JP2020165754A - Bend sensor - Google Patents

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悠帆 金原
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正和 景岡
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佳郎 田實
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雅彦 三塚
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Abstract

To provide a bend sensor which can detect a bending direction.SOLUTION: A bend sensor 1 includes: a plurality of optical elastic resins 2 extending in a longer direction; a light sensor 4 detecting light which has passed through the optical elastic resins 2; and a processor 5 for detecting a direction of bending of the optical elastic resins 2 on the basis of a light signal detected by the light sensor 4, the optical elastic resins 2 being arranged in parallel in a direction perpendicular to the longer direction, a Young's modulus of the optical elastic resins 2 being 2-5 MPa when the optical elastic resins are at a temperature of 25°C, the absolute values of the optical photoelastic constant of the optical elastic resins 2 at the temperature of 25°C being 20×10-12 Pa-1 to 1×10-5 Pa-1, and an index of refraction of the optical elastic resins 2 being 1.30 to 1.80.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、屈曲センサに関し、詳しくは、光弾性樹脂をセンサ体として備える屈曲センサに関する。 The present invention relates to a bending sensor, and more particularly to a bending sensor including a photoelastic resin as a sensor body.

従来より、光弾性を有するポリウレタン樹脂などの光弾性樹脂を、屈曲センサとして用いることが提案されている。 Conventionally, it has been proposed to use a photoelastic resin such as a polyurethane resin having photoelasticity as a bending sensor.

例えば、25℃におけるヤング率が2〜5MPaであり、25℃における光弾性定数が1000×10−12Pa−1〜100000×10−12Pa−1であり、ガラス転移温度が−60℃〜−21℃である光弾性ポリウレタン樹脂からなる樹脂部材に光を通過させ、その通過光をフォトダイオードで受光して、光量の減衰を検知することにより、樹脂部材の屈曲角度を検知する屈曲センサが、提案されている(例えば、特許文献1(第3実施形態)参照)。 For example, the Young's modulus at 25 ° C. is 2 to 5 MPa, the photoelastic constant at 25 ° C. is 1000 × 10 -12 Pa -1 to 100,000 × 10 -12 Pa -1 , and the glass transition temperature is -60 ° C to −−. A bending sensor that detects the bending angle of a resin member by passing light through a resin member made of a photoelastic polyurethane resin at 21 ° C., receiving the passing light with a photodiode, and detecting the attenuation of the amount of light. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1 (third embodiment)).

国際公開WO2016/125905パンフレットInternational WO2016 / 125905 Pamphlet

一方、屈曲センサの用途によっては、屈曲センサには、屈曲方向の検知も要求される場合がある。しかし、上記の屈曲センサでは、屈曲の有無および屈曲角度を検知することはできるが、屈曲方向を検知できない。 On the other hand, depending on the application of the bending sensor, the bending sensor may also be required to detect the bending direction. However, although the above-mentioned bending sensor can detect the presence / absence of bending and the bending angle, it cannot detect the bending direction.

本発明は、屈曲方向を検知できる屈曲センサである。 The present invention is a bending sensor capable of detecting a bending direction.

本発明[1]は、長手方向に延びる複数の光弾性樹脂と、複数の光弾性樹脂のそれぞれを通過した光を検知する光センサと、前記光センサにより検知された光信号に基づいて、前記光弾性樹脂の屈曲方向を検知する処理部とを備え、複数の前記光弾性樹脂は、前記長手方向と直交する方向に並列配置されており、前記光弾性樹脂の25℃におけるヤング率が、2〜5MPaであり、前記光弾性樹脂の25℃における光弾性定数の絶対値が、20×10−12Pa−1〜1×10−5Pa−1であり、前記光弾性樹脂の屈折率が1.30〜1.80である、屈曲センサを含んでいる。 The present invention [1] is based on a plurality of photoelastic resins extending in the longitudinal direction, an optical sensor that detects light passing through each of the plurality of photoelastic resins, and an optical signal detected by the optical sensor. A processing unit that detects the bending direction of the photoelastic resin is provided, and the plurality of the photoelastic resins are arranged in parallel in a direction orthogonal to the longitudinal direction, and the young rate of the photoelastic resin at 25 ° C. is 2. The absolute value of the photoelastic constant at 25 ° C. of the photoelastic resin is 20 × 10 -12 Pa -1 to 1 × 10 -5 Pa -1 , and the refractive index of the photoelastic resin is 1. Includes flexion sensors, .30 to 1.80.

本発明[2]は、前記光弾性樹脂が、3つ以上配置されている、上記[1]に記載の屈曲センサを含んでいる。 The present invention [2] includes the bending sensor according to the above [1], wherein three or more of the photoelastic resins are arranged.

本発明[3]は、さらに、複数の前記光弾性樹脂を被覆するカバー部材を備え、前記カバー部材の屈折率は、前記光弾性樹脂の屈折率未満である、上記[1]または[2]に記載の屈曲センサを含んでいる。 The present invention [3] further includes a cover member that covers a plurality of the photoelastic resins, and the refractive index of the cover member is less than the refractive index of the photoelastic resin. [1] or [2] Includes the flexion sensor described in.

本発明の屈曲センサでは、光弾性樹脂のヤング率、光弾性定数の絶対値および屈折率が所定範囲である。そのため、光弾性樹脂が屈曲している場合には、光弾性樹脂の屈曲の度合い(曲率)に応じて、光弾性樹脂を通過する光が複屈折により減衰するとともに、光弾性樹脂を通過する光が光弾性樹脂の外部に漏出する。そして、本発明の屈曲センサでは、複数の光弾性樹脂が並列配置され、各光弾性樹脂のそれぞれを通過した光を光センサで検知する。そのため、それら各光弾性樹脂における光の減衰の度合いの差異を比較することにより、光弾性樹脂の屈曲方向を検知することができる。 In the bending sensor of the present invention, the Young's modulus of the photoelastic resin, the absolute value of the photoelastic constant, and the refractive index are within a predetermined range. Therefore, when the photoelastic resin is bent, the light passing through the photoelastic resin is attenuated by birefringence and the light passing through the photoelastic resin is attenuated according to the degree of bending (curvature) of the photoelastic resin. Leaks out of the photoelastic resin. Then, in the bending sensor of the present invention, a plurality of photoelastic resins are arranged in parallel, and the light passing through each of the photoelastic resins is detected by the optical sensor. Therefore, the bending direction of the photoelastic resin can be detected by comparing the difference in the degree of light attenuation in each of the photoelastic resins.

図1は、本発明の屈曲センサの第1実施形態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the bending sensor of the present invention. 図2は、図1に示す屈曲センサにおける光弾性樹脂を抜粋して示す斜視図であり、図2Aは、屈曲していない光弾性樹脂、図2Bは、光弾性樹脂の並列方向一方側に向けて屈曲している光弾性樹脂、図2Cは、光弾性樹脂の並列方向他方側に向けて屈曲している光弾性樹脂を、それぞれ示す。FIG. 2 is a perspective view showing an excerpt of the photoelastic resin in the bending sensor shown in FIG. 1, FIG. 2A is a non-bent photoelastic resin, and FIG. 2B is directed to one side in the parallel direction of the photoelastic resin. 2C shows a photoelastic resin that is bent in parallel direction, and FIG. 2C shows a photoelastic resin that is bent toward the other side in the parallel direction of the photoelastic resin. 図3は、本発明の屈曲センサの第2実施形態を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a second embodiment of the bending sensor of the present invention. 図4は、本発明の屈曲センサの第3実施形態を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a third embodiment of the bending sensor of the present invention. 図5は、実施例1の屈曲センサの屈曲評価の結果を示す電圧値グラフである。FIG. 5 is a voltage value graph showing the result of bending evaluation of the bending sensor of Example 1.

以下において、光弾性樹脂が延びる方向を第1方向(長手方向)とし、2つの光弾性樹脂が並列配置される方向を第2方向(並列方向)とし、第1方向および第2方向に直交する方向を第3方向(上下方向)として、図1を参照して詳述する。 In the following, the direction in which the photoelastic resin extends is defined as the first direction (longitudinal direction), the direction in which the two photoelastic resins are arranged in parallel is defined as the second direction (parallel direction), and the directions are orthogonal to the first direction and the second direction. The direction will be described in detail with reference to FIG. 1, with the direction as the third direction (vertical direction).

図1において、屈曲センサ1は、第1方向(長手方向)に沿って延びる複数の光弾性樹脂2と、複数の光弾性樹脂2を被覆するカバー部材3と、複数の光弾性樹脂2のそれぞれを通過した光を検知する光センサ4と、光弾性樹脂2に対する光の照射を制御するための制御部6と、光センサ4により検知された光信号に基づいて、光弾性樹脂2の屈曲方向を検知する処理部5とを備えている。なお、図1において、処理部5および制御部6は、一体的に形成されている。すなわち、1つのECU(後述)が、処理部5および制御部6を兼ね備えている。 In FIG. 1, the bending sensor 1 includes a plurality of photoelastic resins 2 extending along a first direction (longitudinal direction), a cover member 3 covering the plurality of photoelastic resins 2, and a plurality of photoelastic resins 2, respectively. The bending direction of the photoelastic resin 2 based on the optical sensor 4 that detects the light passing through the photoelastic resin 2, the control unit 6 for controlling the irradiation of the photoelastic resin 2 with the light, and the optical signal detected by the photosensor 4. It is provided with a processing unit 5 for detecting the above. In addition, in FIG. 1, the processing unit 5 and the control unit 6 are integrally formed. That is, one ECU (described later) has both a processing unit 5 and a control unit 6.

光弾性樹脂2は、光弾性を有する樹脂からなる部材であり、第1方向(長手方向)に延びる棒形状に形成されている。より具体的には、光弾性樹脂2は、例えば、成形型に応じて棒形状に成形されているか、あるいは、脱型後の裁断などによって棒形状に外形加工されている。 The photoelastic resin 2 is a member made of a resin having photoelasticity, and is formed in a rod shape extending in the first direction (longitudinal direction). More specifically, the photoelastic resin 2 is formed into a rod shape according to the molding die, or is externally processed into a bar shape by cutting after demolding, for example.

光弾性樹脂2の形状としては、例えば、円柱状、楕円柱状、多角柱状などが挙げられ、好ましくは、円柱状が挙げられ、より具体的には、例えば、ロッド状、ファイバー状などが挙げられる。 Examples of the shape of the photoelastic resin 2 include a columnar shape, an elliptical columnar shape, a polygonal columnar shape, and the like, preferably a columnar shape, and more specifically, a rod shape, a fiber shape, and the like. ..

また、屈曲センサ1において、光弾性樹脂2は複数備えられている。光弾性樹脂2の数は、2つ以上であり、好ましくは、3つ以上である。また、通常、20つ以下、好ましくは、10つ以下、より好ましくは、5つ以下である。複数の光弾性樹脂2は、光弾性樹脂2の第1方向(長手方向)と直交する第2方向において、並列配置されている。複数の光弾性樹脂2は、互いに所定間隔を隔てて配置されていてもよく、また、互いに密着するように配置されていてもよい。 Further, in the bending sensor 1, a plurality of photoelastic resins 2 are provided. The number of the photoelastic resin 2 is two or more, preferably three or more. In addition, it is usually 20 or less, preferably 10 or less, and more preferably 5 or less. The plurality of photoelastic resins 2 are arranged in parallel in a second direction orthogonal to the first direction (longitudinal direction) of the photoelastic resin 2. The plurality of photoelastic resins 2 may be arranged at predetermined intervals from each other, or may be arranged so as to be in close contact with each other.

なお、図1には、光弾性樹脂2が2つ備えられ、それら2つの光弾性樹脂2が互いに密着するように並列配置される形態を、示している。 Note that FIG. 1 shows a form in which two photoelastic resins 2 are provided and the two photoelastic resins 2 are arranged in parallel so as to be in close contact with each other.

また、以下において、2つの光弾性樹脂2を区別する場合には、第2方向一方側の光弾性樹脂2を、光弾性樹脂2Aと称し、また、第2方向他方側の光弾性樹脂2を、光弾性樹脂2Bと称する。 Further, in the following, when distinguishing between the two photoelastic resins 2, the photoelastic resin 2 on one side in the second direction is referred to as a photoelastic resin 2A, and the photoelastic resin 2 on the other side in the second direction is referred to. , Called photoelastic resin 2B.

光弾性樹脂2は、透光性および光弾性を示す樹脂であれば、特に制限されないが、例えば、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。これら光弾性樹脂は、単独使用または2種類以上併用することができる。光弾性樹脂2として、製造容易性の観点から、好ましくは、ポリウレタン樹脂(光弾性ポリウレタン樹脂)が挙げられる。 The photoelastic resin 2 is not particularly limited as long as it is a resin exhibiting translucency and photoelasticity, and examples thereof include polyurethane resin, vinyl chloride resin, and acrylic resin. These photoelastic resins can be used alone or in combination of two or more. As the photoelastic resin 2, a polyurethane resin (photoelastic polyurethane resin) is preferably used from the viewpoint of ease of manufacture.

ポリウレタン樹脂(光弾性ポリウレタン樹脂)は、例えば、国際公開WO2016/125905パンフレットに記載の方法に準拠して、得ることができる。 The polyurethane resin (photoelastic polyurethane resin) can be obtained, for example, in accordance with the method described in the internationally published WO2016 / 125905 pamphlet.

より具体的には、ポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを含有するポリウレタン樹脂組成物を、反応および硬化させることにより、反応生成物として得ることができる。 More specifically, the polyurethane resin can be obtained as a reaction product by reacting and curing a polyurethane resin composition containing a polyisocyanate component and an active hydrogen group-containing component.

ポリイソシアネート成分は、好ましくは、芳香環含有ポリイソシアネートを含む。また、芳香環含有ポリイソシアネートは、好ましくは、1,4−フェニレン基(但し、1,4−フェニレン基における一部の水素原子が、メチル基および/またはメトキシ基で置換されていてもよい。)、および/または、1,5−ナフチレン基を含有している。 The polyisocyanate component preferably contains an aromatic ring-containing polyisocyanate. In addition, the aromatic ring-containing polyisocyanate preferably has a 1,4-phenylene group (however, some hydrogen atoms in the 1,4-phenylene group may be substituted with a methyl group and / or a methoxy group. ) And / or contains a 1,5-naphthylene group.

1,4−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとしては、例えば、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4′−MDI)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートの重合物(カルボジイミド変性MDI、ウレトンイミン変性MDI、アシル尿素変性MDIなど)、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4′−MDI)、3,3′−ジメチルビフェニル−4,4′−ジイソシアネート(TODI)、3,3′−ジメトキシビフェニル−4,4′−ジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルジイソシアネート、4,4′−ジフェニルエーテルジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、1,4−キシリレンジイソシアネート(1,4−XDI)などのベンゼン環含有ポリイソシアネート(具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネート)などが挙げられる。 Examples of the aromatic ring-containing polyisocyanis containing a 1,4-phenylene group include polymers of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-MDI) and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (carbodiimide-modified MDI,). Ureton imine-modified MDI, acylurea-modified MDI, etc.), 2,4'-diphenylmethane diisocyanate (2,4'-MDI), 3,3'-dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanate (TODI), 3,3'- Dimethoxybiphenyl-4,4'-diisocyanis, p-phenylenediocyanate, 4,4'-diphenyldiisocyanis, 4,4'-diphenylether diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 1,4- Examples thereof include benzene ring-containing polyisocyanates (specifically, benzene ring-containing diisocyanates) such as xylylene diisocyanate (1,4-XDI).

また、1,5−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとしては、例えば、1,5−ナフタレンジイソシアネート(1,5−NDI)などのナフタレン環含有ポリイソシアネート(具体的には、ナフタレン環含有ジイソシアネート)などが挙げられる。 The aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,5-naphthylene group includes, for example, a naphthalene ring-containing polyisocyanate (specifically, a naphthalene ring-containing) such as 1,5-naphthalene diisocyanate (1,5-NDI). Diisocyanate) and the like.

これら1,4−フェニレン基および/または1,5−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。 These 1,4-phenylene group and / or 1,5-naphthylene group-containing aromatic ring-containing polyisocyanate can be used alone or in combination of two or more.

1,4−フェニレン基および/または1,5−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートのうち、好ましくは、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4′−MDI)、3,3′−ジメチルビフェニル−4,4′−ジイソシアネート(TODI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(1,5−NDI)が挙げられる。 Of the aromatic ring-containing polyisocyanates containing a 1,4-phenylene group and / or a 1,5-naphthylene group, preferably 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-MDI), 3,3'- Examples thereof include dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanate (TODI) and 1,5-naphthalenediocyanate (1,5-NDI).

また、ポリイソシアネート成分は、上記した芳香環含有ポリイソシアネート以外のポリイソシアネート(以下、その他のポリイソシアネート)を含有することもできる。 Further, the polyisocyanate component may also contain a polyisocyanate other than the above-mentioned aromatic ring-containing polyisocyanate (hereinafter, other polyisocyanates).

その他のポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート(上記した芳香環含有ポリイソシアネートを除く)、芳香脂肪族ポリイソシアネート、(上記した芳香環含有ポリイソシアネートを除く)、脂環族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられる。 Examples of other polyisocyanates include aromatic polyisocyanates (excluding the above-mentioned aromatic ring-containing polyisocyanates), aromatic aliphatic polyisocyanates, (excluding the above-mentioned aromatic ring-containing polyisocyanates), alicyclic polyisocyanates, and fats. Examples include group polyisocyanates.

芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、2,2′−MDI、2,6−TDI、m−フェニレンジイソシアネート、2,6−NDIなどの芳香族ジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the aromatic polyisocyanate include aromatic diisocyanates such as 2,2'-MDI, 2,6-TDI, m-phenylenediisocyanate, and 2,6-NDI.

芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−キシリレンジイソシアネート(1,3−XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などの芳香脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the aromatic aliphatic polyisocyanate include aromatic aliphatic diisocyanates such as 1,3-xylene diisocyanate (1,3-XDI) and tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI).

脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、4,4′−、2,4′−または2,2′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートもしくはその混合物(H12MDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(水添キシリレンジイソシアネート、HXDI)、2,5−または2,6−ビス(イソシアナトメチル)ノルボルナンもしくはその混合物(NBDI)、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,4−または1,3−シクロヘキサンジイソシアネートもしくはその混合物、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the alicyclic polyisocyanate include 3-isosianatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylisocyanate (isophorone diisocyanate, IPDI), 4,4'-, 2,4'-or 2,2'-dicyclohexyl. diisocyanate or mixtures thereof (H 12 MDI), 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane (hydrogenated xylylene diisocyanate, H 6 XDI), 2,5- or 2,6-bis (isocyanatomethyl) norbornane Or a mixture thereof (NBDI), 1,3-cyclopentane diisocyanate, 1,4- or 1,3-cyclohexanediisocyanate or a mixture thereof, a fat such as methyl-2,4-cyclohexanediisocyanate, methyl-2,6-cyclohexanediisocyanate. Examples include cyclic diisocyanate.

脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート(TMDI)、ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、1,2−、2,3−または1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−または2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the aliphatic polyisocyanate include trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate (TMDI), pentamethylene diisocyanate (PDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), 1,2-, 2,3- or 1,3-butylenediocyanate. , 2,4,4- or 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate and other aliphatic diisocyanates.

その他のポリイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。 Other polyisocyanates can be used alone or in combination of two or more.

ポリイソシアネート成分が、その他のポリイソシアネートと、1,4−フェニレン基および/または1,5−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとを含有する場合には、1,4−フェニレン基および/または1,5−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートの割合が、ポリイソシアネート成分の総量に対して、例えば、30質量%以上、さらに好ましくは、50質量%以上、とりわけ好ましくは、90質量%以上である。 When the polyisocyanate component contains another polyisocyanate and an aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group and / or a 1,5-naphthylene group, the 1,4-phenylene group and / or Alternatively, the ratio of the aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,5-naphthylene group is, for example, 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass, based on the total amount of the polyisocyanate component. % Or more.

また、ポリイソシアネート成分は、好ましくは、その他のポリイソシアネートを含まず、1,4−フェニレン基および/または1,5−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートからなる。 The polyisocyanate component is preferably composed of an aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group and / or a 1,5-naphthylene group without containing other polyisocyanates.

活性水素基含有成分は、活性水素基(例えば、水酸基、アミノ基など)を有する化合物であって、例えば、ポリオール、ポリアミンなどが挙げられ、好ましくは、ポリオールが挙げられる。 The active hydrogen group-containing component is a compound having an active hydrogen group (for example, a hydroxyl group, an amino group, etc.), and examples thereof include polyols and polyamines, with preference given to polyols.

ポリオールは、好ましくは、高分子量ポリオールを含有している。 The polyol preferably contains a high molecular weight polyol.

高分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有し、平均水酸基価(後述)が500mgKOH/g以下の化合物である。 The high molecular weight polyol is a compound having two or more hydroxyl groups and having an average hydroxyl value (described later) of 500 mgKOH / g or less.

高分子量ポリオールとして、好ましくは、平均水酸基価(後述)が20〜500mgKOH/gの化合物が挙げられる。また、平均官能基数(後述)が2の場合には、数平均分子量が225以上の化合物が挙げられ、また、平均官能基数(後述)が3の場合には、数平均分子量337以上の化合物が挙げられる。 The high molecular weight polyol preferably includes a compound having an average hydroxyl value (described later) of 20 to 500 mgKOH / g. When the average number of functional groups (described later) is 2, a compound having a number average molecular weight of 225 or more can be mentioned, and when the average number of functional groups (described later) is 3, a compound having a number average molecular weight of 337 or more can be mentioned. Can be mentioned.

高分子量ポリオールの平均水酸基価は、20mgKOH/g以上、好ましくは、80mgKOH/g以上、より好ましくは、100mgKOH/g以上であり、500mgKOH/g以下、好ましくは、300mgKOH/g以下、より好ましくは、250mgKOH/g以下、さらに好ましくは、220mgKOH/g以下である。 The average hydroxyl value of the high molecular weight polyol is 20 mgKOH / g or more, preferably 80 mgKOH / g or more, more preferably 100 mgKOH / g or more, 500 mgKOH / g or less, preferably 300 mgKOH / g or less, more preferably. It is 250 mgKOH / g or less, more preferably 220 mgKOH / g or less.

高分子量ポリオールの水酸基価(単位:mgKOH/g)は、JIS K 1557−1のA法またはB法に準拠するアセチル化法またはフタル化法などから求めることができる。 The hydroxyl value (unit: mgKOH / g) of the high molecular weight polyol can be obtained from an acetylation method or a phthalation method based on the A method or the B method of JIS K 1557-1.

そして、高分子量ポリオールの平均水酸基価(単位:mgKOH/g)は、高分子量ポリオールが単独使用される場合には、その高分子量ポリオールの水酸基価と同一である。一方、高分子量ポリオールの平均水酸基価は、高分子量ポリオールが併用される場合には、それらの平均値である。 The average hydroxyl value (unit: mgKOH / g) of the high molecular weight polyol is the same as the hydroxyl value of the high molecular weight polyol when the high molecular weight polyol is used alone. On the other hand, the average hydroxyl value of the high molecular weight polyol is the average value of the high molecular weight polyols when they are used in combination.

高分子量ポリオールの平均水酸基価が上記した範囲を超過すると、ポリウレタン樹脂において、ヤング率が高くなり過ぎ、所望の光弾性定数(絶対値)を得ることができない場合がある。一方、平均水酸基価が上記した範囲未満であると、ガラス転移温度が過度に低くなり、加工性や耐傷付き性が低下する場合がある。 If the average hydroxyl value of the high molecular weight polyol exceeds the above range, the Young's modulus of the polyurethane resin becomes too high, and a desired photoelastic constant (absolute value) may not be obtained. On the other hand, if the average hydroxyl value is less than the above range, the glass transition temperature may become excessively low, and workability and scratch resistance may decrease.

高分子量ポリオールの平均官能基数は、例えば、1.9以上、好ましくは、2.0以上であり、例えば、3以下、好ましくは、2.5以下、さらに好ましくは、2.2以下である。 The average number of functional groups of the high molecular weight polyol is, for example, 1.9 or more, preferably 2.0 or more, and for example, 3 or less, preferably 2.5 or less, and more preferably 2.2 or less.

高分子量ポリオールの官能基数は、高分子量ポリオールの水酸基数であって、具体的には、1分子当たりの活性な水酸基の数である。 The number of functional groups of the high molecular weight polyol is the number of hydroxyl groups of the high molecular weight polyol, specifically, the number of active hydroxyl groups per molecule.

そして、高分子量ポリオールの平均官能基数は、高分子量ポリオール1分子当たりの活性な水酸基の平均値である。つまり、異なる官能基数を有する高分子量ポリオールが混合(併用)される場合は、その高分子量ポリオールの混合物の分子数に対する混合物の活性な水酸基の数の割合を示した数値が、高分子量ポリオールの平均官能基数である。 The average number of functional groups of the high molecular weight polyol is the average value of the active hydroxyl groups per molecule of the high molecular weight polyol. That is, when high molecular weight polyols having different functional groups are mixed (combined), the numerical value indicating the ratio of the number of active hydroxyl groups of the mixture to the number of molecules of the high molecular weight polyol mixture is the average of the high molecular weight polyols. The number of functional groups.

なお、高分子量ポリオールの平均官能基数は、次式(B)から求めることもできる。 The average number of functional groups of the high molecular weight polyol can also be obtained from the following formula (B).

平均官能基数=(各高分子量ポリオールの官能基数×当量数)の総和/各高分子量ポリオールの当量数の総和 (B)
高分子量ポリオールの数平均分子量は、例えば、225以上、好ましくは、500以上であり、例えば、20,000以下、好ましくは、15,000以下である。
Average number of functional groups = total of (number of functional groups of each high molecular weight polyol x equivalent number) / total number of equivalent numbers of each high molecular weight polyol (B)
The number average molecular weight of the high molecular weight polyol is, for example, 225 or more, preferably 500 or more, and for example, 20,000 or less, preferably 15,000 or less.

数平均分子量は、次式(C)から求めることができる。 The number average molecular weight can be obtained from the following formula (C).

数平均分子量=56100×平均官能基数/平均水酸基価 (C)
高分子量ポリオールの平均官能基数が上記した範囲を超過すると、ポリウレタン樹脂において、所望の光弾性定数(絶対値)を得にくい場合がある。一方、平均官能基数が上記した範囲未満であると、ヤング率が低くなり過ぎ、加工性や耐傷付き性が低下する場合がある。
Number average molecular weight = 56100 x average number of functional groups / average hydroxyl value (C)
If the average number of functional groups of the high molecular weight polyol exceeds the above range, it may be difficult to obtain a desired photoelastic constant (absolute value) in the polyurethane resin. On the other hand, if the average number of functional groups is less than the above range, the Young's modulus may become too low and the processability and scratch resistance may decrease.

そのような高分子量ポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、ダイマーポリオール、ポリウレタンポリオール、ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、天然油ポリオール、シリコーンポリオール、フッ素ポリオールなどが挙げられる。これらは、単独使用または2種類以上併用することができる。 Examples of such high molecular weight polyols include polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, polyolefin polyols, dimer polyols, polyurethane polyols, polyoxyalkylene polyester block copolymer polyols, acrylic polyols, epoxy polyols, and natural oil polyols. Examples thereof include silicone polyols and fluoropolyesters. These can be used alone or in combination of two or more.

高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオールが挙げられ、さらに好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、とりわけ好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが挙げられる。 The high molecular weight polyol preferably includes a polyether polyol, a polyester polyol, a polycarbonate polyol, and a polyolefin polyol, and more preferably a polytetramethylene ether polyol and a polycarbonate polyol, and particularly preferably a polytetramethylene ether glycol.

また、ポリオールは、上記した高分子量ポリオールに加え、低分子量ポリオールを含有することもできる。 Further, the polyol may contain a low molecular weight polyol in addition to the above-mentioned high molecular weight polyol.

ポリオールが低分子量ポリオールを含有することにより、ポリオールの平均水酸基価を増大させて、その分、イソシアネートインデックス(後述)を所望の値に調整すべく、上記したポリイソシアネート成分(好ましくは、芳香環含有ポリイソシアネート)をポリウレタン樹脂組成物に多く配合することができる。そのため、ポリウレタン樹脂の光弾性定数の絶対値を高めることができる。 When the polyol contains a low molecular weight polyol, the average hydroxyl value of the polyol is increased, and the isocyanate index (described later) is adjusted to a desired value by that amount, so that the above-mentioned polyisocyanate component (preferably containing an aromatic ring) is contained. Polyisocyanate) can be blended in a large amount in the polyurethane resin composition. Therefore, the absolute value of the photoelastic constant of the polyurethane resin can be increased.

低分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有し、平均水酸基価(後述)が500mgKOH/gを超過する化合物である。 The low molecular weight polyol is a compound having two or more hydroxyl groups and having an average hydroxyl value (described later) exceeding 500 mgKOH / g.

低分子量ポリオールとして、好ましくは、平均水酸基価(後述)が500mgKOH/gを超過し、3000mgKOH/g以下の化合物が挙げられ、また、官能基数(後述)が2の場合には、分子量が40以上225未満のジオールが挙げられ、官能基数(後述)が3の場合には、分子量40以上337未満のトリオールが挙げられる。 As the low molecular weight polyol, preferably, a compound having an average hydroxyl value (described later) exceeding 500 mgKOH / g and 3000 mgKOH / g or less can be mentioned, and when the number of functional groups (described later) is 2, the molecular weight is 40 or more. When the diol is less than 225 and the number of functional groups (described later) is 3, a triol having a molecular weight of 40 or more and less than 337 can be mentioned.

そのような低分子量ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール(1,2−プロパンジオール)、トリメチレングリコール(1,3−プロパンジオール)、1,4−ブチレングリコール(1,4−ブタンジオール)、1,3−ブチレングリコール(1,3−ブタンジオール)などの脂肪族ジオール(炭素数2〜13)や、例えば、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオール(炭素数6〜13)、さらには、例えば、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、キシレングリコールなどの芳香族ジオール(芳香環を含有する炭素数6〜13の芳香環含有ジオール)、さらにまた、ジエチレングリコール、トリオキシエチレングリコール、テトラオキシエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリオキシプロピレングリコールなどのオキシアルキレンアルコールなどのジオール(炭素数2〜9)(2価アルコール)、例えば、グリセリン、2−メチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジヒドロキシ−3−ヒドロキシメチルペンタン、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−3−ブタノールなどの炭素数3〜6の脂肪族トリオール、および、その他の脂肪族トリオール(炭素数7〜20)などのトリオール(3価アルコール)、例えば、テトラメチロールメタン(ペンタエリスリトール)、ジグリセリン(ジグリセロール)などのテトラオール(4価アルコール)(炭素数5〜27)などが挙げられる。 Examples of such low molecular weight polyols include ethylene glycol, propylene glycol (1,2-propanediol), trimethylene glycol (1,3-propanediol), and 1,4-butylene glycol (1,4-butanediol). ), An aliphatic diol (2 to 13 carbon atoms) such as 1,3-butylene glycol (1,3-butanediol), an alicyclic diol (6 to 13 carbon atoms) such as cyclohexanedimethanol, and further. For example, aromatic diols such as bishydroxyethoxybenzene and xylene glycol (aromatic ring-containing diols containing an aromatic ring and having 6 to 13 carbon atoms), and further, diethylene glycol, trioxyethylene glycol, tetraoxyethylene glycol, and di. Diols (2-9 carbon atoms) (divalent alcohols) such as oxyalkylene alcohols such as propylene glycol and trioxypropylene glycol, such as glycerin, 2-methyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 2, Aliphatic triols having 3 to 6 carbon atoms such as 4-dihydroxy-3-hydroxymethylpentane, 1,2,6-hexanetriol, trimethylolpropane, 2,2-bis (hydroxymethyl) -3-butanol, and Other triols (trivalent alcohols) such as aliphatic triols (7 to 20 carbon atoms), for example, tetraols (tetravalent alcohols) such as tetramethylolmethane (pentaerythritol) and diglycerin (diglycerol) (5 carbon atoms). ~ 27) and the like.

これら低分子量ポリオールは、単独使用または2種以上併用することができる。 These low molecular weight polyols can be used alone or in combination of two or more.

低分子量ポリオールとして、好ましくは、2価アルコール、3価アルコールが挙げられ、より好ましくは、3価アルコールが挙げられ、さらに好ましくは、炭素数3〜6の脂肪族トリオールが挙げられ、とりわけ好ましくは、トリメチロールプロパンが挙げられる。 The low molecular weight polyol preferably includes a dihydric alcohol and a trihydric alcohol, more preferably a trihydric alcohol, and further preferably an aliphatic triol having 3 to 6 carbon atoms, and particularly preferably. , Trimethylolpropane.

低分子量ポリオールの配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上、好ましくは、0.5質量部以上であり、例えば、30質量部以下、好ましくは、20質量部以下、より好ましくは、10質量部以下、さらに好ましくは、5質量部以下である。 The blending ratio of the low molecular weight polyol is, for example, 0.1 part by mass or more, preferably 0.5 part by mass or more, and for example, 30 parts by mass or less, preferably 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the high molecular weight polyol. It is less than or equal to parts by mass, more preferably 10 parts by mass or less, still more preferably 5 parts by mass or less.

低分子量ポリオールの配合割合が上記した範囲を超える場合は、ポリウレタン樹脂が不透明になり、光がポリウレタン樹脂を透過しない場合や、ポリウレタン樹脂のヤング率が高くなり過ぎる場合がある。 If the blending ratio of the low molecular weight polyol exceeds the above range, the polyurethane resin may become opaque and light may not pass through the polyurethane resin, or the Young's modulus of the polyurethane resin may become too high.

ポリウレタン樹脂組成物に配合される各成分の好適な組合せとして、例えば、1,4−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオールと、トリオールとの組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、脂肪族トリオールとの組合せが挙げられる。 Suitable combinations of the components to be blended in the polyurethane resin composition include, for example, a combination of an aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group, a polyether polyol, and triol. Is a combination of a benzene ring-containing diisocyanate, a polytetramethylene ether polyol, and an aliphatic triol.

そして、ポリウレタン樹脂は、このようにして得られるポリウレタン樹脂組成物から、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを反応させて、ポリウレタン樹脂組成物を硬化および成形することにより、得ることができる。 Then, the polyurethane resin can be obtained from the polyurethane resin composition thus obtained by reacting a polyisocyanate component with an active hydrogen group-containing component to cure and mold the polyurethane resin composition.

ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを反応させるには、例えば、ワンショット法やプレポリマー法などの公知の成形方法に準拠することができる。 In order to react the polyisocyanate component with the active hydrogen group-containing component, a known molding method such as a one-shot method or a prepolymer method can be applied.

ワンショット法では、例えば、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを、イソシアネートインデックス(水酸基濃度に対するイソシアネート基濃度の比に100を乗じた値、NCO濃度/水酸基濃度×100)が、例えば、70〜400、好ましくは、80〜150となるように処方(混合)して、それらを成形型に注入して、例えば、0℃〜250℃、好ましくは、室温(20℃)〜150℃で、例えば、1分間〜7日間、好ましくは、10分間〜2日間、硬化反応させる。 In the one-shot method, for example, the polyisocyanate component and the active hydrogen group-containing component have an isocyanate index (value obtained by multiplying the ratio of the isocyanate group concentration to the hydroxyl group concentration by 100, NCO concentration / hydroxyl group concentration × 100), for example, 70. Formulated (mixed) to ~ 400, preferably 80 to 150, and injected into a mold, eg, at 0 ° C. to 250 ° C., preferably at room temperature (20 ° C.) to 150 ° C. For example, the curing reaction is carried out for 1 minute to 7 days, preferably 10 minutes to 2 days.

この硬化反応では、例えば、有機金属系触媒、アミン系触媒などの公知のウレタン化触媒を添加することができる。また、上記した硬化反応は、公知の溶媒の存在下で実施することもできる。 In this curing reaction, for example, a known urethanization catalyst such as an organometallic catalyst or an amine catalyst can be added. Further, the above-mentioned curing reaction can also be carried out in the presence of a known solvent.

そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型し、必要に応じて外形加工すれば、所定形状に成形されたポリウレタン樹脂(光弾性ポリウレタン樹脂)を得ることができる。 Then, a polyurethane resin (photoelastic polyurethane resin) molded into a predetermined shape can be obtained by injecting it into a molding mold, subjecting it to a curing reaction, removing the mold, and processing the outer shape as necessary.

プレポリマー法は、例えば、まず、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分の一部(例えば、高分子量ポリオール)とを反応させて、分子末端にイソシアネート基を有するイソシアネート基末端プレポリマーを合成する。次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有成分の残部(鎖伸長剤:例えば、低分子量ポリオール(および必要により高分子量ポリオール))とを反応(鎖伸長)させて、硬化反応させる。 In the prepolymer method, for example, first, a polyisocyanate component and a part of an active hydrogen group-containing component (for example, a high molecular weight polyol) are reacted to synthesize an isocyanate group-terminated prepolymer having an isocyanate group at the molecular terminal. Next, the obtained isocyanate group-terminated prepolymer and the rest of the active hydrogen group-containing component (chain extender: for example, a low molecular weight polyol (and a high molecular weight polyol if necessary)) are reacted (chain extension) to carry out a curing reaction. Let me.

そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型し、必要に応じて外形加工すれば、所定形状に成形されたポリウレタン樹脂(光弾性ポリウレタン樹脂)を得ることができる。 Then, a polyurethane resin (photoelastic polyurethane resin) molded into a predetermined shape can be obtained by injecting it into a molding mold, subjecting it to a curing reaction, removing the mold, and processing the outer shape as necessary.

なお、上記のポリウレタン樹脂組成物またはポリウレタン樹脂(光弾性樹脂2)には、必要に応じて、例えば、消泡剤、可塑剤、レベリング剤、艶消し剤、難燃剤、揺変剤、粘着付与剤、増粘剤、滑剤、帯電防止剤、界面活性剤、反応遅延剤、脱水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、耐候安定剤などの公知の添加剤を適宜配合することができる。 The above-mentioned polyurethane resin composition or polyurethane resin (photoelastic resin 2) is provided with, for example, a defoaming agent, a plasticizer, a leveling agent, a matting agent, a flame retardant, a rocking agent, and an adhesive, if necessary. Known additives such as agents, thickeners, lubricants, antistatic agents, surfactants, reaction retarders, dehydrating agents, antioxidants, ultraviolet absorbers, antioxidants, and weather stabilizers should be added as appropriate. Can be done.

そして、上記のポリウレタン樹脂は、光弾性、つまり、屈曲などに基づく応力の発生により、光弾性樹脂2の内部を通過する光(例えば、レーザー光など)に複屈折を生じさせることができる。 Then, the polyurethane resin can cause birefringence in the light (for example, laser light) passing through the inside of the photoelastic resin 2 due to the generation of photoelasticity, that is, stress based on bending or the like.

そのため、屈曲センサ1の光弾性樹脂2として好適に用いることができる。 Therefore, it can be suitably used as the photoelastic resin 2 of the bending sensor 1.

光弾性樹脂2の25℃における光弾性定数の絶対値は、20×10−12Pa−1以上、好ましくは、500×10−12Pa−1以上、より好ましくは、1000×10−12Pa−1以上、さらに好ましくは、2000×10−12Pa−1以上、とりわけ好ましくは、3000×10−12Pa−1以上であり、1×10−5Pa−1以下(=10000000×10−12Pa−1以下)、好ましくは、1×10−6Pa−1以下(=1000000×10−12Pa−1以下)、より好ましくは、1×10−7Pa−1以下(=100000×10−12Pa−1以下)、さらに好ましくは、1×10−8Pa−1以下(=10000×10−12Pa−1以下)、とりわけ好ましくは、8000×10−12Pa−1以下である。 The absolute value of the photoelastic constant of the photoelastic resin 2 at 25 ° C. is 20 × 10 -12 Pa -1 or more, preferably 500 × 10 -12 Pa -1 or more, more preferably 1000 × 10 -12 Pa −. 1 or more, more preferably 2000 × 10 -12 Pa -1 or more, particularly preferably 3000 × 10 -12 Pa -1 or more, and 1 × 10 -5 Pa -1 or less (= 10000000 × 10 -12 Pa). -1 or less), preferably 1 × 10 -6 Pa -1 or less (= 1000000 × 10 -12 Pa -1 or less), more preferably 1 × 10 -7 Pa -1 or less (= 100000 × 10 -12) Pa -1 or less), more preferably 1 × 10 -8 Pa -1 or less (= 10000 × 10 -12 Pa -1 or less), and particularly preferably 8000 × 10 -12 Pa -1 or less.

光弾性定数の絶対値が上記範囲であれば、屈曲センサ1において必要とされる優れた光弾性を確保することができる。 When the absolute value of the photoelastic constant is in the above range, the excellent photoelasticity required for the bending sensor 1 can be secured.

光弾性樹脂2の光弾性定数は、「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌73、253−258(2007)」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定することができる。 The photoelastic constants of the photoelastic resin 2 are described in "Development of Photoelastic Constant Measurement System for Optical Films" by Mitsuo Tsukiji, Hiroyuki Takakazu, and Yoshiro Tadashi, Journal of the Japan Society of Precision Science 73, 253-258 (2007). It can be measured according to the description of "Photoelastic constant measuring method".

また、光弾性定数の測定とともに、光弾性樹脂2の歪光学定数とヤング率とが求められる。 Further, along with the measurement of the photoelastic constant, the strain optical constant and Young's modulus of the photoelastic resin 2 are obtained.

光弾性樹脂2の歪光学定数は、光弾性樹脂2の変形(屈曲)量に対する、かかる変形によって発生する複屈折の強さの割合を示す。 The strain optical constant of the photoelastic resin 2 indicates the ratio of the strength of birefringence generated by such deformation to the amount of deformation (bending) of the photoelastic resin 2.

光弾性定数、歪光学定数およびヤング率は、下記式(1)を満足する。 The photoelastic constant, the distorted optical constant, and Young's modulus satisfy the following equation (1).

光弾性定数=歪光学定数÷ヤング率 (1)
従って、光弾性樹脂2の光弾性定数を上記した所望の範囲に設定するには、歪光学定数およびヤング率を調整する。
Photoelastic constant = Distorted optical constant ÷ Young's modulus (1)
Therefore, in order to set the photoelastic constant of the photoelastic resin 2 in the above-mentioned desired range, the strain optical constant and Young's modulus are adjusted.

具体的には、歪光学定数が高いほど、また、ヤング率が低いほど、光弾性定数が高くなるが、ヤング率が過度に低いと、成形性および屈曲性が低下する場合がある。 Specifically, the higher the strain optical constant and the lower the Young's modulus, the higher the photoelastic constant, but if the Young's modulus is excessively low, the moldability and flexibility may decrease.

そのため、光弾性樹脂2の25℃におけるヤング率は、2.0MPa以上、好ましくは、3.0MPa以上、より好ましくは、4.0MPa以上であり、5.0MPa以下、好ましくは、4.9MPa以下、より好ましくは、4.8MPa以下である。 Therefore, the Young's modulus of the photoelastic resin 2 at 25 ° C. is 2.0 MPa or more, preferably 3.0 MPa or more, more preferably 4.0 MPa or more, 5.0 MPa or less, preferably 4.9 MPa or less. , More preferably, it is 4.8 MPa or less.

光弾性樹脂2のヤング率が上記した範囲未満である場合には、光弾性樹脂2が軟らか過ぎて傷付き易く、加工性が低下する。光弾性樹脂2のヤング率が上記した範囲を超過する場合には、光弾性樹脂2が硬すぎるため、光弾性が低下する。 When the Young's modulus of the photoelastic resin 2 is less than the above range, the photoelastic resin 2 is too soft and easily damaged, and the workability is lowered. When the Young's modulus of the photoelastic resin 2 exceeds the above range, the photoelastic resin 2 is too hard and the photoelasticity is lowered.

好ましくは、上記した所望の光弾性定数を得るには、光弾性樹脂2の25℃のヤング率が2MPa以上3MPa以下の場合には、25℃の歪光学定数が、例えば、6000×10−6以上(通常、10000×10−6以下)であり、光弾性樹脂2の25℃のヤング率が3MPaを超過し5MPa以下の場合には、25℃の歪光学定数は、例えば、10000×10−6以上(通常、30000×10−6以下)である。 Preferably, in order to obtain the above-mentioned desired photoelastic constant, when the Young's modulus of the photoelastic resin 2 at 25 ° C. is 2 MPa or more and 3 MPa or less, the strain optical constant at 25 ° C. is, for example, 6000 × 10-6. or (usually, 10000 × 10 -6 or less), and when 25 ° C. Young's modulus of photoelasticity resin 2 exceeds the 3MPa following 5MPa, the strain-optical constants of 25 ° C., for example, 10000 × 10 - 6 or more (usually 30000 × 10-6 or less).

光弾性樹脂2のガラス転移温度は、例えば、−60℃以上、好ましくは、−50℃以上、より好ましくは、−40℃以上であり、例えば、25℃未満、好ましくは、0℃未満、より好ましくは、−25℃未満である。 The glass transition temperature of the photoelastic resin 2 is, for example, −60 ° C. or higher, preferably −50 ° C. or higher, more preferably −40 ° C. or higher, and for example, less than 25 ° C., preferably less than 0 ° C. Preferably, it is less than -25 ° C.

光弾性樹脂2のガラス転移温度が上記した下限未満である場合には、光弾性樹脂2の加工性および耐傷付き性が低下する場合がある。また、光弾性樹脂2のガラス転移温度が、上記した上限以上である場合には、上記した所望の光弾性定数を得にくくなる場合がある。 If the glass transition temperature of the photoelastic resin 2 is less than the above-mentioned lower limit, the processability and scratch resistance of the photoelastic resin 2 may decrease. Further, when the glass transition temperature of the photoelastic resin 2 is equal to or higher than the above-mentioned upper limit, it may be difficult to obtain the above-mentioned desired photoelastic constant.

なお、光弾性樹脂2のガラス転移温度は、動的粘弾性測定装置を用いて、周波数10Hzで、温度分散モード(昇温速度5℃/min)の測定により、得ることができる。 The glass transition temperature of the photoelastic resin 2 can be obtained by measuring the temperature dispersion mode (heating rate 5 ° C./min) at a frequency of 10 Hz using a dynamic viscoelasticity measuring device.

また、上記したガラス転移温度の測定では、同時に、貯蔵伸長弾性率E’、損失伸長弾性率E’’および損失正接tanδが得られる。 Further, in the above-mentioned measurement of the glass transition temperature, a storage elongation elastic modulus E ″, a loss elongation elastic modulus E ″ and a loss tangent tan δ can be obtained at the same time.

光弾性樹脂2の25℃における貯蔵伸長弾性率E’は、例えば、1×10〜1×10Paであり、25℃における損失伸長弾性率E’’は、例えば、1×10〜1×10Paであり、25℃における損失正接tanδは、例えば、0.01〜0.2である。 The storage elongation elastic modulus E'of the photoelastic resin 2 at 25 ° C. is, for example, 1 × 10 6 to 1 × 10 8 Pa, and the loss elongation elastic modulus E ″ at 25 ° C. is, for example, 1 × 10 4 to 1. It is 1 × 10 8 Pa, and the loss tangent tan δ at 25 ° C. is, for example, 0.01 to 0.2.

また、光弾性樹脂2の屈折率は、1.30以上、好ましくは、1.35以上、より好ましくは、1.40以上、さらに好ましくは、1.45以上、とりわけ好ましくは、1.50以上であり、1.80以下、好ましくは、1.70以下、より好ましくは、1.65以下、さらに好ましくは、1.60以下、とりわけ好ましくは、1.55以下である。 The refractive index of the photoelastic resin 2 is 1.30 or more, preferably 1.35 or more, more preferably 1.40 or more, still more preferably 1.45 or more, and particularly preferably 1.50 or more. It is 1.80 or less, preferably 1.70 or less, more preferably 1.65 or less, still more preferably 1.60 or less, and particularly preferably 1.55 or less.

屈折率が上記の範囲であれば、光弾性樹脂2の屈曲に伴い、その屈曲の度合いに応じて複屈折を生じさせることができ、光量を減衰させることができる。 When the refractive index is in the above range, birefringence can be generated according to the degree of bending of the photoelastic resin 2 and the amount of light can be attenuated.

なお、光弾性樹脂2が屈曲すると、その内部を通過する光は、屈曲部分において光弾性樹脂2の側壁(光弾性樹脂2の内部と外部との境界面)に対して、屈曲の度合いに応じた角度で入射する。この場合、屈曲の度合いが臨界角未満であれば、光は光弾性樹脂2の内部で全反射することなく外部に漏出する。 When the photoelastic resin 2 is bent, the light passing through the inside thereof depends on the degree of bending with respect to the side wall of the photoelastic resin 2 (the interface between the inside and the outside of the photoelastic resin 2) at the bent portion. It is incident at an angle. In this case, if the degree of bending is less than the critical angle, the light leaks to the outside without being totally reflected inside the photoelastic resin 2.

そのため、以下において、光弾性樹脂2の屈曲に応じた複屈折と、外部への漏出とによって光が減衰する現象を、光弾性樹脂2の屈曲に起因する光の減衰として包括する。 Therefore, in the following, the phenomenon that the light is attenuated by the birefringence corresponding to the bending of the photoelastic resin 2 and the leakage to the outside is included as the attenuation of the light caused by the bending of the photoelastic resin 2.

そして、光弾性樹脂2は、図1に示されるように、屈曲センサ1に複数(図1では2つ)備えられている。各光弾性樹脂2は、互いに同一の光弾性樹脂(ポリウレタン樹脂など)から形成されていてもよく、また、互いに異なる光弾性樹脂(ポリウレタン樹脂など)から形成されていてもよい。好ましくは、各光弾性樹脂2は、互いに同一の光弾性樹脂から形成されている。 Then, as shown in FIG. 1, a plurality of photoelastic resin 2s (two in FIG. 1) are provided in the bending sensor 1. Each photoelastic resin 2 may be formed of the same photoelastic resin (polyurethane resin or the like), or may be formed of different photoelastic resins (polyurethane resin or the like). Preferably, each photoelastic resin 2 is formed of the same photoelastic resin.

また、各光弾性樹脂2は、図1に示されるように、第1方向に沿って延びる棒形状に成形されている。なお、光弾性樹脂2の成形においては、上記の通り、所望形状の成形型を用いてもよく、また、光弾性樹脂2を脱型した後に裁断してもよい。また、例えば、成形型として、後述する樹脂材料(シリコーン樹脂など)からなる成形型(チューブ)を用いることにより、樹脂材料で被覆された光弾性樹脂2を得ることもでき、さらに、樹脂材料で被覆された光弾性樹脂2を、そのまま、屈曲センサ1に用いることもできる。 Further, as shown in FIG. 1, each photoelastic resin 2 is formed into a rod shape extending along the first direction. In molding the photoelastic resin 2, as described above, a molding mold having a desired shape may be used, or the photoelastic resin 2 may be cut after being removed from the mold. Further, for example, by using a molding die (tube) made of a resin material (silicone resin or the like) described later as the molding die, a photoelastic resin 2 coated with the resin material can be obtained, and further, the resin material can be used. The coated photoelastic resin 2 can be used as it is for the bending sensor 1.

光弾性樹脂2のサイズは、特に制限されないが、長さ(第1方向長さ)が、例えば、10mm以上、好ましくは、30mm以上であり、例えば、2000mm以下、好ましくは、300mm以下である。また、太さ(第2方向長さ)が、例えば、0.1mm以上、好ましくは、0.5mm以上であり、例えば、10mm以下、好ましくは、10mm以下である。 The size of the photoelastic resin 2 is not particularly limited, but the length (length in the first direction) is, for example, 10 mm or more, preferably 30 mm or more, and for example, 2000 mm or less, preferably 300 mm or less. The thickness (length in the second direction) is, for example, 0.1 mm or more, preferably 0.5 mm or more, and for example, 10 mm or less, preferably 10 mm or less.

図1において、カバー部材3は、光弾性樹脂2の屈曲を阻害せずに光弾性樹脂2を保護し、かつ、複数の光弾性樹脂2の相対位置を固定するために備えられている。 In FIG. 1, the cover member 3 is provided to protect the photoelastic resin 2 without hindering the bending of the photoelastic resin 2 and to fix the relative positions of the plurality of photoelastic resins 2.

カバー部材3は、例えば、公知の樹脂材料からなり、複数の光弾性樹脂2は、樹脂材料によって、結束される。 The cover member 3 is made of, for example, a known resin material, and the plurality of photoelastic resins 2 are bound by the resin material.

カバー部材3を構成する樹脂材料としては、特に制限されないが、例えば、シリコーン樹脂、イソプレン樹脂、ブタジエン樹脂、クロロプレン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。これらは、単独使用または2種類以上併用することができる。 The resin material constituting the cover member 3 is not particularly limited, and examples thereof include silicone resin, isoprene resin, butadiene resin, chloroprene resin, acrylic resin, and polyurethane resin. These can be used alone or in combination of two or more.

樹脂材料として、好ましくは、シリコーン樹脂が挙げられる。 As the resin material, a silicone resin is preferable.

カバー部材3が、シリコーン樹脂であれば、光弾性樹脂2の屈曲を阻害することなく、光弾性樹脂2を良好に保護することができ、また、複数の光弾性樹脂2の相対位置を良好に固定することができる。 If the cover member 3 is a silicone resin, the photoelastic resin 2 can be satisfactorily protected without hindering the bending of the photoelastic resin 2, and the relative positions of the plurality of photoelastic resins 2 can be satisfactorily positioned. Can be fixed.

また、カバー部材3の屈折率は、上記の光弾性樹脂2の屈折率以下、好ましくは、上記の光弾性樹脂2の屈折率未満である。より具体的には、カバー部材3の屈折率は、例えば、1.5以下、好ましくは、1.45以下であり、さらに好ましくは、1.43以下であり、通常、1.2以上である。 The refractive index of the cover member 3 is less than or equal to the refractive index of the photoelastic resin 2 and preferably less than the refractive index of the photoelastic resin 2. More specifically, the refractive index of the cover member 3 is, for example, 1.5 or less, preferably 1.45 or less, more preferably 1.43 or less, and usually 1.2 or more. ..

カバー部材3の屈折率が上記上限を上回ると、光が光弾性樹脂2とカバー部材3との界面において反射するため、検知感度が低下する場合がある。 If the refractive index of the cover member 3 exceeds the above upper limit, light is reflected at the interface between the photoelastic resin 2 and the cover member 3, so that the detection sensitivity may decrease.

光センサ4は、図1に示されるように、第1方向(光弾性樹脂2の長手方向)一方側に配置される発光部7と、第1方向(光弾性樹脂2の長手方向)他方側に配置される受光部8とを備えている。 As shown in FIG. 1, the optical sensor 4 has a light emitting portion 7 arranged on one side in the first direction (longitudinal direction of the photoelastic resin 2) and the other side in the first direction (longitudinal direction of the photoelastic resin 2). It is provided with a light receiving unit 8 arranged in.

発光部7は、キャップ部材と、キャップ部材の内側に配置される発光部材とを備えている。キャップ部材は、有底の略楕円筒状に形成される樹脂部材であり、第1方向(光弾性樹脂2の長手方向)一端部において、光弾性樹脂2およびカバー部材3を封止している。 The light emitting unit 7 includes a cap member and a light emitting member arranged inside the cap member. The cap member is a resin member formed in a substantially elliptical cylinder with a bottom, and the photoelastic resin 2 and the cover member 3 are sealed at one end in the first direction (longitudinal direction of the photoelastic resin 2). ..

発光部材は、例えば、光弾性樹脂2の数に応じて複数設けられており、キャップ部材の底部において、各光弾性樹脂2の第1方向(光弾性樹脂2の長手方向)の一方側端面と対向配置されている。これにより、各発光部材は、各光弾性樹脂2に対して、第1方向(光弾性樹脂2の長手方向)の一方側端面から、光を入射可能としている。発光部材としては、特に制限されないが、例えば、半導体レーザー(波長405nm〜1064nm)、発光ダイオードや蛍光灯、ハロゲンランプ、ハングステンランプなどが挙げられる。 A plurality of light emitting members are provided, for example, according to the number of photoelastic resins 2, and at the bottom of the cap member, with one end surface of each photoelastic resin 2 in the first direction (longitudinal direction of the photoelastic resin 2). They are arranged facing each other. As a result, each light emitting member allows light to be incident on each photoelastic resin 2 from one side end surface in the first direction (longitudinal direction of the photoelastic resin 2). The light emitting member is not particularly limited, and examples thereof include a semiconductor laser (wavelength 405 nm to 1064 nm), a light emitting diode, a fluorescent lamp, a halogen lamp, and a Hungsten lamp.

また、発光部7は、必要に応じて、光ファイバーなどの光導波路を備え、光導波路を介して、発光部材から光弾性樹脂2に光を入射可能としていてもよい。 Further, the light emitting unit 7 may be provided with an optical waveguide such as an optical fiber, if necessary, so that light can be incident on the photoelastic resin 2 from the light emitting member via the optical waveguide.

また、発光部7は、図1において仮想線で示されるように、制御部6に電気的に接続されている。 Further, the light emitting unit 7 is electrically connected to the control unit 6 as shown by a virtual line in FIG.

制御部6は、発光部7を電気的に制御するECU(Electronic Control Unit)であり、演算領域としての演算部と、記憶領域としてのメモリ部とを備えている。このような制御部6から発せられる電気信号に応じて、発光部材の発光のON/OFFが、制御される。 The control unit 6 is an ECU (Electronic Control Unit) that electrically controls the light emitting unit 7, and includes a calculation unit as a calculation area and a memory unit as a storage area. ON / OFF of light emission of the light emitting member is controlled according to the electric signal emitted from such a control unit 6.

受光部8は、キャップ部材と、キャップ部材の内側に配置される受光部材とを備えている。キャップ部材は、有底の略楕円筒状に形成される樹脂部材であり、光弾性樹脂2およびカバー部材3の長手方向他端部において、光弾性樹脂2およびカバー部材3を封止している。 The light receiving unit 8 includes a cap member and a light receiving member arranged inside the cap member. The cap member is a resin member formed in a substantially elliptical cylinder with a bottom, and the photoelastic resin 2 and the cover member 3 are sealed at the other end in the longitudinal direction of the photoelastic resin 2 and the cover member 3. ..

受光部材は、例えば、光弾性樹脂2の数に応じて複数設けられており、キャップ部材の底部において、各光弾性樹脂2の第1方向(光弾性樹脂2の長手方向)の他方側端面と対向配置されている。これにより、各受光部材は、各光弾性樹脂2を長手方向一方側から他方側に通過した光を、受光可能としている。受光部材としては、受光した光の強度を電気信号(光信号)に変換可能な素子が挙げられ、例えば、フォトダイオードなどが挙げられる。 A plurality of light receiving members are provided, for example, according to the number of photoelastic resins 2, and at the bottom of the cap member, with the other end surface of each photoelastic resin 2 in the first direction (longitudinal direction of the photoelastic resin 2). They are arranged facing each other. As a result, each light receiving member can receive light that has passed through each photoelastic resin 2 from one side in the longitudinal direction to the other side. Examples of the light receiving member include elements capable of converting the intensity of received light into an electric signal (optical signal), and examples thereof include a photodiode.

また、受光部8は、必要に応じて、反射板などの反射部材を備え、反射部材を介して、光弾性樹脂2から受光部材に光を導入可能としていてもよい。 Further, the light receiving unit 8 may be provided with a reflecting member such as a reflecting plate, if necessary, so that light can be introduced from the photoelastic resin 2 to the light receiving member via the reflecting member.

また、図1において仮想線で示されるように、受光部8には、処理部5が電気的に接続されている。 Further, as shown by a virtual line in FIG. 1, a processing unit 5 is electrically connected to the light receiving unit 8.

処理部5は、受光部8により検知された光信号に基づいて、光弾性樹脂2の屈曲方向を検知するために設けられている。 The processing unit 5 is provided to detect the bending direction of the photoelastic resin 2 based on the optical signal detected by the light receiving unit 8.

処理部5は、受光部8において受光された光の強度を分析するための分析処理ユニットであり、演算領域としての演算部と、記憶領域としてのメモリ部とを備えている。 The processing unit 5 is an analysis processing unit for analyzing the intensity of light received by the light receiving unit 8, and includes a calculation unit as a calculation area and a memory unit as a storage area.

処理部5のメモリ部には、後述の方法で屈曲方向を検知するための屈曲検知プログラムが格納されている。これにより、処理部5は、下記の検知方法によって、受光部8において検知された光に基づく光信号(例えば、電圧値)に基づいて、光弾性樹脂2の屈曲方向を検知可能としている。 The memory unit of the processing unit 5 stores a bending detection program for detecting the bending direction by a method described later. As a result, the processing unit 5 can detect the bending direction of the photoelastic resin 2 based on an optical signal (for example, a voltage value) based on the light detected by the light receiving unit 8 by the following detection method.

次に、この屈曲センサ1を用いて、光弾性樹脂2の屈曲方向を検知するための検知方法について、図1および図2を参照して説明する。なお、図2では、図1における光弾性樹脂2を抜粋して示している。 Next, a detection method for detecting the bending direction of the photoelastic resin 2 using the bending sensor 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Note that FIG. 2 shows an excerpt of the photoelastic resin 2 in FIG.

この検知方法では、まず、制御部6の制御により発光部7の発光部材(ダイオードなど)から各光弾性樹脂2(光弾性樹脂2Aおよび光弾性樹脂2B)に、光を入射する。 In this detection method, first, light is incident on each photoelastic resin 2 (photoelastic resin 2A and photoelastic resin 2B) from a light emitting member (diode or the like) of the light emitting unit 7 under the control of the control unit 6.

そして、各光弾性樹脂2(光弾性樹脂2Aおよび光弾性樹脂2B)を通過した光を、受光部8の受光部材(フォトダイオードなど)で受光して、その受光した光の強度を、光信号として処理部5に入力する。例えば、受光部材としてフォトダイオードを用いる場合、各光弾性樹脂2を通過した光の強度を、それぞれフォトダイオードによって電圧値に変換し、各電圧値を光信号(電気信号)として処理部5に入力する。 Then, the light that has passed through each photoelastic resin 2 (photoelastic resin 2A and photoelastic resin 2B) is received by a light receiving member (photodiode or the like) of the light receiving unit 8, and the intensity of the received light is an optical signal. Is input to the processing unit 5. For example, when a photodiode is used as a light receiving member, the intensity of light that has passed through each photoelastic resin 2 is converted into a voltage value by the photodiode, and each voltage value is input to the processing unit 5 as an optical signal (electric signal). To do.

このとき、図2Aに示されるように、光弾性樹脂2が屈曲していなければ、発光部7から各光弾性樹脂2に対して入射された光は、光弾性樹脂2の屈曲に起因した減衰を生じることなく、各光弾性樹脂2を通過して、受光部8で受光される。 At this time, as shown in FIG. 2A, if the photoelastic resin 2 is not bent, the light incident on each photoelastic resin 2 from the light emitting portion 7 is attenuated due to the bending of the photoelastic resin 2. It passes through each photoelastic resin 2 and is received by the light receiving unit 8 without causing the above.

つまり、光弾性樹脂2Aが屈曲していなければ、受光部8で受光される光の強度(受光強度LR(A))は、光弾性樹脂2Aに入射した光の強度(発光強度LE(A))と同程度である(LR(A)≒LE(A))。 That is, if the photoelastic resin 2A is not bent, the intensity of the light received by the light receiving portion 8 (light receiving intensity LR (A) ) is the intensity of the light incident on the photoelastic resin 2A (emission intensity LE (emission intensity LE ). A) ) is about the same as ( LR (A) ≒ LE (A) ).

なお、同程度とは、発光部7において生じた光の一部が、例えば、光弾性樹脂2中に吸収されるなどして僅かに減衰した場合の強度を含む。 The same degree includes the intensity when a part of the light generated in the light emitting unit 7 is slightly attenuated, for example, by being absorbed by the photoelastic resin 2.

また、同様に、光弾性樹脂2Bが屈曲していなければ、受光部8で受光される光の強度(受光強度LR(B))も、光弾性樹脂2Bに入射した光の強度(発光強度LE(B))と同程度である(LR(B)≒LE(B))。 Similarly, if the photoelastic resin 2B is not bent, the intensity of the light received by the light receiving portion 8 (light receiving intensity LR (B) ) is also the intensity of the light incident on the photoelastic resin 2B (emission intensity). It is about the same as LE (B) ) ( LR (B) ≈ LE (B) ).

換言すれば、各光弾性樹脂2のそれぞれにおいて、各光弾性樹脂2に入射した光の強度(受光強度L)と、各光弾性樹脂2を通過した光の強度(発光強度L)とが同程度である場合、処理部5は、光弾性樹脂2の屈曲に起因した減衰が生じていないと判断でき、これにより、光弾性樹脂2が屈曲していないと判断することができる。 In other words, in each of the photoelastic resin 2, and the intensity of light incident on each optical elastic resin 2 (the light reception intensity L R), the intensity of light passing through the respective photoelastic resin 2 (emission intensity L E) When is about the same, the processing unit 5 can determine that the damping caused by the bending of the photoelastic resin 2 has not occurred, and thereby it can be determined that the photoelastic resin 2 is not bent.

一方、例えば、図2Bに示されるように、光弾性樹脂2の第1方向における他方側端部(受光側端部)が第2方向の一方側へ向かうように、光弾性樹脂2Aおよび光弾性樹脂2Bが屈曲している場合、各光弾性樹脂2に対して入射された光は、光弾性樹脂2の屈曲に起因した減衰を生じる。すなわち、発光部7において生じた光は、複屈折および漏出により減衰しながら、各光弾性樹脂2を通過して、受光部8で受光される。 On the other hand, for example, as shown in FIG. 2B, the photoelastic resin 2A and the photoelastic resin 2 so that the other side end portion (light receiving side end portion) in the first direction of the photoelastic resin 2 faces one side in the second direction. When the resin 2B is bent, the light incident on each photoelastic resin 2 causes attenuation due to the bending of the photoelastic resin 2. That is, the light generated in the light emitting unit 7 passes through each photoelastic resin 2 while being attenuated by birefringence and leakage, and is received by the light receiving unit 8.

つまり、光弾性樹脂2Aが、図2Bに示すように屈曲していると、光弾性樹脂2A側で受光される光の強度(受光強度LR(A))は、光弾性樹脂2Aに入射した光の強度(発光強度LE(A))よりも小さくなる(LR(A)<LE(A))。これにより、光弾性樹脂2A側の受光部材(フォトダイオード)から生じる光信号(電圧値など)は、屈曲していない場合に比べて、低下する。 That is, when the photoelastic resin 2A is bent as shown in FIG. 2B, the intensity of the light received on the photoelastic resin 2A side (light receiving intensity LR (A) ) is incident on the photoelastic resin 2A. It is smaller than the light intensity (emission intensity LE (A) ) ( LR (A) <LE (A) ). As a result, the optical signal (voltage value, etc.) generated from the light receiving member (photodiode) on the photoelastic resin 2A side is lower than that in the case where it is not bent.

また、同様に、光弾性樹脂2Bが、図2Bに示すように屈曲していると、光弾性樹脂2B側で受光される光の強度(受光強度LR(B))も、光弾性樹脂2Bに入射した光の強度(発光強度LE(B))よりも小さくなる(LR(B)<LE(B))。これにより、光弾性樹脂2B側の受光部材(フォトダイオード)から生じる光信号(電圧値など)も、屈曲していない場合に比べて、低下する。 Similarly, when the photoelastic resin 2B is bent as shown in FIG. 2B, the intensity of the light received on the photoelastic resin 2B side (light receiving intensity LR (B) ) is also the photoelastic resin 2B. It is smaller than the intensity of the light incident on the light (emission intensity LE (B) ) ( LR (B) <LE (B) ). As a result, the optical signal (voltage value, etc.) generated from the light receiving member (photodiode) on the photoelastic resin 2B side is also reduced as compared with the case where it is not bent.

このように、各光弾性樹脂2おいて、各光弾性樹脂2に入射した光の強度(発光強度L)よりも、各光弾性樹脂2を通過した光の強度(受光強度L)が小さい場合、処理部5は、屈曲に起因した減衰が生じていると判断でき、屈曲センサ1が屈曲していると判断できる。また、屈曲角度が大きいほど、屈曲に起因した減衰が大きくなるため、光の減衰の度合いに基づいて、屈曲角度を推定することもできる。 Thus, each photoelastic resin 2 Oite, than the intensity of light incident on each optical elastic resin 2 (emission intensity L E), the intensity of the light passing through the respective photoelastic resin 2 (the light reception intensity L R) is If it is small, the processing unit 5 can determine that the damping caused by the bending has occurred, and can determine that the bending sensor 1 is bent. Further, since the larger the bending angle is, the larger the attenuation caused by the bending is, the bending angle can be estimated based on the degree of light attenuation.

さらに、上記の屈曲センサ1では、屈曲方向の内側に配置されている光弾性樹脂2Bの屈曲の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂2Aの屈曲の度合いに比べて、大きくなる。 Further, in the above-mentioned bending sensor 1, the degree of bending of the photoelastic resin 2B arranged inside in the bending direction is larger than the degree of bending of the photoelastic resin 2A arranged outside in the bending direction. Become.

そのため、屈曲方向の内側に配置されている光弾性樹脂2Bで生じる光の減衰の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂2Aで生じる光の減衰の度合いに比べて大きくなる。 Therefore, the degree of light attenuation generated by the photoelastic resin 2B arranged inside the bending direction is larger than the degree of light attenuation generated by the photoelastic resin 2A arranged outside the bending direction.

その結果、図2Bに示すように光弾性樹脂2を屈曲させると、光弾性樹脂2Bを通過し、受光部8で受光される光の強度(受光強度LR(B))が、光弾性樹脂2Aを通過し、受光部8で受光される光の強度(受光強度LR(A))よりも、小さくなる(LR(B)<LR(A))。 As a result, when the photoelastic resin 2 is bent as shown in FIG. 2B, the intensity of the light (light receiving intensity LR (B) ) that passes through the photoelastic resin 2B and is received by the light receiving unit 8 is changed to the photoelastic resin. It is smaller than the intensity of light that passes through 2A and is received by the light receiving unit 8 (light receiving intensity LR (A) ) ( LR (B) < LR (A) ).

換言すれば、光弾性樹脂2Bを通過した光の強度(受光強度LR(B))が、光弾性樹脂2Aを通過した光の強度(受光強度LR(A))よりも、小さい場合(LR(B)<LR(A))には、処理部5は、光弾性樹脂2Bが光弾性樹脂2Aに対して内側になるように屈曲センサ1が屈曲されていると、判断できる。 In other words, when the intensity of light passing through the photoelastic resin 2B (light receiving intensity LR (B) ) is smaller than the intensity of light passing through the photoelastic resin 2A (light receiving intensity LR (A) ) ( In LR (B) < LR (A) ), the processing unit 5 can determine that the bending sensor 1 is bent so that the photoelastic resin 2B is inside the photoelastic resin 2A.

これに対して、例えば、図2Cに示されるように、光弾性樹脂2の第1方向における他方側端部(受光側端部)が第2方向の他方側へ向かうように、光弾性樹脂2Aおよび光弾性樹脂2Bが屈曲している場合にも、各光弾性樹脂2に対して入射された光は、光弾性樹脂2の屈曲に起因した減衰を生じる。すなわち、発光部7において生じた光は、複屈折および漏出により減衰しながら、各光弾性樹脂2を通過して、受光部8で受光される。 On the other hand, for example, as shown in FIG. 2C, the photoelastic resin 2A so that the other side end portion (light receiving side end portion) of the photoelastic resin 2 in the first direction faces the other side in the second direction. And even when the photoelastic resin 2B is bent, the light incident on each photoelastic resin 2 causes attenuation due to the bending of the photoelastic resin 2. That is, the light generated in the light emitting unit 7 passes through each photoelastic resin 2 while being attenuated by birefringence and leakage, and is received by the light receiving unit 8.

つまり、光弾性樹脂2Aが、図2Cに示すように屈曲していると、光弾性樹脂2A側で受光される光の強度(受光強度LR(A))は、光弾性樹脂2Aに入射した光の強度(発光強度LE(A))よりも小さくなる(LR(A)<LE(A))。これにより、光弾性樹脂2A側の受光部材(フォトダイオード)から生じる光信号(電圧値など)は、屈曲していない場合に比べて、低下する。 That is, when the photoelastic resin 2A is bent as shown in FIG. 2C, the intensity of the light received on the photoelastic resin 2A side (light receiving intensity LR (A) ) is incident on the photoelastic resin 2A. It is smaller than the light intensity (emission intensity LE (A) ) ( LR (A) <LE (A) ). As a result, the optical signal (voltage value, etc.) generated from the light receiving member (photodiode) on the photoelastic resin 2A side is lower than that in the case where it is not bent.

また、同様に、光弾性樹脂2Bが、図2Cに示すように屈曲していると、光弾性樹脂2B側で受光される光の強度(受光強度LR(B))も、光弾性樹脂2Bに入射した光の強度(発光強度LE(B))よりも小さくなる(LR(B)<LE(B))。これにより、光弾性樹脂2B側の受光部材(フォトダイオード)から生じる光信号(電圧値など)も、屈曲していない場合に比べて、低下する。 Similarly, when the photoelastic resin 2B is bent as shown in FIG. 2C, the intensity of the light received on the photoelastic resin 2B side (light receiving intensity LR (B) ) is also the photoelastic resin 2B. It is smaller than the intensity of the light incident on the light (emission intensity LE (B) ) ( LR (B) <LE (B) ). As a result, the optical signal (voltage value, etc.) generated from the light receiving member (photodiode) on the photoelastic resin 2B side is also reduced as compared with the case where it is not bent.

このように、各光弾性樹脂2おいて、各光弾性樹脂2に入射した光の強度(発光強度LE)よりも、各光弾性樹脂2を通過した光の強度(受光強度LR)が小さい場合、処理部5は、屈曲に起因した減衰が生じていると判断でき、屈曲センサ1が屈曲していると判断できる。また、屈曲角度が大きいほど、屈曲に起因した減衰が大きくなるため、光の減衰の度合いに基づいて、屈曲角度を推定することもできる。 As described above, in each photoelastic resin 2, when the intensity of light passing through each photoelastic resin 2 (light receiving intensity LR) is smaller than the intensity of light incident on each photoelastic resin 2 (emission intensity LE). , The processing unit 5 can determine that the damping caused by the bending has occurred, and can determine that the bending sensor 1 is bent. Further, since the larger the bending angle is, the larger the attenuation caused by the bending is, the bending angle can be estimated based on the degree of light attenuation.

さらに、上記の屈曲センサ1では、屈曲方向の内側に配置されている光弾性樹脂2Aの屈曲の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂2Bの屈曲の度合いに比べて、大きくなる。 Further, in the above bending sensor 1, the degree of bending of the photoelastic resin 2A arranged inside in the bending direction is larger than the degree of bending of the photoelastic resin 2B arranged outside in the bending direction. Become.

そのため、屈曲方向の内側に配置されている光弾性樹脂2Aで生じる光の減衰の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂2Bで生じる光の減衰の度合いに比べて大きくなる。 Therefore, the degree of light attenuation generated by the photoelastic resin 2A arranged inside the bending direction is larger than the degree of light attenuation generated by the photoelastic resin 2B arranged outside the bending direction.

その結果、図2Cに示すように光弾性樹脂2を屈曲させると、光弾性樹脂2Aを通過し、受光部8で受光される光の強度(受光強度LR(A))が、光弾性樹脂2Bを通過し、受光部8で受光される光の強度(受光強度LR(B))よりも、小さくなる(LR(B)>LR(A))。 As a result, when the photoelastic resin 2 is bent as shown in FIG. 2C, the intensity of the light (light receiving intensity LR (A) ) that passes through the photoelastic resin 2A and is received by the light receiving unit 8 is changed to the photoelastic resin. It is smaller than the intensity of the light that passes through 2B and is received by the light receiving unit 8 (light receiving intensity LR (B) ) ( LR (B) > LR (A) ).

換言すれば、光弾性樹脂2Aを通過した光の強度(受光強度LR(A))が、光弾性樹脂2Bを通過した光の強度(受光強度LR(B))よりも、小さい場合(LR(B)>LR(A))には、処理部5は、光弾性樹脂2Aが光弾性樹脂2Bに対して内側になるように屈曲センサ1が屈曲されていると、判断できる。 In other words, when the intensity of light passing through the photoelastic resin 2A (light receiving intensity LR (A) ) is smaller than the intensity of light passing through the photoelastic resin 2B (light receiving intensity LR (B) ) ( LR (B) > LR (A) ), the processing unit 5 can determine that the bending sensor 1 is bent so that the photoelastic resin 2A is inside the photoelastic resin 2B.

このように、上記の屈曲センサ1では、光弾性樹脂2Aにおける光の減衰の度合いと、光弾性樹脂2Bにおける光の減衰の度合いとを観測し、それらの差異を比較することによって、光弾性樹脂2の屈曲方向を検知できる。 In this way, the bending sensor 1 observes the degree of light attenuation in the photoelastic resin 2A and the degree of light attenuation in the photoelastic resin 2B, and compares the differences between them to obtain the photoelastic resin. The bending direction of 2 can be detected.

上記の屈曲センサ1では、光弾性樹脂2のヤング率、光弾性定数の絶対値および屈折率が所定範囲である。そのため、光弾性樹脂2が屈曲している場合には、光弾性樹脂2の屈曲の度合い(曲率)に応じて、光弾性樹脂2を通過する光が複屈折により減衰するとともに、光弾性樹脂2を通過する光が光弾性樹脂の外部に漏出する。そして、上記の屈曲センサ1では、複数の光弾性樹脂2が並列配置され、各光弾性樹脂2のそれぞれを通過した光を光センサ4で検知する。そのため、それら各光弾性樹脂2における光の減衰の度合いの差異を比較することにより、光弾性樹脂2の屈曲方向を検知することができる。 In the bending sensor 1, the Young's modulus of the photoelastic resin 2, the absolute value of the photoelastic constant, and the refractive index are within a predetermined range. Therefore, when the photoelastic resin 2 is bent, the light passing through the photoelastic resin 2 is attenuated by birefringence according to the degree of bending (curvature) of the photoelastic resin 2, and the photoelastic resin 2 is bent. The light passing through the photoelastic resin leaks to the outside of the photoelastic resin. Then, in the bending sensor 1, a plurality of photoelastic resins 2 are arranged in parallel, and the light passing through each of the photoelastic resins 2 is detected by the optical sensor 4. Therefore, the bending direction of the photoelastic resin 2 can be detected by comparing the difference in the degree of light attenuation in each of the photoelastic resins 2.

一方、上記の屈曲センサ1では、屈曲センサ1が第2方向に沿って屈曲した場合には、屈曲方向を検知することができるが、屈曲センサ1が第3方向に沿って屈曲した場合には、光弾性樹脂2Aと光弾性樹脂2Bとで光の減衰の度合いが同程度(LR(B)<LR(A))になるため、屈曲方向を検知できない。 On the other hand, the bending sensor 1 can detect the bending direction when the bending sensor 1 bends along the second direction, but when the bending sensor 1 bends along the third direction, it can detect the bending direction. Since the degree of light attenuation of the photoelastic resin 2A and the photoelastic resin 2B is about the same ( LR (B) < LR (A) ), the bending direction cannot be detected.

そのため、第2方向における屈曲方向に加えて、第3方向における屈曲方向も検知する場合には、以下に示すように、長手方向と直交する方向において、3つ以上の光弾性樹脂2を配置する。 Therefore, when detecting the bending direction in the third direction in addition to the bending direction in the second direction, three or more photoelastic resins 2 are arranged in the direction orthogonal to the longitudinal direction as shown below. ..

より具体的には、例えば、第2実施形態として図3に示すように、屈曲センサ1は、第1方向に沿って延びる光弾性樹脂2を、3つ備えることができる。 More specifically, for example, as shown in FIG. 3 as the second embodiment, the bending sensor 1 can include three photoelastic resins 2 extending along the first direction.

以下、3つの光弾性樹脂2を、それぞれ、光弾性樹脂2A、光弾性樹脂2Bおよび光弾性樹脂2Cと称して区別する。 Hereinafter, the three photoelastic resins 2 will be referred to as photoelastic resin 2A, photoelastic resin 2B and photoelastic resin 2C, respectively.

第2実施形態において、光弾性樹脂2Aおよび光弾性樹脂2Bは、上記した第1実施形態と同様に、第1方向と直交する第2方向に沿って並列するように配置されている。 In the second embodiment, the photoelastic resin 2A and the photoelastic resin 2B are arranged in parallel along the second direction orthogonal to the first direction, as in the first embodiment described above.

さらに、第2実施形態では、光弾性樹脂2Cが、光弾性樹脂2Aおよび光弾性樹脂2Bに対して、第1方向と直交し、かつ、第2方向に対して交差する方向に沿って、並列するように配置されている。 Further, in the second embodiment, the photoelastic resin 2C is parallel to the photoelastic resin 2A and the photoelastic resin 2B along a direction orthogonal to the first direction and intersecting the second direction. It is arranged to do.

つまり、各光弾性樹脂2は、第1方向と直交する平面方向(第2方向および第3方向を含む平面方向)に沿って、互いに並列するように配置されている。好ましくは、3つの光弾性樹脂2は、屈曲センサ1の径方向断面図(第1方向と直交する平面(第2方向および第3方向を含む平面)に沿う断面図)において、略正三角形の頂点となるように、配置されている。 That is, each photoelastic resin 2 is arranged so as to be parallel to each other along a plane direction (a plane direction including the second direction and the third direction) orthogonal to the first direction. Preferably, the three photoelastic resins 2 are substantially equilateral triangles in a radial cross-sectional view of the bending sensor 1 (a cross-sectional view along a plane orthogonal to the first direction (a plane including the second and third directions)). It is arranged so that it becomes the apex.

このような屈曲センサ1でも、上記した第1実施形態と同様に、屈曲方向の最も内側に配置されている光弾性樹脂2の屈曲の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂2の屈曲の度合いに比べて大きくなる。 In such a bending sensor 1, as in the first embodiment described above, the degree of bending of the photoelastic resin 2 arranged on the innermost side in the bending direction is the photoelastic resin arranged on the outside in the bending direction. It becomes larger than the degree of bending of 2.

そのため、屈曲方向の最も内側に配置されている光弾性樹脂2で生じる光の減衰の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂2で生じる光の減衰の度合いに比べて大きくなる。 Therefore, the degree of light attenuation generated by the photoelastic resin 2 arranged on the innermost side in the bending direction is larger than the degree of light attenuation generated by the photoelastic resin 2 arranged on the outer side in the bending direction. ..

その結果、第2方向および第3方向のいずれの方向に沿って、光弾性樹脂2を屈曲させた場合でも、屈曲方向の最も内側に配置されている光弾性樹脂2を通過し、受光部8で受光される光の強度(受光強度L)が、その他の光弾性樹脂2を通過し、受光部8で受光される光の強度(受光強度L)よりも、小さくなる。 As a result, even when the photoelastic resin 2 is bent along either the second direction or the third direction, it passes through the photoelastic resin 2 arranged on the innermost side in the bending direction, and the light receiving portion 8 The intensity of the light received in (light receiving intensity LR ) is smaller than the intensity of the light received by the light receiving unit 8 after passing through the other photoelastic resin 2 (light receiving intensity LR ).

つまり、処理部5は、各光弾性樹脂2のそれぞれにおいて、受光部8で受光される光の強度(受光強度L)を検知し、その光の強度(受光強度L)が最も小さい光弾性樹脂2を特定することにより、屈曲方向において最も内側に配置されている光弾性樹脂2を特定することができる。そのため、上記の屈曲センサ1では、光弾性樹脂2Aにおける受光強度と、光弾性樹脂2Bにおける受光強度と、光弾性樹脂2Cにおける受光強度とを、互いに比較することによって、第2方向および第3方向を含む平面方向360°のいずれの方向へ屈曲しているかを検知することができる。 That is, the processing unit 5 detects the intensity of the light received by the light receiving unit 8 (light receiving intensity LR ) in each of the photoelastic resins 2, and the light having the lowest light intensity (light receiving intensity LR ). By specifying the elastic resin 2, the photoelastic resin 2 arranged on the innermost side in the bending direction can be specified. Therefore, in the above bending sensor 1, the light receiving intensity of the photoelastic resin 2A, the light receiving intensity of the photoelastic resin 2B, and the light receiving intensity of the photoelastic resin 2C are compared with each other in the second and third directions. It is possible to detect in which direction of 360 ° in the plane direction including.

なお、上記した第2実施形態では、屈曲センサ1は、光弾性樹脂2を3つ備えているが、例えば、図4に第3実施形態として示すように、屈曲センサ1は、光弾性樹脂2を4つ以上備えることもできる。 In the second embodiment described above, the bending sensor 1 includes three photoelastic resins 2. For example, as shown in FIG. 4 as the third embodiment, the bending sensor 1 is a photoelastic resin 2. It is also possible to have four or more.

より具体的には、例えば、第3実施形態として図4に示すように、屈曲センサ1は、第1方向に沿って延びる光弾性樹脂2を、4つ備えることができる。 More specifically, for example, as shown in FIG. 4 as a third embodiment, the bending sensor 1 can include four photoelastic resins 2 extending along the first direction.

以下、4つの光弾性樹脂2を、それぞれ、光弾性樹脂2A、光弾性樹脂2B、光弾性樹脂2C、および、光弾性樹脂2Dと称して区別する。 Hereinafter, the four photoelastic resins 2 are referred to as photoelastic resin 2A, photoelastic resin 2B, photoelastic resin 2C, and photoelastic resin 2D, respectively, to distinguish them.

第3実施形態において、光弾性樹脂2Aおよび光弾性樹脂2Bは、上記した第1実施形態と同様に、第1方向と直交する第2方向に沿って並列するように配置されている。 In the third embodiment, the photoelastic resin 2A and the photoelastic resin 2B are arranged in parallel along the second direction orthogonal to the first direction, as in the first embodiment described above.

さらに、第3実施形態では、光弾性樹脂2Cが、光弾性樹脂2Aに対して、第3方向(第1方向と直交し、かつ、第2方向に対して直交する方向)に沿って、並列するように配置されている。 Further, in the third embodiment, the photoelastic resin 2C is parallel to the photoelastic resin 2A along a third direction (a direction orthogonal to the first direction and orthogonal to the second direction). It is arranged to do.

加えて、第3実施形態では、光弾性樹脂2Dが、光弾性樹脂2Bに対して、第3方向(第1方向と直交し、かつ、第2方向に対して直交する方向)に沿って、並列するように配置されている。 In addition, in the third embodiment, the photoelastic resin 2D is oriented with respect to the photoelastic resin 2B along a third direction (a direction orthogonal to the first direction and orthogonal to the second direction). They are arranged in parallel.

つまり、各光弾性樹脂2は、第1方向と直交する平面方向(第2方向および第3方向を含む平面方向)に沿って、互いに並列するように配置されている。好ましくは、4つの光弾性樹脂2は、屈曲センサ1の径方向断面図(第1方向と直交する平面(第2方向および第3方向を含む平面)に沿う断面図)において、略正方形の頂点となるように、配置されている。 That is, each photoelastic resin 2 is arranged so as to be parallel to each other along a plane direction (a plane direction including the second direction and the third direction) orthogonal to the first direction. Preferably, the four photoelastic resins 2 have substantially square vertices in a radial cross-sectional view of the bending sensor 1 (a cross-sectional view along a plane orthogonal to the first direction (a plane including the second and third directions)). It is arranged so as to be.

このような屈曲センサ1でも、上記した第1実施形態と同様に、屈曲方向の最も内側に配置されている光弾性樹脂2の屈曲の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂2の屈曲の度合いに比べて大きくなる。そのため、上記の屈曲センサ1では、光弾性樹脂2Aにおける受光強度と、光弾性樹脂2Bにおける受光強度と、光弾性樹脂2Cにおける受光強度と、光弾性樹脂2Dにおける受光強度とを、互いに比較することによって、第2方向および第3方向を含む平面方向360°のいずれの方向へ屈曲しているかを、より精密に検知することができる。 In such a bending sensor 1, as in the first embodiment described above, the degree of bending of the photoelastic resin 2 arranged on the innermost side in the bending direction is the photoelastic resin arranged on the outside in the bending direction. It becomes larger than the degree of bending of 2. Therefore, in the above bending sensor 1, the light receiving intensity of the photoelastic resin 2A, the light receiving intensity of the photoelastic resin 2B, the light receiving intensity of the photoelastic resin 2C, and the light receiving intensity of the photoelastic resin 2D are compared with each other. Therefore, it is possible to more accurately detect which direction of the plane direction 360 ° including the second direction and the third direction is bent.

なお、屈曲センサ1は、光弾性樹脂2を多く備えるほど、より精密に屈曲方向を検知することができる。そのため、屈曲センサ1における光弾性樹脂2の数は、3つ以上であることが好ましい。一方、光弾性樹脂2を多く備えるほど、生産効率およびコスト性が低下するため、屈曲センサ1における光弾性樹脂2の数は、通常、10つ以下、好ましくは、5つ以下、より好ましくは、4つ以下、とりわけ好ましくは、3つである。 The more the photoelastic resin 2 is provided in the bending sensor 1, the more accurately the bending direction can be detected. Therefore, the number of photoelastic resins 2 in the bending sensor 1 is preferably 3 or more. On the other hand, the more the photoelastic resin 2 is provided, the lower the production efficiency and the costability. Therefore, the number of the photoelastic resin 2 in the bending sensor 1 is usually 10 or less, preferably 5 or less, more preferably 5. Four or less, particularly preferably three.

また、上記の屈曲センサ1は、光弾性樹脂2の第1方向一方側から光が照射され、第1方向他方側から光が射出される透過型センサであるが、例えば、光弾性樹脂2の第1方向一方側から光が照射され、第1方向他方側において光が再帰性反射材により反射され、光弾性樹脂2の第1方向一方側から光が射出される反射型センサであってもよい。 Further, the bending sensor 1 is a transmissive sensor in which light is emitted from one side of the photoelastic resin 2 in the first direction and light is emitted from the other side in the first direction. For example, the photoelastic resin 2 Even in a reflective sensor in which light is emitted from one side in the first direction, light is reflected by a retroreflective material on the other side in the first direction, and light is emitted from one side in the first direction of the photoelastic resin 2. Good.

そして、このような屈曲センサ1は、屈曲方向を検知できるため、各種産業分野において、ロボット、機器などの検知部材として、好適に用いることができる。 Since such a bending sensor 1 can detect the bending direction, it can be suitably used as a detection member for robots, devices, and the like in various industrial fields.

次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「%」は、特に言及がない限り、質量基準である。 Next, the present invention will be described based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. In addition, "part" and "%" are based on mass unless otherwise specified.

製造例1<光弾性樹脂>
ガラス製フラスコに、PTG−1000(ポリテトラメチレンエーテルグリコール、水酸基価111.5mgKOH/g、保土谷化学社製)100質量部を仕込み、減圧下、120℃で2時間乾燥し、温度を80℃に下げ、窒素で常圧に戻した。次いで、撹拌しながら、TODI(3,3′−ジメチルビフェニル−4,4′−ジイソシアネート、日本曹達社製)9.2質量部(イソシアネートインデックス35)を投入した。次いで、撹拌しながら、TMP(トリメチロールプロパン)1.0質量部を加え、温度を70℃に調整した。次いで、70℃で溶解したMDI−PH(4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、三井化学社製)20.2質量部(イソシアネートインデックス105)を投入し、撹拌混合した。
Production Example 1 <Photoelastic resin>
A glass flask was charged with 100 parts by mass of PTG-1000 (polytetramethylene ether glycol, hydroxyl value 111.5 mgKOH / g, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.), dried under reduced pressure at 120 ° C. for 2 hours, and the temperature was 80 ° C. And returned to normal pressure with nitrogen. Next, 9.2 parts by mass (isocyanate index 35) of TODI (3,3'-dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanate, manufactured by Nippon Soda Corporation) was added while stirring. Then, while stirring, 1.0 part by mass of TMP (trimethylolpropane) was added to adjust the temperature to 70 ° C. Next, 20.2 parts by mass (isocyanate index 105) of MDI-PH (4,4'-diphenylmethane diisocyanate, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) dissolved at 70 ° C. was added, and the mixture was stirred and mixed.

その後、減圧下で30秒間脱泡し、窒素で常圧に戻した後、フラスコから取り出し、ポリウレタン組成物を得た。 Then, it was defoamed under reduced pressure for 30 seconds, returned to normal pressure with nitrogen, and then taken out from the flask to obtain a polyurethane composition.

次いで、得られたポリウレタン組成物を、シリコーン樹脂チューブ(成形型、内径2.5mm×長さ15cm、屈折率1.43、信越ポリマー製)に流し込み、70℃で18時間硬化させることにより、棒形状の光弾性樹脂(光弾性ポリウレタン樹脂)を得た。 Next, the obtained polyurethane composition was poured into a silicone resin tube (molded mold, inner diameter 2.5 mm × length 15 cm, refractive index 1.43, manufactured by Shin-Etsu Polymer Co., Ltd.) and cured at 70 ° C. for 18 hours to form a rod. A photoelastic resin (photoelastic polyurethane resin) having a shape was obtained.

<光弾性ポリウレタン樹脂の物性評価>
(1)光弾性定数およびヤング率
「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌73、253−258(2007)」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定し、光弾性樹脂の25℃における歪み光学定数およびヤング率を得るとともに、それらから25℃における光弾性定数を算出した。上記測定には、波長630nmのレーザー光を使用した。光弾性定数およびヤング率を表1に示す。
<Evaluation of physical properties of photoelastic polyurethane resin>
(1) Photoelastic constant and Young's modulus "Mitsuo Tsukiji, Hiroyuki Takakazu, Yoshiro Tadashi," Development of Photoelastic Constant Measurement System for Optical Films, "Journal of the Japan Society of Precision Science 73, 253-258 (2007)" The measurement was performed in accordance with the description of "Method for measuring elastic constant", and the strain optical constant and Young's modulus of the photoelastic resin at 25 ° C. were obtained, and the photoelastic constant at 25 ° C. was calculated from them. A laser beam having a wavelength of 630 nm was used for the above measurement. Table 1 shows the photoelastic constant and Young's modulus.

(2)動的粘弾性
光弾性樹脂を、動的粘弾性測定装置(VES−F−III、VISCO−ELASTICSPECTROMETER、岩本製作所社製)を用いて、昇温速度5℃/分、振動数10Hz、振幅±0.01mmの温度分散モードにて測定し、貯蔵伸長弾性率(E’)、損失伸長弾性率(E’’)および損失正接(tanδ)を求めるとともに、得られたデータの損失正接(tanδ)のピーク値の温度を、ガラス転移温度(Tg)とした。貯蔵伸長弾性率(E’)、損失伸長弾性率(E’’)、損失正接(tanδ)およびガラス転移温度(Tg)を表1に示す。
(2) Dynamic viscoelasticity Using a dynamic viscoelasticity measuring device (VES-F-III, VISCO-ELASTICS PECTROMETER, manufactured by Iwamoto Seisakusho Co., Ltd.), a temperature rise rate of 5 ° C./min, frequency of 10 Hz, Measured in a temperature dispersion mode with an amplitude of ± 0.01 mm, the storage elongation elastic modulus (E'), the loss elongation elastic modulus (E'') and the loss positive tangent (tan δ) are obtained, and the loss positive tangent (tan δ) of the obtained data is obtained. The temperature of the peak value of tan δ) was defined as the glass transition temperature (Tg). Table 1 shows the storage elongation elastic modulus (E'), the loss elongation elastic modulus (E ″), the loss tangent (tan δ), and the glass transition temperature (Tg).

(3)屈折率
卓上屈折計(アタゴ社製)において、光源にナトリウムランプ(Fiber−Lite、MODEL3100、Dolan−Jenner Industries社製)を用いて、測定温度20℃で、光弾性樹脂の屈折率を測定した。
(3) Refractive index In a tabletop refractometer (manufactured by Atago Co., Ltd.), a sodium lamp (Fiber-Lite, MODEL3100, manufactured by Dolan-Jenner Industries) was used as a light source, and the refractive index of the photoelastic resin was measured at a measurement temperature of 20 ° C. It was measured.

その結果を、表1に示す。 The results are shown in Table 1.

実施例1<屈曲センサ>
製造例1で得られた光弾性樹脂を2本用いて、図1に示すように、屈曲センサを作製した。
Example 1 <Bending sensor>
As shown in FIG. 1, a bending sensor was produced using two photoelastic resins obtained in Production Example 1.

すなわち、光弾性樹脂Aと光弾性樹脂Bとを並列配置し、シリコーン樹脂(屈折率1.43)によって封止し、互いに結束した。 That is, the photoelastic resin A and the photoelastic resin B were arranged in parallel, sealed with a silicone resin (refractive index 1.43), and bound to each other.

また、各光弾性樹脂の両端を裁断して平滑化して、それぞれの一方側端部に、光源および光ファイバーU−48(商品名、キーエンス製)を接着剤で固定した。これにより、各光弾性樹脂に光を入射可能とした。また、各光弾性樹脂の他方側端部には、光弾性樹脂を通過した光を検出するために、フォトダイオードを備えたアンプFS−N11MN(商品名、キーエンス製)を、反射板を介して接続した。そして、アンプから出力される電圧値を、データロガーNR−600(商品名、キーエンス製)にて記録した。 Further, both ends of each photoelastic resin were cut and smoothed, and a light source and an optical fiber U-48 (trade name, manufactured by KEYENCE) were fixed to one end of each with an adhesive. As a result, light can be incident on each photoelastic resin. Further, at the other end of each photoelastic resin, an amplifier FS-N11MN (trade name, manufactured by KEYENCE) equipped with a photodiode is installed via a reflector in order to detect light that has passed through the photoelastic resin. Connected. Then, the voltage value output from the amplifier was recorded by a data logger NR-600 (trade name, manufactured by KEYENCE).

<<屈曲評価>>
屈曲センサにおいて、まず、2つの光弾性樹脂(光弾性樹脂Aおよび光弾性樹脂B)を、長手方向が水平になるように固定して、光源およびフォトダイオードをキャリブレーションした。このときの出力値を、屈曲0°(屈曲なし、図2A)における電圧値とした。
<< Bending evaluation >>
In the bending sensor, first, two photoelastic resins (photoelastic resin A and photoelastic resin B) were fixed so as to be horizontal in the longitudinal direction, and the light source and the photodiode were calibrated. The output value at this time was taken as the voltage value at bending 0 ° (no bending, FIG. 2A).

そして、屈曲センサを、鉛直方向に沿って屈曲させた場合(屈曲状態1)と、2つの光弾性樹脂の並列方向に沿って、光弾性樹脂Aが外側となるように屈曲させた場合(屈曲状態2)と、光弾性樹脂Aが内側となるように屈曲させた場合(屈曲状態3)とのそれぞれにおいて、光源から各光弾性樹脂に光を入射し、フォトダイオードを介して出力される電圧値を測定した。得られた電圧値グラフを、図5に示す。 Then, when the bending sensor is bent along the vertical direction (bending state 1) and when the photoelastic resin A is bent so as to be on the outside along the parallel direction of the two photoelastic resins (bending). In each of the state 2) and the case where the photoelastic resin A is bent so as to be inside (bending state 3), the voltage at which light is incident on each photoelastic resin from the light source and output via the photodiode. The value was measured. The obtained voltage value graph is shown in FIG.

図5が参照されるように、光弾性樹脂Aが外側となるように屈曲させた場合、光弾性樹脂Aを通過した光の電圧値は、光弾性樹脂Bを通過した光の電圧値よりも、大きくなった。一方、光弾性樹脂Aが内側となるように屈曲させた場合、光弾性樹脂Aを通過した光の電圧値は、光弾性樹脂Bを通過した光の電圧値よりも、小さくなった。 As shown in FIG. 5, when the photoelastic resin A is bent so as to be on the outside, the voltage value of the light passing through the photoelastic resin A is larger than the voltage value of the light passing through the photoelastic resin B. , I got bigger. On the other hand, when the photoelastic resin A was bent so as to be inside, the voltage value of the light passing through the photoelastic resin A became smaller than the voltage value of the light passing through the photoelastic resin B.

1 屈曲センサ
2 光弾性樹脂
3 カバー部材
4 光センサ
5 処理部
6 制御部
7 発光部
8 受光部
1 Bending sensor 2 Photoelastic resin 3 Cover member 4 Optical sensor 5 Processing unit 6 Control unit 7 Light emitting unit 8 Light receiving unit

Claims (3)

長手方向に延びる複数の光弾性樹脂と、
複数の光弾性樹脂のそれぞれを通過した光を検知する光センサと、
前記光センサにより検知された光信号に基づいて、前記光弾性樹脂の屈曲方向を検知する処理部と
を備え、
複数の前記光弾性樹脂は、前記長手方向と直交する方向に並列配置されており、
前記光弾性樹脂の25℃におけるヤング率が、2〜5MPaであり、
前記光弾性樹脂の25℃における光弾性定数の絶対値が、20×10−12Pa−1〜1×10−5Pa−1であり、
前記光弾性樹脂の屈折率が1.30〜1.80である
ことを特徴とする、屈曲センサ。
Multiple photoelastic resins extending in the longitudinal direction,
An optical sensor that detects light that has passed through each of multiple photoelastic resins,
A processing unit that detects the bending direction of the photoelastic resin based on the optical signal detected by the optical sensor is provided.
The plurality of the photoelastic resins are arranged in parallel in a direction orthogonal to the longitudinal direction.
The Young's modulus of the photoelastic resin at 25 ° C. is 2 to 5 MPa.
The absolute value of the photoelastic constant of the photoelastic resin at 25 ° C. is 20 × 10 -12 Pa -1 to 1 × 10 -5 Pa -1 .
A bending sensor characterized in that the refractive index of the photoelastic resin is 1.30 to 1.80.
前記光弾性樹脂が、3つ以上配置されている
ことを特徴とする、請求項1に記載の屈曲センサ。
The bending sensor according to claim 1, wherein three or more of the photoelastic resins are arranged.
さらに、複数の前記光弾性樹脂を被覆するカバー部材を備え、
前記カバー部材の屈折率は、前記光弾性樹脂の屈折率未満である
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の屈曲センサ。
Further, a cover member for coating the plurality of the photoelastic resins is provided.
The bending sensor according to claim 1 or 2, wherein the refractive index of the cover member is less than the refractive index of the photoelastic resin.
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