JPH09104817A - 感圧導電性エラストマー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 無加圧状態と加圧状態における抵抗値の変化
を大きくできると共に、繰り返し圧縮に対する耐久性に
優れた感圧導電性エラストマーを提供する。 【解決手段】 シリコーンゴム２中にカーボンブラック
１が分散されており、さらに、球形状で非弾性のフィラ
ー３が分散されている。このフィラー３の分散により、
無加圧状態では、カーボンブラック１が分離状態とな
り、上面４と下面５とが非導通状態となる。一方、加圧
状態では、カーボンブラック１が連通状態となり、上面
４と下面５とが導通状態となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力接点スイッチ
等に使用され、無加圧状態では、高抵抗を示し、加圧状
態で低抵抗を示す感圧導電性エラストマーに関するもの
であり、より詳しくは、無加圧状態と加圧状態における
抵抗変化を大きくできると共に、繰り返し圧縮に対する
耐久性に優れた感圧導電性エラストマーに関する。

【０００２】

【従来技術】感圧導電性エラストマーは、無加圧状態で
は、高い抵抗性あるいは絶縁性を有し、加圧状態では、
この加圧により歪みが生じた部分が導電化するものであ
る。感圧導電性エラストマーは、上記のような性質を有
するため、以下のような用途に使用される。すなわち、
感圧導電性エラストマー製のシートの表裏面に電極を配
置し、シートの特定の部分を圧迫した場合、この部分の
両電極間に導通を生じ、一方、シートの他の部分におけ
る両電極間では、導通を生じないという見かけの導電異
方性（シートの表裏方向にだけ導電性を有する）を利用
した用途、例えば、インターコネクターとして使用され
る。また、感圧導電性エラストマーは、圧力測定スイッ
チ等、加圧による導電化、及び無加圧による高抵抗化の
繰り返し変化を利用する圧力接点スイッチとして利用さ
れる。

【０００３】ところで、従来、感圧導電性エラストマー
として、絶縁性エラストマーに導電性カーボン・ブラッ
クを配合したものや、絶縁性エラストマーにニッケル、
銅等の金属粒子を配合したものが知られている。さら
に、特開昭５３−７９９３７号公報には、絶縁性エラス
トマーに直径４０ないし１６０μｍで角を落とした人造
黒鉛粒子を配合したものが開示されている。この人造黒
鉛は、石油コークス、或は石炭コークスを焼成した炭素
塊をさらに高温で黒鉛化した人造黒鉛を破砕した上、乳
鉢、或は高速の回転翼を有する容器中などで減摩するこ
とによって得られる。また、特公平６−５４６０３号公
報には、非導電性エラストマー中に、微小球状炭素粒子
と共に、粒子径が１０ないし１５０μｍの中空状弾性マ
イクロスフェアーが分散されてなる感圧導電性エラスト
マーが開示されおり、この構成にすることにより、耐久
性、耐衝撃性、及び抵抗変化範囲が広くなることが記載
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絶縁性
エラストマーに導電剤としてニッケルや銅等の金属粒子
を配合する場合には、金属粒子が酸化されるために、加
圧及び無加圧状態での抵抗値が経時的に変化してしまう
という問題がある。また、絶縁性エラストマーに導電性
カーボン・ブラックを配合する場合、ストラクチャーが
発達しているために、無加圧状態で絶縁状態になりにく
く、無加圧状態での抵抗値と加圧状態における抵抗値と
の差が小さくなり、圧力接点スイッチ等の用途に不向き
であるという問題がある。

【０００５】さらに、導電剤として、人造の黒鉛を配合
する場合には、角が取れて丸みがあるため、安定した大
きさの抵抗値変化を得ることはできるが、粒子を得るた
めに上記のようの煩雑な作業が必要であり、コスト高と
なる。一方、このような煩雑な作業を施さないで角があ
る状態の天然黒鉛を配合することも考えられるが、加圧
の際に、黒鉛粒子の角部に応力が集中し、破壊変形が生
じる等、耐久性に問題がある。また、非導電性エラスト
マー中に、中空状弾性マイクロスフェアーを分散してな
る感圧導電性エラストマーでは、加圧状態と、無加圧状
態における抵抗値の変化を充分に確保することが困難で
ある。

【０００６】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、無加圧状態と
加圧状態における抵抗変化を大きくできると共に、繰り
返し圧縮に対する耐久性に優れた感圧導電性エラストマ
ーを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために提案されたものであって、下記の点に特徴
を有するものである。すなわち、本発明によれば、非導
電性エラストマー中に、導電性粒子が配合されてなる感
圧導電性エラストマーにおいて、略球形状で非弾性のフ
ィラーが分散されてなることを特徴とする感圧導電性エ
ラストマーが提供される。

【０００８】また、本発明によれば、請求項１記載の感
圧導電性エラストマーであって、非導電性エラストマー
が、シリコーンゴムである感圧導電性エラストマーが提
供される。

【０００９】また、本発明によれば、請求項２記載の感
圧導電性エラストマーであって、フィラーの配合量が、
体積比でシリコーンゴム１００に対して１０ないし７０
である感圧導電性エラストマーが提供される。

【００１０】また、本発明によれば、請求項１ないし３
のいずれか１項記載の感圧導電性エラストマーであっ
て、導電性粒子が、カーボンブラックである感圧導電性
エラストマーが提供される。

【００１１】また、本発明によれば、請求項１ないし４
のいずれか１項記載の感圧導電性エラストマーであっ
て、フィラーの粒径が、１０ないし５００μｍである感
圧導電性エラストマーが提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１の発明に係る感圧導電性
エラストマーは、非導電性エラストマー中に、導電性粒
子が配合されてなる感圧導電性エラストマーにおいて、
略球形状で非弾性のフィラーが分散されてなることを特
徴としているものであり、これにより、無加圧時と加圧
時における抵抗変化を大きくできると共に、耐久性に優
れた感圧導電性エラストマーを提供できるというもので
ある。

【００１３】本発明において、非導電性エラストマー中
に分散される、球状で非弾性のフィラーとしては、シラ
ス・バルーン、シリカバルーン、ガラス・ビーズ等を例
示できる。すなわち、発明におけるフィラーは、特公平
６−５４６０３号公報に記載された中空状弾性マイクロ
スフェアー、すなわち、塩化ビニリデンとアクリロニト
リルのコポリマーを殻とし、イソブタン等の膨張剤を内
包してカプセル化したものを膨張・乾燥させたＰＶＤＣ
マイクロバルーン等とは明確に区別されるものである。

【００１４】本発明における技術的特徴は、前述した如
く、非弾性のフィラーを使用することにあり、これによ
って、加圧時と、非加圧時との抵抗値の変化を大きくで
きるために、圧力接点スイッチ等の用途に対して好適に
適用できるものである。また、本発明では、フィラーが
略球形状であるので、応力が特定の箇所に集中すること
はなく、感圧導電性エラストマーの繰り返し圧縮に対す
る耐久性が向上するというメリットを併せ持つものであ
る。なお、本発明において用いられる非弾性のフィラー
は、非弾性であるかぎりにおいて、中実状のものばかり
でなく、中空状のものも使用できることはもちろんであ
る。本発明において、フィラーの形状が、略球形状であ
るとは、必ずしも真円だけを意味するものではなく、鋭
角部分を有するものでない限り、楕円状、そら豆状等の
形状から成るものをも含まれる。

【００１５】また、請求項２の発明に係る感圧導電性エ
ラストマーでは、非導電性エラストマーがシリコーンゴ
ムであることを特徴としているる。このようにシリコー
ンゴムを使用することにより、耐熱性、電気的性質、耐
化学薬品性に優れたものとなる。本発明において、シリ
コーンゴムとしては、一般的なものを使用できるが、液
状シリコーンゴムを使用するのが、感圧導電性エラスト
マーを成形する際のフィラーの混合工程において、混合
物が破壊しにくいという点において好ましい。

【００１６】また、本発明において、略球形状で非弾性
のフィラーとしてガラス・ビーズが分散される場合、中
空状のガラス・ビーズ（粒径１０ないし５００μｍ）を
使用するのが好ましい。これは、中空のガラス・ビーズ
を使用すると、その密度をシリコーンゴムに近付けるこ
とができ、ガラス・ビーズの分散性が良くなるからであ
る。また、球形状で非弾性のフィラーとしてガラス・ビ
ーズを使用した場合、人造黒鉛を製造する場合とは異な
り、石炭コークスを焼成した炭素塊をさらに高温で、黒
鉛化した人造黒鉛を破砕した上、乳鉢、或は高速の回転
翼を有する容器中などで減摩するという煩雑な工程が不
要となるため、ひいては、感圧導電性エラストマーの製
造作業が容易となる。

【００１７】また、請求項３の発明に係る感圧導電性エ
ラストマーは、フィラーの配合量が、体積比でシリコー
ンゴム１００に対して１０ないし７０である点に特徴を
有するものである。フィラーの配合量が１０よりも小さ
いと、感圧導電性エラストマーが無加圧状態にある時
に、導電粒子の連鎖状態が分離しにくくなる傾向にあ
り、配合量が７０を越えると、感圧導電性エラストマー
の強度が低下する傾向にある。

【００１８】また、請求項４の発明に係る感圧導電性エ
ラストマーは、非導電性エラストマー中に配合される導
電性粒子が、カーボンブラックである点に特徴を有する
ものである。本発明では、導電性粒子として、上記の如
くカーボンブラックを使用した場合であっても、略球形
状で非弾性のフィラーによって、カーボンの連鎖が分離
されるため、感圧導電性エラストマーは無加圧状態で確
実に絶縁状態となる。

【００１９】一方、加圧状態では、略球形状で非弾性の
フィラーによって分離状態にあった導電性カーボン粒子
が接触し、導通状態となる。よって、本発明によれば、
無加圧時には高抵抗を示し、加圧時に低抵抗を示す、す
なわち、抵抗値変化の大きい感圧導電性エラストマーが
提供される。さらに、本発明によれば、導電性粒子にカ
ーボンブラックを使用しており、カーボンブラックが、
補強効果を発揮するので、感圧導電性エラストマーの耐
久性も向上する。

【００２０】また、請求項５の発明に係る感圧導電性エ
ラストマーは、フィラーの粒径が、１０ないし５００μ
ｍ、特に１００ないし３００μｍである点に特徴を有す
るものである。フィラーの粒径が１０μｍよりも小さい
と、無加圧時に導電性カーボンの連鎖を離すことができ
なくなる傾向にあり、粒径が５００μｍよりも大きいと
感圧導電性エラストマーをシート状に加工した場合の強
度が低くなるという傾向がある。

【００２１】本発明において、非導電性エラストマーと
しては、上記の如く、シリコーンゴムを使用するのが、
最適であるが天然ゴム、クロロプレン、ＳＢＲ、ＮＢ
Ｒ、シリコーンゴム等の合成ゴム、ウレタン、ポリエス
テル系、ＥＶＡ等の熱可塑性エラストマー、ウレタンを
使用することも可能である。

【００２２】本発明に係る感圧導電性エラストマーは、
例えば、図１（ｂ）及び（ｃ）の如く模式的に示される
ものであり、図１（ａ）に示されるシリコーンゴム２に
カーボンブラック１が分散されてなる混合物中に、球形
状で非弾性の中空のガラスビーズ３が分散されてなるも
のである。図１（ａ）の混合物においては、カーボンブ
ラック１が連鎖状態となっており、上面４及び下面５が
導通状態にあるのに対して、図１（ｂ）に示す如く、球
形状で非弾性のフィラーが配合された場合、無圧力状態
では、カーボンブラックの連鎖状態が分離して、上面４
及び下面５が非導通状態となる。一方、上面４を加圧す
ると、図（Ｃ）に示す如く、導通状態となる。

【００２３】

【実施例】以下、実施例ならびに比較例に基づいて本発
明を説明する。実施例１ 液状シリコーンゴム（商品名：ＫＥ−１３００シリコー
ンゴム 信越化学工業社製）１００ｇに対し、カーボン
ブラック（商品名：ケッチェンブラックＥＣ−Ｐ ライ
オン社製）を２５ｇ配合し、攪拌機で混合した。そこ
に、平均粒子径１５０μｍの中空ガラスビーズ（比重
０．９）５０ｇ（体積比でシリコーンゴム１００に対し
て５２）と硬化剤（商品名：ＣＡＴ−１３００信越化学
工業社製）を１０ｇ配合し、混合した。上記混合物を１
００℃、３０分間ギヤーオーブンにて加熱し、肉厚２ｍ
ｍのシートを成形した。得られたシートを２ｃｍ×２ｃ
ｍの大きさに切断し、押圧力と電気抵抗との関係を測定
し、図２に示した。なお、図２において、実線で示すの
は、初期値であり、破線で示されているのは、１００万
回圧縮後の値である。

【００２４】比較例１ 中空ガラスビーズを配合しない点以外は、上記実施例１
と同様にシートを作成し、押圧力と電気抵抗との関係を
測定し図３に示した。なお、図３において、実線で示す
のは、初期値であり、破線で示されているのは、１００
回圧縮後の値である。上記図２から実施例１の場合、長
期間にわたって安定した感圧性を示すことが明らかとな
った。しかしながら、比較例１の場合、図３に示すよう
に、初期値こそ多少感圧性を示したが、１００回程度圧
縮すると、ほとんど感圧性が失われてしまった。

【００２５】比較例２ 中空ガラス・ビーズの代わりシリコーンゴムパウダー
（平均粒径：７０μｍ）を添加すること以外は実施例１
と同様にしてシートを作製した。実施例１と同様の条件
で、得られたシートの押圧力と電気抵抗との関係を測定
した結果、ほとんど感圧性を示さなかった。

【００２６】比較例３ 中空ガラスビーズ（比重０．９）の配合を５ｇ（体積比
でシリコーンゴム１００に対して５）とすること以外は
実施例１と同様の条件下でシートを作製した。実施例１
と同様の条件で、得られたシートの押圧力と電気抵抗と
の関係を測定した結果、感圧性を示さなかった。

【００２７】比較例４ 中空ガラスビーズ（比重０．９）の配合を７０ｇ（体積
比でシリコーンゴム１００に対して７５）とすること以
外は実施例１と同様の条件下でシートを作製し、実施例
１と同様の条件で得られたシートの押圧力と電気抵抗と
の関係を測定した結果、感圧性を示したが、強度が低く
容易に破断してしまった。

【００２８】比較例５ 実施例１と同様の導電性シリコーンゴムに平均粒径８μ
ｍの中空でないガラスビーズ（比重２．５）を５０ｇ添
加（体積比でシリコーンゴム１００に対して１９）して
シートを作製し、実施例１と同様の条件で、得られたシ
ートの押圧力と電気抵抗を測定した。この結果、無加圧
状態でも導通しており、感圧性を示さなかった。

【００２９】比較例６ 実施例１と同様の導電性シリコーンゴムに平均粒径７０
０μｍの中空でないガラスビーズ（比重２．５）を５０
ｇ添加（体積比でシリコーンゴム１００に対して１９）
してシートを作製し、実施例１と同様の条件下で得られ
たシートの押圧力と電気抵抗を測定した。その結果、感
圧性は示したが比較例４と同様容易に破断してしまっ
た。上記実施例では、シートの成形をギヤーオーブンに
よる加熱のみで行っているが、電熱プレスによって成形
することもできる。この場合の電熱プレスの条件は、例
えば、成形温度１２０℃、成形時間１５分、成形圧力５
０ｋｇ／ｃｍ² とされる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、非加圧時と加圧時にお
ける抵抗変化を大きくできると共に、耐久性に優れた感
圧導電性エラストマーを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はフィラーを配合前の混合物中のカーボ
ンブラックの状態を示す模式図、（ｂ）はフィラーが配
合され無加圧力状態とされた感圧導電性エラストマーを
示す模式図、（ｃ）は図１（ｂ）が加圧された状態を示
す模式図である。

【図２】実施例における押圧力（Ｆ）と電気抵抗（Ｒ）
との関係を示すグラフであり、実線で示すのは、初期値
であり、破線で示されているのは、１００万回圧縮後の
値である。

【図３】比較例における押圧力（Ｆ）と電気抵抗（Ｒ）
との関係を示すグラフであり、実線で示すのは、初期値
であり、破線で示されているのは、１００回圧縮後の値
である。

【符号の簡単な説明】 １ カーボンブラック ２ シリコーンゴム ３ フィラー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非導電性エラストマー中に、導電性粒子
   が配合されてなる感圧導電性エラストマーにおいて、略
   球形状で非弾性のフィラーが分散されてなることを特徴
   とする感圧導電性エラストマー。
2. 【請求項２】 前記非導電性エラストマーが、シリコー
   ンゴムである請求項１記載の感圧導電性エラストマー。
3. 【請求項３】 前記フィラーの配合量が、体積比でシリ
   コーンゴム１００に対して１０ないし７０である請求項
   ２記載の感圧導電性エラストマー。
4. 【請求項４】 前記導電性粒子が、カーボンブラックで
   ある請求項１ないし３のいずれか１項記載の感圧導電性
   エラストマー。
5. 【請求項５】 前記フィラーの粒径が、１０ないし５０
   ０μｍである請求項１ないし４のいずれか１項記載の感
   圧導電性エラストマー。