JPS6123643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新しい構成の感圧抵抗素子に関するも
のである。

従来感圧抵抗素子用の導電性ゴム状弾性体とし
ては、絶縁性ゴム弾性体中に金属粉粒体やカーボ
ンブラツクを混合分散させたもの、あるいはスポ
ンジ状体中にそれら導電体粒子を分散させたもの
などが種々開発されている。これらは印加圧力に
よつてゴム状弾性体中で、粒子間の接触の機会が
増加および／または当接している電極との実質接
触面積が増加することによつて、対電極間の抵抗
値が小さくなる機構のものである。この印加圧力
によつて導電性ゴム状弾性体が圧縮変形するが、
それによつて該絶縁性ゴム弾性体マトリツクスと
上記導電体粒子との間に剥離のせん断が働き、マ
トリツクスと粒子との間に接着剤やカツプリング
剤を使用して接着力を強固にしてあつても、くり
返しの印加圧力あいは大きい歪変形により、マト
リツクスと導電体粒子とは分離し、初期の抵抗〜
圧力の関係維持が困難で信頼性が低い欠点があ
る。この圧縮変形量を小さくしてそれらの欠点を
改良する場合には、圧縮方向の厚みがうす物に制
限されたり、圧力と抵抗値関係の微調節が極めて
困難とされるなどの不利がある。

例えば、米国特許第4199637号、同第4203088
号、同第4210895号、同第4209481号等の明細書に
は、印加圧力により当接電極面積内で貫通する針
状体の数が増加する構造の感圧抵抗素子が開示さ
れているが、これらは線状、針状体の座屈、屈曲
等の永久変形によりその信頼性を失う欠点を有し
ている。したがつてこれらの導電性ゴム状弾性体
を使用した感圧抵抗装置はきわめて限定された仕
様範囲で使用される不利を持つている。

また特公昭55−26565号公報には、その図面に
示されているように、感圧抵抗構造体が押圧によ
つてその表層部に導電性粒子を混合した弾性体Ａ
群の分布密度を高め、一方その構造体内部に導電
勢粒子を混合しない弾性体Ｂ群の分布密度を高め
るように構成した感圧抵抗体が示されている。し
かしこれは弾性体Ａ群とＢ群を上記機能が発揮さ
れるように混合分散させたものであるため、その
構成が複雑であり、したがつて工程管理がやつか
いでコスト高なものになるという不利があるほ
か、品質のバラツキ、感圧抵抗の不安定さが認め
られる。

さらに実公昭49−32692号公報には、圧縮の程
度によつて電気抵抗値が変化する導電性スポンジ
が開示されているが、このものは例えばそのスポ
ンジ構造が独立気泡スポンンジの場合は、セルの
膨出ないし傍出変形による内壁の伸張、屈曲がく
り返されるし、またホームラバーあるいは連続気
泡スポンジの場合は、セル内壁の屈曲が鋭角状に
生じるので、いずれの場合にもセル内壁の疲労が
早期に発生し易い不利がある。

本発明は、かかる不利、欠点を解決した感圧抵
抗素子を提供しようとするもので、これは電極間
に、少なくとも表面層が導電性であるゴム状弾性
体よりなる粒状体を集塊状態で配設してなり、押
圧時には粒状体の押圧による傍出および／または
膨出変形により、電極と粒状体、および粒状体相
互の接触面積が増加し、押圧を解除すると該接触
面積が減少するように構成したことを特徴とする
感圧抵抗素子に関するものである。

この本発明によれば導電性ゴム弾性体の集塊を
構成する粒状体が押圧に応じ傍出ないし膨出し、
これによつて粒状体相互の接触面積が増加して電
気抵抗値が変化する機構のものであるから、その
構成は従来のような複雑な構成のものではなく、
しかも疲労がきわめて生じ難く、信頼性は抜群に
高いものである。

本発明に使用される導電性であるゴム状弾性体
の粒状体は、絶縁性のゴム弾性体マトリツクス中
に金属粉粒体やカーボンブラツク等の導電性部材
を混合分散させたものを粒状としたもの、あるい
はあらかじめ粒状体とされた絶縁性ゴム弾性体の
表面に導電性ゴムの被覆層を形成したものなどい
ずれでもよく、あるいはまた絶縁性ゴム弾性体粒
子の表面に導電性ゴム弾性体細粒が密に層状に接
合されているものでもよいが、この導電性ゴム状
弾性体としては比抵抗が10^-4ohm・cm〜
10⁴ohm・cmの範囲内のものであることが望まし
い。

導電性ゴム状弾性体は粒状体の形で使用するの
であるが、これは加硫によつて導電性ゴム状弾性
体を製造する際に所定形状の粒状体に成形加硫す
ることにより得ることができるほか、シート状も
しくは棒状、塊状、ひも状等の導電性ゴム状弾性
体を、適当な大きさの粒状体に、粉砕、切断ある
いは裁断して得たものでよい。したがつて、これ
ら粒状体の断面形状あるいは投影形状などには特
に制限がなく、粉体工学で示されるあらゆる形状
のほか、リング状、パイプ状、中空体、多孔質体
等いずれも含まれる。

粒状体がこれらのいずれのものであつても、そ
の最大外径が10μｍ〜10mm（好もしくは50μｍ〜
５mm）であり、断面の実面積が75μm²〜100mm²
（好ましくは200μm²〜75mm²）であるものが望まし
い。これがあまりに小さいものであると、前記し
た機能を備えた感圧抵抗素子を構成することが困
難である。すなわち、粒状体間の摩擦力と粒状体
個々の弾性復元力のバランスが悪くなり易く集塊
状態での弾性復元力が不足し具合が悪く、印加圧
力と抵抗値関係の微調節を行い難いものとなる。
一方この粒状体が大きすぎると、この導電性ゴム
状弾性体の体積に対する表面積の比が小さくなる
ことによつて、押圧時の圧縮による膨出表面の固
有抵抗が大きくなる傾向があり、押圧による抵抗
変化量があまり変らないものとなるほか、圧縮さ
れる際、粒状体表面の傍出伸張による摩擦力が大
きなものなり、表面でのクラツキングが生じ易く
なるという不利がある。

なお、導電性ゴム状弾性体の粒状体は前記した
平均直径の範囲のものであれば、大小まざつてい
ても原則的には差支えないが、望ましくは直径の
そろつたものあるいは粒体分布巾をできるだけ小
さい状態で、さらには形状をそろえて使用するこ
とがよいい。

本発明は上記した粒状体が集塊状態で電極間に
配設されるものであるが、この集塊状態とは粒状
体が堆積構造を形成し、粒状体が１個１個分離せ
ず、密充填状態、整配列の堆積状態あるいは疎に
充填堆積している状態であつて、各粒状体のも
つ、例えば中空構造、多孔質構造を除く空隙率は
５〜80％、粒状体の実容積によつても異なるが好
ましくは10〜75％、より好ましくは20〜70％であ
る。５％より小さいと抵抗値変化量を大きく得難
く、80％より大きいと粒状体表面の伸張による抵
抗値増加あるいは粒状体間の摩擦劣化が生じ易
く、粒状体間の粘着が発生したりし易いので、信
頼性の維持が困難なものとなる。

本発明におけるかかる粒状体の集塊状態はその
外観形状が板状体、柱状体、環状体、球面体で透
影外観はその外径表面が平滑面ないし粗面、凹凸
面を呈する。

このような粒状体の集塊状態の外観形状は、印
加圧方向での厚み、高さは選ばれた粒状体最大外
径の平均が大きいものを用いた場合には0.5倍〜
５倍、小さい方のものを用いた場合には0.5倍〜
100倍にて行うのがよく、先の粒状体外径、空隙
率の効果的な範囲と相まつてさらに信頼性を高め
るのに有効である。

この集塊状態は通常電極間の配設に際し、動作
していないときの電極への接触あるいは離間は限
定しないが、押圧の方向に垂直な面の周囲はでき
るだけ、他の固い部材に接触していない方がよ
い。押圧を解除したとき元の厚みに復帰し易い柔
軟なゴム状弾性体に接触している場合は、そのゴ
ム状弾性体の弾発挙動により上記復帰が助勢され
るので具合よく、一体化しているものはさらに具
合がよい。

粒状体の集塊状態は加硫した導電性ゴムの粒状
体を平面状で敷設し、つぎに加硫し得る未加硫導
電性ゴムの粒状体を重ねて敷設し必要により交互
多重に積層堆積して、加硫するその際空隙率を維
持して型わくに入れ熱圧して加硫してもよい。あ
るいは上記粒状体は初めに全て加硫し得る未加硫
導電性ゴムであつて堆積状態を維持して熱風加
硫、蒸気加硫も行ない得る。またあるいは加硫導
電性ゴム粒状体と加硫し得る未加硫ゴム粒状体を
適度な割合で均一分散混合して堆積させたものを
加硫させてもよい。さらには導電性および／また
は絶縁性の加硫および／または未加硫ゴム粒状体
を、底が通液性の容器状のもの例えばふるいやざ
るの中に堆積させて室温で流体であり硬化後ゴム
弾性体を呈し、導電性となるゴム液状原料に浸漬
して、ろ過あるいは蒸留塔における充填層のパブ
リング状態のない、液ぬれ状態で液状ゴム原料を
硬化させる方法によてもよい。液状ゴム原料はシ
リコーンゴムにおいては室温硬化、加温硬化の一
液型、二液型のいずれでもよく、また溶剤を使用
してもよい。粒状体が平面に一層に敷設状態とな
し集塊化してもよい。

本発明の集塊状態にある粒状体（図面における
集塊２）に配設される電極は、可とう性、剛体、
基板上にエツチング形成されたもの、あるいは従
来公知のピン状、板状、リボン状の接触子形状の
もの、針金状、可とう性、弾力性金属薄板、箔を
可とう性合成樹脂、合成ゴムシート状、板状体に
一体的にしたものあるいは蒸着、スパツタにより
形成されたものなどいずれでもよく、また必要に
より貴金属メツキ処理してもよい。

電極は上記集塊状態を挾む、集塊状態表面
に並設する、集塊状態を少なくとも１個が貫通
する、などで配置するが、１個の集塊に対し極数
は２極ないし３極以上で配置される。

本発明の具体的内容を図面に基づき説明する
と、第１図は電極３，３′間に導電性粒子１を集
塊２として配設した構成からなる感圧抵抗素子の
概略断面図を示したもので、同図ａは非押圧状態
をまたｂは押圧状態をそれぞれ示す。このｂ図か
ら判るように、押圧により電極と導電性粒子との
接触面積が増加すると共に粒子相互が接触し、こ
の結果電極３，３′間の抵抗が非押圧時（ａ図）
に比べて大巾に小さくなる。

第２図は電極配置を別の構成としたもので、こ
れは同図ａに示したように、片側の支持板４に導
電性粒状体からなる集塊２を固定する層５を設け
てある。この５は導電性、絶縁性のいずれでもよ
い。そして反対側の支持板４′には対電極３，
３′，３″が設けられている。もちろんこの対電極
は２極以上であればよい。同図ｂはａ図において
導電性粒子が電極面に押圧された状態を示したも
のであり、これにより３，３′，３″間が導通状態
となる。

第３図、第４図および第５図は本発明の感圧抵
抗素子を応用した装置の二三の例を示したもので
あり、例えばカリキユレーター、電話その他マイ
クロコンピユータ装置のセンサースイツチ、電子
機器用センサースイツチ、多項目入力装置ないし
抵抗―圧力巾を大きくして演奏効果をすなわちア
フターコントロールを可能とした押釦状ないしは
けん盤下に使用した電子楽器あるいは電子玩具な
どのキーボード装置として使用するもの、および
ME用の圧力センサー等に使用するものである。
第３図中支持板４は可とう性体でも剛体でもよ
い。第３図〜第５図中６は絶縁性ゴム弾性体であ
り、これは多孔質体、発泡体でもよく、また絶縁
性ゴム弾性体粒からなる集塊状態の成形体でもよ
い。

本発明は上記図面に基づく説明からも判るよう
に、導電性ゴム状粒状体の粒子１個１個が電気・
電子機器の信頼性を100％満さなければならない
というものではなく粒状体の集塊状態において前
記した機能（効果）が果されればよい。粒体工学
的、化学工学的領域において確立された分野の取
扱いで、電気・電子機器向けの品質管理、加工装
置、組立装置等の自動化等のきわめて容易なもの
となる。このことは粒状体の集塊において例えば
そのうち１個あるいは２個が本発明にいう機能を
備えていない不良品としても、集塊状態物１個に
おけるる機能、さらに例えば第３図、第４図、第
５図のような構造で集塊の単位ごとの不良は皆無
なものとなる、という意味で実際上はきわめて大
きな利点である。

本発明による他の利点は抵抗―圧力の関係を容
易に調節することができるということであり、ゴ
ム状弾性体粒子が圧縮変形する際、粒子固体の体
積と自由表面積の比を大きくすることによつて、
粒子内部でのクリープを小さくし、粒子物相互の
接触面積変化と対電極との接触面積変化による相
乗面積変化による抵抗―圧力の変化巾を大きく
し、これにより調節が容易となり、信頼性が大き
くなるという利点が与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する感圧抵抗素子のもつと
も基本的な構成を示す概略断面図を示したもので
そのａ図は非押圧状態、ｂ図は押圧状態を示す。
第２図は電極配置を別の構成とした感圧抵抗素子
の概略断面図を示したもので、そのａ図は非押圧
状態、ｂ図は押圧状態を示す。第３図ａ，ｂはセ
ンサースイツチ、第４図ａ，ｂはキーボードスイ
ツチ、第５図ａ，ｂはME圧力センサーとしての
それぞれ使用態様を示したものである。 １……導電性粒子、２……集塊、３，３′，
３″，３……電極、４，４′……支持板、５……
集塊２を固定する層、６……絶縁性弾性体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電極間に、少なくとも表面層が導電性である
   ゴム状弾性体よりなる粒状体を集塊状態で配設し
   てなり、押圧時には粒状体の押圧による傍出およ
   び／または膨出変形により、電極と粒状体、およ
   び粒状体相互の接触面積が増加し、押圧を解除す
   ると該接触面積が減少するように構成したことを
   特徴とする感圧抵抗素子。