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JP7388412B2 - Strain sensor element manufacturing method and strain sensor element - Google Patents

Strain sensor element manufacturing method and strain sensor element Download PDF

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JP7388412B2 JP2021130857A JP2021130857A JP7388412B2 JP 7388412 B2 JP7388412 B2 JP 7388412B2 JP 2021130857 A JP2021130857 A JP 2021130857A JP 2021130857 A JP2021130857 A JP 2021130857A JP 7388412 B2 JP7388412 B2 JP 7388412B2
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Description

本発明は、歪みセンサ素子の製造方法及び歪みセンサ素子に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a strain sensor element and a strain sensor element.

薄膜状の導電性エラストマー層とこの導電性エラストマー層の両面に積層される絶縁性エラストマー層とを備える積層体を帯状に形成して、長手方向の伸縮による導電性エラストマー層の抵抗変化を検出する歪みセンサ素子が知られている(例えば特開2000-258112号公報参照)。 A laminate including a thin film-like conductive elastomer layer and insulating elastomer layers laminated on both sides of the conductive elastomer layer is formed into a band shape, and a change in resistance of the conductive elastomer layer due to longitudinal expansion and contraction is detected. Strain sensor elements are known (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-258112).

前記公報に記載の歪みセンサ素子は、長手方向両端部に、導電性エラストマー層と絶縁性エラストマー層との間に挿入され、導電性エラストマー層及び絶縁性エラストマー層から長手方向に突出する一対の電極用導体を備えることによって、導電性エラストマー層の抵抗変化を検出可能としている。 The strain sensor element described in the above publication has a pair of electrodes inserted between a conductive elastomer layer and an insulating elastomer layer and protruding from the conductive elastomer layer and the insulating elastomer layer in the longitudinal direction at both longitudinal ends. By providing the conductor, it is possible to detect a change in resistance of the conductive elastomer layer.

このような歪みセンサ素子は、導電性エラストマー層と絶縁性エラストマー層とを積層する際に予め電極用導体を配置しておく必要があり、製造工程が複雑であると共に、設計変更が容易ではない。 In such a strain sensor element, it is necessary to arrange electrode conductors in advance when laminating the conductive elastomer layer and the insulating elastomer layer, which complicates the manufacturing process and makes it difficult to change the design. .

また、抵抗体としてカーボンナノチューブ(CNT)を用いた歪みセンサ素子も提案されている(特開2011-47702号公報参照)。この歪みセンサ素子は、所定方向に配向させた複数のカーボンナノチューブからなるCNT膜を有する。この歪みセンサ素子は、CNT膜がカーボンナノチューブの配向方向又は配向方向と垂直方向へ比較的大きく伸縮できるため大きな歪みにも対応できるとされている。 Furthermore, a strain sensor element using carbon nanotubes (CNT) as a resistor has also been proposed (see Japanese Patent Laid-Open No. 2011-47702). This strain sensor element has a CNT film made of a plurality of carbon nanotubes oriented in a predetermined direction. This strain sensor element is said to be able to cope with large strains because the CNT film can expand and contract relatively largely in the orientation direction of the carbon nanotubes or in the direction perpendicular to the orientation direction.

このCNT膜を用いる歪みセンサ素子は、伸縮可能なシート状の基材の表面にCNT膜を形成し、このCNT膜をパターニング後、CNT膜のパターン両端に導電性ペーストを用いてそれぞれ電極を接続することによって製造されている。つまり、この歪みセンサ素子も製造工程が複雑であると共に、設計変更が容易ではない。 In this strain sensor element using a CNT film, a CNT film is formed on the surface of a stretchable sheet-like base material, and after patterning this CNT film, electrodes are connected to both ends of the CNT film pattern using conductive paste. It is manufactured by In other words, this strain sensor element also has a complicated manufacturing process, and it is not easy to change the design.

特開2000-258112号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-258112 特開2011-47702号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-47702

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、設計変更が比較的容易でかつ比較的簡単に製造できる歪みセンサ素子の製造方法及び歪みセンサ素子を提供することを課題とする。 The present invention has been made based on such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a strain sensor element and a strain sensor element that can be relatively easily manufactured and can be relatively easily modified in design.

前記課題を解決するためになされた発明は、一方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含むCNT膜又はCNT糸と、前記CNT膜の表裏又はCNT糸の外周に被覆される樹脂層と、前記CNT膜又はCNT糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、CNT膜又はCNT糸と電気的に接続される一対の電極とを備える歪みセンサ素子の製造方法であって、前記樹脂層被覆体の両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射する工程と、前記レーザー照射工程で樹脂層に形成される穴に導電性材料を充填する工程とを備えることを特徴とする歪みセンサ素子の製造方法である。 The invention made in order to solve the above problems includes: a CNT membrane or CNT yarn including a plurality of CNT fibers aligned in one direction; a resin layer coated on the front and back of the CNT membrane or the outer periphery of the CNT yarn; A method for manufacturing a strain sensor element comprising a pair of electrodes laminated on both end regions of a resin layer covering of a CNT film or CNT thread and electrically connected to the CNT film or CNT thread, the method comprising: A strain sensor element comprising the steps of: irradiating at least part of the surface of both end regions of the body with a laser; and filling holes formed in the resin layer in the laser irradiation step with a conductive material. This is a manufacturing method.

前記レーザー照射工程の前に、前記樹脂層被覆体の両端部領域の表面にレーザー吸収材料を塗布する工程をさらに備え、前記レーザー照射工程で前記塗布工程で得られる塗膜の少なくとも一部にレーザーを照射するとよい。 Before the laser irradiation step, it further includes a step of applying a laser absorbing material to the surfaces of both end regions of the resin layer covering, and in the laser irradiation step, the laser is applied to at least a portion of the coating film obtained in the application step. It is recommended to irradiate.

前記レーザー吸収材料が揮発性溶媒にカーボンブラック微粒子を分散したインクであるとよい。 It is preferable that the laser-absorbing material is an ink in which fine carbon black particles are dispersed in a volatile solvent.

前記樹脂層に形成する穴の平均径としては0.5mm以上2.0mm以下が好ましい。 The average diameter of the holes formed in the resin layer is preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.

前記レーザー照射工程で樹脂層被覆体の各端部領域に複数の穴を形成し、前記導電性材料充填工程で各端部領域の複数の穴に跨がって導電性材料を塗布するとよい。 Preferably, a plurality of holes are formed in each end region of the resin layer covering in the laser irradiation step, and a conductive material is applied across the plurality of holes in each end region in the conductive material filling step.

また、前記課題を解決するためになされた別の発明は、一方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含むCNT膜又はCNT糸と、前記CNT膜の表裏又はCNT糸の外周に被覆される樹脂層と、前記CNT膜又はCNT糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、CNT膜又はCNT糸と電気的に接続される一対の電極とを備えた歪みセンサ素子であって、前記樹脂層がCNT膜又はCNT糸に至る接続穴を有し、前記電極が前記接続穴に充填される導電性材料を含むことを特徴とする歪みセンサ素子である。 Another invention made to solve the above problem includes a CNT membrane or CNT yarn including a plurality of CNT fibers aligned in one direction, and a resin coated on the front and back of the CNT membrane or on the outer periphery of the CNT yarn. layer, and a pair of electrodes laminated on both end regions of the resin layer covering of the CNT membrane or CNT yarn and electrically connected to the CNT membrane or CNT yarn, the strain sensor element comprising: A strain sensor element characterized in that the layer has a connection hole leading to a CNT membrane or CNT thread, and the electrode includes a conductive material filled in the connection hole.

当該歪みセンサ素子は、前記接続穴の周囲の樹脂層の表面と電極との間に存在するレーザー吸収材料層をさらに備えるとよい。 The strain sensor element may further include a laser absorbing material layer existing between the surface of the resin layer surrounding the connection hole and the electrode.

当該歪みセンサ素子の製造方法は、前記CNT膜又はCNT糸の樹脂層被覆体の両端部領域にレーザーを照射することで、樹脂層にCNTを露出させる孔を容易かつ正確に形成することができ、この樹脂層の孔に導電性材料を充填することでCNT膜又はCNT糸への電気的接続を比較的簡単に行うことができるため、歪みセンサ素子を比較的簡単に製造できる。また、レーザーの照射位置は容易に変更できるので、当該歪みセンサ素子の製造方法は、歪みセンサ素子の設計変更が比較的容易である。同様の理由で、当該歪みセンサ素子は、電極が樹脂層の接続穴に充填される導電性材料を含む構成とされるので、設計変更が比較的容易でかつ比較的簡単に製造できる。 In the method for manufacturing the strain sensor element, holes exposing the CNTs can be easily and accurately formed in the resin layer by irradiating both end regions of the CNT film or the resin layer covering of the CNT thread with a laser. By filling the pores of this resin layer with a conductive material, electrical connection to the CNT membrane or CNT thread can be made relatively easily, so the strain sensor element can be manufactured relatively easily. Furthermore, since the laser irradiation position can be easily changed, the strain sensor element manufacturing method allows relatively easy design changes of the strain sensor element. For the same reason, the strain sensor element has a configuration in which the electrodes include a conductive material filled in the connection hole of the resin layer, so that the design can be changed relatively easily and the strain sensor element can be manufactured relatively easily.

本発明の一実施形態の歪みセンサ素子の模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a strain sensor element according to an embodiment of the present invention. 図1の歪みセンサ素子の模式的平面図である。2 is a schematic plan view of the strain sensor element of FIG. 1. FIG. 図1の歪みセンサ素子の製造方法の手順を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing the steps of a method for manufacturing the strain sensor element of FIG. 1. FIG. 図1とは異なる歪みセンサ素子の模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a strain sensor element different from FIG. 1. FIG. 歪みセンサ素子の一参考形態を示す模式的平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing a reference form of a strain sensor element. 図5の歪みセンサ素子の模式的断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of the strain sensor element of FIG. 5. FIG. 図5とは異なる歪みセンサ素子用の板状電極の模式的平面図である。6 is a schematic plan view of a plate-shaped electrode for a strain sensor element different from that in FIG. 5. FIG. 図6とは異なる歪みセンサ素子の模式的断面図である。7 is a schematic cross-sectional view of a strain sensor element different from FIG. 6. FIG. 図6及び図8とは異なる歪みセンサ素子の模式的断面図である。9 is a schematic cross-sectional view of a strain sensor element different from FIGS. 6 and 8. FIG.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[第一実施形態]
図1及び図2に示す本発明の第一実施形態の歪みセンサ素子は、帯状に形成され、長手方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含むCNT膜11と、このCNT膜11の表裏に被覆される樹脂層12,13と、このCNT膜11及び樹脂層12,13からなる樹脂層被覆体の表側の前記CNT繊維引き揃え方向両端部領域に積層され、CNT膜11と電気的に接続される一対の電極14と、表側の樹脂層12と電極14との間に部分的に存在するレーザー吸収材料層15とを備える。なお、「表」とは、一対の電極14の配設面側をいい、「裏」とは、その逆側をいい、必ずしも当該歪センサ素子の使用状態における表裏を意味するものではない。
[First embodiment]
The strain sensor element of the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes a CNT film 11 formed in a band shape and including a plurality of CNT fibers aligned in the longitudinal direction, and a coating on the front and back of this CNT film 11. The resin layers 12 and 13 are laminated on both end regions in the CNT fiber alignment direction on the front side of the resin layer covering made of the CNT film 11 and the resin layers 12 and 13, and are electrically connected to the CNT film 11. A laser absorbing material layer 15 partially exists between the resin layer 12 on the front side and the electrodes 14. Note that the "front" refers to the side on which the pair of electrodes 14 are disposed, and the "back" refers to the opposite side, and does not necessarily mean the front and back when the strain sensor element is in use.

<CNT膜>
CNT膜11は、一方向に引き揃えられる複数のCNT繊維から形成される層からなり、表裏層に後述の樹脂層となる絶縁性エラストマーを主成分とする材料(以下、単に「絶縁性エラストマー」ということがある)が積層され、またCNT膜11の表裏層に(少なくともCNT膜11の表層側から)絶縁性エラストマーが含浸することによりCNT繊維と絶縁性エラストマーが複合化されて膜状に形成されている。CNT膜11は、前記絶縁性エラストマーの弾性力によって弾性を有し、少なくとも長手方向に伸縮可能である。このCNT膜11は、少なくとも長手方向に伸長することによってCNT繊維同士が離間して電気抵抗が増大し、弾性力により収縮することで、CNT繊維同士が再度接触して電気抵抗が減少する。なお、CNT膜11は、CNT繊維間の接触率を抑制して電気抵抗を調整するために、例えば合成樹脂等からなる絶縁性の繊維を含んでもよい。
<CNT film>
The CNT film 11 consists of a layer formed from a plurality of CNT fibers aligned in one direction, and the front and back layers are made of a material whose main component is an insulating elastomer (hereinafter simply referred to as "insulating elastomer"), which will become a resin layer to be described later. ) are laminated, and the insulating elastomer is impregnated into the front and back layers of the CNT membrane 11 (at least from the surface side of the CNT membrane 11), so that the CNT fibers and the insulating elastomer are composited and formed into a membrane. has been done. The CNT film 11 has elasticity due to the elastic force of the insulating elastomer, and can be expanded and contracted at least in the longitudinal direction. When this CNT film 11 is stretched at least in the longitudinal direction, the CNT fibers are separated from each other and the electrical resistance increases, and when the CNT film 11 contracts due to elastic force, the CNT fibers come into contact with each other again and the electrical resistance is reduced. Note that the CNT film 11 may include insulating fibers made of, for example, synthetic resin in order to suppress the contact rate between the CNT fibers and adjust the electrical resistance.

CNT膜11は、少なくとも表層に絶縁性エラストマーが含浸しつつ積層されているので、後述のCNT繊維束を絶縁性エラストマーが被覆するため、この絶縁性エラストマーが複数のCNT繊維束の伸縮方向をガイドするガイド部材としても機能する。その結果、当該歪みセンサは、伸長時に離間されたCNT繊維同士を収縮時に再度同一部位で再接触させることが可能となり、繰り返し使用に基づく伸縮歪みの検出精度の低下を防止することができる。さらに、かかる構成によると、複数のCNT繊維間の当接関係が維持され易いと共に、複数のCNT繊維の伸縮性を調整し易い。従って、CNT膜11の伸縮歪みをさらに精度よく検出することができる。また、このような当接関係の維持及び伸縮性の調整をさらに容易にするためには、CNT膜11の裏層(裏面近傍領域)にも絶縁性エラストマーが含浸しているのが好ましい。この際、CNT繊維束の表層の少なくとも一部に絶縁性エラストマーが含浸するので、CNT繊維束と絶縁性エラストマーとの結合力も高まる。 Since the CNT membrane 11 is laminated with at least the surface layer impregnated with an insulating elastomer, the insulating elastomer covers the CNT fiber bundles described later, and this insulating elastomer guides the expansion and contraction direction of the plurality of CNT fiber bundles. It also functions as a guide member. As a result, in the strain sensor, the CNT fibers separated during stretching can be brought into contact again at the same location during contraction, and it is possible to prevent a decrease in the detection accuracy of stretching strain due to repeated use. Furthermore, according to such a configuration, the contact relationship between the plurality of CNT fibers can be easily maintained, and the elasticity of the plurality of CNT fibers can be easily adjusted. Therefore, the expansion/contraction strain of the CNT film 11 can be detected with higher accuracy. Further, in order to further facilitate the maintenance of such a contact relationship and the adjustment of elasticity, it is preferable that the back layer (region near the back surface) of the CNT film 11 is also impregnated with an insulating elastomer. At this time, since at least a portion of the surface layer of the CNT fiber bundle is impregnated with the insulating elastomer, the bonding strength between the CNT fiber bundle and the insulating elastomer is also increased.

(CNT繊維)
CNT膜11を構成するCNT繊維は、それぞれ複数のCNT単繊維から形成することができる。ここで、CNT単繊維とは、1本の長尺のカーボンナノチューブをいう。また、CNT繊維は、CNT単繊維の端部同士が連結する連結部を有する。CNT単繊維同士は、これらのCNT単繊維の長手方向に連結している。このように、CNT膜11において、CNT単繊維同士がその長手方向に連結することでCNT繊維の配向長さの大きいCNT膜11を形成することができ、当該歪みセンサの長手方向の長さを大きくして感度を向上することができる。
(CNT fiber)
Each of the CNT fibers constituting the CNT membrane 11 can be formed from a plurality of CNT single fibers. Here, the CNT single fiber refers to one long carbon nanotube. Moreover, the CNT fiber has a connection part where the ends of the CNT single fibers are connected to each other. The CNT single fibers are connected to each other in the longitudinal direction of these CNT single fibers. In this way, in the CNT film 11, the CNT single fibers are connected to each other in the longitudinal direction, so that the CNT film 11 with a large orientation length of the CNT fibers can be formed, and the longitudinal length of the strain sensor can be Sensitivity can be improved by increasing the size.

また、CNT膜11を構成する複数のCNT繊維は、網目構造を形成していてもよい。具体的には、複数のCNT繊維はCNT単繊維同士が連結する連結部等により網目状に連結又は接触していてもよい。この際、この連結部では3つ以上のCNT単繊維の端部が結合していてもよく、2つのCNT単繊維の端部と他の単繊維の中間部とが結合していてもよい。複数のCNT繊維がこのような網目構造を形成することで、CNT繊維同士が密接し、CNT膜11の抵抗を下げることができる。 Further, the plurality of CNT fibers constituting the CNT film 11 may form a network structure. Specifically, the plurality of CNT fibers may be connected or in contact with each other in the form of a network through connection parts where CNT single fibers are connected to each other. At this time, the ends of three or more CNT single fibers may be combined at this connection part, or the ends of two CNT single fibers and the intermediate part of another single fiber may be combined. When a plurality of CNT fibers form such a network structure, the CNT fibers are brought into close contact with each other, and the resistance of the CNT film 11 can be lowered.

さらに、CNT膜11は、長手方向に配向する複数のCNT繊維からなるCNT繊維束を有してもよい。CNT膜11が長手方向に配向する複数のCNT繊維束を有する場合、CNT膜11が伸縮方向に延伸されるよう歪みが加わった際にCNT繊維の切断、離間、CNT繊維束の切断空間(ギャップ)の伸縮等によりCNT膜11の抵抗がより的確に変化する。 Furthermore, the CNT film 11 may have a CNT fiber bundle consisting of a plurality of CNT fibers oriented in the longitudinal direction. When the CNT film 11 has a plurality of CNT fiber bundles oriented in the longitudinal direction, when strain is applied to stretch the CNT film 11 in the stretching direction, the CNT fibers are cut, separated, and the cutting space (gap) of the CNT fiber bundles is created. ), the resistance of the CNT film 11 changes more accurately.

より具体的には、前記CNT繊維束は、複数のCNT繊維からなるバンドル構造となっており、このCNT繊維束の任意の横断面においては、切断されないCNT繊維と、CNT繊維が切断及び離間したギャップの両方が存在することになる。また、複数のCNT繊維束は、表層を絶縁性エラストマーで被覆されているので、このギャップ内の圧力は大気圧よりも低い(負圧である)と考えられるため、当該歪センサ1の収縮時(歪の解放時)にはこのギャップの収縮力によって歪センサ1の収縮が付勢される。さらに、このギャップ内ではCNT繊維同士の摩擦が低減されるため、CNT繊維の動きが制限され難い。 More specifically, the CNT fiber bundle has a bundle structure consisting of a plurality of CNT fibers, and in any cross section of the CNT fiber bundle, there are CNT fibers that are not cut and CNT fibers that are cut and separated. Both gaps will exist. Furthermore, since the surface layer of the plurality of CNT fiber bundles is coated with an insulating elastomer, the pressure within this gap is considered to be lower than atmospheric pressure (negative pressure). (When the strain is released), the contraction force of this gap forces the strain sensor 1 to contract. Furthermore, since the friction between the CNT fibers is reduced within this gap, the movement of the CNT fibers is less likely to be restricted.

なお、CNT膜11は、複数のCNT繊維又は複数のCNT繊維束を平面状に略平行に配置した単層構造からなってもよいし、多層構造からなってもよい。但し、ある程度の導電性を確保するためには、多層構造とすることが好ましい。 The CNT film 11 may have a single layer structure in which a plurality of CNT fibers or a plurality of CNT fiber bundles are arranged substantially parallel in a plane, or may have a multilayer structure. However, in order to ensure a certain degree of conductivity, it is preferable to have a multilayer structure.

CNT単繊維としては、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。 As the CNT single fiber, either a single-wall nanotube (SWNT) or a multi-wall nanotube (MWNT) can be used, but from the viewpoint of electrical conductivity and heat capacity, MWNT is preferable and has a diameter of 1.5 mm. MWNTs with a diameter of 5 nm or more and 100 nm or less are more preferable.

前記CNT単繊維は、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、所望するサイズのカーボンナノチューブ(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上に触媒となる鉄又はニッケル薄膜を成膜し、カーボンナノチューブを垂直配向成長させることによって所望の長さのカーボンナノチューブの結晶を得ることができる。 The CNT single fibers can be manufactured by a known method, such as a CVD method, an arc method, a laser ablation method, a DIPS method, or a CoMoCAT method. Among these, it is preferable to manufacture by a CVD method using iron as a catalyst and ethylene gas, since carbon nanotubes (MWNT) of a desired size can be efficiently obtained. In this case, a thin film of iron or nickel as a catalyst is formed on a substrate such as a quartz glass substrate or a silicon substrate with an oxide film, and carbon nanotubes are grown in a vertical orientation to obtain carbon nanotube crystals of a desired length. I can do it.

CNT膜11の長手方向の平均長さとしては、特に限定されず、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができるが、例えば1cm以上20cm以下とすることができる。 The average length in the longitudinal direction of the CNT film 11 is not particularly limited, and can be freely selected depending on the object to be measured using the strain sensor element, and may be, for example, 1 cm or more and 20 cm or less.

CNT膜11の平面視で一対の電極14間に挟まれる領域における長手方向の平均長さは、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。前記平均長さとしては、例えば2mm以上18cm以下とすることができる。 The average length in the longitudinal direction of the region sandwiched between the pair of electrodes 14 in a plan view of the CNT film 11 can be freely selected depending on the object to be measured using the strain sensor element. The average length can be, for example, 2 mm or more and 18 cm or less.

CNT膜11の平面視で一対の電極14と重複する領域における長手方向の平均長さは、測定対象への固定方法、電極14への配線方法等に応じて適宜選択されるが、例えば3mm以上5cm以下とすることができる。 The average length in the longitudinal direction of the region of the CNT film 11 that overlaps with the pair of electrodes 14 in a plan view is appropriately selected depending on the method of fixing to the measurement target, the method of wiring to the electrodes 14, etc., and is, for example, 3 mm or more. It can be 5 cm or less.

CNT膜11の平均幅は、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。CNT膜11の電極14間での平均幅の下限としては、0.5mmが好ましく、0.8mmがより好ましい。一方、CNT膜11の平均幅の上限としては、10cmが好ましく、5cmがより好ましい。CNT膜11の平均幅が前記下限に満たない場合、CNT膜11の電気抵抗が過度に大きくなったり、ばらついたりするおそれがある。逆に、CNT膜11の平均幅が前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が大きくなり、適用可能な測定対象が過度に限定されるおそれがある。 The average width of the CNT film 11 can be freely selected depending on the object to be measured using the strain sensor element. The lower limit of the average width between the electrodes 14 of the CNT film 11 is preferably 0.5 mm, more preferably 0.8 mm. On the other hand, the upper limit of the average width of the CNT film 11 is preferably 10 cm, more preferably 5 cm. If the average width of the CNT film 11 is less than the lower limit, the electrical resistance of the CNT film 11 may become excessively large or vary. On the other hand, if the average width of the CNT film 11 exceeds the upper limit, the strain sensor element becomes large, and there is a possibility that the applicable measurement object is excessively limited.

CNT膜11の平均厚さの下限としては、1μmが好ましく、10μmがより好ましい。一方、CNT膜11の平均厚さの上限としては、5mmが好ましく、1mmがより好ましい。CNT膜11の平均厚さが前記下限に満たない場合、CNT膜11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膜11の平均厚さが前記上限を超える場合、歪みに対する感度が低下するおそれがある。 The lower limit of the average thickness of the CNT film 11 is preferably 1 μm, more preferably 10 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the CNT film 11 is preferably 5 mm, more preferably 1 mm. If the average thickness of the CNT film 11 is less than the lower limit, there is a risk that the formation of the CNT film 11 will be difficult or that the resistance will increase too much. Conversely, if the average thickness of the CNT film 11 exceeds the upper limit, the sensitivity to strain may decrease.

CNT膜11の歪みがない状態での電気抵抗(一対の電極14間で測定される値)の下限としては、10Ωが好ましく、100Ωがより好ましい。一方、CNT膜11の歪みがない状態での電気抵抗の上限としては、100kΩが好ましく、10kΩがより好ましい。CNT膜11の歪みがない状態での電気抵抗が前記下限に満たない場合、伸び歪みを検出するための電流が大きくなり当該歪みセンサ素子の消費電力が大きくなるおそれがある。逆に、CNT膜11の歪みがない状態での電気抵抗が前記上限を超える場合、検出回路の電圧が高くなり、当該歪みセンサ素子の出力を処理する装置の小型化や省電力化が困難となるおそれがある。 The lower limit of the electrical resistance (value measured between a pair of electrodes 14) in a state where there is no distortion of the CNT film 11 is preferably 10Ω, more preferably 100Ω. On the other hand, the upper limit of the electrical resistance of the CNT film 11 without distortion is preferably 100 kΩ, more preferably 10 kΩ. If the electrical resistance of the CNT film 11 in an unstrained state is less than the lower limit, the current for detecting the elongation strain increases, and the power consumption of the strain sensor element may increase. Conversely, if the electrical resistance of the CNT film 11 without strain exceeds the upper limit, the voltage of the detection circuit becomes high, making it difficult to downsize and save power of the device that processes the output of the strain sensor element. There is a risk that this may occur.

<樹脂層>
一対の樹脂層12,13は、絶縁性エラストマーからなり、CNT膜11の両面(前述の表裏層)にそれぞれ積層される。樹脂層12,13は上述の絶縁性エラストマーからなり、CNT膜11の両面を覆い、CNT膜11を保護する。
<Resin layer>
The pair of resin layers 12 and 13 are made of an insulating elastomer and are laminated on both surfaces (the above-mentioned front and back layers) of the CNT film 11, respectively. The resin layers 12 and 13 are made of the above-mentioned insulating elastomer, cover both sides of the CNT film 11, and protect the CNT film 11.

(絶縁性エラストマー)
CNT膜11の少なくとも表層に含浸する前記絶縁性エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーを用いてもよい。熱可塑性エラストマーは、各種合成樹脂を含有することができる。
(Insulating elastomer)
As the insulating elastomer impregnated into at least the surface layer of the CNT film 11, a thermoplastic elastomer may be used. The thermoplastic elastomer can contain various synthetic resins.

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、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic elastomer include styrene elastomer, olefin elastomer, polyester elastomer, and the like.

前記熱可塑性エラストマーとしては、例えばポリウレタン(PUR)、ポリイミド(PI)、ポリエチレン(PE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン(PS)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂(ABS)、アクリロニトリルスチレン樹脂(AS)、ポリメチルメタアクリル(PMMA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、環状ポリオレフィン(COP)等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic elastomer include polyurethane (PUR), polyimide (PI), polyethylene (PE), high density polyethylene (HDPE), medium density polyethylene (MDPE), low density polyethylene (LDPE), polypropylene (PP), and polyethylene. Vinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride, polystyrene (PS), polyvinyl acetate (PVAc), acrylonitrile butadiene styrene resin (ABS), acrylonitrile styrene resin (AS), polymethyl methacrylic (PMMA), polyamide (PA), Examples include polyacetal (POM), polycarbonate (PC), modified polyphenylene ether (m-PPE), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), and cyclic polyolefin (COP).

また、CNT膜11の少なくとも表層に含浸する前記絶縁性エラストマーとしては、合成熱硬化性エラストマーからなるゴムを用いてもよい。 Further, as the insulating elastomer impregnated into at least the surface layer of the CNT film 11, rubber made of a synthetic thermosetting elastomer may be used.

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)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等が挙げられる。中でも、強度等の点から天然ゴムが好ましい。 Examples of the rubber include natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPDM), butadiene rubber (BR), urethane rubber (U), and styrene butadiene rubber (SBR). , silicone rubber (Q), chloroprene rubber (CR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), chlorinated polyethylene (CM), acrylic rubber (ACM), epichlorohydrin rubber (CO, ECO), Examples include fluororubber (FKM) and polydimethylsiloxane (PDMS). Among these, natural rubber is preferred from the viewpoint of strength and the like.

前記絶縁性エラストマーは、水性エマルジョンの塗工により複数のCNT繊維の少なくとも表層に含浸されているとよい。前記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。カーボンナノチューブは疎水性が高いため、水性エマルジョンを用いた塗工により絶縁性エラストマーを含浸させると、この絶縁性エラストマーは複数のCNT繊維間に完全には入り込まない。つまり、複数のCNT繊維層の表層には絶縁性エラストマーが含浸するが、この絶縁性エラストマーは各CNT繊維の厚さ方向の断面における全領域には含浸しない。これにより、絶縁性エラストマーが複数のCNT繊維間に完全にしみ込んで、CNT膜11の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、絶縁性エラストマーの存在に起因するCNT膜11の歪に対する感度の低下を抑えることができる。 The insulating elastomer is preferably impregnated into at least the surface layer of the plurality of CNT fibers by coating with an aqueous emulsion. The aqueous emulsion refers to an emulsion in which the main component of the dispersion medium is water. Since carbon nanotubes are highly hydrophobic, when they are impregnated with an insulating elastomer by coating with an aqueous emulsion, the insulating elastomer does not completely penetrate between the plurality of CNT fibers. That is, although the surface layer of the plurality of CNT fiber layers is impregnated with the insulating elastomer, the insulating elastomer does not impregnate the entire area in the cross section of each CNT fiber in the thickness direction. This prevents the insulating elastomer from completely penetrating between the plurality of CNT fibers and affecting the resistance change of the CNT film 11, and reduces the sensitivity to distortion of the CNT film 11 due to the presence of the insulating elastomer. can be suppressed.

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。 The main component of the dispersion medium of the aqueous emulsion is water, but other hydrophilic dispersion mediums such as alcohol may also be contained.

また、前記絶縁性エラストマーはカップリング剤を含有しているとよい。絶縁性エラストマーを主成分とする材料がカップリング剤を含有することで、絶縁性エラストマーとCNT繊維とを架橋し、絶縁性エラストマーとCNT繊維との接合力を向上させることができる。 Further, the insulating elastomer preferably contains a coupling agent. When the material whose main component is an insulating elastomer contains a coupling agent, the insulating elastomer and the CNT fibers can be crosslinked, and the bonding force between the insulating elastomer and the CNT fibers can be improved.

前記カップリング剤としては、例えばアミノシランカップリング剤、アミノチタンカップリング剤、アミノアルミニウムカップリング剤等のアミノカップリング剤やシランカップリング剤などを用いることができる。 As the coupling agent, for example, an amino coupling agent such as an aminosilane coupling agent, an aminotitanium coupling agent, an aminoaluminum coupling agent, or a silane coupling agent can be used.

また、絶縁性エラストマーはCNT繊維に対する吸着性を有する分散剤を含有することが好ましい。このような吸着性を有する分散剤としては、吸着基部分が塩構造になっているもの(例えばアルキルアンモニウム塩等)や、CNT繊維の疎水性の基(例えばアルキル鎖や芳香族リング等)と相互作用できる親水性の基(例えばポリエーテル等)を分子中に有するもの等を用いることができる。 Moreover, it is preferable that the insulating elastomer contains a dispersant that has adsorption properties to CNT fibers. Dispersants with such adsorption properties include those whose adsorption group has a salt structure (e.g., alkylammonium salts, etc.), and those with hydrophobic groups of CNT fibers (e.g., alkyl chains, aromatic rings, etc.). Those having a hydrophilic group (for example, polyether, etc.) that can interact in the molecule can be used.

これらの樹脂層12,13とCNT膜11との積層構造は、いずれかの層(又は膜)に他の層(又は膜)を形成する材料を塗工等により形成してもよく、各層(又は膜)の融着又は溶着により形成してもよく、熱可塑性接着剤を用いた各層(又は膜)の接着により形成してもよい。また、樹脂層12,13は、少なくとも部分的にCNT膜11の表層及び裏層に含浸させる絶縁性エラストマーと一体に形成されてもよい。つまり、CNT膜11の形成工程において複数のCNT繊維に含浸せず、複数のCNT繊維の表裏に留まって樹脂層12,13を形成するよう絶縁性エラストマーを塗布してもよい。また、樹脂層12,13は複数の異なる層からなる多層構造にしてもよい。その場合には、バネ性の高い材料と組み合わせるとよい。具体的には、バネ性の高い材料としてポリウレタンを使用することが好ましい。 The laminated structure of these resin layers 12 and 13 and the CNT film 11 may be formed by coating one of the layers (or films) with a material that will form another layer (or film), and each layer ( It may be formed by fusing or welding layers (or films), or by adhering each layer (or film) using a thermoplastic adhesive. Further, the resin layers 12 and 13 may be formed integrally with an insulating elastomer that is at least partially impregnated into the surface layer and back layer of the CNT film 11. That is, in the process of forming the CNT film 11, the insulating elastomer may be applied so as to remain on the front and back surfaces of the plurality of CNT fibers to form the resin layers 12 and 13, without impregnating the plurality of CNT fibers. Further, the resin layers 12 and 13 may have a multilayer structure consisting of a plurality of different layers. In that case, it is best to combine it with a material with high springiness. Specifically, it is preferable to use polyurethane as a material with high springiness.

樹脂層12,13のそれぞれの平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、15μmがより好ましい。一方、樹脂層12,13の平均厚さの上限としては、5mmが好ましく、2mmがより好ましい。樹脂層12,13の平均厚さが前記下限に満たない場合、十分にCNT膜11を保護できないおそれがある。逆に、樹脂層12,13の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪センサ1が不必要に厚くなるおそれや、CNT膜11の弾性率が大きくなり測定対象の変形を阻害するおそれがある。なお、表裏の樹脂層12,13の平均厚さは、互いに異なってもよい。 The lower limit of the average thickness of each of the resin layers 12 and 13 is preferably 10 μm, more preferably 15 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the resin layers 12 and 13 is preferably 5 mm, more preferably 2 mm. If the average thickness of the resin layers 12 and 13 is less than the lower limit, the CNT film 11 may not be sufficiently protected. On the other hand, if the average thickness of the resin layers 12 and 13 exceeds the upper limit, the strain sensor 1 may become unnecessarily thick, or the elastic modulus of the CNT film 11 may increase, inhibiting the deformation of the measurement target. be. Note that the average thickness of the front and back resin layers 12 and 13 may be different from each other.

また、表側の樹脂層12は、電極14の積層領域(両端部領域)に、CNT膜11に至る複数の接続穴16を有する。この接続穴16は、電極14のCNT膜11に対する接続強度を向上するために、各端部領域に複数形成することが好ましい。また、複数の接続穴16は、樹脂層2の強度低下を抑制すると共に、製造を容易化するために一定のピッチで規則正しく配列して形成することが好ましい。なお、接続穴16は、平面視で当該歪みセンサ素子の外縁に開口する切欠状に形成されてもよい。 Furthermore, the resin layer 12 on the front side has a plurality of connection holes 16 that reach the CNT film 11 in the laminated region (both end regions) of the electrodes 14 . A plurality of connection holes 16 are preferably formed in each end region in order to improve the connection strength of the electrode 14 to the CNT film 11. Further, the plurality of connection holes 16 are preferably formed in regular arrays at a constant pitch in order to suppress a decrease in the strength of the resin layer 2 and to facilitate manufacturing. Note that the connection hole 16 may be formed in the shape of a notch that opens at the outer edge of the strain sensor element in plan view.

(接続穴)
接続穴16の平均径の下限としては、0.5mmが好ましく、0.7mmがより好ましい。一方、接続穴16の平均径の上限としては、2.0mmが好ましく、1.5mmがより好ましい。接続穴16の平均径が前記下限に満たない場合、電極14のCNT膜11への接続が不確実となるおそれがある。逆に、接続穴16の平均径が前記上限を超える場合、接続穴16の形成時にCNT膜11が損傷し易くなるおそれがある。
(Connection hole)
The lower limit of the average diameter of the connection holes 16 is preferably 0.5 mm, more preferably 0.7 mm. On the other hand, the upper limit of the average diameter of the connection holes 16 is preferably 2.0 mm, more preferably 1.5 mm. If the average diameter of the connection holes 16 is less than the lower limit, the connection of the electrode 14 to the CNT film 11 may become uncertain. Conversely, if the average diameter of the connection holes 16 exceeds the upper limit, the CNT film 11 may be easily damaged during formation of the connection holes 16.

電極14に対する接続穴16の合計面積率の下限としては、3%が好ましく、5%がより好ましい。一方、電極14に対する接続穴16の合計面積率の上限としては、60%が好ましく、50%がより好ましい。電極14に対する接続穴16の合計面積率が前記下限に満たない場合、電極14のCNT膜11に対する接続強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極14に対する接続穴16の合計面積率が前記上限を超える場合、接続穴16の形成時にCNT膜11が損傷し易くなるおそれがある。 The lower limit of the total area ratio of the connection holes 16 to the electrodes 14 is preferably 3%, more preferably 5%. On the other hand, the upper limit of the total area ratio of the connection holes 16 to the electrodes 14 is preferably 60%, more preferably 50%. If the total area ratio of the connection holes 16 to the electrode 14 is less than the lower limit, the connection strength of the electrode 14 to the CNT film 11 may be insufficient. Conversely, if the total area ratio of the connection holes 16 to the electrodes 14 exceeds the upper limit, the CNT film 11 may be easily damaged when the connection holes 16 are formed.

<電極>
一対の電極14は、接続穴16に充填される導電性材料から形成される。この導電性材料は、接続穴16及びその周囲の樹脂層12及びレーザー吸収材料層15の表面に積層されることによって、表面積を大きくし、電気的な接続を容易にするとよい。
<Electrode>
The pair of electrodes 14 are formed from a conductive material that is filled in the connection hole 16. This conductive material is preferably laminated on the surfaces of the connection hole 16 and the surrounding resin layer 12 and laser absorption material layer 15 to increase the surface area and facilitate electrical connection.

電極14は、接続穴16に充填される導電性材料の表面側に積層される例えば銅箔等のさらなる導体を有してもよい。つまり、電極14は、その一部分として接続穴16に充填される導電性材料を含むものであってもよい。電極14が導電性材料の表面に銅箔等を有することにより、電極14へのリード線の半田付けが容易となる。 The electrode 14 may have a further conductor, for example a copper foil, laminated to the surface side of the conductive material filling the connection hole 16. That is, the electrode 14 may include a conductive material that fills the connection hole 16 as a part thereof. By having copper foil or the like on the surface of the conductive material of the electrode 14, it becomes easy to solder the lead wire to the electrode 14.

(導電性材料)
接続穴16に充填される導電性材料としては、例えば導電性ペースト、導電性塗料等を用いることができる。つまり、電極14は、導電性ペースト又は導電性塗料の塗布及び硬化により形成することができる。この導電性ペースト及び導電性塗料としては、例えば銀、銅等からなる導電性微粒子を含む市販のものを用いることができる。
(conductive material)
As the conductive material filled in the connection hole 16, for example, conductive paste, conductive paint, etc. can be used. That is, the electrode 14 can be formed by applying and curing a conductive paste or a conductive paint. As the conductive paste and conductive paint, commercially available ones containing conductive fine particles made of silver, copper, etc. can be used, for example.

樹脂層12上の導電性材料の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、15μmがより好ましい。一方、樹脂層12上の導電性材料の平均厚さの上限としては、50μmが好ましく、20μmがより好ましい。樹脂層12上の導電性材料の平均厚さが前記下限に満たない場合、導電性材料を一様に積層することが難しくなるおそれがある。逆に、樹脂層12上の導電性材料の平均厚さが前記上限を超える場合、不必要に製造コストが増大するおそれがある。 The lower limit of the average thickness of the conductive material on the resin layer 12 is preferably 10 μm, more preferably 15 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the conductive material on the resin layer 12 is preferably 50 μm, more preferably 20 μm. If the average thickness of the conductive material on the resin layer 12 is less than the lower limit, it may be difficult to uniformly laminate the conductive material. Conversely, if the average thickness of the conductive material on the resin layer 12 exceeds the upper limit, manufacturing costs may increase unnecessarily.

<レーザー吸収材料層>
レーザー吸収材料層15は、接続穴16の周囲の樹脂層12の表面と電極14との間に介在する。レーザー吸収材料層15は、接続穴16の近傍のみに配置されてもよく、接続穴16の内側を除く電極14の積層領域略全体に配設されてもよい。
<Laser absorbing material layer>
Laser absorbing material layer 15 is interposed between the surface of resin layer 12 around connection hole 16 and electrode 14 . The laser absorbing material layer 15 may be disposed only in the vicinity of the connection hole 16, or may be disposed over substantially the entire stacked region of the electrode 14 except for the inside of the connection hole 16.

レーザー吸収材料層15の平均厚さの下限としては、1μmが好ましく、2μmがより好ましい。一方、レーザー吸収材料層15の平均厚さの上限としては、15μmが好ましく、10μmがより好ましい。レーザー吸収材料層15の平均厚さが前記下限に満たない場合、レーザー吸収材料層15が接続穴16の形成を十分に促進できず、当該歪みセンサ素子の製造効率が低下するおそれがある。逆に、レーザー吸収材料層15の平均厚さが前記上限を超える場合、電極14が剥離し易くなるおそれがある。 The lower limit of the average thickness of the laser absorbing material layer 15 is preferably 1 μm, more preferably 2 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the laser absorbing material layer 15 is preferably 15 μm, more preferably 10 μm. If the average thickness of the laser-absorbing material layer 15 is less than the lower limit, the laser-absorbing material layer 15 may not be able to sufficiently promote the formation of the connection holes 16, and the manufacturing efficiency of the strain sensor element may be reduced. Conversely, if the average thickness of the laser absorbing material layer 15 exceeds the upper limit, the electrode 14 may easily peel off.

(レーザー吸収材料)
レーザー吸収材料層15を形成するレーザー吸収材は、レーザー吸収率が比較的大きい材質からなる微粒子と、そのバインダーとを含むことができる。
(laser absorbing material)
The laser absorbing material forming the laser absorbing material layer 15 can include fine particles made of a material with a relatively high laser absorption rate and a binder thereof.

前記微粒子としては、接続穴16を形成するために使用するレーザーの波長等にもよるが、各種顔料等を用いることができる。中でも、前記微粒子としては、レーザーの吸収率が比較的大きいと共に、導電性を有することでCNT膜11と電極14との電気的接続を阻害し難いカーボンブラックが特に好適に用いられる。 As the fine particles, various pigments and the like can be used, depending on the wavelength of the laser used to form the connection hole 16. Among these, carbon black is particularly preferably used as the fine particles because it has a relatively high laser absorption rate and is electrically conductive so that the electrical connection between the CNT film 11 and the electrode 14 is not easily inhibited.

前記バインダーとしては、各種高分子バインダーを用いることができる。 As the binder, various polymer binders can be used.

〔製造方法〕
当該歪みセンサ素子は、図3に示すように、CNT膜11を樹脂層12,13で被覆した樹脂層被覆体の両端部領域の表面にレーザー吸収材料を塗布する工程<ステップS1:レーザー吸収材料塗布工程>と、樹脂層被覆体の両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射する工程<ステップS2:レーザー照射工程>と、前記レーザー照射工程で樹脂層12に形成される穴に導電性材料を充填する工程<ステップS3:導電性材料充填工程>と、樹脂層被覆体から歪みセンサ素子を切り出す工程<ステップS4:切り出し工程>とを備える方法によって製造することができる。
〔Production method〕
As shown in FIG. 3, the strain sensor element is manufactured by applying a laser absorbing material to the surface of both end regions of a resin layer covering body in which a CNT film 11 is covered with resin layers 12 and 13 <Step S1: Laser absorbing material coating step>, a step of irradiating at least part of the surface of both end regions of the resin layer covering with a laser <Step S2: Laser irradiation step>, and a step of applying a conductive material to the holes formed in the resin layer 12 in the laser irradiation step. It can be manufactured by a method comprising a step of filling a conductive material <Step S3: Conductive material filling step> and a step of cutting out the strain sensor element from the resin layer covering body <Step S4: Cutting out step>.

<レーザー吸収材料塗布工程>
ステップS1のレーザー吸収材料塗布工程では、大判のCNT膜11及び一対の樹脂層12,13の積層体の当該歪みセンサ素子として使用する複数の部分における両端部領域の表面にレーザー吸収材料の塗膜を形成する。つまり、当該歪みセンサの製造方法は、一度に複数の歪みセンサを製造する。
<Laser absorbing material coating process>
In the laser-absorbing material application step of step S1, a laser-absorbing material coating is applied to the surfaces of both end regions of the plurality of parts of the laminate of the large CNT film 11 and the pair of resin layers 12 and 13 used as the strain sensor elements. form. In other words, the strain sensor manufacturing method manufactures a plurality of strain sensors at once.

レーザー吸収材料の塗布は、例えばスクリーン印刷等の印刷技術を用いて行うこともできるが、例えば刷毛塗り等のより簡易な方法を用いて行ってもよい。 The laser-absorbing material can be applied using a printing technique such as screen printing, but may also be applied using a simpler method such as brush coating.

(レーザー吸収材料)
レーザー吸収材料の塗布は、レーザー吸収率が比較的大きい微粒子を溶媒中に分散したレーザー吸収材料分散インクを用いて行うことができる。このレーザー吸収材料分散インクとしては、例えば、微粒子を分散させるための分散剤、溶媒が揮発した後に微粒子を保持するバインダー、塗工性を向上する界面活性剤等の任意の添加剤を含むものを用いることができる。
(laser absorbing material)
The laser-absorbing material can be applied using a laser-absorbing material-dispersed ink in which fine particles having a relatively high laser absorption rate are dispersed in a solvent. This laser-absorbing material-dispersed ink may contain arbitrary additives such as a dispersant for dispersing fine particles, a binder for retaining fine particles after the solvent has evaporated, and a surfactant for improving coating properties. Can be used.

このレーザー吸収材料分散インクの溶媒としては、塗工直後に揮発して安定な塗膜を形成できるよう、例えばトルエン、アセトン、メタノール、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール等の揮発性有機溶媒を用いること好ましい。 As the solvent for this laser-absorbing material-dispersed ink, it is preferable to use a volatile organic solvent such as toluene, acetone, methanol, methyl ethyl ketone, isopropyl alcohol, etc. so that it can volatilize immediately after coating to form a stable coating film.

<レーザー照射工程>
ステップS2のレーザー照射工程では、前記塗布工程で得られる塗膜の少なくとも一部にレーザーを照射する。これにより、レーザー吸収材料がレーザーを吸収して発熱し、樹脂層12を熱分解することで接続穴16を形成する。
<Laser irradiation process>
In the laser irradiation step of step S2, at least a portion of the coating film obtained in the coating step is irradiated with a laser. As a result, the laser-absorbing material absorbs the laser and generates heat, thermally decomposing the resin layer 12 to form the connection hole 16.

レーザーの出力は、接続穴16の径や樹脂層12の材質等に応じて選択されるが、一般的に、レーザーの出力の下限としては3Wが好ましく、5Wがより好ましい。一方、レーザーの出力の上限としては30Wが好ましく、20Wがより好ましい。レーザーの出力が前記下限に満たない場合、接続穴16を形成できないおそれがある。逆に、レーザーの出力が前記上限を超える場合、接続穴16の形成時に周囲の樹脂層12及びCNT膜11を損傷するおそれがある。 The laser output is selected depending on the diameter of the connection hole 16, the material of the resin layer 12, etc., but generally, the lower limit of the laser output is preferably 3W, more preferably 5W. On the other hand, the upper limit of the laser output is preferably 30W, more preferably 20W. If the laser output is less than the lower limit, there is a possibility that the connection hole 16 cannot be formed. Conversely, if the laser output exceeds the upper limit, there is a risk of damaging the surrounding resin layer 12 and CNT film 11 when forming the connection hole 16.

<導電性材料充填工程>
ステップS3の導電性材料充填工程では、接続穴16を形成した樹脂層被覆体の両端部領域の表面に導電性材料を塗布することにより、接続穴16の内部に導電性材料を充填すると共に、接続穴16の周囲の樹脂層12の表面に導電性材料の塗膜を形成する。この導電性材料の塗膜は、電極14の少なくとも一部分を形成する。
<Conductive material filling process>
In the conductive material filling step of step S3, the inside of the connection hole 16 is filled with the conductive material by applying the conductive material to the surface of both end regions of the resin layer covering in which the connection hole 16 is formed, and A coating film of a conductive material is formed on the surface of the resin layer 12 around the connection hole 16 . This coating of conductive material forms at least a portion of the electrode 14.

各端部領域の複数の接続穴16が形成されている場合、この導電性材料充填工程では、各端部領域の複数の接続穴16に跨がって導電性材料を塗布することが好ましい。このように、各端部領域の複数の接続穴16に跨がって導電性材料を塗布ことによって、CNT膜11と電極14との電気的接続をより確実にすることができる。 When a plurality of connection holes 16 in each end region are formed, it is preferable to apply the conductive material across the plurality of connection holes 16 in each end region in this conductive material filling step. In this way, by applying the conductive material across the plurality of connection holes 16 in each end region, the electrical connection between the CNT film 11 and the electrode 14 can be made more reliable.

導電性材料の塗布方法としては、例えばスクリーン印刷等の印刷技術を用いて行うこともできるが、例えば刷毛塗り等のより簡易な方法を用いて行ってもよい。 The conductive material can be applied using a printing technique such as screen printing, but it may also be applied using a simpler method such as brush coating.

<切り出し工程>
ステップS4の切り出し工程では、電極14を形成した樹脂層被覆体から複数の歪みセンサ素子を切り抜く。
<Cutting process>
In the cutting step of step S4, a plurality of strain sensor elements are cut out from the resin layer covering on which the electrodes 14 are formed.

この歪みセンサ素子の切り出しは、ダイとパンチとを用いた打ち抜き可能によってもよくカッター等で歪みセンサ素子の輪郭を順次切り離してもよい。 The strain sensor element may be cut out by punching using a die and a punch, or by sequentially cutting out the outline of the strain sensor element using a cutter or the like.

<利点>
当該歪みセンサ素子は、接続穴16に導電性材料を充填することによって電極14を形成するので、CNT膜11と電極14との電気的接続が比較的容易である。また、当該歪みセンサ素子は、レーザーによって接続穴16を形成するので、設計変更が比較的容易である。
<Advantages>
In the strain sensor element, the electrodes 14 are formed by filling the connection holes 16 with a conductive material, so electrical connection between the CNT film 11 and the electrodes 14 is relatively easy. Furthermore, since the connection hole 16 of the strain sensor element is formed using a laser, design changes are relatively easy.

[第二実施形態]
図4に一方の端部領域における断面を示す本発明の第二実施形態に係る歪みセンサ素子は、一方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含むCNT糸21と、このCNT膜21の外周に被覆される樹脂層22と、CNT糸21の樹脂層22による被覆体の両端部領域に積層され、CNT糸21と電気的に接続される一対の電極23と、樹脂層22と電極23との間に部分的に存在するレーザー吸収材料層24とを備える。
[Second embodiment]
The strain sensor element according to the second embodiment of the present invention, whose cross section at one end region is shown in FIG. A resin layer 22 to be covered, a pair of electrodes 23 laminated on both end regions of the resin layer 22 of the CNT thread 21 and electrically connected to the CNT thread 21, and a pair of electrodes 23 between the resin layer 22 and the electrode 23. and a layer of laser absorbing material 24 partially present therebetween.

<CNT糸>
図4のセンサ素子のCNT糸21の構成としては、CNT繊維が糸状に配列されている点を除いて、図1のセンサ素子のCNT膜11の構成と同様とすることができる。なお、CNT繊維を糸状に配列する際、CNT繊維を撚り合わせてもよい。
<CNT thread>
The structure of the CNT thread 21 of the sensor element in FIG. 4 can be the same as the structure of the CNT film 11 of the sensor element in FIG. 1, except that the CNT fibers are arranged in a thread shape. Note that when arranging the CNT fibers into a thread, the CNT fibers may be twisted together.

<樹脂層>
樹脂層22は、各端部領域にCNT糸21に至る1又は複数の接続穴25を有する。複数の接続穴25を形成する場合、CNT糸21の中心軸周りに異なる方向に開口するよう形成してもよいが、CNT糸21の中心軸周りに同じ方向に開口するよう軸方向に並んで形成することによって加工が容易となる。
<Resin layer>
The resin layer 22 has one or more connection holes 25 leading to the CNT threads 21 in each end region. When forming a plurality of connection holes 25, they may be formed so as to open in different directions around the central axis of the CNT thread 21, but they may be arranged in the axial direction so as to open in the same direction around the central axis of the CNT thread 21. Forming it facilitates processing.

図4のセンサ素子の樹脂層22のその他の構成としては、表裏がなく全周に積層される点を除いて、図1のセンサ素子の樹脂層12,13の構成と同様とすることができる。 The other structure of the resin layer 22 of the sensor element in FIG. 4 can be the same as the structure of the resin layers 12 and 13 of the sensor element in FIG. .

<電極>
一対の電極23は、接続穴25に充填される導電性材料を含む。また、電極23は、接続穴25に充填される導電性材料の表面側に積層される例えば銅箔等のさらなる導体を有してもよい。
<Electrode>
The pair of electrodes 23 includes a conductive material that fills the connection hole 25 . Further, the electrode 23 may have an additional conductor such as a copper foil laminated on the surface side of the conductive material filling the connection hole 25.

(導電性材料)
図4のセンサ素子の電極23の導電性材料としては、図1のセンサ素子の電極14の導電性材料と同様のものを用いることができる。
(conductive material)
As the conductive material for the electrode 23 of the sensor element in FIG. 4, the same conductive material as the electrode 14 for the sensor element in FIG. 1 can be used.

〔製造方法〕
当該歪みセンサ素子は、CNT糸21を樹脂層22で被覆した樹脂層被覆体の両端部領域の表面にレーザー吸収材料を塗布してレーザー吸収材料層24を形成する工程と、樹脂層被覆体の両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射する工程と、前記レーザー照射工程で樹脂層22に形成される接続穴25に導電性材料を充填して電極23を形成する工程とを備える方法によって製造することができる。
〔Production method〕
The strain sensor element consists of a step of applying a laser absorbing material to the surface of both end regions of a resin layer covering body in which a CNT thread 21 is covered with a resin layer 22 to form a laser absorbing material layer 24, and a process of forming a laser absorbing material layer 24 of the resin layer covering body. A method comprising the steps of irradiating at least part of the surface of both end regions with a laser, and filling the connection hole 25 formed in the resin layer 22 in the laser irradiation step with a conductive material to form the electrode 23. It can be manufactured by

当該歪みセンサ素子は、糸状であるため、織布を構成する糸又は布帛に縫い付けられる糸として使用することができ、歪みを検出可能な布帛を形成するために用いることができる。 Since the strain sensor element is thread-like, it can be used as a thread constituting a woven fabric or a thread sewn onto a fabric, and can be used to form a fabric whose strain can be detected.

[その他の実施形態]
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。
[Other embodiments]
The embodiments described above do not limit the configuration of the present invention. Therefore, in the embodiment, it is possible to omit, replace, or add components of each part of the embodiment based on the description in this specification and common general knowledge, and all of these are interpreted as falling within the scope of the present invention. Should.

当該歪みセンサ素子は、樹脂層のレーザー吸収率が比較的大きい場合には、レーザー吸収材層を有しなくてもよい。従って、当該歪みセンサ素子の製造方法において、レーザー吸収材塗布工程は省略することができる。 The strain sensor element may not have a laser absorbing material layer if the resin layer has a relatively high laser absorption rate. Therefore, in the method for manufacturing the strain sensor element, the laser absorbing material coating step can be omitted.

また、当該歪みセンサ素子の製造方法において、CNT膜の樹脂層被覆体を当該歪みセンサ素子の形状に切り抜いてから、樹脂層に接続穴を形成して導電性材料を塗布してもよい。 Furthermore, in the method for manufacturing the strain sensor element, the resin layer covering of the CNT film may be cut out in the shape of the strain sensor element, and then connection holes may be formed in the resin layer and a conductive material may be applied.

また、CNT糸を備える当該歪みセンサ素子は、レーザー吸収材料及び導電性材料を全周に亘って塗布してもよい。また、レーザーの照射によって開口される接続穴の平面形状は円形に限らなくてもよい。 Further, the strain sensor element including the CNT thread may be coated with a laser absorbing material and a conductive material over the entire circumference. Further, the planar shape of the connection hole opened by laser irradiation is not limited to a circular shape.

以下、本発明に関連する歪みセンサ素子の参考形態について説明する。 Hereinafter, reference embodiments of strain sensor elements related to the present invention will be described.

[第一参考形態]
図5及び図6に示す本発明の第一参考形態の歪みセンサ素子は、帯状に形成され、長手方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含むCNT膜1と、このCNT膜1の表裏に被覆される一対の樹脂層2,3と、このCNT膜1及び樹脂層2,3からなる樹脂層被覆体の表面のうち前記CNT繊維の引き揃え方向両端部領域に積層され、CNT膜1と電気的に接続される一対の板状電極4と、樹脂層被覆体の裏側の両端部領域に前記板状電極4に対向するよう配設される一対の挟持シート5とを備える。
[First reference form]
The strain sensor element of the first reference embodiment of the present invention shown in FIGS. 5 and 6 includes a CNT film 1 formed in a band shape and including a plurality of CNT fibers aligned in the longitudinal direction, and a coating on the front and back surfaces of the CNT film 1. A pair of resin layers 2 and 3 are laminated on the surface of the resin layer covering consisting of the CNT film 1 and the resin layers 2 and 3 at both end regions in the direction in which the CNT fibers are aligned, and the CNT film 1 and the electrical It comprises a pair of plate-shaped electrodes 4 that are connected to each other, and a pair of sandwiching sheets 5 that are disposed opposite to the plate-shaped electrodes 4 at both end regions on the back side of the resin layer covering.

当該歪みセンサ素子において、一対の板状電極4は、少なくとも一部が表側の樹脂層2に埋設されている。より詳しくは、一対の板状電極4は、表側の樹脂層2の表面側から厚さ方向に植え込まれている。この一対の板状電極4は、それぞれ少なくとも一部が樹脂層2から表出し、各表出部分において外部の配線(不図示)に接続される。 In the strain sensor element, at least a portion of the pair of plate-shaped electrodes 4 is embedded in the resin layer 2 on the front side. More specifically, the pair of plate-shaped electrodes 4 are implanted in the thickness direction from the surface side of the resin layer 2 on the front side. At least a portion of each of the pair of plate-shaped electrodes 4 is exposed from the resin layer 2, and each exposed portion is connected to external wiring (not shown).

<CNT膜>
CNT膜1は、一方向に引き揃えられる複数のCNT繊維から形成される層からなり、表裏層に後述の樹脂層となる絶縁性エラストマーを主成分とする材料(以下、単に「絶縁性エラストマー」ということがある)が積層され、またCNT膜1の表裏層に(少なくともCNT膜1の表層側から)絶縁性エラストマーが含浸することによりCNT繊維と絶縁性エラストマーが複合化されて膜状に形成されている。CNT膜1は、前記絶縁性エラストマーの弾性力によって弾性を有し、少なくとも長手方向に伸縮可能である。このCNT膜1は、少なくとも長手方向に伸長することによってCNT繊維同士が離間して電気抵抗が増大し、弾性力により収縮することで、CNT繊維同士が再度接触して電気抵抗が減少する。なお、CNT膜1は、CNT繊維間の接触率を抑制して電気抵抗を調整するために、例えば合成樹脂等からなる絶縁性の繊維を含んでもよい。
<CNT film>
The CNT film 1 consists of a layer formed from a plurality of CNT fibers aligned in one direction, and the front and back layers are made of a material whose main component is an insulating elastomer (hereinafter simply referred to as "insulating elastomer"), which will become a resin layer to be described later. ) are laminated, and the front and back layers of the CNT membrane 1 are impregnated with an insulating elastomer (at least from the surface side of the CNT membrane 1), so that the CNT fibers and the insulating elastomer are composited and formed into a membrane. has been done. The CNT film 1 has elasticity due to the elastic force of the insulating elastomer, and can be expanded and contracted at least in the longitudinal direction. When this CNT film 1 is stretched at least in the longitudinal direction, the CNT fibers are separated from each other and the electrical resistance increases, and when the CNT film 1 contracts due to elastic force, the CNT fibers come into contact with each other again and the electrical resistance is reduced. Note that the CNT film 1 may include insulating fibers made of, for example, synthetic resin in order to suppress the contact rate between the CNT fibers and adjust the electrical resistance.

CNT膜1は、少なくとも表層に絶縁性エラストマーが含浸しつつ積層されているので、後述のCNT繊維束を絶縁性エラストマーが被覆するため、この絶縁性エラストマーが複数のCNT繊維束の伸縮方向をガイドするガイド部材としても機能する。その結果、当該歪みセンサは、伸長時に離間されたCNT繊維同士を収縮時に再度同一部位で再接触させることが可能となり、繰り返し使用に基づく伸縮歪みの検出精度の低下を防止することができる。さらに、かかる構成によると、複数のCNT繊維間の当接関係が維持され易いと共に、複数のCNT繊維の伸縮性を調整し易い。従って、CNT膜1の伸縮歪みをさらに精度よく検出することができる。また、このような当接関係の維持及び伸縮性の調整をさらに容易にするためには、CNT膜1の裏層(裏面近傍領域)にも絶縁性エラストマーが含浸しているのが好ましい。この際、CNT繊維束の表層の少なくとも一部に絶縁性エラストマーが含浸するので、CNT繊維束と絶縁性エラストマーとの結合力も高まる。 Since the CNT membrane 1 is laminated with at least the surface layer impregnated with an insulating elastomer, the insulating elastomer covers the CNT fiber bundles described below, and this insulating elastomer guides the expansion and contraction direction of the plurality of CNT fiber bundles. It also functions as a guide member. As a result, in the strain sensor, the CNT fibers separated during stretching can be brought into contact again at the same location during contraction, and it is possible to prevent a decrease in the detection accuracy of stretching strain due to repeated use. Furthermore, according to such a configuration, the contact relationship between the plurality of CNT fibers can be easily maintained, and the elasticity of the plurality of CNT fibers can be easily adjusted. Therefore, the expansion/contraction strain of the CNT film 1 can be detected with higher accuracy. Further, in order to further facilitate the maintenance of such a contact relationship and the adjustment of elasticity, it is preferable that the back layer (region near the back surface) of the CNT film 1 is also impregnated with an insulating elastomer. At this time, since at least a portion of the surface layer of the CNT fiber bundle is impregnated with the insulating elastomer, the bonding strength between the CNT fiber bundle and the insulating elastomer is also increased.

(CNT繊維)
CNT膜1を構成するCNT繊維は、それぞれ複数のCNT単繊維から形成することができる。ここで、CNT単繊維とは、1本の長尺のカーボンナノチューブをいう。また、CNT繊維は、CNT単繊維の端部同士が連結する連結部を有する。CNT単繊維同士は、これらのCNT単繊維の長手方向に連結している。このように、CNT膜1において、CNT単繊維同士がその長手方向に連結することでCNT繊維の配向長さの大きいCNT膜1を形成することができ、当該歪みセンサの長手方向の長さを大きくして感度を向上することができる。
(CNT fiber)
Each of the CNT fibers constituting the CNT membrane 1 can be formed from a plurality of CNT single fibers. Here, the CNT single fiber refers to one long carbon nanotube. Moreover, the CNT fiber has a connection part where the ends of the CNT single fibers are connected to each other. The CNT single fibers are connected to each other in the longitudinal direction of these CNT single fibers. In this way, in the CNT film 1, the CNT single fibers are connected to each other in the longitudinal direction, so that the CNT film 1 with a large orientation length of the CNT fibers can be formed, and the longitudinal length of the strain sensor can be Sensitivity can be improved by increasing the size.

また、CNT膜1を構成する複数のCNT繊維は、網目構造を形成していてもよい。具体的には、複数のCNT繊維はCNT単繊維同士が連結する連結部等により網目状に連結又は接触していてもよい。この際、この連結部では3つ以上のCNT単繊維の端部が結合していてもよく、2つのCNT単繊維の端部と他の単繊維の中間部とが結合していてもよい。複数のCNT繊維がこのような網目構造を形成することで、CNT繊維同士が密接し、CNT膜1の抵抗を下げることができる。 Further, the plurality of CNT fibers constituting the CNT film 1 may form a network structure. Specifically, the plurality of CNT fibers may be connected or in contact with each other in the form of a network through connection parts where CNT single fibers are connected to each other. At this time, the ends of three or more CNT single fibers may be combined at this connection part, or the ends of two CNT single fibers and the intermediate part of another single fiber may be combined. When a plurality of CNT fibers form such a network structure, the CNT fibers are brought into close contact with each other, and the resistance of the CNT film 1 can be lowered.

さらに、CNT膜1は、長手方向に配向する複数のCNT繊維からなるCNT繊維束を有してもよい。CNT膜1が長手方向に配向する複数のCNT繊維束を有する場合、CNT膜1が伸縮方向に延伸されるよう歪みが加わった際にCNT繊維の切断、離間、CNT繊維束の切断空間(ギャップ)の伸縮等によりCNT膜1の抵抗がより的確に変化する。 Furthermore, the CNT film 1 may have a CNT fiber bundle consisting of a plurality of CNT fibers oriented in the longitudinal direction. When the CNT film 1 has a plurality of CNT fiber bundles oriented in the longitudinal direction, when strain is applied to the CNT film 1 to stretch in the stretching direction, the CNT fibers are cut, separated, and the cutting space (gap) of the CNT fiber bundles is created. ), the resistance of the CNT film 1 changes more accurately.

より具体的には、前記CNT繊維束は、複数のCNT繊維からなるバンドル構造となっており、このCNT繊維束の任意の横断面においては、切断されないCNT繊維と、CNT繊維が切断及び離間したギャップの両方が存在することになる。また、複数のCNT繊維束は、表層を絶縁性エラストマーで被覆されているので、このギャップ内の圧力は大気圧よりも低い(負圧である)と考えられるため、当該歪センサ1の収縮時(歪の解放時)にはこのギャップの収縮力によって歪センサ1の収縮が付勢される。さらに、このギャップ内ではCNT繊維同士の摩擦が低減されるため、CNT繊維の動きが制限され難い。 More specifically, the CNT fiber bundle has a bundle structure consisting of a plurality of CNT fibers, and in any cross section of the CNT fiber bundle, there are CNT fibers that are not cut and CNT fibers that are cut and separated. Both gaps will exist. Furthermore, since the surface layer of the plurality of CNT fiber bundles is coated with an insulating elastomer, the pressure within this gap is considered to be lower than atmospheric pressure (negative pressure). (When the strain is released), the contraction force of this gap forces the strain sensor 1 to contract. Furthermore, since the friction between the CNT fibers is reduced within this gap, the movement of the CNT fibers is less likely to be restricted.

なお、CNT膜1は、複数のCNT繊維又は複数のCNT繊維束を平面状に略平行に配置した単層構造からなってもよいし、多層構造からなってもよい。但し、ある程度の導電性を確保するためには、多層構造とすることが好ましい。 Note that the CNT film 1 may have a single layer structure in which a plurality of CNT fibers or a plurality of CNT fiber bundles are arranged substantially parallel in a plane, or may have a multilayer structure. However, in order to ensure a certain degree of conductivity, it is preferable to have a multilayer structure.

CNT単繊維としては、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。 As the CNT single fiber, either a single-wall nanotube (SWNT) or a multi-wall nanotube (MWNT) can be used, but from the viewpoint of electrical conductivity and heat capacity, MWNT is preferable and has a diameter of 1.5 mm. MWNTs with a diameter of 5 nm or more and 100 nm or less are more preferable.

前記CNT単繊維は、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、所望するサイズのカーボンナノチューブ(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上に触媒となる鉄又はニッケル薄膜を成膜し、カーボンナノチューブを垂直配向成長させることによって所望の長さのカーボンナノチューブの結晶を得ることができる。 The CNT single fibers can be manufactured by a known method, such as a CVD method, an arc method, a laser ablation method, a DIPS method, or a CoMoCAT method. Among these, it is preferable to manufacture by a CVD method using iron as a catalyst and ethylene gas, since carbon nanotubes (MWNT) of a desired size can be efficiently obtained. In this case, a thin film of iron or nickel as a catalyst is formed on a substrate such as a quartz glass substrate or a silicon substrate with an oxide film, and carbon nanotubes are grown in a vertical orientation to obtain carbon nanotube crystals of a desired length. I can do it.

CNT膜1の長手方向の平均長さとしては、特に限定されず、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができるが、例えば1cm以上20cm以下とすることができる。 The average length in the longitudinal direction of the CNT film 1 is not particularly limited, and can be freely selected depending on the object to be measured using the strain sensor element, and may be, for example, 1 cm or more and 20 cm or less.

CNT膜1の平面視で一対の板状電極4間に挟まれる領域における長手方向の平均長さは、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。前記平均長さとしては、例えば2mm以上18cm以下とすることができる。 The average length in the longitudinal direction of the region sandwiched between the pair of plate-shaped electrodes 4 in a plan view of the CNT film 1 can be freely selected depending on the object to be measured using the strain sensor element. The average length can be, for example, 2 mm or more and 18 cm or less.

CNT膜1の平面視で一対の板状電極4と重複する領域における長手方向の平均長さは、測定対象への固定方法、板状電極4への配線方法等に応じて適宜選択されるが、例えば3mm以上5cm以下とすることができる。 The average length in the longitudinal direction of the region of the CNT film 1 that overlaps with the pair of plate-shaped electrodes 4 in a plan view is appropriately selected depending on the method of fixing to the measurement target, the wiring method to the plate-shaped electrodes 4, etc. , for example, 3 mm or more and 5 cm or less.

CNT膜1の平均幅は、当該歪みセンサ素子を用いる測定対象に応じて自由に選択することができる。CNT膜1の平均幅の下限としては、1mmが好ましく、2mmがより好ましい。一方、CNT膜1の平均幅の上限としては、10cmが好ましく、5cmがより好ましい。CNT膜1の平均幅が前記下限に満たない場合、CNT膜1の電気抵抗が過度に大きくなったり、ばらついたりするおそれがある。逆に、CNT膜1の平均幅が前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が大きくなり、適用可能な測定対象が過度に限定されるおそれがある。 The average width of the CNT film 1 can be freely selected depending on the object to be measured using the strain sensor element. The lower limit of the average width of the CNT film 1 is preferably 1 mm, more preferably 2 mm. On the other hand, the upper limit of the average width of the CNT film 1 is preferably 10 cm, more preferably 5 cm. If the average width of the CNT film 1 is less than the lower limit, the electrical resistance of the CNT film 1 may become excessively large or vary. On the other hand, if the average width of the CNT film 1 exceeds the upper limit, the strain sensor element becomes large, and there is a possibility that the applicable measurement object is excessively limited.

CNT膜1の平均厚さの下限としては、1μmが好ましく、10μmがより好ましい。一方、CNT膜1の平均厚さの上限としては、5mmが好ましく、1mmがより好ましい。CNT膜1の平均厚さが前記下限に満たない場合、CNT膜1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膜1の平均厚さが前記上限を超える場合、歪みに対する感度が低下するおそれがある。 The lower limit of the average thickness of the CNT film 1 is preferably 1 μm, more preferably 10 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the CNT film 1 is preferably 5 mm, more preferably 1 mm. If the average thickness of the CNT film 1 is less than the lower limit, the formation of the CNT film 1 may be difficult or the resistance may increase too much. Conversely, if the average thickness of the CNT film 1 exceeds the upper limit, the sensitivity to strain may decrease.

CNT膜1の歪みがない状態での電気抵抗(一対の板状電極4間で測定される値)の下限としては、10Ωが好ましく、100Ωがより好ましい。一方、CNT膜1の歪みがない状態での電気抵抗の上限としては、100kΩが好ましく、10kΩがより好ましい。CNT膜1の歪みがない状態での電気抵抗が前記下限に満たない場合、伸び歪みを検出するための電流が大きくなり当該歪みセンサ素子の消費電力が大きくなるおそれがある。逆に、CNT膜1の歪みがない状態での電気抵抗が前記上限を超える場合、検出回路の電圧が高くなり、当該歪みセンサ素子の出力を処理する装置の小型化や省電力化が困難となるおそれがある。 The lower limit of the electrical resistance (value measured between a pair of plate-like electrodes 4) in a state where the CNT film 1 is not strained is preferably 10Ω, more preferably 100Ω. On the other hand, the upper limit of the electrical resistance of the CNT film 1 without distortion is preferably 100 kΩ, more preferably 10 kΩ. If the electrical resistance of the CNT film 1 in an unstrained state is less than the lower limit, the current for detecting the elongation strain increases, and the power consumption of the strain sensor element may increase. Conversely, if the electrical resistance of the CNT film 1 without strain exceeds the upper limit, the voltage of the detection circuit will increase, making it difficult to downsize and save power of the device that processes the output of the strain sensor element. There is a risk that this may occur.

<樹脂層>
一対の樹脂層2,3は、絶縁性エラストマーからなり、CNT膜1の両面(前述の表裏層)にそれぞれ積層される。樹脂層2,3は上述の絶縁性エラストマーからなり、CNT膜1の両面を覆い、CNT膜1を保護する。
<Resin layer>
The pair of resin layers 2 and 3 are made of an insulating elastomer and are laminated on both surfaces (the above-mentioned front and back layers) of the CNT film 1, respectively. The resin layers 2 and 3 are made of the above-mentioned insulating elastomer, cover both sides of the CNT film 1, and protect the CNT film 1.

(絶縁性エラストマー)
CNT膜1の少なくとも表層に含浸する前記絶縁性エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーを用いてもよい。熱可塑性エラストマーは、各種合成樹脂を含有することができる。
(Insulating elastomer)
As the insulating elastomer impregnated into at least the surface layer of the CNT film 1, a thermoplastic elastomer may be used. The thermoplastic elastomer can contain various synthetic resins.

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、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic elastomer include styrene elastomer, olefin elastomer, polyester elastomer, and the like.

前記熱可塑性エラストマーとしては、例えばポリウレタン(PUR)、ポリイミド(PI)、ポリエチレン(PE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン(PS)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂(ABS)、アクリロニトリルスチレン樹脂(AS)、ポリメチルメタアクリル(PMMA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、環状ポリオレフィン(COP)等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic elastomer include polyurethane (PUR), polyimide (PI), polyethylene (PE), high density polyethylene (HDPE), medium density polyethylene (MDPE), low density polyethylene (LDPE), polypropylene (PP), and polyethylene. Vinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride, polystyrene (PS), polyvinyl acetate (PVAc), acrylonitrile butadiene styrene resin (ABS), acrylonitrile styrene resin (AS), polymethyl methacrylic (PMMA), polyamide (PA), Examples include polyacetal (POM), polycarbonate (PC), modified polyphenylene ether (m-PPE), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), and cyclic polyolefin (COP).

また、CNT膜1の少なくとも表層に含浸する前記絶縁性エラストマーとしては、合成熱硬化性エラストマーからなるゴムを用いてもよい。 Further, as the insulating elastomer impregnated into at least the surface layer of the CNT film 1, rubber made of a synthetic thermosetting elastomer may be used.

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)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等が挙げられる。中でも、強度等の点から天然ゴムが好ましい。 Examples of the rubber include natural rubber (NR), butyl rubber (IIR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPDM), butadiene rubber (BR), urethane rubber (U), and styrene butadiene rubber (SBR). , silicone rubber (Q), chloroprene rubber (CR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), chlorinated polyethylene (CM), acrylic rubber (ACM), epichlorohydrin rubber (CO, ECO), Examples include fluororubber (FKM) and polydimethylsiloxane (PDMS). Among these, natural rubber is preferred from the viewpoint of strength and the like.

前記絶縁性エラストマーは、水性エマルジョンの塗工により複数のCNT繊維の少なくとも表層に含浸されているとよい。前記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。カーボンナノチューブは疎水性が高いため、水性エマルジョンを用いた塗工により絶縁性エラストマーを含浸させると、この絶縁性エラストマーは複数のCNT繊維間に完全には入り込まない。つまり、複数のCNT繊維層の表層には絶縁性エラストマーが含浸するが、この絶縁性エラストマーは各CNT繊維の厚さ方向の断面における全領域には含浸しない。これにより、絶縁性エラストマーが複数のCNT繊維間に完全にしみ込んで、CNT膜1の抵抗変化に影響を及ぼすことを抑制し、絶縁性エラストマーの存在に起因するCNT膜1の歪に対する感度の低下を抑えることができる。 The insulating elastomer is preferably impregnated into at least the surface layer of the plurality of CNT fibers by coating with an aqueous emulsion. The aqueous emulsion refers to an emulsion in which the main component of the dispersion medium is water. Since carbon nanotubes are highly hydrophobic, when they are impregnated with an insulating elastomer by coating with an aqueous emulsion, the insulating elastomer does not completely penetrate between the plurality of CNT fibers. That is, although the surface layer of the plurality of CNT fiber layers is impregnated with the insulating elastomer, the insulating elastomer does not impregnate the entire area in the cross section of each CNT fiber in the thickness direction. This prevents the insulating elastomer from completely penetrating between the plurality of CNT fibers and affecting the resistance change of the CNT film 1, and reduces the sensitivity of the CNT film 1 to strain caused by the presence of the insulating elastomer. can be suppressed.

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。 The main component of the dispersion medium of the aqueous emulsion is water, but other hydrophilic dispersion mediums such as alcohol may also be contained.

また、前記絶縁性エラストマーはカップリング剤を含有しているとよい。絶縁性エラストマーを主成分とする材料がカップリング剤を含有することで、絶縁性エラストマーとCNT繊維とを架橋し、絶縁性エラストマーとCNT繊維との接合力を向上させることができる。 Further, the insulating elastomer preferably contains a coupling agent. When the material whose main component is an insulating elastomer contains a coupling agent, the insulating elastomer and the CNT fibers can be crosslinked, and the bonding force between the insulating elastomer and the CNT fibers can be improved.

前記カップリング剤としては、例えばアミノシランカップリング剤、アミノチタンカップリング剤、アミノアルミニウムカップリング剤等のアミノカップリング剤やシランカップリング剤などを用いることができる。 As the coupling agent, for example, an amino coupling agent such as an aminosilane coupling agent, an aminotitanium coupling agent, an aminoaluminum coupling agent, or a silane coupling agent can be used.

また、絶縁性エラストマーはCNT繊維に対する吸着性を有する分散剤を含有することが好ましい。このような吸着性を有する分散剤としては、吸着基部分が塩構造になっているもの(例えばアルキルアンモニウム塩等)や、CNT繊維の疎水性の基(例えばアルキル鎖や芳香族リング等)と相互作用できる親水性の基(例えばポリエーテル等)を分子中に有するもの等を用いることができる。 Moreover, it is preferable that the insulating elastomer contains a dispersant that has adsorption properties to CNT fibers. Dispersants with such adsorption properties include those whose adsorption group has a salt structure (e.g., alkylammonium salts, etc.), and those with hydrophobic groups of CNT fibers (e.g., alkyl chains, aromatic rings, etc.). Those having a hydrophilic group (for example, polyether, etc.) that can interact in the molecule can be used.

これらの樹脂層2,3とCNT膜1との積層構造は、いずれかの層(又は膜)に他の層(又は膜)を形成する材料を塗工等により形成してもよく、各層(又は膜)の融着又は溶着により形成してもよく、熱可塑性接着剤を用いた各層(又は膜)の接着により形成してもよい。また、樹脂層2,3は、少なくとも部分的にCNT膜1の表層及び裏層に含浸させる絶縁性エラストマーと一体に形成されてもよい。つまり、CNT膜1の形成工程において複数のCNT繊維に含浸せず、複数のCNT繊維の表裏に留まって樹脂層2,3を形成するよう絶縁性エラストマーを塗布してもよい。また、樹脂層2,3は複数の異なる層からなる多層構造にしてもよい。その場合には、バネ性の高い材料と組み合わせるとよい。具体的には、バネ性の高い材料としてポリウレタンを使用することが好ましい。 The laminated structure of these resin layers 2 and 3 and the CNT film 1 may be formed by coating one of the layers (or films) with a material that will form another layer (or film), and each layer ( It may be formed by fusing or welding layers (or films), or by adhering each layer (or film) using a thermoplastic adhesive. Furthermore, the resin layers 2 and 3 may be formed integrally with an insulating elastomer that is at least partially impregnated into the surface and back layers of the CNT film 1. That is, in the process of forming the CNT film 1, the insulating elastomer may be applied so as to remain on the front and back surfaces of the plurality of CNT fibers to form the resin layers 2 and 3, without impregnating the plurality of CNT fibers. Further, the resin layers 2 and 3 may have a multilayer structure consisting of a plurality of different layers. In that case, it is best to combine it with a material with high springiness. Specifically, it is preferable to use polyurethane as a material with high springiness.

樹脂層2,3のそれぞれの平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、15μmがより好ましい。一方、樹脂層2,3の平均厚さの上限としては、5mmが好ましく、2mmがより好ましい。樹脂層2,3の平均厚さが前記下限に満たない場合、十分にCNT膜1を保護できないおそれや、埋設した板状電極4が脱落し易くなるおそれがある。逆に、樹脂層2,3の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪センサ1が不必要に厚くなるおそれや、CNT膜1の弾性率が大きくなり測定対象の変形を阻害するおそれがあり、板状電極4の埋設が容易ではなくなおそれもある。なお、表裏の樹脂層2,3の平均厚さは、互いに異なってもよい。 The lower limit of the average thickness of each of the resin layers 2 and 3 is preferably 10 μm, more preferably 15 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the resin layers 2 and 3 is preferably 5 mm, more preferably 2 mm. If the average thickness of the resin layers 2 and 3 is less than the lower limit, there is a risk that the CNT film 1 may not be sufficiently protected, and the buried plate-shaped electrode 4 may easily fall off. On the other hand, if the average thickness of the resin layers 2 and 3 exceeds the upper limit, the strain sensor 1 may become unnecessarily thick, or the elastic modulus of the CNT film 1 may increase, inhibiting the deformation of the measurement target. Therefore, it may not be easy to embed the plate electrode 4. Note that the average thickness of the front and back resin layers 2 and 3 may be different from each other.

<板状電極>
板状電極4としては、概略板状の導体が用いられる。このような導体としては、例えばシート状材料、網状材料等が用いられる。また、板状電極4の材質としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼等の金属、カーボンなどが挙げられる。この板状電極4は、例えばCNT膜1を貫通する突起、外部の配線に接続するための突出部等を有してもよい。
<Plate electrode>
As the plate electrode 4, a generally plate-shaped conductor is used. As such a conductor, for example, a sheet-like material, a net-like material, etc. are used. Further, examples of the material of the plate electrode 4 include metals such as copper, aluminum, nickel, and stainless steel, and carbon. This plate-shaped electrode 4 may have, for example, a protrusion penetrating the CNT film 1, a protrusion for connecting to external wiring, or the like.

板状電極4は、図示するように、複数の貫通孔4aを有することが好ましい。この板状電極4の貫通孔4aは、例えばシート状材料に形成した穴、網状材料の素線間の開口等から構成される。また、板状電極4の貫通孔4aとしては、互いに独立したものだけでなく、例えば図7に例示するように、板状電極4の周縁に開口するスリット状又は切欠き状のものであってもよい。 It is preferable that the plate-shaped electrode 4 has a plurality of through holes 4a as shown in the figure. The through-hole 4a of the plate-shaped electrode 4 is formed, for example, by a hole formed in a sheet-shaped material, an opening between strands of a net-shaped material, or the like. Further, the through holes 4a of the plate electrode 4 are not limited to those that are independent from each other, but may be slit-shaped or cut-out holes that open at the periphery of the plate electrode 4, as illustrated in FIG. 7, for example. Good too.

このように、板状電極4が複数の貫通孔4aを有することによって、板状電極4を表側の樹脂層2に埋設する際、樹脂層2を構成する材料が板状電極4の貫通孔4aの中に逃げることができるので、比較的容易に板状電極4を樹脂層2に埋設することができる。また、貫通孔4aの中に流入した樹脂層2の形成材料は、板状電極4と樹脂層2との接触面積を増大させることで、板状電極4の保持をより確実にする。 As described above, since the plate electrode 4 has a plurality of through holes 4a, when the plate electrode 4 is buried in the resin layer 2 on the front side, the material constituting the resin layer 2 is formed in the through holes 4a of the plate electrode 4. The plate-shaped electrode 4 can be embedded in the resin layer 2 relatively easily. Further, the material forming the resin layer 2 that has flowed into the through hole 4a increases the contact area between the plate electrode 4 and the resin layer 2, thereby making the plate electrode 4 more securely held.

板状電極4は、板状電極4を加熱しつつ表側の樹脂層2に押圧することにより樹脂層2を流動化させて板状電極4を樹脂層2中に埋設できるよう、少なくとも表側の樹脂層2に埋設される部分の熱伝導率が高いことが好ましい。 The plate-shaped electrode 4 is heated and pressed against the resin layer 2 on the front side to fluidize the resin layer 2 and embed the plate-shaped electrode 4 in the resin layer 2. It is preferable that the portion buried in layer 2 has high thermal conductivity.

板状電極4の埋設部分の熱伝導率の下限としては、5W/(m・K)が好ましく、10W/(m・K)がより好ましい。板状電極4の埋設部分の熱伝導率が前記下限に満たない場合、表側の樹脂層2に熱を伝達して流動させることが難しく、板状電極4を埋設することが容易ではなくなるおそれがある。 The lower limit of the thermal conductivity of the buried portion of the plate electrode 4 is preferably 5 W/(m·K), more preferably 10 W/(m·K). If the thermal conductivity of the buried portion of the plate electrode 4 is less than the lower limit, it will be difficult to transfer heat to the resin layer 2 on the front side and make it flow, and there is a risk that it will not be easy to bury the plate electrode 4. be.

板状電極4は、埋設時に撓んで表面側の樹脂層2を平面視で外側方向にスムーズに押し出すことができるよう可撓性を有することが好ましい。また、可撓性を有する板状電極4が撓んだ状態で固定されることにより、板状電極4とCNT膜1との間に断面形状が楔型の樹脂層2が残され、板状電極4と樹脂層2との接触面積が増大して、板状電極4の脱離を防止する効果も得られる。 It is preferable that the plate-shaped electrode 4 has flexibility so that it can bend when buried and smoothly push out the resin layer 2 on the front side outward in a plan view. Further, by fixing the flexible plate-shaped electrode 4 in a bent state, a resin layer 2 having a wedge-shaped cross section is left between the plate-shaped electrode 4 and the CNT film 1, and the plate-shaped electrode 4 is fixed in a bent state. The contact area between the electrode 4 and the resin layer 2 increases, and the effect of preventing the plate-shaped electrode 4 from detaching can also be obtained.

このように樹脂層2との接触面積を大きくするために、可撓性を有する板状電極4は、中央部を表面側の樹脂層2に押し込んで、平面視外周部が樹脂層2の表面から突出するよう埋設することが好ましい。また、このような埋設を容易にするために、板状電極4は、平面視で中央部の熱伝導率が大きくなるよう複数種類の材料を組み合わせて形成してもよい。また、板状電極4とCNT膜1との接触面積を大きくするために、板状電極4のCNT膜1に接触させる中央部分よりも周辺部分の可撓性を大きくしてもよい。板状電極4の可撓性は、貫通孔4aの例えば大きさ、形状、配設密度等によって調節してもよい。 In order to increase the contact area with the resin layer 2 in this way, the flexible plate-shaped electrode 4 has its central part pushed into the resin layer 2 on the front side, so that the outer peripheral part in plan view is the surface of the resin layer 2. It is preferable to bury it so that it protrudes from the surface. Further, in order to facilitate such embedding, the plate-shaped electrode 4 may be formed by combining a plurality of types of materials so that the thermal conductivity of the central portion is increased in plan view. Furthermore, in order to increase the contact area between the plate-shaped electrode 4 and the CNT film 1, the flexibility of the peripheral portion of the plate-shaped electrode 4 may be made greater than that of the central portion that is brought into contact with the CNT film 1. The flexibility of the plate electrode 4 may be adjusted by, for example, the size, shape, arrangement density, etc. of the through hole 4a.

また、板状電極4は、CNT膜1と接続するよう固定された状態で、CNT膜1の側に膨出するような凸状となっていることが好ましい。この凸状の形状は、板状電極4が湾曲することにより形成されることがより好ましい。板状電極4がこのような凸状であることによって、板状電極4が埋設時に樹脂層2を平面視で外側方向にスムーズに押し出すことができる。また、板状電極4が凸状であることによって、板状電極4とCNT膜1との接触面積を増大させて電気的接続をより向上することができる。さらに、凸状の板状電極4は、その周縁部分と挟持シート5との間にCNT膜1及び裏側の樹脂層3だけでなく表側の樹脂層2も挟持することができるので、使用時の張力が分散するため破損し難い。 Moreover, it is preferable that the plate electrode 4 has a convex shape that bulges toward the CNT film 1 side while being fixed so as to be connected to the CNT film 1 . More preferably, this convex shape is formed by curving the plate electrode 4. Since the plate-shaped electrode 4 has such a convex shape, the resin layer 2 can be smoothly pushed outward in a plan view when the plate-shaped electrode 4 is buried. Further, since the plate electrode 4 has a convex shape, the contact area between the plate electrode 4 and the CNT film 1 can be increased, and the electrical connection can be further improved. Furthermore, the convex plate-shaped electrode 4 can sandwich not only the CNT film 1 and the resin layer 3 on the back side but also the resin layer 2 on the front side between its peripheral portion and the sandwiching sheet 5. It is difficult to break because the tension is dispersed.

このような凸状部を有する板状電極4は、少なくとも凸状部の厚さ方向先端がCNT膜1の表面に達するよう埋設される。より好ましくは、板状電極4は、CNT膜1の厚さ方向に異なる位置のCNT繊維に当接してCNT膜1とのより確実な電気的接続が得られるよう、凸状部の厚さ方向先端がCNT膜1の裏面に達するよう埋設される。 The plate-shaped electrode 4 having such a convex portion is buried so that at least the tip of the convex portion in the thickness direction reaches the surface of the CNT film 1. More preferably, the plate-like electrode 4 is arranged in the thickness direction of the convex portion so as to contact the CNT fibers at different positions in the thickness direction of the CNT film 1 to obtain a more reliable electrical connection with the CNT film 1. It is buried so that the tip reaches the back surface of the CNT film 1.

また、板状電極4は、当該歪みセンサ素子の使用中に実質的に伸縮しないことが好ましい。なお、「実質的に伸縮しない」とは、当該歪みセンサ素子を用いた測定中における平面視で一対の板状電極4間に配設される領域(以下、「伸縮領域」ともいう。)の長手方向の伸縮率に対する板状電極4の長手方向の伸縮率の比が、1/100以下、好ましくは1/1000以下であることを意味する。 Moreover, it is preferable that the plate-shaped electrode 4 does not substantially expand or contract during use of the strain sensor element. Note that "not substantially expanding or contracting" refers to the region (hereinafter also referred to as "stretching region") disposed between the pair of plate electrodes 4 in plan view during measurement using the strain sensor element. This means that the ratio of the expansion/contraction rate in the longitudinal direction of the plate electrode 4 to the expansion/contraction rate in the longitudinal direction is 1/100 or less, preferably 1/1000 or less.

また、当該歪みセンサ素子を用いた測定中における板状電極4の伸縮率に対する伸縮領域の伸縮率の比の桁数としては、測定における有効数値の桁数より大きいことが好ましく、2桁以上大きいことがより好ましい。 Further, the number of digits of the ratio of the expansion/contraction rate of the stretchable region to the expansion/contraction rate of the plate-shaped electrode 4 during measurement using the strain sensor element is preferably larger than the number of digits of the effective numerical value in the measurement, and is two or more digits larger. It is more preferable.

板状電極4の平均厚さ(メッシュ状の場合は平均線径)の下限としては、10μmが好ましく、50μmがより好ましい。一方、板状電極4の平均厚さの上限としては、1mmが好ましく、0.5mmがより好ましい。板状電極4の平均厚さが前記下限に満たない場合、曲げ等により板状電極4が破断するおそれがある。逆に、板状電極4の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が不必要に厚くなるおそれや、非伸縮領域の可撓性が不足して測定対象に適切に貼着できないおそれがある。 The lower limit of the average thickness (or average wire diameter in the case of a mesh) of the plate electrode 4 is preferably 10 μm, more preferably 50 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the plate electrode 4 is preferably 1 mm, more preferably 0.5 mm. If the average thickness of the plate electrode 4 is less than the lower limit, the plate electrode 4 may break due to bending or the like. On the other hand, if the average thickness of the plate electrode 4 exceeds the upper limit, the strain sensor element may become unnecessarily thick, or the non-stretchable region may lack flexibility and cannot be properly attached to the measurement target. There is a risk.

板状電極4の平面形状としては、CNT膜1の端部領域の平面形状と略同一とすることができる。板状電極4は、図5に示すように、平面視でCNT膜1からはみ出さないようCNT膜1の端部領域よりも僅かに小さく形成されてもよい。板状電極4の周囲に、板状電極4の埋設により厚さが減じられていない表面側の樹脂層2を残すことによって、樹脂層2の強度低下を抑制することができる。 The planar shape of the plate electrode 4 can be substantially the same as the planar shape of the end region of the CNT film 1. As shown in FIG. 5, the plate electrode 4 may be formed to be slightly smaller than the end region of the CNT film 1 so as not to protrude from the CNT film 1 in plan view. By leaving the resin layer 2 on the surface side around the plate electrode 4 whose thickness has not been reduced by embedding the plate electrode 4, it is possible to suppress a decrease in the strength of the resin layer 2.

以上の条件を満たす板状電極4としては、例えばステンレス製で平均線径3μm以上100μm以下の素線から形成される公称目開き5μm以上100μm以下の金網を用いることができる。 As the plate-shaped electrode 4 that satisfies the above conditions, it is possible to use, for example, a wire mesh made of stainless steel and having a nominal opening of 5 μm or more and 100 μm or less and formed from strands with an average wire diameter of 3 μm or more and 100 μm or less.

(挟持シート)
挟持シート5は、非伸縮領域の他方の面を覆うよう樹脂層2,3の他方の面に積層されている。挟持シート5は、例えば接着剤を用いて積層することができる。この接着剤としては、例えば粘着剤、硬化性接着剤、熱可塑性接着剤等が使用できる。前記粘着剤としては、例えばアクリル系粘着剤等が挙げられる。前記硬化性接着剤としては、エポキシ系接着剤等が挙げられる。
(Pinching sheet)
The sandwiching sheet 5 is laminated on the other surface of the resin layers 2 and 3 so as to cover the other surface of the non-stretchable region. The sandwiching sheets 5 can be laminated using adhesive, for example. As this adhesive, for example, an adhesive, a curable adhesive, a thermoplastic adhesive, etc. can be used. Examples of the adhesive include acrylic adhesives. Examples of the curable adhesive include epoxy adhesives and the like.

この挟持シート5は、板状電極4と同様に、当該歪みセンサ素子の使用中に実質的に伸縮せず、非伸縮領域の伸縮を防止する。つまり、挟持シート5は、板状電極4との間に樹脂層2,3及びCNT膜1の非伸縮領域を挟み込むことで、非伸縮領域の伸縮をより確実に防止する。このため、挟持シート5を備えることにより、当該歪みセンサ素子は、樹脂層2,3及びCNT膜1の非伸縮領域と伸縮領域とがより明確に区分される。従って、当該歪みセンサ素子は、伸縮量とCNT膜1の電気抵抗との相関が高く、歪の検出精度に優れる。 Like the plate-shaped electrode 4, this sandwiching sheet 5 does not substantially expand or contract during use of the strain sensor element, and prevents expansion or contraction in the non-stretchable region. That is, by sandwiching the non-stretchable regions of the resin layers 2 and 3 and the CNT film 1 between the sandwiching sheet 5 and the plate-like electrode 4, expansion and contraction of the non-stretchable regions can be more reliably prevented. Therefore, by providing the sandwiching sheet 5, in the strain sensor element, the non-stretchable region and the stretchable region of the resin layers 2, 3 and the CNT film 1 are more clearly divided. Therefore, the strain sensor element has a high correlation between the amount of expansion and contraction and the electrical resistance of the CNT film 1, and has excellent strain detection accuracy.

挟持シート5の材質としては、十分な非伸縮性を有するものであればよく、導電性のものであっても絶縁性のものであってもよい。具体的には、挟持シート5としては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等を主成分とする樹脂製シート、ガラスクロス等の織布などを使用することができる。また、挟持シート5として、予め粘着剤が積層された市販の粘着テープを使用してもよい。 The material of the sandwiching sheet 5 may be any material that has sufficient non-stretchability, and may be conductive or insulating. Specifically, as the sandwiching sheet 5, for example, a resin sheet whose main component is polyimide, polyethylene terephthalate, etc., a woven cloth such as glass cloth, etc. can be used. Further, as the sandwiching sheet 5, a commercially available adhesive tape on which an adhesive is laminated in advance may be used.

挟持シート5の平均厚さの下限としては、20μmが好ましく、50μmがより好ましい。一方、挟持シート5の平均厚さの上限としては、1mmが好ましく、0.5mmがより好ましい。挟持シート5の平均厚さが前記下限に満たない場合、曲げ等により挟持シート5が破断するおそれがある。逆に、挟持シート5の平均厚さが前記上限を超える場合、当該歪みセンサ素子が不必要に厚くなるおそれや、非伸縮領域の可撓性が不足して測定対象に適切に貼着できないおそれがある。 The lower limit of the average thickness of the sandwiching sheet 5 is preferably 20 μm, more preferably 50 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the sandwiching sheet 5 is preferably 1 mm, more preferably 0.5 mm. If the average thickness of the sandwiching sheet 5 is less than the lower limit, there is a risk that the sandwiching sheet 5 will break due to bending or the like. On the other hand, if the average thickness of the sandwiching sheet 5 exceeds the upper limit, the strain sensor element may become unnecessarily thick, or the non-stretchable region may lack flexibility and may not be properly attached to the measurement target. There is.

<製造方法>
当該歪みセンサ素子は、CNT膜1及び樹脂層2,3の積層構造を有するシート体を形成する工程と、このシート体の切断により所望の平面形状を有するCNT膜1及び樹脂層2,3の積層体(被覆体)を形成する工程と、この積層体の両端部の表面側の樹脂層2に板状電極4を埋設する工程と、前記積層体の両端部の裏面側に一対の挟持シート5を接着する工程とを備える方法により製造することができる。
<Manufacturing method>
The strain sensor element consists of a process of forming a sheet body having a laminated structure of a CNT film 1 and resin layers 2 and 3, and a process of forming a CNT film 1 and resin layers 2 and 3 having a desired planar shape by cutting this sheet body. a step of forming a laminate (covering body), a step of embedding plate-like electrodes 4 in the resin layer 2 on the front side of both ends of the laminate, and a pair of sandwiching sheets on the back side of both ends of the laminate. It can be manufactured by a method comprising a step of adhering 5.

前記埋設工程では、板状電極4の表面に比較的高温の加熱部材を押圧することによって、板状電極4を表面側の樹脂層2に押し込む。つまり、加熱部材の熱を板状電極4を介して樹脂層2の板状電極4との接触領域に伝達することで樹脂層2の形成材料を流動化させ、この流動化した材料を押し退けるようにして板状電極4を樹脂層2の内部に進入させる。従って、加熱部材の温度としては、表面側の樹脂層2の軟化点よりも10℃以上50℃以下高い温度とすることが好ましい。簡易的には、加熱部材として、例えば半田ごて等を用いることができる。 In the embedding step, the plate-shaped electrode 4 is pushed into the resin layer 2 on the surface side by pressing a relatively high-temperature heating member against the surface of the plate-shaped electrode 4. That is, by transmitting the heat of the heating member through the plate-shaped electrode 4 to the contact area of the resin layer 2 with the plate-shaped electrode 4, the material forming the resin layer 2 is fluidized, and this fluidized material is pushed away. Then, the plate-shaped electrode 4 is inserted into the resin layer 2. Therefore, the temperature of the heating member is preferably higher than the softening point of the resin layer 2 on the front side by 10° C. or more and 50° C. or less. For simplicity, a soldering iron or the like can be used as the heating member.

<利点>
当該歪みセンサ素子は、CNT膜1を樹脂層2,3で被覆したシート体を任意の寸法に切断してから板状電極4を樹脂層2に埋め込むことによりCNT膜1に配線のための電極を接続することができるので、比較的簡単に製造できる。また、上述のように、当該歪みセンサ素子は、シート体から任意の寸法に切り出した被覆体に後から板状電極4を埋め込むので、シート体から切り出す被覆体の形状を任意に変更することができ、設計変更が比較的容易である。
<Advantages>
The strain sensor element is manufactured by cutting a sheet body in which a CNT film 1 is covered with resin layers 2 and 3 into arbitrary dimensions, and then embedding a plate-shaped electrode 4 in the resin layer 2, thereby forming electrodes for wiring on the CNT film 1. can be connected, making it relatively easy to manufacture. Furthermore, as described above, in the strain sensor element, the plate-shaped electrode 4 is later embedded in the covering body cut out to any size from the sheet body, so the shape of the covering body cut out from the sheet body can be arbitrarily changed. design changes are relatively easy.

[第二参考形態]
図8に示す本発明の第二参考形態の歪みセンサ素子は、帯状に形成され、長手方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含むCNT膜1と、このCNT膜1の表裏に被覆される一対の樹脂層2,3と、このCNT膜1及び樹脂層2,3からなる樹脂層被覆体の表側の前記CNT繊維の引き揃え方向両端部領域に積層され、CNT膜1と電気的に接続される一対の板状電極4と、樹脂層被覆体の裏側の両端部領域に前記板状電極4に対向するよう配設される一対の挟持シート5と、板状電極4のCNT膜1側に介在する一対の導電性布帛6とを備える。
[Second reference form]
A strain sensor element according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. The resin layers 2 and 3 are laminated on the front side of the resin layer covering consisting of the CNT film 1 and the resin layers 2 and 3 at both end regions in the alignment direction of the CNT fibers, and are electrically connected to the CNT film 1. a pair of plate-shaped electrodes 4, a pair of sandwiching sheets 5 disposed opposite to the plate-shaped electrodes 4 on both end areas of the back side of the resin layer covering, and a pair of sandwiching sheets 5 disposed on the opposite side of the plate-shaped electrodes 4 on the CNT film 1 side of the plate-shaped electrode 4. A pair of intervening conductive fabrics 6 are provided.

図8の歪みセンサ素子におけるCNT膜1、樹脂層2,3、板状電極4及び挟持シート5は、図5の歪みセンサ素子におけるCNT膜1、樹脂層2,3、板状電極4及び挟持シート5と同様であるため、重複する説明を省略する。 The CNT film 1, resin layers 2, 3, plate-like electrodes 4, and sandwiching sheet 5 in the strain sensor element of FIG. Since it is the same as sheet 5, duplicate explanation will be omitted.

<導電性布帛>
導電性布帛6は、導電性の繊維の織編物又は不織布から形成される。この導電性布帛6は、CNT膜1と板状電極4との間に介在し、CNT膜1及び板状電極4の双方に当接する。導電性布帛6は、表裏面に導電性繊維により形成される微細な凹凸を有し、この微細な凹凸がCNT膜1及び板状電極4に対して多くの箇所で当接する。これによって、導電性布帛6は、CNT膜1と板状電極4と間の導電性を向上させる。
<Conductive fabric>
The conductive fabric 6 is formed from a woven or knitted fabric or a nonwoven fabric of conductive fibers. This conductive fabric 6 is interposed between the CNT film 1 and the plate-shaped electrode 4 and comes into contact with both the CNT film 1 and the plate-shaped electrode 4. The conductive fabric 6 has fine irregularities formed by conductive fibers on its front and back surfaces, and these fine irregularities come into contact with the CNT film 1 and the plate-shaped electrode 4 at many locations. Thereby, the conductive fabric 6 improves the conductivity between the CNT film 1 and the plate-shaped electrode 4.

この導電性布帛6としては、樹脂層2の形成材料によって板状電極4を保持するために、表面側の樹脂層2の形成材料が溶融状態で浸透して厚さ方向に通過できる程度に目の粗いものが用いられる。 In order to hold the plate-shaped electrode 4 by the material forming the resin layer 2, the conductive fabric 6 is designed to have enough material to allow the material forming the resin layer 2 on the front side to penetrate in a molten state and pass through in the thickness direction. A coarse one is used.

導電性布帛6の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、15μmがより好ましい。一方、導電性布帛6の平均厚さの上限としては、3mmが好ましく、1mmがより好ましい。導電性布帛6の平均厚さが前記下限に満たない場合、板状電極4の埋設時に導電性布帛6が強度不足により断裂するおそれがある。逆に、導電性布帛6の平均厚さが前記上限を超える場合、板状電極4の埋設時に樹脂層3の形成材料が導電性布帛6を貫通することができず、板状電極4を保持できないおそれがある。 The lower limit of the average thickness of the conductive fabric 6 is preferably 10 μm, more preferably 15 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the conductive fabric 6 is preferably 3 mm, more preferably 1 mm. If the average thickness of the conductive fabric 6 is less than the lower limit, the conductive fabric 6 may be torn due to insufficient strength when the plate electrode 4 is buried. Conversely, if the average thickness of the conductive fabric 6 exceeds the upper limit, the material forming the resin layer 3 will not be able to penetrate the conductive fabric 6 when the plate electrode 4 is buried, and the plate electrode 4 will be held. There is a possibility that it cannot be done.

導電性布帛6は、埋設後の板状電極4の裏面全体を確実に覆うことができるよう、平面視で板状電極4よりも大きいことが好ましい。 The conductive fabric 6 is preferably larger than the plate electrode 4 in plan view so that it can reliably cover the entire back surface of the plate electrode 4 after being buried.

導電性布帛6としては、導電布の一方の面に導電性粘着剤が塗布された市販の導電性粘着テープを用いてもよい。導電性粘着テープからなる導電性布帛6は、板状電極4の埋設前に表面側の樹脂層2の表面又は板状電極4の裏面に貼着することで位置ずれを防止し、板状電極4の埋設作業を容易にする。なお、導電性粘着テープの導電性粘着剤は、導電性布帛6とCNT膜1又は板状電極4との電気的接触を補助することができる一方、樹脂層3の形成材料と同様に板状電極4によって押し退けられるので板状電極4の埋設を阻害しない。 As the conductive fabric 6, a commercially available conductive adhesive tape having one surface of the conductive cloth coated with a conductive adhesive may be used. The conductive fabric 6 made of conductive adhesive tape is attached to the surface of the resin layer 2 on the front side or the back surface of the plate electrode 4 before embedding the plate electrode 4 to prevent positional shift. 4. Makes the burial work easier. Note that the conductive adhesive of the conductive adhesive tape can assist in electrical contact between the conductive fabric 6 and the CNT film 1 or the plate-shaped electrode 4; Since it is pushed away by the electrode 4, it does not hinder the embedding of the plate-shaped electrode 4.

[第三参考形態]
図9に示す本発明の第三参考形態の歪みセンサ素子は、帯状に形成され、長手方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含むCNT膜1と、このCNT膜1の表裏に被覆される樹脂層2,3と、このCNT膜1及び樹脂層2,3からなる樹脂層被覆体の表側の前記CNT繊維引き揃え方向両端部領域に積層され、CNT膜1と電気的に接続される一対の板状電極4と、樹脂層被覆体の裏側の両端部領域に前記板状電極4に対向するよう配設される一対の挟持シート5と、板状電極4内の少なくとも一部に含浸する導電性ペースト7とを備える。
[Third reference form]
A strain sensor element according to a third embodiment of the present invention shown in FIG. 9 includes a CNT film 1 formed in a band shape and including a plurality of CNT fibers aligned in the longitudinal direction, and a resin coated on the front and back surfaces of the CNT film 1. A pair of layers 2 and 3, which are laminated on both end regions in the CNT fiber alignment direction on the front side of the resin layer covering made of the CNT film 1 and the resin layers 2 and 3, and are electrically connected to the CNT film 1. A plate-shaped electrode 4, a pair of sandwiching sheets 5 disposed on both end regions of the back side of the resin layer covering so as to face the plate-shaped electrode 4, and a conductive sheet impregnated into at least a portion of the plate-shaped electrode 4. and a sexual paste 7.

図9の歪みセンサ素子におけるCNT膜1、樹脂層2,3、板状電極4及び挟持シート5は、図5の歪みセンサ素子におけるCNT膜1、樹脂層2,3、板状電極4及び挟持シート5と同様であるため、重複する説明を省略する。 The CNT film 1, resin layers 2, 3, plate-like electrodes 4, and sandwiching sheet 5 in the strain sensor element of FIG. Since it is the same as sheet 5, duplicate explanation will be omitted.

板状電極4を加熱及び加圧して、CNT膜1と当接するよう表側の樹脂層2中に埋設したとき、板状電極4の複数の貫通孔4aには、樹脂層2の形成材料が進入するが、板状電極4の複数の貫通孔4aに完全に樹脂層2の形成材料が充填されるとは限らない。特に板状電極4として貫通孔4aの形状が複雑となる金網等を用いる場合には、板状電極4の貫通孔4aの内部の例えば金属線の交差部分等に空間が残され易い。従って、この板状電極4の貫通孔4aに残される空間に導電性ペースト7を充填することによって、板状電極4とCNT膜1との電気的接続の信頼性をより向上することができる。 When the plate-shaped electrode 4 is heated and pressurized and embedded in the resin layer 2 on the front side so as to be in contact with the CNT film 1, the forming material of the resin layer 2 enters the plurality of through holes 4a of the plate-shaped electrode 4. However, the plurality of through holes 4a of the plate electrode 4 are not necessarily completely filled with the material forming the resin layer 2. In particular, when a wire mesh or the like is used as the plate-shaped electrode 4 in which the shape of the through-hole 4a is complicated, a space is likely to be left inside the through-hole 4a of the plate-shaped electrode 4, for example, at the intersection of metal wires. Therefore, by filling the space left in the through hole 4a of the plate electrode 4 with the conductive paste 7, the reliability of the electrical connection between the plate electrode 4 and the CNT film 1 can be further improved.

<導電性ペースト>
導電性ペースト7は、導電性の微粒子を樹脂マトリックス中に分散したものを使用することができ、具体的には、例えば市販の銀ペースト等を用いることができる。この導電性ペースト7は、板状電極4を埋設した後、板状電極4の表面側から塗布して板状電極4内に含浸させるとよい。
<Conductive paste>
The conductive paste 7 can be one in which conductive fine particles are dispersed in a resin matrix, and specifically, for example, a commercially available silver paste or the like can be used. This conductive paste 7 is preferably applied from the surface side of the plate electrode 4 to impregnate it into the plate electrode 4 after the plate electrode 4 is buried therein.

<利点>
当該歪みセンサ素子は、CNT膜1を樹脂層2,3で被覆したシート体を任意の寸法に切断してからレーザー照射により樹脂層2に開口を形成し、この開口に材料を充填することによって電極8を埋設するので、シート体から切り出す被覆体の形状を任意に変更することができ、設計変更が比較的容易である。
<Advantages>
The strain sensor element is manufactured by cutting a sheet body in which a CNT film 1 is covered with resin layers 2 and 3 into arbitrary dimensions, forming an opening in the resin layer 2 by laser irradiation, and filling this opening with material. Since the electrode 8 is embedded, the shape of the covering body cut out from the sheet body can be arbitrarily changed, and design changes are relatively easy.

また、当該歪みセンサ素子は、レーザーの照射により、樹脂層2及びCNT膜1の表層の絶縁性エラストマーを熱分解してCNT繊維を露出させるので、CNT繊維と電極8との間の電気的接続が比較的確実である。 In addition, the strain sensor element thermally decomposes the insulating elastomer on the surface layer of the resin layer 2 and the CNT film 1 by laser irradiation to expose the CNT fibers, thereby establishing an electrical connection between the CNT fibers and the electrodes 8. is relatively certain.

当該歪みセンサ素子は、上述の各実施形態におけるCNT膜に換えて、一対の板状電極間を結ぶ方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含む1又は複数のCNT糸を備えもよい。この場合、CNT糸は、外周面近傍領域に絶縁性エラストマーが含浸するものとされる。また、樹脂層は、CNT糸の外周を被覆する表裏一体のものとされる。複数のCNT糸を備える場合、板状電極は、各CNT糸に接触するよう、CNT繊維の引き揃え方向に垂直な幅方向に略等断面となるよう凸状に湾曲することが好ましい。 The strain sensor element may be provided with one or more CNT threads including a plurality of CNT fibers aligned in a direction connecting a pair of plate-shaped electrodes, instead of the CNT film in each of the above-described embodiments. In this case, the CNT yarn is impregnated with an insulating elastomer in the vicinity of the outer peripheral surface. Further, the resin layer is integrally formed on the front and back sides and covers the outer periphery of the CNT thread. When a plurality of CNT threads are provided, the plate electrode is preferably curved in a convex manner so as to have a substantially equal cross section in the width direction perpendicular to the direction in which the CNT fibers are aligned so as to contact each CNT thread.

[参考形態の変形]
前記参考形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能である。
[Transformation of reference form]
In the above-mentioned reference form, components of each part can be omitted, replaced, or added based on the description of this specification and common general technical knowledge.

当該歪みセンサ素子において、板状電極は、少なくとも一部が配線可能に表出していればよい。従って、板状電極全体が樹脂層の表面より裏面側に位置するよう埋設されていても、樹脂層に板状電極にアクセス可能な開口が残されていればよい。 In the strain sensor element, at least a portion of the plate-shaped electrode only needs to be exposed so that it can be wired. Therefore, even if the entire plate-shaped electrode is buried so as to be located on the back side of the resin layer from the front surface, it is sufficient that an opening through which the plate-shaped electrode can be accessed remains in the resin layer.

当該歪みセンサ素子において、CNT膜は、伸縮領域の幅が両端部領域よりも小さい平面形状を有してもよい。 In the strain sensor element, the CNT film may have a planar shape in which the stretchable region is smaller in width than both end regions.

当該歪みセンサ素子は、板状電極のCNT膜又はCNT糸側に導電性布帛が介在する場合にも、板状電極に表面側から塗布されて板状電極内に含浸する導電性ペーストを備えてもよい。 The strain sensor element includes a conductive paste that is applied to the plate electrode from the surface side and impregnated into the plate electrode even when a conductive fabric is interposed on the CNT film or CNT thread side of the plate electrode. Good too.

当該歪みセンサ素子の製造において、板状電極を樹脂層に埋設する際の加熱は、板状電極に通電又は高周波磁界を印加することにより板状電極自体を発熱させる方法を用いてもよい。 In manufacturing the strain sensor element, heating when embedding the plate-shaped electrode in the resin layer may be performed by applying electricity or a high-frequency magnetic field to the plate-shaped electrode to generate heat in the plate-shaped electrode itself.

当該歪みセンサ素子において、CNT膜はその表面に積層される樹脂層が含浸することによって導電性のエラストマーとなるが、樹脂層を積層する前に樹脂を含浸させておくこともできる。 In the strain sensor element, the CNT film becomes a conductive elastomer by being impregnated with the resin layer laminated on the surface thereof, but it is also possible to impregnate the CNT film with the resin before laminating the resin layer.

第五実施形態の歪みセンサ素子では、レーザーによって樹脂層を熱分解した領域には電極形成材料を充填しているが、その領域に固体からなる電極を配置してもよい。その際には、前記の電極形成材料や導電性接着剤を併せて充填してもよい。 In the strain sensor element of the fifth embodiment, the region where the resin layer is thermally decomposed by the laser is filled with an electrode forming material, but an electrode made of a solid may be arranged in that region. In that case, the electrode forming material and the conductive adhesive described above may also be filled.

また、複数のCNT膜又はCNT糸を有する歪みセンサ素子の場合、レーザー照射によって、複数のCNT膜又はCNT糸の互いのCNTを直接接触させて電気的に接続することができる。 Further, in the case of a strain sensor element having a plurality of CNT films or CNT threads, the CNTs of the plurality of CNT films or CNT threads can be brought into direct contact with each other and electrically connected by laser irradiation.

また、このレーザー照射によるCNT膜又はCNT糸の電気的接続方法は、CNT膜又はCNT糸を有するセンサ素子に限らず、金属線や導電性繊維を樹脂層で被覆した導電糸の電気的接続にも適用できる。従って、導電糸を織り込んだ布や導電糸を縫い付けた布にレーザーを照射して電極形成材料を充填することによって電極を形成し、外部回路等との電気的接続を行うことができる。この場合も、レーザー吸収率を増大させる塗料を予めレーザーを照射する位置へ塗布しておくことが好ましい。樹脂層で被覆された導電糸を用いて布帛を形成して、当該布帛にユーザーが任意に布帛の中に配線を形成することもできる。具体的には、布帛を構成する糸の全て又は一部を樹脂層で被覆された導電糸とする。レーサー照射をすることで任意の導電糸の樹脂層を開口して配線として利用することができる。また、導電糸同士を樹脂層を開口させて部分で電気的に接続することで、屈曲した配線や多層配線を形成することも可能になる。平行に配置された複数の配線を連結することで配線の抵抗値を下げることもできる。 In addition, this method of electrically connecting CNT films or CNT threads by laser irradiation is applicable not only to sensor elements having CNT films or CNT threads, but also to electrically connecting conductive threads made by covering metal wires or conductive fibers with a resin layer. can also be applied. Therefore, an electrode can be formed by irradiating a laser onto a cloth woven with conductive threads or a cloth sewn with conductive threads and filling the cloth with an electrode forming material, thereby making it possible to make an electrical connection with an external circuit or the like. In this case as well, it is preferable to apply a paint that increases the laser absorption rate in advance to the position to be irradiated with the laser. It is also possible to form a fabric using a conductive thread coated with a resin layer, and a user can optionally form wiring in the fabric. Specifically, all or part of the threads constituting the fabric are conductive threads coated with a resin layer. By laser irradiation, the resin layer of any conductive thread can be opened and used as wiring. Furthermore, by opening the resin layer and electrically connecting the conductive threads to each other at a portion, it is also possible to form bent wiring or multilayer wiring. The resistance value of the wiring can also be lowered by connecting multiple wirings arranged in parallel.

本発明に係る歪みセンサ素子は、ウェアラブルデバイス等のセンサとして好適に利用できる。 The strain sensor element according to the present invention can be suitably used as a sensor for wearable devices and the like.

1 CNT膜
2,3 樹脂層
4 板状電極
4a 貫通孔
5 挟持シート
6 導電性布帛
7 導電性ペースト
11 CNT膜
12,13 樹脂層
14 電極
15 レーザー吸収材料層
16 接続穴
21 CNT糸
22 樹脂層
23 電極
24 レーザー吸収材料層
25 接続穴
S1 レーザー吸収材料塗布工程
S2 レーザー照射工程
S3 導電性材料充填工程
S4 切り出し工程
1 CNT films 2, 3 Resin layer 4 Plate electrode 4a Through hole 5 Sandwiching sheet 6 Conductive fabric 7 Conductive paste 11 CNT films 12, 13 Resin layer 14 Electrode 15 Laser absorbing material layer 16 Connection hole 21 CNT thread 22 Resin layer 23 Electrode 24 Laser absorbing material layer 25 Connection hole S1 Laser absorbing material coating process S2 Laser irradiation process S3 Conductive material filling process S4 Cutting process

Claims (14)

一方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含み、伸縮性を有するCNT膜又はCNT糸と、
絶縁性エラストマーからなり、前記CNT膜の表裏又はCNT糸の外周に被覆される樹脂層と、
前記CNT膜又はCNT糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、CNT膜又はCNT糸と電気的に接続される一対の電極と
を備え、
前記絶縁性エラストマーが、前記CNT繊維の厚さ方向の断面における全領域には含浸しないように前記CNT膜又はCNT糸の表層のCNT繊維に含することで、前記表層のCNT繊維と前記絶縁性エラストマーとが複合化されている歪みセンサ素子の製造方法であって、
前記樹脂層被覆体の前記両端部領域の表面の少なくとも一部にレーザーを照射して、前記CNT繊維の損傷を抑制しつつ前記樹脂層及び前記CNT繊維と複合化されている前記絶縁性エラストマーを熱分解することで、前記CNT膜又はCNT糸に至る接続穴を形成するレーザー照射工程と、
前記接続穴に導電性材料を充填する工程と
を備えることを特徴とする歪みセンサ素子の製造方法。
A CNT membrane or CNT thread that includes a plurality of CNT fibers that are aligned in one direction and has elasticity ;
A resin layer made of an insulating elastomer and coated on the front and back surfaces of the CNT membrane or the outer periphery of the CNT thread;
a pair of electrodes laminated on both end regions of the resin layer covering of the CNT membrane or CNT yarn and electrically connected to the CNT membrane or CNT yarn;
The insulating elastomer is impregnated into the CNT fibers in the surface layer of the CNT membrane or CNT yarn so as not to impregnate the entire area in the cross section of the CNT fibers in the thickness direction, thereby forming a bond between the CNT fibers in the surface layer and the insulation. A method for manufacturing a strain sensor element which is composited with a elastomer, the method comprising:
The insulating elastomer composited with the resin layer and the CNT fibers is irradiated with a laser on at least a portion of the surface of both end regions of the resin layer covering while suppressing damage to the CNT fibers. A laser irradiation step of forming a connection hole leading to the CNT film or CNT thread by thermal decomposition;
A method for manufacturing a strain sensor element, comprising: filling the connection hole with a conductive material.
前記レーザー照射工程の前に、前記樹脂層被覆体の両端部領域の表面にレーザー吸収材料を塗布する工程をさらに備え、
前記レーザー照射工程で前記塗布工程で得られる塗膜の少なくとも一部にレーザーを照射する請求項1に記載の歪みセンサ素子の製造方法。
Before the laser irradiation step, further comprising a step of applying a laser absorbing material to the surface of both end regions of the resin layer covering,
The method for manufacturing a strain sensor element according to claim 1, wherein in the laser irradiation step, at least a portion of the coating film obtained in the coating step is irradiated with a laser.
前記レーザー吸収材料が揮発性溶媒にカーボンブラック微粒子を分散したインクである請求項2に記載の歪みセンサ素子の製造方法。 3. The method of manufacturing a strain sensor element according to claim 2, wherein the laser-absorbing material is an ink in which fine carbon black particles are dispersed in a volatile solvent. 前記樹脂層に形成する接続穴の平均径が0.5mm以上2.0mm以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の歪みセンサ素子の製造方法。 4. The method for manufacturing a strain sensor element according to claim 1, wherein the average diameter of the connection holes formed in the resin layer is 0.5 mm or more and 2.0 mm or less. 5mm以下の前記CNT膜を備える請求項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の製造方法。 The method for manufacturing a strain sensor element according to any one of claims 1 to 4, comprising the CNT film having a thickness of 5 mm or less. 前記レーザーの出力の上限は30Wである請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の歪みセンサ素子の製造方法。 The method for manufacturing a strain sensor element according to any one of claims 1 to 5, wherein the upper limit of the output of the laser is 30W. 前記導電性材料充填工程で各端部領域の複数の前記接続穴に跨がって導電性材料を塗布する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の歪みセンサ素子の製造方法。 7. The method for manufacturing a strain sensor element according to claim 1, wherein the conductive material is applied across the plurality of connection holes in each end region in the conductive material filling step. 一方向に引き揃えられる複数のCNT繊維を含み、伸縮性を有するCNT膜又はCNT糸と、
絶縁性エラストマーからなり、前記CNT膜の表裏又はCNT糸の外周に被覆される樹脂層と、
前記CNT膜又はCNT糸の樹脂層被覆体の両端部領域に積層され、CNT膜又はCNT糸と電気的に接続される一対の電極と
を備え、
前記絶縁性エラストマーが、前記CNT繊維の厚さ方向の断面における全領域には含浸しないように前記CNT膜又はCNT糸の表層のCNT繊維に含することで、前記表層のCNT繊維と前記絶縁性エラストマーとが複合化されている歪みセンサ素子であって、
前記樹脂層被覆体の前記両端部領域の表面の少なくとも一部から前記絶縁性エラストマーと複合化されていない前記CNT膜又はCNT糸に至る有底状の接続穴を有し、
前記電極が、前記接続穴に充填された導電性材料を含むことを特徴とする歪みセンサ素子。
A CNT membrane or CNT thread that includes a plurality of CNT fibers that are aligned in one direction and has elasticity ;
A resin layer made of an insulating elastomer and coated on the front and back surfaces of the CNT membrane or the outer periphery of the CNT thread;
a pair of electrodes laminated on both end regions of the resin layer covering of the CNT membrane or CNT yarn and electrically connected to the CNT membrane or CNT yarn;
The insulating elastomer is impregnated into the CNT fibers in the surface layer of the CNT membrane or CNT yarn so as not to impregnate the entire area in the cross section of the CNT fibers in the thickness direction, thereby forming a bond between the CNT fibers in the surface layer and the insulation. A strain sensor element comprising a composite elastomer,
having a bottomed connection hole extending from at least part of the surface of the both end regions of the resin layer covering to the CNT membrane or CNT thread that is not composited with the insulating elastomer;
A strain sensor element, wherein the electrode includes a conductive material filled in the connection hole.
前記接続穴の周囲の樹脂層の表面と電極との間に存在するレーザー吸収材料層をさらに備える請求項8に記載の歪みセンサ素子。 The strain sensor element according to claim 8, further comprising a laser absorbing material layer existing between the electrode and the surface of the resin layer surrounding the connection hole. 前記レーザー吸収材料が揮発性溶媒にカーボンブラック微粒子を分散したインクである請求項9に記載の歪みセンサ素子。 10. The strain sensor element according to claim 9, wherein the laser absorbing material is an ink in which fine carbon black particles are dispersed in a volatile solvent. 前記接続穴の平均径が0.5mm以上2.0mm以下である請求項8、請求項9又は請求項10に記載の歪みセンサ素子。 The strain sensor element according to claim 8, 9, or 10, wherein the average diameter of the connection hole is 0.5 mm or more and 2.0 mm or less. 5mm以下の前記CNT膜を備える請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の歪みセンサ素子。 The strain sensor element according to any one of claims 8 to 11, comprising the CNT film having a thickness of 5 mm or less. 出力30W以下のレーザーによって前記接続穴が形成されている請求項8から請求項12のいずれか1項に記載の歪みセンサ素子。 The strain sensor element according to any one of claims 8 to 12, wherein the connection hole is formed by a laser with an output of 30 W or less. 前記導電性材料が、各端部領域の複数の前記接続穴に跨がって配されている請求項8から請求項13のいずれか1項に記載の歪みセンサ素子。 The strain sensor element according to any one of claims 8 to 13, wherein the conductive material is arranged across the plurality of connection holes in each end region.
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