KR101650677B1

KR101650677B1 - 센서 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101650677B1
Application number: KR1020157009756A
Authority: KR
Inventors: 준이치 시게토; 다케시 후쿠다; 히로아키 오노; 지웨이 루오
Original assignee: 도요 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2016-08-23
Also published as: US9804040B2; CN104736982A; EP2910917B1; WO2014061684A1; CN104736982B; EP2910917A1; KR20150055058A; US20150253207A1; EP2910917A4

Abstract

본 발명에 의해, 제조 비용이 낮고, 제조 효율이 높으며, 게다가 센서 감도가 향상된, 촉각 센서 및 굽힘 센서를 포함하는 센서, 및 그의 제조 방법을 제공한다. 본 발명은, 자성 필러를 포함하는 엘라스토머와, 상기 엘라스토머의 변형에 기인하는 자기 변화를 검출하는 자기 센서로 구성되는, 촉각 센서 및 굽힘 센서를 포함하는 센서, 및 상기 자성 필러와 엘라스토머 전구액의 혼합액의 점도를 특정 범위 내로 규정한 그들의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

센서 및 그의 제조 방법{SENSOR AND MANUFACTURING METHOD FOR SAME}

본 발명은 자성 필러(magnetic filler)를 함유하는 자성 엘라스토머에 접촉하는 것에 의해 생기는 변형을 검지하는 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자성 필러가 자성 엘라스토머 중에서 편재되어 있는 자성 엘라스토머에 접촉하는 것에 의해 생기는 변형을 검지하는 촉각 센서; 자성 필러를 함유하는 자성 엘라스토머의 굽힘 변형을 검지하는 굽힘 센서; 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.

촉각 센서는 여러 가지 분야에서 널리 이용되고 있다. 기본적으로는, 어떤 물체가 다른 물체에 접촉한 경우에, 접촉의 세기, 위치, 방향 등을 검출하는 것이다. 촉각 센서는 예컨대 로봇의 손이나 피부 등에 응용되고, 로봇의 다음 행동을 결정하는 정보로서 이용되며, 또 자동차용 착석 상태 검지, 침대 및 카페트용 면압 분포, 차량용 충돌 상태 검지, 생체의 운동 상태 검지(예컨대, 모션 캡쳐, 호흡 상태나 근육의 이완 상태 생체 운동 검지 등), 출입 제한 구역에의 불법 침입, 슬라이딩 도어의 이물 검지, 키보드 입력 디바이스에 이용된다. 그와 같은 촉각 센서 및 그의 제조 방법에 대하여, 수많은 제안이 이루어져 있다(특허문헌 1∼3 등).

특허문헌 1에는, 자석을 포함하여 가감압에 의해 변형되는 완충부와, 완충부의 변형에 수반하는 자장의 변화를 자기 센서에 의해 검출하는 센서부를 구비하는 압력 검출 장치가 기재되어 있다. 이 압력 검출 장치의 완충부에 존재하는 자석은 큰 하나의 자석이어도 되고(특허문헌 1의 도 1), 작은 자석이 균일하게 분산되어 있어도 된다(특허문헌 1의 도 7 외). 큰 하나의 자석의 경우에는, 촉각에 의한 변형을 검출하기 어렵고, 닿았을 때에 이물감이 생겨 버린다는 문제가 있다. 또한, 작은 자석이 균일하게 분산되어 있는 경우에는, 예컨대 자력의 방향이 동일하더라도, 자석 입자 간에 자력을 서로 없애는 현상이 생기고, 또한 접촉면 부근의 자석은 움직이지만 내부의 자석은 움직이기 어려워, 외력이 작아서 변형이 매우 작을 때에 검출 감도가 악화되어 버린다는 문제가 있다.

특허문헌 2에는, 자석 원료와 점탄성 재료를 혼련 성형한 점탄성 자석과, 점탄성 자석의 변형에 의한 자속 밀도 벡터의 변화를 검출하는 자속 검출 수단을 구비하는 검출 장치가 기재되어 있다. 이 특허문헌 2의 검출 장치에서는, 자석 원료가 점탄성 재료 중에 혼련되기 때문에, 자석 원료는 균일하게 분산되므로, 특허문헌 1에서 기재한 바와 같이, 자석 입자 간에 자력을 서로 없애는 현상이 생기고, 또한 접촉면 부근의 자석의 입자는 움직이지만 내부의 자석 입자는 움직이기 어려워, 외력이 작아서 변형이 매우 작을 때에 검출 감도가 악화되어 버린다는 문제가 있다.

특허문헌 3에는, 자기 센서와, 이 자기 센서 상에 순차적으로 적층 고정한 엘라스토머 및 영구 자석과, 자기 센서의 입출력 단자에 각각 접속된 리드선을 구비하여 이루어지는 감압 센서가 개시되어 있다. 이 감압 센서에서는, 탄성 재료와 자석 함유 재료를 분리하고 있어, 그들을 「순차적으로 적층 고정」할 것이 필요하여, 적층 공정이 필요함과 더불어, 적층에 의한 층 계면의 박리가 일어날 수 있다는 문제가 있다.

또, 로봇이나 그 밖의 분야, 예컨대 자동차용 착석 상태 검지, 침대 및 카페트용 면압 분포, 차량용 충돌 상태 검지, 생체의 운동 상태 검지(예컨대, 모션 캡쳐, 호흡 상태나 근육의 이완 상태 생체 운동 검지 등), 출입 제한 구역에의 불법 침입, 슬라이딩 도어의 이물 검지, 키보드 입력 디바이스에 있어서, 탄성체의 굽힘을 센서로 검출할 것이 필요하다. 인형 로봇의 움직임의 제어나 밖으로부터의 압력에 대한 대응을 할 때에, 인형 로봇의 피부에 닿는 엘라스토머의 굽힘을 검출할 것을 필요로 한다. 그와 같은 굽힘 변형을 검출하는 센서 및 그의 제조 방법에 대하여, 수많은 제안이 이루어져 있다(특허문헌 4∼5 등).

특허문헌 4에는, 헤테로 원자를 갖는 단량체 단위를 포함하는 중합체 또는 해당 중합체의 블록을 포함하는 블록 공중합체로부터 선택되고, 이온 해리성 기를 포함하지 않는 고분자 성분과, 이온 액체를 함유하는 비수계 고분자 고체 전해질, 및 적어도 한쌍의 전극으로 이루어지는 가요성 소자로서, 해당 가요성 소자의 전광선 투과율이 70% 이상이며, 해당 가요성 소자의 변형에 의해서 기전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 투명성을 갖는 변형 센서가 기재되어 있다. 기전력을 계측하기 위해서 소자에 직접 전극을 설치할 것이 필요하여, 소자와 전극의 접합면에서의 박리 등이 일어나기 쉽다는 문제가 있다.

특허문헌 5에는, 자성 티끌의 자기 공극으로의 침입을 방지하는 것에 의해, 각도의 검출 정밀도를 유지할 수 있는 자기식 각도 센서가 개시되어 있다. 원반 형상의 고체의 자석을 이용하기 때문에 유연성이 없다는 문제가 있다.

일본 특허공개 2009-229453호 공보 일본 특허공개 2008-39659호 공보 일본 특허공개 소62-46222호 공보 일본 특허공개 2009-258008호 공보 일본 특허공개 2009-19926호 공보

본 발명은 상기와 같은 종래의 센서 및 그의 제조 방법이 갖는 문제점을 해결하여,

자성 필러가 균일하게 분산된 것이 아니고 한쪽의 면측에 편재되어 있는 것을 형성하는 것에 의해, 센서 감도가 향상된 촉각 센서를 제공하고, 엘라스토머 중에 자성 필러를 분산 또는 편재시켜, 그것을 복수의 자기 센서로 검출하는 것에 의해, 유연하고 고감도인 굽힘 센서를 제공하며,

적층을 필요로 하지 않는 단층의 자성 필러를 포함하는 엘라스토머를 형성하여, 제조 공정이 복잡화되지 않기 때문에 제조 비용이 낮고 제조 효율이 높은, 그들 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과,

자성 필러와 열경화성 엘라스토머 전구액(前驅液)을 혼합하여 혼합액을 형성하고, 시트 형상으로 성형하고, 상기 자성 필러를 상기 열경화성 엘라스토머 전구액 중에서 편재시키고, 상기 열경화성 엘라스토머 전구액을 가열하여 경화시키고, 상기 자성 필러를 착자(magnetizing)시켜 자성 엘라스토머를 형성하는 공정을 포함하는 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 혼합액의 점도를 특정 범위 내로 한정하는 것에 의해, 제조 비용이 낮고, 제조 효율이 높고, 센서 감도가 높은 센서의 제조 방법을 제공할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

(1) 즉, 본 발명은, 자성 필러를 포함하는 엘라스토머와,

상기 엘라스토머의 촉각에 의한 변형에 기인하는 자기 변화를 검출하는 자기 센서

로 구성되며, 상기 자성 필러가 엘라스토머 중에서 편재되어 있고, 그 편재도가 1∼100인 것을 특징으로 하는 촉각 센서에 관한 것이다.

본 발명을 적합하게 실시하기 위해서,

상기 자성 필러가 엘라스토머의 편면측에 편재되어 있고, 그 편재면을 접촉면으로 하며;

상기 자성 필러가 희토류계, Fe계, Co계, Ni계 또는 산화물계이고, 평균 입경이 0.02∼500μm이며;

상기 자성 필러가 엘라스토머 100질량부에 대하여 1∼450질량부의 양으로 첨가되고;

상기 엘라스토머가 폴리우레탄 엘라스토머 또는 실리콘 엘라스토머인

것이 바람직하다.

(2) 또한, 본 발명은, 자성 필러를 포함하는 엘라스토머와,

상기 엘라스토머가 굽힘 변형됨으로써 생긴 자기 변화를 검출하는 복수개의 자기 센서

로 구성되는 것을 특징으로 하는 굽힘 센서에 관한 것이다.

본 발명을 적합하게 실시하기 위해서,

상기 자성 필러가 엘라스토머 중에서 편재되어 있고, 그 편재도가 1∼100이며;

상기 자성 필러가 엘라스토머의 편면측에 편재되어 있고, 그 편재면과 반대측에 복수의 자기 센서를 배치하며;

상기 엘라스토머는 폴리우레탄 엘라스토머 또는 실리콘 엘라스토머인

것이 바람직하다.

(3) 또, 본 발명은, 자성 필러를 포함하는 자성 엘라스토머와, 자기 센서로 구성되는 센서의 제조 방법으로서,

(i) 자성 필러와 열경화성 엘라스토머 전구액을 혼합하여 혼합액을 형성하는 공정,

(ii) 해당 혼합액을 시트 형상으로 성형하는 공정,

(iii) 해당 자성 필러를 해당 열경화성 엘라스토머 전구액 중에서 편재시키는 공정,

(iv) 해당 열경화성 엘라스토머 전구액을 가열하여 경화시켜 시트 형상 엘라스토머를 형성하는 공정, 및

(v) 해당 자성 필러를 착자시켜 자성 엘라스토머를 형성하는 공정을 포함하고,

해당 공정(i)에서 형성한 혼합액이 점도 100∼50,000mPa·s를 갖고, 해당 공정(iii)에서 편재시킨 자성 필러의 열경화성 엘라스토머 중에서의 편재도가 1∼100인 것을 특징으로 하는 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명을 적합하게 실시하기 위해서,

상기 공정(iii)의 자성 필러를 편재시키는 공정이 자속 밀도 1∼3000mT의 자장을 인가하는 것에 의해 행해지고;

상기 엘라스토머가 폴리우레탄 엘라스토머 또는 실리콘 엘라스토머이고;

상기 편재도가 2∼90인

것이 바람직하다.

(1) 본 발명의 촉각 센서에 의하면, 자성 필러가 엘라스토머 중에 균일 분산이 아니라 편재되어 존재하고 있고, 게다가 그 편재도가 1∼100으로 한정되어 있기 때문에, 자성 필러 간에 자력을 서로 없애지 않고, 또한 접촉면 부근에 자성 필러가 많이 존재하므로, 작은 외력으로도 다수의 자성 필러가 변위되기 때문에, 외력이 작아서 변형이 매우 작을 때라도, 자기 센서로의 검출이 용이해진다.

또한, 본 발명의 촉각 센서에서는, 엘라스토머와 자성 필러 함유 재료를 분리하고 있지 않기 때문에, 층간의 분리 등이 생기는 일 없이 저렴하면서 용이한 제조가 가능해진다. 한편, 자성 필러의 편재는, 자성 필러와 엘라스토머의 원료를 혼합한 후, 소정 시간 정치하거나, 자성 필러가 이미 착자된 것인 경우에는 혼합 시에 자석을 한쪽측에 놓아 두면 자석의 인력으로 편재가 일어나기 때문에, 제법적으로도 간단하면서 용이하고, 불필요한 조작 증가에 의한 복잡화는 일어나지 않는다. 물론, 상기 이외의 방법, 예컨대 원심 처리를 하여 편재를 하는 방법도 생각된다.

(2) 본 발명의 굽힘 센서에 의하면, 자성 필러가 엘라스토머 중에 분산되어 있어, 그 엘라스토머의 굽힘 상태를 복수의 자기 센서, 특히 3개 이상의 자기 센서로 검출하는 것에 의해, 정밀도가 높게 굽힘을 검출할 수 있다.

또한, 본 발명의 굽힘 센서에서는, 자성 필러를 엘라스토머 내에서 편재시킬 수 있고, 그 편재도가 1∼100이므로, 자성 필러 간에 자력을 서로 없애는 현상이 생기는 일이 없고, 반대로 자력이 정렬되게 되어, 굽힘의 정도가 작아 변형이 매우 작을 때라도, 굽힘 센서로의 검출이 용이해진다.

(3) 본 발명의 센서의 제조 방법에 의하면, 자성 필러가 엘라스토머 중에 균일 분산이 아니라 편재되어 존재하므로, 자성 필러 간에 자력을 서로 없애지 않고, 또한 접촉면 부근에 자성 필러가 많이 존재하여, 작은 외력으로도 다수의 자성 필러가 변위되기 때문에, 센서 감도가 높아져, 외력이 작아서 변형이 매우 작을 때라도 자기 센서로의 검출이 용이해진다.

또한, 본 발명의 센서의 제조 방법에서는, 엘라스토머와 자성 필러 함유 재료를 분리하고 있지 않기 때문에, 각각의 층을 적층하는 공정이 필요 없고, 층간의 분리 등의 문제도 없어서, 제조 비용이 낮으면서 제조 효율이 높아진다.

도 1은 본 발명의 촉각 센서의 단면을 나타내는 모식도로서, 압력이 없는 경우와 압력이 가해진 경우의 변화를 모식적으로 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 굽힘 센서의 단면을 나타내는 모식도로서, 굽힘이 없는 경우와 굽힘이 있는 경우를 모식적으로 나타내고 있다.
도 3은 실시예에서 이용한 굽힘 센서 특성 평가 방법에서의 엘라스토머와 3개의 자기 센서의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 4는 각 실시예 및 비교예의 굽힘 센서에 있어서, 엘라스토머의 각 각도에 있어서의 각 자기 센서의 출력 전압 변화율의 합(센서 출력 합: ΔV_out)을 플로트한 그래프이다.
[용어의 정의]
본 명세서 중에서 「편재도」란, 엘라스토머 중의 자성 필러의 편재 정도를 나타내는 수치로서, 이하의 방법으로 측정한 것을 말한다. 제작한 엘라스토머를 면도날로 잘라내어, 샘플 단면을 디지털 마이크로스코프로 100배에서 관찰하고, 얻어진 화상을 화상 해석 소프트웨어(미타니상사주식회사제 「WinROOF」)를 이용하여, 엘라스토머의 두께 방향으로 3등분하고, 상단층, 중단층, 하단층의 자성 필러의 입자수를 카운팅했다. 각 층의 입자수와, 중단층의 입자수의 비율을 구함으로써, 각 층의 자성 필러 존재율을 구했다. 또, [(상단층의 자성 필러 존재율)-(하단층의 자성 필러 존재율)]을 구하는 것에 의해 편재도로 했다. 여기에서, 상단층이란 편재 자성 엘라스토머를 이용한 센서에 있어서의 접촉면측의 층이다. 편재도의 값이 높을수록, 자성 필러가 편재되어 존재하고 있는 것이 된다.

(촉각 센서)

본 발명의 촉각 센서에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 촉각 센서의 단면을 나타내는 모식도로서, 압력이 없는 경우(도 1 좌측)와 압력이 가해진 경우(도 1 우측)의 변화를 모식적으로 나타내고 있다.

본 발명의 촉각 센서는, 기본적으로는, 엘라스토머(1)와 자기 센서(2)로 구성되어 있다. 엘라스토머(1)에는 자성 필러(3)가 많이 포함되어 있으며, 본 발명에서는, 자성 필러(3)는 도면의 상방에 편재되어 있고, 그 편재도가 1∼100이다. 도 1에는 엘라스토머(1)와 자기 센서(2) 사이에 기판(4)이 존재하고 있다. 기판(4)은 없어도 되지만, 엘라스토머(1)를 지지하기 위해서 통상은 필요하다. 또한, 기판(4)이 없으면, 압력(5)이 엘라스토머(1)에 걸렸을 때에, 엘라스토머(1) 전체가 휘게 되어, 정확하게 압력(5)을 검출할 수 없게 될 우려가 있다.

도 1의 좌측에서는 압력이 걸려 있지 않은 상태이지만, 도 1의 우측에서는 압력(5)이 엘라스토머(1)의 상방으로부터 걸려 있다. 압력(5)에 의해 엘라스토머(1)가 변형되고, 자성 필러(3)의 위치가 압력이 걸린 부분만 하방으로 내려간다. 이 자성 필러(3)의 하방으로의 변화가 자성 필러(3)로부터 나와 있는 자장을 변화시키고, 그것이 자기 센서(2)로 검출된다.

압력(5)이 강한 힘이면, 자성 필러(3)의 위치의 변화가 커지고, 반대로 압력(5)이 작으면, 자성 필러(3)의 위치 변화가 작아져, 그들에 의한 자장의 변화에 의해 압력(5)의 세기도 측정할 수 있다. 또한, 압력(5)이 바로 상방인 경우 자기 센서 1개로 검출할 수 있지만, 자기 센서의 개수, 배치의 최적화에 의해 경사 방향으로부터의 압력도 검출 가능해진다.

자성 필러(3)는 엘라스토머(1)의 편면측에 편재되어 있고, 그 편재면이 접촉면이 되는 것이 바람직하다. 도 1에 나타나 있는 태양은 편재면이 접촉면이 되고 있다. 이 태양은 자성 필러(3)의 변위가 커져, 검출이 용이해진다.

(굽힘 센서)

본 발명의 굽힘 센서를 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 굽힘 센서의 단면을 나타내는 모식도로서, 굽힘이 없는 경우(도 2 좌측)와 굽힘이 있는 경우(도 2 우측)를 모식적으로 나타내고 있다. 한편, 도 3∼4에 대해서는, 실시예 중에서 설명한다.

본 발명의 굽힘 센서는, 기본적으로는, 엘라스토머(1)와 자기 센서(2)로 구성되어 있다. 엘라스토머(1)에는 자성 필러(3)가 많이 포함되어 있으며, 도 2에서는, 자성 필러(3)는 도면의 상방에 편재되어 있고, 그 편재도는 바람직하게는 1∼100이다. 도 2에는 자기 센서(2)가 3개 기재되어 있지만, 복수개이기 때문에 2개 이상이면 된다. 자기 센서(2)가 3개 이상 있으면 검출 정밀도가 향상된다.

도 2의 좌측에서는 엘라스토머(1)가 굽혀 있지 않은 상태이지만, 도 2의 우측에서는 엘라스토머(1)가 부채꼴 형상으로 굽혀져 있다. 엘라스토머(1)가 변형되어, 자성 필러(3)의 위치가 크게 상이한 배치가 된다. 이 자성 필러(3)의 변화가 자성 필러(3)로부터 나와 있는 자장의 변화를 초래하고, 그것이 자기 센서(2)로 검출된다.

굽힘이 크면, 자성 필러(3)의 위치의 변화가 커지고, 반대로 굽힘이 작으면, 자성 필러(3)의 위치 변화가 작아져, 그들에 의한 자장의 변화에 의해 굽힘의 정도를 측정할 수 있다.

자성 필러(3)는, 바람직하게는 엘라스토머(1)의 편면측에 편재되어 있고, 그 편재면이 외측면이 되는 것이 바람직하다. 도 2에 나타나 있는 태양은 편재면이 외측면이 되고 있다. 이 태양은 자성 필러(3)의 변위가 커져, 검출이 용이해진다.

(센서의 제조 방법)

자성 필러를 포함하는 자성 엘라스토머와, 자기 센서로 구성되는, 본 발명의 촉각 센서 및 굽힘 센서를 포함하는 센서의 제조 방법은,

(ii) 해당 혼합액을 시트 형상으로 성형하는 공정,

(v) 해당 자성 필러를 착자시켜 자성 엘라스토머를 형성하는 공정

을 포함하는 것을 요건으로 한다.

본 발명에서는, 상기 공정(i)에서 형성한 혼합액이 점도 100∼50,000mPa·s를 가질 것을 요건으로 하지만, 바람직하게는 200∼45,000mPa·s인 것이 바람직하다. 상기 혼합액의 점도가 100mPa·s 미만이면 필러 농도가 저하되고, 센서 감도가 저하되어 버리며, 50,000mPa·s를 초과하면 자성 필러의 움직임이 방해되어 편재도가 저하된다.

또한, 본 발명에서는, 상기 공정(iii)에서 편재시킨 자성 필러의 자성 엘라스토머 중에서의 편재도가 1∼100인 것을 요건으로 하지만, 바람직하게는 2∼90, 보다 바람직하게는 3∼80이다. 상기 편재도가 1보다 작을 때에는, 자성 필러가 자성 엘라스토머 중에서 그다지 편재되어 있지 않은 것이 되어, 종래기술에서 서술한 바와 같이 자력을 없애거나 엘라스토머 내부의 자성 필러의 변위가 작아지기 때문에, 자기 센서로의 검출이 어려워질 우려가 있다. 반대로, 편재도가 100인 것은, 거의 모든 자성 필러가 엘라스토머의 접촉면에 존재하고 있는 것이 되어 바람직하지만, 실제로는 100 이하의 값이 되는 것이 대부분이다. 상기 자성 필러의 자성 엘라스토머 중에서의 편재도는 전술한 [용어의 정의]에 있는 바와 같이 측정하여 결정된다.

본 발명에 이용되는 자성 필러로서는, 희토류계, 철계, 코발트계, 니켈계, 산화물계가 있지만, 이들 중 어느 것이어도 된다. 바람직하게는, 높은 자력이 얻어지는 희토류계이지만, 이것에 한정되지 않는다. 상기 자성 필러의 형상은 특별히 한정적인 것은 아니고, 구상, 편평상, 침상, 기둥상 및 부정형(不定形) 중 어느 것이어도 된다. 상기 자성 필러는 평균 입경 0.02∼500μm, 바람직하게는 0.1∼400μm, 보다 바람직하게는 0.5∼300μm이다. 평균 입경이 0.02μm보다 작으면, 자성 필러의 자기 특성이 악화되어 버리고, 500μm를 초과하면 자성 엘라스토머의 기계적 특성이 악화되어 버린다(취성).

상기 자성 필러의 배합량은, 엘라스토머 100질량부에 대하여 1∼450질량부, 바람직하게는 2∼400질량부이다. 1질량부보다 적으면, 자장의 변화를 검출하는 것이 어려워진다. 또한, 450질량부를 초과하면, 엘라스토머 자체가 취성이 되는 등, 원하는 특성이 얻어지지 않게 된다.

본 발명의 자성 엘라스토머에 이용되는 엘라스토머는 일반 엘라스토머를 이용할 수 있지만, 압축 영구 변형 등의 특성을 고려하면 열경화성 엘라스토머가 바람직하다. 본 발명에 이용되는 열경화성 엘라스토머로서는, 바람직하게는 폴리우레탄 엘라스토머 또는 실리콘 엘라스토머가 적합하다. 폴리우레탄 엘라스토머의 경우, 활성 수소 함유 화합물과 용제와 자성 필러를 혼합하고, 여기에 아이소사이아네이트 성분을 혼합시키는 것에 의해 혼합액을 얻는다. 또한, 아이소사이아네이트 성분에 용제와 충전재를 혼합하고, 여기에 활성 수소 함유 화합물을 혼합시킴으로써 혼합액을 얻을 수도 있다.

실리콘 엘라스토머의 경우, 실리콘 엘라스토머의 전구체에 용제와 자성 필러를 넣고 혼합하여 혼합액을 얻는다. 예컨대, 주제(主劑) 성분과 경화제 성분의 2성분으로 이루어지는 2액성 실리콘 엘라스토머의 경우, 주제 성분과 용제와 자성 필러를 혼합하고, 여기에 경화제 성분을 혼합시키는 것에 의해 혼합액을 얻는다. 또한, 경화제 성분에 용제와 충전재를 혼합하고, 여기에 주제 성분을 혼합함으로써 혼합액을 얻을 수도 있다.

여기에서, 폴리우레탄 엘라스토머의 경우, 사용할 수 있는 아이소사이아네이트 성분, 활성 수소 함유 화합물에 대해서는 하기의 것을 들 수 있다.

아이소사이아네이트 성분으로서는, 폴리우레탄의 분야에서 공지된 화합물을 특별히 한정없이 사용할 수 있다. 아이소사이아네이트 성분으로서는, 2,4-톨루엔 다이아이소사이아네이트, 2,6-톨루엔 다이아이소사이아네이트, 2,2'-다이페닐메테인 다이아이소사이아네이트, 2,4'-다이페닐메테인 다이아이소사이아네이트, 4,4'-다이페닐메테인 다이아이소사이아네이트, 1,5-나프탈렌 다이아이소사이아네이트, p-페닐렌 다이아이소사이아네이트, m-페닐렌 다이아이소사이아네이트, p-자일릴렌 다이아이소사이아네이트, m-자일릴렌 다이아이소사이아네이트 등의 방향족 다이아이소사이아네이트, 에틸렌 다이아이소사이아네이트, 2,2,4-트라이메틸 헥사메틸렌 다이아이소사이아네이트, 1,6-헥사메틸렌 다이아이소사이아네이트 등의 지방족 다이아이소사이아네이트, 1,4-사이클로헥세인 다이아이소사이아네이트, 4,4'-다이사이클로헥실메테인 다이아이소사이아네이트, 아이소포론 다이아이소사이아네이트, 노보네인 다이아이소사이아네이트 등의 지환식 다이아이소사이아네이트를 들 수 있다. 이들은 1종으로 이용해도, 2종 이상을 혼합해도 지장이 없다. 또한, 상기 아이소사이아네이트는 우레탄 변성, 알로파네이트 변성, 바이우레트 변성 및 아이소사이아누레이트 변성 등의 변성화된 것이어도 된다. 상기 아이소사이아네이트는 후술하는 폴리올과의 프리폴리머여도 된다.

활성 수소 함유 화합물로서는, 폴리우레탄의 기술분야에서 통상 이용되는 것을 들 수 있다. 예컨대, 폴리테트라메틸렌 에터 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 등으로 대표되는 폴리에터 폴리올, 폴리뷰틸렌 아디페이트로 대표되는 폴리에스터 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스터 글리콜과 알킬렌 카보네이트의 반응물 등으로 예시되는 폴리에스터 폴리카보네이트 폴리올, 에틸렌 카보네이트를 다가 알코올과 반응시키고, 이어서 얻어진 반응 혼합물을 유기 다이카복실산과 반응시킨 폴리에스터 폴리카보네이트 폴리올, 폴리하이드록실 화합물과 아릴 카보네이트의 에스터 교환 반응에 의해 얻어지는 폴리카보네이트 폴리올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

활성 수소 함유 화합물로서 전술한 고분자량 폴리올 성분 외에, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 1,4-뷰테인다이올, 1,6-헥세인다이올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-사이클로헥세인다이메탄올, 3-메틸-1,5-펜테인다이올, 다이에틸렌 글리콜, 트라이에틸렌 글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠, 트라이메틸올프로페인, 글리세린, 1,2,6-헥세인 트라이올, 펜타에리트리톨, 테트라메틸올 사이클로헥세인, 메틸 글루코사이드, 소비톨, 만니톨, 둘시톨, 수크로스, 2,2,6,6-테트라키스(하이드록시메틸)사이클로헥산올 및 트라이에탄올아민 등의 저분자량 폴리올 성분, 에틸렌다이아민, 톨릴렌다이아민, 다이페닐메테인다이아민, 다이에틸렌트라이아민 등의 저분자량 폴리아민 성분을 이용해도 된다. 이들은 1종 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 또, 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(MOCA), 2,6-다이클로로-p-페닐렌다이아민, 4,4'-메틸렌비스(2,3-다이클로로아닐린), 3,5-비스(메틸싸이오)-2,4-톨루엔다이아민, 3,5-비스(메틸싸이오)-2,6-톨루엔다이아민, 3,5-다이에틸톨루엔-2,4-다이아민, 3,5-다이에틸톨루엔-2,6-다이아민, 트라이메틸렌글리콜-다이-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥사이드-다이-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐싸이오)에테인, 4,4'-다이아미노-3,3'-다이에틸-5,5'-다이메틸다이페닐메테인, N,N'-다이-sec-뷰틸-4,4'-다이아미노다이페닐메테인, 4,4'-다이아미노-3,3'-다이에틸다이페닐메테인, 4,4'-다이아미노-3,3'-다이아이소프로필-5,5'-다이메틸다이페닐메테인, 4,4'-다이아미노-3,3',5,5'-테트라에틸다이페닐메테인, 4,4'-다이아미노-3,3',5,5'-테트라아이소프로필다이페닐메테인, m-자일릴렌다이아민, N,N'-다이-sec-뷰틸-p-페닐렌다이아민, m-페닐렌다이아민 및 p-자일릴렌다이아민 등으로 예시되는 폴리아민류를 혼합할 수도 있다.

상기 열경화성 엘라스토머가 실리콘 엘라스토머인 경우, 액상 타입이면 특별히 한정되지 않지만, 후술하는 편재화 공정의 작업성의 관점에서 2액성의 실리콘 엘라스토머가 바람직하다. 본 발명에 이용할 수 있는 실리콘 엘라스토머로서, 도레이다우코닝주식회사로부터 상품명 「DY35-1106」, 「CY52-276」, 「EG-3000」 및 「EG-3100」으로 시판되고 있는 2액성 액상 실리콘 고무, 신에츠화학공업주식회사로부터 상품명 「KE-104Gel Cat-104」, 「KE-1051 (A/B)」, 「KE-1052 (A/B)」, 「KE-110Gel Cat-110」으로 시판되고 있는 2액성 액상 실리콘 고무 등을 들 수 있다.

또, 상기 공정(i)에서 형성한 혼합액에는, 점도 조정을 위해서 용제를 함유시켜도 된다. 상기 용제로서는, 특별히 한정되지 않지만, 톨루엔, 자일렌, 테트라하이드로퓨란, 1,4-다이옥세인, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 아세트산 에틸, 아세트산 뷰틸, N,N-다이메틸폼아마이드, N,N-다이메틸아세트아마이드, n-메틸-2-피롤리돈 등을 들 수 있다. 상기 용제의 혼합액 중의 배합량은, 엘라스토머 100질량부에 대하여 15∼200질량부, 바람직하게는 20∼190질량부이다. 상기 용제의 배합량이 15질량부보다 적으면 혼합액이 고점도가 되어 취급성이 악화될 가능성이 있고, 200질량부를 초과하면 경화 후의 엘라스토머로부터 용제를 휘발시키기 위해서 큰 에너지가 필요해진다.

또, 상기 공정(i)에서 형성한 혼합액에는, 점도 조정을 위해서 가소제를 함유시켜도 된다. 상기 가소제로서는, 특별히 한정되지 않지만, 프탈산 다이옥틸, 프탈산 다이아이소노닐, 프탈산 다이아이소데실, 프탈산 다이뷰틸, 아디프산 다이옥틸, 아디프산 다이아이소노닐, 트라이멜리트산 트라이옥틸, 인산 트라이크레실, 아세틸 시트르산 트라이뷰틸, 에폭시화 대두유, 에폭시화 아마인유 등을 들 수 있다. 상기 가소제의 혼합액 중의 배합량은, 엘라스토머 100질량부에 대하여 15∼200질량부, 바람직하게는 20∼190질량부이다. 상기 가소제의 배합량이 15질량부보다 적으면 혼합액이 고점도가 되어 취급성이 악화될 가능성이 있고, 200질량부를 초과하면 엘라스토머로부터 가소제가 유출될 가능성이 있다.

상기 공정(i)의 혼합을 행하는 방법으로서는, 액상 수지와 충전재를 혼합할 수 있는 일반적인 혼합기를 이용하는 방법을 들 수 있고, 예컨대 호모지나이저, 디졸버, 2축 유성형 믹서 등을 들 수 있다.

본 발명의 제조 방법의 상기 공정(ii)에 있어서, 상기 혼합액을 시트 형상으로 성형하는 방법도 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 상기 혼합액을 이형 처리한 몰드 내에 주입하여 경화시키는 배치식 성형 방법, 이형 처리한 면재(面材) 상에 혼합액을 연속적으로 공급하여 경화시키는 연속 성형 방법을 이용할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에서는, 상기 공정(iii)에 있어서, 상기 자성 필러를 열경화성 엘라스토머 전구액 중에서 편재시키는 공정을 포함하는 것을 요건으로 한다. 상기 편재시키는 방법으로서는, 자성 필러를 첨가한 혼합액을 시트 형상으로 성형한 후에, 실온 또는 소정의 온도, 예컨대 -10∼50℃에서 0.1∼180분간 정치하는 것에 의해, 자성 필러의 자중(自重)으로 침강시켜 자성 필러를 하면에 편재시키는 방법이 있다. 또한, 편재를 물리적인 힘, 예컨대 원심력 또는 자력을 이용하여 행해도 된다. 상기 자력을 이용하는 방법으로서는, 자속 밀도 1∼3000mT를 갖는 자장을 인가하는 방법이 있고, 상기 자속 밀도가 1mT 미만이면 자성 필러에 작용하는 자기적 인력이 약하여 자성 필러가 움직이기 어려워져 편재도가 저하된다. 또한, 3000mT를 초과하는 자력을 인가할 수도 있지만, 이것 이상의 자장을 인가하더라도 자성 필러의 편재도는 향상되지 않는다.

본 발명의 제조 방법의 상기 공정(iv)에 있어서, 경화 조건으로서는, 특별히 한정되지 않고, 60∼200℃에서 10분간∼24시간이 바람직하며, 경화 온도가 지나치게 높으면 엘라스토머가 열 열화되어 버리고 기계적 강도가 악화되며, 경화 온도가 지나치게 낮으면 엘라스토머의 경화 불량이 생겨 버린다. 또한, 경화 시간이 지나치게 길어지면 엘라스토머가 열 열화되어 버리고 기계적 강도가 악화되며, 경화 시간이 지나치게 짧으면 엘라스토머의 경화 불량이 생겨 버린다.

본 발명의 제조 방법의 상기 공정(v)에 있어서, 자성 필러의 착자 방법은 특별히 한정되지 않고, 통상 이용되는 착자 장치, 예컨대 덴시지키공업주식회사제의 「ES-10100-15SH」, 주식회사타마가와제작소제의 「TM-YS4E」 등을 이용하여 행할 수 있다. 통상, 자속 밀도 1∼3T를 갖는 자장을 인가한다. 자성 필러는 착자 후에 엘라스토머 전구액 중에 첨가해도 되지만, 자석의 방향이 도 1 및 도 2와 같이 정렬되게 되어 자력의 검출이 용이해지는 것이나, 도중의 공정에서의 자성 필러의 취급 작업성 등의 관점에서 엘라스토머 전구액 중에 첨가한 후에 착자시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 촉각 센서는, 도 1에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 상기 공정(i)∼(v)에 의해서 얻어진 자성 엘라스토머와 자기 센서로 구성된다. 본 발명의 센서로서, 도 2에 나타나는 바와 같이, 상기 자성 엘라스토머와 복수개의 상기 자기 센서로 이루어지는 굽힘 센서도 본 발명의 범위 내이다.

자기 센서(2)는 통상 자장의 변화를 검출하기 위해서 이용되는 센서이면 되고, 자기 저항 소자(예컨대, 반도체 화합물 자기 저항 소자, 이방성 자기 저항 소자(AMR), 거대 자기 저항 소자(GMR) 또는 터널 자기 저항 소자(TMR)), 홀(Hall) 소자, 인덕터, MI 소자, 플럭스 게이트 센서 등을 예시할 수 있다. 감도의 점에서, 홀 소자가 바람직하게 사용된다.

실시예

본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(촉각 센서)

[실시예 1]

반응 용기에, 아사히가라스주식회사로부터 상품명 「프레미놀 7001」로 시판되고 있는 폴리프로필렌 글리콜(수 평균 분자량 6000) 40질량부 및 아사히가라스주식회사로부터 상품명 「엑세놀 3020」으로 시판되고 있는 폴리프로필렌 글리콜(수 평균 분자량 3000) 60질량부를 넣고, 교반하면서 감압 탈수를 1시간 행했다. 그 후, 반응 용기 내를 질소 치환했다. 그리고, 반응 용기에 톨릴렌 다이아이소사이아네이트(미쓰이화학주식회사로부터 상품명 「코스모네이트 T-80」으로 시판 중인 TDI-80, 2,4-체/2,6-체 = 80/20의 혼합물) 10질량부를 첨가하고, 반응 용기 내의 온도를 80℃로 유지하면서 5시간 반응시켜 아이소사이아네이트 말단 프리폴리머를 합성했다.

다음으로, 이하의 표 1에 나타내는 바와 같이, 아사히가라스주식회사로부터 상품명 「프레미놀 7001」로 시판되고 있는 폴리프로필렌 글리콜(수 평균 분자량 6000) 33질량부, 아사히가라스주식회사로부터 상품명 「엑세놀 1020」으로 시판되고 있는 폴리프로필렌 글리콜(수 평균 분자량 1000) 8질량부, 촉매로서 옥틸산 납(도에이화공주식회사) 0.06질량부, 자성 필러(아이치제강주식회사로부터 상품명 「MF-15P」로 시판되고 있는 네오디뮴계 자성체 분말; 평균 입경 133μm) 100질량부, 톨루엔 120질량부를 예비 혼합하고, 감압 탈포하여, 예비 혼합액을 얻었다. 마찬가지로 상기 프리폴리머 59질량부를 80℃로 가온하면서 감압 탈포했다. 계속해서, 상기 예비 혼합액과 상기 프리폴리머를 하이브리드 믹서(주식회사기엔스제 「HM-500」)로 혼합 및 탈포하여, 혼합액을 얻었다. 이 혼합액을 이형 처리한 몰드 내에 주형(注型)하고, 그 위에 이형 처리한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 씌우고, 닙 롤로 두께를 1mm로 조정했다. 그 후, 자성 필러 편재 처리로서, 상온에서 120분간 정치함으로써 자성 필러를 침강시켰다. 그 후, 상기 몰드를 80℃의 오븐에 넣고, 1시간 경화를 행하여, 우레탄 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 해당 엘라스토머 시트를 착자 장치(덴시지키공업주식회사제)로 1.3T에서 착자시키는 것에 의해 우레탄 자성 엘라스토머를 얻었다.

상기 폴리우레탄 엘라스토머를 이용하여, 편재도를 하기의 편재도 평가에 따라서 측정했다. 또한, 자기 센서로서 홀 소자를 이용하여, 촉각 센서의 특성을 하기의 촉각 센서 특성 평가에 따라서 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 편재도에 대해서는, 편재 처리 시간도 표 1에 기재한다.

[실시예 2]

자성 필러로서 사마륨계 자성체 분말(스미토모금속광산사제 SmFeN 합금 미분말, 평균 입경 2.5μm)을 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 우레탄 엘라스토머를 얻었다.

얻어진 우레탄 엘라스토머를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 편재도 및 센서 감도를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

[실시예 3]

반응 용기에 실리콘 전구체로서 2액성 액상 실리콘 고무의 주제(「DY35-1106A」: 도레이다우코닝사제) 50질량부, 자성 필러 100질량부, 톨루엔 60질량부를 넣고 교반하고, 실온에서 60분간 감압 탈포하여, 예비 혼합액을 얻었다. 다른 실리콘 전구체로서 2액성 액상 실리콘 고무의 경화제(「DY35-1106B」: 도레이다우코닝사제) 50질량부에 톨루엔 60질량부를 넣고 교반하여 60분간 감압 탈포를 행하고, 상기 예비 혼합액과 하이브리드 믹서로 혼합 및 탈포하여, 혼합액을 얻었다. 이 혼합액을 이형 처리한 몰드 상에 적하하고, 그 위에 이형 처리한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 씌우고, 닙 롤로 두께를 1mm로 조정했다. 그 후, 자성 필러 편재 처리로서 상온에서 120분간 정치함으로써 자성 필러를 침강시켰다. 그 후, 몰드를 120℃의 오븐에 넣어 15분간 경화를 행하고, 추가로 200℃에서 4시간 경화를 행함으로써 실리콘 엘라스토머를 얻었다.

얻어진 실리콘 엘라스토머 시트를 착자 장치(덴시지키공업사제)로 1.3T에서 착자시키는 것에 의해 실리콘 엘라스토머를 얻었다.

얻어진 실리콘 엘라스토머를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 편재도 및 센서 감도를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

[실시예 4]

실시예 3과 마찬가지의 원료를 이용하여, 톨루엔 60질량부로 하고, 자성 필러 편재 처리로서 상온에서 60분간 정치함으로써, 자성 필러 편재도를 변경한 실리콘 엘라스토머를 얻었다.

[비교예 1]

실시예 3과 마찬가지의 원료를 이용하여, 자성 필러 편재 처리로서의 정치는 실시하지 않고, 자성 필러 편재도를 저하시켰다. 희석제는 혼합성을 향상시키기 위해서 배합했다.

[비교예 2]

밀러블(millable) 타입(열 가황형) 실리콘 고무 「DY32-1000U」(도레이다우코닝사제) 100질량부, 가교제「RC-4 50P FD」(도레이다우코닝사제 2,5-비스(t-뷰틸퍼옥시)-2,5-다이메틸헥세인) 0.8질량부, 자성 필러 100.8질량부를 라보 플라스토밀(도요세이키제작소사제 「4C150-01」)로 혼련하여, 자성 필러를 균일 분산시켰다.

170℃의 프레스기로 10분간 가황한 후, 200℃의 오븐에서 2시간 2차 가황함으로써 두께 1mm의 엘라스토머 시트를 얻었다. 얻어진 해당 엘라스토머 시트를 1.3T에서 착자시키는 것에 의해 실리콘 엘라스토머를 얻었다. 이 경우, 얻어진 실리콘 엘라스토머 내에서 자성 필러는 균일 분산되어 있었다.

[실시예 5]

자성 필러의 양을 5질량부로 변경하는 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 처리하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다.

[실시예 6]

자성 필러의 양을 350질량부로 변경하는 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 처리하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다.

(굽힘 센서)

[실시예 7]

비교예 2와 마찬가지로 하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다. 상기 실리콘 엘라스토머를 이용하여, 편재도를 하기의 편재도 평가에 따라서 측정했다. 또한, 자기 센서로서 홀 소자를 이용하여, 굽힘 센서의 특성을 하기의 굽힘 센서 특성 평가에 따라서 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 편재도에 대해서는, 편재 처리 시간도 표 2에 기재한다. 한편, 실시예 7에서는 혼련에 의한 균일 분산을 하고 있기 때문에, 편재 처리를 하고 있지 않아, 편재 처리 시간은 0이다.

[실시예 8]

실시예 1과 마찬가지로 하여, 폴리우레탄 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 우레탄 엘라스토머를 이용하여, 실시예 7과 마찬가지로 편재도 및 굽힘 센서 특성 평가를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 각 자기 센서 A, B 및 C의 측정값으로부터 구한 센서 출력 합을 도 4에 플로트했다.

[실시예 9]

실시예 2와 마찬가지로 하여, 우레탄 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 우레탄 엘라스토머를 이용하여, 실시예 7과 마찬가지로 편재도 및 굽힘 센서 특성 평가를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 각 자기 센서 A, B 및 C의 측정값으로부터 구한 센서 출력 합을 도 4에 플로트했다.

[실시예 10]

실시예 3과 마찬가지로 하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 실리콘 엘라스토머를 이용하여, 실시예 7과 마찬가지로, 편재도 및 굽힘 센서 특성 평가를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 각 자기 센서 A, B 및 C의 측정값으로부터 구한 센서 출력 합을 도 4에 플로트했다.

[실시예 11]

실시예 4와 마찬가지로 하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 실리콘 엘라스토머를 이용하여, 실시예 7과 마찬가지로 편재도 및 굽힘 센서 특성 평가를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 각 자기 센서 A, B 및 C의 측정값으로부터 구한 센서 출력 합을 도 4에 플로트했다.

[실시예 12]

실시예 5와 마찬가지로 처리하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 실리콘 엘라스토머를 이용하여, 실시예 7과 마찬가지로 편재도 및 굽힘 센서 특성 평가를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 각 자기 센서 A, B 및 C의 측정값으로부터 구한 센서 출력 합을 도 4에 플로트했다.

[실시예 13]

실시예 6과 마찬가지로 하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 실리콘 엘라스토머를 이용하여, 실시예 7과 마찬가지로 편재도 및 굽힘 센서 특성 평가를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 각 자기 센서 A, B 및 C의 측정값으로부터 구한 센서 출력 합을 도 4에 플로트했다.

[실시예 14]

비교예 1과 마찬가지로 하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 실리콘 엘라스토머를 이용하여, 실시예 7과 마찬가지로 편재도 및 굽힘 센서 특성 평가를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 각 자기 센서 A, B 및 C의 측정값으로부터 구한 센서 출력 합을 도 4에 플로트했다.

[비교예 3]

비교예 2와 마찬가지로 하여, 실리콘 엘라스토머를 얻었다. 얻어진 실리콘 엘라스토머를 이용하여, 굽힘 센서 특성 평가를 행했다. 여기에서, 도 3 중의 10(자기 센서 A)에만 자기 센서를 설치하고, 11(자기 센서 B)과 12(자기 센서 C)에는 자기 센서를 설치하지 않았다.

(촉각 센서 및 굽힘 센서)

[실시예 15]

실시예 1과 마찬가지로 하여, 우레탄 자성 엘라스토머를 얻었다. 한편, 이하의 표 3에 나타내는 자성 엘라스토머 배합의 혼합물의 점도는 1000mPa·s였다.

[실시예 16]

실시예 3과 마찬가지로 하여, 실리콘 자성 엘라스토머를 얻었다. 한편, 이하의 표 3에 나타내는 자성 엘라스토머 배합의 혼합물의 점도는 1200mPa·s였다.

[실시예 17]

실시예 16과 마찬가지의 원료를 이용하여, 톨루엔을 각 60질량부의 합계 120질량부로부터 각 30질량부의 합계 60질량부로 하고, 혼합액 점도를 42,000mPa·s로 조정했다.

[실시예 18]

실시예 16과 마찬가지의 원료를 이용하여, 자성 필러 편재 처리로서, 상온에서 5mT의 자장 중(네오디뮴 자석 사용)에서 120분간 처리했다.

[비교예 4]

실시예 16과 마찬가지의 원료를 이용하여, 톨루엔을 각 5질량부의 합계 10질량부로 하고, 혼합액 점도를 60,000mPa·s로 조정했다.

[비교예 5]

비교예 2와 마찬가지로 하여, 실리콘 자성 엘라스토머 시트를 얻었다.

(주 1) 「프레미놀 7001」 40질량부, 「엑세놀 3020」 60질량부 및 「코스모네이트 T-80」 10질량부로부터, 실시예 1에 기재된 바와 같이 합성한 아이소사이아네이트 말단 프리폴리머

(주 2) 아사히가라스주식회사로부터 상품명 「프레미놀 7001」로 시판되고 있는 폴리프로필렌 글리콜(수 평균 분자량 6000)

(주 3) 아사히가라스주식회사로부터 상품명 「엑세놀 1020」으로 시판되고 있는 폴리프로필렌 글리콜(수 평균 분자량 1000)

(주 4) 도에이화공주식회사제의 옥틸산 납

(주 5) 도레이다우코닝주식회사로부터 상품명 「DY35-1106」으로 시판되고 있는 2액성 액상 실리콘 고무의 주제

(주 6) 도레이다우코닝주식회사로부터 상품명 「DY35-1106」으로 시판되고 있는 2액성 액상 실리콘 고무의 경화제

(주 7) 도레이다우코닝주식회사로부터 상품명 「DY32-1000U」로 시판되고 있는 밀러블 타입(열 가황형) 실리콘 고무

(주 8) 도레이다우코닝주식회사로부터 상품명 「RC-4 50P FD」로 시판되고 있는 2,5-비스(t-뷰틸퍼옥시)-2,5-다이메틸헥세인(가교제)

(주 9) 아이치제강주식회사로부터 상품명 「MF-15P」로 시판되고 있는 평균 입경 133μm의 네오디뮴계 자성체 분말(자성 필러)

얻어진 자성 엘라스토머에 대하여, 실시예 15와 마찬가지로, 자성 필러의 자성 엘라스토머 중에서의 편재도 및 센서 감도를 측정했다. 그 결과를 자성 필러와 열경화성 엘라스토머 전구액의 혼합액의 점도와 함께 표 4에 나타낸다. 각각의 시험 방법은 이하와 같이 했다.

(시험 방법)

(1) 점도 측정

JIS K-7117-1에 준거하여 측정했다.

(2) 편재도 평가

제작한 자성 엘라스토머를 면도날로 잘라내고, 샘플 단면을 디지털 마이크로스코프로 100배에서 관찰했다. 얻어진 화상을 화상 해석 소프트웨어(미타니상사주식회사제 「WinROOF」)를 이용하여, 자성 엘라스토머의 두께 방향으로 3등분하고 상단층, 중단층, 하단층의 자성 필러의 입자수를 카운팅했다. 각 층의 입자수와 중단층의 입자수의 비율을 구함으로써, 각 층의 자성 필러 존재율을 구했다. 또, [(상단층의 자성 필러 존재율)-(하단층의 자성 필러 존재율)]을 구하는 것에 의해 편재도로 했다. 여기에서, 상단층이란, 도 1의 촉각 센서에 있어서의 접촉면측의 층이며, 도 2가 굽힘 센서에 있어서의 상면측의 층이다.

(3) 촉각 센서 특성 평가

기판에 자기 센서로서 홀 소자(아사히카세이일렉트로닉스주식회사로부터 상품명 「EQ-430L」로 시판 중인 홀 소자와 증폭 회로를 1패키지화한 리니어 홀 IC)를 설치하고, 기판의 자기 센서와 반대의 면에 자성 엘라스토머를 도 1과 같이 설치한다. 이때, 상기 자성 엘라스토머는 자성 필러가 편재되어 있는 면을 압력이 인가되는 접촉면이 되도록 설치한다. 압축 시험기(주식회사시마즈제작소제 오토그래프)를 이용하여 압력 30kPa을 인가했을 때의, 홀 소자의 출력 전압을 읽어내고, 출력 전압 변화율(ΔV_out)의 값을 센서 감도로 해서, 촉각 센서 특성의 평가로 했다.

(4) 굽힘 센서 특성 평가

기판에 자기 센서로서 홀 소자(아사히카세이일렉트로닉스사제 EQ-430L)를 도 3과 같이 엘라스토머 상에 3개 설치한다. 도 3에 있어서, 10이 자기 센서 A이고, 11이 자기 센서 B이고, 12가 자기 센서 C이며, 엘라스토머(13)의 단부(14)를 화살표(15)의 방향으로 올려서, 화살표의 각 각도(16)에서 자기 센서의 출력 전압을 읽어냄으로써 굽힘 센서의 특성을 얻었다. 또, 표 1에는, 센서 감도의 평가로서, 굽힘 각도 90°일 때의 각 홀 소자의 출력 변화율의 값의 합을 출력 합(ΔV_out)으로 해서 지표로 한 것을 기재했다. 이 90°일 때의 센서의 출력 합의 값이 높을수록 센서 감도가 양호하다고 생각된다. 자기 센서의 각 각도에서의 출력 합을 그래프화하여 도 4에 나타냈다.

(시험 결과)

(1) 촉각 센서

표 1로부터 분명하지만, 편재도가 실시예 1∼6과 같이 높은 경우, 센서 감도도 높다는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 1 및 2와 같이, 편재도가 1 이하인 경우에는 센서 감도가 나빠진다는 것을 알 수 있다.

(2) 굽힘 센서

표 2로부터 분명하지만, 실시예 7∼14와 같이 자기 센서가 3개 설치되어 있을 때의 출력 합이 높아 굽힘 센서 특성은 양호하다. 또, 편재도가 높은 경우, 굽힘 센서 특성은 양호해진다. 한편, 비교예 3과 같이, 자기 센서를 1개만 설치한 경우에는 굽힘 센서 특성은 악화된다는 것을 알 수 있다.

(3) 촉각 센서 및 굽힘 센서

표 4의 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 15∼18의 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 촉각 센서 및 굽힘 센서는, 비교예 4∼5의 촉각 센서 및 굽힘 센서와 비교하면, 자성 필러의 자성 엘라스토머 중에서의 편재도가 매우 커서, 센서 감도가 매우 높다는 것을 알 수 있다. 상기와 같이, 비교예에 비하여 촉각 센서 및 굽힘 센서로서의 성능이 우수한 실시예 중에서도, 자력을 이용한 자성 필러 편재 처리를 행한 실시예 18은, 특히 자성 필러의 자성 엘라스토머 중에서의 편재도가 매우 커서, 센서 감도가 매우 높다는 것을 알 수 있다.

이에 비하여, 비교예 4의 촉각 센서 및 굽힘 센서는, 제조 시의 자성 필러와 열경화성 엘라스토머 전구액의 혼합액의 점도가 매우 높기 때문에, 자성 필러의 자성 엘라스토머 중에서의 편재가 곤란해져 편재도가 매우 작아졌기 때문에, 센서 감도가 매우 낮은 것이 되었다.

비교예 5의 촉각 센서 및 굽힘 센서는, 혼련에 의해 자성 필러가 자성 엘라스토머 중에 균일 분산되어 있기 때문에, 자성 필러의 자성 엘라스토머 중에서의 편재도가 매우 작아서, 센서 감도가 매우 낮은 것이 되었다.

1: 엘라스토머
2: 자기 센서
3: 자성 필러
4: 기판
5: 압력
10: 자기 센서 A
11: 자기 센서 B
12: 자기 센서 C
13: 엘라스토머
14: 엘라스토머의 단부
15: 엘라스토머의 단부를 올리는 방향
16: 엘라스토머의 단부를 올리는 각도

Claims

자성 필러를 포함하는 엘라스토머와,
상기 엘라스토머의 촉각에 의한 변형에 기인하는 자기 변화를 검출하는 자기 센서
를 포함하고, 상기 자성 필러가 엘라스토머 중에서 편재되어 있고, 그 편재도가 1∼100인 것을 특징으로 하는 촉각 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 자성 필러가 엘라스토머의 편면측에 편재되어 있고, 그 편재면을 접촉면으로 하는 촉각 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 자성 필러가 희토류계, Fe계, Co계, Ni계 또는 산화물계이고, 평균 입경이 0.02∼500μm인 촉각 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 자성 필러가 엘라스토머 100질량부에 대하여 1∼450질량부의 양으로 첨가되는 촉각 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 엘라스토머가 폴리우레탄 엘라스토머 또는 실리콘 엘라스토머인 촉각 센서.
자성 필러를 포함하는 엘라스토머와,
상기 엘라스토머가 굽힘 변형됨으로써 생긴 자기 변화를 검출하는 둘 이상의 자기 센서를 포함하고,
상기 자성 필러가 엘라스토머 중에서 편재되어 있고, 그 편재도가 1∼100인 것을 특징으로 하는 굽힘 센서.
삭제
제 6 항에 있어서,
상기 자성 필러가 엘라스토머의 편면측에 편재되어 있고, 그 편재면과 반대측에 둘 이상의 자기 센서를 배치하는 굽힘 센서.
제 8 항에 있어서,
상기 자성 필러가 희토류계, Fe계, Co계, Ni계 또는 산화물계이고, 평균 입경이 0.02∼500μm인 굽힘 센서.
제 6 항에 있어서,
상기 자성 필러가 엘라스토머 100질량부에 대하여 1∼450질량부의 양으로 첨가되는 굽힘 센서.
제 6 항에 있어서,
상기 엘라스토머가 폴리우레탄 엘라스토머 또는 실리콘 엘라스토머인 굽힘 센서.
자성 필러를 포함하는 자성 엘라스토머와, 자기 센서를 포함하는 센서의 제조 방법으로서,
(i) 자성 필러와 열경화성 엘라스토머 전구액을 혼합하여 혼합액을 형성하는 공정,
(ii) 해당 혼합액을 시트로 성형하는 공정,
(iii) 해당 자성 필러를 해당 열경화성 엘라스토머 전구액 중에서 편재시키는 공정,
(iv) 해당 열경화성 엘라스토머 전구액을 가열하여 경화시켜 엘라스토머 시트를 형성하는 공정, 및
(v) 해당 자성 필러를 착자(magnetizing)시켜 자성 엘라스토머를 형성하는 공정을 포함하고,
해당 공정(i)에서 형성한 혼합액이 점도 100∼50,000mPa·s를 갖고, 해당 공정(iii)에서 편재시킨 자성 필러의 자성 엘라스토머 중에서의 편재도가 1∼100인 것을 특징으로 하는 센서의 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 공정(iii)의 자성 필러를 편재시키는 공정이 자속 밀도 1∼3000mT의 자장을 인가하는 것에 의해 행해지는 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 자성 필러가 편면측에 편재되어 있고, 그 편재면과 반대측에 자기 센서를 배치하는 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 자성 필러가 희토류계, Fe계, Co계, Ni계 또는 산화물계이고, 평균 입경이 0.02∼500μm인 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 자성 필러가 엘라스토머 100질량부에 대하여 1∼450질량부의 양으로 첨가되는 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 엘라스토머가 폴리우레탄 엘라스토머 또는 실리콘 엘라스토머인 제조 방법.