(57)【要約】【課題】本発明は、製造が容易で、かつ検出値が安定する歪センサを提供することを課題とする。【解決手段】本発明の歪センサは、少なくとも一層の導電性エラストマ層を有するシート状の弾性体と、この弾性体に積層されると共に前記導電性エラストマ層を介して電気的に接続される複数の電極シートとを備える歪センサであって、前記弾性体及び電極シートの周面に配設され、前記導電性エラストマ層と複数の電極シートとの電気的接続を確保する導電材をさらに備えることを特徴とする。前記複数の電極シートが前記弾性体の一方の面に積層され、前記弾性体の他方の面に前記電極シートに対向して積層される複数の挟持シートをさらに備えるとよい。前記弾性体が最外面に絶縁性エラストマ層を有し、前記導電材が前記絶縁性エラストマ層の周面を跨いで配設されるとよい。前記導電材が導電性接着剤の硬化により形成されるとよい。【選択図】図１
2016080520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一層の導電性エラストマ層を有するシート状の弾性体と、この弾性体に積層されると共に前記導電性エラストマ層を介して電気的に接続される複数の電極シートとを備える歪センサであって、
前記弾性体及び電極シートの周面に配設され、前記導電性エラストマ層と複数の電極シートとの電気的接続を確保する導電材をさらに備えることを特徴とする歪センサ。
【請求項２】
前記複数の電極シートが前記弾性体の一方の面に積層され、
前記弾性体の他方の面に前記電極シートに対向して積層される複数の挟持シートをさらに備える請求項１に記載の歪センサ。
【請求項３】
前記弾性体が最外面に絶縁性エラストマ層を有し、
前記導電材が前記絶縁性エラストマ層の周面を跨いで配設される請求項１又は請求項２に記載の歪センサ。
【請求項４】
前記導電材が導電性接着剤の硬化により形成される請求項１、請求項２又は請求項３に記載の歪センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜状の導電性エラストマ層とこの導電性エラストマ層の両面に積層される絶縁性エラストマ層とを備える積層体を帯状に形成した歪センサであって、長手方向の伸縮による導電性エラストマ層の抵抗変化を検出する歪センサが知られている（例えば特開２０００−２５８１１１号公報参照）。
【０００３】
前記公報に記載の歪センサは、長手方向両端部に、導電性エラストマ層と絶縁性エラストマ層との間に挿入され、導電性エラストマ層及び絶縁性エラストマ層から長手方向に突出する一対の電極用導体を備えることによって、導電性エラストマ層の抵抗変化を検出可能としている。
【０００４】
このような歪センサは、導電性エラストマ層と絶縁性エラストマ層とを積層する際に、予め電極用導体を配置しておく必要があり、製造工程が複雑であると共に、設計変更が容易ではない。
【０００５】
また、このような歪センサは、主に、長手方向両端部が２つの測定点に固定され、この２つの測定点間の距離の変化を測定するために用いられる。歪センサの測定点に固定される両端部分は、固定により伸縮が制限される。このとき、伸縮が制限される部分と伸縮自由な部分との境界があいまいとなると、歪センサの伸縮する範囲が変化して検出感度が一定とならない。このため、前記公報に記載の歪センサは、両端部を剛性を有する固定部材の間に挟み込むことにより、伸縮可能な部分と伸縮しない部分とを明確に区分するよう固定される。
【０００６】
しかしながら、前記公報に記載の歪センサは、固定部材に挟持される部分の一部領域に電極用導体が挿入されている。このため、固定部材により歪センサの端部を挟持すると、電極用導体の端部において導電性エラストマ層に局所的に大きな応力が加わる。すると、この部分において抵抗値が大きく変化して検出値を不安定にしたり、最悪の場合には導電性エラストマ層が断線するという不都合が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２５８１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記不都合に鑑みて、本発明は、製造が容易で、かつ検出値が安定する歪センサ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】
【０００９】
前記課題を解決するためになされた発明は、少なくとも一層の導電性エラストマ層を有するシート状の弾性体と、この弾性体に積層されると共に前記導電性エラストマ層を介して電気的に接続される複数の電極シートとを備える歪センサであって、前記弾性体の周面に配設され、前記導電性エラストマ層と複数の電極シートとの電気的接続を確保する導電材をさらに備えることを特徴とする歪センサである。
【００１０】
当該歪センサは、弾性体及び電極シートの周面に配設される導電材により電極シートを導電性エラストマ層に電気的に接続するので、製造及び寸法等の設計変更が容易である。また、当該歪センサは、弾性体の内部に電極シート又は電極シートとの電気的接続を行う部材が配置されない。このため、当該歪センサを厚さ方向に圧縮する力が作用しても、局所的に応力集中が発生し難いので検出値が安定する。なお、「周面」には、弾性体に形成した孔の内周面を含むものとする。
【００１１】
前記複数の電極シートが前記弾性体の一方の面に積層され、前記弾性体の他方の面に前記電極シートに対向して積層される複数の挟持シートをさらに備えるとよい。このように、複数の電極シートが弾性体の一方の面に積層されることにより、当該歪センサを測定対象の表面に貼着したときに検出信号を取り出すための配線が容易となる。また、電極シートと挟持シートとの間に弾性体を挟み込んで挟持することにより、当該歪センサは、電極シート及び挟持シートで挟持されることにより伸縮が防止される複数の非伸縮領域と、複数の非伸縮領域の間の伸縮領域とに区分けされる。これによって、弾性体の伸縮量と導電性エラストマ層の電気抵抗との相関が高くなり、検出精度を向上できる。
【００１２】
前記弾性体が最外面に絶縁性エラストマ層を有し、前記導電材が前記絶縁性エラストマ層の周面を跨いで配設されるとよい。このように、弾性体が最外面に絶縁性エラストマ層を有することにより、導電性エラストマ層が保護され、導電性エラストマ層の損傷による検出感度の変化を防止できる。
【００１３】
前記導電材が導電性接着剤の硬化により形成されるとよい。このように、導電性接着剤によって導電材を形成することで、製造がさらに容易となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の歪センサは、製造が容易で、かつ検出値が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る歪センサの長手方向断面の模式的端面図である。
【図２】図１の歪センサ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に係る歪センサの模式的平面図である。
【図４】本発明の図１及び図３とは異なる実施形態に係る歪センサの模式的平面図である。
【図５】本発明の図１、図３及び図４とは異なる実施形態に係る歪センサの長手方向断面の模式的端面図である。
【図６】本発明の図１及び図３から図５とは異なる実施形態に係る歪センサの長手方向断面の模式的端面図である。
【図７】本発明の図１及び図３から図６とは異なる実施形態に係る歪センサの長手方向断面の模式的端面図である。
【図８】本発明の図１及び図３から図７とは異なる実施形態に係る歪センサの長手方向断面の模式的端面図である。
【図９】本発明の図１及び図３から図８とは異なる実施形態に係る歪センサの長手方向断面の模式的端面図である。
【図１０】本発明の図１及び図３から図９とは異なる実施形態に係る歪センサの長手方向断面の模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［第一実施形態］
図１及び図２の歪センサ１は、細長いシート状、つまり帯状の弾性体２と、この弾性体２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３と、弾性体２の長手方向両端部の裏面に電極シート３に対向して積層される一対の挟持シート４と、弾性体２、電極シート３及び挟持シート４の周面に配設される導電材５とを備える。
【００１８】
なお、本実施形態の説明において使用される「表」及び「裏」との用語は、便宜的なものであり、必ずしも実際に使用状態における位置関係を表すものではない。例えば、当該歪センサ１は、測定対象に貼着又は形成した配線に対して電極シート３を当接させるように配置して使用されてもよい。
【００１９】
＜弾性体＞
弾性体２は、１層の導電性エラストマ層６と、この導電性エラストマ層６の両面に積層され、弾性体２の最外面を形成する一対の絶縁性エラストマ層７とを有する。
【００２０】
弾性体２は、平面視において、長手方向両端部の電極シート３及び挟持シート４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３及び挟持シート４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２の電極シート３からの剥離、つまり弾性体２と電極シート３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３及び挟持シート４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２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、当該歪センサ１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２の伸縮領域Ａｓの平均長さは、当該歪センサ１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２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２の各非伸縮領域Ａｎの平均長さは、例えば測定対象への固定方法、電極シート３への配線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】
弾性体２の伸縮領域Ａｓの平均幅は、当該歪センサ１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２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２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２の伸縮領域Ａｓの平均幅が前記下限に満たない場合、導電性エラストマ層６の抵抗値が過度に大きくなったり、ばらついたりするおそれがある。逆に、弾性体２の伸縮領域Ａｓの平均幅が前記上限を超える場合、当該歪センサ１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。
【００２５】
一方、弾性体２の非伸縮領域Ａｎの平均幅は、後述する電極シート３及び挟持シート４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２の平均厚さとしては、特に限定されず、当該歪センサ１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】
（導電性エラストマ層）
導電性エラストマ層６は、少なくとも弾性体２の長手方向の伸縮によって抵抗値が変化するよう形成される。
【００２８】
導電性エラストマ層６の無荷重状態での抵抗値（一対の電極シート３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、導電性エラストマ層６の無荷重状態での抵抗値の上限としては、１００ｋΩが好ましく、１０ｋΩがより好ましい。導電性エラストマ層６の無荷重所帯での抵抗値が前記下限に満たない場合、伸びを検出するための電流が大きくなり当該歪センサ１の消費電力が大きくなるおそれがある。逆に、導電性エラストマ層６の無荷重状態での抵抗値が前記上限を超える場合、検出回路の電圧が高くなり、当該歪センサ１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。
【００２９】
導電性エラストマ層６の平均厚さの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがさらに好ましい。一方、導電性エラストマ層６の平均厚さの上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがさらに好ましい。導電性エラストマ層６の平均厚さが前記下限に満たない場合、このような薄膜の形成が困難になるおそれや、抵抗が上昇しすぎるおそれがある。逆に、導電性エラストマ層６の平均厚さが前記上限を超える場合、歪に対する感度が低下するおそれがある。
【００３０】
このような導電性エラストマ層６は、例えば導電性フィラーを含有する樹脂組成物の層として形成することができる。前記導電性フィラーとしては、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴということがある）、カーボンブラック、銀ナノ粒子、銀ナノファイバー等が挙げられる。中でも、導電性エラストマ層６としては、弾性体２の長手方向（伸縮方向）に配向する複数のＣＮＴ繊維を有するＣＮＴ膜が好適に用いられる。
【００３１】
このようなＣＮＴ膜は、伸縮方向に配向する複数の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。
【００３２】
ＣＮＴ繊維束がこのように配向していることによりＣＮＴ膜が伸縮方向に延伸されるよう歪が加わった場合に、ＣＮＴ繊維束を構成するＣＮＴ繊維の切断、離間、ＣＮＴ繊維束の切断空間（ギャップ）の伸縮等によってＣＮＴ膜の抵抗値が変化する。
【００３３】
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。
【００３４】
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膜を形成することができ、当該歪センサ１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。
【００３５】
なお、ＣＮＴ膜は、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。
【００３６】
ＣＮＴ繊維（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。
【００３７】
前記ＣＮＴ繊維（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。これらの中でも、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、触媒となる鉄あるいはニッケル薄膜を成膜した上に、垂直配向成長した所望の長さのＣＮＴの結晶を得ることができる。
【００３８】
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、例えば合成樹脂、ゴム等を挙げることができ、これらの中でもゴムが好ましい。ゴムを用いることで、大きな歪に対してもＣＮＴ繊維の十分な保護機能を発揮することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
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）等を挙げることができる。
【００４１】
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膜の歪に対する感度の低下を抑えることができる。
【００４２】
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、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。
【００４３】
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保護膜を形成することができる。
【００４４】
また、樹脂層はカップリング剤を含有しているとよい。樹脂層がカップリング剤を含有することで、樹脂層とＣＮＴ繊維束とを架橋し、樹脂層とＣＮＴ繊維束との接合力を向上させることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
また、樹脂層はＣＮＴ繊維束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、ＣＮＴ繊維束の疎水性の基（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。
【００４７】
（絶縁性エラストマ層）
絶縁性エラストマ層７は、弾性体２の両面を覆い、導電性エラストマ層６を保護する。
【００４８】
この絶縁性エラストマ層７と導電性エラストマ層６との積層構造は、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。
【００４９】
この絶縁性エラストマ層７の材質としては、柔軟性を有する限り特に限定されず、例えば合成樹脂、ゴム、不織布、変形可能な形状又は材質の金属や金属化合物等を挙げることができる。また、表裏の絶縁性エラストマ層７は、異なる材質で形成されてもよい。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
絶縁性エラストマ層７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、絶縁性エラストマ層７の平均厚さの上限としては、５ｍｍが好ましく、２ｍがより好ましい。絶縁性エラストマ層７の平均厚さが前記下限に満たない場合、十分に導電性エラストマ層６を保護できないおそれがある。逆に、絶縁性エラストマ層７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、弾性体２の弾性率が大きくなり測定対象の変形を阻害するおそれがある。なお、表裏の絶縁性エラストマ層７の平均厚さは、互いに異なってもよい。
【００５３】
＜電極シート＞
電極シート３は、非伸縮領域Ａｎの表面を覆うよう弾性体２の表面に積層されている。電極シート３の弾性体２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。
【００５４】
この電極シート３は、当該歪センサ１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３は、当該歪センサ１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、当該歪センサ１を用いた測定中における電極シート３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。
【００５５】
また、当該歪センサ１を用いた測定中における電極シート３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。
【００５６】
具体的には、電極シート３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３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３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、当該歪センサ１を用いた測定の際に非伸縮領域Ａｎが不規則に伸長し、導電性エラストマ層６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。
【００５７】
電極シート３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３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。
【００５８】
電極シート３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３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３の平均厚さが前記下限に満たない場合、曲げ等により電極シート３が破断するおそれがある。逆に、電極シート３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。
【００５９】
電極シート３を弾性体２に積層する接着剤としては、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。また、市販の導電性粘着テープを電極シート３及び粘着剤として使用してもよい。
【００６０】
＜挟持シート＞
挟持シート４は、非伸縮領域Ａｎの裏面を覆うよう弾性体２の裏面に積層されている。電極シート３の弾性体２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、電極シート３を弾性体２に積層するために使用されるものと同様とされる。
【００６１】
この挟持シート４は、電極シート３と同様に、当該歪センサ１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４は、電極シート３との間に弾性体２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４を備えることにより、当該歪センサ１は、弾性体２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、当該歪センサ１は、弾性体２の伸縮量と、導電性エラストマ層６の電気抵抗値との相関が高く、歪の検出精度に優れる。
【００６２】
挟持シート４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４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３と同様のものを使用することもできる。また、挟持シート４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。
【００６３】
挟持シート４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４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４の平均厚さが前記下限に満たない場合、曲げ等により挟持シート４が破断するおそれがある。逆に、挟持シート４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。
【００６４】
対向し合う電極シート３と挟持シート４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、電極シート３、弾性体２及び挟持シート４を貫通してもよい。また、締結部材は、測定対象に当該歪センサ１を固定するための部材と兼用されてもよい。
【００６５】
＜導電材＞
導電材５は、少なくとも弾性体２及び電極シート３の周面に配設され、導電性エラストマ層６と複数の電極シート３との電気的接続を確保する。当該歪センサ１では、導電材５は、弾性体２、電極シート３及び挟持シート４の周面が平面視において重複する部分、つまり弾性体２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。
【００６６】
この導電材５は、図２に示すように、電極シート３の表面の周縁部から挟持シート４の裏面の周縁部までを覆うよう、弾性体２、電極シート３及び挟持シート４の周面に盛り付けられることが好ましい。
【００６７】
導電材５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。
【００６８】
弾性体２の周面における導電材５の弾性体２の周面の法線方向の平均厚さとしては、導電材５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。
【００６９】
＜製造方法＞
当該歪センサ１は、導電性エラストマ層６及び絶縁性エラストマ層７を有する弾性シート基材を形成する工程と、この弾性シート基材の切り抜きにより所望の平面形状を有する弾性体２を形成する工程と、弾性体２の表裏面に電極シート３及び挟持シート４を積層する工程と、少なくとも弾性体２及び電極シート３の周面に跨って導電材５を配設する工程とを備える方法により製造することができる。
【００７０】
＜利点＞
このように、当該歪センサ１は、弾性体２の周面に配設される導電材５により、外部端子となる電極シート３と伸縮歪により電気抵抗が変化する導電性エラストマ層６とが電気的に接続されるので、導電性エラストマ層６と絶縁性エラストマ層７とを積層した弾性シート基材を切り抜いて製造することができる。
【００７１】
このため、予め導電性エラストマ層６と絶縁性エラストマ層７とを積層した面積の大きい弾性シートを用意しておくことで、当該歪センサ１を作成して試験を行い、この試験の結果を反映して形状を変更した当該歪センサ１を作成するサイクルを容易に繰り返せる。従って、当該歪センサ１は、特に電極シート３間の距離、つまり弾性体２の伸縮領域Ａｓの長手方向の長さが異なるものを迅速、安価かつ容易に製造することができる。
【００７２】
また、当該歪センサ１は、弾性体２の内部に導電性エラストマ層６に対する電気的接続を行うための部材が配置されない。このため、当該歪センサ１は、非伸縮領域Ａｎに圧縮力が作用しても、非伸縮領域Ａｎの全体に圧力が分散し、局所的に応力が集中し難い。従って、当該歪センサ１は、電極シート３を測定対象に対して押圧するよう固定しても、検出値が不安定になり難い。
【００７３】
また、当該歪センサ１では、導電性エラストマ層６が上述のＣＮＴ膜で形成される場合、ＣＮＴ膜の表裏面に非常に薄い樹脂層が形成されているので、ＣＮＴ膜が露出する導電性エラストマ層６の周面に対して導電材５が電気的に接続されることによって、ＣＮＴ膜の表裏面に対して電気的な接続を行う場合よりも確実な電気的接続ができる。
【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】
これより、図面を参照しながら、本発明の実施形態について、可能な変形例について説明するが、先に説明された構成要素と同一又は対応する構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７６】
例えば、本発明によれば、図３に示す歪センサ１ａのように、導電材５を弾性体２及び電極シート３の周面のうち長手方向の両端部分にのみ配設してもよく、図４に示す歪センサ１ｂのように、導電材５を弾性体２及び電極シート３の周面のうち非伸縮領域Ａｎの短手方向両端部分にのみ配設してもよい。つまり、本発明の歪センサにおいて、平面視における導電材５の配設位置及びその長さは特に限定されず、弾性体２と電極シート３とに跨って配設できればよい。導電材５は、例えば非伸縮領域Ａｎの一辺の一部にのみ配設されてもよいが、成形の容易性の観点から、非伸縮領域Ａｎ周面の少なくとも一辺の全長に沿って形成されることが好ましい。
【００７７】
また、本発明によれば、図５に示す歪センサ１ｃのように、弾性体２、電極シート３及び挟持シート４に形成した貫通孔の内周面に導電材５を配設してもよい。さらに、導電材５は、弾性体２、電極シート３及び挟持シート４の外周面と貫通孔の内周面との両方に配設してもよい。
【００７８】
また、本発明によれば、図６に示す歪センサ１ｄのように、弾性体２が、複数の導電性エラストマ層６と、これら複数の導電性エラストマ層６の間に介在する絶縁性エラストマ層７とを有し、複数の導電性エラストマ層６の両端面がそれぞれ導電体５によって電気的に並列に接続されるものであってもよい。このように、複数の導電性エラストマ層６を有し、これら複数の導電性エラストマ層６が導電材５によって並列に接続されることにより、当該歪センサ１ｄは、各導電性エラストマ層６の抵抗変化のばらつきが互いに相殺され、検出精度がより向上する。なお、複数の導電性エラストマ層６が互いに異なる材質や厚さを有してもよい。
【００７９】
また、本発明によれば、図７に示す歪センサ１ｅのように、弾性体２が複数の導電性エラストマ層６を有し、一方の非伸縮領域Ａｎの両面に一対の電極シート３が対向して積層され、他方の非伸縮領域Ａｎの両面に一対の挟持シート４が対向して積層されてもよい。当該歪センサ１ｅでは、弾性体２の一方側の端部において、弾性体２の表面側の導電性エラストマ層６の周面と表面側の電極シート３の周面とに跨って配設される導電材５と、弾性体２の裏面側の導電性エラストマ層６の周面と裏面側の電極シート３の周面とに跨って配設される導電材５とが分離して配設される。この場合、導電性エラストマ層６の間の絶縁性エラストマ層７の厚さを大きくしたり、その材質をシリコーン樹脂等の疎水性のものとすることにより、表裏の導電材５間が短絡しないようにするとよい。また、弾性体２の他方側の端部の周面には、少なくとも複数の導電性エラストマ層６を互いに接続するよう、導電材５が配設される。このように、複数の導電性エラストマ層６が導電材５によって直列に接続されることにより、当該歪センサ１ｅは、導電性エラストマ層６の抵抗変化が大きくなり、検出感度が向上する。
【００８０】
また、本発明によれば、図８に示す歪センサ１ｆのように、電極シート３又は挟持シート４が配設される３つ以上の非伸縮領域Ａｎを設け、これらの間にそれぞれ伸縮領域Ａｓを画定してもよい。なお、両端以外の非伸縮領域Ａｎの電極シート３は、少なくとも短手方向（伸縮方向と垂直方向）一方側の周面に配設される導電材５（不図示）により弾性体２の導電性エラストマ層６と電気的に接続される。当該歪センサ１ｆでは、任意の２つの電極シート３の間の電気抵抗を計測することにより、１又は複数の伸縮領域Ａｓの合計伸び歪を測定することができる。
【００８１】
また、本発明によれば、図９に示す歪センサ１ｇのように、実効的な伸縮領域Ａｓと非伸縮領域Ａｎとの境界を、電極シート３よりも長手方向（伸縮方向）内側において弾性体２を挟持するさらなる挟持シート４の対によって画定してもよい。この歪センサ１ｇは、歪測定において、電極シート３を測定対象に対して固定せず、内側の挟持シート４の対を測定対象に対して固定することによって、電極シート３と内側の挟持シート４との間の弾性体２を伸縮させないように配置されることが好ましい。
【００８２】
また、本発明によれば、図１０に示す歪センサ１ｈのように、弾性体２の伸縮方向の端部が電極シート３から延出していてもよい。つまり、弾性シート基材から予め一定の形状に切り抜かれた弾性体２と、予め一定の形状に成形された電極シート３及び挟持シート４とを用いて当該歪センサ１ｈを形成する場合にも、電極シート３及び挟持シート４を配設する位置を調節することによって、所望の長さを有する伸縮領域Ａｓを画定することができる。
【００８３】
さらに、当該歪センサにおいて、非伸縮領域の平面形状は方形状に限らない。但し、伸縮領域との境界は短手方向に延伸する直線状とすることが好ましい。
【００８４】
また、当該歪センサにおいて、弾性体の伸縮領域の幅を非伸縮領域の幅以上としてもよい。但し、伸縮領域と非伸縮領域との境界における幅を最大幅とすることが好ましい。特に、弾性体の伸縮領域の幅及び非伸縮領域の幅を略一定とし、弾性体の平面形状を長方形状とすれば、弾性シート基材から弾性体を切り出す作業が容易になる。
【００８５】
また、当該歪センサにおいて、一対の電極が伸縮方向の異なる端部の異なる面側に積層されてもよい。
【００８６】
また、当該歪センサにおいて、弾性体が外面に導電性エラストマ層を有してもよい。また、物理的には複数の導電性エラストマ層を有する弾性体であっても、複数の導電性エラストマ層間が並列に接続される場合等、絶縁の確実性が要求されない場合には弾性体の内部に絶縁性エラストマ層がなくてもよい。
【００８７】
また、導電性エラストマ層をＣＮＴ膜で形成する場合、ＣＮＴ膜の表裏の樹脂層が絶縁性エラストマ層としての機能を果たし得る。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、特に伸縮率が大きい伸び歪を測定するために、好適に利用される。
【符号の説明】
【００８９】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ  歪センサ
２  弾性体
３  電極シート
４  挟持シート
５  導電材
６  導電性エラストマ層
７  絶縁性エラストマ層
Ａｎ  非伸縮領域
Ａｓ  伸縮領域
【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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