JP2002031503A - 弾性歪みセンサ - Google Patents

弾性歪みセンサ

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JP2002031503A
JP2002031503A JP2000214809A JP2000214809A JP2002031503A JP 2002031503 A JP2002031503 A JP 2002031503A JP 2000214809 A JP2000214809 A JP 2000214809A JP 2000214809 A JP2000214809 A JP 2000214809A JP 2002031503 A JP2002031503 A JP 2002031503A
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conductive
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Hiroyuki Hiruta
弘幸 蛭田
Shigeaki Kuroiwa
重昭 黒岩
Hisanobu Kai
久順 甲斐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 衝撃に強く、全ての方向の荷重に対する測定
が可能な弾性歪みセンサを提供する。 【解決手段】 弾性歪みセンサ1は、シリコンゴムを円
柱状に形成してなる非導電性弾性ブロック体2と、この
弾性ブロック体2の中央を貫通するように弾性ブロック
体2と一体形成された検出部3とを備えて構成されてい
る。検出部3は、シリコンゴムのベース4の上に導電性
塗料を帯状に塗布して導電膜5を形成し、更に両端のリ
ード部6,7を除いて導電膜5をシリコンゴムのカバー
8で覆ったものである。検出部3は、導電膜5も含めて
その中央部が細く、両端部が太く形成され、中央部が弾
性ブロック体2の中央に、その軸心方向と直交する方向
に埋設されている。歪みセンサ1が外力を受けて圧縮歪
みを生じた場合、この変形は、検出部3の中央部では、
引っ張り歪みに変換されるので、これによる抵抗変化を
測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサ、衝撃
センサ等に適用されて好適の弾性歪みセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、外部から与えられた荷重を連
続的に測定するためのセンサとしてロードセルが知られ
ている。このロードセルは、圧電結晶に加えられた圧力
を、結晶を横切る方向の電圧値によって測定するもので
あるが、衝撃に弱く、測定可能な荷重方向が固定的に決
まってしまうという問題がある。一方、歪みセンサとし
ては、カーボン含有の導電性塗料をシリコンゴムベース
上に形成して、シリコンゴムベースの伸縮によって導電
性塗料の抵抗値の変化を検出する柔軟歪みセンサが提案
されている(「導電性塗料を用いた柔軟歪みセンサの試
作」;堂田他,日本機械学会第74期通常総会講演会講
演論文集(IV)),p132〜133)。この柔軟歪
みセンサは、構成要素が弾性体であるため、衝撃に強い
という利点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の柔軟歪みセンサにおいても、引っ張り方向にし
か測定ができないため、測定可能な荷重方向が一意的に
決まってしまい、他の方向の測定を行うためには、荷重
方向の変更を行うための機構部品を追加する必要があ
り、構成が複雑になるという問題があった。
【0004】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たもので、上述した柔軟歪みセンサに更に改良を加える
ことにより、衝撃に強く、全ての方向の荷重に対する測
定が可能な弾性歪みセンサを提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る弾性歪みセ
ンサは、弾性体ベースに導電性塗料を塗布して形成され
伸縮によって両端の抵抗値が変化する検出部と、この検
出部と一体に形成されて、加えられた歪みを前記検出部
の伸縮方向の歪みに変換する非導電性弾性ブロック体と
を備えたことを特徴とする。
【0006】本発明に係る弾性歪みセンサは、また、所
定の体積を持った任意形状の非導電性弾性ブロック体の
任意の断面又は表面に、導電性塗料で任意のパターンの
検出部を形成し、前記非導電性弾性ブロック体に加えら
れた歪みを前記検出部で検出するようにしたことを特徴
とする。
【0007】本発明によれば、非導電性弾性ブロック体
に圧力や衝撃が加えられると、非導電性弾性ブロック体
が歪み、この歪みが弾性ブロック体と一体に形成された
検出部にも伝えられるので、検出部で抵抗変化が発生
し、これにより外部からの圧力や衝撃を検出することが
できる。本発明によれば、センサ全体が弾性体であるか
ら衝撃に強く、また弾性ブロック体は、どのような方向
から圧力や衝撃が加えられてもそれによる歪みを検出部
で検出することができるので、全方位の圧力及び衝撃を
連続的な測定値として検出することができる。
【0008】なお、前記検出部は、例えばシリコンゴ
ム、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、エ
ラストマ又はウレタンからなる弾性体ベースにカーボ
ン、銀粉又はこれらの混合物を分散させた導電性塗料を
塗布してなり、前記非導電性弾性ブロック体は、例えば
シリコンゴム、NBR、エラストマ又はウレタン等の弾
性体からなる。また、前記非導電性弾性ブロック体は、
円柱体、球状体、角柱体等、種々の形状を取り得る。前
記検出部は、例えば円柱体等のブロック体の中央を貫通
する、又はその外周に巻回された、両端に信号検出用の
リードが形成された帯状体である。即ち、検出部は、ブ
ロック体の任意の断面又は表面に任意パターンで形成さ
れたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施例を参照
して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の一実
施例に係る弾性歪みセンサの外観を示す斜視図であるこ
の弾性歪みセンサ1は、シリコンゴムを円柱状に形成し
てなる非導電性弾性ブロック体2と、この弾性ブロック
体2の中央を貫通するように弾性ブロック体2と一体形
成された検出部3とを備えて構成されている。検出部3
は、例えばシリコンゴムのベース4の上にカーボン含有
の導電性塗料(例えば藤倉化成(株)製「DOTITE RA-
3)を帯状に塗布して導電膜5を形成し、更に両端のリ
ード部6,7を除いて導電膜5をシリコンゴムのカバー
8で覆ったものである。検出部3は、導電膜5も含めて
その中央部が細く、両端部が太く形成されている。そし
て、中央部が弾性ブロック体2の中央に、その軸心方向
と直交する方向に埋設されるように弾性ブロック体2が
モールド成形されている。検出部3の中央部を他の部分
よりも細くして弾性ブロック体2の中に埋設することに
より、検出すべき箇所(中央部)での抵抗変化を支配的
にさせることができる。
【0010】図2は、この歪みセンサ1が外力を受けて
歪んだときの様子を通常状態と比較して示している。同
図(a)の通常状態から、同図(b)のように弾性ブロ
ック体2が軸方向に圧力を受けて高さhからh′に圧縮
歪みを生じた場合、この変形は、検出部3の中央部で
は、径が膨らんで幅wからw′への引っ張り歪みに変換
される。同様に、弾性ブロック体2が軸方向及び検出部
3の延びる方向に対して直交する方向に圧力を受けて圧
縮歪みを生じた場合でも、検出部3の中央部には引っ張
り歪みとして作用する。
【0011】このように、検出部3の中央部に引っ張り
歪みが生じると、塗料中のカーボンの密度が低くなり、
電気抵抗が大きくなるので、この抵抗変化を検出するこ
とにより歪みセンサ1の歪みの大きさを検出することが
できる。図3は、この歪みセンサ1に適用される検出回
路の一例を示す回路図である。この検出回路は、直流電
源11の正極及び負極間に固定抵抗12と本歪みセンサ
1の検出部3とを直列に接続し、検出部3の両端の電圧
を電圧計13で測定する回路である。この回路によれ
ば、歪みセンサ1に荷重が加わることにより変化する検
出部3の抵抗値は、検出部3の両端電圧の連続的な変化
として検出される。
【0012】図4は、本発明の更に他の実施例を示す図
である。この弾性歪みセンサ21は、円柱状の非導電性
弾性ブロック体22の軸方向中央部の外周に帯状の検出
部23の中央部を巻回したものである。この実施例によ
れば、検出部23の弾性ブロック体22と一体化される
部分の長さを先の実施例よりも長くすることができるの
で、弾性ブロック体22の圧縮歪みに対する検出部23
の引っ張り歪みへの変換効率が高く、更に高精度の検出
が可能になる。
【0013】図5は、上述した実施例に係る弾性歪みセ
ンサ1,21に実際に荷重を加えて検出部3,23の抵
抗値変化を測定したグラフである。同図において、A,
B,C,Dは、それぞれ次のような弾性歪みセンサを使
用したときの測定値を示している。
【0014】
【表1】
【0015】図示のように、いずれのセンサも荷重に対
する高い抵抗値変化を示し、特にDで示す図4のセンサ
では、高い検出精度を示していることが分かる。
【0016】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば図6(a)に示す弾性歪みセン
サ31は、球状の非導電性弾性ブロック体32の中央部
に検出部33を一体に形成した例であり、同図(b)に
示す弾性歪みセンサ41は、立方体状の非導電性弾性ブ
ロック体42の中央部に検出部43を一体形成した例で
ある。このように、弾性ブロック体の形状は使用目的に
応じて任意の形状とすることができる。
【0017】また、検出部の形状は、上述したものに限
定されず、弾性ブロック体の任意の断面又は表面に任意
のパターンで形成することができる。例えば、図7に示
す弾性歪みセンサ51は、円柱状の非導電性弾性ブロッ
ク体52の軸方向中央部に断面に、検出部53としてリ
ング状のパターンを形成した例である。このようなパタ
ーンとすることにより、検出部のトータル的な長さを長
くして、検出精度を更に高めることができる。
【0018】また、これら弾性ブロック体としては、シ
リコンゴムの他に、NBR(アクリロニトリル−ブタジ
エンゴム)、エラストマ、ウレタン等の弾性体を使用す
ることもできる。更に、導電性塗料としては、カーボン
含有の塗料の他に、銀粉を含有したもの、又はカーボン
と銀粉の混合物を分散させたもの等を使用しても良い。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、非導
電性弾性ブロック体に加えられた圧力や衝撃が検出部へ
の伸縮方向の歪みに変換され、検出部で抵抗変化が発生
し、これにより外部からの圧力や衝撃を検出することが
できる。そして、本発明によれば、センサ全体が弾性体
であるから衝撃に強く、また弾性ブロック体は、どのよ
うな方向から圧力や衝撃が加えられてもそれによる歪み
を検出部で検出することができるので、全方位の圧力及
び衝撃を連続的な測定値として検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る弾性歪みセンサの外
観斜視図である。
【図2】 同センサの通常状態と荷重印加状態での側面
図である。
【図3】 同センサに適用される検出回路の回路図であ
る。
【図4】 本発明の他の実施例に係る弾性歪みセンサの
外観斜視図である。
【図5】 本発明のセンサの荷重−抵抗値特性を示すグ
ラフである。
【図6】 本発明の更に他の実施例に係る弾性歪みセン
サの外観斜視図である。
【図7】 本発明の更に他の実施例に係る弾性歪みセン
サの縦断面図及び横断面図である。
【符号の説明】
1,21,31,41,51…弾性歪みセンサ、2,2
2,32,42,52…非導電性弾性ブロック体、3,
23,33,43,53…検出部、4…ベース、5…導
電膜、6,7…リード部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甲斐 久順 神奈川県大和市鶴間1丁目11番3号 ヴェ ルドミール1−102 Fターム(参考) 2F051 AB07 BA00 2F055 AA40 BB20 CC11 DD11 EE11 FF49 GG11 2F063 AA25 CA40 DA02 DA05 DD02 EC03 EC07 EC13 EC14 EC21 KA01 2F077 AA00 EE07 VV01 VV33

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性体ベースに導電性塗料を塗布して形
    成され伸縮によって両端の抵抗値が変化する検出部と、 この検出部と一体に形成されて、加えられた歪みを前記
    検出部の伸縮方向の歪みに変換する非導電性弾性ブロッ
    ク体とを備えたことを特徴とする弾性歪みセンサ。
  2. 【請求項2】 前記検出部は、シリコンゴム、NBR
    (アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、エラストマ又
    はウレタンからなる弾性体ベースにカーボン、銀粉又は
    これらの混合物を分散させた導電性塗料を塗布してな
    り、 前記非導電性弾性ブロック体は、シリコンゴム、NB
    R、エラストマ又はウレタン等の弾性体からなることを
    特徴とする請求項1記載の弾性歪みセンサ。
  3. 【請求項3】 前記非導電性弾性ブロック体は円柱体で
    あり、 前記検出部は、前記円柱体の中央を中心軸と直交する方
    向に貫通し、両端に信号検出用のリードが形成された帯
    状体であることを特徴とする請求項1又は2記載の弾性
    歪みセンサ。
  4. 【請求項4】 前記非導電性弾性ブロック体は円柱体で
    あり、 前記検出部は、前記円柱体の中央部外周に巻回されて、
    両端に信号検出用のリードが形成された帯状体であるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の弾性歪みセンサ。
  5. 【請求項5】 前記非導電性弾性ブロック体は、球状体
    であることを特徴とする請求項1又は2記載の弾性歪み
    センサ。
  6. 【請求項6】 前記非導電性弾性ブロック体は、角柱体
    であることを特徴とする請求項1又は2記載の弾性歪み
    センサ。
  7. 【請求項7】 所定の体積を持った任意形状の非導電性
    弾性ブロック体の任意の断面又は表面に、導電性塗料で
    任意のパターンの検出部を形成し、前記非導電性弾性ブ
    ロック体に加えられた歪みを前記検出部で検出するよう
    にした弾性歪みセンサ。
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