(57)【要約】【課題】簡易な構成により、精度よく荷重を測定することのできる感圧センサを提供すること。【解決手段】光弾性定数の絶対値が互いに異なる複数の光弾性ポリウレタン樹脂２と、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２のそれぞれを通過した光を検知する光センサ４と、光センサ４によって検知された光信号が入力される処理部５とを備える感圧センサ１において、処理部５は、光センサ４が光弾性ポリウレタン樹脂２毎に検知した光信号から、測定荷重を算出する。【選択図】図１
2020165751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光弾性定数の絶対値が互いに異なる複数の光弾性ポリウレタン樹脂と、複数の光弾性ポリウレタン樹脂のそれぞれを通過した光を検知する光センサと、前記光センサによって検知された光信号が入力される処理部とを備える感圧センサであって、
前記処理部は、前記光センサが前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に検知した光信号から、測定荷重を算出することを特徴とする、感圧センサ。
【請求項２】
前記処理部は、
前記光弾性ポリウレタン樹脂に負荷された荷重と、その荷重が負荷されたときに前記光弾性ポリウレタン樹脂を通過した光信号の強度との相関データが、前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に格納された記憶領域を備え、
前記光センサが前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に検知した光信号の強度から、前記相関データに基づいて、前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に、複数の推定荷重を算出し、
前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に算出された複数の推定荷重から、すべての前記光弾性ポリウレタン樹脂に共通する推定荷重を、測定荷重として抽出する
ことを特徴とする、請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項３】
複数の前記光弾性ポリウレタン樹脂は、荷重が負荷される方向に、重なって配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２の記載の感圧センサ。
【請求項４】
複数の前記光弾性ポリウレタン樹脂は、荷重が負荷される方向と交差する方向に、並んで配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２の記載の感圧センサ。
【請求項５】
前記光弾性ポリウレタン樹脂は、荷重が負荷される方向において前記光センサの光が通過する光路と重なる部分が、荷重が負荷される方向と反対方向に、突出していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧センサに関し、詳しくは、光弾性ポリウレタン樹脂を備える感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光弾性を有するポリウレタン樹脂などの光弾性ポリウレタン樹脂を、感圧センサとして用いることが提案されている。
【０００３】
例えば、２５℃におけるヤング率が２〜５ＭＰａであり、２５℃における光弾性定数が１０００×１０−１２Ｐａ−１〜１０００００×１０−１２Ｐａ−１であり、ガラス転移温度が−６０℃〜−２１℃である光弾性ポリウレタン樹脂からなる樹脂部材に光を通過させ、その通過光をフォトダイオードで受光して、光量の減衰を検知することにより、樹脂部材に対して負荷された荷重を検知する感圧センサが、提案されている（例えば、特許文献１（第１実施形態）参照）。
【０００４】
しかし、光弾性ポリウレタン樹脂は、負荷される荷重が大きくなるに従って、フォトダイオードで受光される光信号（電圧）が、一定比率で大きくなるのではなく、所定荷重までは大きくなるが、それ以降は小さくなり、その後、再び所定荷重まで大きくなり、それ以降小さくなるという、光弾性定数に応じた波形を形成する。
【０００５】
従って、検知された光信号（電圧）から推定される荷重が、複数存在してしまい、荷重が一義的に検知できないという不具合がある。
【０００６】
そこで、電圧を積算して解析することにより、荷重を算出する方法が提案されている（非特許文献１参照）。この方法では、電圧を積算していくことにより、どの荷重であるかを特定するため、負荷された荷重を一義的に求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１６／１２５９０５パンフレット
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】三塚雅彦ら、第２８回日本ＭＲＳ年次大会  予稿集（２０１８年１２月５日公開）、１５４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、電圧を積算して解析することにより荷重を算出する方法は、解析に手間がかかり、また、ノイズを含んだ電圧を積算するため、誤差が大きいという不具合がある。
【００１０】
本発明は、簡易な構成により、精度よく荷重を測定することのできる感圧センサである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明［１］は、光弾性定数の絶対値が互いに異なる複数の光弾性ポリウレタン樹脂と、複数の光弾性ポリウレタン樹脂のそれぞれを通過した光を検知する光センサと、前記光センサによって検知された光信号が入力される処理部とを備える感圧センサであって、前記処理部は、前記光センサが前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に検知した光信号から、測定荷重を算出する、感圧センサを含んでいる。
【００１２】
本発明［１］の感圧センサでは、光弾性定数の絶対値が互いに異なる複数の光弾性ポリウレタン樹脂のそれぞれを通過した光を、光センサにより検知する。検知された光信号は、複数の光弾性ポリウレタン樹脂の光弾性定数の絶対値が互いに異なるため、光弾性ポリウレタン樹脂毎に異なる。つまり、特定の荷重が負荷されると、検知された光信号は、光弾性ポリウレタン樹脂毎に異なる。
【００１３】
そのため、処理部は、光弾性ポリウレタン樹脂毎に異なった光信号から、測定荷重を算出することができる。
【００１４】
その結果、１つの光弾性ポリウレタン樹脂から検知された光信号（電圧）を積算することなく、測定荷重を算出できるので、簡易な構成により、精度よく荷重を測定することができる。
【００１５】
本発明［２］は、前記処理部は、前記光弾性ポリウレタン樹脂に負荷した荷重と、その荷重が負荷されたときに前記光弾性ポリウレタン樹脂を通過した光信号の強度との相関データが、前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に格納された記憶領域を備え、前記光センサが前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に検知した光信号の強度から、前記相関データに基づいて、前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に、複数の推定荷重を算出し、前記光弾性ポリウレタン樹脂毎に算出された複数の推定荷重から、すべての前記光弾性ポリウレタン樹脂に共通する推定荷重を、測定荷重として抽出する、上記［１］に記載の感圧センサを含んでいる。
【００１６】
本発明［２］の感圧センサでは、処理部が、光弾性ポリウレタン樹脂に負荷された荷重と光信号の強度との相関データが格納された記憶領域を備えている。そして、処理部では、光弾性ポリウレタン樹脂毎に、検知された光信号の強度から複数の推定荷重を算出し、すべての光弾性ポリウレタン樹脂に共通する推定荷重を、測定荷重として抽出する。
【００１７】
そのため、簡易な演算により、確実に荷重を測定することができる。
【００１８】
本発明［３］は、複数の前記光弾性ポリウレタン樹脂は、荷重が負荷される方向に、重なって配置されている、上記［１］または上記［２］に記載の感圧センサを含んでいる。
【００１９】
本発明［３］の感圧センサでは、複数の光弾性ポリウレタン樹脂が、荷重が負荷される方向に重なって配置されている。そのため、負荷される荷重が、複数の光弾性ポリウレタン樹脂に一律に作用する。その結果、確実な荷重の測定を達成することができる。
【００２０】
本発明［４］は、複数の前記光弾性ポリウレタン樹脂は、荷重が負荷される方向と交差する方向に、並んで配置されている、上記［１］または上記［２］に記載の感圧センサを含んでいる。
【００２１】
本発明［４］の感圧センサでは、複数の光弾性ポリウレタン樹脂が、荷重が負荷される方向と交差する方向に並んで配置されている。そのため、感圧センサの薄型化を図ることができる。
【００２２】
本発明［５］は、前記光弾性ポリウレタン樹脂は、荷重が負荷される方向において前記光センサの光が通過する光路と重なる部分が、荷重が負荷される方向と反対方向に、突出している、上記［１］〜上記［４］のいずれか１項に記載の感圧センサを含んでいる。
【００２３】
本発明［５］の感圧センサでは、光弾性ポリウレタン樹脂の光路と重なる部分が、荷重が負荷される方向と反対方向に突出している。そのため、測定対象は、突出する部分と最初に接触することができる。そうすると、光弾性ポリウレタン樹脂の光路と重なる部分に、適切に荷重を負荷することができる。その結果、より精度のよい荷重を測定を達成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の感圧センサでは、簡易な構成により、精度よく荷重を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の感圧センサの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す感圧センサにおける光弾性ポリウレタン樹脂を抜粋して示す斜視図であり、図２Ａは、荷重が負荷されていない光弾性ポリウレタン樹脂、図２Ｂは、荷重が負荷されている光弾性ポリウレタン樹脂を、それぞれ示す。
【図３】図３は、光弾性ポリウレタン樹脂に負荷された荷重と、その荷重が負荷されたときに光弾性ポリウレタン樹脂を通過した光信号の強度との相関データの一例を示すグラフであり、図３Ａは、光弾性ポリウレタン樹脂Ａの荷重と電圧値との相関データの一例を示し、図３Ｂは、光弾性ポリウレタン樹脂Ｂの荷重と電圧値との相関データの一例を示す。
【図４】図４は、光弾性ポリウレタン樹脂に負荷された荷重と、その荷重が負荷されたときに光弾性ポリウレタン樹脂を通過した光信号の強度との相関データとしての干渉縞を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の感圧センサの第２実施形態を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の感圧センサの第３実施形態を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の感圧センサの第４実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下において、光弾性ポリウレタン樹脂がシート状に延びる平面方向のうち、長手方向を第１方向（長手方向）とし、第１方向と直交する幅方向を第２方向とし、第１方向および第２方向に直交する厚み方向を第３方向（上下方向）として、図１〜図３を参照して詳述する。
【００２７】
図１において、感圧センサ１は、光弾性定数の絶対値が互いに異なる複数の光弾性ポリウレタン樹脂２と、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２のそれぞれを通過した光を検知する光センサ４と、光弾性ポリウレタン樹脂２に対する光の照射を制御するための制御部６と、光センサ４によって検知された光信号が入力される処理部５とを備えている。なお、図１において、処理部５および制御部６は、一体的に形成されている。すなわち、１つのＥＣＵ（後述）が、処理部５および制御部６を兼ね備えている。
【００２８】
図１において、光弾性ポリウレタン樹脂２は、光弾性を有する樹脂からなる部材であり、第１方向（長手方向）および第２方向（幅方向）に延びる平面視略矩形のシート状に形成されている。
【００２９】
また、感圧センサ１において、光弾性ポリウレタン樹脂２は複数備えられている。光弾性ポリウレタン樹脂２の数は、２つ以上であり、通常、２０つ以下、好ましくは、１０つ以下、より好ましくは、５つ以下である。なお、図１には、光弾性ポリウレタン樹脂２が２つ備えられる形態を示している。
【００３０】
複数（２つ）の光弾性ポリウレタン樹脂２は、光弾性ポリウレタン樹脂２の第１方向（長手方向）および第２方向（幅方向）と直交する第３方向（厚み方向）において、重なって配置されている。これにより、光弾性ポリウレタン樹脂２を複数備えるポリウレタン積層体３が、形成されている。なお、第３方向は、後述する荷重が負荷される方向であり、感圧センサ１の用途に応じて異なるが、例えば、鉛直方向である。
【００３１】
以下において、複数（２つ）の光弾性ポリウレタン樹脂２を区別する場合には、第３方向一方側（上側）の光弾性ポリウレタン樹脂２を、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａと称し、また、第３方向他方側（下側）の光弾性ポリウレタン樹脂２を、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂと称する。
【００３２】
複数の光弾性ポリウレタン樹脂２は、例えば、国際公開ＷＯ２０１６／１２５９０５パンフレットに記載の方法に準拠して、得ることができる。
【００３３】
そして、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２は、光弾性定数の絶対値が互いに異なるように、原料成分の種類や量が、適宜設計される。
【００３４】
より具体的には、各光弾性ポリウレタン樹脂２は、それぞれ、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを含有するポリウレタン樹脂組成物を、反応および硬化させることにより、反応生成物として得ることができる。
【００３５】
ポリイソシアネート成分は、好ましくは、芳香環含有ポリイソシアネートを含む。また、芳香環含有ポリイソシアネートは、好ましくは、１，４−フェニレン基（但し、１，４−フェニレン基における一部の水素原子が、メチル基および／またはメトキシ基で置換されていてもよい。）、および／または、１，５−ナフチレン基を含有している。
【００３６】
１，４−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとしては、例えば、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４′−ＭＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネートの重合物（カルボジイミド変性ＭＤＩ、ウレトンイミン変性ＭＤＩ、アシル尿素変性ＭＤＩなど）、２，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（２，４′−ＭＤＩ）、３，３′−ジメチルビフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、３，３′−ジメトキシビフェニル−４，４′−ジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４′−ジフェニルジイソシアネート、４，４′−ジフェニルエーテルジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、１，４−キシリレンジイソシアネート（１，４−ＸＤＩ）などのベンゼン環含有ポリイソシアネート（具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネート）などが挙げられる。
【００３７】
また、１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとしては、例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート（１，５−ＮＤＩ）などのナフタレン環含有ポリイソシアネート（具体的には、ナフタレン環含有ジイソシアネート）などが挙げられる。
【００３８】
これら１，４−フェニレン基および／または１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートは、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００３９】
１，４−フェニレン基および／または１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートのうち、好ましくは、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４′−ＭＤＩ）、３，３′−ジメチルビフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（１，５−ＮＤＩ）が挙げられる。
【００４０】
また、ポリイソシアネート成分は、上記した芳香環含有ポリイソシアネート以外のポリイソシアネート（以下、その他のポリイソシアネート）を含有することもできる。
【００４１】
その他のポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート（上記した芳香環含有ポリイソシアネートを除く）、芳香脂肪族ポリイソシアネート、（上記した芳香環含有ポリイソシアネートを除く）、脂環族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられる。
【００４２】
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、２，２′−ＭＤＩ、２，６−ＴＤＩ、ｍ−フェニレンジイソシアネート、２，６−ＮＤＩなどの芳香族ジイソシアネートが挙げられる。
【００４３】
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、１，３−キシリレンジイソシアネート（１，３−ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）などの芳香脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。
【００４４】
脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート（イソホロンジイソシアネート、ＩＰＤＩ）、４，４′−、２，４′−または２，２′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートもしくはその混合物（Ｈ１２ＭＤＩ）、１，３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン（水添キシリレンジイソシアネート、Ｈ６ＸＤＩ）、２，５−または２，６−ビス（イソシアナトメチル）ノルボルナンもしくはその混合物（ＮＢＤＩ）、１，３−シクロペンタンジイソシアネート、１，４−または１，３−シクロヘキサンジイソシアネートもしくはその混合物、メチル−２，４−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−２，６−シクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネートが挙げられる。
【００４５】
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート（ＴＭＤＩ）、ペンタメチレンジイソシアネート（ＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、１，２−、２，３−または１，３−ブチレンジイソシアネート、２，４，４−または２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。
【００４６】
その他のポリイソシアネートは、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００４７】
ポリイソシアネート成分が、その他のポリイソシアネートと、１，４−フェニレン基および／または１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとを含有する場合には、１，４−フェニレン基および／または１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートの割合が、ポリイソシアネート成分の総量に対して、例えば、３０質量％以上、さらに好ましくは、５０質量％以上、とりわけ好ましくは、９０質量％以上である。
【００４８】
また、ポリイソシアネート成分は、好ましくは、その他のポリイソシアネートを含まず、１，４−フェニレン基および／または１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートからなる。
【００４９】
活性水素基含有成分は、活性水素基（例えば、水酸基、アミノ基など）を有する化合物であって、例えば、ポリオール、ポリアミンなどが挙げられ、好ましくは、ポリオールが挙げられる。
【００５０】
ポリオールは、好ましくは、高分子量ポリオールを含有している。
【００５１】
高分子量ポリオールは、水酸基を２つ以上有し、平均水酸基価（後述）が５００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の化合物である。
【００５２】
高分子量ポリオールとして、好ましくは、平均水酸基価（後述）が２０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの化合物が挙げられる。また、平均官能基数（後述）が２の場合には、数平均分子量が２２５以上の化合物が挙げられ、また、平均官能基数（後述）が３の場合には、数平均分子量３３７以上の化合物が挙げられる。
【００５３】
高分子量ポリオールの平均水酸基価は、２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、好ましくは、８０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、より好ましくは、１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であり、５００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、好ましくは、３００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、より好ましくは、２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、さらに好ましくは、２２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。
【００５４】
高分子量ポリオールの水酸基価（単位：ｍｇＫＯＨ／ｇ）は、ＪＩＳ  Ｋ  １５５７−１のＡ法またはＢ法に準拠するアセチル化法またはフタル化法などから求めることができる。
【００５５】
そして、高分子量ポリオールの平均水酸基価（単位：ｍｇＫＯＨ／ｇ）は、高分子量ポリオールが単独使用される場合には、その高分子量ポリオールの水酸基価と同一である。一方、高分子量ポリオールの平均水酸基価は、高分子量ポリオールが併用される場合には、それらの平均値である。
【００５６】
高分子量ポリオールの平均水酸基価が上記した範囲を超過すると、光弾性ポリウレタン樹脂２において、ヤング率が高くなり過ぎ、所望の光弾性定数（絶対値）を得ることができない場合がある。一方、平均水酸基価が上記した範囲未満であると、ガラス転移温度が過度に低くなり、加工性や耐傷付き性が低下する場合がある。
【００５７】
高分子量ポリオールの平均官能基数は、例えば、１．９以上、好ましくは、２．０以上であり、例えば、３以下、好ましくは、２．５以下、さらに好ましくは、２．２以下である。
【００５８】
高分子量ポリオールの官能基数は、高分子量ポリオールの水酸基数であって、具体的には、１分子当たりの活性な水酸基の数である。
【００５９】
そして、高分子量ポリオールの平均官能基数は、高分子量ポリオール１分子当たりの活性な水酸基の平均値である。つまり、異なる官能基数を有する高分子量ポリオールが混合（併用）される場合は、その高分子量ポリオールの混合物の分子数に対する混合物の活性な水酸基の数の割合を示した数値が、高分子量ポリオールの平均官能基数である。
【００６０】
なお、高分子量ポリオールの平均官能基数は、次式（Ｂ）から求めることもできる。
【００６１】
平均官能基数＝（各高分子量ポリオールの官能基数×当量数）の総和／各高分子量ポリオールの当量数の総和      （Ｂ）
高分子量ポリオールの数平均分子量は、例えば、２２５以上、好ましくは、５００以上であり、例えば、２０，０００以下、好ましくは、１５，０００以下である。
【００６２】
数平均分子量は、次式（Ｃ）から求めることができる。
【００６３】
数平均分子量＝５６１００×平均官能基数／平均水酸基価      （Ｃ）
高分子量ポリオールの平均官能基数が上記した範囲を超過すると、光弾性ポリウレタン樹脂２において、所望の光弾性定数（絶対値）を得にくい場合がある。一方、平均官能基数が上記した範囲未満であると、ヤング率が低くなり過ぎ、加工性や耐傷付き性が低下する場合がある。
【００６４】
そのような高分子量ポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、ダイマーポリオール、ポリウレタンポリオール、ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、天然油ポリオール、シリコーンポリオール、フッ素ポリオールなどが挙げられる。これらは、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００６５】
高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオールが挙げられ、さらに好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、とりわけ好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが挙げられる。
【００６６】
また、ポリオールは、上記した高分子量ポリオールに加え、低分子量ポリオールを含有することもできる。
【００６７】
ポリオールが低分子量ポリオールを含有することにより、ポリオールの平均水酸基価を増大させて、その分、イソシアネートインデックス（後述）を所望の値に調整すべく、上記したポリイソシアネート成分（好ましくは、芳香環含有ポリイソシアネート）をポリウレタン樹脂組成物に多く配合することができる。そのため、光弾性ポリウレタン樹脂２の光弾性定数の絶対値を高めることができる。
【００６８】
低分子量ポリオールは、水酸基を２つ以上有し、平均水酸基価（後述）が５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超過する化合物である。
【００６９】
低分子量ポリオールとして、好ましくは、平均水酸基価（後述）が５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超過し、３０００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の化合物が挙げられ、また、官能基数（後述）が２の場合には、分子量が４０以上２２５未満のジオールが挙げられ、官能基数（後述）が３の場合には、分子量４０以上３３７未満のトリオールが挙げられる。
【００７０】
そのような低分子量ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール（１，２−プロパンジオール）、トリメチレングリコール（１，３−プロパンジオール）、１，４−ブチレングリコール（１，４−ブタンジオール）、１，３−ブチレングリコール（１，３−ブタンジオール）などの脂肪族ジオール（炭素数２〜１３）や、例えば、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオール（炭素数６〜１３）、さらには、例えば、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、キシレングリコールなどの芳香族ジオール（芳香環を含有する炭素数６〜１３の芳香環含有ジオール）、さらにまた、ジエチレングリコール、トリオキシエチレングリコール、テトラオキシエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリオキシプロピレングリコールなどのオキシアルキレンアルコールなどのジオール（炭素数２〜９）（２価アルコール）、例えば、グリセリン、２−メチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、２，４−ジヒドロキシ−３−ヒドロキシメチルペンタン、１，２，６−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−３−ブタノールなどの炭素数３〜６の脂肪族トリオール、および、その他の脂肪族トリオール（炭素数７〜２０）などのトリオール（３価アルコール）、例えば、テトラメチロールメタン（ペンタエリスリトール）、ジグリセリン（ジグリセロール）などのテトラオール（４価アルコール）（炭素数５〜２７）などが挙げられる。
【００７１】
これら低分子量ポリオールは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００７２】
低分子量ポリオールとして、好ましくは、２価アルコール、３価アルコールが挙げられ、より好ましくは、３価アルコールが挙げられ、さらに好ましくは、炭素数３〜６の脂肪族トリオールが挙げられ、とりわけ好ましくは、トリメチロールプロパンが挙げられる。
【００７３】
低分子量ポリオールの配合割合は、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、０．１質量部以上、好ましくは、０．５質量部以上であり、例えば、３０質量部以下、好ましくは、２０質量部以下、より好ましくは、１０質量部以下、さらに好ましくは、５質量部以下である。
【００７４】
低分子量ポリオールの配合割合が上記した範囲を超える場合は、光弾性ポリウレタン樹脂２が不透明になり、光が、光弾性ポリウレタン樹脂２を透過しない場合や、光弾性ポリウレタン樹脂２のヤング率が高くなり過ぎる場合がある。
【００７５】
そして、光弾性ポリウレタン樹脂２は、上記ポリイソシアネート成分と上記活性水素基含有成分とを反応させて、ポリウレタン樹脂組成物を硬化および成形することにより、得ることができる。
【００７６】
ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを反応させるには、例えば、ワンショット法やプレポリマー法などの公知の成形方法に準拠することができる。
【００７７】
ワンショット法では、例えば、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを、イソシアネートインデックス（水酸基濃度に対するイソシアネート基濃度の比に１００を乗じた値、ＮＣＯ濃度／水酸基濃度×１００）が、例えば、７０〜４００、好ましくは、８０〜１５０となるように処方（混合）して、それらを成形型に注入して、例えば、０℃〜２５０℃、好ましくは、室温（２０℃）〜１５０℃で、例えば、１分間〜７日間、好ましくは、１０分間〜２日間、硬化反応させる。
【００７８】
この硬化反応では、例えば、有機金属系触媒、アミン系触媒などの公知のウレタン化触媒を添加することができる。また、上記した硬化反応は、公知の溶媒の存在下で実施することもできる。
【００７９】
そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型し、必要に応じて外形加工すれば、所定形状に成形された光弾性ポリウレタン樹脂２を得ることができる。
【００８０】
プレポリマー法は、例えば、まず、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分の一部（例えば、高分子量ポリオール）とを反応させて、分子末端にイソシアネート基を有するイソシアネート基末端プレポリマーを合成する。次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有成分の残部（鎖伸長剤：例えば、低分子量ポリオール（および必要により高分子量ポリオール））とを反応（鎖伸長）させて、硬化反応させる。
【００８１】
そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型し、必要に応じて外形加工すれば、所定形状に成形された光弾性ポリウレタン樹脂２を得ることができる。
【００８２】
なお、上記のポリウレタン樹脂組成物または光弾性ポリウレタン樹脂２には、必要に応じて、例えば、消泡剤、可塑剤、レベリング剤、艶消し剤、難燃剤、揺変剤、粘着付与剤、増粘剤、滑剤、帯電防止剤、界面活性剤、反応遅延剤、脱水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、耐候安定剤などの公知の添加剤を適宜配合することができる。
【００８３】
そして、上記の光弾性ポリウレタン樹脂２は、光弾性、つまり、荷重などに基づく応力の発生により、光弾性ポリウレタン樹脂２の内部を通過する光（例えば、レーザー光など）に複屈折を生じさせることができる。そのため、感圧センサ１において好適に用いることができる。
【００８４】
ポリウレタン樹脂組成物として、好ましくは、１，４−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオールと、トリオールとの組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、脂肪族トリオールとの組み合わせが挙げられる。
【００８５】
また、ポリウレタン樹脂組成物において、上記ポリイソシアネート成分と上記活性水素基含有成分との組み合わせや、添加剤の添加割合は、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２が、それぞれ異なる光弾性定数の絶対値を有するように、適宜選択される。
【００８６】
例えば、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａにおいて、好ましくは、ベンゼン環含有ジイソシアネートとして、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４′−ＭＤＩ）と、３，３′−ジメチルビフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）とが併用される。一方、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂにおいて、好ましくは、ベンゼン環含有ジイソシアネートとして、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４′−ＭＤＩ）が単独使用される。
【００８７】
このように、各光弾性ポリウレタン樹脂２において、ポリウレタン樹脂組成物の処方を種々変更することにより、互いに光弾性定数の絶対値が異なる光弾性ポリウレタン樹脂２を得ることができる。
【００８８】
なお、光弾性定数の絶対値に応じて処方を変更する例としては、上記に限定されず、例えば、原料成分として互いに異なるポリエーテルポリオールを使用することや、添加剤の配合割合を互いに変更することなどによって、複数種類の光弾性ポリウレタン樹脂２を得ることもできる。
【００８９】
すべての光弾性ポリウレタン樹脂２において、２５℃における光弾性定数の絶対値は、例えば、２０×１０−１２Ｐａ−１以上、好ましくは、５００×１０−１２Ｐａ−１以上、より好ましくは、１０００×１０−１２Ｐａ−１以上、さらに好ましくは、２０００×１０−１２Ｐａ−１以上、とりわけ好ましくは、３０００×１０−１２Ｐａ−１以上であり、例えば、１×１０−５Ｐａ−１以下（＝１０００００００×１０−１２Ｐａ−１以下）、好ましくは、１×１０−６Ｐａ−１以下（＝１００００００×１０−１２Ｐａ−１以下）、より好ましくは、１×１０−７Ｐａ−１以下（＝１０００００×１０−１２Ｐａ−１以下）、さらに好ましくは、１×１０−８Ｐａ−１以下（＝１００００×１０−１２Ｐａ−１以下）、とりわけ好ましくは、８０００×１０−１２Ｐａ−１以下である。
【００９０】
光弾性定数の絶対値が上記範囲であれば、感圧センサ１において必要とされる優れた光弾性を確保することができる。
【００９１】
そして、各光弾性ポリウレタン樹脂２の光弾性定数の絶対値は、上記範囲内で互いに異なる。
【００９２】
各光弾性ポリウレタン樹脂２の間における光弾性定数の絶対値の差異は、例えば、１００×１０−１２Ｐａ−１以上、好ましくは、５００×１０−１２Ｐａ−１以上、より好ましくは、１０００×１０−１２Ｐａ−１以上であり、例えば、１０００００００×１０−１２Ｐａ−１以下、好ましくは、１０００００×１０−１２Ｐａ−１以下、より好ましくは、１００００×１０−１２Ｐａ−１以下である。
【００９３】
光弾性定数の絶対値の差異が上記範囲であれば、優れた検知感度の感圧センサ１を得ることができる。
【００９４】
また、例えば、光弾性ポリウレタン樹脂２が２つである場合、一方の光弾性ポリウレタン樹脂２の光弾性定数の絶対値が、例えば、４０００×１０−１２Ｐａ−１未満であり、他方の光弾性ポリウレタン樹脂２の光弾性定数の絶対値が、例えば、４０００×１０−１２Ｐａ−１以上である。
【００９５】
光弾性ポリウレタン樹脂２の光弾性定数は、「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌７３、２５３−２５８（２００７）」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定することができる。
【００９６】
また、光弾性定数の測定とともに、光弾性ポリウレタン樹脂２の歪光学定数とヤング率とが求められる。
【００９７】
光弾性ポリウレタン樹脂２の歪光学定数は、光弾性ポリウレタン樹脂２の変形量に対する、かかる変形によって発生する複屈折の強さの割合を示す。
【００９８】
光弾性定数、歪光学定数およびヤング率は、下記式（１）を満足する。
【００９９】
光弾性定数＝歪光学定数÷ヤング率    （１）
従って、光弾性ポリウレタン樹脂２の光弾性定数を上記した所望の範囲に設定するには、歪光学定数およびヤング率を調整する。
【０１００】
具体的には、歪光学定数が高いほど、また、ヤング率が低いほど、光弾性定数が高くなるが、ヤング率が過度に低いと、成形性が低下する場合がある。
【０１０１】
そのため、光弾性ポリウレタン樹脂２の２５℃におけるヤング率は、例えば、２．０ＭＰａ以上、好ましくは、３．０ＭＰａ以上、より好ましくは、４．０ＭＰａ以上であり、例えば、５．０ＭＰａ以下、好ましくは、４．９ＭＰａ以下、より好ましくは、４．８ＭＰａ以下である。
【０１０２】
光弾性ポリウレタン樹脂２のヤング率が上記した範囲未満である場合には、光弾性ポリウレタン樹脂２が軟らか過ぎて傷付き易く、加工性が低下する。光弾性ポリウレタン樹脂２のヤング率が上記した範囲を超過する場合には、光弾性ポリウレタン樹脂２が硬すぎるため、光弾性が低下する。
【０１０３】
そのため、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２のヤング率は、好ましくは、互いに同程度である。
【０１０４】
一方、上記した互いに異なる光弾性定数を得る観点から、光弾性ポリウレタン樹脂２の２５℃における歪光学定数は、好ましくは、互いに異なる。
【０１０５】
好ましくは、上記した所望の光弾性定数を得るには、光弾性ポリウレタン樹脂２の２５℃のヤング率が２ＭＰａ以上３ＭＰａ以下の場合には、２５℃の歪光学定数が、例えば、６０００×１０−６以上（通常、１００００×１０−６以下）であり、光弾性ポリウレタン樹脂２の２５℃のヤング率が３ＭＰａを超過し５ＭＰａ以下の場合には、２５℃の歪光学定数は、例えば、１００００×１０−６以上（通常、３００００×１０−６以下）である。
【０１０６】
そして、各光弾性ポリウレタン樹脂２の歪光学定数が、上記範囲内で互いに異なる場合、各光弾性ポリウレタン樹脂２の間における歪光学定数の差異は、例えば、１００×１０−６以上、好ましくは、５００×１０−６以上、より好ましくは、１０００×１０−６以上であり、例えば、２００００×１０−６以下、好ましくは、１００００×１０−６以下、より好ましくは、８０００×１０−６以下である。
【０１０７】
歪光学定数の差異が上記範囲であれば、優れた検知感度の感圧センサ１を得ることができる。
【０１０８】
光弾性ポリウレタン樹脂２のガラス転移温度は、例えば、−６０℃以上、好ましくは、−５０℃以上、より好ましくは、−４０℃以上であり、例えば、２５℃未満、好ましくは、０℃未満、より好ましくは、−２５℃未満である。
【０１０９】
光弾性ポリウレタン樹脂２のガラス転移温度が上記した下限未満である場合には、光弾性ポリウレタン樹脂２の加工性および耐傷付き性が低下する場合がある。また、光弾性ポリウレタン樹脂２のガラス転移温度が、上記した上限以上である場合には、上記した所望の光弾性定数を得にくくなる場合がある。
【０１１０】
そのため、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２のガラス転移温度は、好ましくは、互いに同程度である。
【０１１１】
なお、光弾性ポリウレタン樹脂２のガラス転移温度は、動的粘弾性測定装置を用いて、周波数１０Ｈｚで、温度分散モード（昇温速度５℃／ｍｉｎ）の測定により、得ることができる。
【０１１２】
また、上記したガラス転移温度の測定では、同時に、貯蔵伸長弾性率Ｅ’、損失伸長弾性率Ｅ’’および損失正接ｔａｎδが得られる。
【０１１３】
光弾性ポリウレタン樹脂２の２５℃における貯蔵伸長弾性率Ｅ’は、例えば、１×１０６〜１×１０８Ｐａであり、２５℃における損失伸長弾性率Ｅ’’は、例えば、１×１０４〜１×１０８Ｐａであり、２５℃における損失正接ｔａｎδは、例えば、０．０１〜０．２である。
【０１１４】
そして、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２は、図１に示されるように、互いに略同サイズの平面視略矩形のシート状に形成されており、上記したように、第３方向（厚み方向）に積層配置されることにより、ポリウレタン積層体３を形成している。
【０１１５】
各光弾性ポリウレタン樹脂２のサイズは、特に制限されないが、長さ（第１方向長さ）が、例えば、１ｍｍ以上、好ましくは、１０ｍｍ以上であり、例えば、３０００ｍｍ以下、好ましくは、８０ｍｍ以下である。また、幅（第２方向長さ）が、例えば、１ｍｍ以上、好ましくは、５ｍｍ以上であり、例えば、１５０ｍｍ以下、好ましくは、５０ｍｍ以下である。また、厚み（第３方向長さ）が、例えば、０．５ｍｍ以上、好ましくは、１ｍｍ以上であり、例えば、１０ｍｍ以下、好ましくは、３ｍｍ以下である。
【０１１６】
また、ポリウレタン積層体３の総厚みは、例えば、１ｍｍ以上、好ましくは、２ｍｍ以上であり、例えば、３０ｍｍ以下、好ましくは、１０ｍｍ以下である。
【０１１７】
このような光弾性ポリウレタン樹脂２およびポリウレタン積層体３は、例えば、図示しない平坦な支持部材（ステージ）上に載置される。
【０１１８】
また、光弾性ポリウレタン樹脂２およびポリウレタン積層体３は、必要に応じて、ケースに収納することもできる。この場合、光弾性ポリウレタン樹脂２に、後述する荷重に基づく変形を生じさせるため、好ましくは、剛性が比較的低いケースを用いるか、または、ケースの内壁と光弾性ポリウレタン樹脂２との間に空隙を設ける。
【０１１９】
光センサ４は、図１に示されるように、ポリウレタン積層体３の第１方向（光弾性ポリウレタン樹脂２の長手方向）一方側に配置される発光部７と、第１方向（光弾性ポリウレタン樹脂２の長手方向）他方側に配置される受光部８とを備えている。
【０１２０】
なお、感圧センサ１では、通常、ポリウレタン積層体３の一方側端部と、発光部７とが密着し、また、ポリウレタン積層体３の他方側端部と、受光部８とが密着する。図１では、説明のため、ポリウレタン積層体３、発光部７および受光部８を、互いに離隔して示している。
【０１２１】
発光部７は、公知の発光部材を備えている。発光部材は、例えば、各光弾性ポリウレタン樹脂２に均一に光を導入できるように、ポリウレタン積層体３の第１方向一方側に単数または複数設けられている。つまり、発光部材は、光弾性ポリウレタン樹脂２の第１方向（光弾性ポリウレタン樹脂２の長手方向）の一方側端面と対向配置されている。これにより、発光部材は、各光弾性ポリウレタン樹脂２に対して、第１方向（光弾性ポリウレタン樹脂２の長手方向）の一方側端面から、光を入射可能としている。また、１つの発光部７に設けられる発光部材の数は、特に制限されず、例えば、１つの光弾性ポリウレタン樹脂２に対して１つの発光部材が設けられていてもよく、また、複数（好ましくは、すべて）の光弾性ポリウレタン樹脂２に対して１つの発光部材が設けられていてもよい。発光部材としては、特に制限されないが、例えば、半導体レーザー（波長４０５ｎｍ〜１０６４ｎｍ）、発光ダイオードや蛍光灯、ハロゲンランプ、ハングステンランプなどが挙げられる。
【０１２２】
また、発光部７は、必要に応じて、光ファイバーなどの光導波路を備え、光導波路を介して、発光部材から光弾性ポリウレタン樹脂２に光を入射可能としていてもよい。
【０１２３】
また、発光部７は、図１において仮想線で示されるように、制御部６に電気的に接続されている。
【０１２４】
制御部６は、発光部７を電気的に制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、演算領域としての演算部と、記憶領域としてのメモリ部とを備えている。このような制御部６から発せられる電気信号に応じて、発光部材の発光のＯＮ／ＯＦＦが、制御される。
【０１２５】
受光部８は、公知の受光部材を備えている。受光部材は、例えば、発光部材の数に応じて複数設けられており、光弾性ポリウレタン樹脂２の第１方向（光弾性樹脂２の長手方向）の他方側端面と対向配置されている。これにより、各受光部材は、各光弾性ポリウレタン樹脂２を長手方向一方側から他方側に通過した光を、受光可能としている。受光部材としては、受光した光の強度を電気信号（光信号）に変換可能な素子が挙げられ、例えば、フォトダイオードなどが挙げられる。
【０１２６】
また、受光部８は、必要に応じて、反射板などの反射部材を備え、反射部材を介して、光弾性ポリウレタン樹脂２から受光部材に光を導入可能としていてもよい。
【０１２７】
また、図１において仮想線で示されるように、受光部８には、処理部５が電気的に接続されている。
【０１２８】
処理部５は、光センサ４が光弾性ポリウレタン樹脂２毎に検知した光信号から、測定荷重を算出するために設けられている。
【０１２９】
処理部５は、受光部８において受光された光の強度を分析するための分析処理ユニットであり、演算領域としての演算部と、記憶領域としてのメモリ部とを備えている。
【０１３０】
処理部５のメモリ部には、光弾性ポリウレタン樹脂２に負荷された荷重と、その荷重が負荷されたときに光弾性ポリウレタン樹脂２を通過した光信号の強度との相関データが、光弾性ポリウレタン樹脂２毎に格納されている。
【０１３１】
さらに、光センサ４は、単数または複数（好ましくは、２つ）の偏光板１０を備えている。偏光板１０は、例えば、発光部７およびポリウレタン積層体３の間や、受光部８およびポリウレタン積層体４の間などに、それぞれ配置される。そして、これら偏光板１０は、互いに異なる振動波を通過可能とする。
【０１３２】
より具体的には、例えば、発光部７およびポリウレタン積層体３の間には、光の左右振動波（横波）を通過させる偏向板１０Ａが配置される。
【０１３３】
一方、受光部８およびポリウレタン積層体３の間には、光の上下振動波（縦波）を通過させる偏光板１０Ｂが配置される。
【０１３４】
このような偏光板１０によって、受光部８で受光される光と、ポリウレタン積層体３に負荷される荷重との相関関係を得ることができる。
【０１３５】
すなわち、発光部７において生じた光は、偏光板１０Ａを通過した後、ポリウレタン積層体３に照射される。
【０１３６】
このとき、図２Ａが参照されるように、ポリウレタン積層体３に荷重が負荷されていなければ、各光弾性ポリウレタン樹脂２は変形しないため、複屈折を生じない。
【０１３７】
そのため、偏光板１０Ａおよび光弾性ポリウレタン樹脂２を通過した光は、偏光板１０Ｂにおいて遮られる。その結果、受光部８で受光される光信号の強度は、小さくなる。
【０１３８】
一方、図２Ｂが参照されるように、ポリウレタン積層体３に対して、例えば、第３方向一方側（上側）から他方側（下側）に荷重が負荷されると、各光弾性ポリウレタン樹脂２は、荷重に応じた変形を生じ、複屈折を生じさせる。
【０１３９】
そのため、偏光板１０Ａおよび光弾性ポリウレタン樹脂２を通過し、複屈折された光が、偏光板１０Ｂを通過して、受光部８で受光される。その結果、受光部８で受光される光信号の強度は、大きくなる。なお、複屈折の度合いと、荷重の大きさとの関係は、比例するものではなく、光弾性定数の絶対値に応じた所定波形のグラフとして示される。
【０１４０】
また、図２Ｂにおいて、各光弾性ポリウレタン樹脂２は、光弾性定数の絶対値が互いに異なるため、発光部７から照射される光の強度（発光強度）が同一であり、また、各光弾性ポリウレタン樹脂２に対して負荷される荷重が同一であっても、各光弾性ポリウレタン樹脂２内における複屈折の度合いが異なり、その結果、受光部８で受光される光信号の強度（受光強度）が異なる。
【０１４１】
そこで、感圧センサ１では、各光弾性ポリウレタン樹脂２に対して、負荷される荷重の大きさと、複屈折による減衰後の光の強度（受光強度）との相関データを予め取得し、処理部５に格納する。
【０１４２】
例えば、受光部材としてフォトダイオードを用いる場合、各光弾性ポリウレタン樹脂２を通過した光（複屈折により減衰した後の光）の強度（受光強度）を、それぞれフォトダイオードによって電圧値に変換する。そして、各電圧値と、負荷される荷重の大きさとの相関データを取得する。このような相関データは、例えば、各光弾性ポリウレタン樹脂２において、互いに異なる波形のグラフとして示される。
【０１４３】
相関データの一例としては、特定の光弾性定数（絶対値）を有する光弾性ポリウレタン樹脂２Ａでは、図３Ａに示すように、特定の波形の相関データが得られる。
【０１４４】
これに対して、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂは、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａの光弾性定数（絶対値）とは異なる光弾性定数（絶対値）を有するため、図３Ｂに示すように、図３Ａの波形とは異なる波形の相関データが得られる。
【０１４５】
そして、これら相関データが、処理部５のメモリ部に格納される。
【０１４６】
また、処理部５のメモリ部には、上記の相関データから、後述の方法で光信号から荷重を算出するための荷重検知プログラムが格納されている。
【０１４７】
これにより、処理部５は、下記の荷重検知方法によって、受光部８において検知された光に基づく光信号（例えば、電圧値）に基づいて、光弾性ポリウレタン樹脂２に負荷された推定荷重を算出可能としている。
【０１４８】
次に、この感圧センサ１を用いて、光弾性ポリウレタン樹脂２に荷重が負荷された場合の推定荷重を荷重検知プログラムにより算出する方法（荷重検知方法）について、図１〜図３を参照して説明する。
【０１４９】
この荷重検知方法では、まず、制御部６の制御により発光部７の発光部材（ダイオードなど）から各光弾性ポリウレタン樹脂２（光弾性ポリウレタン樹脂２Ａおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂ）に、光を入射する。
【０１５０】
そして、各光弾性ポリウレタン樹脂２（光弾性ポリウレタン樹脂２Ａおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂ）を通過した光を、受光部８の受光部材（フォトダイオードなど）で受光して、その受光した光の強度を、光信号として処理部５に入力する。例えば、受光部材としてフォトダイオードを用いる場合、各光弾性ポリウレタン樹脂２を通過した光の強度を、それぞれフォトダイオードによって電圧値に変換し、各電圧値を光信号（電気信号）として処理部５に入力する。
【０１５１】
このとき、上記した通り、受光部８で受光される光の強度と、光弾性ポリウレタン樹脂２に負荷された荷重との相関は、各光弾性ポリウレタン樹脂２間で互いに異なる。
【０１５２】
つまり、図２Ａに示されるように、光弾性ポリウレタン樹脂２に荷重が負荷されていなければ、各光弾性ポリウレタン樹脂２は、無変形状態である。この場合、各光弾性ポリウレタン樹脂２に対して入射された光は、複屈折を生じることなく各光弾性ポリウレタン樹脂２を通過し、偏光板１０Ｂで遮られる。つまり、光弾性ポリウレタン樹脂２が無変形状態である場合、受光部８で受光される光の強度は、小さくなる。
【０１５３】
一方、例えば、図２Ｂに示されるように、光弾性ポリウレタン樹脂２の第３方向一方側（上側）から第３方向他方側（下側）に荷重が負荷されている場合、各光弾性ポリウレタン樹脂２は、荷重に応じて変形を生じる。そして、各光弾性ポリウレタン樹脂２に対して入射された光は、変形部分において複屈折を生じ、その複屈折光が、偏光板１０Ｂを通過して、受光部８で受光される。つまり、光弾性ポリウレタン樹脂２が変形状態である場合、受光部８で受光される光の強度は、大きくなる。
【０１５４】
このとき、上記の各光弾性ポリウレタン樹脂２は、光弾性定数の絶対値が互いに異なるため、上記した通り、変形状態の各光弾性ポリウレタン樹脂２を通過した光の強度（受光強度ＬＲ）の減衰の度合いは、荷重の大きさに応じて変化するが、それら光の強度と荷重との相関は、各光弾性ポリウレタン樹脂２間で互いに異なる。
【０１５５】
そのため、この検知方法では、まず、光センサ４が光弾性ポリウレタン樹脂２毎に検知した光信号の強度から、上記の相関データに基づいて、光弾性ポリウレタン樹脂２毎に、複数の推定荷重を算出する。
【０１５６】
すなわち、図３Ａおよび図３Ｂが参照されるように、光信号の強度と、荷重との相関データは、特定の波形を有するため、受光部８が特定の強度の光信号（例えば、特定の電圧値）を検知した場合には、その強度となる荷重の候補が複数選出される。
【０１５７】
より具体的には、図３Ａが参照されるように、受光部８が、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａを通過した光を、特定の光信号の強度（例えば、電圧値０．６Ｖ）として検知した場合、その光信号の強度となる推定荷重の候補は、複数選出される（例えば、５．２Ｎ、７．４Ｎ、９．５Ｎ、１２．０Ｎ、１５．１Ｎ、１６．０Ｎ、１８．３Ｎ、１９．４Ｎ）。
【０１５８】
また、図３Ｂが参照されるように、受光部８が、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂを通過した光を、特定の光信号の強度（例えば、電圧値０．８Ｖ）として検知した場合、その光信号の強度となる推定荷重の候補も、複数選出される（例えば、６．９Ｎ、１０．０Ｎ、１３．７Ｎ、１６．０Ｎ、１９．９Ｎ、２６．４Ｎ、２７．８Ｎ）。
【０１５９】
そこで、この荷重検知方法では、光弾性ポリウレタン樹脂２毎に算出された複数の推定荷重から、すべての光弾性ポリウレタン樹脂２に共通する推定荷重を、測定荷重として抽出する。
【０１６０】
例えば、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａを通過した光の強度から選出された推定荷重の候補（例えば、５．２Ｎ、７．４Ｎ、９．５Ｎ、１２．０Ｎ、１５．１Ｎ、１６．０Ｎ、１８．３Ｎ、１９．４Ｎ）と、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂを通過した光の強度から選出された推定荷重の候補（例えば、６．９Ｎ、１０．０Ｎ、１３．７Ｎ、１６．０Ｎ、１９．９Ｎ、２６．４Ｎ、２７．８Ｎ）とを対比し、共通する推定荷重（例えば、１６．０Ｎ）を、測定荷重として抽出する。
【０１６１】
つまり、この荷重検知方法では、各光弾性ポリウレタン樹脂２において選出された推定荷重のうち、すべての光弾性ポリウレタン樹脂２で共通する値を、測定荷重とする。
【０１６２】
このように、上記の感圧センサ１では、光弾性定数の絶対値が互いに異なる複数の光弾性ポリウレタン樹脂２のそれぞれを通過した光を、光センサ４により検知する。検知された光信号は、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２の光弾性定数の絶対値が互いに異なるため、光弾性ポリウレタン樹脂２毎に異なる。つまり、特定の荷重が負荷されると、検知された光信号は、光弾性ポリウレタン樹脂２毎に異なる。
【０１６３】
そのため、処理部５は、光弾性ポリウレタン樹脂２毎に異なった光信号から、測定荷重を算出することができる。
【０１６４】
その結果、１つの光弾性ポリウレタン樹脂２から検知された光信号（電圧）を積算することなく、測定荷重を算出できるので、簡易な構成により、精度よく荷重を測定することができる。
【０１６５】
とりわけ、上記の感圧センサ１では、処理部５が、光弾性ポリウレタン樹脂２に負荷された荷重と光信号の強度との相関データが格納されたメモリ部を備えている。
【０１６６】
そして、処理部５では、光弾性ポリウレタン樹脂２毎に、検知された光信号の強度から複数の推定荷重を算出し、すべての光弾性ポリウレタン樹脂２に共通する推定荷重を、測定荷重として抽出する。
【０１６７】
そのため、簡易な演算により、確実に荷重を測定することができる。
【０１６８】
また、上記の感圧センサ１では、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２が、荷重が負荷される方向に重なって配置されている。そのため、負荷される荷重が、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２に一律に作用する。その結果、確実な荷重の測定を達成することができる。
【０１６９】
なお、上記した説明では、荷重が負荷される第３方向を、鉛直方向としているが、荷重が負荷される方向は、特に制限されず、例えば、水平方向であってもよく、その他の任意の方向であってもよい。
【０１７０】
また、上記した説明では、予め測定された荷重と光信号の強度との相関データから、光弾性ポリウレタン樹脂２に負荷された荷重を算出しているが、処理部５による荷重の算出方法は、上記に限定されない。
【０１７１】
例えば、図４に示されるように、光弾性ポリウレタン樹脂２は、荷重に応じた複屈折を生じるため、偏光板を介して複屈折光を観察すれば、荷重に応じた干渉縞Ｓが発現する。そこで、光弾性ポリウレタン樹脂２に負荷された荷重と、その荷重により生じる複屈折光の干渉縞との相関データを、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２毎に取得することができる。そして、処理部５（図１参照）は、荷重が負荷されたときに生じる干渉縞Ｓを観測し、上記の相関データに基づいて、干渉縞Ｓから荷重を算出することもできる。
【０１７２】
また、上記した説明では、感圧センサ１は、光弾性ポリウレタン樹脂２を２つ備えているが、光弾性ポリウレタン樹脂２の数は、２つ以上であればよく、その数は特に制限されない。感圧センサ１は、３つ以上の光弾性ポリウレタン樹脂２を備えていてもよい。
【０１７３】
図５において、第２実施形態として、３つの光弾性ポリウレタン樹脂２を備える感圧センサ１を示す。以下、３つの光弾性ポリウレタン樹脂２を、それぞれ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｃと称して区別する。
【０１７４】
図５に示す第２実施形態では、第３方向他方側（下側）から第３方向一方側（上側）に向けて、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｃ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ａが、順次積層されている。
【０１７５】
このような第２実施形態では、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｃのそれぞれについて、負荷荷重と光信号の強度との相関データが取得され、処理部５のメモリ部に格納される。
【０１７６】
そして、ポリウレタン積層体３に荷重が負荷された場合には、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｂおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｃのそれぞれにおいて、光信号の強度に基づく荷重の候補が選出される。
【０１７７】
その後、各光弾性ポリウレタン樹脂２において選出された推定荷重のうち、すべての光弾性ポリウレタン樹脂２で共通する値を、推定荷重とする。
【０１７８】
なお、上記の感圧センサ１は、光弾性ポリウレタン樹脂２を多く備えるほど、より精密に屈曲方向を検知することができる。そのため、感圧センサ１における光弾性ポリウレタン樹脂２の数は、３つ以上であることが好ましい。一方、光弾性ポリウレタン樹脂２を多く備えるほど、生産効率およびコスト性が低下するため、感圧センサ１における光弾性ポリウレタン樹脂２の数は、通常、１０つ以下、好ましくは、５つ以下、より好ましくは、４つ以下、とりわけ好ましくは、３つである。
【０１７９】
また、上記した説明では、各光弾性ポリウレタン樹脂２は、平面視略矩形のシート状に形成されているが、光弾性ポリウレタン樹脂２の形状は、特に制限されず、測定対象に応じて、種々変更することができる。
【０１８０】
例えば、光弾性ポリウレタン樹脂２に対する荷重が不均一となり、光センサ４の光が通過する光路に対して、適切に荷重を負荷できない可能性がある場合には、図６に第３実施形態として示すように、光弾性ポリウレタン樹脂２を、第３方向一方側に向けて突出させることができる。
【０１８１】
この第３実施形態では、荷重が負荷される方向（第３方向）における最上層の光弾性ポリウレタン樹脂２Ａの、光センサ４の光が通過する光路と重なる部分が、荷重が負荷される方向（第３方向上側から下側）とは反対方向（第３方向下側から上側）に向けて、突出している。
【０１８２】
なお、突出する部分は、光弾性ポリウレタン樹脂２において、光センサ４の光が通過する光路と重なる部分の全部であってもよく、一部であってもよい。例えば、図６では、光弾性ポリウレタン樹脂２Ａの幅方向（第２方向）中央部分が最も第３方向一方側へ隆起し、幅方向（第２方向）両端部およびその近傍が隆起しない形状に、形成されている。
【０１８３】
このような感圧センサ１では、光弾性ポリウレタン樹脂２の光路と重なる部分が、荷重が負荷される方向と反対方向に突出している。そのため、測定対象は、突出する部分と最初に接触することができる。そうすると、光弾性ポリウレタン樹脂２の光路と重なる部分に、適切に荷重を負荷することができる。その結果、より精度のよい荷重を測定を達成することができる。
【０１８４】
また、図５に示す第２実施形態においても、上記と同様に、光弾性ポリウレタン樹脂２を第３方向一方側に向けて突出させることができる（図５仮想線参照）。
【０１８５】
また、上記の説明では、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２は、荷重が負荷される第３方向に沿って積層配置されているが、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２の配置は、上記に限定されない。
【０１８６】
より具体的には、例えば、図７において第４実施形態として示すように、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２を、荷重が負荷される第３方向と交差する方向に沿って並ぶように配置することもできる。
【０１８７】
図７において、第４実施形態として、３つの光弾性ポリウレタン樹脂２が、荷重が負荷される第３方向と直交する第２方向に沿って、並列配置されている感圧センサ１を示す。以下、３つの光弾性ポリウレタン樹脂２を、それぞれ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｄ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｅおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｆと称して区別する。
【０１８８】
図７に示す第４実施形態では、第２方向一方側から第２方向他方側に向けて、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｄ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｅおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｆが、順次並列されている。
【０１８９】
このような第４実施形態では、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｄ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｅおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｆのそれぞれについて、負荷荷重と光信号の強度との相関データが取得され、処理部５のメモリ部に格納される。
【０１９０】
そして、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｄ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｅおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｆのそれぞれについて、一様に荷重が負荷された場合には、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｄ、光弾性ポリウレタン樹脂２Ｅおよび光弾性ポリウレタン樹脂２Ｆのそれぞれにおいて、光信号の強度に基づく荷重の候補が選出される。
【０１９１】
その後、各光弾性ポリウレタン樹脂２において選出された推定荷重のうち、すべての光弾性ポリウレタン樹脂２で共通する値を、推定荷重とする。
【０１９２】
このような感圧センサ１では、すべての光弾性ポリウレタン樹脂２に一様に荷重が付加される必要はあるが、複数の光弾性ポリウレタン樹脂２が、荷重が負荷される方向と交差する方向に並んで配置されているため、感圧センサ１の薄型化を図ることができる。
【０１９３】
また、図７に示す第４実施形態においても、上記と同様に、光弾性ポリウレタン樹脂２を第３方向一方側に向けて突出させることができる（図７仮想線参照）。
【０１９４】
なお、上記の感圧センサ１では、光弾性ポリウレタン樹脂２の複屈折により生じた光を光センサ４の偏光板１０により抽出し、その光信号と荷重との相関データから、荷重を算出しているが、例えば、偏光板１０を用いることなく、複屈折による光強度の減衰と、荷重との相関データから、荷重を算出してもよい。
【０１９５】
また、上記の感圧センサ１は、光弾性ポリウレタン樹脂２の第１方向一方側から光が照射され、第１方向他方側から光が射出される透過型センサであるが、例えば、光弾性ポリウレタン樹脂２の第１方向一方側から光が照射され、第１方向他方側において光が再帰性反射材により反射され、光弾性ポリウレタン樹脂２の第１方向一方側から光が射出される反射型センサであってもよい。
【０１９６】
そして、このような感圧センサ１は、簡易な構成により、精度よく荷重を測定することができる。そのため、各種産業分野において、ロボット、機器などの感圧部材として、好適に用いることができる。
【実施例】
【０１９７】
次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。
【０１９８】
製造例１＜光弾性ポリウレタン樹脂Ａ＞
ガラス製フラスコに、ＰＴＧ−１０００（ポリテトラメチレンエーテルグリコール、水酸基価１１１．５ｍｇＫＯＨ／ｇ、保土谷化学社製）１００質量部を仕込み、減圧下、１２０℃で２時間乾燥し、温度を８０℃に下げ、窒素で常圧に戻した。次いで、撹拌しながら、ＴＭＰ（トリメチロールプロパン）１．０質量部を加え、温度を７０℃に調整した。次いで、７０℃で溶解したＭＤＩ−ＰＨ（４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、三井化学社製）２０．２質量部（イソシアネートインデックス１０５）を投入し、撹拌混合した。
【０１９９】
その後、減圧下で３０秒間脱泡し、窒素で常圧に戻した後、フラスコから取り出し、ポリウレタン組成物を得た。
【０２００】
次いで、得られたポリウレタン組成物を、２ｍｍ厚シート型に流し込み、７０℃で１８時間硬化させることにより、シート状の光弾性ポリウレタン樹脂を得た。
【０２０１】
製造例２＜光弾性ポリウレタン樹脂Ｂ＞
ガラス製フラスコに、ＰＴＧ−１０００（ポリテトラメチレンエーテルグリコール、水酸基価１１１．５ｍｇＫＯＨ／ｇ、保土谷化学社製）１００質量部を仕込み、減圧下、１２０℃で２時間乾燥し、温度を８０℃に下げ、窒素で常圧に戻した。次いで、撹拌しながら、ＴＯＤＩ（３，３′−ジメチルビフェニル−４，４′−ジイソシアネート、日本曹達社製）９．２質量部（イソシアネートインデックス３５）を投入した。次いで、撹拌しながら、ＴＭＰ（トリメチロールプロパン）１．０質量部を加え、温度を７０℃に調整した。次いで、７０℃で溶解したＭＤＩ−ＰＨ（４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、三井化学社製）２０．２質量部（イソシアネートインデックス１０５）を投入し、撹拌混合した。
【０２０２】
その後、減圧下で３０秒間脱泡し、窒素で常圧に戻した後、フラスコから取り出し、ポリウレタン組成物を得た。
【０２０３】
次いで、得られたポリウレタン組成物を、２ｍｍ厚シート型に流し込み、７０℃で１８時間硬化させることにより、シート状の光弾性ポリウレタン樹脂を得た。
【０２０４】
＜光弾性ポリウレタン樹脂の物性評価＞
（１）光弾性定数およびヤング率
「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌７３、２５３−２５８（２００７）」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定し、光弾性ポリウレタン樹脂の２５℃における歪み光学定数およびヤング率を得るとともに、それらから２５℃における光弾性定数を算出した。上記測定には、波長６３０ｎｍのレーザー光を使用した。光弾性定数およびヤング率を表１に示す。
【０２０５】
（２）動的粘弾性
光弾性ポリウレタン樹脂を、動的粘弾性測定装置（ＶＥＳ−Ｆ−ＩＩＩ、ＶＩＳＣＯ−ＥＬＡＳＴＩＣＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ、岩本製作所社製）を用いて、昇温速度５℃／分、振動数１０Ｈｚ、振幅±０．０１ｍｍの温度分散モードにて測定し、貯蔵伸長弾性率（Ｅ’）、損失伸長弾性率（Ｅ’’）および損失正接（ｔａｎδ）を求めるとともに、得られたデータの損失正接（ｔａｎδ）のピーク値の温度を、ガラス転移温度（Ｔｇ）とした。貯蔵伸長弾性率（Ｅ’）、損失伸長弾性率（Ｅ’’）、損失正接（ｔａｎδ）およびガラス転移温度（Ｔｇ）を表１に示す。
【０２０６】
【表１】
2020165751.tif 000003
【０２０７】
実施例１＜感圧センサ＞
製造例１および製造例２で得られた光弾性ポリウレタン樹脂を用いて、図１に示すように、感圧センサを作製した。
【０２０８】
すなわち、光弾性ポリウレタン樹脂Ａと光弾性ポリウレタン樹脂Ｂとを積層した。
【０２０９】
また、各光弾性ポリウレタン樹脂の両端を裁断して平滑化して、それぞれの一方側端部に、光源および光ファイバーＵ−４９（商品名、キーエンス製）を接着剤で固定した。これにより、各光弾性ポリウレタン樹脂に光を入射可能とした。また、各光弾性ポリウレタン樹脂の他方側端部には、光弾性ポリウレタン樹脂を通過した光を検出するために、フォトダイオードを備えたアンプＦＳ−Ｎ１１ＭＮ（商品名、キーエンス製）を、反射板を介して接続した。そして、アンプから出力される電圧値を、データロガーＮＲ−６００（商品名、キーエンス製）にて記録した。
【０２１０】
＜＜荷重−電圧グラフ＞＞
上記の感圧センサと同様にして、光源およびフォトダイオードを、単独の各光弾性ポリウレタン樹脂に対して接続した。
【０２１１】
そして、各光弾性ポリウレタン樹脂にフォースゲージを用いて荷重を徐々に加え、荷重に応じた電圧値を観測し、グラフ化した。光弾性ポリウレタン樹脂Ａの荷重−電圧グラフを、図３Ａに示す。また、光弾性ポリウレタン樹脂Ｂの荷重−電圧グラフを、図３Ｂに示す。
【０２１２】
そして、光弾性ポリウレタン樹脂Ａおよび光弾性ポリウレタン樹脂Ｂを積層した感圧センサに対して、質量未知の荷重を負荷したところ、光弾性ポリウレタン樹脂Ａを通過した光は０．６Ｖの出力値を示し、光弾性ポリウレタン樹脂Ｂを通過した光は０．８Ｖの出力値を示した。
【０２１３】
次いで、各出力値と、上記の荷重−電圧グラフとを対比した。
【０２１４】
図３Ａに示される光弾性ポリウレタン樹脂Ａの荷重−電圧グラフを参照すると、光弾性ポリウレタン樹脂Ａを通過した光が電圧値０．６Ｖを示す場合、荷重の候補は、５．２Ｎ、７．４Ｎ、９．５Ｎ、１２．０Ｎ、１５．１Ｎ、１６．０Ｎ、１８．３Ｎ、１９．４Ｎである。
【０２１５】
一方、図３Ｂに示される光弾性ポリウレタン樹脂Ｂの荷重−電圧グラフを参照すると、光弾性ポリウレタン樹脂Ｂを通過した光が電圧値０．８Ｖを示す場合、荷重の候補は、６．９Ｎ、１０．０Ｎ、１３．７Ｎ、１６．０Ｎ、１９．９Ｎ、２６．４Ｎ、２７．８Ｎである。
【０２１６】
これらの荷重の候補のうち、共通する推定荷重は、１６．０Ｎであった。
【０２１７】
そのため、感圧センサに対して負荷され荷重は、１６．０Ｎであると推測された。
【０２１８】
なお、実際に感圧センサに対して負荷された荷重を、市販の測定器で測定したところ、１６．０Ｎであった。
【符号の説明】
【０２１９】
１      感圧センサ
２      光弾性ポリウレタン樹脂
３      カバー部材
４      光センサ
５      処理部
６      制御部
７      発光部
８      受光部
【図１】
2020165751.tif 000004
【図２】
2020165751.tif 000005
【図３】
2020165751.tif 000006
【図４】
2020165751.tif 000007
【図５】
2020165751.tif 000008
【図６】
2020165751.tif 000009
【図７】
2020165751.tif 000010