JPH0641890B2

JPH0641890B2 - 応力分布検出センサ−

Info

Publication number: JPH0641890B2
Application number: JP61012356A
Authority: JP
Inventors: 智司真下; 進長安; 良雄山口; 徹野口; 正仁中嶋; 一垣内; 亀寿郎谷田
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPS62169031A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上利用分野）本発明は応力分布検出センサーに係り、詳しくはセンサ
ーの電極部材に加わる応力分布の分解能を向上させてな
る応力分布検出センサーに関する。

（従来技術）従来の面圧応力分布を検出するセンサーとしては、スプ
リングやバネを組合わせた接触子や歪ゲージを用いた機
械的なものが使用され、局所的な平面の面圧を検出して
いた。

また、最近では上記機械的なセンサー代わりに銀の回路
パターンを印刷したポリエチレン製の電極フィルムの間
に感圧導電性ゴムを挟持して電極に加わる圧力の大き
さ、圧力分布を求めることができるセンサーが触感セン
サーとして開発され、例えばポリマーダイジェスト９，
Ｐ１０７（１９８５）に開示されている。

（発明が解決しようとする問題点）上記センサーは、押圧力が大きくなるに従って徐々に電
気抵抗値が減少して一定の電圧を加えた時の電流値の変
化から押圧力を検出することができる。このため、該セ
ンサーの所定の面に加わっている応力分布を測定するこ
とが可能である。しかし、電極フィルム間に挟持されて
いる感圧導電性ゴム内においては、電流は主として電極
フィルムに設定された最短距離の端子間を流れるが、そ
ればかりでなく種々の端子間にも回路が形成される。セ
ンサーが局所的な押圧力を受けると、各出力端子から流
れる電流は夫々干渉し合った状態であるため正確な値が
出力されず、また応力分布の分解能も劣る欠点があっ
た。

本発明はこのような問題に対処するものであり、センサ
ーの受けた押し圧力を夫々電気的に干渉されずに正確に
検出し、しかも応力分布の分解能にも優れる応力分布検
出センサーを提供することを目的とするものである。

（問題を解決するための手段）即ち、本発明に係る応力分布検出センサーは、２枚の電
極部材間に感圧導電性ゴムを介在させた応力分布検出セ
ンサーにおいて、感圧導電性ゴムをシート状の電気絶縁
体中に分離した状態で配置するとともに、上記電気絶縁
体から突出させ、各端子を分散させた電極部材を少なく
とも前記感圧導電性ゴムの少なくとも一方の側に積層さ
せ、該端子を感圧導電性ゴムと接触させてなることを特
徴とする。

（作用）本発明の応力分布検出センサーは、感圧導電性ゴムをシ
ート状の電気絶縁体中に分離した状態で配置するととも
に、上記電気絶縁体から突出させ、該ゴムの表面を電極
部材に接触させた状態になっているため、電極部材が受
けた局所的な面圧はその部位に独立して存在する感圧導
電性ゴムの変形によって電流値あるいは電圧値に変換さ
れて夫々の端子から出力され、また感圧導電性ゴムは所
定位置に分散しているため夫々の位置において隣接する
ゴム体の電気的な干渉を受けずにその位置の圧力を正確
に検出する。

しかも、各感圧導電性ゴムが電気絶縁体によって安定し
た状態で保持されるばかりか、電気絶縁体の影響を大き
く受けず自由に変形するため、本発明のセンサーはより
一層正確な応力を検出することができる。

（実施例）以下、本発明の具体的実施例を添付図面に従って説明す
る。

第１図は本発明の応力分布検出センサーの一部断面斜視
図、第２図は第１図の応力分布検出センサーに使用され
る感圧導電層の平面図を示すものであり、本発明の応力
分布検出センサー(1)は芯部分に感圧導電層(2)が位置
し、その上下面には電極部材(3)(3)が積層され、更にそ
の表面には電極部材(3)(3)を保護するためのカバー材
(4)(4)が被覆された構成からなっている。

前記感圧導電層(2)は天然ゴム、ＳＢＲ、ＣＲあるいは
シリコンゴム等のゴム部材またポリウレタン等の弾性体
からなるシート状の電気絶縁体(5)の所定の位置に設け
られた貫通穴(6)にチップ状の感圧導電性ゴム(7)を配置
している。感圧導電性ゴム(7)は夫々分離独立した状態
にあってシート状電気絶縁体(5)の表面から突出してい
る。このため、応力分布検出センサー(1)は各部位に存
在する感圧導電性ゴム(7)が該電気絶縁体(5)の影響をあ
まり受けずに自由に変形するため、より一層正確な応力
を検出することが可能となる。この場合、前記シート状
電気絶縁体(5)は、感圧導電性ゴム(7)を分離した状態に
安定して位置させる保持材としての機能を有している。

また、上側に位置する電極部材(3)は各端子(8)を分散さ
せた可撓性を有するものであり、一方下側に位置する電
極部材(3)は剛性をもつ電極板でよい。この感圧導電層
(2)は厚さ約0.1〜5mm程度である。

感圧導電性ゴム(7)の分散密度は自由に変化させること
が可能であり、分散密度を大きくすれば応力位置の分解
能もそれだけ大きくなる。

前記感圧導電性ゴム(7)は加圧力に応じて抵抗値が変形
するものであれば特に限定されないが、例えば電気絶縁
性を有する天然ゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプ
レンゴム、スチレン−ブダジェン共重合体ゴム、ブチル
ゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトル−ブタジェン
共重合体ゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、シ
リコンゴム等に導電性カーボンブラックであるファーネ
スブラック系、アセチレンブラック系、サーマルブラッ
ク系、チャネルブラック系等の公知のものが混入され、
更には種々の導電部材である金属粉末、金属繊維あるい
は非金属無機質の短繊維、粉末あるいはウイスカー等が
混入されている。このうち、本発明においては繰り返し
加圧変形に対してヒステリシスの小さい感圧導電性ゴム
が好ましく、これを満足するゴムの一例として例えばゴ
ムにカーボンブラックあるいは非金属無機質の短繊維、
粉末あるいはウイスカーを混入したものが好ましい。

上記短繊維としては炭化珪素（SiC）、ガラス、窒化珪
素（Si₃N₄）等のセラミック等を素材とするもので、長
１００μｍ〜１０mm、径0.3〜３０μｍを有し、一方粉
末として粉末が0.5μｍ〜１００μｍのセラミック粉と
呼ばれるもので、例えば炭化珪素（SiC）、炭化チタン
（TiC）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、炭化タングステン（W
C）等の炭化物、窒化珪素（Si₃N₄）、窒化アルミニウム
（AlN）、窒化ホウ素(BN）、窒化チタン（TiC）等の窒
化物及びアルミナ（Al₂O₃）、ジルコニア（ZrO₂）、ベ
リリア（BeO）等の酸化物であり、最も好ましくは炭化
珪素または窒化珪素である。

更に、ウイスカーとしては、α−炭化珪素（α−Si
C）、β−炭化珪素（β−SiC）、窒化珪素（Si₃N₄）、
α−アルミナ（Al₂O₃）、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化
スズ、黒鉛、Fe、Cu、Ni等であり、直径0.05〜３μｍ、
長さ５〜５００μｍ程度の形状からなる針状単結晶体で
ある。上記無機充填材をゴムに添加するにあたっては、
前もってシランカップリング剤やチタンカップリング剤
等で処理したり、ゴムと混合時にシランカップリング剤
やチタンカップリング剤を添加することも可能である。
このことにより、補強効果がより高まり、ゴムへの分散
性がより良好となる。

上記無機充填剤の添加量は、ゴム１００重量部に対して
１〜８０重量部、好ましくは５〜４０重量部であり、も
し無機充填材の１重量部以下ではゴムシート表面におけ
る機充填材の露出効果が小さくなって非加圧時の抵抗値
が減少し、また加圧0.5kg／cm²における電気抵値も高く
て導電性が悪くなり、また一方８０重量部以上になると
ゴムの効果により加圧時の抵抗変化率が小さくなる。

尚、本発明において使用する感圧導電性ゴム(7)は、前
述のとおり上記特定のものに限定されるものではなく、
加圧力に応じて抵抗値が変化するものであればよい。ま
た、前記電極部材(3)は第１図にその一例が示される
が、電気的絶縁性を有する可撓性の合成樹脂シート内に
分離した状態で露出したポイント状の端子(8)が存在し
ており、各端子(8)には夫々リード線(9)が連結した状態
で埋設している。上記端子(8)は感圧導電層のシート状
電気絶縁体(5)に埋設している感圧導電性ゴム(7)と接触
しており、感圧導電性ゴム(7)の押圧変化に対する電流
値あるいは電圧値の変化を検出する。

尚、本発明のセンサーにおいては、上記同様電極部材
(3)を感圧導電層(2)の上下面に積層してよいが、一方の
面にはこのと異なりポイント状端子を点在させないよう
な金属製の電極シート体、電極板あるいは電極薄等電極
部材(3)を使用することができる。

上記電極部材(3)(3)の表面にはこれを保護するカバー層
(4)が積層されているが、該カバー層(4)は発泡体、合成
樹脂フィルム等からなり、本発明のセンサーにおいては
このカバー層を必ず積層する必要はない。

このような構成を有する応力分布検出センサー(1)は、
例えば複雑な曲面をもった物品が自重によりセンサーの
電極部材(3)に付加する応力またその分布を検出した
り、あるいは同様の物品を保持する力及びその分布を検
出する触覚センサーとして使用することが出来る。

（効果）以上のように本発明の応力分布検出センサーは、特にシ
ート状の電気絶縁体内に感圧導電性ゴムを分散した状態
で配置するとともに上記電気絶縁体から突出させ、しか
も該感圧導電性ゴムの少なくとも一方を電極部材に設け
た夫々の端子に接触させた構成となり、隣接する感圧導
電性ゴムの電気的な干渉を阻止することにより、センサ
ーが受ける各部位の面圧を正確に電流値あるいは電圧値
に変換することが可能になって応力分布の分散能力に優
れ、また感圧導電性ゴムの分散密度を変化されることに
より応力分布の分解能力を変化させることも可能とな
り、そして応力分布の結果から対象物の形状及び応力集
中の領域等を知ることができ、また各感圧導電性ゴムが
電気絶縁体によって安定した状態で保持されるばかり
か、電気絶縁体の影響を大きく受けず自由に変形するた
め、より一層正確な応力を検出することができる等の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の応力分布検出センサーの一部断面斜視
図、第２図は第１図の応力分布検出センサーに使用され
る感圧導電層の平面図を示す。 (1)……応力分布検出センサー (3)(3)……電極部材 (5)……電気絶縁体 (7)……感圧導電性ゴム (8)……端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者垣内一兵庫県伊丹市瑞穂町５丁目28 (72)発明者谷田亀寿郎兵庫県芦屋市若宮町４−８−510 審査官森雅之 (56)参考文献特開昭56−142430（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−175992（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の電極部材間に感圧導電性ゴムを介在
させた応力分布検出センサーにおいて、前記感圧導電性
ゴムをシート状の電気絶縁体中に分離した状態で配置す
るとともに、上記電気絶縁体から突出させ、各端子を分
散させた電極部材を、少なくとも前記感圧導電性ゴムの
一方の側に積層させて該端子を感圧導電性ゴムと接触さ
せ、且つ電極部材の少なくとも一方を可撓性にしたこと
を特徴とする応力分布検出センサー。