JP2016200580A - 変形検出センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明者、樹脂中に磁性フィラーを分散した磁性樹脂を用い、磁気センサと組合せた変形検出センサにおいて、センサ感度と安定性を向上させることを目的とする。
【解決手段】本発明は、樹脂中に磁性フィラーを含む磁性樹脂と、前記磁性樹脂をその一部に有する高分子発泡体とからなる磁性樹脂含有高分子発泡体、および、
該磁性樹脂含有高分子発泡体の変形に起因する磁気変化を検出する磁気センサと、から構成される変形検出センサであって、
前記磁性樹脂が磁気センサに対向している面に凸部を有することを特徴とする変形検出センサおよびその製造方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、変形検出センサ、特に座席用のシートクッションパッド等に使用される変形検出センサ、およびその製造方法に関する。

自動車などの車両において、人が座席に着座してシートベルトをしかたどうか、を検出して、シートベルトをしていないときに警告を発するアラームシステムが実用化されている。このシステムは、通常、人の着座を検知して、着座してもシートベルトしないときに警告を発するものである。この装置には、人が着座したかどうかを検出する着座センサと、シートベルトがバックルに固定されたことを検出する装置が組み合わされていて、人が着座してもシートベルトがバックルに固定されない時に警告を発するようにしたものが用いられている。着座センサは、人が何回も座るのを検出しなければならないので、高い耐久性を必要とする。また、人が座ったときに、異物感が無いものが求められている。

特開２０１２−１０８１１３号公報（特許文献１）には、座席に配置されて人の着座を検知する着座センサであって、クッション部材の中に対向した電極を設けて、電気的接触で人の着座を検知するものが開示されている。このセンサは、電極を用いるもので、配線がどうしても必要であり、大きな変位を受けると断線することも考えられ、耐久性に問題がある。また、電極は金属的な物が多く、人が座ったときに異物感が生じるし、電極が金属的で無いとしても、その他のものによる異物感が存在する。

特開２０１１−２５５７４３号公報（特許文献２）には、誘電体を挟んで対向するセンサ電極と、センサ電極の間の静電容量を測定する静電容量センサをと備えた静電容量式着座センサが記載されている。このセンサも電極を使うので、配線が必要であり、上記特許文献１と同じように耐久性の問題がある。また、電極の使用により、異物感はぬぐえない。

特開２００７−２１２１９６号公報（特許文献３）には、変位可能な可撓部材に取り付けられた磁気を発生させる磁気発生体と、磁気発生体から発生された磁場を検出する磁気インピーダンス素子を有するフレームの固定部材に取り付けられた磁気センサを備える車両シート用加重検出装置が記載されている。この装置では、磁気発生体は所定の大きさを有する磁石を用いるもので、異物感がなくクッション材の表層へ配置することが難しく、クッション材内層部に配置すると、検出精度が問題となる。

特開２００６−０１４７５６号公報（特許文献４）には、永久磁石と磁気センサを備えた生体信号検出装置が記載されている。この装置も明らかに永久磁石を使用するものであって、異物感があるので、クッション材の表層への配置が難しい。また、クッション内層部への配置も、検出精度が劣ることになる。

特開２０１２−１０８１１３号公報 特開２０１１−２５５７４３号公報 特開２００７−２１２１９６号公報 特開２００６−０１４７５６号公報

本発明者等は、既に変形検出センサの耐久性を向上すると共に、異物感が生じないものを得るために、樹脂中に磁性フィラーを分散した磁性樹脂を用い、磁気センサと組合せた変形検出センサを提案したが、センサ感度と安定性をより一層向上させることが必要であった。本発明者等は、鋭意検討の結果、磁性樹脂の形を単なる層構造でなく、中央部の厚みを厚くすることにより、センサ感度と安定性が向上することを見出し、本発明を成すに至った。

即ち、本発明は、樹脂中に磁性フィラーを含む磁性樹脂と、前記磁性樹脂をその一部に有する高分子発泡体とからなる磁性樹脂含有高分子発泡体、および、
該磁性樹脂含有高分子発泡体の変形に起因する磁気変化を検出する磁気センサと、から構成される変形検出センサであって、
前記磁性樹脂が磁気センサに対向している面に凸部を有することを特徴とする変形検出センサを提供する。

前記磁性樹脂の凸部は、磁気センサに対向している面の中央部にあり、端部の厚みより厚いのが好ましい。

また、前記凸部を含む磁性樹脂の断面の短辺をＬ_１、長辺をＬ_２としたときに、０．５≦Ｌ_１／Ｌ_２＜１の関係を満足するのが好ましい。

前記凸部を含む磁性樹脂の断面形状は、好ましくは台形である。

前記磁性樹脂含有高分子発泡体は、車載用のクッションパッドであり、検出する変形が人の着座状態であるのが好ましい。

本発明は、また、磁性フィラーを樹脂前駆体液に分散させる工程、前記樹脂前駆体液を片面に凸部を有する容器に注入し、硬化させて片面に凸部を有する磁性樹脂を作製する工程、高分子発泡体用モールドに前記磁性樹脂の凸部の無い面がモールド内側面に向くように配設する工程、前記モールドに高分子発泡体原液を注入し、発泡させて、磁性樹脂と高分子発泡体を一体化する工程、および該磁性樹脂含有高分子発泡体をその変形に起因する磁気変化を検出する磁気センサと磁性樹脂の凸部が磁気センサに対向するように組み合わせる工程、からなる変形検出センサの製造方法を提供する。

前記磁性樹脂の配設は、前記高分子発泡体用モールド内に設けられた磁石部分への吸着により行われるのが好ましい。

本発明によれば、磁性樹脂の中央部の厚みが厚いため、中央部に磁性フィラーが多く含まれることになり、中央部の磁束密度が高くなって、変形検出感度が向上する。また、磁性樹脂の中央部の厚みが厚いのと同時に、端部の厚みが薄くなり、高分子発泡体を成形する時に、高分子発泡体原液を流し込んだ際に液流れ性が良好となり、エアポケット（空気溜り部）ができにくいため、歩留まりが高く性能の安定性も優れる。

本発明の磁性樹脂は、樹脂中に磁性フィラーが分散されているので、固体状の磁石を用いる場合に比べて、異物感が非常に少なく、車載用シートに用いた時に座り心地が良い変形検出センサとなる。また、磁気センサは、磁性樹脂中の磁性フィラーの磁気変化を検出するので、距離を離して設置しても良く、また電極を用いるセンサと異なって、電極に接続するための配線が不要であり、配線の切断などの耐久性の問題が解消される。更に、電極に接続する配線が不要なので、高分子発泡体内に異物を設置する必要が無く、製造面でも簡単になる。

本発明の変形検出センサを車載用シートに応用した場合を示す模式断面図である。この場合、磁性樹脂は、凸部がステップ状断面を有している。 本発明の図１に示す磁性樹脂含有高分子発泡体の斜視図を模式的に表した図である。 図１および図２の磁性樹脂４を拡大した斜視図である。 磁性樹脂の断面台形の形状を示す斜視図である。 磁性樹脂の別の形状を示す斜視図である。 磁性樹脂の更に別の形状を示す斜視図である。 磁性樹脂のもう一つ別の形状を示す斜視図である。

図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の変形検出センサを車載用シートに応用する場合を示す模式断面図である。
図２は、本発明の磁性樹脂含有高分子発泡体の斜視図を模式的に表した図である。

図１に示されているように、本発明の変形検出センサは、基本的には、着座部１と、磁気センサ３とから構成されている。車載用シートに用いる場合は、背もたれ部２を着座部の端部に接触して有している。着座部１は、磁性樹脂４と、高分子発泡体５とからなる磁性樹脂含有高分子発泡体６と、それを覆う外皮７からなり、磁性樹脂４は高分子発泡体５の着座面の一部に層状に形成されている。磁気センサ３は、車載用シートを支える台座８に固定されているのが好ましい。台座８は、自動車の場合車体（図示せず）に固定されている。図１では、磁性樹脂４は、ステップ状断面を有する凸部９を中央部に有しており、凸部９は図１の紙面に直行する方向に延びている。また、凸部９は磁気センサ３に対向している。

図２では、磁性樹脂４と高分子発泡体５とからなる本発明の磁性樹脂含有高分子発泡体６の斜視図を示し、台座８とその上に載置された磁気センサ３も図示している。磁性樹脂４は、人が着座して、変形を一番受けやすい場所の最上部に配置してある。図２では、磁性樹脂含有高分子発泡体６の上の外皮７が記載されていない。外皮７は、皮、布、合成樹脂が用いられるが、それらに限定されない。また、磁性樹脂４の凸部９は、磁気センサ３に対向している。

磁性樹脂４中には、磁性フィラーが分散されていて、磁性フィラーは着磁その他方法で磁力を有している。人が着座部１に着座すると、磁性樹脂含有高分子発泡体６が変形し、これにより、磁場が変化する。その磁場の変化を磁気センサ３が検出し、人が着座したことを認識する。上記図１および図２では、磁性樹脂４を有する磁性樹脂含有高分子発泡体６は、人が着座する尻部にあり、人が座っていることを認識して、例えばシートベルトをしていない場合に警告を発するようにすることができる。また、本発明の磁性樹脂含有高分子発泡体６は、人の背中にあたる背もたれ部２に使用してよく、その場合は人の着座の姿勢を検知することができる。

図３は、図１および図２の磁性樹脂４を拡大した斜視図である。凸部９（図３では凸条）が互いに直行する方向の一の方向（図３ではｚ軸の方向）に延びている。磁性樹脂４のｚ軸に交差する平面（ｘ−ｙ平面）の断面Ａは、ステップ状になっている。また、磁性樹脂４の凸部は、磁性樹脂４の中央部にあり、磁性樹脂の厚みは中央部が端部より厚い。磁性樹脂の厚みが端部より中央部が厚くなっていることは、図３の断面Ａで短辺Ｌ_１が長辺Ｌ_２より短いことで表現することもできる。本発明ではＬ_１／Ｌ_２の比が、０．５≦Ｌ_１／Ｌ_２＜１．０であることが好ましい。Ｌ_１／Ｌ_２が０．５未満では、磁束密度が低くなる傾向にある。逆に、Ｌ_１／Ｌ_２が１．０以上では、安定性に劣る傾向にある。Ｌ_２は、好ましくは１〜１００ｍｍ程度であり、Ｌ_１は不等式から０．５〜１００ｍｍ程度である。

図１および図２の磁性樹脂４は、図１〜図３のように、ステップ状断面を有する凸条である必要は必ずしもなく、磁気センサに対向している面に凸部、即ち膜厚部分を有していればよい。これにより、磁束密度が高くなり、感度を高めることができる。また、中央部が厚いことにより、高分子発泡体原液を注入して磁性樹脂含有高分子発泡体を形成する時に、液流れ性が良く、ボイドや空隙の発生を抑制することができる。磁性樹脂４の形状は、図示している四角い形状のみならず、円形やその他の形状であってもよい。

磁性樹脂４は、厚さ０．５〜２０ｍｍが好ましく、１．０〜５．０ｍｍがより好ましい。磁性樹脂の厚さが０．５ｍｍより薄いと、磁性フィラーの添加量が不足して、センサ感度が悪くなる傾向にあり、逆に２０ｍｍより厚いと磁性樹脂の異物感を感じやすくなる傾向にある。

図４〜図７に磁性樹脂４の形状の例を記載しているが、これらに限定されない。図４の上の図では、図３と同じく凸部９が、互いに直行する方向の一の方向（図４ではｚ軸の方向）に延びているが、ｚ軸に交差する平面（ｘ−ｙ平面）の断面Ｂは台形になっている。そのｘ−ｙ平面の断面Ｂだけを記載したものが図４の下の図である。断面Ｂが図４の下の図のように台形の場合、図３と同様に、短辺をＬ_１とし、長辺をＬ_２としたときに、０．５≦Ｌ_１／Ｌ_２＜１．０の関係を満足するのが好ましい。即ち、磁性樹脂の厚みは中央部が端部より厚い。

図５でも、磁性樹脂４の凸部９が互いに直行する方向の一の方向（図５ではｚ軸の方向）に延びているが、ｚ軸に交差する平面（ｘ−ｙ平面）の断面Ｃは長方形の上に台形が乗ったような、形をしている。図６は、図５の変形例であり、凸部９が四角錐台のように、中央部のみが盛り上がっている。図６では、磁性樹脂４のｘ−ｙ平面における断面Ｄは図５と同様に長方形の上に台形が乗ったような形をしている。また、図６には図示していないが、断面Ｄに直行するｙ−ｚ平面における断面も断面Ｄと同じ長方形の上に台形が乗ったような形をしている。図５および図６の場合でも、磁性樹脂の厚みは中央部が端部より厚くなっている。

図７は、図５の変形例であるが、上部がアーチ状になっている例である。図７のような、直方体の上に、円筒を長手方向に切断したものが上に乗っているような形であり、かまぼこ型（半円シリンダー型）であってもよい。

本発明の磁性樹脂４は、上記図３〜図７のような形状であってもよく、磁性樹脂中の中央部の磁性フィラー量が多くなって磁束密度が高くなり、中央の凸部９が磁気センサ３に対向して配置されると、変形の検出が容易になる。図１では、磁性樹脂４の凸部９は図１の紙面に直行する方向に延びているが、凸部９は図１と直角の方向（紙面に平行な方向）であってもよく、その場合も同様に中央部の磁性フィラー量が多くなり、変形の検出が容易になる。

磁性樹脂
本明細書において「磁性樹脂」とは、樹脂中に磁性フィラー（即ち、磁性を有する無機フィラー）が分散したものと言う。

磁性フィラーは、一般的に、稀土類系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、酸化物系があるが、これらのいずれでもよい。好ましくは、高い磁力が得られる稀土類系であるが、これに限られない。特に好ましくはネオジム系のフィラーが好ましい。磁性フィラーの形状は、特に限定的ではなく、球状、扁平状、針状、柱状および不定形のいずれであってよい。磁性フィラーは、平均粒径０．０２〜５００μｍ、好ましくは０．１〜４００μｍ、より好ましくは０．５〜３００μｍである。平均粒径が０．０２μｍより小さいと、磁性フィラーの磁気特性が悪化してしまう。平均粒径５００μｍを超えると磁性樹脂の機械的特性(脆性)が悪化してしまう。

磁性フィラーは、着磁後に樹脂中に導入してもよいが、樹脂に導入した後に着磁することが好ましい。樹脂中に導入後、着磁すると、磁石の極性の制御が容易になり、磁力の検出が容易になる。

樹脂は、一般の樹脂を用いる事ができるが、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマーまたはそれらの混合物を用いることが好ましい。熱可塑性エラストマーとしては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。また、熱硬化性エラストマーとしては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系合成ゴム、および天然ゴム等を挙げることができる。このうち好ましいのは熱硬化性エラストマーであり、長期に使用することに伴う磁性樹脂のへたりを抑制できるためである。更に好ましくは、ポリウレタンエラストマー（ポリウレタンゴムともいう）またはシリコーンエラストマー（シリコーンゴムともいう）である。

樹脂は、好ましくはポリウレタンエラストマーまたはシリコーンエラストマーが好適である。ポリウレタンエラストマーの場合、活性水素含有化合物と磁性フィラーを混合し、ここにイソシアネート成分を混合させる事により混合液を得る。また、イソシアネート成分にフィラーを混合し、活性水素含有化合物を混合させる事で混合液を得る事も出来る。該混合液を離型処理したモールド内に注型し、その後硬化温度まで加熱して硬化することにより、エラストマーを形成してもよい。シリコーンエラストマーの場合、シリコーンエラストマーの前駆体に磁性フィラーを入れて混合し、その後加熱して硬化することによりエラストマーを形成する。混合液作成時に、必要に応じて溶剤を配合しても良い。

ここで、ポリウレタンエラストマーの場合使用できるイソシアネート成分、活性水素含有化合物については下記のものが挙げられる。

イソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を特に限定なく使用できる。イソシアネート成分としては、例えば、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートが挙げられる。これらは１種で用いても、２種以上を混合しても差し支えない。また、前記イソシアネートは、ウレタン変性、アロファネート変性、ビウレット変性、及びイソシアヌレート変性等の変性化したものであってもよい。

活性水素含有化合物としては、ポリウレタンの技術分野において、通常用いられるものを挙げることができる。例えば、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体等に代表されるポリエーテルポリオール、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート、３−メチル−１，５−ペンタンアジペートに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応物などで例示されるポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させ、次いで得られた反応混合物を有機ジカルボン酸と反応させたポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリヒドロキシル化合物とアリールカーボネートとのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

活性水素含有化合物として上述した高分子量ポリオール成分の他に、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、トリメチロールプロパン、グリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スクロース、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサノール、及びトリエタノールアミン等の低分子量ポリオール成分、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミン成分を用いてもよい。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。更に、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、２，６−ジクロロ−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレンビス（２，３−ジクロロアニリン）、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、１，２−ビス（２−アミノフェニルチオ）エタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジイソプロピル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’，５，５’−テトラエチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’，５，５’−テトライソプロピルジフェニルメタン、ｍ−キシリレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、及びｐ−キシリレンジアミン等に例示されるポリアミン類を混合することもできる。

樹脂中の磁性フィラーの量は、樹脂１００重量部に対して、１〜４５０重量部、好ましくは２〜４００重量部である。１重量部より少ないと、磁場の変化を検出することが難しくなる。また、４５０重量部を超えると、樹脂自体が脆くなるなど、所望の特性が得られなくなる。

磁性樹脂は、気泡を含まない無発泡体であっても構わないが、安定性や磁気センサ３の感度を高める観点から、更には軽量化の観点から、気泡を含有する発泡体であってもよい。その発泡体には、一般の樹脂フォームを用いることができるが、圧縮永久歪などの特性を考慮すると熱硬化性樹脂フォームを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂フォームとしては、ポリウレタン樹脂フォーム、シリコーン樹脂フォームなどが挙げられ、このうちポリウレタン樹脂フォームが好適である。ポリウレタン樹脂フォームには、上述したイソシアネート成分や活性水素含有化合物を使用できる。

本発明においては、磁性樹脂の柔軟性を損ねない程度に磁性樹脂の外周部に封止材を設けても良い。封止材としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂またはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、エチレン・アクリル酸エチルコポリマー、エチレン・酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリブタジエン等を挙げることができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等のジエン系合成ゴム、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、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系ゴム、天然ゴム、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。封止材として前記熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂またはそれらの混合物を使用する場合、例えばフィルム状のものを好適に使用することができる。これらのフィルムは積層されていても良く、また、アルミ箔などの金属箔や上記フィルム上に金属が蒸着された金属蒸着膜を含むフィルムであっても良い。封止材は、磁性樹脂中の磁性フィラーの錆を防止する効果を有する。

変形検出センサの製造方法
本発明は、また、磁性フィラーを樹脂前駆体液に分散させる工程、前記樹脂前駆体液を片面に凸部を有する容器に注入し、硬化させて片面に凸部を有する磁性樹脂を作製する工程、高分子発泡体用モールドに前記磁性樹脂の凸部の無い面がモールド内側面に向くように配設する工程、前記モールドに高分子発泡体原液を注入し、発泡させて、磁性樹脂と高分子発泡体を一体化する工程、および該磁性樹脂含有高分子発泡体をその変形に起因する磁気変化を検出する磁気センサと磁性樹脂の凸部が磁気センサに対向するように組み合わせる工程、からなる変形検出センサの製造方法を提供する。

磁性樹脂は、樹脂の形成時に、樹脂前駆体液に磁性フィラーを配合して、容器内で反応させることにより磁性樹脂を作成することができる。この容器は、本発明で特徴的な片面に凸部を有する形成するものである。この磁性樹脂を高分子発泡体用のモールド内に、磁性樹脂の凸部の無い面がモールドの内側面を向くように配設し、その後高分子発泡体原液を注入する。この高分子発泡体原液を発泡させることにより、磁性樹脂と高分子発泡体とが一体化した磁性樹脂含有高分子発泡体を形成する。

高分子発泡体用のモールドに、磁性樹脂を配置する際に、モールド内に磁石を配置して、磁性樹脂が磁石に吸着する性能を用いて配置すると、容易に配置できる。磁石は、モールド内の磁性樹脂を配置する場所に設置するか、モールドの金型の外部から強力な磁石により操作してもよい。また、磁性樹脂の配置には、上記磁石を用いるほかに、両面テープで貼り付けたり、粘着剤で貼り付けたりする等、一般的な方法を用いることができる。

高分子発泡体
高分子発泡体は、上述のように、高分子発泡体原液を発泡させて得られる。高分子発泡体は、一般の樹脂発泡体を用いることができ、その中でも熱硬化性樹脂発泡体が好ましく、より具体的にはポリウレタン樹脂発泡体またはシリコーン樹脂発泡体が用いられる。ポリウレタン樹脂発泡体からなる高分子発泡体の場合、その原液は、ポリイソシアネート成分、ポリオール、水などの活性水素含有化合物を含むものである。ここで、使用できるポリイソシアネート成分、活性水素含有化合物については下記のものが挙げられる。

ポリイソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を特に限定なく使用できる。例えば、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネートが挙げられる。また、ジフェニルメタンジイソシアネートの多核体（クルードＭＤＩ）であっても良い。エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートが挙げられる。これらは１種で用いても、２種以上を混合しても差し支えない。また、前記イソシアネートは、ウレタン変性、アロファネート変性、ビウレット変性、及びイソシアヌレート変性等の変性化したものであってもよい。

活性水素含有化合物としては、ポリウレタンの技術分野において、通常用いられるものを挙げることができる。例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体等に代表されるポリエーテルポリオール、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート、３−メチル−１，５−ペンタンアジペートに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応物などで例示されるポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させ、次いで得られた反応混合物を有機ジカルボン酸と反応させたポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリヒドロキシル化合物とアリールカーボネートとのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオール、ポリマー粒子を分散させたポリエーテルポリオールであるポリマーポリオールなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの具体例としては、三井化学株式会社製の市販品（例えば、ＥＰ３０２８、ＥＰ３０３３、ＥＰ８２８、ＰＯＰ３１２８、ＰＯＰ３４２８およびＰＯＰ３６２８）などが使用できる。

高分子発泡体を製造するに際して、配合される上記以外のものは通常用いられる架橋剤、整泡剤、触媒等を使用すればよく、その種類はとくに限定されない。

架橋剤の例としては、トリエタノールアミン、ジエタノールアミンなど挙げられる。整泡剤としては、東レ・ダウ・コーニング・シリコーン株式会社製のＳＦ-２９６２、ＳＲＸ−２７４Ｃ、２９６９Ｔ等が挙げられる。触媒の例としては、Ｄａｂｃｏ３３ＬＶ（エアープロダクツジャパン株式会社製）、トヨキャットＥＴ、ＳＰＦ２、ＭＲ（東ソー株式会社製）等が挙げられる。

更に、必要に応じて、水、トナー、難燃剤などの添加物を適宜使用することもできる。

難燃剤の例としては、大八化学株式会社製のＣＲ５３０やＣＲ５０５が挙げられる。

変形検出センサ
上記方法で得られた磁性樹脂含有高分子発泡体は、磁気センサを磁性樹脂の凸部が磁気センサに対向するように組み合わせることにより、本発明の変形検出センサが得られる。高分子発泡体には、凸部を有する磁性樹脂が、凸部が磁気センサに対向するように存在し、高分子発泡体が人の着座により変形することにより、磁場が変化する。その磁場の変化を磁気センサが検出して、人の着座を検出するのであるが、本発明では磁性樹脂の凸部が磁気センサに対向しているので、磁性樹脂中の磁性フィラー量の多い部分（即ち、凸部）が磁気センサに近い距離にあり、変形の検出感度が高くなる。

本発明の変形検出センサの製造方法では、磁性樹脂は、磁性樹脂の凸部が磁気センサに対向していれば、高分子発泡体の上面あるいは下面のいずれにあってもよい。また、変形検出センサとしては、磁性樹脂の凸部が磁気センサに対向していれば、磁性樹脂が高分子発泡体の内部に存在してもよい。

本発明に用いる磁気センサは、通常磁場の変化を検出するために用いられるセンサであればよく、磁気抵抗素子（例えば、半導体化合物磁気抵抗素子、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）またはトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ））、ホール素子、インダクタ、ＭＩ素子、フラックスゲートセンサなどを例示することができる。より広範囲にわたって高い感度を有するという観点から、ホール素子が好ましく使用される。

また、上記変形検出センサは、車載用のクッションパッド以外の用途、例えば、ロボットの手や皮膚、ベッド等の面圧分布、タイヤの路面状態や空気圧、生体の運動状態（モーションキャプチャ、呼吸状態や筋肉の弛緩状態など）、立入禁止制限区域への侵入、スライドドアの異物などの検知に利用することができる。

本発明を実施例により更に詳細に説明する。本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
磁性樹脂の作成
反応容器にポリオールＡ（グリセリンを開始剤にプロピレンオキシドを付加したポリオキシプロピレングリコール、ＯＨ価５６、官能基数３、旭硝子株式会社製、エクセノール３０３０）８５．２重量部を入れ、撹拌しながら減圧脱水を１時間行った。その後、反応容器内を窒素置換した。次いで、反応容器にトルエンジイソシアネート（三井化学株式会社製、２，４体＝１００％、ＮＣＯ％＝４８．３％）１４．８重量部を添加して、反応容器内の温度を８０℃に保持しながら３時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーＡ（ＮＣＯ％＝３．５８％）を合成した。

次に、ポリオールＡ１８９．４重量部およびオクチル酸ビスマス（日本化学産業株式会社製、プキャット２５）０．３５重量部の混合液にネオジム系フィラー（ＮｄＦｅＢ磁粉；モリコープ・マグネクエンチ株式会社製、ＭＱＰ−１４−１２、平均粒径５０μｍ）６７５．３重量部を添加し、フィラー分散液を調製した。このフィラー分散液に前記プレポリマーＡを添加し、自転・公転ミキサー（シンキー株式会社製）にて混合、および脱泡を行った。この反応液を図４のように断面台形で、短辺１５ｍｍ、長辺２０ｍｍの容器に滴下し、ドクターブレードにて厚み２．０ｍｍに調整した。その後、８０℃で１時間硬化を行って、磁性フィラー分散樹脂を得た。得られた該磁性フィラー分散樹脂を着磁装置（玉川製作所株式会社製）にて２．０Ｔで着磁することにより、断面が台形の磁性樹脂を得た。台形断面は、短辺（Ｌ_１）１５ｍｍ、長辺（Ｌ_２）２０ｍｍで高さ２．０ｍｍであった。

磁性樹脂含有高分子発泡体の作成
続いて、ポリプロピレングリコール（三井化学株式会社製、ＥＰ−３０２８、ＯＨ価２８）６０．０重量部、ポリマーポリオール（三井化学株式会社製、ＰＯＰ−３１２８、ＯＨ価２８）４０．０重量部、ジエタノールアミン（三井化学株式会社製）２．０重量部、水３．０重量部、整泡剤（東レ・ダウ・コーニング・シリコーン株式会社製、ＳＦ−２９６２）１．０重量部およびアミン触媒（エアープロダクツジャパン株式会社製、Ｄａｂｃｏ３３ＬＶ）０．５重量部を混合・撹拌し、混合液Ａを調製し、２３℃に温度を調節した。また、トルエンジイソシアネートとクルードＭＤＩの８０／２０（重量比）混合物（三井化学株式会社製、ＴＭ−２０、ＮＣＯ％＝４４．８％）を２３℃に温調し、混合液Ｂとした。

次いで、前記図４の形状を有する磁性樹脂を長さ２０ｍｍの大きさに切り出し、これを４００ｍｍ角×７０ｍｍ厚みの所定の位置に磁石が配置されたモールド内に、長辺Ｌ_２が磁石と接触するように配置し、モールド温度を６２℃に調整した。そこへ、前記混合液Ａと前記混合液ＢをＮＣＯ ｉｎｄｅｘ＝１．０となるように混合した原液を、高圧発泡機にてモールド内に注入し、モールド温度６２℃で５分間、発泡・硬化させて、磁性樹脂含有高分子発泡体を得た。この発泡体の平均磁束密度変化（Ｇａｕｓｓ）および特性安定性（％）を下記の要領で測定した。結果を表１に示す。表１には、磁性樹脂の配合、ＮＣＯ ｉｎｄｅｘ、製造条件の磁性樹脂の形状の図番号、短辺の長さ、長辺の長さおよび短辺／長辺の比も記載する。

平均磁束密度変化
ホール素子（旭化成エレクトロニクス社製、ＥＱ−４３０Ｌ）をアクリル板に貼り付け、作製した磁性樹脂含有高分子発泡体の磁性樹脂の下面に貼り付けた。次に、磁性樹脂の中心部分を、１０ｍｍφの面圧子を用いて、１０ｋＰａの圧力を印加し、この時のホール素子の出力電圧変化より磁束密度変化（Ｇａｕｓｓ）を求めた。この磁束密度変化測定を１０回実施し、その平均値を平均磁束密度変化とした。なお、測定温度は２０℃とした。

特性安定性
上記磁束密度変化測定のバラつきを以下の式によって求め、特性安定性（％）とした。

実施例２〜５および比較例１
実施例１の磁性樹脂を形成する際に用いる短辺Ｌ_１１５ｍｍ、長辺Ｌ_２２０ｍｍの容器を、表１に示す値の長辺および短辺にして、磁性樹脂を作成した。また、実施例４は、磁性樹脂を形成する容器の断面が図３のようにステップ状のものを使用し、短辺Ｌ_１および長辺Ｌ_２の値を表１に示す。更に、比較例１では、長辺と短辺が２０ｍｍと同じものを用いて磁性樹脂を作成した。それらの磁性樹脂を用いた高分子発泡体をそれぞれ作成し、平均磁束密度変化（Ｇａｕｓｓ）および特性安定性（％）を実施例１と同様に測定し、結果を表１に示す。表１には、短辺（Ｌ_１）／長辺（Ｌ_２）の比も記載している。磁性樹脂の形状の欄には、図面の番号を記載している。

表１から明らかなように、本発明の実施例の場合は、磁束密度変化（Ｇａｕｓｓ）および特性安定性が良い。実施例２は、実施例１よりもＬ_１／Ｌ_２比が小さい（傾斜が大きい）ものであり、磁性フィラー量が減少するために平均磁束密度はやや低下したが、使用可能なレベルであった。実施例３は、実施例１よりもＬ_１／Ｌ_２比が大きい（傾斜が小さい）ものであり、エア溜りができやすいため特性安定性はやや低下したが、使用可能なレベルであった。実施例４は、実施例１の磁性樹脂の形状を台形状からステップ状に変化させたものであり、実施例１に比べて屈曲部へエア溜りが起こりやすいためやや安定性に劣るものの、使用可能なレベルであった。実施例５は、実施例１よりもＬ_１／Ｌ_２比が小さい（傾斜が大きい）ものであり、磁性フィラー量が減少するために平均磁束密度は低下したが、使用可能なレベルであった。比較例１は、エア溜りができやすく特性安定性に劣るため、センサとしては使用困難であった。

本発明の変形検出センサは、車の座席などに応用可能であり、長期間の使用に耐える、優れたものである。また、本発明の変形検出センサは、磁束密度変化が大きく、測定感度が高く、製造時のエア溜りの発生が少なく、特性安定性に優れるものであった。

１…着座部
２…背もたれ部
３…磁気センサ
４…磁性樹脂
５…高分子発泡体
６…磁性樹脂含有高分子発泡体
７…外皮
８…台座
９…凸部

Claims (7)

1. 樹脂中に磁性フィラーを含む磁性樹脂と、前記磁性樹脂をその一部に有する高分子発泡体とからなる磁性樹脂含有高分子発泡体、および、
   該磁性樹脂含有高分子発泡体の変形に起因する磁気変化を検出する磁気センサと、から構成される変形検出センサであって、
   前記磁性樹脂が磁気センサに対向している面に凸部を有することを特徴とする変形検出センサ。
2. 前記磁性樹脂の凸部が、磁気センサに対向している面の中央部にあり、端部の厚みより厚い、請求項１記載の変形検出センサ。
3. 前記凸部を含む磁性樹脂の断面の短辺をＬ_１、長辺をＬ_２としたときに、０．５≦Ｌ_１／Ｌ_２＜１の関係を満足する、請求項１または２記載の変形検出センサ。
4. 前記凸部を含む磁性樹脂の断面形状が、台形である、請求項１〜３いずれか１項に記載の変形検出センサ。
5. 前記磁性樹脂含有高分子発泡体が、車載用のクッションパッドであり、検出する変形が人の着座状態である、請求項１〜４いずれか１項に記載の変形検出センサ。
6. 磁性フィラーを樹脂前駆体液に分散させる工程、前記樹脂前駆体液を片面に凸部を有する容器に注入し、硬化させて片面に凸部を有する磁性樹脂を作製する工程、高分子発泡体用モールドに前記磁性樹脂の凸部の無い面がモールド内側面に向くように配設する工程、前記モールドに高分子発泡体原液を注入し、発泡させて、磁性樹脂と高分子発泡体を一体化する工程、および該磁性樹脂含有高分子発泡体をその変形に起因する磁気変化を検出する磁気センサと磁性樹脂の凸部が磁気センサに対向するように組み合わせる工程、からなる変形検出センサの製造方法。
7. 前記磁性樹脂の配設が、前記高分子発泡体用モールド内に設けられた磁石部分への吸着により行われる、請求項６記載の変形検出センサの製造方法。

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