JPS62249304A

JPS62249304A - 感圧導電性ゴム材

Info

Publication number: JPS62249304A
Application number: JP7746986A
Authority: JP
Inventors: 真下　智司; 長安　進; 山口　良雄; 徹野口; 中嶋　正仁; 垣内　一; 谷田　亀寿郎
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1986-04-02
Publication date: 1987-10-30

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）本発明は感圧導電性ゴム材に係り、詳しくは加圧力が大
きくなるに従って抵抗値が徐々に変化し、しかも抵抗値
変化中の大きい種々のセンサー類に応用できる感圧導電
性ゴム材に関する。

（従来の技術）従来、ゴム弾性体に導電性の優れたカーボンブラック、
金属粒子等を分散させ加圧力の変化により抵抗値を変化
させる感圧導電性ゴムはよく知られている。また、更に
導電性磁性粒子を絶縁性高分子弾性体に分散混合した後
、架橋する前あるいは架橋中に一定方向に磁界を加えな
がら成形して、金属粒子を磁界に沿って一定方向に配列
させる感圧導電性ゴムも例えば特開昭５８−１５２０３
３号公報等に開示されている。

この種の感圧導電性ゴムシートが感圧導電性を有する機
構として、まず該シートが押圧力によって歪を受けると
シート体中に分散している導電性粒子同志が接触してリ
ンクを形成する確率が高くなり抵抗値が減少すると言わ
れている。

また、このほか導電性ゴムシートの感度を向上させるた
めにシートの表面に細胞構造の空隙部を形成し、金属粉
末等の導電材料を高充填に配合したゴムシートが、例え
ば特開昭５８−２０９８１０号公報に開示されている。

そして、更にゴムシートの厚み方向に全屈繊維を充填し
たもの（例えば特開昭５８−２２０３０７号公報）も種
々提案されているが、この導電性ゴムシートは電極板に
挟持され両電極板から押圧を受けると、電極板とゴムシ
ートとの接触面積が次第に増大し、この結果抵抗値が減
少する。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、一般に感圧導電性ゴムはマトリックスの温度変
化等により導電性粒子同志の接触確率が変化しやすいう
えに、シート体の圧縮変形によって導電性粒子とマトリ
ックスが分離して安定した抵抗値が得られない欠点があ
った。

また、長期にわたって繰り返し使用すると、大きな歪を
受けた場合ゴムマトリックスの表面が疲労して硬化し、
また耐クリープ特性に欠け、その結果電極板がゴムマト
リックスの表面に位置する導電材料と抵触し始めるため
初期における非加圧時の電気抵抗値が減少し、加圧時に
おける電気抵抗値の変化量を大きくすることができなく
なり、結局長時間にわたって良好な感圧性能を維持する
ことができない欠点があった。

更に、従来の感圧導電性ゴムの加圧力と抵抗値の関係に
おいては、加圧力が大きくなるに従って抵抗値は減少す
る傾向は同じであっても、ある一定の加圧力に達すると
抵抗値は急激に低下したり４゜また感圧性能が鈍くなる
ものであった。

また、加圧力と抵抗値が一定の特性関係を有しないのが
一般的であり、所定の加圧力の範囲での抵抗値の変化量
が小さくて感圧性能が鈍いために感圧センサとしては使
用できなかった。

本発明は、このような導電部材を絶縁性ゴムマトリック
ス中に分散させた感圧導電性ゴム材を改善し、加圧力が
大きくなるに従って抵抗値が徐々に減少し、また抵抗値
変化中も太き（て加圧力と抵抗値の関係が広範囲で求め
ることができ、しかも耐疲労性と耐クリープ性の優れた
感圧センサとしての特性を具備する感圧導電性ゴム材を
堤供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）即ち、本発明の特徴とするところは、電気絶縁性を有す
るゴム１００重量部に少なくとも導電性カーボンブラン
ク３０〜７０重量部とウィスカー１０〜６０重量部を分
散させ、且つ上記カーボンブランクとウィスカーの総添
加量が４０〜９０重量部である感圧導電性ゴム材にある
。

本発明において電気絶縁性を育するマトリックスのゴム
としては、例えば天然ゴム、ポリブタジェンゴム、ポリ
イソプレンゴム、スチレン−ブタジェン共重合体ゴム、
ニトリルゴム、・ブチルゴム、クロロプレンゴム、アク
リロニトリル−ブタジェン共重合体ゴム、エチレン−プ
ロピレン共重合体ゴム、シリコンゴム、そして熱可塑性
エラストマー等があるが、そのうちこれらのゴムを２種
類使用することも可能である。そして、上記ゴムは機械
的強度及び耐熱性を向上させるために硫黄、硫黄加硫物
又は過酸化物で架橋される。

また、本発明において使用する導電性カーボンブラック
としては、例えば通常用いられるファーネスブランク系
、アセチレンブラック系、サーマルブラック系、チャネ
ルブラック光等公知のものが使用され、その添加量は上
記ゴム１００重量部に対して３０〜７０重量部、好まし
くは４０〜６０重量部であり、３０重量部未満の場合に
は所定量のウィスカーを添加しても加圧力が太き（なる
に従って抵抗値が敏感に低下しない傾向がある。

また、一方７０重量部を超えると抵抗値が急激に減少し
、ある加圧力以上になると抵抗値の低下率は小さくなり
感圧性能が鈍くなる。

更に、ウィスカーとしては、α−炭化珪素（α−３ｉＣ
）、β−炭化珪素（β−３ｉＣ）、窒化珪素（Ｓ　ｉ　
５Ｎ４）　、α−アルミナ（Ａ１２０Ｂ）、酸化チタン
、酸化亜鉛、酸化スズ、黒鉛、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ等であ
り、直径０．０５〜３μｍ、長さ５〜５００μｍ程度の
形状からなる針状単結畠体である。

上記ウィスカーをゴムに添加するにあたっては、前もっ
てシランカップリング剤やチタンカップリング剤等で処
理したり、ゴムと混合時にシランカップリング剤やチタ
ンカップリング剤を低下することも可能である。このこ
とにより、補強効果がより高まり、ゴムへの分散性がよ
り良好となる。

上記ウィスカーの添加量は、ゴム１００ｆｆｆｆｆ１部
に対して１０〜６０重量部であり、好ましくは１０〜４
０重量部である。１０重量部未満では、加圧力（ｌｏｇ
Ｐ）と抵抗値（ＩｏｇＲ）の関係を調べると上に凸状の
曲線になり、また加圧を繰り返すと抵抗値のバラツキが
大きく、耐クリープ性にも欠ける。一方６０重量部を越
えると抵抗値が大きくなり、ウィスカーを添加する効果
がな（なる。ウィスカーの添加量が１０〜４０重量部に
おいて加圧力（ｌｏｇＰ）と抵抗値（１ｏｇＲ）の関係
は直線状になり、最も好ましい。

尚、前記感圧導電性ゴム材にウィスカーを混入した場合
、ウィスカーは針状結晶体で非常に剛直な性質を有して
いるため、その一部がゴムマトリックスの表面で種々の
方向、角度に位置し露出する傾向が見られる。非加圧時
から加圧時へ移ると、ウィスカーと電極板は点接触から
面接触へ徐々に移行して抵抗値を低下させる。また、ウ
ィスカーを添加することによって抵抗値を徐々に変化さ
せることが可能となる。

上記カーボンブランクとウィスカーの導電部材の総添加
量はゴム１００重量部に対して４０〜９０重量部、好ま
しくは５０〜８０重量部であり、４０市９部未満では加
圧力の変化に対して抵抗値が敏感に対応しないために感
圧性能にかける。一方、９０重量部を越えると通電性が
良好になり、加圧力の変化に対する抵抗値の変化量が小
さいため、感圧性能が鈍くなる。

次に、前記各成分を混合する方法としては特に制限はな
く、例えばバンバリーミキサ−、ニーダ−、ロール等を
用い、適宜公知の手段、方法によって混練され加圧する
ことができる。

そして、本発明においては通常ゴムに使用される軟化剤
、老化防止剤、加工助剤、加硫促進剤、架橋剤等を添加
することができる。

上記感圧導電性ゴム材はカーボンブラックとウィスカー
の混合分散、また限定された添加量によって加圧力が大
きくなるにつれ抵抗値が徐々に変化し抵抗値変化中も大
きく、この加圧を繰り返し行っても抵抗値の変動が少な
い特性を有し、更に、このゴム材は圧縮歪の量によって
電圧を変化させる特性も具備している。これらの特性に
ついて以下の実施例により更に詳細に説明する。

実施例１〜３、比較例１．２（ウィスカーの変量効果）第１表に示す配合にもとづき、ゴム配合物をバンバリー
ミキサ−で混練後、ロールを用いて厚さ２龍のシートに
押し出した。そのシートをモールドに挟み加硫条件１５
０℃ｘ２０分でプレス加硫した。得られたシートを約１
０−になるように切断してテストピースとし、このピー
ス上に所定の荷重を加えて該シートの加圧力と抵抗値の
関係を測定した。その結果を第１図に示す。

電気抵抗値の測定は、まずテストピースを電極板として
厚さ０．３論、重さ１００ｇのステンレス板間に挟持し
た後、６ｖの一定電圧を与えてデジタルマルチメータに
より抵抗値を求めた。

尚、１０ｇ／ｃｊ以上の加圧力を与える場合には電極板
上にテフロン坂と錘を設置した。

第１図はウィスカーの変量による加圧力と抵抗値の関係
を示しているが、ウィスカーを添加しない場合には加圧
１ｇ／ｃｄと１０００ｇ／ａｊ間の抵抗値の差は小さく
、また加圧の繰り返し数を５回に増大させると抵抗値は
低下してゆるやかな傾きをもった抵抗値曲線になってい
る。一方８０重量部になると４０重量部に比べて大きな
抵抗値を示すため、ウィスカーの添加効果はなくなって
いる。

しかし、ウィスカーを添加すれば加圧を５回繰り返して
も抵抗値は安定している。

この結果により、ウィスカーの添加量は１０〜４０重量
部が最も好ましい。

実施例４〜８、比較例３〜４（カーボンブラックの変量効果）第２表に示すようにウィスカーの添加量を２゜重量部に
固定し、カーボンブラックの添加量を変量して前記実施
例と同様にテストピースを作成してシートの加圧力と抵
抗値の関係を測定した。その結果を第２図に示す。

これによると、カーボンブラックが３０〜７０重量部に
おいて１ｏｇＰと１ｏｇＲにおいて直線的な関係を示し
、加圧力が増大するにつれ抵抗値も徐々に変化し、しか
も抵抗値の変化中も大きくなっている。

第　１　表　　（単位：重量部）実施例９．１０、及び比較例５第３表に示される配合物を用いて前記実施例と同様に約
２龍厚のテストピースを作成して、シートの圧縮歪と電
圧との関係、耐疲労性して耐クリープ性を測定した。

第　　３　　表ここにおいて、圧縮歪と電圧の関係を測定する方法は、
上記シートに電極板を挟持してこれに一定重流５μ八を
与えた後、これをロードセル型圧縮試験機（オートグラ
フ：島津製作所）に設置して押圧速度０．５ｍｍ／ｓｅ
ｃにより電圧値をデジタルマルチメータにより測定した
。

また、繰り返し加圧による耐疲労性を測定する方法は、
上記シートを１秒間に２５回の割合で１０万回〜８００
万回までＯ１５ｋｇ　／　ａ！の圧力を繰り返し与えた
後の電気抵抗値を測定し、繰り返し前の０．５ｋｇ／ｃ
ｄの加圧下の電気抵抗値で除した値を求めた。

更に、耐クリープ性の測定方法は、上記シートに０．５
ｋｇ／ｃｄ荷重を加えクリープ時の抵抗値をクリープ時
間Ｏの抵抗値で除した値を求めた。

これらの結果は第３図〜第５図に示される。

この結果によると、本発明の感圧導電性ゴム材は圧縮歪
の大きさによって電圧が直線状に変化し、ｒｉｉ重を除
去してもほぼ同じ直線上に位置することからヒステリヒ
スが小さく、また繰り返し変形後の抵抗値の変化が小さ
く、更には耐クリープ性にも優れていた。

（発明の効果）以上のように、本発明の感圧導電性ゴム材は、カーボン
ブランクとウィスカーの導電部材を含み、且つ限定され
た範囲内の量が混入されているため、これにより加圧力
と抵抗値が直線的なアナログ変化を示して加圧力に対し
て抵抗値が徐々に変化し、また圧縮歪と電圧の関係にお
いても同様に変化を示すため、これらの特性を定量的に
とらえることが可能となり、またこればかりでなく、ヒ
ステリシスも小さく、繰り返し変形後の抵抗値の変化が
小さいこと、史には耐クリープ性等に優れていることか
ら感圧センサとして信頼性の高い素材になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１〜３そして比較例１．２における感圧
導電性ゴム材にあってウィスカーを変量した場合の加圧
力と抵抗値の関係を示す図、第２図は実施例４〜８にお
ける感圧導電性ゴム材にあってカーボンブラックを変量
した場合の加圧力と抵抗値の関係を示す図、第３図は実
施例６．９．１０そして比較例５における感圧導電性ゴ
ム材の圧縮歪と電圧の関係を示す図、第４図は同実施例
及び比較例における感圧導電性ゴム材の繰り返し数と抵
抗値保持率の関係を示す図、そして第５図は同実施例及
び比較例における感圧導電性ゴム材のクリープ特性を示
す図である。特許出願人　　三ツ星ベルト株式会社第２図第３図５ｔｒａｉｎ　　（’１０）　　　　　　／第４図ｙｃｌｅｓ第５図Ｔｉｍｅ　（ｈｒ）手続補正？５（自発）昭和６２年　５月ｌｆ日

Claims

【特許請求の範囲】

１、電気絶縁性を有するゴム１００重量部に、少なくと
も導電性カーボンブラック３０〜７０重量部とウィスカ
ー１０〜６０重量部を分散させ、且つ上記カーボンブラ
ックとウィスカーの総添加量が４０〜９０重量部である
ことを特徴とする感圧導電性ゴム材。