JP3699864B2 - 導電性樹脂組成物及びそれを用いたエンコーダスイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性と導電性が共に優れた導電性樹脂組成物及びそれを用いたエンコーダスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンコーダスイッチ等に用いられる従来の導電性樹脂組成物は、フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂を有機溶剤に溶解した樹脂溶液中に、導電性フィラーとするグラファイト、カーボンブラック、カーボンファイバを混合分散した導電インクを、ベークライト、アルミナ等の基板上にスクリーン印刷等の方法を用いて導電パターンに形成したものであった。導電性フィラーとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等の導電性カーボンブラックが一般的であり、更に導電性を向上させる（低抵抗化する）目的の場合は、グラファイト、耐摩耗性を向上させる目的の場合は、カーボンファイバを加えていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の電子部品の小型化、長寿命化に対しては、これらの材料だけでは性能を満足できなくなってきている。つまり、グラファイトはへき開性をもつ為削れやすく、これを添加した導電性樹脂組成物をエンコーダスイッチに用いた場合、耐摩耗性が低いのでエンコーダスイッチの寿命は１万回以下と短かった。カーボンファイバを加えた導電性樹脂組成物は、カーボンファイバが硬いので、耐摺動特性は良いが、直径が数μｍ、長さが数十μｍという形状的問題から、電子部品の小型化によるファインパターンには対応できない。そこで、微小カーボンファイバと言えるグラファイトフィブリルやカーボンナノチューブを用いようとする試みもあるが、微小カーボンファイバの絡まりを樹脂溶液中でほぐすことが難しく耐摺動性が向上しない。また、価格的にも実用化は難しい状態にある。
【０００４】
本発明は、耐摩耗性と導電性に優れ、更にはファインパターンに対応できる導電性樹脂組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性樹脂組成物は、キシレン系樹脂とフェノール系樹脂を主成分とするバインダ樹脂中に導電性フィラーであるカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記フェノール系樹脂の前記キシレン系樹脂に対する重量比は１乃至３３であり、前記導電性フィラーの含有率が４５乃至５１重量％である。
【０００６】
バインダ樹脂は、導電性フィラーとするカーボンビーズ及びカーボンブラックを均一に分散させ、且つ硬化収縮することにより導電性フィラー粒子間の接触圧を増加させ、粒子間の接触抵抗を下げて導電性を向上させる役割を果たす。そのために、前記バインダ樹脂をフェノール系樹脂とすることが望ましい。フェノール系樹脂は十分な硬化収縮が得られるので、導電性フィラー間の接触圧が高く粒子間の接触抵抗が低くなり、導電性樹脂組成物の導電性が向上する。
フェノール系樹脂としては、例えばレゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、クレゾール変性フェノール樹脂、フラン変性フェノール樹脂、エポキシ−フェノール樹脂、フェノール−メラミン樹脂等を用いることができる。
【０００７】
カーボンビーズは、導電性フィラーとして導電性樹脂組成物に導電性を付与するとともに、摺動ブラシの荷重を支えて導電性樹脂組成物の摺動ブラシに対する耐摩耗性を向上させる構造材としての役割を果たしている。
【０００８】
導電性樹脂組成物の導電性フィラーとしてカーボンビーズを単独で用いると、カーボンビーズは球状であるがゆえに粒子間の接触点が少なく、またカーボンビーズそのものが高抵抗であることから導電性樹脂組成物の導電性は低下する。
【０００９】
導電性樹脂組成物の導電性フィラーとしてカーボンビーズとカーボンブラックを用いると、カーボンブラックは、カーボンビーズ粒子間に介在することにより導電性フィラー間の接触点を増して、導電性樹脂組成物の導電性を向上させる役割を果たす。
【００１０】
構造材をカーボンビーズとする導電性樹脂組成物をエンコーダスイッチに用いると、摺動ブラシの摺接面である導電性樹脂組成物表面にはカーボンビーズが突出した凸部とバインダ樹脂が存在する凹部ができる。摺動ブラシが摺接面の凸部に乗り上げると、エンコーダスイッチの出力信号にノイズが発生する。また、カーボンビーズが硬すぎるため摺動ブラシがカーボンビーズとの摺接により摩耗して、エンコーダスイッチの寿命を縮める原因となる。
【００１１】
導電性樹脂組成物の導電性フィラーとしてカーボンビーズとカーボンブラックを用いると、カーボンブラックがカーボンビーズ間の隙間を埋めることにより凹部も導電性を持つようになる。さらに、カーボンブラックはカーボンビーズの表面にも存在するので、摺動ブラシはカーボンビーズと直接接触しにくくなる。
【００１２】
導電性樹脂組成物のカーボンブラックとカーボンビーズとからなる導電性フィラー含有率が４５重量％よりも少ないと、導電性フィラーが不足するため導電性樹脂組成物の導電性は低下して比抵抗は高くなる。このような比抵抗の高い導電性樹脂組成物をエンコーダスイッチに用いた場合、パルス波形を得るために用いるプルアップ抵抗も高抵抗の固定抵抗器を用いることになる。従ってＯＮ時に流れる電流は微小なものになり、外部ノイズの影響を受けやすくなる。
【００１３】
一方、導電性樹脂組成物のカーボンブラックとカーボンビーズとからなる導電性フィラー含有率が５１重量％を越えると、導電性フィラーをバインドしているバインダ樹脂の量が不足するため、バインダ樹脂の硬化収縮による導電性フィラー粒子間の接触圧の増加が不十分であり、粒子間の接触抵抗が高くなり、導電性が低下する。また、バインダ樹脂の量が不足すると導電性樹脂組成物は脆くなる。このような導電性樹脂組成物をエンコーダスイッチに用いた場合、摺動ブラシの 摺動により導電性樹脂組成物が破損して、エンコーダスイッチの寿命は短いものとなる。
【００１６】
また本発明の導電性樹脂組成物は、前記カーボンビーズが粒径が１乃至３０μｍの球状である。カーボンビーズは球状であるから、摺動ブラシの摺動面は球面の集合となり摺動ブラシの摩耗は少ない。
粒径が１μｍ未満のカーボンビーズでは、摺動ブラシの荷重を支えることができず導電性樹脂組成物の耐摩耗性が劣化し、３０μｍを越えると導電性樹脂組成物で形成した導電パターンの輪郭からカーボンビーズが突出してパターン寸法精度が劣化する。
【００１７】
さらに本発明の導電性樹脂組成物は、前記カーボンビーズが、熱硬化性樹脂粉を加熱して炭素化したものであり、加熱処理温度は７００乃至１２００℃である。このようなカーボンビーズは真球状であり且つ導電性をもつ。
【００１８】
熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、ベンゾグアミン樹脂等を用いることができる。これら熱硬化性樹脂粉の加熱処理温度が７００℃に満たないときは熱硬化性樹脂の炭素化が不十分であり、カーボンビーズの比抵抗が高く導電性樹脂組成物の導電性が劣化する。一方、炭素化の温度が１２００℃を越えると、炭素化の際の分子の再配列の歪みによりカーボンビーズが開裂して、ざくろが割れたような形状になる。開裂したカーボンビーズのエッジが導電性樹脂組成物の表面に突出して摺動ブラシを摩耗させる原因となる。
【００１９】
本発明の導電性樹脂組成物は、キシレン系樹脂とフェノール系樹脂をバインダ樹脂として、該バインダ樹脂中にカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記フェノール系樹脂の前記キシレン系樹脂に対する重量比は１乃至３３である。
【００２０】
キシレン系樹脂はバインダ樹脂であると共に、導電性樹脂組成物が有機溶剤を含む導電インクの状態であるとき、カーボンビーズを含有する導電インクの流動特性をスクリーン印刷法によるファインパターン形成に適したものとする役割を果たす。
【００２１】
一般に粒子分散溶液においては、粒径が大きいほど、また、球形に近いほど溶液の流動性は高い。一般的なカーボンビーズは粒径が１μｍ以上のほぼ真球状であり、カーボンビーズを含有する導電性樹脂組成物が有機溶剤を含有する導電インクの状態であるとき、導電インクの流動性は高いものとなる。導電インクの流動性が高すぎると、導電パターンをスクリーン印刷する場合、パターンのエッジにだれ、にじみ等が生じてファインパターンには対応出来ない。
【００２２】
キシレン系樹脂を含有する導電インクは、スクリーン印刷工程においてスキージによりスクリーンに押しつけられる荷重が加えられている間は粘度が低下して印刷に適した流動性を示し、スクリーンメッシュから押し出されて荷重が除かれると、粘度が高まりだれにくい流動特性を示す。よって、導電インクはスクリーン印刷直後のパターン形状を保持するので、ファインパターンの形成が可能になる。
【００２３】
フェノール系樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比が１未満である場合、即ちフェノール樹脂の割合が少なくキシレン樹脂の割合が多い場合、導電性樹脂組成物の表面にフェノール系樹脂から分離したキシレン系樹脂が浮き出ることがある。
一方、フェノール系樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比が３３を越える場合、即ちフェノール樹脂の割合が多くキシレン樹脂の割合が少ない場合、導電インクはスクリーンメッシュより押し出されてから、粘度が回復するまでに時間を要するのでパターンエッジのだれ、にじみを生じることがある。
【００２４】
本発明のエンコーダスイッチは、上述の本発明の導電性樹脂組成物を用いたので、信号のノイズが少なく、長寿命であり、且つ微細な導電パターンの形成が可能であるから小型化することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係わる導電性樹脂組成物の実施の形態を述べる。本発明の導電性樹脂組成物の実施の形態は、フェノール系樹脂、或いはフェノール系樹脂とキシレン系樹脂からなるバインダ樹脂中に導電性フィラーとするカーボンビーズとカーボンブラックを含有しており、導電性フィラーの含有率は３４〜６０重量％である。
【００２６】
（実施例１）
まず、上記導電性樹脂組成物のバインダ樹脂をレゾール型フェノール樹脂とした実施例１について説明する。作製した導電性樹脂組成物のサンプルは、表１に示すように、ｄ欄に示す導電性フィラー含有率、ｅ欄に示すカーボンビーズに対するカーボンブラックの重量比がそれぞれ異なっている。
【００２７】
【表１】
【００２８】
上述のカーボンビーズは、熱硬化性のフェノール樹脂を溶液中で乳化分散した状態で硬化したり、噴霧した状態で硬化させることにより製造した粒径１〜３０μｍ（平均粒径１０μｍ）の樹脂粉（市販）を、窒素雰囲気中で６℃／分の速度で昇温し、ピーク温度１１００℃で一時間保持したあと、自然冷却したものである。
【００２９】
また、導電性樹脂組成物のサンプルは、レゾール型フェノール樹脂をカルビトールに溶解させた樹脂溶液中に、三本ロールミルを用いて導電性フィラーを分散させた導電インクを作製して、この導電インクをスクリーン印刷法により基板上にパターン形成して、２００℃２０分の加熱を加え、乾燥、硬化させたものである。
【００３０】
表１のｆ欄に示す導電性樹脂組成物のサンプルの比抵抗は、上述の導電インクをテトロン２００メッシュのマスクを用いたスクリーン印刷法によりアルミナ基板上に矩形に印刷して、乾燥、硬化させた導電性樹脂組成物の抵抗値を測定し、導電性樹脂組成物の厚みを測定した後に比抵抗に換算して得たものである。
【００３１】
表１からわかるように、導電フィラー含有率（ｄ欄）が約３４．８乃至６１．６重量％である導電性樹脂組成物のサンプルＮｏ．２〜３０において、測定した比抵抗（ｆ欄）のバラツキの最小値はほぼ１０Ω・ｃｍ以下であり、導電性樹脂組成物としての実用に適していることがわかる。特に導電フィラー含有率（ｄ欄）が約４５乃至６１重量％である導電性樹脂組成物のサンプルＮｏ．１０〜２４は、測定した比抵抗（ｆ欄）のバラツキの最小値はほぼ２Ω・ｃｍ以下であり、導電性において特に優れている。
【００３２】
次に、カーボンビーズを主体とする導電性フィラー中にカーボンブラックを添加した場合の導電性樹脂組成物の比抵抗の変化を図１のグラフを用いて説明する。図１のグラフは、サンプルＮｏ．１〜３０の導電性樹脂組成物の比抵抗の平均値を縦軸、横軸を導電性樹脂組成物全体に対するカーボンビーズの含有率（重量％）として示している。カーボンビーズ含有率が一定である導電性樹脂組成物にカーボンブラックを添加すると、カーボンブラックの添加量が増加するに伴い、即ちカーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比が７．１〜７．２（黒塗り四角）、６．０〜６．２（◆）、１．９〜２．０（▲）、１．２〜１．３（●）の順に概ね比抵抗が低下していることがわかる。また、カーボンビーズのカーボンブラックに対する比が約７．１〜７．２の導電性樹脂組成物の比抵抗は、導電性フィラーがカーボンビーズのみからなる導電性樹脂組成物の比抵抗よりも概ね低下している。このことから、カーボンブラックの添加量を導電性フィラーの少なくとも１／８以上となるようにすれば、導電性樹脂組成物の導電性を向上させる効果が得られることがわかる。
【００３３】
次に、サンプルＮｏ．１〜３０の導電性樹脂組成物を用いたエンコーダスイッチの性能について述べる。図２は、エンコーダスイッチの一実施の形態である。エンコーダスイッチのコード板１は樹脂からなる円板状であり、コード板１の表面１ａには、上述の導電性樹脂組成物からなる導電パターン２が形成されており、導電パターン２は、コード板１の周縁部の櫛歯部２ａと、該櫛歯部２ａを連結するリング部２ｂとを有している。また、エンコーダスイッチの第一、第二の摺動ブラシ及３ａ、３ｂ及びコモン摺動ブラシ３ｃはリン青銅からなり、導電パターン２と接続する接点部が銀グラッドである。エンコーダスイッチの駆動時には、コード板１が回転して、第一、第二の摺動ブラシ３ａ、３ｂはそれぞれ所定の間隔で導電パターン２の櫛歯部と接続し、コモン摺動ブラシ３ｃは常に導電パターン２のリング部と摺接する。
【００３４】
このようなエンコーダでは、第一の摺動ブラシ３ａからの出力とコモン摺動ブラシ３ｃの出力差分のＡ相パルス信号、第二の摺動ブラシ３ｂからの出力とコモン摺動ブラシ３ｃからの出力差分のＢ相パルス信号、及びＡ相パルス信号とＢ相パルス信号の差信号より、コード板１の回転の状態を検知するようになっている。
【００３５】
表１に示すサンプルＮｏ．１〜３０の導電性樹脂組成物を用いてエンコーダスイッチを作製し、エンコーダ部に接続する固定抵抗をそれぞれ１０ｋΩ、１００ｋΩとしたときのエンコーダスイッチの初期出力（ｇ１欄、ｈ１欄）、初期ノイズ（ｇ２欄、ｈ２欄）、寿命（ｇ３欄、ｈ３欄）に示す。ここでエンコーダスイッチの寿命とは、エンコーダスイッチの駆動開始から、正常なパルス信号が出力されなくなるまでに出力されたオン信号の回数とする。
【００３６】
表１からわかるように、エンコーダスイッチのエンコーダ部に接続する固定抵抗が１０ｋΩであるとき、導電性フィラーの含有率（ｄ欄）が３５重量％以下のサンプルＮｏ．１、４、５及び導電性フィラーがカーボンビーズのみであるサンプルＮｏ．２５〜３０を用いたエンコーダスイッチは、駆動開始直後から初期出力（ｇ１欄）が小さく、ノイズ（ｇ２欄）により正常なパルス信号が得られない。
【００３７】
導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約３５重量％であっても、カーボンブラックの割合の多いサンプルＮｏ．２、３を用いたエンコーダスイッチは、駆動開始直後の初期出力（ｇ１欄）が小さく正常なパルス信号が得られないものの、ノイズ（ｇ２欄）は少なくなる。また、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約６１重量％と多いサンプルＮｏ．２２〜２４を用いたエンコーダスイッチの寿命（ｇ３欄）は１万回程度と短いものである。
導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約４０〜約５６重量％であるサンプルＮｏ．２〜２１を用いたエンコーダの寿命（ｇ３欄）は５万回以上であり実用に適している。
【００３８】
エンコーダスイッチのエンコーダ部に接続する固定抵抗が１００ｋΩであるとき、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約３０重量％であるサンプルＮｏ．１を用いたエンコーダスイッチは、駆動開始直後から初期出力（ｈ１欄）が小さくノイズ（ｈ２欄）により正常なパルス信号が得られない。一方、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約６１重量％であるサンプルＮｏ．２２〜２４を用いたエンコーダスイッチの寿命（ｈ３欄）は摺動ブラシ３ａ、３ｂ、３ｃが摩耗してしまうので、１〜３万回程度と短いものである。また、導電性フィラーがカーボンビーズのみであるサンプルＮｏ．２５〜３０を用いたエンコーダスイッチの寿命（ｈ３欄）は１万回程度と短いものである。導電性フィラー含有率（ｄ欄）が３４乃至５６重量％であるサンプルＮｏ．２〜２１を用いたエンコーダスイッチの寿命は５万回以上と実用に適している。
【００３９】
特に、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約４５乃至約５１重量％であり、導電性フィラー中のカーボンビーズの割合が多い（カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比（ｅ欄）が６〜７）サンプルＮｏ．１３、１６を用いたエンコーダスイッチの寿命はそれぞれ２２、２４万回と極めて長い。
【００４０】
また、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約４５乃至約５１重量％であり、導電性フィラー中のカーボンビーズの割合が少ない（カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比（ｅ欄）が約１）サンプルＮｏ．１０、１４を用いたエンコーダスイッチの寿命は１０万回であり、導電性フィラーがカーボンビーズのみである導電性樹脂組成物（サンプルＮｏ．２５〜３０）、導電性フィラーがカーボンブラックとグラファイトからなる従来例を用いたエンコーダスイッチよりも寿命が大幅に改善されている。このことから、カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比が１以上であれば、導電性樹脂組成物のカーボンビーズによる耐摩耗性は保持されていることがわかる。
【００４１】
以上の結果より、フェノール系樹脂からなるバインダ樹脂中に導電性フィラーであるカーボンビーズとカーボンブラックとを含有する導電性樹脂組成物は、カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比が約１乃至８、導電性フィラー含有率が約３４乃至６０重量％である場合、比抵抗が低く且つこれらを用いたエンコーダスイッチの寿命が長いことがわかる。
【００４２】
なお、図３のグラフに示すように、上述のカーボンビーズの比抵抗はカーボンビーズの製造時における加熱処理温度に依存する。図３のグラフの横軸はカーボンビーズの加熱処理温度、縦軸はカーボンビーズの見かけの比抵抗である。カーボンビーズの見かけの比抵抗とは、加熱処理後のカーボンビーズを底部を平坦にし金メッキした電極を付けたメスシリンダーに入れ、タッピングを繰り返して、体積変化がなくなるまで圧縮し、更に上部に水銀を乗せ抵抗値を測定し、測定値とタッピング後の高さ、メスシリンダーの直径から算したものである。６００℃以下では導電性が得られなかった。また、１１００℃〜１３００℃の間では、見かけの比抵抗の変化が小さいことがわかった。これは、１１００〜１３００℃の間では、ミクログラファイト構造の発達が進展しないためと考えられる。また、加熱処理温度が１２００℃を越えるとカーボンビーズは炭素化の際の分子の再配列の歪みによりカーボンビーズが破損するので、カーボンビーズの加熱処理温度はカーボンビーズが球状を保持したまま導電性の得られる７００〜１２００℃とする。
【００４３】
（実施例２）
次に、導電性樹脂組成物のバインダ樹脂がレゾール型フェノール樹脂とキシレン系樹脂からなる実施例２について説明する。表２に示すサンプルＮｏ．３１〜３８は、導電性フィラー含有率が約５１重量％、カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比が１．９と共通であり、表２のＦ欄に示すレゾール型フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比（バインダ樹脂中のレゾール型フェノール樹脂とキシレン系樹脂の割合）、或いは表２のＥ欄に示すキシレン系樹脂の種類（キシレン樹脂・メシチレン樹脂）をそれぞれ異ならしめたものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２の導電性樹脂組成物のサンプルがカルビトール有機溶剤を含有する導電インクの状態で、導電インクの流動特性測定を行った。スクリーン印刷法によりファインパターンを形成するためには、導電インクがスキージによりスクリーンに押しつけられる荷重が加えられて変形している間は粘度が低下して印刷に適した流動性を有し、スクリーンメッシュから押し出されて荷重が除かれると、粘度が高まってスクリーン印刷直後のパターン形状を保持することが望ましい。
【００４６】
それぞれの導電インクの流動特性の測定は、図４に示すようなコーン・プレート型粘度計により行った。導電インク４は、コーン５とプレート６に挟まれており、導電インク４を挟んで回転するコーン５の回転速度（ずり速度）が導電インク４の変形に対応し、コーン５を一定の回転数で回転させるために必要な力（ずり応力）がその変形を起こす力に対応し、ずり速度とずり応力の比例係数が粘度である。
【００４７】
表２のＪ欄に示すように、キシレン系樹脂を含まないサンプルＮｏ．３１の導電インクの流動特性は、ずり応力がずり速度に比例するものとなる。これは、導電インクの粘度が導電インクに加わる荷重によらず一定であるニュートニアンの流動特性であることを示唆している。
【００４８】
メシチレン樹脂を含有するサンプルＮｏ．３２〜３８の導電インクの流動特性は、ずり応力がずり速度に比例しない。これは、導電インクの粘度が導電インクに加わる荷重によって変化する非ニュートン流体の流動特性であることを示唆している。
【００４９】
メシチレン樹脂の含有量が比較的少ないサンプルＮｏ．３２の導電インクの流動特性は、ずり速度の増加に伴いずり応力は緩やかに上昇する。これは導電インクに加わる荷重により導電インクの粘度が低下していることを示している。一方、ずり速度が増加から減少に転じると、ずり応力はずり速度に比例して減少する。これは、導電インクに加わる荷重が減少したにも関わらず導電インクの粘度が一定であることを示している。よって、実施例３２の導電インクは、荷重により粘度が低下するが、荷重が取り除かれても粘度が回復するまでに時間を要するチキソトロピックな流動特性を有していることがわかる。この場合、スクリーン印刷工程において、導電インクがスキージによりスクリーンに押しつけられる荷重が加えられている間は粘度が低下して印刷に適した流動性を有するので、スクリーン印刷適性は良好なものとなる。
【００５０】
メシチレン樹脂、或いはキシレン樹脂の含有量が比較的多いサンプルＮｏ．３３〜３８の導電インクの流動特性は、ずり速度の増加に伴いずり応力は緩やかに上昇する。これは導電インクに加わる荷重により導電インクの粘度が低下していることを示している。一方、ずり速度が増加から減少に転じると、ずり速度の減少に伴いずり応力は緩やかに減少する。これは、導電インクに加わる荷重の減少に伴って粘度が増大していることを示している。よって、導電インクの流動特性は、導電インクに加わる荷重により粘度が低下して、荷重が取り除かれると粘度が直ちに回復する擬塑性であることがわかる。
【００５１】
しかもサンプルＮｏ．３２〜３８の導電インクの流動特性は、擬塑性流動の理論式（例えばＣａｓｓｏｎ式）等より有限な値の降伏値を見積もることができる。これは、一定の荷重が加わって、初めて導電インクが流動（変形）を起こすことを意味し、だれの原因である重力よりこの値が大きいとインクは重力に抗して印刷パターンを保持することができる。導電インクの流動特性が降伏値を持つ擬塑性であるとき、導電インクはスキージによりスクリーンに押しつけられる荷重が加えられている間は粘度が低下して印刷に適した流動性を有し、スクリーンメッシュから押し出されて荷重が除かれると直ちに粘度が高まって流動しにくくなり、スクリーン印刷直後のパターン形状を保持することができる。降伏値もつ場合は、（重力−降伏値）がずり応力に対応するので、更に流動しにくくなる。
【００５２】
上述のような流動特性を有するサンプルＮｏ．３１〜３８の導電インクを、パターン幅０．２ｍｍ、ギャップ幅０．２ｍｍのメタルマスクを用いて印刷、硬化させた後に測定した実測線幅と実測ギャップ幅の実測寸法の一覧を表２のＫ欄、Ｌ欄に示す。
【００５３】
表２からわかるように、レゾール型フェノール樹脂のメシチレン樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が低下するほど、即ちメシチレン樹脂の含有量が多くなるほど、実測線幅（Ｋ欄）は狭くなりマスクのパターン線幅である０．２ｍｍに近づく。導電インクの状態で降伏値を持つ擬塑性流体であるサンプルＮｏ．３３〜３８の実測線幅（Ｋ欄）は０．２２ｍｍから０．２４ｍｍであり、スクリーン印刷直後のパターン形状を保持しており、パターン精度に優れている。
【００５４】
次に、サンプルＮｏ．３１〜３８の導電性樹脂組成物の比抵抗を表２のＨ欄に示す。比抵抗の測定方法はサンプルＮｏ．１〜３０と同様である。表２より、レゾール型フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が減少するほど、即ちバインダ樹脂中のメシチレン樹脂が増えるほど、比抵抗（Ｈ欄）が増大することがわかる。これは、バインダ樹脂中のメシチレン樹脂の添加によりレゾール型フェノール樹脂の硬化収縮が妨げられ、導電性フィラー粒子間の接触圧が低下するためと考えられる。しかしながら、サンプルＮｏ．３２〜３８の導電性樹脂組成物の比抵抗（Ｈ欄）は３．４Ω以下と低く、レゾール型フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が２１以上であるサンプルＮｏ．３２〜３４において、キシレン系樹脂の添加による比抵抗（Ｈ欄）の劣化はほとんど見られない。
【００５５】
次に、サンプルＮｏ．３１〜３８の導電性樹脂組成物を用いたエンコーダスイッチの寿命の一覧を表２のＭ欄に示す。エンコーダスイッチの構造は、サンプルＮｏ．１〜３０を用いたものと同様である。
【００５６】
表２より、レゾール型フェノール樹脂のメシチレン樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が減少するほど、即ちバインダ樹脂中のメシチレン樹脂が増えるほど、エンコーダスイッチの寿命（Ｍ欄）が短くなることがわかる。これは、バインダ樹脂中に熱可塑性のメシチレン樹脂を含むことにより導電性樹脂組成物の耐熱性が若干劣化したためと思われる。しかしながら、サンプルＮｏ．３２〜３８を用いたエンコーダスイッチの寿命（Ｍ欄）は６万回以上と実用に適しており、レゾール型フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が２１以上であるサンプルＮｏ．３２〜３４を用いたエンコーダスイッチの寿命（Ｍ欄）はキシレン系樹脂を含まないサンプルＮｏ．３１を用いた場合の寿命と変わらない。
【００５７】
以上の結果から、バインダ樹脂にメシチレン樹脂或いはキシレン樹脂を含む導電性樹脂組成物は、導電性と耐摩耗性を保持したままパターン精度に優れてファインパターンの形成が可能である。特にフェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比が１〜２１においてパターン精度が良好であった。また、フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比が４〜３１において、優れた導電性と耐摩耗性及びパターン寸法精度を兼ね備えている。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の導電性樹脂組成物は、バインダ樹脂とするフェノール系樹脂中に導電性フィラーであるカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記導電性フィラーの含有率が３４乃至６０重量％であるので、優れた導電性と耐摩耗性を両立することができる。
【００５９】
また、本発明の導電性樹脂組成物は、キシレン系樹脂とフェノール系樹脂とカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記フェノール系樹脂の前記キシレン系樹脂に対する重量比は１乃至３３であるから、優れた導電性と耐摩耗性を保持したままファインパターンを形成することができる。
【００６０】
また、本発明のエンコーダスイッチは、上記導電性樹脂組成物を用いたので、出力信号にノイズが少なく且つ長寿命であり、更に導電パターンをファインパターンとすることができるので小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性樹脂組成物の比抵抗を示すグラフである。
【図２】本発明のエンコーダスイッチの平面図である。
【図３】カーボンビーズの比抵抗の加熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図４】コーン・プレート型粘度計の説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性と導電性が共に優れた導電性樹脂組成物及びそれを用いたエンコーダスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンコーダスイッチ等に用いられる従来の導電性樹脂組成物は、フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂を有機溶剤に溶解した樹脂溶液中に、導電性フィラーとするグラファイト、カーボンブラック、カーボンファイバを混合分散した導電インクを、ベークライト、アルミナ等の基板上にスクリーン印刷等の方法を用いて導電パターンに形成したものであった。導電性フィラーとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等の導電性カーボンブラックが一般的であり、更に導電性を向上させる（低抵抗化する）目的の場合は、グラファイト、耐摩耗性を向上させる目的の場合は、カーボンファイバを加えていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の電子部品の小型化、長寿命化に対しては、これらの材料だけでは性能を満足できなくなってきている。つまり、グラファイトはへき開性をもつ為削れやすく、これを添加した導電性樹脂組成物をエンコーダスイッチに用いた場合、耐摩耗性が低いのでエンコーダスイッチの寿命は１万回以下と短かった。カーボンファイバを加えた導電性樹脂組成物は、カーボンファイバが硬いので、耐摺動特性は良いが、直径が数μｍ、長さが数十μｍという形状的問題から、電子部品の小型化によるファインパターンには対応できない。そこで、微小カーボンファイバと言えるグラファイトフィブリルやカーボンナノチューブを用いようとする試みもあるが、微小カーボンファイバの絡まりを樹脂溶液中でほぐすことが難しく耐摺動性が向上しない。また、価格的にも実用化は難しい状態にある。
【０００４】
本発明は、耐摩耗性と導電性に優れ、更にはファインパターンに対応できる導電性樹脂組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性樹脂組成物は、キシレン系樹脂とフェノール系樹脂を主成分とするバインダ樹脂中に導電性フィラーであるカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記フェノール系樹脂の前記キシレン系樹脂に対する重量比は１乃至３３であり、前記導電性フィラーの含有率が４５乃至５１重量％である。
【０００６】
バインダ樹脂は、導電性フィラーとするカーボンビーズ及びカーボンブラックを均一に分散させ、且つ硬化収縮することにより導電性フィラー粒子間の接触圧を増加させ、粒子間の接触抵抗を下げて導電性を向上させる役割を果たす。そのために、前記バインダ樹脂をフェノール系樹脂とすることが望ましい。フェノール系樹脂は十分な硬化収縮が得られるので、導電性フィラー間の接触圧が高く粒子間の接触抵抗が低くなり、導電性樹脂組成物の導電性が向上する。
フェノール系樹脂としては、例えばレゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、クレゾール変性フェノール樹脂、フラン変性フェノール樹脂、エポキシ−フェノール樹脂、フェノール−メラミン樹脂等を用いることができる。
【０００７】
カーボンビーズは、導電性フィラーとして導電性樹脂組成物に導電性を付与するとともに、摺動ブラシの荷重を支えて導電性樹脂組成物の摺動ブラシに対する耐摩耗性を向上させる構造材としての役割を果たしている。
【０００８】
導電性樹脂組成物の導電性フィラーとしてカーボンビーズを単独で用いると、カーボンビーズは球状であるがゆえに粒子間の接触点が少なく、またカーボンビーズそのものが高抵抗であることから導電性樹脂組成物の導電性は低下する。
【０００９】
導電性樹脂組成物の導電性フィラーとしてカーボンビーズとカーボンブラックを用いると、カーボンブラックは、カーボンビーズ粒子間に介在することにより導電性フィラー間の接触点を増して、導電性樹脂組成物の導電性を向上させる役割を果たす。
【００１０】
構造材をカーボンビーズとする導電性樹脂組成物をエンコーダスイッチに用いると、摺動ブラシの摺接面である導電性樹脂組成物表面にはカーボンビーズが突出した凸部とバインダ樹脂が存在する凹部ができる。摺動ブラシが摺接面の凸部に乗り上げると、エンコーダスイッチの出力信号にノイズが発生する。また、カーボンビーズが硬すぎるため摺動ブラシがカーボンビーズとの摺接により摩耗して、エンコーダスイッチの寿命を縮める原因となる。
【００１１】
導電性樹脂組成物の導電性フィラーとしてカーボンビーズとカーボンブラックを用いると、カーボンブラックがカーボンビーズ間の隙間を埋めることにより凹部も導電性を持つようになる。さらに、カーボンブラックはカーボンビーズの表面にも存在するので、摺動ブラシはカーボンビーズと直接接触しにくくなる。
【００１２】
導電性樹脂組成物のカーボンブラックとカーボンビーズとからなる導電性フィラー含有率が４５重量％よりも少ないと、導電性フィラーが不足するため導電性樹脂組成物の導電性は低下して比抵抗は高くなる。このような比抵抗の高い導電性樹脂組成物をエンコーダスイッチに用いた場合、パルス波形を得るために用いるプルアップ抵抗も高抵抗の固定抵抗器を用いることになる。従ってＯＮ時に流れる電流は微小なものになり、外部ノイズの影響を受けやすくなる。
【００１３】
一方、導電性樹脂組成物のカーボンブラックとカーボンビーズとからなる導電性フィラー含有率が５１重量％を越えると、導電性フィラーをバインドしているバインダ樹脂の量が不足するため、バインダ樹脂の硬化収縮による導電性フィラー粒子間の接触圧の増加が不十分であり、粒子間の接触抵抗が高くなり、導電性が低下する。また、バインダ樹脂の量が不足すると導電性樹脂組成物は脆くなる。このような導電性樹脂組成物をエンコーダスイッチに用いた場合、摺動ブラシの 摺動により導電性樹脂組成物が破損して、エンコーダスイッチの寿命は短いものとなる。
【００１６】
また本発明の導電性樹脂組成物は、前記カーボンビーズが粒径が１乃至３０μｍの球状である。カーボンビーズは球状であるから、摺動ブラシの摺動面は球面の集合となり摺動ブラシの摩耗は少ない。
粒径が１μｍ未満のカーボンビーズでは、摺動ブラシの荷重を支えることができず導電性樹脂組成物の耐摩耗性が劣化し、３０μｍを越えると導電性樹脂組成物で形成した導電パターンの輪郭からカーボンビーズが突出してパターン寸法精度が劣化する。
【００１７】
さらに本発明の導電性樹脂組成物は、前記カーボンビーズが、熱硬化性樹脂粉を加熱して炭素化したものであり、加熱処理温度は７００乃至１２００℃である。このようなカーボンビーズは真球状であり且つ導電性をもつ。
【００１８】
熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、ベンゾグアミン樹脂等を用いることができる。これら熱硬化性樹脂粉の加熱処理温度が７００℃に満たないときは熱硬化性樹脂の炭素化が不十分であり、カーボンビーズの比抵抗が高く導電性樹脂組成物の導電性が劣化する。一方、炭素化の温度が１２００℃を越えると、炭素化の際の分子の再配列の歪みによりカーボンビーズが開裂して、ざくろが割れたような形状になる。開裂したカーボンビーズのエッジが導電性樹脂組成物の表面に突出して摺動ブラシを摩耗させる原因となる。
【００１９】
本発明の導電性樹脂組成物は、キシレン系樹脂とフェノール系樹脂をバインダ樹脂として、該バインダ樹脂中にカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記フェノール系樹脂の前記キシレン系樹脂に対する重量比は１乃至３３である。
【００２０】
キシレン系樹脂はバインダ樹脂であると共に、導電性樹脂組成物が有機溶剤を含む導電インクの状態であるとき、カーボンビーズを含有する導電インクの流動特性をスクリーン印刷法によるファインパターン形成に適したものとする役割を果たす。
【００２１】
一般に粒子分散溶液においては、粒径が大きいほど、また、球形に近いほど溶液の流動性は高い。一般的なカーボンビーズは粒径が１μｍ以上のほぼ真球状であり、カーボンビーズを含有する導電性樹脂組成物が有機溶剤を含有する導電インクの状態であるとき、導電インクの流動性は高いものとなる。導電インクの流動性が高すぎると、導電パターンをスクリーン印刷する場合、パターンのエッジにだれ、にじみ等が生じてファインパターンには対応出来ない。
【００２２】
キシレン系樹脂を含有する導電インクは、スクリーン印刷工程においてスキージによりスクリーンに押しつけられる荷重が加えられている間は粘度が低下して印刷に適した流動性を示し、スクリーンメッシュから押し出されて荷重が除かれると、粘度が高まりだれにくい流動特性を示す。よって、導電インクはスクリーン印刷直後のパターン形状を保持するので、ファインパターンの形成が可能になる。
【００２３】
フェノール系樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比が１未満である場合、即ちフェノール樹脂の割合が少なくキシレン樹脂の割合が多い場合、導電性樹脂組成物の表面にフェノール系樹脂から分離したキシレン系樹脂が浮き出ることがある。
一方、フェノール系樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比が３３を越える場合、即ちフェノール樹脂の割合が多くキシレン樹脂の割合が少ない場合、導電インクはスクリーンメッシュより押し出されてから、粘度が回復するまでに時間を要するのでパターンエッジのだれ、にじみを生じることがある。
【００２４】
本発明のエンコーダスイッチは、上述の本発明の導電性樹脂組成物を用いたので、信号のノイズが少なく、長寿命であり、且つ微細な導電パターンの形成が可能であるから小型化することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係わる導電性樹脂組成物の実施の形態を述べる。本発明の導電性樹脂組成物の実施の形態は、フェノール系樹脂、或いはフェノール系樹脂とキシレン系樹脂からなるバインダ樹脂中に導電性フィラーとするカーボンビーズとカーボンブラックを含有しており、導電性フィラーの含有率は３４〜６０重量％である。
【００２６】
（実施例１）
まず、上記導電性樹脂組成物のバインダ樹脂をレゾール型フェノール樹脂とした実施例１について説明する。作製した導電性樹脂組成物のサンプルは、表１に示すように、ｄ欄に示す導電性フィラー含有率、ｅ欄に示すカーボンビーズに対するカーボンブラックの重量比がそれぞれ異なっている。
【００２７】
【表１】
上述のカーボンビーズは、熱硬化性のフェノール樹脂を溶液中で乳化分散した状態で硬化したり、噴霧した状態で硬化させることにより製造した粒径１〜３０μｍ（平均粒径１０μｍ）の樹脂粉（市販）を、窒素雰囲気中で６℃／分の速度で昇温し、ピーク温度１１００℃で一時間保持したあと、自然冷却したものである。
【００２９】
また、導電性樹脂組成物のサンプルは、レゾール型フェノール樹脂をカルビトールに溶解させた樹脂溶液中に、三本ロールミルを用いて導電性フィラーを分散させた導電インクを作製して、この導電インクをスクリーン印刷法により基板上にパターン形成して、２００℃２０分の加熱を加え、乾燥、硬化させたものである。
【００３０】
表１のｆ欄に示す導電性樹脂組成物のサンプルの比抵抗は、上述の導電インクをテトロン２００メッシュのマスクを用いたスクリーン印刷法によりアルミナ基板上に矩形に印刷して、乾燥、硬化させた導電性樹脂組成物の抵抗値を測定し、導電性樹脂組成物の厚みを測定した後に比抵抗に換算して得たものである。
【００３１】
表１からわかるように、導電フィラー含有率（ｄ欄）が約３４．８乃至６１．６重量％である導電性樹脂組成物のサンプルＮｏ．２〜３０において、測定した比抵抗（ｆ欄）のバラツキの最小値はほぼ１０Ω・ｃｍ以下であり、導電性樹脂組成物としての実用に適していることがわかる。特に導電フィラー含有率（ｄ欄）が約４５乃至６１重量％である導電性樹脂組成物のサンプルＮｏ．１０〜２４は、測定した比抵抗（ｆ欄）のバラツキの最小値はほぼ２Ω・ｃｍ以下であり、導電性において特に優れている。
【００３２】
次に、カーボンビーズを主体とする導電性フィラー中にカーボンブラックを添加した場合の導電性樹脂組成物の比抵抗の変化を図１のグラフを用いて説明する。図１のグラフは、サンプルＮｏ．１〜３０の導電性樹脂組成物の比抵抗の平均値を縦軸、横軸を導電性樹脂組成物全体に対するカーボンビーズの含有率（重量％）として示している。カーボンビーズ含有率が一定である導電性樹脂組成物にカーボンブラックを添加すると、カーボンブラックの添加量が増加するに伴い、即ちカーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比が７．１〜７．２（黒塗り四角）、６．０〜６．２（◆）、１．９〜２．０（▲）、１．２〜１．３（●）の順に概ね比抵抗が低下していることがわかる。また、カーボンビーズのカーボンブラックに対する比が約７．１〜７．２の導電性樹脂組成物の比抵抗は、導電性フィラーがカーボンビーズのみからなる導電性樹脂組成物の比抵抗よりも概ね低下している。このことから、カーボンブラックの添加量を導電性フィラーの少なくとも１／８以上となるようにすれば、導電性樹脂組成物の導電性を向上させる効果が得られることがわかる。
【００３３】
次に、サンプルＮｏ．１〜３０の導電性樹脂組成物を用いたエンコーダスイッチの性能について述べる。図２は、エンコーダスイッチの一実施の形態である。エンコーダスイッチのコード板１は樹脂からなる円板状であり、コード板１の表面１ａには、上述の導電性樹脂組成物からなる導電パターン２が形成されており、導電パターン２は、コード板１の周縁部の櫛歯部２ａと、該櫛歯部２ａを連結するリング部２ｂとを有している。また、エンコーダスイッチの第一、第二の摺動ブラシ及３ａ、３ｂ及びコモン摺動ブラシ３ｃはリン青銅からなり、導電パターン２と接続する接点部が銀グラッドである。エンコーダスイッチの駆動時には、コード板１が回転して、第一、第二の摺動ブラシ３ａ、３ｂはそれぞれ所定の間隔で導電パターン２の櫛歯部と接続し、コモン摺動ブラシ３ｃは常に導電パターン２のリング部と摺接する。
【００３４】
このようなエンコーダでは、第一の摺動ブラシ３ａからの出力とコモン摺動ブラシ３ｃの出力差分のＡ相パルス信号、第二の摺動ブラシ３ｂからの出力とコモン摺動ブラシ３ｃからの出力差分のＢ相パルス信号、及びＡ相パルス信号とＢ相パルス信号の差信号より、コード板１の回転の状態を検知するようになっている。
【００３５】
表１に示すサンプルＮｏ．１〜３０の導電性樹脂組成物を用いてエンコーダスイッチを作製し、エンコーダ部に接続する固定抵抗をそれぞれ１０ｋΩ、１００ｋΩとしたときのエンコーダスイッチの初期出力（ｇ１欄、ｈ１欄）、初期ノイズ（ｇ２欄、ｈ２欄）、寿命（ｇ３欄、ｈ３欄）に示す。ここでエンコーダスイッチの寿命とは、エンコーダスイッチの駆動開始から、正常なパルス信号が出力されなくなるまでに出力されたオン信号の回数とする。
【００３６】
表１からわかるように、エンコーダスイッチのエンコーダ部に接続する固定抵抗が１０ｋΩであるとき、導電性フィラーの含有率（ｄ欄）が３５重量％以下のサンプルＮｏ．１、４、５及び導電性フィラーがカーボンビーズのみであるサンプルＮｏ．２５〜３０を用いたエンコーダスイッチは、駆動開始直後から初期出力（ｇ１欄）が小さく、ノイズ（ｇ２欄）により正常なパルス信号が得られない。
【００３７】
導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約３５重量％であっても、カーボンブラックの割合の多いサンプルＮｏ．２、３を用いたエンコーダスイッチは、駆動開始直後の初期出力（ｇ１欄）が小さく正常なパルス信号が得られないものの、ノイズ（ｇ２欄）は少なくなる。また、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約６１重量％と多いサンプルＮｏ．２２〜２４を用いたエンコーダスイッチの寿命（ｇ３欄）は１万回程度と短いものである。
導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約４０〜約５６重量％であるサンプルＮｏ．２〜２１を用いたエンコーダの寿命（ｇ３欄）は５万回以上であり実用に適している。
【００３８】
エンコーダスイッチのエンコーダ部に接続する固定抵抗が１００ｋΩであるとき、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約３０重量％であるサンプルＮｏ．１を用いたエンコーダスイッチは、駆動開始直後から初期出力（ｈ１欄）が小さくノイズ（ｈ２欄）により正常なパルス信号が得られない。一方、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約６１重量％であるサンプルＮｏ．２２〜２４を用いたエンコーダスイッチの寿命（ｈ３欄）は摺動ブラシ３ａ、３ｂ、３ｃが摩耗してしまうので、１〜３万回程度と短いものである。また、導電性フィラーがカーボンビーズのみであるサンプルＮｏ．２５〜３０を用いたエンコーダスイッチの寿命（ｈ３欄）は１万回程度と短いものである。導電性フィラー含有率（ｄ欄）が３４乃至５６重量％であるサンプルＮｏ．２〜２１を用いたエンコーダスイッチの寿命は５万回以上と実用に適している。
【００３９】
特に、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約４５乃至約５１重量％であり、導電性フィラー中のカーボンビーズの割合が多い（カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比（ｅ欄）が６〜７）サンプルＮｏ．１３、１６を用いたエンコーダスイッチの寿命はそれぞれ２２、２４万回と極めて長い。
【００４０】
また、導電性フィラー含有率（ｄ欄）が約４５乃至約５１重量％であり、導電性フィラー中のカーボンビーズの割合が少ない（カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比（ｅ欄）が約１）サンプルＮｏ．１０、１４を用いたエンコーダスイッチの寿命は１０万回であり、導電性フィラーがカーボンビーズのみである導電性樹脂組成物（サンプルＮｏ．２５〜３０）、導電性フィラーがカーボンブラックとグラファイトからなる従来例を用いたエンコーダスイッチよりも寿命が大幅に改善されている。このことから、カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比が１以上であれば、導電性樹脂組成物のカーボンビーズによる耐摩耗性は保持されていることがわかる。
【００４１】
以上の結果より、フェノール系樹脂からなるバインダ樹脂中に導電性フィラーであるカーボンビーズとカーボンブラックとを含有する導電性樹脂組成物は、カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比が約１乃至８、導電性フィラー含有率が約３４乃至６０重量％である場合、比抵抗が低く且つこれらを用いたエンコーダスイッチの寿命が長いことがわかる。
【００４２】
なお、図３のグラフに示すように、上述のカーボンビーズの比抵抗はカーボンビーズの製造時における加熱処理温度に依存する。図３のグラフの横軸はカーボンビーズの加熱処理温度、縦軸はカーボンビーズの見かけの比抵抗である。カーボンビーズの見かけの比抵抗とは、加熱処理後のカーボンビーズを底部を平坦にし金メッキした電極を付けたメスシリンダーに入れ、タッピングを繰り返して、体積変化がなくなるまで圧縮し、更に上部に水銀を乗せ抵抗値を測定し、測定値とタッピング後の高さ、メスシリンダーの直径から算したものである。６００℃以下では導電性が得られなかった。また、１１００℃〜１３００℃の間では、見かけの比抵抗の変化が小さいことがわかった。これは、１１００〜１３００℃の間では、ミクログラファイト構造の発達が進展しないためと考えられる。また、加熱処理温度が１２００℃を越えるとカーボンビーズは炭素化の際の分子の再配列の歪みによりカーボンビーズが破損するので、カーボンビーズの加熱処理温度はカーボンビーズが球状を保持したまま導電性の得られる７００〜１２００℃とする。
【００４３】
（実施例２）
次に、導電性樹脂組成物のバインダ樹脂がレゾール型フェノール樹脂とキシレン系樹脂からなる実施例２について説明する。表２に示すサンプルＮｏ．３１〜３８は、導電性フィラー含有率が約５１重量％、カーボンビーズのカーボンブラックに対する重量比が１．９と共通であり、表２のＦ欄に示すレゾール型フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比（バインダ樹脂中のレゾール型フェノール樹脂とキシレン系樹脂の割合）、或いは表２のＥ欄に示すキシレン系樹脂の種類（キシレン樹脂・メシチレン樹脂）をそれぞれ異ならしめたものである。
【００４４】
【表２】
表２の導電性樹脂組成物のサンプルがカルビトール有機溶剤を含有する導電インクの状態で、導電インクの流動特性測定を行った。スクリーン印刷法によりファインパターンを形成するためには、導電インクがスキージによりスクリーンに押しつけられる荷重が加えられて変形している間は粘度が低下して印刷に適した流動性を有し、スクリーンメッシュから押し出されて荷重が除かれると、粘度が高まってスクリーン印刷直後のパターン形状を保持することが望ましい。
【００４６】
それぞれの導電インクの流動特性の測定は、図４に示すようなコーン・プレート型粘度計により行った。導電インク４は、コーン５とプレート６に挟まれており、導電インク４を挟んで回転するコーン５の回転速度（ずり速度）が導電インク４の変形に対応し、コーン５を一定の回転数で回転させるために必要な力（ずり応力）がその変形を起こす力に対応し、ずり速度とずり応力の比例係数が粘度である。
【００４７】
表２のＪ欄に示すように、キシレン系樹脂を含まないサンプルＮｏ．３１の導電インクの流動特性は、ずり応力がずり速度に比例するものとなる。これは、導電インクの粘度が導電インクに加わる荷重によらず一定であるニュートニアンの流動特性であることを示唆している。
【００４８】
メシチレン樹脂を含有するサンプルＮｏ．３２〜３８の導電インクの流動特性は、ずり応力がずり速度に比例しない。これは、導電インクの粘度が導電インクに加わる荷重によって変化する非ニュートン流体の流動特性であることを示唆している。
【００４９】
メシチレン樹脂の含有量が比較的少ないサンプルＮｏ．３２の導電インクの流動特性は、ずり速度の増加に伴いずり応力は緩やかに上昇する。これは導電インクに加わる荷重により導電インクの粘度が低下していることを示している。一方、ずり速度が増加から減少に転じると、ずり応力はずり速度に比例して減少する。これは、導電インクに加わる荷重が減少したにも関わらず導電インクの粘度が一定であることを示している。よって、実施例３２の導電インクは、荷重により粘度が低下するが、荷重が取り除かれても粘度が回復するまでに時間を要するチキソトロピックな流動特性を有していることがわかる。この場合、スクリーン印刷工程において、導電インクがスキージによりスクリーンに押しつけられる荷重が加えられている間は粘度が低下して印刷に適した流動性を有するので、スクリーン印刷適性は良好なものとなる。
【００５０】
メシチレン樹脂、或いはキシレン樹脂の含有量が比較的多いサンプルＮｏ．３３〜３８の導電インクの流動特性は、ずり速度の増加に伴いずり応力は緩やかに上昇する。これは導電インクに加わる荷重により導電インクの粘度が低下していることを示している。一方、ずり速度が増加から減少に転じると、ずり速度の減少に伴いずり応力は緩やかに減少する。これは、導電インクに加わる荷重の減少に伴って粘度が増大していることを示している。よって、導電インクの流動特性は、導電インクに加わる荷重により粘度が低下して、荷重が取り除かれると粘度が直ちに回復する擬塑性であることがわかる。
【００５１】
しかもサンプルＮｏ．３２〜３８の導電インクの流動特性は、擬塑性流動の理論式（例えばＣａｓｓｏｎ式）等より有限な値の降伏値を見積もることができる。これは、一定の荷重が加わって、初めて導電インクが流動（変形）を起こすことを意味し、だれの原因である重力よりこの値が大きいとインクは重力に抗して印刷パターンを保持することができる。導電インクの流動特性が降伏値を持つ擬塑性であるとき、導電インクはスキージによりスクリーンに押しつけられる荷重が加えられている間は粘度が低下して印刷に適した流動性を有し、スクリーンメッシュから押し出されて荷重が除かれると直ちに粘度が高まって流動しにくくなり、スクリーン印刷直後のパターン形状を保持することができる。降伏値もつ場合は、（重力−降伏値）がずり応力に対応するので、更に流動しにくくなる。
【００５２】
上述のような流動特性を有するサンプルＮｏ．３１〜３８の導電インクを、パターン幅０．２ｍｍ、ギャップ幅０．２ｍｍのメタルマスクを用いて印刷、硬化させた後に測定した実測線幅と実測ギャップ幅の実測寸法の一覧を表２のＫ欄、Ｌ欄に示す。
【００５３】
表２からわかるように、レゾール型フェノール樹脂のメシチレン樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が低下するほど、即ちメシチレン樹脂の含有量が多くなるほど、実測線幅（Ｋ欄）は狭くなりマスクのパターン線幅である０．２ｍｍに近づく。導電インクの状態で降伏値を持つ擬塑性流体であるサンプルＮｏ．３３〜３８の実測線幅（Ｋ欄）は０．２２ｍｍから０．２４ｍｍであり、スクリーン印刷直後のパターン形状を保持しており、パターン精度に優れている。
【００５４】
次に、サンプルＮｏ．３１〜３８の導電性樹脂組成物の比抵抗を表２のＨ欄に示す。比抵抗の測定方法はサンプルＮｏ．１〜３０と同様である。表２より、レゾール型フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が減少するほど、即ちバインダ樹脂中のメシチレン樹脂が増えるほど、比抵抗（Ｈ欄）が増大することがわかる。これは、バインダ樹脂中のメシチレン樹脂の添加によりレゾール型フェノール樹脂の硬化収縮が妨げられ、導電性フィラー粒子間の接触圧が低下するためと考えられる。しかしながら、サンプルＮｏ．３２〜３８の導電性樹脂組成物の比抵抗（Ｈ欄）は３．４Ω以下と低く、レゾール型フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が２１以上であるサンプルＮｏ．３２〜３４において、キシレン系樹脂の添加による比抵抗（Ｈ欄）の劣化はほとんど見られない。
【００５５】
次に、サンプルＮｏ．３１〜３８の導電性樹脂組成物を用いたエンコーダスイッチの寿命の一覧を表２のＭ欄に示す。エンコーダスイッチの構造は、サンプルＮｏ．１〜３０を用いたものと同様である。
【００５６】
表２より、レゾール型フェノール樹脂のメシチレン樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が減少するほど、即ちバインダ樹脂中のメシチレン樹脂が増えるほど、エンコーダスイッチの寿命（Ｍ欄）が短くなることがわかる。これは、バインダ樹脂中に熱可塑性のメシチレン樹脂を含むことにより導電性樹脂組成物の耐熱性が若干劣化したためと思われる。しかしながら、サンプルＮｏ．３２〜３８を用いたエンコーダスイッチの寿命（Ｍ欄）は６万回以上と実用に適しており、レゾール型フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比（Ｆ欄）が２１以上であるサンプルＮｏ．３２〜３４を用いたエンコーダスイッチの寿命（Ｍ欄）はキシレン系樹脂を含まないサンプルＮｏ．３１を用いた場合の寿命と変わらない。
【００５７】
以上の結果から、バインダ樹脂にメシチレン樹脂或いはキシレン樹脂を含む導電性樹脂組成物は、導電性と耐摩耗性を保持したままパターン精度に優れてファインパターンの形成が可能である。特にフェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比が１〜２１においてパターン精度が良好であった。また、フェノール樹脂のキシレン系樹脂に対する重量比が４〜３１において、優れた導電性と耐摩耗性及びパターン寸法精度を兼ね備えている。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の導電性樹脂組成物は、バインダ樹脂とするフェノール系樹脂中に導電性フィラーであるカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記導電性フィラーの含有率が３４乃至６０重量％であるので、優れた導電性と耐摩耗性を両立することができる。
【００５９】
また、本発明の導電性樹脂組成物は、キシレン系樹脂とフェノール系樹脂とカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記フェノール系樹脂の前記キシレン系樹脂に対する重量比は１乃至３３であるから、優れた導電性と耐摩耗性を保持したままファインパターンを形成することができる。
【００６０】
また、本発明のエンコーダスイッチは、上記導電性樹脂組成物を用いたので、出力信号にノイズが少なく且つ長寿命であり、更に導電パターンをファインパターンとすることができるので小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性樹脂組成物の比抵抗を示すグラフである。
【図２】本発明のエンコーダスイッチの平面図である。
【図３】カーボンビーズの比抵抗の加熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図４】コーン・プレート型粘度計の説明図である。
Claims (4)
- キシレン系樹脂とフェノール系樹脂を主成分とするバインダ樹脂中に導電性フィラーであるカーボンビーズとカーボンブラックとを含有し、前記フェノール系樹脂の前記キシレン系樹脂に対する重量比は１乃至３３であり、前記導電性フィラーの含有率が４５乃至５１重量％であることを特徴とする導電性樹脂組成物。
- 前記カーボンビーズは、粒径が１乃至３０μｍの球状である請求項１記載の導電性樹脂組成物。
- 前記カーボンビーズは、熱硬化性樹脂粉を加熱して炭素化したものであり、加熱処理温度は７００乃至１２００℃である請求項１乃至２のいずれかに記載の導電性樹脂組成物。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の前記導電性樹脂組成物を用いたことを特徴とするエンコーダスイッチ。
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