ストレッチャブル変位センサーを組み込んだグローブでピアノを弾いているところ

 ヤマハが開発中の繊維状センサー「薄型ストレッチャブル変位センサー」の詳細が明らかになった。同センサーは2015年1月に東京で開催されたウエアラブル機器の展示会で、初めて一般に公開されたもの。同年3月24日に開催された講演会「ウエアラブル・ジャパン 2015 Spring」(主催:日経エレクトロニクス)で、同センサーの開発を主導する研究開発統括部第3研究開発部 素材素子グループ グループマネージャーの鈴木克典氏がその構造や特性を語った。

 このセンサーの開発は、鈴木氏がヤマハから静岡大学に派遣されたとき、カーボンナノチューブ(CNT)の研究に携わったことがきっかけとなった。中でも鍵となったのが、多層のチューブ構造を持つ「MWCNT(multi wall CNT)」との出会いだ。通常のCNTの長さがμmオーダーの粉末状または分散液の状態であるのに対し、静岡大学で開発したMWCNTは長さmmオーダーで長尺の繊維状である。MWCNTは、基板上で成長させ、十分に成長した後に、これをピンセットのようなもので引っ張り出すとMWCNTをシートとして取り出せる性質がある。

 さらに、MWCNTのシートは導電性があり、引っ張りを加えると大きく抵抗値が変化する特性を持つ(図1)。MWCNTシートには、MWCNT同士がうまく絡まっていない欠損部分(MWCNT同士の結合が弱い部分)があり、引っ張りによって、この空隙が広がることから、抵抗値が増えるためだ。

図1 MWCNT構造の欠陥で抵抗が変わる
MWCNTシートにはMWCNTの結合が弱い数十μmの欠陥部分があり、引っ張りによって空隙が広がることで抵抗値が大きくなる。(図:ヤマハ)
[画像のクリックで拡大表示]

 こうした特性に目を付け、MWCNTシートを変位センサーとして使うことを思いついた。一方でMWCNTシートは強い弾力を持たない。そこで弾力を持たせるため、伸縮するウレタン素材を開発。これとMWCNT素材を層状に重ねた構造とすることで、変位センサーとした(図2)。ウレタン素材も耐水性のあるものを選び、変位センサーも耐水樹脂でコーティングしてあるため、水中でも変位測定が可能である。

図2 弾性素材でMWCNTシートに弾力を持たせる
MWCNTシートの弾力は弱いので、ウレタン素材と組み合わせることで弾力を持たせ変位センサーとした。(図:ヤマハの資料を参考に本誌が作成)
[画像のクリックで拡大表示]

この先は有料会員の登録が必要です。「日経エレクトロニクス」定期購読者もログインしてお読みいただけます。有料会員(月額プラン)は登録月無料!

日経 xTECHには有料記事(有料会員向けまたは定期購読者向け)、無料記事(登録会員向け)、フリー記事(誰でも閲覧可能)があります。有料記事でも、登録会員向け配信期間は登録会員への登録が必要な場合があります。有料会員と登録会員に関するFAQはこちら