(57)【要約】  本発明の柔軟導電材料は、エラストマーと、少なくとも表面に銀を有する導電材と、を有する。導電材は、エラストマーと直接的または間接的に化学結合することにより、エラストマーの網目構造に組み込まれている。柔軟導電材料を一軸方向に１０％伸長させた場合の体積抵抗率は、１×１０−２Ω・ｃｍ以下である。本発明の柔軟導電材料は、柔軟で伸縮可能であると共に、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。また、本発明の柔軟導電材料の製造方法は、エラストマー成分のゴムポリマーと、導電材と、エラストマーおよび導電材の両方に化学結合可能であり必要に応じて配合される反応性化合物と、を含むゴム組成物を調製するゴム組成物調製工程と、調製された該ゴム組成物を架橋する架橋工程と、を有する。
2012108502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーと、少なくとも表面に銀を有する導電材と、を有し、該導電材は、該エラストマーと直接的または間接的に化学結合することにより該エラストマーの網目構造に組み込まれており、
一軸方向に１０％伸長させた場合の体積抵抗率が１×１０−２Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする柔軟導電材料。
【請求項２】
さらに、前記エラストマーおよび前記導電材の両方に化学結合可能な反応性化合物を有する請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項３】
前記反応性化合物は、硫黄化合物を含む請求項２に記載の柔軟導電材料。
【請求項４】
一軸方向に５０％伸長させた場合の体積抵抗率が１×１０−２Ω・ｃｍ以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項５】
前記エラストマーは、前記導電材と化学結合可能な官能基を有する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項６】
前記官能基は、フッ素原子、塩素原子、硫黄原子から選ばれる一種以上を含む請求項５に記載の柔軟導電材料。
【請求項７】
前記エラストマーおよび前記反応性化合物の少なくとも一方による、前記導電材の表面の被覆率は、０．５％以上４０％以下である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項８】
さらに、前記導電材と化学結合しないエラストマー架橋剤を有する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項９】
前記エラストマーは、有機過酸化物を用いずに架橋された架橋ゴム、および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上である請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項１０】
弾性部材の表面に配置される請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項１１】
前記弾性部材は、エラストマー製であり、
該エラストマーは、硫黄、硫黄化合物、および有機過酸化物のいずれも用いずに架橋された架橋ゴム、および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上である請求項１０に記載の柔軟導電材料。
【請求項１２】
請求項１に記載の柔軟導電材料の製造方法であって、
前記エラストマー成分のゴムポリマーと、前記導電材と、該エラストマーおよび該導電材の両方に化学結合可能であり必要に応じて配合される反応性化合物と、を含むゴム組成物を調製するゴム組成物調製工程と、
調製された該ゴム組成物を架橋する架橋工程と、
を有することを特徴とする柔軟導電材料の製造方法。
【請求項１３】
前記ゴム組成物調製工程は、前記導電材と前記反応性化合物とを予め反応させる前処理工程と、
化学結合された該導電材および該反応性化合物を、前記ゴムポリマーに混合する混合工程と、
を有する請求項１２に記載の柔軟導電材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる電極。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる配線。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる電磁波シールド。
【請求項１７】
エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、
該電極および該配線の少なくとも一方は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の柔軟導電材料からなるトランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮可能な柔軟導電材料およびその製造方法、ならびに当該柔軟導電材料を用いた電極、配線、電磁波シールド、およびトランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
エラストマー等の高分子材料を利用して、柔軟性が高く、小型で軽量なトランスデューサの開発が進められている。トランスデューサとしては、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ、発電素子等、あるいは音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン等が挙げられる。例えば、エラストマー製の誘電膜の表裏両面に一対の電極を配置して、アクチュエータを構成することができる。この種のアクチュエータでは、印加電圧の大小により誘電膜が伸縮する。したがって、電極には、誘電膜の伸長、収縮を妨げないように、誘電膜の変形に応じて伸縮可能であることが要求される。加えて、伸長された際に、電気抵抗の変化が小さいことも必要になる。【０００３】
また、回路基板の端子間や電子部品を接続するために、導電性接着剤等が用いられる。フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等のように柔軟なデバイスを接続する場合、伸縮による歪みや応力が導電性接着剤に加わる。したがって、接続部における信頼性、耐久性の観点から、導電性接着剤にも柔軟性が要求される。また、電子機器のデジタル化、高周波化、小型化が進むにつれ、不要な電磁波を遮蔽するための電磁波シールドの開発が重要になっている。柔軟性や伸縮性を有する電子機器の配線用途等、電磁波シールドにも柔軟性が要求される場合が多い。【０００４】
柔軟で伸縮可能な導電材料として、例えば、特許文献１には、カーボンブラック等の導電材に、オイルやエラストマーを混合したペーストから形成された電極が開示されている。また、特許文献２には、エラストマーと、形状の異なる二種類の金属フィラーと、を含む導電膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２４８３９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５３３６４号公報
【特許文献３】特開２００７−７３２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の導電材料においては、伸縮を繰り返すと電気抵抗が増加してしまうという問題があった。このため、従来の導電材料から電極や配線を形成した場合、伸縮を繰り返すことにより、電極や配線の電気抵抗が増加して、素子が劣化しやすくなる。また、電極や配線の電気抵抗が高いと、高周波領域におけるリアクタンス成分の発生により、アクチュエータや音響装置の応答性が低下するおそれがある。また、検出信号に対して電気抵抗が高すぎると、センサの分解能が低下するおそれがある。【０００７】
また、従来の導電材料を導電性接着剤として用いた場合には、伸縮を繰り返すうちに導電性が低下して、デバイスの性能に影響を与えるおそれがある。また、電磁波シールドとして用いた場合には、導電性の低下によりシールド性能が低下するおそれがある。【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、柔軟で伸縮可能であると共に、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい柔軟導電材料、およびその製造方法を提供することを課題とする。また、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい電極、配線、および電磁波シールドを提供することを課題とする。さらに、柔軟で耐久性に優れたトランスデューサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記課題を解決するため、本発明の柔軟導電材料は、エラストマーと、少なくとも表面に銀を有する導電材と、を有し、該導電材は、該エラストマーと直接的または間接的に化学結合することにより該エラストマーの網目構造に組み込まれており、一軸方向に１０％伸長させた場合の体積抵抗率が１×１０−２Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。【００１０】
本発明者は、従来の導電材料について検討を重ねた結果、伸縮を繰り返すことによる電気抵抗の増加は、母材のエラストマーと導電材との剥離や、導電材の移動により、導電経路の形態が変化することが原因であるという知見を得た。導電材の剥離や移動を抑制するための方法としては、エラストマーと導電材とを化学結合する方法が考えられる。しかしながら、この種の導電材料は、導電材同士が接触し、その間を電子が流れることにより導電性を発現する。したがって、導電材の表面に、絶縁物である有機物を化学結合させると、導電性が低下してしまうおそれがある。【００１１】
この点、本発明の柔軟導電材料によると、必要な導電性を維持しつつ、エラストマーと導電材とを化学結合させた。すなわち、本発明の柔軟導電材料においては、導電材とエラストマーとが直接的または間接的に化学結合しており、導電材はエラストマーの網目構造に組み込まれている。ここで、「直接的に化学結合する」とは、導電材が、エラストマーの分子鎖に、直接、化学結合していることを意味する。また、「間接的に化学結合する」とは、導電材が、他の物質を介して、化学結合していることを意味する。エラストマーは架橋していてもしていなくてもよい。これにより、伸縮を繰返した場合でも、エラストマーと導電材との剥離や、導電材の移動が抑制される。その結果、電気抵抗の増加が抑制される。一方、本発明の柔軟導電材料においては、一軸方向に１０％伸長させた場合の体積抵抗率が、１×１０−２Ω・ｃｍ以下である。すなわち、導電材同士の電子のやり取りを妨ないように、導電材の表面における化学反応量を制御することにより、導電性を維持した。このように、本発明の柔軟導電材料によると、導電材料として必要な導電性の維持と、伸縮を繰返すことによる導電性低下の抑制と、の二つの背反する要求が実現されている。【００１２】
ところで、特許文献３には、銀粒子とトリアジンチオール誘導体とを含む導電膜が開示されている。当該導電膜においては、トリアジンチオール誘導体が銀粒子と錯体を形成する。これにより、導電膜の耐硫化性が向上する。特許文献３には、導電膜は、銀粒子およびトリアジンチオール誘導体の他に、バインダー樹脂等の有機物を含んでいてもよいとの記載がある。しかし、特許文献３には、伸縮可能な導電膜を形成するという思想はない。したがって、伸縮を繰り返すことにより電気抵抗が増加するという課題、さらには銀粒子とバインダー樹脂との結合については、全く記載されていない。【００１３】
（２）本発明の柔軟導電材料の製造方法は、上記本発明の柔軟導電材料の製造方法の一態様であって、前記エラストマー成分のゴムポリマーと、前記導電材と、該エラストマーおよび該導電材の両方に化学結合可能であり必要に応じて配合される反応性化合物と、を含むゴム組成物を調製するゴム組成物調製工程と、調製された該ゴム組成物を架橋する架橋工程と、を有することを特徴とする。【００１４】
反応性化合物は、エラストマーおよび導電材の両方に化学結合可能である。したがって、反応性化合物を配合することにより、エラストマーと導電材とを、反応性化合物を介して間接的に化学結合させることができる。例えば、エラストマーが導電材と化学結合可能な官能基を有する場合など、エラストマーと導電材とが直接的に化学結合する場合には、必ずしも反応性化合物を配合する必要はない。【００１５】
また、ゴム組成物調製工程においては、エラストマーの配合量や官能基の数、反応性化合物の配合量等を調整して、導電材の表面における化学反応量を制御する。これにより、製造される柔軟導電材料の導電性が調整される。【００１６】
調製されたゴム組成物を架橋すると、エラストマーの網目構造が形成される。導電材は、エラストマーと直接的または間接的に化学結合することにより、エラストマーの網目構造に組み込まれる。このように、本発明の製造方法によると、上記本発明の柔軟導電材料を容易に製造することができる。【００１７】
（３）本発明の電極は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。したがって、本発明の電極は、伸縮可能である。また、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。このため、使用時において、電極の電気抵抗の増加による、素子性能の低下が小さい。【００１８】
（４）本発明の配線は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。したがって、本発明の配線は、伸縮可能である。また、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。このため、使用時において、配線の電気抵抗の増加による、素子性能の低下が小さい。【００１９】
（５）本発明の電磁波シールドは、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の電磁波シールドは、例えば、本発明の柔軟導電材料を構成するゴムポリマーや導電材等の原料を所定の溶剤に溶解した導電塗料から、形成することができる。また、溶剤を用いずに、原料を混練した混練物をプレス成形や押出成形して、形成することができる。したがって、形状の制約が少なく、電磁波を遮蔽したい様々な部位へ、容易に配置することができる。また、本発明の電磁波シールドは、伸縮可能であり、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。このため、伸縮性を有する部材に使用しても、シールド性能が低下しにくい。【００２０】
また、上記本発明の柔軟導電材料は、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。このため、伸縮性を有する部材を電気的に接続するための導電性接着剤としても好適である。【００２１】
（６）本発明のトランスデューサは、エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、該電極および該配線の少なくとも一方は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。【００２２】
トランスデューサは、ある種類のエネルギーを他の種類のエネルギーに変換する装置である。上述したように、トランスデューサには、機械エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うアクチュエータ、センサ、発電素子等、あるいは音響エネルギーと電気エネルギーとの変換を行うスピーカ、マイクロフォン等が含まれる。本発明のトランスデューサによると、電極および配線の少なくとも一方が、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料から形成された電極、配線は、伸縮可能である。よって、トランスデューサの動きが、電極や配線により妨げられにくい。また、本発明の柔軟導電材料から形成された電極、配線においては、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。このため、使用時において、電極や配線の電気抵抗の増加による、トランスデューサ性能の低下が小さい。よって、本発明のトランスデューサは耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のトランスデューサの第一実施形態であるアクチュエータの断面模式図であって、（ａ）は電圧オフ状態、（ｂ）は電圧オン状態を示す。
【図２】本発明のトランスデューサの第二実施形態である静電容量型センサの上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明のトランスデューサの第三実施形態である発電素子の断面模式図であって、（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を示す。
【図５】本発明のトランスデューサの第四実施形態であるスピーカの斜視図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１：アクチュエータ（トランスデューサ）、１０：誘電膜、１１ａ、１１ｂ：電極、１２ａ、１２ｂ：配線、１３：電源。
２：静電容量型センサ（トランスデューサ）、２０：誘電膜、２１ａ、２１ｂ：電極、２２ａ、２２ｂ：配線、２３ａ、２３ｂ：カバーフィルム、２４：コネクタ。
３：発電素子（トランスデューサ）、３０：誘電膜、３１ａ、３１ｂ：電極、３２ａ〜３２ｃ：配線。
４：スピーカ（トランスデューサ）、４０ａ：第一アウタフレーム、４０ｂ：第二アウタフレーム、４１ａ：第一インナフレーム、４１ｂ：第二インナフレーム、４２ａ：第一誘電膜、４２ｂ：第二誘電膜、４３ａ：第一アウタ電極、４３ｂ：第二アウタ電極、４４ａ：第一インナ電極、４４ｂ：第二インナ電極、４５ａ：第一振動板、４５ｂ：第二振動板、４３０ａ、４３０ｂ、４４０ａ、４４０ｂ：端子、４６０：ボルト、４６１：ナット、４６２：スペーサ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の柔軟導電材料、その製造方法、電極、配線、電磁波シールド、およびトランスデューサの実施の形態について説明する。なお、本発明の柔軟導電材料、その製造方法、電極、配線、電磁波シールド、およびトランスデューサは、以下の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２６】
＜柔軟導電材料＞
本発明の柔軟導電材料は、エラストマーと、導電材と、を有する。導電材は、少なくとも表面に銀（Ａｇ）を有する。導電材としては、銀粉末や、表面が銀で被覆された粒子の粉末を用いればよい。被覆する粒子としては、銅等の金属、グラファイトやカーボンブラック等の炭素材料、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物、シリカ等の無機物、アクリルやウレタン等の樹脂等が挙げられる。導電材として使用する粉末は、一種でも、二種以上でもよい。
【００２７】
導電材の大きさ、形状は、特に限定されない。例えば、形状や大きさの異なる二種以上の導電材を用いると、伸長しても導電性の低下が小さい柔軟導電材料を構成しやすい。この場合、アスペクト比が比較的大きいフレーク状（薄片状）、針状等の粒子と、アスペクト比が比較的小さい球状等の粒子と、を組み合わせるとよい。アスペクト比が比較的大きい粒子としては、アスペクト比が１０以上であり、厚さが０．５μｍ以下のものが特に好適である。
【００２８】
本発明の柔軟導電材料における導電材の含有量は、所望の導電性が得られるように決定すればよい。例えば、柔軟導電材料の柔軟性を向上させるという観点から、導電材の含有量を、柔軟導電材料の体積を１００ｖｏｌ％とした場合の４５ｖｏｌ％以下とすることが望ましい。２５ｖｏｌ％以下、さらには１５ｖｏｌ％以下とするとより好適である。
【００２９】
エラストマーは、室温でゴム状弾性を有するものであればよい。例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が０℃以下のエラストマーは、柔軟なため好適である。また、Ｔｇが低くなると、結晶性が低下するため、エラストマーの破断伸びが大きくなる。つまり、より伸長しやすくなる。加えて、エラストマーの粘性が高くなるため、柔軟導電材料に粘着性を付与することができる。柔軟導電材料が粘着性を有すると、基材との接着性が向上する。例えば、弾性部材の表面に柔軟導電材料を配置した場合、柔軟導電材料の接着性が充分でないと、歪が繰り返し加わることにより、柔軟導電材料が弾性部材から剥離して、機械的信頼性、電気的信頼性が低下するおそれがある。また、弾性部材と柔軟導電材料との間にボイドが入るなどして、絶縁破壊を招くおそれがある。したがって、エラストマーのＴｇは、−２０℃以下、さらには−３５℃以下であることが望ましい。本明細書では、ガラス転移温度として、ＪＩＳ  Ｋ７１２１（１９８７）に準じて測定した中間点ガラス転移温度を採用する。
【００３０】
エラストマーとしては、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。例えば、アクリルゴム、ウレタンゴム、ヒドリンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、スチレン−プロピレンゴム、フッ素ゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、熱可塑性エラストマー等が好適である。なかでも、アクリルゴムは、結晶性が低く分子間力が弱いため、他のゴムと比較してＴｇが低い。よって、柔軟で伸びがよく、アクチュエータの電極等に好適である。アクリルゴムとしては、炭素数４以上のアルキル基を有するアクリル酸エステルモノマー単位を５０ｍｏｌ％以上含むものが望ましい。アルキル基が大きい（炭素数が多い）と、結晶性が低下するため、アクリルゴムの弾性率がより低くなる。
【００３１】
本発明の柔軟導電材料は、エラストマー、導電材に加えて、エラストマーおよび導電材の両方に化学結合可能な反応性化合物を有することが望ましい。なお、導電材に対して、反応性化合物は、表面の銀と化学結合可能であればよい。反応性化合物を有する場合、エラストマーと導電材とは、反応性化合物を介して間接的に化学結合する。したがって、エラストマーと導電材とが直接的に化学結合しない場合であっても、導電材を、エラストマーの網目構造に組み込むことができる。
【００３２】
反応性化合物としては、銀との反応性が高い硫黄化合物を用いることが望ましい。具体的には、メルカプトプロピルメトキシシラン、メルカプトプロピルエトキシシラン、トリメルカプトトリアジン、メルカプトベンズイミダゾール、メルカプトベンズイミダゾールスルホン酸ナトリウム、メルカプトベンズチアゾール、メルカプトベンズチアゾールシクロアルキルアミン、メルアカプトブタノール、メルカプトブタノン、メルカプトエタノール、メルカプトエチルスルフィド、メルカプトヘキサノール、メルカプトペンタノン、メルカプトプロパンジオール、クロロアセトニトリル、クロロベンズニトリル、クロロベンジルアミン、クロロエトキエタノール等が挙げられる。
【００３３】
反応性化合物は、エラストマーと導電材との結合に関与する他、エラストマーの架橋に関与する場合もある。この場合、エラストマーと導電材とを結合する反応と、エラストマーの架橋反応と、が競争反応になる。したがって、反応性化合物が、エラストマーの架橋にも関与する場合には、反応性化合物の配合量を、エラストマーの架橋反応に消費される分を考慮して、決定する必要がある。導電材の表面における化学反応量、すなわち、後述する被覆率を制御しやすいという観点から、反応性化合物としては、エラストマーの架橋に関与しないものを用いることが望ましい。
【００３４】
また、エラストマーが、導電材と化学結合可能な官能基を有する場合、エラストマーと導電材とを結合する反応性化合物を用いなくてもよい。ここで、官能基は、導電材の表面の銀と化学結合可能であればよい。この場合、エラストマーと導電材とが直接的に化学結合する。官能基としては、フッ素原子、塩素原子、硫黄原子から選ばれる一種以上を含むものが望ましい。例えば、ハロゲン（−Ｆ、−Ｃｌ等）、メルカプト基（−ＳＨ）等が挙げられる。このようなエラストマーとしては、例えば、エピクロロヒドリンゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等が挙げられる。
【００３５】
本発明の柔軟導電材料において、導電材は、エラストマーと直接的または間接的に化学結合することにより、エラストマーの網目構造に組み込まれている。導電材が、エラストマーの網目構造に組み込まれているか否かは、次の二つの方法を用いて判定することができる。
【００３６】
（１）動的粘弾性試験
動的粘弾性測定装置（（株）ユービーエム製「Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００」）を用い、柔軟導電材料に引張歪みを与えた場合における、−３０℃から８０℃までの動的粘弾性を測定する。そして、各温度における損失弾性率（Ｅ″）、貯蔵弾性率（Ｅ′）、損失係数（ｔａｎδ）を求める。
【００３７】
エラストマーと導電材とが化学結合していると、エラストマーの運動が制限される。このため、化学結合していない場合と比較して、損失弾性率が小さくなり、ｔａｎδが小さくなる。本明細書においては、エラストマーと導電材とが化学結合していない従来の導電材料と比較した場合に、ｔａｎδのピーク値が０．０５以上小さくなっていれば、導電材がエラストマーの網目構造に組み込まれていると判断する。
【００３８】
（２）Ｘ線光電子分光試験
柔軟導電材料の表面およびエッチングした内部を、Ｘ線光電子分光装置で測定し、スペクトルを得る。ＡｇとＡｇＸ（Ｘは、エラストマーや反応性化合物に含まれる原子）とでは、得られたスペクトルのピーク位置が異なる。導電材の銀がエラストマーや反応性化合物と化学的に反応していれば、ＡｇＸのピークが得られ、反応していなければ、Ａｇのピークが得られる。したがって、本明細書においては、ＡｇＸのピークが得られれば、導電材がエラストマーの網目構造に組み込まれていると判断する。
【００３９】
本発明の柔軟導電材料においては、導電材同士が接触し、その間を電子が流れることにより導電性が発現する。したがって、所望の導電性を得るためには、導電材の表面における化学反応量、すなわち、導電材の表面の被覆率を制御する必要がある。被覆率は、次式（Ｉ）により算出される。
被覆率（％）＝被覆面積／導電材の表面積×１００・・・（Ｉ）
式（Ｉ）における被覆面積は、導電材の表面のうち、エラストマーおよび反応性化合物の少なくとも一方により被覆された面積である。例えば、反応性化合物による被覆面積は、次のようにして算出できる。
【００４０】
まず、導電材と任意の量の反応性化合物とを混合し、反応させる。この際、反応性化合物が溶解した溶液中に、導電材を混合してもよい。次に、オージェ電子分光装置を用いて、反応後の導電材の元素マッピングを行う。その結果を二値化して、面積を算出することにより、被覆面積を求める。なお、使用する導電材の粒子径が、オージェ電子分光装置の分解能に近いほど小さい場合には、元素マッピングの精度が低下するおそれがある。この場合、使用する導電材とできる限り表面組成が同じであって、粒子径の大きな導電材を代用して、被覆面積を求めてもよい。
【００４１】
このようにして、反応性化合物の配合量と被覆面積との関係を求めておくことにより、上記式（Ｉ）から、目的とする被覆率に対応した、反応性化合物の配合量を決定することができる。エラストマーの配合量についても、同様の手法で決定すればよい。なお、エラストマーの場合には、官能基の数により、導電材との反応性が変化する。例えば、エラストマーを、予め他の化合物と反応させることにより、導電材と反応する官能基を減らしておくことができる。こうすることにより、同じ量のエラストマーを用いても、被覆率を小さくすることができる。例えば、ハロゲンと反応する化合物としては、メルカプト化合物、アミノ化合物、オレフィン化合物、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミン等が挙げられる。これらの化合物については、エラストマーを過剰に架橋しないように、官能基の数を制御することが望ましい。
【００４２】
被覆率が大きいほど、導電材の表面において、絶縁性の物質に覆われる面積が大きくなる。このため、導電材同士の電子のやり取りが妨げられ、柔軟導電材料の導電性が低下する。また、柔軟導電材料を伸長した際の電気抵抗の増加が大きくなる。一方、被覆率が小さ過ぎると、導電材をエラストマーの網目構造に充分に組み込むことができない。その結果、伸縮を繰り返した場合に、電気抵抗の増加が大きくなる。したがって、所望の導電性を得るために、最適な被覆率を実現する必要がある。
【００４３】
このような観点から、例えば、被覆率を、０．５％以上４０％以下とすることが望ましい。３０％以下、さらには２０％以下とするとより好適である。しかし、柔軟導電材料の導電性と被覆率との関係は、導電材の配合量、大きさ、形状、エラストマーや反応性化合物の種類等の様々な因子より決定される。このため、被覆率は、使用する導電材、エラストマー、反応性化合物に応じて、所望の導電性を得られるように、適宜決定すればよい。
【００４４】
導電性の指標としては、特に伸長時の導電性が重要である。伸長時の導電性が低いと、伸縮を繰り返した場合の導電性の低下が大きくなる。また、被覆率が大きいと、未伸長時（自然状態）の導電性が高くても、伸長時に導電性が著しく低下する挙動を示す。これは、被覆率が大きいと、導電材本来の表面同士の接触面積が小さいため、伸長により容易に導電経路が断絶するからである。したがって、被覆率が適正か否かについては、伸長時の導電性、具体的には、柔軟導電材料を一軸方向に１０％伸長させた場合の体積抵抗率が、１×１０−２Ω・ｃｍ以下であるかどうかで、判断することができる。つまり、１０％伸長時の体積抵抗率が、１×１０−２Ω・ｃｍ以下であれば、被覆率が適正だと判断することができる。さらに、一軸方向に５０％伸長させた場合の体積抵抗率が１×１０−２Ω・ｃｍ以下であれば、より好適である。また、未伸長時と１０％伸長時とを比較した場合に、体積抵抗率の変化が１００倍以内であるとよい。体積抵抗率の測定は、ＪＩＳ  Ｋ６２７１（２００８）の平行端子電極法に準じて行えばよい。
【００４５】
本発明の柔軟導電材料は、エラストマー、導電材、反応性化合物の他、可塑剤、加工助剤、架橋剤、架橋促進剤、架橋助剤、老化防止剤、軟化剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。例えば、可塑剤、軟化剤を添加すると、エラストマーの加工性が向上すると共に、柔軟性をより向上させることができる。可塑剤は、エラストマーとの相溶性に優れるものであればよい。例えば、公知のフタル酸ジエステル等の有機酸誘導体、リン酸トリクレジル等のリン酸誘導体、アジピン酸ジエステル、塩素化パラフィン、ポリエーテルエステル等を使用することができる。軟化剤としては、植物系軟化剤や、鉱物系軟化剤を使用すればよい。植物系軟化剤としては、ステアリン酸、ラウリン酸、リシノール酸、パルミチン酸、綿実油、大豆油、ひまし油、パーム油、パインタール油、トール油、ファクチス等が挙げられる。鉱物系軟化剤としては、パラフィン系、ナフテン系、アロマ系のオイルが挙げられる。
【００４６】
また、エラストマーを架橋させるための架橋剤、架橋促進剤、架橋助剤等（以下、エラストマー架橋剤と総称する）については、エラストマーの種類に応じて、適宜決定すればよい。但し、エラストマー架橋剤が、導電材とも化学結合する場合には、エラストマーの架橋反応だけでなく、導電材との反応についても制御する必要がある。このため、エラストマー架橋剤としては、導電材と化学結合しないものを用いることが望ましい。
【００４７】
また、エラストマー架橋剤として、有機過酸化物を用いると、導電材が酸化されるおそれがある。これにより、導電材の表面の電気抵抗が増加して、柔軟導電材料の導電性が低下するおそれがある。したがって、エラストマー架橋剤としては、有機過酸化物を使用しないことが望ましい。この場合、エラストマーとしては、有機過酸化物を用いずに架橋される架橋ゴム、および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上を採用すればよい。
【００４８】
本発明の柔軟導電材料は、用途に応じて、種々の基材の表面に形成することができる。基材としては、例えばポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等からなる屈曲性を有する樹脂フィルム等が挙げられる。また、本発明の柔軟導電材料を、エラストマー製の弾性部材の表面に形成した場合には、柔軟性が高く、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくいという効果を、より発揮させることができる。弾性部材には、トランスデューサにおける誘電膜や、フレキシブル配線板における基材等が含まれる。
【００４９】
導電材の腐食を抑制するという観点から、弾性部材は、硫黄、硫黄化合物、および有機過酸化物のいずれも含まないことが望ましい。この場合、弾性部材のエラストマーとしては、硫黄、硫黄化合物、および有機過酸化物のいずれも用いずに架橋された架橋ゴム、および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上を採用すればよい。弾性部材のエラストマーは、柔軟導電材料のエラストマーと同じでもよく、異なっていてもよい。
【００５０】
＜柔軟導電材料の製造方法＞
本発明の柔軟導電材料の製造方法は、ゴム組成物調製工程と、架橋工程と、を有する。以下、各工程について説明する。
【００５１】
（１）ゴム組成物調製工程
本工程においては、エラストマー成分のゴムポリマーと、導電材と、該エラストマーおよび該導電材の両方に化学結合可能であり必要に応じて配合される反応性化合物と、を含むゴム組成物を調製する。
【００５２】
ゴム組成物は、例えば、ゴムポリマーと導電材とを混合し（適宜添加剤を含む）、さらに必要に応じて反応性化合物を加えた混合物を、ニーダー、バンバリーミキサー等の加圧式混練機、二本ロール等により混練して調製することができる。あるいは、当該混合物に、溶剤を加えて混練し、導電塗料としてもよい。
【００５３】
本工程において、エラストマーの配合量や官能基の数、反応性化合物の配合量等を調整することにより、導電材の表面の被覆率を制御する。これにより、製造される柔軟導電材料の導電性が調整される。
【００５４】
また、反応性化合物を配合する場合、反応性化合物が、エラストマーと導電材との結合に加えて、エラストマーの架橋にも関与する場合がある。この場合、エラストマーと導電材とを結合する反応と、エラストマーの架橋反応と、が競争反応になる。したがって、導電材の表面の被覆率を制御することが難しい。このような場合には、本工程を、導電材と反応性化合物とを予め反応させる前処理工程と、化学結合された該導電材および該反応性化合物を、ゴムポリマーに混合する混合工程と、を有するように構成するとよい。
【００５５】
本構成においては、前処理工程において、予め、導電材と反応性化合物とを反応させておく。これにより、導電材と反応性化合物とが化学結合し、導電材の表面が所定の被覆率で被覆される。したがって、エラストマーの架橋反応の影響を受けることなく、導電材と反応性化合物との反応を行うことができる。つまり、エラストマーの架橋反応を考慮せずに、被覆率の制御を行うことができる。このように、本構成によると、反応性化合物が、エラストマーの架橋に関与する場合であっても、導電材の表面の被覆率を制御しやすい。
【００５６】
（２）架橋工程
本工程においては、調製されたゴム組成物を架橋する。これにより、エラストマーの網目構造が形成されると共に、導電材が、エラストマーと直接的に、あるいは反応性化合物を介して間接的に化学結合することにより、エラストマーの網目構造に組み込まれる。
【００５７】
例えば、ゴム組成物が混練物の場合、金型成形や押出成形により加圧、加熱して、架橋反応を進行させればよい。また、ゴム組成物が導電塗料の場合、当該導電塗料を基材等に塗布し、加熱により乾燥させると共に架橋反応を進行させればよい。導電塗料の塗布方法は、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。印刷法の中でも、高粘度の塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易で、厚膜が形成可能であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
【００５８】
＜電極、配線、トランスデューサ＞
本発明のトランスデューサは、エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備える。誘電膜は、エラストマーまたは樹脂からなる。なかでも、比誘電率の高いエラストマーを用いることが望ましい。具体的には、常温における比誘電率（１００Ｈｚ）が２以上、さらには５以上のエラストマーが望ましい。例えば、エステル基、カルボキシル基、水酸基、ハロゲン基、アミド基、スルホン基、ウレタン基、ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマー、あるいは、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーを採用するとよい。好適なエラストマーとしては、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等が挙げられる。なお、「エラストマーまたは樹脂製」とは、誘電膜のベース材料が、エラストマーまたは樹脂であることを意味する。よって、エラストマーまたは樹脂成分の他に、添加剤等の他の成分を含んでいても構わない。
【００５９】
誘電膜の厚さは、トランスデューサの用途等に応じて適宜決定すればよい。例えば、アクチュエータの場合、小型化、低電位駆動化、および変位量を大きくする等の観点から、誘電膜の厚さは薄い方が望ましい。この場合、絶縁破壊性等をも考慮して、誘電膜の厚さを、１μｍ以上１０００μｍ（１ｍｍ）以下とすることが望ましい。５μｍ以上２００μｍ以下とすると、より好適である。
【００６０】
電極および配線の少なくとも一方は、上記本発明の柔軟導電材料からなる。本発明の柔軟導電材料の構成、および製造方法については、上述した通りである。よって、ここでは説明を割愛する。また、本発明のトランスデューサの電極、配線においても、上述した本発明の柔軟導電材料の好適な態様を採用することが望ましい。以下、本発明のトランスデューサの例として、アクチュエータ、静電容量型センサ、発電素子、およびスピーカの実施形態を説明する。なお、以下の実施形態において、本発明の電極、配線の実施形態についても併せて説明する。
【００６１】
［第一実施形態］
本発明のトランスデューサの第一例として、アクチュエータの実施形態を説明する。図１に、本実施形態のアクチュエータの断面模式図を示す。（ａ）は電圧オフ状態、（ｂ）は電圧オン状態を各々示す。
【００６２】
図１に示すように、アクチュエータ１は、誘電膜１０と、電極１１ａ、１１ｂと、配線１２ａ、１２ｂと、を備えている。誘電膜１０は、Ｈ−ＮＢＲ製である。電極１１ａは、誘電膜１０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極１１ｂは、誘電膜１０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極１１ａ、１１ｂは、各々、配線１２ａ、１２ｂを介して電源１３に接続されている。電極１１ａ、１１ｂは、いずれも本発明の柔軟導電材料からなる。
【００６３】
オフ状態からオン状態に切り替える際は、一対の電極１１ａ、１１ｂ間に電圧を印加する。電圧の印加により、誘電膜１０の厚さは薄くなり、その分だけ、図１（ｂ）中白抜き矢印で示すように、電極１１ａ、１１ｂ面に対して平行方向に伸長する。これにより、アクチュエータ１は、図中上下方向および左右方向の駆動力を出力する。
【００６４】
本実施形態によると、電極１１ａ、１１ｂは、柔軟で伸縮可能である。このため、電極１１ａ、１１ｂは、誘電膜１０の変形に追従して伸縮することができる。すなわち、誘電膜１０の動きが、電極１１ａ、１１ｂにより妨げられにくい。よって、アクチュエータ１によると、より大きな力および変位量を得ることができる。また、電極１１ａ、１１ｂにおいては、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。このため、アクチュエータ１の性能が低下しにくい。したがって、アクチュエータ１は、耐久性に優れる。また、アクチュエータ１の応答性も、良好である。
【００６５】
［第二実施形態］
本発明のトランスデューサの第二例として、静電容量型センサの実施形態を説明する。まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図２に、静電容量型センサの上面図を示す。図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を示す。図２、図３に示すように、静電容量型センサ２は、誘電膜２０と、一対の電極２１ａ、２１ｂと、配線２２ａ、２２ｂと、カバーフィルム２３ａ、２３ｂと、を備えている。
【００６６】
誘電膜２０は、Ｈ−ＮＢＲ製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。誘電膜２０の厚さは、約３００μｍである。
【００６７】
電極２１ａは、長方形状を呈している。電極２１ａは、誘電膜２０の上面に、スクリーン印刷により三つ形成されている。同様に、電極２１ｂは、長方形状を呈している。電極２１ｂは、誘電膜２０を挟んで電極２１ａと対向するように、誘電膜２０の下面に三つ形成されている。電極２１ｂは、誘電膜２０の下面に、スクリーン印刷されている。このように、誘電膜２０を挟んで、電極２１ａ、２１ｂが三対配置されている。電極２１ａ、２１ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００６８】
配線２２ａは、誘電膜２０の上面に形成された電極２１ａの一つ一つに、それぞれ接続されている。配線２２ａにより、電極２１ａとコネクタ２４とが結線されている。配線２２ａは、誘電膜２０の上面に、スクリーン印刷により形成されている。同様に、配線２２ｂは、誘電膜２０の下面に形成された電極２１ｂの一つ一つに、それぞれ接続されている（図２中、点線で示す）。配線２２ｂにより、電極２１ｂとコネクタ（図略）とが結線されている。配線２２ｂは、誘電膜２０の下面に、スクリーン印刷により形成されている。配線２２ａ、２２ｂは、本発明の柔軟導電材料からなる。
【００６９】
カバーフィルム２３ａは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ａは、誘電膜２０、電極２１ａ、配線２２ａの上面を覆っている。同様に、カバーフィルム２３ｂは、アクリルゴム製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。カバーフィルム２３ｂは、誘電膜２０、電極２１ｂ、配線２２ｂの下面を覆っている。
【００７０】
次に、静電容量型センサ２の動きについて説明する。例えば、静電容量型センサ２が上方から押圧されると、誘電膜２０、電極２１ａ、カバーフィルム２３ａは一体となって、下方に湾曲する。圧縮により、誘電膜２０の厚さは小さくなる。その結果、電極２１ａ、２１ｂ間のキャパシタンスは大きくなる。このキャパシタンス変化により、圧縮による変形が検出される。
【００７１】
次に、本実施形態の静電容量型センサ２の作用効果について説明する。本実施形態によると、誘電膜２０、電極２１ａ、２１ｂ、配線２２ａ、２２ｂ、カバーフィルム２３ａ、２３ｂは、いずれもエラストマー材料からなる。このため、静電容量型センサ２の全体が柔軟であり、伸縮可能である。また、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂは、誘電膜２０の変形に追従して変形することができる。さらに、電極２１ａ、２１ｂおよび配線２２ａ、２２ｂにおいては、導電性が高く、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。したがって、静電容量型センサ２の応答性は良好である。なお、本実施形態の静電容量型センサ２には、誘電膜２０を狭んで対向する電極２１ａ、２１ｂが、三対形成されている。しかし、電極の数、大きさ、配置等は、用途に応じて、適宜決定すればよい。
【００７２】
［第三実施形態］
本発明のトランスデューサの第三例として、発電素子の実施形態を説明する。図４に、本実施形態における発電素子の断面模式図を示す。（ａ）は伸長時、（ｂ）は収縮時を各々示す。
【００７３】
図４に示すように、発電素子３は、誘電膜３０と、電極３１ａ、３１ｂと、配線３２ａ〜３２ｃと、を備えている。誘電膜３０は、Ｈ−ＮＢＲ製である。電極３１ａは、誘電膜３０の上面の略全体を覆うように、配置されている。同様に、電極３１ｂは、誘電膜３０の下面の略全体を覆うように、配置されている。電極３１ａには、配線３２ａ、３２ｂが接続されている。すなわち、電極３１ａは、配線３２ａを介して、外部負荷（図略）に接続されている。また、電極３１ａは、配線３２ｂを介して、電源（図略）に接続されている。電極３１ｂは、配線３２ｃにより接地されている。電極３１ａ、３１ｂは、いずれも本発明の柔軟導電材料からなる。
【００７４】
図４（ａ）中白抜き矢印で示すように、発電素子３を圧縮し、誘電膜３０を電極３１ａ、３１ｂ面に対して平行方向に伸長すると、誘電膜３０の膜厚は薄くなり、電極３１ａ、３１ｂ間に電荷が蓄えられる。その後、圧縮力を除去すると、図４（ｂ）に示すように、誘電膜３０の弾性復元力により誘電膜３０は収縮し、膜厚が厚くなる。その際、蓄えられた電荷が配線３２ａを通して放出される。
【００７５】
本実施形態によると、電極３１ａ、３１ｂは、柔軟で伸縮可能である。このため、電極３１ａ、３１ｂは、誘電膜３０の変形に追従して伸縮することができる。すなわち、誘電膜３０の動きが、電極３１ａ、３１ｂにより妨げられにくい。また、電極３１ａ、３１ｂにおいては、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。このため、発電素子３の性能が低下しにくい。したがって、発電素子３は耐久性に優れる。
【００７６】
［第四実施形態］
本発明のトランスデューサの第四例として、スピーカの実施形態を説明する。まず、本実施形態のスピーカの構成について説明する。図５に、本実施形態のスピーカの斜視図を示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。図５、図６に示すように、スピーカ４は、第一アウタフレーム４０ａと、第一インナフレーム４１ａと、第一誘電膜４２ａと、第一アウタ電極４３ａと、第一インナ電極４４ａと、第一振動板４５ａと、第二アウタフレーム４０ｂと、第二インナフレーム４１ｂと、第二誘電膜４２ｂと、第二アウタ電極４３ｂと、第二インナ電極４４ｂと、第二振動板４５ｂと、八つのボルト４６０と、八つのナット４６１と、八つのスペーサ４６２と、を備えている。
【００７７】
第一アウタフレーム４０ａ、第一インナフレーム４１ａは、各々、樹脂製であって、リング状を呈している。第一誘電膜４２ａは、Ｈ−ＮＢＲ製であり、円形の薄膜状を呈している。第一誘電膜４２ａは、第一アウタフレーム４０ａと第一インナフレーム４１ａとの間に張設されている。すなわち、第一誘電膜４２ａは、表側の第一アウタフレーム４０ａと裏側の第一インナフレーム４１ａとにより、所定の張力を確保した状態で、挟持、固定されている。第一振動板４５ａは、樹脂製であって、円板状を呈している。第一振動板４５ａは、第一誘電膜４２ａよりも小径である。第一振動板４５ａは、第一誘電膜４２ａの表面の略中央に配置されている。
【００７８】
第一アウタ電極４３ａは、リング状を呈している。第一アウタ電極４３ａは、第一誘電膜４２ａの表面に貼着されている。第一インナ電極４４ａも、リング状を呈している。第一インナ電極４４ａは、第一誘電膜４２ａの裏面に貼着されている。第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとは、第一誘電膜４２ａを挟んで、表裏方向に背向している。第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとは、いずれも、本発明の柔軟導電材料からなる。また、図６に示すように、第一アウタ電極４３ａは、端子４３０ａを備えている。第一インナ電極４４ａは、端子４４０ａを備えている。端子４３０ａ、４４０ａには、外部から電圧が印加される。
【００７９】
第二アウタフレーム４０ｂ、第二インナフレーム４１ｂ、第二誘電膜４２ｂ、第二アウタ電極４３ｂ、第二インナ電極４４ｂ、第二振動板４５ｂ（以下、「第二部材」と総称する。）の構成、材質、形状は、上記第一アウタフレーム４０ａ、第一インナフレーム４１ａ、第一誘電膜４２ａ、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａ、第一振動板４５ａ（以下、「第一部材」と総称する。）の構成、材質、形状と、同様である。また、第二部材の配置は、上記第一部材の配置と、表裏方向に対称である。簡単に説明すると、第二誘電膜４２ｂは、Ｈ−ＮＢＲ製であり、第二アウタフレーム４０ｂと第二インナフレーム４１ｂとの間に張設されている。第二振動板４５ｂは、第二誘電膜４２ｂの表面の略中央に配置されている。第二アウタ電極４３ｂは、第二誘電膜４２ｂの表面に印刷されている。第二インナ電極４４ｂは、第二誘電膜４２ｂの裏面に印刷されている。第二アウタ電極４３ｂと第二インナ電極４４ｂとは、いずれも、本発明の柔軟導電材料からなる。第二アウタ電極４３ｂの端子４３０ｂ、第二インナ電極４４ｂの端子４４０ｂには、外部から電圧が印加される。
【００８０】
第一部材と第二部材とは、八つのボルト４６０、八つのナット４６１により、八つのスペーサ４６２を介して、固定されている。「ボルト４６０−ナット４６１−スペーサ４６２」のセットは、スピーカ４の周方向に所定間隔ずつ離間して配置されている。ボルト４６０は、第一アウタフレーム４０ａ表面から第二アウタフレーム４０ｂ表面までを貫通している。ナット４６１は、ボルト４６０の貫通端に螺着されている。スペーサ４６２は、樹脂製であって、ボルト４６０の軸部に環装されている。スペーサ４６２は、第一インナフレーム４１ａと第二インナフレーム４１ｂとの間に、所定の間隔を確保している。第一誘電膜４２ａの中央部裏面（第一振動板４５ａが配置されている部分の裏側）と、第二誘電膜４２ｂの中央部裏面（第二振動板４５ｂが配置されている部分の裏側）と、は接合されている。このため、第一誘電膜４２ａには、図６に白抜き矢印Ｙ１ａで示す方向に、付勢力が蓄積されている。また、第二誘電膜４２ｂには、図６に白抜き矢印Ｙ１ｂで示す方向に、付勢力が蓄積されている。
【００８１】
次に、本実施形態のスピーカの動きについて説明する。端子４３０ａ、４４０ａと端子４３０ｂ、４４０ｂとを介して、第一アウタ電極４３ａおよび第一インナ電極４４ａと、第二アウタ電極４３ｂおよび第二インナ電極４４ｂと、には、初期状態（オフセット状態）において、所定の電圧（オフセット電圧）が印加されている。スピーカ４の動作時には、端子４３０ａ、４４０ａと端子４３０ｂ、４４０ｂとに、逆位相の電圧が印加される。  例えば、端子４３０ａ、４４０ａに、オフセット電圧＋１Ｖが印加されると、第一誘電膜４２ａのうち、第一アウタ電極４３ａと第一インナ電極４４ａとの間に配置されている部分の膜厚が薄くなる。並びに、当該部分が径方向に伸長する。これと同時に、端子４３０ｂ、４４０ｂに逆位相の電圧（オフセット電圧−１Ｖ）が印加される。すると、第二誘電膜４２ｂのうち、第二アウタ電極４３ｂと第二インナ電極４４ｂとの間に配置されている部分の膜厚が厚くなる。並びに当該部分が径方向に収縮する。これにより、第二誘電膜４２ｂは、第一誘電膜４２ａを引っ張りながら、図６に白抜き矢印Ｙ１ｂで示す方向に、自身の付勢力により弾性変形する。反対に、端子４３０ｂ、４４０ｂにオフセット電圧＋１Ｖが印加され、端子４３０ａ、４４０ａに逆位相の電圧（オフセット電圧−１Ｖ）が印加されると、第一誘電膜４２ａは、第二誘電膜４２ｂを引っ張りながら、図６に白抜き矢印Ｙ１ａで示す方向に、自身の付勢力により弾性変形する。このようにして、第一振動板４５ａ、第二振動板４５ｂを振動させることにより空気を振動させ、音声を発生させる。
【００８２】
次に、本実施形態のスピーカ４の作用効果について説明する。本実施形態によると、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａ、第二アウタ電極４３ｂ、および第二インナ電極４４ｂ（以下適宜、「電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂ」と称す）は、柔軟で伸縮可能である。このため、第一アウタ電極４３ａ、第一インナ電極４４ａは、第一誘電膜４２ａの変形に追従して伸縮することができる。同様に、第二アウタ電極４３ｂ、および第二インナ電極４４ｂは、第二誘電膜４２ｂの変形に追従して伸縮することができる。すなわち、第一誘電膜４２ａ、第二誘電膜４２ｂの動きが、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂにより妨げられにくい。よって、スピーカ４の応答性は、低周波領域においても良好である。また、電極４３ａ、４４ａ、４３ｂ、４４ｂにおいては、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい。このため、スピーカ４の性能が低下しにくい。したがって、スピーカ４は、耐久性に優れる。
【００８３】
＜電磁波シールド＞
本発明の電磁波シールドは、本発明の柔軟導電材料からなる。電磁波シールドは、電子機器の内部で発生した電磁波が外部に漏れるのを抑制したり、外部からの電磁波を内部へ侵入させにくくする役割を果たす。例えば、電子機器の筐体の内周面に、電磁波シールドを配置する場合には、本発明の柔軟導電材料を形成するための導電塗料を、電子機器の筐体の内周面に塗布し、乾燥させればよい。また、上記トランスデューサの第二実施形態として示した静電容量型センサに、電磁波シールドを配置することもできる。例えば、カバーフィルム２３ａの上面と、カバーフィルム２３ｂの下面と、を各々覆うように、電磁波シールドを配置すればよい（前出図２、図３参照）。この場合、本発明の柔軟導電材料を形成するための導電塗料を、カバーフィルム２３ａの上面およびカバーフィルム２３ｂの下面に塗布し、乾燥させればよい。さらに、電子機器の隙間にガスケットとして配置する場合には、本発明の柔軟導電材料を、所望の形状に成形して用いればよい。
【実施例】
【００８４】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。【００８５】
＜柔軟導電材料の製造＞
[実施例１〜５]
まず、二種類のモノマーを懸濁重合して、アクリルゴムポリマーを製造した。モノマーとしては、ｎ−ブチルアクリレート（ＢＡ）およびアリルグリシジルエーテル（ＡＧＥ）を用いた。モノマーの配合割合は、ＢＡを９８質量％、ＡＧＥを２質量％とした。得られたアクリルゴムポリマーの重量平均分子量を、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定したところ、約８０万であった。また、アクリルゴムポリマーのＴｇは、−４５℃であった。【００８６】
次に、製造したアクリルゴムポリマー１００質量部に、導電材として、銀粉末Ａ（ＤＯＷＡエレクトロニクス（株）製、商品「ＦＡ−Ｄ−４」（フレーク状、平均粒子径約１５μｍ、アスペクト比約２５））４００質量部、および銀粉末Ｂ（同社製、商品「ＡＧ２−１Ｃ」（球状、平均粒子径約０．５μｍ、アスペクト比約１））２００質量部、を混合した。さらに、反応性化合物として、メルカプトプロピルメトキシシラン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品「Ａ−１８７」）、またはトリメルカプトトリアジン（和光純薬工業（株）製）を、所定量添加した。また、エラストマー架橋剤のジアミノジフェニルメタン（和光純薬工業（株）製）０．５質量部を、適宜添加した。そして、溶剤のブトキシエチルアセテートを加えて、粘度を調製した後、三本ロールにて混練りし、導電塗料を調製した。【００８７】
次に、調製した導電塗料を、アクリル樹脂製の基材表面にバーコート法により塗布した。その後、塗膜が形成された基材を、約１５０℃の乾燥炉内に約３０分間静置して、塗膜を乾燥させると共に、架橋反応を進行させて、薄膜状の柔軟導電材料を得た。【００８８】
[実施例６〜８]
アクリルゴムポリマーに替えてウレタンゴムポリマーを用いた以外は、実施例１〜５と同様にして、柔軟導電材料を製造した。ウレタンゴムポリマーとしては、日本ポリウレタン工業（株）製「ニッポラン（登録商標）５１９３」を用いた。また、反応性化合物としては、メルカプトプロピルメトキシシラン（同上）を用い、エラストマー架橋剤は、配合しなかった。【００８９】
[実施例９、１０]
導電材の種類および配合量と、反応性化合物（メルカプトプロピルメトキシシラン）の配合量と、を変更した以外は、実施例１と同様にして、柔軟導電材料を製造した。導電材としては、銀粉末Ａ（同上）５０質量部、銀粉末Ｂ（同上）５０質量部、および銀粉末Ｃ（福田金属箔粉工業（株）製、商品「ナノメルト（登録商標）ＡＧ−ＸＦ３０１」（フレーク状、平均粒子径約５μｍ、アスペクト比約４０））３００質量部を用いた。【００９０】
［比較例１、２］
反応性化合物の配合量を変更した以外は、実施例１〜５と同様にして、柔軟導電材料を製造した。すなわち、比較例１の柔軟導電材料については、反応性化合物を配合しなかった。また、比較例２の柔軟導電材料については、反応性化合物のメルカプトプロピルメトキシシランを、０．８６質量部配合した。【００９１】
［比較例３、４］
反応性化合物の配合量を変更した以外は、実施例６〜８と同様にして、柔軟導電材料を製造した。すなわち、比較例３の柔軟導電材料については、反応性化合物を配合しなかった。また、比較例４の柔軟導電材料については、反応性化合物のメルカプトプロピルメトキシシランを、０．８６質量部配合した。【００９２】
［比較例５、６］
反応性化合物に変えて、エラストマーと化学結合しないブタンチオール（和光純薬工業（株）製）を配合した以外は、実施例１〜５と同様にして、柔軟導電材料を製造した。すなわち、比較例５の柔軟導電材料については、ブタンチオールを０．１質量部配合した。また、比較例６の柔軟導電材料については、ブタンチオールを０．５質量部配合した。【００９３】
＜被覆率の算出＞
実施例および比較例の柔軟導電材料について、オージェ電子分光装置を用いて、反応性化合物またはブタンチオールの配合量と被覆面積との関係を、予め調査しておいた。そして、使用した反応性化合物またはブタンチオールの配合量から、上記式（Ｉ）に基づいて、導電材（銀粉末）の表面の被覆率を算出した。なお、使用した反応性化合物（二種類）は、いずれも、エラストマーと導電材との結合反応に加えて、エラストマーの架橋反応にも関与する。しかし、ここでは、反応性化合物が全てエラストマーと導電材との結合反応に用いられると仮定して、被覆率を算出した。また、反応性化合物の配合量が多く、計算上、被覆面積が導電材の表面積を超える場合には、被覆率を１００％とした。【００９４】
表１に、実施例１〜８の柔軟導電材料における、原料の配合量、被覆率、および膜厚を示す。表２に、比較例１〜６の柔軟導電材料における、原料の配合量、被覆率、および膜厚を示す。表３に、実施例９、１０の柔軟導電材料における、原料の配合量、被覆率、および膜厚を示す。表１〜表３中、原料の配合量の単位は質量部である。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【００９５】
＜評価方法＞
実施例および比較例の柔軟導電材料について、柔軟性および導電性を評価した。また、導電材がエラストマーの網目構造に組み込まれているか否か、を判定する基準となる損失係数（ｔａｎδ）を求めた。以下、各々の評価方法について説明する。【００９６】
［柔軟性］
柔軟導電材料について、ＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）に準じた引張試験を行った。試験片の形状は、試験片タイプ２とした。得られた応力−伸び曲線から、柔軟導電材料の弾性率を算出した。【００９７】
［導電性］
（１）柔軟導電材料の体積抵抗率を、ＪＩＳ  Ｋ６２７１（２００８）の平行端子電極法に準じて測定した。この際、柔軟導電材料（試験片）を支持する絶縁樹脂製支持具として、市販のシリコーンゴムシート（クレハエラストマー（株）製）を用いた。体積抵抗率の測定は、伸長の有無により二種類行った。すなわち、一つは、自然状態（伸長なし）で測定し、もう一つは、一軸方向に伸長率１０％で伸長した状態（以下、適宜「１０％伸長状態」と称す）で測定した。さらに、実施例９、１０の柔軟導電材料については、一軸方向に伸長率５０％で伸長した状態（以下、適宜「５０％伸長状態」と称す）でも測定した。ここで、伸長率は、次式（ＩＩ）により算出した値である。
伸長率（％）＝（ΔＬ０／Ｌ０）×１００・・・（ＩＩ）
［Ｌ０：試験片の標線間距離、ΔＬ０：試験片の標線間距離の伸長による増加分］
（２）柔軟導電材料を繰り返し伸縮し、伸縮前後の体積抵抗率の変化を測定した。柔軟導電材料が自然状態→１０％伸長状態→自然状態になるように、柔軟導電材料を周波数１Ｈｚで伸縮させた。伸縮は、「自然状態→１０％伸長状態→自然状態」を１回とし、連続して１０００回行った（実施例９、１０の柔軟導電材料のみ、伸縮回数を２０００回とした）。１回目の伸縮の後、柔軟導電材料を伸長率１０％で伸長させて、体積抵抗率を測定した。また、伸縮を１０００回繰り返した後、同様に伸長率１０％で伸長させて、柔軟導電材料の体積抵抗率を測定した。そして、次式（ＩＩＩ）により、抵抗指数を算出した。抵抗指数が小さいほど、伸縮を繰り返した後の電気抵抗の増加が小さい。
抵抗指数＝伸縮１０００回後における１０％伸長状態の体積抵抗率／伸縮１回後における１０％伸長状態の体積抵抗率・・・（ＩＩＩ）
[損失係数（ｔａｎδ）]
柔軟導電材料に引張歪みを与えた場合における、−３０℃から８０℃までの動的粘弾性を測定し、損失係数（ｔａｎδ）のピーク値を求めた。動的粘弾性の測定には、動的粘弾性測定装置（（株）ユービーエム製「Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００」）を用いた。【００９８】
＜評価結果＞
実施例および比較例の柔軟導電材料の評価結果を、上記表１〜表３にまとめて示す。表１、表３に示すように、実施例の柔軟導電材料においては、いずれも弾性率が小さく、柔軟であることがわかる。また、実施例の柔軟導電材料は、いずれも自然状態において高い導電性を有する。また、１０％伸長状態の体積抵抗率は、いずれも１×１０−２Ω・ｃｍ以下であった。つまり、１０％伸長させても、電気抵抗の増加は小さかった。特に、実施例９、１０の柔軟導電材料においては、５０％伸長状態の体積抵抗率も、１×１０−２Ω・ｃｍ以下であった。つまり、５０％伸長させても、電気抵抗の増加は小さかった。実施例９の柔軟導電材料においては、反応性化合物の配合量が少なく、被覆率が０．５％と小さいにも関わらず、高い導電性が実現されている。また、実施例の柔軟導電材料においては、抵抗指数が小さいことから、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくいことがわかる。【００９９】
ここで、使用したエラストマーおよび反応性化合物が同じ実施例１〜３と、比較例１、２と、を比較する。表１、表２に示すように、反応性化合物を配合していない比較例１の柔軟導電材料においては、抵抗指数が大きい。これに対して、実施例１〜３の柔軟導電材料においては、抵抗指数が大幅に低下した。つまり、伸縮を繰り返しても電気抵抗の増加が小さかった。これは、導電材がエラストマーと化学結合したことにより、導電材のエラストマーからの剥離や、導電材の移動が抑制されたためである。また、実施例１〜３の柔軟導電材料のｔａｎδは、比較例１の柔軟導電材料のｔａｎδより０．０５以上小さい。これにより、実施例１〜３の柔軟導電材料においては、導電材がエラストマーの網目構造に組み込まれていることが確認できる。一方、反応性化合物の配合量が多い（被覆率１００％）比較例２の柔軟導電材料においては、１０％伸長状態の体積抵抗率が大きく、抵抗指数も非常に大きくなった。被覆率が大きい比較例２の柔軟導電材料においては、導電材本来の表面同士の接触面積が小さい。このため、伸長により容易に導電経路が断絶し、電気抵抗が増加した。【０１００】
また、実施例６〜８と、比較例３、４と、を比較しても、同様のことが言える。すなわち、反応性化合物を配合していない比較例３の柔軟導電材料においては、抵抗指数が大きい。これに対して、実施例６〜８の柔軟導電材料においては、抵抗指数が大幅に低下した。つまり、伸縮を繰り返しても電気抵抗の増加が小さかった。また、実施例６〜８の柔軟導電材料のｔａｎδは、比較例３の柔軟導電材料のｔａｎδより０．０５以上小さい。これにより、実施例６〜８の柔軟導電材料においては、導電材がエラストマーの網目構造に組み込まれていることが確認できる。一方、反応性化合物の配合量が多い（被覆率１００％）比較例４の柔軟導電材料においては、１０％伸長状態の体積抵抗率が大きく、抵抗指数も非常に大きくなった。【０１０１】
なお、実施例８の柔軟導電材料においては、実施例６、７の柔軟導電材料と比較して、抵抗指数が比較的大きくなった。これは、実施例８の柔軟導電材料においては、反応性化合物の配合量が少ないため、実施例６、７の柔軟導電材料と比較して、導電材とエラストマーとの化学結合を充分に行えなかったからである。このように、抵抗指数を小さくするためには、反応性化合物の最適な配合量が存在する。換言すれば、反応性化合物の配合量を最適化することにより、抵抗指数をより小さくすることができる。【０１０２】
また、ブタンチオールを配合した比較例５、６の柔軟導電材料においては、比較例１の柔軟導電材料と比較して、ｔａｎδが変化していない。ブタンチオールは硫黄化合物であるが、エラストマーとは化学結合せず、導電材とのみ化学結合する。このため、導電材は、エラストマーの網目構造に組み込まれない。したがって、比較例５、６の柔軟導電材料においては、抵抗指数が非常に大きくなった。【０１０３】
以上説明したように、所定の被覆率で、導電材とエラストマーとを化学結合させることにより、伸縮性および導電性が高く、伸縮を繰り返しても電気抵抗が増加しにくい柔軟導電材料を実現することができた。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の柔軟導電材料は、エラストマーを利用した柔軟なトランスデューサの電極、配線に好適である。また、電磁波シールド、導電性接着剤としても好適である。さらに、ロボットや産業用機械の可動部の制御、ウェアラブルデバイス、屈曲可能なディスプレイ等に使用されるフレキシブル配線板の配線にも好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年5月29日(2012.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーと、少なくとも表面に銀を有する導電材と、を有し、該導電材は、該エラストマーと直接的または間接的に化学結合することにより該エラストマーの網目構造に組み込まれており、
一軸方向に１０％伸長した状態の体積抵抗率が１×１０−２Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする柔軟導電材料。
【請求項２】
さらに、前記エラストマーおよび前記導電材の両方に化学結合可能な反応性化合物を有する請求項１に記載の柔軟導電材料。
【請求項３】
前記反応性化合物は、硫黄化合物を含む請求項２に記載の柔軟導電材料。
【請求項４】
一軸方向に５０％伸長した状態の体積抵抗率が１×１０−２Ω・ｃｍ以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項５】
前記エラストマーは、前記導電材と化学結合可能な官能基を有する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項６】
前記官能基は、フッ素原子、塩素原子、硫黄原子から選ばれる一種以上を含む請求項５に記載の柔軟導電材料。
【請求項７】
前記エラストマーおよび前記反応性化合物の少なくとも一方による、前記導電材の表面の被覆率は、０．５％以上４０％以下である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項８】
さらに、前記導電材と化学結合しないエラストマー架橋剤を有する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項９】
前記エラストマーは、有機過酸化物を用いずに架橋された架橋ゴム、および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上である請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項１０】
弾性部材の表面に配置される請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の柔軟導電材料。
【請求項１１】
前記弾性部材は、エラストマー製であり、
該エラストマーは、硫黄、硫黄化合物、および有機過酸化物のいずれも用いずに架橋された架橋ゴム、および熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上である請求項１０に記載の柔軟導電材料。
【請求項１２】
請求項１に記載の柔軟導電材料の製造方法であって、
前記エラストマー成分のゴムポリマーと、前記導電材と、該エラストマーおよび該導電材の両方に化学結合可能であり必要に応じて配合される反応性化合物と、を含むゴム組成物を調製するゴム組成物調製工程と、
調製された該ゴム組成物を架橋する架橋工程と、
を有することを特徴とする柔軟導電材料の製造方法。
【請求項１３】
前記ゴム組成物調製工程は、前記導電材と前記反応性化合物とを予め反応させる前処理工程と、
化学結合された該導電材および該反応性化合物を、前記ゴムポリマーに混合する混合工程と、
を有する請求項１２に記載の柔軟導電材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる電極。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる配線。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の柔軟導電材料からなる電磁波シールド。
【請求項１７】
エラストマーまたは樹脂製の誘電膜と、該誘電膜を介して配置されている複数の電極と、複数の該電極と各々接続されている配線と、を備え、
該電極および該配線の少なくとも一方は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の柔軟導電材料からなるトランスデューサ。
【国際調査報告】
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