JPS5829601B2 - 感圧抵抗素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規かつ改良された構造を有する感圧抵抗素子
に関するものである。

従来、非導電性ゴム弾性マトリックス中に導電性粒子を
分散配合さぞてなる感圧抵抗部材が広く知られ、この感
圧抵抗部材は相対電極間に配置されて、上記感圧抵抗部
材に押圧力を印加することに伴なう相対電極間の抵抗値
変化を取出すようにして感圧可変抵抗素子として使用さ
れているが、上記した抵抗値変化を取出す方式には大別
してつぎのような二つの方式がある。

すなわち、その一つは例えば米国特許第 ２７５２５５８号に見られるように、感圧抵抗部材に押
圧力を印加した際に感圧抵抗部材の電極に対する接触面
積を大きく変化さぞて抵抗値変化を取出す方式であり、
他の一つは例えが米国特許第３６９９２９３号に見られ
るように、感圧抵抗部材に押圧力を印加した際に感圧抵
抗部材内に含有される導電性粒子間の接触状態を大きく
変化させて抵抗値変化を取出す方式である。

しかしながら、上記前者の方式のものには可変抵抗領域
を大きくとることが困難であるうえに設計の自由度が小
さいという不利があり、一方後者の方式のものに釦いて
は比較的広い領域で抵抗値変化を取出せるが、これには
前者に比較して高い押圧力を必要とするために押圧力を
印加するための機構を設計するのに制約を受けるという
不利があるほか、上記両者はいずれも押圧力を印加した
際に感圧抵抗部材が大きく弾性変形するため、特に電極
のエツジ部と接触する部分には集中的に応力が作用し、
たび重なる押圧力の印加に伴なってこの部分から亀裂が
発生しやすく耐久性に乏しいという欠点があった。

本発明はかかる従来の感圧抵抗素子における不利、欠点
を解決してなる新規かつ改良された構造を有する感圧抵
抗素子を提供するものであって、これは剛性を有する押
圧治具と非導電性のゴム弾性マトリックス中に導電性粒
子を印加圧方向に傾向的に変化した分散密度で含有させ
た感圧抵抗部材とを接触配置してなることを特徴とする
ものである。

これを説明すると、本発明に係る感圧抵抗素子を構成す
る感圧抵抗部材は非導電性ゴム弾性マトリックス中に導
電性粒子を含有させ、押圧力の印加に伴なう導電性粒子
間の接触状態を変化させて抵抗値の変化を取出す方式の
ものであり、しかもこの導電性粒子は印加圧方向に傾向
的に変化した密度で分散されているから、可変抵抗領域
を無理なく大きくとることができるうえに、押圧力を印
加した際に感圧抵抗部材の特定部分に集中的に応力が作
用するということがなく、感圧抵抗部材の全体に均一に
分散した状態で応力が作用するので、耐久性にきわめて
すぐれ、長期間の使用にも安定した状態でその機能を発
揮させることができるというすぐれた実用的効果が与え
られる。

以下に本発明になる感圧抵抗素子を添付の図面に基づき
詳細に説明する。

昔ず、第１図は本発明の感圧抵抗素子の代表的一実施態
様を示すものであって、図中の１は感圧抵抗部材であり
、２は剛性を有する押圧治具である。

本発明の感圧抵抗素子に釦ける感圧抵抗部材１を構成す
る非導電性のゴム弾性マトリックスは、基本的には天然
ゴムまたは合成ゴムのいずれでもよいが、電気的性質、
耐老化性、ゴム弾性体としての機械的性質、成形加工作
業の容易性からはシＩＪ＝ｒ−ンーｆムが好１しく、こ
のシリコーンゴムとしては、室温で硬化するもの、加熱
により硬化するもの、あるいは（別の分類として）縮合
反応により硬化するもの、付加反応により硬化するもの
など各種のものがある。

他方、導電性粒子としては、各種金属たとえば鉄、ステ
ンレス、銅、クロム、チタン、タングステン、はう素、
けい素、ニッケル、コバルト、アルミニウム、亜鉛、ニ
クロムなどの金属の粒子、金属メッキされた粒子、粉粒
状の酸化第二すず、酸化銀もしくはカーボンブラック、
さらには細断した炭素繊維もしくは金属ホイスカーが例
示される。

なお、上記した各種の導電性粒子の大きさは最大直径が
かおむね０．１〜２００μｍの範囲にあるものがよく、
このような大きさのものであるかぎりそれら粒子はいろ
いろな形状のものであって差支えなく、たとえば球状、
立方体状、板状、粒状、棒状、針状、塊状、樹脂状、海
綿状、角状、けい角状、丸み状、不定形状（たとえば溶
融金属を水砕して得られるもの）など各種形状のものが
使用できる。

もちろんこれら各種形状のものを２種以上混合して使用
することもできる。

本発明における感圧抵抗部材はこれを得るにあたって、
非導電性ゴム弾性マトリックスに対する導電性粒子の配
合割合は、非導電性ゴム弾性マトリックスの素材である
ゴム配合物の種類、導電性粒子の種類、形状、比重など
によってその軽重しい範囲を異にするが、一般には非導
電性ゴム弾性マトリックス１００容量部に対し導電性粒
子を６０容量部を越えないようにすることがよく、これ
があ寸りに多すぎると得られる感圧抵抗素子は印加圧力
による可変抵抗領域がきわめて小さいものとなり、実用
に供し得なくなるので注意を要する。

逆に極端に少なすぎると導電状態にするための印加圧力
をきわめて大きくする必要が生じることはいう昔でもな
く、要は素材としてのゴム配合物釦よび導電性粒子の種
類に応じ、所望の印加圧力による可変抵抗領域が得られ
るように、適切な配合範囲をあらかじめ実験的に定める
べきである。

しかして、非導電性ゴム弾性マトリックス中に導電性粒
子を分散４−ｙるにあたっては、この分散密度をマトリ
ックス中において印加圧方向に傾向的、すなわち犬から
小、または小から犬に変化させることが必要とされるが
、このような分散状態を達成するには、前記した粒度範
囲からなる導電性粒子の所定量を、非導電性ゴムマトリ
ックスの素材としてのゴム配合物に均一に混合し、これ
を型に流し込むとかあるいはトッピング成形し、水平状
態で静置するかあるいは遠心力を与えるとか振動サヒる
などして導電性粒子をその粒度分布に応じ不均一に沈降
サセ、その沈降と併せてゴム配合物の増粘ゲル化（硬化
）を行わぜるという手段によればよく、硬化のための加
熱温度（室温で硬化させることもある）、硬化時間はゴ
ム配合物の粘度、成形品の厚さ、導電粒子の真比重、粒
子形状、粒度分布など、さらには所望する感圧抵抗素子
仕様に応じて定めればよい。

気泡含有はそれほど問題とはならないか、必要であれば
トッピング成形あるいは型に流し込んだ後減圧などの操
作により脱泡を行えばよい。

導電性粒子のマトリックス中における分散密度の変化状
態は、主として導電性粒子の種類に応じその粒度分布に
よって定するが、これは使用する導電性粒子についてそ
の粒度分布をあらかじめ調整することにより任意に変え
ることができる。

このような方法で製造するときにはゴム配合物は流動性
を有するものであることが必要とされることはいうまで
もなく、そのためにはゴム配合物素材としてシリコーン
すなわちオルガノポリシロキサンを使用するときには差
支えない範囲で比較的低重合度のものを選択使用すれば
よい。

室温硬化性のシリコーンゴム配合物などは比較的流動性
にすぐれたものであるので有利に使用することができ、
この場合には、この室温硬化性シリコーンゴム配合物に
前記した導電性粒子たとえば金属粒子の所定量を均一に
配合し、シート状に整えその１昔で水平にして静置ある
いは必要に応じ振動を与えるなどして室温で硬化させる
か、または硬化速度を速める必要があるときは加熱して
硬化させる。

この際ゴム配合物が徐々に増粘しゲル化（硬化）する間
に該導電性粒子はその粒度分布に応じてすなわち粒子の
大小に応じて異なった速さで下方に移行するので、結果
として硬化シートはその中の導電性粒子の分散密度がシ
ートの厚み方向（印加圧方向）に傾向的に変化したもの
となる。

上記にかいて、導電性粒子の沈降を観察すると粒子は自
由沈降よりはむしろ粒子が互いに干渉沈降するのが見ら
れ、となり合う粒子の影響あるいは沈降する粒子により
置換されるゴム配合物流体の上向き流れの影響などが相
混在し、これらの現象が各粒子の不連続挙動を達成し、
結果として比較的小さい印加圧で充分な可変抵抗領域を
有する耐久性にすぐれた感圧抵抗素子が得られるものと
考えられる。

非導電性ゴム弾性体中の導電性粒子の好筐しい分布は、
本発明により得られる感圧抵抗素子を上、中、下層の３
層に均等に分割した場合に、上層と下層との導電性粒子
の含有量の差は１〜３０容量係であり、上層中の導電性
粒子の含有量は０．０２容量係好捷しくは０．０５容量
係より小さくないようにするのがよく、これは両層の差
があ１りにも小さすぎると、くり返しの印加圧により非
加圧時の絶縁性が不良になったり、感圧抵抗の性質が変
化することになるからであり、上層中の導電性粒子があ
昔りにも少なすぎると導電性を得るためには極端に大き
な印加圧を与えなければならないからである。

なお、本発明においては導電性粒子をあらかじめプライ
マー処理することは任意であり、これによれば導電性粒
子とマトリックスの強固な接着固化が達成σれる。

また、本発明の感圧抵抗素子を構成する押圧治具２は本
発明の感圧抵抗素子の応用時におけるこれへの印加圧に
よって部分的に容易に変形しない程度の剛性を有する限
りその材質に制限はなく、この構成材料としては例えば
木材、金属、剛性を有する天然ゴム、合成ゴムあるいは
合成樹脂などをあげることができ、さらにはこれらの複
合材料からなるもの、例えばアスベスト積層板、ガラス
繊維、強化合成樹脂板なども使用することができる。

なか、第１図には感圧抵抗部材として単一のものを例示
したが、本発明はこれに限定されるものではなく同一も
しくは異なる分散密度を有するものの２枚を、導電性粒
子の分散密度が犬なる面同士もしくばそれの小なる面同
士が接触するように積層したもの、あるいは同一もしく
は異なる分散密度を有するものの３枚以上を住易の構成
（順々卦よび／４たは順逆）で順次積層してなるものな
ども対象とすることができる。

昔た、電極については図面には平面的に対向配置してな
るものを例示したが、例えば感圧抵抗部材の両側面に電
極を設けてもよい。

つぎに、前記した本発明の感圧抵抗素子の応用例につい
て添付図面に示す本発明の代表的実施態様に基づいて詳
細に説明する。

なお、図面において共通ないし類似する部分は同一の参
煕番号を付しである。

１ず、第２図は本発明の感圧抵抗素子をキーボードスイ
ッチに適用した場合を例示してなるものであって、これ
は基板３上に配置した固定電極４．４間に本発明の感圧
抵抗素子を該素子の感圧抵抗部材１が固定電極４，４に
空間を存在ざぞることなく密接するように配置するとと
もに前記素子の押圧治具２の上部にコイルスプリング５
を介在させてキートップ６を設け、上記キートップに押
圧力（矢印参煕）を作用してこれをケーシング７内で下
降ｇ−ｔｒたとき、上記電極４，４間に導通状態が得ら
れるようにしてなるものである。

第３図は本発明の感圧抵抗素子を可変抵抗器に適用した
場合を例示してなるものであって、これは、円筒状ケー
シング１の底部に対向電極４，４を設け、これら電極間
に上記ケーシングに螺合するシャフト８を装着し、上記
シャフトを回わすことにより感圧抵抗部材１に押圧力を
作用すぞ、上記電極４，４間で所望の抵抗値が得られる
ようにしてなるものである。

上記第２図、第３図に示すキーボードスイッチ）よび感
圧可変抵抗器における本発明の感圧抵抗素子は、いずれ
もわずかな押圧力を印加することにより巾広い抵抗値変
化を取出すことができるので、この際に感圧抵抗部材１
は大きく変形することがなく、しかも感圧抵抗部材１に
作用する押圧力はその全体に比較的均一に分散されるの
で、部公的に集中応力が作用してそこから劣化されると
いうことがなく、したがってその耐久性がきわめてすぐ
れたものとされる。

第４図は本発明の感圧抵抗素子を小型卓上電子計算器に
適用した場合を例示してなるものであって、これは回路
基板１０上にプリント配線した電極４を包理するように
して感圧抵抗部材１および押圧治具２を設け、さらに基
板面全体を被うようにして可撓性材料９の層を設けてな
り、上記感圧抵抗部材１の部分を上方から押圧した際に
電極４間に導通状態が得られるようにしてなるものであ
る。

なお、図中１１は回路配線の端子、１２は回路配線であ
る。

本発明の感圧抵抗素子は、ラジオ、テレビジョン、オー
ディオ装置等の可変抵抗器、プリセット装置、あるいは
テーチングマシン、電話機、コンピユー ター、ミニコ
ンピユータ−等の端末入力装置、回路調節装置等への応
用、さらにはプリント配線基板上の平行電極上にセット
してカリュキレーター、レジスター、電話機、コンピュ
ーター等の押ボタン装置等への応用が可能で耐久性にす
ぐれ実用的価値はきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る感圧抵抗素子の代表的な構成を示
す断面図、第２図１よび第３図はそれぞれ上記感圧抵抗
素子の応用例を示す概略断面図である。 第４図は本発明の感圧抵抗素子の小型卓上計算機への応
用例を示すものであって、同図ａは平面図、同図すは要
部断面図である。 １・・・感圧抵抗部材、２・・・押圧治具、３．１０・
・・基板、４・・・電極、５・・・コイルスプリング、
６・・・キートップ、７・・・ケーシング、８・・・シ
ャフト、９・・・可撓性部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 剛性を有する押圧治具と非導電性のゴム弾性マ）
   ＩＪラックス中導電性粒子を印加圧方向に傾向的に変化
   した分散密度で含有させた感圧抵抗部材とを接触配置し
   てなる感圧抵抗素子。