JP2009198483A - Sensor thin film, manufacturing method thereof and deformation sensor - Google Patents

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Takenori Saito
雄紀 齋藤
Tomonori Hayakawa
知範 早川
Kazunobu Hashimoto
和信 橋本
Ichinosuke Maeda
一之助 前田
Ayumi Kida
歩 來田
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Sumitomo Riko Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a sensor thin film capable of detecting deformation of a member or a region or a load given thereto, from a sensor forming material made into coating, and a deformation sensor using the sensor thin film thus obtained. <P>SOLUTION: The sensor thin film 21 is manufactured by the method wherein the sensor coating prepared by dispersing a spherical electroconductive filler in a liquid resin material constituted mainly of a pre-cure resin of a thermosetting resin is applied on the surface of a base 20 and dried. The sensor thin film 21 thus manufactured includes the thermosetting resin and the electroconductive filler which is compounded in the thermosetting resin in a state of almost single particles and in a high filling rate. The thin film is elastically deformable and the electric resistance increases as the amount of elastic deformation increases. The deformation sensor 2 includes the base 20, the sensor thin film 21 disposed on the surface of the base 20 and electrodes 22a and 22b which are connected to the sensor thin film 21 and capable of outputting the electric resistance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、部材の変形等を検出可能なセンサに用いられるセンサ薄膜、その製造方法、および変形センサに関する。   The present invention relates to a sensor thin film used for a sensor capable of detecting deformation or the like of a member, a manufacturing method thereof, and a deformation sensor.

例えば、部材の変形や部材に作用する荷重の大きさ、分布を検出する手段として、感圧導電性樹脂や感圧導電性エラストマーを用いたセンサが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。感圧導電性樹脂等は、母材となる樹脂やエラストマー中に導電性フィラーを分散させて構成されている。感圧導電性樹脂等は、変形すると電気抵抗が減少するという特性を有する。つまり、変形前は、導電性フィラー同士が離れているため電気抵抗が大きい。圧縮等により変形すると、導電性フィラー同士が接触して一次元的な導電パスが形成されるため、電気抵抗が減少する。
特開平5−9300号公報 特開平11−251112号公報 特開2003−4552号公報
For example, sensors using pressure-sensitive conductive resins or pressure-sensitive conductive elastomers have been proposed as means for detecting deformation or deformation of members and the magnitude and distribution of loads acting on the members (for example, Patent Documents 1 to 3). reference). The pressure-sensitive conductive resin or the like is configured by dispersing a conductive filler in a resin or elastomer as a base material. A pressure-sensitive conductive resin or the like has a characteristic that electric resistance decreases when it is deformed. That is, before deformation, the electrical resistance is large because the conductive fillers are separated from each other. When deformed by compression or the like, the conductive fillers come into contact with each other to form a one-dimensional conductive path, so that the electric resistance is reduced.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-9300 Japanese Patent Laid-Open No. 11-251112 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-4552

上記特許文献に記載されているように、従来のセンサでは、変形時に導電性フィラーが接触して導通し電気抵抗が減少することを利用して、変形を検出している。したがって、圧縮等により、導電性フィラーがある程度の接触状態になると、電気抵抗の変化が小さくなる。このため、測定レンジが狭い。また、導電性フィラーの配合割合等によって、感度が大きく異なる。   As described in the above-mentioned patent document, the conventional sensor detects the deformation by utilizing the fact that the conductive filler contacts and conducts at the time of deformation and the electric resistance decreases. Therefore, when the conductive filler is brought into a certain contact state due to compression or the like, the change in electric resistance becomes small. For this reason, the measurement range is narrow. Further, the sensitivity varies greatly depending on the blending ratio of the conductive filler and the like.

これに対して、本発明者は、弾性変形可能であって弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するという、極めて特異なセンサ材料を開発した。開発したセンサ材料は、母材のエラストマー中に球状の導電性フィラーが所定の状態で充填されてなる。このセンサ材料では、荷重が印加されていない状態(以下、適宜「無荷重状態」と称す)、言い換えると、変形していない自然状態で、導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成されている。このため、無荷重状態において高い導電性を有する。一方、センサ材料が弾性変形すると、導電性フィラー同士の接触状態が変化する。このため、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。   On the other hand, the present inventor has developed a very specific sensor material that is elastically deformable and has an electrical resistance that increases as the amount of elastic deformation increases. The developed sensor material is formed by filling a base elastomer with a spherical conductive filler in a predetermined state. In this sensor material, a three-dimensional conductive path is formed by contact between conductive fillers in a state in which no load is applied (hereinafter referred to as “no-load state” as appropriate), in other words, in a natural state in which the sensor material is not deformed. Is formed. For this reason, it has high conductivity in a no-load state. On the other hand, when the sensor material is elastically deformed, the contact state between the conductive fillers changes. For this reason, electrical resistance increases as the amount of elastic deformation increases.

上記センサ材料は、母材にエラストマーを使用するため、通常、原料の混練→成形→架橋という三工程を経て製造される。このため、各々の工程を行うための装置や加熱のためのエネルギーが必要になる。この点、仮に架橋する必要がない熱可塑性樹脂を母材とした場合でも、加熱溶融して成形する工程が必要であるため、そのための装置やエネルギーが必要である。加えて、熱可塑性樹脂を用いた場合には、融点により使用可能な温度範囲が制限される。また、センサ材料を複雑な形状に成形する場合には、特殊な金型や成形方法を採用する必要があるため、製造コストや労力が大きくなる。さらに、金型を用いた成形によると、センサ材料を薄膜化することは難しい。また、成形したセンサ材料からセンサを作製する場合には、センサ材料に電極、導線等の部品を取り付ける必要がある。各々の部品を集積化するのは煩雑であり、例えば、部品の接合に接着剤を使用すると、接合界面における信頼性が問題となる場合がある。   Since the sensor material uses an elastomer as a base material, the sensor material is usually manufactured through three steps of kneading raw materials → molding → crosslinking. For this reason, the apparatus for performing each process and the energy for a heating are needed. In this regard, even when a thermoplastic resin that does not need to be cross-linked is used as a base material, a process of heating and melting and molding is required, and thus an apparatus and energy are required. In addition, when a thermoplastic resin is used, the usable temperature range is limited by the melting point. Further, when the sensor material is molded into a complicated shape, it is necessary to employ a special mold or molding method, which increases the manufacturing cost and labor. Furthermore, it is difficult to reduce the thickness of the sensor material by molding using a mold. Moreover, when producing a sensor from the molded sensor material, it is necessary to attach components, such as an electrode and a conducting wire, to the sensor material. It is troublesome to integrate the components. For example, when an adhesive is used for joining the components, reliability at the joining interface may be a problem.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、塗料化したセンサ形成材料から、部材、部位の変形や荷重を検出可能なセンサ薄膜を製造する方法を提供することを課題とする。また、得られたセンサ薄膜を用いた変形センサを提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it a subject to provide the method of manufacturing the sensor thin film which can detect a deformation | transformation and load of a member and a site | part from the sensor-forming material made into paint. . It is another object of the present invention to provide a deformation sensor using the obtained sensor thin film.

(1)本発明のセンサ薄膜は、熱硬化性樹脂の硬化前樹脂を主成分とする液状樹脂材料に球状の導電性フィラーが分散されてなるセンサ塗料を、基材表面に塗布し硬化させて得られ、該熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている該導電性フィラーと、を有し、弾性変形可能であって、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加することを特徴とする(請求項1に対応)。   (1) The sensor thin film of the present invention is obtained by applying a sensor coating material in which a spherical conductive filler is dispersed in a liquid resin material whose main component is a pre-curing resin of a thermosetting resin, and curing the coating material on a substrate surface. The resulting thermosetting resin, and the conductive filler blended in the thermosetting resin in a substantially single particle state and with a high filling rate, are elastically deformable, and are elastically deformed. The electrical resistance increases as the amount increases (corresponding to claim 1).

本発明において、センサ塗料(液状のセンサ形成材料)は、熱硬化性樹脂の硬化前樹脂を主成分とする液状樹脂材料を母液とする。ここで、「熱硬化性樹脂の硬化前樹脂を主成分とする」とは、センサ薄膜の母材となる樹脂成分としては熱硬化性樹脂の硬化前樹脂(プレポリマー)のみを含むことを意味する。したがって、液状樹脂材料は、該硬化前樹脂以外に、必要に応じて硬化剤、触媒、溶剤、添加剤等を含んでいてもよい。   In the present invention, the sensor coating material (liquid sensor forming material) uses a liquid resin material whose main component is a pre-curing resin of a thermosetting resin as a mother liquor. Here, “having a pre-curing resin of a thermosetting resin as a main component” means that the resin component as a base material of the sensor thin film includes only a pre-curing resin (prepolymer) of the thermosetting resin. To do. Therefore, the liquid resin material may contain a curing agent, a catalyst, a solvent, an additive, and the like as necessary in addition to the pre-curing resin.

本発明のセンサ薄膜は、センサ塗料を基材表面に塗布し硬化させて得られる。このため、用途に応じて様々な形状、大きさのセンサ薄膜を容易に得ることができる。また、金型による成形と比較して薄膜化が容易である。よって、その分、材料費、加工費等を低減することができ、より安価で小型のセンサを実現することができる。   The sensor thin film of the present invention is obtained by applying and curing a sensor paint on the surface of a substrate. For this reason, it is possible to easily obtain sensor thin films having various shapes and sizes according to applications. Further, it is easy to make a thin film as compared with molding by a mold. Therefore, material costs, processing costs, etc. can be reduced accordingly, and a cheaper and smaller sensor can be realized.

また、本発明のセンサ薄膜によると、センサとして必要な部品の集積化が容易になる。例えば、基材表面に予め電極、導線等を印刷しておき、その上にセンサ塗料を塗布することにより、センサ素子を容易に製造することができる。また、センサ素子を薄膜化することで、複数のセンサ素子を積層することも可能である。   Further, according to the sensor thin film of the present invention, it is easy to integrate components necessary for the sensor. For example, a sensor element can be easily manufactured by printing an electrode, a conducting wire, etc. in advance on the surface of a base material, and applying a sensor paint thereon. In addition, a plurality of sensor elements can be stacked by thinning the sensor elements.

本発明のセンサ薄膜は、硬化前樹脂が硬化した熱硬化性樹脂を母材とする。熱硬化性樹脂は三次元の網目構造を持つ。このため、熱可塑性樹脂と比較して、耐熱性が高く、形状保持性に優れる。また、例えば架橋密度を変化させることにより、熱膨張係数、ヤング率等を容易に調整することができ、所望の熱特性を実現しやすい。   The sensor thin film of the present invention uses a thermosetting resin obtained by curing a pre-curing resin as a base material. The thermosetting resin has a three-dimensional network structure. For this reason, compared with a thermoplastic resin, heat resistance is high and shape retention property is excellent. Further, for example, by changing the crosslinking density, the thermal expansion coefficient, Young's modulus, etc. can be easily adjusted, and desired thermal characteristics can be easily realized.

本発明のセンサ薄膜において、球状の導電性フィラーは、熱硬化性樹脂中に略単粒子状態で、かつ高充填率で配合されている。「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を100重量%とした場合の50重量%以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。   In the sensor thin film of the present invention, the spherical conductive filler is blended in the thermosetting resin in a substantially single particle state with a high filling rate. The “substantially single particle state” means that 50% by weight or more when the total weight of the conductive filler is 100% by weight is present not in the form of aggregated secondary particles but in the form of single primary particles. Say. Further, “high filling rate” means that the conductive filler is blended in a state close to closest packing.

本発明のセンサ薄膜では、上述したセンサ材料と同様に、導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成されている。したがって、本発明のセンサ薄膜は、無荷重状態で高い導電性を有すると共に、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。なお、「弾性変形」には、圧縮、伸張、曲げ等による変形がすべて含まれる。このメカニズムは、次のように考えられる。図1、図2に、本発明のセンサ薄膜の、荷重の印加前後における導電パスの変化をモデルで示す。ただし、図1、図2に示すのは、センサ薄膜の一例であり、導電性フィラーの充填状態、形状等を何ら限定するものではない。   In the sensor thin film of the present invention, a three-dimensional conductive path is formed by contact between conductive fillers as in the sensor material described above. Therefore, the sensor thin film of the present invention has high conductivity in a no-load state, and the electrical resistance increases as the amount of elastic deformation increases. Note that “elastic deformation” includes all deformation due to compression, extension, bending, and the like. This mechanism is considered as follows. 1 and 2 show changes in the conductive path of the sensor thin film of the present invention before and after the application of a load as a model. However, what is shown in FIG. 1 and FIG. 2 is an example of a sensor thin film, and does not limit the filling state and shape of the conductive filler at all.

図1に示すように、センサ薄膜100において、導電性フィラー102の多くは、熱硬化性樹脂101中に一次粒子の状態(略単独の状態)で存在している。また、導電性フィラー102の充填率は高く、最密充填に近い状態で配合されている。これにより、無荷重状態において、センサ薄膜100には、導電性フィラー102による三次元的な導電パスPが形成されている。よって、無荷重状態では、センサ薄膜100の電気抵抗は小さい。一方、図2に示すように、センサ薄膜100に荷重が印加されると、センサ薄膜100は弾性変形する(図2中の点線枠は、図1の無荷重状態を示している。)。ここで、導電性フィラー102は最密充填に近い状態で配合されているため、導電性フィラー102が移動できるスペースはほとんどない。よって、センサ薄膜100が弾性変形すると、導電性フィラー102同士が反発し合い、導電性フィラー102同士の接触状態が変化する。その結果、三次元的な導電パスPが崩壊し、電気抵抗が増加する。   As shown in FIG. 1, in the sensor thin film 100, most of the conductive fillers 102 are present in the thermosetting resin 101 in a primary particle state (substantially single state). Moreover, the filling rate of the conductive filler 102 is high, and it is blended in a state close to closest packing. Thereby, in the no-load state, the sensor thin film 100 is formed with a three-dimensional conductive path P by the conductive filler 102. Therefore, in the no-load state, the electric resistance of the sensor thin film 100 is small. On the other hand, as shown in FIG. 2, when a load is applied to the sensor thin film 100, the sensor thin film 100 is elastically deformed (the dotted line frame in FIG. 2 indicates the no-load state in FIG. 1). Here, since the conductive filler 102 is blended in a state close to closest packing, there is almost no space where the conductive filler 102 can move. Therefore, when the sensor thin film 100 is elastically deformed, the conductive fillers 102 repel each other, and the contact state between the conductive fillers 102 changes. As a result, the three-dimensional conductive path P collapses and the electrical resistance increases.

したがって、本発明のセンサ薄膜を用いたセンサによると、電気抵抗の増加に基づいて、対象となる部材、部位に作用する荷重、および部材、部位の様々な変形を検出することができる。   Therefore, according to the sensor using the sensor thin film of the present invention, it is possible to detect various deformations of the target member, the load acting on the part, and the member and the part based on the increase in electrical resistance.

(2)本発明のセンサ薄膜の製造方法は、熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、弾性変形可能であって、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ薄膜の製造方法であって、該熱硬化性樹脂の硬化前樹脂を主成分とする液状樹脂材料に、該導電性フィラーを混合してセンサ塗料を調製するセンサ塗料調製工程と、該センサ塗料を基材表面に塗布し、形成された塗膜を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする(請求項6に対応)。   (2) The method for producing a sensor thin film of the present invention comprises a thermosetting resin, and a spherical conductive filler that is blended in the thermosetting resin in a substantially single particle state with a high filling rate. A method of manufacturing a sensor thin film that is elastically deformable and has an electrical resistance that increases as the amount of elastic deformation increases, wherein the conductive resin is added to a liquid resin material mainly composed of a resin before curing of the thermosetting resin. A sensor coating preparation step of preparing a sensor coating by mixing a functional filler, and a curing step of applying the sensor coating to the surface of the substrate and curing the formed coating film. 6).

本発明の製造方法によれば、上述した本発明のセンサ薄膜を簡便かつ低コストに製造することができる。また、センサ塗料を基材表面に塗布し、硬化させることにより、センサ薄膜の膜厚をより均一化することができる。また、塗布方法により、センサ薄膜の膜厚を極めて薄くすることも可能である。   According to the manufacturing method of the present invention, the above-described sensor thin film of the present invention can be manufactured easily and at low cost. Moreover, the film thickness of a sensor thin film can be made more uniform by apply | coating a sensor coating material to the base-material surface, and making it harden | cure. Further, the film thickness of the sensor thin film can be made extremely thin by a coating method.

(3)本発明の変形センサは、基材と、該基材表面に配置された上記(1)の本発明のセンサ薄膜と、該センサ薄膜に接続され、電気抵抗を出力可能な電極と、を備えてなることを特徴とする(請求項8に対応)。   (3) The deformation sensor of the present invention includes a base material, the sensor thin film of the present invention (1) disposed on the surface of the base material, an electrode connected to the sensor thin film and capable of outputting electrical resistance, (Corresponding to claim 8).

本発明のセンサ薄膜を備えた本発明の変形センサは、電極から出力されるセンサ薄膜の電気抵抗の増加に基づいて、対象となる部材、部位に作用する荷重、および部材、部位の様々な変形を検出することができる。また、様々な形状、大きさのセンサ薄膜を用いることにより、部材、部位の広い領域における荷重、変形を検出することができる。また、センサ薄膜の膜厚を薄くすることにより、変形センサの小型化、積層化が可能になる。   The deformation sensor of the present invention provided with the sensor thin film of the present invention is based on the increase in the electrical resistance of the sensor thin film output from the electrode, and various deformations of the target member, the load acting on the part, and the member and part. Can be detected. Further, by using sensor thin films having various shapes and sizes, it is possible to detect loads and deformations in a wide region of members and parts. Further, by reducing the thickness of the sensor thin film, the deformation sensor can be reduced in size and stacked.

本発明の変形センサでは、センサ薄膜に使用する熱硬化性樹脂の種類や架橋密度、導電性フィラーの粒子径や充填率等を調整することにより、無荷重状態における電気抵抗値を所定の範囲に設定することができる。このため、検出可能な荷重、弾性変形量の範囲、つまり、検出レンジを大きくすることができる。加えて、弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動を調整することができるため、所望の応答感度を実現することができる。   In the deformation sensor of the present invention, by adjusting the type of thermosetting resin used for the sensor thin film, the crosslinking density, the particle diameter of the conductive filler, the filling rate, etc., the electric resistance value in the no-load state is kept within a predetermined range. Can be set. For this reason, the range of detectable load and elastic deformation amount, that is, the detection range can be increased. In addition, since the increase behavior of the electrical resistance with respect to the elastic deformation amount can be adjusted, a desired response sensitivity can be realized.

また、本発明の変形センサは、無荷重状態において高い導電性を有する。つまり、本発明の変形センサは、無荷重状態において導電状態にある。このため、無荷重状態において、導電性の低いセンサ(例えば、従来の感圧導電性樹脂等を用いたセンサ)と比較して、作動診断が容易である。すなわち、無荷重状態において導電性の低いセンサの場合、無荷重状態のままでは、正常なのか異常なのか(例えば回路に断線等が生じているのか)判別し難い。このため、導電性が低いセンサに、敢えて、比較的高い電圧を印加して、通電させてみる必要がある。あるいは、センサを試験的に作動させて通電状態をチェックする必要がある。したがって、作動診断が煩雑である。これに対して、本発明の変形センサの場合、無荷重状態において高い導電性を有している。このため、無荷重状態のままで、正常、異常の判別がし易い。したがって、作動診断が容易である。   Moreover, the deformation sensor of the present invention has high conductivity in a no-load state. That is, the deformation sensor of the present invention is in a conductive state in a no-load state. For this reason, in a no-load state, operation diagnosis is easier as compared with a sensor having low conductivity (for example, a sensor using a conventional pressure-sensitive conductive resin or the like). That is, in the case of a sensor having low conductivity in a no-load state, it is difficult to determine whether the sensor is normal or abnormal (for example, whether a circuit is disconnected) in the no-load state. For this reason, it is necessary to dare to apply a relatively high voltage to a sensor having low conductivity. Alternatively, it is necessary to check the energized state by operating the sensor on a trial basis. Therefore, the operation diagnosis is complicated. In contrast, the deformation sensor of the present invention has high conductivity in a no-load state. For this reason, it is easy to discriminate between normal and abnormal in a no-load state. Therefore, operation diagnosis is easy.

以下、本発明のセンサ薄膜、その製造方法、および変形センサについて、それぞれ詳細に説明する。   Hereinafter, the sensor thin film, the manufacturing method thereof, and the deformation sensor of the present invention will be described in detail.

<センサ薄膜>
本発明のセンサ薄膜は、液状樹脂材料に球状の導電性フィラーが分散されてなるセンサ塗料を、基材表面に塗布し硬化させて得られる。液状樹脂材料は、熱硬化性樹脂の硬化前樹脂を主成分とする。熱硬化性樹脂を選択する際には、塗料化の容易さ、耐熱性、寸法安定性、後述する導電性フィラーとの相溶性等を考慮することが望ましい。例えば、導電性フィラーと熱硬化性樹脂との相溶性が悪いと、導電性フィラーが凝集しやすくなり、凝集体(二次粒子)を形成してしまう。よって、導電性フィラーを熱硬化性樹脂中に多量に配合することは難しい。つまり、導電性フィラーを最密充填に近い状態で配合することは難しい。
<Sensor thin film>
The sensor thin film of the present invention is obtained by applying and curing a sensor coating material in which a spherical conductive filler is dispersed in a liquid resin material on a substrate surface. The liquid resin material is mainly composed of a pre-curing resin of a thermosetting resin. When selecting a thermosetting resin, it is desirable to consider the ease of coating, heat resistance, dimensional stability, compatibility with the conductive filler described later, and the like. For example, if the compatibility between the conductive filler and the thermosetting resin is poor, the conductive filler tends to aggregate and form aggregates (secondary particles). Therefore, it is difficult to mix a large amount of the conductive filler in the thermosetting resin. That is, it is difficult to mix the conductive filler in a state close to closest packing.

また、ガラス転移温度(Tg)が、使用する温度範囲の上限値よりも高いものを選択することが望ましい。熱硬化性樹脂は、Tgを超える温度下では分子運動が活性化するため、弾性率が低下して体積膨張しやすい。つまり、Tgを境にして、変形に対する電気抵抗の増加挙動が変化する。したがって、温度に対する電気抵抗変化を小さくするという観点から、使用環境に応じて、好適なTgを有する熱硬化性樹脂を選択するとよい。例えば、本発明のセンサ薄膜を、自動車用センサとして比較的高温下で使用する場合には、Tgが120℃以上のものが好適である。さらに、液状樹脂材料と導電性フィラーとの混合、センサ塗料の塗布等の作業性を考慮すると、可使時間が長く、塗布後の加熱により速やかに硬化反応が進行するものが好適である。   Moreover, it is desirable to select a glass transition temperature (Tg) higher than the upper limit of the temperature range to be used. The thermosetting resin activates molecular motion at a temperature exceeding Tg, so that the elastic modulus is lowered and the volume is easily expanded. That is, the increase behavior of the electrical resistance with respect to deformation changes at the boundary of Tg. Therefore, from the viewpoint of reducing the change in electrical resistance with respect to temperature, a thermosetting resin having a suitable Tg may be selected according to the use environment. For example, when the sensor thin film of the present invention is used as a sensor for an automobile at a relatively high temperature, those having a Tg of 120 ° C. or more are suitable. Furthermore, in consideration of workability such as mixing of the liquid resin material and the conductive filler, application of the sensor paint, and the like, it is preferable that the pot life is long and the curing reaction proceeds promptly by heating after application.

熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド等が挙げられる。なかでも、次の理由から、エポキシ樹脂が好適である。すなわち、i)エポキシ樹脂の硬化前樹脂には、比較的低粘度の液状のものが多いため、溶剤を使用せずに塗料化可能である。ii)導電性フィラーとの相溶性が良好で、導電性フィラーを略単粒子状態でかつ高充填率で配合することが可能である。iii)金属、磁器、コンクリート等に対する接着力が大きいため、基材への密着性が良好で耐久性に優れる。iv)耐熱性、機械的強度、寸法安定性、耐摩耗性、耐薬品性、耐水性、耐湿性等が高い。v)各種変性剤(充填剤、可撓性付与剤、希釈剤等)による変性自由度が高く、所望の性能要求に適合させやすい。エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂(A型、F型、AD型)、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル等が挙げられる。   Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, alkyd resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, polyurethane, polyimide, and the like. Especially, an epoxy resin is suitable for the following reason. That is, i) epoxy resin before curing is often a liquid having a relatively low viscosity, and thus can be formed into a paint without using a solvent. ii) Compatibility with the conductive filler is good, and the conductive filler can be blended in a substantially single particle state with a high filling rate. iii) Adhesive strength to metal, porcelain, concrete, etc. is large, so that adhesion to a substrate is good and durability is excellent. iv) High heat resistance, mechanical strength, dimensional stability, abrasion resistance, chemical resistance, water resistance, moisture resistance and the like. v) High degree of freedom of modification with various modifiers (fillers, flexibility-imparting agents, diluents, etc.), making it easy to meet desired performance requirements. Examples of the epoxy resin include bisphenol type epoxy resins (A type, F type, AD type), alicyclic epoxy resins, novolac type epoxy resins, polyglycidyl ethers obtained by reacting polyhydric alcohols with epichlorohydrin, and the like. It is done.

液状樹脂材料は、硬化前樹脂の他、必要に応じて硬化剤、触媒、溶剤、添加剤等を含む。添加剤としては、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。例えば、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を採用する場合には、液状樹脂材料を、エポキシ樹脂の硬化前樹脂と硬化剤とを含んで構成すればよい。この場合、硬化剤としては、アミン類、ポリアミド樹脂、イミダゾール類、液状ポリメルカプタン、ポリスルフィド樹脂、酸無水物類、三フッ化ホウ素−アミン錯体、ジシアンジアミド、有機酸ヒドラジド、オニウム塩等の光・紫外線硬化剤等が挙げられる。なかでも、液状樹脂材料の粘度、可使時間、コスト等を考慮すると、アミン類が好適である。   A liquid resin material contains a hardening | curing agent, a catalyst, a solvent, an additive, etc. as needed other than resin before hardening. Examples of the additive include an anti-aging agent, a plasticizer, a softener, and a colorant. For example, when an epoxy resin is employed as the thermosetting resin, the liquid resin material may be configured to include an epoxy resin pre-curing resin and a curing agent. In this case, as the curing agent, amines, polyamide resins, imidazoles, liquid polymercaptan, polysulfide resins, acid anhydrides, boron trifluoride-amine complexes, dicyandiamide, organic acid hydrazides, onium salts, etc. Examples thereof include a curing agent. Of these, amines are preferred in consideration of the viscosity, pot life, cost and the like of the liquid resin material.

液状樹脂材料は、硬化前樹脂が液状の態様の他、固体の硬化前樹脂が液状の硬化剤に溶解されている態様、あるいは、固体の硬化前樹脂等が溶剤に溶解されている態様等のいずれであってもよい。溶剤を使用する場合には、熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜好適な溶剤を選択すればよい。なかでも、比較的沸点が低く揮発しやすいものが望ましい。例えば、沸点が250℃以下のものを用いるとよい。熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を採用する場合には、相溶性の観点からSP値(溶解度パラメーター)が9〜14(cal/cm0.5であって、沸点が硬化させる温度より低いものが望ましい。例えば、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等が挙げられる。また、硬化前樹脂が液状の態様等、溶剤を使用しない場合には、センサ塗料の塗布後に溶剤を揮発させる必要がない。このため、センサ塗料の塗布時に、溶剤の揮発分を考慮して塗膜の膜厚を厚くしておく必要はない。すなわち、溶剤を使用しない場合には、形成した塗膜の厚さと略同じ厚さのセンサ薄膜を得ることができる。なお、センサ塗料の調製および塗布、硬化については、以下の本発明のセンサ薄膜の製造方法において説明する。 The liquid resin material includes a mode in which the pre-curing resin is in a liquid state, a solid pre-curing resin is dissolved in a liquid curing agent, or a mode in which a solid pre-curing resin is dissolved in a solvent. Either may be sufficient. When a solvent is used, a suitable solvent may be selected as appropriate according to the type of thermosetting resin. Among these, those having a relatively low boiling point and being easily volatile are desirable. For example, it is good to use a thing whose boiling point is 250 degrees C or less. When an epoxy resin is used as the thermosetting resin, the SP value (solubility parameter) is 9 to 14 (cal / cm 3 ) 0.5 from the viewpoint of compatibility, and the boiling point is lower than the curing temperature. Is desirable. Examples thereof include propylene glycol monoethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether. In addition, when a solvent is not used, such as when the pre-curing resin is in a liquid state, it is not necessary to volatilize the solvent after applying the sensor paint. For this reason, it is not necessary to increase the film thickness of the coating film in consideration of the volatile content of the solvent when applying the sensor paint. That is, when a solvent is not used, a sensor thin film having substantially the same thickness as the formed coating film can be obtained. The preparation, application, and curing of the sensor paint will be described in the following method for producing a sensor thin film of the present invention.

本発明のセンサ薄膜は、上記硬化前樹脂が硬化した熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている該導電性フィラーと、を有する。導電性フィラーは、導電性を有する球状の粒子であれば、特に限定されるものではない。例えば、炭素材料、金属等の微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。また、「球状」には、真球、略真球状は勿論、楕円球状、長円球状(一対の対向する半球を円柱で連結した形状)、部分球状、部分毎に半径の異なる球状、水滴形状等が含まれる。例えば、導電性フィラーのアスペクト比(短辺に対する長辺の比)は、1以上2以下の範囲が望ましい。アスペクト比が2より大きくなると、導電性フィラー同士の接触により一次元的な導電パスが形成され易いからである。特に、熱硬化性樹脂中における導電性フィラーの充填状態を、より最密充填状態に近づけるという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状(略真球状)の粒子を採用するとよい。   The sensor thin film of this invention has the thermosetting resin which the said resin before hardening hardened | cured, and this electroconductive filler mix | blended in this thermosetting resin in the substantially single particle state and high filling rate. The conductive filler is not particularly limited as long as it is a spherical particle having conductivity. Examples thereof include fine particles such as carbon materials and metals. Of these, one can be used alone, or two or more can be used in combination. In addition, “spherical” includes not only a true sphere and a substantially true sphere, but also an oval sphere, an oval sphere (a shape in which a pair of opposing hemispheres are connected by a cylinder), a partial sphere, a sphere having a different radius for each part, and a water droplet shape. Etc. are included. For example, the aspect ratio of the conductive filler (the ratio of the long side to the short side) is preferably in the range of 1 or more and 2 or less. This is because when the aspect ratio is larger than 2, a one-dimensional conductive path is easily formed by contact between the conductive fillers. In particular, from the viewpoint of bringing the filling state of the conductive filler in the thermosetting resin closer to the close-packed state, it adopts particles of a true sphere or a shape close to a true sphere (substantially true sphere) as the conductive filler. Good.

また、導電性フィラーの充填率は、センサ薄膜の全体の体積を100vol%とした場合の30vol%以上であることが望ましい。30vol%未満の場合には、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されにくく、所望の導電性が発現しない。また、センサ薄膜の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。35vol%以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、センサ薄膜の全体の体積を100vol%とした場合の65vol%以下であることが望ましい。65vol%を超えると、液状樹脂材料への混合、分散が困難となり、塗膜を形成しにくくなる。また、センサ薄膜が弾性変形しにくくなる。55vol%以下であるとより好適である。   The filling rate of the conductive filler is desirably 30 vol% or more when the entire volume of the sensor thin film is 100 vol%. In the case of less than 30 vol%, the conductive filler is hardly compounded in a state close to closest packing, and desired conductivity is not exhibited. In addition, the change in electric resistance with respect to elastic deformation of the sensor thin film becomes slow, and it becomes difficult to control the increase behavior of the electric resistance. It is more preferable that it is 35 vol% or more. On the contrary, it is desirable that the filling rate of the conductive filler is 65 vol% or less when the entire volume of the sensor thin film is 100 vol%. When it exceeds 65 vol%, it becomes difficult to mix and disperse in the liquid resin material, and it becomes difficult to form a coating film. In addition, the sensor thin film is hardly elastically deformed. It is more preferable that it is 55 vol% or less.

熱硬化性樹脂において、導電性フィラーは、できるだけ凝集せず一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径や熱硬化性樹脂との相溶性等を考慮するとよい。例えば、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径は、0.05μm以上100μm以下であることが望ましい。0.05μm未満の場合には、凝集して二次粒子を形成し易い。0.5μm以上、さらには1μm以上であると好適である。反対に、平均粒子径が100μmを超えると、弾性変形による導電性フィラーの並進運動(平行運動)が、粒子径に比べて相対的に小さくなり、弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢となる。また、センサ薄膜の膜厚を薄くしにくくなる。60μm以下、さらには30μm以下であると好適である。なお、平均粒子径としては、導電性フィラーの累積粒度曲線において積算重量が50%となる粒子径(D50)を採用する。   In the thermosetting resin, it is desirable that the conductive filler is present in a primary particle state without being aggregated as much as possible. Therefore, when selecting the conductive filler, it is preferable to consider the average particle diameter, compatibility with the thermosetting resin, and the like. For example, the average particle diameter of the conductive filler existing in the state of primary particles is desirably 0.05 μm or more and 100 μm or less. If it is less than 0.05 μm, it tends to aggregate and form secondary particles. It is preferable that the thickness is 0.5 μm or more, further 1 μm or more. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 100 μm, the translational movement (parallel movement) of the conductive filler due to elastic deformation becomes relatively smaller than the particle diameter, and the change in electric resistance against elastic deformation becomes slow. Moreover, it becomes difficult to reduce the film thickness of the sensor thin film. It is preferable that it is 60 μm or less, and further 30 μm or less. In addition, as an average particle diameter, the particle diameter (D50) from which an integrated weight will be 50% in the cumulative particle size curve of an electroconductive filler is employ | adopted.

また、導電性フィラーの粒度分布は狭い方が望ましい。例えば、D90/D10の値が1以上30以下であることが望ましい。D90/D10の値が30を超えると、粒度分布がブロードになるため、弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動が不安定になりやすい。D90/D10の値が10以下であるとより好適である。ここで、D90は、累積粒度曲線において積算重量が90%となる粒子径であり、D10は、同積算重量が10%となる粒子径である。   Further, it is desirable that the conductive filler has a narrow particle size distribution. For example, it is desirable that the value of D90 / D10 is 1 or more and 30 or less. When the value of D90 / D10 exceeds 30, since the particle size distribution becomes broad, the increase behavior of the electric resistance with respect to the elastic deformation amount tends to become unstable. It is more preferable that the value of D90 / D10 is 10 or less. Here, D90 is the particle diameter at which the cumulative weight is 90% in the cumulative particle size curve, and D10 is the particle diameter at which the cumulative weight is 10%.

導電性フィラーとしては、例えば、カーボンビーズが好適である。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ[MCMB6−28(平均粒子径約6μm)、MCMB10−28(平均粒子径約10μm)、MCMB25−28(平均粒子径約25μm)]、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ:ニカビーズ(登録商標)ICB、ニカビーズPC、ニカビーズMC、ニカビーズMSB[ICB0320(平均粒子径約3μm)、ICB0520(平均粒子径約5μm)、ICB1020(平均粒子径約10μm)、PC0720(平均粒子径約7μm)、MC0520(平均粒子径約5μm)]、日清紡社製のカーボンビーズ(平均粒子径約10μm)等が挙げられる。   For example, carbon beads are suitable as the conductive filler. Specifically, Osaka Gas Chemical Co., Ltd. mesocarbon micro beads [MCMB6-28 (average particle size of about 6 μm), MCMB10-28 (average particle size of about 10 μm), MCMB25-28 (average particle size of about 25 μm)], Carbon micro beads manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd .: Nika beads (registered trademark) ICB, Nika beads PC, Nika beads MC, Nika beads MSB [ICB 0320 (average particle size of about 3 μm), ICB 0520 (average particle size of about 5 μm), ICB 1020 (average particle size of about 10 μm) ), PC0720 (average particle diameter of about 7 μm), MC0520 (average particle diameter of about 5 μm)], Nisshinbo carbon beads (average particle diameter of about 10 μm), and the like.

本発明のセンサ薄膜の膜厚は、センサの用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、センサの小型化、薄型化、積層化等の観点から、膜厚を10μm以上500μm以下とすることが望ましい。100μm以下がより好適である。   What is necessary is just to determine the film thickness of the sensor thin film of this invention suitably according to the use etc. of a sensor. For example, it is desirable that the film thickness be 10 μm or more and 500 μm or less from the viewpoint of miniaturization, thinning, and lamination of the sensor. 100 μm or less is more preferable.

<センサ薄膜の製造方法>
本発明のセンサ薄膜の製造方法は、センサ塗料調製工程と硬化工程とを有する。以下、各工程を順に説明する。
<Method for manufacturing sensor thin film>
The method for producing a sensor thin film of the present invention includes a sensor paint preparation step and a curing step. Hereinafter, each process is demonstrated in order.

(1)センサ塗料調製工程
本工程は、熱硬化性樹脂の硬化前樹脂を主成分とする液状樹脂材料に、導電性フィラーを混合してセンサ塗料を調製する工程である。液状樹脂材料、導電性フィラーについては、上述した通りである。液状樹脂材料に導電性フィラーを投入し、攪拌、混合してセンサ塗料を調製すればよい。また、導電性フィラーの配合量は、所望の充填率になるように、適宜調整すればよい。
(1) Sensor paint preparation process This process is a process of preparing a sensor paint by mixing a conductive filler with a liquid resin material mainly composed of a pre-curing resin of a thermosetting resin. The liquid resin material and the conductive filler are as described above. A sensor paint may be prepared by adding a conductive filler to a liquid resin material and stirring and mixing. Moreover, what is necessary is just to adjust the compounding quantity of an electroconductive filler suitably so that it may become a desired filling rate.

(2)硬化工程
本工程は、調製したセンサ塗料を基材表面に塗布し、形成された塗膜を硬化させる工程である。基材の材質は、センサ塗料の塗膜が形成できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、絶縁性が高いポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂フィルム等を用いることができる。
(2) Curing step This step is a step of applying the prepared sensor paint to the substrate surface and curing the formed coating film. The material of the substrate is not particularly limited as long as it can form a coating film of the sensor paint. For example, a resin film such as polyimide, polyethylene, or polyethylene terephthalate (PET) having high insulating properties can be used.

センサ塗料の塗布方法は、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。さらに、センサ薄膜、電極、導線を同様の方法で形成することができるため、センサ部品を集積化しやすい。印刷法の中でも、高粘度の塗料も使用可能であり、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。   As a method for applying the sensor paint, various known methods can be employed. For example, in addition to printing methods such as inkjet printing, flexographic printing, gravure printing, screen printing, pad printing, and lithography, dipping, spraying, bar coating, and the like can be given. For example, when a printing method is employed, it is possible to easily separate the applied part and the non-applied part. Also, printing of large areas, thin lines, and complicated shapes is easy. Furthermore, since the sensor thin film, the electrode, and the conductive wire can be formed by the same method, the sensor parts can be easily integrated. Among the printing methods, a high-viscosity paint can also be used, and the screen printing method is preferred because the coating thickness can be easily adjusted.

センサ塗料を塗布した後、形成された塗膜を常温あるいは加熱下にて硬化させればよい。硬化条件(温度、時間等)は、熱硬化性樹脂や硬化剤、触媒の種類に応じて適宜決定すればよい。また、硬化させる際に温度、硬化時間等を調整して、得られるセンサ薄膜の架橋密度を調整することができる。これにより、センサ薄膜の熱膨張係数、ヤング率等の調整が可能となる。このようにして、上記本発明のセンサ薄膜、すなわち、熱硬化性樹脂中に球状の導電性フィラーが略単粒子状態でかつ高充填率で配合されており、弾性変形可能であって、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ薄膜を、製造することができる。   After applying the sensor paint, the formed coating film may be cured at room temperature or under heating. The curing conditions (temperature, time, etc.) may be appropriately determined according to the type of thermosetting resin, curing agent, and catalyst. Moreover, when making it harden | cure, temperature, hardening time, etc. can be adjusted and the crosslinking density of the sensor thin film obtained can be adjusted. Thereby, adjustment of a thermal expansion coefficient, a Young's modulus, etc. of a sensor thin film is attained. Thus, the sensor thin film of the present invention, that is, the spherical conductive filler is blended in a substantially single particle state with a high filling rate in the thermosetting resin, is elastically deformable, and is elastically deformed. Sensor thin films can be manufactured that increase in electrical resistance as the amount increases.

<変形センサ>
上記本発明のセンサ薄膜を用いて、変形センサを構成することができる。以下、本発明のセンサ薄膜を用いた変形センサ、すなわち本発明の変形センサの実施形態について説明する。
<Deformation sensor>
A deformation sensor can be configured using the sensor thin film of the present invention. Hereinafter, a deformation sensor using the sensor thin film of the present invention, that is, an embodiment of the deformation sensor of the present invention will be described.

(1)第一実施形態
まず、本実施形態の変形センサの構成について説明する。図3に、変形センサの正面図を示す。図4に、図3のIV−IV断面図を示す。説明の便宜上、図3では、カバーフィルムの右半分を除去して示す。また、図4では、導線を省略して示す。図3、図4に示すように、変形センサ2は、基材20と、センサ薄膜21と、電極22a、22bと、絶縁フィルム23と、カバーフィルム24と、を備えている。
(1) First Embodiment First, the configuration of the deformation sensor of this embodiment will be described. FIG. 3 shows a front view of the deformation sensor. FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. For convenience of explanation, FIG. 3 shows the cover film with the right half removed. In FIG. 4, the conductive wire is omitted. As shown in FIGS. 3 and 4, the deformation sensor 2 includes a base material 20, a sensor thin film 21, electrodes 22 a and 22 b, an insulating film 23, and a cover film 24.

基材20は、PET製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。基材20の右端には、コネクタ25が取り付けられている。絶縁フィルム23はアクリル樹脂製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。絶縁フィルム23は、基材20の表面を覆っている。絶縁フィルム23の幅方向(上下方向)中央には、左右方向に延びてセンサ薄膜21に対応する長孔230が開設されている。   The base material 20 is made of PET and has a strip shape extending in the left-right direction. A connector 25 is attached to the right end of the substrate 20. The insulating film 23 is made of acrylic resin and has a strip shape extending in the left-right direction. The insulating film 23 covers the surface of the substrate 20. In the center of the insulating film 23 in the width direction (vertical direction), a long hole 230 extending in the left-right direction and corresponding to the sensor thin film 21 is formed.

センサ薄膜21は、左右方向に延びる帯状を呈している。センサ薄膜21の膜厚は約100μmである。センサ薄膜21は、絶縁フィルム23の長孔230に収容された状態で、基材20の表面に固定されている。センサ薄膜21は、エポキシ樹脂にカーボンビーズ(導電性フィラー)が略単粒子状態でかつ高充填率で配合されてなる。カーボンビーズの充填率は、センサ薄膜21の体積を100vol%とした場合の約45vol%である。   The sensor thin film 21 has a strip shape extending in the left-right direction. The film thickness of the sensor thin film 21 is about 100 μm. The sensor thin film 21 is fixed to the surface of the base material 20 while being accommodated in the long hole 230 of the insulating film 23. The sensor thin film 21 is formed by mixing carbon beads (conductive filler) in an approximately single particle state with a high filling rate in an epoxy resin. The filling rate of the carbon beads is about 45 vol% when the volume of the sensor thin film 21 is 100 vol%.

電極22aはセンサ薄膜21の左端に、電極22bはセンサ薄膜21の右端に、各々取り付けられている。詳しく説明すると、電極22a、22bは、共に、上下に延びる短冊状を呈しており、センサ薄膜21と基材20との間、および絶縁フィルム23と基材20との間に、介装されている。電極22aとコネクタ25とは導線26aにより、電極22bとコネクタ25とは導線26bにより、各々、結線されている。   The electrode 22 a is attached to the left end of the sensor thin film 21, and the electrode 22 b is attached to the right end of the sensor thin film 21. More specifically, the electrodes 22a and 22b both have a strip shape extending vertically, and are interposed between the sensor thin film 21 and the base material 20 and between the insulating film 23 and the base material 20. Yes. The electrode 22a and the connector 25 are connected by a conducting wire 26a, and the electrode 22b and the connector 25 are connected by a conducting wire 26b.

カバーフィルム24は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム24は、絶縁フィルム23およびセンサ薄膜21の表面を覆っている。   The cover film 24 is made of acrylic rubber and has a strip shape extending in the left-right direction. The cover film 24 covers the surfaces of the insulating film 23 and the sensor thin film 21.

次に、変形センサ2の動きについて説明する。図3中紙面奥側(前方)から変形センサ2の左右方向中央付近に荷重が加わると、基材20を介してセンサ薄膜21は後方に撓む。つまり、センサ薄膜21は前方に開口するC字状に湾曲変形する。無荷重状態においては、前出図1に示すように、導電性フィラー102は、最密充填に近い状態で充填されている。このため、多数の導電パスPが形成されている。したがって、検出される電極22a、22b間の電気抵抗値は、比較的小さい。これに対して、荷重が加わった後においては、前出図2に示すように、導電性フィラー102同士が反発し合う。このため、導電パスPが崩壊してしまう。したがって、検出される電極22a、22b間の電気抵抗値は、無荷重状態に対して、大きくなる。   Next, the movement of the deformation sensor 2 will be described. When a load is applied from the back side (front side) in FIG. 3 to the vicinity of the center in the left-right direction of the deformation sensor 2, the sensor thin film 21 bends backward via the base material 20. That is, the sensor thin film 21 is curved and deformed into a C shape opening forward. In the no-load state, as shown in FIG. 1, the conductive filler 102 is filled in a state close to closest packing. For this reason, a large number of conductive paths P are formed. Therefore, the detected electrical resistance value between the electrodes 22a and 22b is relatively small. On the other hand, after the load is applied, the conductive fillers 102 repel each other as shown in FIG. For this reason, the conductive path P collapses. Therefore, the detected electrical resistance value between the electrodes 22a and 22b becomes larger than the unloaded state.

次に、本実施形態の変形センサ2の作用効果について説明する。本実施形態の変形センサ2では、センサ薄膜21が弾性変形すると、電気抵抗が増加する。このため、電極22a、22bから出力されるセンサ薄膜21の電気抵抗の増加に基づいて、対象部材、部位に作用する荷重や、対象部材、部位の圧縮、曲げ等の様々な変形を検出することができる。   Next, the effect of the deformation sensor 2 of this embodiment is demonstrated. In the deformation sensor 2 of the present embodiment, the electrical resistance increases when the sensor thin film 21 is elastically deformed. For this reason, based on the increase in the electrical resistance of the sensor thin film 21 output from the electrodes 22a and 22b, various deformations such as a load acting on the target member and part, and compression and bending of the target member and part are detected. Can do.

また、センサ薄膜21は、エポキシ樹脂の硬化前樹脂と硬化剤とを含む液状樹脂材料にカーボンビーズを分散させたセンサ塗料を、基材20表面に塗布し、硬化させて製造されている。このため、変形センサ2の製造工程が簡素化され、製造コストを低減することができる。また、変形センサ2は弾性変形可能であるため、曲面形状を持つ部材にも配置可能である。また、センサ薄膜21の膜厚は薄いため、変形センサ2を積層化することもできる。   The sensor thin film 21 is manufactured by applying a sensor coating material in which carbon beads are dispersed in a liquid resin material containing an epoxy resin before curing and a curing agent to the surface of the base material 20 and curing it. For this reason, the manufacturing process of the deformation sensor 2 is simplified, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the deformation sensor 2 can be elastically deformed, it can also be arranged on a member having a curved surface shape. Further, since the sensor thin film 21 is thin, the deformation sensor 2 can be laminated.

また、センサ薄膜21の母材(熱硬化性樹脂)の種類や架橋密度、導電性フィラーの粒子径や充填率等を調整することにより、無荷重状態における電気抵抗値を所定の範囲に設定することができる。このため、検出可能な荷重、弾性変形量の範囲、つまり、検出レンジを大きくすることができる。加えて、弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動を調整することができるため、所望の応答感度を実現することができる。   Further, the electric resistance value in a no-load state is set to a predetermined range by adjusting the kind of base material (thermosetting resin) of the sensor thin film 21, the crosslinking density, the particle diameter of the conductive filler, the filling rate, and the like. be able to. For this reason, the range of detectable load and elastic deformation amount, that is, the detection range can be increased. In addition, since the increase behavior of the electrical resistance with respect to the elastic deformation amount can be adjusted, a desired response sensitivity can be realized.

また、本実施形態の変形センサ2は、変形していない自然状態で、導電状態にある。よって、変形センサ2が組み込まれている回路に電流を流すことにより、変形センサ2が作動可能か否かの自己診断を容易に行うことができる。   The deformation sensor 2 of the present embodiment is in a conductive state in a natural state that is not deformed. Therefore, a self-diagnosis as to whether or not the deformation sensor 2 is operable can be easily performed by passing a current through a circuit in which the deformation sensor 2 is incorporated.

(2)第二実施形態
本実施形態の変形センサと第一実施形態の変形センサとの相違点は、センサ薄膜、電極、導線、コネクタ、絶縁フィルム、カバーフィルムを、全て印刷法により形成した点である。したがって、ここでは主として相違点について説明する。
(2) Second embodiment The difference between the deformation sensor of the present embodiment and the deformation sensor of the first embodiment is that the sensor thin film, electrode, conductor, connector, insulating film, and cover film are all formed by a printing method. It is. Therefore, the differences will be mainly described here.

図5に、本実施形態の変形センサの正面図を示す。図6に、図5のVI−VI断面図を示す。図3、図4と対応する部位については、同じ符号で示す。また、図5では、説明の便宜上、カバーフィルムの右半分を除去して示す。図5、図6に示すように、変形センサ2は、基材20と、センサ薄膜21と、電極27a、27bと、絶縁フィルム28と、カバーフィルム24と、導線29a、29bと、コネクタ25と、を備えている。   FIG. 5 shows a front view of the deformation sensor of the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. Parts corresponding to those in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals. Further, in FIG. 5, for convenience of explanation, the right half of the cover film is removed and shown. As shown in FIGS. 5 and 6, the deformation sensor 2 includes a base material 20, a sensor thin film 21, electrodes 27 a and 27 b, an insulating film 28, a cover film 24, conductive wires 29 a and 29 b, and a connector 25. It is equipped with.

電極27aはセンサ薄膜21の左端に、電極27bはセンサ薄膜21の右端に、各々配置されている。詳しく説明すると、電極27a、27bは、共に、長方形状を呈しており、センサ薄膜21と基材20との間に介装されている(図5中、点線で示す)。また、センサ薄膜21、電極27a、27b、絶縁フィルム28、カバーフィルム24、導線29a、29b、コネクタ25は、いずれもスクリーン印刷法により形成されている。以下、変形センサ2の製造方法を説明する。   The electrode 27 a is disposed at the left end of the sensor thin film 21, and the electrode 27 b is disposed at the right end of the sensor thin film 21. Specifically, the electrodes 27a and 27b both have a rectangular shape, and are interposed between the sensor thin film 21 and the base material 20 (shown by dotted lines in FIG. 5). The sensor thin film 21, the electrodes 27a and 27b, the insulating film 28, the cover film 24, the conductive wires 29a and 29b, and the connector 25 are all formed by screen printing. Hereinafter, a method for manufacturing the deformation sensor 2 will be described.

まず、基材20の表面に、電極27a、27b、導線29a、29b、コネクタ25用の導線性塗料をスクリーン印刷して、硬化させる。続いて、印刷された電極27a、27b、導線29a、29b、コネクタ25以外の部分に、絶縁フィルム28用の塗料を印刷し、硬化させる。次に、センサ薄膜21用のセンサ塗料を印刷し、硬化させる。最後に、表出している導線29a、29b、コネクタ25、センサ薄膜21を覆うように、カバーフィルム24用の塗料を印刷し、硬化させる。   First, the electrodes 27a and 27b, the conductors 29a and 29b, and the conductor paint for the connector 25 are screen-printed on the surface of the base material 20 and cured. Subsequently, the coating material for the insulating film 28 is printed and cured on portions other than the printed electrodes 27a and 27b, the conductive wires 29a and 29b, and the connector 25. Next, the sensor paint for the sensor thin film 21 is printed and cured. Finally, a coating material for the cover film 24 is printed and cured so as to cover the exposed conductive wires 29a and 29b, the connector 25, and the sensor thin film 21.

本実施形態の変形センサ2は、第一実施形態の変形センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の変形センサ2によると、センサ薄膜21、電極27a、27b等のセンサ部品を全て印刷法で形成する。このため、製造工程を単純化することができる。また、製造時間を短縮することができる。従って、より低コストに変形センサ2を製造することができる。また、センサ部品の集積化が容易になるため、量産化しやすい。また、センサ部品の薄膜化が容易である。このため、変形センサ2を小型化、積層化しやすい。加えて、電気ノイズを除去するための導電性フィルム等、他の機能を有するセンサ部品を、さらに積層化させることも可能である。   The deformation sensor 2 of the present embodiment has the same operational effects as the deformation sensor of the first embodiment. Further, according to the deformation sensor 2 of the present embodiment, all sensor components such as the sensor thin film 21 and the electrodes 27a and 27b are formed by a printing method. For this reason, a manufacturing process can be simplified. Further, the manufacturing time can be shortened. Therefore, the deformation sensor 2 can be manufactured at a lower cost. Further, since the sensor parts can be easily integrated, mass production is easy. In addition, the sensor component can be easily thinned. For this reason, the deformation sensor 2 can be easily downsized and stacked. In addition, sensor parts having other functions such as a conductive film for removing electrical noise can be further laminated.

(3)その他
以上、本発明の変形センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
(3) Others The embodiment of the deformation sensor of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.

例えば、基材、絶縁フィルム、カバーフィルムの材質は、絶縁材料であれば特に限定されるものではない。ここで、基材は、変形を検出する対象部材自体であってもよい。また、絶縁フィルムやカバーフィルムを配置しなくてもよい。電極の数、配置場所についても適宜設定すればよい。また、センサ薄膜側、つまり図3、図5中紙面手前側(後方)から、荷重が入力されてもよい。また、本発明の変形センサにおいても、上記本発明のセンサ薄膜の好適な態様を採用することが望ましい。   For example, the material of the base material, the insulating film, and the cover film is not particularly limited as long as it is an insulating material. Here, the base material may be a target member itself for detecting deformation. Moreover, it is not necessary to arrange an insulating film or a cover film. What is necessary is just to set suitably also about the number of electrodes and an arrangement place. Further, a load may be input from the sensor thin film side, that is, from the front side (rear side) in FIGS. 3 and 5. Also, in the deformation sensor of the present invention, it is desirable to adopt a preferred embodiment of the sensor thin film of the present invention.

熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を各々母材とするセンサ薄膜を製造し、各々のセンサ薄膜を備えた変形センサの変形に対する応答性を評価した。以下、順に説明する。   Sensor thin films each comprising a thermosetting resin and a thermoplastic resin as a base material were manufactured, and the responsiveness to deformation of the deformation sensor provided with each sensor thin film was evaluated. Hereinafter, it demonstrates in order.

<実施例A>
(1)センサ薄膜および変形センサの製造
(1−1)実施例の変形センサ
まず、エポキシ樹脂の硬化前樹脂(日本ペルノックス社製「ペルノックス(登録商標)ME−510」;液状)100重量部と、硬化剤(日本ペルノックス社製「ペルキュア(登録商標)HV−511;液状)100重量部と、カーボンビーズ(日本カーボン社製「ニカビーズICB0520」、平均粒子径約5μm、粒度分布におけるD90/D10=3.2)200重量部と、を羽根攪拌により混合し、センサ塗料を調製した。調製したセンサ塗料を、予め一対の電極および導線が印刷されたPET製の基材表面(電極間距離70mm)に、スクリーン印刷法にて塗布した(塗膜の長さ約80mm、幅約5mm、厚さ約100μm)。塗膜を140℃で1時間保持して一次硬化させ、続いて160℃で1時間保持して二次硬化させて、センサ薄膜とした。同時に、同センサ薄膜を備えた変形センサを得た。センサ薄膜におけるカーボンビーズの充填率は、センサ薄膜の体積を100vol%とした場合の45.1vol%であった。また、センサ薄膜の厚さは約100μmであった。
<Example A>
(1) Manufacture of Sensor Thin Film and Deformation Sensor (1-1) Deformation Sensor of Examples First, 100 parts by weight of an epoxy resin before curing (“Pernox (registered trademark) ME-510” manufactured by Nippon Pernox Co., Ltd .; liquid) , 100 parts by weight of a curing agent (“Percure (registered trademark) HV-511; liquid) manufactured by Nippon Pernox Co., Ltd.” and carbon beads (“Nika Beads ICB0520” manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.), average particle size of about 5 μm, D90 / D10 in the particle size distribution = 3.2) 200 parts by weight were mixed with blade stirring to prepare a sensor paint. The prepared sensor paint was applied to the surface of a PET substrate (distance between electrodes: 70 mm) on which a pair of electrodes and conductors had been printed in advance by a screen printing method (the length of the coating film was about 80 mm, the width was about 5 mm, Thickness about 100 μm). The coating film was kept at 140 ° C. for 1 hour for primary curing, and then kept at 160 ° C. for 1 hour for secondary curing to obtain a sensor thin film. At the same time, a deformation sensor provided with the sensor thin film was obtained. The filling rate of carbon beads in the sensor thin film was 45.1 vol% when the volume of the sensor thin film was 100 vol%. The thickness of the sensor thin film was about 100 μm.

次に、エポキシ樹脂および硬化剤の種類を変更し、それ以外は上記同様にしてセンサ薄膜を備えた変形センサを得た。エポキシ樹脂の硬化前樹脂には、日本ペルノックス社製「ペルノックスME−562」(液状)を、硬化剤には、日本ペルノックス社製「ペルキュアHV−562」(液状)を使用した。センサ薄膜におけるカーボンビーズの充填率は、センサ薄膜の体積を100vol%とした場合の45.2vol%であった。製造した二種類の変形センサを、順に実施例A1、A2の変形センサとした。図7に、製造した変形センサの正面図を示す。   Next, the type of the epoxy resin and the curing agent was changed, and a deformation sensor provided with a sensor thin film was obtained in the same manner as above except that. “Pernox ME-562” (liquid) manufactured by Nippon Pernox was used as the pre-curing resin for the epoxy resin, and “Percure HV-562” (liquid) manufactured by Nippon Pernox was used as the curing agent. The filling rate of carbon beads in the sensor thin film was 45.2 vol% when the volume of the sensor thin film was 100 vol%. The two types of manufactured deformation sensors were sequentially used as the deformation sensors of Examples A1 and A2. FIG. 7 shows a front view of the manufactured deformation sensor.

図7に示すように、変形センサ3は、基材30とセンサ薄膜31と一対の電極32a、32bとを備えている。センサ薄膜31は、基材30の表面に固定されている。センサ薄膜31の長手方向両端と基材30との間には、一対の電極32a、32bが介装されている。基材30の右端には、コネクタ33が取り付けられている。電極32aとコネクタ33とは導線34aにより、電極32bとコネクタ33とは導線34bにより、各々、結線されている。   As shown in FIG. 7, the deformation sensor 3 includes a base material 30, a sensor thin film 31, and a pair of electrodes 32a and 32b. The sensor thin film 31 is fixed to the surface of the base material 30. A pair of electrodes 32 a and 32 b are interposed between both longitudinal ends of the sensor thin film 31 and the base material 30. A connector 33 is attached to the right end of the substrate 30. The electrode 32a and the connector 33 are connected by a conducting wire 34a, and the electrode 32b and the connector 33 are connected by a conducting wire 34b.

(1−2)参考例の変形センサ
熱可塑性樹脂のポリプロピレン(住友化学社製「住友ノーブレン(登録商標)H501」)100重量部を、プラストミル(東洋精機製作所製「ラボプラストミル」)中で約180℃に加熱して溶融した。その後、カーボンビーズ(同上)120重量部を添加して、約10分間混合した。これを、縦80mm、横5mm、厚さ0.5mmの金型に充填し、長手方向両端に一対の電極を配置して(電極間距離70mm)、約200℃で3分間プレス成形した。金型から電極付きセンサ薄膜を取り出し、PET製フィルムに貼り付けて変形センサとした。得られたセンサ薄膜におけるカーボンビーズの充填率は、センサ薄膜の体積を100vol%とした場合の約49.4vol%であった。また、センサ薄膜の厚さは約500μmであった。製造した変形センサを参考例Aの変形センサとした。
(1-2) Reference Example Deformation Sensor About 100 parts by weight of thermoplastic resin polypropylene (“Sumitomo Nobren (registered trademark) H501” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) in a plast mill (“Lab plast mill” manufactured by Toyo Seiki Seisakusho) It was heated to 180 ° C. and melted. Thereafter, 120 parts by weight of carbon beads (same as above) were added and mixed for about 10 minutes. This was filled in a mold having a length of 80 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 0.5 mm, and a pair of electrodes were disposed at both ends in the longitudinal direction (distance between electrodes: 70 mm), and press-molded at about 200 ° C. for 3 minutes. A sensor thin film with an electrode was taken out from the mold and attached to a PET film to obtain a deformation sensor. The filling rate of carbon beads in the obtained sensor thin film was about 49.4 vol% when the volume of the sensor thin film was 100 vol%. The thickness of the sensor thin film was about 500 μm. The manufactured deformation sensor was used as the deformation sensor of Reference Example A.

(2)変形センサの応答性評価
実施例A1、A2および参考例Aの変形センサについて、変形に対する電気抵抗の変化を調べた。電気抵抗の測定は次のようにして行った。まず、各々の変形センサを、長手方向を上下にして配置した。変形センサの上方には、上下方向に往復動可能な押圧ジグを配置した。押圧ジグを下方に移動させると、変形センサは湾曲変形する。押圧ジグを30秒ごとに1mmずつ下方へ移動して変形センサを湾曲変形させ、電気抵抗の変化を測定した。測定は室温下で行い、押圧ジグの変位量は0〜5mmとした。各変形センサにおける変形に対する電気抵抗の測定結果を図8に示す。図8の縦軸の抵抗変化率は、初期(変位量0mm)の電気抵抗値(R)に対する、各変位量における電気抵抗値(R)の変化量の割合である[抵抗変化率(%)=(R−R)/R×100]。
(2) Evaluation of deformation sensor response The deformation sensors of Examples A1 and A2 and Reference Example A were examined for changes in electrical resistance with respect to deformation. The electrical resistance was measured as follows. First, each deformation sensor was arranged with its longitudinal direction up and down. A pressing jig capable of reciprocating in the vertical direction is disposed above the deformation sensor. When the pressing jig is moved downward, the deformation sensor is bent and deformed. The pressing jig was moved downward by 1 mm every 30 seconds to curve the deformation sensor, and the change in electrical resistance was measured. The measurement was performed at room temperature, and the displacement amount of the pressing jig was 0 to 5 mm. The measurement result of the electrical resistance with respect to the deformation in each deformation sensor is shown in FIG. The resistance change rate on the vertical axis in FIG. 8 is the ratio of the change amount of the electric resistance value (R) at each displacement amount to the initial electric resistance value (R 0 ) [resistance change rate (% ) = (R−R 0 ) / R 0 × 100].

図8に示すように、いずれの変形センサにおいても、変位量が大きくなるに従って、抵抗変化率は増加した。つまり、変形センサの変形量が大きくなるに従って、電気抵抗が増加した。実施例A1、A2の変形センサと参考例Aの変形センサとを比較すると、実施例A1、A2の変形センサの方が、変位量に対する抵抗増加率の増加割合が大きい。実施例A1、A2の変形センサではセンサ薄膜の厚さが薄いため、変形により導電パスが崩壊しやすい。このため、変形量の増加に対して抵抗増加率が大きく増加したと考えられる。このように、本発明の製造方法によると、センサ塗料を塗布し、硬化させるだけで、プレス成形では製造しにくい薄膜状の変形センサを簡単に製造することができる。   As shown in FIG. 8, in any of the deformation sensors, the resistance change rate increased as the displacement amount increased. That is, the electrical resistance increased as the deformation amount of the deformation sensor increased. Comparing the deformation sensors of Examples A1 and A2 with the deformation sensor of Reference Example A, the deformation sensors of Examples A1 and A2 have a higher rate of increase in resistance with respect to the displacement. In the deformation sensors of Examples A1 and A2, since the sensor thin film is thin, the conductive path easily collapses due to deformation. For this reason, it is considered that the resistance increase rate greatly increased with respect to the increase in the deformation amount. Thus, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily manufacture a thin film deformation sensor that is difficult to manufacture by press molding only by applying and curing the sensor paint.

<実施例B>
(1)変形センサの製造
本実施例の第一の変形センサとして、上記第二実施形態の変形センサ(前出図5、図6参照)を製造した。センサ薄膜の形成には、上記実施例A2と同じセンサ塗料を使用した。電極、導線、コネクタ用の導線性塗料には、藤倉化成社製「ドータイト(登録商標)FA−312」を使用した。絶縁フィルム用塗料には、太陽インキ製造社製「FC−HARD UVCF−535G」を使用した。また、カバーフィルム用塗料を、次のようにして調製した。
<Example B>
(1) Manufacture of deformation sensor The deformation sensor of the second embodiment (see FIGS. 5 and 6) was manufactured as the first deformation sensor of this example. For the formation of the sensor thin film, the same sensor paint as in Example A2 was used. “Dotite (registered trademark) FA-312” manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd. was used as a conductive paint for electrodes, conductors, and connectors. “FC-HARD UVCF-535G” manufactured by Taiyo Ink Manufacturing Co., Ltd. was used for the insulating film paint. Moreover, the coating material for cover films was prepared as follows.

アクリルゴムポリマー(日本ゼオン社製「ニポール(登録商標)AR51」)100重量部と、加硫助剤のステアリン酸(花王社製「ルナック(登録商標)S30」)1重量部と、加硫促進剤のジメチルジチオカルバミン酸亜鉛(大内新興化学社製「ノクセラー(登録商標)PZ」)2.5重量部、およびジメチルジチオカルバミン酸第二鉄(大内新興化学社製「ノクセラーTTFE」)0.5重量部と、をロール練り機にて混合し、エラストマー組成物を調製した。調製したエラストマー組成物を、印刷用溶剤のエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート312重量部に溶解させて、カバーフィルム用塗料を得た。   100 parts by weight of an acrylic rubber polymer (“Nippol (registered trademark) AR51” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), 1 part by weight of stearic acid (“Lunac (registered trademark) S30” manufactured by Kao Corporation), and vulcanization acceleration 2.5 parts by weight of dimethyldithiocarbamate zinc (“Noxeller (registered trademark) PZ” manufactured by Ouchi Shinsei Kagaku), and ferric dimethyldithiocarbamate (“Noxeller TTFE” manufactured by Ouchi Shinsei Chemical) 0.5 Part by weight was mixed with a roll kneader to prepare an elastomer composition. The prepared elastomer composition was dissolved in 312 parts by weight of a printing solvent, ethylene glycol monobutyl ether acetate, to obtain a cover film paint.

各々の塗料を、PET製の基材(東レ社製「ルミラー(登録商標)S56」、厚さ125μm)の表面にスクリーン印刷した。スクリーン印刷には、テーブルスライド式半自動印刷機(東海精機社製「SSA−PC660IP」)を使用した。   Each paint was screen-printed on the surface of a PET substrate (“Lumirror (registered trademark) S56” manufactured by Toray Industries, Inc., thickness 125 μm). A table slide type semi-automatic printing machine (“SSA-PC660IP” manufactured by Tokai Seiki Co., Ltd.) was used for screen printing.

具体的には、まず、印刷機に、基材および版をセットした。版上に導電性塗料を載せた後、版上でスキージを走査させ、基材の表面に電極、導線、コネクタを印刷した。その後、基材を約140℃の乾燥炉内に約30分間静置して、塗膜を硬化させた。なお、本実施例では、電極等の酸化や腐食を防止するため、印刷された電極等の表面に、カーボン塗料(藤倉化成社製「ドータイトFC−404CA」)を上記同様に印刷した。印刷後、基材を約150℃の乾燥炉内に約30分間静置して、塗膜を硬化させた。続いて、印刷機に、電極等が形成された基材および版をセットした。版上に絶縁フィルム用塗料を載せた後、版上でスキージを走査させ、印刷された電極等を除いた基材の表面に、絶縁フィルムを印刷した。その後、基材を紫外線(UV)乾燥機(群翔社製「GUC−290M」)に入れ、塗膜を硬化させた。次に、印刷機に、電極等が形成された基材および版をセットした。版上にセンサ塗料を載せた後、版上でスキージを走査させ、印刷された電極、絶縁フィルムの表面に、センサ薄膜を印刷した(塗膜の長さ約80mm、幅約5mm、厚さ約100μm)。基材を乾燥炉内に入れ、約140℃で1時間保持して塗膜を一次硬化させた後、約160℃で1時間保持して塗膜を二次硬化させた。最後に、印刷機に、センサ薄膜等が形成された基材および版をセットした。版上にカバーフィルム用塗料を載せた後、版上でスキージを走査させ、印刷されたセンサ薄膜等の表面に、カバーフィルムを印刷した。その後、基材を約150℃の乾燥炉内に約30分間静置して、塗膜を硬化させた。製造した第一の変形センサを、実施例B1の変形センサとした。   Specifically, first, a substrate and a plate were set on a printing machine. After the conductive paint was placed on the plate, a squeegee was scanned on the plate to print electrodes, conductors, and connectors on the surface of the substrate. Thereafter, the substrate was allowed to stand in a drying furnace at about 140 ° C. for about 30 minutes to cure the coating film. In this example, in order to prevent oxidation and corrosion of the electrode and the like, a carbon paint (“Dotite FC-404CA” manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was printed on the surface of the printed electrode and the like in the same manner as described above. After printing, the substrate was allowed to stand in a drying furnace at about 150 ° C. for about 30 minutes to cure the coating film. Subsequently, a base material and a plate on which electrodes and the like were formed were set on a printing machine. After the insulating film paint was placed on the plate, the squeegee was scanned on the plate, and the insulating film was printed on the surface of the substrate excluding the printed electrodes and the like. Then, the base material was put into an ultraviolet (UV) dryer (“GUC-290M” manufactured by Gunsho Co., Ltd.), and the coating film was cured. Next, a base material and a plate on which electrodes and the like were formed were set in a printing machine. After placing the sensor paint on the plate, the squeegee was scanned on the plate, and the sensor thin film was printed on the surface of the printed electrode and insulating film (the length of the coating was about 80 mm, the width was about 5 mm, the thickness was about 100 μm). The substrate was placed in a drying oven and held at about 140 ° C. for 1 hour to primarily cure the coating, and then held at about 160 ° C. for 1 hour to secondarily cure the coating. Finally, the base material and the plate on which the sensor thin film and the like were formed were set on the printing machine. After the cover film paint was placed on the plate, the squeegee was scanned on the plate, and the cover film was printed on the surface of the printed sensor thin film or the like. Thereafter, the substrate was allowed to stand in a drying furnace at about 150 ° C. for about 30 minutes to cure the coating film. The manufactured first deformation sensor was used as the deformation sensor of Example B1.

一方、上記実施例A2と同じセンサ塗料を、予め電極、導線が形成されているフレキシブルプリント回路基板(FPC基板)にスクリーン印刷した(塗膜の長さ約80mm、幅約5mm、厚さ約100μm)。使用した印刷機、印刷方法は、上記実施例B1の変形センサと同じである。印刷後のFPC基板を乾燥炉内に入れ、約140℃で1時間保持して塗膜を一次硬化させた後、約160℃で1時間保持して塗膜を二次硬化させた。また、印刷されたセンサ薄膜を覆うように、カバーフィルムをスクリーン印刷した。印刷後のFPC基板を約150℃の乾燥炉内に約30分間静置して、塗膜を硬化させた。製造した第二の変形センサを、実施例B2の変形センサとした。   On the other hand, the same sensor paint as in Example A2 was screen-printed on a flexible printed circuit board (FPC board) on which electrodes and conductors had been formed in advance (the length of the coating film was about 80 mm, the width was about 5 mm, and the thickness was about 100 μm. ). The printing machine and printing method used are the same as those of the deformation sensor of Example B1. The printed FPC board was placed in a drying furnace and held at about 140 ° C. for 1 hour to primarily cure the coating film, and then held at about 160 ° C. for 1 hour to secondarily cure the coating film. Moreover, the cover film was screen-printed so that the printed sensor thin film might be covered. The printed FPC board was allowed to stand in a drying furnace at about 150 ° C. for about 30 minutes to cure the coating film. The manufactured second deformation sensor was used as the deformation sensor of Example B2.

(2)変形センサの応答性評価
実施例B1、B2の変形センサについて、変形に対する電気抵抗の変化を調べた。電気抵抗の測定は、上記実施例Aと同様に行った。各変形センサにおける変形に対する電気抵抗の測定結果を図9に示す。図9の縦軸の抵抗変化率は、図8の縦軸と同じである。また、図9中、上記参考例Aの変形センサの測定結果も併せて示す。
(2) Evaluation of responsiveness of deformation sensor With respect to the deformation sensors of Examples B1 and B2, changes in electrical resistance with respect to deformation were examined. The electrical resistance was measured in the same manner as in Example A above. The measurement result of the electrical resistance with respect to the deformation in each deformation sensor is shown in FIG. The resistance change rate on the vertical axis in FIG. 9 is the same as the vertical axis in FIG. Moreover, the measurement result of the deformation sensor of the reference example A is also shown in FIG.

図9に示すように、実施例B1、B2の変形センサにおいて、変位量が大きくなるに従って、抵抗変化率は増加した。つまり、変形センサの変形量が大きくなるに従って、電気抵抗が増加した。   As shown in FIG. 9, in the deformation sensors of Examples B1 and B2, the resistance change rate increased as the displacement amount increased. That is, the electrical resistance increased as the deformation amount of the deformation sensor increased.

このように、センサ部品を全て印刷法により形成することにより、薄くてセンサ部品の集積化が容易な変形センサを製造することができる。また、印刷法によると、製造工程が単純化され、製造時間の短縮が可能となる。よって、製造コストを低減することができる。したがって、印刷法は、変形センサの量産化に好適である。   Thus, by forming all the sensor components by the printing method, it is possible to manufacture a deformation sensor that is thin and easy to integrate the sensor components. Further, according to the printing method, the manufacturing process is simplified, and the manufacturing time can be shortened. Therefore, the manufacturing cost can be reduced. Therefore, the printing method is suitable for mass production of deformation sensors.

本発明のセンサ薄膜の荷重印加前の導電パスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conductive path before the load application of the sensor thin film of this invention. 同センサ薄膜の荷重印加後の導電パスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conductive path after the load application of the sensor thin film. 本発明の第一実施形態の変形センサの正面図である。It is a front view of the deformation sensor of the first embodiment of the present invention. 図3のIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing of FIG. 本発明の第二実施形態の変形センサの正面図である。It is a front view of the deformation sensor of the second embodiment of the present invention. 図5のVI−VI断面図である。It is VI-VI sectional drawing of FIG. 実施例Aで使用した変形センサの正面図である。It is a front view of the deformation sensor used in Example A. 各変形センサにおける変形に対する電気抵抗の測定結果を示すグラフである(実施例A)。It is a graph which shows the measurement result of the electrical resistance with respect to a deformation | transformation in each deformation | transformation sensor (Example A). 各変形センサにおける変形に対する電気抵抗の測定結果を示すグラフである(実施例B)。It is a graph which shows the measurement result of the electrical resistance with respect to a deformation | transformation in each deformation | transformation sensor (Example B).

符号の説明Explanation of symbols

2:変形センサ
20:基材 21:センサ薄膜 22a、22b:電極 23:絶縁フィルム
230:長孔 24:カバーフィルム 25:コネクタ 26a、26b:導線
27a、27b:電極 28:絶縁フィルム 29a、29b:導線
3:変形センサ 30:基材 31:センサ薄膜 32a、32b:電極
33:コネクタ 34a、34b:導線
100:センサ薄膜 101:熱硬化性樹脂 102:導電性フィラー
P:導電パス
2: Deformation sensor 20: Base material 21: Sensor thin film 22a, 22b: Electrode 23: Insulating film 230: Long hole 24: Cover film 25: Connector 26a, 26b: Conductive wire 27a, 27b: Electrode 28: Insulating film 29a, 29b: Conductor 3: Deformation sensor 30: Base material 31: Sensor thin film 32a, 32b: Electrode 33: Connector 34a, 34b: Conductor 100: Sensor thin film 101: Thermosetting resin 102: Conductive filler P: Conductive path

Claims (9)

熱硬化性樹脂の硬化前樹脂を主成分とする液状樹脂材料に球状の導電性フィラーが分散されてなるセンサ塗料を、基材表面に塗布し硬化させて得られ、
該熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている該導電性フィラーと、を有し、弾性変形可能であって、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加することを特徴とするセンサ薄膜。
It is obtained by applying a sensor coating material in which spherical conductive fillers are dispersed in a liquid resin material whose main component is a pre-curing resin of a thermosetting resin, and curing the coating material on the surface of the substrate,
The thermosetting resin and the conductive filler blended in the thermosetting resin in a substantially single particle state and with a high filling rate, are elastically deformable, and increase the amount of elastic deformation A sensor thin film characterized in that the electrical resistance increases as the
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリイミドから選ばれる一種以上である請求項1に記載のセンサ薄膜。   2. The sensor thin film according to claim 1, wherein the thermosetting resin is at least one selected from an epoxy resin, an alkyd resin, a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, polyurethane, and polyimide. 前記導電性フィラーの充填率は、センサ薄膜の全体の体積を100vol%とした場合の30vol%以上65vol%以下である請求項1または請求項2に記載のセンサ薄膜。   3. The sensor thin film according to claim 1, wherein a filling rate of the conductive filler is 30 vol% or more and 65 vol% or less when the entire volume of the sensor thin film is 100 vol%. 前記導電性フィラーの平均粒子径は、0.05μm以上100μm以下である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のセンサ薄膜。   4. The sensor thin film according to claim 1, wherein the conductive filler has an average particle size of 0.05 μm to 100 μm. 膜厚が10μm以上500μm以下である請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のセンサ薄膜。   The sensor thin film according to any one of claims 1 to 4, wherein the film thickness is 10 µm or more and 500 µm or less. 熱硬化性樹脂と、該熱硬化性樹脂中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、弾性変形可能であって、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ薄膜の製造方法であって、
該熱硬化性樹脂の硬化前樹脂を主成分とする液状樹脂材料に、該導電性フィラーを混合してセンサ塗料を調製するセンサ塗料調製工程と、
該センサ塗料を基材表面に塗布し、形成された塗膜を硬化させる硬化工程と、
を有することを特徴とするセンサ薄膜の製造方法。
It has a thermosetting resin and a spherical conductive filler blended in the thermosetting resin in a substantially single particle state with a high filling rate, is elastically deformable, and increases the amount of elastic deformation A method of manufacturing a sensor thin film in which the electrical resistance increases as
A sensor coating preparation step of preparing a sensor coating by mixing the conductive filler with a liquid resin material mainly composed of a resin before curing of the thermosetting resin;
A curing step of applying the sensor paint to the substrate surface and curing the formed coating film;
A method for producing a sensor thin film, comprising:
前記硬化工程において、前記センサ塗料を印刷法により塗布する請求項6に記載のセンサ薄膜の製造方法。   The method for producing a sensor thin film according to claim 6, wherein in the curing step, the sensor paint is applied by a printing method. 基材と、
該基材表面に配置された請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のセンサ薄膜と、
該センサ薄膜に接続され、電気抵抗を出力可能な電極と、
を備えてなる変形センサ。
A substrate;
The sensor thin film according to any one of claims 1 to 5 disposed on the surface of the substrate;
An electrode connected to the sensor thin film and capable of outputting electrical resistance;
A deformation sensor comprising:
さらに、前記電極と接続されている導線を備え、
前記センサ薄膜、前記電極、および該導線は、印刷法により形成されている請求項8に記載の変形センサ。
Furthermore, a conductive wire connected to the electrode is provided,
The deformation sensor according to claim 8, wherein the sensor thin film, the electrode, and the conductive wire are formed by a printing method.
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