JP3418561B2 - Conductive particle-polymer strain sensor - Google Patents

Conductive particle-polymer strain sensor

Info

Publication number
JP3418561B2
JP3418561B2 JP37150398A JP37150398A JP3418561B2 JP 3418561 B2 JP3418561 B2 JP 3418561B2 JP 37150398 A JP37150398 A JP 37150398A JP 37150398 A JP37150398 A JP 37150398A JP 3418561 B2 JP3418561 B2 JP 3418561B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
sensor
strain
conductive particles
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP37150398A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11241903A (en
Inventor
豊明 木村
忠志 藤崎
Original Assignee
豊明 木村
中部加工株式会社
株式会社エムシイケイ
ミタケ電子工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 豊明 木村, 中部加工株式会社, 株式会社エムシイケイ, ミタケ電子工業株式会社 filed Critical 豊明 木村
Priority to JP37150398A priority Critical patent/JP3418561B2/en
Publication of JPH11241903A publication Critical patent/JPH11241903A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3418561B2 publication Critical patent/JP3418561B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性粒子をプラ
スチック、ゴムなどの高分子に分散させ、粒子の接触に
よる粒子連鎖を形成し、系内に導電性回路を形成した系
を用い、系が外力により伸張を受けたとき、この回路も
伸張を受け、この結果系の電気抵抗が増加し、この増加
分を測定することにより伸張歪みを計測するセンサーに
関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a system in which conductive particles are dispersed in a polymer such as plastic or rubber, a particle chain is formed by contact of particles, and a conductive circuit is formed in the system. The present invention relates to a sensor for measuring extensional strain by measuring the amount of increase in the electric resistance of the system as a result of increase in the electric resistance of the system when it is expanded by external force.

【0002】この技術の主要な応用分野としては、鉄骨
構造物、鉄筋コンクリート構造物の安全監視にある。ビ
ル、橋梁、高架道路、トンネル、ダム等、現代社会の構
築物は殆ど全てが鉄骨、鉄筋コンクリートを主要材料と
した構造物からなっている。これら鉄骨、鉄筋コンクリ
ートの安全確認が地震国である我が国の主要なテーマで
あることは言うまでもない。しかもコンピューターによ
る情報システムを設置すれば、日本中何処ででもリアル
タイムによるオンライン監視が可能である。
The main field of application of this technology is the safety monitoring of steel frame structures and reinforced concrete structures. Buildings, bridges, elevated roads, tunnels, dams, and other structures in modern society are almost entirely composed of structures made of steel frames and reinforced concrete. It goes without saying that the safety confirmation of these steel frames and reinforced concrete is the main theme of Japan, which is an earthquake-prone country. Moreover, if a computer-based information system is installed, real-time online monitoring is possible anywhere in Japan.

【0003】前述の構造物のみならず、重化学産業のタ
ンクなどの不等沈下のオンラインシステムによる監視も
可能である。また危険物取り扱い法で定められている、
危険物貯蔵所、たとえば地下タンク等の検査も、検査日
に内容物を取り出して検査しなくても、通常の業務中
に、常時検査することも可能になる。
In addition to the above-mentioned structures, it is possible to monitor unequal settlement of tanks of the heavy chemical industry by an online system. In addition, it is stipulated by the Hazardous Materials Handling Law,
It is also possible to inspect dangerous goods storage, such as an underground tank, at any time during normal work, without taking out the contents and inspecting them on the inspection day.

【0004】上記の他にも船舶、メガフロート、航空
機、大型車両等にも設置して安全管理にも寄与できる。
特にメガフロートは現在のところ一定期間後にドックに
曳航して検査しているので莫大な経費が必要となる。本
発明のようなセンサー設置によりドックの使用回数を減
らすことができれば大きな経費節減につながる。
In addition to the above, it can also be installed in ships, megafloats, aircraft, large vehicles, etc. to contribute to safety management.
In particular, megafloats are currently towing and inspecting docks after a certain period of time, so enormous costs are required. If the number of times the dock is used can be reduced by installing the sensor as in the present invention, it will lead to a large cost saving.

【0005】[0005]

【従来の技術】従来、鉄骨構造物、鉄筋コンクリート構
造物は、その外部構造の耐火被覆材やコンクリートを剥
離しない限り主構造の鉄骨、鉄筋の安全状況、すなわち
破断、亀裂等の有無を確認することが出来なかった。近
年これらの構造物に対して歪みセンサーを用いることに
よりどの部分も破壊することなく、鉄骨、鉄筋などの安
全性を確認する技術が要望されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for steel structures and reinforced concrete structures, it is necessary to check the safety of the main structure, that is, breakage, cracks, etc., of the main structure unless the fire-resistant coating material or concrete of the external structure is peeled off. I couldn't. In recent years, there has been a demand for a technique for confirming the safety of steel frames, reinforcing bars, etc., without destroying any part by using a strain sensor for these structures.

【0006】これらの技術は,蛇行した抵抗線による歪
み測定器、プラスチックフィルムに金属粉に依る導電性
インクで蛇行のパターンを印刷したもの、セラミックの
変形によるもの、およびカーボン繊維の切断による歪み
測定器が知られている。
These techniques include strain gauges using a meandering resistance wire, plastic film on which a meandering pattern is printed with conductive ink based on metal powder, ceramic deformation, and strain measurement by cutting carbon fibers. The vessel is known.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】これらのうち、導電性
インクをフイルムに印刷したものは一見本発明に類似し
ているが、次に述べるように大きな相違がある。導電性
インクを印刷したセンサーの場合は、センサーの歪みを
抵抗値の変化から計測している。この場合抵抗値は歪み
に比例している。すなわち抵抗値は歪みの1次関数(直
線関係)である。従ってこの様なセンサーを建物などに
設置して、地震による破壊を検知するには、センサーの
徹底した校正が必要となる。また厳密な校正が施された
としても、センサー特性の経時変化が微小であることが
要求される。すなわちセンサーの抵抗値に変化があった
場合、歪みによるものかあるいは経時変化なのか解らな
いようなことがあれば不都合である。一般的に言えば、
校正は数年の間隔で行われるが、建築物が破壊するよう
な地震は10年先か100年先か解らない。そのような長期
間特性が安定していることが要求される。導電性インク
の印刷物がそのような長期間の安定性をもっているかど
うかは疑問である。
Of these, the one obtained by printing a conductive ink on a film is similar to the present invention at first glance, but there are major differences as described below. In the case of a sensor printed with conductive ink, the strain of the sensor is measured from the change in resistance value. In this case, the resistance value is proportional to the strain. That is, the resistance value is a linear function of strain (linear relationship). Therefore, in order to install such a sensor in a building or the like and detect the damage caused by an earthquake, it is necessary to thoroughly calibrate the sensor. Even if strict calibration is performed, it is required that the change in sensor characteristics with time is minute. That is, it is inconvenient if there is a change in the resistance value of the sensor and it is not known whether it is due to strain or the change over time. Generally speaking,
The calibration is done at intervals of several years, but it is unknown whether the earthquake that will destroy the building is 10 years or 100 years ahead. It is required that such long-term characteristics be stable. It is questionable whether printed conductive inks have such long-term stability.

【0008】導電性インクを印刷したセンサーのもう一
つの問題点は、前述のセンサーの校正に関するものであ
るが、歪みと抵抗値の間に常に定まった関係を維持する
ためには、センサー全体にわたって印刷膜が一定の特性
を示さなければならない。大きなセンサーを作製した場
合センサーの印刷部のどの部分においても単位長さ当た
りの抵抗値は一定である印刷膜を形成せねばならない。
一般に小面積を一定の特性に押さえ込むことはできて
も、大面積を一定の特性に保つのは困難である。こうし
た理由からか導電性インクを印刷したセンサーは極度に
小さい。
Another problem with sensors printed with conductive ink is related to the calibration of the sensor described above, but in order to maintain a constant relationship between strain and resistance, the sensor must be The printed film must exhibit certain properties. When manufacturing a large sensor, a printed film having a constant resistance value per unit length must be formed in any part of the printed part of the sensor.
Generally, although it is possible to suppress a small area to a certain characteristic, it is difficult to keep a large area to a certain characteristic. For this reason, sensors printed with conductive ink are extremely small.

【0009】また導電性インクの印刷膜は金属粒子が沈
積したものであるから、印刷膜の体積抵抗も自ずからあ
る範囲内に限定されてしまって、体積抵抗を自由に調節
するわけには行かない。これもこのセンサーが大型にで
きない要因の一つである。
Since the printed film of the conductive ink is formed by depositing metal particles, the volume resistance of the printed film is naturally limited to a certain range, and the volume resistance cannot be freely adjusted. . This is also one of the reasons why this sensor cannot be made large.

【0010】前述の問題点の他に、従来のセンサーの第
一の欠点は、小型である事である。今、ビルを例にとる
と、使用する鉄骨量は莫大であり、従ってモニターすべ
き箇所もかなりの数になる。センサーが小型の場合は、
ビルを安全に管理するためには無数のセンサーが必要と
なり、この分のコスト増はそれだけ負担となる。まして
高架道路となるとこの問題は更に深刻となる。更に、こ
れら従来のセンサーは高価なものであるので、建築物、
橋梁などに使用するのは事実上不可能である。
In addition to the problems mentioned above, the first drawback of conventional sensors is their small size. Taking a building as an example, the amount of steel used is enormous, and the number of places to monitor is considerable. If the sensor is small,
Innumerable sensors are required to manage buildings safely, and the increased cost is a burden. This problem becomes even more serious when it comes to elevated roads. Furthermore, these conventional sensors are expensive, so
It is virtually impossible to use it for bridges.

【0011】従来のセンサーの第二の欠点は、先に述べ
たようにセンサーからの出力が直線的な点である。セン
サーの徹底した更正、数十年にわたる特性維持無しに
は、監視システムの設計が難しくなる。つまりどの値が
構造物の危険な状態であるのか明確に指示できなければ
ならない。
The second drawback of the conventional sensor is that the output from the sensor is linear as described above. Without thorough calibration of sensors and maintenance of their characteristics for decades, designing a monitoring system becomes difficult. In other words, it must be possible to clearly indicate which value is the dangerous state of the structure.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の導電性粒子−高
分子系による歪みセンサーは導電性粒子を高分子に分散
させてシート状その他所定形状の成形物とし、該成形物
に張力が働いて系が伸張することにより引き起こされる
電気抵抗の変化から、系に課せられた伸び歪みを読みと
るセンサーである。
The conductive particle-polymer strain sensor of the present invention disperses conductive particles in a polymer to form a sheet-shaped or other predetermined shape molded article, and a tension is applied to the molded article. It is a sensor that reads the elongation strain imposed on the system from the change in electrical resistance caused by the elongation of the system.

【0013】ここで、成形物は導電性粒子を高分子の溶
媒溶液に混合分散させ、溶媒を除去してシート状に成形
したり、導電性粒子を高分子の溶媒溶液に混合分散して
印刷インキとし、該印刷インキを基材フィルムに塗布・
印刷したり、導電性粒子と熱可塑性高分子とを溶融混練
して導電性粒子を高分子に分散させ、シート状その他所
定形状に成形したり、導電性粒子と硬化性樹脂とその硬
化剤に混合分散させた後、成形硬化して得られる。
Here, in the molded product, conductive particles are mixed and dispersed in a polymer solvent solution to remove the solvent to form a sheet, or conductive particles are mixed and dispersed in a polymer solvent solution for printing. As an ink, apply the printing ink to the base film
Printing, melting and kneading conductive particles and thermoplastic polymer to disperse the conductive particles in the polymer, molding into a sheet or other predetermined shape, conductive particles and curable resin and its curing agent After mixing and dispersing, it is obtained by molding and curing.

【0014】したがって、本発明で使用可能な導電性粒
子はカーボンブラック、黒鉛、活性炭、カーボン繊維、
カーボンウィスカー、フラーレン、カーボンナノチュー
ブ、金属粉、金属箔、金属繊維、絶縁体ビーズ又はマイ
クロビーズの表面にカーボンを付与したもの、雲母、チ
タン酸カリウムなどの絶縁物微細片に化学メッキ、CV
D又はPVDの処理により導電性を付与したものが用途
に応じて選択できる。
Therefore, the conductive particles usable in the present invention include carbon black, graphite, activated carbon, carbon fiber,
Carbon whiskers, fullerenes, carbon nanotubes, metal powders, metal foils, metal fibers, insulator beads or microbeads with carbon added to the surface, mica, potassium titanate, etc.
The one to which conductivity is imparted by the treatment of D or PVD can be selected according to the application.

【0015】また、発明で使用可能な高分子は上記導電
性粒子が分散し、常温域で適度な強伸度を有するもので
あれば、いずれも使用可能であるが、好ましい高分子と
しては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹
脂、ポリエステル、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩
化ビニリデン、フッ素樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリスチ
レン、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチ
ル、ポリヒドロキシメタクリル酸メチル、ポリビニルア
ルコール、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリス
ルホン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリウレ
タン、ポリフェニレンオキシド、ポリキシレン、ポリホ
ルマール、ポリブチラール、ポリオキシエチレン、ポリ
オキシメチレン(無定形)、上記ポリマー二種以上の共重
合体、ゴム類、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、変性
アルキッド樹脂、セルローズである。なかでも、ポリマ
ー二種以上の共重合体は酢酸ビニル−ポリエチレン系共
重合体が広範囲の温度域で、しかも各種建造物に装着す
るのに好適なものである。
The polymer usable in the present invention may be any polymer as long as it has the above-mentioned conductive particles dispersed therein and has an appropriate strength and elongation at room temperature, but preferable polymers are as follows. Polyethylene, polypropylene, acrylic resin, polyester, nylon, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, fluororesin, polyvinyl acetate, polystyrene, polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polyhydroxymethacrylate, polyvinylalcohol, polyacrylonitrile, Polyimide, polysulfone, polycarbonate, polyacetal, polyurethane, polyphenylene oxide, polyxylene, polyformal, polybutyral, polyoxyethylene, polyoxymethylene (amorphous), copolymers of two or more of the above polymers, rubbers, silyl Over down resins, phenol resins, modified alkyd resins, cellulose. Among them, as the copolymer of two or more polymers, a vinyl acetate-polyethylene copolymer is suitable for being mounted in various structures in a wide temperature range.

【0016】このように、我々は従来の高価なカーボン
繊維、蛇行抵抗線、金属粉の導電性インクの印刷フィル
ムによるセンサーの代わりに、プラスチック、ゴムなど
の高分子に導電性粒子を分散させた系を用い、この系の
伸張時の電気抵抗の増加から伸び歪みを測定するセンサ
ーの発明に至った。しかも、この系の従来にない特色は
センサー出力が歪みに対して指数関数である点である。
すなわち歪みがある値に至ると出力が急激に増加するの
で、危険ゾーンを検知する上で極めて有利である。
As described above, in place of the conventional expensive sensor using a printed film of carbon fiber, meandering resistance wire, and conductive ink of metal powder, conductive particles are dispersed in a polymer such as plastic or rubber. The invention of a sensor for measuring elongation strain by using a system and increasing the electric resistance of the system at the time of extension has been reached. Moreover, a unique feature of this system is that the sensor output is an exponential function with respect to distortion.
That is, when the distortion reaches a certain value, the output sharply increases, which is extremely advantageous in detecting the dangerous zone.

【0017】本発明のセンサーは、抵抗線、カーボン繊
維と比較すると著しく低コストである。これは導電性粒
子として、安価でしかも性能の良いカーボンブラック、
もっと低コストの黒鉛を使用でき、高分子としては大量
生産のゴム、プラスチック類が低コストで入手可能であ
る。しかもセンサー製造においては、溶媒により溶解し
た、または加熱により熔融した高分子に粒子を添加、分
散せしめるのみであるから製造コストがそれ程かからな
い。
The sensor of the present invention is remarkably low in cost as compared with the resistance wire and the carbon fiber. As conductive particles, this is an inexpensive carbon black with good performance,
Lower cost graphite can be used, and as polymers, mass-produced rubber and plastics are available at low cost. Moreover, in the production of the sensor, the production cost is not so high because the particles are simply added and dispersed in the polymer dissolved in the solvent or melted by heating.

【0018】これらの系に電極を付与してセンサーを作
製し、構造物に対して予め歪み発生が予測できる箇所を
中心としてセンサーを配置し、抵抗値の変化を計測して
構造物の受けた歪みの値を得ることができる。歪み発生
率が高い箇所は従来の土木・建築技術の蓄積から推定可
能であり、また予測困難な場合も複数のセンサーの設置
で対処できる。
Electrodes were added to these systems to fabricate a sensor, and the sensor was placed around the structure where a strain can be predicted in advance, and the change in resistance was measured to receive the structure. The distortion value can be obtained. Locations with high strain rates can be estimated from the accumulation of conventional civil engineering and construction technologies, and multiple sensors can be installed in cases where it is difficult to predict.

【0019】計測方法としてはセンサーからリード線を
引き出し、ターミナルを適当な位置に設けて定期的ある
いは地震の後などに計測する方法がある。あるいは、コ
ンピューターによるオンライン計測を行い、歪みの発生
したときその歪みの大きさおよび発生位置を画面表示し
て、警戒警報を与えたり、速やかに修復指示を出したり
することができる。
As a measuring method, there is a method in which a lead wire is pulled out from a sensor and a terminal is provided at an appropriate position to measure periodically or after an earthquake. Alternatively, it is possible to perform on-line measurement by a computer, and when a distortion occurs, display the magnitude and position of the distortion on a screen to give a warning alert or promptly issue a repair instruction.

【0020】前述の方法を重化学プラントの不等沈下監
視にも利用できる。沈下が起こらないかあるいは沈下量
が少ない位置を基点として、これとタンクなどにセンサ
ーを固定し、沈下による伸びをモニターして、各位置の
沈下を常時計測し、不等沈下があればこれを知ることが
できる。また現在は不等沈下とは呼べないような程度で
あっても将来どれくらい後に不等沈下に至るかを知るこ
とができる。
The method described above can also be used to monitor unequal settlement of heavy chemical plants. From the point where no subsidence occurs or the amount of subsidence is small, the sensor is fixed to this and the tank etc., the elongation due to subsidence is monitored, the subsidence at each position is constantly measured, and if there is unequal subsidence, this I can know. In addition, it is possible to know how much unequal subsidence will occur in the future, even if it cannot be called unequal subsidence at present.

【0021】同様に船舶、メガフロート等に設置すれば
点検のための高額なドック使用料の低減につながり、大
きな経済効果が期待できる。
Similarly, if it is installed on a ship, a megafloat, etc., it will lead to a reduction in expensive dock usage charges for inspection, and a great economic effect can be expected.

【0022】カーボンなどの導電性粒子を高分子に分散
させ、これに導電性を付与した面状発熱体は良く知られ
ていて、現在いろいろな分野で使用されている。これら
の面状発熱体のあるものはスイッチング特性により自ら
一定温度を維持する。ここでスイッチング特性は次の現
象を意味する。すなわち、低温時には低い電気抵抗値を
示し、温度が上昇するとある温度から抵抗値が激増す
る。これに電力を与えると、低温時は抵抗値が低いので
電流が流れ(スイッチオンに相当)系の温度が上昇し、あ
る温度に至ると抵抗激増のため電流が制限される(スイ
ッチオフに相当)。このスイッチング特性、換言すれば
自己温度調節特性の機構は、系を構成する高分子の熱膨
脹に依ると言われている。従ってこの様な発熱体におい
ては、スイッチング温度での急激な体積膨脹が不可欠で
あるので、用いるポリマーは必然的に結晶化度の高いも
のとなる。
A sheet heating element in which conductive particles such as carbon are dispersed in a polymer to impart conductivity to the polymer is well known and is currently used in various fields. Some of these sheet heating elements maintain a constant temperature by themselves due to their switching characteristics. Here, the switching characteristic means the following phenomenon. That is, it shows a low electric resistance value at a low temperature, and when the temperature rises, the resistance value sharply increases from a certain temperature. When power is applied to this, a low resistance value at low temperature causes a current to flow (equivalent to switch on) and the system temperature rises, and when the temperature reaches a certain value, the current is limited due to a sharp increase in resistance (equivalent to switch off). ). It is said that the mechanism of this switching characteristic, in other words, the self-temperature control characteristic, depends on the thermal expansion of the polymer constituting the system. Therefore, in such a heating element, rapid volume expansion at the switching temperature is indispensable, so that the polymer used inevitably has a high degree of crystallinity.

【0023】前述の自己温度調節発熱体において、スイ
ッチングの原理が熱膨脹であることはいまや多くの研究
者が認めてはいるものの、一部にはこれを認めないもの
もいる。反熱膨脹説派の根拠として、これらの発熱体を
外力により引っ張っても抵抗値が増加しなかったと主張
している。また現にカーボンブラック−高分子の系で伸
張による抵抗値の増加は見られなかったという報告もあ
る。
Although many researchers now recognize that the principle of switching in the above-described self-temperature control heating element is thermal expansion, some do not. As a basis for the anti-heat expansion theory, it is claimed that the resistance value did not increase even if these heating elements were pulled by an external force. In addition, there is also a report that in the carbon black-polymer system, no increase in resistance value due to stretching was actually observed.

【0024】前述の一部の否定的な予測にも拘わらず、
我々は導電性粒子と高分子との相互作用を十分考慮すれ
ば、導電性粒子−高分子系を外力で伸張すると抵抗値の
指数的な増加が期待できると考えた。熱膨脹の場合、高
分子の性質として不可欠であった高結晶性は外力による
伸張の場合は必要ないと考えられる。この無定形高分子
と結晶性高分子の相違は本発明においても意味を持つも
のであるが、この点については後から述べることとす
る。
Despite some of the negative conjectures mentioned above,
We considered that the exponential increase of the resistance value can be expected when the conductive particle-polymer system is extended by an external force when the interaction between the conductive particles and the polymer is sufficiently taken into consideration. In the case of thermal expansion, it is considered that the high crystallinity, which was indispensable as a property of polymer, is not necessary in the case of stretching by external force. The difference between the amorphous polymer and the crystalline polymer is significant also in the present invention, and this point will be described later.

【0025】本発明は自己温度調節面状発熱体の原理か
ら実現に到ったものである。自己温度調節面状発熱体の
場合は、本発明者の一部が開示したもの(特願平9−133
746号)以外は全て結晶性の高分子でなくてはならない。
ところが本発明においては、外力を受けて伸張する高分
子である限り、どの様な高分子を用いてもセンサーとし
て機能するもっとも高分子の種類によって、センサーと
しての優劣は現れてくるから、目的にかなったものを選
択することは必要である。
The present invention has been realized from the principle of a self-temperature controlling planar heating element. In the case of a self-temperature controlling planar heating element, one disclosed by a part of the present inventor (Japanese Patent Application No. 9-133
Except for No. 746), all must be crystalline polymers.
However, in the present invention, as long as it is a polymer that is stretched by receiving an external force, superiority or inferiority as a sensor appears depending on the type of the polymer that functions as a sensor regardless of the type of polymer used. It is necessary to choose the right one.

【0026】導電性粒子についても原理的にはどの様な
ものであってもセンサーとして機能する。現実には使用
条件、製作技術を考慮してふさわしいものを選択するこ
とが重要であることは言うまでもない。
In principle, any kind of conductive particles can function as a sensor. It goes without saying that in reality it is important to select the appropriate one in consideration of usage conditions and manufacturing technology.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】本発明においてはポリエチレンと
ポリ酢酸ビニルの共重合体であるEVAを溶媒に溶解
し、これに所定量の黒鉛を添加混合し、溶媒を蒸発せし
めた後ホットプレスで成形して試料を作製した。これに
外力を加えて伸張せしめ、伸び歪みと電気抵抗を同時計
測した。その結果試料の伸び歪みと電気抵抗の関係は、
伸び歪みの増加に伴って電気抵抗が指数的に増加すると
いう結果が得られた。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, EVA, which is a copolymer of polyethylene and polyvinyl acetate, is dissolved in a solvent, a predetermined amount of graphite is added and mixed, and the solvent is evaporated, followed by molding by hot pressing. Then, a sample was prepared. An external force was applied to this to make it expand, and the elongation strain and electrical resistance were measured simultaneously. As a result, the relationship between elongation strain and electrical resistance of the sample is
The results show that the electrical resistance increases exponentially with the increase of elongation strain.

【0028】導電性粒子を高分子に分散させる方法は大
まかに二通りの方法がある。一つは高分子を高温で熔融
しこれに導電性粒子を混ぜて混練する方法であるが、高
分子が高粘度であるため通常ニーダー等により混練を行
い、目的の形態に成形する。これに電極を設ければよ
い。電極を設ける方法は、前述の成形時に電極の付与さ
れたベースと熔融した導電性粒子−高分子の組成物とを
成形するか、あるいは成形された組成物に後から超音波
などで電極を接着する方法がある。
There are roughly two methods for dispersing conductive particles in a polymer. One is a method in which a polymer is melted at a high temperature and conductive particles are mixed and kneaded therein. However, since the polymer has a high viscosity, it is usually kneaded by a kneader or the like to form a desired shape. An electrode may be provided on this. The method for providing the electrode is to mold the base to which the electrode is applied during the above-mentioned molding and the composition of the molten conductive particles-polymer, or to bond the electrode to the molded composition by ultrasonic waves or the like later. There is a way to do it.

【0029】もう一つはいわゆる印刷法である。高分子
を溶媒に溶解しておいてこれに導電性粒子を添加し混合
する。溶媒は高分子が溶解すれば基本的には何でも良い
のだが、次の印刷の工程を考えると沸点の低いものは好
まれない。従って通常はキシレン、デカリン、テトラリ
ンなどが使用される。またインク(導電性粒子−高分子
の溶液)の延びを向上したり印刷生地との密着性のため
にテルペン油、エチレングリコールなどの添加物が少量
加えられることもある。
The other is a so-called printing method. The polymer is dissolved in a solvent, and the conductive particles are added thereto and mixed. Basically, any solvent can be used as long as the polymer dissolves, but in view of the next printing process, one with a low boiling point is not preferred. Therefore, xylene, decalin, tetralin, etc. are usually used. In addition, a small amount of additives such as terpene oil and ethylene glycol may be added for improving the spread of the ink (conductive particle-polymer solution) and the adhesion to the printing material.

【0030】上記の方法で得られたセンサーの歪みのな
い状態(伸長していない状態)での抵抗値は、組成物の印
刷部分のサイズ、電極間隔、導電性粒子濃度等を変える
ことにより、様々な抵抗値のものを作製することができ
る。同様に、導電性粒子の濃度、電極間隔を選択するこ
とにより、数ミリからから数メートルの様々なサイズの
センサーの作製が可能である。この様な選択性は従来の
歪みセンサーでは不可能であった。
The resistance value of the sensor obtained by the above method in a strain-free state (a state where it is not stretched) can be determined by changing the size of the printed portion of the composition, the electrode interval, the concentration of conductive particles, etc. Various resistance values can be manufactured. Similarly, by selecting the concentration of the conductive particles and the electrode interval, it is possible to manufacture sensors of various sizes from several millimeters to several meters. Such selectivity has not been possible with conventional strain sensors.

【0031】本発明に依れば設置する基材の歪みがある
値(使用上要注意な値か、あるいは損傷に至った値)にな
るとき、抵抗値の増加が指数的になる様な設計が可能で
ある。これは、導電性粒子の濃度、センサーのサイズ、
電極間隔を選択して実現できる。この様な幅広い選択性
もまた従来の歪みセンサーでは不可能であった。
According to the present invention, when the strain of the base material to be installed reaches a certain value (a value that requires caution in use or a value that leads to damage), the resistance value increases exponentially. Is possible. This is the concentration of conductive particles, the size of the sensor,
It can be realized by selecting the electrode interval. Such wide selectivity is also impossible with conventional strain sensors.

【0032】本発明で得られたセンサーは、鉄骨・鉄筋
に密着固定して用いる。地震その他の外力により鉄骨・
鉄筋が伸び歪みを受けたとき、密着しているセンサーも
鉄骨・鉄筋と等価の歪みを受ける。その結果センサーの
電気抵抗が指数的に増加する。これにより当該鉄骨・鉄
筋の受けた歪みが許容範囲か否かを判定する。鉄骨構造
物・鉄筋コンクリート構造物において許容される歪みの
値は現在においては十分に知られているので、その許容
値あたりで電気抵抗変化が大きく増加するようにセンサ
ーのサイズなどの設計をすればよい。
The sensor obtained in the present invention is used by closely fixing it to a steel frame / rebar. Steel frame due to earthquake or other external force
When the reinforcing bar is stretched and strained, the sensor that is in close contact with it is also strained equivalent to the steel frame and reinforcing bar. As a result, the electrical resistance of the sensor increases exponentially. Thereby, it is determined whether or not the strain received by the steel frame / rebar is within the allowable range. Since the allowable strain values for steel structures and reinforced concrete structures are currently well known, it is sufficient to design the size of the sensor etc. so that the change in electrical resistance greatly increases per the allowable value. .

【0033】前述のように、センサーが歪みと抵抗値と
の間に一定の関係を有しつつ伸びることができる伸びの
上限値、および単位伸び歪み当たりの抵抗変化は、系に
分散する粒子濃度に依存する。従って監視すべき鉄骨・
鉄筋の性質、歪み発生が予想される部分の寸法などにを
十分考慮して、これに最もふさわしいセンサーを設計す
ることができる。この場合センサーの設計とはセンサー
の形、寸法のみを言うのではなく、センサーを構成する
粒子−高分子系の粒子濃度、用いる導電性粒子、および
高分子の適切な選択をも含む。
As described above, the upper limit value of elongation at which the sensor has a certain relationship between strain and resistance value and the change in resistance per unit elongation strain are the concentration of particles dispersed in the system. Depends on. Therefore, the steel frame to be monitored
It is possible to design the sensor most suitable for this by fully considering the properties of the reinforcing bar and the dimensions of the part where distortion is expected to occur. In this case, the design of the sensor includes not only the shape and size of the sensor but also the particle concentration of the particle-polymer system constituting the sensor, the conductive particles to be used, and an appropriate selection of the polymer.

【0034】[0034]

【実施例】実施例1 ここでは総括的な実施例を示す。ポリマーはエチレンと
酢酸ビニル共重合体のEVA(ポリエチレン20wt%)を用
いた。所定量EVAをトルエンに溶解し、計算量の鱗片
状黒鉛(平均粒径1μm)を加えて混合し、溶媒を蒸発さ
せた後真空乾燥器で溶媒除去を徹底し、ホットプレスを
行って200×200ミリ、厚さ2ミリのシートに成形した。
このシートを図1に示すようなダンベル型に切り取り、
中央部(長さ25mm)の部分以外は表面、裏面、側面全て銀
ペーストを塗布してこれを電極とした。
EXAMPLES Example 1 A general example is shown here. As the polymer, EVA (polyethylene 20 wt%) of ethylene and vinyl acetate copolymer was used. Dissolve a predetermined amount of EVA in toluene, add a calculated amount of flake graphite (average particle size 1 μm) and mix, evaporate the solvent, thoroughly remove the solvent with a vacuum dryer, and hot press to 200 × It was molded into a sheet with a thickness of 200 mm and a thickness of 2 mm.
Cut this sheet into a dumbbell shape as shown in Figure 1,
Except for the central portion (25 mm in length), silver paste was applied to the front surface, the back surface, and the side surfaces, and this was used as an electrode.

【0035】この試料の両端を絶縁材(ポリエチレンフ
ィルム)で挟んで固定し、試験機で引っ張り歪みを加え
ながら電気抵抗を同時に測定した。試験機の機構はコン
ピューター制御されたステップモーターから数段のギア
を経て試料を引っ張り、引っ張り長さはデジタル表示装
置(ソニー(株)製LY41)、電気抵抗はデジタルマルチメー
ター(アドバンテスト社R6452A)で計測し、コンピュータ
ーに取り込んだ。装置全体のコントロールおよび計測デ
ーター処理はパソコン(NEC社、PC9821 V16)で行った。
引っ張り長はμm単位で計測できるよう設計した。
Both ends of this sample were sandwiched and fixed by an insulating material (polyethylene film), and the electrical resistance was simultaneously measured while applying tensile strain with a tester. The mechanism of the testing machine is a computer controlled step motor that pulls the sample through several gears, the pulling length is a digital display (Sony LY41), and the electrical resistance is a digital multimeter (Advantest R6452A). It was measured and loaded into a computer. Control of the entire device and processing of measurement data were performed by a personal computer (NEC, PC9821 V16).
The tensile length was designed to be measured in μm.

【0036】試料に張力をかけない前の抵抗値と、添加
した黒鉛濃度との関係を図2に示した。今回の装置で
は、デジタルマルチメーターとインターフェースの関係
から、抵抗値が100MΩを越えるとコンピューターに取
り込む事ができないという制約がある。従って黒鉛濃度
が27.5%を下回る場合は引っ張り試験は行わなかった。
図2から解るように張力をかける前の抵抗値は1.15MΩ
から133Ωにまで広がっている。但し、いずれの濃度に
おいても読みとりの上限値は100MΩである。
The relationship between the resistance value before applying tension to the sample and the concentration of the added graphite is shown in FIG. In the device this time, due to the relationship between the digital multimeter and the interface, there is a restriction that if the resistance value exceeds 100 MΩ, it cannot be taken into the computer. Therefore, the tensile test was not conducted when the graphite concentration was less than 27.5%.
As can be seen from Fig. 2, the resistance value before applying tension is 1.15 MΩ.
To 133Ω. However, the upper limit of reading is 100 MΩ at any concentration.

【0037】各黒鉛濃度の試料の伸び歪みと抵抗値との
関係を図3〜図8に示した。ここでは伸び歪みは、実際
の伸びの長さに対する抵抗体伸長を受ける部分の長さ(2
5mm)の割合(%)で表されている。この図において縦軸は
直線的であり、スケールが各々の場合で異なっているこ
とに留意すべきである。黒鉛濃度が低い場合、引っ張る
前の抵抗値が既に高く読み取りの上限値があるので、抵
抗の増加が低く現れている。30wt%の場合は指数関数的
な抵抗増加が見られ、32.5wt%が最も激しい抵抗増加が
見られる。35wt%の場合はこの激しさが少し衰え、末期
に試料の破壊(ひび割れの発生)によるものと見られるシ
グナルの乱れが現れる。これはカーボン添加濃度の増加
に伴う力学的性質の変化である。カーボン濃度が増加す
るにつれて系が硬く脆くなる。37.5wt%の場合抵抗増加
率が低くなり、試料の破壊が起こる。40wt%ではこの傾
向が更に顕著になる。
The relationships between the elongation strain and the resistance value of the samples having various graphite concentrations are shown in FIGS. Here, the elongation strain is the length (2
5 mm) is expressed as a percentage (%). It should be noted that in this figure the vertical axis is linear and the scale is different in each case. When the graphite concentration is low, the resistance value before pulling is already high and there is an upper limit value for reading, so the increase in resistance appears low. In the case of 30 wt%, an exponential resistance increase is seen, and the most drastic resistance increase is seen in 32.5 wt%. In the case of 35 wt%, this violence weakens a little, and at the end of the period, the disturbance of the signal, which is considered to be due to the destruction (cracking) of the sample, appears. This is a change in mechanical properties with increasing carbon addition concentration. The system becomes hard and brittle as the carbon concentration increases. When it is 37.5 wt%, the resistance increase rate becomes low and the sample is destroyed. At 40 wt%, this tendency becomes more remarkable.

【0038】図3〜図8では伸び歪みに対する抵抗値を
縦軸に直線目盛りで表したが、今度は伸び歪みに対して
抵抗値を対数目盛で表し図9〜図14に示した。注目すべ
き事はどの黒鉛濃度の場合も抵抗値の対数と伸び歪みは
ほぼ直線関係が成立すると言うことである。すなわち、
抵抗(R)と伸び歪み(ε)においては数1の関係が認めら
れる。
In FIGS. 3 to 8, the resistance value with respect to elongation strain is shown on the vertical axis on a linear scale. Now, the resistance value with respect to elongation strain is shown on a logarithmic scale and shown in FIGS. 9 to 14. What should be noted is that the logarithm of the resistance value and the elongation strain have a substantially linear relationship at any graphite concentration. That is,
The relationship of the equation (1) is recognized between the resistance (R) and the elongation strain (ε).

【0039】[0039]

【数1】 [Equation 1]

【0040】ここでa、b はある定数を意味する。数1
を変形すると、すなわち、数2の形になり、抵抗が歪み
に対して指数的に増加することが解る。
Here, a and b mean certain constants. Number 1
It is understood that when is transformed, that is, it becomes the form of Equation 2, and the resistance increases exponentially with respect to the strain.

【0041】[0041]

【数2】 [Equation 2]

【0042】この様な抵抗値の対数と歪みとの直線関係
はこれまで如何なる文献にも報告されていない。ここで
は一応トンネル電流により説明を試みる。試料を引っ張
ることにより、引っ張り以前に接触していた粒子の間に
間隙が生じたり、同じく引っ張り以前から存在していた
間隙が引っ張ることにより更に間隙の距離が増加するこ
とは容易に予想し得る。この間隙の距離が十分長ければ
もはやこの様な間隙を通じての電気伝導はない。しかし
間隙距離が短い場合、この間隙によるポテンシャルを通
しての電気伝導が可能になる。この様なことは量子の世
界では可能である。例えば、テニスボールが壁を抜けて
向こう側に到達することはないが、電子がポテンシャル
障壁を抜けて向こう側に到達することはできる。この様
な現象はトンネル効果と呼ばれている。以下に、このト
ンネル効果によりポテンシャルをすり抜けて流れるトン
ネル電流について説明する。
Such a linear relationship between the logarithm of the resistance value and the strain has not been reported so far in any literature. Here, the tunnel current is used for explanation. It can be easily expected that pulling the sample creates a gap between the particles that were in contact with each other before the pulling, or that the gap that was present before the pulling also pulls the gap further. If the distance of this gap is sufficiently long, there is no longer electrical conduction through such a gap. However, if the gap distance is short, electric conduction through the potential due to this gap becomes possible. This kind of thing is possible in the quantum world. For example, a tennis ball cannot pass through a wall and reach the other side, but electrons can pass through a potential barrier and reach the other side. Such a phenomenon is called the tunnel effect. The tunnel current flowing through the potential due to this tunnel effect will be described below.

【0043】いまX-軸方向にExの運動エネルギーを持
つ電子が、図15に示されるようなポテンシャル障壁を越
えてX-軸方向、すなわち、左から右側に移る確率P(E
x)を求めると、数3のように表すことができる。
Probability P (E) that an electron having Ex kinetic energy in the X-axis direction moves from the left to the right in the X-axis direction across the potential barrier as shown in FIG.
When x) is obtained, it can be expressed as in Equation 3.

【0044】[0044]

【数3】 [Equation 3]

【0045】ここでm、h、s、f(x)は、それぞれ電
子の質量、プランク定数、ポテンシャルの幅、ポテンシ
ャルの高さを表す。この確率P(Ex)を用いるとトンネ
ル電流は数4で表すことができる。
Here, m, h, s, and f (x) represent mass of electron, Planck's constant, width of potential, and height of potential, respectively. Using this probability P (Ex), the tunnel current can be expressed by equation 4.

【0046】[0046]

【数4】 [Equation 4]

【0047】ここでExは電子の動径方向の運動エネル
ギー、f(E)はFermi-Dirac分布を表す。問題は数4の
積分が数学的にはできないことにある。従って何らかの
近似を用いる必要がある。ここでは図4の結果を説明す
るためにSimmonsによる方法を用いる(J. G. Simmons,
J. Appl. Phys. 34, 1793(1963).)。 これに関する詳細
は省略するが、ポテンシャル障壁にかかる電圧が低い場
合は、トンネル電流は数5で近似できるとしている。
Here, Ex represents the kinetic energy of electrons in the radial direction, and f (E) represents the Fermi-Dirac distribution. The problem is that the integration of equation 4 cannot be done mathematically. Therefore it is necessary to use some approximation. Here, the method by Simmons is used to explain the result of FIG. 4 (JG Simmons,
J. Appl. Phys. 34, 1793 (1963).). Although details regarding this are omitted, the tunnel current can be approximated by Equation 5 when the voltage applied to the potential barrier is low.

【0048】[0048]

【数5】 [Equation 5]

【0049】ここで、トンネル障壁にかかる電場をFと
するとF=V/sであるからこれを用い、数5両辺をFで
割り、更に対数をとると、数6となる。
Here, if the electric field applied to the tunnel barrier is F, then F = V / s, and this is used to divide both sides of Formula 5 by F and take the logarithm to obtain Formula 6.

【0050】[0050]

【数6】 [Equation 6]

【0051】ここで、sは伝導度、すなわち体積抵抗の
逆数である。従って体積抵抗rは、数7で表される。
Here, s is the conductivity, that is, the reciprocal of the volume resistance. Therefore, the volume resistance r is expressed by Equation 7.

【0052】[0052]

【数7】 [Equation 7]

【0053】すなわち、幅sのトンネル障壁に電圧をか
けて抵抗を求め、抵抗と障壁の幅との関係を求めると数
7のように抵抗の対数と幅は直線関係となることが解
る。
That is, when a resistance is obtained by applying a voltage to the tunnel barrier having the width s and the relation between the resistance and the width of the barrier is obtained, it can be understood that the logarithm of the resistance and the width have a linear relationship as shown in Equation 7.

【0054】上で述べた数7の関係を無条件に図9〜図
14の結果と結びつけるわけには行かない。現実の試料に
は無数の粒子が存在し、これらの粒子間の間隙がトンネ
ル障壁となっていると考えることができる。厳密に言え
ば、これら全てのトンネル障壁を考慮すべきである。こ
の目的のために、障壁の幅にボルツマン分布を考慮し、
等価回路を用い、シュミレーションを行った。この結
果、系に多数のトンネル障壁が存在する系において電気
抵抗の対数と伸び歪みとの間に直線関係があることが理
論的に明らかになった(T. Kimura, N. Yoshimura, T. O
giso, K. Maruyama and M. Ikeda, Polym. Commun., in
press. )。従って、図9〜図14の結果はトンネル効果
で説明することができる
The above-mentioned relation of the equation 7 is unconditionally shown in FIGS.
It cannot be linked to the 14 results. It can be considered that there are innumerable particles in an actual sample and the gap between these particles serves as a tunnel barrier. Strictly speaking, all these tunnel barriers should be considered. For this purpose, consider the Boltzmann distribution for the width of the barrier,
Simulation was performed using an equivalent circuit. As a result, it was theoretically clarified that there is a linear relationship between the logarithm of the electrical resistance and the elongation strain in a system with many tunnel barriers (T. Kimura, N. Yoshimura, T. O.
giso, K. Maruyama and M. Ikeda, Polym. Commun., in
press.). Therefore, the results of FIGS. 9-14 can be explained by the tunnel effect.

【0055】抵抗値の対数と伸び歪みとの直線関係は明
らかになったが、今度はこの関係に対するカーボン濃度
の影響について述べる。図9〜図14の結果から試料を引
っ張ったとき、単位伸び歪み当たりで抵抗値が何倍にな
ったかを求めた。すなわち、歪み量がある値の時の抵抗
値をR0とする。これから単位歪み量(ε)試料が伸びた
ときの抵抗値をRとし、抵抗値の比、(R/R0)/εを図
9〜図14から求め、これをカーボン濃度の関数としてプ
ロットし、図16に示した。図16から解るように[(R/
0)/ε]の値は30wt%の当たりで極大値を持つ。従って
この辺りの濃度を選択すると伸び歪みに対して最も鋭敏
な歪みセンサーが可能になる。このカーボン濃度と[(R
/R0)/ε]の関係は次のように説明できると考える。す
なわち、カーボン濃度が低い場合粒子間の間隙は広いの
でポテンシャル障壁は高いものが多く、従ってトンネル
電流は極めて低く事実上電流は観測されない。従ってこ
うした試料を伸張しても抵抗値の増加はそれほどは期待
できない。逆にカーボン濃度が高い場合、粒子が直接接
触していてトンネル効果による寄与は少なくなってい
る。従って図16に現れるようにあるカーボン濃度で極大
値が現れることは十分予想できる。
The linear relationship between the logarithm of the resistance value and the elongation strain has been clarified. Now, the effect of carbon concentration on this relationship will be described. From the results of FIGS. 9 to 14, it was determined how many times the resistance value increased per unit elongation strain when the sample was pulled. That is, the resistance value when the strain amount has a certain value is R 0 . From this, the unit strain amount (ε) is defined as R, which is the resistance value when the sample is stretched, and the ratio of resistance values, (R / R 0 ) / ε is obtained from FIGS. 9 to 14, and this is plotted as a function of carbon concentration. , Shown in FIG. As you can see from Figure 16, [(R /
The value of R 0 ) / ε] has a maximum value around 30 wt%. Therefore, if the concentration around this is selected, a strain sensor most sensitive to elongation strain becomes possible. This carbon concentration and [(R
It is considered that the relationship of / R 0 ) / ε] can be explained as follows. That is, when the carbon concentration is low, the gap between particles is wide, and therefore the potential barrier is high in many cases, and therefore the tunnel current is extremely low and virtually no current is observed. Therefore, even if such a sample is stretched, the increase in resistance cannot be expected so much. On the contrary, when the carbon concentration is high, the particles are in direct contact with each other and the contribution of the tunnel effect is small. Therefore, it can be sufficiently predicted that the maximum value appears at a certain carbon concentration as shown in FIG.

【0056】実施例2 実施例1では、EVAと黒鉛の系について、黒鉛濃度の
影響を詳細に述べたが、本実施例以下数例にわたって、
導電性粒子に種々のものを用いた例を示す。EVA(酢
酸ビニル25wt%、エチレン75wt%)94重量部をトルエンに
溶解し、このトルエン溶液に、ケッチェンブラックEC
を予め粉砕して造粒されている粒子を砕いておいたもの
6重量部を混合した。これをテフロンバットにキャスト
して溶媒を蒸発せしめ、組成物をホットプレスにかけて
図1に示されているダンベル型に成形し、銀ペーストを
塗布した。
Example 2 In Example 1, the effect of the graphite concentration was described in detail for the system of EVA and graphite.
An example in which various kinds of conductive particles are used will be shown. 94 parts by weight of EVA (vinyl acetate 25% by weight, ethylene 75% by weight) was dissolved in toluene, and this toluene solution was dissolved in Ketjen Black EC.
Was crushed in advance and the granulated particles were crushed and mixed in an amount of 6 parts by weight. This was cast on a Teflon bat to evaporate the solvent, and the composition was hot pressed into a dumbbell shape shown in FIG. 1 and silver paste was applied.

【0057】この系の伸び歪みと電気抵抗の関係は実施
例1に述べた方法で測定した。この結果を図17に示す。
実施例1と比較すると伸びに対する抵抗増加が少ないこ
とが解る。もっとも添加量をより少なくすれば抵抗値の
変化はもっと大きくなる。後の実施例からも解るように
ケッチェンブラックの場合が最も抵抗変化が少ない。こ
の原因は現在研究中であるが、カーボン粒子間の強い相
互作用に依るものと考えられる。
The relationship between elongation strain and electric resistance of this system was measured by the method described in Example 1. The result is shown in FIG.
It can be seen that the increase in resistance to elongation is small as compared with Example 1. However, the smaller the added amount, the larger the change in resistance value. As can be seen from the later examples, the case of Ketjen Black has the smallest resistance change. The cause of this is currently under study, but it is thought to be due to strong interaction between carbon particles.

【0058】実施例3 EVA(酢酸ビニル25wt%、エチレン75wt%)80重量部をト
ルエンに溶解し、このトルエン溶液に、20重量部のアセ
チレンブラックを実施例2と同様な方法で分散させ、キ
ャスト、ホットプレスの後、実施例1と同様なダンベル
型試料を作製した。伸び歪みと電気抵抗の関係を図18に
示した。この場合もケッチェンブラックの場合とほぼ同
様に伸び歪みに対する抵抗値の変化は少ない。本実施例
および実施例2の場合でもカーボンの添加量を減じてパ
ーコレーション閾値近くまで持って行くと抵抗値の変化
は大きくなる。
Example 3 80 parts by weight of EVA (25 wt% vinyl acetate, 75 wt% ethylene) was dissolved in toluene, and 20 parts by weight of acetylene black was dispersed in this toluene solution in the same manner as in Example 2 and cast. After hot pressing, a dumbbell-shaped sample similar to that of Example 1 was prepared. The relationship between elongation strain and electric resistance is shown in FIG. Also in this case, the resistance value changes little with elongation strain, as in the case of Ketjen Black. Also in the case of the present embodiment and the second embodiment, when the amount of carbon added is reduced to bring it to near the percolation threshold value, the change in resistance becomes large.

【0059】実施例4 EVA(酢酸ビニル20wt%、エチレン80wt%)65重量部をト
ルエンに溶解し、このトルエン溶液に、デントールWK-2
00B(チタン酸カリウム針状結晶の表面に化学的蒸着法で
カーボンを蒸着して導電性を付与したもの)35重量部を
前述の実施例と同様な方法で分散させ、試料作成後伸び
歪みと電気抵抗の関係を測定し図19に示した。この場合
は粒子径の極度に細かいカーボンブラックとは異なり伸
び歪みの変化に伴って大きな抵抗変化が見られた。
Example 4 EVA (20 wt% vinyl acetate, 80 wt% ethylene) 65 parts by weight was dissolved in toluene, and this toluene solution was dissolved in Dentol WK-2.
35 parts by weight of 00B (conducting carbon by chemical vapor deposition on the surface of needle-shaped crystals of potassium titanate to give conductivity) were dispersed in the same manner as in the above-mentioned example, and elongation strain after sample preparation The electrical resistance relationship was measured and shown in FIG. In this case, unlike carbon black having an extremely fine particle size, a large resistance change was observed with a change in elongation strain.

【0060】実施例5 EVA(酢酸ビニル20wt%、エチレン80wt%)70重量部をト
ルエンに溶解し、このトルエン溶液に、マイカ微粒子に
ニッケルの化学メッキを施したものを30重量部分散さ
せ、キャスト、ホットプレス後、ダンベル型試料を作製
し、これまでの実施例と同様に伸び歪みと電気抵抗の関
係を測定し図20に示した。この場合も実施例4と同様に
伸び歪みに対して大きな抵抗値の変化が見られた。
Example 5 70 parts by weight of EVA (vinyl acetate 20% by weight, ethylene 80% by weight) was dissolved in toluene, and 30 parts by weight of mica fine particles chemically plated with nickel were dispersed in this toluene solution and cast. After hot pressing, a dumbbell-shaped sample was prepared, and the relationship between elongation strain and electric resistance was measured in the same manner as in the above examples, and the result is shown in FIG. Also in this case, as in Example 4, a large change in resistance value was observed with respect to elongation strain.

【0061】実施例6 これ以後数例にわたって種々のポリマーを用いてセンサ
ーを作製した場合の例を示す。軟質ポリ塩化ビニル65重
量部を熱熔融し、黒鉛(日本黒鉛、J-SP)35重量部を混練
しプレスによりダンベル型の試料を作製し、銀ペースト
による電極を付与し、先の応用例と同じ方法で伸び歪み
と電気抵抗の関係を求めた。この結果を図21に示した。
この場合も伸び歪みに対して大きな抵抗値変化が得られ
た。
Example 6 An example in which a sensor is manufactured by using various polymers will be shown over several examples. 65 parts by weight of soft polyvinyl chloride was melted by heat, 35 parts by weight of graphite (Nippon Graphite, J-SP) was kneaded, and a dumbbell-shaped sample was prepared by pressing, and an electrode made of silver paste was applied. The relationship between elongation strain and electric resistance was obtained by the same method. The result is shown in FIG.
Also in this case, a large resistance value change was obtained with respect to elongation strain.

【0062】実施例7 シリコーン未硬化物(東レシリコーン、SE9187)65重量部
にトルエン30重量部を加え撹拌して粘度を下げ、黒鉛
(日本黒鉛、J-SP)35重量部を混練し、ダンベル型の鋳型
に入れて放置し、溶媒を蒸発せしめ、真空乾燥して試料
を得た。この試料に対して伸び歪み−電気抵抗の測定を
行い、その結果を図22に示した。この系の場合は銀ペー
ストの接着性に問題があった。実用には銀ペーストでは
なく予め金属メッシュの電極を成形時に入れておく等の
対策が必要である。またシリコーンの硬化の際、試料内
に応力が発生するので、初期の歪み−抵抗の対数の関係
において、初期の直線性のない部分は残留応力に起因す
るのかも知れない。しかし伸び歪みと抵抗値をリニアー
プロットすれば、ある歪み量から抵抗値が鋭く増加する
のでセンサーとしての有用であることが解る。
Example 7 To 65 parts by weight of an uncured silicone (Toray Silicone, SE9187) was added 30 parts by weight of toluene, and the mixture was stirred to reduce the viscosity.
35 parts by weight of (Nippon Graphite, J-SP) were kneaded, put in a dumbbell-shaped mold and allowed to stand, the solvent was evaporated, and vacuum drying was performed to obtain a sample. The elongation strain-electrical resistance of this sample was measured, and the results are shown in FIG. In this system, there was a problem with the adhesiveness of the silver paste. For practical use, it is necessary to take measures such as putting a metal mesh electrode in advance at the time of molding instead of the silver paste. In addition, since stress is generated in the sample when the silicone is cured, in the initial strain-resistance logarithmic relationship, the initial non-linear portion may be due to residual stress. However, if the elongation strain and the resistance value are linearly plotted, it can be seen that the resistance value sharply increases from a certain strain amount, so that it is useful as a sensor.

【0063】実施例8 65重量部の未加硫のアクリロニトリル−ブタジエンゴム
をテトラヒドロフランに溶解して、これに黒鉛(日本黒
鉛、J-SP)35重量部を加え、ダンベル型の鋳型にキャス
トし、銀ペーストで電極を設け、伸び歪みと電気抵抗と
の関係を求め、図23に示した。この場合も伸び歪みと抵
抗値の対数のプロットでは初期には直線性からのずれが
見られるが、センサーとしての有用性は十分認知でき
る。
Example 8 65 parts by weight of unvulcanized acrylonitrile-butadiene rubber was dissolved in tetrahydrofuran, 35 parts by weight of graphite (Nippon Graphite, J-SP) was added, and cast in a dumbbell-shaped mold. An electrode was provided with silver paste, and the relationship between elongation strain and electric resistance was determined and shown in FIG. Also in this case, a deviation from linearity is initially seen in the plot of logarithm of elongation strain and resistance value, but the usefulness as a sensor can be fully recognized.

【0064】実施例9 本例においてはポリマーを溶媒で溶解せず、熱熔融にて
溶解し、導電性粒子を分散させてセンサーを作製した例
を示す。低密度ポリエチレン(トーソー(株)製ペトロセ
ン203)65重量部および黒鉛(日本黒鉛、J-SP)35重量部を
ニーダーを用いて混練した。これをホットプレスし、ダ
ンベル型にカットして、銀ペイントで電極を形成した。
この試料に対して同様に伸び歪み−電気抵抗の関係を測
定し図24に示した。この場合は伸び歪みと電気抵抗の対
数の間に優れた直線性を有するが、混練の再現性にはか
なりの熟練があることが解り、実用的な面では品質管理
に多少の困難が伴うことが予見された。
Example 9 In this example, a polymer is not dissolved in a solvent but is melted by heat melting and conductive particles are dispersed to prepare a sensor. 65 parts by weight of low-density polyethylene (Petrosene 203 manufactured by Tosoh Corporation) and 35 parts by weight of graphite (Nippon Graphite, J-SP) were kneaded using a kneader. This was hot pressed, cut into a dumbbell shape, and an electrode was formed with silver paint.
The elongation strain-electrical resistance relationship was similarly measured for this sample and shown in FIG. In this case, it has excellent linearity between the elongation strain and the logarithm of electric resistance, but it is understood that there is considerable skill in reproducibility of kneading, and quality control involves some difficulty in practical use. Was foreseen.

【0065】実施例10 本例から以後は、印刷法によりセンサーを作製し、特性
を評価した例を示す。EVA(エチレン20%)65重量部を
テトラリンに溶解し、黒鉛(日本黒鉛、CSP)35重量部
を加えてインク化し、厚み120ミクロンの二軸延伸PE
Tフィルム(予め電極が銀ペーストで印刷してある)に印
刷した。印刷膜は90ミクロンであった。試料は図25に示
してある。この試料の伸び歪みと電気抵抗の関係を求め
図26に示した。抵抗の対数と伸び歪みとの関係は、初期
には直線性から少しずれるがその後すぐ直線に戻る。リ
ニアーな目盛りでプロットすれば、ある歪み量から電気
抵抗が急増することが解り、センサーとしての有用性が
確認できた。
Example 10 From this example onward, an example in which a sensor was manufactured by the printing method and the characteristics were evaluated will be shown. EVA (ethylene 20%) 65 parts by weight is dissolved in tetralin, and graphite (Nippon Graphite, CSP) 35 parts by weight is added to form an ink.
It was printed on a T film (electrodes were previously printed with silver paste). The printed film was 90 microns. A sample is shown in Figure 25. The relationship between the elongation strain and the electrical resistance of this sample was determined and shown in FIG. The relationship between the logarithm of resistance and elongation strain deviates slightly from the linearity in the initial stage, but returns to a straight line immediately thereafter. When plotted on a linear scale, it was found that the electrical resistance increased sharply from a certain amount of strain, confirming its usefulness as a sensor.

【0066】実施例11 EVA(エチレン20%)65重量部をテトラリンに溶解し、
黒鉛(日本黒鉛、CSP)35重量部を加えてインク化し、
厚み100ミクロンのポリカーボネートフィルムに印刷し
た。これを実施例10と同じ形状にし、伸び歪みと電気抵
抗を計測し、図27に示した。この場合は抵抗値の対数と
伸び歪みの間に良い直線関係が得られ、センサーとして
使用し得ることが判明した。
Example 11 65 parts by weight of EVA (ethylene 20%) was dissolved in tetralin,
Add 35 parts by weight of graphite (Nippon Graphite, CSP) to make ink,
It was printed on a 100 micron thick polycarbonate film. This was made into the same shape as in Example 10, the elongation strain and the electric resistance were measured, and the result is shown in FIG. In this case, a good linear relationship was obtained between the logarithm of the resistance value and the elongation strain, and it was found that it could be used as a sensor.

【0067】実施例12 EVA(エチレン20%)65重量部をテトラリンに溶解し、
黒鉛(日本黒鉛、CSP)35重量部を加えてインク化し、
厚み100ミクロンの硬質ポリ塩化ビニルフィルムに印刷
した。これを実施例10と同じ形状にし、伸び歪みと電気
抵抗を計測し、図28に示した。この場合も実施例11と同
様の結果が得られた。
Example 12 65 parts by weight of EVA (ethylene 20%) was dissolved in tetralin,
Add 35 parts by weight of graphite (Nippon Graphite, CSP) to make ink,
Printed on 100 micron thick rigid polyvinyl chloride film. This was made into the same shape as in Example 10, the elongation strain and the electric resistance were measured, and the result is shown in FIG. Also in this case, the same result as in Example 11 was obtained.

【0068】実施例13 EVA(エチレン20%)65重量部をテトラリンに溶解し、
黒鉛(日本黒鉛、CSP)35重量部を加えてインク化し、
厚み125ミクロンのポリイミド(宇部興産ユーピレック
ス)フィルムに印刷した。これを実施例10と同じ形状に
し、伸び歪みと電気抵抗を計測し、図29に示した。図よ
り解るようにこの場合は安定した良好な結果が得られ
た。
Example 13 65 parts by weight of EVA (ethylene 20%) was dissolved in tetralin,
Add 35 parts by weight of graphite (Nippon Graphite, CSP) to make ink,
Printed on a 125 micron thick polyimide (Ube Industries Upilex) film. This was made into the same shape as in Example 10, the elongation strain and the electric resistance were measured, and the result is shown in FIG. As can be seen from the figure, stable and good results were obtained in this case.

【0069】[0069]

【発明の効果】上に述べたようにカーボンを高分子に分
散させた系を伸長せしめると、伸び歪みに対して系の電
気抵抗は指数的に増加する事が判明した。上記実施例で
はカーボン濃度30wt%の系で伸び歪みに対して抵抗値増
加が最も鋭敏であることも解った。歪みの許容量の辺り
で抵抗値変化が鋭く変化するようにセンサーの寸法を設
計することは上に示されたデーターから可能となる。セ
ンサー出力が歪みに対して指数的であることは安全管理
基準を定めることが極めて容易になる。もしもセンサー
出力が直線的であれば、危険と判断する限界値を決める
のにかなりの労力を必要とするし、またその判断そのも
のの信頼性も問題となる。またセンサー特性の経時変化
の点についても、認識したい歪み量に対して例えばセン
サー出力が二桁の抵抗値増加であれば、長期間後にセン
サー特性が数十%変化しても十分使用に耐え得る。この
点からもこのセンサーは従来にない特性を持つ。
As described above, when a system in which carbon is dispersed in a polymer is elongated, the electrical resistance of the system exponentially increases with respect to elongation strain. In the above example, it was also found that the resistance value increase was most sensitive to elongation strain in the system having a carbon concentration of 30 wt%. It is possible from the data presented above to design the dimensions of the sensor so that the resistance changes sharply around the strain tolerance. The fact that the sensor output is exponential with respect to strain makes it extremely easy to establish safety management standards. If the sensor output is linear, it takes a lot of effort to determine the critical value to be judged as dangerous, and the reliability of the judgment itself is also a problem. Regarding the change in sensor characteristics with time, if the sensor output increases by a two-digit resistance value with respect to the strain amount to be recognized, it can withstand use even if the sensor characteristics change by several tens of percent after a long period of time. . From this point as well, this sensor has characteristics that have not been available in the past.

【0070】上記実施例から伸び歪みセンサーを設計す
るにあたり[(R/R0)/ε]の値以外にもセンサーの機械
的性質そのものの利用価値がある。すなわちカーボン濃
度を高くすると伸び歪みに対する抵抗変化の鋭敏性は犠
牲になるけれど、系を脆くしてセンサーが切断を受ける
ようにすることもできる。この場合ある量の歪みを受け
たことは、破壊がセンサー切断という事実で記録され
る。逆にカーボン濃度が低い場合、歪みを受けた後のセ
ンサーの復元がある程度期待できる。歪みを常時監視す
るシステムの場合は、この様なカーボン濃度の低い系が
有用であると考えられる。
In designing the elongation strain sensor from the above examples, the mechanical properties of the sensor itself are useful in addition to the value of [(R / R 0 ) / ε]. That is, if the carbon concentration is increased, the sensitivity of resistance change to elongation strain is sacrificed, but the system can be made fragile so that the sensor can be cut. The fact that in this case a certain amount of strain has been recorded is due to the fact that the fracture is a sensor break. On the other hand, when the carbon concentration is low, the restoration of the sensor after being strained can be expected to some extent. In the case of a system that constantly monitors strain, such a system having a low carbon concentration is considered to be useful.

【0071】導電性粒子の濃度で抵抗値を幅広く選択す
ることができる。また電極間距離を選択して、設置基材
の危険歪みに対してセンサー出力を明確に急増せしめる
ことが可能である。これらの選択によりセンサーのサイ
ズとして大型ものもが可能であり、建築物、船舶、メガ
フロート等に対するセンサーが初めて可能になった。
The resistance value can be widely selected depending on the concentration of the conductive particles. It is also possible to select the distance between the electrodes to sharply increase the sensor output against the dangerous strain of the installed substrate. With these selections, a large sensor size is possible, and for the first time, a sensor for buildings, ships, megafloats, etc. has become possible.

【0072】カーボン−高分子系を伸張して電気抵抗変
化を観測する際、次の二つの点が重要となる。一つはカ
ーボンそのものの問題である。カーボンの種類によって
得られる結果が異なることが考えられる。予測されてい
ることは、カーボンと高分子との相互作用が強いケッチ
ェンブラックを用いると伸び歪みに対する電気抵抗変化
が少ないことである。逆に黒鉛の場合は電気抵抗変化が
大きいと予測できる。この様にカーボンの種類を選択し
て目的にかなったセンサーの作製をすることができる。
When observing a change in electric resistance by stretching a carbon-polymer system, the following two points are important. One is the problem of carbon itself. It is conceivable that the results obtained will differ depending on the type of carbon. It is predicted that the use of Ketjen black, in which the interaction between carbon and polymer is strong, causes little change in electric resistance with respect to elongation strain. On the contrary, in the case of graphite, it can be predicted that the electric resistance change is large. In this way, by selecting the type of carbon, it is possible to manufacture a sensor suitable for the purpose.

【0073】高分子について言えば、原則として高分子
の伸長する範囲内でどの様な高分子を用いてもセンサー
の作製が可能であることは前述の実施例より明らかであ
る。このセンサーの更なる展開について述べると、高分
子の機械的性質の二つの要素、弾性と粘性を適宜使い分
けることで新たな展開が生ずる。粘性の支配的な高分子
であれば伸び歪みを受けた後外力を除去しても、電気抵
抗は増加したままの状態に留りやすく、弾性的性質が支
配的なものであれば、外力を除去すれば抵抗値も元の状
態に戻りやすい。この様に粘弾性を見極めて、常時モニ
ター用のセンサーに用いるか、外力を受けた後のみセン
サーを調べるようなタイプに用いるか使い分けることが
できる。
As for the polymer, it is clear from the above-mentioned examples that, in principle, the sensor can be prepared by using any polymer within the range of elongation of the polymer. With regard to the further development of this sensor, a new development will occur by appropriately using the two elements of the mechanical properties of the polymer, elasticity and viscosity. If the polymer has a dominant viscosity, even if the external force is removed after being subjected to elongation strain, the electrical resistance tends to remain increased, and if the elastic property is dominant, the external force is applied. If removed, the resistance value will easily return to the original state. In this way, it is possible to discriminate between viscoelasticity and use it as a sensor for constant monitoring or as a type in which the sensor is examined only after receiving an external force.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】試料センサーの形状を示す平面図であり、中央
部の灰色の部分(表面、裏面および側面を含む)以外は銀
ペーストを塗布してある。
FIG. 1 is a plan view showing the shape of a sample sensor, in which a silver paste is applied except for the gray portion (including the front surface, the back surface, and the side surface) in the central portion.

【図2】張力ゼロの抵抗値とカーボン添加量の関係を示
すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the resistance value at zero tension and the amount of carbon added.

【図3】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カーボン
濃度:27.5wt%)。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between electric resistance and elongation strain of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor (carbon concentration: 27.5 wt%).

【図4】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カーボン
濃度:30wt%)。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between electric resistance and elongation strain of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor (carbon concentration: 30 wt%).

【図5】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カーボン
濃度:32.5wt%)。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between electric resistance and elongation strain of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor (carbon concentration: 32.5 wt%).

【図6】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カーボン
濃度:35.0wt%)。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between electric resistance and elongation strain of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor (carbon concentration: 35.0 wt%).

【図7】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カーボン
濃度:37.5wt%)。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between electric resistance and elongation strain of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor (carbon concentration: 37.5 wt%).

【図8】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カーボン
濃度:40.0wt%)。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between electric resistance and elongation strain of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor (carbon concentration: 40.0 wt%).

【図9】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗の対数と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カ
ーボン濃度:27.5wt%)。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the logarithm of the electrical resistance of a carbon-EVA (PE 20 wt%) based sensor and elongation strain (carbon concentration: 27.5 wt%).

【図10】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗の対数と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カ
ーボン濃度:30wt%)。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the logarithm of electric resistance and elongation strain of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor (carbon concentration: 30 wt%).

【図11】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗の対数と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カ
ーボン濃度:32.5wt%)。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the logarithm of the electrical resistance of a carbon-EVA (PE 20 wt%) based sensor and elongation strain (carbon concentration: 32.5 wt%).

【図12】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗の対数と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カ
ーボン濃度:35.0wt%)。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the logarithm of the electrical resistance of a carbon-EVA (PE 20 wt%) based sensor and elongation strain (carbon concentration: 35.0 wt%).

【図13】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗の対数と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カ
ーボン濃度:37.5wt%)。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the logarithm of electric resistance and elongation strain of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor (carbon concentration: 37.5 wt%).

【図14】カーボン−EVA(PE20wt%)系センサーの電気
抵抗の対数と伸び歪みとの関係を示すグラフである(カ
ーボン濃度:40.0wt%)。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the logarithm of the electrical resistance of a carbon-EVA (PE 20 wt%) sensor and the elongation strain (carbon concentration: 40.0 wt%).

【図15】トンネル障壁の説明図である。電子は幅s高さ
の障壁φ(x)を量子力学的に抜けてとおる。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a tunnel barrier. The electrons pass through the barrier φ (x) of width s and height quantum mechanically.

【図16】単位伸び歪み当たりの抵抗増加比とカーボン濃
度との関係を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing a relationship between a resistance increase ratio per unit elongation strain and carbon concentration.

【図17】6wt%ケッチェンブラック−EVA(エチレン7
5%)系の伸び歪みと電気抵抗の関係を示すグラフであ
る。
[Fig. 17] 6 wt% Ketjen Black-EVA (ethylene 7
5%) is a graph showing the relationship between elongation strain and electrical resistance.

【図18】20wt%アセチレンブラック−EVA(エチレン7
5%)系の伸び歪みと電気抵抗の関係を示すグラフであ
る。
FIG. 18: 20 wt% acetylene black-EVA (ethylene 7
5%) is a graph showing the relationship between elongation strain and electrical resistance.

【図19】35wt%デントールWK-200B−EVA(エチレン8
0%)系の伸び歪みと電気抵抗の関係を示すグラフであ
る。
FIG. 19: 35 wt% Dentol WK-200B-EVA (Ethylene 8
It is a graph showing the relationship between the elongation strain of 0%) system and the electrical resistance.

【図20】30wt%ニッケルメッキマイカ−EVA(エチレ
ン80%)系の伸び歪みと電気抵抗の関係を示すグラフで
ある。
FIG. 20 is a graph showing a relationship between elongation strain and electric resistance of a 30 wt% nickel-plated mica-EVA (ethylene 80%) system.

【図21】35wt%黒鉛(J-SP)−硬質ポリ塩化ビニル系の伸
び歪みと電気抵抗の関係を示すグラフである。
FIG. 21 is a graph showing the relationship between elongation strain and electric resistance of 35 wt% graphite (J-SP) -hard polyvinyl chloride system.

【図22】35wt%黒鉛(J-SP)−軟質ポリ塩化ビニル系の伸
び歪みと電気抵抗の関係を示すグラフである。
FIG. 22 is a graph showing the relationship between elongation strain and electric resistance of a 35 wt% graphite (J-SP) -soft polyvinyl chloride system.

【図23】35wt%黒鉛(J-SP)−アクリロニトリル−ブタジ
エンゴム系の伸び歪みと電気抵抗との関係を示すグラフ
である。
FIG. 23 is a graph showing the relationship between elongation strain and electric resistance of a 35 wt% graphite (J-SP) -acrylonitrile-butadiene rubber system.

【図24】35wt%黒鉛(J-SP)−低密度ポリエチレン(トー
ソー(株)製ペトロセン203)系の伸び歪みと電気抵抗との
関係を示すグラフである。
FIG. 24 is a graph showing the relationship between elongation strain and electric resistance of a 35 wt% graphite (J-SP) -low density polyethylene (Petrosene 203 manufactured by Tosoh Corp.) system.

【図25】は左右の両端部分は銀ペーストによる電極を設
けているプリント試料の形状を示す平面図である。
FIG. 25 is a plan view showing the shape of a printed sample in which electrodes on both left and right sides are provided with silver paste.

【図26】35wt%黒鉛(CSP)−EVA系のPETプリン
ト試料の伸び歪みと電気抵抗の関係を示すグラフであ
る。
FIG. 26 is a graph showing the relationship between elongation strain and electric resistance of a 35 wt% graphite (CSP) -EVA PET printed sample.

【図27】35wt%黒鉛(CSP)−EVA系をポリカーボネ
ートフィルムに印刷した試料の伸び歪みと電気抵抗の関
係を示すグラフである。
FIG. 27 is a graph showing the relationship between elongation strain and electrical resistance of a sample obtained by printing a 35 wt% graphite (CSP) -EVA system on a polycarbonate film.

【図28】35wt%黒鉛(CSP)−EVA系を硬質ポリ塩化
ビニルフィルムに印刷した試料の伸び歪みと電気抵抗の
関係を示すグラフである。
FIG. 28 is a graph showing the relationship between elongation strain and electric resistance of a sample obtained by printing 35 wt% graphite (CSP) -EVA system on a hard polyvinyl chloride film.

【図29】35wt%黒鉛(CSP)−EVA系をポリイミドフ
ィルムに印刷した試料の伸び歪みと電気抵抗の関係を示
すグラフである。
FIG. 29 is a graph showing the relationship between elongation strain and electrical resistance of a sample obtained by printing a 35 wt% graphite (CSP) -EVA system on a polyimide film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 豊明 愛知県名古屋市中川区荒子町字大和ヶ池 75番地 (72)発明者 藤崎 忠志 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建 設株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−243805(JP,A) 特開 平9−100356(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/16 G01L 1/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toyoaki Kimura 75 Yamatogaike, Arako-machi, Nakagawa-ku, Nagoya, Aichi Prefecture (72) Inventor Tadashi Fujisaki 1-3-2 Shibaura, Minato-ku, Tokyo Shimizu Construction Co., Ltd. In-company (56) Reference JP-A-7-243805 (JP, A) JP-A-9-100356 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 7/16 G01L 1/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 導電性粒子を高分子に分散させた組成物
からなる歪みセンサーにおいて、導電性粒子が黒鉛であ
り、高分子がエチレン−酢酸ビニル共重合体である組成
物をシート状の成形物とし、該成形物を鉄骨構造物、鉄
筋コンクリート構造物表面に密着固定して設けること
で、該構造物に張力が働いて系が伸張することにより引
き起こされる電気抵抗の変化から、系に課せられた伸び
歪みを読みとるセンサーである導電性粒子−高分子系に
よる鉄骨構造物、鉄筋コンクリート構造物用歪みセンサ
ー。
1. A composition in which conductive particles are dispersed in a polymer .
In the strain sensor consisting of, the conductive particles are graphite.
The composition in which the polymer is an ethylene-vinyl acetate copolymer
The product is a sheet- shaped molded product, and the molded product is a steel frame structure or iron.
Must be installed in close contact with the surface of a reinforced concrete structure.
Then, from a change in electrical resistance caused by tension acting on the structure and elongation of the system, a sensor for reading elongation strain imposed on the system is a conductive particle-polymer structure steel structure, reinforced concrete structure Strain sensor for objects .
【請求項2】 成形物は導電性粒子を高分子の溶媒溶液
に混合分散させ、溶媒を除去してシート状に成形してな
る請求項1記載の導電性粒子−高分子系による鉄骨構造
物、鉄筋コンクリート構造物用歪みセンサー。
2. The steel structure of conductive particles-polymer system according to claim 1, wherein the molded product is formed by mixing and dispersing conductive particles in a solvent solution of a polymer, removing the solvent, and molding into a sheet.
Strain sensor for objects and reinforced concrete structures .
【請求項3】 成形物は導電性粒子を高分子の溶媒溶液
に混合分散して印刷インキとし、該印刷インキを基材フ
ィルムに塗布・印刷してシート状に成形してなる請求項
1記載の導電性粒子−高分子系による鉄骨構造物、鉄筋
コンクリート構造物用歪みセンサー。
3. The molded product is obtained by mixing and dispersing conductive particles in a solvent solution of a polymer to form a printing ink, applying the printing ink on a substrate film and printing the molded product to form a sheet. Conductive Particles-Polymer-Based Steel Structures and Reinforcing Bars
Strain sensor for concrete structures .
【請求項4】 成形物は導電性粒子と熱可塑性高分子と
を溶融混練して導電性粒子を高分子に分散させ、シート
成形してなる請求項1記載の導電性粒子−高分子系
による鉄骨構造物、鉄筋コンクリート構造物用歪みセン
サー。
4. The conductive particle-polymer according to claim 1, wherein the molded product is obtained by melting and kneading conductive particles and a thermoplastic polymer to disperse the conductive particles in the polymer, and molding into a sheet. Strain sensor for steel frame structure and reinforced concrete structure .
JP37150398A 1997-12-26 1998-12-25 Conductive particle-polymer strain sensor Expired - Fee Related JP3418561B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP37150398A JP3418561B2 (en) 1997-12-26 1998-12-25 Conductive particle-polymer strain sensor

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP36135897 1997-12-26
JP9-361358 1997-12-26
JP37150398A JP3418561B2 (en) 1997-12-26 1998-12-25 Conductive particle-polymer strain sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11241903A JPH11241903A (en) 1999-09-07
JP3418561B2 true JP3418561B2 (en) 2003-06-23

Family

ID=26581253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP37150398A Expired - Fee Related JP3418561B2 (en) 1997-12-26 1998-12-25 Conductive particle-polymer strain sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3418561B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018151403A (en) * 2004-11-09 2018-09-27 ボード・オブ・リージエンツ,ザ・ユニバーシテイ・オブ・テキサス・システム Fabrication and application of nanofiber ribbons and sheets and twisted and non-twisted nanofiber yarns

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002110402A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Shimadzu Corp Resistor paste and variable resistor
JP3969228B2 (en) 2002-07-19 2007-09-05 松下電工株式会社 Mechanical deformation detection sensor, acceleration sensor using the same, and pressure sensor
US7491428B2 (en) 2002-12-04 2009-02-17 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Controlled deposition and alignment of carbon nanotubes
JP2006521212A (en) * 2003-01-23 2006-09-21 ウィリアム・マーシュ・ライス・ユニバーシティ Smart materials: Strain detection and stress measurement with nanotube sensing systems, nanotube sensing composites, and nanotube sensing devices
JP2005083961A (en) * 2003-09-10 2005-03-31 ▲高▼木 敏行 Strain sensor
JP4518838B2 (en) * 2004-05-25 2010-08-04 財団法人ファインセラミックスセンター Strain sensor, its manufacturing method and strain detection method
US7194912B2 (en) 2004-07-13 2007-03-27 United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Carbon nanotube-based sensor and method for continually sensing changes in a structure
JP2006208052A (en) * 2005-01-25 2006-08-10 Bridgestone Corp Distortion sensor for rubber article
JP4492416B2 (en) * 2005-04-07 2010-06-30 パナソニック電工株式会社 Physical quantity sensor
US7278324B2 (en) 2005-06-15 2007-10-09 United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Carbon nanotube-based sensor and method for detection of crack growth in a structure
JP2008037906A (en) * 2006-08-02 2008-02-21 Shinshu Univ Rubber material and strain sensor by using the same
JP5420819B2 (en) * 2006-10-25 2014-02-19 東海ゴム工業株式会社 Shock sensor
JP5302501B2 (en) * 2006-10-25 2013-10-02 東海ゴム工業株式会社 Vehicle exterior member deformation sensor
JP2008158942A (en) * 2006-12-26 2008-07-10 Tokai Rubber Ind Ltd Crime prevention sensor
JP5496446B2 (en) 2007-07-12 2014-05-21 東海ゴム工業株式会社 Capacitive sensor
JP2009198483A (en) * 2008-01-24 2009-09-03 Tokai Rubber Ind Ltd Sensor thin film, manufacturing method thereof and deformation sensor
JP5577022B2 (en) * 2008-01-24 2014-08-20 東海ゴム工業株式会社 Composite materials for sensors and deformation sensors
JP2009198482A (en) * 2008-01-24 2009-09-03 Tokai Rubber Ind Ltd Sensor thin film, manufacturing method thereof and deformation sensor
CN101604727B (en) * 2008-06-13 2011-01-26 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 Electrostrictive composite material and preparation method thereof
JP5662637B2 (en) * 2008-08-27 2015-02-04 住友理工株式会社 Load sensor
JP5662636B2 (en) * 2008-08-27 2015-02-04 住友理工株式会社 Load sensor
CN101814577B (en) 2009-02-24 2013-06-05 清华大学 Electrostrictive material and preparation method thereof as well as electrothermal type actuator
WO2010098647A2 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 연세대학교 산학협력단 Device for measuring deformation of structures and a deformation-measuring method for structures employing the same
JP2011022140A (en) * 2009-06-18 2011-02-03 Nihon Univ Load test method and damage detection method
JP5717972B2 (en) * 2010-02-26 2015-05-13 太平洋セメント株式会社 Strain measuring device and strain measuring system
JP5605559B2 (en) * 2010-08-31 2014-10-15 国立大学法人 千葉大学 High-sensitivity strain sensor consisting of nanofillers with metal surface treatment
JP6165002B2 (en) * 2013-09-13 2017-07-19 藤倉ゴム工業株式会社 Elastic flexible sensor
US10914644B2 (en) * 2014-03-25 2021-02-09 The Procter & Gamble Company Apparatus for sensing material strain
WO2015172897A1 (en) * 2014-05-12 2015-11-19 Koninklijke Philips N.V. Silicone composite sensor for measurement of heart rate
CN108285569A (en) * 2018-03-16 2018-07-17 山东大学 A kind of build-in type is from perception TGXG structure and method
CN109855522B (en) * 2018-10-24 2020-12-01 广州库克测控科技有限公司 Displacement detection system and method for tunnel space deformation
JP2022084960A (en) * 2019-03-29 2022-06-08 国立大学法人大阪大学 Conductive ink and carbon wiring board
CN110243677A (en) * 2019-05-22 2019-09-17 同济大学 Shield duct piece steel bar corrosion causes the test method of Stiffness Deterioration under a kind of multifactor effect
JP2023088169A (en) * 2021-12-14 2023-06-26 株式会社ブリヂストン Estimation device, estimation method, estimation program, and learning model creation device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3076714B2 (en) * 1994-03-02 2000-08-14 アルプス電気株式会社 Resistance ink for strain gauge and strain gauge
JP3613416B2 (en) * 1995-10-02 2005-01-26 中部電力株式会社 Conductive powder-containing molded body and load detection method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018151403A (en) * 2004-11-09 2018-09-27 ボード・オブ・リージエンツ,ザ・ユニバーシテイ・オブ・テキサス・システム Fabrication and application of nanofiber ribbons and sheets and twisted and non-twisted nanofiber yarns

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11241903A (en) 1999-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3418561B2 (en) Conductive particle-polymer strain sensor
US6276214B1 (en) Strain sensor functioned with conductive particle-polymer composites
Rein et al. Sensors and sensitivity: Carbon nanotube buckypaper films as strain sensing devices
EP3228586B1 (en) 3d printed conductive compositions anticipating or indicating structural compromise
Muto et al. Design of intelligent materials with self-diagnosing function for preventing fatal fracture
Park et al. Nondestructive damage sensitivity and reinforcing effect of carbon nanotube/epoxy composites using electro-micromechanical technique
Wang et al. Relation between repeated uniaxial compressive pressure and electrical resistance of carbon nanotube filled silicone rubber composite
Meyer Glass transition temperature as a guide to selection of polymers suitable for PTC materials
CN110966913B (en) Flexible large-strain sensor based on liquid metal and preparation method thereof
Flandin et al. Electrically conductive polymer nanocomposites as deformation sensors
US20080292887A1 (en) Conductive Multiwalled Carbon Nanotube/Polyethylene Oxide (PEO) Composite Films and Methods of Use
US10890498B2 (en) Sensor for a physical feature, preferably comprising a multilayer structure
Kostopoulos et al. Damage monitoring of carbon fiber reinforced laminates using resistance measurements. Improving sensitivity using carbon nanotube doped epoxy matrix system
Thaler et al. Mechanical, electrical, and piezoresistivity behaviors of additively manufactured acrylonitrile butadiene styrene/carbon nanotube nanocomposites
Han et al. Effects of the content level and particle size of nickel powder on the piezoresistivity of cement-based composites/sensors
Anand et al. Quasi-static and dynamic strain sensing using carbon nanotube/epoxy nanocomposite thin films
US10196153B2 (en) Method of monitoring a composite material
JP5605559B2 (en) High-sensitivity strain sensor consisting of nanofillers with metal surface treatment
Sun et al. Sensing mechanism of self-monitoring CNT cementitious composite
Zhang et al. Piezoresistive characterization of polyethylene terephthalate–graphite composite
KR100682547B1 (en) Method for nondestructive damage sensing of carbon nanotube and nanofiber/epoxy composites using electro-micromechanical test and acoustic emission
KR101888481B1 (en) Damage self-sensing steel-fiber reinforced concrete with milled glass fiber
JP2001153603A (en) Maximum value storing type sensor for detecting amount of deformation and method for measuring amount of deformation of structure by using the sensor
Feng et al. Effects of strain and temperature on the electrical properties of carbon black‐filled alternating copolymer of ethylene‐tetrafluoroethylene composites
JP4230250B2 (en) Maximum strain memory type sensor

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090411

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees