特開 2020-102949 曲げセンサ、検知装置、物品および検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-102949(P2020-102949A)

(43)【公開日】2020年7月2日

(54)【発明の名称】曲げセンサ、検知装置、物品および検知方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 11/00 20060101AFI20200605BHJP

   G01B 7/28 20060101ALI20200605BHJP

【ＦＩ】

   H02N11/00 Z

   G01B7/28 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-239819(P2018-239819)

(22)【出願日】2018年12月21日

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100195556

【弁理士】

【氏名又は名称】柿沼 公二

(74)【代理人】

【識別番号】100163511

【弁理士】

【氏名又は名称】辻 啓太

(72)【発明者】

【氏名】文珠 卓也

【テーマコード（参考）】

2F063

【Ｆターム（参考）】

2F063AA42

2F063DA02

2F063DA05

2F063DD02

2F063EC07

(57)【要約】

【課題】測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知する。
【解決手段】本発明に係る曲げセンサ１０は、高分子層１２の一面１２ａに電極層１３Ａが設けられ、高分子層１２の他の一面１２ｂに電極層１３Ｂが設けられたポリマー素子１１と、電極層１３Ａに接続された電極１４Ａと、電極１４Ａと対向するように電極層１３Ｂに接続された電極１４Ｂとからなる複数の電極対１４とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン導電性高分子層の一面に第１の電極層が設けられ、前記イオン導電性高分子層の他の一面に第２の電極層が設けられたポリマー素子と、
前記第１の電極層に接続された第１の電極と、前記第１の電極と対向するように前記第２の電極層に接続された第２の電極とからなる複数の電極対とを備える、曲げセンサ。

【請求項2】

請求項１に記載の曲げセンサにおいて、
前記ポリマー素子は、長尺形状を有しており、
前記ポリマー素子の長尺方向の対向する位置にそれぞれ前記電極対が設けられている、曲げセンサ。

【請求項3】

請求項１または２に記載の曲げセンサにおいて、
前記第１の電極層および前記第２の電極層は、炭素材料を含む、曲げセンサ。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項の記載の曲げセンサにおいて、
前記イオン導電性高分子層は、イオン交換樹脂からなる、曲げセンサ。

【請求項5】

請求項４に記載の曲げセンサにおいて、
前記イオン交換樹脂は、スルホン酸基またはカルボン酸基を含む、曲げセンサ。

【請求項6】

測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知する検知装置であって、
イオン導電性高分子層の一面に第１の電極層が設けられ、前記イオン導電性高分子層の他の一面に第２の電極層が設けられたポリマー素子と、前記第１の電極層に接続された第１の電極と、前記第１の電極と対向するように前記第２の電極層に接続された第２の電極とからなる複数の電極対とを備え、前記測定対象とともに変形する曲げセンサと、
第１の電極対および第２の電極対それぞれについて、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差である電極間電位差を取得し、前記第１の電極対における電極間電位差と、前記第２の電極対における電極間電位差との電位差、および、前記第１の電極対における電極間電位差と、前記第２の電極対における電極間電位差とが一致する電位に基づき、前記曲げ位置および前記曲げ量を検知する検知部とを備える、検知装置。

【請求項7】

請求項１から５のいずれか一項に記載の曲げセンサを備える物品。

【請求項8】

イオン導電性高分子層の一面に第１の電極層が設けられ、前記イオン導電性高分子層の他の一面に第２の電極層が設けられたポリマー素子と、前記第１の電極層に接続された第１の電極と、前記第１の電極と対向するように前記第２の電極層に接続された第２の電極とからなる複数の電極対とを備え、測定対象とともに変形する曲げセンサを備え、前記測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知する検知装置における検知方法であって、
第１の電極対および第２の電極対それぞれについて、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差である電極間電位差を取得するステップと、
前記第１の電極対における電極間電位差と、前記第２の電極対における電極間電位差との電位差、および、前記第１の電極対における電極間電位差と、前記第２の電極対における電極間電位差とが一致する電位に基づき、前記曲げ位置および前記曲げ量を検知するステップとを含む、検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、曲げセンサ、検知装置、物品および検知方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、一対の電極と、一対の電極間に設けられた高分子固体電解質とを有する高分子トランスデューサを、変動、変位または変形を検知するセンサとして用いる技術が開示されている。この技術では、高分子トランスデューサへの機械的エネルギーの印加により電極間に電位差が発生することを利用して、変動、変位または変形を検知する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５３７７３９２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知するための曲げセンサが様々な用途で求められている。例えば、燕下の際の咽頭の動きの検知、人工心肺において血液を循環させる配管内での過度の陰圧あるいは陽圧の発生の検知、ビールサーバ用のチューブの変形の検知など、様々な用途で曲げセンサが求められている。

【0005】

特許文献１に開示されている技術では、変動、変位または変形の有無を検知することはできるが、曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知することはできない。

【0006】

本発明の目的は、上述した課題を解決し、測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知することができる曲げセンサ、検知装置、物品および検知方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明に係る曲げセンサは、イオン導電性高分子層の一面に第１の電極層が設けられ、前記イオン導電性高分子層の他の一面に第２の電極層が設けられたポリマー素子と、前記第１の電極層に接続された第１の電極と、前記第１の電極と対向するように前記第２の電極層に接続された第２の電極とからなる複数の電極対とを備える。

【0008】

また、本発明に係る曲げセンサにおいて、前記ポリマー素子は、長尺形状を有しており、前記ポリマー素子の長尺方向の対向する位置にそれぞれ前記電極対が設けられている。

【0009】

また、本発明に係る曲げセンサにおいて、前記第１の電極層および前記第２の電極層は、炭素材料を含む。

【0010】

また、本発明に係る曲げセンサにおいて、前記イオン導電性高分子層は、イオン交換樹脂からなる。

【0011】

また、本発明に係る曲げセンサにおいて、前記イオン交換樹脂は、スルホン酸基またはカルボン酸基を含む。

【0012】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る検知装置は、測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知する検知装置であって、イオン導電性高分子層の一面に第１の電極層が設けられ、前記イオン導電性高分子層の他の一面に第２の電極層が設けられたポリマー素子と、前記第１の電極層に接続された第１の電極と、前記第１の電極と対向するように前記第２の電極層に接続された第２の電極とからなる複数の電極対とを備え、前記測定対象とともに変形する曲げセンサと、第１の電極対および第２の電極対それぞれについて、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差である電極間電位差を取得し、前記第１の電極対における電極間電位差と、前記第２の電極対における電極間電位差との電位差、および、前記第１の電極対における電極間電位差と、前記第２の電極対における電極間電位差とが一致する電位に基づき、前記曲げ位置および前記曲げ量を検知する検知部とを備える。

【0013】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る物品は、上述したいずれかの曲げセンサを備える。

【0014】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る検知方法は、イオン導電性高分子層の一面に第１の電極層が設けられ、前記イオン導電性高分子層の他の一面に第２の電極層が設けられたポリマー素子と、前記第１の電極層に接続された第１の電極と、前記第１の電極と対向するように前記第２の電極層に接続された第２の電極とからなる複数の電極対とを備え、測定対象とともに変形する曲げセンサを備え、前記測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知する検知装置における検知方法であって、第１の電極対および第２の電極対それぞれについて、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差である電極間電位差を取得するステップと、前記第１の電極対における電極間電位差と、前記第２の電極対における電極間電位差との電位差、および、前記第１の電極対における電極間電位差と、前記第２の電極対における電極間電位差とが一致する電位に基づき、前記曲げ位置および前記曲げ量を検知するステップとを含む。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る曲げセンサ、検知装置、物品および検知方法によれば、測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る曲げセンサの構成例を示す断面図である。

【図2】図１に示す曲げセンサの形状の一例を示す平面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る検知装置の構成例を示す図である。

【図4】図１に示す曲げセンサによる曲げ位置および曲げ量の検知について説明するための図である。

【図5】図１に示すポリマー素子の他の構成例を示す図である。

【図6】実施例に係る曲げセンサの電極対における電極間電位差の波形の一例を示す図である。

【図7】実施例に係る曲げセンサにおける、変形位置とピーク電位差との関係の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0018】

図１は、本発明の一実施形態に係る曲げセンサ１０の構成例を示す断面図である。本実施形態に係る曲げセンサ１０は、測定対象に取り付けられて測定対象とともに変形し、測定対象に曲げ変形が生じた曲げ位置および曲げ量を検知するためのセンサである。図１においては、説明の便宜上、図１の紙面左右方向をＸ方向、紙面上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向として説明する。図１は、曲げセンサ１０のＺ−Ｘ断面の断面図である。

【0019】

図１に示す曲げセンサ１０は、ポリマー素子１１を備える。

【0020】

ポリマー素子１１は、高分子層１２（イオン導電性高分子層）と、電極層１３Ａ，１３Ｂとを備える。

【0021】

高分子層１２は、イオン交換樹脂、例えば、スルホン酸基またはカルボン酸基といった極性基を有するフッ素系樹脂（例えば、デュポン株式会社製のナフィオン（登録商標））などのイオン導電性高分子により構成される。なお、高分子層１２を構成する材料はこれに限られるものではない。高分子層１２は、イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子化合物により構成される。「イオン物質」とは、高分子層１２内を伝導することが可能なイオン全般を指しており、有機物質であっても無機物質であってもよい。例えば、イオン物質としては、水素イオン、金属イオン単体、またはそれら陽イオンおよび／または陰イオンと極性溶媒とを含むもの、あるいはイミダゾリウム塩などのそれ自体が液状である陽イオンおよび／または陰イオンを含むものなどを含むが、これらに限られるものではない。

【0022】

電極層１３Ａ，１３Ｂは、高分子層１２のＺ方向の両面に、高分子層１２を挟むようにして設けられている。すなわち、高分子層１２の一面１２ａに第１の電極層としての電極層１３Ａが設けられている。また、高分子層１２の他の一面１２ｂ（高分子層１２の一面１２ａと対向する面）に第２の電極層としての電極層１３Ｂが設けられている。このように、ポリマー素子１１は、高分子層１２を電極層１３Ａと電極層１３Ｂとが挟むように積層された積層体である。高分子層１２と、電極層１３Ａ，１３Ｂとからなる積層体であるポリマー素子１１は、ＥＡＰ（Electroactive Polymers）センサと称される。電極層１３Ａ，１３Ｂは、高分子層１２を構成する高分子材料中に炭素材料（カーボンブラック、活性炭など）を配合して構成される。

【0023】

ポリマー素子１１には、電気信号の取り出し用の第１の電極としての電極１４Ａと、電気信号の取り出し用の第２の電極としての電極１４Ｂとからなる電極対１４が複数設けられている。

【0024】

電極１４Ａは、電極層１３Ａに接続されている。電極１４Ｂは、図１に示すように、対となる電極１４Ａと対向するように、電極層１３Ｂに接続されている。このように、曲げセンサ１０は、高分子層１２（イオン導電性高分子層）の一面１２ａに電極層１３Ａが設けられ、高分子層１２の他の一面１２ｂ（高分子層１２の一面１２ａに対向する面）に電極層１３Ｂが設けられたポリマー素子１１と、電極層１３Ａに接続された電極１４Ａと、電極１４Ａと対向するように電極層１３Ｂに接続された電極１４Ｂとからなる複数の電極対１４とを備える。

【0025】

ポリマー素子１１が外力を受けて、例えば、図１のＺ軸の正方向（電極層１３Ｂ側）に変形（湾曲）すると、高分子層１２では、電極層１３Ｂ側が圧縮し、電極層１３Ａ側が伸張する。すると、高分子層１２に含まれる陽イオンが内圧の低い電極層１３Ａ側に移動し、電極層１３Ａでは陽イオンが密となり、電極層１３Ｂ側では陽イオンが疎となる。そのため、電極層１３Ａと電極層１３Ｂとに電位差が生じ、この電位差が電極層１３Ａ，１３Ｂに接続された電極１４Ａ，１４Ｂから電気信号として出力される。

【0026】

図２は、曲げセンサ１０の形状の一例を示す図であり、曲げセンサ１０をＺ方向から見た平面図である。

【0027】

ポリマー素子１１は、例えば、図２に示すように、長尺形状を有している。図２においえは、ポリマー素子１１の長尺方向（図２では、Ｘ方向）の一端と他端とに、電極対１４が設けられる。すなわち、ポリマー素子１１の長尺方向の対向する位置にそれぞれ電極対１４が設けられる。

【0028】

図３は、本発明の一実施形態に係る検知装置１００の構成例を示す図である。図３においては、第１の電極対としての電極対１４−１と、第２の電極対としての電極対１４−２とがポリマー素子１１に設けられている例を示している。

【0029】

図３に示す検知装置１００は、曲げセンサ１０と、検知部２０とを備える。

【0030】

検知部２０は、電極対１４−１，１４−２それぞれについて、各電極対１４を構成する電極１４Ａと電極１４Ｂとの電位差（以下、「電極間電位差」と称する。）を取得する。そして、検知部２０は、電極対１４−１における電極間電位差と、電極対１４−２における電極間電位差との電位差、および、電極対１４−１における電極間電位差と、電極対１４−２における電極間電位差とが一致する電位に基づき、曲げセンサ１０が取り付けられた測定対象の曲げ位置および曲げ量を検知する。

【0031】

以下では、本実施形態に係る曲げセンサ１０を用いて曲げ位置および曲げ量を検知することできる原理について説明する。

【0032】

本願発明者が鋭意検討した結果、ＥＡＰセンサは、複数の積分回路（ＲＣ回路）が抵抗を介して多段に接続された多段の積分回路と等価であるという知見を得た。以下では、このような多段の積分回路を用いて説明する。

【0033】

上述したように、ＥＡＰセンサは、曲げ変形に応じて電荷が発生する。ＥＡＰセンサと同様に、多段の積分回路において電荷Ｑが発生したとすると、電荷Ｑは、抵抗Ｒを介して回路全体のコンデンサ成分にチャージされる。したがって、多段の積分回路の任意の部位におけるチャージ電荷Ｑｎと静電容量Ｃｎとに基づき、その任意の部位における電位ＶｎはＱｎ／Ｃｎで表される。

【0034】

図４は、図２に示すような、長尺形状のポリマー素子１１の、長尺方向の両端に電極対１４が取り付けられた曲げセンサ１０を模擬した多段の積分回路において、時刻ｔにおいて曲げ変形に応じた電荷Ｑが発生した場合の、両端の電極対１４それぞれの電極間電位差のシミュレーション結果を示す図である。

【0035】

図４において、波形Ａは、電荷Ｑが発生した位置（曲げ変形が生じた位置）に近い電極対１４における電極間電位差を示す波形である。また、波形Ｂは、曲げ変形が生じた位置に遠い電極対１４における電極間電位差を示す波形である。

【0036】

上述したように、曲げ変形に応じて発生した電荷Ｑは、抵抗Ｒを介して、回路全体のコンデンサ成分にチャージされる。そのため、曲げ位置から遠いほど、電荷のチャージに時間を要する。換言すると、電荷の分配に影響する静電容量は、経時的に変化する。

【0037】

したがって、曲げ位置に近い位置で電位を観察すると、曲げ変形が生じた初期は、曲げ位置近傍の小さい静電容量により電荷が分配される。したがって、曲げ位置に近い電極対１４における電極間電位差を示す波形Ａでは、図４に示すように、時刻ｔの直後に、高いピークが生じる。

【0038】

その後、後段の静電容量にも電荷が分配され、電位は徐々に低減する。そして、回路全体（ＥＡＰセンサ全体）に電荷が分配される。その結果、図４に示すように、曲げ位置に近い電極対１４における電極間電位差（波形Ａ）と、曲げ位置に遠い電極対１４における電極間電位差（波形Ｂ）とが一致する。

【0039】

図４に示すように、曲げ位置に近い電極対１４においては、時刻ｔの直後に、電極間電位差に大きなピークが表れる。一方、曲げ位置に遠い電極対１４においては、そのそのようなピークは表れない。このように、各電極対１４における電極間電位差は、抵抗Ｒにより影響される静電容量の経時的変化に基づく位置情報を示すことが分かる。つまり、複数の電極対１４の電極間電位差それぞれにおけるピークの有無と、曲げ位置に近い電極対１４における電極間電位差がピークに達した時点における波形Ａと波形Ｂとの電位差（以下、「ピーク電位差Ｖｐ」と称する）とに基づき、曲げ位置を検知可能である。

【0040】

また、曲げ量は、曲げ変形により生じた電荷Ｑに対応するものである。電荷Ｑは、回路全体（ＥＡＰセンサ全体）の静電容量成分に電荷が行き渡った際の電位と回路全体の静電容量Ｃとの積として算出することができる。つまり、曲げ変形が生じた後、波形Ａと波形Ｂとが一致した電位の絶対値（以下、「到達電位Ｖｔ」を称する）と、ＥＡＰセンサ（曲げセンサ１０）全体の静電容量とに基づき、曲げ量を検知可能である。なお、曲げセンサ１０全体の静電容量は、予め算出することが可能である。曲げセンサ１０全体の静電容量は、例えば、曲げ位置を検出するためには、１μＦ／ｃｍ^２以上、１０ｍＦ／ｃｍ^２以下であることが好ましく、より安定的に曲げ位置を検出するためには、１００μＦ／ｃｍ^２以上、５ｍＦ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。また、電極層１３Ａ，１３Ｂの表面電気抵抗（シート抵抗）は、例えば、曲げ位置を検出するためには、０．１Ω／□以上、１０００Ω／□以下であることが好ましく、より安定的に曲げ位置を検出するためには、１Ω／□以上、１００Ω／□以下であることが好ましい。

【0041】

したがって、検知部２０は、第１の電極対１４−１における電極間電位差と、第２の電極対１４−２における電極間電位差との電位差（より具体的には、ピーク電位差Ｖｐ）、および、第１の電極対１４−１における電極間電位差と、第２の電極対１４−２における電極間電位差とが一致する電位（到達電位Ｖｔ）に基づき、曲げセンサ１０が取り付けられた測定対象の曲げ位置および曲げ量を検知することができる。

【0042】

図２においては、ポリマー素子１１（ＥＡＰセンサ）は長尺形状である例を用いて説明したが、ポリマー素子１１の形状はこの例に限られない。上述したように、曲げセンサ１０は、曲げ位置および曲げ量を検知する測定対象に取り付けられる。したがって、ポリマー素子１１の形状は、曲げ位置および曲げ量の検知が必要な領域の形状に応じて、任意の形状とすることができる。

【0043】

また、図２においては、２つの電極対１４（電極対１４−１，１４−２）が、ポリマー素子１１の対向する位置に設けられる例を用いて説明したが、電極対１４の数および電極対１４の配置はこの例に限らず、任意の数、任意の配置であってよい。ただし、上述したように、曲げ変形が生じた曲げ位置と、各電極対１４との位置関係に応じて、各電極対１４から出力される電気信号（電極間電位差）に差が生じる。つまり、複数の電極対１４が近接して配置されると、それらの電極対１４から出力される電気信号に差が生じにくく、曲げ位置などの検知が困難となる。したがって、曲げ位置および曲げ量の検知が必要な領域内での曲げ変形に応じて、各電極対１４から出力される電気信号に差が生じるように、複数の電極対１４が離間して（例えば、図２に示すように、ポリマー素子１１の対向する位置に離間して）配置されることが望ましい。

【0044】

また、図１においては、曲げセンサ１０は、高分子層１２（イオン導電性高分子層）の両側を電極層１３Ａ，１３Ｂで挟んだ積層体であるポリマー素子１１を備える例を用いて説明したが、これに限られるものではない。曲げセンサ１０は、図５に示すように、ポリマー素子１１を覆うカバーフィルム１５をさらに備えていてもよい。カバーフィルム１５は、水分の透過を抑制可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）などで構成される。また、カバーフィルム１５としては、無機金属層を有するバリアフィルムを用いることができる。カバーフィルム１５は、高分子層１２および電極層１３Ａ，１３Ｂの積層体への水分の侵入を抑制するように、ポリマー素子１１全体を覆う。

【0045】

高分子層１２および電極層１３Ａ，１３Ｂの積層体をカバーフィルム１５で覆うことで、温度および湿度によらず、曲げセンサ１０は、安定した特性を発現することができる。なお、図５においては、電極１４Ａ，１４Ｂの記載は省略している。

【0046】

このように本実施形態においては、曲げセンサ１０は、イオン導電性高分子層としての高分子層１２の一面１２ａに第１の電極層としての電極層１３Ａが設けられ、高分子層１２の他の一面１２ｂに第２の電極層としての電極層１３Ｂが設けられたポリマー素子１１と、電極層１３Ａに接続された第１の電極としての電極１４Ａと、電極１４Ａと対向するように電極層１３Ｂに接続された第２の電極としての電極１４Ｂとからなる複数の電極対１４とを備える。

【0047】

曲げセンサ１０の曲げ位置および曲げ量に応じて、各電極対１４における電極間電位差の差（ピーク電位差Ｖｐ）、および、各電極対１４における電極間電位差が一致する到達電位Ｖｔが変化するので、ピーク電位差Ｖｐおよび到達電位Ｖｔに基づき、曲げセンサ１０が取り付けられた測定対象の曲げ位置および曲げ量を検出することができる。

【0048】

上述した本発明に係る曲げセンサ１０は、工業あるいは農業に代表される産業上利用可能な分野において、測定対象の曲げ位置および曲げ量を検知する機能を備える種々の物品に適用することが可能である。

【実施例】

【0049】

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。

【0050】

（曲げセンサの作製）
まず、１０ｍｍ×９０ｍｍ（幅×長さ）の長尺形状のポリマー素子を以下のようにして作製した。

【0051】

まず、分散媒に導電性材料粉末と導電性高分子とを分散させた塗料をイオン導電性高分子膜の両面に塗布した。次に、分散媒を揮発させて、イオン導電性高分子膜の両面に電極層を形成するとともに、イオン導電性高分子膜に陽イオン物質を含浸させた。その後、イオン導電性高分子膜（イオン導電性高分子層）および電極層を所定の大きさ（１０ｍｍ×９０ｍｍ）に裁断して、ポリマー素子を作製した。イオン導電性高分子膜の厚さは１００μｍであった。また、イオン導電性高分子膜の両面に形成された電極層の厚さは１５μｍであった。

【0052】

次に、作製したポリマー素子の長尺方向の両端にそれぞれ、電気信号の引き出し用の電極対を取り付け、曲げセンサを作製した。電極対を構成する電極と、ポリマー素子とが重複する部分の長尺方向の長さは、１０ｍｍであった。

【0053】

作製したポリマー素子の静電容量は、２ｍＦ／ｃｍ^２であった。また、作製したポリマー素子の電極層の表面電気抵抗（シート抵抗）は、３７Ω／□であった。

【0054】

（ピーク電位差Ｖｐおよび到達電位Ｖｔの測定）
作製した曲げセンサを用いて、ピーク電位差Ｖｐおよび到達電位Ｖｔを以下のようにして測定した。

【0055】

曲げセンサに局所的な変形が起こらないように、曲げセンサを厚さ１５ｍｍのＥＶＡスポンジで挟み込み、その後、長さ１７０ｍｍの金属板の中央に固定した。ＥＶＡスポンジで挟み込まれた曲げセンサが上側に位置するようにして、金属板の両端を固定した。金属板と床面との距離を調整し、金属板の下面（曲げセンサが固定されていない面）が床面に接するまで押し込み、その際の２つの電極対それぞれにおける電極間電位差を電圧測定器（株式会社キーエンス社製、商品名「ＮＲ−ＳＴ０４」）により測定した。

【0056】

図６は、曲げセンサが取り付けられた金属板と床面との距離を１５ｍｍおよび１０ｍｍとし、金属板が床面に接するまで押し込んだ（金属板を１５ｍｍおよび１０ｍｍ変位させた）場合の、２つの電極対それぞれにおける電極間電位差の波形を示す図である。図６において、ｔ０は金属板の中央の位置で金属板を押し込んだタイミングを示し、ｔ１は金属板の中央から１５ｍｍ離れた位置で金属板を押し込んだタイミングを示し、ｔ２は金属板の中央から３０ｍｍ離れた位置で金属板を押し込んだタイミングを示す。また、図６において、波形Ａは、金属板が押し込まれた位置（曲げセンサの曲げ位置）に近い電極対における電極間電位差を示す波形であり、波形Ｂは、金属板が押し込まれた位置（曲げセンサの曲げ位置）に遠い電極対における電極間電位差を示す波形である。

【0057】

また、金属板を押し込む位置（変形位置）を金属板の中央から左右に変化させた場合に各電極対における電極間電位差から求めたピーク電位差Ｖｐおよび到達電位Ｖｔを表１に示す。表１においては、金属板の中央（０ｍｍ）、金属板の中央から左右に１５ｍｍの位置（右１５ｍｍ、左１５ｍｍ）および金属板の中央から左右に３０ｍｍの位置（右３０ｍｍ、左３０ｍｍ）を、１５ｍｍおよび１０ｍｍ押し込んだ場合のピーク電位差Ｖｐおよび到達電位Ｖｔを示している。

【0058】

【表1】

【0059】

図６に示すように、金属板の中央を押し込んだ場合、金属板の変位量に関わらず、波形Ａと波形Ｂとは概ね同じ形状であった。また、金属板の中央から１５ｍｍおよび３０ｍｍ離れた位置を押し込んだ場合、金属板の変位量に関わらず、金属板が押し込まれた位置に近い電極対における電極間電位差を示す波形Ａにはピークが表れたのに対し、金属板が押し込まれた位置に遠い電極対における電極間電位差を示す波形Ｂにはそのようなピークは表れなかった。これより、各電極対における電極間電位差の波形から、金属板の中央から右側が押し込まれたのか、左側が押し込まれたのかを検知可能であることが分かった。

【0060】

また、表１に示すように、金属板の変位量に関わらず、変形位置が金属板の中央から離れるほど、ピーク電位差Ｖｐが大きくなった。これより、ピーク電位差Ｖｐに基づき、曲げセンサの曲げ位置（中央から曲げ位置までの距離）を検知可能であることが分かった。また、表１に示すように、同じ変形位置では、変形量が多いほど、到達電位Ｖｔが大きくなった。これより、到達電位Ｖｔに基づき、曲げセンサの曲げ量を検知可能である分かった。

【0061】

金属板の変位量を１５ｍｍおよび３０ｍｍとし、変形位置（金属板の中央からの距離）を０ｍｍから２５ｍｍまで５ｍｍずつずらした場合のピーク電位差Ｖｐおよび到達電位Ｖｔを表２に示す。また、図７に、金属板の変位量が１５ｍｍおよび３０ｍｍそれぞれである場合の、変形位置（金属板の中央からの距離）とピーク電位差Ｖｐとの関係を示す。また、図７においては、金属板の変位量が１５ｍｍである場合の変形位置とピーク電位差Ｖｐとの関係の近似直線を破線で示し、金属板の変位量が３０ｍｍである場合の変形位置とピーク電位差Ｖｐとの関係の近似直線を実線で示す。

【0062】

【表2】

【0063】

図７に示すように、変位量が１５ｍｍである場合にも、３０ｍｍである場合にも、変形位置とピーク電位差Ｖｐとは概ね線形的な関係にあった。このことからも、ピーク電位差Ｖｐに基づき、曲げセンサの曲げ位置を検知可能であることが分かった。また、表１に示すように、変形位置に関わらず、変位量が３０ｍｍである場合の方が、変位量が１５ｍｍである場合よりも、到達電位Ｖｔが大きかった。このことからも、到達電位Ｖｔに基づき、曲げセンサの曲げ量を検知可能であることが分かった。

【0064】

本発明は、上述した各実施形態で特定された構成に限定されず、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0065】

１０ 曲げセンサ
１１ ポリマー素子
１２ 高分子層（イオン導電性高分子層）
１３Ａ 電極層（第１の電極層）
１３Ｂ 電極層（第２の電極層）
１４，１４−１，１４−２ 電極対
１４Ａ 電極（第１の電極）
１４Ｂ 電極（第２の電極）
１５ カバーフィルム
２０ 検知部
１００ 検知装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】