WO2019031381A1 - ひずみセンサとその製造方法 - Google Patents

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WO2019031381A1
WO2019031381A1 PCT/JP2018/029029 JP2018029029W WO2019031381A1 WO 2019031381 A1 WO2019031381 A1 WO 2019031381A1 JP 2018029029 W JP2018029029 W JP 2018029029W WO 2019031381 A1 WO2019031381 A1 WO 2019031381A1
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strain sensor
detection
conductor
measurement
elastic modulus
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PCT/JP2018/029029
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孝義 小幡
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/205—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge

Definitions

  • the present invention relates to a strain sensor and a method of manufacturing the same.
  • strain sensors have been used for detecting motion and controlling a body and a robot.
  • a data glove attached to the hand of a human body by a strain sensor using carbon nanotubes (CNT) as a material of a resistor, a wearable device directly attachable to the body, and a robot
  • CNT carbon nanotubes
  • conventional strain sensors have been manufactured for the purpose of detecting strain generated by relatively large stress of a rigid object such as a joint drive site of a robot, and the application has been limited.
  • the strain sensor when detecting strain on the skin surface of a human body that is low in elasticity, the strain sensor itself constrains the strain in the conventional strain sensor because the skin surface is low in elasticity, and accurate strain detection can not be performed. It was difficult.
  • an object of this invention is to provide the distortion sensor which can detect the distortion which arises in a low elastic physical property, and its manufacturing method.
  • a strain sensor is a strain sensor including a fixing portion and an expandable measurement portion supported by the fixing portion,
  • the strain sensor includes a base having a first main surface and a second main surface facing each other, and a conductor portion provided on the first main surface.
  • the conductor portion includes a detection conductor which is provided in the measurement portion, and whose resistance value changes in accordance with expansion and contraction of the base of the measurement portion,
  • the measurement unit includes a detection unit provided with the detection conductor, and a low elastic modulus unit that increases a deformation amount of the detection unit against an external force.
  • the measurement unit since the measurement unit includes the low elastic modulus portion, it is possible to detect the strain generated in the low elastic physical property as compared with the conventional strain sensor.
  • the strain sensor according to an aspect of the present invention is the strain sensor, wherein the low elastic modulus portion is provided separately from the detection portion.
  • the measurement unit since the measurement unit includes the low elastic modulus portion, it is possible to detect the strain generated in the low elastic physical property as compared with the conventional strain sensor.
  • the low elastic modulus portion in the strain sensor, includes a plurality of slits provided in a direction intersecting with the expansion and contraction direction of the detection conductor.
  • the strain sensor since the low elastic modulus portion includes a plurality of slits provided in the direction intersecting the expansion and contraction direction of the detection conductor, the strain sensor has a simple configuration as compared with the conventional strain sensor. It is possible to detect the strain generated in the low elasticity physical property.
  • the strain sensor according to an aspect of the present invention is the strain sensor, wherein the low elastic modulus portion is provided between the detection portion and the fixing portion. Since the low elastic modulus portion is provided between the detection portion and the fixing portion, the strain sensor configured as described above can prevent a large force from being applied to the detection portion. Damage can be suppressed.
  • the low elastic modulus portion includes a first low elastic modulus portion including a portion of the plurality of slits and a second low portion including a portion of the plurality of slits And an elastic modulus portion.
  • the elastic modulus of the measurement portion can be further reduced, and the accuracy is further improved. It is possible to detect the strain that occurs in low elasticity physical properties.
  • the detection unit is provided between the first low elastic modulus portion and the second low elastic modulus portion.
  • the detection portion is provided between the first low elastic modulus portion and the second low elastic modulus portion, the physical properties occur in the low elastic physical property with higher accuracy. Strain can be detected.
  • the slits provided in the first low elastic modulus portion and the slits provided in the second low elastic modulus portion are provided in line symmetry in the same number.
  • the combined length of the slits of the two symmetrically arranged slits is 40% or more of the width of the measurement portion.
  • the combined length of the slits of two slits provided in line symmetry is 40% or more of the width of the measurement part, so the elastic modulus is effectively reduced by the slits.
  • the fixing unit includes a first fixing unit and a second fixing unit
  • the measuring unit includes the first fixing unit and the second fixing unit. Located between the fixed part.
  • the strain in the measurement unit is not influenced by a part other than the measurement unit. It can detect with high sensitivity.
  • the detection unit includes a plurality of radial detection units provided radially, and the low elastic modulus unit is provided between adjacent radial detection units.
  • a plurality of fan-shaped low elastic modulus portions are included, and the detection conductor is provided in the radial detection portion.
  • the strain sensor configured as described above includes a plurality of radial detection portions and a plurality of fan-shaped low elastic modulus portions, and since the detection conductor is provided in the radial detection portion, the strain sensor is orthogonal to the substrate surface. It is possible to detect strain in the direction of movement with high sensitivity.
  • each of the plurality of fan-shaped low elastic modulus portions includes a plurality of slits provided in a direction intersecting with the expansion and contraction direction of the detection conductor.
  • the strain sensor configured as described above includes a plurality of slits provided in the direction intersecting with the extension and contraction direction of the provided detection conductor, so that the strain in the direction orthogonal to the substrate surface is more sensitive It can be detected.
  • the plurality of slits are provided such that the slit length becomes longer as it is separated from the center of the fan-shaped low elastic modulus portion.
  • the plurality of slits are provided such that the slit length becomes longer as the plurality of slits are separated from the center of the fan-shaped low elastic modulus portion, the fan-shaped low elastic modulus The entire portion can be uniformly reduced in elastic modulus, and strain in the direction orthogonal to the substrate surface can be detected more sensitively.
  • the conductor portion includes a wiring conductor connected to the detection conductor and provided in the fixing portion.
  • the conductor portion since the conductor portion includes the wiring conductor provided in the fixing portion, the resistance change in the wiring conductor can be reduced, and the resistance change of the detection conductor can be detected accurately.
  • the strain sensor according to an aspect of the present invention is the strain sensor, including a plurality of the measurement units.
  • the strain sensor configured as described above includes a plurality of the measurement units, and thus can detect strain at a plurality of locations.
  • a part of a wiring conductor connected to a detection conductor formed in one measurement part is formed in another measurement part, and is formed in the one measurement part
  • the change in the resistance value of the detected detection conductor is calculated based on the change in the resistance value of the detection conductor formed in the detection conductor formed in the other measurement unit.
  • the strain sensor according to one aspect of the present invention is the strain sensor in which the plurality of measurement units include at least two measurement units whose directions of expansion and contraction are different from each other. Since the strain sensor configured as described above includes at least two measurement units having different directions of expansion and contraction, it is possible to detect strain at different points in different directions of expansion and contraction.
  • the strain sensor according to one aspect of the present invention is the strain sensor in which the plurality of measurement units include at least two measurement units whose stretching directions are equal. Since the strain sensor configured as described above includes at least two measurement units having the same extension and contraction direction, it is possible to detect strain at different points in the same extension and contraction direction.
  • the strain sensor according to one aspect of the present invention is the strain sensor in which the fixing portion includes a constraining portion that suppresses expansion and contraction of the base material.
  • the fixing portion since the fixing portion includes the constraining portion that suppresses the expansion and contraction of the base material, the strain detection sensitivity can be increased.
  • the strain sensor according to one aspect of the present invention is the strain sensor in which the detection conductor includes metal powder and a resin.
  • the detection conductor includes metal powder and a resin.
  • the strain sensor according to one aspect of the present invention is the strain sensor, including an adhesive layer on the second main surface of the base. Since the strain sensor comprised as mentioned above equips the 2nd main surface of the said base material with the adhesion layer, it can fix it to a detection object easily.
  • a method of manufacturing a strain sensor is a method of manufacturing a strain sensor including a fixed portion and an expandable measurement portion supported by the fixed portion, the measurement portion including a detection conductor in the measurement portion, Preparing a substrate having opposing first and second major surfaces; Forming a conductor portion including the detection conductor on a first main surface of the substrate; Forming a low elastic modulus portion on a part of the measurement part excluding the detection part of the substrate; including.
  • a strain sensor it is possible to manufacture a strain sensor capable of detecting strain generated in low elastic physical properties.
  • a strain sensor in the method of manufacturing the strain sensor, in the step of forming the low elastic modulus portion, a plurality of measuring portions excluding the detecting portion of the base are used. Form a slit. According to the method of manufacturing a strain sensor described above, it is possible to manufacture a strain sensor capable of detecting a strain generated in low-elasticity physical properties more accurately.
  • a method of manufacturing a strain sensor according to an embodiment of the present invention includes the step of forming a resin having a hardness higher than that of the base material in the fixing portion in the method of manufacturing the strain sensor. According to the method of manufacturing a strain sensor described above, it is possible to manufacture a strain sensor capable of detecting a strain generated in low-elasticity physical properties more accurately.
  • FIG. 10 is a plan view showing a configuration of a strain sensor of Modification 1 according to Embodiment 2.
  • FIG. 16 is a plan view showing a configuration of a strain sensor of Modification 2 according to Embodiment 2.
  • the present inventors intended to realize a strain sensor capable of detecting a strain due to a small stress acting on low elastic physical properties, and investigated a potential requirement (need) for the detection of the strain.
  • a potential requirement for the detection of the strain.
  • the present inventor has made the present invention as a result of intensive studies to realize, for example, a strain sensor capable of detecting local swelling and swelling of the skin of the human body.
  • a strain sensor capable of detecting local swelling and swelling of the skin of the human body.
  • the elastic modulus of the portion to be measured is sufficiently lower than that of the skin of the human body.
  • the elastic modulus of the skin of the human body is about 7 MPs in the stratum corneum and about 3.4 MPs in the dermis, so the elastic modulus in the measurement part of the strain sensor described below is sufficiently lower , 3 MPs or less, preferably 2 MPs or less.
  • a strain sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the strain sensor 100 according to the first embodiment is a strain sensor including a fixing unit 20 and an expandable measurement unit 10 supported by the fixing unit 20.
  • the fixing unit 20 includes a first fixing unit 21 a and a second fixing unit 22 a
  • the measuring unit 10 includes a first fixing unit 21 a and a second fixing. It is arrange
  • the strain sensor 100 of the first embodiment includes the base material 101 having the opposing first main surface and the second main surface, and the conductor portion 1 provided on the first main surface of the base material 101.
  • the constituent material of the substrate 101 is preferably a stretchable material having a small elastic modulus, and preferably includes, for example, a stretchable material having a small elastic modulus, such as polyurethane, acrylic, or silicone resin.
  • Conductor portion 1 has two connection terminal conductors 1t provided at positions away from measuring portion 10 on the first main surface of first fixed portion 21a, and the same direction from each connection terminal conductor 1t (hereinafter, the first direction) And a detection conductor 1d formed of two conductors thinner than the wiring conductor 1w extending in the first direction from the tip end of the wiring conductor 1w.
  • the two connection terminal conductors 1t, the two wiring conductors 1w, and the two detection conductors 1d are arranged in line symmetry with respect to the center line in the first direction.
  • connection terminal conductors 1t and the two wiring conductors 1w are provided on the first main surface of the first fixed portion 21a, and the detection conductor 1d is provided on the first main surface of the measurement unit 10
  • the connection conductor connecting the tip end portion is provided on the first main surface of the second fixing portion 22a.
  • a detection circuit in which two detection conductors 1d are connected in series between two connection terminal conductors 1t is configured.
  • the detection conductor 1d changes its length in the first direction (stretching direction) corresponding to the expansion and contraction of the base of the measurement unit 10, or changes in cross-sectional area, and thus the resistance value of the detection conductor 1d. Changes.
  • the constituent material of the detection conductor 1d is preferably a material having a large change in resistance to expansion and contraction.
  • metal powder such as silver (Ag) or copper (Cu) and elastomer such as silicone It is preferable to comprise by the mixture which consists of resin.
  • the detection conductor 1d is made of a mixture of metal powder and resin, the expansion or contraction of the base material increases the distance between the metal powders in addition to the increase or decrease of the contact points between the metal powders. The rate can be increased. Further, by forming the detection conductor 1d by a mixture of metal powder and resin, it is possible to prevent disconnection due to deformation of the base material by the elasticity of the resin.
  • the constituent material of the conductor portion 1 other than the detection conductor 1d may be the same constituent material as the detection conductor 1d, or may be a constituent material different from the detection conductor 1d. If the conductor portion 1 other than the detection conductor 1d is made of the same material as the detection conductor 1d, the detection conductor 1d and the conductor portion 1 other than the detection conductor 1d can be collectively formed in one step, so that the cost is low. You can When the conductor portion 1 other than the detection conductor 1d is made of a material different from that of the detection conductor 1d, the increase and decrease of the resistance value against the deformation of the detection conductor 1d is increased to prevent disconnection due to expansion and contraction. Since the conductor portions 1 other than the detection conductor 1d can be made of a material with low resistance, more accurate strain detection is possible.
  • the measuring unit 10 is an area for measuring the shape change of the object to be measured, the external dimensions of the measuring unit 10 are set in consideration of the range of the object to be measured, and the measuring unit in consideration of the flexibility of the object to be measured.
  • the followability of 10 is set. With regard to the followability, for example, the shape and structure of the substrate 101 of the measurement unit 10 are more easily deformed than the surroundings by making a slit (slit), a hole, or the thickness of the substrate thin, etc. I am raising it.
  • the measuring unit 10 does not restrain deformation due to strain in the detecting unit 11 provided with the detecting conductor 1 d and the detecting unit 11. And a low modulus portion 12 configured not to constrain deformation.
  • the detection unit 11 elastically deforms following the strain of the object to be measured without constraining the expansion or contraction of the object to be measured according to the expansion or contraction of the object to be measured. As configured in a narrow width.
  • the detection unit 11 is configured such that the length in the first direction is longer than the width in the direction orthogonal to the first direction, and the detection unit 11 is parallel to the first direction
  • the two detection conductors 1d are preferably juxtaposed in close proximity.
  • the expansion and contraction ratio in the expansion and contraction direction of the detection conductor 1 d can be increased.
  • “low elastic modulus” in the low elastic modulus portion and “lower elastic modulus” in the low elastic modulus portion means that the elastic modulus is lower than that of the fixed portion.
  • the low modulus portion preferably has a lower modulus of elasticity than the object region to be measured of the object to be measured and is easily deformed.
  • the elastic modulus of the low elastic modulus portion is 2 of the elastic modulus of the object region to be measured of the object to be formulated It is preferable that it is one-half or less, and more preferably one-third or less.
  • the low elastic modulus portions 12 each include a plurality of slits 3 provided in a direction intersecting, preferably orthogonal, the expansion and contraction direction of the detection conductor 1. Thereby, the low elastic modulus portion 12 expands and contracts without restricting the expansion and contraction of the measurement object and the expansion and contraction of the detection unit 11 according to the expansion and contraction of the measurement object.
  • the entire measuring unit 10 is deformed according to the shape change of the object without being restrained, for example, without the shape change of the object being measured such as swelling of the skin of the human body. It is possible to detect the strain in the measurement region of the object to be measured by detecting the expansion and contraction accompanying the shape change of the object to be measured by the detection unit 11.
  • the slit length of the slit 3 formed in the low elastic modulus portion 12 (the length in the expansion / contraction direction of the slit, here, the length in the direction orthogonal to the first direction) is formed in the direction orthogonal to the first direction It is preferable to set the total length of the slit lengths of the two slits 3 (total slit length) to be 40% or more, preferably 60% or more of the width of the measurement unit 10.
  • the same strain amount can be obtained with a tensile load of about 2/3 compared to the case where the slits are not formed, and the total slit length is 60% or more
  • the same amount of strain can be obtained with a tensile load of about half as compared with the case where the slits are not formed.
  • the fixing unit 20 fixes, for example, the entire main surface of the strain sensor by sticking the second main surface of the substrate 101 to the surface of the object to be measured, and when the region to be measured of the object to be measured expands and contracts.
  • the measuring unit 10 is supported such that the measuring unit 10 expands and contracts according to the expansion and contraction.
  • the fixing unit 20 includes a first fixing unit 21a and a second fixing unit 22a.
  • the first fixing portion 21a and the second fixing portion 22a are provided on both sides of the measuring portion 10 in the expansion and contraction direction of the detection conductor 1d.
  • the fixing unit 20 can detect a strain corresponding to the expansion and contraction in the area to be measured without being affected by the expansion and contraction in the area other than the area to be measured when the area to be measured on the object to be measured expands and contracts.
  • a restraint is included.
  • the restraining portion includes, for example, a first restraining portion 31 a provided in the first fixing portion 21 a and a second restraining portion 32 a provided in the second fixing portion 22 a.
  • the first constraining portion 31 a and the second constraining portion 32 a be provided in proximity to the measuring unit 10.
  • the strain sensor 100 includes the measurement unit 10 that can expand and contract in response to the strain generated in low-elasticity physical properties, so, for example, small deformation such as swelling of the skin of the human body Detection of strain at the site is possible.
  • the detection conductor constituting the detection unit 11 of the measurement unit 10 of the strain sensor 100 according to the first embodiment is formed of a mixture of metal powder and resin, the increase or decrease rate of resistance value against deformation is large. Small strain can be detected with high sensitivity.
  • the strain sensor 100 since the strain sensor 100 according to the first embodiment includes the first restraint portion 31a and the second restraint portion 32a, the measurement of the strain in the measurement target region of the object to be measured is a part other than the measurement target region. Can be measured accurately with less influence.
  • the strain sensor 200 according to the second embodiment is a strain sensor including three first measurement units 10-1, a second measurement unit 10-2, and a third measurement unit 10-3, as shown in FIG.
  • the first measurement unit 10-1 and the second measurement unit 10-2 are provided mainly to detect distortion due to planar expansion and contraction
  • the third measurement unit 10-3 is mainly three-dimensional. It is provided to detect strain due to expansion and contraction.
  • the strain sensor 200 of the second embodiment will be described in detail.
  • the strain sensor 200 includes, as fixing portions, a first fixing portion 21b, a second fixing portion 22b, a third fixing portion 23b, and a fourth fixing portion 24b.
  • the first fixing portion 21b includes a base fixing portion 21b0, a first branch fixing portion 21b1 extending in the first direction from the base fixing portion 21b0, and a second orthogonal to the first direction from the base fixing portion 21b0.
  • a second branch fixing portion 21b2 extended in the direction.
  • the fourth fixing portion 24 b is provided in an annular shape.
  • the first measuring unit 10-1 is provided between the first branch fixing portion 21b1 and the second fixing portion 22b
  • the second measuring portion 10-2 is provided between the second branch fixing portion 21b2 and the third fixing portion 23b
  • the third measuring unit 10-3 is provided inside the annular fourth fixing unit 24b.
  • the third measurement unit 10-3 provided inside the fourth fixing unit 24b is configured to be described later in detail, and is mainly a direction orthogonal to the first direction and the second direction, that is, the height direction To detect the strain of
  • the strain sensor 200 includes the base member 201 having the opposing first main surface and the second main surface, and the conductor portion provided on the first main surface of the base member 201.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment in that the second embodiment is different from the first embodiment in the shape of the base 201 and the pattern configuration of the conductor portion.
  • the base material 201 extends in the second direction orthogonal to the first direction from the base portion corresponding to the base fixing portion 21b0, the first branch portion extending from the base portion in the first direction, and the base portion. It has a 2nd branch part and the substantially circular shaped circular part pinched
  • the circular portion is provided such that the center thereof is located on the central axis of the base portion.
  • a first branch fixing portion 21b1, a first measuring portion 10-1, and a second fixing portion 22b are provided in the first branch portion.
  • a second branch fixing portion 21b2, a second measuring portion 10-2, and a third fixing portion 23b are provided in the second branch portion.
  • a fourth fixing portion 24b and a third measuring portion 10-3 are provided in the circular portion.
  • the constituent material of the substrate 201 is preferably a stretchable material having a small modulus of elasticity, and, for example, a stretchable material having a small modulus of elasticity such as polyurethane, acrylic, or silicone resin is preferably included. Is the same as
  • the conductor portion has six first to sixth connection terminal conductors 1t1 to 1t6 on the first main surface of the base fixing portion 21b0 (the base portion of the base material 201).
  • the first to sixth connection terminal conductors 1t1 to 1t6 are provided on the first main surface of the base fixing portion 21b0 at a position opposite to the first branch fixing portion 21b1 and the second branch fixing portion 21b2.
  • the conductor portion also has first to sixth wiring conductors 1w1 to 1w6 extending from the first to sixth connection terminal conductors 1t1 to 1t6, respectively.
  • the first and second wiring conductors 1w1 to 1w2 are provided adjacent to and in parallel with each other, and extend from the base fixing portion 21b0 to the first branch fixing portion 21b1.
  • the third to fourth wiring conductors 1w3 to 1w4 are provided adjacent to and in parallel with each other, and extend from the base fixing portion 21b0 to the second branch fixing portion 21b2.
  • the fifth to sixth wiring conductors 1w5 to 1w6 are provided adjacent to and in parallel with each other, and are provided to extend from the base fixing portion 21b0 to the fourth fixing portion 24b.
  • the conductor portion further includes first to fifth detection conductors 1d1 to 1d5 extending from tip portions of the first to sixth wiring conductors 1w1 to 1w6, respectively.
  • the first to fifth detection conductors 1d1 to 1d5 are formed to be narrower than the first to sixth wiring conductors 1w1 to 1w6, respectively.
  • the first and second detection conductors 1d1 and 1d2 are provided to the first measurement unit 10-1, and the tip end portion thereof is connected to the second fixing unit 22b.
  • the third to fourth detection conductors 1d3 to 1d4 are provided in the second measurement unit 10-2, and the tip end portion thereof is connected at the third fixing unit 23b.
  • the fifth detection conductor 1d5 is connected to the fifth wiring conductor 1w5, and the other end is connected to the sixth wiring conductor 11w6.
  • the fifth detection conductor 1d5 is provided in the third measurement unit 10-3 as described in detail below. There is.
  • the constituent material of the conductor portion 1 is the same as that of the strain sensor of the first embodiment.
  • the first detection circuit in which the detection conductors 1d1 and 1d2 are connected in series is formed between the first and second connection terminal conductors 1t1 and 1t2.
  • the detection conductors 1d1 and 1d2 have resistance values of the detection conductors 1d1 and 1d2 by changing the length in the first direction corresponding to the expansion and contraction of the base of the first measurement unit 10-1. Change.
  • the amount of expansion and contraction of the base of the first measurement unit 10-1 by detecting the change in the resistance value of the detection conductor 1d1 and 1d2 based on, for example, the change in the current value between the first and second connection terminal conductors 1t1 and 1t2. That is, strain can be detected.
  • a second detection circuit is configured in which the detection conductors 1d3 and 1d4 are connected in series between the second to third connection terminal conductors 1t3 to 1t4.
  • the detection conductors 1d3 and 1d4 have resistance values of the detection conductors 1d3 and 1d4 by changing the length in the second direction corresponding to the expansion and contraction of the base of the second measurement unit 10-2. Change.
  • the amount of expansion and contraction of the base material of the second measurement unit 10-2 by detecting the change in resistance value of the detection conductors 1d3 and 1d4 based on, for example, the change in current value between the third and fourth connection terminal conductors 1t3 to 1t4. That is, strain can be detected.
  • the configurations of the first measurement unit 10-1 and the second measurement unit 10-2 are the same as the measurement unit 10 in the strain sensor of the first embodiment. Therefore, the configuration of the third measurement unit 10-3 different from that of the first embodiment will be mainly described below.
  • the third measurement unit 10-3 is provided inside the annular fourth fixing unit 24b, and as described above, mainly detects strain in a direction orthogonal to the first direction and the second direction.
  • the third measurement portion 10-3 is a region for measuring the change in shape of the object to be measured located inside the annular fourth fixing portion 24b, and has a plurality of (six) low elastic modulus portions 12-1 having a fan shape. To 12-6, and a plurality of (six) radial detection regions 11-1 to 11- positioned between the adjacent low elastic modulus portions and radially extending from the center of the third measurement portion 10-3. 6 and including.
  • the detection units 11-1 to 11-6 are formed such that the length in the radiation direction of the measurement unit 10-3 is longer than the width in the direction orthogonal to the radiation direction, whereby the detection units 11-1 to 11-6 can be elastically deformed without restricting the expansion and contraction of the object to be measured according to the expansion and contraction of the object to be measured.
  • One end of the fifth detection conductor 1d5 is connected to the fifth wiring conductor 1w5, and the fifth detection conductor 1d5 is drawn out to the detection unit 11-1 and meandered in each of the detection units 11-2 to 11-6.
  • the other end is connected to the sixth wiring conductor 1 w 6 via 1.
  • Each of the plurality of low modulus sections 12-1 to 12-6 includes, for example, ten slits 3-1 to 3-10.
  • the plurality of slits 3-1 to 3-10 are arranged such that the centers of the slits 3-1 to 3-10 are located on the central line that bisects the central angle of the sector at each low elastic modulus portion and in the direction of expansion or contraction Are formed to be orthogonal to the center line.
  • the slits 3-1 to 3-10 respectively have slit lengths (lengths in a direction orthogonal to the center line) as they move outward from the center of the sector. Is formed to be long.
  • the low elastic modulus portions 12-1 to 12-6 expand and contract without suppressing the expansion and contraction of the object to be measured and the expansion and contraction of the detection portions 11-1 to 11-6 according to the expansion and contraction of the object to be measured.
  • the ends of the plurality of slits 3-1 to 3-10 and the fifth wiring conductor 1w5 adjacent to the ends are formed to be equal in distance.
  • the third measurement unit 10-3 is configured to include six low elastic modulus portions, but it is sufficient if at least two or more low elastic modulus portions are included, and a slit is used. Is not limited to a straight line, and may be formed in an arc shape.
  • the fourth fixing portion 24 b is annularly provided around the third measuring portion 10-3, and the second main surface of the base 201 in the fourth fixing portion 24 b is attached to the surface of the object to be measured. 3 Fix around the measuring unit 10-3.
  • the fourth fixing unit 24 b supports the measurement unit 10 so that the third measurement unit 10-3 expands and contracts according to the expansion and contraction of the measurement target region of the measurement object.
  • the fourth fixing portion 24b can detect a strain corresponding to the expansion and contraction in the area to be measured without being affected by the expansion and contraction in the area other than the area to be measured when the area to be measured on the object to be measured expands and contracts. It is preferable to include the restraint portion 34b.
  • the restraint portion 34b is preferably provided around the third measurement portion 10-3, preferably in proximity to the third measurement portion 10-3, as shown in FIG. As a result, it becomes possible to measure the strain in the measurement target region of the object to be measured accurately while reducing the influence of the portion other than the measurement target region.
  • the strain sensor 200 according to the second embodiment configured as described above is capable of expanding and contracting according to the strain generated in low-elasticity physical properties, respectively.
  • the first measurement unit 10-1 is stretched in the first direction
  • the second measurement unit 10-2 is stretched in the second direction
  • the third measuring unit 10-3 has high sensitivity to expansion and contraction in a direction orthogonal to the first direction and the second direction, that is, a direction orthogonal to the first main surface of the base 201.
  • the arrangement of the first measurement unit 10-1 and the second measurement unit 10-2 is not limited to the positions orthogonal to each other, and the first measurement unit 10 according to the main expansion and contraction direction of the measurement target region of the measurement object.
  • the strain sensor 200 can be attached so that the second measuring unit 10-2 and the third measuring unit 10-3 can be appropriately disposed, and strain can be measured with high sensitivity in each measuring unit. By providing this configuration, it is possible to detect the strain in the three directions XYZ of the object to be measured, and combine them to estimate the shape of the deformation that causes the strain.
  • FIG. 3 is a plan view showing the configuration of a strain sensor 200M1 of Modification 1 according to the second embodiment.
  • the strain sensor 200M1 of the first modification is the same as the strain sensor 200 of the second embodiment except that the third measurement unit 10-3 is omitted in the strain sensor 200 of the second embodiment as shown in FIG. It is.
  • a strain sensor having high sensitivity to expansion and contraction in the first direction and the second direction can be provided at low cost as compared with the strain sensor of the second embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of a strain sensor 200M2 of Modification 2 according to the second embodiment.
  • the strain sensor 200M2 of the second modification is the same as the strain sensor 200 of the second embodiment except that the first measurement unit 10-1 and the second measurement unit 10-2 are omitted. This is similar to the strain sensor 200 of mode 2.
  • a strain sensor having high sensitivity in the direction orthogonal to the first direction and the second direction can be provided at low cost as compared with the strain sensor of the second embodiment.
  • the strain sensor 300 of the third embodiment is configured in the same manner as the strain sensor 100 of the first embodiment except that the configuration of the measurement unit 10a is different from that of the strain sensor 100 of the first embodiment.
  • the measuring unit 10a is suitable for detecting a strain with a large force causing strain as compared with the strain sensor according to the first embodiment and a large deformation.
  • the measurement unit 10a includes the detection unit 11a provided with the detection conductor 1da and the low elastic modulus unit 12a as shown in FIG. The portion 12a is disposed between the detection portion 11a and the second fixing portion 22a.
  • the low elastic modulus portion 12a includes the first low elastic modulus portion 12a1 and the second low elastic modulus portion 12a1 arranged symmetrically with respect to the center line in the first direction, which is the extension direction of the detection conductor 1da. And a rate unit 12a2.
  • Each of the first low elastic modulus portion 12a1 and the second low elastic modulus portion 12a2 includes a plurality of slits each having a length in the direction orthogonal to the first direction longer than the width in the first direction.
  • the low elastic modulus portion 12a (the first low elastic modulus portion 12a1 and the second low elastic modulus portion 12a2) configured as described above has an expansion ratio in the first direction greater than that of the detection portion 11a.
  • the measuring unit 10a of the strain sensor 300 according to the third embodiment configured as described above has a large deformation of the low elastic modulus portion 12a having a large expansion ratio compared to the detecting unit 11a when the entire measuring unit 10a receives a large deformation. As a result, disconnection of the detection conductor 1da formed in the detection portion 11a can be prevented. Further, the detection unit 11a can be formed to have a wider width than the detection unit 11 of the strain sensor 100 according to the first embodiment, and the disconnection of the detection conductor 1da can be prevented more effectively.
  • the low elastic modulus portion 12a capable of large elastic deformation is disposed between the detection portion 11a and the second fixing portion 22a, whereby the measurement portion 10a is largely deformed.
  • the strain can be detected without breaking the detection conductor 1da when a
  • the mixture of metal and resin constituting the detection conductor 1da can be deformed to about 120 to 130% when the initial length (length in the case of no strain) is 100%.
  • the deformation of the entire measurement unit 10a can be made about 160% to 190%, and a large deformation of 160% to 190% can be detected.
  • the area ratio of the low elastic modulus portion 12a with respect to the detecting portion 11a, in the low elastic modulus portion 12a in consideration of the maximum deformation amount (strain amount) assumed in the measurement region of the object to be measured.
  • the strain sensor 300 of the third embodiment can increase the rate of increase or decrease in resistance value against deformation, and can detect a small strain with high sensitivity, by using a mixture of metal powder and resin.
  • the strain sensor 300 includes the first constraining portion 31a and the second constraining portion 32a so that the measurement of the strain in the measurement target area of the object to be measured can be performed in a portion other than the measurement target area. The influence can be reduced and the measurement can be performed accurately.
  • the first measuring unit 10-1 and / or the second measuring unit 10-2 is the third embodiment of the third embodiment. You may comprise similarly to the measurement part 10a.
  • the strain sensor 400 according to the fourth embodiment is a strain sensor in which fixing portions and measuring portions are alternately provided in the first direction as shown in FIG. 6, and includes four first fixing portions 21c and second fixing portions 22c.
  • a third fixing unit 23c and a fourth fixing unit 24c, three first measurement units 10-1a, and a second measurement unit 10-2a and a third measurement unit 10-3a are provided.
  • the first measurement unit 10-1a is provided between the first fixing unit 21c and the second fixing unit 22c
  • the second measuring unit 10-2a is a second fixing unit 22c.
  • the third measuring unit 10-3a is provided between the third fixing unit 23c and the fourth fixing unit 24c.
  • the base material 401 having the opposing first main surface and the second main surface, and the conductor provided on the first main surface of the base material 401 This embodiment is similar to the other embodiments in that it is configured to include a part.
  • the strain sensor 400 of the fourth embodiment will be described in detail with reference to FIG.
  • the first fixing portion 21c includes first to sixth connection terminal conductors 1t1 to 1t6.
  • the first and second connection terminal conductors 1t1 and 1t2 are provided on the inner side closest to the center line in the first direction, and the third and fourth connection terminal conductors 1t3 and 1t4 are provided on the outer side thereof.
  • the fifth and sixth connection terminal conductors 1t5 and 1t6 are provided.
  • the respective tips are fixed to the first fixed portion 21c and the first fixed portion 21c. It is collected near the center line and wired so as to be close to each other in a state of being separated at the boundary with the first measurement unit 10-1a.
  • the first and second detection conductors 1d1 and 1d2 for detecting the strain of the first measurement unit 10-1a are the third and fourth connection terminal conductors 1t3,
  • the fifth and sixth detection conductors 1d5 and 1d6 for detecting strain are provided as follows.
  • the first and second detection conductors 1d1 and 1d2 are respectively extended from the ends of the first and second wiring conductors 1w1 and 1w2 and provided in the first measurement unit 10-1a, and the end portion thereof is the second fixing portion 22c. It is connected.
  • the third detection conductor 1d3 extends from the tip of the third wiring conductor 1w3 and is extended from the tip of the third conductor 1cd3 provided in the first measurement portion 10-1a and the tip of the third conductor 1cd3 to form the second fixed portion 22c. And the connection conductor provided in the second measurement unit 10-2a.
  • the fourth detection conductor 1d4 extends from the end of the fourth wiring conductor 1w4 and is extended from the end of the fourth conductor 1cd4 provided in the first measurement portion 10-1a and the end of the fourth conductor 1cd4 to perform the second fixing
  • the second measurement unit 10-2a is provided with the connection conductor provided in the portion 22c.
  • the tip end portion of the third detection conductor 1d3 and the tip end portion of the fourth detection conductor 1d4 are connected at the third fixing portion 23c.
  • the fifth detection conductor 1d5 extends from the end of the fifth wiring conductor 1w5 and is extended from the end of the fifth conductor 1cd5 provided in the first measurement portion 10-1a and the end of the fifth conductor 1cd5 to form the second fixed portion 22c. And the fifth conductor 1 cd 5 a extended from the end of the connection conductor and provided in the second measurement portion 10-2 a and the end of the fifth conductor 1 cd 5 a provided in the third fixed portion 23 c
  • the third measuring unit 10-3a is provided with the connection conductor.
  • the sixth detection conductor 1d6 extends from the tip of the sixth wiring conductor 1w6, and extends from the tip of the sixth conductor 1cd6 provided in the first measurement portion 10-1a and the sixth conductor 1cd6 to form the second fixed portion 22c.
  • Provided at the third fixed portion 23c by extending from the tip of the connection conductor provided at the end of the connection conductor provided at the end of the connection conductor and the sixth conductor 1cd6a provided at the second measurement portion 10-2a and the sixth conductor 1cd6a.
  • the third measuring unit 10-3a is provided with the connection conductor.
  • the tip end portion of the fifth detection conductor 1d5 and the tip end portion of the sixth detection conductor 1d6 are connected at the fourth fixing portion 24c.
  • the resistance value of the connecting conductor formed in the fixed portion does not substantially change due to strain.
  • the strain of the first measurement portion 10-1a in which the first detection conductor 1d1 and the second detection conductor 1d2 are connected in series is detected between the first and second connection terminal conductors 1t1 and 1t2.
  • a first detection circuit is configured.
  • a second detection circuit for detecting the distortion of -2a is configured.
  • the fifth conductor 1cd5 Between the fifth and sixth connection terminal conductors 1t5 and 1t6, the fifth conductor 1cd5, the fifth conductor 1cd5a, the fifth detection conductor 1d5, the sixth detection conductor 1d6, the sixth conductor 1cd6a, and the sixth conductor 1cd6 And a third detection circuit for detecting distortion of the third measurement unit 10-3a connected in series.
  • the change in resistance between the first and second connection terminal conductors 1t1 and 1t2 is a change in resistance between the first detection conductor 1d1 and the second detection conductor 1d2.
  • the strain in the first measurement unit 10-1a can be detected by the change in the resistance value between the two connection terminal conductors 1t1 and 1t2.
  • the fourth detection conductor 1 d 4 for detecting distortion of each measurement unit
  • the third conductor 1 cd 3, the fourth conductor 1 cd 4, the fifth conductor 1 cd 5, the fifth conductor 1 cd 5 a, the sixth conductor 1 cd 6 a, and the sixth conductor 1 cd 6 are formed in other measurement portions and whose resistance value changes due to strain of the measurement portions. including.
  • the third detection conductor 1d3 and the fourth detection in the measurement unit to be detected excluding the resistance value change in the conductor formed in the measurement unit other than the measurement unit to be detected It is necessary to calculate the resistance value change in the conductor 1d4, or the resistance value change in the fifth detection conductor 1d5 and the sixth detection conductor 1d6.
  • various methods can be considered to remove the change in the resistance value of the conductor formed in the measurement portion other than the measurement portion to be detected.
  • the following method may be used.
  • the third conductor 1cd3 and the fourth conductor 1cd4 provided in the first measurement unit 10-1a have the same configuration as the first and second detection conductors 1d1 and 1d2 of the first detection circuit.
  • the same configuration means that the first detection conductor 1d1 and the second detection conductor 1d2 are formed in the same shape using the same material.
  • the change in resistance value of the third conductor 1cd3 and the fourth conductor 1cd4 is substantially the same as the change in resistance value of the first and second detection conductors 1d1 and 1d2.
  • the resistance change of the first and second detection conductors 1d1 and 1d2 detected by the first detection circuit is removed from the resistance change of the second detection circuit between the third and fourth connection terminal conductors 1t3 and 1t4.
  • the resistance value change of the third detection conductor 1d3 and the fourth detection conductor 1d4 in the second detection circuit can be calculated.
  • the fifth conductor 1cd5 and the sixth conductor 1cd6 provided in the first measurement unit 10-1a are the same as the first and second detection conductors 1d1 and 1d2 of the first detection circuit.
  • the fifth conductor 1 cd 5 a and the sixth conductor 1 cd 6 a provided in the second measurement unit 10-2 a may be configured the same as the third detection conductor 1 d 3 and the fourth detection conductor 1 d 4 in the second detection circuit.
  • the change in resistance of the fifth detection conductor 1d5 and the sixth detection conductor 1d6 in the third detection circuit is obtained. It can be calculated.
  • the strain sensor of Embodiment 4 configured as described above can differentially measure the strain of a plurality of detection target areas with respect to a relatively narrow detection target, and for example, with respect to the finger of a human body It can detect swelling and swelling at multiple locations.
  • the first fixing portion 21c, the second fixing portion 22c, the third fixing portion 23c, and the fourth fixing portion 24c respectively measure the measurement target region when the measurement target region in the measurement object is expanded or contracted.
  • the first restraint portion 31c, the second restraint portion 32c, the third restraint portion 33c, and the fourth restraint such that the strain corresponding to the expansion and contraction in the measurement target area can be detected without being affected by the expansion and contraction in the area other than the target area. It is preferable to include the part 34c.
  • the strain sensor 500 according to the fifth embodiment is a strain sensor in which fixing portions and measuring portions are alternately provided in the first direction as shown in FIG. 7, and includes four first fixing portions 21d and second fixing portions 22d, A third fixed unit 23d and a fourth fixed unit 24d, three first measurement units 10-1b, and a second measurement unit 10-2b and a third measurement unit 10-3b are provided.
  • the first measurement unit 10-1b is provided between the first fixed unit 21d and the second fixed unit 22d
  • the second measurement unit 10-2b includes the second fixed unit 22d and the second fixed unit 22d.
  • the third measurement unit 10-3b is provided between the third fixed unit 23d, and the third measurement unit 10-3b is provided between the third fixed unit 23d and the fourth fixed unit 24d.
  • the strain sensor 500 according to the fifth embodiment as in the other embodiments, the base material 501 having the opposing first main surface and the second main surface, and the conductor provided on the first main surface of the base material 501.
  • This embodiment is similar to the other embodiments in that it is configured to include a part.
  • the strain sensor 500 of the fifth embodiment is the same as the strain sensor 400 of the fourth embodiment in that fixing parts and measuring parts are alternately provided in the first direction, but the fourth fixing is performed.
  • the shapes of the three first fixing portions 21d excluding the portion 24d, the second fixing portions 22d, and the third fixing portions 23d are different from the shapes of the first to third fixing portions 21c, 22c, and 23c of the fourth embodiment.
  • each of the first fixing portion 21d, the second fixing portion 22d, and the third fixing portion 23d is a first wiring fixing portion extending in a direction orthogonal to the first direction. It has 21dc, 2nd wiring fixing
  • first wiring fixing portion 21dc, the second wiring fixing portion 22dc, and the third wiring fixing portion 23dc are excluded from the first fixing portion 21d, the second fixing portion 22d, and the third fixing portion 23d, respectively.
  • the portions are referred to as a first measurement fixing portion 21dm, a second first measurement fixing portion 22dm, and a third first measurement fixing portion 23dm.
  • strain sensor 500 of the fifth embodiment will be described in detail with reference to FIG.
  • the first wiring fixing portion 21dc includes a first connection terminal conductor 1t1 and a second connection terminal conductor 1t2 at the end opposite to the first measurement fixing portion 21dm.
  • the first measurement fixing portion 21dm Are bent in the first direction and wired.
  • the second wiring fixing portion 22dc includes a third connection terminal conductor 1t3 and a fourth connection terminal conductor 1t4 at the end opposite to the second measurement fixing portion 22dm.
  • the third and fourth wiring conductors 1w3d, 1w4d are respectively extended from the third and fourth connection terminal conductors 1t3, 1t4 in the direction orthogonal to the first direction, and then the second measurement fixed portion 22dm Are bent in the first direction and wired.
  • a fifth connection terminal conductor 1t5 and a sixth connection terminal conductor 1t6 are included at the end of the third wiring fixing portion 23dc opposite to the third measurement fixing portion 23dm.
  • the fifth and sixth wiring conductors 1w5d, 1w6d are respectively extended from the fifth and sixth connection terminal conductors 1t5, 1t5 in the direction orthogonal to the first direction, and then the third measurement fixed portion 23dm Are bent in the first direction and wired.
  • the first and second detection conductors 1d1 to 1d2 extend from the ends of the first and second wiring conductors 1w1d and 1w2d, respectively, and are provided in the first measuring unit 10-1b. Connected
  • the third to fourth detection conductors 1d3 to 1d4 respectively extend from the ends of the third and fourth wiring conductors 1w3d and 1w4d and are provided in the second measurement unit 10-2b, and the end portions thereof are the third fixed portion 23d. Connected
  • the fifth to sixth detection conductors 1d5 to 1d6 respectively extend from the ends of the fifth and sixth wiring conductors 1w5d and 1w6d and are provided in the third measuring portion 10-3b, and the end portions thereof are the fourth fixing portion 24d. Connected
  • the first and second detection conductors 1d1 and 1d2 for detecting distortion of the first measurement unit 10-1d are connected in series between the first and second connection terminal conductors 1t1 and 1t2.
  • the first detection circuit is configured.
  • a second detection in which third and fourth detection conductors 1d3 and 1d4 are connected in series between the third and fourth connection terminal conductors 1t3 and 1t4 to detect distortion of the second measurement unit 10-2d.
  • a circuit is configured.
  • a third detection circuit in which fifth and sixth detection conductors 1d5 and 1d6 are connected in series is provided between the fifth and sixth connection terminal conductors 1t5 and 1t6 to detect distortion of the third measurement unit 10-3d.
  • the strain sensor of Embodiment 4 configured as described above can differentially measure the strain of a plurality of detection target areas.
  • the first fixing portion 21d, the second fixing portion 22d, the third fixing portion 23d, and the fourth fixing portion 24d respectively measure the measurement target region when the measurement target region in the measurement target is expanded and contracted.
  • the first restraint portion 31d, the second restraint portion 32d, the third restraint portion 33d, and the fourth restraint such that a strain corresponding to the expansion and contraction in the measurement target area can be detected without being affected by the expansion and contraction in the area other than the target area. It is preferable to include the part 34d.
  • the elastic modulus of the entire measurement unit is reduced by the low elastic modulus portion provided separately from the detection portion including the slit, and low elastic modulus such as strain associated with skin swelling, for example. Enables detection of the strain that occurs in various physical properties.
  • the present invention is not limited to this, and instead of forming the low elastic modulus portion, for example, the thickness of the substrate in the measurement portion may be thinner than that in the fixed portion, or The elastic modulus of the measurement part may be lowered by narrowing the width as compared to the fixed part.
  • the elastic modulus of the measurement unit is reduced by providing a plurality of through holes in the low elastic modulus portion instead of the slits or forming concave portions in the shape of grooves or dots.
  • the low elastic modulus portion refers to the whole of the measurement portion by making the thickness of the base in the measurement portion thinner than that of the fixed portion or making the width of the measurement portion narrower than that of the fixed portion. It also includes lowering the elastic modulus of
  • a base material made of a resin such as polyurethane having a low elastic modulus and a high stretchability is prepared.
  • the prepared substrates are processed into shapes respectively corresponding to the shapes of the strain sensors of Embodiments 1-5. This shape processing is performed, for example, by die cutter processing, press processing, laser processing or the like.
  • a slit is formed in each measurement portion of the shaped substrate. The formation of the slits is performed, for example, by laser processing, processing by a die cutter, punching or the like.
  • a conductor portion including the connection terminal conductor, the wiring conductor, and the detection conductor is formed on the shaped first main surface (upper surface).
  • the pattern formation of a conductor part can be performed by screen printing, a dispenser, etc.
  • the connection terminal conductor, the wiring conductor, and the detection conductor may be formed of different conductor materials according to their functions, as described above.
  • a resin having a high elastic modulus by curing for example, a urethane-modified acrylic resin or the like, is formed in a predetermined pattern on a predetermined portion of the fixing portion and hardened. Curing of this resin is carried out, for example, by heating, moisture curing depending on the type, and UV curing. After or before the above steps, an adhesive layer is formed on the second main surface of the base in the fixing portion, if necessary.
  • the strain sensors of Embodiments 1 to 5 can be manufactured.
  • the evaluation samples S1 to S10 produced as described above were pulled in the direction of expansion and contraction of the substrate, and the strain (elongation rate) with respect to the tensile load was evaluated.
  • the strain is shown as a rate of elongation based on the time when no tensile load is applied to the substrate. Specifically, 100% strain means that the substrate was stretched to twice its length.
  • Evaluation results of strain (elongation rate) to tensile load of evaluation samples S1 to S10 are shown in the graph of FIG. From this evaluation result, for the substrate having a width of 20 mm, by providing slits having a slit length of 4 mm in each of the first slit group and the second slit group, ie, with respect to the width of the substrate, By forming a slit having a total slit length of 40% with the second slit group, the same amount of strain can be obtained under a tensile load of about 2/3 as compared with the evaluation sample S10 in which the slit is not formed. Can understand.
  • a slit having a total slit length of 60% of the first slit group and the second slit group is approximately about compared with evaluation sample S10 in which the slit is not formed. It can be understood that the same amount of strain can be obtained with a half tensile load.
  • Example 1 a rectangular base material 101 made of thermoplastic polyurethane having a width of 10 mm, a length of 50 mm and a thickness of 40 ⁇ m is prepared, and the connection terminal conductor is provided on one of the main surfaces (first main surface) as follows. A wire conductor 1w and a detection conductor 1d were formed.
  • a portion 36 mm from one end of the substrate 101 is used as a first fixing portion, and a portion 7 mm from the other end is used as a second fixing portion, and the first fixing portion and the second fixing portion The portion of 7 mm between them was taken as the measurement part.
  • a portion having a width of 2 mm at the central portion is used as a detection portion, and portions having a width of 4 mm on both sides of the detection portion are each used as low elastic modulus portions.
  • the width of the wiring conductor 1 w was 1.5 mm
  • the width of the detection conductor 1 d was 0.3 mm.
  • the length of the detection conductor 1d is 7 mm
  • the distance between the two detection conductors 1d is 0.6 mm.
  • the wiring conductor 1 w and the detection conductor 1 d were formed by printing a silver paste containing silver powder and a thermosetting resin, and curing the resin by heating.
  • the slits were formed by 11 rows of CO 2 laser processing at a pitch of 0.5 mm in each of the low elastic modulus portions so that the length was 3 mm and the width was 0.2 mm.
  • the slits were formed such that one end on the detection unit side reached the boundary between the detection unit and the low elastic modulus portion. That is, the pitch between the slits of one low elastic modulus portion and the slits of the other low elastic modulus portion, which is located in the direction orthogonal to the expansion and contraction direction of the detection conductor, is 5 mm.
  • the first constraining portion is formed to cover the wiring conductor of the first fixing portion, and the second constraining portion is formed in the second fixing portion.
  • the first constraining portion and the second constraining portion were each formed of a UV curable urethane-modified acrylic resin.
  • Example 2 The strain sensor of the second embodiment is the same as the strain sensor of the first embodiment except that the first restraint portion of the first fixed portion and the second restraint portion of the second fixed portion are not formed in the strain sensor of the first embodiment. It was made.
  • Comparative Example 1 The strain sensor of Comparative Example 1 was produced in the same manner as the strain sensor of Example 1 except that the slit, that is, the low elastic modulus portion was not formed in the strain sensor of Example 1.
  • Comparative Example 2 The strain sensor of Comparative Example 2 was manufactured without forming the first restraint portion of the first fixed portion and the second restraint portion of the second fixed portion and without forming the slit, that is, the low elastic modulus portion, The strain sensor of Example 1 was manufactured similarly.
  • the rate of change in resistance to strain was measured for each of the strain sensors of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 configured as described above.
  • the change in resistance change rate with respect to strain in this example and the comparative example was measured by sticking a strain sensor on a plate-like elastomer having rubber elasticity and stretching it.
  • the results are shown in FIG.
  • the rate of change in resistance to strain more than doubled was obtained as compared to Comparative Examples 1 and 2.
  • the rate of change in resistance to From this even if the first fixed portion and the second fixed portion are provided with the constraining portion without forming the low elastic modulus portion (slit) in the measurement portion, the improvement effect of the rate of change in resistance to strain by the constraining portion is limited. It is understood that there is.
  • the rate of change in resistance to strain of the strain sensor of Example 1 is twice or more the rate of change in resistance to strain of the strain sensor of Example 2. This is because, after forming the low elastic modulus portion (slit) in the measurement portion and further forming the first restraint portion in the first fixed portion and the second restraint portion in the second fixed portion, their synergistic effects Means that the rate of change in resistance to extremely high strain can be obtained.
  • the strain sensor according to the present invention described above can be applied, for example, to applications in which detection of a small strain is required, such as detection of deformation such as local swelling of the skin of a human body.

Abstract

固定部と該固定部により伸縮可能に支持された測定部とを備えたひずみセンサであって、ひずみセンサは、対向する第１主面と第２主面とを有する基材と第１主面に設けられた導体部とを有してなり、導体部は、測定部に設けられ、測定部の基材の伸縮に対応して抵抗値が変化する検出導体を含み、測定部は、検出導体が設けられた検出部と、該検出部における外力に対する変形量を大きくする低弾性率部を含む。

Description

ひずみセンサとその製造方法
　本発明は、ひずみセンサとその製造方法に関する。
　近年、ひずみセンサは、身体やロボットの動作検出や制御等に用いられている。例えば、特許文献１の段落０００３には、カーボンナノチューブ(ＣＮＴ)を抵抗体の材料に用いたひずみセンサにより、人体の手に装着されるデータグローブや、身体に直接装着可能なウェアラブル機器、ロボットの関節駆動部位等の各種の電子機器に搭載されることで、身体やロボットの動作検出や制御等に用いることが可能となることが開示されている（特許文献１の段落０００３）。
特開２０１６－１７０１２３号公報
　しかしながら、従来のひずみセンサは、ロボットの関節駆動部位等の堅い対象物の比較的大きい応力によって発生するひずみの検出を目的として作製されており、用途は限定的であった。例えば、低弾性である人体の皮膚表面のひずみを検出する場合には、皮膚表面が低弾性であるため、従来のひずみセンサではひずみセンサ自体がひずみを拘束し、正確なひずみを検出することは困難であった。
　そこで、本発明は、低弾性な物性に生じるひずみの検出が可能なひずみセンサとその製造方法を提供することを目的とする。
　以上の課題を解決するために、本発明に係る一形態のひずみセンサは、固定部と該固定部により支持された伸縮可能な測定部とを備えたひずみセンサであって、
　該ひずみセンサは、対向する第１主面と第２主面とを有する基材と前記第１主面に設けられた導体部とを有してなり、
　前記導体部は、前記測定部に設けられ、前記測定部の基材の伸縮に対応して抵抗値が変化する検出導体を含み、
　前記測定部は、前記検出導体が設けられた検出部と、該検出部における外力に対する変形量を大きくする低弾性率部を含むことを特徴とする。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記測定部が低弾性率部を含むので、従来のひずみセンサに比較して低弾性な物性に生じるひずみを検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記低弾性率部は、前記検出部とは別に設けられる。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記測定部が低弾性率部を含むので、従来のひずみセンサに比較して低弾性な物性に生じるひずみを検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記低弾性率部は、前記検出導体の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含む。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記低弾性率部が、前記検出導体の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含むので、簡単な構成で従来のひずみセンサに比較して低弾性な物性に生じるひずみを検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記低弾性率部は、前記検出部と前記固定部の間に設けられている。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記低弾性率部が前記検出部と前記固定部の間に設けられているので、前記検出部に大きな力がかかるのを防止でき、前記検出部の破損を抑制できる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記低弾性率部は、前記複数のスリットの一部を含む第１低弾性率部と前記複数のスリットの一部を含む第２低弾性率部とを含む。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記低弾性率部が前記第１低弾性率部と第２低弾性率部とを含むので、前記測定部の弾性率をより小さくでき、より精度よく低弾性な物性に生じるひずみを検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記検出部は、前記第１低弾性率部と前記第２低弾性率部との間に設けられている。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記検出部が前記第１低弾性率部と前記第２低弾性率部との間に設けられているので、よりいっそう精度よく低弾性な物性に生じるひずみを検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記第１低弾性率部に設けられたスリットと前記第２低弾性率部に設けられたスリットとは同じ数で線対称に設けられており、線対称に設けられた２つのスリットのスリット長を合わせた長さが、測定部の幅の４０％以上である。
　以上のように構成されたひずみセンサは、線対称に設けられた２つのスリットのスリット長を合わせた長さが測定部の幅の４０％以上であるので、スリットにより効果的に低弾性率化を図ることができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記固定部は第１の固定部と第２の固定部とを有し、前記測定部は前記第１の固定部と前記第２の固定部との間に位置する。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記測定部が第１の固定部と第２の固定部との間に位置するので、測定部におけるひずみを測定部以外の部位の影響を受けることなく感度良く検出できる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記検出部は、放射状に設けられた複数の放射状検出部を含み、前記低弾性率部は、隣接する放射状検出部間に設けられた複数の扇型低弾性率部を含み、前記検出導体は、前記放射状検出部に設けられている。
　以上のように構成されたひずみセンサは、複数の放射状検出部と複数の扇型低弾性率部を含み、前記検出導体が前記放射状検出部に設けられているので、基材表面に対して直交する方向のひずみを感度良く検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記複数の扇型低弾性率部はそれぞれ、検出導体の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含む。
　以上のように構成されたひずみセンサは、それぞれ設けられた検出導体の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含むので、基材表面に対して直交する方向のひずみをより感度良く検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記複数のスリットは、前記扇型低弾性率部の中心から離れるにしたがって、スリット長が長くなるように設けられている。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記複数のスリットは、前記扇型低弾性率部の中心から離れるにしたがって、スリット長が長くなるように設けられているので、前記扇型低弾性率部全体を均一に低弾性率化でき、基材表面に対して直交する方向のひずみをよりいっそう感度良く検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記導体部は、前記検出導体に接続され、前記固定部に設けられた配線導体を含む。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記導体部が前記固定部に設けられた配線導体を含むので、配線導体における抵抗変化を小さくでき、精度良く検出導体の抵抗変化を検出できる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記測定部を複数備えている。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記測定部を複数備えているので、複数箇所のひずみを検出することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、一測定部に形成された検出導体に接続された配線導体の一部は他の測定部に形成されており、前記一測定部に形成された検出導体の抵抗値の変化を前記他の測定部に形成された検出導体に形成された検出導体の抵抗値の変化に基づいて算出する。
　以上のように構成されたひずみセンサは、配線導体の一部は他の測定部に形成されているので、複数の測定部を備えた小型のひずみセンサを提供できる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記複数の測定部は、互いに伸縮方向が異なる少なくとも２つの測定部を含む。
　以上のように構成されたひずみセンサは、伸縮方向が異なる少なくとも２つの測定部を含むので、伸縮方向が異なる、異なる箇所のひずみの検出が可能になる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記複数の測定部は、伸縮方向が等しい少なくとも２つの測定部を含む。
　以上のように構成されたひずみセンサは、伸縮方向が等しい少なくとも２つの測定部を含むので、伸縮方向が等しい異なる箇所のひずみの検出が可能になる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記固定部は、基材の伸縮を抑制する拘束部を含む。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記固定部は、基材の伸縮を抑制する拘束部を含むので、ひずみの検出感度を高くできる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記検出導体は、金属粉と樹脂とを含む。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記検出電極は、金属粉と樹脂とを含むので、ひずみの検出感度を高くできる。
　本発明のある形態のひずみセンサは、前記ひずみセンサにおいて、前記基材の前記第２主面に粘着層を備えている。
　以上のように構成されたひずみセンサは、前記基材の第２主面に粘着層を備えているので、検出対称物に容易に固定できる。
　本発明に係る一形態のひずみセンサの製造方法は、固定部と該固定部により支持された伸縮可能な測定部とを備え、前記測定部に検出導体を含むひずみセンサの製造方法であって、
　対向する第１主面と第２主面とを有する基材を準備する工程と、
　前記基材の第１主面に前記検出導体を含む導体部を形成する工程と、
　前記基材の検出部を除いた測定部の一部に低弾性率部を形成する工程と、
　を含む。
　以上のひずみセンサの製造方法によれば、低弾性な物性に生じるひずみの検出が可能なひずみセンサを製造することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサの製造方法は、前記ひずみセンサの製造方法において、前記低弾性率部を形成する工程において、前記基材の前記検出部を除いた測定部の一部に複数のスリットを形成する。
　以上のひずみセンサの製造方法によれば、より精度よく低弾性な物性に生じるひずみの検出が可能なひずみセンサを製造することができる。
　本発明のある形態のひずみセンサの製造方法は、前記ひずみセンサの製造方法において、前記固定部に、前記基材より硬度の高い樹脂を形成する工程を含む。
　以上のひずみセンサの製造方法によれば、より精度よく低弾性な物性に生じるひずみの検出が可能なひずみセンサを製造することができる。
　以上の本発明によれば、低弾性な物性に生じるひずみの検出が可能なひずみセンサとその製造方法を提供することができる。
本発明に係る実施形態１のひずみセンサの構成を示す平面図である。 本発明に係る実施形態２のひずみセンサの構成を示す平面図である。 実施形態２に係る変形例１のひずみセンサの構成を示す平面図である。 実施形態２に係る変形例２のひずみセンサの構成を示す平面図である。 本発明に係る実施形態３のひずみセンサの構成を示す平面図である。 本発明に係る実施形態４のひずみセンサの構成を示す平面図である。 本発明に係る実施形態５のひずみセンサの構成を示す平面図である。 本発明に係るひずみセンサの拘束部に形成したスリットの効果を確認するために作製した評価サンプルの平面図である。 図８に示す評価サンプルにおいて、スリット構成を変化させたときの効果を確認した結果を示すグラフである。 本発明に係る実施例のひずみセンサと比較例のひずみセンサの、ひずみに対する抵抗変化率を示すグラフである。
　本発明者らは、低弾性な物性に働く小さな応力によるひずみの検出が可能なひずみセンサの実現を意図し、そのひずみの検出に対する潜在的な要求（ニーズ）を調査した。その結果、例えば、医療現場において、人体の皮膚の局所的な膨れ等の変形を検出するニーズがあることがわかった。そこで、本発明者は、例えば、人体の皮膚の局所的な膨れや腫れの検出が可能なひずみセンサを実現するために鋭意検討した結果、本発明をなすに至った。ここで、人体の皮膚の局所的な膨れや腫れの検出を可能にするためには、人体の皮膚の弾性率より、ひずみを測定する部位の弾性率が十分低いことが求められる。具体的には、人体の皮膚の弾性率は、角質層で７ＭＰｓ程度であり、真皮で３．４ＭＰｓ程度であることから、以下に説明するひずみセンサの測定部における弾性率は、それより十分低い、３ＭＰｓ以下、好ましくは、２ＭＰｓ以下に設定される。
　以下、図面を参照しながら本発明に係る実施形態のひずみセンサについて説明する。
　実施形態１．
　実施形態１のひずみセンサ１００は、固定部２０と該固定部２０により支持された伸縮可能な測定部１０とを備えたひずみセンサである。図１に示すように、実施形態１のひずみセンサ１００において、固定部２０は、第１固定部２１ａと第２固定部２２ａとを含み、測定部１０は、第１固定部２１ａと第２固定部２２ａの間に配置されている。
　また、実施形態１のひずみセンサ１００は、対向する第１主面と第２主面とを有する基材１０１と、基材１０１の第１主面に設けられた導体部１とを含む。基材１０１の構成材料は、弾性率の小さい伸縮性材料であることが好ましく、例えば、ポリウレタン、アクリル、シリコーン樹脂等の弾性率の小さい伸縮性材料を含むことが好ましい。
　導体部１は、第１固定部２１ａの第１主面上において測定部１０から離れた位置に設けられた２つの接続端子導体１ｔと、各接続端子導体１ｔからそれぞれ同じ方向（以下、第１方向という。）に延びる２つの配線導体１ｗと、配線導体１ｗの先端部からそれぞれ第１方向に延びる配線導体１ｗより細い２つの導体からなる検出導体１ｄとを含む。ここで、実施形態１のひずみセンサ１００において、２つの接続端子導体１ｔ、２つの配線導体１ｗ、２つの検出導体１ｄは、第１方向の中心線に対して線対称に配置されている。また、２つの接続端子導体１ｔと２つの配線導体１ｗは、第１固定部２１ａの第１主面に設けられ、検出導体１ｄは測定部１０の第１主面に設けられ、検出導体１ｄの先端部分を接続する接続導体は第２固定部２２ａの第１主面に設けられる。以上のようにして、２つの接続端子導体１ｔ間に２つの検出導体１ｄが直列に接続された検出回路が構成される。この検出回路において、検出導体１ｄは、測定部１０の基材の伸縮に対応して第１方向（伸縮方向）の長さが変化し、または断面積が変化することにより検出導体１ｄの抵抗値が変化する。この検出導体１ｄの抵抗値変化を、例えば、２つの接続端子導体１ｔ間の電流値の変化により検出することにより、測定部１０の基材１０１の伸縮量、すなわち、ひずみを検出することができる。
　導体部１において、検出導体１ｄの構成材料は、伸縮に対する抵抗値の変化が大きい材料であることが好ましく、例えば、銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）などの金属粉と、シリコーンなどのエラストマー系樹脂からなる混合物により構成することが好ましい。金属粉と樹脂の混合物により検出導体１ｄを構成すると、基材の伸縮により、金属粉間の接触箇所の増減に加え金属粉間の距離が大きくなることから、変形に対する抵抗値の増加率又は減少率を大きくできる。また、検出導体１ｄを金属粉と樹脂の混合物により構成することにより、樹脂の伸縮性により基材の変形による断線を防止できる。
　検出導体１ｄ以外の導体部１の構成材料は、検出導体１ｄと同一の構成材料であってもよいし、検出導体１ｄと異なる構成材料であってもよい。検出導体１ｄ以外の導体部１を、検出導体１ｄと同一の材料により構成すると、検出導体１ｄと検出導体１ｄ以外の導体部１とを一括して１つの工程で形成することができるので、安価にできる。また、検出導体１ｄ以外の導体部１を、検出導体１ｄと異なる構成材料により構成する場合には、検出導体１ｄを変形に対する抵抗値の増減を大きくし、伸縮による断線を防止する構成としつつ、検出導体１ｄ以外の導体部１を抵抗の低い材料により構成することができるため、より精度のよいひずみの検出が可能になる。
　以下、測定部１０と固定部２０の具体的な構成について詳細に説明する。
＜測定部１０＞
　測定部１０は、被測定物の形状変化を測定する領域であり、被測定対象領域の範囲を考慮して測定部１０の外形寸法が設定され、被測定物の柔軟性を考慮して測定部１０の追従性が設定される。追従性に関しては、例えば、測定部１０の基材１０１に切れ込み（スリット）や穴、基材の厚さを薄くするなどにより周囲よりも変形しやすい形状・構造とし、測定部１０の追従性を高くしている。
　実施形態１のひずみセンサ１００では、測定部１０は、図１に示すように、検出導体１ｄが設けられた検出部１１と、検出部１１におけるひずみに対する変形を拘束しないようにかつ被測定物の変形を拘束しないように構成された低弾性率部１２とを含む。具体的には、実施形態１のひずみセンサ１００において、検出部１１は、被測定対象の伸縮に応じて被測定対象の伸縮を拘束することなく、被測定物のひずみに追従して弾性変形するように狭い幅で構成される。実施形態１のひずみセンサ１００では、検出部１１は、第１方向の長さが第１方向に直交する方向の幅に比べて長くなるように構成され、検出部１１において、第１方向に平行に２つの検出導体１ｄが好ましくは近接して並置される。このように検出部１１を構成することにより、検出導体１ｄの伸縮方向における伸縮率を大きくできる。ここで、本明細書において、低弾性率部における低弾性率、低弾性率化というときの「低弾性率」とは、固定部よりも弾性率が低いことを意味する。そして、低弾性率部は、被測定物の被測定対象領域より弾性率が低く変形しやすいことが好ましく、低弾性率部の弾性率は、被策定物の被測定対象領域の弾性率の２分の１以下であることが好ましく、３分の１以下であることがより好ましい。
　そして、低弾性率部１２が検出部１１の両側にそれぞれ設けられる。低弾性率部１２はそれぞれ、検出導体１の伸縮方向に交差する方向、好ましくは直交する方向に設けられた複数のスリット３を含む。これにより、低弾性率部１２は、被測定物の伸縮に応じて被測定物の伸縮及び検出部１１の伸縮を拘束することなく伸縮する。以上のように構成された測定部１０は、測定部１０全体が、例えば、人体の皮膚の膨れ等の被測定物の形状変化を拘束することなく被測定物の形状変化に対応して変形させることができ、被測定物の形状変化に伴う伸縮を検出部１１により検出して被測定物の被測定領域におけるひずみを検出することができる。
　また、低弾性率部１２に形成するスリット３のスリット長（スリットの伸縮方向の長さ、ここでは、第１方向に直交する方向の長さ）は、第１方向に直交する方向に形成された２つのスリット３のスリット長を合計した長さ（合計スリット長）が、測定部１０の幅の４０％以上、好ましくは、６０％以上になるように設定することが好ましい。合計スリット長が４０％以上になるようにスリットを形成すると、スリットを形成していない場合に比較して、約２／３の引張荷重で同じひずみ量が得られ、合計スリット長が６０％以上になるようにスリットを形成すると、スリットを形成していない場合に比較して約半分の引張荷重で同じひずみ量が得られる。
＜固定部２０＞
　固定部２０は、例えば、被測定物の表面に基材１０１の第２主面を貼り付けることによりひずみセンサ全体を固定するものであり、被測定物の被測定対象領域が伸縮したときに当該伸縮に応じて測定部１０が伸縮するように測定部１０を支持する。実施形態１のひずみセンサ１００において、固定部２０は、第１の固定部２１ａと第２の固定部２２ａとを含む。第１の固定部２１ａと第２の固定部２２ａとは、検出導体１ｄの伸縮方向において測定部１０の両側に設けられる。固定部２０は、被測定物における被測定対象領域が伸縮したときに、被測定対象領域以外の領域における伸縮の影響を受けることなく、被測定対象領域における伸縮に対応したひずみが検出できるように拘束部を含むことが好ましい。
拘束部は、図１に示すように、例えば、第１の固定部２１ａに設けられた第１拘束部３１ａと第２の固定部２２ａに設けられた第２拘束部３２ａを含む。また、第１拘束部３１ａと第２拘束部３２ａは測定部１０に近接して設けられていることが好ましい。これにより、被測定物における被測定対象領域におけるひずみの測定を、被測定対象領域以外の部分の影響を小さくして、精度よく測定することが可能になる。
　以上のように構成された実施形態１のひずみセンサ１００は、低弾性な物性に生じるひずみに対応して伸縮可能な測定部１０を備えているので、例えば、人体の皮膚の膨れ等の小さな変形部位におけるひずみの検出が可能である。
　また、実施形態１のひずみセンサ１００の測定部１０の検出部１１を構成する検出導体は、金属粉と樹脂からなる混合物により構成しているので、変形に対する抵抗値の増加率又は減少率を大きくでき、小さなひずみを感度良く検出することができる。
　さらに、実施形態１のひずみセンサ１００は、第１拘束部３１ａと第２拘束部３２ａとを備えているので、被測定物における被測定対象領域におけるひずみの測定を、被測定対象領域以外の部分の影響を小さくして、精度よく測定することができる。
　実施形態２．
　実施形態２のひずみセンサ２００は、図２に示すように、３つの第１測定部１０－１、第２測定部１０－２、第３測定部１０－３を備えたひずみセンサである。ここで、第１測定部１０－１及び第２測定部１０－２は、主として平面的な伸縮によるひずみを検出するように設けられており、第３測定部１０－３は、主として立体的な伸縮によるひずみを検出するように設けられている。
　以下、実施形態２のひずみセンサ２００について詳細に説明する。
　実施形態２のひずみセンサ２００は、固定部として、第１固定部２１ｂと、第２固定部２２ｂと、第３固定部２３ｂと、第４固定部２４ｂと、を含む。ここで、第１固定部２１ｂは、ベース固定部２１ｂ０と、ベース固定部２１ｂ０から第１方向に延在された第１分岐固定部２１ｂ１と、ベース固定部２１ｂ０から第１方向に直交する第２方向に延在された第２分岐固定部２１ｂ２とを含む。また、第４固定部２４ｂは、円環状に設けられる。
　そして、第１分岐固定部２１ｂ１と第２固定部２２ｂの間に第１測定部１０－１が設けられ、第２分岐固定部２１ｂ２と第３固定部２３ｂの間に第２測定部１０－２が設けられ、円環状の第４固定部２４ｂの内側に第３測定部１０－３が設けられる。ここで、第４固定部２４ｂの内側に設けられた第３測定部１０－３は、詳細後述するように構成されて、主として、第１方向及び第２方向に直交する方向、すなわち高さ方向のひずみを検出する。
　また、実施形態２のひずみセンサ２００は、実施形態１と同様、対向する第１主面と第２主面とを有する基材２０１と、基材２０１の第１主面に設けられた導体部とを含んで構成される点では実施形態１と同様であるが、基材２０１の形状及び導体部のパターン構成が実施形態１とは異なっている。
　基材２０１は、ベース固定部２１ｂ０に対応するベース部と、ベース部から第１方向に延在された第１分岐部と、ベース部から第１方向に直交する第２方向に延在された第２分岐部と、第１分岐部と第２分岐部に挟まれた略円形の円形部とを有する。実施形態２において、円形部は、その中心がベース部の中心軸上に位置するように設けられる。第１分岐部には、第１分岐固定部２１ｂ１と第１測定部１０－１と第２固定部２２ｂとが設けられる。第２分岐部には、第２分岐固定部２１ｂ２と第２測定部１０－２と第３固定部２３ｂとが設けられる。円形部には、第４固定部２４ｂと第３測定部１０－３とが設けられる。尚、基材２０１の構成材料は、弾性率の小さい伸縮性材料であることが好ましく、例えば、ポリウレタン、アクリル、シリコーン樹脂等の弾性率の小さい伸縮性材料を含むことが好ましい点は実施形態１と同様である。
　導体部は、ベース固定部２１ｂ０（基材２０１のベース部）の第１主面上に、６つの第１～第６接続端子導体１ｔ１～１ｔ６を有している。第１～第６接続端子導体１ｔ１～１ｔ６は、ベース固定部２１ｂ０の第１主面上における第１分岐固定部２１ｂ１及び第２分岐固定部２１ｂ２とは反対側の位置に設けられる。
　導体部はまた、第１～第６接続端子導体１ｔ１～１ｔ６からそれぞれ延びる第１～第６配線導体１ｗ１～１ｗ６を有している。
第１～第２配線導体１ｗ１～１ｗ２は、隣接して互いに平行に設けられ、ベース固定部２１ｂ０から第１分岐固定部２１ｂ１に延在して設けられる。第３～第４配線導体１ｗ３～１ｗ４は、隣接して互いに平行に設けられ、ベース固定部２１ｂ０から第２分岐固定部２１ｂ２に延在して設けられる。第５～第６配線導体１ｗ５～１ｗ６は、隣接して互いに平行に設けられ、ベース固定部２１ｂ０から第４固定部２４ｂに延在して設けられる。
　導体部はさらに、第１～第６配線導体１ｗ１～１ｗ６の先端部分からそれぞれ延びる第１～第５検出導体１ｄ１～１ｄ５を有している。第１～第５検出導体１ｄ１～１ｄ５はそれぞれ第１～第６配線導体１ｗ１～１ｗ６より細い幅に形成されている。第１～第２検出導体１ｄ１～１ｄ２は、第１測定部１０－１に設けられ、その先端部分が第２固定部２２ｂにおいて接続されている。第３～第４検出導体１ｄ３～１ｄ４は、第２測定部１０－２に設けられ、その先端部分が第３固定部２３ｂにおいて接続されている。
　第５検出導体１ｄ５は、一端が第５配線導体１ｗ５に接続され、他端が第６配線導体１１ｗ６に接続されており、以下詳述するように、第３測定部１０－３に設けられている。
　尚、導体部１の構成材料は、実施形態１のひずみセンサと同様である。
　以上のようにして、第１～第２接続端子導体１ｔ１～１ｔ２間に検出導体１ｄ１，１ｄ２が直列に接続された第１検出回路が構成される。この第１検出回路において、検出導体１ｄ１，１ｄ２は、第１測定部１０－１の基材の伸縮に対応して第１方向の長さが変化することにより検出導体１ｄ１，１ｄ２の抵抗値が変化する。この検出導体１ｄ１，１ｄ２の抵抗値変化を、例えば、第１～第２接続端子導体１ｔ１～１ｔ２間の電流値の変化により検出することにより、第１測定部１０－１の基材の伸縮量、すなわち、ひずみを検出することができる。
　また、第２～第３接続端子導体１ｔ３～１ｔ４間に検出導体１ｄ３，１ｄ４が直列に接続された第２検出回路が構成される。この第２検出回路において、検出導体１ｄ３，１ｄ４は、第２測定部１０－２の基材の伸縮に対応して第２方向の長さが変化することにより検出導体１ｄ３，１ｄ４の抵抗値が変化する。この検出導体１ｄ３，１ｄ４の抵抗値変化を、例えば、第３～第４接続端子導体１ｔ３～１ｔ４間の電流値の変化により検出することにより、第２測定部１０－２の基材の伸縮量、すなわち、ひずみを検出することができる。
　実施形態２のひずみセンサにおいて、第１測定部１０－１及び第２測定部１０－２の構成は、実施形態１のひずみセンサにおける測定部１０と同様である。
　そこで、以下、実施形態１と異なる第３測定部１０－３の構成を中心に説明する。
＜第３測定部１０－３＞
　第３測定部１０－３は、円環状の第４固定部２４ｂの内側に設けられ、上述したように、主として、第１方向及び第２方向に直交する方向のひずみを検出する。
　第３測定部１０－３は、円環状の第４固定部２４ｂの内側に位置する被測定物の形状変化を測定する領域であり、扇形の複数（６個）の低弾性率部１２－１～１２－６と、隣接する低弾性率部の間に位置し、第３測定部１０－３の中心から放射状に延びた複数（６個）の放射状領域からなる検出部１１－１～１１－６と、を含む。検出部１１－１～１１－６は、測定部１０－３の放射方向における長さが放射方向に直交する方向の幅に比べて長くなるように形成され、これにより、検出部１１－１～１１－６は、被測定対象の伸縮に応じて被測定対象の伸縮を拘束することなく弾性変形させることができる。そして、第５検出導体１ｄ５は、一端が第５配線導体１ｗ５に接続され、検出部１１－１に引き出され、検出部１１－２～１１－６においてそれぞれ蛇行配線された後、検出部１１－１を介して他端が第６配線導体１ｗ６に接続される。
　複数の低弾性率部１２－１～１２－６はそれぞれ、例えば、１０個の複数のスリット３－１～３－１０を含む。複数のスリット３－１～３－１０は、各低弾性率部において、扇形の中心角を二等分する中心線上にスリット３－１～３－１０の中心が位置するようにかつその伸縮方向が前記中心線に直交するように形成されている。また、低弾性率部１２－１～１２－６においてそれぞれ、複数のスリット３－１～３－１０は、扇形の中心から外側に離れるにしたがってスリット長（中心線に直交する方向の長さ）が長くなるように形成される。これにより、低弾性率部１２－１～１２－６は、被測定物の伸縮に応じて被測定物の伸縮及び検出部１１－１～１１－６の伸縮を抑制することなく伸縮する。また、好ましくは、複数のスリット３－１～３－１０の端部と該端部に近接する第５配線導体１ｗ５との間隔がそれぞれ等しくなるように形成されていることが好ましい。なお、本実施形態においては、第３測定部１０－３は低弾性率部を６個含む構成となっているが、少なくとも２個以上の低弾性率部を含んでいればよく、また、スリットは直線に限られるものではなく、円弧状に形成されていてもよい。
＜第４固定部２４ｂ＞
　第４固定部２４ｂは、第３測定部１０－３の周りに円環状に設けられ、その第４固定部２４ｂにおける基材２０１の第２主面を被測定物の表面に貼り付けることにより第３測定部１０－３の周りを固定する。第４固定部２４ｂは、被測定物の被測定対象領域が伸縮したときに当該伸縮に応じて第３測定部１０－３が伸縮するように測定部１０を支持する。第４固定部２４ｂは、被測定物における被測定対象領域が伸縮したときに、被測定対象領域以外の領域における伸縮の影響を受けることなく、被測定対象領域における伸縮に対応したひずみが検出できるように拘束部３４ｂを含むことが好ましい。拘束部３４ｂは、図２に示すように、第３測定部１０－３の周りに、好ましくは第３測定部１０－３に近接して設けられることが好ましい。これにより、被測定物における被測定対象領域におけるひずみの測定を、被測定対象領域以外の部分の影響を小さくして、精度よく測定することが可能になる。
　以上のように構成された実施形態２のひずみセンサ２００は、それぞれ低弾性な物性に生じるひずみに対応して伸縮可能な第１測定部１０－１，第２測定部１０－２及び第３測定部１０－３を備えているので、例えば、人体の皮膚の膨れ等の小さな変形部位におけるひずみの検出が可能である。
　以上のように構成された実施形態２のひずみセンサ２００において、第１測定部１０－１は第１方向の伸縮に対し、また、第２測定部１０－２は第２方向に伸縮に対して高い感度を有し、第３測定部１０－３は第１方向と第２方向に直交する方向、すなわち基材２０１の第１主面に直交する方向の伸縮に対して高い感度を有している。第１測定部１０－１と第２測定部１０－２の配置は互いに直交する位置に限定されるものではなく、被測定物の被測定対象領域の主たる伸縮方向に応じて第１測定部１０－１，第２測定部１０－２及び第３測定部１０－３が適切に配置されるようにひずみセンサ２００を取り付けて各測定部において感度よくひずみを測定することができる。この構成を備えることにより、被測定物のＸＹＺの３方向のひずみを検出することができ、これらを総合してひずみを引き起こす変形の形状を推定することができる。
　実施形態２に係る変形例１のひずみセンサ２００Ｍ１
　図３は、実施形態２に係る変形例１のひずみセンサ２００Ｍ１の構成を示す平面図である。この変形例１のひずみセンサ２００Ｍ１は、図３に示すように、実施形態２のひずみセンサ２００において、第３測定部１０－３を除いて構成した以外は、実施形態２のひずみセンサ２００と同様である。実施形態２に係る変形例１のひずみセンサ２００Ｍ１によれば、第１方向及び第２方向の伸縮に対して感度の高いひずみセンサを実施形態２のひずみセンサに比較して安価に提供できる。
　実施形態２に係る変形例２のひずみセンサ２００Ｍ２
　図４は、実施形態２に係る変形例２のひずみセンサ２００Ｍ２の構成を示す平面図である。この変形例２のひずみセンサ２００Ｍ２は、図４に示すように、実施形態２のひずみセンサ２００において、第１測定部１０－１及び第２測定部１０－２を除いて構成した以外は、実施形態２のひずみセンサ２００と同様である。実施形態２に係る変形例２のひずみセンサ２００Ｍ２によれば、第１方向及び第２方向に直交する方向に感度の高いひずみセンサを実施形態２のひずみセンサに比較して安価に提供できる。
　実施形態３．
　実施形態３のひずみセンサ３００は、測定部１０ａの構成が実施形態１のひずみセンサ１００と異なっている他は実施形態１のひずみセンサ１００と同様に構成される。
　以下、実施形態１と異なる測定部１０ａの具体的な構成について、図５を参照しながら説明する。
＜測定部１０ａ＞
　実施形態３のひずみセンサ３００において、測定部１０ａは、実施形態１のひずみセンサに比較してひずみを生じる力が大きく大きな変形を伴うひずみを検出する場合に適している。具体的には、実施形態３のひずみセンサ３００において、測定部１０ａは、図５に示すように、検出導体１ｄａが設けられた検出部１１ａと低弾性率部１２ａとを含むが、低弾性率部１２ａが、検出部１１ａと第２固定部２２ａの間に配置されている。
　実施形態３のひずみセンサ３００において、低弾性率部１２ａは、検出導体１ｄａの延伸方向である第１方向の中心線に対して対称に配置された第１低弾性率部１２ａ１と第２低弾性率部１２ａ２とを含む。第１低弾性率部１２ａ１と第２低弾性率部１２ａ２とはそれぞれ、それぞれ第１方向に直交する方向の長さが第１方向の幅より長い複数のスリットを含む。このように構成された低弾性率部１２ａ（第１低弾性率部１２ａ１及び第２低弾性率部１２ａ２）は、検出部１１ａに比べて第１方向における伸縮率が大きくなっている。
　以上のように構成された実施形態３のひずみセンサ３００の測定部１０ａは、測定部１０ａ全体が大きな変形を受けたときに検出部１１ａに比べて伸縮率の大きい低弾性率部１２ａが大きく変形することにより検出部１１ａに形成された検出導体１ｄａの断線を防止することができる。また、検出部１１ａは、実施形態１のひずみセンサ１００の検出部１１に比較して広い幅に形成することが可能であり、より効果的に検出導体１ｄａの断線を防止できる。このように、実施形態３のひずみセンサ３００は、大きく弾性変形することが可能な低弾性率部１２ａを検出部１１ａと第２固定部２２ａの間に配置することにより、測定部１０ａに大きな変形が生じたときに検出導体１ｄａを断線させることなくひずみを検出することができる。
　例えば、検出導体１ｄａを構成する金属と樹脂の混合物が、初期の長さ（ひずみがかかっていない場合の長さ）を１００％とした場合、１２０～１３０％程度まで変形が可能である場合には、検出部１１ａの変形を１２０～１３０％に抑えつつ例えば測定部１０ａ全体の変形を１６０％～１９０％程度にすることができ、１６０％～１９０％の大変形を検出することが可能となる。実施形態３のひずみセンサ３００では、被測定物の被測定領域において想定される最大変形量（ひずみ量）を考慮して検出部１１ａに対する低弾性率部１２ａの面積率、低弾性率部１２ａにおけるスリット長及び幅、スリット数を適宜設定することにより、対象とする被測定物の被測定領域に適したひずみセンサを提供することができる。
　また、実施形態３のひずみセンサ３００は、金属粉と樹脂からなる混合物により構成することにより、変形に対する抵抗値の増加率又は減少率を大きくでき、小さなひずみを感度良く検出することができる。
　さらに、実施形態３のひずみセンサ３００は、第１拘束部３１ａと第２拘束部３２ａとを備えることにより、被測定物における被測定対象領域におけるひずみの測定を、被測定対象領域以外の部分の影響を小さくして、精度よく測定することができる。
　尚、本発明では、実施形態２のひずみセンサ（実施形態２の変形例１のひずみセンサを含む）において、第１測定部１０－１及び／又は第２測定部１０－２を実施形態３の測定部１０ａと同様に構成してもよい。
　実施形態４．
　実施形態４のひずみセンサ４００は、図６に示すように、第１方向に固定部と測定部が交互に設けられたひずみセンサであり、４つの第１固定部２１ｃ、第２固定部２２ｃ、第３固定部２３ｃ及び第４固定部２４ｃと、３つの第１測定部１０－１ａと、第２測定部１０－２ａ及び第３測定部１０－３ａを備えている。実施形態４のひずみセンサ４００において、第１測定部１０－１ａは、第１固定部２１ｃと第２固定部２２ｃとの間に設けられ、第２測定部１０－２ａは、第２固定部２２ｃと第３固定部２３ｃとの間に設けられ、第３測定部１０－３ａは、第３固定部２３ｃと第４固定部２４ｃとの間に設けられている。また、実施形態４のひずみセンサ４００は、他の実施形態と同様、対向する第１主面と第２主面とを有する基材４０１と、基材４０１の第１主面に設けられた導体部とを含んで構成される点では他の実施形態と同様である。
　以下、実施形態４のひずみセンサ４００について、図６を参照しながら詳細に説明する。
　実施形態４のひずみセンサ４００において、第１固定部２１ｃは、第１～第６接続端子導体１ｔ１～１ｔ６を含む。ここで、第１と第２接続端子導体１ｔ１，１ｔ２は、第１方向の中心線に最も近い内側に設けられ、その外側に第３と第４接続端子導体１ｔ３，１ｔ４が設けられ、最も外側に第５と第６接続端子導体１ｔ５，１ｔ６が設けられる。第１固定部２１ｃにおいて、第１～第６接続端子導体１ｔ１～１ｔ６からそれぞれ第１～第６配線導体１ｗ１～１ｗ６がそれぞれ第１方向に延伸された後、各先端が第１固定部２１ｃと第１測定部１０－１ａとの境界で分離された状態で近接するように中心線寄りに集められて配線される。
　そして、第１と第２接続端子導体１ｔ１，１ｔ２間に、第１測定部１０－１ａのひずみを検出する第１と第２検出導体１ｄ１，１ｄ２が、第３と第４接続端子導体１ｔ３，１ｔ４間に、第２測定部１０－２ａのひずみを検出する第３と第４検出導体１ｄ３，１ｄ４が、第５と第６接続端子導体１ｔ５，１ｔ６間に、第３測定部１０－３ａのひずみを検出する第５と第６検出導体１ｄ５，１ｄ６が、以下のように設けられる。
　第１～第２検出導体１ｄ１～１ｄ２はそれぞれ、第１及び第２配線導体１ｗ１，１ｗ２の先端から延伸して第１測定部１０－１ａに設けられ、その先端部分が第２固定部２２ｃにおいて接続されている。第３検出導体１ｄ３は、第３配線導体１ｗ３の先端から延伸して第１測定部１０－１ａに設けられた第３導体１ｃｄ３と、第３導体１ｃｄ３の先端から延伸して第２固定部２２ｃに設けられた接続導体と、を介して、第２測定部１０－２ａに設けられている。また、第４検出導体１ｄ４は、第４配線導体１ｗ４の先端から延伸して第１測定部１０－１ａに設けられた第４導体１ｃｄ４と、第４導体１ｃｄ４の先端から延伸して第２固定部２２ｃに設けられた接続導体と、を介して、第２測定部１０－２ａに設けられている。そして、第３検出導体１ｄ３の先端部分と第４検出導体１ｄ４の先端部分とが第３固定部２３ｃにおいて接続されている。
　第５検出導体１ｄ５は、第５配線導体１ｗ５の先端から延伸して第１測定部１０－１ａに設けられた第５導体１ｃｄ５と、第５導体１ｃｄ５の先端から延伸して第２固定部２２ｃに設けられた接続導体と、当該接続導体の先端から延伸され第２測定部１０－２ａに設けられた第５導体１ｃｄ５ａと、第５導体１ｃｄ５ａの先端から延伸して第３固定部２３ｃに設けられた接続導体と、を介して第３測定部１０－３ａに設けられている。
　第６検出導体１ｄ６は、第６配線導体１ｗ６の先端から延伸して第１測定部１０－１ａに設けられた第６導体１ｃｄ６と、第６導体１ｃｄ６の先端から延伸して第２固定部２２ｃに設けられた接続導体と、当該接続導体の先端から延伸され第２測定部１０－２ａに設けられた第６導体１ｃｄ６ａと、第６導体１ｃｄ６ａの先端から延伸して第３固定部２３ｃに設けられた接続導体と、を介して第３測定部１０－３ａに設けられている。
　そして、第５検出導体１ｄ５の先端部分と第６検出導体１ｄ６の先端部分とが第４固定部２４ｃにおいて接続されている。ここで、固定部に形成された接続導体の抵抗値は、ひずみにより実質的に変化しない。
　以上のようにして、第１と第２接続端子導体１ｔ１，１ｔ２間に、第１検出導体１ｄ１と第２検出導体１ｄ２とが直列に接続された第１測定部１０－１ａのひずみを検出するための第１検出回路が構成される。
　第３と第４接続端子導体１ｔ３，１ｔ４間に、第３導体１ｃｄ３と、第３検出導体１ｄ３と、第４検出導体１ｄ４と、第４導体１ｃｄ４とが直列に接続された第２測定部１０－２ａのひずみを検出するための第２検出回路が構成される。
　第５と第６接続端子導体１ｔ５，１ｔ６間に、第５導体１ｃｄ５と、第５導体１ｃｄ５ａと、第５検出導体１ｄ５と、第６検出導体１ｄ６と、第６導体１ｃｄ６ａと、第６導体１ｃｄ６と、が直列に接続された第３測定部１０－３ａのひずみを検出するための第３検出回路が構成される。
　ここで、第１検出回路では、第１と第２接続端子導体１ｔ１，１ｔ２間の抵抗値の変化は第１検出導体１ｄ１及び第２検出導体１ｄ２の抵抗値変化であるから、第１と第２接続端子導体１ｔ１，１ｔ２間の抵抗値変化により第１測定部１０－１ａにおけるひずみを検出することができる。
　しかしながら、第２検出回路及び第３検出回路では、各測定部のひずみを検出するための、第３検出導体１ｄ３、第４検出導体１ｄ４、第５検出導体１ｄ５及び第６検出導体１ｄ６の他に、他の測定部に形成され該測定部のひずみにより抵抗値が変化する、第３導体１ｃｄ３、第４導体１ｃｄ４、第５導体１ｃｄ５、第５導体１ｃｄ５ａ、第６導体１ｃｄ６ａと、第６導体１ｃｄ６を含む。
　したがって、第２検出回路及び第３検出回路では、検出対象の測定部以外の測定部に形成された導体における抵抗値変化を除いて検出対象の測定部における、第３検出導体１ｄ３及び第４検出導体１ｄ４における抵抗値変化、又は第５検出導体１ｄ５及び第６検出導体１ｄ６における抵抗値変化を算出する必要がある。
　第２検出回路及び第３検出回路において、検出対象の測定部以外の測定部に形成された導体における抵抗値変化を除く方法は種々考えられるが、例えば、以下のようにすればよい。
　例えば、第２検出回路については、第１測定部１０－１ａに設けられた第３導体１ｃｄ３と第４導体１ｃｄ４とを、第１検出回路の第１及び第２検出導体１ｄ１，１ｄ２と同じ構成とする。同じ構成とは、第１及び第２検出導体１ｄ１，１ｄ２と同じ材料を用いて同一形状に構成することをいう。このようにすると、第３導体１ｃｄ３及び第４導体１ｃｄ４の抵抗値変化は、第１及び第２検出導体１ｄ１，１ｄ２の抵抗値変化と実質的に同一となる。
　したがって、第３と第４接続端子導体１ｔ３，１ｔ４間の第２検出回路の抵抗値変化から、第１検出回路で検出された第１及び第２検出導体１ｄ１，１ｄ２の抵抗値変化を除くことにより、第２検出回路における第３検出導体１ｄ３、第４検出導体１ｄ４の抵抗値変化を算出することができる。
　同様に、第３検出回路については、第１測定部１０－１ａに設けられた第５導体１ｃｄ５と第６導体１ｃｄ６とを、第１検出回路の第１及び第２検出導体１ｄ１，１ｄ２と同じ構成とし、第２測定部１０－２ａに設けられた第５導体１ｃｄ５ａと第６導体１ｃｄ６ａとを、第２検出回路における第３検出導体１ｄ３、第４検出導体１ｄ４と同じ構成とすればよい。このようにすることで、第５と第６接続端子導体１ｔ５，１ｔ６間の第３検出回路の抵抗値変化から、第１検出回路で検出された第１及び第２検出導体１ｄ１，１ｄ２の抵抗値変化と第２検出回路における第３検出導体１ｄ３、第４検出導体１ｄ４の抵抗値変化とを除くことにより、第３検出回路における第５検出導体１ｄ５及び第６検出導体１ｄ６の抵抗値変化を算出することができる。
　以上のように構成された実施形態４のひずみセンサは、比較的狭い被検出対象に対して複数の被検出対象領域のひずみを差測定することが可能であり、例えば、人体の指に対して複数の箇所における膨れや腫れを検出することができる。
　実施形態４のひずみセンサにおいて、第１固定部２１ｃ、第２固定部２２ｃ、第３固定部２３ｃ及び第４固定部２４ｃはそれぞれ、被測定物における被測定対象領域が伸縮したときに、被測定対象領域以外の領域における伸縮の影響を受けることなく、被測定対象領域における伸縮に対応したひずみが検出できるように第１拘束部３１ｃ、第２拘束部３２ｃ、第３拘束部３３ｃ、第４拘束部３４ｃを含むことが好ましい。
　実施形態５．
　実施形態５のひずみセンサ５００は、図７に示すように、第１方向に固定部と測定部が交互に設けられたひずみセンサであり、４つの第１固定部２１ｄ、第２固定部２２ｄ、第３固定部２３ｄ及び第４固定部２４ｄと、３つの第１測定部１０－１ｂと、第２測定部１０－２ｂ及び第３測定部１０－３ｂを備えている。実施形態５のひずみセンサ５００において、第１測定部１０－１ｂは、第１固定部２１ｄと第２固定部２２ｄの間に設けられ、第２測定部１０－２ｂは、第２固定部２２ｄと第３固定部２３ｄの間に設けられ、第３測定部１０－３ｂは、第３固定部２３ｄと第４固定部２４ｄの間に設けられている。また、実施形態５のひずみセンサ５００は、他の実施形態と同様、対向する第１主面と第２主面とを有する基材５０１と、基材５０１の第１主面に設けられた導体部とを含んで構成される点では他の実施形態と同様である。
　以上説明したように、実施形態５のひずみセンサ５００において、第１方向に固定部と測定部が交互に設けられている点については実施形態４のひずみセンサ４００と同様であるが、第４固定部２４ｄを除いた３つの第１固定部２１ｄ、第２固定部２２ｄ及び第３固定部２３ｄの形状が実施形態４の第１～第３固定部２１ｃ、２２ｃ、２３ｃの形状と異なっている。具体的には、実施形態５のひずみセンサ５００において、第１固定部２１ｄ、第２固定部２２ｄ及び第３固定部２３ｄはそれぞれ、それぞれ第１方向に直交する方向に延びた第１配線固定部２１ｄｃ、第２配線固定部２２ｄｃ及び第３配線固定部２３ｄｃと、を有している。尚、以下の説明において、第１固定部２１ｄ、第２固定部２２ｄ及び第３固定部２３ｄにおいてそれぞれ、第１配線固定部２１ｄｃ、第２配線固定部２２ｄｃ及び第３配線固定部２３ｄｃを除いた部分を第１測定固定部２１ｄｍ、第２第１測定固定部２２ｄｍ及び第３第１測定固定部２３ｄｍという。
　以下、実施形態５のひずみセンサ５００について、図７を参照しながら詳細に説明する。
　実施形態５の第１固定部２１ｄにおいて、第１配線固定部２１ｄｃは、第１測定固定部２１ｄｍの反対側の端部に第１接続端子導体１ｔ１と第２接続端子導体１ｔ２を含む。第１固定部２１ｃにおいて、第１及び第２配線導体１ｗ１ｄ，１ｗ２ｄはそれぞれ第１及び第２接続端子導体１ｔ１，１ｔ２から第１方向に直交する方向に延伸された後、第１測定固定部２１ｄｍにおいて第１方向に曲げられて配線される。
　第２配線固定部２２ｄｃは、第２測定固定部２２ｄｍの反対側の端部に第３接続端子導体１ｔ３と第４接続端子導体１ｔ４を含む。第２固定部２２ｃにおいて、第３及び第４配線導体１ｗ３ｄ，１ｗ４ｄはそれぞれ第３及び第４接続端子導体１ｔ３，１ｔ４から第１方向に直交する方向に延伸された後、第２測定固定部２２ｄｍにおいて第１方向に曲げられて配線される。
　第３配線固定部２３ｄｃの第３測定固定部２３ｄｍの反対側の端部に第５接続端子導体１ｔ５と第６接続端子導体１ｔ６を含む。第３固定部２３ｃにおいて、第５及び第６配線導体１ｗ５ｄ，１ｗ６ｄはそれぞれ第５及び第６接続端子導体１ｔ５，１ｔ５から第１方向に直交する方向に延伸された後、第３測定固定部２３ｄｍにおいて第１方向に曲げられて配線される。
　第１～第２検出導体１ｄ１～１ｄ２はそれぞれ、第１及び第２配線導体１ｗ１ｄ，１ｗ２ｄの先端から延伸して第１測定部１０－１ｂに設けられ、その先端部分が第２固定部２２ｄにおいて接続される。
　第３～第４検出導体１ｄ３～１ｄ４はそれぞれ、第３及び第４配線導体１ｗ３ｄ，１ｗ４ｄの先端から延伸して第２測定部１０－２ｂに設けられ、その先端部分が第３固定部２３ｄにおいて接続される。
　第５～第６検出導体１ｄ５～１ｄ６はそれぞれ、第５及び第６配線導体１ｗ５ｄ，１ｗ６ｄの先端から延伸して第３測定部１０－３ｂに設けられ、その先端部分が第４固定部２４ｄにおいて接続される。
　以上のようにして、第１と第２接続端子導体１ｔ１，１ｔ２間に、第１測定部１０－１ｄのひずみを検出するための、第１と第２検出導体１ｄ１，１ｄ２が直列に接続された第１検出回路が構成される。
　また、第３と第４接続端子導体１ｔ３，１ｔ４間に、第２測定部１０－２ｄのひずみを検出するための、第３と第４検出導体１ｄ３，１ｄ４が直列に接続された第２検出回路が構成される。
　第５と第６接続端子導体１ｔ５，１ｔ６間に、第３測定部１０－３ｄのひずみを検出するための、第５と第６検出導体１ｄ５，１ｄ６が直列に接続された第３検出回路が構成される。
　以上のように構成された実施形態４のひずみセンサは、複数の被検出対象領域のひずみを差測定することが可能である。
　実施形態５のひずみセンサにおいて、第１固定部２１ｄ、第２固定部２２ｄ、第３固定部２３ｄ及び第４固定部２４ｄはそれぞれ、被測定物における被測定対象領域が伸縮したときに、被測定対象領域以外の領域における伸縮の影響を受けることなく、被測定対象領域における伸縮に対応したひずみが検出できるように第１拘束部３１ｄ、第２拘束部３２ｄ、第３拘束部３３ｄ、第４拘束部３４ｄを含むことが好ましい。
　以上の実施形態１～５のひずみセンサでは、スリットを含む検出部とは別に設けた低弾性率部により測定部全体の弾性率を低くして、例えば、皮膚の膨れに伴うひずみ等の低弾性な物性に生じるひずみの検出を可能にした。
　しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、低弾性率部を形成することに代えて、例えば、測定部における基材の厚さを固定部に比較して薄くしたり、測定部の幅を固定部に比較して狭くすることにより測定部の弾性率を低くするようにしてもよい。また、本発明のひずみセンサでは、低弾性率部において、スリットに代えて、複数の貫通孔を設けたり、溝状又はドット状に凹部を形成することにより、測定部の弾性率を低くするようにしてもよい。本明細書において、低弾性率部とは、測定部における基材の厚さを固定部に比較して薄くしたり、測定部の幅を固定部に比較して狭くすることにより測定部全体としての弾性率を低くすることも含む。
　以下、実施形態１～５のひずみセンサの製造方法について説明する。
＜基材の準備及び加工＞
　まず、例えば、弾性率が低く伸縮性に富むポリウレタン等の樹脂からなる基材を準備する。
　準備した基材を、実施形態１～５のひずみセンサの形状にそれぞれ対応した形状に加工する。この形状加工は、例えば、ダイカッター加工、プレス加工、レーザー加工等により行う。
　形状加工した基材の各測定部にスリットを形成する。このスリットの形成は、例えば、レーザー加工、ダイカッターによる加工、パンチング等により行う。
＜導体部の形成＞
　形状加工した第１主面（上面）に、接続端子導体、配線導体及び検出導体を含む導体部を形成する。導体部のパターン形成は、スクリーン印刷、ディスペンサー等により行うことができ、例えば、金属粉体を樹脂に分散させた導体ペーストを用いて導体部を形成する場合は、パターンを形成した後、例えば、加熱して樹脂を硬化させる。樹脂によっては、硬化を湿気処理により行ってもよい。
　また、導体部の形成は、上述したように、接続端子導体、配線導体及び検出導体をそれぞれの機能に応じて異なる導体材料により形成してもよい。
＜拘束部の形成＞
　固定部上の所定の箇所に、硬化により弾性率が高くなる樹脂、例えば、ウレタン変性アクリル樹脂等を所定のパターンに形成して硬化させる。この樹脂の硬化は、例えば、加熱、種類によっては湿気硬化、ＵＶ硬化により行う。
　以上の工程後又は前に、必要に応じて、固定部における基材の第２主面に粘着層を形成する。
　以上のようにして、実施形態１～５のひずみセンサを製造することができる。
＜スリットの弾性率に与える評価＞
　実施例のひずみセンサを作製するにあたり、スリットの形状によって基材の弾性率がどのように変化するか評価した。
　この評価では、幅：２０ｍｍ、長さ：５０ｍｍ、厚さ：４０μｍの熱可塑性ポリウレタンからなる矩形の基材を準備した。そして、その基材に図８に示すように、基材の伸縮方向の中心線に対して対称にそれぞれ２４個のスリットを含む第１スリット群と第２スリット群を形成した１０種類の評価サンプルＳ１～Ｓ１０を作製した。
　各評価サンプルＳ１～Ｓ１０のスリット長ａ及びスリットピッチｐは、表１に示すようにした。
　また、第１スリット群のスリットと第２スリット群のスリット間の間隔ｂは、Ｓ１～Ｓ３は４ｍｍ、Ｓ４～Ｓ６は６ｍｍ、Ｓ７～Ｓ９は８ｍｍとした。
（表１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　以上のように作製した評価サンプルＳ１～Ｓ１０を基材の伸縮方向に引っ張り、引張荷重に対するひずみ（伸び率）を評価した。尚、ひずみは基材に引張荷重をかけていないときを基準にして伸びた割合で示した。具体的には、ひずみ１００％とは基材を２倍の長さに引き延ばしたことを意味する。
　評価サンプルＳ１～Ｓ１０の引張荷重に対するひずみ（伸び率）の評価結果を図９のグラフに示す。
　この評価結果から、幅２０ｍｍの基材に対して、第１スリット群と第２スリット群とにそれぞれスリット長４ｍｍのスリットを設けることにより、すなわち、基材の幅に対して第１スリット群と第２スリット群との合計のスリット長が４０％のスリットを形成することにより、スリットを形成していない評価サンプルＳ１０に比較して、約２／３の引張荷重で同じひずみ量が得られることが理解できる。また、基材の幅に対して第１スリット群と第２スリット群との合計のスリット長が６０％のスリットを形成することにより、スリットを形成していない評価サンプルＳ１０に比較して、約半分の引張荷重で同じひずみ量が得られることが理解できる。
　実施例１，２として、実施形態１に係るひずみセンサを作製した。
　実施例１．
　まず、幅：１０ｍｍ、長さ：５０ｍｍ、厚さ：４０μｍの熱可塑性ポリウレタンからなる矩形の基材１０１を準備し、その一方の主面（第１主面）に以下のように、接続端子導体１ｔ、配線導体１ｗ及び検出導体１ｄを形成した。ここで、実施例１のひずみセンサでは、基材１０１の一端から３６ｍｍの部分を第１固定部とし、他端から７ｍｍの部分を第２固定部とし、第１固定部と第２固定部の間の７ｍｍの部分を測定部とした。また、測定部において中央部の幅２ｍｍの部分を検出部とし、その検出部の両側の幅４ｍｍの部分をそれぞれ低弾性率部とした。また、配線導体１ｗの幅は１．５ｍｍとし、検出導体１ｄの幅は０．３ｍｍとした。尚、検出導体１ｄの長さは７ｍｍであり、２つの検出導体１ｄ間の間隔は、０．６ｍｍとした。配線導体１ｗ及び検出導体１ｄは、銀粉末と熱硬化性樹脂を含む銀ペーストを印刷し、加熱により樹脂を硬化させて形成した。
　スリットは、長さが３ｍｍ、幅が０．２ｍｍになるように、各低弾性率部においてそれぞれ０．５ｍｍピッチで１１列ＣＯ２レーザ加工により形成した。尚、スリットはそれぞれ検出部側の一端が検出部と低弾性率部の境界に達するように形成した。すなわち、検出導体の伸縮方向に直交する方向に位置する、一方の低弾性率部のスリットと他方の低弾性率部のスリット間のピッチは５ｍｍである。さらに、実施例１のひずみセンサでは、第１固定部の配線導体を覆うように第１拘束部を形成し、第２固定部には第２拘束部を形成した。第１拘束部と第２拘束部とはそれぞれＵＶ硬化型のウレタン変性アクリル樹脂により形成した。
　実施例２．
　実施例２のひずみセンサは、実施例１のひずみセンサにおいて、第１固定部の第１拘束部と第２固定部の第２拘束部を形成していない他は実施例１のひずみセンサと同様に作製した。
　比較例１．
　比較例１のひずみセンサは、実施例１のひずみセンサにおいて、スリット、すなわち低弾性率部を形成していない他は実施例１のひずみセンサと同様に作製した。
　比較例２．
　比較例２のひずみセンサは、第１固定部の第１拘束部と第２固定部の第２拘束部を形成することなく、かつスリット、すなわち低弾性率部を形成することなく作製した他は実施例１のひずみセンサと同様に作製した。
　以上のように構成した実施例１及び２、比較例１及び２のひずみセンサについてそれぞれひずみに対する抵抗変化率を測定した。この実施例及び比較例のひずみに対する抵抗変化率変化は、ひずみセンサを、ゴム弾性を有する板状のエラストマーに貼り付けて引き延ばすことにより測定した。その結果を図１０に示す。
　図１０からわかるように、本発明に係る実施例１及び２はいずれも、比較例１及び２に比較して倍以上のひずみに対する抵抗変化率が得られた。
　また、測定部に低弾性率部（スリット）を形成することなく第１固定部に第１拘束部を形成しと第２固定部に第２拘束部を形成した比較例１のひずみセンサと、測定部に低弾性率部（スリット）を形成することなくかつ第１固定部及び第２固定部のいずれにも拘束部を形成していない比較例２のひずみセンサとを比較すると、両者のひずみに対する抵抗変化率は大差はない。このことから、測定部に低弾性率部（スリット）を形成することなく第１固定部と第２固定部に拘束部を設けても拘束部によるひずみに対する抵抗変化率の改善効果は限定的であることが理解される。
　これに対して、実施例１のひずみセンサのひずみに対する抵抗変化率は、実施例２のひずみセンサのひずみに対する抵抗変化率の倍以上である。このことは、測定部に低弾性率部（スリット）を形成した上でさらに、第１固定部に第１拘束部を形成し第２固定部に第２拘束部を形成すると、それらの相乗効果により極めて高いひずみに対する抵抗変化率が得られることを意味している。
　以上の本発明に係るひずみセンサは、例えば、人体の皮膚の局所的な膨れ等の変形を検出等、小さなひずみの検出が求められる用途に適用できる。
　１　導体部
　１ｃｄ３　第３導体
　１ｃｄ４　第４導体
　１ｃｄ５　第５導体
　１ｃｄ６　第６導体
　１ｔ　接続端子導体
　１ｗ　配線導体
　１ｄ，１ｄａ　検出導体
　１ｔ１～１ｔ６　第１～第６接続端子導体
　１ｗ１～１ｗ６，１ｗ１ｄ～１ｗ６ｄ　第１～第６配線導体
　１ｄ１～１ｄ６　第１～第６検出導体
　３，３－１～３－１０　スリット
　２０　固定部
　１０，１０ａ，　測定部
　１０－１，１０－１ａ，１０－１ｂ　第１測定部
　１０－２，１０－２ａ，１０－２ｂ　第２測定部
　１０－３，１０－３ａ，１０－３ｂ　第３測定部
　１１，１１－１～１１－６，１１ａ　検出部
　１２，１２－１～１２－６，１２ａ　低弾性率部
　１２ａ１　第１低弾性率部
　１２ａ２　第２低弾性率部
　２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ　第１固定部
　２１ｂ０　ベース固定部
　２１ｂ１　第１分岐固定部
　２１ｂ２　第２分岐固定部
　２１ｄｃ　第１配線固定部
　２１ｄｍ　第１測定固定部
　２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ　第２固定部
　２２ｄｃ　第２配線固定部
　２２ｄｍ　第２第１測定固定部
　２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ　第３固定部
　２３ｄｃ　第３配線固定部
　２３ｄｍ　第３第１測定固定部
　２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ　第４固定部
　３１ａ，３１ｃ，３１ｄ　第１拘束部
　３２ａ，３２ｃ，３２ｄ　第２拘束部
　３３ｃ，３３ｄ　第３拘束部
　３４ｂ　拘束部
　３４ｃ，３４ｄ　第４拘束部
　１００，２００，３００，４００，５００　ひずみセンサ
　１０１，２０１，３０１，４０１，５０１　基材

Claims (22)

  1. 　固定部と該固定部により支持された伸縮可能な測定部とを備えたひずみセンサであって、
    　該ひずみセンサは、対向する第１主面と第２主面とを有する基材と前記第１主面に設けられた導体部とを有してなり、
    　前記導体部は、前記測定部に設けられ、前記測定部の基材の伸縮に対応して抵抗値が変化する検出導体を含み、
    　前記測定部は、前記検出導体が設けられた検出部と、該検出部における外力に対する変形量を大きくする低弾性率部を含むことを特徴とするひずみセンサ。
  2. 前記低弾性率部は、前記検出部とは別に設けられる請求項１に記載のひずみセンサ。
  3. 　前記低弾性率部は、前記検出導体の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含む請求項２に記載のひずみセンサ。
  4. 　前記低弾性率部は、前記検出部と前記固定部の間に設けられた請求項３に記載のひずみセンサ。
  5. 　前記低弾性率部は、前記複数のスリットの一部を含む第１低弾性率部と前記複数のスリットの一部を含む第２低弾性率部とを含む請求項３又は４に記載のひずみセンサ。
  6. 　前記検出部は、前記第１低弾性率部と前記第２低弾性率部との間に設けられている請求項５に記載のひずみセンサ。
  7. 　前記第１低弾性率部に設けられたスリットと前記第２低弾性率部に設けられたスリットとは同じ数で線対称に設けられており、線対称に設けられた２つのスリットのスリット長を合わせた長さが、測定部の幅の４０％以上である請求項５又は６に記載のひずみセンサ。
  8. 　前記固定部は第１の固定部と第２の固定部とを有し、前記測定部は前記第１の固定部と前記第２の固定部との間に位置する請求項１～７のいずれか１つに記載のひずみセンサ。
  9. 　前記検出部は、放射状に設けられた複数の放射状検出部を含み、
    　前記低弾性率部は、隣接する放射状検出部間に設けられた複数の扇型低弾性率部を含み、
    　前記検出導体は、前記放射状検出部に設けられている請求項２に記載のひずみセンサ。
  10. 　前記複数の扇型低弾性率部はそれぞれ検出導体の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含む請求項９に記載のひずみセンサ。
  11. 　前記低弾性率部は、前記検出導体の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含み、
    　前記複数のスリットは、前記扇型低弾性率部の中心から離れるにしたがって、スリット長が長くなるように設けられた請求項１０に記載のひずみセンサ。
  12. 　前記導体部は、前記検出導体に接続され、前記固定部に設けられた配線導体を含む請求項１～１１のいずれか１つに記載のひずみセンサ。
  13. 　前記測定部を複数備えた請求項１～１２のいずれか１つに記載のひずみセンサ。
  14. 　請求項１２を引用した請求項１３に記載のひずみセンサであって、一測定部に形成された検出導体に接続された配線導体の一部は他の測定部に形成されており、前記一測定部に形成された検出導体の抵抗値の変化を前記他の測定部に形成された検出導体に形成された検出導体の抵抗値の変化に基づいて算出するひずみセンサ。
  15. 　前記複数の測定部は、互いに伸縮方向が異なる少なくとも２つの測定部を含む請求項１３又は１４に記載のひずみセンサ。
  16. 　前記複数の測定部は、伸縮方向が等しい少なくとも２つの測定部を含む請求項１３～１５のいずれか１つに記載のひずみセンサ。
  17. 　前記固定部は、基材の伸縮を抑制する拘束部を含む請求項１～１６のいずれかに記載のひずみセンサ。
  18. 　前記検出導体は、金属粉と樹脂とを含む請求項１～１７のいずれか１つに記載のひずみセンサ。
  19. 　前記基材の前記第２主面に粘着層を備えた請求項１～１８のいずれか１つに記載のひずみセンサ。
  20. 　固定部と該固定部により支持された伸縮可能な測定部とを備え、前記測定部に検出導体を含むひずみセンサの製造方法であって、
    　対向する第１主面と第２主面とを有する基材を準備する工程と、
    　前記基材の第１主面に前記検出導体を含む導体部を形成する工程と、
    　前記基材の検出部を除いた測定部の一部に低弾性率部を形成する工程と、
    　を含むひずみセンサの製造方法。
  21. 　前記低弾性率部を形成する工程において、前記基材の前記検出部を除いた測定部の一部に複数のスリットを形成する、請求項２０に記載のひずみセンサの製造方法。
  22. 　前記固定部に、前記基材より硬度の高い樹脂を形成する工程を含む請求項２０に記載のひずみセンサの製造方法。
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