JP3393883B2 - 導電性ゲル - Google Patents

導電性ゲル

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は導電性ゲル、特に電気コ
ネクタ等に使用される導電性の優れた導電性ゲル組成物
に関する。 【0002】 【従来の技術】エキトリンシック(非本質)導電性ゲル
は米国特許第4,845,457 号及び同第4,770,641 号等に開
示される如く当業者には周知である。 【0003】最もよく知られ且つ広く使用されているも
のはシリコーンゲルである。適当に調製されたシリコー
ンゲルは導電性エポキシ及び熱可塑性接着剤等の他のポ
リマ型導電性組成物に対して種々の利点を有する。これ
ら利点の1つは、例えば導体と接触して相互接続するハ
ウジングの開口キャビティ内に使用可能である。即ち、
シリコーンゲルは非流動性且つ導体と接触又は非接触時
に自己回復性を有するよう調製可能であることである。
斯るシリコーンゲルの1例は特に内部に埋込まれた電気
部品の電気特性の保持、保護又は封止の為に設計された
誘電性の2成分透明シリコーン封止体であって、米国ダ
ウコーニング社よりSylgard527の商標で市販されてい
る。(尚、Sylgard はダウコーニング社の登録商標であ
る。)この材料の2成分を1対1の比率で混合した後に
硬化すると、クッション特性を有する自己回復性弾性ゲ
ル状体が得られる。 【0004】しかし、斯る状態のシリコーンゲルは導電
性がない。そこで、導電性粒子を内部に分散させ、これ
によりエキトリンシック導電性ゲルとなす。 【0005】シリコーンゲル内に導電性粒子を分散させ
てエキトリンシック導電性ゲルが得られる。このゲル体
内に導電性粒子を分散させて導電性ゲルを形成するに
は、従来市販されている種々の導電性粒子が使用可能で
ある。例えば、銀コーティングを施したニッケル粒子又
は銀コーティングを施したガラス粒子が使用可能であ
る。また固体銀粒子又は銀片を使用してもよい。 【0006】斯る粒子は硬化中にゲル内に均一に分散し
且つ保持しなければならないので、ゲルの比重とできる
限り近似する粒子を選択することが好ましい。更に、完
全な導電性ゲルを形成する為には、ゲル内の導電性粒子
の濃度は少なくとも浸出(パーコレーション)スレッシ
ョールド(しきい値)と同等以上でなければならない。
この浸出スレッショールドとは誘電体内にランダムに分
散された導電性粒子の体積濃度がバルク導電性を呈する
最低限度を意味する。導電性スレッショールドは一般に
誘電体材料中の導電体粒子の体積が20%乃至25%であ
る。上限はその用途に依存するが、体積比で60%程度と
なり得る。導電性粒子の混入が増加すると、ゲルの好ま
しい特性の一部が犠牲となり得る。 【0007】上述の如く、エキトリンシック導電性ポリ
マ材料は導電性粒子を混入又は分散して導電性を得るの
に対して、イントリンシック(本質)導電体である別の
種類のポリマ材料もある。斯る材料の代表例は有機ポリ
マであって、金属粒子等の充填物を加えることなくそれ
自体が導電性を有する。斯るイントリンシック導電性ポ
リマは金属に一般に見られる処理に対する導電特性とポ
リマ材料の耐化学(薬品)特性との双方の特性を兼備
し、多くの用途に好適な材料である。 【0008】これらのポリマ中には、ドーピングと称さ
れる処理により導電性を有するものもある。このドーピ
ングは化学的又は電気化学的方法により達成可能であ
る。適当なポリマをヨウ素、ペルオキシ二硫酸ナトリウ
ム。臭素(気体又は溶液)又は強酸等の酸化剤中にて所
定時間処理して導電性を有する一部酸化した材料を得
る。これに反して適当なタイプのポリマを還元剤で処理
して導電性を有する一部還元された材料を得てもよい。
ドーピング方法は当業者に周知であり、化学的酸化及び
/又は還元及び電気化学的酸化及び/又は還元を含む。
好適材料の1つであるポリアニリンの如き材料は強酸と
酸化剤との組合せを使用してドーピングし、導電性材料
を得る。導電性ポリアニリンの代表的な導電率は約1×
10-4乃至1×103 シーメンス/cm(又はモー/cm)であ
る。導電率の逆数が電気抵抗であるので、導電率が増加
すると抵抗は低下する。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】上述したイントリンシ
ック導電性ポリマにはある種の制限があるので用途が
限られる。特に、砕け易く、フレキシビリティ(柔軟
性)に欠け、摩擦抵抗に欠け、導通状態でのポリマの難
溶解性及び軟化前のポリマの分解等の不安定な物性の為
に実用化が制限されている。 【0010】従って、本発明の目的は物理的特性が安定
すると共に導電率の高い新規な導電性ゲルを提供するこ
とである。 【0011】 【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を解
決し、上述した目的を達成する為に本発明の導電性ゲ
ルは、導電材料の微小粒子が分散された導電性シリコー
ンゲルと、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアニシジ
ン、ポリチオフェン及びこれらの誘導体のグループから
選択されたイントリンシック導電性ポリマとからなり、
重量比0.03%乃至1.6%の量の前記イントリンシック導
電性ポリマが、前記導電性シリコーンゲルの内部に分散
されていることを特徴とする。 【0012】 【0013】 【0014】 【実施例】以下、本発明の導電性ゲルの実施例を添付図
を参照して詳細に説明する。 【0015】図はエキトリンシック導電性シリコーンゲ
ルにイントリンシック導電性ポリマであるポリピロール
及びポリアニリンの添加量を増加した場合の導電性ゲル
の電気抵抗の変化状態を示すグラフである。 【0016】本発明はローレット発明の米国特許第4,77
0,641 号に開示するタイプの電気的相互接続デバイスに
使用するのに好適な新規な導電性ゲル組成物に関する。
好適組成物は内部に導電材料の微小粒子が分散されたシ
リコーンゲルの如きエキトリンシック導電性ゲルと少量
のイントリンシック導電性ポリマとから成る。 【0017】最適ローディング(負荷)状態下における
エキトリンシック導電シリコーンゲルは、代表的には1
−10m Ω程度の電気抵抗を有する。本発明に使用する好
適なイントリンシック導電性ポリマの1つであるポリア
ニリンの導電率は導電性シリコーンゲルに使用された金
属導体の抵抗に比して10乃至100 倍も低い、即ち高抵抗
である。 【0018】改良された導電性ゲル組成物を開発中に、
ポリピロール又はポリアニリン等のイントリンシック導
電性ポリマをゲル内にパウダ状で少量分散させると、ゲ
ルの電気抵抗が4倍にも低下される(抵抗が1/4にな
る)ことが判明した。この驚くべき且つ予想外の現象は
図中に明白に示されている。図示するデータは以下説明
する方法で一連のゲル組成物を調製し、4点プローブを
挿入してゲルの電気抵抗を測定した結果をプロットした
ものである。サンプルの調製 ポリアニリン(PANI) 1.約12グラムのペルオキシ二硫化アンモニウム((N
H4)2S2O8)を200ml の1MHClに溶解して5°C以下に冷
却する。 2.約20mlのアニリン((C6H5NH2) を300ml の1MHClに
溶解して5°C以下に冷却した後にアイスバス内に入れ
て5°C以下の温度に保つ。 3.上述した2つの溶液を混合する。即ち、ペルオキシ
二硫化アンモニウムをアニリン溶液中に1乃至2時間に
わたり滴下して攪拌し続ける。この作業中、温度を5°
C以下に保つ。 4.この混合により黒緑/黒色の固体ポリアニリンの沈
澱物が形成され、溶液も黒緑/黒色である。 5.次に、混合物を合計3時間攪拌して約20°Cに温度
上昇させる。この時点で、溶液を真空フィルタして、ろ
過して得た固体ポリアニリンを約1000mlの1MHClで洗
う。次に、このろ過物を真空中で一晩中乾燥する。ポリ
アニリンの存在を確める為に、ジメチルホルムアミド
(DMF)に溶解したこの物体の紫外一可視(UV-VIS)
スペクトラムをとる。ポリピロル(PPYR) 1.約27グラムの三塩化鉄(FeCl3 )を500ml の蒸留水
に溶解する。 2.約5mlのピロールを500ml の蒸留水に溶解する。 3.次に、上述した両溶液を混合する。この混合は三塩
化鉄溶液(酸化剤)を1乃至2時間にわたり連続的に攪
拌しながらピロール溶液中に滴下する。溶液を合計3時
間攪拌する。この作業はすべて室温で行う。 4.ピロールの固体沈澱物が即座に形成され、溶液は暗
黒色となる。 5.その後、混合物を真空フィルタすると、ろ過された
固定ポリピロールを100ml の蒸留水で洗い一晩中真空乾
燥する。 【0019】導電性ゲル混合物を含むPANI又はPP
YRを用意する為に、乾燥したろ過物をグラインドする
必要がある。特に、2〜3グラムの導電性ポリマはグラ
インド媒体として0.2 cm乃至1.0 cmの直径の25グラムの
ニッケルショットを使用する小さいロックタンブラ(転
摩機)に入れる。その後、タンブラを垂直方向から30°
傾けて2乃至24時間稼働させる。粉砕された導電性ポリ
マの粒子寸法は1乃至25μ(ミクロン)の範囲であっ
た。導電性ゲルの混合 1.いずれもシリコーン社が市販する約10グラムのP-1
57シリコーン、約0.4 グラムのP-157B 硬化剤及び0.07
グラムのP-157C 触媒を25mlプラスチックビーカーに加
えて樹脂(レジン)を形成する。 2.約2.8 グラム乃至7.0 グラムの銀片であるSF-350
(ハンディ アンド ハーモン社製)及び約11グラムの
銀めっきされたマイカ又はガラス(ポッターズ インク
製)を上述の樹脂に加える。 3.この混合物を4枚の攪拌ブレードを用いて1300rmp
で5〜7分間攪拌する。 【0020】図示したデータを得る為に、PANI又は
PPYRを導電性ゲル混合物とブレンドする。このブレ
ンドの為に、少量(0.01グラム乃至2.0グラム)のクラ
ッシュした導電性ポリマ粒子を混合物に加えて1300rpm
で約5〜7分間攪拌した。その後、新しい製成物を約15
0℃で約30分間凹状オーブンで硬化した。この硬化の
後、異なる量の導電性ポリマ粒子を含むブレンドのサン
プルをロレスタ(Loresta)4点プローブ導電率計を用
いて測定した。導電性ポリマ粒子を加えないと、抵抗は
約3.50mΩのオーダーであったが、驚くべきことに、重
量比約0.4%のPPYR又は重量比約0.4%のPANIを
少量添加したら抵抗は著しく低下した。このことは、エ
キトリンシック導電性ゲルの導電率はイントリンシック
導電性ポリマを重量比約0.03%乃至1.6%を添加するこ
とにより改善されることが判る。 【0021】以上、本発明の導電性ゲルの好適実施例を
詳述したが、本発明は斯る実施例のみに限定するもので
はなく、種々の変形変更が可能であることが理解されよ
う。 【0022】 【発明の効果】本発明の導電性ゲルは極めて低抵抗であ
って、コンプライアント、低フォース(約10グラム)、
高密度及び極めて低背である。
【図面の簡単な説明】 【図1】ゲルにイントリンシックポリマであるPPYR
及びPANIの添加量を増加した場合の本発明の導電性
ゲル組成物の抵抗変化特性を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01R 4/04 H01R 4/04 H05K 1/11 H05K 1/11 A (72)発明者 ウォーレン・チャーリー・ジョーンズ アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 27104ウィンストンセーラム パインリ ッジ ドライブ 310 (72)発明者 ジョン・ロバート・ローレット・シニア アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 27012クレモンス ラベール ドライブ 720 (72)発明者 デービッド・エフ・マキネス・ジュニア アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 27410グリーンスボロ エリザベス ド ライブ 804 (72)発明者 ナビン・エヌ・バイアス アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 27103ウィンストンセーラム ランズデ ール レーン 2721 (56)参考文献 特開 平3−139598(JP,A) 特開 昭62−44902(JP,A) 特開 昭61−159413(JP,A) 特開 昭62−297575(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 1/00 - 1/24 C08K C08L CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】導電材料の微小粒子が分散された導電性シ
    リコーンゲルと、ポリピロール、ポリアニリン、ポリア
    ニシジン、ポリチオフェン及びこれらの誘導体のグルー
    プから選択されたイントリンシック導電性ポリマとから
    なり、 重量比0.03%乃至1.6%の量の前記イントリンシック導
    電性ポリマが、前記導電性シリコーンゲルの内部に分散
    されている ことを特徴とする導電性ゲル。
JP30786892A 1991-10-24 1992-10-23 導電性ゲル Expired - Lifetime JP3393883B2 (ja)

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US07/782,831 US5182050A (en) 1991-10-24 1991-10-24 Extrinsically/intrinsically conductive gel
US07/782831 1991-10-24

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