JPH03247662A - 感圧抵抗変化型導電性組成物 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、印刷、コーティング等に適用することができ
る感圧抵抗変化型導電性組成物に関し、さらに詳しくは
、感圧性、すなわち加圧力と抵抗値との関係を任意に制
御できる感圧抵抗変化型導電性組成物に関する。

〈従来の技術〉 従来から、感圧抵抗変化特性を有する材料は知られてい
る。

例えば、米国特許第２，０４４，０８０号明細書には、
粒状の炭素（Ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ　）
の如き導電材料を電極の間にはさみ込んだ材料を圧迫す
ると、その材料の抵抗値が低下するという発見が開示さ
れている。

これと同様の例は米国特許第３，８０６゜４７１号明細
書にも開示されており、ここには、各種の半導体物質を
使用すること、粉粒状物質がバインダーでまとめられる
こと、ヒステリシス現象を小さくする為および摩耗を防
ぐ為に球状または粒状物質を使用する事などが述べられ
ている。

更に、米国特許第３，７１０，０５０号明細書には、導
電性粉体に２０〜５０％のゴム粉末を加えて、粉体の感
圧導電性を引き出した発明が開示されている。

これらの例では、かかる粉末状の材料がゴム等の分散媒
を用いずにそのままの状態で使用されるため、粉末の脱
落が生じることがあり、従って、感圧導電性材料は特別
な容器に収容されなければならない等の欠点がある。　
なお、前述の米国特許第３，８０６，４７１号明細書の
発明では、粉粒状物がバインダーでまとめられる工夫が
なされているが、この発明によっても、材料の可撓性は
不十分である。

特開昭５６−１０８２７９号明細書には、このバインダ
ーの厚さを２５．４μｍ以下にする発明が開示されてい
る。　また、粉体を発泡体のセルの空間にとじこめる発
明が、米国特許第２．３０５，７１７号明細書に開示さ
れている。　　しかし、これらの発明によっても、粉体
の脱落は完全に防止できない。

粉体脱落の問題は、例えば米国特許 第３，６２９，７７４号明細書に記載のように、発泡体
のセルの面を導電粉体を含有する塗膜でおおうことによ
り解消する。　しかし、この技術で得られる感圧導電体
の抵抗値の変化範囲は小さなものである。　すなわち、
解放時の抵抗値自体が十分には高くはなく、加圧時の抵
抗値に対する解放時の抵抗値の比も小さいため、例えば
スイッチ素子としては好ましいものではない。

また、シリコーンゴム等の弾性材料に特殊な導電性粉体
を配合して感圧導電性を付与した感圧導電性弾性体組成
物が特公昭５６−９１３７号明細書等に開示されている
。　　しかし、これらの弾性体組成物に印刷性、塗装性
、コーテイング性等の特性を付与する事はきわめて困難
であり、そのために、これらの弾性体組成物を使用して
、スイッチ素子や電子部品等の精密化、薄膜化、軽量化
等を達成するのは困難である。

従って、すぐれた感圧性と印刷性、塗装性、コーテイン
グ性等の特性を兼備した感圧抵抗変化型導電性材料の出
現が望まれている。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、上記の従来技術に鑑みてなされたものであり
、その第一の目的は、加圧圧縮時に、加圧圧縮されてい
ない場合に比較して大幅な電気抵抗の低下を示し、加圧
力の増大によりその抵抗が滑らかに減少し、かつ所望の
感圧性を有する感圧導電体をあたえる組成物を提供する
ことにある。

また、本発明の第二の目的は、印刷、塗装、コーティン
グ等に通用することができる感圧抵抗変化型導電性組成
物を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、有機高分子材料、導電性材料、該導電性材料
の１／１００以下の電気伝導度を有する半導体材料およ
び絶縁性材料、および有機溶媒を含有し、ＥＨＤ型粘度
計で測定（温度２５℃、！５ｒｐｍ、３０秒後）した粘
度が１〜５０００ボイズであることを特徴とする感圧抵
抗変化型導電性組成物を提供するものである。

前記導電性材料がグラファイトであり、前記絶縁性材料
が二酸化チタンであるのがよい。

以下に、本発明の詳細な説明する。

なお、本発明において印刷特性を有するとは、スクリー
ン印刷、グラビア印刷等の各種の厚膜印刷方法、吹き付
は等の各種の塗装方法、スプレーコート、スピンコード
、ロールコート、バーコード等の各種のコーティング方
法等の、各種の印刷的手法による成膜・積層が可能であ
ることを意味するものである。

本発明において使用されるバインダーとじての有機高分
子材料は、通常の感圧抵抗変化型導電性組成物に通用可
能で、得られる感圧抵抗変化型導電性組成物が印刷特性
を有するものであればいかなるものであってもよいが、
例えば、フェノール樹脂、エリア樹脂、メラミン樹脂、
フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
ケイ素樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂、塩化
ビニル・酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル樹脂、塩化ビ
ニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、スチロ
ール樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂、ニトロセ
ルロース、アセチルセルロース、エチルセルロース等の
繊維素８導体、塩化ゴム、塩酸ゴム、シリコーンゴム等
のゴム誂導体等、さらには上記の各ゴム質弾性体の各種
の変性体が好適に例示される。　これらのうちで、塩化
ビニル・酢酸ビニル共重合体ならびにその変性体の使用
が特に好ましい。

本発明において使用される導電性材料は、通常、感圧抵
抗変化型導電性組成物に適用される導電性を有する物質
なら如何・なるものでもよいが、例えば、カーボン、グ
ラファイト、銀、ニッケル、銅、炭化チタンおよび表面
を導電性材料でコートしたマイカや繊維等があげられる
。　なかでも、グラファイトの使用が好ましく、鱗片状
のグラファイトてそのサイズが３〜８μｍ程度のものの
使用が特に好ましい。

なお、グラファイトの電気伝導度は異方性があり、１０
３〜１０°Ｓ−ｃｍ−’の範囲にある。

本発明において使用される半導体材料および絶縁性材料
は、前記導電性材料の１７１００以下の電気伝導度を有
する物質なら如何なる物質でもよいが、三二酸化クロム
、二酸化チタン、窒化硼素、二硫化モリブデン、酸化マ
グネシウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、ア
ルミナ、亜鉛華、クレーおよびタルク等の無機物と、有
機溶媒に溶解しない有機質粉体である、ベンゾグアナミ
ン系樹脂粉末（例えば日本触媒化学社製エポスター）、
ナイロン樹脂球状体、シリコーン樹脂粉末（例えば東し
シリコーン社製トスパール）、ゴム粉、ポリエチレン粉
末等が好適に例示される。

半導体材料および絶縁性材料として、前記導電性材料の
１／１００以下の電気伝導度を有するものを用いるのは
、その電気伝導度が導電性材料の電気伝導度の１７１０
０を超えると感圧性が発現しないからである。

導電性材料と、導電性材料の１７１００以下の電気伝導
度を有する半導体材料および絶縁性材料の具体的な組合
せとしては、例えばグラファイト（電気伝導度１０３〜
１０゜Ｓ−ｃｍ−Ｊと三二酸化クロム（電気伝導度１０
−”　Ｓ　−ｃｍ−’以下）、グラファイトと二酸化チ
タン（電気伝導度１０−５〜ｉｏ−”ｓ・ｃｍ−’）、
グラファイトと窒化硼素（電気伝導度１０−”　Ｓ−ｃ
ｍ−’）　、グラファイトと二硫化モリブデン（電気伝
導度１０−３〜１ｏ−ｌｏ−１０Ｓ−’）、グラファイ
トと酸化マグネシウム（電気伝導度１０−”　Ｓ−ａｍ
−’）　　グラファイトと炭酸カルシウム（Ｎ気化導度
１０−１３　Ｓ−ｃｍ−’）　　グラファイトと水酸化
アルミニウム（電気伝導度１０−”ＳＣｍ−’）、グラ
ファイトとアルミナ（電気伝導度１０−”　　Ｓ−ｃｍ
−’）、グラファイトと亜鉛華（電気伝導度１０−１０
〜１０−１０−１５Ｓ’）、グラファイトとクレー（電
気伝導度１０””’　Ｓ　−ｃｍ−’）およびグラファ
イトとタルク（電気伝導度１０−”　Ｓ−ｃｍ−’）等
かあげられる。

さらに銀（電気伝導度６．３Ｘ１０５ＳＣｍ−’）と上
記半導体材料および絶縁材料、ニッケル（電気伝導度１
．４Ｘ１０５　Ｓａｍ−’）と上記半導体材料および絶
縁材料、銅（電気伝導度６．Ｏｘ　１０５Ｓ　−ｃｍ−
’）と上記半導体材料および絶縁材料、アルミニウム（
電気伝導度３．８Ｘ　１０５Ｓ−ｃｍ−’）と上記半導
体材料および絶縁材料、導電性材料で表面を被覆したマ
イカ（電気伝導度３Ｘ１０’Ｓ−ｅｍ−’）と上記半導
体および絶縁材料、導電性材料であるセラミックウィス
カー（電気伝導度１０−’〜１０−２Ｓ　−ｃ　ｍ−’
）と上記半導体および絶縁材料等があげられる。

本発明において、有機高分子材料、導電性材料、および
半導体材料および絶縁性材料の配合割合は、特に限定さ
れず、これら三者の配合によって得られる組成物が感圧
抵抗変化を示す範囲内であれば自由に定め得る。

本発明の感圧抵抗変化型導電性組成物は、さらに、上述
した各材料を溶解、分散させるための有機溶媒をも含有
する。

有機溶媒は、本発明の組成物に印刷特性を付与すると共
に、本発明の組成物を成膜化させて得る感圧導電体の感
圧性を、所望の任意のものとするために有用である。

本発明において使用される有機溶媒としては、例えば、
工業用ガソリン、灯油等の脂肪族炭化水素、低沸点芳香
族石油ナフサ、中沸点芳香族石油ナフサ等の芳香族石油
ナフサ、ペンゾール、ドルオール、キジロール、ツルヘ
ントナフサ等の芳香族炭化水素、テレピン油、ジペンテ
ン、パインオイル等のテルペン族炭化水素、メチレンク
ロライド、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、
オルトジクロロベンゼン等の塩化炭化水素、２−ニトロ
プロパン等のニトロ化炭化水素、メタノール、エタノー
ル、イソプロパツール、インブタノール等の脂肪族アル
コール、エチレングリコール千ツメチルエーテル、エチ
レングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコー
ルモノブチルエーテル、ジエチレングリコール千ツメチ
ルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル
、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレ
ングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコー
ルモノブチルエーテル、１−ブトキシエトキシプロパノ
ール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジ
プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレン
グリコール−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコ
ールイソプロビルエーテル等のエーテルアルコール、ジ
オキサン等のエーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸
イソプロピル、プロピレングリコール酢酸モノエステル
、プロピレングリコール酢酸ジエステル、１−メトキシ
−２−プロパツールアセテート等の酢酸エステル、プロ
ピレンカーボネート等の環状エステル、酢酸エチレング
リコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコール
モノエチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノブチ
ルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエー
テル等のエーテルエステル、さらには、上記の各種の有
機溶媒の混合物等を好適に例示することができる。など
を例示することができる。

本発明では、印刷、塗装、コーティング等の方法と、有
機高分子材料（バインダー）および溶媒の揮発速度を考
慮した上で使用可能な溶媒であれは、如何なる有機溶媒
を用いてもよいが、特に好ましいのは酢酸エチレングリ
コールモノブチルエーテルである。

有機溶媒の配合量は、本発明の感圧抵抗変化型導電性組
成物の粘度をＥＨＤ型粘度計で測定（温度２５℃、５ｒ
ｐｍ、３０秒後）した結果が１〜５０００ポイズとなる
範囲内である。

従って、有機高分子材料、導電性材料、半導体材料およ
び絶縁性材料として各々どのような化合物を用いるが、
また、その配合割合をいかようにするかにより、有機溶
媒の配合量は大きく変わる。

なお、本発明の組成物のＥＨＤ型粘度計で測定（温度２
５℃、５ｒｐｍ、３０秒後）した粘度が１〜５０００ポ
イズでなければならないのは、１ボイズ未満では、組成
物の粘度が低すぎて実用に適さず、一方、５０００ボイ
ズ超であると、組成物の粘度が高すぎて実用に通さない
からである。

本発明の感圧抵抗変化型導電性組成物の製造方法は、特
に限定されないが、−例をあげると、有機高分子材料、
導電性材料、半導体材料および絶縁性材料を、有機溶媒
中に溶解、分散させればよい。

本発明の感圧抵抗変化型導電性組成物は、印刷特性を有
するので、印刷、塗装、コーティング等の印刷的な手法
によって処理することにより、感圧導電体の作製が可能
である。

なお、各種の感圧導電体において、抵抗値の対数を縦軸
に、加圧力の対数を横軸にしてその関係をグラフにした
際の直線の傾きを”勾配”といい（第１図参照）、通常
の感圧導電体においては、この勾配の絶対値が大きいほ
ど良好な感圧性を有するものとなる。　そして、本発明
の組成物で感圧導電体を作製すると、この勾配を任意に
調整でき、また、勾配の絶対値を大きくすることも可能
であり、従って、感圧性に優れたものとすることができ
る。

〈実施例〉 以下に、実施例により、本発明を具体的に説明する。

（実施例） 第１表に示す配合組成の感圧抵抗変化型導電性組成物を
調製し、ＥＨＤ型粘度計でその粘度を測定した。　尚、
粘度測定条件は、温度２５℃、５ｒｐｍ、３０秒後であ
る。

次に、これらの組成物を厚さ１８８μｍのポリエステル
フィルム上に印刷した後、溶媒である酢酸エチレングリ
コールモノブチルエーテルを除去する為に加熱乾燥処理
を行ない、ポリエステルフィルム上に厚さ５０μｍの感
圧導電体層を形成させた。　これを平らな櫛目電極上に
置き、５０にΩの並列抵抗を加え、直径１０ｍｍの平坦
な先端を有する棒で加圧および除圧を繰り返し、抵抗値
と加圧との関係を調へ、両対数グラフとし、勾配を算出
した。

結果は第１表に示した。

第１表から明らかなように、本発明の組成物は印刷特性
を有し、かつ、本発明の組成物で感圧導電体を作製する
と、所望の感圧性を有するものが得られる。

〈発明の効果〉 本発明の感圧抵抗変化型導電性組成物は、該組成物によ
って作製される感圧導電体の感度及び抵抗値を制御する
ことが可能である。

また、該感圧導電体は、印加力の大きさの相違による感
度のバラツキが小てあり、広範囲の印加力に対して感度
の直線性を有する。

さらに、該感圧導電体は、繰り返し加圧に耐え、更に加
圧力の増大によって滑らかに抵抗値が減少する特性を持
つので、加圧力変換素子として、或いは可変抵抗体など
の用途に適すると共に、加圧によって作動するスイッチ
の素子として耐久性の点で優れている。　そして、キー
ホードスイッチ、自動ドアのスイッチ、各種圧力接点ス
イッチ、その他のセンサーとして広範囲に利用できる。

加えて、該感圧導電体は、加圧力の対数と抵抗値の対数
が逆比例関係を示すので、加圧力検出器などの各種セン
サーとしても応用できる。

本発明の感圧抵抗変化型導電性組成物は、印刷性、塗装
性、コーテイング性等の特性を有し、スクリーン印刷等
の手法を用いることにより、種々の形状に印刷が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、感圧導電体への加圧力と抵抗値との関係を示
すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機高分子材料、導電性材料、該導電性材料の１
   ／１００以下の電気伝導度を有する半導体材料および絶
   縁性材料、および有機溶媒を含有し、ＥＨＤ型粘度計で
   測定（温度２５℃、５ｒｐｍ、３０秒後）した粘度が１
   〜５０００ポイズであることを特徴とする感圧抵抗変化
   型導電性組成物。
2. （２）前記導電性材料がグラファイトであり、前記半導
   体材料および絶縁性材料が二酸化チタンである請求項１
   に記載の感圧抵抗変化型導電性組成物。