WO2021064810A1 - 伸縮検出装置 - Google Patents

Abstract

基材が大きく伸縮変形する場合にも、基材の伸縮変形を正確に検出することができる、新規な構造の伸縮検出装置を提供すること。　面方向に伸縮変形可能とされた薄肉の基材３８に対して、基材３８の伸縮変形に追従して伸縮変形して基材３８の伸縮変形を電気的に検出する検出部３２が設けられた伸縮検出装置１０であって、基材３８が高伸縮部２０と低伸縮部２２を備えており、基材３８における低伸縮部２２の伸縮変形率が高伸縮部２０よりも小さくされていると共に、検出部３２が基材３８の低伸縮部２２に設けられている。

Description

伸縮検出装置

　本発明は、基材の伸縮変形を電気的に検出する伸縮検出装置に関するものである。

　従来から、伸縮変形を電気的に検出する伸縮検出装置が提案されている。伸縮検出装置は、例えば実用新案登録第３２０８８６６号公報（特許文献１）に開示された腹囲変動量測定器のように、伸縮素材の伸縮に伴う静電容量や電気抵抗などの変化に基づいて検出対象の変形を検出するストレッチセンサを備えている。

　ところで、特許文献１におけるストレッチセンサの検出部は、検出部が設けられる基材に追従して伸縮変形することによって、基材の伸縮変形を電気的に検出する。具体的には、例えば、誘電体層の両面に電極が固着されたコンデンサによって検出部が構成されており、誘電体層が基材の伸縮変形に追従して変形することで、検出部を構成するコンデンサの静電容量が変化するようにされている。そして、基材の伸縮変形の有無や伸縮変形量を検出部の静電容量値に基づいて検出することで、検出対象の変形等を検出する。

実用新案登録第３２０８８６６号公報

　しかし、本発明者が検討したところ、特許文献１のように検出部が基材に追従して変形する構造では、基材の伸長変形量が大きい場合に、正確な検出ができないおそれがあった。即ち、基材の伸長変形に追従し得る検出部が、基材の大きな伸長変形に伴って大きく伸長変形すると、検出部の電気的な変化を出力する電極の過大な変形などにより電気抵抗が著しく大きくなって、検出精度が低下したり、検出自体が不可能になるおそれがあった。

　本発明の解決課題は、大きな伸縮変形を正確に検出することができる、新規な構造の伸縮検出装置を提供することにある。

　以下、本発明を把握するための好ましい態様について記載するが、以下に記載の各態様は、例示的に記載したものであって、適宜に互いに組み合わせて採用され得るだけでなく、各態様に記載の複数の構成要素についても、可能な限り独立して認識及び採用することができ、適宜に別の態様に記載の何れかの構成要素と組み合わせて採用することもできる。それによって、本発明では、以下に記載の態様に限定されることなく、種々の別態様が実現され得る。

　第一の態様は、面方向に伸縮変形可能とされた薄肉の基材において、該基材の伸縮変形に追従して伸縮変形して該基材の伸縮変形を電気的に検出する検出部が設けられた伸縮検出装置であって、前記基材が高伸縮部と低伸縮部を備えており、該基材における該低伸縮部の伸縮変形率が該高伸縮部よりも小さくされていると共に、前記検出部が該基材の該低伸縮部に設けられているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、基材において伸縮変形率が低い低伸縮部に検出部が設けられることにより、基材全体の変形量が大きい場合にも、検出部が設けられる部分の変形量は抑えられる。それ故、基材が大きく変形する場合にも、検出部において大変形による電気抵抗の過剰な増大などが防止されて、基材の伸縮変形が検出部によって精度良く検出され得る。

　第二の態様は、第一の態様に記載された伸縮検出装置において、前記検出部は、前記基材の前記高伸縮部と前記低伸縮部に跨って設けられているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、基材の伸縮変形量が大きい場合には、検出部が低伸縮部にも位置していることで、検出部全体の伸縮変形量が抑えられて、検出部の過剰な変形による検出性能の低下などが防止される。また、基材の伸縮変形量が小さい場合には、高伸縮部が比較的に大きく変形することから、高伸縮部に位置する検出部によって検出感度の向上が図られる。

　第三の態様は、第一又は第二の態様に記載された伸縮検出装置において、前記高伸縮部と前記低伸縮部は同一の材質で形成されているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、例えば、高伸縮部と低伸縮部を備える基材の全体を一体形成することも可能になる。

　第四の態様は、第一～第三の何れか１つの態様に記載された伸縮検出装置において、前記低伸縮部の幅寸法が前記高伸縮部の幅寸法よりも大きくされているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、基材において幅寸法の違いによって低伸縮部と高伸縮部を設定することができる。例えば、前記第三の態様のように低伸縮部と高伸縮部を同一の材質で形成する場合に、低伸縮部と高伸縮部の伸縮率の違いを幅寸法の違いによって簡単に設定することができる。

　また、例えば、検出部が電極層や誘電体層などの複数が積層されて構成されている場合に、積層方向と直交する幅方向の寸法によって積層構造に影響することなく、高伸縮部と低伸縮部を設定することができる。

　第五の態様は、第一～第四の何れか１つの態様に記載された伸縮検出装置において、前記低伸縮部の厚さ寸法が前記高伸縮部の厚さ寸法よりも大きくされているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、基材において厚さ寸法の違いによって低伸縮部と高伸縮部を設定することができる。例えば、前記第三の態様のように低伸縮部と高伸縮部を同一の材質で形成する場合に、低伸縮部と高伸縮部の伸縮率の違いを厚さ寸法の違いによって簡単に設定することができる。

　第六の態様は、第一～第五の何れか１つの態様に記載された伸縮検出装置において、前記検出部は、検出用電極が誘電体層の両面に重ね合わされた構造を有しており、前記基材の伸縮に伴う該誘電体層の伸縮を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量型センサとされているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、基材の伸縮変形に伴う検出用電極及び誘電体層の変形によって、誘電体層を挟んで対向する検出用電極間の静電容量が変化する。この静電容量の変化の電気的な出力に基づいて、基材の伸縮変形量を精度よく検出することができる。

　第七の態様は、第六の態様に記載された伸縮検出装置において、前記誘電体層が前記基材によって構成されているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、基材が誘電体層を兼ねていることによって、部品点数の削減が図られる。

　第八の態様は、第一～第七の何れか１つの態様に記載された伸縮検出装置において、前記基材の伸縮変形に対応して前記検出部が出力する検出信号の出力値が、想定される該基材の伸縮変形の範囲において極大値を持たないものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、例えば、検出信号の出力値が極大値の両側で同じとなることに起因する伸縮変形の測定誤差が防止され得る。

　第九の態様は、第一～第八の何れか１つの態様に記載された伸縮検出装置において、前記検出部に対する配線の接続部分が、前記低伸縮部に配されているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、出力リード線などの配線の接続部分は、はんだ付けされたり、コネクタが設けられるなどして、大きな変形が許容され難い。そこで、伸縮変形が抑えられた低伸縮部に配線の接続部分を設けることにより、基材の伸縮変形時に配線の接続部分に作用する応力が低減されて、信頼性や耐久性の向上が図られる。

　第十の態様は、第九の態様に記載された伸縮検出装置において、前記低伸縮部を部分的に厚さ方向で挟み込んで拘束する配線固定部材を含んで前記接続部分が構成されているものである。

　本態様に従う構造とされた伸縮検出装置によれば、低伸縮部が配線固定部材によって拘束されることにより、配線の接続部分において検出部の伸縮変形が更に低減される。それ故、基材の変形時に配線の接続部分に作用する応力が更に低減されて、耐久性の更なる向上が図られる。

　本発明によれば、大きな伸縮変形を正確に検出することができる。

本発明の第一の実施形態としての伸縮センサを示す平面図 図１のＩＩ－ＩＩ断面図 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図 図１のＩＶ－ＩＶ断面図 図１のＶ－Ｖ断面図 図１に示す伸縮センサの分解斜視図 図１に示す伸縮センサに装着される第一の固定部材の底面図 図１に示す伸縮センサに装着される第二の固定部材の平面図 図１に示す伸縮センサに対する配線固定部材の装着状態を説明する断面図 図１に示す伸縮センサの出力値と伸縮センサの伸縮変形量の関係を例示するグラフ 本発明の第二の実施形態としての伸縮検出装置を構成するセンサ本体を示す平面図 本発明の第三の実施形態としての伸縮センサを示す縦断面図

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

　図１～５には、本発明に従う構造とされた伸縮検出装置の第一の実施形態として、伸縮センサ１０が示されている。伸縮センサ１０は、センサ本体１２を備えており、センサ本体１２は、図２～６に示すように、誘電体層１４の両面に検出用電極としての第一の電極１６と第二の電極１８が設けられた構造を有している。以下の説明において、原則として、上下方向とは厚さ方向である図２中の上下方向を、長さ方向とは伸縮センサ１０による伸縮変形の検出方向である図１中の左右方向を、幅方向とは図１中の上下方向を、それぞれ言う。

　誘電体層１４は、伸縮性を有するゴムや樹脂エラストマーが採用され、好適には比誘電率が比較的に大きいものが採用される。具体的には、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレン－プロピレンゴム、クロロプレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレンなどが採用される。

　誘電体層１４は、全体として薄肉の帯状とされており、面方向（表面と略平行な方向）の伸縮性を有している。誘電体層１４は、長さ方向の中央部分が幅狭の高伸縮部２０とされていると共に、長さ方向の両端部分が幅広の低伸縮部２２，２２とされている。

　高伸縮部２０は、略矩形シート状とされている。即ち、高伸縮部２０は、略一定の幅寸法と厚さ寸法で長さ方向に直線的に延びている。高伸縮部２０は、後述する低伸縮部２２に比して、幅方向の寸法が小さくされている。

　低伸縮部２２は、幅寸法が長さ方向の外側に向かって次第に大きくなるテーパ状の拡幅部２４を備えており、高伸縮部２０よりも幅方向の寸法が大きくされている。本実施形態の拡幅部２４は、幅寸法の変化率が長さ方向で変化して、高伸縮部２０に対して滑らかにつながっており、幅寸法の急激な変化による応力集中が生じ難い形状とされている。

　誘電体層１４は、外力の作用によって長さ方向に伸縮する場合に、高伸縮部２０と低伸縮部２２の伸縮変形量が相互に異なる。即ち、高伸縮部２０と低伸縮部２２は、同一の材質とされており、厚さ寸法が略同じとされていると共に、幅寸法は低伸縮部２２が高伸縮部２０よりも大きくされている。それ故、低伸縮部２２は、高伸縮部２０に比して、長さ方向の伸縮変形量が小さくなる。低伸縮部２２は、高伸縮部２０よりも、同じ大きさの入力（単位力）に対する長さ方向の伸縮変形率が小さくされている。長さ方向の伸縮変形率は、長さ方向における伸縮変形のしやすさを示す指標であって、長さ方向の単位力を加えて伸縮変形させる場合の元の長さ寸法（力を加えていない初期状態での長さ寸法）に対する伸縮変形後の長さ寸法の比を言う。本実施形態では、伸縮変形率の異なる高伸縮部２０と低伸縮部２２を長さ方向で直列的に並んで備える誘電体層１４に長さ方向の力を加えると、低伸縮部２２の伸縮変形量が高伸縮部２０の伸縮変形量よりも小さくなるように、高伸縮部２０と低伸縮部２２の初期状態での長さ寸法と高伸縮部２０と低伸縮部２２の伸縮変形率が設定されている。

　誘電体層１４の長さ方向の一方の端部には、第一，第二の電極１６，１８が積層状態で設けられている。第一，第二の電極１６，１８は、面方向の伸縮性を有する薄膜状とされている。第一，第二の電極１６，１８は、例えば、ゴムや樹脂エラストマーに導電性フィラーを混合して散在させた導電性エラストマーによって形成されている。第一，第二の電極１６，１８を構成するゴムや樹脂エラストマーとしては、誘電体層１４と同様の材料が採用され得る。第一，第二の電極１６，１８を構成する導電性フィラーとしては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、導電性金属の粉末などが採用され得る。

　第一，第二の電極１６，１８は、例えば、上述の如き形成材料を誘電体層１４の表裏各一方の面に直接付着させて形成される。第一，第二の電極１６，１８は、全体として長さ方向に延びる帯状の薄膜とされており、長さ方向の中間部分に幅方向へ傾斜する傾斜部２６が設けられている。誘電体層１４の長さ方向における傾斜部２６よりも外側は、比較的に幅狭とされた導通部２８とされている。誘電体層１４の長さ方向における傾斜部２６よりも内側は、比較的に幅広とされたセンサ構成部３０とされている。

　図１に示すように、第一の電極１６の導通部２８ａと第二の電極１８の導通部２８ｂとが、幅方向で相互に離れて位置している。

　第一の電極１６の傾斜部２６ａと第二の電極１８の傾斜部２６ｂは、幅方向で互いに反対側へ傾斜しており、図１～３に示すように、第一の電極１６のセンサ構成部３０ａと第二の電極１８のセンサ構成部３０ｂとが、誘電体層１４を挟んで相互に重なり合う位置に設けられている。そして、第一の電極１６のセンサ構成部３０ａと第二の電極１８のセンサ構成部３０ｂとが誘電体層１４を挟んで厚さ方向で対向する部分において、静電容量の変化に基づいて誘電体層１４の変形量を電気的に検出する静電容量型のセンサ素子としての検出部３２が構成されている。検出部３２は、第一の電極１６のセンサ構成部３０ａと、第二の電極１８のセンサ構成部３０ｂと、誘電体層１４とによって構成されたコンデンサとされており、誘電体層１４を含む後述する基材３８の伸縮変形に追従して変形可能とされている。

　検出部３２は、高伸縮部２０と低伸縮部２２に跨って設けられており、伸縮センサ１０における長さ方向の内側部分が誘電体層１４の高伸縮部２０に設けられていると共に、長さ方向の外側部分が誘電体層１４の低伸縮部２２に設けられている。検出部３２において高伸縮部２０に設けられる部分の長さ寸法と低伸縮部２２に設けられる部分の長さ寸法は、特に限定されないが、本実施形態では略同じとされている。検出部３２の上下方向視の面積は、高伸縮部２０に設けられた部分の方が、低伸縮部２２に設けられた部分よりも大きくされている。これにより、検出部３２における静電容量の検出値において、低伸縮部２２に設けられた部分の検出値の影響が、高伸縮部２０に設けられた部分の検出値の影響よりも大きくなる。

　このような構造とされたセンサ本体１２は、上面が第一の保護層３４によって覆われている。第一の保護層３４は、伸縮性と電気絶縁性を備えた材料で形成されている。本実施形態の第一の保護層３４は、誘電体層１４と同じ材料で形成されている。第一の保護層３４は、誘電体層１４と略同じ外形を有している。そして、第一の保護層３４は、センサ本体１２の上面に重ね合わされて固着されている。

　センサ本体１２の下面は、第二の保護層３６によって覆われている。第二の保護層３６は、第一の保護層３４と同様に、伸縮性と電気絶縁性を備えた材料で形成されており、本実施形態では誘電体層１４及び第一の保護層３４と同じ材料で形成されている。第二の保護層３６は、誘電体層１４及び第一の保護層３４と略同じ外形を有している。そして、第二の保護層３６は、センサ本体１２の下面に重ね合わされて固着されている。

　第一の保護層３４と第二の保護層３６は、図２，３などでは誘電体層１４と独立して示されているが、例えば、熱溶着によって誘電体層１４と重ね合わされた境界部分が溶融して一体化していても良い。本実施形態の基材３８は、誘電体層１４と第一，第二の保護層３４，３６とによって構成されている。換言すれば、本実施形態の伸縮センサ１０は、第一，第二の電極１６，１８を除く全体が基材３８とされている。従って、高伸縮部２０は、誘電体層１４だけの長さ方向の中央部分ではなく、第一，第二の保護層３４，３６を含む基材３８の長さ方向の中央部分に設けられる。同様に、低伸縮部２２は、誘電体層１４だけの長さ方向の両端部分ではなく、第一，第二の保護層３４，３６を含む基材３８の長さ方向の両端部分に設けられている。なお、高伸縮部２０と低伸縮部２２の伸縮変形率とは、第一，第二の保護層３４，３６を含む基材３８における高伸縮部２０と低伸縮部２２の伸縮変形率とされる。

　第一の電極１６の導通部２８ａの端部は、図１，２に示すように、誘電体層１４と第二の保護層３６とを貫通する第一の導通孔４０を通じて下方に露出している。第二の電極１８の導通部２８ｂの端部は、第二の保護層３６を貫通する第二の導通孔４２を通じて下方に露出している。また、第一の電極１６の導通部２８ａ及び第二の電極１８の導通部２８ｂを幅方向の両側に外れた部分には、誘電体層１４と第一，第二の保護層３４，３６とを厚さ方向に貫通する係止穴４４が２つずつ形成されている。

　かくの如き構造とされた伸縮センサ１０は、第一の電極１６の導通部２８ａに第一の配線４６が接続されていると共に、第二の電極１８の導通部２８ｂに第二の配線４８が接続されている。第一，第二の配線４８は、検出部３２に検出用電圧を印加すると共に、検出部３２の静電容量を図示しない外部の検出装置に出力する。

　第一，第二の配線４６，４８は、配線固定部材５０によって第一，第二の電極１８の導通部２８ａ，２８ｂに接続される。配線固定部材５０は、図７に示す第一の固定部材５２と、図８に示す第二の固定部材５４とによって構成されている。

　第一の固定部材５２は、硬質の合成樹脂などで形成された電気絶縁性の部材とされている。第一の固定部材５２の具体的な形状は特に限定されないが、本実施形態の第一の固定部材５２は、略矩形平板形状とされている。第一の固定部材５２の下面には、押圧部５６が設けられている。押圧部５６は、例えば、ゴムなどの弾性体で形成されており、第一の固定部材５２の下面から下方に突出している。第一の固定部材５２の４角には、それぞれ下方へ向かって延び出す四角柱状の第一の嵌合部５８が設けられている。

　第二の固定部材５４は、硬質の合成樹脂などで形成された電気絶縁性の部材とされている。第二の固定部材５４は、第一の固定部材５２と対応する略矩形平板形状とされている。第二の固定部材５４の４角には、それぞれ下方へ向かって延び出す四角柱状の第二の嵌合部６０が設けられている。

　第二の固定部材５４の上面には、第一の配線４６が接続された第一の接続電極６２と、第二の配線４８が接続された第二の接続電極６４が、相互に離隔して設けられている。第一の接続電極６２及び第二の接続電極６４の幅方向（図８中の左右方向）の両側には、第二の固定部材５４から上方へ向けて突出する係止突起６６が２つずつ設けられている。

　そして、配線固定部材５０は、伸縮センサ１０における長さ方向の一方の端部に取り付けられている。即ち、第一の固定部材５２が伸縮センサ１０に対して上方から重ね合わされると共に、第二の固定部材５４が伸縮センサ１０に対して下方から重ね合わされて、それら第一の固定部材５２と第二の固定部材５４が相互に固定される。第一の固定部材５２と第二の固定部材５４は、第一の固定部材５２の第一の嵌合部５８が第二の固定部材５４の第二の嵌合部６０に嵌め合わされることにより、相互に固定されている。

　また、第二の固定部材５４の係止突起６６が、伸縮センサ１０の係止穴４４にそれぞれ挿通されて、伸縮センサ１０が第二の固定部材５４に対して長さ方向で位置決めされる。これにより、配線固定部材５０が伸縮センサ１０の長さ方向の端部に取り付けられている。配線固定部材５０は、伸縮センサ１０における低伸縮部２２に取り付けられていることから、伸縮センサ１０の変形による配線固定部材５０に対する位置のずれや、配線固定部材５０との係止部分における伸縮センサ１０の損傷などが防止される。

　配線固定部材５０の伸縮センサ１０への装着状態において、図９に示すように、第二の固定部材５４に設けられた第一の接続電極６２は、伸縮センサ１０の第一の電極１６の導通部２８ａに対して第一の導通孔４０を通じて接触状態で重ね合わされる。また、第二の固定部材５４に設けられた第二の接続電極６４は、伸縮センサ１０の第二の電極１８の導通部２８ｂに対して第二の導通孔４２を通じて接触状態で重ね合わされる。これらによって、第一の配線４６が第一の電極１６に導通状態で接続されると共に、第二の配線４８が第二の電極１８に導通状態で接続される。従って、第一の電極１６と第一の配線４６及び第二の電極１８と第二の配線４８の各接続部分は、何れも基材３８の低伸縮部２２に配されており、第一，第二の接続電極６２，６４を備える配線固定部材５０を含んで構成されている。

　配線固定部材５０の第一の固定部材５２に設けられた押圧部５６は、伸縮センサ１０における第一，第二の電極１６，１８の導通部２８ａ，２８ｂが設けられた部分に押し付けられている。これにより、導通部２８ａ，２８ｂが押圧部５６によって第一，第二の接続電極６２，６４側へ弾性的に押し込まれて、第一，第二の電極１６，１８と第一，第二の接続電極６２，６４とが接触状態に保持される。

　低伸縮部２２は、押圧部５６と第一，第二の接続電極６２，６４で挟まれることによって部分的に拘束されており、拘束部分では変形がほとんど生じない。これにより、第一，第二の電極１６，１８と第一，第二の配線４６，４８との接続部分において、基材３８の変形に起因する断線などの不具合が防止される。

　なお、伸縮センサ１０における長さ方向の他方の端部には、図１に示すように、取付部材６８が装着される。取付部材６８の具体的な構造は特に限定されないが、例えば、配線固定部材５０の第一の固定部材５２と第二の固定部材５４に相当する部材によって構成されている。伸縮センサ１０の他方の端部には電極がないことから、取付部材６８には第一，第二の接続電極６２，６４や押圧部５６に相当する部材は設けられなくて良い。また、取付部材６８は、係止突起６６もなくて良いが、係止突起６６を設けるようにすれば、取付部材６８を第一，第二の固定部材５２，５４と共通の部品で構成することができる。

　伸縮センサ１０は、長さ方向の両端部に装着された配線固定部材５０と取付部材６８が図示しない検出対象に取り付けられることにより、当該検出対象における配線固定部材５０と取付部材６８の取付部位間の距離の変化（伸縮変形）を電気的に検出する。本実施形態の伸縮センサ１０は、伸縮変形の検出だけでなく、伸縮変形量の計測も可能とされており、検出対象における配線固定部材５０と取付部材６８の取付部位間の距離の変化量を電気的に計測することができる。なお、伸縮センサ１０の両端部分が検出対象に対する取付部とされている。この取付部は、低伸縮部２２で構成されていることから、変形量が小さくされている。なお、ここでいう検出対象における配線固定部材５０と取付部材６８の取付部位間の距離とは、必ずしも２点間の最短距離だけを意味せず、例えば検出対象の湾曲した表面に伸縮センサ１０が取り付けられる場合には、該表面に沿った経路の長さを言う。

　すなわち、第一の電極１６と第二の電極１８の間に検出用電圧が印加された状態で、検出対象における配線固定部材５０と取付部材６８の取付部位間の距離が変化すると、伸縮センサ１０には、配線固定部材５０と取付部材６８の間で面方向の伸縮変形が生じる。これにより、伸縮センサ１０の検出部３２において、面方向の伸縮変形とそれに伴う厚さ方向の伸縮変形が生じる。その結果、第一，第二の電極１６，１８の対向部分の面積と、第一，第二の電極１６，１８の対向間距離とが変化して、検出部３２の静電容量が変化する。そして、検出部３２の静電容量値の変化に対応する伸縮センサ１０の伸縮変形量を、図示しない外部の検出装置によって算出することにより、伸縮センサ１０が装着された検出対象の伸縮や曲げなどの変形量を計測することができる。このように、伸縮センサ１０は、基材３８を構成する誘電体層１４の伸縮変形に伴う検出部３２の静電容量の変化に基づいて、検出対象の変形量などを検出する。要するに、伸縮センサ１０は、検出対象の変形等に追従する基材３８の伸縮変形を検出することによって、検出対象の変形等を検出する。

　なお、外部の検出装置による伸縮センサ１０の伸縮変形量の算出は、例えば、検出部３２の静電容量値の変化に対応する伸縮センサ１０の伸縮変形量を、マップデータとして外部の検出装置に予め記憶させて、検出部３２から出力された静電容量値に対応する伸縮センサ１０の伸縮変形量をマップデータから読み取ることで実現される。

　伸縮センサ１０は、例えば、非変形状態で検出対象に装着されて、伸長変形によって検出対象の変形や移動を検出するようにしても良いし、予め伸長変形した状態で検出対象に装着されて、収縮変形によって検出対象の変形や移動を検出するようにしても良い。

　伸縮センサ１０の長さ方向の伸長変形量が小さい場合には、検出部３２において低伸縮部２２に設けられた部分では、低伸縮部２２の伸長変形量が特に小さいことから、伸長変形を検出することが難しい場合がある。しかしながら、検出部３２において高伸縮部２０に設けられた部分は、高伸縮部２０の伸長変形量が比較的に大きくなることから、伸長変形を検出することができる。従って、検出部３２の一部が高伸縮部２０に設けられていることにより、伸縮センサ１０の検出感度の向上が図られて、より小さな伸縮変形を精度よく検出することが可能になる。

　伸縮センサ１０の長さ方向の伸長変形量が大きい場合には、検出部３２において高伸縮部２０に設けられた部分では、高伸縮部２０の伸長変形量が特に大きくなることから、大きく伸長変形した第一，第二の電極１６，１８の電気抵抗が著しく大きくなって、伸長変形を検出することが難しい場合がある。しかしながら、検出部３２において低伸縮部２２に設けられた部分では、低伸縮部２２の伸長変形量が比較的に小さくなることから、第一，第二の電極１６，１８の変形が抑えられて、伸長変形を検出することができる。従って、検出部３２の一部が低伸縮部２２に設けられていることで、より大きな伸長変形を伸縮センサ１０によって検出することができる。

　なお、第一，第二の電極１６，１８の電気抵抗が大きな伸長変形によって著しく高まる理由としては、例えば、第一，第二の電極１６，１８がエラストマーに導電性フィラーを混合した導電性エラストマー（導電性ゴム）であることが考えられる。即ち、導電性エラストマーの電気抵抗（導電率）には、エラストマーに分散している導電性フィラー間の距離が影響する。従って、第一，第二の電極１６，１８が通電方向である長さ方向で伸長変形すると、導電性フィラー間の距離が遠くなって、電気抵抗が増大する。電気抵抗の増大幅は、第一，第二の電極１６，１８の変形量に対応することから、第一，第二の電極１６，１８が高伸縮部２０の変形に追従して大きく変形すると、第一，第二の電極１６，１８の電気抵抗が著しく大きくなって、実質的に導電性を失う場合もある。

　このように、本実施形態の伸縮センサ１０は、検出部３２が高伸縮部２０と低伸縮部２２に跨って設けられていることから、より小さな変形からより大きな変形までの広い範囲の伸縮変形を精度よく検出することができる。

　実施例としての伸縮センサ１０の検出部３２が出力する検出信号の出力値は、図１０（ａ）のグラフに示すように、想定される伸縮センサ１０の伸縮変形量の範囲、換言すれば伸縮センサ１０によって検出したい対象物の伸縮変形量の範囲において、極値を持つことなく、伸縮変形量が大きくなるに従って検出信号の出力値が大きくなる。一方、全体が高伸縮部２０に相当する構造とされた比較例では、伸縮変形量が大きくなると、第一，第二の電極１６，１８の抵抗値が大きくなって、見かけ上の出力値が下がる。その結果、図１０（ｂ）のグラフに示すように、想定される伸縮センサ１０の伸縮変形量の範囲において極大値を持つこととなって、検出信号の出力値から伸縮変形量を一意的に求めることが難しい場合がある。このように、実施例としての伸縮センサ１０は、検出部３２が低伸縮部２２に設けられることで、より大きな伸縮変形量まで有効に検出することが可能とされている。

　第一，第二の電極１６，１８において、導通部２８ａ，２８ｂは、センサ構成部３０ａ，３０ｂにおける低伸縮部２２に設けられた部分につながって設けられている。それ故、伸縮センサ１０の伸縮変形量が大きくなって、センサ構成部３０ａ，３０ｂにおける高伸縮部２０に設けられた部分の電気抵抗が著しく大きくなったとしても、導通部２８ａ，２８ｂと低伸縮部２２に設けられたセンサ構成部３０ａ，３０ｂとの導通が維持される。その結果、低伸縮部２２に設けられた検出部３２によって、伸縮変形の検出が維持される。

　高伸縮部２０と低伸縮部２２は、同じ材質で一体的に連続して形成されていることから、製造が容易である。そして、高伸縮部２０と低伸縮部２２が幅寸法の違いによって設定されていることから、高伸縮部２０と低伸縮部２２の伸縮変形の違いを容易に設定可能であり、例えば別のシートで補強して低伸縮部２２を設けるなどの手間が不要である。

　第一，第二の配線４６，４８が接続される第一，第二の電極１６，１８の導通部２８ａ，２８ｂの端部が、基材３８の低伸縮部２２に設けられている。これにより、伸縮センサ１０が長さ方向に伸縮変形する際に、第一，第二の配線４６，４８と第一，第二の電極１６，１８との接続部分に作用する変形による応力が低減されて、断線等の不具合が防止される。

　しかも、第一，第二の電極１６，１８と第一，第二の配線４６，４８の接続部分が、伸縮センサ１０に装着される配線固定部材５０によって挟み込まれて拘束されている。これにより、伸縮センサ１０が長さ方向に伸縮変形する際に、第一，第二の配線４６，４８の接続部分に作用する応力が更に低減されて、断線等の不具合が回避される。

　伸縮センサ１０は、両端部が図示しない検出対象の相互に離れた２点に取り付けられて、検出対象の２点間の距離変化を検出する。そこにおいて、伸縮センサ１０が低伸縮部２２だけでなく高伸縮部２０を備えることにより、全体が低伸縮部とされる場合に比して、伸縮センサ１０全体の伸縮変形が大きく許容されて、伸縮センサ１０の伸縮変形を検出対象の２点間の距離変化に追従させることができる。

　図１１には、本発明の第二の実施形態としての伸縮検出装置を構成するセンサ本体７０を示す。センサ本体７０は、第一の電極７２と第二の電極７４が誘電体層１４の両面に固着された構造を有している。以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材及び部位については、図中に同一の符号を付して説明を省略する。

　第一，第二の電極７２，７４は、何れも、上下方向で対向して配されて検出部３２を構成するセンサ構成部７６と、センサ構成部７６から延び出す導通部２８とを備えている。なお、第一の電極７２と第二の電極７４は、幅方向の中央を通って幅方向と直交する平面に対する面対称形状とされている。

　センサ構成部７６は、誘電体層１４の高伸縮部２０に固着される部分が幅狭部７８とされていると共に、誘電体層１４の低伸縮部２２に固着される部分が幅広部８０とされている。幅広部８０は、少なくとも一部において幅狭部７８よりも幅寸法が大きくされている。好適には、幅広部８０の長さ方向の半分以上の範囲において、幅広部８０の幅寸法が幅狭部７８の幅寸法よりも大きくされる。より好適には、幅広部８０の長さ方向の７０％以上の範囲において、幅広部８０の幅寸法が幅狭部７８の幅寸法よりも大きくされる。幅広部８０の面積は、幅狭部７８の面積よりも大きくされている。

　そして、第一，第二の電極７２，７４は、誘電体層１４の両面に重ね合わされている。第一の電極７２と第二の電極７４は、センサ構成部７６において誘電体層１４を挟んで上下方向で対向して配置されており、それら第一の電極７２と第二の電極７４のセンサ構成部７６の対向部分に検出部３２が構成されている。第一の電極７２の導通部２８ａと第二の電極７４の導通部２８ｂは、上下方向で対向することなく、幅方向で相互に離れた位置に配されている。

　このような本実施形態に従う構造とされたセンサ本体７０によれば、検出部３２において高伸縮部２０に設けられた部分が、低伸縮部２２に設けられた部分よりも小さくされている。検出部３２において低伸縮部２２に設けられた部分は、高伸縮部２０に設けられた部分よりも検出部３２の静電容量の検出値に対する寄与度を大きくされている。それ故、センサ本体７０が長さ方向で大きく伸長変形する場合に、検出部３２における高伸縮部２０に設けられた部分が大きく変形して、静電容量の検出ができなくなったとしても、検出部３２全体の検出値に対する影響が低減される。その結果、センサ本体７０が大きく伸長変形する場合にも、伸縮変形を精度よく検出することができる。

　図１２には、本発明に従う構造とされた伸縮検出装置の第三の実施形態として、伸縮センサ９０を示す。伸縮センサ９０は、基材９２を構成する第一の保護層９４の厚さ寸法が長さ方向で変化している。

　すなわち、第一の保護層９４は、長さ方向の一方の端部が厚肉部９６とされており、長さ方向の外力の作用に対して、厚肉部９６における長さ方向の伸縮変形量が、厚肉部９６を外れた部分における長さ方向の伸縮変形量よりも小さくされている。これにより、基材９２において厚肉部９６が設けられた長さ方向一方の端部が低伸縮部９８とされていると共に、基材９２において厚肉部９６を長さ方向で外れた部分が高伸縮部１００とされている。要するに、本実施形態の伸縮センサ９０では、基材９２の低伸縮部９８と高伸縮部１００が、基材９２の厚さの違いによって設けられており、低伸縮部９８の厚さ寸法が高伸縮部１００の厚さ寸法よりも大きくされている。

　低伸縮部と高伸縮部を基材の形状の変化によって設ける場合には、前記第一の実施形態のように、基材３８の幅寸法を異ならせて低伸縮部２２と高伸縮部２０を設けることができる一方、本実施形態のように、基材９２の厚さ寸法を異ならせて低伸縮部９８と高伸縮部１００を設けることもできる。

　以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、前記実施形態において、基材の低伸縮部と高伸縮部は、基材の形状の違いによって設けられていたが、低伸縮部と高伸縮部は、例えば、材質を相互に異ならせることによって設けることもできる。また、例えば、基材の一部に別体の補強体を重ね合わせるようにして当該補強体を含んで基材を構成することによって、伸縮変形率を調節して低伸縮部を設けることもできる。

　低伸縮部と高伸縮部は、幅寸法の違い、厚さ寸法の違い、材質の違いなどを組み合わせて設けることもできる。例えば、低伸縮部を幅広且つ厚肉とすると共に、高伸縮部を幅狭且つ薄肉とすることによって、低伸縮部と高伸縮部の伸縮変形率の違いを設定することもできる。

　例えば、拘束部材によって基材を部分的に或いは全体的に挟み込むなどして、基材の伸縮率を低減させることにより、基材の伸縮変形量を制限することもできる。

　前記実施形態では、基材３８の一方の端部にのみ検出部３２が設けられていたが、例えば、基材３８の両端部にそれぞれ検出部３２を設けても良い。このことからも分かるように、複数の検出部３２を設けることも可能であり、それによって検出精度や信頼性の向上が図られ得る。また、基材３８の略全長に亘って連続的に検出部３２を設けることもできる。

　前記実施形態では、検出部３２が低伸縮部２２と高伸縮部２０に跨って設けられていたが、検出部３２は、低伸縮部２２だけに設けられて、高伸縮部２０には設けられていなくても良い。

　基材３８における低伸縮部２２と高伸縮部２０の配置は特に限定されず、例えば、低伸縮部２２が基材３８の中間部分に設けられると共に、高伸縮部２０が基材３８の端部に設けられていても良い。

　前記実施形態の基材３８は、誘電体層１４と第一，第二の保護層３４，３６とによって構成されていたが、第一，第二の保護層３４，３６を省略して誘電体層１４だけで基材を構成することもできる。また、第二の保護層３６を基材として、第二の保護層３６上にセンサ本体１２を配しても良く、その場合には、センサ本体１２が基材の一部を構成する部分（前記実施形態の誘電体層１４）を備えていなくても良い。なお、電気的な信号の出力部分となる電極（１６，１８等）は、それ自体が電気抵抗の変化を制御される対象であることから、前記実施形態に記載のとおり伸縮変形する基材に含めずに把握されることが望ましいが、例えばかかる電極の厚さや幅を部分的に異ならせることで基材の伸縮特性を積極的に且つ部分的にコントロールすることも可能であって、そのような態様においては電極を含めて基材を把握することができる。

　基材３８は、必ずしも帯状に限定されず、例えば、上下方向視で略正方形の矩形シート状などであっても良い。

　検出部の検出方式は、例示した静電容量方式に限定されない。例えば、圧電体層の変形による起電力に基づいて伸縮変形を検出する圧電方式や、電気絶縁性の弾性体に導電性フィラーを混合して分散させた導電性エラストマーの変形による電気抵抗の変化に基づいて伸縮変形を検出する電気抵抗方式など、各種公知の検出方式が採用され得る。

　基材３８を構成する誘電体層１４、第一，第二の保護層３４，３６や、第一，第二の電極１６，１８の形成方法は、特に限定されない。例えば、第一，第二の電極１６，１８を設けた誘電体層１４と第一，第二の保護層３４，３６をそれぞれ独立したシートとして形成して、それら誘電体層１４と第一，第二の保護層３４，３６を重ね合わせて固着しても良い。また、例えば、誘電体層１４、第一，第二の保護層３４，３６、第一，第二の電極１６，１８を各種の印刷法によって適切な順番に積層された状態で形成することもできる。第一，第二の電極１６，１８は、例えば、誘電体層１４の表面に各種印刷法で形成したり、薄膜として別で形成された第一，第二の電極１６，１８を誘電体層１４に貼り合わせるなどして設けることができる。

　前記実施形態では、長さ方向の伸縮変形を検出する伸縮検出装置について説明したが、例えば、長さ方向と幅方向などの複数方向において伸縮変形を検出可能とすることもできる。伸縮検出装置は、伸縮変形の検出方向で互いに離れた部分（例えば、前記実施形態のように両端部分）にそれぞれ検出対象への取付部が設けられると共に、それら取付部の間には、それら取付部が離れた方向（伸縮変形の検出方向）において互いに異なる部分に、高伸縮部と低伸縮部が各少なくとも１つ設けられる。前記実施形態では、伸縮変形量を測定することも可能であるが、例えば、伸縮変形の有無だけを検出するようにしても良い。

　伸縮検出装置としての伸縮センサ１０は、配線固定部材５０を介して検出対象に装着されていたが、例えば、伸縮センサ１０の両端部が検出対象に直接的に取り付けられても良い。要するに、伸縮検出装置の検出対象への装着方法は、特に限定されない。また、配線固定部材５０の具体的な構造は、あくまでも例示であって、適宜に変更され得る。また、検出対象は単一部材の２点間距離に限らず、例えば互いに別部材の間に掛け渡すように伸縮センサ１０を装着することで当該別部材の相互間距離を検出対象とすることも可能である。

１０，９０　伸縮センサ（伸縮検出装置）
１２，７０　センサ本体
１４　誘電体層
１６，７２　第一の電極
１８，７４　第二の電極
２０，１００　高伸縮部
２２，９８　低伸縮部
２４　拡幅部
２６　傾斜部
２８　導通部
３０，７６　センサ構成部
３２　検出部
３４，９４　第一の保護層
３６　第二の保護層
３８，９２　基材
４０　第一の導通孔
４２　第二の導通孔
４４　係止穴
４６　第一の配線
４８　第二の配線
５０　配線固定部材
５２　第一の固定部材
５４　第二の固定部材
５６　押圧部
５８　第一の嵌合部
６０　第二の嵌合部
６２　第一の接続電極
６４　第二の接続電極
６６　係止突起
６８　取付部材
７８　幅狭部
８０　幅広部
９６　厚肉部

Claims (10)

1. 　面方向に伸縮変形可能とされた薄肉の基材において、該基材の伸縮変形に追従して伸縮変形して該基材の伸縮変形を電気的に検出する検出部が設けられた伸縮検出装置であって、
   　前記基材が高伸縮部と低伸縮部を備えており、該基材における該低伸縮部の伸縮変形率が該高伸縮部よりも小さくされていると共に、
   　前記検出部が該基材の該低伸縮部に設けられている伸縮検出装置。
2. 　前記検出部は、前記基材の前記高伸縮部と前記低伸縮部に跨って設けられている請求項１に記載の伸縮検出装置。
3. 　前記高伸縮部と前記低伸縮部は同一の材質で形成されている請求項１又は２に記載の伸縮検出装置。
4. 　前記低伸縮部の幅寸法が前記高伸縮部の幅寸法よりも大きくされている請求項１～３の何れか一項に記載の伸縮検出装置。
5. 　前記低伸縮部の厚さ寸法が前記高伸縮部の厚さ寸法よりも大きくされている請求項１～４の何れか一項に記載の伸縮検出装置。
6. 　前記検出部は、検出用電極が誘電体層の両面に重ね合わされた構造を有しており、前記基材の伸縮に伴う該誘電体層の伸縮を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量型センサとされている請求項１～５の何れか一項に記載の伸縮検出装置。
7. 　前記誘電体層が前記基材によって構成されている請求項６に記載の伸縮検出装置。
8. 　前記基材の伸縮変形に対応して前記検出部が出力する検出信号の出力値が、想定される該基材の伸縮変形の範囲において極大値を持たない請求項１～７の何れか一項に記載の伸縮検出装置。
9. 　前記検出部に対する配線の接続部分が、前記低伸縮部に配されている請求項１～８の何れか一項に記載の伸縮検出装置。
10. 　前記低伸縮部を部分的に厚さ方向で挟み込んで拘束する配線固定部材を含んで前記接続部分が構成されている請求項９に記載の伸縮検出装置。

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