JPS6276601A - 伸長導電性構造体 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は任意の方向に伸長を加えた場合に、その電気抵
抗値が１桁以上変化する伸長導電性編織物に関する。

〔従来の技術〕

従来伸長変形によって、電気抵抗値が減少する素材は広
く知られておらず、したがって伸長変形によって生ずる
電気抵抗値の減少をとらえることによって被測定物の伸
長の有無、伸長の量、伸長圧縮の頻度を検出することの
できる素子も開発されていなかった。

一方、伸長変形によって電気抵抗値が増大する性質を利
用した素子としてストレーンゲージが知られている。す
なわち、例えばコンスタンクン、アドバンス、ニクロー
ム等の細い金属線を引張ると電気抵抗値が増大す−る。

しかし、この種の金属線の伸長率は極めて小さい（１％
以下）ため、前記ストレーンゲージは測定対象物の微小
変形にしか対応できず、例えば人体の肘、膝等の屈曲部
分のような大きな伸長変形の検出には不向きである。

また圧電素子や感圧導電性ゴムを用いた素子がある。圧
電素子は、機械的な歪変形と電圧変化としてとらえるも
のであるが、ストレーンゲージと同様に微小変形の用途
にしか適さない。一方、後者の感圧導電性ゴムは圧縮変
形に対して電気抵抗値が減少するものであり、伸長変形
に対しては電気抵抗値の低下は生じない。

上述の如〈従来公知の素子は、微小な伸長変形にしか用
いることができないか、あるいは圧縮素形にしか用いる
ことができない。したがって伸長変形、特に相当量の伸
長変形をする対象物の伸長挙動、すなわち伸長の有無、
伸長の量、伸長を伴う圧縮の頻度等を検出することので
きる素子があれば、広範囲の応用分野があることが期待
されながら現在はそれを満足するものが出現していない
のが現状である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は従来公知の素材を用いては行うことができない
伸長変形、特に相当量の伸長挙動を電気的に検出するこ
とのできる伸長導電性構造体を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、伸長導電性ｙａ４１ｉ物の少なくとも
片面にエラストマーを積層してなることを特徴とする伸
長導電性構造体によって達成される。

ここでいう伸長導電性編織物とは、伸長変形作用を加え
ると、もしくは伸長変形を伴う屈曲、圧縮などの変形作
用を加えると、その変形方向の編織物の電気抵抗値が１
桁以上減少する＆ｉ織物を意味する。例えば、本発明と
同一出願人によって昭和６０年３月４日に特願昭６０−
４１０２４として出願された「変形導電性編織物」中に
含まれるシート状気導通性又は電気絶縁性が下記の条件
を満たし、それによって任意の方向に伸長又は圧縮を加
えた場合にその電気抵抗値が変化する編織物である。

■　前記編織物の所定の面積中における全交絡部分の中
で、電気的に絶縁状態にある交絡部分の数を１！、とし
、電気的に導通状態にある交゛絡部分の数を１２とした
場合にその比１＋／１２の値が一平方インチ当りの測定
値で１！９以上であること。

た場合に、その比ｍ　１　／　ｍ　２の値が１インチ長
当りの測定値で１！９以上であること。

また、織物の組織とし−ては、平織、綾織、キ子織のい
ずれでも良いが、特に平織は組織が密で繰り返し耐久性
に優れ、また微小の変形に対して高感度に抵抗値が変化
するのでより好ましい。また、編物の組織としては、経
編、緯鳩のどちらでも良いし、トリコット編、天竺編、
ゴム編、バール編等のいずれでも良いが、特にパール編
の場合には、■組織のどの方向にもほぼ均一な変形導電
性が得られるのでより好ましい。尚、微小変形、大変形
に対する変形導電性は、それぞれ織物、編物の組織を適
切に選定することにより得られる。また該編織物を構成
する糸としては、通常の溶融、湿式紡糸機によって紡糸
されたモノフィラメントやマルチフィラメント、短繊維
からなる紡績糸やそれらの糸の撚糸、フィルムやシート
を細長くスリ・７トした。細長い形状物もしくはその収
束物を用いることができる。

その素材としては、ナイロン、エステルなどのすべての
電気絶縁性合成高分子、セルロース等の再生セルロース
繊維などの化繊、天然ゴムなどの電気絶縁性天然高分子
、ガラスなどの電気絶縁性無機繊維等を用い、これら糸
の特定の部分のみ電気的絶縁状態におかれており、その
他の部分は、銅、ニッケル、鉄、カーボンなどの導電性
物質がメッキ、コーティング、溶射などの導電化手段に
より導電性を付与されている。尚、特にマルチフィラメ
ントや紡績糸の場合には、微小の応力で各フィラメント
や短繊維が接触するので高感度変形導電性編織物を形成
するためにはより好ましい。

尚、本発明でいう電気的に絶縁状態とは、本発明と同一
出願人による特願昭６０−４１０２４に記載した電気抵
抗値の測定法によって、２つの針状端子間の電気抵抗値
が１０”Ω以上である状態を意味し、また、電気的導通
状態とは、同様に２つの針状端子間の電気抵抗値が１０
６Ω未満である状態を意味する。

本発明者らは、編織物に伸長圧縮などの変形作用を与え
た際に、各糸自体の変形と共に、各糸の交絡部分でのず
れやねじれにより、交差する２本の糸のつくる角度が変
化して、組織構造の変化が起り、このＭ１￥＠構造等の
変化が編織物の抵抗値の変化を誘起することを見い出し
、本発明の変形導電性編織物の開発に至ったものである
。

本発明でいう交絡部分とは、各糸が交差している部分を
示しており、必ずしも接触している必要はない。織物の
場合は経糸と緯糸の交差部分であり、編物の場合は、ル
ープの交差部分を意味する。

さらに、本発明者らは、鋭意検討を加えた結果伸長導電
性編織物の少なくとも片面にエラストマーを積層してな
る伸長導電性構造体であると、破断強伸度が大きくスト
レッチバック性に優れると共に著しく伸長くり返し耐久
性が向上することを見い出し本発明に至った。

尚、ここで言うエラストマーとは、ゴム状弾性変形を示
す。天然ゴムをはじめとし、ウレタンゴム、シリコーン
ゴムなどの特殊合成ゴム、スチレンゴム、ブタジェンゴ
ムなどの一般合成ゴム、ポリイソブチレンなどのプラス
チック系ゴムおよび、弾性変形を示すポリエステルなど
の高分子物質すべてをいい、形状としてはシート状もし
くはフィルム状であり、場合によっては、ニッケル、銅
、などの金属粉末や金属繊維、カーボンブラックや炭素
繊維などの導電性フィラーを５〜５０体積％の範囲内で
適当量混入して、シートまたはフィルムの厚み方向にの
み導通する異方導電性エラストマーや感圧導電性エラス
トマーであっても良い・特に、伸長導電性編織物の両側
にエラストマーを積層する場合には、伸長導電性編織物
と電極との間に導通を確保するために、少なくとも片面
のエラストマーは異方導電性エラストマーであるか感圧
導電性エラストマーであるか、あるいは厚みが３μｍ以
下で電気的な絶縁破壊が起るエラストマーである必要が
ある。次にエラストマーの厚み（両面にエラストマーを
積層した伸長導電性編織物の場合には両面の合計）は、
５μｍ以上１ｍｍ以下であると、編織物の本来の風合（
柔ら゛かさ、フレキシビリティ）を失わずに、破断強伸
度が高くストレッチバック性が良く、伸長くり返し耐久
性に優れるのでより好ましい。

尚、ここで言う、ストレッチバック性とは伸長された状
態から解除されると残留ひずみがなく、元の伸長前の長
さに短時間にもどる性質のことで、残留ひずみが小さく
、短時間にもどるほど、ストレッチバック性は良い。ま
た、伸長くり返し耐久性は、０←２０％の伸長くり返し
変形を所定の回数（例えば１０万回）行った後の伸長導
電曲線（伸長率と抵抗値の関係を示す曲線）を測定し、
伸長くり返し前の伸長導電曲線を比較することによって
評価する。両者の差違が小さい程、耐伸長繰り返し性に
優れる。

エラストマーの厚みが５μｍ未満であると、ストレッチ
バラ゛り法、伸長くり返し耐久性に劣るし、また、１ｍ
ｍを越えると編織物の本来の柔かい風合が失われるので
、特に人体の関節部や体動のセンサーとして用いる場合
には好ましくない。

尚、伸長導電性編織物とエラストマーとの接着には、エ
ラストマー自体を接着性の状態（溶媒がエラストマー中
に残っている、「生がわき」の状態）で接着転写後乾そ
うさせる方式が簡便であるが、接着剤層を介しても良い
。接着剤としては、通常よく用いられるエポキシ系やア
ミド系のプラスチック系接着剤をはじめ、ウレタン系、
ラテンクス系のあらゆる接着剤が用いられる。接着剤層
の厚みは２０ｐｍ以下が接着性、風合いの面から好まし
いが特にこだわるものではない。但し、異方導電性エラ
ストマーシートや感圧導電性エラストマーシートと伸長
導電性編織物との接着に接着剤層を介する場合には、接
着剤層の厚みは３μｍ以下の絶縁破壊を起こす程度の厚
みであるか、先に述べた導電性フィラーを適当量加えて
接触抵抗を低くする必要がある。

以下本発明による伸長導電性構造体の実施例を示す添付
図面を参照して本発明を詳述する。

第１図は電気絶縁性エラストマーを片面にのみ積層した
伸長導電性構造体（Ａタイプ）の略示断面図である。第
２図は、電気絶縁性エラストマーが接着剤層を介して伸
長導電性編織物の片面に積層した本発明による伸長導電
性構造体（Ｂタイプ）の略示断面図である。第３図は、
第２図で示した伸長導電性構造体の他の片面に電気的な
絶縁破壊を起こす厚さ３μｍ以下のエラストマーフィル
ムと積層した伸長導電性構造体（Ｃタイプ）の略示断面
図である。

第４図は、伸長導電性編織物の両面に異方専電性エラス
トマーもしくは感圧導電性エラストマーを積層した伸長
導電性構造体（Ｂタイプ）の略示断面図である。第５図
は異方導電性シートもしくは感圧導電性シートを電気的
な絶縁破壊を起こす厚さ３μｍ以下の接着剤層を介して
積層した伸長導電性構造体（Ｅタイプ）の略示断面図で
ある。

また第６図は、片面に電気絶縁性エラストマーを、他の
片面に異方導電性シートもしくは感圧導電性シートを電
気的な絶縁破壊を起す厚さ３μｍ以下の接着剤層を介し
て積層した伸長導電性構造体（Ｆタイプ）の略示断面図
である。

なお第１図〜第６図において、ｌａ、ｌｂ。

ｌｃ、ｌｄ、ｌｅ、Ｉｆは伸長導電性編織物、２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄは電気絶縁性エラストマー、３ｂ、３ｃ
は接着剤層、４ｃは電気的な絶縁破壊を起こすエラスト
マーフィルム、５ｄ、５ｅ。

５ｆは異方導電性エラストマーもしくは感電導電性エラ
ストマー、６ｅ、６ｆは電気的な絶縁破壊を起こす接着
剤層をそれぞれ示す。

以下、本発明の伸長導電性構造体について実施例を挙げ
てさらに詳しく説明するが、本発明の構造体は、これら
実施例や先の模式図に示すもののみに限定されるもので
はない。

〔実施例〕

旭化成工業（株）製のエステルタフタ（経５０ｄ／２４
　ｆ、緯７５　ｄ／３６　ｆ）を水酸化ナトリウム水溶
液（８０ｇ／ｌ”）　、１００℃で減量加工（減量率２
０％）し、５ｎ（ｌｚ：塩酸が３：１０の重量比の浴中
で感受性化し、水洗脱水後、Ｐｄ（ｌｚ：塩酸が重量比
１：１５の浴中で活性化し、水洗脱水後ＮｉＣ１，・６
１１□０．　）１．）ＩＰＯ□・Ｈ２Ｏ。

クエン酸ナトリウム、ＮＨ４，ＣＮ、アンモニア水が１
：１：３：２：２の重量比の浴中９０℃×２分処理して
、Ｎｉメッキエステルタフタを作製した。

これを１０ｃｍＸ１０ｃｍの大きさのサンプルに切り、
二重円筒形の層１発生装置（内側の円筒が高速回転、外
筒の内径２５ｃｍ、内筒の外径１０ｃｍ）に水と一諸に
入れ、内筒回転速度２０Ｏｒｐｍで、２００分処理して
伸長導電性シートを得た。このシートを１ｃｍ巾ｘ５ｃ
ｍ長にバイアス方向に裁断し、１５％伸長することによ
り、抵抗値が４．５×１０ふΩから３Ｘ１０”Ωに低下
した。次に市販ウレタン系エラストマー樹脂（溶媒ＤＭ
Ｆ、固形分Ｉ　Ｑｗｔ％）を１３０μｍのゲージで離型
紙にコーティング後１００℃ｘ３ｍｍ乾そうさせ生がわ
きの状態で、このシート状の伸長導電性編織物の片面に
４ｋｇ／ｃｍ２の圧力で１１０℃で熱接着転写した。そ
の後１００℃×３０分乾そうさせ、本発明の伸長導電性
構造体の一実施例であるエラストマーシートの厚さが１
０μｍのＡタイプの試料Ｎｏ。

１を作製した。また、厚さ５μｍのウレタン系シートが
表面にコーティングされた離型紙に市販ウレタン系接着
剤（溶媒ＤＭＦ、固形分１０ｗｔ％）を５０μｍのゲー
ジでコーテイング後、１００’Ｃｘ５ｍｎ乾そうさせ、
シート状の伸長導電性編織物の片面に４ｋｇ／ｃｍ２の
圧力で１１０℃で厚さ２μｍの接着剤層を介して５μｍ
厚のウレタン系シートを熱接着させ、１３０℃Ｘ３０ｍ
１ｎ乾そうさせて、本発明の伸長導電性構造体のＢタイ
プの試料Ｎｏ、２を作製した。さらに、シート状の伸長
導電性編織物の片面に、５０μｍゲージで試料Ｎｏ、１
と同様の条件で厚さ２μｍの絶縁破壊フィルムを転写し
、試料Ｎｏ、２と同様にして他方の片面に接着剤層を介
して５μｍのウレタン系エラストマーシートを転写して
、本発明の伸長導電体構造物のＣタイプの試料Ｎｏ、３
を作製した。

次に、先の市販のウレタン系エラストマー樹脂に市販の
銅粉（粒径５〜１０μｍ）を２０体積％混入し、試料Ｎ
ｏ、１と同様の条件下で、シート状の伸長導電性編織物
の両面に厚さ１０μｍの異方導電性シート（厚み方向の
接触抵抗値１Ω以下）を転写して、本発明の伸長導電性
構造体ＱＤタイプの試料Ｎｏ、４を得た。さらに、あら
かじめ、銅粉１５ｗｔ％を混入した、厚さ１０μｍの異
方導電性ウレタンシートをコーティングしである離型紙
に試料Ｎｏ、２と同様の条件で先のウレタン系接着剤層
をコーティングして、伸長導電性編織物の両面に、厚さ
１０μｍの異方導電性シートを厚さ２μｍの接着剤層を
介して接着して、本発明の伸長導電性構造体のＥタイプ
の試料Ｎｏ、５を作製した。さらに、試料Ｎｏ、１の他
の片面に、試料Ｎ００５と同様に異方導電性シートを３
μｍの接着剤層を介して接着して、本発明の伸長導電性
構造体のＦタイプの試料Ｎ００６を作製した。また、厚
さ１１００μｍのウレタン系エラストマーシートを片面
に接着剤層を介して、さらに他の片面に厚さ２μｍの電
気的な絶縁破壊を起こすウレタン系エラストマーフィル
ムを試料Ｎｏ、３と同様の条件下で転写し、本発明の伸
長感電性構造体の試料Ｎｏ、７を作製した。また、比較
例として、エラストマーを全く積層していない伸長導電
性編織物（試料Ｎｏ、８）と、厚さ５μｍのウレタン系
エラストマーシートをコーティングした離型紙を、コー
ティングしてない離型紙の両者に７０μｍゲージでウレ
タン系接着剤（溶媒ＤＭＦ、固形分ＩＱｗｔ％）をロー
ルコータ−でコーチインク後、１００℃×５ｍ１ｎ乾そ
うさせ、４ｋｇ／ｃｍ”の圧力で１１０℃で、伸長導電
性シートの両面にそれぞれ転写し、電気的絶縁破壊が起
らない厚さ４μｍ以上のフィルム層を両面に有する試料
Ｎｏ、９を作製した。

さらに、５０μｍゲージで、先のウレタン系接着剤をロ
ールコータ−で離型紙にコーテイング後、比較例の試料
Ｎｏ、８と同様の条件で、伸長導電性１１ａ物の両面に
厚さ２μｍのエラストマーフィルムを転写して、比較例
の試料Ｎｏ、１０を作製した。

次に、試料Ｎｏ、１〜７０本発明の伸長導電性構造体と
比較例の試料Ｎｏ、８〜１０を織物のバイアス方向に幅
１ｃｍ長さ５ｃｍの大きさに切り、残留ひずみ、耐伸長
くり返し性、風合について測定比較し、その結果を表１
に示した。残留ひずみは、試料の両１１１ｃｍの長さを
チャックに挟み−１引張り試験機（東洋ボールドウィン
社製Ｔｅｎ５ｉｌｏｎ）で２０％伸長後初長までもどし
１０秒後、再び伸長する際にＳ−Ｓカーブが立ち上がる
伸度を読んだ。

また、耐伸長くり返し性は、伸長くり返し試験機（大栄
科学製デマッチャー）を使用し、１００回／分の速度で
４ｃｍの試料をＯから２０％の伸度で５０万回くり返し
た後、０，１０．２０％伸長時の抵抗値を測定し、くり
返し試験前のそれと比較した。また風合は、ＬＯｃｍ長
の試料７の端を折り返すことのできる最小の長さで評価
した（第７図はその概略図を示す。斜線部８が最小の長
さを表わし、それ未満の長さでは、折り返った状態を維
持できずに戻ってしまう）。尚、評価基準は、３ｃｍ未
満が「極めて柔らかい」。３ｃｍ以上５ｃｍ未満が「柔
らかい」。５ｃｍ以上６ｃｍ未満が「硬い」。６ｃｍ以
上が「極めて硬い」である。

また、強伸度は、先の引張り試験機を用いて、１００％
／ｍｉｎの引張速度で測定した。

尚、試料の伸長導電性は、１辺３ｃｍ正方形の銅板２枚
で両端から１ｃｍはさみ電極とし、それを引張り試験機
にとりつけ、バイアス方向の伸長による電気抵抗を測定
した。

以下余白 表１から、本発明の伸長導電性構造体の試料Ｎｏ、１〜
７はエラストマーで補強されていない比較例の試料Ｎｏ
、８に比べ、残留ひずみが著しく小さく破断強力、破断
伸度が高く、耐伸長くり返し５ｃ万回後でも伸長導電性
の劣下がほとんどないことがわかる。尚、補強用のエラ
ストマーシートが薄く両面台せて５μｍ未満である比較
例の試料Ｎｏ、　１０は、破断強力伸度の面で若干の向
上は認められるものの、耐伸長（り返し性に劣る。また
両面に積層したエラストマーシートがいずれも電気的絶
縁破壊を起さない厚み（３μｍを越える）である比較例
の試料Ｎｏ、９は、電極との導通が得られないため伸長
導電性が失われている。尚、本発明の伸長導電性構造体
の試料Ｎ０９７は、エラストマーの厚みが１ｍｍを越え
るので、風合が硬く人体の関節部や体動の検知などに使
用する場合には不敵であるが、破断強力、破断伸度が極
めて高く、工業用ロボット用スイッチ素子など、耐久性
・力学的強度の要求される分野に適することがわかる。

〔発明の効果〕

前述のような構成を有する本発明による伸長導電性構造
体は、伸長後の残留ひずみが小さく、耐伸長くり返し性
が著しく優れ、破断強伸度も高くかつ、風合が柔いので
、従来公知のセンサー素子を用いては行うことのできな
い伸長変形、特に相当量の伸長変形をする対象物の伸長
挙動を検出するセンサー素子として用いることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明による伸長導電性構造体の複数
の実施例をそれぞれ示す略示断面図であり、第７図は伸
長導電性構造体の風合の評価方決を説明する模式図であ
る。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ、ｌｅ、１ｆ−伸長界、　　電
性編織物、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｃｌ−絶縁性エラスト
マー、３ｂ、３ｃ・・−接着剤層、４ｃ−電気的な絶縁
破壊を起こすエラストマーフィルム、５　ｄ、　　５　
ｅ、　　５　ｆ−−一異方導電性エラストマーもしくは
感電導電性エラストマー、　　６　ｅ、　　６　ｆ−電
気的な絶縁破壊を起こす接着剤層。 Ａタイプ Ｄタイプ 第４図 Ｆタイプ 第７国

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、伸長導電性編織物の少なくとも片面にエラストマー
   を積層してなる伸長導電性構造体。