(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともバインダー樹脂と、銀粉と、補強材とを含む導電性樹脂組成物であって、前記補強材のモース硬度が３．５〜４．５であり、且つ前記補強材の平均粒径又は平均繊維長が前記銀粉の平均粒径よりも大きいことを特徴とする導電性樹脂組成物。
【請求項２】
前記バインダー樹脂が６２〜７３体積％、銀粉が２４〜３４体積％、補強材が２〜５体積％の配合比率からなる請求項１記載の導電性樹脂組成物。
【請求項３】
前記補強材は、平均粒径３〜１０μｍの球状のニッケル粉である請求項１又は２記載の導電性樹脂組成物。
【請求項４】
前記補強材が、その表面にスパイク状の小突起を有するニッケル粉である請求項１又は２記載の導電性樹脂組成物。
【請求項５】
前記補強材は、平均繊維長１０〜３０μｍ、且つ平均繊維径が０．３〜１．０μｍの無機化合物のウィスカ（微細繊維）である請求項１又は２記載の導電性樹脂組成物。
【請求項６】
前記ウィスカが、チタン酸カリウムウイスカ又は炭酸カルシウムウイスカである請求項５記載の導電性樹脂組成物。
【請求項７】
前記銀粉は、球塊状銀粉、樹枝状銀粉および鱗片状銀粉の少なくとも１種から成る請求項１ないし６のいずれかに記載の導電性樹脂組成物。
【請求項８】
基板上に、請求項１ないし７のいずれか記載の導電性樹脂組成物を用いて電極を形成した電極基板。
【請求項９】
バインダー樹脂を有機溶剤に溶解させ、この樹脂溶液中に、球塊状銀粉、樹枝状銀粉および鱗片状銀粉の少なくとも１種と、補強材とを混在させて導電性塗料を製造する工程と、前記導電性塗料を用いて基板上に電極を印刷する工程と、前記基板を乾燥させて前記有機溶剤を除去し、基板上に導電性樹脂組成物からなる電極を形成する工程と、前記基板を加熱および加圧して電極の表面を平滑にする熱プレス工程とを有し、
前記熱プレス工程における加圧圧力が８０〜２００ｋｇ／ｃｍ2、加熱温度が１７５〜１８５℃であり、且つ熱プレス時間が１５秒〜３分であることを特徴とする電極基板の製造方法。
【請求項１０】
前記熱プレス工程では、一対の鏡面を互いに対向するように構成した金型が用いられ、電極が形成された前記基板が前記金型の鏡面間で加熱および加圧される請求項９記載の電極基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンコーダなど摺動式の電子部品の電極用の材料として用いられる導電性樹脂組成物に係わり、特に電極と摺動接点間の耐磨耗性を高めて接点寿命を延ばすことを可能とした導電性樹脂組成物及びこれを用いた電極基板並びに電極基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンコーダなどの摺動式の電子部品においては、摺動接点と電極（導電部）とが接触した状態で回転することにより、パルス信号が出力され、また抵抗値が変化する。
【０００３】
上記摺動接点としては、前記電極に対し一定の弾性力で接触することが可能な材料が好ましく、例えば高弾性を有するりん青銅などが一般的に使用される。
【０００４】
一方、電極側は、銅板の表面にニッケルめっきを施し、さらにその表面に銀めっきを行った後、プレス金型で打ち抜き加工を行うことにより、所定の形状に形成した電極が使用される。前記電極は、モールド用の金型内に収められ、絶縁性の溶融樹脂とともにインサート成型などされることによって樹脂基板上に固定され、電極基板が製造される。
【０００５】
また、予め所定形状に形成した絶縁性の基板上に、導電性樹脂組成物を有機溶剤で溶かした導電性塗料を塗布して電極を形成する方法もある。すなわち、フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂を有機溶剤に溶解した樹脂溶液中に、導電性フィラーのグラファイト、カーボンブラック、カーボンファイバや、耐磨耗性の補強材としてのカーボンビーズなどを混合分散した塗料を、ベークライト、アルミナ等の基板上にスクリーン印刷することによって電極が形成される。
【０００６】
この方法では、基板上に任意の形状で電極を形成しやすいため、特に比較的生産数が少なく且つ生産ロットごとに電極の形状が異なる場合には上記金型で製造する場合に比べ電子部品の価格を低く抑えやすい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、銅板の表面にニッケルメッキを施した電極を、樹脂材料内にインサート成形した電極基板は、前記電極の強度が高いため、摺動接点との摺動による摩耗が比較的少ない。しかし、前記電極をインサート成型する電極基板の製造方法はその工程が複雑であり、電極の形状毎に抜き加工用プレス金型が必要な為、製造コストが高くなり、また前記プレス金型作製のリードタイムが長く電極の形状を自由に設定することが難しい。
【０００８】
一方、上記基板上に電極をスクリーン印刷する方法では、形成された電極の表面硬度が低く、りん青銅などで製造された摺動接点が前記電極上を弾圧しながら摺動するときに磨耗しやすくなる。また前記電極にカーボンビーンズなどの補強剤を加えることで硬度を高くすることが可能である。しかし、前記のように摺動接点が電極の表面を摺動する電子部品の場合、前記カーボンビーンズなどを補強剤として用いた場合、摺動接点の磨耗が著しく、出力波形を一定に保つことが難しい。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、摺動接点が電極上を摺動したときに、前記摺動接点と電極との間の磨耗量を最小にできるようにした接点基板および接点基板の製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
また本発明は、前記接点基板を製造するための導電性樹脂組成物を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくともバインダー樹脂と、銀粉と、補強材とを含む導電性樹脂組成物であって、前記補強材のモース硬度が３．５〜４．５であり、且つ前記補強材の平均粒径又は平均繊維長が前記銀粉の平均粒径よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１２】
好ましくは、前記導電性樹脂組成物は、前記バインダー樹脂が６２〜７３体積％、銀粉が２４〜３４体積％、補強材が２〜５体積％の配合比率からなるものである。
【００１３】
上記において、前記補強材が、平均粒径３〜１０μｍの球状のニッケル粉であるもの、あるいはその表面にスパイク状の小突起を有するニッケル粉が好ましい。
【００１４】
あるいは、前記補強材として、平均繊維長１０〜３０μｍ、且つ平均繊維径が０．３〜１．０μｍの無機化合物のウィスカ（微細繊維）を用いることができ、前記無機化合物としてのウィスカは、チタン酸カリウムウイスカ又は炭酸カルシウムウイスカのウィスカを使用できる。
【００１５】
本発明の導電性樹脂組成物では、補強材の平均粒径又は平均繊維長が銀粉の平均粒径よりも大きいので、電極の表面に銀粉が露出されにくくなる。このため、摺動接点は補強材と接触しやすくなって、樹脂層の磨耗を最小にできる。またモース硬度３．５〜４．５の補強材は、りん青銅との相性がよく、補強材とりん青銅とが摺動し合っても、両者の磨耗を最小にできる。
【００１６】
さらに、前記銀粉が、球塊状銀粉、樹枝状銀粉および鱗片状銀粉の少なくとも１種から成ることが好ましい。
【００１７】
前記樹枝状銀粉は、球塊状銀粉よりも粒子間の接触を多くすることができるため、導電性樹脂組成物の導電性を高めることができる。また鱗片状銀粉は、球塊状銀粉よりも平面方向の面積を稼ぐことができるため、特に平面方向の導電性を向上させることができる。したがって、前記球塊状銀粉と樹枝状銀粉の双方を用い、または前記球塊状銀粉と鱗片状銀粉の双方を用い、あるいは前記球塊状銀粉と樹枝状銀粉および鱗片状銀粉を混合して用いることが好ましい。
【００１８】
また本発明の電極基板は、基板上に、上記いずれかの導電性樹脂組成物を用いて電極を形成したものである。
【００１９】
さらに本発明の電極基板の製造方法は、バインダー樹脂を有機溶剤に溶解させ、この樹脂溶液中に、球塊状銀粉、樹枝状銀粉および鱗片状銀粉の少なくとも１種と、補強材とを混在させて導電性塗料を製造する工程と、前記導電性塗料を用いて基板上に電極を印刷する工程と、前記基板を乾燥させて前記有機溶剤を除去し、基板上に導電性樹脂組成物からなる電極を形成する工程と、前記基板を加熱および加圧して電極の表面を平滑にする熱プレス工程とを有し、
前記熱プレス工程における加圧圧力が８０〜２００ｋｇ／ｃｍ2、加熱温度が１７５〜１８５℃であり、且つ熱プレス時間が１５秒〜３分であることを特徴とするものである。
【００２０】
上記において、前記熱プレス工程では、一対の鏡面を互いに対向するように構成した金型が用いられ、電極が形成された前記基板が前記金型の鏡面間で加熱および加圧されるものが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の導電性樹脂組成物を使用した電子部品の主要部を示す平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線の拡大断面図である。
【００２２】
図１及び図２に示す電子部品は、エンコーダスイッチの回転部１と摺動接点１１，１２，１３を示している。
【００２３】
前記回転部１は、円形状の基板１Ａと前記基板１Ａの中心から図示紙面裏方向に延びる摘み（図示せず）を有しており、前記摘みを回すことにより回転部１が図示右回り方向および左回り方向に回転できるように図示しない支持基台に支持されている。
【００２４】
図１に示すように、前記基板１Ａの表面には、円弧状のコモン電極１ａとこのコモン電極１ａから一定の周ピッチで放射状に延びる複数の検出電極１ｂ、１ｂ，…が一体に形成されている。すなわち、基板１Ａとコモン電極１ａおよび検出電極１ｂ，１ｂ，…とで電極基板を形成している。
【００２５】
摺動接点１１，１２，１３は、図示しない支持部材に固定されており、その先端には略円形に曲げ形成された接触部１１ａ，１２ａ，１３ａが形成されている。前記摺動接点１１，１２および１３は、りん青銅にニッケルめっき、その表面に銀めっきを施した後、先端を略円形に曲げ加工したものである。前記摺動接点１１，１２および１３は弾性を有しており、各接触部１１ａ，１２ａ，１３ａは電極基板の表面を図示Ｚ２方向（紙面裏方向）に弾圧している。
【００２６】
すなわち、前記摺動接点１１の接触部１１ａは、常に前記コモン電極１ａの表面を摺動するように設けられている。前記摺動接点１２は、前記摺動接点１１の外周側に設けられ、回転部１が回転したときに各検出電極１ｂ、１ｂ，…を回転方向に横切りながら摺動する。また摺動接点１３は、前記摺動接点１２のさらに外周側に設けられており、回転部１が回転したときに各検出電極１ｂ，１ｂ，…の外周方向の先端部を回転方向に横切りながら摺動する。
【００２７】
図２に示すように、前記摺動接点１２の長さは、摺動接点１３よりも長く形成されており、摺動接点１２の接触部１２ａと摺動接点１３の接触部１３ａとは、基板１Ａの接線方向（又は回転方向）に所定の幅寸法Ｗだけ位置ずれした状態で基板１Ａの表面および各検出電極１ｂ，１ｂ，…上を摺動する。
【００２８】
このようなエンコーダでは、前記回転部（電極基板）１が図示右回り方向に回転するときには、各検出電極１ｂが最初に摺動接点１３の接触部１３ａに接続され、次に摺動接点１２の接触部１２ａが接続される。また回転部１が図示左回り方向に回転するときには、各検出電極１ｂが最初に摺動接点１２の接触部１２ａに接続され、次に摺動接点１３の接触部１３ａが接続される。
【００２９】
よって、摺動接点１１を接地電位に設定し、摺動接点１２，１３に所定の電圧を印加しておくと、摺動接点１２と１３からパルス信号をそれぞれ出力させることができる。そして、両パルス信号を比較したときに、摺動接点１２の出力パルスが摺動接点１３の出力パルスよりも位相が進んでいるときには、回転部１が左回り方向に回転していると判別することができ、摺動接点１２の出力パルスが摺動接点１３の出力パルスよりも位相が遅れているときには、回転部１が右回り方向に回転していると判別することができる。
【００３０】
上記のようなエンコーダの回転部１のコモン電極１ａおよび検出電極１ｂ，１ｂ，…は、各摺動接点１１，１２および１３の接触部１１ａ，１２ａ，１３ａが摺動するため、磨耗が生じやすい。
【００３１】
そこで、上記電極として最適な材料を選定するため、各種材料の評価試験を行った。
【００３２】
以下に示す表１及び表２は、各種の導電性樹脂組成物の配合と評価試験の結果を示している。表１では補強材に球状粒子を使用した場合を示し、表２はモース硬度が判明している補強材を使用した場合を示している。
【００３３】
【表１】
0004006227.tif 000002
【００３４】
【表２】
0004006227.tif 000003
【００３５】
上記評価試験で使用する導電性樹脂組成物を用いて作製した電極基板の製造方法について説明する。
【００３６】
図３は、導電性樹脂組成物を用いた電極基板の製造工程を説明する図である。先ず、表１又は表２に示すバインダー樹脂を、例えばカルビトール等の有機溶剤に溶解させた樹脂溶液中に、球塊状銀粉と樹枝状銀粉又は／および鱗片状銀粉とを混在させた銀粉と、補強材とを表1又は表２に示す配合で分散させた導電性塗料を製造する（Ｓ１）。そして、この導電性塗料をスクリーン印刷法によって、例えばガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレートなどで形成された回転部１の表面の基板１Ａ上に前記電極（コモン電極１ａおよび検出電極１ｂ）を形成するための印刷工程を行う（Ｓ２）。
【００３７】
次に、前記１Ａ基板上の塗料を乾燥させ、前記塗料から有機溶剤を除去して、導電性樹脂組成物からなる電極を形成する乾燥工程を行う（Ｓ３）。
【００３８】
さらに、電極の導電性と耐摩耗性、及び耐硫化性を向上させるため、塗料の乾燥工程の後、電極基板を加熱、加圧する熱プレス工程を行い（Ｓ４）、最後に前記塗料を過熱し硬化させること（Ｓ５）により、電極基板が完成する。
【００３９】
前記熱プレス工程（Ｓ４）に用いる金型は、一対の鏡面を互いに対向するように構成したものであり、熱プレス工程では、電極基板を熱プレス用金型の鏡面間に載置して、金型の鏡面間で、電極基板を加熱しながら加圧する。
【００４０】
このような熱プレス工程では、スクリーン印刷乾燥時に電極にできた有機溶剤が抜けたピンホールや空孔が押しつぶされて、電極は緻密な膜となり、硬度が上昇して耐摩耗性を向上させることができる。同時に、硫化水素や亜硫酸ガスなどの硫化性ガスが入り込む隙間がなくなるので、耐硫化性を向上させること、さらには銀粉同士の接触、あるいは接近による電極の導電性を向上させることができる。
【００４１】
また、前記印刷、乾燥工程後において、電極の表面に球塊状銀粉や補強材のニッケル粉等が突出していた場合にも、熱プレス工程により、球塊状銀粉が電極の内部に押し込まれるので、電極の表面を平滑にすることができる。電極の表面が平滑であると、接触子が電極表面の凹凸に乗り上げて生じるチャタリング等のノイズが防止され、電子部品の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
前記熱プレス工程の条件は、加圧圧力が８０〜２００ｋｇ／ｃｍ2、加熱温度が１７５〜１８５℃であり、熱プレス時間は１５秒〜３分で、加圧圧力、及び／または加熱温度が高いほど、短縮することができる。
【００４３】
ただし、熱プレス工程の加熱温度、加圧圧力が高いと、前記電極基板が変形する可能性があり、加熱温度、加圧圧力が低いと、電極表面の十分な平滑性が得られない。また、熱プレス時間が長いと、電極基板が熱で分解されて、熱プレス時間が短いと、電極表面の十分な平滑性が得られない。このため、最適と思われる熱プレス工程の条件は、加圧圧力が１５０ｋｇ／ｃｍ2、加熱温度が１８０℃であり、熱プレス時間が１分である。
【００４４】
なお、補強材はニッケル粉の他に、例えばチタン酸カリウムウイスカまたは炭酸カルシウムウイスカを用いても良い。
完成後の電極の厚みは５〜２５μｍ、基板１Ａの外形寸法（直径）は２０ｍｍである。
【００４５】
また評価試験に使用した摺動接点は、りん青銅にニッケルめっき、さらにその表面に銀めっきを施した後、図２に示すような形状に曲げ加工したものである。前記摺動接点の接触部１１ａ，１２ａおよび１３ａの半径は０．３ｍｍである。
【００４６】
なお、評価試験を行うに当たっては、電極基板と摺動接点の接触部との間にグリースを塗布し、摺動摩擦を低減している。
【００４７】
前記電極基板を備えた回転部と摺動接点でエンコーダを組み立て、前記回転部を時計回り方向および反時計回り方向に１往復回転させたときを１回と数える。そして、前記往復回転動作を３万回単位ごとに測定し、電極基板と摺動接点の良（ＯＫ）、不良（NＧ）の評価を行う。なお、この場合の判断は以下の（１）〜（３）の基準で行う。
【００４８】
（１）出力波形による判定基準
摺動接点１１を接地電位に設定し、摺動接点１２および１３に所定のプルアップ抵抗（例えば１０ｋΩ）をそれぞれ接続して、所定の電圧（例えば５ボルト）を印加しておく。回転部１を回転させたときに、前記摺動接点１１と摺動接点１２および１３との間の各出力波形をオシロスコープなどで観測し、出力波形が正常なパルス波形である場合を良（ＯＫ）とし、出力波形にチャタリングやリンギング等の振動が現れた場合を不良（ＮＧ）とする。
【００４９】
（２）電極による判定基準
目視した場合に、電極基板上のコモン電極１ａ又検出電極１ｂが磨耗し、下層の基板１Ａが露出した場合を不良（ＮＧ）とする。
【００５０】
（３）摺動接点による判定基準
各摺動接点の接触部の磨耗が板厚の２０％（接触部の半径０．３ｍｍに対して磨耗部分の幅寸法が０．２３５mm）を超えた場合を不良（ＮＧ）とする。
【００５１】
なお、表中に、例えば６万回ＮＧと記載されている場合は少なくとも３万回までは良（ＯＫ）であったことを示している。
【００５２】
先ず、補強材として球状粉を配合した導電性樹脂組成物の場合の評価試験について説明する。
【００５３】
表１に示すように、従来例１は出力波形と電極の判定が３万回でＮＧであり、従来例２では摺動接点の判定が３万回でＮＧであった。すなわち、従来の導電性樹脂組成物を使用した場合には、電極又は摺動接点が磨耗し、３万回以下の接点寿命のものでしかないことがわかる。
【００５４】
一方、表１の実施例１ないし１３は、バインダー樹脂、銀粉および補強材の配合を替えたものである。
【００５５】
表１に示すように、バインダー樹脂を６５〜７３体積％、銀粉を２４〜３２体積％、補強材を２〜５体積％の配合比率からなる導電性樹脂組成物とすると、接点寿命を従来に比べて少なくとも２倍以上（実施例１，３，４，５）、多いもので４倍以上（実施例２，６，９，１０）に向上させることが可能であることがわかる。
【００５６】
前記補強材としては、モース硬度３．８のニッケル粉が好ましく、より好ましくは略金平糖状のニッケル粉、すなわち表面にスパイク状の小突起を有するニッケル粉（実施例２、実施例６〜１３）である。
【００５７】
なお、前記ニッケル粉は、平均粒径７〜１０μｍ程度の球状粒子（実施例３，４）、または１５％の銀を被覆した鱗片状銀粉（実施例１）、あるいは１５％の銀を被覆した球状粒子（実施例５）などであってもよい。
【００５８】
前記ニッケル粉の配合比率は２〜５体積％の範囲が好ましく、より好ましい範囲は２〜３．３体積％である（実施例２，６，９，１９）。
【００５９】
また表１の比較例１ないし５は、補強材にニッケル粉以外のもの、例えばモリブデン、シリコン、タングステン、マンガン、ニオブなどの粒子を使用した場合の評価試験の結果を示している。補強材にモリブデン粒子（比較例１）およびタングステン粒子（比較例３）を使用すると、従来よりも接点寿命を延ばすことが可能であるが、シリコン、マンガン、ニオブでは従来と同程度であることがわかる（比較例２，４，５）。
【００６０】
次に、モース硬度が判明してる補強材を配合した導電性樹脂組成物の評価試験について説明する。
【００６１】
表２に示すように、バインダー樹脂を６２〜７０体積％、銀粉を２４〜３４体積％、補強材としてウィスカ（微細繊維）を１．９〜４．８体積％の配合比率からなる導電性樹脂組成物とすると、接点寿命を従来に比べて延ばすことが可能であることがわかる（サンプル３，８，１３〜２４）。
【００６２】
前記ウィスカとしては、平均繊維長１０〜３０μｍ、平均繊維径０．３〜１．０μｍのものが好ましい。またウィスカの硬さは、モース硬度３．５〜４．５の範囲のものが好ましく、例えばチタン酸カリウムウィスカ、炭酸カルシウムウィスカなどである。モース硬度が３．５未満であると、電極の磨耗量が多くなり、モース硬度が４．５より大きいと、摺動接点の接触部の磨耗量が多くなり、共に電子部品の接点寿命を延ばしにくくなることがわかる。
【００６３】
前記チタン酸カリウムウィスカとしては、例えば大塚化学（株）から市販されているティスモ（商品名）などを使用できる。また炭酸カルシウムウィスカとしては丸尾カルシウム（株）のウィスカル（商品名）などを使用することができる。
【００６４】
なお、サンプル７は、補強材にモース硬度４．５のけい酸カルシウムウィスカを使用した導電性樹脂組成物の場合の試験結果であるが、サンプル７のウィスカの平均繊維長は０．４μｍと他のウィスカに比較して極端に短かいため、銀粉が電極表面に現れ、摺動接点と直接接触してしまうため、接点寿命が従来とほぼ同様の結果に留まったものである。したがって、前記サンプル７の補強材の平均繊維長が、１０〜３０μｍの範囲内にあればサンプル６，１５、２５〜３６と同様に接点寿命を延ばすことができるものと考えられる。
【００６５】
上記表1および表２に示すように、球塊状銀粉（平均粒径が３〜６μｍ）の粒径は、補強材（平均粒径７〜１０μｍ又は平均繊維長１０〜３０μｍ）よりも小さい。よって、球塊状銀粉は電極内部に存在しやすく、摺動接点との接触を避けることができるため磨耗が少ない。このため、球塊状銀粉を混ぜることにより、導電性樹脂組成物で形成した電極１ａ，１ｂの導電性を維持することができる。
【００６６】
一方、樹枝状銀粉は粒子間の接触点が多いため、樹枝状銀粉を混ぜることにより導電性樹脂組成物の導電性を高めることができる。また鱗片状銀粉は球状銀粉を扁平に押しつぶしたものであり、平面方向の面積を多くすることができるため、鱗片状銀粉を混ぜることにより電極１ａ，１ｂの平面方向の導電性を高めることが可能である。
【００６７】
よって、銀粉には、球塊状銀粉に加え、樹枝状銀粉または／および鱗片状銀粉が混在しているものが好ましい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明では、りん青銅を摺動させたときに最も磨耗の少ない導電性樹脂組成物を提供することができる。
【００６９】
また導電性樹脂組成物で電極を形成すると、りん青銅の摺動接点との硬さバランスが最良な状態に調整されるため、両者の耐磨耗性が高まり、電子部品の接点寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性樹脂組成物を使用した電子部品の主要部を示す平面図、
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の拡大断面図
【図３】導電性樹脂組成物を用いた電極基板の製造工程を説明する図、
【符号の説明】
１  回転部
１Ａ  基板
１ａ  コモン電極
１ｂ  検出電極
１１，１２，１３  摺動接点
１１ａ，１２ａ，１３ａ  接触部
【図１】
0004006227.tif 000004
【図２】
0004006227.tif 000005
【図３】
0004006227.tif 000006