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ずれ応力センサおよび分布型ずれ応力センサ コモンズ

国内特許コード P120006893
整理番号 07164
掲載日 2012年3月21日
出願番号 特願2008-067405
公開番号 特開2009-222556
登録番号 特許第5408687号
出願日 平成20年3月17日(2008.3.17)
公開日 平成21年10月1日(2009.10.1)
登録日 平成25年11月15日(2013.11.15)
発明者
  • 藤本 由紀夫
  • タウフィック アリフ セテイアント
  • 新宅 英司
  • 田中 義和
  • 藤岡 貴志
出願人
  • 国立大学法人広島大学
発明の名称 ずれ応力センサおよび分布型ずれ応力センサ コモンズ
発明の概要

【課題】 厚さが1mm程度の薄いシート型ずれ応力センサと、それを複数配置した分布型ずれ応力センサを提供することである。
【解決手段】 圧電材料からなる圧電薄板11を上側伝達板16及び下側伝達板17で挟み込み、圧電薄板11の上面の一部と上側伝達板16の下面とを上接着層13で接着し、圧電薄板11の下面の一部と下側伝達板17とを下接着層14で接着する。そして、上下の接着層13、14は実質的に重畳しないように配置する。ずれ応力によって上側伝達板16及び下側伝達板17にそれぞれ逆向きに加わる力を、上下の接着層13,14を介して圧電薄板11に伝え、圧電薄板11を圧縮又は伸張させて電荷を発生させる。この電荷を電極膜12a、12bを介して出力することでずれ応力を検出する
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


指先などの摩擦力や身体部位とベッドの間の摩擦力、各種力学量の計測用、ロボット用等、ずれ応力を測定するための薄型のずれ応力センサが求められており、これらのずれ応力を検出するものとして、従来から使用されてきた歪みゲージに代わり、歪みゲージを用いたセンサよりも非常に薄い圧電フィルムを応用したセンサの開発が期待されている。



例えば、特許文献1では、圧電フィルムを用い、剪断方向の変動荷重や圧縮方向の変動荷重を検知するセンサについて開示されている。圧電フィルムの表面上に離間して配設された一対の同一形状の表電極と、圧電フィルムの裏面上に表電極と同一形状で投影面が重なる一対の裏電極を配置し、表電極及び圧電フィルムの表面を表歪増幅部材で覆うとともに、裏電極及び圧電フィルムの裏面を表歪増幅部材で覆っている。そして、表歪増幅部材の上面に荷重伝達部材を配設し、この荷重伝達部材に加わるずれ応力で表歪増幅部材及び裏歪増幅部材を変形させることにより、圧電フィルムの歪み量を増大させ、その歪みに伴う分極で発生する電荷量を増大させて測定感度を高めている。【特許文献1】特開2006-226858号公報

産業上の利用分野


本発明は、ずれ応力(摩擦力)を測定するずれ応力センサ及び分布型ずれ応力センサに関する。特に、薄いシート状で、曲面部にも設置可能な1軸又は2軸のずれ応力センサと、このずれ応力センサを複数配置して構成した分布型ずれ応力センサに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
圧電材料からなる圧電薄板と、
前記圧電薄板を挟むように設けた上側伝達板及び下側伝達板と、
前記圧電薄板と前記上側伝達板を接着する上接着層と、前記圧電薄板と前記下側伝達板を接着する下接着層と、
前記上接着層と前記下接着層と同じ厚みの滑りシートを備え、
前記圧電薄板の中央を境に圧電薄板の延伸方向に直線上に前記上接着層と前記下接着層が配置され、前記上接着層は前記圧電薄板の上面側に設けた前記上接着層の全てで前記上側伝達板と接着され、前記下接着層は前記圧電薄板の下面側に設けた前記下接着層の全てで前記下側伝達板と接着され、
前記上接着層と前記下接着層は実質的に重畳しないように配置され、
前記滑りシートは前記上接着層と前記下接着層に隣接して配置され、
水平方向のずれ応力によって前記上側伝達板及び前記下側伝達板にそれぞれ逆向きに作用する力を、前記上接着層及び前記下接着層を介して前記圧電薄板に伝え、
前記圧電薄板を収縮又は伸張させて電荷を発生させ、前記ずれ応力の大きさを測定することを特徴とするずれ応力センサ。
【請求項2】
隣接して配置した圧電材料からなる第1圧電薄板及び第2圧電薄板と、
前記第1圧電薄板及び前記第2圧電薄板を挟むように設けた上側伝達板及び下側伝達板と、
前記第1圧電薄板と前記上側伝達板を接着する第1圧電薄板の上接着層と、前記第1圧電薄板と前記下側伝達板を接着する第1圧電薄板の下接着層と、前記第2圧電薄板と前記上側伝達板を接着する第2圧電薄板の上接着層と、前記第2圧電薄板と前記下側伝達板を接着する第2圧電薄板の下接着層と、
前記第1圧電薄板の上接着層と前記第1圧電薄板の下接着層と同じ厚みの第1圧電薄板の滑りシートと、前記第2圧電薄板の上接着層と前記第2圧電薄板の下接着層と同じ厚みの第2圧電薄板の滑りシートを備え、
前記第1圧電薄板の中央を境に第1圧電薄板の延伸方向に直線上に前記第1圧電薄板の上接着層と前記第1圧電薄板の下接着層が配置され、前記第1圧電薄板の上接着層は前記第1圧電薄板の上面側に設けた前記第1圧電薄板の上接着層の全てで前記上側伝達板と接着され、前記第1圧電薄板の下接着層は前記第1圧電薄板の下面側に設けた前記第1圧電薄板の下接着層の全てで前記下側伝達板と接着され、且つ、前記第1圧電薄板の上接着層と前記第1圧電薄板の下接着層は実質的に重畳しないように配置され、
また、前記第2圧電薄板の中央を境に第2圧電薄板の延伸方向に直線上に前記第2圧電薄板の上接着層と前記第2圧電薄板の下接着層が配置され、前記第2圧電薄板の上接着層は前記第2圧電薄板の上面側に設けた前記第2圧電薄板の上接着層の全てで前記上側伝達板と接着され、前記第2圧電薄板の下接着層は前記第2圧電薄板の下面側に設けた前記第2圧電薄板の下接着層の全てで前記下側伝達板と接着され、且つ、前記第2圧電薄板の上接着層と前記第2圧電薄板の下接着層は実質的に重畳しないように配置され、
前記第1圧電薄板の上接着層と前記第2圧電薄板の上接着層が互い違いになるように前記第1圧電薄板あるいは前記第2圧電薄板の延伸方向に対して逆転して配置され、
前記第1圧電薄板の滑りシートは前記第1圧電薄板の上接着層と前記第1圧電薄板の下接着層に隣接して配置され、また前記第2圧電薄板の滑りシートは前記第2圧電薄板の上接着層と前記第2圧電薄板の下接着層に隣接して配置され、
水平方向のずれ応力によって前記上側伝達板及び前記下側伝達板にそれぞれ逆向きに作用する力を、一方の前記第1圧電薄板の上接着層及び前記第1圧電薄板の下接着層を介して前記第1圧電薄板に伝え、他方の前記第2圧電薄板の上接着層及び前記第2圧電薄板の下接着層を介して前記第2圧電薄板に伝え、
前記第1圧電薄板を収縮又は伸張させて電荷を発生させるとともに、前記第2圧電薄板を伸張又は収縮させて前記第1圧電薄板と逆方向の電荷を発生させ、両電荷の出力差から前記ずれ応力の大きさを測定することを特徴とするずれ応力センサ。
【請求項3】
圧電材料からなる圧電薄板と、
前記圧電薄板を挟むように設けた上側伝達板及び下側伝達板と、
前記圧電薄板と前記上側伝達板を接着する上接着層と、前記圧電薄板と前記下側伝達板を接着する下接着層と、
前記上接着層と前記下接着層と同じ厚みの滑りシートから成り、
前記圧電薄板の中央を境に圧電薄板の延伸方向に直線上に前記上接着層と前記下接着層が配置され、前記上接着層は前記圧電薄板の上面側の前記上接着層の全てで前記上側伝達板と接着され、前記下接着層は前記圧電薄板の下面側の前記下接着層の全てで前記下側伝達板と接着され、且つ、前記上接着層と前記下接着層は実質的に重畳しないように配置され、
前記滑りシートは前記上接着層と前記下接着層に隣接して配置され、
水平方向のずれ応力によって前記上側伝達板及び前記下側伝達板にそれぞれ逆向きに作用する力を、前記上接着層及び前記下接着層を介して前記圧電薄板に伝え、前記圧電薄板を収縮又は伸張させて発生した電荷で前記ずれ応力の大きさを測定するずれ応力検出要素を有し、
互いに対向する前記ずれ応力検出要素を少なくとも二組以上備え、
一の互いに対向する前記ずれ応力検出要素を前記圧電薄板の延伸方向をX軸方向に一致させて配置し、各圧電薄板の歪み量に応じた出力の差分からX軸方向の前記ずれ応力の大きさを測定し、
他の互いに対向する前記ずれ応力検出要素を前記圧電薄板の延伸方向をY軸方向に一致させて配置し、各圧電薄板の歪み量に応じた出力の差分からY軸方向の前記ずれ応力の大きさを測定することを特徴とするずれ応力センサ。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載したずれ応力センサを複数個同一平面上に一次元状あるいは二次元状に並べて配置し、それぞれの前記ずれ応力センサから個別に電荷を取り出し、ずれ応力の大きさの分布を測定することを特徴とする分布型ずれ応力センサ。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2008067405thum.jpg
出願権利状態 登録


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