JP5622471B2 - Resistance increasing sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象物の曲げ変形を検出可能な抵抗増加型センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a resistance increasing sensor capable of detecting bending deformation of a measurement object and a method for manufacturing the same .

特許文献1には、測定対象物に加わる荷重を検出可能な抵抗増加型センサが開示されている。図16に、同文献記載の抵抗増加型センサの正面図を示す。図16に示すように、抵抗増加型センサ100は、拘束板101と、センサ本体102と、二つの電極103a、103bと、二つの配線104a、104bと、コネクタ105とを備えている。拘束板101は、測定対象物(図略)に固定されている。   Patent Document 1 discloses a resistance increasing sensor capable of detecting a load applied to a measurement object. FIG. 16 shows a front view of the resistance increasing sensor described in the document. As shown in FIG. 16, the resistance increasing sensor 100 includes a restraint plate 101, a sensor main body 102, two electrodes 103 a and 103 b, two wirings 104 a and 104 b, and a connector 105. The restraint plate 101 is fixed to a measurement object (not shown).

センサ本体102は、エラストマーと、多数の導電性フィラーとを有している。多数の導電性フィラーは、エラストマーに充填されている。無変形状態(変形していない状態)においては、多数の導電性フィラーが連なることにより、センサ本体102に多数の三次元的な導電パスが形成されている。変形状態(無変形状態に対して変形している状態)においては、導電性フィラーが動いてしまう。このため、導電パスが途切れやすくなる。したがって、センサ本体102の電気抵抗が増加する。   The sensor main body 102 has an elastomer and a large number of conductive fillers. Many conductive fillers are filled in an elastomer. In an undeformed state (non-deformed state), a large number of three-dimensional conductive paths are formed in the sensor main body 102 by a large number of conductive fillers being connected. In the deformed state (the state in which the deformed state is deformed with respect to the undeformed state), the conductive filler moves. For this reason, the conductive path is easily interrupted. Therefore, the electrical resistance of the sensor body 102 increases.

荷重により測定対象物が曲げ変形すると、センサ本体102も曲げ変形する。このため、センサ本体102の電気抵抗は増加する。センサ本体102の電気抵抗は、電極103a、103b、配線104a、104b、コネクタ105を経由して、演算装置(図略)に伝送される。演算装置は、当該電気抵抗の増加から、測定対象物に加わる荷重を検出する。   When the measurement object is bent and deformed by the load, the sensor main body 102 is also bent and deformed. For this reason, the electrical resistance of the sensor main body 102 increases. The electrical resistance of the sensor body 102 is transmitted to an arithmetic device (not shown) via the electrodes 103a and 103b, the wirings 104a and 104b, and the connector 105. The arithmetic device detects the load applied to the measurement object from the increase in the electrical resistance.

特開2008−70327号公報JP 2008-70327 A

しかしながら、同文献記載の抵抗増加型センサ100によると、検出される電気抵抗のばらつきが大きかった。すなわち、測定対象物に加わる荷重が等しい場合であっても、検出される電気抵抗がばらつきやすかった。本発明の抵抗増加型センサおよびその製造方法は、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、電気抵抗のばらつきが小さい抵抗増加型センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。 However, according to the resistance increasing sensor 100 described in the same document, the variation in the detected electrical resistance was large. That is, even when the load applied to the measurement object is equal, the detected electrical resistance is likely to vary. The resistance increasing sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have been completed in view of the above problems. It is an object of the present invention to provide a resistance increasing type sensor having a small variation in electric resistance and a method for manufacturing the same.

(1)上記課題を解決するため、本発明の抵抗増加型センサは、樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有し、曲げ変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ本体と、該センサ本体に接続され、該電気抵抗に関連する電気量を出力する、少なくとも二つの電極と、該センサ本体の一面に積層され、該一面の弾性変形を拘束する拘束板と、を備える抵抗増加型センサであって、二つの前記電極が並ぶ方向を並置方向、該並置方向に直交する方向を直交方向として、前記センサ本体は、該並置方向に延在し該直交方向に並ぶ複数の検出部を有することを特徴とする。   (1) In order to solve the above-mentioned problem, the resistance increasing type sensor of the present invention has a base material made of resin or elastomer and a conductive filler filled in the base material, and the amount of bending deformation increases. A sensor body whose electrical resistance increases as it goes, at least two electrodes connected to the sensor body and outputting an electric quantity related to the electrical resistance, and laminated on one surface of the sensor body, and elastic deformation of the one surface And a restraint plate that restrains the sensor body, wherein the sensor body extends in the juxtaposition direction, with the direction in which the two electrodes are aligned being the juxtaposition direction and the direction orthogonal to the juxtaposition direction being the orthogonal direction. And a plurality of detectors arranged in the orthogonal direction.

無変形状態(変形していない状態)においては、多数の導電性フィラーが連なることにより、センサ本体に多数の三次元的な導電パスが形成されている。変形状態(無変形状態に対して変形している状態)においては、導電性フィラーが動いてしまう。このため、導電パスが途切れやすくなる。したがって、無変形状態に対して、センサ本体の電気抵抗が増加する。   In the non-deformed state (the undeformed state), a large number of three-dimensional conductive paths are formed in the sensor body by connecting a large number of conductive fillers. In the deformed state (the state in which the deformed state is deformed with respect to the undeformed state), the conductive filler moves. For this reason, the conductive path is easily interrupted. Therefore, the electrical resistance of the sensor body increases with respect to the undeformed state.

本発明の抵抗増加型センサは、拘束板を備えている。拘束板は、センサ本体の一面の、自由な弾性変形を規制している。このため、変形状態においては、センサ本体に曲げ変形が誘起される。特に、センサ本体の厚さが小さい場合には、センサ本体の圧縮変形を、ほとんど無視することができる。このため、センサ本体の弾性変形は、曲げ変形が支配的となる。   The resistance increasing sensor of the present invention includes a restraining plate. The restraining plate restricts free elastic deformation of one surface of the sensor body. For this reason, in the deformed state, bending deformation is induced in the sensor body. In particular, when the thickness of the sensor body is small, the compression deformation of the sensor body can be almost ignored. For this reason, bending deformation is dominant in elastic deformation of the sensor body.

また、センサ本体の母材は、樹脂製またはエラストマー製である。このため、本発明の抵抗増加型センサは、加工性に優れている。また、本発明の抵抗増加型センサは、形状設計の自由度が高い。よって、測定対象物の形状が複雑な場合であっても、本発明の抵抗増加型センサを配置することができる。   The base material of the sensor body is made of resin or elastomer. For this reason, the resistance increase type sensor of this invention is excellent in workability. The resistance increasing sensor of the present invention has a high degree of freedom in shape design. Therefore, even if the shape of the measurement object is complicated, the resistance increasing sensor of the present invention can be arranged.

また、センサ本体は、複数の検出部を備えている。複数の検出部は、各々、並置方向に延在している。複数の検出部は、互いに直交方向に並んでいる。このため、本発明の抵抗増加型センサによると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ(図16参照)と比較して、検出部の総面積が等しい場合、電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。   The sensor body includes a plurality of detection units. Each of the plurality of detection units extends in the juxtaposition direction. The plurality of detection units are arranged in a direction orthogonal to each other. For this reason, according to the resistance increasing type sensor of the present invention, as compared with the resistance increasing type sensor having a single detecting unit (see FIG. 16), when the total area of the detecting unit is equal, variation in electric resistance is reduced. be able to.

(1−1)好ましくは、上記(1)の構成において、前記導電性フィラーは、球状であって、前記母材中に略単粒子状態でかつ高充填率で充填される構成とする方がよい。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を100質量%とした場合の50質量%以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。また、「球状」には、真球、略真球状は勿論、楕円球状、長円球状(一対の対向する半球を円柱で連結した形状)、部分球状、部分ごとに半径の異なる球状、水滴形状などが含まれる。本構成によると、無変形状態から変形状態に切り替わる際、導電パスが途切れやすい。このため、抵抗増加型センサの感度を向上させることができる。   (1-1) Preferably, in the configuration of the above (1), the conductive filler is spherical, and the base material is filled in a substantially single particle state with a high filling rate. Good. Here, the “substantially single particle state” means that 50% by mass or more when the total weight of the conductive filler is 100% by mass exists not in the form of aggregated secondary particles but in the form of single primary particles. It means that Further, “high filling rate” means that the conductive filler is blended in a state close to closest packing. In addition, “spherical” includes not only a true sphere and a substantially true sphere, but also an oval sphere, an oval sphere (a shape in which a pair of opposing hemispheres are connected by a cylinder), a partial sphere, a sphere having a different radius for each part, Etc. are included. According to this configuration, the conductive path is easily interrupted when switching from the non-deformed state to the deformed state. For this reason, the sensitivity of the resistance increasing type sensor can be improved.

(2)好ましくは、上記(1)の構成において、複数の前記検出部は、隣り合う二つの前記電極間において、互いに電気的に並列に接続される構成とする方がよい。並列接続の場合、検出部(1、2、・・・、n)の電気抵抗を、R1、R2、・・・、Rn、合成電気抵抗をRとすると、1/R=1/R1+1/R2+・・・+1/Rnとなる。このため、仮に、任意の検出部の電気抵抗がばらついても、センサ本体全体としては、ばらつきを緩和することができる。したがって、合成電気抵抗Rのばらつきを小さくすることができる。また、本構成によると、複数の検出部が並列接続されているため、検出部の配置数を増やしても、合成電気抵抗Rが増加しにくい。   (2) Preferably, in the configuration of (1), the plurality of detection units may be electrically connected in parallel between two adjacent electrodes. In the case of parallel connection, if the electrical resistances of the detection units (1, 2,..., N) are R1, R2,..., Rn and the combined electrical resistance is R, 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + ... + 1 / Rn. For this reason, even if the electric resistance of an arbitrary detection unit varies, variations in the entire sensor body can be reduced. Therefore, variation in the combined electrical resistance R can be reduced. Moreover, according to this structure, since the some detection part is connected in parallel, even if it increases the number of arrangement | positioning of a detection part, the synthetic | combination electrical resistance R does not increase easily.

(3)好ましくは、上記(1)の構成において、複数の前記検出部は、隣り合う二つの前記電極間において、互いに電気的に直列に接続される構成とする方がよい。直列接続の場合、検出部(1、2、・・・、n)の電気抵抗を、R1、R2、・・・、Rn、合成電気抵抗をRとすると、R=R1+R2+・・・+Rnとなる。このため、仮に、任意の検出部の電気抵抗がばらついても、センサ本体全体としては、ばらつきを緩和することができる。したがって、合成電気抵抗Rのばらつきを小さくすることができる。また、本構成によると、複数の検出部が、一筆書きのように、直列に連なっている。このため、検出部の配置数を増やしても、センサ本体と電極との接続部分の構成を変える必要がない。   (3) Preferably, in the configuration of (1), the plurality of detection units may be electrically connected in series between two adjacent electrodes. In the case of series connection, R = R1 + R2 +... + Rn, where R1, R2,..., Rn and the combined electrical resistance are R, where R1, R2,. . For this reason, even if the electric resistance of an arbitrary detection unit varies, variations in the entire sensor body can be reduced. Therefore, variation in the combined electrical resistance R can be reduced. Moreover, according to this structure, the some detection part is connected in series like one stroke writing. For this reason, even if the number of arrangement | positioning of a detection part is increased, it is not necessary to change the structure of the connection part of a sensor main body and an electrode.

(4)好ましくは、上記(1)ないし(3)のいずれかの構成において、さらに、前記センサ本体の前記一面に背向する他面を覆い、弾性変形可能なカバーフィルムを備え、前記母材は樹脂であり、前記導電性フィラーは、該センサ本体の体積を100体積%として、該母材中に30体積%以上の充填率で充填され、該センサ本体には、該センサ本体が曲げ変形する際に、複数の該導電性フィラーが連なって形成される導電パスを切断するように、予めクラックが形成されている構成とする方がよい。   (4) Preferably, in the configuration according to any one of (1) to (3), the base material further includes an elastically deformable cover film that covers the other surface of the sensor body facing away from the one surface. Is a resin, and the conductive filler is filled in the base material at a filling rate of 30% by volume or more with the volume of the sensor body being 100% by volume, and the sensor body is bent and deformed. When doing so, it is better to have a configuration in which a crack is formed in advance so as to cut a conductive path formed by a plurality of the conductive fillers.

本構成によると、導電性フィラーは、母材中に30体積%以上の充填率で充填されている。すなわち、センサ本体には大量の導電性フィラーが配合されている。このため、センサ本体は、無変形状態で高い導電性を有している。   According to this configuration, the conductive filler is filled in the base material at a filling rate of 30% by volume or more. That is, a large amount of conductive filler is blended in the sensor body. For this reason, the sensor main body has high conductivity in an undeformed state.

また、センサ本体には、予めクラックが形成されている。クラックは、センサ本体が曲げ変形する際に導電パスを切断する方向に、形成されている。図1(a)に、無変形状態のセンサ本体のクラック近傍を拡大した模式図を示す。図1(b)に、変形状態のセンサ本体のクラック近傍を拡大した模式図を示す。ただし、図1(a)、(b)は、本構成の抵抗増加型センサを説明するための模式図である。図1(a)、(b)は、例えば、クラックの形状、クラックの延在方向、導電性フィラーの形状、導電パスの形状、導電パスの延在方向など、本構成を何等限定するものではない。   The sensor body is previously cracked. The crack is formed in a direction that cuts the conductive path when the sensor body is bent and deformed. FIG. 1A shows an enlarged schematic view of the vicinity of a crack in the sensor body in an undeformed state. FIG. 1B shows an enlarged schematic view of the vicinity of a crack in the deformed sensor body. However, FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams for explaining the resistance increasing sensor of this configuration. 1A and 1B are not intended to limit the present configuration in any way, for example, the shape of a crack, the extending direction of a crack, the shape of a conductive filler, the shape of a conductive path, and the extending direction of a conductive path. Absent.

図1(a)に示すように、センサ本体800は、母材801と導電性フィラー802とクラック803とを有している。無変形状態においては、センサ本体800には、導電性フィラー802同士の接触により、導電パスpが形成されている。クラック803は、図中、左右方向(曲げ変形時の伸張方向)と交差する方向に形成されている。   As shown in FIG. 1A, the sensor body 800 includes a base material 801, a conductive filler 802, and a crack 803. In the undeformed state, a conductive path p is formed in the sensor body 800 by contact between the conductive fillers 802. The crack 803 is formed in a direction crossing the left-right direction (extension direction during bending deformation) in the drawing.

図1(b)に示すように、変形状態においては、センサ本体800が左右方向に伸張される。このため、クラック803が開口する。したがって、導電性フィラー802同士の接触が絶たれ、導電パスpが切断される。その結果、センサ本体800の電気抵抗が増加する。   As shown in FIG. 1B, in the deformed state, the sensor body 800 is extended in the left-right direction. For this reason, the crack 803 opens. Therefore, the contact between the conductive fillers 802 is cut off, and the conductive path p is cut. As a result, the electrical resistance of the sensor body 800 increases.

このように、本構成によると、センサ本体に歪みが入力されると、母材の弾性変形を待たずに、主にクラックの開口により、導電パスが切断される(ただし、本構成の抵抗増加型センサは、母材の弾性変形により導電パスが切断される場合を除外するものではない。)。したがって、応答遅れが生じにくい。   Thus, according to this configuration, when strain is input to the sensor body, the conductive path is cut mainly by the opening of the crack without waiting for elastic deformation of the base material (however, the resistance increase of this configuration is increased) The type sensor does not exclude the case where the conductive path is cut by elastic deformation of the base material. Therefore, response delay is unlikely to occur.

また、主にクラックの開口により導電パスが切断されるため、母材の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、小さな歪みについても精度良く検出することができる。   Further, since the conductive path is cut mainly by the opening of the crack, it is possible to detect even a small distortion with high accuracy compared to the case where the conductive path is cut only depending on the elastic deformation of the base material.

また、母材の弾性変形の速度は、雰囲気温度に影響される。この点、本構成の抵抗増加型センサの導電パスは、主にクラックの開口により切断される。このため、母材の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、雰囲気温度に対する応答速度の依存性が小さい。   The speed of elastic deformation of the base material is affected by the ambient temperature. In this respect, the conductive path of the resistance increasing type sensor of this configuration is cut mainly by the opening of the crack. For this reason, the dependence of the response speed on the ambient temperature is small as compared with the case where the conductive path is cut only depending on the elastic deformation of the base material.

また、センサ本体は、カバーフィルムにより被覆されている。このため、センサ本体の劣化が抑制される。また、カバーフィルムは弾性変形可能である。よって、変形状態から無変形状態に切り替わる際、カバーフィルムの弾性復元力に助けられて、センサ本体が元の形状に復元しやすくなる。また、開いたクラックも元の状態に戻りやすくなる。   The sensor body is covered with a cover film. For this reason, deterioration of the sensor body is suppressed. Further, the cover film can be elastically deformed. Therefore, when switching from the deformed state to the undeformed state, the sensor body is easily restored to the original shape, assisted by the elastic restoring force of the cover film. In addition, an open crack can easily return to its original state.

また、センサ本体と拘束板とは積層されている。拘束板の厚さを調整すると、曲げ変形時におけるセンサ本体の歪み量を調整することができる。このため、抵抗増加型センサの感度を調整することができる。   The sensor body and the restraining plate are stacked. By adjusting the thickness of the restraint plate, the amount of distortion of the sensor body during bending deformation can be adjusted. For this reason, the sensitivity of the resistance increasing sensor can be adjusted.

また、センサ本体には、製造時に予めクラックが形成されている。このため、曲げ変形時に新たなクラックが形成されにくい。したがって、抵抗増加型センサの感度が変化しにくい。   Moreover, the sensor main body is previously cracked at the time of manufacture. For this reason, a new crack is hard to be formed at the time of bending deformation. Therefore, the sensitivity of the resistance increasing sensor is unlikely to change.

(4−1)好ましくは、上記(4)の構成において、前記導電性フィラーの平均粒子径は、0.05μm以上100μm以下である構成とする方がよい。   (4-1) Preferably, in the configuration of (4) above, the conductive filler may have an average particle size of 0.05 μm or more and 100 μm or less.

導電性フィラーの粒子径が小さいと、母材に対する補強効果が大きくなる。このため、クラックが形成されにくい。また、センサ本体の破断歪み(センサ本体にクラックが発生する際の歪み)が大きくなるため、電気抵抗の増加が、クラックの開口よりも、センサ本体の弾性変形に依存しやすくなる。また、拘束板に塗料を塗布してセンサ本体を配置する場合、センサ本体製造時に、母材と導電性フィラーとを含むセンサ材料を塗料化しにくい。このような観点から、導電性フィラーの平均粒子径を、0.05μm以上とすることが望ましい。こうすると、導電性フィラーの界面に沿って、クラックが形成されやすくなる。また、導電性フィラーの界面でクラックが開口しやすくなり、センサ本体の破断歪みを小さくすることができる。導電性フィラーの平均粒子径を、0.5μm以上、さらには1μm以上とするとより好適である。   When the particle size of the conductive filler is small, the reinforcing effect on the base material is increased. For this reason, a crack is hard to be formed. Further, since the breaking strain of the sensor body (strain when a crack occurs in the sensor body) increases, the increase in electrical resistance is more likely to depend on the elastic deformation of the sensor body than the opening of the crack. Further, when the sensor main body is arranged by applying a paint to the restraining plate, it is difficult to convert the sensor material including the base material and the conductive filler into a paint when the sensor main body is manufactured. From such a viewpoint, it is desirable that the average particle diameter of the conductive filler is 0.05 μm or more. If it carries out like this, it will become easy to form a crack along the interface of a conductive filler. Moreover, it becomes easy to open a crack in the interface of an electroconductive filler, and the fracture | rupture distortion of a sensor main body can be made small. The average particle diameter of the conductive filler is more preferably 0.5 μm or more, and further preferably 1 μm or more.

一方、導電性フィラーの平均粒子径が100μmを超えると、無変形状態における導電パスの数が少なくなると共に、曲げ変形に対して導電性フィラーの接触状態が変化しにくくなり、電気抵抗の変化が緩慢となる。また、センサ本体の厚さ、つまり検出部の厚さを小さくしにくくなる。このため、クラックの密度を大きくしにくくなる。導電性フィラーの平均粒子径を、30μm以下、さらには10μm以下とするとより好適である。なお、平均粒子径としては、導電性フィラーの累積粒度曲線において積算重量が50%となる粒子径(D50)を採用する。   On the other hand, when the average particle diameter of the conductive filler exceeds 100 μm, the number of conductive paths in the non-deformed state is reduced, and the contact state of the conductive filler is less likely to change due to bending deformation, resulting in a change in electrical resistance. Become slow. In addition, it is difficult to reduce the thickness of the sensor body, that is, the thickness of the detection unit. For this reason, it becomes difficult to increase the density of cracks. The average particle diameter of the conductive filler is more preferably 30 μm or less, and further preferably 10 μm or less. In addition, as an average particle diameter, the particle diameter (D50) from which an integrated weight will be 50% in the cumulative particle size curve of an electroconductive filler is employ | adopted.

(4−2)好ましくは、上記(4)の構成において、前記導電性フィラーは、球状カーボンである構成とする方がよい。導電性フィラーの形状を球状とすることにより、導電性フィラーを、母材中に、最密充填に近い状態で配合することができる。これにより、三次元的な導電パスが形成されやすくなり、所望の導電性が発現しやすくなる。また、センサ本体の弾性変形に対して、導電性フィラーの接触状態が変化しやすい。このため、電気抵抗の変化が大きい。また、球状カーボンとしては、表面の官能基が少ないものが望ましい。表面の官能基が少ないと、母材との界面で破壊が生じやすく、センサ本体にクラックが形成されやすい。   (4-2) Preferably, in the configuration of the above (4), the conductive filler is preferably spherical carbon. By making the shape of the conductive filler spherical, the conductive filler can be blended in the base material in a state close to closest packing. Thereby, a three-dimensional conductive path is easily formed, and desired conductivity is easily developed. In addition, the contact state of the conductive filler tends to change with respect to the elastic deformation of the sensor body. For this reason, the change in electrical resistance is large. Further, as the spherical carbon, those having few surface functional groups are desirable. When there are few functional groups on the surface, breakage is likely to occur at the interface with the base material, and cracks are likely to be formed in the sensor body.

(4−3)好ましくは、上記(4)の構成において、前記センサ本体において、前記並置方向に連なる長さ2mm以下の単位区間を複数区画した場合に、前記クラックは、該単位区間内に、少なくとも一つ形成されている構成とする方がよい。   (4-3) Preferably, in the configuration of the above (4), in the sensor body, when a plurality of unit sections having a length of 2 mm or less continuous in the juxtaposition direction are divided, the cracks are in the unit sections. It is better to have a configuration in which at least one is formed.

前述したように、抵抗増加型センサの感度は、センサ本体に形成されたクラックの密度(二つの電極の配置方向における単位長さあたりのクラック本数)に依存する。単位区間の長さを2mm以下としたのは、2mmを超えると、クラックの密度が小さくなり、抵抗増加型センサの感度が低下するからである。言い換えると、所望の感度を実現しにくくなるからである。より好ましくは、単位区間の長さを1mm以下とする方がよい。こうすると、さらに抵抗増加型センサの感度が向上する。   As described above, the sensitivity of the resistance increasing type sensor depends on the density of cracks formed in the sensor body (the number of cracks per unit length in the arrangement direction of the two electrodes). The reason why the length of the unit section is set to 2 mm or less is that when it exceeds 2 mm, the density of cracks is reduced and the sensitivity of the resistance increasing sensor is lowered. In other words, it is difficult to achieve a desired sensitivity. More preferably, the length of the unit section is 1 mm or less. This further improves the sensitivity of the resistance increasing type sensor.

(5)好ましくは、上記(4)の構成において、前記クラックは、前記センサ本体の前駆体をクラック形成用金型の型面に沿って変形させることにより、形成される構成とする方がよい。ここで、「センサ本体の前駆体」とは、完成してセンサ本体になるものをいう。例えば、センサ本体を印刷法により形成する場合は、塗膜をいう。   (5) Preferably, in the configuration of (4) above, the crack is preferably formed by deforming the precursor of the sensor body along the mold surface of the crack forming mold. . Here, the “sensor body precursor” means a sensor body that is completed. For example, when the sensor body is formed by a printing method, it refers to a coating film.

電気抵抗のばらつきは、クラックの密度に依存する。すなわち、クラックの密度が大きいほど、センサ本体の変形の軌跡が安定する。このため、電気抵抗のばらつきが小さくなる。また、抵抗増加型センサの感度も、クラックの密度に依存する。すなわち、クラックの密度が大きいほど、抵抗増加型センサの感度が向上する。   The variation in electrical resistance depends on the density of cracks. That is, as the density of cracks increases, the locus of deformation of the sensor body becomes more stable. For this reason, variation in electrical resistance is reduced. The sensitivity of the resistance increasing sensor also depends on the crack density. That is, the greater the crack density, the higher the sensitivity of the resistance increasing sensor.

本構成によると、クラックは、クラック形成用金型の型面に沿ってセンサ本体を変形させることにより、形成される。図2に、クラック形成前の検出部の断面図を示す。図3に、クラック形成後の検出部の断面図を示す。ただし、図2、図3は、本構成の抵抗増加型センサを説明するための模式図である。図2、図3は、例えば、検出部、拘束板の形状、クラック形成用金型の形状、型面の形状など、本構成を何等限定するものではない。   According to this configuration, the crack is formed by deforming the sensor body along the mold surface of the crack forming mold. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the detection unit before crack formation. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the detection part after crack formation. However, FIG. 2 and FIG. 3 are schematic diagrams for explaining the resistance increasing sensor of this configuration. 2 and 3 do not limit the present configuration in any way, such as the shape of the detection unit, the restraint plate, the shape of the crack forming mold, and the shape of the mold surface.

図2に示すように、検出部70は、拘束板71の上面に積層されている。検出部70、拘束板71は、共に左右方向に延在する平板状を呈している。図3に示すように、クラック形成用金型72の型面(外周面)720は、上方に膨らむ曲面状を呈している。拘束板71の下面710を型面720に押し当てることにより、検出部70にクラックが形成される。   As shown in FIG. 2, the detection unit 70 is stacked on the upper surface of the restraint plate 71. Both the detection unit 70 and the restraining plate 71 have a flat plate shape extending in the left-right direction. As shown in FIG. 3, the mold surface (outer peripheral surface) 720 of the crack-forming mold 72 has a curved shape that swells upward. By pressing the lower surface 710 of the restraining plate 71 against the mold surface 720, a crack is formed in the detection unit 70.

ここで、隣り合うクラック間の距離をL、検出部の厚さをd、検出部の直交方向幅をb、検出部の圧縮破壊応力をσEbとすると、クラックを形成するのに必要な面圧(型面720に下面710を押し当てる際の面圧)Pは、以下の式(1)で表される。

Figure 0005622471
Here, when the distance between adjacent cracks is L, the thickness of the detection part is d, the width in the orthogonal direction of the detection part is b, and the compressive fracture stress of the detection part is σEb, the surface pressure required to form the crack (Surface pressure when pressing the lower surface 710 against the mold surface 720) P is expressed by the following equation (1).
Figure 0005622471

面圧Pが圧縮破壊応力σEbを超えると、クラックが形成される前に、圧縮破壊が生じてしまう。このため、面圧P≦圧縮破壊応力σEbとなる。クラックの密度を大きくするためには、隣り合うクラック間の距離Lを、できるだけ小さくする必要がある。距離Lを最小にするためには、圧縮破壊応力σEbを超えない範囲で、できるだけ大きな面圧Pで型面720に拘束板71を押し当てる必要がある。式(1)にPの最大値Pmax=σEbを代入すると、距離Lの最小値Lminは、以下の式(2)で表される。

Figure 0005622471
If the surface pressure P exceeds the compressive fracture stress σEb, compressive fracture occurs before the crack is formed. Therefore, the surface pressure P ≦ the compressive fracture stress σEb. In order to increase the density of cracks, it is necessary to make the distance L between adjacent cracks as small as possible. In order to minimize the distance L, it is necessary to press the restraint plate 71 against the mold surface 720 with a surface pressure P as large as possible within a range not exceeding the compressive fracture stress σEb. When the maximum value Pmax = σEb of P is substituted into the equation (1), the minimum value Lmin of the distance L is expressed by the following equation (2).
Figure 0005622471

式(2)から、距離Lの最小値Lminは、検出部70の厚さdと、検出部の直交方向幅bとにより決まることが判る。   From equation (2), it can be seen that the minimum value Lmin of the distance L is determined by the thickness d of the detection unit 70 and the orthogonal direction width b of the detection unit.

このように、クラックの密度を大きくするには、(A)検出部70の厚さを小さくする、(B)検出部70の直交方向幅を小さくする、という手段がある。また、(C)クラック形成用金型72の型面720の曲率半径を小さくする、(D)拘束板71の厚さを小さくする、という手段がある。   Thus, in order to increase the density of cracks, there are means of (A) reducing the thickness of the detection unit 70 and (B) reducing the orthogonal width of the detection unit 70. There are also means for (C) reducing the radius of curvature of the mold surface 720 of the crack forming mold 72 and (D) reducing the thickness of the restraint plate 71.

この点、本発明の抵抗増加型センサによると、センサ本体が複数の検出部を備えている。複数の検出部は、各々、並置方向に延在している。複数の検出部は、互いに直交方向に並んでいる。このため、本構成によると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ(図16参照)と比較して、検出部の総面積が等しい場合、検出部の直交方向幅を小さくすることができる(上記(B)の手段に対応)。したがって、クラックの密度を大きくすることができる。すなわち、電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、抵抗増加型センサの感度を向上させることができる。   In this regard, according to the resistance increasing type sensor of the present invention, the sensor body includes a plurality of detection units. Each of the plurality of detection units extends in the juxtaposition direction. The plurality of detection units are arranged in a direction orthogonal to each other. For this reason, according to this structure, when the total area of a detection part is equal compared with the resistance increase type sensor (refer FIG. 16) which has a single detection part, the orthogonal | vertical direction width | variety of a detection part can be made small. (Corresponding to the means (B) above). Therefore, the density of cracks can be increased. That is, variation in electrical resistance can be reduced. In addition, the sensitivity of the resistance increasing sensor can be improved.

(6)好ましくは、上記(4)または(5)の構成において、前記センサ本体には、予め歪みが入力されている構成とする方がよい。   (6) Preferably, in the configuration of (4) or (5), it is better to have a configuration in which strain is input in advance to the sensor body.

センサ本体を曲げると、曲げ変形の初期段階においては弾性領域が、その後の段階においては破断歪み以上の領域が、発現する。   When the sensor body is bent, an elastic region appears in the initial stage of bending deformation, and a region greater than the breaking strain appears in the subsequent stage.

図4に、センサ本体の歪み量と電気抵抗との関係を表す模式グラフを示す。ただし、図4は、本構成を何等限定するものではない。図4に示すように、センサ本体を曲げるのに従って、歪み量は大きくなる。歪み量が大きくなると、電気抵抗も大きくなる。   FIG. 4 is a schematic graph showing the relationship between the strain amount of the sensor body and the electrical resistance. However, FIG. 4 does not limit this configuration at all. As shown in FIG. 4, the amount of distortion increases as the sensor body is bent. As the amount of strain increases, the electrical resistance also increases.

ここで、図中、矢印Y1で示すように、曲げ変形の初期段階においては、歪み量に対して電気抵抗が、略二次曲線的に上昇する。このため、図中、点X1で示すように、曲げ変形当初の、歪み量に対する電気抵抗の応答性が、低くなる。なお、矢印Y1で示す領域は、センサ本体の弾性領域と推定される。   Here, as indicated by an arrow Y1 in the figure, in the initial stage of bending deformation, the electrical resistance rises in a substantially quadratic curve with respect to the strain amount. For this reason, as shown by a point X1 in the figure, the responsiveness of the electrical resistance to the strain amount at the beginning of the bending deformation is lowered. The region indicated by the arrow Y1 is estimated as the elastic region of the sensor body.

また、図中、矢印Y2で示すように、曲げ変形の初期段階経過後の段階においては、歪み量に対して電気抵抗が、略線形的に上昇する。また、図中、点X2で示すように、点X1と比較して、歪み量に対する電気抵抗の応答性が、高くなる。なお、矢印Y2で示す領域は、センサ本体の弾性領域を超えた、破断歪み以上の領域であると推定される。   Further, as indicated by an arrow Y2 in the figure, in the stage after the initial stage of the bending deformation, the electrical resistance rises substantially linearly with respect to the strain amount. In addition, as shown by a point X2 in the figure, the responsiveness of the electrical resistance to the strain amount is higher than that of the point X1. In addition, it is estimated that the area | region shown by arrow Y2 is an area | region more than the fracture | rupture distortion beyond the elastic area | region of a sensor main body.

よって、曲げ変形の検出領域としてセンサ本体の弾性領域だけを利用する場合と比較して、センサ本体の破断歪み以上の領域を利用する場合(破断歪み以上の領域だけを利用する場合、および弾性領域と破断歪み以上の領域とを併用する場合を含む)の方が、同じ歪み量が入力された場合の電気抵抗の変化が大きくなる。このため、抵抗増加型センサの感度が向上する。また、歪み量に対して電気抵抗が略線形的に上昇するため、電気抵抗から歪み量を算出しやすくなる。   Therefore, compared to the case where only the elastic region of the sensor body is used as the detection region for bending deformation, the region above the breaking strain of the sensor body is used (when only the region above the breaking strain is used, and the elastic region). And the region where the strain equal to or greater than the breaking strain is used together), the change in electrical resistance when the same strain amount is input becomes larger. For this reason, the sensitivity of the resistance increasing sensor is improved. In addition, since the electrical resistance rises substantially linearly with respect to the strain amount, the strain amount can be easily calculated from the electrical resistance.

この点、本構成によると、センサ本体に予め歪みが入力されている。このため、センサ本体の曲げ変形時の総歪み量は、予め入力されている歪み量と、曲げ変形に伴う歪み量と、の和になる。つまり、センサ本体の総歪み量は、曲げ変形に伴う歪み量のみの場合と比較して、大きくなる。これにより、検出領域として、センサ本体の破断歪み以上の領域を用いやすくなる。すなわち、検出領域を、歪み量と電気抵抗との関係が線形な領域へ、ずらしやすくなる(歪みオフセット)。したがって、本構成によると、抵抗増加型センサの感度が向上する。また、電気抵抗から、歪み量、延いては曲げ変形時のセンサ本体の形状などを、算出しやすくなる。   In this regard, according to this configuration, distortion is input to the sensor body in advance. For this reason, the total strain amount at the time of bending deformation of the sensor body is the sum of the strain amount input in advance and the strain amount accompanying the bending deformation. That is, the total strain amount of the sensor main body is larger than the case of only the strain amount accompanying the bending deformation. Thereby, it becomes easy to use the area | region beyond the fracture | rupture distortion of a sensor main body as a detection area. That is, it becomes easy to shift the detection region to a region where the relationship between the strain amount and the electrical resistance is linear (distortion offset). Therefore, according to this configuration, the sensitivity of the resistance increasing sensor is improved. Moreover, it becomes easy to calculate the amount of strain, and hence the shape of the sensor body during bending deformation, from the electrical resistance.

(7)好ましくは、上記(1)ないし(6)のいずれかの構成において、前記検出部は、5個以上配置されている構成とする方がよい。後述する実施例からも明らかなように、検出部を5個以上配置すると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ(図16参照)と比較して、電気抵抗の変動係数(=標準偏差/平均値)を、1/2以下にまで下げることができる。   (7) Preferably, in the configuration of any one of the above (1) to (6), it is preferable that five or more detection units are arranged. As will be apparent from the examples described later, when five or more detectors are arranged, the coefficient of variation (= standard deviation) in electrical resistance compared to a resistance increasing sensor (see FIG. 16) having a single detector. / Average value) can be reduced to 1/2 or less.

また、検出部を10個以上配置すると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ(図16参照)と比較して、電気抵抗の変動係数を、1/3以下にまで下げることができる。さらに、検出部を20個以上配置すると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ(図16参照)と比較して、電気抵抗の変動係数を、1/4以下にまで下げることができる。   Further, when ten or more detection units are arranged, the coefficient of variation of the electrical resistance can be reduced to 1/3 or less as compared with a resistance increasing sensor (see FIG. 16) having a single detection unit. Furthermore, when 20 or more detection units are arranged, the coefficient of variation of electrical resistance can be reduced to ¼ or less as compared with a resistance increasing sensor (see FIG. 16) having a single detection unit.

本発明によると、電気抵抗のばらつきが小さい抵抗増加型センサおよびその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the resistance increase type sensor with a small dispersion | variation in electrical resistance, and its manufacturing method can be provided.

(a)は、無変形状態のセンサ本体におけるクラックの近傍を拡大した模式図である。(b)は、変形状態のセンサ本体におけるクラックの近傍を拡大した模式図である。(A) is the schematic diagram which expanded the vicinity of the crack in the sensor main body of an undeformed state. (B) is the schematic diagram which expanded the vicinity of the crack in the sensor main body of a deformation | transformation state. クラック形成前の検出部の断面図である。It is sectional drawing of the detection part before crack formation. クラック形成後の検出部の断面図である。It is sectional drawing of the detection part after crack formation. センサ本体の歪み量と電気抵抗との関係を表す模式グラフである。It is a schematic graph showing the relationship between the distortion amount of a sensor main body, and an electrical resistance. 第一実施形態の抵抗増加型センサの正面図である。It is a front view of a resistance increase type sensor of a first embodiment. 図5のVI−VI断面図である。It is VI-VI sectional drawing of FIG. 図6の円VII内の拡大図である。It is an enlarged view in the circle VII of FIG. 衝突物の衝突前における、抵抗増加型センサの下方から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the downward direction of the resistance increase type sensor before the collision of a collision object. 衝突物の衝突後における、抵抗増加型センサの下方から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the downward direction of the resistance increase type sensor after the collision of a collision object. 第二実施形態の抵抗増加型センサの正面図である。It is a front view of the resistance increase type sensor of 2nd embodiment. 第三実施形態の抵抗増加型センサの製造方法の曲げ硬化工程の前半の模式図である。It is the schematic diagram of the first half of the bending hardening process of the manufacturing method of the resistance increase type sensor of 3rd embodiment. 同工程の後半の模式図である。It is a schematic diagram of the latter half of the process. 検出部を並列接続した場合の条数と電気抵抗比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of strip | lines and an electrical resistance ratio at the time of connecting a detection part in parallel. 検出部を直列接続した場合の条数と電気抵抗比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of strips at the time of connecting a detection part in series, and an electrical resistance ratio. 検出部を並列接続した場合と直列接続した場合との条数と変動係数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of strip | lines and the case of a case where a detection part is connected in parallel, and a case where it connects in series. 従来の抵抗増加型センサの正面図である。It is a front view of the conventional resistance increase type sensor.

以下、本発明の抵抗増加型センサおよびその製造方法の実施の形態について説明する。 Embodiments of a resistance increasing sensor and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below.

<第一実施形態>
[抵抗増加型センサの構成]
まず、本実施形態の抵抗増加型センサの構成について説明する。図5に、本実施形態の抵抗増加型センサの正面図を示す。説明の便宜上、カバーフィルム25を除去して示す。図6に、図5のVI−VI断面図を示す。図5、図6に示すように、抵抗増加型センサ1は、拘束板20と、センサ本体21と、電極22a、22bと、配線23a、23bと、コネクタ24と、カバーフィルム25と、を備えている。
<First embodiment>
[Configuration of resistance increasing sensor]
First, the configuration of the resistance increasing sensor of this embodiment will be described. FIG. 5 shows a front view of the resistance increasing type sensor of the present embodiment. For convenience of explanation, the cover film 25 is removed and shown. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, the resistance increasing sensor 1 includes a restraint plate 20, a sensor body 21, electrodes 22 a and 22 b, wirings 23 a and 23 b, a connector 24, and a cover film 25. ing.

拘束板20は、ポリイミド(PI)製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。左右方向は、本発明の並置方向に相当する。拘束板20の板厚は約300μmである。拘束板20の左下端には、コネクタ24が配置されている。拘束板20は、バンパカバー(図略)に固定されている。   The restraint plate 20 is made of polyimide (PI) and has a strip shape extending in the left-right direction. The left-right direction corresponds to the juxtaposition direction of the present invention. The thickness of the restraint plate 20 is about 300 μm. A connector 24 is disposed at the lower left end of the restraint plate 20. The restraint plate 20 is fixed to a bumper cover (not shown).

センサ本体21は、五つの検出部210〜214を備えている。検出部210〜214は、各々、左右方向に延びる帯状を呈している。検出部210〜214は、上下方向に並置されている。上下方向は、本発明の直交方向に相当する。検出部210〜214の厚さは、各々、約100μmである。検出部210〜214は、拘束板20の表面(後面)に固定されている。センサ本体21の「前面」は、本発明のセンサ本体の「一面」に対応する。センサ本体21の「後面」は、本発明のセンサ本体の「他面」に対応する。   The sensor main body 21 includes five detection units 210 to 214. Each of the detection units 210 to 214 has a strip shape extending in the left-right direction. The detection units 210 to 214 are juxtaposed in the vertical direction. The vertical direction corresponds to the orthogonal direction of the present invention. The thickness of each of the detection units 210 to 214 is about 100 μm. The detection units 210 to 214 are fixed to the surface (rear surface) of the restraining plate 20. The “front surface” of the sensor body 21 corresponds to “one surface” of the sensor body of the present invention. The “rear surface” of the sensor body 21 corresponds to the “other surface” of the sensor body of the present invention.

センサ本体21は、エポキシ樹脂と、多数のカーボンビーズとを備えている。エポキシ樹脂は、本発明の母材に含まれる。カーボンビーズは、本発明の導電性フィラーに含まれる。多数のカーボンビーズは、エポキシ樹脂に充填されている。カーボンビーズの充填率は、センサ本体21の体積を100体積%とした場合の約45体積%である。   The sensor body 21 includes an epoxy resin and a large number of carbon beads. The epoxy resin is included in the base material of the present invention. Carbon beads are included in the conductive filler of the present invention. Many carbon beads are filled in an epoxy resin. The filling rate of the carbon beads is about 45% by volume when the volume of the sensor body 21 is 100% by volume.

図7に、図6の円VII内の拡大図を示す。図7に模式的に示すように、センサ本体21には、予め多数のクラックC1が形成されている。クラックC1は、並置方向と交差する方向、すなわち、センサ本体21の厚さ方向(前後方向)に延びるように配置されている。クラックC1は、センサ本体21の左右方向に連なる長さ2mmの単位区間U1内に、約2個ずつ形成されている。   FIG. 7 shows an enlarged view in a circle VII in FIG. As schematically shown in FIG. 7, a large number of cracks C <b> 1 are formed in the sensor body 21 in advance. The crack C <b> 1 is arranged so as to extend in the direction intersecting the juxtaposition direction, that is, in the thickness direction (front-rear direction) of the sensor body 21. About two cracks C <b> 1 are formed in the unit section U <b> 1 having a length of 2 mm that is continuous in the left-right direction of the sensor body 21.

図5、図6に戻って、電極22a、22bは、各々、上下方向に延びる短冊状を呈している。電極22a、22bは、各々、拘束板20とセンサ本体21との間に介装されている。電極22aは、センサ本体21の左端に接続されている。電極22bは、センサ本体21の右端に接続されている。言い換えると、五つの検出部210〜214は、左右一対の電極22a、22b間に架設されている。配線23aは、電極22aとコネクタ24とを接続している。配線23bは、電極22bとコネクタ24とを接続している。コネクタ24には、演算装置(図略)が接続されている。   5 and 6, the electrodes 22a and 22b each have a strip shape extending in the vertical direction. The electrodes 22a and 22b are interposed between the restraint plate 20 and the sensor main body 21, respectively. The electrode 22 a is connected to the left end of the sensor body 21. The electrode 22 b is connected to the right end of the sensor body 21. In other words, the five detection units 210 to 214 are installed between the pair of left and right electrodes 22a and 22b. The wiring 23 a connects the electrode 22 a and the connector 24. The wiring 23b connects the electrode 22b and the connector 24. An arithmetic device (not shown) is connected to the connector 24.

カバーフィルム25は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム25は、拘束板20、センサ本体21、電極22a、22b、配線23a、23bを、後方から被覆している。カバーフィルム25の厚さは約20μmである。   The cover film 25 is made of acrylic rubber and has a strip shape extending in the left-right direction. The cover film 25 covers the restraint plate 20, the sensor main body 21, the electrodes 22a and 22b, and the wirings 23a and 23b from the rear. The cover film 25 has a thickness of about 20 μm.

[抵抗増加型センサの製造方法]
次に、本実施形態の抵抗増加型センサ1の製造方法について説明する。本実施形態の抵抗増加型センサ1の製造方法は、塗料準備工程と、印刷工程と、硬化工程と、クラック形成工程と、カバーフィルム印刷工程と、を有している。
[Manufacturing method of resistance increasing sensor]
Next, a manufacturing method of the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment will be described. The manufacturing method of the resistance increasing type sensor 1 of the present embodiment includes a paint preparation process, a printing process, a curing process, a crack forming process, and a cover film printing process.

塗料準備工程においては、センサ塗料、電極塗料、配線塗料、コネクタ塗料、およびカバーフィルム塗料を、各々準備する。具体的には、センサ塗料を、エポキシ樹脂の硬化前樹脂(日本ペルノックス(株)製「ペルノックス(登録商標)ME−562」;液状)100質量部と、硬化剤(同社製「ペルキュア(登録商標)HV−562」;液状)150質量部と、カーボンビーズ(日本カーボン(株)製「ニカビーズ(登録商標)ICB0520」、平均粒子径約5μm)225質量部と、を羽根攪拌により混合して調製する。電極塗料、配線塗料、およびコネクタ塗料には、藤倉化成(株)製「ドータイト(登録商標)FA−312」を使用する。カバーフィルム塗料は、次のようにして調製する。   In the paint preparation step, a sensor paint, an electrode paint, a wiring paint, a connector paint, and a cover film paint are prepared. Specifically, the sensor paint was prepared by using 100 parts by mass of an epoxy resin pre-curing resin (“Pernox (registered trademark) ME-562” manufactured by Nippon Pernox Co., Ltd .; liquid) and a curing agent (“Percure (registered trademark)” manufactured by the same company. ) HV-562 "; liquid" 150 parts by mass and 225 parts by mass of carbon beads ("Nika beads (registered trademark) ICB0520" manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., average particle diameter of about 5 m)) are mixed by blade stirring. To do. “Dotite (registered trademark) FA-312” manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd. is used for the electrode paint, the wiring paint, and the connector paint. The cover film paint is prepared as follows.

まず、アクリルゴムポリマー(日本ゼオン(株)製「ニポール(登録商標)AR51」)100質量部と、加硫助剤のステアリン酸(花王(株)製「ルナック(登録商標)S30」)1質量部と、加硫促進剤のジメチルジチオカルバミン酸亜鉛(大内新興化学(株)製「ノクセラー(登録商標)PZ」)2.5質量部と、ジメチルジチオカルバミン酸第二鉄(同社製「ノクセラーTTFE」)0.5質量部とをロール練り機にて混合し、エラストマー組成物を調製する。次に、調製したエラストマー組成物を、印刷用溶剤のエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート312質量部に溶解させる。   First, 100 parts by mass of an acrylic rubber polymer (“Nippol (registered trademark) AR51” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and 1 mass of stearic acid (“Lunac (registered trademark) S30” manufactured by Kao Corporation) as a vulcanization aid And 2.5 parts by mass of a vulcanization accelerator zinc dimethyldithiocarbamate (“Noxeller (registered trademark) PZ” manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) and ferric dimethyldithiocarbamate (“Noxeller TTFE” manufactured by the company) ) 0.5 parts by mass is mixed with a roll kneader to prepare an elastomer composition. Next, the prepared elastomer composition is dissolved in 312 parts by mass of a printing solvent, ethylene glycol monobutyl ether acetate.

印刷工程においては、カバーフィルム塗料以外の塗料を、スクリーン印刷機を用いて、拘束板20の表面に印刷する。まず、拘束板20の表面に、電極塗料、配線塗料、およびコネクタ塗料を、順に印刷する。次に、塗料印刷後の拘束板20を、約140℃の乾燥炉内に約30分間静置して、塗膜を硬化させる。このようにして、電極22a、22b、配線23a、23b、およびコネクタ24を形成する。続いて、電極22a、22bなどが形成された拘束板20の表面に、センサ塗料を印刷する。   In the printing process, a paint other than the cover film paint is printed on the surface of the restraint plate 20 using a screen printer. First, electrode paint, wiring paint, and connector paint are printed on the surface of the restraint plate 20 in order. Next, the constraining plate 20 after printing the paint is left in a drying furnace at about 140 ° C. for about 30 minutes to cure the coating film. In this manner, the electrodes 22a and 22b, the wirings 23a and 23b, and the connector 24 are formed. Subsequently, the sensor paint is printed on the surface of the restraint plate 20 on which the electrodes 22a, 22b and the like are formed.

硬化工程においては、センサ塗料が印刷された拘束板20を加熱することにより、塗膜を硬化させる。具体的には、センサ塗料の塗膜が形成された拘束板20を乾燥炉内に入れ、約140℃で1時間保持して、塗膜を一次硬化させる。続いて、約170℃で2時間保持して、塗膜を二次硬化させる。   In the curing step, the constraining plate 20 on which the sensor paint is printed is heated to cure the coating film. Specifically, the restraint plate 20 on which the coating film of the sensor paint is formed is placed in a drying furnace and held at about 140 ° C. for 1 hour to primarily cure the coating film. Then, it hold | maintains at about 170 degreeC for 2 hours, and carries out secondary hardening of the coating film.

クラック形成工程においては、塗膜にクラックを形成する。塗膜は、本発明の「センサ本体の前駆体」に含まれる。具体的には、前出図3に示すように、クラック形成用金型の型面は、曲面状を呈している。一方、拘束板20は平板状を呈している。拘束板20を型面に押し当てることにより、塗膜にクラックを形成する。このようにして、センサ本体21を作製する。   In the crack forming step, a crack is formed in the coating film. The coating film is included in the “sensor body precursor” of the present invention. Specifically, as shown in FIG. 3, the mold surface of the crack forming mold has a curved surface. On the other hand, the restraint plate 20 has a flat plate shape. A crack is formed in the coating film by pressing the restraint plate 20 against the mold surface. In this way, the sensor body 21 is produced.

カバーフィルム印刷工程においては、スクリーン印刷機を用いて、塗料準備工程にて調製したカバーフィルム塗料を印刷する。まず、拘束板20、センサ本体21、電極22a、22b、配線23a、23bの表面を覆うように、カバーフィルム塗料を印刷する。次に、塗料印刷後の拘束板20を約150℃の乾燥炉内に約30分間静置して、塗膜を硬化させる。このようにして、カバーフィルム25を形成する。以上の工程により、抵抗増加型センサ1を作製する。   In the cover film printing process, the cover film paint prepared in the paint preparation process is printed using a screen printer. First, a cover film paint is printed so as to cover the surfaces of the restraint plate 20, the sensor main body 21, the electrodes 22a and 22b, and the wirings 23a and 23b. Next, the constraining plate 20 after printing the paint is left in a drying furnace at about 150 ° C. for about 30 minutes to cure the coating film. In this way, the cover film 25 is formed. The resistance increasing type sensor 1 is manufactured through the above steps.

[抵抗増加型センサの動き]
次に、本実施形態の抵抗増加型センサ1の動きについて説明する。図8に、衝突物の衝突前における、抵抗増加型センサの下方から見た断面図(前出図5のVI−VI断面に相当)を示す。図9に、衝突物の衝突後における、抵抗増加型センサの下方から見た断面図を示す。
[Movement of resistance increasing sensor]
Next, the movement of the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view (corresponding to the VI-VI cross section of FIG. 5) as seen from below the resistance increasing type sensor before the collision of the collision object. FIG. 9 is a cross-sectional view of the resistance increasing type sensor viewed from below after the collision of the collision object.

図8、図9に示すように、抵抗増加型センサ1は、自動車のバンパカバー90の後面900に設置されている。拘束板20は、後面900に貼着されている。衝突物Oが、バンパカバー90に前方から衝突すると、バンパカバー90は、後方に陥没するように変形する。バンパカバー90の変形は、抵抗増加型センサ1に伝達される。すなわち、バンパカバー90の変形は、拘束板20を介して、センサ本体21、カバーフィルム25に伝達される。変形が伝達されることにより、センサ本体21は、拘束板20およびカバーフィルム25と共に、後方に突出するように湾曲する。   As shown in FIGS. 8 and 9, the resistance increasing sensor 1 is installed on the rear surface 900 of the bumper cover 90 of the automobile. The restraint plate 20 is attached to the rear surface 900. When the colliding object O collides with the bumper cover 90 from the front, the bumper cover 90 is deformed so as to sink backward. The deformation of the bumper cover 90 is transmitted to the resistance increasing type sensor 1. That is, the deformation of the bumper cover 90 is transmitted to the sensor main body 21 and the cover film 25 through the restraint plate 20. By transmitting the deformation, the sensor main body 21 is curved so as to protrude rearward together with the restraining plate 20 and the cover film 25.

図8に示す衝突前状態(無変形状態)においては、センサ本体21には、カーボンビーズ同士の接触により、多数の導電パスが形成されている。したがって、センサ本体21の電気抵抗は、比較的小さい。これに対して、図9に示す衝突後状態(変形状態)においては、衝突の初期段階で、センサ本体21が曲がることにより、センサ本体21内のクラックが開口する。このため、導電パスが切断される。加えて、導電性フィラー同士の接触状態が変化することにより、導電パスが切断される。これにより、検出される電気抵抗は、衝突前状態に対して、大きくなる。したがって、出力された電気抵抗から、センサ本体21、つまりバンパカバー90の曲げ変形を検出することができる。また、演算装置は、衝突荷重を演算することができる。   In the pre-collision state (non-deformed state) shown in FIG. 8, a large number of conductive paths are formed in the sensor body 21 due to the contact between the carbon beads. Therefore, the electrical resistance of the sensor body 21 is relatively small. On the other hand, in the post-collision state (deformed state) shown in FIG. 9, the sensor body 21 is bent at the initial stage of the collision, so that a crack in the sensor body 21 is opened. For this reason, the conductive path is cut. In addition, the conductive path is cut by changing the contact state between the conductive fillers. Thereby, the detected electrical resistance becomes larger than the state before the collision. Therefore, the bending deformation of the sensor main body 21, that is, the bumper cover 90, can be detected from the output electric resistance. In addition, the calculation device can calculate the collision load.

[作用効果]
次に、本実施形態の抵抗増加型センサ1の作用効果について説明する。センサ本体21は、五つの検出部210〜214を備えている。検出部210〜214は、各々、左右方向に延在している。検出部210〜214は、互いに上下方向に並んでいる。本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、左右方向に延在する単一の検出部を有する抵抗増加型センサと比較して、検出部の総面積が等しい場合、電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
[Function and effect]
Next, the effect of the resistance increasing type sensor 1 of this embodiment will be described. The sensor main body 21 includes five detection units 210 to 214. Each of the detection units 210 to 214 extends in the left-right direction. The detection units 210 to 214 are arranged in the vertical direction. According to the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment, as compared with a resistance increasing sensor having a single detection unit extending in the left-right direction, variation in electrical resistance is reduced when the total area of the detection unit is equal. be able to.

また、本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、検出部210〜214は、電極22aと電極22bとの間において、互いに電気的に並列に接続されている。並列接続の場合、検出部210〜214の電気抵抗を、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、合成電気抵抗をRとすると、1/R=1/Ra+1/Rb+1/Rc+1/Rd+1/Reとなる。このため、仮に、任意の検出部210〜214の電気抵抗がばらついても、センサ本体21全体としては、ばらつきを緩和することができる。したがって、合成電気抵抗Rのばらつきを小さくすることができる。また、本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、検出部210〜214が並列接続されているため、検出部210〜214の配置数を増やしても、合成電気抵抗Rが増加しにくい。   Further, according to the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment, the detection units 210 to 214 are electrically connected to each other in parallel between the electrode 22a and the electrode 22b. In the case of parallel connection, if the electrical resistances of the detection units 210 to 214 are Ra, Rb, Rc, Rd, Re, and the combined electrical resistance is R, 1 / R = 1 / Ra + 1 / Rb + 1 / Rc + 1 / Rd + 1 / Re. . For this reason, even if the electric resistances of the arbitrary detection units 210 to 214 vary, variations in the sensor body 21 as a whole can be reduced. Therefore, variation in the combined electrical resistance R can be reduced. Further, according to the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment, since the detection units 210 to 214 are connected in parallel, the combined electrical resistance R is unlikely to increase even if the number of the detection units 210 to 214 is increased.

また、本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、カーボンビーズの充填率は、センサ本体21の体積を100体積%とした場合の約45体積%である。このため、無変形状態において、センサ本体21には、カーボンビーズ同士の接触により、三次元的な導電パスが形成されている。つまり、センサ本体21は、無変形状態で高い導電性を有している。   Further, according to the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment, the filling rate of the carbon beads is about 45% by volume when the volume of the sensor body 21 is 100% by volume. For this reason, in the undeformed state, a three-dimensional conductive path is formed in the sensor main body 21 by contact between the carbon beads. That is, the sensor main body 21 has high conductivity in an undeformed state.

加えて、センサ本体21には、予めクラックC1が形成されている。センサ本体21が曲げ変形により左右方向に伸張されると、クラックC1が開口する。これにより、カーボンビーズ同士の接触が絶たれて、導電パスが切断される。その結果、電気抵抗が増加する。   In addition, a crack C1 is formed in the sensor body 21 in advance. When the sensor body 21 is extended in the left-right direction by bending deformation, the crack C1 is opened. Thereby, the contact between the carbon beads is cut off, and the conductive path is cut. As a result, the electrical resistance increases.

このように、本実施形態の抵抗増加型センサ1のセンサ本体21では、曲げ変形により歪みが入力されると、母材の弾性変形を待たずに、導電パスが切断される。したがって、応答遅れが生じにくい。   As described above, in the sensor main body 21 of the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment, when strain is input due to bending deformation, the conductive path is cut without waiting for elastic deformation of the base material. Therefore, response delay is unlikely to occur.

また、主にクラックC1の開口により導電パスが切断されるため、母材の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、小さな歪みについても精度良く検出することができる。   In addition, since the conductive path is cut mainly by the opening of the crack C1, it is possible to detect even a small distortion with higher accuracy than in the case where the conductive path is cut only depending on the elastic deformation of the base material. .

また、母材の弾性変形の速度は、雰囲気温度に影響される。この点、本実施形態の抵抗増加型センサ1の導電パスは、主にクラックC1の開口により切断される。このため、母材の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、雰囲気温度に対する応答速度の依存性が小さい。   The speed of elastic deformation of the base material is affected by the ambient temperature. In this regard, the conductive path of the resistance increasing type sensor 1 of the present embodiment is cut mainly by the opening of the crack C1. For this reason, the dependence of the response speed on the ambient temperature is small as compared with the case where the conductive path is cut only depending on the elastic deformation of the base material.

また、センサ本体21は、カバーフィルム25により被覆されている。これにより、センサ本体21の劣化が抑制される。また、カバーフィルム25は弾性変形可能である。よって、曲げ変形後に除荷されると、カバーフィルム25の弾性復元力に助けられて、センサ本体21が元の形状に復元しやすくなる。また、開いたクラックC1も元の状態に戻りやすくなる。   The sensor body 21 is covered with a cover film 25. Thereby, deterioration of the sensor main body 21 is suppressed. The cover film 25 can be elastically deformed. Therefore, when unloaded after bending deformation, the sensor main body 21 is easily restored to the original shape, assisted by the elastic restoring force of the cover film 25. Further, the opened crack C1 is also likely to return to the original state.

また、センサ本体21は、拘束板20の後面に配置されている。拘束板20の厚さを調整することにより、抵抗増加型センサ1の感度を調整することができる。例えば、図9に示すように、曲げ変形時の曲率中心が拘束板の前側にある場合、拘束板20の厚さを大きくすると、曲げ変形時におけるセンサ本体21の歪み量が大きくなる。すなわち、図9に示すように、拘束板20とセンサ本体21との合計厚さをt、曲げ変形時の曲率中心から拘束板20の前面までの曲率半径をRとすると、歪み量εはε=t/Rとなる。このため、拘束板20の厚さを大きくすると、曲げ変形時におけるセンサ本体21の歪み量が大きくなる。これにより、抵抗増加型センサ1の感度を向上させることができる。   The sensor body 21 is disposed on the rear surface of the restraint plate 20. By adjusting the thickness of the restraint plate 20, the sensitivity of the resistance increasing sensor 1 can be adjusted. For example, as shown in FIG. 9, when the center of curvature at the time of bending deformation is on the front side of the constraining plate, increasing the thickness of the constraining plate 20 increases the amount of distortion of the sensor body 21 during bending deformation. That is, as shown in FIG. 9, when the total thickness of the restraint plate 20 and the sensor body 21 is t, and the radius of curvature from the center of curvature during bending deformation to the front surface of the restraint plate 20 is R, the strain amount ε is ε = T / R. For this reason, when the thickness of the restraint plate 20 is increased, the amount of distortion of the sensor body 21 during bending deformation increases. Thereby, the sensitivity of the resistance increasing sensor 1 can be improved.

また、センサ本体21には、製造時に予めクラックC1が形成されている。このため、曲げ変形時に新たなクラックC1が形成されにくい。したがって、抵抗増加型センサ1の感度が変化しにくい。   The sensor main body 21 is previously formed with a crack C1 at the time of manufacture. For this reason, it is difficult to form a new crack C1 during bending deformation. Therefore, the sensitivity of the resistance increasing type sensor 1 is hardly changed.

また、本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、センサ本体21が五つの検出部210〜214を備えている。五つの検出部210〜214は、各々、左右方向に延在している。五つの検出部210〜214は、互いに上下方向に並んでいる。このため、左右方向に延在する単一の検出部を有する抵抗増加型センサと比較して、検出部の総面積が等しい場合、検出部210〜214の上下方向幅を小さくすることができる。したがって、クラックC1の密度を大きくすることができる。すなわち、電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、抵抗増加型センサ1の感度を向上させることができる。   Further, according to the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment, the sensor body 21 includes the five detection units 210 to 214. Each of the five detection units 210 to 214 extends in the left-right direction. The five detection units 210 to 214 are arranged in the vertical direction. For this reason, when the total area of a detection part is equal compared with the resistance increase type sensor which has the single detection part extended in the left-right direction, the vertical direction width | variety of the detection parts 210-214 can be made small. Therefore, the density of the crack C1 can be increased. That is, variation in electrical resistance can be reduced. In addition, the sensitivity of the resistance increasing sensor 1 can be improved.

また、カーボンビーズの平均粒子径は、約5μmである。このため、カーボンビーズの界面に沿って、クラックC1が形成されやすくなる。また、カーボンビーズの界面でクラックC1が開口しやすくなり、センサ本体21の破断歪みを小さくすることができる。また、無変形状態における導電パスの数が少なくなりにくい。また、曲げ変形に対してカーボンビーズの接触状態が変化しやすい。また、センサ本体21の厚さを小さくしやすい。   The average particle diameter of the carbon beads is about 5 μm. For this reason, it becomes easy to form the crack C1 along the interface of carbon beads. Further, the crack C1 is easily opened at the interface of the carbon beads, and the breaking strain of the sensor body 21 can be reduced. In addition, the number of conductive paths in an undeformed state is unlikely to decrease. Further, the contact state of the carbon beads tends to change with respect to bending deformation. In addition, the thickness of the sensor main body 21 can be easily reduced.

また、カーボンビーズは球状である。このため、カーボンビーズは、母材中に、最密充填に近い状態で配合される。したがって、三次元的な導電パスが形成されやすくなり、所望の導電性が発現しやすくなる。また、センサ本体21の弾性変形に対して、カーボンビーズの接触状態が変化しやすくなる。このため、電気抵抗の変化が大きくなる。カーボンビーズは、表面の官能基が少ない。このため、母材との界面で破壊が生じやすく、センサ本体21にクラックC1が形成されやすい。   Carbon beads are spherical. For this reason, carbon beads are blended in the base material in a state close to closest packing. Therefore, a three-dimensional conductive path is easily formed, and desired conductivity is easily developed. Further, the contact state of the carbon beads tends to change with respect to the elastic deformation of the sensor body 21. For this reason, the change of electrical resistance becomes large. Carbon beads have few functional groups on the surface. For this reason, breakage is likely to occur at the interface with the base material, and the crack C <b> 1 is likely to be formed in the sensor body 21.

また、本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、図7に示すように、クラックC1は、センサ本体21の左右方向に連なる長さ2mmの単位区間U1内に、約2個ずつ形成されている。このため、抵抗増加型センサ1の感度が高い。   Further, according to the resistance increasing type sensor 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 7, about two cracks C <b> 1 are formed in the unit section U <b> 1 having a length of 2 mm that is continuous in the left-right direction of the sensor body 21. Yes. For this reason, the sensitivity of the resistance increasing sensor 1 is high.

<第二実施形態>
本実施形態の抵抗増加型センサと第一実施形態の抵抗増加型センサとの相違点は、二つの電極間において、センサ本体がジグザグ状に延在している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
<Second embodiment>
The difference between the resistance increasing sensor of this embodiment and the resistance increasing sensor of the first embodiment is that the sensor body extends in a zigzag shape between the two electrodes. Here, only differences will be described.

図10に、本実施形態の抵抗増加型センサの正面図を示す。説明の便宜上、カバーフィルムを除去して示す。なお、図5と対応する部位については同じ符号で示す。図10に示すように、電極22aは、拘束板20の左上隅に配置されている。電極22bは、拘束板20の右下隅に配置されている。センサ本体21は、電極22aと電極22bとを、ジグザグに連結している。センサ本体21は、五つの検出部210〜214を備えている。検出部210〜214は、各々、左右方向に延びる帯状を呈している。検出部210〜214は、上下方向に並置されている。検出部210の右端と検出部211の右端、検出部211の左端と検出部212の左端、検出部212の右端と検出部213の右端、検出部213の左端と検出部214の左端は、各々接続されている。すなわち、検出部210〜214は、直列接続されている。   FIG. 10 shows a front view of the resistance increasing type sensor of the present embodiment. For convenience of explanation, the cover film is removed and shown. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 5, it shows with the same code | symbol. As shown in FIG. 10, the electrode 22 a is disposed at the upper left corner of the restraint plate 20. The electrode 22b is disposed at the lower right corner of the restraining plate 20. The sensor body 21 connects the electrodes 22a and 22b in a zigzag manner. The sensor main body 21 includes five detection units 210 to 214. Each of the detection units 210 to 214 has a strip shape extending in the left-right direction. The detection units 210 to 214 are juxtaposed in the vertical direction. The right end of the detection unit 210 and the right end of the detection unit 211, the left end of the detection unit 211 and the left end of the detection unit 212, the right end of the detection unit 212 and the right end of the detection unit 213, the left end of the detection unit 213 and the left end of the detection unit 214 are respectively It is connected. That is, the detection units 210 to 214 are connected in series.

本実施形態の抵抗増加型センサ1は、構成が共通する部分については、第一実施形態の抵抗増加型センサと同様の作用効果を有する。本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、検出部210〜214は、電極22aと電極22bとの間において、互いに電気的に直列に接続されている。直列接続の場合、検出部210〜214の電気抵抗を、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、合成電気抵抗をRとすると、R=Ra+Rb+Rc+Rd+Reとなる。このため、仮に、任意の検出部210〜214の電気抵抗がばらついても、センサ本体21全体としては、ばらつきを緩和することができる。したがって、合成電気抵抗Rのばらつきを小さくすることができる。   The resistance increasing type sensor 1 of the present embodiment has the same effects as the resistance increasing type sensor of the first embodiment with respect to the parts having the same configuration. According to the resistance increasing sensor 1 of the present embodiment, the detection units 210 to 214 are electrically connected in series with each other between the electrode 22a and the electrode 22b. In the case of series connection, if the electrical resistances of the detection units 210 to 214 are Ra, Rb, Rc, Rd, Re, and the combined electrical resistance is R, R = Ra + Rb + Rc + Rd + Re. For this reason, even if the electric resistances of the arbitrary detection units 210 to 214 vary, variations in the sensor body 21 as a whole can be reduced. Therefore, variation in the combined electrical resistance R can be reduced.

また、本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、五つの検出部210〜214が、一筆書きのように、直列に連なっている。このため、検出部210〜214の配置数を増やしても、センサ本体21と電極22a、22bとの接続部分の構成を変える必要がない。   Moreover, according to the resistance increasing type sensor 1 of this embodiment, the five detection parts 210-214 are connected in series like one-stroke writing. For this reason, even if the number of arrangement | positioning of the detection parts 210-214 is increased, it is not necessary to change the structure of the connection part of the sensor main body 21 and electrode 22a, 22b.

<第三実施形態>
本実施形態の抵抗増加型センサと第一実施形態の抵抗増加型センサとの相違点は、センサ本体に予め歪みが入力されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。本実施形態の抵抗増加型センサの製造方法は、塗料準備工程と、印刷工程と、曲げ硬化工程と、除荷工程と、カバーフィルム印刷工程と、を有している。
<Third embodiment>
The difference between the resistance increasing sensor of the present embodiment and the resistance increasing sensor of the first embodiment is that strain is input in advance to the sensor body. Here, only differences will be described. The manufacturing method of the resistance increase type sensor of this embodiment has a coating-material preparation process, a printing process, a bending hardening process, an unloading process, and a cover film printing process.

塗料準備工程においては、第一実施形態同様に、センサ塗料、電極塗料、配線塗料、コネクタ塗料、およびカバーフィルム塗料を、各々準備する。印刷工程においては、第一実施形態同様に、カバーフィルム塗料以外の塗料を、拘束板の表面に印刷する。   In the paint preparation process, as in the first embodiment, a sensor paint, an electrode paint, a wiring paint, a connector paint, and a cover film paint are prepared. In the printing process, as in the first embodiment, a paint other than the cover film paint is printed on the surface of the restraint plate.

曲げ硬化工程においては、まず、センサ塗料の塗膜が内側になるように、拘束板20を湾曲させる。次いで、その状態のまま加熱することにより、塗膜を硬化させる。図11に、曲げ硬化工程の前半の模式図を示す。図12に、同工程の後半の模式図を示す。   In the bending hardening process, first, the restraint plate 20 is bent so that the coating film of the sensor paint is on the inside. Next, the coating film is cured by heating in that state. In FIG. 11, the schematic diagram of the first half of a bending hardening process is shown. FIG. 12 shows a schematic diagram of the latter half of the process.

まず、図11、図12に示すように、センサ塗料の塗膜30が形成された拘束板20を、C字形状のクラック形成用金型31の型面(内周面)310に貼り付ける。この時、クラック形成用金型31の型面310に、拘束板20の前面200を当接させる。次に、クラック形成用金型31を乾燥炉内に入れ、約140℃で1時間保持して、塗膜30を一次硬化させる。続いて、約170℃で2時間保持して、塗膜30を二次硬化させる。   First, as shown in FIGS. 11 and 12, the constraining plate 20 on which the coating film 30 of the sensor paint is formed is attached to the mold surface (inner peripheral surface) 310 of the C-shaped crack forming mold 31. At this time, the front surface 200 of the restraining plate 20 is brought into contact with the mold surface 310 of the crack forming mold 31. Next, the crack forming mold 31 is placed in a drying furnace and held at about 140 ° C. for 1 hour to primarily cure the coating film 30. Subsequently, the coating film 30 is second-cured by holding at about 170 ° C. for 2 hours.

除荷工程においては、まず、拘束板20を、硬化した塗膜30と共に、クラック形成用金型31から剥離させる。そして、拘束板20および硬化した塗膜30を、湾曲した状態から、元の平面状態(前出図11参照)に戻す。本工程により、硬化した塗膜30(センサ本体21)に、歪みが入力されると共に、クラックが形成される。このようにして、センサ本体21を形成する。   In the unloading step, first, the restraint plate 20 is peeled from the crack forming die 31 together with the cured coating film 30. Then, the restraint plate 20 and the cured coating film 30 are returned from the curved state to the original planar state (see FIG. 11 above). Through this step, strain is input and cracks are formed in the cured coating film 30 (sensor body 21). In this way, the sensor body 21 is formed.

カバーフィルム印刷工程においては、第一実施形態同様に、カバーフィルム塗料を印刷する。以上の工程により、抵抗増加型センサ1を作製する。   In the cover film printing step, the cover film paint is printed as in the first embodiment. The resistance increasing type sensor 1 is manufactured through the above steps.

本実施形態の抵抗増加型センサは、構成が共通する部分については、第一実施形態の抵抗増加型センサと同様の作用効果を有する。本実施形態の抵抗増加型センサ1によると、センサ本体に予め歪みが入力されている。このため、センサ本体の曲げ変形時の総歪み量は、予め入力されている歪み量と、曲げ変形に伴う歪み量と、の和になる。つまり、センサ本体の総歪み量は、曲げ変形に伴う歪み量のみの場合と比較して、大きくなる。これにより、検出領域として、センサ本体の破断歪み以上の領域を用いやすくなる。すなわち、検出領域を、歪み量と電気抵抗との関係が線形な領域へ、ずらしやすくなる(歪みオフセット)。したがって、抵抗増加型センサの感度が向上する。また、電気抵抗から、歪み量、延いては曲げ変形時のセンサ本体の形状などを、算出しやすくなる。   The resistance increasing type sensor of this embodiment has the same effects as the resistance increasing type sensor of the first embodiment with respect to the parts having the same configuration. According to the resistance increasing type sensor 1 of the present embodiment, strain is input to the sensor body in advance. For this reason, the total strain amount at the time of bending deformation of the sensor body is the sum of the strain amount input in advance and the strain amount accompanying the bending deformation. That is, the total strain amount of the sensor main body is larger than the case of only the strain amount accompanying the bending deformation. Thereby, it becomes easy to use the area | region beyond the fracture | rupture distortion of a sensor main body as a detection area. That is, it becomes easy to shift the detection region to a region where the relationship between the strain amount and the electrical resistance is linear (distortion offset). Therefore, the sensitivity of the resistance increasing sensor is improved. Moreover, it becomes easy to calculate the amount of strain, and hence the shape of the sensor body during bending deformation, from the electrical resistance.

<その他>
以上、本発明の抵抗増加型センサおよびその製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定しない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Others>
The embodiment of the resistance increasing type sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.

上記実施形態においては、センサ本体の条数(検出部210〜214の配置数)を五つとした。しかしながら、条数は特に限定しない。10個、20個などであってもよい。条数が多いほど、合成電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、条数が多いほど、クラックの密度を大きくすることができる。この点においても、合成電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、抵抗増加型センサ1の感度を向上させることができる。   In the above embodiment, the number of strips of the sensor body (the number of detectors 210 to 214) is five. However, the number of strips is not particularly limited. It may be 10, 20 or the like. As the number of strips increases, the variation in the combined electrical resistance can be reduced. Moreover, the greater the number of strips, the greater the density of cracks. Also in this respect, the variation in the combined electric resistance can be reduced. In addition, the sensitivity of the resistance increasing sensor 1 can be improved.

上記実施形態においては、電極22a、22b、配線23a、23b、コネクタ24、センサ本体21を、拘束板20の表面に印刷した。しかしながら、これらの部材の形成方法は、印刷法に特に限定しない。例えば、塗料から形成する方法として、ディップ法、スプレー法、バーコート法などを採用してもよい。また、塗料からではなく、上記部材を別途準備して、拘束板20に取り付けてもよい。例えば、金型でプレス成形したセンサ本体21を、拘束板20に貼着してもよい。   In the above embodiment, the electrodes 22a and 22b, the wirings 23a and 23b, the connector 24, and the sensor main body 21 are printed on the surface of the restraint plate 20. However, the method for forming these members is not particularly limited to the printing method. For example, a dipping method, a spray method, a bar coating method, or the like may be employed as a method of forming from a paint. Further, instead of the paint, the above members may be separately prepared and attached to the restraining plate 20. For example, the sensor body 21 press-molded with a mold may be attached to the restraining plate 20.

上記実施形態においては、クラックC1の密度を大きくするために、検出部210〜214の上下方向幅を小さくした。しかしながら、検出部210〜214の前後方向厚さを小さくすることにより、クラックC1の密度を大きくしてもよい。また、図3に示すように、クラック形成用金型72の型面720の曲率半径を小さくすることにより、クラックC1の密度を大きくしてもよい。こうすると、多数のクラックC1を形成することができる。このため、クラックC1の密度を大きくすることができる。また、拘束板20の前後方向厚さを小さくすることにより、クラックC1の密度を大きくしてもよい。   In the above embodiment, in order to increase the density of the cracks C1, the vertical widths of the detection units 210 to 214 are reduced. However, the density of the cracks C1 may be increased by reducing the thickness in the front-rear direction of the detection units 210 to 214. Further, as shown in FIG. 3, the density of the cracks C1 may be increased by decreasing the radius of curvature of the mold surface 720 of the crack forming mold 72. In this way, a large number of cracks C1 can be formed. For this reason, the density of the crack C1 can be increased. Further, the density of the cracks C1 may be increased by reducing the thickness of the restraint plate 20 in the front-rear direction.

カバーフィルム25の材質は、特に限定しない。絶縁材料であればよい。また、カバーフィルム25を配置しなくてもよい。電極22a、22bの数、配置場所についても適宜設定すればよい。例えば、三つ以上の電極22a、22bを等間隔ごとに配置し、隣り合う一対の電極22a、22b間ごとに、電気抵抗を測定してもよい。   The material of the cover film 25 is not particularly limited. Any insulating material may be used. Further, the cover film 25 may not be disposed. What is necessary is just to set suitably also about the number of electrodes 22a and 22b, and an arrangement place. For example, three or more electrodes 22a and 22b may be arranged at equal intervals, and the electrical resistance may be measured between a pair of adjacent electrodes 22a and 22b.

拘束板20は、センサ本体21の一面の弾性変形を拘束できるものであればよい。上記実施形態のPIの他、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などの屈曲性を有する樹脂フィルムが好適である。拘束板20の厚さは、例えば、10μm以上500μm以下とすることが望ましい。   The restraining plate 20 only needs to be able to restrain the elastic deformation of one surface of the sensor main body 21. In addition to the PI of the above embodiment, a resin film having flexibility such as polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) is suitable. The thickness of the constraining plate 20 is desirably 10 μm or more and 500 μm or less, for example.

センサ本体21の形状、大きさなどは特に限定しない。これらは、抵抗増加型センサ1の用途などに応じて適宜決定すればよい。例えば、センサ本体21の厚さは、抵抗増加型センサ1の小型化、薄型化などの観点から、厚さを10μm以上500μm以下とすることが望ましい。250μm以下がより好適である。センサ本体21の厚さを小さくすると、拘束板20による曲げ変形誘起の効果が発揮されやすい。   The shape and size of the sensor body 21 are not particularly limited. What is necessary is just to determine these suitably according to the use of the resistance increase type sensor 1, etc. For example, the thickness of the sensor main body 21 is desirably 10 μm or more and 500 μm or less from the viewpoint of miniaturization and thinning of the resistance increasing sensor 1. 250 μm or less is more preferable. When the thickness of the sensor body 21 is reduced, the bending deformation inducing effect by the restraint plate 20 is easily exhibited.

センサ本体21の母材は、樹脂およびエラストマーの中から、導電性フィラーとの相溶性などを考慮して、適宜選択すればよい。特に、センサ塗料からセンサ本体21を形成する場合には、塗料化が可能な材料を選択することが望ましい。すなわち、自身が液状の材料、あるいは溶剤などに可溶な材料を選択するとよい。   The base material of the sensor body 21 may be appropriately selected from resin and elastomer in consideration of compatibility with the conductive filler. In particular, when the sensor body 21 is formed from sensor paint, it is desirable to select a material that can be made into paint. That is, it is preferable to select a material that is liquid or a material that is soluble in a solvent.

例えば、熱可塑性樹脂として、PE、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリビニルアセテート(PVAc)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、PET、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、溶剤に可溶であるという理由から、ポリアミド、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが好適である。   For example, as a thermoplastic resin, PE, polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyvinyl acetate (PVAc), polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, Acrylic resin, polyamide (PA), polyacetal (POM), polycarbonate (PC), polyphenylene oxide (PPO), PET, polybutylene terephthalate (PBT), amorphous fluororesin, amorphous polyester resin, phenoxy resin, etc. It is done. Among these, polyamide, amorphous fluororesin, amorphous polyester resin, phenoxy resin, and the like are preferable because they are soluble in a solvent.

また、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、PIなどが挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂が好適である。エポキシ樹脂の硬化前樹脂には、比較的低粘度の液状のものが多い。よって、溶剤を使用せずに塗料化可能である。また、導電性フィラーとの相溶性も良好である。このため、導電性フィラーを、略単粒子状態でかつ高充填率で配合しやすい。エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂(A型、F型、AD型)、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。   Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, alkyd resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, polyurethane, and PI. Of these, epoxy resins are preferred. The epoxy resin before curing is often a liquid having a relatively low viscosity. Therefore, it can be made into a paint without using a solvent. In addition, the compatibility with the conductive filler is also good. For this reason, it is easy to mix | blend an electroconductive filler with a high filling rate in a substantially single particle state. Examples of the epoxy resin include bisphenol type epoxy resins (A type, F type, AD type), alicyclic epoxy resins, novolac type epoxy resins, polyglycidyl ethers obtained by reacting polyhydric alcohols with epichlorohydrin, and the like. It is done.

また、エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、ゴムとしては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、エチレン−プロピレン共重合ゴム[エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)など]、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Cl−IIR、Br−IIRなど)、水素化ニトリルゴム(H−NBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリルゴム(AR)、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム(CSM)、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックスなどが挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系などの各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が良好なEPDM、NBR、シリコーンゴムが好適である。また、液状IR、液状BR、RTV型(室温硬化型)シリコーンゴムは、硬化前に液状であり、溶剤を使用せずに塗料化可能である点で、好適である。   The elastomer can be appropriately selected from rubber and thermoplastic elastomer. For example, as rubber, natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), ethylene-propylene copolymer rubber [Ethylene-propylene copolymer (EPM), ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), etc.], butyl rubber (IIR), halogenated butyl rubber (Cl-IIR, Br-IIR, etc.), hydrogenated nitrile rubber (H-NBR), chloroprene rubber (CR), acrylic rubber (AR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), hydrin rubber, silicone rubber, fluorine rubber, urethane rubber, synthetic latex and the like. Examples of the thermoplastic elastomer include various thermoplastic elastomers such as styrene, olefin, urethane, polyester, polyamide, and fluorine, and derivatives thereof. Of these, EPDM, NBR, and silicone rubber, which have good compatibility with the conductive filler, are preferable. Liquid IR, liquid BR, and RTV type (room temperature curable type) silicone rubber are suitable in that they are liquid before curing and can be made into a paint without using a solvent.

導電性フィラーは、導電性を有するものであれば、特に限定しない。例えば、炭素材料、金属などの微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。例えば、導電性フィラーのアスペクト比(短辺に対する長辺の比)は、1以上2以下の範囲が望ましい。アスペクト比が2より大きくなると、導電性フィラー同士の接触により一次元的な導電パスが形成されやすいからである。特に、母材中の導電性フィラーの充填状態を、より最密充填状態に近づけるという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状(略真球状)の粒子を採用するとよい。   The conductive filler is not particularly limited as long as it has conductivity. Examples thereof include fine particles such as carbon materials and metals. Of these, one can be used alone, or two or more can be used in combination. For example, the aspect ratio of the conductive filler (the ratio of the long side to the short side) is preferably in the range of 1 or more and 2 or less. This is because when the aspect ratio is larger than 2, a one-dimensional conductive path is easily formed by contact between the conductive fillers. In particular, from the viewpoint of bringing the filling state of the conductive filler in the base material closer to the close-packed filling state, it is advisable to adopt particles having a true sphere or a shape very close to a true sphere (substantially true sphere) as the conductive filler. .

また、導電性フィラーの充填率は、センサ本体21の全体の体積を100体積%とした場合の30体積%以上であることが望ましい。30体積%未満の場合には、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されにくく、所望の導電性が発現しにくい。また、センサ本体21の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。35体積%以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、センサ本体21の全体の体積を100体積%とした場合の65体積%以下であることが望ましい。65体積%を超えると、センサ本体21が弾性変形しにくくなる。また、母材への混合が困難となり、成形加工性が低下する。さらに、センサ塗料を調製しにくくなる。55体積%以下であるとより好適である。   The filling rate of the conductive filler is preferably 30% by volume or more when the entire volume of the sensor body 21 is 100% by volume. When the amount is less than 30% by volume, the conductive filler is hardly compounded in a state close to the closest packing, and desired conductivity is hardly exhibited. In addition, the change in the electric resistance with respect to the elastic deformation of the sensor main body 21 becomes slow, and it becomes difficult to control the increase behavior of the electric resistance. It is more preferable that it is 35% by volume or more. On the other hand, the filling rate of the conductive filler is desirably 65% by volume or less when the entire volume of the sensor body 21 is 100% by volume. If it exceeds 65% by volume, the sensor main body 21 is difficult to elastically deform. Moreover, mixing with a base material becomes difficult, and molding processability falls. Furthermore, it becomes difficult to prepare the sensor paint. It is more preferable that it is 55 volume% or less.

母材中、導電性フィラーは、できるだけ凝集せず一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径や母材との相溶性などを考慮するとよい。例えば、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径は、0.05μm以上100μm以下であることが望ましい。0.05μm未満の場合には、凝集して二次粒子を形成しやすい。0.5μm以上、さらには1μm以上であると好適である。反対に、平均粒子径が100μmを超えると、弾性変形による導電性フィラーの並進運動(平行運動)が、粒子径に比べて相対的に小さくなり、弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢となる。また、センサ本体21の厚さを小さくしにくくなる。60μm以下、さらには30μm以下であると好適である。   In the base material, it is desirable that the conductive filler is present in a primary particle state without being aggregated as much as possible. Therefore, when selecting the conductive filler, it is preferable to consider the average particle diameter, compatibility with the base material, and the like. For example, the average particle diameter of the conductive filler existing in the state of primary particles is desirably 0.05 μm or more and 100 μm or less. If it is less than 0.05 μm, it tends to aggregate and form secondary particles. It is preferable that the thickness is 0.5 μm or more, further 1 μm or more. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 100 μm, the translational movement (parallel movement) of the conductive filler due to elastic deformation becomes relatively smaller than the particle diameter, and the change in electric resistance against elastic deformation becomes slow. Moreover, it becomes difficult to reduce the thickness of the sensor body 21. It is preferable that it is 60 μm or less, and further 30 μm or less.

導電性フィラーとしては、例えば、カーボンビーズが好適である。カーボンビーズは、導電性が良好で、比較的安価である。また、略真球状を呈しているため、高充填率で配合することができる。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ[MCMB6−28(平均粒子径約6μm)、MCMB10−28(平均粒子径約10μm)、MCMB25−28(平均粒子径約25μm)]、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ:ニカビーズ(登録商標)ICB、ニカビーズPC、ニカビーズMC、ニカビーズMSB[ICB0320(平均粒子径約3μm)、ICB0520(平均粒子径約5μm)、ICB1020(平均粒子径約10μm)、PC0720(平均粒子径約7μm)、MC0520(平均粒子径約5μm)]、日清紡社製のカーボンビーズ(平均粒子径約10μm)などが挙げられる。   For example, carbon beads are suitable as the conductive filler. Carbon beads have good conductivity and are relatively inexpensive. Moreover, since it has a substantially spherical shape, it can be blended at a high filling rate. Specifically, Osaka Gas Chemical Co., Ltd. mesocarbon micro beads [MCMB6-28 (average particle size of about 6 μm), MCMB10-28 (average particle size of about 10 μm), MCMB25-28 (average particle size of about 25 μm)], Carbon micro beads manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd .: Nika beads (registered trademark) ICB, Nika beads PC, Nika beads MC, Nika beads MSB [ICB 0320 (average particle size of about 3 μm), ICB 0520 (average particle size of about 5 μm), ICB 1020 (average particle size of about 10 μm) PC0720 (average particle size of about 7 μm), MC0520 (average particle size of about 5 μm)], Nisshinbo carbon beads (average particle size of about 10 μm), and the like.

センサ本体21は、例えば、次のようにして製造することができる。母材に熱可塑性樹脂を選択した場合には、加熱溶融した熱可塑性樹脂に、導電性フィラー、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形、射出成形などを行う。また、母材に熱硬化性樹脂を選択した場合には、硬化前樹脂に、硬化剤、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形などにより硬化させる。一方、母材にエラストマーを選択した場合は、まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤などの添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物をシート状に成形し、それを金型に充填してプレス加硫する。   The sensor body 21 can be manufactured, for example, as follows. When a thermoplastic resin is selected as the base material, a heat-melted thermoplastic resin is mixed with a conductive filler and, if necessary, an additive, and then subjected to press molding, injection molding, or the like. When a thermosetting resin is selected as the base material, a curing agent and, if necessary, an additive are added to the pre-curing resin and mixed, and then cured by press molding or the like. On the other hand, when an elastomer is selected as the base material, first, additives such as a vulcanization aid and a softening agent are added to the elastomer and kneaded. Subsequently, after adding a conductive filler and kneading, a crosslinking agent and a vulcanization accelerator are further added and kneaded to obtain an elastomer composition. Next, the elastomer composition is formed into a sheet shape, filled in a mold, and press vulcanized.

また、センサ本体21の厚さを小さくするためには、センサ塗料から形成することが望ましい。すなわち、まず、樹脂またはエラストマーなどの母材の形成成分を含むセンサ塗料を調製する。次に、調製したセンサ塗料を、拘束板20などの基材に塗布し、乾燥させる。なお、熱硬化樹脂を使用した場合は、センサ塗料を塗布した後、硬化させればよい。また、エラストマーを使用した場合は、乾燥と同時に、あるいは乾燥後に、架橋反応を進行させればよい。   Further, in order to reduce the thickness of the sensor main body 21, it is desirable to form it from sensor paint. That is, first, a sensor paint containing a base material forming component such as resin or elastomer is prepared. Next, the prepared sensor paint is applied to a substrate such as the restraining plate 20 and dried. In addition, what is necessary is just to harden, after apply | coating a sensor coating material, when a thermosetting resin is used. When an elastomer is used, the crosslinking reaction may be advanced simultaneously with or after drying.

センサ塗料の塗布方法は、種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィーなどの印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法などが挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。さらに、センサ本体21、電極22a、22b、配線23a、23bを同様の方法で形成することができるため、各部品を集積化しやすい。印刷法の中でも、高粘度の塗料も使用可能であり、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。   Various methods can be adopted as a method of applying the sensor paint. For example, in addition to printing methods such as inkjet printing, flexographic printing, gravure printing, screen printing, pad printing, and lithography, dipping, spraying, bar coating, and the like can be given. For example, when a printing method is employed, it is possible to easily separate the applied part and the non-applied part. Also, printing of large areas, thin lines, and complicated shapes is easy. Furthermore, since the sensor body 21, the electrodes 22a and 22b, and the wirings 23a and 23b can be formed by the same method, it is easy to integrate the components. Among the printing methods, a high-viscosity paint can also be used, and the screen printing method is preferred because the coating thickness can be easily adjusted.

次に、本発明の抵抗増加型センサに対して行った、電気抵抗測定シミュレーションについて説明する。   Next, an electrical resistance measurement simulation performed on the resistance increasing sensor of the present invention will be described.

<サンプル>
実施例1〜3のサンプルは、第一実施形態の抵抗増加型センサ(図5参照)と同様に、検出部が並列接続された抵抗増加型センサである。実施例4〜6のサンプルは、第二実施形態の抵抗増加型センサ(図10参照)と同様に、検出部が直列接続された抵抗増加型センサである。参考例1のサンプルは、従来の抵抗増加型センサ(図16参照)と同様に、単一の検出部を有する抵抗増加型センサである。ただし、参考例1の抵抗増加型センサのセンサ本体には、多数のクラックが形成されている。このため、公知ではない。実施例1〜6、参考例1のサンプルの検出部の総面積は一定である。また、以下に特に断らない限り、各サンプルの構成部材の配置、形状、材質は一定である。以下、図5〜図10、図16を援用しながら、各サンプルの構成を説明する。
<Sample>
The samples of Examples 1 to 3 are resistance increasing sensors in which detection units are connected in parallel as in the resistance increasing sensor of the first embodiment (see FIG. 5). The samples of Examples 4 to 6 are resistance increasing sensors in which detection units are connected in series, similarly to the resistance increasing sensor (see FIG. 10) of the second embodiment. The sample of Reference Example 1 is a resistance increasing sensor having a single detection unit, similarly to the conventional resistance increasing sensor (see FIG. 16). However, a large number of cracks are formed in the sensor body of the resistance increasing sensor of Reference Example 1. For this reason, it is not publicly known. The total area of the detection part of the samples of Examples 1 to 6 and Reference Example 1 is constant. Further, unless otherwise specified below, the arrangement, shape, and material of the constituent members of each sample are constant. Hereinafter, the configuration of each sample will be described with reference to FIGS. 5 to 10 and FIG. 16.

[実施例1]
実施例1のサンプルの構成は、第一実施形態の抵抗増加型センサの構成と同様である。すなわち、拘束板20は、PI製である。板厚は300μmである。検出部210〜214は、五条配置されている。検出部210〜214の厚さは、各々、100μmである。検出部210〜214の短手方向幅は、各々、1mmである。検出部210〜214の長手方向全長は、各々、50mmである。
[Example 1]
The configuration of the sample of Example 1 is the same as the configuration of the resistance increasing sensor of the first embodiment. That is, the restraint plate 20 is made of PI. The plate thickness is 300 μm. The detectors 210 to 214 are arranged in five stripes. The thickness of each of the detection units 210 to 214 is 100 μm. The widths in the short direction of the detection units 210 to 214 are each 1 mm. Each of the detection units 210 to 214 has a total length in the longitudinal direction of 50 mm.

センサ本体21は、エポキシ樹脂と、多数のカーボンビーズとを備えている。カーボンビーズの充填率は、センサ本体21の体積を100体積%とした場合の約45体積%である。センサ本体21には、予め多数のクラックC1が形成されている。クラックC1は、センサ本体21の左右方向に連なる長さ2mmの単位区間U1内に、約2個ずつ形成されている。カバーフィルム25は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。   The sensor body 21 includes an epoxy resin and a large number of carbon beads. The filling rate of the carbon beads is about 45% by volume when the volume of the sensor body 21 is 100% by volume. A large number of cracks C1 are formed in the sensor body 21 in advance. About two cracks C <b> 1 are formed in the unit section U <b> 1 having a length of 2 mm that is continuous in the left-right direction of the sensor body 21. The cover film 25 is made of acrylic rubber and has a strip shape extending in the left-right direction.

[実施例2]
実施例2は、実施例1に対して、検出部210〜214が、五条ではなく、十条配置されている点において異なっている。また、検出部210〜214の短手方向幅が、各々、1mmではなく、0.5mmである点において異なっている。これら以外の点については、同様である。
[Example 2]
The second embodiment is different from the first embodiment in that the detection units 210 to 214 are arranged in 10 lines instead of 5 lines. Further, the widths in the short direction of the detection units 210 to 214 are different from each other in that the width is 0.5 mm instead of 1 mm. About the point other than these, it is the same.

[実施例3]
実施例3は、実施例1に対して、検出部210〜214が、五条ではなく、二十条配置されている点において異なっている。また、検出部210〜214の短手方向幅が、各々、1mmではなく、0.25mmである点において異なっている。これら以外の点については、同様である。
[Example 3]
The third embodiment is different from the first embodiment in that the detection units 210 to 214 are arranged in 20 lines instead of 5 lines. Further, the widths in the short direction of the detection units 210 to 214 are different from each other in that the width is not 0.25 mm but 0.25 mm. About the point other than these, it is the same.

[実施例4]
実施例4のサンプルの構成は、第二実施形態の抵抗増加型センサの構成と同様である。すなわち、拘束板20は、PI製である。板厚は300μmである。検出部210〜214は、一筆書き状に、五条配置されている。検出部210〜214の厚さは、各々、100μmである。検出部210〜214の短手方向幅は、各々、1mmである。検出部210〜214の長手方向全長は、各々、50mmである。
[Example 4]
The configuration of the sample of Example 4 is the same as the configuration of the resistance increasing sensor of the second embodiment. That is, the restraint plate 20 is made of PI. The plate thickness is 300 μm. The detectors 210 to 214 are arranged in five lines in a single stroke. The thickness of each of the detection units 210 to 214 is 100 μm. The widths in the short direction of the detection units 210 to 214 are each 1 mm. Each of the detection units 210 to 214 has a total length in the longitudinal direction of 50 mm.

センサ本体21は、エポキシ樹脂と、多数のカーボンビーズとを備えている。カーボンビーズの充填率は、センサ本体21の体積を100体積%とした場合の約45体積%である。センサ本体21には、予め多数のクラックC1が形成されている。クラックC1は、センサ本体21の左右方向に連なる長さ2mmの単位区間U1内に、約2個ずつ形成されている。カバーフィルム25は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。   The sensor body 21 includes an epoxy resin and a large number of carbon beads. The filling rate of the carbon beads is about 45% by volume when the volume of the sensor body 21 is 100% by volume. A large number of cracks C1 are formed in the sensor body 21 in advance. About two cracks C <b> 1 are formed in the unit section U <b> 1 having a length of 2 mm that is continuous in the left-right direction of the sensor body 21. The cover film 25 is made of acrylic rubber and has a strip shape extending in the left-right direction.

[実施例5]
実施例5は、実施例4に対して、検出部210〜214が、五条ではなく、十条配置されている点において異なっている。また、検出部210〜214の短手方向幅が、各々、1mmではなく、0.5mmである点において異なっている。これら以外の点については、同様である。
[Example 5]
The fifth embodiment is different from the fourth embodiment in that the detection units 210 to 214 are arranged in ten lines instead of five. Further, the widths in the short direction of the detection units 210 to 214 are different from each other in that the width is 0.5 mm instead of 1 mm. About the point other than these, it is the same.

[実施例6]
実施例6は、実施例4に対して、検出部210〜214が、五条ではなく、二十条配置されている点において異なっている。また、検出部210〜214の短手方向幅が、各々、1mmではなく、0.25mmである点において異なっている。これら以外の点については、同様である。
[Example 6]
The sixth embodiment is different from the fourth embodiment in that the detection units 210 to 214 are arranged in 20 lines instead of 5 lines. Further, the widths in the short direction of the detection units 210 to 214 are different from each other in that the width is not 0.25 mm but 0.25 mm. About the point other than these, it is the same.

[参考例1]
参考例1のサンプルの構成は、従来の抵抗増加型センサの構成と同様である。すなわち、参考例1には、単一の検出部(センサ本体)102が配置されている。検出部102の短手方向幅は、5mmである。
[Reference Example 1]
The configuration of the sample of Reference Example 1 is the same as the configuration of the conventional resistance increasing sensor. That is, in Reference Example 1, a single detection unit (sensor body) 102 is arranged. The width of the detection unit 102 in the short direction is 5 mm.

<シミュレーション方法>
各サンプルに対して、電気抵抗測定シミュレーションをモンテカルロ法により行った。単一の検出部210〜214、102の電気抵抗のばらつき(平均値を100%とした場合の±方向のばらつき)が±33.3%の範囲に一様分布すると仮定し、当該ばらつきを含んだ各サンプルの合成抵抗値の平均値、標準偏差、最大値、最小値を2000回の試行により求めた。
<Simulation method>
For each sample, electrical resistance measurement simulation was performed by the Monte Carlo method. Assuming that the variation in the electrical resistance of the single detection units 210 to 214, 102 (the variation in the ± direction when the average value is 100%) is uniformly distributed in a range of ± 33.3%, the variation is included. The average value, standard deviation, maximum value, and minimum value of the combined resistance value of each sample were determined by 2000 trials.

<シミュレーション結果>
表1にシミュレーション結果を示す。

Figure 0005622471
<Simulation results>
Table 1 shows the simulation results.
Figure 0005622471

表1中、レンジは、最大値−最小値を示す。変動係数は、標準偏差/平均値である。また、図13に、検出部を並列接続した場合の条数と電気抵抗比との関係をグラフで示す。また、図14に、検出部を直列接続した場合の条数と電気抵抗比との関係をグラフで示す。また、図15に、検出部を並列接続した場合と直列接続した場合との条数と変動係数との関係をグラフで示す。なお、表1、図13、図14の平均値、最大値、最小値は、各々、単一の検出部の電気抵抗の平均値を100%とした場合の、電気抵抗比(相対値)である。   In Table 1, the range indicates the maximum value-minimum value. The coefficient of variation is the standard deviation / average value. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the number of strips and the electrical resistance ratio when the detection units are connected in parallel. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the number of strips and the electrical resistance ratio when the detection units are connected in series. FIG. 15 is a graph showing the relationship between the number of strips and the coefficient of variation when the detection units are connected in parallel and when connected in series. The average values, maximum values, and minimum values in Table 1, FIG. 13, and FIG. 14 are the electric resistance ratios (relative values) when the average value of the electric resistance of a single detection unit is 100%. is there.

表1、図13に示すように、並列接続の場合、条数が多くなるのに従って、レンジ、ばらつきが小さくなる。また、平均値は略一定である。表1、図14に示すように、直列接続の場合、条数が多くなるのに従って、電気抵抗比が大きくなる。このため、レンジも大きくなる。しかしながら、ばらつきは小さくなる。表1、図15に示すように、並列接続の場合、条数が多くなるのに従って、変動係数は小さくなる。同様に、直列接続の場合、条数が多くなるのに従って、変動係数は小さくなる。すなわち、並列接続の場合、直列接続の場合、共に、条数が多くなるのに従って、相対的なばらつきは小さくなる。   As shown in Table 1 and FIG. 13, in the case of parallel connection, the range and variation become smaller as the number of strips increases. The average value is substantially constant. As shown in Table 1 and FIG. 14, in the case of series connection, the electrical resistance ratio increases as the number of strips increases. This increases the range. However, the variation is reduced. As shown in Table 1 and FIG. 15, in the case of parallel connection, the variation coefficient decreases as the number of strips increases. Similarly, in the case of serial connection, the coefficient of variation decreases as the number of strips increases. That is, in the case of parallel connection and in the case of series connection, the relative variation decreases as the number of strips increases.

1:抵抗増加型センサ。
20:拘束板、21:センサ本体、22a:電極、22b:電極、23a:配線、23b:配線、24:コネクタ、25:カバーフィルム、30:塗膜、31:クラック形成用金型、70:検出部、71:拘束板、72:クラック形成用金型、90:バンパカバー。
200:前面、210〜214:検出部、310:型面、710:下面、720:型面、800:センサ本体、801:母材、802:導電性フィラー、803:クラック、900:後面。
C1:クラック、O:衝突物、U1:単位区間。
1: Increased resistance type sensor.
20: Restraint plate, 21: Sensor body, 22a: Electrode, 22b: Electrode, 23a: Wiring, 23b: Wiring, 24: Connector, 25: Cover film, 30: Coating film, 31: Mold for crack formation, 70: Detection part, 71: Restraint plate, 72: Mold for crack formation, 90: Bumper cover.
200: Front surface, 210-214: Detection unit, 310: Mold surface, 710: Lower surface, 720: Mold surface, 800: Sensor body, 801: Base material, 802: Conductive filler, 803: Crack, 900: Rear surface.
C1: Crack, O: Colliding object, U1: Unit section.

Claims (7)

樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有し、曲げ変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ本体と、
該センサ本体に接続され、該電気抵抗に関連する電気量を出力する、少なくとも二つの電極と、
該センサ本体の一面に積層され、該一面の弾性変形を拘束する拘束板と、
を備える抵抗増加型センサであって、
二つの前記電極が並ぶ方向を並置方向、該並置方向に直交する方向を直交方向として、
前記センサ本体は、該並置方向に延在し該直交方向に並ぶ複数の検出部を有し、
該センサ本体の少なくとも前記母材には、該センサ本体が曲げ変形する際に、複数の前記導電性フィラーが連なって形成される導電パスを切断するように、予めクラックが形成されており、
前記クラックは、前記センサ本体の前駆体をクラック形成用金型の型面に沿って変形させることにより、形成されることを特徴とする抵抗増加型センサ。
A sensor body having a base material made of a resin or an elastomer, and a conductive filler filled in the base material, the electrical resistance increasing as the amount of bending deformation increases;
At least two electrodes connected to the sensor body and outputting an electrical quantity related to the electrical resistance;
A constraining plate that is laminated on one surface of the sensor body and restrains elastic deformation of the one surface;
A resistance increasing sensor comprising:
The direction in which the two electrodes are arranged is a juxtaposed direction, and the direction orthogonal to the juxtaposed direction is an orthogonal direction,
The sensor body has a plurality of detection units extending in the juxtaposed direction and arranged in the orthogonal direction,
In at least the base material of the sensor body, when the sensor body is bent and deformed, a crack is formed in advance so as to cut a conductive path formed by connecting a plurality of the conductive fillers ,
The resistance increasing sensor , wherein the crack is formed by deforming a precursor of the sensor body along a mold surface of a crack forming mold .
複数の前記検出部は、隣り合う二つの前記電極間において、互いに電気的に並列に接続される請求項1に記載の抵抗増加型センサ。   The resistance increasing sensor according to claim 1, wherein the plurality of detection units are electrically connected in parallel to each other between two adjacent electrodes. 複数の前記検出部は、隣り合う二つの前記電極間において、互いに電気的に直列に接続される請求項1に記載の抵抗増加型センサ。   The resistance increasing sensor according to claim 1, wherein the plurality of detection units are electrically connected in series between two adjacent electrodes. さらに、前記センサ本体の前記一面に背向する他面を覆い、弾性変形可能なカバーフィルムを備え、
前記母材は樹脂であり、
前記導電性フィラーは、該センサ本体の体積を100体積%として、該母材中に30体積%以上の充填率で充填されている請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の抵抗増加型センサ。
Further, the other surface of the sensor main body facing away from the one surface is covered with an elastically deformable cover film,
The base material is resin;
The resistance increasing type according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive filler is filled in the base material at a filling rate of 30% by volume or more with the volume of the sensor body being 100% by volume. Sensor.
前記センサ本体には、予め歪みが入力されている請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の抵抗増加型センサ。The resistance increasing sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein strain is input to the sensor body in advance. 前記検出部は、5個以上配置されている請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の抵抗増加型センサ。The resistance increasing sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein five or more detection units are arranged. 樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有し、曲げ変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ本体と、  A sensor body having a base material made of a resin or an elastomer, and a conductive filler filled in the base material, the electrical resistance increasing as the amount of bending deformation increases;
該センサ本体に接続され、該電気抵抗に関連する電気量を出力する、少なくとも二つの電極と、  At least two electrodes connected to the sensor body and outputting an electrical quantity related to the electrical resistance;
該センサ本体の一面に積層され、該一面の弾性変形を拘束する拘束板と、  A constraining plate that is laminated on one surface of the sensor body and restrains elastic deformation of the one surface;
を備える抵抗増加型センサの製造方法であって、A method of manufacturing a resistance increasing sensor comprising:
二つの前記電極が並ぶ方向を並置方向、該並置方向に直交する方向を直交方向として、  The direction in which the two electrodes are arranged is a juxtaposed direction, and the direction orthogonal to the juxtaposed direction is an orthogonal direction,
前記センサ本体は、該並置方向に延在し該直交方向に並ぶ複数の検出部を有し、  The sensor body has a plurality of detection units extending in the juxtaposed direction and arranged in the orthogonal direction,
前記センサ本体の前駆体をクラック形成用金型の型面に沿って変形させることにより、該センサ本体が曲げ変形する際に複数の該導電性フィラーが連なって形成される導電パスを切断するように、該センサ本体にクラックを形成するクラック形成工程を有することを特徴とする抵抗増加型センサの製造方法。  By deforming the precursor of the sensor body along the mold surface of the crack forming mold, when the sensor body is bent and deformed, a conductive path formed by connecting the plurality of conductive fillers is cut. And a method of manufacturing a resistance increasing sensor, further comprising a crack forming step of forming a crack in the sensor body.
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