JPH0471108A

JPH0471108A - 感圧導電性エラストマー

Info

Publication number: JPH0471108A
Application number: JP18479590A
Authority: JP
Inventors: Teruo Okamoto; 岡本　照男
Original assignee: INABA RUBBER KK
Current assignee: INABA RUBBER KK
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1992-03-05
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPH0654603B2

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〕この発明は、無加圧・無変形状態では高抵抗を示し、加
圧変形するに従かい抵抗値が変化する感圧導電性エラス
トマーに関し、詳細には、抵抗変化範囲が広く、耐久性
、衝撃吸収性、応答性等が優れた感圧導電性エラストマ
ーに関するものである。

〔従来の技術〕

感圧導電性エラストマーとしては、従来、天然ゴム、ク
ロロブレンゴム、ＥＰＤＭ、アクリロニトリルゴム、Ｓ
ＢＲ，シリコーンゴム等の合成ゴムや、ゴム弾性を示す
熱可塑性エラストマー等の非導電性エラストマーに、金
属粒子、金属繊維炭素繊維、カーボンブランク、黒鉛粒
子、半導体粒子等の導電性付与剤を混合分散させたもの
が知られている。特に、上記導電性付与剤の分散マトリ
ックスとなる非導電性エラストマーについては、電気的
特性、非汚染性、耐熱性、耐寒性、低圧縮歪等の観点か
らミラブルタイプ又は液状のノリコーンゴムが多く使用
されており、これらの感圧導電性エラストマー材料は、
シート状その他の形状に成形され、圧力センサーや触覚
センサー等の感圧素子として使用されている。

又、感圧導電性エラストマーについては、改良技術もい
くつか提案されている。

例えば、特公昭５６−９１８７号公報及び特公昭５６５
４０１９号公報には、導電性粒子として、角を落とした
礫状の人造黒鉛粒子を用いた感圧導電性ゴム組成物が開
示されており、特公昭６２−１１２６４１号公報には、
球状粒子とした高分子材料を焼成・炭化してなる導電性
粒子を、絶縁性のゴム状弾性を有するマトリ・ノクス材
料に混合分散させた感圧導電性エラストマー組成物が開
示されている。

又、特公昭６０−７２２号公報及び特公昭６０−７２３
号公報には、液状シリコーンゴム中に、シランカップリ
ング剤で表面処理した導電性金属粒子を分散させると共
に、発泡剤として、溶解度パラメータが９，８以上のロ
ープロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール等の有機
化合物、あるいは〜ニトロソ基を有する有機化合物を用
いた感圧導電性材料が夫々開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、従来の感圧導電性エラストマーには、次のよ
うな問題点があった。

即ち、非導電性エラストマー中に、導電性付与剤として
金属粒子、金属繊維、炭素繊維、導電性カーボンブラッ
ク、黒鉛粒子、半導体粒子等を混合分散していくと、成
形された感圧導電性エラストマーの硬さが大きくなり、
衝撃に対して弱くなるという問題点がある。特に、非導
電性エラストマーに液状シリコーンゴムを使用した場合
には、その傾向が顕著である。

又、導電性付与剤について個々に述べると、金属粒子や
金属繊維を用いたものは、酸化により特性が経時変化し
やすく、電気信号のチャックリング現象やノイズの発生
により誤動作を招くという問題点がある。

導電性カーボンブラックを用いた場合は、粒子径が１０
ｍμから４０ｍμと極めて小さいので加圧変形時の抵抗
変化が小さ（感圧特性換ｇすると応答性が悪いという問
題点がある。又、導電性カーボンブラックの造粒物を用
いた場合は、抵抗変化は大きくなるが、加圧変形時に粒
子の破壊が生しやすく、耐久性、安定性に欠けるという
問題点かある。

黒鉛粒子のうち天然黒鉛を用いた場合には、粒子形状が
不均一であり、安定した特性が得られないという問題点
がある。そこで、前記した特公昭５６−９１８７号公報
等に示されるように、粉砕や摩砕等の操作によって得ら
れる角のとれた丸みのある人造黒鉛粒子を使用し、特性
の安定化、耐久性の向上、ノイズの減少をはかることも
できるが、この場合には、所望の黒鉛粒子を得る為の操
作が難しく、且つ煩雑であり、その収率も小さいという
難点がある。

さらに、導電性付与剤として、半導体粒子を用いた場合
には、抵抗値が高くなって加圧変形の割に抵抗変化か少
ないという難点かあも。

又、感圧４電性エラストマーに繰り返し圧縮両市を加え
た場合に、導電性粒子や繊維同士の接触によってエラス
トマー相への負荷か大きくなり、耐久性が低下して王カ
ー抵抗変化特性か不安定となるという問題点がある。こ
の現象は、導電性粒子や繊維が大きくなるほど顕著にな
る傾向がある。

一方、前記した特公昭６０−７２２号公報では、感圧特
性並びに耐衝撃性の改善を目的として、ｎ−プロピルア
ルコール、ｎ−ブチルアルコール等の有機化合物を発泡
剤として用いているが、これらの発泡剤は、揮発性が高
く非導電性エラストマーや導電性付与剤との混合作業並
びに架橋作業性に問題があり、又、ニトロソ基を有する
有機化合物を発泡剤として用いた場合は、所望の発泡体
を得る為の発泡条件の設定が難しく、発泡セルを均一に
して加圧成形時の特性のばらつきを少な（することが困
難であるという問題点がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、非
導電性エラストマーにおける問題点、導電性付与剤にお
ける問題点、発泡化における問題点等を総合的に検討す
ることＳこよって、耐久性耐衝撃性、応答性が優れ、し
かも抵抗変化範囲が広い感圧導電性エラストマーを提供
しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

しかして上記目的を達成した本発明の感圧導電性エラス
トマーは、非導電性エラストマー中に、粒子径が１乃至
２０μｍである微小球状炭素粒子と共に、粒子径が１０
乃至１５０　Ｉ！ｓの中空状弾性マイクロスフェア−が
分散されている点に要旨を有するものであり、必要によ
り、非導電性エラストマーとして、液状シリコーンゴム
と、シリコーンワニス及びシリコーン生ゴム又はこれら
を主成分とするシリコーン粘着剤とからなるエラストマ
ーを採用し、また、中空状マイクロスフェア−として、
塩化ビニリデンとアクリロニトリルのコポリマーを殻と
するものを採用するものである。

し作用〕非導電性エラストマーとしては、従来のものを用いるこ
とかでき、中でも２液常温硬化シリコーンゴム又は１液
常温硬化シリコーンゴムが好適である。

２液常温硬化シリコーンゴムとしては、錫化合物等の有
機金属脂肪酸塩によって常温硬化する縮合型のものと、
塩化白金酸等の白金触媒によって常温硬化する付加型の
ものが例示される。又、ｌ液常温硬化シリコーンゴムと
しては、空気中の湿気で加水分解を起こし、架橋が進行
する縮合型のものが例示され、オキシム型、アルコール
型、アセトン型、酢酸型等を使用することができる。

２液常温硬化シリコーンゴムの中で、白金触媒による付
加型のものは、微量の硫黄、アミン、燐化合物等あ混入
によって加硫が著しく阻害され、あるいはボットライフ
が短い等の欠点があるので、２液當温硬化シリコーンゴ
ムとしては、縮合型がより好ましい。又、１液常温硬化
シリコーンゴムの中で、アセトン型や酢酸型のものは、
硬化速度。

ｗＪ食性、臭気等の点で特性か劣るのでオキツム型若し
くはアルコール型が好ましい。

又、必要により上記液状シリコーンゴムに、ノリコーン
ワニス、詳しくは、ソラノール基を有するポリシロキサ
ンをトルエン、キシレン等の有機溶剤で希釈したものと
、平均分子量が１５万から５０万の直鎖状ポリシロキサ
ンからなるシリコーン生ゴムを加えた混合物、あるいは
上記液状シリコーンコムに、シリコーンワニスとシリコ
ーン生ゴム。

充填剤、可塑剤を主成分とするシリコーン粘着剤を加え
た混合物を使用すれば、上記液状シリコーンゴム単体の
場合より、感圧導電性エラストマーの引裂強度並びに微
小球状炭素粒子との接着力を改善することができる。

そして、上記液状シリコーンゴムと、シリコーンワニス
及びシリコーン生ゴムまたはこれらを主成分とするシリ
コーン粘着剤を配合する場合における各成分の配合割合
については、全組成物中に占める液状シリコーンゴムの
割合を２５乃至３３容量％とすることが望ましく、２５
容量％未満では弾性が低下すると共に、圧力−抵抗変化
のヒステリシスか悪くなり、３３容量％を超えると、引
裂強度が低下するので実用的でない。全組成物中に占め
るシリコーンワニスの配合割合は、５乃至１２容量％が
望ましく、５容量％未満の場合はエラストマー相の引裂
強度が低下して耐久性が悪（なる。一方、１２容量％を
超えると、圧力−抵抗変化のヒステリシスが悪化する。

全組成物中に占めるシリコーン生ゴムの配合割合は、５
乃至８容量％が望ましく、５容量％未虜の場合には、弾
性及び引裂強度が低下し、８容量％を超えると、伸びが
減少して実用性に欠けるものとなる。又、シリコーンワ
ニス及びシリコーン生ゴムの代わりに、シリコーン粘着
剤を使用する場合の、全組成物中に占めるその配合割合
は、１０乃至２０容量％が望ましく、１ｏ容量％未病の
場合には、エラストマーの引裂強度が低下し、２０容量
％を超えると弾性が低下して圧力−抵抗変化のヒステリ
シスが悪くなる。

液状シリコーンゴム又はその混合物の硬化温度は、１０
乃至３０℃が望ましく、１０’Ｃ未満の場合には、硬化
時間が長くなり、３０°Ｃ８超えると気泡か多く発生す
る。硬化時の湿度は、２５％以上か好ましく、２５％未
満の場合には液状ノリコーンコム又はその混合物の硬化
時間が長くなる。

次に、上記非導電性エラストマー中に導電性付与剤とし
て分散される微小球状炭素粒子については、スチレン、
塩化ヒニル、塩化ビニリデン等の微小球を空気中で３０
０℃まで加熱し、次いで不活性ガス中で１０００℃まで
加熱焼成したメソカーボンマイクロビーズ、あるいはフ
ェノール樹脂、フラン樹脂等の微小球状粒子を真空中で
８００℃から１０００℃に加熱処理したガラス状微小球
状炭素粒子（真球に近い独立粒子）を用いることができ
る。

この微小球状炭素粒子の粒子径については、１μｍ未満
の場合は粒子の製造が困難であると共に、粒子径が小さ
くなって抵抗変化が少なくなる。−方、粒子径が２０ｐ
ｍを超えると抵抗変化が荒くなるのでｌＩＬＪＩｍ乃至
２０μ票とする必要がある。

上記微小球状炭素粒子の全組成物中に占める配合割合に
ついては、５０乃至６０容量％が好ましく、５０容量％
未満の場合には抵抗値か高くなり、６ｏ容量％を超える
場合にはエラストマーの伸びや弾性が低下するので実用
的に問題かある。

次に、本発明の特徴的構成に係る中空状弾性マイクロス
フェア−は、弾性並びに南撃吸収性二こ優れた微小球体
であり、これを、懇圧導亀性エラストマー中に混合分散
させることにより、導電性付与剤の配合によって高くな
る見掛は上の硬さを低下させると共に、非導電性エラス
トマー殊にノリコーンゴムの難点である耐久性、衝撃強
度を向上させることができる。

中空状弾性マイクロスフェア−としては、好ましくは塩
化ビニリデンとアクリロニトリルのコポリマーを殻とし
、膨張剤としてイソブタンを内包してカプセル化したも
のを、膨張・乾燥させたＰＶＤＣマイクロバルーンが例
示されるが、勿論これに限定されるものではない。中空
状弾性マイクロスフェア−の粒子径については、ＩＯ乃
至１５０μ鋼とする必要があり、特に弾性並びに衝撃吸
収性の面からより好ましいものとしては、粒子径が２゜
乃至８０μｍで且つ平均粒子径か５０μｍであり、殻壁
の厚さが凡そ０．１　μｍのものが卒けられる。粒子径
が１０μｍ未満の場合には、粒子が細かくなって衝撃吸
収性並びに振動吸収性か低下し、一方、粒子径が１５０
μｍを超えると、局部的あるいは全体的に中空セル即ち
中空状弾性マイクロスフェア−の占める割合が高くなり
過ぎてエラストマーの強度が低下する。

全組成物中に占める中空状弾性マイクロスフェア−の配
合割合としては、１０乃至３５容量％が好ましく、ＩＯ
容量％未鳩の場合には耐久性及び衝撃吸収性をあまり改
善することができない。一方、３５容量％を超えると、
抵抗変化が少な（なり感圧特性が悪化する。

又、中空状弾性マイクロスフェア−は、上記の如く予め
膨張させたものを配合してもよいが、未膨張のものをエ
ラストマー相に混合分散し、加熱膨張させて前記粒子径
の中空状弾性マイクロスフェア−に調製することもでき
る。但し、この場合には、非導電性エラストマーの硬化
条件や膨張のタイミンクのコントロールが微妙で製造が
難しくなるという問題かあるので、膨張済みの中空状弾
性マイクロスフェア−を混合分散させる方が好ましい。

このような中空状弾性マイクロスフェア−を配合した感
圧導電性エラストマーと、発泡剤を加えて得られる感圧
導電性発泡体エラストマーを比較すると、上記発泡体エ
ラストマーの場合には、発泡セルの形状、大きさが不均
一であるのに対し、中空状弾性マイクロスフェア−は、
真球状で比較的粒子径がそろっており、中空セルのサイ
ズや量を比較的容易にコントロールすることができ、し
かも中空状弾性マイクロスフェア−は発泡セルより耐久
性、衝撃吸収性が格段に優れている。この結果、中空状
弾性マイクロスフェア−を配合した本発明の感圧導電性
エラストマーは、上記発泡体エラストマーに比べて、優
れた耐久性、衝撃吸収性を示すことになり、圧力−抵抗
変化のヒステリシスを大幅に改善することができる。

〔実施例）次に、本発明の実施例について述へるが、これらの実施
例は本発明を限定する趣旨のものではない。

実施例１粒子径１乃至２０μｍで平均粒子径５μｍの微小球状炭
素粒子（日本カーボン社製、カーボンマイクロビーズＩ
　ＣＢ　−０５１０＞　５２重量部（７０ｇ　）に、予
め、粒子径１０乃至ｌＯＯμ霧で平均粒子径４０μｍの
塩化ビニリデンとアクリロニトリルのコポリマーを殻と
する中空状弾性マイクロスフェア−（スウェーデン国、
エクスパンセル社製、ＥＸＰＡＮＣＥＬ−ＤＥ５５１　
）０．０５重量部（０，７ｇ）を混合分散した。

次いで、１液常温硬化シリコーンゴム（東し・ダウコー
ニング社製、Ｓ　Ｈ７８０）　２５．８重量部（３５ｇ
）とシリコーン粘着剤（信越化学工業社製、ＫＲ−１Ｏ
１−０１）　２２．１重量部（３０ｇ　’）を混合機に
て３分間混合した後、上記の中空状弾性マイクロスフェ
ア−を混合分散した微小球状炭素粒子を加えてさらに３
分間混合し、よく脱泡した。

ポリエチレン製のモールド　（１５０鶴ｘ１５０ＩＩｍ
×３、Ｏｎ）に、上記混合物を移してシート状に成形し
、温度２０°Ｃ，湿度６０乃至７０％で２４時間放置し
て硬化させた後、１００℃で４時間、２次キュアーした
。

このようにして得た試料の加圧力と抵抗の変化を、第３
図に示す条件で測定した。第３図（ａ）は、この測定回
路を示し、Ｅは直流定電圧電源、Ｒは標準抵抗器、Ｐは
加圧速度（５寵／分）、■は電圧変化、Ｃは試料（ｌＱ
ｍ　Ｘ　ＩＱｗｍ　Ｘ　３．Ｑ　ｗ　）を示す。また、
第３図（ｂ）は、具体的測定装置を示し、Ａは加圧試験
機、Ｂは小型荷重変換器、Ｄは動歪測定器、Ｆはアナラ
イジングレコーダ、Ｇ。

Ｇ′は測定電極（金めつき銅貼りプリント基板、２０１
１ｍＸ２０ｗ　Ｘｌ、６　ｗｍ）を示す。

測定は、測定電極Ｇ、Ｇ’　の間に試料Ｃを置き、更に
この電極Ｇ、Ｇ’　の下に加圧力を測定する為の小型荷
重変換器Ｂを設置して試料Ｃの上方から加圧速度Ｐで測
定電極Ｇを降下させて加圧し、この時の電圧■より抵抗
値を算出し、動歪測定器りより加圧力を出力した。

この測定結果を、第１図のグラフに実施例１として示し
た。尚、中空状弾性マイクロスフェア−を配合しない感
圧導電性エラストマーについて行った同様の測定の結果
を、比較例として第１図に示した。

実施例２粒子径１乃至１２μｍのガラス状微小球状炭素粒子（大
和田カーボン工業社製、ガラスカーボンＰ、ＣＰ−５）
５２．６重量部（７３ｇ　）に、予め、粒子径２０乃至
８０μｍの塩化ビニリデンとアクリロニトリルのコポリ
マーを殻とする中空状弾性マイクロスフェア−（松本油
脂製薬社製、Ｆ−８０ＥＤ）０、０２５重量部（０，３
ｇ）を混合分散した。

次に、ｌ液常温硬化シリコーンゴム（信越化学工業社製
、Ｋ　Ｅ　−４４１）　２５．５重量部（３５ｇ　）と
シリコーン粘着剤（東芝シリコーン社製、ＹＲ３３４０
）２１．９重量部（３０ｇ　＞を混合機にて３分間混合
した後、上記の中空状弾性マイクロスフェア−を混合分
散したカラス状微小球状炭素粒子を加えて、さらに３３
分間混し、よく脱泡した。

ポリプロピレン製のモールｌ”　（１５Ｑ　＋１ｍＸ２
ＱＱ　ｗｎａＸ３．Ｏｎ）に、この混合物を移してノー
ト状に成形し、温度２０°Ｃ，湿度６０乃至７０％で２
４時間放置して硬化させた後、１００　”Ｃで４時間、
２次キュアーした。

このようにして得た試料の加圧力と抵抗の変化を、実施
例１の場合と同様の方法で測定した結果を、第１図のグ
ラフに実施例２として示した。更に、これらの実施例１
、実施例２及び比較例の加圧力と抵抗値の変化を数値で
第１表に示した。

又、第２図に示すグラフは、実施例１と比較例の耐久性
試験の結果を示し、それぞれの試験は、１　ｋｇ／ａｄ
の荷重で１秒間オン、３秒間オフの繰り返しを１００万
回行い、この１００万回目の加圧力と抵抗値との変化を
、前記した初回目のデータと共に示したものである。

砥第抗１ｍ表（Ω）〔発明の効果］中空セルとして、弾性、衝撃吸収性に冨んだ中空状弾性
マイクロスフェア−を用いることにより従来の感圧導電
性発泡体エラストマーに比べ、中空セルの大きさ、数量
のコントロールが容易になり、感圧導電性エラストマー
の特性が安定し、特にシリコーンエラストマーへ配合し
た場合には、耐久性、衝撃吸収性が大幅に改善され、圧
力−抵抗変化のヒステリシスが改善される。

特に、塩化ビニリデンとアクリロニトリルのコポリマー
を殻とする中空状弾性マイクロスフェア−は、弾性並び
に衝撃吸収性が特に優れており、上記特性の一層優れた
感圧導電性エラストマーを得ることができる。

又、微小球状樹脂等を不活性ガス中又は真空中で加熱処
理した微小球状炭素粒子は、酸化変質が少なく化学的に
安定で抵抗値の経年変化も殆どなく強度的にも強く硬度
も高いので、繰り返し圧縮荷重による粒子の損傷が非常
に少ない。従って、これを導電性付与剤として用いるこ
とにより、安定した特性の感圧導電性エラストマーが得
られ、チャツタリング現象、ノイズの発生を低減するこ
とができる。

さらに、液状シリコーンゴムに比べて分子量の大きいシ
リコーンワニス、シリコーン生ゴムあるいはシリコーン
帖着剤を配合した非導電性エラストマーを用いることに
より、非導電性エラストマーの引張強度及び引裂強度が
改善される。

かくして、圧縮荷重に対する耐久性に優れると共に、衝
撃強度が良好であり、抵抗変化範囲が広く応答性のよい
感圧導電性エラストマーを提供することができる。

第１日

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１と実施例２及び比較例の初回目の加圧
力と抵抗値の関係を示すグラフ、第２図は実施例１と比
較例との初回目及び１００万回目の加圧力と抵抗値の関
係を示すグラフ、第３図は測定装置を示し、第３図（ａ
）は測定回路図、第３図（ｂ）は具体的測定装置を示す
説明図である。圧力Ｐ０ゐ／− 抵第２図 □圧力編／− 第３図（ａ）第３図（ｂ） Δ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非導電性エラストマー中に、粒子径が１乃至２０
μｍである微小球状炭素粒子と共に、粒子径が１０乃至
１５０μｍの中空状弾性マイクロスフェアーが分散され
ていることを特徴とする感圧導電性エラストマー。
（２）非導電性エラストマーが、液状シリコーンゴムと
、シリコーンワニス及びシリコーン生ゴムあるいはこれ
らを主成分とするシリコーン粘着剤とからなる請求項１
に記載の感圧導電性エラストマー。
（３）中空状弾性マイクロスフェアーが、塩化ビニリデ
ンとアクリロニトリルのコポリマーを殻とするものであ
る請求項１又は２に記載の感圧導電性エラストマー。