JPH0393109A

JPH0393109A - 感圧導電性エラストマー

Info

Publication number: JPH0393109A
Application number: JP22904489A
Authority: JP
Inventors: Teruo Okamoto; 岡本　照男
Original assignee: INABA RUBBER KK
Current assignee: INABA RUBBER KK
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1989-09-04
Publication date: 1991-04-18
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPH0779006B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は感圧導電性エラストマーに関し、詳しくは、無
加圧．無変形状態では高抵抗を示し、加圧変形するにし
たがってその圧力変形の大きさに応じ抵抗が変化しその
範囲が広く直線性が良好な感圧導電性エラストマーに関
するものである．〔従来の技術〕従来、感圧導電性エラストマーの材料としては、非導電
性エラストマーの天然ゴム、クロロブレンゴム，ＳＢＲ
，ＮＢＲ，ＥＰＤＭ，　シリコーンゴム等の合戒ゴムや
、ゴム状弾性を示す熱可塑性エラストマーヘ、導電性金
属粒子．金属繊維，炭素繊維，導電性カーボンブランク
．＃！Ｉ鉛粒子．半導体粒子等が、混合、分散されて使
用されている．また、発泡状感圧抵抗体としては、特公
昭６０−７２２号及び特公昭６０−７２３号公報に示さ
れるように、シランカップリング剤で表面処理した導電
性金属粒子と液状シリコーンゴムに、発泡剤として熔解
度パラメータ９．８以上の有機化合物、ｎ−プロビルア
ルコール．ｎ−プチルアルコール，等を用いたもの、Ｎ
−ニトロソ基を有する有機発泡剤を用いたものがある．導電性粒子として、特公昭５６−９１８７号及び特公昭
５６−５４０１９号公報に示される角を落した礫状の人
造黒鉛粒子を用いたものもある．これらの組成物は、シート状その他の形状に威形され、
圧力センサー，触覚センサー等の感圧素子として使用さ
れている．非導電性エラストマーについては、耐熱，耐寒性．絶縁
性．非汚染性，低圧縮永久歪等の点から文ラブルタイプ
のシリコーンゴムあるいは液状シリコーンゴムが多く使
用されている．〔発明が解決しようとする問題点〕上記した従来の感圧導電性エラストマーは、次の難点が
あった．すなわち、導電性付与剤として、導電性金属粒
子、金属繊維、を用いたものは、酸化により特性が経時
変化しやすく、電気信号のチ中ソタリング現象やノイズ
が発生するため誤動作の原因となる難点があった。炭素
繊維の場合は、実用的配合とした場合には、圧力一抵抗
変化の直線性に難点があると共に感度が低下するという
難点がある．また、導電性カーボンプランクを用いたものは、粒子径
がｌＯ〜４０ｍμと極めて小さいため、加圧変形時の抵
抗変化が小さく、感度が悪い難点があった．導電性カー
ボンプラックの造粒物を用いた場合は、抵抗変化は大き
くなるが加圧変形時に粒子の破壊が生じやすく耐久性，
安定性に欠けるという難点がある。

黒鉛粒子を用いたものは、天然黒鉛の場合、粒子形状が
不均一であるため安定した特性が得られにくい難点があ
る．このため粉砕や摩砕等の操作をして角のとれた丸み
のある人造黒鉛粒子を用い特性の安定化，耐久性の向上
，ノイズの減少をはかったものであるが、所望の粒子を
得るための操作が難かしく煩雑でありその収率も小さい
という難点がある。

半導体粒子を用いたものは、抵抗値が高くなって抵抗の
変化率が少くなるという難点がある．また、感圧特性の
感度を上げるための発泡剤として、有機化合物のｎ−プ
ロビルアルコール．ｎ一ブチルアルコール等を用いた場
合には、揮発性であるため非導電性エラストマーや導電
粒子との混合作業架橋時の作業性に難点があり、ニトロ
ソ基を有する有機発泡剤を用いたものは、所望の発泡体
を得る発泡条件の設定が難かしく、発泡セルを均一にし
て加圧変形時の特性のバラツキを少くすることが難かし
い難点があった．更に又、非導電性エラストマーについては、他の合威ゴ
ムや熱可塑性エラストマーに比べ引裂強度が低く、とく
に数十から数百ミクロンの導電性粒子を実用レベルまで
配合した場合には、引裂強度が低下し実用的でない。ま
た、見かけ上の硬度も上昇し感度が低下する難点があっ
た．また、くり返し圧縮荷重を加えて使用した場合には
、導電性粒子，繊維同志の接触によるゴム材料への負荷
が大きくなり耐久性が低下して、圧力−抵抗変化特性が
不安定になる難点がある。これは粒子．繊維が大きくな
るほど顕著であるという問題点がある．〔問題点を解決するための手段〕本発明は、上記従来技術の難点に鑑みて鋭意研究した結
果なされたものであり、その手段とするところは、発泡
セル径が５０乃至３５０μ一の非導電性発泡エラストマ
ー中に粒子径が１乃至１５μｍの導電性ガラス状微小球
状炭素粒子が分散されているところにあり、又、前記非
導電性発泡エラストマーが、液状シリコーンゴムとシリ
コーンヮニス、シリコーン生ゴム又はこれらを主成分と
するシリコーン粘着剤とから或ること、及び前記導電性
ガラス状微小球状炭素粒子が、独立した真球状で表面へ
液状シリコーンゴムの硬化触媒をコーティング処理した
ところにある．〔実施例〕非導電性発泡エラストマーは、従来のものを用いる他に
、次のものを用いるとより効果的である．すなわち、そ
の材料である縮奇型一液常温硬化シリコーンゴムとシリ
コーンワニス、詳しくは、シラノール基を含有したポリ
シロキサンでトルエン，キシレン等の有機溶剤で希釈し
たものと、平均分子量が１５０，０００からｓｏｏ．　
ｏｏｏの直鎖状ポリシロキサンから或るシリコーン生ゴ
ムかあるいはシリコーンワニスとシリコーン生ゴム．充
填剤，可塑剤等を主威分とするシリコーン粘着剤の混合
物の中に分解させ縮合硬化反応，脱水素反応をおこさせ
て、アルコール．オキシム，アセトン，水素等の反応ガ
スを発生させ常温で発泡硬化させたものである．この時、発泡セルは、導電性ガラス状微小球状炭素粒子
の形状、寸法、配合量と、液状シリコーンゴム，シリコ
ーンワニス．シリコーン生ゴムあるいはシリコーン粘着
剤の混合物の粘度と、生ずる反応ガス圧と硬化速度のバ
ランスで決定するが、本発明はこのうちの粘度に着目し
、シリコーンワニス，シリコーン生ゴムあるいはシリコ
ーン粘着剤を配合することにより、未硬化時の粘度を調
整して微細で均一な発泡セルを得たものである。このシ
リコーンゴム，シリコーンワニス．シリコーン生ゴムの
割合を調整し、硬化後のエラストマーの弾性を向上させ
、圧力一抵抗変化のヒステリシスを改善することができ
る．しかし、シリコーン粘着剤を使用する場合は、シリ
コーンワニス、シリコーン生ゴムは必らずしも必要とし
ない．これにより高感度で安定した感圧導電性エラスト
マーが得られ、くり返し圧縮荷重での耐久性もシリコー
ンワニス．シリコーン生ゴムあるいはシリコーン粘着剤
を配合することでエラストマーの引裂強度が向上し液状
シリコーンゴム単体の場合より改善することができる．前記した縮台型一液常温硬化シリコーンゴムとしては、
両末端シラノールオイルにオルガノトリメトキシシラン
架橋剤と、アルキルチタネート触媒から成るアルコール
型、両末端シラノールオイルにブタノオキシムシラン架
橋剤と有機スズアシレート触媒から威るオキシム型、両
末端シラノールオイルにプロベノキシシラン架橋剤とレ
ドソクス触媒，アξン助触媒から或るアセントン型など
が知られているが、本発明においては、硬化速度，発泡
性等の面からオキシム型もしくは、アルコール型が好ま
しい．その他に酢酸型もあるが腐食性や臭気の面で好ま
しくない．発泡セルの寸法としては、独立または連続発泡体で５０
乃至３５０μ園が好まし＜、５０μ一以下の場合には圧
力一抵抗変化が少＜　、３５０μ麟以上の場合には強度
が低下するため実用的でない．この発泡セルの寸法の範
囲は、従来の非導電性発泡エラストマーを使用する時も
同じである．非導電性エラストマーの液状シリコーンゴ
ムとしては、全組威物の２５乃至３５容量％が好まし＜
、２５％以下は弾性が低下し圧力一抵抗変化のヒステリ
シスが悪くなり、３５％以上の場合には引裂強度が低下
するため実用的でない．シリコーンフェスとしては、全
組威物の５乃至１２容量％が好ましく、５％以下の場合
は発泡セルが不均一になり、引裂強度も低下し耐久性が
悪くなり、１２％以上の場合には、弾性が低下し圧力一
抵抗化のヒステリシスが悪くなる．シリコーン生ゴムと
しては全組威物の５乃至８容量％が好ましく、５％以下
の場合には弾性，引裂強度が低く、８％以上の場合には
、発泡セルが小さくなり実用的でない。

また、シリコーンフェス，シリコーン生ゴムの代わりに
シリコーン粘着剤を使用する場合は、全組威物のｌＯ乃
至２０容量％が好まし＜、１０％以下の場合には発泡セ
ルが不均一になり引裂強度も低下し、２０％以上の場合
は弾性が低下して圧力一抵抗変化のヒステリシスが悪く
なる．発泡硬化温度としては、ＩＯ乃至３０℃が好まし
＜、１０℃以下の場合には硬化時間が長くなり、３０℃
以上の場合には発泡セルが大きくなる．湿度としては、
２５％以上が好まし＜、２５％以下の場合には硬化時間
が長くなる。

また、二次キュアーについては、１５０乃至２００℃の
温度で３０分乃至１時間程度行うことにより圧縮永久歪
が少なくなって特性が安定する．次に、導電性粒子とし
て高い耐熱性，導電性，耐食性をもち高い強度と硬度を
もつ導電性ガラス状微小球状炭素粒子（独立していて真
球に近いもの）は、フェノール樹脂，フラン樹脂の微小
球状粒子を真空中で８００から１　．　０００℃に加熱
処理して得るものである．球状炭素微粒子として、スチ
レン，塩化ビニル．塩化ビニリデン等の微小球を空気流
中で３００℃まで加熱し、次いで不活性ガス中で１　，
　０００℃まで加熱焼成したメソカーボンマイクロビー
ズが知られているが、これは独立した粒子が得られにく
く、双子や連結した状態のものが混入し、感圧導電性エ
ラストマーに配合した場合、圧力一抵抗変化特性が、独
立した状態の球状粒子に比べて連続的でなく発泡性がよ
くない難点がある。この微小球状粒子へ縮台型、詳しく
は、多管能性メチル水素ポリシロキサンを含有する脱ア
ルコール，脱オキシム．脱アセトン型一液常温硬化シリ
コーンゴムの有機触媒、詳しくは、アルキルチタネート
，有機スズアシレート，レドツクス，アミン，ペンゾイ
ルバーオキサイド等を表面へ微量コーティングしたもの
を用いることにより、導電粒子の近傍での架橋密度の上
昇を促進し、粒子の脱落を防止すると共に、微細で均一
な発泡セルをもつ発泡体の形戒を助威する作用をも兼ね
備える。

導電性ガラス状微小球状炭素粒子の粒径としては、１μ
一以下の場合は粒子の製造が困難であると共に抵抗の変
化が少なくなる。また、１５μ一以上は抵抗の変化が荒
くなるため、１μ讃ないし１５μｍが好ましい．配合割合としては、全組成物４５乃至６５容量％が好ま
し＜、４５％以下の場合には抵抗値が高くなり、６５％
以上の場合には伸び、弾性が低下するため実用的でない
．次に、本発明の具体的実施例を述べるが、本発明はこの
具体的実施例のみに限定されるものではない．〔具体的実施例１〕粒子径１〜６μ一のガラス状微小球
状炭素粒子（大和田カーボン工業製，ガラスポンーｐ，
　ｃｐ−２．４）　５５重量部２２０ｇに有機触媒の有
機スズアシレート（信越化学工業製ＣＡＴ−ＰＳ−１．
トルエン６０％含有）ｌｃｃとトルエン８０ｃｃを添加
攪拌混合し乾燥して有機スズアシレート，コーティング
，ガラス状微小球状炭素粒子を得た。

次に、脱オキシム縮合型一液常温硬化シリコーンゴム（
信越化学工業製ＫＥ−４４１）　３０重量部１２０ｇと
シラノール基含有シリコーン粘着剤（信越化学工業製１
［Ｒ−１０１−１０，　｝ルエン，キシレン４０％含有
〉２５重量部１００ｇと硬化剤（信越化学工業製Ｃ−１
）　Ｏ．１ｇを混合機にて２分間混合した後有機スズア
シレートをコーティングしたガラス状微小球状炭素粒子
を加え５分間混合し２０ｃ１ｌ×５ｃｌｌ×２．０ｆｉ
のポリエチレン製のモールドにこの混合物を移し、シー
ト状に戒形して温度２５℃、湿度６０〜７０％で２４時
間放置し、発泡，硬化させた後、１５０℃の温度で３０
分間二次キュアーした。

この様にして得た試料を切断して断面を調べた結果、７
０乃至２５０μ讃の径の独立した発泡セルが形威されて
いた。

また、加圧力と抵抗の変化を第１図に示す条件で測定し
た。第１図（ａ）は、この測定回路を示し、Ｅは直流定
電圧電源、Ｒは標準抵抗器、Ｐは加圧速度（５ｆｉ／分
）、■は電圧変化、Ｃは試料（５　ｗ　ｘ５　＋ｎ　ｘ
２．Ｏｔ）である。また、第１図（ｂ）は、具体的測定
装置を示し、Ａは加圧試験機、Ｂは小型荷重変換器、Ｄ
は動歪測定器、Ｆはアナライジングレコーダ、Ｇ，Ｇ”
は測定電極（金メッキ、銅貼りプリント基板で、２０鵡
Ｘ２０ｗｍ　Ｘ　１．６ｔ）である。

測定は、測定電極Ｇ′の上に試料Ｃを置き、更にこの電
極Ｇ′の下に加圧力を測定するための小型荷重変換器Ｂ
を設置して、試料Ｃの上方から測定電極Ｇで加圧速度Ｐ
で加圧し、この時の電圧Ｖより抵抗値を算出し、動歪測
定器Ｄより加圧力を出力した。

この測定結果を第２図のグラフに実施例１として示した
．なお、比較のため、有機スズアシレートをガラス状微小
球状炭素粒子へコーティングしないで配合して製作した
結果、発泡セルがコーティングしたものより不均一であ
った．〔具体的実施例２〕粒子径１〜１２μ一のガラス状微小
球状炭素粒子（大和田カーボン工業製，ガラスボンーＰ
，　ＧＰ−５）　５７重量部２２８ｇに有機触媒として
アルキルチタネート（日本曹達製，　Ａ−１　”）　０
．２ｇとトルエン１００ｃｃを添加攪拌混合し乾燥して
アルキルチタネート，コーティング，ガラス状微小球状
炭素粒子を得た．次に、脱アルコール縮合型一液常温硬化シリコーンゴム
（信越化学工業製，　ＫＢ−４１　）　２８重量部１１
２ｇとシリコーン粘着剤（信越化学工業製．　ＫＲ−１
２０，トルエン４０％含有）２５重量部１００ｇと硬化
剤（信越化学工業製，　Ｃ−１　）　０．１ｇを混合機
にて２分間混合した後、アルキルチタネートをコーティ
ングしたガラス状微小球状炭素粒子を加え、更に５分間
混合し、１５ＱＩＸ１００１１Ｘ　１，５ｍのポリプロ
ピレン製のモールドにこの混合物を移してシート状に威
形して、温度２０℃、湿度６０〜７０％で２４時間放置
し発泡硬化させた後、１５０℃で３０分間二次キエアー
した．この様にして“得た試料を切断し、断面を観察した結果
、１００〜３５０μｍの径で独立及び連続した発泡セル
が形威されていた．また、加圧力と抵抗の変化を具体的
実施例１の場合と同様の方法で測定した結果を第２図の
グラフに実施例２として示した．また、具体的実施例ｌ及び具体的実施例２の比較例とし
て、シリコーン粘着剤を配合しないで液状シリコーンゴ
ムとガラス状微小球状炭素粒子の感圧導電性ゴムのみの
場合の初回目の実験データを第２図のグラフに比較例と
して示す．更に、これら具体的実施例１、具体的実施例
２及び比較例の加圧力と抵抗値の変化を数値で表１に示
す．第３図に示すグラフは、具体的実施例１及び比較例の試
料の耐久性の実験結果を示し、それぞれの試料を、ｌｋ
ｇ／一の荷重で１秒間ＯＮ、３秒間ＯＦＦの繰り返しを
ｌＯ万回行い、このｌＯ万回目の加圧力と抵抗値との変
化を前記した初回目のグラフと共に表示したものである
。

鳴１〕〔発明の効果〕導電性粒子として、フェノール樹脂，フラン樹脂などの
熱硬化性樹脂の微小球を、真空中で加熱処理した独立し
た真球に近い導電性ガラス状微小球状炭素粒子を用いる
ことにより、高温において酸化，変質が少なく化学的に
安定で抵抗の変化もほとんどなく、また、強度的にも圧
縮強さで、２．０００ｇｋｇ／一と強く、硬度もシツア
ー硬度１１０と硬いため繰り返し圧縮荷重での粒子の損
傷もほとんどない。このことにより、感圧導電性エラス
トマーの安定した特性が得られる．また、粒子の形状が
独立した真球状であるため、電気的な導通が単純化され
、圧力一抵抗変化曲線がなめらかになり、ノイズの発達
，チャフタリング現象がなくなる。

また、表面へ硬化触媒を微量コーティングして配合する
ことにより、発泡セルの微細化，均一化に役立ち、圧力
一抵抗変化特性の安定したバラッキの少ないものが得ら
れる．従来の液状シリコーンゴムだけの場合と比較し、シリコ
ーンワニス，シリコーン生ゴムあるいはシリコーン粘着
剤を配合することにより、導電性粒子とのなじみを改善
し、硬化前の粘性を調整し、縮合反応による発泡ガス圧
は、硬化速度と粘度のバランスを取ることにより微細で
均一な発泡セルを低温で容易に形或することが可能とな
り、耐久性が良く、圧力一抵抗変化の範囲が広く、直線
性が良好な発泡状感圧導電性エラストマーを提供するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定装置を示し、第１図（ａ）は測定回路図、
第１図（ｂ）は具体的測定装置、第２図は具体的実施例
１と具体的実施例２及び比較例の初回目の抵抗値と加圧
力の関係を示すグラフ、第３図は具体的実施例１と比較
例との初回目及びｌＯ万同目の抵抗値と加圧力の関係を
示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発泡セル径が５０乃至３５０μｍの非導電性発泡
エラストマー中に粒子径が１乃至１５μｍの導電性ガラ
ス状微小球状炭素粒子が分散されていることを特徴とす
る感圧導電性エラストマー。
（２）非導電性発泡エラストマーが、液状シリコーンゴ
ムとシリコーンワニス、シリコーン生ゴム又はこれらを
主成分とするシリコーン粘着剤とから成ることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の感圧導電性エラストマ
ー。
（３）導電性ガラス状微小球状炭素粒子が、独立した真
球状で表面へ液状シリコーンゴムの硬化触媒をコーティ
ング処理したことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
たは、第２項記載の感圧導電性エラストマー。