具有柔性的变形传感器制造技术

一种变形传感器，其在空气中也能安定且以高响应灵敏度来起作用的、轻量且具柔性的、廉价的变形传感器。变形传感器（６）是由非水系高分子固体电解质（１０）和夹住该非水系高分子固体电解质（１０）的至少一对电极（７）和（８）构成的薄片，其中，该非水系高分子固体电解质（１０）含有高分子成分和离子液体，其中，上述高分子成分选自含杂原子单体单元的聚合物和含该聚合物嵌段的嵌段共聚物中的其中一种，因变形会产生电动势，因而可检测出变形位置和压力分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种因柔性元件变形而产生电动势的变形传感器或可对变形位置及 压力分布进行检测的变形传感器。
技术介绍
近年来，在医疗护理器械，工业用机器人及个人用机器人等领域，对小型轻量传感 器的需求性越来越高。此外，对可设置在复杂形状的构造物上来作为扭转传感器(日文歪 七 > 寸一)、振动传感器这样的轻量且柔软的传感器的需求性也越来越高。作为将机械能转换成电能的传感器，广泛使用采用压电陶瓷等的压电元件。以钛 酸钡或锆钛酸铅(PZT)等为代表的压电陶瓷利用使压电陶瓷受应力以产生电荷的压电效 应来将机械能转换成电能。但是，采用这些压电陶瓷的传感器因其使用高密度无机材料，因此，多数情况下无 法用在要求轻量的用途上。此外，因其耐冲击性能较差，因此，当施加有来自外部的冲击时 会容易损坏压电陶瓷而使传感器功能降低。此外，因其柔性较差，因此，很难用在要求设置 在具有球面或凹凸这样的复杂形状的构造物的用途上，且其无法检测出较大的变形或较小 的应力。至今依然没有可对三维空间的位移和位置以及二维平面上的压力分布中的任一 信息进行感应的传感器。作为能检测出二维平面上压力分布的压力传感器，例如，已知有使用偏氟乙烯等 高分子压电材料的传感器(专利文献1)、使用以感压橡胶为代表的各向异性导电物质来对 电阻变化进行检测的传感器(专利文献2)等。然而，用这些传感器虽然可以检测出压力分 布，却无法检测出高度方向上的位移和位置。作为进行这些传感器的逆效应的装置，已知有致动器，在其中又以高分子致动器 最引人注目。例如，设计了一种利用含水高分子凝胶的温度变化、PH变化、或施加电场等外 场刺激而引起形变的高分子致动器(参照专利文献3)。由于这种高分子致动器的逆效应可 将压力和位移等机械能转换成电能，因此也可作为传感器来使用(例如参照专利文献4)。但是，由于含水高分子凝胶的由各种刺激而引起的形变一般来说非常迟缓，且含 水高分子凝胶的交联结构不均勻而导致力学强度低，因此，当在实际上作为变形传感器来 使用时，还需要进行进一步的改良。为了克服上述技术问题，设计了一种高分子致动器，其特征为由离子交换树脂膜 和与该膜的两面接合的电极构成，在上述离子交换树脂膜的含水状态下，对该离子交换树 脂膜施加电位差以使其产生弯曲和变形(参照专利文献5)。但是，上述高分子致动器存在 如下问题由于在其动作中必须有水因而其动作环境限定在湿润环境，此外响应灵敏度较差。考虑到上述动作环境的问题，公开了一种高分子致动器，该高分子致动器是在通 过使单体、交联剂与离子液体混合并硬化制成的固体电解质上贴合作为电极的金箔(专利4文献6)。但是，由于经交联来固定离子液体，因此形状选择性差。此外，公开了一种采用由离子液体和离子交换树脂膜构成的高分子固体电解质的 传感器(非专利文献1)。但是，此时会因离子交换树脂膜的极化而使膜电介质强度增大，因 而会存在电容量上升、响应灵敏度降低这样的问题。专利文献1 日本专利特开平10-38736号公报专利文献2 日本专利特开2007-10482号公报专利文献3 日本专利特开昭63-309252号公报专利文献4 日本专利特开2006-173219号公报专利文献5 日本专利特开2004-289994号公报专利文献6 日本专利特开2005-51949号公报非专利文献1 :Proc. of SPIE Vol. 6529L-1专利技术的公开专利技术所要解决的技术问题本专利技术是一种用于解决上述这样的问题的传感器元件，是一种因元件变形来产生 电动势的传感器，其目的在于提供在空气中能安定且以高响应灵敏度来起作用的轻量且具 柔性的变形传感器。解决技术问题所采用的技术方案为实现上述目的而进行专利技术的本专利技术技术方案1的变形传感器的特征在于，上述 变形传感器是由非水系高分子固体电解质和至少一对电极构成的柔性元件，其中，该非水 系高分子固体电解质含有高分子成分和离子液体，其中，上述高分子成分选自含杂原子的 单体单元的聚合物和含该聚合物嵌段的嵌段共聚物中的至少一种、且不含离子解离性基团 成分，该电极中未与该非水系高分子固体电解质接触的表面上的至少一部分的表面电阻为 10 Ω / □以下，该柔性元件的每Icrn2的电容量范围为0. 1 500mF，该柔性元件的变形产生 电动势。同样，在本专利技术技术方案2的变形传感器是在技术方案1的变形传感器的基础上， 其特征在于，该非水系高分子固体电解质的离子导电率为1 X 10-7S/cm以上、1 X IO-1SZcm以 下。本专利技术技术方案3的变形传感器是在技术方案1的基础上，其特征在于，该电极包 含作为构成成分的碳微粒。本专利技术技术方案4的变形传感器是在技术方案1的基础上，其特征在于，该高分子 成分包括含有与该离子液体相溶的聚合物嵌段和与该离子液体不相溶的聚合物嵌段的共 聚物，该共聚物处于被该离子液体含浸的状态。本专利技术技术方案5的变形传感器是在技术方案1的基础上，其特征在于，在是该电 极的一个面的未与非水系高分子固体电解质接触的面上安装有与外部电路导通的集电层。本专利技术技术方案6的变形传感器是在技术方案5的基础上，其特征在于，该集电层 为图案形状。本专利技术技术方案7的变形传感器是在技术方案1的基础上，其特征在于，在是上述 一对电极中的各个电极的一面的且未与非水系高分子固体电解质接触的面上安装有与外 部电路导通的相同图案的集电层。本专利技术技术方案8的变形传感器是在技术方案7的基础上，其特征在于，相同图案 的集电层是通过该非水系高分子固体电解质及夹住该非水系高分子固体电解质的双方的 上述电极形成位置合一，其中该相同图案是以多边形、圆形、和/或椭圆形进行等间隔排列 成形。此外，为实现上述目的而进行专利技术的本专利技术技术方案9的可对变形位置和压力分 布进行检测的变形传感器的特征在于，上述变形传感器是由非水系高分子固体电解质和夹 住该非水系高分子固体电解质的至少一对电极构成的柔性元件，其中，该非水系高分子固 体电解质含有高分子成分和离子液体，其中，上述高分子成分选自含杂原子的单体单元的 聚合物和含该聚合物嵌段的嵌段共聚物中的至少一种，该柔性元件的变形产生电动势。同样，本专利技术技术方案10的可对变形位置和压力分布进行检测的变形传感器是 在技术方案9的基础上，其特征在于，该电极为图案形状。本专利技术技术方案11的可对变形位置和压力分布进行检测的变形传感器是在技术 方案9的基础上，其特征在于，上述一对电极分别为彼此不导通而与外部电路相连的多个 导电性图案，夹住该非水系高分子固体电解质的一对导电性图案的相对点是检测位置。本专利技术技术方案12的可对变形位置和压力分布进行检测的变形传感器是在技术 方案9的基础上，其特征在于，上述一对电极的均为相同形状的图案。本专利技术技术方案13的可对变形位置和压力分布进行检测的变形传感器是在技术 方案12的基础上，其特征在于，该图案是通过该非水系高分子固体电解质形成位置合一， 其中该相同图案是以多边形、圆形、和/或椭圆形进行等间隔排列成形。本专利技术技术方案14的可对变形位置和压力分布进行检测的变形传感器是在技术 方案9的基础上，其特征在于，在是上述一对电极的各个电极的一面的且不与该非水系高 分子固体电解质接触的面上安装有彼此不导通而与外部电路相连的多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变形传感器，其特征在于，所述变形传感器是由非水系高分子固体电解质和至少一对电极构成的柔性元件，其中，所述非水系高分子固体电解质含有高分子成分和离子液体，其中，所述高分子成分选自含杂原子的单体单元的聚合物和含该聚合物嵌段的嵌段共聚物中的至少一种、且不含离子解离性基团，该电极的不与该非水系高分子固体电解质接触的面上的至少一部分的表面电阻为１０Ω／□以下，所述柔性元件的每１ｃｍ２的电容量范围为０．１～５００ｍＦ，所述柔性元件的变形产生电动势。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2008-1-28 2008-016690;JP 2008-4-22 2008-111491一种变形传感器，其特征在于，所述变形传感器是由非水系高分子固体电解质和至少一对电极构成的柔性元件，其中，所述非水系高分子固体电解质含有高分子成分和离子液体，其中，所述高分子成分选自含杂原子的单体单元的聚合物和含该聚合物嵌段的嵌段共聚物中的至少一种、且不含离子解离性基团，该电极的不与该非水系高分子固体电解质接触的面上的至少一部分的表面电阻为10Ω/□以下，所述柔性元件的每1cm2的电容量范围为0.1～500mF，所述柔性元件的变形产生电动势。2.如权利要求1所述的变形传感器，其特征在于，所述非水系高分子固体电解质的离 子电导率为lXl(T7S/cm以上、lXlO—S/cm以下。3.如权利要求1所述的变形传感器，其特征在于，所述电极包含作为构成成分的碳微粒。4.如权利要求1所述的变形传感器，其特征在于，所述高分子成分包括含有与所述离 子液体相溶的聚合物嵌段和与所述离子液体不相溶的聚合物嵌段的共聚物，所述共聚物处 于被所述离子液体含浸的状态。5.如权利要求1所述的变形传感器，其特征在于，在是所述电极的一面的且未与所述 非水系高分子固体电解质接触的面上安装有与外部电路导通的集电层。6.如权利要求5所述的变形传感器，其特征在于，所述集电层为图案形状。7.如权利要求1所述的变形传感器，其特征在于，在是所述一对电极的各个电极的一 面的且未与该非水系高分子固体电解质接触的面上均安装有与外部电路导通的相同图案 的集电层。8.一种变...

【专利技术属性】
技术研发人员：小宫良太，加藤利典，奥野壮敏，须乡望，
申请(专利权)人：可乐丽股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]