JP2016203741A - 変形検出センサおよびその製造方法 - Google Patents

変形検出センサおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】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、検出特性の安定性をより一層の向上する。【解決手段】樹脂中に磁性フィラーを含む磁性樹脂４と、前記磁性樹脂４をその一部に有する高分子発泡体５とからなる磁性樹脂含有高分子発泡体６、および、該磁性樹脂含有高分子発泡体６の変形に起因する磁気変化を検出する磁気センサ３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４が弾性率０．１〜１０ＭＰａ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、特に車載用シート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、検出特性の安定性をより一層向上することが必要であった。本発明者等は、鋭意検討の結果、磁性樹脂の弾性率を制御することにより、異物感なく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、
前記磁性樹脂が弾性率０．１〜１０ＭＰａを有することを特徴とする変形検出センサを提供する。
本発明は、また、モノオール成分を含む樹脂前駆体液に磁性フィラーを分散させる工程、前記樹脂前駆体液を硬化させて弾性率０．１〜１０ＭＰａ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を配設する工程、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。
前記高分子発泡体の前記磁性樹脂との界面近傍の平均気泡径は、高分子発泡体の中央部の平均気泡径より大きいことが好ましい。
前記磁性樹脂および高分子発泡体は、ポリウレタンからなることが好ましい。
前記磁性樹脂を形成するポリウレタンは、モノオール成分を含有することが好ましい。
前記モノオール成分は、好ましくは高極性モノオールである。
前記モノオール成分の含有量は、全ポリウレタン原料に対して０．１〜１．０ｍｅｑ／ｇであることが好ましい。
前記磁性樹脂と前記高分子発泡体は、自己接着により接着していることが好ましい。
前記磁性樹脂含有高分子発泡体は、車載用シート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ことが好ましい。
本発明によれば、磁性樹脂の弾性率を０．１〜１０ＭＰａに制御することにより、高分子発泡体の変形（特に、屈曲変形）に追随する性能が高まり、検出特性の安定性が向上する。
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。 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。
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。
本発明では、磁性樹脂４は、弾性率０．１〜１０ＭＰａであることが必要である。磁性樹脂の弾性率が０．１ＭＰａ未満では、ハンドリング性が悪化して、特性安定性が劣り、逆に弾性率が１０ＭＰａを超えると、センサ感度が低下する。弾性率は、好ましくは０．１５〜３ＭＰａである。弾性率は、ＪＩＳ Ｋ−７３１２に従って測定する。具体的には、オートグラフＡＧ−Ｘ（株式会社島津製作所製）を用いて、測定することにより得られる。より具体的な測定条件は、実施例に記載している。
磁性樹脂４の弾性率を制御する方法は、公知であって種々の方法を用いることができるが、例えば磁性樹脂を形成する樹脂の分子量を小さくする方法や架橋剤の量を減らす方法等が考えられる。詳細は、磁性樹脂の配合や製造方法を説明する際に説明する。
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。
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。また、本発明では、上述のように、磁性樹脂の弾性率を低く制御する必要から、活性水素含有化合物の一部としてモノオールを配合してもよい。更に、モノオールを配合せずに、ＮＣＯ ｉｎｄｅｘを制御することにより弾性率を制御してもよい。
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。
弾性率の制御に用いるモノオール成分としては、ポリウレタンの技術分野において公知のものを使用可能であるが、本発明においては特に、ニトリル基やニトロ基などの高極性基を有する高極性モノオールが好適に使用可能である。高極性基が存在すると、それが水を吸着し、吸着した水が高分子発泡体の製造時に水発泡を引き起こし、高分子発泡体の磁性樹脂近傍での平均気泡径が高分子発泡体の中央部分での平均気泡径より大きくなるものと思われる。
高極性モノオールの具体例として、エチレンシアノヒドリン（２‐シアノエチルアルコール）、２‐ヒドロキシブチロニトリル、２‐ヒドロキシイソブチロニトリル、３‐ヒドロキシブチロニトリル、３‐ヒドロキシグルタロニトリル、３‐ヒドロキシ‐３‐フェニルプロピオニトリル、ｏ‐シアノベンジルアルコール、ｍ‐シアノベンジルアルコール、ｐ‐シアノベンジルアルコール、４‐（２‐ヒドロキシエチル）ベンゾニトリル、２‐ニトロエタノール、２‐メチル‐２‐ニトロ‐１‐プロパノール、３‐ニトロ‐２‐ブタノール、３‐ニトロ‐２‐ペンタノール、ｏ‐ニトロベンジルアルコール、ｍ‐ニトロベンジルアルコール、ｐ‐ニトロベンジルアルコール、２‐メチル‐３‐ニトロベンジルアルコール、３‐メチル‐２‐ニトロベンジルアルコール、３‐メチル‐４‐ニトロベンジルアルコール、４‐メチル‐３‐ニトロベンジルアルコール、５‐メチル‐２‐ニトロベンジルアルコール、３‐メトキシ‐４‐ニトロベンジルアルコール、４，５‐ジメトキシ‐２‐ニトロベンジルアルコール、４‐メトキシ‐３‐ニトロベンジルアルコール、５‐ヒドロキシ‐２‐ニトロベンジルアルコール、４‐ヒドロキシ‐３‐ニトロベンジルアルコール、２‐（４‐ニトロフェニル）エタノールなどが挙げられる。
モノオール成分としては、上記高極性モノオール以外のモノオールも使用できる。その他の使用可能なモノオール成分としては、当業者に公知のモノアルコール、例えばメタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールなどの単純アルコールや、下記一般式（１）：
Ｒ１−（ＯＣＨ２ＣＨＲ２）ｎ−ＯＨ （１）
（式中、Ｒ１はメチル基またはエチル基であり、Ｒ２は水素原子またはメチル基であり、ｎは１〜５の整数である）で表される（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル、具体的には、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、２−メトキシエタノール、エチ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ブルエーテル、エチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコールモノ−ｐ−イソオクチルフェニルエーテルが挙げられる。モノオールとしては、カルボン酸のアルキレンオキシド付加物もの使用でき、具体的には酢酸、アクリル酸、メタクリル酸などのカルボン酸類のアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。
モノオールの配合量は、ポリウレタンの原料の総量に基づいて、０．１〜１．０ｍｅｑ／ｇ、好ましくは０．１５〜０．９ｍｅｑ／ｇである。モノオール、特に高極性モノオールの使用により、高極性基が水を吸着し、吸着した水が高分子発泡体の製造時に水発泡を引き起こし、高分子発泡体の磁性樹脂近傍での平均気泡径が大きくなるものと考えられる。モノオールの配合量が０．１ｍｅｑ／ｇより少ないと、高分子発泡体の磁性樹脂近傍での平均気泡径の制御を達成することができない。逆に、１．０ｍｅｑ／ｇより多いと、硬化体を得ることが困難になる。
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。
本発明では、磁性樹脂は、高分子発泡体と両面テープや接着剤で接着されてもよいが、高分子発泡体と自己接着により一体化しているのが好ましい。自己接着すると、磁性樹脂の高分子発泡体からの剥離なども少なく、耐久性が高く、かつ磁性樹脂の柔軟である特徴から、柔らかく、座り心地が向上する。
磁性樹脂がポリウレタンエラストマーの場合、ＮＣＯ ｉｎｄｅｘは、通常０．３５〜１．１５、好ましくは０．４〜１．１である。ＮＣＯ ｉｎｄｅｘが０．３５より小さいと、磁性エラストマーの硬化が不十分になる傾向にあり、ＮＣＯ ｉｎｄｅｘが１．１５より大きいと、弾性率が高くなり、センサ感度が低下する傾向にある。前述のように、磁性樹脂の弾性率の制御は架橋剤の量で制御することができ、ポリウレタンエラストマーの場合、ＮＣＯ ｉｎｄｅｘで制御することができる。磁性樹脂の弾性率をＮＣＯ ｉｎｄｅｘで制御する場合には、上記ＮＣＯ ｉｎｄｅｘの範囲の中の低い領域、即ち０．３５〜０．７、好ましくは０．４〜０．６５の範囲で使用することができる。磁性樹脂の弾性率の制御は、モノオールの使用またはＮＣＯ ｉｎｄｅｘの制御のどちらか一方、あるいは両方を組合せて行ってもよい。
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。封止材を設ける時は、磁性樹脂に高極性モノオールを使用する等の方法で平均気泡径を制御できないが、厚み等の調整により弾性率の制御は可能である。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、モノオール成分を含むポリウレタン樹脂前駆体液に磁性フィラーを分散させる工程、前記樹脂前駆体液を硬化させて弾性率０．１〜１０ＭＰａ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を配設する工程、前記モールドにポリウレタン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、モノオール成分を含有するポリウレタン樹脂前駆体液に磁性フィラーを配合して、容器内で反応することにより弾性率０．１〜１０ＭＰａを有する磁性樹脂を作成することができる。
次に、得られた所定弾性率を有する磁性樹脂を、高分子発泡体用モールドに配置して、モールド内にポリウレタン高分子発泡体原液を注入発泡して磁性樹脂と高分子発泡体を一体化する。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の方法を用いることができる。
高分子発泡体
本発明では、高分子発泡体は、高分子発泡体の中央部の平均気泡径が、磁性樹脂と高分子発泡体との界面近傍の高分子発泡体部分の平均気泡径より小さい、つまり磁性樹脂近傍で平均気泡径が大きくなることを特徴としている。このように、平均気泡径に違いがあることにより、より小さな圧力でも検出可能な変形検出センサが得られる。平均気泡径は、磁性樹脂近傍の場合は、磁性樹脂と高分子発泡体との界面から約１ｍｍの部分を界面に沿って切断し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立サイエンスシステムズ株式会社製、Ｓ−３５００Ｎ）を用いて５０倍の倍率で観察し、得られた画像について、画像解析ソフト（三谷商事株式会社製、ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いて、任意範囲の気泡径（直径）を測定し、平均気泡径を算出した。高分子発泡体の中央部の平均気泡径は、磁性樹脂と高分子発泡体との界面から約５ｃｍの部分を界面に沿って切断して、界面近傍の平均気泡径と同様に測定した。
上記のような平均気泡径の違いは、磁性樹脂の作製時に高極性モノオールを磁性樹脂の原料に配合することにより、磁性樹脂の極性が高くなり、これに伴い、水分が吸着され、磁性樹脂近傍付近の気泡径が大きくなると思われる。
平均気泡径は、高分子発泡体の磁性樹脂近傍では４００〜７００μｍ、好ましくは４００〜６００μｍであり、高分子発泡体中央部では３００〜４５０μｍ、好ましくは３３０〜４００μｍである。両方の気泡径の差は、３０〜３００μｍ、好ましくは５０〜２５０μｍである。
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、磁気センサと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。本発明の変形検出センサでは、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弾性率が低いため、高分子発泡体の変形に対する追随性が高く、変形が大きくなり、検出感度も向上する。また、安定性も増大する。
本発明の変形検出センサの製造方法では、磁性樹脂は、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、磁性樹脂が高分子発泡体の内部に存在していてもよい。
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
磁性樹脂の作製
反応容器にポリオールＡ（３−メチル−１，５−ペンタンジオールおよびトリメチロールプロパンとアジピン酸を出発原料としたポリエステルポリオール、ＯＨ価５６、官能基数３、クラレ株式会社製、Ｆ−３０１０）４２．６重量部とポリオールＢ（３−メチル−１，５−ペンタンアジペート、ＯＨ価５６、官能基数２、クラレ株式会社製、Ｐ−２０１０）４２．６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＝８０％、コスモネートＴ−８０）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Ａ１５．０重量部、エチレンシアノヒドリン（東京化成株式会社製）５．０重量部、およびジ−ラウリン酸ジ−ｎ−ブチル錫（ナカライテスク株式会社製）０．１２重量部の混合液にトルエン３０．０重量部を加え、そこ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１５μｍ）３６０．０重量部を添加し、フィラー分散液を調製した。続いて、前記プレポリマーＡ１００重量部にトルエン３０．０重量部を加え、プレポリマー溶液を調製した。このプレポリマー溶液を前記フィラー分散液に添加し、自転・公転ミキサー（シンキー社製）にて混合、および脱泡を行った。この反応液をニップロールにて厚み１．５ｍｍに調整した。その後、６０℃で１８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（玉川製作所社製）にて２．０Ｔで着磁することにより、磁性樹脂を得た。磁性樹脂の弾性率を以下のように測定し、結果を表１に示す。表１には、磁性樹脂作成時のＮＣＯ ｉｎｄｅｘおよび磁性樹脂のモノオール含有量も記載した。
弾性率
磁性樹脂の弾性率は、次のように測定した。ＪＩＳ Ｋ−７３１２に準拠して、室温でオートグラフＡＧ−Ｘ（島津製作所製）を用いて、圧縮速度は１ｍｍ／ｍｉｎにて圧縮試験を行った。試験片には厚さ１２．５ｍｍ、直径２９．０ｍｍの直円柱形のサンプルを用いた。２．４％から２．６％圧縮時の応力値から圧縮弾性率を算出した。
磁性樹脂含有高分子発泡体の作製
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、前記磁性樹脂を５０ｍｍφに切り出し、これを４００ｍｍ角×７０ｍｍ厚みの所定の位置に配置し、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。この発泡体の磁性樹脂との界面近傍および中央部の平均気泡径、その気泡径差、平均磁束密度変化（Ｇａｕｓｓ）、特性安定性（％）、および異物感を下記の要領で測定した。結果を表１に示す。
平均気泡径
作製した磁性樹脂含有高分子発泡体の磁性樹脂と高分子発泡体との界面近傍の高分子発泡体部分の断面（界面から１ｍｍ）、および高分子発泡体の中央部断面（界面から５ｃｍ）を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立サイエンスシステムズ株式会社製、Ｓ−３５００Ｎ）を用いて５０倍の倍率で観察し、得られた画像について、画像解析ソフト（三谷商事株式会社製、ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いて、任意範囲の気泡径（直径）を測定し、平均気泡径を算出した。なお、気泡径差は以下の式より算出した。
気泡径差＝界面近傍の平均気泡径−中央部の平均気泡径
結果を表１に記載する。
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、３０ｍｍφの面圧子を用いて、５ｋＰａ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。
Figure 2016203741
異物感
磁性樹脂含有高分子発泡体の界面部を触感にて押圧し、官能評価にてその異物感を評価した。
○：異物感なし、△：やや異物感あり、×：異物感あり
実施例２〜５および比較例１〜２
表１に示す条件で、実施例１と同様に磁性樹脂含有高分子発泡体を作成し、実施例１と同様に磁性樹脂の弾性率、高分子発泡体の平均気泡径、磁束密度変化、特性安定性および異物感を測定し、結果を表１に示す。表１には、磁性樹脂のＮＣＯ ｉｎｄｅｘおよびモノオール含有量も示す。
Figure 2016203741
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）、特性安定性および異物感が良い。実施例２は、モノオール量が多く、弾性率は低下した。また高分子発泡体の磁性樹脂近傍の平均気泡径が大きなものとなった。このため、磁束密度変化は大きいものの、安定性はやや悪化した。実施例３は、モノオール量が少なく、弾性率はやや高くなり、高分子発泡体の磁性樹脂近傍の平均気泡径はやや小さなものとなった。このため、磁束密度変化はやや小さいものの、安定性に優れたものとなった。実施例４は、モノオール量は少ないものの、低ＮＣＯ ｉｎｄｅｘ（ＯＨ基）の効果により、弾性率はやや高く、高分子発泡体の磁性樹脂近傍の平均気泡径はやや小さいものとなった。このため、磁束密度変化がやや小さく、安定性に優れたものとなった。実施例５は、モノオールは使用せずに、低ＮＣＯ ｉｎｄｅｘの効果により、弾性率を低下させたものであり、弾性率はほぼ同等となったが、高分子発泡体の磁性樹脂近傍の平均気泡径は小さなものであった。このため、磁束密度変化がやや小さく、安定性に優れたものとなった。比較例１は、低ＮＣＯ ｉｎｄｅｘの効果により、弾性率を低下させたものであるが、弾性率が低すぎるためにハンドリング性が悪化し、サンプルにしわ（浮き）が入りやすいものであった。このため、磁束密度変化、安定性ともに悪いものであった。比較例２は、ＮＣＯ ｉｎｄｅｘを高くして、弾性率を高くしたものであるが、弾性率が高すぎるため、磁束密度変化が低下し、安定性も悪いものであった。
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、安定性に優れた変形検出センサである。
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

Claims (12)

  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、
    前記磁性樹脂が弾性率０．１〜１０ＭＰａを有することを特徴とする変形検出センサ。
  2. 前記高分子発泡体の前記磁性樹脂との界面近傍の平均気泡径が、高分子発泡体の中央部の平均気泡径より大きい、ことを特徴とする請求項１記載の変形検出センサ。
  3. 前記磁性樹脂および高分子発泡体が、ポリウレタンからなる、ことを特徴とする請求項１または２記載の変形検出センサ。
  4. 前記磁性樹脂を形成するポリウレタンが、モノオール成分を含有する、ことを特徴とする請求項１〜３記載いずれか１項に記載の変形検出センサ。
  5. 前記モノオール成分が、高極性モノオールである、ことを特徴とする請求項４記載の変形検出センサ。
  6. 前記モノオール成分の含有量が、全ポリウレタン原料に対して０．１〜１．０ｍｅｑ／ｇである、ことを特徴とする請求項４または５記載の変形検出センサ。
  7. 前記磁性樹脂と前記高分子発泡体が、自己接着により接着している、ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の変形検出センサ。
  8. 前記磁性樹脂含有高分子発泡体が、車載用シート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１〜７いずれか１項に記載の変形検出センサ。
  9. モノオール成分を含むポリウレタン樹脂前駆体液に磁性フィラーを分散させる工程、前記樹脂前駆体液を硬化させて弾性率０．１〜１０ＭＰａ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を配設する工程、前記モールドにポリウレタン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組み合わせる工程、からなる変形検出センサの製造方法。
  10. 前記モノオール成分が、高極性モノオールである、ことを特徴とする請求項９記載の変形検出センサの製造方法。
  11. 前記モノオール成分の含有量が、全ポリウレタン樹脂原料に対して０．１〜１．０ｍｅｑ／ｇである、ことを特徴とする請求項９または１０記載の変形検出センサの製造方法。
  12. 前記磁性樹脂と前記高分子発泡体が、自己接着により接着している、ことを特徴とする請求項９〜１１いずれか１項に記載の変形検出センサの製造方法。
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