JPH04286928A - 圧力分布測定装置 - 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】

【０００１】

【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、圧力の分
布を測定する圧力分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧力分布測定装置として、感圧導
電ゴム（ＰＣＲ）を用いたもの、ロードセルを用いたも
の、静電容量方式のもの等があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の圧力分
布測定装置のうち感圧導電ゴムを用いた装置については
、対向する電極間に設置された感圧導電ゴムが電極側か
ら圧縮を受けたとき、その圧縮変形量に応じて電気抵抗
が変化することによって圧力を測定するものであるが、
一般にゴム等のエラストマーにおいては圧縮方向のバネ
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ず、したが
って、従来の感圧導電ゴムを用いた圧力分布測定装置で
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、微小な圧力の測定には不適であった。 さらに感圧導電ゴムが圧縮を受ける場合、電極との間の
摩擦抵抗により変形の遅れが生じるため、圧力と電気抵
抗の関係は、加圧（往路）時と減圧（復路）時で値が大
きく異なることから、数値の信頼性に乏しいという欠点
があった。また、圧力を検出する機能をもったロードセ
ルを多数配置させることによって圧力分布を測定する装
置については、ロードセルの小型化に限界があり、微細
な圧力分布の測定は不可能であるということ、そして、
ロードセル自体が非常に高価であるという欠点があった
。従来の圧力分布測定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ため、これらの周辺装置のコストも
高くなるという欠点があり、また、静電容量方式等の場
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があった。また、圧力分布
測定装置の多くは装置本体が剛体である等の理由により
、平坦面以外での使用が不可能であるという欠点もあっ
た。本発明は、前記問題点を解決するためになされたも
ので、伸長型導電ゴム等の伸長型導電エラストマーを用
いて、微小な圧力も高精度に検出し、圧力の微細な分布
を測定することができ、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殆ど生じることも
なく、また、装置本体が柔軟性を有するため、平坦面以
外での使用も可能な圧力分布測定装置を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による圧力分布測
定装置は、シート状の電気絶縁性エラストマーと、該電
気絶縁性エラストマーの片面に微小な間隔でｘ軸方向に
並列して設けられ、電気的に接続された所要の厚みを有
する多数の細長い電極と、該電気絶縁性エラストマーの
電極を有する面に対向して設けられたシート状の伸長型
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）で構成され
る層構造を有し、更に該伸長型導電エラストマーの上に
シート状の電気絶縁性クッション材料を設けて、前記層
構造とは該電気絶縁性クッション材料を中心とした対称
的構造で、但し、電極が前記ｘ軸と直交するｙ軸方向に
並列した層構造を併有してなるものである。

【０００５】

【作用】本発明の圧力分布測定装置に圧力が作用してい
ない状態では、伸長型導電エラストマーに伸びが生じな
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。しかし、本装置に圧力が作用すると、２枚の
導電エラストマーの間に介在する、所要の厚みを有する
電気絶縁性クッション材料が、電気絶縁性エラストマー
と比較して非常に柔軟性に優れるがため、電気絶縁性エ
ラストマーが圧力による局部的な変形をあまり示さない
のに対し、クッション材料のうち電極と対応する部分、
特にｘ軸方向の電極とｙ軸方向の電極が交差する位置に
対応する部分は顕著な圧縮を受け、圧力に応じて厚みが
小さくなり、その一方、電極と対応しない部分、つまり
電極と電極の間に形成されている空間に対応する部分は
圧縮を受けず、厚みを保持するように空間へとくい込む
。このくい込みによって該部分に対応する導電エラスト
マーに伸びが与えられ、電気抵抗値が小さくなる。この
ように圧力の大きさに応じてクッション材料における厚
みの差は大きくなり、さらにその厚みの差の大きさに応
じて導電エラストマーに伸びが与えられる。つまり圧力
の大きさに応じて導電エラストマーの電気抵抗値が小さ
くなる。そして、該圧力が作用している位置、つまり電
気抵抗が変化している位置は、電気絶縁性クッション材
料の介在で接触をしていない２層の電極群におけるｘ軸
とｙ軸の座標によって確認され、そのうちｘ座標はｙ軸
方向に並列した電極によって確認され、ｙ座標はｘ軸方
向に並列した電極によって確認される。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
て圧力の作用している位置を確認し、力の大きさを精度
良く検出することができ、しかも、該電極が微小な間隔
で配置されているため、圧力の微細な分布状態を測定す
ることができる。

【０００６】

【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。

【０００７】第１図から第４図まで、および第６図から
第９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、微小な間隔でｘ軸方向に並列し電気的に接続さ
れた多数の細長い電極２１、２２、２３、…２ｎは、シ
ート状の電気絶縁性エラストマー１とシート状の伸長型
導電ゴム３の間に設けられ、前記ｘ軸と直交するｙ軸方
向に微小な間隔で並列し電気的に接続された多数の細長
い電極６１、６２、６３、…６ｍは、シート状の電気絶
縁性エラストマー７とシート状の伸長型導電ゴム５の間
に設けられている。また、伸長型導電ゴム３、５の間に
は、所要の厚みを有するシート状の電気絶縁性クッショ
ン材料４が介在している。該クッション材料４は電気絶
縁性エラストマー１および７が比較的硬度の高いもので
あるのに対し、非常に柔軟で、かつ、圧縮変形からの復
元性に優れる。電極２１、２２、２３、…２ｎと電極６
１、６２、６３、…６ｍは互いに垂直に設置され、各々
一定の長さ、幅、厚みを有し、一定の間隔で配列してい
る。電極２１、２２、２３、…２ｎとこれらを挟む電気
絶縁性エラストマー１と伸長型導電ゴム３によって多数
の空間８が形成され、また電極６１、６２、６３、…６
ｍとこれらを挟む伸長型導電ゴム５と電気絶縁性エラス
トマー７によって多数の空間９が形成されている。導電
ゴム３における３ａおよび導電ゴム５における５ａは、
それぞれ導電ゴム３のうち空間８を形成している部分と
導電ゴム５のうち空間９を形成している部分が交差して
いる位置にあり、クッション材料４ａは導電ゴム３ａと
導電ゴム５ａの間で対応する位置にある。また、クッシ
ョン材料４のうち電極２１、２２、２３、…２ｎと電極
６１、６２、６３、…６ｍが交差する位置に対応する４
箇所の部分を４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅとする。前記伸長
型導電ゴム３、５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５図はこの伸長型導電ゴム
３、５の伸び率と電気抵抗変化との関係を示す特性図で
ある（但し、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
らも明らかなように、この伸長型導電ゴム３、５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６図および第８図のように
本圧力分布測定装置に圧力が作用されていない状態では
、導電ゴム３および５には伸びが与えられていないので
、導電ゴム３、５は電気抵抗値が大きい状態となってい
る。他方、第７図および第９図のように本装置の一部に
圧力Ｐ（正圧）が作用されると、電気絶縁性エラストマ
ー１自体は比較的硬度が高いため局部的な変形はあまり
示さないのに対し、導電ゴム３および５の間に介在する
クッション材料４はその優れた柔軟性のため電極２１、
２２または電極６１、６２に対応する部分がそれぞれ電
極側からの押圧によって圧縮し、特にクッション材料４
ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの各部分は電極２１、２２側と電
極６１、６２側の相方からの押圧により顕著な圧縮を受
け、圧力に応じて厚みが小さくなり、その一方、電極と
対応しない部分４ａは圧縮を受けず、厚みを保持するよ
うに空間８および空間９へとくい込む。クッション材料
４は空間８、９の中に充分くい込むに足る厚みを有して
おり、このくい込みによって該部分に対応する導電ゴム
３ａは空間８側へ、導電ゴム５ａは空間９側へ伸びが与
えられ、電気抵抗値が小さくなる。このように、圧力Ｐ
の大きさに応じてクッション材料における４ａと４ｂ、
４ｃ、４ｄ、４ｅとの厚みの差は大きくなり、その厚み
の差の大きさに応じて導電ゴム３ａおよび５ａに伸びが
与えられる。つまり圧力の大きさに応じて導電ゴム３ａ
、５ａの電気抵抗値が小さくなる。ここで、伸びを与え
られた導電ゴム３ａの電気抵抗の変化は電極２１、２２
によって検出され、導電ゴム５ａの電気抵抗の変化は電
極６１、６２によって検出される。つまり、圧力が作用
している位置は、電気絶縁性クッション材料４の介在で
接触をしていない２層の電極群２１、２２、２３、…２
ｎと６１、６２、６３、…６ｍにおけるｘ軸とｙ軸の座
標によって確認され、そのうちｘ座標は電極６１、６２
、６３、…６ｍによって確認され、ｙ座標は電極２１、
２２、２３…２ｎによって確認される。そして、本装置
に作用している圧力Ｐが解除されると、導電ゴム３、５
およびクッション材料４の有する変形からの優れた復元
性により、本装置は第６図および第８図に示される初期
状態に戻り、導電ゴム３、５の電気抵抗も初期の値とな
る。このように、本圧力分布測定装置は電極２１、２２
、２３、…２ｎの各電極間における導電ゴム３ａおよび
電極６１、６２、６３、…６ｍの各電極間における導電
ゴム５ａの電気抵抗値の変化を通じて圧力の作用してい
る位置を確認し、該圧力の大きさを精度良く検出でき、
しかも、電極２１、２２、２３、…２ｎおよび６１、６
２、６３、…６ｍが微小な間隔で配置されているため圧
力の微細な分布を測定することができる。また、従来の
一般の圧力分布測定装置は、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、本圧力分布測定装置は、
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および５を直接接続し、該導電ゴム３および５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、取扱いが極めて容易であるとともに、本装置
を使用するシステム全体のコストを安価にできる。また
、本装置は電気抵抗の変化により圧力を検出するので、
従来の静電容量方式の圧力分布測定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
れは殆ど生じない。さらに、構造が簡単であるため、安
価に製造できるとともに、信頼性が高い。 なお、電極２１、２２、２３、…２ｎおよび６１、６２
、６３、…６ｍは金属等の導体からなるが、より柔軟な
材料を用いることによって圧力分布測定装置全体として
の柔軟性を与え、平坦面以外での使用も可能となる。

【０００８】第１０図および第１１図は本発明の第２実
施例を示す。この実施例においては、電気絶縁性エラス
トマー１の導電ゴム３に対向する面に、微小な間隔でｘ
軸方向に並列した多数の細長い凸状の段部１１、１２、
１３、…１ｎが設けられており、該段部１１、１２、１
３、…１ｎの上面にはそれぞれ薄型の電極１０１、１０
２、１０３…１０ｎが取り付けられ、導電ゴム３と接し
ている。また、電気絶縁性エラストマー７の導電ゴム５
に対向する面には、微小な間隔でｙ軸方向に並列した多
数の細長い凸状の段部７１、７２、７３、…７ｍが設け
られ、該段部７１、７２、７３、…７ｍの上面にそれぞ
れ薄型の電極１１１、１１２、１１３…１１ｍが取り付
けられ、導電ゴム５と接している。本実施例における、
電極１０１、１０２、１０３…１０ｎを取り付けた段部
１１、１２、１３、…１ｎおよび電極１１１、１１２、
１１３…１１ｍを取り付けた段部７１、７２、７３、…
７ｍは、構造上、前記第１実施例における電極２１、２
２、２３、…２ｎおよび６１、６２、６３、…６ｍの部
分に相当する。本実施例における他の構成は、前記第１
実施例と同様である。本実施例においても前記第１実施
例と同様に、電極１０１、１０２、１０３、…１０ｎの
各電極間における導電ゴム３ａおよび電極１１１、１１
２、１１３、…１１ｍの各電極間における導電ゴム５ａ
の電気抵抗の変化を通じて、圧力の作用している位置を
確認し、該圧力の大きさを精度良く検出でき、また、電
極１０１、１０２、１０３、１０ｎおよび１１１、１１
２、１１３…１１ｍが微小な間隔で配置されているため
圧力の微細な分布を測定することができる。しかも、前
記第１実施例における電極２１、２２、２３、…２ｎお
よび６１、６２、６３、…６ｍが空間８、９を形成する
ための所要な厚さを有する金属等からなるのに対し、本
実施例における電極１０１、１０２、１０３…１０ｎお
よび１１１、１１２、１１３…１１ｍは、フィルム状の
金属あるいは導電塗料の印刷物等であり、その厚さが極
めて小さいため柔軟性に富む。したがって、圧力分布測
定装置全体としても極めて優れた柔軟性を示し、平坦面
以外での使用も容易である。なお、前記第１実施例、第
２実施例ともに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６２−２０３８５６号に開示され
たものに限られない。

【０００９】

【発明の効果】以上のように本発明による圧力分布測定
装置は、（イ）圧力の大きさを精度よく測定できる。 （ロ）圧力の微細な分布を測定できる。 （ハ）実際の圧力の変化と圧力検出信号との間に位相の
ずれが殆ど生じない。 （ニ）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。 （ホ）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、取扱いが極めて容易であるとともに、本
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。 （ヘ）柔軟性を有するため、平坦面以外での使用が可能
である。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】

【図１】本発明による圧力分布測定装置の第１実施例を
示す斜視図である。

【図２】該第１実施例を示す、ｘ軸方向から見た側面図
である。

【図３】該第１実施例を示す、前記ｘ軸と直交するｙ軸
方向から見た側面図である。

【図４】該第１実施例を示す、第２図のＡ−Ａ線におけ
る断面図ある。

【図５】本発明の第１実施例および第２実施例に用いら
れた伸長型導電ゴムの伸び率と電気抵抗値の変化との関
係を示す特性図である。

【図６】本発明の第１実施例において圧力を作用されて
いない状態を示す、第４図ののＢ−Ｂ線を切断線として
第１図に対応させ、切断した断面図である。

【図７】該第１実施例において圧力を作用されている状
態を示す、第４図のＢ−Ｂ線を切断線として第１図に対
応させ、切断した断面図である。

【図８】該第１実施例において圧力を作用されていない
状態を示す、第４図のＣ−Ｃ線を切断線として第１図に
対応させ、切断した断面図である。

【図９】該第１実施例において圧力を作用されている状
態て示す、第４図のＣ−Ｃ線を切断線として第１図に対
応させ、切断した断面図である。

【図１０】本発明の第２実施例を示す、ｘ軸方向から見
た側面図である。

【図１１】該第２実施例を示す、前記ｘ軸と直交するｙ
軸方向から見た側面図である。

【符号の説明】

１　　電気絶縁性エラストマー １１、１２、１３、…１ｎ　　凸状段部２１、２２、２
３、…２ｎ　　電　　極３　　伸長型導電ゴム ３ａ　　伸長変形部 ４　　電気絶縁性クッション材料 ４ａ　　無圧縮部 ４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ　　圧縮部 ５　　伸長型導電ゴム ５ａ　　伸長変形部 ６１、６２、６３、…６ｍ　　電　　極７　　電気絶縁
性エラストマー ７１、７２、７３、…７ｍ　　凸状段部８　　空　　間 ９　　空　　間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シート状の電気絶縁性エラストマーと
   、該電気絶縁性エラストマーの片面に微小な間隔でｘ軸
   方向に並列して設けられ、電気的に接続された所要の厚
   みを有する多数の細長い電極と、該電気絶縁性エラスト
   マーの電極を有する面に対向して設けられたシート状の
   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）で構
   成される層構造を有し、更に該伸長型導電エラストマー
   の上にシート状の電気絶縁性クッション材料を設けて、
   前記層構造とは該電気絶縁性クッション材料を中心とし
   た対称的構造で、但し、電極が前記ｘ軸と直交するｙ軸
   方向に並列した層構造を併有してなる、圧力分布測定装
   置。
2. 【請求項２】　　前記電気絶縁性エラストマーの伸長型
   導電エラストマーと対向する面に細長い凸状の段部を規
   則的に多数設け、該凸部上面に電気的に接続された薄型
   の電極を取り付けた請求項１記載の圧力分布測定装置。