊維とは、１本の長尺のカーボンナノチューブをいう。また、ＣＮＴ繊維は、ＣＮＴ単繊維の端部同士が連結する連結部を有する。ＣＮＴ単繊維同士は、これらのＣＮＴ単繊維の長手方向に連結している。このように、膜状検出体において、ＣＮＴ単繊維同士がその長手方向に連結することでＣＮＴ繊維の配向長さの大きい層を形成することができ、当該歪みセンサ素子の長手方向の長さを大きくして感度を向上することができる。
【００３０】
また、膜状検出体のＣＮＴ繊維の層において、複数のＣＮＴ繊維は、網目構造を形成していてもよい。具体的には、複数のＣＮＴ繊維はＣＮＴ単繊維同士が連結する連結部等により網目状に連結又は接触していてもよい。この際、この連結部では３つ以上のＣＮＴ単繊維の端部が結合していてもよく、２つのＣＮＴ単繊維の端部と他の単繊維の中間部とが結合していてもよい。複数のＣＮＴ繊維がこのような網目構造を形成することで、ＣＮＴ繊維同士が密接し、ＣＮＴ繊維の層の抵抗を下げることができる。
【００３１】
さらに、膜状検出体は、長手方向に配向する複数のＣＮＴ繊維からなるＣＮＴ繊維束を有してもよい。膜状検出体が長手方向に配向する複数のＣＮＴ繊維束を有する場合、膜状検出体が伸縮方向に延伸されるよう歪みが加わった際にＣＮＴ繊維の切断、離間、ＣＮＴ繊維束の切断空間（ギャップ）の伸縮等により膜状検出体の抵抗がより的確に変化する。
【００３２】
より具体的には、前記ＣＮＴ繊維束は、複数のＣＮＴ繊維からなるバンドル構造となっており、この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繊維が切断及び離間したギャップとの両方が存在することになる。また、複数のＣＮＴ繊維束は表層を絶縁性エラストマーで被覆されているので、このギャップ内の圧力は大気圧よりも低い（負圧である）と考えられるため、当該歪みセンサ素子の収縮時（歪の解放時）にはこのギャップの収縮力によって歪みセンサ素子の収縮が付勢される。さらに、このギャップ内ではＣＮＴ繊維同士の摩擦が低減されるため、ＣＮＴ繊維の動きが制限され難い。
【００３３】
なお、膜状検出体におけるＣＮＴ繊維の層は、複数のＣＮＴ繊維又は複数のＣＮＴ繊維束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。但し、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。
【００３４】
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。
【００３５】
前記ＣＮＴ単繊維は、公知の方法で製造することができ、例えばＣＶＤ（化学蒸着：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、アーク法、レーザーアブレーション法、ＤＩＰＳ（直噴熱分解合成：ｄｉｒｅｃｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）法、ＣｏＭｏＣＡＴ法（商標）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（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、石英ガラス基材や酸化膜付きシリコン基材等の基材上に触媒となる鉄又はニッケル薄膜を成膜し、カーボンナノチューブを垂直配向成長させることによって所望の長さのカーボンナノチューブの結晶を得ることができる。
【００３６】
（絶縁性エラストマー）
絶縁性エラストマーは、上述のように、ＣＮＴ繊維の層に含浸されると共にＣＮＴ繊維の層表面を被覆する層を形成するものであって、歪みセンサ素子に弾性力を付与する機能を有する。膜状検出体の一方の面を被覆する絶縁性エラストマーの層を基板層と呼び、膜状検出体の他方の面を被覆する絶縁性エラストマーの層を保護層と呼んで区別することができる。膜状検出体のＣＮＴ繊維の層に含浸する絶縁性エラストマーとしては、例えばゴム、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、塩ビ系エラストマー、ウレタン系エラストマー、アミド系エラストマー等を用いることができる。
【００３７】
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）、ポリジメチルシロキサン（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。
【００３８】
前記絶縁性エラストマーは、水性エマルジョンの塗工によりＣＮＴ繊維の層に含浸されているとよい。前記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は疎水性が高いため、水性エマルジョンを用いた塗工により絶縁性エラストマーを被覆させると、この絶縁性エラストマーは複数のＣＮＴ繊維間に完全には入り込まない。つまり、複数のＣＮＴ繊維の間には部分的に絶縁性エラストマーが含浸するが、この絶縁性エラストマーは各ＣＮＴ繊維の厚さ方向の断面における全領域には含浸しない。これにより、絶縁性エラストマーが複数のＣＮＴ繊維間に完全にしみ込んで、膜状検出体の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、絶縁性エラストマーの存在に起因する膜状検出体の歪みに対する感度の低下を抑えることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
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被膜を形成することができる。
【００４１】
また、前記絶縁性エラストマーはカップリング剤を含有しているとよい。絶縁性エラストマーがカップリング剤を含有することで、絶縁性エラストマーとＣＮＴ繊維とを架橋し、絶縁性エラストマーとＣＮＴ繊維との接合力を向上させることができる。
【００４２】
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。
【００４３】
また、絶縁性エラストマーはＣＮＴ繊維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、例えば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）、ＣＮＴ繊維の疎水性の基（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。
【００４４】
絶縁性エラストマーの層の表面には、さらに異なる樹脂材料からなるアシスト層が積層されてもよい。この絶縁性エラストマーと異なる材料として弾性力や耐久性に優れた樹脂材料を採用することで、当該歪みセンサ素子の伸縮性及び耐久性を高めることができる。この絶縁性エラストマーと異なる材料としては、具体的にはウレタン樹脂が好ましい。
【００４５】
＜針状部＞
一対の針状部２は、検出部１の電気抵抗を測定するための配線を接続する端子として使用されると共に、当該歪みセンサ素子を布帛に固定する際に布帛に差し込まれることで当該歪みセンサ素子を仮止めするために使用される。つまり、当該歪みセンサ素子は、針状部２を布帛に差し込むことによって正確な位置に仮止めしてから、例えば硬化性接着剤等を用いて布帛に対して恒久的に固定される。
【００４６】
この針状部２と検出部１のＣＮＴ繊維の層との電気的接続方法としては、特に限定されないが、例えば保護層及びＣＮＴ繊維の層の表面の絶縁性エラストマーをレーザー照射等により除去して露出するカーボンナノチューブに直接接触させる方法、ＣＮＴ繊維の層のカーボンナノチューブが露出する端面（例えばＣＮＴ繊維の層の側面、ＣＮＴ繊維の層に形成した貫通穴の内周面等）と針状部２とに跨るよう導電性接着剤等を盛り付ける方法、検出部１に差し込まれてＣＮＴ繊維の層に達する突起を針状部２に設ける方法などが挙げられる。
【００４７】
また、針状部２は、接着剤を用いて検出部１に固定することができる。また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。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。また、前記接着剤として、合成樹脂中に導電性フィラーを含有する導電性接着剤を用いれば、検出部１と針状部２との電気的固定と機械的固定とを同時に行うことができる。
【００４８】
また、接着剤を検出部１の長手方向の端面に盛り付けることによって、針状部２と検出部１との段差をなめらかにすることができ、これによって、針状部２に続いて検出部１の端部を布帛に差し込むことが容易となる。
【００４９】
針状部２を構成する材料としては、十分な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、金属が好適に使用される。針状部２を構成する金属としては、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、中でも剛性を有するニッケルやステンレス鋼が好適に用いられる。
【００５０】
針状部２の平均厚さの下限としては、０．２ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。一方、針状部２の平均厚さの上限としては、３ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。針状部２の平均厚さが前記下限に満たない場合、剛性が不足して布帛への差し込みが困難となるおそれがある。逆に、針状部２の平均厚さが前記上限を超える場合、検出部１の端部を布帛の繊維の間に差し込むことが困難となるおそれがある。
【００５１】
針状部２の検出部１に固定される部分の平均幅（通常、これが最大幅となる）は、検出部１の平均幅と略等しいことが好ましい。針状部２の検出部１に固定される部分の平均幅が検出部１の平均幅より小さい場合、検出部１を布帛に差し込むことが容易でなくなるおそれがある。針状部２の検出部１に固定される部分の平均幅が検出部１の平均幅より大きい場合、一旦布帛へ刺し込んだ後に当該歪みセンサ素子を引き戻すことが困難となるおそれがある。
【００５２】
針状部２の検出部１に固定される部分の平均幅が検出部１の平均幅より大きい場合、針状部２の検出部１から延出する部分の平均幅の範囲としては、０ｍｍより大きく、０．５ｍｍ以下が好ましい。上記範囲を超えた場合は上述のように、一旦布帛へ刺し込んだ後に当該歪みセンサ素子を引き戻すことが困難となるおそれがある。なお、針状部２の検出部１に固定される部分の平均幅が検出部１の平均幅より小さい場合は、針状部２から延出した検出部１を折り畳んだ状態で布帛に抜き差ししてもよい。
【００５３】
針状部２の平面形状としては、図示するように、長手方向の軸を中心に左右対称であってもよいが、左右非対称であってもよい。また、針状部２は、検出部１まで布帛に差し込まない場合には、検出部１から延出する部分の幅が検出部１に固定される部分の幅から不連続に小さくなるよう形成されてもよい。また、針状部２の先端形状としては、使用される布帛に差し込むことができる程度に細くなっていればよく、先端が丸く面取りされた形状であってもよい。また、針状部２は、その幅だけでなく厚さも先端側に漸減するよう形成されてもよいが、一定の厚さを有するものとすることで、板材からの打ち抜き加工等によって比較的容易に形成することができる。
【００５４】
＜利点＞
当該歪みセンサ素子は、伸縮歪みを電気抵抗の変化に変換する検出部１の両端に、その幅が先端側に漸減する一対の針状部２を有するので、例えば図３に示すように、この針状部２を布帛Ｃに差し込むことで、比較的容易に布帛Ｃに対して仮止めすることができる。このように、当該歪みセンサ素子は、布帛への取り付けが比較的容易であるため、当該歪みセンサ素子を用いることで、人体の動きを検出するウェアラブルデバイスの製造が容易となる。
【００５５】
また、当該歪みセンサ素子は、電極でもある針状部２を備えるので、布帛に予め形成した導電配線に針状部２を差し込むことによって、当該歪みセンサ素子を測定回路に接続することができる。
【００５６】
［第二実施形態］
図４に示す本発明の第一実施形態の歪みセンサ素子は、長手方向の歪みに応じて電気抵抗が変化する帯状の検出部１１と、この検出部１１の長手方向両端にそれぞれ配設される一対の電極１２と、検出部１１を介して一対の電極１２にそれぞれ対向するよう配設され、その幅が先端側に漸減する一対の針状部１３とを備える。
【００５７】
本実施形態において、一対の針状部１３は、一対の電極１２との間に検出部１１を挟み込むことによって、検出部１１と電極１２との接続を確実にする一対の挟持部材である。
【００５８】
図４の歪みセンサ素子における検出部１１は、図１の歪みセンサ素子における検出部１と同様とすることができる。このため、図４の歪みセンサ素子の検出部１１についての重複する説明は省略する。
【００５９】
＜電極＞
一対の電極１２は、検出部１１の両端部の表面側に機械的に固定され、検出部１１のＣＮＴ繊維の層に電気的に接続されている。この一対の電極１２は、当該歪みセンサ素子の検出信号を電気的に取り出すための一対の端子として使用される。
【００６０】
この一対の電極１２の材質としては、導電性を有し、かつ当該歪みセンサ素子の使用中に実質的に伸縮しないものとされる。なお、「実質的に伸縮しない」とは、検出部１１の平面視で一対の電極１２間の検出領域の当該歪みセンサ素子を用いた測定中における長手方向の伸縮率に対する電極１２の長手方向の伸縮率の比が、１／１００以下、好ましくは１／１０００以下であることを意味する。また、当該歪みセンサ素子を用いた測定中における電極１２の伸縮率に対する伸縮領域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。
【００６１】
電極１２を構成する材料としては、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、導電性布等が使用される。また、電極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、前記導電性布としては、少なくとも表面に導電性を有する繊維を含む織布や不織布が使用できる。さらに、電極１２の表面を金等の腐食しにくい材料で被覆してもよい。また、セラミックスの表面を金等で被覆することで電極１２を構成してもよい。
【００６２】
電極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１２の平均厚さが前記下限に満たない場合、曲げ等により電極１２が破断するおそれがある。逆に、電極１２の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が不必要に厚くなるおそれや、針状部１３の布帛への差し込みを阻害するおそれがある。
【００６３】
図４の歪みセンサ素子における電極１２の検出部１１のＣＮＴ繊維の層への接続方法としては、図１の歪みセンサ素子における針状部２の検出部１のＣＮＴ繊維の層への接続方法と同様とすることができる。
【００６４】
＜針状部＞
図４の歪みセンサ素子における針状部１３は、電極１２との間に検出部１１の端部を挟み込むことによって、検出部１１の電極１２が積層される固定領域の変形を抑制する挟持部材である。このような構成により、当該歪みセンサ素子は、検出部１１の検出領域だけを伸縮させることで、検出精度を向上する。
【００６５】
また、針状部１３は、平面視で検出部１１及び電極１２から長手方向に突出し、この突出部分の少なくとも一部の幅が先端側に漸減している。これにより、当該歪みセンサ素子は、針状部１３を布帛に差し込んで仮止めすることができるので、布帛に比較的容易かつ正確に取り付けることができる。
【００６６】
針状部１３の材質としては、十分な剛性を有するものであればよく、導電性のものであっても絶縁性のものであってもよい。具体的には、針状部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組成物、ニッケル、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の金属などを使用することができる。
【００６７】
図４の歪みセンサ素子における針状部１３の平均厚さ、検出部１１に固定される部分の平均幅及び検出部１１から延出する部分の平均幅としては、材質にもよるが、図１の歪みセンサ素子における針状部２の平均厚さ、検出部１に固定される部分の平均幅及び検出部１から延出する部分の平均幅と同様とすることができる。
【００６８】
対向し合う電極１２と針状部１３とは、例えばボルト、リベット、クランプ等の締結部材（不図示）により挟持されてもよい。この締結部材は、検出部１１、電極１２及び針状部１３を貫通してもよく、電極１２を検出部１１に電気的に接続するための部材を兼ねてもよい。
【００６９】
針状部１３は、例えば接着剤を用いて検出部１１に積層することができる。この接着剤としては、電極１２を積層するために使用されるものと同様のものを用いることができるが、導電性を有しないものを用いることが好ましい。
【００７０】
［第三実施形態］
図５に示す本発明の第一実施形態の歪みセンサ素子は、長手方向の歪みに応じて電気抵抗が変化する帯状の検出部２１と、この検出部１１の長手方向両端にそれぞれ配設される第１針状部２２と、検出部２１を介して一対の針状部２２にそれぞれ対向するよう配設される第２針状部２３とを備える。
【００７１】
本実施形態において、一対の第１針状部２２は、検出部２１の電気抵抗を測定するための電極であり、一対の第２針状部２３は、一対の第１針状部との間に検出部２１を挟み込むことによって、検出部２１の伸縮可能な領域を正確に確定し、当該歪みセンサ素子による伸縮歪みの検出精度を向上する挟持部材である。
【００７２】
図５の歪みセンサ素子における検出部２１及び第１針状部２２は、図１の歪みセンサ素子における検出部１及び針状部２と同様とすることができる。また、図５の歪みセンサ素子における第２針状部２３は、図５の歪みセンサ素子における針状部１３と同様とすることができる。このため、図５の歪みセンサ素子についての重複する説明は省略する。
【００７３】
当該歪みセンサ素子において、対向し合う第１針状部２２と第２針状部２３とは、１本の針として機能する。検出部２１の厚さが比較的大きい場合、第１針状部２２と第２針状部２３とは、屈曲することにより互いに密接するよう構成されたり、互いに撚り合わされたり、それぞれに形成した切欠きを咬合させたりすることによって、一体化されることが好ましい。
【００７４】
このように、当該歪みセンサ素子は、電極である第１針状部２２と、挟持部材である第２針状部２３とを有することで表裏に急激に厚さを増大するような明確な段差が形成され難いことにより、第１針状部２２及び第２針状部２３を布帛に差し込んだとき、検出部２１が布帛に引っかかり難いので、布帛への取り付けがより簡単である。
【００７５】
［第四実施形態］
図６に示す本発明の第四実施形態の歪みセンサ素子は、長手方向の歪みに応じて電気抵抗が変化する帯状の検出部１と、この検出部１の長手方向両端にそれぞれ配設される針状部２ａとを備える。
【００７６】
図６の歪みセンサ素子の構成は、針状部２ａの平面形状が図１の歪みセンサ素子の針状部２と異なる点を除いて、図１の歪みセンサ素子の構成と同様である。このため、図６の歪みセンサ素子について、重複する説明は省略する。
【００７７】
当該歪みセンサ素子の針状部２ａは、平面視で、検出部１と重複する領域の側縁部に固定用凹部（切欠き）４を有し、検出部１から延出する部分の側縁部に切断用凹部（切欠き）５を有し、検出部１と重複する領域内部に固定用貫通孔６を有し、切断用凹部５と針状部２ａの幅方向に並ぶ位置に切断用貫通孔７を有する。
【００７８】
当該歪みセンサ素子は、布帛に針状部２ａを突き刺して仮止めした状態で、固定用凹部４及び固定用貫通孔６を通して布帛に糸を縫い付けることによって、布帛に対して堅固に固定することができる。
【００７９】
また、当該歪みセンサ素子は、布帛に針状部２ａを差し込んだときに、布帛の繊維が固定用凹部４に係合することにより、より確実に仮止めすることができる。
【００８０】
さらに、当該歪みセンサ素子は、切断用凹部５及び切断用貫通孔７が幅方向に列をなして設けられていることにより、切断用凹部５及び切断用貫通孔７の列に沿って比較的容易に針状部２ａを切断することができる。このため、当該歪みセンサ素子は、布帛に固定した後、針状部２ａの鋭利な先端部を比較的容易に切除することができるので、当該歪みセンサ素子を用いた動作検出デバイスの安全性を向上できる。
【００８１】
固定用凹部４の開口幅及び固定用貫通孔６の平均径の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、０．７ｍｍがより好ましい。一方、固定用凹部４の開口幅及び固定用貫通孔６の平均径の上限としては、２ｍｍが好ましく、１．５ｍｍがより好ましい。固定用凹部４の開口幅及び固定用貫通孔６の平均径が前記下限に満たない場合、固定用凹部４及び固定用貫通孔６の中に縫い糸を通すことが困難となるおそれがある。逆に、固定用凹部４及び固定用貫通孔６の平均径が前記上限を超える場合、針状部２の幅が不必要に大きくなるおそれや、針状部２の強度が不十分となるおそれがある。
【００８２】
一方、切断用凹部５及び切断用貫通孔７の大きさとしては、特に限定されず、加工性及び針状部２ａの切断し易さを考慮して適宜設定すればよい。また、切断用凹部５及び切断用貫通孔７を利用して針状部２ａの先端部を切断せずに折り曲げてもよい。つまり、切断用凹部５及び切断用貫通孔７によって、針状部２ａを曲げる位置を特定すると共に、針状部２ａの折り曲げを容易にすることができる。
【００８３】
［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。
【００８４】
当該歪みセンサ素子の針状部は、布帛からの抜けを防止するよう、例えば鈎状、鏃状等の外形形状を有してもよい。また、当該歪みセンサ素子の針状部は、複数の当該歪みセンサ素子を連結できるよう、他の針状部と係合できるフック状に形成されてもよい。
【００８５】
当該歪みセンサ素子において、針状部の固定用凹部、固定用貫通孔、切断用凹部及び切断用貫通孔は、個々に省略可能である。また、切断用凹部及び切断用貫通孔に替えて、針状部の厚さを減じて切断容易としてもよい。また、これらの凹部や貫通孔は、挟持部材として設けられる針状部に設けてもよい。
【００８６】
当該歪みセンサ素子の検出部は、伸縮歪みの変化を電気抵抗の変化として出力可能なものであればよく、カーボンナノチューブを用いたものに限定されない。
【００８７】
当該歪みセンサ素子は、検出部として糸状（直径を限定しない）のものを備えてもよい。このような糸状の検出部としては、例えばカーボンナノチューブ束の周面を樹脂組成物で被覆した糸状の抵抗体等を用いることができる。
【００８８】
また、当該歪みセンサ素子の針状部は、より複雑な三次元形状を有してもよい。例として、検出部が糸状である場合、針状部の検出部との接合面が検出部に合わせて例えば円筒面であってもよい。また、針状部が検出部との接続のために、例えばかしめ構造等を有してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
当該歪みセンサ素子は、人体の動きを検出する動作検出デバイスに特に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１，１１，２１  検出部
２，２２，２ａ  針状部（電極）
４  固定用凹部
５  切断用凹部
６  固定用貫通孔
７  切断用貫通孔
１２  電極
１３，２３  針状部（挟持部材）
Ｃ  布帛
【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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