JP2006208056A - Resilient tube with pressure sensor function - Google Patents

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Seiji Motojima
栖二 元島
Kenji Kawabe
憲次 河邊
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Gifu University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resilient tube having a pressure sensor function itself, with excellent detection sensitivity of pressure. <P>SOLUTION: This resilient tube 10 having the pressure sensor function is formed into a tube shape with a coil-like carbon fiber dispersed in an elastic material. The pressure applied onto a surface is detected by the dispersed state of the coil-like carbon fiber. The detection sensitivity of the pressure is enhanced by using as the elastic material a resin having 20 or more to less than 50 of JIS A hardness specified by JIS K6301. Mechanical strength of the resilient tube 10 is enhanced by using as the elastic material a resin having 50 or more to 100 or less of JIS A hardness specified by JIS K6301. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば人工血管、人工臓器等の医療用材料、流体(液体、気体)輸送用パイプ等の工業用材料として用いることができ、材料自体に圧力センサ機能をもつ弾力性チューブに関するものである。   The present invention relates to an elastic tube that can be used as an industrial material such as a medical material such as an artificial blood vessel or an artificial organ, a pipe for transporting fluid (liquid or gas), and the material itself has a pressure sensor function. is there.

従来、ミクロンメートル(μm)オーダーのコイル状炭素繊維を樹脂材料中に配合した複合材料が知られている(例えば、特許文献1を参照)。すなわち、樹脂中にコイル状炭素繊維を分散した成形体を焼成し、気孔を充填する緻密化処理を行うことにより得られる炭素複合材料である。そして、コイル状炭素繊維がスプリング特性を有し、ミクロメカニカル素子、スイチング素子等として適用することができる旨記載されている。しかし、この特許文献1には、そのような炭素複合材料をセンサとして利用する点については記載されていない。   Conventionally, a composite material in which a coiled carbon fiber of the order of micrometers (μm) is blended in a resin material is known (see, for example, Patent Document 1). That is, it is a carbon composite material obtained by firing a compact in which coiled carbon fibers are dispersed in a resin and performing a densification treatment to fill the pores. It is described that the coiled carbon fiber has a spring characteristic and can be applied as a micromechanical element, a switching element or the like. However, this Patent Document 1 does not describe the use of such a carbon composite material as a sensor.

一方、コイルを用いた触覚センサとして、次のような構成のものが知られている(例えば、特許文献2を参照)。すなわち、触覚センサは、コイルとコンデンサとが直列接続されているLC直列共振回路を複数備えている。このLC直列共振回路には外部発振器及びスペクトルアナライザが接続され、外部発振器により掃引電気信号等の入力信号がLC直列共振回路に入力された後にスペクトルアナライザに出力されるようになっている。LC直列共振回路はコイルの固有の周波数に基づく共振周波数を有し、スペクトルアナライザに出力される信号はLC直列共振回路の共振周波数に対応する周波数において信号強度が低下する。   On the other hand, as a tactile sensor using a coil, one having the following configuration is known (for example, see Patent Document 2). That is, the tactile sensor includes a plurality of LC series resonance circuits in which a coil and a capacitor are connected in series. An external oscillator and a spectrum analyzer are connected to the LC series resonance circuit, and an input signal such as a swept electric signal is input to the LC series resonance circuit by the external oscillator and then output to the spectrum analyzer. The LC series resonance circuit has a resonance frequency based on the intrinsic frequency of the coil, and the signal strength of the signal output to the spectrum analyzer is reduced at a frequency corresponding to the resonance frequency of the LC series resonance circuit.

そして、触覚センサに圧力が加わったときには圧力によりコイルのピッチ(巻線間隔)や面積が変化し、この変化に伴いコイルのインダクタンスが変化する。ここで、LC直列共振回路の共振周波数はコイルのインダクタンスの変化に伴い変動する。よって、スペクトルアナライザに出力された信号において、信号強度が低下する位置はLC直列共振回路の共振周波数の変動に伴い変位するために、LC直列共振回路の共振周波数の変動を検出することができる。このため、触覚センサにより圧力を検出できるようになっている。
特開平3−104927号公報(第2頁及び第3頁) 特開2002−236059号公報(第2頁〜第5頁)
When pressure is applied to the tactile sensor, the coil pitch (winding interval) and area change due to the pressure, and the inductance of the coil changes with this change. Here, the resonance frequency of the LC series resonance circuit varies as the inductance of the coil changes. Therefore, in the signal output to the spectrum analyzer, the position where the signal intensity decreases is displaced with the fluctuation of the resonance frequency of the LC series resonance circuit, so that the fluctuation of the resonance frequency of the LC series resonance circuit can be detected. For this reason, a pressure can be detected by a tactile sensor.
JP-A-3-104927 (pages 2 and 3) JP 2002-236059 A (pages 2 to 5)

ところが、特許文献2に記載の触覚センサは、コイルとコンデンサとが直列に接続されたLC直列共振回路は、コイルのインダクタンスの変化のみによりその共振周波数が変動する。このため、例えば触覚センサに微弱な圧力が加わることによりコイルのインダクタンスがほとんど変化しないときには、LC直列共振回路の共振周波数はほとんど変動しない。よって、触覚センサは、コイルのインダクタンスがほとんど変化しない微弱な圧力を検出することができず、検出感度が低いという問題があった。   However, in the tactile sensor described in Patent Document 2, the resonance frequency of the LC series resonance circuit in which the coil and the capacitor are connected in series fluctuates only by the change in the inductance of the coil. For this reason, for example, when the inductance of the coil hardly changes due to weak pressure applied to the tactile sensor, the resonance frequency of the LC series resonance circuit hardly changes. Therefore, the tactile sensor cannot detect a weak pressure at which the inductance of the coil hardly changes, and there is a problem that the detection sensitivity is low.

しかも、チューブ内の流体の圧力を検出する場合、チューブ内に圧力センサを装着する必要があり、その場合チューブ径が小さいと圧力センサを装着できなかったり、装着部分の強度が低下したり、装着された圧力センサで流体の流れが変化したりするという不具合が生ずるという問題があった。   In addition, when detecting the pressure of the fluid in the tube, it is necessary to install a pressure sensor in the tube. In that case, if the tube diameter is small, the pressure sensor cannot be installed, the strength of the mounting part decreases, There has been a problem that a problem arises in that the flow of the fluid changes with the pressure sensor.

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、自身が圧力センサ機能をもち、圧力の検出感度に優れている弾力性チューブを提供することにある。   The present invention has been made paying attention to such problems existing in the prior art. The object is to provide an elastic tube which has a pressure sensor function and is excellent in pressure detection sensitivity.

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブは、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されてチューブ状に形成され、分散状態のコイル状炭素繊維により、表面に加えられる圧力が検出可能に構成されていることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, an elastic tube having a pressure sensor function according to the first aspect of the present invention comprises a coiled carbon fiber dispersed in an elastic material and formed into a tube shape. The fiber is configured to be able to detect the pressure applied to the surface.

請求項2に記載の発明の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブは、請求項1に記載の発明において、前記弾性材料は、JIS K6301に規定されるJIS A硬度が20以上50未満の樹脂であることを特徴とするものである。   The elastic tube having the pressure sensor function according to the second aspect of the present invention is the elastic tube according to the first aspect, wherein the elastic material is a resin having a JIS A hardness of 20 or more and less than 50 as defined in JIS K6301. It is characterized by this.

請求項3に記載の発明の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブは、請求項1に記載の発明において、前記弾性材料は、JIS K6301に規定されるJIS A硬度が50以上100以下の樹脂であることを特徴とするものである。   The elastic tube having a pressure sensor function according to a third aspect of the present invention is the elastic tube according to the first aspect, wherein the elastic material is a resin having a JIS A hardness of 50 or more and 100 or less as defined in JIS K6301. It is characterized by this.

請求項4に記載の発明の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブは、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明において、電極が内部に埋設されていることを特徴とするものである。   The elastic tube having a pressure sensor function according to a fourth aspect of the invention is characterized in that, in the invention according to any one of the first to third aspects, an electrode is embedded therein. It is.

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項1に記載の発明の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブは、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されてチューブ状に形成され、分散状態のコイル状炭素繊維により、表面に加えられる圧力が検出可能に構成されている。このため、弾力性チューブが圧力を受けたとき、弾性材料がその圧力を吸収するとともに、弾性材料中に分散されているコイル状炭素繊維が弾性材料を介して変位する。すなわち、コイル状炭素繊維には伸縮性があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス(L)、静電容量(C)及び電気抵抗(R)が変化するため、それらの変化量に基づいて圧力を検出することができる。従って、弾力性チューブは、自身が圧力センサ機能をもち、しかも圧力の検出感度に優れている。
According to the present invention, the following effects can be exhibited.
In the elastic tube having the pressure sensor function according to the first aspect of the present invention, the coiled carbon fiber is dispersed in an elastic material to form a tube, and the pressure applied to the surface by the dispersed coiled carbon fiber is reduced. It is configured to be detectable. For this reason, when the elastic tube receives pressure, the elastic material absorbs the pressure, and the coiled carbon fibers dispersed in the elastic material are displaced through the elastic material. That is, the coiled carbon fiber is stretchable, and the expansion and contraction changes the electrical characteristics such as inductance (L), capacitance (C), and electrical resistance (R). Can be detected. Therefore, the elastic tube itself has a pressure sensor function and is excellent in pressure detection sensitivity.

請求項2に記載の発明の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブでは、弾性材料はJIS K6301に規定されるJIS A硬度が20以上50未満の樹脂である。そのため、弾性材料は弾力性が高く、コイル状炭素繊維の変位量が大きくなるため、圧力の検出感度を向上させることができる。   In the elastic tube having the pressure sensor function according to the second aspect of the invention, the elastic material is a resin having a JIS A hardness of 20 or more and less than 50 as defined in JIS K6301. Therefore, since the elastic material has high elasticity and the displacement amount of the coiled carbon fiber increases, the pressure detection sensitivity can be improved.

請求項3に記載の発明の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブでは、弾性材料は、JIS K6301に規定されるJIS A硬度が50以上100以下の樹脂である。そのため、弾性材料は硬くなる傾向を示し、弾力性チューブは請求項1に係る発明の効果に加え、機械的強度を向上させることができる。   In the elastic tube having the pressure sensor function according to the third aspect of the invention, the elastic material is a resin having a JIS A hardness of 50 or more and 100 or less as defined in JIS K6301. Therefore, the elastic material tends to be hard, and the elastic tube can improve the mechanical strength in addition to the effect of the invention according to claim 1.

請求項4に記載の発明の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブにおいては、電極が内部に埋設されていることから、請求項1から請求項3のいずれか一項に係る発明の効果に加えて、電極によって流体の流れが変化する等の不具合を回避することができる。   In the elastic tube having the pressure sensor function of the invention according to claim 4, since the electrode is embedded in the inside, in addition to the effect of the invention according to any one of claims 1 to 3, In addition, it is possible to avoid problems such as changes in the flow of fluid due to the electrodes.

以下、本発明の実施形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
図1(a)及び(b)に示すように、本実施形態の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ10は、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されてチューブ状に形成され、その内部には一対の電極11が180度対向する位置に埋め込まれている。両電極11にはそれぞれ接続線12が接続され、弾力性チューブ10内を通って延び、その他端が図示しないLCR測定装置に接続され、圧力センサからの信号を検出するようになっている。LCR測定装置には交流電源が接続されるが、直流電源であってもよい。さらに、LCR測定装置は図示しない表示装置としてのデジタルオシロスコープに接続され、電気特性としてインダクタンス(L)、静電容量(C、キャパシタンス)及び電気抵抗(R、レジスタンス)の波形を表示すことができるようになっている。圧力センサとしての弾力性チューブ10は、弾性材料中で分散状態にあるコイル状炭素繊維により、表面に加えられる圧力が検出可能に構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1A and 1B, an elastic tube 10 having a pressure sensor function according to the present embodiment is formed in a tube shape by dispersing coiled carbon fibers in an elastic material. A pair of electrodes 11 are embedded at positions facing each other by 180 degrees. A connection line 12 is connected to each of the electrodes 11, extends through the elastic tube 10, and the other end is connected to an LCR measuring device (not shown) to detect a signal from the pressure sensor. An AC power supply is connected to the LCR measurement apparatus, but a DC power supply may be used. Furthermore, the LCR measurement device is connected to a digital oscilloscope as a display device (not shown), and can display waveforms of inductance (L), capacitance (C, capacitance), and electrical resistance (R, resistance) as electrical characteristics. It is like that. The elastic tube 10 as a pressure sensor is configured so that the pressure applied to the surface can be detected by a coiled carbon fiber in a dispersed state in an elastic material.

弾力性チューブ10のマトリックスとなる弾性材料は誘電体であって、静電容量(C)を有し、コンデンサとして作用する。弾性材料としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂等が用いられる。具体的には、シリコーン樹脂として、信越化学(株)製の商品名、KE103〔JIS K6301に規定されるJIS A硬度(以下、同様)18、JIS K7113に規定される引張強さ(以下、同様)0.3MPa〕、KE106(JIS A硬度50、引張強さ8MPa)、KE1202(JIS A硬度65)等が挙げられる。スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂として、(株)クラレの商品名、セプトン樹脂#4033(JIS A硬度76、引張強さ35MPa)、#8104(JIS A硬度98)等が挙げられる。液状エポキシ樹脂として大日本インキ化学工業(株)の商品名、EXA-5850-150(引張強さ10〜17MPa)等が挙げられる。ゲル状形態をなすゲル樹脂として、大場機工(株)の商品名、ゲル-OK-パッキング等が挙げられる。ウレタン樹脂として日本ポリウレタン(株)の商品名、コロネート4387等が挙げられる。   The elastic material that forms the matrix of the elastic tube 10 is a dielectric, has a capacitance (C), and acts as a capacitor. As the elastic material, silicone resin, urethane resin, epoxy resin, copolymer resin of styrene and thermoplastic elastomer, or the like is used. Specifically, as a silicone resin, trade name manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KE103 [JIS A hardness defined in JIS K6301 (hereinafter the same) 18, tensile strength defined in JIS K7113 (hereinafter the same) ) 0.3 MPa], KE106 (JIS A hardness 50, tensile strength 8 MPa), KE1202 (JIS A hardness 65), and the like. Examples of the copolymer resin of styrene and thermoplastic elastomer include Kuraray Co., Ltd. trade name, Septon resin # 4033 (JIS A hardness 76, tensile strength 35 MPa), # 8104 (JIS A hardness 98), and the like. Examples of liquid epoxy resins include Dainippon Ink Chemical Co., Ltd. trade name, EXA-5850-150 (tensile strength of 10 to 17 MPa), and the like. Examples of the gel resin having a gel-like form include trade names of Oba Kiko Co., Ltd., gel-OK-packing, and the like. As a urethane resin, trade name of Nippon Polyurethane Co., Ltd., Coronate 4387 and the like can be mentioned.

弾性材料(例えば、マトリックス樹脂)の硬さは圧力センサとしての感度を向上させる上で重要であり、弾性材料として弾性力の優れたシリコーン樹脂等を用いた場合には、微小な圧力でも伸縮してその圧力を高感度で検出することができる。一方、硬いシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、セプトン樹脂等を用いた場合には、大きな圧力でないと伸縮せず、圧力センサとしての感度は低いが、弾力性チューブ10の機械的強度を高めることができる。   The hardness of the elastic material (for example, matrix resin) is important for improving the sensitivity as a pressure sensor. When a silicone resin with excellent elastic force is used as the elastic material, it can expand and contract even with a minute pressure. The pressure can be detected with high sensitivity. On the other hand, when a hard silicone resin, urethane resin, septon resin or the like is used, it does not expand and contract unless it is a large pressure, and the mechanical strength of the elastic tube 10 can be increased although the sensitivity as a pressure sensor is low.

具体的には、弾性材料の硬さはJIS A硬度で10〜100が好ましく、15〜50がより好ましい。JIS A硬度で10未満の場合には、弾性材料が軟らかくなり過ぎて、ノイズの検出が大きくなって好ましくない。一方、JIS A硬度が100を越える場合には、弾性材料が硬くなり過ぎて、圧力の伝播性が悪く、検出感度が低下する。さらに、弾性材料としてJIS A硬度が20以上50未満の樹脂を用いることにより、弾性材料は弾力性が高く、コイル状炭素繊維の変位量が大きくなるため、圧力の検出感度を向上させることができる。これに対し、弾性材料としてJIS A硬度が50以上100以下の樹脂を用いることにより、弾性材料は硬くなる傾向を示し、弾力性チューブ10の機械的強度を向上させることができる。   Specifically, the hardness of the elastic material is preferably JIS A hardness of 10 to 100, and more preferably 15 to 50. When the JIS A hardness is less than 10, the elastic material becomes too soft, and noise detection becomes large, which is not preferable. On the other hand, when the JIS A hardness exceeds 100, the elastic material becomes too hard, the pressure propagation property is poor, and the detection sensitivity is lowered. Further, by using a resin having a JIS A hardness of 20 or more and less than 50 as the elastic material, the elastic material has high elasticity and the displacement amount of the coiled carbon fiber increases, so that the pressure detection sensitivity can be improved. . On the other hand, by using a resin having a JIS A hardness of 50 or more and 100 or less as the elastic material, the elastic material tends to be hard and the mechanical strength of the elastic tube 10 can be improved.

また、弾性材料の引張強さが0.1MPa以上10MPa未満であることにより、弾性材料は弾力性が高く、コイル状炭素繊維の変位量が大きくなるため、圧力の検出感度を向上させることができる。さらに、弾性材料の引張強さが10MPa以上50MPa以下であることにより、弾性材料は硬くなる傾向を示し、弾力性チューブの機械的強度を向上させることができる。   Further, since the elastic material has a tensile strength of 0.1 MPa or more and less than 10 MPa, the elastic material has high elasticity and the displacement amount of the coiled carbon fiber increases, so that the pressure detection sensitivity can be improved. . Furthermore, when the tensile strength of the elastic material is 10 MPa or more and 50 MPa or less, the elastic material tends to be hard, and the mechanical strength of the elastic tube can be improved.

上記の弾性材料にはコイル状炭素繊維が分散されるが、そのコイル状炭素繊維としては一重巻きのコイル状炭素繊維、二重巻きのコイル状炭素繊維、超弾性コイル又はそれらの混合物等が用いられる。コイル状炭素繊維は伸縮性(弾力性)があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス(L)、静電容量(C)及び電気抵抗(R)が変化するため、それらの変化量に基づいて圧力を検出することができる。例えば、コイル状炭素繊維を伸ばすと上記L、C及びRが増加し、収縮させるとL、C及びRが減少する。具体的には、所定のコイル状炭素繊維を例えば4mm伸ばすと、Lは0.1mH増加し、Cは600pF増加し、Rは4.5kΩ増加する。そして、コイル状炭素繊維を収縮させて元の長さに戻すと、L、C及びRは元の値まで再現性良く戻る。   Coiled carbon fibers are dispersed in the above elastic material, and as the coiled carbon fibers, single wound coiled carbon fibers, double wound coiled carbon fibers, super elastic coils, or a mixture thereof are used. It is done. The coiled carbon fiber has stretchability (elasticity), and the expansion and contraction changes the electrical characteristics such as inductance (L), capacitance (C), and electrical resistance (R). The pressure can be detected. For example, when the coiled carbon fiber is stretched, the L, C, and R increase, and when contracted, the L, C, and R decrease. Specifically, when a predetermined coiled carbon fiber is stretched by 4 mm, for example, L increases by 0.1 mH, C increases by 600 pF, and R increases by 4.5 kΩ. When the coiled carbon fiber is contracted and returned to its original length, L, C, and R return to their original values with good reproducibility.

コイル状炭素繊維を弾性材料中に分散させたときには、外部から圧力が加わったとき、まず弾性材料が伸縮し、次いでコイル状炭素繊維が伸縮するため、弾性材料を介してコイル状炭素繊維に加わる圧力に基づいて前記L、C及びRの値が変化する。前記一重巻きのコイル状炭素繊維としては、1本のコイルの直径が0.01〜50μm、コイルのピッチが0.01〜10μm及びコイルの長さが0.01〜1mmであるものが好ましい。製造の容易性等の観点から、コイルの直径は0.1〜10μmであることが好ましく、ピッチは0.1〜10μmであることが好ましい。このコイル状炭素繊維は、一定の太さを有するコイルが一定のピッチ(間隔)をおいて一重巻きで螺旋状に延びるように形成されている。このため、一重巻きのコイル状炭素繊維は、弾力性に優れ、あらゆる方向からの圧力に対して容易に変形し、従ってあらゆる方向からの圧力を高感度で検出することができる。   When the coiled carbon fiber is dispersed in the elastic material, when an external pressure is applied, the elastic material first expands and contracts, and then the coiled carbon fiber expands and contracts, so that the coiled carbon fiber is applied to the coiled carbon fiber via the elastic material. Based on the pressure, the values of L, C and R change. The single-winding coiled carbon fiber preferably has a single coil diameter of 0.01 to 50 μm, a coil pitch of 0.01 to 10 μm, and a coil length of 0.01 to 1 mm. From the viewpoint of ease of manufacture and the like, the diameter of the coil is preferably 0.1 to 10 μm, and the pitch is preferably 0.1 to 10 μm. The coiled carbon fiber is formed such that a coil having a certain thickness extends in a spiral manner with a single winding at a certain pitch (interval). For this reason, the single-wound coiled carbon fiber is excellent in elasticity and easily deforms with respect to pressure from any direction, and therefore, pressure from any direction can be detected with high sensitivity.

一方、二重巻きのコイル状炭素繊維の場合には、2本のコイルが交互に密接した状態で螺旋状に延び、従って全体としてほぼ円筒状をなし、中心には空洞が形成されている。二重巻きのコイル状炭素繊維としては、直径が0.01〜50μm、ピッチがほぼ0及び長さが0.01〜1mmであるものが好ましい。二重巻きのコイル状炭素繊維は一重巻きのコイル状炭素繊維に比べて弾力性が乏しく、圧力を受けたときに変位しにくいという性質がある。   On the other hand, in the case of a double-wound coiled carbon fiber, the two coils extend in a spiral shape in close contact with each other, and thus have a substantially cylindrical shape as a whole, and a cavity is formed at the center. The double-wound coiled carbon fiber preferably has a diameter of 0.01 to 50 μm, a pitch of almost 0, and a length of 0.01 to 1 mm. Double-winding coiled carbon fibers are less elastic than single-winding coiled carbon fibers and have the property of being difficult to displace when subjected to pressure.

また、超弾性コイルはコイルの直径が大きく、線径が小さいものをいい、弾力性がより大きいコイルのことをいう。具体的には、超弾性コイルは、コイルの直径が5〜50μm、コイルのピッチが0.1〜10μm及びコイルの長さが0.3〜5mmであるものが好ましい。なお、コイル状炭素繊維の巻き方向は、コイルの軸線を中心として時計方向(右巻き)又は反時計方向(左巻き)のいずれであってもよい。   A superelastic coil is a coil having a large coil diameter and a small wire diameter, and having a higher elasticity. Specifically, the superelastic coil preferably has a coil diameter of 5 to 50 μm, a coil pitch of 0.1 to 10 μm, and a coil length of 0.3 to 5 mm. The winding direction of the coiled carbon fiber may be either clockwise (right-handed) or counterclockwise (left-handed) around the coil axis.

上記のような各種のコイル状炭素繊維は、弾力性チューブ10の圧力センサとしての機能を十分に発揮させるためには、その長さが90〜150μm、コイルの直径が0.1〜10μmであることがより好ましい。その場合、弾力性チューブ10における圧力の検出感度を一層向上させることができる。また、コイル状炭素繊維の線径は通常50〜500nmである。   The various coiled carbon fibers as described above have a length of 90 to 150 μm and a coil diameter of 0.1 to 10 μm in order to sufficiently exhibit the function as the pressure sensor of the elastic tube 10. It is more preferable. In this case, the pressure detection sensitivity in the elastic tube 10 can be further improved. The wire diameter of the coiled carbon fiber is usually 50 to 500 nm.

コイル状炭素繊維の含有量は、弾性材料中に0.1〜30質量%であることが好ましく、1〜15質量%であることがより好ましく、2〜5質量%であることがより好ましい。この含有量が0.1質量%未満の場合には、弾性材料中におけるコイル状炭素繊維の割合が少なく、コイル状炭素繊維に基づく圧力センサとしての感度が低下する。一方、含有量が30質量%を越える場合には、弾性材料中におけるコイル状炭素繊維の割合が多くなり過ぎて硬くなり、圧力センサとしての感度が低下するととともに、成形性等も悪くなる傾向を示す。   The content of the coiled carbon fiber is preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably 1 to 15% by mass, and more preferably 2 to 5% by mass in the elastic material. When the content is less than 0.1% by mass, the ratio of the coiled carbon fiber in the elastic material is small, and the sensitivity as a pressure sensor based on the coiled carbon fiber is lowered. On the other hand, when the content exceeds 30% by mass, the ratio of the coiled carbon fiber in the elastic material becomes excessively hard, and the sensitivity as a pressure sensor decreases, and the moldability and the like tend to deteriorate. Show.

コイル状炭素繊維を配向させる場合には、コイル状炭素繊維を弾性材料中に添加、均一分散させた後、磁場〔例えば1〜10テスラ(T)〕を、1〜10時間程度照射することにより行われる。その場合、コイル状炭素繊維を弾力性チューブ10の半径方向に延びるように配向させることが、弾力性チューブ10内を流れる流体の圧力に対する感度を高めることができるため好ましい。このように構成すれば、圧力を受ける方向にコイル状炭素繊維が延び、圧力の検出を効果的に行うことができる。コイル状炭素繊維の分散及び配向状態は、顕微鏡により深さ方向の状態(画像処理像)から判断することができる。   When the coiled carbon fiber is oriented, the coiled carbon fiber is added to the elastic material and uniformly dispersed, and then irradiated with a magnetic field [for example, 1 to 10 Tesla (T)] for about 1 to 10 hours. Done. In that case, it is preferable to orient the coiled carbon fibers so as to extend in the radial direction of the elastic tube 10 because the sensitivity to the pressure of the fluid flowing in the elastic tube 10 can be increased. If comprised in this way, a coil-shaped carbon fiber will extend in the direction which receives a pressure, and can detect a pressure effectively. The dispersion and orientation state of the coiled carbon fiber can be determined from the state in the depth direction (image processing image) with a microscope.

前記弾性材料中には、コイル状炭素繊維以外に気相成長繊維(VGCF)、カーボンナノファイバー、炭素粉末、金属粉末、誘電体粉末、圧電体粉末等を配合することもできる。また、コイル状炭素繊維の表面には、導電性を高めるために、金、銅等の金属薄膜を形成することにより、圧力センサとしての感度及び安定性を向上させることができる。   In addition to the coiled carbon fiber, vapor grown fiber (VGCF), carbon nanofiber, carbon powder, metal powder, dielectric powder, piezoelectric powder, and the like can be blended in the elastic material. Moreover, in order to improve electroconductivity, the sensitivity and stability as a pressure sensor can be improved by forming metal thin films, such as gold | metal | money and copper, in the surface of a coil-shaped carbon fiber.

前記弾性材料にコイル状炭素繊維を分散させる方法としては、次のような方法が採用される。
1)弾性材料にコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、脱泡し、鋳型に流し込み、その後プレス成形する方法。この方法は、弾性材料としてシリコーン樹脂を用いる場合等に採用される。
As a method for dispersing the coiled carbon fiber in the elastic material, the following method is adopted.
1) A method in which coiled carbon fibers are added to an elastic material, stirred and dispersed uniformly, defoamed, poured into a mold, and then press-molded. This method is employed when a silicone resin is used as the elastic material.

2)弾性材料のペレットに可塑剤を添加した後、加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、弾性材料としてセプトン樹脂を用いる場合等に採用される。   2) Add plasticizer to pellets of elastic material, heat and melt, add coiled carbon fiber to it, stir and disperse uniformly, then pour into mold, pressurize, cool and solidify Method. This method is employed when a septon resin is used as the elastic material.

3)弾性材料を加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、弾性材料としてゲル樹脂を用いる場合等に採用される。   3) A method in which an elastic material is heated and melted, coiled carbon fiber is added thereto, and the mixture is stirred and dispersed uniformly, then poured into a mold, pressurized, cooled and solidified. This method is employed when a gel resin is used as the elastic material.

弾性材料にコイル状炭素繊維を分散させる際に、予め一対の電極11を鋳型の所定位置に配置しておくことにより、一対の電極11を接続線12とともに弾力性チューブ10内に埋設することができる。   When the coiled carbon fiber is dispersed in the elastic material, the pair of electrodes 11 is previously placed in a predetermined position of the mold, so that the pair of electrodes 11 can be embedded in the elastic tube 10 together with the connecting wire 12. it can.

前記弾性材料にコイル状炭素繊維が配合されて形成された弾力性チューブ10においては、外部から圧力を受けると、弾性材料が伸縮して静電容量(C)が変化するとともに、コイル状炭素繊維が伸縮してインダクタンス(L)、静電容量(C)及び電気抵抗(R)が変化する。そして、両者が共振的に共鳴し、弾力性チューブ10の電気特性が著しく変化して外部からの圧力を検出することができる。   In the elastic tube 10 formed by mixing the elastic material with the coiled carbon fiber, when receiving pressure from the outside, the elastic material expands and contracts and the capacitance (C) changes, and the coiled carbon fiber Expands and contracts to change inductance (L), capacitance (C), and electric resistance (R). And both resonate resonantly, the electrical characteristic of the elastic tube 10 changes remarkably, and the pressure from the outside can be detected.

弾力性チューブ10の外径は0.7〜55mm、内径は0.5〜50mm、肉厚は0.2〜5mmであることが好ましい。弾力性チューブ10の長さは用途に応じて適宜設定される。弾力性チューブ10に圧力センサ機能をもたせる点から、弾力性チューブ10の外径はより好ましくは0.4〜45mm、内径はより好ましくは0.2〜40mmである。弾力性チューブ10の成形法としては、主として鋳込み法成形法が採用される。例えば、弾性材料としてシリコーン樹脂を用いる場合には、主剤及び硬化剤の混合液を遠心混合脱泡機を用いて十分に混合し、これに所定量のコイル状炭素繊維を添加、再度混合、分散、脱泡させる。その後、適当時間放置して反応を促進させ、液が適当な粘度となったときに所定の成形を行う。   The elastic tube 10 preferably has an outer diameter of 0.7 to 55 mm, an inner diameter of 0.5 to 50 mm, and a wall thickness of 0.2 to 5 mm. The length of the elastic tube 10 is appropriately set according to the application. In view of providing the elastic tube 10 with a pressure sensor function, the outer diameter of the elastic tube 10 is more preferably 0.4 to 45 mm, and the inner diameter is more preferably 0.2 to 40 mm. As a method for forming the elastic tube 10, a casting method is mainly employed. For example, when a silicone resin is used as an elastic material, the liquid mixture of the main agent and the curing agent is sufficiently mixed using a centrifugal mixing and defoaming machine, and a predetermined amount of coiled carbon fiber is added thereto, and then mixed and dispersed again. , Defoam. Thereafter, the reaction is promoted by allowing to stand for an appropriate time, and when the liquid has an appropriate viscosity, predetermined molding is performed.

すなわち、弾力性チューブ10を製造する場合、コイル状炭素繊維として、コイルの直径が1〜10μm、コイルの長さが90〜300μm、コイルギャップのほとんどない規則性二重コイル及びコイルギャップの大きな一重コイルなど種々の形態のコイル状炭素繊維を用いることができる。弾性材料としては、前述した弾力性の優れたシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、セプトン樹脂等を用いることができる。そして、弾性材料中にコイル状炭素繊維を、所定量添加、分散させ、或いは配向させ、種々の肉厚とチューブ径を有する弾力性チューブ10を作製する。   That is, when the elastic tube 10 is manufactured, the coiled carbon fiber has a coil diameter of 1 to 10 μm, a coil length of 90 to 300 μm, a regular double coil having almost no coil gap, and a large single coil gap. Various forms of coiled carbon fiber such as a coil can be used. As the elastic material, the above-described silicone resin, urethane resin, septon resin or the like having excellent elasticity can be used. Then, a predetermined amount of the coiled carbon fiber is added, dispersed, or oriented in the elastic material to produce the elastic tube 10 having various thicknesses and tube diameters.

弾力性チューブ10中でのコイル状炭素繊維の分散及び配向状態は、顕微鏡による深さ方向の画像処理像から判断することができる。その場合、弾性材料中でコイル状炭素繊維同士は相互に全く接触しておらず、パーコレーション構造(電気的接触構造)を形成していない。例えば、シリコーン樹脂を弾性材料とする場合、主剤及び硬化剤の混合液を遠心混合脱泡機を用いて十分に混合し、それに所定量のコイル状炭素繊維を添加、再度十分に混合、分散、脱泡させ、適当時間放置して反応を促進させ、液が適当な粘度となった後、チューブ成型機を用いてチューブ状に成形する。   The dispersion and orientation state of the coiled carbon fiber in the elastic tube 10 can be determined from an image processed image in the depth direction by a microscope. In that case, the coiled carbon fibers are not in contact with each other in the elastic material and do not form a percolation structure (electrical contact structure). For example, when a silicone resin is used as an elastic material, the mixture of the main agent and the curing agent is sufficiently mixed using a centrifugal mixing and defoaming machine, and a predetermined amount of coiled carbon fiber is added thereto, and then thoroughly mixed and dispersed. After degassing and allowing to stand for an appropriate period of time to promote the reaction, and the liquid has an appropriate viscosity, it is formed into a tube using a tube forming machine.

さて、コイル状炭素繊維を、シリコーン樹脂等の弾性材料中に分散させてチューブ状に成形することにより弾力性チューブ10が形成される。そして、その弾力性チューブ10に弾力性チューブ10内を通る流体によって圧力が加わったとき、弾性材料が圧力を吸収するとともに、弾性材料中に分散されているコイル状炭素繊維が弾性材料を介して変位する。   Now, the elastic tube 10 is formed by dispersing the coiled carbon fiber in an elastic material such as silicone resin and forming it into a tube shape. When pressure is applied to the elastic tube 10 by the fluid passing through the elastic tube 10, the elastic material absorbs the pressure, and the coiled carbon fiber dispersed in the elastic material passes through the elastic material. Displace.

この場合、弾力性チューブ10の弾性材料としてのマトリックス樹脂は静電容量(C)成分として作用し、さらにコイル状炭素繊維がLCR共振回路として作用し、従って機械力学的変動が電気的変動に変換される。このため、LCR共振回路の電圧等が変動し、その変動がLCR測定装置で測定され、デジタルオシロスコープに表示される。よって、弾力性チューブ10は、自身が圧力センサとしての機能を発現でき、微小な圧力を十分に検出することができる。   In this case, the matrix resin as the elastic material of the elastic tube 10 acts as a capacitance (C) component, and the coiled carbon fiber acts as an LCR resonance circuit, so that mechanical mechanical variation is converted into electrical variation. Is done. For this reason, the voltage of the LCR resonance circuit fluctuates, and the fluctuation is measured by the LCR measurement device and displayed on the digital oscilloscope. Therefore, the elastic tube 10 itself can exhibit a function as a pressure sensor and can sufficiently detect a minute pressure.

以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 実施形態における弾力性チューブ10は、コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されてチューブ状に形成され、分散状態のコイル状炭素繊維により、表面に加えられる圧力が検出可能になっている。このため、弾力性チューブ10は自身が圧力センサ機能を発揮することができる。従って、従来のように圧力センサを装着できなかったり、装着部分の強度が低下したり、装着された圧力センサで流体の流れが変化したりするという不具合を生ずるおそれが回避される。
The effects exhibited by the above embodiment will be described below.
In the elastic tube 10 according to the embodiment, the coiled carbon fiber is dispersed in an elastic material and formed into a tube shape, and the pressure applied to the surface can be detected by the coiled carbon fiber in a dispersed state. For this reason, the elastic tube 10 itself can exhibit a pressure sensor function. Therefore, it is possible to avoid the possibility that the pressure sensor cannot be attached as in the prior art, the strength of the attachment portion is reduced, or the flow of the fluid is changed by the attached pressure sensor.

また、弾力性チューブ10が圧力を受けたとき、弾性材料がその圧力を吸収するとともに、弾性材料中に分散されているコイル状炭素繊維が弾性材料を介して変位する。すなわち、コイル状炭素繊維には伸縮性があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス(L)、静電容量(C)及び電気抵抗(R)が変化するため、それらの変化量に基づいて圧力を検出することができる。従って、弾力性チューブ10は、圧力の検出感度に優れている。   Further, when the elastic tube 10 receives pressure, the elastic material absorbs the pressure, and the coiled carbon fiber dispersed in the elastic material is displaced through the elastic material. That is, the coiled carbon fiber is stretchable, and the expansion and contraction changes the electrical characteristics such as inductance (L), capacitance (C), and electrical resistance (R). Can be detected. Therefore, the elastic tube 10 is excellent in pressure detection sensitivity.

・ また、弾性材料としてJIS K6301に規定されるJIS A硬度が20以上50未満の樹脂を用いることにより、弾性材料は弾力性が高く、コイル状炭素繊維の変位量が大きくなるため、圧力の検出感度を向上させることができる。   In addition, by using a resin having a JIS A hardness of 20 or more and less than 50 as specified in JIS K6301 as an elastic material, the elastic material has high elasticity and the displacement of the coiled carbon fiber increases, so that pressure detection is possible. Sensitivity can be improved.

・ さらに、弾性材料としてJIS K6301に規定されるJIS A硬度が50以上100以下の樹脂を用いることにより、弾性材料は硬くなって、弾力性チューブ10の機械的強度を向上させることができる。   Further, by using a resin having a JIS A hardness of 50 or more and 100 or less as defined in JIS K6301 as the elastic material, the elastic material becomes hard and the mechanical strength of the elastic tube 10 can be improved.

・ 加えて、弾力性チューブ10には、一対の電極11が内部に埋設されていることから、電極11によって流体の流れが変化する等の不具合を回避することができる。   In addition, since the pair of electrodes 11 are embedded in the elastic tube 10, problems such as a change in fluid flow caused by the electrodes 11 can be avoided.

以下、実施例を挙げて、前記実施形態をさらに具体的に説明する。
(弾力性チューブ10の製造法)
コイル状炭素繊維として、コイルの直径が1〜10μm、コイルの長さが90〜300μm、コイルギャップのほとんどない規則性二重コイルを用いた。弾性材料として、シリコーン樹脂とセプトン樹脂((株)クラレ、商品名、ポリスチレン(30%)とエラストマーの共重合体)とを用いた。この弾性材料中にコイル状炭素繊維を、添加、分散させ、弾力性チューブ10を作製した。弾力性チューブ10中でのコイル状炭素繊維の分散及び配向状態は、顕微鏡による深さ方向の画像処理像から判断した。弾力性チューブ10内では、コイル状炭素繊維は3次元方向に均一に分散していたが、コイル状炭素繊維同士は相互に全く接触しておらず、パーコレーション構造を形成していなかった。
(弾力性チューブ10の圧力センサとしての特性評価法)
弾力性チューブ10内に長さ方向に平行に2本の銅製の電極11(電極間距離:2.5mm)を埋め込んだ。そして、弾力性チューブ10を透析用血液循環ポンプ(JMS、マルチフローメーター、MF−1)に接続させ、弾力性チューブ10内に一定圧力の純水を流した。圧力センサの特性として、水圧(応力)を加えた際の電気特性(L:インダクタンス、C:キャパシタンス、R:レジスタンス)の変化量を測定した。測定にはアジレントテクノロジー社の精密インピーダンスアナライザー、E-4991Aを用いた。
(実施例1)
コイル状炭素繊維として、規則性二重コイル(コイル長さ:90〜150μm、コイルの直径:5μm、コイルの線径:200nm)を用い、シリコーン樹脂(信越化学(株)製、KE−103、JIS A硬度が16)中に1質量%添加した。これをチューブ成形機により、内径5mm、外径7mm(肉厚:1mm)、長さ100mmの弾力性チューブ10を作製した。これを透析用血液循環ポンプに接続し、一定の水圧の純水を流し、そのときのLCRパラメータ変化量を求めた。測定は5回行った。得られたLパラメータの変化例を図2(a)〜(e)に示す。図2(a)に示すように、水圧が50mmHgのときには約10mH変化し、図2(b)に示すように、70mmHgでは約20mH、図2(c)に示すように、100mmHgでは約30mH、図2(d)に示すように、120mmHgでは約35mH、図2(e)に示すように、150mmHgで約40mH変化した。なお、各図において、太線は1回目の測定値、細線は2回目の測定値を示す。また、圧力とLCRパラメータの変化量との相関関係を図3(a)〜(c)に示す。L成分、C成分及びR成分とも圧力の増加とともにほぼ比例して変化した。最低検出圧力は、5mmHgであった。
(実施例2)
弾力性チューブ10の内径を1mm、外径を2mm、肉厚を0.5mmとした以外は、実施例1と同様に実施した。LCRパラメータの変化量は、実施例1(チューブ内径:5mm)の場合よりかなり大きく、例えば、水圧が50mmHgのときにはL成分は30mH増加した。最低検出圧力は1mmHgであった。
(実施例3)
弾力性チューブ10の内径を50mm、外径を55mm、肉厚を2.5mmとした以外は、実施例1と同様に実施した。LCRパラメータの変化量は、実施例1(チューブ内径:5mm)の場合とほぼ同じで、例えば水圧が50mmHgのときには、L成分は10mH増加した。最低検出圧力は2mmHgであった。
(実施例4)
コイル状炭素繊維として、コイル長さが150〜300μmのものを用いた以外は、実施例1と同様に実施した。水圧50mmHgのときのL成分の変化量は3mH、最低検出圧力は10mmHgであった。
(実施例5)
原料のコイル状炭素繊維として、コイルの長さが90μm以下のものを用いた以外は、実施例1と同様に実施した。水圧50mmHgのときのL成分の変化量は6mH、最低検出圧力は7mmHgであった。図4に種々の長さのコイル状炭素繊維に対する、圧力とL成分変化量との相関関係を示す。コイルの長さが90〜150μmの範囲のコイルが最も高い変化量を示すことがわかった。
(実施例6)
実施例1において、コイル状炭素繊維の他に、気相成長炭素繊維(VGCF)を1質量%添加した。LCRパラメータは、VGCFを添加しない場合に比べて、ほとんど変化しなかった。
(実施例7)
CMCの添加量を10質量%とした以外は、実施例1と同様に実施した。L成分の変化量は水圧が50mmHgのときには30mH増加し、70mmHgでは50mH、100mmHgでは65mH、120mmHgでは70mH増加した。C成分及びR成分も同様に圧力の増加とともにほぼ比例して増加した。最低検出圧力は、0.5mmHgであった。
(実施例8)
伸縮性樹脂材料として、シリコーン樹脂よりかなり硬いセプトン樹脂((株)クラレ、商品名、ポリスチレン(30質量%)とエラストマーの共重合体)を用いた以外は、実施例1と同様に実施した。水圧50mmHgのときのL成分の変化量は1mHであった。C成分及びR成分も同様に圧力の増加とともに増加した。最低検出圧力は20mmHgであった。
Hereinafter, the embodiment will be described more specifically with reference to examples.
(Manufacturing method of the elastic tube 10)
As the coiled carbon fiber, a regular double coil having a coil diameter of 1 to 10 μm, a coil length of 90 to 300 μm, and almost no coil gap was used. As the elastic material, a silicone resin and a Septon resin (Kuraray Co., Ltd., trade name, polystyrene (30%) and elastomer copolymer) were used. Coiled carbon fiber was added and dispersed in this elastic material, and the elastic tube 10 was produced. The dispersion and orientation state of the coiled carbon fiber in the elastic tube 10 was judged from an image processed image in the depth direction by a microscope. In the elastic tube 10, the coiled carbon fibers were uniformly dispersed in the three-dimensional direction, but the coiled carbon fibers were not in contact with each other at all and did not form a percolation structure.
(Characteristic evaluation method as a pressure sensor of the elastic tube 10)
Two copper electrodes 11 (distance between electrodes: 2.5 mm) were embedded in the elastic tube 10 in parallel to the length direction. Then, the elastic tube 10 was connected to a blood circulation pump for dialysis (JMS, multiflow meter, MF-1), and pure water with a constant pressure was allowed to flow through the elastic tube 10. As the characteristics of the pressure sensor, the amount of change in electrical characteristics (L: inductance, C: capacitance, R: resistance) when water pressure (stress) was applied was measured. A precision impedance analyzer, E-4991A, manufactured by Agilent Technologies was used for the measurement.
Example 1
As a coiled carbon fiber, a regular double coil (coil length: 90 to 150 μm, coil diameter: 5 μm, coil wire diameter: 200 nm) was used, and a silicone resin (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KE-103, 1% by mass was added in JIS A hardness 16). An elastic tube 10 having an inner diameter of 5 mm, an outer diameter of 7 mm (thickness: 1 mm), and a length of 100 mm was produced using a tube molding machine. This was connected to a blood circulation pump for dialysis, and pure water with a constant water pressure was allowed to flow, and the LCR parameter change amount at that time was determined. The measurement was performed 5 times. Examples of changes in the obtained L parameter are shown in FIGS. As shown in FIG. 2A, when the water pressure is 50 mmHg, the pressure changes by about 10 mH, as shown in FIG. 2B, about 20 mH at 70 mmHg, and about 30 mH at 100 mmHg, as shown in FIG. As shown in FIG. 2 (d), the change was about 35 mH at 120 mmHg, and about 40 mH at 150 mmHg, as shown in FIG. 2 (e). In addition, in each figure, a thick line shows the measured value of the 1st time, and a thin line shows the measured value of the 2nd time. Further, the correlation between the pressure and the amount of change in the LCR parameter is shown in FIGS. The L component, the C component, and the R component changed substantially in proportion to the increase in pressure. The lowest detection pressure was 5 mmHg.
(Example 2)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the elastic tube 10 had an inner diameter of 1 mm, an outer diameter of 2 mm, and a wall thickness of 0.5 mm. The amount of change in the LCR parameter was considerably larger than that in Example 1 (tube inner diameter: 5 mm). For example, when the water pressure was 50 mmHg, the L component increased by 30 mH. The lowest detection pressure was 1 mmHg.
(Example 3)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the inner diameter of the elastic tube 10 was 50 mm, the outer diameter was 55 mm, and the wall thickness was 2.5 mm. The amount of change in the LCR parameter was almost the same as in Example 1 (tube inner diameter: 5 mm). For example, when the water pressure was 50 mmHg, the L component increased by 10 mH. The lowest detection pressure was 2 mmHg.
Example 4
The same procedure as in Example 1 was performed except that a coiled carbon fiber having a coil length of 150 to 300 μm was used. When the water pressure was 50 mmHg, the amount of change in the L component was 3 mH, and the minimum detected pressure was 10 mmHg.
(Example 5)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that a raw material coiled carbon fiber having a coil length of 90 μm or less was used. When the water pressure was 50 mmHg, the amount of change in the L component was 6 mH, and the minimum detected pressure was 7 mmHg. FIG. 4 shows the correlation between pressure and L component variation for coiled carbon fibers of various lengths. It was found that a coil having a coil length in the range of 90 to 150 μm showed the highest amount of change.
(Example 6)
In Example 1, 1% by mass of vapor grown carbon fiber (VGCF) was added in addition to the coiled carbon fiber. LCR parameters remained almost unchanged compared to the case where VGCF was not added.
(Example 7)
The same operation as in Example 1 was carried out except that the amount of CMC added was 10% by mass. The amount of change in the L component increased by 30 mH when the water pressure was 50 mmHg, increased by 50 mH at 70 mmHg, 65 mH at 100 mmHg, and increased by 70 mH at 120 mmHg. Similarly, the C component and the R component increased in proportion to the pressure. The lowest detection pressure was 0.5 mmHg.
(Example 8)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that a Septon resin (Kuraray Co., Ltd., trade name, polystyrene (30% by mass) and elastomer copolymer) considerably harder than the silicone resin was used as the stretchable resin material. The amount of change of the L component when the water pressure was 50 mmHg was 1 mH. The C component and R component also increased with increasing pressure. The lowest detection pressure was 20 mmHg.

なお、前記実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。
・ 弾性材料として、硬さの異なる複数の樹脂を組合せて使用し、硬さを調整することもできる。例えば、弾力性チューブ10の表面側が軟らかく、内部側が硬くなるようにして表面からの圧力の吸収を良くするとともに、内部で機械的強度を保持するように構成することもできる。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
-As an elastic material, a plurality of resins having different hardnesses can be used in combination to adjust the hardness. For example, the elastic tube 10 may be configured so that the surface side of the elastic tube 10 is soft and the inner side is hard so as to improve the absorption of pressure from the surface while maintaining the mechanical strength inside.

・ コイル状炭素繊維として一重巻きのコイル状炭素繊維を弾力性チューブ10の表面側に配合し、二重巻きのコイル状炭素繊維を内部側に配合することもできる。この場合、特に弾力性チューブ10の表面側で圧力を十分に検出することができ、検出感度を高めることができる。   -As a coiled carbon fiber, a single coiled carbon fiber can be blended on the surface side of the elastic tube 10, and a double coiled carbon fiber can be blended on the inner side. In this case, the pressure can be sufficiently detected particularly on the surface side of the elastic tube 10, and the detection sensitivity can be increased.

・ コイル状炭素繊維の添加量を弾力性チューブ10の表面側と内部側とで変えることもできる。
・ コイル状炭素繊維として、長さ、コイルの直径、線径等の異なるものを添加することもできる。
The amount of coiled carbon fiber added can be changed between the surface side and the inside side of the elastic tube 10.
-As a coil-like carbon fiber, what differs in length, the diameter of a coil, a wire diameter, etc. can also be added.

・ コイル状炭素繊維として一重巻きのコイル状炭素繊維と二重巻きのコイル状炭素繊維とを混合して使用することもできる。
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
-As a coiled carbon fiber, a single wound coiled carbon fiber and a double wound coiled carbon fiber can be mixed and used.
Further, the technical idea that can be grasped from the embodiment will be described below.

・ 前記弾性材料はシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項2に記載の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ。このように構成した場合、弾性材料は弾力性が高く、コイル状炭素繊維の変位量が大きくなるため、圧力の検出感度を向上させることができる。   The elastic tube having a pressure sensor function according to claim 2, wherein the elastic material is a silicone resin. When configured in this manner, the elastic material has high elasticity, and the displacement amount of the coiled carbon fiber increases, so that the pressure detection sensitivity can be improved.

・ 前記弾性材料は、エポキシ樹脂又はスチレン系エラストマーであることを特徴とする請求項3に記載の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ。このように構成した場合、弾性材料は硬くなり、弾力性チューブは請求項1に係る発明の効果に加え、機械的強度を向上させることができる。   The elastic tube having a pressure sensor function according to claim 3, wherein the elastic material is an epoxy resin or a styrene-based elastomer. When constituted in this way, the elastic material becomes hard, and the elastic tube can improve the mechanical strength in addition to the effect of the invention according to claim 1.

・ JIS K7113に規定される引張強さが0.1MPa以上10MPa未満であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ。このように構成した場合、弾性材料は弾力性が高く、コイル状炭素繊維の変位量が大きくなるため、圧力の検出感度を向上させることができる。   The elastic tube having a pressure sensor function according to claim 1, wherein the tensile strength defined in JIS K7113 is 0.1 MPa or more and less than 10 MPa. When configured in this manner, the elastic material has high elasticity, and the displacement amount of the coiled carbon fiber increases, so that the pressure detection sensitivity can be improved.

・ JIS K7113に規定される引張強さが10MPa以上50MPa以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ。このように構成した場合、弾性材料は硬くなる傾向を示し、弾力性チューブは請求項1に係る発明の効果に加え、機械的強度を向上させることができる。   The elastic tube having a pressure sensor function according to claim 1, wherein the tensile strength defined in JIS K7113 is 10 MPa or more and 50 MPa or less. When comprised in this way, an elastic material shows the tendency to become hard, and in addition to the effect of the invention which concerns on Claim 1, an elastic tube can improve mechanical strength.

(a)は実施形態における弾力性チューブを示す断面図、(b)は(a)の1b−1b線における断面図。(A) is sectional drawing which shows the elastic tube in embodiment, (b) is sectional drawing in the 1b-1b line | wire of (a). (a)〜(e)は、異なる圧力におけるインダクタンスの変化量と時間との関係を示すグラフ。(A)-(e) is a graph which shows the relationship between the variation | change_quantity of the inductance in different pressure, and time. (a)はインダクタンスの変化量と圧力との関係を示すグラフ、(b)は静電容量の変化量と圧力との関係を示すグラフ、(c)は電気抵抗の変化量と圧力との関係を示すグラフ。(A) is a graph showing the relationship between the amount of change in inductance and pressure, (b) is a graph showing the relationship between the amount of change in capacitance and pressure, and (c) is the relationship between the amount of change in electrical resistance and pressure. Graph showing. コイル状炭素繊維のコイルの長さの異なる場合について、インダクタンスの変化量と圧力との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the variation | change_quantity of an inductance, and a pressure about the case where the coil length of a coil-shaped carbon fiber differs.

符号の説明Explanation of symbols

10…弾力性チューブ、11…電極。   10 ... elastic tube, 11 ... electrode.

Claims (4)

コイル状炭素繊維が弾性材料に分散されてチューブ状に形成され、分散状態のコイル状炭素繊維により、表面に加えられる圧力が検出可能に構成されていることを特徴とする圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ。 Elasticity with pressure sensor function, characterized in that coiled carbon fiber is dispersed in an elastic material and formed into a tube shape, and the pressure applied to the surface can be detected by the dispersed coiled carbon fiber Sex tube. 前記弾性材料は、JIS K6301に規定されるJIS A硬度が20以上50未満の樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ。 2. The elastic tube having a pressure sensor function according to claim 1, wherein the elastic material is a resin having a JIS A hardness of 20 or more and less than 50 as defined in JIS K6301. 前記弾性材料は、JIS K6301に規定されるJIS A硬度が50以上100以下の樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ。 2. The elastic tube having a pressure sensor function according to claim 1, wherein the elastic material is a resin having a JIS A hardness of 50 or more and 100 or less as defined in JIS K6301. 電極が内部に埋設されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の圧力センサ機能をもつ弾力性チューブ。 The elastic tube having a pressure sensor function according to any one of claims 1 to 3, wherein an electrode is embedded therein.
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