JP2009140865A - Conductive composite particle, elastomer composite material, and deformation sensor - Google Patents
Conductive composite particle, elastomer composite material, and deformation sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009140865A JP2009140865A JP2007318552A JP2007318552A JP2009140865A JP 2009140865 A JP2009140865 A JP 2009140865A JP 2007318552 A JP2007318552 A JP 2007318552A JP 2007318552 A JP2007318552 A JP 2007318552A JP 2009140865 A JP2009140865 A JP 2009140865A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive
- elastomer
- particles
- sensor
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、エラストマーまたは樹脂中に配合する導電性フィラーとして用いられる導電複合粒子に関する。また、部材の変形等を検出可能なセンサ材料等として好適なエラストマー複合材料、およびそれを用いた変形センサに関する。 The present invention relates to conductive composite particles used as a conductive filler to be blended in an elastomer or a resin. The present invention also relates to an elastomer composite material suitable as a sensor material capable of detecting deformation of a member and the like, and a deformation sensor using the same.
例えば、部材の変形や部材に作用する荷重の大きさ、分布を検出する手段として、感圧導電性樹脂や感圧導電性エラストマーを用いたセンサが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。感圧導電性樹脂等は、母材となる樹脂やエラストマー中に導電性フィラーを分散させて構成されている。感圧導電性樹脂等は、変形すると電気抵抗が減少するという特性を有する。つまり、変形前は、導電性フィラー同士が離れているため電気抵抗が大きい。圧縮等により変形すると、導電性フィラー同士が接触して導電し、電気抵抗が減少する。 For example, sensors using pressure-sensitive conductive resins and pressure-sensitive conductive elastomers have been proposed as means for detecting deformation and the magnitude and distribution of loads acting on members (for example, Patent Documents 1 and 2). reference). The pressure-sensitive conductive resin or the like is configured by dispersing a conductive filler in a resin or elastomer as a base material. A pressure-sensitive conductive resin or the like has a characteristic that electric resistance decreases when it is deformed. That is, before deformation, the electrical resistance is large because the conductive fillers are separated from each other. When deformed by compression or the like, the conductive fillers come into contact with each other to conduct electricity, and the electric resistance decreases.
導電性フィラーには、通常、金属材料や炭素材料からなる粉末、繊維、箔片等が用いられる。導電性フィラーについては、導電性の向上や、母材への混合における問題等を解消するため、様々な改良がなされている（例えば、特許文献３、４参照）。
例えば、市販の導電性フィラーには、粒子径が１μｍ前後の小さなものはほとんどない。導電性フィラーは、粒子径や導電性等のバリエーションに乏しいのが現状であり、エラストマー等に配合した場合、所望の特性を得ることが難しい。特に、炭素系フィラーについては、金属系フィラーに比べて表面処理が難しいため、使用上の制約が大きい。また、金属材料や炭素材料の弾性率は高い。このため、粒子径の大きなフィラーを母材（樹脂、エラストマー）に分散させると、歪みが加えられた時にフィラーと母材との界面に応力が集中しやすい。よって、繰り返し使用すると母材が破壊され、外部からの刺激に対する応答性が低下するおそれがある。 For example, there are few commercially available conductive fillers having a particle diameter of around 1 μm. At present, conductive fillers are poor in variations such as particle diameter and conductivity, and when blended with an elastomer or the like, it is difficult to obtain desired characteristics. In particular, carbon-based fillers are difficult to surface-treat compared to metal-based fillers, and thus there are significant restrictions on use. Moreover, the elastic modulus of a metal material or a carbon material is high. For this reason, when a filler having a large particle size is dispersed in a base material (resin, elastomer), stress is likely to concentrate on the interface between the filler and the base material when strain is applied. Therefore, when used repeatedly, the base material is destroyed, and the responsiveness to external stimuli may be reduced.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、母材に配合された場合に、母材との界面における応力集中を低減可能な導電複合粒子を提供することを課題とする。また、そのような導電複合粒子を配合することにより、耐久性が高く、変形センサ材料等として有用なエラストマー複合材料を提供することを課題とする。さらには耐久性に優れた変形センサを提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and when it mix | blends with a base material, it makes it a subject to provide the electroconductive composite particle which can reduce the stress concentration in the interface with a base material. Another object of the present invention is to provide an elastomer composite material that has high durability and is useful as a deformation sensor material and the like by blending such conductive composite particles. It is another object of the present invention to provide a deformation sensor with excellent durability.
（１）本発明の導電複合粒子は、エラストマーまたは樹脂中に配合され、絶縁性の有機物粒子と、該有機物粒子の表面にメカノケミカル反応により複合化されている導電性微粒子と、を有することを特徴とする（請求項１に対応）。 (1) The conductive composite particles of the present invention are blended in an elastomer or a resin, and have insulating organic particles and conductive fine particles that are compounded on the surface of the organic particles by a mechanochemical reaction. Characteristic (corresponding to claim 1).
本発明の導電複合粒子では、有機物粒子の表面への導電性微粒子の複合化に、メカノケミカル反応が用いられる。メカノケミカル反応によると、衝突力を主体とした機械的エネルギーが各々の粒子に加えられ、導電性微粒子が有機物粒子の表面を覆うような状態で複合化する。メカノケミカル反応を採用することで、有機物粒子の成分、粒子径、弾性率等によらず、有機物粒子の表面を導電性微粒子で被覆することができる。したがって、有機物粒子と導電性微粒子との組み合わせに応じて、様々な特性を持つ導電複合粒子を得ることができる。 In the conductive composite particles of the present invention, a mechanochemical reaction is used to combine conductive fine particles on the surface of organic particles. According to the mechanochemical reaction, mechanical energy mainly composed of collision force is applied to each particle, and the conductive fine particles are compounded so as to cover the surface of the organic particles. By employing a mechanochemical reaction, the surface of the organic particles can be coated with conductive fine particles regardless of the components, particle diameter, elastic modulus, and the like of the organic particles. Therefore, conductive composite particles having various characteristics can be obtained according to the combination of organic particles and conductive fine particles.
例えば、有機物粒子として、弾性率の低い高分子等を用いた場合には、柔軟な導電複合粒子を得ることができる。柔軟な導電複合粒子を、エラストマーまたは樹脂（母材）中に配合すると、歪みが加えられた時に生じる、母材との界面における応力の集中が緩和される。このため、母材が破壊されにくく、外部からの刺激に対する応答性が低下しにくい。 For example, when a polymer having a low elastic modulus is used as the organic particles, flexible conductive composite particles can be obtained. When flexible conductive composite particles are blended in an elastomer or a resin (base material), stress concentration at the interface with the base material, which is generated when strain is applied, is alleviated. For this reason, a base material is hard to be destroyed and the response with respect to the stimulus from the outside is hard to fall.
また、粒子径の小さな有機物粒子を用いることにより、導電複合粒子の粒子径を小さくすることができる。さらに、使用する有機物粒子の粒度分布を調整すれば、導電複合粒子の粒度分布も容易に調整することができる。導電複合粒子の粒子径を小さくすることで、母材との界面における応力の集中が緩和され、母材の破壊を抑制することができる。 Moreover, the particle diameter of the conductive composite particles can be reduced by using organic particles having a small particle diameter. Furthermore, if the particle size distribution of the organic particles used is adjusted, the particle size distribution of the conductive composite particles can be easily adjusted. By reducing the particle size of the conductive composite particles, the concentration of stress at the interface with the base material is alleviated, and destruction of the base material can be suppressed.
また、有機物粒子の表面を被覆している導電性微粒子の種類、量を調整することにより、任意の粉体抵抗（導電性）を持つ導電複合粒子を得ることができる。さらに、導電性微粒子に加えて、母材との相溶性が良好な微粒子を複合化すると、母材と導電複合粒子との接着力を向上させることができる。これにより、歪みが加わっても、導電複合粒子と母材との剥離が抑制され、耐久性がより向上する。 Further, by adjusting the kind and amount of the conductive fine particles covering the surface of the organic particles, conductive composite particles having an arbitrary powder resistance (conductivity) can be obtained. Furthermore, when the fine particles having good compatibility with the base material are combined with the conductive fine particles, the adhesive force between the base material and the conductive composite particles can be improved. Thereby, even if distortion is added, peeling between the conductive composite particles and the base material is suppressed, and durability is further improved.
（２）本発明のエラストマー複合材料は、エラストマーと、該エラストマー中に配合されている導電性フィラーと、を有し、該導電性フィラーは、上記本発明の導電複合粒子を含むことを特徴とする（請求項６に対応）。 (2) The elastomer composite material of the present invention has an elastomer and a conductive filler blended in the elastomer, and the conductive filler includes the conductive composite particles of the present invention. (Corresponding to claim 6).
すなわち、本発明のエラストマー複合材料には、エラストマー中に上記本発明の導電複合粒子が配合されている。本明細書において、「エラストマー」は、ゴムおよび熱可塑性エラストマーを含む。上述したように、有機物粒子と導電性微粒子との組み合わせに応じて、本発明の導電複合粒子は様々な特性を持つ。このため、目的に応じて好適な導電複合粒子を選択することで、所望の特性を持つエラストマー複合材料を実現することができる。 That is, in the elastomer composite material of the present invention, the conductive composite particles of the present invention are blended in the elastomer. In this specification, “elastomer” includes rubber and thermoplastic elastomer. As described above, the conductive composite particles of the present invention have various characteristics depending on the combination of organic particles and conductive fine particles. Therefore, an elastomer composite material having desired characteristics can be realized by selecting suitable conductive composite particles according to the purpose.
例えば、エラストマー中に配合される本発明の導電複合粒子が、柔軟なものである場合、あるいは粒子径が小さい場合には、導電複合粒子とエラストマーとの界面における応力集中が緩和される。よって、繰り返し変形してもエラストマーが破壊されにくく、耐久性が高い。このような本発明のエラストマー複合材料は、変形センサ材料として好適である。 For example, when the conductive composite particles of the present invention blended in the elastomer are flexible or have a small particle diameter, stress concentration at the interface between the conductive composite particles and the elastomer is alleviated. Therefore, even if it deforms repeatedly, the elastomer is not easily destroyed and has high durability. Such an elastomer composite material of the present invention is suitable as a deformation sensor material.
（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記導電性フィラーは、前記エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されており、弾性変形可能であって、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する構成とするとよい（請求項７に対応）。 (3) Preferably, in the configuration of the above (2), the conductive filler is blended in the elastomer in a substantially single particle state and with a high filling rate, is elastically deformable, and has an elastic deformation amount. It is preferable that the electrical resistance increases as it increases (corresponding to claim 7).
上記本発明のエラストマー複合材料の一態様として、導電性フィラーが、エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されている場合には、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。ここで、「略単粒子状態」とは、導電性フィラーの全重量を１００重量％とした場合の５０重量％以上が、凝集した二次粒子としてではなく、単独の一次粒子の状態で存在していることをいう。また、「高充填率」とは、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されていることをいう。また、「弾性変形」には、圧縮、伸張、曲げ等による変形がすべて含まれる。 As one aspect of the elastomer composite material of the present invention, when the conductive filler is blended in the elastomer in a substantially single particle state and at a high filling rate, the electrical resistance increases as the amount of elastic deformation increases. . Here, the “substantially single particle state” means that 50% by weight or more when the total weight of the conductive filler is 100% by weight exists not in the form of aggregated secondary particles but in the form of single primary particles. It means that Further, “high filling rate” means that the conductive filler is blended in a state close to closest packing. Further, “elastic deformation” includes all deformation due to compression, extension, bending, and the like.
導電性フィラーが、略単粒子状態で、かつ高充填率で配合されると、エラストマー分を介した導電性フィラー同士の接触により、三次元的な導電パスが形成される。これにより、荷重が印加されていない状態（以下、適宜「無荷重状態」と称す。）、言い換えると、変形していない自然状態で、本発明のエラストマー複合材料は高い導電性を有する。一方、本発明のエラストマー複合材料が弾性変形すると、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する。この理由は、次のように考えられる。 When the conductive filler is blended in a substantially single particle state and at a high filling rate, a three-dimensional conductive path is formed by contact between the conductive fillers via the elastomer component. Accordingly, the elastomer composite material of the present invention has high conductivity in a state where no load is applied (hereinafter, referred to as “no-load state” as appropriate), in other words, in a natural state where the load is not deformed. On the other hand, when the elastomer composite material of the present invention is elastically deformed, the electrical resistance increases as the amount of elastic deformation increases. The reason is considered as follows.
図１、図２に、本発明のエラストマー複合材料の、荷重の印加前後における導電パスの変化をモデルで示す。ただし、図１、図２に示すのは、本発明のエラストマー複合材料の一例であり、導電性フィラーの充填状態、形状等を何ら限定するものではない。 FIG. 1 and FIG. 2 show changes in the conductive path of the elastomer composite material of the present invention before and after applying a load as a model. However, what is shown in FIG. 1 and FIG. 2 is an example of the elastomer composite material of the present invention, and does not limit the filling state and shape of the conductive filler at all.
図１に示すように、エラストマー複合材料１００において、導電性フィラー１０２の多くは、エラストマー１０１中に一次粒子の状態（略単独の状態）で存在している。また、導電性フィラー１０２の充填率は高く、最密充填に近い状態で配合されている。これにより、無荷重状態において、エラストマー複合材料１００には、導電性フィラー１０２による三次元的な導電パスＰが形成されている。よって、無荷重状態では、エラストマー複合材料１００の電気抵抗は小さい。一方、図２に示すように、エラストマー複合材料１００に荷重が印加されると、エラストマー複合材料１００は弾性変形する（図２中の点線枠は、図１の無荷重状態を示している。）。ここで、導電性フィラー１０２は最密充填に近い状態で配合されているため、導電性フィラー１０２が移動できるスペースはほとんどない。よって、エラストマー複合材料１００が弾性変形すると、導電性フィラー１０２同士が反発し合い、導電性フィラー１０２同士の接触状態が変化する。その結果、三次元的な導電パスＰが崩壊し、電気抵抗が増加する。 As shown in FIG. 1, in the elastomer composite material 100, most of the conductive fillers 102 exist in the state of primary particles (substantially in a single state) in the elastomer 101. Moreover, the filling rate of the conductive filler 102 is high, and it is blended in a state close to closest packing. Thereby, in the no-load state, the elastomer composite material 100 is formed with a three-dimensional conductive path P by the conductive filler 102. Therefore, in the no-load state, the electrical resistance of the elastomer composite material 100 is small. On the other hand, as shown in FIG. 2, when a load is applied to the elastomer composite material 100, the elastomer composite material 100 is elastically deformed (the dotted line frame in FIG. 2 indicates the no-load state of FIG. 1). . Here, since the conductive filler 102 is blended in a state close to closest packing, there is almost no space where the conductive filler 102 can move. Therefore, when the elastomer composite material 100 is elastically deformed, the conductive fillers 102 repel each other, and the contact state between the conductive fillers 102 changes. As a result, the three-dimensional conductive path P collapses and the electrical resistance increases.
ここで、エラストマー中に配合される導電性フィラーは、上記本発明の導電複合粒子を含む。導電複合粒子が柔軟なものである場合、あるいは粒子径が小さい場合には、導電複合粒子とエラストマーとの界面における応力集中が緩和される。このため、弾性変形を繰り返しても、エラストマーが破壊されにくく、初期の三次元的な導電パスを維持することができる。すなわち、本態様のエラストマー複合材料は、繰り返し使用しても外部からの刺激に対する応答性が低下しにくく、耐久性に優れる。 Here, the conductive filler blended in the elastomer includes the conductive composite particles of the present invention. When the conductive composite particles are flexible, or when the particle diameter is small, the stress concentration at the interface between the conductive composite particles and the elastomer is alleviated. For this reason, even if elastic deformation is repeated, the elastomer is not easily destroyed, and an initial three-dimensional conductive path can be maintained. That is, the elastomer composite material of this embodiment is less likely to have a reduced responsiveness to external stimuli even after repeated use, and is excellent in durability.
（４）また、本発明の変形センサは、上記（３）の構成のエラストマー複合材料からなるセンサ本体と、該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、該センサ本体の少なくとも一部の弾性変形を拘束する拘束部材と、を備えてなることを特徴とする（請求項９に対応）。 (4) Further, the deformation sensor of the present invention includes a sensor main body made of the elastomer composite material having the configuration of (3), an electrode connected to the sensor main body and capable of outputting the electric resistance, and at least the sensor main body. And a restraining member that restrains a part of the elastic deformation (corresponding to claim 9).
上記（３）の構成のエラストマー複合材料からなるセンサ本体を備えた本発明の変形センサは、電極から出力されるセンサ本体の電気抵抗の増加に基づいて、対象となる部材、部位に作用する荷重、および部材、部位の様々な変形を検出することができる。また、センサ本体は、エラストマーを母材とするため、弾性変形可能である。このため、本発明の変形センサは、部材、部位に生じる圧縮、伸張、曲げ等の様々な変形を検出することができる。また、本発明の変形センサは、加工性に優れ、形状設計の自由度が高い。よって、部材、部位の広い領域における荷重、変形を検出することができる。 The deformation sensor of the present invention provided with the sensor main body made of the elastomer composite material having the configuration (3) described above is based on an increase in the electric resistance of the sensor main body output from the electrode, and the load acting on the target member and part. , And various deformations of members and parts can be detected. Further, since the sensor body uses an elastomer as a base material, it can be elastically deformed. For this reason, the deformation sensor of the present invention can detect various deformations such as compression, expansion, bending and the like occurring in the member and the part. The deformation sensor of the present invention is excellent in workability and has a high degree of freedom in shape design. Therefore, it is possible to detect a load and deformation in a wide region of the member and part.
本発明の変形センサでは、エラストマーの種類、導電性フィラーの構成、充填率等を調整することにより、無荷重状態における電気抵抗値を所定の範囲に設定することができる。このため、検出可能な荷重、弾性変形量の範囲、つまり、検出レンジを大きくすることができる。加えて、弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動を調整することができるため、所望の応答感度を実現することができる。 In the deformation sensor of the present invention, the electrical resistance value in a no-load state can be set within a predetermined range by adjusting the type of elastomer, the configuration of the conductive filler, the filling rate, and the like. For this reason, the range of detectable load and elastic deformation amount, that is, the detection range can be increased. In addition, since the increase behavior of the electrical resistance with respect to the elastic deformation amount can be adjusted, a desired response sensitivity can be realized.
また、センサ本体（エラストマー複合材料）には、上記本発明の導電複合粒子が配合されている。したがって、導電複合粒子の粒子径、弾性率等を最適化することにより、弾性変形を繰り返しても、外部からの刺激に対する応答性が低下しにくく、耐久性に優れた変形センサを実現することができる。 The sensor main body (elastomer composite material) contains the conductive composite particles of the present invention. Therefore, by optimizing the particle size, elastic modulus, etc. of the conductive composite particles, it is possible to realize a deformation sensor that is less likely to deteriorate the responsiveness to external stimuli even when elastic deformation is repeated and that has excellent durability. it can.
また、本発明の変形センサは、無荷重状態において高い導電性を有する。つまり、本発明の変形センサは、無荷重状態において導電状態にある。このため、無荷重状態において、導電性の低いセンサ（例えば、従来の感圧導電性樹脂等を用いたセンサ）と比較して、作動診断が容易である。すなわち、無荷重状態において導電性の低いセンサの場合、無荷重状態のままでは、正常なのか異常なのか（例えば回路に断線等が生じているのか）判別し難い。このため、導電性が低いセンサに、敢えて、比較的高い電圧を印加して、通電させてみる必要がある。あるいは、センサを試験的に作動させて通電状態をチェックする必要がある。したがって、作動診断が煩雑である。これに対して、本発明の変形センサの場合、無荷重状態において高い導電性を有している。このため、無荷重状態のままで、正常、異常の判別がし易い。したがって、作動診断が容易である。 Moreover, the deformation sensor of the present invention has high conductivity in a no-load state. That is, the deformation sensor of the present invention is in a conductive state in a no-load state. For this reason, in a no-load state, operation diagnosis is easier as compared with a sensor having low conductivity (for example, a sensor using a conventional pressure-sensitive conductive resin or the like). That is, in the case of a sensor having low conductivity in a no-load state, it is difficult to determine whether the sensor is normal or abnormal (for example, whether a circuit is disconnected) in the no-load state. For this reason, it is necessary to dare to apply a relatively high voltage to a sensor having low conductivity. Alternatively, it is necessary to check the energized state by operating the sensor on a trial basis. Therefore, the operation diagnosis is complicated. In contrast, the deformation sensor of the present invention has high conductivity in a no-load state. For this reason, it is easy to discriminate between normal and abnormal in a no-load state. Therefore, operation diagnosis is easy.
以下、本発明の導電複合粒子、エラストマー複合材料、および変形センサについて、それぞれ詳細に説明する。 Hereinafter, each of the conductive composite particles, the elastomer composite material, and the deformation sensor of the present invention will be described in detail.
＜導電複合粒子＞
本発明の導電複合粒子は、絶縁性の有機物粒子と、その表面に複合化されている導電性微粒子と、を有する。有機物粒子の種類は、特に限定されるものではなく、目的とする特性に応じて適宜選択すればよい。有機物粒子の弾性率が低いと、柔軟な導電複合粒子を得ることができる。この場合、有機物粒子を、弾性率が２０ＧＰａ以下の材料から構成するとよい。例えば、エラストマーや樹脂からなる粒子を用いるとよい。エラストマーや樹脂の場合、弾性率として、ＪＩＳ Ｋ６９１１に準じて測定された曲げ弾性率の値を採用する。
<Conductive composite particles>
The conductive composite particles of the present invention include insulating organic particles and conductive fine particles composited on the surface thereof. The kind of the organic particles is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the target characteristics. When the elastic modulus of the organic particles is low, flexible conductive composite particles can be obtained. In this case, the organic particles may be made of a material having an elastic modulus of 20 GPa or less. For example, particles made of an elastomer or resin may be used. In the case of an elastomer or resin, the value of the flexural modulus measured according to JIS K6911 is adopted as the elastic modulus.
具体的には、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＡＳ樹脂）、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＭＢＳ樹脂）、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル等の樹脂、アクリルゴム、シリコーンゴム等のゴムが挙げられる。 Specifically, acrylic resin, silicone resin, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin (ABS resin), acrylonitrile-styrene copolymer resin (AS resin), methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer resin (MBS resin), polyamide , Epoxy resin, polyethylene, polypropylene, polyester, polystyrene, polyvinyl chloride, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyphenylene ether, and other resins, and rubbers such as acrylic rubber and silicone rubber.
有機物粒子の形状は、特に限定されるものではない。エラストマーや樹脂（母材）との界面における応力集中を低減するためには、アスペクト比（最短径に対する最長径の比）が１以上２以下のものが望ましい。また、アスペクト比が２より大きくなると、母材に配合した時の導電複合粒子の分散性が低下する。例えば、球状の粒子を採用することが望ましい。「球状」には、真球、略真球状の他、楕円球状、長円球状（一対の対向する半球を円柱で連結した形状）、部分球状、部分毎に半径の異なる球状、水滴形状等が含まれる。また、後述するように、母材中の導電複合粒子の充填状態を、より最密充填状態に近づけたい場合には、真球あるいは極めて真球に近い形状（略真球状）の粒子を採用するとよい。 The shape of the organic particles is not particularly limited. In order to reduce the stress concentration at the interface with the elastomer or resin (base material), it is desirable that the aspect ratio (ratio of the longest diameter to the shortest diameter) is 1 or more and 2 or less. On the other hand, when the aspect ratio is larger than 2, the dispersibility of the conductive composite particles when mixed in the base material is lowered. For example, it is desirable to employ spherical particles. “Spherical” includes not only true spheres and substantially true spheres, but also elliptic spheres, oval spheres (a shape in which a pair of opposing hemispheres are connected by a cylinder), partial spheres, spheres with different radii for each part, water droplet shapes, etc. included. Also, as will be described later, when it is desired to bring the packed state of the conductive composite particles in the base material closer to the close-packed packed state, adopting particles of a true sphere or a shape very close to a true sphere (substantially true sphere) Good.
また、導電複合粒子と母材との界面における応力集中を低減するためには、有機物粒子の粒子径は小さい方が望ましい。例えば、導電複合粒子の製造に、平均粒子径が１００μｍ以下の粉体を使用するとよい。平均粒子径が６０μｍ以下、さらには２０μｍ以下の粉体がより好適である。一方、粒子径が小さすぎると、後述する複合化処理の際の分散性が悪くなり、個々の有機物粒子の表面に導電性微粒子を均一に固定させることが難しくなる。よって、平均粒子径が１μｍ以上の粉体を採用するとよい。３μｍ以上の粉体がより好適である。なお、平均粒子径としては、累積粒度曲線において積算重量が５０％となる粒子径（Ｄ５０）を採用する。また、使用する有機物粒子の粉体の粒度分布は狭い方が望ましい。例えば、Ｄ９０／Ｄ１０の値が１以上３０以下であることが望ましい。Ｄ９０／Ｄ１０の値が１０以下であるとより好適である。ここで、Ｄ９０は、累積粒度曲線において積算重量が９０％となる粒子径であり、Ｄ１０は、同積算重量が１０％となる粒子径である。Ｄ９０／Ｄ１０の値が３０を超えると、粒度分布がブロードになるため、目的とする粒子径範囲以外の粒子の割合が大きくなる。 Further, in order to reduce stress concentration at the interface between the conductive composite particles and the base material, it is desirable that the organic particles have a smaller particle diameter. For example, a powder having an average particle diameter of 100 μm or less may be used for producing conductive composite particles. A powder having an average particle diameter of 60 μm or less, more preferably 20 μm or less is more preferable. On the other hand, when the particle diameter is too small, the dispersibility during the composite treatment described later is deteriorated, and it becomes difficult to uniformly fix the conductive fine particles on the surface of each organic particle. Therefore, it is preferable to employ a powder having an average particle diameter of 1 μm or more. A powder of 3 μm or more is more preferable. In addition, as an average particle diameter, the particle diameter (D50) from which an integrated weight will be 50% in a cumulative particle size curve is employ | adopted. Further, it is desirable that the particle size distribution of the organic particles used is narrow. For example, it is desirable that the value of D90 / D10 is 1 or more and 30 or less. It is more preferable that the value of D90 / D10 is 10 or less. Here, D90 is the particle diameter at which the cumulative weight is 90% in the cumulative particle size curve, and D10 is the particle diameter at which the cumulative weight is 10%. When the value of D90 / D10 exceeds 30, since the particle size distribution becomes broad, the proportion of particles outside the target particle size range increases.
導電性微粒子は、導電性を有する粒子であれば、その種類が特に限定されるものではない。例えば、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック等の炭素材料、金、銀、パラジウム、ニッケル、銅等の金属、錫酸化物、アンチモン酸化物、鉄酸化物、マンガン酸化物等の酸化物の微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。なかでも、導電性が良好で低価格であるという理由から、炭素材料が好適である。 The conductive fine particles are not particularly limited as long as they are conductive particles. For example, carbon materials such as carbon black, graphite, acetylene black, metals such as gold, silver, palladium, nickel and copper, and fine particles of oxides such as tin oxide, antimony oxide, iron oxide and manganese oxide It is done. Of these, one can be used alone, or two or more can be used in combination. Of these, carbon materials are preferred because of their good conductivity and low cost.
単独の一次粒子の状態で存在する導電性微粒子の平均粒子径（平均一次粒子径）は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが望ましい。１００ｎｍを超えると有機物粒子の表面に複合化される導電性微粒子の量が少なくなり、得られる導電複合粒子の導電性が低下するおそれがある。なお、導電性微粒子の平均一次粒子径としては、電子顕微鏡の観察により測定された導電性微粒子の粒子径の算術平均値を採用する。 The average particle size (average primary particle size) of the conductive fine particles existing in the form of single primary particles is preferably 10 nm or more and 100 nm or less. If it exceeds 100 nm, the amount of conductive fine particles combined on the surface of the organic particles is reduced, and the conductivity of the obtained conductive composite particles may be reduced. In addition, as an average primary particle diameter of electroconductive fine particles, the arithmetic average value of the particle diameter of electroconductive fine particles measured by observation with an electron microscope is employ | adopted.
導電性微粒子は、有機物粒子の表面のすべてを覆っていてもよく、一部を覆っていてもよい。また、有機物粒子の表面には、導電性微粒子に加えて、エラストマーまたは樹脂（母材）との相溶性が良好な微粒子が、メカノケミカル反応により複合化されていてもよい。このような微粒子が複合化されていると、母材との相溶性が向上するため、導電複合粒子と母材との接着力が大きくなる。これにより、歪みが加わった場合でも、導電複合粒子と母材との剥離が抑制され、耐久性がより向上する。 The conductive fine particles may cover the whole surface of the organic particles, or may cover a part thereof. In addition to the conductive fine particles, fine particles having good compatibility with the elastomer or the resin (base material) may be combined on the surface of the organic particles by a mechanochemical reaction. When such fine particles are composited, compatibility with the base material is improved, so that the adhesive force between the conductive composite particles and the base material is increased. Thereby, even when distortion is applied, peeling between the conductive composite particles and the base material is suppressed, and durability is further improved.
このような微粒子としては、例えば、母材がシリコーンゴムの場合には、シリカ等が好適である。また、母材がエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）等の場合には、母材のポリマーと反応する重合性のビニル基を有するモノマーが好適である。例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、メタリルスルホン酸ナトリウム、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、Ｎ，Ｎ−メチレンビス（アクリルアミド）、およびこれらの混合物等が挙げられる。また、これらのモノマーと、アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル、アクリロニトリル、塩化ビニル、スチレン、酢酸ビニル等の重合性モノマーとの共重合体も好適である。 As such fine particles, for example, silica or the like is suitable when the base material is silicone rubber. When the base material is ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR) or the like, a monomer having a polymerizable vinyl group that reacts with the base polymer is Is preferred. Examples thereof include acrylamide, methacrylamide, N-methylol acrylamide, sodium methallyl sulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, N, N-methylenebis (acrylamide), and mixtures thereof. Also suitable are copolymers of these monomers with polymerizable monomers such as acrylic esters, methacrylic esters, acrylonitrile, vinyl chloride, styrene, vinyl acetate.
導電複合粒子の製造、すなわち、導電性微粒子の有機物粒子の表面への複合化処理には、メカノケミカル反応を用いる。メカノケミカル反応を行う方法としては、噴射圧力や衝突力等の機械的エネルギーを利用する公知の方法を用いればよい。例えば、ハイブリダイゼーション法、メカノフュージョン法、シータコンポーザ法、メカノミル法、ボールミル法等が挙げられる。有機物粒子、導電性微粒子等の原料粉末を、複合化処理を行う装置に収容し、所定の条件下にて処理すればよい。 A mechanochemical reaction is used for the production of the conductive composite particles, that is, the composite treatment of the conductive fine particles on the surface of the organic particles. As a method for performing the mechanochemical reaction, a known method using mechanical energy such as injection pressure or collision force may be used. Examples thereof include a hybridization method, a mechanofusion method, a theta composer method, a mechanomill method, and a ball mill method. Raw material powders such as organic particles and conductive fine particles may be accommodated in a compounding apparatus and processed under predetermined conditions.
複合化処理を行う諸条件は、使用する装置に応じて、また、有機物粒子、導電性微粒子等の種類や量等を考慮して、適宜決定すればよい。例えば、ハイブリダイゼーション法を採用する場合には、回転速度は６０００〜８０００ｒｐｍ程度、処理時間は１〜５分間程度とするとよい。複合化処理は、室温、大気圧下で行えばよい。また、空気中、あるいは使用する粒子が酸化性のものである場合には窒素中で行うことが望ましい。なお、母材との相溶性が良好な微粒子をも複合化する場合には、使用する材料に応じて、還元雰囲気、酸化雰囲気等、適宜調整すればよい。 Various conditions for performing the composite treatment may be appropriately determined according to the apparatus to be used and in consideration of the type and amount of organic particles, conductive fine particles, and the like. For example, when the hybridization method is employed, the rotation speed is preferably about 6000 to 8000 rpm, and the treatment time is about 1 to 5 minutes. The composite treatment may be performed at room temperature and atmospheric pressure. Moreover, it is desirable to carry out in air or in the case where the particles to be used are oxidizing. Note that in the case of compositing fine particles having good compatibility with the base material, a reducing atmosphere, an oxidizing atmosphere, or the like may be appropriately adjusted depending on the material to be used.
有機物粒子と導電性微粒子との配合比は、使用する粒子の粒子径、真比重等により異なるため、所望の特性が得られるよう適宜調整すればよい。例えば、樹脂からなる有機物粒子と、炭素材料からなる導電性微粒子との組み合わせの場合、有機物粒子と導電性微粒子との重量比は、１００：０．５〜５とすることが望ましい。 The compounding ratio of the organic particles and the conductive fine particles varies depending on the particle diameter, true specific gravity and the like of the particles to be used, and may be adjusted as appropriate so as to obtain desired characteristics. For example, in the case of a combination of organic particles made of a resin and conductive fine particles made of a carbon material, the weight ratio of the organic particles and the conductive fine particles is preferably 100: 0.5 to 5.
＜エラストマー複合材料＞
本発明のエラストマー複合材料は、エラストマーと、該エラストマー中に配合されている導電性フィラーと、を有し、該導電性フィラーは、上記本発明の導電複合粒子を含む。導電性フィラーには、本発明の導電複合粒子の一種を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。また、炭素材料等の単一粒子からなる従来のフィラーを併用してもよい。エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択すればよい。例えば、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するという特性を発現させるためには、導電性フィラーとの関係を考慮して選択することが望ましい。
<Elastomer composite material>
The elastomer composite material of the present invention has an elastomer and a conductive filler blended in the elastomer, and the conductive filler includes the conductive composite particles of the present invention. As the conductive filler, one kind of the conductive composite particles of the present invention can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used. Moreover, you may use together the conventional filler which consists of single particles, such as a carbon material. The elastomer may be appropriately selected from rubber and thermoplastic elastomer. For example, in order to develop the characteristic that the electrical resistance increases as the amount of elastic deformation increases, it is desirable to select in consideration of the relationship with the conductive filler.
例えば、ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム［エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）等］、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ、Ｂｒ−ＩＩＲ等）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックス等が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系等の各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いればよい。例えば、導電性フィラーとして炭素材料が使用されている場合には、該導電性フィラーと相溶性が良好なＥＰＤＭ、ＮＢＲ、シリコーンゴムが好適である。 For example, as rubber, natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene copolymer rubber (NBR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), ethylene-propylene copolymer rubber [Ethylene-propylene copolymer (EPM), ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), etc.], butyl rubber (IIR), halogenated butyl rubber (Cl-IIR, Br-IIR, etc.), hydrogenated nitrile rubber (H-NBR), chloroprene rubber (CR), acrylic rubber (AR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM), hydrin rubber, silicone rubber, fluorine rubber, urethane rubber, synthetic latex and the like. Examples of the thermoplastic elastomer include various thermoplastic elastomers such as styrene, olefin, urethane, polyester, polyamide, and fluorine, and derivatives thereof. Of these, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. For example, when a carbon material is used as the conductive filler, EPDM, NBR, and silicone rubber having good compatibility with the conductive filler are suitable.
また、導電性フィラーをエラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合し、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するよう、本発明のエラストマー複合材料を構成することができる。この場合、導電性フィラーの充填率は、エラストマー複合材料の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の３０ｖｏｌ％以上であることが望ましい。３０ｖｏｌ％未満の場合には、導電性フィラーが最密充填に近い状態で配合されにくく、所望の導電性が発現しない。また、エラストマー複合材料の弾性変形に対する電気抵抗の変化が緩慢になり、電気抵抗の増加挙動を制御することが難しくなる。３５ｖｏｌ％以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、エラストマー複合材料の全体の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の６５ｖｏｌ％以下であることが望ましい。６５ｖｏｌ％を超えると、エラストマーへの混合が困難となり、成形加工性が低下する。また、エラストマー複合材料が弾性変形しにくくなる。５５ｖｏｌ％以下であるとより好適である。 In addition, the elastomer composite material of the present invention can be configured so that the conductive filler is blended into the elastomer in a substantially single particle state and at a high filling rate so that the electrical resistance increases as the amount of elastic deformation increases. In this case, the filling rate of the conductive filler is desirably 30 vol% or more when the total volume of the elastomer composite material is 100 vol%. In the case of less than 30 vol%, the conductive filler is hardly compounded in a state close to closest packing, and desired conductivity is not exhibited. In addition, the change in electric resistance with respect to elastic deformation of the elastomer composite material becomes slow, and it becomes difficult to control the increase behavior of the electric resistance. It is more preferable that it is 35 vol% or more. On the other hand, the filling rate of the conductive filler is desirably 65 vol% or less when the total volume of the elastomer composite material is 100 vol%. When it exceeds 65 vol%, mixing with an elastomer becomes difficult and molding processability is lowered. In addition, the elastomer composite material is less likely to be elastically deformed. It is more preferable that it is 55 vol% or less.
本発明のエラストマー複合材料は、エラストマー、導電性フィラーに加え、各種添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、例えば、架橋剤、加硫促進剤、加工助剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。本発明のエラストマー複合材料は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、エラストマーに、加工助剤、軟化剤等の添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物を所定の形状に成形し、それを金型に充填して、所定の条件下でプレス架橋する。 The elastomer composite material of the present invention may contain various additives in addition to the elastomer and the conductive filler. Examples of the additive include a crosslinking agent, a vulcanization accelerator, a processing aid, a vulcanization aid, an antiaging agent, a plasticizer, a softening agent, and a colorant. The elastomer composite material of the present invention can be produced, for example, as follows. First, additives such as processing aids and softeners are added to the elastomer and kneaded. Subsequently, after adding a conductive filler and kneading, a crosslinking agent and a vulcanization accelerator are further added and kneaded to obtain an elastomer composition. Next, the elastomer composition is molded into a predetermined shape, filled in a mold, and press-crosslinked under predetermined conditions.
＜変形センサ＞
上記本発明のエラストマー複合材料を用いて、変形センサを構成することができる。以下、本発明のエラストマー複合材料を用いた変形センサ、すなわち本発明の変形センサの一実施形態について説明する。
<Deformation sensor>
A deformation sensor can be configured using the elastomer composite material of the present invention. Hereinafter, a deformation sensor using the elastomer composite material of the present invention, that is, an embodiment of the deformation sensor of the present invention will be described.
まず、本実施形態の変形センサの構成について説明する。図３に、変形センサの正面図を示す。図４に、図３のＩＶ−ＩＶ断面図を示す。なお、図４では、説明の便宜上、導線を省略して示す。図３、図４に示すように、変形センサ２は、電極フィルム部２０とセンサ本体２１と拘束フィルム部２２とを備えている。 First, the configuration of the deformation sensor of this embodiment will be described. FIG. 3 shows a front view of the deformation sensor. FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. In FIG. 4, for convenience of explanation, the conductive wire is omitted. As shown in FIGS. 3 and 4, the deformation sensor 2 includes an electrode film part 20, a sensor main body 21, and a restraining film part 22.
電極フィルム部２０は、基材フィルム２００とカバーフィルム２０１とを備えている。基材フィルム２００は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。基材フィルム２００は、基材９００の表面に固定されている。基材フィルム２００の右端には、コネクタ２３が取り付けられている。カバーフィルム２０１は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２０１は、基材フィルム２００の表面を覆っている。カバーフィルム２０１の幅方向（上下方向）中央には、左右方向に延びてセンサ本体２１に対応する長孔２０１ａが開設されている。 The electrode film unit 20 includes a base film 200 and a cover film 201. The base film 200 is made of polyimide and has a strip shape extending in the left-right direction. The substrate film 200 is fixed to the surface of the substrate 900. A connector 23 is attached to the right end of the base film 200. The cover film 201 is made of polyimide and has a strip shape extending in the left-right direction. The cover film 201 covers the surface of the base film 200. In the center of the cover film 201 in the width direction (vertical direction), a long hole 201a that extends in the left-right direction and corresponds to the sensor body 21 is formed.
センサ本体２１は、左右方向に延びる長尺板状を呈している。センサ本体２１は、カバーフィルム２０１の長孔２０１ａに収容された状態で、基材フィルム２００の表面に固定されている。センサ本体２１は、ＥＰＤＭ中に導電性フィラー（導電複合粒子）が略単粒子状態でかつ高充填率で配合されたエラストマー複合材料からなる。導電性フィラーの充填率は、センサ本体２１の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の６０ｖｏｌ％である。 The sensor main body 21 has a long plate shape extending in the left-right direction. The sensor main body 21 is fixed to the surface of the base film 200 while being accommodated in the long hole 201 a of the cover film 201. The sensor body 21 is made of an elastomer composite material in which conductive fillers (conductive composite particles) are blended in EPDM in a substantially single particle state with a high filling rate. The filling rate of the conductive filler is 60 vol% when the volume of the sensor main body 21 is 100 vol%.
センサ本体２１の左端には電極Ａが、右端には電極Ｂが、各々取り付けられている。詳しく説明すると、電極Ａ、Ｂは、共に、上下に延びる短冊状を呈しており、センサ本体２１と基材フィルム２００との間、およびカバーフィルム２０１と基材フィルム２００との間に、介装されている。電極Ａとコネクタ２３とは導線２４Ａにより、電極Ｂとコネクタ２３とは導線２４Ｂにより、各々、結線されている。 An electrode A is attached to the left end of the sensor main body 21, and an electrode B is attached to the right end. Specifically, the electrodes A and B both have a strip shape extending vertically, and are interposed between the sensor body 21 and the base film 200 and between the cover film 201 and the base film 200. Has been. The electrode A and the connector 23 are connected by a conductive wire 24A, and the electrode B and the connector 23 are connected by a conductive wire 24B.
拘束フィルム部２２は、ポリイミド製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。拘束フィルム部２２は、センサ本体２１の基材フィルム２００側と反対の表面（後面）に固定されている。基材フィルム２００および拘束フィルム部２２は、本発明における拘束部材に含まれる。 The restraint film portion 22 is made of polyimide and has a strip shape extending in the left-right direction. The restraint film portion 22 is fixed to the surface (rear surface) opposite to the base film 200 side of the sensor body 21. The base film 200 and the restraining film part 22 are included in the restraining member in the present invention.
次に、変形センサ２の動きについて説明する。荷重が基材９００側から加わると、基材９００は、後方に撓むように変形する。基材９００の変形は、基材フィルム２００を介して、センサ本体２１に伝達される。このため、センサ本体２１も、前方に開口するＣ字状に、弾性的に湾曲する。無荷重状態においては、前出図１に示すように、導電性フィラー１０２は、最密充填に近い状態で充填されている。このため、多数の導電パスＰが形成されている。したがって、検出される電極Ａ、Ｂ間の電気抵抗値は、比較的小さい。これに対して、荷重が加わった後においては、前出図２に示すように、導電性フィラー１０２同士が反発し合う。このため、導電パスＰが崩壊してしまう。したがって、検出される電極Ａ、Ｂ間の電気抵抗値は、無荷重状態に対して、大きくなる。 Next, the movement of the deformation sensor 2 will be described. When a load is applied from the base material 900 side, the base material 900 is deformed to bend backward. The deformation of the substrate 900 is transmitted to the sensor main body 21 through the substrate film 200. For this reason, the sensor main body 21 is also elastically curved into a C-shape opening forward. In the no-load state, as shown in FIG. 1, the conductive filler 102 is filled in a state close to closest packing. For this reason, a large number of conductive paths P are formed. Therefore, the detected electrical resistance value between the electrodes A and B is relatively small. On the other hand, after the load is applied, the conductive fillers 102 repel each other as shown in FIG. For this reason, the conductive path P collapses. Therefore, the detected electrical resistance value between the electrodes A and B is larger than the no-load state.
加えて、センサ本体２１の表面（後面）には、拘束フィルム部２２が固定されている。このため、センサ本体２１後面付近の伸長変形は、拘束フィルム部２２により拘束される。すなわち、拘束フィルム部２２により、センサ本体２１後面付近の伸長変形は規制され、センサ本体２１は剪断変形する。このように、センサ本体２１の両面を拘束することによって、大きな歪み集中を誘起でき、より一層、電極Ａ、Ｂ間の電気抵抗値は大きくなる。 In addition, a restraining film portion 22 is fixed to the surface (rear surface) of the sensor main body 21. For this reason, the expansion deformation near the rear surface of the sensor body 21 is restrained by the restraining film portion 22. That is, the restraint film portion 22 restricts the extension deformation near the rear surface of the sensor main body 21 and the sensor main body 21 undergoes shear deformation. In this way, by constraining both surfaces of the sensor body 21, a large strain concentration can be induced, and the electric resistance value between the electrodes A and B is further increased.
次に、本実施形態の変形センサ２の作用効果について説明する。本実施形態の変形センサ２では、センサ本体２１が弾性変形すると、電気抵抗が増加する。このため、電極Ａ、Ｂから出力されるセンサ本体２１の電気抵抗の増加に基づいて、基材９００に作用する荷重、および圧縮、曲げ等の変形を容易に検出することができる。また、センサ本体２１は、エラストマー（ＥＰＤＭ）を母材とするため、加工性に優れている。このため、配置場所の自由度も高い。 Next, the effect of the deformation sensor 2 of this embodiment is demonstrated. In the deformation sensor 2 of the present embodiment, the electrical resistance increases when the sensor body 21 is elastically deformed. For this reason, based on the increase in the electrical resistance of the sensor body 21 output from the electrodes A and B, it is possible to easily detect the load acting on the substrate 900 and deformation such as compression and bending. Moreover, since the sensor main body 21 uses an elastomer (EPDM) as a base material, it is excellent in workability. For this reason, the freedom degree of an arrangement place is also high.
また、エラストマーの種類、導電性フィラーの構成、充填率等を調整することにより、無荷重状態における電気抵抗値を所定の範囲に設定することができる。このため、検出可能な荷重、弾性変形量の範囲、つまり、検出レンジを大きくすることができる。加えて、弾性変形量に対する電気抵抗の増加挙動を調整することができるため、所望の応答感度を実現することができる。 Moreover, the electrical resistance value in a no-load state can be set to a predetermined range by adjusting the type of elastomer, the configuration of the conductive filler, the filling rate, and the like. For this reason, the range of detectable load and elastic deformation amount, that is, the detection range can be increased. In addition, since the increase behavior of the electrical resistance with respect to the elastic deformation amount can be adjusted, a desired response sensitivity can be realized.
また、センサ本体２１（エラストマー複合材料）には、本発明の導電複合粒子が配合されている。このため、弾性変形を繰り返しても、エラストマーが破壊されにくい。したがって、変形センサ２は、繰り返し使用した場合でも、外部からの刺激に対する応答性が低下しにくく、耐久性に優れる。 The sensor body 21 (elastomer composite material) contains the conductive composite particles of the present invention. For this reason, even if elastic deformation is repeated, the elastomer is not easily destroyed. Therefore, even when the deformation sensor 2 is used repeatedly, the responsiveness to external stimuli is unlikely to decrease and is excellent in durability.
また、本実施形態の変形センサ２は、変形していない自由状態で、導電状態にある。よって、変形センサ２が組み込まれている回路に電流を流すことにより、変形センサ２が作動可能か否かの自己診断を容易に行うことができる。 Further, the deformation sensor 2 of the present embodiment is in a conductive state in a free state that is not deformed. Therefore, a self-diagnosis as to whether or not the deformation sensor 2 is operable can be easily performed by passing a current through a circuit in which the deformation sensor 2 is incorporated.
なお、本発明の変形センサの実施形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。例えば、センサ本体２１を、基材フィルム２００を介することなく、直接、基材９００の表面に固定してもよい。また、センサ本体２１の表面には、拘束フィルム部２２を配置しなくてもよい。この場合、基材９００が拘束部材となる。また、基材９００側からではなく、センサ本体２１の表面から、直接、荷重が入力されてもよい。 In addition, embodiment of the deformation | transformation sensor of this invention is not limited to the said form. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible. For example, the sensor main body 21 may be directly fixed to the surface of the substrate 900 without using the substrate film 200. Further, the restraining film portion 22 may not be disposed on the surface of the sensor main body 21. In this case, the base material 900 becomes a restraining member. Further, the load may be input directly from the surface of the sensor main body 21 instead of from the base material 900 side.
＜導電複合粒子＞
（１）導電複合粒子の製造
（１−ａ）有機物粒子として、シリコーン樹脂粉体（信越化学工業社製「ＫＭＰ−６０１」、平均粒子径１０μｍ）またはアクリル樹脂粉体（綜研化学社製「ＭＸ−３００」、平均粒子径３μｍ）を用い、導電性微粒子としてケッチェンブラック（一次粒子径３４ｎｍ）を用いて、導電複合粒子を六種類製造した。
<Conductive composite particles>
(1) Production of conductive composite particles (1-a) As organic particles, silicone resin powder (“KMP-601” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., average particle size 10 μm) or acrylic resin powder (“MX” manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.) Six types of conductive composite particles were produced using Ketjen Black (primary particle size of 34 nm) as conductive fine particles.
まず、下記表１に示す配合割合で、シリコーン樹脂粉体またはアクリル樹脂粉体と、ケッチェンブラックと、を配合し、さらに適宜シリカ粉体を配合して、予備混合した。シリカ粉体は、後述するエラストマー複合材料の母材との相溶性が良好なシリカ微粒子（一次粒子径３４ｎｍ）からなる。得られた予備混合物を、ハイブリダイゼーション装置（株式会社奈良機械製作所製「ハイブリダイゼーションシステムＮＨＳ−１型」）に投入し、３分間処理した。処理は、空気雰囲気、室温下（摩擦等による温度上昇あり）で行い、回転速度は６４００ｒｐｍ、８０００ｒｐｍの二種類とした。得られた導電複合粒子を実施例１〜６の導電複合粒子とした。下記表１に、原料の配合割合、ハイブリダイゼーション処理の条件等を示す。 First, silicone resin powder or acrylic resin powder and ketjen black were blended at a blending ratio shown in Table 1 below, and silica powder was blended as appropriate, and premixed. The silica powder is composed of silica fine particles (primary particle diameter of 34 nm) having good compatibility with the base material of the elastomer composite material described later. The obtained preliminary mixture was put into a hybridization apparatus (“Hybridization system NHS-1 type” manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.) and treated for 3 minutes. The treatment was performed in an air atmosphere and at room temperature (there was a temperature increase due to friction or the like), and the rotational speed was two types of 6400 rpm and 8000 rpm. The obtained conductive composite particles were designated as conductive composite particles of Examples 1 to 6. Table 1 below shows the mixing ratio of raw materials, conditions for the hybridization treatment, and the like.
（１−ｂ）上記シリコーン樹脂粉体の種類を平均粒子径０．８μｍのもの（信越化学工業社製「Ｘ−５２−７０３０」）に変更し、それ以外は上記同様にして、導電複合粒子を二種類製造した（配合割合等は同表１に示す通り）。得られた導電複合粒子を参考例１、２の導電複合粒子とした。 (1-b) The type of the silicone resin powder is changed to one having an average particle size of 0.8 μm (“X-52-7030” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and the others are the same as above, and conductive composite particles (The blending ratio and the like are as shown in Table 1). The obtained conductive composite particles were used as the conductive composite particles of Reference Examples 1 and 2.
（１−ｃ）比較のため、上記（１−ａ）のシリコーン樹脂粉体（平均粒子径１０μｍ）またはアクリル樹脂粉体と、ケッチェンブラックと、を各々ビニール袋に入れて混合したものを、比較例１、２の混合粉体とした。
（２）電子顕微鏡観察
製造した実施例３、４の導電複合粒子について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。これらのＳＥＭ写真を図５、図６に示す。比較のため、有機物粒子として用いたアクリル樹脂粒子単体の写真を図７に示す。各図において、上は粒子全体の写真であり、下は粒子表面の拡大写真である。図７の写真によると、アクリル樹脂粒子は、なめらかな表面を有していることがわかる。一方、図５の写真からわかるように、実施例３の導電複合粒子では、アクリル樹脂粒子の表面がケッチェンブラックにより被覆されている。また、図６の写真によると、実施例４の導電複合粒子では、アクリル樹脂粒子の表面がケッチェンブラックにより被覆されていると共に、同表面にシリカ微粒子も点在して固定されている。
(2) Electron microscope observation About the manufactured conductive composite particle of Example 3, 4, it observed with the scanning electron microscope (SEM). These SEM photographs are shown in FIGS. For comparison, a photograph of the acrylic resin particles used as organic particles is shown in FIG. In each figure, the top is a photograph of the whole particle, and the bottom is an enlarged photograph of the particle surface. According to the photograph of FIG. 7, it can be seen that the acrylic resin particles have a smooth surface. On the other hand, as can be seen from the photograph in FIG. 5, in the conductive composite particles of Example 3, the surfaces of the acrylic resin particles are coated with ketjen black. Further, according to the photograph of FIG. 6, in the conductive composite particles of Example 4, the surfaces of the acrylic resin particles are covered with Ketjen black, and silica fine particles are also scattered and fixed on the surface.
（３）電気抵抗の測定
製造した実施例１〜６、参考例１、２の導電複合粒子からなる粉体、比較例１、２の混合粉体について、それぞれ電気抵抗値を測定した。電気抵抗の測定は、次のように行った。すなわち、各々の粉体をフッ素樹脂製の円筒容器に収容し、その上底面および下底面にアルミニウム電極を配置した。上底面側から４０ｋｇの荷重を加えて粉体を圧縮しながら、１０Ｖの電圧を印加して、電気抵抗を測定した。
(3) Measurement of electrical resistance The electrical resistance values of the produced powders made of the conductive composite particles of Examples 1 to 6, Reference Examples 1 and 2 and the mixed powders of Comparative Examples 1 and 2 were measured. The electrical resistance was measured as follows. That is, each powder was housed in a fluororesin cylindrical container, and aluminum electrodes were disposed on the upper and lower bottom surfaces thereof. While applying a load of 40 kg from the upper bottom surface side and compressing the powder, a voltage of 10 V was applied to measure the electric resistance.
電気抵抗の測定結果を、上記表１に併せて示す。表１に示すように、比較例１、２の混合粉体の電気抵抗は、１０１２〜１０１３Ω・ｃｍ程度と大きいのに対して、実施例１〜６の導電複合粒子からなる粉体については、いずれも電気抵抗が小さく、導電性が良好であることがわかる。つまり、実施例１〜６の導電複合粒子は、導電性フィラーとして好適であることが確認された。一方、参考例１、２の導電複合粒子からなる粉体については、電気抵抗が大きくなった。これは、有機物粒子（シリコーン樹脂粉体）の粒子径が小さかったため、ハイブリダイゼーション処理の際に分散しにくく、表面に導電性微粒子（ケッチェンブラック）が均一に固定されなかったためと考えられる。 The measurement results of electrical resistance are also shown in Table 1 above. As shown in Table 1, while the electrical resistance of the mixed powders of Comparative Examples 1 and 2 is as large as about 10 12 to 10 13 Ω · cm, the powder composed of the conductive composite particles of Examples 1 to 6 It can be seen that all have low electrical resistance and good electrical conductivity. That is, it was confirmed that the conductive composite particles of Examples 1 to 6 were suitable as a conductive filler. On the other hand, the electrical resistance of the powder composed of the conductive composite particles of Reference Examples 1 and 2 increased. This is presumably because the particle size of the organic particles (silicone resin powder) was small, so that it was difficult to disperse during the hybridization treatment, and the conductive fine particles (Ketjen Black) were not fixed uniformly on the surface.
＜エラストマー複合材料および変形センサ＞
製造した実施例１〜６の導電複合粒子を導電性フィラーとして使用して、エラストマー複合材料を製造した。また、製造したエラストマー複合材料を用いて変形センサを作製し、その応答性および耐久性を評価した。
<Elastomer composite material and deformation sensor>
An elastomer composite material was manufactured using the manufactured conductive composite particles of Examples 1 to 6 as a conductive filler. Moreover, the deformation sensor was produced using the manufactured elastomer composite material, and the responsiveness and durability were evaluated.
エラストマー複合材料は、ＥＰＤＭを母材として三種類（実施例７〜９）、シリコーンゴムを母材として四種類（実施例１０〜１３）製造した。ＥＰＤＭを母材としたエラストマー複合材料は、各原料を下記表２に示す配合割合でロール練り機にて混合、分散させて、エラストマー組成物を調製した。また、シリコーンゴムを母材としたエラストマー複合材料は、各原料を下記表３に示す配合割合でロール練り機にて混合、分散させて、エラストマー組成物を調製した。表２、表３中、各原料については以下のものを使用した。
（Ａ）エラストマー
ＥＰＤＭ：住友化学社製「エスプレン（登録商標）５２４」、シリコーンゴム：ＧＥ東芝シリコーン社製「ＸＥ２１−Ｂ３７６１」。
（Ｂ）可塑剤
パラフィン系プロセスオイル：日本サン石油社製「サンパー（登録商標）１１０」。
（Ｃ）加硫助剤
酸化亜鉛（亜鉛華）二種：白水化学工業社製。
（Ｄ）加工助剤
ステアリン酸：花王社製「ルナック（登録商標）Ｓ３０」。
（Ｅ）加硫促進剤
ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛：大内新興化学社製「ノクセラー（登録商標）ＰＺ−Ｐ」、テトラメチルチウラムジスルフィド：三新化学社製「サンセラー（登録商標）ＴＴ−Ｇ」、２−メルカプトベンゾチアゾール：大内新興化学社製「ノクセラーＭ−Ｐ」。
（Ｆ）架橋剤
硫黄：鶴見化学工業社製「サルファックスＴ−１０」。
（Ｇ）硬化剤
過酸化物：ＧＥ東芝シリコーン社製「ＴＣ−８」。
(A) Elastomer EPDM: “Esprene (registered trademark) 524” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. Silicone rubber: “XE21-B3761” manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd.
(B) Plasticizer paraffinic process oil: “Samper (registered trademark) 110” manufactured by Nippon Oil Corporation.
(C) Vulcanizing auxiliary agent Zinc oxide (zinc flower) 2 types: manufactured by Hakusui Chemical Co., Ltd.
(D) Processing aid stearic acid: “LUNAC (registered trademark) S30” manufactured by Kao Corporation.
(E) Vulcanization accelerator zinc dimethyldithiocarbamate: “Noxeller (registered trademark) PZ-P” manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd., tetramethylthiuram disulfide: “Sunceller (registered trademark) TT-G” manufactured by Sanshin Chemical Co., Ltd. 2-mercaptobenzothiazole: “Noxeller MP” manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.
(F) Crosslinking agent sulfur: “Sulfax T-10” manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd.
(G) Curing agent peroxide: “TC-8” manufactured by GE Toshiba Silicone.
調製した各々のエラストマー組成物を、縦１００ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ２ｍｍの長尺板状に成形して成形体とした。この成形体を金型に充填し、長手方向両端に一対の電極を配置して、１７０℃で２０分間プレス加硫することにより、一対の電極が取り付けられたエラストマー複合材料（センサ素子）を得た。ここで、実施例７〜９のエラストマー複合材料における導電性フィラーの充填率は、同エラストマー複合材料の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の約６０ｖｏｌ％であった。同様に、実施例１０〜１３のエラストマー複合材料における導電性フィラーの充填率は、５５ｖｏｌ％であった。得られたセンサ素子の一方の表面に拘束板を固定して、変形センサとした。製造した変形センサを、使用したエラストマー複合材料の番号に対応させて実施例７〜１３の変形センサとした。 Each of the prepared elastomer compositions was molded into a long plate shape having a length of 100 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 2 mm to obtain a molded body. The molded body is filled in a mold, a pair of electrodes are arranged at both ends in the longitudinal direction, and press vulcanized at 170 ° C. for 20 minutes to obtain an elastomer composite material (sensor element) to which the pair of electrodes are attached. It was. Here, the filling rate of the conductive filler in the elastomer composite materials of Examples 7 to 9 was about 60 vol% when the volume of the elastomer composite material was 100 vol%. Similarly, the filling rate of the conductive filler in the elastomer composite materials of Examples 10 to 13 was 55 vol%. A restraint plate was fixed to one surface of the obtained sensor element to obtain a deformation sensor. The manufactured deformation sensor was made into the deformation sensor of Examples 7-13 according to the number of the elastomer composite material used.
一方、各々の母材に対して、カーボンビーズ（日本カーボン社製「ニカビーズＭＣ０５２０」、平均粒子径約５μｍ）のみからなる導電性フィラーを配合したエラストマー複合材料を製造し、上記同様に変形センサを作製した（表２中の比較例３、表３中の比較例４参照）。これらを比較例３、４の変形センサとした。 On the other hand, for each base material, an elastomer composite material in which a conductive filler consisting only of carbon beads (“Nika Beads MC0520” manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., average particle diameter of about 5 μm) is blended is manufactured. It produced (refer the comparative example 3 in Table 2, the comparative example 4 in Table 3). These were used as the deformation sensors of Comparative Examples 3 and 4.
図８に、作製した変形センサの正面図を示す。図８に示すように、変形センサ３は、センサ素子３０と拘束板３２とを備えている。拘束板３２は、ポリイミド製の薄膜とポリプロピレン製の薄膜との積層体であって、縦１２０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの帯状を呈している。センサ素子３０は、拘束板３２の表面に固定されている。センサ素子３０の両端には電極３１ａ、３１ｂが各々固定されている。電極３１ａ、３１ｂは、共に短冊状を呈しており、センサ素子３０と拘束板３２との間に、介装されている。電極３１ａ、３１ｂには、各々導線（図略）が接続されている。 FIG. 8 shows a front view of the produced deformation sensor. As shown in FIG. 8, the deformation sensor 3 includes a sensor element 30 and a restraint plate 32. The restraint plate 32 is a laminate of a polyimide thin film and a polypropylene thin film, and has a strip shape of 120 mm in length, 10 mm in width, and 0.4 mm in thickness. The sensor element 30 is fixed to the surface of the restraining plate 32. Electrodes 31a and 31b are fixed to both ends of the sensor element 30, respectively. The electrodes 31 a and 31 b are both strip-shaped, and are interposed between the sensor element 30 and the restraining plate 32. Conductive wires (not shown) are connected to the electrodes 31a and 31b, respectively.
変形センサの応答性および耐久性は、以下の加振試験により評価した。図９に、試験装置の模式図を示す。図９に示すように、試験装置４は、上端ホルダ４０と下端ホルダ４１と基盤４２とを備えている。上端ホルダ４０は、変形センサ３の長手方向一端（上端）を把持している。上端ホルダ４０は、上下方向に繰り返し移動する加振ジグ（図略）に接続されている。下端ホルダ４１は、上端ホルダ４０に対して、下方に離間して配置されている。下端ホルダ４１は、基盤４２に固定されており不動である。下端ホルダ４１は、変形センサ３の長手方向他端（下端）を把持している。 The responsiveness and durability of the deformation sensor were evaluated by the following vibration test. FIG. 9 shows a schematic diagram of the test apparatus. As shown in FIG. 9, the test apparatus 4 includes an upper end holder 40, a lower end holder 41, and a base 42. The upper end holder 40 holds one end (upper end) in the longitudinal direction of the deformation sensor 3. The upper end holder 40 is connected to an excitation jig (not shown) that repeatedly moves in the vertical direction. The lower end holder 41 is arranged to be spaced downward with respect to the upper end holder 40. The lower end holder 41 is fixed to the base 42 and does not move. The lower end holder 41 holds the other end (lower end) in the longitudinal direction of the deformation sensor 3.
加振ジグを上下方向に動かすと、上下方向に上端ホルダ４０が移動し、上端ホルダ４０〜下端ホルダ４１間の間隔が収縮、拡大する。これにより、変形センサ３は湾曲変形する。センサ素子３０の電気抵抗値は、電極３１ａ、３１ｂ等から外部回路（図略）に出力される。上端ホルダ４０の変位量が０ｍｍ→０．５ｍｍ→１ｍｍ→１．５ｍｍ→２ｍｍ→２．５ｍｍ→０ｍｍというサイクルを繰り返し、この変位量における電気抵抗の変化を測定した。電気抵抗測定時の加振周波数は、２．５ｍｍ／５Ｈｚとした。 When the vibration jig is moved in the vertical direction, the upper end holder 40 moves in the vertical direction, and the interval between the upper end holder 40 and the lower end holder 41 contracts and expands. Thereby, the deformation sensor 3 is curved and deformed. The electrical resistance value of the sensor element 30 is output from the electrodes 31a, 31b and the like to an external circuit (not shown). The displacement amount of the upper end holder 40 was 0 mm → 0.5 mm → 1 mm → 1.5 mm → 2 mm → 2.5 mm → 0 mm, and the change in electric resistance at this displacement amount was measured. The excitation frequency at the time of measuring electrical resistance was 2.5 mm / 5 Hz.
加振試験の結果の一例として、実施例７および比較例３の各変形センサにおける電気抵抗の変化を、図１０、図１１にそれぞれ示す。図１０中、縦軸の「Ｅ＋０５」は「×１０５」を意味する。よって、例えば「３．０×１０５」は「３．０Ｅ＋０５」と示されている。図１０、図１１には、最初の１サイクル目における電気抵抗の変化と、５万サイクル繰り返した後に測定された電気抵抗の変化と、併せて示す。また、実施例および比較例の全ての変形センサについて、１サイクル目の抵抗変化率を算出し、先の表２、表３に併せて示す。ここで、抵抗変化率は、次式（１）により算出した。
抵抗変化率（％）＝（Ｒ２．５−Ｒ０）／Ｒ０）×１００・・・（１）
式中、Ｒ０は初期（変位量０ｍｍ）の時の電気抵抗値、Ｒ２．５は最大変位量２．５ｍｍの時の電気抵抗値である。さらに、５万サイクル後における抵抗変化保持率を算出し、先の表２、表３に併せて示す。ここで、抵抗変化保持率は、次式（２）により算出した。
抵抗変化保持率（％）＝ΔＲ’／ΔＲ×１００・・・（２）
式中、ΔＲ’は５万サイクル後に測定された抵抗変化量（Ｒ２．５−Ｒ０）、ΔＲは１サイクル目の抵抗変化量（Ｒ２．５−Ｒ０）である。
As an example of the result of the vibration test, changes in electrical resistance in the deformation sensors of Example 7 and Comparative Example 3 are shown in FIGS. 10 and 11, respectively. In FIG. 10, “E + 05” on the vertical axis means “× 10 5 ”. Therefore, for example, “3.0 × 10 5 ” is indicated as “3.0E + 05”. 10 and 11 show the change in electrical resistance in the first cycle and the change in electrical resistance measured after repeating 50,000 cycles. Further, the resistance change rate of the first cycle is calculated for all the deformation sensors of the examples and comparative examples, and is shown in Tables 2 and 3 above. Here, the resistance change rate was calculated by the following equation (1).
Resistance change rate (%) = (R 2.5 −R 0 ) / R 0 ) × 100 (1)
In the equation, R 0 is an electric resistance value at the initial stage (displacement amount 0 mm), and R 2.5 is an electric resistance value when the maximum displacement amount is 2.5 mm. Furthermore, the resistance change retention after 50,000 cycles is calculated and shown together in Tables 2 and 3 above. Here, the resistance change retention was calculated by the following equation (2).
Resistance change retention ratio (%) = ΔR ′ / ΔR × 100 (2)
Wherein, [Delta] R 'is the resistance variation measured after 50,000 cycles (R 2.5 -R 0), ΔR is the resistance change amount of the first cycle (R 2.5 -R 0).
図１０に示すように、実施例７の変形センサによると、変位量、つまり変形センサの変形量が増加するに従って、大きく電気抵抗が増加した。これより、実施例７の変形センサの応答性は良好であることがわかる。また、図１０と図１１とを比較して明らかなように、実施例７の変形センサによると、サイクル数を重ねても、すなわち、繰り返し湾曲変形しても、比較例３の変形センサと比較して、電気抵抗の増加挙動の変化が小さい。この点、表２に示すように、実施例７の変形センサの抵抗変化保持率は８５％であるのに対し、比較例３の変形センサの抵抗変化保持率は５０％であることからも明らかである。また、表２、表３に示すように、実施例の変形センサは、同じ母材の比較例の変形センサと比較して、抵抗変化率、抵抗変化保持率ともに大きい値となった。つまり、本発明の導電複合粒子を配合した実施例の変形センサは、カーボンビーズを配合した比較例の変形センサよりも、変形に対する抵抗増加量が大きく、かつ、弾性変形を繰り返しても、その大きな抵抗変化を維持することができる。以上より、本発明の変形センサは、変形に対する応答性が良好で、かつ、弾性変形を繰り返しても応答性が低下しにくく、耐久性に優れることが確認できた。 As shown in FIG. 10, according to the deformation sensor of Example 7, the electrical resistance increased greatly as the displacement amount, that is, the deformation amount of the deformation sensor increased. From this, it can be seen that the responsiveness of the deformation sensor of Example 7 is good. Further, as is clear from comparison between FIG. 10 and FIG. 11, according to the deformation sensor of Example 7, even if the number of cycles is repeated, that is, repeated curved deformation, it is compared with the deformation sensor of Comparative Example 3. Thus, the change in the electrical resistance increasing behavior is small. In this respect, as shown in Table 2, the resistance change retention rate of the deformation sensor of Example 7 is 85%, whereas the resistance change retention rate of the deformation sensor of Comparative Example 3 is 50%. It is. Further, as shown in Tables 2 and 3, the deformation sensor of the example has a large resistance change rate and resistance change retention rate compared to the deformation sensor of the comparative example of the same base material. In other words, the deformation sensor of the example blended with the conductive composite particles of the present invention has a larger increase in resistance to deformation than the deformation sensor of the comparative example blended with carbon beads, and is large even when elastic deformation is repeated. Resistance change can be maintained. From the above, it has been confirmed that the deformation sensor of the present invention has good response to deformation, is less likely to decrease response even when elastic deformation is repeated, and is excellent in durability.
２：変形センサ ２０：電極フィルム部 ２００：基材フィルム
２０１：カバーフィルム ２０１ａ：長孔 ２１：センサ本体 ２２：拘束フィルム部
２３：コネクタ ２４Ａ、２４Ｂ：導線
３：変形センサ ３０：センサ素子 ３１ａ、３１ｂ：電極 ３２：拘束板
４：試験装置 ４０：上端ホルダ ４１：下端ホルダ ４２：基盤
１００：エラストマー複合材料 １０１：エラストマー １０２：導電性フィラー
９００：基材 Ａ：電極 Ｂ：電極 Ｐ：導電パス
2: Deformation sensor 20: Electrode film part 200: Base film 201: Cover film 201a: Long hole 21: Sensor main body 22: Restraint film part 23: Connector 24A, 24B: Conductor 3: Deformation sensor 30: Sensor element 31a, 31b : Electrode 32: Restraint plate 4: Test apparatus 40: Upper end holder 41: Lower end holder 42: Base 100: Elastomer composite material 101: Elastomer 102: Conductive filler 900: Base material A: Electrode B: Electrode P: Conductive path
Claims (9)
絶縁性の有機物粒子と、該有機物粒子の表面にメカノケミカル反応により複合化されている導電性微粒子と、を有することを特徴とする導電複合粒子。 Blended in elastomer or resin,
A conductive composite particle comprising insulating organic particles and conductive fine particles compounded on the surface of the organic particles by a mechanochemical reaction.
該導電性フィラーは、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の導電複合粒子を含むことを特徴とするエラストマー複合材料。 An elastomer, and a conductive filler blended in the elastomer,
An elastomer composite material, wherein the conductive filler contains the conductive composite particles according to any one of claims 1 to 5.
弾性変形可能であって、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する請求項６に記載のエラストマー複合材料。 The conductive filler is blended in the elastomer in a substantially single particle state and with a high filling rate,
The elastomer composite material according to claim 6, which is elastically deformable and has an electrical resistance that increases as the amount of elastic deformation increases.
該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、
該センサ本体の少なくとも一部の弾性変形を拘束する拘束部材と、
を備えてなる変形センサ。 A sensor main body made of the elastomer composite material according to claim 7 or 8,
An electrode connected to the sensor body and capable of outputting the electrical resistance;
A restraining member for restraining elastic deformation of at least a part of the sensor body;
A deformation sensor comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007318552A JP5085298B2 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | Conductive composite particles, elastomer composites, and deformation sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007318552A JP5085298B2 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | Conductive composite particles, elastomer composites, and deformation sensors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009140865A true JP2009140865A (en) | 2009-06-25 |
| JP5085298B2 JP5085298B2 (en) | 2012-11-28 |
Family
ID=40871274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007318552A Expired - Fee Related JP5085298B2 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | Conductive composite particles, elastomer composites, and deformation sensors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5085298B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012034160A (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | Backing material for ultrasonic probe, ultrasonic probe using the same, and ultrasonic medical image diagnosis device |
| WO2012060385A1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-05-10 | 日立化成工業株式会社 | Electrically conductive particles and process for production thereof |
| CN108036714A (en) * | 2018-01-08 | 2018-05-15 | 成都柔电云科科技有限公司 | A kind of elastoresistance foil gauge and preparation method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50158899A (en) * | 1974-06-14 | 1975-12-23 | ||
| JPS62249304A (en) * | 1986-04-02 | 1987-10-30 | 三ツ星ベルト株式会社 | Pressure sensitive conducting rubber material |
| JP2004224829A (en) * | 2003-01-20 | 2004-08-12 | Morimura Chemicals Ltd | Conductive composition, conductive molded product, and conductive coating |
| JP2004311817A (en) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Hitachi Chem Co Ltd | Polishing pad and polishing method using the same |
-
2007
- 2007-12-10 JP JP2007318552A patent/JP5085298B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50158899A (en) * | 1974-06-14 | 1975-12-23 | ||
| JPS62249304A (en) * | 1986-04-02 | 1987-10-30 | 三ツ星ベルト株式会社 | Pressure sensitive conducting rubber material |
| JP2004224829A (en) * | 2003-01-20 | 2004-08-12 | Morimura Chemicals Ltd | Conductive composition, conductive molded product, and conductive coating |
| JP2004311817A (en) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Hitachi Chem Co Ltd | Polishing pad and polishing method using the same |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012034160A (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | Backing material for ultrasonic probe, ultrasonic probe using the same, and ultrasonic medical image diagnosis device |
| WO2012060385A1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-05-10 | 日立化成工業株式会社 | Electrically conductive particles and process for production thereof |
| CN103189930A (en) * | 2010-11-02 | 2013-07-03 | 日立化成株式会社 | Electrically conductive particles and process for production thereof |
| JPWO2012060385A1 (en) * | 2010-11-02 | 2014-05-12 | 日立化成株式会社 | Conductive particles and method for producing the same |
| TWI514422B (en) * | 2010-11-02 | 2015-12-21 | Hitachi Chemical Co Ltd | Conductive particles and methods for producing the same |
| JP5910503B2 (en) * | 2010-11-02 | 2016-04-27 | 日立化成株式会社 | Conductive particles and method for producing the same |
| CN108036714A (en) * | 2018-01-08 | 2018-05-15 | 成都柔电云科科技有限公司 | A kind of elastoresistance foil gauge and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5085298B2 (en) | 2012-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5568206B2 (en) | Deformation sensor | |
| JP5496446B2 (en) | Capacitive sensor | |
| JP2008069313A (en) | Crosslinked elastomer for sensor and method for preparing the same | |
| CN104098834B (en) | A kind of conducting polymer composite material and preparation method thereof | |
| JP5363592B2 (en) | Conductive film, transducer using the same, and flexible wiring board | |
| JP5465124B2 (en) | Flexible wiring body | |
| Narongthong et al. | Ionic liquid enabled electrical-strain tuning capability of carbon black based conductive polymer composites for small-strain sensors and stretchable conductors | |
| JP5474331B2 (en) | Dielectric film, and actuator, sensor, and transducer using the same | |
| JP2008239747A (en) | Elastomer composite material | |
| TWI693325B (en) | Base isolation supporting device | |
| CN107924986A (en) | Piezoelectric transducer | |
| JP5085298B2 (en) | Conductive composite particles, elastomer composites, and deformation sensors | |
| JP2000299016A (en) | Deformed conductive elastomer and its manufacture | |
| JP5662637B2 (en) | Load sensor | |
| JP2007225315A (en) | Complex for sensor | |
| JP2009139329A (en) | Elastomer composite material for sensors and deformation sensor | |
| JP2008239746A (en) | Elastomer composite material | |
| JP2009276183A (en) | Composite material for sensor and deformation sensor | |
| JP5577022B2 (en) | Composite materials for sensors and deformation sensors | |
| JP2005133002A (en) | Fluororesin composition | |
| JP2009231009A (en) | Pressure-sensitive conductive material | |
| KR100779967B1 (en) | Fluororesin compositions | |
| JP2010275460A (en) | Conductive rubber | |
| Mohiuddin | Effect of pressure and temperature on electrical conductivity of CNT-PEEK composites | |
| US20230080867A1 (en) | Elastomers Enhanced with in situ Formation of 2D Nanoparticles from Layered Materials for Multifunctional Sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101008 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120207 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120214 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120412 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120821 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120905 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |