(57)【要約】【課題】比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる歪みセンサ素子の提供を目的とする。【解決手段】本発明の歪みセンサ素子は、伸縮するよう編成されている１種又は複数種の編糸と、前記編糸の編成体の伸縮方向に引き揃えられ、前記編糸の少なくとも１種と近接するよう配設されている１又は複数のカーボンナノチューブ束とを備える。前記カーボンナノチューブ束が、糸状又は膜状に形成されているとよい。前記カーボンナノチューブ束が、前記１種又は複数種の編糸と共に編み込まれているとよい。前記カーボンナノチューブ束が、前記編糸の編成体の一方の面側に積層されているとよい。前記カーボンナノチューブ束が、エラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで前記編糸に接着されているとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮するよう編成されている１種又は複数種の編糸と、
前記編糸の編成体の伸縮方向に引き揃えられ、前記編糸の少なくとも１種と近接するよう配設されている１又は複数のカーボンナノチューブ束と
を備える歪みセンサ素子。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ束が、糸状又は膜状に形成されている請求項１に記載の歪みセンサ素子。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ束が、前記１種又は複数種の編糸と共に編み込まれている請求項１又は請求項２に記載の歪みセンサ素子。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブ束が、前記編糸の編成体の一方の面側に積層されている請求項１又は請求項２に記載の歪みセンサ素子。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ束が、エラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで前記編糸に接着されている請求項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】
伸縮に対する抵抗体の抵抗変化から歪みを検出する歪みセンサが知られている。また、このような抵抗体としては、一般的には金属や半導体が用いられている。しかしながら、金属や半導体は可逆的に伸縮可能な変形量が小さい。そのため、抵抗体として金属や半導体を用いた歪みセンサは用途等に制限がある。
【０００３】
そこで、前記抵抗体として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いた歪みセンサが提案されている（特開２０１１−４７７０２号公報参照）。この歪みセンサは、所定方向に配向させた複数のＣＮＴを含むＣＮＴ膜を有する。この歪みセンサは、ＣＮＴ膜が合成樹脂又はゴムを含む伸縮可能な基材上に配置されており、このＣＮＴ膜がＣＮＴの配向方向と垂直な方向へ比較的大きく伸縮できるため、大きな歪みにも対応できるとされている。
【０００４】
しかしながら、この歪みセンサは、ＣＮＴ膜を支持する基材が合成樹脂又はゴムを主成分とするため、一定の弾性限界を有する。そのため、この歪みセンサは、一定以上引き伸ばすと基材が塑性変形して伸縮性が失われるおそれがある。また、その結果ＣＮＴ膜が伸びきってしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４７７０２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、比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出できる歪みセンサ素子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、伸縮するよう編成されている１種又は複数種の編糸と、前記編糸の編成体の伸縮方向に引き揃えられ、前記編糸の少なくとも１種と近接するよう配設されている１又は複数のカーボンナノチューブ束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、カーボンナノチューブ束が編糸の少なくとも１種と近接するよう配設されているので、このカーボンナノチューブ束は編糸の編成体と共に伸縮する。つまり、編糸の編成体が伸縮性を維持する限り、カーボンナノチューブ束もこの編成体の伸縮に合わせて伸縮することができる。ここで、編成体は、伸縮性を有する範囲内でしか伸縮しない。つまり、編成体は限界まで伸長しても、合成樹脂やゴム等のように塑性変形しない。そのため、当該歪みセンサ素子は、カーボンナノチューブ束の優れた伸縮性を長期的に発揮することができ、これにより比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ束が、糸状又は膜状に形成されているとよい。このように、前記カーボンナノチューブ束が糸状又は膜状に形成されていることによって、このカーボンナノチューブ束を編糸の編成体の伸縮方向に引き揃えた状態でこの編糸に近接して配設し易い。
【００１０】
前記カーボンナノチューブ束が、前記１種又は複数種の編糸と共に編み込まれているとよい。このように、前記カーボンナノチューブ束が前記１種又は複数種の編糸と共に編み込まれていることによって、編成体を伸縮した際にカーボンナノチューブ束を構成する複数のカーボンナノチューブ繊維が編糸との交点間で開裂し易い。そのため、カーボンナノチューブ束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向上することができる。
【００１１】
前記カーボンナノチューブ束が、前記編糸の編成体の一方の面側に積層されていてもよい。このように、前記カーボンナノチューブ束が前記編糸の編成体の一方の面側に積層されていることによって、編成体の一方の面側の凹凸に基づいてカーボンナノチューブ束を構成する複数のカーボンナノチューブ繊維が部分的に開裂し易い。そのため、カーボンナノチューブ束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向上することができる。
【００１２】
前記カーボンナノチューブ束が、エラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで前記編糸に接着されているとよい。このように、前記カーボンナノチューブ束がエラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで前記編糸に接着されていることによって、カーボンナノチューブ束を構成するカーボンナノチューブ繊維同士の当接関係が維持され易く、かつこのカーボンナノチューブ束の伸縮性を調整し易い。また、かかる構成によると、カーボンナノチューブ束と編糸とを直接当接した状態で接着し易い。そのため、カーボンナノチューブ束を編成体の伸縮に合わせて的確に伸縮させ易い。従って、伸縮歪みの検出精度を向上することができる。
【００１３】
なお、本発明において、「伸縮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を含む。また、「主成分」とは、最も含有量の多い成分をいい、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の歪みセンサ素子は、比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る歪みセンサの表面に垂直な面での模式的断面図である。
【図２】図１の歪みセンサのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の歪みセンサのＢ−Ｂ線部分拡大断面図である。
【図４】図１の歪みセンサに用いられる歪みセンサ素子とは異なる実施形態に係る歪みセンサ素子を示す模式的平面図である。
【図５】図１及び図４の歪みセンサ素子とは異なる実施形態に係る歪みセンサ素子を示す模式的部分平面図である。
【図６】図１、図４及び図５の歪みセンサ素子とは異なる実施形態に係る歪みセンサ素子を示す模式的部分平面図である。
【図７】図１、図４、図５及び図６の歪みセンサ素子とは異なる実施形態に係る歪みセンサ素子の表面に垂直な面での模式的断面図である。
【図８】図７の歪みセンサ素子の模式的平面図である。
【図９】図１、図４、図５、図６及び図７の歪みセンサ素子とは異なる実施形態に係る歪み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、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］
＜歪みセンサ＞
図１の歪みセンサ１は、長尺シート状の歪みセンサ素子２と、この歪みセンサ素子２の両端部かつ一方の面側に配設される一対の電極３と、この歪みセンサ素子２の両端部かつ他方の面側に前記一対の電極３と対向して配設される一対の挟持シート４と、歪みセンサ素子２、一対の電極３及び一対の挟持シート４の周面に配設される一対の導電材５とを備える。
【００１８】
＜歪みセンサ素子＞
歪みセンサ素子２は、可撓性を有する。歪みセンサ素子２は、図２及び図３に示すように、伸縮されるよう編成される１種又は複数種の編糸６と、この編糸６の編成体７の伸縮方向に引き揃えられ、編糸６の少なくとも１種と近接するよう配設されているカーボンナノチューブ束８（以下、「ＣＮＴ束８」ともいう。）とを備える。このＣＮＴ束８は、編成体７の一方の面側に積層されている。また、歪みセンサ素子２は、このＣＮＴ束８の一方の面側に積層される保護層９を備える。歪みセンサ素子２は、ＣＮＴ束８の両端側の抵抗値を測定することで、その伸縮性を検出する。
【００１９】
（編成体）
編成体７は、長手方向を伸縮方向とする平面視略長方形状に形成される。編成体７は、編糸６を用いて編成される。編成体７は、編糸６を用いて編成されることにより少なくとも一方の面に凹凸が形成されている。具体的には、編成体７の一方の面には、編糸６間の編目によって凹部（開口）が形成され、編糸６によって凸部が形成されている。
【００２０】
編成体７は、いわゆる編物（ニット）である。編成体７は、経編及び緯編のいずれによって編成されてもよいが、図３に示すように伸縮性に優れる緯編によって編成されるのが好ましい。編成体７を構成する編糸６としては、特に限定されるものではないが、絶縁性を有する非導電性糸が好ましい。編成体７を構成する編糸６としては、例えば非導電性樹脂繊維の撚糸等が挙げられる。前記非導電性樹脂繊維としては、例えばポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等のポリオレフィン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリ乳酸繊維等のポリエステル繊維、ポリカーボネート繊維、ポリスチレン繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、フッ素系樹脂繊維などが挙げられる。編成体７は、これらの非導電性樹脂繊維を用いた１種の編糸６によって編成されてもよく、それぞれ異なる非導電性樹脂繊維を用いた２種以上の編糸６によって編成されてもよい。
【００２１】
編糸６の繊度の下限としては、３ｄｔｅｘが好ましく、７ｄｔｅｘがより好ましい。一方、編糸６の繊度の上限としては、５００ｄｔｅｘが好ましく、２００ｄｔｅｘがより好ましい。編糸６の繊度が前記下限に満たないと、強度が低下して編成体７の伸縮時に編糸６が破断するおそれがある。また、編成体７の一方の面の凹凸が十分に大きくならず、ＣＮＴ束８にこの凹凸に基づく開裂を生じ難くなるおそれがある。逆に、編糸６の繊度が前記上限を超えると、編成体７が伸縮し難くなるおそれがある。
【００２２】
編成体７の長手方向の平均長さとしては、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。
【００２３】
編成体７の平均幅（短手方向長さ）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。編成体７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、編成体７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。編成体７の平均幅が前記下限に満たないと、この編成体７の一方の面側に積層されるＣＮＴ束８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、編成体７の平均幅が前記上限を超えると、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。
【００２４】
編成体７の編目の平均伸縮率の下限としては、４／３が好ましく、３／２がより好ましい。一方、編成体７の編目の平均伸縮率の上限としては、５が好ましく、３がより好ましい。編成体７の編目の平均伸縮率が前記下限に満たないと、ＣＮＴ束８が十分に開裂しないおそれがある。逆に、編成体７の編目の平均伸縮率が前記上限を超えると、編目が大きくなりＣＮＴ束８の他方の面側を十分に保護できないおそれがある。なお、「編成体の編目の伸縮率」とは、伸縮方向における編目の最大伸長時の最大長さの収縮時の最大長さに対する比を意味する。
【００２５】
（カーボンナノチューブ束）
ＣＮＴ束８は、複数のカーボンナノチューブ繊維（以下、「ＣＮＴ繊維」ともいう。）から構成されている。ＣＮＴ束８は、膜状に形成されている。ＣＮＴ束８は、長手方向を伸縮方向とする平面視略長方形状に形成されており、平面視において編成体７と略同形状である。ＣＮＴ束８は、少なくとも長手方向に伸縮することによって抵抗値が変化可能に構成されている。また、図２に示すように、ＣＮＴ束８を構成する複数のＣＮＴ繊維８ａは長手方向に配向している。
【００２６】
各ＣＮＴ繊維８ａは、複数のＣＮＴ単繊維からなる。ここで、ＣＮＴ単繊維とは、１本の長尺のＣＮＴをいう。また、ＣＮＴ繊維８ａ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、ＣＮＴ束８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８ａの配向長さの大きいＣＮＴ束８を形成することができ、当該歪みセンサ１の長手方向長さを大きくして感度を向上することができる。
【００２７】
また、ＣＮＴ束８を構成する複数のＣＮＴ繊維８ａ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８ａ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８ａ同士が密接し、ＣＮＴ束８の抵抗を下げることができる。
【００２８】
さらに、ＣＮＴ束８は、長手方向に配向する複数のＣＮＴ繊維８ａからなるＣＮＴ繊維束を有してもよい。ＣＮＴ束８が長手方向に配向する複数のＣＮＴ繊維束を有する場合、ＣＮＴ束８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８ａ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束８の抵抗がより的確に変化する。
【００２９】
より具体的には、前記ＣＮＴ繊維束は、複数のＣＮＴ繊維８ａ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８ａと、ＣＮＴ繊維８ａ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８ａのギャップが広がると、残された切断されないＣＮＴ繊維８ａ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、後述のように複数のＣＮＴ繊維８ａがエラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで、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１の収縮が付勢される。さらに、このギャップ内ではＣＮＴ繊維８ａ同士の摩擦が低減されるため、ＣＮＴ繊維８ａの動きが制限され難い。
【００３０】
なお、ＣＮＴ束８は、複数のＣＮＴ繊維８ａ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。
【００３１】
複数のＣＮＴ繊維８ａは、後述の保護層９の積層によってエラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されている。これにより、複数のＣＮＴ繊維８ａは、このエラストマーの弾性力によって伸縮可能となる。また、複数のＣＮＴ繊維８ａがエラストマーで含浸又は被覆されることで、このエラストマーは複数のＣＮＴ繊維８ａ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１は、伸長時に離間されたＣＮＴ繊維８ａ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。
【００３２】
ＣＮＴ単繊維（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。
【００３３】
前記ＣＮＴ単繊維（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、触媒となる鉄又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。
【００３４】
ＣＮＴ束８の平均厚みの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。一方、ＣＮＴ束８の平均厚みの上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。ＣＮＴ束８の平均厚みが前記下限に満たないと、ＣＮＴ束８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、ＣＮＴ束８の平均厚みが前記上限を超えると、歪に対する感度が低下するおそれがある。
【００３５】
（保護層）
保護層９は、ＣＮＴ束８の一方の面に直接積層される。保護層９は、ＣＮＴ束８の一方の面を覆い、ＣＮＴ束８を保護する。また、保護層９は、エラストマーを主成分とする。このエラストマーとしては、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が挙げられる。
【００３６】
ＣＮＴ束８は、前記エラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで編糸６に接着されている。具体的には、ＣＮＴ束８は、前記エラストマーを主成分とする材料によって一方の面側から被覆されることで編成体７の一方の面に接着されている。これにより、ＣＮＴ束８を構成するＣＮＴ繊維８ａ同士の当接関係が維持され易く、かつこのＣＮＴ束８の伸縮性を調整し易い。また、かかる構成によると、ＣＮＴ束８と編糸６とを直接当接した状態で接着し易い。そのため、ＣＮＴ束８を編成体７の伸縮に合わせて的確に伸縮させ易い。従って、当該歪みセンサ素子２は、伸縮歪みの検出精度を向上することができる。
【００３７】
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）等が挙げられる。
【００３８】
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。
【００３９】
保護層９の平均厚みの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、保護層９の平均厚みの上限としては、５ｍｍが好ましく、２ｍがより好ましい。保護層９の平均厚みが前記下限に満たないと、十分にＣＮＴ束８を保護できないおそれがある。逆に、保護層９の平均厚みが前記上限を超えると、当該歪センサ１が不必要に厚くなるおそれや、ＣＮＴ束８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。
【００４０】
保護層９とＣＮＴ束８との積層構造は、保護層９の形成材料をＣＮＴ束８の一方の面に塗工することで形成してもよく、融着又は溶着により形成してもよい。中でも、保護層９は、水性エマルジョンを用いて形成することで保護層９とＣＮＴ束８とを積層することが好ましい。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、保護層９を水性エマルジョンを用いて形成すると、前記エラストマーは複数のＣＮＴ繊維８ａ間に完全には入り込まない。つまり、複数のＣＮＴ繊維８ａ
の間には部分的にエラストマーが含浸するが、このエラストマーは各ＣＮＴ繊維８ａの径方向の断面における全領域には付着しない。これにより、前記エラストマーが複数のＣＮＴ繊維８ａ間に完全にしみ込んでＣＮＴ束８の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、エラストマーの存在によるＣＮＴ束８の歪に対する感度の低下を抑制することができる。また、前記エラストマーを水性エマルジョンを用いて被覆するようにすれば、ＣＮＴは疎水性が高いため、ＣＮＴ束８と編成体７との間にエラストマーが必要以上に介在するのを抑制することができる。その結果、ＣＮＴ束８を編成体７を構成する編糸６とさらに近接させ易くなる。
【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。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。
【００４２】
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、ＣＮＴ束８の表面に薄くかつ強度のある保護膜を形成し易くなる。
【００４３】
また、前記エラストマーを主成分とする材料はカップリング剤を含有しているとよい。これにより、保護層９とＣＮＴ繊維８ａとを架橋し、保護層９とＣＮＴ繊維束８との接合力を向上させることができる。
【００４４】
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。
【００４５】
また、前記エラストマーを主成分とする材料はＣＮＴ繊維８ａ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８ａ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。
【００４６】
前述のように、ＣＮＴ束８と編成体７とは前記エラストマーを用いて直接積層されるため、ＣＮＴ束８と編成体７との間には他の樹脂層等は存在しない。そのため、ＣＮＴ束８を構成する複数のＣＮＴ繊維８ａは、編成体７を構成する編糸６との接点で散点的に接着され易い。その結果、複数のＣＮＴ繊維８ａは、長手方向（軸方向）に伸長されると、編糸６との接点間の領域（平面視で編目に重なる領域）で部分的に引き伸ばされるため、この部分で開裂が生じ易い。従って、当該歪みセンサ素子２は、ＣＮＴ束８を構成する複数のＣＮＴ繊維８ａ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向上し易い。なお、ＣＮＴ束８と編成体７とが前記エラストマーを用いて直接積層される場合、ＣＮＴ束８と編成体７との間にはこのエラストマーが介在する場合があり得る。但し、このようなエラストマーの介在領域は部分的であり、またこのエラストマーの存在に起因するＣＮＴ束８と編成体７との離間距離も極めて小さいため、当該歪みセンサ素子２は、ＣＮＴ束８を構成する複数のＣＮＴ繊維８ａの部分的な開裂を十分に促進することができる。
【００４７】
編糸６とＣＮＴ束８との平均近接距離の上限としては、２０μｍが好ましく、１０μｍがより好ましく、５μｍがさらに好ましい。編糸６とＣＮＴ束８との平均近接距離が前記上限を超えると、ＣＮＴ束８を編成体７の伸縮に合わせて伸縮させ難くなる。なお、編糸６とＣＮＴ束８との平均近接距離は近いほど好ましい。そのため、編糸６とＣＮＴ束８との平均近接距離の好ましい下限は、０μｍである。なお、「編糸とＣＮＴ束との平均近接距離」とは、ＣＮＴ束を構成する複数のＣＮＴ繊維と編糸との接着部分における最短距離の平均値をいい、例えばランダムで抽出した２０個の接着部分における平均値によって算出することができる。
【００４８】
（電極）
電極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３は、当該歪センサ１の使用中に実質的に伸縮しない。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平面視で一対の電極３間に配設される領域（以下、「伸縮領域Ａｓ」ともいう。）の伸縮率に対する電極３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。
【００４９】
また、当該歪センサ１を用いた測定中における電極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。
【００５０】
電極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。電極３の主成分としては、例えば銅、銀、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼等の金属などが挙げられる。電極３の形状としては、特に限定されず、例えば膜状、板状、メッシュ状等とすることができる。
【００５１】
電極３の平均厚みの下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、電極３の平均厚みの上限としては、１ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。電極３の平均厚みが前記下限に満たないと、曲げ等によって電極３が破断するおそれがある。逆に、電極３の平均厚みが前記上限を超えると、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。
【００５２】
電極３は、例えば接着剤を用いてＣＮＴ束８に積層することができる。電極３をＣＮＴ束８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。
【００５３】
（挟持シート）
挟持シート４は、非伸縮領域Ａｎの他方の面を覆うよう編成体７の他方の面に積層されている。挟持シート４は、例えば接着剤を用いて積層することができる。この接着剤としては、電極３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。
【００５４】
この挟持シート４は、電極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３との間に編成体７、ＣＮＴ束８及び保護層９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、編成体７、ＣＮＴ束８及び保護層９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、伸縮量とＣＮＴ束８の電気抵抗値との相関が高く、歪の検出精度に優れる。
【００５５】
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。
【００５６】
挟持シート４の平均厚みの下限としては、２０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、挟持シート４の平均厚みの上限としては、１ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。挟持シート４の平均厚みが前記下限に満たないと、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の平均厚みが前記上限を超えると、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。
【００５７】
対向し合う電極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３、保護層９、ＣＮＴ束８及び編成体７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。
【００５８】
（導電材）
導電材５は、少なくともＣＮＴ束８及び電極３の周面に配設され、ＣＮＴ束８と一対の電極３との電気的接続を確保する。導電材５は、当該歪みセンサ１の長手方向両側の端面に配設されている。
【００５９】
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。
【００６０】
導電材５の平均厚み（積層方向の平均厚み）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以下とすることができる。
【００６１】
＜製造方法＞
当該歪みセンサ１は、例えば編成体７の一方の面側にＣＮＴ束８を積層する工程と、編成体７の一方の面側に積層されたＣＮＴ束８の一方の面にエラストマーを主成分とする材料を塗工することで、保護層９を形成すると共に編成体７及びＣＮＴ束８を接着する工程と、保護層９の一方の面に一対の電極３を積層する工程と、編成体７の他方の面に一対の挟持シート４を積層する工程と、編成体７、ＣＮＴ束８、保護層９、一対の電極３及び一対の挟持シート４の端面に導電材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。
【００６２】
＜利点＞
当該歪みセンサ素子２は、ＣＮＴ束８が編糸６の少なくとも１種と近接するよう配設されているので、このＣＮＴ束８は編糸６の編成体７と共に伸縮する。つまり、編糸６の編成体７が伸縮性を維持する限り、ＣＮＴ束８もこの編成体７の伸縮に合わせて伸縮することができる。ここで、編成体７は、伸縮性を有する範囲内でしか伸縮しない。つまり、編成体７は限界まで伸長しても、合成樹脂やゴム等のように塑性変形しない。そのため、当該歪みセンサ素子２は、ＣＮＴ束８の優れた伸縮性を長期的に発揮することができ、これにより比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる。
【００６３】
当該歪みセンサ素子２は、ＣＮＴ束８が膜状に形成されているので、このカーボンナノチューブ束８を編糸６の編成体７の伸縮方向に引き揃えた状態でこの編糸６に近接して配設し易い。
【００６４】
［第二実施形態］
＜歪みセンサ素子＞
図４の歪みセンサ素子２２は、図１の歪みセンサ素子２に替えて図１の歪みセンサ１に用いられる。図４の歪みセンサ素子２２は、可撓性を有する。図４の歪みセンサ素子２２は編成体７と、編成体７の伸縮方向に引き揃えられ、この編成体７を構成する編糸６の少なくとも１種と近接するよう配設されている複数のＣＮＴ束２３とを備える。図４の歪みセンサ素子２２の編成体７は、図１の歪みセンサ素子２の編成体７と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００６５】
（ＣＮＴ束）
複数のＣＮＴ束２３は、編成体７の一方の面側に積層されている。各ＣＮＴ束２３は、複数のＣＮＴ繊維から構成されている。各ＣＮＴ束２３は、長手方向を伸縮方向とする糸状に形成されている。具体的には、各ＣＮＴ束２３を構成する複数のＣＮＴ繊維は、複数の絶縁性繊維と共に集束した繊維束として糸状体を構成している。ＣＮＴ束に用いられるＣＮＴ繊維としては、図１の歪みセンサ素子２のＣＮＴ束８を構成するＣＮＴ繊維と同様とすることができる。
【００６６】
各ＣＮＴ束２３は、エラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで編糸６に接着されている。具体的には、各ＣＮＴ束８は、エラストマーを主成分とする材料によって一方の面側から被覆されることで編成体７の一方の面に接着されている。これにより、各ＣＮＴ束２３が周囲の物体に接触して損傷することや、複数のＣＮＴ繊維間に異物が混入して複数のＣＮＴ繊維間の電気的接触を阻害することを防止することができる。また、各ＣＮＴ束２３は、エラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで編糸６に接着されていることによって、ＣＮＴ束２３を構成するＣＮＴ繊維同士の当接関係が維持され易く、かつこのＣＮＴ束２３の伸縮性を調整し易い。さらに、かかる構成によると、ＣＮＴ束２３と編糸６とを直接当接した状態で接着し易い。そのため、ＣＮＴ束２３を編成体７の伸縮に合わせて的確に伸縮させ易い。従って、当該歪みセンサ素子２２は、伸縮歪みの検出精度を向上することができる。なお、このエラストマーとしては、図１の歪みセンサ素子２で挙げたものと同様のものを用いることができる。
【００６７】
当該歪みセンサ素子２２における編糸６とＣＮＴ束２３との平均近接距離及びＣＮＴ束２３の平均厚みとしては、図１の歪みセンサ素子２における編糸６とＣＮＴ束８との平均近接距離及びＣＮＴ束８の平均厚みと同様とすることができる。
【００６８】
当該歪センサ素子２２は、例えば編成体７の一方の面側に複数のＣＮＴ束２３を配設する工程と、この複数のＣＮＴ束２３を編成体７の一方の面側に仮止めする工程と、各ＣＮＴ束２３の一方の面にエラストマーを主成分とする材料を塗工することで、編成体７及び各ＣＮＴ束２３を接着する工程とを備える方法により製造することができる。
【００６９】
＜利点＞
当該歪みセンサ素子２２は、図１の当該歪みセンサ素子２と同様、比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる。また、当該歪みセンサ素子２２は、ＣＮＴ束２３が糸状に形成されているので、このＣＮＴ束２３を編糸６の編成体７の伸縮方向に引き揃えた状態でこの編糸６に近接して配設し易い。
【００７０】
［第三実施形態］
＜歪センサ素子＞
図５の歪センサ素子３２は、図１の歪センサ素子２に替えて図１の歪センサ１に用いられる。図５の歪センサ素子３２は、可撓性を有する。図５の歪みセンサ素子３２は、伸縮されるよう編成される１種又は複数種の編糸３３と、この編糸３３の編成体３４の伸縮方向に引き揃えられ、編糸３３の少なくとも１種と近接するよう配設されているＣＮＴ束３５とを備える。
【００７１】
ＣＮＴ束３５は、糸状に形成されている。歪みセンサ素子３２は、ＣＮＴ束３５が１種又は複数種の編糸３３と共に編み込まれている。
【００７２】
図５の歪みセンサ素子３２のＣＮＴ束３５は、図４の歪みセンサ素子２２のＣＮＴ束２３と同様の構成とすることができる。また、図５の歪みセンサ素子３２の編糸３３は、図１の歪みセンサ素子２の編糸６と同様の構成とすることができる。さらに、編成体３４及びＣＮＴ束３５の一方の面側に保護層が積層されてもよい。
【００７３】
＜利点＞
当該歪みセンサ素子３２は、図１の当該歪みセンサ素子２と同様、比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる。また、当該歪みセンサ素子３２は、ＣＮＴ束３５が編糸３３と共に編み込まれているので、編成体７を伸縮した際にＣＮＴ束３５が編糸３３との交点間で開裂し易い。そのため、当該歪みセンサ素子３２は、ＣＮＴ束３５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により検出感度を向上することができる。
【００７４】
［第四実施形態］
＜歪みセンサ素子＞
図６の歪みセンサ素子４２は、図１の歪センサ素子２に替えて図１の歪センサ１に用いられる。図６の歪センサ素子４２は、可撓性を有する。図６の歪みセンサ素子４２は、伸縮されるよう編成される１種又は複数種の編糸４３と、この編糸４３の編成体４４の伸縮方向に引き揃えられ、編糸４３の少なくとも１種と近接するよう配設されているＣＮＴ束とを備える。
【００７５】
このＣＮＴ束は、糸状に形成されている。このＣＮＴ束は、伸縮性を有する糸状体の外周面を巻回した状態で伸縮方向に引き揃えられ、この糸状体と共に撚糸４７を構成している。この伸縮性を有する糸状体としては、例えばポリウレタン系弾性糸、ポリアミド系エラストマー弾性糸、これらの弾性糸の周面を他の繊維で覆ったカバリング糸、天然ゴム系糸、合成ゴム系糸等が挙げられる。
【００７６】
撚糸４７は、編糸４３と交差しながら伸縮方向に引き揃えられている。これにより、ＣＮＴ束４５は、編糸４３に絡むように伸縮方向に引き揃えられている。
【００７７】
なお、図６の歪みセンサ素子４２のＣＮＴ束４５は、図４の歪みセンサ素子２２のＣＮＴ束２３と同様の構成とすることができる。また、図６の歪みセンサ素子４２の編糸４３は、図１の歪みセンサ素子２の編糸６と同様の構成とすることができる。さらに、編成体４４及びＣＮＴ束４５の一方の面側に保護層が積層されてもよい。
【００７８】
＜利点＞
当該歪みセンサ素子４２は、図１の当該歪みセンサ素子２と同様、比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる。また、当該歪みセンサ素子４２は、編成体４３を伸縮した際にＣＮＴ束４５が編糸４３との交点間で開裂し易い。そのため、当該歪みセンサ素子４２は、ＣＮＴ束４５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により検出感度を向上することができる。
【００７９】
［第五実施形態］
＜歪みセンサ素子＞
図７及び図８の歪みセンサ素子５２は、図１の歪センサ素子２に替えて図１の歪センサ１に用いられる。歪センサ素子５２は、可撓性を有する。歪みセンサ素子５２は、図１の歪みセンサ素子２と同様の編成体７、ＣＮＴ束８及び保護層９を備える。さらに、歪みセンサ素子５２は、保護層９の一方の面側の幅方向に沿って配設され、この保護層９を裏面側（他方の面側）に押下する複数の紐部材５３を備える。この紐部材５３としては、保護層９を裏面側に押下することでＣＮＴ束８の伸縮を規制できる限り特に限定されるものではなく、例えば繊維を撚った撚糸や、金属、樹脂等の細線などが挙げられる。
【００８０】
＜利点＞
当該歪みセンサ素子５２は、図１の当該歪みセンサ素子２と同様、比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる。さらに、当該歪みセンサ素子５２は、複数の紐部材５３によって保護層９の一方の面側が押下されているので、ＣＮＴ束８のうち、複数の紐部材５３と平面視で重なり合う部分の伸縮が規制され易い。その結果、当該歪みセンサ素子５２は、複数の紐部部材５３と重なり合う部分間で伸縮し易くなり、この部分間でのＣＮＴ繊維の開裂が促進される。従って、当該歪みセンサ素子５２は、ＣＮＴ束８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により検出感度を向上することができる。
【００８１】
［第六実施形態］
＜歪みセンサ素子＞
図９の歪みセンサ素子６２は、図１の歪センサ素子２に替えて図１の歪センサ１に用いられる。歪センサ素子６２は、可撓性を有する。歪みセンサ素子６２は、図４の歪みセンサ素子２２と同様の編成体７及びＣＮＴ束２３を備える。さらに、歪みセンサ素子６２は、各ＣＮＴ束２３の一方の面側に軸方向に垂直な方向に沿って配設され、このＣＮＴ束２３を裏面側に押下する複数の紐部材６３を備える。なお、紐部材６３としては、図７及び図８の紐部材５３と同様のものが使用できる。
【００８２】
＜利点＞
当該歪みセンサ素子６２は、図１の当該歪みセンサ素子２と同様、比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができる。さらに、当該歪みセンサ素子６２は、複数の紐部材６３によってＣＮＴ束２３の一方の面側が押下されているので、ＣＮＴ束２３のうち、複数の紐部材６３と平面視で重なり合う部分の伸縮が規制され易い。これにより、当該歪みセンサ素子６２は、ＣＮＴ束２３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により検出感度を向上することができる。
【００８３】
当該歪みセンサ素子６２は、複数の紐部材６３が各ＣＮＴ束２３毎に設けられているので、ＣＮＴ束２３毎に開裂部分や開裂の程度等を調整することができる。
【００８４】
［その他の実施形態］
なお、本発明に係る歪みセンサ素子は、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素子は、必ずしも第一実施形態の歪みセンサとして用いられる必要はない。つまり、歪みセンサの電極、挟持シート、導電材の有無及び具体的構成は特に限定されるものではない。
【００８５】
当該歪みセンサ素子は、必ずしもＣＮＴ束がエラストマーを主成分とする材料で含浸又は被覆されることで編糸に接着される必要はない。当該歪みセンサ素子は、例えば予めＣＮＴ束の少なくとも一方の面側から保護層を構成するエラストマーを含浸又は塗布した後に、このＣＮＴ束を編成体の一方の面側に積層してもよい。このような構成によってＣＮＴ束を積層する方法としては、例えばＣＮＴ束の少なくとも一方の面側に保護層を構成するエラストマーを塗工した上、このＣＮＴ束を公知の接着剤によって編成体の一方の面側に接着する方法が挙げられる。なお、接着剤を用いる場合には、当該歪みセンサ素子の伸縮性を損なわないようにＣＮＴ束と編成体とを部分的に接着することが好ましい。
【００８６】
当該歪みセンサ素子は、必ずしもＣＮＴ束が長手方向（伸縮方向）に引き揃えられる必要はなく、例えば幅方向（短手方向）に引き揃えられてもよい。前記ＣＮＴ束は、必ずしも糸状又は膜状に形成される必要はなく、例えば編成体の一方の面側の必要な個所に散点的に設けられてもよい。前記紐部材は、必ずしも複数配設される必要はなく、１個のみ配設されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上説明したように、本発明の歪みセンサ素子は、比較的大きな伸縮歪みを繰り返し検出することができるので、伸縮率が大きい伸び歪みを測定するためのセンサ素子として適している。
【符号の説明】
【００８８】
１  歪みセンサ
２，２２，３２，４２，５２，６２  歪みセンサ素子
３  電極
４  挟持シート
５  導電材
６，３３，４３  編糸
７，３４，４４  編成体
８，２３，３５  カーボンナノチューブ束（ＣＮＴ束）
８ａ  カーボンナノチューブ繊維（ＣＮＴ繊維）
９  保護層
４７  撚糸
５３，６３  紐部材
Ａｓ  伸縮領域
Ａｎ  非伸縮領域
【図１】
2016176874.tif 000003
【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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