JP7224999B2

JP7224999B2 - 屈曲センサ

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Publication number: JP7224999B2
Application number: JP2019065561A
Authority: JP
Inventors: 悠帆金原; 正和景岡; 佳郎田實; 雅彦三塚
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc; Kansai University
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc; Kansai University
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-02-20
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020165754A

Description

本発明は、屈曲センサに関し、詳しくは、光弾性樹脂をセンサ体として備える屈曲センサに関する。

従来より、光弾性を有するポリウレタン樹脂などの光弾性樹脂を、屈曲センサとして用いることが提案されている。

例えば、２５℃におけるヤング率が２～５ＭＰａであり、２５℃における光弾性定数が１０００×１０^－１２Ｐａ^－１～１０００００×１０^－１２Ｐａ^－１であり、ガラス転移温度が－６０℃～－２１℃である光弾性ポリウレタン樹脂からなる樹脂部材に光を通過させ、その通過光をフォトダイオードで受光して、光量の減衰を検知することにより、樹脂部材の屈曲角度を検知する屈曲センサが、提案されている（例えば、特許文献１（第３実施形態）参照）。

国際公開ＷＯ２０１６／１２５９０５パンフレット

一方、屈曲センサの用途によっては、屈曲センサには、屈曲方向の検知も要求される場合がある。しかし、上記の屈曲センサでは、屈曲の有無および屈曲角度を検知することはできるが、屈曲方向を検知できない。

本発明は、屈曲方向を検知できる屈曲センサである。

本発明［１］は、長手方向に延びる複数の光弾性樹脂と、複数の光弾性樹脂のそれぞれを通過した光を検知する光センサと、前記光センサにより検知された光信号に基づいて、前記光弾性樹脂の屈曲方向を検知する処理部とを備え、複数の前記光弾性樹脂は、前記長手方向と直交する方向に並列配置されており、前記光弾性樹脂の２５℃におけるヤング率が、２～５ＭＰａであり、前記光弾性樹脂の２５℃における光弾性定数の絶対値が、２０×１０^－１２Ｐａ^－１～１×１０^－５Ｐａ^－１であり、前記光弾性樹脂の屈折率が１．３０～１．８０である、屈曲センサを含んでいる。

本発明［２］は、前記光弾性樹脂が、３つ以上配置されている、上記［１］に記載の屈曲センサを含んでいる。

本発明［３］は、さらに、複数の前記光弾性樹脂を被覆するカバー部材を備え、前記カバー部材の屈折率は、前記光弾性樹脂の屈折率未満である、上記［１］または［２］に記載の屈曲センサを含んでいる。

本発明の屈曲センサでは、光弾性樹脂のヤング率、光弾性定数の絶対値および屈折率が所定範囲である。そのため、光弾性樹脂が屈曲している場合には、光弾性樹脂の屈曲の度合い（曲率）に応じて、光弾性樹脂を通過する光が複屈折により減衰するとともに、光弾性樹脂を通過する光が光弾性樹脂の外部に漏出する。そして、本発明の屈曲センサでは、複数の光弾性樹脂が並列配置され、各光弾性樹脂のそれぞれを通過した光を光センサで検知する。そのため、それら各光弾性樹脂における光の減衰の度合いの差異を比較することにより、光弾性樹脂の屈曲方向を検知することができる。

図１は、本発明の屈曲センサの第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す屈曲センサにおける光弾性樹脂を抜粋して示す斜視図であり、図２Ａは、屈曲していない光弾性樹脂、図２Ｂは、光弾性樹脂の並列方向一方側に向けて屈曲している光弾性樹脂、図２Ｃは、光弾性樹脂の並列方向他方側に向けて屈曲している光弾性樹脂を、それぞれ示す。図３は、本発明の屈曲センサの第２実施形態を示す斜視図である。図４は、本発明の屈曲センサの第３実施形態を示す斜視図である。図５は、実施例１の屈曲センサの屈曲評価の結果を示す電圧値グラフである。

以下において、光弾性樹脂が延びる方向を第１方向（長手方向）とし、２つの光弾性樹脂が並列配置される方向を第２方向（並列方向）とし、第１方向および第２方向に直交する方向を第３方向（上下方向）として、図１を参照して詳述する。

図１において、屈曲センサ１は、第１方向（長手方向）に沿って延びる複数の光弾性樹脂２と、複数の光弾性樹脂２を被覆するカバー部材３と、複数の光弾性樹脂２のそれぞれを通過した光を検知する光センサ４と、光弾性樹脂２に対する光の照射を制御するための制御部６と、光センサ４により検知された光信号に基づいて、光弾性樹脂２の屈曲方向を検知する処理部５とを備えている。なお、図１において、処理部５および制御部６は、一体的に形成されている。すなわち、１つのＥＣＵ（後述）が、処理部５および制御部６を兼ね備えている。

光弾性樹脂２は、光弾性を有する樹脂からなる部材であり、第１方向（長手方向）に延びる棒形状に形成されている。より具体的には、光弾性樹脂２は、例えば、成形型に応じて棒形状に成形されているか、あるいは、脱型後の裁断などによって棒形状に外形加工されている。

光弾性樹脂２の形状としては、例えば、円柱状、楕円柱状、多角柱状などが挙げられ、好ましくは、円柱状が挙げられ、より具体的には、例えば、ロッド状、ファイバー状などが挙げられる。

また、屈曲センサ１において、光弾性樹脂２は複数備えられている。光弾性樹脂２の数は、２つ以上であり、好ましくは、３つ以上である。また、通常、２０つ以下、好ましくは、１０つ以下、より好ましくは、５つ以下である。複数の光弾性樹脂２は、光弾性樹脂２の第１方向（長手方向）と直交する第２方向において、並列配置されている。複数の光弾性樹脂２は、互いに所定間隔を隔てて配置されていてもよく、また、互いに密着するように配置されていてもよい。

なお、図１には、光弾性樹脂２が２つ備えられ、それら２つの光弾性樹脂２が互いに密着するように並列配置される形態を、示している。

また、以下において、２つの光弾性樹脂２を区別する場合には、第２方向一方側の光弾性樹脂２を、光弾性樹脂２Ａと称し、また、第２方向他方側の光弾性樹脂２を、光弾性樹脂２Ｂと称する。

光弾性樹脂２は、透光性および光弾性を示す樹脂であれば、特に制限されないが、例えば、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。これら光弾性樹脂は、単独使用または２種類以上併用することができる。光弾性樹脂２として、製造容易性の観点から、好ましくは、ポリウレタン樹脂（光弾性ポリウレタン樹脂）が挙げられる。

ポリウレタン樹脂（光弾性ポリウレタン樹脂）は、例えば、国際公開ＷＯ２０１６／１２５９０５パンフレットに記載の方法に準拠して、得ることができる。

より具体的には、ポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを含有するポリウレタン樹脂組成物を、反応および硬化させることにより、反応生成物として得ることができる。

ポリイソシアネート成分は、好ましくは、芳香環含有ポリイソシアネートを含む。また、芳香環含有ポリイソシアネートは、好ましくは、１，４－フェニレン基（但し、１，４－フェニレン基における一部の水素原子が、メチル基および／またはメトキシ基で置換されていてもよい。）、および／または、１，５－ナフチレン基を含有している。

１，４－フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとしては、例えば、４，４′－ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４′－ＭＤＩ）、４，４′－ジフェニルメタンジイソシアネートの重合物（カルボジイミド変性ＭＤＩ、ウレトンイミン変性ＭＤＩ、アシル尿素変性ＭＤＩなど）、２，４′－ジフェニルメタンジイソシアネート（２，４′－ＭＤＩ）、３，３′－ジメチルビフェニル－４，４′－ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、３，３′－ジメトキシビフェニル－４，４′－ジイソシアネート、ｐ－フェニレンジイソシアネート、４，４′－ジフェニルジイソシアネート、４，４′－ジフェニルエーテルジイソシアネート、２，４－トリレンジイソシアネート（２，４－ＴＤＩ）、１，４－キシリレンジイソシアネート（１，４－ＸＤＩ）などのベンゼン環含有ポリイソシアネート（具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネート）などが挙げられる。

また、１，５－ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとしては、例えば、１，５－ナフタレンジイソシアネート（１，５－ＮＤＩ）などのナフタレン環含有ポリイソシアネート（具体的には、ナフタレン環含有ジイソシアネート）などが挙げられる。

これら１，４－フェニレン基および／または１，５－ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートは、単独使用または２種類以上併用することができる。

１，４－フェニレン基および／または１，５－ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートのうち、好ましくは、４，４′－ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４′－ＭＤＩ）、３，３′－ジメチルビフェニル－４，４′－ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、１，５－ナフタレンジイソシアネート（１，５－ＮＤＩ）が挙げられる。

また、ポリイソシアネート成分は、上記した芳香環含有ポリイソシアネート以外のポリイソシアネート（以下、その他のポリイソシアネート）を含有することもできる。

その他のポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート（上記した芳香環含有ポリイソシアネートを除く）、芳香脂肪族ポリイソシアネート、（上記した芳香環含有ポリイソシアネートを除く）、脂環族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられる。

芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、２，２′－ＭＤＩ、２，６－ＴＤＩ、ｍ－フェニレンジイソシアネート、２，６－ＮＤＩなどの芳香族ジイソシアネートが挙げられる。

芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、１，３－キシリレンジイソシアネート（１，３－ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）などの芳香脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。

脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、３－イソシアナトメチル－３，５，５－トリメチルシクロヘキシルイソシアネート（イソホロンジイソシアネート、ＩＰＤＩ）、４，４′－、２，４′－または２，２′－ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートもしくはその混合物（Ｈ_１２ＭＤＩ）、１，３－ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン（水添キシリレンジイソシアネート、Ｈ_６ＸＤＩ）、２，５－または２，６－ビス（イソシアナトメチル）ノルボルナンもしくはその混合物（ＮＢＤＩ）、１，３－シクロペンタンジイソシアネート、１，４－または１，３－シクロヘキサンジイソシアネートもしくはその混合物、メチル－２，４－シクロヘキサンジイソシアネート、メチル－２，６－シクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネートが挙げられる。

脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート（ＴＭＤＩ）、ペンタメチレンジイソシアネート（ＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、１，２－、２，３－または１，３－ブチレンジイソシアネート、２，４，４－または２，２，４－トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。

その他のポリイソシアネートは、単独使用または２種類以上併用することができる。

ポリイソシアネート成分が、その他のポリイソシアネートと、１，４－フェニレン基および／または１，５－ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとを含有する場合には、１，４－フェニレン基および／または１，５－ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートの割合が、ポリイソシアネート成分の総量に対して、例えば、３０質量％以上、さらに好ましくは、５０質量％以上、とりわけ好ましくは、９０質量％以上である。

また、ポリイソシアネート成分は、好ましくは、その他のポリイソシアネートを含まず、１，４－フェニレン基および／または１，５－ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートからなる。

活性水素基含有成分は、活性水素基（例えば、水酸基、アミノ基など）を有する化合物であって、例えば、ポリオール、ポリアミンなどが挙げられ、好ましくは、ポリオールが挙げられる。

ポリオールは、好ましくは、高分子量ポリオールを含有している。

高分子量ポリオールは、水酸基を２つ以上有し、平均水酸基価（後述）が５００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の化合物である。

高分子量ポリオールとして、好ましくは、平均水酸基価（後述）が２０～５００ｍｇＫＯＨ／ｇの化合物が挙げられる。また、平均官能基数（後述）が２の場合には、数平均分子量が２２５以上の化合物が挙げられ、また、平均官能基数（後述）が３の場合には、数平均分子量３３７以上の化合物が挙げられる。

高分子量ポリオールの平均水酸基価は、２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、好ましくは、８０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、より好ましくは、１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であり、５００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、好ましくは、３００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、より好ましくは、２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、さらに好ましくは、２２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。

高分子量ポリオールの水酸基価（単位：ｍｇＫＯＨ／ｇ）は、ＪＩＳＫ１５５７－１のＡ法またはＢ法に準拠するアセチル化法またはフタル化法などから求めることができる。

そして、高分子量ポリオールの平均水酸基価（単位：ｍｇＫＯＨ／ｇ）は、高分子量ポリオールが単独使用される場合には、その高分子量ポリオールの水酸基価と同一である。一方、高分子量ポリオールの平均水酸基価は、高分子量ポリオールが併用される場合には、それらの平均値である。

高分子量ポリオールの平均水酸基価が上記した範囲を超過すると、ポリウレタン樹脂において、ヤング率が高くなり過ぎ、所望の光弾性定数（絶対値）を得ることができない場合がある。一方、平均水酸基価が上記した範囲未満であると、ガラス転移温度が過度に低くなり、加工性や耐傷付き性が低下する場合がある。

高分子量ポリオールの平均官能基数は、例えば、１．９以上、好ましくは、２．０以上であり、例えば、３以下、好ましくは、２．５以下、さらに好ましくは、２．２以下である。

高分子量ポリオールの官能基数は、高分子量ポリオールの水酸基数であって、具体的には、１分子当たりの活性な水酸基の数である。

そして、高分子量ポリオールの平均官能基数は、高分子量ポリオール１分子当たりの活性な水酸基の平均値である。つまり、異なる官能基数を有する高分子量ポリオールが混合（併用）される場合は、その高分子量ポリオールの混合物の分子数に対する混合物の活性な水酸基の数の割合を示した数値が、高分子量ポリオールの平均官能基数である。

なお、高分子量ポリオールの平均官能基数は、次式（Ｂ）から求めることもできる。

平均官能基数＝（各高分子量ポリオールの官能基数×当量数）の総和／各高分子量ポリオールの当量数の総和（Ｂ）
高分子量ポリオールの数平均分子量は、例えば、２２５以上、好ましくは、５００以上であり、例えば、２０，０００以下、好ましくは、１５，０００以下である。

数平均分子量は、次式（Ｃ）から求めることができる。

数平均分子量＝５６１００×平均官能基数／平均水酸基価（Ｃ）
高分子量ポリオールの平均官能基数が上記した範囲を超過すると、ポリウレタン樹脂において、所望の光弾性定数（絶対値）を得にくい場合がある。一方、平均官能基数が上記した範囲未満であると、ヤング率が低くなり過ぎ、加工性や耐傷付き性が低下する場合がある。

そのような高分子量ポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、ダイマーポリオール、ポリウレタンポリオール、ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、天然油ポリオール、シリコーンポリオール、フッ素ポリオールなどが挙げられる。これらは、単独使用または２種類以上併用することができる。

高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオールが挙げられ、さらに好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、とりわけ好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが挙げられる。

また、ポリオールは、上記した高分子量ポリオールに加え、低分子量ポリオールを含有することもできる。

ポリオールが低分子量ポリオールを含有することにより、ポリオールの平均水酸基価を増大させて、その分、イソシアネートインデックス（後述）を所望の値に調整すべく、上記したポリイソシアネート成分（好ましくは、芳香環含有ポリイソシアネート）をポリウレタン樹脂組成物に多く配合することができる。そのため、ポリウレタン樹脂の光弾性定数の絶対値を高めることができる。

低分子量ポリオールは、水酸基を２つ以上有し、平均水酸基価（後述）が５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超過する化合物である。

低分子量ポリオールとして、好ましくは、平均水酸基価（後述）が５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超過し、３０００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の化合物が挙げられ、また、官能基数（後述）が２の場合には、分子量が４０以上２２５未満のジオールが挙げられ、官能基数（後述）が３の場合には、分子量４０以上３３７未満のトリオールが挙げられる。

そのような低分子量ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール（１，２－プロパンジオール）、トリメチレングリコール（１，３－プロパンジオール）、１，４－ブチレングリコール（１，４－ブタンジオール）、１，３－ブチレングリコール（１，３－ブタンジオール）などの脂肪族ジオール（炭素数２～１３）や、例えば、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオール（炭素数６～１３）、さらには、例えば、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、キシレングリコールなどの芳香族ジオール（芳香環を含有する炭素数６～１３の芳香環含有ジオール）、さらにまた、ジエチレングリコール、トリオキシエチレングリコール、テトラオキシエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリオキシプロピレングリコールなどのオキシアルキレンアルコールなどのジオール（炭素数２～９）（２価アルコール）、例えば、グリセリン、２－メチル－２－ヒドロキシメチル－１，３－プロパンジオール、２，４－ジヒドロキシ－３－ヒドロキシメチルペンタン、１，２，６－ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、２，２－ビス（ヒドロキシメチル）－３－ブタノールなどの炭素数３～６の脂肪族トリオール、および、その他の脂肪族トリオール（炭素数７～２０）などのトリオール（３価アルコール）、例えば、テトラメチロールメタン（ペンタエリスリトール）、ジグリセリン（ジグリセロール）などのテトラオール（４価アルコール）（炭素数５～２７）などが挙げられる。

これら低分子量ポリオールは、単独使用または２種以上併用することができる。

低分子量ポリオールとして、好ましくは、２価アルコール、３価アルコールが挙げられ、より好ましくは、３価アルコールが挙げられ、さらに好ましくは、炭素数３～６の脂肪族トリオールが挙げられ、とりわけ好ましくは、トリメチロールプロパンが挙げられる。

低分子量ポリオールの配合割合は、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、０．１質量部以上、好ましくは、０．５質量部以上であり、例えば、３０質量部以下、好ましくは、２０質量部以下、より好ましくは、１０質量部以下、さらに好ましくは、５質量部以下である。

低分子量ポリオールの配合割合が上記した範囲を超える場合は、ポリウレタン樹脂が不透明になり、光がポリウレタン樹脂を透過しない場合や、ポリウレタン樹脂のヤング率が高くなり過ぎる場合がある。

ポリウレタン樹脂組成物に配合される各成分の好適な組合せとして、例えば、１，４－フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオールと、トリオールとの組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、脂肪族トリオールとの組合せが挙げられる。

そして、ポリウレタン樹脂は、このようにして得られるポリウレタン樹脂組成物から、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを反応させて、ポリウレタン樹脂組成物を硬化および成形することにより、得ることができる。

ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを反応させるには、例えば、ワンショット法やプレポリマー法などの公知の成形方法に準拠することができる。

ワンショット法では、例えば、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを、イソシアネートインデックス（水酸基濃度に対するイソシアネート基濃度の比に１００を乗じた値、ＮＣＯ濃度／水酸基濃度×１００）が、例えば、７０～４００、好ましくは、８０～１５０となるように処方（混合）して、それらを成形型に注入して、例えば、０℃～２５０℃、好ましくは、室温（２０℃）～１５０℃で、例えば、１分間～７日間、好ましくは、１０分間～２日間、硬化反応させる。

この硬化反応では、例えば、有機金属系触媒、アミン系触媒などの公知のウレタン化触媒を添加することができる。また、上記した硬化反応は、公知の溶媒の存在下で実施することもできる。

そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型し、必要に応じて外形加工すれば、所定形状に成形されたポリウレタン樹脂（光弾性ポリウレタン樹脂）を得ることができる。

プレポリマー法は、例えば、まず、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分の一部（例えば、高分子量ポリオール）とを反応させて、分子末端にイソシアネート基を有するイソシアネート基末端プレポリマーを合成する。次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有成分の残部（鎖伸長剤：例えば、低分子量ポリオール（および必要により高分子量ポリオール））とを反応（鎖伸長）させて、硬化反応させる。

なお、上記のポリウレタン樹脂組成物またはポリウレタン樹脂（光弾性樹脂２）には、必要に応じて、例えば、消泡剤、可塑剤、レベリング剤、艶消し剤、難燃剤、揺変剤、粘着付与剤、増粘剤、滑剤、帯電防止剤、界面活性剤、反応遅延剤、脱水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、耐候安定剤などの公知の添加剤を適宜配合することができる。

そして、上記のポリウレタン樹脂は、光弾性、つまり、屈曲などに基づく応力の発生により、光弾性樹脂２の内部を通過する光（例えば、レーザー光など）に複屈折を生じさせることができる。

そのため、屈曲センサ１の光弾性樹脂２として好適に用いることができる。

光弾性樹脂２の２５℃における光弾性定数の絶対値は、２０×１０^－１２Ｐａ^－１以上、好ましくは、５００×１０^－１２Ｐａ^－１以上、より好ましくは、１０００×１０^－１２Ｐａ^－１以上、さらに好ましくは、２０００×１０^－１２Ｐａ^－１以上、とりわけ好ましくは、３０００×１０^－１２Ｐａ^－１以上であり、１×１０^－５Ｐａ^－１以下（＝１０００００００×１０^－１２Ｐａ^－１以下）、好ましくは、１×１０^－６Ｐａ^－１以下（＝１００００００×１０^－１２Ｐａ^－１以下）、より好ましくは、１×１０^－７Ｐａ^－１以下（＝１０００００×１０^－１２Ｐａ^－１以下）、さらに好ましくは、１×１０^－８Ｐａ^－１以下（＝１００００×１０^－１２Ｐａ^－１以下）、とりわけ好ましくは、８０００×１０^－１２Ｐａ^－１以下である。

光弾性定数の絶対値が上記範囲であれば、屈曲センサ１において必要とされる優れた光弾性を確保することができる。

光弾性樹脂２の光弾性定数は、「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌７３、２５３－２５８（２００７）」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定することができる。

また、光弾性定数の測定とともに、光弾性樹脂２の歪光学定数とヤング率とが求められる。

光弾性樹脂２の歪光学定数は、光弾性樹脂２の変形（屈曲）量に対する、かかる変形によって発生する複屈折の強さの割合を示す。

光弾性定数、歪光学定数およびヤング率は、下記式（１）を満足する。

光弾性定数＝歪光学定数÷ヤング率（１）
従って、光弾性樹脂２の光弾性定数を上記した所望の範囲に設定するには、歪光学定数およびヤング率を調整する。

具体的には、歪光学定数が高いほど、また、ヤング率が低いほど、光弾性定数が高くなるが、ヤング率が過度に低いと、成形性および屈曲性が低下する場合がある。

そのため、光弾性樹脂２の２５℃におけるヤング率は、２．０ＭＰａ以上、好ましくは、３．０ＭＰａ以上、より好ましくは、４．０ＭＰａ以上であり、５．０ＭＰａ以下、好ましくは、４．９ＭＰａ以下、より好ましくは、４．８ＭＰａ以下である。

光弾性樹脂２のヤング率が上記した範囲未満である場合には、光弾性樹脂２が軟らか過ぎて傷付き易く、加工性が低下する。光弾性樹脂２のヤング率が上記した範囲を超過する場合には、光弾性樹脂２が硬すぎるため、光弾性が低下する。

好ましくは、上記した所望の光弾性定数を得るには、光弾性樹脂２の２５℃のヤング率が２ＭＰａ以上３ＭＰａ以下の場合には、２５℃の歪光学定数が、例えば、６０００×１０^－６以上（通常、１００００×１０^－６以下）であり、光弾性樹脂２の２５℃のヤング率が３ＭＰａを超過し５ＭＰａ以下の場合には、２５℃の歪光学定数は、例えば、１００００×１０^－６以上（通常、３００００×１０^－６以下）である。

光弾性樹脂２のガラス転移温度は、例えば、－６０℃以上、好ましくは、－５０℃以上、より好ましくは、－４０℃以上であり、例えば、２５℃未満、好ましくは、０℃未満、より好ましくは、－２５℃未満である。

光弾性樹脂２のガラス転移温度が上記した下限未満である場合には、光弾性樹脂２の加工性および耐傷付き性が低下する場合がある。また、光弾性樹脂２のガラス転移温度が、上記した上限以上である場合には、上記した所望の光弾性定数を得にくくなる場合がある。

なお、光弾性樹脂２のガラス転移温度は、動的粘弾性測定装置を用いて、周波数１０Ｈｚで、温度分散モード（昇温速度５℃／ｍｉｎ）の測定により、得ることができる。

また、上記したガラス転移温度の測定では、同時に、貯蔵伸長弾性率Ｅ’、損失伸長弾性率Ｅ’’および損失正接ｔａｎδが得られる。

光弾性樹脂２の２５℃における貯蔵伸長弾性率Ｅ’は、例えば、１×１０^６～１×１０^８Ｐａであり、２５℃における損失伸長弾性率Ｅ’’は、例えば、１×１０^４～１×１０^８Ｐａであり、２５℃における損失正接ｔａｎδは、例えば、０．０１～０．２である。

また、光弾性樹脂２の屈折率は、１．３０以上、好ましくは、１．３５以上、より好ましくは、１．４０以上、さらに好ましくは、１．４５以上、とりわけ好ましくは、１．５０以上であり、１．８０以下、好ましくは、１．７０以下、より好ましくは、１．６５以下、さらに好ましくは、１．６０以下、とりわけ好ましくは、１．５５以下である。

屈折率が上記の範囲であれば、光弾性樹脂２の屈曲に伴い、その屈曲の度合いに応じて複屈折を生じさせることができ、光量を減衰させることができる。

なお、光弾性樹脂２が屈曲すると、その内部を通過する光は、屈曲部分において光弾性樹脂２の側壁（光弾性樹脂２の内部と外部との境界面）に対して、屈曲の度合いに応じた角度で入射する。この場合、屈曲の度合いが臨界角未満であれば、光は光弾性樹脂２の内部で全反射することなく外部に漏出する。

そのため、以下において、光弾性樹脂２の屈曲に応じた複屈折と、外部への漏出とによって光が減衰する現象を、光弾性樹脂２の屈曲に起因する光の減衰として包括する。

そして、光弾性樹脂２は、図１に示されるように、屈曲センサ１に複数（図１では２つ）備えられている。各光弾性樹脂２は、互いに同一の光弾性樹脂（ポリウレタン樹脂など）から形成されていてもよく、また、互いに異なる光弾性樹脂（ポリウレタン樹脂など）から形成されていてもよい。好ましくは、各光弾性樹脂２は、互いに同一の光弾性樹脂から形成されている。

また、各光弾性樹脂２は、図１に示されるように、第１方向に沿って延びる棒形状に成形されている。なお、光弾性樹脂２の成形においては、上記の通り、所望形状の成形型を用いてもよく、また、光弾性樹脂２を脱型した後に裁断してもよい。また、例えば、成形型として、後述する樹脂材料（シリコーン樹脂など）からなる成形型（チューブ）を用いることにより、樹脂材料で被覆された光弾性樹脂２を得ることもでき、さらに、樹脂材料で被覆された光弾性樹脂２を、そのまま、屈曲センサ１に用いることもできる。

光弾性樹脂２のサイズは、特に制限されないが、長さ（第１方向長さ）が、例えば、１０ｍｍ以上、好ましくは、３０ｍｍ以上であり、例えば、２０００ｍｍ以下、好ましくは、３００ｍｍ以下である。また、太さ（第２方向長さ）が、例えば、０．１ｍｍ以上、好ましくは、０．５ｍｍ以上であり、例えば、１０ｍｍ以下、好ましくは、１０ｍｍ以下である。

図１において、カバー部材３は、光弾性樹脂２の屈曲を阻害せずに光弾性樹脂２を保護し、かつ、複数の光弾性樹脂２の相対位置を固定するために備えられている。

カバー部材３は、例えば、公知の樹脂材料からなり、複数の光弾性樹脂２は、樹脂材料によって、結束される。

カバー部材３を構成する樹脂材料としては、特に制限されないが、例えば、シリコーン樹脂、イソプレン樹脂、ブタジエン樹脂、クロロプレン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。これらは、単独使用または２種類以上併用することができる。

樹脂材料として、好ましくは、シリコーン樹脂が挙げられる。

カバー部材３が、シリコーン樹脂であれば、光弾性樹脂２の屈曲を阻害することなく、光弾性樹脂２を良好に保護することができ、また、複数の光弾性樹脂２の相対位置を良好に固定することができる。

また、カバー部材３の屈折率は、上記の光弾性樹脂２の屈折率以下、好ましくは、上記の光弾性樹脂２の屈折率未満である。より具体的には、カバー部材３の屈折率は、例えば、１．５以下、好ましくは、１．４５以下であり、さらに好ましくは、１．４３以下であり、通常、１．２以上である。

カバー部材３の屈折率が上記上限を上回ると、光が光弾性樹脂２とカバー部材３との界面において反射するため、検知感度が低下する場合がある。

光センサ４は、図１に示されるように、第１方向（光弾性樹脂２の長手方向）一方側に配置される発光部７と、第１方向（光弾性樹脂２の長手方向）他方側に配置される受光部８とを備えている。

発光部７は、キャップ部材と、キャップ部材の内側に配置される発光部材とを備えている。キャップ部材は、有底の略楕円筒状に形成される樹脂部材であり、第１方向（光弾性樹脂２の長手方向）一端部において、光弾性樹脂２およびカバー部材３を封止している。

発光部材は、例えば、光弾性樹脂２の数に応じて複数設けられており、キャップ部材の底部において、各光弾性樹脂２の第１方向（光弾性樹脂２の長手方向）の一方側端面と対向配置されている。これにより、各発光部材は、各光弾性樹脂２に対して、第１方向（光弾性樹脂２の長手方向）の一方側端面から、光を入射可能としている。発光部材としては、特に制限されないが、例えば、半導体レーザー（波長４０５ｎｍ～１０６４ｎｍ）、発光ダイオードや蛍光灯、ハロゲンランプ、ハングステンランプなどが挙げられる。

また、発光部７は、必要に応じて、光ファイバーなどの光導波路を備え、光導波路を介して、発光部材から光弾性樹脂２に光を入射可能としていてもよい。

また、発光部７は、図１において仮想線で示されるように、制御部６に電気的に接続されている。

制御部６は、発光部７を電気的に制御するＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）であり、演算領域としての演算部と、記憶領域としてのメモリ部とを備えている。このような制御部６から発せられる電気信号に応じて、発光部材の発光のＯＮ／ＯＦＦが、制御される。

受光部８は、キャップ部材と、キャップ部材の内側に配置される受光部材とを備えている。キャップ部材は、有底の略楕円筒状に形成される樹脂部材であり、光弾性樹脂２およびカバー部材３の長手方向他端部において、光弾性樹脂２およびカバー部材３を封止している。

受光部材は、例えば、光弾性樹脂２の数に応じて複数設けられており、キャップ部材の底部において、各光弾性樹脂２の第１方向（光弾性樹脂２の長手方向）の他方側端面と対向配置されている。これにより、各受光部材は、各光弾性樹脂２を長手方向一方側から他方側に通過した光を、受光可能としている。受光部材としては、受光した光の強度を電気信号（光信号）に変換可能な素子が挙げられ、例えば、フォトダイオードなどが挙げられる。

また、受光部８は、必要に応じて、反射板などの反射部材を備え、反射部材を介して、光弾性樹脂２から受光部材に光を導入可能としていてもよい。

また、図１において仮想線で示されるように、受光部８には、処理部５が電気的に接続されている。

処理部５は、受光部８により検知された光信号に基づいて、光弾性樹脂２の屈曲方向を検知するために設けられている。

処理部５は、受光部８において受光された光の強度を分析するための分析処理ユニットであり、演算領域としての演算部と、記憶領域としてのメモリ部とを備えている。

処理部５のメモリ部には、後述の方法で屈曲方向を検知するための屈曲検知プログラムが格納されている。これにより、処理部５は、下記の検知方法によって、受光部８において検知された光に基づく光信号（例えば、電圧値）に基づいて、光弾性樹脂２の屈曲方向を検知可能としている。

次に、この屈曲センサ１を用いて、光弾性樹脂２の屈曲方向を検知するための検知方法について、図１および図２を参照して説明する。なお、図２では、図１における光弾性樹脂２を抜粋して示している。

この検知方法では、まず、制御部６の制御により発光部７の発光部材（ダイオードなど）から各光弾性樹脂２（光弾性樹脂２Ａおよび光弾性樹脂２Ｂ）に、光を入射する。

そして、各光弾性樹脂２（光弾性樹脂２Ａおよび光弾性樹脂２Ｂ）を通過した光を、受光部８の受光部材（フォトダイオードなど）で受光して、その受光した光の強度を、光信号として処理部５に入力する。例えば、受光部材としてフォトダイオードを用いる場合、各光弾性樹脂２を通過した光の強度を、それぞれフォトダイオードによって電圧値に変換し、各電圧値を光信号（電気信号）として処理部５に入力する。

このとき、図２Ａに示されるように、光弾性樹脂２が屈曲していなければ、発光部７から各光弾性樹脂２に対して入射された光は、光弾性樹脂２の屈曲に起因した減衰を生じることなく、各光弾性樹脂２を通過して、受光部８で受光される。

つまり、光弾性樹脂２Ａが屈曲していなければ、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ａ））は、光弾性樹脂２Ａに入射した光の強度（発光強度Ｌ_Ｅ（Ａ））と同程度である（Ｌ_Ｒ（Ａ）≒Ｌ_Ｅ（Ａ））。

なお、同程度とは、発光部７において生じた光の一部が、例えば、光弾性樹脂２中に吸収されるなどして僅かに減衰した場合の強度を含む。

また、同様に、光弾性樹脂２Ｂが屈曲していなければ、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ｂ））も、光弾性樹脂２Ｂに入射した光の強度（発光強度Ｌ_Ｅ（Ｂ））と同程度である（Ｌ_Ｒ（Ｂ）≒Ｌ_Ｅ（Ｂ））。

換言すれば、各光弾性樹脂２のそれぞれにおいて、各光弾性樹脂２に入射した光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ）と、各光弾性樹脂２を通過した光の強度（発光強度Ｌ_Ｅ）とが同程度である場合、処理部５は、光弾性樹脂２の屈曲に起因した減衰が生じていないと判断でき、これにより、光弾性樹脂２が屈曲していないと判断することができる。

一方、例えば、図２Ｂに示されるように、光弾性樹脂２の第１方向における他方側端部（受光側端部）が第２方向の一方側へ向かうように、光弾性樹脂２Ａおよび光弾性樹脂２Ｂが屈曲している場合、各光弾性樹脂２に対して入射された光は、光弾性樹脂２の屈曲に起因した減衰を生じる。すなわち、発光部７において生じた光は、複屈折および漏出により減衰しながら、各光弾性樹脂２を通過して、受光部８で受光される。

つまり、光弾性樹脂２Ａが、図２Ｂに示すように屈曲していると、光弾性樹脂２Ａ側で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ａ））は、光弾性樹脂２Ａに入射した光の強度（発光強度Ｌ_Ｅ（Ａ））よりも小さくなる（Ｌ_Ｒ（Ａ）＜Ｌ_Ｅ（Ａ））。これにより、光弾性樹脂２Ａ側の受光部材（フォトダイオード）から生じる光信号（電圧値など）は、屈曲していない場合に比べて、低下する。

また、同様に、光弾性樹脂２Ｂが、図２Ｂに示すように屈曲していると、光弾性樹脂２Ｂ側で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ｂ））も、光弾性樹脂２Ｂに入射した光の強度（発光強度Ｌ_Ｅ（Ｂ））よりも小さくなる（Ｌ_Ｒ（Ｂ）＜Ｌ_Ｅ（Ｂ））。これにより、光弾性樹脂２Ｂ側の受光部材（フォトダイオード）から生じる光信号（電圧値など）も、屈曲していない場合に比べて、低下する。

このように、各光弾性樹脂２おいて、各光弾性樹脂２に入射した光の強度（発光強度Ｌ_Ｅ）よりも、各光弾性樹脂２を通過した光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ）が小さい場合、処理部５は、屈曲に起因した減衰が生じていると判断でき、屈曲センサ１が屈曲していると判断できる。また、屈曲角度が大きいほど、屈曲に起因した減衰が大きくなるため、光の減衰の度合いに基づいて、屈曲角度を推定することもできる。

さらに、上記の屈曲センサ１では、屈曲方向の内側に配置されている光弾性樹脂２Ｂの屈曲の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂２Ａの屈曲の度合いに比べて、大きくなる。

そのため、屈曲方向の内側に配置されている光弾性樹脂２Ｂで生じる光の減衰の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂２Ａで生じる光の減衰の度合いに比べて大きくなる。

その結果、図２Ｂに示すように光弾性樹脂２を屈曲させると、光弾性樹脂２Ｂを通過し、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ｂ））が、光弾性樹脂２Ａを通過し、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ａ））よりも、小さくなる（Ｌ_Ｒ（Ｂ）＜Ｌ_Ｒ（Ａ））。

換言すれば、光弾性樹脂２Ｂを通過した光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ｂ））が、光弾性樹脂２Ａを通過した光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ａ））よりも、小さい場合（Ｌ_Ｒ（Ｂ）＜Ｌ_Ｒ（Ａ））には、処理部５は、光弾性樹脂２Ｂが光弾性樹脂２Ａに対して内側になるように屈曲センサ１が屈曲されていると、判断できる。

これに対して、例えば、図２Ｃに示されるように、光弾性樹脂２の第１方向における他方側端部（受光側端部）が第２方向の他方側へ向かうように、光弾性樹脂２Ａおよび光弾性樹脂２Ｂが屈曲している場合にも、各光弾性樹脂２に対して入射された光は、光弾性樹脂２の屈曲に起因した減衰を生じる。すなわち、発光部７において生じた光は、複屈折および漏出により減衰しながら、各光弾性樹脂２を通過して、受光部８で受光される。

つまり、光弾性樹脂２Ａが、図２Ｃに示すように屈曲していると、光弾性樹脂２Ａ側で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ａ））は、光弾性樹脂２Ａに入射した光の強度（発光強度Ｌ_Ｅ（Ａ））よりも小さくなる（Ｌ_Ｒ（Ａ）＜Ｌ_Ｅ（Ａ））。これにより、光弾性樹脂２Ａ側の受光部材（フォトダイオード）から生じる光信号（電圧値など）は、屈曲していない場合に比べて、低下する。

また、同様に、光弾性樹脂２Ｂが、図２Ｃに示すように屈曲していると、光弾性樹脂２Ｂ側で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ｂ））も、光弾性樹脂２Ｂに入射した光の強度（発光強度Ｌ_Ｅ（Ｂ））よりも小さくなる（Ｌ_Ｒ（Ｂ）＜Ｌ_Ｅ（Ｂ））。これにより、光弾性樹脂２Ｂ側の受光部材（フォトダイオード）から生じる光信号（電圧値など）も、屈曲していない場合に比べて、低下する。

このように、各光弾性樹脂２おいて、各光弾性樹脂２に入射した光の強度（発光強度ＬＥ）よりも、各光弾性樹脂２を通過した光の強度（受光強度ＬＲ）が小さい場合、処理部５は、屈曲に起因した減衰が生じていると判断でき、屈曲センサ１が屈曲していると判断できる。また、屈曲角度が大きいほど、屈曲に起因した減衰が大きくなるため、光の減衰の度合いに基づいて、屈曲角度を推定することもできる。

さらに、上記の屈曲センサ１では、屈曲方向の内側に配置されている光弾性樹脂２Ａの屈曲の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂２Ｂの屈曲の度合いに比べて、大きくなる。

そのため、屈曲方向の内側に配置されている光弾性樹脂２Ａで生じる光の減衰の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂２Ｂで生じる光の減衰の度合いに比べて大きくなる。

その結果、図２Ｃに示すように光弾性樹脂２を屈曲させると、光弾性樹脂２Ａを通過し、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ａ））が、光弾性樹脂２Ｂを通過し、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ｂ））よりも、小さくなる（Ｌ_Ｒ（Ｂ）＞Ｌ_Ｒ（Ａ））。

換言すれば、光弾性樹脂２Ａを通過した光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ａ））が、光弾性樹脂２Ｂを通過した光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ（Ｂ））よりも、小さい場合（Ｌ_Ｒ（Ｂ）＞Ｌ_Ｒ（Ａ））には、処理部５は、光弾性樹脂２Ａが光弾性樹脂２Ｂに対して内側になるように屈曲センサ１が屈曲されていると、判断できる。

このように、上記の屈曲センサ１では、光弾性樹脂２Ａにおける光の減衰の度合いと、光弾性樹脂２Ｂにおける光の減衰の度合いとを観測し、それらの差異を比較することによって、光弾性樹脂２の屈曲方向を検知できる。

上記の屈曲センサ１では、光弾性樹脂２のヤング率、光弾性定数の絶対値および屈折率が所定範囲である。そのため、光弾性樹脂２が屈曲している場合には、光弾性樹脂２の屈曲の度合い（曲率）に応じて、光弾性樹脂２を通過する光が複屈折により減衰するとともに、光弾性樹脂２を通過する光が光弾性樹脂の外部に漏出する。そして、上記の屈曲センサ１では、複数の光弾性樹脂２が並列配置され、各光弾性樹脂２のそれぞれを通過した光を光センサ４で検知する。そのため、それら各光弾性樹脂２における光の減衰の度合いの差異を比較することにより、光弾性樹脂２の屈曲方向を検知することができる。

一方、上記の屈曲センサ１では、屈曲センサ１が第２方向に沿って屈曲した場合には、屈曲方向を検知することができるが、屈曲センサ１が第３方向に沿って屈曲した場合には、光弾性樹脂２Ａと光弾性樹脂２Ｂとで光の減衰の度合いが同程度（Ｌ_Ｒ（Ｂ）＜Ｌ_Ｒ（Ａ））になるため、屈曲方向を検知できない。

そのため、第２方向における屈曲方向に加えて、第３方向における屈曲方向も検知する場合には、以下に示すように、長手方向と直交する方向において、３つ以上の光弾性樹脂２を配置する。

より具体的には、例えば、第２実施形態として図３に示すように、屈曲センサ１は、第１方向に沿って延びる光弾性樹脂２を、３つ備えることができる。

以下、３つの光弾性樹脂２を、それぞれ、光弾性樹脂２Ａ、光弾性樹脂２Ｂおよび光弾性樹脂２Ｃと称して区別する。

第２実施形態において、光弾性樹脂２Ａおよび光弾性樹脂２Ｂは、上記した第１実施形態と同様に、第１方向と直交する第２方向に沿って並列するように配置されている。

さらに、第２実施形態では、光弾性樹脂２Ｃが、光弾性樹脂２Ａおよび光弾性樹脂２Ｂに対して、第１方向と直交し、かつ、第２方向に対して交差する方向に沿って、並列するように配置されている。

つまり、各光弾性樹脂２は、第１方向と直交する平面方向（第２方向および第３方向を含む平面方向）に沿って、互いに並列するように配置されている。好ましくは、３つの光弾性樹脂２は、屈曲センサ１の径方向断面図（第１方向と直交する平面（第２方向および第３方向を含む平面）に沿う断面図）において、略正三角形の頂点となるように、配置されている。

このような屈曲センサ１でも、上記した第１実施形態と同様に、屈曲方向の最も内側に配置されている光弾性樹脂２の屈曲の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂２の屈曲の度合いに比べて大きくなる。

そのため、屈曲方向の最も内側に配置されている光弾性樹脂２で生じる光の減衰の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂２で生じる光の減衰の度合いに比べて大きくなる。

その結果、第２方向および第３方向のいずれの方向に沿って、光弾性樹脂２を屈曲させた場合でも、屈曲方向の最も内側に配置されている光弾性樹脂２を通過し、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ）が、その他の光弾性樹脂２を通過し、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ）よりも、小さくなる。

つまり、処理部５は、各光弾性樹脂２のそれぞれにおいて、受光部８で受光される光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ）を検知し、その光の強度（受光強度Ｌ_Ｒ）が最も小さい光弾性樹脂２を特定することにより、屈曲方向において最も内側に配置されている光弾性樹脂２を特定することができる。そのため、上記の屈曲センサ１では、光弾性樹脂２Ａにおける受光強度と、光弾性樹脂２Ｂにおける受光強度と、光弾性樹脂２Ｃにおける受光強度とを、互いに比較することによって、第２方向および第３方向を含む平面方向３６０°のいずれの方向へ屈曲しているかを検知することができる。

なお、上記した第２実施形態では、屈曲センサ１は、光弾性樹脂２を３つ備えているが、例えば、図４に第３実施形態として示すように、屈曲センサ１は、光弾性樹脂２を４つ以上備えることもできる。

より具体的には、例えば、第３実施形態として図４に示すように、屈曲センサ１は、第１方向に沿って延びる光弾性樹脂２を、４つ備えることができる。

以下、４つの光弾性樹脂２を、それぞれ、光弾性樹脂２Ａ、光弾性樹脂２Ｂ、光弾性樹脂２Ｃ、および、光弾性樹脂２Ｄと称して区別する。

第３実施形態において、光弾性樹脂２Ａおよび光弾性樹脂２Ｂは、上記した第１実施形態と同様に、第１方向と直交する第２方向に沿って並列するように配置されている。

さらに、第３実施形態では、光弾性樹脂２Ｃが、光弾性樹脂２Ａに対して、第３方向（第１方向と直交し、かつ、第２方向に対して直交する方向）に沿って、並列するように配置されている。

加えて、第３実施形態では、光弾性樹脂２Ｄが、光弾性樹脂２Ｂに対して、第３方向（第１方向と直交し、かつ、第２方向に対して直交する方向）に沿って、並列するように配置されている。

つまり、各光弾性樹脂２は、第１方向と直交する平面方向（第２方向および第３方向を含む平面方向）に沿って、互いに並列するように配置されている。好ましくは、４つの光弾性樹脂２は、屈曲センサ１の径方向断面図（第１方向と直交する平面（第２方向および第３方向を含む平面）に沿う断面図）において、略正方形の頂点となるように、配置されている。

このような屈曲センサ１でも、上記した第１実施形態と同様に、屈曲方向の最も内側に配置されている光弾性樹脂２の屈曲の度合いが、屈曲方向の外側に配置されている光弾性樹脂２の屈曲の度合いに比べて大きくなる。そのため、上記の屈曲センサ１では、光弾性樹脂２Ａにおける受光強度と、光弾性樹脂２Ｂにおける受光強度と、光弾性樹脂２Ｃにおける受光強度と、光弾性樹脂２Ｄにおける受光強度とを、互いに比較することによって、第２方向および第３方向を含む平面方向３６０°のいずれの方向へ屈曲しているかを、より精密に検知することができる。

なお、屈曲センサ１は、光弾性樹脂２を多く備えるほど、より精密に屈曲方向を検知することができる。そのため、屈曲センサ１における光弾性樹脂２の数は、３つ以上であることが好ましい。一方、光弾性樹脂２を多く備えるほど、生産効率およびコスト性が低下するため、屈曲センサ１における光弾性樹脂２の数は、通常、１０つ以下、好ましくは、５つ以下、より好ましくは、４つ以下、とりわけ好ましくは、３つである。

また、上記の屈曲センサ１は、光弾性樹脂２の第１方向一方側から光が照射され、第１方向他方側から光が射出される透過型センサであるが、例えば、光弾性樹脂２の第１方向一方側から光が照射され、第１方向他方側において光が再帰性反射材により反射され、光弾性樹脂２の第１方向一方側から光が射出される反射型センサであってもよい。

そして、このような屈曲センサ１は、屈曲方向を検知できるため、各種産業分野において、ロボット、機器などの検知部材として、好適に用いることができる。

次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。

製造例１＜光弾性樹脂＞
ガラス製フラスコに、ＰＴＧ－１０００（ポリテトラメチレンエーテルグリコール、水酸基価１１１．５ｍｇＫＯＨ／ｇ、保土谷化学社製）１００質量部を仕込み、減圧下、１２０℃で２時間乾燥し、温度を８０℃に下げ、窒素で常圧に戻した。次いで、撹拌しながら、ＴＯＤＩ（３，３′－ジメチルビフェニル－４，４′－ジイソシアネート、日本曹達社製）９．２質量部（イソシアネートインデックス３５）を投入した。次いで、撹拌しながら、ＴＭＰ（トリメチロールプロパン）１．０質量部を加え、温度を７０℃に調整した。次いで、７０℃で溶解したＭＤＩ－ＰＨ（４，４′－ジフェニルメタンジイソシアネート、三井化学社製）２０．２質量部（イソシアネートインデックス１０５）を投入し、撹拌混合した。

その後、減圧下で３０秒間脱泡し、窒素で常圧に戻した後、フラスコから取り出し、ポリウレタン組成物を得た。

次いで、得られたポリウレタン組成物を、シリコーン樹脂チューブ（成形型、内径２．５ｍｍ×長さ１５ｃｍ、屈折率１．４３、信越ポリマー製）に流し込み、７０℃で１８時間硬化させることにより、棒形状の光弾性樹脂（光弾性ポリウレタン樹脂）を得た。

＜光弾性ポリウレタン樹脂の物性評価＞
（１）光弾性定数およびヤング率
「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌７３、２５３－２５８（２００７）」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定し、光弾性樹脂の２５℃における歪み光学定数およびヤング率を得るとともに、それらから２５℃における光弾性定数を算出した。上記測定には、波長６３０ｎｍのレーザー光を使用した。光弾性定数およびヤング率を表１に示す。

（２）動的粘弾性
光弾性樹脂を、動的粘弾性測定装置（ＶＥＳ－Ｆ－ＩＩＩ、ＶＩＳＣＯ－ＥＬＡＳＴＩＣＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ、岩本製作所社製）を用いて、昇温速度５℃／分、振動数１０Ｈｚ、振幅±０．０１ｍｍの温度分散モードにて測定し、貯蔵伸長弾性率（Ｅ’）、損失伸長弾性率（Ｅ’’）および損失正接（ｔａｎδ）を求めるとともに、得られたデータの損失正接（ｔａｎδ）のピーク値の温度を、ガラス転移温度（Ｔｇ）とした。貯蔵伸長弾性率（Ｅ’）、損失伸長弾性率（Ｅ’’）、損失正接（ｔａｎδ）およびガラス転移温度（Ｔｇ）を表１に示す。

（３）屈折率
卓上屈折計（アタゴ社製）において、光源にナトリウムランプ（Ｆｉｂｅｒ－Ｌｉｔｅ、ＭＯＤＥＬ３１００、Ｄｏｌａｎ－ＪｅｎｎｅｒＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社製）を用いて、測定温度２０℃で、光弾性樹脂の屈折率を測定した。

その結果を、表１に示す。

実施例１＜屈曲センサ＞
製造例１で得られた光弾性樹脂を２本用いて、図１に示すように、屈曲センサを作製した。

すなわち、光弾性樹脂Ａと光弾性樹脂Ｂとを並列配置し、シリコーン樹脂（屈折率１．４３）によって封止し、互いに結束した。

また、各光弾性樹脂の両端を裁断して平滑化して、それぞれの一方側端部に、光源および光ファイバーＵ－４８（商品名、キーエンス製）を接着剤で固定した。これにより、各光弾性樹脂に光を入射可能とした。また、各光弾性樹脂の他方側端部には、光弾性樹脂を通過した光を検出するために、フォトダイオードを備えたアンプＦＳ－Ｎ１１ＭＮ（商品名、キーエンス製）を、反射板を介して接続した。そして、アンプから出力される電圧値を、データロガーＮＲ－６００（商品名、キーエンス製）にて記録した。

＜＜屈曲評価＞＞
屈曲センサにおいて、まず、２つの光弾性樹脂（光弾性樹脂Ａおよび光弾性樹脂Ｂ）を、長手方向が水平になるように固定して、光源およびフォトダイオードをキャリブレーションした。このときの出力値を、屈曲０°（屈曲なし、図２Ａ）における電圧値とした。

そして、屈曲センサを、鉛直方向に沿って屈曲させた場合（屈曲状態１）と、２つの光弾性樹脂の並列方向に沿って、光弾性樹脂Ａが外側となるように屈曲させた場合（屈曲状態２）と、光弾性樹脂Ａが内側となるように屈曲させた場合（屈曲状態３）とのそれぞれにおいて、光源から各光弾性樹脂に光を入射し、フォトダイオードを介して出力される電圧値を測定した。得られた電圧値グラフを、図５に示す。

図５が参照されるように、光弾性樹脂Ａが外側となるように屈曲させた場合、光弾性樹脂Ａを通過した光の電圧値は、光弾性樹脂Ｂを通過した光の電圧値よりも、大きくなった。一方、光弾性樹脂Ａが内側となるように屈曲させた場合、光弾性樹脂Ａを通過した光の電圧値は、光弾性樹脂Ｂを通過した光の電圧値よりも、小さくなった。

１屈曲センサ
２光弾性樹脂
３カバー部材
４光センサ
５処理部
６制御部
７発光部
８受光部

Claims

長手方向に延びる複数の光弾性樹脂と、
複数の光弾性樹脂のそれぞれを通過した光を検知する光センサと、
前記光センサにより検知された光信号に基づいて、前記光弾性樹脂の屈曲方向を検知する処理部と
を備え、
複数の前記光弾性樹脂は、前記長手方向と直交する方向に並列配置されており、
前記光弾性樹脂の２５℃におけるヤング率が、２～５ＭＰａであり、
前記光弾性樹脂の２５℃における光弾性定数の絶対値が、２０×１０^-12Ｐａ^-1～１×１０^-5Ｐａ^-1であり、
前記光弾性樹脂の屈折率が１．３０～１．８０であり、
複数の前記光弾性樹脂は、互いに密着するように配置されている
ことを特徴とする、屈曲センサ。
前記光弾性樹脂が、３つ以上配置されている
ことを特徴とする、請求項１に記載の屈曲センサ。
さらに、複数の前記光弾性樹脂を被覆するカバー部材を備え、
前記カバー部材の屈折率は、前記光弾性樹脂の屈折率未満である
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の屈曲センサ。