(57)【要約】【課題】繰り返しの圧縮変形に対し、微小荷重時においても検出信号である電気抵抗値の再現性が良好な感圧センサ用導電部材及びこれを用いた感圧センサを提供する。【解決手段】エラストマーを基材とし、該エラストマー上に少なくとも導電性樹脂塗膜を有する感圧センサ用導電部材において、該エラストマーが気泡率５％以上５０％以下の多気泡性エラストマーであることを特徴とする感圧センサ用導電部材。少なくとも一対の電極部材が形成された基板と、該電極部材に対向して配置される導電部材を有し、該電極部材または該導電部材の少なくとも一方に対する圧力変化を、電気抵抗値の変化として検出する感圧センサにおいて、該導電部材が前記感圧センサ用導電部材であることを特徴とする感圧センサ。【選択図】図１
2015161572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーを基材とし、該エラストマー上に少なくとも導電性樹脂塗膜を有する感圧センサ用導電部材において、該エラストマーが気泡率５％以上５０％以下の多気泡性エラストマーであることを特徴とする感圧センサ用導電部材。
【請求項２】
前記多気泡性エラストマーの気泡に占める独立気泡の比率が６０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の感圧センサ用導電部材。
【請求項３】
前記多気泡性エラストマーのアスカーＣ硬度が３０以上５０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の感圧センサ用導電部材。
【請求項４】
前記独立気泡が略球状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の感圧センサ用導電部材。
【請求項５】
前記多気泡性エラストマーの厚さは０．５〜５．０ｍｍであり、前記多気泡性エラストマーの厚さをＬ（ｍｍ）、前記気泡の平均径をＤ（ｍｍ）としたとき、０．０１≦Ｄ／Ｌ≦０．３であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の感圧センサ用導電部材。
【請求項６】
少なくとも一対の電極部材が形成された基板と、該電極部材に対向して配置される導電部材を有し、該電極部材または該導電部材の少なくとも一方に対する圧力変化を、電気抵抗値の変化として検出する感圧センサにおいて、該導電部材が請求項１〜５のいずれか一項に記載の感圧センサ用導電部材であることを特徴とする感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は部材に作用する圧力の大きさ及び分布状態を測定する感圧センサ用導電部材に関する。また、この感圧センサ用導電部材を用いた感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部材に作用する圧力の大きさ及び分布状態を測定する手段として、エラストマーに導電性粒子を分散させた導電部材を用いた感圧センサが知られている。この感圧センサでは、圧力の変化に応じた導電部材の電気抵抗値の変化により圧力が検出される。
【０００３】
例えば、導電性粒子としてカーボンブラックをシリコーンゴム中に分散させた導電部材を、櫛型電極等の電極を形成した平面基板に対向配置させた感圧センサがある。この種の感圧センサは、無加圧時は高い電気抵抗値を示すが、圧力の増加に伴う圧縮変形によりシリコーンゴム中の導電性粒子同士の粒子間距離が狭まり、導電性粒子による導電パスが形成することで電気抵抗値が低下する。この導電パスの形成による電気抵抗値の変化は、基材中における導電性粒子の分散状態が大きく影響する為、感圧センサごとの電気抵抗値の変化の再現性が課題である。また、圧縮変形を繰り返すことにより導電部材が疲労によって永久変形を起こし、導電性粒子同士が接触したまま導通状態となることで圧力を検出し難くなる為、耐久性も課題となる。
【０００４】
その他の方法として、導電部材と電極部材の接触状態による電気抵抗値の変化を利用して圧力を検出する感圧センサがある。例えば、エラストマーの表面に導電性塗膜を形成した導電部材において、導電部材同士の接触面積の変化、或いは導電部材と電極部材の接触面積の変化により印加側とレシーブ側の電極間の電気抵抗値が変化することを利用する感圧センサがある（例えば、特許文献１）。この感圧センサは、基材としての弾性体と該弾性体の表面に形成された導電性塗膜とを有し、該弾性体はゴム成分を７０体積％以上含有するゴム組成物からなり、該ゴム組成物がゴム成分の総量を１００質量部とした場合にポリブタジエンゴムを６０質量部以上、ポリブタジエンゴムを除くジエン系ゴムを４０質量部以下の範囲で含有することを特徴としている。基材である弾性体がその表面に塗膜を有することから基材からの成分の染み出しによる汚染を防ぐとともに、ゴム弾性体を用いることで繰り返しの圧縮変形に対する電気抵抗値の再現性の課題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５９４１１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、特許文献１に開示される感圧センサは、次のような課題がある。基材としてソリッドゴムの弾性体を用いることから導電部材が比較的高硬度となり、繰り返しの圧縮変形の際、電極部材に対する導電部材の片当たりが生じる可能性がある。その結果、微小荷重時における電極部材と導電部材との間の接触面積がばらつき、電気抵抗値の検出精度が低くなり再現性が悪化する可能性がある。したがって、本発明の課題は、繰り返しの圧縮変形に対し、微小荷重時においても検出信号である電気抵抗値の再現性が良好な感圧センサ用導電部材及びこれを用いた感圧センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の感圧センサ用導電部材は、エラストマーを基材とし、該エラストマー上に少なくとも導電性樹脂塗膜を有する感圧センサ用導電部材であって、該エラストマーが気泡率５％以上５０％以下の多気泡性エラストマーであることを特徴とする感圧センサ用導電部材である。
【０００８】
また本発明の感圧センサは、少なくとも一対の電極部材が形成された基板と、該電極部材に対向して配置される導電部材を有し、該電極部材または該導電部材の少なくとも一方に対する圧力変化を、電気抵抗値の変化として検出する感圧センサにおいて、該導電部材が前記感圧センサ用導電部材であることを特徴とする感圧センサである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の感圧センサ用導電部材は、基材として多気泡性エラストマーを用いることで柔軟性に富む導電部材となり、繰り返しの圧縮変形の際、微小荷重時における電極部材に対する導電部材の片当たりによる電極部材と導電部材との間の接触面積のばらつきを低減することが可能となる。そのため、繰り返しの圧縮変形に対し、微小荷重時において検出信号である電気抵抗値の再現性に優れた圧力の検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】多気泡性エラストマー上に導電性樹脂塗膜が形成された感圧センサー用導電部材の模式図である。
【図２】繰り返し圧縮変形における圧力と電気抵抗値の計測を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜感圧センサ用導電部材＞
本発明の感圧センサ用導電部材は、エラストマーを基材とし、該エラストマー上に少なくとも導電性樹脂塗膜を有する感圧センサ用導電部材において、該エラストマーが気泡率５％以上５０％以下の多気泡性エラストマーであることを特徴とする感圧センサ用導電部材である。
【００１２】
〔エラストマー〕
本発明において、基材として使用されるエラストマーの種類は特に限定されず、例えば以下のものが挙げられる。原材料に加硫剤を混練したのち加熱することで得られる加硫ゴム、原材料に硬化剤を加えたのち加熱することで得られる熱硬化性樹脂エラストマー、及び、熱を加えると軟化して流動性を示し冷却するとゴム状弾性体に戻る性質を持つ熱可塑性樹脂エラストマー。
【００１３】
加硫ゴムとしては、例えば以下のものが挙げられる。イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロロヒドリン−エチレンオキシドコポリマー、エピクロロヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル３元共重合体、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、天然ゴム等。また、これらの加硫ゴム成分は単独でも用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いても良い。
【００１４】
熱硬化性樹脂エラストマーとしては、ウレタン樹脂エラストマーやシリコーン樹脂エラストマーが挙げられる。
【００１５】
熱可塑性樹脂エラストマーとしては、例えば以下のものが挙げられる。スチレン−ブタジエンブロック共重合体，スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体等のスチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー及び塩ビ系熱可塑性エラストマー。これらのエラストマー成分は単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１６】
特に、使用する導電性樹脂塗膜の主成分に対して親和性のあるエラストマーを使用する事が好ましい。例えば、極性を有するウレタン樹脂を主成分とする導電性樹脂塗膜に対しては、同じく極性を有するアクリロニトリルブタジエンゴムをエラストマーとして用いる事により、導電性樹脂塗膜と基材との密着性が良好となる。その結果、繰り返しの圧縮変形に対する電気抵抗値の変化の再現性がより優れたものとなる。また、反発弾性に優れたイソプレンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴムを基材として使用する事で、優れた再現性とともに圧縮変形に対する電気抵抗値の変化のヒステリシスが良好となる。
【００１７】
〔多気泡性エラストマー〕
本発明の感圧センサ用導電部材においてはエラストマーとして多気泡性エラストマーが用いられる。多気泡性エラストマーは柔軟性及び反発弾性に優れることから、微小の圧縮変形に対する電気抵抗値の変化の再現性が良好なものとなる。基材としてソリッドゴムを用いた導電部材において、電気抵抗値の変化の良好な再現性を実現するには材料の種類に制限があるが、基材として多気泡性エラストマーを用いた導電部材においては、材料選択に自由度が増し、用途に応じた材料選択が可能となる。
【００１８】
本発明の感圧センサ用導電部材に用いる多気泡性エラストマーの気泡率（体積比率）は５％以上、５０％以下である。気泡率が５％未満の場合、気泡率が低いことから、多気泡性エラストマーが高硬度となり電極部材に対する導電部材の片当たりが生じやすいため、電極部材と導電部材の接触状態が悪化する。したがって、片当たりによるばらつきが生じ、繰り返しの圧縮変形に対する微小荷重時における電気抵抗値の変化の再現性が低下する。また、気泡率が５０％を超える場合、多気泡性エラストマーの反発弾性が低下し、繰り返しの圧縮変形に対し変形の回復力が損なわれる。そのため、繰り返しの圧縮変形に対する電気抵抗値の変化の検出精度が悪化し、再現性が低下する。したがって、エラストマーの気泡率が５％以上、５０％以下であれば、気泡の特性である柔軟性及び反発弾性を損なうことなく、繰り返しの圧縮変形に対する微小荷重時における電気抵抗値の再現性が良好な感圧センサ用導電部材を得る事が可能となる。尚、「気泡率」の測定方法は後述する。
【００１９】
多気泡性エラストマーの気泡は、独立気泡と連続気泡の２種類に大きく分けられるが、気泡に占める独立気泡の体積比率が６０％以上であることが好ましい。「独立気泡」は、多気泡性エラストマー内部に存在する気泡同士が繋がっておらず、気泡同士が独立した状態の気泡である。「連続気泡」は、多気泡性エラストマー内部に存在する気泡が多気泡性エラストマーの外部空間に繋がった状態の気泡である。独立気泡はエラストマーの変形回復力を向上させる機能を有する。独立気泡を６０％以上含有することで、多気泡性エラストマーの反発弾性も良好となり、繰り返し圧縮変形による電気抵抗値の変化の再現性の低下を抑えることが可能となる。
【００２０】
多気泡性エラストマーの独立気泡の形状は略球状が好ましい。例えば、気泡の形状が略球状である場合、繰り返しの圧縮変形を加えた際、一定箇所に負荷がかかりにくく、微小荷重時における電極部材に対する導電部材の片当たりが緩和されることから、繰り返し圧縮変形による電気抵抗値の変化の再現性が良好な導電部材となる。
【００２１】
エラストマー中に気泡を形成する方法としては特に限定されないが、化学発泡剤による方法、中空粒子中に低沸点炭化水素化合物を内包した熱膨張マイクロスフェアによる方法、中空状粒子による方法などが挙げられる。
【００２２】
化学反応や加熱分解によってガスを発生する化学発泡剤は、特に限定されない。無機系の化学発泡剤としては炭酸水素ナトリウム、重炭酸アンモニウム等が挙げられる。有機系の化学発泡剤としては例えば以下のものが挙げられる。アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、アゾビスイソブチロニトリル、バリウムアゾジカルボキシレート等のアゾ系化合物；Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）等のニトロソ系化合物；４、４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）等のヒドラジン系化合物など。これらは単独でまたは２種類以上を組合せて用いることができる。
【００２３】
熱膨張マイクロスフェアは、加熱により内包された低沸点炭化水素化合物が膨張し、同時に熱可塑性高分子殻が軟化することで急激に膨張し、中空状のバルーンとなる粒子である。例えば、熱可塑性高分子殻（シェル）に低沸点炭化水素を内包したマイクロカプセルが挙げられる。
【００２４】
化学発泡剤よる方法で得られた多気泡性エラストマー（１）と熱膨張マイクロスフェアによる方法で得られた多気泡性エラストマー（２）を比較すると、多気泡性エラストマー（１）では、気泡の形状や大きさにばらつきを生じる可能性があるのに対し、多気泡性エラストマー（２）では、マイクロスフェアが真球状で比較的粒子径が揃っており、熱膨張したマイクロスフェアは中空バルーン状であることから、独立気泡を形成することが可能である。熱膨張マイクロスフェアは、気泡のサイズや量を比較的容易にコントロールすることができ、熱膨張マイクロスフェアによって生成された気泡は、化学発泡剤により生成された気泡に比べて、耐久性、衝撃吸収性に優れている。
【００２５】
また、本発明の感圧センサ用導電部材の基材となるエラストマーには、弾性粒子、無機酸化物フィラー、添加剤その他の成分を配合することも可能である。弾性粒子としては、例えば、シリコーン系、ウレタン系、アクリル系、スチレン系、ポリアミド系等が挙げられる。無機酸化物フィラーとしては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等が挙げられる。添加剤としては、例えば、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、着色剤、分散剤、カップリング剤等が挙げられる。
【００２６】
本発明の基材となる多気泡性エラストマーのアスカーＣ硬度は３０以上、５０以下であることが好ましい。アスカーＣ硬度が３０以上の場合、電極部材に対して導電部材が加圧当接される状態が長時間続いても多気泡性エラストマーが永久変形しにくい。また、アスカーＣ硬度が５０以下の場合、電極部材に対する導電部材の片当たりが生じにくく電気抵抗値の変化のばらつきを抑える事ができるため、繰り返しの圧縮変形に対する電気抵抗値の変化の再現性が良好となる。
【００２７】
また、多気泡性エラストマーの厚さは、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が好ましい。その厚さが０．５ｍｍ以上である場合、容易に加工しやすく、取り扱う際に破れにくい。また、その厚さが５ｍｍ以下である場合、例えば電極部材が形成された基板上に導電部材を配置して使用する際に導電部材の自重により導通してしまうという問題が生じにくい。
【００２８】
多気泡性エラストマーの厚さをＬ（μｍ）、独立気泡の平均径をＤ（μｍ）としたとき、「Ｄ／Ｌ」の値は０．０１≦Ｄ／Ｌ≦０．３の関係を満たすことが好ましい。「Ｄ／Ｌ」の値が０．０１以上である場合、反発弾性を損なうことなく、繰り返しの圧縮変形に対する微小荷重時における電気抵抗値の再現性が良好な感圧センサ用導電部材を得る事が可能となる。「Ｄ／Ｌ」の値が０．３以下である場合、電極部材に対して導電部材が加圧当接される状態が長時間続いた際、多気泡性エラストマーは永久変形が生じにくく、繰り返しの圧縮変形に対する電気抵抗値の再現性が良好となる。
【００２９】
基材となる多気泡性エラストマーの表面には、スキン層が存在しても、スキン層が存在しなくても特に限定されない。スキン層が存在する場合、多気泡性エラストマーの内部に導電性樹脂塗料が入り込みにくく導電性樹脂塗膜の形成が容易であるため、より好ましい。また、多気泡性エラストマーの表面の表面粗さに関しては、１０点平均粗さで５０μｍ以下が好ましい。多気泡性エラストマーの１０点平均粗さが５０μｍ以下であれば膜厚ムラを生じにくい。
【００３０】
〔導電性樹脂塗膜〕
本発明の感圧センサ用導電部材は、基材であるエラストマーの上に導電性樹脂塗膜を形成したものである。導電性樹脂塗膜の役割は、感圧センサに用いられた場合に、電極部材との接触状態を、外力の作用に対応して再現よく変化させる機能のほか、多気泡性エラストマー基材中に残存する未分解残渣等による電極部材に対する汚染を防止する機能である。
【００３１】
導電性樹脂塗膜用の樹脂としては、例えば以下のものが挙げられる。フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＳＥＢＣ）及びオレフィン−エチレン・ブチレン・オレフィン共重合体（ＣＥＢＣ）等。これらの樹脂は単独でまたは２種類以上を組み合わせて用いることができる。また、この樹脂は熱硬化性のものでもよく、硬化剤としては、例えば、イソシアネート化合物、アミン化合物を適宜配合することができる。これらの中では、柔軟性や耐磨耗性が高い熱硬化性ポリウレタン樹脂が好ましい。
【００３２】
また、導電性樹脂塗膜は、所望の電気抵抗値を得るために、導電剤を含有することができる。導電剤としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェン、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄粉及び金属酸化物である導電性酸化錫や導電性酸化チタン等が挙げられる。これらは単独でまたは２種類以上を組み合わせて用いることができる。特にカーボンブラックは、種類が豊富であることから所望の電気抵抗値が得られやすい。また、カーボンブラックの中でも導電性カーボンはストラクチャが発達しており粒子径が小さいため、導電性樹脂塗膜の電気抵抗値の均一化に優れており、少量の配合量で所望の導電性が得られるため、導電性樹脂塗膜の物性（電気的特性以外の物性）に対する影響を低減する事が可能である。
【００３３】
導電性樹脂塗膜用の樹脂成分１００質量部に対する導電剤の配合は、所望する電気抵抗値にあわせて適宜調整すればよく、２〜２００質量部、好ましくは５〜１００質量部の範囲とされる。
【００３４】
また、導電性樹脂塗膜用の材料としては、前記樹脂成分、導電剤のほかに、有機弾性フィラーや無機酸化物フィラー等のフィラーやその他成分を配合することも可能である。有機弾性フィラーとしては、例えば、シリコーン系、ウレタン系などのエラストマーやアクリル系、スチレン系、ポリアミド系など樹脂からなる球状粒子が挙げられる。無機酸化物フィラーとしては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどが挙げられる。
【００３５】
導電性樹脂塗膜は、１層または複数層から構成されるが、導電性樹脂塗膜全体として、１０〜５０μｍの厚さを有することが好ましく、より好ましくは１０〜３０μｍである。導電性樹脂塗膜の厚さが５０μｍ以下であれば、柔軟性を損なうことがなく、感圧センサ用導電部材として好適に使用することが可能となる。また、その厚さが１０μｍ以上であれば、基材であるエラストマーに起因する汚染を抑制することができる。
【００３６】
導電性樹脂塗膜の表面の１０点平均粗さＲｚは、４μｍ≦Ｒｚ≦５０μｍの関係を満たすことが好ましい。Ｒｚの値を上記の範囲内とすることにより、繰り返しの圧縮変形の際、電極部材と導電部材間の接触状態を、外力の作用に対応して再現よく変化させることができ、電気抵抗値の変化のばらつきを緩和する事が可能となる。導電性樹脂塗膜の表面粗さは、基材の表面粗さの調整、導電性樹脂塗膜の膜厚の調整、及び該塗膜の表面粗さを制御可能な粗さ粒子を添加する方法等によって、調整することができる。
【００３７】
また、導電性樹脂塗膜の弾性率は５０ＭＰａ以上、５０００ＭＰａ以下が好ましい。弾性率が５０ＭＰａ以上であれば、一定の力がセンサに加えられた場合、経時に伴い変形することなく、経時と共に電気抵抗値が増加する恐れもない。また、弾性率が５０００ＭＰａ以下であれば、導電部材としての柔軟性は良好であり、圧縮変形に対し柔軟に追従する事が可能である事から、電極部材に対する導電部材の片当たりを生じにくく微小荷重時の電気抵抗値の変化の再現性が良好となる。
【００３８】
〔感圧センサ用導電部材の製造方法〕
本発明の感圧センサ用導電部材を製造する方法しては、特に限定されないが、例えば、基材となる多気泡性エラストマーに導電性樹脂塗料を塗布することで導電性樹脂塗膜を形成する方法が挙げられる。
【００３９】
まず、基材を形成するためのエラストマーコンパウンドを調製する。基材に用いるエラストマーコンパウンドは、ポリマー、および発泡剤、熱膨張マイクロスフェアまたは中空状粒子、および添加剤等を、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することで調製する。上記エラストマーコンパウンドを押出成形した後、加硫缶で加熱発泡させ、多気泡性エラストマーを得る。
【００４０】
次に、導電性樹脂塗膜を形成するための導電性樹脂塗料を調製する。導電性樹脂塗料は、前記導電性樹脂塗膜を構成する材料と有機溶剤を、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等のビーズを利用した分散装置を用いて分散調製できる。有機溶剤は、導電性樹脂塗膜に必要な材料を溶解または分散することができる溶剤であればよく、例えば以下のものが挙げられる。メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド類；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類；テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル類；酢酸メチル、酢酸エチルなどのエステル類；クロロホルム、塩化エチレン、ジクロルエチレン、トリクロロエチレンなどの脂肪族ハロゲン化炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレン、リグロイン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族化合物等。
【００４１】
次に、前記導電性樹脂塗料を前記多気泡性エラストマー基材の表面上に塗布し、加熱することにより塗料を乾燥させる。塗料の加熱乾燥時に、エラストマー成分の架橋反応を進行させてもよい。導電性樹脂塗料を多気泡性エラストマーの表面上に塗布する方法としては、例えば、デッィプ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。また、その他の方法として、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、パッド印刷等の印刷による方法が挙げられる。塗布する方法は、塗工液の利用効率を考慮すると、ディップ法が特に好ましい。
【００４２】
＜感圧センサ＞
本発明の感圧センサは、少なくとも一対の電極部材が形成された基板と、該電極部材に対向して配置される導電部材を有し、該電極部材または該導電部材の少なくとも一方に対する圧力変化を、電気抵抗値の変化として検出する感圧センサにおいて、該導電部材が前記感圧センサ用導電部材であることを特徴とする感圧センサである。この感圧センサは、少なくとも一対の電極部材が形成された基板上に、電極部材に対向して前記感圧センサ用導電部材が形成された感圧センサであることが好ましい。
【実施例】
【００４３】
本発明の感圧センサ用導電部材を具体的に説明する。
【００４４】
以下に、実施例、比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例のみに限定されるものではない。
【００４５】
＜実施例１〜１５及び比較例１、２＞
〔１．多気泡性エラストマーの製造〕
各実施例および比較例で使用した材料を表１に示す。また、各材料の使用量を表３〜表５に示す。尚、表３〜表５中のゴム処方の数値は、質量部である。
【００４６】
【表１】
2015161572.tif 000003
【００４７】
混練機として３Ｌ加圧型ニーダー（Ｄ３−１０：株式会社モリヤマ製）を用い、ローター回転数３０ｒｐｍで、ニーダー容量に対する材料の充填率は６５％に設定した。最初に原料ゴムのみを１分間素練りし、次いで酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、及び充填剤（カーボンブラック）を投入して１０分間混練りした。得られたゴム組成物を室温（２５℃）で１時間冷却した。
【００４８】
次いで、オープンロール機（１２インチロール機：関西ロール株式会社製）を用い、前記ゴム組成物、加硫促進剤、加硫剤（硫黄）、並びに熱膨張マイクロカプセルもしくは発泡剤と発泡助剤を混練した。オープンロール機のロール回転数をフロントロール１５ｒｐｍ、バックロール１８ｒｐｍ、ロール間隙６ｍｍに設定し、ゴム組成物を適宜切返しながら１５分間混練し、続いてロール間隙２ｍｍに変更して薄通した後、厚さ２ｍｍで分出しを行った。ゴム組成物は縦１５ｍｍ×横１５ｍｍに裁断し、縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ２ｍｍのシート状とした。次に、裁断したゴム組成物を蒸気加硫缶を用い１６０℃で３０分間の１次加硫を行い、次いで電気炉を用いて１７０℃、３０分の２次加硫を行ってゴム加硫物を得、感圧センサ用導電部材の基材となる多気泡性エラストマーを得た。
【００４９】
〔２．導電性樹脂塗膜の形成〕
導電性塗料を調製するために以下の表２に示す種類及び量の材料を配合し、固形分３０．０質量％の樹脂溶液を得た。尚、実施例１〜１３及び比較例１、２においては、樹脂溶液の処方Ｎｏ．１の配合とし、実施例１４及び１５においては、それぞれ処方Ｎｏ．２及び処方Ｎｏ．３の配合とした。
【００５０】
【表２】
2015161572.tif 000004
【００５１】
この樹脂溶液２００ｇと直径０．８ｍｍのガラスビーズ２００ｇを４５０ｍｌのマヨネーズビンに入れ、ペイントシェイカーを使用して６時間分散した。最後に２００メッシュのスクリーンを使用し溶液をろ過して、導電性樹脂塗料を作製した。
【００５２】
この導電性樹脂塗料を浸漬槽（縦７０ｍｍ×横５０ｍｍ×深さ１００ｍｍ）内に入れ、浸漬槽の上方に把持具を配置した。次いで、多気泡性エラストマーの両表面（縦１５ｍｍ×横１５ｍｍの面）が鉛直方向となるように、この把持具によって前記多気泡性エラストマーの両側面（横１５ｍｍ×厚さ２ｍｍの面）の上部を把持した。この状態で、把持具を降下させて多気泡性エラストマーを浸漬槽内に入れた。１０秒経過後、把持具を引き上げ速度１０ｍｍ／ｓｅｃで上昇させて、多気泡性エラストマーの表面に導電性樹脂塗料を塗布した。
【００５３】
塗布した導電性樹脂塗料は３０分間風乾後、電気炉を用い、１６０℃で１時間加熱することによって硬化させ、多気泡性エラストマーの両表面上に膜厚１５μｍの導電性樹脂塗膜を形成した感圧センサ用導電部材を得た。
【００５４】
〔３．評価〕
各実施例及び比較例で得られた多気泡性エラストマー（縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ２ｍｍの角形シート）または感圧センサ用導電部材について、以下の各評価を行い、その結果を表３に示した。
【００５５】
〔３−１．気泡率〕
多気泡性エラストマーの気泡率Ｆｔ（％）は、多気泡性エラストマーの体積Ｖ１（外寸から求められるみかけ容積）に対する気泡の体積の割合である。多気泡性エラストマーの厚みと面積から体積Ｖ１を求め、また多気泡性エラストマーの質量Ｗ１及び密度Ｄ１を測定し、次式を用いて気泡率を算出した。
【００５６】
【数１】
2015161572.tif 000005
【００５７】
〔３−２．独立気泡の比率〕
多気泡性エラストマーの連続気泡率Ｆｏ（％）は以下の式から求める事ができる。まず、多気泡性エラストマーの質量Ｗ１を測定した。次に１００ｍｍＨｇに減圧した水中に多気泡性エラストマーを固定して２分間保持した後、常圧に戻して２分間保持し連続気泡中の気体を水で置換した。水置換後の多気泡性エラストマーの密度Ｄ２を測定し、連続気泡率を算出した。また、以下の式から独立気泡の比率Ｆｃ（％）を算出した。
【００５８】
【数２】
2015161572.tif 000006
【００５９】
〔３−３．硬度〕
多気泡性エラストマーの硬度はアスカーＣ型硬度計を用い測定した。アスカーＣ型硬度は、日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ）の０１０１規格に規定されたデュロメーター（スプリング式ゴム硬度計）を使用し、ＪＩＳ  Ｋ  ７３１２に基づき測定した。
【００６０】
〔３−４．気泡の平均径〕
多気泡性エラストマーにおいて、「気泡の平均径」とは、多気泡性エラストマーが有する任意の２０個の気泡について測定されるセル径の平均値である。気泡のセル径は、多気泡性エラストマーを厚み方向に切断し、厚み方向の断面に現れた各気泡の長径及び短径を電子顕微鏡により測定し平均したものである。
【００６１】
〔３−５．表面粗さ測定〕
感圧センサ用導電部材の導電性樹脂塗膜の１０点平均粗さ及び算術平均粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１の表面粗さに基づき、小坂研究所製サーフコーダーＳＥ３４００にて３箇所測定しその平均値をとった。接触針は先端半径２μｍのダイヤモンドとし、測定スピード０．５ｍｍ／ｓ、カットオフλｃ０．８ｍｍ、評価長さ８．０ｍｍとした。
【００６２】
〔３−６．弾性率測定〕
弾性率の測定には、島津製作所製「島津ダイナミック超微小硬度計」ＤＵＨ−Ｗ２０１Ｓを用いた。測定条件は、試験モード：負荷−除荷試験、負荷速度：０．２８ｍＮ／ｓｅｃ、保持時間：５ｓｅｃ、圧子の種類：三角すい圧子１１５である。試験力は、圧子の押し込み深さが、測定対象物の厚みの１／１０以下なるよう調整した。例えば、導電性樹脂塗膜の厚みが１３μｍの時は、押し込み深さが１．３μｍ以下となるよう、試験力を調整した。感圧センサ用導電部材の導電性樹脂塗膜の表面に三角すい圧子を押し込んで弾性率を測定した。
【００６３】
〔３−７．電気抵抗値のばらつき評価〕
感圧センサ用導電部材の角形シートを、温度２３℃、相対湿度６０％の環境に２４時間以上放置して、これを試験片とした。
【００６４】
図２に示すように、上記試験片を櫛型電極（電極幅１ｍｍ、電極間隔０．５ｍｍ）上に配置し、試験片の上面全体に圧力が加わるようにした。この状態で櫛型電極に直流電圧５Ｖを印加し、５ｋＰａ加圧時の電気抵抗値（Ｒ５ｋＰａ）を１００回測定し、「ＬｏｇＲ５ｋＰａの標準偏差」を求めた。
【００６５】
〔３−８．電気抵抗値変化の繰り返し再現性〕     
感圧センサ用導電部材の角形シートを、温度２３℃、相対湿度６０％の環境に２４時間以上放置して、これを試験片として、繰り返し圧縮変形に対する電気抵抗値の変化を評価した。
【００６６】
図２に示すように、上記試験片を櫛型電極（電極幅１ｍｍ、電極間隔０．５ｍｍ）上に配置し、試験片の上面全体に圧力が加わるようにした。この状態で櫛型電極に直流電圧５Ｖを印加し、荷重測定器にて試験片の厚さ方向に０〜１００ｋＰａの範囲で繰り返し圧縮を１０００回繰り返し、櫛型電極に直列接続した１ｋΩの抵抗体にかかる電圧を電圧測定器により測定した。電圧の測定値の平均値Ｖａｖｅ（Ｖ）から、試験片の電気抵抗値（Ｒ）を求めた。尚、微小荷重を１ｋＰａ〜１０ｋＰａの範囲の荷重として、以下の加圧時における電気抵抗値を測定した。
【００６７】
繰り返し圧縮１回目の加圧時１ｋＰａ、５ｋＰａ、１０ｋＰａにおける電気抵抗値（Ｒ）を対数変換した値を各々ＬｏｇＲＡ１、ＬｏｇＲＡ２、ＬｏｇＲＡ３とした。また、繰り返し圧縮１０００回目の加圧時１ｋＰａ、５ｋＰａ、１０ｋＰａにおける電気抵抗値（Ｒ）を対数変換した値を各々ＬｏｇＲＢ１、ＬｏｇＲＢ２、ＬｏｇＲＢ３とした。
【００６８】
上記の各加圧時における「ＬｏｇＲＡとＬｏｇＲＢの差の絶対値」ΔR（ΔR１、ΔR２、ΔR３）を求め、この値の大小を繰り返し圧縮変形に対する再現性の指標として、各加圧時における再現性評価の結果を下記基準にて表示した。
◎（最良）：ΔR≦０．０４
○（良好）：０．０４＜ΔR≦０．１
×（不良）：０．１＜ΔR 。
【００６９】
また再現性評価の総合判定は下記基準にて表示した。
◎：各加圧時における再現性評価の結果が全て◎である。
○：各加圧時における再現性評価の結果が◎または○であり、×が含まれない。
×：いずれかまたは全ての加圧時における再現性評価の結果が×である。
【００７０】
【表３】
2015161572.tif 000007
【００７１】
【表４】
2015161572.tif 000008
【００７２】
【表５】
2015161572.tif 000009
【００７３】
〔評価結果の纏め〕
実施例１〜３及び比較例１、２の結果より、エラストマーの独立気泡率が５％以上５０％以下である場合に、繰り返し圧縮変形における再現性評価の結果が良好であることが分かる。エラストマーの気泡率５％以上５０％以下の範囲外である比較例１及び２は、繰り返しの圧縮変形に対する微小荷重の電気抵抗値変化の再現性が劣る。
【００７４】
また、実施例４と実施例５の比較から、エラストマー中の独立気泡の比率は６０％以上であることが良好な結果を示すことがわかる。エラストマーの独立気泡の比率が６０％以上である実施例４は、繰り返しの圧縮変形に対する微小荷重時の電気抵抗値の変化の再現性が優れている。
【００７５】
実施例７、８と実施例６、９との比較より硬度は３０以上５０以下であることが良好な結果を示すことがわかる。硬度が３０以上５０以下の範囲である実施例７及び８は繰り返し圧縮変形に対する電気抵抗値の変化の再現性が優れている。
【００７６】
実施例１１，１２と実施例１０との結果から気泡が略球状であることが良好な結果を示すことがわかる。略球状の実施例１１及び１２は、繰り返しの圧縮変形に対する微小荷重時の電気抵抗値の変化の再現性が優れている。
【００７７】
実施例１１、１２と実施例１３との比較から、エラストマーの厚さが０．５〜５．０ｍｍであり、「０．０１≦Ｄ／Ｌ≦０．３」を満たす場合に良好な結果が得られることがわかる。Ｄ／Ｌの値が前記範囲内である実施例１１及び１２は、繰り返しの圧縮変形に対する微小荷重時の電気抵抗値の変化の再現性が優れている。
【００７８】
実施例１、１４と実施例１５との比較から、導電性樹脂塗膜の弾性率が５０〜５０００ＭＰａであることが良好な結果を示す事がわかる。導電性樹脂塗膜の弾性率が５０ＭＰa以上５０００ＭＰａ以下の範囲である実施例１及び１４は、繰り返しの圧縮変形に対する電気抵抗値の変化の再現性が優れている。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の感圧センサ用導電部材は、例えば所望の形状に成形し櫛形の電極に当接させ、部材に作用する加圧力の大きさ、分布状態を測定するセンサとして好適に使用することができ、例えば、座圧検知や床ずれ防止圧力検知、楽器の打鍵圧検知等で有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１  感圧センサ用導電性材料
２  エラストマー
３  導電性塗膜
４  電極
５  電極基板
６  片面電極（櫛型）
７  絶縁性シート
８  電圧測定器
９  １ｋΩ抵抗体
１０  直流電圧５Ｖ
１１  荷重測定器
【図１】
2015161572.tif 000010
【図２】
2015161572.tif 000011