JPS63168525A - 感圧導電ゴムによる荷重測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、感圧導電ゴムを用いた荷重測定方法に関し、
更に詳細には、前記感圧導電ゴムのクリープによる誤差
を低減した測定方法に関するものである。

〔従来技術〕

従来からカーボン粒子をシリコーンゴム等のゴム弾性体
に混入し、力を加えて変形させると電気抵抗値が変化す
る、いわゆる感圧導電ゴムが知られており、この感圧導
電ゴムに電極を取付け、抵抗を測定することにより作用
した力を検出する荷重センサは、感圧導電ゴムが素材と
して比較的安価であり、数鰭角の小さな形状とすること
ができ、可動部分がなく、適度の応答速度を有し、セン
サとしての構造が単純である等の利点が多いために、圧
力、力等の大きさを検出するセンサ素子として注目され
、例えば、簡易重量計、圧力計、その他の各種の荷重測
定用のセンサ、ロボットハンドの車状把持部分の把持力
検出用、触覚による形状認識用の触覚センサ等としての
利用が注目されるに至っている。

しかしながら感圧導電ゴムは、基材にゴムを使用する関
係上、荷重が一定でも感圧導電ゴムの変形が終了するの
に時間が掛り、変化している荷重や、精度の高い測定に
用いることができないという問題がある。この欠点を解
消する方法として、基鈑の上に感圧導電ゴムとスペーサ
とを配置し、その上に荷重に応じて撓む力板を配置した
感圧導電ゴムのクリープによる誤差をなくすようにした
荷重センサを発明し特願昭６１−３８３９２号として既
に特許出願している。この構成のセンサは、外力と釣り
合うのは前記力板であり、感圧導電ゴムは、その力板の
撓み量に相当する抵抗変化をするので、ゴムのクリープ
による測定誤差を抑制することができる特徴がある。

この構成のセンサを作るには、通常、感圧導電ゴムの厚
さをスペーサの厚さより僅かに厚く作り、スペーサの厚
さまで感圧導電ゴムを圧縮して一体とするものである。

しかしながら、前記の手段によると、例えば測定範囲を
１０段階に分けて荷重を検出する場合に、各各段階の区
別を付けにくくなり、より高い精度に対応することが困
難であった。即ち、ゴムのクリープ現象には、静的に荷
重が掛ると一旦クリープが止り、したがって抵抗値も安
定するが、機械的衝撃を与えたりすると更にクリープが
起り抵抗値が変化する性質（以下２正クリープという）
があるので高い精度の測定には改善が必要であった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記問題を解決するために成されたものであ
り、前記２重クリープによる誤差の影響を回避して、感
圧導電ゴムによってより高い精度の荷重測定方法を提供
することを目的としている。

〔発明の構成〕

以上の目的を達成するための本発明の荷重測定方法の構
成は、荷重による変形量に応じて電気抵抗が変化する感
圧導電ゴムによって前記荷重を測定するに当り、前記感
圧導電ゴムに振動を与えながら前記抵抗を測定すること
を特徴とするものである。

本発明方法は、荷重測定中の感圧導電ゴムを常時振動さ
せて動的状態に置き、測定値を平均化することにより２
重クリープを相殺して誤差をなくすようにしたものであ
る。

本発明方法を実施するに際し、前記振動を与える手段に
は特に限定はないが、好適な振動発生源としては圧電素
子が好適である。その理由は、通常、感圧導電ゴムは数
鶴程度の厚みのものであるので極く小さい振幅とする必
要があり、しかも余り低い振動数では効果が薄（、又、
余り高い振動ではゴムが振動に追随できない。

その点、圧電素子は、厚みを適当に調整することで振幅
を調整することができ、しかも振動範囲が数ｋＨｚ〜数
１００ｋＨｚの範囲にあり、可動部分がなく、ハンダ等
による接着により取付けも容易であるなどの理由による
。与える振動方向には特に限定はないが、通常は感圧導
電ゴムの厚み方向に振動を与えると組付が容易である。

使用し得る圧電素子の素材としては、例えばチタン酸バ
リウム、ロッシェル塩、水晶などを適宜使用することが
できる。

〔実施例〕

以下添付の図面を対照して一実施例により本発明方法を
具体的に説明する。

即ち、第１図は本実施例に使用した感圧導電ゴム使用の
荷重センサの側面図であり、第２図はそのＡ−Ａ線断面
である。図の荷重センサ１は、基鈑２の上に圧電素子３
と感圧導電ゴム４とを重ね合せて配置し、その上に配置
する力板５を支持する支持部６とから成るものである。

前記圧電素子３の表面には電極７及び８が通常はメッキ
により配設されており、基鈑２上にプリント配線等の手
段で設けた図示されていない端子板にハンダ付けにより
取付けられている。

感圧導電ゴム４に取り付ける電極９は、前記力板５にプ
リント配線により設けることができ、本図の場合は、も
う一方の電極は前記電極８を共用している。感圧導電ゴ
ム３と電極８及び９とは単に押し当てて接触させるので
よい。

さて、本実施例の前記圧電素子３に振動を与え、又、感
圧導電ゴム４の抵抗を検出するのに使用した回路の要部
を第３図に示す。図において、端子ａは感圧導電ゴム４
の抵抗測定電源（＋Ｅ）接続端子であり、端子すは圧電
素子３を振動させる図示されていない発振器用の端子で
あり、端子Ｃは抵抗検出端子である。抵抗Ｒは電源電圧
（十Ｅ）の分圧抵抗であり、Ｃは高周波カット用コンデ
ンサである。

次に本実施例の荷重測定結果と、高周波を与えない従来
の方法による荷重測定結果との比較により、本発明方法
の優れた効果について説明する。

即ち、第４図は本実施例の荷重測定結果を示すグラフで
あり、第５図は従来技術による比較のためのグラフであ
る。前記比較例に使用した図示されていない荷重センサ
は、第１図に示す圧電素子３を設けない外は、第１図と
同様の形状のものを使用し、測定は、力板５に一定の荷
重を掛け、そのときに端子Ｃに出力する電圧変化を自記
記録計により記録して行った。

まず、第５図について説明すると、時間ｔ。

で従来の荷重センサの力板に荷重を掛けると、電圧は瞬
時に電圧■ｏまで立ち上がり、それから時間ｔ！まで曲
線を画いて変化し電圧■２で一旦安定した電圧■２とな
る。時間ｔ３でセンサに振動を与えると、電圧がＶ２に
変化して最終的に安定する。したがって、従来の荷重セ
ンサの検出値には、Ｖ２−Ｖ、の偏りがあり、より精密
な検出を必要とする際に問題があった。

それに対し、本実施例に使用した第１図の荷重センサ１
の圧電素子３に、はぼ５００ｋＨｚの振動を与えて測定
したところ、第４図に示すように、直ちにＶ２の指示値
となり安定し、第５図に示すような時間ｔｏ−ｔ１のク
リープ現象による指示の遅れがなくなり、又、時間ｔ２
で荷重センサ１に振動を与えても、指示値が瞬間変動す
るだけで変化が現れず、２重クリープによる影響を取り
除くことができた。

本発明方法は、第１図及び第２図に示す荷重センサ１に
限定されず、他の構成の感圧導電ゴムによるセンサ、例
えば、ロボットハンドの把持面に設けた感圧導電ゴムシ
ートにマトリクス状に設けた触覚検出用電極部分に各振
動子を取付けるなどとし実施することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の荷重センサの組立方法は
、荷重による変形量に応じて電気抵抗が変化する感圧導
電ゴムによって前記荷重を測定するに当り、前記感圧導
電ゴムに振動を与えながら前記抵抗を測定する構成とし
たので、２重クリープの影響をなくして荷重の検出を行
うことができ、精度の高いセンサを提供することができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に用いかセンサの側面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ線断面図、第３図は前記センサに用いた回路
図、第４図は第１図に示す荷重センサによる出力電圧の
検出特性を示すグラフ図、第５図は従来の荷重センサに
よる出力電圧の検出特性を示すグラフ図である。 １・・・荷重センサ１．２・・・基鈑、３・・・圧電素
子、４・・・感圧導電ゴム、５・・・力板、６・・・支
持部、７゜８．９・・・電極、ａ・・・電源端子、ｂ・
・・高周波電圧用端子、Ｃ・・・検出電圧端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 荷重による変形量に応じて電気抵抗が変化する感圧導電
   ゴムによって前記荷重を測定するに当り、前記感圧導電
   ゴムに振動を与えながら前記抵抗を測定することを特徴
   とする感圧導電ゴムによる荷重測定方法。