JP6597318B2 - 歪みセンサ素子 - Google Patents
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Description
図1の歪みセンサ素子は、糸状に形成され、長手方向の伸縮により抵抗値(電気抵抗)が変化する。このため、当該歪みセンサ素子は、両端間の抵抗値を測定することにより伸縮歪みを検出することができる。
第1導電部1は、カーボンナノチューブ束から形成することができる。このカーボンナノチューブ束は、複数のカーボンナノチューブ(単繊維)を当該歪みセンサ素子の略長手方向に概略配向した繊維束である。カーボンナノチューブ束は、電気抵抗を調整するために、絶縁性を有する繊維を含んでもよい。
第1導電部1を形成するカーボンナノチューブ束を構成するカーボンナノチューブとしては、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。中でも、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。
第1導電部1における絶縁性繊維の配合率は、得ようとする電気抵抗に応じて定められる。第1導電部1中の絶縁性繊維の配合率の下限としては、0%である。一方、絶縁性繊維の配合率の上限としては、50体積%が好ましい。絶縁性繊維の配合率が前記上限を超える場合、カーボンナノチューブ間の接触が不確実となり、当該歪みセンサ素子の検出精度が不十分となるおそれがある。
図1の歪みセンサ素子において、第2導電部2は、カーボンナノチューブ束と、このカーボンナノチューブ束に含浸する樹脂組成物とを有する。
第2導電部2のカーボンナノチューブ束に含浸する樹脂組成物は、絶縁性及び伸縮性を有する合成樹脂又はゴムを主成分とする。この樹脂組成物が絶縁性を有することによって、第2導電部2の抵抗率を後述するように、当該歪みセンサ素子の両端間の抵抗値によって伸縮歪みを検出するのに適当な範囲に設定することができる。
保護層3は、絶縁性及び伸縮性を有する合成樹脂又はゴムを主成分とし、第2導電部2の周面を被覆することによって、カーボンナノチューブが周囲の物体に接触して損傷することや、第2導電部2に異物が混入してカーボンナノチューブ間の電気的接触を阻害することを防止する。
これより、上述の構成の当該歪みセンサ素子による伸縮歪みの検出原理について説明する。
R(G)=L×(r1×r2)/(r1+r2)+G×r2 ・・・(2)
図5に示す本発明の別の実施形態の歪みセンサ素子は、カーボンナノチューブ束から形成される糸状の第1導電部11と、この第1導電部11の周面を被覆し、伸縮性及び導電性を有する第2導電部12と、この第2導電部12の周面を被覆し、伸縮性及び絶縁性を有する被覆層13とを備える。
第2導電部12は、第1導電部11の外周にらせん状に巻き付けられる導電性の帯材Wを有する。このように、帯材Wをらせん状に巻き付けることによって、第1導電部11の周囲に確実に第2導電部12を積層することができる。
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
2,12 第2導電部
3,13 被覆層
B 断裂領域
C 連続領域
G 断裂領域の長さ
L 第1導電部の長さ
r1 第1導電部の微少単位長さあたりの抵抗値
r2 第2導電部の微少単位長さあたりの抵抗値
W 帯材
Claims (5)
- 長手方向の伸縮により抵抗値が変化する歪みセンサ素子であって、
カーボンナノチューブ束を撚り合わせた糸状体と、樹脂組成物から形成される樹脂とを含む導電部を有し、
前記導電部が、
中心部分で前記樹脂組成物が含浸されない第1導電部と、
前記第1導電部の外周側で前記樹脂組成物が含浸された第2導電部と
に区分けされ、
前記第1導電部が1又は複数箇所で断裂し、
前記第2導電部が伸縮性及び導電性を有することを特徴とする歪みセンサ素子。 - 前記第1導電部の平均径が0.5μm以上5mm以下であり、前記第2導電部の平均厚さが0.5μm以上2mm以下である請求項1に記載の歪みセンサ素子。
- 長手方向の伸縮により抵抗値が変化する歪みセンサ素子であって、
カーボンナノチューブ束から形成される糸状の第1導電部と、
この第1導電部の周面を被覆し、伸縮性及び導電性を有する第2導電部と
を備え、
前記第1導電部が1又は複数箇所で断裂し、
前記第2導電部が、第1導電部の外周にらせん状に巻き付けられる導電性の帯材を有する歪みセンサ素子。 - 前記帯材がカーボンナノチューブを含有する請求項3に記載の歪みセンサ素子。
- 前記第2導電部の周面を被覆し、伸縮性及び絶縁性を有する被覆層をさらに備える請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の歪みセンサ素子。
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