JPS5815210A - 感圧抵抗素子 - 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】 本発明は新しい構成の感圧抵抗素子に関するものである
。

従来感圧抵抗素子用の導電性ゴム状弾性体としては、絶
縁性ゴム弾性体中に金属粉粒体やカーボンブラックを混
合分散させたもの、あるいはスポンジ吠体中にそれら導
電体粒子を分散させたものなどが種々開発されている。

これらは印加圧力によってゴム伏仰性体中で、粒子間の
接触の機会が増加および／または当接している電極との
冥質接触面積が増加することによって、対電極間の抵抗
値が小さくなる機構のものである。この印加圧力によっ
て導電性ゴム状弾性体が圧縮蛮形するが、それによって
該絶縁性ゴム弾性体マ）９ツクスと上記導電体粒子との
間に剥離のせん断が働き、マトリックスと粒子との間に
接着剤やカップリング劃を使用して接着力を強固にして
あっても、くり返しの印加圧力あるいは大きい歪変形に
より、マトリックスと導電体粒子とは分離し、初期の抵
抗〜圧力の関係維持が困難で信頼性が低い欠点がある。

この圧縮賓形量を小さくしてそれらの欠点を改良する場
合には、圧縮方向の厚みがうす物に制酸されたり、圧力
と抵抗値関係の微ｍＷＪが極めて困難とされるなどの不
利がある。

例えば、米国特許第４，１９９，６３７号、同ＩＪ４゜
２０３、０８８号、同第４，２１０，８９５号、同＄４
゜２０９．４８２号等の明細書には、印加圧力により過
接電極面積内で貫通する針状体の数が増加する構造の感
圧抵抗素子が開示されているが、これらは線状、針状体
の座届、屈曲等の永久費形によりその信頼性を失う欠点
を有している。したがってこれらの導電性ゴム状弾性体
を使用した感圧抵抗素子はきわめて限定された仕様範囲
で使用される不利を持っている。

また特公昭１５５−２６５６５号公報には、その図面に
示されているように、感圧抵抗構造体が押圧によってそ
の表層部に導電性粒子を混合した弾性体Ａ群の分布密度
を高め、一方その構造体内部に導電性粒子を混合しない
弾性体３群の分布密度を高めるよう（ユ構敗した感圧抵
抗体が示されている。しカルこれは弾性体Ａ群とＢｔｎ
を上記機能が発揮されるようにＭ合分散させたものであ
るため、そのＩＩｓ戚が検線であり、したがって工程管
理がやっかいでコスト高なものになるという不利がある
ほか、品質のバラツキ、感圧抵抗の不安定さが認められ
る。

さらに実公昭４９−８２６９２号公報には、圧縮の程度
によって電気抵抗値が変化する導電性スポンジが開示さ
れているが、このものは例えばそのスポンジ構造か独立
気泡スポンジの場合は、セルの膨出ないゃ借出費形によ
る内壁の仲働、屈曲がくり返されるし、またホームラバ
ーあるいは連続気泡スポンジの場合は、セル内壁の屈曲
が鋭角状に住じるので、いずれの場合にもセル内壁の疲
労が早期に発止し易い不利がある。

本発明は、かかる不利、欠点を解決した感圧抵抗素子を
提供しようとするもので、これは電極間に、少なくとも
表面層が導電性であるゴム状弾性体よりなる粒状体を集
塊状態で配設してなり、抑圧時には粒状体の押圧による
借出および／または膨出変形により、電極と粒状体、お
よび粒状体相互の接触面積が増加し、抑圧を解除すると
該接触面積が減少するように構成したことを特徴とする
感圧抵抗素子に関するものである。

この本発明によれば導電性ゴム弾性体の集塊を構成する
粒状体が抑圧に応じ借出ないし膨出し、これによって粒
状体相互の接触面積が増加して電気抵抗値が変化する機
構のものであるから、その構成は従来のような棲雑な構
成のものではなく、しかも疲労がきわめて生じ難く、信
頼性は抜群に高いものである。

本発明に使用される導電性であるゴム状弾性体の粒状体
は、絶縁性のゴム弾性体マトリックス中に金属粉粒体や
カーボンブラック等の導電性部材を混合分散させたもの
を粒状としたもの、あるいはあらかじめ粒状体とされた
絶縁性ゴム弾性体の表面に導電性ゴムの被覆層を形成し
たものなどいずれでもよく、あるいはまた絶縁性ゴム弾
性体粒子の表面に導電性ゴム弾性体細粒が密に層状に接
合されているものでもよいが、この導電性ゴム状弾性体
としては比抵抗が１０−’　ｏｈｍ−（２）〜１０’０
ｈｎＩ−国の範囲内のものであることが望ましい。

導電性ゴム状弾性体は粒状体の形で使用するのであるが
、これは加硫によって導電性ゴム状−性体を構造する際
に所定形状の粒状体に成形加硫することにより得ること
ができるほか、シート状もしくは棒杖、塊状、ひも状等
の導電性ゴム状弾性体を、適当な大きさの粒状体に、粉
砕、切断あるいは裁断して得たものでよい。したがって
、これら粒状体の断面形状あるいは投影形状などには特
に制限がなく、粉体工学で示されるあらゆる形状のほか
、リング状、パイプ状、中空体、多孔質体等いずれも含
まれる。

粒状体がこれらのいずれのものであっても、その最大外
径が１０μｍ〜１０ｍ（好ましくは５０声！２１〜！Ｓ
−）であり、断面の実面積が７５声−〜１００−（好ま
しくは２００μｍ１〜７５−）であるものが望ましい。

これがあまりに小さいものであると、前記した機能を備
えた感圧抵抗素子を構成することが困難である。すなわ
ち、粒状体間の摩擦力と粒状体側々の弾性復元力のバラ
ンスが悪くなり易く集塊状態での弾性復元力が不足し具
合が悪く、印加圧力と抵抗値関係の微調節を行い離いも
のとなる。−万この粒状体が大きすぎると、この導電性
ゴム状弾性体の体積に対する表面積の比が小さくなるこ
とによって、抑圧時の圧縮による膨出表面の固有抵抗が
大きくなる傾向があり、抑圧による抵抗変化量があまり
変らないものとなるほか、圧縮される際、粒状体表面の
借出仲働による摩擦力が大きなものなり１表面でのタラ
ツキングが生じ易くなるという不利がある。

なお、導電性ゴム状弾性体の粒状体は前記した平均直径
の範囲のものであれば、大小まざっていても原則的には
差支えないが、望ましくは直径のそろったものあるいは
粒体分布巾をできるだけ小さい状態で、さらには形状を
そろえて使用することがよい。

本発明は上記した粒状体が集塊状態で電極間に配設され
るものであるが、この集塊状態とは粒状体が堆積構造を
形成し、粒状体が１個１個分離せず、密充填状態、整配
列の堆積状態あるいは縁に充填堆積している状態であっ
て、各粒状体のもつ、例えば中堅構造、多孔質構造を除
く！２Ｈ率は５〜８０％、粒状体の実容積によっても興
なるが好ましくは１０〜７５％、より好ましくは２０〜
７０％である。５％より小さいと抵抗値費化量を太き（
得難く、８０％より大きいと粒状体表面の伸張による抵
抗値増加あるいは粒状体間の摩擦劣化が生じ易く、粒状
体間の粘着が発注したりし易いので、信頼性の維持が困
難なものとなる。

本発明におけるかかる粒状体の集塊状態はその外観形状
が板状体、柱吠体、環状体、球面体で透影外観はその外
径表面が平滑面ないし粗面、凹凸面を呈する。

このような粒状体の集塊状態の外観形状は、印加圧方向
での厚み、高さは遥ばれた粒状体最大外径の平均が大き
いものを用いた場合にはＯａ倍〜Ｓ倍、小さい方のもの
を用いた場合には０．５倍〜１００倍にて行うのがよく
、先の粒状体外径、空隙率の効果的な範囲と相まってさ
らに信頼性を高めるのに有効である。

この集塊状態は通常電極間の配役に際し、動作していな
いときの電極への接触あるいは離間は限定しないが、抑
圧の方向に垂直な面の周囲はできるだけ、他の固い部材
に接触していない方がよい。

押圧を解除したとき元の厚みに復帰し易い柔軟なゴム状
弾性体に接触している場合は、そのゴム状弾性体の弾発
挙動により上記復帰が助勢されるので具合よく、一体化
しているものはさらに具合がよい。

粒状体の集塊状態は加硫した導電性ゴムの粒状体を平面
状で敷設し、つぎに加硫し得る未加硫導電性ゴムの粒状
体を重ねて敷設し必要により交互多重に積層堆積して、
加硫するその際空隙率を維持して型わ（に入れ熱圧して
加硫してもよい。あるいは上記粒状体は初めに全て加硫
し得る未加硫導電性ゴムであって堆積状態を維持して熱
風加硫、蒸気加硫も行ない得る。またあるいは加硫導電
性ゴム粒状体と加硫し得る。未加硫ゴム粒状体を適度な
割合で均一分散混合して堆積させたものな加硫させても
よい。さらには導電性および／または絶縁性の加硫およ
び／または未加硫ゴム粒状体を、底が通液性の容器状の
もの例えばふるいやざるの中に堆積させてＮｍで流体で
あり硬化後ゴム弾性体を呈し、導電性となるゴム液状原
料に浸積して、ろ過あるいは蒸留塔における充填層のバ
ブリング状態のない、液ぬれ状態で液状ゴム原料を硬化
させる方法によってもよい、液状ゴム原料はシリコ−ｙ
ゴムにおいては室温硬化、加温硬化の二液型、二液型の
いずれでもよく、また溶剤を使用してもよい０粒状体が
平面に一層に敷設状態をなし集塊化してもよい。

本発明の集塊状態にある粒状体（図面における集塊２）
に配設される電極は、可と５性、剛体、墓板上にエツチ
ング形成されたもの、あるいは従来公知のビン状、板状
、リボン状の接触子形拭のもの、針金状、可とう性、弾
力性金属薄板、箔を可よう性合成樹脂、合成ゴムシーシ
状、板状体に一体的にしたものあるいは蒸着、スパッタ
により形成されたものなどいずれでもよく、また必姿に
より貴金属メッキ処理してもよい。

電極は■上記集塊状態を挾む、■集塊状態表面に並設す
る、■集塊状態を少なくとも１個が貫通する、などで配
置するが、１個の集塊は対し極数は２極ないし３輪以上
で配置される。

本発明の具体的内容を図面に基づき説明すると、第１図
は電極８．８電間に導電性粒子１を集塊２として配設し
た構成からなる感圧抵抗素子の概略断面図を示したもの
で、同図（ａ）は非押圧状態をまた（ｂ）は押圧状態を
それぞれ示す。この（ｂ）図から判るように、抑圧によ
り電極と導電性粒子との接触面積が増加すると共に粒子
相互が接触し、この結果電極８，８電間の抵抗が非押圧
時ｃａ図）に比べて大巾に小さくなる。

８２図は電極配置を別の構成としたもので、これは同図
（ａ）に示したように、片側の支持板４に導電性粒状体
からなる集塊２を固定する層すを設けである。この１１
１５は導電性、絶縁性のいずれでもよい。そして反対側
の支持板４′にｎ対電極８゜８’、８’が設けられてい
る。もちろんこの対電極は２極以上であればよい。同図
（ｂ）は（ａ）図において導電性粒子が電極面に押圧さ
れた状態を示したものであり、これにより８．８’、８
’間が都連状態となる。

第３図、第４図および第５図は本発明の感圧抵抗素子を
応用した装置の二三の例を示したものであり、例えばカ
リキュレータ−１電話その他マイクロコンピュータ装置
のセンサースイッチ、電子機器用センサースイッチ、多
項目入力装置ないし抵抗−汗力巾を大きくして演奏効果
すなわちアフターコントロールを可能とした押釦状ない
しはけん譬下に使用した電子楽器あるいは電子玩具など
のキーボード装置として使用するもの、およびＭＥ用の
圧力センサー等に使用するものである。第３図中支持板
４紘可とう柱体でも剛体でもよい。

第３図〜第５図中６は絶縁性ゴム弾性体であり、これは
多孔質体、発泡体でもよ（、また絶縁性ゴム弾性体粒か
らなる集塊状態の成形体でもよい。

本発明は上記図面に基づ（説明からも判るように、導電
性ゴム状粒状体の粒子１ｆＡ１個が電気・電子ｍｉｓの
信頼性を１００％満さなければならないというものでは
なく粒状体の集塊状態において前記した機能（効果）が
果されればよい。粒体工学的、化学工学的領域において
確立された分野の取扱いで、電気・電子機器向けの品質
管理、加工装置、組立装置等の自動化等のきわめて容易
なものとなる。このことは粒状体の集塊において例えば
そのうち１個あるいは２個が不発明にいうｍ能を備えて
いない不良品としても、集塊状態物１個における機能、
さらに例えば第３図、第４図、第５図のような構造で集
塊の単位ごとの不良は皆無なものとなる、という意味で
実際上はきわめて大きな利点である。

本発明による他の利点は抵抗−圧力の関係を容易に１１
節することができるということであり、ゴム状弾性体粒
子が圧縮変形する際、粒子固体の体積と自白表面積の比
を大きくすることによって、粒子内部でのクリープを小
さくシ、粒子物相互の接触面積変化と対電極との接触面
積変化による相乗面積変化による抵抗−圧力の変化中を
大きくし、これにより調節が容具となり、信頼性が大き
くなるという利点が与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する感圧抵抗菓子のもつとも基本的
な構成を示す概略断面図を示したものでその（ａ）図は
非押圧状態、（ｂ）図は押圧状態を示す。 第２図は電極配置を別の構成とした感圧抵抗素子の概略
断面図を示したもので、その（龜）図は非押圧状態、（
ｂ）図は抑圧状態を示す。 ｓ３図（ａ）　、　（ｂ）はセンチ−スイッチ、ｌ１４
１＆（１１）　、　（ｂ）はキーボードスイッチ、１８
５図（＆）。 （ｂ）は）ＪＲ圧力センサーとしてのそれぞれ使用態様
を示したものである。 ｌ・・・導電性粒子 ２・・・集塊 ３　、　Ｂｙ　、　３′、　Ｂｔｔｐ・・・電極４．４
′　　・・・支持板 ６・・・集塊２を固定する層 ６・・・絶縁性弾性体 特許出願人　信越ポリマー株式会社 、□Ｈｌ　図 第５図 （Ｏ）（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電極間に、少なくとも表面層が導電性であるゴム状
   弾性体よりなる粒状体を集塊状態で配設してなり、抑圧
   時には粒状体の押圧による傍出および／または膨出変形
   により、電極と粒状体、たことを特徴とする感圧抵抗素
   子。