JP5568206B2 - 変形センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車の衝突検知等に用いられる変形センサに関する。

従来より、部材の変形や部材に作用する荷重の大きさ、分布を測定する手段として、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックスを用いた圧電式センサや、歪みゲージ式センサが使用されている。これらのセンサは、高価であり、形状設計の自由度も低い。また、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の圧電ポリマーを用いたセンサも提案されている。しかし、圧電ポリマーを使用した場合、センサの作動可能な温度範囲が限定される。一方、感圧導電性樹脂を用いたセンサが提案されている。例えば、特許文献１には、感圧導電性樹脂膜に生じた抵抗変化に基づいて、部材の曲げ変形を測定する曲げセンサが紹介されている。
特開平９−５０１４号公報

圧電式センサ等の従来のセンサは、部材の局所的な変形を検出しているにすぎない。このため、従来のセンサでは、部材の広範囲に亘る変形を正確に検出することは難しい。また、特許文献１に記載された曲げセンサを構成する感圧導電性樹脂膜は、ポリマーに導電性フィラーを配合した感圧導電性インキからなる。このような感圧導電性樹脂膜は、押圧されると電気抵抗が減少するという特性を有する。つまり、非圧縮状態では、感圧導電性樹脂膜の電気抵抗は大きく、圧縮されると、膜中の導電性フィラーの接触により導電し、電気抵抗が下がる。したがって、感圧導電性樹脂膜を用いたセンサでは、導電性フィラーが圧縮によりある程度の接触状態となると、電気抵抗の変化が小さくなる。このため、測定レンジが狭い。また、感圧導電性樹脂膜中の導電性フィラーの配合割合等によって、感度が大きく異なる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、加工性に優れ形状設計の自由度が高く、部材、部位の広い領域における変形や荷重を検出することができる変形センサを提供することを課題とする。

（１）本発明の変形センサは、エラストマーと、該エラストマー中に略単粒子状態で、かつ、センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下の充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、圧縮、伸張、曲げのいずれの変形においても弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性変形可能なセンサ本体と、該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、該センサ本体の少なくとも一部の弾性変形を拘束する拘束部材と、を備えてなり、該センサ本体は、該エラストマーと該導電性フィラーとを必須成分とするエラストマー組成物からなり、該エラストマー組成物の、該導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおいて、電気抵抗変化が飽和する第二変極点の該導電性フィラーの配合量（飽和体積分率：φｓ）は３５ｖｏｌ％以上であることを特徴とする（請求項１に対応）。

本発明者は、上記課題を解決すべく、変形センサに使用できる材料について鋭意研究を重ねた結果、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するという極めて特異な材料を開発した。この材料は、エラストマー中に、球状の導電性フィラーが略単粒子状態でかつ高充填率で配合されたエラストマー複合材料である。本発明の変形センサでは、このエラストマー複合材料によりセンサ本体が構成される。以下、本発明の変形センサにおけるセンサ本体について説明する。

本発明の変形センサにおけるセンサ本体（以下、適宜「本発明におけるセンサ本体」と称す。）は、弾性変形可能であり、エラストマーと球状の導電性フィラーとを有する。本明細書において、「エラストマー」は、ゴムおよび熱可塑性エラストマーを含む。また、導電性フィラーは、エラストマー中に、略単粒子状態で、かつ、センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下の充填率で配合されている。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を１００重量％とした場合の５０重量％以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、以下「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。
本発明におけるセンサ本体は、飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上であるエラストマー組成物からなる。一般に、絶縁性のエラストマーに導電性フィラーを混合してエラストマー組成物とした場合、エラストマー組成物の電気抵抗は、導電性フィラーの配合量によって変化する。図３に、エラストマー組成物における、導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を模式的に示す。
図３に示すように、エラストマー１０１に導電性フィラー１０２を混合していくと、エラストマー組成物の電気抵抗は、はじめはエラストマー１０１の電気抵抗とほとんど変わらない。しかし、導電性フィラー１０２の配合量がある体積分率に達すると、電気抵抗が急激に低下して、絶縁体−導電体転移が起こる（第一変極点）。この第一変極点における導電性フィラー１０２の配合量を、臨界体積分率（φｃ）と称す。また、さらに導電性フィラー１０２を混合していくと、ある体積分率から、電気抵抗の変化が少なくなり電気抵抗変化が飽和する（第二変極点）。この第二変極点における導電性フィラー１０２の配合量を、飽和体積分率（φｓ）と称す。このような電気抵抗の変化は、パーコレーションカーブと呼ばれ、エラストマー１０１中に導電性フィラー１０２による導電パスＰ１が形成されるためと考えられている。
例えば、導電性フィラーの粒子径が小さい、導電性フィラーとエラストマーとの相溶性が悪い等の理由により、導電性フィラーが凝集し、凝集体が形成されている場合には、一次元的な導電パスが形成され易い。このような場合には、エラストマー組成物の臨界体積分率（φｃ）は、２０ｖｏｌ％程度と比較的小さくなる。同様に、飽和体積分率（φｓ）も比較的小さくなる。言い換えると、臨界体積分率（φｃ）および飽和体積分率（φｓ）が小さい場合には、導電性フィラーは一次粒子として存在し難く、二次粒子（凝集体）を形成し易い。よって、この場合、導電性フィラーをエラストマー中に多量に配合することは難しい。つまり、導電性フィラーを最密充填に近い状態で配合することは難しい。また、粒子径の小さな導電性フィラーを多量に配合すると、凝集構造が三次元的に成長するため、変形に対する導電性の変化が乏しくなる。
この点、センサ本体を形成するエラストマー組成物の飽和体積分率（φｓ）は、３５ｖｏｌ％以上と大きい。このため、導電性フィラーは、エラストマー中に略単粒子状態で安定に存在する。よって、導電性フィラーを、最密充填に近い状態で配合することができる。また、本発明におけるセンサ本体においては、導電性フィラーの充填率が３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下である。これにより、エラストマー中に導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合される。よって、センサ本体に、導電性フィラーによる三次元的な導電パスが形成され易い。

このように、導電性フィラーが、略単粒子状態で、かつ高充填率で配合されると、エラストマー分（皮膜）を介した導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成される。したがって、本発明におけるセンサ本体は、荷重が印加されていない状態（以下、適宜「無荷重状態」と称す。）、言い換えると、変形していない自然状態で、高い導電性を有する。なお、本明細書における「弾性変形」には、圧縮、伸張、曲げ等による変形がすべて含まれる。

一方、従来の感圧導電性樹脂では、上述したように、非圧縮状態で電気抵抗が大きく、圧縮により変形すると電気抵抗が減少する。これは、感圧導電性樹脂の構成から次のように説明することができる。すなわち、感圧導電性樹脂は、樹脂と、該樹脂に配合された導電性フィラーと、からなる。ここで、導電性フィラーの充填率は低い。このため、無荷重状態において、導電性フィラー同士は離れている。つまり、無荷重状態では、感圧導電性樹脂の電気抵抗は大きい。また、荷重が印加され感圧導電性樹脂が変形すると、導電性フィラー同士が接触して、一次元的な導電パスが形成される。これにより、電気抵抗が減少する。

これに対して、本発明におけるセンサ本体は、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。この理由は、次のように考えられる。図１、図２に、本発明におけるセンサ本体の、荷重の印加前後における導電パスの変化をモデルで示す。ただし、図１、図２に示すのは、センサ本体の一例であり、本発明におけるセンサ本体、導電性フィラーの形状、材質等を何ら限定するものではない。

図１に示すように、センサ本体１００において、導電性フィラー１０２の多くは、エラストマー１０１中に一次粒子の状態で存在している。また、導電性フィラー１０２の充填率は高く、最密充填に近い状態で配合されている。これにより、無荷重状態において、センサ本体１００には、導電性フィラー１０２による三次元的な導電パスＰが形成されている。よって、無荷重状態では、センサ本体１００の電気抵抗は小さい。一方、図２に示すように、センサ本体１００に荷重が印加されると、センサ本体１００は弾性変形する（図２中の点線枠は、図１の無荷重状態を示している。）。ここで、導電性フィラー１０２は最密充填に近い状態で配合されているため、導電性フィラー１０２が移動できるスペースはほとんどない。よって、センサ本体１００が弾性変形すると、導電性フィラー１０２同士が反発し合い、導電性フィラー１０２同士の接触状態が変化する。その結果、三次元的な導電パスＰが崩壊し、電気抵抗が増加する。

このようなセンサ本体を備えた本発明の変形センサは、電極から出力されるセンサ本体の電気抵抗の増加に基づいて、対象となる部材、部位に作用する荷重、および部材、部位の様々な変形を検出することができる。また、センサ本体は、エラストマーを母材とするため、弾性変形可能である。このため、本発明の変形センサは、部材、部位に生じる圧縮、伸張、曲げ等の様々な変形を検出することができる。また、本発明の変形センサは、加工性に優れ、形状設計の自由度が高い。よって、部材、部位の広い領域における荷重、変形を検出することができる。

本発明の変形センサでは、エラストマーや導電性フィラーの種類、導電性フィラーの充填率等を調整することにより、無荷重状態における電気抵抗値を所定の範囲に設定することができる。このため、検出可能な荷重、弾性変形量の範囲、つまり、検出レンジを大きくすることができる。加えて、弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動を調整することができるため、所望の応答感度を実現することができる。

また、本発明の変形センサは、無荷重状態において高い導電性を有する。つまり、本発明の変形センサは、無荷重状態において導電状態にある。このため、無荷重状態において、導電性の低いセンサ（例えば、従来の感圧導電性樹脂を用いたセンサ）と比較して、作動診断が容易である。すなわち、無荷重状態において導電性の低いセンサの場合、無荷重状態のままでは、正常なのか異常なのか（例えば回路に断線等が生じているのか）判別し難い。このため、導電性が低いセンサに、敢えて、比較的高い電圧を印加して、通電させてみる必要がある。あるいは、センサを試験的に作動させて通電状態をチェックする必要がある。したがって、作動診断が煩雑である。これに対して、本発明の変形センサの場合、無荷重状態において高い導電性を有している。このため、無荷重状態のままで、正常、異常の判別がし易い。したがって、作動診断が容易である。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記導電性フィラーは、カーボンビーズである構成とするとよい（請求項２に対応）。カーボンビーズは、導電性が良好で、比較的安価である。また、略真球状を呈しているため、高充填率で配合することができる。

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下である構成とするとよい（請求項３に対応）。本構成によると、導電性フィラーは凝集し難く、一次粒子の状態で存在し易い。なお、平均粒子径は、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径を意味する。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記エラストマーは、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴムから選ばれる一種以上を含む構成とするとよい（請求項４に対応）。本構成によると、エラストマーと導電性フィラーとの相溶性が良好である。このため、導電性フィラーが一次粒子の状態で存在し易くなる。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記センサ本体は、弾性的に曲げ変形可能である構成とするとよい（請求項５に対応）。本構成によると、曲げ変形による電気抵抗の変化を検出することができる。また、単なる圧縮変形、伸張変形と比較して、曲げ変形の方が大きな弾性変形量を確保し易い。このため、本構成によると、検出精度が高くなる。

（６）好ましくは、上記（５）の構成において、前記センサ本体は、外部から荷重が入力される入力面と、該入力面に背向する反入力面と、を備え、該入力面および該反入力面のうち、少なくとも一面には、該一面の弾性変形を拘束する前記拘束部材が配置されている構成とするとよい（請求項６に対応）。本構成によると、入力面および反入力面の少なくとも一面の弾性変形が、拘束部材により規制される。これにより、入力面の弾性変形量と、反入力面の弾性変形量と、の較差が大きくなる。その結果、センサ本体全体としての弾性変形量が大きくなり、電気抵抗の増加量も大きくなる。つまり、入力面に入力される荷重、それにより生じる変形を検出し易くなる。
（７）好ましくは、上記（６）の構成において、前記拘束部材は、前記入力面および前記反入力面の両面に配置されている構成とするとよい（請求項７に対応）。本構成によると、入力面および反入力面の両面の弾性変形が、拘束部材により規制される。これにより、曲げ変形の際により大きな歪みが誘起され、電気抵抗の増加量が大きくなる。

（８）好ましくは、上記（１）ないし（７）のいずれかの構成において、前記センサ本体は長尺状を呈し、前記電極は、該センサ本体の長手方向に沿って複数配置されている構成とするとよい（請求項８に対応）。例えば、センサ本体の長手方向端部に荷重が印加され、センサ本体が曲げ変形した場合、本構成によると、センサ本体の弾性変形量を電気抵抗の増加量として効果的に出力することができる。また、電極をセンサ本体の長手方向の所定間隔ごとに配置することで、より細かなセンシングが可能となる。

（９）好ましくは、上記（１）ないし（８）のいずれかの構成において、前記センサ本体は平板状を呈し、該センサ本体の周縁には、二つの前記電極が互いに対向して配置された電極対が、少なくとも二組以上配置されている構成とするとよい（請求項９に対応）。センサ本体が平板状を呈しているため、より広い領域における荷重、変形を検出することができる。また、電極の配置を調整し、検出位置を特定できるようにすれば、荷重の印加位置、変形位置も特定が可能となる。

以下、本発明の変形センサの実施形態について説明する。まず、本発明の変形センサを構成するセンサ本体について詳しく説明し、次に、本発明の変形センサの実施形態について説明する。

〈センサ本体〉
本発明の変形センサを構成するセンサ本体は、エラストマーと導電性フィラーとを有する。エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。エラストマーは、絶縁性であることが望ましい。また、導電性フィラーとの混合物（エラストマー組成物）を調製した場合、パーコレーションカーブにおける飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上となるものを用いることが望ましい。飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満の場合には、導電性フィラーを略単粒子状態でかつ高充填率で配合することが難しいからである。また、飽和体積分率（φｓ）以上の領域においては、電気抵抗が低く、安定した導電性が発現される。よって、飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％以上の場合には、変形した際の導電体から絶縁体への電気抵抗の変化範囲が広くなる。さらに、飽和体積分率（φｓ）が４０ｖｏｌ％以上となるものを用いると、より好適である。なお、本明細書における「エラストマー組成物」は、エラストマーと球状の導電性フィラーとを必須成分とする。つまり、エラストマーと球状の導電性フィラーとの混合物でもよく、エラストマー、球状の導電性フィラー、および他の添加剤等の混合物であってもよい。

また、導電性フィラーとの親和性を考慮して、次式（１）で表されるゲル分率が１５％以下のエラストマーを用いるとよい。ゲル分率が１０％以下であるとより好適である。
ゲル分率（％）＝（Ｗｇ−Ｗｆ）／Ｗｆ×１００・・・（１）
[式（１）中、Ｗｇは、エラストマーに導電性フィラーを混合したエラストマー組成物を、エラストマーの良溶媒に溶解した際に得られる溶媒不溶分（導電性フィラーとエラストマーとからなるゲル分）の重量である。Ｗｆは、導電性フィラーの重量である。なお、エラストマーの良溶媒としては、溶媒とエラストマーとのＳＰ値（溶解度パラメータ）が近いものが望ましく、例えば、トルエン、テトラヒドロフラン、クロロホルム等が挙げられる。]

ゲル分率の値は、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）の指標となる。すなわち、臨界体積分率（φｃ）が３０ｖｏｌ％未満となる場合には、導電性フィラーの凝集体に吸着、結合したエラストマー分が多く存在するため、ゲル分率は比較的大きな値になる。反対に、臨界体積分率（φｃ）が３０ｖｏｌ％以上となる場合には、導電性フィラーが略単粒子状態で存在するため、導電性フィラーの凝集体に吸着、結合したエラストマー分は少なく、ゲル分率は１５％以下の比較的小さな値になる。

エラストマーの具体例として、例えば、ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム［エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）等］、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ、Ｂｒ−ＩＩＲ等）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックス等が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系等の各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いればよい。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が極めて良好なＥＰＤＭが好適である。また、導電性フィラーとの相溶性が良好なＮＢＲ、シリコーンゴムも好適である。

導電性フィラーは、球状を呈する。なお、球状には、真球、略真球状は勿論、楕円球状、長円球状（一対の対向する半球を円柱で連結した形状）、部分球状、部分毎に半径の異なる球状、水滴形状等が含まれる。例えば、導電性フィラーのアスペクト比（短辺に対する長辺の比）は、１以上２以下の範囲が望ましい。アスペクト比が２より大きくなると、導電性フィラー同士の接触により一次元的な導電パスが形成され易いからである。この場合、上記飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満となるおそれがある。また、エラストマー中における導電性フィラーの充填状態を、より最密充填状態に近づけるという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状（略真球状）の粒子を採用するとよい。

導電性フィラーは、導電性を有する粒子であれば、特に限定されるものではない。例えば、炭素材料、金属等の微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。

導電性フィラーは、できるだけ凝集せず、一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径やエラストマーとの相溶性等を考慮するとよい。例えば、導電性フィラーの平均粒子径（一次粒子）は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。０．０５μｍ未満の場合には、凝集して二次粒子を形成し易い。また、上記飽和体積分率（φｓ）が３５ｖｏｌ％未満となるおそれがある。好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上である。反対に、１００μｍを超えると、弾性変形による導電性フィラーの並進運動（平行運動）が、粒子径に比べて相対的に小さくなり、センサ本体の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢となる。好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。なお、導電性フィラーとエラストマーとの組み合わせや、導電性フィラーの平均粒子径等を適宜調整することで、上記臨界体積分率（φｃ）および飽和体積分率（φｓ）を、所望の範囲内に調整することができる。

また、導電性フィラーの粒度分布におけるＤ９０／Ｄ１０の値は、１以上３０以下であることが望ましい。ここで、Ｄ９０は、累積粒度曲線において積算重量が９０％となる粒子径を、Ｄ１０は、同積算重量が１０％となる粒子径である。Ｄ９０／Ｄ１０の値が３０を超えると、粒度分布がブロードになるため、センサ本体の弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動が不安定になる。これにより、検出の再現性が低下するおそれがある。Ｄ９０／Ｄ１０の値が１０以下であるとより好適である。なお、導電性フィラーとして、二種類以上の粒子を使用する場合には、Ｄ９０／Ｄ１０の値は１００以下であればよい。

このような導電性フィラーとしては、例えば、カーボンビーズが好適である。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ［ＭＣＭＢ６−２８（平均粒子径約６μｍ）、ＭＣＭＢ１０−２８（平均粒子径約１０μｍ）、ＭＣＭＢ２５−２８（平均粒子径約２５μｍ）］、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ：ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ、ニカビーズＰＣ、ニカビーズＭＣ、ニカビーズＭＳＢ［ＩＣＢ０３２０（平均粒子径約３μｍ）、ＩＣＢ０５２０（平均粒子径約５μｍ）、ＩＣＢ１０２０（平均粒子径約１０μｍ）、ＰＣ０７２０（平均粒子径約７μｍ）、ＭＣ０５２０（平均粒子径約５μｍ）］、日清紡社製のカーボンビーズ（平均粒子径約１０μｍ）等が挙げられる。

導電性フィラーは、エラストマー中に高充填率で配合されている。所望の導電性を発現させるため、導電性フィラーは、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）以上の割合で配合されていることが望ましい。導電性フィラーを略単粒子状態でかつ高充填率で配合するという観点から、臨界体積分率（φｃ）は３０ｖｏｌ％以上であることが望ましい。３５ｖｏｌ％以上であるとより好適である。したがって、例えば、導電性フィラーの充填率は、センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下であることが望ましい。３０ｖｏｌ％未満の場合には、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されないため、所望の導電性が発現しない。また、センサ本体の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。３５ｖｏｌ％以上であるとより好適である。反対に、６５ｖｏｌ％を超えると、エラストマーへの混合が困難となり、成形加工性が低下する。また、センサ本体が弾性変形し難くなる。５５ｖｏｌ％以下であるとより好適である。

センサ本体には、上記エラストマー、導電性フィラーに加え、各種添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、例えば、架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。また、上記球状の導電性フィラーと共に、異形状（例えば、針状等）の導電性フィラーが配合されていても構わない。

センサ本体は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤等の添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物をシート状に成形し、それを金型に充填して、所定の条件下でプレス加硫する。

〈変形センサ〉
（１）第一実施形態
まず、本実施形態の変形センサの構成について説明する。図４に、変形センサの正面図を示す。図５に、図４のＶ−Ｖ断面図を示す。なお、図５では、説明の便宜上、導線を省略して示す。図４、図５に示すように、変形センサ２は、電極フィルム部２０とセンサ本体２１と拘束フィルム部２２とを備えている。

電極フィルム部２０は、基材フィルム２００とカバーフィルム２０１とを備えている。基材フィルム２００は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。基材フィルム２００は、基材９００の表面に固定されている。基材フィルム２００の右端には、コネクタ２３が取り付けられている。

カバーフィルム２０１は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２０１は、基材フィルム２００の表面を覆っている。カバーフィルム２０１の幅方向（上下方向）中央には、左右方向に延びてセンサ本体２１に対応する長孔２０１ａが開設されている。

センサ本体２１は、左右方向に延びる長尺板状を呈している。センサ本体２１は、カバーフィルム２０１の長孔２０１ａに収容された状態で、基材フィルム２００の表面に固定されている。センサ本体２１における基材フィルム２００との当接面は、荷重が入力される入力面となる。

センサ本体２１は、ＥＰＤＭ中に、カーボンビーズ（日本カーボン社製「ニカビーズＩＣＢ０５２０」、平均粒子径約５μｍ）が配合されたエラストマー複合材料からなる。カーボンビーズの充填率は、センサ本体２１の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の４８ｖｏｌ％である。また、ＥＰＤＭにカーボンビーズを混合したエラストマー組成物のパーコレーションカーブにおいて、臨界体積分率（φｃ）は４３ｖｏｌ％、飽和体積分率（φｓ）は４８ｖｏｌ％である。

センサ本体２１の左端には電極Ａが、右端には電極Ｂが、各々取り付けられている。詳しく説明すると、電極Ａ、Ｂは、共に、上下に延びる短冊状を呈しており、センサ本体２１と基材フィルム２００との間、およびカバーフィルム２０１と基材フィルム２００との間に、介装されている。電極Ａとコネクタ２３とは導線２４Ａにより、電極Ｂとコネクタ２３とは導線２４Ｂにより、各々、結線されている。

拘束フィルム部２２は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。拘束フィルム部２２は、センサ本体２１の基材フィルム２００側と反対の表面（後面）に固定されている。センサ本体２１における拘束フィルム部２２との当接面は、反入力面となる。基材フィルム２００および拘束フィルム部２２は、本発明における拘束部材に含まれる。

次に、変形センサ２が組み込まれている回路について説明する。図６に、同回路の模式図を示す。図６に示すように、センサ本体２１は、電極Ａに接続された導線２４Ａ、並びに電極Ｂに接続された導線２４Ｂを介して、ホイーストンブリッジ回路に接続されている。電源Ｖｉｎの電圧、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の電気抵抗値は、各々既知である。電圧計Ｖｍの電圧値を測定することにより、センサ本体２１の電気抵抗値を測定することができる。

次に、衝突対象物Ｏが基材９００側から衝突した場合の変形センサ２の動きについて説明する。図７に、衝突前における変形センサの上方から見た断面図（前出図４のＶＩＩ−ＶＩＩ断面に相当）を示す。図８に、衝突後における変形センサの上方から見た断面図を示す。なお、図７、図８では、衝突対象物Ｏの衝突方向を前後方向とする。

図７、図８に示すように、衝突対象物Ｏが基材９００に前方から衝突すると、基材９００は、後方に陥没するように変形する。基材９００の変形は、基材フィルム２００を介して、センサ本体２１に伝達される。このため、センサ本体２１も、前方に開口するＣ字状に、弾性的に湾曲する。

ここで、図７に示す衝突前状態においては、前出図１に示すように、導電性フィラー１０２は、最密充填に近い状態で充填されている。このため、多数の導電パスＰが形成されている。したがって、前出図６の回路で検出される電極Ａ、Ｂ間の電気抵抗値は、比較的小さい。

これに対して、図８に示す衝突後状態においては、前出図２に示すように、導電性フィラー１０２同士が反発し合う。このため、導電パスＰが崩壊してしまう。したがって、前出図６の回路で検出される電極Ａ、Ｂ間の電気抵抗値は、衝突前状態に対して、大きくなる。

加えて、図８に示すように、センサ本体２１の表面（後面）には、拘束フィルム部２２が固定されている。このため、衝突に伴うセンサ本体２１後面付近の伸張変形は、拘束フィルム部２２により、拘束される。具体的には、図８中、点線で示すように、拘束フィルム部２２により、センサ本体２１後面付近の伸張変形は規制され、センサ本体２１は剪断変形する。このように、センサ本体２１の両面を拘束することによって、大きな歪み集中を誘起でき、より一層、電極Ａ、Ｂ間の電気抵抗値は大きくなる。

次に、本実施形態の変形センサ２の作用効果について説明する。本実施形態の変形センサ２では、センサ本体２１が弾性変形すると、電気抵抗が増加する。このため、電極Ａ、Ｂから出力されるセンサ本体２１の電気抵抗の増加に基づいて、基材９００に作用する荷重、および圧縮、曲げ等の変形を容易に検出することができる。また、センサ本体２１は、エラストマー（ＥＰＤＭ）を母材とするため、加工性に優れている。このため、配置場所の自由度も高い。

また、本実施形態の変形センサ２は、変形していない自由状態で、導電状態にある。よって、変形センサ２が組み込まれている回路に電流を流すことにより、変形センサ２が作動可能か否かの自己診断を容易に行うことができる。

（２）第二実施形態
本実施形態の変形センサと第一実施形態の変形センサとの相違点は、センサ本体後面に拘束フィルム部が配置されていない点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図９に、衝突前における本実施形態の変形センサの上方から見た断面図を示す。なお、図７と対応する部位については、同じ符号で示す。図１０に、衝突後における本実施形態の変形センサの上方から見た断面図を示す。なお、図８と対応する部位については、同じ符号で示す。

図９、図１０に示すように、センサ本体２１の基材フィルム２００側と反対の表面（後面）には、拘束フィルム部２２が配置されていない。衝突対象物Ｏが基材９００に前方から衝突すると、基材９００は、後方に陥没するように変形する。基材９００の変形は、基材フィルム２００を介して、センサ本体２１に伝達される。このため、センサ本体２１も、前方に開口するＣ字状に、弾性的に湾曲する。ここで、センサ本体２１後面には、拘束フィルム部が配置されていない。このため、センサ本体２１後面付近の伸張変形は、何ら規制されない（前出図８における点線部分までセンサ本体２１が変形する）。したがって、センサ本体２１の片面のみが拘束された態様では、伸張変形に基づく電気抵抗の増加が支配的になると考えられる。

本実施形態の変形センサ２は、第一実施形態の変形センサと共通する部分については、第一実施形態の変形センサと同様の作用効果を奏する。また、本実施形態の変形センサ２によると、拘束フィルム部が配置されていない分、構成が簡単になり、製造コストを抑えることができる。

（３）第三実施形態
本実施形態の変形センサと第一実施形態の変形センサとの相違点は、センサ本体に四つの電極が配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図１１に、本実施形態の変形センサの正面図を示す。図１１では、説明の便宜上、拘束フィルム部を省略して示す。なお、図４と対応する部位については同じ符号で示す。図１１に示すように、センサ本体２１には、左右方向に所定間隔だけ離間して、合計四つの電極ａ〜ｄが配置されている。電極ａ〜ｄとコネクタ２３とは、各々、導線２４ａ〜２４ｄにより、結線されている。センサ本体２１は、電極ａ〜ｄにより、三つの区間２１０、２１１、２１２に、区画されている。

図１２に、本実施形態の変形センサが組み込まれている回路の模式図を示す。なお、図６と対応する部位については同じ符号で示す。図１２に示すように、電極ａ−ｂ間の区間２１０の抵抗Ｒａｂ、電極ｂ−ｃ間の区間２１１の抵抗Ｒｂｃ、電極ｃ−ｄ間の区間２１２の抵抗Ｒｃｄは、切り替えられながら、順次、ホイーストンブリッジ回路に接続される。このため、抵抗Ｒａｂ、Ｒｂｃ、Ｒｃｄの電気抵抗値の変化が、繰り返し出力される。

本実施形態の変形センサ２は、第一実施形態の変形センサと共通する部分については、第一実施形態の変形センサと同様の作用効果を奏する。また、本実施形態の変形センサ２によると、センサ本体２１を左右方向に区画するように、四つの電極が配置されている。このため、小さな領域での変形であっても、電気抵抗値の増加が確実に出力され、衝突等を正確に判別することができる。また、領域ごとの電気抵抗値の増加が入力されることにより、変形箇所を特定し易い。

（４）第四実施形態
本実施形態の変形センサと第一実施形態の変形センサとの相違点は、センサ本体が平板状を呈している点である。また、変形センサが部材に内蔵されており、センサ本体の表面に拘束フィルム部が配置されていない点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図１３に、本実施形態の変形センサの正面図を示す。なお、図４と対応する部位については同じ符号で示す。図１３に示すように、変形センサ２は、正方形状を呈している。変形センサ２は、部材（図略）に内蔵されている。センサ本体２１は正方形の平板状を呈している。センサ本体２１の四辺には、電極Ｘａ〜Ｘｈ、Ｙａ〜Ｙｈが配置されている。電極Ｘａと電極Ｘｅ、電極Ｘｂと電極Ｘｆ、電極Ｘｃと電極Ｘｇ、電極Ｘｄと電極Ｘｈ、電極Ｙａと電極Ｙｅ、電極Ｙｂと電極Ｙｆ、電極Ｙｃと電極Ｙｇ、電極Ｙｄと電極Ｙｈは、各々、対向して配置されている。

図１４に、本実施形態の変形センサが組み込まれている回路の模式図を示す。なお、図６と対応する部位については同じ符号で示す。図１４に示すように、電極Ｘａ−Ｘｅ間、電極Ｘｂ−Ｘｆ間、電極Ｘｃ−Ｘｇ間、電極Ｘｄ−Ｘｈ間、電極Ｙａ−Ｙｅ間、電極Ｙｂ−Ｙｆ間、電極Ｙｃ−Ｙｇ間、電極Ｙｄ−Ｙｈ間は、切り替えられながら、順次、ホイーストンブリッジ回路に接続される。このため、上記各電極間の電気抵抗値の変化が、繰り返し出力される。

一例として、図１３に点線ハッチングで示すように、センサ本体２１の一部に紙面表側から荷重が加わると、センサ本体２１の当該部分が、紙面裏側に沈み込むように弾性変形する。このため、電極Ｘｂ−Ｘｆ間、電極Ｙｂ−Ｙｆ間の電気抵抗値が大きくなる。このようにして、変形センサ２が配置された領域における荷重分布等を検出することができる。

本実施形態の変形センサ２は、第一実施形態の変形センサと共通する部分については、第一実施形態の変形センサと同様の作用効果を奏する。また、本実施形態の変形センサ２によると、電気抵抗値の変化に基づいて、荷重の加わる位置、大きさ等を正確に判別することができる。また、本実施形態の変形センサ２によると、電極Ｘａ〜Ｘｈ、Ｙａ〜Ｙｈは、センサ本体２１の外周（四辺）に配置されている。つまり、荷重が加わる領域に電極が配置されていないため、本実施形態の変形センサ２の耐久性は高い。

（５）その他
以上、本発明の変形センサの実施形態について説明した。しかしながら、本発明の変形センサの実施形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、上記実施形態においては、いずれも本発明の変形センサを間接的に荷重を検出するために用いたが、直接的に荷重を検出するために用いてもよい。図１５に、直接的に荷重を検出可能な変形センサの上方から見た断面図を示す（衝突前状態）。なお、図７と対応する部位については同じ符号で示す。

図１５に示すように、変形センサ２ａは、センサ本体２１と、電極Ａ、Ｂと、基材９１０と、を備えている。センサ本体２１は、基材９１０の前面に固定されている。ここで、基材９１０は、本発明の拘束部材に含まれる。変形センサ２ａは、直接、衝突対象物Ｏが衝突する位置に配置されている。図１６に、衝突後における同変形センサの上方から見た断面図を示す。図１６に示すように、衝突対象物Ｏが衝突すると、変形センサ２ａの前面（センサ本体２１の前面）は陥没し、センサ本体２１は圧縮変形する。このため、電極Ａ−Ｂ間の電気抵抗値が変化する。当該電気抵抗値の変化から、衝突の有無、荷重を検出することができる。このように、変形センサ２ａには、例えば前出図８のように基材９００や基材フィルム２００を介することなく、直接、衝突対象物Ｏから荷重が入力されてもよい。また、変形センサ２ａでは、センサ本体２１が基材９１０の前面に直接固定されている。このように、センサ本体２１を配置した基材９１０を、拘束部材としてもよい。

また、図１５に示したように、センサ本体が外部に表出している場合には、センサ本体の少なくとも一部を覆うよう、耐候カバーを配置するとよい。こうすることで、センサ本体の劣化が抑制され、耐久性が向上する。

また、上記実施形態では、基材フィルム、拘束フィルム部（拘束部材）等をポリイミド（ＰＩ）製とした。ポリイミドは、絶縁性が高く、ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）等に多用されている。しかし、拘束部材等の材質は、これに限定されるものではない。拘束部材としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルムや、制振鋼板等の金属板等を用いることができる。また、センサ本体を固定した基材フィルムは、上記実施形態のように単層であってもよく、複数のフィルムを積層した複層であってもよい。

また、電極とセンサ本体とを、加硫接着により接合してもよい。こうすると、センサ本体の加硫成形と同時に、電極を配置することができる。また、電気抵抗値の検出方法も特に限定しない。適宜、温度補償や信号の増幅等を行えばよい。

また、本発明の変形センサは、車両の衝突検知センサ、乗員検知センサ、人工皮膚用接触センサ、人体の関節センサ、ベッド用面圧分布センサ、描画用タブレットセンサ、窓ガラスの破壊検知センサ等、様々な用途に適用することができる。

以下、本発明の変形センサについて行った応答実験について説明する。

（１）周期的な曲げ変形に対する電気抵抗の変化
〈サンプル〉
実験には、上記第二実施形態の変形センサ２（前出図９、図１０参照）と同様の構成のサンプルを用いた。すなわち、サンプル（変形センサ）２は、電極フィルム部２０とセンサ本体２１とを有しており、全体として帯状を呈している。ここで、センサ本体２１は、以下のように作製した。

まず、油展ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン（登録商標）６１０１」）８５重量部（以下「部」と略称する）（８５ｇ）と、油展ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン６０１」）３４部（３４ｇ）と、ＥＰＤＭ（住友化学社製「エスプレン５０５」）３０部（３０ｇ）と、二種類の酸化亜鉛（共に白水化学工業社製）５部（５ｇ）と、ステアリン酸（花王社製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１部（１ｇ）と、パラフィン系プロセスオイル（日本サン石油社製「サンパー（登録商標）１１０」）２０部（２０ｇ）と、をロール練り機にて素練りした。次に、カーボンビーズ（日本カーボン社製「ニカビーズＩＣＢ０５２０」、平均粒子径約５μｍ、粒度分布におけるＤ９０／Ｄ１０＝３．２）２７０部（２７０ｇ）を添加して、ロール練り機にて混合し、分散させた。さらに、加硫促進剤として、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学社製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ−Ｐ」）１．５部（１．５ｇ）、テトラメチルチウラムジスルフィド（三新化学社製「サンセラー（登録商標）ＴＴ−Ｇ」）１．５部（１．５ｇ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（大内新興化学社製「ノクセラーＭ−Ｐ」）０．５部（０．５ｇ）と、硫黄（鶴見化学工業社製「サルファックスＴ−１０」）０．５６部（０．５６ｇ）と、を添加して、ロール練り機にて混合し、分散させ、エラストマー組成物を調製した。

調製したエラストマー組成物中のカーボンビーズの体積分率は、エラストマー組成物全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４８ｖｏｌ％であった。また、エラストマー組成物のパーコレーションカーブにおける臨界体積分率（φｃ）は、約４３ｖｏｌ％、飽和体積分率（φｓ）は、約４８ｖｏｌ％であった。また、エラストマー組成物を溶媒（トルエン）に溶解し、溶媒不溶分を測定したところ、ゲル分率は約３％であった。

次に、エラストマー組成物を、所定の大きさの帯状に成形して成形体とした。その成形体を金型に充填し、所定の位置に電極を配置して、１７０℃で３０分間プレス加硫することにより、センサ本体２１を得た。得られたセンサ本体２１におけるカーボンビーズの充填率は、センサ本体２１の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約４８ｖｏｌ％であった。

実験には、長さの異なる合計四種類のサンプルを用いた。すなわち、センサ本体２１の厚さ２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍのサンプルを実施例１、厚さおよび幅が実施例１と同じで長さ１００ｍｍのサンプルを実施例２、厚さおよび幅が実施例１と同じで長さ１５０ｍｍのサンプルを実施例３、厚さおよび幅が実施例１と同じで長さ３００ｍｍのサンプルを実施例４とした。

また、実施例１〜３のサンプルについては、センサ本体２１の長手方向両端に、電極Ａ、Ｂを配置した。実施例４のサンプルでは、長手方向両端の電極Ａ、Ｂに加え、長手方向に等間隔で離間して、五つの電極Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを配置した。つまり、実施例４のサンプルには、隣り合う電極間距離が５０ｍｍの合計七つの電極Ａ〜Ｇを配置した。

〈実験装置および実験方法〉
図１７に、実験装置の模式図を示す。図１７に示すように、実験装置４は、上端ホルダ４０と下端ホルダ４１と加振ジグ４２とレーザ変位計４３とを備えている。上端ホルダ４０は、不動であり、サンプル（変形センサ）２の長手方向一端（上端）を把持している。下端ホルダ４１は、上端ホルダ４０に対して、下方に離間して配置されている。下端ホルダ４１は、加振ジグ４２に固定されている。加振ジグ４２は、上下方向に繰り返し移動可能である。下端ホルダ４１は、サンプル２の長手方向他端（下端）を把持している。

加振ジグ４２を上下方向に動かすと、上端ホルダ４０〜下端ホルダ４１間の間隔が収縮、拡大する。これにより、サンプル２は湾曲変形する。サンプル２の変形は、レーザ変位計４３により測定する。また、サンプル２の電気抵抗値は、電極Ａ、Ｂ等から外部回路（図略）に出力される。実施例１〜４のサンプルに対し、周期的な曲げ変形を加えて（加振周波数１Ｈｚ、３Ｈｚ）、電気抵抗の変化を測定した。

図１８に、本実験における曲率の定義方法を示す。図１８に示すように、センサ本体２１の直線状態（点線）における長さをＬ、湾曲状態（実線）における直線状態投影長さをＬ１、ＬとＬ１との差を曲げ歪み距離Ｓとして、曲率（％）＝Ｓ（ｍｍ）／Ｌ１（ｍｍ）×１００と定義した。

〈実験結果〉
実験結果を図１９〜図２１に示す。図１９は、各サンプルにおける、曲げ歪み距離（Ｓ）に対する電気抵抗の変化（ΔＲ）を示す。図１９に示すように、いずれのサンプルも、曲げ変形することにより電気抵抗は増加した。また、図２０は、各サンプルにおける、曲率に対する電気抵抗の変化（ΔＲ）を示す。図２０に示すように、いずれのサンプルにおいても、曲率が大きい、つまり曲げ変形が大きいほど、電気抵抗の変化は大きくなった。また、実施例２のサンプルに対して、加振周波数を変えて曲げ変形を加え、電気抵抗の変化を測定した。図２１に、加振周波数を変えた場合の、曲げ歪み距離（Ｓ）に対する電気抵抗の変化（ΔＲ）を示す。図２１に示すように、加振周波数を変えても、電気抵抗の変化はほとんど同じであった。

（２）衝撃応答評価
〈実験装置および実験方法〉
実験には、上記（１）の実験で作製したセンサ本体２１（厚さ２ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を使用した。センサ本体２１を、基材の裏面に取り付けて変形センサを構成し、基材表面からの衝撃に対する変形センサの応答性を評価した。図２２に、変形センサの配置図を示す。

図２２に示すように、変形センサ２は、センサ本体２１と、電極Ａ、Ｂと、基材９００と、を備えている。センサ本体２１は、基材９００の裏面に固定されている。センサ本体２１における基材９００との当接面は、荷重が入力される入力面となる。本実験において、基材９００は、本発明の拘束部材に含まれる。電極Ａはセンサ本体２１の左端に、電極Ｂはセンサ本体２１の右端に、各々取り付けられている。センサ本体２１は、電極Ａおよび導線２４Ａを介して、並びに電極Ｂおよび導線２４Ｂを介して、外部回路（図略、前出図６参照。）に接続されている。加速度センサ５０は、基材９００の裏面に配置されている。加速度センサ５０は、変形センサ２の長手方向中央付近に、変形センサ２と離間して配置されている。

基材９００に、紙面裏側方向から衝撃が加わると、基材９００が変形し、それに伴い変形センサ２も変形する。変形センサ２の変形は、レーザ変位計（図略）により測定する。変形センサ２の電気抵抗値は、電極Ａ、Ｂ等から外部回路（図略）に出力される。また、衝撃の加速度は、加速度センサ５０により測定する。

実験は、次のようにして二種類行った。第一の実験は、手の拳で基材９００の表面（紙面裏側方向の面）を叩き、衝撃を加えた（高速衝撃）。図中、衝撃入力位置を点線円Ｚで示す。この際、衝撃の加速度、およびそれに対する変形センサ２の変位、電気抵抗値を測定した。第二の実験は、手のひらで基材９００の表面（紙面裏側方向の面）を押圧し、衝撃を加えた（低速衝撃）。衝撃入力位置は上記同様とした。この際、衝撃の加速度、およびそれに対する変形センサ２の変位、電気抵抗値を測定した。

〈実験結果〉
実験結果を図２３〜図２５に示す。図２３は、第一の実験における高速衝撃の加速度、変形センサの変位および電気抵抗値の経時変化を示す。また、図２４に、図２３の横軸（時間：６５〜８５ｍｓ）を拡大して示す。図２３、図２４に示すように、高速の衝撃に対して、変形センサの電気抵抗値は速やかに増加した。このように、本発明の変形センサの応答性は高い。また、電気抵抗値は、変形センサの変形量に比例して変化している。つまり、本発明の変形センサは、曲げ変形を直接検出可能である。

また、図２５は、第二の実験における低速衝撃の加速度、変形センサの変位および電気抵抗値の経時変化を示す。図２５に示すように、手のひらで押圧するという低速の衝撃の場合、加速度は生じない。しかし、電気抵抗値は、変形センサの変形量に比例して変化した。このように、本発明の変形センサは、低速な衝撃であっても、曲げ変形を検出可能である。

本発明におけるセンサ本体の荷重印加前の導電パスを示す模式図である。 同センサ本体の荷重印加後の導電パスを示す模式図である。 エラストマー組成物におけるパーコレーションカーブの模式図である。 本発明の第一実施形態の変形センサの正面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 同変形センサが組み込まれている回路の模式図である。 同変形センサの上方から見た断面図である（衝突前、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ断面に相当）。 同変形センサの上方から見た断面図である（衝突後）。 本発明の第二実施形態の変形センサの上方から見た断面図である（衝突前）。 同変形センサの上方から見た断面図である（衝突後）。 本発明の第三実施形態の変形センサの正面図である。 同変形センサが組み込まれている回路の模式図である。 本発明の第四実施形態の変形センサの正面図である。 同変形センサが組み込まれている回路の模式図である。 本発明の他の実施形態の変形センサの上方から見た断面図である（衝突前）。 同変形センサの上方から見た断面図である（衝突後）。 実施例における実験装置の模式図である。 実験における曲率の定義方法を示す図である。 各サンプルにおける、曲げ歪み距離に対する電気抵抗の変化を示すグラフである。 各サンプルにおける、曲率に対する電気抵抗の変化を示すグラフである。 加振周波数を変えた場合の、曲げ歪み距離に対する電気抵抗の変化を示すグラフである。 実施例における変形センサの配置図である。 高速衝撃の加速度、変形センサの変位および電気抵抗値の経時変化を示すグラフである。 図２３の横軸（時間：６５〜８５ｍｓ）を拡大して示すグラフである。 低速衝撃の加速度、変形センサの変位および電気抵抗値の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１００：センサ本体 １０１：エラストマー １０２：導電性フィラー
２、２ａ：変形センサ ２０：電極フィルム部 ２００：基材フィルム（拘束部材）
２０１：カバーフィルム ２０１ａ：長孔 ２１０、２１１、２１２：区間
２１：センサ本体 ２２：拘束フィルム部（拘束部材） ２３：コネクタ
２４Ａ、２４Ｂ：導線 ２４ａ〜２４ｄ：導線
４：実験装置
４０：上端ホルダ ４１：下端ホルダ ４２：加振ジグ ４３：レーザ変位計
５０：加速度センサ
９００：基材 ９１０：基材（拘束部材）
Ａ、Ｂ：電極 Ｏ：衝突対象物 Ｐ：導電パス Ｐ１：導電パス
Ｒ１、Ｒａｂ、Ｒｂｃ、Ｒｃｄ：抵抗 Ｖｉｎ：電源 Ｖｍ：電圧計
Ｘａ〜Ｘｈ：電極 Ｙａ〜Ｙｈ：電極 ａ〜ｄ：電極

Claims (7)

1. エラストマーと、該エラストマー中に略単粒子状態で、かつ、センサ本体の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下の充填率で配合されている球状の導電性フィラーと、を有し、圧縮、伸張、曲げのいずれの変形においても弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する弾性変形可能なセンサ本体と、
   該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、
   該センサ本体の少なくとも一部の弾性変形を拘束する拘束部材と、
   を備えてなり、
   該センサ本体は、該エラストマーと該導電性フィラーとを必須成分とするエラストマー組成物からなり、該エラストマー組成物の、該導電性フィラーの配合量と電気抵抗との関係を表すパーコレーションカーブにおいて、電気抵抗変化が飽和する第二変極点の該導電性フィラーの配合量（飽和体積分率：φｓ）は３５ｖｏｌ％以上であり、
   該導電性フィラーは、平均粒子径が０．０５μｍ以上１００μｍ以下のカーボンビーズである変形センサ。
2. 前記エラストマーは、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴムから選ばれる一種以上を含む請求項１に記載の変形センサ。
3. 前記センサ本体は、弾性的に曲げ変形可能である請求項１または請求項２に記載の変形センサ。
4. 前記センサ本体は、外部から荷重が入力される入力面と、該入力面に背向する反入力面と、を備え、
   該入力面および該反入力面のうち、少なくとも一面には、該一面の弾性変形を拘束する前記拘束部材が配置されている請求項３に記載の変形センサ。
5. 前記拘束部材は、前記入力面および前記反入力面の両面に配置されている請求項４に記載の変形センサ。
6. 前記センサ本体は長尺状を呈し、
   前記電極は、該センサ本体の長手方向に沿って複数配置されている請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の変形センサ。
7. 前記センサ本体は平板状を呈し、
   該センサ本体の周縁には、二つの前記電極が互いに対向して配置された電極対が、少なくとも二組以上配置されている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の変形センサ。

Images