KR101423856B1 - 유연 도전 재료, 및 그것을 사용한 트랜스듀서, 플렉시블 배선판, 전자파 실드 - Google Patents

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Abstract

유연 도전 재료는, 엘라스토머와, 그 엘라스토머 중에 충전되어 있는 도전제와, 그 엘라스토머 중에 고정되어 있고, 이온성 물질을 흡착할 수 있는 흡착제를 갖는다. 당해 유연 도전 재료에 의하면, 유전막 등의 피착체로 이온화된 불순물이 이동하기 어렵다. 이 때문에, 전압 인가시의 누설 전류가 작아진다. 따라서, 당해 유연 도전 재료로 전극이나 배선을 형성함으로써, 누설 전류가 작고, 내구성이 우수한 트랜스듀서 및 플렉시블 배선판을 실현할 수 있다. 또, 당해 유연 도전 재료를 사용하여, 누설 전류가 작은 전자파 실드를 실현할 수 있다.

Description

유연 도전 재료, 및 그것을 사용한 트랜스듀서, 플렉시블 배선판, 전자파 실드{FLEXIBLE CONDUCTIVE MATERIAL AND TRANSDUCER, FLEXIBLE CIRCUIT BOARD, AND ELECTROMAGNETIC SHIELD USING SAID FLEXIBLE CONDUCTIVE MATERIAL}
본 발명은 신축 가능한 전극, 배선 등에 바람직한 유연 도전 재료, 및 그것을 사용한 트랜스듀서, 플렉시블 배선판, 전자파 실드에 관한 것이다.
유전체 엘라스토머 등의 고분자 재료를 사용하여, 유연성이 높고, 소형이며 경량인 트랜스듀서의 개발이 진행되어 있다. 트랜스듀서의 일례로서, 엘라스토머제의 유전막의 표리 (表裏) 양면에 1 쌍의 전극을 배치한 액추에이터를 들 수 있다 (예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조). 이 종류의 액추에이터에서는 전극간에 대한 인가 전압을 크게 하면, 전극간의 정전 인력이 커진다. 이 때문에, 전극간에 끼워진 유전막은 두께 방향으로부터 압축되어 유전막의 두께는 얇아진다. 막두께가 얇아지면, 그 만큼 유전막은 전극면에 대해서 평행 방향으로 신장된다. 한편, 전극간에 대한 인가 전압을 작게 하면, 전극간의 정전 인력이 작아진다. 이 때문에, 유전막에 대한 두께 방향으로부터의 압축력이 작아져, 유전막의 탄성 복원력에 의해서 막두께는 두꺼워진다. 막두께가 두꺼워지면, 그 만큼 유전막은 전극면에 대해서 평행 방향으로 수축된다. 이와 같이, 액추에이터는 인가 전압의 대소에 따른 유전막의 신장, 수축에 의해서 구동 대상 부재를 구동한다.
액추에이터에 있어서, 전극은 유전막의 표리 양면에 고정되어 있다. 따라서, 전극에는 유전막의 신장, 수축을 방해하지 않도록 유전막의 변형에 따라서 신축 가능할 것이 요구된다.
일본 공표특허공보 2003-506858호 일본 공개특허공보 2009-296703호
신축 가능한 전극은, 예를 들어 특허문헌 2 에 기재되어 있는 바와 같이, 엘라스토머에 카본 블랙 등의 도전제를 배합한 유연 도전 재료로 형성할 수 있다. 그러나, 엘라스토머를 사용하는 경우, 엘라스토머 중의 불순물이 문제가 된다. 예를 들어, 황 가교의 경우, 가교 후의 엘라스토머 중에 미반응의 황이나 가류 (加硫) 촉진제 등, 및 황이나 가류 촉진제 등의 분해물 (반응 잔류물) 이 잔존하는 경우가 많다. 또, 원료의 고무 폴리머에도 중합 반응시에 첨가되는 개시제, 유화제, 연쇄 이동제 등의 반응 잔류물이 함유되어 있다. 이들 반응 잔류물은 엘라스토머 중의 불순물이다. 따라서, 유전막의 표면에 상기 엘라스토머를 함유하는 유연 도전 재료로 전극을 형성했을 경우, 전극 (유연 도전 재료) 중의 불순물이 이온화되어 유전막으로 이동할 우려가 있다. 또, 도전제로서 금속 분말 (예를 들어 은 분말) 을 사용한 경우에는, 이온화된 은 (Ag＋) 이 유전막으로 이동하여, 은으로서 석출 (마이그레이션) 될 우려가 있다.
또, 유연 도전 재료와 접촉하고 있는 부재 (유전막 등) 에 함유되는 불순물이 유연 도전 재료로 이동한 후, 다시 당해 부재로 이동할 우려도 있다. 이와 같은 불순물로는, 예를 들어 가교 촉진제로서 사용되는 디메틸디티오카르바민산의 아연염이나 철염, 2-메르캅토벤조티아졸의 나트륨염이나 아연염, 가소제나 난연제로서 사용되는 트리크레질포스페이트 등의 유기 인산 화합물의 가수분해물, 계면활성제 유래의 4 급 암모늄염, 그 외에 미량으로 함유되는 여러 금속 이온 (Na＋, K＋, Mg2 ＋) 등을 들 수 있다. 이와 같이, 유연 도전 재료와 접촉하고 있는 부재에 함유되는 불순물의 영향도 무시할 수 없다.
본 발명자의 검토에 의하면, 가교 전의 유연 도전 재료를, 동일하게 가교 전의 유전막에 도포하여, 유연 도전 재료와 유전막을 일체적으로 가교하면, 유연 도전 재료로부터 유전막으로 불순물이 보다 이동하기 쉬운 것이 확인되었다.
이온화된 불순물이 유전막 중을 이동하면, 유전막의 전기 저항은 작아진다. 이 때문에, 전압을 인가했을 때, 전류가 유전막 중을 흐르기 쉬워진다 (이른바 누설 전류가 커진다). 따라서, 유전막과 전극의 계면에 전하가 모이기 어려워 소비 전력이 증가되어 버린다. 또, 전류가 유전막 중을 흐르면 줄열이 발생한다. 발생된 열에 의해서 유전막의 물성이 변화될 우려가 있다. 나아가서는, 유전막이 파괴되기 쉬워진다. 요컨대, 유전막의 내절연파괴성이 저하된다. 유전막의 내절연파괴성이 저하되면, 예를 들어 액추에이터에 있어서 큰 전압을 인가할 수 없다. 따라서, 충분한 힘 및 변위량을 얻을 수 없다.
불순물의 이동은, 액추에이터 외에, 유전막을 개재 (介在) 하여 전극을 배치하는 센서나 발전 소자 등에 있어서도 문제가 된다. 또, 엘라스토머 등의 탄성 기재의 표면에, 엘라스토머를 함유하는 유연 도전 재료로 배선 등을 형성한 경우에도 문제가 된다. 즉, 유연 도전 재료로부터 탄성 기재로 불순물이 이동함으로써, 탄성 기재의 전기 저항이 저하되어 누설 전류가 발생될 우려가 있다.
본 발명은, 이와 같은 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 유전막 등의 피착체에 대한 불순물의 이동이 적은 유연 도전 재료를 제공하는 것을 과제로 한다. 또, 당해 유연 도전 재료로 전극이나 배선을 형성함으로써, 누설 전류가 작고, 내구성이 우수한 트랜스듀서 및 플렉시블 배선판을 제공하는 것을 과제로 한다. 또, 당해 유연 도전 재료를 사용하여, 누설 전류가 작은 전자파 실드를 제공하는 것을 과제로 한다.
(1) 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 유연 도전 재료는, 엘라스토머와, 그 엘라스토머 중에 충전되어 있는 도전제와, 그 엘라스토머 중에 고정되어 있고, 이온성 물질을 흡착할 수 있는 흡착제를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유연 도전 재료에는 흡착제가 배합되어 있다. 흡착제는 이온성 물질을 흡착할 수 있다. 요컨대, 흡착제는 엘라스토머 중의 이온화된 불순물을 흡착할 수 있다. 또, 흡착제는 엘라스토머 중에 고정되어 있다. 이 때문에, 흡착제에 흡착된 불순물은 엘라스토머 중에 모이고, 엘라스토머로부터 외부 (유연 도전 재료와 접촉하고 있는 다른 부재) 로 이동하지 않는다. 여기서, 흡착제는 엘라스토머의 가교 구조 (폴리머 네트워크) 중으로부터 외부로 이동하지 않으면 좋다. 따라서, 흡착제와 엘라스토머는 화학 결합하고 있어도 되고 결합되어 있지 않아도 된다.
이와 같이, 본 발명의 유연 도전 재료에 의하면, 이온화된 불순물이 유연 도전 재료와 접촉하고 있는 다른 부재로 이동하기 어렵다. 또, 본 발명의 유연 도전 재료와 접촉하고 있는 다른 부재로부터, 이온화된 불순물이 이동되어 와도 당해 불순물이 다시 다른 부재로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 유연 전극 재료로 전극을 형성하여, 상기 액추에이터 등의 트랜스듀서를 구성한 경우에는, 전극으로부터 유전막으로 이동하는 불순물이 적다. 이 때문에, 유전막의 전기 저항은 잘 저하되지 않는다. 요컨대, 전압 인가시에 전류가 유전막 중을 흐르기 어렵다. 따라서, 소비 전력이 저감됨과 함께, 유전막과 전극의 계면에 많은 전하를 축적할 수 있다. 또, 전류가 유전막 중을 흐르기 어렵기 때문에 줄열의 발생이 억제된다. 따라서, 열에 의해서 유전막의 물성이 변화되거나 유전막이 파괴될 우려가 작다. 이와 같이, 본 발명의 유연 도전 재료에 의하면, 유전막의 변형을 규제하기 어렵고, 또한 유전막으로 이동하는 불순물이 적은 전극, 배선을 실현할 수 있다.
(2) 본 발명의 트랜스듀서는, 엘라스토머제의 유전막과, 그 유전막을 개재하여 배치되어 있는 복수의 전극과, 복수의 그 전극과 각각 접속되어 있는 배선을 구비하고, 그 전극 및 그 배선의 적어도 일방은 상기 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
트랜스듀서는 일 종류의 에너지를 타 종류의 에너지로 변환하는 장치이다. 트랜스듀서에는, 기계 에너지와 전기 에너지를 변환시키는 액추에이터, 센서, 발전 소자 등, 혹은 음향 에너지와 전기 에너지의 변환을 행하는 스피커, 마이크로폰 등이 포함된다.
본 발명의 트랜스듀서에 의하면, 전극 및 배선의 적어도 일방 (이하, 적절히「전극 등」이라고 칭한다) 이, 상기 본 발명의 유연 도전 재료로 형성되어 있다. 따라서, 유전막이 변형되면, 당해 변형에 추종하여 전극 등이 신축된다. 이 때문에, 유전막의 움직임이 잘 방해받지 않는다. 또, 전극 등으로부터 유전막으로 이동하는 불순물이 적다. 이 때문에, 유전막의 전기 저항이 저하될 우려는 작다. 따라서, 전압 인가시에 전류가 유전막 중을 흐르기 어렵다. 요컨대, 열에 의해서, 유전막의 물성이 변화되거나 유전막이 파괴될 우려는 작다. 따라서, 본 발명의 트랜스듀서는 내구성이 우수하다. 또, 본 발명의 트랜스듀서를 액추에이터로서 사용했을 경우에는 유전막에 큰 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 인가 전압을 크게 함으로써 보다 큰 힘을 발생시킬 수 있다.
(3) 본 발명의 플렉시블 배선판은, 탄성 기재와, 그 탄성 기재의 표면에 배치되어 있는 배선을 구비하고, 그 배선의 적어도 일부는 상기 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플렉시블 배선판에 의하면, 탄성 기재의 변형에 추종하여 배선이 신축된다. 따라서, 본 발명의 플렉시블 배선판은 가동 부품이나 복잡한 형상의 부품의 배선으로서 바람직하다. 또, 배선으로부터 탄성 기재로 이동하는 불순물이 적다. 이 때문에, 탄성 기재의 전기 저항이 저하되어 탄성 기재에 전류가 흐를 우려는 작다. 따라서, 오동작이 억제된다. 또, 줄열에 의해서 탄성 기재의 물성이 변화되거나 탄성 기재가 파괴될 우려도 작다. 이와 같이, 본 발명의 플렉시블 배선판은 내구성이 우수하다.
(4) 본 발명의 전자파 실드는, 상기 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유연 도전 재료는, 고무 폴리머 등의 원료를 소정 용제에 용해시킨 도료로 제조할 수 있다. 혹은, 혼련된 원료로, 다양한 형상으로 성형할 수 있다. 따라서, 본 발명의 유연 도전 재료는, 전자파 실드로서 전자파를 차폐하고자 하는 여러 부위에 배치하기 쉽다. 또, 본 발명의 전자파 실드에 의하면, 전자파 실드 (유연 도전 재료) 중의 불순물이, 당해 전자파 실드와 접촉하고 있는 부재로 이동하기 어렵다. 이 때문에, 접촉하고 있는 부재의 전기 저항이 저하되어 누설 전류가 발생될 우려는 작다. 따라서, 줄열에 의해서, 접촉하고 있는 부재의 물성이 변화되거나 당해 부재가 파괴될 우려는 작다.
도 1 은 본 발명의 트랜스듀서의 제 1 실시형태인 액추에이터의 단면 모식도로서, (a) 는 전압 오프 상태, (b) 는 전압 온 상태를 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 트랜스듀서의 제 2 실시형태인 정전 용량형 센서의 상면도이다.
도 3 은 도 2 의 III-III 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 트랜스듀서의 제 3 실시형태인 발전 소자의 단면 모식도로서, (a) 는 신장시, (b) 는 수축시를 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 트랜스듀서의 제 4 실시형태인 스피커의 사시도이다.
도 6 은 도 5 의 VI-VI 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 플렉시블 배선판의 상면 투과도이다.
도 8 은 측정 장치에 장착된 시험용 제 1 소자의 표측 정면도이다.
도 9 는 도 8 의 IX -IX 단면도이다.
도 10 은 시험 장치에 장착된 시험용 제 2 소자의 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 트랜스듀서의 제 5 실시형태인 액추에이터의 단면 모식도이다.
이하, 본 발명의 유연 도전 재료, 트랜스듀서, 플렉시블 배선판, 전자파 실드의 각 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명의 유연 도전 재료, 트랜스듀서, 플렉시블 배선판, 전자파 실드는 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 행할 수 있는 변경, 개량 등을 실시한 다양한 형태로 실시할 수 있다.
<유연 도전 재료>
본 발명의 유연 도전 재료는 엘라스토머와, 도전제와, 흡착제를 갖는다. 엘라스토머의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 엘라스토머제의 유전막을 구비하는 트랜스듀서의 전극이나 배선으로서 사용하는 경우, 유연하고 신축되기 쉽다는 관점에서, 탄성률이 10 ㎫ 이하인 엘라스토머를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 실리콘 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합 고무, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 공중합 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 (NBR), 수소 첨가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 (H-NBR), 아크릴 고무, 에피클로로하이드린 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌, 우레탄 고무, 폴리우레탄계의 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다. 또, 에폭시화 천연 고무, 카르복실기 변성 수소화 니트릴 고무 등과 같이, 관능기를 도입하는 등에 의해 변성된 엘라스토머를 사용해도 된다. 엘라스토머로는 1 종을 단독으로, 혹은 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또, 흡착제가 엘라스토머와 화학 결합되면, 엘라스토머 중에 흡착제를 확실하게 고정시킬 수 있다. 따라서, 엘라스토머로는 흡착제와 반응할 수 있는 관능기나 구조를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 흡착제로서 메르캅토기를 갖는 화합물을 사용하는 경우에는, 메르캅토기, 혹은 당해 화합물 중의 다른 관능기와 반응할 수 있는 관능기나 구조를 갖는 엘라스토머가 바람직하다. 예를 들어, 에폭시기, 이소시아네이트기, 유기 실란 화합물 등을 갖는 엘라스토머, 염소 원자 또는 브롬 원자를 함유하는 엘라스토머 (하이드린 고무, 클로로프렌 고무, 염소화 폴리올레핀 등), 탄소-탄소 이중 결합 (C=C) 을 갖는 엘라스토머 등을 들 수 있다.
도전제의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 카본 블랙, 카본 나노 튜브, 그라파이트 등의 탄소 재료, 은, 금, 동, 니켈, 로듐, 팔라듐, 크롬, 티탄, 백금, 철, 및 이들 합금 등의 금속 재료, 산화 인듐주석 (ITO) 이나, 산화 티탄, 산화 아연에 알루미늄, 안티몬 등의 다른 금속을 도핑한 것 등의 도전성 산화물 중에서 적절히 선택하면 된다. 도전제는 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 예를 들어, 카본 블랙은 모재인 엘라스토머와의 밀착성이 높고, 응집되어 도통 경로를 형성하기 쉽다는 점에서 바람직하다. 그 중에서도, 케첸 블랙 등의 고도전성 카본 블랙이나, 활성탄, 메소포러스카본 등과 같이 세공 (細孔) 을 갖고 불순물 흡착력이 높은 것이 바람직하다.
또, 입자 표면을 금속으로 피복하여 도전성을 부여한 피복 입자를 사용해도 된다. 금속 단체의 입자와 비교하여, 피복 입자의 비중은 작다. 따라서, 도료화했을 때에 침강하기 어려워 분산성이 향상된다. 또, 입자를 가공함으로써 여러 가지 형상의 피복 입자를 용이하게 제조할 수 있다. 피복하는 금속으로는 앞서 열거한 금속 재료를 사용하면 된다. 또, 입자에는, 그라파이트나 카본 블랙 등의 탄소 재료, 탄산칼슘, 이산화 티탄, 산화 알루미늄, 티탄산 바륨 등의 금속 산화물, 실리카 등의 무기물, 아크릴이나 우레탄 등의 수지 등을 사용하면 된다.
도전제의 배합량은 전극, 배선으로서 원하는 도전성이 얻어지도록 결정하면 된다. 예를 들어, 전극으로서의 도전성을 확보한다는 관점에서, 도전제의 배합량은 유연 도전 재료의 체적을 100 vol% 로 했을 경우의 0.1 vol% 이상인 것이 바람직하다. 1 vol% 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 도전제의 배합량이 많아지면 유연성이 저하된다. 이 때문에, 도전제의 배합량은 유연 도전 재료의 체적을 100 vol% 로 했을 경우의 35 vol% 이하인 것이 바람직하다. 15 vol% 이하이면 보다 바람직하다.
흡착제는 이온성 물질을 흡착할 수 있고, 또한 엘라스토머 중에 고정되는 것이면 된다. 흡착제로는, 예를 들어 메르캅토기를 갖는 화합물, 이온 교환 폴리머, 실리카나 알루미나 등의 산화물, 제올라이트, 활성탄, 메소포러스카본 등의 세공을 갖고 불순물을 흡착할 수 있는 물질 등을 사용할 수 있다. 또, 양이온 교환능을 갖는 물질로서, 하이드로탈사이트 등의 층상 복수 산화물, 몬모릴로나이트 등의 점토 광물, 층상 산화 티탄, 층상 규산염, 및 마가디아이트, 케냐이트, 마카타이트, 카네마이트, 아이라아이트 등의 층상 폴리규산염 등도 사용할 수 있다. 그 중에서도, 메르캅토기를 갖는 화합물, 이온 교환 폴리머, 실리카, 활성탄, 메소포러스카본이 바람직하다. 이들로부터 선택되는 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
메르캅토기를 갖는 화합물로는, 트리아진 골격을 갖는 것이 바람직하다. 트리아진 환은 π 공액계를 가지고 있다. 따라서, 예를 들어 2, 4, 6 위치에 메르캅토기가 결합되어 있는 경우에는, 산성이 향상되어, 불순물의 흡착력이나 불순물과의 반응성이 향상된다. 예를 들어, 트리메르캅토트리아진 (TMT), 4,6-디아미노-1,3,5-트리아진-2-티올, 4-아미노-1,3,5-트리아진-2-티올, 2-아미노-1,3,5-트리아진-4,6-디티올 등을 들 수 있다. 또, 실리카 겔에 TMT 를 담지시킨 것 (Si-TMT) 등이어도 된다. TMT 를 실리카 겔에 담지시키면, TMT 와 화학 결합되지 않는 엘라스토머를 사용한 경우여도, 실리카 겔이 엘라스토머 중에 고정되는 것을 이용하여, TMT 를 엘라스토머 중에 고정시킬 수 있다.
이온 교환 폴리머는 이온 교환 가능한 관능기를 갖는 폴리머이면 된다. 예를 들어, 양이온 교환능을 갖는 술폰산기, 카르복실기를 갖는 엘라스토머를 들 수 있다. 또, 음이온 교환능을 갖는 1∼3 급의 암모늄기를 갖는 엘라스토머를 들 수 있다. 이들 엘라스토머는 관능기를 주사슬 또는 측사슬에 갖는다. 엘라스토머의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 유연 도전 재료의 유연성을 해치지 않는 것인 것이 바람직하다.
또, 이온 교환 폴리머로서 이온 교환 수지를 사용할 수 있다. 이 경우, 공지된 양이온 교환 수지나 음이온 교환 수지에서 적절히 선택하면 된다. 양이온 교환 수지에는, 교환기가 술포기의 강산성 양이온 교환 수지, 교환기가 카르복실기인 약산성 양이온 교환 수지가 있다. 엘라스토머 중의 이온을 흡착했을 때에 방출되는 이온종을 고려하면, H 형 양이온 교환 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 음이온 교환 수지에는, 교환기가 4 급 암모늄기인 강염기성 음이온 교환 수지, 교환기가 1∼3 급 아미노기인 약염기성 음이온 교환 수지가 있다. 강염기성 음이온 교환 수지의 경우에는, 엘라스토머 중의 이온을 흡착했을 때에 방출되는 이온종을 고려하여, OH 형 음이온 교환 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
이온 교환 폴리머의 입자경은, 유연 도전 재료로 형성하는 전극 등의 막두께를 고려하여 적절히 조정하면 된다. 예를 들어, 입수할 수 있는 이온 교환 수지의 입자경이 수백 ㎛ 이고, 5∼50 ㎛ 정도의 막두께의 전극을 형성하는 경우에는, 건식 분쇄나 동결 분쇄한 후에 체에 거르는 등의 방법에 의해서, 당해 이온 교환 수지의 입자경을 수∼수십 ㎛ 로 하면 된다. 또, 이온 교환 수지가 팽윤되어 있는 경우에는 건조시켜 사용하는 것이 바람직하다.
또, 이온 교환 수지보다 유연한 폴리머를 사용함으로써 유연 도전 재료의 물성을 조정할 수도 있다. 유연한 폴리머로는, 유리 전이 온도 (Tg) 가 상온 이하의 아크릴 폴리머, 우레탄폴리머, 폴리에테르, 폴리디엔 (이소프렌, 부타디엔 등), 이들 공중합체 등을 주사슬로 하는 폴리머를 들 수 있다.
실리카에는 제조 방법에 따라서 원료에서 유래하는 나트륨이 잔존하는 경우가 있다. 나트륨의 잔존량이 많으면 이온화되어 불순물이 될 우려가 있다. 여기서, 나트륨의 잔존량은 실리카의 pH 값과 상관이 있다. 즉, 나트륨의 잔존량이 많으면 pH 값이 커지는 경향이 있다. 이 때문에, 실리카를 사용하는 경우에는, 가능한 한 pH 값이 작은 것을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, pH 값이 10.5 이하이면 된다. pH 값이 8.5 이하, 나아가서는 6.5 이하이면 바람직하다. 본 명세서에서는, 실리카의 pH 값으로서 다음의 측정 방법에 의해서 측정된 값을 채용한다. 먼저, 실리카를 물에 분산시켜, 실리카 농도가 4 질량% 인 분산액을 조제한다. 다음으로, 분산액을 충분히 교반하여, 분산액의 pH 값을 pH 미터에 의해서 측정한다.
활성탄, 메소포러스카본은 도전성을 갖는다. 이 때문에, 활성탄, 메소포러스카본은 흡착제로서뿐만 아니고 도전제로서도 기능한다. 따라서, 흡착제로서 활성탄 및 메소포러스카본의 적어도 일방을 배합하는 경우에는, 도전제로서 다른 재료를 배합하지 않아도 된다. 그러나, 활성탄, 메소포러스카본만을 배합하여 원하는 도전성을 얻고자 하면, 이들 배합량을 비교적 많이 할 필요가 있다. 바람직한 배합량으로는, 엘라스토머 100 질량부에 대해서 20 질량부 이상 50 질량부 이하이다. 활성탄, 메소포러스카본의 배합량이 많으면 유연 도전 재료의 유연성이 저하되어 버린다. 따라서, 도전성과 유연성을 양립시킨다는 관점에서, 활성탄 및 메소포러스카본의 적어도 일방을 배합하는 경우여도, 도전제로서 다른 재료를 배합하는 것이 바람직하다.
흡착제의 배합량은, 사용하는 화합물의 종류에 따라서 적절히 조정하면 된다. 흡착제의 배합량이 지나치게 적으면, 이온성 물질의 흡착 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 반대로 지나치게 많으면, 유연 도전 재료가 딱딱해져 전극이나 배선에 요구되는 유연성이 손상될 우려가 있다. 예를 들어, TMT 를 단독으로 사용하는 경우에는, 엘라스토머 100 질량부에 대해서 0.5 질량부 이상 20 질량부 이하인 것이 바람직하다. 또, H 형 양이온 교환 수지 또는 OH 형 음이온 교환 수지를 단독으로 사용하는 경우에는, 엘라스토머 100 질량부에 대해서 1 질량부 이상 30 질량부 이하인 것이 바람직하다. 또, 실리카를 단독으로 사용하는 경우에는, 엘라스토머 100 질량부에 대해서 3 질량부 이상 20 질량부 이하인 것이 바람직하다. 또, 활성탄 및 메소포러스카본의 적어도 일방을 흡착제로서 단독으로 사용하는 경우에는, 엘라스토머 100 질량부에 대해서, 1 질량부 이상 20 질량부 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 유연 도전 재료는, 엘라스토머 원료의 고무 폴리머, 도전제, 및 흡착제를 함유하는 고무 조성물을 가교하여 제조할 수 있다. 고무 조성물에는 필요에 따라서 가교제, 가류 촉진제, 가공 보조제, 가소제, 노화 방지제, 보강제, 착색제 등의 첨가제를 배합해도 된다. 가교를 행함으로써 고무 탄성이 부여되어 신축에 대한 회복성이 향상된다. 가교 방법은 고무 폴리머의 종류 등에 따라서 적절히 결정하면 된다. 예를 들어, 황 가교, 과산화물 가교, 이소시아네이트 가교, 하이드로실릴 가교, 에폭시 가교, 전자선 (EV) 가교, 자외선 (UV) 가교 등을 들 수 있다. 또, 유기 금속 화합물의 졸 겔 반응을 사용해도 된다.
예를 들어, 고무 폴리머 등의 원료를 롤이나 혼련기에 의해서 혼련하여 고무 조성물을 조제하는 경우에는, 조제한 고무 조성물을 금형에 충전하고, 소정 조건하에서 프레스 가교하면 된다. 혹은, 고무 폴리머 등의 원료를 소정 용제 중에 용해시켜 고무 조성물을 조제하는 경우에는, 다음과 같이 하여 가교하면 된다. 먼저, 조제한 고무 조성물을 기재 등에 도포한다. 다음으로, 도막을 건조시켜 용제를 휘발시킨다. 그리고, 도막의 건조와 함께, 또는 별도 소정 조건하에서 가교 반응을 진행시킨다. 어느 경우에서든 고무 폴리머와 도전제를 미리 혼합해 두면 도전제의 분산성이 향상된다.
<트랜스듀서>
본 발명의 트랜스듀서는, 엘라스토머제의 유전막과, 그 유전막을 개재하여 배치되어 있는 복수의 전극과, 복수의 그 전극과 각각 접속되어 있는 배선을 구비한다. 유전막으로는 비유전율이 높은 엘라스토머를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상온에서의 비유전율 (100 ㎐) 이 2 이상, 나아가서는 5 이상인 엘라스토머가 바람직하다. 예를 들어, 에스테르기, 카르복실기, 수산기, 할로겐기, 아미드기, 술폰기, 우레탄기, 니트릴기 등의 극성 관능기를 갖는 엘라스토머, 혹은, 이들 극성 관능기를 갖는 극성 저분자량 화합물을 첨가한 엘라스토머를 채용하면 된다. 바람직한 엘라스토머로는, 실리콘 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 (NBR), 수소 첨가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 (H-NBR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 (EPDM), 아크릴 고무, 우레탄 고무, 에피클로로하이드린 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌 등을 들 수 있다.
유전막의 두께는, 트랜스듀서의 용도 등에 따라서 적절히 결정하면 된다. 예를 들어, 액추에이터의 경우, 소형화, 저전위 구동화, 및 변위량을 크게 하는 등의 관점에서 유전막의 두께는 얇은 편이 바람직하다. 이 경우, 절연 파괴성 등도 고려하여, 유전막의 두께를 1 ㎛ 이상 1000 ㎛ (1 ㎜) 이하로 하는 것이 바람직하다. 5 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하로 하면 보다 바람직하다.
전극 및 배선의 적어도 일방은, 상기 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다. 본 발명의 유연 도전 재료의 구성, 및 제조 방법에 대해서는 상기 서술한 대로이다. 따라서, 여기서는 설명을 생략한다. 또, 본 발명의 트랜스듀서에 있어서도, 상기 서술한 본 발명의 유연 도전 재료의 바람직한 양태를 채용하는 것이 바람직하다.
전극 및 배선은 재질이 상이한 2 층 이상의 도전층으로 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 유전층과 접하는 도전층을, 본 발명의 유연 도전 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명의 트랜스듀서에 있어서, 전극은 적층된 복수의 도전층을 갖고, 복수의 그 도전층 중에서, 적어도 유전막과 접하는 내측 도전층은, 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어지는 양태가 바람직하다.
또, 트랜스듀서의 소형화나, 유전막의 변형에 대한 영향을 가능한 한 작게 한다는 관점에서, 전극 및 배선의 두께는 얇은 편이 바람직하다. 예를 들어, 전극 및 배선의 두께를 0.4 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 하면 보다 바람직하다. 이하, 본 발명의 트랜스듀서의 예로서 액추에이터, 정전 용량형 센서, 발전 소자, 및 스피커의 실시형태를 설명한다.
[제 1 실시형태]
본 발명의 트랜스듀서의 제 1 예로서, 액추에이터의 실시형태를 설명한다. 도 1 에 본 실시형태의 액추에이터의 단면 모식도를 나타낸다. (a) 는 전압 오프 상태, (b) 는 전압 온 상태를 각각 나타낸다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 액추에이터 (1) 는, 유전막 (10) 과, 전극 (11a, 11b) 과, 배선 (12a, 12b) 을 구비하고 있다. 유전막 (10) 은 H-NBR 제이다. 전극 (11a) 은 유전막 (10) 의 상면의 거의 전체를 덮도록 배치되어 있다. 동일하게, 전극 (11b) 은 유전막 (10) 의 하면의 거의 전체를 덮도록 배치되어 있다. 전극 (11a, 11b) 은 각각 배선 (12a, 12b) 을 통해 전원 (13) 에 접속되어 있다. 전극 (11a, 11b) 은 어느 것이나 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다.
오프 상태로부터 온 상태로 전환할 때는, 1 쌍의 전극 (11a, 11b) 간에 전압을 인가한다. 전압의 인가에 의해서 유전막 (10) 의 두께는 얇아지고, 그 만큼 도 1(b) 중 백색 화살표로 나타내는 바와 같이, 전극 (11a, 11b) 면에 대해서 평행 방향으로 신장된다. 이로써, 액추에이터 (1) 는 도면 중 상하 방향 및 좌우 방향의 구동력을 출력한다.
본 실시형태에 의하면, 전극 (11a, 11b) 은 유연하고 신축 가능하다. 이 때문에, 전극 (11a, 11b) 은 유전막 (10) 의 변형에 추종하여 신축할 수 있다. 즉, 유전막 (10) 의 움직임이 전극 (11a, 11b) 에 의해서 잘 방해받지 않는다. 또, 본 실시형태에 의하면, 전극 (11a, 11b) 으로부터 유전막 (10) 으로 이온화된 불순물이 이동하기 어렵다. 이 때문에, 유전막 (10) 의 전기 저항은 잘 저하되지 않는다. 요컨대, 전압 인가시에 전류가 유전막 (10) 중을 흐르기 어렵다. 따라서, 전압 인가에 의해서, 유전막 (10) 과 전극 (11a, 11b) 의 계면에 많은 전하를 축적할 수 있다. 또, 전류가 유전막 (10) 중을 흐르기 어렵기 때문에, 줄열의 발생이 억제된다. 따라서, 열에 의해서 유전막 (10) 의 물성이 변화되거나 유전막 (10) 이 파괴될 우려도 작다. 이와 같이, 액추에이터 (1) 는 내구성이 우수하다. 또, 액추에이터 (1) 에 의하면, 보다 큰 전압을 인가할 수 있다. 그 결과, 보다 큰 힘을 발생시킬 수 있다.
또, 액추에이터의 다른 실시형태로서, 전극을, 적층된 복수의 도전층으로 형성하는 형태를 들 수 있다. 이하, 전극을 2 층의 도전층으로 형성한 실시형태를 나타낸다. 본 실시형태를 본 발명의 트랜스듀서의 제 5 실시형태로 한다. 도 11 에 본 실시형태의 액추에이터의 단면 모식도를 나타낸다 (전압 오프 상태). 도 11 에 있어서, 도 1(a) 와 대응하는 부위에 대해서는 동일 부호로 나타낸다.
도 11 에 나타내는 바와 같이, 액추에이터 (1) 는, 유전막 (10) 과, 전극 (14a, 14b) 과, 배선 (12a, 12b) 을 구비하고 있다. 전극 (14a) 은 유전막 (10) 의 상면에 배치되어 있다. 전극 (14b) 은 유전막 (10) 을 사이에 두고 전극 (14a) 과 대향하도록 유전막 (10) 의 하면에 배치되어 있다. 전극 (14a) 은 내측 도전층 (140a) 과, 외측 도전층 (141a) 을 갖는다. 내측 도전층 (140a) 은 유전막 (10) 의 상면의 거의 전체를 덮도록 배치되어 있다. 내측 도전층 (140a) 은 흡착제를 함유하는 본 발명의 유연 도전 재료로 형성되어 있다. 외측 도전층 (141a) 은 내측 도전층 (140a) 의 상면에 적층되어 있다. 외측 도전층 (141a) 은 엘라스토머에 은 분말을 배합한 유연 도전 재료 (필요에 따라서, 가류 촉진제 등의 이온화되기 쉬운 것이 배합되어 있으나, 흡착제는 배합되어 있지 않다) 로 형성되어 있다. 외측 도전층 (141a) 에는 배선 (12a) 이 접속되어 있다. 배선 (12a) 은 전원 (13) 에 접속되어 있다.
동일하게, 전극 (14b) 은 내측 도전층 (140b) 과, 외측 도전층 (141b) 을 갖는다. 내측 도전층 (140b) 은 유전막 (10) 의 하면의 거의 전체를 덮도록 배치되어 있다. 내측 도전층 (140b) 은 흡착제를 함유하는 본 발명의 유연 도전 재료로 형성되어 있다. 외측 도전층 (141b) 은 내측 도전층 (140b) 의 하면에 적층되어 있다. 외측 도전층 (141b) 은 엘라스토머에 은 분말을 배합한 유연 도전 재료 (필요에 따라서, 가류 촉진제 등의 이온화되기 쉬운 것이 배합되어 있으나, 흡착제는 배합되어 있지 않다) 로 형성되어 있다. 외측 도전층 (141b) 에는 배선 (12b) 이 접속되어 있다. 배선 (12b) 은 전원 (13) 에 접속되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 유전막 (10) 과 접하는 내측 도전층 (140a, 140b) 은 어느 것이나 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다. 따라서, 전극 (14a, 14b) 으로부터 유전막 (10) 으로 이온화된 불순물이 이동하기 어렵다.
[제 2 실시형태]
본 발명의 트랜스듀서의 제 2 예로서, 정전 용량형 센서의 실시형태를 설명한다. 먼저, 본 실시형태의 정전 용량형 센서의 구성에 대해서 설명한다. 도 2 에 정전 용량형 센서의 상면도를 나타낸다. 도 3 에, 도 2 의 III-III 단면도를 나타낸다. 도 2, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 정전 용량형 센서 (2) 는, 유전막 (20) 과, 1 쌍의 전극 (21a, 21b) 과, 배선 (22a, 22b) 과, 커버 필름 (23a, 23b) 을 구비하고 있다.
유전막 (20) 은 H-NBR 제로서, 좌우 방향으로 연장되는 띠상을 나타내고 있다. 유전막 (20) 의 두께는 약 300 ㎛ 이다.
전극 (21a) 은 장방 형상을 나타내고 있다. 전극 (21a) 은 유전막 (20) 의 상면에 스크린 인쇄에 의해서 3 개 형성되어 있다. 동일하게, 전극 (21b) 은 장방 형상을 나타내고 있다. 전극 (21b) 은 유전막 (20) 을 사이에 두고 전극 (21a) 과 대향하도록 유전막 (20) 의 하면에 3 개 형성되어 있다. 전극 (21b) 은 유전막 (20) 의 하면에 스크린 인쇄되어 있다. 이와 같이, 유전막 (20) 을 사이에 두고, 전극 (21a, 21b) 이 3 쌍 배치되어 있다. 전극 (21a, 21b) 은 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다.
배선 (22a) 은 유전막 (20) 의 상면에 형성된 전극 (21a) 하나하나에 각각 접속되어 있다. 배선 (22a) 에 의해서, 전극 (21a) 과 커넥터 (24) 가 결선되어 있다. 배선 (22a) 은 유전막 (20) 의 상면에 스크린 인쇄에 의해서 형성되어 있다. 동일하게, 배선 (22b) 은 유전막 (20) 의 하면에 형성된 전극 (21b) 하나하나에 각각 접속되어 있다 (도 2 중, 점선으로 나타낸다). 배선 (22b) 에 의해서, 전극 (21b) 과 커넥터 (도시 생략) 가 결선되어 있다. 배선 (22b) 은 유전막 (20) 의 하면에 스크린 인쇄에 의해서 형성되어 있다. 배선 (22a, 22b) 은 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다.
커버 필름 (23a) 은 아크릴 고무제로서, 좌우 방향으로 연장되는 띠상을 나타내고 있다. 커버 필름 (23a) 은 유전막 (20), 전극 (21a), 배선 (22a) 의 상면을 덮고 있다. 동일하게, 커버 필름 (23b) 은 아크릴 고무제로서, 좌우 방향으로 연장되는 띠상을 나타내고 있다. 커버 필름 (23b) 은 유전막 (20), 전극 (21b), 배선 (22b) 의 하면을 덮고 있다.
다음으로, 정전 용량형 센서 (2) 의 움직임에 대해서 설명한다. 예를 들어, 정전 용량형 센서 (2) 가 상방으로부터 가압되면, 유전막 (20), 전극 (21a), 커버 필름 (23a) 은 일체로 되어 하방으로 만곡한다. 압축에 의해서, 유전막 (20) 의 두께는 작아진다. 그 결과, 전극 (21a, 21b) 간의 커패시턴스는 커진다. 이 커패시턴스 변화에 의해서 압축에 의한 변형이 검출된다.
다음으로, 본 실시형태의 정전 용량형 센서 (2) 의 작용 효과에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 의하면, 유전막 (20), 전극 (21a, 21b), 배선 (22a, 22b), 커버 필름 (23a, 23b) 은 어느것이나 엘라스토머 재료로 이루어진다. 이 때문에, 정전 용량형 센서 (2) 전체가 유연하고 신축 가능하다. 또, 전극 (21a, 21b) 및 배선 (22a, 22b) 은 유전막 (20) 의 변형에 추종하여 변형될 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 전극 (21a, 21b) 및 배선 (22a, 22b) 으로부터 유전막 (20) 으로 이온화된 불순물이 이동하기 어렵다. 이 때문에, 유전막 (20) 의 전기 저항은 잘 저하되지 않는다. 유전막 (20) 중에 전류가 흐르기 어렵기 때문에, 검출 정밀도가 저하될 우려는 작다. 또, 전류가 유전막 (20) 중을 흐르기 어렵기 때문에 줄열의 발생이 억제된다. 따라서, 열에 의해서 유전막 (20) 의 물성이 변화되거나 유전막 (20) 이 파괴될 우려가 작다. 이와 같이, 정전 용량형 센서 (2) 는 내구성이 우수하다. 또한, 본 실시형태의 정전 용량형 센서 (2) 에는, 유전막 (20) 을 사이에 두고 대향하는 전극 (21a, 21b) 이 3 쌍 형성되어 있다. 그러나, 전극의 수, 크기, 배치 등은 용도에 따라서 적절히 결정하면 된다.
[제 3 실시형태]
본 발명의 트랜스듀서의 제 3 예로서 발전 소자의 실시형태를 설명한다. 도 4 에 본 실시형태에 있어서의 발전 소자의 단면 모식도를 나타낸다. (a) 는 신장시, (b) 는 수축시를 각각 나타낸다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 발전 소자 (3) 는, 유전막 (30) 과, 전극 (31a, 31b) 과, 배선 (32a∼32c) 을 구비하고 있다. 유전막 (30) 은 H-NBR 제이다. 전극 (31a) 은 유전막 (30) 의 상면의 거의 전체를 덮도록 배치되어 있다. 동일하게, 전극 (31b) 은 유전막 (30) 의 하면의 거의 전체를 덮도록 배치되어 있다. 전극 (31a) 에는 배선 (32a, 32b) 이 접속되어 있다. 즉, 전극 (31a) 은 배선 (32a) 을 통해 외부 부하 (도시 생략) 에 접속되어 있다. 또, 전극 (31a) 은 배선 (32b) 을 통해 전원 (도시 생략) 에 접속되어 있다. 전극 (31b) 은 배선 (32c) 에 의해서 접지되어 있다. 전극 (31a, 31b) 은 어느 것이나 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다.
도 4(a) 중 백색 화살표로 나타내는 바와 같이, 발전 소자 (3) 를 압축하고, 유전막 (30) 을 전극 (31a, 31b) 면에 대해서 평행 방향으로 신장시키면, 유전막 (30) 의 막두께는 얇아져 전극 (31a, 31b) 간에 전하가 축적된다. 그 후, 압축력을 제거하면, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 유전막 (30) 의 탄성 복원력에 의해서 유전막 (30) 은 수축되어 막두께가 두꺼워진다. 그 때, 축적된 전하가 배선 (32a) 을 통해서 방출된다.
본 실시형태에 의하면, 전극 (31a, 31b) 은 유연하게 신축 가능하다. 이 때문에, 전극 (31a, 31b) 은 유전막 (30) 의 변형에 추종하여 신축될 수 있다. 즉, 유전막 (30) 의 움직임이 전극 (31a, 31b) 에 의해서 잘 방해받지 않는다. 또, 본 실시형태에 의하면, 전극 (31a, 31b) 으로부터 유전막 (30) 으로 이온화된 불순물이 이동하기 어렵다. 이 때문에, 유전막 (30) 의 전기 저항은 잘 저하되지 않는다. 요컨대, 압축시에 전류가 유전막 (30) 중을 흐르기 어렵다. 따라서, 압축량이 큰 경우여도, 유전막 (30) 과 전극 (31a, 31b) 의 계면에 많은 전하를 축적할 수 있다. 즉, 발전 소자 (3) 에 의하면 큰 발전량을 얻을 수 있다. 추가로, 줄열에 의해서 유전막 (30) 의 물성이 변화되거나 유전막 (30) 이 파괴될 우려도 작다. 이와 같이, 발전 소자 (3) 는 내구성이 우수하다.
[제 4 실시형태]
본 발명의 트랜스듀서의 제 4 예로서, 스피커의 실시형태를 설명한다. 먼저, 본 실시형태의 스피커의 구성에 대해서 설명한다. 도 5 에 본 실시형태의 스피커의 사시도를 나타낸다. 도 6 에 도 5 의 VI-VI 단면도를 나타낸다. 도 5, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 스피커 (4) 는 제 1 아우터 (outer) 프레임 (40a) 과, 제 1 이너 (inner) 프레임 (41a) 과, 제 1 유전막 (42a) 과, 제 1 아우터 전극 (43a) 과, 제 1 이너 전극 (44a) 과, 제 1 진동판 (45a) 과, 제 2 아우터 프레임 (40b) 과, 제 2 이너 프레임 (41b) 과, 제 2 유전막 (42b) 과, 제 2 아우터 전극 (43b) 과, 제 2 이너 전극 (44b) 과, 제 2 진동판 (45b) 과, 8 개의 볼트 (460) 와, 8 개의 너트 (461) 와, 8 개의 스페이서 (462) 를 구비하고 있다.
제 1 아우터 프레임 (40a), 제 1 이너 프레임 (41a) 은 각각 수지제로서 링상을 나타내고 있다. 제 1 유전막 (42a) 은 H-NBR 제로서, 원형의 박막상을 나타내고 있다. 제 1 유전막 (42a) 은 제 1 아우터 프레임 (40a) 과 제 1 이너 프레임 (41a) 사이에 팽팽하게 형성되어 있다. 즉, 제 1 유전막 (42a) 은, 표측 (表側) 의 제 1 아우터 프레임 (40a) 과 이측 (裏側) 의 제 1 이너 프레임 (41a) 에 의해서 소정 장력을 확보한 상태에서 사이에 끼워져 고정되어 있다. 제 1 진동판 (45a) 은 수지제로서, 원판상을 나타내고 있다. 제 1 진동판 (45a) 은 제 1 유전막 (42a) 보다 소직경이다. 제 1 진동판 (45a) 은 제 1 유전막 (42a) 의 표면의 거의 중앙에 배치되어 있다.
제 1 아우터 전극 (43a) 은 링상을 나타내고 있다. 제 1 아우터 전극 (43a) 은 제 1 유전막 (42a) 의 표면에 첩착되어 있다. 제 1 이너 전극 (44a) 도 링상을 나타내고 있다. 제 1 이너 전극 (44a) 은 제 1 유전막 (42a) 의 이면에 첩착되어 있다. 제 1 아우터 전극 (43a) 과 제 1 이너 전극 (44a) 은 제 1 유전막 (42a) 을 사이에 두고 표리 방향으로 배향되어 있다. 제 1 아우터 전극 (43a) 과 제 1 이너 전극 (44a) 은 어느 것이나 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다. 또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 아우터 전극 (43a) 은 단자 (430a) 를 구비하고 있다. 제 1 이너 전극 (44a) 은 단자 (440a) 를 구비하고 있다. 단자 (430a, 440a) 에는 외부로부터 전압이 인가된다.
제 2 아우터 프레임 (40b), 제 2 이너 프레임 (41b), 제 2 유전막 (42b), 제 2 아우터 전극 (43b), 제 2 이너 전극 (44b), 제 2 진동판 (45b) (이하,「제 2 부재」로 총칭한다) 의 구성, 재질, 형상은 상기 제 1 아우터 프레임 (40a), 제 1 이너 프레임 (41a), 제 1 유전막 (42a), 제 1 아우터 전극 (43a), 제 1 이너 전극 (44a), 제 1 진동판 (45a) (이하,「제 1 부재」로 총칭한다) 의 구성, 재질, 형상과 동일하다. 또, 제 2 부재의 배치는 상기 제 1 부재의 배치와 표리 방향으로 대칭이다. 간단히 설명하면, 제 2 유전막 (42b) 은 H-NBR 제로서, 제 2 아우터 프레임 (40b) 과 제 2 이너 프레임 (41b) 사이에 팽팽하게 형성되어 있다. 제 2 진동판 (45b) 은 제 2 유전막 (42b) 표면의 거의 중앙에 배치되어 있다. 제 2 아우터 전극 (43b) 은 제 2 유전막 (42b) 표면에 인쇄되어 있다. 제 2 이너 전극 (44b) 은 제 2 유전막 (42b) 이면에 인쇄되어 있다. 제 2 아우터 전극 (43b) 과 제 2 이너 전극 (44b) 은 어느 것이나 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다. 제 2 아우터 전극 (43b) 의 단자 (430b), 제 2 이너 전극 (44b) 의 단자 (440b) 에는 외부로부터 전압이 인가된다.
제 1 부재와 제 2 부재는 8 개의 볼트 (460), 8 개의 너트 (461) 에 의해서 8 개의 스페이서 (462) 를 개재하여 고정되어 있다. 「볼트 (460)-너트 (461)-스페이서 (462)」세트는, 스피커 (4) 의 둘레 방향으로 소정 간격씩 이간되어 배치되어 있다. 볼트 (460) 는 제 1 아우터 프레임 (40a) 표면으로부터 제 2 아우터 프레임 (40b) 표면까지를 관통하고 있다. 너트 (461) 는 볼트 (460) 의 관통단에 나선 장착되어 있다. 스페이서 (462) 는 수지제로서, 볼트 (460) 의 축부에 환상으로 장착되어 있다. 스페이서 (462) 는 제 1 이너 프레임 (41a) 과 제 2 이너 프레임 (41b) 사이에 소정 간격을 확보하고 있다. 제 1 유전막 (42a) 의 중앙부 이면 (제 1 진동판 (45a) 이 배치되어 있는 부분의 이측) 과, 제 2 유전막 (42b) 의 중앙부 이면 (제 2 진동판 (45b) 이 배치되어 있는 부분의 이측) 은 접합되어 있다. 이 때문에, 제 1 유전막 (42a) 에는, 도 6 에 백색 화살표 Y1a 로 나타내는 방향으로 탄성 지지력이 축적되어 있다. 또, 제 2 유전막 (42b) 에는, 도 6 에 백색 화살표 Y1b 로 나타내는 방향으로 탄성 지지력이 축적되어 있다.
다음으로, 본 실시형태의 스피커의 움직임에 대해서 설명한다. 단자 (430a, 440a) 와 단자 (430b, 440b) 를 통해, 제 1 아우터 전극 (43a) 및 제 1 이너 전극 (44a) 과, 제 2 아우터 전극 (43b) 및 제 2 이너 전극 (44b) 에는, 초기 상태 (오프셋 상태) 에서 소정 전압 (오프셋 전압) 이 인가되어 있다. 스피커 (4) 의 동작시에는, 단자 (430a, 440a) 와 단자 (430b, 440b) 에 역위상의 전압이 인가된다. 예를 들어, 단자 (430a, 440a) 에 오프셋 전압＋1V 가 인가되면, 제 1 유전막 (42a) 중에서, 제 1 아우터 전극 (43a) 과 제 1 이너 전극 (44a) 사이에 배치되어 있는 부분의 막두께가 얇아진다. 그리고, 당해 부분이 직경 방향으로 신장된다. 이와 동시에, 단자 (430b, 440b) 에 역위상의 전압 (오프셋 전압-1V) 이 인가된다. 그러면, 제 2 유전막 (42b) 중에서, 제 2 아우터 전극 (43b) 과 제 2 이너 전극 (44b) 사이에 배치되어 있는 부분의 막두께가 두꺼워진다. 그리고 당해 부분이 직경 방향으로 수축된다. 이로써, 제 2 유전막 (42b) 은 제 1 유전막 (42a) 을 끌어당기면서, 도 6 에 백색 화살표 Y1b 로 나타내는 방향으로, 자체적인 탄성 지지력에 의해서 탄성 변형된다. 반대로, 단자 (430b, 440b) 에 오프셋 전압＋1V 가 인가되고, 단자 (430a, 440a) 에 역위상의 전압 (오프셋 전압-1V) 이 인가되면, 제 1 유전막 (42a) 은 제 2 유전막 (42b) 을 끌어당기면서, 도 6 에 백색 화살표 Y1a 로 나타내는 방향으로, 자체적인 탄성 지지력에 의해서 탄성 변형된다. 이와 같이 하여, 제 1 진동판 (45a), 제 2 진동판 (45b) 을 진동시킴으로써 공기를 진동시켜 음성을 발생시킨다.
다음으로, 본 실시형태의 스피커 (4) 의 작용 효과에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 의하면, 제 1 아우터 전극 (43a), 제 1 이너 전극 (44a), 제 2 아우터 전극 (43b), 및 제 2 이너 전극 (44b) (이하, 적절히「전극 (43a, 44a, 43b, 44b)」이라고 칭한다) 은 유연하고 신축 가능하다. 이 때문에, 제 1 아우터 전극 (43a), 제 1 이너 전극 (44a) 은 제 1 유전막 (42a) 의 변형에 추종하여 신축할 수 있다. 동일하게, 제 2 아우터 전극 (43b), 및 제 2 이너 전극 (44b) 은, 제 2 유전막 (42b) 의 변형에 추종하여 신축할 수 있다. 즉, 제 1 유전막 (42a), 제 2 유전막 (42b) 의 움직임이, 전극 (43a, 44a, 43b, 44b) 에 의해서 잘 방해받지 않는다.
또, 본 실시형태에 의하면, 제 1 아우터 전극 (43a), 제 1 이너 전극 (44a) 으로부터 제 1 유전막 (42a) 으로 이온화된 불순물이 이동하기 어렵다. 동일하게, 제 2 아우터 전극 (43b), 제 2 이너 전극 (44b) 으로부터 제 2 유전막 (42b) 으로 이온화된 불순물이 이동하기 어렵다. 이 때문에, 전압 인가시에, 전류가 제 1 유전막 (42a) 및 제 2 유전막 (42b) 중을 흐르기 어렵다. 따라서, 줄열에 의해서 제 1 유전막 (42a) 및 제 2 유전막 (42b) 의 물성이 변화되거나, 제 1 유전막 (42a) 및 제 2 유전막 (42b) 이 파괴될 우려는 작다. 이와 같이, 스피커 (4) 는 내구성이 우수하다.
<플렉시블 배선판>
본 발명의 플렉시블 배선판은, 탄성 기재와, 그 탄성 기재의 표면에 배치되어 있는 배선을 구비한다. 탄성 기재의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 신축성을 갖는 재료로서 실리콘 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합 고무, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 공중합 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 (NBR), 아크릴 고무, 에피클로로하이드린 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌, 우레탄 고무, 불소 고무, 클로로프렌 고무, 이소부틸렌이소프렌 고무, 각종 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다.
배선의 적어도 일부는 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다. 본 발명의 유연 도전 재료의 구성, 및 제조 방법에 대해서는 상기 서술한 대로이다. 따라서, 여기서는 설명을 생략한다. 또, 본 발명의 플렉시블 배선판에 있어서도, 상기 서술한 본 발명의 유연 도전 재료의 바람직한 양태를 채용하는 것이 바람직하다. 배선은 재질이 상이한 2 층 이상의 도전층으로 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 탄성 기재와 접하는 도전층을, 본 발명의 유연 도전 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이하, 본 발명의 플렉시블 배선판의 실시형태를 설명한다.
먼저, 본 실시형태의 플렉시블 배선판의 구성에 대해서 설명한다. 도 7 에 본 실시형태의 플렉시블 배선판의 상면 투과도를 나타낸다. 또한, 도 7 중, 이측의 전극, 배선에 대해서는 세선으로 나타낸다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 플렉시블 배선판 (6) 은, 탄성 기재 (60) 와, 표측 전극 (01X∼16X) 과, 이측 전극 (01Y∼16Y) 과, 표측 배선 (01x∼16x) 과, 이측 배선 (01y∼16y) 과, 표측 배선용 커넥터 (61) 와, 이측 배선용 커넥터 (62) 를 구비하고 있다.
탄성 기재 (60) 는 우레탄 고무제로서, 시트상을 나타내고 있다. 표측 전극 (01X∼16X) 은 탄성 기재 (60) 의 상면에, 합계 16 개 배치되어 있다. 표측 전극 (01X∼16X) 은 각각 띠상을 나타내고 있다. 표측 전극 (01X∼16X) 은 각각 X 방향 (좌우 방향) 으로 연장되어 있다. 표측 전극 (01X∼16X) 은 Y 방향 (전후 방향) 으로 소정 간격마다 이간되어, 서로 거의 평행이 되도록 배치되어 있다. 동일하게, 이측 전극 (01Y∼16Y) 은 탄성 기재 (60) 의 하면에 합계 16 개 배치되어 있다. 이측 전극 (01Y∼16Y) 은 각각 띠상을 나타내고 있다. 이측 전극 (01Y∼16Y) 은 각각 Y 방향으로 연장되어 있다. 이측 전극 (01Y∼16Y) 은, X 방향으로 소정 간격마다 이간되어, 서로 거의 평행이 되도록 배치되어 있다. 도 7 에 해칭으로 나타내는 바와 같이, 탄성 기재 (60) 를 사이에 두고, 표측 전극 (01X∼16X) 과 이측 전극 (01Y∼16Y) 이 교차하는 부분 (중복하는 부분) 에 의해서, 하중 등을 검출하는 검출부가 형성되어 있다.
표측 배선 (01x∼16x) 은 탄성 기재 (60) 의 상면에, 합계 16 개 배치되어 있다. 표측 배선 (01x∼16x) 은 각각 선상을 나타내고 있다. 표측 배선 (01x∼16x) 은 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다. 표측 배선용 커넥터 (61) 는 탄성 기재 (60) 의 좌후방 구석에 배치되어 있다. 표측 배선 (01x∼16x) 은 각각 표측 전극 (01X∼16X) 의 좌단과, 표측 배선용 커넥터 (61) 를 접속하고 있다. 또, 탄성 기재 (60) 의 상면, 표측 전극 (01X∼16X), 표측 배선 (01x∼16x) 은, 상방으로부터 표측 커버 필름 (도시 생략) 에 의해서 덮여 있다.
이측 배선 (01y∼16y) 은 탄성 기재 (60) 의 하면에, 합계 16 개 배치되어 있다. 이측 배선 (01y∼16y) 은 각각 선상을 나타내고 있다. 이측 배선 (01y∼16y) 은 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다. 이측 배선용 커넥터 (62) 는 탄성 기재 (60) 의 좌전방 구석에 배치되어 있다. 이측 배선 (01y∼16y) 은 각각 이측 전극 (01Y∼16Y) 의 전단과, 이측 배선용 커넥터 (62) 를 접속하고 있다. 또, 탄성 기재 (60) 의 하면, 이측 전극 (01Y∼16Y), 이측 배선 (01y∼16y) 은 하방으로부터 이측 커버 필름 (도시 생략) 에 의해서 덮여 있다.
표측 배선용 커넥터 (61), 이측 배선용 커넥터 (62) 에는 각각 연산부 (도시 생략) 가 전기적으로 접속되어 있다. 연산부에는, 표측 배선 (01x∼16x) 및 이측 배선 (01y∼16y) 으로부터, 검출부에 있어서의 임피던스가 입력된다. 이에 기초하여 면압 분포가 측정된다.
다음으로, 본 실시형태의 플렉시블 배선판 (6) 의 작용 효과에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 의하면, 표측 배선 (01x∼16x) 및 이측 배선 (01y∼16y) 은 각각 유연하고 신축 가능하다. 이 때문에, 표측 배선 (01x∼16x) 및 이측 배선 (01y∼16y) 은 탄성 기재 (60) 의 변형에 추종하여 변형될 수 있다. 또, 본 실시형태에 의하면, 표측 배선 (01x∼16x) 및 이측 배선 (01y∼16y) 으로부터 탄성 기재 (60) 로 이온화된 불순물이 이동하기 어렵다. 이 때문에, 탄성 기재 (60) 의 전기 저항이 저하되어 탄성 기재 (60) 로 전류가 흐를 우려는 작다. 따라서, 오동작이 억제된다. 또, 탄성 기재 (60) 중에 전류가 흐르기 어렵기 때문에, 줄열에 의해서 탄성 기재 (60) 가 파괴될 우려는 작다. 따라서, 플렉시블 배선판 (6) 은 내구성이 우수하다.
<전자파 실드>
본 발명의 전자파 실드는 본 발명의 유연 도전 재료로 이루어진다. 전자파 실드는, 전자 기기의 내부에서 발생된 전자파가 외부로 새는 것을 억제하거나, 외부로부터의 전자파를 내부로 침입시키기 어렵게 하는 역할을 한다. 예를 들어, 전자 기기의 케이싱의 내주면에 전자파 실드를 배치하는 경우에는, 고무 폴리머 등의 원료를 소정 용제에 용해시켜 이루어지는 본 발명의 유연 도전 재료의 도료를, 전자 기기의 케이싱의 내주면에 도포하여 가교시키면 된다. 또, 상기 트랜스듀서의 제 2 실시형태로서 나타낸 정전 용량형 센서에 전자파 실드를 배치할 수도 있다. 예를 들어, 커버 필름 (23a) 의 상면과, 커버 필름 (23b) 의 하면을 각각 덮도록 전자파 실드를 배치하면 된다 (전출 도면 2, 도 3 참조). 이 경우, 본 발명의 유연 도전 재료의 도료를, 커버 필름 (23a) 의 상면 및 커버 필름 (23b) 의 하면에 도포하여 가교시키면 된다. 나아가, 전자 기기의 간극에 개스킷으로서 배치하는 경우에는, 본 발명의 유연 도전 재료를 원하는 형상으로 성형하여 사용하면 된다.
실시예
다음으로, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
<유연 도전 재료의 제조>
[실시예 1∼8]
하기의 표 1, 표 2 에 나타내는 원료로, 실시예 1∼8 의 유연 도전 재료를 제조하였다. 먼저, 에폭시기 함유 아크릴 고무 폴리머 (닛폰 제온 (주) 제조「Nipol (등록상표) AR42W」) 와, 가류 촉진제의 디메틸디티오카르바민산 아연 (오오우치 신흥 화학 (주) 제조「노크세라 (등록상표) PZ」), 및 디메틸디티오카르바민산 제 2 철 (오오우치 신흥 화학 (주) 제조「노크세라 TTFE」) 을 롤 반죽기에서 혼합하였다. 다음으로, 얻어진 혼합물을 메틸에틸케톤 (MEK) 에 용해시켰다. 그리고, 이 MEK 용액에, 도전제 (라이온 (주) 제조「케첸 블랙 (등록상표) EC-600JD」) 를 첨가하여 다이노밀로 교반하였다. 계속해서, 교반 후의 MEK 용액에 소정 흡착제를 첨가하여, 초음파 호모게나이저로 5 분간 처리함으로써 고무 조성물을 조제하였다. 다음으로, 조제된 고무 조성물을 기재 상에 바 코트법에 의해서 도포하고, 두께 약 20 ㎛ 의 도막을 형성하였다. 그리고, 도막을 건조시킨 후, 170 ℃ 에서 30 분간 가열하여 가교 반응을 진행시켰다. 이와 같이 하여, 실시예 1∼8 의 유연 도전 재료를 제조하였다.
[실시예 9]
도전제를 은 분말 (DOWA 엘렉트로닉스 (주) 제조,「FA-D-4」) 로 변경한 것 이외에는, 상기와 동일하게 하여, 실시예 9 의 유연 도전 재료를 제조하였다.
[실시예 10]
엘라스토머를 열가소성 우레탄엘라스토머로 변경하여, 실시예 10 의 유연 도전 재료를 제조하였다. 먼저, 열가소성 우레탄엘라스토머 (닛폰 폴리우레탄 공업 (주) 제조「닙포란 (등록상표) 5193」) 를 MEK 에 용해시켰다. 그리고, 이 MEK 용액에, 도전제 (케첸 블랙 (상동)) 를 첨가하여 다이노밀에서 교반하였다. 계속해서, 교반 후의 MEK 용액에 흡착제 (활성탄) 를 첨가하여, 초음파 호모게나이저로 5 분간 처리함으로써 고무 조성물을 조제하였다. 다음으로, 조제된 고무 조성물을 기재 상에 바 코트법에 의해서 도포하고, 두께 약 20 ㎛ 의 도막을 형성하였다. 그리고, 도막을 건조시킨 후, 150 ℃ 에서 30 분간 가열하고 경화시켰다. 이와 같이 하여, 실시예 10 의 유연 도전 재료를 제조하였다.
[실시예 12, 13]
흡착제로서 도전성을 갖는 활성탄 또는 메소포러스카본을 배합하고, 도전제의 케첸 블랙을 배합하지 않은 것 이외에는, 실시예 1∼8 의 유연 도전 재료와 동일하게 하여, 실시예 12, 13 의 유연 도전 재료를 제조하였다. 실시예 12, 13 의 유연 도전 재료에 있어서는, 흡착제로서 배합한 활성탄 또는 메소포러스카본이 도전제의 역할도 완수한다.
[실시예 14]
도전제의 은 분말의 배합량을 변경하여, 가류 촉진제를 배합하지 않은 것 이외에는, 상기 실시예 9 와 동일하게 하여, 실시예 14 의 유연 도전 재료를 제조하였다.
[비교예 1]
흡착제를 배합하지 않은 것 이외에는, 실시예 1∼8 의 유연 도전 재료와 동일하게 하여, 비교예 1 의 유연 도전 재료를 제조하였다.
[비교예 2]
흡착제를 배합하지 않은 것 이외에는, 실시예 9 의 유연 도전 재료와 동일하게 하여, 비교예 2 의 유연 도전 재료를 제조하였다.
[비교예 3]
흡착제를 배합하지 않은 것 이외에는, 실시예 14 의 유연 도전 재료와 동일하게 하여, 비교예 3 의 유연 도전 재료를 제조하였다.
<도전 적층체의 제조>
[실시예 11]
먼저, 실시예 7 의 유연 도전 재료의 제조 과정에 있어서의 가교 전의 고무 조성물을 기재 상에 바 코트법에 의해서 도포하고, 두께 약 20 ㎛ 의 도막을 형성하였다. 다음으로, 비교예 2 의 유연 도전 재료의 제조 과정에 있어서의 가교 전의 고무 조성물을, 형성한 도막의 상면에 바 코트법에 의해서 도포하고, 두께 약 20 ㎛ 의 도막을 형성하였다. 그리고, 적층된 2 층의 도막을, 170 ℃ 에서 30 분간 가열함으로써, 가류 접착시켰다. 이와 같이 하여, 실시예 11 의 도전 적층체를 제조하였다.
표 1, 표 2 에, 사용한 원료의 종류 및 배합량을 나타낸다. 표 1 중, 실리카로는 닛폰 아에로질 (주) 제조의 건식 실리카「Aerosil (등록상표) 380」 (pH 3.7∼4.7, 비표면적 380 ㎡/g) 을 사용하였다. 또, H 형 양이온 교환 수지로는, 다우 케미컬사 제조의「다우엑스 (등록상표) 50Wx8　200-400」을 사용하였다. 표 2 중, 활성탄으로는 쿠라레케미칼 (주) 제조의「YP-50F」를 사용하였다. 또, 메소포러스카본으로는 ALDRICH 사 제조의「Carbon, mesoporous, graphitized, nanopowder」를 사용하였다.
Figure 112012088414462-pct00001
Figure 112012088414462-pct00002
실시예 및 비교예의 유연 도전 재료, 그리고 실시예 11 의 도전 적층체에 대해서 인장 특성, 도전성, 및 피착체에 대한 영향을 평가하였다. 또, 실시예 3 및 비교예 1 의 유연 도전재에 대해서는 가교성도 평가하였다. 이하, 각각의 평가 방법 및 평가 결과에 대해서 설명한다.
<평가 방법>
[가교성]
실시예 3 및 비교예 1 의 유연 도전 재료에 대해서 가교의 진행도를 측정하였다. 먼저, 각 유연 도전 재료로 제작한 시험편 1 g 을, MEK 30 g 에 침지시켰다. 그대로 실온에서 4 시간 정치 (瀞置) 한 후, 시험편을 꺼내 건조시켰다. 그리고, 건조 후의 시험편의 질량을 측정하고, 초기의 질량에 대한 건조 후의 질량 비율 (MEK 불용분) 을 산출하였다.
[인장 특성]
실시예 및 비교예의 유연 도전 재료, 그리고 실시예 11 의 도전 적층체의 탄성률을, JIS K 7127 (1999) 에 준한 인장 시험에 있어서의 응력-신장 곡선으로부터 산출하였다. 시험편의 형상은 시험편 타입 2 로 하였다. 또, 동일한 유연 도전 재료 및 도전 적층체를 25 % 신장시켰을 때의 인장 응력 (M25) 을 JIS K 6251 (2004) 에 준하여 측정하였다. 시험편의 형상은 덤벨상 5 호형으로 하였다.
[도전성]
실시예 및 비교예의 유연 도전 재료, 그리고 실시예 11 의 도전 적층체의 체적 저항률을, JIS K6271 (2008) 의 평행 단자 전극법에 준하여 측정하였다. 측정시에, 유연 도전 재료 등 (시험편) 을 지지하는 절연 수지제 지지 도구로서, 시판되는 부틸 고무 시트 (타이거 스포리마 (주) 제조) 를 사용하였다.
[피착체에 대한 영향]
(1) 시험용 소자의 제작
피착체의 유전막을 다음과 같이 하여 준비하였다. 먼저, 카르복실기 함유 수소화 니트릴 고무 (랑크세스사 제조「테르반 (등록상표) XT8889」) 를 아세틸아세톤에 용해시켰다. 다음으로, 이 용액에 테트라키스(2-에틸헥실옥시)티탄을 첨가하여 혼합하였다. 그리고, 얻어진 혼합 용액을, 기재 상에 바 코트법에 의해서 도포하고 건조시켜, 두께 18 ㎛ 의 도막을 형성하였다. 이 도막을 세로 50 ㎜, 가로 25 ㎜ 의 장방형으로 잘라 가교 전의 유전막으로 하였다.
한편, 유연 도전 재료의 상기 제조 과정에 있어서, 가교 전의 고무 조성물의 도막을 세로 38 ㎜, 가로 20 ㎜ 의 장방형으로 잘라 가교 전의 전극으로 하였다. 그리고, 가교 전의 전극을, 가교 전의 유전막의 표리 양면에 1 장씩 배치하여, 170 ℃ 에서 30 분간 가열함으로써 유전막과 전극을 가류 접착시켰다. 이와 같이 하여, 시험용 제 1 소자를 제작하였다.
또, 실시예 11 의 도전 적층체의 제조 과정에 있어서의 2 층의 도막 (실시예 7 의 도막/비교예 2 의 도막) 을, 세로 38 ㎜, 가로 20 ㎜ 의 장방형으로 잘라 가교 전의 전극으로 하였다. 그리고, 가교 전의 전극을, 가교 전의 유전막의 표리 양면에 1 장씩 배치하여, 170 ℃ 에서 30 분간 가열함으로써 유전막과 전극을 가류 접착시켰다. 가교 전의 전극은 각각 실시예 7 의 도막이 가교 전의 유전막과 접하도록 배치하였다. 이와 같이 하여, 시험용 제 2 소자를 제작하였다.
(2) 누설 전류의 측정
제작된 2 종류의 시험용 소자를 각각 시험 장치에 설치하여, 전압 인가시에 유전막 (피착체) 을 통해 흐르는 전류를 측정하였다. 먼저, 시험용 제 1 소자에 있어서의 누설 전류의 측정 방법을 설명한다. 도 8 에 시험 장치에 장착된 시험용 제 1 소자의 표측 정면도를 나타낸다. 도 9 에 도 8 의 IX -IX 방향 단면도를 나타낸다.
도 8, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 시험용 제 1 소자 (5A) 의 상단은, 시험 장치에 있어서의 상측 척 (52) 에 의해서 파지되어 있다. 시험용 제 1 소자 (5A) 의 하단은 하측 척 (53) 에 의해서 파지되어 있다. 시험용 제 1 소자 (5A) 와, 상측 척 (52), 하측 척 (53) 은 각각 절연되어 있다. 시험용 제 1 소자 (5A) 는 미리 상하 방향으로 연신된 상태에서, 상측 척 (52) 과 하측 척 (53) 사이에 장착되어 있다 (연신율 25 %).
시험용 제 1 소자 (5A) 는 유전막 (50) 과 1 쌍의 전극 (51a, 51b) 으로 이루어진다. 전극 (51a, 51b) 은 유전막 (50) 을 사이에 두고 표리 방향으로 대향하도록 배치되어 있다. 전극 (51a, 51b) 은 상하 방향으로 8 ㎜ 어긋난 상태로 배치되어 있다. 요컨대, 전극 (51a, 51b) 은 유전막 (50) 을 개재하여 세로 30 ㎜, 가로 20 ㎜ 의 범위에서 중첩되어 있다. 전극 (51a) 의 하단에는 배선 (도시 생략) 이 접속되어 있다. 동일하게, 전극 (51b) 의 상단에는 배선 (도시 생략) 이 접속되어 있다. 전극 (51a, 51b) 은 각각의 배선을 통해 전원 (도시 생략) 에 접속되어 있다.
전극 (51a, 51b) 간에 전압을 인가하면, 전극 (51a, 51b) 간에 정전 인력이 발생되어 유전막 (50) 을 압축한다. 이로써, 유전막 (50) 의 두께는 얇아지고, 연신 방향 (상하 방향) 으로 신장된다. 전계 강도 10, 20, 30 V/㎛ 의 직류 전압을 순서대로 인가하여, 전극 (51a, 51b) 사이에 흐르는 전류치를 측정하였다.
다음으로, 시험용 제 2 소자에 있어서의 누설 전류의 측정 방법을 설명한다. 도 10 에 시험 장치에 장착된 시험용 제 2 소자의 단면도를 나타낸다. 도 10 은 도 9 와 대응한다. 따라서, 도 10 중에서, 도 9 와 대응하는 부재에 대해서는 동일한 부호로 나타낸다.
도 10 에 나타내는 바와 같이, 시험용 제 2 소자 (5B) 의 상단은, 시험 장치에 있어서의 상측 척 (52) 에 의해서 파지되어 있다. 시험용 제 2 소자 (5B) 의 하단은 하측 척 (53) 에 의해서 파지되어 있다. 시험용 제 2 소자 (5B) 와 상측 척 (52), 하측 척 (53) 은 각각 절연되어 있다. 시험용 제 2 소자 (5B) 는, 미리 상하 방향으로 연신된 상태에서, 상측 척 (52) 과 하측 척 (53) 사이에 장착되어 있다 (연신율 25 %).
시험용 제 2 소자 (5B) 는, 유전막 (50) 과, 1 쌍의 내측 전극 (54a, 54b) 과, 1 쌍의 외측 전극 (55a, 55b) 으로 이루어진다. 내측 전극 (54a, 54b) 은 실시예 7 의 유연 도전 재료로 이루어진다. 내측 전극 (54a, 54b) 은 유전막 (50) 을 사이에 두고 표리 방향으로 대향하도록 배치되어 있다. 내측 전극 (54a, 54b) 은 상하 방향으로 8 ㎜ 어긋난 상태로 배치되어 있다. 요컨대, 내측 전극 (54a, 54b) 은 유전막 (50) 을 개재하여 세로 30 ㎜, 가로 20 ㎜ 의 범위에서 중첩되어 있다. 외측 전극 (55a, 55b) 은 비교예 2 의 유연 도전 재료로 이루어진다. 외측 전극 (55a) 은 내측 전극 (54a) 의 표면에 적층되어 있다. 외측 전극 (55b) 은 내측 전극 (55b) 의 이면에 적층되어 있다. 외측 전극 (55a) 의 하단에는 배선 (도시 생략) 이 접속되어 있다. 동일하게, 외측 전극 (55b) 의 상단에는 배선 (도시 생략) 이 접속되어 있다. 외측 전극 (55a, 55b) 은 각각의 배선을 통해 전원 (도시 생략) 에 접속되어 있다. 외측 전극 (55a, 55b) 에, 전계 강도 10, 20, 30 V/㎛ 의 직류 전압을 순서대로 인가하여, 외측 전극 (55a, 55b) 사이에 흐르는 전류치를 측정하였다.
추가로, 시험용 제 1 소자 (5A) 및 시험용 제 2 소자 (5B) 를, 온도 40 ℃, 습도 95 % 의 환경하에서 1 개월간 정치하였다. 그 후, 상기 각각의 측정 방법에 의해서 전계 강도 20 V/㎛ 의 직류 전압을 인가하여, 전극 사이에 흐르는 전류치를 측정하였다.
<평가 결과>
평가 결과를 상기 표 1, 표 2 에 정리하여 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 트리메르캅토트리아진 (TMT) 을 배합한 실시예 3 의 유연 도전 재료에 있어서의 MEK 불용분은 100 % 에 가까운 값이 되었다. 이 값은 TMT 를 배합하지 않은 비교예 1 의 유연 도전 재료에 있어서의 MEK 불용분과 비교하여 대폭 크다. 이와 같이, TMT 를 배합한 실시예 3 의 유연 도전 재료에 있어서 가교 밀도의 향상이 확인되었다.
표 1, 표 2 에 나타내는 바와 같이, 탄성률에 대해서는 흡착제나 도전제의 배합량이 증가됨에 따라서 커졌다. 또, 실시예 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, 12, 13 의 유연 도전 재료는, 비교예 1 의 유연 도전 재료와 동일한 정도로, 실시예 9, 14 의 유연 도전 재료 및 실시예 11 의 도전 적층체는, 비교예 2 의 유연 도전 재료와 동일한 정도로, 각각 높은 도전성을 나타냈다.
또, 시험용 소자에 의한 통전 시험 결과, 비교예 1 의 유연 도전 재료를 전극으로 한 경우에는, 누설 전류가 크고, 전계 강도 30 V/㎛ 에 있어서 유전막이 절연 파괴되어 버렸다. 동일하게, 비교예 2 의 유연 도전 재료를 전극으로 한 경우에도, 특히 전계 강도 30 V/㎛ 에 있어서의 누설 전류가 커졌다. 또한, 비교예 3 의 유연 도전 재료에는 가류 촉진제가 배합되어 있지 않다. 이 때문에, 비교예 3 의 유연 도전 재료를 전극으로 한 경우에는, 가류 촉진제를 배합한 다른 비교예보다 누설 전류가 작았다. 그러나, 시험용 소자를 고습 환경하에서 1 개월간 정치한 후에는, 다른 비교예와 동일하게 누설 전류가 커졌다. 이것은 시간의 경과와 함께, 유연 도전 재료로부터 유전막으로 이온화된 불순물이 이동했기 때문으로 생각된다. 가류 촉진제를 배합하지 않은 비교예 3 의 유연 도전 재료에 있어서는, 도전제의 은이 이온화되어 유전막으로 이동한 것으로 생각된다.
이에 대하여, 실시예의 유연 도전 재료를 전극으로 한 경우에는 누설 전류가 작아졌다. 그 중에서도, 흡착제로서, 활성탄 혹은 메소포러스카본을 사용한 실시예 7∼10, 12, 13 의 유연 도전 재료를 전극으로 한 경우에 있어서, 누설 전류가 작아졌다. 또, 실시예 7 의 유연 도전 재료와 비교예 2 의 유연 도전 재료를 적층한 실시예 11 의 도전 적층체를 전극으로 한 경우에 있어서도, 누설 전류가 작아졌다. 또, 시험용 소자를 고습 환경하에서 1 개월간 정치한 경우에 있어서도, 모든 실시예에 있어서 누설 전류는 거의 변함없었다.
실시예의 유연 도전 재료에는 흡착제가 함유되어 있다. 이 때문에, 엘라스토머 중에 잔존하는 반응 잔류물 등의 불순물 이온이나, 도전제의 은이 이온화된 은이온은 흡착제에 흡착, 고정된다. 따라서, 유연 도전 재료 (전극) 로부터 유전막으로 이동하는 불순물이 적어져 유전막의 전기 저항의 저하가 억제된 것으로 생각된다. 예를 들어, 실리카를 배합한 유연 도전 재료의 실시예 4, 5 를 비교하면, 실리카의 배합량 증가에 수반하여 누설 전류는 작아졌다. 이것은, 실리카의 함유량이 많아지면, 불순물 이온의 흡착량이 증가하는 것에 더하여, 불순물 이온 자체가 이동하기 어려워지기 때문으로 생각된다.
산업상 이용가능성
본 발명의 유연 도전 재료는, 엘라스토머를 이용한 유연한 트랜스듀서의 전극, 배선 재료로서 바람직하다. 또, 로봇이나 산업용 기계의 가동부의 제어, 웨어러블 (wearable) 디바이스, 굴곡 가능한 디스플레이 등에 사용되는 플렉시블 배선판의 배선 재료로서 바람직하다. 추가로, 전자파 실드로서도 바람직하다.
1 : 액추에이터 (트랜스듀서),
10 : 유전막,
11a, 11b : 전극,
12a, 12b : 배선,
13 : 전원,
14a, 14b : 전극,
140a, 140b : 내측 도전층,
141a, 141b : 외측 도전층.
2 : 정전 용량형 센서 (트랜스듀서),
20 : 유전막,
21a, 21b : 전극,
22a, 22b : 배선,
23a, 23b : 커버 필름,
24 : 커넥터.
3 : 발전 소자 (트랜스듀서),
30 : 유전막,
31a, 31b : 전극,
32a∼32c : 배선.
4 : 스피커 (트랜스듀서),
40a : 제 1 아우터 프레임,
40b : 제 2 아우터 프레임,
41a : 제 1 이너 프레임,
41b : 제 2 이너 프레임,
42a : 제 1 유전막,
42b : 제 2 유전막,
43a : 제 1 아우터 전극,
43b : 제 2 아우터 전극,
44a : 제 1 이너 전극,
44b : 제 2 이너 전극,
45a : 제 1 진동판,
45b : 제 2 진동판,
430a, 430b, 440a, 440b : 단자,
460 : 볼트,
461 : 너트,
462 : 스페이서.
5A : 시험용 제 1 소자,
5B : 시험용 제 2 소자,
50 : 유전막,
51a, 51b : 전극,
52 : 상측 척,
53 : 하측 척,
54a, 54b : 내측 전극,
55a, 55b : 외측 전극.
6 : 플렉시블 배선판,
60 : 탄성 기재,
61 : 표측 배선용 커넥터,
62 : 이측 배선용 커넥터,
01X∼16X : 표측 전극,
01Y∼16Y : 이측 전극,
01x∼16x : 표측 배선,
01y∼16y : 이측 배선.

Claims (13)

  1. 엘라스토머제의 유전막과, 상기 유전막을 개재하여 배치되어 있는 복수의 전극과, 복수의 상기 전극과 각각 접속되어 있는 배선을 구비하고,
    상기 전극 및 상기 배선의 적어도 일방은,
    엘라스토머와, 상기 엘라스토머 중에 충전되어 있는 도전제와, 상기 엘라스토머 중에 고정되어 있고, 이온성 물질을 흡착할 수 있는 흡착제를 갖는 유연 도전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착제는, 메르캅토기를 갖는 화합물, 이온 교환 폴리머, 실리카, 활성탄, 및 메소포러스카본에서 선택되는 1 종 이상인, 트랜스듀서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메르캅토기를 갖는 화합물은, 상기 엘라스토머와 화학 결합되어 있는, 트랜스듀서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 메르캅토기를 갖는 화합물은, 트리아진 골격을 갖는, 트랜스듀서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 메르캅토기를 갖는 화합물은, 트리메르캅토트리아진을 함유하는, 트랜스듀서.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 이온 교환 폴리머는, H 형 양이온 교환 수지 또는 OH 형 음이온 교환 수지인, 트랜스듀서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전제는, 카본 블랙 및 은 입자의 적어도 일방을 함유하는, 트랜스듀서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전제 및 상기 흡착제는, 활성탄 및 메소포러스카본의 적어도 일방인, 트랜스듀서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    온도 40 ℃, 습도 95 % 의 고습 환경하에서 1 개월간 정치한 후, 전계 강도 20 V/㎛ 의 전압을 인가한 경우에 흐르는 전류 밀도는 32㎂/6㎠ 이하인, 트랜스듀서.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은, 적층된 복수의 도전층을 갖고,
    복수의 상기 도전층 중에서, 적어도 상기 유전막과 접하는 내측 도전층은, 상기 유연 도전 재료로 이루어지는, 트랜스듀서.
  12. 탄성 기재와, 상기 탄성 기재의 표면에 배치되어 있는 배선을 구비하고,
    상기 배선의 적어도 일부는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유연 도전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선판.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유연 도전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 실드.
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