発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明は、前述のような事情に基づいてなされたものであり、抵抗変化のリニアリティ及び応答性を高めつつ、ＣＮＴ膜への異物混入等の発生を抑え、センサ機能の持続性を高めることができる歪みセンサを提供することを目的とする。 前記課題を解決するためになされた発明は、
柔軟性を有する基板と、
この基板の表面側に設けられ、一方向に配向する複数のＣＮＴ繊維を有するＣＮＴ膜と、
このＣＮＴ膜における前記ＣＮＴ繊維の配向方向の両端に配設される一対の電極と
を備えた歪みセンサであって、
前記ＣＮＴ膜が、複数の前記ＣＮＴ繊維からなる複数のＣＮＴ繊維束と、この複数のＣＮＴ繊維束の周面を被覆する樹脂層とを有することを特徴とする。 当該歪みセンサは、一対の電極を離反又は接近させる方向（電極配設方向）に伸張又は収縮すると、ＣＮＴ膜の電気抵抗が変化することにより、歪みを感知することができる。当該歪みセンサにあっては、ＣＮＴ膜が有するＣＮＴ繊維束の配向方向と電極配設方向とが略同一方向であり、複数のこのＣＮＴ繊維からなるＣＮＴ繊維束の周面が樹脂層によって被覆されているため、ＣＮＴ膜の抵抗変化のリニアリティが高い。より具体的に説明するために、当該歪みセンサとの比較とし、ＣＮＴ繊維を電極配設方向と垂直な方向に配設した歪みセンサ（以下、「垂直配設歪みセンサ」ということがある）を例にとり説明すると、この垂直配設歪みセンサは電極配設方向への伸張時に伸張方向のＣＮＴ繊維間の距離が急激に大きくなると共に、歪みセンサの厚み方向に圧縮が加わってＣＮＴ繊維間の距離が小さくなるため、抵抗変化のリニアリティが得られにくい。これに対し、当該歪みセンサは、歪みセンサの伸張によってＣＮＴ繊維束中のＣＮＴ繊維がランダムな個所で切断、離間等されることで抵抗変化が生じ、また厚み方向の圧縮も小さいため、抵抗変化のリニアリティが高くなる。また、当該歪みセンサは、ＣＮＴ繊維束の周囲が樹脂層で被覆されているため、この樹脂層がＣＮＴ繊維束のガイドの役割を果たし、ＣＮＴ繊維束が伸縮方向以外への遊動によって他のＣＮＴ繊維束と接触することが防止されるため、不測の抵抗変化を抑えることができ、抵抗変化のリニアリティをさらに高めることができる。なお、「ＣＮＴ繊維束の周面」とは、ＣＮＴ繊維束を形成する複数のＣＮＴ繊維のうち、最も径方向外側の複数のＣＮＴ繊維で形成される外面を意味する。 さらに当該歪みセンサは、ＣＮＴ繊維束の周囲を樹脂層で被覆することで、ＣＮＴ繊維束内でＣＮＴ繊維が切断された際、このＣＮＴ繊維の切断端部間には外部と隔離された空間が形成される。この空間内の圧力は、大気圧よりも低い（負圧である）と考えられ、歪みセンサの収縮時（歪の解放時）にはこの空間の収縮力によって歪みセンサの収縮が付勢される。さらに、この空間内ではＣＮＴ繊維同士やＣＮＴ繊維と周囲の樹脂との摩擦が低減されるため、樹脂の残留応力等によってＣＮＴ繊維の動きが制限され難い。その結果、歪みセンサの収縮時にＣＮＴ繊維の切断端部間が素早く再接触するため、当該歪みセンサは、高い応答性を得ることができる。 また当該歪みセンサは、ＣＮＴ膜が前記ＣＮＴ繊維束の周囲を被覆する樹脂層を有することで、ＣＮＴ膜への異物混入やＣＮＴ繊維の脱落等を防止し、センサ機能の持続性を高めることができる。 前記樹脂層が、前記ＣＮＴ繊維束の内部に含浸されないことが好ましい。このようにＣＮＴ繊維束を被覆する樹脂層をＣＮＴ繊維束の内部に含浸させないことで、ＣＮＴ繊維束を保護しつつ、ＣＮＴ繊維束の配向方向に対する変形が樹脂によって阻害されることを防止できるため、センサの感度及び抵抗変化のリニアリティをさらに高めることができる。また、前述のＣＮＴ繊維束内の空間が形成され易くなるため、応答性をさらに高めることができる。 前記樹脂層が、前記ＣＮＴ繊維束の表層の少なくとも一部に含浸されていてもよい。このようにＣＮＴ繊維束の表層の少なくとも一部に樹脂層が含浸することで、ＣＮＴ膜と基板との結合性及びＣＮＴ膜の強度が向上し、ＣＮＴ繊維束が樹脂層と共に伸縮し易くなる。一方で、ＣＮＴ繊維束の内部に樹脂層の非含浸部を有することで、ＣＮＴ繊維束の配向方向に対する変形が樹脂によって阻害されることを防止できる。これらの結果、センサの感度及び抵抗変化のリニアリティをさらに高めることができる。さらに、ＣＮＴ繊維束の表層への樹脂層の含浸程度により、ＣＮＴ繊維束の断裂を誘導でき、その面でもセンサの応答性をさらに高めることができる。 前記樹脂層が水性エマルジョンから形成されていることが好ましい。このように樹脂層の形成に水性エマルジョンを用いることで、例えば塗工や浸漬により容易かつ確実に、ＣＮＴ繊維束に完全に含浸せずＣＮＴ繊維束の周囲を被覆する樹脂層を形成することができる。 前記ＣＮＴ繊維束が、前記ＣＮＴ繊維同士が長手方向に連結する連結部を有するとよい。このように、ＣＮＴ繊維同士が長手方向に連結したＣＮＴ繊維束を用いることで、ＣＮＴ繊維束の配向方向の長さが大きいＣＮＴ膜を形成することができるため、抵抗変化のリニアリティに優れる当該歪みセンサを種々の用途に好適に用いることができる。 前記複数のＣＮＴ繊維束が長手方向に切断個所を有することが好ましい。このようにＣＮＴ繊維束が長手方向（配向方向）に切断個所を有することで、センサの伸縮時に主としてこの切断個所の間隔（ギャップ）の変化によってセンサの抵抗変化がもたらされるため、センサの抵抗変化のリニアリティ及び応答性をより高めると共に、抵抗変化の再現性も高めることができる。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

以上説明したように、本発明の歪みセンサによれば、抵抗変化のリニアリティ及び応答性を高めつつ、ＣＮＴ膜への異物混入等の発生を抑えセンサ機能の持続性を高めることができる。従って、当該歪みセンサは、圧力センサ、ロードセル、トルクセンサ、位置センサ等として広く利用することができる。