JPWO2017038384A1 - 歪みセンサ素子の製造方法及び歪みセンサ素子 - Google Patents

Abstract

本発明は、設計変更が比較的容易でかつ比較的簡単に製造できる歪みセンサ素子の製造方法及び歪みセンサ素子を提供することを課題とする。本発明に係る歪みセンサ素子の製造方法は、一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と、前記ＣＮＴ膜の表裏又はＣＮＴ糸の外周に被覆される樹脂層と、前記ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と電気的に接続される一対の電極とを備える歪みセンサ素子の製造方法であって、前記樹脂層被覆体の両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射する工程と、前記レーザー照射工程で樹脂層に形成される穴に導電性材料を充填する工程とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、歪みセンサ素子の製造方法及び歪みセンサ素子に関する。

薄膜状の導電性エラストマー層とこの導電性エラストマー層の両面に積層される絶縁性エラストマー層とを備える積層体を帯状に形成して、長手方向の伸縮による導電性エラストマー層の抵抗変化を検出する歪みセンサ素子が知られている（例えば特開２０００−２５８１１２号公報参照）。

前記公報に記載の歪みセンサ素子は、長手方向両端部に、導電性エラストマー層と絶縁性エラストマー層との間に挿入され、導電性エラストマー層及び絶縁性エラストマー層から長手方向に突出する一対の電極用導体を備えることによって、導電性エラストマー層の抵抗変化を検出可能としている。

このような歪みセンサ素子は、導電性エラストマー層と絶縁性エラストマー層とを積層する際に予め電極用導体を配置しておく必要があり、製造工程が複雑であると共に、設計変更が容易ではない。

また、抵抗体としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いた歪みセンサ素子も提案されている（特開２０１１−４７７０２号公報参照）。この歪みセンサ素子は、所定方向に配向させた複数のカーボンナノチューブからなるＣＮＴ膜を有する。この歪みセンサ素子は、ＣＮＴ膜がカーボンナノチューブの配向方向又は配向方向と垂直方向へ比較的大きく伸縮できるため大きな歪みにも対応できるとされている。

このＣＮＴ膜を用いる歪みセンサ素子は、伸縮可能なシート状の基材の表面にＣＮＴ膜を形成し、このＣＮＴ膜をパターニング後、ＣＮＴ膜のパターン両端に導電性ペーストを用いてそれぞれ電極を接続することによって製造されている。つまり、この歪みセンサ素子も製造工程が複雑であると共に、設計変更が容易ではない。

特開２０００−２５８１１２号公報 特開２０１１−４７７０２号公報

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、設計変更が比較的容易でかつ比較的簡単に製造できる歪みセンサ素子の製造方法及び歪みセンサ素子を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた発明は、一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と、前記ＣＮＴ膜の表裏又はＣＮＴ糸の外周に被覆される樹脂層と、前記ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と電気的に接続される一対の電極とを備える歪みセンサ素子の製造方法であって、前記樹脂層被覆体の両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射する工程と、前記レーザー照射工程で樹脂層に形成される穴に導電性材料を充填する工程とを備えることを特徴とする歪みセンサ素子の製造方法である。

前記レーザー照射工程の前に、前記樹脂層被覆体の両端部領域の表面にレーザー吸収材料を塗布する工程をさらに備え、前記レーザー照射工程で前記塗布工程で得られる塗膜の少なくとも一部にレーザーを照射するとよい。

前記レーザー吸収材料が揮発性溶媒にカーボンブラック微粒子を分散したインクであるとよい。

前記樹脂層に形成する穴の平均径としては０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましい。

前記レーザー照射工程で樹脂層被覆体の各端部領域に複数の穴を形成し、前記導電性材料充填工程で各端部領域の複数の穴に跨がって導電性材料を塗布するとよい。

また、前記課題を解決するためになされた別の発明は、一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と、前記ＣＮＴ膜の表裏又はＣＮＴ糸の外周に被覆される樹脂層と、前記ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と電気的に接続される一対の電極とを備えた歪みセンサ素子であって、前記樹脂層がＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸に至る接続穴を有し、前記電極が前記接続穴に充填される導電性材料を含むことを特徴とする歪みセンサ素子である。

当該歪みセンサ素子は、前記接続穴の周囲の樹脂層の表面と電極との間に存在するレーザー吸収材料層をさらに備えるとよい。

当該歪みセンサ素子の製造方法は、前記ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸の樹脂層被覆体の両端部領域にレーザーを照射することで、樹脂層にＣＮＴを露出させる孔を容易かつ正確に形成することができ、この樹脂層の孔に導電性材料を充填することでＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸への電気的接続を比較的簡単に行うことができるため、歪みセンサ素子を比較的簡単に製造できる。また、レーザーの照射位置は容易に変更できるので、当該歪みセンサ素子の製造方法は、歪みセンサ素子の設計変更が比較的容易である。同様の理由で、当該歪みセンサ素子は、電極が樹脂層の接続穴に充填される導電性材料を含む構成とされるので、設計変更が比較的容易でかつ比較的簡単に製造できる。

本発明の一実施形態の歪みセンサ素子の模式的断面図である。 図１の歪みセンサ素子の模式的平面図である。 図１の歪みセンサ素子の製造方法の手順を示すフローチャートである。 図１とは異なる歪みセンサ素子の模式的断面図である。 歪みセンサ素子の一参考形態を示す模式的平面図である。 図５の歪みセンサ素子の模式的断面図である。 図５とは異なる歪みセンサ素子用の板状電極の模式的平面図である。 図６とは異なる歪みセンサ素子の模式的断面図である。 図６及び図８とは異なる歪みセンサ素子の模式的断面図である。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

［第一実施形態］
図１及び図２に示す本発明の第一実施形態の歪みセンサ素子は、帯状に形成され、長手方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜１１と、このＣＮＴ膜１１の表裏に被覆される樹脂層１２，１３と、このＣＮＴ膜１１及び樹脂層１２，１３からなる樹脂層被覆体の表側の前記ＣＮＴ繊維引き揃え方向両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜１１と電気的に接続される一対の電極１４と、表側の樹脂層１２と電極１４との間に部分的に存在するレーザー吸収材料層１５とを備える。なお、「表」とは、一対の電極１４の配設面側をいい、「裏」とは、その逆側をいい、必ずしも当該歪センサ素子の使用状態における表裏を意味するものではない。

＜ＣＮＴ膜＞
ＣＮＴ膜１１は、一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維から形成される層からなり、表裏層に後述の樹脂層となる絶縁性エラストマーを主成分とする材料（以下、単に「絶縁性エラストマー」ということがある）が積層され、またＣＮＴ膜１１の表裏層に（少なくともＣＮＴ膜１１の表層側から）絶縁性エラストマーが含浸することによりＣＮＴ繊維と絶縁性エラストマーが複合化されて膜状に形成されている。ＣＮＴ膜１１は、前記絶縁性エラストマーの弾性力によって弾性を有し、少なくとも長手方向に伸縮可能である。このＣＮＴ膜１１は、少なくとも長手方向に伸長することによってＣＮＴ繊維同士が離間して電気抵抗が増大し、弾性力により収縮することで、ＣＮＴ繊維同士が再度接触して電気抵抗が減少する。なお、ＣＮＴ膜１１は、ＣＮＴ繊維間の接触率を抑制して電気抵抗を調整するために、例えば合成樹脂等からなる絶縁性の繊維を含んでもよい。

ＣＮＴ膜１１は、少なくとも表層に絶縁性エラストマーが含浸しつつ積層されているので、後述のＣＮＴ繊維束を絶縁性エラストマーが被覆するため、この絶縁性エラストマーが複数のＣＮＴ繊維束の伸縮方向をガイドするガイド部材としても機能する。その結果、当該歪みセンサは、伸長時に離間されたＣＮＴ繊維同士を収縮時に再度同一部位で再接触させることが可能となり、繰り返し使用に基づく伸縮歪みの検出精度の低下を防止することができる。さらに、かかる構成によると、複数のＣＮＴ繊維間の当接関係が維持され易いと共に、複数のＣＮＴ繊維の伸縮性を調整し易い。従って、ＣＮＴ膜１１の伸縮歪みをさらに精度よく検出することができる。また、このような当接関係の維持及び伸縮性の調整をさらに容易にするためには、ＣＮＴ膜１１の裏層（裏面近傍領域）にも絶縁性エラストマーが含浸しているのが好ましい。この際、ＣＮＴ繊維束の表層の少なくとも一部に絶縁性エラストマーが含浸するので、ＣＮＴ繊維束と絶縁性エラストマーとの結合力も高まる。

（ＣＮＴ繊維）
ＣＮＴ膜１１を構成するＣＮＴ繊維は、それぞれ複数のＣＮＴ単繊維から形成することができる。ここで、ＣＮＴ単繊維とは、１本の長尺のカーボンナノチューブをいう。また、ＣＮＴ繊維は、ＣＮＴ単繊維の端部同士が連結する連結部を有する。ＣＮＴ単繊維同士は、これらのＣＮＴ単繊維の長手方向に連結している。このように、ＣＮＴ膜１１において、ＣＮＴ単繊維同士がその長手方向に連結することでＣＮＴ繊維の配向長さの大きいＣＮＴ膜１１を形成することができ、当該歪みセンサの長手方向の長さを大きくして感度を向上することができる。

また、ＣＮＴ膜１１を構成する複数のＣＮＴ繊維は、網目構造を形成していてもよい。具体的には、複数のＣＮＴ繊維はＣＮＴ単繊維同士が連結する連結部等により網目状に連結又は接触していてもよい。この際、この連結部では３つ以上のＣＮＴ単繊維の端部が結合していてもよく、２つのＣＮＴ単繊維の端部と他の単繊維の中間部とが結合していてもよい。複数のＣＮＴ繊維がこのような網目構造を形成することで、ＣＮＴ繊維同士が密接し、ＣＮＴ膜１１の抵抗を下げることができる。

さらに、ＣＮＴ膜１１は、長手方向に配向する複数のＣＮＴ繊維からなるＣＮＴ繊維束を有してもよい。ＣＮＴ膜１１が長手方向に配向する複数のＣＮＴ繊維束を有する場合、ＣＮＴ膜１１が伸縮方向に延伸されるよう歪みが加わった際にＣＮＴ繊維の切断、離間、ＣＮＴ繊維束の切断空間（ギャップ）の伸縮等によりＣＮＴ膜１１の抵抗がより的確に変化する。

より具体的には、前記ＣＮＴ繊維束は、複数のＣＮＴ繊維からなるバンドル構造となっており、このＣＮＴ繊維束の任意の横断面においては、切断されないＣＮＴ繊維と、ＣＮＴ繊維が切断及び離間したギャップの両方が存在することになる。また、複数のＣＮＴ繊維束は、表層を絶縁性エラストマーで被覆されているので、このギャップ内の圧力は大気圧よりも低い（負圧である）と考えられるため、当該歪センサ１の収縮時（歪の解放時）にはこのギャップの収縮力によって歪センサ１の収縮が付勢される。さらに、このギャップ内ではＣＮＴ繊維同士の摩擦が低減されるため、ＣＮＴ繊維の動きが制限され難い。

なお、ＣＮＴ膜１１は、複数のＣＮＴ繊維又は複数のＣＮＴ繊維束を平面状に略平行に配置した単層構造からなってもよいし、多層構造からなってもよい。但し、ある程度の導電性を確保するためには、多層構造とすることが好ましい。

ＣＮＴ単繊維としては、単層のシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）や、多層のマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）のいずれも用いることができるが、導電性及び熱容量等の点から、ＭＷＮＴが好ましく、直径１．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＭＷＮＴがさらに好ましい。

前記ＣＮＴ単繊維は、公知の方法で製造することができ、例えばＣＶＤ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、所望するサイズのカーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）を効率的に得ることができる点から、鉄を触媒とし、エチレンガスを用いたＣＶＤ法により製造することが好ましい。この場合、石英ガラス基板や酸化膜付きシリコン基板等の基板上に触媒となる鉄又はニッケル薄膜を成膜し、カーボンナノチューブを垂直配向成長させることによって所望の長さのカーボンナノチューブの結晶を得ることができる。

ＣＮＴ膜１１の長手方向の平均長さとしては、特に限定されず、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができるが、例えば１ｃｍ以上２０ｃｍ以下とすることができる。

ＣＮＴ膜１１の平面視で一対の電極１４間に挟まれる領域における長手方向の平均長さは、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。前記平均長さとしては、例えば２ｍｍ以上１８ｃｍ以下とすることができる。

ＣＮＴ膜１１の平面視で一対の電極１４と重複する領域における長手方向の平均長さは、測定対象への固定方法、電極１４への配線方法等に応じて適宜選択されるが、例えば３ｍｍ以上５ｃｍ以下とすることができる。

ＣＮＴ膜１１の平均幅は、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。ＣＮＴ膜１１の電極１４間での平均幅の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、０．８ｍｍがより好ましい。一方、ＣＮＴ膜１１の平均幅の上限としては、１０ｃｍが好ましく、５ｃｍがより好ましい。ＣＮＴ膜１１の平均幅が前記下限に満たない場合、ＣＮＴ膜１１の電気抵抗が過度に大きくなったり、ばらついたりするおそれがある。逆に、ＣＮＴ膜１１の平均幅が前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が大きくなり、適用可能な測定対象が過度に限定されるおそれがある。

ＣＮＴ膜１１の平均厚さの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。一方、ＣＮＴ膜１１の平均厚さの上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。ＣＮＴ膜１１の平均厚さが前記下限に満たない場合、ＣＮＴ膜１１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膜１１の平均厚さが前記上限を超える場合、歪みに対する感度が低下するおそれがある。

ＣＮＴ膜１１の歪みがない状態での電気抵抗（一対の電極１４間で測定される値）の下限としては、１０Ωが好ましく、１００Ωがより好ましい。一方、ＣＮＴ膜１１の歪みがない状態での電気抵抗の上限としては、１００ｋΩが好ましく、１０ｋΩがより好ましい。ＣＮＴ膜１１の歪みがない状態での電気抵抗が前記下限に満たない場合、伸び歪みを検出するための電流が大きくなり当該歪みセンサ素子の消費電力が大きくなるおそれがある。逆に、ＣＮＴ膜１１の歪みがない状態での電気抵抗が前記上限を超える場合、検出回路の電圧が高くなり、当該歪みセンサ素子の出力を処理する装置の小型化や省電力化が困難となるおそれがある。

＜樹脂層＞
一対の樹脂層１２，１３は、絶縁性エラストマーからなり、ＣＮＴ膜１１の両面（前述の表裏層）にそれぞれ積層される。樹脂層１２，１３は上述の絶縁性エラストマーからなり、ＣＮＴ膜１１の両面を覆い、ＣＮＴ膜１１を保護する。

（絶縁性エラストマー）
ＣＮＴ膜１１の少なくとも表層に含浸する前記絶縁性エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーを用いてもよい。熱可塑性エラストマーは、各種合成樹脂を含有することができる。

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、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等が挙げられる。

前記熱可塑性エラストマーとしては、例えばポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ）、ポリメチルメタアクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）等が挙げられる。

また、ＣＮＴ膜１１の少なくとも表層に含浸する前記絶縁性エラストマーとしては、合成熱硬化性エラストマーからなるゴムを用いてもよい。

前記ゴムとしては、例えば天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等が挙げられる。中でも、強度等の点から天然ゴムが好ましい。

前記絶縁性エラストマーは、水性エマルジョンの塗工により複数のＣＮＴ繊維の少なくとも表層に含浸されているとよい。前記水性エマルジョンとは、分散媒の主成分が水であるエマルジョンをいう。カーボンナノチューブは疎水性が高いため、水性エマルジョンを用いた塗工により絶縁性エラストマーを含浸させると、この絶縁性エラストマーは複数のＣＮＴ繊維間に完全には入り込まない。つまり、複数のＣＮＴ繊維層の表層には絶縁性エラストマーが含浸するが、この絶縁性エラストマーは各ＣＮＴ繊維の厚さ方向の断面における全領域には含浸しない。これにより、絶縁性エラストマーが複数のＣＮＴ繊維間に完全にしみ込んで、ＣＮＴ膜１１の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、絶縁性エラストマーの存在に起因するＣＮＴ膜１１の歪に対する感度の低下を抑えることができる。

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、前記絶縁性エラストマーはカップリング剤を含有しているとよい。絶縁性エラストマーを主成分とする材料がカップリング剤を含有することで、絶縁性エラストマーとＣＮＴ繊維とを架橋し、絶縁性エラストマーとＣＮＴ繊維との接合力を向上させることができる。

前記カップリング剤としては、例えばアミノシランカップリング剤、アミノチタンカップリング剤、アミノアルミニウムカップリング剤等のアミノカップリング剤やシランカップリング剤などを用いることができる。

また、絶縁性エラストマーはＣＮＴ繊維に対する吸着性を有する分散剤を含有することが好ましい。このような吸着性を有する分散剤としては、吸着基部分が塩構造になっているもの（例えばアルキルアンモニウム塩等）や、ＣＮＴ繊維の疎水性の基（例えばアルキル鎖や芳香族リング等）と相互作用できる親水性の基（例えばポリエーテル等）を分子中に有するもの等を用いることができる。

これらの樹脂層１２，１３とＣＮＴ膜１１との積層構造は、いずれかの層（又は膜）に他の層（又は膜）を形成する材料を塗工等により形成してもよく、各層（又は膜）の融着又は溶着により形成してもよく、熱可塑性接着剤を用いた各層（又は膜）の接着により形成してもよい。また、樹脂層１２，１３は、少なくとも部分的にＣＮＴ膜１１の表層及び裏層に含浸させる絶縁性エラストマーと一体に形成されてもよい。つまり、ＣＮＴ膜１１の形成工程において複数のＣＮＴ繊維に含浸せず、複数のＣＮＴ繊維の表裏に留まって樹脂層１２，１３を形成するよう絶縁性エラストマーを塗布してもよい。また、樹脂層１２，１３は複数の異なる層からなる多層構造にしてもよい。その場合には、バネ性の高い材料と組み合わせるとよい。具体的には、バネ性の高い材料としてポリウレタンを使用することが好ましい。

樹脂層１２，１３のそれぞれの平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、樹脂層１２，１３の平均厚さの上限としては、５ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。樹脂層１２，１３の平均厚さが前記下限に満たない場合、十分にＣＮＴ膜１１を保護できないおそれがある。逆に、樹脂層１２，１３の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪センサ１が不必要に厚くなるおそれや、ＣＮＴ膜１１の弾性率が大きくなり測定対象の変形を阻害するおそれがある。なお、表裏の樹脂層１２，１３の平均厚さは、互いに異なってもよい。

また、表側の樹脂層１２は、電極１４の積層領域（両端部領域）に、ＣＮＴ膜１１に至る複数の接続穴１６を有する。この接続穴１６は、電極１４のＣＮＴ膜１１に対する接続強度を向上するために、各端部領域に複数形成することが好ましい。また、複数の接続穴１６は、樹脂層２の強度低下を抑制すると共に、製造を容易化するために一定のピッチで規則正しく配列して形成することが好ましい。なお、接続穴１６は、平面視で当該歪みセンサ素子の外縁に開口する切欠状に形成されてもよい。

（接続穴）
接続穴１６の平均径の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、０．７ｍｍがより好ましい。一方、接続穴１６の平均径の上限としては、２．０ｍｍが好ましく、１．５ｍｍがより好ましい。接続穴１６の平均径が前記下限に満たない場合、電極１４のＣＮＴ膜１１への接続が不確実となるおそれがある。逆に、接続穴１６の平均径が前記上限を超える場合、接続穴１６の形成時にＣＮＴ膜１１が損傷し易くなるおそれがある。

電極１４に対する接続穴１６の合計面積率の下限としては、３％が好ましく、５％がより好ましい。一方、電極１４に対する接続穴１６の合計面積率の上限としては、６０％が好ましく、５０％がより好ましい。電極１４に対する接続穴１６の合計面積率が前記下限に満たない場合、電極１４のＣＮＴ膜１１に対する接続強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極１４に対する接続穴１６の合計面積率が前記上限を超える場合、接続穴１６の形成時にＣＮＴ膜１１が損傷し易くなるおそれがある。

＜電極＞
一対の電極１４は、接続穴１６に充填される導電性材料から形成される。この導電性材料は、接続穴１６及びその周囲の樹脂層１２及びレーザー吸収材料層１５の表面に積層されることによって、表面積を大きくし、電気的な接続を容易にするとよい。

電極１４は、接続穴１６に充填される導電性材料の表面側に積層される例えば銅箔等のさらなる導体を有してもよい。つまり、電極１４は、その一部分として接続穴１６に充填される導電性材料を含むものであってもよい。電極１４が導電性材料の表面に銅箔等を有することにより、電極１４へのリード線の半田付けが容易となる。

（導電性材料）
接続穴１６に充填される導電性材料としては、例えば導電性ペースト、導電性塗料等を用いることができる。つまり、電極１４は、導電性ペースト又は導電性塗料の塗布及び硬化により形成することができる。この導電性ペースト及び導電性塗料としては、例えば銀、銅等からなる導電性微粒子を含む市販のものを用いることができる。

樹脂層１２上の導電性材料の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、樹脂層１２上の導電性材料の平均厚さの上限としては、５０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。樹脂層１２上の導電性材料の平均厚さが前記下限に満たない場合、導電性材料を一様に積層することが難しくなるおそれがある。逆に、樹脂層１２上の導電性材料の平均厚さが前記上限を超える場合、不必要に製造コストが増大するおそれがある。

＜レーザー吸収材料層＞
レーザー吸収材料層１５は、接続穴１６の周囲の樹脂層１２の表面と電極１４との間に介在する。レーザー吸収材料層１５は、接続穴１６の近傍のみに配置されてもよく、接続穴１６の内側を除く電極１４の積層領域略全体に配設されてもよい。

レーザー吸収材料層１５の平均厚さの下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。一方、レーザー吸収材料層１５の平均厚さの上限としては、１５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。レーザー吸収材料層１５の平均厚さが前記下限に満たない場合、レーザー吸収材料層１５が接続穴１６の形成を十分に促進できず、当該歪みセンサ素子の製造効率が低下するおそれがある。逆に、レーザー吸収材料層１５の平均厚さが前記上限を超える場合、電極１４が剥離し易くなるおそれがある。

（レーザー吸収材料）
レーザー吸収材料層１５を形成するレーザー吸収材は、レーザー吸収率が比較的大きい材質からなる微粒子と、そのバインダーとを含むことができる。

前記微粒子としては、接続穴１６を形成するために使用するレーザーの波長等にもよるが、各種顔料等を用いることができる。中でも、前記微粒子としては、レーザーの吸収率が比較的大きいと共に、導電性を有することでＣＮＴ膜１１と電極１４との電気的接続を阻害し難いカーボンブラックが特に好適に用いられる。

前記バインダーとしては、各種高分子バインダーを用いることができる。

〔製造方法〕
当該歪みセンサ素子は、図３に示すように、ＣＮＴ膜１１を樹脂層１２，１３で被覆した樹脂層被覆体の両端部領域の表面にレーザー吸収材料を塗布する工程＜ステップＳ１：レーザー吸収材料塗布工程＞と、樹脂層被覆体の両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射する工程＜ステップＳ２：レーザー照射工程＞と、前記レーザー照射工程で樹脂層１２に形成される穴に導電性材料を充填する工程＜ステップＳ３：導電性材料充填工程＞と、樹脂層被覆体から歪みセンサ素子を切り出す工程＜ステップＳ４：切り出し工程＞とを備える方法によって製造することができる。

＜レーザー吸収材料塗布工程＞
ステップＳ１のレーザー吸収材料塗布工程では、大判のＣＮＴ膜１１及び一対の樹脂層１２，１３の積層体の当該歪みセンサ素子として使用する複数の部分における両端部領域の表面にレーザー吸収材料の塗膜を形成する。つまり、当該歪みセンサの製造方法は、一度に複数の歪みセンサを製造する。

レーザー吸収材料の塗布は、例えばスクリーン印刷等の印刷技術を用いて行うこともできるが、例えば刷毛塗り等のより簡易な方法を用いて行ってもよい。

（レーザー吸収材料）
レーザー吸収材料の塗布は、レーザー吸収率が比較的大きい微粒子を溶媒中に分散したレーザー吸収材料分散インクを用いて行うことができる。このレーザー吸収材料分散インクとしては、例えば、微粒子を分散させるための分散剤、溶媒が揮発した後に微粒子を保持するバインダー、塗工性を向上する界面活性剤等の任意の添加剤を含むものを用いることができる。

このレーザー吸収材料分散インクの溶媒としては、塗工直後に揮発して安定な塗膜を形成できるよう、例えばトルエン、アセトン、メタノール、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール等の揮発性有機溶媒を用いること好ましい。

＜レーザー照射工程＞
ステップＳ２のレーザー照射工程では、前記塗布工程で得られる塗膜の少なくとも一部にレーザーを照射する。これにより、レーザー吸収材料がレーザーを吸収して発熱し、樹脂層１２を熱分解することで接続穴１６を形成する。

レーザーの出力は、接続穴１６の径や樹脂層１２の材質等に応じて選択されるが、一般的に、レーザーの出力の下限としては３Ｗが好ましく、５Ｗがより好ましい。一方、レーザーの出力の上限としては３０Ｗが好ましく、２０Ｗがより好ましい。レーザーの出力が前記下限に満たない場合、接続穴１６を形成できないおそれがある。逆に、レーザーの出力が前記上限を超える場合、接続穴１６の形成時に周囲の樹脂層１２及びＣＮＴ膜１１を損傷するおそれがある。

＜導電性材料充填工程＞
ステップＳ３の導電性材料充填工程では、接続穴１６を形成した樹脂層被覆体の両端部領域の表面に導電性材料を塗布することにより、接続穴１６の内部に導電性材料を充填すると共に、接続穴１６の周囲の樹脂層１２の表面に導電性材料の塗膜を形成する。この導電性材料の塗膜は、電極１４の少なくとも一部分を形成する。

各端部領域の複数の接続穴１６が形成されている場合、この導電性材料充填工程では、各端部領域の複数の接続穴１６に跨がって導電性材料を塗布することが好ましい。このように、各端部領域の複数の接続穴１６に跨がって導電性材料を塗布ことによって、ＣＮＴ膜１１と電極１４との電気的接続をより確実にすることができる。

導電性材料の塗布方法としては、例えばスクリーン印刷等の印刷技術を用いて行うこともできるが、例えば刷毛塗り等のより簡易な方法を用いて行ってもよい。

＜切り出し工程＞
ステップＳ４の切り出し工程では、電極１４を形成した樹脂層被覆体から複数の歪みセンサ素子を切り抜く。

この歪みセンサ素子の切り出しは、ダイとパンチとを用いた打ち抜き可能によってもよくカッター等で歪みセンサ素子の輪郭を順次切り離してもよい。

＜利点＞
当該歪みセンサ素子は、接続穴１６に導電性材料を充填することによって電極１４を形成するので、ＣＮＴ膜１１と電極１４との電気的接続が比較的容易である。また、当該歪みセンサ素子は、レーザーによって接続穴１６を形成するので、設計変更が比較的容易である。

［第二実施形態］
図４に一方の端部領域における断面を示す本発明の第二実施形態に係る歪みセンサ素子は、一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ糸２１と、このＣＮＴ膜２１の外周に被覆される樹脂層２２と、ＣＮＴ糸２１の樹脂層２２による被覆体の両端部領域に積層され、ＣＮＴ糸２１と電気的に接続される一対の電極２３と、樹脂層２２と電極２３との間に部分的に存在するレーザー吸収材料層２４とを備える。

＜ＣＮＴ糸＞
図４のセンサ素子のＣＮＴ糸２１の構成としては、ＣＮＴ繊維が糸状に配列されている点を除いて、図１のセンサ素子のＣＮＴ膜１１の構成と同様とすることができる。なお、ＣＮＴ繊維を糸状に配列する際、ＣＮＴ繊維を撚り合わせてもよい。

＜樹脂層＞
樹脂層２２は、各端部領域にＣＮＴ糸２１に至る１又は複数の接続穴２５を有する。複数の接続穴２５を形成する場合、ＣＮＴ糸２１の中心軸周りに異なる方向に開口するよう形成してもよいが、ＣＮＴ糸２１の中心軸周りに同じ方向に開口するよう軸方向に並んで形成することによって加工が容易となる。

図４のセンサ素子の樹脂層２２のその他の構成としては、表裏がなく全周に積層される点を除いて、図１のセンサ素子の樹脂層１２，１３の構成と同様とすることができる。

＜電極＞
一対の電極２３は、接続穴２５に充填される導電性材料を含む。また、電極２３は、接続穴２５に充填される導電性材料の表面側に積層される例えば銅箔等のさらなる導体を有してもよい。

（導電性材料）
図４のセンサ素子の電極２３の導電性材料としては、図１のセンサ素子の電極１４の導電性材料と同様のものを用いることができる。

〔製造方法〕
当該歪みセンサ素子は、ＣＮＴ糸２１を樹脂層２２で被覆した樹脂層被覆体の両端部領域の表面にレーザー吸収材料を塗布してレーザー吸収材料層２４を形成する工程と、樹脂層被覆体の両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射する工程と、前記レーザー照射工程で樹脂層２２に形成される接続穴２５に導電性材料を充填して電極２３を形成する工程とを備える方法によって製造することができる。

当該歪みセンサ素子は、糸状であるため、織布を構成する糸又は布帛に縫い付けられる糸として使用することができ、歪みを検出可能な布帛を形成するために用いることができる。

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

当該歪みセンサ素子は、樹脂層のレーザー吸収率が比較的大きい場合には、レーザー吸収材層を有しなくてもよい。従って、当該歪みセンサ素子の製造方法において、レーザー吸収材塗布工程は省略することができる。

また、当該歪みセンサ素子の製造方法において、ＣＮＴ膜の樹脂層被覆体を当該歪みセンサ素子の形状に切り抜いてから、樹脂層に接続穴を形成して導電性材料を塗布してもよい。

また、ＣＮＴ糸を備える当該歪みセンサ素子は、レーザー吸収材料及び導電性材料を全周に亘って塗布してもよい。また、レーザーの照射によって開口される接続穴の平面形状は円形に限らなくてもよい。

以下、本発明に関連する歪みセンサ素子の参考形態について説明する。

［第一参考形態］
図５及び図６に示す本発明の第一参考形態の歪みセンサ素子は、帯状に形成され、長手方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜１と、このＣＮＴ膜１の表裏に被覆される一対の樹脂層２，３と、このＣＮＴ膜１及び樹脂層２，３からなる樹脂層被覆体の表面のうち前記ＣＮＴ繊維の引き揃え方向両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜１と電気的に接続される一対の板状電極４と、樹脂層被覆体の裏側の両端部領域に前記板状電極４に対向するよう配設される一対の挟持シート５とを備える。

当該歪みセンサ素子において、一対の板状電極４は、少なくとも一部が表側の樹脂層２に埋設されている。より詳しくは、一対の板状電極４は、表側の樹脂層２の表面側から厚さ方向に植え込まれている。この一対の板状電極４は、それぞれ少なくとも一部が樹脂層２から表出し、各表出部分において外部の配線（不図示）に接続される。

＜ＣＮＴ膜＞
ＣＮＴ膜１は、一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維から形成される層からなり、表裏層に後述の樹脂層となる絶縁性エラストマーを主成分とする材料（以下、単に「絶縁性エラストマー」ということがある）が積層され、またＣＮＴ膜１の表裏層に（少なくともＣＮＴ膜１の表層側から）絶縁性エラストマーが含浸することによりＣＮＴ繊維と絶縁性エラストマーが複合化されて膜状に形成されている。ＣＮＴ膜１は、前記絶縁性エラストマーの弾性力によって弾性を有し、少なくとも長手方向に伸縮可能である。このＣＮＴ膜１は、少なくとも長手方向に伸長することによってＣＮＴ繊維同士が離間して電気抵抗が増大し、弾性力により収縮することで、ＣＮＴ繊維同士が再度接触して電気抵抗が減少する。なお、ＣＮＴ膜１は、ＣＮＴ繊維間の接触率を抑制して電気抵抗を調整するために、例えば合成樹脂等からなる絶縁性の繊維を含んでもよい。

ＣＮＴ膜１は、少なくとも表層に絶縁性エラストマーが含浸しつつ積層されているので、後述のＣＮＴ繊維束を絶縁性エラストマーが被覆するため、この絶縁性エラストマーが複数のＣＮＴ繊維束の伸縮方向をガイドするガイド部材としても機能する。その結果、当該歪みセンサは、伸長時に離間されたＣＮＴ繊維同士を収縮時に再度同一部位で再接触させることが可能となり、繰り返し使用に基づく伸縮歪みの検出精度の低下を防止することができる。さらに、かかる構成によると、複数のＣＮＴ繊維間の当接関係が維持され易いと共に、複数のＣＮＴ繊維の伸縮性を調整し易い。従って、ＣＮＴ膜１の伸縮歪みをさらに精度よく検出することができる。また、このような当接関係の維持及び伸縮性の調整をさらに容易にするためには、ＣＮＴ膜１の裏層（裏面近傍領域）にも絶縁性エラストマーが含浸しているのが好ましい。この際、ＣＮＴ繊維束の表層の少なくとも一部に絶縁性エラストマーが含浸するので、ＣＮＴ繊維束と絶縁性エラストマーとの結合力も高まる。

（ＣＮＴ繊維）
ＣＮＴ膜１を構成するＣＮＴ繊維は、それぞれ複数のＣＮＴ単繊維から形成することができる。ここで、ＣＮＴ単繊維とは、１本の長尺のカーボンナノチューブをいう。また、ＣＮＴ繊維は、ＣＮＴ単繊維の端部同士が連結する連結部を有する。ＣＮＴ単繊維同士は、これらのＣＮＴ単繊維の長手方向に連結している。このように、ＣＮＴ膜１において、ＣＮＴ単繊維同士がその長手方向に連結することでＣＮＴ繊維の配向長さの大きいＣＮＴ膜１を形成することができ、当該歪みセンサの長手方向の長さを大きくして感度を向上することができる。

また、ＣＮＴ膜１を構成する複数のＣＮＴ繊維は、網目構造を形成していてもよい。具体的には、複数のＣＮＴ繊維はＣＮＴ単繊維同士が連結する連結部等により網目状に連結又は接触していてもよい。この際、この連結部では３つ以上のＣＮＴ単繊維の端部が結合していてもよく、２つのＣＮＴ単繊維の端部と他の単繊維の中間部とが結合していてもよい。複数のＣＮＴ繊維がこのような網目構造を形成することで、ＣＮＴ繊維同士が密接し、ＣＮＴ膜１の抵抗を下げることができる。

さらに、ＣＮＴ膜１は、長手方向に配向する複数のＣＮＴ繊維からなるＣＮＴ繊維束を有してもよい。ＣＮＴ膜１が長手方向に配向する複数のＣＮＴ繊維束を有する場合、ＣＮＴ膜１が伸縮方向に延伸されるよう歪みが加わった際にＣＮＴ繊維の切断、離間、ＣＮＴ繊維束の切断空間（ギャップ）の伸縮等によりＣＮＴ膜１の抵抗がより的確に変化する。

より具体的には、前記ＣＮＴ繊維束は、複数のＣＮＴ繊維からなるバンドル構造となっており、このＣＮＴ繊維束の任意の横断面においては、切断されないＣＮＴ繊維と、ＣＮＴ繊維が切断及び離間したギャップの両方が存在することになる。また、複数のＣＮＴ繊維束は、表層を絶縁性エラストマーで被覆されているので、このギャップ内の圧力は大気圧よりも低い（負圧である）と考えられるため、当該歪センサ１の収縮時（歪の解放時）にはこのギャップの収縮力によって歪センサ１の収縮が付勢される。さらに、このギャップ内ではＣＮＴ繊維同士の摩擦が低減されるため、ＣＮＴ繊維の動きが制限され難い。

なお、ＣＮＴ膜１は、複数のＣＮＴ繊維又は複数のＣＮＴ繊維束を平面状に略平行に配置した単層構造からなってもよいし、多層構造からなってもよい。但し、ある程度の導電性を確保するためには、多層構造とすることが好ましい。

ＣＮＴ単繊維としては、単層のシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）や、多層のマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）のいずれも用いることができるが、導電性及び熱容量等の点から、ＭＷＮＴが好ましく、直径１．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＭＷＮＴがさらに好ましい。

前記ＣＮＴ単繊維は、公知の方法で製造することができ、例えばＣＶＤ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、所望するサイズのカーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）を効率的に得ることができる点から、鉄を触媒とし、エチレンガスを用いたＣＶＤ法により製造することが好ましい。この場合、石英ガラス基板や酸化膜付きシリコン基板等の基板上に触媒となる鉄又はニッケル薄膜を成膜し、カーボンナノチューブを垂直配向成長させることによって所望の長さのカーボンナノチューブの結晶を得ることができる。

ＣＮＴ膜１の長手方向の平均長さとしては、特に限定されず、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができるが、例えば１ｃｍ以上２０ｃｍ以下とすることができる。

ＣＮＴ膜１の平面視で一対の板状電極４間に挟まれる領域における長手方向の平均長さは、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。前記平均長さとしては、例えば２ｍｍ以上１８ｃｍ以下とすることができる。

ＣＮＴ膜１の平面視で一対の板状電極４と重複する領域における長手方向の平均長さは、測定対象への固定方法、板状電極４への配線方法等に応じて適宜選択されるが、例えば３ｍｍ以上５ｃｍ以下とすることができる。

ＣＮＴ膜１の平均幅は、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。ＣＮＴ膜１の平均幅の下限としては、１ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。一方、ＣＮＴ膜１の平均幅の上限としては、１０ｃｍが好ましく、５ｃｍがより好ましい。ＣＮＴ膜１の平均幅が前記下限に満たない場合、ＣＮＴ膜１の電気抵抗が過度に大きくなったり、ばらついたりするおそれがある。逆に、ＣＮＴ膜１の平均幅が前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が大きくなり、適用可能な測定対象が過度に限定されるおそれがある。

ＣＮＴ膜１の平均厚さの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。一方、ＣＮＴ膜１の平均厚さの上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。ＣＮＴ膜１の平均厚さが前記下限に満たない場合、ＣＮＴ膜１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膜１の平均厚さが前記上限を超える場合、歪みに対する感度が低下するおそれがある。

ＣＮＴ膜１の歪みがない状態での電気抵抗（一対の板状電極４間で測定される値）の下限としては、１０Ωが好ましく、１００Ωがより好ましい。一方、ＣＮＴ膜１の歪みがない状態での電気抵抗の上限としては、１００ｋΩが好ましく、１０ｋΩがより好ましい。ＣＮＴ膜１の歪みがない状態での電気抵抗が前記下限に満たない場合、伸び歪みを検出するための電流が大きくなり当該歪みセンサ素子の消費電力が大きくなるおそれがある。逆に、ＣＮＴ膜１の歪みがない状態での電気抵抗が前記上限を超える場合、検出回路の電圧が高くなり、当該歪みセンサ素子の出力を処理する装置の小型化や省電力化が困難となるおそれがある。

＜樹脂層＞
一対の樹脂層２，３は、絶縁性エラストマーからなり、ＣＮＴ膜１の両面（前述の表裏層）にそれぞれ積層される。樹脂層２，３は上述の絶縁性エラストマーからなり、ＣＮＴ膜１の両面を覆い、ＣＮＴ膜１を保護する。

（絶縁性エラストマー）
ＣＮＴ膜１の少なくとも表層に含浸する前記絶縁性エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーを用いてもよい。熱可塑性エラストマーは、各種合成樹脂を含有することができる。

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、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等が挙げられる。

前記熱可塑性エラストマーとしては、例えばポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ）、ポリメチルメタアクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）等が挙げられる。

また、ＣＮＴ膜１の少なくとも表層に含浸する前記絶縁性エラストマーとしては、合成熱硬化性エラストマーからなるゴムを用いてもよい。

前記ゴムとしては、例えば天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等が挙げられる。中でも、強度等の点から天然ゴムが好ましい。

前記絶縁性エラストマーは、水性エマルジョンの塗工により複数のＣＮＴ繊維の少なくとも表層に含浸されているとよい。前記水性エマルジョンとは、分散媒の主成分が水であるエマルジョンをいう。カーボンナノチューブは疎水性が高いため、水性エマルジョンを用いた塗工により絶縁性エラストマーを含浸させると、この絶縁性エラストマーは複数のＣＮＴ繊維間に完全には入り込まない。つまり、複数のＣＮＴ繊維層の表層には絶縁性エラストマーが含浸するが、この絶縁性エラストマーは各ＣＮＴ繊維の厚さ方向の断面における全領域には含浸しない。これにより、絶縁性エラストマーが複数のＣＮＴ繊維間に完全にしみ込んで、ＣＮＴ膜１の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、絶縁性エラストマーの存在に起因するＣＮＴ膜１の歪に対する感度の低下を抑えることができる。

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、前記絶縁性エラストマーはカップリング剤を含有しているとよい。絶縁性エラストマーを主成分とする材料がカップリング剤を含有することで、絶縁性エラストマーとＣＮＴ繊維とを架橋し、絶縁性エラストマーとＣＮＴ繊維との接合力を向上させることができる。

前記カップリング剤としては、例えばアミノシランカップリング剤、アミノチタンカップリング剤、アミノアルミニウムカップリング剤等のアミノカップリング剤やシランカップリング剤などを用いることができる。

また、絶縁性エラストマーはＣＮＴ繊維に対する吸着性を有する分散剤を含有することが好ましい。このような吸着性を有する分散剤としては、吸着基部分が塩構造になっているもの（例えばアルキルアンモニウム塩等）や、ＣＮＴ繊維の疎水性の基（例えばアルキル鎖や芳香族リング等）と相互作用できる親水性の基（例えばポリエーテル等）を分子中に有するもの等を用いることができる。

これらの樹脂層２，３とＣＮＴ膜１との積層構造は、いずれかの層（又は膜）に他の層（又は膜）を形成する材料を塗工等により形成してもよく、各層（又は膜）の融着又は溶着により形成してもよく、熱可塑性接着剤を用いた各層（又は膜）の接着により形成してもよい。また、樹脂層２，３は、少なくとも部分的にＣＮＴ膜１の表層及び裏層に含浸させる絶縁性エラストマーと一体に形成されてもよい。つまり、ＣＮＴ膜１の形成工程において複数のＣＮＴ繊維に含浸せず、複数のＣＮＴ繊維の表裏に留まって樹脂層２，３を形成するよう絶縁性エラストマーを塗布してもよい。また、樹脂層２，３は複数の異なる層からなる多層構造にしてもよい。その場合には、バネ性の高い材料と組み合わせるとよい。具体的には、バネ性の高い材料としてポリウレタンを使用することが好ましい。

樹脂層２，３のそれぞれの平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、樹脂層２，３の平均厚さの上限としては、５ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。樹脂層２，３の平均厚さが前記下限に満たない場合、十分にＣＮＴ膜１を保護できないおそれや、埋設した板状電極４が脱落し易くなるおそれがある。逆に、樹脂層２，３の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪センサ１が不必要に厚くなるおそれや、ＣＮＴ膜１の弾性率が大きくなり測定対象の変形を阻害するおそれがあり、板状電極４の埋設が容易ではなくなおそれもある。なお、表裏の樹脂層２，３の平均厚さは、互いに異なってもよい。

＜板状電極＞
板状電極４としては、概略板状の導体が用いられる。このような導体としては、例えばシート状材料、網状材料等が用いられる。また、板状電極４の材質としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼等の金属、カーボンなどが挙げられる。この板状電極４は、例えばＣＮＴ膜１を貫通する突起、外部の配線に接続するための突出部等を有してもよい。

板状電極４は、図示するように、複数の貫通孔４ａを有することが好ましい。この板状電極４の貫通孔４ａは、例えばシート状材料に形成した穴、網状材料の素線間の開口等から構成される。また、板状電極４の貫通孔４ａとしては、互いに独立したものだけでなく、例えば図７に例示するように、板状電極４の周縁に開口するスリット状又は切欠き状のものであってもよい。

このように、板状電極４が複数の貫通孔４ａを有することによって、板状電極４を表側の樹脂層２に埋設する際、樹脂層２を構成する材料が板状電極４の貫通孔４ａの中に逃げることができるので、比較的容易に板状電極４を樹脂層２に埋設することができる。また、貫通孔４ａの中に流入した樹脂層２の形成材料は、板状電極４と樹脂層２との接触面積を増大させることで、板状電極４の保持をより確実にする。

板状電極４は、板状電極４を加熱しつつ表側の樹脂層２に押圧することにより樹脂層２を流動化させて板状電極４を樹脂層２中に埋設できるよう、少なくとも表側の樹脂層２に埋設される部分の熱伝導率が高いことが好ましい。

板状電極４の埋設部分の熱伝導率の下限としては、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）が好ましく、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）がより好ましい。板状電極４の埋設部分の熱伝導率が前記下限に満たない場合、表側の樹脂層２に熱を伝達して流動させることが難しく、板状電極４を埋設することが容易ではなくなるおそれがある。

板状電極４は、埋設時に撓んで表面側の樹脂層２を平面視で外側方向にスムーズに押し出すことができるよう可撓性を有することが好ましい。また、可撓性を有する板状電極４が撓んだ状態で固定されることにより、板状電極４とＣＮＴ膜１との間に断面形状が楔型の樹脂層２が残され、板状電極４と樹脂層２との接触面積が増大して、板状電極４の脱離を防止する効果も得られる。

このように樹脂層２との接触面積を大きくするために、可撓性を有する板状電極４は、中央部を表面側の樹脂層２に押し込んで、平面視外周部が樹脂層２の表面から突出するよう埋設することが好ましい。また、このような埋設を容易にするために、板状電極４は、平面視で中央部の熱伝導率が大きくなるよう複数種類の材料を組み合わせて形成してもよい。また、板状電極４とＣＮＴ膜１との接触面積を大きくするために、板状電極４のＣＮＴ膜１に接触させる中央部分よりも周辺部分の可撓性を大きくしてもよい。板状電極４の可撓性は、貫通孔４ａの例えば大きさ、形状、配設密度等によって調節してもよい。

また、板状電極４は、ＣＮＴ膜１と接続するよう固定された状態で、ＣＮＴ膜１の側に膨出するような凸状となっていることが好ましい。この凸状の形状は、板状電極４が湾曲することにより形成されることがより好ましい。板状電極４がこのような凸状であることによって、板状電極４が埋設時に樹脂層２を平面視で外側方向にスムーズに押し出すことができる。また、板状電極４が凸状であることによって、板状電極４とＣＮＴ膜１との接触面積を増大させて電気的接続をより向上することができる。さらに、凸状の板状電極４は、その周縁部分と挟持シート５との間にＣＮＴ膜１及び裏側の樹脂層３だけでなく表側の樹脂層２も挟持することができるので、使用時の張力が分散するため破損し難い。

このような凸状部を有する板状電極４は、少なくとも凸状部の厚さ方向先端がＣＮＴ膜１の表面に達するよう埋設される。より好ましくは、板状電極４は、ＣＮＴ膜１の厚さ方向に異なる位置のＣＮＴ繊維に当接してＣＮＴ膜１とのより確実な電気的接続が得られるよう、凸状部の厚さ方向先端がＣＮＴ膜１の裏面に達するよう埋設される。

また、板状電極４は、当該歪みセンサ素子の使用中に実質的に伸縮しないことが好ましい。なお、「実質的に伸縮しない」とは、当該歪みセンサ素子を用いた測定中における平面視で一対の板状電極４間に配設される領域（以下、「伸縮領域」ともいう。）の長手方向の伸縮率に対する板状電極４の長手方向の伸縮率の比が、１／１００以下、好ましくは１／１０００以下であることを意味する。

また、当該歪みセンサ素子を用いた測定中における板状電極４の伸縮率に対する伸縮領域の伸縮率の比の桁数としては、測定における有効数値の桁数より大きいことが好ましく、２桁以上大きいことがより好ましい。

板状電極４の平均厚さ（メッシュ状の場合は平均線径）の下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、板状電極４の平均厚さの上限としては、１ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。板状電極４の平均厚さが前記下限に満たない場合、曲げ等により板状電極４が破断するおそれがある。逆に、板状電極４の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が不必要に厚くなるおそれや、非伸縮領域の可撓性が不足して測定対象に適切に貼着できないおそれがある。

板状電極４の平面形状としては、ＣＮＴ膜１の端部領域の平面形状と略同一とすることができる。板状電極４は、図５に示すように、平面視でＣＮＴ膜１からはみ出さないようＣＮＴ膜１の端部領域よりも僅かに小さく形成されてもよい。板状電極４の周囲に、板状電極４の埋設により厚さが減じられていない表面側の樹脂層２を残すことによって、樹脂層２の強度低下を抑制することができる。

以上の条件を満たす板状電極４としては、例えばステンレス製で平均線径３μｍ以上１００μｍ以下の素線から形成される公称目開き５μｍ以上１００μｍ以下の金網を用いることができる。

（挟持シート）
挟持シート５は、非伸縮領域の他方の面を覆うよう樹脂層２，３の他方の面に積層されている。挟持シート５は、例えば接着剤を用いて積層することができる。この接着剤としては、例えば粘着剤、硬化性接着剤、熱可塑性接着剤等が使用できる。前記粘着剤としては、例えばアクリル系粘着剤等が挙げられる。前記硬化性接着剤としては、エポキシ系接着剤等が挙げられる。

この挟持シート５は、板状電極４と同様に、当該歪みセンサ素子の使用中に実質的に伸縮せず、非伸縮領域の伸縮を防止する。つまり、挟持シート５は、板状電極４との間に樹脂層２，３及びＣＮＴ膜１の非伸縮領域を挟み込むことで、非伸縮領域の伸縮をより確実に防止する。このため、挟持シート５を備えることにより、当該歪みセンサ素子は、樹脂層２，３及びＣＮＴ膜１の非伸縮領域と伸縮領域とがより明確に区分される。従って、当該歪みセンサ素子は、伸縮量とＣＮＴ膜１の電気抵抗との相関が高く、歪の検出精度に優れる。

挟持シート５の材質としては、十分な非伸縮性を有するものであればよく、導電性のものであっても絶縁性のものであってもよい。具体的には、挟持シート５としては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等を主成分とする樹脂製シート、ガラスクロス等の織布などを使用することができる。また、挟持シート５として、予め粘着剤が積層された市販の粘着テープを使用してもよい。

挟持シート５の平均厚さの下限としては、２０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、挟持シート５の平均厚さの上限としては、１ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。挟持シート５の平均厚さが前記下限に満たない場合、曲げ等により挟持シート５が破断するおそれがある。逆に、挟持シート５の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が不必要に厚くなるおそれや、非伸縮領域の可撓性が不足して測定対象に適切に貼着できないおそれがある。

＜製造方法＞
当該歪みセンサ素子は、ＣＮＴ膜１及び樹脂層２，３の積層構造を有するシート体を形成する工程と、このシート体の切断により所望の平面形状を有するＣＮＴ膜１及び樹脂層２，３の積層体（被覆体）を形成する工程と、この積層体の両端部の表面側の樹脂層２に板状電極４を埋設する工程と、前記積層体の両端部の裏面側に一対の挟持シート５を接着する工程とを備える方法により製造することができる。

前記埋設工程では、板状電極４の表面に比較的高温の加熱部材を押圧することによって、板状電極４を表面側の樹脂層２に押し込む。つまり、加熱部材の熱を板状電極４を介して樹脂層２の板状電極４との接触領域に伝達することで樹脂層２の形成材料を流動化させ、この流動化した材料を押し退けるようにして板状電極４を樹脂層２の内部に進入させる。従って、加熱部材の温度としては、表面側の樹脂層２の軟化点よりも１０℃以上５０℃以下高い温度とすることが好ましい。簡易的には、加熱部材として、例えば半田ごて等を用いることができる。

＜利点＞
当該歪みセンサ素子は、ＣＮＴ膜１を樹脂層２，３で被覆したシート体を任意の寸法に切断してから板状電極４を樹脂層２に埋め込むことによりＣＮＴ膜１に配線のための電極を接続することができるので、比較的簡単に製造できる。また、上述のように、当該歪みセンサ素子は、シート体から任意の寸法に切り出した被覆体に後から板状電極４を埋め込むので、シート体から切り出す被覆体の形状を任意に変更することができ、設計変更が比較的容易である。

［第二参考形態］
図８に示す本発明の第二参考形態の歪みセンサ素子は、帯状に形成され、長手方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜１と、このＣＮＴ膜１の表裏に被覆される一対の樹脂層２，３と、このＣＮＴ膜１及び樹脂層２，３からなる樹脂層被覆体の表側の前記ＣＮＴ繊維の引き揃え方向両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜１と電気的に接続される一対の板状電極４と、樹脂層被覆体の裏側の両端部領域に前記板状電極４に対向するよう配設される一対の挟持シート５と、板状電極４のＣＮＴ膜１側に介在する一対の導電性布帛６とを備える。

図８の歪みセンサ素子におけるＣＮＴ膜１、樹脂層２，３、板状電極４及び挟持シート５は、図５の歪みセンサ素子におけるＣＮＴ膜１、樹脂層２，３、板状電極４及び挟持シート５と同様であるため、重複する説明を省略する。

＜導電性布帛＞
導電性布帛６は、導電性の繊維の織編物又は不織布から形成される。この導電性布帛６は、ＣＮＴ膜１と板状電極４との間に介在し、ＣＮＴ膜１及び板状電極４の双方に当接する。導電性布帛６は、表裏面に導電性繊維により形成される微細な凹凸を有し、この微細な凹凸がＣＮＴ膜１及び板状電極４に対して多くの箇所で当接する。これによって、導電性布帛６は、ＣＮＴ膜１と板状電極４と間の導電性を向上させる。

この導電性布帛６としては、樹脂層２の形成材料によって板状電極４を保持するために、表面側の樹脂層２の形成材料が溶融状態で浸透して厚さ方向に通過できる程度に目の粗いものが用いられる。

導電性布帛６の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。一方、導電性布帛６の平均厚さの上限としては、３ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。導電性布帛６の平均厚さが前記下限に満たない場合、板状電極４の埋設時に導電性布帛６が強度不足により断裂するおそれがある。逆に、導電性布帛６の平均厚さが前記上限を超える場合、板状電極４の埋設時に樹脂層３の形成材料が導電性布帛６を貫通することができず、板状電極４を保持できないおそれがある。

導電性布帛６は、埋設後の板状電極４の裏面全体を確実に覆うことができるよう、平面視で板状電極４よりも大きいことが好ましい。

導電性布帛６としては、導電布の一方の面に導電性粘着剤が塗布された市販の導電性粘着テープを用いてもよい。導電性粘着テープからなる導電性布帛６は、板状電極４の埋設前に表面側の樹脂層２の表面又は板状電極４の裏面に貼着することで位置ずれを防止し、板状電極４の埋設作業を容易にする。なお、導電性粘着テープの導電性粘着剤は、導電性布帛６とＣＮＴ膜１又は板状電極４との電気的接触を補助することができる一方、樹脂層３の形成材料と同様に板状電極４によって押し退けられるので板状電極４の埋設を阻害しない。

［第三参考形態］
図９に示す本発明の第三参考形態の歪みセンサ素子は、帯状に形成され、長手方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜１と、このＣＮＴ膜１の表裏に被覆される樹脂層２，３と、このＣＮＴ膜１及び樹脂層２，３からなる樹脂層被覆体の表側の前記ＣＮＴ繊維引き揃え方向両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜１と電気的に接続される一対の板状電極４と、樹脂層被覆体の裏側の両端部領域に前記板状電極４に対向するよう配設される一対の挟持シート５と、板状電極４内の少なくとも一部に含浸する導電性ペースト７とを備える。

図９の歪みセンサ素子におけるＣＮＴ膜１、樹脂層２，３、板状電極４及び挟持シート５は、図５の歪みセンサ素子におけるＣＮＴ膜１、樹脂層２，３、板状電極４及び挟持シート５と同様であるため、重複する説明を省略する。

板状電極４を加熱及び加圧して、ＣＮＴ膜１と当接するよう表側の樹脂層２中に埋設したとき、板状電極４の複数の貫通孔４ａには、樹脂層２の形成材料が進入するが、板状電極４の複数の貫通孔４ａに完全に樹脂層２の形成材料が充填されるとは限らない。特に板状電極４として貫通孔４ａの形状が複雑となる金網等を用いる場合には、板状電極４の貫通孔４ａの内部の例えば金属線の交差部分等に空間が残され易い。従って、この板状電極４の貫通孔４ａに残される空間に導電性ペースト７を充填することによって、板状電極４とＣＮＴ膜１との電気的接続の信頼性をより向上することができる。

＜導電性ペースト＞
導電性ペースト７は、導電性の微粒子を樹脂マトリックス中に分散したものを使用することができ、具体的には、例えば市販の銀ペースト等を用いることができる。この導電性ペースト７は、板状電極４を埋設した後、板状電極４の表面側から塗布して板状電極４内に含浸させるとよい。

＜利点＞
当該歪みセンサ素子は、ＣＮＴ膜１を樹脂層２，３で被覆したシート体を任意の寸法に切断してからレーザー照射により樹脂層２に開口を形成し、この開口に材料を充填することによって電極８を埋設するので、シート体から切り出す被覆体の形状を任意に変更することができ、設計変更が比較的容易である。

また、当該歪みセンサ素子は、レーザーの照射により、樹脂層２及びＣＮＴ膜１の表層の絶縁性エラストマーを熱分解してＣＮＴ繊維を露出させるので、ＣＮＴ繊維と電極８との間の電気的接続が比較的確実である。

当該歪みセンサ素子は、上述の各実施形態におけるＣＮＴ膜に換えて、一対の板状電極間を結ぶ方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含む１又は複数のＣＮＴ糸を備えもよい。この場合、ＣＮＴ糸は、外周面近傍領域に絶縁性エラストマーが含浸するものとされる。また、樹脂層は、ＣＮＴ糸の外周を被覆する表裏一体のものとされる。複数のＣＮＴ糸を備える場合、板状電極は、各ＣＮＴ糸に接触するよう、ＣＮＴ繊維の引き揃え方向に垂直な幅方向に略等断面となるよう凸状に湾曲することが好ましい。

［参考形態の変形］
前記参考形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能である。

当該歪みセンサ素子において、板状電極は、少なくとも一部が配線可能に表出していればよい。従って、板状電極全体が樹脂層の表面より裏面側に位置するよう埋設されていても、樹脂層に板状電極にアクセス可能な開口が残されていればよい。

当該歪みセンサ素子において、ＣＮＴ膜は、伸縮領域の幅が両端部領域よりも小さい平面形状を有してもよい。

当該歪みセンサ素子は、板状電極のＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸側に導電性布帛が介在する場合にも、板状電極に表面側から塗布されて板状電極内に含浸する導電性ペーストを備えてもよい。

当該歪みセンサ素子の製造において、板状電極を樹脂層に埋設する際の加熱は、板状電極に通電又は高周波磁界を印加することにより板状電極自体を発熱させる方法を用いてもよい。

当該歪みセンサ素子において、ＣＮＴ膜はその表面に積層される樹脂層が含浸することによって導電性のエラストマーとなるが、樹脂層を積層する前に樹脂を含浸させておくこともできる。

第五実施形態の歪みセンサ素子では、レーザーによって樹脂層を熱分解した領域には電極形成材料を充填しているが、その領域に固体からなる電極を配置してもよい。その際には、前記の電極形成材料や導電性接着剤を併せて充填してもよい。

また、複数のＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸を有する歪みセンサ素子の場合、レーザー照射によって、複数のＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸の互いのＣＮＴを直接接触させて電気的に接続することができる。

また、このレーザー照射によるＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸の電気的接続方法は、ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸を有するセンサ素子に限らず、金属線や導電性繊維を樹脂層で被覆した導電糸の電気的接続にも適用できる。従って、導電糸を織り込んだ布や導電糸を縫い付けた布にレーザーを照射して電極形成材料を充填することによって電極を形成し、外部回路等との電気的接続を行うことができる。この場合も、レーザー吸収率を増大させる塗料を予めレーザーを照射する位置へ塗布しておくことが好ましい。樹脂層で被覆された導電糸を用いて布帛を形成して、当該布帛にユーザーが任意に布帛の中に配線を形成することもできる。具体的には、布帛を構成する糸の全て又は一部を樹脂層で被覆された導電糸とする。レーサー照射をすることで任意の導電糸の樹脂層を開口して配線として利用することができる。また、導電糸同士を樹脂層を開口させて部分で電気的に接続することで、屈曲した配線や多層配線を形成することも可能になる。平行に配置された複数の配線を連結することで配線の抵抗値を下げることもできる。

本発明に係る歪みセンサ素子は、ウェアラブルデバイス等のセンサとして好適に利用できる。

１ ＣＮＴ膜
２，３ 樹脂層
４ 板状電極
４ａ 貫通孔
５ 挟持シート
６ 導電性布帛
７ 導電性ペースト
１１ ＣＮＴ膜
１２，１３ 樹脂層
１４ 電極
１５ レーザー吸収材料層
１６ 接続穴
２１ ＣＮＴ糸
２２ 樹脂層
２３ 電極
２４ レーザー吸収材料層
２５ 接続穴
Ｓ１ レーザー吸収材料塗布工程
Ｓ２ レーザー照射工程
Ｓ３ 導電性材料充填工程
Ｓ４ 切り出し工程

Claims (7)

1. 一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と、
   前記ＣＮＴ膜の表裏又はＣＮＴ糸の外周に被覆される樹脂層と、
   前記ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と電気的に接続される一対の電極と
   を備える歪みセンサ素子の製造方法であって、
   前記樹脂層被覆体の両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射する工程と、
   前記レーザー照射工程で樹脂層に形成される穴に導電性材料を充填する工程と
   を備えることを特徴とする歪みセンサ素子の製造方法。
2. 前記レーザー照射工程の前に、前記樹脂層被覆体の両端部領域の表面にレーザー吸収材料を塗布する工程をさらに備え、
   前記レーザー照射工程で前記塗布工程で得られる塗膜の少なくとも一部にレーザーを照射する請求項１に記載の歪みセンサ素子の製造方法。
3. 前記レーザー吸収材料が揮発性溶媒にカーボンブラック微粒子を分散したインクである請求項２に記載の歪みセンサ素子の製造方法。
4. 前記樹脂層に形成する穴の平均径が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の歪みセンサ素子の製造方法。
5. 前記レーザー照射工程で樹脂層被覆体の各端部領域に複数の穴を形成し、
   前記導電性材料充填工程で各端部領域の複数の穴に跨がって導電性材料を塗布する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の歪みセンサ素子の製造方法。
6. 一方向に引き揃えられる複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と、
   前記ＣＮＴ膜の表裏又はＣＮＴ糸の外周に被覆される樹脂層と、
   前記ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、ＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸と電気的に接続される一対の電極と
   を備えた歪みセンサ素子であって、
   前記樹脂層がＣＮＴ膜又はＣＮＴ糸に至る接続穴を有し、
   前記電極が前記接続穴に充填される導電性材料を含むことを特徴とする歪みセンサ素子。
7. 前記接続穴の周囲の樹脂層の表面と電極との間に存在するレーザー吸収材料層をさらに備える請求項６に記載の歪みセンサ素子。

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