JP2013165090A

JP2013165090A - 感圧導電性エラストマー成形体およびそれを用いた可変抵抗装置

Info

Publication number: JP2013165090A
Application number: JP2012025868A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kuramochi; 浩倉持
Original assignee: POLYTEC DESIGN KK; Polytec Design KK
Current assignee: POLYTEC DESIGN KK; Polytec Design KK
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-22

Abstract

【課題】非導電性エラストマー中に導電性付与材料を分散してなる感圧導電性エラストマーにおいて、加圧力の増大過程および減少過程における電気抵抗変化のヒステリシスを小さくする。
【解決手段】感圧導電性エラストマーを成形してなる感圧導電性エラストマー成形体１の表面に突起部２を設け、この突起部２に電極３，４が接触されるようにする。感圧導電性エラストマー成形体１と電極３，４との接触面積を減少できるので、摩擦抵抗を原因とする前記ヒステリシスを小さくすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ひずみの変化に応じて電気抵抗が変化する感圧導電性エラストマーの成形体およびそれを用いた可変抵抗装置に関する。

感圧導電性エラストマーは、非導電性エラストマー中に導電性付与材料を分散してなるものであり、ひずみの変化に応じて電気抵抗がアナログ的に変化するアナログ型の感圧導電性エラストマーとしては、例えば特許文献１等の多数のものが知られている。

特開昭５３−７９９３７号公報

従来のアナログ型の感圧導電エラストマーにおいては、加圧力−電気抵抗の関係は、加圧力の増大過程と加圧力の減少過程とで、大きなヒステリシスを示していた。このヒステリシスは、主として、感圧導電エラストマーと電極との間に生じる摩擦抵抗のために、加圧力が変化したとき、感圧導電性エラストマーの変形量がそのときどきの加圧力に対応する本来の値へ瞬時には追随しないことを原因として生じるものである。すなわち、加圧力が増大して行く過程では、摩擦抵抗により、加圧力の増大に対しエラストマーの変形の増大が遅れる一方、加圧力が減少して行く過程では、摩擦抵抗により、加圧力の減少に対しエラストマーの変形の回復が遅れるためである。

このような大きなヒステリシスが存在するため、従来のアナログ型の感圧導電エラストマーの出力値は信頼性に乏しく、微細なコントロールを必要とするセンサーには不適当であるという問題があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的の一つは、加圧力の増大過程および減少過程における感圧導電性エラストマーの電気抵抗変化のヒステリシスを小さくし、出力値の信頼性を高くすることができる感圧導電性エラストマー成形体およびそれを用いた可変抵抗装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、感度のよい感圧導電性エラストマー成形体およびそれを用いた可変抵抗装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、以下の説明から明らかになろう。

本発明による感圧導電性エラストマー成形体は、
非導電性エラストマー中に導電性付与材料を分散してなる感圧導電性エラストマーを成形してなる感圧導電性エラストマー成形体において、
表面に突起部を有し、前記突起部に電極を加圧力を変化可能に接触されるようになっているものである。

本発明による可変抵抗装置は、
非導電性エラストマー中に導電性付与材料を分散してなる感圧導電性エラストマーを成形してなる感圧導電性エラストマー成形体と、この感圧導電性エラストマー成形体に加圧力を変化可能に接触される電極とを有する可変抵抗装置において、
前記感圧導電性エラストマーは表面に突起部を有し、前記電極は前記突起部に接触されているものである。

本発明においては、感圧導電性エラストマー成形体の表面に突起部が設けられており、この突起部に電極が接触されるようになっているので、感圧導電性エラストマー成形体と電極との接触面積を減少させることができる。これにより感圧導電性エラストマー成形体と電極との間に作用する摩擦力を減少させ、ひいては加圧力の増大過程および減少過程における電気抵抗変化のヒステリシスを小さくすることができる。この結果、信頼性の高い出力値を得ることができる。

また、突起部は加圧力の小さな変化に対しても変形量が大きく変化するので、感圧導電性エラストマー成形体の感度をよくすることができる。

本発明の感圧導電性エラストマー成形体およびそれを用いた可変抵抗装置は、
（イ）加圧力の増大過程および減少過程における感圧導電性エラストマーの電気抵抗変化のヒステリシスを小さくし、感圧導電性エラストマーの出力の信頼性を高くすることができる、
（ロ）感度をよくすることができる、
等の優れた効果を得られるものである。

本発明の実施例１における感圧導電性エラストマー成形体を示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。前記実施例１における可変抵抗装置を示す断面図である。前記実施例１における感圧導電性エラストマー成形体の加圧力と電気抵抗との関係を示す特性図である。本発明の実施例２における感圧導電性エラストマー成形体を示す平面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。本発明の実施例３における感圧導電性エラストマー成形体を示す平面図である。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。本発明の実施例４における感圧導電性エラストマー成形体を示す平面図である。図９のＸ−Ｘ線における断面図である。本発明の実施例５における２枚の感圧導電性エラストマー成形体が重ね合わされている状態を示す正面図である。前記実施例５における２枚の感圧導電性エラストマー成形体が重ね合わされている状態を示す平面図である。前記実施例５における２枚の感圧導電性エラストマー成形体が重ね合わされている状態を示す底面図である。前記実施例５における可変抵抗装置を示す正面図である。従来の感圧導電性エラストマー成形体およびその特性測定状態を示す断面図である。図１５の従来の感圧導電性エラストマー成形体の加圧力と電気抵抗との関係を示す特性図である。

本発明における感圧導電性エラストマーの基材となる非導電性エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、天然ゴム、クロロプレンゴム、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム等のほとんどのゴム、またスチレン系、オレフィン系、ウレタン系、エステル系、ポリアミド系等のほとんどの熱可塑性エラストマー等が使用可能である。

導電性付与材料としては、例えば、金属系のものとしては、Ａｇ粉、Ｎｉ粉、Ｃｕ粉、ＡｇメッキＣｕ粉などの金属粉、金属被覆された粒子、黄銅繊維、Ａｌ繊維、Ｃｕ繊維、ステンレス繊維等の金属繊維、金属フレーク等、カーボン系のものとしては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックや、黒鉛、カーボン繊維等が使用可能である。また、金属系およびカーボン系以外の導電性付与材料も使用可能である。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

次の組成を有する感圧導電性エラスマー（この場合、感圧導電性ゴム）を作成した。
シリコーンゴム（非導電性エラストマー）１００重量部
アセチレンブラック（導電性付与材料）１５重量部
シリコーンオイル３０重量部
架橋剤１重量部

図１および２は、上記組成の感圧導電性エラストマーから押出成型により成型された本実施例における感圧導電性エラストマー成形体１を示している。この感圧導電性エラストマー成形体１は全体にシート状をなしており、両表面にそれぞれ直線状に延びる多数の断面ドーム状の突条状の突起部２を同一方向に平行に設けられている。前記感圧導電性エラストマー成形体１のうちの突起部２が存在しない部分の厚みは０．５ｍｍ、突起部２が存在する部分の総厚は１ｍｍ、各突起部２の高さは０．２５ｍｍとされている（勿論、本発明において感圧導電性エラストマー成形体１の各部の寸法はこの大きさに限られることはない）。前記突起部２間には、これらの突起部２が後述する電極３，４に押圧されて変形しても、互いに接触することがないようにするだけの大きさの間隔が設けられている。この感圧導電性エラストマー成形体１は、使用状況に合わせて適当な大きさに切り取って使用できる。

図３は、本実施例における可変抵抗装置５を示しており、適当な大きさに切り取った前記感圧導電性エラストマー成形体１をそれぞれ銅等の金属からなる２つの電極３，４で挟んでなり、これらの電極３，４が突起部２に接触されている。

前記電極３，４で感圧導電性エラストマー成形体１を押圧すると、該感圧導電性エラストマー成形体１の突起部２およびその他の部分が変形するので、感圧導電性エラストマー成形体１の電気抵抗が変化する。したがって、電極３，４による加圧力に応じて感圧導電性エラストマー成形体１の電気抵抗が変化する。

そして、感圧導電性エラストマー成形体１の表面に突起部２が設けられており、この突起部２に電極３，４が接触されるようになっているので、感圧導電性エラストマー成形体１と電極３，４との接触面積を減少させることができ、これにより感圧導電性エラストマーと電極３，４との間に作用する摩擦力を減少させ、ひいては加圧力の増大過程および減少過程における電気抵抗変化のヒステリシスを小さくすることができる。この結果、信頼性の高い出力値を得ることができる。

また、突起部２は加圧力の小さな変化に対しても変形量が大きく変化するので、感圧導電性エラストマー成形体１の感度をよくすることができる。

図４は、本実施例における感圧導電性エラストマー成形体１の加圧力と電気抵抗との関係を示す特性図である。

他方、図１６は比較のためのもので、図１５に示される、同一の組成の感圧導電性エラストマーを成型してなる従来の突起部２を有しないシート状の感圧導電性エラストマー成形体１（厚さ１ｍｍ）の加圧力と電気抵抗との関係を示す特性図である。

両図を比較すれば明白なように、この感圧導電性エラストマー成形体１は、加圧力の増大過程および減少過程における電気抵抗変化のヒステリシスを従来品より著しく小さくすることができる。

また、本実施例においては、突起部２が突条状とされているので、感圧導電性エラストマー成形体１を押出成型により安価に製造できる（ただし、本発明の感圧導電性エラストマー成形体１は押出成型以外の方法により成型してもよい）。

図５および６は、本発明の実施例２における感圧導電性エラストマー成形体１を示している。本実施例においては、突条状の突起部２の断面形状が三角形状とされている。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においても、実施例１の場合と同様の作用効果を得ることができる。

図７および８は、本発明の実施例３における感圧導電性エラストマー成形体１を示している。本実施例においては、突起部２が感圧導電性エラストマー成形体１の表面に点状に設けられており、各突起部２はドーム状をなしている。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においては、感圧導電性エラストマー成形体１と電極３，４が点状に接触するので、両者の接触面積をより小さくし、加圧力の増大過程および減少過程における感圧導電性エラストマーの電気抵抗変化のヒステリシスをより小さくできる。ただし、押出成型によっては成型することができない。

図９および１０は、本発明の実施例４における感圧導電性エラストマー成形体１を示している。本実施例においては、突起部２が感圧導電性エラストマー成形体１の表面に点状に設けられており、各突起部２は円錐状をなしている。他の構成は実施例３と同様である。

本実施例においても、実施例３の場合と同様の作用効果を得ることができる。

図１１〜１３は、本発明の実施例５において２枚の感圧導電性エラストマー成形体１が重ね合わされている状態を示している。個々の感圧導電性エラストマー成形体１は実施例１の感圧導電性エラストマー成形体１と同じものであり、突条２が互いに直交するように重ね合わされている。

図１４は、本実施例における可変抵抗装置５を示しており、上記のように互いに重ね合わされた感圧導電性エラストマー成形体１を２つの電極３，４で挟んでなり、これらの電極３，４が２枚の感圧導電性エラストマー成形体１の外側の面の突起部２にそれぞれ接触されている。

本実施例においては、２枚の感圧導電性エラストマー成形体１の突条状の突起部２が互いに点状に接触するので、感圧導電性エラストマー成形体１と電極３，４との間もそれぞれ実質的に点状に接触していることになるため、前記ヒステリシスをより小さくすることができる。

なお、本発明においては、突起部は必ずしも前記各実施例における形状としなくてもよいが、よりよい効果を得るためには、前記各実施例におけるように該突起部の根本側から頂上側へ行くほど高さ方向に垂直な断面積が小さくなる形状とすることが好ましい。

また、前記各実施例では感圧導電性エラストマー成形体１がシート状とされているが、本発明においては感圧導電性エラストマー成形体は必ずしもシート状でなくてもよい。

また、前記各実施例では電極３，４は金属とされているが、本発明においては電極は必ずしも金属でなくてもよいし、柔軟なものであってもよい。

また、前記各実施例では、突起部２が感圧導電性エラストマー成形体１の両面に設けられているが、本発明においては突起部を感圧導電性エラストマー成形体の１つの面にのみ設けてもよい。

また、前記各実施例では、２つの電極３，４で感圧導電性エラストマー成形体１を挟んでいるが、本発明においては電極の配置はそのような配置でなくてもよく、例えば、２つの電極をいずれも感圧導電性エラストマー成形体の片面側に配置し、２つの電極を感圧導電性エラストマー成形体の片面に設けられた突起部に接触させてもよい。

また、本発明において、感圧導電性エラストマー成形体の１つの面に設ける突起部の数は任意である。

以上のように本発明は、ひずみの変化に応じて電気抵抗が変化する感圧導電性エラストマーの成形体およびそれを用いた可変抵抗装置の特性を改善するものであり、有用である。

１感圧導電性エラストマー成形体
２突起部
３，４電極
５可変抵抗装置

Claims

非導電性エラストマー中に導電性付与材料を分散してなる感圧導電性エラストマーを成形してなる感圧導電性エラストマー成形体において、
表面に突起部を有し、前記突起部に電極を加圧力を変化可能に接触されるようになっている感圧導電性エラストマー成形体。
前記突起部は、該突起部の根本側から頂上側へ行くほど高さ方向に垂直な断面積が小さくなる形状とされている請求項１記載の感圧導電性エラストマー成形体。
１つの面に前記突起部を複数有し、これらの突起部間には、これらの突起部が前記電極に押圧されて変形しても互いに接触することがないようにするだけの大きさの間隔が設けられている請求項１または２記載の感圧導電性エラストマー成形体。
前記突起部は突条状とされている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の感圧導電性エラストマー成形体。
前記突起部は点状とされている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の感圧導電性エラストマー成形体。
非導電性エラストマー中に導電性付与材料を分散してなる感圧導電性エラストマーを成形してなる感圧導電性エラストマー成形体と、この感圧導電性エラストマー成形体に加圧力を変化可能に接触される電極とを有する可変抵抗装置において、
前記感圧導電性エラストマーは表面に突起部を有し、前記電極は前記突起部に接触されている可変抵抗装置。
前記突起部は、該突起部の根本側から頂上側へ行くほど高さ方向に垂直な断面積が小さくなる形状とされている請求項６記載の可変抵抗装置。
１つの面に前記突起部を複数有し、これらの突起部間には、これらの突起部が前記電極に押圧されて変形しても互いに接触することがないようにするだけの大きさの間隔が設けられている請求項６または７記載の可変抵抗装置。
前記突起部は突条状とされている請求項６乃至８のいずれか１項に記載の可変抵抗装置。
それぞれ両面に同一方向に平行に延びる複数の前記突起部を有する２つの前記感圧導電性エラストマー成形体を前記突起部が互いに直交するように重ね合わせたものを２つの前記電極で挟んでなる請求項９記載の可変抵抗装置。
前記突起部は点状とされている請求項６乃至８のいずれか１項に記載の可変抵抗装置。