特許 6161196 歪みセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6161196

(24)【登録日】2017年6月23日

(45)【発行日】2017年7月12日

(54)【発明の名称】歪みセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20170703BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/16 R

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-133208(P2013-133208)

(22)【出願日】2013年6月25日

(65)【公開番号】特開2014-38088(P2014-38088A)

(43)【公開日】2014年2月27日

【審査請求日】2016年5月13日

(31)【優先権主張番号】特願2012-161849(P2012-161849)

(32)【優先日】2012年7月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004075

【氏名又は名称】ヤマハ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(74)【代理人】

【識別番号】100106264

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 耕治

(74)【代理人】

【識別番号】100176876

【弁理士】

【氏名又は名称】各務 幸樹

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 克典

(72)【発明者】

【氏名】榊原 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】谷高 幸司

(72)【発明者】

【氏名】奥宮 保郎

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 正浩

(72)【発明者】

【氏名】井上 翼

【審査官】 八木 智規

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−４７７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／１０４６６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

柔軟性を有する基材層と、この基材層の表面側に積層され、一方向に配向する複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ層とを少なくとも有する層構造部分、及び
前記ＣＮＴ層に接続される一対の電極
を備える歪みセンサであって、
前記一対の電極間において、前記層構造部分が異剛性領域を有し、
前記異剛性領域が、前記層構造部分の少なくとも一層の表面、裏面又は側面に形成される凸部又は凹部を有することを特徴とする歪みセンサ。

【請求項2】

前記異剛性領域が、前記一対の電極の対向方向に略垂直に配置されている請求項１に記載の歪みセンサ。

【請求項3】

前記異剛性領域が、前記ＣＮＴ繊維の配向方向と略平行な方向又は交差する方向に配置されている請求項１に記載の歪みセンサ。

【請求項4】

前記異剛性領域が、線状又は帯状に形成されている請求項１、請求項２又は請求項３に記載の歪みセンサ。

【請求項5】

柔軟性を有する基材層と、この基材層の表面側に積層され、一方向に配向する複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ層とを少なくとも有する層構造部分、及び
前記ＣＮＴ層に接続される一対の電極
を備える歪みセンサであって、
前記一対の電極間において、前記層構造部分が異剛性領域を有し、
前記異剛性領域が、前記層構造部分の少なくとも一層を貫通する貫通孔を有することを特徴とする歪みセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歪みセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

歪みを検出する歪みセンサは、歪み（伸縮）に対する抵抗体の抵抗変化から歪みを検出するよう構成されている。この抵抗体としては、一般的に金属や半導体が用いられている。しかし、金属や半導体は可逆的に伸縮可能な変形量が小さいため、歪みセンサの用途等に制限がある。

【0003】

そこで、前記抵抗体として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いたデバイスが提案されている（特開２０１１−４７７０２号公報、特開２０１０−２８１８２４号公報参照）。これらのデバイスには、所定方向に配向させた複数のＣＮＴからなるＣＮＴ膜等が用いられている。前記デバイスによれば、ＣＮＴ膜の伸縮や開裂によりＣＮＴ同士の接触状態が変化することによって抵抗が変化し、歪み量を測定することができる。前記ＣＮＴ膜は、ＣＮＴの配向方向と垂直方向への比較的大きな伸縮が可能であるため、大きな歪みにも対応可能なセンサとして利用することができるとされている。

【0004】

しかし、前記従来のデバイスにおいては、ＣＮＴ膜において伸縮や開裂が生じる領域が限定されないため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂する場合があり、感度の線形性や再現性が低いという不都合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−４７７０２号公報

【特許文献2】特開２０１０−２８１８２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、感度の線形性や再現性に優れる歪みセンサを提供することを目的とする。

【0007】

前記課題を解決するためになされた発明は、
柔軟性を有する基材層と、この基材層の表面側に積層され、一方向に配向する複数のＣＮＴ繊維を含むＣＮＴ層とを少なくとも有する層構造部分、及び
前記ＣＮＴ層に接続される一対の電極
を備える歪みセンサであって、
前記一対の電極間において、前記層構造部分が異剛性領域を有することを特徴とする。

【0008】

当該歪みセンサによれば、ＣＮＴ層を含む層構造部分が異剛性領域を有する、すなわち層構造部分中に相対的に剛性の低い領域が存在するため、歪みに対してこの剛性の低い領域が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように当該歪みセンサは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が向上する。

【0009】

前記異剛性領域が、前記一対の電極の対向方向に略垂直に配置されていることが好ましい。このようにすることで、歪みを感受する方向（一対の電極の対向方向）の伸縮に対して、上述の剛性の低い領域の伸縮又は開裂が効果的に生じ、感度の線形性や再現性がより向上する。

【0010】

前記異剛性領域は、前記ＣＮＴ繊維の配向方向と略平行な方向又は交差する方向に配置されていることが好ましい。前記ＣＮＴ層はＣＮＴ繊維の配向方向と垂直方向への伸縮が大きいため、前記異剛性領域をＣＮＴ繊維の配向方向に沿って略平行に形成することで、比較的大きな歪み量に対する感度又はその線形性等を高めることなどができる。一方、前記異剛性領域をＣＮＴ繊維の配向方向と交差して形成することで、伸縮させる領域を特定することなどができる。さらに、異剛性領域を複数方向に形成してもよい。これらのように、一方向あるいは２方向（例えば、電極の対向方向と略平行な方向及びその垂直方向）以上に異剛性領域を組み合わせて配置することで、さらに微細に伸縮させる領域を特定することなどができ、センサの感度やセンシング部位を調整することができる。

【0011】

前記異剛性領域が、線状又は帯状に形成されていることが好ましい。このように線状又は帯状の異剛性領域を設けることで、伸縮又は開裂する領域の制御や調整をより容易にすることなどができる。

【0012】

前記異剛性領域が、前記層構造部分の少なくとも一層の表面、裏面又は側面に形成される凸部又は凹部を有することが好ましい。前記凸部が形成された領域の剛性は高まり、逆に凹部が形成された領域の剛性は低くなるため、このようにすることで容易に異剛性領域を形成することができる。

【0013】

ＣＮＴ層が、ＣＮＴ繊維間に配置されるエラストマーをさらに含むとよい。このようにすることでエラストマーがＣＮＴ層の破損等を抑制することができると共に、ＣＮＴ層自体に凸部や凹部を形成することも容易になる。また、エラストマーは、ＣＮＴ繊維間の電気的導通を阻害することなく配置されることが望ましい。

【0014】

前記層構造部分が、ＣＮＴ層の表面に積層される保護層をさらに有することも好ましい。このようにすることで前記保護層がＣＮＴ層を保護することができると共に、保護層に凸部や凹部を形成することで、伸縮等が生じる領域の固定も行うことができる。

【0015】

ここで、層構造部分とは、基材層及びＣＮＴ層を少なくとも有するものをいうが、基材層の表面側に積層される保護層、基材層の裏面側に積層されるアシスト基板等も層構造部分を構成し得る。また、異剛性領域を配置する方向とは、各異剛性領域の形状が線状又は帯状等、方向性を有する形状の場合はその長手方向をいい、各異剛性領域の形状が円形状等、方向性を有さない形状の場合は、複数の異剛性領域を直線状に配置した際のその方向をいう。

【発明の効果】

【0016】

以上説明したように、本発明の歪みセンサによれば、測定毎に異なる領域に伸縮や開裂が生じることが抑制されており、その結果、感度の線形性や再現性に優れる。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。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第一実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図（ａ）及び模式的平面図（ｂ）

【図2】図１の歪みセンサの製造の工程を示す模式図

【図3】本発明の第二実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図（ａ）及び模式的平面図（ｂ）

【図4】本発明の第三実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図

【図5】本発明の第四実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図

【図6】本発明の第五実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図（ａ）及び模式的平面図（ｂ）

【図7】本発明の第六実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図（ａ）及び模式的底面図（ｂ）

【図8】本発明の第七実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図

【図9】本発明の第八実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図

【図10】本発明の第九実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図

【図11】本発明の第十実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図

【図12】本発明の第十一実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図

【図13】本発明の第十二実施形態に係る歪みセンサの模式的断面図

【図14】その他の実施形態に係る歪みセンサの模式的平面図

【図15】その他の実施形態に係る歪みセンサの模式的平面図

【図16】その他の実施形態に係る歪みセンサの模式的平面図

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の歪みセンサの実施の形態を、第一〜第十二実施形態、並びにその他の実施形態として、適宜図面を参照にしつつ詳説する。

【0019】

＜第一実施形態＞
図１の歪みセンサ１は、略帯状体であり、基材層１０、この基材層１０の表面に積層されるＣＮＴ層１１、及び一対の電極１２を主に備える。歪みセンサ１は、基材層１０とＣＮＴ層１１とで層構造部分を形成している。

【0020】

基材層１０は柔軟性を有する略帯状体である。基材層１０のサイズとしては特に限定されず、例えば厚みが１０μｍ以上５ｍｍ以下、幅が１ｍｍ以上５ｃｍ以下、長さが１ｃｍ以上２０ｃｍ以下とすることができる。

【0021】

基材層１０の材料としては、柔軟性を有する限り特に限定されず、例えば樹脂、不織布、変形可能な形状又は材質の金属や金属化合物等を挙げることができる。基材層１０は、絶縁体又は抵抗値の高い材質である必要があるが、金属等の抵抗値の低い材料を用いる場合はその表面に絶縁層又は抵抗値の高い材料をコーティング等すればよい。これらの中でも、樹脂が好ましく、熱可塑性エラストマーやゴム等のエラストマーがより好ましく、ゴムがさらに好ましい。このような材料を用いることで、基材層１０の柔軟性をより高めることができる。

【0022】

前記熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー（ＴＰＳ）、オレフィン系エラストマー（ＴＰＯ）、塩化ビニル系エラストマー（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系エラストマー（ＴＰＥＥ）、ポリウレタン系エラストマー（ＴＰＵ）、ナイロン系エラストマー（ＴＰＡ）等を挙げることができる。

【0023】

前記ゴムとしては、例えば天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ＰＤＭＳ等を挙げることができる。これらのゴムの中でも強度等の点から天然ゴムが好ましい。

【0024】

ＣＮＴ層１１は、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層１１は、複数のＣＮＴ繊維１３及びエラストマー１４を含む。また、ＣＮＴ層１１は、表面に形成される複数の凹部１５を有する。

【0025】

複数のＣＮＴ繊維１３は、一方向（方向Ａ：歪みセンサ１の幅方向）に配向している。ＣＮＴ繊維１３がこのように配向していることにより、方向Ａと異なる方向（例えば、方向Ｂ：歪みセンサ１の長手方向）へ歪みが加わった場合に、ＣＮＴ繊維１３同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。

【0026】

各ＣＮＴ繊維１３は、複数のＣＮＴ単繊維からなる。ここで、ＣＮＴ単繊維とは、１本の長尺のＣＮＴをいう。また、ＣＮＴ繊維１３は、ＣＮＴ単繊維の端部同士が連結する連結部を有し、網目構造を形成している。複数のＣＮＴ繊維がこのように網目構造を形成することで、ＣＮＴ繊維１３同士が密接し、ＣＮＴ層１１の抵抗を下げることができる。なお、前記連結部において、各ＣＮＴ単繊維同士は分子間力により結合している。

【0027】

また、ＣＮＴ繊維１３は、各ＣＮＴ単繊維が実質的にＣＮＴ繊維１３の配向方向に配向され、撚糸されていない状態のものである。このようなＣＮＴ繊維１３を用いることで、ＣＮＴ層１１の均一性を高め、歪みセンサ１としての線形性を高めることができる。

【0028】

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

【0029】

前記ＣＮＴ単繊維（ＣＮＴ）は、公知の方法で製造することができ、例えばＣＶＤ法、アーク法、レーザーアブレーション法、ＤＩＰＳ法、ＣｏＭｏＣＡＴ法等により製造することができる。これらの中でも、所望するサイズのＣＮＴ（ＭＷＮＴ）を効率的に得ることができる点から、鉄を触媒とし、エチレンガスを用いたＣＶＤ法により製造することが好ましい。この場合、石英ガラス基板や酸化膜付きシリコン基板等の基板に、触媒となる鉄あるいはニッケル薄膜を成膜した上に、垂直配向成長した所望する長さのＣＮＴの結晶を得ることができる。

【0030】

エラストマー１４は、ＣＮＴ層１１を形成する複数のＣＮＴ繊維１３間に充填されている。すなわち、エラストマー１４は、複数のＣＮＴ繊維１３からなる領域に含浸するように存在している。

【0031】

前記エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーやゴムを挙げることができる。これらの具体例は、基材層１０の材料として上述したものを挙げることができる。前記エラストマーの中でも、熱可塑性エラストマーが好ましい。かかる熱可塑性エラストマーを用いることで、例えば後述するようにスタンパーにより凹部１５の形成を行うことができるなど、成型性等を高めることができる。

【0032】

ＣＮＴ層１１におけるエラストマー１４の含有量としては、ＣＮＴ繊維１３及びエラストマー１４の合計質量に対して３０質量％以上７０質量％以下が好ましい。このような含有量とすることで、ＣＮＴ繊維１３の保護機能、伸縮性、後述する凹部１５の成形性等のバランスを図ることができる。

【0033】

ＣＮＴ層１１は、さらに導電性添加剤を含有することができる。ＣＮＴ層１１が導電性添加剤を含有することで、ＣＮＴ層１１の電気抵抗を下げることができる。かかる導電性添加剤としては、特に限定されず、例えばカーボンブラックやカーボン繊維等の炭素系添加剤、金属（銀、銅、アルミニウム等）粉や金属繊維等の金属系添加剤などを挙げることができる。これらの中でも、ＣＮＴとの親和性に優れ、ＣＮＴ層１１内で均一に分散することができる炭素系添加剤が好ましい。なお、このようにＣＮＴ層１１にエラストマー１４と共に導電性添加剤を含有させる手段としては、導電性ゴム系接着剤の塗布等を挙げることができる。

【0034】

複数の凹部１５は、それぞれ歪みセンサ１の長手方向（方向Ｂ）に略垂直な方向（方向Ａ）に直線状に形成される凹溝である。複数の各凹部１５（凹溝）は、略等間隔に形成される。したがって、直線状の凹部１５は、方向Ａに配向されたＣＮＴ繊維１３の配向方向と略平行な方向に形成されている。ＣＮＴ層１１にこのような凹部１５が形成されていることで、層構造部分においてこの凹部１５が形成されている領域（平面視における領域）が、他の領域と剛性が異なる（他の領域より剛性が低い）異剛性領域となる。そのため、凹部１５が形成された領域（異剛性領域）でＣＮＴ層１１の伸縮や開裂が優先的に生じる。なお、ＣＮＴ繊維１３は、方向Ｂとは異なる方向で歪みセンサ１として機能するので、方向Ａに配向されなくてもよい。その場合は、ＣＮＴ繊維１３と凹部１５は交差することになり、当該センサ１の感度やセンシング部位を調整することができる。

【0035】

前記凹部１５の断面形状としては、特に限定されず、矩形状、Ｕ字状、Ｖ字状とすることができる。これらの中でも、応力をより集中させるためには、Ｕ字状又はＶ字状が好ましく、Ｖ字状がさらに好ましい。

【0036】

前記凹部１５の深さとしては、特に制限されず、例えば、ＣＮＴ層１１の厚さの１／１０以上９９／１００以下とすることができる。このような深さの凹部１５を形成することで、この位置での効果的な伸縮等を生じさせつつ、ＣＮＴ層１１の強度の低下を抑えることができる。また、歪みセンサ１の伸縮時にはＣＮＴ層１１の凹部１５の下の部分が変形することになるが、当該部分の上方は空間であるため、歪みセンサ１を伸ばした時に、当該センサ１が厚さ方向へ縮んで抵抗値が逆に低下することを防ぐことをできる。

【0037】

前記凹部１５同士の間隔も、特に制限されないが、例えば、１０μｍ以上５ｍｍ以下とすることができ、５０μｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。このような間隔で凹部１５を配置することで、より感度やその線形性を高めることなどができる。当該歪みセンサ１の意図的に伸縮させたい部分で、凹部１５の数を増やすこともできる。すなわち、凹部１５を等間隔で配置してもよいし、不規則な間隔で配置してもよい。さらに、凹部１５の方向Ｂへの幅を部分的に変更したり、当該深さを変更することで、当該歪みセンサ１内での伸縮具合を調整することもできる。また、凹部１５を複数個配置しているが、伸縮量が小さくてもよい場合には、一つであってもよい。

【0038】

ＣＮＴ層１１の幅の下限としては、１ｍｍが好ましく、１ｃｍがより好ましい。一方、ＣＮＴ層１１の幅の上限としては、１０ｃｍが好ましく、５ｃｍがより好ましい。このようにＣＮＴ層１１の幅を比較的大きくすることで、ＣＮＴ層１１の抵抗値を下げ、かつ、この抵抗値のバラツキも低減することができる。

【0039】

ＣＮＴ層１１の厚みとしては、特に限定されない。例えば、ＣＮＴ層１１の平均厚みの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがさらに好ましい。一方、ＣＮＴ層１１の平均厚みの上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがさらに好ましい。ＣＮＴ層１１の平均厚みが前記下限未満の場合は、このような薄膜の形成が困難になるおそれや、抵抗が上昇しすぎるおそれがある。逆に、ＣＮＴ層１１の平均厚みが前記上限を超える場合は、歪みに対する感受性が低下するおそれがある。

【0040】

一対の電極１２は、基材層１０の表面の長手方向Ｂ（ＣＮＴ繊維１１Ａの配向方向（方向Ａ）と略垂直な方向）の両端部分に積層され、ＣＮＴ層１１の両端と電気的に接続されている。このとき、ＣＮＴ繊維１３を含むＣＮＴ層１１において、ＣＮＴ繊維１３の一部と電極１２とが接続されることになる。このようにＣＮＴ繊維１３の配向方向（方向Ａ）と一対の電極１２の対向方向（方向Ｂ）とが異なることで、一対の電極１２の対向方向（方向Ｂ）へ歪みが加わった場合に、ＣＮＴ繊維１３同士の接触具合に変化が起こり、歪みセンサ１をして抵抗変化を得ることができる。なお、より効率よく歪みを検出するためには、各凹部１５と一対の電極１２の対向方向（方向Ｂ）とは、略垂直（例えば８０°以上１００°以下）が好ましく、垂直であることがより好ましい。また、各凹部１５はＣＮＴ繊維１３の配向方向（方向Ａ）と略平行に配置されていることが好ましい。

【0041】

電極１２を形成する材料としては、導電性を有する限り特に限定されないが、導電性接着剤により形成することが好ましい。導電性接着剤を用いることで、基材層１０とＣＮＴ層１１との固着性を高めることができる。さらに、導電性接着剤を用いることで、ＣＮＴ層１１表面に塗布した際、この導電性接着剤が含浸し、ＣＮＴ層１１と接着剤（電極１２）とを容易に接触させることができる。

【0042】

ＣＮＴ層１１と電極１２との接続部分表面には、固定部材１６が積層されている。歪みセンサ１が固定部材１６を備えることで、ＣＮＴ層１１と電極１２との固着性を高め、性能持続性を高めることができる。固定部材１６を形成する材料としては、特に限定されず、樹脂、好ましくは熱可塑性エラストマーやゴム等のエラストマーなどを用いることができる。

【0043】

当該歪みセンサ１によれば、ＣＮＴ層１１に上述のような凹部１５が形成されているため、ＣＮＴ層１１の厚さが一対の電極１２の対向方向（方向Ｂ）に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極１２間の層構造部分（基材層１０とＣＮＴ層１１との層構造）において、前記凹部１５が形成されている領域が、他の領域より剛性の低い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、前記一対の電極１２の対向方向（方向Ｂ）に沿ってサインカーブ的に（大小交互に）変化している。従って、当該歪みセンサ１は、ＣＮＴ層１１において、歪みに対して剛性の低い領域（凹部１５が形成されている領域）が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ１は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0044】

（製造方法）
当該歪みセンサ１の製造方法の一例を図２を参照に説明する。

【0045】

（１−１）スライドガラス２０をラテックスや樹脂溶液に浸漬し、その後乾燥させる。乾燥時間としては、例えば常温で８時間程度とすることができる。このようにすることで、スライドガラス２０両面に樹脂製の被膜２１が形成される（図２（ａ）参照）。この被膜２１が、平面視矩形状の基材層１０となる。なお、スライドガラス２０以外の他の板材を用いてもよい。

【0046】

（１−２）次いで、被膜２１を形成したスライドガラス２０の幅方向にＣＮＴ繊維２２を巻き付けていき、ＣＮＴ繊維層２３を被膜２１上に形成する（図２（ｂ）参照）。なお、ＣＮＴ繊維２２は、ＣＶＤ法により基板上に垂直配向成長したＣＮＴ単繊維（ＣＮＴ）の結晶を撚糸せずにそのまま引き出すことで得ることができる。このようにして得られたＣＮＴ繊維は、複数のＣＮＴ単繊維からなり、このＣＮＴ短繊維同士が長手方向に連結する連結部を有する構造となっている。

【0047】

ＣＮＴ繊維２２を巻き付けた後、エタノール等の溶媒をＣＮＴ繊維２２に噴霧又は浸漬させ、その後乾燥させることが好ましい。この操作を経ることでＣＮＴ層１１と被膜２１（基材層１０）との密着性を高めることができると共に、ＣＮＴ繊維２２を高密度化することができる。このようにＣＮＴ繊維２２を高密度化することによって、ＣＮＴ繊維２２同士の接触面積をあらかじめ増やすことができ、後述するＣＮＴ層２４（ＣＮＴ層１１）の抵抗を下げて消費電力を下げる効果と、歪みを加えた時に抵抗変化の感度を高める効果を得ることができる。また、ＣＮＴ単繊維の結晶から引き出したＣＮＴ繊維はミクロ（顕微鏡で観察）ではＣＮＴ繊維同士が複雑に絡んでいるが、マクロ（肉眼で観察）ではＣＮＴ繊維は一方向へ配向しているように確認できる。本願においては前記マクロでの配向によって当該効果を得ることができる。

【0048】

（１−３）ＣＮＴ繊維層２３の表面に希釈した導電性弾性接着剤を塗布し、乾燥させることでＣＮＴ層２４を形成する（図２（ｃ）参照）。前記導電性弾性接着剤としては、熱可塑性エラストマー２５及び導電性添加剤を含有するものを用いることができる。この希釈した導電性接着剤の固形分濃度としては５質量％以上１０質量％以下が好ましい。また、この塗布は複数回（例えば２回）行ってもよい。このようにすることで、導電性接着剤に含まれる熱可塑性エラストマー２５と導電性添加剤とがＣＮＴ繊維層２３中に含浸したＣＮＴ層２４が形成される。後述のスタンパー２６による成形が可能になる程度まで当該エラストマー等の含有率を増やすために、熱可塑性エラストマー２５及び導電性添加剤の塗布回数を調整することができる。

【0049】

また、ＣＮＴ層２４は、ＣＮＴ繊維２２の巻き付け及び導電性弾性接着剤の塗布による形成に代えて、別途形成したＣＮＴ層２４を被膜２１上に積層させて形成してもよい。

【0050】

（１−４）次いで、スタンパー２６を用いてＣＮＴ層２４の表面に凹部２７を形成する（図２（ｄ）参照）。このスタンパー２６には、複数の直線状の凸部２６Ａが平行に形成されている。この凸部２６Ａの方向が歪みセンサ１の長手方向（方向Ｂ）に略垂直な方向と同じになるようにスタンパー２６をＣＮＴ層２４の表面に押し当てる。このようにスタンパー２６をＣＮＴ層２４の表面に押し当てた状態で加熱する。ＣＮＴ層２４には、熱可塑性エラストマー２５が含浸しているため、スタンパー２６の凸部２６Ａ形状が転写され、ＣＮＴ層２４の表面に凹部２７が形成される。スタンパー２６の凸部２６Ａは、例えばエッチング等により形成することができる。

【0051】

（１−５）次いで、電極２８及び固定部材２９を積層させる（図２（ｅ）参照）。具体的には、先ず、被膜２１及びＣＮＴ層２４の長手方向両端部分に導電性ゴムを塗布し、乾燥させることで電極２８を形成する。この乾燥は、例えば常温で１時間程度でよい。次に、ＣＮＴ層２４と電極２８との境界部分表面に弾性接着剤（エラストマーを含む接着剤）やラテックスを塗布する。その後、これらを硬化又は乾燥させることで、固定部材２９が形成される。

【0052】

この後、積層体をスライドガラス２０から切り出し、周辺部分等を除去することで、歪みセンサ１を得ることができる。なお、歪みセンサ１の製造方法は、前記製造方法に限定されるものではない。例えば、上述のように板状のスタンパー２６により形状を転写させる方法以外にも、例えばローラ等を用いた形状の転写であってもよい。また、ＣＮＴ層２４に対して導電性弾性接着剤を塗布した後の乾燥前の状態でスタンパー２６を押し当てることで形状を転写させてもよい。

【0053】

＜第二実施形態＞
図３の歪みセンサ３は、略帯状体であり、基材層１０、この基材層１０の表面に積層されるＣＮＴ層３１、このＣＮＴ層３１の表面に積層される保護層３６及び一対の電極３２を主に備える。歪みセンサ３は、基材層１０、ＣＮＴ層３１及び保護層３６で層構造部分を形成している。

【0054】

基材層１０は、図１の歪みセンサ１と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。

【0055】

ＣＮＴ層３１は、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層３１は、複数のＣＮＴ繊維１３から形成されている。複数のＣＮＴ繊維１３は、一方向（方向Ａ：歪みセンサ３の幅方向）に配向している。ＣＮＴ繊維１３は、図１の歪みセンサ１と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0056】

ＣＮＴ層３１の表面及び裏面は略平坦であり、略均一の厚みからなる。ＣＮＴ層３１の厚みとしては、特に限定されない。例えば、ＣＮＴ層３１の平均厚みの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがさらに好ましい。一方、ＣＮＴ層３１の平均厚みの上限としては、５ｍｍが好ましく、１ｍｍがさらに好ましい。ＣＮＴ層３１の幅としては、図１のＣＮＴ層１１と同程度である。

【0057】

保護層３６は、ＣＮＴ層３１及び電極３２の一部を被覆している。なお、一対の電極３２の一部は、保護層３６に被覆されず、露出している部分を有する。このように保護層３６を積層することで、前記保護層３６がＣＮＴ層３１を保護する。

【0058】

保護層３６の材質としては、柔軟性を有する限り特に制限されず、基材層１０と同様の材質を挙げることができる。但し、保護層３６の材質としては、樹脂が好ましく、エラストマー（熱可塑性エラストマーやゴム等）がより好ましい。

【0059】

保護層３６は、水性エマルジョンから形成されていることが好ましい。水性エマルジョンとは、分散媒の主成分が水であるエマルジョンをいう。ＣＮＴは疎水性が高い。そのため、前記保護層３６を水性エマルジョンから形成すると、例えば塗工や浸漬によりこの保護層３６を設けた場合、保護層３６がＣＮＴ層３１に含浸せずにＣＮＴ層３１表面に積層された状態とすることができる。このようにすることで、保護層３６を形成する樹脂がＣＮＴ層３１にしみ込んで、ＣＮＴ層３１の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、保護層３６の存在によるＣＮＴ層３１の歪み感受性の低下を抑えることができる。

【0060】

前記水性エマルジョンの分散媒の主成分は、水であるが、その他の例えばアルコール等の親水性分散媒が含有されていてもよい。また、前記エマルジョンの分散質としては、通常樹脂であり、上述したゴムや熱可塑性エラストマー、特には天然ゴムが好ましい。この好ましいエマルジョンは、分散媒を水とし、ゴムを分散質とするするいわゆるラテックスが挙げられ、天然ゴムラテックスが好ましい。天然ゴムラテックスを用いることで、薄くかつ強度のある保護膜を形成することができる。

【0061】

保護層３６は、表面に形成される複数の凹部３７を有する。各凹部３７は、それぞれ歪みセンサ３の長手方向（方向Ｂ）に略垂直な方向に直線状に形成される凹溝である。複数の凹部３７（凹溝）は、歪みセンサ３の長手方向（方向Ｂ）に略等間隔に形成されている。保護層３６にこのような凹部３７が形成されていることで、層構造部分においてこの凹部３７が形成されている領域（平面視における領域）が、他の領域と剛性が異なる（低下している）異剛性領域となる。そのため、凹部３７が形成された領域（異剛性領域）の剛性が低下し、この領域で伸縮や開裂が優先的に生じる。なお、保護層３６とＣＮＴ層３１とは固着しており、保護層３６の特定領域（凹部３７）の優先的な伸縮と共に、その領域に位置するＣＮＴ層３１の領域が伸縮又は開裂することとなる。

【0062】

凹部３７の断面形状、深さ、間隔は、図１の歪みセンサ１の凹部１５と同様である。

【0063】

保護層３６の平均厚みとしては、特に限定されず、例えば１０μｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。

【0064】

一対の電極３２は、基材層１０の表面側の長手方向Ｂの両端部分に配設され、ＣＮＴ層３１の両端と接続されている。具体的には、各電極３２は、基材層１０の表面の長手方向Ｂの両端部分に配設される一対の第一導電層３８の表面にそれぞれ配設されている。

【0065】

各第一導電層３８は、ＣＮＴ層３１と電極３２との電気的な接続性を高めている。第一導電層３８を形成する材料としては、導電性を有する限り特に限定されず、例えば導電性ゴム系接着剤等を用いることができる。第一導電層３８としてこのように接着剤を用いることで、基材層１０、電極３２及びＣＮＴ層３１の両端の固着性を高めることができる。

【0066】

電極３２は、帯状形状を有している。一対の電極３２は、基材層１０の幅方向に互いに平行に配設されている。電極３２を形成する材料としては、特に限定されず、例えば銅、銀、アルミニウム等の金属等を用いることができる。

【0067】

電極３２の形状としては、特に限定されず、例えば膜状、板状、メッシュ状等とすることができるが、メッシュ状が好ましい。このようにメッシュ状の電極３２を用いることで第一導電層３８や後述する第二導電層３９との密着性及び固着性を高めることができる。このようなメッシュ状の電極３２としては、金属メッシュや、不織布に金属を蒸着又はスパッタさせたものを用いることができる。なお、電極３２としては、導電性接着剤の塗布等によって形成したものであってもよい。

【0068】

ＣＮＴ層３１の両端部分と一対の電極３２との境界部分表面には、それぞれ第二導電層３９が積層されている。一対の第二導電層３９は、一対の第一導電層３８と共に電極３２及びＣＮＴ層３１の両端部分を挟持している。各第二導電層３９は、第一導電層３８と同様、電極３２とＣＮＴ層３１との電気的な接続性を高めている。第二導電層３９を形成する材料としては、導電性を有する限り特に限定されず、例えば導電性ゴム系接着剤等を用いることができる。第二導電層３９としてこのように接着剤を用いることで、電極３２及びＣＮＴ層３１の両端の固着性を高めることができる。

【0069】

当該歪みセンサ３によれば、ＣＮＴ層３１表面に積層された保護層３６に上述のような凹部３７が形成されているため、保護層３６の厚さが一対の電極３２の対向方向（方向Ｂ）に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極３２間の層構造部分（基材層１０とＣＮＴ層３１と保護層３６とからなる層構造）において、前記凹部３７が形成されている領域が、他の領域より剛性の低い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、前記一対の電極３２の対向方向（方向Ｂ）に沿ってサインカーブ的に（大小交互に）変化している。従って、当該歪みセンサ３によれば、歪みに対して剛性の低い領域（凹部３７が形成されている領域）に対応するＣＮＴ層３１の特定部分が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ３は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0070】

（製造方法）
歪みセンサ３の製造方法としては、特に限定されないが、例えば以下の製造工程で製造することができる。

【0071】

（２−１）第一実施形態と同様、スライドガラスをラテックスや樹脂溶液に浸漬し、その後乾燥させる。このようにすることで、スライドガラス両面に樹脂製の平面視矩形状の被膜（基材層１０）を形成することができる。

【0072】

（２−２）この基材層１０の長手方向両端部分に導電性ゴム系接着剤を塗布し、一対の第一導電層３８を形成する。次いで、各第一導電層３８の表面に電極３２を積層させる。

【0073】

（２−３）次いで、第一実施形態と同様、ＣＮＴ繊維１３をスライドガラス（基材層１０）上の電極３２間に巻き付けていき、ＣＮＴ層３１を形成する。このようにすることで、一方向（一対の電極３２の対向方向と略垂直方向）に配向する複数のＣＮＴ繊維１３からなるＣＮＴ層３１を得ることができる。なお、第一実施形態と同様、ＣＮＴ繊維１３の巻き付け後、例えばイソプロピルアルコールやエタノール等の溶媒をＣＮＴ層３１に噴霧するか、又はこの溶媒に浸した後、乾燥させることが好ましい。

【0074】

（２−４）このＣＮＴ層３１の長手方向両端部分に、電極３２の一部を露出するように導電性ゴム系接着剤を塗布し、一対の第二導電層３９を形成する。

【0075】

（２−５）次いで、ＣＮＴ層３１の表面にラテックスを塗布することなどで保護層３６を形成する。このようにラテックスを用いることで、保護層３６をＣＮＴ層３１表面に積層させることができる。なお、この際、電極３２の一部は露出するように保護層３６を形成する。ラテックスは上述のとおり水性エマルジョンであり、親水性を有する。

【0076】

（２−６）次いで、第一実施形態（１−４）と同様に、スタンパー等を用いて保護層３６の表面に凹部３７を形成する。このようにした後、スライドガラスから切り出し、周辺部分等を除去することで、歪みセンサ３を得ることができる。

【0077】

＜第三実施形態＞
図４の歪みセンサ４は、基材層１０、この基材層１０の表面に積層されるＣＮＴ層４１、及び一対の電極１２を主に備える。歪みセンサ４は、基材層１０とＣＮＴ層４１とで層構造部分を形成している。基材層１０及び電極１２は図１の歪みセンサ１と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。また、歪みセンサ４は、図１の歪みセンサ１と同様に、ＣＮＴ層４１と電極１２との接続部分表面に、固定部材１６が積層されている。

【0078】

ＣＮＴ層４１は、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層４１は、複数のＣＮＴ繊維１３及びエラストマー１４を含む。また、ＣＮＴ層４１は、表面に形成される複数の凸部４５を有する。ＣＮＴ層４１は、凹部１５の代わりに複数の凸部４５を有すること以外は図１の歪みセンサ１のＣＮＴ層１１と同様であるので、他の説明は省略する。

【0079】

各凸部４５は、直線状に形成される凸条である。各凸部４５（凸条）は、ＣＮＴ繊維１３の配向方向に平行に、かつ略等間隔に形成されている。ＣＮＴ層４１表面にこのような凸部４５が形成されていることで、層構造部分においてこの凸部４５が形成されている領域（平面視における領域）が、他の領域と剛性が異なる（他の領域より剛性が高い）異剛性領域となる。そのため、凸部４５が形成された領域（異剛性領域）以外の領域（凸部４５間）で伸縮や開裂が優先的に生じる。また、この凸部４５は、ＣＮＴ層４１本体（ＣＮＴ繊維１３）の保護機能も有する。

【0080】

前記凸部４５の材質としては、特に限定されないが、成形性等の点から樹脂が好ましい。前記樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド等を挙げることができる。

【0081】

前記凸部４５は、導電性を有していてもよい。凸部４５が導電性を有する場合、凸部４５が形成されている部分では、この凸部４５に優先的に電流が流れる。このため変形が小さい部分（凸部４５が形成されている部分）の抵抗値を下げることができ、全体として歪みセンサ４の感度を上げることができる。なお、例えば、導電性添加剤を添加した樹脂により凸部４５を形成することで、凸部４５に導電性をもたせることができる。

【0082】

前記凸部４５同士の間隔としては、特に制限されないが、例えば、１０μｍ以上５ｍｍ以下とすることができ、５０μｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。このような間隔で凸部４５を配置することで、より感度やその線形性を高めることなどができる。

【0083】

当該歪みセンサ４によれば、ＣＮＴ層４１に上述のような凸部４５が形成されているため、ＣＮＴ層４１の厚さが一対の電極１２の対向方向に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極１２間の層構造部分（基材層１０とＣＮＴ層４１との層構造）において、前記凸部４５が形成されている領域が、他の領域より剛性の高い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、前記一対の電極１２の対向方向に沿ってサインカーブ的に（大小交互に）変化している。従って、当該歪みセンサ４は、ＣＮＴ層４１において、歪みに対して剛性の低い領域（凸部４５の間の領域）が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ４は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0084】

当該歪みセンサ４は、図１の歪みセンサ１の製造方法を参照に製造することができる。凹部１５の代わりの凸部４５の形成方法としては、ＣＮＴ層４１を形成した後、例えば樹脂製の凸部を形成すればよい。この凸部４５の形成には、ディスペンサー等を用いることができる。

【0085】

＜第四実施形態＞
図５の歪みセンサ５は、基材層１０、この基材層１０の表面に積層されるＣＮＴ層３１、このＣＮＴ層３１の表面に積層される保護層５７、及び一対の電極３２を主に備える。歪みセンサ５は、基材層１０、ＣＮＴ層３１及び保護層５７で層構造部分を形成している。保護層５７以外は、図３の歪みセンサ３と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0086】

保護層５７は、表面に形成される複数の凸部５８を有する。各凸部５８は、直線状に形成される凸条である。複数の凸部５８（凸条）は、ＣＮＴ繊維１３の配向方向に平行に、かつ略等間隔に形成されている。保護層５７にこのような凸部５８が形成されていることで、層構造部分においてこの凸部５８が形成されている領域（平面視における領域）が、他の領域と剛性が異なる（他の領域より剛性が高い）異剛性領域となる。そのため、凸部５８が形成された領域（異剛性領域）以外の領域（凸部間）で伸縮や開裂が優先的に生じる。なお、保護層５７とＣＮＴ層３１とは固着しており、保護層５７の特定領域（凸部５８間）の伸縮と共に、その領域に位置するＣＮＴ層３１の領域が伸縮又は開裂することとなる。

【0087】

保護層５７は、凹部３７の代わりに凸部５８を有すること以外は、図３の歪みセンサ３の保護層３６と同様であるので、他の説明は省略する。

【0088】

当該歪みセンサ５によれば、ＣＮＴ層３１表面に積層された保護層５７に上述のような凸部５８が形成されているため、保護層５７の厚さが一対の電極３２の対向方向に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極３２間の層構造部分（基材層１０とＣＮＴ層３１と保護層５７とからなる層構造）において、前記凸部５８が形成されている領域が、他の領域より剛性の高い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、前記一対の電極３２の対向方向に沿ってサインカーブ的に（大小交互に）変化している。従って、当該歪みセンサ５によれば、歪みに対して剛性の低い領域（凸部５８の間の領域）に対応するＣＮＴ層３１の特定部分が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ５は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0089】

当該歪みセンサ５は、図３の歪みセンサ３の製造方法を参照に製造することができる。凹部３７の代わりの凸部５８の形成は、図４の歪みセンサ４と同様にディスペンサー等により行うことができる。

【0090】

＜第五実施形態＞
図６の歪みセンサ６は、基材層６０、この基材層６０の表面に積層されるＣＮＴ層６１、及び一対の電極１２を主に備える。歪みセンサ６は、基材層６０及びＣＮＴ層６１で層構造部分を形成している。基材層６０及びＣＮＴ層６１以外は、図１の歪みセンサ１と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0091】

基材層６０は、裏面に形成された複数の凹部６５を有する。凹部６５は、図１の歪みセンサ１の凹部１５と同様に、歪みセンサ６の長手方向（方向Ｂ）に略垂直な方向（方向Ａ）に直線状に形成される凹溝である。この凹部６５は、ＣＮＴ繊維１３の配向方向と略平行な方向に形成されている。

【0092】

ＣＮＴ層６１は、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層６１は、複数のＣＮＴ繊維１３及びエラストマー１４を含む。このＣＮＴ層６１は、凹部１５が形成されていない以外は図１の歪みセンサ１のＣＮＴ層１１と同様であるので、他の説明は省略する。

【0093】

当該歪みセンサ６によれば、基材層６０に上述のような凹部６５が形成されているため、ＣＮＴ層６１の厚さが一対の電極１２の対向方向（方向Ｂ）に沿って大小交互に変化している。すなわち、一対の電極１２間の層構造部分（基材層６０とＣＮＴ層６１との層構造）において、凹部６５が形成されている領域が、他の領域より剛性の低い異剛性領域となっている。この結果、前記層構造部分の剛性は、一対の電極１２の対向方向（方向Ｂ）に沿ってサインカーブ的に（大小交互に）変化している。従って、当該歪みセンサ６は、ＣＮＴ層６１において、歪みに対して剛性の低い領域（凹部６５が形成されている領域）が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ６は、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0094】

当該歪みセンサ６は、図１の歪みセンサ１の製造方法を参照に製造することができる。凹部６５の形成は、歪みセンサ６を形成するときに用いる被膜２１を形成するライドガラス２０（図２）の表面に凸部を設けておくことにより形成することができる。

【0095】

＜第六実施形態＞
図７の歪みセンサ６Ａは、基材層６０、この基材層６０の表面に積層されるＣＮＴ層６１、基材層６０の裏面に積層されるアシスト基板６０Ａ、及び一対の電極１２を主に備える。この歪みセンサ６Ａは、基材層６０、ＣＮＴ層６１及びアシスト基板６０Ａで層構造部分を形成している。アシスト基板６０Ａを設けたこと以外は、図６の歪みセンサ６と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0096】

アシスト基板６０Ａは、基材層６０の裏面において、凹部６５を覆うように形成されている。このアシスト基板６０Ａの材質としては、柔軟性を有する限り特に制限されず、基材層６０と同様の材質を挙げることができる。但し、アシスト基板６０Ａの材質としては、樹脂が好ましく、エラストマー（熱可塑性エラストマーやゴム等）がより好ましい。

【0097】

アシスト基板６０Ａは、図３の歪みセンサ３の保護層３６と同様な理由から水性エマルジョンから形成されていることが好ましい。

【0098】

アシスト基板６０Ａは、基材層６０とヤング率が異なる部材として形成してもよい。この場合のアシスト基板６０Ａの材質としては、ヤング率の設計条件に合わせて適宜選択することが可能であり、合成樹脂やゴム等の他、織布、不織布、ニット等を用いることができる。特にアシスト基板６０Ａとしてニットを用いた場合、基材層６０をニットの繊維層に全体的又は部分的に含浸させることができる。そうすることによって、ニットと基材層６０との接合強度が高まり、さらにニットが歪みセンサ６Ａの伸び切りを抑制する役目も果たす。

【0099】

アシスト基板６０Ａのヤング率を基材層６０よりも低くする場合、基材層６０のヤング率に対するアシスト基板６０Ａのヤング率の比の上限としては、０．９が好ましく、０．７がより好ましい。前記ヤング率の比が前記上限を超える場合、アシスト基板６０Ａによる歪みセンサ６Ａの動きに対する追従性上昇効果が十分得られないおそれがある。一方、基材層６０のヤング率に対するアシスト基板６０Ａのヤング率の比の下限としては、０．４が好ましく、０．５がより好ましい。前記ヤング率の比が前記下限未満の場合、アシスト基板６０Ａと基材層６０とが伸縮によって剥離し易くなるおそれがある。

【0100】

アシスト基板６０Ａのヤング率を基材層６０よりも高くする場合、基材層６０のヤング率に対するアシスト基板６０Ａのヤング率の比の上限としては、２．５が好ましく、２．０がより好ましい。前記ヤング率の比が前記上限を超える場合、当該歪みセンサ６Ａが変形しにくくなって、センサ感度が低下するおそれがある。一方、基材層６０のヤング率に対するアシスト基板６０Ａのヤング率の比の下限としては、１．１が好ましく、１．５がより好ましい。前記ヤング率の比が前記下限未満の場合、アシスト基板６０Ａによる歪みセンサ６Ａの伸縮率調整効果が十分得られないおそれがある。

【0101】

アシスト基板６０Ａの平均厚みとしては特に限定されないが、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下とすることができる。

【0102】

当該歪みセンサ６Ａによれば、図６の歪みセンサ６と同様な効果を奏する。歪みセンサ６Ａはさらに、基材層６０の裏面に凹部６５を覆うようにアシスト基板６０Ａを設けることで凹部６５をきっかけとして基材層６０が裂けてしまうことを抑制することができる。

【0103】

＜第七実施形態＞
図８の歪みセンサ７Ａは、基材層１０、この基材層１０の表面に積層されるＣＮＴ層７１Ａ及び一対の電極１２を主に備える。この歪みセンサ７Ａは、基材層１０及びＣＮＴ層７１Ａで層構造部分を形成している。ＣＮＴ層７１Ａ以外は、図１の歪みセンサ１と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0104】

ＣＮＴ層７１Ａは、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層７１Ａは、複数のＣＮＴ繊維７３Ａ及びエラストマー７４Ａを含む。また、ＣＮＴ層７１Ａは、表面に形成される複数の凹部７５Ａを有する。

【0105】

複数のＣＮＴ繊維７３Ａは、一方向（方向Ｂ：歪みセンサ７Ａの長手方向）に配向している。ＣＮＴ繊維７３Ａがこのように配向していることにより、方向Ａ（歪みセンサ７Ａの幅方向）へ歪みが加わった場合にＣＮＴ繊維７３Ａ同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。また、ＣＮＴ繊維７３Ａ含むＣＮＴ層７１Ａにおいて、ＣＮＴ繊維７３Ａの一部と電極１２とが接続されることになる。

【0106】

当該歪みセンサ７Ａによれば、図１の歪みセンサ１とはＣＮＴ繊維７３Ａの配向方向が異なっているが、ＣＮＴ層７１Ａに凹部７５Ａが形成されることで、図１の歪みセンサ１と同様に、ＣＮＴ層７１Ａにおいて、歪みに対して剛性の低い領域（凹部７５Ａが形成されている領域）が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ７Ａは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。図８では、凹部７５Ａによって長手方向に分断されているＣＮＴ繊維７３Ａがあるが、凹部７５ＡによってＣＮＴ繊維７３Ａは分断されなくてもよい。ＣＮＴ繊維７３Ａよりも歪みセンサ７Ａの表面側にあるエラストマー７４Ａにだけ、凹部７５Ａを形成しても同様の効果を得られる。また、凹部７５Ａを形成する際の圧力によって、凹部７５Ａの下の部分のＣＮＴ膜７１Ａが薄くなってもよい。このように、凹部７５Ａを深く形成しても、ＣＮＴ繊維７３Ａが分断されないので、ＣＮＴ膜７１Ａの抵抗値を下げることなく、歪みセンサ７Ａの長手方向に大きな剛性分布を形成することができる。

【0107】

＜第八実施形態＞
図９の歪みセンサ７Ｂは、略帯状体であり、基材層１０、この基材層１０の表面に積層されるＣＮＴ層７１Ｂ、このＣＮＴ層７１Ｂの表面に積層される保護層３６及び一対の電極３２を主に備える。この歪みセンサ７Ｂは、基材層１０、ＣＮＴ層７１Ｂ及び保護層３６で層構造部分を形成している。ＣＮＴ層７１Ｂ以外は、図３の歪みセンサ３と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0108】

ＣＮＴ層７１Ｂは、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層７１Ｂは、複数のＣＮＴ繊維７３Ｂ及びエラストマー７４Ｂを含む。

【0109】

複数のＣＮＴ繊維７３Ｂは、一方向（方向Ｂ：歪みセンサ７Ｂの長手方向）に配向している。ＣＮＴ繊維７３Ｂがこのように配向していることにより、方向Ａ（歪みセンサ７Ｂの幅方向）へ歪みが加わった場合に、ＣＮＴ繊維７３Ｂ同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。

【0110】

当該歪みセンサ７Ｂによれば、図３の歪みセンサ３とはＣＮＴ繊維７３Ｂの配向方向が異なっているが、保護層３６に凹部３７が形成されることで、図３の歪みセンサ３と同様に、ＣＮＴ層７１Ｂにおいて、歪みに対して剛性の低い領域（凹部３７が形成されている領域）が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ７Ｂは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0111】

＜第九実施形態＞
図１０の歪みセンサ７Ｃは、略帯状体であり、基材層１０、この基材層１０の表面に積層されるＣＮＴ層７１Ｃ、及び一対の電極１２を主に備える。歪みセンサ７Ｃは、基材層１０とＣＮＴ層７１Ｃとで層構造部分を形成している。ＣＮＴ層７１Ｃ以外は、図４の歪みセンサ４と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0112】

ＣＮＴ層７１Ｃは、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層７１Ｃは、複数のＣＮＴ繊維７３Ｃ及びエラストマー７４Ｃを含む。このＣＮＴ層７１Ｃは、表面に形成された複数の凸部４５を有する。

【0113】

複数のＣＮＴ繊維７３Ｃは、一方向（方向Ｂ：歪みセンサ７Ｃの長手方向）に配向している。ＣＮＴ繊維７３Ｃがこのように配向していることにより、方向Ａ（歪みセンサ７Ｃの幅方向）へ歪みが加わった場合に、ＣＮＴ繊維７３Ｃ同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。

【0114】

当該歪みセンサ７Ｃによれば、図４の歪みセンサ４とはＣＮＴ繊維７３Ｃの配向方向が異なっているが、ＣＮＴ層７１Ｃに凸部４５が形成されることで、図４の歪みセンサ４と同様に、ＣＮＴ層７１Ｃにおいて、歪みに対して剛性の低い領域（凸部４５の間の領域）が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ７Ｃは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0115】

＜第十実施形態＞
図１１の歪みセンサ７Ｄは、基材層１０、この基材層１０の表面に積層されるＣＮＴ層７１Ｄ、このＣＮＴ層７１Ｄの表面に積層される保護層５７、及び一対の電極３２を主に備える。歪みセンサ７Ｄは、基材層１０、ＣＮＴ層７１Ｄ及び保護層５７で層構造部分を形成している。ＣＮＴ層７１Ｄ以外は、図５の歪みセンサ５と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0116】

ＣＮＴ層７１Ｄは、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層７１Ｄは、及び複数のＣＮＴ繊維７３Ｄを含む。

【0117】

複数のＣＮＴ繊維７３Ｄは、一方向（方向Ｂ：歪みセンサ７Ｄの長手方向）に配向している。ＣＮＴ繊維７３Ｄがこのように配向していることにより、方向Ａ（歪みセンサ７Ｄの幅方向）へ歪みが加わった場合に、ＣＮＴ繊維７３Ｄ同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。

【0118】

当該歪みセンサ７Ｄによれば、図５の歪みセンサ５とはＣＮＴ繊維７３Ｄの配向方向が異なっているが、保護層５７に凸部５８が形成されることで、図５の歪みセンサ５と同様に、ＣＮＴ層７１Ｄにおいて、歪みに対して剛性の低い領域（凸部４５の間の領域）が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ７Ｄは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0119】

＜第十一実施形態＞
図１２の歪みセンサ７Ｅは、基材層６０、この基材層６０の表面に積層されるＣＮＴ層７１Ｅ、及び一対の電極１２を主に備える。歪みセンサ７Ｅは、基材層６０及びＣＮＴ層７１Ｅで層構造部分を形成している。ＣＮＴ層７１Ｅ以外は、図６の歪みセンサ６と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0120】

ＣＮＴ層７１Ｅは、柔軟性を有する略帯状体である。このＣＮＴ層７１Ｅは、複数のＣＮＴ繊維７３Ｅ及びエラストマー７４Ｅを含む。

【0121】

複数のＣＮＴ繊維７３Ｅは、一方向（方向Ｂ：歪みセンサ７Ｅの長手方向）に配向している。ＣＮＴ繊維７３Ｅがこのように配向していることにより、方向Ａ（歪みセンサ７Ｅの幅方向）へ歪みが加わった場合に、ＣＮＴ繊維７３Ｅ同士の接触具合に変化が起こり、抵抗変化を得ることができる。

【0122】

当該歪みセンサ７Ｅによれば、図６の歪みセンサ６とはＣＮＴ繊維７３Ｅの配向方向が異なっているが、基材層６０に凹部６５が形成されることで、図６の歪みセンサ６と同様に、ＣＮＴ層７１Ｅにおいて、歪みに対して剛性の低い領域（凹部６５が形成されている領域）が優先的に伸縮又は開裂することとなる。このように、当該歪みセンサ７Ｅは、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定しているため、測定毎に異なる領域が伸縮又は開裂することが抑制され、その結果、感度の線形性や再現性が高い。

【0123】

＜第十二実施形態＞
図１３の歪みセンサ７Ｆは、基材層６０、この基材層６０の表面に積層されるＣＮＴ層７１Ｅ、一対の電極１２、及びアシスト基板６０Ａを主に備える。歪みセンサ７Ｆは、基材層６０、ＣＮＴ層７１Ｅ及びアシスト基板６０Ａで層構造部分を形成している。アシスト基板６０Ａを設けた以外は図１２の歪みセンサ７Ｅと同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

【0124】

当該歪みセンサ７Ｆによれば、図１２の歪みセンサ７Ｅと同様な効果を奏する。歪みセンサ７Ｆはさらに、基材層６０の裏面に凹部６５を覆うようにアシスト基板６０Ａを設けることで、凹部６５をきっかけとして基材層６０が裂けてしまうことを抑制することができる。

【0125】

＜その他の実施形態＞
本発明の歪みセンサは前記実施形態に限定されるものではない。例えば、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）の歪みセンサ８Ａ、８Ｂ、８ＣのようにＣＮＴ繊維８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃの配向方向と垂直に直線状の凸部又は凹部８５Ａ、８５Ｂ、８５Ｃをさらに形成していてもよい。例えば、両端部分に直線状の凸部８５Ａを形成することで、伸びたときの形状の安定性を高めることができる（図１４（ａ）参照）。また、歪みセンサ８Ｂの伸縮方向（Ｂ方向）に略平行に配置した凹部８５Ｂによって、歪みセンサ８Ｂの伸びに伴う当該センサが幅方向の縮みを吸収することもできる。（図１４（ｂ）参照）。さらに、規則的に、縦及び横方向の直線状の凸部又は凹部８５Ｃを形成することで、層構造部分全体として均等かつ大きな伸縮が可能となる（図１４（ｃ）参照）。さらには、図１４（ｄ）の歪みセンサ８ＤのようにＣＮＴ繊維８３Ｄの配向方向に対して交差するように直線状の凸部又は凹部８５Ｄを形成してもよいし、図１４（ｅ）の歪みセンサ８Ｅのように平面視で円形状等の凸部又は凹部８５Ｅを形成してもよい。なお、図１４の各歪みセンサは、模式的にＣＮＴ繊維の配向方向と凸部又は凹部との関係を示したものであり、電極等の他の構成は省略している。その他、変形しやすい中央付近に凸部を密に形成させたり、感知させたい部分に凹部を密に形成させたりすることもできるし、曲線状の凸部又は凹部としてもよい。このように、伸縮（変形）させたい部分又は伸縮（変形）させたい部分を考慮するなどして、凸部又は凹部の配置位置や方向、形状等を適宜設定することができる。また、前記凸部又は凹部は線状または帯状であって、曲線、波型またはジグザグ形状でもよいし、点線のような離散的なものであってもよいし、それらの幅が場所によって変化するものであってもよい。図１４（ｅ）における凹部や、点線のような線状または帯状の凹部のような離散的な凹部の場合は、凹部のある層構造部分を貫通させてもよい。その場合、貫通しなかった部分で変形をすることになる。貫通していない凹部と、貫通した凹部との両方を凹部として用いてもよい。

【0126】

また、図１５（ａ）〜図１５（ｅ）の歪みセンサ８Ｆ、８Ｇ、８Ｈ、８Ｉ、８Ｊのように、ＣＮＴ繊維８３Ｆ、８３Ｇ、８３Ｈ、８３Ｉ、８３Ｊの配向方向が歪みセンサ８Ｆ〜８Ｊの長手方向Ｂと略平行である場合においても、図１４（ａ）〜図１４（ｅ）の歪みセンサ８Ａ〜８Ｅの凸部又は凹部８５Ａ〜８５Ｅと同様な凸部又は凹部８５Ｆ〜８５Ｊを設けてもよい。

【0127】

また、図１６の歪みセンサ９ように帯状の層構造部分９９の側面に複数の凹部９５（切り込み）が形成されていてもよい。前記層構造部分９９は、図１の歪みセンサ１等のように基材層及びＣＮＴ層並びに必要に応じて他の層を有する。前記ＣＮＴ層は、層構造部分９９の幅方向Ａ又は長手方向Ｂに配向したＣＮＴ繊維を含む。また、この層構造部分９９の長手方向両端には、ＣＮＴ層と連結するように一対の電極９２が形成されている。この歪みセンサ９のような形状にすることで、層構造部分９９の幅が変化し、凹部９５を設けた領域の剛性が低下し、異剛性領域となる。なお、凹部９５は帯状の層構造部分９９の少なくとも１層の側面に形成すれば、異剛性領域として層構造部分９９の一領域の剛性を変化させることができる。

【0128】

さらには、層構造部分を形成する他の層、例えば基材層に凸部や凹部を形成してもよく、一つの層（例えばＣＮＴ層）の裏面又は両面に凸部又は凹部を形成してもよい。両面に凸部又は凹部を形成する場合、これらは対向する位置に設けていてもよいし、ずらして設けてもよく、異なる方向に設けてもよい。さらには、各層間に空洞部分が形成されてもよい。また、層の厚み又は幅を変化させる代わりに、例えば、基材層中に弾性率の異なる材質を規則的に含有させることで、剛性の変化を形成することもできる。いずれの方法においても、一対の電極間において、層構造部分に異剛性領域（他の領域より剛性が高い又は低い領域）を存在させることで、歪みに対して伸縮又は開裂する領域を固定することができ、感度の線形性や再現性が高い歪みセンサとすることができる。

【0129】

また、直線状の凸部や凹部はＣＮＴ繊維の配向方向とは交差するように、かつそれぞれ平行に形成してもよい。ＣＮＴ繊維の配向方向と電極の対向方向も、同一方向又は直交する方向に限らず、交差する方向（直交方向を除く）であってもよい。これらの方向の関係は、歪みセンサの用途等に応じて適宜設定すればよい。さらには、層構造部分は、変形させて用いることもできる。例えば、筒状や波状とすることで、当該歪みセンサの用途を広げることができる。

【産業上の利用可能性】

【0130】

以上説明したように、本発明の歪みセンサは、感度の線形性や再現性に優れ、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。

【符号の説明】

【0131】

１，３〜６，６Ａ，７Ａ〜７Ｆ，８Ａ〜８Ｊ，９ 歪みセンサ
１０，６０ 基材層
１１，３１，４１，６１，７１Ａ〜７１Ｅ ＣＮＴ層
１２，３２，９２ 電極
１３，７３Ａ〜７３Ｅ，８３Ａ〜８３Ｊ ＣＮＴ繊維
１４，７４Ａ，７４Ｃ，７４Ｅ エラストマー
１５，３７，６５，７５Ａ 凹部
１６ 固定部材
２０ スライドガラス
２１ 被膜
２２ ＣＮＴ繊維
２３ ＣＮＴ繊維層
２４ ＣＮＴ層
２５ エラストマー
２６ スタンパー
２６Ａ 凸部
２７ 凹部
２８ 電極
２９ 固定部材
３６，５７ 保護層
３８ 第一導電層
３９ 第二導電層
４５，５８ 凸部
６０Ａ アシスト基板
８５Ａ〜８５Ｊ 凸部又は凹部
９５ 凹部（切り込み）
９９ 層構造部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】