Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7650752B2 - Conductive rubber composition for sensing - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7650752B2 - Conductive rubber composition for sensing - Google Patents

Conductive rubber composition for sensing Download PDF

Info

Publication number
JP7650752B2
JP7650752B2 JP2021137532A JP2021137532A JP7650752B2 JP 7650752 B2 JP7650752 B2 JP 7650752B2 JP 2021137532 A JP2021137532 A JP 2021137532A JP 2021137532 A JP2021137532 A JP 2021137532A JP 7650752 B2 JP7650752 B2 JP 7650752B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rubber
mass
carbon black
electrical resistance
sensing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021137532A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023031812A (en
Inventor
智裕 浦田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bridgestone Corp filed Critical Bridgestone Corp
Priority to JP2021137532A priority Critical patent/JP7650752B2/en
Publication of JP2023031812A publication Critical patent/JP2023031812A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7650752B2 publication Critical patent/JP7650752B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

本発明は、センシング用導電性ゴム組成物に関するものである。 The present invention relates to a conductive rubber composition for sensing.

作動流体を用いて膨張、収縮するチューブゴムと、該チューブゴムの外周面を覆うスリーブ(網組補強構造)と、を有するラバーアクチュエータ(所謂、マッキベン型)が知られている。該ラバーアクチュエータのチューブゴムのように、変形を繰り返すゴム製品に関しては、ゴム部材の電気抵抗値からゴム部材の変形量を測定可能であることが分かる(下記特許文献1)。 A rubber actuator (so-called McKibben type) is known that has a rubber tube that expands and contracts using a working fluid and a sleeve (braided reinforcement structure) that covers the outer surface of the rubber tube. For rubber products that repeatedly deform, such as the rubber tube of the rubber actuator, it is known that the amount of deformation of the rubber member can be measured from the electrical resistance value of the rubber member (Patent Document 1 below).

特開2008-037906号公報JP 2008-037906 A

上記特許文献1に記載された技術によれば、ゴム部材の電気抵抗値を測定することにより、当該ゴム部材の変形量が分かる。しかしながら、当該ゴム部材に対するクラックの発生有無については、検出することができない。ラバーアクチュエータのような内部に油等の液体が充満するものに関しては、チューブゴムにクラックが発生した場合、チューブの破裂や、ラバーアクチュエータの使用不能に発展しかねないため、チューブゴムにクラックが発生した初期段階での早期発見が重要とされる。
本発明者らが検討したところ、ラバーアクチュエータの伸縮を1サイクルとし、伸縮している間に、チューブゴムの電気抵抗値を即時的に監視した場合、クラックによる歪みに起因し、クラックが発生する前、発生した初期、及び進行した状態における1サイクルの電気抵抗値の波形が変化することが分かった(図1)。しかしながら、一般的な導電性ゴムでは、このようなクラックによる歪みに起因する電気抵抗値の波形の変化を捉えることが難しく、電気抵抗のモニタリングだけでは、クラック発生初期を確認することが難しい。これに対して、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良いセンシング用導電性ゴム組成物を用いることで、クラックの発生を精度よく検出することが可能となる。
According to the technology described in the above-mentioned Patent Document 1, the amount of deformation of a rubber member can be determined by measuring the electrical resistance value of the rubber member. However, it is not possible to detect whether or not a crack has occurred in the rubber member. For rubber actuators, which are filled with oil or other liquids, if a crack occurs in the tube rubber, it may lead to the tube bursting or the rubber actuator becoming unusable, so it is important to detect cracks in the tube rubber at an early stage.
The inventors have studied the rubber actuator and determined that when the rubber actuator expands and contracts in one cycle and the electrical resistance of the tube rubber is monitored in real time during the expansion and contraction, the waveform of the electrical resistance changes in one cycle before the crack occurs, in the early stage of the crack, and in the advanced state due to the strain caused by the crack (FIG. 1). However, with a typical conductive rubber, it is difficult to capture the change in the electrical resistance waveform caused by the strain caused by the crack, and it is difficult to confirm the early stage of the crack occurrence only by monitoring the electrical resistance. In contrast, by using a conductive rubber composition for sensing that has good responsiveness to the change in the electrical resistance value with respect to the strain, it is possible to accurately detect the occurrence of the crack.

そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良い、クラックの発生を精度よく検出できるセンシング用導電性ゴム組成物を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention aims to solve the problems of the conventional technology and provide a conductive rubber composition for sensing that has good responsiveness to changes in electrical resistance value in response to strain and can accurately detect the occurrence of cracks.

上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。 The gist of the present invention, which solves the above problems, is as follows:

本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、ゴム成分と、カーボンブラックと、を含み、
前記ゴム成分は、アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムを80質量%以上含み、
前記カーボンブラックは、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)吸着比表面積が110m/g以上であり、
前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して、50質量部以上であることを特徴とする。
かかる本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良い。
The conductive rubber composition for sensing of the present invention contains a rubber component and carbon black,
The rubber component contains 80% by mass or more of acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45% by mass,
The carbon black has a cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) adsorption specific surface area of 110 m 2 /g or more;
The rubber composition is characterized in that the amount of the carbon black is 50 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the rubber component.
The conductive rubber composition for sensing of the present invention has good responsiveness in terms of change in electrical resistance value to strain.

本発明のセンシング用導電性ゴム組成物において、前記ゴム成分は、前記アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムのみからなることが好ましい。この場合、センシング用導電性ゴム組成物の耐油性が更に向上する。 In the conductive rubber composition for sensing of the present invention, it is preferable that the rubber component consists of only acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45 mass %. In this case, the oil resistance of the conductive rubber composition for sensing is further improved.

本発明のセンシング用導電性ゴム組成物において、前記カーボンブラックは、圧縮ジブチルフタレート(24M4DBP)吸収量が90mL/100g以上であることが好ましい。この場合、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が更に良くなる。 In the conductive rubber composition for sensing of the present invention, it is preferable that the carbon black has a compressed dibutyl phthalate (24M4DBP) absorption of 90 mL/100 g or more. In this case, the responsiveness of the change in electrical resistance value to strain is further improved.

本発明のセンシング用導電性ゴム組成物の好適例においては、前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して、55質量部以上75質量部以下である。この場合、歪による電気抵抗値の変化を遅延なく且つ高感度に検知することが可能となる。 In a preferred embodiment of the conductive rubber composition for sensing of the present invention, the carbon black content is 55 parts by mass or more and 75 parts by mass or less per 100 parts by mass of the rubber component. In this case, it becomes possible to detect changes in electrical resistance value due to strain without delay and with high sensitivity.

本発明によれば、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良い、クラックの発生を精度よく検出できるセンシング用導電性ゴム組成物を提供することができる。 The present invention provides a conductive rubber composition for sensing that has good responsiveness to changes in electrical resistance with respect to strain and can accurately detect the occurrence of cracks.

ラバーアクチュエータの一例に関して、1サイクル分の電気抵抗波形を示したグラフである。1 is a graph showing an electrical resistance waveform for one cycle for an example rubber actuator. ラバーアクチュエータの一例の側面図である。FIG. 2 is a side view of an example of a rubber actuator. ラバーアクチュエータの一例の一部分解斜視図である。FIG. 2 is a partially exploded perspective view of an example of a rubber actuator. チューブゴムの一例の部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of an example of a tube rubber. 応答性が有る場合と無い場合のそれぞれの電気抵抗値の変化例を示すグラフである。11 is a graph showing an example of change in electrical resistance value when there is responsiveness and when there is no responsiveness.

以下に、本発明のセンシング用導電性ゴム組成物を、その実施形態に基づき、詳細に例示説明する。 The conductive rubber composition for sensing of the present invention will be described in detail below with reference to an embodiment.

<センシング用導電性ゴム組成物>
本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、ゴム成分と、カーボンブラックと、を含む。ここで、本発明のセンシング用導電性ゴム組成物においては、前記ゴム成分は、アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムを80質量%以上含み、前記カーボンブラックは、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)吸着比表面積が110m/g以上であり、前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して、50質量部以上であることを特徴とする。
<Conductive rubber composition for sensing>
The conductive rubber composition for sensing of the present invention includes a rubber component and carbon black. Here, the conductive rubber composition for sensing of the present invention is characterized in that the rubber component includes 80 mass % or more of acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45 mass %, the carbon black has a cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) adsorption specific surface area of 110 m 2 /g or more, and the content of the carbon black is 50 mass parts or more relative to 100 mass parts of the rubber component.

前記カーボンブラックのCTAB吸着比表面積は、カーボンブラックの粒径の指標である。該CTAB吸着比表面積が、大きい程、カーボンブラックの粒径が小さく、ゴム組成物の電気抵抗値が低くなる。また、前記カーボンブラックの含有量が、多い程、ゴム組成物の電気抵抗値が低くなる。そして、本発明においては、ゴム成分の80質量%以上がアクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムである場合において、カーボンブラックのCTAB吸着比表面積が110m/g以上であり、且つカーボンブラックの含有量がゴム成分100質量部に対して50質量部以上であると、ゴム組成物の電気抵抗値が十分に低くなり、更に、歪を掛けた際に電気抵抗値が再現性をもって変化し、また、歪を無くした際に電気抵抗値が可逆的に戻り、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良くなることと考えられる。 The CTAB adsorption specific surface area of the carbon black is an index of the particle size of the carbon black. The larger the CTAB adsorption specific surface area, the smaller the particle size of the carbon black, and the lower the electrical resistance value of the rubber composition. Also, the higher the content of the carbon black, the lower the electrical resistance value of the rubber composition. In the present invention, in the case where 80 mass % or more of the rubber component is acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45 mass %, if the CTAB adsorption specific surface area of the carbon black is 110 m 2 /g or more and the content of the carbon black is 50 parts by mass or more relative to 100 parts by mass of the rubber component, the electrical resistance value of the rubber composition is sufficiently low, and further, the electrical resistance value changes reproducibly when strain is applied, and the electrical resistance value returns reversibly when the strain is removed, and it is considered that the responsiveness of the change in the electrical resistance value to the strain is improved.

上記の通り、本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良くなるため、本発明のセンシング用導電性ゴム組成物を、電気抵抗値をインプットとしたAI学習と組み合わせることで、電気抵抗値の変化の動的挙動から、クラックの発生を検出(AIセンシング)することが可能となる。
また、本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、ゴム成分の80質量%以上がアクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムであり、該アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムは、耐油性が高い。そのため、本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、耐油性が高く、また、耐油性の要求される用途、例えば、ラバーアクチュエータのチューブゴムに好適である。
As described above, the conductive rubber composition for sensing of the present invention has good responsiveness in terms of changes in electrical resistance value to strain. Therefore, by combining the conductive rubber composition for sensing of the present invention with AI learning using electrical resistance value as input, it becomes possible to detect the occurrence of cracks (AI sensing) from the dynamic behavior of changes in electrical resistance value.
In addition, the conductive rubber composition for sensing of the present invention is an acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45% by mass, of which 80% by mass or more of the rubber component is high in oil resistance. Therefore, the conductive rubber composition for sensing of the present invention has high oil resistance and is suitable for applications requiring oil resistance, such as tube rubber for rubber actuators.

(ゴム成分)
本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、ゴム成分を含み、該ゴム成分が、組成物にゴム弾性をもたらし、ゴム組成物の伸縮を可能にする。
本発明のセンシング用導電性ゴム組成物のゴム成分は、アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)を80質量%以上含み、90質量%以上含むことが好ましい。また、該ゴム成分は、該アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムのみからなることが好ましい。アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムは、耐油性に優れるため、ゴム成分の80質量%以上がアクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムである本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、耐油性が高く、耐油性の要求される用途、例えば、ラバーアクチュエータのチューブゴムに好適である。また、ゴム成分がアクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムのみからなる場合、耐油性が更に向上する。
(Rubber component)
The conductive rubber composition for sensing of the present invention contains a rubber component, and the rubber component provides rubber elasticity to the composition, enabling the rubber composition to stretch.
The rubber component of the conductive rubber composition for sensing of the present invention contains 80% by mass or more, preferably 90% by mass or more, of acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) having an acrylonitrile unit content of more than 45% by mass. In addition, the rubber component is preferably made only of acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45% by mass. Since acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45% by mass has excellent oil resistance, the conductive rubber composition for sensing of the present invention in which 80% by mass or more of the rubber component is acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45% by mass has high oil resistance and is suitable for applications requiring oil resistance, such as tube rubber for rubber actuators. In addition, when the rubber component is made only of acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45% by mass, the oil resistance is further improved.

前記アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)のアクリロニトリル単位の含有量は、45質量%を超え、45質量%を超えれば、耐油性の観点から好ましい。また、前記アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)のアクリロニトリル単位の含有量は、耐疲労性、耐亀裂伸展性の観点から、50質量%以下が好ましい。
なお、前記アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)のアクリロニトリル単位の含有量(結合アクリロニトリル量)は、JIS K6384に従ってケルダール法で測定できる。
The content of the acrylonitrile unit in the acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) is more than 45% by mass, and if it exceeds 45% by mass, it is preferable from the viewpoint of oil resistance. Also, the content of the acrylonitrile unit in the acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) is preferably 50% by mass or less from the viewpoint of fatigue resistance and crack extension resistance.
The content of acrylonitrile units (bound acrylonitrile amount) of the acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) can be measured by the Kjeldahl method in accordance with JIS K6384.

前記ゴム成分は、更に他のゴム成分を含んでもよい。かかる他のゴム成分としては、組成物にゴム弾性をもたらす種々のゴム成分を利用することができる。該他のゴム成分としては、例えば、アクリロニトリル単位の含有量が45質量%以下のアクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、天然ゴム(NR)、合成イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)等が挙げられる。また、使用するゴム成分は、1種でもよいし、2種以上でもよい。 The rubber component may further contain other rubber components. As such other rubber components, various rubber components that impart rubber elasticity to the composition can be used. Examples of such other rubber components include acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), natural rubber (NR), synthetic isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), etc., each of which has an acrylonitrile unit content of 45 mass% or less. In addition, the rubber component used may be one type or two or more types.

(カーボンブラック)
本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、カーボンブラックを含み、該カーボンブラックが、組成物に導電性をもたらして、ゴム組成物のセンシングを可能とする。
(Carbon Black)
The conductive rubber composition for sensing of the present invention contains carbon black, and the carbon black provides electrical conductivity to the composition, thereby enabling sensing of the rubber composition.

前記カーボンブラックは、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)吸着比表面積が110m/g以上である。カーボンブラックのCTAB吸着比表面積が110m/g以上であると、カーボンブラックの粒径が十分に小さく、電気抵抗値が十分に低くなり、電気抵抗値の変化を検出し易くなり、応答性が向上する。
前記カーボンブラックのセチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)吸着比表面積は、電気抵抗値の変化を更に検出し易くする観点から、120m/g以上が更に好ましく、また、作業性の観点から、160m/g以下が好ましい。
なお、本明細書において、カーボンブラックのセチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)吸着比表面積は、JIS K6217-3に準拠して測定された値であり、カーボンブラックの微細孔を含まない外部表面積を、カーボンブラックにCTAB(セチルトリメチルアンモニウムブロミド)を吸着させたときの比表面積で示したものである。
The carbon black has a cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) adsorption specific surface area of 110 m2 /g or more. When the CTAB adsorption specific surface area of the carbon black is 110 m2 /g or more, the particle size of the carbon black is sufficiently small, the electrical resistance value is sufficiently low, and the change in the electrical resistance value is easily detected, improving the responsiveness.
The cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) adsorption specific surface area of the carbon black is more preferably 120 m 2 /g or more from the viewpoint of making it easier to detect changes in electrical resistance value, and is preferably 160 m 2 /g or less from the viewpoint of workability.
In this specification, the cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) adsorption specific surface area of carbon black is a value measured in accordance with JIS K6217-3, and is the external surface area of carbon black excluding micropores, expressed as the specific surface area when CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) is adsorbed onto the carbon black.

前記カーボンブラックは、圧縮ジブチルフタレート(24M4DBP)吸収量が90mL/100g以上であることが好ましい。カーボンブラックの24M4DBP吸収量は、カーボンブラックのストラクチャーに関連する物性であって、24M4DBP吸収量が、大きい程、ゴム組成物の電気抵抗値が低くなる。また、カーボンブラックの24M4DBP吸収量は、高歪ロスの指標ともなり、高歪でのカーボンブラック同士の擦れ合い量に関係し、高歪では、カーボンブラック同士の擦れ合い量が多い方が、使用時の伸縮(高歪)による電気抵抗値の変化が大きくなり、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良くなる。そして、カーボンブラックの24M4DBP吸収量が90mL/100g以上であると、ゴム組成物の電気抵抗値が十分に低くなり、また、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が更に良くなる。
前記カーボンブラックの圧縮ジブチルフタレート(24M4DBP)吸収量は、電気抵抗値の変化を更に検出し易くする観点から、100mL/100g以上であることが更に好ましく、また、混練りによるばらつきを抑える観点から、130mL/100g以下であることが好ましい。
なお、本明細書において、カーボンブラックの圧縮ジブチルフタレート(24M4DBP)吸収量は、ISO 6894に準拠し、24,000psiの圧力で4回繰り返し圧力を加えた後、DBP(ジブチルフタレート)吸収量を測定した値である。該24M4DBP吸収量は、所謂、ファンデルワールス力により生じている変形性及び破壊性の構造形態(2次ストラクチャー)によるDBP吸収量を排除し、非破壊性の真のストラクチャーの構造形態(1次ストラクチャー)に基づくDBP吸収量を求めるときに用いられ、1次ストラクチャーを主体とするカーボンブラックの骨格的構造を評価する指標である。
The carbon black preferably has a compressed dibutyl phthalate (24M4DBP) absorption of 90 mL/100 g or more. The 24M4DBP absorption of carbon black is a physical property related to the structure of carbon black, and the larger the 24M4DBP absorption, the lower the electrical resistance of the rubber composition. The 24M4DBP absorption of carbon black is also an index of high strain loss and is related to the amount of friction between carbon blacks at high strain. At high strain, the greater the amount of friction between carbon blacks, the greater the change in electrical resistance due to expansion and contraction (high strain) during use, and the better the responsiveness of the change in electrical resistance to strain. When the 24M4DBP absorption of carbon black is 90 mL/100 g or more, the electrical resistance of the rubber composition is sufficiently low, and the responsiveness of the change in electrical resistance to strain is further improved.
The compressed dibutyl phthalate (24M4DBP) absorption amount of the carbon black is more preferably 100 mL/100 g or more from the viewpoint of making it easier to detect changes in electrical resistance value, and is preferably 130 mL/100 g or less from the viewpoint of suppressing variations due to kneading.
In this specification, the compressed dibutyl phthalate (24M4DBP) absorption of carbon black is a value obtained by measuring the DBP (dibutyl phthalate) absorption after repeatedly applying a pressure of 24,000 psi four times in accordance with ISO 6894. The 24M4DBP absorption is used to determine the DBP absorption based on the non-destructive true structural form (primary structure) while excluding the DBP absorption due to the deformable and destructive structural form (secondary structure) caused by so-called van der Waals forces, and is an index for evaluating the skeletal structure of carbon black mainly composed of the primary structure.

前記カーボンブラックの含有量は、前記ゴム成分100質量部に対して、50質量部以上であり、55質量部以上75質量部以下が好ましく、60質量部以上70質量部以下が更に好ましい。カーボンブラックの含有量が、ゴム成分100質量部に対して50質量部未満では、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が不十分である。一方、カーボンブラックの含有量が、ゴム成分100質量部に対して55質量部以上であると、ゴム組成物の電気抵抗値が十分に低くなり(電気が十分に流れ)、電気抵抗値の変化を更に検出し易くなる。また、カーボンブラックの含有量が、ゴム成分100質量部に対して75質量部以下であると、ゴム組成物の電気抵抗値が十分に高くなり(電気が流れ過ぎず)、電気抵抗値の変化を更に検出し易くなると共に、ゴム組成物の硬さが低くなり、例えば、ラバーアクチュエータのチューブゴムに適用するのに好適な硬さとなる。
なお、電気抵抗値が十分に高いと、電気が流れ過ぎないため、ゴムに歪を与えることで、電気抵抗値が変化し、また、遅延を生じることなく、即時に変化するため、クラックの検知に利用するのに好適となる。また、電気抵抗値が十分に低いと、電気が十分に流れ、通電するため、クラックの検知に利用するのに好適となる。そして、カーボンブラックの含有量が、ゴム成分100質量部に対して、55質量部以上75質量部以下の範囲であると、歪による電気抵抗値の変化を遅延なく且つ高感度に検知することが可能となる。
The content of the carbon black is 50 parts by mass or more, preferably 55 parts by mass or more and 75 parts by mass or less, and more preferably 60 parts by mass or more and 70 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the rubber component. When the content of the carbon black is less than 50 parts by mass relative to 100 parts by mass of the rubber component, the responsiveness of the change in the electrical resistance value to the strain is insufficient. On the other hand, when the content of the carbon black is 55 parts by mass or more relative to 100 parts by mass of the rubber component, the electrical resistance value of the rubber composition becomes sufficiently low (electricity flows sufficiently), and the change in the electrical resistance value becomes easier to detect. In addition, when the content of the carbon black is 75 parts by mass or less relative to 100 parts by mass of the rubber component, the electrical resistance value of the rubber composition becomes sufficiently high (electricity does not flow too much), and the change in the electrical resistance value becomes easier to detect, and the hardness of the rubber composition becomes low, and for example, the hardness becomes suitable for application to the tube rubber of a rubber actuator.
If the electrical resistance is sufficiently high, electricity does not flow too much, so that the electrical resistance changes when the rubber is strained, and the change occurs immediately without delay, making it suitable for use in detecting cracks. If the electrical resistance is sufficiently low, electricity flows sufficiently and is conductive, making it suitable for use in detecting cracks. If the carbon black content is in the range of 55 parts by mass or more and 75 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component, it becomes possible to detect the change in electrical resistance due to strain without delay and with high sensitivity.

前記カーボンブラックとしては、上記条件を満たすものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAFグレードのカーボンブラック等が挙げられる。これらカーボンブラックは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The carbon black is not particularly limited as long as it satisfies the above conditions, and examples thereof include GPF, FEF, HAF, ISAF, and SAF grade carbon black. These carbon blacks may be used alone or in combination of two or more types.

(カーボンナノチューブ)
本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、更にカーボンナノチューブを含んでもよい。該カーボンナノチューブは、組成物の導電性を向上させる作用を有する。
(Carbon Nanotubes)
The conductive rubber composition for sensing of the present invention may further contain carbon nanotubes, which have the effect of improving the electrical conductivity of the composition.

本発明のセンシング用導電性ゴム組成物がカーボンナノチューブを含む場合、該カーボンナノチューブの含有量は、前記ゴム成分100質量部に対して、2質量部未満が好ましく、1質量部未満が更に好ましい。カーボンナノチューブの含有量が、ゴム成分100質量部に対して2質量部未満であると、ゴム組成物の電気抵抗値が十分に高くなり(電気が流れ過ぎず)、電気抵抗値の変化を更に検出し易くなる。 When the conductive rubber composition for sensing of the present invention contains carbon nanotubes, the content of the carbon nanotubes is preferably less than 2 parts by mass, and more preferably less than 1 part by mass, per 100 parts by mass of the rubber component. When the content of the carbon nanotubes is less than 2 parts by mass per 100 parts by mass of the rubber component, the electrical resistance value of the rubber composition becomes sufficiently high (electricity does not flow too much), making it easier to detect changes in the electrical resistance value.

前記カーボンナノチューブ(CNT)は、直径数nm~数十nm程度の炭素原子からなる構造体であり、極微細なチューブ状構造を有する。
前記カーボンナノチューブは、単層ナノチューブでも、多層ナノチューブでもよい。
前記カーボンナノチューブとしては、長さが0.1μm~30μmのものが好ましく、0.1μm~10μmのものがより好ましい。
また、前記カーボンナノチューブとしては、直径が10nm~300nmのものが好ましく、100nm~250nmのものがより好ましい。
The carbon nanotube (CNT) is a structure made of carbon atoms with a diameter of about several nm to several tens of nm, and has an extremely fine tube-like structure.
The carbon nanotubes may be single-walled or multi-walled nanotubes.
The carbon nanotubes preferably have a length of 0.1 μm to 30 μm, and more preferably 0.1 μm to 10 μm.
The carbon nanotubes preferably have a diameter of 10 nm to 300 nm, and more preferably have a diameter of 100 nm to 250 nm.

前記カーボンナノチューブは、プラズマCVD(化学気相成長)法、熱CVD法、表面分解法、流動気相合成法、アーク放電法等により合成することができ、市販品を利用することもできる。市販品のカーボンナノチューブとしては、例えば、KUMHO社製のカーボンナノチューブ、昭和電工社製気相法炭素繊維VGCF(登録商標)、米国マテリアルズテクノロジーズリサーチ(MTR)社製のカーボンナノチューブを用いることができる。 The carbon nanotubes can be synthesized by plasma CVD (chemical vapor deposition), thermal CVD, surface decomposition, flow gas phase synthesis, arc discharge, etc., and commercially available products can also be used. Examples of commercially available carbon nanotubes that can be used include carbon nanotubes manufactured by KUMHO, vapor grown carbon fiber VGCF (registered trademark) manufactured by Showa Denko KK, and carbon nanotubes manufactured by Materials Technologies Research (MTR) of the United States.

<センシング用導電性ゴム組成物の製造方法>
本発明のゴム組成物は、例えば、バンバリーミキサーやロール等を用いて、ゴム成分に、カーボンブラックを配合し、所望によりカーボンナノチューブを更に配合して、混練した後、熱入れ、押出等することにより製造することができる。
<Method for producing conductive rubber composition for sensing>
The rubber composition of the present invention can be produced, for example, by using a Banbury mixer, a roll or the like to compound the rubber component with carbon black, and optionally further compound carbon nanotubes, and then kneading the mixture, followed by heating and extrusion, etc.

前記センシング用導電性ゴム組成物は、上述した成分の他、軟化剤、ステアリン酸、老化防止剤、酸化亜鉛(亜鉛華)、加硫促進剤、加硫剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合してもよい。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。 In addition to the above-mentioned components, the conductive rubber composition for sensing may contain softeners, stearic acid, antioxidants, zinc oxide (zinc oxide), vulcanization accelerators, vulcanizing agents, etc., which may be appropriately selected and blended within a range that does not impair the purpose of the present invention. Commercially available products can be used as these blending agents.

<センシング用導電性ゴム組成物の用途>
上述した本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良いため、歪み量のセンシング(察知、検知、探知、感知)に用いることができる。該センシング用導電性ゴム組成物は、種々のゴム製品に利用でき、特には、ラバーアクチュエータのチューブゴムに好適に利用することができる。また、ラバーアクチュエータ以外にも、例えば、タイヤ、防振ゴム、免振ゴム、コンベアベルト、クローラ、手袋等において、使用時に歪みを生じるゴム部材であれば適宜転用可能であり、その用途は前記例示に限定されることなく広範で適用可能なことは言うまでもない。
<Applications of the conductive rubber composition for sensing>
The conductive rubber composition for sensing of the present invention described above has good responsiveness of the change in electrical resistance value to strain, and therefore can be used for sensing (detecting, detecting, sensing) the amount of strain. The conductive rubber composition for sensing can be used for various rubber products, and can be particularly suitably used for the tube rubber of a rubber actuator. In addition to rubber actuators, the conductive rubber composition can be appropriately used for any rubber member that generates strain during use, such as tires, anti-vibration rubber, vibration-isolating rubber, conveyor belts, crawlers, gloves, etc., and it goes without saying that the uses are not limited to the above examples and can be widely applied.

(ラバーアクチュエータ)
本発明のセンシング用導電性ゴム組成物を用いた好適態様のラバーアクチュエータを図2に示す。図2に示すラバーアクチュエータ10は、流体圧によって膨張及び収縮する筒状のチューブゴム110と、所定方向に配向されたコードを編み込んだ筒状の構造体であって前記チューブゴム110の外周面を覆うスリーブ120と、によって構成されるアクチュエータ本体部100を具え、チューブゴム110に、上述した本発明のセンシング用導電性ゴム組成物が用いられている。
(Rubber actuator)
A rubber actuator of a preferred embodiment using the conductive rubber composition for sensing of the present invention is shown in Fig. 2. The rubber actuator 10 shown in Fig. 2 includes an actuator body 100 including a cylindrical tube rubber 110 that expands and contracts due to fluid pressure, and a sleeve 120 that is a cylindrical structure in which cords oriented in a predetermined direction are woven and covers the outer circumferential surface of the tube rubber 110, and the above-mentioned conductive rubber composition for sensing of the present invention is used for the tube rubber 110.

図2は、本実施形態に係るラバーアクチュエータ10の側面図である。図2に示すように、ラバーアクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100、封止機構200及び封止機構300を具える。また、ラバーアクチュエータ10の両端には、連結部20がそれぞれ設けられる。また、各連結部20には、抵抗値測定装置30が接続されている。 Figure 2 is a side view of the rubber actuator 10 according to this embodiment. As shown in Figure 2, the rubber actuator 10 comprises an actuator body 100, a sealing mechanism 200, and a sealing mechanism 300. Furthermore, a connecting portion 20 is provided on each end of the rubber actuator 10. Furthermore, a resistance value measuring device 30 is connected to each connecting portion 20.

アクチュエータ本体部100は、チューブゴム110とスリーブ120とによって構成される。アクチュエータ本体部100には、フィッティング400及び通過孔410を介して作動流体が流入する。ここで、ラバーアクチュエータ10は、流体圧で作動し、空気圧式でも、液圧式でもよく、また、作動流体として液体が用いられる場合、該液体としては、油、水等が挙げられる。なお、ラバーアクチュエータが、油圧式の場合、作動流体としては、従来より油圧駆動システムに使用されている作動油を使用することができる。 The actuator body 100 is composed of a tube rubber 110 and a sleeve 120. A working fluid flows into the actuator body 100 through a fitting 400 and a through hole 410. Here, the rubber actuator 10 is operated by fluid pressure and may be pneumatic or hydraulic. When a liquid is used as the working fluid, examples of the liquid include oil and water. When the rubber actuator is hydraulic, the working fluid may be hydraulic oil that has been used in hydraulic drive systems.

アクチュエータ本体部100は、チューブゴム110内へ作動流体が流入することによって、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXに収縮し、径方向Dに膨張する。また、アクチュエータ本体部100は、チューブゴム110から作動流体が流出することによって、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXに膨張し、径方向Dに収縮する。このようなアクチュエータ本体部100の形状変化によって、ラバーアクチュエータ10は、アクチュエータとしての機能を発揮する。
また、このようなラバーアクチュエータ10は、いわゆるマッキベン型であり、人工筋肉用として適用できることは勿論のこと、より高い能力(収縮力)が要求されるロボットの体肢(上肢、下肢等)用としても好適に用い得る。連結部20には、当該体肢を構成する部材等が連結される。なお、本実施形態においては、連結部20に、抵抗値測定装置30が接続されているが、抵抗値測定装置30の接続箇所は、これに限られず、例えば、チューブゴム110の両端部に直接接続されていてもよい。
When the working fluid flows into the tube rubber 110, the actuator body 100 contracts in the axial direction D AX of the actuator body 100 and expands in the radial direction D R. When the working fluid flows out of the tube rubber 110, the actuator body 100 expands in the axial direction D AX of the actuator body 100 and contracts in the radial direction D R. This change in shape of the actuator body 100 allows the rubber actuator 10 to function as an actuator.
Furthermore, such a rubber actuator 10 is a so-called McKibben type, and can be used not only as an artificial muscle, but also as a robot limb (upper limb, lower limb, etc.) that requires higher performance (contractile force). Members constituting the limb are connected to the connecting part 20. In this embodiment, the resistance value measuring device 30 is connected to the connecting part 20, but the connection point of the resistance value measuring device 30 is not limited thereto, and may be directly connected to both ends of the tube rubber 110, for example.

封止機構200及び封止機構300は、軸方向DAXにおけるアクチュエータ本体部100の両端部を封止する。具体的には、封止機構200は、封止部材210及びかしめ部材230を含む。封止部材210は、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXの端部を封止する。また、かしめ部材230は、アクチュエータ本体部100を封止部材210と共にかしめる。かしめ部材230の外周面には、治具によってかしめ部材230がかしめられた痕である圧痕231が形成される。 The sealing mechanisms 200 and 300 seal both ends of the actuator body 100 in the axial direction D AX . Specifically, the sealing mechanism 200 includes a sealing member 210 and a crimping member 230. The sealing member 210 seals the end of the actuator body 100 in the axial direction D AX . The crimping member 230 crimps the actuator body 100 together with the sealing member 210. An indentation 231, which is a mark caused by crimping the crimping member 230 with a jig, is formed on the outer circumferential surface of the crimping member 230.

封止機構200と封止機構300との相違点は、フィッティング400,500(及び通過孔410,510)の役割が異なる点である。
封止機構200に設けられているフィッティング400は、ラバーアクチュエータ10の駆動圧力源、具体的には、作動流体のコンプレッサと接続されたホース(管路)を取り付けられるように突出している。フィッティング400を介して流入した作動流体は、通過孔410を通過してアクチュエータ本体部100の内部、具体的には、チューブゴム110の内部に流入する。
一方、封止機構300に設けられているフィッティング500は、ラバーアクチュエータ10に作動流体を注入する際の、ガス抜きとして使用できるように突出している。ラバーアクチュエータ10の作動初期において、作動流体をラバーアクチュエータ10に注入すると、ラバーアクチュエータ10内部に元々存在していたガスは、通過孔510を介してフィッティング500から排出される。
The difference between the sealing mechanism 200 and the sealing mechanism 300 is that the roles of the fittings 400 and 500 (and the passage holes 410 and 510) are different.
The fitting 400 provided on the sealing mechanism 200 protrudes so that a drive pressure source for the rubber actuator 10, specifically a hose (pipe) connected to a compressor for the working fluid, can be attached. The working fluid that flows in through the fitting 400 passes through the through hole 410 and flows into the inside of the actuator body 100, specifically, into the inside of the tube rubber 110.
On the other hand, the fitting 500 provided on the sealing mechanism 300 protrudes so that it can be used as a gas vent when injecting the working fluid into the rubber actuator 10. When the working fluid is injected into the rubber actuator 10 at the beginning of the operation of the rubber actuator 10, the gas originally present inside the rubber actuator 10 is discharged from the fitting 500 through the passage hole 510.

図3は、ラバーアクチュエータ10の一部分解斜視図である。図3に示すように、ラバーアクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100及び封止機構200を具える。
アクチュエータ本体部100は、前述したように、チューブゴム110とスリーブ120とによって構成される。
3 is a partially exploded perspective view of the rubber actuator 10. As shown in FIG. 3, the rubber actuator 10 includes an actuator body 100 and a sealing mechanism 200.
As described above, the actuator body 100 is composed of the tube rubber 110 and the sleeve 120 .

チューブゴム110は、流体圧によって膨張及び収縮する円筒状の筒状体である。チューブゴム110は、作動流体による収縮及び膨張を繰り返し、上述した本発明のセンシング用導電性ゴム組成物が適用されている。 The tube rubber 110 is a cylindrical body that expands and contracts due to fluid pressure. The tube rubber 110 repeatedly contracts and expands due to the working fluid, and the above-mentioned conductive rubber composition for sensing of the present invention is applied to it.

スリーブ120は、円筒状であり、チューブゴム110の外周面を覆う。スリーブ120は、所定方向に配向されたコードを編み込んだ構造体であり、配向されたコードが交差することによって菱形の形状が繰り返されている。スリーブ120は、このような形状を有することによって、パンタグラフ変形し、チューブゴム110の収縮及び膨張を規制しつつ追従する。 The sleeve 120 is cylindrical and covers the outer circumferential surface of the tube rubber 110. The sleeve 120 is a structure in which cords oriented in a specific direction are woven, and the oriented cords cross to form a repeated diamond shape. By having such a shape, the sleeve 120 undergoes pantograph deformation, and follows the contraction and expansion of the tube rubber 110 while regulating it.

図3において、封止機構200は、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXにおける端部を封止する。封止機構200は、封止部材210、係止リング220及びかしめ部材230によって構成される。 3, the sealing mechanism 200 seals the end portion in the axial direction DAX of the actuator body 100. The sealing mechanism 200 is composed of a sealing member 210, a locking ring 220, and a crimping member 230.

封止部材210は、胴体部211及び鍔部212を有する。封止部材210としては、ステンレス鋼等の金属を好適に用い得るが、このような金属に限定されず、硬質プラスチック材料等を用いてもよい。 The sealing member 210 has a body portion 211 and a flange portion 212. The sealing member 210 is preferably made of a metal such as stainless steel, but is not limited to such a metal and may be made of a hard plastic material or the like.

胴体部211は、円管状であり、胴体部211には、作動流体が通過する通過孔215が形成される。通過孔215は、通過孔410(図2参照)に連通する。胴体部211には、チューブゴム110が挿通される。 The body portion 211 is tubular, and has a through hole 215 through which the working fluid passes. The through hole 215 communicates with the through hole 410 (see FIG. 2). The tube rubber 110 is inserted into the body portion 211.

鍔部212は、胴体部211に連なっており、胴体部211よりもアクチュエータ10の軸方向DAXにおける端部側に位置する。鍔部212は、胴体部211よりも径方向Dに沿った外径が大きい。鍔部212は、胴体部211に挿通されたチューブゴム110及び係止リング220を係止する。 The flange portion 212 is connected to the body portion 211 and is located closer to the end of the actuator 10 in the axial direction DAX than the body portion 211. The flange portion 212 has a larger outer diameter in the radial direction D R than the body portion 211. The flange portion 212 engages the tube rubber 110 and the engaging ring 220 inserted into the body portion 211.

胴体部211の外周面には、凹凸部213が形成される。凹凸部213は、胴体部211に挿通されたチューブゴム110の滑り抑制に寄与する。凹凸部213による凸部分が3つ以上形成されることが好ましい。
また、胴体部211の鍔部212寄りの位置には、胴体部211よりも外径が小さい小径部214が形成される。
An uneven portion 213 is formed on the outer circumferential surface of the body portion 211. The uneven portion 213 contributes to preventing slippage of the tube rubber 110 inserted into the body portion 211. It is preferable that the uneven portion 213 is formed with three or more convex portions.
Further, a small diameter portion 214 having an outer diameter smaller than that of the body portion 211 is formed at a position closer to the flange portion 212 of the body portion 211 .

係止リング220は、スリーブ120を係止する。具体的には、スリーブ120は、係止リング220を介して径方向D外側に折り返される。
係止リング220の外径は、胴体部211の外径よりも大きい。係止リング220は、胴体部211の小径部214の位置においてスリーブ120を係止する。つまり、係止リング220は、胴体部211の径方向D外側であって、鍔部212に隣接する位置において、スリーブ120を係止する。
係止リング220は、胴体部211よりも小さい小径部214に係止させるため、本実施形態では、二分割の形状としている。なお、係止リング220は、二分割に限らず、より多くの部分に分割してもよいし、一部の分割部分が回動可能に連結されていてもよい。
係止リング220としては、封止部材210と同様の金属や硬質プラスチック材料等を用いることができる。
The locking ring 220 locks the sleeve 120. Specifically, the sleeve 120 is folded back outward in the radial direction D R via the locking ring 220.
The outer diameter of the locking ring 220 is larger than the outer diameter of the body portion 211. The locking ring 220 locks the sleeve 120 at the position of the small diameter portion 214 of the body portion 211. In other words, the locking ring 220 locks the sleeve 120 at a position that is on the outer side of the body portion 211 in the radial direction D R and adjacent to the flange portion 212.
In this embodiment, the locking ring 220 is divided into two parts so that it can be locked to the small diameter portion 214 that is smaller than the body portion 211. Note that the locking ring 220 is not limited to being divided into two parts, and may be divided into more parts, or some of the divided parts may be connected to each other so as to be rotatable.
The locking ring 220 can be made of the same metal or hard plastic material as the sealing member 210 .

かしめ部材230は、アクチュエータ本体部100を封止部材210と共にかしめる。かしめ部材230としては、アルミニウム合金、真鍮及び鉄等の金属を用いることができる。かしめ部材230には、かしめ用の治具によってかしめ部材230がかしめられると、図2に示したような圧痕231が形成される。 The crimping member 230 crimps the actuator body 100 together with the sealing member 210. The crimping member 230 may be made of a metal such as an aluminum alloy, brass, or iron. When the crimping member 230 is crimped by a crimping jig, an indentation 231 as shown in FIG. 2 is formed on the crimping member 230.

図4は、チューブゴム110の一実施形態の部分断面図である。
図4に示すチューブゴム110は、チューブゴムの内面側に位置する内層ゴム111と、内層ゴム111の径方向D外側に隣接して、チューブゴム110の外面側に位置する外層ゴム112とからなる2層構造を有する。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of one embodiment of the tube rubber 110.
The tube rubber 110 shown in FIG. 4 has a two-layer structure made up of an inner layer rubber 111 located on the inner surface side of the tube rubber, and an outer layer rubber 112 located on the outer surface side of the tube rubber 110, adjacent to the outer side of the inner layer rubber 111 in the radial direction D R.

上述した本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、耐油性に優れるため、作動流体に接する内層ゴム111に好適に適用することができる。なお、内層ゴム111の耐油性が不十分な場合、内層ゴム111と外層ゴム112との間まで作動流体が浸入して、チューブゴム110の耐久性が低下する恐れがあるが、上述した本発明のセンシング用導電性ゴム組成物を内層ゴム111に適用することで、内層ゴム111の亀裂を早期発見することができ、作動流体の浸入を防止して、チューブゴム110を適宜な時期に交換することで、ラバーアクチュエータの機能停止を防ぐことができる。 The conductive rubber composition for sensing of the present invention described above has excellent oil resistance and can therefore be suitably applied to the inner rubber layer 111 that comes into contact with the working fluid. If the oil resistance of the inner rubber layer 111 is insufficient, the working fluid may penetrate between the inner rubber layer 111 and the outer rubber layer 112, which may reduce the durability of the tube rubber 110. However, by applying the conductive rubber composition for sensing of the present invention described above to the inner rubber layer 111, cracks in the inner rubber layer 111 can be detected early, and the infiltration of the working fluid can be prevented. By replacing the tube rubber 110 at the appropriate time, the rubber actuator can be prevented from stopping functioning.

一方、外層ゴム112は、スリーブ120に接するため、耐亀裂性、耐摩耗性、摺動性等に優れ、スリーブ120側からの負荷に耐え得るゴム組成物を適用することが好ましい。 On the other hand, since the outer rubber layer 112 comes into contact with the sleeve 120, it is preferable to use a rubber composition that has excellent crack resistance, abrasion resistance, sliding properties, etc., and can withstand the load from the sleeve 120 side.

なお、チューブゴム110は、2層構造に限られず、1層構造でもよいし、3層以上の積層構造を有してもよい。ここで、チューブゴム110が3層以上の積層構造を有する場合、最内層に、上述した本発明のセンシング用導電性ゴム組成物を適用することが好ましい。 The tube rubber 110 is not limited to a two-layer structure, but may have a one-layer structure or a laminated structure of three or more layers. When the tube rubber 110 has a laminated structure of three or more layers, it is preferable to apply the above-mentioned conductive rubber composition for sensing of the present invention to the innermost layer.

上述のように、チューブゴム110は、作動流体による収縮及び膨張を繰り返し、本発明のセンシング用導電性ゴム組成物が適用されている。
ここで、アクチュエータ本体部100の収縮率が高くなると、アクチュエータ本体部100(チューブゴム110)の電気抵抗値が低くなる。これは、アクチュエータ本体部100に流体が流入してアクチュエータ本体部100が軸方向DAXに収縮すると、チューブゴム110は、スリーブ120によって規制された所定範囲内において径方向Dに膨張する際、チューブゴム110の厚みが薄くなることにより、チューブゴム110に含まれるカーボンブラック間の距離が狭められる。
具体的には、アクチュエータ本体部100が収縮する際、チューブゴム110は拡張するため、チューブゴム110の膜厚が薄くなる。この結果、カーボンブラックの膜厚方向における寸法(距離)が狭まり、カーボンブラックが接近することとなる。
即ち、アクチュエータ本体部100の収縮率が高くなり、長さが短くなると、カーボンブラック間の距離が狭くなるため、チューブゴム110の導電率が増大、換言すれば、チューブゴム110の電気抵抗値が低下する。
As described above, the tube rubber 110 repeatedly contracts and expands due to the working fluid, and the conductive rubber composition for sensing of the present invention is applied to the tube rubber 110.
Here, as the contraction rate of the actuator body 100 increases, the electrical resistance value of the actuator body 100 (tube rubber 110) decreases. This is because, when a fluid flows into the actuator body 100 and the actuator body 100 contracts in the axial direction D AX , the tube rubber 110 expands in the radial direction D R within a predetermined range restricted by the sleeve 120, and the thickness of the tube rubber 110 becomes thinner, narrowing the distance between the carbon black particles contained in the tube rubber 110.
Specifically, when the actuator body 100 contracts, the tube rubber 110 expands, reducing the thickness of the tube rubber 110. As a result, the dimension (distance) of the carbon black in the thickness direction becomes narrower, and the carbon black comes closer to each other.
That is, when the contraction rate of the actuator body 100 increases and the length decreases, the distance between the carbon black particles decreases, so that the conductivity of the tube rubber 110 increases, in other words, the electrical resistance value of the tube rubber 110 decreases.

また、作動流体による収縮及び膨張の繰り返しにより、チューブゴム110には、クラックが発生することがあるが、図1に示すように、クラック無し、クラック発生初期、クラック有り、のそれぞれの段階において、電気抵抗値変化のパターンが異なる。ここで、チューブゴム110へのクラックの発生による歪みに起因する電気抵抗値の変化の動的挙動を、統計学的手法を用いて解析、又はAIに学習させておくことで、電気抵抗値の変化の動的挙動から、チューブゴム110へのクラックの発生を探知することが可能となる。 In addition, cracks may occur in the tube rubber 110 due to repeated contraction and expansion by the working fluid, but as shown in FIG. 1, the pattern of change in electrical resistance is different at each stage: no cracks, early cracking, and cracks. Here, by analyzing the dynamic behavior of the change in electrical resistance caused by distortion due to the occurrence of cracks in the tube rubber 110 using statistical methods or having AI learn the dynamic behavior of the change in electrical resistance, it becomes possible to detect the occurrence of cracks in the tube rubber 110 from the dynamic behavior of the change in electrical resistance.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<ゴム組成物の調製>
表1に示す配合のゴム組成物を、通常の方法で混練して調製した。使用したカーボンブラックの種類、物性及び配合量を、表2に示す。
<Preparation of Rubber Composition>
A rubber composition having the composition shown in Table 1 was prepared by kneading in a conventional manner. The type, physical properties and compounding amount of the carbon black used are shown in Table 2.

Figure 0007650752000001
Figure 0007650752000001

*1 NBR: アクリロニトリル-ブタジエンゴム、アクリロニトリル単位の含有量=48質量%、JSR社製、商品名「N215SL」
*2 カーボンブラック: 使用したカーボンブラックの種類、物性及び配合量を表2に表示
*3 エステルオイル: ホールスター・カンパニー社製、商品名「TP-95」
*4 硬化脂肪酸: 新日本理化社製、商品名「ステアリン酸 50S」
*5 老化防止剤: 2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン重合体、精工化学社製、商品名「ノンフレックスRD」
*6 酸化亜鉛: ハクスイテック社製、商品名「酸化亜鉛2種 造粒品」
*7 加硫促進剤A: N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、三新化学社製、商品名「サンセラーCM-G」
*8 加硫促進剤B: テトラキス(2-エチルヘキシル)チウラムジスルフィド、大内新興化学工業社製、商品名「ノクセラーTOT」
*9 硫黄: 細井化学工業社製、商品名「HK200-5」、表1中には硫黄成分量として表示
*1 NBR: Acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile unit content = 48% by mass, manufactured by JSR Corporation, product name "N215SL"
*2 Carbon black: The type, properties and amount of carbon black used are shown in Table 2. *3 Ester oil: Manufactured by Hallstar Company, product name "TP-95"
*4 Hydrogenated fatty acid: New Japan Chemical Co., Ltd., product name "Stearic acid 50S"
*5 Antioxidant: 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline polymer, manufactured by Seiko Chemical Co., Ltd., trade name "Nonflex RD"
*6 Zinc oxide: Manufactured by Hakusui Tech Co., Ltd., product name "Zinc oxide type 2 granulated product"
*7 Vulcanization accelerator A: N-cyclohexyl-2-benzothiazolyl sulfenamide, manufactured by Sanshin Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Suncerer CM-G"
*8 Vulcanization accelerator B: Tetrakis (2-ethylhexyl) thiuram disulfide, manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Noccela TOT"
*9 Sulfur: Manufactured by Hosoi Chemical Industry Co., Ltd., product name "HK200-5", shown in Table 1 as the amount of sulfur content

<加硫ゴムでの試験>
得られたゴム組成物から厚さ1mmのゴムシートを作製し、155℃で45分間加硫を行って、加硫ゴムシートを作製した。該加硫ゴムシートから4.7mm×40mmの短冊状の試験片を作製した。該試験片に対して、以下の方法で歪応答性の有無を評価した。
<Tests on vulcanized rubber>
A rubber sheet having a thickness of 1 mm was prepared from the obtained rubber composition and vulcanized at 155° C. for 45 minutes to prepare a vulcanized rubber sheet. A rectangular test piece having a size of 4.7 mm×40 mm was prepared from the vulcanized rubber sheet. The test piece was evaluated for the presence or absence of strain response by the following method.

(1)歪応答性試験
作製した試験片をシステムワン製の引張試験機(K18003)を用いて、室温、チャック間距離20mmで、10回、70%伸長させた後(0%→70%伸長→0%のサイクルを10回繰り返した後)、引張速度6mm/secでの動的電気測定を行った。なお、電気抵抗値の測定は、DC10V、200Hzでサンプリングした。電気抵抗値が歪によって再現性をもって異なり、10%伸長→70%伸長→10%伸長の領域内の最小電気抵抗値と最大電気抵抗値の差であるシグナル値(S)と、0%から10%伸長の領域内の電気抵抗値の標準偏差(n)との比が十分か否かを以下の基準で評価した。
○: S/n比9以上、歪応答性有り
×: S/n比9未満、歪応答性無し
電気抵抗値の歪依存性の一例を図5に示す。図5に示すように、S/n比が十分に大きいゴムは、歪みによる電気抵抗値の変化が大きく、歪応答性が有る一方、S/n比が小さいゴムは、歪みにより電気抵抗値の変化が小さく、歪応答性が無い。
上記試験の結果を表2に示す。
(1) Strain Response Test The prepared test specimen was stretched 10 times by 70% at room temperature with a chuck distance of 20 mm using a tensile tester (K18003) manufactured by System One Co., Ltd. (after repeating the cycle of 0% → 70% stretch → 0% 10 times), and then dynamic electrical measurement was performed at a tensile speed of 6 mm/sec. The electrical resistance value was measured by sampling at DC 10 V and 200 Hz. The electrical resistance value varies reproducibly depending on the strain, and the ratio of the signal value (S), which is the difference between the minimum electrical resistance value and the maximum electrical resistance value in the region of 10% stretch → 70% stretch → 10% stretch, to the standard deviation (n) of the electrical resistance value in the region of 0% to 10% stretch, was evaluated according to the following criteria.
◯: S/n ratio of 9 or more, strain responsiveness present ×: S/n ratio of less than 9, strain no responsiveness An example of the strain dependency of electrical resistance value is shown in Figure 5. As shown in Figure 5, rubber with a sufficiently large S/n ratio has a large change in electrical resistance value due to strain and has strain responsiveness, whereas rubber with a small S/n ratio has a small change in electrical resistance value due to strain and has no strain responsiveness.
The results of the above tests are shown in Table 2.

<ラバーアクチュエータでの試験>
図4に示す内層ゴムと外層ゴムの2層構造のチューブゴムの内層ゴムに、実施例7、並びに、比較例8のゴム組成物を適用して、円筒形状のチューブゴムを作製した。
<Test with rubber actuator>
The rubber compositions of Example 7 and Comparative Example 8 were applied to the inner layer rubber of a tube rubber having a two-layer structure of an inner layer rubber and an outer layer rubber as shown in FIG. 4 to prepare a cylindrical tube rubber.

原糸として、2200dtexのアラミド繊維を2本用い、12回/10cmの下撚りをかけ、更に12回/10cmの上撚りをかけて、直径0.7mmのアラミド繊維コードを作製した。該アラミド繊維コード64本を編み込んで作製した網目状のスリーブを用意した。このスリーブは、横断面において円周上にアラミド繊維コードが64本観察される網目状筒状体であった。具体的には、このスリーブは、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された32本のアラミド繊維コードと、この32本のアラミド繊維コードと斜交するとともに、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された他の32本のアラミド繊維コードとが交互に編み込まれてなる網目状筒状体であり、各コードのスリーブの軸方向に対する角度は25度であった。 Two 2200 dtex aramid fibers were used as the raw yarn, and an aramid fiber cord with a diameter of 0.7 mm was produced by first twisting 12 times/10 cm and then top twisting 12 times/10 cm. A mesh-like sleeve was prepared by weaving 64 of the aramid fiber cords. This sleeve was a mesh-like tubular body in which 64 aramid fiber cords were observed on the circumference in cross section. Specifically, this sleeve was a mesh-like tubular body in which 32 aramid fiber cords arranged in parallel and spirally at equal intervals were alternately woven with another 32 aramid fiber cords arranged in parallel and spirally at equal intervals, intersecting the 32 aramid fiber cords at an angle, and the angle of each cord with respect to the axial direction of the sleeve was 25 degrees.

前記チューブゴムと前記網目状のスリーブとを用いて、図2及び図3に示す構造のラバーアクチュエータを作製した。なお、封止機構200と封止機構300との間の長さは250mmである。また、チューブゴムの作動油としては、コスモスーパーエポック株式会社製UF46を用いた。 Using the tube rubber and the mesh sleeve, a rubber actuator with the structure shown in Figures 2 and 3 was produced. The length between sealing mechanism 200 and sealing mechanism 300 was 250 mm. UF46 manufactured by Cosmo Super Epoch Co., Ltd. was used as the hydraulic oil for the tube rubber.

(2)亀裂検知試験
作動油をチューブゴム内に注入して、チューブゴム内の空気を作動油で十分に置換した。チューブゴム内の作動油の圧力が0MPaと5MPaとをそれぞれ3秒ごとに繰り返すように作動油の注入操作を行い、チューブに亀裂が入り、該亀裂が伸展して、アクチュエータの機能を発現できなくなるまで伸縮を繰り返した。
この際、電気抵抗値をモニタリングして、クラック(亀裂)の発生の検知を試みたところ、「歪応答性有り」と評価した実施例7のゴムサンプルをチューブゴムとして用いたラバーアクチュエータについては、AIを用いてクラック発生の検知に成功した。一方、「歪応答性無し」と評価した比較例8のゴムサンプルをチューブゴムとして用いたラバーアクチュエータについては、クラックの発生を検知できなかった。
(2) Crack detection test Hydraulic oil was injected into the tube rubber to fully replace the air in the tube rubber with hydraulic oil. Hydraulic oil was injected so that the pressure of the hydraulic oil in the tube rubber alternated between 0 MPa and 5 MPa every 3 seconds, and the tube was repeatedly stretched until a crack appeared and propagated until the actuator could no longer function.
At this time, the electrical resistance value was monitored to attempt to detect the occurrence of cracks, and the occurrence of cracks was successfully detected using AI for the rubber actuator using the rubber sample of Example 7, which was evaluated as having "strain responsiveness," as the tube rubber. On the other hand, the occurrence of cracks could not be detected for the rubber actuator using the rubber sample of Comparative Example 8, which was evaluated as having "no strain responsiveness," as the tube rubber.

Figure 0007650752000002
Figure 0007650752000002

*10 CB1: CTAB吸着比表面積=112m/g、24M4DBP吸収量=100mL/100g、東海カーボン社製、商品名「シースト6」
*11 CB2: CTAB吸着比表面積=123m/g、24M4DBP吸収量=100mL/100g、旭カーボン社製、商品名「旭#78」
*12 CB3: CTAB吸着比表面積=83m/g、24M4DBP吸収量=72mL/100g、旭カーボン社製、商品名「旭#70L」
*13 CB4: CTAB吸着比表面積=74m/g、24M4DBP吸収量=90mL/100g、旭カーボン社製、商品名「旭#70K」
*10 CB1: CTAB adsorption specific surface area = 112 m 2 /g, 24M4DBP absorption capacity = 100 mL/100 g, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., product name "Seat 6"
*11 CB2: CTAB adsorption specific surface area = 123 m 2 /g, 24M4DBP absorption capacity = 100 mL/100 g, manufactured by Asahi Carbon Co., Ltd., product name "Asahi #78"
*12 CB3: CTAB adsorption specific surface area = 83 m 2 /g, 24M4DBP absorption capacity = 72 mL/100 g, manufactured by Asahi Carbon Co., Ltd., product name "Asahi #70L"
*13 CB4: CTAB adsorption specific surface area = 74 m 2 /g, 24M4DBP absorption capacity = 90 mL/100 g, manufactured by Asahi Carbon Co., Ltd., product name "Asahi #70K"

表2に示す結果から、ゴム成分の80質量%以上がアクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムである場合において、カーボンブラックのCTAB吸着比表面積Aが110m/g以上であり、且つカーボンブラックの含有量がゴム成分100質量部に対して50質量部以上であると、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良くなり、亀裂の発生を検知できることが分かる。 From the results shown in Table 2, it can be seen that when 80 mass % or more of the rubber component is acrylonitrile-butadiene rubber with an acrylonitrile unit content of more than 45 mass %, if the CTAB adsorption specific surface area A of carbon black is 110 m 2 /g or more and the carbon black content is 50 parts by mass or more per 100 parts by mass of the rubber component, the responsiveness of the change in electrical resistance value to strain is improved and the occurrence of cracks can be detected.

本発明のセンシング用導電性ゴム組成物は、歪みに対する電気抵抗値の変化の応答性が良く、一例として、ラバーアクチュエータのチューブゴムに適用することで、電気抵抗値の変化からクラックの発生を探知するのに利用できる。 The conductive rubber composition for sensing of the present invention has good responsiveness in terms of changes in electrical resistance to strain. For example, when applied to the rubber tube of a rubber actuator, it can be used to detect the occurrence of cracks from changes in electrical resistance.

10:ラバーアクチュエータ、 20:連結部、 30:抵抗値測定装置、 100:アクチュエータ本体部、 110:チューブゴム、 111:内層ゴム、 112:外層ゴム、 120:スリーブ、 200:封止機構、 210:封止部材、 211:胴体部、 212:鍔部、 213:凹凸部、 214:小径部、 215:通過孔、 220:係止リング、 230:かしめ部材、 231:圧痕、 300:封止機構、 400,500:フィッティング、 410,510:通過孔、 DAX:軸方向、 D:径方向 10: Rubber actuator, 20: Connection portion, 30: Resistance measuring device, 100: Actuator body, 110: Tube rubber, 111: Inner layer rubber, 112: Outer layer rubber, 120: Sleeve, 200: Sealing mechanism, 210: Sealing member, 211: Body portion, 212: Flange portion, 213: Concave and recessed portion, 214: Small diameter portion, 215: Passing hole, 220: Locking ring, 230: Crimping member, 231: Indentation, 300: Sealing mechanism, 400, 500: Fitting, 410, 510: Passing hole, D AX : Axial direction, D R : Radial direction

Claims (4)

ゴム成分と、カーボンブラックと、を含み、
前記ゴム成分は、アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムを80質量%以上含み、
前記カーボンブラックは、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)吸着比表面積が110m/g以上であり、
前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して、50質量部以上であることを特徴とする、センシング用導電性ゴム組成物。
The rubber composition includes a rubber component and carbon black,
The rubber component contains 80% by mass or more of acrylonitrile-butadiene rubber having an acrylonitrile unit content of more than 45% by mass,
The carbon black has a cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) adsorption specific surface area of 110 m 2 /g or more;
A conductive rubber composition for sensing, characterized in that the content of the carbon black is 50 parts by mass or more per 100 parts by mass of the rubber component.
前記ゴム成分は、前記アクリロニトリル単位の含有量が45質量%を超えるアクリロニトリル-ブタジエンゴムのみからなる、請求項1に記載のセンシング用導電性ゴム組成物。 The conductive rubber composition for sensing according to claim 1, wherein the rubber component consists solely of acrylonitrile-butadiene rubber having a content of acrylonitrile units exceeding 45% by mass. 前記カーボンブラックは、圧縮ジブチルフタレート(24M4DBP)吸収量が90mL/100g以上である、請求項1又は2に記載のセンシング用導電性ゴム組成物。 The conductive rubber composition for sensing according to claim 1 or 2, wherein the carbon black has a compressed dibutyl phthalate (24M4DBP) absorption of 90 mL/100 g or more. 前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して、55質量部以上75質量部以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載のセンシング用導電性ゴム組成物。 The conductive rubber composition for sensing according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon black content is 55 parts by mass or more and 75 parts by mass or less per 100 parts by mass of the rubber component.
JP2021137532A 2021-08-25 2021-08-25 Conductive rubber composition for sensing Active JP7650752B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021137532A JP7650752B2 (en) 2021-08-25 2021-08-25 Conductive rubber composition for sensing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021137532A JP7650752B2 (en) 2021-08-25 2021-08-25 Conductive rubber composition for sensing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023031812A JP2023031812A (en) 2023-03-09
JP7650752B2 true JP7650752B2 (en) 2025-03-25

Family

ID=85416215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021137532A Active JP7650752B2 (en) 2021-08-25 2021-08-25 Conductive rubber composition for sensing

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7650752B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208052A (en) 2005-01-25 2006-08-10 Bridgestone Corp Distortion sensor for rubber article
JP2008037906A (en) 2006-08-02 2008-02-21 Shinshu Univ Rubber material and strain sensor using the same
JP2013113736A (en) 2011-11-29 2013-06-10 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk Conductive composition and sensor cable
JP2019035483A (en) 2017-08-18 2019-03-07 株式会社ブリヂストン Hydraulic actuator
WO2019230350A1 (en) 2018-05-30 2019-12-05 株式会社ブリヂストン Rubber composition and pneumatic tire
JP2020066640A (en) 2018-10-19 2020-04-30 株式会社ブリヂストン Rubber composition for actuator, vulcanized rubber for actuator and actuator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208052A (en) 2005-01-25 2006-08-10 Bridgestone Corp Distortion sensor for rubber article
JP2008037906A (en) 2006-08-02 2008-02-21 Shinshu Univ Rubber material and strain sensor using the same
JP2013113736A (en) 2011-11-29 2013-06-10 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk Conductive composition and sensor cable
JP2019035483A (en) 2017-08-18 2019-03-07 株式会社ブリヂストン Hydraulic actuator
WO2019230350A1 (en) 2018-05-30 2019-12-05 株式会社ブリヂストン Rubber composition and pneumatic tire
JP2020066640A (en) 2018-10-19 2020-04-30 株式会社ブリヂストン Rubber composition for actuator, vulcanized rubber for actuator and actuator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023031812A (en) 2023-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7488150B2 (en) Conductive rubber composition for sensing
US12305016B2 (en) Conductive rubber composition for sensing
JP7833269B2 (en) Conductive rubber composition for sensing
WO2018084123A1 (en) Hydraulic actuator
JP7650752B2 (en) Conductive rubber composition for sensing
WO2020080545A1 (en) Actuator
JP2023031810A (en) Conductive rubber composition for sensing
JP2023031814A (en) Conductive rubber composition for sensing
JP2023031813A (en) Conductive rubber composition for sensing
JP2023031815A (en) Conductive rubber composition for sensing
JP2023031816A (en) Conductive rubber composition for sensing
CN109906320B (en) hydraulic actuator
JP7804432B2 (en) Conductive rubber composition for sensing
JP6908466B2 (en) Hydraulic actuator
JP2017214966A (en) Hydraulic actuator
JP7171993B2 (en) Rubber composition for actuator, vulcanized rubber for actuator, and actuator
JP7171994B2 (en) Rubber composition for actuator, vulcanized rubber for actuator, and actuator
WO2024189956A1 (en) Conductive rubber composition for sensing
EP4163527A1 (en) Hose for measuring temperature and pressure
Chung Development of a Strut Mount with High Reliability by Improving Durability

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240710

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250311

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250312

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7650752

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150