(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有し、曲げ変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ本体と、
該センサ本体に接続され、該電気抵抗に関連する電気量を出力する、少なくとも二つの電極と、
該センサ本体の一面に積層され、該一面の弾性変形を拘束する拘束板と、
を備える抵抗増加型センサであって、
二つの前記電極が並ぶ方向を並置方向、該並置方向に直交する方向を直交方向として、
前記センサ本体は、該並置方向に延在し該直交方向に並ぶ複数の検出部を有し、
該センサ本体の少なくとも前記母材には、該センサ本体が曲げ変形する際に、複数の前記導電性フィラーが連なって形成される導電パスを切断するように、予めクラックが形成されており、
前記クラックは、前記センサ本体の前駆体をクラック形成用金型の型面に沿って変形させることにより、形成されることを特徴とする抵抗増加型センサ。
【請求項２】
複数の前記検出部は、隣り合う二つの前記電極間において、互いに電気的に並列に接続される請求項１に記載の抵抗増加型センサ。
【請求項３】
複数の前記検出部は、隣り合う二つの前記電極間において、互いに電気的に直列に接続される請求項１に記載の抵抗増加型センサ。
【請求項４】
さらに、前記センサ本体の前記一面に背向する他面を覆い、弾性変形可能なカバーフィルムを備え、
前記母材は樹脂であり、
前記導電性フィラーは、該センサ本体の体積を１００体積％として、該母材中に３０体積％以上の充填率で充填されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の抵抗増加型センサ。
【請求項５】
前記センサ本体には、予め歪みが入力されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の抵抗増加型センサ。
【請求項６】
前記検出部は、５個以上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抵抗増加型センサ。
【請求項７】
樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有し、曲げ変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ本体と、
該センサ本体に接続され、該電気抵抗に関連する電気量を出力する、少なくとも二つの電極と、
該センサ本体の一面に積層され、該一面の弾性変形を拘束する拘束板と、
を備える抵抗増加型センサの製造方法であって、
二つの前記電極が並ぶ方向を並置方向、該並置方向に直交する方向を直交方向として、
前記センサ本体は、該並置方向に延在し該直交方向に並ぶ複数の検出部を有し、
前記センサ本体の前駆体をクラック形成用金型の型面に沿って変形させることにより、該センサ本体が曲げ変形する際に複数の該導電性フィラーが連なって形成される導電パスを切断するように、該センサ本体にクラックを形成するクラック形成工程を有することを特徴とする抵抗増加型センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の曲げ変形を検出可能な抵抗増加型センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、測定対象物に加わる荷重を検出可能な抵抗増加型センサが開示されている。図１６に、同文献記載の抵抗増加型センサの正面図を示す。図１６に示すように、抵抗増加型センサ１００は、拘束板１０１と、センサ本体１０２と、二つの電極１０３ａ、１０３ｂと、二つの配線１０４ａ、１０４ｂと、コネクタ１０５とを備えている。拘束板１０１は、測定対象物（図略）に固定されている。
【０００３】
センサ本体１０２は、エラストマーと、多数の導電性フィラーとを有している。多数の導電性フィラーは、エラストマーに充填されている。無変形状態（変形していない状態）においては、多数の導電性フィラーが連なることにより、センサ本体１０２に多数の三次元的な導電パスが形成されている。変形状態（無変形状態に対して変形している状態）においては、導電性フィラーが動いてしまう。このため、導電パスが途切れやすくなる。したがって、センサ本体１０２の電気抵抗が増加する。
【０００４】
荷重により測定対象物が曲げ変形すると、センサ本体１０２も曲げ変形する。このため、センサ本体１０２の電気抵抗は増加する。センサ本体１０２の電気抵抗は、電極１０３ａ、１０３ｂ、配線１０４ａ、１０４ｂ、コネクタ１０５を経由して、演算装置（図略）に伝送される。演算装置は、当該電気抵抗の増加から、測定対象物に加わる荷重を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７０３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、同文献記載の抵抗増加型センサ１００によると、検出される電気抵抗のばらつきが大きかった。すなわち、測定対象物に加わる荷重が等しい場合であっても、検出される電気抵抗がばらつきやすかった。本発明の抵抗増加型センサおよびその製造方法は、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、電気抵抗のばらつきが小さい抵抗増加型センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本発明の抵抗増加型センサは、樹脂またはエラストマーからなる母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有し、曲げ変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するセンサ本体と、該センサ本体に接続され、該電気抵抗に関連する電気量を出力する、少なくとも二つの電極と、該センサ本体の一面に積層され、該一面の弾性変形を拘束する拘束板と、を備える抵抗増加型センサであって、二つの前記電極が並ぶ方向を並置方向、該並置方向に直交する方向を直交方向として、前記センサ本体は、該並置方向に延在し該直交方向に並ぶ複数の検出部を有することを特徴とする。
【０００８】
無変形状態（変形していない状態）においては、多数の導電性フィラーが連なることにより、センサ本体に多数の三次元的な導電パスが形成されている。変形状態（無変形状態に対して変形している状態）においては、導電性フィラーが動いてしまう。このため、導電パスが途切れやすくなる。したがって、無変形状態に対して、センサ本体の電気抵抗が増加する。
【０００９】
本発明の抵抗増加型センサは、拘束板を備えている。拘束板は、センサ本体の一面の、自由な弾性変形を規制している。このため、変形状態においては、センサ本体に曲げ変形が誘起される。特に、センサ本体の厚さが小さい場合には、センサ本体の圧縮変形を、ほとんど無視することができる。このため、センサ本体の弾性変形は、曲げ変形が支配的となる。
【００１０】
また、センサ本体の母材は、樹脂製またはエラストマー製である。このため、本発明の抵抗増加型センサは、加工性に優れている。また、本発明の抵抗増加型センサは、形状設計の自由度が高い。よって、測定対象物の形状が複雑な場合であっても、本発明の抵抗増加型センサを配置することができる。
【００１１】
また、センサ本体は、複数の検出部を備えている。複数の検出部は、各々、並置方向に延在している。複数の検出部は、互いに直交方向に並んでいる。このため、本発明の抵抗増加型センサによると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ（図１６参照）と比較して、検出部の総面積が等しい場合、電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
【００１２】
（１−１）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、球状であって、前記母材中に略単粒子状態でかつ高充填率で充填される構成とする方がよい。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を１００質量％とした場合の５０質量％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、「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。また、「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、部分ごとに半径の異なる球状、水滴形状などが含まれる。本構成によると、無変形状態から変形状態に切り替わる際、導電パスが途切れやすい。このため、抵抗増加型センサの感度を向上させることができる。
【００１３】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、複数の前記検出部は、隣り合う二つの前記電極間において、互いに電気的に並列に接続される構成とする方がよい。並列接続の場合、検出部（１、２、・・・、ｎ）の電気抵抗を、Ｒ１、Ｒ２、・・・、Ｒｎ、合成電気抵抗をＲとすると、１／Ｒ＝１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋・・・＋１／Ｒｎとなる。このため、仮に、任意の検出部の電気抵抗がばらついても、センサ本体全体としては、ばらつきを緩和することができる。したがって、合成電気抵抗Ｒのばらつきを小さくすることができる。また、本構成によると、複数の検出部が並列接続されているため、検出部の配置数を増やしても、合成電気抵抗Ｒが増加しにくい。
【００１４】
（３）好ましくは、上記（１）の構成において、複数の前記検出部は、隣り合う二つの前記電極間において、互いに電気的に直列に接続される構成とする方がよい。直列接続の場合、検出部（１、２、・・・、ｎ）の電気抵抗を、Ｒ１、Ｒ２、・・・、Ｒｎ、合成電気抵抗をＲとすると、Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋・・・＋Ｒｎとなる。このため、仮に、任意の検出部の電気抵抗がばらついても、センサ本体全体としては、ばらつきを緩和することができる。したがって、合成電気抵抗Ｒのばらつきを小さくすることができる。また、本構成によると、複数の検出部が、一筆書きのように、直列に連なっている。このため、検出部の配置数を増やしても、センサ本体と電極との接続部分の構成を変える必要がない。
【００１５】
（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、さらに、前記センサ本体の前記一面に背向する他面を覆い、弾性変形可能なカバーフィルムを備え、前記母材は樹脂であり、前記導電性フィラーは、該センサ本体の体積を１００体積％として、該母材中に３０体積％以上の充填率で充填され、該センサ本体には、該センサ本体が曲げ変形する際に、複数の該導電性フィラーが連なって形成される導電パスを切断するように、予めクラックが形成されている構成とする方がよい。
【００１６】
本構成によると、導電性フィラーは、母材中に３０体積％以上の充填率で充填されている。すなわち、センサ本体には大量の導電性フィラーが配合されている。このため、センサ本体は、無変形状態で高い導電性を有している。
【００１７】
また、センサ本体には、予めクラックが形成されている。クラックは、センサ本体が曲げ変形する際に導電パスを切断する方向に、形成されている。図１（ａ）に、無変形状態のセンサ本体のクラック近傍を拡大した模式図を示す。図１（ｂ）に、変形状態のセンサ本体のクラック近傍を拡大した模式図を示す。ただし、図１（ａ）、（ｂ）は、本構成の抵抗増加型センサを説明するための模式図である。図１（ａ）、（ｂ）は、例えば、クラックの形状、クラックの延在方向、導電性フィラーの形状、導電パスの形状、導電パスの延在方向など、本構成を何等限定するものではない。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、センサ本体８００は、母材８０１と導電性フィラー８０２とクラック８０３とを有している。無変形状態においては、センサ本体８００には、導電性フィラー８０２同士の接触により、導電パスｐが形成されている。クラック８０３は、図中、左右方向（曲げ変形時の伸張方向）と交差する方向に形成されている。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、変形状態においては、センサ本体８００が左右方向に伸張される。このため、クラック８０３が開口する。したがって、導電性フィラー８０２同士の接触が絶たれ、導電パスｐが切断される。その結果、センサ本体８００の電気抵抗が増加する。
【００２０】
このように、本構成によると、センサ本体に歪みが入力されると、母材の弾性変形を待たずに、主にクラックの開口により、導電パスが切断される（ただし、本構成の抵抗増加型センサは、母材の弾性変形により導電パスが切断される場合を除外するものではない。）。したがって、応答遅れが生じにくい。
【００２１】
また、主にクラックの開口により導電パスが切断されるため、母材の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、小さな歪みについても精度良く検出することができる。
【００２２】
また、母材の弾性変形の速度は、雰囲気温度に影響される。この点、本構成の抵抗増加型センサの導電パスは、主にクラックの開口により切断される。このため、母材の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、雰囲気温度に対する応答速度の依存性が小さい。
【００２３】
また、センサ本体は、カバーフィルムにより被覆されている。このため、センサ本体の劣化が抑制される。また、カバーフィルムは弾性変形可能である。よって、変形状態から無変形状態に切り替わる際、カバーフィルムの弾性復元力に助けられて、センサ本体が元の形状に復元しやすくなる。また、開いたクラックも元の状態に戻りやすくなる。
【００２４】
また、センサ本体と拘束板とは積層されている。拘束板の厚さを調整すると、曲げ変形時におけるセンサ本体の歪み量を調整することができる。このため、抵抗増加型センサの感度を調整することができる。
【００２５】
また、センサ本体には、製造時に予めクラックが形成されている。このため、曲げ変形時に新たなクラックが形成されにくい。したがって、抵抗増加型センサの感度が変化しにくい。
【００２６】
（４−１）好ましくは、上記（４）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方がよい。
【００２７】
導電性フィラーの粒子径が小さいと、母材に対する補強効果が大きくなる。このため、クラックが形成されにくい。また、センサ本体の破断歪み（センサ本体にクラックが発生する際の歪み）が大きくなるため、電気抵抗の増加が、クラックの開口よりも、センサ本体の弾性変形に依存しやすくなる。また、拘束板に塗料を塗布してセンサ本体を配置する場合、センサ本体製造時に、母材と導電性フィラーとを含むセンサ材料を塗料化しにくい。このような観点から、導電性フィラーの平均粒子径を、０．０５μｍ以上とすることが望ましい。こうすると、導電性フィラーの界面に沿って、クラックが形成されやすくなる。また、導電性フィラーの界面でクラックが開口しやすくなり、センサ本体の破断歪みを小さくすることができる。導電性フィラーの平均粒子径を、０．５μｍ以上、さらには１μｍ以上とするとより好適である。
【００２８】
一方、導電性フィラーの平均粒子径が１００μｍを超えると、無変形状態における導電パスの数が少なくなると共に、曲げ変形に対して導電性フィラーの接触状態が変化しにくくなり、電気抵抗の変化が緩慢となる。また、センサ本体の厚さ、つまり検出部の厚さを小さくしにくくなる。このため、クラックの密度を大きくしにくくなる。導電性フィラーの平均粒子径を、３０μｍ以下、さらには１０μｍ以下とするとより好適である。なお、平均粒子径としては、導電性フィラーの累積粒度曲線において積算重量が５０％となる粒子径（Ｄ５０）を採用する。
【００２９】
（４−２）好ましくは、上記（４）の構成において、前記導電性フィラーは、球状カーボンである構成とする方がよい。導電性フィラーの形状を球状とすることにより、導電性フィラーを、母材中に、最密充填に近い状態で配合することができる。これにより、三次元的な導電パスが形成されやすくなり、所望の導電性が発現しやすくなる。また、センサ本体の弾性変形に対して、導電性フィラーの接触状態が変化しやすい。このため、電気抵抗の変化が大きい。また、球状カーボンとしては、表面の官能基が少ないものが望ましい。表面の官能基が少ないと、母材との界面で破壊が生じやすく、センサ本体にクラックが形成されやすい。
【００３０】
（４−３）好ましくは、上記（４）の構成において、前記センサ本体において、前記並置方向に連なる長さ２ｍｍ以下の単位区間を複数区画した場合に、前記クラックは、該単位区間内に、少なくとも一つ形成されている構成とする方がよい。
【００３１】
前述したように、抵抗増加型センサの感度は、センサ本体に形成されたクラックの密度（二つの電極の配置方向における単位長さあたりのクラック本数）に依存する。単位区間の長さを２ｍｍ以下としたのは、２ｍｍを超えると、クラックの密度が小さくなり、抵抗増加型センサの感度が低下するからである。言い換えると、所望の感度を実現しにくくなるからである。より好ましくは、単位区間の長さを１ｍｍ以下とする方がよい。こうすると、さらに抵抗増加型センサの感度が向上する。
【００３２】
（５）好ましくは、上記（４）の構成において、前記クラックは、前記センサ本体の前駆体をクラック形成用金型の型面に沿って変形させることにより、形成される構成とする方がよい。ここで、「センサ本体の前駆体」とは、完成してセンサ本体になるものをいう。例えば、センサ本体を印刷法により形成する場合は、塗膜をいう。
【００３３】
電気抵抗のばらつきは、クラックの密度に依存する。すなわち、クラックの密度が大きいほど、センサ本体の変形の軌跡が安定する。このため、電気抵抗のばらつきが小さくなる。また、抵抗増加型センサの感度も、クラックの密度に依存する。すなわち、クラックの密度が大きいほど、抵抗増加型センサの感度が向上する。
【００３４】
本構成によると、クラックは、クラック形成用金型の型面に沿ってセンサ本体を変形させることにより、形成される。図２に、クラック形成前の検出部の断面図を示す。図３に、クラック形成後の検出部の断面図を示す。ただし、図２、図３は、本構成の抵抗増加型センサを説明するための模式図である。図２、図３は、例えば、検出部、拘束板の形状、クラック形成用金型の形状、型面の形状など、本構成を何等限定するものではない。
【００３５】
図２に示すように、検出部７０は、拘束板７１の上面に積層されている。検出部７０、拘束板７１は、共に左右方向に延在する平板状を呈している。図３に示すように、クラック形成用金型７２の型面（外周面）７２０は、上方に膨らむ曲面状を呈している。拘束板７１の下面７１０を型面７２０に押し当てることにより、検出部７０にクラックが形成される。
【００３６】
ここで、隣り合うクラック間の距離をＬ、検出部の厚さをｄ、検出部の直交方向幅をｂ、検出部の圧縮破壊応力をσＥｂとすると、クラックを形成するのに必要な面圧（型面７２０に下面７１０を押し当てる際の面圧）Ｐは、以下の式（１）で表される。
【数１】
0005622471.tif 000002
【００３７】
面圧Ｐが圧縮破壊応力σＥｂを超えると、クラックが形成される前に、圧縮破壊が生じてしまう。このため、面圧Ｐ≦圧縮破壊応力σＥｂとなる。クラックの密度を大きくするためには、隣り合うクラック間の距離Ｌを、できるだけ小さくする必要がある。距離Ｌを最小にするためには、圧縮破壊応力σＥｂを超えない範囲で、できるだけ大きな面圧Ｐで型面７２０に拘束板７１を押し当てる必要がある。式（１）にＰの最大値Ｐｍａｘ＝σＥｂを代入すると、距離Ｌの最小値Ｌｍｉｎは、以下の式（２）で表される。
【数２】
0005622471.tif 000003
【００３８】
式（２）から、距離Ｌの最小値Ｌｍｉｎは、検出部７０の厚さｄと、検出部の直交方向幅ｂとにより決まることが判る。
【００３９】
このように、クラックの密度を大きくするには、（Ａ）検出部７０の厚さを小さくする、（Ｂ）検出部７０の直交方向幅を小さくする、という手段がある。また、（Ｃ）クラック形成用金型７２の型面７２０の曲率半径を小さくする、（Ｄ）拘束板７１の厚さを小さくする、という手段がある。
【００４０】
この点、本発明の抵抗増加型センサによると、センサ本体が複数の検出部を備えている。複数の検出部は、各々、並置方向に延在している。複数の検出部は、互いに直交方向に並んでいる。このため、本構成によると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ（図１６参照）と比較して、検出部の総面積が等しい場合、検出部の直交方向幅を小さくすることができる（上記（Ｂ）の手段に対応）。したがって、クラックの密度を大きくすることができる。すなわち、電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、抵抗増加型センサの感度を向上させることができる。
【００４１】
（６）好ましくは、上記（４）または（５）の構成において、前記センサ本体には、予め歪みが入力されている構成とする方がよい。
【００４２】
センサ本体を曲げると、曲げ変形の初期段階においては弾性領域が、その後の段階においては破断歪み以上の領域が、発現する。
【００４３】
図４に、センサ本体の歪み量と電気抵抗との関係を表す模式グラフを示す。ただし、図４は、本構成を何等限定するものではない。図４に示すように、センサ本体を曲げるのに従って、歪み量は大きくなる。歪み量が大きくなると、電気抵抗も大きくなる。
【００４４】
ここで、図中、矢印Ｙ１で示すように、曲げ変形の初期段階においては、歪み量に対して電気抵抗が、略二次曲線的に上昇する。このため、図中、点Ｘ１で示すように、曲げ変形当初の、歪み量に対する電気抵抗の応答性が、低くなる。なお、矢印Ｙ１で示す領域は、センサ本体の弾性領域と推定される。
【００４５】
また、図中、矢印Ｙ２で示すように、曲げ変形の初期段階経過後の段階においては、歪み量に対して電気抵抗が、略線形的に上昇する。また、図中、点Ｘ２で示すように、点Ｘ１と比較して、歪み量に対する電気抵抗の応答性が、高くなる。なお、矢印Ｙ２で示す領域は、センサ本体の弾性領域を超えた、破断歪み以上の領域であると推定される。
【００４６】
よって、曲げ変形の検出領域としてセンサ本体の弾性領域だけを利用する場合と比較して、センサ本体の破断歪み以上の領域を利用する場合（破断歪み以上の領域だけを利用する場合、および弾性領域と破断歪み以上の領域とを併用する場合を含む）の方が、同じ歪み量が入力された場合の電気抵抗の変化が大きくなる。このため、抵抗増加型センサの感度が向上する。また、歪み量に対して電気抵抗が略線形的に上昇するため、電気抵抗から歪み量を算出しやすくなる。
【００４７】
この点、本構成によると、センサ本体に予め歪みが入力されている。このため、センサ本体の曲げ変形時の総歪み量は、予め入力されている歪み量と、曲げ変形に伴う歪み量と、の和になる。つまり、センサ本体の総歪み量は、曲げ変形に伴う歪み量のみの場合と比較して、大きくなる。これにより、検出領域として、センサ本体の破断歪み以上の領域を用いやすくなる。すなわち、検出領域を、歪み量と電気抵抗との関係が線形な領域へ、ずらしやすくなる（歪みオフセット）。したがって、本構成によると、抵抗増加型センサの感度が向上する。また、電気抵抗から、歪み量、延いては曲げ変形時のセンサ本体の形状などを、算出しやすくなる。
【００４８】
（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記検出部は、５個以上配置されている構成とする方がよい。後述する実施例からも明らかなように、検出部を５個以上配置すると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ（図１６参照）と比較して、電気抵抗の変動係数（＝標準偏差／平均値）を、１／２以下にまで下げることができる。
【００４９】
また、検出部を１０個以上配置すると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ（図１６参照）と比較して、電気抵抗の変動係数を、１／３以下にまで下げることができる。さらに、検出部を２０個以上配置すると、単一の検出部を有する抵抗増加型センサ（図１６参照）と比較して、電気抵抗の変動係数を、１／４以下にまで下げることができる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によると、電気抵抗のばらつきが小さい抵抗増加型センサおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は、無変形状態のセンサ本体におけるクラックの近傍を拡大した模式図である。（ｂ）は、変形状態のセンサ本体におけるクラックの近傍を拡大した模式図である。
【図２】クラック形成前の検出部の断面図である。
【図３】クラック形成後の検出部の断面図である。
【図４】センサ本体の歪み量と電気抵抗との関係を表す模式グラフである。
【図５】第一実施形態の抵抗増加型センサの正面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】図６の円ＶＩＩ内の拡大図である。
【図８】衝突物の衝突前における、抵抗増加型センサの下方から見た断面図である。
【図９】衝突物の衝突後における、抵抗増加型センサの下方から見た断面図である。
【図１０】第二実施形態の抵抗増加型センサの正面図である。
【図１１】第三実施形態の抵抗増加型センサの製造方法の曲げ硬化工程の前半の模式図である。
【図１２】同工程の後半の模式図である。
【図１３】検出部を並列接続した場合の条数と電気抵抗比との関係を示すグラフである。
【図１４】検出部を直列接続した場合の条数と電気抵抗比との関係を示すグラフである。
【図１５】検出部を並列接続した場合と直列接続した場合との条数と変動係数との関係を示すグラフである。
【図１６】従来の抵抗増加型センサの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の抵抗増加型センサおよびその製造方法の実施の形態について説明する。
【００５３】
＜第一実施形態＞
［抵抗増加型センサの構成］
まず、本実施形態の抵抗増加型センサの構成について説明する。図５に、本実施形態の抵抗増加型センサの正面図を示す。説明の便宜上、カバーフィルム２５を除去して示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。図５、図６に示すように、抵抗増加型センサ１は、拘束板２０と、センサ本体２１と、電極２２ａ、２２ｂと、配線２３ａ、２３ｂと、コネクタ２４と、カバーフィルム２５と、を備えている。
【００５４】
拘束板２０は、ポリイミド（ＰＩ）製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。左右方向は、本発明の並置方向に相当する。拘束板２０の板厚は約３００μｍである。拘束板２０の左下端には、コネクタ２４が配置されている。拘束板２０は、バンパカバー（図略）に固定されている。
【００５５】
センサ本体２１は、五つの検出部２１０〜２１４を備えている。検出部２１０〜２１４は、各々、左右方向に延びる帯状を呈している。検出部２１０〜２１４は、上下方向に並置されている。上下方向は、本発明の直交方向に相当する。検出部２１０〜２１４の厚さは、各々、約１００μｍである。検出部２１０〜２１４は、拘束板２０の表面（後面）に固定されている。センサ本体２１の「前面」は、本発明のセンサ本体の「一面」に対応する。センサ本体２１の「後面」は、本発明のセンサ本体の「他面」に対応する。
【００５６】
センサ本体２１は、エポキシ樹脂と、多数のカーボンビーズとを備えている。エポキシ樹脂は、本発明の母材に含まれる。カーボンビーズは、本発明の導電性フィラーに含まれる。多数のカーボンビーズは、エポキシ樹脂に充填されている。カーボンビーズの充填率は、センサ本体２１の体積を１００体積％とした場合の約４５体積％である。
【００５７】
図７に、図６の円ＶＩＩ内の拡大図を示す。図７に模式的に示すように、センサ本体２１には、予め多数のクラックＣ１が形成されている。クラックＣ１は、並置方向と交差する方向、すなわち、センサ本体２１の厚さ方向（前後方向）に延びるように配置されている。クラックＣ１は、センサ本体２１の左右方向に連なる長さ２ｍｍの単位区間Ｕ１内に、約２個ずつ形成されている。
【００５８】
図５、図６に戻って、電極２２ａ、２２ｂは、各々、上下方向に延びる短冊状を呈している。電極２２ａ、２２ｂは、各々、拘束板２０とセンサ本体２１との間に介装されている。電極２２ａは、センサ本体２１の左端に接続されている。電極２２ｂは、センサ本体２１の右端に接続されている。言い換えると、五つの検出部２１０〜２１４は、左右一対の電極２２ａ、２２ｂ間に架設されている。配線２３ａは、電極２２ａとコネクタ２４とを接続している。配線２３ｂは、電極２２ｂとコネクタ２４とを接続している。コネクタ２４には、演算装置（図略）が接続されている。
【００５９】
カバーフィルム２５は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２５は、拘束板２０、センサ本体２１、電極２２ａ、２２ｂ、配線２３ａ、２３ｂを、後方から被覆している。カバーフィルム２５の厚さは約２０μｍである。
【００６０】
［抵抗増加型センサの製造方法］
次に、本実施形態の抵抗増加型センサ１の製造方法について説明する。本実施形態の抵抗増加型センサ１の製造方法は、塗料準備工程と、印刷工程と、硬化工程と、クラック形成工程と、カバーフィルム印刷工程と、を有している。
【００６１】
塗料準備工程においては、センサ塗料、電極塗料、配線塗料、コネクタ塗料、およびカバーフィルム塗料を、各々準備する。具体的には、センサ塗料を、エポキシ樹脂の硬化前樹脂（日本ペルノックス（株）製「ペルノックス（登録商標）ＭＥ−５６２」；液状）１００質量部と、硬化剤（同社製「ペルキュア（登録商標）ＨＶ−５６２」；液状）１５０質量部と、カーボンビーズ（日本カーボン（株）製「ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ０５２０」、平均粒子径約５μｍ）２２５質量部と、を羽根攪拌により混合して調製する。電極塗料、配線塗料、およびコネクタ塗料には、藤倉化成（株）製「ドータイト（登録商標）ＦＡ−３１２」を使用する。カバーフィルム塗料は、次のようにして調製する。
【００６２】
まず、アクリルゴムポリマー（日本ゼオン（株）製「ニポール（登録商標）ＡＲ５１」）１００質量部と、加硫助剤のステアリン酸（花王（株）製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」）１質量部と、加硫促進剤のジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学（株）製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ」）２．５質量部と、ジメチルジチオカルバミン酸第二鉄（同社製「ノクセラーＴＴＦＥ」）０．５質量部とをロール練り機にて混合し、エラストマー組成物を調製する。次に、調製したエラストマー組成物を、印刷用溶剤のエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート３１２質量部に溶解させる。
【００６３】
印刷工程においては、カバーフィルム塗料以外の塗料を、スクリーン印刷機を用いて、拘束板２０の表面に印刷する。まず、拘束板２０の表面に、電極塗料、配線塗料、およびコネクタ塗料を、順に印刷する。次に、塗料印刷後の拘束板２０を、約１４０℃の乾燥炉内に約３０分間静置して、塗膜を硬化させる。このようにして、電極２２ａ、２２ｂ、配線２３ａ、２３ｂ、およびコネクタ２４を形成する。続いて、電極２２ａ、２２ｂなどが形成された拘束板２０の表面に、センサ塗料を印刷する。
【００６４】
硬化工程においては、センサ塗料が印刷された拘束板２０を加熱することにより、塗膜を硬化させる。具体的には、センサ塗料の塗膜が形成された拘束板２０を乾燥炉内に入れ、約１４０℃で１時間保持して、塗膜を一次硬化させる。続いて、約１７０℃で２時間保持して、塗膜を二次硬化させる。
【００６５】
クラック形成工程においては、塗膜にクラックを形成する。塗膜は、本発明の「センサ本体の前駆体」に含まれる。具体的には、前出図３に示すように、クラック形成用金型の型面は、曲面状を呈している。一方、拘束板２０は平板状を呈している。拘束板２０を型面に押し当てることにより、塗膜にクラックを形成する。このようにして、センサ本体２１を作製する。
【００６６】
カバーフィルム印刷工程においては、スクリーン印刷機を用いて、塗料準備工程にて調製したカバーフィルム塗料を印刷する。まず、拘束板２０、センサ本体２１、電極２２ａ、２２ｂ、配線２３ａ、２３ｂの表面を覆うように、カバーフィルム塗料を印刷する。次に、塗料印刷後の拘束板２０を約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置して、塗膜を硬化させる。このようにして、カバーフィルム２５を形成する。以上の工程により、抵抗増加型センサ１を作製する。
【００６７】
［抵抗増加型センサの動き］
次に、本実施形態の抵抗増加型センサ１の動きについて説明する。図８に、衝突物の衝突前における、抵抗増加型センサの下方から見た断面図（前出図５のＶＩ−ＶＩ断面に相当）を示す。図９に、衝突物の衝突後における、抵抗増加型センサの下方から見た断面図を示す。
【００６８】
図８、図９に示すように、抵抗増加型センサ１は、自動車のバンパカバー９０の後面９００に設置されている。拘束板２０は、後面９００に貼着されている。衝突物Ｏが、バンパカバー９０に前方から衝突すると、バンパカバー９０は、後方に陥没するように変形する。バンパカバー９０の変形は、抵抗増加型センサ１に伝達される。すなわち、バンパカバー９０の変形は、拘束板２０を介して、センサ本体２１、カバーフィルム２５に伝達される。変形が伝達されることにより、センサ本体２１は、拘束板２０およびカバーフィルム２５と共に、後方に突出するように湾曲する。
【００６９】
図８に示す衝突前状態（無変形状態）においては、センサ本体２１には、カーボンビーズ同士の接触により、多数の導電パスが形成されている。したがって、センサ本体２１の電気抵抗は、比較的小さい。これに対して、図９に示す衝突後状態（変形状態）においては、衝突の初期段階で、センサ本体２１が曲がることにより、センサ本体２１内のクラックが開口する。このため、導電パスが切断される。加えて、導電性フィラー同士の接触状態が変化することにより、導電パスが切断される。これにより、検出される電気抵抗は、衝突前状態に対して、大きくなる。したがって、出力された電気抵抗から、センサ本体２１、つまりバンパカバー９０の曲げ変形を検出することができる。また、演算装置は、衝突荷重を演算することができる。
【００７０】
［作用効果］
次に、本実施形態の抵抗増加型センサ１の作用効果について説明する。センサ本体２１は、五つの検出部２１０〜２１４を備えている。検出部２１０〜２１４は、各々、左右方向に延在している。検出部２１０〜２１４は、互いに上下方向に並んでいる。本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、左右方向に延在する単一の検出部を有する抵抗増加型センサと比較して、検出部の総面積が等しい場合、電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
【００７１】
また、本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、検出部２１０〜２１４は、電極２２ａと電極２２ｂとの間において、互いに電気的に並列に接続されている。並列接続の場合、検出部２１０〜２１４の電気抵抗を、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、合成電気抵抗をＲとすると、１／Ｒ＝１／Ｒａ＋１／Ｒｂ＋１／Ｒｃ＋１／Ｒｄ＋１／Ｒｅとなる。このため、仮に、任意の検出部２１０〜２１４の電気抵抗がばらついても、センサ本体２１全体としては、ばらつきを緩和することができる。したがって、合成電気抵抗Ｒのばらつきを小さくすることができる。また、本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、検出部２１０〜２１４が並列接続されているため、検出部２１０〜２１４の配置数を増やしても、合成電気抵抗Ｒが増加しにくい。
【００７２】
また、本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、カーボンビーズの充填率は、センサ本体２１の体積を１００体積％とした場合の約４５体積％である。このため、無変形状態において、センサ本体２１には、カーボンビーズ同士の接触により、三次元的な導電パスが形成されている。つまり、センサ本体２１は、無変形状態で高い導電性を有している。
【００７３】
加えて、センサ本体２１には、予めクラックＣ１が形成されている。センサ本体２１が曲げ変形により左右方向に伸張されると、クラックＣ１が開口する。これにより、カーボンビーズ同士の接触が絶たれて、導電パスが切断される。その結果、電気抵抗が増加する。
【００７４】
このように、本実施形態の抵抗増加型センサ１のセンサ本体２１では、曲げ変形により歪みが入力されると、母材の弾性変形を待たずに、導電パスが切断される。したがって、応答遅れが生じにくい。
【００７５】
また、主にクラックＣ１の開口により導電パスが切断されるため、母材の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、小さな歪みについても精度良く検出することができる。
【００７６】
また、母材の弾性変形の速度は、雰囲気温度に影響される。この点、本実施形態の抵抗増加型センサ１の導電パスは、主にクラックＣ１の開口により切断される。このため、母材の弾性変形のみに依存して導電パスが切断される場合と比較して、雰囲気温度に対する応答速度の依存性が小さい。
【００７７】
また、センサ本体２１は、カバーフィルム２５により被覆されている。これにより、センサ本体２１の劣化が抑制される。また、カバーフィルム２５は弾性変形可能である。よって、曲げ変形後に除荷されると、カバーフィルム２５の弾性復元力に助けられて、センサ本体２１が元の形状に復元しやすくなる。また、開いたクラックＣ１も元の状態に戻りやすくなる。
【００７８】
また、センサ本体２１は、拘束板２０の後面に配置されている。拘束板２０の厚さを調整することにより、抵抗増加型センサ１の感度を調整することができる。例えば、図９に示すように、曲げ変形時の曲率中心が拘束板の前側にある場合、拘束板２０の厚さを大きくすると、曲げ変形時におけるセンサ本体２１の歪み量が大きくなる。すなわち、図９に示すように、拘束板２０とセンサ本体２１との合計厚さをｔ、曲げ変形時の曲率中心から拘束板２０の前面までの曲率半径をＲとすると、歪み量εはε＝ｔ／Ｒとなる。このため、拘束板２０の厚さを大きくすると、曲げ変形時におけるセンサ本体２１の歪み量が大きくなる。これにより、抵抗増加型センサ１の感度を向上させることができる。
【００７９】
また、センサ本体２１には、製造時に予めクラックＣ１が形成されている。このため、曲げ変形時に新たなクラックＣ１が形成されにくい。したがって、抵抗増加型センサ１の感度が変化しにくい。
【００８０】
また、本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、センサ本体２１が五つの検出部２１０〜２１４を備えている。五つの検出部２１０〜２１４は、各々、左右方向に延在している。五つの検出部２１０〜２１４は、互いに上下方向に並んでいる。このため、左右方向に延在する単一の検出部を有する抵抗増加型センサと比較して、検出部の総面積が等しい場合、検出部２１０〜２１４の上下方向幅を小さくすることができる。したがって、クラックＣ１の密度を大きくすることができる。すなわち、電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、抵抗増加型センサ１の感度を向上させることができる。
【００８１】
また、カーボンビーズの平均粒子径は、約５μｍである。このため、カーボンビーズの界面に沿って、クラックＣ１が形成されやすくなる。また、カーボンビーズの界面でクラックＣ１が開口しやすくなり、センサ本体２１の破断歪みを小さくすることができる。また、無変形状態における導電パスの数が少なくなりにくい。また、曲げ変形に対してカーボンビーズの接触状態が変化しやすい。また、センサ本体２１の厚さを小さくしやすい。
【００８２】
また、カーボンビーズは球状である。このため、カーボンビーズは、母材中に、最密充填に近い状態で配合される。したがって、三次元的な導電パスが形成されやすくなり、所望の導電性が発現しやすくなる。また、センサ本体２１の弾性変形に対して、カーボンビーズの接触状態が変化しやすくなる。このため、電気抵抗の変化が大きくなる。カーボンビーズは、表面の官能基が少ない。このため、母材との界面で破壊が生じやすく、センサ本体２１にクラックＣ１が形成されやすい。
【００８３】
また、本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、図７に示すように、クラックＣ１は、センサ本体２１の左右方向に連なる長さ２ｍｍの単位区間Ｕ１内に、約２個ずつ形成されている。このため、抵抗増加型センサ１の感度が高い。
【００８４】
＜第二実施形態＞
本実施形態の抵抗増加型センサと第一実施形態の抵抗増加型センサとの相違点は、二つの電極間において、センサ本体がジグザグ状に延在している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
【００８５】
図１０に、本実施形態の抵抗増加型センサの正面図を示す。説明の便宜上、カバーフィルムを除去して示す。なお、図５と対応する部位については同じ符号で示す。図１０に示すように、電極２２ａは、拘束板２０の左上隅に配置されている。電極２２ｂは、拘束板２０の右下隅に配置されている。センサ本体２１は、電極２２ａと電極２２ｂとを、ジグザグに連結している。センサ本体２１は、五つの検出部２１０〜２１４を備えている。検出部２１０〜２１４は、各々、左右方向に延びる帯状を呈している。検出部２１０〜２１４は、上下方向に並置されている。検出部２１０の右端と検出部２１１の右端、検出部２１１の左端と検出部２１２の左端、検出部２１２の右端と検出部２１３の右端、検出部２１３の左端と検出部２１４の左端は、各々接続されている。すなわち、検出部２１０〜２１４は、直列接続されている。
【００８６】
本実施形態の抵抗増加型センサ１は、構成が共通する部分については、第一実施形態の抵抗増加型センサと同様の作用効果を有する。本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、検出部２１０〜２１４は、電極２２ａと電極２２ｂとの間において、互いに電気的に直列に接続されている。直列接続の場合、検出部２１０〜２１４の電気抵抗を、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、合成電気抵抗をＲとすると、Ｒ＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒｄ＋Ｒｅとなる。このため、仮に、任意の検出部２１０〜２１４の電気抵抗がばらついても、センサ本体２１全体としては、ばらつきを緩和することができる。したがって、合成電気抵抗Ｒのばらつきを小さくすることができる。
【００８７】
また、本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、五つの検出部２１０〜２１４が、一筆書きのように、直列に連なっている。このため、検出部２１０〜２１４の配置数を増やしても、センサ本体２１と電極２２ａ、２２ｂとの接続部分の構成を変える必要がない。
【００８８】
＜第三実施形態＞
本実施形態の抵抗増加型センサと第一実施形態の抵抗増加型センサとの相違点は、センサ本体に予め歪みが入力されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。本実施形態の抵抗増加型センサの製造方法は、塗料準備工程と、印刷工程と、曲げ硬化工程と、除荷工程と、カバーフィルム印刷工程と、を有している。
【００８９】
塗料準備工程においては、第一実施形態同様に、センサ塗料、電極塗料、配線塗料、コネクタ塗料、およびカバーフィルム塗料を、各々準備する。印刷工程においては、第一実施形態同様に、カバーフィルム塗料以外の塗料を、拘束板の表面に印刷する。
【００９０】
曲げ硬化工程においては、まず、センサ塗料の塗膜が内側になるように、拘束板２０を湾曲させる。次いで、その状態のまま加熱することにより、塗膜を硬化させる。図１１に、曲げ硬化工程の前半の模式図を示す。図１２に、同工程の後半の模式図を示す。
【００９１】
まず、図１１、図１２に示すように、センサ塗料の塗膜３０が形成された拘束板２０を、Ｃ字形状のクラック形成用金型３１の型面（内周面）３１０に貼り付ける。この時、クラック形成用金型３１の型面３１０に、拘束板２０の前面２００を当接させる。次に、クラック形成用金型３１を乾燥炉内に入れ、約１４０℃で１時間保持して、塗膜３０を一次硬化させる。続いて、約１７０℃で２時間保持して、塗膜３０を二次硬化させる。
【００９２】
除荷工程においては、まず、拘束板２０を、硬化した塗膜３０と共に、クラック形成用金型３１から剥離させる。そして、拘束板２０および硬化した塗膜３０を、湾曲した状態から、元の平面状態（前出図１１参照）に戻す。本工程により、硬化した塗膜３０（センサ本体２１）に、歪みが入力されると共に、クラックが形成される。このようにして、センサ本体２１を形成する。
【００９３】
カバーフィルム印刷工程においては、第一実施形態同様に、カバーフィルム塗料を印刷する。以上の工程により、抵抗増加型センサ１を作製する。
【００９４】
本実施形態の抵抗増加型センサは、構成が共通する部分については、第一実施形態の抵抗増加型センサと同様の作用効果を有する。本実施形態の抵抗増加型センサ１によると、センサ本体に予め歪みが入力されている。このため、センサ本体の曲げ変形時の総歪み量は、予め入力されている歪み量と、曲げ変形に伴う歪み量と、の和になる。つまり、センサ本体の総歪み量は、曲げ変形に伴う歪み量のみの場合と比較して、大きくなる。これにより、検出領域として、センサ本体の破断歪み以上の領域を用いやすくなる。すなわち、検出領域を、歪み量と電気抵抗との関係が線形な領域へ、ずらしやすくなる（歪みオフセット）。したがって、抵抗増加型センサの感度が向上する。また、電気抵抗から、歪み量、延いては曲げ変形時のセンサ本体の形状などを、算出しやすくなる。
【００９５】
＜その他＞
以上、本発明の抵抗増加型センサおよびその製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定しない。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。
【００９６】
上記実施形態においては、センサ本体の条数（検出部２１０〜２１４の配置数）を五つとした。しかしながら、条数は特に限定しない。１０個、２０個などであってもよい。条数が多いほど、合成電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、条数が多いほど、クラックの密度を大きくすることができる。この点においても、合成電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、抵抗増加型センサ１の感度を向上させることができる。
【００９７】
上記実施形態においては、電極２２ａ、２２ｂ、配線２３ａ、２３ｂ、コネクタ２４、センサ本体２１を、拘束板２０の表面に印刷した。しかしながら、これらの部材の形成方法は、印刷法に特に限定しない。例えば、塗料から形成する方法として、ディップ法、スプレー法、バーコート法などを採用してもよい。また、塗料からではなく、上記部材を別途準備して、拘束板２０に取り付けてもよい。例えば、金型でプレス成形したセンサ本体２１を、拘束板２０に貼着してもよい。
【００９８】
上記実施形態においては、クラックＣ１の密度を大きくするために、検出部２１０〜２１４の上下方向幅を小さくした。しかしながら、検出部２１０〜２１４の前後方向厚さを小さくすることにより、クラックＣ１の密度を大きくしてもよい。また、図３に示すように、クラック形成用金型７２の型面７２０の曲率半径を小さくすることにより、クラックＣ１の密度を大きくしてもよい。こうすると、多数のクラックＣ１を形成することができる。このため、クラックＣ１の密度を大きくすることができる。また、拘束板２０の前後方向厚さを小さくすることにより、クラックＣ１の密度を大きくしてもよい。
【００９９】
カバーフィルム２５の材質は、特に限定しない。絶縁材料であればよい。また、カバーフィルム２５を配置しなくてもよい。電極２２ａ、２２ｂの数、配置場所についても適宜設定すればよい。例えば、三つ以上の電極２２ａ、２２ｂを等間隔ごとに配置し、隣り合う一対の電極２２ａ、２２ｂ間ごとに、電気抵抗を測定してもよい。
【０１００】
拘束板２０は、センサ本体２１の一面の弾性変形を拘束できるものであればよい。上記実施形態のＰＩの他、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの屈曲性を有する樹脂フィルムが好適である。拘束板２０の厚さは、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下とすることが望ましい。
【０１０１】
センサ本体２１の形状、大きさなどは特に限定しない。これらは、抵抗増加型センサ１の用途などに応じて適宜決定すればよい。例えば、センサ本体２１の厚さは、抵抗増加型センサ１の小型化、薄型化などの観点から、厚さを１０μｍ以上５００μｍ以下とすることが望ましい。２５０μｍ以下がより好適である。センサ本体２１の厚さを小さくすると、拘束板２０による曲げ変形誘起の効果が発揮されやすい。
【０１０２】
センサ本体２１の母材は、樹脂およびエラストマーの中から、導電性フィラーとの相溶性などを考慮して、適宜選択すればよい。特に、センサ塗料からセンサ本体２１を形成する場合には、塗料化が可能な材料を選択することが望ましい。すなわち、自身が液状の材料、あるいは溶剤などに可溶な材料を選択するとよい。
【０１０３】
例えば、熱可塑性樹脂として、ＰＥ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、溶剤に可溶であるという理由から、ポリアミド、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが好適である。
【０１０４】
また、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ＰＩなどが挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂が好適である。エポキシ樹脂の硬化前樹脂には、比較的低粘度の液状のものが多い。よって、溶剤を使用せずに塗料化可能である。また、導電性フィラーとの相溶性も良好である。このため、導電性フィラーを、略単粒子状態でかつ高充填率で配合しやすい。エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂（Ａ型、Ｆ型、ＡＤ型）、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。
【０１０５】
また、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。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）など］、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ、Ｂｒ−ＩＩＲなど）、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、合成ラテックスなどが挙げられる。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、フッ素系など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。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が良好なＥＰＤＭ、ＮＢＲ、シリコーンゴムが好適である。また、液状ＩＲ、液状ＢＲ、ＲＴＶ型（室温硬化型）シリコーンゴムは、硬化前に液状であり、溶剤を使用せずに塗料化可能である点で、好適である。
【０１０６】
導電性フィラーは、導電性を有するものであれば、特に限定しない。例えば、炭素材料、金属など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。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やすいからである。特に、母材中の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。
【０１０７】
また、導電性フィラーの充填率は、センサ本体２１の全体の体積を１００体積％とした場合の３０体積％以上であることが望ましい。３０体積％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にくく、所望の導電性が発現しにくい。また、センサ本体２１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。３５体積％以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、センサ本体２１の全体の体積を１００体積％とした場合の６５体積％以下であることが望ましい。６５体積％を超えると、センサ本体２１が弾性変形しにくくなる。また、母材への混合が困難となり、成形加工性が低下する。さらに、センサ塗料を調製しにくくなる。５５体積％以下であるとより好適である。
【０１０８】
母材中、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、平均粒子径や母材との相溶性などを考慮するとよい。例えば、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やすい。０．５μｍ以上、さらには１μｍ以上であると好適である。反対に、平均粒子径が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、弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢となる。また、センサ本体２１の厚さを小さくしにくくなる。６０μｍ以下、さらには３０μｍ以下であると好適である。
【０１０９】
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。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。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）などが挙げられる。
【０１１０】
センサ本体２１は、例えば、次のようにして製造することができる。母材に熱可塑性樹脂を選択した場合には、加熱溶融した熱可塑性樹脂に、導電性フィラー、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形、射出成形などを行う。また、母材に熱硬化性樹脂を選択した場合には、硬化前樹脂に、硬化剤、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形などにより硬化させる。一方、母材にエラストマーを選択した場合は、まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤など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プレス加硫する。
【０１１１】
また、センサ本体２１の厚さを小さくするためには、センサ塗料から形成することが望ましい。すなわち、まず、樹脂またはエラストマーなどの母材の形成成分を含むセンサ塗料を調製する。次に、調製したセンサ塗料を、拘束板２０などの基材に塗布し、乾燥させる。なお、熱硬化樹脂を使用した場合は、センサ塗料を塗布した後、硬化させればよい。また、エラストマーを使用した場合は、乾燥と同時に、あるいは乾燥後に、架橋反応を進行させればよい。
【０１１２】
センサ塗料の塗布方法は、種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィーなどの印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法などが挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。さらに、センサ本体２１、電極２２ａ、２２ｂ、配線２３ａ、２３ｂを同様の方法で形成することができるため、各部品を集積化しやすい。印刷法の中でも、高粘度の塗料も使用可能であり、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
【実施例】
【０１１３】
次に、本発明の抵抗増加型センサに対して行った、電気抵抗測定シミュレーションについて説明する。
【０１１４】
＜サンプル＞
実施例１〜３のサンプルは、第一実施形態の抵抗増加型センサ（図５参照）と同様に、検出部が並列接続された抵抗増加型センサである。実施例４〜６のサンプルは、第二実施形態の抵抗増加型センサ（図１０参照）と同様に、検出部が直列接続された抵抗増加型センサである。参考例１のサンプルは、従来の抵抗増加型センサ（図１６参照）と同様に、単一の検出部を有する抵抗増加型センサである。ただし、参考例１の抵抗増加型センサのセンサ本体には、多数のクラックが形成されている。このため、公知ではない。実施例１〜６、参考例１のサンプルの検出部の総面積は一定である。また、以下に特に断らない限り、各サンプルの構成部材の配置、形状、材質は一定である。以下、図５〜図１０、図１６を援用しながら、各サンプルの構成を説明する。
【０１１５】
［実施例１］
実施例１のサンプルの構成は、第一実施形態の抵抗増加型センサの構成と同様である。すなわち、拘束板２０は、ＰＩ製である。板厚は３００μｍである。検出部２１０〜２１４は、五条配置されている。検出部２１０〜２１４の厚さは、各々、１００μｍである。検出部２１０〜２１４の短手方向幅は、各々、１ｍｍである。検出部２１０〜２１４の長手方向全長は、各々、５０ｍｍである。
【０１１６】
センサ本体２１は、エポキシ樹脂と、多数のカーボンビーズとを備えている。カーボンビーズの充填率は、センサ本体２１の体積を１００体積％とした場合の約４５体積％である。センサ本体２１には、予め多数のクラックＣ１が形成されている。クラックＣ１は、センサ本体２１の左右方向に連なる長さ２ｍｍの単位区間Ｕ１内に、約２個ずつ形成されている。カバーフィルム２５は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。
【０１１７】
［実施例２］
実施例２は、実施例１に対して、検出部２１０〜２１４が、五条ではなく、十条配置されている点において異なっている。また、検出部２１０〜２１４の短手方向幅が、各々、１ｍｍではなく、０．５ｍｍである点において異なっている。これら以外の点については、同様である。
【０１１８】
［実施例３］
実施例３は、実施例１に対して、検出部２１０〜２１４が、五条ではなく、二十条配置されている点において異なっている。また、検出部２１０〜２１４の短手方向幅が、各々、１ｍｍではなく、０．２５ｍｍである点において異なっている。これら以外の点については、同様である。
【０１１９】
［実施例４］
実施例４のサンプルの構成は、第二実施形態の抵抗増加型センサの構成と同様である。すなわち、拘束板２０は、ＰＩ製である。板厚は３００μｍである。検出部２１０〜２１４は、一筆書き状に、五条配置されている。検出部２１０〜２１４の厚さは、各々、１００μｍである。検出部２１０〜２１４の短手方向幅は、各々、１ｍｍである。検出部２１０〜２１４の長手方向全長は、各々、５０ｍｍである。
【０１２０】
センサ本体２１は、エポキシ樹脂と、多数のカーボンビーズとを備えている。カーボンビーズの充填率は、センサ本体２１の体積を１００体積％とした場合の約４５体積％である。センサ本体２１には、予め多数のクラックＣ１が形成されている。クラックＣ１は、センサ本体２１の左右方向に連なる長さ２ｍｍの単位区間Ｕ１内に、約２個ずつ形成されている。カバーフィルム２５は、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。
【０１２１】
［実施例５］
実施例５は、実施例４に対して、検出部２１０〜２１４が、五条ではなく、十条配置されている点において異なっている。また、検出部２１０〜２１４の短手方向幅が、各々、１ｍｍではなく、０．５ｍｍである点において異なっている。これら以外の点については、同様である。
【０１２２】
［実施例６］
実施例６は、実施例４に対して、検出部２１０〜２１４が、五条ではなく、二十条配置されている点において異なっている。また、検出部２１０〜２１４の短手方向幅が、各々、１ｍｍではなく、０．２５ｍｍである点において異なっている。これら以外の点については、同様である。
【０１２３】
［参考例１］
参考例１のサンプルの構成は、従来の抵抗増加型センサの構成と同様である。すなわち、参考例１には、単一の検出部（センサ本体）１０２が配置されている。検出部１０２の短手方向幅は、５ｍｍである。
【０１２４】
＜シミュレーション方法＞
各サンプルに対して、電気抵抗測定シミュレーションをモンテカルロ法により行った。単一の検出部２１０〜２１４、１０２の電気抵抗のばらつき（平均値を１００％とした場合の±方向のばらつき）が±３３．３％の範囲に一様分布すると仮定し、当該ばらつきを含んだ各サンプルの合成抵抗値の平均値、標準偏差、最大値、最小値を２０００回の試行により求めた。
【０１２５】
＜シミュレーション結果＞
表１にシミュレーション結果を示す。
【表１】
0005622471.tif 000004
【０１２６】
表１中、レンジは、最大値−最小値を示す。変動係数は、標準偏差／平均値である。また、図１３に、検出部を並列接続した場合の条数と電気抵抗比との関係をグラフで示す。また、図１４に、検出部を直列接続した場合の条数と電気抵抗比との関係をグラフで示す。また、図１５に、検出部を並列接続した場合と直列接続した場合との条数と変動係数との関係をグラフで示す。なお、表１、図１３、図１４の平均値、最大値、最小値は、各々、単一の検出部の電気抵抗の平均値を１００％とした場合の、電気抵抗比（相対値）である。
【０１２７】
表１、図１３に示すように、並列接続の場合、条数が多くなるのに従って、レンジ、ばらつきが小さくなる。また、平均値は略一定である。表１、図１４に示すように、直列接続の場合、条数が多くなるのに従って、電気抵抗比が大きくなる。このため、レンジも大きくなる。しかしながら、ばらつきは小さくなる。表１、図１５に示すように、並列接続の場合、条数が多くなるのに従って、変動係数は小さくなる。同様に、直列接続の場合、条数が多くなるのに従って、変動係数は小さくなる。すなわち、並列接続の場合、直列接続の場合、共に、条数が多くなるのに従って、相対的なばらつきは小さくなる。
【符号の説明】
【０１２８】
１：抵抗増加型センサ。
２０：拘束板、２１：センサ本体、２２ａ：電極、２２ｂ：電極、２３ａ：配線、２３ｂ：配線、２４：コネクタ、２５：カバーフィルム、３０：塗膜、３１：クラック形成用金型、７０：検出部、７１：拘束板、７２：クラック形成用金型、９０：バンパカバー。
２００：前面、２１０〜２１４：検出部、３１０：型面、７１０：下面、７２０：型面、８００：センサ本体、８０１：母材、８０２：導電性フィラー、８０３：クラック、９００：後面。
Ｃ１：クラック、Ｏ：衝突物、Ｕ１：単位区間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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