弯曲传感器及变形形状测量方法技术

本发明专利技术提供一种对应变的输入速度的依赖性小、响应延迟难以产生的弯曲传感器。另外，提供一种采用该弯曲传感器的变形形状测量方法。以具有下述构件的方式来构成弯曲传感器（１）：基材（１０）；传感器主体（１１），其配置在基材（１０）表面上，具有基质树脂和以３０ｖｏｌ％以上的填充率填充在基质树脂中的导电性填料，通过导电性填料彼此的接触而形成有三维的导电路径，电阻随着变形量增加而增加；覆盖膜（１４），其配置为覆盖传感器主体（１１），能够弹性变形；多个电极（１２ａ～１２ｉ），其与传感器主体（１１）相连接，能够输出电阻。在传感器主体（１１）上，沿弯曲变形时切断导电路径的方向预先形成有裂纹。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够检测测量对象物的弯曲变形的弯曲传感器及采用该弯曲传感器的变形形状测量方法。
技术介绍
例如，作为检测构件的变形、作用于构件上的负荷的大小的方法，提出了使用弹性体、树脂的柔软的传感器。该传感器具有在弹性体或树脂中混合有导电性填料的传感器主体。例如，专利文献1、2所公开的传感器主体以高填充率在弹性体或树脂中混合球状的导电性填料而成。因此，在传感器主体上，以未施加有负荷的状态(以下，适当称作“无负荷状态”)通过导电性填料彼此的接触而形成有三维的导电路径。因而，传感器主体在无负荷状态下具有高导电性。附图说明图17中示出了传感器主体的、放大了导电性填料的局部附近的示意图。在图17 中，(a)表示弯曲变形前的无负荷状态，(b)表示刚刚弯曲变形后的状态，(c)表示比刚刚弯曲变形后更靠后的状态。如图17的(a)所示，传感器主体900具有基质树脂901和导电性填料902。在传感器主体900上，通过导电性填料902彼此的接触而形成有导电路径Pl。 当对传感器主体900施加负荷时，传感器主体900开始弯曲变形。随着弯曲变形的开始，如图17的(b)所示，传感器主体900在图中沿左右方向扩展。由此，导电性填料902彼此相互反作用，导电性填料902的接触状态发生变化。当传感器主体900进一步弯曲时，如图17 的(c)所示，基质树脂901更大地扩展。这样，导电性填料902彼此的接触断开，导电路径 Pl被切断。其结果，电阻增加。当去除所施加的负荷时，传感器主体900因基质树脂901的弹性恢复力而恢复到原来的状态(图17的(a)的状态)。这样，采用专利文献1、2的传感器，能够根据传感器主体的电阻的增加检测出变形。专利文献1 日本特开2008-70327号公报专利文献2 日本特开2009-198483号公报专利文献3 日本特表2003-510216号公报专利文献4 美国专利第5，583，476号说明书专利文献5 美国专利第5，086，785号说明书如上所述，采用专利文献1、2所公开的传感器主体，由于母材(弹性体或树脂)的弹性变形，导电路径崩溃，电阻增加。即，专利文献1、2的传感器利用母材的弹性区域中的电阻的增加来检测变形。但是，从输入应力到母材弹性变形需要时间。因此，在母材的弹性区域中，当要检测弯曲变形时，响应会延迟母材的弹性变形所需的时间。因而，检测精度降低。特别是在弯曲变形高速的情况下，有时响应延迟进一步扩大，检测精度进一步降低。另外，母材弹性变形的速度还受到应变的输入速度、环境温度的影响。因此，应变的输入速度、 环境温度也成为检测精度降低的一个原因
技术实现思路
本专利技术就是鉴于这种情况而做出来的，其课题在于提供一种对应变的输送速度的依赖性小、响应延迟难以产生的弯曲传感器。另外，其课题在于提供一种使用该弯曲传感器能够高精度地测量测量对象物弯曲变形时的形状的变形形状测量方法。(1)本专利技术的弯曲传感器包括基材；传感器主体，其配置在该基材表面上，具有基质树脂和以30VO1 %以上的填充率填充在该基质树脂中的导电性填料，通过该导电性填料彼此的接触而形成有三维的导电路径，电阻随着变形量增加而增加；覆盖膜，其配置为覆盖该传感器主体，能够弹性变形；多个电极，其与该传感器主体相连接，能够输出电阻；在上述传感器主体上，沿弯曲变形时切断上述导电路径的方向预先形成有裂纹。在构成本专利技术的弯曲传感器的传感器主体中，以30vOl%以上的填充率在该基质树脂中填充有导电性填料。在此，导电性填料的填充率为将传感器主体的体积设为 100VOl%时的值。由于导电性填料的填充率较高，因此在传感器主体上，通过导电性填料彼此的接触而形成有三维的导电路径。即，传感器主体在无负荷状态下具有高导电性，并且电阻随着变形量增加而增加。另外，在传感器主体上预先形成有裂纹。裂纹沿弯曲变形时切断导电路径的方向而形成。图1中示出了放大了传感器主体上的裂纹的局部附近的示意图。但是，图1是用于说明本专利技术的弯曲传感器的示意图。图1并不是用例如裂纹的形状、裂纹的延伸方向、导电性填料的形状、导电路径的形状、导电路径的延伸方式等来限定本专利技术。在图1中，(a)表示弯曲变形前的无负荷状态，(b)表示弯曲变形后的状态。如图1的(a)所示，传感器主体800具有基质树脂801、导电性填料802和裂纹 803。在传感器主体800上，通过导电性填料802彼此的接触而形成有导电路径P。在图中沿与左右方向(扩展方向)交叉的方向形成有裂纹803。当对传感器主体800施加负荷时， 传感器主体800开始弯曲变形。当传感器主体800因弯曲变形而沿左右方向扩展时，如图1 的(b)所示，裂纹803开口。由此，导电性填料802彼此的接触断开，导电路径P被切断。其结果，电阻增加。当去除所施加的负荷时，传感器主体800恢复到原来的状态(图1的(a) 的状态)。由此，裂纹803也恢复到原来的状态。这样，在本专利技术的弯曲传感器的传感器主体中，当通过弯曲变形输入应变时，导电路径不会等待基质树脂产生弹性变形而被切断(但是，本专利技术的弯曲传感器并不排除导电路径因基质树脂的弹性变形而被切断的情况。)。因而，响应延迟难以产生。另外，由于导电路径主要因裂纹开口而被切断，因此与导电路径仅依靠基质树脂的弹性变形而被切断的情况(参照在前的图17)相比，即使较小的应变，也能够高精度地检测出来。另外，如上所述，基质树脂的弹性变形的速度受到环境温度的影响。关于这一点， 本专利技术的弯曲传感器的导电路径主要因裂纹开口而被切断。因此，与导电路径仅依靠基质树脂的弹性变形而被切断的情况(参照在前的图17)相比，响应速度对环境温度的依赖性较小。而且，根据后述的实施例可知，响应速度对应变输入速度的依赖性也较小。另外，传感器主体被覆盖膜所覆盖。由此，抑制了传感器主体的品质及性能变差。 在此，覆盖膜能够弹性变形。因此，当在弯曲变形后去除负荷时，借助覆盖膜的弹性恢复力， 传感器主体易于恢复到原来的形状。另外，张开的裂纹也易于恢复到原来的状态。另外，传感器主体配置在基材的表面上。通过调整基材的厚度，能够调整弯曲传感器的灵敏度。例如，在弯曲变形时的曲率中心位于基材的背侧的情况下，当增大基材的厚度时，弯曲变形时的传感器主体的应变量增大。即，当将基材与传感器主体的合计厚度设为t、 将从弯曲变形时的曲率中心到基材背面的曲率半径设为R时，应变量ε成为ε =t/R。因此，当增大基材的厚度时，弯曲变形时的传感器主体的应变量增大。由此，能够提高弯曲传感器的灵敏度。另外，在上述专利文献3 5中，公开有因裂纹的张开、闭合而电阻增加的导电墨。 但是，在任何的导电墨中，在弯曲变形时都产生有裂纹。换言之，在使用导电墨之前，未形成有裂纹。在这一点上，所公开的导电墨与本专利技术的传感器主体不同。即，当在弯曲变形时形成新的裂纹时，弯曲传感器的灵敏度发生变化。因此，在本专利技术中，在制造传感器主体时预先形成有裂纹，抑制了弯曲变形时的新的裂纹的形成。(2)优选在上述(1)的技术方案中，上述导电性填料的平均粒子径为0. 05 μ m以上且100 μ m以下。当导电性填料的粒子径较小时，对于基质树脂的加强效果增大。因此，难以形成裂纹。另外，由于传感器主体的断裂应变(在传感器主体上产生裂纹时的应变)增大，因此电阻的增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种弯曲传感器，其包括：基材；传感器主体，其配置在该基材表面上，具有基质树脂和以３０ｖｏｌ％以上的填充率填充在该基质树脂中的导电性填料，通过该导电性填料彼此的接触而形成有三维的导电路径，电阻随着变形量增加而增加；覆盖膜，其配置为覆盖该传感器主体，能够弹性变形；多个电极，其与该传感器主体相连接，能够输出电阻，该弯曲传感器的特征在于，在上述传感器主体上，沿弯曲变形时切断上述导电路径的方向预先形成有裂纹。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤雄纪，
申请(专利权)人：东海橡胶工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP