JP6168912B2 - Elastic electrode and sensor sheet - Google Patents

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Description

本発明は、伸縮性電極、及び、この伸縮性電極を備えたセンサシートに関する。 The present invention relates to a stretchable electrode and a sensor sheet provided with the stretchable electrode.

近年、伸縮可能でフレキシブルな電極が、ソフトセンサや各種アクチュエータ、フレキシブル表示デバイスなどの電子デバイス分野をはじめ、伸縮性が必要な人工筋肉や人工皮膚などメディカル材料分野において求められている。 In recent years, stretchable and flexible electrodes have been demanded in the field of medical materials such as artificial muscles and artificial skins that require stretchability, in addition to electronic devices such as soft sensors, various actuators, and flexible display devices.

このような伸縮可能でフレキシブルな電極として、例えば、特許文献1では、ポリウレタン分散液と銀粒子等の金属粒子とからなる導電性ペーストを乾燥させて形成された配線、及び、可撓性基板を備えた導電部材が提案されている。 As such a stretchable and flexible electrode, for example, in Patent Document 1, a wiring formed by drying a conductive paste made of a polyurethane dispersion and metal particles such as silver particles, and a flexible substrate are used. Proposed conductive members have been proposed.

また、特許文献2では、柔軟性及び導電性に優れた柔軟電極として、エラストマー中に、直径0.5〜80nmの炭素繊維から構成され、中心部位から炭素繊維が三次元的に延びているカーボンナノチューブによる連続的な導電路が形成されてなる柔軟電極が提案されている。 Moreover, in patent document 2, as a flexible electrode excellent in flexibility and conductivity, a carbon composed of carbon fibers having a diameter of 0.5 to 80 nm and three-dimensionally extending from the central portion in an elastomer. A flexible electrode has been proposed in which a continuous conductive path is formed of nanotubes.

特開2012−54192号公報JP 2012-54192 A 特開2008−198425号公報JP 2008-198425 A

しかしながら、特許文献1に記載された導電部材では、導電部材としての伸縮性は確保されているものの、導電性を担う配線部分が銀粒子を含む導電性ペーストを用いて形成されているため、伸長時に、導電パスが切断され電気抵抗が大きく上昇してしまうことがあり、更に、伸縮変化を繰り返した際に電気抵抗のバラツキが大きくなることがあった。
また、特許文献2に記載された柔軟電極では、柔軟性は確保されているものの、伸縮性に劣り、高伸長時に電気抵抗が増大したり、繰返し伸縮時に電気抵抗にバラツキが生じたりするとの課題があった。
However, in the conductive member described in Patent Document 1, the stretchability as the conductive member is ensured, but the wiring portion responsible for the conductivity is formed using a conductive paste containing silver particles, so that the conductive member is stretched. Sometimes the conductive path is cut and the electrical resistance is greatly increased, and further, the variation in electrical resistance is increased when the expansion and contraction is repeated.
Moreover, in the flexible electrode described in Patent Document 2, although flexibility is ensured, it is inferior in stretchability, and the electrical resistance increases at the time of high elongation, or the electrical resistance varies when repeatedly stretched. was there.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、柔軟性及び伸縮性に優れ、繰返し伸縮させた際に電気抵抗の増大やバラツキが発生することを抑制することができる伸縮性電極を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is excellent in flexibility and stretchability, and it is possible to suppress an increase in electrical resistance and variations when repeatedly stretched. An object of the present invention is to provide a stretchable electrode.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブをブレンドしたカーボンナノチューブの混合物を用いて電極本体を形成することにより、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors can achieve the above object by forming an electrode body using a mixture of carbon nanotubes obtained by blending single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes. The present invention has been completed by finding out what can be done.

本発明の伸縮性電極は、エラストマー組成物からなる基材と、上記基材と一体化されたカーボンナノチューブからなる電極本体とを備え、
上記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとの混合物であり、
上記単層カーボンナノチューブと上記多層カーボンナノチューブとの合計量に対する、上記単層カーボンナノチューブの含有量は、20〜70重量%であることを特徴とする。
The stretchable electrode of the present invention comprises a base material made of an elastomer composition and an electrode body made of carbon nanotubes integrated with the base material.
The carbon nanotube is a mixture of single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes,
The content of the single-walled carbon nanotube with respect to the total amount of the single-walled carbon nanotube and the multi-walled carbon nanotube is 20 to 70% by weight.

上記伸縮性電極において、上記単層カーボンナノチューブは、平均長さが100〜700μmの単層カーボンナノチューブであることが好ましい。また、上記多層カーボンナノチューブは、繊維径が5〜15nmの多層カーボンナノチューブであることが好ましい。
また、上記伸縮性電極は、センサシートに好適に用いることができる。
In the stretchable electrode, the single-walled carbon nanotube is preferably a single-walled carbon nanotube having an average length of 100 to 700 μm. The multi-walled carbon nanotube is preferably a multi-walled carbon nanotube having a fiber diameter of 5 to 15 nm.
Moreover, the said elastic electrode can be used suitably for a sensor sheet.

本発明のセンサシートは、本発明の伸縮性電極を備えたことを特徴とする。 The sensor sheet of the present invention includes the stretchable electrode of the present invention.

本発明の伸縮性電極は、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとが特定の比率でブレンドされたカーボンナノチューブの混合物からなる電極本体を備えているため、導電性、特に初期の導電性(無伸長(伸長率=0%)状態での導電性)に優れ、かつ、繰返し伸縮時の導電性(電気抵抗)のバラツキが小さいとの優れた特性を有する。 The stretchable electrode of the present invention includes an electrode body made of a mixture of carbon nanotubes in which single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes are blended at a specific ratio, so that conductivity, particularly initial conductivity (no stretch) (Conductivity in the state of elongation rate = 0%)) and excellent variation in that there is little variation in conductivity (electric resistance) during repeated expansion and contraction.

本発明のセンサシートは、上述した特性を有する本発明の伸縮性電極を備えるため、長期信頼性に優れたセンサ提供することができる。 Since the sensor sheet of the present invention includes the stretchable electrode of the present invention having the above-described characteristics, a sensor having excellent long-term reliability can be provided.

(a)は本発明の伸縮性電極の一例を模式的に示す斜視図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。(A) is a perspective view which shows typically an example of the elastic electrode of this invention, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)〜(c)はそれぞれ本発明の伸縮性電極の別の一例を模式的に示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows typically another example of the elastic electrode of this invention, respectively. シート状の基材の作製に使用する成形装置の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the shaping | molding apparatus used for preparation of a sheet-like base material. (a)は、本発明の伸縮性電極を備えたセンサシートの一例を模式的に示す上面図であり、(b)は、(a)に示したセンサシートのA−A線断面図である。(A) is a top view which shows typically an example of the sensor sheet provided with the elastic electrode of this invention, (b) is the sectional view on the AA line of the sensor sheet shown to (a). . 図4に示したセンサシートを用いた静電容量型センサの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrostatic capacitance type sensor using the sensor sheet | seat shown in FIG. 実施例及び比較例における繰返し伸縮時の電気抵抗の測定方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of the electrical resistance at the time of repeated expansion-contraction in an Example and a comparative example. 比較例1において、繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。In Comparative example 1, it is a graph which shows the measurement result which measured the change of the electrical resistance with respect to expansion and contraction repeatedly. 比較例2において、繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。In Comparative example 2, it is a graph which shows the measurement result which measured the change of the electrical resistance with respect to expansion and contraction repeatedly. 実施例1において、繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。In Example 1, it is a graph which shows the measurement result which measured the change of the electrical resistance with respect to expansion and contraction repeatedly. 実施例2において、繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。In Example 2, it is a graph which shows the measurement result which measured the change of the electrical resistance with respect to expansion and contraction repeatedly. 実施例3において、繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。In Example 3, it is a graph which shows the measurement result which measured the change of the electrical resistance with respect to expansion and contraction repeatedly. 比較例3において、繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。In Comparative example 3, it is a graph which shows the measurement result which measured the change of the electrical resistance with respect to repeated expansion and contraction. 比較例4において、繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化の測定を行った測定結果を示すグラフである。In Comparative example 4, it is a graph which shows the measurement result which measured the change of the electrical resistance with respect to expansion and contraction repeatedly. 実施例及び比較例の結果をまとめたグラフである。It is the graph which put together the result of the Example and the comparative example.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明の伸縮性電極は、エラストマー組成物からなる基材と、上記基材と一体化されたカーボンナノチューブからなる電極本体とを備え、
上記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとの混合物であり、
上記単層カーボンナノチューブと上記多層カーボンナノチューブとの合計量に対する、上記単層カーボンナノチューブの含有量は、20〜70重量%であることを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The stretchable electrode of the present invention comprises a base material made of an elastomer composition and an electrode body made of carbon nanotubes integrated with the base material.
The carbon nanotube is a mixture of single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes,
The content of the single-walled carbon nanotube with respect to the total amount of the single-walled carbon nanotube and the multi-walled carbon nanotube is 20 to 70% by weight.

図1(a)は本発明の伸縮性電極の一例を模式的に示す斜視図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。
図1(a)、(b)に示す伸縮性電極100では、エラストマー組成物からなるシート状の基材101の上面全体にカーボンナノチューブからなる電極本体102が積層され、一体化されている。
Fig.1 (a) is a perspective view which shows typically an example of the elastic electrode of this invention, (b) is the sectional view on the AA line of (a).
In the stretchable electrode 100 shown in FIGS. 1A and 1B, an electrode body 102 made of carbon nanotubes is laminated and integrated on the entire upper surface of a sheet-like substrate 101 made of an elastomer composition.

上記基材はエラストマー組成物からなるものであり、これにより伸縮性を確保することができる。
上記エラストマー組成物としては、エラストマーと、必要に応じて他の任意成分とを含有するものが挙げられる。
上記エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム(NBR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム(CR)、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。
これらのなかでは、ウレタンゴム又はシリコーンゴムが好ましい。永久歪み(または永久伸び)が小さいからである。
更に、シリコーンゴムに比べ、カーボンナノチューブとの密着性に優れる点から、ウレタンゴムが特に好ましい。
The said base material consists of an elastomer composition, and can ensure a stretching property by this.
As said elastomer composition, what contains an elastomer and another arbitrary component as needed is mentioned.
Examples of the elastomer include natural rubber, isoprene rubber, nitrile rubber (NBR), ethylene propylene rubber (EPDM), styrene / butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), silicone rubber, and fluorine. Examples thereof include rubber, acrylic rubber, hydrogenated nitrile rubber, and urethane rubber. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, urethane rubber or silicone rubber is preferable. This is because the permanent set (or permanent elongation) is small.
Furthermore, urethane rubber is particularly preferable because it has excellent adhesion to carbon nanotubes compared to silicone rubber.

上記ウレタンゴムとしては特に限定されず、オレフィン系ポリオールをポリオール成分とするオレフィン系ウレタンゴム、エステル系ポリオールをポリオール成分とするエステル系ウレタンゴム、エーテル系ポリオールをポリオール成分とするエーテル系ウレタンゴム、カーボネート系ポリオールをポリオール成分とするカーボネート系ウレタンゴム、ひまし油系ポリオールをポリオール成分とするひまし油系ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
また、上記ウレタンゴムは、2種以上の上記ポリオール成分を併用したものであってもよい。
The urethane rubber is not particularly limited, and is an olefin urethane rubber having an olefin polyol as a polyol component, an ester urethane rubber having an ester polyol as a polyol component, an ether urethane rubber having an ether polyol as a polyol component, and a carbonate. Examples thereof include carbonate-based urethane rubber using a polyol as a polyol component and castor oil-based urethane rubber using a castor oil-based polyol as a polyol component. These may be used alone or in combination of two or more.
The urethane rubber may be a combination of two or more polyol components.

上記オレフィン系ポリオールとしては、例えば、エポール(出光興産社製)等が挙げられる。
また、上記エステル系ポリオールとしては、例えば、ポリライト8651(DIC社製)等が挙げられる。
また、上記エーテル系ポリオールとしては、例えば、ポリオキシテトラメチレングリコール、PTG−2000SN(保土谷化学工業社製)、ポリプロピレングリコール、プレミノールS3003(旭硝子社製)等が挙げられる。
Examples of the olefin-based polyol include Epol (made by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) and the like.
Examples of the ester-based polyol include Polylite 8651 (manufactured by DIC).
Examples of the ether polyol include polyoxytetramethylene glycol, PTG-2000SN (Hodogaya Chemical Co., Ltd.), polypropylene glycol, and Preminol S3003 (Asahi Glass Co., Ltd.).

また、上記エラストマー組成物はエラストマー以外に、誘電フィラー、可塑剤、鎖延長剤、架橋剤、触媒、加硫促進剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を含有してもよい。 In addition to the elastomer, the elastomer composition may contain additives such as a dielectric filler, a plasticizer, a chain extender, a crosslinking agent, a catalyst, a vulcanization accelerator, an antioxidant, an antioxidant, and a colorant. Good.

また、上記エラストマー組成物は、伸縮性電極の用途に応じて、更に他の成分を含有してもよい。
具体的には、例えば、本発明の伸縮性電極を静電容量型センサシートとして用いる場合には、チタン酸バリウムなどの誘電フィラーを含有してもよい。これにより、静電容量Cを大きくすることができ、その結果、静電容量型センサシートの検出感度を高めることができるからである。
上記誘電フィラーを含有する場合、上記エラストマー組成物中におけるその含有量は、通常、0体積%より多く、25体積%以下程度である。
誘電フィラーの含有量が25体積%を超えると、基材の硬度が高くなったり、永久歪みが大きくなったりすることがある。また、ウレタンゴム製の基材の成形に際して硬化前の液粘度が高くなるため高精度の薄膜形成が難しくなることがある。
Moreover, the said elastomer composition may contain another component further according to the use of a stretchable electrode.
Specifically, for example, when the stretchable electrode of the present invention is used as a capacitive sensor sheet, it may contain a dielectric filler such as barium titanate. Thereby, the capacitance C can be increased, and as a result, the detection sensitivity of the capacitance type sensor sheet can be increased.
When the dielectric filler is contained, its content in the elastomer composition is usually more than 0% by volume and about 25% by volume or less.
When the content of the dielectric filler exceeds 25% by volume, the hardness of the base material may increase or permanent set may increase. Moreover, since the liquid viscosity before hardening becomes high at the time of shaping | molding the base material made from urethane rubber, highly accurate thin film formation may become difficult.

上記電極本体はカーボンナノチューブからなり、上記カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとの混合物を用いる。
このような2種類のカーボンナノチューブの混合物を用いることにより、電極本体の導電性、特に初期の導電性を高める(電気抵抗を低くする)とともに、繰返し伸縮時の導電性(電気抵抗)のバラツキを抑えることができる。
より詳細には、単層カーボンナノチューブを用いることにより伸縮時の電気抵抗のバラツキを抑えることができるとともに、多層カーボンナノチューブを用いることにより、電気抵抗(特に初期の電気抵抗)を低く抑えることができる。
なお、本明細書において、単に「カーボンナノチューブ」とのみ表記した場合には、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとの混合物を意味するものとする。
The electrode body is made of carbon nanotubes, and a mixture of single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes is used as the carbon nanotubes.
By using such a mixture of two types of carbon nanotubes, the conductivity of the electrode body, particularly the initial conductivity, is increased (lowering the electrical resistance), and the conductivity (electrical resistance) variation during repeated expansion and contraction is reduced. Can be suppressed.
More specifically, the use of single-walled carbon nanotubes can suppress variations in electrical resistance during expansion and contraction, and the use of multi-walled carbon nanotubes can reduce electrical resistance (particularly the initial electrical resistance). .
In the present specification, when only “carbon nanotube” is described, it means a mixture of single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes.

上記単層カーボンナノチューブ(SWCNT)は、直径(繊維径)がより小さくアスペクト比がより大きい単層カーボンナノチューブが好ましい。
上記単層カーボンナノチューブの平均長さの下限は、10μmが好ましく、100μmがより好ましく、300μmがさらに好ましく、600μmが特に好ましい。一方、上記平均長さの上限は、700μmが好ましい。
特に、平均長さが100〜700μmの単層カーボンナノチューブを使用することにより、伸縮時の電気抵抗のバラツキを顕著に抑制することができる。
The single-walled carbon nanotube (SWCNT) is preferably a single-walled carbon nanotube having a smaller diameter (fiber diameter) and a larger aspect ratio.
The lower limit of the average length of the single-walled carbon nanotube is preferably 10 μm, more preferably 100 μm, further preferably 300 μm, and particularly preferably 600 μm. On the other hand, the upper limit of the average length is preferably 700 μm.
In particular, by using single-walled carbon nanotubes having an average length of 100 to 700 μm, variation in electrical resistance during expansion and contraction can be remarkably suppressed.

また、上記単層カーボンナノチューブのアスペクト比は、100以上であることが好ましく、1000以上であることがより好ましく、10000以上であることが更に好ましく、30000以上であることが特に好ましい。
このような長尺の単層カーボンナノチューブを含有させることで、電極本体を繰返し伸縮させた際に、電気抵抗の変動(バラツキ)が少なくなる。その結果、長期信頼性にも優れる。この理由は、長尺の単層カーボンナノチューブの場合、カーボンナノチューブ自体が伸縮しやすく、電極本体が基材に追従して伸長した時に導電パスがより切断されにくいためと考えられる。また、カーボンナノチューブを用いて電極本体を形成した場合、導電性はカーボンナノチューブ同士が接触する(電気接点を形成する)ことにより発現する。ここで、長尺のカーボンナノチューブを用いた場合、1本のカーボンナノチューブにおける他のカーボンナノチューブとの電極接点数が多くなるためより高次元な電気的ネットワークを形成することができ、このことも導電パスが切断されにくくなる理由と考えられる。
なお、本発明において、単層カーボンナノチューブとして、どのような形状(平均長さやアスペクト比)のカーボンナノチューブを使用するかは、伸縮性電極の用途や、要求特性、費用等を総合的に判断して適宜選択すればよい。
The aspect ratio of the single-walled carbon nanotube is preferably 100 or more, more preferably 1000 or more, still more preferably 10,000 or more, and particularly preferably 30000 or more.
By including such a long single-walled carbon nanotube, when the electrode body is repeatedly expanded and contracted, fluctuation (variation) in electric resistance is reduced. As a result, long-term reliability is also excellent. The reason for this is considered to be that, in the case of a long single-walled carbon nanotube, the carbon nanotube itself easily expands and contracts, and the conductive path is less likely to be cut when the electrode body extends following the base material. Moreover, when an electrode main body is formed using carbon nanotubes, the conductivity is manifested when the carbon nanotubes come into contact with each other (form electrical contacts). Here, when long carbon nanotubes are used, a higher-dimensional electrical network can be formed because the number of electrode contacts with other carbon nanotubes in one carbon nanotube is increased. This is considered to be the reason why the path becomes difficult to cut.
In the present invention, the shape (average length and aspect ratio) of the carbon nanotube to be used as the single-walled carbon nanotube is comprehensively determined based on the use of the stretchable electrode, required characteristics, cost, and the like. May be selected as appropriate.

上記単層カーボンナノチューブは、純度が99重量%以上であることが好ましい。
カーボンナノチューブは、その製造工程において、触媒金属やナノチューブ化されていない炭素物質(アモルファスカーボン、グラファイト等)、分散剤等が含まれることがあり、このようなカーボンナノチューブ以外の成分(不純物)を多量に含有する単層カーボンナノチューブを用いた場合、単層カーボンナノチューブを含有させる効果、即ち、繰返し伸縮時の電気抵抗のバラツキを抑制する効果に劣る場合があるからである。
The single-walled carbon nanotube preferably has a purity of 99% by weight or more.
Carbon nanotubes may contain catalytic metals, non-nanotube carbon materials (amorphous carbon, graphite, etc.), dispersants, etc. in the production process, and a large amount of components (impurities) other than such carbon nanotubes. This is because when the single-walled carbon nanotube contained in is used, the effect of containing the single-walled carbon nanotube, that is, the effect of suppressing variation in electric resistance during repeated expansion and contraction may be inferior.

上記多層カーボンナノチューブは、2層カーボンナノチューブ(DWNT)であっても良いし、3層以上の多層カーボンナノチューブ(MWNT)であってもよい(本明細書では、両者を合わせて単に多層カーボンナノチューブと称する。)が、両者のうちでは、3層以上の多層カーボンナノチューブが好ましい。 The multi-walled carbon nanotube may be a double-walled carbon nanotube (DWNT), or may be a multi-walled carbon nanotube (MWNT) of three or more layers (in this specification, a combination of both is simply a multi-walled carbon nanotube and However, among these, multi-walled carbon nanotubes having three or more layers are preferable.

上記多層カーボンナノチューブの繊維径は、5〜15nmが好ましい。
上記繊維径が5nm未満では、多層カーボンナノチューブの分散が悪くなり、その結果導電パスが広がらず、導電性が不充分になることがあり、一方、15nmを超えると、同じ重量でもカーボンナノチューブの本数が少なくなり、導電性が不充分になることがある。
The fiber diameter of the multi-walled carbon nanotube is preferably 5 to 15 nm.
When the fiber diameter is less than 5 nm, the dispersion of the multi-walled carbon nanotubes is deteriorated. As a result, the conductive path may not be widened and the conductivity may be insufficient. On the other hand, when the fiber diameter exceeds 15 nm, the number of carbon nanotubes is the same even with the same weight. May decrease and the conductivity may be insufficient.

上記多層カーボンナノチューブの平均長さは、1〜10μmが好ましい。多層カーボンナノチューブの平均長さが、1μm未満では、導電パス中でのカーボンナノチューブ同士の接触が多くなり、その結果、接触抵抗が増加して導電性が低くなることがあり、一方、10μmを超えると、カーボンナノチューブの分散が悪くなり、その結果、導電パスが広がらず導電性が低くなることがある。
より好ましくは1〜5μmであり、更に好ましくは1〜3μmである。
また、上記多層カーボンナノチューブのアスペクト比は、50〜2000が好ましい。
The average length of the multi-walled carbon nanotube is preferably 1 to 10 μm. If the average length of the multi-walled carbon nanotube is less than 1 μm, the contact between the carbon nanotubes in the conductive path increases, and as a result, the contact resistance may increase and the conductivity may decrease, whereas it exceeds 10 μm. As a result, the dispersion of the carbon nanotubes deteriorates, and as a result, the conductive path may not spread and the conductivity may be lowered.
More preferably, it is 1-5 micrometers, More preferably, it is 1-3 micrometers.
The aspect ratio of the multi-walled carbon nanotube is preferably 50 to 2000.

上記単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとの混合物において、上記単層カーボンナノチューブと上記多層カーボンナノチューブとの合計量に対する、上記単層カーボンナノチューブの含有量は、20〜70重量%である。
上記単層カーボンナノチューブの含有量が20重量%未満では、伸縮性電極を繰返し伸縮させた際の導電性(電気抵抗)のバラツキが大きくなり、一方、上記単層カーボンナノチューブの含有量が70重量%を超えると、電気抵抗(特に初期の電気抵抗)が高くなるからである。
上記単層カーボンナノチューブの含有量の下限は、より確実に電気抵抗のバラツキを抑制することができる点から30重量%が好ましい。
In the mixture of the single-walled carbon nanotube and the multi-walled carbon nanotube, the content of the single-walled carbon nanotube is 20 to 70% by weight with respect to the total amount of the single-walled carbon nanotube and the multi-walled carbon nanotube.
When the content of the single-walled carbon nanotube is less than 20% by weight, the variation in conductivity (electric resistance) when the stretchable electrode is repeatedly expanded and contracted becomes large, while the content of the single-walled carbon nanotube is 70% by weight. This is because the electrical resistance (particularly, the initial electrical resistance) increases when the percentage exceeds 50%.
The lower limit of the content of the single-walled carbon nanotube is preferably 30% by weight from the viewpoint of more reliably suppressing variation in electrical resistance.

上記電極本体は、カーボンナノチューブ以外に、カーボンナノチューブのつなぎ材料として、バインダー成分を含んでいてもよい。
上記バインダー成分を含有させることにより、基材との密着性、及び、電極本体自体の強度を向上させることができ、さらに、後述した方法で電極本体を形成する際にカーボンナノチューブの飛散を抑制することができるため、電極本体形成時の安全性も高めることができる。
In addition to the carbon nanotube, the electrode body may contain a binder component as a connecting material for the carbon nanotube.
By containing the binder component, it is possible to improve the adhesion to the substrate and the strength of the electrode body itself, and further suppress the scattering of carbon nanotubes when forming the electrode body by the method described later. Therefore, the safety at the time of forming the electrode body can be improved.

上記バインダー成分としては、例えば、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリスチレン、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、アクリルゴム、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。
また、上記バインダー成分としては、生ゴム(天然ゴム及び合成ゴムの加硫させていない状態のもの)も使用することができ、このように比較的弾性の弱い材料を用いることで、伸縮時の基材の変形に対する電極本体の追従性も高めることができる。
Examples of the binder component include butyl rubber, ethylene propylene rubber, polyethylene, chlorosulfonated polyethylene, natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene / butadiene rubber, polystyrene, chloroprene rubber, nitrile rubber, polymethyl methacrylate, polyacetic acid. Examples thereof include vinyl, polyvinyl chloride, acrylic rubber, styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
In addition, as the binder component, raw rubber (in a state where natural rubber and synthetic rubber are not vulcanized) can be used. By using a material having relatively low elasticity as described above, The followability of the electrode body with respect to deformation of the material can also be improved.

上記バインダー成分は、その溶解度パラメータ(SP値[cal/cm1/2])が基材を構成するエラストマーと近いものが好ましく、両者の溶解度パラメータ(SP値)の差の絶対値が1以下のものがより好ましい。溶解度パラメータが近いほど、基材と電極本体との密着性が向上するからである。
なお、本発明において、上記SP値はFedorsの推算法により算出した値である。
上記バインダー成分は、特に、基材を構成するエラストマーと同種のものが好ましい。基材と電極本体との密着性を顕著に向上させることができるからである。
The binder component preferably has a solubility parameter (SP value [cal / cm 3 ) 1/2 ] that is close to that of the elastomer constituting the substrate, and the absolute value of the difference between the solubility parameters (SP value) of the binder component is 1. The following are more preferable. This is because the closer the solubility parameter, the better the adhesion between the substrate and the electrode body.
In the present invention, the SP value is a value calculated by Fedors' estimation method.
The binder component is particularly preferably the same type as the elastomer constituting the substrate. This is because the adhesion between the substrate and the electrode body can be significantly improved.

上記電極本体は、カーボンナノチューブ及びバインダー成分以外に、各種添加剤を含有してもよい。上記添加剤としては、バインダー成分のための架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤等が挙げられる。
ここで、上記電極本体が可塑剤を含有し、かつ、上記基材もまた可塑剤を含有する場合には、両者の可塑剤濃度は同一であることが好ましい。基材と電極本体と間での可塑剤の移行を防止し、これにより伸縮性電極における反りやシワの発生を抑制することができるからである。
The electrode body may contain various additives in addition to the carbon nanotube and the binder component. Examples of the additive include a crosslinking agent for the binder component, a vulcanization accelerator, a vulcanization aid, an anti-aging agent, a plasticizer, a softening agent, and a colorant.
Here, when the said electrode main body contains a plasticizer and the said base material also contains a plasticizer, it is preferable that both plasticizer density | concentrations are the same. This is because the migration of the plasticizer between the base material and the electrode main body can be prevented, thereby suppressing the occurrence of warpage and wrinkles in the stretchable electrode.

また、本発明の伸縮性電極では、上記電極本体は実質的にカーボンナノチューブのみで形成されていてもよい。この場合も基材との間で充分な密着性を確保することができるからである。この場合、カーボンナノチューブと基材とはファンデルワールス力により強固に密着することとなる。
上記電極本体におけるカーボンナノチューブの含有量は、導電性が発現する濃度であれば特に限定されず、バインダー成分を含有する場合にはバインダー成分の種類によっても異なるが、電極本体の全固形成分に対して0.1〜100重量%であることが好ましい。
カーボンナノチューブの含有量を高めることにより、繰返し伸縮させた際の電極本体の導電性低下(電気抵抗の増加)を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。
In the stretchable electrode of the present invention, the electrode body may be formed substantially only from carbon nanotubes. This is also because sufficient adhesion between the substrate and the substrate can be ensured. In this case, the carbon nanotube and the base material are firmly adhered by van der Waals force.
The content of carbon nanotubes in the electrode body is not particularly limited as long as it is a concentration at which conductivity is expressed. When the binder component is contained, it varies depending on the type of the binder component, but the total solid component of the electrode body It is preferably 0.1 to 100% by weight.
By increasing the content of carbon nanotubes, it is possible to suppress a decrease in conductivity (increase in electric resistance) of the electrode body when it is repeatedly expanded and contracted, and durability can be improved.

上記電極本体は、その形状が図1に示したような層状である場合、その平均厚さ0.1〜10μmであることが好ましい。電極本体の平均厚さが上記範囲であると、伸縮時に電極本体が基材の伸縮に対し優れた追従性を発揮することができるからである。
これに対して、上記平均厚さが0.1μm未満では、導電性が不足するおそれがあり、一方、10μmを超えるとカーボンナノチューブの補強効果により伸縮性電極自体が硬くなり、伸縮性が不充分となるおそれがある。
なお、電極本体の形状が層状である場合、電極本体の平均厚さはレーザー顕微鏡(例えば、キーエンス社製、VK−9510)を用いて測定することができる。
具体的には、例えば、基材の表面の一部に電極本体を積層した場合には、基材の表面に積層された電極本体の厚さ方向を0.01μm刻みでスキャンし、その3D形状を測定した後、誘電層の表面に電極層が積層されている領域及び積層されていない領域において、それぞれ縦200×横200μmの矩形領域の平均高さを計測し、その平均高さの段差を電極本体の平均厚さとすればよい。
When the shape of the electrode body is layered as shown in FIG. 1, the average thickness is preferably 0.1 to 10 μm. This is because when the average thickness of the electrode main body is within the above range, the electrode main body can exhibit excellent followability to the expansion and contraction of the substrate during expansion and contraction.
On the other hand, if the average thickness is less than 0.1 μm, the conductivity may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 10 μm, the stretchable electrode itself becomes hard due to the reinforcing effect of the carbon nanotubes, and the stretchability is insufficient. There is a risk of becoming.
In addition, when the shape of an electrode main body is layered, the average thickness of an electrode main body can be measured using a laser microscope (for example, Keyence Corporation make, VK-9510).
Specifically, for example, when the electrode main body is laminated on a part of the surface of the base material, the thickness direction of the electrode main body laminated on the surface of the base material is scanned in increments of 0.01 μm, and its 3D shape After measuring the average height of the rectangular area of 200 × 200 μm in the area where the electrode layer is laminated on the surface of the dielectric layer and the area where the electrode layer is not laminated, the step of the average height is measured. The average thickness of the electrode body may be used.

本発明の伸縮性電極の形状は、図1に示した形状に限定されるわけではなく、例えば、図2(a)〜(c)に示したような形状を有するものであってもよい。
図2(a)〜(c)はそれぞれ本発明の伸縮性電極の別の一例を模式的に示す断面図である。
図2(a)に示す伸縮性電極110は、2枚のシート状の基材111a、111bで電極本体112が挟持された形状を有している。伸縮性電極がこのような形状を有する場合、電極本体に外部からの衝撃等による破損が発生しにくくなる。
The shape of the stretchable electrode of the present invention is not limited to the shape shown in FIG. 1, and may have, for example, the shapes shown in FIGS. 2 (a) to (c).
2A to 2C are cross-sectional views schematically showing another example of the stretchable electrode of the present invention.
The stretchable electrode 110 shown in FIG. 2A has a shape in which the electrode main body 112 is sandwiched between two sheet-like substrates 111a and 111b. When the stretchable electrode has such a shape, the electrode body is less likely to be damaged by an external impact or the like.

図2(b)に示す伸縮性電極120は、は、2枚のシート状の基材121a、121bと2層の電極本体122a、122bとが交互に積層された形状を有しており、電極本体が多層構造を有している。
なお、電極本体が多層構造を有している場合、その総数は図2(b)に示したように2層に限定されず、3層以上であってもよい。また、層状の電極本体はその上下面が基材で保護されていてもよい。
The stretchable electrode 120 shown in FIG. 2 (b) has a shape in which two sheet-like base materials 121a and 121b and two layers of electrode bodies 122a and 122b are alternately stacked. The main body has a multilayer structure.
When the electrode main body has a multilayer structure, the total number is not limited to two layers as shown in FIG. 2B, and may be three or more layers. Moreover, the upper and lower surfaces of the layered electrode body may be protected by a base material.

図2(c)に示す伸縮性電極130は、シート状の基材131の上面に2本の電極本体132a、132bが積層された形状を有している。シート状の基材の一面に電極本体を積層する場合、2本に限らず複数本の電極本体が積層されていても良いし、電極本体として、カーボンナノチューブからなる回路パターンが形成されていてもよい。
勿論、本発明の伸縮性電極の形状は、ここまで図示した形状に限定される訳ではなく、伸縮性電極の設計に応じた種々の形状を採用することができる。
A stretchable electrode 130 shown in FIG. 2C has a shape in which two electrode main bodies 132 a and 132 b are laminated on the upper surface of a sheet-like base material 131. When laminating an electrode body on one surface of a sheet-like base material, not only two but also a plurality of electrode bodies may be laminated, or a circuit pattern made of carbon nanotubes may be formed as an electrode body Good.
Of course, the shape of the stretchable electrode of the present invention is not limited to the shape shown so far, and various shapes according to the design of the stretchable electrode can be adopted.

本発明の伸縮性電極は、上述した構成を備えているため、導電性、特に初期(無伸長(伸長率=0%)状態)の導電性に優れ(電気抵抗が低く)、かつ、繰返し伸縮時の導電性(電気抵抗)のバラツキが小さいとの優れた特性を有する。
ここで、上記伸縮性電極は、無伸長状態から一軸方向に100%伸長させた後、無伸長状態に戻すサイクルを1サイクルとする伸縮を1000サイクル繰返した際に、2サイクル目の100%伸長時の上記電極本体の抵抗と1000サイクル目の100%伸長時の上記電極本体の抵抗との差が2kΩ以下であることが好ましい。
ここで、1サイクル目の100%伸長時ではなく、2サイクル目の100%伸長時と1000サイクル目の100%伸長時とを比較している理由は、未伸長状態から伸長させた1回目(1サイクル目)の伸長時には、伸長時の電極本体の挙動(電気抵抗の変動の仕方)が2回目(2サイクル目)以降の伸縮時と大きく異なるからであり、この理由は、伸縮性電極を作製した後、1回伸長させることによって初めて電極本体を構成するカーボンナノチューブの状態が安定化するからだと推測している。
従って、本発明の伸縮性電極を使用する際には、製造した後、少なくとも1回は伸縮させた後使用することが好ましい。
Since the stretchable electrode of the present invention has the above-described configuration, it is excellent in conductivity (especially in the initial state (non-elongation (elongation rate = 0%) state)) (low electrical resistance) and repeatedly stretched. It has an excellent characteristic that there is little variation in electrical conductivity (electrical resistance) at the time.
Here, the stretchable electrode is stretched 100% in the uniaxial direction from the unstretched state, and then stretched 100% in the second cycle when the stretch to return to the unstretched state is repeated 1000 cycles. The difference between the resistance of the electrode body at the time of 100% and the resistance of the electrode body at the time of 100% elongation at the 1000th cycle is preferably 2 kΩ or less.
Here, the reason for comparing the 100% elongation at the second cycle and the 100% elongation at the 1000th cycle, not at the time of 100% elongation at the first cycle, is that the first ( This is because the behavior of the electrode body (how the electric resistance fluctuates) at the time of extension (the first cycle) is greatly different from that at the second and subsequent times (second cycle). It is presumed that the state of the carbon nanotubes constituting the electrode body is stabilized only after being produced and then stretched once.
Therefore, when using the stretchable electrode of the present invention, it is preferable to use it after being stretched and then stretched at least once.

上記伸縮性電極は、無伸長状態から一軸方向に伸長させた際に、一軸引張りに耐えられる伸長率は大きい程好ましく、具体的には30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、100%以上であることがさらに好ましく、200%以上であることが特に好ましい。
上記伸長率を大きくすることで、種々の用途に使用することが可能となるからである。
一軸引張りに耐えられる伸長率とは、JIS K 6251に準拠した引張り試験において、破断時伸び以下の伸長率であって、かつ、引張荷重を開放後元の状態に復元する伸長率をいい、例えば、一軸引張りに耐えられる伸長率が100%以上であるとは、一軸方向に100%伸長させた際には破断に至らず、かつ、引張荷重を開放した後に元の状態に復元する(即ち、弾性変形範囲にある)ことを意味する。
上記一軸引張りに耐えられる伸長率は、基材の設計(材質や形状等)により制御することができる。
When the stretchable electrode is stretched in a uniaxial direction from a non-stretched state, it is preferable that the stretch rate withstanding uniaxial tension is as large as possible, specifically 30% or more, and preferably 50% or more. Is more preferably 100% or more, and particularly preferably 200% or more.
It is because it becomes possible to use for various uses by enlarging the said expansion | extension rate.
The elongation that can withstand uniaxial tension refers to the elongation that is equal to or lower than the elongation at break in a tensile test in accordance with JIS K 6251, and that restores the original state after releasing the tensile load. When the elongation rate that can withstand uniaxial tension is 100% or more, it does not break when it is stretched 100% in the uniaxial direction, and is restored to its original state after releasing the tensile load (that is, It is in the range of elastic deformation.
The elongation ratio that can withstand the uniaxial tension can be controlled by the design (material, shape, etc.) of the substrate.

次に、本発明の伸縮性電極の製造方法について説明する。
本発明の伸縮性電極は、例えば、
(1)エラストマー組成物からなる基材を作製する工程(以下、「工程(1)」ともいう)、及び
(2)カーボンナノチューブ及び分散媒を含む組成物を塗布し、上記基材と一体化された電極本体を形成する工程(以下、「工程(2)」ともいう)
を経ることより製造することができる。
以下、シート状の基材と層状の電極本体とを備えた伸縮性電極を例に、伸縮性電極の製造方法を工程順に説明する。
Next, the manufacturing method of the stretchable electrode of this invention is demonstrated.
The stretchable electrode of the present invention is, for example,
(1) A step of producing a substrate made of an elastomer composition (hereinafter also referred to as “step (1)”), and (2) a composition containing carbon nanotubes and a dispersion medium is applied and integrated with the substrate. Forming an electrode body (hereinafter also referred to as “process (2)”)
It can manufacture by going through.
Hereinafter, the manufacturing method of a stretchable electrode is demonstrated in order of a process for an example of the stretchable electrode provided with the sheet-like base material and the layered electrode main body.

[工程(1)]
本工程では、エラストマー組成物からなる基材を成形する。まず、原料組成物としてエラストマー(又はその原料)に、必要に応じて、誘電フィラー、可塑剤、鎖延長剤、架橋剤、加硫促進剤、触媒、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を配合した原料組成物を調製する。
上記基材の成形方法としては特に限定されず、上記原料組成物を調製した後、従来公知の方法で成形することにより基材を成形することができる。
具体的には、基材としてウレタンゴムを含む基材を成形する場合には、例えば、ポリオール成分、可塑剤及び酸化防止剤を計量し、加熱、減圧下において一定時間撹拌混合し、混合液を調製する。次に、混合液を計量し、温度を調整した後、触媒を添加しアジター等で撹拌する。その後、所定量のイソシアネート成分を添加し、アジター等で撹拌後、即座に混合液を図3に示す成形装置に注入し、保護フィルムでサンドイッチ状にして搬送しつつ架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得る。そのあと、さらに炉で一定時間架橋反応させることで基材を製造することができる。
[Step (1)]
In this step, a substrate made of the elastomer composition is formed. First, an elastomer (or a raw material thereof) as a raw material composition, if necessary, a dielectric filler, a plasticizer, a chain extender, a crosslinking agent, a vulcanization accelerator, a catalyst, an antioxidant, an anti-aging agent, a coloring agent, etc. A raw material composition containing the additive is prepared.
It does not specifically limit as a shaping | molding method of the said base material, After preparing the said raw material composition, a base material can be shape | molded by shape | molding by a conventionally well-known method.
Specifically, when molding a base material containing urethane rubber as a base material, for example, a polyol component, a plasticizer, and an antioxidant are weighed and stirred and mixed for a certain time under heating and reduced pressure. Prepare. Next, after measuring the mixed solution and adjusting the temperature, the catalyst is added and stirred with an agitator or the like. Thereafter, a predetermined amount of an isocyanate component is added, and after stirring with an agitator or the like, the mixed solution is immediately poured into the molding apparatus shown in FIG. A roll-wrapped sheet having a predetermined thickness is obtained. Then, a base material can be manufactured by carrying out a crosslinking reaction for a certain time in a furnace.

なお、図3は、シート状の基材の作製に使用する成形装置の一例を説明するための模式図である。図3に示した成形装置30では、原料組成物33を、離間して配置された一対のロール32、32′から連続的に送り出されるポリエチレンテレフタレート(PET)製の保護フィルム31の間隙に流し込み、その間隙に原料組成物33を保持した状態で硬化反応(架橋反応)を進行させつつ、加熱装置34内に導入し、原料組成物33を一対の保護フィルム31間で保持した状態で熱硬化させ、シート状の基材35を成形する。 In addition, FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of a molding apparatus used for producing a sheet-like base material. In the molding apparatus 30 shown in FIG. 3, the raw material composition 33 is poured into a gap between a protective film 31 made of polyethylene terephthalate (PET) continuously fed from a pair of spaced apart rolls 32 and 32 ′. The curing reaction (crosslinking reaction) is allowed to proceed while holding the raw material composition 33 in the gap, and is introduced into the heating device 34 to thermally cure the raw material composition 33 while being held between the pair of protective films 31. Then, the sheet-like base material 35 is formed.

また、上記基材は、原料組成物を調製した後、各種コーティング装置、バーコート、ドクターブレードなどの汎用の成膜装置や成膜方法を用いて作製してもよい。 Moreover, after preparing a raw material composition, you may produce the said base material using general purpose film-forming apparatuses and film-forming methods, such as various coating apparatuses, a bar coat, and a doctor blade.

[工程(2)]
本工程では、カーボンナノチューブ及び分散媒を含む組成物(カーボンナノチューブ分散液)の塗布により、上記基材と一体化されたカーボンナノチューブからなる電極本体を形成する。
[Step (2)]
In this step, an electrode body composed of carbon nanotubes integrated with the substrate is formed by applying a composition containing carbon nanotubes and a dispersion medium (carbon nanotube dispersion).

具体的には、まず、カーボンナノチューブを分散媒に添加する。このとき、さらに必要に応じてバインダー成分(又はバインダー成分の原料)や分散剤、その他各種添加剤を添加してもよい。
次に、カーボンナノチューブを含む各成分を湿式分散機を用いて分散媒中に分散(又は溶解)させることより塗布液を調製する。ここでは、例えば、超音波分散機、ジェットミル、ビーズミルなど既存の分散機を用いて分散させればよい。
Specifically, first, carbon nanotubes are added to the dispersion medium. At this time, if necessary, a binder component (or a raw material for the binder component), a dispersant, and other various additives may be added.
Next, a coating liquid is prepared by dispersing (or dissolving) each component including carbon nanotubes in a dispersion medium using a wet disperser. Here, for example, an existing disperser such as an ultrasonic disperser, a jet mill, or a bead mill may be used for dispersion.

このとき、(a)単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとを別々の分散媒に添加し、湿式分散機を用いてそれぞれの分散媒中に分散(又は溶解)させた後、単層カーボンナノチューブの分散液と多層カーボンナノチューブの分散液とを混合して塗布液としても良いし、(b)単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとを1つの分散媒に同時に添加し、湿式分散機を用いて分散媒中に分散(又は溶解)させて塗布液としても良い。 At this time, after (a) single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes are added to separate dispersion media and dispersed (or dissolved) in the respective dispersion media using a wet disperser, The dispersion liquid and the multi-wall carbon nanotube dispersion liquid may be mixed to form a coating liquid. (B) Single-wall carbon nanotubes and multi-wall carbon nanotubes are simultaneously added to one dispersion medium and dispersed using a wet disperser. A coating solution may be dispersed (or dissolved) in a medium.

上記分散媒としては、例えば、トルエン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アルコール類、水等が挙げられる。これらの分散媒は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。 Examples of the dispersion medium include toluene, methyl isobutyl ketone (MIBK), alcohols, water, and the like. These dispersion media may be used independently and may be used together 2 or more types.

上記塗布液において、上記カーボンナノチューブの濃度は、0.01〜10重量%が好ましい。
0.01重量%未満では、カーボンナノチューブの濃度が薄すぎて繰返し塗布する必要が生じる場合があり、一方、10重量%を超えると、塗布液の粘度が高くなりすぎ、また再凝集によりカーボンナノチューブの分散性が低下し、均一な電極本体を形成することが困難となる場合がある。
In the coating solution, the concentration of the carbon nanotube is preferably 0.01 to 10% by weight.
If it is less than 0.01% by weight, the concentration of the carbon nanotubes may be too thin to be repeatedly applied. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the viscosity of the coating solution becomes too high, and the carbon nanotubes are re-aggregated. In some cases, it is difficult to form a uniform electrode body.

続いて、エアブラシ等を用いて上記基材の表面の所定の位置に塗布液を塗布して乾燥させる。このとき、必要に応じて、基材表面の電極本体を形成しない位置をマスキングしてから塗布液を塗布してもよい。
上記塗布液の乾燥条件は特に限定されず、分散媒の種類等に応じて適宜選択すればよい。
Subsequently, the coating liquid is applied to a predetermined position on the surface of the substrate using an air brush or the like and dried. At this time, if necessary, the coating liquid may be applied after masking a position on the substrate surface where the electrode body is not formed.
The drying conditions for the coating solution are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the type of the dispersion medium.

また、上記塗布液を塗布する方法は、エアブラシを用いた方法に限定されるわけではなく、その他、スクリーン印刷法、インクジエット印刷法等も採用することができる。 Further, the method of applying the coating liquid is not limited to the method using an air brush, and other methods such as a screen printing method and an ink jet printing method can also be employed.

なお、場合によっては基材の表面に電極本体を形成する前に、両者の密着性を高めるべく、基材の表面に前処理を施してもよいが、カーボンナノチューブからなる電極本体と基材とは極めて優れた密着性を有しているため、何ら前処理を施すことなく、基材と電極本体との間で充分な密着性を確保することができる。 In some cases, before the electrode body is formed on the surface of the base material, the surface of the base material may be pretreated in order to improve the adhesion between the two. Has extremely excellent adhesion, so that sufficient adhesion can be secured between the substrate and the electrode body without any pretreatment.

このような工程を経ることにより、図1や図2(c)に示したような形状の伸縮性電極を製造することができる。
また、図2(a)に示したような形状の伸縮性電極を製造する場合には、例えば、上述した方法で基材の一面に電極本体を形成した後、各種コーティング装置、バーコート、ドクターブレードなどの汎用の成膜装置や成膜方法等を用いて上記原料組成物を塗布し、その後、熱硬化させることにより製造することができる。また、上記基材を作製するための原料組成物を架橋または半架橋させて得たシート(基材)を別途作製し、一の面に電極本体が形成された基材にラミネートすることにより製造することも可能であり、半架橋の場合にはラミネート後に完全架橋させてもよい。
By undergoing such a process, a stretchable electrode having a shape as shown in FIGS. 1 and 2C can be manufactured.
In the case of manufacturing a stretchable electrode having a shape as shown in FIG. 2A, for example, after forming an electrode body on one surface of the substrate by the above-described method, various coating apparatuses, bar coaters, doctors, etc. The raw material composition can be applied by using a general-purpose film forming apparatus such as a blade or a film forming method, and then thermally cured. In addition, a sheet (base material) obtained by cross-linking or semi-cross-linking the raw material composition for preparing the base material is separately prepared, and manufactured by laminating the base material having the electrode body formed on one surface. In the case of semi-crosslinking, it may be completely crosslinked after lamination.

また、図2(b)に示した伸縮性電極のような基材及び電極本体が多層構造を有する伸縮性電極を製造する場合には、最初に基材を作製した後、その上に電極本体と別の基材とを上述した方法で順次積層して、多層構造を有する伸縮性電極を製造すればよい。 In the case where a base material such as the stretchable electrode shown in FIG. 2B and a stretchable electrode having a multilayer structure are manufactured, the base body is first prepared, and then the electrode body is formed thereon. And another base material are sequentially laminated by the method described above to produce a stretchable electrode having a multilayer structure.

このような本発明の伸縮性電極は、例えば、センサシートとして好適に使用することができる。勿論、本発明の伸縮性電極の用途はセンサシートに限定される訳ではなく、その他、導電配線材としては勿論のこと、アクチュエータやジェネレータ、更には、伸縮柔軟性が求められる箇所での各種信号線や小電力の電力線等、種々の用途に使用することができる。 Such a stretchable electrode of the present invention can be suitably used as a sensor sheet, for example. Of course, the use of the stretchable electrode according to the present invention is not limited to the sensor sheet, and other various signals such as actuators and generators as well as actuators and generators, as well as conductive wiring materials. It can be used for various purposes such as power lines and low-power power lines.

次に、上記伸縮性電極を備えた本発明のセンサシートについて図面を参照しながら説明する。
図4(a)は、本発明の伸縮性電極を備えたセンサシートの一例を模式的に示す上面図であり、(b)は、(a)に示したセンサシートのA−A線断面図である。
Next, the sensor sheet of the present invention having the stretchable electrode will be described with reference to the drawings.
Fig.4 (a) is a top view which shows typically an example of the sensor sheet provided with the elastic electrode of this invention, (b) is the sectional view on the AA line of the sensor sheet shown to (a). It is.

図4(a)、(b)に示すセンサシート1は、静電容量型センサシートであり、シート状の誘電層2と、誘電層2の表面(おもて面)に積層された帯状の表側電極層01A〜16Aと、誘電層2の裏面に積層された帯状の裏側電極層01B〜16Bと、表側電極層01A〜16Aの一端に設けられた外部配線と接続するための表側接続部01A1〜16A1と、裏側電極層01B〜16Bの一端に設けられた外部配線と接続するための裏側接続部01B1〜16B1とを備える。
上記表側電極層と裏側電極層とが表裏方向(誘電層の厚さ方向)で交差する部分が検出部C0101〜C1616となる。なお、検出部の符号「C○○△△」中、上2桁の「○○」は、表側電極層01A〜16Aに対応し、下2桁の「△△」は、裏側電極層01B〜16Bに対応する。
A sensor sheet 1 shown in FIGS. 4A and 4B is a capacitive sensor sheet, and has a sheet-like dielectric layer 2 and a belt-like shape laminated on the surface (front surface) of the dielectric layer 2. Front-side electrode layers 01A to 16A, strip-like back-side electrode layers 01B to 16B laminated on the back surface of dielectric layer 2, and front-side connection portion 01A1 for connection to external wiring provided at one end of front-side electrode layers 01A to 16A 16A1 and back side connection portions 01B1 to 16B1 for connecting to external wiring provided at one end of the back side electrode layers 01B to 16B.
The portions where the front-side electrode layer and the back-side electrode layer intersect in the front-back direction (thickness direction of the dielectric layer) are detection units C0101 to C1616. In the detection unit code “CXXΔΔ”, the upper two digits “XX” correspond to the front electrode layers 01A to 16A, and the lower two digits “ΔΔ” indicate the back electrode layers 01B to 01B. Corresponding to 16B.

表側電極層01A〜16Aは、それぞれ帯状を呈しており、誘電層2の表面に合計16本積層されている。表側電極層01A〜16Aは、それぞれX方向(図4(a)中、左右方向)に延在している。表側電極層01A〜16Aは、それぞれY方向(図4(a)中、上下方向)に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるようにそれぞれ配置されている。 The front-side electrode layers 01A to 16A each have a strip shape, and a total of 16 layers are laminated on the surface of the dielectric layer 2. The front side electrode layers 01A to 16A each extend in the X direction (the left-right direction in FIG. 4A). The front side electrode layers 01A to 16A are spaced apart from each other at predetermined intervals in the Y direction (the vertical direction in FIG. 4A), and are arranged so as to be substantially parallel to each other.

裏側電極層01B〜16Bは、それぞれ帯状を呈しており、誘電層2の裏面に合計16本積層されている。裏側電極層01B〜16Bは、それぞれ表側電極層01A〜16Aと表裏方向から見て略直角で交差するように配置されている。すなわち、裏側電極層01B〜16Bは、それぞれY方向に延在している。また、裏側電極層01B〜16Bは、X方向に所定間隔ごとに離間して、互いに略平行となるようにそれぞれ配置されている。 The back electrode layers 01 </ b> B to 16 </ b> B each have a band shape, and a total of 16 layers are stacked on the back surface of the dielectric layer 2. The back-side electrode layers 01B to 16B are arranged so as to intersect the front-side electrode layers 01A to 16A at a substantially right angle when viewed from the front and back directions, respectively. That is, the back side electrode layers 01B to 16B each extend in the Y direction. Further, the back-side electrode layers 01B to 16B are arranged so as to be substantially parallel to each other at a predetermined interval in the X direction.

表側電極層01A〜16A及び裏側電極層01B〜16Bのそれぞれをこのように配置することにより、測定対象物の変形の位置や大きさを測定するに際し、電極層の配置数及び電極配線数を少なくすることができる。即ち、上記態様の場合、検出部が効率良く配置されていることとなる。 By arranging each of the front side electrode layers 01A to 16A and the back side electrode layers 01B to 16B in this way, the number of electrode layers and the number of electrode wirings are reduced when measuring the position and size of deformation of the measurement object. can do. That is, in the case of the said aspect, the detection part will be arrange | positioned efficiently.

もう少し詳しく説明すると、図4に示した例では、表側電極層と裏側電極層とが厚さ方向で交差する検出部が、16×16=256で256箇所存在するが、256箇所の検出部をそれぞれ独立して形成した場合には、各検出部につき表側電極と裏側電極とが存在するため、検出部の静電容量を検出するためには256×2で512本の配線が必要となるのに対して、図4に示した例のように、表側電極層及び裏側電極層がそれぞれ平行に配置された複数の帯状体からなり、この表側電極層と裏側電極層とが表裏方向から見て略直角で交差するように配置されている場合には、検出部の静電容量を検出するための配線が16+16の32本で済むのである。そのため、上記の通り検出部が効率良く配置されていることとなる。 More specifically, in the example shown in FIG. 4, there are 256 detection units in which the front electrode layer and the back electrode layer intersect in the thickness direction at 16 × 16 = 256. In the case where they are formed independently, there are a front side electrode and a back side electrode for each detection unit, and thus 256 wires of 256 × 2 are required to detect the capacitance of the detection unit. On the other hand, as in the example shown in FIG. 4, the front-side electrode layer and the back-side electrode layer are each composed of a plurality of strips arranged in parallel, and the front-side electrode layer and the back-side electrode layer are viewed from the front-back direction. In the case where they are arranged so as to intersect at substantially right angles, only 32 wires of 16 + 16 are required for detecting the electrostatic capacitance of the detection unit. For this reason, the detection units are efficiently arranged as described above.

そして、図4(a)、(b)に示したセンサシート1においては、誘電層2が本発明の伸縮性電極における基材に相当し、表側電極層01A〜16A及び裏側電極層01B〜16Bのそれぞれが本発明の伸縮性電極における電極本体に相当する。 And in the sensor sheet 1 shown to Fig.4 (a), (b), the dielectric layer 2 is corresponded to the base material in the elastic electrode of this invention, and front side electrode layer 01A-16A and back side electrode layer 01B-16B Each corresponds to an electrode body in the stretchable electrode of the present invention.

このような構成を備えたセンサシート1は、後述するように計測手段と接続して静電容量型センサとし、各16本の配線をそれぞれ外部の切替回路で切り替えることで、256箇所の検出部を1箇所ずつ切り替えながら各検出部の静電容量を測定することができる。
そして、各検出部の静電容量に基づき、静電容量型センサシート内の歪み分布や歪み位置、面圧分布等の情報を検知することができる。
As will be described later, the sensor sheet 1 having such a configuration is connected to a measuring unit to form a capacitive sensor, and each of the 16 wires is switched by an external switching circuit, thereby detecting 256 detection units. The capacitance of each detection unit can be measured while switching one by one.
Based on the capacitance of each detection unit, information such as strain distribution, strain position, and surface pressure distribution in the capacitive sensor sheet can be detected.

上記静電容量型センサシートにおいて、上記誘電層の平均厚さは、静電容量Cを大きくして検出感度の向上を図る観点、及び測定対象物への追従性の向上を図る観点から、10〜1000μmであることが好ましく、30〜200μmであることがより好ましい。
また、上記誘電層の常温における比誘電率は、2以上が好ましく、5以上がより好ましい。誘電層の比誘電率が2未満であると、静電容量Cが小さくなり、静電容量型センサとして使用した際に充分な感度が得られないおそれがある。
In the capacitance type sensor sheet, the average thickness of the dielectric layer is 10 from the viewpoint of increasing the capacitance C and improving the detection sensitivity and improving the followability to the measurement object. It is preferable that it is -1000 micrometers, and it is more preferable that it is 30-200 micrometers.
Moreover, the dielectric constant at normal temperature of the dielectric layer is preferably 2 or more, and more preferably 5 or more. If the relative dielectric constant of the dielectric layer is less than 2, the capacitance C becomes small, and there is a possibility that sufficient sensitivity cannot be obtained when used as a capacitance type sensor.

なお、上記センサシートにおいて、誘電層(基材)や表側電極層及び裏側電極層(電極本体)のそれぞれの平均厚さ、幅、長さ等の外観形状は、用いられるセンサシートの用途によって適宜設計変更可能である。 In the sensor sheet, the outer shape such as the average thickness, width, and length of the dielectric layer (base material), the front electrode layer, and the back electrode layer (electrode body) is appropriately determined depending on the application of the sensor sheet used. The design can be changed.

また、本発明の伸縮性電極を静電容量型センサシートとして使用する場合、上記基材のヤング率は、0.1〜1MPaであることが好ましい。ヤング率が0.1MPa未満であると、基材が軟らかすぎ、高品質な加工が難しく、充分な測定精度が得られないことがある。一方、ヤング率が1MPaを超えると、基材が硬すぎ、測定対象物の変形荷重が小さい場合に測定対象物の変形動作を阻害してしまい、計測目的に対して計測結果がそぐわないおそれがある。 Moreover, when using the elastic electrode of this invention as an electrostatic capacitance type sensor sheet, it is preferable that the Young's modulus of the said base material is 0.1-1 Mpa. If the Young's modulus is less than 0.1 MPa, the substrate is too soft, high quality processing is difficult, and sufficient measurement accuracy may not be obtained. On the other hand, if the Young's modulus exceeds 1 MPa, the base material is too hard, and when the deformation load of the measurement object is small, the deformation operation of the measurement object is hindered, and the measurement result may not match the measurement purpose. .

また、上記伸縮性電極を静電容量型センサシートとして使用する場合、上記基材の硬さは、JIS K 6253に準拠したタイプAデュロメータを用いた硬さ(JIS A硬さ)で、0〜30°であるか、又は、JIS K 7321に準拠したタイプCデュロメータを用いた硬さ(JIS C硬さ)で10〜55°が好ましい。
上記C硬さが10°未満では、基材が軟らかすぎるため高品質な加工が難しく、充分な測定精度を確保することができない場合があり、一方、55°を超えると、基材が硬すぎるため、測定対象物の変形荷重が小さい場合に測定対象物の変形動作を阻害してしまい、計測目的に対して測定結果がそぐわないおそれがある。
Moreover, when using the said stretchable electrode as a capacitance-type sensor sheet, the hardness of the said base material is the hardness (JIS A hardness) using the type A durometer based on JISK6253, and is 0. It is 30 °, or 10 to 55 ° is preferable in terms of hardness (JIS C hardness) using a type C durometer based on JIS K 7321.
If the C hardness is less than 10 °, the base material is too soft, making high-quality processing difficult, and sufficient measurement accuracy may not be ensured. On the other hand, if it exceeds 55 °, the base material is too hard. Therefore, when the deformation load of the measurement object is small, the deformation operation of the measurement object is hindered, and the measurement result may not match the measurement purpose.

このような構成からなる静電容量型センサシートは後述するように、表側電極層と裏側電極層のそれぞれを外部配線を介して計測手段と接続することにより静電容量型センサとなる。 As will be described later, the capacitive sensor sheet having such a configuration becomes a capacitive sensor by connecting each of the front electrode layer and the back electrode layer to a measuring means via an external wiring.

図4に示したセンサシート(伸縮性電極)1を用いた静電容量型センサとしては、例えば、図5に示したような構成を備えたものが挙げられる。
図5は、図4に示したセンサシート(伸縮性電極)を用いた静電容量型センサの一例を示す模式図である。
As a capacitive sensor using the sensor sheet (stretchable electrode) 1 shown in FIG. 4, for example, a sensor having a configuration as shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a capacitive sensor using the sensor sheet (stretchable electrode) illustrated in FIG. 4.

図5に示す静電容量型センサ201は、図4に示したセンサシート1と、外部配線202及び203と、計測手段204とを備えている。
センサシート1の表側接続部01A1〜16A1のそれぞれは、複数(16本)の配線が結束された外部配線203を介して計測手段204と接続されており、また、裏側接続部01B1〜16B1のそれぞれは、複数(16本)の配線が結束された外部配線202を介して計測手段204と接続されている。
なお、外部配線は、図5に示すように表側電極層及び裏側電極層の片端にのみ接続されていればよいが、場合によっては両端に接続されていても良い。
A capacitive sensor 201 shown in FIG. 5 includes the sensor sheet 1 shown in FIG. 4, external wirings 202 and 203, and measuring means 204.
Each of the front side connection portions 01A1 to 16A1 of the sensor sheet 1 is connected to the measuring means 204 via an external wiring 203 in which a plurality of (16) wires are bundled, and each of the back side connection portions 01B1 to 16B1. Are connected to the measuring means 204 via an external wiring 202 in which a plurality (16) of wirings are bundled.
As shown in FIG. 5, the external wiring only needs to be connected to one end of the front electrode layer and the back electrode layer, but may be connected to both ends depending on circumstances.

計測手段204は、図示しないが、電源回路、演算回路、静電容量、測定回路、画素切替回路及び表示装置等を必要に応じて備えており、その具体例としては、例えば、LCRメータ等が挙げられる。 Although not shown, the measuring unit 204 includes a power supply circuit, an arithmetic circuit, a capacitance, a measurement circuit, a pixel switching circuit, a display device, and the like as necessary. Specific examples thereof include, for example, an LCR meter. Can be mentioned.

このような静電容量型センサ201では、測定対象物載置前の静電容量Cと測定対象物載置後の静電容量Cから静電容量の変化量ΔCを検出し、その静電容量の変化量ΔCに基づき、変形歪み量や変形歪み分布、面圧分布を求めることができる。
また、上記センサシート(伸縮性電極)は、伸長率が高く、1軸方向に30%以上繰り返し伸長させることが可能であり、柔軟な測定対象物の変形や動作に追従することが可能で、かつ伸縮変形や繰り返し変形に対する耐久性に優れるため、上記センサシートを備えた静電容量型センサでは、例えば、測定対象物の形をトレースしたり、測定対象物の動きを直接的に検知すること等ができる。
In such a capacitance type sensor 201, the change amount ΔC of the capacitance is detected from the capacitance C before placing the measurement object and the capacitance C after placing the measurement object. The deformation strain amount, the deformation strain distribution, and the surface pressure distribution can be obtained based on the change amount ΔC.
In addition, the sensor sheet (stretchable electrode) has a high elongation rate and can be repeatedly stretched by 30% or more in one axial direction, and can follow the deformation and operation of a flexible measurement object. In addition, since it has excellent durability against expansion and contraction deformation and repeated deformation, the capacitance type sensor provided with the sensor sheet can, for example, trace the shape of the measurement object or directly detect the movement of the measurement object. Etc.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

<カーボンナノチューブ分散液の調製>
(1)単層カーボンナノチューブ分散液の調製
単層カーボンナノチューブとして、スーパーグロースCNT(繊維径の中央値が約3nm、成長長さ500μm〜700μm、アスペクト比約100,000、炭素純度99.9%、産業技術総合研究所提供、SGCNTとも表記する)50mgをメチルイソブチルケトン24.95gに添加し、ジェットミル(ナノジェットパル JN10−SP003、常光社製)を用いて湿式分散処理を施し、さらにメチルイソブチルケトン25gを添加し、濃度0.1重量%の単層カーボンナノチューブ分散液を得た。
なお、カーボンナノチューブの成長長さとは、カーボンナノチューブを作製する際に成長基板上で成長したフォレストの高さをいい、実質的にカーボンナノチューブの平均長さに相当する。
<Preparation of carbon nanotube dispersion>
(1) Preparation of Single-Walled Carbon Nanotube Dispersion Solution As single-walled carbon nanotubes, Super Growth CNT (median fiber diameter is about 3 nm, growth length is 500 μm to 700 μm, aspect ratio is about 100,000, carbon purity is 99.9%. (Provided by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, also referred to as SGCNT) 50 mg is added to 24.95 g of methyl isobutyl ketone, wet dispersion treatment is performed using a jet mill (Nanojet PAL JN10-SP003, manufactured by Joko), and methyl 25 g of isobutyl ketone was added to obtain a single-walled carbon nanotube dispersion having a concentration of 0.1% by weight.
The growth length of the carbon nanotubes refers to the height of the forest grown on the growth substrate when producing the carbon nanotubes, and substantially corresponds to the average length of the carbon nanotubes.

(2)多層カーボンナノチューブ分散液の調製
多層カーボンナノチューブとして、ナノシル社製、NC7000(繊維径9.5nm、平均長さ1.5μm、アスペクト比158、炭素純度90%)50mgをメチルイソブチルケトン24.95gに添加し、ジェットミル(ナノジェットパル JN10−SP003、常光社製)を用いて湿式分散処理を施し、さらにメチルイソブチルケトン25gを添加し、濃度0.1重量%の多層カーボンナノチューブ分散液を得た。
(2) Preparation of multi-walled carbon nanotube dispersion As multi-walled carbon nanotubes, 50 mg of NC7000 (fiber diameter 9.5 nm, average length 1.5 μm, aspect ratio 158, carbon purity 90%) manufactured by Nanosil Co., Ltd. 95 g, wet dispersion using a jet mill (NanoJet Pal JN10-SP003, manufactured by Joko), and further adding 25 g of methyl isobutyl ketone to obtain a 0.1 wt% multi-walled carbon nanotube dispersion. Obtained.

(比較例1)
(1)水添水酸基末端液状ポリオレフィンポリオール(エポール、出光興産社製)100質量部、アルキル置換ジフェニルエーテルを主成分とした高温用潤滑油(モレスコハイルーブLB−100、MORESCO社製)100質量部を計量し、自転公転ミキサー(THINKY社製)を用いて2000rpmで3分間撹拌混合した。次に、得られた混合物に触媒(Fomrez catalyst UL−28、Momentive社製)0.07質量部を添加し、自転公転ミキサーで1.5分撹拌した。その後、イソホロンジイソシアネート(デスモジュールI、住化バイエルウレタン社製)11質量部を添加し、自転公転ミキサーで3分間撹拌し、1.5分間脱泡し、基材用の原料組成物を調製した後、これを図3に示した成形装置30に注入し、保護フィルムでサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度110℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、80℃に調節した炉で12時間後架橋させ、層厚50μmの基材シートを得た。
次に、得られた基材シートを裁断し、90mm×90mm×50μmの基材と90mm×60mm×50μmの基材とを1枚ずつ作製した。
(Comparative Example 1)
(1) Hydrogenated hydroxyl group-terminated liquid polyolefin polyol (Epol, manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) 100 parts by mass, high-temperature lubricating oil mainly composed of alkyl-substituted diphenyl ether (Molesco High Lube LB-100, manufactured by MORESCO) 100 parts by mass Were weighed and mixed by stirring at 2000 rpm for 3 minutes using a rotation and revolution mixer (manufactured by THINKY). Next, 0.07 part by mass of a catalyst (Fomrez catalyst UL-28, manufactured by Momentive) was added to the obtained mixture, and the mixture was stirred for 1.5 minutes with a rotation and revolution mixer. Thereafter, 11 parts by mass of isophorone diisocyanate (Desmodur I, manufactured by Sumika Bayer Urethane Co., Ltd.) was added, stirred for 3 minutes with a rotating / revolving mixer and defoamed for 1.5 minutes to prepare a raw material composition for a substrate. Thereafter, this was poured into the molding apparatus 30 shown in FIG. 3 and transferred in a sandwich form with a protective film, while being crosslinked and cured under conditions of a furnace temperature of 110 ° C. and a furnace time of 30 minutes. A roll roll sheet having a thickness was obtained. Then, after cross-linking in a furnace adjusted to 80 ° C. for 12 hours, a base sheet having a layer thickness of 50 μm was obtained.
Next, the obtained base material sheet was cut to prepare a 90 mm × 90 mm × 50 μm base material and a 90 mm × 60 mm × 50 μm base material one by one.

(2)次に、1枚(90mm×90mm×50μm)の基材の片面の中央部に多層カーボンナノチューブ分散液8gをエアブラシで帯状に塗布し、100℃で30分間乾燥させることにより、幅20mm、長さ80mm、厚さ1μmの電極本体を形成した。
さらに、基材用の原料組成物と同配合の組成物をトルエンに溶解した0.1重量%トルエン溶液を調製し、この0.1重量%トルエン溶液8gをプライマーとして電極本体上にエアブラシで帯状に塗布し、100℃で30分間乾燥させた。
その後、電極本体を挟み込むように、電極本体が形成された基材をもう1枚(90mm×60mm×50μm)の基材と貼り合わせて伸縮性電極を得た。
(2) Next, 8 g of the multi-walled carbon nanotube dispersion liquid is applied in a band shape with an airbrush to the central portion of one side of a single substrate (90 mm × 90 mm × 50 μm), and dried at 100 ° C. for 30 minutes, so that the width is 20 mm. An electrode body having a length of 80 mm and a thickness of 1 μm was formed.
Further, a 0.1 wt% toluene solution prepared by dissolving the same composition as the raw material composition for the base material in toluene was prepared, and a strip of air using an air brush on the electrode body using 8 g of this 0.1 wt% toluene solution as a primer. And dried at 100 ° C. for 30 minutes.
Thereafter, the base material on which the electrode main body was formed was bonded to another base material (90 mm × 60 mm × 50 μm) so as to sandwich the electrode main body to obtain a stretchable electrode.

(評価:繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化の測定)
比較例1で得られた伸縮性電極につき、図6に示した評価装置を用いて、無伸長状態から一軸方向(電極本体の長手方向)に100%伸長させた後、無伸長状態に戻すサイクルを1サイクルとする伸縮を1000サイクル繰返し行い、2〜3サイクル目、10サイクル目、100サイクル目、500サイクル目及び1000サイクル目における電極本体の上記電気抵抗を測定した。
(Evaluation: Measurement of electrical resistance change due to repeated expansion and contraction)
A cycle in which the stretchable electrode obtained in Comparative Example 1 is stretched 100% in the uniaxial direction (longitudinal direction of the electrode body) from the unstretched state using the evaluation device shown in FIG. Stretching was repeated 1000 cycles, and the electrical resistance of the electrode body at the 2nd, 3rd, 10th, 100th, 500th and 1000th cycles was measured.

具体的には、図6に示すように、基材51及び電極本体52を備えた伸縮性電極50の電極本体52に垂直な2辺を樹脂フレーム53で拘束し、電極本体52の端部のそれぞれをリード54を介してマルチメーター(ADVANTEST社製、R6441C)55と接続し、フレーム間を1軸方向(図中、矢印の方向)に伸長させた後、無伸長状態に戻す伸縮を繰返し行い、電気抵抗の変化を測定した。
測定結果については、縦軸に電極抵抗、横軸に伸長率をプロットしたグラフとして図7に示した。
Specifically, as shown in FIG. 6, two sides perpendicular to the electrode body 52 of the stretchable electrode 50 including the base material 51 and the electrode body 52 are restrained by a resin frame 53, and the end of the electrode body 52 is Each is connected to a multimeter 55 (made by ADVANTEST, R6441C) 55 via a lead 54, and after extending between the frames in one axial direction (the direction of the arrow in the figure), it is repeatedly expanded and contracted to return to the non-extended state. The change in electrical resistance was measured.
The measurement results are shown in FIG. 7 as a graph in which the electrode resistance is plotted on the vertical axis and the elongation rate is plotted on the horizontal axis.

(比較例2)
多層カーボンナノチューブ分散液に代えて、多層カーボンナノチューブ分散液と単層カーボンナノチューブ分散液とを90:10(重量比)で混合して得たカーボンナノチューブ混合液を塗布した以外は比較例1と同様にして伸縮性電極を得た。
得られた伸縮性電極につき、比較例1と同様にして繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化を測定した。結果を図8に示した。
(Comparative Example 2)
The same as Comparative Example 1 except that instead of the multi-walled carbon nanotube dispersion, a carbon nanotube mixed liquid obtained by mixing the multi-walled carbon nanotube dispersion and the single-walled carbon nanotube dispersion at 90:10 (weight ratio) was applied. Thus, an elastic electrode was obtained.
About the obtained elastic electrode, it carried out similarly to the comparative example 1, and measured the change of the electrical resistance with respect to repeated expansion / contraction. The results are shown in FIG.

(実施例1)
多層カーボンナノチューブ分散液に代えて、多層カーボンナノチューブ分散液と単層カーボンナノチューブ分散液とを70:30(重量比)で混合して得たカーボンナノチューブ混合液を塗布した以外は比較例1と同様にして伸縮性電極を得た。
得られた伸縮性電極につき、比較例1と同様にして繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化を測定した。結果を図9に示した。
Example 1
The same as Comparative Example 1 except that instead of the multi-walled carbon nanotube dispersion, a carbon nanotube mixed liquid obtained by mixing the multi-walled carbon nanotube dispersion and the single-walled carbon nanotube dispersion at 70:30 (weight ratio) was applied. Thus, an elastic electrode was obtained.
About the obtained elastic electrode, it carried out similarly to the comparative example 1, and measured the change of the electrical resistance with respect to repeated expansion / contraction. The results are shown in FIG.

(実施例2)
多層カーボンナノチューブ分散液に代えて、多層カーボンナノチューブ分散液と単層カーボンナノチューブ分散液とを50:50(重量比)で混合して得たカーボンナノチューブ混合液を塗布した以外は比較例1と同様にして伸縮性電極を得た。
得られた伸縮性電極につき、比較例1と同様にして繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化を測定した。結果を図10に示した。
(Example 2)
The same as Comparative Example 1 except that instead of the multi-walled carbon nanotube dispersion, a carbon nanotube mixed liquid obtained by mixing the multi-walled carbon nanotube dispersion and the single-walled carbon nanotube dispersion at 50:50 (weight ratio) was applied. Thus, an elastic electrode was obtained.
About the obtained elastic electrode, it carried out similarly to the comparative example 1, and measured the change of the electrical resistance with respect to repeated expansion / contraction. The results are shown in FIG.

(実施例3)
多層カーボンナノチューブ分散液に代えて、多層カーボンナノチューブ分散液と単層カーボンナノチューブ分散液とを30:70(重量比)で混合して得たカーボンナノチューブ混合液を塗布した以外は比較例1と同様にして伸縮性電極を得た。
得られた伸縮性電極につき、比較例1と同様にして繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化を測定した。結果を図11に示した。
(Example 3)
The same as Comparative Example 1 except that instead of the multi-walled carbon nanotube dispersion, a carbon nanotube mixed liquid obtained by mixing the multi-walled carbon nanotube dispersion and the single-walled carbon nanotube dispersion at 30:70 (weight ratio) was applied. Thus, an elastic electrode was obtained.
About the obtained elastic electrode, it carried out similarly to the comparative example 1, and measured the change of the electrical resistance with respect to repeated expansion / contraction. The results are shown in FIG.

(比較例3)
多層カーボンナノチューブ分散液に代えて、多層カーボンナノチューブ分散液と単層カーボンナノチューブ分散液とを10:90(重量比)で混合して得たカーボンナノチューブ混合液を塗布した以外は比較例1と同様にして伸縮性電極を得た。
得られた伸縮性電極につき、比較例1と同様にして繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化を測定した。結果を図12に示した。
(Comparative Example 3)
The same as Comparative Example 1 except that instead of the multi-walled carbon nanotube dispersion, a carbon nanotube mixed liquid obtained by mixing the multi-walled carbon nanotube dispersion and the single-walled carbon nanotube dispersion at 10:90 (weight ratio) was applied. Thus, an elastic electrode was obtained.
About the obtained elastic electrode, it carried out similarly to the comparative example 1, and measured the change of the electrical resistance with respect to repeated expansion / contraction. The results are shown in FIG.

(比較例4)
多層カーボンナノチューブ分散液に代えて、単層カーボンナノチューブ分散液を塗布した以外は比較例1と同様にして伸縮性電極を得た。
得られた伸縮性電極につき、比較例1と同様にして繰返し伸縮に対する電気抵抗の変化を測定した。結果を図13に示した。
(Comparative Example 4)
A stretchable electrode was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the single-walled carbon nanotube dispersion was applied instead of the multi-walled carbon nanotube dispersion.
About the obtained elastic electrode, it carried out similarly to the comparative example 1, and measured the change of the electrical resistance with respect to repeated expansion / contraction. The results are shown in FIG.

実施例及び比較例の結果を図14にまとめた。
図14は、実施例及び比較例の結果をまとめたグラフであり、横軸を単層カーボンナノチューブ(SGCNT)と多層カーボンナノチューブ(NC7000)との合計量(全CNT量)に対するSGCNTの割合(重量%)とし、縦軸を伸縮性電極の初期抵抗(R)及び2サイクル目と1000サイクル目の100%伸長時の電気抵抗の差(ΔR)とした。
The results of Examples and Comparative Examples are summarized in FIG.
FIG. 14 is a graph summarizing the results of Examples and Comparative Examples. The horizontal axis represents the ratio (weight) of SGCNT to the total amount (total CNT amount) of single-walled carbon nanotubes (SGCNT) and multi-walled carbon nanotubes (NC7000). %), And the vertical axis represents the initial resistance (R 0 ) of the stretchable electrode and the difference (ΔR) in the electrical resistance at 100% elongation between the second and 1000th cycles.

図7〜14に示し結果から明らかなように、比較例1、2の伸縮性電極では、多層カーボンナノチューブの含有量が多いため、2サイクル目と1000サイクル目の100%伸長時の電気抵抗の差(ΔR)が2kΩを超える値となり、伸縮時における電気抵抗のバラツキが大きくなった。
また、比較例3、4の伸縮性電極では、単層カーボンナノチューブの含有量が多いため、初期抵抗(R)が大きくなった。
これに対して、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとの合計量に対する、単層カーボンナノチューブの含有量を20〜70重量%とすることにより、初期抵抗(R)及び2サイクル目と1000サイクル目の100%伸長時の電気抵抗の差(ΔR)を低く抑えることができた。
As is apparent from the results shown in FIGS. 7 to 14, the stretchable electrodes of Comparative Examples 1 and 2 have a large content of multi-walled carbon nanotubes. The difference (ΔR) exceeded 2 kΩ, and the variation in electrical resistance during expansion and contraction increased.
Further, in the stretchable electrodes of Comparative Examples 3 and 4, since the content of the single-walled carbon nanotube was large, the initial resistance (R 0 ) was increased.
In contrast, by setting the content of the single-walled carbon nanotubes to 20 to 70% by weight with respect to the total amount of the single-walled carbon nanotubes and the multi-walled carbon nanotubes, the initial resistance (R 0 ) and the second and 1000th cycles The difference in electrical resistance (ΔR) when the eye stretched 100% could be kept low.

本発明の伸縮性電極は、センサシート、導電配線材、アクチュエータ、ジェネレータ、更には伸縮柔軟性が求められる箇所での各種信号線や小電力の電力線等、種々の用途に使用することができ、静電容量型センサ等の伸縮性及び柔軟性が要求されるソフトセンサのセンサシートとして好適に使用することができる。 The stretchable electrode of the present invention can be used in various applications such as sensor sheets, conductive wiring materials, actuators, generators, and various signal lines and low-power power lines in places where stretch flexibility is required. It can be suitably used as a sensor sheet for a soft sensor that requires stretchability and flexibility, such as a capacitive sensor.

1 静電容量型センサシート
2 誘電層
01A1〜16A1 表側接続部
01A〜16A、01D〜16D 表側電極層
01B1〜16B1 裏側接続部
01B〜16B、01E〜16E 裏側電極層
C0101〜C1616、F0101〜F1616 検出部
50、100、110、120、130 伸縮性電極
51、101、111a、111b、121a、121b、131 基材
52、102、112、122a、122b、132a、132b 電極本体
201 静電容量型センサ
202、203 外部配線
204 計測手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitance type sensor sheet 2 Dielectric layer 01A1-16A1 Front side connection part 01A-16A, 01D-16D Front side electrode layer 01B1-16B1 Back side connection part 01B-16B, 01E-16E Back side electrode layer C0101-C1616, F0101-F1616 Detection Part 50, 100, 110, 120, 130 Stretchable electrode 51, 101, 111a, 111b, 121a, 121b, 131 Base material 52, 102, 112, 122a, 122b, 132a, 132b Electrode body 201 Capacitive sensor 202 203 External wiring 204 Measuring means

Claims (5)

エラストマー組成物からなる基材と、
前記基材と一体化されたカーボンナノチューブからなる電極本体とを備え、
前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとの混合物であり、
前記単層カーボンナノチューブと前記多層カーボンナノチューブとの合計量に対する、前記単層カーボンナノチューブの含有量は、20〜70重量%であることを特徴とする伸縮性電極。
A base material comprising an elastomer composition;
An electrode body made of carbon nanotubes integrated with the base material,
The carbon nanotube is a mixture of single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes,
The stretchable electrode, wherein a content of the single-walled carbon nanotube is 20 to 70% by weight with respect to a total amount of the single-walled carbon nanotube and the multi-walled carbon nanotube.
前記単層カーボンナノチューブの平均長さは、100〜700μmである請求項1に記載の伸縮性電極。 The stretchable electrode according to claim 1, wherein the single-walled carbon nanotube has an average length of 100 to 700 μm. 前記多層カーボンナノチューブの繊維径は、5〜15nmである請求項1又は2に記載の伸縮性電極。 The stretchable electrode according to claim 1 or 2, wherein the multi-walled carbon nanotube has a fiber diameter of 5 to 15 nm. センサシートに用いる請求項1〜3のいずれかに記載の伸縮性電極。 The stretchable electrode according to any one of claims 1 to 3, which is used for a sensor sheet. 請求項1〜4のいずれか記載の伸縮性電極を備えたことを特徴とするセンサシート。 A sensor sheet comprising the stretchable electrode according to claim 1.
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