JP6161196B2 - Strain sensor - Google Patents

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Description

本発明は、歪みセンサに関する。   The present invention relates to a strain sensor.

歪みを検出する歪みセンサは、歪み(伸縮)に対する抵抗体の抵抗変化から歪みを検出するよう構成されている。この抵抗体としては、一般的に金属や半導体が用いられている。しかし、金属や半導体は可逆的に伸縮可能な変形量が小さいため、歪みセンサの用途等に制限がある。   A strain sensor that detects strain is configured to detect strain from a resistance change of the resistor with respect to strain (stretching). As this resistor, a metal or a semiconductor is generally used. However, since metals and semiconductors have a small amount of deformation that can be reversibly expanded and contracted, there are limitations on the applications of strain sensors.

そこで、前記抵抗体として、カーボンナノチューブ(CNT)を用いたデバイスが提案されている(特開2011−47702号公報、特開2010−281824号公報参照)。これらのデバイスには、所定方向に配向させた複数のCNTからなるCNT膜等が用いられている。前記デバイスによれば、CNT膜の伸縮や開裂によりCNT同士の接触状態が変化することによって抵抗が変化し、歪み量を測定することができる。前記CNT膜は、CNTの配向方向と垂直方向への比較的大きな伸縮が可能であるため、大きな歪みにも対応可能なセンサとして利用することができるとされている。   Therefore, devices using carbon nanotubes (CNT) as the resistor have been proposed (see JP 2011-47702 A and JP 2010-281824 A). In these devices, a CNT film made of a plurality of CNTs oriented in a predetermined direction is used. According to the device, the resistance is changed by changing the contact state between the CNTs due to expansion and contraction or cleavage of the CNT film, and the amount of strain can be measured. The CNT film can be expanded and contracted in a direction perpendicular to the alignment direction of the CNTs, so that it can be used as a sensor that can cope with a large strain.

しかし、前記従来のデバイスにおいては、CNT膜において伸縮や開裂が生じる領域が限定されないため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂する場合があり、感度の線形性や再現性が低いという不都合がある。   However, in the above-mentioned conventional device, since the region where expansion and contraction occurs in the CNT film is not limited, different regions may expand and contract for each measurement, and there is a disadvantage that the linearity and reproducibility of sensitivity are low. .

特開2011−47702号公報JP 2011-47702 A 特開2010−281824号公報JP 2010-281824 A

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、感度の線形性や再現性に優れる歪みセンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made based on the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a strain sensor having excellent sensitivity linearity and reproducibility.

前記課題を解決するためになされた発明は、
柔軟性を有する基材層と、この基材層の表面側に積層され、一方向に配向する複数のCNT繊維を含むCNT層とを少なくとも有する層構造部分、及び
前記CNT層に接続される一対の電極
を備える歪みセンサであって、
前記一対の電極間において、前記層構造部分が異剛性領域を有することを特徴とする。
The invention made to solve the above problems is
A layer structure portion having at least a base layer having flexibility, a CNT layer including a plurality of CNT fibers that are laminated on the surface side of the base layer and oriented in one direction, and a pair connected to the CNT layer A strain sensor comprising a plurality of electrodes,
Between the pair of electrodes, the layer structure portion has a different rigidity region.

当該歪みセンサによれば、CNT層を含む層構造部分が異剛性領域を有する、すなわち層構造部分中に相対的に剛性の低い領域が存在するため、歪みに対してこの剛性の低い領域が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように当該歪みセンサは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が向上する。   According to the strain sensor, since the layer structure portion including the CNT layer has a different rigidity region, that is, a region having relatively low rigidity exists in the layer structure portion, this low rigidity region has priority over strain. Will stretch or cleave. As described above, since the strain sensor fixes a region that expands or contracts with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, linearity and reproducibility of sensitivity are reduced. improves.

前記異剛性領域が、前記一対の電極の対向方向に略垂直に配置されていることが好ましい。このようにすることで、歪みを感受する方向(一対の電極の対向方向)の伸縮に対して、上述の剛性の低い領域の伸縮又は開裂が効果的に生じ、感度の線形性や再現性がより向上する。   It is preferable that the different rigidity region is disposed substantially perpendicular to the facing direction of the pair of electrodes. By doing in this way, expansion and contraction or cleavage of the above-mentioned low-rigidity area is effectively generated with respect to expansion and contraction in the direction in which the strain is sensed (opposite direction of the pair of electrodes), and the linearity and reproducibility of the sensitivity are improved. More improved.

前記異剛性領域は、前記CNT繊維の配向方向と略平行な方向又は交差する方向に配置されていることが好ましい。前記CNT層はCNT繊維の配向方向と垂直方向への伸縮が大きいため、前記異剛性領域をCNT繊維の配向方向に沿って略平行に形成することで、比較的大きな歪み量に対する感度又はその線形性等を高めることなどができる。一方、前記異剛性領域をCNT繊維の配向方向と交差して形成することで、伸縮させる領域を特定することなどができる。さらに、異剛性領域を複数方向に形成してもよい。これらのように、一方向あるいは2方向(例えば、電極の対向方向と略平行な方向及びその垂直方向)以上に異剛性領域を組み合わせて配置することで、さらに微細に伸縮させる領域を特定することなどができ、センサの感度やセンシング部位を調整することができる。   The different rigidity regions are preferably arranged in a direction substantially parallel to or intersecting with the orientation direction of the CNT fibers. Since the CNT layer has a large expansion and contraction in the direction perpendicular to the orientation direction of the CNT fibers, the sensitivity to a relatively large strain amount or its linearity can be obtained by forming the different rigidity regions substantially parallel to the orientation direction of the CNT fibers. Sexuality etc. can be improved. On the other hand, by forming the different rigidity region so as to intersect with the orientation direction of the CNT fibers, it is possible to specify a region to be expanded and contracted. Further, the different rigidity regions may be formed in a plurality of directions. As described above, a region to be further expanded and contracted is specified by arranging different stiffness regions in one direction or two directions (for example, a direction substantially parallel to the opposing direction of the electrodes and the vertical direction thereof) or more. The sensitivity of the sensor and the sensing part can be adjusted.

前記異剛性領域が、線状又は帯状に形成されていることが好ましい。このように線状又は帯状の異剛性領域を設けることで、伸縮又は開裂する領域の制御や調整をより容易にすることなどができる。   It is preferable that the different rigidity region is formed in a line shape or a belt shape. Thus, by providing the linear or belt-like different rigid region, it is possible to make it easier to control and adjust the region to be expanded or contracted or cleaved.

前記異剛性領域が、前記層構造部分の少なくとも一層の表面、裏面又は側面に形成される凸部又は凹部を有することが好ましい。前記凸部が形成された領域の剛性は高まり、逆に凹部が形成された領域の剛性は低くなるため、このようにすることで容易に異剛性領域を形成することができる。   It is preferable that the different rigidity region has a convex portion or a concave portion formed on at least one surface, back surface, or side surface of the layer structure portion. Since the rigidity of the region where the convex portion is formed is increased and the rigidity of the region where the concave portion is formed is decreased, the different rigidity region can be easily formed by doing in this way.

CNT層が、CNT繊維間に配置されるエラストマーをさらに含むとよい。このようにすることでエラストマーがCNT層の破損等を抑制することができると共に、CNT層自体に凸部や凹部を形成することも容易になる。また、エラストマーは、CNT繊維間の電気的導通を阻害することなく配置されることが望ましい。   The CNT layer may further include an elastomer disposed between the CNT fibers. By doing so, the elastomer can suppress the breakage of the CNT layer and the like, and it becomes easy to form a convex portion and a concave portion in the CNT layer itself. Further, it is desirable that the elastomer is disposed without hindering electrical conduction between the CNT fibers.

前記層構造部分が、CNT層の表面に積層される保護層をさらに有することも好ましい。このようにすることで前記保護層がCNT層を保護することができると共に、保護層に凸部や凹部を形成することで、伸縮等が生じる領域の固定も行うことができる。   It is also preferable that the layer structure portion further has a protective layer laminated on the surface of the CNT layer. By doing so, the protective layer can protect the CNT layer, and by forming convex portions and concave portions in the protective layer, it is possible to fix a region where expansion and contraction occurs.

ここで、層構造部分とは、基材層及びCNT層を少なくとも有するものをいうが、基材層の表面側に積層される保護層、基材層の裏面側に積層されるアシスト基板等も層構造部分を構成し得る。また、異剛性領域を配置する方向とは、各異剛性領域の形状が線状又は帯状等、方向性を有する形状の場合はその長手方向をいい、各異剛性領域の形状が円形状等、方向性を有さない形状の場合は、複数の異剛性領域を直線状に配置した際のその方向をいう。   Here, the layer structure portion means that having at least a base material layer and a CNT layer, but a protective layer laminated on the surface side of the base material layer, an assist substrate laminated on the back surface side of the base material layer, etc. The layer structure part may be constituted. In addition, the direction in which the different stiffness regions are arranged is the shape of each different stiffness region, such as a linear shape or a strip shape, in the case of a shape having directionality, the longitudinal direction thereof, and the shape of each different stiffness region is a circular shape, etc. In the case of a shape having no directionality, it refers to the direction when a plurality of different rigidity regions are arranged linearly.

以上説明したように、本発明の歪みセンサによれば、測定毎に異なる領域に伸縮や開裂が生じることが抑制されており、その結果、感度の線形性や再現性に優れる。従って、当該歪みセンサは、圧力センサ、ロードセル、トルクセンサ、位置センサ等として広く利用することができる。   As described above, according to the strain sensor of the present invention, expansion and contraction and cleavage in different regions for each measurement are suppressed, and as a result, the sensitivity linearity and reproducibility are excellent. Therefore, the strain sensor can be widely used as a pressure sensor, a load cell, a torque sensor, a position sensor, and the like.

本発明の第一実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図(a)及び模式的平面図(b)Schematic sectional view (a) and schematic plan view (b) of the strain sensor according to the first embodiment of the present invention. 図1の歪みセンサの製造の工程を示す模式図Schematic diagram showing the manufacturing process of the strain sensor of FIG. 本発明の第二実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図(a)及び模式的平面図(b)Schematic sectional view (a) and schematic plan view (b) of a strain sensor according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第三実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図Schematic sectional view of a strain sensor according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第四実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図Schematic sectional view of a strain sensor according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第五実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図(a)及び模式的平面図(b)Schematic sectional view (a) and schematic plan view (b) of a strain sensor according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第六実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図(a)及び模式的底面図(b)Schematic sectional view (a) and schematic bottom view (b) of a strain sensor according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の第七実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図Schematic sectional view of a strain sensor according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の第八実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図Schematic sectional view of a strain sensor according to an eighth embodiment of the present invention. 本発明の第九実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図Schematic sectional view of a strain sensor according to a ninth embodiment of the present invention. 本発明の第十実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図Schematic sectional view of a strain sensor according to a tenth embodiment of the present invention. 本発明の第十一実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図Schematic sectional view of a strain sensor according to the eleventh embodiment of the present invention. 本発明の第十二実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図Schematic sectional view of a strain sensor according to a twelfth embodiment of the present invention. その他の実施形態に係る歪みセンサの模式的平面図Schematic plan view of a strain sensor according to another embodiment その他の実施形態に係る歪みセンサの模式的平面図Schematic plan view of a strain sensor according to another embodiment その他の実施形態に係る歪みセンサの模式的平面図Schematic plan view of a strain sensor according to another embodiment

以下、本発明の歪みセンサの実施の形態を、第一〜第十二実施形態、並びにその他の実施形態として、適宜図面を参照にしつつ詳説する。   Hereinafter, embodiments of the strain sensor of the present invention will be described in detail as first to twelfth embodiments and other embodiments with reference to the drawings as appropriate.

<第一実施形態>
図1の歪みセンサ1は、略帯状体であり、基材層10、この基材層10の表面に積層されるCNT層11、及び一対の電極12を主に備える。歪みセンサ1は、基材層10とCNT層11とで層構造部分を形成している。
<First embodiment>
The strain sensor 1 in FIG. 1 is a substantially band-shaped body, and mainly includes a base material layer 10, a CNT layer 11 laminated on the surface of the base material layer 10, and a pair of electrodes 12. In the strain sensor 1, the base layer 10 and the CNT layer 11 form a layer structure portion.

基材層10は柔軟性を有する略帯状体である。基材層10のサイズとしては特に限定されず、例えば厚みが10μm以上5mm以下、幅が1mm以上5cm以下、長さが1cm以上20cm以下とすることができる。   The base material layer 10 is a substantially strip-like body having flexibility. The size of the base material layer 10 is not particularly limited, and for example, the thickness can be 10 μm to 5 mm, the width can be 1 mm to 5 cm, and the length can be 1 cm to 20 cm.

基材層10の材料としては、柔軟性を有する限り特に限定されず、例えば樹脂、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。基材層10は、絶縁体又は抵抗値の高い材質である必要があるが、金属等の抵抗値の低い材料を用いる場合はその表面に絶縁層又は抵抗値の高い材料をコーティング等すればよい。これらの中でも、樹脂が好ましく、熱可塑性エラストマーやゴム等のエラストマーがより好ましく、ゴムがさらに好ましい。このような材料を用いることで、基材層10の柔軟性をより高めることができる。   The material of the base material layer 10 is not particularly limited as long as it has flexibility, and examples thereof include resins, non-woven fabrics, deformable shapes or materials of metals and metal compounds, and the like. The base material layer 10 needs to be an insulator or a material having a high resistance value. When a material having a low resistance value such as a metal is used, the surface thereof may be coated with an insulating layer or a material having a high resistance value. . Among these, resins are preferable, elastomers such as thermoplastic elastomers and rubbers are more preferable, and rubbers are more preferable. By using such a material, the flexibility of the base material layer 10 can be further increased.

前記熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー(TPS)、オレフィン系エラストマー(TPO)、塩化ビニル系エラストマー(TPVC)、ポリエステル系エラストマー(TPEE)、ポリウレタン系エラストマー(TPU)、ナイロン系エラストマー(TPA)等を挙げることができる。   Examples of the thermoplastic elastomer include styrene elastomer (TPS), olefin elastomer (TPO), vinyl chloride elastomer (TPVC), polyester elastomer (TPEE), polyurethane elastomer (TPU), and nylon elastomer (TPA). And the like.

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。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。   Examples of the rubber include natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), ethylene / propylene rubber (EPDM), butadiene rubber (BR), urethane rubber (U), and styrene / butadiene rubber (SBR). , Silicone rubber (Q), chloroprene rubber (CR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), chlorinated polyethylene (CM), acrylic rubber (ACM), epichlorohydrin rubber (CO, ECO), Fluoro rubber (FKM), PDMS, etc. can be mentioned. Among these rubbers, natural rubber is preferable from the viewpoint of strength.

CNT層11は、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層11は、複数のCNT繊維13及びエラストマー14を含む。また、CNT層11は、表面に形成される複数の凹部15を有する。   The CNT layer 11 is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 11 includes a plurality of CNT fibers 13 and an elastomer 14. The CNT layer 11 has a plurality of recesses 15 formed on the surface.

複数のCNT繊維13は、一方向(方向A:歪みセンサ1の幅方向)に配向している。CNT繊維13がこのように配向していることにより、方向Aと異なる方向(例えば、方向B:歪みセンサ1の長手方向)へ歪みが加わった場合に、CNT繊維13同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。   The plurality of CNT fibers 13 are oriented in one direction (direction A: the width direction of the strain sensor 1). Due to the orientation of the CNT fibers 13 as described above, when strain is applied in a direction different from the direction A (for example, the direction B: the longitudinal direction of the strain sensor 1), the contact condition between the CNT fibers 13 changes. Happens and resistance change can be obtained.

各CNT繊維13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13は、CNT単繊維の端部同士が連結する連結部を有し、網目構造を形成している。複数のCNT繊維がこのように網目構造を形成することで、CNT繊維13同士が密接し、CNT層11の抵抗を下げることができる。なお、前記連結部において、各CNT単繊維同士は分子間力により結合している。   Each CNT fiber 13 is composed of a plurality of CNT single fibers. Here, the CNT single fiber means one long CNT. Moreover, the CNT fiber 13 has a connection part which the edge part of CNT single fiber connects, and forms the network structure. The plurality of CNT fibers form a network structure in this manner, so that the CNT fibers 13 are in close contact with each other, and the resistance of the CNT layer 11 can be reduced. In addition, in the said connection part, each CNT single fiber is couple | bonded by the intermolecular force.

また、CNT繊維13は、各CNT単繊維が実質的にCNT繊維13の配向方向に配向され、撚糸されていない状態のものである。このようなCNT繊維13を用いることで、CNT層11の均一性を高め、歪みセンサ1としての線形性を高めることができる。   Moreover, the CNT fiber 13 is a state in which each CNT single fiber is substantially oriented in the orientation direction of the CNT fiber 13 and is not twisted. By using such a CNT fiber 13, the uniformity of the CNT layer 11 can be improved and the linearity as the strain sensor 1 can be improved.

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。   As the CNT single fiber (CNT), both single-wall single-wall nanotubes (SWNT) and multi-wall multi-wall nanotubes (MWNT) can be used. From the viewpoint of conductivity and heat capacity, MWNT is preferable, MWNT having a diameter of 1.5 nm or more and 100 nm or less is more preferable.

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する長さのCNTの結晶を得ることができる。   The CNT single fiber (CNT) can be produced by a known method, for example, by a CVD method, an arc method, a laser ablation method, a DIPS method, a CoMoCAT method, or the like. Among these, it is preferable to manufacture by a CVD method using iron as a catalyst and ethylene gas from the viewpoint that CNT (MWNT) having a desired size can be efficiently obtained. In this case, a CNT crystal having a desired length can be obtained which is obtained by forming an iron or nickel thin film serving as a catalyst on a substrate such as a quartz glass substrate or a silicon substrate with an oxide film and then vertically growing.

エラストマー14は、CNT層11を形成する複数のCNT繊維13間に充填されている。すなわち、エラストマー14は、複数のCNT繊維13からなる領域に含浸するように存在している。   The elastomer 14 is filled between the plurality of CNT fibers 13 forming the CNT layer 11. That is, the elastomer 14 is present so as to be impregnated into a region composed of a plurality of CNT fibers 13.

前記エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーやゴムを挙げることができる。これらの具体例は、基材層10の材料として上述したものを挙げることができる。前記エラストマーの中でも、熱可塑性エラストマーが好ましい。かかる熱可塑性エラストマーを用いることで、例えば後述するようにスタンパーにより凹部15の形成を行うことができるなど、成型性等を高めることができる。   Examples of the elastomer include thermoplastic elastomers and rubbers. Specific examples thereof may include those described above as the material of the base material layer 10. Among the elastomers, a thermoplastic elastomer is preferable. By using such a thermoplastic elastomer, the moldability and the like can be improved, for example, the recess 15 can be formed by a stamper as described later.

CNT層11におけるエラストマー14の含有量としては、CNT繊維13及びエラストマー14の合計質量に対して30質量%以上70質量%以下が好ましい。このような含有量とすることで、CNT繊維13の保護機能、伸縮性、後述する凹部15の成形性等のバランスを図ることができる。   As content of the elastomer 14 in the CNT layer 11, 30 mass% or more and 70 mass% or less are preferable with respect to the total mass of the CNT fiber 13 and the elastomer 14. FIG. By setting it as such content, balance, such as the protection function of the CNT fiber 13, a stretching property, the moldability of the recessed part 15 mentioned later, can be aimed at.

CNT層11は、さらに導電性添加剤を含有することができる。CNT層11が導電性添加剤を含有することで、CNT層11の電気抵抗を下げることができる。かかる導電性添加剤としては、特に限定されず、例えばカーボンブラックやカーボン繊維等の炭素系添加剤、金属(銀、銅、アルミニウム等)粉や金属繊維等の金属系添加剤などを挙げることができる。これらの中でも、CNTとの親和性に優れ、CNT層11内で均一に分散することができる炭素系添加剤が好ましい。なお、このようにCNT層11にエラストマー14と共に導電性添加剤を含有させる手段としては、導電性ゴム系接着剤の塗布等を挙げることができる。   The CNT layer 11 can further contain a conductive additive. Since the CNT layer 11 contains a conductive additive, the electrical resistance of the CNT layer 11 can be lowered. Such conductive additives are not particularly limited, and examples thereof include carbon-based additives such as carbon black and carbon fibers, and metal-based additives such as metal (silver, copper, aluminum, etc.) powder and metal fibers. it can. Among these, a carbon-based additive that is excellent in affinity with CNT and can be uniformly dispersed in the CNT layer 11 is preferable. In addition, as a means for making the CNT layer 11 contain the conductive additive together with the elastomer 14 in this way, there can be mentioned application of a conductive rubber-based adhesive or the like.

複数の凹部15は、それぞれ歪みセンサ1の長手方向(方向B)に略垂直な方向(方向A)に直線状に形成される凹溝である。複数の各凹部15(凹溝)は、略等間隔に形成される。したがって、直線状の凹部15は、方向Aに配向されたCNT繊維13の配向方向と略平行な方向に形成されている。CNT層11にこのような凹部15が形成されていることで、層構造部分においてこの凹部15が形成されている領域(平面視における領域)が、他の領域と剛性が異なる(他の領域より剛性が低い)異剛性領域となる。そのため、凹部15が形成された領域(異剛性領域)でCNT層11の伸縮や開裂が優先的に生じる。なお、CNT繊維13は、方向Bとは異なる方向で歪みセンサ1として機能するので、方向Aに配向されなくてもよい。その場合は、CNT繊維13と凹部15は交差することになり、当該センサ1の感度やセンシング部位を調整することができる。   The plurality of recesses 15 are each a recess groove formed linearly in a direction (direction A) substantially perpendicular to the longitudinal direction (direction B) of the strain sensor 1. The plurality of concave portions 15 (concave grooves) are formed at substantially equal intervals. Therefore, the linear recess 15 is formed in a direction substantially parallel to the orientation direction of the CNT fibers 13 oriented in the direction A. Since such a recess 15 is formed in the CNT layer 11, the region where the recess 15 is formed in the layer structure portion (region in plan view) is different in rigidity from other regions (from other regions). It becomes a different rigidity region (low rigidity). Therefore, the expansion and contraction and cleavage of the CNT layer 11 occur preferentially in the region where the recess 15 is formed (different stiffness region). Since the CNT fiber 13 functions as the strain sensor 1 in a direction different from the direction B, it does not have to be oriented in the direction A. In that case, the CNT fiber 13 and the recess 15 intersect each other, and the sensitivity and sensing part of the sensor 1 can be adjusted.

前記凹部15の断面形状としては、特に限定されず、矩形状、U字状、V字状とすることができる。これらの中でも、応力をより集中させるためには、U字状又はV字状が好ましく、V字状がさらに好ましい。   The cross-sectional shape of the recess 15 is not particularly limited, and may be rectangular, U-shaped, or V-shaped. Among these, in order to concentrate stress more, U shape or V shape is preferable, and V shape is more preferable.

前記凹部15の深さとしては、特に制限されず、例えば、CNT層11の厚さの1/10以上99/100以下とすることができる。このような深さの凹部15を形成することで、この位置での効果的な伸縮等を生じさせつつ、CNT層11の強度の低下を抑えることができる。また、歪みセンサ1の伸縮時にはCNT層11の凹部15の下の部分が変形することになるが、当該部分の上方は空間であるため、歪みセンサ1を伸ばした時に、当該センサ1が厚さ方向へ縮んで抵抗値が逆に低下することを防ぐことをできる。   The depth of the recess 15 is not particularly limited, and can be, for example, 1/10 or more and 99/100 or less of the thickness of the CNT layer 11. By forming the recess 15 having such a depth, a decrease in strength of the CNT layer 11 can be suppressed while causing effective expansion and contraction at this position. In addition, when the strain sensor 1 is expanded and contracted, a portion below the concave portion 15 of the CNT layer 11 is deformed. However, since the space above the portion is a space, when the strain sensor 1 is stretched, the sensor 1 becomes thick. It is possible to prevent the resistance value from decreasing due to contraction in the direction.

前記凹部15同士の間隔も、特に制限されないが、例えば、10μm以上5mm以下とすることができ、50μm以上1mm以下が好ましい。このような間隔で凹部15を配置することで、より感度やその線形性を高めることなどができる。当該歪みセンサ1の意図的に伸縮させたい部分で、凹部15の数を増やすこともできる。すなわち、凹部15を等間隔で配置してもよいし、不規則な間隔で配置してもよい。さらに、凹部15の方向Bへの幅を部分的に変更したり、当該深さを変更することで、当該歪みセンサ1内での伸縮具合を調整することもできる。また、凹部15を複数個配置しているが、伸縮量が小さくてもよい場合には、一つであってもよい。   The distance between the recesses 15 is not particularly limited, but may be, for example, 10 μm or more and 5 mm or less, and preferably 50 μm or more and 1 mm or less. By arranging the recesses 15 at such intervals, sensitivity and linearity can be further increased. It is also possible to increase the number of the recesses 15 at a portion where the strain sensor 1 is intentionally expanded and contracted. That is, the concave portions 15 may be arranged at equal intervals or may be arranged at irregular intervals. Further, the degree of expansion and contraction in the strain sensor 1 can be adjusted by partially changing the width of the concave portion 15 in the direction B or changing the depth. In addition, a plurality of recesses 15 are arranged, but when the amount of expansion / contraction may be small, one may be provided.

CNT層11の幅の下限としては、1mmが好ましく、1cmがより好ましい。一方、CNT層11の幅の上限としては、10cmが好ましく、5cmがより好ましい。このようにCNT層11の幅を比較的大きくすることで、CNT層11の抵抗値を下げ、かつ、この抵抗値のバラツキも低減することができる。   As a minimum of the width of CNT layer 11, 1 mm is preferred and 1 cm is more preferred. On the other hand, the upper limit of the width of the CNT layer 11 is preferably 10 cm, and more preferably 5 cm. Thus, by making the width of the CNT layer 11 relatively large, the resistance value of the CNT layer 11 can be lowered, and variations in the resistance value can also be reduced.

CNT層11の厚みとしては、特に限定されない。例えば、CNT層11の平均厚みの下限としては、1μmが好ましく、10μmがさらに好ましい。一方、CNT層11の平均厚みの上限としては、5mmが好ましく、1mmがさらに好ましい。CNT層11の平均厚みが前記下限未満の場合は、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、CNT層11の平均厚みが前記上限を超える場合は、歪みに対する感受性が低下するおそれがある。   The thickness of the CNT layer 11 is not particularly limited. For example, the lower limit of the average thickness of the CNT layer 11 is preferably 1 μm, and more preferably 10 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the CNT layer 11 is preferably 5 mm, and more preferably 1 mm. When the average thickness of the CNT layer 11 is less than the lower limit, it may be difficult to form such a thin film or the resistance may increase excessively. Conversely, when the average thickness of the CNT layer 11 exceeds the upper limit, the sensitivity to strain may be reduced.

一対の電極12は、基材層10の表面の長手方向B(CNT繊維11Aの配向方向(方向A)と略垂直な方向)の両端部分に積層され、CNT層11の両端と電気的に接続されている。このとき、CNT繊維13を含むCNT層11において、CNT繊維13の一部と電極12とが接続されることになる。このようにCNT繊維13の配向方向(方向A)と一対の電極12の対向方向(方向B)とが異なることで、一対の電極12の対向方向(方向B)へ歪みが加わった場合に、CNT繊維13同士の接触具合に変化が起こり、歪みセンサ1をして抵抗変化を得ることができる。なお、より効率よく歪みを検出するためには、各凹部15と一対の電極12の対向方向(方向B)とは、略垂直(例えば80°以上100°以下)が好ましく、垂直であることがより好ましい。また、各凹部15はCNT繊維13の配向方向(方向A)と略平行に配置されていることが好ましい。   The pair of electrodes 12 are stacked at both ends of the surface of the base material layer 10 in the longitudinal direction B (direction substantially perpendicular to the orientation direction (direction A) of the CNT fibers 11A) and are electrically connected to both ends of the CNT layer 11. Has been. At this time, in the CNT layer 11 including the CNT fibers 13, a part of the CNT fibers 13 and the electrode 12 are connected. Thus, when the orientation direction (direction A) of the CNT fibers 13 and the facing direction (direction B) of the pair of electrodes 12 are different, when strain is applied to the facing direction (direction B) of the pair of electrodes 12, A change occurs in the contact state between the CNT fibers 13, and the resistance change can be obtained by using the strain sensor 1. In order to detect strain more efficiently, the opposing direction (direction B) of each recess 15 and the pair of electrodes 12 is preferably substantially vertical (for example, 80 ° or more and 100 ° or less), and is preferably vertical. More preferred. Moreover, it is preferable that each recessed part 15 is arrange | positioned substantially parallel to the orientation direction (direction A) of the CNT fiber 13. FIG.

電極12を形成する材料としては、導電性を有する限り特に限定されないが、導電性接着剤により形成することが好ましい。導電性接着剤を用いることで、基材層10とCNT層11との固着性を高めることができる。さらに、導電性接着剤を用いることで、CNT層11表面に塗布した際、この導電性接着剤が含浸し、CNT層11と接着剤(電極12)とを容易に接触させることができる。   Although it does not specifically limit as long as it has electroconductivity as a material which forms the electrode 12, It is preferable to form with a conductive adhesive. By using a conductive adhesive, the adhesion between the base material layer 10 and the CNT layer 11 can be enhanced. Furthermore, by using a conductive adhesive, the conductive adhesive is impregnated when applied to the surface of the CNT layer 11, and the CNT layer 11 and the adhesive (electrode 12) can be easily brought into contact with each other.

CNT層11と電極12との接続部分表面には、固定部材16が積層されている。歪みセンサ1が固定部材16を備えることで、CNT層11と電極12との固着性を高め、性能持続性を高めることができる。固定部材16を形成する材料としては、特に限定されず、樹脂、好ましくは熱可塑性エラストマーやゴム等のエラストマーなどを用いることができる。   A fixing member 16 is laminated on the surface of the connection portion between the CNT layer 11 and the electrode 12. By providing the strain sensor 1 with the fixing member 16, it is possible to improve the adhesion between the CNT layer 11 and the electrode 12 and to improve the performance sustainability. The material for forming the fixing member 16 is not particularly limited, and a resin, preferably an elastomer such as a thermoplastic elastomer or rubber, can be used.

当該歪みセンサ1によれば、CNT層11に上述のような凹部15が形成されているため、CNT層11の厚さが一対の電極12の対向方向(方向B)に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極12間の層構造部分(基材層10とCNT層11との層構造)において、前記凹部15が形成されている領域が、他の領域より剛性の低い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、前記一対の電極12の対向方向(方向B)に沿ってサインカーブ的に(大小交互に)変化している。従って、当該歪みセンサ1は、CNT層11において、歪みに対して剛性の低い領域(凹部15が形成されている領域)が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ1は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 1, since the concave portion 15 as described above is formed in the CNT layer 11, the thickness of the CNT layer 11 changes alternately in magnitude along the facing direction (direction B) of the pair of electrodes 12. doing. That is, in the layer structure portion between the pair of electrodes 12 (the layer structure of the base material layer 10 and the CNT layer 11), the region where the concave portion 15 is formed is a different rigidity region having lower rigidity than the other regions. ing. As a result, the rigidity of the layer structure portion changes in a sine curve (alternately in magnitude) along the facing direction (direction B) of the pair of electrodes 12. Accordingly, in the strain sensor 1, in the CNT layer 11, a region having low rigidity with respect to strain (a region where the recess 15 is formed) is preferentially expanded or contracted or cleaved. As described above, since the strain sensor 1 fixes the region that expands or contracts with respect to the strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproducibility of the sensitivity. High nature.

(製造方法)
当該歪みセンサ1の製造方法の一例を図2を参照に説明する。
(Production method)
An example of a method for manufacturing the strain sensor 1 will be described with reference to FIG.

(1−1)スライドガラス20をラテックスや樹脂溶液に浸漬し、その後乾燥させる。乾燥時間としては、例えば常温で8時間程度とすることができる。このようにすることで、スライドガラス20両面に樹脂製の被膜21が形成される(図2(a)参照)。この被膜21が、平面視矩形状の基材層10となる。なお、スライドガラス20以外の他の板材を用いてもよい。 (1-1) The slide glass 20 is immersed in latex or a resin solution and then dried. For example, the drying time may be about 8 hours at room temperature. By doing in this way, the resin-made film 21 is formed on both surfaces of the slide glass 20 (refer Fig.2 (a)). This coating 21 becomes the base material layer 10 having a rectangular shape in plan view. A plate material other than the slide glass 20 may be used.

(1−2)次いで、被膜21を形成したスライドガラス20の幅方向にCNT繊維22を巻き付けていき、CNT繊維層23を被膜21上に形成する(図2(b)参照)。なお、CNT繊維22は、CVD法により基板上に垂直配向成長したCNT単繊維(CNT)の結晶を撚糸せずにそのまま引き出すことで得ることができる。このようにして得られたCNT繊維は、複数のCNT単繊維からなり、このCNT短繊維同士が長手方向に連結する連結部を有する構造となっている。 (1-2) Next, the CNT fibers 22 are wound in the width direction of the slide glass 20 on which the coating 21 is formed, and the CNT fiber layer 23 is formed on the coating 21 (see FIG. 2B). The CNT fiber 22 can be obtained by pulling out a crystal of CNT single fiber (CNT) vertically grown on a substrate by a CVD method without twisting. The CNT fibers thus obtained are composed of a plurality of CNT single fibers, and have a structure having a connecting portion for connecting the short CNT fibers in the longitudinal direction.

CNT繊維22を巻き付けた後、エタノール等の溶媒をCNT繊維22に噴霧又は浸漬させ、その後乾燥させることが好ましい。この操作を経ることでCNT層11と被膜21(基材層10)との密着性を高めることができると共に、CNT繊維22を高密度化することができる。このようにCNT繊維22を高密度化することによって、CNT繊維22同士の接触面積をあらかじめ増やすことができ、後述するCNT層24(CNT層11)の抵抗を下げて消費電力を下げる効果と、歪みを加えた時に抵抗変化の感度を高める効果を得ることができる。また、CNT単繊維の結晶から引き出したCNT繊維はミクロ(顕微鏡で観察)ではCNT繊維同士が複雑に絡んでいるが、マクロ(肉眼で観察)ではCNT繊維は一方向へ配向しているように確認できる。本願においては前記マクロでの配向によって当該効果を得ることができる。   After winding the CNT fiber 22, it is preferable to spray or immerse a solvent such as ethanol on the CNT fiber 22 and then dry it. Through this operation, the adhesion between the CNT layer 11 and the coating 21 (base material layer 10) can be enhanced, and the CNT fibers 22 can be densified. By increasing the density of the CNT fibers 22 in this way, the contact area between the CNT fibers 22 can be increased in advance, and the effect of lowering the power consumption by lowering the resistance of the CNT layer 24 (CNT layer 11) described later, An effect of increasing the sensitivity of resistance change when strain is applied can be obtained. In addition, the CNT fibers drawn from the crystals of CNT single fibers are intricately entangled with each other in the micro (observed with a microscope), but the CNT fibers are oriented in one direction in the macro (observed with the naked eye). I can confirm. In the present application, the effect can be obtained by the macro orientation.

(1−3)CNT繊維層23の表面に希釈した導電性弾性接着剤を塗布し、乾燥させることでCNT層24を形成する(図2(c)参照)。前記導電性弾性接着剤としては、熱可塑性エラストマー25及び導電性添加剤を含有するものを用いることができる。この希釈した導電性接着剤の固形分濃度としては5質量%以上10質量%以下が好ましい。また、この塗布は複数回(例えば2回)行ってもよい。このようにすることで、導電性接着剤に含まれる熱可塑性エラストマー25と導電性添加剤とがCNT繊維層23中に含浸したCNT層24が形成される。後述のスタンパー26による成形が可能になる程度まで当該エラストマー等の含有率を増やすために、熱可塑性エラストマー25及び導電性添加剤の塗布回数を調整することができる。 (1-3) A diluted conductive elastic adhesive is applied to the surface of the CNT fiber layer 23 and dried to form the CNT layer 24 (see FIG. 2C). As the conductive elastic adhesive, one containing the thermoplastic elastomer 25 and a conductive additive can be used. The solid content concentration of the diluted conductive adhesive is preferably 5% by mass or more and 10% by mass or less. Further, this application may be performed a plurality of times (for example, twice). By doing in this way, the CNT layer 24 in which the thermoplastic elastomer 25 and the conductive additive contained in the conductive adhesive are impregnated in the CNT fiber layer 23 is formed. In order to increase the content of the elastomer or the like to the extent that molding with a stamper 26 described later becomes possible, the number of times of application of the thermoplastic elastomer 25 and the conductive additive can be adjusted.

また、CNT層24は、CNT繊維22の巻き付け及び導電性弾性接着剤の塗布による形成に代えて、別途形成したCNT層24を被膜21上に積層させて形成してもよい。   The CNT layer 24 may be formed by laminating a separately formed CNT layer 24 on the coating 21 instead of forming the CNT fiber 22 by winding and applying a conductive elastic adhesive.

(1−4)次いで、スタンパー26を用いてCNT層24の表面に凹部27を形成する(図2(d)参照)。このスタンパー26には、複数の直線状の凸部26Aが平行に形成されている。この凸部26Aの方向が歪みセンサ1の長手方向(方向B)に略垂直な方向と同じになるようにスタンパー26をCNT層24の表面に押し当てる。このようにスタンパー26をCNT層24の表面に押し当てた状態で加熱する。CNT層24には、熱可塑性エラストマー25が含浸しているため、スタンパー26の凸部26A形状が転写され、CNT層24の表面に凹部27が形成される。スタンパー26の凸部26Aは、例えばエッチング等により形成することができる。 (1-4) Next, a recess 27 is formed on the surface of the CNT layer 24 using a stamper 26 (see FIG. 2D). The stamper 26 has a plurality of linear convex portions 26A formed in parallel. The stamper 26 is pressed against the surface of the CNT layer 24 so that the direction of the convex portion 26A is the same as the direction substantially perpendicular to the longitudinal direction (direction B) of the strain sensor 1. In this manner, the stamper 26 is heated while pressed against the surface of the CNT layer 24. Since the CNT layer 24 is impregnated with the thermoplastic elastomer 25, the shape of the convex portion 26A of the stamper 26 is transferred, and a concave portion 27 is formed on the surface of the CNT layer 24. The convex portion 26A of the stamper 26 can be formed by etching, for example.

(1−5)次いで、電極28及び固定部材29を積層させる(図2(e)参照)。具体的には、先ず、被膜21及びCNT層24の長手方向両端部分に導電性ゴムを塗布し、乾燥させることで電極28を形成する。この乾燥は、例えば常温で1時間程度でよい。次に、CNT層24と電極28との境界部分表面に弾性接着剤(エラストマーを含む接着剤)やラテックスを塗布する。その後、これらを硬化又は乾燥させることで、固定部材29が形成される。 (1-5) Next, the electrode 28 and the fixing member 29 are laminated (see FIG. 2E). Specifically, first, conductive rubber is applied to both ends of the coating film 21 and the CNT layer 24 in the longitudinal direction, and the electrode 28 is formed by drying. This drying may be performed at room temperature for about 1 hour, for example. Next, an elastic adhesive (adhesive containing an elastomer) or latex is applied to the boundary surface between the CNT layer 24 and the electrode 28. Then, the fixing member 29 is formed by hardening or drying these.

この後、積層体をスライドガラス20から切り出し、周辺部分等を除去することで、歪みセンサ1を得ることができる。なお、歪みセンサ1の製造方法は、前記製造方法に限定されるものではない。例えば、上述のように板状のスタンパー26により形状を転写させる方法以外にも、例えばローラ等を用いた形状の転写であってもよい。また、CNT層24に対して導電性弾性接着剤を塗布した後の乾燥前の状態でスタンパー26を押し当てることで形状を転写させてもよい。   Thereafter, the strain sensor 1 can be obtained by cutting the laminate from the slide glass 20 and removing the peripheral portion and the like. In addition, the manufacturing method of the strain sensor 1 is not limited to the said manufacturing method. For example, in addition to the method of transferring the shape by the plate-like stamper 26 as described above, transfer of the shape using a roller or the like may be used. Alternatively, the shape may be transferred by pressing the stamper 26 in a state before drying after applying the conductive elastic adhesive to the CNT layer 24.

<第二実施形態>
図3の歪みセンサ3は、略帯状体であり、基材層10、この基材層10の表面に積層されるCNT層31、このCNT層31の表面に積層される保護層36及び一対の電極32を主に備える。歪みセンサ3は、基材層10、CNT層31及び保護層36で層構造部分を形成している。
<Second embodiment>
The strain sensor 3 in FIG. 3 is a substantially band-shaped body, and includes a base material layer 10, a CNT layer 31 laminated on the surface of the base material layer 10, a protective layer 36 laminated on the surface of the CNT layer 31, and a pair of The electrode 32 is mainly provided. In the strain sensor 3, the base layer 10, the CNT layer 31, and the protective layer 36 form a layer structure portion.

基材層10は、図1の歪みセンサ1と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。   The base material layer 10 is the same as the strain sensor 1 of FIG.

CNT層31は、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層31は、複数のCNT繊維13から形成されている。複数のCNT繊維13は、一方向(方向A:歪みセンサ3の幅方向)に配向している。CNT繊維13は、図1の歪みセンサ1と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。   The CNT layer 31 is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 31 is formed from a plurality of CNT fibers 13. The plurality of CNT fibers 13 are oriented in one direction (direction A: the width direction of the strain sensor 3). The CNT fiber 13 is the same as the strain sensor 1 of FIG.

CNT層31の表面及び裏面は略平坦であり、略均一の厚みからなる。CNT層31の厚みとしては、特に限定されない。例えば、CNT層31の平均厚みの下限としては、1μmが好ましく、10μmがさらに好ましい。一方、CNT層31の平均厚みの上限としては、5mmが好ましく、1mmがさらに好ましい。CNT層31の幅としては、図1のCNT層11と同程度である。   The front and back surfaces of the CNT layer 31 are substantially flat and have a substantially uniform thickness. The thickness of the CNT layer 31 is not particularly limited. For example, the lower limit of the average thickness of the CNT layer 31 is preferably 1 μm, and more preferably 10 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the CNT layer 31 is preferably 5 mm, and more preferably 1 mm. The width of the CNT layer 31 is approximately the same as that of the CNT layer 11 in FIG.

保護層36は、CNT層31及び電極32の一部を被覆している。なお、一対の電極32の一部は、保護層36に被覆されず、露出している部分を有する。このように保護層36を積層することで、前記保護層36がCNT層31を保護する。   The protective layer 36 covers a part of the CNT layer 31 and the electrode 32. A part of the pair of electrodes 32 has an exposed portion that is not covered with the protective layer 36. By laminating the protective layer 36 in this way, the protective layer 36 protects the CNT layer 31.

保護層36の材質としては、柔軟性を有する限り特に制限されず、基材層10と同様の材質を挙げることができる。但し、保護層36の材質としては、樹脂が好ましく、エラストマー(熱可塑性エラストマーやゴム等)がより好ましい。   The material of the protective layer 36 is not particularly limited as long as it has flexibility, and the same material as that of the base material layer 10 can be exemplified. However, the material of the protective layer 36 is preferably a resin, and more preferably an elastomer (such as a thermoplastic elastomer or rubber).

保護層36は、水性エマルジョンから形成されていることが好ましい。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。そのため、前記保護層36を水性エマルジョンから形成すると、例えば塗工や浸漬によりこの保護層36を設けた場合、保護層36がCNT層31に含浸せずにCNT層31表面に積層された状態とすることができる。このようにすることで、保護層36を形成する樹脂がCNT層31にしみ込んで、CNT層31の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、保護層36の存在によるCNT層31の歪み感受性の低下を抑えることができる。   The protective layer 36 is preferably formed from an aqueous emulsion. An aqueous emulsion refers to an emulsion in which the main component of the dispersion medium is water. CNT is highly hydrophobic. Therefore, when the protective layer 36 is formed from an aqueous emulsion, for example, when the protective layer 36 is provided by coating or dipping, the protective layer 36 is not impregnated in the CNT layer 31 and is laminated on the surface of the CNT layer 31. can do. By doing in this way, it can suppress that resin which forms the protective layer 36 penetrates into the CNT layer 31 and affects the resistance change of the CNT layer 31, and the strain sensitivity of the CNT layer 31 due to the presence of the protective layer 36 is suppressed. The decrease can be suppressed.

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。また、前記エマルジョンの分散質としては、通常樹脂であり、上述したゴムや熱可塑性エラストマー、特には天然ゴムが好ましい。この好ましいエマルジョンは、分散媒を水とし、ゴムを分散質とする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。   The main component of the dispersion medium of the aqueous emulsion is water, but other hydrophilic dispersion medium such as alcohol may be contained. Further, the dispersoid of the emulsion is usually a resin, and the above-described rubber and thermoplastic elastomer, particularly natural rubber are preferable. Examples of the preferable emulsion include so-called latex in which the dispersion medium is water and the rubber is a dispersoid, and natural rubber latex is preferable. By using natural rubber latex, a thin and strong protective film can be formed.

保護層36は、表面に形成される複数の凹部37を有する。各凹部37は、それぞれ歪みセンサ3の長手方向(方向B)に略垂直な方向に直線状に形成される凹溝である。複数の凹部37(凹溝)は、歪みセンサ3の長手方向(方向B)に略等間隔に形成されている。保護層36にこのような凹部37が形成されていることで、層構造部分においてこの凹部37が形成されている領域(平面視における領域)が、他の領域と剛性が異なる(低下している)異剛性領域となる。そのため、凹部37が形成された領域(異剛性領域)の剛性が低下し、この領域で伸縮や開裂が優先的に生じる。なお、保護層36とCNT層31とは固着しており、保護層36の特定領域(凹部37)の優先的な伸縮と共に、その領域に位置するCNT層31の領域が伸縮又は開裂することとなる。   The protective layer 36 has a plurality of recesses 37 formed on the surface. Each concave portion 37 is a concave groove formed linearly in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction (direction B) of the strain sensor 3. The plurality of concave portions 37 (concave grooves) are formed at substantially equal intervals in the longitudinal direction (direction B) of the strain sensor 3. By forming such a concave portion 37 in the protective layer 36, the region where the concave portion 37 is formed in the layer structure portion (region in plan view) is different in rigidity (reduced) from the other regions. ) It becomes a region with different rigidity. Therefore, the rigidity of the region where the concave portion 37 is formed (different stiffness region) is reduced, and expansion and contraction and cleavage occur preferentially in this region. In addition, the protective layer 36 and the CNT layer 31 are fixed, and along with the preferential expansion and contraction of the specific region (concave portion 37) of the protective layer 36, the region of the CNT layer 31 located in the region expands or contracts. Become.

凹部37の断面形状、深さ、間隔は、図1の歪みセンサ1の凹部15と同様である。   The cross-sectional shape, depth, and interval of the concave portion 37 are the same as those of the concave portion 15 of the strain sensor 1 of FIG.

保護層36の平均厚みとしては、特に限定されず、例えば10μm以上3mm以下とすることができる。   It does not specifically limit as average thickness of the protective layer 36, For example, they are 10 micrometers or more and 3 mm or less.

一対の電極32は、基材層10の表面側の長手方向Bの両端部分に配設され、CNT層31の両端と接続されている。具体的には、各電極32は、基材層10の表面の長手方向Bの両端部分に配設される一対の第一導電層38の表面にそれぞれ配設されている。   The pair of electrodes 32 are disposed at both end portions in the longitudinal direction B on the surface side of the base material layer 10 and are connected to both ends of the CNT layer 31. Specifically, each electrode 32 is disposed on the surface of a pair of first conductive layers 38 disposed at both ends in the longitudinal direction B of the surface of the base material layer 10.

各第一導電層38は、CNT層31と電極32との電気的な接続性を高めている。第一導電層38を形成する材料としては、導電性を有する限り特に限定されず、例えば導電性ゴム系接着剤等を用いることができる。第一導電層38としてこのように接着剤を用いることで、基材層10、電極32及びCNT層31の両端の固着性を高めることができる。   Each first conductive layer 38 enhances electrical connectivity between the CNT layer 31 and the electrode 32. The material for forming the first conductive layer 38 is not particularly limited as long as it has conductivity, and for example, a conductive rubber adhesive can be used. By using an adhesive in this way as the first conductive layer 38, it is possible to improve the adhesion of the both ends of the base material layer 10, the electrode 32, and the CNT layer 31.

電極32は、帯状形状を有している。一対の電極32は、基材層10の幅方向に互いに平行に配設されている。電極32を形成する材料としては、特に限定されず、例えば銅、銀、アルミニウム等の金属等を用いることができる。   The electrode 32 has a strip shape. The pair of electrodes 32 are disposed in parallel to each other in the width direction of the base material layer 10. The material for forming the electrode 32 is not particularly limited, and for example, a metal such as copper, silver, or aluminum can be used.

電極32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が、メッシュ状が好ましい。このようにメッシュ状の電極32を用いることで第一導電層38や後述する第二導電層39との密着性及び固着性を高めることができる。このようなメッシュ状の電極32としては、金属メッシュや、不織布に金属を蒸着又はスパッタさせたものを用いることができる。なお、電極32としては、導電性接着剤の塗布等によって形成したものであってもよい。   The shape of the electrode 32 is not particularly limited and may be, for example, a film shape, a plate shape, or a mesh shape, but a mesh shape is preferable. By using the mesh-like electrode 32 as described above, adhesion and adhesion to the first conductive layer 38 and the second conductive layer 39 described later can be improved. As such a mesh-like electrode 32, a metal mesh or a nonwoven fabric obtained by vapor deposition or sputtering of metal can be used. The electrode 32 may be formed by applying a conductive adhesive or the like.

CNT層31の両端部分と一対の電極32との境界部分表面には、それぞれ第二導電層39が積層されている。一対の第二導電層39は、一対の第一導電層38と共に電極32及びCNT層31の両端部分を挟持している。各第二導電層39は、第一導電層38と同様、電極32とCNT層31との電気的な接続性を高めている。第二導電層39を形成する材料としては、導電性を有する限り特に限定されず、例えば導電性ゴム系接着剤等を用いることができる。第二導電層39としてこのように接着剤を用いることで、電極32及びCNT層31の両端の固着性を高めることができる。   A second conductive layer 39 is laminated on the surface of the boundary portion between the both ends of the CNT layer 31 and the pair of electrodes 32. The pair of second conductive layers 39 sandwiches both ends of the electrode 32 and the CNT layer 31 together with the pair of first conductive layers 38. Each second conductive layer 39 enhances the electrical connectivity between the electrode 32 and the CNT layer 31 as in the first conductive layer 38. The material for forming the second conductive layer 39 is not particularly limited as long as it has conductivity, and for example, a conductive rubber adhesive can be used. By using an adhesive in this way as the second conductive layer 39, the adhesiveness of both ends of the electrode 32 and the CNT layer 31 can be enhanced.

当該歪みセンサ3によれば、CNT層31表面に積層された保護層36に上述のような凹部37が形成されているため、保護層36の厚さが一対の電極32の対向方向(方向B)に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極32間の層構造部分(基材層10とCNT層31と保護層36とからなる層構造)において、前記凹部37が形成されている領域が、他の領域より剛性の低い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、前記一対の電極32の対向方向(方向B)に沿ってサインカーブ的に(大小交互に)変化している。従って、当該歪みセンサ3によれば、歪みに対して剛性の低い領域(凹部37が形成されている領域)に対応するCNT層31の特定部分が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ3は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 3, since the concave portion 37 as described above is formed in the protective layer 36 laminated on the surface of the CNT layer 31, the thickness of the protective layer 36 is the opposite direction of the pair of electrodes 32 (direction B). ) Are alternating in magnitude. That is, in the layer structure portion between the pair of electrodes 32 (layer structure including the base material layer 10, the CNT layer 31, and the protective layer 36), the region where the concave portion 37 is formed is less rigid than the other regions. It is a different rigidity region. As a result, the rigidity of the layer structure portion changes in a sine curve (alternately in magnitude) along the opposing direction (direction B) of the pair of electrodes 32. Therefore, according to the strain sensor 3, the specific portion of the CNT layer 31 corresponding to the region having low rigidity against the strain (the region where the concave portion 37 is formed) is preferentially expanded or contracted or cleaved. In this way, since the strain sensor 3 fixes a region that expands or contracts or cleaves with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of sensitivity. High nature.

(製造方法)
歪みセンサ3の製造方法としては、特に限定されないが、例えば以下の製造工程で製造することができる。
(Production method)
Although it does not specifically limit as a manufacturing method of the distortion sensor 3, For example, it can manufacture with the following manufacturing processes.

(2−1)第一実施形態と同様、スライドガラスをラテックスや樹脂溶液に浸漬し、その後乾燥させる。このようにすることで、スライドガラス両面に樹脂製の平面視矩形状の被膜(基材層10)を形成することができる。 (2-1) As in the first embodiment, the slide glass is immersed in latex or a resin solution and then dried. By doing in this way, the resin-made rectangular-view film (base material layer 10) can be formed on both surfaces of the slide glass.

(2−2)この基材層10の長手方向両端部分に導電性ゴム系接着剤を塗布し、一対の第一導電層38を形成する。次いで、各第一導電層38の表面に電極32を積層させる。 (2-2) A conductive rubber adhesive is applied to both ends of the base material layer 10 in the longitudinal direction to form a pair of first conductive layers 38. Next, the electrode 32 is laminated on the surface of each first conductive layer 38.

(2−3)次いで、第一実施形態と同様、CNT繊維13をスライドガラス(基材層10)上の電極32間に巻き付けていき、CNT層31を形成する。このようにすることで、一方向(一対の電極32の対向方向と略垂直方向)に配向する複数のCNT繊維13からなるCNT層31を得ることができる。なお、第一実施形態と同様、CNT繊維13の巻き付け後、例えばイソプロピルアルコールやエタノール等の溶媒をCNT層31に噴霧するか、又はこの溶媒に浸した後、乾燥させることが好ましい。 (2-3) Next, as in the first embodiment, the CNT fiber 13 is wound between the electrodes 32 on the slide glass (base material layer 10) to form the CNT layer 31. By doing so, it is possible to obtain a CNT layer 31 composed of a plurality of CNT fibers 13 oriented in one direction (substantially perpendicular to the opposing direction of the pair of electrodes 32). As in the first embodiment, after winding the CNT fibers 13, it is preferable to spray a solvent such as isopropyl alcohol or ethanol on the CNT layer 31 or immerse it in this solvent and then dry it.

(2−4)このCNT層31の長手方向両端部分に、電極32の一部を露出するように導電性ゴム系接着剤を塗布し、一対の第二導電層39を形成する。 (2-4) A conductive rubber adhesive is applied to both ends of the CNT layer 31 in the longitudinal direction so as to expose a part of the electrode 32, thereby forming a pair of second conductive layers 39.

(2−5)次いで、CNT層31の表面にラテックスを塗布することなどで保護層36を形成する。このようにラテックスを用いることで、保護層36をCNT層31表面に積層させることができる。なお、この際、電極32の一部は露出するように保護層36を形成する。ラテックスは上述のとおり水性エマルジョンであり、親水性を有する。 (2-5) Next, the protective layer 36 is formed by applying latex on the surface of the CNT layer 31. Thus, the protective layer 36 can be laminated on the surface of the CNT layer 31 by using latex. At this time, the protective layer 36 is formed so that a part of the electrode 32 is exposed. As described above, the latex is an aqueous emulsion and has hydrophilicity.

(2−6)次いで、第一実施形態(1−4)と同様に、スタンパー等を用いて保護層36の表面に凹部37を形成する。このようにした後、スライドガラスから切り出し、周辺部分等を除去することで、歪みセンサ3を得ることができる。 (2-6) Next, similarly to the first embodiment (1-4), the concave portion 37 is formed on the surface of the protective layer 36 using a stamper or the like. After doing in this way, the distortion sensor 3 can be obtained by cutting out from a slide glass and removing a peripheral part etc.

<第三実施形態>
図4の歪みセンサ4は、基材層10、この基材層10の表面に積層されるCNT層41、及び一対の電極12を主に備える。歪みセンサ4は、基材層10とCNT層41とで層構造部分を形成している。基材層10及び電極12は図1の歪みセンサ1と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。また、歪みセンサ4は、図1の歪みセンサ1と同様に、CNT層41と電極12との接続部分表面に、固定部材16が積層されている。
<Third embodiment>
The strain sensor 4 in FIG. 4 mainly includes a base material layer 10, a CNT layer 41 laminated on the surface of the base material layer 10, and a pair of electrodes 12. In the strain sensor 4, the base layer 10 and the CNT layer 41 form a layer structure portion. The base material layer 10 and the electrode 12 are the same as those of the strain sensor 1 of FIG. In the strain sensor 4, as in the strain sensor 1 of FIG. 1, the fixing member 16 is laminated on the surface of the connection portion between the CNT layer 41 and the electrode 12.

CNT層41は、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層41は、複数のCNT繊維13及びエラストマー14を含む。また、CNT層41は、表面に形成される複数の凸部45を有する。CNT層41は、凹部15の代わりに複数の凸部45を有すること以外は図1の歪みセンサ1のCNT層11と同様であるので、他の説明は省略する。   The CNT layer 41 is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 41 includes a plurality of CNT fibers 13 and an elastomer 14. The CNT layer 41 has a plurality of convex portions 45 formed on the surface. The CNT layer 41 is the same as the CNT layer 11 of the strain sensor 1 of FIG. 1 except that it has a plurality of convex portions 45 instead of the concave portions 15, and thus other explanations are omitted.

各凸部45は、直線状に形成される凸条である。各凸部45(凸条)は、CNT繊維13の配向方向に平行に、かつ略等間隔に形成されている。CNT層41表面にこのような凸部45が形成されていることで、層構造部分においてこの凸部45が形成されている領域(平面視における領域)が、他の領域と剛性が異なる(他の領域より剛性が高い)異剛性領域となる。そのため、凸部45が形成された領域(異剛性領域)以外の領域(凸部45間)で伸縮や開裂が優先的に生じる。また、この凸部45は、CNT層41本体(CNT繊維13)の保護機能も有する。   Each convex part 45 is a convex line formed in a straight line. Each protrusion 45 (protrusion) is formed in parallel with the orientation direction of the CNT fiber 13 and at substantially equal intervals. Since such a convex portion 45 is formed on the surface of the CNT layer 41, the region where the convex portion 45 is formed in the layer structure portion (region in plan view) is different in rigidity from the other regions (others). This is a different rigidity region. Therefore, expansion and contraction preferentially occurs in a region (between the convex portions 45) other than the region where the convex portion 45 is formed (different stiffness region). Moreover, this convex part 45 also has a protection function of the CNT layer 41 main body (CNT fiber 13).

前記凸部45の材質としては、特に限定されないが、成形性等の点から樹脂が好ましい。前記樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド等を挙げることができる。   The material of the convex portion 45 is not particularly limited, but a resin is preferable from the viewpoint of moldability and the like. Examples of the resin include phenol resin, epoxy resin, polyethylene, polystyrene, polyamide and the like.

前記凸部45は、導電性を有していてもよい。凸部45が導電性を有する場合、凸部45が形成されている部分では、この凸部45に優先的に電流が流れる。このため変形が小さい部分(凸部45が形成されている部分)の抵抗値を下げることができ、全体として歪みセンサ4の感度を上げることができる。なお、例えば、導電性添加剤を添加した樹脂により凸部45を形成することで、凸部45に導電性をもたせることができる。   The convex portion 45 may have conductivity. When the convex part 45 has electroconductivity, in the part in which the convex part 45 is formed, an electric current flows through this convex part 45 preferentially. For this reason, the resistance value of a portion with a small deformation (portion where the convex portion 45 is formed) can be lowered, and the sensitivity of the strain sensor 4 can be raised as a whole. In addition, for example, the convex portion 45 can be made conductive by forming the convex portion 45 with a resin to which a conductive additive is added.

前記凸部45同士の間隔としては、特に制限されないが、例えば、10μm以上5mm以下とすることができ、50μm以上1mm以下が好ましい。このような間隔で凸部45を配置することで、より感度やその線形性を高めることなどができる。   Although it does not restrict | limit especially as an interval between the said convex parts 45, For example, they can be 10 micrometers or more and 5 mm or less, and 50 micrometers or more and 1 mm or less are preferable. By arranging the convex portions 45 at such intervals, the sensitivity and linearity thereof can be further increased.

当該歪みセンサ4によれば、CNT層41に上述のような凸部45が形成されているため、CNT層41の厚さが一対の電極12の対向方向に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極12間の層構造部分(基材層10とCNT層41との層構造)において、前記凸部45が形成されている領域が、他の領域より剛性の高い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、前記一対の電極12の対向方向に沿ってサインカーブ的に(大小交互に)変化している。従って、当該歪みセンサ4は、CNT層41において、歪みに対して剛性の低い領域(凸部45の間の領域)が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ4は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 4, since the convex portions 45 as described above are formed on the CNT layer 41, the thickness of the CNT layer 41 changes alternately in magnitude along the facing direction of the pair of electrodes 12. . That is, in the layer structure portion between the pair of electrodes 12 (layer structure of the base material layer 10 and the CNT layer 41), the region where the convex portion 45 is formed is a different rigidity region having higher rigidity than other regions. It has become. As a result, the rigidity of the layer structure portion changes in a sine curve (alternatively in magnitude) along the opposing direction of the pair of electrodes 12. Therefore, in the strain sensor 4, in the CNT layer 41, a region having low rigidity against strain (a region between the convex portions 45) is preferentially expanded or contracted or cleaved. In this way, since the strain sensor 4 fixes a region that expands or contracts or cleaves with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of sensitivity. High nature.

当該歪みセンサ4は、図1の歪みセンサ1の製造方法を参照に製造することができる。凹部15の代わりの凸部45の形成方法としては、CNT層41を形成した後、例えば樹脂製の凸部を形成すればよい。この凸部45の形成には、ディスペンサー等を用いることができる。   The strain sensor 4 can be manufactured with reference to the manufacturing method of the strain sensor 1 of FIG. As a method of forming the convex portion 45 instead of the concave portion 15, after forming the CNT layer 41, for example, a resin convex portion may be formed. A dispenser or the like can be used to form the convex portion 45.

<第四実施形態>
図5の歪みセンサ5は、基材層10、この基材層10の表面に積層されるCNT層31、このCNT層31の表面に積層される保護層57、及び一対の電極32を主に備える。歪みセンサ5は、基材層10、CNT層31及び保護層57で層構造部分を形成している。保護層57以外は、図3の歪みセンサ3と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Fourth embodiment>
The strain sensor 5 of FIG. 5 mainly includes a base material layer 10, a CNT layer 31 laminated on the surface of the base material layer 10, a protective layer 57 laminated on the surface of the CNT layer 31, and a pair of electrodes 32. Prepare. In the strain sensor 5, the base layer 10, the CNT layer 31, and the protective layer 57 form a layer structure portion. Except for the protective layer 57, it is the same as the strain sensor 3 of FIG.

保護層57は、表面に形成される複数の凸部58を有する。各凸部58は、直線状に形成される凸条である。複数の凸部58(凸条)は、CNT繊維13の配向方向に平行に、かつ略等間隔に形成されている。保護層57にこのような凸部58が形成されていることで、層構造部分においてこの凸部58が形成されている領域(平面視における領域)が、他の領域と剛性が異なる(他の領域より剛性が高い)異剛性領域となる。そのため、凸部58が形成された領域(異剛性領域)以外の領域(凸部間)で伸縮や開裂が優先的に生じる。なお、保護層57とCNT層31とは固着しており、保護層57の特定領域(凸部58間)の伸縮と共に、その領域に位置するCNT層31の領域が伸縮又は開裂することとなる。   The protective layer 57 has a plurality of convex portions 58 formed on the surface. Each convex portion 58 is a ridge formed in a straight line. The plurality of protrusions 58 (projections) are formed in parallel with the orientation direction of the CNT fibers 13 and at substantially equal intervals. Since such a convex portion 58 is formed in the protective layer 57, the region where the convex portion 58 is formed in the layer structure portion (region in plan view) is different in rigidity from other regions (other regions). This is a different stiffness region (which is more rigid than the region). Therefore, expansion and contraction preferentially occurs in a region (between convex portions) other than the region where the convex portion 58 is formed (different stiffness region). In addition, the protective layer 57 and the CNT layer 31 are fixed, and the region of the CNT layer 31 located in the specific region (between the protrusions 58) of the protective layer 57 expands or contracts along with the expansion and contraction of the specific region. .

保護層57は、凹部37の代わりに凸部58を有すること以外は、図3の歪みセンサ3の保護層36と同様であるので、他の説明は省略する。   Since the protective layer 57 is the same as the protective layer 36 of the strain sensor 3 of FIG. 3 except that the protective layer 57 has a convex portion 58 instead of the concave portion 37, other description is omitted.

当該歪みセンサ5によれば、CNT層31表面に積層された保護層57に上述のような凸部58が形成されているため、保護層57の厚さが一対の電極32の対向方向に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極32間の層構造部分(基材層10とCNT層31と保護層57とからなる層構造)において、前記凸部58が形成されている領域が、他の領域より剛性の高い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、前記一対の電極32の対向方向に沿ってサインカーブ的に(大小交互に)変化している。従って、当該歪みセンサ5によれば、歪みに対して剛性の低い領域(凸部58の間の領域)に対応するCNT層31の特定部分が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ5は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 5, since the convex portion 58 as described above is formed on the protective layer 57 laminated on the surface of the CNT layer 31, the thickness of the protective layer 57 is along the facing direction of the pair of electrodes 32. The size changes alternately. That is, in the layer structure portion between the pair of electrodes 32 (layer structure including the base material layer 10, the CNT layer 31, and the protective layer 57), the region where the convex portion 58 is formed is more rigid than the other regions. It is a high different rigidity region. As a result, the rigidity of the layer structure portion changes in a sine curve (alternately in magnitude) along the opposing direction of the pair of electrodes 32. Therefore, according to the strain sensor 5, the specific portion of the CNT layer 31 corresponding to the region having low rigidity against strain (the region between the convex portions 58) is preferentially expanded or contracted or cleaved. As described above, since the strain sensor 5 fixes a region that expands or contracts or cleaves with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of sensitivity. High nature.

当該歪みセンサ5は、図3の歪みセンサ3の製造方法を参照に製造することができる。凹部37の代わりの凸部58の形成は、図4の歪みセンサ4と同様にディスペンサー等により行うことができる。   The strain sensor 5 can be manufactured with reference to the manufacturing method of the strain sensor 3 of FIG. The formation of the convex portion 58 instead of the concave portion 37 can be performed by a dispenser or the like as in the strain sensor 4 of FIG.

<第五実施形態>
図6の歪みセンサ6は、基材層60、この基材層60の表面に積層されるCNT層61、及び一対の電極12を主に備える。歪みセンサ6は、基材層60及びCNT層61で層構造部分を形成している。基材層60及びCNT層61以外は、図1の歪みセンサ1と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Fifth embodiment>
The strain sensor 6 in FIG. 6 mainly includes a base material layer 60, a CNT layer 61 laminated on the surface of the base material layer 60, and a pair of electrodes 12. In the strain sensor 6, the base layer 60 and the CNT layer 61 form a layer structure portion. Except for the base material layer 60 and the CNT layer 61, they are the same as the strain sensor 1 of FIG.

基材層60は、裏面に形成された複数の凹部65を有する。凹部65は、図1の歪みセンサ1の凹部15と同様に、歪みセンサ6の長手方向(方向B)に略垂直な方向(方向A)に直線状に形成される凹溝である。この凹部65は、CNT繊維13の配向方向と略平行な方向に形成されている。   The base material layer 60 has a plurality of recesses 65 formed on the back surface. The recess 65 is a groove formed linearly in a direction (direction A) substantially perpendicular to the longitudinal direction (direction B) of the strain sensor 6, similarly to the recess 15 of the strain sensor 1 of FIG. 1. The recess 65 is formed in a direction substantially parallel to the orientation direction of the CNT fibers 13.

CNT層61は、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層61は、複数のCNT繊維13及びエラストマー14を含む。このCNT層61は、凹部15が形成されていない以外は図1の歪みセンサ1のCNT層11と同様であるので、他の説明は省略する。   The CNT layer 61 is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 61 includes a plurality of CNT fibers 13 and an elastomer 14. Since the CNT layer 61 is the same as the CNT layer 11 of the strain sensor 1 of FIG. 1 except that the recess 15 is not formed, other description is omitted.

当該歪みセンサ6によれば、基材層60に上述のような凹部65が形成されているため、CNT層61の厚さが一対の電極12の対向方向(方向B)に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極12間の層構造部分(基材層60とCNT層61との層構造)において、凹部65が形成されている領域が、他の領域より剛性の低い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、一対の電極12の対向方向(方向B)に沿ってサインカーブ的に(大小交互に)変化している。従って、当該歪みセンサ6は、CNT層61において、歪みに対して剛性の低い領域(凹部65が形成されている領域)が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ6は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 6, since the recess 65 as described above is formed in the base material layer 60, the thickness of the CNT layer 61 is alternately increased and decreased along the opposing direction (direction B) of the pair of electrodes 12. It has changed. That is, in the layer structure portion between the pair of electrodes 12 (the layer structure of the base material layer 60 and the CNT layer 61), the region where the recess 65 is formed becomes a different rigidity region that is less rigid than the other regions. Yes. As a result, the rigidity of the layer structure portion changes in a sine curve (alternately in magnitude) along the facing direction (direction B) of the pair of electrodes 12. Therefore, in the strain sensor 6, in the CNT layer 61, a region having low rigidity with respect to strain (a region where the recess 65 is formed) is preferentially expanded or contracted or cleaved. In this way, since the strain sensor 6 fixes the region that expands or contracts with respect to the strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of the sensitivity. High nature.

当該歪みセンサ6は、図1の歪みセンサ1の製造方法を参照に製造することができる。凹部65の形成は、歪みセンサ6を形成するときに用いる被膜21を形成するライドガラス20(図2)の表面に凸部を設けておくことにより形成することができる。   The strain sensor 6 can be manufactured with reference to the manufacturing method of the strain sensor 1 of FIG. The concave portion 65 can be formed by providing a convex portion on the surface of the ride glass 20 (FIG. 2) on which the coating film 21 used when forming the strain sensor 6 is formed.

<第六実施形態>
図7の歪みセンサ6Aは、基材層60、この基材層60の表面に積層されるCNT層61、基材層60の裏面に積層されるアシスト基板60A、及び一対の電極12を主に備える。この歪みセンサ6Aは、基材層60、CNT層61及びアシスト基板60Aで層構造部分を形成している。アシスト基板60Aを設けたこと以外は、図6の歪みセンサ6と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Sixth embodiment>
7 mainly includes a base material layer 60, a CNT layer 61 laminated on the surface of the base material layer 60, an assist substrate 60A laminated on the back surface of the base material layer 60, and a pair of electrodes 12. Prepare. In the strain sensor 6A, the base layer 60, the CNT layer 61, and the assist substrate 60A form a layer structure portion. Except for the provision of the assist substrate 60A, it is the same as the strain sensor 6 of FIG.

アシスト基板60Aは、基材層60の裏面において、凹部65を覆うように形成されている。このアシスト基板60Aの材質としては、柔軟性を有する限り特に制限されず、基材層60と同様の材質を挙げることができる。但し、アシスト基板60Aの材質としては、樹脂が好ましく、エラストマー(熱可塑性エラストマーやゴム等)がより好ましい。   The assist substrate 60 </ b> A is formed on the back surface of the base material layer 60 so as to cover the recess 65. The material of the assist substrate 60A is not particularly limited as long as it has flexibility, and the same material as that of the base material layer 60 can be used. However, the material of the assist substrate 60A is preferably a resin, and more preferably an elastomer (such as a thermoplastic elastomer or rubber).

アシスト基板60Aは、図3の歪みセンサ3の保護層36と同様な理由から水性エマルジョンから形成されていることが好ましい。   The assist substrate 60A is preferably formed from an aqueous emulsion for the same reason as the protective layer 36 of the strain sensor 3 of FIG.

アシスト基板60Aは、基材層60とヤング率が異なる部材として形成してもよい。この場合のアシスト基板60Aの材質としては、ヤング率の設計条件に合わせて適宜選択することが可能であり、合成樹脂やゴム等の他、織布、不織布、ニット等を用いることができる。特にアシスト基板60Aとしてニットを用いた場合、基材層60をニットの繊維層に全体的又は部分的に含浸させることができる。そうすることによって、ニットと基材層60との接合強度が高まり、さらにニットが歪みセンサ6Aの伸び切りを抑制する役目も果たす。   The assist substrate 60A may be formed as a member having a Young's modulus different from that of the base material layer 60. The material of the assist substrate 60A in this case can be appropriately selected according to the Young's modulus design conditions, and in addition to synthetic resin and rubber, woven fabric, non-woven fabric, knit, and the like can be used. In particular, when a knit is used as the assist substrate 60A, the base material layer 60 can be entirely or partially impregnated into the knit fiber layer. By doing so, the bonding strength between the knit and the base material layer 60 is increased, and the knit also serves to suppress the extension of the strain sensor 6A.

アシスト基板60Aのヤング率を基材層60よりも低くする場合、基材層60のヤング率に対するアシスト基板60Aのヤング率の比の上限としては、0.9が好ましく、0.7がより好ましい。前記ヤング率の比が前記上限を超える場合、アシスト基板60Aによる歪みセンサ6Aの動きに対する追従性上昇効果が十分得られないおそれがある。一方、基材層60のヤング率に対するアシスト基板60Aのヤング率の比の下限としては、0.4が好ましく、0.5がより好ましい。前記ヤング率の比が前記下限未満の場合、アシスト基板60Aと基材層60とが伸縮によって剥離し易くなるおそれがある。   When the Young's modulus of the assist substrate 60A is set lower than the base material layer 60, the upper limit of the ratio of the Young's modulus of the assist substrate 60A to the Young's modulus of the base material layer 60 is preferably 0.9, and more preferably 0.7. . When the ratio of the Young's modulus exceeds the upper limit, there is a possibility that the effect of increasing the followability to the movement of the strain sensor 6A by the assist substrate 60A cannot be obtained sufficiently. On the other hand, the lower limit of the ratio of the Young's modulus of the assist substrate 60A to the Young's modulus of the base material layer 60 is preferably 0.4, and more preferably 0.5. When the ratio of the Young's modulus is less than the lower limit, the assist substrate 60A and the base material layer 60 may be easily peeled off due to expansion and contraction.

アシスト基板60Aのヤング率を基材層60よりも高くする場合、基材層60のヤング率に対するアシスト基板60Aのヤング率の比の上限としては、2.5が好ましく、2.0がより好ましい。前記ヤング率の比が前記上限を超える場合、当該歪みセンサ6Aが変形しにくくなって、センサ感度が低下するおそれがある。一方、基材層60のヤング率に対するアシスト基板60Aのヤング率の比の下限としては、1.1が好ましく、1.5がより好ましい。前記ヤング率の比が前記下限未満の場合、アシスト基板60Aによる歪みセンサ6Aの伸縮率調整効果が十分得られないおそれがある。   When the Young's modulus of the assist substrate 60A is higher than that of the base layer 60, the upper limit of the ratio of the Young's modulus of the assist substrate 60A to the Young's modulus of the base layer 60 is preferably 2.5, and more preferably 2.0. . When the ratio of the Young's modulus exceeds the upper limit, the strain sensor 6A is not easily deformed, and the sensor sensitivity may be reduced. On the other hand, the lower limit of the ratio of the Young's modulus of the assist substrate 60A to the Young's modulus of the base material layer 60 is preferably 1.1, and more preferably 1.5. When the ratio of the Young's modulus is less than the lower limit, the effect of adjusting the expansion / contraction rate of the strain sensor 6A by the assist substrate 60A may not be sufficiently obtained.

アシスト基板60Aの平均厚みとしては特に限定されないが、例えば10μm以上1000μm以下とすることができる。   The average thickness of the assist substrate 60A is not particularly limited, but may be, for example, 10 μm or more and 1000 μm or less.

当該歪みセンサ6Aによれば、図6の歪みセンサ6と同様な効果を奏する。歪みセンサ6Aはさらに、基材層60の裏面に凹部65を覆うようにアシスト基板60Aを設けることで凹部65をきっかけとして基材層60が裂けてしまうことを抑制することができる。   According to the strain sensor 6A, the same effect as the strain sensor 6 of FIG. The strain sensor 6 </ b> A can further prevent the base material layer 60 from tearing due to the recess 65 by providing the assist substrate 60 </ b> A so as to cover the recess 65 on the back surface of the base material layer 60.

<第七実施形態>
図8の歪みセンサ7Aは、基材層10、この基材層10の表面に積層されるCNT層71A及び一対の電極12を主に備える。この歪みセンサ7Aは、基材層10及びCNT層71Aで層構造部分を形成している。CNT層71A以外は、図1の歪みセンサ1と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Seventh embodiment>
The strain sensor 7A of FIG. 8 mainly includes a base material layer 10, a CNT layer 71A laminated on the surface of the base material layer 10, and a pair of electrodes 12. In the strain sensor 7A, the base layer 10 and the CNT layer 71A form a layer structure portion. Except for the CNT layer 71A, it is the same as the strain sensor 1 of FIG.

CNT層71Aは、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層71Aは、複数のCNT繊維73A及びエラストマー74Aを含む。また、CNT層71Aは、表面に形成される複数の凹部75Aを有する。   The CNT layer 71A is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 71A includes a plurality of CNT fibers 73A and an elastomer 74A. The CNT layer 71A has a plurality of recesses 75A formed on the surface.

複数のCNT繊維73Aは、一方向(方向B:歪みセンサ7Aの長手方向)に配向している。CNT繊維73Aがこのように配向していることにより、方向A(歪みセンサ7Aの幅方向)へ歪みが加わった場合にCNT繊維73A同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。また、CNT繊維73A含むCNT層71Aにおいて、CNT繊維73Aの一部と電極12とが接続されることになる。   The plurality of CNT fibers 73A are oriented in one direction (direction B: longitudinal direction of the strain sensor 7A). Since the CNT fibers 73A are oriented in this way, when strain is applied in the direction A (the width direction of the strain sensor 7A), the contact condition between the CNT fibers 73A changes, and a resistance change can be obtained. . In addition, in the CNT layer 71A including the CNT fibers 73A, a part of the CNT fibers 73A and the electrode 12 are connected.

当該歪みセンサ7Aによれば、図1の歪みセンサ1とはCNT繊維73Aの配向方向が異なっているが、CNT層71Aに凹部75Aが形成されることで、図1の歪みセンサ1と同様に、CNT層71Aにおいて、歪みに対して剛性の低い領域(凹部75Aが形成されている領域)が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ7Aは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。図8では、凹部75Aによって長手方向に分断されているCNT繊維73Aがあるが、凹部75AによってCNT繊維73Aは分断されなくてもよい。CNT繊維73Aよりも歪みセンサ7Aの表面側にあるエラストマー74Aにだけ、凹部75Aを形成しても同様の効果を得られる。また、凹部75Aを形成する際の圧力によって、凹部75Aの下の部分のCNT膜71Aが薄くなってもよい。このように、凹部75Aを深く形成しても、CNT繊維73Aが分断されないので、CNT膜71Aの抵抗値を下げることなく、歪みセンサ7Aの長手方向に大きな剛性分布を形成することができる。   According to the strain sensor 7A, the orientation direction of the CNT fiber 73A is different from that of the strain sensor 1 of FIG. 1, but the concave portion 75A is formed in the CNT layer 71A, so that the strain sensor 1 of FIG. In the CNT layer 71A, a region having low rigidity against strain (a region in which the recess 75A is formed) preferentially expands or contracts. In this way, since the strain sensor 7A fixes a region that expands or contracts or cleaves with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of sensitivity. High nature. In FIG. 8, there are CNT fibers 73A that are divided in the longitudinal direction by the recesses 75A, but the CNT fibers 73A may not be divided by the recesses 75A. The same effect can be obtained by forming the recess 75A only in the elastomer 74A located on the surface side of the strain sensor 7A with respect to the CNT fiber 73A. Further, the CNT film 71A in the lower part of the recess 75A may be thinned by the pressure when forming the recess 75A. Thus, even if the recess 75A is formed deeply, the CNT fibers 73A are not divided, so that a large rigidity distribution can be formed in the longitudinal direction of the strain sensor 7A without lowering the resistance value of the CNT film 71A.

<第八実施形態>
図9の歪みセンサ7Bは、略帯状体であり、基材層10、この基材層10の表面に積層されるCNT層71B、このCNT層71Bの表面に積層される保護層36及び一対の電極32を主に備える。この歪みセンサ7Bは、基材層10、CNT層71B及び保護層36で層構造部分を形成している。CNT層71B以外は、図3の歪みセンサ3と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Eighth embodiment>
The strain sensor 7B of FIG. 9 is a substantially band-shaped body, and includes a base material layer 10, a CNT layer 71B laminated on the surface of the base material layer 10, a protective layer 36 laminated on the surface of the CNT layer 71B, and a pair of The electrode 32 is mainly provided. In the strain sensor 7B, the base layer 10, the CNT layer 71B, and the protective layer 36 form a layer structure portion. Other than the CNT layer 71B is the same as the strain sensor 3 in FIG.

CNT層71Bは、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層71Bは、複数のCNT繊維73B及びエラストマー74Bを含む。   The CNT layer 71B is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 71B includes a plurality of CNT fibers 73B and an elastomer 74B.

複数のCNT繊維73Bは、一方向(方向B:歪みセンサ7Bの長手方向)に配向している。CNT繊維73Bがこのように配向していることにより、方向A(歪みセンサ7Bの幅方向)へ歪みが加わった場合に、CNT繊維73B同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。   The plurality of CNT fibers 73B are oriented in one direction (direction B: the longitudinal direction of the strain sensor 7B). When the CNT fibers 73B are oriented in this way, when the strain is applied in the direction A (the width direction of the strain sensor 7B), the contact state between the CNT fibers 73B changes, and a resistance change can be obtained. it can.

当該歪みセンサ7Bによれば、図3の歪みセンサ3とはCNT繊維73Bの配向方向が異なっているが、保護層36に凹部37が形成されることで、図3の歪みセンサ3と同様に、CNT層71Bにおいて、歪みに対して剛性の低い領域(凹部37が形成されている領域)が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ7Bは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 7B, the orientation direction of the CNT fibers 73B is different from that of the strain sensor 3 of FIG. 3, but the concave portion 37 is formed in the protective layer 36, so that the strain sensor 3 of FIG. In the CNT layer 71B, a region having low rigidity (region in which the concave portion 37 is formed) with respect to strain preferentially expands or contracts. In this way, since the strain sensor 7B fixes a region that expands or contracts or cleaves with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of sensitivity. High nature.

<第九実施形態>
図10の歪みセンサ7Cは、略帯状体であり、基材層10、この基材層10の表面に積層されるCNT層71C、及び一対の電極12を主に備える。歪みセンサ7Cは、基材層10とCNT層71Cとで層構造部分を形成している。CNT層71C以外は、図4の歪みセンサ4と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Ninth embodiment>
The strain sensor 7 </ b> C in FIG. 10 is a substantially band-shaped body, and mainly includes a base material layer 10, a CNT layer 71 </ b> C laminated on the surface of the base material layer 10, and a pair of electrodes 12. In the strain sensor 7C, the base layer 10 and the CNT layer 71C form a layer structure portion. Except for the CNT layer 71C, it is the same as the strain sensor 4 of FIG.

CNT層71Cは、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層71Cは、複数のCNT繊維73C及びエラストマー74Cを含む。このCNT層71Cは、表面に形成された複数の凸部45を有する。   The CNT layer 71C is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 71C includes a plurality of CNT fibers 73C and an elastomer 74C. The CNT layer 71C has a plurality of convex portions 45 formed on the surface.

複数のCNT繊維73Cは、一方向(方向B:歪みセンサ7Cの長手方向)に配向している。CNT繊維73Cがこのように配向していることにより、方向A(歪みセンサ7Cの幅方向)へ歪みが加わった場合に、CNT繊維73C同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。   The plurality of CNT fibers 73C are oriented in one direction (direction B: longitudinal direction of the strain sensor 7C). When the CNT fibers 73C are oriented in this way, when strain is applied in the direction A (the width direction of the strain sensor 7C), the contact condition between the CNT fibers 73C changes, and a resistance change can be obtained. it can.

当該歪みセンサ7Cによれば、図4の歪みセンサ4とはCNT繊維73Cの配向方向が異なっているが、CNT層71Cに凸部45が形成されることで、図4の歪みセンサ4と同様に、CNT層71Cにおいて、歪みに対して剛性の低い領域(凸部45の間の領域)が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ7Cは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 7C, the orientation direction of the CNT fibers 73C is different from that of the strain sensor 4 of FIG. 4, but the convex portion 45 is formed on the CNT layer 71C, so that the strain sensor 4 of FIG. In addition, in the CNT layer 71C, a region having low rigidity (region between the convex portions 45) with respect to strain preferentially expands or contracts. In this way, since the strain sensor 7C fixes a region that expands or contracts or cleaves with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of sensitivity. High nature.

<第十実施形態>
図11の歪みセンサ7Dは、基材層10、この基材層10の表面に積層されるCNT層71D、このCNT層71Dの表面に積層される保護層57、及び一対の電極32を主に備える。歪みセンサ7Dは、基材層10、CNT層71D及び保護層57で層構造部分を形成している。CNT層71D以外は、図5の歪みセンサ5と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Tenth embodiment>
The strain sensor 7D of FIG. 11 mainly includes a base material layer 10, a CNT layer 71D laminated on the surface of the base material layer 10, a protective layer 57 laminated on the surface of the CNT layer 71D, and a pair of electrodes 32. Prepare. In the strain sensor 7D, the base layer 10, the CNT layer 71D, and the protective layer 57 form a layer structure portion. Except for the CNT layer 71D, it is the same as the strain sensor 5 of FIG.

CNT層71Dは、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層71Dは、及び複数のCNT繊維73Dを含む。   The CNT layer 71D is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 71D includes a plurality of CNT fibers 73D.

複数のCNT繊維73Dは、一方向(方向B:歪みセンサ7Dの長手方向)に配向している。CNT繊維73Dがこのように配向していることにより、方向A(歪みセンサ7Dの幅方向)へ歪みが加わった場合に、CNT繊維73D同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。   The plurality of CNT fibers 73D are oriented in one direction (direction B: longitudinal direction of the strain sensor 7D). When the CNT fibers 73D are oriented in this way, when strain is applied in the direction A (the width direction of the strain sensor 7D), a change occurs in the contact state between the CNT fibers 73D, thereby obtaining a resistance change. it can.

当該歪みセンサ7Dによれば、図5の歪みセンサ5とはCNT繊維73Dの配向方向が異なっているが、保護層57に凸部58が形成されることで、図5の歪みセンサ5と同様に、CNT層71Dにおいて、歪みに対して剛性の低い領域(凸部45の間の領域)が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ7Dは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 7D, the orientation direction of the CNT fibers 73D is different from that of the strain sensor 5 of FIG. 5, but the convex portion 58 is formed on the protective layer 57, so that the strain sensor 5 of FIG. In addition, in the CNT layer 71D, a region having low rigidity against strain (region between the convex portions 45) preferentially expands or contracts. In this way, since the strain sensor 7D fixes a region that expands or contracts or cleaves with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of sensitivity. High nature.

<第十一実施形態>
図12の歪みセンサ7Eは、基材層60、この基材層60の表面に積層されるCNT層71E、及び一対の電極12を主に備える。歪みセンサ7Eは、基材層60及びCNT層71Eで層構造部分を形成している。CNT層71E以外は、図6の歪みセンサ6と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Eleventh embodiment>
The strain sensor 7E of FIG. 12 mainly includes a base material layer 60, a CNT layer 71E laminated on the surface of the base material layer 60, and a pair of electrodes 12. The strain sensor 7E forms a layer structure portion with the base material layer 60 and the CNT layer 71E. Except for the CNT layer 71E, it is the same as the strain sensor 6 of FIG.

CNT層71Eは、柔軟性を有する略帯状体である。このCNT層71Eは、複数のCNT繊維73E及びエラストマー74Eを含む。   The CNT layer 71E is a substantially strip-like body having flexibility. The CNT layer 71E includes a plurality of CNT fibers 73E and an elastomer 74E.

複数のCNT繊維73Eは、一方向(方向B:歪みセンサ7Eの長手方向)に配向している。CNT繊維73Eがこのように配向していることにより、方向A(歪みセンサ7Eの幅方向)へ歪みが加わった場合に、CNT繊維73E同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。   The plurality of CNT fibers 73E are oriented in one direction (direction B: longitudinal direction of the strain sensor 7E). When the CNT fibers 73E are oriented in this way, when strain is applied in the direction A (the width direction of the strain sensor 7E), the contact condition between the CNT fibers 73E changes, and a resistance change can be obtained. it can.

当該歪みセンサ7Eによれば、図6の歪みセンサ6とはCNT繊維73Eの配向方向が異なっているが、基材層60に凹部65が形成されることで、図6の歪みセンサ6と同様に、CNT層71Eにおいて、歪みに対して剛性の低い領域(凹部65が形成されている領域)が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ7Eは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。   According to the strain sensor 7E, the orientation direction of the CNT fibers 73E is different from that of the strain sensor 6 of FIG. 6, but the concave portion 65 is formed in the base material layer 60, so that the strain sensor 6 of FIG. In addition, in the CNT layer 71E, a region having low rigidity (a region where the recess 65 is formed) with respect to strain preferentially expands or contracts. In this way, since the strain sensor 7E fixes a region that expands or contracts or cleaves with respect to strain, it is suppressed that a different region expands or contracts for each measurement, and as a result, the linearity and reproduction of sensitivity. High nature.

<第十二実施形態>
図13の歪みセンサ7Fは、基材層60、この基材層60の表面に積層されるCNT層71E、一対の電極12、及びアシスト基板60Aを主に備える。歪みセンサ7Fは、基材層60、CNT層71E及びアシスト基板60Aで層構造部分を形成している。アシスト基板60Aを設けた以外は図12の歪みセンサ7Eと同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
<Twelfth embodiment>
The strain sensor 7F in FIG. 13 mainly includes a base material layer 60, a CNT layer 71E laminated on the surface of the base material layer 60, a pair of electrodes 12, and an assist substrate 60A. In the strain sensor 7F, the base layer 60, the CNT layer 71E, and the assist substrate 60A form a layer structure portion. Since it is the same as the strain sensor 7E of FIG. 12 except that the assist substrate 60A is provided, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

当該歪みセンサ7Fによれば、図12の歪みセンサ7Eと同様な効果を奏する。歪みセンサ7Fはさらに、基材層60の裏面に凹部65を覆うようにアシスト基板60Aを設けることで、凹部65をきっかけとして基材層60が裂けてしまうことを抑制することができる。   According to the strain sensor 7F, the same effect as the strain sensor 7E of FIG. Furthermore, the strain sensor 7F can suppress the base material layer 60 from being split by the recess 65 as a trigger by providing the assist substrate 60A so as to cover the recess 65 on the back surface of the base material layer 60.

<その他の実施形態>
本発明の歪みセンサは前記実施形態に限定されるものではない。例えば、図14(a)〜図14(c)の歪みセンサ8A、8B、8CのようにCNT繊維83A、83B、83Cの配向方向と垂直に直線状の凸部又は凹部85A、85B、85Cをさらに形成していてもよい。例えば、両端部分に直線状の凸部85Aを形成することで、伸びたときの形状の安定性を高めることができる(図14(a)参照)。また、歪みセンサ8Bの伸縮方向(B方向)に略平行に配置した凹部85Bによって、歪みセンサ8Bの伸びに伴う当該センサが幅方向の縮みを吸収することもできる。(図14(b)参照)。さらに、規則的に、縦及び横方向の直線状の凸部又は凹部85Cを形成することで、層構造部分全体として均等かつ大きな伸縮が可能となる(図14(c)参照)。さらには、図14(d)の歪みセンサ8DのようにCNT繊維83Dの配向方向に対して交差するように直線状の凸部又は凹部85Dを形成してもよいし、図14(e)の歪みセンサ8Eのように平面視で円形状等の凸部又は凹部85Eを形成してもよい。なお、図14の各歪みセンサは、模式的にCNT繊維の配向方向と凸部又は凹部との関係を示したものであり、電極等の他の構成は省略している。その他、変形しやすい中央付近に凸部を密に形成させたり、感知させたい部分に凹部を密に形成させたりすることもできるし、曲線状の凸部又は凹部としてもよい。このように、伸縮(変形)させたい部分又は伸縮(変形)させたい部分を考慮するなどして、凸部又は凹部の配置位置や方向、形状等を適宜設定することができる。また、前記凸部又は凹部は線状または帯状であって、曲線、波型またはジグザグ形状でもよいし、点線のような離散的なものであってもよいし、それらの幅が場所によって変化するものであってもよい。図14(e)における凹部や、点線のような線状または帯状の凹部のような離散的な凹部の場合は、凹部のある層構造部分を貫通させてもよい。その場合、貫通しなかった部分で変形をすることになる。貫通していない凹部と、貫通した凹部との両方を凹部として用いてもよい。
<Other embodiments>
The strain sensor of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, as in the strain sensors 8A, 8B, and 8C in FIGS. 14A to 14C, linear protrusions or recesses 85A, 85B, and 85C are formed perpendicular to the orientation direction of the CNT fibers 83A, 83B, and 83C. Further, it may be formed. For example, it is possible to improve the stability of the shape when stretched by forming the straight convex portions 85A at both end portions (see FIG. 14A). In addition, the recess 85B disposed substantially parallel to the expansion / contraction direction (B direction) of the strain sensor 8B can absorb the contraction in the width direction as the strain sensor 8B extends. (See FIG. 14 (b)). Furthermore, by regularly forming the vertical and horizontal linear convex portions or concave portions 85C, the layer structure portion as a whole can be expanded and contracted evenly and uniformly (see FIG. 14C). Furthermore, a linear convex portion or concave portion 85D may be formed so as to intersect the orientation direction of the CNT fiber 83D as in the strain sensor 8D of FIG. A convex portion or concave portion 85E having a circular shape or the like may be formed in a plan view like the strain sensor 8E. Each strain sensor in FIG. 14 schematically shows the relationship between the orientation direction of the CNT fibers and the projections or depressions, and other configurations such as electrodes are omitted. In addition, a convex part can be formed densely near the center which is easily deformed, or a concave part can be formed densely in a part to be sensed, or a curved convex part or a concave part may be used. As described above, the arrangement position, direction, shape, and the like of the convex portion or the concave portion can be appropriately set in consideration of the portion that is desired to be expanded or contracted (deformed) or the portion that is desired to be expanded or contracted (deformed). Further, the convex portion or the concave portion may be a line or a band, and may be a curve, a wave shape or a zigzag shape, or may be a discrete one such as a dotted line, and their width varies depending on the place. It may be a thing. In the case of a concave portion in FIG. 14E or a discrete concave portion such as a linear or strip-like concave portion such as a dotted line, the layer structure portion having the concave portion may be penetrated. In that case, it will deform | transform in the part which did not penetrate. You may use both the recessed part which has not penetrated, and the recessed part which penetrated as a recessed part.

また、図15(a)〜図15(e)の歪みセンサ8F、8G、8H、8I、8Jのように、CNT繊維83F、83G、83H、83I、83Jの配向方向が歪みセンサ8F〜8Jの長手方向Bと略平行である場合においても、図14(a)〜図14(e)の歪みセンサ8A〜8Eの凸部又は凹部85A〜85Eと同様な凸部又は凹部85F〜85Jを設けてもよい。   15A to 15E, the orientation directions of the CNT fibers 83F, 83G, 83H, 83I, and 83J are the same as those of the strain sensors 8F to 8J. Even in the case of being substantially parallel to the longitudinal direction B, convex portions or concave portions 85F to 85J similar to the convex portions or concave portions 85A to 85E of the strain sensors 8A to 8E in FIGS. 14 (a) to 14 (e) are provided. Also good.

また、図16の歪みセンサ9ように帯状の層構造部分99の側面に複数の凹部95(切り込み)が形成されていてもよい。前記層構造部分99は、図1の歪みセンサ1等のように基材層及びCNT層並びに必要に応じて他の層を有する。前記CNT層は、層構造部分99の幅方向A又は長手方向Bに配向したCNT繊維を含む。また、この層構造部分99の長手方向両端には、CNT層と連結するように一対の電極92が形成されている。この歪みセンサ9のような形状にすることで、層構造部分99の幅が変化し、凹部95を設けた領域の剛性が低下し、異剛性領域となる。なお、凹部95は帯状の層構造部分99の少なくとも1層の側面に形成すれば、異剛性領域として層構造部分99の一領域の剛性を変化させることができる。   Also, a plurality of recesses 95 (cuts) may be formed on the side surface of the band-shaped layer structure portion 99 as in the strain sensor 9 of FIG. The layer structure portion 99 has a base material layer, a CNT layer, and other layers as required, like the strain sensor 1 of FIG. The CNT layer includes CNT fibers oriented in the width direction A or the longitudinal direction B of the layer structure portion 99. A pair of electrodes 92 are formed at both ends in the longitudinal direction of the layer structure portion 99 so as to be connected to the CNT layer. By making the shape like this strain sensor 9, the width of the layer structure portion 99 changes, the rigidity of the region provided with the recess 95 is lowered, and a different rigidity region is obtained. In addition, if the recessed part 95 is formed in the side surface of at least 1 layer of the strip | belt-shaped layer structure part 99, the rigidity of one area | region of the layer structure part 99 can be changed as a different rigidity area | region.

さらには、層構造部分を形成する他の層、例えば基材層に凸部や凹部を形成してもよく、一つの層(例えばCNT層)の裏面又は両面に凸部又は凹部を形成してもよい。両面に凸部又は凹部を形成する場合、これらは対向する位置に設けていてもよいし、ずらして設けてもよく、異なる方向に設けてもよい。さらには、各層間に空洞部分が形成されてもよい。また、層の厚み又は幅を変化させる代わりに、例えば、基材層中に弾性率の異なる材質を規則的に含有させることで、剛性の変化を形成することもできる。いずれの方法においても、一対の電極間において、層構造部分に異剛性領域(他の領域より剛性が高い又は低い領域)を存在させることで、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定することができ、感度の線形性や再現性が高い歪みセンサとすることができる。   Furthermore, a convex part or a concave part may be formed on another layer forming the layer structure part, for example, a base material layer, or a convex part or a concave part may be formed on the back surface or both surfaces of one layer (for example, a CNT layer). Also good. When forming a convex part or a recessed part on both surfaces, these may be provided in the position which opposes, may be shifted, and may be provided in a different direction. Furthermore, a hollow portion may be formed between the respective layers. Further, instead of changing the thickness or width of the layer, for example, a change in rigidity can be formed by regularly including materials having different elastic moduli in the base material layer. In either method, the region that expands or contracts with respect to strain is fixed by causing a layer structure portion to have a different rigidity region (region having higher or lower rigidity than other regions) between the pair of electrodes. Therefore, a strain sensor with high sensitivity linearity and reproducibility can be obtained.

また、直線状の凸部や凹部はCNT繊維の配向方向とは交差するように、かつそれぞれ平行に形成してもよい。CNT繊維の配向方向と電極の対向方向も、同一方向又は直交する方向に限らず、交差する方向(直交方向を除く)であってもよい。これらの方向の関係は、歪みセンサの用途等に応じて適宜設定すればよい。さらには、層構造部分は、変形させて用いることもできる。例えば、筒状や波状とすることで、当該歪みセンサの用途を広げることができる。   Moreover, you may form a linear convex part and a recessed part in parallel so that it may cross | intersect the orientation direction of CNT fiber. The orientation direction of the CNT fibers and the facing direction of the electrodes are not limited to the same direction or orthogonal directions, and may be intersecting directions (excluding the orthogonal directions). The relationship between these directions may be set as appropriate according to the application of the strain sensor. Furthermore, the layer structure portion can be used by being deformed. For example, the use of the strain sensor can be expanded by using a cylindrical shape or a wave shape.

以上説明したように、本発明の歪みセンサは、感度の線形性や再現性に優れ、圧力センサ、ロードセル、トルクセンサ、位置センサ等として広く利用することができる。   As described above, the strain sensor of the present invention has excellent sensitivity linearity and reproducibility, and can be widely used as a pressure sensor, load cell, torque sensor, position sensor, and the like.

1,3〜6,6A,7A〜7F,8A〜8J,9 歪みセンサ
10,60 基材層
11,31,41,61,71A〜71E CNT層
12,32,92 電極
13,73A〜73E,83A〜83J CNT繊維
14,74A,74C,74E エラストマー
15,37,65,75A 凹部
16 固定部材
20 スライドガラス
21 被膜
22 CNT繊維
23 CNT繊維層
24 CNT層
25 エラストマー
26 スタンパー
26A 凸部
27 凹部
28 電極
29 固定部材
36,57 保護層
38 第一導電層
39 第二導電層
45,58 凸部
60A アシスト基板
85A〜85J 凸部又は凹部
95 凹部(切り込み)
99 層構造部分
1, 3-6, 6A, 7A-7F, 8A-8J, 9 Strain sensor 10, 60 Base material layer 11, 31, 41, 61, 71A-71E CNT layer 12, 32, 92 Electrode 13, 73A-73E, 83A to 83J CNT fiber 14, 74A, 74C, 74E Elastomer 15, 37, 65, 75A Recess 16 Fixing member 20 Slide glass 21 Coating 22 CNT fiber 23 CNT fiber layer 24 CNT layer 25 Elastomer 26 Stamper 26A Protrusion 27 Recess 28 Electrode 29 Fixing member 36, 57 Protective layer 38 First conductive layer 39 Second conductive layer 45, 58 Convex part 60A Assist substrate 85A-85J Convex part or concave part 95 Concave part (cut)
99 layer structure

Claims (5)

柔軟性を有する基材層と、この基材層の表面側に積層され、一方向に配向する複数のCNT繊維を含むCNT層とを少なくとも有する層構造部分、及び
前記CNT層に接続される一対の電極
を備える歪みセンサであって、
前記一対の電極間において、前記層構造部分が異剛性領域を有し、
前記異剛性領域が、前記層構造部分の少なくとも一層の表面、裏面又は側面に形成される凸部又は凹部を有することを特徴とする歪みセンサ。
A layer structure portion having at least a base layer having flexibility, a CNT layer including a plurality of CNT fibers that are laminated on the surface side of the base layer and oriented in one direction, and a pair connected to the CNT layer A strain sensor comprising:
Between the pair of electrodes, wherein the layer structure portion have a different rigidity region,
The strain sensor , wherein the different rigidity region has a convex portion or a concave portion formed on at least one surface, back surface, or side surface of the layer structure portion .
前記異剛性領域が、前記一対の電極の対向方向に略垂直に配置されている請求項1に記載の歪みセンサ。   The strain sensor according to claim 1, wherein the different rigidity region is disposed substantially perpendicular to a facing direction of the pair of electrodes. 前記異剛性領域が、前記CNT繊維の配向方向と略平行な方向又は交差する方向に配置されている請求項1に記載の歪みセンサ。   The strain sensor according to claim 1, wherein the different rigidity region is arranged in a direction substantially parallel to or intersecting with an orientation direction of the CNT fibers. 前記異剛性領域が、線状又は帯状に形成されている請求項1、請求項2又は請求項3に記載の歪みセンサ。   The strain sensor according to claim 1, 2, or 3, wherein the different rigidity region is formed in a line shape or a belt shape. 柔軟性を有する基材層と、この基材層の表面側に積層され、一方向に配向する複数のCNT繊維を含むCNT層とを少なくとも有する層構造部分、及び
前記CNT層に接続される一対の電極
を備える歪みセンサであって、
前記一対の電極間において、前記層構造部分が異剛性領域を有し、
前記異剛性領域が、前記層構造部分の少なくとも一層を貫通する貫通孔を有することを特徴とする歪みセンサ。
A layer structure portion having at least a base material layer having flexibility and a CNT layer including a plurality of CNT fibers which are laminated on the surface side of the base material layer and oriented in one direction; and
A pair of electrodes connected to the CNT layer
A strain sensor comprising:
Between the pair of electrodes, the layer structure portion has a different rigidity region,
The strain sensor , wherein the different rigidity region has a through hole penetrating at least one layer of the layer structure portion .
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