[发明专利]应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及应变传感器。

本申请基于2013年5月10日在日本提出申请的特愿2013－100751号及2014年1月8日在日本提出申请的特愿2014－2044号主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

检测应变的应变传感器以根据电阻体相对于应变(伸缩)的电阻变化来检测应变的方式构成。作为该电阻体，通常使用金属或半导体。但是，金属或半导体由于能够可逆伸缩的变形量小，因此在用于应变传感器的用途等上时受到限制。

因此，作为上述电阻体，提出了使用碳纳米管(CNT)的器件(参照特开2003－227808号公报)。该器件中，使用由沿规定方向取向的多个CNT构成的CNT膜等。

但是，上述现有器件中，由于设置CNT膜时其处于与外界气体相接触的状态，因此，在异物混入CNT膜、或者湿气或浮游气体等附着与CNT膜会导致电阻变化发生异常、CNT膜发生脱落等，这些在传感器功能的持续性(寿命)这一点上存在不合适之处。

另外，在上述现有器件的情况下，虽然可以提高电阻变化的线性，但是，除了上述异物混入CNT膜的技术问题以外，还可能因CNT沿着与伸缩方向垂直的方向发生偏离而导致CNT彼此接触，从而引起无法预期的电阻变化或响应的延迟。

发明内容

本发明是基于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种应变传感器，其能够提高电阻变化的线性(linearity)及响应性，并且能够抑制发生异物混入CNT膜等，且能够提高传感器功能的持续性。

为解决上述技术问题，本发明的应变传感器具备：

基板，其具有柔软性；

CNT膜，其设置于所述基板的表面，且具有沿一个方向取向的多条CNT纤维；

一对电极，其设置于所述CNT膜的所述CNT纤维的取向方向的两端，

所述CNT膜具有由多条所述CNT纤维构成的多个CNT纤维束、以及包覆所述多个CNT纤维束的周面且与所述基板的所述表面接合的树脂层。

该应变传感器通过沿着使一对电极背离或接近的方向(电极设置方向)进行伸展或收缩，CNT膜的电阻发生变化，由此感知应变。在该应变传感器中，CNT膜所具有的CNT纤维束的取向方向和电极设置方向为大致同一方向，由多个该CNT纤维构成的CNT纤维束的周面由树脂层包覆，因此，CNT膜的电阻变化的线性高。

为了对CNT膜的电阻变化进行更具体说明，作为与本发明的应变传感器的比较，以将CNT纤维沿着与电极设置方向垂直的方向设置的应变传感器(以下有时称作“垂直设置应变传感器”)为例进行说明。该垂直设置应变传感器在沿着电极设置方向伸展时，伸展方向上CNT纤维间的距离急剧增大，同时会在应变传感器的厚度方向施加压缩而导致CNT纤维间的距离减小，因此，难以得到电阻变化的线性。

与之相对，就本发明的应变传感器而言，因应变传感器的伸展而使得CNT纤维束中的CNT纤维在随机部位被切断、分开等，由此产生电阻变化，且厚度方向的压缩也小，因此电阻变化的线性增高。另外，该应变传感器中，CNT纤维束的周围被树脂层包覆。而且，在CNT纤维的周围局部地含浸树脂层，从而形成含浸部。该树脂层以及含浸部起到导向作用，能够防止CNT纤维束中未含浸树脂层的非含浸部因向伸缩方向以外的方向的游动而与其它CNT纤维束相接触，因此，能够抑制无法预测的电阻变化，且能够进一步提高电阻变化的线性。

另外，如上所述，本发明的应变传感器由于CNT纤维束的周围被树脂层和含浸部包覆，因此在CNT纤维束内部CNT纤维被切断时，在该CNT纤维的切断端部之间形成与外部隔离的空间。认为该空间内的压力比大气压低(为负压)，在应变传感器收缩时(应变释放时)，因该空间的收缩力而促使该应变传感器的收缩。另外，在该空间内，由于CNT纤维之间或CNT纤维与周围 的树脂之间的摩擦降低，因此不易因树脂的残留应力等限制CNT纤维的动作。其结果，在应变传感器收缩时，CNT纤维的切断端部间迅速地再接触，因此该应变传感器可以得到高的响应性。

另外，本发明的应变传感器中，CNT膜具有包覆所述CNT纤维束的周围的树脂层以及含浸部，由此，可以防止异物混入CNT膜，另外，通过含浸部将CNT纤维束与树脂层接合，可以防止CNT纤维发生脱落等，可以提高传感器功能的持续性。

如以上说明，根据本发明的应变传感器，能够提高电阻变化的线性及响应性，并且能够抑制发生异物混入CNT膜等，能够提高传感器功能的持续性。因此，本发明的应变传感器可以广泛地用于压力传感器、负载传感器、扭矩传感器、位置传感器等。

附图说明