JP6968370B2 - Detection member, robot hand, detection method - Google Patents
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Description
本発明は、検知部材、ロボットハンド、及びこの検知部材を用いた検知方法に関する。具体的には、光弾性ポリウレタン（圧力検知部材）と、有機圧電材料を有する圧電ライン（ずり力検知部材）とを備える検知部材と、この検知部材を用いた検知方法に関する。 The present invention relates to a detection member, a robot hand, and a detection method using the detection member. Specifically, the present invention relates to a detection member including a photoelastic polyurethane (pressure detection member) and a piezoelectric line (sliding force detection member) having an organic piezoelectric material, and a detection method using the detection member.
従来、光弾性を有するポリウレタン樹脂を感圧センサとして用いることが提案されている。例えば、特許文献１では、ポリウレタン樹脂からなる感圧センサ用ポリウレタン成形体と、感圧センサ用ポリウレタン成形体を挟むように設けられる発光部及び受光部とを備えているタッチパネルが提案されている。
Conventionally, it has been proposed to use a polyurethane resin having photoelasticity as a pressure sensitive sensor. For example,
また、特許文献２では、特に寒冷地における応答性が優れた検知部材を得ることができる光弾性ポリウレタン樹脂が提案されている。
Further,
前述した文献１には、板状の光弾性ポリウレタン樹脂の内部に光を通過させて、光弾性ポリウレタン樹脂の表面に付加された垂直方向の力を感知するのを利用した圧力の測定技術が提案されている。しかし、検知されるのは、板状の光弾性ポリウレタン樹脂の板面に対して垂直方向の力であり、板面に沿った方向の力（ずり力）を検知する手段についてはこれまで提案されていなかった。
本発明の課題は、板状の光弾性ポリウレタン樹脂の板面に対して垂直方向の力と、板状の光弾性ポリウレタン樹脂の板面に沿った方向の力（ずり力）とを検知することである。 An object of the present invention is to detect a force in a direction perpendicular to a plate surface of a plate-shaped photoelastic polyurethane resin and a force (sliding force) in a direction along the plate surface of the plate-shaped photoelastic polyurethane resin. Is.
本発明の第一態様による検知部材によれば、光弾性ポリウレタン樹脂を用いて板状に形成された圧力検知部材と、前記圧力検知部材の端面に対向して配置され、前記圧力検知部材に向けて光を出射する発光部材と、前記発光部材によって出射されて前記圧力検知部材を通過した光を受光する受光部材と、前記圧力検知部材と前記受光部材の間で、前記圧力検知部材を通過した光の光路上に配置された偏光部材と、前記圧力検知部材の板面に沿って配置され、前記圧力検知部材に作用したずり力に応じた検出信号を出力するずり力検知部材と、を備えている。 According to the detection member according to the first aspect of the present invention, the pressure detection member formed in a plate shape using the photoelastic polyurethane resin and the pressure detection member are arranged facing the end face of the pressure detection member and directed toward the pressure detection member. A light emitting member that emits light, a light receiving member that receives light emitted by the light emitting member and passed through the pressure detecting member, and a pressure detecting member that has passed through the pressure detecting member between the pressure detecting member and the light receiving member. A polarizing member arranged on the optical path of light and a shearing force detecting member arranged along the plate surface of the pressure detecting member and outputting a detection signal according to the shearing force acting on the pressure detecting member are provided. ing.
本発明の第二態様による検知部材によれば、前記ずり力検知部材は、前記圧力検知部材の内部に埋設されている。 According to the detection member according to the second aspect of the present invention, the shear force detecting member is embedded inside the pressure detecting member.
本発明の第三態様による検知部材によれば、前記圧力検知部材の板面に接触し、弾性材料を用いて形成されている緩衝部材を備え、前記ずり力検知部材は、前記緩衝部材の内部に埋設されている。 According to the detection member according to the third aspect of the present invention, the pressure detecting member is provided with a cushioning member which is in contact with the plate surface of the pressure detecting member and is formed by using an elastic material, and the shearing force detecting member is inside the cushioning member. It is buried in.
本発明の第四態様による検知部材によれば、前記圧力検知部材と前記発光部材との間に配置され、偏光方向が前記偏光部材の偏光方向に対して９０°の角度を成している他の偏光部材を備えている。 According to the detection member according to the fourth aspect of the present invention, the member is arranged between the pressure detection member and the light emitting member, and the polarization direction is 90 ° with respect to the polarization direction of the polarizing member. It is equipped with a polarizing member.
本発明の第五態様による検知部材によれば、前記ずり力検知部材は、長尺状の導体と、前記導体に対して一方向に螺旋状に巻回され、有機圧電材料を含む圧電体とを含んで形成されている。 According to the detection member according to the fifth aspect of the present invention, the shear force detection member includes a long conductor and a piezoelectric material spirally wound in one direction with respect to the conductor and containing an organic piezoelectric material. Is formed including.
本発明の第六態様による検知部材によれば、前記ずり力検知部材は、棒形状に形成されている。 According to the detection member according to the sixth aspect of the present invention, the shear force detecting member is formed in a rod shape.
本発明の第七態様による検知部材によれば、前記圧力検知部材を形成する光弾性ポリウレタン樹脂は、２５℃におけるヤング率が２ＭＰａ以上、５ＭＰａ以下であり、２５℃における光弾性定数は、１０００×１０−１２Ｐａ−１以上、１０００００×１０−１２Ｐａ−１以下であり、かつ、ガラス転移温度が−６０℃以上、−２１℃以下である。 According to the detection member according to the seventh aspect of the present invention, the photoelastic polyurethane resin forming the pressure detection member has a Young's modulus of 2 MPa or more and 5 MPa or less at 25 ° C., and a photoelastic constant at 25 ° C. is 1000 ×. It is 10-12 Pa -1 or more and 100,000 × 10 -12 Pa -1 or less, and the glass transition temperature is -60 ° C or more and -21 ° C or less.
本発明の第八態様によるロボットハンドによれば、把持対象物を両側から挟み込んで把持する一対の指部と、前記把持対象物と接触するように一方の前記指部に取り付けられた検知部材と、を備えている。 According to the robot hand according to the eighth aspect of the present invention, a pair of finger portions that sandwich and grip the gripping object from both sides, and a detection member attached to one of the finger portions so as to come into contact with the gripping object. , Is equipped.
本発明の第九態様による検知方法によれば、ロボットハンドを用いて、前記把持対象物を把持して前記把持対象物を持ち上げる場合の把持状態を検知する検知方法であって、前記受光部材によって検出された検出値に基づいて、前記把持対象物を挟み込む力を検知し、かつ、前記ずり力検知部材によって検出された検出値に基づいて、前記把持対象物と前記ロボットハンドとの間で生じるずり力を検知する。 According to the detection method according to the ninth aspect of the present invention, it is a detection method for detecting a gripping state when the gripping object is gripped by using a robot hand and the gripping object is lifted by the light receiving member. The force that pinches the gripping object is detected based on the detected detection value, and the force is generated between the gripping object and the robot hand based on the detection value detected by the shear force detecting member. Detects sliding force.
本発明によれば、板状の光弾性ポリウレタン樹脂の板面に対して垂直方向の力と、板状の光弾性ポリウレタン樹脂の板面に沿った方向の力（ずり力）とを検知することができる。 According to the present invention, it is possible to detect a force in a direction perpendicular to a plate surface of a plate-shaped photoelastic polyurethane resin and a force (sliding force) in a direction along the plate surface of the plate-shaped photoelastic polyurethane resin. Can be done.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書中において、部材の「面」は、特に断りが無い限り、部材の「主面」を意味する。
本明細書において、２つの線分のなす角度は、０°以上９０°以下の範囲で表す。
本明細書において、「フィルム」は、一般的に「フィルム」と呼ばれているものだけでなく、一般的に「シート」と呼ばれているものをも包含する概念である。
本明細書において、「ＭＤ方向」とはフィルムの流れる方向（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）、すなわち、延伸方向である。
In the present specification, the numerical range represented by using "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.
In the present specification, the "face" of a member means the "main surface" of the member unless otherwise specified.
In the present specification, the angle formed by two line segments is expressed in the range of 0 ° or more and 90 ° or less.
As used herein, the term "film" is a concept that includes not only what is generally called "film" but also what is generally called "sheet".
As used herein, the "MD direction" is the direction in which the film flows (Machine Direction), that is, the stretching direction.
〔検知部材〕
本実施形態の検知部材は、光弾性ポリウレタン樹脂を含む板状の圧力検知部材と、前記圧力検知部材に向けて光を出射する、第１位置に配置された発光部材と、好ましくは圧力検知部材と発光部材の間に配置された第一偏光部材と、発光部材から出射され、かつ圧力検知部材を通過した光を受光する、前記第１位置と異なる第２位置に配置された受光部材と、圧力検知部材と受光部材の間に配置された第二偏光部材と、圧力検知部材の内部に、又は圧力検知部材の側面に隣接して配置され、圧力検知部材の板面に沿って配置されたずり力検知部材と、を備える。
[Detection member]
The detection member of the present embodiment includes a plate-shaped pressure detection member containing a photoelastic polyurethane resin, a light emitting member arranged at a first position that emits light toward the pressure detection member, and preferably a pressure detection member. A first polarizing member arranged between the light emitting member and a light receiving member arranged at a second position different from the first position, which receives light emitted from the light emitting member and passed through the pressure detecting member. The second polarizing member arranged between the pressure detecting member and the light receiving member, and arranged inside the pressure detecting member or adjacent to the side surface of the pressure detecting member, and arranged along the plate surface of the pressure detecting member. It is equipped with a shear force detecting member.
本実施形態の検知部材によれば、光弾性ポリウレタン樹脂を感圧センサとして用いつつ、検知部材に作用するずりの力を同時に検出することができる。 According to the detection member of the present embodiment, it is possible to simultaneously detect the shearing force acting on the detection member while using the photoelastic polyurethane resin as the pressure-sensitive sensor.
ここで、「ずり力（ずり応力）」とは、せん断力（せん断応力）のことであって、物体内部のある面の平行方向に、すべらせるように作用する力（応力）である。本実施形態では、板状に形成された圧力検知部材の板面に沿った方向の力である。 Here, the "shear force (shear stress)" is a shear force (shear stress), which is a force (stress) that acts to slide in a direction parallel to a certain surface inside an object. In the present embodiment, it is a force in the direction along the plate surface of the pressure detecting member formed in the shape of a plate.
以下、本実施形態の検知部材の各構成について詳細に説明する。 Hereinafter, each configuration of the detection member of the present embodiment will be described in detail.
＜圧力検知部材＞
本実施形態の検知部材は圧力検知部材を備える。圧力検知部材は、光弾性ポリウレタン樹脂を含む。
<Pressure detection member>
The detection member of the present embodiment includes a pressure detection member. The pressure detecting member contains a photoelastic polyurethane resin.
光弾性とは、外力を受けた弾性体が複屈折を生じさせる性質をいう。すなわち、本実施形態でいう光弾性ポリウレタン樹脂とは、ポリウレタン樹脂のうち、光弾性を有するポリウレタン樹脂をいう。 Photoelasticity refers to the property that an elastic body that receives an external force causes birefringence. That is, the photoelastic polyurethane resin in the present embodiment means a polyurethane resin having photoelasticity among the polyurethane resins.
圧力検知部材の材質としては、光弾性ポリウレタン樹脂を含み、透明でかつ光弾性の性質を発現するものであれば特に限定されない。 The material of the pressure detecting member is not particularly limited as long as it contains a photoelastic polyurethane resin and is transparent and exhibits photoelastic properties.
圧力検知部材の形状としては板状のものやシート状のものが好ましい。圧力検知部材は、例えば、所定形状の成形型（注形型）により板状やシートに形成されるか、あるいは、脱型後の裁断によって形成される。 The shape of the pressure detecting member is preferably plate-shaped or sheet-shaped. The pressure detecting member is formed in a plate shape or a sheet by, for example, a molding die (casting die) having a predetermined shape, or is formed by cutting after demolding.
（光弾性ポリウレタン樹脂）
光弾性ポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを含有するポリウレタン樹脂組成物を、反応および硬化させることにより、得ることができる。
(Photoelastic polyurethane resin)
The photoelastic polyurethane resin can be obtained by reacting and curing a polyurethane resin composition containing a polyisocyanate component and an active hydrogen group-containing component.
ポリイソシアネート成分は、芳香環含有ポリイソシアネートを含む。芳香環含有ポリイソシアネートは、１，４−フェニレン基（但し、１，４−フェニレン基における一部の水素原子が、メチル基および／またはメトキシ基で置換されていてもよい。）、および／または、１，５−ナフチレン基を含有している。 The polyisocyanate component includes an aromatic ring-containing polyisocyanate. The aromatic ring-containing polyisocyanate is a 1,4-phenylene group (provided that some hydrogen atoms in the 1,4-phenylene group are substituted with a methyl group and / or a methoxy group), and / or. , 1,5-naphthylene group is contained.
１，４−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとしては、例えば、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４’−ＭＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートの重合物（カルボジイミド変性ＭＤＩ、ウレトンイミン変性ＭＤＩ、アシル尿素変性ＭＤＩなど）、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（２，４’−ＭＤＩ）、３，３’−ジメチルビフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、３，３’−ジメトキシビフェニル−４，４’−ジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルジイソシアネート、４，４’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、１，４−キシリレンジイソシアネート（１，４−ＸＤＩ）などのベンゼン環含有ポリイソシアネート（具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネート）などが挙げられる。 Examples of the aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group include polymers of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-MDI) and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (carbodiimide-modified MDI, Ureton imine-modified MDI, acylurea-modified MDI, etc.), 2,4'-diphenylmethane diisocyanate (2,4'-MDI), 3,3'-dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanate (TODI), 3,3'- Dimethoxybiphenyl-4,4'-diisocyanate, p-phenylenediocyanate, 4,4'-diphenyldiisocyanate, 4,4'-diphenylether diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 1,4- Examples thereof include benzene ring-containing polyisocyanates (specifically, benzene ring-containing diisocyanates) such as xylylene diisocyanate (1,4-XDI).
また、１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートとしては、例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート（１，５−ＮＤＩ）などのナフタレン環含有ポリイソシアネート（具体的には、ナフタレン環含有ジイソシアネート）などが挙げられる。 The aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,5-naphthylene group includes, for example, a naphthalene ring-containing polyisocyanate such as 1,5-naphthalene diisocyanate (1,5-NDI) (specifically, a naphthalene ring-containing polyisocyanate). Diisocyanate) and the like.
１，４−フェニレン基および／または１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートのうち、好ましくは、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４’−ＭＤＩ）、３，３’−ジメチルビフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（１，５−ＮＤＩ）が挙げられる。 Of the aromatic ring-containing polyisocyanates containing a 1,4-phenylene group and / or a 1,5-naphthylene group, preferably 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-MDI), 3,3'- Examples thereof include dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanate (TODI) and 1,5-naphthalenedi isocyanate (1,5-NDI).
ポリイソシアネート成分は、単独使用または２種以上併用することができる。好ましくは、４，４’−ＭＤＩとＴＯＤＩとを併用する。 The polyisocyanate component can be used alone or in combination of two or more. Preferably, 4,4'-MDI and TODI are used in combination.
また、ポリイソシアネート成分は、芳香環含有ポリイソシアネート以外のその他のポリイソシアネートを任意成分として含有することもできる。 Further, the polyisocyanate component may contain other polyisocyanates other than the aromatic ring-containing polyisocyanate as an optional component.
その他のポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート（上記した芳香環含有ポリイソシアネートを除く）、芳香脂肪族ポリイソシアネート、（上記した芳香環含有ポリイソシアネートを除く）、脂環族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられる。 Examples of other polyisocyanates include aromatic polyisocyanates (excluding the above-mentioned aromatic ring-containing polyisocyanates), aromatic aliphatic polyisocyanates, (excluding the above-mentioned aromatic ring-containing polyisocyanates), alicyclic polyisocyanates, and fats. Examples thereof include group polyisocyanates.
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、２，２’−ＭＤＩ、２，６−ＴＤＩ、ｍ−フェニレンジイソシアネート、２，６−ＮＤＩなどの芳香族ジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the aromatic polyisocyanate include aromatic diisocyanates such as 2,2'-MDI, 2,6-TDI, m-phenylenediocyanate, and 2,6-NDI.
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、１，３−キシリレンジイソシアネート（１，３−ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）などの芳香脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the aromatic aliphatic polyisocyanate include aromatic aliphatic diisocyanates such as 1,3-xylylene diisocyanate (1,3-XDI) and tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI).
脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート（イソホロンジイソシアネート、ＩＰＤＩ）、４，４’−、２，４’−または２，２’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートもしくはその混合物（Ｈ１２ＭＤＩ）、１，３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン（水添キシリレンジイソシアネート、Ｈ６ＸＤＩ）、２，５−または２，６−ビス（イソシアナトメチル）ノルボルナンもしくはその混合物（ＮＢＤＩ）、１，３−シクロペンタンジイソシアネート、１，４−または１，３−シクロヘキサンジイソシアネートもしくはその混合物、メチル−２，４−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−２，６−シクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the alicyclic polyisocyanate include 3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylisocyanate (isophorone diisocyanate, IPDI), 4,4'-, 2,4'-or 2,2'-dicyclohexyl. Methandiisocyanate or a mixture thereof (H12MDI), 1,3-bis (isosyanatomethyl) cyclohexane (hydrogenated xylylene diisocyanate, H6XDI), 2,5- or 2,6-bis (isosyanatomethyl) norbornan or a mixture thereof (isocyanatomethyl) NBDI), 1,3-cyclopentane diisocyanate, 1,4- or 1,3-cyclohexanediisocyanate or a mixture thereof, methyl-2,4-cyclohexanediisocyanate, methyl-2,6-cyclohexanediisocyanate and other alicyclic diisocyanates. Can be mentioned.
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート（ＴＭＤＩ）、ペンタメチレンジイソシアネート（ＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、１，２−、２，３−または１，３−ブチレンジイソシアネート、２，４，４−または２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。 Examples of the aliphatic polyisocyanate include trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate (TMDI), pentamethylene diisocyanate (PDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), 1,2-, 2,3- or 1,3-butylenediocyanate. , 2,4,4- or 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate and the like.
ポリイソシアネート成分のうち、１，４−フェニレン基および／または１，５−ナフチレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートの配合割合は、ポリイソシアネート成分の総量に対して、例えば、３０質量％以上、さらに好ましくは、５０質量％以上、とりわけ好ましくは、９０質量％以上である。 Among the polyisocyanate components, the blending ratio of the aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group and / or a 1,5-naphthylene group is, for example, 30% by mass or more with respect to the total amount of the polyisocyanate component. More preferably, it is 50% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more.
ポリイソシアネート成分の芳香環濃度は、ポリウレタン樹脂組成物に対して、例えば、１０質量％以上、好ましくは、１２質量％以上であり、通常、例えば、３０質量％以下、好ましくは、２６質量％以下、さらに好ましくは、１６質量％以下である。 The aromatic ring concentration of the polyisocyanate component is, for example, 10% by mass or more, preferably 12% by mass or more, and usually, for example, 30% by mass or less, preferably 26% by mass or less, based on the polyurethane resin composition. , More preferably, it is 16% by mass or less.
ポリイソシアネート成分の芳香環濃度が上記した下限以上であれば、優れた光弾性を得ることができる。 When the aromatic ring concentration of the polyisocyanate component is at least the above lower limit, excellent photoelasticity can be obtained.
ポリイソシアネート成分の芳香環濃度が上記した上限以下であれば、優れた光弾性を得ることができる。 When the aromatic ring concentration of the polyisocyanate component is not more than the above-mentioned upper limit, excellent photoelasticity can be obtained.
ポリイソシアネート成分の芳香環濃度は、ポリイソシアネート成分に由来する芳香環の、ポリウレタン樹脂組成物における質量割合であって、後述するシアノ化合物に由来する芳香環を含まない。 The aromatic ring concentration of the polyisocyanate component is a mass ratio of the aromatic ring derived from the polyisocyanate component in the polyurethane resin composition, and does not include the aromatic ring derived from the cyano compound described later.
また、芳香環濃度は、ポリイソシアネート成分が１，４−フェニレン基を含有する場合には、そのポリイソシアネートの分子量を７８（ｇ／モル）とし、また、ポリイソシアネート成分が１，５−ナフチレン基を含有する場合には、そのポリイソシアネートの分子量を１２８（ｇ／モル）として算出される。 When the polyisocyanate component contains a 1,4-phenylene group, the aromatic ring concentration is such that the molecular weight of the polyisocyanate is 78 (g / mol), and the polyisocyanate component is a 1,5-naphthylene group. When the polyisocyanate is contained, the molecular weight of the polyisocyanate is calculated as 128 (g / mol).
活性水素基含有成分は、活性水素基（例えば、水酸基、アミノ基など）を有する化合物であって、例えば、ポリオール、ポリアミンなどが挙げられ、好ましくは、ポリオールが挙げられる。 The active hydrogen group-containing component is a compound having an active hydrogen group (for example, a hydroxyl group, an amino group, etc.), and examples thereof include polyols and polyamines, with preference given to polyols.
ポリオールは、好ましくは、高分子量ポリオールを含有している。 The polyol preferably contains a high molecular weight polyol.
高分子量ポリオールは、水酸基を２つ以上有し、平均水酸基価（後述）が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの化合物であり、かつ、平均官能基数（後述）が２の場合には、数平均分子量が２２５以上の化合物であり、あるいは、平均官能基数が３の場合には、数平均分子量３３７以上の化合物である。 The high molecular weight polyol is a compound having two or more hydroxyl groups and having an average hydroxyl value (described later) of 20 mgKOH / g to 500 mgKOH / g, and an average number of functional groups (described later) of 2, the number average molecular weight. Is a compound having a number of 225 or more, or when the average number of functional groups is 3, it is a compound having a number average molecular weight of 337 or more.
そのような高分子量ポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、ダイマーポリオール、ポリウレタンポリオール、ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、天然油ポリオール、シリコーンポリオール、フッ素ポリオールなどが挙げられる。 Examples of such high molecular weight polyols include polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, polyolefin polyols, dimer polyols, polyurethane polyols, polyoxyalkylene polyester block copolymer polyols, acrylic polyols, epoxy polyols, and natural oil polyols. Examples thereof include silicone polyols and fluoropolyesters.
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリアルキレン（Ｃ２〜Ｃ３）ポリオール、ポリテトラメチレンエーテルポリオールなどのポリオキシアルキレンポリオールなどが挙げられる。 Examples of the polyether polyol include polyoxyalkylene polyols such as polyalkylene (C2-C3) polyols and polytetramethylene ether polyols.
ポリアルキレン（Ｃ２〜Ｃ３）ポリオールとしては、例えば、低分子量ポリオールを開始剤とする、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドの付加重合物（２種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび／またはブロック共重合体を含む）が挙げられる。具体的には、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体（ランダムおよび／またはブロック共重合体）などが挙げられる。 Examples of the polyalkylene (C2-C3) polyol include addition polymers of alkylene oxides such as ethylene oxide and propylene oxide having a low molecular weight polyol as an initiator (random and / or block copolymerization of two or more alkylene oxides). (Including coalescence). Specific examples thereof include polyethylene glycol, polypropylene glycol, ethylene oxide-propylene oxide copolymer (random and / or block copolymer) and the like.
低分子量ポリオールは、水酸基を２つ以上有し、平均水酸基価（後述）が５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超過する化合物であり、かつ、官能基数（後述）が２の場合には、分子量が４０以上２２５未満のジオールであり、あるいは、官能基数が３の場合には、分子量４０以上３３７未満のトリオールである。 The low molecular weight polyol is a compound having two or more hydroxyl groups and having an average hydroxyl value (described later) exceeding 500 mgKOH / g, and when the number of functional groups (described later) is 2, the molecular weight is 40 or more and less than 225. Or, when the number of functional groups is 3, it is a triol having a molecular weight of 40 or more and less than 337.
そのような低分子量ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール（１，２−プロパンジオール）、トリメチレングリコール（１，３−プロパンジオール）、１，４−ブチレングリコール（１，４−ブタンジオール）、１，３−ブチレングリコール（１，３−ブタンジオール）、１，２−ブチレングリコール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、アルカン（炭素数７〜１３）ジオールや、１，４−ジヒドロキシ−２−ブテン、２，６−ジメチル−１−オクテン−３，８−ジオールなどアルケン（炭素数４〜１３）ジオールなどの脂肪族ジオール（炭素数２〜１３）や、例えば、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオール（炭素数６〜１３）、さらには、例えば、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、キシレングリコールなどの芳香族ジオール（芳香環を含有する炭素数６〜１３の芳香環含有ジオール）、さらにまた、ジエチレングリコール、トリオキシエチレングリコール、テトラオキシエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリオキシプロピレングリコールなどのオキシアルキレンアルコールなどのジオール（炭素数２〜９）（２価アルコール）、例えば、グリセリン、２−メチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、２，４−ジヒドロキシ−３−ヒドロキシメチルペンタン、１，２，６−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−３−ブタノールなどの炭素数３〜６の脂肪族トリオール、および、その他の脂肪族トリオール（炭素数７〜２０）などのトリオール（３価アルコール）、例えば、テトラメチロールメタン（ペンタエリスリトール）、ジグリセリン（ジグリセロール）などのテトラオール（４価アルコール）（炭素数５〜２７）、例えば、キシリトールなどのペンタオール（５価アルコール）（炭素数５〜３３）、例えば、ソルビトール、マンニトール、アリトール、イジトール、ダルシトール、アルトリトール、イノシトール、ジペンタエリスリトールなどのヘキサオール（６価アルコール）（炭素数６〜４０）、例えば、ペルセイトールなどの７価アルコール（ヘプタオール）（炭素数７〜４７）、例えば、ショ糖などのオクタオール（８価アルコール）（炭素数８〜５４）などが挙げられる。 Examples of such low molecular weight polyols include ethylene glycol, propylene glycol (1,2-propanediol), trimethylene glycol (1,3-propanediol), and 1,4-butylene glycol (1,4-butanediol). ), 1,3-butylene glycol (1,3-butanediol), 1,2-butylene glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1,5-pentanediol, neopentylglycol, 3-methyl- 1,5-Pentanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, alcohol (7 to 13 carbon atoms) diol, 1 , 4-Dihydroxy-2-butene, 2,6-dimethyl-1-octene-3,8-diol and other aliphatic diols (2 to 13 carbon atoms) such as alkene (4 to 13 carbon atoms) diol, for example. Alicyclic diols such as cyclohexanedimethanol (6 to 13 carbon atoms), and further aromatic diols such as bishydroxyethoxybenzene and xylene glycol (aromatic ring-containing diols containing an aromatic ring and having 6 to 13 carbon atoms). ), Further, diols (2-9 carbon atoms) (dihydric alcohols) such as oxyalkylene alcohols such as diethylene glycol, trioxyethylene glycol, tetraoxyethylene glycol, dipropylene glycol, trioxypropylene glycol, for example, glycerin. 2-Methyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 2,4-dihydroxy-3-hydroxymethylpentane, 1,2,6-hexanetriol, trimethylolpropane, 2,2-bis (hydroxymethyl) An aliphatic triol having 3 to 6 carbon atoms such as -3-butanol, and other triols (trihydric alcohols) such as an aliphatic triol (7 to 20 carbon atoms), for example, tetramethylolmethane (pentaerythritol), di Tetraol (tetrahydric alcohol) such as glycerin (diglycerol) (5-27 carbon atoms), such as pentaol (pentohydric alcohol) such as xylitol (5-33 carbon atoms), such as sorbitol, mannitol, aritol, Hexaol (hexahydric alcohol) such as iditol, darsitol, altritor, inositol, dipentaerythritol (6-40 carbon atoms), for example, heptao such as persetol. (R) (7 to 47 carbon atoms), for example, octaol (octavalent alcohol) such as sucrose (8 to 54 carbon atoms) and the like.
これら低分子量ポリオールは、単独使用または２種以上併用することができる。 These low molecular weight polyols can be used alone or in combination of two or more.
ポリテトラメチレンエーテルポリオールとしては、例えば、テトラヒドロフランのカチオン重合により得られる開環重合物、例えば、テトラヒドロフランの重合単位に上記したジオールなどを共重合した非晶性ポリテトラメチレンエーテルグリコール、例えば、テトラヒドロフランの重合単位に、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エピクロヒドリンおよび／またはベンジルグリシジルエーテルなどを共重合した非晶性ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。 Examples of the polytetramethylene ether polyol include an amorphous polytetramethylene ether glycol obtained by copolymerizing a ring-opening polymer obtained by cationic polymerization of tetrahydrofuran, for example, the above-mentioned diol with a polymerization unit of tetrahydrofuran, for example, tetrahydrofuran. Examples of the polymerization unit include amorphous polytetramethylene ether glycol obtained by copolymerizing ethylene oxide, propylene oxide, epiclohydrin and / or benzyl glycidyl ether and the like.
また、ポリエーテルポリオールとして、例えば、上記した炭素数６〜１３の芳香環含有ジオール（具体的には、ビスヒドロキシエトキシベンゼンなど）、水酸基価が５００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の芳香環含有ジオール（具体的には、ビスヒドロキシエチルテレフタレート、ビスフェノールＡなど）などの芳香族ジオールに、エチレンオキシド、プロピレンオキシドおよび／またはテトラヒドロフランなどを付加重合した芳香環含有ポリオールも挙げられる。 Further, as the polyether polyol, for example, the above-mentioned aromatic ring-containing diol having 6 to 13 carbon atoms (specifically, bishydroxyethoxybenzene or the like) and an aromatic ring-containing diol having a hydroxyl value of 500 mgKOH / g or less (specifically). Also includes an aromatic ring-containing polyol obtained by addition-polymerizing an aromatic diol such as bishydroxyethyl terephthalate, bisphenol A, etc. with ethylene oxide, propylene oxide and / or tetrahydrofuran.
ポリエーテルポリオールとしては、好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが挙げられる。 Preferred examples of the polyether polyol include polytetramethylene ether glycol.
ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールと、多塩基酸またはその酸無水物あるいはその酸ハライドとの反応により得られるポリエステルポリオールが挙げられる。 Examples of the polyester polyol include a polyester polyol obtained by reacting the above-mentioned low molecular weight polyol with a polybasic acid or an acid anhydride thereof or an acid halide thereof.
多塩基酸およびその酸無水物またはその酸ハライドとしては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、１，１−ジメチル−１，３−ジカルボキシプロパン、３−メチル−３−エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバチン酸、その他の脂肪族ジカルボン酸（Ｃ１１〜Ｃ１３）、水添ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ダイマー酸、ヘット酸などのカルボン酸（ジカルボン酸）、および、これらのカルボン酸などから誘導される酸無水物、例えば、無水シュウ酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水２−アルキル（Ｃ１２〜Ｃ１８）コハク酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トリメリット酸、さらには、これらの無水カルボン酸などから誘導される酸ハライド、例えば、シュウ酸ジクロライド、アジピン酸ジクロライド、セバチン酸ジクロライドなどが挙げられる。 Examples of the polybasic acid and its acid anhydride or its acid halide include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, methylsuccinic acid, glutaric acid, adipic acid, 1,1-dimethyl-1,3-dicarboxypropane, 3 -Methyl-3-ethylglutaric acid, azelaic acid, sebatic acid, other aliphatic dicarboxylic acids (C11-C13), hydrogenated dimer acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, orthophthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid , Toluenedicarboxylic acid, dimer acid, hetic acid and other carboxylic acids (dicarboxylic acids), and acid anhydrides derived from these carboxylic acids and the like, such as oxalic acid anhydride, succinic acid anhydride, maleic acid anhydride, phthalic acid anhydride. Acids, acid halides derived from acids, 2-alkyl anhydrides (C12-C18) succinic acid, tetrahydrophthalic acid anhydride, trimellitic acid anhydride, and these carboxylic acids anhydride, such as oxalic acid dichloride, adipic acid dichloride, etc. Examples thereof include dichloride on sebatic acid.
また、ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、例えば、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類を開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオールなどのラクトン系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。 Further, as the polyester polyol, for example, a polycaprolactone polyol or a polyvalerolactone polyol obtained by ring-opening polymerization of lactones such as ε-caprolactone and γ-valerolactone using the above-mentioned low molecular weight polyol as an initiator. Examples thereof include lactone-based polyester polyols such as.
さらに、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオールと、水酸基含有植物油脂肪酸（例えば、リシノレイン酸を含有するひまし油脂肪酸、１２−ヒドロキシステアリン酸を含有する水添ひまし油脂肪酸など）などのヒドロキシカルボン酸とを、公知の条件下、縮合反応させて得られる植物油系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。 Further, as the polyester polyol, for example, the above-mentioned low molecular weight polyol and a hydroxycarboxylic acid such as a hydroxyl group-containing vegetable oil fatty acid (for example, a lysinoleic acid-containing castor oil fatty acid, a hydrogenated castor oil fatty acid containing 12-hydroxystearic acid, etc.) Examples thereof include vegetable oil-based polyester polyols obtained by subjecting them to a condensation reaction under known conditions.
ポリカーボネートポリオールは、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、例えば、触媒の存在下または不在下に、ホスゲン、ジアルキルカーボネート、ジアリルカーボネート、アルキレンカーボネートなどを反応させることにより、得ることができる。ポリカーボネートポリオールは、好ましくは、ジオールを開始剤とするポリカーボネートジオールが挙げられる。 The polycarbonate polyol can be obtained, for example, by reacting phosgene, dialkyl carbonate, diallyl carbonate, alkylene carbonate or the like with the above-mentioned low molecular weight polyol as an initiator in the presence or absence of a catalyst, for example. The polycarbonate polyol preferably includes a polycarbonate diol having a diol as an initiator.
ポリオレフィンポリオールとしては、例えば、ブタジエン、イソプレンなどの共役二重結合含有モノマーの重合体の末端に水酸基を付加した、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンジオールなどが挙げられる。 Examples of the polyolefin polyol include a polybutadiene polyol and a polyisoprene diol having a hydroxyl group added to the end of a polymer of a conjugated double bond-containing monomer such as butadiene and isoprene.
ダイマーポリオールとしては、通常、工業用原料として入手し得る、主成分が炭素数１８の不飽和脂肪酸の２量体を還元して得られるダイマージオールなどが挙げられる。 Examples of the dimer polyol include dimerdiol obtained by reducing a dimer of an unsaturated fatty acid having 18 carbon atoms as a main component, which is usually available as an industrial raw material.
ポリウレタンポリオールとしては、上記により得られたポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールおよび／またはポリカーボネートポリオールを、イソシアネート基に対する水酸基の当量比（ＯＨ／ＮＣＯ）が１を超過する割合で、上記したポリイソシアネート成分と反応させることによって得られる、ポリエーテルポリウレタンポリオール、ポリエステルポリウレタンポリオール、ポリカーボネートポリウレタンポリオール、あるいは、ポリエステルポリエーテルポリウレタンポリオールなどが挙げられる。 As the polyurethane polyol, the polyether polyol, the polyester polyol and / or the polycarbonate polyol obtained above are reacted with the above-mentioned polyisocyanate component at a ratio where the equivalent ratio (OH / NCO) of the hydroxyl group to the isocyanate group exceeds 1. Examples thereof include a polyether polyurethane polyol, a polyester polyurethane polyol, a polycarbonate polyurethane polyol, and a polyester polyether polyurethane polyol obtained by subjecting the mixture.
ポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオールとしては、例えば、特公昭４８−１００７８号公報に記載されているように、ポリオキシアルキレンポリオールにポリエステル鎖をブロックした構造のもの、すなわち、ポリオキシアルキレンポリオールまたは水酸基を有するその誘導体の各ヒドロキシ基の水素原子と置換する部分が、一般式（Ａ） As the polyoxyalkylene polyester block copolymer polyol, for example, as described in Japanese Patent Publication No. 48-10078, a polyoxyalkylene polyol having a structure in which a polyester chain is blocked, that is, a polyoxyalkylene polyol or a polyoxyalkylene polyol or The portion of the derivative having a hydroxyl group that replaces the hydrogen atom of each hydroxy group is the general formula (A).
（−ＣＯ−Ｒ５−ＣＯＯ−Ｒ６−Ｏ−）ｎ （Ａ） (-CO-R 5 -COO-R 6- O-) n (A)
（式中、Ｒ５およびＲ６はそれぞれ２価の炭化水素基であり、ｎは平均１より大きい数を示す。）で表されるものが含まれる。 (In the formula, R 5 and R 6 are divalent hydrocarbon groups, respectively, and n indicates a number larger than 1 on average.).
一般式（Ａ）中、Ｒ５で示される２価の炭化水素基としては、例えば、飽和脂肪族または芳香族ポリカルボン酸残基、Ｒ６で示される２価の炭化水素基としては、例えば、環状エーテル基をもつ化合物が開裂した残基が挙げられ、ｎは、好ましくは１〜２０の整数である。 In Formula (A), examples of the divalent hydrocarbon group represented by R 5, for example, saturated aliphatic or aromatic polycarboxylic acid residue, as the divalent hydrocarbon group represented by R 6 is, for example, , Residues in which the compound having a cyclic ether group is cleaved are mentioned, and n is preferably an integer of 1 to 20.
このポリオキシアルキレンポリエステルブロック共重合体ポリオールは、上記したポリオキシアルキレンポリオール（ポリエーテルポリオール）に、ポリカルボン酸無水物とアルキレンオキシドを反応させることにより得られる。 This polyoxyalkylene polyester block copolymer polyol can be obtained by reacting the above-mentioned polyoxyalkylene polyol (polyether polyol) with a polycarboxylic acid anhydride and an alkylene oxide.
高分子量ポリオールの平均水酸基価は、２０ｍｇＫＯＨ／ｇ〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇであり、好ましくは、８０ｍｇＫＯＨ／ｇ〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇ、さらに好ましくは、１００ｍｇＫＯＨ／ｇ〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇである。 The average hydroxyl value of the high molecular weight polyol is 20 mgKOH / g to 500 mgKOH / g, preferably 80 mgKOH / g to 300 mgKOH / g, and more preferably 100 mgKOH / g to 250 mgKOH / g.
高分子量ポリオールの水酸基価（単位：ｍｇＫＯＨ／ｇ）は、ＪＩＳ Ｋ １５５７−１のＡ法またはＢ法に準拠するアセチル化法またはフタル化法などから求めることができる。 The hydroxyl value (unit: mgKOH / g) of the high molecular weight polyol can be obtained from the acetylation method or the phthalation method based on the A method or the B method of JIS K 1557-1.
そして、高分子量ポリオールの平均水酸基価（単位：ｍｇＫＯＨ／ｇ）は、高分子量ポリオールが単独使用される場合には、その高分子量ポリオールの水酸基価と同一である。一方、高分子量ポリオールの平均水酸基価は、高分子量ポリオールが併用される場合には、それらの平均値である。 The average hydroxyl value (unit: mgKOH / g) of the high molecular weight polyol is the same as the hydroxyl value of the high molecular weight polyol when the high molecular weight polyol is used alone. On the other hand, the average hydroxyl value of the high molecular weight polyol is the average value of the high molecular weight polyols when they are used in combination.
高分子量ポリオールの平均水酸基価が上記した範囲を超過すると、光弾性ポリウレタン樹脂において、ヤング率が高くなり過ぎ、所望の光弾性定数を得ることができない場合がある。一方、平均水酸基価が上記した範囲未満であると、ガラス転移温度が過度に低くなり、加工性や耐傷付き性が低下する場合がある。 If the average hydroxyl value of the high molecular weight polyol exceeds the above range, the Young's modulus of the photoelastic polyurethane resin becomes too high, and a desired photoelastic constant may not be obtained. On the other hand, if the average hydroxyl value is less than the above range, the glass transition temperature may become excessively low, and the processability and scratch resistance may decrease.
高分子量ポリオールの平均官能基数は、例えば、１．９〜３、好ましくは、１．９〜２．５、さらに好ましくは、２．０〜２．２である。 The average number of functional groups of the high molecular weight polyol is, for example, 1.9 to 3, preferably 1.9 to 2.5, and more preferably 2.0 to 2.2.
高分子量ポリオールの官能基数は、高分子量ポリオールの水酸基数であって、具体的には、１分子当たりの活性な水酸基の数である。 The number of functional groups of the high molecular weight polyol is the number of hydroxyl groups of the high molecular weight polyol, specifically, the number of active hydroxyl groups per molecule.
そして、高分子量ポリオールの平均官能基数は、高分子量ポリオール１分子当たりの活性な水酸基の平均値である。つまり、異なる官能基数を有する高分子量ポリオールが混合（併用）される場合は、その高分子量ポリオールの混合物の分子数に対する混合物の活性な水酸基の数の割合を示した数値が、高分子量ポリオールの平均官能基数である。 The average number of functional groups of the high molecular weight polyol is the average value of the active hydroxyl groups per molecule of the high molecular weight polyol. That is, when high molecular weight polyols having different functional groups are mixed (combined), the numerical value indicating the ratio of the number of active hydroxyl groups of the mixture to the number of molecules of the mixture of the high molecular weight polyol is the average of the high molecular weight polyols. The number of functional groups.
なお、高分子量ポリオールの平均官能基数は、次式（Ｂ）から求めることもできる。 The average number of functional groups of the high molecular weight polyol can also be obtained from the following formula (B).
平均官能基数＝（各高分子量ポリオールの官能基数×当量数）の総和／各高分子量ポリオールの当量数の総和 （Ｂ） Average number of functional groups = total of (number of functional groups of each high molecular weight polyol x equivalent number) / total number of equivalent numbers of each high molecular weight polyol (B)
高分子量ポリオールの数平均分子量は、例えば、２２５〜２０，０００、好ましくは、５００〜１５，０００である。 The number average molecular weight of the high molecular weight polyol is, for example, 225 to 20,000, preferably 500 to 15,000.
数平均分子量は、次式（Ｃ）から求めることができる。 The number average molecular weight can be obtained from the following equation (C).
数平均分子量＝５６１００×平均官能基数／平均水酸基価 （Ｃ） Number average molecular weight = 56100 x average number of functional groups / average hydroxyl value (C)
高分子量ポリオールの平均官能基数が上記した範囲を超過すると、光弾性ポリウレタン樹脂において、所望の光弾性定数を得にくい場合がある。一方、平均官能基数が上記した範囲未満であると、ヤング率が低くなり過ぎ、加工性や耐傷付き性が低下する場合がある。 If the average number of functional groups of the high molecular weight polyol exceeds the above range, it may be difficult to obtain a desired photoelastic constant in the photoelastic polyurethane resin. On the other hand, if the average number of functional groups is less than the above range, the Young's modulus may become too low, and the processability and scratch resistance may decrease.
高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオールが挙げられる。 Preferred examples of the high molecular weight polyol include a polyether polyol, a polyester polyol, a polycarbonate polyol, and a polyolefin polyol.
さらに好ましくは、ポリテトラメチレンエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール（具体的には、ポリカーボネートジオール）が挙げられる。 More preferably, polytetramethylene ether polyol and polycarbonate polyol (specifically, polycarbonate diol) can be mentioned.
ポリテトラメチレンエーテルグリコールの平均水酸基価は、１００ｍｇＫＯＨ／ｇ〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ、好ましくは、１００ｍｇＫＯＨ／ｇ〜２２０ｍｇＫＯＨ／ｇである。ポリテトラメチレンエーテルグリコールの平均水酸基価が上記した範囲内にあれば、高い光弾性と高い剛性とを両立することができる。 The average hydroxyl value of polytetramethylene ether glycol is 100 mgKOH / g to 250 mgKOH / g, preferably 100 mgKOH / g to 220 mgKOH / g. If the average hydroxyl value of the polytetramethylene ether glycol is within the above range, both high photoelasticity and high rigidity can be achieved.
ポリカーボネートジオールの平均水酸基価は、１００ｍｇＫＯＨ／ｇ〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ、好ましくは、１５０ｍｇＫＯＨ／ｇ〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇである。ポリカーボネートジオールの平均水酸基価が上記した範囲内にあれば、高い光弾性と高い剛性とを両立することができる。 The average hydroxyl value of the polycarbonate diol is 100 mgKOH / g to 250 mgKOH / g, preferably 150 mgKOH / g to 250 mgKOH / g. If the average hydroxyl value of the polycarbonate diol is within the above range, both high photoelasticity and high rigidity can be achieved.
これら高分子量ポリオールは、単独使用または２種以上併用することができる。 These high molecular weight polyols can be used alone or in combination of two or more.
また、ポリオールは、上記した高分子量ポリオールに加え、上記した低分子量ポリオールを含有することもできる。 Further, the polyol may contain the above-mentioned low molecular weight polyol in addition to the above-mentioned high molecular weight polyol.
ポリオールが低分子量ポリオールを含有することにより、ポリオールの平均水酸基価を増大させて、その分、イソシアネートインデックス（後述）を所望の値に調整すべく、上記したポリイソシアネート成分（好ましくは、芳香環含有ポリイソシアネート）をポリウレタン樹脂組成物に多く配合することができる。そのため、光弾性ポリウレタン樹脂の光弾性定数を高めることができる。 When the polyol contains a low molecular weight polyol, the average hydroxyl value of the polyol is increased, and the isocyanate index (described later) is adjusted to a desired value by that amount, so that the above-mentioned polyisocyanate component (preferably containing an aromatic ring) is contained. Polyisocyanate) can be blended in a large amount in the polyurethane resin composition. Therefore, the photoelastic constant of the photoelastic polyurethane resin can be increased.
低分子量ポリオールとしては、好ましくは、ジオール、トリオール、テトラオールが挙げられ、具体的には、炭素数２〜１０のジオール、炭素数３〜１０のトリオール、炭素数５〜１０のテトラオールが挙げられる。 Preferred low molecular weight polyols include diols, triols and tetraols, and specific examples thereof include diols having 2 to 10 carbon atoms, triols having 3 to 10 carbon atoms and tetraols having 5 to 10 carbon atoms. Be done.
炭素数２〜１０のジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール（１，３−プロパンジオール）、１，４−ブチレングリコール、１，３−ブチレングリコール、１，２−ブチレングリコール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、アルカン（炭素数７〜１０）ジオールや、１，４−ジヒドロキシ−２−ブテン、２，６−ジメチル−１−オクテン−３，８−ジオールなどアルケン（炭素数４〜１０）ジオール、などの脂肪族ジオール（炭素数２〜１０）や、例えば、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオール（炭素数６〜１０）、例えば、キシレングリコールなどの芳香族ジオール（炭素数６〜１０の芳香環含有ジオール）、さらにまた、ジエチレングリコール、トリオキシエチレングリコール、テトラオキシエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリオキシプロピレングリコールなどのオキシアルキレンアルコールなどのジオール（炭素数２〜１０）などが挙げられる。 Examples of the diol having 2 to 10 carbon atoms include ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol (1,3-propanediol), 1,4-butylene glycol, 1,3-butylene glycol, 1,2-butylene glycol, and 2 -Methyl-1,3-propanediol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexane Glycol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, alkane (7 to 10 carbon atoms) diol, 1,4-dihydroxy-2-butene, 2,6-dimethyl-1-octene-3,8-diol, etc. Aromas of aliphatic diols (2 to 10 carbon atoms) such as alkene (4 to 10 carbon atoms) diols and alicyclic diols (6 to 10 carbon atoms) such as cyclohexanedimethanol, such as xylene glycol. Group diols (aromatic ring-containing diols having 6 to 10 carbon atoms), and diols such as oxyalkylene alcohols such as diethylene glycol, trioxyethylene glycol, tetraoxyethylene glycol, dipropylene glycol, and trioxypropylene glycol (2 carbon atoms). 10) and the like.
炭素数３〜１０のトリオールとしては、例えば、グリセリン、２−メチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、２，４−ジヒドロキシ−３−ヒドロキシメチルペンタン、１，２，６−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−３−ブタノールなどの炭素数３〜６の脂肪族トリオール、および、その他の脂肪族トリオール（炭素数７〜１０）などのトリオールなどが挙げられる。 Examples of triols having 3 to 10 carbon atoms include glycerin, 2-methyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 2,4-dihydroxy-3-hydroxymethylpentane, and 1,2,6-hexanetriol. , Trimethylolpropane, aliphatic triols having 3 to 6 carbon atoms such as 2,2-bis (hydroxymethyl) -3-butanol, and other triols such as aliphatic triols (7 to 10 carbon atoms). Be done.
炭素数５〜１０のテトラオールとしては、例えば、テトラメチロールメタン、ジグリセリンなどのテトラオールなどが挙げられる。 Examples of tetraol having 5 to 10 carbon atoms include tetraol such as tetramethylolmethane and diglycerin.
また、低分子量ポリオールとしては、例えば、数平均分子量４００以下のポリアルキレンオキサイドなども挙げられる。そのようなポリアルキレンオキサイドは、例えば、上記した低分子量ポリオール（ジオール、トリオールなど）を開始剤として、エチレンオキサイドおよび／またはプロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを付加反応させることによって、ポリエチレングリコール（ポリオキシエチレンエーテルグリコール）、ポリプロピレングリコール（ポリオキシプロピレンエーテルグリコール）、ポリエチレンポリプロピレングリコール（ランダムまたはブロック共重合体）などとして得ることができる。 Further, examples of the low molecular weight polyol include polyalkylene oxides having a number average molecular weight of 400 or less. Such a polyalkylene oxide is made of polyethylene glycol (polyoxyethylene), for example, by subjecting the above-mentioned low molecular weight polyol (diol, triol, etc.) as an initiator to an addition reaction with an alkylene oxide such as an ethylene oxide and / or a propylene oxide. It can be obtained as ether glycol), polypropylene glycol (polyoxypropylene ether glycol), polyethylene polypropylene glycol (random or block copolymer) and the like.
低分子量ポリオールは、単独使用または２種以上併用することができる。 The low molecular weight polyols can be used alone or in combination of two or more.
好ましくは、トリオールが少なくとも用いられ、具体的には、炭素数３〜１０のトリオールの単独使用、炭素数３〜１０のトリオールおよび炭素数２〜１０のジオールの併用が挙げられる。 Preferably, at least triol is used, and specific examples thereof include the single use of triol having 3 to 10 carbon atoms and the combined use of triol having 3 to 10 carbon atoms and a diol having 2 to 10 carbon atoms.
低分子量ポリオールの配合割合は、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、０．１質量部〜３０質量部、好ましくは、０．５質量部〜２５質量部である。 The blending ratio of the low molecular weight polyol is, for example, 0.1 part by mass to 30 parts by mass, preferably 0.5 part by mass to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the high molecular weight polyol.
炭素数３〜１０のトリオールが単独使用される場合には、炭素数３〜１０のトリオールの配合割合は、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、１０質量部以下、好ましくは、９質量部以下、さらに好ましくは、０．５質量部〜６質量部である。 When triol having 3 to 10 carbon atoms is used alone, the mixing ratio of triol having 3 to 10 carbon atoms is, for example, 10 parts by mass or less, preferably 9 parts by mass, based on 100 parts by mass of the high molecular weight polyol. Parts or less, more preferably 0.5 parts by mass to 6 parts by mass.
炭素数３〜１０のトリオールの配合割合が上記した範囲を超える場合は、光弾性ポリウレタン樹脂が不透明になり、光が光弾性ポリウレタン樹脂を透過しない場合や、光弾性ポリウレタン樹脂のヤング率が高くなり過ぎる場合がある。 When the blending ratio of the triol having 3 to 10 carbon atoms exceeds the above range, the photoelastic polyurethane resin becomes opaque, the light does not pass through the photoelastic polyurethane resin, or the young ratio of the photoelastic polyurethane resin becomes high. It may be too much.
炭素数３〜１０のトリオールおよび炭素数２〜１０のジオールが併用される場合において、炭素数３〜１０のトリオールの配合割合は、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、０．５質量部〜１０質量部、好ましくは、０．６質量部〜６質量部であり、炭素数２〜１０のジオールの配合割合は、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、２５質量部以下、好ましくは、０．１質量部〜１０質量部である。炭素数３〜１０のトリオールおよび炭素数２〜１０のジオールの配合割合が上記した範囲内にあれば、高い光弾性と高い剛性とを両立することができる。 When a triol having 3 to 10 carbon atoms and a diol having 2 to 10 carbon atoms are used in combination, the blending ratio of the triol having 3 to 10 carbon atoms is, for example, 0.5 mass by mass with respect to 100 parts by mass of the high molecular weight polyol. 10 parts by mass, preferably 0.6 parts by mass to 6 parts by mass, and the blending ratio of the diol having 2 to 10 carbon atoms is, for example, 25 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the high molecular weight polyol. It is preferably 0.1 part by mass to 10 parts by mass. When the blending ratio of the triol having 3 to 10 carbon atoms and the diol having 2 to 10 carbon atoms is within the above range, both high photoelasticity and high rigidity can be achieved.
また、炭素数３〜１０のトリオールおよび炭素数２〜１０のジオールが併用される場合において、それらの総量の配合割合は、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、０．１質量部〜３０質量部、好ましくは、０．５質量部〜２５質量部、さらに好ましくは、０．７質量部〜６質量部である。 When a triol having 3 to 10 carbon atoms and a diol having 2 to 10 carbon atoms are used in combination, the total amount thereof is, for example, 0.1 part by mass to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the high molecular weight polyol. It is 30 parts by mass, preferably 0.5 parts by mass to 25 parts by mass, and more preferably 0.7 parts by mass to 6 parts by mass.
トリオールおよびジオールの総量が上記した範囲未満であると、ヤング率が過度に低下して、成形性や耐傷付性が低下したり、光弾性定数が低下する場合がある。トリオールおよびジオールの総量が上記した範囲を超過すると、ヤング率が過度に高くなる場合がある。 If the total amount of triol and diol is less than the above range, Young's modulus may be excessively lowered, moldability and scratch resistance may be lowered, and the photoelastic constant may be lowered. If the total amount of triol and diol exceeds the above range, Young's modulus may become excessively high.
そして、活性水素基含有成分の配合割合としては、ポリイソシアネート成分１００質量部に対して、活性水素基含有成分中の高分子量ポリオールが、例えば、１２０質量部〜４００質量部、好ましくは、１２５質量部〜３３３質量部である。 As for the blending ratio of the active hydrogen group-containing component, the high-molecular-weight polyol in the active hydrogen group-containing component is, for example, 120 parts by mass to 400 parts by mass, preferably 125 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyisocyanate component. Parts to 333 parts by mass.
換言すれば、ポリイソシアネート成分の含有割合が、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、２５質量部〜８５質量部、好ましくは、３０質量部〜８０質量部である。ポリイソシアネート成分の含有割合が上記した範囲内にあれば、高い剛性と高い剛性とを両立することができる。 In other words, the content ratio of the polyisocyanate component is, for example, 25 parts by mass to 85 parts by mass, preferably 30 parts by mass to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the high molecular weight polyol. When the content ratio of the polyisocyanate component is within the above range, both high rigidity and high rigidity can be achieved at the same time.
ポリイソシアネート成分の含有割合が上記した範囲を超過する場合には、ヤング率が過度に高くなり、光弾性ポリウレタン樹脂における所望の光弾性定数を得られない場合がある。 When the content ratio of the polyisocyanate component exceeds the above range, the Young's modulus becomes excessively high, and the desired photoelastic constant in the photoelastic polyurethane resin may not be obtained.
ポリイソシアネート成分の含有割合が上記した範囲未満である場合には、光弾性ポリウレタン樹脂における所望の光弾性定数を得られない場合がある。 When the content ratio of the polyisocyanate component is less than the above range, the desired photoelastic constant in the photoelastic polyurethane resin may not be obtained.
また、本発明のポリウレタン樹脂組成物には、可塑剤を含有させることができる。 Further, the polyurethane resin composition of the present invention may contain a plasticizer.
可塑剤は、光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度を低下させるべく、ポリウレタン樹脂組成物に必要により配合され、例えば、シアノ化合物、フタル酸エステル（例えば、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ））、例えば、アジピン酸エステル（例えば、アジピン酸ジオクチル）、例えば、セバシン酸エステル（例えば、セバシン酸ジオクチル）、リン酸トリグリシジル、アセチルクエン酸トリブチル、エポキシ化大豆油、トリメリット酸トリオクチル、アルキルベンゼン、アルキルビフェニル（例えば、４−ペンチルビフェニル）、塩素化パラフィン、高沸点溶剤、イオン液体（例えば、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）、ポリステル系可塑剤などが挙げられる。好ましくは、シアノ化合物が挙げられる。 The plasticizer is optionally incorporated into the polyurethane resin composition to lower the glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin, such as cyano compounds, phthalates (eg, di-2-ethylhexyl phthalates, diisononyl phthalates (eg, di-2-ethylhexyl phthalates, diisononyl phthalates). DINP))), eg, adipic acid ester (eg, dioctyl adipate), eg, sebacic acid ester (eg, dioctyl sebacate), triglycidyl phosphate, tributyl acetylcitrate, epoxidized soybean oil, trioctyl trimellitic acid, Alkylbenzene, alkylbiphenyl (eg 4-pentylbiphenyl), chlorinated paraffin, high boiling point solvent, ionic liquid (eg 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), polyester plasticizer And so on. Preferred are cyanide compounds.
シアノ化合物をポリウレタン樹脂組成物に配合すれば、成形体のヤング率を低減することができ、それによって、光弾性ポリウレタン樹脂の加工性を向上することができるとともに、光弾性定数を増大させることもできる。 By blending the cyano compound with the polyurethane resin composition, the Young's modulus of the molded product can be reduced, thereby improving the processability of the photoelastic polyurethane resin and increasing the photoelastic constant. can.
シアノ化合物は、例えば、炭素数が１４〜２４であり、４−シアノフェニル基（但し、４−シアノフェニル基における一部の水素原子が、フッ素原子で置換されていてもよい。）を有している。 The cyano compound has, for example, 14 to 24 carbon atoms and has a 4-cyanophenyl group (provided that some hydrogen atoms in the 4-cyanophenyl group are substituted with fluorine atoms). ing.
シアノ化合物が、４−シアノフェニル基を有することによって、光弾性定数をより一層増大させることができる。 By having the 4-cyanophenyl group in the cyano compound, the photoelastic constant can be further increased.
４−シアノフェニル基において、フッ素原子が置換する水素原子としては、例えば、２位〜６位の水素原子であって、好ましくは、２位の水素原子である。 In the 4-cyanophenyl group, the hydrogen atom substituted by the fluorine atom is, for example, a hydrogen atom at the 2-position to a 6-position, preferably a hydrogen atom at the 2-position.
シアノ化合物としては、具体的には、下記式（１）で示されるビフェニル化合物、 Specifically, the cyanide compound is a biphenyl compound represented by the following formula (1).
（式中、Ｒ１は、炭素数が１〜１１のアルキル基、炭素数が７〜１１の４−アルキルフェニル基、または、炭素数が７〜１１の４−アルキルシクロヘキシル基を示す。） (In the formula, R 1 represents an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms, a 4-alkylphenyl group having 7 to 11 carbon atoms, or a 4-alkylcyclohexyl group having 7 to 11 carbon atoms.)
下記式（２）で示されるエーテル化合物、 The ether compound represented by the following formula (2),
シアノ化合物としては、具体的には、下記式（１）で示されるビフェニル化合物、 Specifically, the cyanide compound is a biphenyl compound represented by the following formula (1).
（式中、Ｒ１は、炭素数が１〜１１のアルキル基、炭素数が７〜１１の４−アルキルフェニル基、または、炭素数が７〜１１の４−アルキルシクロヘキシル基を示す。） (In the formula, R 1 represents an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms, a 4-alkylphenyl group having 7 to 11 carbon atoms, or a 4-alkylcyclohexyl group having 7 to 11 carbon atoms.)
（式中、Ｒ２は、炭素数が１〜１１のアルキル基を示す。） (In the formula, R 2 represents an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms.)
下記式（３）で示されるシクロヘキシル化合物、 The cyclohexyl compound represented by the following formula (3),
（Ｒ３は、炭素数が１〜１１のアルキル基、または、炭素数が５〜１１のアルケニル基を示す。） (R 3 represents an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms or an alkenyl group having 5 to 11 carbon atoms.)
下記式（４）で示されるフェニルエステル化合物が挙げられる。 Examples thereof include a phenyl ester compound represented by the following formula (4).
（Ｒ４は、水素原子または炭素数が１〜１０のアルキル基を示す。） (R 4 is a hydrogen atom or a carbon atoms exhibits 1-10 alkyl group.)
上記式（１）中、Ｒ１として示される炭素数１〜１１のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ｔｅｒｔ−ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、イソノニル、デシル、ドデシルなどの直鎖または分岐のアルキル基が挙げられる。好ましくは、炭素数２〜７のアルキル基が挙げられる。 In the above formula (1) , examples of the alkyl group having 1 to 11 carbon atoms represented by R 1 include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, tert-pentyl and hexyl. , Heptyl, octyl, nonyl, isononyl, decyl, dodecyl and other linear or branched alkyl groups. Preferred are alkyl groups having 2 to 7 carbon atoms.
上記式（１）中、Ｒ１として示される炭素数７〜１１の４−アルキルフェニル基としては、例えば、４−メチルフェニル、４−エチルフェニル、４−プロピルフェニル、４−イソプロピルフェニル、４−ペンチルフェニル、４−イソペンチルフェニル、４−ｔｅｒｔペンチルフェニルなどの、炭素数１〜５の直鎖または分岐のアルキル部分を有する、４−アルキルフェニル基が挙げられる。好ましくは、炭素数３〜５のアルキル部分を有する、炭素数９〜１１の４−アルキルフェニル基が挙げられる。 In the above formula (1) , examples of the 4-alkylphenyl group having 7 to 11 carbon atoms represented by R 1 include 4-methylphenyl, 4-ethylphenyl, 4-propylphenyl, 4-isopropylphenyl and 4-. Examples thereof include a 4-alkylphenyl group having a linear or branched alkyl moiety having 1 to 5 carbon atoms, such as pentylphenyl, 4-isopentylphenyl, 4-tertpentylphenyl. Preferably, a 4-alkylphenyl group having 9 to 11 carbon atoms having an alkyl moiety having 3 to 5 carbon atoms can be mentioned.
炭素数７〜１１の４−アルキルシクロヘキシル基としては、例えば、４−メチルシクロヘキシル、４−エチルシクロヘキシル、４−プロピルシクロヘキシル、４−イソイプロピルシクロヘキシル、４−ペンチルシクロヘキシル、４−イソペンチルシクロヘキシル、４−ｔｅｒｔペンチルシクロヘキシル、炭素数１〜５の直鎖または分岐のアルキル部分を有する、４−アルキルシクロヘキシル基が挙げられる。好ましくは、炭素数３〜５のアルキル部分を有する、炭素数９〜１１の４−アルキルシクロヘキシル基が挙げられる。 Examples of the 4-alkylcyclohexyl group having 7 to 11 carbon atoms include 4-methylcyclohexyl, 4-ethylcyclohexyl, 4-propylcyclohexyl, 4-isoipropylcyclohexyl, 4-pentylcyclohexyl, 4-isopentylcyclohexyl, and 4 -Tert Pentylcyclohexyl, a 4-alkylcyclohexyl group having a linear or branched alkyl moiety of 1-5 carbons. Preferably, a 4-alkylcyclohexyl group having 9 to 11 carbon atoms having an alkyl moiety having 3 to 5 carbon atoms can be mentioned.
上記式（１）で示されるＲ１として、好ましくは、炭素数１〜１１のアルキル基、炭素数７〜１１の４−アルキルシクロヘキシル基が挙げられる。 As R 1 represented by the above formula (1), an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms and a 4-alkylcyclohexyl group having 7 to 11 carbon atoms are preferably mentioned.
上記式（１）で示されるビフェニル化合物として、具体的には、４−シアノ−４´−メチルビフェニル、４−シアノ−４´−ペンチルビフェニル、４−シアノ−４´−（４−ペンチルシクロヘキシル）ビフェニルなどが挙げられる。 Specific examples of the biphenyl compound represented by the above formula (1) include 4-cyano-4'-methylbiphenyl, 4-cyano-4'-pentylbiphenyl, and 4-cyano-4'-(4-pentylcyclohexyl). Biphenyl and the like can be mentioned.
上記式（２）中、Ｒ２で示される炭素数１〜１１のアルキル基としては、上記式（１）のＲ１で示される炭素数１〜１１のアルキル基と同様のアルキル基が挙げられる。 In the above formula (2), examples of the alkyl group having 1 to 11 carbon atoms represented by R 2 include an alkyl group similar to the alkyl group having 1 to 11 carbon atoms represented by R 1 in the above formula (1). ..
上記式（２）で示されるエーテル化合物としては、具体的には、４−シアノ−４´−ペンチルオキシビフェニルなどが挙げられる。 Specific examples of the ether compound represented by the above formula (2) include 4-cyano-4'-pentyloxybiphenyl.
上記式（３）中、Ｒ３で示される炭素数が１〜１１のアルキル基としては、上記式（１）のＲ１で示される炭素数１〜１１のアルキル基と同様のアルキル基が挙げられる。 In the above formula (3), examples of the alkyl group having 1 to 11 carbon atoms represented by R 3 include an alkyl group similar to the alkyl group having 1 to 11 carbon atoms represented by R 1 in the above formula (1). Be done.
上記式（３）中、Ｒ３で示される炭素数が５〜１１のアルケニル基としては、例えば、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デシニル、ドデシニルなどが挙げられる。 In the above formula (3), the alkenyl group of the number of carbon atoms represented by R 3 is 5 to 11, for example, pentenyl, hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decynyl, dodecynyl and the like.
上記式（３）中、Ｒ３として、好ましくは、炭素数が１〜１１のアルキル基が挙げられる。 In the above formula (3), R 3 is preferably an alkyl group having 1 to 11 carbon atoms.
上記式（３）で示されるシクロヘキシル化合物としては、具体的には、４−（４−ペンチルシクロヘキシル）ベンゾニトリル、４−（（３−ペンテニル）−４−シクロヘキシル）ベンゾニトリル、２−フルオロ−４−（４−ペンチルシクロヘキシル）ベンゾニトリルなどが挙げられる。 Specific examples of the cyclohexyl compound represented by the above formula (3) include 4- (4-pentylcyclohexyl) benzonitrile, 4-((3-pentenyl) -4-cyclohexyl) benzonitrile, and 2-fluoro-4. -(4-Pentylcyclohexyl) benzonitrile and the like can be mentioned.
上記式（４）中、Ｒ４で示される炭素数が１〜１０のアルキル基は、上記式（１）のＲ１で示される炭素数１〜１１のアルキル基として例示したアルキル基のうち、炭素数１〜１０のアルキル基と同様のアルキル基が挙げられる。 In the above formula (4), the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms represented by R 4 is among the alkyl groups exemplified as the alkyl group having 1 to 11 carbon atoms represented by R 1 of the above formula (1). Examples thereof include alkyl groups similar to alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms.
上記式（４）で示されるフェニルエステル化合物としては、例えば、４−プロピル安息香酸４−シアノフェニル、４−ヘプチル安息香酸４−シアノフェニル、４−ペンチル安息香酸４−シアノ−３，５−ジフルロオフェニルなどが挙げられる。 Examples of the phenyl ester compound represented by the above formula (4) include 4-cyanophenyl 4-propyl benzoate, 4-cyanophenyl 4-heptyl benzoate, and 4-cyano-3,5-diflu 4-pentyl benzoate. Examples include loophenyl.
また、シアノ化合物として、例えば、シアノベンゼン、４−メトキシベンゼンなども挙げられる。 Moreover, as a cyano compound, for example, cyanobenzene, 4-methoxybenzene and the like can be mentioned.
シアノ化合物は、単独使用または２種以上併用することができる。 The cyanide compound can be used alone or in combination of two or more.
シアノ化合物のうち、好ましくは、ビフェニル化合物が挙げられる。 Among the cyano compounds, a biphenyl compound is preferable.
可塑剤の配合割合は、高分子量ポリオール１００質量部に対して、例えば、１００質量部以下、好ましくは、１質量部〜６０質量部、さらに好ましくは、５質量部〜３０質量部である。 The blending ratio of the plasticizer is, for example, 100 parts by mass or less, preferably 1 part by mass to 60 parts by mass, and more preferably 5 parts by mass to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the high molecular weight polyol.
可塑剤の配合割合が上記した範囲を超過する場合には、光弾性ポリウレタン樹脂のヤング率が過度に低下して、光弾性ポリウレタン樹脂の外観が不透明となる場合がある。 When the blending ratio of the plasticizer exceeds the above range, the Young's modulus of the photoelastic polyurethane resin may be excessively lowered, and the appearance of the photoelastic polyurethane resin may become opaque.
そして、上記したポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分と必要により可塑剤とを処方（配合）することにより、ポリウレタン樹脂組成物を得る。 Then, a polyurethane resin composition is obtained by prescribing (blending) the above-mentioned polyisocyanate component, active hydrogen group-containing component, and if necessary, a plasticizer.
ポリウレタン樹脂組成物に配合される各成分の好適な組合せとして、例えば、１，４−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオールと、炭素数３〜１０のトリオールとの組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、炭素数３〜６の脂肪族トリオールとの組合せが挙げられ、好ましくは、ベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、炭素数３〜６の脂肪族トリオールとの組合せのみからなる。 As a suitable combination of each component to be blended in the polyurethane resin composition, for example, a combination of an aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group, a polyether polyol, and a triol having 3 to 10 carbon atoms is used. Specific examples thereof include a combination of a benzene ring-containing diisocyanate, a polytetramethylene ether polyol, and an aliphatic triol having 3 to 6 carbon atoms, preferably a benzene ring-containing diisocyanate and a polytetramethylene ether. It consists only of a combination of a polyol and an aliphatic triol having 3 to 6 carbon atoms.
また、ポリウレタン樹脂組成物に処方される各成分の好適な組合せとして、例えば、１，４−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオールと、炭素数２〜１０のジオールと、炭素数３〜１０のトリオールとの組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、炭素数２〜１０の脂肪族ジオールと、炭素数３〜６の脂肪族トリオールとの組合せが挙げられる。 Further, as a suitable combination of each component prescribed in the polyurethane resin composition, for example, an aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group, a polyether polyol, a diol having 2 to 10 carbon atoms, and the like. Examples thereof include a combination with triol having 3 to 10 carbon atoms, specifically, a benzene ring-containing diisocyanate, a polytetramethylene ether polyol, an aliphatic diol having 2 to 10 carbon atoms, and a fat having 3 to 6 carbon atoms. The combination with the triol triol can be mentioned.
また、ポリウレタン樹脂組成物に処方される各成分の好適な組合せとして、例えば、複数種類の芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオールと、炭素数２〜１０のジオールと、炭素数３〜１０のトリオールとの組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートおよびナフタレン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、炭素数２〜１０の脂肪族ジオールと、炭素数３〜６の脂肪族トリオールとの組合せ、あるいは、異なる２種類のベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、炭素数２〜１０の脂肪族ジオールと、炭素数３〜６の脂肪族トリオールとの組合せが挙げられる。 Further, as a suitable combination of each component prescribed in the polyurethane resin composition, for example, a plurality of kinds of aromatic ring-containing polyisocyanates, polyether polyols, diols having 2 to 10 carbon atoms, and diols having 3 to 10 carbon atoms are used. Examples thereof include a combination with triol, specifically, a benzene ring-containing diisocyanate, a naphthalene ring-containing diisocyanate, a polytetramethylene ether polyol, an aliphatic diol having 2 to 10 carbon atoms, and an aliphatic diol having 3 to 6 carbon atoms. Examples thereof include a combination with triol, or a combination of two different types of benzene ring-containing diisocyanates, a polytetramethylene ether polyol, an aliphatic diol having 2 to 10 carbon atoms, and an aliphatic triol having 3 to 6 carbon atoms. ..
さらに、ポリウレタン樹脂組成物に処方される各成分の好適な組合せとして、例えば、１，４−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオールと、炭素数２〜１０のジオールと、炭素数３〜１０のトリオールと、可塑剤との組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、炭素数２〜１０の脂肪族ジオールと、炭素数３〜６の脂肪族トリオールと、ビフェニル化合物との組合せが挙げられる。 Further, as a suitable combination of each component prescribed in the polyurethane resin composition, for example, an aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group, a polyether polyol, a diol having 2 to 10 carbon atoms, and the like. Examples thereof include a combination of a triol having 3 to 10 carbon atoms and a plasticizing agent, specifically, a benzene ring-containing diisocyanate, a polytetramethylene ether polyol, an aliphatic diol having 2 to 10 carbon atoms, and 3 carbon atoms. Examples thereof include a combination of the aliphatic triol of ~ 6 and a biphenyl compound.
さらにまた、ポリウレタン樹脂組成物に処方される各成分の好適な組合せとして、例えば、１，４−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリカーボネートポリオールと、炭素数３〜１０のトリオールと、可塑剤との組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリカーボネートジオールと、炭素数３〜６の脂肪族トリオールと、ビフェニル化合物との組合せが挙げられる。 Furthermore, suitable combinations of the components formulated in the polyurethane resin composition include, for example, an aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group, a polycarbonate polyol, and triol having 3 to 10 carbon atoms. Examples thereof include a combination with a plasticizer, and specific examples thereof include a combination of a benzene ring-containing diisocyanate, a polycarbonate diol, an aliphatic triol having 3 to 6 carbon atoms, and a biphenyl compound.
また、ポリウレタン樹脂組成物に処方される各成分の好適な組合せとして、例えば、１，４−フェニレン基を含有する複数種類の芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエーテルポリオールと、炭素数２〜１０のジオールと、炭素数３〜１０のトリオールと、可塑剤との組合せが挙げられ、具体的には、異なる２種類のベンゼン環含有ジイソシアネートと、ポリテトラメチレンエーテルポリオールと、炭素数２〜１０の脂肪族ジオールと、炭素数３〜６の脂肪族トリオールと、ビフェニル化合物またはエーテル化合物との組合せが挙げられる。 Further, as a suitable combination of each component prescribed in the polyurethane resin composition, for example, a plurality of types of aromatic ring-containing polyisocyanates containing 1,4-phenylene groups, polyether polyols, and 2 to 10 carbon atoms are used. Examples thereof include a combination of a diol, a triol having 3 to 10 carbon atoms, and a plasticizing agent. Specifically, two different types of benzene ring-containing diisocyanates, a polytetramethylene ether polyol, and a fat having 2 to 10 carbon atoms are used. Examples thereof include a combination of a group diol, an aliphatic triol having 3 to 6 carbon atoms, and a biphenyl compound or an ether compound.
また、ポリウレタン樹脂組成物に処方される各成分の好適な組合せとして、例えば、複数種類の芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリカーボネートポリオールと、炭素数３〜１０のトリオールとの組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ジイソシアネートおよびナフタレン環含有ジイソシアネートと、ポリカーボネートジオールと、炭素数３〜１０の脂肪族トリオールとの組合せが挙げられる。 Further, as a suitable combination of each component prescribed in the polyurethane resin composition, for example, a combination of a plurality of types of aromatic ring-containing polyisocyanates, a polycarbonate polyol, and a triol having 3 to 10 carbon atoms can be mentioned. Examples thereof include a combination of a benzene ring-containing diisocyanate and a naphthalene ring-containing diisocyanate, a polycarbonate diol, and an aliphatic triol having 3 to 10 carbon atoms.
さらに、ポリウレタン樹脂組成物に処方される各成分の好適な組合せとして、例えば、１，４−フェニレン基を含有する芳香環含有ポリイソシアネートと、ポリエステルポリオールと、炭素数３〜１０のトリオールとの組合せが挙げられ、具体的には、ベンゼン環含有ポリイソシアネートと、ジカルボン酸およびジオールの重縮合物であるポリエステルジオールと、炭素数３〜１０の脂肪族トリオールとの組合せが挙げられる。 Further, as a suitable combination of each component prescribed in the polyurethane resin composition, for example, a combination of an aromatic ring-containing polyisocyanate containing a 1,4-phenylene group, a polyester polyol, and a triol having 3 to 10 carbon atoms. Specific examples thereof include a combination of a benzene ring-containing polyisocyanate, a polyester diol which is a polycondensate of a dicarboxylic acid and a diol, and an aliphatic triol having 3 to 10 carbon atoms.
そして、光弾性ポリウレタン樹脂は、このようにして得られるポリウレタン樹脂組成物から、ポリイソシアネートとポリオールとを反応させて、ポリウレタン樹脂組成物を硬化および成形することにより、得ることができる。 The photoelastic polyurethane resin can be obtained by reacting the polyisocyanate with the polyol from the polyurethane resin composition thus obtained to cure and mold the polyurethane resin composition.
ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを反応させるには、例えば、ワンショット法やプレポリマー法などの公知の成形方法に準拠することができる。 In order to react the polyisocyanate component with the active hydrogen group-containing component, a known molding method such as a one-shot method or a prepolymer method can be applied.
ワンショット法では、例えば、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを、イソシアネートインデックス（水酸基濃度に対するイソシアネート基濃度の比に１００を乗じた値、ＮＣＯ濃度／水酸基濃度×１００）が、例えば、７０〜４００、好ましくは、８０〜１５０となるように処方（混合）して、それらを成形型に注入して、例えば、０℃〜２５０℃、好ましくは、室温（２０℃）〜１５０℃で、例えば、１分間〜７日間、好ましくは、１０分間〜２日間、硬化反応させる。 In the one-shot method, for example, the polyisocyanate component and the active hydrogen group-containing component have an isocyanate index (value obtained by multiplying the ratio of the isocyanate group concentration to the hydroxyl group concentration by 100, NCO concentration / hydroxyl group concentration × 100), for example, 70. Prescribed (mixed) to ~ 400, preferably 80 to 150, and injected into a mold, for example, at 0 ° C. to 250 ° C., preferably at room temperature (20 ° C.) to 150 ° C. For example, the curing reaction is carried out for 1 minute to 7 days, preferably 10 minutes to 2 days.
なお、ポリイソシアネート成分として、４，４’−ＭＤＩとＴＯＤＩとを併用する場合、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分とを反応させるには、まず、高分子量ポリオールとＴＯＤＩとを反応させて、高分子量ポリオールとＴＯＤＩとの反応物（水酸基末端）を得る。このとき、高分子量ポリオールとＴＯＤＩとのイソシアネートインデックスは、例えば、１以上であり、例えば、１００未満、好ましくは、５０以下である。 When 4,4'-MDI and TODI are used in combination as the polyisocyanate component, in order to react the polyisocyanate component with the active hydrogen group-containing component, first, the high molecular weight polyol and TODI are reacted. A reaction product (hydroxyl terminal) of a high molecular weight polyol and TODI is obtained. At this time, the isocyanate index of the high molecular weight polyol and TODI is, for example, 1 or more, for example, less than 100, preferably 50 or less.
次に、高分子量ポリオールとＴＯＤＩとの反応物（水酸基末端）に、低分子量ポリオールを配合し、高分子量ポリオールとＴＯＤＩとの反応物（水酸基末端）、および、低分子量ポリオールと、４，４’−ＭＤＩとを処方（混合）する。このとき、高分子量ポリオールとＴＯＤＩとの反応物（水酸基末端）、および、低分子量ポリオールと、４，４’−ＭＤＩとのイソシアネートインデックスは、例えば、１００を超過、好ましくは、１００．１以上であり、例えば、１１０以下である。 Next, a low molecular weight polyol is blended with the reaction product of the high molecular weight polyol and TODI (hydroxyl end), the reaction product of the high molecular weight polyol and TODI (hydroxyl end), the low molecular weight polyol, and 4,4'. -Prescribe (mix) with MDI. At this time, the isocyanate index of the reactant (hydroxyl terminal) of the high molecular weight polyol and TODI, and the isocyanate index of the low molecular weight polyol and 4,4'-MDI exceeds 100, preferably 100.1 or more. Yes, for example, 110 or less.
硬化反応では、ウレタン化触媒を添加することができる。ウレタン化触媒としては、例えば、錫系触媒（例えば、オクチル酸錫など）、鉛系触媒（例えば、オクチル酸鉛など）、ビスマス系触媒、チタン系触媒、ジルコニウム系触媒、有機金属系触媒、アミン系触媒などが挙げられる。 In the curing reaction, a urethanization catalyst can be added. Examples of the urethanization catalyst include a tin-based catalyst (for example, tin octylate), a lead-based catalyst (for example, lead octylate), a bismuth-based catalyst, a titanium-based catalyst, a zirconium-based catalyst, an organic metal-based catalyst, and an amine. Examples include system catalysts.
ウレタン化触媒の配合割合は、ポリイソシアネート成分１００質量部に対して、例えば、０．０００１質量部〜２．０質量部、好ましくは、０．０００５質量部〜１．０質量部である。 The blending ratio of the urethanization catalyst is, for example, 0.0001 part by mass to 2.0 parts by mass, preferably 0.0005 parts by mass to 1.0 part by mass with respect to 100 parts by mass of the polyisocyanate component.
また、上記した硬化反応は、公知の溶媒の存在下で実施することもできる。 Further, the above-mentioned curing reaction can also be carried out in the presence of a known solvent.
そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型すれば、所定形状に成形された光弾性ポリウレタン樹脂を得ることができる。 Then, by injecting it into a molding die, subjecting it to a curing reaction, and then removing the mold, a photoelastic polyurethane resin molded into a predetermined shape can be obtained.
プレポリマー法は、例えば、まず、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分の一部（例えば、高分子量ポリオール）とを反応させて、分子末端にイソシアネート基を有するイソシアネート基末端プレポリマーを合成する。次に、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有成分の残部（鎖伸長剤：例えば、低分子量ポリオール（および必要により高分子量ポリオール、モノオール））とを反応（鎖伸長）させて、硬化反応させる。 In the prepolymer method, for example, first, a polyisocyanate component and a part of an active hydrogen group-containing component (for example, a high molecular weight polyol) are reacted to synthesize an isocyanate group-terminated prepolymer having an isocyanate group at the molecular terminal. Next, the obtained isocyanate group-terminated prepolymer and the rest of the active hydrogen group-containing component (chain extender: for example, a low molecular weight polyol (and, if necessary, a high molecular weight polyol, monool)) are reacted (chain extension). And let it cure.
イソシアネート基末端プレポリマーを合成するには、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有成分の一部とを、イソシアネートインデックス（ＮＣＯ濃度／水酸基濃度×１００）が、例えば、１１０〜２，０００、好ましくは、１５０〜１，０００となるように処方（混合）し、反応容器中にて、例えば、室温〜１５０℃、好ましくは、４０℃〜１２０℃で、例えば、０．５時間〜１８時間、好ましくは、２時間〜１０時間、反応させる。 In order to synthesize an isocyanate group-terminated prepolymer, the isocyanate index (NCO concentration / hydroxyl group concentration × 100) of the polyisocyanate component and a part of the active hydrogen group-containing component is, for example, 110 to 2,000, preferably 110 to 2,000. It is formulated (mixed) so as to be 150 to 1,000, and in a reaction vessel, for example, at room temperature to 150 ° C., preferably 40 ° C. to 120 ° C., for example, 0.5 hour to 18 hours, preferably. React for 2 to 10 hours.
上記したイソシアネート基末端プレポリマーは、公知の溶媒の存在下で、合成することができる。 The above-mentioned isocyanate group-terminated prepolymer can be synthesized in the presence of a known solvent.
また、上記したイソシアネート基末端プレポリマーの合成後に、例えば、薄膜蒸留法などの蒸留法、例えば、液−液抽出法などの抽出法などの除去方法によって、溶媒および未反応のポリイソシアネート成分を除去することもできる。 Further, after the synthesis of the above-mentioned isocyanate group-terminated prepolymer, the solvent and the unreacted polyisocyanate component are removed by a distillation method such as a thin film distillation method, for example, an extraction method such as a liquid-liquid extraction method. You can also do it.
得られたイソシアネート基末端プレポリマーは、そのイソシアネート当量が、例えば、８０〜２，０００、好ましくは、１００〜１，０００である。 The obtained isocyanate group-terminated prepolymer has an isocyanate equivalent of, for example, 80 to 2,000, preferably 100 to 1,000.
次に、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有成分の残部とを反応させるには、イソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素基含有成分の残部とを、イソシアネートインデックス（ＮＣＯ濃度／水酸基濃度×１００）が、例えば、５０〜２００、好ましくは、７５〜１２５となるように処方（混合）し、成形型に注入して、例えば、０℃〜２５０℃、好ましくは、室温（２０℃）〜１５０℃で、例えば、１分間〜７日間、好ましくは、１０分間〜２日間、硬化反応させる。 Next, in order to react the obtained isocyanate group-terminated prepolymer with the remainder of the active hydrogen group-containing component, the isocyanate group-terminated prepolymer and the remainder of the active hydrogen group-containing component are subjected to an isocyanate index (NCO concentration /). The hydroxyl group concentration × 100) is formulated (mixed) so as to be, for example, 50 to 200, preferably 75 to 125, and injected into a molding die, for example, 0 ° C to 250 ° C, preferably room temperature (20). The curing reaction is carried out at ° C.) to 150 ° C. for, for example, 1 minute to 7 days, preferably 10 minutes to 2 days.
この硬化反応においても、上記と同様のウレタン化触媒を、上記と同様の配合割合で添加することができる。また、この硬化反応は、公知の溶媒の存在下で実施することもできる。 Also in this curing reaction, the same urethanization catalyst as described above can be added in the same blending ratio as described above. Further, this curing reaction can also be carried out in the presence of a known solvent.
そして、成形型に注入して硬化反応させた後、脱型すれば、所定形状に成形された光弾性ポリウレタン樹脂を得ることができる。 Then, by injecting it into a molding die, subjecting it to a curing reaction, and then removing the mold, a photoelastic polyurethane resin molded into a predetermined shape can be obtained.
このような光弾性ポリウレタン樹脂は、光弾性、つまり、応力の発生により、成形体の内部を通過する光（例えば、レーザ光など）に複屈折を生じさせることができる。そのため、センサとして好適に用いることができる。 Such a photoelastic polyurethane resin can cause birefringence in the light passing through the inside of the molded body (for example, laser light) due to photoelasticity, that is, the generation of stress. Therefore, it can be suitably used as a sensor.
また、上記のポリウレタン樹脂組成物または光弾性ポリウレタン樹脂には、必要に応じて、例えば、消泡剤、可塑剤、レベリング剤、艶消し剤、難燃剤、揺変剤、粘着付与剤、増粘剤、滑剤、帯電防止剤、界面活性剤、反応遅延剤、脱水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、耐候安定剤などの公知の添加剤を適宜配合することができる。 Further, the above-mentioned polyurethane resin composition or photoelastic polyurethane resin may be, if necessary, for example, a defoaming agent, a plasticizer, a leveling agent, a matting agent, a flame retardant, a rocking agent, an antistatic agent, and a thickening agent. Known additives such as agents, lubricants, antistatic agents, surfactants, reaction retarders, dehydrating agents, antioxidants, ultraviolet absorbers, antioxidants, and weatherproof stabilizers can be appropriately added.
光弾性ポリウレタン樹脂の２５℃における光弾性定数は、例えば、１０００×１０−１２Ｐａ−１以上、好ましくは、２０００×１０−１２Ｐａ−１以上、より好ましくは、３０００×１０−１２Ｐａ−１以上、より一層好ましくは、３５００×１０−１２Ｐａ−１以上であり、さらに好ましくは、４０００×１０−１２Ｐａ−１以上であり、例えば、１０００００×１０−１２Ｐａ−１以下、好ましくは、１００００×１０−１２Ｐａ−１以下、より好ましくは、６０００×１０−１２Ｐａ−１以下、より一層好ましくは、５５００×１０−１２Ｐａ−１以下である。 The photoelastic constant of the photoelastic polyurethane resin at 25 ° C. is, for example, 1000 × 10 -12 Pa -1 or more, preferably 2000 × 10 -12 Pa -1 or more, more preferably 3000 × 10 -12 Pa -1. The above is even more preferably 3500 × 10 -12 Pa -1 or more, further preferably 4000 × 10 -12 Pa -1 or more, and for example, 100 000 × 10 -12 Pa -1 or less, preferably 100,000 × 10 -12 Pa -1 or less. It is 10000 × 10 -12 Pa -1 or less, more preferably 6000 × 10 -12 Pa -1 or less, and even more preferably 5500 × 10 -12 Pa -1 or less.
すなわち、光弾性ポリウレタン樹脂の２５℃における光弾性定数は、１０００×１０−１２Ｐａ−１以上、１０００００×１０−１２Ｐａ−１以下であることが好ましい。 That is, the photoelastic constant of the photoelastic polyurethane resin at 25 ° C. is preferably 1000 × 10-12 Pa -1 or more and 100,000 × 10 -12 Pa -1 or less.
光弾性定数が上記した下限を超過することにより、優れた光弾性を確保することができる。 When the photoelastic constant exceeds the above-mentioned lower limit, excellent photoelasticity can be ensured.
光弾性ポリウレタン樹脂の光弾性定数は、「築地光雄、高和宏行、田實佳郎著“光学フィルム用・光弾性定数測定システムの開発”、精密学会誌７３、２５３−２５８（２００７）」の「光弾性定数測定方法」の記載に準拠して測定することができる。 The photoelastic constants of photoelastic polyurethane resin are described in "Development of Photoelastic Constant Measurement System for Optical Films" by Mitsuo Tsukiji, Hiroyuki Takakazu, and Yoshiro Tadashi, Journal of the Japan Society of Precision Science 73, 253-258 (2007). It can be measured according to the description of "Photoelastic constant measuring method".
また、光弾性定数の測定とともに、光弾性ポリウレタン樹脂の歪光学定数とヤング率とが求められる。 Further, along with the measurement of the photoelastic constant, the strain optical constant and Young's modulus of the photoelastic polyurethane resin are obtained.
光弾性ポリウレタン樹脂の歪光学定数は、光弾性ポリウレタン樹脂の変形量に対する、かかる変形によって発生する複屈折の強さの割合を示す。 The strain optical constant of the photoelastic polyurethane resin indicates the ratio of the strength of birefringence generated by such deformation to the amount of deformation of the photoelastic polyurethane resin.
光弾性定数、歪光学定数およびヤング率は、下記式（５）を満足する。 The photoelastic constant, the distorted optical constant, and Young's modulus satisfy the following equation (5).
光弾性定数＝歪光学定数÷ヤング率 （５） Photoelastic constant = Distorted optical constant ÷ Young's modulus (5)
従って、光弾性ポリウレタン樹脂の光弾性定数を上記した所望の範囲に設定するには、歪光学定数およびヤング率を調整することが好ましい。 Therefore, in order to set the photoelastic constant of the photoelastic polyurethane resin in the above-mentioned desired range, it is preferable to adjust the strain optical constant and Young's modulus.
具体的には、歪光学定数が高いほど、また、ヤング率が低いほど、光弾性定数が高くなるが、ヤング率が過度に低いと、成形性が低下する場合がある。 Specifically, the higher the distorted optical constant and the lower the Young's modulus, the higher the photoelastic constant, but if the Young's modulus is excessively low, the moldability may decrease.
そのため、光弾性ポリウレタン樹脂の２５℃におけるヤング率は、例えば、２ＭＰａ以上、好ましくは、３ＭＰａ以上であり、例えば、５ＭＰａ以下である。 Therefore, the Young's modulus of the photoelastic polyurethane resin at 25 ° C. is, for example, 2 MPa or more, preferably 3 MPa or more, and for example, 5 MPa or less.
すなわち、光弾性ポリウレタン樹脂の２５℃におけるヤング率は、２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下であることが好ましい。 That is, the Young's modulus of the photoelastic polyurethane resin at 25 ° C. is preferably 2 MPa or more and 5 MPa or less.
光弾性ポリウレタン樹脂のヤング率が上記した範囲未満である場合には、光弾性ポリウレタン樹脂が軟らか過ぎて傷付き易く、加工性が低下する場合がある。光弾性ポリウレタン樹脂のヤング率が上記した範囲を超過する場合には、光弾性ポリウレタン樹脂が硬すぎるため、光弾性が低下する場合がある。 When the Young's modulus of the photoelastic polyurethane resin is less than the above range, the photoelastic polyurethane resin may be too soft and easily scratched, resulting in poor workability. When the Young's modulus of the photoelastic polyurethane resin exceeds the above range, the photoelastic polyurethane resin is too hard, and the photoelasticity may decrease.
好ましくは、上記した所望の光弾性定数を得るには、光弾性ポリウレタン樹脂の２５℃におけるヤング率が２ＭＰａ以上、３ＭＰａ以下の場合には、２５℃の歪光学定数が、例えば、６０００×１０−６以上（通常、１００００×１０−６以下）であり、光弾性ポリウレタン樹脂の２５℃のヤング率が３ＭＰａを超過し５ＭＰａ以下の場合には、２５℃の歪光学定数は、例えば、１００００×１０−６以上（通常、２００００×１０−６以下）である。 Preferably, in order to obtain the above-mentioned desired photoelastic constant, when the Young's modulus of the photoelastic polyurethane resin at 25 ° C. is 2 MPa or more and 3 MPa or less, the strain optical constant at 25 ° C. is, for example, 6000 × 10 −. 6 or more (usually, 10000 × 10 -6 or less), and when 25 ° C. Young's modulus of photoelasticity polyurethane resin is less than 5MPa exceed 3MPa, the strain-optical constants of 25 ° C., for example, 10000 × 10 -6 or more (usually 20000 × 10 -6 or less).
光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度は、例えば、−６０℃以上、好ましくは、−４０℃以上、より好ましくは、−３５℃以上、より一層好ましくは、−３０℃以上であり、例えば、−２１℃以下、好ましくは、−２５℃以下である。 The glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin is, for example, −60 ° C. or higher, preferably −40 ° C. or higher, more preferably −35 ° C. or higher, even more preferably −30 ° C. or higher, for example, -21. ° C or lower, preferably −25 ° C or lower.
すなわち、光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度は、−６０℃〜−２１℃であることが好ましい。 That is, the glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin is preferably −60 ° C. to -21 ° C.
光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度が上記した下限未満である場合には、光弾性ポリウレタン樹脂の加工性および耐傷付き性が低下する場合がある。 If the glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin is less than the above-mentioned lower limit, the processability and scratch resistance of the photoelastic polyurethane resin may decrease.
また、光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度が、上記した上限以上である場合には、上記した所望の光弾性定数を得にくくなる場合がある。 Further, when the glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin is equal to or higher than the above-mentioned upper limit, it may be difficult to obtain the above-mentioned desired photoelastic constant.
光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度は、動的粘弾性測定装置を用いて、周波数１０Ｈｚで、温度分散モード（昇温速度５℃／ｍｉｎ）の測定により、得ることができる。
The glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin can be obtained by measuring the temperature dispersion mode (
また、上記したガラス転移温度の測定では、同時に、貯蔵伸長弾性率Ｅ’、損失伸長弾性率Ｅ’’および損失正接ｔａｎδが得られる。 Further, in the above-mentioned measurement of the glass transition temperature, a storage elongation elastic modulus E ′, a loss elongation elastic modulus E ″ and a loss tangent tan δ can be obtained at the same time.
光弾性ポリウレタン樹脂の２５℃における貯蔵伸長弾性率Ｅ’は、例えば、１×１０６Ｐａ〜１×１０８Ｐａであり、２５℃における損失伸長弾性率Ｅ’’は、例えば、１×１０４Ｐａ〜１×１０８Ｐａであり、２５℃における損失正接ｔａｎδは、例えば、０．０１〜０．２である。
The storage elongation
また、光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度が、上記した上限以上である場合には、低温でのセンサの応答時間が長くなる（応答速度が遅くなる）場合がある。 Further, when the glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin is equal to or higher than the above-mentioned upper limit, the response time of the sensor at a low temperature may be long (the response speed may be slow).
なお、センサの応答時間は、好ましくは、１００ミリ秒以内、より好ましくは１０ミリ秒以内、さらに好ましくは１ミリ秒以内である。センサの応答時間が上記範囲内であると、対象物との接触を検知して確実にロボットを制御できる。 The response time of the sensor is preferably within 100 milliseconds, more preferably within 10 milliseconds, and even more preferably within 1 millisecond. When the response time of the sensor is within the above range, the robot can be reliably controlled by detecting the contact with the object.
また、センサの使用環境の温度は、例えば、−１０℃以上であり、例えば、４０℃以下である。 The temperature of the environment in which the sensor is used is, for example, −10 ° C. or higher, for example, 40 ° C. or lower.
ここで、センサの使用環境の温度が低下し、センサの使用環境の温度と、光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度とが近似すると、光弾性ポリウレタン樹脂の損失伸長弾性率Ｅ’’が上昇し、外力に対する応答速度が遅くなる傾向がある。 Here, when the temperature of the operating environment of the sensor decreases and the temperature of the operating environment of the sensor and the glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin are close to each other, the loss elongation elastic modulus E'' of the photoelastic polyurethane resin increases. The response speed to external force tends to be slow.
光弾性ポリウレタン樹脂のガラス転移温度が、上記した上限以下である場合には、使用環境の温度が−１０℃であっても、外力に対する応答速度を確保することができる。 When the glass transition temperature of the photoelastic polyurethane resin is equal to or lower than the above-mentioned upper limit, the response speed to an external force can be ensured even if the temperature of the use environment is −10 ° C.
＜発光部材＞
本実施形態の検知部材は発光部材を備える。発光部材は圧力検知部材に向けて光を出射する部材である。
<Light emitting member>
The detection member of this embodiment includes a light emitting member. The light emitting member is a member that emits light toward the pressure detecting member.
発光部材としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を挙げることができる。ＬＥＤとしては、赤色ＬＥＤ、白色ＬＥＤ、赤外線ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなどの各種ＬＥＤを用いることができる。ＬＥＤの他には、例えば半導体レーザ（波長４０５ｎｍ〜１０６４ｎｍ）、蛍光灯、ハロゲンランプ、タングステンランプなども用いることができる。 Examples of the light emitting member include a light emitting diode (LED). As the LED, various LEDs such as a red LED, a white LED, an infrared LED, a green LED, and a blue LED can be used. In addition to LEDs, for example, semiconductor lasers (wavelength 405 nm to 1064 nm), fluorescent lamps, halogen lamps, tungsten lamps and the like can also be used.
本実施形態の検知部材において、発光部材は第１位置に配置される。第１位置は、圧力検知部材に向けて光を出射して、出射した光が圧力検知部材に入射できる位置であれば特に限定されない。また、発光部材の数も限定されない。 In the detection member of this embodiment, the light emitting member is arranged at the first position. The first position is not particularly limited as long as the light is emitted toward the pressure detecting member and the emitted light can be incident on the pressure detecting member. Further, the number of light emitting members is not limited.
＜受光部材＞
本実施形態の検知部材は受光部材を備える。受光部材は、発光部材から出射され、かつ圧力検知部材を通過した光を受光する部材である。
<Light receiving member>
The detection member of this embodiment includes a light receiving member. The light receiving member is a member that receives light emitted from the light emitting member and passed through the pressure detecting member.
受光部材としては、例えば、フォトダイオードを使用することができる。また、通常のフォトダイオードの他、フォトＩＣダイオードを用いることもできる。フォトＩＣダイオードは、通常のフォトダイオードの内部に、光電流の増幅回路が内蔵され、フォトダイオードで発生した光電流を１０００倍〜数１０００倍に増幅し、外部に出力する。なお、通常のフォトダイオードを用いる場合、フォトダイオードに公知の増幅回路を接続し、光電流を１０００倍〜１００００倍程度に増幅することが好ましい。 As the light receiving member, for example, a photodiode can be used. Further, in addition to a normal photodiode, a photo IC diode can also be used. The photoIC diode has a built-in photocurrent amplification circuit inside a normal photodiode, and amplifies the photocurrent generated by the photodiode 1000 times to several 1000 times and outputs it to the outside. When a normal photodiode is used, it is preferable to connect a known amplifier circuit to the photodiode to amplify the photocurrent by about 1000 to 10000 times.
また、フォトダイオード以外の受光部材として、公知の検知器を用いてもよい。公知の検知器として、例えばフォトトランジスター、ＣｄＳセルなどの光導電型の検知器や、ボロメータなどの感熱型の光検知器などを用いることもできる。 Further, a known detector may be used as a light receiving member other than the photodiode. As a known detector, for example, a photoconductive type detector such as a phototransistor or a CdS cell, a heat-sensitive photodetector such as a bolometer, or the like can also be used.
本実施形態の検知部材において、受光部材は第１位置と異なる第２位置に配置される。第２位置は、発光部材からの光を、圧力検知部材を経て受光できる位置であれば特に限定されない。また、受光部材の数も限定されない。 In the detection member of the present embodiment, the light receiving member is arranged at a second position different from the first position. The second position is not particularly limited as long as it can receive light from the light emitting member via the pressure detecting member. Further, the number of light receiving members is not limited.
また、図５、図６に示されるように、発光部材（符号１８）と受光部材（符号２０）とが近接している場合には、フォトリフレクタやフォトインタプラタと呼ばれる、発光部材（発光素子）と受光部材（受光素子）とが一体化した素子を用いてもよい。 Further, as shown in FIGS. 5 and 6, when the light emitting member (reference numeral 18) and the light receiving member (reference numeral 20) are close to each other, a light emitting member (light emitting element) called a photoreflector or a photointerplater is used. ) And a light receiving member (light receiving element) may be integrated.
＜第一偏光部材＞
本実施形態の検知部材は第一偏光部材を備える。第一偏光部材は、発光部材から出射され、圧力検知部材に入射される光（光線）を、直線偏光光線、又は円偏光光線に変換する部材である。第一偏光部材には、ガラス製や樹脂製の直線偏光板ないし円偏光板を用いることができる。
<First polarizing member>
The detection member of this embodiment includes a first polarizing member. The first polarizing member is a member that converts light (light rays) emitted from a light emitting member and incident on a pressure detecting member into linearly polarized rays or circularly polarized rays. As the first polarizing member, a linear polarizing plate or a circular polarizing plate made of glass or resin can be used.
第一偏光部材の偏光方向は、圧力検知部材の上面とおよそ４５°の角度をなすことが好ましい。なお、発光部材に偏光面が一定のレーザ光を用いる場合には、レーザ光が既に偏光しているため、第一偏光部材を用いなくてもよい。 The polarization direction of the first polarizing member is preferably an angle of about 45 ° with the upper surface of the pressure detecting member. When a laser beam having a constant polarization plane is used for the light emitting member, the first polarizing member may not be used because the laser beam is already polarized.
＜第二偏光部材＞
本実施形態の検知部材は第二偏光部材を備える。第二偏光部材は、圧力検知部材を通過した光（光線）を、受光部材の手前で直線偏光光線ないし円偏光光線に変換する部材である。第二偏光部材には、ガラス製や樹脂製の直線偏光板ないし円偏光板を用いることができるが、第一偏光部材が直線偏光板の場合には、第二偏光部材も直線偏光板を用いるのが好ましい。第二偏光部材の偏光方向は、第一偏光部材の偏光方向に対して９０°の角度を成すことが好ましい。
<Second polarizing member>
The detection member of this embodiment includes a second polarizing member. The second polarizing member is a member that converts light (light rays) that have passed through the pressure detecting member into linearly polarized rays or circularly polarized rays in front of the light receiving member. A linear polarizing plate or a circular polarizing plate made of glass or resin can be used for the second polarizing member, but when the first polarizing member is a linear polarizing plate, the linear polarizing plate is also used for the second polarizing member. Is preferable. The polarization direction of the second polarizing member is preferably an angle of 90 ° with respect to the polarization direction of the first polarizing member.
また、第一偏光部材が円偏光板の場合には、第二偏光部材も円偏光板を用いるのが好ましい。円偏光板には右円偏光板と左円偏光板があるが、一方が右偏光板である場合には、他方は左偏光板であることが好ましい。 When the first polarizing member is a circular polarizing plate, it is preferable to use a circular polarizing plate for the second polarizing member as well. The circularly polarizing plate includes a right-handed circularly polarizing plate and a left-handed circularly polarizing plate. When one is a right-handed polarizing plate, the other is preferably a left-handed polarizing plate.
＜反射部材＞
本実施形態の検知部材は反射部材を備えることがある。具体的には、図５、図６に示されるように、発光部材（符号１８）と受光部材（符号２０）とが近接している場合には、検知部材は反射部材を備える。反射部材（符号７２）は、発光部材から出射され、圧力検知部材を通過した光を、圧力検知部材側に反射し、再度圧力検知部材を通過させ、受光部材に受光させる部品である。反射部材は、光を散乱せずに反射する材料で形成されることが好ましく、反射部材には、金属の板、ガラス板に金属薄膜をコーティングしたもの、樹脂フィルムに金属薄膜をコーティングしたもの、再帰性反射部材などが用いられる。
<Reflective member>
The detection member of the present embodiment may include a reflection member. Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, when the light emitting member (reference numeral 18) and the light receiving member (reference numeral 20) are close to each other, the detecting member includes a reflecting member. The reflective member (reference numeral 72) is a component that emits light emitted from the light emitting member and passes through the pressure detecting member, reflects the light toward the pressure detecting member side, passes the pressure detecting member again, and causes the light receiving member to receive light. The reflective member is preferably formed of a material that reflects light without scattering, and the reflective member includes a metal plate, a glass plate coated with a metal thin film, and a resin film coated with a metal thin film. A retroreflective member or the like is used.
反射部材を用いた場合には、図５、図６に示されるように、偏光部材は、一個（一種類）でよい。反射部材により反射した偏光の位相差が１８０°変化する。具体的には、直線偏光の場合には、偏光の角度が９０°回転する。また、円偏光の場合には、円偏光の回転方向が反転する。このため、圧力検知部材に入射した入射光は、圧力検知部材の内部で複屈折が生じなければ、受光部材へ戻ることが出来ず、圧力に応じて受光量が増加することになる。 When a reflective member is used, as shown in FIGS. 5 and 6, the number of polarizing members may be one (one type). The phase difference of the polarized light reflected by the reflecting member changes by 180 °. Specifically, in the case of linearly polarized light, the angle of polarization is rotated by 90 °. Further, in the case of circularly polarized light, the rotation direction of circularly polarized light is reversed. Therefore, the incident light incident on the pressure detecting member cannot return to the light receiving member unless birefringence occurs inside the pressure detecting member, and the light receiving amount increases according to the pressure.
＜第一導光部材、第二導光部材＞
本実施形態の検知部材は第一導光部材、第二導光部材を備えることがある。具体的には、図６に示されるように、発光部材と受光部材とが近接している場合には、検知部材は第一導光部材（符号８２）、第二導光部材（符号８４）を備える。
<First light guide member, second light guide member>
The detection member of the present embodiment may include a first light guide member and a second light guide member. Specifically, as shown in FIG. 6, when the light emitting member and the light receiving member are in close proximity to each other, the detection member includes a first light guide member (reference numeral 82) and a second light guide member (reference numeral 84). To prepare for.
第一導光部材（光ファイバ）は、発光部材から出射された光を、偏光部材まで導く部材である。また、第二導光部材（光ファイバ）は、偏光部材を通過した光を、受光部品まで導く部材である。第一導光部材、第二導光部材は、光ファイバであれば特に限定されず、第一導光部材、第二導光部材には、ガラス製ないし樹脂製の光ファイバなどを用いることができる。 The first light guide member (optical fiber) is a member that guides the light emitted from the light emitting member to the polarizing member. The second light guide member (optical fiber) is a member that guides the light that has passed through the polarizing member to the light receiving component. The first light guide member and the second light guide member are not particularly limited as long as they are optical fibers, and glass or resin optical fibers may be used for the first light guide member and the second light guide member. can.
＜接触部材＞
本実施形態の検知部材は接触部材を備えることがある。接触部材は、圧力検知部材へ、均一な圧力を伝達する部材である。さらに、図２、図４に示されるように、接触部材（符号４２）は、計測対象部品である把持対象物（図１０、図１１の符号２００参照）が接触部材のどの部分に接触しても圧力検知部材へ力が伝達されるように配置されている。
<Contact member>
The detection member of this embodiment may include a contact member. The contact member is a member that transmits uniform pressure to the pressure detecting member. Further, as shown in FIGS. 2 and 4, in the contact member (reference numeral 42), the gripping object (see
また、図１１に示されるように、把持対象物が圧力検知部材（符号５４）に直接接触することがないため、圧力検知部材の破損や汚れを抑制することができる。 Further, as shown in FIG. 11, since the gripping object does not come into direct contact with the pressure detecting member (reference numeral 54), it is possible to prevent the pressure detecting member from being damaged or soiled.
しかし、接触部材を用いることなく、把持対象物が直接圧力検知部材に接触するようにしてもよい。これにより、把持対象物との接触が、高感度に検知されることがある。また、接触部材を用いない場合には、圧力検知部材の板面を平面ではなく、圧力検知部材の中央部分が把持対象物に接触するように、圧力検知部材の板面を曲面にすることができる。圧力検知部材の板面が曲面であっても、発光部材からの光は圧力検知部材の曲面に沿って受光部材まで伝搬し、圧力を検知することができる。 However, the gripping object may be brought into direct contact with the pressure detecting member without using the contact member. As a result, contact with the gripping object may be detected with high sensitivity. When the contact member is not used, the plate surface of the pressure detection member may be curved so that the central portion of the pressure detection member comes into contact with the gripping object instead of a flat surface. can. Even if the plate surface of the pressure detecting member is a curved surface, the light from the light emitting member propagates to the light receiving member along the curved surface of the pressure detecting member, and the pressure can be detected.
＜ずり力検知部材＞
本実施形態の検知部材はずり力検知部材を備える。ずり力検知部材は、圧力検知部材に生じたずり応力を検出する部材である。ずり力検知部材は圧力検知部材の内部に埋設してもよく、または、圧力検知部材に接触した緩衝部材（図３〜図６の符号５６参照）の内部に埋設してもよい。
<Sliding force detection member>
The detection member of the present embodiment is provided with a shear force detection member. The shear force detecting member is a member that detects the shear stress generated in the pressure detecting member. The shear force detecting member may be embedded inside the pressure detecting member, or may be embedded inside a cushioning member (see
ずり力検知部材は、圧力検知部材に加えられたずり応力（図１のＸ軸方向、又はＹ軸方向に負荷されたせん断力）を検知できるように配置されればよく、特に形状は限定されない。しかし、配置のし易さの観点から、ずり力検知部材は、長尺状（例えば、リボン状、線状、薄膜状）であることが好ましい。 The shear force detecting member may be arranged so as to be able to detect the shear stress applied to the pressure detecting member (shear force applied in the X-axis direction or the Y-axis direction in FIG. 1), and the shape is not particularly limited. .. However, from the viewpoint of ease of arrangement, the shear force detecting member is preferably long (for example, ribbon-shaped, linear, thin-film-shaped).
ずり力検知部材として、長尺状の導体と、導体に対して一方向に螺旋状に巻回された長尺状の圧電体とを備えている棒形状の部材を用いることが好ましい。 As the shear force detecting member, it is preferable to use a rod-shaped member having a long conductor and a long piezoelectric body spirally wound in one direction with respect to the conductor.
以下、好ましい形態のずり力検知部材に含まれる長尺状の導体（以下「導体」）と、長尺状の圧電体（以下「圧電体」）とについて説明する。 Hereinafter, a long conductor (hereinafter referred to as “conductor”) and a long piezoelectric body (hereinafter referred to as “piezoelectric body”) included in the preferred form of the shear force detecting member will be described.
（導体）
導体（例えば内部導体）は、信号線導体であることが好ましい。
信号線導体とは、圧電体から効率的に電気的信号を検出するための導体をいう。具体的には、ずり力検知部材に張力が作用したときに、作用した張力に応じた電圧信号（電荷信号）を検出するための導体である。
(conductor)
The conductor (for example, an internal conductor) is preferably a signal line conductor.
The signal line conductor is a conductor for efficiently detecting an electric signal from a piezoelectric material. Specifically, it is a conductor for detecting a voltage signal (charge signal) corresponding to the applied tension when a tension is applied to the shear force detecting member.
導体としては、電気的な良導体であることが好ましく、例えば、銅線、アルミ線、ＳＵＳ線、絶縁皮膜被覆された金属線、カーボンファイバ、カーボンファイバと一体化した樹脂繊維、錦糸線、有機導電材料等を用いることが可能である。錦糸線とは、繊維に銅箔がスパイラルに巻回されたものをいう。 The conductor is preferably a good electrical conductor, for example, copper wire, aluminum wire, SUS wire, metal wire coated with an insulating film, carbon fiber, resin fiber integrated with carbon fiber, brocade wire, organic conductive wire. It is possible to use materials and the like. Kinshi wire is a fiber wound with copper foil in a spiral.
（圧電体）
圧電体は、有機圧電材料を含むことが好ましい。
有機圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、光学活性を有するヘリカルキラル高分子、シルク繊維等を挙げることができる。中でも、光学活性を有するヘリカルキラル高分子が好ましく、特にポリ乳酸（ＰＬＡ）が好ましい。
(Piezoelectric material)
The piezoelectric material preferably contains an organic piezoelectric material.
Examples of the organic piezoelectric material include polyvinylidene fluoride (PVDF), a helical chiral polymer having optical activity, silk fiber and the like. Among them, a helical chiral polymer having optical activity is preferable, and polylactic acid (PLA) is particularly preferable.
以下では、光学活性を有するヘリカルキラル高分子を、ヘリカルキラル高分子（Ａ）と称する。
圧電体が、有機圧電材料として光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）含む場合、ヘリカルキラル高分子（Ａ）は、圧電性をより向上させる観点から、光学純度が９５．００％ｅｅ以上であることが好ましい。
Hereinafter, the helical chiral polymer having optical activity is referred to as a helical chiral polymer (A).
When the piezoelectric material contains a helical chiral polymer (A) having optical activity as an organic piezoelectric material, the helical chiral polymer (A) has an optical purity of 95.00% ee or more from the viewpoint of further improving the piezoelectricity. It is preferable to have.
また、ヘリカルキラル高分子（Ａ）は、圧電性をより向上させる観点から、Ｄ体又はＬ体からなることが好ましい。
ヘリカルキラル高分子（Ａ）の含有量は、圧電性をより向上させる観点から、圧電体の全量に対し、８０質量％以上であることが好ましい。
Further, the helical chiral polymer (A) is preferably composed of a D-form or an L-form from the viewpoint of further improving the piezoelectricity.
The content of the helical chiral polymer (A) is preferably 80% by mass or more with respect to the total amount of the piezoelectric material from the viewpoint of further improving the piezoelectricity.
（ずり力検知部材の好ましい態様）
ずり力検知部材は、長尺状の導体と、導体に対して一方向に螺旋状に巻回された長尺状の圧電体とを備え、かつ圧電体が有機圧電材料を含むことが好ましい。
ずり力検知部材の好ましい態様としては、具体的には、以下の態様Ａ〜Ｔが挙げられる。
(Preferable mode of shear force detecting member)
It is preferable that the shear force detecting member includes a long conductor and a long piezoelectric body spirally wound in one direction with respect to the conductor, and the piezoelectric body contains an organic piezoelectric material.
Specific preferred embodiments of the shear force detecting member include the following embodiments A to T.
−態様Ａ−
ずり力検知部材が、長尺状の導体と、前記導体に対して一方向に螺旋状に巻回された長尺状の第１の圧電体と、を備え、
前記第１の圧電体が、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）を含み、
前記第１の圧電体の長さ方向と、前記第１の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向と、が略平行であり、
Ｘ線回折測定から下記式（ａ）によって求められる前記第１の圧電体の配向度Ｆが０．５以上１．０未満の範囲である態様。
配向度Ｆ＝（１８０°―α）／１８０°・・（ａ）
αは配向由来のピークの半値幅（単位：°）を表す。
-Aspect A-
The shear force detecting member comprises a long conductor and a long first piezoelectric body spirally wound in one direction with respect to the conductor.
The first piezoelectric material contains a helical chiral polymer (A) having optical activity, and contains the helical chiral polymer (A).
The length direction of the first piezoelectric body and the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) contained in the first piezoelectric body are substantially parallel to each other.
An embodiment in which the degree of orientation F of the first piezoelectric body obtained from the X-ray diffraction measurement by the following formula (a) is in the range of 0.5 or more and less than 1.0.
Degree of orientation F = (180 ° -α) / 180 ° ... (a)
α represents the half width (unit: °) of the peak derived from orientation.
−態様Ｂ−
態様Ａのずり力検知部材において、
前記導体が内部導体であり、
前記第１の圧電体が、前記内部導体の外周面に沿って一方向に螺旋状に巻回されている態様。
-Aspect B-
In the shear force detection member of aspect A,
The conductor is an internal conductor,
An embodiment in which the first piezoelectric body is spirally wound in one direction along the outer peripheral surface of the inner conductor.
−態様Ｃ−
態様Ｂのずり力検知部材において、
さらに、前記一方向とは異なる方向に螺旋状に巻回された長尺状の第２の圧電体を備え、
前記第２の圧電体が、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）を含み、
前記第２の圧電体の長さ方向と、前記第２の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向と、が略平行であり、
Ｘ線回折測定から前記式（ａ）によって求められる前記第２の圧電体の配向度Ｆが０．５以上１．０未満の範囲であり、
前記第１の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラリティと、前記第２の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラリティと、が互いに異なる態様。
-Aspect C-
In the shear force detection member of aspect B,
Further, a long second piezoelectric body spirally wound in a direction different from the one direction is provided.
The second piezoelectric material contains a helical chiral polymer (A) having optical activity, and contains the helical chiral polymer (A).
The length direction of the second piezoelectric body and the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) contained in the second piezoelectric body are substantially parallel.
The degree of orientation F of the second piezoelectric body obtained by the formula (a) from the X-ray diffraction measurement is in the range of 0.5 or more and less than 1.0.
An embodiment in which the chirality of the helical chiral polymer (A) contained in the first piezoelectric body and the chirality of the helical chiral polymer (A) contained in the second piezoelectric body are different from each other.
−態様Ｄ−
態様Ｂのずり力検知部材において、
さらに、前記内部導体の外周面に沿って螺旋状に巻回された第１の絶縁体を備え、
前記第１の絶縁体が、前記第１の圧電体から見て、前記内部導体とは反対側に配置されている態様。
-Aspect D-
In the shear force detection member of aspect B,
Further, a first insulator spirally wound along the outer peripheral surface of the inner conductor is provided.
An embodiment in which the first insulator is arranged on the side opposite to the inner conductor when viewed from the first piezoelectric body.
−態様Ｅ−
態様Ｂのずり力検知部材において、
さらに、前記内部導体の外周面に沿って螺旋状に巻回された第１の絶縁体を備え、
前記第１の絶縁体が、前記内部導体と前記第１の圧電体との間に配置されている態様。
-Aspect E-
In the shear force detection member of aspect B,
Further, a first insulator spirally wound along the outer peripheral surface of the inner conductor is provided.
An embodiment in which the first insulator is arranged between the inner conductor and the first piezoelectric body.
−態様Ｆ−
態様Ｂのずり力検知部材において、
さらに、前記一方向とは異なる方向に巻回された長尺状の第２の圧電体を備え、
前記第２の圧電体が、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）を含み、
前記第２の圧電体の長さ方向と、前記第２の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向と、が略平行であり、
Ｘ線回折測定から前記式（ａ）によって求められる前記第２の圧電体の配向度Ｆが０．５以上１．０未満の範囲であり、
前記第１の圧電体と前記第２の圧電体とは交互に交差された組紐構造をなし、
前記第１の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラリティと、前記第２の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラリティと、が互いに異なる態様。
-Aspect F-
In the shear force detection member of aspect B,
Further, it is provided with a long second piezoelectric body wound in a direction different from the one direction.
The second piezoelectric material contains a helical chiral polymer (A) having optical activity, and contains the helical chiral polymer (A).
The length direction of the second piezoelectric body and the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) contained in the second piezoelectric body are substantially parallel.
The degree of orientation F of the second piezoelectric body obtained by the formula (a) from the X-ray diffraction measurement is in the range of 0.5 or more and less than 1.0.
The first piezoelectric body and the second piezoelectric body form a braided structure that is alternately intersected with each other.
An embodiment in which the chirality of the helical chiral polymer (A) contained in the first piezoelectric body and the chirality of the helical chiral polymer (A) contained in the second piezoelectric body are different from each other.
−態様Ｇ−
態様Ｂのずり力検知部材において、
さらに、前記内部導体の外周面に沿って巻回された第１の絶縁体を備え、
前記第１の圧電体と前記第１の絶縁体とは交互に交差された組紐構造をなす態様。
-Aspect G-
In the shear force detection member of aspect B,
Further, a first insulator wound along the outer peripheral surface of the inner conductor is provided.
An embodiment in which the first piezoelectric body and the first insulator form a braided structure that is alternately intersected with each other.
−態様Ｈ−
態様Ｂ〜Ｇの何れか１つのずり力検知部材において、
前記第１の圧電体が、前記内部導体の軸方向に対して、１５°〜７５°の角度を保持して巻回されている態様。
-Aspect H-
In any one of the shear force detecting members of Aspects B to G,
An embodiment in which the first piezoelectric body is wound while maintaining an angle of 15 ° to 75 ° with respect to the axial direction of the internal conductor.
−態様Ｉ−
態様Ｂ〜Ｈの何れか１つのずり力検知部材において、
前記第１の圧電体が、単数又は複数の束からなる繊維形状を有し、
前記第１の圧電体の断面の長軸径が、０．０００１ｍｍ〜１０ｍｍである態様。
-Aspect I-
In any one of the shear force detecting members of Aspects B to H,
The first piezoelectric body has a fiber shape consisting of a single or a plurality of bundles, and has a fiber shape.
An embodiment in which the major axis diameter of the cross section of the first piezoelectric body is 0.0001 mm to 10 mm.
−態様Ｊ−
態様Ａ〜Ｈの何れか１つのずり力検知部材において、
前記第１の圧電体が長尺平板形状を有し、
前記第１の圧電体の厚さが０．００１ｍｍ〜０．２ｍｍであり、
前記第１の圧電体の幅が０．１ｍｍ〜３０ｍｍであり、
前記第１の圧電体の厚さに対する前記第１の圧電体の幅の比が２以上である態様。
なお、態様Ｊにおける第１の圧電体は、長尺平板形状を有することが好ましい。
長尺平板状の圧電体の「主面」とは、長尺平板状の圧電体の厚さ方向に直交する面（言い換えれば、長さ方向及び幅方向を含む面）を意味する。
-Aspect J-
In any one of the shear force detection members A to H,
The first piezoelectric body has a long flat plate shape and has a long flat plate shape.
The thickness of the first piezoelectric body is 0.001 mm to 0.2 mm, and the thickness is 0.001 mm to 0.2 mm.
The width of the first piezoelectric body is 0.1 mm to 30 mm, and the width thereof is 0.1 mm to 30 mm.
An embodiment in which the ratio of the width of the first piezoelectric body to the thickness of the first piezoelectric body is 2 or more.
The first piezoelectric body in the aspect J preferably has a long flat plate shape.
The "main surface" of the long flat plate-shaped piezoelectric body means a surface orthogonal to the thickness direction of the long flat plate-shaped piezoelectric body (in other words, a surface including the length direction and the width direction).
−態様Ｋ−
態様Ａ〜Ｊの何れか１つのずり力検知部材において、
前記第１の圧電体は、カルボジイミド基、エポキシ基、及びイソシアネート基からなる群から選ばれる１種類以上の官能基を有する重量平均分子量が２００〜６００００の安定化剤（Ｂ）を、前記ヘリカルキラル高分子（Ａ）１００質量部に対して０．０１質量部〜１０質量部含む態様。
-Aspect K-
In any one of the shear force detecting members A to J,
The first piezoelectric material comprises a stabilizer (B) having one or more functional groups selected from the group consisting of a carbodiimide group, an epoxy group, and an isocyanate group and having a weight average molecular weight of 200 to 60,000, and the helical chiral. A embodiment containing 0.01 parts by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer (A).
−態様Ｌ−
態様Ｋのずり力検知部材において、
さらに、前記第１の圧電体の少なくとも一方の主面の側に配置された機能層を備える態様。
-Aspect L-
In the shear force detection member of aspect K,
Further, an embodiment including a functional layer arranged on the side of at least one main surface of the first piezoelectric body.
−態様Ｍ−
態様Ｌのずり力検知部材において、
前記機能層が、易接着層、ハードコート層、帯電防止層、アンチブロック層、保護層、及び電極層のうちの少なくとも一つを含む態様。
-Aspect M-
In the shear force detection member of aspect L,
An embodiment in which the functional layer includes at least one of an easy-adhesion layer, a hard coat layer, an antistatic layer, an anti-block layer, a protective layer, and an electrode layer.
−態様Ｎ−
態様Ｌ又は態様Ｍのずり力検知部材において、
前記機能層が、電極層を含む態様。
-Aspect N-
In the shear force detection member of aspect L or aspect M,
A mode in which the functional layer includes an electrode layer.
−態様Ｏ−
態様Ｎのずり力検知部材において、
前記第１の圧電体と、前記機能層と、を含む積層体の表面層の少なくとも一方が、前記電極層である態様。
-Aspect O-
In the shear force detection member of aspect N,
An embodiment in which at least one of the surface layers of the laminate including the first piezoelectric body and the functional layer is the electrode layer.
−態様Ｐ−
態様Ａのずり力検知部材において、
前記導体と前記第１の圧電体とが、互いに捩り合わされている態様。
-Aspect P-
In the shear force detection member of aspect A,
An embodiment in which the conductor and the first piezoelectric body are twisted together.
−態様Ｑ−
態様Ｐのずり力検知部材において、
前記第１の圧電体が、単数又は複数の束からなる繊維形状を有し、
前記第１の圧電体の断面の長軸径が、０．０００１ｍｍ〜２ｍｍである態様。
-Aspect Q-
In the shear force detection member of aspect P,
The first piezoelectric body has a fiber shape consisting of a single or a plurality of bundles, and has a fiber shape.
An embodiment in which the major axis diameter of the cross section of the first piezoelectric body is 0.0001 mm to 2 mm.
−態様Ｒ−
態様Ａ〜Ｑの何れか１つのずり力検知部材において、
前記導体が錦糸線である態様。
-Aspect R-
In any one of the shear force detecting members A to Q,
An embodiment in which the conductor is a brocade wire.
−態様Ｓ−
態様Ａ〜Ｒの何れか１つのずり力検知部材において、
前記導体及び前記第１の圧電体の間に接着層を備える態様。
-Aspect S-
In any one of the shear force detecting members of A to R,
An embodiment in which an adhesive layer is provided between the conductor and the first piezoelectric body.
−態様Ｔ−
態様Ａ〜Ｓの何れか１つのずり力検知部材において、
前記第１の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）が、下記式（１）で表される繰り返し単位を含む主鎖を有するポリ乳酸系高分子である態様。
-Aspect T-
In any one of the shear force detecting members of Aspects A to S,
An embodiment in which the helical chiral polymer (A) contained in the first piezoelectric body is a polylactic acid-based polymer having a main chain containing a repeating unit represented by the following formula (1).
上記好ましい態様（態様Ａ〜Ｔ）のずり力検知部材において、第１の圧電体及び第２の圧電体は、光学活性を有するヘリカルキラル高分子（Ａ）を含む圧電体である。第１の圧電体と第２の圧電体とは同一であっても異なるものであってもよい。ただし、第１の圧電体及び第２の圧電体にそれぞれ含まれるヘリカルキラル高分子（Ａ）のキラリティは、圧電感度及び圧電出力を向上させる観点から、適宜選択することが好ましい。 In the shear force detecting member of the preferred embodiment (Aspects A to T), the first piezoelectric body and the second piezoelectric body are piezoelectric bodies containing the helical chiral polymer (A) having optical activity. The first piezoelectric body and the second piezoelectric body may be the same or different. However, the chirality of the helical chiral polymer (A) contained in the first piezoelectric body and the second piezoelectric body is preferably selected as appropriate from the viewpoint of improving the piezoelectric sensitivity and the piezoelectric output.
また、第１の絶縁体としては特に限定されない。第１の絶縁体の形状は、導体に対する巻回のし易さの観点から、長尺形状であることが好ましい。 Further, the first insulator is not particularly limited. The shape of the first insulator is preferably a long shape from the viewpoint of ease of winding with respect to the conductor.
上記好ましい態様のずり力検知部材では、第１の圧電体がヘリカルキラル高分子（Ａ）を含むこと、第１の圧電体の長さ方向とヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向とが略平行であること、及び、第１の圧電体の配向度Ｆが０．５以上１．０未満であることにより圧電性が発現される。 In the shear force detecting member of the above preferred embodiment, the first piezoelectric body contains the helical chiral polymer (A), and the length direction of the first piezoelectric body and the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) are different. Piezoelectricity is exhibited by being substantially parallel and having the degree of orientation F of the first piezoelectric body F of 0.5 or more and less than 1.0.
その上で、上記好ましい態様のずり力検知部材は、上記第１の圧電体が、導体に対して一方向に螺旋状に巻回された構成をなす。 On top of that, the shear force detecting member of the preferred embodiment has a configuration in which the first piezoelectric body is spirally wound in one direction with respect to the conductor.
上記好ましい態様のずり力検知部材では、第１の圧電体を上記のように配置することにより、ずり力検知部材の長さ方向に張力（応力）が作用したときに、ヘリカルキラル高分子（Ａ）にずり力が加わり、ずり力検知部材の径方向にヘリカルキラル高分子（Ａ）の分極が生じる。その分極方向は、螺旋状に巻回された第一の圧電体を、その長さ方向に対して平面と見做せる程度の微小領域の集合体とみなした場合、その構成する微小領域の平面に、張力（応力）に起因したずり力がヘリカルキラル高分子に作用した場合、圧電応力定数ｄ１４に起因して発生する電界の方向と略一致する。 In the shearing force detecting member of the above preferred embodiment, by arranging the first piezoelectric body as described above, when tension (stress) acts in the length direction of the shearing force detecting member, the helical chiral polymer (A). ) Is applied with a shearing force, and the helical chiral polymer (A) is polarized in the radial direction of the shearing force detecting member. The polarization direction is the plane of the constituent minute regions when the first piezoelectric body wound in a spiral shape is regarded as an aggregate of minute regions that can be regarded as a plane in the length direction thereof. In addition, when a shearing force due to tension (stress) acts on the helical chiral polymer, it substantially coincides with the direction of the electric field generated due to the piezoelectric stress constant d14.
具体的には、例えばポリ乳酸においては、分子構造が左巻き螺旋構造からなるＬ−乳酸のホモポリマー（ＰＬＬＡ）の場合、ＰＬＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な第１の圧電体を、導体に対して、左巻きに螺旋状に巻回した構造体に、張力（応力）が作用すると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の円の中心から外側方向への電界（分極）が発生する。また、これとは逆にＰＬＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な第１の圧電体を、導体に対して、右巻きに螺旋状に巻回した構造体に、張力（応力）が作用した場合、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の円の外側から中心方向への電界（分極）が発生する。 Specifically, for example, in polylactic acid, in the case of an L-lactic homopolymer (PLLA) whose molecular structure is a left-handed spiral structure, a first piezoelectric body whose main orientation direction and length direction of PLLA are substantially parallel to each other is used. When tension (stress) acts on a structure that is spirally wound to the left with respect to the conductor, an electric field (outward) from the center of the circle in a circular cross section parallel to the tension and perpendicular to the tension ( Polarization) occurs. On the contrary, tension (stress) is applied to the structure in which the first piezoelectric body whose length direction is substantially parallel to the main orientation direction of PLLA is wound in a right-handed spiral with respect to the conductor. When acted, an electric field (polarization) is generated from the outside to the center of the circle having a circular cross section perpendicular to the tension in the radial direction.
また、例えば、分子構造が右巻き螺旋構造からなるＤ−乳酸のホモポリマー（ＰＤＬＡ）の場合、ＰＤＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な第１の圧電体を、導体に対して、左巻きに螺旋状に巻回した構造体に、張力（応力）が作用すると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の円の外側から中心方向への電界（分極）が発生する。また、これとは逆にＰＤＬＡの主配向方向と長さ方向が略平行な第１の圧電体を、導体に対して、右巻きに螺旋状に巻回した構造体に、張力（応力）が作用すると、径方向に平行に、張力と垂直な円状断面の円の中心から外側方向への電界（分極）が発生する。 Further, for example, in the case of a D-lactic acid homopolymer (PDLA) whose molecular structure is a right-handed spiral structure, a first piezoelectric material whose length direction is substantially parallel to the main orientation direction of PDLA is attached to the conductor. When tension (stress) acts on a structure spirally wound to the left, an electric field (polarization) is generated from the outside to the center of a circle having a circular cross section perpendicular to the tension in the radial direction. On the contrary, tension (stress) is applied to the structure in which the first piezoelectric body whose length direction is substantially parallel to the main orientation direction of PDLA is wound in a right-handed spiral with respect to the conductor. When acted, an electric field (polarization) is generated from the center of the circle having a circular cross section perpendicular to the tension in the radial direction.
これにより、ずり力検知部材の長さ方向に張力が作用した場合に、螺旋状に配置された第１の圧電体の各部位において、張力に比例した電位差が位相の揃った状態で発生するため、効果的に張力に比例した電圧信号が検出されると考えられる。 As a result, when tension acts in the length direction of the shear force detecting member, a potential difference proportional to the tension is generated in a phase-aligned state at each part of the first piezoelectric body arranged in a spiral shape. It is considered that a voltage signal proportional to the tension is effectively detected.
従って、上記好ましい態様のずり力検知部材によれば、圧電感度に優れ、圧電出力の安定性にも優れたずり力検知部材が得られる。 Therefore, according to the shearing force detecting member of the above preferred embodiment, a shearing force detecting member having excellent piezoelectric sensitivity and excellent stability of the piezoelectric output can be obtained.
特に、ヘリカルキラル高分子（Ａ）として、非焦電性のポリ乳酸系高分子を用いたずり力検知部材は、焦電性のＰＶＤＦを用いたずり力検知部材に比べ、圧電感度の安定性、及び圧電出力の安定性（経時又は温度変化に対する安定性）がより向上する。 In particular, the shear force detection member using a non-pyroelectric polylactic acid-based polymer as the helical chiral polymer (A) has more stable piezoelectric sensitivity than the shear force detection member using pyroelectric PVDF. , And the stability of the piezoelectric output (stability with time or temperature change) is further improved.
ここで、第１の圧電体の長さ方向と、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向と、が略平行であることは、第１の圧電体が長さ方向への引張に強い（即ち、長さ方向の引張強度に優れる）という利点を有する。従って、第１の圧電体を、導体に対して一方向に螺旋状に巻回しても破断しにくくなる。 Here, the fact that the length direction of the first piezoelectric body and the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) are substantially parallel means that the first piezoelectric body is strong in tension in the length direction ( That is, it has an advantage of excellent tensile strength in the length direction). Therefore, even if the first piezoelectric body is spirally wound in one direction with respect to the conductor, it is difficult to break.
更に、第１の圧電体の長さ方向と、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向と、が略平行であることは、例えば、延伸された圧電フィルムをスリットして第１の圧電体（例えばスリットリボン）を得る場合の生産性の面でも有利である。 Further, the fact that the length direction of the first piezoelectric body and the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) are substantially parallel means that, for example, the stretched piezoelectric film is slit to form the first piezoelectric body. It is also advantageous in terms of productivity when obtaining (for example, a slit ribbon).
「略平行」とは、２つの線分のなす角度が、０°以上３０°未満（好ましくは０°以上２２．５°以下、より好ましくは０°以上１０°以下、更に好ましくは０°以上５°以下、特に好ましくは０°以上３°以下）であることを指す。 "Approximately parallel" means that the angle formed by the two line segments is 0 ° or more and less than 30 ° (preferably 0 ° or more and 22.5 ° or less, more preferably 0 ° or more and 10 ° or less, still more preferably 0 ° or more. It means that it is 5 ° or less, particularly preferably 0 ° or more and 3 ° or less).
また、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向とは、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主たる配向方向を意味する。ヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向は、第１の圧電体の配向度Ｆを測定することによって確認できる。 Further, the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) means the main orientation direction of the helical chiral polymer (A). The main orientation direction of the helical chiral polymer (A) can be confirmed by measuring the degree of orientation F of the first piezoelectric body.
また、原料を溶融紡糸した後にこれを延伸して、第１の圧電体を製造する場合、製造された第１の圧電体におけるヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向は、主延伸方向を意味する。主延伸方向とは、延伸方向を指す。 Further, when the raw material is melt-spun and then stretched to produce a first piezoelectric body, the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) in the manufactured first piezoelectric body is the main stretching direction. means. The main stretching direction refers to the stretching direction.
同様に、フィルムの延伸及び延伸されたフィルムのスリットを形成して第１の圧電体を製造する場合、製造された第１の圧電体におけるヘリカルキラル高分子（Ａ）の主配向方向は、主延伸方向を意味する。ここで、主延伸方向とは、一軸延伸の場合には延伸方向を指し、二軸延伸の場合には、延伸倍率が高い方の延伸方向を指す。 Similarly, when the first piezoelectric body is manufactured by stretching the film and forming slits in the stretched film, the main orientation direction of the helical chiral polymer (A) in the manufactured first piezoelectric body is mainly. It means the stretching direction. Here, the main stretching direction refers to the stretching direction in the case of uniaxial stretching, and refers to the stretching direction having the higher stretching ratio in the case of biaxial stretching.
上記好ましい態様のずり力検知部材は、長尺状の導体が内部導体であり、長尺状の第１の圧電体が、内部導体の外周面に沿って一方向に螺旋状に巻回されていることが好ましい。 In the shear force detecting member of the above preferred embodiment, the elongated conductor is an internal conductor, and the elongated first piezoelectric body is spirally wound in one direction along the outer peripheral surface of the internal conductor. It is preferable to have.
導体として、内部導体を用いることにより、内部導体の軸方向に対して、第１の圧電体が螺旋角度βを保持して一方向に螺旋状に配置されやすくなる。
「螺旋角度β」とは、導体の軸方向と、導体の軸方向に対して第１の圧電体が配置される方向（第１の圧電体の長さ方向）とがなす角度を意味する。
By using the inner conductor as the conductor, the first piezoelectric body can be easily arranged spirally in one direction while maintaining the spiral angle β with respect to the axial direction of the inner conductor.
The "spiral angle β" means an angle formed by the axial direction of the conductor and the direction in which the first piezoelectric body is arranged (the length direction of the first piezoelectric body) with respect to the axial direction of the conductor.
これにより、例えば、ずり力検知部材の長さ方向に張力が作用したときに、ヘリカルキラル高分子（Ａ）の分極が、ずり力検知部材の径方向に発生しやすくなる。この結果、効果的に張力に比例した電圧信号（電荷信号）が検出される。 As a result, for example, when tension acts in the length direction of the shear force detecting member, the polarization of the helical chiral polymer (A) tends to occur in the radial direction of the shearing force detecting member. As a result, a voltage signal (charge signal) effectively proportional to the tension is detected.
さらに、上記好ましい態様のずり力検知部材（但し、態様Ｂ〜Ｏ、態様Ｒ〜Ｔ）は、同軸ケーブルに備えられる内部構造（内部導体及び誘電体）と同一の構造となり得るため、例えば、上記ずり力検知部材を同軸ケーブルに適用した場合、電磁シールド性が高く、ノイズに強い構造となり得る。 Further, since the shear force detecting member of the preferred embodiment (however, embodiments B to O and aspects R to T) can have the same structure as the internal structure (internal conductor and dielectric) provided in the coaxial cable, for example, the above. When the shear force detecting member is applied to a coaxial cable, it can have a structure having high electromagnetic shielding properties and resistance to noise.
（ずり力検知部材の配置）
長尺状とされたずり力検知部材は、図１〜図６に示されるように、圧力検知部材の板面に沿って配置されていれば、ずり力検知部材の形状には、特に限定は無い。例として、図７には、Ｚ軸方向から見たずり力検知部材の配置を示す。
(Arrangement of shear force detection member)
As shown in FIGS. 1 to 6, if the elongated shear force detecting member is arranged along the plate surface of the pressure detecting member, the shape of the shearing force detecting member is not particularly limited. There is no. As an example, FIG. 7 shows the arrangement of the shear force detecting member when viewed from the Z-axis direction.
＜緩衝部材＞
本実施形態の検知部材は緩衝部材を備えることがある。緩衝部材は、弾性材料で形成されており、圧力検知部材に生じたずり応力をずり力検知部材に伝達させる部材である。図３〜図６に示されるように、緩衝部材（符号５６）は、ずり力検知部材が圧力検知部材の内部に埋設されていない場合に用いられる。ここで、「弾性材料」とは、アスカー硬度で５０度以下の材料である。
<Cushioning member>
The detection member of this embodiment may include a cushioning member. The cushioning member is made of an elastic material and is a member that transmits the shear stress generated in the pressure detecting member to the shearing force detecting member. As shown in FIGS. 3 to 6, the cushioning member (reference numeral 56) is used when the shear force detecting member is not embedded inside the pressure detecting member. Here, the "elastic material" is a material having an asker hardness of 50 degrees or less.
具体的には、緩衝部材は、圧力検知部材に形成された板面（ＸＹ平面）に、面接触するように配置されており、ずり力検知部材は、緩衝部材の内部に埋設されている。これにより、緩衝部材は、圧力検知部材に生じたＸＹ平面に対して平行なずり力をずり力検知部材に伝搬させることができる。 Specifically, the cushioning member is arranged so as to be in surface contact with the plate surface (XY plane) formed on the pressure detecting member, and the shear force detecting member is embedded inside the cushioning member. As a result, the cushioning member can propagate the shearing force parallel to the XY plane generated in the pressure detecting member to the shearing force detecting member.
なお、緩衝部材の材料については特に限定されず、ゲル状、あるいはスポンジ状の材料などが用いられる。緩衝部材の材料については 圧力検知部材に生じたずりの力を受けてずり方向へ自ら変形し、ずり力検知部材にずりの力を伝搬させることができる材料であればよい。また、緩衝部材を用いる場合には、圧力検知部材の作製をずり力検知部材とは別に行うことができるため、製造上の利点がある。 The material of the cushioning member is not particularly limited, and a gel-like or sponge-like material may be used. The material of the cushioning member may be any material that can deform itself in the shearing direction by receiving the shearing force generated in the pressure detecting member and propagate the shearing force to the shearing force detecting member. Further, when the cushioning member is used, the pressure detecting member can be manufactured separately from the shear force detecting member, which is advantageous in manufacturing.
〔検知部材の具体例〕
検知部材の具体例について、図１〜図６に従って説明する。なお、図中に示す矢印Ｘは部材の上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｙは部材の幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｚは部材の奥行方向（水平方向）を示す。また、本実施形態は、以下の具体例に限定されることはない。
[Specific example of detection member]
Specific examples of the detection member will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The arrow X shown in the figure indicates the vertical direction (vertical direction) of the member, the arrow Y indicates the width direction (horizontal direction) of the member, and the arrow Z indicates the depth direction (horizontal direction) of the member. Further, the present embodiment is not limited to the following specific examples.
＜第１具体例に係る検知部材＞
先ず、第１具体例に係る検知部材１０について説明する。検知部材１０は、図１に示されるように、板状の基材１２の上面に載せされた圧力検知部材１４と、発光部材１８と、受光部材２０と、第一偏光部材２４と、第二偏光部材２６と、ずり力検知部材３２とを備えている。
<Detection member according to the first specific example>
First, the
圧力検知部材１４は、板面が奥行方向を向く厚板状とされており、幅方向に延びている。発光部材１８と受光部材２０とは、幅方向から圧力検知部材１４を挟むように配置されている。そして、発光部材１８が、圧力検知部材１４に対して幅方向の一方側（図中左側）に配置され、受光部材２０が、圧力検知部材１４に対して幅方向の他方側（図中右側）に配置されている。さらに、第一偏光部材２４は、幅方向において、発光部材１８と圧力検知部材１４との間に配置されており、第二偏光部材２６は、幅方向において、受光部材２０と圧力検知部材１４との間に配置されている。また、ずり力検知部材３２は、幅方向に延びる長尺状とされている。さらに、ずり力検知部材３２は、圧力検知部材１４の内部で、かつ、圧力検知部材１４の板面に沿って配置されており、ずり力検知部材３２の一部は、圧力検知部材１４の幅方向の他端から突出している。
The
ずり力検知部材３２は、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示されるように、奥行方向（Ｚ軸方向）から見て、種々の配置が可能であるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
As shown in FIGS. 7A, 7B, C), D, and E, the shear
この構成において、発光部材１８から出射された光は、第一偏光部材２４、圧力検知部材１４、及び第二偏光部材２６をこの順番で通過して、受光部材２０によって受光される。
In this configuration, the light emitted from the
＜第２具体例に係る検知部材＞
次に、第２具体例に係る検知部材４０について説明する。なお、検知部材４０については、検知部材１０と異なる部分を主に説明する。検知部材４０は、図２に示されるように、接触部材４２を備えている。
<Detection member according to the second specific example>
Next, the
接触部材４２は、圧力検知部材１４の板面１４ａに面接触するように配置されている。具体的には、接触部材４２は、圧力検知部材１４の板面１４ａに接触する板面４２ａ、及び反対側を向いた板面４２ｂを有している。
The
＜第３具体例に係る検知部材＞
次に、第３具体例に係る検知部材５０について説明する。なお、検知部材５０については、検知部材１０と異なる部分を主に説明する。検知部材５０は、図３に示されるように、圧力検知部材５４と、緩衝部材５６とを備えている。
<Detection member according to the third specific example>
Next, the
圧力検知部材５４は、検知部材１０の圧力検知部材１４（図１参照）と比して、奥行方向の厚さが薄くされている。そして、緩衝部材５６は、板面が奥行方向を向く板状とされており、奥行方向において、基材１２と圧力検知部材５４との間に配置されている。
The
また、ずり力検知部材３２は、緩衝部材５６の内部に埋設されており、ずり力検知部材３２の一部は、緩衝部材５６の幅方向の他端から突出している。
Further, the shear
＜第４具体例に係る検知部材＞
次に、第４具体例に係る検知部材６０について説明する。なお、検知部材６０については、検知部材５０と異なる部分を主に説明する。検知部材６０は、図４に示されるように、接触部材４２を備えている。
<Detection member according to the fourth specific example>
Next, the
接触部材４２は、圧力検知部材５４の板面５４ａに接触するように配置されている。具体的には、接触部材４２は、圧力検知部材５４の板面５４ａに接触する板面４２ａ、及び反対側を向いた板面４２ｂを有している。
The
＜第５具体例に係る検知部材＞
次に、第５具体例に係る検知部材７０について説明する。なお、検知部材７０については、検知部材１０と異なる部分を主に説明する。検知部材７０は、図５に示されるように、緩衝部材５６と、反射部材７２と、偏光部材７４とを備えている。
<Detection member according to the fifth specific example>
Next, the
緩衝部材５６は、板面が奥行方向を向く板状とされており、奥行方向において、基材１２と圧力検知部材１４との間に配置されている。また、ずり力検知部材３２は、緩衝部材５６の内部に埋設されており、ずり力検知部材３２の一部は、緩衝部材５６の幅方向の他端から突出している。
The cushioning
発光部材１８及び受光部材２０は、圧力検知部材１４に対して幅方向の他端側に配置されている。さらに、発光部材１８及び受光部材２０は、奥行方向に並んで配置されている。
The
反射部材７２は、圧力検知部材１４を挟んで、発光部材１８及び受光部材２０の反対側に配置されている。また、偏光部材７４は、幅方向において、発光部材１８及び受光部材２０と、圧力検知部材１４との間に配置されている。
The
この構成において、発光部材１８から出射された光は、偏光部材７４及び圧力検知部材１４を通過して、反射部材７２によって反射され、再度圧力検知部材１４及び偏光部材７４を通過して、受光部材２０によって受光される。これにより、光の光路Ｌは、Ｖ字状となる。
In this configuration, the light emitted from the
＜第６具体例に係る検知部材＞
次に、第６具体例に係る検知部材８０について説明する。なお、検知部材８０については、検知部材７０と異なる部分を主に説明する。検知部材８０は、図６に示されるように、第一導光部材８２と、第二導光部材８４とを備えている。第一導光部材８２は、幅方向において、偏光部材７４と発光部材１８との間に配置されており、第二導光部材８４は、幅方向において、偏光部材７４と受光部材２０との間に配置されている。
<Detection member according to the sixth specific example>
Next, the
〔検知部材の作用〕
次に、検知部材１０、４０、５０、６０、７０、８０（以下「検知部材１０〜８０」）の作用について説明する。検知部材１０〜８０では、以下の作用１、２が生じる。
[Action of detection member]
Next, the actions of the
＜作用１＞
検知部材１０〜８０の圧力検知部材１４、５４に、圧力検知部材１４、５４の板面に対して垂直方向の力が負荷されると、圧力検知部材１４、５４の光弾性ウレタン樹脂の内部で光弾性による複屈折が生じる。そして、発光部材１８から出射された光は、圧力検知部材１４、５４に入射する。圧力検知部材１４、５４に入射して幅方向（Ｙ軸方向）に進む光（光線）としての偏光（直線偏光又は円偏光）は、光弾性ウレタン樹脂の内部で、伝搬速度に差が生じる。そして、Ｚ軸成分の電気ベクトルの波と、Ｘ軸成分の電気ベクトルの波との間の位相差が変化する。その結果、第二偏光部材２６又は偏光部材７４を通過できる光の量が変化し、受光部材２０で検知される光の強度が変化する。
<
When a force in the direction perpendicular to the plate surface of the
＜作用２＞
検知部材１０〜８０の圧力検知部材１４、５４に、圧力検知部材１４、５４の板面に沿った力が負荷されると、負荷された力がずり力検知部材３２に伝達され、ずり力検知部材３２に張力が生じる。そうすると、ずり力検知部材３２に含まれる有機圧電材料（例えばヘリカルキラル高分子）にずり力が付与され、このずり力によってずり力検知部材３２の径方向に有機圧電材料の分極が生じる。さらに、有機圧電材料の分極が生じることで、圧電効果によって張力に比例した電荷（電界）が発生する。これ電圧信号として取り出すことにより、ずり力が検知される。
<
When a force along the plate surface of the
＜具体的構成＞
次に、検知部材の具体的構成について、図８（Ａ）（Ｂ）に従って説明する。なお、本具体的構成については、第４具体例に係る検知部材６０（図４参照）を具体化したものである。
<Concrete configuration>
Next, a specific configuration of the detection member will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. It should be noted that this specific configuration embodies the detection member 60 (see FIG. 4) according to the fourth specific example.
図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、樹脂製の検知部材ケース１００の内部には、発光部材１８としての赤外線レーザと、第一偏光部材２４としての直線偏光子と、圧力検知部材５４としての光弾性ウレタンと、第二偏光部材２６としての直線偏光子とが配置されている。さらに、検知部材ケース１００（以下「ケース１００」）の内部には、受光部材２０としてのフォトダイオードと、ずり力検知部材３２としての圧電ラインと、緩衝部材５６としての弾性接着剤の層とが配置されている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, inside the resin
また、一部がケース１００の外部に配置された接触部材４２が設けられている。接触部材４２は、圧力検知部材５４としての光弾性ウレタン樹脂と接触する板状の接触部４２ｃと、ケース１００の外部に配置された板状の支持部４２ｄと、接触部４２ｃと支持部４２ｄとを連結する連結部４２ｅとを有している。そして、接触部４２ｃの板面、及び支持部４２ｄの板面は、奥行方向を向いている。
Further, a
第一偏光部材２４は、第一偏光部材２４の偏光方向が、ｘｙ平面に配して４５°傾くように配置されている。また、第二偏光部材２６は、第二偏光部材２６の偏光方向が、第一偏光部材２４の偏光方向に対して９０°傾くように配置されている。
The first
また、圧力検知部材５４としての光弾性ウレタン樹脂の幅方向の長さ（図中Ｌ１）は、３０ｍｍとされ、この光弾性ウレタン樹脂の奥行方向の長さ（図中Ｌ２）は、３ｍｍとされ、この光弾性ウレタン樹脂の上下方向の長さ（図中Ｌ３）は、１０ｍｍとされている。さらに、ケース１００の幅方向の長さ（図中Ｌ４）は、６０ｍｍとされ、ケース１００の奥行方向の長さ（図中Ｌ５）は、１５ｍｍとされ、ケース１００の上下方向の長さ（図中Ｌ６）は、２０ｍｍとされている。また、ケース１００の端部から接触部材４２の端部までの、奥行方向の距離（図中Ｌ７）は、２２ｍｍとされている。
The length of the photoelastic urethane resin as the
この具体的構成の検知部材を実験に用いる場合には、発光部材１８としての赤外線レーザの配線に直流電源を接続し、受光部材２０としてのフォトダイオードの配線に検出回路を接続し、ずり力検知部材３２としての圧電ラインの配線に増幅回路を接続する。
When a detection member having this specific configuration is used in an experiment, a DC power supply is connected to the wiring of the infrared laser as the
＜ロボットハンド＞
次に、第４具体例に係る検知部材６０（図４参照）を備えたロボットハンドについて、図１０、図１１に従って説明する。
<Robot hand>
Next, the robot hand provided with the detection member 60 (see FIG. 4) according to the fourth specific example will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
ロボットハンド１５０は、図１０に示されるように、奥行方向に離間する一対の指部１５２、１５４と、一対の指部１５２、１５４を支持すると共に一対の指部１５２、１５４を近接離間させるジョイント部１５８とを備えている。さらに、ロボットハンド１５０は、ジョイント部１５８に一端が連結されたアーム部１６０を備えている。
As shown in FIG. 10, the
指部１５２、１５４は、幅方向に延びており、ジョイント部１５８は、一端で指部１５２を支持し、他端で指部１５４を支持している。そして、ジョイント部１５８は、図示せぬ駆動機構を備えており、一対の指部１５２、１５４を近接離間させるようになっている。さらに、アーム部１６０は、図示せぬ駆動機構を備えており、一対の指部１５２、１５４、及びジョイント部１５８を、移動させるようになっている。
The
また、検知部材６０は、検知部材６０の接触部材４２と指部１５２が奥行方向で離間するように、指部１５４に取り付けられている。
Further, the
そして、ペットボトルである把持対象物２００をフロアーＦ（図１２参照）に載せた状態で、図１０、図１１に示されるように、一対の指部１５２、１５４を近接させることで、ロボットハンド１５０は、把持対象物２００を把持するようになっている。また、ロボットハンド１５０が把持対象物２００を把持すると、奥行方向（Ｚ軸方向）の力が検知部材６０に負荷され、検知部材６０は、圧力検知部材５４を用いて把持対象物２００に負荷された力を検出するようになっている。
Then, with the
さらに、ロボットハンド１５０が把持対象物２００を持ち上げようとすると、上下方向（Ｘ軸方向）又は幅方向（Ｙ軸方向）の力（ずりの力）が、検知部材６０に負荷され、検知部材６０は、ずり力検知部材３２を用いて把持対象物２００に負荷された力を検出するようになっている。
Further, when the
ここで、ロボットハンド１５０による把持対象物２００の把持が不完全であると、ロボットハンド１５０から把持対象物２００が滑り落ちる場合がある。このような場合には、検知部材６０によって検出される上下方向、又は幅方向の力が、時間の経過に対して断続的に変動する。換言すれば、ずり力（ずり応力）が、時間の経過に対して断続的に変動する。検知部材６０は、ずり力検知部材３２を用いてこのずり力の断続的な変動を、連続的に検出するようになっている。
Here, if the
このように、圧力検知部材５４による検出（計測）と、ずり力検知部材３２による検出（計測）とをほぼ同時に行うことで、ロボットハンド１５０が把持対象物２００を把持できているか否かを、ロボットハンド１５０自身が判断することができるようになっている。
In this way, by performing the detection (measurement) by the
＜検知部材の用途＞
次に、検知部材の用途について説明する。本実施形態の検知部材は、計測対象物（把持対象物２００）に負荷される力（圧力、衝撃）、及び計測対象物と検知部材と間の動摩擦によって生じる微小振動を同時に検出できる感圧センサとして利用することができる。
<Use of detection member>
Next, the use of the detection member will be described. The detection member of the present embodiment is a pressure-sensitive sensor that can simultaneously detect the force (pressure, impact) applied to the measurement object (grasping object 200) and the minute vibration generated by the dynamic friction between the measurement object and the detection member. Can be used as.
例えば、前述したロボットハンド１５０によって把持対象物２００を把持し、持ち上げ、別の場所に移動させる場合に、検知部材は、把持対象物２００の把持状態を検出するセンサとして利用することができる。
For example, when the
また、本実施形態の検知部材は、クッション材と組み合わせて、ロボットなどの衝突検知センサが付いたバンパーとして利用することができる。さらに、ベッドの内部、又は自動車等の座席の内部に本実施形態の検知部材を設置することで、検知部材は、人体の体重移動と呼吸との生体反応を同時に検出するセンサとして利用することができる。 Further, the detection member of the present embodiment can be used as a bumper with a collision detection sensor such as a robot in combination with the cushion material. Further, by installing the detection member of the present embodiment inside the bed or the inside of the seat of a car or the like, the detection member can be used as a sensor for simultaneously detecting the biological reaction between the weight shift of the human body and respiration. can.
＜実施例＞
次に、本実施形態に係る実施例について説明する。なお、本実施形態の実施例は、以下に記載する実施例に限定されるものではない。また、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。
<Example>
Next, an example according to this embodiment will be described. The examples of this embodiment are not limited to the examples described below. In addition, "part" and "%" are based on mass unless otherwise specified. In addition, specific numerical values such as the compounding ratio (content ratio), physical property values, parameters, etc. used in the following description are the compounding ratios corresponding to them described in the above-mentioned "form for carrying out the invention" (forms for carrying out the invention). Substitute the upper limit value (value defined as "less than or equal to" or "less than") or the lower limit value (value defined as "greater than or equal to" or "excess") such as content ratio), physical property value, parameter, etc. be able to.
（圧力検知部材としての光弾性ポリウレタン樹脂の原料）
先ず、圧力検知部材としての光弾性ポリウレタン樹脂の原料について説明する。
Ａ．高分子量ポリオール
ＰＴＧ−１０００（ポリテトラメチレンエーテルグリコール、水酸基価１１１．５ｍｇＫＯＨ／ｇ、保土谷化学社製）
Ｂ．低分子量ポリオール
トリメチロールプロパン（純正化学試薬）
Ｃ．イソシアネート
（１）３，３’−ジメチルビフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ、日本曹達社製）
（２）４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ−ＰＨ、三井化学社製）
Ｄ．添加剤
酸化防止剤（ヒンダードフェノール系酸化防止剤）
(Raw material of photoelastic polyurethane resin as pressure detection member)
First, a raw material of a photoelastic polyurethane resin as a pressure detecting member will be described.
A. High molecular weight polyol PTG-1000 (polytetramethylene ether glycol, hydroxyl value 111.5 mgKOH / g, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.)
B. Low molecular weight polyol Trimethylolpropane (genuine chemical reagent)
C. Isocyanate (1) 3,3'-dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanate (TODI, manufactured by Nippon Soda)
(2) 4,4'-Diphenylmethane diisocyanate (MDI-PH, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.)
D. Additives Antioxidants (Hindered Phenolic Antioxidants)
（圧力検知部材としての光弾性ポリウレタン樹脂の作製）
次に、圧力検知部材としての光弾性ポリウレタン樹脂の作製について説明する。
(Manufacturing of photoelastic polyurethane resin as a pressure detection member)
Next, the production of a photoelastic polyurethane resin as a pressure detecting member will be described.
ガラス製フラスコに、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ−１０００）を１００質量部および酸化防止剤０．２質量部仕込み、減圧下、１２０℃で２時間乾燥し、温度を８０℃に下げ、窒素で常圧に戻した。 A glass flask is charged with 100 parts by mass of polytetramethylene ether glycol (PTG-1000) and 0.2 parts by mass of an antioxidant, dried under reduced pressure at 120 ° C. for 2 hours, lowered to 80 ° C., and nitrogen. It was returned to normal pressure.
次に、撹拌しながら３，３’−ジメチルビフェニル−４，４’−ジイソシアネートを９．２質量部投入し、４時間反応させた。
次に、撹拌しながらトリメチロールプロパンを１質量部加え、温度を７０℃に調整した。
次に、消泡剤を数滴加え、７０℃で溶解した４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートを２０．３質量部投入し、撹拌混合した。
その後、減圧下で３０秒間脱泡し、窒素で常圧に戻した後、フラスコから取り出し、ポリウレタン組成物を得た。
Next, 9.2 parts by mass of 3,3'-dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanate was added while stirring, and the mixture was reacted for 4 hours.
Next, 1 part by mass of trimethylolpropane was added with stirring to adjust the temperature to 70 ° C.
Next, several drops of a defoaming agent were added, and 20.3 parts by mass of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate dissolved at 70 ° C. was added, and the mixture was stirred and mixed.
Then, it was defoamed under reduced pressure for 30 seconds, returned to normal pressure with nitrogen, and then taken out from the flask to obtain a polyurethane composition.
次に、得られたポリウレタン組成物を、成形型（３０ｃｍ×１０ｃｍ×３ｍｍ）に流し込み、５０℃で４８時間硬化させることにより、厚さ３ｍｍの光弾性ポリウレタン樹脂シートを得た。 Next, the obtained polyurethane composition was poured into a molding die (30 cm × 10 cm × 3 mm) and cured at 50 ° C. for 48 hours to obtain a photoelastic polyurethane resin sheet having a thickness of 3 mm.
これを縦３０ｍｍ、横１０ｍｍの長さに切断して圧力検知部材としての光弾性ポリウレタン樹脂を得た。この光弾性ポリウレタン樹脂のシート材の２５℃における光弾性定数及びヤング率を測定したところ、各々５０００×１０−１２Ｐａ−１、５．０ＭＰａであった。また動的粘弾性測定（振動数１０Ｈｚ）によりガラス転移温度を測定したところ、−３０℃であった。
This was cut into a length of 30 mm in length and 10 mm in width to obtain a photoelastic polyurethane resin as a pressure detecting member. The photoelastic constants and Young's modulus of the sheet material of this photoelastic polyurethane resin at 25 ° C. were measured and found to be 5000 × 10-12 Pa -1 and 5.0 MPa, respectively. The glass transition temperature was measured by dynamic viscoelasticity measurement (
（ずり力検知部材に用いられるリボン状圧電体（スリットリボン）の作製）
次に、ずり力検知部材に用いられるリボン状圧電体（スリットリボン）の作製について説明する。
(Manufacturing of ribbon-shaped piezoelectric body (slit ribbon) used for shear force detection member)
Next, the production of a ribbon-shaped piezoelectric body (slit ribbon) used for the shear force detecting member will be described.
ヘリカルキラル高分子（有機圧電材料の一例）としてのＮａｔｕｒｅＷｏｒｋｓ ＬＬＣ社製ポリ乳酸（品名：ＩｎｇｅｏＴＭ ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ、銘柄：４０３２Ｄ）１００質量部に対して、安定化剤〔ラインケミー社製Ｓｔａｂａｘｏｌ Ｐ４００（１０質量部）、ラインケミー社製Ｓｔａｂａｘｏｌ Ｉ（７０質量部）、及び日清紡ケミカル社製カルボジライトＬＡ−１（２０質量部）の混合物〕１．０質量部を添加し、ドライブレンドして原料を作製した。 Stabilizer [Stabaxol P400 (10 parts by mass) manufactured by Rheinchemy) with respect to 100 parts by mass of polylactic acid (product name: IngeoTM biopolymer, brand: 4032D) manufactured by NatureWorks LLC as a helical chiral polymer (an example of an organic piezoelectric material). , Stabaxol I (70 parts by mass) manufactured by Rheinchemy Co., Ltd., and Carbodilite LA-1 (20 parts by mass) manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd.] 1.0 part by mass was added and dry blended to prepare a raw material.
作製した原料を押出成形機ホッパーに入れて、２１０℃に加熱しながらＴダイから押し出し、５０℃のキャストロールに０．３分間接触させて、厚さ１５０μｍの予備結晶化シートを製膜した（予備結晶化工程）。前記予備結晶化シートの結晶化度を測定したところ６％であった。 The prepared raw material was placed in an extruder hopper, extruded from a T die while being heated to 210 ° C., and contacted with a cast roll at 50 ° C. for 0.3 minutes to form a film of a precrystallized sheet having a thickness of 150 μm ( Preliminary crystallization step). The crystallinity of the pre-crystallization sheet was measured and found to be 6%.
得られた予備結晶化シートを７０℃に加熱しながらロールツーロールで、延伸速度１０ｍ／分で延伸を開始し、３．５倍までＭＤ方向に一軸延伸した（延伸工程）。得られたフィルムの厚さは４９．２μｍであった。 The obtained pre-crystallized sheet was started to be stretched at a stretching speed of 10 m / min by roll-to-roll while heating at 70 ° C., and uniaxially stretched in the MD direction up to 3.5 times (stretching step). The thickness of the obtained film was 49.2 μm.
その後、前記一軸延伸フィルムを、ロールツーロールで、１４５℃に加熱したロール上に１５秒間接触させアニール処理し、その後急冷を行って、圧電フィルムを作製した（アニール処理工程）。 Then, the uniaxially stretched film was brought into contact with a roll heated to 145 ° C. for 15 seconds by roll-to-roll and annealed, and then rapidly cooled to prepare a piezoelectric film (annealing step).
その後、さらに圧電フィルムをスリット加工機を用いて、スリットする方向と圧電フィルムの延伸方向とが略平行となるように幅０．６ｍｍでスリットした。これにより、リボン状圧電体として、幅０．６ｍｍ、厚さ４９．２μｍのスリットリボンを得て、これをリボン状圧電体とした。なお、得られたスリットリボンの断面形状は矩形であった。 After that, the piezoelectric film was further slit by a slitting machine with a width of 0.6 mm so that the slitting direction and the stretching direction of the piezoelectric film were substantially parallel to each other. As a result, a slit ribbon having a width of 0.6 mm and a thickness of 49.2 μm was obtained as a ribbon-shaped piezoelectric body, and this was used as a ribbon-shaped piezoelectric body. The cross-sectional shape of the obtained slit ribbon was rectangular.
（ずり力検知部材としての圧電ラインの作製）
次に、ずり力検知部材としての圧電ラインの作製について説明する。
先ず、内部導体（信号線導体）として、明清産業社製の錦糸線Ｕ２４−０１−００（線径０．２６ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）を準備した。
(Manufacturing a piezoelectric line as a shear force detection member)
Next, the production of the piezoelectric line as the shear force detecting member will be described.
First, as an internal conductor (signal wire conductor), Kinshi wire U24-01-00 (wire diameter 0.26 mm, length 250 mm) manufactured by Meisei Sangyo Co., Ltd. was prepared.
次に、前述した幅０．６ｍｍ、厚さ４９．２μｍのリボン状圧電体（スリットリボン）を錦糸線の周りに左巻きに、錦糸線の長軸方向に対して４５°の方向を向くように（螺旋角度４５°）、錦糸線が露出して見えないよう隙間なく、螺旋状に巻回し、錦糸線を包んだ。なお、「左巻き」とは、錦糸線（内部導体）の軸方向の一端から見たときに、錦糸線の手前側から奥側に向かってリボン状圧電体が左巻きで巻回していることをいう。 Next, the above-mentioned ribbon-shaped piezoelectric body (slit ribbon) having a width of 0.6 mm and a thickness of 49.2 μm is wound left around the brocade wire so as to face the direction of 45 ° with respect to the long axis direction of the brocade wire. (Spiral angle 45 °), the ribbon was wound in a spiral shape without any gap so that the ribbon could not be seen, and the ribbon was wrapped. "Left-handed" means that the ribbon-shaped piezoelectric material is wound left-handed from the front side to the back side of the brocade wire when viewed from one end in the axial direction of the brocade wire (internal conductor). ..
次に、幅０．６ｍｍにスリットカットした接着剤付の銅箔リボンを準備した。この銅箔リボンを、前述したリボン状圧電体と同様の方法により、リボン状圧電体の周りに、リボン状圧電体が露出しないよう隙間なく巻回し、リボン状圧電体を包んだ。
以上のようにして、圧電ライン（ずり力検知部材の一例）を作製した。
Next, a copper foil ribbon with an adhesive slit-cut to a width of 0.6 mm was prepared. This copper foil ribbon was wound around the ribbon-shaped piezoelectric body without a gap so as not to expose the ribbon-shaped piezoelectric body by the same method as the above-mentioned ribbon-shaped piezoelectric body, and the ribbon-shaped piezoelectric body was wrapped.
As described above, a piezoelectric line (an example of a shear force detecting member) was manufactured.
（検知部材の作製）
次に、図８（Ａ）（Ｂ）に示す検知部材と同様の構成の検知部材の作製について説明する。
先ず、ケース１００に、発光部材１８としての赤外線レーザ、第一偏光部材２４、第二偏光部材２６、及び受光部材２０としてのフォトダイオードを配置した（取り付けた）。
(Manufacturing of detection member)
Next, the production of a detection member having the same configuration as the detection member shown in FIGS. 8A and 8B will be described.
First, an infrared laser as a
さらに、前述した方法で作製されたずり力検知部材３２としての圧電ラインをケース１００の底部に、厚さ１ｍｍに塗布した弾性接着剤（セメダインスーパーＸ（登録商標（セメダイン株式会社製）））を用いて固定した。なお、弾性接着剤は、緩衝部材５６である。
Further, an elastic adhesive (Cemedine Super X (registered trademark (manufactured by Cemedine Co., Ltd.))) in which a piezoelectric line as a shear
また、前述した方法で作製された圧力検知部材としての３０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍの光弾性ポリウレタン樹脂のシート材（以下「光弾性シート」）を、十分に固化した弾性接着剤の上に載せた。 Further, a sheet material of a photoelastic polyurethane resin having a size of 30 mm × 10 mm × 3 mm (hereinafter referred to as “photoelastic sheet”) as a pressure detecting member produced by the above-mentioned method was placed on a sufficiently solidified elastic adhesive.
発光部材１８としての赤色レーザに電源ケーブル（配線）を繋ぎ、電源（ＤＣ３Ｖ）から電力を印加した。さらに、受光部材２０としてのフォトダイオードに信号ケーブル（配線）を繋ぎ、オペアンプを用いた一般的な検出回路に、この信号ケーブルを繋いだ。また、オペアンプを用いた一般的な増幅回路に、ずり力検知部材３２としての圧電ラインを繋いだ。
A power cable (wiring) was connected to the red laser as the
次に、図８（Ａ）（Ｂ）に示す金属製の接触部材４２を設置した。このようにして、検知部材を作製した。
Next, the
（評価１）
次に、製作された検知部材を用いて評価を行った。接触部材４２が上方になるように机上に検知部材を載せ、上方から下方へ力を負荷した。負荷した力（Ｎ）と、受光部材から検出された電圧（Ｖ）との関係については、図９のグラフに示す。力を強くすると、検出される電圧が増加することが分かる。具体的には、グラフの横軸が、圧力検知部材５４に負荷された力であって、グラフの縦軸が、フォトダイオードに検出された電圧である。なお、グラフの縦軸の電圧の値は測定に用いた検出回路の構成により異なるため、後述する図１３、図１４のグラフの縦軸の出力とは、絶対値で直接比較することはできない。
(Evaluation 1)
Next, an evaluation was performed using the manufactured detection member. The detection member was placed on the desk so that the
（評価２）
次に、作製された検知部材を備えたロボットハンド１５０（図１０参照）を用いて評価を行った。
図１０、図１１に示すように、ロボットハンド１５０は、把持対象物２００を把持した。把持対象物２００として、液体が入った内容積４５０ｍＬのＰＥＴボトル（４００ｇ）を用いた。検知部材からの出力を制御部（マイクロコントローラ）に入力し、図１５、図１６に示すフロー図のステップＳ３００、Ｓ５００、Ｓ７００で制御部による判断が実施され、その判定結果に基づいて制御部からロボットハンド１５０のコントローラ（駆動系）へ命令の信号を送信する。
(Evaluation 2)
Next, the evaluation was performed using the robot hand 150 (see FIG. 10) equipped with the manufactured detection member.
As shown in FIGS. 10 and 11, the
−動作の一例−
以下、図１５、図１６に示すフロー図を用いて、ロボットハンド１５０を用いて実行される検知方法の一例を説明する。先ず、初期状態（把持回数が０回）では、図１０に示されるように、ロボットハンド１５０の指部１５２及び検知部材６０と、把持対象物２００とは奥行方向で離間している。この状態で、指部１５２と検知部材６０との距離（図１０のＬ１０）は、１００ｍｍとされている。また、把持対象物２００は、フロアーＦに載せられている（図１２参照）。
-An example of operation-
Hereinafter, an example of the detection method executed by using the
動作が開始されると、発光部材１８としての赤色レーザによって光が出射される。そして、図１５に示すフロー図のステップＳ１００で、制御部は、一対の指部１５２、１５４を移動させ、ロボットハンド１５０に把持対象物２００を把持させる（図１２（Ａ）（Ｂ）参照）。具体的には、制御部は、一対の指部１５２、１５４の間隔が予め決められた規定間隔になるまで、一対の指部１５２、１５４を移動させる。一対の指部１５２、１５４の間隔が規定間隔になると、ステップＳ２００へ移行する。
When the operation is started, light is emitted by the red laser as the
ステップＳ２００では、制御部は、一対の指部１５２、１５４を１秒間停止させる。指部１５２、１５４が１秒経停止すると、ステップＳ３００へ移行する。
In step S200, the control unit stops the pair of
ステップＳ３００では、制御部は、受光部材２０としてのフォトダイオードによって検出された電圧を取得する。さらに、制御部は、取得した電圧が、閾値（本実施例は、０．５Ｖ）以上か否かを判断する。閾値以上の場合は、ステップＳ４００へ移行し、閾値未満の場合は、ステップＳ４１０に移行する。
In step S300, the control unit acquires the voltage detected by the photodiode as the
換言すれば、ロボットハンド１５０による把持対象物２００の把持が十分であると、制御部が判断すると、ステップＳ４００へ移行し、ロボットハンド１５０による把持対象物２００の把持が不十分であると、制御部が判断すると、ステップＳ４１０へ移行する。
In other words, if the control unit determines that the
ステップＳ４００では、制御部は、ロボットハンド１５０を上方へ移動させる（図１２（Ｂ）（Ｃ）参照）。ロボットハンド１５０の上方への移動が開始すると、ステップＳ５００へ移行する。
In step S400, the control unit moves the
ステップＳ５００では、制御部は、ロボットハンド１５０を上方へ移動させている最中に、ずり力検知部材３２としての圧電ラインによって出力された電圧を取得する。さらに、制御部は、取得した電圧が、閾値（本実施例では、中央値である２．１５Ｖから±０．７５Ｖの範囲）以内か、閾値より大きいか、又は閾値より小さいかを判断する。なお、圧電ラインは正負両方向の出力があるが、制御部（マイクロコントローラ）が０Ｖ未満のデータを扱えないことがある。この場合には、これを考慮して、制御部が、取得した電圧が、閾値以内か、閾値より大きいか、又は閾値より小さいかを判断する。閾値以内の場合は、ステップＳ６００へ移行し、閾値より大きいか、又は閾値より小さい場合は、ステップＳ６１０へ移行する。
In step S500, the control unit acquires the voltage output by the piezoelectric line as the shear
具体的には、ロボットハンド１５０による把持対象物２００の把持状態が不十分な場合は、ロボットハンド１５０が上方へ移動している間に把持対象物２００がロボットハンド１５０からずり落ちる。把持対象物２００がロボットハンド１５０からずり落ちると、検知部材６０に負荷されるずりの力が断続的に変動する。そして、ずり力検知部材３２としての圧電ラインが、この断続的に変動する電圧を取得する。この変動の振幅が閾値を超えた場合に、制御部が、把持対象物２００がロボットハンド１５０からずり落ちと判断して、後述するステップＳ６１０で、制御部は、ロボットハンド１５０を下方へ移動させて把持対象物２００をフロアーＦに載せる。
Specifically, when the
図１３には、この一連の動作におけるずり力検知部材の出力（図中実線）の経時変化と、圧力検知部材の出力（図中点線）の経時変化とがグラフで示されている。このグラフの縦軸が、出力された電圧〔Ｖ〕であり、横軸が経過した時間〔Ｓ〕である。 FIG. 13 is a graph showing the time-dependent change of the output of the shear force detecting member (solid line in the figure) and the time-dependent change of the output of the pressure detecting member (dotted line in the figure) in this series of operations. The vertical axis of this graph is the output voltage [V], and the horizontal axis is the elapsed time [S].
ロボットハンド１５０によって把持されている把持対象物２００が滑っていないと、制御部が判断すると、ステップＳ６００へ移行する。一方、ロボットハンド１５０によって把持されている把持対象物２００が滑っていると（ずり落ちていると）、制御部が判断すると、ステップＳ６１０へ移行する。
If the control unit determines that the
ステップＳ６００では、制御部は、ロボットハンド１５０の上方への移動を維持し、ロボットハンド１５０が規定の高さ（本実施例では、２００ｍｍ）まで移動すると、ロボットハンド１５０を停止させる。ロボットハンド１５０が停止するとステップＳ７００へ移行する。
In step S600, the control unit keeps the
ステップＳ７００では、制御部は、受光部材２０としてのフォトダイオードによって検出された電圧を取得する。さらに、制御部は、取得した電圧が、閾値（本実施例では、０．５Ｖ）以上か否かを判断する。閾値以上の場合は、ステップＳ８００へ移行し、閾値未満の場合は、ステップＳ６１０に移行する。
In step S700, the control unit acquires the voltage detected by the photodiode as the
換言すれば、ロボットハンド１５０による把持対象物２００の把持が十分であると、制御部が判断すると、ステップＳ８００へ移行し、ロボットハンド１５０による把持対象物２００の把持が不十分であると、制御部が判断すると、ステップＳ６１０へ移行する。
In other words, if the control unit determines that the
ステップＳ８００では、制御部は、ロボットハンド１５０を規定の距離だけ、水平方向に移動させ、その後、ロボットハンド１５０を下方へ移動させて把持対象物２００をフロアーＦの目的の位置に載せる。これにより、一連の動作を終了する。
In step S800, the control unit moves the
図１４には、この一連の動作におけるずり力検知部材の出力（図中実線）の経時変化と、圧力検知部材の出力（図中点線）の経時変化とがグラフで示されている。このグラフの縦軸が、出力された電圧〔Ｖ〕であり、横軸が経過した時間〔Ｓ〕である。 FIG. 14 is a graph showing the time-dependent change of the output of the shear force detecting member (solid line in the figure) and the time-dependent change of the output of the pressure detecting member (dotted line in the figure) in this series of operations. The vertical axis of this graph is the output voltage [V], and the horizontal axis is the elapsed time [S].
これに対して、ステップＳ３００で取得した電圧が閾値未満の場合は、ステップＳ４１０に移行する。ステップＳ４１０では、制御部は、一対の指部１５２、１５４の間の距離が狭くなるように、一対の指部１５２、１５４をさらに移動させる。具体的には、制御部は、一対の指部１５２、１５４の間隔（距離）を規定量（本実施例では、１ｍｍ）だけ狭くさせる。つまり、制御部は、ロボットハンド１５０によって把持対象物２００を強く把持させる。ロボットハンド１５０が把持対象物２００を強く把持するとステップＳ２００へ移行して前述した工程を繰り返す。
On the other hand, if the voltage acquired in step S300 is less than the threshold value, the process proceeds to step S410. In step S410, the control unit further moves the pair of
また、ステップＳ５００で取得した電圧が閾値より大きいか、又は閾値より小さい場合は、及びステップＳ７００で取得した電圧が閾値未満の場合は、ステップＳ６１０に移行する。ステップＳ６１０では、制御部は、ロボットハンド１５０を水平方向に移動させることなく、ロボットハンド１５０を下方へ移動させて把持対象物２００をフロアーＦに載せる（図１２（Ｄ）（Ｅ）参照）。さらに、一対の指部１５２、１５４の間隔（距離）を初状態に復帰させる（図１２（Ｅ）（Ｆ）参照）。換言すれば、制御部は、一対の指部１５２、１５４による把持対象物２００の把持状態を解除させる。一対の指部１５２、１５４の間隔（距離）が初状態に復帰すると、ステップＳ７１０へ移行する。
If the voltage acquired in step S500 is larger than or smaller than the threshold value, or if the voltage acquired in step S700 is less than the threshold value, the process proceeds to step S610. In step S610, the control unit moves the
ステップＳ７１０では、制御部は、一対の指部１５２、１５４を移動させ、ロボットハンド１５０に把持対象物２００を把持させる。具体的には、制御部は、直前に把持対象物２００を把持していた状態における一対の指部１５２、１５４の間隔（距離）に対して、この間隔を規定量（本実施例では、１ｍｍ）だけ狭くして、ロボットハンド１５０に把持対象物２００を把持させる。このようにして、ロボットハンド１５０に把持対象物２００を強く把持させる。ロボットハンド１５０が把持対象物２００を強く把持するとステップＳ２００へ移行して前述した工程を繰り返す。そして、ステップＳ８００で把持対象物２００をフロアーＦの目的の位置に載せて、一連の動作を終了する。
In step S710, the control unit moves the pair of
（まとめ）
以上説明したように、検知部材６０においては、板状の圧力検知部材の板面に対して垂直方向の力と、板状の圧力検知部材の板面に沿った方向の力（ずり力）とを検知することができる。換言すれば、検知部材６０においては、板状の圧力検知部材に対して異なる２方向の力を検知することができる。
(summary)
As described above, in the
また、検知部材１０、４０においては、ずり力検知部材３２は、圧力検知部材１４の内部に埋設されている。このため、ずり力検知部材が圧力検知部材の板面に取り付けられている場合と比して、圧力検知部材１４に生じたずり力を効果的に検知することができる。
Further, in the
また、検知部材５０、６０、７０、８０においては、ずり力検知部材３２は、圧力検知部材１４と接するように配置されている緩衝部材５６の内部に埋設されている。このため、板状の圧力検知部材１４の板厚が薄い場合であっても、緩衝部材５６を用いることでずり力検知部材３２を配置することができる。
Further, in the
また、第一偏光部材２４の偏光方向は、第二偏光部材２６の偏光方向に対して９０°の角度を成している。これにより、受光部材２０によって受光される光の強度を、圧力検知部材に負荷された力に応じて敏感に変化させることができる。
Further, the polarization direction of the first polarizing
また、ロボットハンド１５０においては、ロボットハンド１５０を用いることで、把持対象物２００を把持して目的の位置まで移動させることができる。
Further, in the
また、把持状態の検知方法においては、ロボットハンド１５０を用いて把持対象物２００を挟み込む力と、把持対象物２００とロボットハンド１５０との間で生じるずり力とを検知することができる。
Further, in the method of detecting the gripping state, it is possible to detect the force of sandwiching the
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、ロボットハンド１５０に検知部材６０を取り付けたが、検知部材１０、４０、５０、７０、８０を取り付けてもよい。
Although the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments, the present invention is not limited to such embodiments, and various other embodiments can be taken within the scope of the present invention. That is clear to those skilled in the art. For example, in the above embodiment, the
１０ 検知部材
１４ 圧力検知部材
１８ 発光部材
２０ 受光部材
２４ 第一偏光部材（他の偏光部材の一例）
２６ 第二偏光部材（偏光部材の一例）
３２ ずり力検知部材
４０ 検知部材
５０ 検知部材
５４ 圧力検知部材
５６ 緩衝部材
６０ 検知部材
７０ 検知部材
７４ 偏光部材
８０ 検知部材
１５０ ロボットハンド
１５２ 指部
１５４ 指部
２００ 把持対象物
10
26 Second polarizing member (example of polarizing member)
32 Slip
Claims (9)
前記圧力検知部材の端面に対向して配置され、前記圧力検知部材に向けて光を出射する発光部材と、
前記発光部材によって出射されて前記圧力検知部材を通過した光を受光する受光部材と、
前記圧力検知部材と前記受光部材の間で、前記圧力検知部材を通過した光の光路上に配置された偏光部材と、
前記圧力検知部材の板面に沿って配置され、前記圧力検知部材に作用したずり力に応じた検出信号を出力するずり力検知部材と、
を備えている検知部材。 A pressure detection member formed in a plate shape using photoelastic polyurethane resin,
A light emitting member that is arranged to face the end face of the pressure detecting member and emits light toward the pressure detecting member.
A light receiving member that receives light emitted by the light emitting member and passed through the pressure detecting member.
A polarizing member arranged on an optical path of light passing through the pressure detecting member between the pressure detecting member and the light receiving member, and a polarizing member.
A shear force detecting member arranged along the plate surface of the pressure detecting member and outputting a detection signal corresponding to the shearing force acting on the pressure detecting member.
A detection member equipped with.
前記ずり力検知部材は、前記緩衝部材の内部に埋設されている請求項１に記載の検知部材。 A cushioning member that comes into contact with the plate surface of the pressure detecting member and is formed of an elastic material is provided.
The detection member according to claim 1, wherein the shear force detecting member is embedded inside the cushioning member.
前記把持対象物と接触するように一方の前記指部に取り付けられた請求項１〜７の何れか１項に記載の検知部材と、
を備えているロボットハンド。 A pair of fingers that sandwich and grip the object to be gripped from both sides,
The detection member according to any one of claims 1 to 7, which is attached to one of the fingers so as to come into contact with the gripping object.
A robot hand equipped with.
前記受光部材によって検出された検出値に基づいて、前記把持対象物を挟み込む力を検知し、かつ、前記ずり力検知部材によって検出された検出値に基づいて、前記把持対象物と前記ロボットハンドとの間で生じるずり力を検知する検知方法。 A detection method for detecting a gripping state when the gripping object is gripped and the gripping object is lifted by using the robot hand according to claim 8.
Based on the detection value detected by the light receiving member, the force for pinching the gripping object is detected, and based on the detection value detected by the shear force detecting member, the gripping object and the robot hand A detection method that detects the sliding force generated between the two.
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