JP5085298B2 - 導電複合粒子、エラストマー複合材料、および変形センサ - Google Patents
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Description
本発明の導電複合粒子は、絶縁性の有機物粒子と、その表面に複合化されている導電性微粒子と、を有する。有機物粒子の種類は、特に限定されるものではなく、目的とする特性に応じて適宜選択すればよい。有機物粒子の弾性率が低いと、柔軟な導電複合粒子を得ることができる。この場合、有機物粒子を、弾性率が20GPa以下の材料から構成するとよい。例えば、エラストマーや樹脂からなる粒子を用いるとよい。エラストマーや樹脂の場合、弾性率として、JIS K6911に準じて測定された曲げ弾性率の値を採用する。
本発明のエラストマー複合材料は、エラストマーと、該エラストマー中に配合されている導電性フィラーと、を有し、該導電性フィラーは、上記本発明の導電複合粒子を含む。導電性フィラーには、本発明の導電複合粒子の一種を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。また、炭素材料等の単一粒子からなる従来のフィラーを併用してもよい。エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択すればよい。例えば、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加するという特性を発現させるためには、導電性フィラーとの関係を考慮して選択することが望ましい。
上記本発明のエラストマー複合材料を用いて、変形センサを構成することができる。以下、本発明のエラストマー複合材料を用いた変形センサ、すなわち本発明の変形センサの一実施形態について説明する。
(1)導電複合粒子の製造
(1−a)有機物粒子として、シリコーン樹脂粉体(信越化学工業社製「KMP−601」、平均粒子径10μm)またはアクリル樹脂粉体(綜研化学社製「MX−300」、平均粒子径3μm)を用い、導電性微粒子としてケッチェンブラック(一次粒子径34nm)を用いて、導電複合粒子を六種類製造した。
製造した実施例3、4の導電複合粒子について、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。これらのSEM写真を図5、図6に示す。比較のため、有機物粒子として用いたアクリル樹脂粒子単体の写真を図7に示す。各図において、上は粒子全体の写真であり、下は粒子表面の拡大写真である。図7の写真によると、アクリル樹脂粒子は、なめらかな表面を有していることがわかる。一方、図5の写真からわかるように、実施例3の導電複合粒子では、アクリル樹脂粒子の表面がケッチェンブラックにより被覆されている。また、図6の写真によると、実施例4の導電複合粒子では、アクリル樹脂粒子の表面がケッチェンブラックにより被覆されていると共に、同表面にシリカ微粒子も点在して固定されている。
製造した実施例1〜6、参考例1、2の導電複合粒子からなる粉体、比較例1、2の混合粉体について、それぞれ電気抵抗値を測定した。電気抵抗の測定は、次のように行った。すなわち、各々の粉体をフッ素樹脂製の円筒容器に収容し、その上底面および下底面にアルミニウム電極を配置した。上底面側から40kgの荷重を加えて粉体を圧縮しながら、10Vの電圧を印加して、電気抵抗を測定した。
製造した実施例1〜6の導電複合粒子を導電性フィラーとして使用して、エラストマー複合材料を製造した。また、製造したエラストマー複合材料を用いて変形センサを作製し、その応答性および耐久性を評価した。
(A)エラストマー
EPDM:住友化学社製「エスプレン(登録商標)524」、シリコーンゴム:GE東芝シリコーン社製「XE21−B3761」。
(B)可塑剤
パラフィン系プロセスオイル:日本サン石油社製「サンパー(登録商標)110」。
(C)加硫助剤
酸化亜鉛(亜鉛華)二種:白水化学工業社製。
(D)加工助剤
ステアリン酸:花王社製「ルナック(登録商標)S30」。
(E)加硫促進剤
ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛:大内新興化学社製「ノクセラー(登録商標)PZ−P」、テトラメチルチウラムジスルフィド:三新化学社製「サンセラー(登録商標)TT−G」、2−メルカプトベンゾチアゾール:大内新興化学社製「ノクセラーM−P」。
(F)架橋剤
硫黄:鶴見化学工業社製「サルファックスT−10」。
(G)硬化剤
過酸化物:GE東芝シリコーン社製「TC−8」。
抵抗変化率(%)=(R2.5−R0)/R0)×100・・・(1)
式中、R0は初期(変位量0mm)の時の電気抵抗値、R2.5は最大変位量2.5mmの時の電気抵抗値である。さらに、5万サイクル後における抵抗変化保持率を算出し、先の表2、表3に併せて示す。ここで、抵抗変化保持率は、次式(2)により算出した。
抵抗変化保持率(%)=ΔR’/ΔR×100・・・(2)
式中、ΔR’は5万サイクル後に測定された抵抗変化量(R2.5−R0)、ΔRは1サイクル目の抵抗変化量(R2.5−R0)である。
201:カバーフィルム 201a:長孔 21:センサ本体 22:拘束フィルム部
23:コネクタ 24A、24B:導線
3:変形センサ 30:センサ素子 31a、31b:電極 32:拘束板
4:試験装置 40:上端ホルダ 41:下端ホルダ 42:基盤
100:エラストマー複合材料 101:エラストマー 102:導電性フィラー
900:基材 A:電極 B:電極 P:導電パス
Claims (7)
- エラストマー中に配合され、
弾性率が20GPa以下のエラストマーまたは樹脂からなる絶縁性の有機物粒子と、導電性微粒子と、母材の該エラストマーとの相溶性が良好な微粒子と、を有し、
該導電性微粒子および該微粒子は、該有機物粒子の表面にメカノケミカル反応により複合化されていることを特徴とする導電複合粒子。 - 前記有機物粒子は球状を呈し、該有機物粒子の平均粒子径は、1μm以上100μm以下である請求項1に記載の導電複合粒子。
- 前記導電性微粒子の平均一次粒子径は、10nm以上100nm以下である請求項1または請求項2に記載の導電複合粒子。
- エラストマーと、該エラストマー中に配合されている導電性フィラーと、を有し、
該導電性フィラーは、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の導電複合粒子を含むことを特徴とするエラストマー複合材料。 - 前記導電性フィラーは、前記エラストマー中に略単粒子状態でかつ高充填率で配合されており、
弾性変形可能であって、弾性変形量が増加するに従って電気抵抗が増加する請求項4に記載のエラストマー複合材料。 - 前記導電性フィラーの充填率は、エラストマー複合材料全体の体積を100vol%とした場合の30vol%以上65vol%以下である請求項5に記載のエラストマー複合材料。
- 請求項5または請求項6に記載のエラストマー複合材料からなるセンサ本体と、
該センサ本体に接続され、該電気抵抗を出力可能な電極と、
該センサ本体の少なくとも一部の弾性変形を拘束する拘束部材と、
を備えてなる変形センサ。
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