JPS587001B2 - 耐久性のよい感圧抵抗体およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感圧抵抗体の改良に関するものである。

さらに詳しく述べれば、主としてポリシロキサンオイル
を含有する高分子弾性体と導電性金属粒子とからなる感
圧抵抗体であって、従来の感圧抵抗体にくらべ、感度を
高めるとともに、圧力一抵抗の関係について改良を加え
たものである。

従来、ゴム質重合体に金、銀、ニッケル、コバルト等の
金属粒子を混入して加硫させた感圧抵抗体が知られてお
り、弾性変形するとともに、加圧に対して電気抵抗の変
化する性質を利用して、スイッチや圧力素子に利用する
ことが提案されている。

圧力素子として利用する場合、圧力一電気抵抗の関係が
リニアーに変化することが特に好ましいが、従来技術の
ものは使用中、加圧一解放を繰返すとき、圧力解放中に
は金属粒子間が離れているため数メガＱの高抵抗を有し
ており、軽加圧時においても同様の抵抗を有した。

この状態より圧力を高めると金属粒子間が接触するため
に急激に抵抗値が低下し、導電域にまで抵抗値が変化し
、圧力一電気抵抗変化がリニアーに変化しない欠点があ
った。

また従来の感圧抵抗体においては、感度を高めるために
、例えば金属粒子のような導電体表面とシリコンゴムの
ような弾性体マトリックスとの界面を不完全硬化してル
ーズにするか、またはその表面を半導体成分でカバーす
るといった方法がとられできた（特開昭４９−１１４７
９８）。

このような方法は感度を向上させるためには良い効果を
得るが、繰返し変形に対する電気的性質の変化が大きい
欠点や、加圧時と減圧時の電気的ヒステレシスが大きい
、電気抵抗値の経時変化が太きいなどの欠点があった。

本発明の目的は、（１）動作圧が低く、加圧一解放の繰
返し加圧による電気的性質の変化の少ない耐久性のよい
感圧抵抗体であって、（１１）圧力一電気抵抗の関係が
リニアーに変化することを特徴とする感圧抵抗体を提供
することにある。

本発明者らは、上記目的の感圧抵抗体を得るために鋭意
検討した結果、ポリシロキサンオイルを含有する高分子
弾性体中に導電性金属粒子を分散させた感圧抵抗体にお
いては、圧力一電気抵抗の関係がリニアーに変化し、耐
久性、耐水性にすぐれていることを見出した。

しかも驚くべきことに、シランカツプリング剤で表面処
理した金属粒子をポリシロキサンオイルを含有した高分
子弾性体中に分散混合させたものは一層圧力一電気抵抗
の関係がリニアーでありかつ高感度になることを見出し
た。

またシランカツプリング剤を混入したポリシロキサンオ
イルを含有する高分子弾性体に導電性金属粒子を分散混
合させたものも同様の効果があることを見出した。

このような効果を奏する理由としては、ポリシロキサン
オイルを高分子弾性体中に含有させることにより、加圧
時に圧力が直接通電方向に加わることなく弾性体の流動
が大きくなりエネルギーが消費されること、ポリシロキ
サンオイルが感圧抵抗体に必要な導電性金属粒子の適度
の分散性に効果をあげていることにより圧力一電気抵抗
の関係がリニアーになると考えられる。

また、ポリシロキサンオイルを含有するため、導電性金
属粒子の耐酸化性、耐水性がさらに改善される。

本発明に用いられる高分子弾性体は、それ自身は高抵抗
（絶縁性）体であり、例えばポリブタジエン、天然ゴム
、ポリイソプレン、ＳＢＲ，ＮＢＲ，ネオプレンのよう
なジエン系ゴム、ＥＰＤＭ，ＥＰＭ，ウレタンゴム、ポ
リエステル系ゴム、エビクロルヒドリンゴム、シリコン
ゴムなどがある。

特にシリコンゴムが耐候性、耐熱性が優れていて好適で
ある。

またゴムコンパウンドの粘度は歪速度が１００で、１０
６ポアズ以下のものが感圧抵抗体の均一性をうる上で好
ましい。

しかし、本発明はそれらに限定されるものではない。

また高分子弾性体に含有させるボリシロキサンオイルと
は、通常シリコンオイルといわれるものでメチルフエニ
ルシリコンオイル、ジメチルシリコンオイル、メチルエ
チルシリコンオイル等があり、高分子弾性体との相溶性
及び作業性よりみて粘度は１０〜１０００００センチポ
イズのものが望ましい。

ボリシロキサンオイルの高分子弾性体への添加量は０．
５〜３０重量係程度が適当である。

特に１〜２０重量係の使用が好適である。

０．５重量係以下ではポリシロキサンオイルの添加効果
が発揮されない。

また３０重量係以上添加すると、高分子弾性体の種類に
よっては相溶性の問題等によりブリード現象をおこす欠
点 感圧抵抗体に用いうる導電性金属粉には公知のよう
に、鉄、銅、クロム、チタン、タングステン、白金、ス
ズ、ステンレススチール、黄銅、銀、金、ニッケル、コ
バルト、アルミ、亜鉛などを挙げられるが、経済性と性
能の面から鉄、銅、ステンレススチール、ニッケル、ア
ルミ、スズなどが好ましい。

特に本発明の方法によると耐酸化性などが増すので、鉄
、銅、アルミ、ニッケル等比較的安価な導電性金属粉を
有効に用い得る。

耐酸化性の増大するのは酸素、水などが導電性金属粉表
面に拡散し難く、金属表面の酸化を防止するためと推定
される。

本発明に用いる導電性金属粒子の粒子径は０．０１ない
し２００μｍが適当であるが、特に０．１ないし１００
μｍが好ましい。

導電性金属粒子の粒子径が１００μｍより大きいと感圧
抵抗体を得るに必要な混合量が増し、感圧抵抗体の硬度
が大きくなり、弾性が乏しくなる。

一方、その粒子径が０．１μｍより小さい粒子径の導電
性金属粉を用いると非常に酸化されやすくなり、硬度は
小さくなるが感圧度が悪くなりやすい。

また、本発明に用いる導電性金属粒子の混合量は１０な
いし５０体積分率（イ）が好ましい。

その体積分率が１０係より小さい場合は通常感圧抵抗体
とならず、絶縁体又は半導体になりやすく、一方５０％
より多い場合は導電体になりやすく、また加工法の容易
さからもその体積分率が１０ないし５０チが好ましい。

本発明において使用するシランカツプリング剤は、分子
中に２個以上の官能基を有し、通常その官能基は異なる
反応性を有しているケイ素化合物である。

該シランカツプリング剤は通常一般弐ＹＲＳｉＸ３ で表わすことができる。

ここでＸはＳｉ原子に結合した加水分解性の基を表わし
、アルコキシ基、アシロキシ基（特にアセトキシ基）、
ハロゲン（特にクロル）などがその代表的な例である。

またＹは各種の有機官能基を表わし、例えばビニル基、
アミン基、イミ７基、クロル基、エポキシ基、メルカプ
ト基、ペルオキシ基、ウレイド基などを含有する有機官
能基がその代表的なものであって、有機基Ｒを介してま
たは直接Ｓｉ原子と結合している。

シランカツプリング剤の具体例としてはビニルトリエト
キシシラン、ビニルートリス（２−メトキシエトキシ）
シラン、ガンマーメククリ口キシプ口ピルトリメトキシ
シラン、ガンマーアミノプロピルトリメトキキシラン、
Ｎ−ベータ−（アミノエチル）一ガンマーアミノプロビ
ルトリメトキシシラン、ベータ−（３．４−エポキシシ
ク口ヘキシル）エチルトリメトキシシラン、ガンマーグ
リシドキシプ口ピルトリメトキシシラン、ガンマーメル
カプトプ口ピルトリメトキシシラン、ｔ−プチルペルオ
キシシラン、メチル−トリ−ｔ−フチルペルオキシシラ
ンおよびそれらと酸素、水、アルコール、酸等との反応
生成物などを挙げることができる。

ビニル基置換シラン化合物は弾性体にポリプクジエン、
ＥＰＤＭ，ＥＰＭ，ウレタンゴム、付加型シリコンゴム
などを用いた場合に特に効果が大きく、アミン基を含む
シラン化合物は弾性体にウレタンゴム、ポリエステルゴ
ム、ＥＰＤＭ，ネオプレン、工トリル系ゴムなどを用い
た場合に、エポキシ基を含むシラン化合物は弾性体にエ
ビクロルヒドリンゴム、シリコンゴムなどを用いた場合
に、メルカプト基を含むシラン化合物はＥＰＤＭ，ＳＢ
Ｒ、天然ゴム、ネオプレン、ポリブタジエン、ポリイソ
プレン、ウレタンゴムなどを用いた場合に、ペルオキシ
基を含むシラン化合物はシリコンゴムの他多くのゴムに
特に有効である。

逆に、メルカプト基又はアミノ基を含むシランカツプリ
ング剤を付加型シリコンゴムに用いるとシリコンゴムと
金属粉の接着および付加反応を妨害し好ましくない。

また、縮台型シリコンゴムに、ビニル基又はベルオキシ
ドを含むシランカツプリング剤を用いると同様な悪影響
の出ることが多い。

本発明のシランカツプリング剤の使用方法にはあらかじ
めこれら化合物で導電性金属粉を処理する方法、コンパ
ウンド時に導電性金属粉を処理し高分子弾性体と混合す
る方法、高分子弾性体と導電性金属粉などのコンパウン
ドに直接これら化合物を混合する方法、それらの方法の
併用などがあるが、本発明の感圧抵抗体においてはあら
かじめ表面処理をした導電性金属粒子を使用するか、シ
ランカツプリングを剤ポリシロキサンオイル中に混合し
て使用することが好ましい。

シランカツプリング剤で金属表面を処理する方法として
は、カップリング剤をそのまま用いても良いが、水やア
ルコール等の有機溶媒で稀釈して使用することが好適で
ある。

本発明でシランカツプリング剤を用いる場合、その使用
量は、金属粒子の表面をぬらすに足る量であればよく、
通常、金属粒子の体積に対し５容量係以下、好ましくは
０．５〜２．０容量係を用いる。

本発明の弾性体にコロイドシリカ、シリカエア口ゲル、
カオリン、マイカ、クルク、ウオラストナイト、ケイ酸
カルシウム、ケイ酸アルミニウム、白亜、炭酸カルシウ
ム、酸化鉄、アルミナなどの充てん剤を３０容量分率程
度まで含んでもよいが、多量配合することは感圧抵抗体
のくり返し加圧に対する耐久性、圧縮永久歪、感圧抵抗
体としての電気特性が悪くなり、実用的でない。

逆に液状のゴムに金属粉を混合する場合、金属の沈降を
防ぐ意味からも適量の充てん剤を混合することは好まし
い。

その他架橋剤、架橋触媒、顔料、着色剤、劣化防止剤、
発泡剤などの添加剤を含有してもよいことはもちろんで
ある。

さらに詳細に本発明を実施例でもって説明するが、本発
明の要旨を越えない限り、本発明は実施例のみに限定さ
れるものではない。

実施例１ ニッケルカルボニルから得た粒径１〜３μｍのニッケル
粒子２５体積分率係と、ポリジメチルシロキサン（東芝
ＴＳＦ４５１；粘度１００ｃｐ）含有量を変更したシリ
コンゴム（信越化学ＫＥ１２ＲＴＶ）７５体積分率係を
プランベンダープラストグラフで３０分間混合した。

その後該シリコンゴム用架橋触媒をシリコンゴムに対し
重量で約１係加え、さらに１０分間混合した。

その後厚さ１ｍｍのシートに成形した後、室温で約２０
時間放置後１５０℃で３０分間加熱処理した。

添付図面にポリジメチルシロキサン量を変量した場合の
加圧力（ｌｏｇＰ）と体積固有抵抗（ｌｏｇ ρυ）の
関係を示した。

図で体積固有抵抗が１０３Ｑｃｍを示すに要する圧力を
Ｐ※とし１０万回繰り返し加圧した後同様な測定した結
果を表−１にしめした。

表−１、および添付図面より明らかに、シリコンオイル
（ポリジメチルシロキサン）を含有させたシリコンゴム
を使用したものは、体積固有抵抗（ｌｏｇ ρυ）一加
圧力（ｌｏｇＰ）の関係がリニアーにあるとともに、１
０万回加圧をくり返した後の体積固有抵抗の変化が小さ
いことがわかる。

また表−１には相対湿度９８％、温度８０℃に保った試
験管中に３ケ月間放置し、同様な測定をした結果を示し
たが、シリコンオイルを含有したものは、耐湿耐温テス
ト後のＰ※の変化が小さいことが明らかである。

実施例 ２ ニッケルカルボニルから得た粒径４０〜５０μｍのニッ
ケル粒子４００ｇをガンマーグリンドキシプ口ピルトリ
メトキシシラン１．５ｇを混合した水１００ｍｌ中に混
入し、３０分撹拌を続けた後１１０℃で５時間真空乾燥
し、水を除去し、表面処理ニッケルを得た。

ポリメチルフエニルシロキサンオイル１０重量係を含有
するシリコンゴム（東芝シリコンＳＨ９５５５）７０体
積分率係と非処理ニッケル粒子又は表面処理ニッケル粒
子を３０体積分率係とゴムに対し１０係の架橋触媒とを
小型二一ダーにて混合し、１ｍｍ厚さのシートを成形し
、減圧化で数分間放置後室温で７２時間放置して架橋さ
せた。

これらの２点に加圧力（ｌｏｇＰ）一体積固有抵抗（ｌ
ｏｇ ρυ）がリニアーであった。

また表面処理をしたニッケル粒子を使用した場合はＰ※
が０．７ｋｇ／ｃｍ３であり、未処理のものは１．８ｋ
ｇ／ｃｍ３であった。

このため、表面処理をしたニッケル粒子を使用した場合
は感度のよいリニアーな感圧抵抗体が得られることが明
らかである。

実施例３ 粒径９０ないし１００μｍの電解銅粒子を３５体積分率
係と、ガンマーメルカプトプ口ピルトリメトキシシラン
を５係含有するポリジメチルシロキサンオイル１５係含
有するポリブタジエングリコール（分子量４０００）６
０体積分率係、シリカエアロジル５体積分率係とを適度
にブラベンダープラストグラフで混合した後、トルイレ
ンジイソシアネートのトルエン溶液の計算量を加えて混
合し、トルエン及び気泡を除き、厚さ２ｍｍのシート状
に成形し、７０℃で４時間、１５０℃で２時間窒素下で
加熱して感圧抵抗体を得た。

このものはｌｏｇ ρυ一ｌｏｇＰがリニアーであり、
Ｐ※は４．５ｋｇ／ｃｍ３であった。

また比較のため、ガンマーメルカプトプ口ピルトリオキ
シシランを５係含有するポリジメチルシロキサンを含有
しないポリブタジエングリコール（分子量４０００）を
使用して上記と同様の方法で得た感圧抵抗体はｌｏｇρ
υ−ｌｏｇＰがリニアーにならず、４．５ｋｇ／ｃｍ３
の圧力より急激に体積固有抵抗が小さくなった。

このもののＰ※は５．２ｋｇ／ｃｍ３であった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例における加圧力（ｌｏｇＰ）と体
積固有抵抗（ｌｏｇ ρυ）の関係を示す図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボリシロキサンオイルを０．５〜３０重量％を含有
   する高分子弾性体と、その中に分散させた導電性金属粒
   子の体積分率が１０〜５０係であり、該導電性金属粒子
   の粒子径が０．０１〜２００μｍである感圧抵抗体。 ２ ボリシロキサンオイルを１〜２０重量係含有する特
   許請求の範囲第１項記載の感圧抵抗体。 ３ 導電性金属粒子が一般弐ＹＲＳｉＸ３（式中ＸはＳ
   ｉ原子に結合した加水分解性の基、Ｙは各種有機官能基
   、Ｒは有機基を示す）で表わされるシランカツプリング
   剤で表面処理された特許請求の範囲第１項記載の感圧抵
   抗体。 ４ 高分子弾性体がシリコンゴムである特許請求の範囲
   第１項記載の感圧抵抗体。 ５ 高分子弾性体中にポリシロキサンオイルを加えると
   ともに導電性金属粒子を分散させ然る後に架橋させるこ
   とを特徴とする感圧抵抗体の製造方法。 ６ 金属粒子を高分子弾性体中に分散させる際に、シラ
   ンカツプリング剤を含有するポリシロキサンオイルを添
   加して分散させ、然る後に架橋させることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載の感圧抵抗体の製造方法。 ７ 予め表面をシランカツプリング剤で処理した金属粒
   子を使用することを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の感圧抵抗体の製造方法。