JP2016225278A - 導電性ペースト組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】電歪素子に用いられる膜電極として十分な伸縮性と導電性とを備える電極を形成でき、しかも安価な導電性ペースト組成物を提供する。【解決手段】導電性ペースト組成物は、電極形成成分と、電極形成成分に対し１０〜７０質量％の範囲の溶媒とを含む。電極形成成分は、その固形分の全量に対し、２．５〜４．７質量％の範囲の量の導電性炭素材料と、５４〜６８質量％の範囲のシリコーンゴムと、０．０５〜０．２質量％の範囲のシロキサン白金錯体からなる硬化触媒と、１６〜３０質量％の範囲のシリカとを含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、電歪素子の膜電極の形成等に用いる導電性ペースト組成物に関する。

エラストマーからなる誘電膜の表裏両面に電極を接続して電圧を印加すると、前記誘電膜は、静電気力がもたらす界面分極からのマクスウェル応力（圧電逆効果）によって圧縮力を受け、厚さ方向に縮み、横方向（厚さ方向に直交する方向）に伸張することが知られている。近年、誘電膜と電極とを備え、この原理によって駆動する電歪素子が検討されている。

従来、電歪素子として、エラストマーからなる誘電膜と、前記誘電膜の外周縁の内方の表裏両面に配置され、前記誘電膜の伸縮に追従して伸縮可能な膜電極と、前記誘電膜の片面の外周縁に配置され、前記誘電膜を伸張状態に保持する枠型フレームと、前記膜電極の外周縁に接続された集電体とを備える電歪素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

前記電歪素子は、前記集電体を介して各膜電極に正又は負の電圧が印加されると、前記誘電膜が厚さ方向に縮み横方向に伸張するが、前記枠型フレームによって前記誘電膜の外周縁が保持されていることにより、前記誘電膜は外方への伸張が規制されて内方へ伸張し、全体として略山型形状をなして一方の面側に突出する。そして、前記誘電膜の伸張しようとする挙動に追従して前記膜電極が伸張し、略山型形状に変形される。

その後、伸長している前記誘電膜は、前記印加が解除されることによって略元の形状に復元され、前記誘電膜の復元しようとする挙動に追従して、伸張している前記膜電極が略元の形状に復元される。

前記電歪素子に用いられる前記膜電極は、エラストマーからなる前記誘電膜の変形に追従して伸縮可能であることが要求される。また、前記膜電極は、伸縮可能であることに加えて、伸張された際に電気抵抗の変化が小さいことも要求される。

ここで、前記膜電極を、バインダー樹脂に銀粉末等が配合されている銀ペースト等の導電性ペーストにより形成すると、形成された膜電極が柔軟性に乏しいものとなり、大きく伸張された際にクラックが発生し、著しく電気抵抗が増加してしまうという問題がある。また、導電性ペーストにより形成された膜電極は、前記誘電膜の伸縮に追従できず、該誘電膜の動きを阻害するという問題もある。

そこで、前記問題を解決するために、水素結合可能な官能基を有し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−１０℃以下であるエラストマーを溶剤に溶解した溶液に、フレーク状または針状の第一金属フィラーと、塊状の第二金属フィラーとを添加した導電性ペーストにより、前記膜電極を形成することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１７４２０５号公報 特許第５４８６２６８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の導電性ペーストでは、電歪素子に用いられる膜電極を形成したときに十分な伸縮性と導電性さらには、形状保持性、薄膜性、耐久性とを両立しにくいことがあるという不都合がある。

そこで、本発明は、かかる不都合を解消して、薄膜に乾燥した状態で、電歪素子に用いられる膜電極として十分な伸縮性と導電性とを備える電極を形成することができ、しかも安価な導電性ペースト組成物を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明の導電性ペースト組成物は、電極形成成分と、該電極形成成分に対し、１０〜７０質量％の範囲の溶媒とを含む導電性ペースト組成物において、該電極形成成分は、その固形分の全量に対し、２．５〜４．７質量％の範囲の量の導電性炭素材料と、５４〜６８質量％の範囲のシリコーンゴムと、０．０５〜０．２質量％の範囲のシロキサン白金錯体からなる硬化触媒と、１６〜３０質量％の範囲のシリカとを含むことを特徴とする。

本発明の導電性ペースト組成物は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し、２．５〜４．７質量％の範囲の量の導電性炭素材料を含むことにより、電歪素子に用いられる膜電極として十分な導電性、例えば１０^２Ωｃｍ以下の導電性を得ることができる。前記導電性炭素材料の量は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し２．５質量％未満では、電歪素子に用いられる膜電極として所要の導電性を得ることができない。また、前記導電性炭素材料の量は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し４．７質量％を超えると、複合材料特性として、導電性炭素が支配的となり電歪素子に用いられる膜電極として所要の伸縮性を得ることができない。

また、本発明の導電性ペースト組成物は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し、５４〜６８質量％の範囲のシリコーンゴムを含むことにより、電歪素子に用いられる膜電極として十分な伸縮性、例えば元の寸法に対して破断点以下まで１５０％以上の伸びを得ることができる。前記シリコーンゴムの量は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し５４質量％未満では、電歪素子に用いられる膜電極として所要の伸縮性を得ることができない。また、前記シリコーンゴムの量は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し６８質量％を超えると、前記導電性ペースト組成物を乾燥させたときに、該シリコーンゴムが硬化することができない。

また、本発明の導電性ペースト組成物は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し、０．０５〜０．２質量％の範囲のシロキサン白金錯体からなる硬化触媒を含むことにより、該導電性ペースト組成物を乾燥させたときに、前記シリコーンゴムを硬化させることができる。前記硬化触媒の量は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し０．０５質量％未満では、前記シリコーンゴムを硬化させることができない。また、前記硬化触媒の量は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し０．２質量％を超えると、前記シリコーンゴムの硬化が過剰または、硬化後の残留不純物が多くなり、電歪素子に用いられる膜電極として所要の伸縮性を得ることができない。

また、本発明の導電性ペースト組成物は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し、１６〜３０質量％の範囲のシリカを含むことにより、該導電性ペースト組成物を安価にすることができる。前記シリカの量は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し１６質量％未満では、該導電性ペースト組成物を安価にする効果を得ることができない。また、前記シリカの量は、前記電極形成成分の固形分の全量に対し３０質量％を超えると、電歪素子に用いられる膜電極として所要の伸縮性又は導電性を得ることができない。

また、本発明の導電性ペースト組成物は、該電極形成成分に対し、１０〜７０質量％の範囲の溶媒を含むことにより、電歪素子に用いられる膜電極を形成することができる。前記溶媒の量は、前記電極形成成分に対し１０質量％未満では、該導電性ペースト組成物を塗布することができない。また、前記溶媒の量は、前記電極形成成分に対し７０質量％を超えると、該溶媒に溶解する該電極形成成分の量が増大し、電歪素子に用いられる膜電極として所要の伸縮性又は導電性を得ることができない。

本発明の導電性ペースト組成物において、前記導電性炭素材料としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、オイルファーネスブラック、導電性単層カーボンナノチューブ、導電性多層カーボンナノチューブからなる群から選択される少なくとも１種の導電性炭素材料を用いることができる。

また、本発明の導電性ペースト組成物において、前記シリコーンゴムとしては、メチルシリコーンゴム、ビニル・メチルシリコーンゴム、フェニル・メチルシリコーンゴムからなる群から選択される１種のシリコーンゴムを用いることができる。

また、本発明の導電性ペースト組成物において、前記シロキサン白金錯体は、カルボニルシクロビニルメチルシロキサン白金錯体（ＣＡＳＮｏ．７３０１８−５５−０）又は１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン白金（０）錯体（ＣＡＳＮｏ．６８４７８−９２−２）を用いることができる。

また、本発明の導電性ペースト組成物において、前記溶媒としては、トルエン、ベンゼン、ヘキサン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ガソリン、軽油、酢酸エチルからなる群から選択される少なくとも１種の溶媒を用いることができる。

Ａは本発明の導電性ペースト組成物における溶媒の量と、形成される膜電極の導電性との関係を示すグラフ、Ｂは本発明の導電性ペースト組成物における溶媒の量と、形成される膜電極の伸縮性との関係を示すグラフ。

次に、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

本実施形態の導電性ペースト組成物は、電極形成成分と、該電極形成成分に対し、１０〜７０質量％の範囲の溶媒とを含む導電性ペースト組成物であって、該電極形成成分は、その固形分の全量に対し、２．５〜４．７質量％の範囲の量の導電性炭素材料と、５４〜６８質量％の範囲のシリコーンゴムと、０．０５〜０．２質量％の範囲のシロキサン白金錯体からなる硬化触媒と、１６〜３０質量％の範囲のシリカとを含む。

前記電極形成成分を構成する前記導電性炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、オイルファーネスブラック等のカーボンブラック、導電性単層カーボンナノチューブ、導電性多層カーボンナノチューブ等の導電性カーボンナノチューブ等を用いることができる。前記導電性炭素材料は、いずれか１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

また、前記電極形成成分を構成する前記シリコーンゴムとしては、例えば、メチルシリコーンゴム、ビニル・メチルシリコーンゴム、フェニル・メチルシリコーンゴム等のいずれか１種を用いることができる。

また、前記電極形成成分を構成する前記硬化触媒は、本実施形態の導電性ペースト組成物を乾燥させたときに前記シリコーンゴムを硬化させる触媒であり、例えば、カルボニルシクロビニルメチルシロキサン白金錯体（ＣＡＳＮｏ．７３０１８−５５−０）又は１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン白金（０）錯体（ＣＡＳＮｏ．６８４７８−９２−２）を用いることができる。

前記硬化触媒は、前記シロキサン白金錯体のいずれか一方のみを用いてもよく、両方を混合して用いてもよい。

また、前記溶媒としては、前記シリコーンゴムを溶解することができる溶媒であればどのようなものであってもよいが、例えば、トルエン、ベンゼン、ヘキサン等の芳香族系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、ガソリン、軽油等の脂肪族系溶媒、酢酸エチル等のエステル系溶媒等を用いることができる。前記溶媒は、いずれか１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

本実施形態の導電性ペースト組成物は、前記範囲の量の前記溶媒に、それぞれ前記範囲の量の前記導電性炭素材料と、前記シリコーンゴムと、前記シロキサン白金錯体からなる硬化触媒と、前記シリカとを添加し、撹拌することにより調製することができる。前記攪拌は、ボールミル、ロールミル、スターラー、自転公転撹拌装置等のそれ自体公知の装置、方法により行うことができる。

本実施形態の導電性ペースト組成物は、電歪素子を構成するエラストマー誘電体に塗布、乾燥させることにより、膜電極を形成することができる。前記エラストマー誘電体としては、例えば、アクリル系樹脂からなるフィルムを用いることができる。また、本実施形態の導電性ペースト組成物の塗布は、スクリーン印刷、スピンコート、フィルムアプリケータ、インクジェット、スプレーガン等のそれ自体公知の方法により行うことができる。

この結果、本実施形態の導電性ペースト組成物によれば、前記エラストマー誘電体の表面に、１０^２Ωｃｍ以下の導電性と、破断点までの伸びが少なくとも元の寸法の１５０％以上である伸縮性とを有する膜電極を形成することができる。

次に、本発明の実施例を示す。

〔実施例１〕
本実施例では、まず、溶媒として１１．１ｇのイソプロパノール（ＩＰＡ）を容器に取り、これに１００ｇの電極形成成分を添加し、乳鉢により撹拌して導電性ペースト組成物を形成した。本実施例で得られた導電性ペースト組成物は、電極形成成分に対し１０質量％の溶媒を含んでいる。

また、本実施例で得られた導電性ペースト組成物において、前記電極形成成分は、その固形分の全量に対し２．５質量％のカーボンブラックと、５５質量％のビニル・メチルシリコーンゴムと、０．０５質量％のシロキサン白金錯体（硬化触媒）と、３０質量％のシリカとを含む。

次に、本実施例で得られた導電性ペースト組成物をエラストマー誘電体（スリーエム社製、商品名：ＶＨＢ４９１０）の表面にスクリーン印刷し、４０℃の温度に少なくとも１時間以上保持することにより乾燥させて、所定のパターンを備える膜電極を形成した。

次に、一点間隔間の抵抗を測定することにより前記膜電極の導電性を測定した。また、一定形状のフィルムを単一引張長さ測定することにより前記膜電極の元の寸法に対する破断点以下までの伸びを測定した。前記膜電極は、１００Ωｃｍの導電性と、破断点以下までの伸びが元の寸法に対して２００％以上である伸縮性とを備えていた。結果を表１及び図１に示す。

〔実施例２〕
本実施例では、まず、溶媒として５３．９ｇのＩＰＡを容器に取り、これに１００ｇの電極形成成分を添加し、乳鉢により撹拌して導電性ペースト組成物を形成した。本実施例で得られた導電性ペースト組成物は、電極形成成分に対し３５質量％の溶媒を含んでいる。

また、本実施例で得られた導電性ペースト組成物において、前記電極形成成分は、その固形分の全量に対し４．７質量％のカーボンブラックと、５１質量％のビニル・メチルシリコーンゴムと、０．１７質量％のシロキサン白金錯体（硬化触媒）と、２８．８質量％のシリカとを含む。

次に、本実施例で得られた導電性ペースト組成物を用いた以外は、実施例１と全く同一にして、所定のパターンを備える膜電極を形成した。

次に、実施例１と全く同一にして前記膜電極の導電性及び元の寸法に対する破断点以下までの伸びを測定した。前記膜電極は、１０Ωｃｍの導電性と、破断点以下までの伸びが元の寸法に対して１５０％である伸縮性とを備えていた。結果を表１及び図１に示す。

〔実施例３〕
本実施例では、まず、溶媒として２３３ｇのＩＰＡを容器に取り、これに１００ｇの電極形成成分を添加し、乳鉢により撹拌して導電性ペースト組成物を形成した。本実施例で得られた導電性ペースト組成物は、電極形成成分に対し７０質量％の溶媒を含んでいる。

また、本実施例で得られた導電性ペースト組成物において、前記電極形成成分は、その固形分の全量に対し４．７質量％のカーボンブラックと、６６質量％のビニル・メチルシリコーンゴムと、０．１７質量％のシロキサン白金錯体（硬化触媒）と、１６．４質量％のシリカとを含む。

次に、本実施例で得られた導電性ペースト組成物を用いた以外は、実施例１と全く同一にして、所定のパターンを備える膜電極を形成した。

次に、実施例１と全く同一にして前記膜電極の導電性及び元の寸法に対する破断点までの伸びを測定した。前記膜電極は、１０Ωｃｍの導電性と、破断点までの伸びが元の寸法に対して１５０％以上である伸縮性とを備えていた。結果を表１及び図１に示す。

表１及び図１から、本発明の導電性ペースト組成物によれば、１０^２Ωｃｍ以下の導電性と、破断点以下までの伸びが元の寸法に対して１５０％以上である伸縮性とを備える膜電極を形成することができることが明らかである。

Claims (5)

1. 電極形成成分と、該電極形成成分に対し１０〜７０質量％の範囲の溶媒とを含む導電性ペースト組成物であって、
   該電極形成成分は、その固形分の全量に対し、２．５〜４．７質量％の範囲の量の導電性炭素材料と、５４〜６８質量％の範囲のシリコーンゴムと、０．０５〜０．２質量％の範囲のシロキサン白金錯体からなる硬化触媒と、１６〜３０質量％の範囲のシリカとを含むことを特徴とする導電性ペースト組成物。
2. 請求項１記載の導電性ペースト組成物において、前記導電性炭素材料は、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、オイルファーネスブラック、導電性単層カーボンナノチューブ、導電性多層カーボンナノチューブからなる群から選択される少なくとも１種の導電性炭素材料であることを特徴とする導電性ペースト組成物。
3. 請求項１又は請求項２記載の導電性ペースト組成物において、前記シリコーンゴムは、メチルシリコーンゴム、ビニル・メチルシリコーンゴム、フェニル・メチルシリコーンゴムからなる群から選択される１種のシリコーンゴムであることを特徴とする導電性ペースト組成物。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の導電性ペースト組成物において、前記シロキサン白金錯体は、カルボニルシクロビニルメチルシロキサン白金錯体又は１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン白金（０）錯体であることを特徴とする導電性ペースト組成物。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の導電性ペースト組成物において、前記溶媒は、トルエン、ベンゼン、ヘキサン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ガソリン、軽油、酢酸エチルからなる群から選択される少なくとも１種の溶媒であることを特徴とする導電性ペースト組成物。