JP2021004872A - 感圧導電部材および感圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】柔軟性を有しつつ、安定した感圧挙動を示す感圧導電部材、およびその感圧導電部材を備える感圧センサを提供する。【解決手段】感圧導電部材３は、圧力に応じて電気抵抗値が変化するシート状の感圧導電部材であって、第１のゴム成分に第１の導電性充填剤が分散した第１のゴム層１と、第２のゴム成分に第２の導電性充填剤が分散した第２のゴム層２とが積層されて構成され、第１のゴム層１は、第２のゴム層２に比べて電気抵抗値が高い層であり、第１のゴム層１の厚さは１ｍｍ未満で、かつ、第２のゴム層２の厚さよりも小さい。【選択図】図１

Description

この発明は、感圧導電部材およびその感圧導電部材を備える感圧センサに関する。

従来、圧力の大きさに応じた抵抗値の変化を検出する感圧センサが知られている。感圧センサとしては、歪みゲージを用いる形式のセンサや、圧電セラミックスを用いる形式のセンサが知られているが、これらは部材の剛性が高く、感圧センサの形状が制限される傾向にあった。

近年、感圧センサの形状の自由度を高めるため、導電部材の材質にエラストマーを使用し、柔軟性を付与した感圧導電部材が提案されている。例えば、特許文献１には、非導電性エラストマー中にナノメーターサイズの導電性充填剤が分散した感圧導電部材が開示されている。所定の導電性充填剤を分散させることで、電気抵抗値の再現性などの感圧導電部材の特性の改善を図っている。

特開２００７−２２０４８１号公報

一般に、感圧センサは、受けている圧力が大きくなるほど電気抵抗値が低くなる出力特性（感圧挙動）を有する。この出力特性を表す曲線に基づき、測定された電気抵抗値から、受けている圧力の大きさが検出される。そのため、圧力を精度良く検出するためには、感圧挙動が安定していることが必要である。しかしながら、従来の非導電性エラストマーを用いた感圧導電部材では、圧力に応じて電気抵抗値がばらついたり、圧力の上昇に伴い電気抵抗値が高くなったりして、安定した感圧挙動が得られない場合がある。特に、高圧力条件下では、安定した感圧挙動を得ることが困難である。

本発明はこのような事情に対処するためになされたものであり、柔軟性を有しつつ、安定した感圧挙動を示す感圧導電部材、およびその感圧導電部材を備える感圧センサを提供することを目的とする。

本発明の感圧導電部材は、圧力に応じて電気抵抗値が変化するシート状の感圧導電部材であって、上記感圧導電部材は、第１のゴム成分に第１の導電性充填剤が分散した第１のゴム層と、第２のゴム成分に第２の導電性充填剤が分散した第２のゴム層とが積層されて構成され、上記第１のゴム層は、上記第２のゴム層に比べて電気抵抗値が高い層であり、上記第１のゴム層の厚さは１ｍｍ未満で、かつ、上記第２のゴム層の厚さよりも小さいことを特徴とする。

上記第１のゴム層の厚さと上記第２のゴム層の厚さの合計厚さである感圧導電部材の厚さが１００μｍ〜１０００μｍであり、上記第１のゴム層の厚さは、上記感圧導電部材の厚さの２０％以上５０％未満であることを特徴とする。

上記第１のゴム層の体積抵抗値が１．０×１０^９Ω・ｃｍ〜１．０×１０^１１Ω・ｃｍであり、上記第２のゴム層の体積抵抗値が１．０×１０^１Ω・ｃｍ〜１．０×１０^３Ω・ｃｍであることを特徴とする。

上記第１のゴム成分および上記第２のゴム成分がシリコーンゴムであることを特徴とする。

上記第１の導電性充填剤が黒鉛およびカーボンブラックであり、上記第２の導電性充填剤がカーボンブラックであることを特徴とする。

本発明の感圧センサは、電気抵抗値の変化の検出により圧力を検知する感圧センサであって、一対の電極と、該一対の電極間に配置される感圧導電部材とを備え、上記感圧導電部材が本発明の感圧導電部材であることを特徴とする。

本発明の感圧導電部材は、導電性充填剤をそれぞれ含む第１のゴム層と第２のゴム層の積層体であるので柔軟性を有する。また、第１のゴム層は、第２のゴム層に比べて電気抵抗値が高い層であり、第１のゴム層の厚さは１ｍｍ未満で、かつ、第２のゴム層の厚さよりも小さいので、第１のゴム層が感圧層、第２のゴム層が導電層として機能することで、圧力に応じて電気抵抗値の変化が安定し、良好な感圧挙動が得られる。

第１のゴム層の厚さと第２のゴム層の厚さの合計厚さである感圧導電部材の厚さが１００μｍ〜１０００μｍであり、第１のゴム層の厚さは、感圧導電部材の厚さの２０％以上５０％未満であるので、フィルム状の感圧センサに好適であり、良好な感圧挙動が得られる。

本発明の感圧導電部材を示す図である。 本発明の感圧センサを示す図である。 圧力に対する抵抗値を測定するための負荷試験の模式図である。 実施例１、比較例１の圧力と抵抗値の関係を示すグラフ図である。 比較例２〜３の圧力と抵抗値の関係を示すグラフ図である。 実施例２の圧力と抵抗値の関係を示すグラフ図である。 実施例３〜４の圧力と抵抗値の関係を示すグラフ図である。 実施例５〜６の圧力と抵抗値の関係を示すグラフ図である。 実施例７、比較例４の圧力と抵抗値の関係を示すグラフ図である。 実施例２〜６の圧力と抵抗値の関係を示すグラフ図である。 本発明の感圧導電部材の製造方法の一例を示す図である。

本発明者は、ゴム層からなる感圧導電部材について、優れた感圧挙動を得るべく鋭意検討した。その結果、電気抵抗値が異なる２つのゴム層を積層させ、さらに各層の厚さを設定することで、圧力に応じた電気抵抗値の変化が安定することを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。

本発明の感圧導電部材の一形態を図１に基づいて説明する。図１はシート状の感圧導電部材の断面図である。この感圧導電部材は、例えば、圧力の大きさを検出する感圧センサの導電部材として使用される。図１に示すように、感圧導電部材３は、第１のゴム層１と第２のゴム層２とが積層された２層構造である。層間には接着剤層がなく、導電性を有するゴム層同士の接触となるため、通電性が良く、良好な感圧挙動が得られる。感圧導電部材３は、ゴム層からなるので柔軟性に富み、センサ形状の自由度に優れる。このようなゴム層からなる感圧導電部材は、荷重を受けていないときには高い電気抵抗値を示し、荷重を受けた時には電気抵抗値が低くなる。これは、荷重による変形によって、導電性充填剤同士の距離が短くなり、導電性充填剤による導通経路が生じるためである。

第１のゴム層１は、ゴム成分（以下、第１のゴム成分ともいう）に導電性充填剤（以下、第１の導電性充填剤ともいう）を配合したゴム組成物（以下、第１のゴム組成物ともいう）からなり、導電性充填剤が層中に分散することで、導電性を有する。また、第２のゴム層２は、ゴム成分（以下、第２のゴム成分ともいう）に導電性充填剤（以下、第２の導電性充填剤ともいう）を配合したゴム組成物（以下、第２のゴム組成物ともいう）からなり、導電性充填剤が層中に分散することで、導電性を有する。

第１のゴム成分および第２のゴム成分は、特に限定されず、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどが用いられる。これらは単独で使用してもよく、または２種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、シリコーンゴム、ＥＰＤＭを用いることが好ましい。また、第１のゴム成分と第２のゴム成分とは、同じ種類のものを用いることが好ましい。シリコーンゴムは、ウイリアムス可塑度（再練１０分後）が２００以下であることが好ましい。ウイリアムス可塑度は、ＪＩＳ Ｋ ６２４９−８の可塑度試験で規定される方法で測定される。

第１の導電性充填剤および第２の導電性充填剤としては、黒鉛粉末、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの固体炭素材料や、銅粉、銀粉、鉄粉などの金属粉末、導電性酸化錫、導電性酸化チタンなどの導電性金属酸化物などが用いられる。これら導電性充填剤は、単独で使用してもよく、または２種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、第１の導電性充填剤および第２の導電性充填剤のそれぞれが、黒鉛粉末および導電性カーボンブラックの少なくともいずれかであることが好ましい。

本発明において、第１のゴム層１は、第２のゴム層２に比べて電気抵抗値が高い層である。第１のゴム層１は主に感圧層として機能し、第２のゴム層２は主に導電層（低抵抗層）として機能する。第１のゴム層１の体積抵抗値が１．０×１０^９Ω・ｃｍ〜１．０×１０^１１Ω・ｃｍであり、第２のゴム層２の体積抵抗値が１．０×１０^１Ω・ｃｍ〜１．０×１０^３Ω・ｃｍであることが好ましい。

各層の電気抵抗値は、ゴム組成物中の導電性充填剤の種類や配合量を調整することで行う。例えば、第１のゴム組成物と第２のゴム組成物とで同じ種類の導電性充填剤を用いる場合、該導電性充填剤の配合量を、第１のゴム組成物よりも第２のゴム組成物の方を多くすることで、第２のゴム層２の電気抵抗値を低くすることができる。また、第１のゴム組成物と第２のゴム組成物とで同じ配合量の導電性充填剤を用いる場合、体積抵抗率がより小さい導電性充填剤を第２のゴム組成物に配合することで、第２のゴム層２の電気抵抗値を低くすることができる。

第１のゴム層１の導電性充填剤として、黒鉛粉末および導電性カーボンブラックを用いることが好ましい。その形態において、黒鉛粉末は、第１のゴム成分１００質量部に対して２０質量部〜７０質量部含まれることが好ましく、３０質量部〜５０質量部含まれることがより好ましい。また、導電性カーボンブラックは、第１のゴム成分１００質量部に対して１質量部〜１０質量部含まれることが好ましく、１質量部〜５質量部含まれることがより好ましい。

一方、第２のゴム層２の導電性充填剤としては、導電性カーボンブラックが好ましい。その形態において、導電性カーボンブラックは、第２のゴム成分１００質量部に対して１０質量部〜３０質量部含まれることが好ましく、１０質量部〜２０質量部含まれることがより好ましい。

黒鉛粉末は、天然黒鉛と人造黒鉛に大別され、さらに鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、球状黒鉛などがあり、いずれであっても使用できる。本発明に使用する導電性充填剤としては、人造黒鉛であり、さらに等方性である球状黒鉛を用いることが好ましい。球状黒鉛の平均粒子径は、特に限定されないが、５〜５０μｍが好ましく、５〜２０μｍがより好ましい。平均粒子径は、例えば、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置などを用いて測定することができる。

導電性カーボンブラックは、平均粒子径が１０〜５０ｎｍであることが好ましく、平均粒子径が２０〜５０ｎｍであることがより好ましい。平均粒子径が１０〜５０ｎｍの範囲内とすることで、少量の配合量であっても十分な電気抵抗値が得られやすい。

また、本発明の感圧導電部材を構成する各ゴム層には、発明の効果を阻害しない範囲で、その他の添加剤を配合することも可能である。例えば、加硫剤、加硫促進剤、補強剤、老化防止剤、軟化剤、着色剤などを配合できる。

各層および導電部材の厚さについて、図１に基づいて説明する。本発明において、第１のゴム層１の層厚さｔ_１は１ｍｍ未満で、かつ、第２のゴム層２の層厚さｔ_２よりも小さいことを特徴としている。感圧層を低抵抗層よりも薄く形成することで、圧力に応じた電気抵抗値の変化を安定して検出しやすくなる。

第１のゴム層１の層厚さｔ_１は、好ましくは３０μｍ〜５００μｍであり、より好ましくは５０μｍ〜２００μｍであり、さらに好ましくは５０μｍ〜１００μｍである。第２のゴム層２の層厚さｔ_２は、層厚さｔ_１よりも厚くした上で、好ましくは５０μｍ〜２０００μｍであり、より好ましくは１００μｍ〜５００μｍであり、さらに好ましくは１００μｍ〜２００μｍである。

第１のゴム層１の厚さｔ_１と第２のゴム層２の厚さｔ_２の合計厚さである感圧導電部材の総厚さｔは、１００μｍ〜１０００μｍであることが好ましく、１００μｍ〜３００μｍであることがより好ましい。さらに、第１のゴム層１の厚さｔ_１は、感圧導電部材の総厚さｔに対して、２０％以上５０％未満であることが好ましく、２５％〜４８％であることがより好ましく、２５％〜４０％であることがさらに好ましい。

本発明の感圧導電部材の各ゴム層は、ゴム成分が架橋されていることが好ましい。架橋方法としては、放射線架橋やプレス加硫などの化学架橋を行うことができる。プレス加硫に用いる加硫剤には、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、１，３−ビス−（ｔ−ブチルペルオキシ−イソプロピル）ベンゼン、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイドなどの有機過酸化物を用いることができる。加硫剤の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して０．５質量部〜３質量部が好ましい。加硫剤の配合量が少なすぎると、架橋が不十分となり強度が低下するおそれがあり、加硫剤の配合量が多すぎると、架橋密度が高くなりすぎて、十分な柔軟性が得られないおそれがある。

放射線架橋は、電子線、γ線、Ｘ線などが挙げられる。本発明においては放射線遮蔽層の効果を制御しやすいという観点で電子線照射が好ましい。電子線照射条件としては、加速電圧が５０ｋＶ〜１０００ｋＶ、好ましくは２００ｋＶ〜５００ｋＶであり、照射線量が５０ｋＧｙ〜４００ｋＧｙ、好ましくは５０ｋＧｙ〜２００ｋＧｙである。照射条件として加速電圧が５０ｋＶ未満では厚さ方向への電子線到達深度が低くなり未架橋部分が残るおそれがある。照射線量が４００ｋＧｙをこえると、過架橋になり十分な柔軟性が得られないおそれがある。

本発明の感圧導電部材の製造方法について以下に説明する。

本発明の感圧導電部材が薄肉（例えば、感圧導電部材の厚みが１０００μｍ以下）の場合、第２のゴム組成物の塗料および第１のゴム組成物の塗料を順次、塗工フィルムに塗工し、その後、電子線照射することで得られる。

（１）第２のゴム組成物の塗工
第２のゴム組成物を溶剤に溶解し、濾過、脱泡することで第２のゴム組成物の塗料を得る。溶剤としては、ゴム成分を溶解可能であればよく、例えば、トルエンなどを用いることができる。得られた塗料を、塗工フィルム（例えば、５０μｍ厚のＰＥＴフィルム）に塗工する。塗工方法としては、コンマバー法や、スプレー法、ディッピング法、刷毛塗り法など被膜を形成できるものであれば使用できる。塗工後、第２のゴム組成物の塗料を乾燥する。乾燥は、例えば９０℃の恒温槽内で１０分程度行う。

（２）第１のゴム組成物の塗工
第１のゴム組成物を溶剤に溶解し、濾過、脱泡することで第１のゴム組成物の塗料を得る。溶剤としては、第２のゴム組成物の塗料と同様の溶剤を用いることができる。得られた塗料を、乾燥後の第２のゴム組成物の表面に塗工する。塗工後、第２のゴム組成物の塗料の乾燥条件と同様の条件で乾燥する。その後、カバーフィルム（塗工フィルムと同一）を乾燥後の第１のゴム組成物の表面に貼り合わせる。

（３）電子線照射
得られた塗工体の片面もしくは両面から電子線照射を行う。両面に照射する場合、具体的には、まず、第１のゴム層側から、上述した電子線照射条件で電子線を照射する。その後、第２のゴム層側から、同じ照射条件で電子線を照射する。これによって、第１のゴム層中のゴム成分、および第２のゴム層中のゴム成分がそれぞれ架橋されて、本発明の感圧導電部材が得られる。なお、電子線の照射順序としては第２のゴム層側から先に処理を行ってもよい。また、塗工厚みと処理する電子線照射装置の条件によっては、片面にのみ照射することも可能である。

また、本発明の感圧導電部材の製造方法は、上記の製造方法に限定されない。例えばラインでの製造を考慮した場合、図１１に示すような方法も採用できる。以下には、図１１の方法について説明する。

まず、第２のゴム組成物を溶剤に溶解し、濾過、脱泡することで第２のゴム組成物の塗料を得る。得られた塗料を、塗工フィルム２４に塗工する。塗工後、第２のゴム組成物の塗料を乾燥する。その後、カバーフィルム（図示省略）を乾燥後の第２のゴム組成物２２の表面に貼り合わせ、一旦所定長さを巻き取る。

次に、第１のゴム組成物を溶剤に溶解し、濾過、脱泡することで第１のゴム組成物の塗料を得る。得られた塗料を、塗工フィルム２３に塗工する。塗工後、第１のゴム組成物の塗料を乾燥する。その後、先に作製した第２のゴム組成物のカバーフィルム（図示省略）を剥ぎ取りながら、図１１に示すように、第１のゴム組成物２１の表面に第２のゴム組成物２２の表面を貼り合わせ、所定長さを巻き取る。第２のゴム組成物２２の塗工フィルム２４が、最終的にカバーフィルムとなる。得られた塗工体２５に対して、上記（３）に示す電子線照射を行なうことで、感圧導電部材が得られる。

また、その他の製造方法として、塗工による成形に代えて、金型成形や押出成形、分出し成形によって各ゴム組成物をシート状に成形してもよく、この場合プレス加硫が適する。塗工による成形の場合、フィルム状電極に直接加工できるため、電極と感圧導電部材との間の接触抵抗のばらつきを抑えることができる。また、薄膜の長尺化、薄膜での２層（多層）積層が、分出しや押出の場合に比較して容易に可能であり、厚み精度も良いという点で好ましい。

本発明の感圧センサの一形態を図２に示す。図２は本発明の感圧センサの断面図である。感圧センサ４は、一対の電極５、６と、該一対の電極５、６間に本発明の感圧導電部材３とを備える。一対の電極５、６は、電源（図示省略）および検出器（図示省略）に接続されている。

電極５、６の材質としては、特に限定されず、銅、銀、アルミニウム、金、白金などの金属からなる金属電極や、ＰＥＴフィルムなどの上に、銅、銀、アルミニウムなどの金属ペーストを塗布または印刷加工したフィルム状電極などが挙げられる。金属電極として、具体的には、銅箔、銀箔、アルミ箔、金メッキ箔などを用いることができる。

電極５、６の厚さは特に限定されないが、柔軟性、耐久性の観点から、５０〜２５０μｍであることが好ましい。例えば、スクリーン印刷などで作製されたフィルム状電極を用いることでセンサ形状の自由度に優れ、様々な形状のものに応用することができる。

本発明の感圧導電部材は、後述の実施例で示すように、第１のゴム層および第２のゴム層のいずれの層側から圧力を負荷した場合であっても、同様の電気抵抗値が得られる。そのため、感圧センサにおいて、圧力を受ける向きに左右されないで感圧導電部材を使用可能である。

図２の感圧センサ４において、所定の電圧が印加された状態で、感圧センサ４の例えば電極５側から圧力が負荷されると、感圧導電部材３が変形し、その変形によって各ゴム層中の導電性充填剤が密集することで厚み方向の電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値の変化を検出器で検出することで、圧力の大きさを検知できる。

本発明の感圧導電部材は、低圧力条件から高圧力条件まで広範囲において優れた出力特性を有する。そのため、本発明の感圧センサは、低圧力から高圧力までの広範囲の圧力を検知可能な感圧センサとして用いることができる。例えば、最大測定圧力を３００ｋＰａ以上に設定することができ、例えば、最大測定圧力を５００ｋＰａや、１０００ｋＰａに設定することができる。本発明の感圧センサは、高圧力条件でも測定可能であることから、例えば、倉庫内での荷物の管理、インフラ設備（高架、トンネル壁面など）の破損検知などを行うための感圧センサとして用いることができる。また、形状の自由度も高く、長尺化も可能であることから、大きな構造への対応も可能である。

まず、層構造が異なる導電部材を用いて、圧力に対する電気抵抗値の挙動を検討した。実施例１および比較例１には２層構造の感圧導電部材を用いた。比較例２および比較例３には、第１のゴム層のみで構成される単層構造の感圧導電部材を用いた。表１には、各試験例におけるゴム組成物の組成と層厚さを示す。

実施例１
シリコーンゴム１００質量部に、導電性充填剤としてカーボンブラック２０質量部を配合し、さらに加硫剤１．５質量部を配合して第２のゴム組成物を得た。このゴム組成物をシート状に分出し成形し、得られた成形体を枠ゲージの中に配置した。配置した成形体を熱盤に挟んでプレスし、加硫温度１６４℃、加硫時間２０分、加硫圧力として面圧１０ＭＰａの条件でプレス加硫した。その後、加硫温度２００℃、加硫時間４時間の条件で二次加硫（アニール処理）して、厚さ２ｍｍの第２のゴム層を得た。
続いて、シリコーンゴム１００質量部に、導電性充填剤として黒鉛４０質量部およびカーボンブラック５質量部をそれぞれ配合して第１のゴム組成物を得た。このゴム組成物をトルエン溶液に該ゴム組成物の固形分率が３０質量％となるように溶解し、濾過、脱泡を経て、第１のゴム組成物の塗料を得た。この塗料を５０μｍ厚のＰＥＴフィルムに塗工した。塗工後、乾燥温度９０℃、乾燥時間１０分の条件で塗料を乾燥した。乾燥後、塗工体の表面に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを貼り合わせ、加速電圧２５０ｋＶ、照射線量１００ｋＧｙ、送り速度１０ｍ／ｍｉｎの条件で電子線照射を行ない、厚さ０．１ｍｍの第１のゴム層を得た。得られた第１のゴム層および第２のゴム層を重ね合わせて、感圧導電部材とした。

なお、第１のゴム層の体積抵抗値は、９．３×１０^９Ω・ｃｍ（横河ヒューレット・パッカード（株）４３２９Ａ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲにて、５００Ｖ印加で測定）であり、第２のゴム層の体積抵抗値は、９．４×１０^１Ω・ｃｍ（三菱油化（株）Ｌｏｒｅｓｔａ ＩＰ ＭＣＰ−Ｔ２５０にて測定）であった。また、下記加圧試験の条件における、第１のゴム層の電気抵抗値は１．０×１０^３Ω〜１．０×１０^６Ωであり、第２のゴム層の電気抵抗値は１．０×１０^０Ω〜１．０×１０^３Ωであった。

比較例１
実施例１と同様の方法で、厚さ２ｍｍの第２のゴム層を得た。
続いて、シリコーンゴム１００質量部に、導電性充填剤として黒鉛４０質量部およびカーボンブラック５質量部をそれぞれ配合し、さらに加硫剤０．７５質量部を配合して第１のゴム組成物を得た。この組成物をシート状に分出し成形し、得られた成形体を上述した条件でプレス加硫、二次加硫（アニール処理）して、厚さ１ｍｍの第１のゴム層を得た。
得られた第１のゴム層および第２のゴム層を重ね合わせて、感圧導電部材とした。

比較例２
シリコーンゴム１００質量部に、導電性充填剤として黒鉛４０質量部およびカーボンブラック５質量部をそれぞれ配合して第１のゴム組成物を得た。このゴム組成物をトルエン溶液に該ゴム組成物の固形分率が３０質量％となるように溶解し、濾過、脱泡を経て、第１のゴム組成物の塗料を得た。この塗料を５０μｍ厚のＰＥＴフィルムに塗工した。塗工後、乾燥温度９０℃、乾燥時間１０分の条件で塗料を乾燥した。乾燥後、塗工体の表面に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを貼り合わせ、加速電圧２５０ｋＶ、照射線量１００ｋＧｙ、送り速度１０ｍ／ｍｉｎの条件で電子線照射を行ない、厚さ０．１ｍｍの第１のゴム層からなる感圧導電部材を得た。

比較例３
比較例１の第１のゴム層と同様にして、感圧導電部材を製造した。

得られた各感圧導電部材の電気抵抗値を、図３に示す試験装置で測定した。試験装置１１は、圧力Ｆが負荷される上部プレート１２と、下部プレート１３とを有する。これらプレート間に、一対の絶縁板（例えばベークライト板）１４、１４を介して、一対の電極１５、１６が設けられる。図３の試験では、加圧側の電極１５としてφ２０ｍｍの銅円柱を用い、電極１６として銅箔板を用いた。電極１５、１６はそれぞれ検出器１７に接続されている。試験では、電極１５、１６間に感圧導電部材３を挟み、所定の電圧を印加した状態で、下記の試験条件により圧力Ｆを加え、感圧導電部材の厚み方向の電気抵抗値を測定した。検出器としては、株式会社エーディーシー製の直流電圧・電流源６２４０Ｂを使用した。圧力と抵抗値の変化をプロットした図を、図４および図５に示す。

＜試験条件＞
圧縮試験機：株式会社今田製作所製、ＳＶ−２０１型引張圧縮試験機
圧力：０〜１０００ｋＰａ
加圧速度：約０．２ｍｍ／ｍｉｎ
加圧面積：３１４ｍｍ^２
印加電圧：直流３Ｖ、または直流１０Ｖ

試験では、圧力に対する感圧導電部材の向きについても検討した。図３に示すように、感圧導電部材３の第１のゴム層１を荷重側に向けて配置した試験をＡパターンとした。一方、感圧導電部材３の第２のゴム層２を荷重側に向けて配置した試験をＢパターンとした。なお、図中において特に記載がない場合は、Ａパターンの試験結果を示している。

図５に示す感圧挙動は、いずれも単層構造の感圧導電部材の結果である。比較例２は、層厚さが０．１ｍｍと薄く、圧力を上げていくと抵抗値が検出器の測定可能範囲外に入ってしまい、低圧力条件のみの結果となったが、抵抗値のばらつきは大きかった。また、比較例３は、圧力の上昇に伴って抵抗値が上昇する結果となった。本来であれば、圧力の上昇に伴い抵抗値は緩やかに低下するため、これらの感圧挙動は感圧導電部材として適したものではない。

図４に示す比較例１は、比較例３の導電部材（厚さ１ｍｍの第１のゴム層）に第２のゴム層を加えた２層構造の感圧導電部材である。しかし、比較例３（図５参照）の感圧挙動と同様に、圧力の上昇に伴って抵抗値が上昇する結果となった。これに対して、図４に示す実施例１は、比較例２の導電部材（厚さ０．１ｍｍの第１のゴム層）に第２のゴム層を加えた２層構造の感圧導電部材であり、図４に示すように、圧力の上昇に伴って抵抗値が緩やかに低下し、優れた感圧挙動を示した。

次に、感圧導電部材の各ゴム層の厚さについて詳細に検討した。表２には各試験例のゴム組成物の組成を示し、表３には各試験例の層厚さを示す。実施例２〜実施例７には２層構造の感圧導電部材を用い、比較例４には第１のゴム層のみからなる単層構造の感圧導電部材を用いた。

実施例２〜実施例７
シリコーンゴム１００質量部に、導電性充填剤としてカーボンブラック２０質量部を配合して、第２のゴム組成物を得た。このゴム組成物をトルエン溶液に該ゴム組成物の固形分率が２３質量％となるように溶解し、濾過、脱泡を経て、第２のゴム組成物の塗料を得た。この塗料を５０μｍ厚のＰＥＴフィルムに、乾燥後の層厚さが所望の厚さとなるように塗工した後、乾燥温度９０℃、乾燥時間１０分の条件で塗料を乾燥した。
続いて、シリコーンゴム１００質量部に、導電性充填剤として黒鉛４０質量部およびカーボンブラック５質量部をそれぞれ配合して、第１のゴム組成物を得た。このゴム組成物をトルエン溶液に該ゴム組成物の固形分率が３０質量％となるように溶解し、濾過、脱泡を経て、第１のゴム組成物の塗料を得た。この塗料を乾燥後の第２のゴム層の表面に、乾燥後の層厚さが所望の厚さとなるように塗工した後、乾燥温度９０℃、乾燥時間１０分の条件で塗料を乾燥した。
乾燥後、塗工体の表面に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを貼り合わせ、第１のゴム層側からおよび第２のゴム層側から、加速電圧３００ｋＶ、照射線量１００ｋＧｙ、送り速度１０ｍ／ｍｉｎの条件で電子線照射を行ない、第１のゴム層および第２のゴム層を架橋して、２層構造の感圧導電部材を得た。

比較例４
シリコーンゴム１００質量部に、導電性充填剤として黒鉛４０質量部およびカーボンブラック５質量部をそれぞれ配合して第１のゴム組成物を得た。このゴム組成物をトルエン溶液に該ゴム組成物の固形分率が３０質量％となるように溶解し、濾過、脱泡を経て、第１のゴム組成物の塗料を得た。この塗料を５０μｍ厚のＰＥＴフィルムに塗工した。塗工後、乾燥温度９０℃、乾燥時間１０分の条件で塗料を乾燥した。乾燥後、塗工体の表面に５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを貼り合わせ、加速電圧２５０ｋＶ、照射線量１００ｋＧｙ、送り速度１０ｍ／ｍｉｎの条件で電子線照射を行ない、厚さ１４０μｍの第１のゴム層からなる感圧導電部材を得た。

得られた各感圧導電部材の電気抵抗値を、図３に示す試験装置を用い、上述した試験条件によって測定した。検出器は、上記と同様、株式会社エーディーシー製の直流電圧・電流源６２４０Ｂを使用した。測定結果を図６〜図９に示す。

図６〜図８に示すように、実施例２〜実施例６の感圧導電部材は良好な感圧挙動を示した。第１のゴム層および第２のゴム層の各層厚さが増加するほど、抵抗値のばらつきが大きくなる傾向が見られた。また、ＡパターンおよびＢパターンで大きな差は見られなかった。図６に示すように、感圧導電部材に印加する電圧が３Ｖ、１０Ｖと異なる場合であっても安定した感圧挙動を示した。

また、図９には、実施例７と比較例４を同グラフにプロットした図を示す。比較例４の単層構造の感圧導電部材は、実施例７の感圧導電部材の電気抵抗値と同程度であり、かつ、層厚さが比較的近いものであるが、図９に示すように、抵抗値がばらつく結果となった。これに対して、実施例７は、グラフの曲線が安定しており優れた感圧挙動を示した。

以上、上述した実施例および比較例では、電極に銅電極を使用したが、他の電極を用いた場合でも、本発明に係る感圧導電部材は良好な感圧挙動を示す。例えば、図１０には、銅電極に代えて銀電極を使用した場合における実施例２〜実施例６の導電部材の抵抗値変化を示す。銀電極としては、フィルム状電極を２つ使用した。一対の銀電極間に各感圧導電部材を挟み、布製のクッション材を介して、加圧部材であるφ２０ｍｍの銅円柱で上述の条件で加圧した。検出器に、株式会社エーディーシー製の直流電圧・電流源６２４０Ｂを使用した。

図１０に示すように、実施例２〜実施例６の感圧導電部材は銀電極の場合も良好な感圧挙動を示した。図１０の感圧挙動は、図６〜図８の感圧挙動に比べて優れた感圧挙動を示した。図６〜図８では銅円柱および銅箔を電極に用いたのに対して、図１０では銀のフィルム状電極を用いており、電極（形状）の違いによる接触抵抗が感圧挙動の安定性に影響したと考えられる。

本発明の感圧導電部材は、柔軟性を有しつつ、安定した感圧挙動を示すので、感圧導電部材として広く使用でき、感圧センサなどに適用することで圧力の大きさを精度よく検出することができる。特に、幅広い圧力レンジの感圧センサに好適である。

１ 第１のゴム層
２ 第２のゴム層
３ 感圧導電部材
４ 感圧センサ
５ 電極
６ 電極
１１ 試験装置
１２ 上部プレート
１３ 下部プレート
１４ 絶縁板
１５ 電極
１６ 電極
１７ 検出器
２１ 第１のゴム組成物
２２ 第２のゴム組成物
２３ 塗工フィルム
２４ 塗工フィルム
２５ 塗工体

Claims (6)

1. 圧力に応じて電気抵抗値が変化するシート状の感圧導電部材であって、
   前記感圧導電部材は、第１のゴム成分に第１の導電性充填剤が分散した第１のゴム層と、第２のゴム成分に第２の導電性充填剤が分散した第２のゴム層とが積層されて構成され、
   前記第１のゴム層は、前記第２のゴム層に比べて電気抵抗値が高い層であり、前記第１のゴム層の厚さは１ｍｍ未満で、かつ、前記第２のゴム層の厚さよりも小さいことを特徴とする感圧導電部材。
2. 前記第１のゴム層の厚さと前記第２のゴム層の厚さの合計厚さである感圧導電部材の厚さが１００μｍ〜１０００μｍであり、
   前記第１のゴム層の厚さは、前記感圧導電部材の厚さの２０％以上５０％未満であることを特徴とする請求項１記載の感圧導電部材。
3. 前記第１のゴム層の体積抵抗値が１．０×１０^９Ω・ｃｍ〜１．０×１０^１１Ω・ｃｍであり、前記第２のゴム層の体積抵抗値が１．０×１０^１Ω・ｃｍ〜１．０×１０^３Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の感圧導電部材。
4. 前記第１のゴム成分および前記第２のゴム成分がシリコーンゴムであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の感圧導電部材。
5. 前記第１の導電性充填剤が黒鉛およびカーボンブラックであり、前記第２の導電性充填剤がカーボンブラックであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の感圧導電部材。
6. 電気抵抗値の変化の検出により圧力を検知する感圧センサであって、
   一対の電極と、該一対の電極間に配置される感圧導電部材とを備え、前記感圧導電部材が請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の感圧導電部材であることを特徴とする感圧センサ。