[發明專利]具有柔性的變形傳感器

無效

• 申請號: 200980103807.5
• 申請日: 2009-01-28
• 公開（公告）號: CN101925793A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 小宮良太;加藤利典;奧野壯敏;須鄉望
• 申請（專利權）人: 可樂麗股份有限公司
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01D21/00;G01L5/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 馮雅

技術領域

本發明涉及一種因柔性元件變形而產生電動勢的變形傳感器或可對變形位置及壓力分布進行檢測的變形傳感器。

背景技術

近年來，在醫療護理器械，工業用機器人及個人用機器人等領域，對小型輕量傳感器的需求性越來越高。此外，對可設置在復雜形狀的構造物上來作為扭轉傳感器(日文：歪みセンサ一)、振動傳感器這樣的輕量且柔軟的傳感器的需求性也越來越高。

作為將機械能轉換成電能的傳感器，廣泛使用采用壓電陶瓷等的壓電元件。以鈦酸鋇或鋯鈦酸鉛(PZT)等為代表的壓電陶瓷利用使壓電陶瓷受應力以產生電荷的壓電效應來將機械能轉換成電能。

但是，采用這些壓電陶瓷的傳感器因其使用高密度無機材料，因此，多數情況下無法用在要求輕量的用途上。此外，因其耐沖擊性能較差，因此，當施加有來自外部的沖擊時會容易損壞壓電陶瓷而使傳感器功能降低。此外，因其柔性較差，因此，很難用在要求設置在具有球面或凹凸這樣的復雜形狀的構造物的用途上，且其無法檢測出較大的變形或較小的應力。

至今依然沒有可對三維空間的位移和位置以及二維平面上的壓力分布中的任一信息進行感應的傳感器。

作為能檢測出二維平面上壓力分布的壓力傳感器，例如，已知有使用偏氟乙烯等高分子壓電材料的傳感器(專利文獻1)、使用以感壓橡膠為代表的各向異性導電物質來對電阻變化進行檢測的傳感器(專利文獻2)等。然而，用這些傳感器雖然可以檢測出壓力分布，卻無法檢測出高度方向上的位移和位置。

作為進行這些傳感器的逆效應的裝置，已知有致動器，在其中又以高分子致動器最引人注目。例如，設計了一種利用含水高分子凝膠的溫度變化、pH變化、或施加電場等外場刺激而引起形變的高分子致動器(參照專利文獻3)。由于這種高分子致動器的逆效應可將壓力和位移等機械能轉換成電能，因此也可作為傳感器來使用(例如參照專利文獻4)。

但是，由于含水高分子凝膠的由各種刺激而引起的形變一般來說非常遲緩，且含水高分子凝膠的交聯結構不均勻而導致力學強度低，因此，當在實際上作為變形傳感器來使用時，還需要進行進一步的改良。

為了克服上述技術問題，設計了一種高分子致動器，其特征為由離子交換樹脂膜和與該膜的兩面接合的電極構成，在上述離子交換樹脂膜的含水狀態下，對該離子交換樹脂膜施加電位差以使其產生彎曲和變形(參照專利文獻5)。但是，上述高分子致動器存在如下問題：由于在其動作中必須有水因而其動作環境限定在濕潤環境，此外響應靈敏度較差。

考慮到上述動作環境的問題，公開了一種高分子致動器，該高分子致動器是在通過使單體、交聯劑與離子液體混合并硬化制成的固體電解質上貼合作為電極的金箔(專利文獻6)。但是，由于經交聯來固定離子液體，因此形狀選擇性差。

此外，公開了一種采用由離子液體和離子交換樹脂膜構成的高分子固體電解質的傳感器(非專利文獻1)。但是，此時會因離子交換樹脂膜的極化而使膜電介質強度增大，因而會存在電容量上升、響應靈敏度降低這樣的問題。

專利文獻1：日本專利特開平10-38736號公報

專利文獻2：日本專利特開2007-10482號公報

專利文獻3：日本專利特開昭63-309252號公報

專利文獻4：日本專利特開2006-173219號公報

專利文獻5：日本專利特開2004-289994號公報

專利文獻6：日本專利特開2005-51949號公報

非專利文獻1：Proc.of?SPIE?Vol.6529L-1

發明的公開

發明所要解決的技術問題

本發明是一種用于解決上述這樣的問題的傳感器元件，是一種因元件變形來產生電動勢的傳感器，其目的在于提供在空氣中能安定且以高響應靈敏度來起作用的輕量且具柔性的變形傳感器。

解決技術問題所采用的技術方案

為實現上述目的而進行發明的本發明技術方案1的變形傳感器的特征在于，上述變形傳感器是由非水系高分子固體電解質和至少一對電極構成的柔性元件，其中，該非水系高分子固體電解質含有高分子成分和離子液體，其中，上述高分子成分選自含雜原子的單體單元的聚合物和含該聚合物嵌段的嵌段共聚物中的至少一種、且不含離子解離性基團成分，該電極中未與該非水系高分子固體電解質接觸的表面上的至少一部分的表面電阻為10Ω/□以下，該柔性元件的每1cm²的電容量范圍為0.1～500mF，該柔性元件的變形產生電動勢。