传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种包括触觉传感器和弯曲传感器在内的传感器和其制造方法，所述方法制造成本低、制造效率高而且传感器灵敏度提高。本发明专利技术涉及包括含有磁性填料的弹性体和磁性传感器的触觉传感器和弯曲传感器的传感器，所述磁性传感器用于检测由上述弹性体的变形引起的磁性变化；以及所述传感器的制造方法，其中用磁性填料将热固性弹性体前体的混合溶液的粘度调整至特定范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器及其制造方法
本专利技术涉及一种检测由与含有磁性填料的磁性弹性体接触所引起的变形的传感器以及所述传感器的制造方法。特别地，本专利技术涉及一种检测由与磁性弹性体接触所引起的变形的触觉传感器，其中磁性填料不均匀地分布于磁性弹性体中；一种检测含有磁性填料的磁性弹性体的弯曲变形的弯曲传感器；以及其制造方法。
技术介绍
触觉传感器广泛地用于各个领域。基本上，这些传感器均是在一个物体与另一个物体接触时检测接触的强度、位置、方向等。触觉传感器应用于例如机器人的手和皮肤等，且被用作决定机器人下一步行动的信息。此外，触觉传感器还用于检测汽车座椅的乘坐状态、检测床和地毯的表面压力分布、检测车辆的碰撞状态、检测生物体的运动状态(例如运动捕捉、检测生物体运动如呼吸状态、肌肉的放松状态)、检测向限制进入区域的非法侵入、滑门的异物检测、键盘输入装置等。关于这种触觉传感器和这种触觉传感器的制造方法存在各种提案(专利文献1至3等)。专利文献1公开了一种压力检测装置，其包括：通过施加压力和去压力而变形的含有磁体的缓冲部、通过磁性传感器检测由缓冲部的变形引起的磁场变化的传感器部。缓冲部中存在的磁体可为一个大的磁体(专利文献1的图1)或均匀分散的小磁体(专利文献1的图7等)。在一个大的磁体的情况下，存在的问题是很难检测到接触产生的变形和接触时产生的异物感。另一方面，在均匀分散的小磁体的情况下，由于即使每个磁体的磁力的方向彼此均相同，在磁体粒子之间仍产生磁力抵消现象，并且接触面附近的磁体移动而缓冲部内部存在的磁体很难移动，因此存在的问题是当外力小从而变形非常小时，检测灵敏度恶化。专利文献2公开了一种检测装置，其包括通过使磁体原料和粘弹性材料混炼成形而得到的粘弹性磁体、以及用于检测粘弹性磁体的变形导致的磁通量密度矢量变化的磁通量检测装置。在专利文献2的检测装置中，由于将磁体原料混炼到粘弹性材料中，从而磁体原料均匀分散。因此，由于在磁体粒子之间发生磁力抵消现象，并且接触面附近的磁体移动而缓冲部内部存在的磁体很难移动，因此存在的问题是如专利文献1所记载的当外力小从而变形非常小时，检测灵敏度恶化。专利文献3公开了一种压敏传感器，其包含磁性传感器、依序层叠并固定于磁性传感器上的弹性体和永磁体、分别连接到磁性传感器的输入和输出端子的导线。在所述压敏传感器中，由于弹性材料与含磁体的材料分离，因此需要将其“依序层叠并固定”，从而存在的问题是除了需要层叠步骤外，还会引起由层叠导致的所述层界面的剥离。此外，在机器人
或其他领域，例如，检测汽车座椅的乘坐状态、床或地毯的表面压力分布、检测车辆的碰撞状态、检测生物体的运动状态(如运动捕捉、检测呼吸状态、检测肌肉的放松状态等)、向限制进入区域的非法侵入、滑门的异物检测、键盘输入装置中，需要通过传感器检测弹性体的弯曲。当控制人形机器人的运动和响应外部压力时，需要检测相应于人形机器人皮肤的弹性体的弯曲。已提出了许多检测这种弯曲变形的传感器及其制造方法(专利文献4、5等)。专利文献4公开了具有透明性的变形传感器，其为柔性元件且包含非水性聚合物固体电解质及至少一对电极，所述聚合物固体电解质含有聚合物成分和离子液体，所述聚合物成分从含有具有杂原子的单体单元的聚合物或含有该聚合物的嵌段的嵌段共聚物中选择，其中所述柔性元件具有70％以上的总透光率且该柔性元件的变形产生电动势。为了测量电动势，需要安装直接连到柔性元件的电极，从而存在的问题是容易发生元件和电极之间的结合面上的剥离等。专利文献5公开了一种磁性角度传感器，所述角度传感器可通过防止磁性粉尘向磁隙中的侵入而维持角度的检测精度。由于使用了圆盘状的固体磁体，所以存在的问题是其不具有柔性。现有技术文献专利文献专利文献1：JP2009-229453A专利文献2：JP2008-39659A专利文献3：JP62-46222A专利文献4：JP2009-258008A专利文献5：JP2009-19926A
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术的目的是解决上述以往的传感器及其制造方法所具有的问题点，并通过形成不均匀分布且不均匀地分布在一面侧的磁性填料而提供具有提高了传感器灵敏度的一种触觉传感器；通过使磁性填料在弹性体中分散或不均匀地分布并使用多个磁性传感器检测所述磁性填料而提供具有柔性和高灵敏度的弯曲传感器，以及提供一种由于形成含有无需层叠的单层磁性填料的弹性体从而制造步骤不复杂，因此具有低制造成本和高制造效率的这些传感器的制造方法。解决课题的方法本专利技术人为了解决上述目的，反复努力研究，结果发现，可通过形成不均匀分布且不均匀地分布在一面侧的磁性填料而提供具有提高了传感器灵敏度的一种触觉传感器；通过使磁性填料在弹性体中分散或不均匀地分布并使用多个磁性传感器检测所述磁性填料而提供具有柔性和高灵敏度的一种弯曲传感器，以及提供一种通过将混合溶液的粘度调节至特定范围，从而具有低制造成本、高制造效率和高传感器灵敏度的传感器的制造方法，所述传感器的制造方法包括如下步骤：将磁性填料和热固性弹性体前体溶液混合以形成混合溶液；使混合溶液成形为片状；使上述磁性填料在上述热固性弹性体前体溶液中不均匀地分布；加热上述热固性弹性体前体溶液并使其固化；以及使磁性填料磁化以形成磁性弹性体，从而完成本专利技术。(1)即，本专利技术涉及一种触觉传感器，其包含：含有磁性填料的弹性体；和磁性传感器，其检测由接触导致的所述弹性体的变形而引起的磁性变化，其中所述磁性填料不均匀地分布于弹性体中，且所述磁性填料在弹性体中的不均匀分布度为1至100。为了适当地实施本专利技术，期望：上述磁性填料不均匀地分布于弹性体的单面侧，且其不均匀分布面作为接触面；上述磁性填料为稀土类、Fe类、Co类、Ni类或氧化物类，且具有0.02至500μm的平均粒径；上述磁性填料以1至450质量份的量添加，基于100质量份的弹性体计；以及上述弹性体为聚氨酯弹性体或硅氧烷弹性体。(2)本专利技术还涉及一种弯曲传感器，其包含：含有磁性填料的弹性体；和多个磁性传感器，其检测由所述弹性体的弯曲变形而引起的磁性变化。为了适当地实施本专利技术，期望：上述磁性填料不均匀地分布于弹性体中，且上述磁性填料在弹性体中的不均匀分布度为1至100；上述磁性填料不均匀地分布于弹性体的单面侧，且将多个磁性传感器配置在该不均匀分布面的相反侧；上述磁性填料为稀土类、Fe类、Co类、Ni类或氧化物类，且具有0.02至500μm的平均粒径；其中上述磁性填料以1至450质量份的量添加，基于100质量份的弹性体计算；以及所述弹性体为聚氨酯弹性体或硅氧烷弹性体。(3)此外，本专利技术还涉及一种传感器的制造方法，所述传感器包括含有磁性填料的弹性体和磁性传感器，所述制造方法包括：步骤(i)，将磁性填料和热固性弹性体前体溶液混合以形成混合溶液；步骤(ii)，使所述混合溶液成形为片状；步骤(iii)，使所述磁性填料在所述热固性弹性体前体溶液中不均匀地分布；步骤(iv)，加热所述热固性弹性体前体溶液并使其固化以形成片状弹性体；以及步骤(v)，使所述磁性填料磁化以形成磁性弹性体，其中，在所述步骤(i)中形成的混合溶液具有100至50,000mPa·sec的粘度，在所述步骤(iii)中不均匀分布的磁性填料在热固性弹性体中的不均匀分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触觉传感器，其包括：含有磁性填料的弹性体；和磁性传感器，其检测由接触导致的所述弹性体的变形而引起的磁性变化，其中所述磁性填料不均匀地分布于弹性体中，且所述磁性填料在弹性体中的不均匀分布度为1至100。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.19 JP 2012-232006;2012.10.19 JP 2012-232001.一种触觉传感器，其包括：含有磁性填料的弹性体；和磁性传感器，其检测由接触导致的所述弹性体的变形而引起的磁性变化，其中所述磁性填料不均匀地分布于弹性体中，且所述磁性填料在弹性体中的不均匀分布度为1至100，不均匀分布度为表示磁性填料在弹性体中不均匀分布程度的数值，并通过以下方法测量：用刀片从所制备的弹性体上切下样品，使用数字显微镜在100倍放大倍数下观察样品的截面，使用图像分析软件将所得的图像在弹性体的厚度方向上分为三等份，即上层、中间层和下层，并计数每层中的磁性填料颗粒的数目，通过求出每层的颗粒数目与中间层的颗粒数目的比例，求出每层中的磁性填料的存在率，通过下式：不均匀分布度＝[(上层磁性填料的存在率)-(下层磁性填料的存在率)]得到不均匀分布度。2.权利要求1所述的触觉传感器，其中所述磁性填料不均匀地分布于弹性体的单侧面，且其不均匀分布面作为接触面。3.权利要求1所述的触觉传感器，其中所述磁性填料为稀土类、Fe类、Co类、Ni类或氧化物类，且具有0.02μm至500μm的平均粒径。4.权利要求1所述的触觉传感器，其中所述磁性填料以1至450质量份的量添加，基于100质量份的弹性体计。5.权利要求1至4中的任一项所述的触觉传感器，其中所述弹性体为聚氨酯弹性体或硅氧烷弹性体。6.一种弯曲传感器，其包括：含有磁性填料的弹性体；和多个磁性传感器，其检测由所述弹性体的弯曲变形而引起的磁性变化，其中所述磁性填料不均匀地分布于弹性体中，且所述磁性填料在弹性体中的不均匀分布度为1至100，不均匀分布度为表示磁性填料在弹性体中不均匀分布程度的数值，并通过以下方法测量：用刀片从所制备的弹性体上切下样品，使用数字显微镜在100倍放大倍数下观察样品的截面，使用图像分析软件将所得的图像在弹性体的厚度方向上分为三等份，即上层、中间层和下层，并计数每层中的磁性填料颗粒的数目，通过求出每层的颗粒数目与中间层的颗粒数目的比例，求出每层中的磁性填料的存在率，通过下式：不均匀分布度＝[(上层磁性填料的存在率)-(下层磁性填料的存在率)]得到不均匀分布度。7.权利要求6所述的弯曲传感器，其中所述磁性填料...

【专利技术属性】
技术研发人员：重藤纯一，福田武司，小野洋明，罗志伟，
申请(专利权)人：东洋橡胶工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP