[发明专利]弯曲传感器及变形形状测量方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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P1。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P1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。

发明内容

本发明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)本发明的弯曲传感器包括：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；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。

在构成本发明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是用于说明本发明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发明。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。