JP2016133394A - 糸状歪みセンサ素子及び布帛状歪みセンサ素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の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。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。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。前記節形成部材が導電性を有するとよい。本発明の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てなる歪みセンサ素子である。
【選択図】図1
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (5)
- 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。 - 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請求項1に記載の糸状歪みセンサ素子。
- 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2に記載の糸状歪みセンサ素子。
- 前記節形成部材が導電性を有する請求項3に記載の糸状歪みセンサ素子。
- 請求項1から請求項4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。
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