JPH01105130A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、伸びを与えられるとその伸びの大きさに応じ
て電気抵抗が変化する、伸長型導電ゴム等の伸長型導電
エラストマーを利用して、圧力を検出する圧力検出装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、導電ゴムを用いた圧力検出装置としては、感圧導
電ゴム（ＰＣＲ）を用いた圧力検出装置があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の感圧導電ゴムは、圧縮を受けたとき、その圧縮量
に応じて電気抵抗が変化するものであり、引張りを受け
た場合にはすぐに破断してしまうので、引張り力を作用
させることはできなかりた。

ところが、ゴム等のエラストマーにおいては一般に圧縮
方向のばね定数は引張り方向のそれに比較して著しく大
きいので、圧縮の場合、変形量を大きくすることはでき
ない（特に、通常使用されているシート状のゴムの場合
は微小な変形しか与えることができない）。したがって
、従来の感圧導電ゴムを用いた圧力検出装置では、感圧
導電ゴムの極めて微小な圧縮変形に対する電気抵抗の変
化により圧力を検出せざるを得ないという構造的な制約
があり、これがため、圧力を精度よく検出することは不
可能であった。

このため、従来の感圧導電ゴムを用いた圧力検出装置は
、圧力の有無をオン、オフ的に検出するスイッチ等とし
ての使用に用途が限定され、圧力をアナログ的に検出す
ることはできないという問題があった。

また、感圧導電ゴム以外の圧力検出袋ぼでは、従来より
圧力をアナログ的に検出できるものがあったが、これら
の圧力検出装置は一般に構造が複雑で製造コストが高い
とともに、圧力検出信号を入力すべきコンピュータ等の
機器類に増幅器やインターフェースを介して接続する必
要があるという問題があった。また、これらの従来の圧
力検出装置の中には、静電容量型等の場合のように、実
際の圧力の変化と圧力検出信号との間に位相のずれを生
じるという問題もあった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされた
もので、導電ゴム等の導電エラストマーを用いて、圧力
をアナログ的に高精度に検出することができ、しかも構
造が簡単で安価に製造でき、信頼性が高く、増幅器やイ
ンターフェースを必要とせず、取り扱いが極めて容易で
あり、実際の圧力の変化と圧力検出信号との間に位相の
ずれを生しることもない圧力検出装置を提供することを
目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段Ｊ 本発明による圧力検出装置は、検出すべき圧力を作用さ
れると引張り応力を生じるように設けられた伸長型導電
エラストマー（伸びを与えられると該伸びの大きさに応
じて電気抵抗が変化するエラストマー）と、この導電エ
ラストマーに互いに間隔を置いた位置にて電気的に接続
された複数の電極とを有してなるものである。

〔作用〕

本発明においては、伸長型導電エラストマーに圧力が作
用してない状態では、導電エラストマーに引張り応力、
ひいては伸びが生じないので、導電エラストマーは電気
抵抗が大きい状態となっているが、圧力が作用すると、
導電エラストマーに圧力に応じた引張り応力、ひいては
伸びが生じるため、導電エラストマーの電気抵抗が圧力
に応じて小さ（なる。

したがって、電極間における導電エラストマーの電気抵
抗の変化を通じて圧力を検出することができる。

そして、前述のように一般にゴム等のエラストマーにお
いては引張り方向のばね定数は圧縮方向のそれに比較し
て著しく小さいので、圧縮の場合に比較して引張りの場
合は変形量を大きくすることができるため、本発明によ
る圧力検出装置では、圧力を導電エラストマーに作用さ
せることにより導電エラストマーに大きな伸び変形を与
え、この大きな伸び変形に対応する電気抵抗の変化を通
じて圧力を検出できるので、圧力を精度良くアナログ的
に検出することができる。

〔実施例〕

以下、°本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する
。

第１図から第３図までは本発明の第１実施例を示す。こ
の実施例において、ゴム支持材１は金属等の導体からな
り、一端部にフランジ部１ａを有する円筒状をなしてい
る。ゴム支持材２は環状かつ板状の金属等の導体からな
り、ゴム支持材１のフランジ部１ａの外径および内径に
対応する外径および内径を有している。ここで、前記ゴ
ム支持材１．２は、それぞれ電極としての機能をも果す
ものである。

前記ゴム支持材１と２との間には、シート状の伸長型導
電ゴム３が、ゴム支持材１の穴（開口）１ｂおよびゴム
支持材２の穴２ａを覆うようにして挟まれている。そし
て、前記ゴム支持材１および２は、このように導電ゴム
３を間に挾んだ状態でボルト４およびナツト５によ゛り
互いに締結されており、これにより導電ゴム３はその周
縁部を全周に渡ってゴム支持材１および２により挟持さ
れた状態となっている。

また、前記導電ゴム３には、中心電極６がゴム支持材１
．２の穴１ｂ、２ａの中心部に圧入されることにより、
該中心部に電気的に接続されている。

前記導電ゴム３は、伸びを与えられると電気抵抗が変化
する特性を有しており、第４図はこの伸長型導電ゴム３
の伸び率と電気抵抗変化との関係を示す特性図である（
ただし、ゴムの長さ２０．０ｍｍ。

幅１０．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの場合の特性である）
。この特性図から明らかなように、この伸長型導電ゴム
３は、伸びを全く与えない状態では電気抵抗が大きいが
、伸ばすにつれて抵抗が小さくなる特性を有している。

このような特性を有する伸長型導電ゴムは、例えば、特
願昭６２−２０３８５６号に開示されているように、カ
ーボンブラックおよびグラファイトを混合してなる導電
性シリコンゴムをあらかじめ架橋させ、しかる後に、こ
の導電性シリコンゴムと相溶性のあるシリコンオイルを
５〜５０％含浸することにより作成することができる。

次に、本実施例の作動を説明する。

第１図のように伸長型導電ゴム３に圧力が作用してない
状態では、導電ゴム３の電気抵抗は大きいが、第３図の
ように圧力Ｐが作用すると、導電ゴム３に圧力Ｐに応じ
た引張り応力、ひいては伸びが生じるため、導電ゴム３
の電気抵抗は圧力Ｐに応じて小さくなる。

したがって、ゴム支持材１．２と中心電極６との間にお
ける導電ゴム３の電気抵抗の変化を通じて、導電ゴム３
に作用する圧力Ｐを検出することができる。

また、圧縮の場合に比較して引張りの場合は変形量を大
きくすることができるため、導電ゴム３に大きな伸び変
形を与え、この大きな伸び変形に対応する電気抵抗の変
化により圧力を検出できるので、圧力を精度良くアナロ
グ的に検出することができる。

また、一般の圧力検出装置は、圧力検出信号を入力すべ
きコンピュータ等の機器類に増幅器やインターフェース
を介して接続する必要があるが、この圧力検出装置は、
圧力検出信号を入力すべきコンピュータ等の機器類に増
幅器やインターフェースを介することなしに導電ゴム３
を直接接続し、該導電ゴム３の電気抵抗の変化による電
圧（または電流）の変化を直接圧力検出信号として前記
機器類に入力することができる。したがって、取り扱い
が極めて容易であるとともに、この圧力検出装置を使用
するシステム全体のコストを安価にすることができる。

また、この圧力検出装置は、電気抵抗の変化により圧力
を検出するので、従来の静電型圧力検出装置等の場合の
ように実際の圧力の変化と圧力検出信号との間に位相の
ずれを生じることがない。

また、構造が非常に簡単であるため、安価に製造できる
とともに、信頼性が高い。。

なお、一般に伸長型導電ゴム３は、伸びを全く与えられ
ていない状態では電気抵抗がかなり高くなるので、これ
を電圧や電流に変換しようとすると高電圧が必要になる
場合があるが、そのような場合には、圧力零の状態で既
に適度の伸び変形が与えられることになるようにゴム支
持材１，２に導電ゴム３を支持させればよい。

また、本実施例では、電極（ゴム支持材１，２および中
心電極６）を導電ゴム３の周縁部と中心部とにそれぞれ
接続しているが、導電ゴム３に対する電極の接続は他の
位置で行ってもよく、例えば導電ゴム３の中心部付近に
２つの電極を接続してこれらの電極間で電気抵抗を検出
してもよい。

ただし、伸長型導電ゴム３は、圧縮を受けたときにも電
気抵抗が低下する。したがって、例えば、ゴム支持材１
，２を電気絶縁体として、これらのゴム支持材１，２に
挾まれている導電ゴム３の周縁部に２つの電極を接続し
、これらの電極間において導電ゴム３の電気抵抗を検出
しようとすると、導電ゴム３の周縁部はゴム支持材１，
２の間に挟まれることにより圧縮状態となっているので
、この周縁部おいては電気抵抗が低下しており、主とし
てこの周縁部に電流が流れてしまうことになるため、圧
力Ｐに応じた導電ゴム３の電気抵抗の変化を正確に検出
することができない。

第５図および６図は本発明の第２実施例を示す。

金属等の導体からなる板状のゴム支持材１１，１２は、
互いに対応する位置に多数の円形の穴をそれぞれ設けら
れている。ここで、これらのゴム支持材１１．１２は電
極としての機能をも果すものである。前記ゴム支持材１
１．１２の間には、前記実施例の伸長型導電ゴム３と同
様のシート状の伸長型導電ゴム１３が挟まれており、該
導電ゴム１３は板材１１．１２の穴１１ａ、１２ａにお
いて外部に対し露出されている。前記導電ゴム１３には
、多穴１１ａ、１２ａの中心部において中心電極１４が
、それぞれ導電性接着剤により接着されることによって
電気的に接続されている。

本実施例においても、ゴム支持材１１．１２の多穴１１
ａ、１２ａに作用する圧力は、ゴム支持材１１．１２と
中心電極１４との間における導電ゴム１３の電気抵抗の
変化により検出できる。そして、本実施例では、このよ
うにして多穴１１ａ。

１２ａにおける圧力を知ることにより、ゴム支持材１１
．１２の全面における圧力分布を検出することができる
。

第７図から９図までは本発明の第３実施例、を示す。こ
の実施例において、２１はシリコンゴム等の電気絶縁性
のゴムからなるシート状の絶縁ゴム、２２は前記実施例
の伸長型導電ゴム３．１３と同様のシート状の伸長型導
電ゴムであり、これらのゴム２１．２２は第７図に示さ
れるようにその両者間に多数の球体２３を挟まれた状態
で互いに接着されている。なお、前記球体２３は本実施
例では電気絶縁体で構成されているが、導体で構成して
もよい。

２４．２５は電気絶縁体からなる板状のゴム支持材であ
り、これらのゴム支持材は第７図に示されるように絶縁
ゴム２１および導電ゴム２２をその間に挟んでいる。そ
して、前記ゴム支持材２４゜２５はそれぞれ縦方向およ
び横方向に整列させて多数の円形の穴２４ａ、２５ａを
設けられている。

なお、各球体２３はゴム支持材２４．２５の多穴２４ａ
、２５ａの中心部に位置されるように配置されている。

第９図（第７図のＩＸ−ＩＸ線における断面図）に示さ
れるように、前記導電ゴム２２のゴム支持材２５側の表
面上には周縁側電極２６および中心電極２７が電気的に
接続されている。前記周縁側電極２６は穴２４ａ、２５
ａの行数（ここでは、図において横方向に延びる穴の列
を「行」とする）だけ設けられており、各周縁側電極２
６は穴２５ａの周縁に接して設けられた環状部２６ａと
、同じ行に属する一環状部２６ａを互いに接続する直線
状部２６ｂとからなっている。また、前記中心電極２７
は、多穴２５ａの中心部に位置されるように設けられて
いる。

第８図（底面図）に示されるように、前記ゴム支持材２
５の導電ゴム２２と反対側の表面上には、導体パターン
２８が形成されている。これらの導体パターン２８は穴
２４　ａ、　　２５　ａの列数（ここでは、図において
縦方向に延びる穴の列を「列」とする）だけ設けられて
おり、各導体パターン２８は穴２５ａの周縁に設けられ
た環状部２８ａと、同じ列に属する環状部２８ａを互い
に接続する直線状部２８ｂとからなっている。そして、
各列に属する中心電極２７は、ジャンパー２９を介して
当該列の導体パターン２８に共通に接続されている。

本実施例においても、多穴２４　ａ、　　２５　ａの周
縁側電極２６と中心電極２７との間における導電ゴム２
２の電気抵抗の変化により、多穴２４ａ。

２５ａに作用する圧力を検出し、ひいてはゴム支持板２
４．２５の全面における圧力分布を検出することができ
る。

また、本実施例では、導電ゴム２２と絶縁ゴム２１とが
球体２３を間に挟ん状態で互いに接着されていることに
より、導電ゴム２２は圧力零の状態でも、ある程度の引
張り力を作用された状態となっており、電気抵抗が低く
なっているので、電気抵抗の検出のために高電圧を必要
としない。

さらに、本実施例では、ある穴２４　ａ、　　２５　ａ
の圧力を知り°たい場合、その穴の属する行および列を
指定することにより、容易にその穴の圧力を知ることが
できる。具体的に言うと、第Ｍ番目の行かつ第Ｎ番目の
列（ＭおよびＮは任意の整数）の穴の圧力を知りたい場
合には、第Ｍ番目の行の周縁側電極２６と第Ｎ番目の列
の導体パターン２８に電圧を印加すれば、所望の第Ｍ番
目の行かつ第Ｎ番目の列の穴２４ａ、２５ａ部分におい
て導電ゴム２２に電流が流れ（この場合、電流は第Ｍ番
目の行の周縁側電極２６、導電ゴム２２、第Ｍ番目の行
かつ第Ｎ番目の列の穴の中心電極２８、ジャンパー２９
、第Ｎ番目の列の導体パターン２８の経路またはその逆
の経路で流れる）、当該穴における電気抵抗、ひいては
圧力を知ることができる。

なお、前記各実施例では、伸長型導電ゴムに覆われるゴ
ム支持材の穴（開口）を円形としているが、本発明にお
いては、これらの穴を楕円形や正方形等の円形以外の形
状とすることも可能である。

第１０図および１１図は本発明による圧力検出装置の第
４実施例を示す。この実施例において、前記各実施例の
伸長型導電ゴムと同様の特性を有する伸長型導電ゴム３
１は円筒状をなしており、この導電ゴム３１の両端部は
それぞれ蓋材３２゜３３により閉じられている。ただし
、一方の蓋材３２には圧力導入口３４が設けられている
。前記導電ゴム３１の外面の適当な部分には、第１１図
に示されるように２つの電極３５．３６が電気的に接続
されている。

本実施例においても、圧力導入口３４を通じて圧力Ｐが
導電ゴム３１の内部に作用すると、導電ゴム３１に圧力
Ｐに応じた引張り応力、ひいては伸びが生じるため、電
極３５．３６間における導電ゴム３１の電気抵抗の変化
を通じて圧力Ｐを検出することができる。

第１２図および１３図は本発明による圧力検出装置の第
５実施例を示す。この実施例において、前記各実施例の
伸長型導電ゴムと同様の特性を有する伸長型導電ゴム４
１は大略のところ、中空の球状をなしており、該導電ゴ
ム４１の内外を連通ずる筒状の圧力導入部４２を一箇所
に設けられている。前記導電ゴム４１の外面の適当な部
分には、第１３図に示されるように２つの電極４３．４
４が電気的に接続されている。

本実施例においても、圧力導入部４２を通じて圧力Ｐが
導電ゴム４１の内部に作用すると、導電ゴム４１に圧力
Ｐに応じた引張り応力、ひいては伸びが生じるため、電
極４３．４４間における導電ゴム４１の電気抵抗の変化
を通じて、圧力Ｐを検出することができる。

なお、前記各実施例では、伸長型導電エラストマーとし
て伸長型導電ゴムを用いた例を示したが、本発明におい
ては、ゴム以外の伸長型導電性エラストマーを使用して
もよい。

また、本発明において使用できる伸長型導電ゴムの成分
および製法は、前記特願昭６２−１７３８５６号に開示
されたものに限られない。

さらに、本発明による圧力検出装置は、気体や液体の圧
力のみならず、物体や生体からかかる圧力（例えば、踏
圧センサとして使用する場合は、人の足の踏圧）を検出
することも可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による圧力検出装置は、（イ）圧力
を精度良くアナログ的に検出することができる。

（ロ）構造が簡単であり、安価に製造できるとともに、
信頼性が高い。

（ハ）圧力検出信号を入力するべきコンピュータ等の機
器類に、増幅器やインターフェースを介することなしに
、直接接続でき、取り扱いが極めて容易であるとともに
、この検出装置を使用するシステム全体のコストを安価
にすることができる。

（ニ）実際の圧力の変化と圧力検出信号との間に位相の
ずれを生じることがない。

等の優れた効果を得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧力検出装置の第１実施例を示す
縦断面図、第２図は該実施例を示す底面図、第３図は圧
力を作用された状態における該実施例を示す縦断面図、
第４図は前記実施例に用いられた導電ゴムの伸び率と電
気抵抗の変化との関係を示す特性図、第５図は本発明に
よる圧力検出装置の第２実施例を示す平面図、第６図は
第５図のＶｌ−Ｖｌ線における断面図、第７図は本発明
による圧力検出装置の第３実施例を示す断面図、第８図
は該実施例を示す底面図、第９図は第７図の■−■線に
おける断面図、第１０図は本発明による圧力検出装置の
第４実施例を示す縦断面図、第１１図は該実施例を示す
正面図、第１２図は本発明による圧力検出装置の第５実
施例を示す縦断面図、第１３図は該実施例を示す正面図
である。 １．２・・・ゴム支持材（電極）、３・・・伸長型導電
ゴム、６・・・中心電極、１１．１２・・・ゴム支持材
（電極）、１３・・・伸長型導電ゴム、１４・・・中心
電極、２２・・・伸長型導電ゴム、２６・・・周縁側電
極、２７・・・中心電極、３１・・・伸長型導電ゴム、
３５゜３６・・・電極、４１・・・伸長型導電ゴム、４
３．４４・・・電極。 特許出願人　杉本　旭（ほか１名） 代　理　人　弁理士　大森　泉 第１図 第２図 第３図 第４図 イ申　び２Ｐ（％） 第５図 第６図 第９図 第１０図 第１２図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 検出すべき圧力を作用されると引張り応力を生じるよう
   に設けられた伸長型導電エラストマー（伸びを与えられ
   ると該伸びの大きさに応じて電気抵抗が変化するエラス
   トマー）と、この導電エラストマーに互いに間隔を置い
   た位置にて電気的に接続された複数の電極とを有してな
   る圧力検出装置。