(57)【要約】【課題】針状粒子からなる導電性フィラーを利用しているにもかかわらず、導電性フィラーの配合比を過大にしなくても導電性が十分に高く、しかも、エラストマーとしての特性も良好な導電性エラストマーを提供すること。【解決手段】導電性エラストマーは、導電性を有する針状粒子である第１フィラーと、該第１フィラー間に介在することによって該第１フィラーの凝集および配向を妨げる障害物として機能する粒子である第２フィラーとを、エラストマー材料中に分散させてなるものである。これら二種類のフィラーを混合して用いると、第１フィラーを単独で用いる場合よりも、エラストマーとしての特性と十分に高い導電性とを兼ね備えた導電性エラストマーを得ることができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する針状粒子である第１フィラーと、該第１フィラー間に介在することによって該第１フィラーの凝集および配向を妨げる障害物として機能する粒子である第２フィラーとを、エラストマー材料中に分散させてなることを特徴とする導電性エラストマー。
【請求項２】
全体に対する重量比で、前記第１フィラーが３０〜５０重量％、前記第２フィラーが４〜４０重量％配合され、且つ、前記第１フィラーおよび前記第２フィラーの合計は３４〜７０重量％とされていることを特徴とする請求項１に記載の導電性エラストマー。
【請求項３】
前記第１フィラーは、比表面積０．８〜１．２ｍ２／ｇの針状粒子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導電性エラストマー。
【請求項４】
前記第２フィラーは、球状粒子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の導電性エラストマー。
【請求項５】
前記第２フィラーは、放射状粒子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の導電性エラストマー。
【請求項６】
前記第２フィラーは、複数の一次粒子が塊になって不定形の二次粒子となった形状の粒子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の導電性エラストマー。
【請求項７】
前記第２フィラーは、薄片状粒子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の導電性エラストマー。
【請求項８】
前記第２フィラーは、破砕状粒子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の導電性エラストマー。
【請求項９】
前記第２フィラーは、粒状粒子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の導電性エラストマー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性エラストマーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、導電性フィラーをエラストマー材料中に分散させてなる導電性エラストマーが知られている。また、上記導電性フィラーとしては、様々な形状のものが知られているが、その一つとして針状粒子からなる導電性フィラーが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０５７３６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、針状粒子からなる導電性フィラーをエラストマー材料中に分散させた場合、導電性フィラーの配合比を比較的多めにしないと、最終的に得られる導電性エラストマーに対して、所期の導電性を付与することができないという問題があった。一方、導電性フィラーの配合比を大きくしすぎると、マトリクスとなるエラストマー材料の連続性が損なわれて、最終的に得られる導電性エラストマーについて、エラストマーとしての特性が悪化してしまうという問題があった。そのため、針状粒子からなる導電性フィラーを用いる場合には、導電性が十分に高く（＝電気抵抗が十分に低く）、且つ、エラストマーとしての良好な特性を発揮するような導電性エラストマーを得ることが困難であった。
【０００５】
また、導電性フィラーの中には、電気抵抗が低い銀などを利用しているものもあり、導電性フィラーの単価は比較的高価な場合があるため、導電性エラストマーに所期の導電性を付与できる程度まで導電性フィラーの配合比を多くすると、導電性エラストマーの製造コストが増大してしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、針状粒子からなる導電性フィラーを利用しているにもかかわらず、導電性フィラーの配合比を過大にしなくても導電性が十分に高く、しかも、エラストマーとしての特性も良好な導電性エラストマーを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段、および発明の効果】
上述の目的を達成するため、本発明においては、次のような特徴的構成を採用した。
すなわち、本発明の導電性エラストマーは、
導電性を有する針状粒子である第１フィラーと、該第１フィラー間に介在することによって該第１フィラーの凝集および配向を妨げる障害物として機能する粒子である第２フィラーとを、エラストマー材料中に分散させてなることを特徴とする。
【０００８】
この導電性エラストマーにおいて、第１フィラーは、導電性を有する針状粒子であれば、導電性材料（例えば金属）を針状粒子化したものでも、針状粒子化された絶縁性材料（例えばセラミック）に導電性材料をコーティングしたものでもよい。より具体的には、針状銅フィラーや針状銀メッキフィラーなどを、第１フィラーとして用いることができる。
【０００９】
第１フィラーの物性は、エラストマー材料に分散させることができる導電性針状粒子であれば特に限定されないが、発明者らが実験的に確認した範囲では、比表面積０．８〜１．２ｍ２／ｇの針状粒子用いることにより、所期の導電性を付与することができ、且つ、エラストマーとして十分に満足な特性を備えた導電性エラストマーを得ることができた。
【００１０】
第２フィラーは、第１フィラー間に介在することによって該第１フィラーの凝集および配向を妨げる障害物として機能する粒子であれば、その粒子形状、粒子径、導電性の有無などは特に問わない。第２フィラーとして好適な粒子であるか否かは、ある配合比で第１フィラーのみをエラストマー材料に添加した場合と、それと同じ配合比の第１フィラーに加え第２フィラーをも添加した場合（すなわち、第２フィラーを配合する分だけエラストマー材料を減らす）とで、後者の方が体積抵抗が小さくなるので、これをもって第２フィラーとしての適性を確認することができる。
【００１１】
但し、第２フィラーが針状粒子のような一次元的な形状であると、第１フィラーと同様に配向しやすくなる恐れもあるので、薄片状といった二次元的な形状か、球状、破砕状、放射状、粒状、複数の一次粒子が塊になって不定形の二次粒子となった形状といった三次元的な形状の粒子が望ましく、特に三次元的な形状の粒子が望ましい。
【００１２】
また、第２フィラーの粒子径は、過剰に小さくても障害物としての機能が弱くなる場合があるので、その場合は１μｍ以上の粒子が望ましい。逆に、過剰に大きくてもエラストマー材料の連続性を損ねたり第１フィラー間の電気的接続を妨げたりする場合があるので、その場合は第１フィラーの長手方向粒子長よりも小さい粒子が望ましい。但し、複数の突起が出ているような形状の粒子や複数の一次粒子が塊となっている粒子の場合、突起間や一次粒子間に第１フィラーが入り込み得る程度の隙間があれば、第２フィラーの粒子径は第１フィラーの長手方向粒子長より大きくてもよく、この場合は、突起や一次粒子の径が第１フィラーの長手方向粒子長よりも小さいものであればよい。このように第２フィラー全体の粒子径または隙間をなす部分部分の径が第１フィラーの長手方向粒子長よりも小さいものであると、数個の第１フィラーだけでも第２フィラー全体または部分部分を取り囲むことができ、第１フィラー相互の電気的接触を維持できるので、第１フィラーによる三次元的な導電性ネットワーク（導電性網目構造）が形成されやすく、導電性を高くすることができるのである。
【００１３】
さらに、第２フィラーは、基本的には第１フィラーの凝集を妨げるものであればよいが、第２フィラー自体が導電性を有していれば、第１フィラーおよび第２フィラーの双方によって三次元的な導電性ネットワーク（導電性網目構造）が形成されるので、さらに導電性を高めたい場合には効果的である。
【００１４】
その他、エラストマー材料中での分散性なども考慮して、適当な材質を選べばよいが、具体例を挙げれば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、アルミナ、銀メッキ銅、金メッキ銅、銅、ニッケルなどの微粒子を、第２フィラーとして用いることができる。
【００１５】
エラストマー材料としては、各種熱可塑性エラストマー、シリコーンゴムなどを用いることができる。
これら各材料の配合比は、所期の導電性を得ることができ、且つ、エラストマーとしての特性を損ねない範囲内で調節されていればよいが、発明者らが実験的に検討した結果によれば、最終的に得られる導電性エラストマー全体に対する重量比で、第１フィラーが３０〜５０重量％、第２フィラーが４〜４０重量％配合され、且つ、第１フィラーおよび第２フィラーの合計は３４〜７０重量％とされていると、所期の導電性を有するとともに、エラストマーとしての特性にも優れた導電性エラストマーを得ることができた。このような数値範囲内で配合比を最適化すると、第１フィラーだけを単独で配合した導電性エラストマーに比べ、第１フィラーの配合量が少なくても優れた導電性を示すので、同程度の導電性を得るために必要な第１フィラーの量を減らすことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。
導電性を有する針状粒子である第１フィラーとして、Ｋ２Ｏ・６ＴｉＯ２の針状結晶を基材として、この基材表面に銀をコーティングして導電性を付与した粉末（メーカー名：大塚化学株式会社、型番：ＳＤ−１００、長手方向平均粒子長：１５μｍ、粒度分布：１０〜２０μｍ、比表面積：０．９〜１．０ｍ２／ｇ）を用意した。
【００１７】
また、第１フィラー間に介在することによって第１フィラーの凝集および配向を妨げる障害物として機能する粒子である第２フィラーとして、アルミナの粒状粉末（平均粒子径：５μｍ）を用意した。
また、エラストマー材料として、シリコーンゴムを用意した。
【００１８】
そして、これら二種類のフィラーとエラストマー材料とを混練することにより、エラストマー材料中にフィラーを分散させて、フィラーの配合比が相違する４種の試料（実施例１〜４）を作製した。なお、混練方法としては、真空脱泡ミキサー等の機械を用いて混練する方法の他、押し出し，２本ロール，ニーダ，バンバリーミキサー等の種々の方法を適用することができる。
【００１９】
また、比較のため、第２フィラーを用いず、第１フィラーを単独でエラストマー材料と混練することにより、エラストマー材料中に第１フィラーを分散させて、第１フィラーの配合比が相違する２種の比較用試料（比較例１，２）を作製した。
【００２０】
そして、これらの６種の試料について、体積抵抗を測定した。体積抵抗は、値が小さいほど導電性が高いことを示す。上記各試料の配合比および体積抵抗の測定結果は、下記表１の通りである。
【００２１】
【表１】
2004185855.tif 000002
【００２２】
上記表１に示した測定結果のうち、第１フィラーの配合比が３０重量％となっている実施例１，４および比較例２を比較すると、第２フィラーを配合することにより、格段に体積抵抗が小さくなることがわかる。実施例１，４を比較すると、第２フィラーの配合率が高くなるのに伴い、体積抵抗が若干大きくなる傾向は見受けられるが、いずれにしても比較例２とは格段の差があることがわかる。
【００２３】
また、第１フィラーの配合比が５０重量％となっている実施例２，３および比較例１を比較しても、第２フィラーを配合することにより、体積抵抗が小さくなることがわかる。実施例２，３を比較しても、第２フィラーの配合率が高くなるのに伴い、体積抵抗が若干大きくなる傾向は見受けられるが、いずれにしても比較例１よりは体積抵抗が小さくなる。
【００２４】
さらに、実施例１，４と比較例１とを比較すると、実施例１，４は、第１フィラーの配合比が３０重量％しかないにもかかわらず、第１フィラーの配合比が５０重量％となっている比較例１よりも体積抵抗が小さく、第２フィラーを添加したことによる効果が、格段に優れていることがわかる。
【００２５】
これは、第１フィラーの配合比が高くなっても、第１フィラーの凝集が起こり、局所局所において第１フィラーの存在密度が下がってしまい、その結果、第１フィラーによる導電性網目構造が形成されにくくなり、十分に多くの導電経路が確保できなくなることが原因であると推察される。これに対し、第２フィラーが添加されると、第２フィラーが障害物となって、第１フィラーの凝集を妨げ、局所局所における第１フィラーの存在密度が下がらなくなるので、その結果、第１フィラーによる導電性網目構造が形成されやすくなり、十分に多くの導電経路が確保できるのである。
【００２６】
また、射出成形などのように溶融状態の原料組成物を流動させて成形する場合には、針状粒子である第１フィラーは流動方向に沿って配向しやすく、針状粒子が平行に並んでしまうため、針状粒子の配向方向に直交する方向について、針状粒子間の接触箇所が確保されにくくなりやすいと考えられる。しかし、第２フィラーを添加すると、原料組成物を流動させた際に、第２フィラーの周囲ではエラストマー材料の乱流が発生し、あるいは、第２フィラー自体が方向性無く回転し、そのようなエラストマー材料の乱流や回転する第２フィラーとの接触により、第１フィラーの配向が阻害され、第１フィラーの配向率が低下するものと考えられる。そのため、針状粒子の配向方向に直交する方向についても、針状粒子間の接触箇所が確保されやすくなり、これにより、十分に多くの導電経路が確保できることになるのである。
【００２７】
つまり、第２フィラーを添加することにより、第１フィラー間に第２フィラーが介在して、第１フィラー同士が過度に凝集することを防ぎ、また、流動する原料組成物中に第２フィラーが存在することで、第２フィラーやエラストマー材料の挙動が第１フィラーに影響を与え、第１フィラーが過度に配向することを防ぐのである。
【００２８】
さて次に、上記第２フィラーとして、上記アルミナ粒子に代えて、導電性のある不規則な形状の粒子（メーカー名：Ｓｉｌ−ｔｒａｄｅ社、型番：Ａｇ／Ｃｕ４０／１８ｄ、平均粒子径：４０μｍ、粒度分布：２０〜６０μｍ）を用意した。この第２フィラーは、液体噴霧法で銅の溶湯を噴霧して作製される不規則形状粒子を基材として、この基材表面に銀をコーティングして導電性を付与した粉末である。なお、第１フィラーとエラストマー材料には変更がない。
【００２９】
第１フィラー４０重量％、第２フィラー２０重量％、エラストマー材料４０重量％の配合比で、これら二種類のフィラーとエラストマー材料とを混練することにより、エラストマー材料中にフィラーを分散させて、試料（実施例５）を作製した。
【００３０】
この試料（実施例５）の体積抵抗を測定したところ、７．６０×１０−４（Ω・ｃｍ）を示した。
また、比較のため、上記第２フィラー６０重量％、エラストマー材料４０重量％の配合比で、第２フィラーのみを単独でエラストマー材料とを混練することにより、エラストマー材料中に第２フィラーを分散させて、比較用試料（比較例３）を作製した。
【００３１】
この試料（比較例３）の体積抵抗を測定したところ、測定限界以下の導電性しか付与されておらず、導電性エラストマーとして有意なものではなかった。
実施例５と比較例３とを比べると、導電性粒子の配合比は同じであるにもかかわらず、第１フィラーの存在比によって、最終的に得られる導電性エラストマーに大きな影響を及ぼすことがわかる。
【００３２】
また、実施例５と先に説明した比較例１とを比較すると、実施例５は、第１フィラーの配合比が４０重量％しかないにもかかわらず、第１フィラーの配合比が５０重量％となっている比較例１よりも体積抵抗が小さく、第２フィラーを添加したことによる効果が、優れていることがわかる。
【００３３】
なお、二種のフィラーの配合比は、合計で７０重量％以下にすれば、エラストマー材料としての特性（引っ張り強度、ゴム弾性など）が極端に悪化することはないので、シール材、緩衝材、制振・防振材といった用途に利用することが可能である。二種のフィラーの配合比を合計で８０重量％まで高くしたものは、脆性が強くなりすぎ、シール材、緩衝材、制振・防振材といった用途に利用することは困難なものであった。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
例えば、上記実施形態では、第１フィラーとして、針状結晶の表面に銀をコーティングした粉末を用いたが、これ以外の針状粒子を用いることもできる。
【００３５】
また、上記実施形態では、第２フィラーとして、粒状のアルミナ粒子、不定形状の銅粒子の表面に銀をコーティングしたものを用いたが、これら以外の粒子を用いてもよい。粒子形状としては、針状粒子の凝集および配向を阻害するようなものであればよいので、薄片状といった二次元的な形状か、球状、破砕状、放射状、粒状、複数の一次粒子が塊になって不定形の二次粒子となった形状といった三次元的な形状の粒子が望ましく、特に三次元的な形状の粒子が望ましい。但し、第１フィラーの配向を阻害できるのであれば、針状粒子のような一次元的な形状であっても構わない。
【００３６】
また、上記実施形態では、エラストマー材料として、シリコーンゴムを用いていたが、他の熱可塑性エラストマーなどであってもよい。