JP6891525B2 - Sensors and sensor systems - Google Patents

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JP6891525B2 JP2017025394A JP2017025394A JP6891525B2 JP 6891525 B2 JP6891525 B2 JP 6891525B2 JP 2017025394 A JP2017025394 A JP 2017025394A JP 2017025394 A JP2017025394 A JP 2017025394A JP 6891525 B2 JP6891525 B2 JP 6891525B2
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Description

本発明は、センサ及びセンサシステムに関する。 The present invention relates to sensors and sensor systems.

近年、サービスロボットや協働ロボットと呼ばれる人と近い場所で利用されるロボットが増加している。そのため周囲の人の安全性を確保する機能がロボットには求められる。安全性確保のための技術としては、例えば人や物体と衝突したことを検知するためのセンサを設けることが挙げられる。センサとしては、例えば圧電素子を用いた接触センサが挙げられ、圧電素子としてはセラミック(PZT)や高分子(PVDF)などがある。ロボットに接触センサ(センサ)を設ける場合、多くの場合でその表面に取り付けることになるが、取り付け場所を選ばずに備えることを考慮すると、センサは柔軟であることが望ましい。また、安全性の観点から考えるとロボット表面もできる限り柔らかい方が望ましい。柔軟な面に接触センサを取り付けるとなると、接触センサ自身も柔らかい方が良く、大きな変形に耐えられる特性も必要になってくる。これらの観点から上記PZTやPVDFなどの圧電体は好ましくない。
一方、柔軟な接触検知センサとして特許文献1にあるような接触帯電を利用したセンサが提案されている。
In recent years, the number of robots called service robots and collaborative robots that are used in places close to humans is increasing. Therefore, robots are required to have a function to ensure the safety of people around them. As a technique for ensuring safety, for example, providing a sensor for detecting a collision with a person or an object can be mentioned. Examples of the sensor include a contact sensor using a piezoelectric element, and examples of the piezoelectric element include ceramic (PZT) and polymer (PVDF). When a contact sensor (sensor) is provided on a robot, it is often attached to the surface of the robot, but it is desirable that the sensor is flexible in consideration of providing it at any place. Also, from the viewpoint of safety, it is desirable that the surface of the robot is as soft as possible. When the contact sensor is attached to a flexible surface, the contact sensor itself should be soft, and it is necessary to have characteristics that can withstand large deformation. From these viewpoints, the piezoelectric material such as PZT or PVDF is not preferable.
On the other hand, as a flexible contact detection sensor, a sensor using contact charging as described in Patent Document 1 has been proposed.

しかしながら、特許文献1では物質同士の接触帯電現象を利用しているため、圧力の変化に対して信号を得ることはできない。例えば、接客を行うサービスロボットのボディ全体に特許文献1に記載のセンサを設けた場合、人と衝突したことを検知することは可能だが、人に頭部を撫でられた場合でも衝突したと判断してしまう。ロボットのより高度な制御、人とのインタラクションを考えると、圧力の大きさを多段階で検知できることが求められる。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、柔軟かつ圧力を多段検知できるセンサを提供することを目的とする。
However, in Patent Document 1, since the contact charging phenomenon between substances is used, it is not possible to obtain a signal for a change in pressure. For example, when the sensor described in Patent Document 1 is provided on the entire body of a service robot that serves customers, it is possible to detect a collision with a person, but it is determined that the collision has occurred even when the head is stroked by the person. Resulting in. Considering more advanced control of robots and interaction with humans, it is required to be able to detect the magnitude of pressure in multiple stages.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sensor that is flexible and can detect pressure in multiple stages.

上記目的を達成するため、本発明に係るセンサは、一対の電極と、一対の電極の間に配置され、ゴム又はゴム組成物から形成され、同じ変形付与力に対して、一方の電極側の面の変形量と他方の電極側の面の変形量とが異なる中間層とを有し、変形することで発電する素子を、絶縁層を介して複数積層して構成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the sensor according to the present invention is arranged between a pair of electrodes and a pair of electrodes, is formed of rubber or a rubber composition , and is on one electrode side with respect to the same deformation applying force. It is characterized in that it has an intermediate layer in which the amount of deformation of the surface and the amount of deformation of the surface on the other electrode side are different, and a plurality of elements that generate power by deformation are laminated via an insulating layer. There is.

本発明によれば、柔軟かつ圧力の大きさを多段的に検知できるセンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sensor that is flexible and can detect the magnitude of pressure in multiple stages.

本発明の第1の実施形態に係る発電素子を示す側面図。The side view which shows the power generation element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る接触センサを示す側面図。The side view which shows the contact sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る発電素子を示す側面図。The side view which shows the power generation element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る接触センサを示す側面図。The side view which shows the contact sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る接触センサを示す側面図。The side view which shows the contact sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る接触センサを示す側面図。The side view which shows the contact sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 同接触センサの評価構成図。Evaluation configuration diagram of the contact sensor. 同接触センサに弱い力で圧力を与えたときの変形を表す模式図。The schematic diagram which shows the deformation when pressure is applied to the contact sensor with a weak force. (実施例1の評価結果)同接触センサに弱い力で荷重を与えたときの発生電圧波形図。(Evaluation Result of Example 1) The generated voltage waveform diagram when a load is applied to the contact sensor with a weak force. 同接触センサに強い力で圧力を与えたときの変形を表す模式図。The schematic diagram which shows the deformation when pressure is applied to the contact sensor with a strong force. (実施例1の評価結果)同接触センサに強い力で圧力を与えたときの発生電圧波形図。(Evaluation Result of Example 1) The generated voltage waveform diagram when pressure is applied to the contact sensor with a strong force. 本発明の第5の実施形態に係る接触検知システムを示す側面図。The side view which shows the contact detection system which concerns on 5th Embodiment of this invention. 表面改質処理、及び不活性処理化処理を行った中間層(シリコーンゴム)のXPS測定結果を示す特性図。The characteristic figure which shows the XPS measurement result of the intermediate layer (silicone rubber) which performed the surface modification treatment and the inactivation treatment. 図13で測定した中間層のSi2p結合エネルギーの厚み方向の変化を示すグラフ。The graph which shows the change in the thickness direction of the Si2p binding energy of the intermediate layer measured in FIG. 未処理の中間層(シリコーンゴム)のXPS測定結果を示す特性図。The characteristic figure which shows the XPS measurement result of the untreated intermediate layer (silicone rubber). 図15で測定した中間層のSi2p結合エネルギーの厚み方向の変化を示すグラフ。The graph which shows the change in the thickness direction of the Si2p binding energy of the intermediate layer measured in FIG. 表面改質処理、及び不活性処理化処理を行った中間層を有する素子の特性を説明するための断面模式図。The cross-sectional schematic diagram for demonstrating the characteristic of the element which has the intermediate layer which performed the surface modification treatment and the inactivation treatment treatment. 第5の実施形態で説明した接触検知システムを採用した1つの形態を説明する図。The figure explaining one embodiment which adopted the contact detection system described in 5th Embodiment. 第5の実施形態で説明した接触検知システムを採用した別な形態を説明する図。The figure explaining another embodiment which adopted the contact detection system described in 5th Embodiment.

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。実施形態において、同一機能や同一構成を有するものには同一の符号を付し、重複説明は適宜省略する。図面は一部構成の理解を助けるために部分的に省略する場合もある。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment, those having the same function and the same configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate. Drawings may be partially omitted to aid in understanding some configurations.

(第1の実施形態)
図1、図2に基づいて第1の実施形態を説明する。
素子である発電素子4は、図1に示すように、第1の電極1と第2の電極2とにより一対の電極が形成され、第1の電極1と第2の電極2の間に挟まれるように中間層3が設けられている。便宜的に、第1の電極1を上部電極、第2の電極2を下部電極と称する場合がある。
中間層3はゴム又はゴム組成物からなり、積層方向(厚み方向)における一方側3a(本実施形態では上部電極側)が、該一方側3aと他方側3b(本実施形態では下部電極側)とで同じ変形付与力(外力とも称する)に対する変形の度合いが異なるように、且つ電荷を蓄積できるように表面改質処理及び/又は不活性化処理がなされている。この点については後で詳細に説明する。
(First Embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the power generation element 4, which is an element, has a pair of electrodes formed by the first electrode 1 and the second electrode 2, and is sandwiched between the first electrode 1 and the second electrode 2. The intermediate layer 3 is provided so as to be used. For convenience, the first electrode 1 may be referred to as an upper electrode, and the second electrode 2 may be referred to as a lower electrode.
The intermediate layer 3 is made of rubber or a rubber composition, and one side 3a (upper electrode side in this embodiment) in the stacking direction (thickness direction) is the one side 3a and the other side 3b (lower electrode side in this embodiment). The surface modification treatment and / or the inactivation treatment is performed so that the degree of deformation with respect to the same deformation applying force (also referred to as an external force) is different and the electric charge can be accumulated. This point will be described in detail later.

図2は、本実施形態に係る発電素子4を用いたセンサ10の構成を示す。センサ10は、絶縁層5を介して発電素子4を複数積層させて構成されている。本実施形態では、2つの発電素子4の間に絶縁層5を配置した構成とされている。図2中、絶縁層5よりも上方に配置された発電素子4を上層発電素子6と称し、絶縁層5よりも下方に配置された発電素子4を下層発電素子7と称する場合がある。
絶縁層5としては、材質、形状、大きさ、厚さ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
絶縁層5の材質としては、例えば、高分子材料、弾性体であるゴムなどが挙げられる。
前記高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。
前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレンなどが挙げられる。
FIG. 2 shows the configuration of the sensor 10 using the power generation element 4 according to the present embodiment. The sensor 10 is configured by stacking a plurality of power generation elements 4 via an insulating layer 5. In the present embodiment, the insulating layer 5 is arranged between the two power generation elements 4. In FIG. 2, the power generation element 4 arranged above the insulating layer 5 may be referred to as an upper layer power generation element 6, and the power generation element 4 arranged below the insulating layer 5 may be referred to as a lower layer power generation element 7.
The material, shape, size, thickness, and structure of the insulating layer 5 are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
Examples of the material of the insulating layer 5 include a polymer material and rubber which is an elastic body.
Examples of the polymer material include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyimide resin, fluororesin, and acrylic resin.
Examples of the rubber include silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, butyl rubber, natural rubber, ethylene / propylene rubber, nitrile rubber, fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and styrene / butadiene rubber. Examples thereof include acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, and polyisobutylene.

(第2の実施形態)
図3、図4に基づいて第2の実施形態を説明する。
素子である発電素子4Aは、図3に示すように、第1の実施形態で説明した発電素子をカバー8で覆っている。つまり、発電素子4Aは、第1の電極1と第2の電極2とにより一対の電極が形成され、第1の電極1と第2の電極2の間に挟まれるように中間層3が設けられているとともに、第1の電極1、第2の電極2及び中間層3を覆うカバー8を有している。
カバー8は、第1の電極1と第2の電極2と中間層3の保護を主たる目的としており、材質、形状、大きさ、厚さ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
図4は、本実施形態に係る発電素子4Aを用いたセンサ10Aの構成を示す。このセンサ10Aは、絶縁層5を介して発電素子4Aを複数積層させて構成されている。本実施形態では、2つの発電素子4Aの間に絶縁層5を配置した構成とされている。図4中、絶縁層5よりも上方に配置された発電素子4を上層発電素子6Aと称し、絶縁層5よりも下方に配置された発電素子4を下層発電素子7Aと称する場合がある。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
As shown in FIG. 3, the power generation element 4A, which is an element, covers the power generation element described in the first embodiment with a cover 8. That is, in the power generation element 4A, a pair of electrodes is formed by the first electrode 1 and the second electrode 2, and the intermediate layer 3 is provided so as to be sandwiched between the first electrode 1 and the second electrode 2. It also has a cover 8 that covers the first electrode 1, the second electrode 2, and the intermediate layer 3.
The main purpose of the cover 8 is to protect the first electrode 1, the second electrode 2, and the intermediate layer 3, and the material, shape, size, thickness, and structure are not particularly limited, depending on the purpose. It can be selected as appropriate.
FIG. 4 shows the configuration of the sensor 10A using the power generation element 4A according to the present embodiment. The sensor 10A is configured by laminating a plurality of power generation elements 4A via an insulating layer 5. In the present embodiment, the insulating layer 5 is arranged between the two power generation elements 4A. In FIG. 4, the power generation element 4 arranged above the insulating layer 5 may be referred to as an upper layer power generation element 6A, and the power generation element 4 arranged below the insulating layer 5 may be referred to as a lower layer power generation element 7A.

(第3の実施形態)
図5に基づいて第3の実施形態を説明する。
本実施形態に係るセンサ10Bは、発電素子4Aと発電素子4Aの間に支持体11を配置して空気層を形成して絶縁層5Aを形成している。つまり、本実施形態に係る絶縁層5Aは、複数の発電素子4Aの間に配置される支持体11と、支持体11によって生じる間隙9からなる空気層で形成されている。
(Third Embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIG.
In the sensor 10B according to the present embodiment, the support 11 is arranged between the power generation element 4A and the power generation element 4A to form an air layer to form an insulating layer 5A. That is, the insulating layer 5A according to the present embodiment is formed of an air layer composed of a support 11 arranged between the plurality of power generation elements 4A and a gap 9 generated by the support 11.

支持体11としては、その材質、形態、形状、大きさなどについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。支持体11の材質としては、例えば、高分子材料、ゴム、金属、導電性高分子材料、導電性ゴム組成物などが挙げられる。
前記高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。
The material, form, shape, size, and the like of the support 11 are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples of the material of the support 11 include a polymer material, rubber, metal, a conductive polymer material, and a conductive rubber composition.
Examples of the polymer material include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyimide resin, fluororesin, and acrylic resin. Examples of the rubber include silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, butyl rubber, natural rubber, ethylene / propylene rubber, nitrile rubber, fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and styrene / butadiene rubber. Examples thereof include acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, polyisobutylene, and modified silicone.

前記金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。前記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリンなどが挙げられる。前記導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーとゴムとを含有する組成物などが挙げられる。前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料(例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェンなど)、金属(例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなど、導電性高分子材料(例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど)、イオン液体などが挙げられる。 Examples of the metal include gold, silver, copper, aluminum, stainless steel, tantalum, nickel, phosphor bronze and the like. Examples of the conductive polymer material include polythiophene, polyacetylene, polyaniline and the like. Examples of the conductive rubber composition include a composition containing a conductive filler and rubber. Examples of the conductive filler include carbon materials (for example, Ketjen black, acetylene black, graphite, carbon fiber, carbon fiber, carbon nanofibers, carbon nanotubes, graphene, etc.), metals (for example, gold, silver, platinum, etc.). Conductive polymer materials such as copper, iron, aluminum, and nickel (for example, polythiophene, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, and derivatives of polyparaphenylene vinylene, or these derivatives are represented by anions or cations. Examples include those to which a dopant is added), an ionic liquid, and the like.

前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。
前記支持体11の形態としては、例えば、シート、フィルム、織布、不織布、メッシュ、スポンジなどが挙げられる。
前記支持体11の形状、大きさ、厚み、設置場所は、素子の構造に応じて適宜選択することができる。
Examples of the rubber include silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, butyl rubber, natural rubber, ethylene / propylene rubber, nitrile rubber, fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and styrene / butadiene rubber. Examples thereof include acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, polyisobutylene, and modified silicone.
Examples of the form of the support 11 include a sheet, a film, a woven fabric, a non-woven fabric, a mesh, and a sponge.
The shape, size, thickness, and installation location of the support 11 can be appropriately selected according to the structure of the element.

(第4の実施形態)
図6に基づいて第4の実施形態を説明する。
本実施形態に係るセンサ10Cは、発電素子4Aと発電素子4Aの間に絶縁層として発泡体12を配置し、積層して構成されている。
発泡体12としては、その材質、形態、形状、大きさなどについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記発泡体の材質としては、ウレタン、ポリエチレン、シリコーンなどが挙げられる。
(Fourth Embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.
The sensor 10C according to the present embodiment is configured by arranging the foam 12 as an insulating layer between the power generation element 4A and the power generation element 4A and laminating them.
The material, form, shape, size, and the like of the foam 12 are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples of the material of the foam include urethane, polyethylene, and silicone.

図7乃至図11に基づいて、第4の実施形態における接触時の信号の評価結果を説明する。 The evaluation result of the signal at the time of contact in the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 11.

以下、第4の実施形態における実施例を説明する。「部」は、特に明示しない限り「質量部」を表す。「%」は、特に明示しない限り「質量%」を表す。
[中間層]
中間層3は、表面改質処理を施したシリコーンゴムの作製
ベース材料としてのシリコーンゴム(TSE3033:モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)100部に、添加剤としてのチタン酸バリウム(和光純薬株式会社製、93−5640)40部を混合した。得られた混合物を、平均厚み150±20μm、縦40mm×横40mmを狙いとして、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に、ブレード塗装を実施し、中間層前駆体を得た。
−表面改質処理−
それを、約120℃で30分間焼成した後、表面改質処理として、以下の条件でプラズマ処理を行った。
[プラズマ処理条件]
装置:ヤマト科学製:PR−500
出力:100W
処理時間:4分間
反応雰囲気:アルゴン99.999%
反応圧力:10Pa
Hereinafter, examples of the fourth embodiment will be described. “Parts” represents “parts by mass” unless otherwise specified. “%” Represents “mass%” unless otherwise specified.
[Middle layer]
The intermediate layer 3 is made of silicone rubber that has undergone surface modification treatment. 100 parts of silicone rubber (TSE3033: manufactured by Momentive Performance Materials Japan, Ltd.) as a base material and barium titanate (Japanese) as an additive are added. Kojunyaku Co., Ltd., 93-5640) 40 parts were mixed. The obtained mixture was blade-coated on a PET (polyethylene terephthalate) film with an average thickness of 150 ± 20 μm and a length of 40 mm and a width of 40 mm to obtain an intermediate layer precursor.
-Surface modification treatment-
After firing it at about 120 ° C. for 30 minutes, plasma treatment was performed under the following conditions as a surface modification treatment.
[Plasma processing conditions]
Equipment: Made by Yamato Scientific: PR-500
Output: 100W
Treatment time: 4 minutes Reaction atmosphere: Argon 99.999%
Reaction pressure: 10 Pa

[電極]
電極1、2には平均厚み30μmの不織布導電シート(セーレン製、サイズ30mm×30mm)を用いた。
[カバー]
カバー8としては、厚さ75μmのPETラミネートフィルム(フェローズ製、サイズ50mm×50mm)を用いた。
前記中間層3を前記電極1、2の2枚で挟み、さらに前記PETラミネートフィルムで挟み、80℃でラミネートを施し、発電素子4Aを得た。
[絶縁層]
絶縁層12には、発泡体であるウレタンフォーム(富士ゴム産業製、厚さ2cm)を用いた。
[electrode]
A non-woven conductive sheet (manufactured by Seiren, size 30 mm × 30 mm) having an average thickness of 30 μm was used for the electrodes 1 and 2.
[cover]
As the cover 8, a PET laminate film having a thickness of 75 μm (made of Fellows, size 50 mm × 50 mm) was used.
The intermediate layer 3 was sandwiched between the two electrodes 1 and 2, further sandwiched between the PET laminate films, and laminated at 80 ° C. to obtain a power generation element 4A.
[Insulation layer]
Urethane foam (manufactured by Fuji Rubber Sangyo Co., Ltd., thickness 2 cm), which is a foam, was used for the insulating layer 12.

[評価]
図7に評価構成を示す。上層発電素子6Aと下層発電素子7Aのそれぞれの電極間に1MΩの負荷抵抗21、22を接続し、抵抗間の電圧をオシロスコープ20で記録する。
撫でるような弱い力(5.7kPa)で圧力Fを上層発電素子6A側から与えたときのセンサ10Cの模式図を図8に、そのときの発生信号を図9に示す。図9において、縦軸は上層発電素子6Aと下層発電素子7Aからの出力(電圧V)を示し、横軸は時間(s)を示す。
図8に示すように、弱い力を加えた場合は、上層発電素子6Aのみが変形する。そのため図9に示すように上層発電素子6Aのみ信号を発生し、下層発電素子7Aからは信号が発生しない。
[Evaluation]
FIG. 7 shows the evaluation configuration. Load resistors 21 and 22 of 1 MΩ are connected between the electrodes of the upper layer power generation element 6A and the lower layer power generation element 7A, and the voltage between the resistors is recorded by the oscilloscope 20.
FIG. 8 shows a schematic diagram of the sensor 10C when the pressure F is applied from the upper layer power generation element 6A side with a weak force (5.7 kPa) such as stroking, and FIG. 9 shows the generated signal at that time. In FIG. 9, the vertical axis represents the output (voltage V) from the upper layer power generation element 6A and the lower layer power generation element 7A, and the horizontal axis represents the time (s).
As shown in FIG. 8, when a weak force is applied, only the upper layer power generation element 6A is deformed. Therefore, as shown in FIG. 9, a signal is generated only from the upper layer power generation element 6A, and no signal is generated from the lower layer power generation element 7A.

一方、強い力(57kPa)で圧力Fを上層発電素子6A側から与えたときのセンサ10Cの模式図を図10に、そのときの発生信号を図11に示す。図10において、縦軸は上層発電素子6Aと下層発電素子7Aからの出力(電圧V)を示し、横軸は時間(s)を示す。
図10に示すように、強い力で圧力Fを与えた場合は上層発電素子6Aも下層発電素子7Aも変形する。そのため、図11に示すように信号は両方の発電素子から発生する。
On the other hand, FIG. 10 shows a schematic diagram of the sensor 10C when the pressure F is applied from the upper layer power generation element 6A side with a strong force (57 kPa), and FIG. 11 shows the generated signal at that time. In FIG. 10, the vertical axis represents the output (voltage V) from the upper layer power generation element 6A and the lower layer power generation element 7A, and the horizontal axis represents the time (s).
As shown in FIG. 10, when the pressure F is applied with a strong force, both the upper layer power generation element 6A and the lower layer power generation element 7A are deformed. Therefore, as shown in FIG. 11, signals are generated from both power generation elements.

このような評価結果から、一対の電極である第1の電極1と第2の電極2と、第1の電極1と第2の電極2の間に配置され、ゴム又はゴム組成物から形成される中間層3とを有して変形することで発電する発電素子4、4Aを、絶縁層5、5A、(発泡体12)を介して複数積層してセンサ10、10A、10B、10Cとして構成すると、単層の場合に比べて圧力Fに応じた発電素子4、4Aの変形が大きくなるので、圧力Fの大きさを1つのセンサで多段的に検知することができる。
また、発電素子4、4Aは可撓性を有し、絶縁体も弾性を有しているので、発電素子4、4Aを積層しても、センサに加わる圧力F(荷重)に対応して下層発電素子7、7Aも十分に変形させることができる。このため、圧力Fの大きさをより安定して多段的に検知することができる。さらに、中間層3はゴム又はゴム組成物で構成されているので体積変形率が大きく、発電素子4、4Aからの出力が金属材を用いる場合よりも大きくなり、より確実な検知を行える。
From such an evaluation result, it is arranged between the first electrode 1 and the second electrode 2 which are a pair of electrodes, and the first electrode 1 and the second electrode 2, and is formed of rubber or a rubber composition. A plurality of power generation elements 4, 4A that have an intermediate layer 3 and generate power by deforming are laminated via insulating layers 5, 5A, (foam 12) to form sensors 10, 10A, 10B, and 10C. Then, since the deformation of the power generation elements 4 and 4A according to the pressure F becomes larger than in the case of the single layer, the magnitude of the pressure F can be detected in multiple stages by one sensor.
Further, since the power generation elements 4 and 4A have flexibility and the insulator also has elasticity, even if the power generation elements 4 and 4A are laminated, the lower layer corresponds to the pressure F (load) applied to the sensor. The power generation elements 7 and 7A can also be sufficiently deformed. Therefore, the magnitude of the pressure F can be detected more stably and in multiple stages. Further, since the intermediate layer 3 is made of rubber or a rubber composition, the volume deformation rate is large, and the output from the power generation elements 4 and 4A is larger than when a metal material is used, so that more reliable detection can be performed.

図7乃至図11において、センサ10Cの発電素子4Aは2層構成で示しているが、層の数はそれ以上でも構わない。層の数を増やせば、その分だけ力の強さを判別する階調性を上げることが可能となる。 In FIGS. 7 to 11, the power generation element 4A of the sensor 10C is shown in a two-layer configuration, but the number of layers may be more than that. By increasing the number of layers, it is possible to increase the tonality for discriminating the strength of the force accordingly.

(第5の実施形態)
図12を用いて第5の実施形態に係るセンサシステム100について説明する。
図12に示すように、本実施形態に係るセンサシステム100は、絶縁体であり絶縁層を構成する発泡体(弾性体)としてスポンジ12Aを用い、スポンジ12Aを介して積層された2つの発電素子4A、4Aを備えたセンサ10Dと、センサ10Dに外力である圧力Fが加わった際、センサ10D(発電素子4A、4A)から出力される出力信号を処理する処理部(以下「信号処理部と称す)30を備えている。図中、スポンジ12Aよりも下方に位置する発電素子4Aは上層発電素子6Aであり、スポンジ12Aよりも下方に位置する発電素子4Aは下層発電素子7Aとなる。
信号処理部30には、発電素子4A、4A(センサ10D)が信号線を介して接続されている。信号処理部30としては、発電素子4A、4Aそれぞれの出力信号を取り入れる入力端子を持ち、発電素子4A、4Aそれぞれの出力信号を処理できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
センサ10Dは、多段的に圧力Fに応じた信号(電圧)を出力するので、ロボットなどの表面に設置して、表面に接触したものの判定に用いてもよい。あるいは、車両にセンサ10Dを装着し、車両に物体が接触あるいは衝突した際の検知に用いるようにしてもよい。
(Fifth Embodiment)
The sensor system 100 according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 12, the sensor system 100 according to the present embodiment uses a sponge 12A as an insulator and a foam (elastic body) constituting the insulating layer , and two power generation elements laminated via the sponge 12A. A processing unit (hereinafter referred to as "signal processing unit" ) that processes an output signal output from the sensor 10D (power generation element 4A, 4A) when a pressure F, which is an external force, is applied to the sensor 10D provided with 4A and 4A. It is equipped with 30. In the figure, the power generation element 4A located below the sponge 12A is the upper layer power generation element 6A, and the power generation element 4A located below the sponge 12A is the lower layer power generation element 7A.
Power generation elements 4A and 4A (sensor 10D) are connected to the signal processing unit 30 via a signal line. The signal processing unit 30 is not particularly limited as long as it has input terminals for taking in the output signals of the power generation elements 4A and 4A and can process the output signals of the power generation elements 4A and 4A, and is appropriately selected according to the purpose. can do.
Since the sensor 10D outputs a signal (voltage) corresponding to the pressure F in multiple stages, it may be installed on the surface of a robot or the like and used for determining what is in contact with the surface. Alternatively, the sensor 10D may be attached to the vehicle and used for detecting when an object comes into contact with or collides with the vehicle.

図18は、上記のセンサシステムをロボットアーム装置200に適用した形態を示す。
図18において、ロボットアーム装置200は、多関節型のロボットアーム201と、ロボットアーム201の動作を制御するアーム制御部210を備えている。ロボットアーム201は、所定の位置でワークを把持して、別な位置で解放することでワークの搬送処理を行なうものである。ロボットアーム201の動作は、アーム制御部210によって、アーム駆動源の動作が制御されることで行なわれる。
ロボットアーム装置200が設置される場所において、ロボットアーム201の稼働領域内には人の侵入が禁止されているが、メンテナンス時には、その可動範囲内に入って作業する場合や、誤って人が侵入してしまう場合がある。また、ロボットアーム装置200が複数台、隣接設置されている場合、ロボットアーム同士の接触(干渉)も考慮しなくてはならない。
FIG. 18 shows a form in which the above sensor system is applied to the robot arm device 200.
In FIG. 18, the robot arm device 200 includes an articulated robot arm 201 and an arm control unit 210 that controls the operation of the robot arm 201. The robot arm 201 performs the work transfer process by grasping the work at a predetermined position and releasing it at another position. The operation of the robot arm 201 is performed by controlling the operation of the arm drive source by the arm control unit 210.
In the place where the robot arm device 200 is installed, the intrusion of a person into the operating area of the robot arm 201 is prohibited. However, at the time of maintenance, when working within the movable range or by mistake, a person intrudes. It may end up. Further, when a plurality of robot arm devices 200 are installed adjacent to each other, contact (interference) between the robot arms must be taken into consideration.

そこで、このロボットアーム装置200は、上記センサ10Dをロボットアーム201の周辺に設置している。具体的には、ロボットアーム201の関節部202、203、204によって接続されているアームロッド205、206、207の表面にセンサ10Dをそれぞれ装着している。本実施形態において、センサ10Dは可撓性を備えているので、アームロッド205〜207の表面に巻き付けるように装着している。各センサ10Dは、整流回路32を介して信号処理部30に接続されている。
信号処理部30には、信号処理部30で信号処理された各センサ10Dの出力に基づきロボットアーム201に接触した物体の種類を判定する判定部31が信号線を介して接続されている。判定部31は、CPU、ROM、RAMなどを備えたコンピュータで構成されている。判定部31の判定結果は、アーム制御部210に送信され、ロボットアーム201の動作制御にフィートバックされる。
判定部31には、ロボットアーム201に接触した物体や状態を判定するための判定値が設定されている。判定部31は、この判定値と信号処理部30から送られる出力信号とを比較することで、ロボットアーム201に接触した物体や近接している存在を判別する。図18の構成の場合、接触対象となるのは、人(人体)、人以外の物体とする。なお、ここでいう接触とは、センサ10Dに直に触れるだけでなく、センサ10Dの外側に保護層を備えている場合、当該保護層を介してセンサ10Dに接触する間接接触も含まれる。
Therefore, in this robot arm device 200, the sensor 10D is installed around the robot arm 201. Specifically, the sensor 10D is mounted on the surfaces of the arm rods 205, 206, and 207 connected by the joints 202, 203, and 204 of the robot arm 201, respectively. In the present embodiment, since the sensor 10D has flexibility, it is mounted so as to be wound around the surface of the arm rods 205 to 207. Each sensor 10D is connected to the signal processing unit 30 via a rectifier circuit 32.
A determination unit 31 that determines the type of an object that has come into contact with the robot arm 201 based on the output of each sensor 10D that has been signal-processed by the signal processing unit 30 is connected to the signal processing unit 30 via a signal line. The determination unit 31 is composed of a computer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The determination result of the determination unit 31 is transmitted to the arm control unit 210, and is footed back to the operation control of the robot arm 201.
A determination value for determining an object or a state in contact with the robot arm 201 is set in the determination unit 31. The determination unit 31 determines an object in contact with the robot arm 201 or an entity in close proximity to the robot arm 201 by comparing this determination value with the output signal sent from the signal processing unit 30. In the case of the configuration of FIG. 18, the contact target is a person (human body) or an object other than a person. The contact referred to here includes not only direct contact with the sensor 10D but also indirect contact with the sensor 10D via the protective layer when the protective layer is provided on the outside of the sensor 10D.

すなわち、センサ10Dは、中間層が柔らかいゴムやスポンジ12A等の弾性体で形成されているため、人の脈動を含む人体の微細動を検出することが可能である。また下層発電素子7Aは、上層発電素子6Aを介して変形することにより、微細動よりも大きな圧力変化などを選択的に検知することが可能になる。このため、検知対象物に合わせた判定値を設定し、検出された微細動の値と判定値とを比較することで、人やモノの動静を判定することができる。つまり、判定部31は人体の脈動を含めた微細動の情報を取得し、当該取得した微細動の情報に基づき人の存在を判定する。
例えば、「ロボットアーム同士の軽い接触はロボットアーム装置200を停止させずに回避動作をとる」、「ロボットアーム同士の強い接触は即時停止」、「人との接触(人の存在検知)は全て即時停止」などロボットアーム201を停止させるための接触状態(存在状態)の閾値を段階的に判断することができ、結果としてロボットアーム装置200の運用上の安全を確保した上で、生産性を向上させることに寄与することができる。
That is, since the intermediate layer of the sensor 10D is formed of an elastic body such as soft rubber or sponge 12A, it is possible to detect minute movements of the human body including pulsations of the human body. Further, the lower layer power generation element 7A is deformed via the upper layer power generation element 6A, so that it is possible to selectively detect a pressure change or the like larger than the fine motion. Therefore, it is possible to determine the movement of a person or an object by setting a determination value according to the object to be detected and comparing the detected fine motion value with the determination value. That is, the determination unit 31 acquires information on the fine movement including the pulsation of the human body, and determines the existence of a person based on the acquired information on the fine movement.
For example, "light contact between robot arms takes evasive action without stopping the robot arm device 200", "strong contact between robot arms immediately stops", and "contact with a person (detection of the presence of a person) are all The threshold value of the contact state (existence state) for stopping the robot arm 201 such as "immediate stop" can be determined step by step, and as a result, the operational safety of the robot arm device 200 is ensured and the productivity is increased. It can contribute to improvement.

また、図19に示すように、椅子300の着座部301に座ったときに人の臀部が近傍に位置するようにセンサ10Dを設置してもよい。この場合でも、センサ10Dは、図18で説明したように、整流回路32を介して信号処理部30に接続されていて、センサ10Dからの出力信号を信号処理部30で取り込む。信号処理部30には、判定部31が信号線を介して接続されていて、各センサ10Dからの出力に応じて接触対象物を判定する。つまり、判定部31は人体の脈動を含めた微細動の情報を取得し、当該取得した微細動の情報に基づき人の存在を判定する。
図19の構成のように、センサシステムを椅子300に適用する場合、判定部31は、予め設定されている判定値と信号処理部30から送られる出力信号とを比較することで、着座部301上でセンサ10Dに接触あるいは近接している物体を判別する。この接触、対象となるのは、人(人体)、人以外の物体である。検知する状態は、「人の存在(接触状態)」、「人とモノの判別」の2つの状態である。
すなわち、センサ10Dは、中間層が柔らかいゴムやスポンジ12A等の弾性体で形成されているため、人の脈動を含む人体の微細動を検出することが可能である。また下層発電素子7Aは、上層発電素子6Aを介して変形することにより、微細動よりも大きな圧力変化などを選択的に検知することが可能になる。このため、検知対象物に合わせた判定値を設定し、検出された微細動の値と判定値とを比較することで、人やモノの動静を判定して、座ったときの重心変化や荷重変化を検知できる。つまり、判定部31は、センサ10Dから出力される出力信号に基づき、人の存在と、加圧変化による人の動静であるかを分離して判定する。ここでいう接触とは、センサ10Dに直に臀部が触れるだけでなく、着座部301の表皮材やクッション材を介してセンサ10Dに接触する間接接触も含まれる。
図18、図19では、信号処理部30と判定部31と整流回路32を個別な構成として説明したが、信号処理部に判定部や整流回路32を組み込んで構成してもよい。また、整流回路32はセンサ自体に設けてもよい。
Further, as shown in FIG. 19, the sensor 10D may be installed so that the buttocks of a person are located in the vicinity when sitting on the seating portion 301 of the chair 300. Even in this case, the sensor 10D is connected to the signal processing unit 30 via the rectifier circuit 32 as described with reference to FIG. 18, and the signal processing unit 30 captures the output signal from the sensor 10D. A determination unit 31 is connected to the signal processing unit 30 via a signal line, and determines a contact object according to the output from each sensor 10D. That is, the determination unit 31 acquires information on the fine movement including the pulsation of the human body, and determines the existence of a person based on the acquired information on the fine movement.
When the sensor system is applied to the chair 300 as in the configuration of FIG. 19, the determination unit 31 compares the preset determination value with the output signal sent from the signal processing unit 30, so that the seating unit 301 The object that is in contact with or in close proximity to the sensor 10D is identified above. The target of this contact is a person (human body) or an object other than a person. There are two states to be detected: "existence of a person (contact state)" and "discrimination between a person and an object".
That is, since the intermediate layer of the sensor 10D is formed of an elastic body such as soft rubber or sponge 12A, it is possible to detect minute movements of the human body including pulsations of the human body. Further, the lower layer power generation element 7A is deformed via the upper layer power generation element 6A, so that it is possible to selectively detect a pressure change or the like larger than the fine motion. Therefore, by setting a judgment value according to the object to be detected and comparing the detected minute movement value with the judgment value, the movement of a person or an object is judged, and the change in the center of gravity and the load when sitting are performed. Changes can be detected. That is, the determination unit 31 separately determines whether the presence of a person and the movement of the person due to the change in pressure are based on the output signal output from the sensor 10D. The contact referred to here includes not only the buttocks directly touching the sensor 10D, but also the indirect contact that comes into contact with the sensor 10D via the skin material and the cushion material of the seating portion 301.
Although the signal processing unit 30, the determination unit 31, and the rectifier circuit 32 have been described as separate configurations in FIGS. 18 and 19, the determination unit and the rectifier circuit 32 may be incorporated in the signal processing unit. Further, the rectifier circuit 32 may be provided on the sensor itself.

上記各実施形態において、中間層3には、表面改質処理及び不活性化処理を施したシリコーンゴムを用いている。表面改質処理を施すことにより中間層3の第1の電極側(上部電極側)3aと第2の電極側(下部電極側)3bとは同じ変形付与力に対する変形の度合いが異なる構成、すなわち硬度が異なる構成となり、この特性により発電効率が向上する。 In each of the above embodiments, a silicone rubber that has undergone a surface modification treatment and an inactivation treatment is used for the intermediate layer 3. By performing the surface modification treatment, the first electrode side of the intermediate layer 3 (the upper electrode side) 3a to the configuration degree of deformation for the same deformation applied force is different from the second electrode side (the lower electrode side) 3b, That is, the configurations have different hardness, and this characteristic improves the power generation efficiency.

以下に、前記特性を発現させるための電極と中間層の材質等の詳細を説明する。
[第1の電極、及び第2の電極]
第1の電極、及び第2の電極の材質、形状、大きさ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第1の電極、及び第2の電極において、その材質、形状、大きさ、構造は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
第1の電極、及び第2の電極の材質としては、例えば、金属、炭素系導電材料、導電性ゴム組成物、導電性高分子、酸化物などが挙げられる。
金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。炭素系導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、炭素繊維、黒鉛などが挙げられる。導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーと、ゴムとを含有する組成物などが挙げられる。導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリピロール、ポリアニリンなどが挙げられる。酸化物としては、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、酸化亜鉛などが挙げられる。
前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料(例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー(CF)、カーボンナノファイバー(CNF)、カーボンナノチューブ(CNT)、グラフェンなど)、金属フィラー(金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケルなど)、導電性高分子材料(ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど)、イオン液体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
第1の電極の形状、及び第2の電極の形状としては、例えば、薄膜などが挙げられる。第1の電極の構造、及び第2の電極の構造としては、例えば、織物、不織布、編物、メッシュ、スポンジ、繊維状の炭素材料が重なって形成された不織布であってもよい。
前記電極の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、導電性及び可撓性の点から、0.01μm〜1mmが好ましく、0.1μm〜500μmがより好ましい。前記平均厚みが、0.01μm以上であると、機械的強度が適正であり、導電性が向上する。また、前記平均厚みが、1mm以下であると、素子が変形可能であり、発電性能が良好である。
Details of the materials of the electrodes and the intermediate layer for exhibiting the above characteristics will be described below.
[First electrode and second electrode]
The material, shape, size, and structure of the first electrode and the second electrode are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
The material, shape, size, and structure of the first electrode and the second electrode may be the same or different, but are preferably the same.
Examples of the material of the first electrode and the second electrode include metals, carbon-based conductive materials, conductive rubber compositions, conductive polymers, and oxides.
Examples of the metal include gold, silver, copper, aluminum, stainless steel, tantalum, nickel, phosphor bronze and the like. Examples of the carbon-based conductive material include carbon nanotubes, carbon fibers, and graphite. Examples of the conductive rubber composition include a composition containing a conductive filler and rubber. Examples of the conductive polymer include polyethylene dioxythiophene (PEDOT), polypyrrole, polyaniline and the like. Examples of the oxide include indium tin oxide (ITO), indium oxide / zinc oxide (IZO), zinc oxide and the like.
Examples of the conductive filler include carbon materials (for example, Ketjen black, acetylene black, graphite, carbon fiber, carbon fiber (CF), carbon nanofiber (CNF), carbon nanotube (CNT), graphene, etc.) and metal. For fillers (gold, silver, platinum, copper, aluminum, nickel, etc.), conductive polymer materials (polythiophene, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, and derivatives of polyparaphenylene vinylene, or derivatives thereof. Anions or those to which a dopant typified by a cation is added), ionic liquids, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the rubber include silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, butyl rubber, natural rubber, ethylene / propylene rubber, nitrile rubber, fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and styrene / butadiene rubber. Examples thereof include acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, polyisobutylene, and modified silicone. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the shape of the first electrode and the shape of the second electrode include a thin film and the like. The structure of the first electrode and the structure of the second electrode may be, for example, a non-woven fabric formed by overlapping a woven fabric, a non-woven fabric, a knitted fabric, a mesh, a sponge, and a fibrous carbon material.
The average thickness of the electrodes is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 0.01 μm to 1 mm, more preferably 0.1 μm to 500 μm from the viewpoint of conductivity and flexibility. .. When the average thickness is 0.01 μm or more, the mechanical strength is appropriate and the conductivity is improved. Further, when the average thickness is 1 mm or less, the element can be deformed and the power generation performance is good.

[中間層]
中間層は、可撓性を有する。
中間層においては、以下の条件(1)及び条件(2)の少なくともいずれかを満たす。
条件(1):中間層の面に対して直交する方向から中間層が加圧された際に、中間層における第1の電極側(一方側)の変形量と、中間層における第2の電極側(他方側)の変形量とが、異なる。
条件(2):中間層の第1の電極側における10μm押し込み時のユニバーサル硬度(H1)と、中間層の第2の電極側における10μm押し込み時のユニバーサル硬度(H2)とが、異なる。
中間層においては、以上のように、両面での変形量、又は硬度が異なることにより、大きな発電量を得ることができる。
本発明において、変形量とは、以下の条件で中間層を押し付けた際の、圧子の最大押し込み深さである。
[Middle layer]
The intermediate layer is flexible.
In the intermediate layer, at least one of the following conditions (1) and (2) is satisfied.
Condition (1): When the intermediate layer is pressurized from a direction orthogonal to the surface of the intermediate layer, the amount of deformation of the first electrode side (one side) in the intermediate layer and the second electrode in the intermediate layer. The amount of deformation on the side (the other side) is different.
Condition (2): The universal hardness (H1) at the time of pushing 10 μm on the first electrode side of the intermediate layer and the universal hardness (H2) at the time of pushing 10 μm on the second electrode side of the intermediate layer are different.
In the intermediate layer, as described above, a large amount of power generation can be obtained by different amounts of deformation or hardness on both sides.
In the present invention, the deformation amount is the maximum pressing depth of the indenter when the intermediate layer is pressed under the following conditions.

{測定条件}
測定機:フィッシャー社製、超微小硬度計WIN−HUD
圧子:対面角度136°の四角錐ダイヤモンド圧子
初期荷重:0.02mN
最大荷重:1mN
初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間:10秒間
{Measurement condition}
Measuring machine: Fisher's ultra-fine hardness tester WIN-HUD
Indenter: Square pyramid diamond indenter with a facing angle of 136 ° Initial load: 0.02 mN
Maximum load: 1mN
Load increase time from initial load to maximum load: 10 seconds

ユニバーサル硬度は、以下の方法により求められる。
{測定条件}
測定機:フィッシャー社製、超微小硬度計WIN−HUD
圧子:対面角度136°の四角錐ダイヤモンド圧子
押し込み深さ:10μm
初期荷重:0.02mN
最大荷重:100mN
初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間:50秒間
The universal hardness is obtained by the following method.
{Measurement condition}
Measuring machine: Fisher's ultra-fine hardness tester WIN-HUD
Indenter: Square pyramid diamond indenter with a facing angle of 136 ° Pushing depth: 10 μm
Initial load: 0.02mN
Maximum load: 100mN
Load increase time from initial load to maximum load: 50 seconds

ユニバーサル硬度(H1)と、ユニバーサル硬度(H2)との比(H1/H2)としては、1.01以上が好ましく、1.07以上がより好ましく、1.13以上が特に好ましい。比(H1/H2)の上限値としては、特に制限はなく、例えば、使用状態において要求される可撓性の程度、使用状態における負荷等により適宜選択されるが、1.70以下が好ましい。ここで、H1は、相対的に硬い面のユニバーサル硬度であり、H2は、相対的に柔らかい面のユニバーサル硬度である。
中間層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ゴム、ゴム組成物などが挙げられる。ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、シリコーンゴムが好ましい。
前記シリコーンゴムとしては、シロキサン結合を有するゴムであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記シリコーンゴムとしては、例えば、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、変性シリコーンゴム(例えば、アクリル変性、アルキッド変性、エステル変性、エポキシ変性)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ゴム組成物としては、例えば、フィラーと前記ゴムとを含有する組成物などが挙げられる。これらの中でも、前記シリコーンゴムを含有するシリコーンゴム組成物は発電性能が高いため好ましい。
The ratio (H1 / H2) of the universal hardness (H1) to the universal hardness (H2) is preferably 1.01 or more, more preferably 1.07 or more, and particularly preferably 1.13 or more. The upper limit of the ratio (H1 / H2) is not particularly limited and is appropriately selected depending on, for example, the degree of flexibility required in the used state, the load in the used state, and the like, but 1.70 or less is preferable. Here, H1 is the universal hardness of the relatively hard surface, and H2 is the universal hardness of the relatively soft surface.
The material of the intermediate layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include rubber and rubber compositions. Examples of rubber include silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, butyl rubber, natural rubber, ethylene / propylene rubber, nitrile rubber, fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene / butadiene rubber, and acrylonitrile. -Butadiene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, polyisobutylene, modified silicone, etc. can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, silicone rubber is preferable.
The silicone rubber is not particularly limited as long as it has a siloxane bond, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples of the silicone rubber include dimethyl silicone rubber, methylphenyl silicone rubber, fluorosilicone rubber, and modified silicone rubber (for example, acrylic-modified, alkyd-modified, ester-modified, and epoxy-modified). These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the rubber composition include a composition containing a filler and the rubber. Among these, the silicone rubber composition containing the silicone rubber is preferable because it has high power generation performance.

前記フィラーとしては、例えば、有機フィラー、無機フィラー、有機無機複合フィラーなどが挙げられる。前記有機フィラーとしては、有機化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記有機フィラーとしては、例えば、アクリル微粒子、ポリスチレン微粒子、メラミン微粒子、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂微粒子、シリコーンパウダー(シリコーンレジンパウダー、シリコーンゴムパウダー、シリコーン複合パウダー)、ゴム粉末、木粉、パルプ、デンプンなどが挙げられる。前記無機フィラーとしては、無機化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。 Examples of the filler include an organic filler, an inorganic filler, and an organic-inorganic composite filler. The organic filler is not particularly limited as long as it is an organic compound, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples of the organic filler include acrylic fine particles, polystyrene fine particles, melamine fine particles, fluororesin fine particles such as polytetrafluoroethylene, silicone powder (silicone resin powder, silicone rubber powder, silicone composite powder), rubber powder, wood powder, and pulp. , Staples and the like. The inorganic filler is not particularly limited as long as it is an inorganic compound, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.

前記無機フィラーとしては、例えば、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩、窒化物、炭素類、金属、又はその他の化合物などが挙げられる。
前記酸化物としては、例えば、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記水酸化物としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記炭酸塩としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、ハイドロタルサイトなどが挙げられる。
前記硫酸塩としては、例えば、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
前記ケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸カルシウム(ウォラストナイト、ゾノトライト)、ケイ酸ジルコン、カオリン、タルク、マイカ、ゼオライト、パーライト、ベントナイト、モンモロナイト、セリサイト、活性白土、ガラス、中空ガラスビーズなどが挙げられる。
前記窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素などが挙げられる。
前記炭素類としては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレン(誘導体を含む)、グラフェンなどが挙げられる。
前記金属としては、例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなどが挙げられる。
前記その他の化合物としては、例えば、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、炭化ケイ素、硫化モリブテン、などが挙げられる。なお、前記無機フィラーは、表面処理をしていてもよい。
Examples of the inorganic filler include oxides, hydroxides, carbonates, sulfates, silicates, nitrides, carbons, metals, and other compounds.
Examples of the oxide include silica, diatomaceous earth, alumina, zinc oxide, titanium oxide, iron oxide, magnesium oxide and the like.
Examples of the hydroxide include aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide and the like.
Examples of the carbonate include calcium carbonate, magnesium carbonate, barium carbonate, hydrotalcite and the like.
Examples of the sulfate include aluminum sulfate, calcium sulfate, barium sulfate and the like.
Examples of the silicate include calcium silicate (wollastonite, zonotrite), zircon silicate, kaolin, talc, mica, zeolite, perlite, bentonite, montmoroneite, sericite, activated clay, glass, and hollow glass. Examples include beads.
Examples of the nitride include aluminum nitride, silicon nitride, and boron nitride.
Examples of the carbons include ketjen black, acetylene black, graphite, carbon fiber, carbon fiber, carbon nanofiber, carbon nanotube, fullerene (including derivative), graphene and the like.
Examples of the metal include gold, silver, platinum, copper, iron, aluminum, nickel and the like.
Examples of the other compounds include potassium titanate, barium titanate, strontium titanate, lead zirconate titanate, silicon carbide, molybdenum sulfide, and the like. The inorganic filler may be surface-treated.

前記有機無機複合フィラーとしては、有機化合物と無機化合物とを分子レベルで組み合わせた化合物であれば特に制限されずに用いることができる。
前記有機無機複合フィラーとしては、例えば、シリカ・アクリル複合微粒子、シルセスキオキサンなどが挙げられる。
前記フィラーの平均粒径は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.01μm〜30μmが好ましく、0.1μm〜10μmがより好ましい。前記平均粒径が、0.01μm以上であると、発電性能が向上することがある。また、前記平均粒径が、30μm以下であると、中間層が変形可能であり、発電性能の増加を図ることができる。
The organic-inorganic composite filler can be used without particular limitation as long as it is a compound in which an organic compound and an inorganic compound are combined at the molecular level.
Examples of the organic-inorganic composite filler include silica-acrylic composite fine particles and silsesquioxane.
The average particle size of the filler is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 0.01 μm to 30 μm, more preferably 0.1 μm to 10 μm. When the average particle size is 0.01 μm or more, the power generation performance may be improved. Further, when the average particle size is 30 μm or less, the intermediate layer can be deformed, and the power generation performance can be increased.

前記平均粒径は、公知の粒度分布測定装置、例えば、マイクロトラックHRA(日機装株式会社製)などを用いて、公知の方法に従って測定することができる。
前記フィラーの含有量は、ゴム100質量部に対して、0.1質量部〜100質量部が好ましく、1質量部〜50質量部がより好ましい。前記含有量が、0.1質量部以上であると、発電性能が向上することがある。また、前記含有量が、100質量部以下であると、中間層が変形可能であり、発電性能の増加を図ることができる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば添加剤などが挙げられる。前記その他の成分の含有量は、本発明の目的を損なわない程度で適宜選定することができる。
The average particle size can be measured according to a known method using a known particle size distribution measuring device, for example, Microtrac HRA (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
The content of the filler is preferably 0.1 part by mass to 100 parts by mass, and more preferably 1 part by mass to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of rubber. When the content is 0.1 parts by mass or more, the power generation performance may be improved. Further, when the content is 100 parts by mass or less, the intermediate layer can be deformed, and the power generation performance can be increased.
The other components are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, and examples thereof include additives. The content of the other components can be appropriately selected without impairing the object of the present invention.

前記添加剤としては、例えば、架橋剤、反応制御剤、充填剤、補強材、老化防止剤、導電性制御剤、着色剤、可塑剤、加工助剤、難燃剤、紫外線吸収剤、粘着付与剤、チクソ性付与剤などが挙げられる。
前記中間層を構成する材料の調製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、前記ゴム組成物の調製方法としては、前記ゴム及び前記フィラー、更に必要に応じて前記その他の成分を混合し、混錬分散することにより調製することができる。
前記中間層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、前記ゴム組成物の薄膜の形成方法としては、前記ゴム組成物を、基材上にブレード塗装、ダイ塗装、ディップ塗装などで塗布し、その後、熱や電子線などで硬化する方法が挙げられる。
中間層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、変形追従性の点から、1μm〜10mmが好ましく、20μm〜1mmがより好ましい。また、平均厚みが、好ましい範囲内であると、成膜性が確保でき、かつ変形を阻害することもないため、良好な発電を行うことができる。
中間層は、絶縁性であることが好ましい。絶縁性としては、10Ωcm以上の体積抵抗率を持つことが好ましく、1010Ωcm以上の体積抵抗率を持つことがより好ましい。中間層は、複層構造であってもよい。
Examples of the additive include a cross-linking agent, a reaction control agent, a filler, a reinforcing material, an anti-aging agent, a conductivity control agent, a colorant, a plasticizer, a processing aid, a flame retardant, an ultraviolet absorber, and a tackifier. , Tixogenic agent and the like.
The method for preparing the material constituting the intermediate layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, as a method for preparing the rubber composition, the rubber, the filler, and if necessary, the other components can be mixed and kneaded and dispersed.
The method for forming the intermediate layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, as a method for forming a thin film of the rubber composition, a method of applying the rubber composition on a base material by blade coating, die coating, dip coating or the like, and then curing by heat or an electron beam or the like can be mentioned. Be done.
The average thickness of the intermediate layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 1 μm to 10 mm, more preferably 20 μm to 1 mm from the viewpoint of deformation followability. Further, when the average thickness is within a preferable range, the film forming property can be ensured and the deformation is not hindered, so that good power generation can be performed.
The intermediate layer is preferably insulating. The insulating, preferably have a volume resistivity of more than 10 8 [Omega] cm, and more preferably has a volume resistivity of more than 10 10 [Omega] cm. The intermediate layer may have a multi-layer structure.

(表面改質処理、及び不活性化処理)
中間層において、両面での変形量、又は硬度を異ならせる方法としては、例えば、表面改質処理、不活性化処理などが挙げられる。これらの処理は、両方を行ってもよいし、片方のみを行ってもよい。
<表面改質処理>
表面改質処理としては、例えば、プラズマ処理、コロナ放電処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン処理、放射線(X線、α線、β線、γ線、中性子線)照射処理などが挙げられる。これらの処理の中でも、処理スピードの点から、プラズマ処理、コロナ放電処理、電子線照射処理が好ましいが、ある程度の照射エネルギーを有し、材料を改質しうるものであれば、これらに限定されない。
《プラズマ処理》
プラズマ処理の場合、プラズマ発生装置としては、例えば、平行平板型、容量結合型、誘導結合型のほか、大気圧プラズマ装置でも可能である。耐久性の観点から、減圧プラズマ処理が好ましい。
プラズマ処理における反応圧力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.05Pa〜100Paが好ましく、1Pa〜20Paがより好ましい。
プラズマ処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性ガス、希ガス、酸素などのガスが有効であるが、効果の持続性においてアルゴンが好ましい。
その際、酸素分圧を5,000ppm以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、5,000ppm以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。
プラズマ処理における照射電力量は、(出力×照射時間)により規定される。前記照射電力量としては、5Wh〜200Whが好ましく、10Wh〜50Whがより好ましい。照射電力量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
(Surface modification treatment and inactivation treatment)
Examples of the method of differentiating the amount of deformation or hardness on both sides of the intermediate layer include a surface modification treatment and an inactivation treatment. Both of these processes may be performed, or only one of them may be performed.
<Surface modification treatment>
Examples of the surface modification treatment include plasma treatment, corona discharge treatment, electron beam irradiation treatment, ultraviolet irradiation treatment, ozone treatment, and radiation (X-ray, α-ray, β-ray, γ-ray, neutron-ray) irradiation treatment. Be done. Among these treatments, plasma treatment, corona discharge treatment, and electron beam irradiation treatment are preferable from the viewpoint of treatment speed, but are not limited to these as long as they have a certain amount of irradiation energy and can modify the material. ..
《Plasma processing》
In the case of plasma processing, the plasma generator can be, for example, a parallel plate type, a capacitively coupled type, an inductively coupled type, or an atmospheric pressure plasma device. From the viewpoint of durability, reduced pressure plasma treatment is preferable.
The reaction pressure in the plasma treatment is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 0.05 Pa to 100 Pa, more preferably 1 Pa to 20 Pa.
The reaction atmosphere in the plasma treatment is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a gas such as an inert gas, a rare gas, or oxygen is effective, but argon is used in terms of sustainability of the effect. preferable.
At that time, the oxygen partial pressure is preferably 5,000 ppm or less. When the oxygen partial pressure in the reaction atmosphere is 5,000 ppm or less, the generation of ozone can be suppressed and the use of the ozone treatment device can be avoided.
The amount of irradiation power in plasma processing is defined by (output × irradiation time). The irradiation power amount is preferably 5 Wh to 200 Wh, more preferably 10 Wh to 50 Wh. When the amount of irradiation power is within a preferable range, the power generation function can be imparted to the intermediate layer, and the durability is not lowered due to excessive irradiation.

《コロナ放電処理》
コロナ放電処理における印加エネルギー(積算エネルギー)としては、6J/cm〜300J/cmが好ましく、12J/cm〜60J/cmがより好ましい。印加エネルギーが、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
《Corona discharge treatment》
The applied energy in corona discharge treatment (cumulative energy), preferably 6J / cm 2 ~300J / cm 2 , 12J / cm 2 ~60J / cm 2 is more preferable. When the applied energy is within a preferable range, the power generation function can be imparted to the intermediate layer, and the durability is not lowered due to excessive irradiation.

《電子線照射処理》
電子線照射処理における照射量としては、1kGy以上が好ましく、300kGy〜10MGyがより好ましい。照射量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
電子線照射処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが充填し酸素分圧を5,000ppm以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、5,000ppm以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。
<< Electron beam irradiation processing >>
The irradiation amount in the electron beam irradiation treatment is preferably 1 kGy or more, and more preferably 300 kGy to 10 MGy. When the irradiation amount is within a preferable range, the power generation function can be imparted to the intermediate layer, and the durability is not lowered due to excessive irradiation.
The reaction atmosphere in the electron beam irradiation treatment is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is filled with an inert gas such as argon, neon, helium, or nitrogen and has an oxygen partial pressure of 5,000 ppm or less. Is preferable. When the oxygen partial pressure in the reaction atmosphere is 5,000 ppm or less, the generation of ozone can be suppressed and the use of the ozone treatment device can be avoided.

《紫外線照射処理》
紫外線照射処理における紫外線としては、波長365nm以下で200nm以上が好ましく、波長320nm以下で240nm以上がより好ましい。
紫外線照射処理における積算光量としては、5J/cm〜500J/cmが好ましく、50J/cm〜400J/cmがより好ましい。積算光量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
紫外線照射処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが充填し酸素分圧を5,000ppm以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、5,000ppm以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。
《Ultraviolet irradiation treatment》
The ultraviolet rays in the ultraviolet irradiation treatment are preferably 200 nm or more at a wavelength of 365 nm or less, and more preferably 240 nm or more at a wavelength of 320 nm or less.
The integrated light intensity in the ultraviolet irradiation treatment, preferably 5J / cm 2 ~500J / cm 2 , 50J / cm 2 ~400J / cm 2 is more preferable. When the integrated light amount is within a preferable range, the power generation function can be imparted to the intermediate layer, and the durability is not lowered due to excessive irradiation.
The reaction atmosphere in the ultraviolet irradiation treatment is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is filled with an inert gas such as argon, neon, helium, or nitrogen and has an oxygen partial pressure of 5,000 ppm or less. It is preferable to do so. When the oxygen partial pressure in the reaction atmosphere is 5,000 ppm or less, the generation of ozone can be suppressed and the use of the ozone treatment device can be avoided.

従来技術として、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線照射処理、電子線照射処理などにより励起又は酸化させることで活性基を形成し、層間接着力を高めることが提案されている。しかし、その技術は、層間への適用に限定され、最表面への適用はむしろ離型性を低下させるため好ましくないことがわかっている。また、反応を酸素リッチな状態下で行い、効果的に反応活性基(水酸基)を導入している。そのため、そのような従来技術は、本発明の前記表面改質処理とは本質が異なる。 As a prior art, it has been proposed to form an active group by exciting or oxidizing by plasma treatment, corona discharge treatment, ultraviolet irradiation treatment, electron beam irradiation treatment, or the like to enhance the interlayer adhesion. However, the technique is limited to inter-layer applications, and it has been found that application to the outermost surface is rather undesirable because it reduces releasability. Moreover, the reaction is carried out under an oxygen-rich state, and the reaction active group (hydroxyl group) is effectively introduced. Therefore, such a prior art is essentially different from the surface modification treatment of the present invention.

本発明の前記表面改質処理は、酸素が少なく減圧された反応環境による処理(例えば、プラズマ処理)のため、表面の再架橋及び結合を促し、例えば、「結合エネルギーの高いSi−O結合の増加」に起因して耐久性が向上する。
さらに加えて「架橋密度向上による緻密化」に起因して離型性が向上すると考えられる。なお、本発明においても一部活性基は形成されてしまうが、後述するカップリング剤や風乾処理にて、活性基を不活性化させている。
Since the surface modification treatment of the present invention is a treatment in a reaction environment in which oxygen is low and the pressure is reduced (for example, plasma treatment), recrosslinking and bonding of the surface are promoted. Durability is improved due to "increase".
Furthermore, it is considered that the releasability is improved due to the "densification by improving the crosslink density". Although some active groups are formed in the present invention as well, the active groups are inactivated by a coupling agent or air-drying treatment described later.

<不活性化処理>
中間層の表面は、各種材料を用いて、適宜不活性化処理が施されてもよい。
不活性化処理としては、中間層の表面を不活性化させる処理であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性化剤を前記中間層の表面に付与する処理が挙げられる。不活性化とは、中間層の表面を、化学反応を起こしにくい性質に変化させることを意味する。この変化は、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線照射処理、電子線照射処理などによる励起又は酸化によって発生した活性基(例えば、−OHなど)を不活性化剤と反応させて、中間層の表面の活性度を下げることで得られる。
不活性化剤としては、例えば、非晶質樹脂、カップリング剤などが挙げられる。非晶質樹脂としては、例えば、主鎖にパーフルオロポリエーテル構造を有する樹脂などが挙げられる。
<Inactivation treatment>
The surface of the intermediate layer may be appropriately inactivated using various materials.
The inactivating treatment is not particularly limited as long as it is a treatment for inactivating the surface of the intermediate layer, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, an inactivating agent is applied to the surface of the intermediate layer. The processing to be given can be mentioned. Inactivation means changing the surface of the intermediate layer to a property that does not easily cause a chemical reaction. This change causes the surface of the intermediate layer to react with an active group (for example, -OH) generated by excitation or oxidation by plasma treatment, corona discharge treatment, ultraviolet irradiation treatment, electron beam irradiation treatment, etc. with an inactivating agent. It is obtained by lowering the activity of.
Examples of the inactivating agent include an amorphous resin and a coupling agent. Examples of the amorphous resin include a resin having a perfluoropolyether structure in the main chain.

カップリング剤としては、例えば、金属アルコキシド、金属アルコキシドを含む溶液などが挙げられる。
金属アルコキシドとしては、例えば、下記一般式(1)で表される化合物や、重合度2〜10程度のそれらの部分加水分解重縮合物又はそれらの混合物などが挙げられる。
(4−n)Si(OR・・・一般式(1)
ただし、一般式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状又は分枝状のアルキル基、アルキルポリエーテル鎖、及びアリール基のいずれかを表す。nは、2〜4の整数を表す。
Examples of the coupling agent include metal alkoxides and solutions containing metal alkoxides.
Examples of the metal alkoxide include compounds represented by the following general formula (1), partially hydrolyzed polycondensates thereof having a degree of polymerization of about 2 to 10 or mixtures thereof.
R 1 (4-n) Si (OR 2 ) n ... General formula (1)
However, in the general formula (1), R 1 and R 2 independently represent any one of a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl polyether chain, and an aryl group. .. n represents an integer of 2-4.

不活性化処理は、例えば、ゴムなどの中間層前駆体に前記表面改質処理を行った後に、中間層前駆体の表面に不活性化剤を塗布又はディッピング等により含浸させることによって行うことができる。
中間層前駆体としてシリコーンゴムを用いた場合は、前記表面改質処理を行った後に、空気中に静置して風乾することにより、失活させてもよい。
中間層の厚み方向における酸素濃度のプロファイルは、極大値を有することが好ましい。中間層の厚み方向における炭素濃度のプロファイルは、極小値を有することが好ましい。
中間層において、酸素濃度のプロファイルが極大値を示す位置と、炭素濃度のプロファイルが極小値を示す位置とは、一致することがより好ましい。
酸素濃度のプロファイル、及び炭素濃度のプロファイルは、X線光電子分光分析法(XPS)によって求めることができる。
測定方法は、例えば、以下の方法が挙げられる。
The inactivation treatment can be carried out, for example, by subjecting the intermediate layer precursor such as rubber to the surface modification treatment and then impregnating the surface of the intermediate layer precursor with an inactivating agent by coating or dipping. it can.
When silicone rubber is used as the intermediate layer precursor, it may be inactivated by performing the surface modification treatment and then allowing it to stand in the air and air-drying.
The profile of the oxygen concentration in the thickness direction of the intermediate layer preferably has a maximum value. The profile of the carbon concentration in the thickness direction of the intermediate layer preferably has a minimum value.
In the intermediate layer, it is more preferable that the position where the oxygen concentration profile shows the maximum value and the position where the carbon concentration profile shows the minimum value coincide with each other.
The oxygen concentration profile and the carbon concentration profile can be determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
Examples of the measuring method include the following methods.

{測定方法}
測定装置:Ulvac−PHI QuanteraSXM、アルバック・ファイ株式会社製
測定光源:Al(mono)
測定出力:100μmφ、25.1W
測定領域:500μm×300μm
パスエネルギー:55eV(narrow scan)
エネルギーstep:0.1eV(narrow scan)
相対感度係数:PHIの相対感度係数を使用
スパッタ源:C60クラスターイオン
Ion Gun 出力:10 kV、10 nA
Raster Control:(X=0.5、Y=2.0)mm
スパッタレート:0.9nm/min(SiO換算)
XPSでは、光電子効果により飛び出す電子を捕捉することにより、測定対象物中の原子の存在濃度比や結合状態を知ることができる。
{Measuring method}
Measuring device: Ulvac-PHI QuanteraSXM, manufactured by ULVAC-PHI, Ltd. Measuring light source: Al (mono)
Measurement output: 100 μmφ, 25.1 W
Measurement area: 500 μm × 300 μm
Path energy: 55eV (narrow scan)
Energy step: 0.1 eV (narrow scan)
Relative sensitivity coefficient: Uses the relative sensitivity coefficient of PHI Sputter source: C60 cluster ion Ion Gun Output: 10 kV, 10 nA
Raster Control: (X = 0.5, Y = 2.0) mm
Sputter rate: 0.9 nm / min (SiO 2 conversion)
In XPS, it is possible to know the abundance concentration ratio and the bonding state of atoms in the object to be measured by capturing the electrons that are ejected by the photoelectron effect.

シリコーンゴムは、シロキサン結合を有し、主成分がSi、O、及びCである。そのため、中間層において、その材質としてシリコーンゴムを用いた場合、XPSのワイドスキャンスペクトルを測定し、各元素の相対ピーク強度比から、表層から内部に存在する各原子の深さ方向の存在濃度比を求めることができる。その一例を図13に示す。ここで、各原子はSi、O、及びCであり、存在濃度比は(atomic%)である。
図13は、シリコーンゴムを用い、更に前記表面改質処理(プラズマ処理)及び前記不活性処理を行って得られた中間層のサンプルである。図13において、横軸は表面から内部方向への分析深さであり、縦軸は存在濃度比である。
Silicone rubber has a siloxane bond and its main components are Si, O, and C. Therefore, when silicone rubber is used as the material in the intermediate layer, the wide scan spectrum of XPS is measured, and the abundance concentration ratio in the depth direction of each atom existing inside from the surface layer is measured from the relative peak intensity ratio of each element. Can be sought. An example thereof is shown in FIG. Here, each atom is Si, O, and C, and the abundance concentration ratio is (atomic%).
FIG. 13 is a sample of the intermediate layer obtained by further performing the surface modification treatment (plasma treatment) and the inert treatment using silicone rubber. In FIG. 13, the horizontal axis is the analysis depth from the surface to the inside, and the vertical axis is the abundance concentration ratio.

更に、シリコーンゴムの場合、Siの2p軌道の電子が飛び出すエネルギーを測定することにより、ケイ素に結合している元素及び結合状態を知ることができる。そこで、Siの結合状態を示すSi2p軌道におけるナロースキャンスペクトルからピーク分離を行い、化学結合状態を求めた。
その結果を図14に示す。図14の測定対象は、図13の測定に用いたサンプルである。図14において、横軸は結合エネルギーであり、縦軸は強度比である。また、下から上に向かっては深さ方向での測定スペクトルを示している。
一般に、ピークシフトの量は結合状態に依存することが知られており、本件に関するシリコーンゴムの場合、Si2p軌道において高エネルギー側にピークがシフトするということは、Siに結合している酸素の数が増えていることを示す。
Further, in the case of silicone rubber, the element bonded to silicon and the bonded state can be known by measuring the energy at which the electrons in the 2p orbital of Si are ejected. Therefore, peak separation was performed from the narrow scan spectrum in the Si2p orbital showing the bond state of Si, and the chemical bond state was determined.
The result is shown in FIG. The measurement target of FIG. 14 is the sample used for the measurement of FIG. In FIG. 14, the horizontal axis is the binding energy and the vertical axis is the intensity ratio. Moreover, the measurement spectrum in the depth direction is shown from the bottom to the top.
In general, it is known that the amount of peak shift depends on the bonding state, and in the case of the silicone rubber in this case, the fact that the peak shifts to the high energy side in the Si2p orbit means the number of oxygen bonded to Si. Indicates that is increasing.

これによれば、シリコーンゴムにおいて、表面改質処理及び不活性化処理を行うと、表層から内部に向かって酸素が多くなり極大値を持ち、また炭素が減少し極小値を持つ濃度プロファイルを有している。さらに深さ方向に分析をすすめると酸素が減少して炭素が増加し、ほぼ未処理のシリコーンゴムと同等の原子存在濃度となる。
さらに図13のαの位置で検出された酸素の極大値は、Si2p結合エネルギーシフトが高エネルギー側にシフトすることと一致(図14のαの位置)しており、酸素増加がSiに結合した酸素の数に起因することが示されている。
According to this, when the surface modification treatment and the inactivation treatment are performed on the silicone rubber, oxygen increases from the surface layer to the inside and has a maximum value, and carbon decreases and has a concentration profile having a minimum value. doing. Further analysis in the depth direction reduces oxygen and increases carbon, resulting in an atomic abundance concentration almost equivalent to that of untreated silicone rubber.
Furthermore, the maximum value of oxygen detected at the position α in FIG. 13 coincides with the shift of the Si2p binding energy shift to the high energy side (position α in FIG. 14), and the increase in oxygen is bound to Si. It has been shown to be due to the number of oxygen.

未処理のシリコーンゴムについて同様の分析をした結果を、図15及び図16に示す。
図15には、図13にみられたような酸素濃度の極大値、及び炭素濃度の極小値は見られない。更に、図16より、Si2p結合エネルギーシフトが高エネルギー側にシフトする様子もみられないことから、Siに結合した酸素の数も変化していないことが確認された。
The results of the same analysis of the untreated silicone rubber are shown in FIGS. 15 and 16.
In FIG. 15, the maximum value of oxygen concentration and the minimum value of carbon concentration as seen in FIG. 13 are not seen. Further, from FIG. 16, it was confirmed that the number of oxygen bound to Si did not change because the Si2p binding energy shift did not appear to shift to the high energy side.

以上のように、カップリング剤等の不活性化剤を中間層の表面に塗布又はディッピングして浸透させることにより、不活性化剤が中間層に染み込んでいく。カップリング剤が、一般式(1)で表される化合物などの場合、中間層においては、ポリオルガノシロキサンが濃度分布をもって存在するようになり、この分布はポリオルガノシロキサンに含まれる酸素原子が深さ方向に極大値を有するような分布となる。
結果として、中間層は、3つ〜4つの酸素原子と結合したケイ素原子を有するポリオルガノシロキサンを含有することとなる。
As described above, the inactivating agent such as a coupling agent is applied or dipping on the surface of the intermediate layer and permeated, so that the inactivating agent permeates the intermediate layer. When the coupling agent is a compound represented by the general formula (1), polyorganosiloxane is present in the intermediate layer with a concentration distribution, and this distribution is deep in the oxygen atoms contained in the polyorganosiloxane. The distribution has a maximum value in the longitudinal direction.
As a result, the intermediate layer will contain a polyorganosiloxane having silicon atoms bonded to 3-4 oxygen atoms.

なお、不活性化処理の方法としては、ディッピング工法に限らない。例えば、ポリオルガノシロキサンに含まれる酸素原子が、中間層の深さ方向(厚み方向)に極大値を有するような分布を実現できればよく、プラズマCVD、PVD、スパッタリング、真空蒸着、燃焼化学気相蒸着などの方法でもよい。
中間層は、静置状態において初期表面電位を持つ必要はない。なお、静置状態における初期表面電位は、以下の測定条件で測定できる。ここで、初期表面電位を持たないとは、下記測定条件で測定した際に、±10V以下を意味する。
The method of the inactivation treatment is not limited to the dipping method. For example, it suffices to realize a distribution in which oxygen atoms contained in polyorganosiloxane have a maximum value in the depth direction (thickness direction) of the intermediate layer, and plasma CVD, PVD, sputtering, vacuum deposition, combustion chemical vapor deposition. It may be a method such as.
The intermediate layer does not need to have an initial surface potential in the stationary state. The initial surface potential in the stationary state can be measured under the following measurement conditions. Here, having no initial surface potential means ± 10 V or less when measured under the following measurement conditions.

{測定条件}
前処理:温度30℃相対湿度40%雰囲気に24h静置後、除電を60sec(Keyence製のSJ−F300を使用)
装置:Treck Model344
測定プローブ:6000B−7C
測定距離:2mm
測定スポット径:直径10mm
{Measurement condition}
Pretreatment: After standing in an atmosphere with a temperature of 30 ° C and a relative humidity of 40% for 24 hours, static elimination is performed for 60 seconds (using Keyence's SJ-F300).
Equipment: Trekk Model 344
Measuring probe: 6000B-7C
Measurement distance: 2 mm
Measurement spot diameter: diameter 10 mm

本実施形態の素子においては、摩擦帯電に似たメカニズムでの帯電と、内部電荷留保による表面電位差の発生とが、中間層の両面の硬度差に基づく変形量の差に起因して静電容量の偏りを生み出すことにより、電荷が移動して発電すると推測される。
素子は、中間層と、第1の電極及び第2の電極の少なくともいずれかとの間に空間を有することが好ましい。そうすることにより、発電量を増やすことができる。
前記空間を設ける方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、中間層と、第1の電極及び第2の電極の少なくともいずれかとの間にスペーサを配置する方法などが挙げられる。
In the element of the present embodiment, the charge by a mechanism similar to triboelectric charge and the generation of the surface potential difference due to the internal charge reservation are caused by the difference in the amount of deformation based on the difference in hardness on both sides of the intermediate layer. It is presumed that the electric charge moves to generate electricity by creating a bias.
The device preferably has a space between the intermediate layer and at least one of the first electrode and the second electrode. By doing so, the amount of power generation can be increased.
The method for providing the space is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a spacer is arranged between the intermediate layer and at least one of the first electrode and the second electrode. The method etc. can be mentioned.

前記スペーサとしては、その材質、形態、形状、大きさなどについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記スペーサの材質としては、例えば、高分子材料、ゴム、金属、導電性高分子材料、導電性ゴム組成物などが挙げられる。
前記高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。
The material, form, shape, size, and the like of the spacer are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples of the material of the spacer include a polymer material, rubber, metal, a conductive polymer material, and a conductive rubber composition.
Examples of the polymer material include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyimide resin, fluororesin, and acrylic resin. Examples of the rubber include silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, butyl rubber, natural rubber, ethylene / propylene rubber, nitrile rubber, fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and styrene / butadiene rubber. Examples thereof include acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, polyisobutylene, and modified silicone.

前記金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。前記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリンなどが挙げられる。前記導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーとゴムとを含有する組成物などが挙げられる。前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料(例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェンなど)、金属(例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなど、導電性高分子材料(例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど)、イオン液体などが挙げられる。 Examples of the metal include gold, silver, copper, aluminum, stainless steel, tantalum, nickel, phosphor bronze and the like. Examples of the conductive polymer material include polythiophene, polyacetylene, polyaniline and the like. Examples of the conductive rubber composition include a composition containing a conductive filler and rubber. Examples of the conductive filler include carbon materials (for example, Ketjen black, acetylene black, graphite, carbon fiber, carbon fiber, carbon nanofibers, carbon nanotubes, graphene, etc.), metals (for example, gold, silver, platinum, etc.). Conductive polymer materials such as copper, iron, aluminum, and nickel (for example, polythiophene, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, and derivatives of polyparaphenylene vinylene, or these derivatives are represented by anions or cations. Examples include those to which a dopant is added), an ionic liquid, and the like.

前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。
前記スペーサの形態としては、例えば、シート、フィルム、織布、不織布、メッシュ、スポンジなどが挙げられる。
前記スペーサの形状、大きさ、厚み、設置場所は、素子の構造に応じて適宜選択することができる。
Examples of the rubber include silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, butyl rubber, natural rubber, ethylene / propylene rubber, nitrile rubber, fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and styrene / butadiene rubber. Examples thereof include acrylonitrile-butadiene rubber, ethylene / propylene / diene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, polyisobutylene, and modified silicone.
Examples of the form of the spacer include a sheet, a film, a woven fabric, a non-woven fabric, a mesh, a sponge, and the like.
The shape, size, thickness, and installation location of the spacer can be appropriately selected according to the structure of the element.

図17に示すように、第1の電極をa、中間層をb、第2の電極をcと表示すると、中間層bの第1の電極a側に上記表面改質処理又は不活性化処理を行った場合、中間層bの第1の電極a側が第2の電極c側よりも硬くなる。従って、ユニバーサル硬度についてH1>H2となる。
これにより、同じ変形付与力である加圧力Fが第1の電極a側と第2の電極c側に作用した場合、中間層bの第1の電極a側の変形の度合いが、第2の電極c側よりも小さくなる。
As shown in FIG. 17, when the first electrode is indicated by a, the intermediate layer is indicated by b, and the second electrode is indicated by c, the surface modification treatment or inactivation treatment is performed on the first electrode a side of the intermediate layer b. When this is performed, the first electrode a side of the intermediate layer b becomes harder than the second electrode c side. Therefore, the universal hardness is H1> H2.
As a result, when the pressing force F, which is the same deformation applying force, acts on the first electrode a side and the second electrode c side, the degree of deformation of the intermediate layer b on the first electrode a side is the second degree. It is smaller than the electrode c side.

上述の各実施形態においては、同一構成で同一出力の発電素子4または発電素子4Aを、絶縁層5、5A、発泡体12、スポンジ12Aを介して複数積層することでセンサ10〜10Dを構成したが、センサ10〜10Dに用いる (素子)としては、出力の異なる素子を、絶縁層5、5A、発泡体12、スポンジ12Aを介して積層してセンサを構成してもよい。
各発電素子の第1の電極1と第2の電極2の間に介装したゴム又はゴム組成物からなる中間層3の暑さ、材質などを上層発電素子6、6A側と下層発電素子7、7A側で異なるようにしてもよい。
In each of the above-described embodiments, the sensors 10 to 10D are configured by laminating a plurality of power generation elements 4 or power generation elements 4A having the same configuration and the same output via the insulating layers 5, 5A, the foam 12, and the sponge 12A. However, as the (element) used for the sensors 10 to 10D, elements having different outputs may be laminated via the insulating layers 5, 5A, the foam 12, and the sponge 12A to form the sensor.
The heat, material, etc. of the intermediate layer 3 made of rubber or rubber composition interposed between the first electrode 1 and the second electrode 2 of each power generation element are controlled by the upper power generation elements 6, 6A side and the lower layer power generation element 7. , 7A side may be different.

このようにセンサ10〜10Dの上層発電素子6、6Aと下層発電素子7、7Aを構成する素子の特性を異ならせることで、1つのセンサでありながら出力形態の一層の多段化や階調化を図ることができるので好ましい。特に、下層発電素子7、7Aの検知感度となる出力が大きくなるように構成することで、強い圧力(荷重)Fがセンサに加わった際の出力を大きくすることができる。このため、例えばこのセンサを衝突検知センサとして利用した場合に、センサに対して衝撃力が強くなるに従い強い出力が得られるため、この出力信号に応じて危険度合いを判定するようにしてもよい。 By differentiating the characteristics of the elements constituting the upper layer power generation elements 6 and 6A and the lower layer power generation elements 7 and 7A of the sensors 10 to 10D in this way, the output form can be further increased in number and gradation even though it is one sensor. It is preferable because it can be achieved. In particular, by configuring the lower layer power generation elements 7 and 7A so that the output that becomes the detection sensitivity is large, the output when a strong pressure (load) F is applied to the sensor can be increased. Thus, for example, when using this sensor as a collision sensor, for slave have strong output impact force is strong with respect to the sensor is obtained, so as to determine the degree of risk in response to the output signal May be good.

以上本発明の好ましい実施の形態と実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態や実施例に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
Although the preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments and examples, and the scope of claims is not particularly limited in the above description. Within the scope of the gist of the present invention described in the above, various modifications and changes are possible.
The effects described in the embodiments of the present invention merely list the most preferable effects arising from the present invention, and the effects according to the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not it.

1、2 一対の電極
3 中間層
4、4A 素子
5、5A、12、12A 絶縁層
9 間隙
10、10A、10B、10C、10D センサ
11 支持体
30 信号処理部
31 判定部
100 センサシステム
1, 2 Pair of electrodes 3 Intermediate layer 4, 4A Element 5, 5A, 12, 12A Insulation layer 9 Gap 10, 10A, 10B, 10C, 10D Sensor 11 Support 30 Signal processing unit 31 Judgment unit 100 Sensor system

特開2008−190902号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-19902

Claims (8)

一対の電極と、前記一対の電極の間に配置され、ゴム又はゴム組成物から形成され、同じ変形付与力に対して、一方の電極側の面の変形量と他方の電極側の面の変形量とが異なる中間層とを有し、変形することで発電する素子を、絶縁層を介して複数積層して構成されるセンサ。 Arranged between the pair of electrodes and the pair of electrodes, formed from rubber or a rubber composition, the amount of deformation of the surface on one electrode side and the deformation of the surface on the other electrode side with respect to the same deformation applying force. A sensor that has an intermediate layer with a different amount and is configured by stacking a plurality of elements that generate power by deforming through an insulating layer. 前記絶縁層が、前記素子の間に配置される支持体により形成される間隙である請求項1に記載のセンサ。 The sensor according to claim 1, wherein the insulating layer is a gap formed by a support arranged between the elements. 前記絶縁層が弾性体である請求項1に記載のセンサ。 The sensor of claim 1 wherein the insulating layer is an elastic body. 前記中間層がシリコーンゴムである請求項1ないし3の何れか1項に記載のセンサ。 The sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the intermediate layer is silicone rubber. 前記シリコーンゴムが、シロキサン結合を有し、前記中間層の一方側と他方側のうち変形の度合いが小さい側から内部に向かって酸素が増加して極大値を持ち、且つ、変形の度合いが小さい側から内部に向かって炭素が減少して極小値を持つ濃度プロファイルを有する請求項4に記載のセンサ。 The silicone rubber has a siloxane bond, oxygen increases from one side and the other side of the intermediate layer with a small degree of deformation toward the inside to have a maximum value, and the degree of deformation is small. The sensor according to claim 4, which has a concentration profile in which carbon is reduced from the side to the inside and has a minimum value. 請求項1ないし5の何れか1項に記載のセンサと、
前記センサに外力が加わった際、前記センサから出力される出力信号を処理する処理部を有するセンサシステム。
The sensor according to any one of claims 1 to 5.
A sensor system having a processing unit that processes an output signal output from the sensor when an external force is applied to the sensor.
前記センサから出力される出力信号から人体の脈動を含めた微細動の情報を取得し、当該取得した微細動の情報に基づき人の存在を判定する判定部を有する請求項6に記載のセンサシステム。 The sensor system according to claim 6, further comprising a determination unit that acquires information on minute movements including pulsation of the human body from an output signal output from the sensor and determines the existence of a person based on the acquired information on fine movements. .. 前記センサから出力される出力信号に基づき、人の存在と、加圧変化による人の動静であるかを分離して判定する判定部を有する請求項6に記載のセンサシステム。 The sensor system according to claim 6, further comprising a determination unit that separately determines whether the presence of a person and the movement of a person due to a change in pressure are based on an output signal output from the sensor.
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