JP7365653B1 - Rubber sensor, sensing rubber composition constituting it, and tire - Google Patents

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修七 ▲吉▼村
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Abstract

【課題】通電が不要で形状の制限を低減可能なゴムセンサ及びそれを有するセンシングゴム組成物、並びに、タイヤを提供する。【解決手段】力学的な負荷を検出するゴムセンサ10であって、潮解性物質を担持可能な担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、流路内に潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持するセンシングゴム組成物11と、センシングゴム組成物11に接触し、相互に非接触な複数の電極12、13とを備え、一の電極12と電極12とイオン化傾向が異なる他の電極13との電位差は、センシングゴム組成物11に力学的な負荷を与えられて変化する。【選択図】図1The present invention provides a rubber sensor that does not require electricity and can reduce shape restrictions, a sensing rubber composition including the same, and a tire. [Solution] A rubber sensor 10 for detecting a mechanical load includes a rubber material in which a carrier capable of supporting a deliquescent substance is distributed and a flow path is formed, and the deliquescent substance is dissolved in the flow path. A sensing rubber composition 11 that holds an electrolyte solution, and a plurality of electrodes 12 and 13 that are in contact with the sensing rubber composition 11 and not in contact with each other, and one electrode 12 and the other electrodes 12 have different ionization tendencies. The potential difference between the sensing rubber composition 11 and the electrode 13 changes as a mechanical load is applied to the sensing rubber composition 11. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、力学的な負荷を検出可能なゴムセンサ及びそれを構成するセンシングゴム組成物、並びに、タイヤに関する。 The present invention relates to a rubber sensor capable of detecting a mechanical load, a sensing rubber composition constituting the sensor, and a tire.

力学的な負荷の検出には、歪ゲージを用いたセンサや圧電素子を用いたセンサが使用される(特許文献1、2参照)。歪ゲージは検出対象物で生じる歪みを電気抵抗の変化として検出するもので、一般的に歪みの検出には歪みゲージを通電状態で保つ必要がある。
これに対し、圧電効果によって力学的な負荷を検出する圧電素子は圧電素子に対して外部から電圧を印加する必要がない。
A sensor using a strain gauge or a sensor using a piezoelectric element is used to detect a dynamic load (see Patent Documents 1 and 2). A strain gauge detects strain occurring in an object to be detected as a change in electrical resistance, and generally, to detect strain, it is necessary to keep the strain gauge in an energized state.
On the other hand, a piezoelectric element that detects a mechanical load using a piezoelectric effect does not require an external voltage to be applied to the piezoelectric element.

特開2018-21796号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-21796 特開2021-186238号公報JP2021-186238A

しかしながら、圧電素子は効率的に発電して力学的な負荷を安定的に検出できるようにするために形状が制限されるという課題がある。また、圧電素子及び歪みゲージは共に製造された形状で使用することが前提であり、使用現場の状況に応じて、例えば、圧電素子や歪みゲージを半分に切って使用することはできない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、通電が不要で形状の制限が低減されたゴムセンサ及びそれを構成するセンシングゴム組成物、並びに、タイヤを提供することを目的とする。
However, the piezoelectric element has a problem in that its shape is limited in order to efficiently generate electricity and stably detect a mechanical load. Furthermore, it is assumed that both the piezoelectric element and the strain gauge are used in the manufactured shape, and depending on the conditions at the site of use, for example, the piezoelectric element and the strain gauge cannot be used by cutting them in half.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a rubber sensor that does not require electricity and has reduced shape restrictions, a sensing rubber composition constituting the same, and a tire.

前記目的に沿う第1の発明に係るゴムセンサは、力学的な負荷を検出するゴムセンサであって、潮解性物質を担持可能で該潮解性物質を保持した担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、前記流路内に前記潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持するセンシングゴム組成物と、前記センシングゴム組成物に接触し、相互に非接触な複数の電極とを備え、一の前記電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の前記電極との電位差は、前記センシングゴム組成物に力学的な負荷を与えられて変化する。 A rubber sensor according to a first invention that meets the above object is a rubber sensor that detects a mechanical load, in which a carrier capable of supporting a deliquescent substance and holding the deliquescent substance is distributed to form a flow path. A sensing rubber composition having a rubber material and holding an electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved in the flow path, and a plurality of electrodes that are in contact with the sensing rubber composition and are not in contact with each other, The potential difference between one of the electrodes and another electrode having a different ionization tendency changes as a mechanical load is applied to the sensing rubber composition.

前記目的に沿う第2の発明に係るセンシングゴム組成物は、接触状態で取り付けられた複数の電極と共に、力学的な負荷を検出するゴムセンサを構成するセンシングゴム組成物であって、潮解性物質を担持可能で該潮解性物質を保持した担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、前記流路内に前記潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持し、力学的な負荷が与えられて、一の前記電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の前記電極との電位差を変化させる。 A sensing rubber composition according to a second invention in accordance with the above object is a sensing rubber composition that constitutes a rubber sensor for detecting a mechanical load together with a plurality of electrodes attached in contact with each other, and the sensing rubber composition comprises a deliquescent substance. It has a rubber material in which a carrier capable of supporting and holding the deliquescent substance is distributed and a flow path is formed, an electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved is held in the flow path, and a mechanical load is not applied. and changes the potential difference between one of the electrodes and another electrode having a different ionization tendency.

前記目的に沿う第3の発明に係るタイヤは、力学的な負荷を検出するゴムセンサを有するタイヤであって、前記ゴムセンサは、潮解性物質を担持可能で該潮解性物質を保持した担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、前記流路内に前記潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持するセンシングゴム組成物と、前記センシングゴム組成物に接触し、相互に非接触な複数の電極とを備え、一の前記電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の前記電極との電位差は、前記センシングゴム組成物に力学的な負荷を与えられて変化する。 A tire according to a third aspect of the invention in accordance with the above object is a tire having a rubber sensor for detecting a mechanical load, wherein the rubber sensor is capable of supporting a deliquescent substance and has a carrier holding the deliquescent substance distributed therein. , a sensing rubber composition having a rubber material in which a flow path is formed and holding an electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved in the flow path; The sensing rubber composition is provided with a plurality of electrodes, and the potential difference between one of the electrodes and another electrode having a different ionization tendency from that electrode changes as a mechanical load is applied to the sensing rubber composition.

前記目的に沿う第4の発明に係るタイヤは、接触状態で取り付けられた複数の電極と共に、力学的な負荷を検出するゴムセンサを構成するセンシングゴム組成物を有するタイヤであって、前記センシングゴム組成物は、潮解性物質を担持可能で該潮解性物質を保持した担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、前記流路内に前記潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持し、力学的な負荷が与えられて、一の前記電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の前記電極との電位差を変化させる。 A tire according to a fourth aspect of the invention in accordance with the above object is a tire having a sensing rubber composition constituting a rubber sensor for detecting a mechanical load together with a plurality of electrodes attached in contact with each other, wherein the sensing rubber composition The object has a rubber material capable of supporting a deliquescent substance, in which a carrier holding the deliquescent substance is distributed, and a channel is formed, and an electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved is held in the channel. However, a mechanical load is applied to change the potential difference between one of the electrodes and another electrode having a different ionization tendency from that electrode.

第1の発明に係るゴムセンサは、潮解性物質を担持可能な担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、流路内に潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持するセンシングゴム組成物と、センシングゴム組成物に接触し、相互に非接触な複数の電極とを備え、一の電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の電極との電位差が、センシングゴム組成物に力学的な負荷を与えられて変化するので、通電が不要で形状の制限が低減可能である。 The rubber sensor according to the first invention includes a rubber material in which a carrier capable of supporting a deliquescent substance is distributed and a flow path is formed, and the sensing rubber retains an electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved in the flow path. a composition, and a plurality of electrodes that are in contact with the sensing rubber composition and are not in contact with each other, and a potential difference between one electrode and another electrode having a different ionization tendency from the one electrode causes the sensing rubber composition to mechanically Since it changes when a load is applied to it, there is no need for energization and restrictions on shape can be reduced.

第2の発明に係るセンシングゴム組成物は、接触状態で取り付けられた複数の電極と共に、力学的な負荷を検出するゴムセンサを構成する組成物であって、潮解性物質を担持可能な担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、流路内に潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持し、力学的な負荷が与えられて、一の電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の電極との電位差を変化させるので、ゴムセンサを通電が不要で形状の制限が低減したものにできる。 The sensing rubber composition according to the second invention is a composition that constitutes a rubber sensor for detecting mechanical loads together with a plurality of electrodes attached in contact with each other, in which a carrier capable of supporting a deliquescent substance is distributed. The electrode has a rubber material in which a flow path is formed, holds an electrolyte solution in which a deliquescent substance is dissolved in the flow path, and when a mechanical load is applied, the ionization tendency is different from that of the first electrode. Since the potential difference with other electrodes is changed, the rubber sensor does not need to be energized and can be made with fewer restrictions on shape.

第3の発明に係るタイヤは、第1の発明に係るゴムセンサを有するので、通電が不要で形状の制限が低減可能なゴムセンサを具備することとなる。
第4の発明に係るタイヤは、第2の発明に係るセンシングゴム組成物を有するので、センシングゴム組成物が形状の制限が低減可能で通電が不要なゴムセンサを構成できる。
Since the tire according to the third invention includes the rubber sensor according to the first invention, it is equipped with a rubber sensor that does not require electricity and can reduce restrictions on shape.
Since the tire according to the fourth invention includes the sensing rubber composition according to the second invention, the sensing rubber composition can form a rubber sensor that can reduce restrictions on shape and does not require energization.

本発明の一実施の形態に係るゴムセンサの説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a rubber sensor according to an embodiment of the present invention. 力学的負荷実験で用いたゴムセンサの第1のサンプルの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a first sample of a rubber sensor used in a mechanical load experiment. 力学的負荷実験の計測結果を示す説明図である。It is an explanatory view showing measurement results of a mechanical load experiment. 力学的負荷実験の計測結果を示す説明図である。It is an explanatory view showing measurement results of a mechanical load experiment. 力学的負荷実験の計測結果を示す説明図である。It is an explanatory view showing measurement results of a mechanical load experiment. 力学的負荷実験の計測結果を示す説明図である。It is an explanatory view showing measurement results of a mechanical load experiment. 力学的負荷実験の計測結果を示す説明図である。It is an explanatory view showing measurement results of a mechanical load experiment. 力学的負荷実験の計測結果を示す説明図である。It is an explanatory view showing measurement results of a mechanical load experiment. 熱付与実験で用いたゴムセンサの第2のサンプルの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a second sample of the rubber sensor used in the heat application experiment. 第2のサンプルについての熱付与実験の計測結果を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing measurement results of a heat application experiment on a second sample. 第3のサンプルについての熱付与実験の計測結果を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing measurement results of a heat application experiment on a third sample. 第4のサンプルについての熱付与実験の計測結果を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing measurement results of a heat application experiment on a fourth sample. 電圧印加実験で用いたゴムセンサの第5のサンプルの説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a fifth sample of the rubber sensor used in the voltage application experiment. 電圧印加実験の計測結果を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing measurement results of a voltage application experiment. 電圧印加実験での第5のサンプルに対する電圧の印加位置を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the voltage application position for the fifth sample in a voltage application experiment. 電圧印加実験の計測結果を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing measurement results of a voltage application experiment. (A)、(B)は変形例に係るゴムセンサの説明図である。(A) and (B) are explanatory diagrams of a rubber sensor according to a modified example.

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係るゴムセンサ10は、潮解性物質を担持可能な担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、流路内に潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持するセンシングゴム組成物11と、センシングゴム組成物11に接触し、相互に非接触な複数の電極12、13とを備えて、力学的な負荷を検出するセンサである。以下、詳細に説明する。
Next, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the attached drawings to provide an understanding of the present invention.
As shown in FIG. 1, a rubber sensor 10 according to an embodiment of the present invention includes a rubber material in which a carrier capable of supporting a deliquescent substance is distributed and a flow path is formed, and a deliquescent material is formed in the flow path. A sensor for detecting a mechanical load, comprising a sensing rubber composition 11 holding an electrolyte solution in which a substance is dissolved, and a plurality of electrodes 12 and 13 that are in contact with the sensing rubber composition 11 and are not in contact with each other. be. This will be explained in detail below.

センシングゴム組成物11が具備するゴム材には特に限定がなく、ゴム材として、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロブレンゴム、アクリロニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム又はエピクロルヒドリンゴムを選択できる。 The rubber material included in the sensing rubber composition 11 is not particularly limited, and examples of the rubber material include natural rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, acrylonitrile rubber, butyl rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber, urethane rubber, and silicone. Rubber, fluororubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, acrylic rubber, isoprene rubber or epichlorohydrin rubber can be selected.

また、担体として、多孔質物質や中空物質を用いることができ、例えば、ゼオライト、珪藻土、シラスバルーン、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、シリカゲル、モンモリロナイト、カオリナイト、軽石、頁岩、メソポーラスシリカ、多孔質ポリマービーズ、黒鉛、セルロースナノファイバー、コルク及びγアルミナの群から選択される1種類の物質又は複数種類の物質を採用可能である。 In addition, porous materials or hollow materials can be used as the carrier, such as zeolite, diatomaceous earth, shirasu balloons, carbon black, carbon nanotubes, graphene, silica gel, montmorillonite, kaolinite, pumice, shale, mesoporous silica, porous One or more materials selected from the group of polymer beads, graphite, cellulose nanofibers, cork, and gamma alumina can be employed.

ゴム材に分布している担体は、硬化してゴム材となる未硬化(未加硫)のエラストマー(以下、単に「エラストマー」と言う)に、潮解性物質を担持した状態で混合されたものである。担体は混合処理によって未硬化のエラストマー中に万遍なく分布できるものであればよく、担体の大きさや形状は限定されない。例えば、平均粒径(レーザー回析・散乱法による計測)が10nm以上100μm以下の粒子状の担体を用いることができる。 The carrier distributed in the rubber material is a mixture of an uncured (unvulcanized) elastomer (hereinafter simply referred to as "elastomer") that becomes the rubber material when it hardens, with a deliquescent substance supported on it. It is. The carrier may be any carrier as long as it can be distributed evenly in the uncured elastomer by the mixing treatment, and the size and shape of the carrier are not limited. For example, a particulate carrier having an average particle diameter (measured by laser diffraction/scattering method) of 10 nm or more and 100 μm or less can be used.

本実施の形態では、潮解性物質として、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、ピロリン酸カリウム、過塩素酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、酢酸カリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、硝酸ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、リン酸、酸化クロム、硝酸鉄、塩化コバルト、塩化ニッケル、塩化銅、塩化亜鉛、ヨウ化亜鉛、塩化スズ、セレン酸、酢酸アンモニウム、ヨウ化リチウム、フッ化アンモニウム、ベンゼンスルホン酸、尿素及びチオシアン酸カリウムの群から選択される1種類の物質又は複数種類の物質を採用している。 In this embodiment, the deliquescent substances include calcium chloride, magnesium chloride, potassium pyrophosphate, magnesium perchlorate, calcium nitrate, magnesium nitrate, magnesium acetate, potassium acetate, potassium carbonate, sodium hydroxide, sodium nitrate, and iodide. Sodium, phosphoric acid, chromium oxide, iron nitrate, cobalt chloride, nickel chloride, copper chloride, zinc chloride, zinc iodide, tin chloride, selenic acid, ammonium acetate, lithium iodide, ammonium fluoride, benzenesulfonic acid, urea and One type of substance or multiple types of substances selected from the group of potassium thiocyanates are employed.

ゴム材には、表面及び内側に万遍なく流路が形成されている。本実施の形態では、ゴム材全体に流路が立体的に広がって形成されている。
流路は未硬化のエラストマーを硬化させてゴム材を得る過程でゴム材全体に網目状に形成される。また、潮解性物質に比べて蒸発温度が低い液体(ベンゼンやアセトン等の無極性溶媒が好ましい)を担体と共にエラストマーに混合し、エラストマーを硬化させる際に当該液体を蒸発させることによってゴム材への流路の形成を促進することができる。
The rubber material has channels formed evenly on its surface and inside. In this embodiment, the flow path is formed to extend three-dimensionally throughout the rubber material.
The channels are formed in a network throughout the rubber material during the process of curing the uncured elastomer to obtain the rubber material. In addition, by mixing a liquid (preferably a nonpolar solvent such as benzene or acetone) with a carrier and a liquid having a lower evaporation temperature than the deliquescent substance into the elastomer and evaporating the liquid when the elastomer is cured, it can be applied to the rubber material. Formation of a flow path can be promoted.

エラストマー及び担体を混合する際の混合条件の調整によってもゴム材への流路の形成を促進可能である。ここで、流路の形成を促進とは、エラストマーの硬化過程で形成される流路に対し、一の流路と他の流路を連通したり、流路を広げたり(直径を太くしたり、長さを長くしたり)することを意味する。
本実施の形態では、センシングゴム組成物11を一辺の長さ2mm(好ましくは1mm、更に好ましくは500μm)の立方体に分割した際、9割以上の立方体に流路が存在するように、流路がセンシングゴム組成物11に均一に分布している。
The formation of channels in the rubber material can also be promoted by adjusting the mixing conditions when mixing the elastomer and carrier. Here, promoting the formation of a flow path means connecting one flow path to another flow path, widening the flow path (increasing the diameter, etc.) with respect to the flow path formed during the curing process of the elastomer. , lengthening).
In this embodiment, when the sensing rubber composition 11 is divided into cubes each having a side length of 2 mm (preferably 1 mm, more preferably 500 μm), the flow channels are set so that the flow channels are present in 90% or more of the cubes. are uniformly distributed in the sensing rubber composition 11.

ゴム材の流路内に保持される電解質溶液は、潮解性物質が水分を含有する溶解液(水やエタノール水等)に溶解した溶液である。電解質溶液に含まれている水分は、潮解性物質を溶解液に溶解させた状態で担持した担体をエラストマーに混合することによってもたらさせるのに加え、ゴム材に分布している潮解性物質が空気中の水分(水蒸気)をゴム材に形成された流路を介して取り込んで溶解することによってももたらされる。 The electrolyte solution held in the flow path of the rubber material is a solution in which a deliquescent substance is dissolved in a solution containing water (water, ethanol water, etc.). The water contained in the electrolyte solution is brought about by mixing a carrier carrying a deliquescent substance dissolved in a solution into an elastomer, as well as by mixing the deliquescent substance distributed in the rubber material into a carrier. It is also produced by taking moisture (water vapor) in the air through channels formed in the rubber material and dissolving it.

なお、潮解性物質を溶解していない状態で担体に担持させてエラストマーに混合してもよく、その場合、電解質溶液に含まれている水分は、ゴム材に分布している潮解性物質が空気中の水分をゴム材に形成された流路を介して取り込むことによりもたらされる。本実施の形態において、センシングゴム組成物11は、1cmのセンシングゴム組成物11に対し溶解していない潮解性物質及び電解質溶液の合計が嵩容積で平均して0.15ml以上0.50ml以下(好ましくは、0.25ml以上0.35ml以下)含まれている。また、本実施の形態では、電解質溶液の導電率が1×10-3S/cm以上である。 Note that the deliquescent substance may be supported on a carrier in an undissolved state and mixed with the elastomer. In that case, the water contained in the electrolyte solution will be absorbed by the air from the deliquescent substance distributed in the rubber material. This is achieved by taking in the moisture inside through channels formed in the rubber material. In the present embodiment, the sensing rubber composition 11 has an average bulk volume of 0.15 ml or more and 0.50 ml or less of the undissolved deliquescent substance and electrolyte solution per 1 cm 3 of the sensing rubber composition 11. (preferably 0.25 ml or more and 0.35 ml or less). Further, in this embodiment, the conductivity of the electrolyte solution is 1×10 −3 S/cm or more.

センシングゴム組成物11は流路内に電解質溶液を保持している。従って、電極12、13をセンシングゴム組成物11に接触させることによって、電極12、13は流路内の電解質溶液に接触する。よって、ゴムセンサ10は、イオン化傾向が異なる電極12、13が相互に直接接触していない状態で電解質溶液に接触していることとなる。 The sensing rubber composition 11 holds an electrolyte solution within the channel. Therefore, by bringing the electrodes 12, 13 into contact with the sensing rubber composition 11, the electrodes 12, 13 come into contact with the electrolyte solution within the channel. Therefore, in the rubber sensor 10, the electrodes 12 and 13 having different ionization tendencies are in contact with the electrolyte solution without being in direct contact with each other.

本実施の形態では、電極12が電極13と比較してイオン化傾向が低く(イオンにならない場合も含む)、電極12は正極として機能し、電極13は負極として機能する。電極12、13の組み合わせとして、例えば、正極としての銅製の棒材と負極としてのアルミ製の棒材の組み合わせや、正極としての炭素製の棒材と負極としての鉄線に亜鉛メッキをほどこした棒材の組み合わせが挙げられる。電極12、13は棒状である必要はなく、例えば、フイルム状の電極を採用してもよい。 In this embodiment, the electrode 12 has a lower ionization tendency than the electrode 13 (including cases in which it does not become ions), and the electrode 12 functions as a positive electrode, and the electrode 13 functions as a negative electrode. Examples of the combination of electrodes 12 and 13 include a combination of a copper rod as a positive electrode and an aluminum rod as a negative electrode, or a carbon rod as a positive electrode and a zinc-plated iron wire as a negative electrode. Examples include combinations of materials. The electrodes 12 and 13 do not need to be rod-shaped; for example, film-shaped electrodes may be used.

正極としての電極及び負極としての電極の双方をフイルム状にする場合、3つのフイルム状のセンシングゴム組成物(以下、第1、第2、第3のセンシングゴム組成物とする)を用意し、正極としての電極を第1、第2のセンシングゴム組成物で挟み、負極としての電極を第2、第3のセンシングゴム組成物で挟んで、電極とセンシングゴム組成物の接触面積を大きくするようにしてもよい。 When both the electrode as a positive electrode and the electrode as a negative electrode are made into a film, three film-like sensing rubber compositions (hereinafter referred to as first, second, and third sensing rubber compositions) are prepared, The electrode as a positive electrode is sandwiched between the first and second sensing rubber compositions, and the electrode as a negative electrode is sandwiched between the second and third sensing rubber compositions to increase the contact area between the electrode and the sensing rubber composition. You can also do this.

本実施の形態では、図1に示すように、電極12、13を棒状に形成し、センシングゴム組成物11に電極12、13を差し込むことによって、電極12の電解質溶液に対する接触面積及び電極13の電解質溶液に対する接触面積を大きくしている。なお、電極12、13を差し込む位置や差し込む向きに制限はない。
ここで、電圧計を用いた実験的検証によって、ゴムセンサ10の電極12、13間に電位差(電圧)が生じていることを確認している。これは、負極である電極13から正極である電極12に向けて電子が移動し、ゴムセンサ10が電池として機能する(発電している)ことを意味する。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the electrodes 12 and 13 are formed into rod shapes, and by inserting the electrodes 12 and 13 into the sensing rubber composition 11, the contact area of the electrode 12 with the electrolyte solution and the contact area of the electrode 13 are changed. The contact area with the electrolyte solution is increased. Note that there are no restrictions on the position or direction in which the electrodes 12 and 13 are inserted.
Here, it has been confirmed through experimental verification using a voltmeter that a potential difference (voltage) is generated between the electrodes 12 and 13 of the rubber sensor 10. This means that electrons move from the negative electrode 13 to the positive electrode 12, and the rubber sensor 10 functions as a battery (generates electricity).

センシングゴム組成物11において、ゴム材の表面及び内側に分布している潮解性物質が空気中の水分を吸収可能な性質は、原則、永続することから、センシングゴム組成物11を通常の環境下(通常ではない環境、例えば、絶対湿度が1%以下の環境を除く)に晒している場合、流路内に電解質溶液を保持した状態は半永久的に継続される。そのため、ゴムセンサ10の発電機能は長期に渡って継続される。これに関し、実験的検証によって、製造から半年以上経過したゴムセンサ10において電極12、13に電位差が生じていることを確認した。 In the sensing rubber composition 11, the property of the deliquescent substance distributed on the surface and inside of the rubber material to absorb moisture in the air is, in principle, permanent; When exposed to an unusual environment (excluding an environment where the absolute humidity is 1% or less), the state in which the electrolyte solution is retained in the channel continues semi-permanently. Therefore, the power generation function of the rubber sensor 10 continues for a long period of time. Regarding this, it has been confirmed through experimental verification that a potential difference occurs between the electrodes 12 and 13 in the rubber sensor 10 that has been manufactured for more than half a year.

また、ゴムセンサ10は、センシングゴム組成物11への力学的な負荷の付与、センシングゴム組成物11への熱の付与、又は、センシングゴム組成物11への電圧の印加によって、イオン化傾向が異なる電極12、13の電位差が変化することを実験的検証によって確認した。従って、ゴムセンサ10は、センシングゴム組成物11に対しての力学的な負荷、熱の付与及び電圧の印加を電極12、13の電位差によって検出可能である。 Further, the rubber sensor 10 has an electrode whose ionization tendency changes depending on the application of a mechanical load to the sensing rubber composition 11, the application of heat to the sensing rubber composition 11, or the application of a voltage to the sensing rubber composition 11. It was confirmed through experimental verification that the potential difference between 12 and 13 changes. Therefore, the rubber sensor 10 can detect mechanical load, heat application, and voltage application to the sensing rubber composition 11 based on the potential difference between the electrodes 12 and 13.

更に、力学的な負荷が与えられるセンシングゴム組成物11の位置、熱が付与されるセンシングゴム組成物11の位置、又は、電圧が印加されるセンシングゴム組成物11の位置を変えることによって、電極12、13の電位差が変化することも実験的検証によって確認した。そのため、ゴムセンサ10を用いれば、センシングゴム組成物11に対し各種の物理的負荷が与えられた位置を検知できる。 Furthermore, by changing the position of the sensing rubber composition 11 to which a mechanical load is applied, the position of the sensing rubber composition 11 to which heat is applied, or the position of the sensing rubber composition 11 to which a voltage is applied, the electrode It was also confirmed through experimental verification that the potential difference between 12 and 13 changes. Therefore, by using the rubber sensor 10, it is possible to detect the position where various physical loads are applied to the sensing rubber composition 11.

ここまで説明したゴムセンサ10のセンシング機能及び発電機能は、センシングゴム組成物11がどのような形状でも出現する。これは、センシングゴム組成物11に潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持する流路が万遍なく形成されているためであり、センシングゴム組成物11を複数個の片に切り離しても個々の片がセンシングゴム組成物として機能し、個々の片にイオン化傾向が異なる複数の電極を接触させることで、複数のゴムセンサを作製可能である。 The sensing function and power generation function of the rubber sensor 10 described up to this point can be achieved regardless of the shape of the sensing rubber composition 11. This is because the channels for holding the electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved are uniformly formed in the sensing rubber composition 11, and even if the sensing rubber composition 11 is separated into multiple pieces, the individual A plurality of rubber sensors can be produced by having each piece function as a sensing rubber composition and contacting each piece with a plurality of electrodes having different ionization tendencies.

また、ゴムセンサ10が各種の物理的負荷(力学的負荷、熱の付与及び電圧の印加等)を安定して検出できるようにするという観点では、センシングゴム組成物11への物理的負荷の付与が電極12、13の電位差の変化に顕著に出現することが重要であり、それにはゴム材への導電性のフィラーの混合が好適である。これは、電極12(電極13についても同じ)とセンシングゴム組成物11の電気的な接触面積がフィラーを介することによって拡大するためであると考えられる。 Further, from the viewpoint of enabling the rubber sensor 10 to stably detect various physical loads (mechanical load, application of heat, application of voltage, etc.), it is important to apply physical loads to the sensing rubber composition 11. It is important that the potential difference between the electrodes 12 and 13 changes significantly, and for this purpose, it is suitable to mix a conductive filler into the rubber material. This is considered to be because the electrical contact area between the electrode 12 (the same applies to the electrode 13) and the sensing rubber composition 11 is expanded through the filler.

フィラーとして、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラファイト、ケッチェンブラック及び鉄粉等を採用可能である。ここで、ゴム材100質量%に対するフィラーの割合が0.5質量%未満であると電極間(正極と負極間)の電位差の変化の顕著化を安定して図ることができない。そのため、ゴム材100質量%に対するフィラーの割合は0.5質量%以上が好ましい。一方、ゴム材100質量%に対するフィラーの割合が大き過ぎる(カーボンナノチューブやケッチェンブラック等、導電性が高いフィラーの場合は、例えば10質量%を超える)と電解質溶液含有ゴム組成物が電気的に導電体の特性を有して、ゴムセンサのセンシング機能及び発電機能が損なわれるおそれがある。 As fillers, carbon nanotubes, graphene, carbon black, carbon nanofibers, carbon nanohorns, graphite, Ketjen black, iron powder, etc. can be employed. Here, if the ratio of the filler to 100% by mass of the rubber material is less than 0.5% by mass, it is not possible to stably make a change in the potential difference between the electrodes (between the positive electrode and the negative electrode) noticeable. Therefore, the ratio of the filler to 100% by mass of the rubber material is preferably 0.5% by mass or more. On the other hand, if the ratio of the filler to 100% by mass of the rubber material is too large (for example, more than 10% by mass in the case of highly conductive fillers such as carbon nanotubes and Ketjen black), the electrolyte solution-containing rubber composition may become electrically It has the characteristics of an electric conductor, and the sensing function and power generation function of the rubber sensor may be impaired.

また、本発明の一実施の形態に係るセンシングゴム組成物11は、センシングゴム組成物11に接触状態で取り付けられた複数の電極12、13と共に、力学的な負荷を検出するゴムセンサ10を構成する組成物であって、潮解性物質を担持可能な担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、流路内に潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持し、力学的な負荷が与えられて、一の電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の電極との電位差を変化させるものである。 Further, the sensing rubber composition 11 according to an embodiment of the present invention, together with the plurality of electrodes 12 and 13 attached in contact with the sensing rubber composition 11, constitutes the rubber sensor 10 that detects a mechanical load. The composition includes a rubber material in which a carrier capable of supporting a deliquescent substance is distributed and a flow path is formed, the electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved is held in the flow path, and a mechanical load is applied. is given to change the potential difference between one electrode and another electrode having a different ionization tendency from that electrode.

センシングゴム組成物11は以下の工程を経て製造できる。
第1工程:潮解性物質と水を混合した混合物を担体と共に容器内に投入して担体に混合物を担持させる。
第2工程:硬化剤及び無極性溶媒を添加した未硬化のエラストマーに混合物を担持した担体を投入して混合する。
第3工程:無極性溶媒及び担体が均一に分布したエラストマーを乾燥させて硬化させる。
Sensing rubber composition 11 can be manufactured through the following steps.
First step: A mixture of a deliquescent substance and water is put into a container together with a carrier, and the mixture is supported on the carrier.
Second step: A carrier carrying the mixture is added to an uncured elastomer to which a curing agent and a nonpolar solvent have been added and mixed.
Third step: The elastomer in which the nonpolar solvent and carrier are uniformly distributed is dried and cured.

無極性溶媒は第1工程で担体に担持された潮解性物質が第2工程での混合によって担体から離れてエラストマー中に流出するのを抑制する。更に、無極性溶媒は第3工程でのエラストマーの硬化の際に蒸発してエラストマーに流路を形成する。
また、第1工程及び第2工程までが完了したもの(第3工程を行っていないもの)を塗料として他の物体に塗布し、塗料を紫外線や熱によって硬化させて同物体にセンシングゴム組成物の層を形成することもできる。
The nonpolar solvent suppresses the deliquescent substance supported on the carrier in the first step from separating from the carrier and flowing into the elastomer by mixing in the second step. Further, the nonpolar solvent evaporates during curing of the elastomer in the third step, forming channels in the elastomer.
In addition, the material for which the first and second steps have been completed (the third step has not been performed) is applied as a paint to another object, the paint is cured by ultraviolet rays or heat, and the sensing rubber composition is applied to the same object. It is also possible to form a layer of

また、ここまで説明したゴムセンサを有するタイヤを設計することができる。当該タイヤはゴムセンサを有することによって、例えば、タイヤに過度な負荷が生じている箇所や負荷の大きさを検出可能となる。センシングゴム組成物のみを有するタイヤを設計し、電極をタイヤ外に設けるようにすることもできる。なお、ゴムセンサやセンシングゴム組成物は、タイヤ以外のゴム製品、例えば、免震ゴム、ホース、ベルト、ゴムクローラ、ゴム支承の構成品とすることもできる。 It is also possible to design a tire with the rubber sensor described so far. By including the rubber sensor in the tire, it becomes possible to detect, for example, a location where an excessive load is applied to the tire and the magnitude of the load. It is also possible to design a tire with only the sensing rubber composition and have the electrodes outside the tire. Note that the rubber sensor and the sensing rubber composition can also be used as components of rubber products other than tires, such as seismic isolation rubber, hoses, belts, rubber crawlers, and rubber bearings.

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。 Next, an experiment conducted to confirm the effects of the present invention will be described.

<力学的負荷実験>
電解質溶液としての塩化マグネシウム水溶液と担体としてのカーボンブラック(三菱ケミカル株式会社のMA100)を混合した添加剤を、シリコーン(信越化学工業株式会社のKE-26)に無極性溶媒(三協化学株式会社の塗料用シンナーA(s))を加えたものに添加して混合した後、導電性フィラーとしてのカーボンナノチューブ(三菱商事株式会社のDurobeads、シリコーンの5質量%に相当する量)を加え混合し乾燥させて、第1のセンシングゴム組成物21(図2参照)を形成した。
<Mechanical load experiment>
Additives made by mixing an aqueous magnesium chloride solution as an electrolyte solution and carbon black (MA100 from Mitsubishi Chemical Corporation) as a carrier are added to silicone (KE-26 from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) with a nonpolar solvent (Sankyo Chemical Co., Ltd.). Paint thinner A (s)) was added and mixed, and then carbon nanotubes (Durobeads from Mitsubishi Corporation, an amount equivalent to 5% by mass of silicone) as a conductive filler were added and mixed. It was dried to form a first sensing rubber composition 21 (see FIG. 2).

そして、第1のセンシングゴム組成物21に、図2に示すように、炭素製の棒材からなる2本の正極22、22a及び鉄線に亜鉛メッキをほどこした3本の負極23、23a、23bを差し込んで、ゴムセンサの第1のサンプル20を作製した。第1のセンシングゴム組成物21は縦が90mm、横が75mm、厚みが5mmの大きさであった。第1のサンプル20は、正極22、22aが第1のセンシングゴム組成物21の左側上部及び左側中央にそれぞれ5mm差し込まれ、負極23、23a、23bが第1のセンシングゴム組成物21の右側上部、右側中央及び右側下部にそれぞれ5mm差し込まれていた。 As shown in FIG. 2, the first sensing rubber composition 21 is coated with two positive electrodes 22, 22a made of carbon rods and three negative electrodes 23, 23a, 23b made of galvanized iron wire. was inserted to produce a first sample 20 of a rubber sensor. The first sensing rubber composition 21 had a length of 90 mm, a width of 75 mm, and a thickness of 5 mm. In the first sample 20, the positive electrodes 22, 22a are inserted 5 mm into the upper left side and the center left side of the first sensing rubber composition 21, and the negative electrodes 23, 23a, 23b are inserted into the upper right side of the first sensing rubber composition 21. , 5 mm each were inserted into the center right side and the lower right side.

図2に示すように、第1のサンプル20の数字を丸で囲んだ15箇所に対し、順次、直径5mmの円柱状の木製の棒材の長手方向一側を10N/mの力で押し付けて、正極22、22aから選択した一つの正極と負極23、23a、23bから選択した一つの負極の電位差を計測した。第1のサンプル20に対し棒材を押し付けた箇所(以下、「力付与箇所」とも言う)の縦のピッチ及び横のピッチはそれぞれ20mmであった。15個の力付与箇所を、電位差を計測した正極及び負極を結ぶ直線からの距離に応じて、A、B、C、Dの4つのグループに分けた。当該直線に最も近いグループをAグループとし、当該直線に2番目に近いグループをBグループとし、当該直線に3番目に近いグループをCグループとし、当該直線まで最も遠いグループをDグループとした。 As shown in Figure 2, one longitudinal side of a cylindrical wooden bar with a diameter of 5 mm is pressed with a force of 10 N/m 2 against the 15 locations of the first sample 20 with the numbers circled. Then, the potential difference between one positive electrode selected from the positive electrodes 22 and 22a and one negative electrode selected from the negative electrodes 23, 23a, and 23b was measured. The vertical and horizontal pitches of the locations where the bar material was pressed against the first sample 20 (hereinafter also referred to as "force application locations") were each 20 mm. The 15 force application locations were divided into four groups, A, B, C, and D, depending on the distance from the straight line connecting the positive and negative electrodes where the potential difference was measured. The group closest to the straight line was group A, the group second closest to the straight line was group B, the group third closest to the straight line was group C, and the group furthest to the straight line was group D.

正極22及び負極23の電位差の計測結果を図3に示し、正極22a及び負極23の電位差の計測結果を図4に示し、正極22及び負極23aの電位差の計測結果を図5に示し、正極22a及び負極23aの電位差の計測結果を図6に示し、正極22及び負極23bの電位差の計測結果を図7に示し、正極22a及び負極23bの電位差の計測結果を図8に示す。図3~図8において丸で囲まれた1から15の数字は15個の力付与箇所を意味する。図3~図8には、棒材を押し付けなかった際の電位差を基準値(0V)とし、押し付けた際の電位差の基準値に対する変化量が記されている。 The measurement results of the potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 are shown in FIG. 3, the measurement results of the potential difference between the positive electrode 22a and the negative electrode 23 are shown in FIG. 4, the measurement results of the potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23a are shown in FIG. FIG. 6 shows the measurement results of the potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23b, FIG. 7 shows the measurement result of the potential difference between the positive electrode 22a and the negative electrode 23b, and FIG. 8 shows the measurement result of the potential difference between the positive electrode 22a and the negative electrode 23b. In FIGS. 3 to 8, the encircled numbers 1 to 15 mean 15 force application points. In FIGS. 3 to 8, the potential difference when the bar is not pressed is taken as a reference value (0V), and the amount of change in the potential difference when the bar is pressed with respect to the reference value is shown.

図3~図8に示す計測結果より、基準位置に対する変化量は、Aグループが最も大きく、Bグループが2番目に大きく、Cグループが3番目に大きく、Dグループが最も小さくなる傾向があった。Aグループでは、正極又は負極に近い力付与箇所が正極及び負極の中間に位置する力付与箇所より基準位置に対する変化量が大きくなる傾向が確認された。 From the measurement results shown in Figures 3 to 8, the amount of change relative to the reference position tended to be the largest in group A, the second largest in group B, the third largest in group C, and the smallest in group D. . In Group A, it was confirmed that the amount of change from the reference position tended to be larger at the force applying point near the positive electrode or the negative electrode than at the force applying point located between the positive electrode and the negative electrode.

<熱付与実験>
第1のセンシングゴム組成物21の作製に使用した材料に対してカーボンナノチューブを削除した材料を用いて、図9に示すように、縦が90mm、横が90mm、厚みが5mmの大きさの第2のセンシングゴム組成物31を作製し、第2のセンシングゴム組成物31に正極22及び負極23(それぞれ力学的負荷の実験で用いたもの、以下同様)を差し込んで、ゴムセンサの第2のサンプル30を作製した。
<Heat application experiment>
Using a material in which the carbon nanotubes were removed from the material used to produce the first sensing rubber composition 21, a rubber tube measuring 90 mm in length, 90 mm in width, and 5 mm in thickness was prepared as shown in FIG. A second sensing rubber composition 31 of No. 2 is prepared, and a positive electrode 22 and a negative electrode 23 (each used in a mechanical load experiment, the same shall apply hereinafter) are inserted into the second sensing rubber composition 31 to prepare a second sample of a rubber sensor. 30 were produced.

第1のセンシングゴム組成物21の作製に使用した材料に対してカーボンナノチューブの割合のみをシリコーンの0.2質量%に変えて、縦が90mm、横が90mm、厚みが5mmの大きさの第3のセンシングゴム組成物を作製し、第3のセンシングゴム組成物に正極22及び負極23を差し込んで、ゴムセンサの第3のサンプルを作製した。
更に、第1のセンシングゴム組成物21の作製に使用した材料と同じ材料を用いて、縦が90mm、横が90mm、厚みが5mmの大きさの第4のセンシングゴム組成物を作製し、第4のセンシングゴム組成物に正極22及び負極23を差し込んで、ゴムセンサの第4のサンプルを作製した。
The proportion of carbon nanotubes in the material used to produce the first sensing rubber composition 21 was changed to 0.2% by mass of silicone, and the first sensing rubber composition 21 was made with a size of 90 mm in length, 90 mm in width, and 5 mm in thickness. The sensing rubber composition No. 3 was prepared, and the positive electrode 22 and the negative electrode 23 were inserted into the third sensing rubber composition to prepare a third sample of a rubber sensor.
Furthermore, a fourth sensing rubber composition having a size of 90 mm in length, 90 mm in width, and 5 mm in thickness was prepared using the same material as that used for preparing the first sensing rubber composition 21. A fourth sample of a rubber sensor was prepared by inserting the positive electrode 22 and the negative electrode 23 into the sensing rubber composition of No. 4.

第2のサンプル30は、図9に示すように、正極22が第2のセンシングゴム組成物31の右側上部に5mm差し込まれ、負極23が第2のセンシングゴム組成物31の右側下部に5mm差し込まれていた。これは、第3のサンプル及び第4のサンプルでも同じであった。 In the second sample 30, as shown in FIG. 9, the positive electrode 22 is inserted 5 mm into the upper right side of the second sensing rubber composition 31, and the negative electrode 23 is inserted 5 mm into the lower right side of the second sensing rubber composition 31. It was This was the same for the third and fourth samples.

まず、第2のサンプル30について、図9に示された第2のサンプル30上の1から3の数字を丸で囲んだ3箇所に、順次、約220℃(220℃±10℃)のコテを実質的に第2のサンプル30に圧力をかけないように接触させ、正極22及び負極23の電位差を計測した。計測結果を図10に示す。
図10の計測結果から、第2のサンプル30に対する熱の付与の位置が変わることによって正極22及び負極23の電位差が変化すること、及び、カーボンナノチューブを含まないゴムセンサであっても正極22及び負極23に電位差が生じることが確認された。
First, with respect to the second sample 30, a soldering iron at approximately 220°C (220°C ± 10°C) was applied to the three locations on which the numbers 1 to 3 are circled on the second sample 30 shown in FIG. was brought into contact with the second sample 30 without applying substantial pressure, and the potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 was measured. The measurement results are shown in FIG.
From the measurement results in FIG. 10, it is clear that the potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 changes as the position of applying heat to the second sample 30 changes, and that even if the rubber sensor does not contain carbon nanotubes, the positive electrode 22 and the negative electrode It was confirmed that a potential difference was generated at 23.

次に、第3のサンプル及び第4のサンプルそれぞれに対して、第2のサンプル30の3の数字を丸で囲んだ位置に相当する位置に、約220℃(220℃±10℃)のコテを実質的に圧力をかけないように接触させ、正極22及び負極23の電位差を計測した。第3のサンプルの計測結果及び第4のサンプルの計測結果を図11、図12にそれぞれ示す。 Next, for each of the third and fourth samples, heat a soldering iron at approximately 220°C (220°C ± 10°C) at the position corresponding to the circled position of the number 3 on the second sample 30. were brought into contact with each other without applying substantial pressure, and the potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 was measured. The measurement results of the third sample and the measurement results of the fourth sample are shown in FIGS. 11 and 12, respectively.

図11、図12の計測結果から、シリコーンゴムの0.2質量%のカーボンナノチューブを含む第3のサンプルでは電位差の増大開始からピークまでの時間が約315秒であったのに対し、シリコーンゴムの0.5質量%のカーボンナノチューブを含む第4のサンプルでは電位差の増大開始からピークまでの時間が約260秒であった。更に、第3のサンプルでは電位差の増大開始時の電位差と電位差がピーク時の電位差との差異が0.15Vであったのに対し、第4のサンプルでは当該2つの電位差の差異が0.26Vであった。 From the measurement results shown in Figures 11 and 12, the time from the start of increase in potential difference to the peak was approximately 315 seconds for the third sample containing 0.2% by mass of carbon nanotubes in the silicone rubber, whereas In the fourth sample containing 0.5% by mass of carbon nanotubes, the time from the start of increase in potential difference to the peak was about 260 seconds. Furthermore, in the third sample, the difference between the potential difference when the potential difference started to increase and the potential difference when the potential difference peaked was 0.15V, whereas in the fourth sample, the difference between the two potential differences was 0.26V. Met.

<電圧印加実験>
第1のセンシングゴム組成物21の作製に使用した材料と同じ材料を用いて、図13に示すように、縦が75mm、横が150mm、厚みが7mmの大きさの第5のセンシングゴム組成物41を作製し、第5のセンシングゴム組成物41の右側上部に正極22を5mm差込み、第5のセンシングゴム組成物41の右側下部に負極23を5mm差し込んで、ゴムセンサの第5のサンプル40を作製した。
<Voltage application experiment>
Using the same material as that used to produce the first sensing rubber composition 21, a fifth sensing rubber composition with dimensions of 75 mm in length, 150 mm in width, and 7 mm in thickness as shown in FIG. 13 was prepared. 41, the positive electrode 22 was inserted 5 mm into the upper right side of the fifth sensing rubber composition 41, the negative electrode 23 was inserted 5 mm into the lower right side of the fifth sensing rubber composition 41, and a fifth sample 40 of the rubber sensor was prepared. Created.

第5のサンプル40の表面に対し、図13に示された+を丸で囲んだ位置に直流電圧5Vを印加する印加装置の正極を接触させ、当該印加装置の負極の接触位置を順次変えて正極22及び負極23の電位差を計測した。印加装置の負極の接触位置は図13で1~59の数字を丸で囲んだ位置であった。計測結果を図14に示す。なお、図14において棒グラフに付した数字は、印加装置の負極の接触位置を意味する。
図14に示す計測結果より、第5のサンプル40に電圧を印加する箇所が変わることによって、正極22及び負極23の電位差が変化することが確認された。
The positive electrode of an application device that applies a DC voltage of 5 V is brought into contact with the surface of the fifth sample 40 at the position surrounded by the + shown in FIG. 13, and the contact position of the negative electrode of the application device is sequentially changed. The potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 was measured. The contact positions of the negative electrode of the application device were the positions where the numbers 1 to 59 were circled in FIG. The measurement results are shown in FIG. Note that the numbers attached to the bar graphs in FIG. 14 mean the contact positions of the negative electrode of the application device.
From the measurement results shown in FIG. 14, it was confirmed that the potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 changes by changing the location where voltage is applied to the fifth sample 40.

次に、第5のサンプル40の表面に対し、図15に示された+を丸で囲んだ位置に同印加装置の正極を接触させ、その印加装置の負極の接触位置を1~8の数字を丸で囲んだ8つの位置に順次変えて正極22及び負極23の電位差を計測した。計測結果を図16に示す。図16において棒グラフに付した数字は、印加装置の負極の接触位置を意味する。
図16に示す計測結果からも、第5のサンプル40に電圧を印加する箇所が変わることによって、正極22及び負極23の電位差が変化することが確認された。
Next, the positive electrode of the application device is brought into contact with the surface of the fifth sample 40 at the position surrounded by the + shown in FIG. The potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 was measured by sequentially changing to the eight positions circled. The measurement results are shown in FIG. The numbers attached to the bar graphs in FIG. 16 mean the contact positions of the negative electrode of the application device.
It was also confirmed from the measurement results shown in FIG. 16 that the potential difference between the positive electrode 22 and the negative electrode 23 changes by changing the location where voltage is applied to the fifth sample 40.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、センシングゴム組成物に導電性のフィラーを混合しなくてもよい。センシングゴム組成物に導電性のフィラーを混合する場合、ゴム材に対するフィラーの割合が0.5質量%未満であってもよいし、フィラーの種類によっては同割合が10質量%を超えてもよい。ゴムセンサはセンシングゴム組成物に熱が付与されてもイオン化傾向が異なる2つの電極の電位差が変化しなくてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and any changes in conditions that do not depart from the gist are within the scope of the present invention.
For example, a conductive filler may not be mixed into the sensing rubber composition. When mixing a conductive filler into the sensing rubber composition, the proportion of the filler to the rubber material may be less than 0.5% by mass, or depending on the type of filler, the proportion may exceed 10% by mass. . In the rubber sensor, even if heat is applied to the sensing rubber composition, the potential difference between two electrodes having different ionization tendencies does not need to change.

また、ゴムセンサは、電極とセンシングゴム組成物の接触面積を大きくすることによって、出力電流を増大することができる。図17(A)、(B)を参照して、電極51とセンシングゴム組成物52の接触面積を大きくしたゴムセンサ50について説明する。
ゴムセンサ50は、図17(A)、(B)に示すように、負極としての電極51及びセンシングゴム組成物52がそれぞれ帯状であり、正極としての電極53が棒状である。
Furthermore, the output current of the rubber sensor can be increased by increasing the contact area between the electrode and the sensing rubber composition. A rubber sensor 50 in which the contact area between the electrode 51 and the sensing rubber composition 52 is increased will be described with reference to FIGS. 17(A) and 17(B).
In the rubber sensor 50, as shown in FIGS. 17A and 17B, an electrode 51 as a negative electrode and a sensing rubber composition 52 are each shaped like a band, and an electrode 53 as a positive electrode is shaped like a rod.

センシングゴム組成物52は電極51より長い。ゴムセンサ50は、電極51全体の一側の面とセンシングゴム組成物52の一部の一側の面とが面接触した状態で巻かれた円柱状物によって発電機能強化部54が形成され、発電機能強化部54を構成するセンシングゴム組成物52の領域を除く領域によって板状のセンサ機能部55が形成されている。電極53は発電機能強化部54の軸心を貫通して、センシングゴム組成物52に接触している。電極51と電極53とは非接触である。 Sensing rubber composition 52 is longer than electrode 51. In the rubber sensor 50, the power generation function enhancing part 54 is formed by a cylindrical object wound with one side surface of the whole electrode 51 and one side surface of a part of the sensing rubber composition 52 in surface contact, and the power generation function strengthening part 54 is formed. A plate-shaped sensor function section 55 is formed by an area excluding the area of the sensing rubber composition 52 that constitutes the function reinforcement section 54 . The electrode 53 passes through the axis of the power generation function enhancing portion 54 and is in contact with the sensing rubber composition 52 . Electrode 51 and electrode 53 are not in contact with each other.

発電機能強化部54は電極51とセンシングゴム組成物52の接触面積が大きいことから、出力電流の増大に寄与できる。センサ機能部55は発電機能強化部54に比べて、発電機能への寄与が小さく、物理的負荷が与えられる部分としての利用に好適である。
発電機能強化部54は図示しない絶縁性のケースに収容することによって、円柱状が維持される。ケースに、電極53が貫通する貫通孔とセンシングゴム組成物52のセンサ機能部55をケース外に突出させるための貫通孔とを形成すれば、ゴムセンサ50は外部に電圧及び電流を印加可能となる。電極51として、例えば、アルミ箔を採用でき、電極53として、例えば、炭素製の棒材を採用できる。
Since the power generation function enhancing portion 54 has a large contact area between the electrode 51 and the sensing rubber composition 52, it can contribute to increasing the output current. The sensor function section 55 has a smaller contribution to the power generation function than the power generation function enhancement section 54, and is suitable for use as a section to which a physical load is applied.
The power generation function enhancing section 54 is kept in a cylindrical shape by being housed in an insulating case (not shown). If a through hole through which the electrode 53 passes and a through hole through which the sensor function part 55 of the sensing rubber composition 52 protrudes outside the case are formed in the case, the rubber sensor 50 becomes capable of applying voltage and current to the outside. . As the electrode 51, for example, aluminum foil can be used, and as the electrode 53, for example, a carbon bar can be used.

ゴムセンサの出力電流の増加に対しては、負極としての電極とセンシングゴム組成物の接触面積の増大だけではなく、正極としての電極とセンシングゴム組成物の接触面積の増大も寄与できることは言うまでもない。例えば、それぞれ帯状の2つの電極及びそれぞれ帯状の2つのセンシングゴム組成物を用意し、一方の電極、一方のセンシングゴム組成物、他方の電極及び他方のセンシングゴム組成物を順に重ねて巻くことによって、双方の電極のセンシングゴム組成物に対する接触面積の増大を図ることが可能となる。また、正極としての帯状の電極、帯状のセンシングゴム組成物、負極としての帯状の電極及び帯状のセンシングゴム組成物を順に面接触させたものを複数組、重ね合わせるようにしてもよく、その場合、正極としての電極及び負極としての電極はそれぞれ複数個存在することになる。 Needless to say, an increase in the output current of a rubber sensor can be contributed not only by increasing the contact area between the negative electrode and the sensing rubber composition, but also by increasing the contact area between the positive electrode and the sensing rubber composition. For example, by preparing two strip-shaped electrodes and two strip-shaped sensing rubber compositions, and winding one electrode, one sensing rubber composition, the other electrode, and the other sensing rubber composition in this order. , it becomes possible to increase the contact area of both electrodes with the sensing rubber composition. Furthermore, a plurality of sets of a strip-shaped electrode as a positive electrode, a strip-shaped sensing rubber composition, a strip-shaped electrode as a negative electrode, and a strip-shaped sensing rubber composition in order of surface contact may be stacked together. , there are a plurality of electrodes each serving as a positive electrode and a plurality of electrodes serving as a negative electrode.

10:ゴムセンサ、11:センシングゴム組成物、12、13:電極、20:第1のサンプル、21:第1のセンシングゴム組成物、22、22a:正極、23、23a、23b:負極、30:第2のサンプル、31:第2のセンシングゴム組成物、40:第5のサンプル、41:第5のセンシングゴム組成物、50:ゴムセンサ、51:電極、52:センシングゴム組成物、53:電極、54:発電機能強化部、55:センサ機能部 10: Rubber sensor, 11: Sensing rubber composition, 12, 13: Electrode, 20: First sample, 21: First sensing rubber composition, 22, 22a: Positive electrode, 23, 23a, 23b: Negative electrode, 30: Second sample, 31: Second sensing rubber composition, 40: Fifth sample, 41: Fifth sensing rubber composition, 50: Rubber sensor, 51: Electrode, 52: Sensing rubber composition, 53: Electrode , 54: Power generation function enhancement section, 55: Sensor function section

Claims (10)

力学的な負荷を検出するゴムセンサであって、
潮解性物質を担持可能で該潮解性物質を保持した担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、前記流路内に前記潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持するセンシングゴム組成物と、
前記センシングゴム組成物に接触し、相互に非接触な複数の電極とを備え、
一の前記電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の前記電極との電位差は、前記センシングゴム組成物に力学的な負荷を与えられて変化することを特徴とするゴムセンサ。
A rubber sensor that detects mechanical loads,
A sensing rubber that is capable of supporting a deliquescent substance, has a rubber material in which a carrier holding the deliquescent substance is distributed, and has a flow path formed therein, and holds an electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved in the flow path. a composition;
comprising a plurality of electrodes that are in contact with the sensing rubber composition and are not in contact with each other,
A rubber sensor characterized in that a potential difference between one of the electrodes and another electrode having a different ionization tendency from that electrode changes as a mechanical load is applied to the sensing rubber composition.
請求項1記載のゴムセンサにおいて、前記ゴム材に導電性のフィラーが混合されていることを特徴とするゴムセンサ。 2. The rubber sensor according to claim 1, wherein the rubber material is mixed with a conductive filler. 請求項2記載のゴムセンサにおいて、前記ゴム材100質量%に対する前記フィラーの割合は、0.5質量%以上であることを特徴とするゴムセンサ。 3. The rubber sensor according to claim 2, wherein a ratio of the filler to 100% by mass of the rubber material is 0.5% by mass or more. 請求項1記載のゴムセンサにおいて、前記一の電極と前記他の電極との電位差は、前記センシングゴム組成物への熱の付与によっても変化することを特徴とするゴムセンサ。 2. The rubber sensor according to claim 1, wherein the potential difference between the one electrode and the other electrode changes also by application of heat to the sensing rubber composition. 接触状態で取り付けられた複数の電極と共に、力学的な負荷を検出するゴムセンサを構成するセンシングゴム組成物であって、
潮解性物質を担持可能で該潮解性物質を保持した担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、前記流路内に前記潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持し、力学的な負荷が与えられて、一の前記電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の前記電極との電位差を変化させることを特徴とするセンシングゴム組成物。
A sensing rubber composition constituting a rubber sensor for detecting mechanical loads together with a plurality of electrodes attached in contact, the composition comprising:
A carrier capable of supporting a deliquescent substance and holding the deliquescent substance is distributed thereon, and has a rubber material in which a flow path is formed, and an electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved is held in the flow path. 1. A sensing rubber composition characterized in that a potential difference between one of the electrodes and another electrode having a different ionization tendency from that of the electrode is changed when a load is applied to the sensing rubber composition.
請求項5記載のセンシングゴム組成物において、前記ゴム材に導電性のフィラーが混合されていることを特徴とするセンシングゴム組成物。 6. The sensing rubber composition according to claim 5, wherein a conductive filler is mixed in the rubber material. 請求項6記載のセンシングゴム組成物において、前記ゴム材100質量%に対する前記フィラーの割合は、0.5質量%以上であることを特徴とするセンシングゴム組成物。 7. The sensing rubber composition according to claim 6, wherein the proportion of the filler based on 100% by mass of the rubber material is 0.5% by mass or more. 請求項5記載のセンシングゴム組成物において、熱が付与されても、前記一の電極と前記他の電極との電位差を変化させることを特徴とするセンシングゴム組成物。 6. The sensing rubber composition according to claim 5, wherein the sensing rubber composition changes the potential difference between the one electrode and the other electrode even when heat is applied. 力学的な負荷を検出するゴムセンサを有するタイヤであって、
前記ゴムセンサは、潮解性物質を担持可能で該潮解性物質を保持した担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、前記流路内に前記潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持するセンシングゴム組成物と、前記センシングゴム組成物に接触し、相互に非接触な複数の電極とを備え、一の前記電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の前記電極との電位差は、前記センシングゴム組成物に力学的な負荷を与えられて変化することを特徴とするタイヤ。
A tire having a rubber sensor that detects a mechanical load,
The rubber sensor includes a rubber material capable of supporting a deliquescent substance, in which a carrier holding the deliquescent substance is distributed , and a flow path is formed, and an electrolyte solution in which the deliquescent substance is dissolved is contained in the flow path. comprising a sensing rubber composition to be held, and a plurality of electrodes that are in contact with the sensing rubber composition but not in contact with each other, and the potential difference between one of the electrodes and the other electrodes having a different ionization tendency from that electrode is: A tire characterized in that the sensing rubber composition changes when a mechanical load is applied to it.
接触状態で取り付けられた複数の電極と共に、力学的な負荷を検出するゴムセンサを構成するセンシングゴム組成物を有するタイヤであって、
前記センシングゴム組成物は、潮解性物質を担持可能で該潮解性物質を保持した担体が分布し、流路が形成されたゴム材を有し、前記流路内に前記潮解性物質が溶解した電解質溶液を保持し、力学的な負荷が与えられて、一の前記電極と該電極とイオン化傾向が異なる他の前記電極との電位差を変化させることを特徴とするタイヤ。
A tire having a sensing rubber composition constituting a rubber sensor for detecting mechanical loads together with a plurality of electrodes attached in contact, the tire comprising:
The sensing rubber composition has a rubber material capable of supporting a deliquescent substance, in which a carrier holding the deliquescent substance is distributed and a channel is formed, and the deliquescent substance is dissolved in the channel. 1. A tire that holds an electrolyte solution and changes the potential difference between one of the electrodes and another electrode having a different ionization tendency by applying a mechanical load.
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