JPH0436627A - 感圧導電性エラストマー組成物とこれを利用して構成した感圧センサ - Google Patents

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〕 この出願の発明は、非加圧状態では高抵抗性（絶縁性）
を示し、加圧するに従ってその圧力の大きさに応じて抵
抗値が変化する感圧導電性エラストマー組成物に関する
ものであり、又、前記感圧導電性エラストマー組成物を
利用した感圧センサに関するものである。

〔従来の技術〕

感圧導電性エラストマー組成物を利用した感圧センサと
しては、例えば、以下に示すようなものがある。

即ち、両面が平坦な薄板状の感圧導電性エラストマー組
成物と、可撓性を有するシートに支持された一組の行電
極と、可撓性を有するシートに支持された一組の列電極
とを具備したもので、行・列電極相互間に上記感圧導電
性エラストマー組成物を介在させるようにして構成した
ものである。

そして、上記した行電極と列電極の交差点を検出子とし
ている。

感圧導電性エラストマー組成物は、絶縁性のゴム状弾性
を有するマトリックス材料に導電性付与剤を配合して構
成したもので、前記導電性付与剤としては、ニッケル等
の金属粒子、導電性カーボンブラック、黒鉛粒子等が使
用されている。

この感圧センサは上記のような構成であるから、シート
を介して少なくとも片面に外力が作用すると、導電性付
与剤相互が接近することとなって、当該部分の行・列電
極間の抵抗が変化することとなる。したがって、各検出
子において、抵抗変化を検知するようにすれば、外力が
作用しているポイントの検出が可能となり、例えば、歯
の噛合測定用検出センサやロボットハンドの触覚センサ
として利用できることとなる。

しかしながら、上記感圧センサでは、外力の微小な変化
に対して感圧導電性エラストマーの抵抗があまり変化し
ないから、高感度のものを得ることができない。

［発明が解決しようとする課題］ そこで、この出願の発明では、外力の微小な変化に対し
て抵抗が変化しやすい感圧導電性エラストマーを提供す
るものであり、更には、この感圧導電性エラストマーを
利用して高感度な感圧センサを提供するものである。

（課題を解決する為の手段〕 そこで、この出願の請求項１記載の発明は上記課題を解
決するために、導電性付与剤を絶縁性のゴム状弾性を有
するマトリックス材料に混入分散させて構成し、前記マ
トリックス材料の少なくとも一表面を凹凸面としている
。

又、上記請求項１記載の発明に関し、請求項２記載の発
明は、導電性付与剤を、カーボン粒子又は金属粒子によ
り構成しており、請求項３記載の発明は、導電性付与剤
を、球状粒子とした高分子材料を焼成・炭化してなるも
のとしている。

更に、この出願の請求項４記載の発明は、上記請求項１
〜３記載の発明に関し、薄板状に形成されていると共に
これの少なくとも一方の面を凹凸面としている。

そして、請求項５記載の発明は、上記請求項４記載の発
明に関し、凹凸面における凸部の形状を、山形としてい
る。

他方、この出願の請求項６記載の発明は、感圧センサに
関し、請求項５に記載の感圧導電性エラストマー組成物
と、この感圧導電性エラストマー組成物の一方の面に設
けた一組の行電極と、前記感圧導電性エラストマー組成
物の他方の面に設けた一組の列電極とを具備し、前記行
・列電極の交差点を検出子としている。

又、請求項７記載の発明は、感圧センサに関し、可撓性
を有するシートに支持された一組の行電極と、可撓性を
有するシートに支持された一組の列電極と、前記行・列
電極相互間に介在させた請求項５に記載の感圧導電性エ
ラストマー組成物とを具備し、前記行・列電極の交差点
を検出子としている。

更に、請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明に関
し、可撓性を有するシートに、導電性インクを印刷して
行・列電極を構成させている。

〔作用〕

この出願の発明は次のように作用する。

（請求項１〜５記載の発明の作用） 感圧導電性エラストマーに外力が作用すると、これの表
面に形成された凸部は押込まれるべく変形せしめられる
が、前記凸部を変形させるに要する外力は、両面が平坦
な従来のものと比較して極めて小さなものとなる。

そして、上記変形状態では、凸部近傍では導電性付与剤
相互が接近することから、この部分の感圧導電性エラス
トマーとしての抵抗は小さくなる即ち、このものでは、
外力の微小な変化に対しても抵抗が変化しやすいものと
なる。

又、請求項３に記載した発明のような構成とすれば、粒
子の焼成の程度を変えれば、炭化部の厚みを変えること
ができるので、組成物の機械的特性を変えることなく加
圧導電特性を容易に変えることができる。

（請求項６及び７記載の発明の作用） 行・列電極を介して感圧導電性エラストマーに外力が作
用すると、前記エラストマーの表面に形成された凸部は
押込まれるべく変形せしめられるが、前記凸部を変形さ
せるに要する外力は、両面が平坦な従来のものと比較し
て極めて小さなものとなる。

そして、上記変形状態では、行・列電極と凸部との接触
面積は増加すると共に凸部近傍では導電性付与剤相互が
接近することがら感圧導電性エラストマーとしての抵抗
は小さくなる。

即ち、このものでは、外力の微小な変化に対しても、行
・列電極間における感圧導電性エラストマーの抵抗が従
来のものと比較すると変化しやすいものとなる。

（請求項８記載の発明の作用） 非常に厚みの小さい行・列電極が形成できることとなる
。

〔実施例〕

以下、この発明の構成を一実施例として示した図面に従
って説明する。

二の実施例のものは、この出願の発明を利用して接点検
出器を構成させたものであり、感圧センサとしては、第
１図及び第２図に示すように、組の行電極（１０）を有
する薄膜シート（１）と−組の列電極（２０）を有する
薄膜シート（２）と、前記薄膜シート（１）（２）相互
間に介装せしめられた感圧導電性エラストマー組成物（
３）とからなり、行・列電極（１０）（２０）を前記感
圧導電性エラストマー組成物（３）に接触させている。

そして、上記行・列電極（１０）（２０）のそれぞれに
信号を送出する端子手段と、前記行電極（１０）と列電
極（２０）間の抵抗を各交差点で検出すると共に、検出
した前記抵抗に応じて接点を示す出力供出手段とを具備
させている（端子手段及び出力供出手段は共に図示せず
）。

前記感圧導電性エラストマー組成物（３）は、第２図に
示すように、高分子材料を焼成・炭化してなる球状粒子
（３０）（手段の欄に記載した導電性付与剤と対応する
）を、絶縁性のゴム状弾性を有するマトリックス材料（
３１）に混入分散さ廿て構成したもので、厚さが０．３
ｍｍ程度の薄板状に形成されていると共にその両面に微
小な凹凸を形成している。前記球状粒子（３ｏ）の材料
としてはフェノール瘤脂が採用されており、マトリック
ス材料（３１）としてはシリコンゴムが採用されている
。

尚、この感圧導電性エラストマー組成物（３）における
上記球状粒子（３０）とマトリックス材料（３１）との
混合比率は４ｏ容量％程度としてあり、前記球状粒子（
３０）の粒径は３０μｍ程度としである。

薄膜シート（１）は可撓性を有するもので、その片面に
導電性インクを印刷するようにして行電極（１０）を構
成させである。

薄膜シート（２）は前記薄膜シート（１）と同様のもの
で、その片面に導電性インクを印刷するようにして列電
極（２０）を構成させである。

上記薄膜シート（１）（２）は、電極の厚みを加えて、
全体の厚さが０．０５ｍｍ程度となるように設定してあ
り、感圧導電性エラストマー組成物（３）との組合せ状
態において、感圧センサ（ＰＣ）としての厚みは０．４
ｍｍ程度となる。そして、この組立状態における行電極
（１０）と列電極（２０）の各交差点が検出子（図示せ
ず）となる。

したがって、例えば、この感圧センサ（ｐｃ）を第４図
に示す如くロボットハンド（５）の指（５０）に添設し
、対象物（Ｐ）を掴ませると、その物体の有無や把持の
確認が判り、さらにロボットハンド（５）に固有のｘ−
ｙ−ｚ座標に対し、実際に把持したした物体の位置検出
、及び物体の形状をも検出可能となる。

尚、感圧センサ（ＰＣ）の二つの状態である、対象物（
Ｐ）を把持していない第２図に示す状態と、対象物（Ｐ
）を把持している第３図に示す状態とを微視的に比較し
てみると、後者の状態では、行・列電極（１０）（２０
）と感圧導電性エラストマー組成物（３）における凸部
（３２）との接触面積は増加していると共に凸部（３２
）近傍では球状粒子（３０）（３０）相互が接近して密
状態となっている。即ち、この実施例の接点検出器によ
ると、作用の欄に記載したように、外力の微小な変化に
対しても、行・列電極（１０）（２０）間における感圧
導電性エラストマー組成物（３）の抵抗が従来のものと
比較すると大きく変化することとなり、高感度のロボッ
トハンドが提供できることとなる。

尚、上記した実施例では、この出願の発明をロボットハ
ンド（５）における触覚センサに採用したが、これに限
定されることなく、歯の噛合測定用検出センサとしても
使用できる。

又、上記実施例では、導電性付与剤として、高分子材料
を焼成・炭化してなる球状粒子（３０）としたが、これ
に限定されることなく、ニッケル粒子等の金属粒子、カ
ーボン粒子又はグラファイト粒子を採用してもよい。

更に、上記した感圧導電性エラストマー組成物（３）の
凹凸は、両面に形成してもよいし、片面のみに形成して
もよい。そして、前記凹凸における凸部は、第２図に示
すような半球状のものに限定されるものではなく、山形
状としてもよい。

他方、上記した感圧導電性エラストマー組成物（３）の
表面の凹凸は、例えば、デフラッシャーにより形成して
もよいし、又、金型に、たとえばショツトブラストなど
によって梨地模様の凹凸を形成しておき、この成形体を
利用して成形してもよく、更には、粗面を製造できるあ
らゆる方法を採用することができる。

したがって、感圧導電性エラストマー組成物（３）の表
面の粗さを所望に変えることにより、マトリックス材料
（３１）の材質を変えることなく容易にセンサとしての
感度を変えることができることとなる。

〔発明の効果〕

この発明は、上述の如くの構成を有するものであるから
、次の効果を有する。

（請求項１〜４記載の発明の効果） 外力の微小な変化に対しても抵抗が変化する、高感度の
感圧導電性エラストマーが提供できた。

（請求項５及び６記載の発明の効果） 小さな外力でも確実に検出できる、高感度の感圧センサ
が提供できた。

（請求項７記載の発明の効果） 非常に厚みの小さい行・列電極が形成できることから、
薄い感圧センサが提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの出願の発明に係る感圧センサの構成説明図
。第２図は前記感圧センサの要部断面図。第３図はロボ
ットハンドが対象物を把持したときにおける前記感圧セ
ンサの要部断面図。第４図はロボットハンドと対象物の
斜視図であり、図中・・・薄膜シート　　（２）・・・
薄膜シート・・・感圧導電性エラストマー ）・・・行電極　　（２０）・・・列電極）・・・球状
粒子　（３１）・・・ゴム材料）・・・凸部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性付与剤を、絶縁性のゴム状弾性を有するマト
   リックス材料に混入分散させて構成し、前記マトリック
   ス材料の少なくとも一表面を凹凸面としたことを特徴と
   する感圧導電性エラストマー組成物。 ２、導電性付与剤を、カーボン粒子又は金属粒子により
   構成したことを特徴とする請求項１記載の感圧導電性エ
   ラストマー組成物。 ３、導電性付与剤を、球状粒子とした高分子材料を焼成
   ・炭化してなるものとしたことを特徴とする請求項１記
   載の感圧導電性エラストマー組成物。 ４、薄板状に形成されていると共にこれの少なくとも一
   方の面を凹凸面としてあることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の感圧導電性エラストマー組成物。 ５、凹凸面における凸部の形状を、山形としたことを特
   徴とする請求項４記載の感圧導電性エラストマー組成物
   。 ６、請求項５に記載の感圧導電性エラストマー組成物と
   、この感圧導電性エラストマー組成物の一方の面に設け
   た一組の行電極と、前記感圧導電性エラストマー組成物
   の他方の面に設けた一組の列電極とを具備し、前記行・
   列電極の交差点を検出子としたことを特徴とする感圧セ
   ンサ。 ７、可撓性を有するシートに支持された一組の行電極と
   、可撓性を有するシートに支持された一組の列電極と、
   前記行・列電極相互間に介在させた請求項５に記載の感
   圧導電性エラストマー組成物とを具備し、前記行・列電
   極の交差点を検出子としたことを特徴とする感圧センサ
   。 ８、可撓性を有するシートに、導電性インクを印刷して
   行・列電極を構成させたことを特徴とする請求項７記載
   の感圧センサ。