JPS5947843B2 - 高感度感圧抵抗体およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ゴムプラスチック等の電気絶縁性を有する弾
性体中に導電性粒子を混合せしめてなる感圧抵抗体、お
よびその製造方法に関するものである。

ことに小さな圧力で抵抗値が大幅に減少する感度のよい
感圧抵抗体、およびその製造方法に関するものである。
従来この種の感圧抵抗体の感度を高め、小さな圧力で抵
抗値を大幅に減少させる方法には、特公昭４６−６１７
９などが知られており、また例えば金属粒子のような導
電体表面とシリコンゴムのような弾性体との界面を不完
全硬化してルーズにするかまたその表面を半導体成分で
カバーするといつた方法がとられて来た（特開昭４９一
１１４７９８）。

し力化、これら従来の技術による感圧抵抗体は外部応力
が加えられた場合、圧縮エネルギーがマトリックス内部
に貯蔵され、ゴム等の弾性体の劣化を速めたり、あるい
は金属粒子がマトリックスから脱落したりするという現
象が起り、−イツチとして使用した場合、その寿命が１
万回以下のＯＮ１０ＦＦで早くも劣化するというもので
あつた。本発明の目的は、ゴム等の高分子弾性体と金属
粒子からなる系に連続気泡を含ませることによつて、所
定の発泡倍率と硬度を持つた感圧特性のよい発泡感圧抵
抗体を提供することにある。

本発明者らは発泡感圧抵抗体について種々検討の結果、
金属粒子の径と気泡の径の関係が感圧抵抗体の性質に大
きな影響を及ぼすことを見出した。

すなわち、金属粒子の径が気泡の径と比較して著しく小
さい（その１０分の１程度以下）場合には、ゴム１と金
属粒子２のつくるマトリックスは第１図のように未発泡
物と比較して大差なく、気泡３の存在は単に材料の密度
を小さくする効果としてしか働かないことがわかつた。
一方気泡３の短径を金属粒子２の径と同程度乃至その１
０分の１程度以上の連続気泡にすると、第２図ク）よう
に金属粒子２の周囲に気泡３が凝縮する形となり、金属
粒子相互の接触が非常に小さな圧力で可能となることが
わかつた。またマトリックスが連続気泡を含むために単
泡のマトリックスに比して容易に体積が変化するため、
マトリツクス内部に貯蔵される圧縮エネルギーを最小に
することが可能となる。その結果、ゴム等の高分子弾性
体の劣化が起らないばかりでなく、マトリツクス内部へ
の負荷が低減されるため、金属粒子の脱落もほとんど見
られず、１万回以上の０Ｎ／０ＦＦでも充分使用出来る
ものが得られた。このように金属粒子の径に対して発泡
の径、発泡倍率を適度に調節することによつて所望の感
圧特性を示す感圧抵抗体が得られる。

しかしながら導電性金属粒子の径が大きいと通電パスが
粒子径の小さいものに比べて非常に少くなり、マトリツ
クスの耐電圧、耐電流が小さくなるという欠点があり、
耐電圧、耐電流を要求される場合、粒径の小さなものを
使用する必要がある。しかし従来の技術では１μｍ程度
の微細な連続気泡を作製することは不可能であつた。そ
こで発明者らは複合材料の性質について種々検討した結
果１μｍ程度の微細な連続気泡を有した発泡体の製造を
可能にした。
５一般にバインダーと顔料を混合する場合、顔料
濃度を次第に増して行くと、ある濃度に至ると急激に界
面現象として物理的性質が変化することが知られている
。この濃度が限界顔料濃度（ＣｒｉｔｉｃａｌＰｉｇｍ
ｅｎｔＶＯｌｕｍｅＣＯｎｃｅｎｔｒａｔｉＯｎ．｝以
下ＣＰＶＣという。

）と定義されている。本発明において高分子弾性体を発
泡させて連続気泡体とする方法としては、通常の発泡剤
を使用することもできるが、より好適な方法としては、
導電性金属粒子と高分子弾性体とから主としてな３る混
合物に不溶な塩（ただし塩の粒径は金属粒子の径と同程
度またはより小さいもの）をそのＣＰＶＣ以上に加えた
のち、混合物を架橋し、その後塩を架橋物の貧溶媒でか
つ塩の良溶媒に溶解させることにより所望の発泡倍率、
泡径、圧力感５度を持つ感圧抵抗体を、発泡剤などを使
用する場合に比べ非常に精度よく且広い範囲で製造でき
る。特に気泡の大きさが非常に小さい連続気泡体を作製
する場合に適している。上記導電性金属粒子には公知の
ように、鉄、銅、４クロム、チタン、タングステン、白
金、スズ、ステンレススチール、黄銅、銀、金、ニツケ
ル、コバルト、アルミ、亜鉛などを挙げられるが、経済
性と性能の面から鉄、銅、ステンレススチール、ニツケ
ル、アルミ、スズなどが好ましい。

特に本発明の方法によると耐酸化性などが増すので、鉄
、銅、アルミ、ニツケル等比較的安価な導電性金属を有
効に用いうる。本発明１（使用される金属粒子の径は１
μｍ〜２００μｍであるものが好ましい。

１μｍより小さい場合、気泡をそれ以上小さくする必要
があり製造が著しく困難である。

粒径が２００μｍより大きい場合には比較的発泡体は作
りやすいが粒子径が大きくなるに従つて金属粒子のマト
リツクスからの脱落が起りやすくなり好ましくない。ま
た、本発明に用いる導電性金属粒子の混合量は１０ない
し５０体積分率（％）が好ましい。その体積分率が１０
％より小さい場合は通常感圧抵抗体とならず、絶縁体又
は半導体になりやすく、一方５０（Ｆ６より多い場合は
導電体になりやすく、加工法の容易さからその体積分率
が１０ないし５０％が好ましい。本発明に用いられる高
分子弾性体はそれ自身は高抵抗体であり、例えばポリブ
タジエン、天然ゴム、ポリイソプレン、ＳＢＲ，ＮＢＲ
、ネオプレンのようなジエン系ゴム、ＥＰＤＭ，ＥＰＭ
、ウレタ′ゴム、ポリエステル系ゴム、エピクロルヒド
リンゴム、シリコンゴムなどを用いることができる。

特に耐熱性、耐候性を要求する場合にはシリコンゴムが
好ましい結果を与える。本発明の発泡方法の１つに用い
られる塩としては、金属または陽性の塩基性基（ＮＨ４
＋など）と陰性の酸基からなる通常の塩または有機塩基
と酸の付加化合物であつて導電性金属粒子と高分子弾性
体とから主としてなる混合物に不溶な塩であり、かつこ
の混合物と化学的に反応を起さないものであれば良い。

特に塩化ナトリウム、臭化カリウム、ヨウ化チタン、硫
酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどの無機酸の金属塩が
好適である。また上記の塩を溶出するのに用いられる高
分子弾性体の貧溶媒は、使用する塩の種類に応じて適宜
選択されるが、例えば溶解度パラメーター（Ｉｎｔｅｒ
ｓｃｉｅｎｃｅＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓｌ９６７年刊、Ｐ
ＯｌｙｍｅｒＨａｎｄｂＯＯｋ−３４１ページ参照；以
下ＳＰ値という。）が１０．０以上、特に１３．０以上
の溶媒が好適に使用される。例えばメタノール（ＳＰ値
１４．５）、エチレングリコール（ＳＰ値１４．６）、
メチルホルムアミド（ＳＰ値１６．１）、水（ＳＰ値２
３．４）などが好適である。以下に本発明を実施例でも
つて説明するが、本発明の要旨を越えない限り、本実施
例に限定されるものではない。

実施例 １ 粒径１〜３μｍのカルボニル・ニツケルの３３．３体積
分率％とポリブタジエンゴム（日本合成ゴム製ＪＳＲＢ
ＲＯＩ）６６．７体積分率％をあらかじめニーダ一で１
０分間混練し、これにジクミールパーオキサイドをゴム
１００部に対し２部混合し、これにボールミルで粉砕し
た粒径１〜２μｍの臭化カリウム（ＫＢｒ）を徐々に添
加しながらニーダ一のトルクを観察したところ、もとの
混合物の体積１００に対してＫＢｒを体積６６．７加え
た所で急激にニーダ一のトルクが上昇し、この時点がＣ
ＰＶＣであることを確認した。

この後５分間混練し、取り出し１ＴｒｒｒｒＬ厚にシー
ト出しを行い、加硫プレスにて１６０℃で３０分架橋を
行つた。架橋物の感圧特性を測定したが絶縁物であつた
。この架橋物の５ｃｍ角を取り出し水１ιで１時間煮沸
したところ、ＫＢｒはその全量が溶出したが、ニツケル
粒子の脱落は見られなかつた。この小片を脱水後、充分
乾燥し、その後感圧特性を測定した所、無加圧時１２Ｍ
Ωあつたものが３ｋｖ／Ｃｄの加圧によつて５Ωまで抵
抗値が減少し、良好な感圧特性を示した。比較例 １ 実施例１の臭化カリウムを除いた系を実施例１と同一条
件で架橋した。

架橋物の感圧特性を測定したところ、無加圧時５ＭΩあ
つたものが１０ｈ／ＣｒＡ加圧しても９８０ＫΩと抵抗
値は若干減少したものの実施例１のような抵抗値の大幅
な変化は見られなかつた。実施例 ２ 粒径約４０μｍのガス噴霧法による銅粉４０体積分率％
とシリコンゴム（信越化学製ＫＥｌ３ＯＯＲＴＶ）６０
体積分率％（所定量の触媒を加えたもの）を前もつてニ
ーダ一で１５分間混練後、これに粒径１０ｔｔｍの塩化
ナトリウム（ＮａＣｌ）を徐々に添加して行つた。

実施例２と同様にニーダ一のトルクを観察したところ、
もとの混合物の体積１００に対してＮａＣｔの体積３３
．３加えた所で急激にニーダ一のトルクが上昇し、この
時点がＣＰＶＣであることを確認した。この後５分間混
練後取り出し、１Ｔｍ厚にシート出しを行い、１日室温
で架橋した後１３０℃で１時間熱処理を行つた。この架
橋物の５ｃｍ×５ｃｍを取り出し、水１ｔで１時間煮沸
したところ、ＮａＣｔのほぼ全１が溶出したが銅粉の脱
落は見られなかつた。この小片を脱水後充分乾燥させた
後、感圧特性を測定した。その結果無加圧時５ＭΩあつ
たものが３ｋ９／ＣｗＬ−：！）加圧によつて０．５Ω
まで抵抗値が減少し良好な感圧特性を示した。比較例
２ 実施例２の塩化ナトリウムを除いた系を、実施例２と同
一条件で架橋した。

架橋物の感圧特性を測定したところ無加圧時３００Ωあ
つたものが３ｈ／Ｃｄの加圧によつて０．１Ωとなり、
抵抗値は若干減少したが、大幅な抵抗値の変化は認めら
れず、初期の抵抗値から見て導電ゴムの領域であつた。
以上実施例１，２および比較例１，２で作成したサンプ
ルを３ｋ９／Ｃｄの力で圧縮繰り返しテストを行つた。
５万回の繰り返しを行つた結果は下記の如くなつた。

以上のように実施例１，２については初期の抵抗値と大
差なく、良好な感圧特性を示したが、未発泡の比較例１
，２は次第に抵抗値が上昇することが明らかとなつた。

このようにして得られた高感度感圧抵抗体は、発泡体で
あるため硬度が低く、軟かいことによりタツチ・スイツ
チ、キーボード・スイツチ、マイクロスイツチなどの０
Ｎ／０ＦＦの感触がよく、且ストロークがある程度コン
トロールできるため良好なスイツチ感触が得られ、しか
も繰り返し特性のすぐれたスイツチとして工業的に有用
なものであることがわかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の感圧抵抗体の気泡と金属粒子の配置を示
す顕微鏡的拡大図、第２図は本発明による高感度感圧抵
抗体の第１図と同様の図である。 １ ・・・弾性体、２・・・金属粒子、３・・・気泡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性金属粒子と高分子弾性体とから主としてなり
   、高分子弾性体内に気泡を有し、該気泡はその短径が金
   属粒子の径と同程度乃至はその１／１０程度以上の連続
   気泡であることを特徴とする高感度感圧抵抗体。 ２ 上記金属粒子はその径が１μｍ〜２００μｍである
   ことを特徴とする特許請求の範囲１に記載の高感度感圧
   抵抗体。 ３ 上記高分子弾性体がシリコンゴムであることを特徴
   とする特許請求の範囲１に記載の高感度感圧抵抗体。 ４ 導電性金属粒子と高分子弾性体とから主としてなる
   混合物に、該混合物に不溶な塩をその限界顔料濃度以上
   に加えたのち、混合物を架橋し、ついで塩を架橋物の貧
   溶媒に溶解させることを特徴とする高感度感圧抵抗体の
   製造方法。