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SHEARING STRESS SENSOR AND DISTRIBUTION TYPE SHEARING STRESS SENSOR

Patent code P120006893
File No. 07164
Posted date Mar 21, 2012
Application number P2008-067405
Publication number P2009-222556A
Patent number P5408687
Date of filing Mar 17, 2008
Date of publication of application Oct 1, 2009
Date of registration Nov 15, 2013
Inventor
  • (In Japanese)藤本 由紀夫
  • (In Japanese)タウフィック アリフ セテイアント
  • (In Japanese)新宅 英司
  • (In Japanese)田中 義和
  • (In Japanese)藤岡 貴志
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人広島大学
Title SHEARING STRESS SENSOR AND DISTRIBUTION TYPE SHEARING STRESS SENSOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin sheet type shearing stress sensor whose thickness is about 1 mm, and a distribution type shearing stress sensor formed by arranging them plurally.
SOLUTION: A piezoelectric thin plate 11 comprising a piezoelectric material is sandwiched between an upper side transmission plate 16 and a lower side transmission plate 17, and a part of the upper surface of the piezoelectric thin plate 11 is bonded to the under surface of the upper side transmission plate 16 with an upper bonding layer 13, and a part of the under surface of the piezoelectric thin plate 11 is bonded to the lower side transmission plate 17 by a lower bonding layer 14. The upper and lower bonding layers 13, 14 are arranged so as not to be superimposed substantially. A force applied reversely to the upper side transmission plate 16 and the lower side transmission plate 17 respectively by a shearing stress is transferred to the piezoelectric thin plate 11 through the upper and lower bonding layers 13, 14, and the piezoelectric thin plate 11 is compressed or extended, to thereby generate the charge. The charge is output through electrode films 12a 12b, to thereby detect the shearing force.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2008067405thum.jpg
State of application right Registered


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